JP2001142015A - マルチビーム光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光量損失を増大させることなく、コンパクト
な構造を取ることができるマルチビーム光源装置を提供
する。 【解決手段】 光源部１１〜１５を魚眼レンズ１６の物
面に配設し、各光源から射出されたレーザビームを魚眼
レンズ１６に入射させる。このとき、光軸に対して大き
な入射角を持った位置に配設された光源部から射出され
るレーザビームは、魚眼レンズ１６の半径方向に拡大さ
れてから魚眼レンズ１６に入射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の光ビームを
被走査面に走査する光ビーム走査光学装置等に用いられ
るマルチビーム光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタル複写機やレーザプリンタ
などの画像形成装置の分野において、画像形成速度の高
速化が要請されており、このような要請に応えるため、
複数本のレーザビームを用いて感光体ドラム上を同時に
露光走査する、いわゆるマルチビーム走査光学装置を備
えた画像形成装置が開発され、これにより感光体ドラム
上に複数本の走査ラインを同時に描画することができる
ので、従来のシングルビーム方式に比べ、画像形成速度
の高速化が図れる。

【０００３】このような装置における、複数の半導体レ
ーザから射出されたレーザビームを一定間隔に揃える光
源装置として、例えば、特開平９−２１１２５１号公報
に掲載されている技術（以下、「第１従来技術」とい
う。）では、光ファイバーを用いる手法が開示されてい
る。また、特開平５−１９１８８号公報に掲載されてい
る技術（以下、「第２従来技術」という。）では、アフォ
ーカル光学系レンズを用いる手法が開示されている。こ
れは、アフォーカル光学系レンズの前側焦点を中心とす
る物面上から射出された複数のレーザビームを、この前
側焦点を通過させた後、当該レンズに入射させて、複数
のレーザビームを一定間隔に揃えるようにした手法であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１および第２従来技術にはそれぞれ次のような問題があ
る。第１従来技術においては、光ファイバーの光束の射
出部を一定間隔に揃えることで、レーザビームを一定間
隔に揃えることができる反面、半導体レーザと光ファイ
バーを接続するカップリング部分において、レーザビー
ムの一部が光ファイバー入射時の表面反射や光の漏出等
により、レーザビームの光量のうち、少なからずの量が
露光に利用されず、光量損失が大きいという問題があ
る。

【０００５】他方、第２従来技術では、光ファイバーを
使用しないため光量損失はそれほど大きくないが、アフ
ォーカル光学系の前側焦点に一旦すべてのレーザビーム
を通過させるようにしているため、少なくとも前側焦点
の距離だけ、アフォーカル光学系のレンズから遠ざけて
半導体レーザを配設する必要があり、その分光源装置全
体が大きくなってしまう。従って、光源装置のコンパク
ト化という点で問題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題点に鑑み、光量損失
を増大させることなく、かつ、コンパクトに構成するこ
とができるマルチビーム光源装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るマルチビーム光源装置は、複数の発光
素子から射出される各光ビームを、互いに所定の間隔を
もって並進するように合成するビーム合成手段を備える
マルチビーム光源装置であって、前記ビーム合成手段
が、広角レンズであり、各発光素子からの光ビームが当
該広角レンズの光軸に対して所定の入射角をもって、当
該広角レンズの物面側から入射され、像面側に複数の光
ビームの合成光が射出されることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係るマルチビーム光源装置
は、前記複数の発光素子のうち、前記広角レンズの光軸
に対する入射角の大きい位置に配される発光素子と、広
角レンズとの間の光路途中に、光ビームの光束幅を広角
レンズの半径方向に拡大するアナモフィック系光学素子
が介設されていることを特徴とする。また、本発明に係
るマルチビーム光源装置は、前記アナモフィック系光学
素子の拡大率が広角レンズの光軸に対する入射角に応じ
て選択されることを特徴とする。

