JP3536962B2 - ビーム走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数本のビームを
扱うビーム走査装置および画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ等の画像形成装置に用い
られるビーム走査装置においては、印刷の高速化、高ド
ット密度化に対応して、複数本のビームを用いて走査す
ることが行われている。例えば、特開昭６３−１４２３
１６号公報では、複数ビーム発生手段としてアレイ状光
源を用いて複数本のビーム走査を行っており、複数個の
光源を走査方向に対して垂直に配置している。また、特
公昭６４−１０８０５号公報では複数個の光源を走査方
向に概略平行に配置して、コリメータレンズの出射瞳面
と回転多面鏡の反射面を共役にしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】複数個の光源を走査方
向に垂直に配置する構成では、印刷の高速化、高ドット
密度化に対して次のような問題点がある。 (a) 同期用光検出器に複数本のビームが概略同時に入射
するため、各ビームを独立に制御することができない。
従って、アレイ状光源の製造上の誤差、あるいは取付位
置の経時的な変化に伴う複数本のビーム間の走査開始位
置ずれの補正は困難である。 (b) アレイ状光源の製造上の問題から、光源相互の距離
を近付けるのは限界があり、被走査面上で隣接走査はで
きず、飛越し走査となる。従って、複数個の光源を走査
レンズの光軸から大きくずらして配置しなければなら
ず、収差が増大する。

【０００４】次に、複数個の光源を走査方向に概略平行
に配置して、コリメータレンズの出射瞳面と回転多面鏡
の反射面を共役にする構成では、印刷の高速化、高ドッ
ト密度化に対して次のような問題点がある。 (c) 複数ビームの被走査面上での光量分布は図１３のよ
うに各ビームごとに異なる。従って有効な走査領域が１
本ビームの場合に比べて小さくなる。有効な走査領域を
大きくするためには回転多面鏡の寸法を大きくしなけれ
ばならず、高速回転化に困難を伴う。

【０００５】従って、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決し、印刷の高速化、高ドット密度化に対応
したビーム走査装置および画像形成装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のビーム走査装置では、複数本のビームを走
査する回転多面鏡と、該回転多面鏡により走査された複
数本のビームを被走査面に結像させる走査レンズとを有
するビーム走査装置において、前記複数本のビームは走
査平面内において相互に角度をなして前記回転多面鏡の
反射面へ入射し、前記複数本のビームの走査平面内にお
ける相互の距離は、前記回転多面鏡の反射面に近づくに
つれて小さくなり、前記複数本のビームの走査平面内に
おける交点と、前記回転多面鏡の反射面との距離Ｌは概
略、式(１)によって与えられる構成を採用した。なお、
式(１)において、ｒは回転多面鏡の外接円半径、ψは走
査レンズの光軸と回転多面鏡への入射ビームのなす角度
である。 Ｌ＝(ｒ／２)cos(ψ／２) … 式(１) 即ち、本発明においては、複数個の光源を走査方向に概
略平行に配置しても１本ビームの場合と比べて回転多面
鏡の寸法が大きくならないように、コリメートレンズの
出射瞳と共役な面の位置を最適化した。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図２および図３は、コリメータレンズの
出射瞳面と回転多面鏡の反射面を共役にしている場合を
示す。図２および図３において、３１はアレイ状光源、
２はコリメータレンズ、３は第１リレーレンズ、４は第
２リレーレンズ、５は走査レンズ、６は回転多面鏡、７
は感光ドラム、１１は第１ビーム、２２は第２ビーム、
５１はコリメータレンズの出射瞳面、５５は走査レンズ
５の光軸である。

【０００８】アレイ状光源１から出射した第１ビーム１
１および第２ビーム２２はコリメータレンズの出射瞳面
５１で位置が一致する。その後、第１リレーレンズ３、
第２リレーレンズ４を通過して、コリメータレンズの出
射瞳面５１と共役な面である回転多面鏡６の反射面上で
再び位置が一致する。第１ビーム１１および第２ビーム
２２は走査平面内において相互に角度をなして入射し、
回転多面鏡６で反射した後、走査レンズ５に相互に角度
をなして入射するため、感光ドラム７上では異なる位置
に結像する。

【０００９】ここで、図２が有効な走査領域の開始端、
図３が有効な走査領域の終了端を表している。図中、そ
れぞれ光軸５５に対して、Ｗ１ｂは第１ビーム１１の走
査開始側の有効な領域、Ｗ２ｂは第２ビーム２２の走査
開始側の有効な領域、Ｗ１ｅは第１ビーム１１の走査終
了側の有効な領域、Ｗ２ｅは第２ビーム２２の走査終了
側の有効な領域である。従って、第１ビーム１１および
第２ビーム２２のいずれもが有効な走査領域Ｗは式(２)
で表される。 Ｗ＝Ｗ１ｂ＋Ｗ２ｅ … 式(２) 図４〜図８は、コリメータレンズの出射瞳面と共役な面
の位置を最適化した場合を示す。

