JP3460440B2 - マルチビーム走査光学装置 - Google Patents
マルチビーム走査光学装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査光学装置、特
に、複数のビームによって書込みを行なうマルチビーム
走査光学装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、複数のビームによって書込み
を行なうマルチビーム走査光学装置が種々提案されてい
る。例えば、特開平５−５３０６８号公報に記載された
マルチビーム走査光学装置は、レーザダイオードアレイ
から同時に射出された２ビームをコリメータレンズで略
平行光束とした後、コリメータレンズの像側焦点の光軸
上で副走査方向に交差させ、さらに、この交差位置に物
側焦点を配置したシリンダレンズにより、ビームを副走
査方向に集光する。そして、この集光された２ビームを
光軸に対して平行にポリゴンミラー面に入射させ、ポリ
ゴンミラーによって偏向走査する。さらに、偏向走査さ
れた２ビームを走査レンズに透過させた後、光軸上で再
び副走査方向に交差させ、像面上で所望のビーム間隔と
なるように、光軸に対して所定の角度で像面に入射させ
るものである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の走査
光学装置をプリンタに組み込んだ場合、例えば円筒形状
の感光体ドラムの偏芯により感光体ドラムの回転時に像
面位置が光軸方向にシフトしたり、あるいは、温度変化
による走査光学装置の基準位置と感光体ドラムの距離の
変化や走査光学系自身の焦点距離の変化を原因として像
面位置が光軸方向にシフトすることがある。一方、感光
体ドラムに入射するビームは光軸に対して所定の角度を
有しているため、像面位置が光軸方向にシフトすると、
感光体ドラム面に対してビームの入射角度がビーム毎に
異なったものになり、像面におけるビーム間隔が変動
し、画質に悪影響を与えるという問題があった。 【０００４】また、通常、走査光学装置をプリンタに組
み込む際、走査光学装置を調整治具上で所望のビーム間
隔になるように調整した後プリンタに組み込む。ところ
が、感光体ドラムの偏芯等があると、像面位置が光軸方
向にシフトするため、走査光学装置を調整治具上で調整
したときのビーム間隔と、プリンタに組み込んだときの
ビーム間隔とに誤差が生じる。そのため、走査光学装置
をプリンタに組み込んだ後、再度ビーム間隔を調整する
必要が生じ、煩雑であった。 【０００５】そこで、本発明の目的は、感光体ドラムの
偏芯等によって像面位置が光軸方向にシフトしても、像
面上でのビーム間隔の変動が少ないマルチビーム走査光
学装置を提供することにある。 【０００６】 【０００７】 【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係るマルチビーム走査光学装置は、複数の
光源と、前記複数の光源から射出されたビームをコリメ
ートするコリメータレンズと、副走査方向にパワーを有
するシリンダレンズと、前記コリメータレンズと前記シ
リンダレンズの間に配置されたビームエクスパンダと、
前記シリンダレンズから出射されたビームを等角速度で
偏向走査する偏向器と、偏向走査されたビームを等速走
査する走査レンズとを備え、前記ビームエクスパンダの
像側焦点位置から所定の距離離れた位置に前記シリンダ
レンズの物側焦点を配置し、かつ、前記走査レンズの物
側焦点近傍の光軸上で複数のビームが副走査方向に交差
している。 【０００８】ここに、走査レンズの物側焦点近傍とは、
物側焦点位置を含むその近傍を意味する。また、コリメ
ートするとは、集光束化を含む略平行光束化を意味す
る。 【０００９】 【作用】以上の構成により、光源から同時に射出された
複数のビームは、ビームエクスパンダやコリメータレン
ズの像側焦点位置の光軸上で副走査方向に交差し、さら
に、走査レンズの物側焦点近傍の光軸上で副走査方向に
交差する。そして、走査レンズを出射した複数のビーム
主光線は、それぞれ光軸に対して略平行になる。従っ
て、複数のビームは互いに平行な状態で感光体ドラムの
像面に入射するため、たとえ感光体ドラムの偏芯等によ
って像面位置が光軸方向にシフトしても、像面に対して
ビームの入射角度が常に略一定となり、ビーム間隔の変
動が少ない。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係るマルチビーム
走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して説
明する。各実施形態において同一部品及び同一部分には
同じ符号を付した。 【００１１】［第１実施形態、図１〜図３］図１におい
て、マルチビーム走査光学装置は、概略、レーザダイオ
ードアレイ１と、コリメータレンズ２と、シリンダレン
ズ４と、平面ミラー５と、ポリゴンミラー６と、走査レ
ンズ７（レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ及び平面ミラー８から
構成されている）と、ＳＯＳ用シリンドリカルレンズ１
６と、ＳＯＳ用光センサ１７とで構成されている。 【００１２】レーザダイオードアレイ１は、２個のレー
ザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を備えている。レーザダイ
オードアレイ１は図示しない駆動回路に入力された印字
データに基づいて変調（オン、オフ）制御され、オン時
にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から同時にレーザビ
ームを射出する。このレーザビームはコリメータレンズ
によって略平行束ビームとされる（収束ビームでもよ
