JP2000292721A - 光走査装置及びマルチビーム光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被走査面上を走査する偏向光束の必要光量を確
保すると共に装置全体のコンパクト化を図ることができ
る光走査装置及びマルチビーム光走査装置を得ること。 【解決手段】光源手段１から出射した光束を偏向手段５
の偏向面の主走査方向の幅よりも広い状態で該偏向手段
に入射させる入射光学系１１と、該偏向手段で偏向され
た光束を被走査面８上に結像させる結像光学系７と、を
有する光走査装置において、該光源手段と該偏向手段と
の間の光路内に入射光束の径を拡大する光束拡大光学系
９を有しており、該光束拡大光学系は入射光束の径を少
なくとも主走査方向に拡大すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザビームプリン
タやデジタル複写機等の画像形成装置に使用される光走
査装置及びマルチビーム光走査装置に関し、特に入射光
束の主走査方向の幅が偏向手段の偏向面よりも広いオー
バーフィルド光学系を用いた光走査装置及びマルチビー
ム光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりレーザビームプリンタやデジタ
ル複写機等の画像形成装置に用いられる光走査装置にお
いては、画像信号に応じて光源手段から光変調され出射
した光束（光ビーム）を、例えばポリゴンミラーから成
る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する
結像光学系によって感光性の記録媒体面上にスポット上
に集光させ、その面上を光走査して画像記録を行なって
いる。

【０００３】図８は従来の光走査装置の要部概略図であ
る。

【０００４】同図において光源手段８１から出射した光
束は集光レンズ８２により略平行光束とされ、絞り８３
によって該光束（光量）を制限して副走査方向にのみ所
定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ８４に入射し
ている。シリンドリカルレンズ８４に入射した略平行光
束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の
状態で射出する。また副走査断面内においては収束して
回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器８５の
偏向面８６（以下「ファセット」とも称す。）にほぼ線
像として結像している。

【０００５】そして光偏向器８５の偏向面８６で反射偏
向された光束はｆθ特性を有する結像光学系８７により
折り返しミラー８９を介して被走査面としての感光体ド
ラム８８上に導光され、該光偏向器８５を矢印Ａ方向に
回転させることによって、該感光ドラム面８８上を矢印
Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情報の記録を行
なっている。

【０００６】近年、走査光学系をより高速化することが
望まれており、例えば光偏向器の偏向面の主走査方向の
面幅より広い光束が該光偏向器に入射することを特徴と
したオーバーフィルド光学系（以下「ＯＦＳ」とも称
す。）が再認識されている。

【０００７】このＯＦＳでは光偏向器に入射する光束の
一部をファセットにより反射偏向して光走査をしている
ため光量損失が大きい。また高速化に伴って被走査面上
の走査速度が増し、光偏向器によって反射偏向された光
束（以下「偏向光束」とも称す。）に必要とされる光量
が増加する。

【０００８】この必要光量を確保する方法としては例え
ば以下に示す２通りが考えられる。まず１つは光源手段
の出力を上げることであり、もう１つは絞りの開口数を
上げて光源手段から出射された光束のカップリング効率
を上昇させることである。

【０００９】しかしながら前者はコスト的なデメリット
とが大きく好ましい方法ではない。後者においては、例
えば特開平6-347714号公報で開示されている。同公報は
レーザーアレイとコリメーターレンズとから成る光源手
段から出射された複数の平行光束をビーム圧縮光学系に
より副走査方向のみに圧縮し、これにより被走査面上で
の必要光量を確保している。同公報におけるビーム圧縮
光学系は少なくとも２枚のプリズム、もしくは少なくと
も２枚の副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカ
ルレンズにより構成されている。

【００１０】しかしながらＯＦＳで必要光量を確保する
場合において、副走査方向に光束を圧縮していたのでは
以下に示す問題点が生じてしまう。

【００１１】例えばＯＦＳでは光源手段から出射された
光束の光束幅をファセットよりも広くして光偏向器へ入
射させる必要があるので、プリズムで構成されるビーム
圧縮光学系を用いた場合ではコリメーターレンズの巨大
化を招いてしまう。

【００１２】またＯＦＳでは後述する理由により主走査
方向のＦｎｏ（Ｆナンバー）を明るくできないため、副
走査方向のＦｎｏを明るくして光量を確保することにな
るのだが、シリンドリカルレンズで構成されるビーム圧
縮光学系を用いた場合では光源手段から出射された光束
をファセット近傍で一旦結像させる必要があるため、配
置が困難となることに加え、曲率半径が小さくなりすぎ
るという問題点がある。

【００１３】本発明はオーバーフィルド光学系（ＯＦ
Ｓ）を用いた光走査装置及びマルチビーム光走査装置に
おいて、光源手段と偏向手段との間の光路内に入射光束
の径を拡大する光束拡大光学系を有しておりることによ
り、被走査面上を光走査する偏向光束の必要光量を確保
すると共に、コンパクトで簡易な構成の光走査装置及び
マルチビーム光走査装置の提供を目的する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光走査
装置は、光源手段から出射した光束を偏向手段の偏向面
の主走査方向の幅よりも広い状態で該偏向手段に入射さ
せる入射光学系と、該偏向手段で偏向された光束を被走
査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置
において、該光源手段と該偏向手段との間の光路内に入
射光束の径を拡大する光束拡大光学系を有しており、該
光束拡大光学系は入射光束の径を少なくとも主走査方向
に拡大することを特徴としている。

【００１５】請求項２の発明の光走査装置は、光源手段
から出射した光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅
よりも広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系
と、該偏向手段で偏向された光束を被走査面上に結像さ
せる結像光学系と、を有する光走査装置において、該光
源手段と該偏向手段との間の光路内に入射光束の径を少
なくとも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有して
おり、該光束拡大光学系は少なくとも１枚のプリズムを
有していることを特徴としている。

