(57)【要約】【課題】  複数ビーム発生光源から発したレーザ光を、光学系を介して感光ドラムに結像スポット列として結像し、結像スポット列を前記感光ドラム面上で斜めに配列して一括走査することにより光記録を行なうマルチビーム走査型光記録装置において、複数ビーム発生光源の個々のビーム発生位置に誤差があった場合、一括走査を行なう各々のビームが形成する走査線の間隔にも誤差が生じ、画質に悪影響を及ぼす。【解決手段】  光学系内で各々のビームが互いに重ならずに分離した位置に、各々のビームに対応する平板ガラス板を配し、なおかつ、これらの平板ガラス板を各々のビーム毎に可動機構により動かすことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ビーム発生光源から発したレーザ光を、光学系を介して感光ドラムに結像スポット列として結像し、該結像スポット列を前記感光ドラム面上で斜めに配列して一括走査することにより光記録を行なうマルチビーム走査型光記録装置において、前記光学系内で各々のビームが互いに重ならずに分離した位置に平板ガラス板を配し、該平板ガラス板を各々のビーム毎に可動機構により動かすことで、前記感光ドラム面上に形成する走査線間隔を調整できるようにしたことを特徴とする光記録装置。
【請求項２】
各々独立した複数個の半導体レーザから発した光を該半導体レーザに対応する各々の光ファイバに入射するための半導体レーザモジュール部を形成し、一方、該光ファイバの光出射側先端は互いに近接させ一列に配置した光ファイバアレイ部を形成し、該光ファイバアレイ部から出射する光を複数ビーム発生光源として用いることを特徴とする請求項１記載の光記録装置。
【請求項３】
複数ビーム発生光源から発したレーザ光を、光学系を介して感光ドラムに結像スポット列として結像し、該結像スポット列を前記感光ドラム面上で斜めに配列して一括走査することにより光記録を行なうマルチビーム走査型光記録装置において、前記光学系内で各々のビームが互いに重ならずに分離した位置に平板ガラス板を配し、該平板ガラス板を各々のビーム毎に可動機構により動かすことで前記感光ドラム面上に形成する走査線間隔を変動させ、なおかつ、該走査線間隔を前記感光ドラム面位置と等価な位置に配置された走査線間隔検出手段により検出して前記可動機構をフィードバック制御することで、前記感光ドラム面上に形成する走査線間隔を調整できるようにしたことを特徴とする光記録装置。
【請求項４】
各々独立した複数個の半導体レーザから発した光を該半導体レーザに対応する各々の光ファイバに入射するための半導体レーザモジュール部を形成し、一方、該光ファイバの光出射側先端は互いに近接させ一列に配置した光ファイバアレイ部を形成し、該光ファイバアレイ部から出射する光を複数ビーム発生光源として用いることを特徴とする請求項３記載の光記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光を走査、変調することで光記録を行なうレーザビームプリンタ等の光記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ、レーザファクシミリ等のレーザ走査型画像形成装置において、近年、高速・高解像度化を実現するための手段として、複数の光ビームによって感光体等の被走査面上に複数の走査線を同時に形成させるマルチビーム走査光学系が必須になっている。
【０００３】
マルチビームにより複数の走査線を形成する手段としては、光源として複数の半導体レーザを用い、偏光ビームスプリッター等により各半導体レーザからの光ビームを合成するビーム合成方式、光源として複数の発光点を有する半導体レーザアレイを用いる方式、各々独立した半導体レーザから発した光を光ファイバに入射し、光ファイバの光出射側先端を互いに近接させ一列に配列して形成した光ファイバアレイ部を光源とする光ファイバアレイ方式等がよく知られている。
【０００４】
このうち、半導体レーザアレイは、簡素な光学系構成を実現できるが、素子自体の入手が困難で、特にビーム数が多くなった場合、その傾向は顕著になる。また、発振波長が短波長の半導体レーザアレイの製作は技術的困難を伴うため入手自体が難しく、仮に入手できたとしても非常に高価である。