い）。シリンダレンズ４から平面ミラー５を介してポリ
ゴンミラー６に到達する。シリンダレンズ４は副走査方
向にパワーを有し、レーザビームをポリゴンミラー６の
偏向面に収束させる機能を有している。 【００１３】ポリゴンミラー６は回転軸６ａを中心とし
て矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。レーザビー
ムはポリゴンミラー６の回転に基づいて各偏向面で等角
速度に偏向され、走査レンズ７に導かれる。走査レンズ
７は、アナモフィックな結像レンズであり、ポリゴンミ
ラー６で反射したレーザビームを被走査面上に結像させ
る。走査レンズ７は、球面レンズ７ａ，７ｂ、平面ミラ
ー８及びＴＳＬ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ Ｓａｄｄｌ
ｅ Ｌｅｎｓ）であるシリンドリカルレンズ７ｃにて構
成されている。ＴＳＬとは、主走査方向には屈折力がな
く、副走査方向にのみ屈折力を有していると共に、中心
部から主走査方向に遠ざかるに従って副走査方向の曲率
半径が大きくなる形状の面を有するレンズのことをい
う。 【００１４】走査レンズ７を透過した２本のレーザビー
ムは、感光体ドラム３０上に所定の距離だけ離れてそれ
ぞれ集光され、感光体ドラム３０上を矢印ｂ方向に走査
する。走査レンズ７は主に前記ポリゴンミラー６で等角
速度で偏向されたレーザビームを被走査面（感光体ドラ
ム３０）上での主走査速度を等速に補正、即ち、歪曲収
差を補正する機能を有している。感光体ドラム３０は矢
印ｃ方向に一定速度で回転駆動され、ポリゴンミラー６
による矢印ｂ方向への主走査とドラム３０の矢印ｃ方向
への副走査によってドラム３０上に画像（静電潜像）が
形成される。 【００１５】また、レーザビームの主走査方向先端部の
レーザビームはミラー１５で反射され、ＳＯＳ用シリン
ドリカルレンズ１６を透過してＳＯＳ用光センサ１７へ
入射する。ＳＯＳ用光センサ１７から出力されるビーム
検出信号は、１走査ラインごとに印字開始位置を決める
ための垂直同期信号を発生させる。 【００１６】さらに、図２に示した副走査方向の概略構
成図を参照して詳説する。図２において、コリメータレ
ンズ２、シリンダレンズ４及び走査レンズ７のそれぞれ
の焦点距離はｆcL，ｆcy，ｆ1にて表示されている。２
個のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２はコリメータレン
ズ２の物側焦点位置に配設され、副走査方向に光軸Ｌに
対して対称に並置されている。この２個のレーザダイオ
ードＬＤ１，ＬＤ２から同時に射出されたレーザビーム
は、それぞれ発散光であるが、コリメータレンズ２のコ
リメート作用により略平行束ビームとされる（ただし、
収束ビームとしてもよい）。コリメータレンズ２によっ
て２本のレーザビームは屈折し、コリメータレンズ２の
像側焦点の光軸Ｌ上で副走査方向に交差した後、シリン
ダレンズ４に入射する。このシリンダレンズ４はポリゴ
ンミラー６の倒れ角を補正するためのものである。ここ
に、シリンダレンズ４の物側焦点位置は、コリメータレ
ンズ２の像側焦点位置から所定の距離Δ2だけ像側に移
動した位置に設定されている。 【００１７】シリンダレンズ４によって２本のレーザビ
ームは屈折し、平面ミラー５を介してそれぞれポリゴン
ミラー６上で一旦集光する。ポリゴンミラー６はシリン
ダレンズ４の像側焦点位置に配設されている。ポリゴン
ミラー６によって偏向されたレーザビームは、走査レン
ズ７の物側焦点位置近傍（物側焦点位置でもよい）の光
軸Ｌ上で副走査方向に交差した後、走査レンズ７に入射
する。走査レンズ７を透過した２本のレーザビームの主
光線Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ光軸Ｌに対して略平行にな
り、所定の距離だけ離れて感光体ドラム３０の像面上に
集光される。こうして、像側に向かってテレセントリッ
クな光学装置が得られる。 【００１８】一方、従来のレーザビーム走査光学装置に
あっては、コリメータレンズの像側焦点位置とシリンダ
レンズの物側焦点位置とを一致させているので、２本の
レーザビームはシリンダレンズの物側焦点の光軸上で副
走査方向に交差した後、シリンダレンズに入射する。シ
リンダレンズを透過した２本のレーザビームの主光線は
光軸に略平行になり、ポリゴンミラーを介して走査レン
ズに入射した後、走査レンズによって２本のレーザビー
ムは屈折し、所定の距離だけ離れてそれぞれ感光体ドラ
ムの像面上に集光される。 【００１９】従って、図３（Ａ）に示すように、第１実
施形態の走査光学装置は、２本のレーザビームの主光線
Ｌ１，Ｌ２が光軸Ｌに対して略平行な状態で感光体ドラ
ム３０の像面に入射するのに対して、従来の走査光学装
置は、図３（Ｂ）に示すように、２本のレーザビームの
主光線Ｌ１’，Ｌ２’が光軸Ｌ’に対して傾いた状態で
感光体ドラム３０’の像面に入射することになる。この
ため、従来の走査光学装置の場合、感光体ドラム３０’
の偏芯等によって像面位置が光軸Ｌ’方向にシフトする
と（図３（Ｂ）中３０ａ’及び３０ｂ’参照）、感光体
ドラム３０’面に対して主光線Ｌ１’，Ｌ２’の入射角
がビーム毎に異なったものになり、像面における主光線
Ｌ１’，Ｌ２’の間隔が変動することになる。 【００２０】これに対して、第１実施形態の走査光学装
置の場合は、２本のレーザビームの主光線Ｌ１，Ｌ２が
光軸Ｌに対して略平行な状態で感光体ドラム３０の像面
に入射するので、感光体ドラム３０の偏芯等によって像
面位置が光軸方向にシフトしても（図３（Ａ）中３０ａ
及び３０ｂ参照）、感光体ドラム３０面に対して主光線
Ｌ１，Ｌ２の入射角が常に略一定となり、像面における
主光線Ｌ１，Ｌ２の間隔の変動が少ない装置となる。ま