【００１６】請求項３の発明の光走査装置は、光源手段
から出射した光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅
よりも広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系
と、該偏向手段で偏向された光束を被走査面上に結像さ
せる結像光学系と、を有する光走査装置において、該光
源手段と該偏向手段との間の光路内に入射光束の径を少
なくとも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有して
おり、該光束拡大光学系は少なくとも主走査方向に負の
パワーを有するレンズ、そして少なくとも主走査方向に
正のパワーを有するレンズとの少なくとも２枚のレンズ
を利用していることを特徴としている。

【００１７】請求項４の発明は請求項１、２又は３の発
明において、前記偏向手段は回転多面鏡より成り、前記
光束拡大光学系の拡大倍率をｍとしたとき、

【００１８】

【数３】

【００１９】但し、Ｆｍ：入射光学系の主走査方向の実
効Ｆｎｏ Ｆｓ：入射光学系の副走査方向の実効Ｆｎｏ φ ：偏向手段の外接円半径 Ｍ ：偏向面の数 Ｄｕ：走査効率 ｆｃ：コリメーターレンズを除く入射光学系の副走査方
向の総合焦点距離 Ｄｓ：副走査方向のスポット径 λ ：使用波長 βｓ：結像光学系の副走査方向の結像倍率 なる条件を満足することを特徴としている。

【００２０】請求項５の発明は請求項１、２又は３の発
明において、前記光束拡大光学系の少なくとも一要素は
光軸周りに回転可能であることを特徴としている。

【００２１】請求項６の発明は請求項１、２又は３の発
明において、前記入射光学系を通過した光束を前記偏向
手段の偏向面に主走査方向においては該偏向手段の偏向
角の略中央から入射させ、副走査方向においては斜め方
向から入射させていることを特徴としている。

【００２２】請求項７の発明のマルチビーム光走査装置
は、複数の発光部を有する光源手段から出射した複数の
光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅より広い状態
で該偏向手段に入射させる入射光学系と、該偏向手段で
偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光
学系と、を有するマルチビーム光走査装置において、該
光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を拡大する
光束拡大光学系を有しており、該光束拡大光学系は入射
光束の径を少なくとも主走査方向に拡大することを特徴
としている。

【００２３】請求項８の発明のマルチビーム光走査装置
は、複数の発光部を有する光源手段から出射した複数の
光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅より広い状態
で該偏向手段に入射させる入射光学系と、該偏向手段で
偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光
学系と、を有するマルチビーム光走査装置において、該
光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なくと
も主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有しており、
該光束拡大光学系は少なくとも１枚のプリズムを有して
いることを特徴としている。

【００２４】請求項９の発明のマルチビーム光走査装置
は、複数の発光部を有する光源手段から出射した複数の
光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅より広い状態
で該偏向手段に入射させる入射光学系と、該偏向手段で
偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光
学系と、を有するマルチビーム光走査装置において、該
光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なくと
も主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有しており、
該光束拡大光学系は少なくとも主走査方向に負のパワー
を有するレンズ、そして少なくとも主走査方向に正のパ
ワーを有するレンズとの少なくとも２枚のレンズを利用
していることを特徴としている。

【００２５】請求項１０の発明のマルチビーム光走査装
置は、複数の発光部を有する光源手段から出射した複数
の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅より広い状
態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、該偏向手段
で偏向された複数の光束を被走査面上に結像させるｆθ
レンズ部を含む結像光学系と、を有するマルチビーム光
走査装置において、該光源手段と該偏向手段との間に入
射光束の径を少なくとも主走査方向に拡大する光束拡大
光学系を有しており、該光束拡大光学系は主走査方向に
負のパワーを有するレンズ、そして該ｆθレンズ部を利
用していることを特徴としている。

【００２６】請求項１１の発明のマルチビーム光走査装
置は、複数の発光部を有する光源手段から出射した複数
の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅より広い状
態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、該偏向手段
で偏向された複数の光束を被走査面上に結像させるｆθ
レンズ部を含む結像光学系と、を有するマルチビーム光
走査装置において、該光源手段と該偏向手段との間に入
射光束の径を少なくとも主走査方向に拡大する光束拡大
光学系を有しており、該光束拡大光学系はプリズム、少
なくとも主走査方向に負のパワーを有する少なくとも１
枚のレンズ、そして該ｆθレンズ部を利用していること
を特徴としている。

【００２７】請求項１２の発明のマルチビーム光走査装
置は、複数の発光部を有する光源手段から出射した複数
の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅より広い状
態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、該偏向手段
で偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる結像
光学系と、を有するマルチビーム光走査装置において、
該光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なく
とも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有してお
り、該光束拡大光学系はプリズム、少なくとも主走査方
向に負のパワーを有する少なくとも１枚のレンズ、そし
て少なくとも主走査方向に正のパワーを有する少なくと
も１枚のレンズを利用していることを特徴としている。

【００２８】請求項１３の発明は請求項１１の発明にお
いて、前記光束拡大光学系は前記光源手段側からプリズ
ム、少なくとも主走査方向に負のパワーを有する少なく
とも１枚のレンズ、そして該ｆθレンズ部の順に配置さ
れていることを特徴としている。

【００２９】請求項１４の発明は請求項７から１２の発
明において、前記偏向手段は回転多面鏡より成り、前記
光束拡大光学系の拡大倍率をｍとしたとき、

【００３０】

【数４】

【００３１】但し、Ｆｍ：入射光学系の主走査方向の実
効Ｆｎｏ Ｆｓ：入射光学系の副走査方向の実効Ｆｎｏ φ ：偏向手段の外接円半径 Ｍ ：偏向面の数 Ｄｕ：走査効率 ｆｃ：コリメーターレンズを除く入射光学系の副走査方
向の総合焦点距離 Ｄｓ：副走査方向のスポット径 λ ：使用波長 βｓ：結像光学系の副走査方向の結像倍率 なる条件を満足することを特徴としている。

