JPS5952216A - 複数ビ−ム光偏向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子写真法を用いた例えばカラープリンターの
ように少なくとも二以上の複数のレーザ画像信号をそれ
と同数の２以上の感光ドラム上に重ね合わせ画像形成を
行う場合の回転多面鏡を用いた複数ビーム偏向器に関す
るものである。

デジタル信号からプリントを得る画像記録装置（ＬＢＰ
、デジタルコピア等）に於ける光学系としては一般的に
は第１図に示す様なレーザ走査光学系が用いられている
。

この光学系はデジタル信号によ多発光、停止を行ちレー
ザユニットａｔとこのレーザ光を外周１ζ感光体を層持
する感光ドラムｕｅＯ軸グ３の軸方向に偏向、走査する
軸＆Ａを中心に回転する回転多面鏡体（ポリゴン）１１
及びレンズ系ダ３から成ル、レーザ走査光によ多感光体
上１と描かれた潜像は一般ζこ知られているカールソン
法、ＰＩＰ法等の電子写真機のプロセスに従い、現像、
転写、定着が行われ複写が成される。

従来電子写真法を用いたレーザプリンターをカラープリ
ンターに応用する場合、色の異なる複数の画像を記録紙
上に重ね合せる必要がある。

この重ね合せ技術を達成するため複数の画像信号に対し
て同数の感光ドラムを具備し、それぞれの色画像信号に
対してｌ対ｌに対応する感光ドラムに潜像を作シ、それ
ぞれ異なる色の現像剤でもって可視化現像を行いそして
記録紙に順次転写する。

この際画像信号は情報信号によって変調されたレーザビ
ーム光を鏡等を用いて偏向され結像レンズ等を介して感
光ドラム面上Ｉこ走査されるものであるが、かかる光偏
向器きして回転多面鏡型光偏向器がある。

この回転多面鏡型光偏向器（以下光偏向器という）は偏
向速度が速く連続的な光偏向が出来るので高速度で且つ
高密度の情報の記録が可能である。

従来の電子写真法を用いたカラープリンターにおいては
前述のプロセスを達成するため、１つの画像信号に対し
て１つのレーザ、１つの光偏向器、１つの感光ドラムを
用意するのが一般的であシ、従って重ね合せるべき画像
信号が複数ある場合は画像信号と同数のレーザと同数の
光偏向器と同数の感光ドラムが必要である。

従って画像信号の重ね合せ技術として上述の構成をとる
場合装置は大型化し、高価になる欠点を持っている。

又、上述の構成における光偏向器は走査面でのピッチむ
ら或はジッターが厳しい精度で規定されているため光偏
向器を構成する回転多面鏡体、回転軸、軸受そしてモー
タと制御回路等は高精度なものが要求され、結果的に非
常に高価々ものとなっている。

第２図はカラープリンターに用いられる従来型の光偏向
器の縦断面図（一部）、第３図は第１図におけるＡ−Ａ
における断面図である。

第−図及び第３図においてｌは一般的には硝子から成る
回転多面鏡体で細心Ｙ−ＹＩと同心的で且つ平行な複数
の鏡面／ａを有する。コは回転軸で回転多面鏡体ｌを軸
方向の所定の位置１こ保持するための支持部コミ１軸心
Ｙ　−Ｙｌと同心的に正しく固定するための嵌合部コｂ
１回転回転鏡体ｌを回転軸コに固定するためのねじ部コ
Ｃとを有する。

３は抑圧板、ダはコルク部材、３は回転軸−のねじ部コ
Ｃにねじ込まれた多面鏡体ｌを回転軸コに固定するため
の取付ナツト、６は取付ナラ）ｊの締付力を押圧板３に
軸心の方向に与えるための中間部材である０グは筐体ｔ
に同心的に固定された上蓋である。上蓋７には入射ビー
ム用の入射孔部７ａと、回転多面鏡体ｌの鏡面／ａで偏
向された出射ビーム用の出射孔部りｂとが設けられてお
シ、入射孔部りａには硝子窓？が固着され、出射孔部り
ｂには出射ビームを走査面に結像させる例えば−〇レン
ズのような光学部材Ｉθが固定されている０ 本発明の目的は前述の従来型の光偏向器を複数個を使用
して構成されるカラープリンターの大型化、高価格化の
問題を解決するためのもので、具体的には１個の光偏向
器に複数個の光偏向器の機能をもたせて装置の小型化低
価格化を計るものである。