た、２本のレーザビームの主光線Ｌ１，Ｌ２が光軸Ｌに
対して略平行な状態で感光体ドラム３０の像面に入射す
るので、被写体深度が大きい走査光学装置が得られる。 【００２１】次に、図４を参照して具体的な数式を算出
する。なお、以下の説明においては、結像の式としてニ
ュートンの式を用いて算出しているため、ビームと光軸
の交点を像点、物点として表している。コリメータレン
ズ２の焦点距離をｆcL、コリメータレンズ２の物側焦点
位置からレーザダイオードＬＤ１の発光位置までの距離
をΔ0、コリメータレンズ２の像点位置からビームの自
然収束点位置（ビーム物点位置）までの距離をΔ1、光
軸ＬからレーザダイオードＬＤ１の発光位置までの距離
をｈ0、光軸Ｌからビーム物点位置までの距離をｈ1とす
ると、以下の（１）式及び（２）式の関係がある。 【００２２】Δ1＝ｆcL 2／Δ0 ……（１） ｈ1＝（ｆcL／Δ0）ｈ0 ……（２） これに対して、シリンダレンズ４の焦点距離をｆcy、コ
リメータレンズ２の像側焦点位置からシリンダレンズ４
の物側焦点位置までの距離をΔ2、シリンダレンズ４の
像点位置からシリンダレンズ４の像側焦点位置までの距
離をΔ3、シリンダレンズ４からポリゴンミラー６まで
の距離をｔ0、ポリゴンミラー６からビーム物点位置ま
での距離をＳi、シリンダレンズ４での光軸Ｌからビー
ム主光線Ｌ１までの距離をｈ2とすると、以下の（３）
式、（４）式及び（５）式の関係がある。 【００２３】 Δ2＝（Ｓi＋ｔ0＋ｆcy）−Δ1 ……（３） Δ3＝−ｆcy 2／Δ2 ……（４） ｈ2＝（Δ2−ｆcy）ｈ0／ｆcL ……（５） 【００２４】一方、ポリゴンミラー６での光軸Ｌからビ
ーム主光線Ｌ１までの距離をｈ3とすると、以下の
（６）式の関係がある。 ｈ3＝ｈ2［Δ2｛１−（ｔ0／ｆcy）｝−ｆcy］／ｆcL …（６） 【００２５】さらに、走査レンズ７の焦点距離をｆ1、
走査レンズ７の物点位置から走査レンズ７の物側焦点位
置までの距離をΔ4、ポリゴンミラー６から走査レンズ
７の物側焦点位置までの距離をＴc、走査レンズ７の像
側焦点位置から走査レンズ７の像点までの距離をΔ5、
走査レンズ７での光軸Ｌからビーム主光線Ｌ１までの距
離をｈ4、感光体ドラム３０の像面での光軸Ｌからビー
ム主光線Ｌ１までの距離をｈ5、走査レンズ７の像側焦
点位置から感光体ドラム３０の像面までの距離をＴBと
すると、以下の（７）式、（８）式、（９）式及び（１
０）式の関係がある。 【００２６】 Δ4＝ｆcy−（Ｔc＋ｔ0）−（ｆcy 2／Δ2） ……（７） Δ5＝−ｆ1 2／Δ4 ……（８） ｈ4＝−（ｆ1−Δ4）ｈ2／（ｆcy＋Δ3） ……（９） ｈ5＝（Δ5−ｆ1 2／Ｔc）ｈ4／（ｆ1＋Δ5） ……（１０） 【００２７】以上の（５）式、（８）式、（９）式及び
（１０）式より、以下の（１１）式が得られる。 ｈ5＝ｆ1Δ2ｈ0｛１＋（Δ4／Ｔc）｝／（ｆcyｆcL） …（１１） この（１１）式において、Δ4＝０、ｔ0＝ｆcyとして、
さらに（６）式を用いることにより、以下の（１２）式
が得られる。 ｈ5＝βｆ1（ｆcy／ｆcL）｛ｆcy／（Δ2−ｆcy）｝ｈ0……（１２） （β：横倍率） 【００２８】（１２）式は、横倍率β、走査レンズ７の
焦点距離ｆ1、シリンダレンズ４の焦点距離ｆcy、光軸
ＬからレーザダイオードＬＤ１の発光位置までの距離ｈ
0等のレンズ系のパラメータを用いて、ｈ5とΔ2との関
係を規定している。すなわち、像面上での所望のビーム
位置をｈ5として規定すれば、（１２）式を用いて、主
光線が平行に感光体ドラム３０に入射するために必要な
量であるコリメータレンズ２の像側焦点位置からシリン
ダレンズ４の物側焦点位置までの距離Δ2を算出するこ
とができる。 【００２９】［第２実施形態、図５］図５に示すよう
に、第２実施形態のマルチビーム走査光学装置は、ビー
ムエクスパンダ２０を残して、前記第１実施形態の走査
光学装置と同様のものである。 【００３０】ビームエクスパンダ２０は、物側レンズ２
０ａと像側レンズ２０ｂを備えており、コリメータレン
ズ２とシリンダレンズ４の間に配置されている。すなわ
ち、ビームエクスパンダ２０は、物側レンズ２０ａの物
側焦点位置とコリメータレンズ２の像側焦点位置が一致
するように配置されている。図５において、物側レンズ
２０ａ及び像側レンズ２０ｂのそれぞれの焦点距離はｆ
B1，ｆB2にて表示されている。このビームエクスパンダ
２０は、レンズ２０ａ，２０ｂの間隔を調整することに
よって２本のレーザビームの副走査方向の間隔を調整す
るものである。 【００３１】２個のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は
コリメータレンズ２の物側焦点位置に配置され、副走査
方向に光軸Ｌに対して対称に並置されている。２個のレ
ーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から同時に射出されたレ
ーザビームは、コリメータレンズ２によってそれぞれ屈
折し、コリメータレンズ２の像側焦点の光軸Ｌ上で副走
査方向に交差した後、ビームエクスパンダ２０に入射す
る。 【００３２】ビームエクスパンダ２０を出射した２本の
レーザビームは、ビームエクスパンダ２０の像側レンズ
２０ｂの像側焦点の光軸Ｌ上で副走査方向に交差した
後、シリンダレンズ４に入射する。ここに、シリンダレ
ンズ４の物側焦点位置は、ビームエクスパンダ２０の像
側レンズ２０ｂの像側焦点位置から所定の距離Δ2だけ
像側に移動した位置に設定されている。シリンダレンズ
４によって２本のレーザビームは屈折し、それぞれポリ
ゴンミラー６上に一旦集光する。ポリゴンミラー６はシ
リンダレンズ４の像側焦点位置に配設されている。 【００３３】ポリゴンミラー６によって偏向されたレー