【００３２】請求項１５の発明は請求項１１又は１２の
発明において、前記少なくとも主走査方向に負のパワー
を有するレンズは、前記光源手段側が凹球面、前記偏向
手段側が平面の球面レンズより成ることを特徴としてい
る。

【００３３】請求項１６の発明は請求項１０、１１又は
１３の発明において、前記ｆθレンズ部は主走査方向に
負のパワーを有するレンズ、そして主走査方向に正のパ
ワーを有するレンズを有していることを特徴としてい
る。

【００３４】請求項１７の発明は請求項７から１２の発
明において、前記光束拡大光学系の少なくとも一要素は
光軸周りに回転可能であることを特徴としている。

【００３５】請求項１８の発明は請求項７から１２の発
明において、前記入射光学系を通過した光束を前記偏向
手段の偏向面に主走査方向においては該偏向手段の偏向
角の略中央から入射させ、副走査方向においては斜め下
方から入射させていることを特徴としている。

【００３６】

【発明の実施の形態】［実施形態１］図１（Ａ）は本発
明の実施形態１の光走査装置の主走査方向の要部断面図
（主走査断面図）、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の副走査方
向の要部断面図（副走査断面図）である。図２（Ａ）は
本発明の実施形態１の光走査装置の入射光学系の主走査
方向の要部断面図（主走査断面図）、図２（Ｂ）は図２
（Ａ）の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）であ
る。ここで光源手段から出射した光束が光偏向器により
走査される方向を主走査方向、光束の進行方向と主走査
方向とに垂直な方向を副走査方向とする。

【００３７】図中、１は光源手段であり、例えば半導体
レーザーより成っている。２は集光レンズ（コリメータ
ーレンズ）であり、光源手段１から出射した発散光束を
略平行光束にしている。３はアパーチャー（開口絞り）
であり、集光レンズ２から射出した光束を所望の最適な
ビーム形状に形成している。

【００３８】９は入射光束の径（光束幅）を主走査方向
に拡大する光束拡大光学系であり、２つの同一のプリズ
ム９ａ，９ｂから成り、光源手段１と後述する光偏向器
５との間の光路内に設けられている。この２つのプリズ
ム９ａ，９ｂは頂角が３７．４°、波長７８０ｎｍでの
屈折率が１．５１０７２０であり、コリメーターレンズ
２からの略平行光束を入射角６６．６°で入射させてお
り、単品で光束の径を２倍にしている。この光束拡大光
学系９は光軸周りに回転調整可能となるように構成され
ている。尚、本実施形態では光束拡大光学系９を２つの
同一のプリズム９ａ，９ｂより構成しているが、単一の
プリズムより構成しても良い。

【００３９】４はシリンドリカルレンズであり、副走査
方向にのみ所定のパワー（屈折力）を有し、光束拡大光
学系９から射出した光束を後述する光偏向器５の偏向面
上付近に副走査断面において結像（主走査断面において
は長手の線像）させている。尚、コリメーターレンズ
２、アパーチャー３、光束拡大光学系９、シリンドリカ
ルレンズ４等の各要素は入射光学系１１の一要素を構成
している。

【００４０】５は偏向手段としての光偏向器であり、例
えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成り、モータ等
の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度
で回転している。

【００４１】本実施形態では入射光学系１１を通過した
光束をポリゴンミラー５に主走査方向においては正面
（ポリゴンミラー５の偏向角の略中央、即ち主走査方向
に沿った走査範囲の略中央）から入射させ、また副走査
方向においては斜め下方から入射させている。更に入射
光学系１１を通過した光束をポリゴンミラー５の偏向面
（以下「ファセット」とも称す。）６の主走査方向の幅
よりも広い状態で入射させている（所謂オーバーフィル
ド光学系（ＯＦＳ））。

【００４２】７はｆθ特性を有する結像光学系であり、
主走査方向にのみ負のパワーを有するｆθレンズ７ａと
主走査方向にのみ正のパワーを有するｆθレンズ７ｂと
副走査方向にのみ所定のパワーを有する長尺のトーリッ
クレンズ７ｃとを有している。尚、ｆθレンズ７ａとｆ
θレンズ７ｂ等の各要素はｆθレンズ部２７の一要素を
構成している。

【００４３】２１は反射部材としての折り返しミラーで
ある。８は被走査面としての感光ドラム面（記録媒体
面）である。

【００４４】本実施形態において光源手段１から出射し
た発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束と
され、アパーチャー３によって該光束（光量）が制限さ
れ、光束拡大光学系９により入射光束の径が主走査方向
に拡大されて副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシ
リンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカル
レンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面内にお
いてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走
査断面内においては収束してポリゴンミラー５のファセ
ット６にほぼ線像として結像している。このとき入射光
学系１１を通過した光束をポリゴンミラー５に主走査方
向においては正面から入射させ、また副走査方向におい
ては斜め方向から入射させ、更にポリゴンミラー５のフ
ァセット６の主走査方向の幅よりも広い状態で入射させ
ている そしてポリゴンミラー５のファセット６で反射偏向され
た一部の光束は結像光学系７により折り返しミラー２１
を介して感光ドラム面８上に導光され、該ポリゴンミラ
ー５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ド
ラム面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画
像情報の記録を行なっている。

【００４５】図３は本実施形態における半導体レーザー
からポリゴンミラーにかけての概要を示す主走査方向の
要部断面図である。同図において図１に示した要素と同
一要素には同符番を付している。

