JP2001194603A - マルチビーム光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】汎用の半導体レーザを複数用いた光源装置を用
い、確実で安定な画像再現性が確保できるマルチビーム
光走査装置を実現する。 【解決手段】本発明のマルチビーム光走査装置では、光
源装置４００は、ｎ個（ｎ≧２）の半導体レーザとカッ
プリングレンズと、そのｎ個の半導体レーザとカップリ
ングレンズを主走査方向に対称に配列し一体的に支持す
る支持部材１０３，１０３’を有し、各々の半導体レー
ザから射出した全ての光ビームが第一光学系４０２を通
過後、偏向器４０３の反射面近傍で主走査方向に交差す
るように各々の半導体レーザとそれと対になるカップリ
ングレンズの位置関係を設定し、第一光学系の光軸と偏
向器に入射する各光ビームのなす角度が「（条件１）中
心像高の２５℃付近における被走査面上でのビームスポ
ット径をω₀としたとき、１０℃〜５０℃の範囲内にお
ける各像高の被走査面上でのビームスポット径の変動の
幅がω₀の２５％の範囲内であること」を満たすように
設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル複写機、
レーザプリンタ、レーザファクシミリ、レーザプロッタ
等の記録装置の書込系に用いられる光走査装置に係り、
特に複数の光ビームにより感光体等の被走査面上を同時
に走査して記録速度を著しく向上させたマルチビーム光
走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ、レーザファクシミリ等
の記録装置の書込系に用いられる光走査装置において記
録速度を向上させる手段としては、偏向手段としての回
転多面鏡（ポリゴンミラー）の回転速度を上げる方法が
ある。しかし、この方法ではモータの耐久性や騒音、振
動及び半導体レーザの変調スピード等が問題となり記録
速度に限界がある。そこで、一度に複数の光ビームを走
査して複数ラインを同時に記録することにより記録速度
を向上したマルチビーム光走査装置が提案されている。
その一例としては、複数個の半導体レーザからの光ビー
ムをビームスプリッタを用いて合成する方法や、特開昭
５６−４２２４８号公報に開示されているように、複数
の発光部がアレイ状に配列された半導体レーザアレイを
用いた方法がある。しかしながら、上記の半導体レーザ
アレイは、光源は複数であるものの出力を検出するセン
サは共通であるため、通常の半導体レーザのように実時
間での光出力のフィードバックができないにも係わら
ず、光源が近接していることにより、そのクロストーク
で出力が変動しやすく高精度な光量制御ができない。ま
た、その特殊性から高価であるという欠点を持つ。ま
た、これらは発光部数が多くなるに従い不利となる。こ
れに対し複数個の汎用の半導体レーザを用い、複数個の
半導体レーザの光ビームを合成する方法は、上記のよう
な問題はないが環境安定性と組立性の向上が必要であ
る。

【０００３】そこで本出願人は先に、これらの問題点を
解決し、複数ビームを射出する新規なマルチビーム光源
装置を提案した（特願平９−１７８４７９号、特願平１
０−１０６５９９号）。この先願のマルチビーム光源装
置の一例としては、複数の半導体レーザと、該半導体レ
ーザと対で設けられたカップリングレンズと、複数の半
導体レーザとカップリングレンズとを主走査方向に配列
してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第一
の光源部と、この第一の光源部と同様に構成した第二の
光源部と、上記第一、第二の光源部の光ビームを副走査
方向に近接させて射出するビーム合成手段とを備えた構
成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】偏向器としてポリゴン
ミラーを用いる場合、ポリゴンミラーの回転中心は、第
二光学系（走査光学系）の光軸からずらして設置される
ため、ビーム偏向に伴って偏向反射面での反射点が変位
し、偏向光束の偏向の起点が変動する「光学的なサグ」
が発生する。そしてこの「光学的なサグ」が存在する
と、走査光学系の光軸に対し＋像高側と−像高側とで、
光束の通る経路が異なることになる。このため、特に副
走査方向の像面湾曲量が像高により大きく変化してしま
う。この「光学的なサグ」の影響は走査光学系の設計で
小さくすることが可能であるが、シングルビームをマル
チビームに展開した時、そのマルチビーム用光源装置と
して半導体レーザアレイを用いた場合はともかく、本出
願人が先に提案した、「複数の半導体レーザと、該半導
体レーザと対で設けられたカップリングレンズと、複数
の半導体レーザとカップリングレンズとを主走査方向に
配列してこれらを一体的に支持する支持部材」からなる
光源装置を用いた場合には、主走査方向に半導体レーザ
が配列しているが故の「光学的なサグ」の影響を免れな
い。