ザビームは、走査レンズ７の物側焦点位置近傍（物側焦
点位置でもよい）の光軸Ｌ上で副走査方向に交差した
後、走査レンズ７に入射する。走査レンズ７を出射した
２本のレーザビームの主光線Ｌ１，Ｌ２は光軸Ｌに対し
て略平行になり、所定の距離だけ離れてそれぞれ感光体
ドラム３０の像面上に集光される。こうして像側に向か
ってテレセントリックな光学装置が得られる。この結
果、感光体ドラム３０の偏芯等によって像面位置が光軸
方向にシフトしても、感光体ドラム３０面に対して主光
線Ｌ１，Ｌ２の入射角が常に略一定となり、像面におけ
る主光線Ｌ１，Ｌ２の間隔の変動が少ないマルチビーム
走査光学装置が得られる。 【００３４】前記第１実施形態において算出した（１
２）式に相当する式を、前記第１実施形態と同様にして
算出すると、以下の（１３）式が得られる。 ｈ5＝βｆ1（ｆcy／ｆcL）（ｆB1／ｆB2）｛ｆcy／（Δ2−ｆcy）｝ｈ0 ……（１３） 【００３５】［他の実施形態］なお、本発明に係るマル
チビーム走査光学装置は前記実施形態に限定するもので
はなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができ
る。特に、光学素子の種類や配置は任意である。 【００３６】 【実施例】さらに、前記第１実施形態のマルチビーム走
査光学装置において、表１に示すように、実施例Ｉ〜Ｖ
の走査光学装置のそれぞれの諸寸法２ｈ0，ｆCl，
ｆcy，ｆ1，Ｓi，Ｔc，ｔ0を設定した場合、前記（１）
式〜（１２）式を用いることにより、表２に示した諸寸
法Δ4，Δ2，Δ0，２ｈ3，２ｈ4，２ｈ5を計算によって
得た。表２において、２ｈ4と２ｈ5は同じ数値となって
おり、光軸Ｌに対して主光線Ｌ１，Ｌ２が平行になって
いる。この結果、実施例Ｉ〜Ｖの走査光学装置は、感光
体ドラムの偏芯等によって像面位置が光軸Ｌ方向にシフ
トしても、感光体ドラム面に対して主光線Ｌ１，Ｌ２の
入射角が常に略一定となり、ビーム間隔の変動を少なく
できるものであることが分かる。 【００３７】 【表１】 【００３８】 【表２】 【００３９】また、図６及び図７には、発振波長が７８
０ｎｍのレーザダイオードアレイを有したマルチビーム
走査光学装置において、ポリゴンミラー６及び走査レン
ズ７を図示した位置関係で配設した場合の光路が表示さ
れている。図６が副走査方向の光路図、図７が主走査方
向の光路図である。 【００４０】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、コリメータレンズ、あるいはビームエクスパン
ダの像側焦点位置から所定の距離離れた位置に前記シリ
ンダレンズの物側焦点を配置したので、走査レンズを出
射した２本のビームの主光線は光軸に対して略平行にな
り、所定の距離だけ離れてそれぞれ像面上に集光され
る。この結果、感光体ドラムの偏芯等によって像面位置
が光軸方向にシフトしても、像面に対してビームの入射
角度が常に略一定となり、像面上でのビーム間隔の変動
が少ないマルチビーム走査光学装置が得られる。 【００４１】また、２本のビームの主光線が光軸に略平
行な状態で像面に入射するので、被写体深度が大きい走
査光学装置が得られる。
に、複数のビームによって書込みを行なうマルチビーム
走査光学装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、複数のビームによって書込み
を行なうマルチビーム走査光学装置が種々提案されてい
る。例えば、特開平５−５３０６８号公報に記載された
マルチビーム走査光学装置は、レーザダイオードアレイ
から同時に射出された２ビームをコリメータレンズで略
平行光束とした後、コリメータレンズの像側焦点の光軸
上で副走査方向に交差させ、さらに、この交差位置に物
側焦点を配置したシリンダレンズにより、ビームを副走
査方向に集光する。そして、この集光された２ビームを
光軸に対して平行にポリゴンミラー面に入射させ、ポリ
ゴンミラーによって偏向走査する。さらに、偏向走査さ
れた２ビームを走査レンズに透過させた後、光軸上で再
び副走査方向に交差させ、像面上で所望のビーム間隔と
なるように、光軸に対して所定の角度で像面に入射させ
るものである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の走査
光学装置をプリンタに組み込んだ場合、例えば円筒形状
の感光体ドラムの偏芯により感光体ドラムの回転時に像
面位置が光軸方向にシフトしたり、あるいは、温度変化
による走査光学装置の基準位置と感光体ドラムの距離の
変化や走査光学系自身の焦点距離の変化を原因として像
面位置が光軸方向にシフトすることがある。一方、感光
体ドラムに入射するビームは光軸に対して所定の角度を
有しているため、像面位置が光軸方向にシフトすると、
感光体ドラム面に対してビームの入射角度がビーム毎に
異なったものになり、像面におけるビーム間隔が変動
し、画質に悪影響を与えるという問題があった。 【０００４】また、通常、走査光学装置をプリンタに組
み込む際、走査光学装置を調整治具上で所望のビーム間
隔になるように調整した後プリンタに組み込む。ところ
が、感光体ドラムの偏芯等があると、像面位置が光軸方
向にシフトするため、走査光学装置を調整治具上で調整
したときのビーム間隔と、プリンタに組み込んだときの
ビーム間隔とに誤差が生じる。そのため、走査光学装置
をプリンタに組み込んだ後、再度ビーム間隔を調整する
必要が生じ、煩雑であった。 【０００５】そこで、本発明の目的は、感光体ドラムの
偏芯等によって像面位置が光軸方向にシフトしても、像
面上でのビーム間隔の変動が少ないマルチビーム走査光
学装置を提供することにある。 【０００６】 【０００７】 【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係るマルチビーム走査光学装置は、複数の
