JP2001228554A - マルチビーム露光装置及びその焦点位置調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テレセントリック系の構成を崩すことなく、
かつ重く、かつ大きいレンズを移動させることなく、簡
単な構成で焦点位置の補正を行う。 【解決手段】 第１及び第２のレンズ２４、２８の途中
に、偏光ビームスプリッタ３２と１／４λ板３４とで、
主要光路とは別の光路を形成し、第３のレンズ３６とミ
ラー３８とによって、第２のレンズ２８と感光面１２Ａ
とのダミー光路を形成し、ミラー３８を光軸Ｌ２方向に
移動可能とし、ミラー３８を感光面１２Ａの変位量に応
じて移動させ、感光面１２Ａの変位に応じた焦点位置ず
れを相殺するようにしたため、重く、かつ大きい第２の
レンズ２８を移動させることになく、軽く、かつ小さい
ミラー３８の移動のみで焦点位置補正を行うことがで
き、アクチュエータを安価で、簡単な構成とすることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチビーム光源
を配列した面を、焦点位置を共有した二組のレンズで構
成されるテレセントリック光学系で像担持体面上に結像
させるマルチビーム露光装置及びその焦点位置調整方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高出力半導体レーザを複数個配列し、そ
れぞれの出射光を結像させる系として、ドラムの周面に
感光材料を巻き付けた状態で、ドラムを高速に回転させ
ながら（主走査）、このドラムの周面の一部に配設され
た光源ユニットをドラムの軸線方向に移動させることに
より（副走査）、感光材料上に画像（潜像）を記録する
露光装置がある。

【０００３】上記光源ユニットには、基本的には、高出
力半導体レーザが配設されており、この光源ユニットが
副走査方向へ移動することにより、感光材料には１副走
査ピッチ毎の画像が露光される。

【０００４】ここで、画像露光時間の短縮のため、前述
の如く、高出力半導体レーザを副走査方向に複数個配列
し、同時に複数本の主走査が行えるようにした光源ユニ
ットが考えられている（マルチビーム露光装置）。

【０００５】これにより、ドラムの１回転で高出力半導
体レーザの数に相当する主走査が可能となる。また、高
出力半導体レーザを用いることによって、ドラムの回転
速度も速くなり、画像露光時間を短縮することができ
る。

【０００６】ここで、高出力半導体レーザを用いた光源
ユニットでは焦点深度が浅いので、ドラムが高速回転し
ているとき等で、周面の位置が光軸方向にずれた場合、
このずれが僅かであっても、焦点がぼけた像が結像され
てしまうことになる。

【０００７】これを補償するため、ドラム周面（すなわ
ち、感光材料）のずれ量をリアルタイムで検出し、これ
をフィードバックして、光学系（レンズ）を移動させる
ことが考えられる。これにより、焦点位置を補正し、感
光材料上で焦点を結ばせることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記画
像記録装置等の光源ユニットでは、光学系の構成が焦点
位置を共有した二組のレンズで構成されるテレセントリ
ック光学系であり、レンズを移動することで焦点位置を
補正すると、二組のレンズが互いに焦点位置を共有でき
なくなり、テレセントリック系の関係が崩れ、画像位置
が副走査方向にずれることがある。

【０００９】また、複数の高出力半導体レーザに対応す
る重く、かつ大きいレンズを高速移動するのは困難であ
り、仮にこれを達成しようとすると、高価なアクチュエ
ータを準備しなければならない。