【０００５】例えば、２個の半導体レーザを用いた２ビ
ーム方式の光源装置を考えた場合、片方の半導体レーザ
からの光ビームに対する「光学的なサグ」の影響を小さ
くするように走査光学系の設計をしたとしても、もう一
方の半導体レーザからの光ビームに対しては却って「光
学的なサグ」の影響を増長させてしまう。そして、像面
湾曲量の像高毎の変化は、ビームウェスト位置の被走査
面に対するずれとして現れる。これがビームスポット径
の像高毎のばらつきを発現させ、画像再現性を著しく低
下させる。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、汎用の半導体レーザを複数用いたマルチビーム光
源装置を用い、確実で安定な画像再現性が確保できるマ
ルチビーム光走査装置を実現することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のマルチビーム光
走査装置は「マルチビーム光源装置から射出された複数
の光ビームを、第一光学系と偏向器及び第二光学系を有
する走査光学手段で被走査面上に集光し、主走査方向に
走査するマルチビーム光走査装置」であって、以下の如
き特徴を有する（請求項１）。即ち上記マルチビーム光
走査装置において、上記マルチビーム光源装置は、ｎ個
（ｎ≧２）の半導体レーザと、そのｎ個の半導体レーザ
と対をなすｎ個のカップリングレンズと、そのｎ個の半
導体レーザとカップリングレンズとを主走査方向に対称
に配列し一体的に支持する支持部材とを有する構成の光
源装置である。このとき、「各々の半導体レーザから射
出した全ての光ビームが、第一光学系を通過後、偏向器
の偏向反射面近傍で主走査方向に交差する」ように、各
々の半導体レーザとそれと対になるカップリングレンズ
の位置関係を設定し、且つ、第一光学系の光軸と偏向器
に入射する各光ビームのなす角度が、「（条件１）中心
像高の２５℃付近における被走査面上でのビームスポッ
ト径をω₀としたとき、１０℃〜５０℃の範囲内におけ
る各像高の被走査面上でのビームスポット径変動の幅が
ω₀の２５％の範囲内であること」を満たすように設定
される。

【０００８】また、請求項１に記載のマルチビーム光走
査装置において、第一光学系の光軸と偏向器に入射する
各光ビームのなす角度が、上記の条件１を満たすよう
に、「マルチビーム光源装置から偏向器までの距離」が
設定されていることを特徴とする（請求項２）。あるい
は、請求項１に記載のマルチビーム光走査装置におい
て、第一光学系の光軸と偏向器に入射する各光ビームの
なす角度が、上記の条件１を満たすように、「各々の半
導体レーザの配列間隔」が設定されていることを特徴と
する（請求項３）。さらに、別の形態としては、上記の
条件１を満たすように、「第二光学系の副走査方向の結
像横倍率β₂」が設定されていることを特徴とする（請
求項４）。

【０００９】そして、請求項１〜４に記載のマルチビー
ム光走査装置において、上記マルチビーム光源装置は、
「ｎ個（ｎ≧２）の半導体レーザと、そのｎ個の半導体
レーザと対をなすｎ個のカップリングレンズと、そのｎ
個の半導体レーザとカップリングレンズとを主走査方向
に対称に配列し一体的に支持する支持部材とを有する第
一の光源部に加えて、ｍ個（ｍ≧２）の半導体レーザと
ｍ個のカップリングレンズ及び支持部材を有し第一の光
源部と同様に構成した第二の光源部、及び、上記第一、
第二の光源部の光ビームを副走査方向に近接させて射出
するビーム合成手段を備えた」ことを特徴とする（請求
項５）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作及び作
用を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実
施の１形態として、マルチビーム光源装置を搭載したマ
ルチビーム光走査装置の概略構成を示している。図１に
おいて、光源装置４００は、２つの汎用の半導体レーザ
１０１，１０２とその２つの半導体レーザ１０１，１０
２と対をなす２つのカップリングレンズ（図示せず）と
を主走査方向に対称に配列して支持部材１０３で一体的
に支持した構成の第一の光源部４０１−１と、同様に２
つの汎用の半導体レーザ１０６，１０７とその２つの半
導体レーザ１０６，１０７と対をなす２つのカップリン
グレンズ（図示せず）とを主走査方向に対称に配列して
支持部材１０３’で一体的に支持した構成の第２の光源
部４０１−２とを有し、これら第１の光源部４０１−１
と第２の光源部４０１−２を副走査方向に配設してホル
ダ４１０に組付けて固定したものであり、合計４個の半
導体レーザを用いて４本の光ビームを射出させる。尚、
光源装置の詳細については後述する。

【００１１】光源装置４００から射出された４本の光ビ
ームは、個別的に変調可能な４つの半導体レーザから放
射され、各々カップリングレンズでカップリングされた
ものであり、第一光学系としてのシリンドリカルレンズ
４０２を介して偏向器としてのポリゴンミラー４０３の
偏向反射面近傍で主走査方向に交差した後、ポリゴンミ
ラー４０３で偏向走査され、２枚構成のレンズ（例えば
ｆθレンズ等）４０４を通過後、折り返しミラー４０５
で被走査面の実体をなす光導電性感光体４０７の感光面
４０７ａに向けて反射され、レンズ（例えばトロイダル
レンズ等）４０６により感光面４０７ａ上に結像され、
４つのビームスポットにより、副走査方向に所定のピッ
チで隣接した４つの走査線が同時に主走査方向Ｓに走査
され、画像記録が行なわれる。

【００１２】尚、ポリゴンミラー４０３と感光面（被走
査面）４０７ａの間に配設されたレンズ４０４，４０６
が第二光学系（走査光学系）を構成しており、走査光学
手段は、第一光学系４０２、偏向器４０３、第二光学系
４０４，４０６を有する構成となっている。また、折り
返しミラー４０５の画像領域外には同期検知用のミラー
４０８が配置されており、このミラー４０８により反射
された光ビームが同期検知センサ４０９により検出され
る。この同期検知センサ４０９は光ビームを検出すると
同期検知信号を発し、この同期検知信号に基づき書き込
み開始のタイミングがとられる。一方、同期検知センサ
４０９の出力は図示しないピッチ演算部に送られる。こ
のピッチ演算部は４本の光ビームの副走査方向の間隔を
演算し、これに基づき走査線ピッチを補正するためのピ
ッチ補正量を算出し、図示しない制御部に送る。制御部
はピッチ補正量に応じて、図示しないモータ等の駆動手
段を制御して、光源装置４００のホルダー４１０を光軸
を中心に微小量回転変位させ、被走査面上で所望の走査
線ピッチが得られるように光源装置４００の態位を調整
する。