光源と、前記複数の光源から射出されたビームをコリメ
ートするコリメータレンズと、副走査方向にパワーを有
するシリンダレンズと、前記コリメータレンズと前記シ
リンダレンズの間に配置されたビームエクスパンダと、
前記シリンダレンズから出射されたビームを等角速度で
偏向走査する偏向器と、偏向走査されたビームを等速走
査する走査レンズとを備え、前記ビームエクスパンダの
像側焦点位置から所定の距離離れた位置に前記シリンダ
レンズの物側焦点を配置し、かつ、前記走査レンズの物
側焦点近傍の光軸上で複数のビームが副走査方向に交差
している。 【０００８】ここに、走査レンズの物側焦点近傍とは、
物側焦点位置を含むその近傍を意味する。また、コリメ
ートするとは、集光束化を含む略平行光束化を意味す
る。 【０００９】 【作用】以上の構成により、光源から同時に射出された
複数のビームは、ビームエクスパンダやコリメータレン
ズの像側焦点位置の光軸上で副走査方向に交差し、さら
に、走査レンズの物側焦点近傍の光軸上で副走査方向に
交差する。そして、走査レンズを出射した複数のビーム
主光線は、それぞれ光軸に対して略平行になる。従っ
て、複数のビームは互いに平行な状態で感光体ドラムの
像面に入射するため、たとえ感光体ドラムの偏芯等によ
って像面位置が光軸方向にシフトしても、像面に対して
ビームの入射角度が常に略一定となり、ビーム間隔の変
動が少ない。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係るマルチビーム
走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して説
明する。各実施形態において同一部品及び同一部分には
同じ符号を付した。 【００１１】［第１実施形態、図１〜図３］図１におい
て、マルチビーム走査光学装置は、概略、レーザダイオ
ードアレイ１と、コリメータレンズ２と、シリンダレン
ズ４と、平面ミラー５と、ポリゴンミラー６と、走査レ
ンズ７（レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ及び平面ミラー８から
構成されている）と、ＳＯＳ用シリンドリカルレンズ１
６と、ＳＯＳ用光センサ１７とで構成されている。 【００１２】レーザダイオードアレイ１は、２個のレー
ザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を備えている。レーザダイ
オードアレイ１は図示しない駆動回路に入力された印字
データに基づいて変調（オン、オフ）制御され、オン時
にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から同時にレーザビ
ームを射出する。このレーザビームはコリメータレンズ
によって略平行束ビームとされる（収束ビームでもよ
い）。シリンダレンズ４から平面ミラー５を介してポリ
ゴンミラー６に到達する。シリンダレンズ４は副走査方
向にパワーを有し、レーザビームをポリゴンミラー６の
偏向面に収束させる機能を有している。 【００１３】ポリゴンミラー６は回転軸６ａを中心とし
て矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。レーザビー
ムはポリゴンミラー６の回転に基づいて各偏向面で等角
速度に偏向され、走査レンズ７に導かれる。走査レンズ
７は、アナモフィックな結像レンズであり、ポリゴンミ
ラー６で反射したレーザビームを被走査面上に結像させ
る。走査レンズ７は、球面レンズ７ａ，７ｂ、平面ミラ
ー８及びＴＳＬ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ Ｓａｄｄｌ
ｅ Ｌｅｎｓ）であるシリンドリカルレンズ７ｃにて構
成されている。ＴＳＬとは、主走査方向には屈折力がな
く、副走査方向にのみ屈折力を有していると共に、中心
部から主走査方向に遠ざかるに従って副走査方向の曲率
半径が大きくなる形状の面を有するレンズのことをい
う。 【００１４】走査レンズ７を透過した２本のレーザビー
ムは、感光体ドラム３０上に所定の距離だけ離れてそれ
ぞれ集光され、感光体ドラム３０上を矢印ｂ方向に走査
する。走査レンズ７は主に前記ポリゴンミラー６で等角
速度で偏向されたレーザビームを被走査面（感光体ドラ
ム３０）上での主走査速度を等速に補正、即ち、歪曲収
差を補正する機能を有している。感光体ドラム３０は矢
印ｃ方向に一定速度で回転駆動され、ポリゴンミラー６
による矢印ｂ方向への主走査とドラム３０の矢印ｃ方向
への副走査によってドラム３０上に画像（静電潜像）が
形成される。 【００１５】また、レーザビームの主走査方向先端部の
レーザビームはミラー１５で反射され、ＳＯＳ用シリン
ドリカルレンズ１６を透過してＳＯＳ用光センサ１７へ
入射する。ＳＯＳ用光センサ１７から出力されるビーム
検出信号は、１走査ラインごとに印字開始位置を決める
ための垂直同期信号を発生させる。 【００１６】さらに、図２に示した副走査方向の概略構
成図を参照して詳説する。図２において、コリメータレ
ンズ２、シリンダレンズ４及び走査レンズ７のそれぞれ
の焦点距離はｆcL，ｆcy，ｆ1にて表示されている。２
個のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２はコリメータレン
ズ２の物側焦点位置に配設され、副走査方向に光軸Ｌに
対して対称に並置されている。この２個のレーザダイオ
ードＬＤ１，ＬＤ２から同時に射出されたレーザビーム
は、それぞれ発散光であるが、コリメータレンズ２のコ
リメート作用により略平行束ビームとされる（ただし、
収束ビームとしてもよい）。コリメータレンズ２によっ
