JP3527366B2 - マルチビーム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はマルチビーム走査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光プリンタ等の画像形成装置に関連して
従来から広く知られた光走査装置は、単一の光束の偏向
により光走査で画像書込みを行なうシングルビーム方式
であるが、近来、画像書込み速度の向上を目して、複数
の光束により一度に複数の走査線を走査する「マルチビ
ーム走査装置」の実現が意図されている。

【０００３】上記シングルビーム走査方式では、光源か
ら放射された光束は、その主光線が光学系の光軸に合致
するようにして光偏向器に導かれ、光偏向器で偏向され
た光束の主光線は、ｆθレンズ等の走査結像光学系の光
軸を含む面内で偏向する。このようなシングルビーム走
査方式では、光スポットの移動軌跡である走査線には
「曲がり」は殆ど生じない。

【０００４】しかるにマルチビーム走査装置では、光源
からの複数の光束のうちの一部は、光源から被走査面に
到る光路が、光学系の光軸に対して副走査対応方向（光
源から被走査面に到る光路を直線的に展開した仮想的な
光路上で副走査方向に平行的に対応する方向、上記仮想
的な光路上で主走査方向に平行的に対応する方向を主走
査対応方向という）へずれるため、このように光軸に対
してずれた光束による光スポットの走査する走査線は直
線にならず、僅かながら湾曲する。

【０００５】図２（ａ），（ｂ）は、４つの光源からの
４本の光束により４つの光スポットを得、４本の走査線
を同時に走査する場合が例示されている。Ｓ１〜Ｓ４が
それぞれ走査線を示している。破線で示す線Ａは「偏向
光束の主光線が走査結像光学系の光軸を含み、主走査対
応方向に平行な面内で偏向して走査を行なった場合の理
想的な走査線（シングルビーム走査方式の場合の走査線
に相当し、曲がりがない）」を示し、これを基準線Ａと
称する。

【０００６】図２（ａ）に示す例では、走査線Ｓ１，Ｓ
２はそれぞれ、基準線Ａに対し、副走査方向（図の上下
方向）において走査線Ｓ３，Ｓ４と対称的である。走査
線Ｓ１，Ｓ２は図の上方へ向かって単純に凸に湾曲して
おり、走査線Ｓ３，Ｓ４は、図の下方に向かって単純に
凸に湾曲している。図２（ａ）は「４つの光スポットに
よる同時の走査」が、相続いて２回行なわれた状態の走
査を示している。これら２回の走査のうち先に行なわれ
たのが走査Ｂ１であり、後に行なわれたのが走査Ｂ２で
ある。従って、光書込みは、上記走査Ｂ１，Ｂ２のよう
な走査が、交互に繰り返されることにより行なわれる。

【０００７】すると、走査線Ｓ１〜Ｓ４の湾曲のため
に、図に「イ」で示す部分では、走査Ｂ１における走査
線Ｓ４と、走査Ｂ２における走査線Ｓ１との間隔（走査
線のピッチ）が狭くなり、「ロ」で示す部分では、走査
線Ｓ２とＳ３とのピッチが広くなる。換言すれば、走査
により書き込まれる記録画像の、主走査方向中央部近傍
の画像密度が、副走査方向に周期的に変動し、記録画像
の像質を低下させる原因になる。

【０００８】図２（ｂ）には、４つの光スポットによる
同時の走査Ｃ１とこれに続く走査Ｃ２が描かれている。
走査線Ｓ１とＳ４、走査線Ｓ２とＳ３は、それぞれ基準
線Ａに対して副走査方向に対称的である。走査線Ｓ１，
Ｓ２は、主走査方向（図の左右方向）において、なだら
かな山が２つあり、中央部に緩やかな谷があるような湾
曲であり、湾曲の程度は走査線Ｓ１のほうが走査線Ｓ２
より大きい。走査線Ｓ３，Ｓ４は、主走査方向におい
て、緩やかな谷が２つあり、中央部になだらかな山があ
るような湾曲であり、湾曲の程度は走査線Ｓ４のほうが
走査線Ｓ３より大きい。

