JPH10307268A

JPH10307268A - マルチビーム走査装置

Info

Publication number: JPH10307268A
Application number: JP9115707A
Authority: JP
Inventors: Migaku Amada; 天田　　琢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】【課題】走査結像光学系に凹面鏡を用いることに起因す
るライン間の書込み長さの不均一を軽減する。【解決手段】複数発光部を有する光源１０からの複数光
束を、偏向反射面を持つ共通の光偏向器１６により偏向
させ、偏向された複数光束を共通の走査結像光学系１
８，２０により、副走査方向に分離した複数スポットと
して感光体３０上に集光せしめ、複数ラインを同時に光
走査するマルチビーム走査装置において、走査結像光学
系は、主走査対応方向および副走査対応方向に正のパワ
ーを持つ凹面鏡１８を有し、感光体３０は、少なくとも
光走査される部分が、主走査方向に平行な母線を持つ円
筒面であり、感光体を光走査する複数光束を副走査対応
方向に屈折させる透明板部材２２を有し、この透明板部
材による屈折により、各光束が感光体３０を、副走査対
応方向に傾いた状態で光走査するようにして、複数光束
に対する凹面鏡１８の主走査対応方向のパワーの差異に
よる各光束の書込み長さの差異を補正するように構成し
た。

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】光走査の高速化を目して、複数の光ビー
ムにより複数ラインを同時に光走査する「マルチビーム
走査」の実現が意図されている。一方、偏向光束を被走
査面上に集光させる走査結像光学系の一部に結像機能を
持つ凹面鏡を利用することが提案されている。このよう
な凹面鏡を有する走査結像光学系を用いて、上記マルチ
ビーム走査を行おうとすると、以下の如き問題が生じ
る。

【０００３】即ち、凹面鏡は、主走査対応方向（光源か
ら被走査面に至る光路上で主走査方向と対応する方向）
および副走査対応方向（光源から被走査面に至る光路上
で副走査方向と対応する方向）に正のパワーを持つが、
この凹面鏡に入射する複数光束は互いに副走査対応方向
に分離しており、副走査対応方向に互いに異なる位置に
入射することになる。

【０００４】凹面鏡を、その光軸に平行な面で仮想的に
切断してみると、仮想的な切断面における凹面部分の曲
率半径は、仮想的な切断平面が光軸から離れるほど小さ
くなる。この点を考慮すると、上記凹面鏡が反射する光
束に対する主走査対応方向の倍率は、この光束が、凹面
鏡において副走査対応方向のどの位置に入射したかに応
じて僅かずつ異なることになることが理解されるであろ
う。

【０００５】このため走査結像光学系が凹面鏡を有する
場合、光束に応じた主走査対応方向の結像倍率の差に起
因して、同一の光走査時間（１ラインを始点から終点ま
で光走査する時間）に書き込まれる「書込み長さ」も異
なることになる。この書込み長さの差は、１/１００〜
３０/１００ｍｍ程度に達する場合がある。このような
書込み長さの変動は副走査方向に周期的に生じる。書込
みの開始位置は「同期検知により揃えられる」ので問題
はないが、上記書込み長さの差は、書込みの終点側で
「縦線ゆらぎ（副走査方向の直線が細かく屈曲する現
象）」となって現れ、記録画像の像質を低下させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の如
き書込み長さの変動を有効に軽減させ、記録画像の像質
低下を有効に軽減させ得るマルチビーム走査装置の実現
を課題とする。

【０００７】

【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「複数発光部を有する光源からの複数光束
を、偏向反射面を持つ共通の光偏向器により偏向させ、
偏向された複数光束を共通の走査結像光学系により、副
走査方向に分離した複数スポットとして感光体上に集光
せしめ、複数ラインを同時に光走査するマルチビーム走
査装置」であって、以下の如き特徴を有する。