【０００５】
他方、ビーム合成方式は、汎用の半導体レーザを用いることができるという利点があるが、感光体上において所定の走査線間隔とするための調整精度が厳しく、また、温度変動や振動等による半導体レーザ間の微小な変動に対しても感光体上におけるビームの相対位置が大きく変動することがあるため走査線間隔を安定に保持することが困難であるという短所がある。
【０００６】
一方、光ファイバアレイ方式は、市販の汎用半導体レーザを用いることができる事に加え、光ファイバの先端をアレイ化することでビーム合成方式に用いられるような調整機構の厳しい精度は要求されないという長所がある。しかし、この方式は光ファイバアレイ部を形成する個々の光ファイバから出射するビームの配列精度がそのまま各ビームが感光体上に形成する走査線の間隔誤差に対応するため、光ファイバアレイ部を作製する場合には厳しい精度が要求される。このため、精度の悪い光ファイバアレイを用いた場合には画質に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３１１５５号公報
【０００８】
【特許文献２】特開平１０−１７７１４５号公報
【特許文献３】特開平１１−８４２８３号公報
【特許文献４】特開２００１−２４２４０３号公報
【特許文献５】特開２００３−３５８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、複数ビーム発生光源から発したレーザ光を、光学系を介して感光ドラムに結像スポット列として結像し、結像スポット列を前記感光ドラム面上で斜めに配列して一括走査することにより光記録を行なうマルチビーム走査型光記録装置において、複数ビーム発生光源の個々のビーム発生位置に誤差があった場合、一括走査を行なう各々のビームが形成する走査線の間隔にも誤差が生じ、画質に悪影響を及ぼす点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マルチビーム走査型光記録装置において、光学系内で各々のビームが互いに重ならずに分離した位置に、各々のビームに対応する平板ガラス板を配し、なおかつ、これらの平板ガラス板を各々のビーム毎に可動機構により動かすことを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光記録装置は、マルチビーム走査型光記録装置において、一括走査する各々のビームが感光ドラム面上に形成する走査線を、副走査方向にすなわち感光ドラム回転方向に微動させ、各々の走査線間隔の微調整ができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
マルチビーム走査型光記録装置において、一括走査を行なう各々のビームが形成する走査線の間隔を調整するという目的を、元になる光学系構成を大幅に変更すること無く簡易な方法で実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明装置の１実施例の光学系全体図を示す。
【００１４】
図１の１〜５は、半導体レーザモジュール部で、各半導体レーザモジュールの内部は、各々独立した複数個の半導体レーザと半導体レーザから発した光を個々の半導体レーザに対応する光ファイバ６〜１０に入射するためのカップリング光学系により構成される。光ファイバ６〜１０の光出射側先端は互いに近接させ一列に配置した光ファイバアレイ部１１を形成しており、この光ファイバアレイ部１１から出射する光を複数ビーム発生光源として用いている。個々の半導体レーザは、コントローラからの画像データ信号１２にしたがってレーザドライバ１３〜１７を駆動させることで、光ファイバアレイ部１１先端からはそれぞれ独立に変調された個々のビーム１８を出射する（図１では便宜上５本ビームとしている）。
【００１５】