【０００９】この場合には、走査Ｃ１における走査線Ｓ
４と、走査Ｃ２における走査線Ｓ１の「湾曲の向き」が
逆になるため、「ハ」で示す部分では走査線間のピッチ
が大きく、「ニ」で示す部分ではピッチが小さくなる。
従って、記録画像における画像密度が、連続する２走査
Ｃ１，Ｃ２の境界部で主走査方向に変動して画質を低下
させる原因となる。

【００１０】このように、マルチビーム走査装置におい
て、走査線の湾曲に起因して生じる走査線間のピッチの
変動を「ピッチ偏差」とよぶ。ピッチ偏差は上記のよう
に、記録画像の像質を低下させる原因となる。

【００１１】上記の如き「ピッチ偏差」を軽減させる方
法として、特開平７−１９９１０９号公報に記載された
ように、走査結像光学系により「像面湾曲を意図的に発
生させる方法」が知られている。この方法ではピッチ偏
差自体は軽減されるものの、像面湾曲を発生させたこと
に伴い、被走査面上における光スポットのスポット径が
像高とともに大きく変動し、特に像高の大きいところで
スポット径が大きくなりやすく、やはり、記録画像の像
質を低下させる原因になる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、光スポッ
トのスポット径の大きな変動を伴うこと無く、ピッチ偏
差を有効に軽減したマルチビーム走査装置の実現を課題
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明のマルチビーム
走査装置は「複数の光源からの複数の光束を共通の光偏
向器で偏向させ、複数の偏向光束を共通の走査結像光学
系により被走査面上に、副走査方向に互いに分離した複
数の光スポットとして集光させ、複数走査線を同時に走
査するマルチビーム走査装置」であって「複数の光スポ
ットの同時の走査による複数の走査線の曲がりが、同じ
向きとなるようにした」ことを特徴とする（請求項
１）。「複数の走査線の曲がりが同じ向きとなる」と
は、例えば、図２（ａ）の走査線Ｓ１とＳ２や、図２
（ｂ）の走査線Ｓ１とＳ２のように、各光スポットの像
高が同じ部分では、走査線が同じ向きに曲がっているこ
とを意味する。この意味からすると、例えば、図２
（ａ）の走査線Ｓ２とＳ３とは、走査線の曲がりが互い
に逆向きである。即ち、図２（ａ）の例では、４本の走
査線Ｓ１〜Ｓ４のうち、走査線Ｓ１，Ｓ２の曲がりが同
じ向きであり、走査線Ｓ３，Ｓ４の曲がりが同じ向きで
あるが、走査線Ｓ１，Ｓ２における曲がりの向きと、走
査線Ｓ３，Ｓ４における曲がりの向きは互いに逆であ
る。

【００１４】この発明においては、同時に走査される走
査線の本数がｎ（＞１）本であるとすれば、これらｎ本
の走査線の曲がりが「全て同じ向きになる」ようにする
のである。

【００１５】図２に即して説明したように、走査線のピ
ッチ偏差は「隣接する走査線における曲がりの向きが逆
になる」ことにより発生するから、この発明におけるよ
うに「一度に走査されるｎ本の走査線の曲がりの向きを
揃える」ことにより、走査線のピッチ偏差を有効に軽減
させることができる。

【００１６】そして、この発明においては、走査線のピ
ッチ偏差を軽減させるのに、意図的に像面湾曲を発生さ
せることがないから、光スポットのスポット径が像高に
より大きく変動することもない。

【００１７】「走査結像光学系」は、ｆθレンズ等のレ
ンズ系により構成することができる（請求項２）。この
ような場合に、複数の光スポットで同時に走査される複
数の走査線の曲がりが同じ向きになるようにするには、
光源から放射される全ての光束の主光線が、光源から被
走査面に到る光路上において、光軸に対して常に同じ側
にあるようにすればよい。