【００１３】次に図２は、図１に示したマルチビーム光
走査装置に搭載される光源装置４００の光源部の一構成
例を示す分解斜視図であり、半導体レーザを合計４個用
いた４ビーム光源装置の構成例を示している。図２にお
いて、半導体レーザ１０１，１０２はアルミダイキャス
ト製の支持部材１０３の裏側に主走査方向に所定間隔で
並列して形成された（図示しない）勘合穴に各々圧入さ
れ支持される。また、カップリングレンズ１０４，１０
５は、各々の半導体レーザ１０１，１０２の発散光束が
所望の光束状態（本実施形態では平行光束としている）
となるように光軸方向のＸ位置を、またビームの射出方
向が所定のビーム射出方向となるようにＹ、Ｚ位置を合
わせて、半導体レーザ１０１，１０２と対に形成したＵ
字状の支持部１０３−１、１０３−２の隙間にＵＶ硬化
接着剤等を充填して固定される。そして、この２個の半
導体レーザ１０１，１０２とカップリングレンズ１０
４，１０５を支持部材１０３で支持したものを第一の光
源部４０１−１とする。また、半導体レーザ１０１，１
０２とカップリングレンズ１０４，１０５とは対称中心
ａ₁に対してほぼ対称に配置されている。

【００１４】第二の光源部４０１−２についても同様に
構成されており、半導体レーザ１０６，１０７はアルミ
ダイキャスト製の支持部材１０３’の裏側に主走査方向
に所定間隔で並列して形成された（図示しない）勘合穴
に各々圧入され支持される。また、カップリングレンズ
１０８，１０９は、各々の半導体レーザ１０６，１０７
の発散光束が所望の光束状態（本実施形態では平行光束
としている）となるように光軸方向のＸ位置を、またビ
ームの射出方向が所定のビーム射出方向となるように
Ｙ、Ｚ位置を合わせて、半導体レーザ１０６，１０７と
対に形成したＵ字状の支持部の隙間にＵＶ硬化接着剤等
を充填し固定される。また、２個の半導体レーザ１０
６，１０７とカップリングレンズ１０８，１０９とは対
称中心ａ₂に対してほぼ対称に配置されている。

【００１５】また、符号１１１はビーム合成手段として
のプリズムであり、このプリズム１１１は、１／２波長
板１１２と偏光分離膜１１１−１及び反射面１１１−２
を有し、第二の光源部４０１−２からのビームを第一の
光源部４０１−１からのビームに副走査方向に近接させ
て射出するように作用する。すなわち、第１の光源部４
０１−１に設けられた半導体レーザ１０１，１０２は、
これらから放射される光ビームの偏光状態が、偏光分離
膜１１１−１に対して例えば略Ｐ偏光となるように定め
られている。このため、半導体レーザ１０１，１０２か
らの光ビームは、カップリングレンズ１０４，１０５で
コリメートされた後、プリズム１１１の偏光分離膜１１
１−１を透過する。第２の光源部４０１−２に設けられ
た半導体レーザ１０６，１０７は、これらから放射され
る光ビームの偏光状態が、偏光分離膜１１１−１に対し
て例えば略Ｐ偏光となるように定められている。このた
め、半導体レーザ１０６，１０７からの光ビームは、カ
ップリングレンズ１０８，１０９でコリメートされた
後、１／２波長板１１２を透過すると偏光面を９０度旋
回されて偏光分離膜１１１−１に対してＳ偏光となり、
プリズム１１１の反射面１１１−２で反射され、次いで
偏光分離膜１１１−１で反射されてプリズム１１１から
射出する。このようにして、４つの半導体レーザ１０
１，１０２，１０６，１０７から放射され、対応するカ
ップリングレンズ１０４，１０５，１０８，１０９でコ
リメートされた４本の光ビームは、互いに副走査方向に
近接されてプリズム１１１から射出する。第１の光源部
４０１−１と第２の光源部４０１−２及びプリズム１１
１は、図１に示した光源装置４００のホルダー４１０に
組付け固定される。

【００１６】尚、図１に示すマルチビーム光源装置４０
０の構成としては図２に限るものではなく、例えば図３
に示す４ビーム光源装置の別の構成例のように、４個の
半導体レーザ５０１，５０２，５０３，５０４とカップ
リングレンズ５０５，５０６，５０７，５０８とを、対
称中心ａ₁に対してほぼ対称に主走査方向に配列して一
つの支持部材５０９で支持する構成としたものや、ある
いは最も簡単なマルチビーム光源装置の構成として、図
４に示す２ビーム光源装置の構成例のように、２個の半
導体レーザ２０１，２０２とカップリングレンズ２０
４，２０５とを、対称中心ａ₁に対してほぼ対称に主走
査方向に配列して支持部材２０３で支持する構成とし、
図２の第一の光源部のみの構成としたもの等、種々の構
成のものが考えられる。また、図３や図４の構成の場合
は、ビーム合成プリズムを用いないので、光源装置の小
型・軽量化、低コスト化が図れる。