【００１０】本発明は上記事実を考慮し、テレセントリ
ック系の構成を崩すことなく、かつ重く、かつ大きいレ
ンズを移動させることなく、簡単な構成で焦点位置の補
正を行うことができる画像露光装置及びその焦点位置調
整方法を得ることが目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マルチビーム光源を配列した面を、焦点位置を共有
した二組のレンズで構成されるテレセントリック光学系
で像担持体面上に結像させるマルチビーム露光装置であ
って、前記共有された焦点位置に配置されたビームスプ
リッタと、このビームスプリッタで透過又は反射される
光ビームの光路上に配置され、当該光路の光軸方向に移
動可能なミラーと、前記ビームスプリッタから出力され
る光ビームをミラー上に結像させると共に前記二組のレ
ンズ系の内の第１のレンズとの組合わせでテレセントリ
ック光学系を構成する第３のレンズと、当該ミラーで反
射された光ビームを、前記二組のレンズ系の内の第２の
レンズに入射させたときに、前記第２のレンズによる結
像点のデフォーカス量である前記像担持体の光軸方向の
変動量に基づいて、前記ミラーを移動させる移動手段
と、を有している。

【００１２】請求項５に記載の発明は、マルチビーム光
源を配列した面を、二組のレンズで構成されるテレセン
トリック光学系で像担持体面上に結像させるマルチビー
ム露光装置において、前記マルチビーム光源からの光ビ
ームの焦点位置が、前記像担持体面上となるように調整
するマルチビーム露光装置の焦点位置調整方法であっ
て、前記二組のレンズ系の内、光束の上流側に配置され
た第１のレンズの後側焦点位置と、光束の下流側に配置
された第２のレンズの前側焦点位置を共有させ、この共
有された焦点位置にビームスプリッタを配置し、このビ
ームスプリッタで透過又は反射された光ビームの光路上
に、前記二組のレンズ系の内の第１のレンズとの組合せ
でテレセントリック光学系を構成する第３のレンズを配
置して、光軸方向に移動可能なミラー面上で結像させ、
当該ミラーで反射され、ビームスプリッタで反射又は透
過した光ビームを、前記二組のレンズ系の内の第２のレ
ンズに入射させ、前記ミラーを移動によって、前記第２
のレンズによる結像点を、前記像担持体の光軸方向の変
動量に追従するように変更する、ことを特徴としてい
る。

【００１３】請求項１及び請求項５に記載の発明によれ
ば、マルチビーム光源から出射した光ビームは、テレセ
ントリック光学系を構成する二組のレンズの共有された
焦点位置において、ビームスプリッタによって反射又は
透過し（ここでは、例えば反射した光を適用する）、第
３のレンズによってミラー面に結像する。ここで、第３
のレンズと前記二組のレンズの内の上流側の第１のレン
ズとはテレセントリック光学系を構成しており、前記ミ
ラー面は、疑似的な焦点位置となる。

【００１４】このミラーで反射された光は、再度ビーム
スプリッタへ戻り反射又は透過（ここでは、透過した光
を適用する）した光を第２のレンズによって像担持体上
に結像する。

【００１５】ここで、像担持体が光軸方向に変位するこ
とがあり、この変位量(デフォーカス量)が時間的に変化
する場合、変位量に応じて焦点位置を補正する必要があ
る。

【００１６】そこで、請求項１に記載の発明では、前記
ミラーを光軸方向に移動させることにより対応してい
る。すなわち、ミラーの光軸方向への移動は第１のレン
ズと第２のレンズとの間のテレセントリック光学系の構
成を崩すことなく、第２のレンズの焦点位置を移動する
ことができる。これは、前記ビームスプリッタを第１の
レンズと第２のレンズが共有する焦点位置に配置したこ
とによる。

【００１７】また、ミラーを移動するのみであり、重
く、かつ大きいレンズを移動させることがないため、ミ
ラーの移動に高速移動に耐え得る高価なアクチュエータ
が不要であり、簡単な構成で焦点位置の補正が可能とな
る。

【００１８】請求項２に記載の発明は、前記請求項１に
記載の発明において、前記マルチビーム光源が半導体レ
ーザと偏波保存性ファイバーとの組み合わせで構成され
ており、前記ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタ
と１／４λ板からなることを特徴としている。

【００１９】請求項３に記載の発明は、前記請求項１に
記載の発明において、前記マルチビーム光源が、多ブロ
ードエリア型半導体レーザであり、前記ビームスプリッ
タが偏光ビームスプリッタと１／４λ板からなることを
特徴としている。