【００１０】図４において、５２および５３はコリメー
タレンズの出射瞳面と共役な面であり、回転多面鏡６の
反射面とは異なる位置に存在する。アレイ状光源１から
出射した第１ビーム１１および第２ビーム２２はコリメ
ータレンズの出射瞳面５１で位置が一致する。その後、
第１リレーレンズ３、第２リレーレンズ４を通過して、
コリメータレンズの出射瞳面５１と共役な面５２で交わ
る方向に進む。実際には回転多面鏡６で反射されるた
め、コリメータレンズの出射瞳面５１と共役な面５３で
交わる。従って、第１ビーム１１と第２ビーム２２の相
互の距離は、回転多面鏡６の反射面に近づいて進むにつ
れて小さくなるが、回転多面鏡６の反射面上では位置は
一致していない。

【００１１】ここで、図５が第１ビーム１１の有効な走
査領域の開始端、図６が第２ビーム２２の有効な走査領
域の開始端、図７が第１ビーム１１の有効な走査領域の
終了端、図８が第２ビーム２２の有効な走査領域の終了
端を表している。図中、それぞれ光軸５５に対して、Ｗ
１ｂ′は第１ビーム１１の走査開始側の有効な領域、Ｗ
２ｂ′は第２ビーム２２の走査開始側の有効な領域、Ｗ
１ｅ′は第１ビーム１１の走査終了側の有効な領域、Ｗ
２ｅ′は第２ビーム２２の走査終了側の有効な領域であ
る。ここで、コリメータレンズの出射瞳面と共役な面の
位置を最適化することにより式(３)、(４)が成り立つ。 Ｗ１ｂ′＝Ｗ２ｂ′≡Ｗｂ′ … 式(３) Ｗ１ｅ′＝Ｗ２ｅ′≡Ｗｅ′ … 式(４) 従って、有効な走査領域Ｗ′は式(５)で表され、 Ｗ′＝Ｗｂ′＋Ｗｅ′ … 式(５） ＷとＷ′の大小関係は明らかに式（６)となる。 Ｗ′＞Ｗ … 式(６) 次に、コリメータレンズの出射瞳と共役な面の最適な位
置を求める。

【００１２】図９に走査開始端、図１０に走査終了端を
示す。図９および図１０において、５４は第１ビーム１
１と第２ビーム２２の中心線、５５は走査レンズ５の光
軸、５６は回転多面鏡６の反射面と中心線５４の交点を
通り中心線５４に垂直な面、５７は中心線５４上の回転
多面鏡６の外接円接平面、ξは中心線５４に対する第１
ビーム１１および第２ビーム２２のなす角度、ψは光軸
５５と中心線５４のなす角度、θは光軸５５に対する片
側の走査角度、ζは面５６と面５７のなす角度、ｒは回
転多面鏡６の外接円半径、ｎは回転多面鏡６の面数、ｄ
は面５６における第１ビーム１１と第２ビーム２２の距
離、Ｌは第１ビーム１１と第２ビーム２２の延長線の交
点と面５６との距離である。

【００１３】論旨の簡略化のため、ここでは第１ビーム
１１および第２ビーム２２のビーム径および回転多面鏡
の回転に伴う反射面の移動は無視する。また、第１ビー
ム１１と第２ビーム２２は実際には同一の平面内にはな
く走査平面と垂直な方向に若干ずれて進行するが、それ
は無視して単一の走査平面に投影して考える。さらにξ
は十分小さいとして、ｔａｎξ＝ξとする。

【００１４】第１ビーム１１と第２ビーム２２が回転多
面鏡６で反射した後に平行になるための回転多面鏡６の
回転角度はξであることを鑑み、図から式(７)、(８)が
成り立つ。 ｄ＝Ｌ・２ξ … 式(７) ｄ＝ｒξｃｏｓζ … 式(８) また、ζは走査開始端から走査終了端まで単調に変化す
る。走査開始端でζｂ、走査終了端でζｅであるとする
と、図から式(９)、(１０)が成り立つ。 ζｂ＝(ψ−θ)／２＋(π／ｎ) … 式(９) ζｅ＝(ψ＋θ)／２−(π／ｎ) … 式(１０） ここではそれらの平均値ζで代用し、式（１１)を得
る。 ζ＝(ζｂ＋ζｅ)／２＝ψ／２ … 式(１１) ｄおよびζを消去して整理すると式(１)が得られる。 Ｌ＝(ｒ／２)cos(ψ／２) … 式(１) 図１は、本発明によるビーム走査装置の基本構成図であ
る。

【００１５】図１において、１は２素子半導体レーザア
レイ、２はコリメータレンズ、３は第１リレーレンズ、
４は第２リレーレンズ、５は走査レンズ、６は回転多面
鏡、７は感光ドラム、８は同期用光検出器、９は光検出
用ミラー、１１は第１ビーム、２２は第２ビーム、５１
はコリメータレンズの出射瞳面、５２および５３はコリ
メータレンズの出射瞳面と共役な面である。