光ファイバアレイ部１１から出射した光はレンズ１９によりコリメートされた後、レンズ２０に入射し、レンズ２０とレンズ２１とで構成されるビームエキスパンダによりビーム幅が拡大された平行光に変換される。また、レンズ２０とレンズ２１とで構成されるビームエキスパンダ間で、各々のビームが互いに重ならずに分離した位置には各々のビームに対応した平板ガラス２６〜３０が配置される。レンズ２１を出射した光は、その後、副走査方向にのみレンズパワーを有するシリンダレンズ２２を透過後、回転多面鏡２３、走査レンズ２４により、感光ドラム２５上にスポット列として結像され、個々に変調されたスポットが走査することにより感光ドラム２５上に光記録が行われる。この際、感光ドラム２５上に結像される複数の結像スポット３１〜３５は、それぞれの結像スポットが形成する走査線が互いに密接するように斜め角度を持たせている。この斜め角度は、光ファイバアレイ部１１を光軸回りに回転調整することにより設定される。回転多面鏡２３の前に配置されたシリンダレンズ２２は、回転多面鏡２３の回転時の揺動による走査線の副走査方向のずれをなくすためのもので、それぞれのビームを回転多面鏡２３の面上に副走査方向に絞り込んでいる。
【００１６】
図２と図３が図１に示した光学系の部品配置位置の詳細を示す図で、図２は回転多面鏡２３の回転面内の光学系、すなわち感光ドラム２５上で主走査方向の光学系である。図３は、それとは垂直方向からみた光学系、すなわち副走査方向の光学系である。図２、図３では、煩雑を避けるためにビーム数は３本で示してある。
【００１７】
図２、図３において、レンズ１９、レンズ２０、レンズ２１、レンズ２２の焦点距離をそれぞれｆｃｏｌ、ｆＬ１、ｆＬ２、ｆｃｙｌとするとき、光ファイバアレイ部１１とレンズ１９の間隔はｆｃｏｌ、レンズ１９とレンズ２０の間隔はｆｃｏｌ＋ｆＬ１、レンズ２０とレンズ２１の間隔は、概略（ｆＬ１＋ｆＬ２）、レンズ２１と回転多面鏡２３の間隔は概略ｆＬ２に配置されている。このように配置することによって、図１の光ファイバアレイ部１１か    ら平行に発した各レーザ光の主光線を、レンズ２０出射後に再び平行とし、レンズ２１を照射させる。その後、レンズ２１を出射した各ビームの主光線を回転多面鏡２３上で概略一致させる。こうすることで、複数のビームを用いた場合でも回転多面鏡２３の大きさを大きくする必要はなく、従来のものを用いることができる。
【００１８】
次に、図２、図３により、光ファイバアレイ部１１から発した各々のレーザ光について説明する。
【００１９】
光ファイバアレイ部１１の各光ファイバから出射するビームの径をδＦＡ［μｍ］、各ビームの配置間隔をｄＦＡ［ｍｍ］とすると、レンズ１９において光ファイバアレイ部１１から出射した各ビームがけられない条件の下では、レンズ１９出射後のビーム径ＤＣＯＬ、レンズ２０、レンズ２１間の結像スポット径δＬ１、および結像スポットの配列間隔ｄＬ１、レンズ２１出射後のビーム径ＤＬ２は、次式で表される。
【００２０】
ＤＣＯＬ＝４・λ・ｆｃｏｌ／（π・δＦＡ）［ｍｍ］…（１）
δＬ１＝δＦＡ・（ｆＬ１／ｆｃｏｌ）［ｍｍ］…（２）
ｄＬ１＝ｄＦＡ・（ｆＬ１／ｆｃｏｌ）［ｍｍ］…（３）
ＤＬ２＝４・λ・ｆｃｏｌ・ｆＬ２／（ｆＬ１・π・δＦＡ）［ｍｍ］…（４）
ここで、λは光の波長である。
【００２１】
一方、図３の副走査方向の光学系においては、レンズ２１を出射し、ビーム径ＤＬ２＝４・λ・ｆｃｏｌ・ｆＬ２／（ｆＬ１・π・δＦＡ）［ｍｍ］の平行光になるところまでは図２の光学系と同じであるが、レンズ２１を出射した光はシリンダレンズ２２により回転多面鏡２３上に絞りこまれる。このときの回転多面鏡２３上に絞り込まれたスポットの副走査方向の大きさ（縦径）をδＰＯＬ［μｍ］とすると、δＰＯＬは次式で表される。
【００２２】
δＰＯＬ＝｛（ｆＬ１・ｆｃｙｌ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝δＦＡ［μｍ］…（５）
また、回転多面鏡２３上に絞り込まれたスポットの副走査方向の間隔をＰＰＯＬとすると、次式の関係が成り立つ。
【００２３】
ＰＰＯＬ∝｛（ｆＬ１・ｆｃｙｌ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝…（６）
従って、回転多面鏡２３の反射面には、図４のように横幅ＤＬ２［ｍｍ］、縦幅δＰＯＬ［μｍ］、間隔ＰＰＯＬの光スポットが形成される。
【００２４】