【０００９】さらに、本発明に係るマルチビーム光源装
置は、前記複数の発光素子の発光位置が前記広角レンズ
の物面上に位置するような光学的位置関係で配置されて
いることを特徴とする。ここで、前記広角レンズは、魚
眼レンズとしてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るマルチビーム
光源装置の実施の形態を、例えば、レーザ走査光学装置
に適用した場合について図面を参照しながら説明する。
図１は、レーザ走査光学装置１の全体構成を示す概略図
である。同図に示すようにレーザ走査光学装置１は、複
数のレーザビームを射出するマルチビーム光源装置１０
と、射出されたレーザビームを感光体ドラム４０の回転
周方向に相当する副走査方向に集光するシリンドリカル
レンズ１８と、不図示のモータで回転されるポリゴンミ
ラー２１により入射されたレーザビームを偏向する偏向
部２０と、偏向されたレーザビームを感光体ドラム４０
表面へ副走査方向と直交する主走査方向に走査させる走
査レンズ群３０と、このレーザビームを感光体ドラム４
０へ向けて光路変更させる折り返しミラー３１、およ
び、光路変更されて副走査方向に並んだ複数のレーザビ
ームを感光体ドラム４０表面で副走査方向に集光させる
シリンドリカルレンズ３２等から構成されている。

【００１１】マルチビーム光源装置１０は、レーザビー
ムを射出する光源部１１〜１５と、射出された各レーザ
ビームの主光線が光軸に略平行に進むように揃える魚眼
レンズ１６と、魚眼レンズ１６を透過した各レーザビー
ムを略平行光とするコリメータレンズ１７等からなる。
魚眼レンズ１６は広角レンズの一種であって、画角が１
８０°以上と公知のものであり，図３の一例に示すよう
に第１〜４レンズ１６１〜１６４からなる。

【００１２】図１に示される光源部１１〜１５は、図２
に一例を示すように支持台１２０に支持されている。な
お、本図には説明の便宜上、魚眼レンズ１６は第１レン
ズ１６１のみを示している。支持台１２０は、魚眼レン
ズ１６の光学的な物面に相当する湾曲面１２３と、この
湾曲面１２３に光源部１１〜１５がそれぞれ挿設される
ための孔１２１（図４（ａ）参照）を備えている。

【００１３】各孔１２１に光源部１１〜１５がそれぞれ
挿設され、各光源部１１〜１５から射出されたレーザビ
ームが第１レンズ１６１の副走査方向に一列に並び、換
言すれば、第1レンズ１６１の半径方向（以下、「半径方
向」という。）に各々所定の入射角を持って入射するよ
うに並び、湾曲面１２３が魚眼レンズ１６の光学的に物
面となるような位置で支持台１２０が図示しない筐体に
保持される。

【００１４】この支持台１２０に支持された各光源部に
ついて説明すると、光源部１３は、魚眼レンズ１６の光
軸上に配設され、光源部１２，１４、光源部１１，１５
は、それぞれこの光軸に対してθ１、θ２の入射角を有
するように配設される。このθ１、θ２は、魚眼レンズ
１６から射出された各レーザビームが等間隔となって進
行するような値に設定されており、一般的には、魚眼レ
ンズの特性上光軸に対して大きな入射角を持った光源ほ
ど大きくなる。即ち、この入射角はθ１＜（θ２−θ
１）の関係となる。

【００１５】図４（ａ）は、光源部１１の構成を説明す
るための縦断面図である。同図に示すように光源部１１
は、レーザビームを照射する半導体レーザＬＤと、半導
体レーザＬＤから射出されたレーザビームをコリメート
するコリメータレンズ１１１と、コリメートされたレー
ザビームを半径方向に拡大する平凹のシリンドリカルレ
ンズ１１２および、拡大されたレーザビームを半径方向
にコリメートして射出する平凸のシリンドリカルレンズ
１１３等が円筒部材１１０内に収納されて構成されてい
る。

【００１６】円筒部材１１０の一方の開口部には半導体
レーザＬＤの発光点１１７が円筒部材内側に向けて取着
され、円筒部材１１０内部にはコリメータレンズ１１
１、半径方向に負の集光力を有するシリンドリカルレン
ズ１１２，および、半径方向に正の集光力を有するシリ
ンドリカルレンズ１１３が光軸を同じくして並び、リン
グ状のスペーサ１１４，１１５，１１６を介して各レン
ズは所定の位置関係を保った状態で保持されている。