て２本のレーザビームは屈折し、コリメータレンズ２の
像側焦点の光軸Ｌ上で副走査方向に交差した後、シリン
ダレンズ４に入射する。このシリンダレンズ４はポリゴ
ンミラー６の倒れ角を補正するためのものである。ここ
に、シリンダレンズ４の物側焦点位置は、コリメータレ
ンズ２の像側焦点位置から所定の距離Δ2だけ像側に移
動した位置に設定されている。 【００１７】シリンダレンズ４によって２本のレーザビ
ームは屈折し、平面ミラー５を介してそれぞれポリゴン
ミラー６上で一旦集光する。ポリゴンミラー６はシリン
ダレンズ４の像側焦点位置に配設されている。ポリゴン
ミラー６によって偏向されたレーザビームは、走査レン
ズ７の物側焦点位置近傍（物側焦点位置でもよい）の光
軸Ｌ上で副走査方向に交差した後、走査レンズ７に入射
する。走査レンズ７を透過した２本のレーザビームの主
光線Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ光軸Ｌに対して略平行にな
り、所定の距離だけ離れて感光体ドラム３０の像面上に
集光される。こうして、像側に向かってテレセントリッ
クな光学装置が得られる。 【００１８】一方、従来のレーザビーム走査光学装置に
あっては、コリメータレンズの像側焦点位置とシリンダ
レンズの物側焦点位置とを一致させているので、２本の
レーザビームはシリンダレンズの物側焦点の光軸上で副
走査方向に交差した後、シリンダレンズに入射する。シ
リンダレンズを透過した２本のレーザビームの主光線は
光軸に略平行になり、ポリゴンミラーを介して走査レン
ズに入射した後、走査レンズによって２本のレーザビー
ムは屈折し、所定の距離だけ離れてそれぞれ感光体ドラ
ムの像面上に集光される。 【００１９】従って、図３（Ａ）に示すように、第１実
施形態の走査光学装置は、２本のレーザビームの主光線
Ｌ１，Ｌ２が光軸Ｌに対して略平行な状態で感光体ドラ
ム３０の像面に入射するのに対して、従来の走査光学装
置は、図３（Ｂ）に示すように、２本のレーザビームの
主光線Ｌ１’，Ｌ２’が光軸Ｌ’に対して傾いた状態で
感光体ドラム３０’の像面に入射することになる。この
ため、従来の走査光学装置の場合、感光体ドラム３０’
の偏芯等によって像面位置が光軸Ｌ’方向にシフトする
と（図３（Ｂ）中３０ａ’及び３０ｂ’参照）、感光体
ドラム３０’面に対して主光線Ｌ１’，Ｌ２’の入射角
がビーム毎に異なったものになり、像面における主光線
Ｌ１’，Ｌ２’の間隔が変動することになる。 【００２０】これに対して、第１実施形態の走査光学装
置の場合は、２本のレーザビームの主光線Ｌ１，Ｌ２が
光軸Ｌに対して略平行な状態で感光体ドラム３０の像面
に入射するので、感光体ドラム３０の偏芯等によって像
面位置が光軸方向にシフトしても（図３（Ａ）中３０ａ
及び３０ｂ参照）、感光体ドラム３０面に対して主光線
Ｌ１，Ｌ２の入射角が常に略一定となり、像面における
主光線Ｌ１，Ｌ２の間隔の変動が少ない装置となる。ま
た、２本のレーザビームの主光線Ｌ１，Ｌ２が光軸Ｌに
対して略平行な状態で感光体ドラム３０の像面に入射す
るので、被写体深度が大きい走査光学装置が得られる。 【００２１】次に、図４を参照して具体的な数式を算出
する。なお、以下の説明においては、結像の式としてニ
ュートンの式を用いて算出しているため、ビームと光軸
の交点を像点、物点として表している。コリメータレン
ズ２の焦点距離をｆcL、コリメータレンズ２の物側焦点
位置からレーザダイオードＬＤ１の発光位置までの距離
をΔ0、コリメータレンズ２の像点位置からビームの自
然収束点位置（ビーム物点位置）までの距離をΔ1、光
軸ＬからレーザダイオードＬＤ１の発光位置までの距離
をｈ0、光軸Ｌからビーム物点位置までの距離をｈ1とす
ると、以下の（１）式及び（２）式の関係がある。 【００２２】Δ1＝ｆcL 2／Δ0 ……（１） ｈ1＝（ｆcL／Δ0）ｈ0 ……（２） これに対して、シリンダレンズ４の焦点距離をｆcy、コ
リメータレンズ２の像側焦点位置からシリンダレンズ４
の物側焦点位置までの距離をΔ2、シリンダレンズ４の
像点位置からシリンダレンズ４の像側焦点位置までの距
離をΔ3、シリンダレンズ４からポリゴンミラー６まで
の距離をｔ0、ポリゴンミラー６からビーム物点位置ま
での距離をＳi、シリンダレンズ４での光軸Ｌからビー
ム主光線Ｌ１までの距離をｈ2とすると、以下の（３）
式、（４）式及び（５）式の関係がある。 【００２３】 Δ2＝（Ｓi＋ｔ0＋ｆcy）−Δ1 ……（３） Δ3＝−ｆcy 2／Δ2 ……（４） ｈ2＝（Δ2−ｆcy）ｈ0／ｆcL ……（５） 【００２４】一方、ポリゴンミラー６での光軸Ｌからビ
ーム主光線Ｌ１までの距離をｈ3とすると、以下の
（６）式の関係がある。 ｈ3＝ｈ2［Δ2｛１−（ｔ0／ｆcy）｝−ｆcy］／ｆcL …（６） 【００２５】さらに、走査レンズ７の焦点距離をｆ1、
走査レンズ７の物点位置から走査レンズ７の物側焦点位
置までの距離をΔ4、ポリゴンミラー６から走査レンズ
７の物側焦点位置までの距離をＴc、走査レンズ７の像
側焦点位置から走査レンズ７の像点までの距離をΔ5、
走査レンズ７での光軸Ｌからビーム主光線Ｌ１までの距
離をｈ4、感光体ドラム３０の像面での光軸Ｌからビー
ム主光線Ｌ１までの距離をｈ5、走査レンズ７の像側焦
点位置から感光体ドラム３０の像面までの距離をＴBと
すると、以下の（７）式、（８）式、（９）式及び（１
０）式の関係がある。 【００２６】 Δ4＝ｆcy−（Ｔc＋ｔ0）−（ｆcy 2／Δ2） ……（７） Δ5＝−ｆ1 2／Δ4 ……（８） ｈ4＝−（ｆ1−Δ4）ｈ2／（ｆcy＋Δ3） ……（９） ｈ5＝（Δ5−ｆ1 2／Ｔc）ｈ4／（ｆ1＋Δ5） ……（１０） 【００２７】以上の（５）式、（８）式、（９）式及び