【００１８】走査結像光学系はまた「結像機能を持つ反
射型結像素子を有する」ように構成でき、この場合、反
射型結像素子は「共通の光偏向器により偏向された複数
の偏向光束が反射型結像素子に入射して反射されるよう
に、且つ、反射型結像素子による反射光束の光路が入射
光束の光路と重ならないよう」に配備態位を定められる
（請求項３）。

【００１９】このような配備態位は、例えば、反射型結
像素子を主走査対応方向に平行な軸の回りに回転させ
て、反射面を入射光束の入射方向に対して副走査対応方
向に傾けたり（所謂「ティルト」）、反射型結像素子を
副走査対応方向へ平行移動させたり（所謂「シフト」）
することであり、このように反射型結像素子を、ティル
トやシフトを持たせて配備することにより同時に、複数
の走査線の曲がりを「同じ向き」に揃えることが可能に
なる。

【００２０】上記請求項３記載のマルチビーム走査装置
においては「反射型結像素子と被走査面との間に、少な
くとも副走査対応方向にパワーを持つ光学素子を有す
る」ことができる（請求項４）。「少なくとも副走査対
応方向にパワーを持つ光学素子」は、例えば、副走査対
応方向にパワーを有するシリンダレンズ、あるいはトー
リックレンズやその変形（樽型の面を持つ変形トーリッ
クレンズ等）である。

【００２１】上記請求項１または２または３または４記
載のマルチビーム走査装置において、走査結像光学系に
より被走査面上に集光された複数の光スポットが、互い
に隣接する走査線を同時に走査するようにすることがで
きる（請求項５）。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は、請求項１，２記載
の発明の実施の１形態を示している。光源装置１０から
は平行光束化された４本の光束が放射される。これら４
本の光束は、線像結像光学系であるシリンダレンズ２０
により副走査対応方向にのみ集束され、「共通の光偏向
器」であるポリゴンミラー３０の偏向反射面近傍に主走
査対応方向に長い線像として結像される。

【００２３】上記４本の光束はポリゴンミラー３０によ
り偏向され、「共通の走査結像光学系」であるｆθレン
ズ４０に入射し、被走査面５０上に「副走査方向に互い
に分離した４つの光スポット」として集光し、４本の走
査線を同時に走査する。被走査面５０の位置には、光導
電性の感光体が配備されるので、４つの光スポットは実
体的には感光体を同時走査することになる。

【００２４】光源装置１０から被走査面５０に到る光路
において、４本の光束の主光線は、光軸に対して常に同
じ側にあり、このため、４つの光スポットが同時に走査
する４本の走査線Ｓ１〜Ｓ４は「走査線の曲がりが同じ
向き」となっている。

【００２５】図１（ｂ）に示す、これら４つの光スポッ
トによる同時の走査Ａ１と、これに続く同時の走査Ａ２
において、走査線Ｓ１〜Ｓ４の曲がりの向きが揃ってい
るため、走査線のピッチ偏差は有効に低減される。従っ
て、同時の走査Ａ１，Ａ２を交互に繰り返して形成され
る記録画像において、ピッチ偏差に起因する像質低下は
有効に防止される。

【００２６】なお、図１（ａ）のマルチビーム走査装置
は、いわゆる「面倒れ」を補正する機能を有している。
また、光源装置１０から放射される光束は、走査結像光
学系の設計如何により、弱い発散性の光束とすることも
できるし、弱い集束性の光束とすることもできる。

【００２７】図３は請求項１，３記載の発明の実施の１
形態を示す図である。図３（ａ）に示すように、光源部
１００から放射された４本の光束は共通のコリメートレ
ンズ２００により平行光束化され、共通の光偏向器であ
るポリゴンミラー３０により同時に偏向され、「走査結
像光学系」をなす結像機能を持つ反射型結像素子である
凹面鏡４１（少なくとも主走査を等速化する機能を有す
るので、以下、ｆθミラー４１と呼ぶが、主走査対応方
向と副走査対応方向とで結像パワーが異なるアナモフィ
ックな結像系である）に反射され、ｆθミラー４１の作
用により被走査面に周面を合致させた光導電性の感光体
５００上に「副走査方向に互いに分離した４つの光スポ
ット」として集光し、４本の走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，
Ｓ４を同時に走査する。