【００４６】同図において半導体レーザー１から出射し
た光束は入射光学系１１により略平行光束である入射光
束１２に変換され、ファセット６幅よりも広い範囲でポ
リゴンミラー５へ入射する。ポリゴンミラー５で反射偏
向された偏向光束１５は入射光束１２の一部がファセッ
ト６により反射偏向されたものであり、不図示の被走査
面上を光走査する。

【００４７】ここでポリゴンミラー５の外接円半径：Ｒ
ｐ、ファセット面数：Ｍ、ファセット６の主走査方向の
面幅：Ｆａとの間には、次式で示される関係が成り立
つ。

【００４８】

【数５】

【００４９】ＯＦＳでは入射光束１２の一部をポリゴン
ミラー５で反射偏向しているため、偏向光束１５の幅
（以下「偏向光束幅」とも称す。）は入射光束１２から
見た見かけ上のファセット６幅によって決定される。

【００５０】ここで偏向光束幅：Ｗθｉ、ファセット６
の主走査方向の面幅：Ｆａ、半導体レーザ１からの光束
がファセット６ヘ入射する面入射角（入射光束１２とフ
ァセットの面法線１３とが成す角度）：θｉ（１４）と
の間には、次式で示される関係が成り立つ。

【００５１】Ｗθｉ＝Ｆａ×ｃｏｓθｉ ………(3) この各関係式(2),(3) から偏向光束幅Ｗθｉは入射光束
１２のｃｏｓθｉ分だけ狭くなることが解る。即ち、画
角によって偏向光束１５のＦｎｏが変化する。偏向光束
１５の光強度は偏向光束幅に比例して変化するため、面
入射角θｉの増加と共に減少し、その結果、被走査面上
における光量分布は不均一となってしまう。

【００５２】また入射光学系１１の実効Ｆｎｏ（本実施
形態ではコリメーターレンズ２の実効Ｆｎｏと等価）を
明るく設定すると、入射光束１２のガウス強度分布１６
が大きな勾配を持ち、入射光束１２の周辺光量が落ち
る。ＯＦＳでは画角毎に入射光束１２の異なる部分を反
射して光走査を行うために被走査面８上の光量分布の不
均一が助長されてしまうことになる。そのため主走査方
向の実効Ｆｎｏは暗く設定する必要がある。

【００５３】しかしながら主走査方向の実効Ｆｎｏが暗
い為に以下に示すことが問題点となっている。

【００５４】第１の問題点としては半導体レーザ１とコ
リメーターレンズ２との間隔が広くなり、装置全体が大
型化してしまうことである。第２の問題点としては偏向
光束１５の光量が減少し、被走査面８上の必要光量が得
られなくなってしまうことである。前述したように副走
査方向にのみ光束を圧縮する圧縮光学系を用いた場合で
は入射光束１２に対して主走査方向には何の変換作用を
持たないため第１の問題点に対して解決手段には成り得
ない。また第２の問題点に対しては主走査方向の光束幅
をカバーするためにコリメーターレンズ２が大型化する
ことや、主走査方向の実効Ｆｎｏより副走査方向の実効
Ｆｎｏが大きな場合には副走査方向の光束幅をカバーす
るためにコリメーターレンズ２が更に大型化し、コスト
的にデメリットが大きくなってしまう。また副走査方向
はファセット６近傍に一旦、光束を収束させる光学系で
あるために凸凹レンズの組み合わせによるビーム圧縮光
学系では副走査方向のポリゴンミラー５側のＦｎｏによ
る配置の制限や、曲率半径の制限により実現が難しいと
いう問題点がある。

【００５５】そこで本実施形態においてはコリメーター
レンズ２とシリンドリカルレンズ４との間の光路内に入
射光束の径（光束幅）を主走査方向に４倍に拡大する光
束拡大光学系９を配置し、上記の問題点を解決してい
る。この光束拡大光学系９は前述の如く２つの同一のプ
リズム９ａ，９ｂより成り、単品で入射光束の径を２倍
に拡大することができる。

【００５６】本実施形態では半導体レーザー１を放射角
１０が主走査方向に広いＳ偏光で使用し、入射光束１２
の周辺光量落ちを５％以内にするため主走査方向の実効
ＦｎｏをＦｎｏ＝６としている。また被走査面８上で必
要光量を得るために副走査方向の実効ＦｎｏをＦｎｏ＝
８．４としている。

【００５７】本実施形態においては光束拡大光学系９の
拡大倍率をｍとしたとき、

【００５８】

【数６】

【００５９】但し、Ｆｍ：入射光学系の主走査方向の実
効Ｆｎｏ Ｆｓ：入射光学系の副走査方向の実効Ｆｎｏ φ ：偏向手段の外接円半径 Ｍ ：偏向面の数 Ｄｕ：走査効率 ｆｃ：コリメーターレンズを除く入射光学系の副走査方
向の全体の焦点距離 Ｄｓ：副走査方向のスポット径 λ ：使用波長 βｓ：結像光学系の副走査方向の倍率 なる条件を満足するように各要素を設定している。

【００６０】表−１に本実施形態の構成を示す。本実施
形態における副走査方向の総合焦点距離とはシリンドリ
カルレンズ４のみの焦点距離であり、その曲率半径は９
９．６ｍｍである。

【００６１】

【表１】

【００６２】このように本実施形態においては上述の如
く半導体レーザー１とポリゴンミラー５との間の光路内
に光束拡大光学系９を設けることによって、光量損失を
大きくでき、高速走査を行なうＯＦＳにおいても被走査
面８上で必要光量を確保できると共に、実現可能な曲率
半径を持つレンズによって構成される入射光学系１１を
提供することができる。このとき光束拡大光学系９はコ
リメーターレンズ２の後に配置されているので、該コリ
メーターレンズ２を小さく設定でき、また半導体レーザ
ー１とコリメーターレンズ２との間隔も十分に短縮でき
るので装置全体のコンパクト化を図ることができる。そ
れと同時にコリメーターレンズ２の出射後の副走査方向
の光束幅も半分にできるので副走査方向のポリゴンミラ
ー５側のＦｎｏによる制限が緩まり、シリンドリカルレ
ンズ４の配置の自由度が増すと共に曲率半径を比較的自
由に選択でき、更にシリンドリカルレンズ４自体も小型
化できる。

