JP2001108930A - 走査光学装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチビーム走査方式において、印字密度の
切換えに伴って光ビームのスポット径を変更するのみな
らず、光ビームの集光位置をも補正し、高品質の画像を
印字できる走査光学装置及びその制御方法を得る。 【解決手段】 レーザダイオード１０ａ，１０ｂから発
せられたレーザビームＬＢａ，ＬＢｂを感光体面５０上
に副走査方向に印字密度に応じた所定間隔に離間させて
結像、走査する光学装置。感光体面５０上でのビームス
ポット径は、開口規制板１４を駆動して光ビームＬＢ
ａ，ＬＢｂが通過するスリットを変更することで調整さ
れる。副走査方向のビーム間隔はプリズム１１の傾斜角
度を制御することで調整され、集光位置はコリメータレ
ンズのレンズ間隔又はシリンダレンズのレンズ間隔を制
御することで調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査光学装置及び
その制御方法、詳しくは、複数の光ビームを副走査方向
に所定の間隔で同時に被走査面上を等速走査する走査光
学装置及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】従来、感光体上に画像を記録する
ために、複数の光ビームで同時に感光体面を走査するマ
ルチビーム走査光学装置が種々提供されている。この種
の走査光学装置では光学解像度（印字密度）を切り換え
る方法として、印字密度の切換え指示に応じて、副走
査方向における各光ビームの発光点の間隔を変更する、
各光ビームの発光点の副走査方向の間隔が異なる組合
わせの光源ユニットを印字密度に応じて複数設置して選
択的に駆動すること、が知られている。

【０００３】なお、印字密度の切換えにおいて、光学系
で対応するのは副走査方向の密度であり、主走査方向の
密度は光源の発光タイミングを制御する等の方法で対応
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、印字密度の
切換えに伴って、前述の副走査方向のビーム間隔の変更
以外にも、感光体面上における光ビームのスポット径を
変更し、さらに、その集光位置を補正すること（オート
フォーカス）が好ましい。しかし、従来のマルチビーム
走査方式ではオートフォーカス機構を備えたものはな
く、印字密度に応じた最適なスポット径に調整すること
はできなかった。

【０００５】さらに、複数の光ビームの副走査方向の間
隔や集光位置（感光体面上でのビームスポット径）は、
温度等の環境条件に起因して変動するため、それらを微
調整して補正することも必要である。仮に、マルチビー
ム走査方式にオートフォーカス機構を組み込むにして
も、印字密度切換え時に、どのような手順でビーム間隔
及び集光位置を補正するかが問題となる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、マルチビーム走
査方式において、印字密度の切換えに伴って光ビームの
スポット径を変更するのみならず、光ビームの集光位置
をも補正し、高品質の印字画像を得ることのできる走査
光学装置及びその制御方法を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、前記目的に加えて、
印字密度切換え時にビームスポット径等の調整不良（画
像の印字不良）が発生することを未然に防止できる走査
光学装置及びその制御方法を提供することにある。

【０００８】

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る走査光学装置は、複数の光ビームを発
する光ビーム発生手段と、該発生手段から発せられた複
数の光ビームを被走査面上で副走査方向に印字密度に応
じた所定間隔に離間させて結像させる光学手段と、印字
密度に応じて被走査面上での光ビームのスポット径を変
更するスポット径変更手段と、光ビームの集光位置を検
出する集光位置検出手段と、該検出手段の検出結果に基
づいて前記光学手段の光学倍率を変換して光ビームの集
光位置を補正する集光位置補正手段と、前記スポット径
変更手段により光ビームのスポット径を変更する際に、
集光位置検出手段と集光位置補正手段とを動作させる制
御手段とを備えている。

【０００９】本発明においては、印字密度を切換える際
に、光ビームの副走査方向の間隔を変更すると共に、光
ビームのスポット径を変更する。即ち、高密度に切り換
えるのであればスポット径を小さくする方向に変更し、
低密度に切り換えるのであればスポット径を大きくする
方向に変更する。そして、スポット径の変更と共に集光
位置の補正を行う。これにて、光ビームが被走査面上に
おいて印字密度に対応した副走査方向の間隔及びスポッ
ト径に設定され、さらに、被走査面上に正しく結像する
ように集光位置を補正され、高品質の印字画像を得るこ
とができる。