（１０）式より、以下の（１１）式が得られる。 ｈ5＝ｆ1Δ2ｈ0｛１＋（Δ4／Ｔc）｝／（ｆcyｆcL） …（１１） この（１１）式において、Δ4＝０、ｔ0＝ｆcyとして、
さらに（６）式を用いることにより、以下の（１２）式
が得られる。 ｈ5＝βｆ1（ｆcy／ｆcL）｛ｆcy／（Δ2−ｆcy）｝ｈ0……（１２） （β：横倍率） 【００２８】（１２）式は、横倍率β、走査レンズ７の
焦点距離ｆ1、シリンダレンズ４の焦点距離ｆcy、光軸
ＬからレーザダイオードＬＤ１の発光位置までの距離ｈ
0等のレンズ系のパラメータを用いて、ｈ5とΔ2との関
係を規定している。すなわち、像面上での所望のビーム
位置をｈ5として規定すれば、（１２）式を用いて、主
光線が平行に感光体ドラム３０に入射するために必要な
量であるコリメータレンズ２の像側焦点位置からシリン
ダレンズ４の物側焦点位置までの距離Δ2を算出するこ
とができる。 【００２９】［第２実施形態、図５］図５に示すよう
に、第２実施形態のマルチビーム走査光学装置は、ビー
ムエクスパンダ２０を残して、前記第１実施形態の走査
光学装置と同様のものである。 【００３０】ビームエクスパンダ２０は、物側レンズ２
０ａと像側レンズ２０ｂを備えており、コリメータレン
ズ２とシリンダレンズ４の間に配置されている。すなわ
ち、ビームエクスパンダ２０は、物側レンズ２０ａの物
側焦点位置とコリメータレンズ２の像側焦点位置が一致
するように配置されている。図５において、物側レンズ
２０ａ及び像側レンズ２０ｂのそれぞれの焦点距離はｆ
B1，ｆB2にて表示されている。このビームエクスパンダ
２０は、レンズ２０ａ，２０ｂの間隔を調整することに
よって２本のレーザビームの副走査方向の間隔を調整す
るものである。 【００３１】２個のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は
コリメータレンズ２の物側焦点位置に配置され、副走査
方向に光軸Ｌに対して対称に並置されている。２個のレ
ーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から同時に射出されたレ
ーザビームは、コリメータレンズ２によってそれぞれ屈
折し、コリメータレンズ２の像側焦点の光軸Ｌ上で副走
査方向に交差した後、ビームエクスパンダ２０に入射す
る。 【００３２】ビームエクスパンダ２０を出射した２本の
レーザビームは、ビームエクスパンダ２０の像側レンズ
２０ｂの像側焦点の光軸Ｌ上で副走査方向に交差した
後、シリンダレンズ４に入射する。ここに、シリンダレ
ンズ４の物側焦点位置は、ビームエクスパンダ２０の像
側レンズ２０ｂの像側焦点位置から所定の距離Δ2だけ
像側に移動した位置に設定されている。シリンダレンズ
４によって２本のレーザビームは屈折し、それぞれポリ
ゴンミラー６上に一旦集光する。ポリゴンミラー６はシ
リンダレンズ４の像側焦点位置に配設されている。 【００３３】ポリゴンミラー６によって偏向されたレー
ザビームは、走査レンズ７の物側焦点位置近傍（物側焦
点位置でもよい）の光軸Ｌ上で副走査方向に交差した
後、走査レンズ７に入射する。走査レンズ７を出射した
２本のレーザビームの主光線Ｌ１，Ｌ２は光軸Ｌに対し
て略平行になり、所定の距離だけ離れてそれぞれ感光体
ドラム３０の像面上に集光される。こうして像側に向か
ってテレセントリックな光学装置が得られる。この結
果、感光体ドラム３０の偏芯等によって像面位置が光軸
方向にシフトしても、感光体ドラム３０面に対して主光
線Ｌ１，Ｌ２の入射角が常に略一定となり、像面におけ
る主光線Ｌ１，Ｌ２の間隔の変動が少ないマルチビーム
走査光学装置が得られる。 【００３４】前記第１実施形態において算出した（１
２）式に相当する式を、前記第１実施形態と同様にして
算出すると、以下の（１３）式が得られる。 ｈ5＝βｆ1（ｆcy／ｆcL）（ｆB1／ｆB2）｛ｆcy／（Δ2−ｆcy）｝ｈ0 ……（１３） 【００３５】［他の実施形態］なお、本発明に係るマル
チビーム走査光学装置は前記実施形態に限定するもので
はなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができ
る。特に、光学素子の種類や配置は任意である。 【００３６】 【実施例】さらに、前記第１実施形態のマルチビーム走
査光学装置において、表１に示すように、実施例Ｉ〜Ｖ
の走査光学装置のそれぞれの諸寸法２ｈ0，ｆCl，
ｆcy，ｆ1，Ｓi，Ｔc，ｔ0を設定した場合、前記（１）
式〜（１２）式を用いることにより、表２に示した諸寸
法Δ4，Δ2，Δ0，２ｈ3，２ｈ4，２ｈ5を計算によって
得た。表２において、２ｈ4と２ｈ5は同じ数値となって
おり、光軸Ｌに対して主光線Ｌ１，Ｌ２が平行になって
いる。この結果、実施例Ｉ〜Ｖの走査光学装置は、感光
体ドラムの偏芯等によって像面位置が光軸Ｌ方向にシフ
トしても、感光体ドラム面に対して主光線Ｌ１，Ｌ２の
入射角が常に略一定となり、ビーム間隔の変動を少なく
できるものであることが分かる。 【００３７】 【表１】 【００３８】 【表２】 【００３９】また、図６及び図７には、発振波長が７８
０ｎｍのレーザダイオードアレイを有したマルチビーム
走査光学装置において、ポリゴンミラー６及び走査レン
ズ７を図示した位置関係で配設した場合の光路が表示さ
れている。図６が副走査方向の光路図、図７が主走査方
向の光路図である。 【００４０】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、コリメータレンズ、あるいはビームエクスパン
ダの像側焦点位置から所定の距離離れた位置に前記シリ
ンダレンズの物側焦点を配置したので、走査レンズを出
射した２本のビームの主光線は光軸に対して略平行にな
り、所定の距離だけ離れてそれぞれ像面上に集光され
る。この結果、感光体ドラムの偏芯等によって像面位置