【００２８】図３（ｂ）は、ポリゴンミラー３０から感
光体５００に到る光路状態を、主走査対応方向から見た
状態を示している。この図に示すように、反射型結像素
子であるｆθミラー４１は、反射光束Ｃの光路が入射光
束Ｂの光路と重ならないように、ティルト角：βとシフ
ト量：ΔＺを与えられており、この配備態位により、４
本の走査線Ｓ１〜Ｓ４の曲がりを同じ向きに揃え、ピッ
チ偏差を有効に軽減させている。

【００２９】図４は請求項１，４記載の発明の実施の１
形態を示す図である。図４（ａ）に示すように、光源部
１００から放射された４本の光束は共通のコリメートレ
ンズ２００により平行光束化され、共通の光偏向器であ
るポリゴンミラー３０により同時に偏向され、ｆθミラ
ー４１に反射され、面倒れ補正用の長尺トロイダルレン
ズ４５（請求項４記載の発明における「少なくとも副走
査対応方向にパワーを持つ光学素子」）を介して感光体
５００上に集光する。集光作用はｆθミラー４１と長尺
トロイダルレンズ４５により行なわれる。集光された４
光束は感光体５００上に「副走査方向に互いに分離した
４つの光スポット」を形成し、４本の走査線Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４を同時に走査する。

【００３０】図３（ｂ）に倣って図４（ｂ）に示すよう
に、ｆθミラー４１は、反射光束Ｃの光路が入射光束Ｂ
の光路と重ならないように、ティルト角：βとシフト
量：ΔＺを与えられており、この配備態位により、４本
の走査線Ｓ１〜Ｓ４の曲がりを同じ向きに揃え、ピッチ
偏差を有効に軽減させている。

【００３１】図３に示した実施の形態では、走査線Ｓ１
〜Ｓ４の曲がりは、図４（ｃ−１）に示すように「副走
査方向の一方に凸の単純な湾曲」であるが、図４（ａ）
に示す実施の形態では、長尺トロイダルレンズ４５の作
用により、走査線Ｓ１〜Ｓ４のまがりの形態は、図４
（ｃ−２）に示す如く「主走査中央部が谷状」になり、
湾曲量も、（ｃ−１）の湾曲量：Ｗ₁から（ｃ−２）の
湾曲量：Ｗ₂に減少する。

【００３２】図４（ｄ）に示すように、上記４つの光ス
ポットによる同時の走査Ｄ１と、これに続く同時の走査
Ｄ２において、走査線Ｓ１〜Ｓ４の曲がりが同じ向きに
揃っており、従って走査線の「ピッチ偏差」は有効に低
減され、同時の走査Ｄ１，Ｄ２を交互に繰り返して形成
される記録画像において、ピッチ偏差に起因する像質低
下は有効に防止される。

【００３３】上記図３、図４の実施の形態においても、
コリメートレンズ２００に代えてカップリングレンズを
用い、光源装置１００からの４光束をそれぞれ、弱い発
散性の光束や、弱い集束性の光束にカップリングするこ
ともできる。

【００３４】図１，図３，図４に即して説明した上記実
施の形態において、同時に走査される走査線Ｓ１〜Ｓ４
は「記録画像において互いに隣接する走査線」となって
いる（請求項５）。しかし、マルチビームにより同時に
走査される複数の走査線は、記録画像上において必ずし
も隣接しなくてもよい。例えば、走査線Ｓ１とＳ２の
間、走査線Ｓ２とＳ３の間、走査線Ｓ３とＳ４の間が、
記録画像を形成する走査線ピッチの整数倍となっていて
もよい。しかし、同時に走査される走査線の間隔が大き
くなると、複数の走査線の曲がりの向きが同じ向きに揃
っていても、記録画像の像質低下の問題が生じる。