【００１０】特に、本発明に係る走査光学装置において
は、光ビームのスポット径を小さくする方向（低印字密
度から高印字密度）に変更する際に、前記集光位置検出
手段及び集光位置補正手段を動作させ、集光位置を補正
することが好ましい。マルチビーム方式で走査するとき
の画像の劣化は低印字密度よりも高印字密度において著
しい。従って、高印字密度への切換え時に集光位置を補
正すれば、画像劣化を目立たなくすることができる。

【００１１】さらに、本発明に係る走査光学装置にあっ
ては、複数の光ビームの被走査面上での副走査方向の間
隔を検出する間隔検出手段と、該検出手段の検出結果に
基づいて光ビームの副走査方向の間隔を補正する間隔補
正手段とを備えている。これにて、温度変化等に起因し
てばらつくビーム間隔を正確な値に制御でき、より高品
質の印字画像を得ることができる。

【００１２】特に、光ビームのスポット径を小さくする
方向（低印字密度から高印字密度）に変更する際に、前
記間隔検出手段及び間隔補正手段を動作させ、光ビーム
の副走査方向の間隔を補正することが好ましい。高印字
密度においては副走査方向の倍率が低倍率になりやす
く、光ビームの間隔誤差が画像劣化として目立つ傾向に
ある。高印字密度への切換え時にビーム間隔を補正する
ことで画像の劣化を未然に防止することができる。

【００１３】さらに、光ビームのスポット径を小さくす
る方向（低印字密度から高印字密度）に変更する際に、
集光位置を補正し、その後、ビーム間隔を補正すること
が好ましい。例えば、焦点位置を補正する前にビーム間
隔を補正すると、間隔補正時に光ビームが所定のスポッ
ト径に絞られていないため、間隔検出手段（光センサ）
の検出信号の立ち上がりが不明瞭で、検出精度が悪くな
る。また、集光位置を光学倍率の変更を伴って補正する
場合、集光位置補正をビーム間隔補正の後で実行する
と、せっかく補正したビーム間隔が集光位置の補正で変
化してしまい、再補正が必要となる。集光位置の補正の
後にビーム間隔の補正を行うことにより、ビーム間隔の
検出精度を高め、再補正といった無駄を省くことができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る走査光学装置
及びその制御方法の実施形態について添付図面を参照し
て説明する。

【００１５】図１、図２において、本発明の一実施形態
である走査光学装置は、概略、二つのレーザダイオード
１０ａ，１０ｂと、プリズム１１と、ビームスプリッタ
１２と、コリメータレンズ１３と、開口規制板１４と、
シリンダレンズ１５と、ポリゴンミラー２０と、ｆθレ
ンズ２５と、ビーム間隔検出器３０と、合焦検出器４０
とで構成されている。

【００１６】レーザダイオード１０ａ，１０ｂから互い
に直交方向に放射された光ビームＬＢａ，ＬＢｂは、ビ
ームスプリッタ１２で結合され、コリメータレンズ１３
によって平行光（又は収束光）とされる。ビームスプリ
ッタ１２は、二つのプリズムを半透膜を介して接合した
周知のもので、光ビームＬＢａを直進させ、光ビームＬ
Ｂｂを９０°反射させる。

【００１７】ビームスプリッタ１２で結合され、かつ、
コリメータレンズ１３を透過した光ビームＬＢａ，ＬＢ
ｂは、開口規制板１４、シリンダレンズ１５を介してポ
リゴンミラー２０に到達する。ポリゴンミラー２０は矢
印Ａ方向に一定の角速度で回転駆動され、光ビームＬＢ
ａ，ＬＢｂはこの回転に基づいてポリゴンミラー２０の
各反射面で等角速度に偏向され、ｆθレンズ２５や図示
しない折り返しミラーを介して感光体面５０上で結像す
ると共に、主走査方向Ｘに走査する。即ち、この光学装
置では一回の走査で感光体面５０上に２ラインを同時に
書き込む。