【００６３】また光束拡大光学系９を少なくとも１枚の
プリズムより構成することによってコンパクトな構成で
拡大倍率を数倍にすることができると共に公差も緩く設
定できる。また光束拡大光学系９の拡大倍率ｍを上記条
件式（１）を満足するように設定することによって半導
体レーザー１からコリメーターレンズ２までの距離を短
くでき、またコリメーターレンズ２を小さくできるので
光束拡大光学系９をコンパクトにでき、且つ被走査面８
上の必要光量も確保することができる。また光束拡大光
学系９を光軸周りに回転調整可能とすることによって被
走査面８上のスポットを所望の形状に調整することがで
きる。

【００６４】尚、光束拡大光学系９はプリズムを用いた
構成に限らず、例えば少なくとも主走査方向に負のパワ
ーを有するレンズ、そして少なくとも主走査方向に正の
パワーを有するレンズとの少なくとも２校のレンズ（例
えばｆθレンズ部）より構成しても良い。これにより少
ない部品点数で拡大倍率を大きく設定できる。

【００６５】また本実施形態ではコリメーターレンズ２
から出射される光束を略平行光束としたが、これに限ら
ず、発散光束もしくは収束光束であってもよい。

【００６６】［実施形態２］図４（Ａ）は本発明の実施
形態２のマルチビーム光走査装置の入射光学系の主走査
方向の要部断面図（主走査断面図）、図４（Ｂ）は図４
（Ａ）の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）であ
る。同図（Ａ），（Ｂ）において図２（Ａ），（Ｂ）に
示した要素と同一要素には同符番を付している。

【００６７】本実施形態において前述の実施形態１と異
なる点は光源手段３１を複数の発光部を有するマルチ半
導体レーザより構成したことと、光束拡大光学系４９を
主走査方向にのみ負のパワーを有するシリンドリカルレ
ンズ４９ａとｆθレンズ部２７を構成する２枚のｆθレ
ンズ７ｂ，７ａとの３枚のレンズより構成したことであ
る。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様
であり、これにより同様な効果を得ている。

【００６８】即ち、同図において３１は光源手段であ
り、２つの発光部（発光点）１８ａ，１８ｂを有するモ
ノリシックなマルチ半導体レーザーより成っている。４
９は光束拡大光学系であり、コリメーターレンズ２とシ
リンドリカルレンズ４との間の光路内に配置された主走
査方向のみに負のパワーを有するシリンドリカルレンズ
４９ａと、ｆθレンズ部２７を構成する２枚のｆθレン
ズ７ｂ，７ａとの３枚のレンズより成っている。

【００６９】本実施形態ではマルチ半導体レーザー３１
から出射された光束がポリゴンミラー５に入射する前と
該ポリゴンミラー５により反射偏向された後の２回、ｆ
θレンズ部２７を通過するダブルパスの構成を取ってい
る。即ち、ｆθレンズ部２７は結像光学系の一要素を構
成すると共に光束拡大光学系４９の一要素をも構成して
いる。シリンドリカルレンズ４９ａは光軸周りに回転調
節可能となるように構成されている。

【００７０】図５は図４に示したマルチ半導体レーザー
３１の要部概略図である。

【００７１】本実施形態に使用するマルチ半導体レーザ
３１は同図に示すように１つの活性層１７上に２つの発
光部１８ａ，１８ｂを有し、そこから出射された発散光
束の偏光方向は同一であり、光束の断面形状１９も略同
一となる。このマルチ半導体レーザー３１を用いて２つ
の光束を被走査面上に２ライン同時に走査する場合、そ
の２ラインの間隔は半導体レーザの２つの発光部１８
ａ，１８ｂの副走査方向の間隔を変化させることで調整
できる。２つの発光部１８ａ，１８ｂの間隔は予め決ま
っているため、該２つの発光部１８ａ，１８ｂの中間点
を回転中心として回転させて副走査方向の間隔を調整し
ている。

【００７２】図６は回転調整後の光束の断面形状を示し
た説明図である。

【００７３】同図においてｙ方向は主走査方向を示し、
ｚ方向は副走査方向を示しいる。Ｌは２つの発光部の副
走査方向の間隔である。２つの光束１８ａ１，１８ｂ１
は主走査方向には断面形状１９の短軸方向がほぼ一致
し、副走査方向には断面形状１９の長軸方向がほぼ一致
する。

【００７４】この光束の断面形状１９の短軸方向、つま
りガウス強度分布の勾配が急な方向が主走査方向である
ので、周辺光量落ちを考慮すると、主走査方向の実効Ｆ
ｎｏは非常に暗く設定する必要がある。被走査面上で必
要となる光量を確保するためには副走査方向の実効Ｆｎ
ｏをさらに明るく設定する必要がでてくるのだが、断面
形状１９の長軸、つまり光量密度が低い方向が副走査方
向であるために副走査方向のＦｎｏは非常に明るく設定
することが必要となる。

【００７５】そこで本実施形態では主走査方向の実効Ｆ
ｎｏをＦｎｏ＝１２、副走査方向の実効ＦｎｏをＦｎｏ
＝４．２に設定し、被走査面上で必要光量を確保すると
共に、光束拡大光学系４９を用いて主走査方向の光束の
径を８．６倍に拡大してコリメーターレンズ２を小さく
し、またマルチ半導体レーザー３１とコリメーターレン
ズ２との間隔を短く設定し、装置全体のコンパクト化を
図っている。

