JPH09120034A - マルチビーム走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結像レンズの色収差による走査開始信号の信
頼性の低下を防ぐ。 【解決手段】 半導体レーザ１，２から発生されたレー
ザ光Ｌ₁ ，Ｌ₂ はビーム合成器３によって合成され、回
転多面鏡４によって偏向走査され、結像レンズ６を経て
ビーム分割器７によって走査光Ｌ₃ ，Ｌ₄ に分割された
うえで感光ドラム５に結像する。合成ビームＬ₀ の一部
分（検出ビーム）Ｌ_t は、ダイクロイックミラー９ａと
反射ミラー９ｂからなる検出ミラーユニット９によって
各ビーム成分λ₁ ，λ₂ に分割されたうえでビームセン
サ１３に入射して走査開始信号に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチカラーデジ
タル複写機やマルチカラーレーザプリンタ等の画像形成
装置に用いられるマルチビーム走査光学装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】マルチカラーデジタル複写機やマルチカ
ラーレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられるマル
チビーム走査光学装置は一般的に、図４に示すように、
互に異なる波長のレーザ光、例えば、それぞれ波長７８
０ｎｍと波長６７０ｎｍのレーザ光Ｎ₁ ，Ｎ₂ を発生す
る第１、第２の半導体レーザ１０１，１０２と、前記レ
ーザ光Ｎ₁ ，Ｎ₂ をそれぞれ平行化するコリメータレン
ズ１０１ａ，１０２ａと、平行化されたレーザ光Ｎ₁ ，
Ｎ₂ を合成して１本の合成ビームＮ₀ を発生させるビー
ム合成器１０３と、合成ビームＮ₀ を回転多面鏡１０４
の反射面１０４ａに線状に集光するシリンドリカルレン
ズ１０３ａと、回転多面鏡１０４によって偏向走査され
た合成ビームＮ₀ を感光ドラム１０５の表面に結像させ
る結像レンズ１０６を有し、感光ドラム１０５と結像レ
ンズ１０６の間には、合成ビームＮ₀ を波長７８０ｎｍ
と波長６７０ｎｍの走査光Ｎ₃ ，Ｎ₄ に分割するビーム
分割器１０７が設けられており、ビーム分割器１０７に
よって分割された走査光Ｎ₃，Ｎ₄ は、折り返えしミラ
ー１０８ａ〜１０８ｃを経て感光ドラム１０５上のそれ
ぞれの結像点１０５ａ，１０５ｂに到達する。すなわ
ち、波長７８０ｎｍの第１の走査光Ｎ₃ は、ビーム分割
器１０７を透過して第１、第２の折り返えしミラー１０
８ａ，１０８ｂによって反射され、感光ドラム１０５上
の第１の結像点１０５ａに結像し、波長６７０ｎｍの第
２の走査光Ｎ₄ は、ビーム分割器１０７によって反射さ
れ、第３の折り返えしミラー１０８ｃによって感光ドラ
ム１０５上の第２の結像点１０５ｂに結像する。

【０００３】このようにして感光ドラム１０５上の第
１、第２の結像点１０５ａ，１０５ｂに到達した第１、
第２の走査光Ｎ₃ ，Ｎ₄ は、それぞれ回転多面鏡１０４
の回転による主走査と、感光ドラム１０５の回転による
副走査によって感光ドラム１０５上に静電潜像を形成す
る。結像レンズ１０６は、球面レンズとトーリックレン
ズを重ね合わせた複合レンズであり、合成ビームＮ₀ の
走査速度の不均一や点像の歪を補正するいわゆるｆθ機
能を有する。

【０００４】ビーム合成器１０３には、波長７８０ｎｍ
のレーザ光を透過し波長６７０ｎｍのレーザ光を反射す
るように構成されたダイクロイックミラーが用いられ
る。これは、基板上に所定数の薄膜を積層した多層膜干
渉フィルタであり、また、ビーム分割器１０７にも全く
同じ光学特性を有する多層膜干渉フィルタであるダイク
ロイックミラーが用いられる。