【０００８】即ち、上記「走査結像光学系」は「主走査
対応方向および副走査対応方向に正のパワーを持つ凹面
鏡」を有する。凹面鏡は、主・副走査対応方向のパワー
が同じである「軸対称な凹面鏡」でも、主・副走査対応
方向でパワーが異なる「アナモフィックな凹面鏡」でも
良い。また、上記「感光体」は、少なくとも光走査され
る部分が「主走査方向に平行な母線を持つ円筒面」であ
る。即ち、感光体は「円筒状もしくはベルト状」であ
り、ベルト状の感光体の場合には「支持ローラ等に巻き
掛けられて円筒面を成す部分」で光走査が行われる。

【０００９】また、感光体を光走査する複数光束を副走
査対応方向に屈折させる「透明板部材」を有し、この透
明板部材による屈折により、各光束が感光体を「副走査
対応方向に傾いた状態」で光走査するようにし、「複数
光束に対する凹面鏡の主走査対応方向のパワーの差異に
よる各光束の書込み長さの差異」を補正する。

【００１０】「複数発光部を有する光源」としては、モ
ノリシックな半導体レーザアレイやＬＥＤアレイ、ある
いは独立した半導体レーザやＬＥＤからの光束を合流さ
せる方式のものを用いることができる。「光偏向器」と
しては、回転多面鏡や回転２面鏡、回転単面鏡あるいは
ガルバノミラー等を利用できる。また、複数の回転多面
鏡を共通の駆動軸に共軸的に装備し、各回転多面鏡ごと
に１または２以上の光束を偏向させるようにすることも
できる。

【００１１】上記「透明板部材」は、これを「平行平
板」とし、副走査対応方向に傾けて配備しても良いし
（請求項２）、「主走査対応方向から見た断面形状が楔
状」の透明板としても良い（請求項３）。

【００１２】マルチビーム走査装置では一般にその光学
系部分がハウジングに設けられ、複数光束はハウジング
に設けられた開口部から射出して感光体を光走査する。
それでこのような場合、上記透明板部材が「ハウジング
から感光体に向かって複数光束を射出させる開口部を閉
ざす防塵板」を兼ねようにできる（請求項４）。

【００１３】また、光源からの複数光束が、カップリン
グレンズによりカップリングされたのち、「共通の線像
結像光学系」により、光偏向器の偏向反射面近傍に主走
査対応方向に長い線像としてそれぞれ結像するようにで
き（請求項５）、このようにすることにより光偏向器に
おける面倒れを補正することができる。「線像結像光学
系」としては、シリンダレンズあるいはシリンダ凹面鏡
を用いることができる。

【００１４】また、走査結像光学系は、上述の「主走査
対応方向および副走査対応方向に正のパワーを持つ凹面
鏡」のみで構成することもできるが、上記凹面鏡と「主
走査対応方向に長い長尺の、シリンダレンズもしくはト
ロイダルレンズ」を有するようにしても良い（請求項
６）。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１(ａ)において、光源１０から
放射された複数の光束（図の繁雑を避けるため、単一の
光束に関する光線のみを示す。なお、図１の実施の形態
では、光源１０から４本の光束が放射される場合を想定
している）は、カップリングレンズ１２により以後の光
学系にカップリングされ、それぞれ「平行光束」あるい
は「弱い発散性の光束」もしくは「弱い集束性の光束」
となり、図示されないアパーチュアにより光束断面形状
を適宜に整形され、線像結像光学系としてのシリンダレ
ンズ１４により副走査対応方向に集束され、各光束とも
「光偏向器」である回転多面鏡１６の偏向反射面近傍に
「主走査対応方向に長い線像」に結像する（請求項
５）。

【００１６】回転多面鏡１６の偏向反射面により反射さ
れた各光束は、回転多面鏡１６の回転に伴い等角速度的
な偏向光束と成り、凹面鏡１８に入射して反射される。
凹面鏡１８は、反射光束が回転多面鏡１６に向かわない
よう、シフト（凹面鏡の光軸を副走査対応方向へずら
す）および／またはティルト（凹面鏡の光軸を副走査対
応方向に傾ける）を与えられている。このような配置
が、反射光束ごとの主走査対応方向の結像倍率を変化さ
せる一因である。