【００１８】ｆθレンズ２５は周知のもので、像面上で
の主走査速度を等速に補正する機能や像面湾曲を補正す
る機能、あるいはシリンダレンズ１５と協働してポリゴ
ンミラー２０の面倒れ誤差を補正する機能を有してい
る。

【００１９】感光体面５０は通常ドラム型として構成さ
れ、一定速度で回転駆動され、この回転（副走査）と光
ビームＬＢａ，ＬＢｂの主走査（矢印Ｘ方向）によって
感光体面５０上に２次元の画像（静電潜像）が書き込ま
れる。

【００２０】光ビームＬＢａ，ＬＢｂの感光体面５０上
での副走査方向の間隔は、プリズム１１の傾斜角度を変
更することで印字密度に対応した所定の間隔となるよう
に調整される。例えば、印字密度が４００ｄｐｉの場合
は、像面上での間隔は６３．５μｍ、６００ｄｐｉの場
合は４２．３μｍである。なお、印字密度の切換えに伴
う主走査方向の間隔はレーザダイオード１０ａ，１０ｂ
の発光タイミングを制御することで調整される。

【００２１】また、副走査方向のビーム間隔は温度等の
環境条件によっても変動するが、このような場合もプリ
ズム１１の傾斜角度を微調整することで補正可能であ
る。

【００２２】印字密度の切換えに伴う光ビームＬＢａ，
ＬＢｂの感光体面５０上でのスポット径の変更は、図３
に示すように、開口規制板１４に形成したスリット１４
ａ，１４ｂを光軸に対して選択的に進退させることで行
う。そのため、開口規制板１４はアクチュエータ１６に
よって駆動されるように構成されている。本実施形態で
は印字密度を低ｄｐｉと高ｄｐｉの２種類に切り換える
ようにしている。従って、開口規制板１４は２種類のス
リット１４ａ，１４ｂを有したものが使用されている。

【００２３】なお、このようなスポット径の変更は、コ
リメータレンズ１３を光軸上で移動させて光学倍率を変
更することによっても可能である。

【００２４】一方、印字密度の切換えに伴う光ビームＬ
Ｂａ，ＬＢｂの集光位置（焦点）の調整は、２枚組みの
コリメータレンズ１３又はシリンダレンズ１５の間隔を
変化させることで行う。図４は２枚組みのシリンダレン
ズ１５の一方をアクチュエータ１７で駆動する形態を示
す。

【００２５】また、集光位置は温度等の環境条件によっ
ても変動するが、このような場合もコリメータレンズ１
３又はシリンダレンズ１５の間隔を微調整することで補
正可能である。

【００２６】以上のビーム間隔補正及び集光位置補正を
行うため、それぞれ検出器３０，４０が感光体面５０と
光学的に等価位置であって主走査方向開始側に設置され
ている。

【００２７】ビーム間隔検出器３０は、図５に示すよう
に、三角形の検出面を有する光センサ３１，３２を各斜
辺が主走査方向Ｘの上流側に位置させて主走査方向Ｘに
沿って並設したものである。図５中、ａは光ビームＬＢ
ａの走査軌跡、ｂは光ビームＬＢｂの走査軌跡である。

【００２８】ここでは、間隔Ｙ₁の所定値からのずれ量
を検出する。まず、光センサ３１，３２で光ビームＬＢ
ａが検出される時間差ｔ１と、光ビームＬＢｂが検出さ
れる時間差ｔ２を計測する。そして、時間差ｔ１，ｔ２
の偏差ｔ３と、該偏差ｔ３の基準値とを比較し、光ビー
ムＬＢａ，ＬＢｂの間隔Ｙ₁のずれ量を算出する。この
演算は光センサ３１，３２からの検出信号が入力される
制御部５１で行われる。

