JP4006153B2 - マルチビーム光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチビーム光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に同期検出手段の一要素を構成するスリット部材を適切に配置することにより、主走査方向に印字位置のずれのない、高精度な印字品質を得ることができる、例えばレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、より高速な光走査を可能にする方法として、例えばレーザー光源をマルチビーム化(マルチレーザー光源)し、複数の光束(光ビーム)を用いて被走査面上を同時に光走査し、該被走査面上に所定の間隔で複数の走査線を形成する方法(マルチビーム光走査光学系)が知られている。このようなマルチビーム光走査光学系におけるマルチレーザー光源としては、例えば
▲1▼1チップ上に複数の発光点(発光部)を有するもの、
▲2▼複数のレーザ発光素子を用いてビームスプリッタによって光路合成するもの、
▲3▼1本の光束をビームスプリッタで複数に分割し、該分割された各々の光束に対して変調器を設けて独立駆動するもの、
等がある。
【0003】
図5は1チップ上に2つの発光点を有する従来のマルチビーム光走査光学系の要部概略図である。
【0004】
同図においてはマルチレーザー光源としてのマルチ半導体レーザー51から画像情報に応じて光変調され出射した複数の光束がコリメーターレンズ52により略平行光束もしくは収束光束に変換され、シリンドリカルレンズ53に入射する。シリンドリカルレンズ53に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器54の偏向面(反射面)54aにほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像する。そして光偏向器54の偏向面54aで反射偏向された複数の光束は副走査断面内で互いにパワーが異なる第1、第2のfθレンズ55a,55bを有する結像光学系(fθレンズ系)55により被走査面56上にスポット状に各々結像され、該光偏向器54を矢印A方向に回転させることによって、該被走査面56上を矢印B方向(主走査方向)に等速度で光走査している。尚、同図においては1本のみの光束を記している。
【0005】
このようなマルチビーム光走査光学系においては画像の書き出し位置を正確に制御する為に、画像信号を書き出す直前に同期検出手段を設けるのが一般的である。
【0006】
ここで図5において83はスリット部材(BDスリット)であり、感光ドラム面56と等価な位置に配されている。84は同期検出素子としての光センサー(BDセンサー)である。尚、BDスリット83、BDセンサー84等の各要素は同期検出手段91の一要素を構成している。
【0007】
同図においてはBDセンサー84からの出力信号を用いて感光ドラム面56上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。
【0008】
図6は図5のBDスリット83を光束の入射側から見たときの要部断面図である。同図においてBDスリット83は第1、第2のエッジ部83a,83bを有し、該第1、第2のエッジ部83a,83bは図中座標系のZ軸に対して各々平行に配置されている。BDスリット83面上には同期検出用の複数の光束(BD光束)の第1、第2のレーザースポット11,12が各々結像されている。光偏向器54が図5に示す矢印A方向に回転すると第1、第2のレーザースポット11,12は図6に示す矢印A3,A4方向に各々走査する。
【0009】
図6に示すように第1、第2のレーザースポット11,12は主走査方向(Y軸方向)と副走査方向(Z軸方向)とに各々所定距離、離れている。いま、主走査方向の距離をL´とすると、第1、第2のレーザースポット11,12は主走査方向に常に距離L´だけ離れて被走査面56上を走査することになる。
【0010】
画像形成用の各光束A1の被走査面56上の走査開始点61(画像書出し開始位置)の決定は以下のように行われる。
【0011】
即ち、被走査面56上の主走査方向の上流側に設けられたBDセンサー84にBD光束B3が入射したときのタイミングをBD検知とし、このBD検知を各光束毎に各々独立に行ない、そのBD検知から所定の遅延時間後を画像書き出し開始とする。
【0012】
BD光束B3がBDセンサー84に入射したときのタイミングをより明確に検知する為に、該BDセンサー84の前方にはBDスリット83が設けられている。このBDスリット83は上述の如く第1、第2のエッジ部83a,83bとから構成されており、この第1、第2のエッジ部83a,83bの主走査方向の間隔Lは第1、第2のレーザースポット11,12の主走査方向の間隔L´より狭く設定されている。これにより第1、第2のレーザースポット11,12が同時にBDセンサー84に入射されることがない。よって第1、第2のレーザースポット11,12の走査により、BDセンサー84からは第1の検知信号と第2の検知信号とを得ることができる。そして検知信号の立ち上げ、もしくは立ち下げ時に所定のスライスレベルに達した時刻でBD検知のタイミングを特定する。
【0013】