【００２０】請求項２及び請求項３に記載の発明によれ
ば、マルチビーム光源として直線偏光の光ビームが出力
される光源では、光量のロスを軽減するべく、偏光ビー
ムスプリッタの適用が可能であり、往路と復路とで１／
４λ板を２回通過させることで偏光を回転することによ
って、同一の偏光ビームスプリッタの偏光面を全透過又
は全反射を使い分け、光ビームを入射方向とは異なる方
向に案内することができる。

【００２１】請求項４に記載の発明は、前記マルチビー
ム光源が多モード光ファイバー結合半導体レーザーであ
ることを特徴としている。

【００２２】請求項４に記載の発明によれば、直線偏向
ではない光（ランダム偏光）であるため、請求項２及び
請求項３の如く、偏光ビームスプリッタと１／４λ板と
の組み合わせによる光量ロス抑制はできないが、基の光
源光量が充分であれば、ビームスプリッタによって光量
がロスしても本願の発明の目的である焦点位置の補正は
可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１には、本実施の形態に係るマ
ルチビーム光源ユニット１０が示されている。このマル
チ光源ユニット１０は、感光材料１２をドラムの表面に
巻き付け、高速で回転（主走査）させた状態で、前記ド
ラムの軸線に沿って移動（副走査）させることにより、
前記感光材料１２へ画像を露光する画像露光装置に適用
されるものであり、後述する光源部１４が複数個設けら
れ、複数本の主走査を行うことが可能となっている。

【００２４】このマルチビーム光源ユニット１０の光源
部１４は、複数のブロードエリア型半導体レーザ１６
（以下ＢＬＤ１６という）が配列された光源アッセンブ
リ１８と、前記ＢＬＤ１６の光ビーム出射側に設けられ
発散光を平行光に変えるパワー持つレンズ２０と、で構
成されている。このレンズ２０は、焦点距離がｆｃとさ
れ、当該レンズ２０の平行光の出射側の距離ｆｃの位置
（ファーフィールドパターン）にはアパーチャー２２が
配設されている。このなアパーチャー２２までが光源部
１４であり、複数の光ビームが結像光学系を構成する二
組のレンズの内の第１のレンズ２４へ入射するようにな
っている。

【００２５】第１のレンズ２４は、焦点距離がｆ１とさ
れ、前記アパーチャー２２の出射口が前側の焦点位置と
なっている。一方、後側の焦点位置（図１に示す点Ｆ）
は、前記第１のレンズ２４と共に結像光学系２６を構成
する第２のレンズ２８の前側の焦点位置でもある。すな
わち、第１のレンズ２４と第２のレンズ２８とは焦点位
置を共有している。

【００２６】第２のレンズ２８の焦点距離はｆ２とさ
れ、後側の焦点位置には、像担持体としての感光材料１
２の感光面が位置している。上記マルチビーム光源ユニ
ット１０には、前記光源部１４及び結像光学系２６の他
に、焦点位置補正光学系３０が設けられている。言い換
えれば、この焦点位置補正光学系３０を設けるために、
前記光軸Ｌ１と光軸Ｌ２との互いに直交する関係として
いる。

【００２７】前記共有焦点位置Ｆには、ビームスプリッ
タとしての偏光ビームスプリッタ３２が配設されてい
る。前記焦点位置Ｆはこの偏光ビームスプリッタ３２の
対角線上となる透過／反射面３２Ａの中央に位置する。

【００２８】前記光源部１４のＢＬＤ１６は、直線偏向
の光ビームを出射しており、このため、偏光ビームスプ
リッタ３２の透過／反射面３２Ａにおいて、全ての光が
透過又は反射（本実施の形態では反射）する。この反射
方向は、前記第２のレンズ２８が配設された方向と反対
側の方向（光軸Ｌ２が共通）となっている。この方向の
前記偏光ビームスプリッタ３２に接近した位置には１／
４λ板３４が設けられており、第１のレンズ２４からの
入射し、偏光ビームスプリッタ３２によって反射した光
ビームは、この１／４λ板３４によって、円偏光になる
ようになっている。

