JPH04101112A - マルチビーム走査光学系 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はマルチビーム走査光学系に関し、特に複数個の
発光部を有する光源手段を用い、該光源手段から放射さ
れた複数の光ビームを回転多面鏡等の光偏向器を介して
被走査面である感光媒体面上に導光して、複数の光ど−
ムで同時に光走査し、例えば画像情報の形成を行うよう
にしたレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）等の装置に好
適なマルチビーム走査光学系に関するものである。

（従来の技術） 従来より独立的に光変調可能な複数の光ヒ゛−ムで被走
査面である感光媒体面を一括走査するようにした所謂マ
ルチビーム走査光学系か種々と提案されている。

一般に光ビームで被走査面上を走査して画像を形成する
際、高解像力でしかも良好なる画質を得る為には被走査
面上における光ビームスポット径を小さくする必要があ
る。従って複数の光ど一ムを用いて被走査面上を光走査
する場合には被走査面上で走査方向と直交する方向、即
ち副走査方向の光ビームのスポットを密に形成させる必
要がある。

マルチビーム走査光学系においては、多くの場合複数個
の半導体レーザ等を一方向に配置した光源手段を用い、
該光源手段から放射された複数の光ビームを同時に被走
査面上に導光して光走査するようにしている。

複数個の半導体レーザを光源手段として用いて光走査す
る場合、発光部（半導体レーザ）の配列方法としては被
走査面上におけるビームスポットの間隔（スポット間隔
）か小さくなるように隣接する発光部の間隔か狭くなる
ように配列する方法かある。

しかしなから隣接する発光部の間隔を狭めて配列するこ
とは製造上、限界があり非常に難かしい。

そこで従来より上記の半導体レーザの製造上の欠点を補
い、被走査面を複数の光ビームで同時に光走査するよう
にしたマルチビーム走査光学系か例えば特開昭６０−３
３０１９号公報や特公平１−４５０６５号公報で種々提
案されている。

（発明か解決しようとする問題点） 第４図は従来のマルチビーム走査光学系において被走査
面を光走査する際の走査面上の説明図である。

同図においては不図示の回転多面鏡等の光偏向器からの
光ビームによる走査方向ＡＡ′に対して僅かの角度θた
け光源アレイ（発光部を列状に複数個並べた光源手段）
ＳＡの配列方向を傾けている。これにより走査面上にお
ける主走査方向と副走査方向の走査線のピッチ（間隔）
Ｐを変え被走査面上における複数のビームスポ・ソトを
密に結像させている。

この場合、被走査面上のど・ソチＰを鯖度良く維持する
為には光源アレイを傾ける角度θの調整か非常に困難に
なるという問題点かある。即ち、同図において走査方向
ＡＡ′に対して光源アレイＳＡの配列方向ＢＢ’とのな
す角度をθとし、光源アレイの発光部の間隔をＰ。とす
る。又光源アレイから被走査面に至る光路中に配置した
光学部材による被走査面上への副走査方向の結像倍率な
Ｍとしたとき、被走査面上の走査線の走査間隔Ｐは ｐ＝１Ｍｌ−Ｐｏ　ｓｉｎθ　　　　−−−−（１）で
与えられる。

上記（１）式において角度θが例えば製造時に微少角Δ
θだけ誤差か発生すると走査線の走査間隔Ｐの間隔誤差
ΔＰは ΔＰ＝　ｌ　Ｍ　ｌ　−Ｐａ　ｓ　ｉ　ｎΔθ　　−−
−−（２）となる。

ここで具体的な数値例で示すと例え４ｆ光源アレイの発
光部の間隔Ｐ。の値を０．０５ｍｍ、結像倍率Ｍを１２
．７倍、走査線の間隔誤差ΔＰを画像形成の際の許容範
囲である例えば０．００５ｍｍ以下にしようとする。こ
のとき上記（２）式より角度誤差Δθは約２７分以下に
抑える必要かあり、この結果光源アレイの設置の調整か
極めて困難となってくる。

又、光源アレイ（光源手段）より放射される光ど−ムか
光偏向器の偏向反射面と平行な方向に複数本あり、光源
アレイより放射される各主光線かコリメーターレンズを
通った後、発散光となるので偏向反射面を大きくしなけ
ればならず、この為光偏向器か大型化になり装置全体の
小型化を図るのか難しいという問題点かある。