第1、第2のエッジ部83a,83bは図6の座標系のZ軸に対して各々平行に構成されているので、各光束についてBD検知から画像書出し開始位置までの距離が同じとなり、かつ遅延時間も同一となる。よって各光束毎に画像書出し開始位置のバラツキを低減することができる。
【0014】
このようなマルチビーム光走査光学系においては被走査面56上の位置に記録媒体としての感光デバイス(不図示)を設け、画像情報に基づくレーザー変調駆動で感光デバイスを露光し、既知の電子写真プロセスにて具現化することでレーザービームプリンタやデジタル複写機などの画優形成装置を実現できる。
【0015】
尚、BDセンサーから画像書出し開始位置までの距離が構成部品の寸法精度や光学部品の焦点距離によって変わる場合、BD検知から画像書出し開始位置までの遅延時間を既知の方法、例えば同期検出手段を構成する少なくとも一部の要素を光軸に対し垂直な方向にシフトさせて調整すれば良い。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記に示した従来のマルチビーム光走査光学系においては以下に示す問題点を有している。
【0017】
▲1▼マルチビーム光走査光学系をコンパクトに構成する為に同期検出用の光路上に折り返しミラーを挿入し、主走査断面内及び副走査断面内で光路を折り曲げると主走査方向にジッターが発生する。即ち、マルチビーム光走査光学系の光路を折り曲げると、同期検出用のBDスリット83面上を走査する光束によって形成される面が第1、第2のエッジ部83a,83bに対して傾く。この為、各光束がスリット開口83cを斜めに走査することになる。この結果、複数の光束がスリット開口83cを走査する時間間隔と複数の光束が被走査面上を走査する時間間隔とが異なってきて正しい同期信号が得られなくなってくる。
【0018】
また各光束がスリット開口83cを斜めに走査すると各光束についてBD検知位置から画像書出し開始位置までの距離が異なってしまうという問題点が発生する。またBD検知から画像書出し開始位置までの遅延時間を同じまま駆動すると、画像書出し開始位置が光束の本数周期でずれることになり、画像としては副走査方向の直線がギザギザになる主走査方向のジッターとして観測される。
【0019】
これを回避する方法として各光束毎にBD検知から画像書出し開始位置までの遅延時間を異ならせて駆動すればよいが、各々の光束毎に独立した遅延回路が必要になり、この結果、装置全体が複雑化になり、かつ高コスト化につながるという問題点が発生してくる。
【0020】
本発明は高速印字を可能とするマルチビーム光走査光学系において、被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御する同期検出手段の一要素を構成するスリット部材の配置方向を適切に設定することにより、複雑な光路構成を必要とすることなく、主走査方向におけるジッターを防止して画質の向上を図ることができるマルチビーム光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明のマルチビーム光走査光学系は、複数の発光点を有する光源手段と、該光源手段から出射された複数の光束を偏向手段に導光する入射光学手段と、該偏向手段で反射偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる走査光学手段と、該偏向手段を介した複数の光束を反射手段により副走査断面内で所定の角度で反射させてスリット部材面上を走査し、該スリット部材を介して同期検出素子面上に導光し、該同期検出素子からの信号を用いて該被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御する同期検出手段と、を有するマルチビーム光走査光学系において、
前記スリット部材のスリット開口上を走査する複数の光束が該スリット開口を垂直に走査するように、該スリット部材のスリット開口の長手方向と前記偏向手段の回転軸方向とが互いに非平行となるように配置されていることを特徴としている。
【0022】
請求項2の発明のマルチビーム光走査光学系は、複数の発光点を有する光源手段と、該光源手段から出射された複数の光束を偏向手段に導光する入射光学手段と、該偏向手段で反射偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる走査光学手段と、該偏向手段を介した複数の光束を反射手段により副走査断面内で所定の角度で反射させてスリット部材面上を走査し、該スリット部材を介して同期検出素子面上に導光し、該同期検出素子からの信号を用いて該被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御する同期検出手段と、を有するマルチビーム光走査光学系において、
前記スリット部材の直線状のエッジ部上を走査する複数の光束が該スリット部材の直線状のエッジ部を垂直に横切るように、該スリット部材の直線状のエッジ部と前記偏向手段の回転軸方向とが互いに非平行となるように配置されていることを特徴としている。
【0023】
請求項3の発明は請求項1又は2の発明において、前記同期検出手段は、前記光源手段から出射された複数の光束毎に前記被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御することを特徴としている。