【０００５】結像レンズ１０６とビーム分割器１０７の
間には、合成ビームＮ₀ をその走査方向の一端において
走査開始信号として分離する検出ミラー１０９が配設さ
れる。検出ミラー１０９によって分離された走査開始信
号用の合成ビーム（検出ビーム）Ｎ_t は、集光レンズ１
１１とスリット１１２とビームセンサ１１３からなる走
査開始信号検出器１１０に導入され、その出力信号によ
って第１、第２の半導体レーザ１０１，１０２の書き込
み変調が開始される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、一般的に結像レンズは波長の差によっ
て焦点位置が変化するいわゆる色収差を発生するため、
図５に示すように、結像レンズとビーム分割器の間で検
出ミラーによって分離された走査開始信号用の合成ビー
ムＮ_t が前述のように波長の異なる２つのビーム成分λ
_a ，λ_b を有する場合には、一方のビーム成分λ_b （実
線で示す）の焦点位置Ｐｂにスリット１１２を合わせる
と、他方のビーム成分λ_a （破線で示す）の焦点位置Ｐ
ａがスリット１１２から△ｅだけずれてビームセンサ１
１３の出力の立ち上がりあるいは立ち下がりを正確に検
出できず、その結果、走査開始信号の信頼性が著しく低
下するという未解決の課題がある。これを回避するため
に結像レンズの色消しを行なう方法も提案されている
が、レンズの枚数が増えたり複合レンズがより一層複雑
になって光学系全体が高コスト化するため、好ましくな
い。

【０００７】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであって、結像レンズ等の
色収差によって走査開始信号の信頼性が損なわれるのを
回避して各走査光の書き込み開始のタイミングを高精度
で制御できるマルチビーム走査光学装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のマルチビーム走査光学装置は、レンズを有
する走査光学系と、該走査光学系によって偏向走査され
た合成ビームの所定の検出部分を検出して走査開始信号
を発生する走査開始信号発生手段と、前記合成ビームの
前記検出部分を除く残りの部分を複数の走査光に分割し
て感光体に照射する分割光学系を有し、前記走査開始信
号発生手段が、ビームセンサを有する走査開始信号検出
器と、前記合成ビームの前記検出部分を複数のビーム成
分に分割してそれぞれ前記走査開始信号検出器に向かっ
て反射する反射手段を備えていることを特徴とする。

【０００９】反射手段が、所定距離だけ互に離間して対
向する波長選択ミラーと反射ミラーを備えているとよ
い。

【００１０】波長選択ミラーが反射ミラーに対して所定
の角度で傾斜しているとよい。

【００１１】走査開始信号検出器が集光レンズを有し、
波長選択ミラーと反射ミラーが、両者の離間距離の中央
が前記集光レンズに対してビームセンサと光学的共役関
係になるように配設されているとよい。

【００１２】波長選択ミラーと反射ミラーが透明部材を
介して一体的に結合されていてもよい。

【００１３】複数のビーム成分をそれぞれ発生する光源
が、各ビーム成分の発光タイミングを所定時間だけずら
せて発光するように構成されているとよい。

【００１４】

【作用】合成ビームの検出部分を、反射手段によって各
走査光と同じ波長のビーム成分に分割したうえで走査開
始信号検出器のビームセンサに導入して走査開始信号を
発生させる。分割された各ビーム成分の焦点位置がビー
ムセンサから等距離になるように、反射手段を構成する
波長選択ミラーと反射ミラーの離間距離等を設定するこ
とで、ビームセンサの出力が走査光学系のレンズの色収
差によって不安定になるのを防ぎ、走査開始信号の信頼
性を向上させる。

【００１５】このようにして、各走査光の書き込み開始
のタイミングを高精度で制御できる高性能でしかも安価
なマルチビーム走査光学装置を実現できる。

【００１６】波長選択ミラーを反射ミラーに対して所定
角度だけ傾斜させることで、各ビーム成分の焦点位置を
一致させれば、各ビーム成分によるビームセンサの出力
のタイミングが同じになるため、ビームセンサの電気回
路等が複雑化するのを回避できる。

【００１７】また、走査開始信号検出器が集光レンズを
有し、該集光レンズが、その光軸に対して各ビームが同
じ角度で入射するように配設されていれば、各ビーム成
分によるビームセンサの出力が著しく異なることなく、
走査開始信号の信頼性をより一層向上させることができ
る。