【００２９】さらに、副走査方向の走査位置を確定する
ため、いま一つの光センサ３３を走査軌跡ａ上に設け、
光ビームＬＢａが所定の位置で走査されていることを検
出する。

【００３０】制御部５１は算出されたずれ量に応じた補
正データを演算し、この補正データに基づいてプリズム
１１の傾斜角度を微調整する。

【００３１】合焦検出器４０はＣＣＤやＰＤなどの光セ
ンサで光ビームＬＢａ，ＬＢｂの少なくともいずれかを
受光し、集光状態を検出するもので、その検出態様はオ
ートフォーカス機構としてこの種の走査光学装置の分野
で周知である。合焦検出器４０での検出信号も制御部５
１へ入力され、ここでディフォーカス量が算出されると
共に、ディフォーカス量に応じた補正データが演算され
る。この補正データに基づいてコリメータレンズ１３又
はシリンダレンズ１５の間隔を微調整する。

【００３２】次に、前記走査光学装置の制御手順につい
て説明する。レーザダイオード１０ａ，１０ｂから放射
された光ビームＬＢａ，ＬＢｂは、プリズム１１の傾斜
角度に基づいて感光体面５０上において、それぞれの印
字密度（ｄｐｉ）に対応した副走査方向の間隔を保持す
るように調整される。この光ビームＬＢａ，ＬＢｂは開
口規制板１４のいずれかのスリット１４ａ，１４ｂを通
過し、感光体面５０上で所定のスポット径となるように
調整される。そして、１ページごとの印字の間、あるい
は１ジョブごとの間に、検出器３０，４０を用いてビー
ム間隔と集光位置を検出し、プリンタ機内の温度上昇な
どによるビーム間隔や集光位置のずれを補正する。

【００３３】一方、印字密度（ｄｐｉ）の切換えが指示
されると、指示された印字密度に対応したビーム間隔及
びビームスポット径となるように、プリズム１１の角度
及びコリメータレンズ１３又はシリンダレンズ１５のレ
ンズ間隔を調整する。そして、本実施形態では、印字密
度を低ｄｐｉから高ｄｐｉに切り換える際に、少なくと
も集光位置の検出とその補正を実行する。好ましくは、
ビーム間隔の検出とその補正をも実行する。後者の場
合、集光位置を正常な状態に補正した後にビーム間隔の
検出／補正を行うことが望ましい。

【００３４】低ｄｐｉから高ｄｐｉへの切換え時に少な
くとも集光位置を補正するのは以下の理由による。

【００３５】即ち、図６は光ビームの集光位置（ビーム
ウエスト）が感光体面上に正常に位置している状態を示
す。この場合、書込みスポット径は高ｄｐｉ及び低ｄｐ
ｉ共に許容スポット径の範囲に収まっている。図７はビ
ームウエストが感光体面からずれて位置している状態を
示す。高ｄｐｉと低ｄｐｉとではビームのスポット径が
異なるため、スポット径の許容範囲を示す深度幅が異な
り、高ｄｐｉでの深度幅は低ｄｐｉよりも狭い。

【００３６】例えば、プリンタ機内の温度上昇によって
光ビームＬＢａ，ＬＢｂの集光位置のずれが発生した場
合、図７に示されているように、低ｄｐｉでの印字状態
では深度幅が広いために書込みスポット径が許容範囲と
判断される。この状態で高ｄｐｉに切り換えて印字を実
行すると、同じ集光位置のずれであっても高ｄｐｉでは
深度幅が狭いためにスポット径が許容範囲外となり、画
質の劣化となる。また、集光位置の検出を行う際、低ｄ
ｐｉの光ビームではビームウエスト付近の径変化がなだ
らかであり、集光位置の検出感度が低いという不具合を
有している。従って、走査光学装置が高ｄｐｉに切り換
えられたときに集光位置の検出／補正を行うことが好ま
しい。