【００７６】本実施形態においても前述の実施形態１と
同様に光束拡大光学系４９の拡大倍率ｍを前述の条件式
（１）を満足するように設定している。但し本実施形態
における光束拡大光学系４９の拡大倍率ｍとはシリンド
リカルレンズ４９ａの拡大倍率とｆθレンズ部２７の拡
大倍率を掛け合わせたものである。

【００７７】表−２に本実施形態の構成を示す。本実施
形態における副走査方向の総合焦点距離とはシリンドリ
カルレンズ４のみの焦点距離であり、その曲率半径は９
９．６ｍｍである。

【００７８】

【表２】

【００７９】本実施形態では光束拡大光学系４９を上述
の如く主走査方向のみに負のパワーを有するシリンドリ
カルレンズ４９ａと２枚のｆθレンズ７ｂ，７ａの３枚
のレンズで構成している。そのためプリズムを使用した
場合と比較して拡大倍率を大きくできるメリットがあ
る。また光束拡大光学系４９は負のパワーを有するシリ
ンドリカルレンズ４９ａを１枚追加するだけで構成でき
るため、部品点数も少なくコスト的にもメリットがあ
る。また負のパワーを有するシリンドリカルレンズ４９
ａを回転調整可能としているので被走査面上のスポット
形状の崩れを補正することができる。

【００８０】尚、光束拡大光学系を前述の実施形態１と
同様に少なくとも１枚のプリズムより構成しても良い。

【００８１】［実施形態３］図７（Ａ）は本発明の実施
形態３のマルチビーム光走査装置の入射光学系の主走査
方向の要部断面図（主走査断面図）、図７（Ｂ）は図７
（Ａ）の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）であ
る。同図（Ａ），（Ｂ）において図４（Ａ），（Ｂ）に
示した要素と同一要素には同符番を付している。

【００８２】本実施形態において前述の実施形態２と異
なる点は光束拡大光学系７９をプリズム７９ａ、主走査
方向に負のパワーを有する球面レンズ７９ｂ、そしてｆ
θレンズ部２７を構成する２枚のｆθレンズ７ｂ，７ａ
より構成したことである。その他の構成及び光学的作用
は実施形態２と略同様であり、これにより同様な効果を
得ている。

【００８３】即ち、同図において７９は光束拡大光学系
であり、光源手段３１側から順にプリズム７９ａ、主走
査方向に負のパワーを有する球面レンズ７９ｂ、そして
ｆθレンズ部２７を構成する２枚のｆθレンズ７ｂ，７
ａを配して構成している。

【００８４】本実施形態における光束拡大光学系７９の
構成は公差が緩くコンパクトな構成で光束の径を数倍に
拡大するプリズム７９ａと、拡大倍率が大きいレンズ系
（球面レンズ７９ｂとｆθレンズ部２７）との利点を利
用した構成をとっている。このとき上述の如く光源手段
３１側から順にプリズム７９ａ、球面レンズ７９ｂ、そ
して２枚のｆθレンズ７ｂ，７ａを配置することによっ
て、該プリズム７９ａを小型化にしている。また負のパ
ワーを有するレンズ７９ｂを光源手段３１側を凹球面
で、ポリゴンミラー５側を平面の球面レンズとすること
によって製作を容易とし、また公差も緩く設定すること
ができるのでコスト的にもメリットがある。

【００８５】本実施形態においても前述の実施形態１と
同様に光束拡大光学系７９の拡大倍率ｍを前述の条件式
（１）を満足するように設定している。但し本実施形態
における光束拡大光学系７９の拡大倍率ｍとはプリズム
７９ａの拡大倍率と球面レンズ７９ｂと２枚のｆθレン
ズ７ｂ，７ａとから成るレンズ系の拡大倍率を掛け合わ
せたものである。

【００８６】表−３に本実施形態の構成を示す。本実施
形態における副走査方向の総合焦点距離は球面レンズ７
９ｂとシリンドリカルレンズ４との総合焦点距離であ
り、球面レンズ７９ｂの焦点距離は−４８ｍｍ、シリン
ドリカルレンズ４の焦点距離は６４ｍｍである。

【００８７】

【表３】

【００８８】本実施形態ではプリズム７９ａによって主
走査方向の光束の径を２倍にし、また負のパワーを有す
る球面レンズ７９ｂと２枚のｆθレンズ７ｂ，７ａとで
光束の径を７．４倍にしている。これにより光束拡大光
学系７９全体では光束の径を１４．８倍に拡大してい
る。またプリズム７９ａより成る光学系と、球面レンズ
７９ｂと２枚のｆθレンズ７ｂ，７ａから成る光学系と
を組合わせて使用することにより、拡大倍率を上げるこ
とができ、これにより光束拡大光学系７９を小型化で
き、コリメーターレンズ２も小型化でき、光源手段３１
とコリメーターレンズ２の間隔も狭めることができる。
また球面レンズ７９ｂの曲率半径を大きくできるため公
差が緩くなるメリットもある。更には副走査方向の光束
幅も小さくできるので副走査方向のポリゴンミラー５側
のＦｎｏによる制限を緩め、副走査方向の結像を担う光
学系の焦点距離を短く設定することができる。これによ
リ被走査面上で必要光量を確保し、且つ装置全体をコン
パクトにできる。