回転多面鏡２３で反射した光は走査レンズ２４により感光ドラム２５上に結像する。このとき、走査レンズ２４の焦点距離をｆＦΘとすると、感光ドラム上での結像スポット径は次式で表される。
【００２５】
ωｘ＝｛（ｆＬ１・ｆＦΘ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝δＦＡ［μｍ］…（７）
ωｙ＝ｍδＰＯＬ＝ｍ｛（ｆＬ１・ｆｃｙｌ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝δＦＡ［μｍ］…（８）
ここで、ωｘは走査方向の結像スポット径、ωｙは副走査方向の結像スポット径、またｍは走査レンズ２４の副走査方向の倍率である。
【００２６】
つまり、この光学系の全体倍率は、主走査方向をｍｍａｉｎ、副走査方向をｍｓｕｂとすると次式で表される。
【００２７】
ｍｍａｉｎ＝ωｘ／δ＝｛（ｆＬ１・ｆＦΘ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝…（９）
ｍｓｕｂ＝ωｙ／δ＝ｍ｛（ｆＬ１・ｆｃｙｌ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝…（１０）
後述するように感光ドラム２５上に配列される結像スポット列の走査線に対する角度は小さいので、個々の結像スポット間隔をｄＤＲＵＭとすると、ｄＤＲＵＭは、（９）式を用いて次式で近似される。
【００２８】
ｄＤＲＵＭ≒ｍｍａｉｎ・ｄＦＡ
＝ｄＦＡ・｛（ｆＬ１・ｆＦΘ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝［ｍｍ］…（１１）
光走査方向に対する多ビームの結像スポットの傾きをΨとすると走査線間隔ｐｉｔｃｈは、次式で与えられる。
【００２９】
ｐｉｔｃｈ＝ｄＤＲＵＭ・ｓｉｎΨ
＝ｄＦＡ・｛（ｆＬ１・ｆＦΘ）／（ｆｃｏｌ・ｆＬ２）｝・ｓｉｎΨ［ｍｍ］
…（１２）
さて、上述した光学系の各変数に具体的な数値を代入して６００［ｄｏｔ／ｉｎｃｈ］の解像度をもつ光記録装置を考えてみる。
【００３０】
光源波長をλ＝０．６３５［μｍ］、光ファイバアレイ部１１の発光スポット径をδＦＡ＝５［μｍ］、ビーム間隔をｄＦＡ＝０．２５［ｍｍ］、レンズ１９の焦点距離をｆｃｏｌ＝２０［ｍｍ］、レンズ２０の焦点距離をｆＬ１＝２００［ｍｍ］、レンズ２１の焦点距離をｆＬ２＝４００［ｍｍ］、レンズ２２の焦点距離をｆｃｙｌ＝２００［ｍｍ］、レンズ２４の焦点距離をｆＦΘ＝４００［ｍｍ］、レンズ２４の倍率をｍ＝２［倍］とすると、ＤＣＯＬ、δＬ１、ｄＬ１、ＤＬ２、およびｄＤＲＵＭは、
ＤＣＯＬ＝３．２３４［ｍｍ］…（１３）
δＬ１＝５０［μｍ］…（１４）
ｄＬ１＝２．５［ｍｍ］…（１５）
ＤＬ２＝６．４６８［ｍｍ］…（１６）
ｄＤＲＵＭ＝２．５［ｍｍ］…（１７）
となる。
【００３１】
また、主走査方向、副走査方向の光学系の全体倍率をそれぞれｍｍａｉｎ、ｍｓｕｂ、主走査方向、副走査方向の結像スポット径をそれぞれωｘ、ωｙとすると、
ｍｍａｉｎ  ＝１０［倍］…（１８）
ｍｓｕｂ    ＝１０［倍］…（１９）
ωｘ＝５０［μｍ］…（２０）
ωｙ＝５０［μｍ］…（２１）
となる。
【００３２】
また、感光ドラム２５上結像スポット列の走査線に対する角度Ψは、Ψ＝０．９７［ｄｅｇ］に設定すれば、（１２）式より、
ｐｉｔｃｈ＝０．２５・｛（２００・４００）／（２０・４００）｝・ｓｉｎ０．９７
＝４２．３［μｍ］…（２２）
となり、解像度６００［ｄｏｔ／ｉｎｃｈ］の走査線間隔になる。
【００３３】
以上の光学系において、光ファイバアレイ部１１を形成する光ファイバに配置誤差がある場合には感光ドラム２５の走査線間隔が所望の値にならないという問題が生じる。例えば、図５に示す光ファイバアレイ部１１の出射端面のように、光ファイバアレイ部１１を形成する光ファイバ３６〜４０のうちの１本に配置誤差がある場合、光ファイバ３８のビーム出射領部が、その他の光ファイバのビーム出射部配列位置からずれるために、図６に示すように感光ドラム２５上を一括走査する走査線の間隔に誤差が生じ、画質を劣化させる原因となる。
【００３４】