本発明の第二の目的は光偏向器自体の高性能化、高精度
化であシさらに第三の目的として光偏向器の振動の低減
である。

本発明では上記の目的を達成するために動圧軸受と金属
製の多面鏡体を採用すると共に、多面鏡体の１つの鏡面
の軸方向位置に複数個のビーム光を入射させることを可
能としている。その結果光偏向器に従来型の光偏向器の
複数個の機能をもたせると共に高速高精度型の光偏向器
を提供することが可能となった。

本発明の実施例を図に従い詳細に説明する。

第１図は本発明による複数ビーム光偏向器の実施例を示
す縦断面図、第３図（ａ）及び（ｂ）及び第６図は第１
図のＢ−Ｂ　、　Ｏ−０、Ｄ−Ｄにおける断面図、第り
図は第１図の外観図である。

第７図〜第７図においてｌは／ａ、／Ｙ）等の複数の鏡
面を形成する中空軸状の金属多面鏡体で複数の鏡面は内
径部を基準にしてダイヤモンドターニング法（ダイヤモ
ンドツールによる超高速旋ＦＭ加工）によル軸心と同心
的に高精度に鏡面加工されている。ｌ−は多面鏡体ｌの
内径部上端に固着された樹脂製のスラスト止めで球面部
と軸心に貫通した細孔が設けられている。

１３は竪型の固定軸で外径部は多面鏡体ｌの内径部に対
し微少スキマをもって嵌合し上端部はスラスト止め７．
２の球面部を介して多面鏡体Ｉ等から構成される回転子
を支承している。固定軸１３の外径部にはへリングボー
ン溝とスパイラル軸が形成されておシ、多面鐘体ｌが第
３図に示す矢印方向に回転すると動圧空気軸受の機能に
よル多面鏡体／等によ多構成される回転子はラジアル方
向に適当な断性をもって支持されると共に、固定軸１３
の上部による支承が解除され軸方向上向きに浮上する。

尚スラスト止めｌコに設けられた細孔は空気の流通路で
所定の回転数に対する浮上量を調節する機能をもってい
る。

ｌグ及び１３は多面鏡体ｌの外径部に固着されたバラン
スリングとロータマグネットである。

ｉｔは固定部１３の下部を強固に支持するエンドブラケ
ットで筐体ざと同心的に固定されている。／／はロータ
マグネット１５に対向して筐体ｇに固着された周知の電
動機を構成するステータである。コ３はｐ−タマグネッ
トの位置を検出するための一対のホール素子、コクはロ
ータマグネットの回転速度を検出するホールエ０素子で
それぞれエンドブラケットｉｔに固着されると共にプリ
ント板コロを介して引出線コクに接続されている。コを
及びコクは動圧空気軸受を用いた複数ビーム光偏向器を
外部から密閉するための下カバーと上蓋である。

筐体ざと同心的に固着された上蓋コｔには第５図（ａ）
　、　（ｂ）に示すように多面鏡体１０１つの鏡面（／
ａ或は／１）等）に対し少なくとも一個の入射用の窓３
０が１つの鏡面（／ａ或は／１）等）の軸方向同位置に
対向して設けられている。又上蓋コクには多面鏡体１０
１つの鏡面（／ａ或は／ｂ等）によシ反射された１つの
ビーム光を結像する機能をもつそれぞれ焦点距離の異な
る二つのｆθレンズｔｓ、ｔｔ及び６６．６りが１つの
鏡面（／ａ或は／１）等）の軸方向位置に対向して固着
されている。

尚ＪＪは上蓋コ９に固定された回転子の軸方向上向きの
動きを制限する部材である。

本発明の複数ビーム光偏向器に用いられるマグネット界
・磁Ｄｏモータは第６図に示すように巻線用鉄芯とグ組
の界磁巻線で構成されるステータ／／に電流を流し磁極
のロータマグネットｌ！８；との間にトルクを発生させ
てロータマグネット１５を回転駆動させるものでロータ
マグネツ）／ｊの外周部に空間的にｔｓｇ度の位置に一
対のホール素子（Ｈ／、Ｈコ）コ３を配置し、四−タマ
グネットｉｓの磁極を検知してトルク角が常にπ／４と
なるようにステータ／／の励磁タイミングを制御してい
る。又ロータマグネット１３の外周部に配置されたホー
ルエａ素子（Ｈ３）コグは同じよりにロータマグネット
１３の磁極を検出し、この回転信号と駆動回路の水晶振
動子から得られる基準周波数の回転位相を比較してホー
ル素子（Ｔｌ／、Ｈコ）：１３に流す電流を制御するこ
とによシステータ１１のコイルに流す電流を制御し、ｐ
−タマグネット／ヨの回転速度を制御している。