【００２９】１／４λ板３４の光ビーム出射側には、第
３のレンズ３６が配設されている。この第３のレンズ３
６は焦点距離はｆ３である。ここで、第３のレンズ３６
の前側（偏光ビームスプリッタ３２側）の焦点位置は、
前記点Ｆであり、第１のレンズ２４との間で、テレセン
トリック光学系を構成することになる。すなわち、第３
のレンズ３６は、第２のレンズ２８と同様の関係となっ
ており、第２のレンズ２８の代用として利用している。

【００３０】第３のレンズ３６が第２のレンズ２８の代
用として考えると、この第３のレンズ３６における後側
の焦点位置が、第２のレンズ２８に対する感光面とな
る。この感光面に相当する位置にはミラー３８が配設さ
れている。ミラー２８には、全ての光ビームが垂直入射
されることになる。

【００３１】ミラー３８によって反射された光ビーム
は、１／４λ板３４を再度通過するため、結果として光
軸Ｌ１上の光ビームに対し偏光方向が９０°回転した光
ビームとなり、偏光ビームスプリッタ３２の透過／反射
面３２Ａを全透過して、第２のレンズ２８方向へ案内さ
れ、感光面１２Ａに結像されるようになっている。

【００３２】ミラー３８は、前記感光面１２Ａに相当す
る位置を基準として、図示しないアクチェータにより光
軸Ｌ２方向に移動可能となっている。すなわち、図１の
実線で示した感光面１２Ａに相当する位置が、実線で示
すミラー３８の位置であり、感光面１２Ａが光軸Ｌ２方
向に移動すると、この移動量に応じてミラー３８が光軸
Ｌ２方向に移動するようになっている。この結果、感光
面１２Ａが図１の破線位置に変位した場合には、ミラー
３８を図１の破線位置に移動させることによって、変位
した破線位置を結像位置とすることが可能となってい
る。すなわち、感光面１２Ａの変位量をリアルタイムで
検出し、この検出した変位量情報に基づいてアクチュエ
ータを制御することによって感光面１２Ａの変位に拘ら
ず、常に感光面１２Ａ上を結像位置とすることができ
る。なお、感光面１２Ａの変位量とミラー３８の補正移
動量との関係は、第２のレンズ２８と第３のレンズ３６
との焦点距離の関係に依存し、ミラー３８の補正量を
Ｍ、感光面１２Ａの変位量をΔＫ、第２のレンズ２８の
焦点距離をｆ２、第３の焦点距離３６をｆ３とすると、
以下の関係の式で表すことができる。

【００３３】 Ｍ＝（１／２）・ΔＫ（ｆ３／ｆ２）²・・・（１） 以下に本実施の形態の作用を説明する。

【００３４】光源部１４から出射した複数の光ビームそ
れぞれ光軸Ｌ１（互いに平行）で第１のレンズ２４に入
射する。この第１のレンズ２４によって平行光となった
光ビームは、偏光ビームスプリッタ３２の透過／反射面
３２Ａに入射する。この透過／反射面３２Ａの中央の位
置（図１の点Ｆ）は、前記第１のレンズ２４の焦点位置
である。

【００３５】光ビームは直線偏向光であるため、透過／
反射面３２Ａによって全反射され、光軸Ｌ２に沿って１
／４λ板３４を通過（１／４偏光）し、第３のレンズ３
６へ入射する。この第３のレンズ３６は、第２のレンズ
２８のダミーであり、第２のレンズ２８と同様に、前記
点Ｆを焦点位置としている。