【００１７】凹面鏡１８により反射された各偏向光束
は、長尺のトロイダルレンズ２０を透過し（請求項
６）、マルチビーム走査装置のハウジング（図示され
ず）の内部を密閉する「防塵板」を兼ねた平行平板２２
を透過し（請求項４）、副走査方向に分離した「４つの
光スポット」として感光体３０の周面にして集光し、感
光体３０をその母線方向へ光走査する。図１(ａ)には、
同時に光走査される４つのラインＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ
４が示されている。

【００１８】図１(ｃ)は、回転多面鏡により偏向された
４本の光束ＦＬ１〜ＦＬ４が凹面鏡１８に入射して反射
される状態を「説明図」として示している。図で上下方
向が副走査対応方向である。凹面鏡１８は、主走査対応
方向および副走査対応方向に正のパワーを持ち、この実
施の形態ではまた「光走査を等速化する機能」をも有し
ている。

【００１９】図１(ｃ)に示されるように４本の偏向光束
ＦＬ１〜ＦＬ４はそれぞれ、凹面鏡１８に入射する位置
が副走査対応方向に異なるため、反射光束に対する凹面
鏡１８の結像倍率は、光束ＦＬ１〜ＦＬ４に応じて異な
ることになる。その結果、図１(ａ)に示す４つのライン
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４における「書込み長さ」は互い
に等しくならない。

【００２０】この「書込み長さの不揃い」を低減させる
ために、図１に示す実施の形態では、平行平板２２を、
図１(ｂ)に示すように、副走査対応方向に有限の角：θ
だけ傾けることにより、平行平板の屈折作用で偏向光束
を副走査対応方向へずらし、各光束が上記感光体の「副
走査対応方向に傾いた部分」を光走査するようにする。

【００２１】説明の具体性のため、図１（ａ）において
「書込み長さ」はラインＳ１で一番長く、ラインＳ２〜
Ｓ４の順に順次短くなるものとする。図２(ｂ)におい
て、符号３００は感光体３０の「円筒面」を表してい
る。図２(ｂ)において、符号Ａで示すのは、平行平板２
２（図１参照）の傾き角：θが０の場合における４本の
偏向光束の感光体への入射状態を主走査対応方向から見
た状態であり、このとき光束ｆｌ１〜ｆｌ４（光束ｆｌ
２，ｆｌ３は図示されていないが光束ｆｌ１とｆｌ４の
間にある）に就いて、凹面鏡による結像倍率の各光束に
対する差によりラインＳ１〜Ｓ４（それぞれ光束ｆｌ１
〜ｆｌ４により光走査される）の書込み長さが、ライン
Ｓ１〜Ｓ４の順に小さくなる。

【００２２】図２(ｂ)において、符号Ｂで示すのは平行
平板２２の傾き角：θを有限の角にすることにより、平
行平板２２の屈折を利用して光束ｆｌ１〜ｆｌ４を副走
査対応方向（図２(ｂ)で上下方向）に平行移動した状態
である。平行移動量を「η」で表す。この平行移動によ
り、光束ｆｌ１〜ｆｌ４は感光体の円筒面３００におけ
る「副走査方向に傾いた面」を光走査することになり、
光束ｆｌ１〜ｆｌ４の光路長は「光束ｆｌ１から光束ｆ
ｌ４へ順次」大きくなる。

【００２３】図２(ｂ)に示すように感光体の円筒面３０
０の半径を「Ｒ」とし、角：α、Δαを図の如く定める
と、円弧長：ΔＳ＝Ｒ・Δαであり、図中のＨは「Ｈ＝
ΔＳ・ｃｏｓα」となり、光束ｆｌ４の光路長は、光束
ｆｌ１の光路長よりも「ΔＳ・ｓｉｎα」だけ延びるこ
とになる。なお、Ｈは、図２(ｂ)のＡの状態で、感光体
上に結像する光スポットの副走査方向のピッチ：Ｐの３
倍（３Ｐ）、即ち「一度の光走査される４ライン分の
幅」である。また前記平行移動量：ηは「Ｒ・ｓｉｎ
α」である。