本発明の複数ビーム光偏向器の作動を第４図によシ説明
する。電源ＯＮによ多回転多面鏡体１等で構成される回
転子は固定軸１３の上部で支承されながら回転を開始す
る。そして数秒後予め設定されたスラスト空気軸受が十
分その機能を発揮し、回転子の軸方向負荷を保持しつつ
浮上しうる一定回転速度に達する。この際回転多面鏡体
ｌの内径部と固定軸１３の外径部の間の微少スキマの下
部から空気が流入し流入した空気は下部及び上部ジャー
ナルのへリングボーン溝のポンプ作用によシ回転子をラ
ジアル方向に強固に支持する。又流入空気は回転子をラ
ジアル方向に支持すると共にスパイラル溝の効果によシ
上部の方向に流れスラスト止めｌコの部分に上向きの圧
力を発生しつつ流通路を通って動圧軸受の上部に流れる
。

本発明の複数ビーム光偏向器の性能は従来型のものと同
勢である。即ち従来型のものは３面の鏡面をπ０００　
ｒｐｍで駆動しておシ、その走査線速度は１．コＫＨｇ
５　　となる。本発明の複数ビーム光偏向器では６面の
鏡面として光学部材を含めて全体的に小型化している。

そのかわシ動圧軸受の機能を有効１こ使って高速化し、
従来型と同等の走査線速度を得るために回転速度をｌ二
〇〇〇ｒｐｍとしている。

本発明の複数ビーム光偏向器に対し、図示されてないび
りのレーザユニットから出射されたり本の平行ビーム光
のうち軸方向に位置する最初の一対のビーム光は、それ
ぞれ専用の入射用の窓３０を通った後、多面鏡体ｌの１
つの鏡面（例えばｌａ）で反射され、軸方向位置にそれ
ぞれの反射ビーム光に対応して設けられた一対のｆθレ
ンズ６７及び６ｇを通過し、他の一対の平行ビーム光は
それぞれ又専用の入射用の窓３０を通）別の鏡面（例え
ば／１））で反射され、軸方向位置にそれぞれの反射ビ
ーム光に対応して設けられた他の一対のｆθレンズ６３
及び６６を通過した結像面に照射される。

第ｇ図は本発明の他の実施例を示す斜視図である。ＩＩ
／はレーザ及びそのドライブ回路が含まれているレーザ
ユニット、ｌデ、−〇、コｌ、−一はレーザを平行光に
する為のコリメーターレンズである。画像信号で変調さ
れ、コリメーターレンズココで平行光になったレーザ光
３７は高速回転モータｅｏで回転されている回転多面鏡
体ｌで走査される。走査されたレーザ光は反射鏡ｓ４Ｉ
で反射され、感光ドラム５ｇに照射される。

感光ドラムｊｆの周囲には電子写真法尋こ必要な図示さ
れていない帯電器、現像器、記録紙への転写器、クニー
ニング器等が具備されている。

感光ドラムＳＳは図中の矢印方向に低速で回転し、記録
紙（不図示）は感光ドラム！まから感光ドラムｓｇの方
向に進む。

６ｇはｆθレンズであって、偏向されたレーザビームの
光路長が、感光ドラムｓｇの中央部と両端部で異なるた
めに相違する焦点変動を補正して、感光ドラム３を上の
長手方向の全ての位置で最適焦点が得られるように構成
されている。

第３の感光ドラム３７１こ対する光学システムも上述と
同様にレーザユニット’Ｉ１０中１こある第３のレーザ
から発光されたレーザ光がコリメーターレンズ！／を通
って平行なレーザ光３６となシ上述と同一の回転多面鏡
体ｌによって走査されｆθレンズ６りを通って反射鏡ｊ
ｔＪで反射（／／　　） され感光ドラムＳ７に導かれる。

この場合コリメーターレンズコｌとココとの間隔は図の
様にレーザ光３６と３７とが回転多面鏡体ｌの同一の面
に照射されるように設置されている。第１及び第コの感
光ドラム５３と３６とに対する光学システムも上述と同
様にレーザユニットｌｌ／の中にある第１及び第２のレ
ーザから発光されたレーザ光がそれぞれコリメーターレ
ンズ１９及び２０を通って平行なレーザ光３１１及び３
５となシ、上述と同一の回転多面鏡体／によって走査さ
れ、ｆθレンズ６５（回転多面鏡体ｌの裏で図示せず）
及び６６を通って反射鏡よｌ及び３コで反射され感光ド
ラム！！及びＳ６に導かれる。この場合コリメタ−レン
ズ／？とコＯとの間隔は図の様にレーザ光３４Ｉと３５
が回転多面鏡体ｌの同一の面に照射されるように配置さ
れている。