【００３６】また、第３のレンズ３６の後側の焦点位置
にはミラー３８が配置されているため、光ビームは反射
され、光軸Ｌ２に沿って１／４λ板を通過し、偏光ビー
ムスプリッタ３２の透過／反射面３２Ａに戻ってくる。
このとき、光ビームは偏光方向が９０°回転しているた
め、偏光ビームスプリッタ３２の透過／反射面３２Ａを
全透過し、第２のレンズ２８へ入射する。この場合、感
光面１２Ａが基準となる位置にある場合には、第１のレ
ンズ２４から点Ｆを通過し、第２のレンズ２８へ入射す
る光路と全く同じであるため、第２のレンズ２８から出
射した光ビームは、感光面１２Ａに対して垂直入射する
と共に、感光面１２Ａ上が焦点位置となる。

【００３７】ここで、感光面１２Ａが光軸Ｌ２に沿って
変位すると、感光面１２Ａ上に焦点を結ばなくなり、ス
ポット径が大きくなったり変形したりする。そこで、本
実施の形態では、この変位量に応じてミラー３８を光軸
Ｌ２方向に移動させる。このミラー３８の移動により、
第３のレンズ３６による焦点位置がミラー３８からずれ
るが、このずれ分が前記感光面１２Ａの変位による焦点
位置のずれ分を相殺し、結果として変位した感光面１２
Ａ上に結像することになる。

【００３８】すなわち、図１において感光面１２Ａが基
準位置である実線位置にあるときは、ミラー３８も基準
位置である実線位置に位置決めされている。この状態
で、感光面１２Ａが破線位置に変位すると、公知の手段
によりこの変位量を検知して変位量に応じてミラー３８
も破線位置まで移動させる。この移動によって、ミラー
３８上の結像点としては焦点がずれることになるが、そ
の分がちょうど感光面１２Ａの変位量となるため、変位
した感光面１２Ａ上に焦点位置が移動する。

【００３９】このように、第１のレンズ２４と第２のレ
ンズ２８とで構成される結像光学系２６の途中（光路と
しての第１のレンズ２４と第２のレンズ２８との間）
に、偏光ビームスプリッタ３２と１／４λ板３４とで、
主要光路とは別の光路を形成し、第３のレンズ３６とミ
ラー３８とによって、第２のレンズ２８と感光面１２Ａ
とのダミー光路を形成し、ミラー３８をアクチェータに
よって光軸Ｌ２方向に移動可能とし、ミラー３８を感光
面１２Ａの変位量に応じて移動させ、感光面１２Ａの変
位に応じた焦点位置ずれをミラー３８の移動によって相
殺するようにしたため、重く、かつ大きい第２のレンズ
２８を移動させることになく、軽く、かつ小さいミラー
３８の移動のみで焦点位置補正を行うことができ、アク
チュエータを安価で、簡単な構成とすることができる。
また、第２のレンズ２８を移動することがないため、第
１のレンズ２４との間でのテレセントリック光学系の構
成が崩れることがなく、光ビームを感光面１２Ａに常に
垂直入射させることができる。

【００４０】なお、本実施の形態では、光源部としてＢ
ＬＤ１６を用い、このＢＬＤ１６が直線偏光の光を出射
することを利用して、偏光ビームスプリッタ３２及び１
／４λ板３４の組み合わせで光量ロスがほとんどない構
成としたが、このような直線偏光の光を出射する光源で
あれば上記ＢＬＤに限られるものではなく、例えば、半
導体レーザと、偏波保存性ファイバーとの組み合わせを
適用してもよい。

【００４１】また、直線偏光を出射する光以外の光源で
も本発明の目的は達成することは可能である。すなわ
ち、図２に示される如くマルチモード光ファイバー結合
半導体レーザ４０を光源として適用し、その光出力端が
配置された光源部４４の場合、このマルチモード光ファ
イバー結合半導体レーザ４０がランダム偏光であるた
め、ビームスプリッタ４６を適用すればよい。この場
合、透過／反射面４６Ａにおいて光量を１／２ロスする
ため、結果として１／４の光量が感光面１２Ａに到達す
ることになるが、光源としてのマルチモード光ファイバ
ー結合半導体レーザ４０の出力が大きければ全く問題は
ない。なお、このような構成とする場合には、不要な光
が感光面１２Ａへ届かないように光を吸収するような部
材や確実の感光面１２Ａには届かない方向に反射させる
部材等を組み付けることが好ましい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る画像露光
装置及びその焦点位置調整方法は、テレセントリック系
の構成を崩すことなく、かつ重く、かつ大きいレンズを
移動させることなく、簡単な構成で焦点位置の補正を行
うことができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るマルチビーム光源ユニット
の概略構成図である。