【0024】
請求項4の発明は請求項1乃至3のいずれか1項の発明において、前記スリット部材は該スリット部材面上を走査する複数の光束によって形成される面に対して、垂直もしくは略垂直に配置されていることを特徴としている。
【0025】
請求項5の発明の画像形成装置は請求項1乃至4のいずれか1項記載のマルチビーム光走査光学系を用いて画像形成を行なうことを特徴としている。
【0033】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
図1は本発明のマルチビーム光走査光学系をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの実施形態1の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)、図2は図1に示したBDセンサー周辺の主走査断面図、図3は図1に示したBDセンサー周辺の副走査断面図である。
【0034】
尚、本明細書において光偏向器によって光束が反射偏向(偏向走査)される方向を主走査方向、走査光学手段の光軸及び主走査方向と直交する方向を副走査方向と定義する。
【0035】
図中、1は光源手段であり、例えば1チップ上に複数の発光点(光源)を有するマルチ半導体レーザーより成っている。2はコリメーターレンズであり、マルチ半導体レーザー1から出射した光束を略平行光束もしくは収束光束としている。3はシリンドリカルレンズ(シリンダーレンズ)であり、副走査断面内にのみ所定の屈折力を有している。尚、コリメーターレンズ2、シリンドリカルレンズ3等の各要素は入射光学手段14の一要素を構成している。尚、入射光学手段14内に開口絞りを配置しても良い。
【0036】
4は偏向手段としての光偏向器であり、例えばポリゴンミラー(回転多面鏡)より成っており、ポリゴンモーター等の駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に均一速度で回転している。
【0037】
5はfθ特性を有する走査光学手段(結像光学系)であり、第1、第2のfθレンズ5a,5bを有しており、光偏向器4によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査面としての感光ドラム面6上に結像させている。第1、第2のfθレンズ5a,5bは副走査断面内で互いに異なるパワーを有するアナモフィックレンズより成っている。
【0038】
6は被走査面としての感光ドラム面(記録媒体面)である。
【0039】
7は反射手段であり、折り返しミラー(以下、「BDミラー」とも記す。)より成っており、感光ドラム面6上の走査開始位置のタイミングを調整する為の同期検出用の光束(以下、「BD光束」とも記す。)B1を後述するBDセンサー10側へ主走査断面内及び副走査断面内において所定の角度で反射させている。
【0040】
8はスリット部材(以下、「BDスリット」とも記す。)であり、スリット開口8cとBDミラー7を介したBD光束B2が横切る直線状の第1、第2のエッジ部8a,8bを有しており、感光ドラム面6と等価な位置に配置されており、かつスリット開口8c面上を走査する複数のBD光束B2が該スリット開口8cを略垂直に走査するように配置されている。
【0041】
9は結像手段としての結像レンズ(以下、「BDレンズ」とも記す。)であり、BDミラー7と同期検出素子10とを略共役な関係にする為のものであり、BDミラー7の面倒れを補正してBDセンサー10への入射光束のバラツキを低減している。
【0042】
10は同期検出素子(以下、「BDセンサー」とも記す。)であり、本実施形態ではBDセンサー10からの出力信号を検知して得られた書き出し位置同期信号(BD信号)を用いて感光ドラム面6上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。
【0043】
尚、BDミラー7、BDスリット8、BDレンズ9、そしてBDセンサー10等の各要素は同期検出手段(検知手段)21の一要素を構成している。本実施形態における同期検出手段21はマルチ半導体レーザー1から出射された複数の光束毎に被走査面6上の走査開始位置のタイミングを制御(検知手段によって検知してから所定の同一時間後に書き出しを開始)している。尚、同期検出手段21は複数の光束のうち少なくとも1つの光束に対して走査開始位置のタイミングを制御しても良い。
【0044】
本実施形態においてマルチ半導体レーザー1から画像情報に応じて光変調され出射した複数の光束はコリメーターレンズ2により略平行光束もしくは収束光束に変換され、シリンドリカルレンズ3に入射する。シリンドリカルレンズ3に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器4の偏向面4aにほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像する。そして光偏向器4の偏向面4aで反射偏向された複数の光束は走査光学手段5により感光ドラム面6上にスポット状に結像され、該光偏向器4を矢印A方向に回転させることによって、該感光ドラム面6上を矢印B方向(主走査方向)に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面6上に画像記録を行なっている。