【００１７】以上、本発明に係るマルチビーム光走査装
置及びその光走査装置に搭載されるマルチビーム光源装
置の構成例について説明したが、本発明では上記構成に
加えて、「各々の半導体レーザから射出した全ての光ビ
ームが、第一光学系４０２を通過後、偏向器４０３の偏
向反射面近傍で主走査方向に交差する」ように、光源装
置４００の各々の半導体レーザとそれと対になるカップ
リングレンズの位置関係を設定し、且つ、第一光学系４
０２の光軸と偏向器４０３に入射する各光ビームのなす
角度が、「（条件１）中心像高の２５℃付近における被
走査面上でのビームスポット径をω₀としたとき、１０
℃〜５０℃の範囲内における各像高の被走査面上でのビ
ームスポット径変動の幅がω₀の２５％の範囲内である
こと」を満たすように設定される。また、本発明では上
記構成に加えて、第一光学系４０２の光軸と偏向器４０
３に入射する各光ビームのなす角度が、上記の条件１を
満たすように、「マルチビーム光源装置４００から偏向
器４０３までの距離」が設定されるか、あるいは、第一
光学系４０２の光軸と偏向器４０３に入射する各光ビー
ムのなす角度が、上記の条件１を満たすように、「各々
の半導体レーザの配列間隔」が設定される。さらにま
た、別の形態として、上記の条件１を満たすように、
「第二光学系４０４，４０６の副走査方向の結像横倍率
β₂」が設定される。以下、本発明の具体的な実施例に
ついて説明する。

【００１８】（実施例１：請求項１，２，３に対応）本
実施例は、図１に示した構成のマルチビーム光走査装置
において、光源装置４００として、図４に示した２ビー
ム光源装置を用いた場合のマルチビーム光走査装置の具
体例である。図４において、光源装置をＺ方向から見た
構成を示したものが図５である。各々の半導体レーザ２
０１，２０２及びそれと対にして配備されるカップリン
グレンズ２０４，２０５は、全ての光ビームが、第一光
学系としてのシリンドリカルレンズ４０２（図１）を通
過後、偏向器４０３の偏向反射面近傍で主走査方向に交
差するように、それぞれの位置関係が設定される。ここ
で具体例として、図５（ａ）は、２つのカップリングレ
ンズ２０４，２０５の光軸に対して各半導体レーザ２０
１，２０２の発光点の位置を外側にδ₂₀₁、δ₂₀₂だけシ
フトさせ、カップリングレンズ２０４，２０５の光軸間
距離よりも半導体レーザ２０１，２０２の配列間隔ｄを
広くして、カップリングレンズ２０４，２０５を透過し
た２つの光ビームが交差する方向に向うようにし、シリ
ンドリカルレンズ４０２を通過後、偏向器４０３の偏向
反射面近傍で主走査方向に交差するようにした例であ
る。また、図５（ｂ）は、２つの半導体レーザ２０１、
２０２及びそれと対にして配備されるカップリングレン
ズ２０４、２０５の光軸を傾けて配置し、２つの光軸の
なす角をφとして、その角度φを調整し、カップリング
レンズ２０４，２０５を透過した２つの光ビームがシリ
ンドリカルレンズ４０２を通過後、偏向器４０３の偏向
反射面近傍で主走査方向に交差するようにした例であ
る。

【００１９】次に図６は、光源から被走査面に到る光学
系と、それを通過する光ビームの光路を主走査方向の平
面に展開して示す図であって、（ａ）は２つの半導体レ
ーザ２０１，２０２からの光ビームが偏向器４０３の偏
向反射面近傍で交差しない場合の例であり、（ｂ）は２
つの半導体レーザ２０１，２０２からの光ビームが第一
光学系（図示せず）通過後、偏向器４０３の偏向反射面
近傍で主走査方向に交差するようにした場合の例であ
る。図６（ａ）でＤ₁は、半導体レーザ２０１から射出
した光ビームが被走査面４０７において、ある像高に到
達する際のポリゴンミラー４０３の反射面を表してお
り、Ｄ₂は半導体レーザ２０２から射出した光ビームが
被走査面４０７において同像高に到達する際のポリゴン
ミラー４０３の反射面を表している。各々の光ビームは
ポリゴンミラー４０３に入射するときに、ある角度Δα
₂₀₁＋Δα₂₀₂（Δα_iとは、偏向器に入射する符号ｉの
半導体レーザから射出した光ビームと、第一光学系（図
示せず）の光軸のなす角）分離されている。従って、こ
の角度差だけ同像高に到達するための反射面に時間的な
遅れ（Ｄ₁とＤ₂のような差）が生じる。

【００２０】図６（ａ）の場合は、２つの光ビームはか
なり異なった光路を通っているが、同図（ｂ）の場合
は、全く同じ光路を通っている。図６（ａ）のように、
光ビームが各光学素子の異なる位置を通過してくると、
当然異なる光学作用を受けるから、被走査面上で主走査
方向の同じ像高に達する２つの光ビームの収差等の光学
特性は違ったものとなり、特に走査線ピッチの像高間変
動に対する影響は非常に大きい。そこで本実施例では、
図６（ｂ）のように、ポリゴンミラー４０３の反射面近
傍で２つの光ビームを交差させるようにして、反射面へ
の入射位置を合わせ（例えば、２つの光ビームがＤ₁’
の位置の反射面に同時に入射するようにする）、被走査
面上の主走査方向の同一像高に達するときに、光学素子
の主走査方向のほぼ同じ光路を通るようにし、走査線ピ
ッチの像高間変動を効果的に低減した。