【図２】変形例に係るマルチビーム光源ユニットの概略
構成図である。

【符号の説明】

１０ マルチビーム光源ユニット １２ 感光材料 １２Ａ 感光面 １４ 光源部 １６ ブロードエリア型半導体レーザ（ＢＬＤ） １８ 光源アッセンブリ ２４ 第１のレンズ ２６ 結像光学系 ２８ 第２のレンズ ３２ 偏光ビームスプリッタ ３４ １／４λ板 ３６ 第３のレンズ ３８ ミラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マルチビーム光源を配列した面を、焦点
   位置を共有した二組のレンズで構成されるテレセントリ
   ック光学系で像担持体面上に結像させるマルチビーム露
   光装置であって、 前記共有された焦点位置に配置されたビームスプリッタ
   と、 このビームスプリッタで透過又は反射される光ビームの
   光路上に配置され、当該光路の光軸方向に移動可能なミ
   ラーと、 前記ビームスプリッタから出力される光ビームをミラー
   上に結像させると共に前記二組のレンズ系の内の第１の
   レンズとの組合わせでテレセントリック光学系を構成す
   る第３のレンズと、 当該ミラーで反射された光ビームを、前記二組のレンズ
   系の内の第２のレンズに入射させたときに、前記第２の
   レンズによる結像点のデフォーカス量である前記像担持
   体の光軸方向の変動量に基づいて、前記ミラーを移動さ
   せる移動手段と、を有するマルチビーム露光装置。
2. 【請求項２】 前記マルチビーム光源が半導体レーザと
   偏波保存性ファイバーとの組み合わせで構成されてお
   り、前記ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタと１
   ／４λ板からなることを特徴とする請求項１記載のマル
   チビーム露光装置。
3. 【請求項３】 前記マルチビーム光源が、多ブロードエ
   リア型半導体レーザであり、前記ビームスプリッタが偏
   光ビームスプリッタと１／４λ板からなることを特徴と
   する請求項１記載のマルチビーム露光装置。
4. 【請求項４】 前記マルチビーム光源が多モード光ファ
   イバー結合半導体レーザーであることを特徴とする請求
   項１記載のマルチビーム露光装置。
5. 【請求項５】 マルチビーム光源を配列した面を、二組
   のレンズで構成されるテレセントリック光学系で像担持
   体面上に結像させるマルチビーム露光装置において、前
   記マルチビーム光源からの光ビームの焦点位置が、前記
   像担持体面上となるように調整するマルチビーム露光装
   置の焦点位置調整方法であって、 前記二組のレンズ系の内、上流側に配置された第１のレ
   ンズの後側焦点位置と、下流側に配置された第２のレン
   ズの前側焦点位置を共有させ、 この共有された焦点位置にビームスプリッタを配置し、 このビームスプリッタで透過又は反射された光ビームの
   光路上に、前記二組のレンズ系の内の第１のレンズとの
   組合せでテレセントリック光学系を構成する第３のレン
   ズを配置して、光軸方向に移動可能なミラー面上で結像
   させ、 当該ミラーで反射され、ビームスプリッタで反射又は透
   過した光ビームを、前記二組のレンズ系の内の第２のレ
   ンズに入射させ、 前記ミラーを移動によって、前記第２のレンズによる結
   像点を、前記像担持体の光軸方向の変動量に追従するよ
   うに変更する、ことを特徴としたマルチビーム露光装置
   の焦点位置調整方法。