【００１７】この光源部１１が、支持台１２０の孔１２
１に半導体レーザＬＤ側から挿設されて段差１２２に当
接することで、発光点１１７が湾曲面１２３の面内にあ
る状態、即ち、半導体レーザＬＤの発光位置が魚眼レン
ズ１６の光学的に物面上にくるようになっている。図４
（ｂ）は、発光点１１７から射出されたレーザビームの
広がりを説明するための図であり、図４（ａ）の矢印Ａ
方向から見た発光点１１７，コリメータレンズ１１１、
および、シリンドリカルレンズ１１２，１１３でのレー
ザビームの主光線と直交するビーム断面の形状（以下、
「ビーム断面形状」という。）をそれぞれ示す。

【００１８】図４（ａ）に示されるように、発光点１１
７から射出されたレーザビームは、コリメータレンズ１
１１により平行光とされた後、シリンドリカルレンズ１
１２により半径方向に拡大されて、シリンドリカルレン
ズ１１３から射出される。その際、それぞれのビーム断
面形状は、図４（ｂ）に示されるように、発光点１１７
でビーム断面形状が円形の断面１１７１とすると、コリ
メータレンズ１１１では大きな円形の断面１１１１とな
り、シリンドリカルレンズ１１２によって半径方向に拡
大されて射出されて、シリンドリカルレンズ１１３では
断面１１３１の様に半径方向（図中縦方向）に拡大され
た楕円形のビーム断面形状となる。

【００１９】他方、半径方向と直交する周方向（以下、
「周方向」という。）については、図４（ｂ）に示される
ように、ビーム断面形状の周方向（図中横方向）におけ
る光束幅は断面１１１１と断面１１３１ではほとんど変
化しておらず、図５に示されるように、周方向には発光
点１１７から射出されたレーザビームはコリメータレン
ズ１１１でコリメートされたままの光束幅で光源部１１
から射出される。

【００２０】なお、各光源部１２，１４，１５は、光源
部１１と同様の構造をもつため説明を省略する。ただ
し、光源部１２，１４は、断面１１３１の半径方向の長
さに対する断面１１２１の半径方向の長さの割合（以
下、「半径方向の拡大率」という。）が異なる。この半径
方向の拡大率は、各光源部の魚眼レンズ１６の光軸に対
する入射角に応じて、魚眼レンズ１６から射出される各
主光線のビーム断面形状がそれぞれほぼ同じとなるよう
に決められる。

【００２１】このように半径方向の拡大率を前記入射角
に応じて決めなければいけないのは、魚眼レンズの特性
に起因し、一般的に、光ビームが光軸に対して大きな入
射角をもって魚眼レンズに入射されるほど、射出された
ビーム断面形状は半径方向に縮小される。したがって、
魚眼レンズの光軸に対して大きな入射角をもつ光源部ほ
ど、魚眼レンズ通過後に各ビーム断面形状がほぼ同じと
なるように光ビームの半径方向の拡大率を上げなくては
ならない。

【００２２】本実施の形態では、レーザビームの魚眼レ
ンズ１６の光軸に対する入射角に対応し、各光源部の半
径方向の拡大率は、光源部１１，１５＞光源部１２，１
４の関係となる。この拡大率を変更するには、シリンド
リカルレンズ１１２，１１３をその拡大率に応じた特性
に変更すればよい。また、光軸上に位置する光源部１３
は、光源部１１と一部異なる構造を持ち、コリメータレ
ンズ１１１のみでシリンドリカルレンズ１１２，１１３
を有しておらず、前記レンズ１１２，１１３の端部の厚
さとスペーサ１１５，１１６とあわせた長さのスペーサ
(不図示)と、スペーサ１１４を介してコリメータレンズ
１１１が固定された構造となっており、発光点１１７よ
り射出されたレーザビームはコリメータレンズ１１１に
より、コリメートされたままの光束幅で拡大されずに光
源部１３から射出される。

【００２３】このように各光源部１１〜１５から射出さ
れたレーザビームは、第１レンズ１６１に光軸に対して
所定の入射角をもって入射され、魚眼レンズ１６を通過
した後、コリメータレンズ１７へ入射される。以上、説
明してきたことを、図６をもってまとめて説明する。図
６は、光源部１１〜１５から射出されたレーザビームの
半径方向の光束幅変化を説明するための光路図である。
説明の便宜上、コリメータレンズ１７，１１１や複数枚
のレンズから構成される魚眼レンズ１６等を一つの主平
面のみで示しており、魚眼レンズ１６で光源部１３以外
の各レーザビームの光束幅が不連続になっているのは、
魚眼レンズ１６が複数枚のレンズで構成されているから
である。