【００２１】このように、各光ビームが偏向器の偏向反
射面近傍で主走査方向に交差するようにした、半導体レ
ーザとカップリングレンズの配置関係としては、前述し
たように図５（ａ），（ｂ）の２通りが考えられる。図
５（ａ）は、各カップリングレンズ２０４，２０５の光
軸から半導体レーザ２０１，２０２の発光点を主走査方
向にシフトするという方法である。しかし、主走査方向
へのシフト量δ₂₀₁、δ₂₀₂が大きくなると、光ビームは
カップリングレンズ２０４，２０５の周辺部を通過する
ことになり、波面収差の発生が無視できなくなってく
る。この波面収差の増大は被走査面上のビームスポット
径を太らせ、画像再現性を著しく低下させる原因とな
る。これを回避するには、図５（ｂ）に示したように、
各カップリングレンズ２０４，２０５をそれぞれの光軸
のなす角がφとなるように配置し、各々の半導体レーザ
２０１，２０２は、主走査方向についてそれと対になる
カップリングレンズ２０４，２０５の光軸上に配備する
方法が考えられる。

【００２２】さて、このようにして設定された光源装置
に対し、被走査面上の像面湾曲を示したのが、図７
（ａ），（ｂ）である。ちなみに、図７（ｃ）は、第一
光学系４０２の光軸上に半導体レーザを配置したシング
ルビームの時の像面湾曲を参考として示した。この図か
ら判るように、図１に提示した第二光学系（図１のレン
ズ４０４及びレンズ４０６）の結像性能は、第一光学系
４０２の光軸上に半導体レーザを配置したときに最良と
なるように設計されている。しかし、図４に示した光源
装置は、半導体レーザ２０１，２０２が主走査方向に分
離している。そのため図６に示したように、偏向器４０
３に入射する際に各々Δα₂₀₁、Δα₂₀₂という角度を有
してしまうのである。そのため、図７（ａ），（ｂ）の
ように副走査方向の像面湾曲が傾いてしまう。図７の
（ａ）と（ｂ）で副走査方向の像面湾曲の傾きの方向が
逆になっているのは、各々の半導体レーザの配置を、第
一光学系の光軸に対してほぼ対称に配置しているからで
ある。そして、この角度による「光学的なサグ」の影響
を、レンズの形状等の設計で低減することは極めて困難
である。

【００２３】このような像面湾曲の傾きは、ビームウェ
スト位置の被走査面に対するずれとして現れる。これを
図８に示した。尚、図８（ａ）が、半導体レーザ２０１
（２０２）の光スポットの各像高毎の副走査方向におけ
る「ビームスポット径の深度曲線（光スポットのデフォ
ーカスに対するビームスポット径の変動）」であり、図
８（ｂ）には、第一光学系の光軸上に半導体レーザを配
置したシングルビームの時の、光スポットの各像高毎の
副走査方向における「ビームスポット径の深度曲線（光
スポットのデフォーカスに対するビームスポット径の変
動）」を参考として示した。このときのビームスポット
径の深度曲線は各像高毎について極めてよく揃ってい
る。しかし、副走査方向の像面湾曲が図７（ａ），
（ｂ）にあるように傾いていると、ビームウェスト位置
が被走査面に対してずれるため、図８（ａ）に示すよう
にビームスポット径の深度曲線は各像高毎にばらつきが
生じる。このばらつきのため、不可避的に生じる部品の
取付誤差や環境変化に対して許容度が狭くなり、ビーム
スポット径を常に安定したものに維持するのが困難とな
る。

【００２４】ところで、画像再現性ということを問題に
した場合、実際ビームウェスト位置がどの程度ずれてい
るのか、即ち像面湾曲がどの程度傾いているのか、とい
ったことを議論するのは余り本質的ではない。問題にな
るのは、狙いのスポット径が、像高毎にどの程度ばらつ
いているのか、また部品の取付誤差や環境変化に対して
どの程度変動するのか、ということである。一般に環境
変化と言った場合、１０℃〜３５℃、あるいは１０℃〜
４０℃の実際の外気温度の変化を意味することが多い
が、ビームスポット径に影響を与える走査光学手段等は
機械内部にあり、従って外気温度よりも若干（１０℃〜
１５℃程度）温度が上昇する。そこで、本明細書中にお
いては環境変化を１０℃〜５０℃とした。

【００２５】また、本発明者らの画像評価実験から、画
像再現性の劣化が視覚的に判別不可能とするのは、狙い
のビームスポット径をω₀としたとき、ビームスポット
径変動の幅をω₀の２５％の範囲内に抑えればよいこと
がわかった。例えば、狙いのビームスポット径が２７μ
ｍであるとき、その変動幅を２７×０．２５＝６．７５
μｍに抑えれば、画像再現性の劣化は視覚的には判別が
できない。尚、狙いのビームスポット径とは、「中心像
高の２５℃付近における被走査面上でのビームスポット
径」と定義する。

【００２６】さて、ビームスポット径がシングルビーム
に比較して像高毎にばらつくのは、半導体レーザ２０１
と半導体レーザ２０２が主走査方向に分離しているた
め、偏向器４０３に光ビームが入射する際に、第一光学
系４０２の光軸に対して各光ビームがΔα₂₀₁、Δα₂₀₂
という角度を有してしまうからである。そこで本発明で
は、この角度を「（条件１）中心像高の２５℃付近にお
ける被走査面上でのビームスポット径をω₀としたと
き、１０℃〜５０℃の範囲内における各像高の被走査面
上でのビームスポット径変動の幅がω₀の２５％の範囲
内」となるように設定することで、環境変化をも含めて
ビームスポット径のばらつきを抑え、画像再現性の劣化
を低減する。