尚、コリメーターレンズ／９及び２０とコリメーターレ
ンズコｌ及びココの間隔は図の様にレーザ光３４Ｉ、３
にと３６，３りが回転多面鏡体ｌ（１２） の夫々側の面に照射されるように設置されている。

例えば第ｇ図に示す回転多面鏡体ｌはｔ面体で、この場
合は１つおきの面ζこそれぞれ一対のレーザ光が照射さ
れるように設置されるのが普通であシ、り面体の場合は
隣接面に照射されるのが普通である。

第を図は感光ドラムが１本の場合を説明しているが、こ
の場合例えば感光ドラム！３はシアン用、感光ドラムｊ
６はマゼンタ用、感光ドラムＳりはイエロー用、感光ド
ラムｓｒは黒用のドラムであシ、それぞれに相応したレ
ーザがダ個備えられている。これら１色の画像信号がド
ライブ回路を通して夫々のダ個のレーザを駆動する。更
に図から理解されるようこと回転多面鏡体ｌの回転中心
位置が感光ドラムＳ６と５７の中央位置に配位し、感光
ドラム５５及び３ｇの光路長と感光ドラムｊ６及び！７
０光路長が異る。このためｆθレンズｔ、Ｓの焦点距離
と６ｔの焦点距離は等しく、６６と６７の焦点距離も等
しいが、ｔ３及びｔざの焦点距離は６６及び６７の焦点
距離よシ長くなっている。

図から理解できるように感光ドラムに！　、　、ｌｔ＆
に対する感光ドラム＆？、ｋｇの走査方向が逆になって
いるので感光ドラムよりと５ｇに対してはｌラインー数
ライン分の電気メモリーを介してｌライン毎の色画像信
号の出力順序が逆向きになるように色画像信号をレーザ
ドライブ回路に入力する。

＼ 第９図は出力順序を逆転して読出すための電気メモリの
構成を説明するプ四ツク図で、正方向の７９４７分のシ
リアルデータが入力ライン１０／を介してＬ工ＦＯバッ
ファメモリーＯθに格納される。出力時は入力時と逆方
向に、即ちＬＡＥＩＴ工Ｎ　ＦＡＳＴ　ＯＵＴ　に出力
される。従って出力ライン１０コ上の一ライン分の画像
情報は逆転する。メモリー００への画像情報の格納は非
記録時間（ブランキング期間）に行なわれることが好ま
しい。非記録時間が短かくメモリ転送時間が得られない
場合には、第１０図に示すようにメモｖｉｏｏ、ｉｏθ
をλつ備える（−以上でも可）ダブルバッファ方式を用
い、一方のメモリから読出し時間に他方のメモリにデー
タを格納する。１０３Ａ及び１０３Ｂは入出カラインを
一つのメモリのいずれかに接続するために逆動作をする
スイッチである。なお、出力順序を逆転する必要のない
電気メモリにはＦ工ｙｏバッファメモリを使用する。

又、必要１こ応じてダ色に対しての色ずれを補正する為
のシフトレジスターがレーザドライブ回路に付加する。

本発明ではｆθレンズ６ＳとＡｆｆ。

ＡＡと６７の焦点距離が異なっているために感光ドラム
ｊ、ｔ、ｉｆと感光ドラムｊＡ、ｊ７におけるレーザの
走査速度が異なる。これを補正するためにレーザ変調器
への画像信号入力に第１０図に示す電気処理が行われる
。つぎに第１／図を参照して光路長の異なる偏向系にお
ける変調法を説明する。

ｆθレンズ６３及びＡｆｆの焦点距離をｆ、、ｆθレン
ズ６６及び６７の焦点距離をｆ、とした場合、感光ドラ
ム５３と３ｔへのｌライン画像信号時間をｔい感光ドラ
ム！Ａと３７への画像信号時間をｔ、とする。この場合
ｔｔ／ｌｔ　”　ｆｔ／ｆｔ　、画像信号ｌパルスのク
ロック周波数を５３とｓｒに対してはＷ□、ｊ６とＳり
に対してはＷ２とするとｗ、７ｗ、二ｆ２／ｆ　１の関
係を保つ様にレーザ変調器の入力信号を補正する。

以上の補正によシ、光路長が異なることによって感光ド
ラム上のレーザビーム走査速度が異なっても各感光ドラ
ム上のドツト密度を等しくできる。

実施例に於ける実際の寸法を以下に記す０なお、単位は
關である。

コリメーターレンズ１９とコ０の間隔：３０、回転多面
鏡体ｌの軸方向寸法＝７０，７面の長さコＦ、ｆθレン
ズ６３と６ｇ及び６６と６７の焦点距離はそれぞれ３０
０とコ一〇、感光ドラム３５と反射鏡３１との距離：１
４ｔｏ、感光ドラム５６と反射鏡３コとの距離：１９θ
、反射鏡、１／とｆθレンズ６３との距離：／ＡＯ，反
射鏡！２とｆθレンズ６ｔとの距離：３０．感光ドラム
３５〜ｊｇのドラム径：ｔＯφ、長さ＝コａＯ，ドラム
間距離：ｉｅｏである。