【００２４】光源部１３から射出されたレーザビームの
光束幅をＬ１、光源部１２，１４から射出された光束幅
をＬ２、一番光軸に対して大きな入射角を持った光源部
１１，１５から射出された光束幅をＬ３とすると、Ｌ１
＜Ｌ２＜Ｌ３と光束幅は入射角が大きくなるに従い大き
くなっている。各レーザビームは、魚眼レンズ１６を通
過した後、各主光線が光軸と平行となって射出され、コ
リメータレンズ１７にて光束幅Ｌ１の平行光として射出
される。

【００２５】このように、光軸に対して大きな入射角を
持った光源部の光束幅ほど半径方向により拡大されて、
各レーザビームは魚眼レンズ１６を通過して半径方向に
縮小されても、通過直後の光束幅がすべてＬ１と等しく
なっている。さらに、各光源部の発光点１１７が光学的
に物面上に配置されているため、各レーザビームの主光
線が光軸と平行となって魚眼レンズ１６から射出され、
コリメータレンズ１７にて光束幅Ｌ１の平行光として略
一定間隔をもって射出される。

【００２６】従って、各レーザビームが魚眼レンズ１６
を通過しても、略同様のビーム断面形状を持つレーザビ
ームを半径方向に略一定の間隔をもって射出することが
できるようになる。以上述べてきたように、魚眼レンズ
を使用することで光軸に対して大きな入射角を持った位
置まで光源を配設できるため、従来技術より数多くの光
源を配置することができる。また、光束を所定の入射角
から魚眼レンズにそのまま取り込むようにしているた
め、光束を光学系の前側焦点で一旦集束させる必要がな
く、光源から魚眼レンズまでの光軸方向の距離をその分
短くすることができる。したがって、装置全体をコンパ
クト化でき、かつ、光ファイバを使用しないため光量損
失が増大しないマルチビーム光源装置が得られる。 （変形例）以上、本発明が適用されるレーザ走査光学装
置の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、
この実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下の
ような形態で実施をすることができる。

【００２７】上記実施の形態では、光源部１１〜１５
を半径方向に並べた状態で行っていたが、さらに周方向
にも光源部を並べて二次元的に光源を配置するマトリッ
クス配置にしてもよい。図７は、光源部をマトリックス
配置にした場合の斜視図を示す。魚眼レンズ１６の物面
に相当する湾曲面を持つ支持台２００に光源部２０１〜
２０６が配設されている。各光源部２０１〜２０６は、
射出されたレーザビームが魚眼レンズ１６通過後に各主
光線が略平行となるように、魚眼レンズ１６の光軸に対
して半径方向に所定の入射角を有して保持されている。
光源部２０１〜２０３と光源部２０４〜２０６は列を形
成し、各列中の光源部は半径方向にそれぞれｄ１の２倍
の間隔をあけて並んでいる。さらに、光源部２０４〜２
０６は、光源部２０１〜２０３と列間で周方向にｄ２の
間隔をあけ、かつ、半径方向にはｄ１だけ下側にずれた
状態になっている。

【００２８】このように、光源部２０１〜２０６がマト
リックス配置されることで、半径方向に従来のビーム間
隔の約半分（＝ｄ１）の分だけ感光体ドラム４０上での
ビーム間隔が狭まり、レーザビームの被走査面上の走査
密度を向上することができる。なお、光源部が周方向に
ｄ２ずれた状態であり、感光体ドラム表面の主走査方向
の書き込み開始位置がレーザビーム間毎にずれてしまう
ため半導体レーザの発光タイミングを上記ｄ２に応じた
分ずらす必要があるが、そのための技術は公知の技術な
ので、その詳細な説明は省略する。

