JP2002040343A - レーザ走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のレーザビームにより一の感光体ドラム
を同時に走査するレーザ走査装置において、安価かつ簡
易な構成により、副走査方向におけるレーザビーム間の
ピッチが主走査方向において均一になるようにする。 【解決手段】 異なる波長のレーザビームを出射する半
導体レーザＬＤ１，ＬＤ２から出射されたレーザビーム
ＬＢ１，ＬＢ２をビーム合成器１３によりそれらの主光
線がほぼ一致するように合成する。合成された合成ビー
ムＬＢを、プリズム３によりレーザビームの波長に基づ
いて発生する屈折率の差に基づき分光し、その後ポリゴ
ンミラー５により偏向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレーザビー
ムを副走査方向に所定の間隔をおいて被走査面に走査す
るレーザ走査装置に関し、特に、当該間隔を主走査方向
に均一に維持する技術の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザプリンタやデジタル複写機
などの画像形成装置の分野において、画像形成速度の高
速化が望まれている。この要望に応え、画像形成装置に
用いられるレーザ走査装置に、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走査するものが開発され
ている。このように複数本のレーザビームを用いて感光
体ドラムを走査することにより同時に複数ラインの描画
が可能となり、１本のレーザビームで走査する場合と比
べて画像の書き込み速度が格段に速くなって画像形成速
度の向上を図れる。

【０００３】このようなレーザ走査装置において複数本
のレーザビームを主走査方向と直交する方向に所定の間
隔をおいて走査する技術として、例えば、特開平１０−
２５３９０６号公報に開示されているレーザ走査装置の
技術を利用することができる。当該公報に開示されてい
るレーザ走査装置は、タンデム型のカラーの画像形成装
置の例ではあるが、複数の半導体レーザから出射された
波長の異なる複数本のレーザビームを、光ファイバーを
用いて各主光線が重なるように合成し、この合成ビーム
を回転するポリゴンミラーにより反射させて偏向すると
共に、当該ポリゴンミラーから感光体ドラムに至る光路
途中に配設された長尺のプリズムを通過する構成として
いる。

【０００４】偏向された合成ビームが当該プリズムを通
過すると、波長毎に屈折率が異なるため色収差が生じ、
波長毎にプリズムからの出射角度が異なる。これによ
り、合成されていた４本のレーザビームが副走査方向に
大きく分離され、それぞれ対応するＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの感
光体ドラム上を走査することが可能となるとしている。
この技術によれば、ポリゴンミラーが１個で済むと共
に、色収差の大きさは波長毎に一定なので、温度変化の
影響など受けにくく、副走査方向におけるレーザビーム
間の距離を安定的に維持することが可能となる。

【０００５】したがって、このように色収差を利用して
分光するという手法を利用して、複数本のレーザビーム
間に副走査方向に一定の間隔を持たせて１つの感光体ド
ラム表面上に同時に走査するようにすれば、迅速な画像
形成が可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、確か
に、上記従来技術を利用して複数のレーザビームを１の
感光体ドラムを同時に走査することにより迅速な画像形
成が可能になるが、その一方で、画質が劣化するおそれ
も含んでいる。すなわち、従来の構成においては、ビー
ム分離用のプリズムが、ポリゴンミラーと感光体ドラム
の間に配置されているので、走査角度内のレーザビーム
をすべて通過させるために主走査方向にかなり長尺とな
らざるを得ない。このように長尺のプリズムは、その長
さ方向に等しい光学的特性をもって製造することが大変
難しく、当該光学的特性に少しでもばらつきがあると、
レーザビームの偏向角に応じて分光方向が変動し、各レ
ーザビームの副走査方向における間隔が異なってしまう
ので、感光体ドラム上における副走査方向の書き込み密
度にばらつきが生じ画像が劣化してしまう。

【０００７】このような長尺のプリズムにおいて、その
長さ方向に均一な光学的特性を得るためには、高度な加
工技術と厳密な生産管理が要求されるが、そのようにす
れば、プリズムのコストアップが避けられず、装置全体
が高価になってしまう。本発明は、上記の問題に鑑み、
安価かつ簡易な構成により、複数本のレーザビームの副
走査方向の間隔を主走査方向に均一とすることができる
レーザ走査装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るレーザ走査装置は、異なる波長のレー
ザビームを出射する複数の光源と、当該複数の光源から
出射されたレーザビームをその主光線がほぼ一致するよ
うに合成する合成手段と、前記レーザビームの波長に基
づいて発生する屈折率の差を利用して、前記合成された
レーザビームを分光する分光手段と、前記分光された複
数本のレーザビームを主走査方向に偏向させる偏向手段
とを備えることを特徴とする。