【0045】
このとき感光ドラム面6上を光走査する前に該感光ドラム面6上の走査開始位置のタイミングを調整する為に、光偏向器4で反射偏向された複数の光束の一部(BD光束)をBDミラー7で反射させてBDスリット8面上を走査し、該BDスリット8を介してBDレンズ9によりBDセンサー10に導光している。そしてBDセンサー10からの出力信号を検知して得られたBD信号を用いて感光ドラム面6上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。尚、同図においては1本の光束のみを記している。
【0046】
本実施形態においては光偏向器4で反射偏向されたBD光束B1がBDミラー7によって図1〜図3に示すように主走査断面(XY断面)内と副走査断面(XZ断面)内で各々、所定の角度で折り曲げられて、BD光束B2としてBDセンサー10に向かう。このとき前述の如く主走査断面内及び副走査断面内で光路を折り曲げると主走査方向にジッターが発生する。
【0047】
そこで本実施形態では図4に示す如くBDスリット8をスリット開口8c面上を走査する複数のBD光束B2が該スリット開口8cを略垂直に走査するように配置することによって複数の光束の本数毎に生じる主走査方向のジッターを防止することができ、これにより高速化を実現し、画像性能を向上させしている。
【0048】
図4はBDスリット8をBD光束B2の入射側から見たときの要部断面図である。同図において座標系Y´Z´はBDスリット8上のローカル座標系であり、Z´軸は図1のZ軸が平行シフトされており、座標系Y´Z´は図1のXY平面に対して平行となっている。
【0049】
本実施形態では上述の如くBDスリット8をスリット開口8c面上を走査する複数のBD光束B2が該スリット開口8cを略垂直に走査するように配置しており、図中座標系のZ´軸に対して非平行と成るように配置しており、BDスリット8のスリット開口8cの長手方向(開口部8cの長手方向)と光偏向器4の回転軸13方向とが互いに非平行となるように配置している。即ち、BDスリット8をスリット開口8c面上を走査する複数のBD光束B2が該スリット開口8cの第1、第2のエッジ部8a,8bを垂直に横切るように配置している。
【0050】
スリット開口8c面上には複数のBD光束B2の第1、第2のレーザースポット11,12が各々結像されており、光偏向器4が図1に示す矢印A方向に回転すると第1、第2のレーザースポット11,12は図4に示す矢印A1,A2方向に各々走査する。この矢印A1,A2方向を含む面と、前記スリット開口8c面上を走査する複数のBD光束B2が形成する面とが一致する。
【0051】
第1、第2のレーザースポット11,12は図4に示すように走査方向(矢印A1,A2方向)と、これと垂直な方向に各々所定距離、離れている。いま、第1、第2のレーザースポット11,12間の走査方向の距離をL´とすると、第1、第2のレーザースポット11,12は走査方向に常に距離L´だけ離れて被走査面6上を走査することになる。
【0052】
本実施形態において画像形成用の各光束A1の被走査面6上の走査開始点22(画像書出し開始位置)の決定は以下のように行われる。
【0053】
即ち、BD光束B2がBDセンサー10に入射したときのタイミングをBD検知とし、このBD検知を各光束毎に各々独立に行ない、そのBD検知から所定の遅延時間後を画像書出し開始とする。
【0054】
本実施形態ではBD光束B2がBDセンサー10に入射したときのタイミングをより明確に検知する為に、該BDセンサー10の前方にBDスリット8を設けている。このBDスリット8は図4に示したように第1、第2のエッジ部8a,8bとから構成されており、この第1、第2のエッジ部8a,8bの走査方向の間隔Lは第1、第2のレーザースポット11,12の走査方向の間隔L´より狭く設定されている。これにより第1、第2のレーザースポット11,12が同時にBDセンサー10に入射されることがない。よって第1、第2のレーザースポット11,12の走査により、BDセンサー10からは第1の検知信号と第2の検知信号を得ることができる。そして検知信号の立ち上げもしくは立ち下げ時に所定のスライスレベルの達した時刻でBD検知のタイミングを特定する。
【0055】
このように第1、第2のエッジ部8a,8bを有するBDスリット8は前述の如くスリット開口8c面上を走査する複数のBD光束B2が該スリット開口8cを略垂直に走査するように配置されているので、各BD光束B2についてBD検知から画像書出し開始位置までの距離が同じとなり、遅延時間も同一となる。これにより各光束毎に画像書出し開始位置のバラツキを低減することができる。また本実施形態では各光束毎に異なった時間の遅延回路を設ける必要が無く、回路構成をシンプルにでき、低コスト化を図ることができる。
【0056】
尚、BDセンサーから画像書出し開始位置までの距離が構成部品の寸法精度や光学部品の焦点距離によって変わる場合、BD検知から画像書出し開始位置までの遅延時間を既知の方法、例えば前述の如く同期検出手段を構成する少なくとも一部の要素を光軸に対し垂直な方向にシフトさせて調整すれば良い。
【0057】
また本実施形態においてはマルチビーム光走査光学系を構成するfθレンズ系5、コリメーターレンズ2、そしてシリンドリカルレンズ3等の一部もしくは全てのレンズにプラスチックレンズを導入している。これにより非球面による高性能化や低コスト化を図っている。