【００２９】上記実施の形態では、集光レンズに魚眼
レンズ１６を使用していたが、画角が１８０°未満の広
角レンズを使用してもよい。光軸に対して大きな入射角
を持ったレーザビームを取り込む効果としては上記実施
の形態と略同様の効果があるからである。 上記実施の形態では、光軸に対して大きな入射角を持
った位置の光源からの光束を魚眼レンズ１６に入射する
前に半径方向のみに拡大するアナモフィック光学系レン
ズとして半径方向のみにパワーを有するシリンドリカル
レンズ１１２，１１３を用いていたが、魚眼レンズ１６
から射出される光束幅は周方向にも若干縮小するので、
当該縮小を補正するように周方向に拡大してもよい。そ
の際には、光源部１１，１２，１４，１５で使用されて
いるシリンドリカルレンズ１１２、１１３を、例えば、
周方向と半径方向に異なったパワーを有するトロイダル
レンズのようなレンズに置き換えて光束幅を周方向にも
拡大させることができる。このようにすることで、魚眼
レンズ１６通過後に複数のビーム断面形状が略同じよう
になるように形成される。

【００３０】上記実施の形態では、光源部１１〜１５
と同時に走査する本数を５本としたがこれらに限定され
る必要はなく、複数の光源部を用いた場合であればよ
い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
マルチビーム光源装置によれば、複数の発光素子からの
光ビームを広角レンズの光軸に対してそれぞれ所定の入
射角をもって広角レンズの物面側から広角レンズに入射
させているので、光ビームを光学系の前側焦点に集めて
から入射させる必要がなく、光軸に対して大きな入射角
を持った位置の発光素子からの光ビームも入射すること
ができるため、装置全体をコンパクト化することができ
る。

【００３２】また、本発明に係るマルチビーム光源装置
によれば、発光素子からの光ビームを集光するために光
ファイバーを使用していないので光量損失が少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ走査光学装置
の全体構成を示す斜視図である。

【図２】上記レーザ走査光学装置に用いられる光源部お
よびその周辺を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る魚眼レンズのレンズ
構成の一例を示す図である。

【図４】（ａ）上記光源部の概略構成を示す縦断面図で
ある。 （ｂ）上記光源部でのレーザビームの広がりを説明する
ための図である。

【図５】上記光源部でのレーザビームの光束幅の変化を
説明するための図である

【図６】上記光源部から射出されたレーザビームの半径
方向の光路を示す光路図である。

【図７】上記光源部がマトリックス配置された場合を示
す光源部付近の概略斜視図である。

【符号の説明】

１ レーザビーム走査装置 １０ マルチビーム光源装置 １１〜１５ 光源部 １６ 魚眼レンズ １７ コリメータレンズ １１０ 円筒部材 １１１ コリメータレンズ １１２，１１３ シリンドリカルレンズ １１４〜１１６ スペーサ １１７ 発光点 １２０ 支持台 １２１ 孔 １２２ 段差 １２３ 湾曲面 １６１ 第１レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H045 AA01 BA02 BA22 BA32 CA67 CB01 2H087 KA19 LA07 LA24 LA25 PA01 PA03 PA04 PA17 PA18 PB01 PB03 PB05 QA02 QA07 QA14 QA17 QA22 QA25 QA33 QA34 QA42 QA45 RA07 RA08 RA45 9A001 BB06 KK16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光素子から射出される各光ビー
   ムを、互いに所定の間隔をもって並進するように合成す
   るビーム合成手段を備えるマルチビーム光源装置であっ
   て、 前記ビーム合成手段が、広角レンズであり、 各発光素子からの光ビームが当該広角レンズの光軸に対
   して所定の入射角をもって、当該広角レンズの物面側か
   ら入射され、像面側に複数の光ビームの合成光が射出さ
   れることを特徴とするマルチビーム光源装置。
2. 【請求項２】 前記複数の発光素子のうち、前記広角レ
   ンズの光軸に対する入射角の大きい位置に配される発光
   素子と広角レンズとの間の光路途中に、光ビームの光束
   幅を広角レンズの半径方向に拡大するアナモフィック系
   光学素子が介設されていることを特徴とする請求項１に
   記載のマルチビーム光源装置。
3. 【請求項３】 前記アナモフィック系光学素子は、その
   拡大率が広角レンズの光軸に対する入射角に応じて選択
   されることを特徴とする請求項２に記載のマルチビーム
   光源装置。
4. 【請求項４】 前記複数の発光素子は、その発光位置が
   前記広角レンズの物面上に位置するような光学的位置関
   係で配置されていることを特徴とする請求項１から３の
   いずれかに記載のマルチビーム光源装置。
5. 【請求項５】 前記広角レンズは、魚眼レンズであるこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマル
   チビーム光源装置。