第５、第６図は各々特公平１−４５０６５号公報で提案
されている走査光学系の要部概略図と被走査面を光走査
する様子を示す説明図である。

同図において５１は光源手段であり、２つの発光源（例
えば半導体レーザ）５１ａ、５１ｂを有している。５２
は対物レンズ（コリメーターレンズ）、５３は回転多面
鏡等の光偏向器、５４はｆ−θ特性を有する走査レンズ
、５５は一定速度で回転する被走査面である感光媒体面
を有する回転円筒体である。

１、、ｆｉ２は各々発光部５１ａ、５１ｂから放射され
た光ビームが被走査面５５ａ上を光走査する走査線であ
る。

今、発光部５１ａ、５１ｂからの光ビームの副走査方向
の発光部の間隔をＰ。、対物レンズ５２と走査レンズ５
４の合成系による副走査方向の結像倍率なＭ、被走査面
上での隣り合った走査線の走査間隔なＰ、被走査面上で
の同一の発光部からの光ビームが光走査する走査線の走
査間隔なΔとしたとき Δ＝Ｎ−Ｐ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・（３）ｐ＝　ｌ　Ｍ　ｌ　・Ｐａ　／　（ｎＮ＋　
１　）・−−−−−（４）となる。但しＮは発光部の数
、ｎは１以上の整数なる関係を有することにより複数の
走査線が互いに重なり合う（オーバーラツプ）ことなく
、かつ記録された隣り合う走査線（ＩＬ＋　、　ｊＱｚ
　）の間隔が等間隔となるようにしている。

第６図は前記（３）　、　（４）式を満足したときの被
走査面上の光走査の走査線の様子を示している。

第５図に示した従来の走査光学系においては、前述した
ように光源アレイが製造上の問題により光源アレイの発
光部のピッチに誤差が生じたり、又走査光学系を構成す
るコリメーターレンズや走査レンズの焦点距離が製造上
の問題により誤差が生して設定値から外れることがある
。そうすると例えば前記第６図に示した被走査面上での
走査線（ビームスポットの結像点）ｌａ′−１と１ｂ′
１との走査間隔Ｐに誤差が生じ均一な走査間隔が得られ
なくなり、この為画像のムラが生じるという問題点が生
じてくる。

例えば前述した数値例で示すと光源アレイの発光部の間
隔Ｐ。を０．０５ｍｍ、結像倍率Ｍを１２．７倍とし、
走査線１ａ　−１と走査線ｌｂ′−１の間隔誤差ΔＰを
画像形成の際の許容範囲である０、００５ｍｍ以下にし
ようとすると光源アレイの発光部の間隔の誤差を０．４
μｍ以下に抑える必要がある。

又、結像倍率の誤差も０．８％以下に抑える必要かあり
、この為均−な走査間隔で光走査を行うのか非常に難し
くなってくるという問題点が生じてくる。

本発明は従来の問題点を解決する為に光源手段と被走査
面との間の光路中に該被走査面上での走査線の走査間隔
（スポット間隔）を調整することかできる調整部材を設
け、該調整部材により結像倍率、特に副走査方向の結像
倍率を可変とすることにより、被走査面上での走査線の
走査間隔を所望の値に容易に調整することができ、高画
質の画像形成を可能としたマルチビーム走査光学系の提
供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明のマルチビーム走査光学系は、独立に光変調が可
能な複数の発光部を有する光源手段から放射された複数
の光ビームを光学手段により光偏向器に導光し、該光偏
向器で偏向された光ビームを結像光学系により被走査面
上に導光し、該複数の光ど一ムて同時に該被走査面上を
光走査するマルチビーム走査光学系において、該複数の
発光部は該被走査面上の光ビームの走査方向と直交する
方向に配列されており、該光学手段又は結像光学系は該
複数の光ビームによる該被走査面上での走査線の走査間
隔を調整する調整部材を有していることを特徴としてい
る。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の光学系の要部概略図であ
る。

同図において１は光源手段であり、複数の発光部１ａ、
ｌｂ（本実施例では２つ）を有しており、例えば複数の
半導体レーザ等より成っている。本実施例での各々の発
光部１ａ、１ｂは光ビームの走査方向と直交する方向、
即ち副走査方向に列状に配列されている。