【００３７】また、本実施形態では、高ｄｐｉに切り換
える際に、必ずビーム間隔を検出してビーム間隔が適正
な値となるように補正する。高ｄｐｉでは、副走査方向
の倍率が低倍率になりやすく、ビーム間隔の誤差が画像
劣化（特に、副走査方向の印字ライン間隔の大小が交互
に表われて縞模様の濃度むらが発生する）して目立つ傾
向にある。本実施形態では高ｄｐｉへの切換え時に、必
ずビーム間隔を補正することで、このような画像劣化を
防止することができる。

【００３８】さらに、本実施形態では、高ｄｐｉに切り
換える際に、集光位置を補正した後に、プリズム１１の
角度を調整して光ビームＬＢａの光軸を変化させてビー
ム間隔を補正する。例えば、集光位置を補正した後に光
学倍率の変更を伴うビーム間隔の補正を行うと、せっか
く補正した集光位置がずれるために再補正が必要とな
る。本実施形態ではビーム間隔の補正に光学倍率の変更
を伴わないので、ビーム間隔の補正によって集光位置が
変動することはない。

【００３９】なお、同様の目的を達成するには、光ビー
ムＬＢａ，ＬＢｂの発光点の間隔を変更すること、即
ち、物点の間隔を変更することで対応してもよい。

【００４０】また、集光位置を補正する前にビーム間隔
の補正を行うと、間隔補正時に光ビームが所定のスポッ
ト径に絞られていないため、検出器３０の検出信号の立
ち上がりが不明瞭で検出精度が悪くなる。集光位置を補
正した後にビーム間隔の検出／補正を行えば、このよう
な検出精度の低下を回避できる。

【００４１】さらに、本実施形態では、印字密度の切換
え時におけるビーム間隔の変更と、光学倍率変動に対応
するためのビーム間隔の補正をプリズム１１という一つ
の部材で行うため、ビーム間隔の補正機構を低コストで
コンパクトに構成することができる。

【００４２】ここで、低ｄｐｉから高ｄｐｉへの切換え
時における制御手順の一例を図８を参照して説明する。

【００４３】ステップＳ１で高ｄｐｉへの切換えの指示
を確認すると、ステップＳ２で開口規制板１４を駆動
し、スリット１４ａ，１４ｂを切り換える。次に、光ビ
ームＬＢａ，ＬＢｂを走査させ、ステップＳ３で集光位
置を検出する。次に、ステップＳ４で集光位置が許容範
囲にあるか否かを判定し、許容範囲外であればステップ
Ｓ５でコリメータレンズ１３又はシリンダレンズ１５を
駆動してレンズ間隔を調整し、ステップＳ６で再度集光
位置を検出する。次に、ステップＳ７で集光位置が許容
範囲にあるか否かを判定し、許容範囲外であればステッ
プＳ５，Ｓ６を繰り返す。

【００４４】集光位置が許容範囲内に収まれば（ステッ
プＳ４，Ｓ７でＹＥＳ）、ステップＳ８でビーム間隔を
検出し、ステップＳ９でビーム間隔が許容範囲にあるか
否かを判定する。許容範囲外であればステップＳ１０で
プリズム１１を駆動し、ステップＳ１１で再度ビーム間
隔を検出する。次に、ステップＳ１２でビーム間隔が許
容範囲にあるか否かを判定し、許容範囲外であればステ
ップＳ１０，Ｓ１１を繰り返す。ビーム間隔が許容範囲
に収まれば（ステップＳ９，Ｓ１２でＹＥＳ）、このサ
ブルーチンを終了する。

【００４５】なお、本発明に係る走査光学装置及びその
制御方法は前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更することができる。

【００４６】特に、複数の光ビームの副走査方向の間隔
検出／補正手段や集光位置の検出／補正手段は種々の方
法を採用することができる。また、２ビームのみならず
３ビームあるいはそれ以上のマルチビーム方式であって
もよく、印字密度を３種類あるいはそれ以上に切換え可
能であってもよい。さらに、光路を構成する各種光学素
子の種類、配置関係は任意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である走査光学装置を示す
概略平面図。