【００２４】図２(ａ)は、図２(ｂ)の状態における光束
ｆｌ１，ｆｌ４の光走査状態を説明図的に示している。
角：２ξは、光束ｆｌ１に依る感光体１００の光走査に
おいて、光書込みの起点ｃｍと終点ｆｎに入射するとき
の、始点側の入射方向と終点側の入射方向とがなす角で
ある。

【００２５】光束ｆｌ１は書込み長さ：Ｌを光走査する
が、凹面鏡による主走査対応方向の結像倍率が小さくな
る光束ｆｌ４の書込み長さは、もし光束ｆｌ１とｆｌ４
とで光路長が等しければ（即ち、図２(ａ)で感光体１０
０の部分を光走査するとすれば）、書込み長さ：Ｌより
も短かい書込み長さ：Ｌ’（＝Ｌ−ΔＬ）となってしま
う。

【００２６】しかるに、光束ｆｌ４の光路長を、図２
(ａ)に示すように「ΔＸ」だけ延ばせば、光束ｆｌ４も
光束ｆｌ１と同じ書込み長さ：Ｌを光走査するようにな
る。このようにするには、図２(ｂ)のＢの状態で「ΔＸ
＝ΔＳ・ｓｉｎα」であれば良い。なお、図２(ａ)にお
ける、ΔＸとΔＬ/２とは、関係：ΔＬ/２＝ΔＸ・ｔａ
ｎξで結び付けられている。

【００２７】図２(ｂ)に示す量：Ｒ，α、Δα、Ｈ，η
のうちで、Ｒは感光体の半径であるから走査装置の設計
により定まる。また「Ｈ」は、光走査のピッチとして設
計条件により定まる。さらに図２(ａ)の「Ｌ，Ｌ’，Δ
Ｌ/２，ξ」は、光束ｆｌ１，ｆｌ４に対する凹面鏡１
８の主走査対応方向の結像倍率により定まるから、これ
らもマルチビーム走査装置の設計条件により定まる。

【００２８】設計条件によりΔＬ/２とξがわかると、
図２(ａ)におけるΔＸは、ΔＸ＝ΔＬ/(２ｔａｎξ) に
より定まる。すると、光束ｆｌ１〜ｆｌ４の書込み長さ
が等しくなる条件は、関係：ΔＸ＝ΔＳ・ｓｉｎαか
ら、関係：ΔＬ/(２ｔａｎξ)＝ΔＳ・ｓｉｎαが満た
されれば良く、ΔＳ＝Ｒ・Δα、Ｈ＝ΔＳ・ｃｏｓαで
あるから結局、方程式：ΔＬ／(２ｔａｎξ)＝Ｈ・ｔａ
ｎαが得られる。この方程式において「未知数はαの
み」であるから、この方程式を角：αに就いて解き、得
られる角：αを用いて、η＝Ｒ・ｓｉｎαを演算するこ
とにより、光束のずらし量：ηを得ることができる。

【００２９】図３は、請求項３記載の発明のマルチビー
ム走査装置の実施の１形態を特徴部分のみ示している。
混同の虞れがないと思われるものに就いては、図１に於
けると同一の符号を用いた。この実施の形態は、図１の
実施の形態において「透明板部材」として、平行平板２
２に換えて「主走査対応方向（図３の図面に直行する方
向）から見た断面形状が楔状」である透明板２４を用い
たものである。このような、透明板２４を用いると、偏
向光束に対する屈折作用は、偏向光束を副走査対応方向
へ屈曲させることになる。