そこで、この問題を解決するために本発明の光記録装置は、光ファイバアレイ部１１で生じた光ファイバの配列誤差に起因する走査線間隔誤差を、図１、２、３に示すように光路中に平板ガラス２６〜３０を配置し、この平板ガラス２６〜３０をあおることによって走査線間隔誤差の補正を行なう。平板ガラス２６〜３０の配置位置は、光路中で各ビームが分離している位置、例えば図２に示すＢＢの領域などになる。
【００３５】
図７に示すように光路中に厚さｔ［ｍｍ］、屈折率ｎの平板ガラスがビームの進行垂直方向に対して傾き角度φで配置されている場合、平板ガラスを透過する光線のシフト量δＲＡＹ［ｍｍ］は次式で表される。
【００３６】
δＲＡＹ＝ｔ・ｓｉｎφ・｛１−ｃｏｓφ／√（ｎ・ｎ−ｓｉｎφ・ｓｉｎφ）｝［ｍｍ］
…（２３）
平板ガラスの屈折率をｎ＝１．５、厚さｔ［ｍｍ］をパラメータとしたδＲＡＹ［ｍｍ］の値は表１に示す。
【００３７】
ここで、（１３）〜（２２）式より、レンズ２０、レンズ２１間の結像スポット径δＬ１、および結像スポットの配列間隔ｄＬ１は、感光ドラム２５上に倍率１倍で結像していることがわかる。このため、表１に示した数値はそのまま走査線間隔の変動値に置換えることができる。
【００３８】
これより、図１に示したように光路中の各ビームが分離した位置に各ビームに対応する平板ガラス２６〜３０を挿入し、これらのガラスをあおり調整することによって光ファイバアレイ部１１で生じた光ファイバの配列誤差に起因する、感光ドラム２５上の走査線間隔のずれを補正することができる。
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【００３９】
以上、上記実施例では光記録装置で用いるビーム本数は５本としたが、ビーム本数はこれに限るものではなく５本以上であってもよい。
【実施例２】
【００４０】
図８は、本発明の他の実施例の光学系全体図を示す。本実施例は、実施例１の光学系の感光ドラム２５のビーム走査面と等価な位置にビーム間隔検出器４１を配置したものである。これによって検出された走査線間隔誤差は、制御回路４２、平板ガラス駆動機構４３にフィードバックし、各平板ガラス２６〜３０を可動することで自動的に走査線間隔誤差を解消させることができる。図８において、図１と同一符号は同一部分を示す。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
マルチビームによる光記録方式として、複数の半導体レーザを用い、偏光ビームスプリッター等により各半導体レーザからの光ビームを合成するビーム合成方式、光源として複数の発光点を有する半導体レーザアレイを用いる方式にも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】光記録装置光学系概略を示した説明図である。（実施例１）
【図２】光記録装置光学系の主走査方向の部品は位置関係の説明図である。（実施例１）
【図３】光記録装置光学系の副走査方向の部品は位置関係の説明図である。（実施例１）
【図４】光記録装置光学系の回転多面鏡部でのビーム配置関係説明図である。（実施例１）
【図５】光ファイバアレイ部のファイバ配置誤差の説明図である。（実施例１）
【図６】走査線間隔誤差の説明図である。（実施例１）
【図７】平板ガラスによる光線シフトの説明図である。（実施例１）
【図８】光記録装置光学系概略を示した説明図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００４３】
１〜５  半導体レーザモジュール
６〜１０  光ファイバ
１１  光ファイバアレイ
１２  画像データ信号
１３〜  半導体レーザドライバ
１８  光ファイバアレイ出射ビーム
１９〜２１  レンズ
２２  シリンダレンズ
２３  回転多面鏡
２４  走査レンズ
２５  感光ドラム
２６〜３０  平板ガラス
３１〜３５  結像スポット
３６〜４０  光ファイバの光出射端
４１  ビーム間隔検出装置
４２  制御回路
４３  平板ガラス駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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