【図２】前記走査光学装置の副走査方向から見た構成
図、レーザダイオードからポリゴンミラーまでを示す。

【図３】開口規制板の駆動機構を示す斜視図。

【図４】シリンダレンズの駆動機構を示す斜視図。

【図５】ビーム間隔の検出方法を示す説明図。

【図６】光ビームの集光状態（正常な場合）を示す説明
図。

【図７】光ビームの集光状態（ずれている場合）を示す
説明図。

【図８】印字密度切換え時の制御手段を示すフローチャ
ート図。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ…レーザダイオード １１…プリズム １２…ビームスプリッタ １３…コリメータレンズ １４…開口規制板 １５…シリンダレンズ １６，１７…アクチュエータ ２０…ポリゴンミラー ２５…ｆθレンズ ３０…ビーム間隔検出器 ４０…合焦検出器 ５０…感光体面 ５１…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 健司 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2C362 AA21 AA22 AA34 AA47 BA58 BA61 BA67 BA71 BA85 BA86 CB03 CB08 CB14 2H045 AA01 BA21 CA82 CA92 CA98 CB24 CB32 DA22 DA24

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光ビームを発する光ビーム発生手
   段と、 前記光ビーム発生手段から発せられた複数の光ビームを
   被走査面上で副走査方向に印字密度に応じた所定間隔に
   離間させて結像させる光学手段と、 印字密度に応じて被走査面上での光ビームのスポット径
   を変更するスポット径変更手段と、 光ビームの集光位置を検出する集光位置検出手段と、 前記集光位置検出手段の検出結果に基づいて前記光学手
   段の光学倍率を変換して光ビームの集光位置を補正する
   集光位置補正手段と、 前記スポット径変更手段により光ビームのスポット径を
   変更する際に、集光位置検出手段と集光位置補正手段と
   を動作させる制御手段と、 を備えたことを特徴とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、光ビームのスポット径
   を小さくする方向に変更する際に、集光位置検出手段と
   集光位置補正手段とを動作させることを特徴とする請求
   項１記載の走査光学装置。
3. 【請求項３】 複数の光ビームの被走査面上での副走査
   方向の間隔を検出する間隔検出手段と、 前記間隔検出手段の検出結果に基づいて光ビームの副走
   査方向の間隔を補正する間隔補正手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載の走査光学装
   置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、光ビームのスポット径
   を小さくする方向に変更する際に、間隔検出手段と間隔
   補正手段とを動作させることを特徴とする請求項３記載
   の走査光学装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、光ビームのスポット径
   を小さくする方向に変更する際に、集光位置検出手段と
   集光位置補正手段とを動作させ、その後、間隔検出手段
   と間隔補正手段とを動作させることを特徴とする請求項
   ３記載の走査光学装置。
6. 【請求項６】 光ビーム発生手段から発せられた複数の
   光ビームを被走査面上で副走査方向に所定の間隔で走査
   する走査光学装置の制御方法において、 印字密度に応じて被走査面上での光ビームのスポット径
   を変更する工程と、 光ビームの集光位置を検出し、その検出結果に基づいて
   光ビームの集光位置を補正する工程と、 を備えたことを特徴とする制御方法。
7. 【請求項７】 光ビームのスポット径を小さくする方向
   に変更する際に、光ビームの集光位置を検出／補正する
   工程を実行することを特徴とする請求項６記載の制御方
   法。
8. 【請求項８】 複数の光ビームの被走査面上での副走査
   方向の間隔を検出し、その検出結果に基づいて光ビーム
   の副走査方向の間隔を補正する工程を備えたことを特徴
   とする請求項６記載の制御方法。
9. 【請求項９】 光ビームのスポット径を小さくする方向
   に変更する際に、光ビームの副走査方向の間隔を検出／
   補正する工程を実行することを特徴とする請求項８記載
   の制御方法。
10. 【請求項１０】 光ビームの径を小さくする方向に変更
    する際に、光ビームの集光位置を検出／補正し、その
    後、光ビームの間隔を検出／補正することを特徴とする
    請求項８記載の制御方法。