【００３０】図４に示すように、各記号の意味を定める
と、透明板２４は偏向光束を副走査対応方向へ屈折角：
ψで屈折させるので、Ｈ＝ΔＳ’・ｃｏｓ（α’＋ψ）
となり、図２(ａ)におけるΔＸは、ΔＸ＝ΔＳ’・ｓｉ
ｎ（α’＋ψ）となる。このことから、透明板２４を用
いると、平行平板２２を用いる場合の角：αより小さい
角：α’で、平行平板２２を用いたのと同様の効果が得
られることが分かる。

【００３１】同時に光走査される複数ラインで書込み長
さが同じになる条件は、 ΔＬ/(２ｔａｎξ)＝ΔＳ’・ｓｉｎ(α’＋ψ)＝Ｈ・
ｔａｎ(α’＋ψ) である。また、図４の距離：ζとＲ（これらは設計条件
により定まる）を用いると、角：α’とψ（これらは実
際には微小角である）の間には「Ｒｔａｎα’＝ζｔａ
ｎψ」なる関係が得られる。

【００３２】従って、２つの関係式： ΔＬ/(２ｔａｎξ)＝Ｈ・ｔａｎ(α’＋ψ) 及びＲｔａｎα’＝ζｔａｎψ を角：ψに就いて解くことにより、角：ψを知ることが
でき、このような屈折角を与える透明板２４の形状（図
４における角：β）を決定できる。

【００３３】図５は上に説明した２種の透明板部材の取
り付けの形態を示す。図５(ａ)において、透明板部材と
しての平行平板２２はハウジング１００における偏向光
束射出用の開口部に、開口部を塞ぐ防塵板として設けら
れている。平行平板２２に副走査対応方向の傾きを与え
るために、ハウジング１００の平行平板取り付け面自体
が副走査対応方向に傾いている。図５(ｂ)において、透
明板部材としての透明板２４はハウジング１００’にお
ける偏向光束射出用の開口部に、開口部を塞ぐ防塵板と
して設けられている。透明板２４は、その両面に副走査
対応方向の傾きがあるので、ハウジング１００’の透明
板取り付け面自体は副走査対応方向に傾いていない。

【００３４】これら透明板部材のハウジングへの取り付
けは接着によっても良いし、あるいは螺子等の固定手段
により行っても良い。

【００３５】

【実施例】図１に即して説明した実施の形態において、
半径：Ｒ＝１５ｍｍの円筒状の感光体を用い、４本のラ
インＳ１〜Ｓ４の間隔：Ｈ＝４２．３μｍとし、図２
（ａ）における角：ξ＝４０度に設定した。また、平行
平板２２として厚さ２ミリのガラス板を用い、角：θ＝
０としてマルチビーム走査を行ったところ、ラインＳ１
〜Ｓ４における書込み長さは、それぞれ２９７．３６７
ｍｍ、２９７．３６４ｍｍ、２９７．３６１ｍｍ、２９
７．３５８ｍｍとなり、ラインＳ１とＳ４とで０．００
９ｍｍの差（ΔＬ＝０．００４５ｍｍ）を生じた。

【００３６】平行平板２２として厚さ：５ミリのガラス
板（使用波長に対する屈折率：１．５１１１７６）を用
い、図１（ｂ）に示す副走査対応方向の傾き角：θを３
０度（半時計回り）に設定したところ、偏向光束は副走
査対応方向へη＝０．６２ｍｍずれ、新たなラインＳ１
〜Ｓ４における書込み長さは、それぞれ２９６．８３０
ｍｍ、２９６．８３０ｍｍ、２９６．８３０ｍｍ、２９
６．８２９ｍｍとなり、ラインＳ１とＳ４との書込み長
さの差は０．００１ｍｍに改善された。なお、各ライン
に対する書込み長さが、補正前よりも０．５ミリほど短
くなっているが、これは、厚さ：５ミリの平行平板を用
いたことにより、平行平板の屈折作用が主走査対応方向
にも作用した結果である。