２は光学手段であり、光源手段１と後述する光偏向器３
との間の光路中に設けられてあり、光源手段１からの光
束を後述する光偏向器３に導入している。本実施例では
光学手段２は調整部材を兼ねている。（以下光学手段２
を「調整部材２」ともいう。）調整部材２は前群２ａと
後群２ｂの２つのレンズ群より成っており、光源手段１
から放射された複数の光ビームを平行光束とするコリメ
ーターレンズの作用を有している。

又、調整部材２は前群２ａと後群２ｂの２つのレンズ群
間隔を相対的に変化させることにより焦点距離を可変と
し、結像倍率を可変とし、被走査面（感光媒体面）５上
で走査線の走査間隔が所望の値に調整できるようにして
いる。

３は回転多面鏡等より成る光偏向器であり、矢印ａ方向
に一定速度で回転している。４はｆ−θ特性を有する走
査用の結像光学系であり、一部にアナ干フィックレンズ
（アナモフィック光学系）を含んでいる。５は被走査面
である感光媒体面であり、矢印す方向へ一定速度で移動
している。

１□、　ＩＬ２は各々発光部１ａ、ｌｂから放射された
光ビームが被走査面５上を光走査する走査線であり、Ｐ
はこのときの走査線ＩＬＩ、Ｉ！、２の走査間隔（スポ
ット間隔）を示している。

本実施例においては光源手段１から放射された複数の光
ビームはコリメーター作用をする光学手段２によって各
々平行光束とされ光偏向器３の反射面に入射する。そし
て光偏向器３の反射面によって反射された各々の光ビー
ムは走査用の結像光学系４によって被走査面５上にそれ
ぞれビームスポット径を形成し、これにより該被走査面
５上に画像情報の形成（書込み）を順次行っている。

本実施例においては一定速度で矢印す方向へ移動する被
走査面５上を複数の光ビームで同時に光走査する際のビ
ームスポットが隣接する走査線を走査するのではなく所
定の距離たけ離れた走査線を光走査し、かつこれ等のビ
ームスポットが同の走査線を二度以上走査しないように
構成している。

次に本実施例の各要素の特長を具体的な数値例を用いて
説明する。

今、被走査面上で画素密度４００　ｄ　ｐ　ｉ　（ｄｏ
ｔ／１ｎｃｈ）の解像度を持つ画像を形成しようとする
と、その為には解像力に相当する走査線１゜１２の走査
間隔Ｐを６３．５μｍ　（２５，４ｍｍ／４００　）の
整数倍になるように各光学要素を設定する必要うかある
。例えば基準値として光源アレイ１の発光部１ａ、ｌｂ
の間隔Ｐ。を０．０５ｍｍ、調整部材２の焦点距離の設
定値を１０ｍｍ、結像光学系４の焦点距離の設定値を１
２７ｍｍとする。そうすると副走査方向の結像倍率Ｍは
１２．７倍となるので、被走査面上での走査線ｆ、と走
査線Ｉ１２との走査間隔ＰはＰ＝１Ｍｌ・Ｐｏより０．
６３５ｍｍ　（６３５μｍ）となる。

これは画素密度４００ｄｐｉの解像度を持つ画像を形成
する為の前述した走査間隔６３．５μｍの整数倍（１０
倍）となる。

しかしながらこのとき光源アレイ１の製造誤差により光
源アレイ１の各々の発光部の間隔が例えば０．０５２ｍ
ｍとズしたとき、そのままの各光学要素の設定値では走
査線ｘ、、ｎ２の走査間隔ＰはＰ＝０．６６０４ｍｍ　
（６６０，４μｍ）となり、画素密度４００ｄｐ　ｉの
画像の解像力に相当する走査間隔６３．５μｍの整数倍
から２５．４μｍたけズして、この結果画像ムラか生じ
てしまう。

そこで本実施例においては上記の走査間隔Ｐのズレな補
正する為に調整部材２を構成する前群２ａと後群２ｂを
光軸上相対的に移動させ、即ちレンズ群間隔を適宜変化
させて、該調整部材２の焦点距離を変えている。