【００８９】また光束拡大光学系７９をプリズム７９
ａ、球面レンズ７９ｂ、そして２枚のｆθレンズ７ｂ，
７ａから構成することによって、部品点数を減らすこと
ができる。また球面レンズ７９ｂを光源手段３１側が凹
球面で、ポリゴンミラー５側が平面の球面レンズより形
成することによって製作を容易にすると共に低コスト化
を図っている。また光束拡大光学系７９を光源手段３１
側からプリズム７９ａ、球面レンズ７９ｂ、そして２枚
のｆθレンズ７ｂ，７ａの順に配置することによって拡
大倍率を効果的に上げることができると共に光学部品や
光束拡大光学系をコンパクトにできる。

【００９０】尚、プリズム７９ａを通過する光束は略平
行光束に限らず、弱発散光束もしくは弱収束光束として
も本発明の効果を発揮することができる。また光束拡大
光学系は上記の構成に限らず、例えば少なくとも主走査
方向に負のパワーを有するレンズと、少なくとも主走査
方向に正のパワーを有するレンズの少なくとも２枚のレ
ンズより構成しても良く、もしくはプリズム、少なくと
も主走査方向に負のパワーを有する少なくとも１枚のレ
ンズ、そして少なくとも主走査方向に正のパワーを有す
る少なくとも１校のレンズより構成しても本発明は前述
の実施形態と同様に適用することができる。

【００９１】尚、各実施形態ではｆθレンズ部２７を２
枚のｆθレンズより構成したが、これに限らず、例えば
単一のｆθレンズで構成してもよい。また非球面を有し
たレンズであっても本発明の効果を発揮することができ
る。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば前述の如くオーバーフィ
ルド光学系（ＯＦＳ）を用いた光走査装置及びマルチビ
ーム光走査装置において、光源手段と偏向手段との間の
光路内に入射光束の径を拡大する光束拡大光学系を設け
ることにより、被走査面上を走査する偏向光束の必要光
量を確保することができ、かつ装置全体のコンパクト化
を図ることができ、また光源手段を構成する発光部の数
や放射角によらず常に高精細で高質な画像を得ることが
でき、さらに光源手段の出力の利用効率を高めた光学系
を構成することができ、これにより光源手段をパワーが
弱いものを使用することができる光走査装置及びマルチ
ビーム光走査装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の光走査装置の主走査方
向及び副走査方向の要部断面図。