【００３７】上記厚さ：５ｍｍの平行平板を用いる代わ
りに、図３における透明板２４として、中心厚さ：２ミ
リで、射出側の面が入射側の面に対して副走査対応方向
に２度（主走査対応方向から見た楔形状における楔角、
図３における角：β）傾いたものを、感光体から５８．
２ｍｍ（図４の距離：ζ）離し、入射面が副走査対応方
向に傾かないようにして用いたところ、偏向光束に対す
る図４の屈折角：ψは６．８度となり、新たなラインＳ
１〜Ｓ４における書込み長さは、それぞれ２９７．３１
７ｍｍ、２９７．３１７ｍｍ、２９７．３１７ｍｍ、２
９７．３１６ｍｍとなり、ラインＳ１とＳ４との「書込
み長さの差」は０．００１ｍｍに改善された。なお、こ
の場合も、各ラインに対する書込み長さが、補正前より
も０．０５ミリほど短くなっているが、これも透明板２
４の屈折作用が主走査対応方向にも作用した結果であ
る。

【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
のマルチビーム走査装置は、上記のごとく、走査結像系
に凹面鏡を用いることに起因するライン間の書込み長さ
の変動を有効に軽減し、縦線ゆらぎを有効に軽減させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のマルチビーム走査装置の実施の１形
態を説明するための図である。

【図２】上記実施の形態における、書込み長さ変動の軽
減作用を説明するための図である。

【図３】この発明のマルチビーム走査装置の実施の別形
態の特徴部分を説明するための図である。

【図４】図３の実施の形態における、書込み長さ変動の
軽減作用を説明するための図である。

【図５】透明板部材のハウジングへの取り付けの形態を
説明するための図である。

【符号の説明】

１０光源１２カップリングレンズ１４シリンダレンズ１６回転多面鏡１８凹面鏡２０長尺のトロイダルレンズ２２透明な平行平板３０感光体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数発光部を有する光源からの複数光束
を、偏向反射面を持つ共通の光偏向器により偏向させ、
偏向された複数光束を共通の走査結像光学系により、副
走査方向に分離した複数スポットとして感光体上に集光
せしめ、複数ラインを同時に光走査するマルチビーム走
査装置において、上記走査結像光学系は、主走査対応方向および副走査対
応方向に正のパワーを持つ凹面鏡を有し、上記感光体は、少なくとも光走査される部分が、主走査
方向に平行な母線を持つ円筒面であり、上記感光体を光走査する複数光束を副走査対応方向に屈
折させる透明板部材を有し、この透明板部材による屈折により、各光束が上記感光体
を、副走査対応方向に傾いた状態で光走査するようにし
て、複数光束に対する上記凹面鏡の主走査対応方向のパ
ワーの差異による各光束の書込み長さの差異を補正する
ように構成したことを特徴とするマルチビーム走査装
置。
【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、透明板部材は透明な平行平板であって、副走査対応方向
に傾いて配備されることを特徴とするマルチビーム走査
装置。
【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、透明板部材は、主走査対応方向から見た断面形状が楔状
の透明板であることを特徴とするマルチビーム走査装
置。
【請求項４】請求項１または２または３記載のマルチビ
ーム走査装置において、透明板部材は、マルチビーム走査装置のハウジングから
感光体に向かって複数光束を射出させる開口部を閉ざす
防塵板を兼ねることを特徴とするマルチビーム走査装
置。
【請求項５】請求項１〜４の任意の１に記載のマルチビ
ーム走査装置において、光源からの複数光束はカップリングレンズによりカップ
リングされたのち、共通の線像結像光学系により、光偏
向器の偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い線像とし
てそれぞれ結像することを特徴とするマルチビーム走査
装置。
【請求項６】請求項１〜５の任意の１に記載のマルチビ
ーム走査装置において、走査結像光学系は、主走査対応方向および副走査対応方
向に正のパワーを持つ凹面鏡と、主走査対応方向に長い
長尺の、シリンダレンズもしくはトロイダルレンズを有
することを特徴とするマルチビーム走査装置。