【００２７】具体的にΔα₂₀₁、Δα₂₀₂を（条件１）を
満足するように小さくするには、光源装置から偏向器ま
での光路長を最適に設定するのが最も簡単な方法であ
る。図１に示した構成の光走査装置において、光源装置
４００から偏向器４０３の距離を２７６ｍｍとしたとき
の副走査方向の像面湾曲が図７（ａ），（ｂ）である。
そこで、その距離（具体的には光源装置４００から第一
光学系４０２までの距離）を更に５００ｍｍ伸ばすと像
面湾曲は図７（ｄ）に示すようにその傾きは小さくな
り、ビームスポット径ばらつきを低減できる。

【００２８】但し、この方法は光源装置から偏向器まで
の距離が長くなるため、光走査装置そのものが大型化す
る傾向にある。従って、レイアウト上の要請によって
は、この方法が使えない場合がある。また、この距離を
変えることにより、第二光学系を構成する光学素子（図
１のレンズ４０４、レンズ４０６）を通過する光ビーム
の副走査方向の高さが高くなり（図９の実線のようにな
る。また、２７６ｍｍのときは点線のようになる）、走
査線ピッチの像高間変動を生じさせてしまう。

【００２９】この長さを変えずに、Δα₂₀₁、Δα₂₀₂を
（条件１）を満足するように小さくするには、半導体レ
ーザ２０１と半導体レーザ２０２の間隔ｄを最適に設定
すればよい。図１に示した構成の光走査装置において、
半導体レーザ２０１と半導体レーザ２０２の間隔ｄを１
３ｍｍとしたときの副走査方向の像面湾曲が図７
（ａ），（ｂ）である。そこで、その間隔ｄを７ｍｍに
縮めると副走査方向の像面湾曲は図７（ｅ）に示すよう
にその傾きは小さくなり、ビームスポット径ばらつきを
低減することができる。

【００３０】（実施例２：請求項１，４に対応）実施例
１で示した２つ目の方法、即ち半導体レーザ間の間隔を
変更する方法は光源装置の小型化をも同時に達成でき
る。しかし現在、ビームスポット径は昨今の高密度、高
画質化の流れから小径化の傾向にある。ビームスポット
径の小径化を達成するには、偏向器へ入射する光ビーム
の開口数を大きくする必要があり、そのためカップリン
グレンズの外径寸法も大きくしなければならない。従っ
て、半導体レーザ間の間隔を近付けるのにも自ずと限界
が生じる。

【００３１】実施例１のような方法で偏向器への光ビー
ムの入射角度を小さくできない場合に、光学的なサグの
影響を被走査面上で小さくするためには、偏向器から被
走査面までの第二光学系の結像横倍率β₂を最適に設定
すればよい。図１に示した構成の光走査装置において、
偏向器４０３と被走査面（実体的には感光体の感光面）
４０７ａの間に配備された第二光学系４０４，４０６の
副走査方向の結像横倍率を、 ｜β₂｜＝１．１ としたときの副走査方向の像面湾曲が図７（ａ），
（ｂ）である。そこで、設計により第二光学系の副走査
方向の結像横倍率を、 ｜β₂｜＝０．７ のように縮小の傾向にすると副走査方向の像面湾曲は図
７（ｆ）に示すようにその傾きは小さくなり、ビームス
ポット径のばらつきを低減することができる。以上のよ
うに第二光学系の副走査方向の結像横倍率β₂を最適に
設定すれば、偏向器への光ビームの入射角度がある程度
大きい場合でも、被走査面上での光学的なサグの影響を
抑えることが可能となる。

【００３２】（実施例３：請求項１〜４に対応）本実施
例は、図１に示した構成のマルチビーム光走査装置にお
いて、光源装置４００として、図３に示した構成の４ビ
ーム光源装置を用いた場合のマルチビーム光走査装置の
具体例である。図３において、光源装置をＺ方向から見
た構成を示したものが図１０である。各々の半導体レー
ザ５０１〜５０４及びそれと対にして配備されるカップ
リングレンズ５０５〜５０８は、全ての光ビームが、第
一光学系としてのシリンドリカルレンズ４０２（図１）
を通過後、偏向器４０３の偏向反射面近傍で主走査方向
に交差するように、それぞれの位置関係が設定されてい
る。各光ビームが偏向器４０３の偏向反射面近傍で主走
査方向に交差する、半導体レーザ５０１〜５０４とカッ
プリングレンズ５０５〜５０８の配置関係としては、実
施例１と同様に、各カップリングレンズ５０５〜５０８
の光軸から各半導体レーザ５０１〜５０４の発光点を所
定のシフト量δ₁〜δ₄だけ主走査方向にシフトするとい
う方法（図１０（ａ））と、各カップリングレンズ５０
５〜５０８をそれぞれの光軸のなす角がφ₁₂，φ₂₃，φ
₃₄となるように配置し、各々の半導体レーザ５０１〜５
０４は、主走査方向についてそれと対になるカップリン
グレンズ５０５〜５０８の光軸上に配備する方法（図１
０（ｂ））の２通りが考えられる。