【図２】 本発明の実施形態１の光走査装置の入射光学
系の主走査方向及び副走査方向の要部断面図

【図３】 本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面
図

【図４】 本発明の実施形態２の光走査装置の入射光学
系の主走査方向及び副走査方向の要部断面図

【図５】 モノリシックな半導体レーザの要部概要図

【図６】 モノリシックな半導体レーザから出射した光
束の断面図

【図７】 本発明の実施形態３の光走査装置の入射光学
系の主走査方向及び副走査方向の要部断面図

【図８】 従来の光走査装置の要部概略図

【符号の説明】

１ 光源手段（半導体レーザ） ３１ 光源手段（マルチ半導体レーザ） ２ 集光レンズ（コリメーターレンズ） ３ アパーチャー（開口絞り） ４ シリンドリカルレンズ ５ 偏向手段（ポリゴンミラー） ６ 偏向面（ファセット） ７ 結像光学系 ２７ ｆθレンズ部 ７ａ，７ｂ ｆθレンズ ７ｃ トーリックレンズ ８ 被走査面（感光ドラム面） ９，４９，７９ 光束拡大光学系 ９ａ，９ｂ プリズム １０ 半導体レーザの放射角 １１，４１，７１ 入射光学系 １２ 入射光束 １３ 面法線 １４ 面入射角 １５ 偏向光束 １６ ガウス強度分布 １７ 活性層 １８ａ，１８ｂ 発光部 １９ 出射光束の断面形状 ２１ 折り返しミラー ４９ａ シリンドリカルレンズ ７９ａ プリズム ７９ｂ 球面レンズ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段から出射した光束を偏向手段の
   偏向面の主走査方向の幅よりも広い状態で該偏向手段に
   入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された光束を被走査面上に結像させる
   結像光学系と、を有する光走査装置において、 該光源手段と該偏向手段との間の光路内に入射光束の径
   を拡大する光束拡大光学系を有しており、該光束拡大光
   学系は入射光束の径を少なくとも主走査方向に拡大する
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 光源手段から出射した光束を偏向手段の
   偏向面の主走査方向の幅よりも広い状態で該偏向手段に
   入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された光束を被走査面上に結像させる
   結像光学系と、を有する光走査装置において、 該光源手段と該偏向手段との間の光路内に入射光束の径
   を少なくとも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有
   しており、該光束拡大光学系は少なくとも１枚のプリズ
   ムを有していることを特徴とする光走査装置。
3. 【請求項３】 光源手段から出射した光束を偏向手段の
   偏向面の主走査方向の幅よりも広い状態で該偏向手段に
   入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された光束を被走査面上に結像させる
   結像光学系と、を有する光走査装置において、 該光源手段と該偏向手段との間の光路内に入射光束の径
   を少なくとも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有
   しており、該光束拡大光学系は少なくとも主走査方向に
   負のパワーを有するレンズ、そして少なくとも主走査方
   向に正のパワーを有するレンズとの少なくとも２枚のレ
   ンズを利用していることを特徴とする光走査装置。
4. 【請求項４】 前記偏向手段は回転多面鏡より成り、前
   記光束拡大光学系の拡大倍率をｍとしたとき、 【数１】 但し、Ｆｍ：入射光学系の主走査方向の実効Ｆｎｏ Ｆｓ：入射光学系の副走査方向の実効Ｆｎｏ φ ：偏向手段の外接円半径 Ｍ ：偏向面の数 Ｄｕ：走査効率 ｆｃ：コリメーターレンズを除く入射光学系の副走査方
   向の総合焦点距離 Ｄｓ：副走査方向のスポット径 λ ：使用波長 βｓ：結像光学系の副走査方向の結像倍率 なる条件を満足することを特徴とする請求項１、２又は
   ３記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 前記光束拡大光学系の少なくとも一要素
   は光軸周りに回転可能であることを特徴とする請求項
   １、２又は３記載の光走査装置。
6. 【請求項６】 前記入射光学系を通過した光束を前記偏
   向手段の偏向面に主走査方向においては該偏向手段の偏
   向角の略中央から入射させ、副走査方向においては斜め
   方向から入射させていることを特徴とする請求項１、２
   又は３記載のマルチビーム光走査装置。
7. 【請求項７】 複数の発光部を有する光源手段から出射
   した複数の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅よ
   り広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された複数の光束を被走査面上に結像
   させる結像光学系と、を有するマルチビーム光走査装置
   において、 該光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を拡大す
   る光束拡大光学系を有しており、該光束拡大光学系は入
   射光束の径を少なくとも主走査方向に拡大することを特
   徴とするマルチビーム光走査装置。
8. 【請求項８】 複数の発光部を有する光源手段から出射
   した複数の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅よ
   り広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された複数の光束を被走査面上に結像
   させる結像光学系と、を有するマルチビーム光走査装置
   において、 該光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なく
   とも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有してお
   り、該光束拡大光学系は少なくとも１枚のプリズムを有
   していることを特徴とするマルチビーム光走査装置。
9. 【請求項９】 複数の発光部を有する光源手段から出射
   した複数の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅よ
   り広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された複数の光束を被走査面上に結像
   させる結像光学系と、を有するマルチビーム光走査装置
   において、 該光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なく
   とも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有してお
   り、該光束拡大光学系は少なくとも主走査方向に負のパ
   ワーを有するレンズ、そして少なくとも主走査方向に正
   のパワーを有するレンズとの少なくとも２枚のレンズを
   利用していることを特徴とするマルチビーム光走査装
   置。
10. 【請求項１０】 複数の発光部を有する光源手段から出
    射した複数の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅
    より広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された複数の光束を被走査面上に結像
    させるｆθレンズ部を含む結像光学系と、を有するマル
    チビーム光走査装置において、 該光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なく
    とも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有してお
    り、該光束拡大光学系は主走査方向に負のパワーを有す
    るレンズ、そして該ｆθレンズ部を利用していることを
    特徴とするマルチビーム光走査装置。
11. 【請求項１１】 複数の発光部を有する光源手段から出
    射した複数の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅
    より広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された複数の光束を被走査面上に結像
    させるｆθレンズ部を含む結像光学系と、を有するマル
    チビーム光走査装置において、 該光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なく
    とも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有してお
    り、該光束拡大光学系はプリズム、少なくとも主走査方
    向に負のパワーを有する少なくとも１枚のレンズ、そし
    て該ｆθレンズ部を利用していることを特徴とするマル
    チビーム光走査装置。
12. 【請求項１２】 複数の発光部を有する光源手段から出
    射した複数の光束を偏向手段の偏向面の主走査方向の幅
    より広い状態で該偏向手段に入射させる入射光学系と、 該偏向手段で偏向された複数の光束を被走査面上に結像
    させる結像光学系と、を有するマルチビーム光走査装置
    において、 該光源手段と該偏向手段との間に入射光束の径を少なく
    とも主走査方向に拡大する光束拡大光学系を有してお
    り、該光束拡大光学系はプリズム、少なくとも主走査方
    向に負のパワーを有する少なくとも１枚のレンズ、そし
    て少なくとも主走査方向に正のパワーを有する少なくと
    も１枚のレンズを利用していることを特徴とするマルチ
    ビーム光走査装置。
13. 【請求項１３】 前記光束拡大光学系は前記光源手段側
    からプリズム、少なくとも主走査方向に負のパワーを有
    する少なくとも１枚のレンズ、そして該ｆθレンズ部の
    順に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の
    マルチビーム光走査装置。
14. 【請求項１４】 前記偏向手段は回転多面鏡より成り、
    前記光束拡大光学系の拡大倍率をｍとしたとき、 【数２】 但し、Ｆｍ：入射光学系の主走査方向の実効Ｆｎｏ Ｆｓ：入射光学系の副走査方向の実効Ｆｎｏ φ ：偏向手段の外接円半径 Ｍ ：偏向面の数 Ｄｕ：走査効率 ｆｃ：コリメーターレンズを除く入射光学系の副走査方
    向の総合焦点距離 Ｄｓ：副走査方向のスポット径 λ ：使用波長 βｓ：結像光学系の副走査方向の結像倍率 なる条件を満足することを特徴とする請求項７乃至１２
    のいずれか１項記載のマルチビーム光走査装置。
15. 【請求項１５】 前記少なくとも主走査方向に負のパワ
    ーを有するレンズは、前記光源手段側が凹球面、前記偏
    向手段側が平面の球面レンズより成ることを特徴とする
    請求項１１又は１２記載のマルチビーム光走査装置。
16. 【請求項１６】 前記ｆθレンズ部は主走査方向に負の
    パワーを有するレンズ、そして主走査方向に正のパワー
    を有するレンズを有していることを特徴とする請求項１
    ０、１１又は１３記載のマルチビーム光走査装置。
17. 【請求項１７】 前記光束拡大光学系の少なくとも一要
    素は光軸周りに回転可能であることを特徴とする請求項
    ７乃至１２のいずれか１項記載のマルチビーム光走査装
    置。
18. 【請求項１８】 前記入射光学系を通過した光束を前記
    偏向手段の偏向面に主走査方向においては該偏向手段の
    偏向角の略中央から入射させ、副走査方向においては斜
    め下方から入射させていることを特徴とする請求項７乃
    至１２のいずれか１項記載のマルチビーム光走査装置。