以上説明して来たように本発明の複数ビーム光偏向器で
は鏡面数を少なくして多面鏡体を小型化すると共に鏡面
を軸方向に長くして１つの鏡面で軸方向に位置する二つ
の入射ビーム光に対応させ合計ｑつの入射ビーム光を偏
向走査する機能をもたらした０又多面鏡体の小型化に関
連して小型・低価格化が可能となったｆθレンズ等の結
像レンズをダ個、それぞれ出射ビームに対応して設置す
ることが可能となった。本発明の複数ビーム光偏向器で
は従来型の光偏向器の１つ分の機能を持つと共−こ、一
つの多面鏡体でダつのビーム光を偏向走査するため光偏
向器としての面倒れ精度の点で有利であシカラープリン
ターのように複数の感光ドラム上に画像形成を行う場合
も調整が簡単になる。又多面鏡体自体に動圧軸受の機能
をもたせ、又全体的に小型化軽量化が可能になったこと
もあシ、振動の点での改善も行われている。

尚、上述では軸方向同位置に二人射光部と二出射光部を
設け、軸方向に二組み配したものであるが軸方向同位置
には一つとし、軸方向に多数の人出射光部を配してもよ
く、又軸方向同位置に複数の人出射光部を配設したもの
を軸方向に複数配してもよくその組合せは自在である。

又回転多面鏡体の駆動装置はモータのほかエアータービ
ン等でもよい。

また第コ実施例にある感光ドラムはｑ本に限るものでは
なく、少くともコ以上の複数の画像信号を重ね合せる場
合にそれと同数の２以上の感光ドラムを使用する場合に
適するものである。

又画像信号に対応したレーザの配置はノ１イブリットで
組上げてもよいし、半導体レーザの場合はアレーレーザ
も使用可能である。

更に又レーザは１つであって異なる画像信号を時系的に
分離してビームスプリッタ−等で複数のドラムに導いて
もよく、するいはレーザ光をビームスプリッタ−等で分
離した後、異なる画像信号で変調させ、それぞれを複数
のドラムに導いてもよい。

また、第２実施例の適用範囲はカラープリンターに限ら
れるものでなく、例えば単一色プリンターに於て画像信
号を重ね合せる場合も適用できる。

以上の通シ小型化に貢献できる他、高速プリントが可能
なレーザプリンタを低価格で提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザ走査光学系の説明図、第１図は従来の光
偏向器の縦断面図、第３図は第一図１こおけるＡ−Ａ断
面図、第４図は本発明の複数ビーム光偏向器の縦断面図
、第Ｓ図（ａ）、第３図（’ｂ）及び第を図は第１図に
おけるＢ−Ｂ　、　Ｏ−０、及びＤ−Ｄ夫々の断面図、
第り図は第１図における外観図、第Ｓ図は他の実施例の
斜視図、第９図は出力順序を逆転して読出すための電気
メモリの構成を説明するブロック図、第ｉｏ図は電気メ
モリがダブルパックァ方式の場合の構成を示すブロック
図、第１／図は光路の異る偏光系に於ける変調方法説明
のためのタイミングチャートである。 ｌ・・回転多面鏡体　コ・・回転軸　／テ、−〇。 コｌ、コ一・・コリメーターレンズ　コ９−・上蓋　３
０・・窓４’／−・レーザユニツ）　　！／。 ｋ：１．Ｊ’３．！ＩＩ　　−−反射鏡　　！ｒ！、！
ｌ、、Ａ；７．！ｌ！ニー−感光ドラム　＆！、ｔｔ、
ｌ、７，１．ｔ・・ｆθレンズ。 特許出願人　　キャノン株式会社 代　理　人　　　新　　井　　−部 第１図 ６ 第３図 第４図 第６図 ２３ 第７図 第８図 Ｕ） 第９間 第１ｏ図 第１１閲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　回転手段によシ複数の鏡面を有する多面鏡体を回転
   させ入射ビーム光を偏向走査して出射光を得る光偏向器
   において、複数の入射光部と該入射光部の夫々に対応し
   て入射光を多面鏡体にて反射させて偏向出射光を得る複
   数の田射光部を設けた光偏向器。