が光軸方向にシフトしても、像面に対してビームの入射
角度が常に略一定となり、像面上でのビーム間隔の変動
が少ないマルチビーム走査光学装置が得られる。 【００４１】また、２本のビームの主光線が光軸に略平
行な状態で像面に入射するので、被写体深度が大きい走
査光学装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマルチビーム走査光学装置の第１
実施形態を示す斜視図。 【図２】図１に示したマルチビーム走査光学装置の副走
査方向の概略構成図。 【図３】（Ａ）は図１に示したマルチビーム走査光学装
置の像面部分の拡大図、（Ｂ）は従来のマルチビーム走
査光学装置の像面部分の拡大図。 【図４】コリメータレンズの像側焦点位置からシリンダ
レンズの物側焦点位置までの距離を算出するための副走
査方向の概略構成図。 【図５】本発明に係るマルチビーム走査光学装置の第２
実施形態を示す副走査方向の概略構成図。 【図６】マルチビーム走査光学装置の副走査方向の光路
図。 【図７】図６に示したマルチビーム走査光学装置の主走
査方向の光路図。 【符号の説明】 １…レーザダイオードアレイ ２…コリメータレンズ ４…シリンダレンズ ６…ポリゴンミラー ７…走査レンズ ２０…ビームエクスパンダ ＬＤ１，ＬＤ２…レーザダイオード
実施形態を示す斜視図。 【図２】図１に示したマルチビーム走査光学装置の副走
査方向の概略構成図。 【図３】（Ａ）は図１に示したマルチビーム走査光学装
置の像面部分の拡大図、（Ｂ）は従来のマルチビーム走
査光学装置の像面部分の拡大図。 【図４】コリメータレンズの像側焦点位置からシリンダ
レンズの物側焦点位置までの距離を算出するための副走
査方向の概略構成図。 【図５】本発明に係るマルチビーム走査光学装置の第２
実施形態を示す副走査方向の概略構成図。 【図６】マルチビーム走査光学装置の副走査方向の光路
図。 【図７】図６に示したマルチビーム走査光学装置の主走
査方向の光路図。 【符号の説明】 １…レーザダイオードアレイ ２…コリメータレンズ ４…シリンダレンズ ６…ポリゴンミラー ７…走査レンズ ２０…ビームエクスパンダ ＬＤ１，ＬＤ２…レーザダイオード
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の光源と、 前記複数の光源から射出されたビームをコリメートする
コリメータレンズと、 副走査方向にパワーを有するシリンダレンズと、 前記コリメータレンズと前記シリンダレンズの間に配置
されたビームエクスパンダと、 前記シリンダレンズから出射されたビームを等角速度で
偏向走査する偏向器と、 偏向走査されたビームを等速走査する走査レンズとを備
え、 前記ビームエクスパンダの像側焦点位置から所定の距離
離れた位置に前記シリンダレンズの物側焦点を配置し、
かつ、前記走査レンズの物側焦点近傍の光軸上で複数の
ビームが副走査方向に交差していること、 を特徴とするマルチビーム走査光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08373296A JP3460440B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | マルチビーム走査光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08373296A JP3460440B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | マルチビーム走査光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09274151A JPH09274151A (ja) | 1997-10-21 |
| JP3460440B2 true JP3460440B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=13810703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08373296A Expired - Fee Related JP3460440B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | マルチビーム走査光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (3)
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| JP2001215423A (ja) | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Fuji Xerox Co Ltd | 光走査方法及び光走査装置 |
| JP2011227520A (ja) * | 2011-07-19 | 2011-11-10 | Toshiba Corp | 光学装置 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP3448137B2 (ja) * | 1995-09-18 | 2003-09-16 | 株式会社リコー | 画像形成装置 |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP08373296A patent/JP3460440B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH09274151A (ja) | 1997-10-21 |
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