【００１８】さらに、走査開始信号検出器が集光レンズ
を有し、波長選択ミラーと反射ミラーが、両者の離間距
離の中央が前記集光レンズに対してビームセンサと光学
的共役関係になるように配設されていれば、波長選択ミ
ラーや反射ミラーの振動等によってビームセンサの出力
が大きく変動するのを防ぐことができる。これによっ
て、性能の安定したより一層高性能なマルチビーム走査
光学装置を実現できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２０】図１は一実施例によるマルチビーム走査光
学装置を説明するもので、これは、互に異なる波長のレ
ーザ光、例えば、それぞれ波長７８０ｎｍと波長６７０
ｎｍのレーザ光Ｌ₁ ，Ｌ₂ を発生する第１、第２の光源
である半導体レーザ１，２と、前記レーザ光Ｌ₁ ，Ｌ₂
をそれぞれ平行化するコリメータレンズ１ａ，２ａと、
平行化されたレーザ光Ｌ₁ ，Ｌ₂ を合成して１本の合成
ビームＬ₀ を発生させるビーム合成器３と、合成ビーム
Ｌ₀ を回転多面鏡４の反射面４ａに線状に集光するシリ
ンドリカルレンズ３ａと、回転多面鏡４によって偏向走
査された合成ビームＬ₀ を感光体である感光ドラム５の
表面に結像させるレンズである結像レンズ６を有し、結
像レンズ６は回転多面鏡４とともに走査光学系を構成す
る。感光ドラム５と結像レンズ６の間には、合成ビーム
Ｌ₀ を波長７８０ｎｍと波長６７０ｎｍの走査光Ｌ₃ ，
Ｌ₄ に分割するビーム分割器７が設けられており、ビー
ム分割器７によって分割された走査光Ｌ₃ ，Ｌ₄ は、ビ
ーム分割器７とともに分割光学系を構成する折り返えし
ミラー８ａ〜８ｃを経て感光ドラム５上のそれぞれの結
像点５ａ，５ｂに到達する。すなわち、波長７８０ｎｍ
の第１の走査光Ｌ₃は、ビーム分割器７を透過して第
１、第２の折り返えしミラー８ａ，８ｂによって反射さ
れ、感光ドラム５上の第１の結像点５ａに結像し、波長
６７０ｎｍの第２の走査光Ｌ₄ は、ビーム分割器７によ
って反射され、第３の折り返えしミラー８ｃによって感
光ドラム５上の第２の結像点５ｂに結像する。

【００２１】このようにして感光ドラム５上の第１、第
２の結像点５ａ，５ｂに到達した第１、第２の走査光Ｌ
₃ ，Ｌ₄ は、それぞれ回転多面鏡４の回転による主走査
と、感光ドラム５の回転による副走査によって感光ドラ
ム５上に静電潜像を形成する。結像レンズ６は、球面レ
ンズとトーリックレンズを重ね合わせた複合レンズであ
り、合成ビームＬ₀ の走査速度の不均一や点像の歪を補
正するいわゆるｆθ機能を有する。

【００２２】第１、第２のレーザ光Ｌ₁ ，Ｌ₂ を１本の
合成ビームＬ₀ に合成するビーム合成器３と合成ビーム
Ｌ₀ を再び波長の異なる走査光Ｌ₃ ，Ｌ₄ に分割するビ
ーム分割器７には、それぞれ波長７８０ｎｍのレーザ光
を透過して波長６７０ｎｍのレーザ光を反射するように
構成されたダイクロイックミラーが用いられる。

【００２３】結像レンズ６とビーム分割器７の間には、
合成ビームＬ₀ をその走査方向の一端において走査開始
信号の検出部分である検出ビームＬ_t として分離する反
射手段である検出ミラーユニット９が配設される。検出
ミラーユニット９は、検出ビームＬ_t を波長７８０ｎｍ
の第１のビーム成分λ₁ と波長６７０ｎｍの第２のビー
ム成分λ₂ に分割したうえで、検出ミラーユニット９と
ともに走査開始信号発生手段を構成する走査開始信号検
出器１０に導入するように構成され、走査開始信号検出
器１０は、集光レンズ１１とスリット１２とビームセン
サ１３をユニット化したもので、ビームセンサ１３は、
第１、第２の受光面１３ａ，１３ｂによって波長７８０
ｎｍの光と波長６７０ｎｍの光を個別に検出する分割セ
ンサである。

【００２４】検出ミラーユニット９は、ビーム合成器
３、ビーム分割器７と同様に図２の（ａ）に示すような
波長７８０ｎｍのレーザ光を透過して波長６７０ｎｍの
レーザ光を反射する光学特性を有する波長選択ミラーで
あるダイクロイックミラー９ａと、図２の（ｂ）に示す
光学特性を有する一般的な反射ミラー９ｂを有し、ダイ
クロイックミラー９ａと反射ミラー９ｂは所定の離間距
離△Ｄだけ離間して互に平行に配設される。