【００１６】ここで、２素子半導体レーザアレイの発光
点間隔をδ_LD、コリメータレンズ、第１リレーレンズお
よび第２リレーレンズの焦点距離をそれぞれｆ_CL、ｆ
_RL1、およびｆ_RL2とする。また、２素子半導体レーザア
レイとコリメータレンズの間隔をｄ１、コリメータレン
ズと第１リレーレンズの間隔をｄ２、第１リレーレンズ
と第２リレーレンズの間隔をｄ３、第２リレーレンズと
回転多面鏡の反射面の間隔をｄ４とする。また、ψ、
θ、ζ、ｒ、ｎ、Ｌは前に述べた通りである。また、各
レンズは薄肉レンズとして扱い主点間隔は無視する。

【００１７】δ_LD＝０.２ｍｍ ｆ_CL＝６ｍｍ ｆ_RL1＝３０ｍｍ ｆ_RL2＝５０ｍｍ ｄ１＝６ｍｍ ｄ２＝３６ｍｍ ｄ３＝８０ｍｍ ｄ４＝３８.８４ｍｍ ψ＝(１／３)πｒａｄ θ＝(１／６)πｒａｄ ζ＝(５／２４)πｒａｄ ｒ＝３５ｍｍ ｎ＝８ Ｌ＝１５.１６ｍｍ 図１１は本発明のビーム走査装置の他の実施例である。
図において、３２は半導体レーザ、４１は１／２波長
板、４２は偏光ビームスプリッタである。

【００１８】図１２は本発明のビーム走査装置の他の実
施例である。図において、３５はガスレーザ、４４は回
折格子である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数本のビームの走査平面内における相互の距離を、回転
多面鏡の反射面に近づくにつれて小さくなるようにし、
複数本のビームの走査平面内における交点と回転多面鏡
の反射面との距離を最適化することにより、回転多面鏡
の寸法を大きくすることなく、印刷の高速化、高ドット
密度化に対応したビーム走査装置および画像形成装置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のビーム走査装置の一実施例を示す概略
構成図。

【図２】比較例を示す概略構成図。

【図３】比較例を示す概略構成図。

【図４】本発明の走査中央付近の状態を示す説明図。

【図５】本発明の走査開始側の状態を示す説明図。

【図６】本発明の走査開始側の状態を示す説明図。

【図７】本発明の走査終了側の状態を示す説明図。

【図８】本発明の走査終了側の状態を示す説明図。

【図９】本発明の走査開始側の状態を示す説明図。

【図１０】本発明の走査終了側の状態を示す説明図。

【図１１】本発明の他の実施例を示す概略構成図。

【図１２】本発明の他の実施例を示す概略構成図。

【図１３】従来例の被走査面上での光量分布を示す説明
図。

【符号の説明】

１…ビーム発生手段、５…走査レンズ、６…回転多面
鏡、７…感光ドラム、１１…第１ビーム、２２…第２ビ
ーム。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本のビームを走査する回転多面鏡と、
   該回転多面鏡により走査された複数本のビームを被走査
   面に結像させる走査レンズとを有するビーム走査装置に
   おいて、 前記複数本のビームは走査平面内において相互に角度を
   なして前記回転多面鏡の反射面へ入射し、 前記複数本のビームの走査平面内における相互の距離
   は、前記回転多面鏡の反射面に近づくにつれて小さくな
   り、 前記複数本のビームの走査平面内における交点と、前記
   回転多面鏡の反射面との距離Ｌは概略、式(１)によって
   与えられることを特徴とするビーム走査装置。 Ｌ＝(ｒ／２)cos(ψ／２) … 式(１) ここで、ｒは回転多面鏡の外接円半径、ψは走査レンズ
   の光軸と回転多面鏡への入射ビームのなす角度である。
2. 【請求項２】 感光体と、複数本のビームを走査する回転
   多面鏡と、該回転多面鏡により走査された複数本のビー
   ムを前記感光体表面に結像させる走査レンズとを備えた
   ビーム走査装置とを有する画像形成装置において、 前記複数本のビームは走査平面内において相互に角度を
   なして前記回転多面鏡の反射面へ入射し、 前記複数本のビームの走査平面内における相互の距離
   は、前記回転多面鏡の反射面に近づくにつれて小さくな
   り、 前記複数本のビームの走査平面内における交点と、前記
   回転多面鏡の反射面との距離Ｌは概略、式(１)によって
   与えられることを特徴とする画像形成装置。 Ｌ＝(ｒ／２)cos(ψ／２) … 式(１) ここで、ｒは回転多面鏡の外接円半径、ψは走査レンズ
   の光軸と回転多面鏡への入射ビームのなす角度である。