これにより調整部材２の焦点距離の設定値を１０．４ｍ
ｍと変更することで、結像倍率Ｍを１２．２１倍として
いる。この結果、走査間隔ＰはＰ＝１Ｍｌ・Ｐ、よりＰ
ｒｏ、６３５ｍｍ（６３５μｍ）となる。このようにし
て前述した解像力に相当する走査間隔６３．５μｍの整
数倍を維持するようにしている。

又、走査用の結像光学系４が製造上の誤差により、焦点
距離の値が例えば１％変化したとき、前述と同様に調整
部材２を構成する前群２ａと後群２ｂのレンズ群間隔を
相対的に変化させることによって、該調整部材２の焦点
距離を設定値より１％前後変化させている。これにより
常に同一の結像倍率が得られるように維持している。

このようにして本実施例においては被走査面上での走査
線の走査間隔Ｐを前述したように各光学要素が製造上誤
差により変化しても調整部材により常に一定（本実施例
においては予め設定した解像力に相当する走査間隔６３
．５μｍの整数倍）となるように調整している。これに
より被走査面上で図中矢印すに示す如く送り方向に対し
等間隔なピッチの走査線の形成を可能とし、走査線幅の
ムラ、即ち画像のムラを防止している。

第２図は本発明の第２実施例の要部斜視図である。同図
では面倒れ補正光学系（副走査断面において偏向反射面
と被走査面とが共役関係にある系）に本発明を適用した
ときを示している。同図において第１図に示した要素と
同一要素には同符番な付している。

２２は固定焦点距離のコリメーターレンズである。２７
は調整部材であり、線像形成素子より成フている。

本実施例においては調整部材２７は負レンズ２７ａと正
レンズ２７ｂの２枚のシリンドリカルレンズより成って
おり、該シリンドリカルレンズは副走査方向にのみ屈折
力を有しており、これにより光源アレイ１からの光束よ
り線像を形成している。

調整部材２７は負レンズ２７ａと正レンズ２７ｂを光軸
上相対的に移動させレンズ間隔を適宜変化させると共に
各レンズ全体を光軸上移動させて副走査方向の焦点距離
を変化させている。これにより光源アレイ１からの光束
に基づく線像な光偏向器３の偏向面３ａ近傍に常に結像
させるようにしている。

２０は走査用の結像光学系であり、アナモフィック光学
系を有している。即ち結像光学系２０は球面レンズ２０
ａとトーリックレンズ２０ｂより成っており、主走査面
内と副走査面内では互いに焦点距離が異なり、該主走査
面内においてはｆ−θ特性を満たし、副走査面内では偏
向面３ａと被走査面５ａとを共役関係となるようにして
いる。

本実施例においては光源手段！より放射された複数の光
ビームはコリメーターレンズ２２によって平行光束とさ
れ線像形成用の調整部材２７に入射する。調整部材２７
を構成する負レンズ２７ａと正レンズ２７ｂの２枚のシ
リンドリカルレンズは主走査断面に関しては屈折力を有
していない為に入射した平行光束のうち主走査断面内に
おいては光ど−ムはそのまま平行光束の状態で進む。

方、調整部材２７は副走査断面に関しては屈折力な有し
ている為に入射した平行光束は副走査断面内において集
束されて光偏向器３の偏向反射面３ａにほぼ線像として
結像される。

モして該光偏向器３の偏向反射面３ａによって反射され
た各々の光ビームは結像光学系２ｏによって被走査面５
ａ上にそれぞれビームスポットを形成し、該被走査面５
ａ上に画像情報の形成（書込み）を順次行っている。

本実施例においては調整部材２７を構成する負レンズ２
７ａと正レンズ２７ｂのレンズ間隔を相対的に変化させ
ることにより、該調整部材２７の焦点距離を変化させ、
副走査方向の結像倍率を可変としている。

これにより前述した第１実施例と同様に光源アレイ１の
発光部１ａ、ｌｂのピッチ（間隔）が製造上の誤差によ
り変化したり、又コリメーターレンズ２２あるいは走査
用の結像光学系２０の焦点距離が製造上の誤差により変
化しても調整部材２７の焦点距離を適宜変化させること
により走査線Ｉｌ、、１２の走査間隔か被走査面上で予
め設定した解像力に相当する値の整数倍になるように調
整している。