【００２５】検出ミラーユニット９から走査開始信号検
出器１０に向かって分離される検出ビームＬ_t は波長７
８０ｎｍの第１のビーム成分λ₁ （破線で示す）と波長
６７０ｎｍの第２のビーム成分λ₂ （実線で示す）を有
し、第１のビーム成分λ₁ はダイクロイックミラー９ａ
を透過して反射ミラー９ｂによって反射されて走査開始
信号検出器１０に入射し、第２のビーム成分λ₂ はダイ
クロイックミラー９ａによって反射されて走査開始信号
検出器１０に入射する。そこで、前記離間距離△Ｄを以
下のように設定することで、結像レンズ６の色収差を補
正して第１、第２のビーム成分λ₁ ，λ₂ のそれぞれの
結像位置（焦点位置）をスリット１２のスリット面に一
致させることができる。

【００２６】すなわち、ダイクロイックミラー９ａと反
射ミラー９ｂの間は空気でありそれぞれの基板の厚さは
無視できるほど薄いものと仮定すれば、第１、第２のビ
ーム成分λ₁ ，λ₂ の光路の長さの差△ｄ₁ によって、
結像レンズ６の色収差に起因する第１、第２のビーム成
分λ₁ ，λ₂ の結像位置のずれ△ｄ₂ が以下のように相
殺されるように構成すればよい。

【００２７】△ｄ₁ ＝２Ｄ／ｃｏｓθ・・・（１） △ｄ₁ ＋△ｄ₂ ＝０・・・・・（２） ここで、θ：第１、第２のビーム成分λ₁ ，λ₂ のダイ
クロイックミラー９ａ、反射ミラー９ｂに対する入射角 ダイクロイックミラー９ａと反射ミラー９ｂを式
（１），（２）によって算出された離間距離Ｄに設定す
ることで、スリット１２のスリット面における両ビーム
成分λ₁ ，λ₂ の結像位置の位置ずれを解消し、両ビー
ム成分λ₁ ，λ₂ を双方とも高感度でビームセンサ１３
によって検知することができる。

【００２８】このようにして走査開始信号用の合成ビー
ムＬ_t の各ビーム成分λ₁ ，λ₂ を検知することで各走
査光のＮ₃ ，Ｎ₄ の走査のタイミングを検出し、半導体
レーザ１，２の書き込み変調を開始する。

【００２９】なお、走査開始信号検出器１０の集光レン
ズ１１に対して、ダイクロイックミラー９ａと反射ミラ
ー９ｂの離間距離Ｄの中間位置とビームセンサ１３が光
学的共役関係になるように配設されていれば、ダイクロ
イックミラー９ａや反射ミラー９ｂの振動等のためにビ
ームセンサ１３上で各ビーム成分λ₁ ，λ₂ の結像位置
がバラつくのを回避して走査開始信号の信頼性をより一
層向上させることができる。

【００３０】本実施例によれば、ダイクロイックミラー
と反射ミラーを組み合わせた検出ミラーユニットを用い
ることで、結像レンズの色収差による走査開始信号の信
頼性の低下を防ぎ、各走査光の書き出し位置を正確に制
御できる。

【００３１】これによって、光学系に高価な色消しレン
ズ等を用いることなく従って安価で、画像の書き出し位
置の安定した高性能なマルチビーム走査光学装置を実現
できる。

【００３２】なお、各半導体レーザ１，２の発光のタイ
ミングをわずかにずらせることにより、図２の（ｃ）に
示すように、検出ビームＬ_t の各ビーム成分λ₁ ，λ₂
がビームセンサ１３のそれぞれの受光面１３ａ，１３ｂ
に入射するタイミングをずらせることができる。この場
合には、両ビーム成分λ₁ ，λ₂ の一方のみをビームセ
ンサ１３によって検出し、その出力に基づいて他方のビ
ーム成分がビームセンサ１３に入射するタイミングを算
出すればよい。従って、ビームセンサ１３を分割センサ
にする必要がないため、その分だけ部品単品コストを低
減できるという利点がある。

【００３３】また、図３の（ａ）に示すように、ダイク
ロイックミラー９ａに対して反射ミラー９ｂを所定の角
度で傾斜させることにより、両ビーム成分λ₁ ，λ₂ の
結像位置を重ね合わせることができる。これによって、
両ビーム成分λ₁ ，λ₂ によるビームセンサ１３の出力
のタイミングのずれを解消し、両ビーム成分λ₁ ，λ ₂
に基づく走査開始信号を共通の電気回路を用いて発生さ
せることができる。すなわち、走査開始信号を発生する
電気回路を各ビーム成分λ₁ ，λ₂ について個別に設け
る必要がないため、電気回路を簡略化できるという利点
がある。