【0058】
また本実施形態においては第1、第2のエッジ部8a,8bの両方をスリット開口8c面上を走査する複数のBD光束B2が垂直に横切るように形成したが、一方のエッジ部だけでも良い。即ち第1、第2のエッジ部8a,8bを互いに非平行となるように構成しても前述の実施形態1と同様な効果を得ることができる。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く高速印字を可能とするマルチビーム光走査光学系において、被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御する同期検出手段の一要素を構成するスリット部材の配置方向を適切に設定することにより、各光束についてBD検知から書出し開始位置までの距離を同じにすることができ、かつ遅延時間も同一とすることができ、これにより複数の光束の本数毎に生じる主走査方向のジッターを防止できると共に、高速化を実現し、画像性能を向上させることができるマルチビーム光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の主走査断面図
【図2】 本発明の実施形態1のBDセンサー近傍の主走査断面図
【図3】 本発明の実施形態1のBDセンサー近傍の副走査断面図
【図4】 本発明の実施形態1のBDスリット部近傍の拡大説明図
【図5】 従来のマルチビーム光走査光学系の主走査断面図
【図6】 従来のBDスリット部近傍の拡大説明図
【符号の説明】
1 光源手段(マルチ半導体レーザー)
2 コリメーターレンズ
3 シリンドリカルレンズ
4 偏向手段(光偏向器)
5 走査光学手段(fθレンズ系)
6 被走査面(感光ドラム面)
7 反射手段(BDミラー)
8 スリット部材(BDスリット)
8a 第1のエッジ部
8b 第2のエッジ部
8c スリット開口
9 結像手段(BDレンズ)
10 同期検出素子(BDセンサー)
13 回転軸
14 入射光学手段
21 同期検出手段
A1 画像形成用の光束
B1,B2 BD光束
Claims (5)
- 複数の発光点を有する光源手段と、該光源手段から出射された複数の光束を偏向手段に導光する入射光学手段と、該偏向手段で反射偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる走査光学手段と、該偏向手段を介した複数の光束を反射手段により副走査断面内で所定の角度で反射させてスリット部材面上を走査し、該スリット部材を介して同期検出素子面上に導光し、該同期検出素子からの信号を用いて該被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御する同期検出手段と、を有するマルチビーム光走査光学系において、
前記スリット部材のスリット開口上を走査する複数の光束が該スリット開口を垂直に走査するように、該スリット部材のスリット開口の長手方向と前記偏向手段の回転軸方向とが互いに非平行となるように配置されていることを特徴とするマルチビーム光走査光学系。 - 複数の発光点を有する光源手段と、該光源手段から出射された複数の光束を偏向手段に導光する入射光学手段と、該偏向手段で反射偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる走査光学手段と、該偏向手段を介した複数の光束を反射手段により副走査断面内で所定の角度で反射させてスリット部材面上を走査し、該スリット部材を介して同期検出素子面上に導光し、該同期検出素子からの信号を用いて該被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御する同期検出手段と、を有するマルチビーム光走査光学系において、
前記スリット部材の直線状のエッジ部上を走査する複数の光束が該スリット部材の直線状のエッジ部を垂直に横切るように、該スリット部材の直線状のエッジ部と前記偏向手段の回転軸方向とが互いに非平行となるように配置されていることを特徴とするマルチビーム光走査光学系。 - 前記同期検出手段は、前記光源手段から出射された複数の光束毎に前記被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御することを特徴とする請求項1又は2記載のマルチビーム光走査光学系。
- 前記スリット部材は該スリット部材面上を走査する複数の光束によって形成される面に対して、垂直もしくは略垂直に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のマルチビーム光走査光学系。
- 請求項1乃至4のいずれか1項記載のマルチビーム光走査光学系を用いて画像形成を行なうことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35408099A JP4006153B2 (ja) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | マルチビーム光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 |
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