第３図は本発明の第３実施例の要部斜視図であり、前述
の第２図に示した第２実施例と同様に面倒れ補正光学系
に適用したときを示している。同図に右いて第１、第２
図に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において３７は線像形成素子であり、固定焦点
距離のレンズより構成している。そしてコリメーターレ
ンズ２２と線像形成素子３７との間の光路中に調整部材
としてアダプターレンズ３１を付加して構成している。

この点が第２図に示した第２実施例と異なっており、そ
の他の構成は略同じである。

本実施例においては前述したように各光学要素の製造上
の問題により被走査面上での走査線４２、、第２の走査
間隔に誤差が生じたとき、アダプターレンズ３１を光軸
上適切に移動させることにより、副走査方向の結像倍率
を変化させて走査線ｆ、、Ａ２の走査間隔が常に等間隔
となるように調整している。即ち複数のビームスポット
が被走査面上で予め設定した解像力に相当する走査間隔
の整数倍になるように常に維持している。

尚、本実施例においてアダプターレンズ３１を用いて副
走査方向の結像倍率を可変とする際、主走査方向の結像
位置が僅かながら移動してくる。

しかしながら一般には走査用の結像光学系２ｏとして主
走査方向の焦点深度が深いものを用いている為に、その
焦点深度の範囲内でアダプターレンズを光軸上移動させ
ることができる。

尚、以上の各実施例において調整部材を光源手段と光偏
向器との間の光路中に設けたが、該調整部材を被走査面
と光偏向器との間の光路中に設けて副走査方向の結像倍
率を可変としても本発明は前述の実施例と同様に適用す
ることかできる。

（発明の効果） 本発明によれば前述したように光源手段と被走査面との
間の光路中に被走査面上での走査線の走査間隔を調整す
る調整部材を設けて、該調整部材により結像倍率、特に
副走査方向の結像倍率を可変とすることにより、複数の
ビームスポットか被走査面上で予め設定した解像力に相
当する走査間隔の整数倍を常に雑持し、これにより画質
の向上を図った画像形成ができるマルチビーム走査光学
系を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２．第３
図は各々本発明を面倒れ補正光学系に適用したときの第
２．第３実施例の要部斜視図、第４図は従来のマルチビ
ーム走査光学系において被走査面を光走査する際の走査
面上の説明図、第５図は従来の走査光学系の要部概略図
、第６図は第５図の走査光学系において被走査面を光走
査する様子を示す説明図である。 図中、１は光源手段、ｌａ、ｌｂは発光部、２．２７．
３１は調整部材、３は光偏向器、４は結像光学系、２０
はアナ干フィック光学系、５は被走査面、２２はコリメ
ーターレンズ、３７は線像形成素子、２０ａは球面レン
ズ、２０ｂはトーリックレンズ、Ｉｔｓ、１２は走査線
である。 第 図 第 図 ｄ 第 図 １６′−６

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）独立に光変調が可能な複数の発光部を有する光源
   手段から放射された複数の光ビームを光学手段により光
   偏向器に導光し、該光偏向器で偏向された光ビームを結
   像光学系により被走査面上に導光し、該複数の光ビーム
   で同時に該被走査面上を光走査するマルチビーム走査光
   学系において、該複数の発光部は該被走査面上の光ビー
   ムの走査方向と直交する方向に配列されており、該光学
   手段又は結像光学系は該複数の光ビームによる該被走査
   面上での走査線の走査間隔を調整する調整部材を有して
   いることを特徴とするマルチビーム走査光学系。
2. （２）前記光学手段は調整部材を有しており、該調整部
   材は光ビームの走査方向と垂直な方向にのみ屈折力を有
   する線像形成素子を有しており、前記結像光学系はアナ
   モフィック光学系を有し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系。
3. （３）前記光学手段は調整部材を有しており、該調整部
   材は焦点距離可変のコリメーターレンズより成っており
   、かつ該光学手段は光ビームの走査方向と垂直な方向に
   のみ屈折力を有する線像形成素子を有しており、前記結
   像光学系はアナモフィック光学系を有していることを特
   徴とする請求項１記載のマルチビーム走査光学系。