【００３４】さらに、図３の（ｂ）に示すように、集光
レンズ１１と検出ミラーユニット９の相対角度を調節す
ることで、各ビーム成分λ₁ ，λ₂ が集光レンズ１１に
対して同じ角度で入射するように構成すれば、各ビーム
成分λ₁ ，λ₂ によるビームセンサ１３の出力をほぼ同
じにすることができる。これによって各ビーム成分λ
₁ ，λ₂ による走査開始信号の信頼性をより一層向上さ
せることができる。

【００３５】また、図３の（ｃ）に示すように、ダイク
ロイックミラー９ａと反射ミラー９ｂの間に透明部材９
ｃを介在させ、これによって両ミラー９ａ，９ｂを一体
的に結合させれば、検出ミラーユニット９の組み付け作
業の能率が向上し、組み付け誤差を低減してマルチビー
ム走査光学装置の高性能化と低価格化に大きく役立つ。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００３７】結像レンズ等の色収差によって走査開始信
号の信頼性が損なわれるのを回避して各走査光の書き込
み開始のタイミングを高精度で制御できる。これによっ
て、画像の色ずれ等のトラブルのない高性能でしかも安
価なマルチビーム走査光学装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例によるマルチビーム走査光学装置を示
すもので、（ａ）はその全体を示す説明図、（ｂ）は
（ａ）の検出ミラーユニットと走査開始信号検出器のみ
を示す部分拡大図である。

【図２】ダイクロイックミラーおよび反射ミラーの光学
特性と各ビーム成分の発光タイミングを説明するグラフ
である。

【図３】３つの変形例を示す説明図である。

【図４】一従来例を示す説明図である。

【図５】図４に示す従来例の一部分を示し、（ａ）は検
出ミラーと走査開始信号検出器のみを示す部分拡大図、
（ｂ）は結像レンズの色収差による各ビーム成分の焦点
位置のずれを説明する説明図である。

【符号の説明】

１，２ 半導体レーザ ３ ビーム合成器 ４ 回転多面鏡 ６ 結像レンズ ７ ビーム分割器 ９ 検出ミラーユニット ９ａ ダイクロイックミラー ９ｂ 反射ミラー

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズを有する走査光学系と、該走査光
   学系によって偏向走査された合成ビームの所定の検出部
   分を検出して走査開始信号を発生する走査開始信号発生
   手段と、前記合成ビームの前記検出部分を除く残りの部
   分を複数の走査光に分割して感光体に照射する分割光学
   系を有し、前記走査開始信号発生手段が、ビームセンサ
   を有する走査開始信号検出器と、前記合成ビームの前記
   検出部分を複数のビーム成分に分割してそれぞれ前記走
   査開始信号検出器に向かって反射する反射手段を備えて
   いることを特徴とするマルチビーム走査光学装置。
2. 【請求項２】 反射手段が、所定距離だけ互に離間して
   対向する波長選択ミラーと反射ミラーを備えていること
   を特徴とする請求項１記載のマルチビーム走査光学装
   置。
3. 【請求項３】 波長選択ミラーがダイクロイックミラー
   であることを特徴とする請求項２記載のマルチビーム走
   査光学装置。
4. 【請求項４】 波長選択ミラーが反射ミラーに対して所
   定の角度で傾斜していることを特徴とする請求項２また
   は３記載のマルチビーム走査光学装置。
5. 【請求項５】 走査開始信号検出器が集光レンズを有
   し、反射手段が、複数のビーム成分のうちの１つを前記
   集光レンズに対してその光軸に平行に入射させるように
   配設されていることを特徴とする請求項１ないし４いず
   れか１項記載のマルチビーム走査光学装置。
6. 【請求項６】 走査開始信号検出器が集光レンズを有
   し、反射手段が、各ビーム成分を前記集光レンズに対し
   て同じ角度で入射させるように配設されていることを特
   徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のマルチビ
   ーム走査光学装置。
7. 【請求項７】 走査開始信号検出器が集光レンズを有
   し、波長選択ミラーと反射ミラーが、両者の離間距離の
   中央が前記集光レンズに対してビームセンサと光学的共
   役関係になるように配設されていることを特徴とする請
   求項２ないし６いずれか１項記載のマルチビーム走査光
   学装置。
8. 【請求項８】 波長選択ミラーと反射ミラーが透明部材
   を介して一体的に結合されていることを特徴とする請求
   項２ないし７いずれか１項記載のマルチビーム走査光学
   装置。
9. 【請求項９】 複数のビーム成分をそれぞれ発生する光
   源が、各ビーム成分の発光タイミングを所定時間だけず
   らせて発光するように構成されていることを特徴とする
   請求項１ないし８いずれか１項記載のマルチビーム走査
   光学装置。