【００３５】図５は、４つの光スポットにより同時に走
査される４本の走査線Ｓ１〜Ｓ４において、走査線Ｓ１
とＳ２の間、Ｓ２とＳ３の間、Ｓ３とＳ４の間が共に
「記録画像を形成する走査線ピッチ」の３ピッチ分に設
定されている。このため、走査線Ｓ１，Ｓ４間が上記走
査線ピッチにして９ピッチ分開いており、走査線の曲が
りは、走査線Ｓ１〜Ｓ４に就いて同じ向きであるが、走
査線の曲がりの程度は、走査結像光学系の光軸近傍を通
る光束の走査線Ｓ４から、上記光軸を最も離れた位置を
走査する光束による走査線Ｓ１に向かって次第に増加し
ている。

【００３６】このような走査線Ｓ１〜Ｓ４により記録ピ
ッチの「３ピッチ分とび」に走査を行なう場合を考えて
みると、上記走査線Ｓ１を走査する光スポットの走査
は、最初の走査で実線の走査線Ｓ１を走査し、次の走査
で破線の走査線Ｓ１’を走査し、その次の走査では鎖線
の走査線Ｓ１’’を走査する。この場合、例えば、走査
線Ｓ１’’と、これに隣接することになる走査線Ｓ４と
の間では、前述した「ピッチ偏差」がかなり顕著に現れ
ることになる。

【００３７】このような現象を考慮すると、複数の光ス
ポットが「記録画像上における互いに隣接する走査線を
同時に走査する（請求項５）」ことにより、ピッチ偏差
を有効に抑えられることが理解されるであろう。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規なマルチビーム走査装置を実現できる。この発明
においては、上記のように、複数の光スポットにより同
時に走査される走査線の曲がりが同じ向きに揃っている
ので、ピッチ偏差を有効に軽減して「見た目に良好」な
記録画像を形成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の１形態を説明するための図で
ある。

【図２】この発明の解決課題であるマルチビーム走査に
特有のピッチ偏差を説明するための図である。

【図３】この発明の実施の別の形態を説明するための図
である。

【図４】この発明の実施の他の形態を説明するための図
である。

【図５】請求項５記載の発明の効果を説明するための図
である。

【符号の説明】

Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ ４つの光スポットにより
同時に走査される走査線 ５０ 被走査面

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光源からの複数の光束を共通の光偏
   向器で偏向させ、複数の偏向光束を共通の走査結像光学
   系により被走査面上に、副走査方向に互いに分離した複
   数の光スポットとして集光させ、複数走査線を同時に走
   査するマルチビーム走査装置において、 複数の光スポットの同時の走査による複数の走査線の曲
   がりが、同じ向きとなるようにしたことを特徴とするマ
   ルチビーム走査装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のマルチビーム走査装置にお
   いて、 走査結像光学系がレンズ系であることを特徴とするマル
   チビーム走査装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のマルチビーム走査装置にお
   いて、 走査結像光学系が、結像機能を持つ反射型結像素子を有
   し、 共通の光偏向器により偏向された複数の偏向光束が、上
   記反射型結像素子に入射して反射され、 上記反射型結像素子は、反射光束の光路が入射光束の光
   路と重ならないように配備態位を定められていることを
   特徴とするマルチビーム走査装置。
4. 【請求項４】請求項３記載のマルチビーム走査装置にお
   いて、 反射型結像素子と被走査面との間に、少なくとも副走査
   対応方向にパワーを持つ光学素子を有することを特徴と
   するマルチビーム走査装置。
5. 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
   マルチビーム走査装置において、 走査結像光学系により被走査面上に集光された複数の光
   スポットは、互いに隣接する走査線を同時に走査するこ
   とを特徴とするマルチビーム走査装置。