【００３３】このようにして設定された光源装置に対
し、被走査面上の半導体レーザ５０１，５０４の像面湾
曲は、半導体レーザ５０２，５０３の像面湾曲に相当す
る図７（ａ），（ｂ）に比して更に大きな傾きを持つこ
とになる。この傾きを小さく抑え、ビームウェスト位置
のばらつきを低減するには、実施例１で述べたように、
光源装置から偏向器４０３までの光路長を最適に設定し
て、偏向器４０３に入射する各半導体レーザ５０１〜５
０４から射出した光ビームと第一光学系４０２の光軸の
なす角Δα₅₀₁、Δα₅₀₂、Δα₅₀₃、Δα₅₀₄を、前述の
（条件１）を満足するように小さくすればよい。但し、
この方法では光源装置から偏向器までの距離が長くなる
事情は実施例１と何ら変わることはなく、しかも半導体
レーザを４個から更に増加させて主走査方向に配列すれ
ばするほど、偏向器への光ビームの入射角度は大きくな
り、それを低減するために設定する光源装置から偏向器
までの距離は急速に増加していくことになる。

【００３４】そこで、半導体レーザ５０１〜５０４の間
隔ｄを最適に設定することで、光源装置から偏向器まで
の距離を変えずに、Δα₅₀₁〜Δα₅₀₄を（条件１）を満
足するように小さくすることが可能である。しかし、ビ
ームスポット径の小径化を達成するには、偏向器へ入射
する光ビームの開口数を大きくする必要があり、そのた
めカップリングレンズ５０５〜５０８の外径寸法も大き
くしなければならない。従って、半導体レーザの間隔を
近付けるのにも自ずと限界が生じる。そこで、上記方法
で偏向器への光ビームの入射角度を小さくできない場合
に、光学的なサグの影響を被走査面上で小さくするため
には、実施例２と同様に偏向器４０３から被走査面４０
７までの間に配置される第二光学系（図１のレンズ４０
４、レンズ４０６）の副走査方向の結像横倍率β₂を最
適に設定すればよい。

【００３５】（実施例４：請求項５に対応）本実施例
は、図１に示した構成のマルチビーム光走査装置におい
て、光源装置４００として、図２に示した構成の４ビー
ム光源装置を用いた場合のマルチビーム光走査装置の具
体例である。尚、本実施例はマルチビーム光源装置とし
て、実施例１あるいは実施例２で説明した光源部（図
４，５）を２つ用意し、それぞれ第一の光源部４０１−
１、第二の光源部４０１−２とし、これらの光源部から
の光ビームを副走査方向に近接させて射出するビーム合
成手段（ビーム合成プリズム）１１１を設けた構成とし
たものであり、本実施例の具体的内容（請求項１乃至４
に記載されている方法により、各像高間のビームウェス
ト位置ずれを低減すること）は実施例１あるいは実施例
２と同様であるので、ここでは説明を省略する。

【００３６】（実施例５）上記の実施例４は汎用の半導
体レーザを４個用いた光源装置についてのものである。
しかし、光源装置を何個の半導体レーザで構成しようと
も、原理的な部分では何ら変わることはなく、請求項１
乃至４に記載されている方法により、各像高間のビーム
ウェスト位置ずれを低減することは可能である。例え
ば、マルチビーム光源装置として、図３に示した構成の
４ビーム光源装置を２つ用意し、それぞれ第一の光源
部、第二の光源部とし、これらの光ビームを副走査方向
に近接させて射出するビーム合成手段を設けた構成とす
ることもでき、請求項１乃至４に記載されている方法に
より、各像高間のビームウェスト位置ずれを低減した８
ビーム構成の光走査装置を実現することも可能である。
また、主走査方向に配列される半導体レーザとカップリ
ングレンズの数も偶数個に限らず、３個、５個等の奇数
個でもよく、この場合は、主走査方向の中心に位置する
半導体レーザとカップリングレンズの光軸を第一光学系
の光軸と一致させればよく、その両側に対称に配列され
る半導体レーザとカップリングレンズについては実施例
１あるいは実施例２と同様の方法で調整すればよい。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１，２，
３または４に記載の発明によれば、光学的なサグによる
副走査方向の像面湾曲の傾きを減少させ、各像高間のビ
ームウェスト位置ずれを低減することにより、耐環境性
に優れた良好な画像記録を行なうことができる新規な構
成のマルチビーム光走査装置を実現することができる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記の効果に加え
て、よりビーム数が多く高速記録が可能なマルチビーム
光走査装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図であって、マルチ
ビーム光走査装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示したマルチビーム光走査装置に搭載さ
れる光源装置の光源部の一構成例を示す分解斜視図であ
る。

【図３】図１に示したマルチビーム光走査装置に搭載さ
れる光源装置の光源部の別の構成例を示す分解斜視図で
ある。

【図４】図１に示したマルチビーム光走査装置に搭載さ
れる光源装置の光源部の別の構成例を示す分解斜視図で
ある。

【図５】本発明の一実施例を示す図であって、図４に示
す光源装置を用いた場合の半導体レーザとカップリング
レンズの配置構成の説明図である。

【図６】２ビーム光源装置を用いた場合の光源から被走
査面に到る光学系と、それを通過する光ビームの光路を
主走査方向の平面に展開して示す図であって、（ａ）は
２つの半導体レーザからの光ビームが偏向器の偏向反射
面近傍で交差しない場合の例、（ｂ）は２つの半導体レ
ーザからの光ビームが偏向器の偏向反射面近傍で主走査
方向に交差するようにした場合の例を示す図である。

【図７】本発明に係る光走査装置における像面湾曲の説
明図である。

【図８】本発明に係る光走査装置におけるスポット径の
深度曲線の説明図である。

【図９】光源装置〜偏向器の距離が２７６ｍｍと７７６
ｍｍのときの、半導体レーザの光ビーム主光線の光路と
副走査方向高さを示す図である。

【図１０】本発明の別の実施例を示す図であって、図３
に示す光源装置を用いた場合の半導体レーザとカップリ
ングレンズの配置構成の説明図である。

【符号の説明】

１０１，１０２，１０６，１０７，２０１，２０２，５
０１，５０２，５０３，５０４：半導体レーザ １０４，１０５，１０８，１０９，２０４，２０５，５
０５，５０６，５０７，５０８：カップリングレンズ １０３，１０３’，２０３，５０９：支持部材 １１１：ビーム合成手段（ビーム合成プリズム） ４００：マルチビーム光源装置 ４０１−１：第一の光源部 ４０１−２：第二の光源部 ４０２：第一光学系（シリンドリカルレンズ） ４０３：偏向器（ポリゴンミラー） ４０４，４０６：第二光学系 ４０５：折り返しミラー ４０７：感光体 ４０７ａ：被走査面（感光面） ４０８：同期検知用のミラー ４０９：同期検知センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 AA03 AA11 AA47 BA58 BA86 DA03 2H045 BA22 BA33 CA14 CA54 DA02 5C072 AA03 BA03 BA17 CA06 CA09 CA11 DA02 DA21 HA02 HA06 HA13 HB08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マルチビーム光源装置から射出された複数
   の光ビームを、第一光学系と偏向器及び第二光学系を有
   する走査光学手段で被走査面上に集光し、主走査方向に
   走査するマルチビーム光走査装置において、 上記マルチビーム光源装置は、ｎ個（ｎ≧２）の半導体
   レーザと、そのｎ個の半導体レーザと対をなすｎ個のカ
   ップリングレンズと、そのｎ個の半導体レーザとカップ
   リングレンズとを主走査方向に対称に配列し一体的に支
   持する支持部材とを有する光源装置であり、各々の半導
   体レーザから射出した全ての光ビームが第一光学系を通
   過後、偏向器の偏向反射面近傍で主走査方向に交差する
   ように、各々の半導体レーザとそれと対になるカップリ
   ングレンズの位置関係を設定し、第一光学系の光軸と偏
   向器に入射する各光ビームのなす角度が下記の条件１を
   満たすように設定されていることを特徴とするマルチビ
   ーム光走査装置。 （条件１）中心像高の２５℃付近における被走査面上で
   のビームスポット径をω₀としたとき、１０℃〜５０℃
   の範囲内における各像高の被走査面上でのビームスポッ
   ト径の変動の幅がω₀の２５％の範囲内であること。
2. 【請求項２】請求項１に記載のマルチビーム光走査装置
   において、 第一光学系の光軸と偏向器に入射する各光ビームのなす
   角度が上記の条件１を満たすように、マルチビーム光源
   装置から偏向器までの距離が設定されていることを特徴
   とするマルチビーム光走査装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のマルチビーム光走査装置
   において、 第一光学系の光軸と偏向器に入射する各光ビームのなす
   角度が上記の条件１を満たすように、各々の半導体レー
   ザの配列間隔が設定されていることを特徴とするマルチ
   ビーム光走査装置。
4. 【請求項４】マルチビーム光源装置から射出された複数
   の光ビームを、第一光学系と偏向器及び第二光学系を有
   する走査光学手段で被走査面上に集光し、主走査方向に
   走査するマルチビーム光走査装置において、 上記マルチビーム光源装置は、ｎ個（ｎ≧２）の半導体
   レーザと、そのｎ個の半導体レーザと対をなすｎ個のカ
   ップリングレンズと、そのｎ個の半導体レーザとカップ
   リングレンズとを主走査方向に対称に配列し一体的に支
   持する支持部材とを有する光源装置であり、各々の半導
   体レーザから射出した全ての光ビームが第一光学系を通
   過後、偏向器の偏向反射面近傍で主走査方向に交差する
   ように、各々の半導体レーザとそれと対になるカップリ
   ングレンズの位置関係を設定し、第二光学系の副走査方
   向の結像横倍率β₂が下記の条件１を満たすように設定
   されていることを特徴とするマルチビーム光走査装置。 （条件１）中心像高の２５℃付近における被走査面上で
   のビームスポット径をω₀としたとき、１０℃〜５０℃
   の範囲内における各像高の被走査面上でのビームスポッ
   ト径の変動の幅がω₀の２５％の範囲内であること。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか一つに記載のマル
   チビーム光走査装置において、 上記マルチビーム光源装置は、ｎ個（ｎ≧２）の半導体
   レーザと、そのｎ個の半導体レーザと対をなすｎ個のカ
   ップリングレンズと、そのｎ個の半導体レーザとカップ
   リングレンズとを主走査方向に対称に配列し一体的に支
   持する支持部材とを有する第一の光源部に加えて、ｍ個
   （ｍ≧２）の半導体レーザとｍ個のカップリングレンズ
   及び支持部材を有し第一の光源部と同様に構成した第二
   の光源部、及び、上記第一、第二の光源部の光ビームを
   副走査方向に近接させて射出するビーム合成手段を備え
   たことを特徴とするマルチビーム光走査装置。