【０００９】また、具体的に前記分光手段は、プリズム
もしくは回折格子であってもよい。また、前記分光手段
は、少なくとも副走査方向において屈折力を有するレン
ズであり、かつ、前記合成されたレーザビームの主光線
が当該レンズの光軸から副走査方向に偏心した位置に入
射されるように配設されることを特徴とする。また、前
記合成手段から前記被走査面に至る光路の途中に複数の
レンズが配設され、当該レンズのうち少なくとも１つ
は、他のレンズにおいて発生する色収差を補正する収差
補正機能を備えることを特徴とする。

【００１０】さらに、前記合成手段は、光ファイバーを
用いた光結合器を用いてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ走査装
置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 ＜第１の実施の形態＞図１は、第１の実施の形態に係る
レーザ走査装置の全体構成を示す斜視図である。

【００１２】同図に示すように、レーザ走査装置は、光
源部１、コリメータミラー２、プリズム３、アナモフィ
ックミラー４、ポリゴンミラー５および走査ミラー６，
７などを備える。光源部１は、６５０ｎｍおよび７８０
ｎｍの異なる波長のレーザビームをそれぞれ出射する半
導体レーザＬＤ１、ＬＤ２と、この２本のレーザビーム
を１本のビームに合成して出力するビーム合成器１３な
どを備える。このビーム合成器１３は、いわゆる２ｉｎ
１タイプの公知の光結合器であり、入力側光ファイバー
１３１，１３２から入射された光線をその主光線がほぼ
一致するように合成して出力側光ファイバー１３３から
出射することができるようになっている。

【００１３】図２は、当該光源部１の具体的な構成を示
す斜視図である。同図に示すように光源部１は、ユニッ
ト化されており、組立や交換が容易なようになってい
る。すなわち、ほぼＬ字型の支持台１４の水平部１４４
にビーム合成器１３が搭載されると共に、半導体レーザ
ＬＤ１、ＬＤ２は、その発光部が支持台１４の垂直部１
４１に穿設された孔１４２，１４３に挿嵌され、それら
から出射されるレーザビームの主光線が、垂直部１４１
の主面に対してほぼ垂直になるような状態で固定され
る。各半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２と入力側光ファイバ
ー１３１，１３２の入射面との間には円筒部材１１０，
１２０が垂直部１４１に接着剤などにより取り付けられ
ており、当該円筒部材１１０，１２０内部には、コリメ
ータレンズ１１，１２が配設されている。

【００１４】半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２から出射され
たレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、それぞれコリメータ
レンズ１１，１２へ入射してコリメートされ、ビーム合
成器１３の入力側光ファイバー１３１，１３２の入射面
１３６，１３７に対して略垂直な方向から入射し、合成
部１３４で合成されて出力側光ファイバー１３３から外
部に出射される。

【００１５】このような光ファイバーを利用したビーム
合成器１３を使用することにより、半導体レーザの発熱
によって垂直部１４１が熱膨張してレーザビームの主光
線と光ファイバーの入射面とのなす角度や位置が少しず
れたとしても、光ファイバーの内部で全反射を生じるの
に必要な入射角のうち最大の入射角（以下、入射限界
角）という。）を超えない角度で入射面１３６，１３７
にレーザビームが入射していれば、合成ビームＬＢの主
光線は出力側光ファイバー１３３から常に一定方向に出
射される。

【００１６】なお、上記のような光源部１として、光通
信の分野などで用いられる波長分割多重通信（ＷＤＭ）
の光源ユニットを用いてもよい。図１に戻り、上記光源
部１から出射された合成ビームＬＢは、コリメートミラ
ー２でコリメートされた後、ガラス材で形成されたプリ
ズム３に入射し、ここで２本のレーザビームＬＢ１，Ｌ
Ｂ２に分光されてプリズム３から出射される。

【００１７】プリズム３は、ガラス材料で形成され、短
波長の光ほど透過時の屈折率が大きくなる光学特性を利
用して合成ビームＬＢを分光する。図３は、合成ビーム
ＬＢがプリズム３により分光される様子を示す図であ
る。なお、同図におけるプリズムの頂角や屈折角などは
分かり易くするため、やや誇張して表している。同図に
示すようにプリズム３は、副走査方向における断面が頂
角αを有する三角形状となっている。

【００１８】合成ビームＬＢがプリズム３のポイントＰ
０に入射角θ０をもって入射すると、その波長に基づい
て発生する屈折率差により屈折角θ１で屈折されるレー
ザビームＬＢ１（６５０ｎｍ）と、屈折角θ２で屈折さ
れるレーザビームＬＢ２（７８０ｎｍ）の２本に分光さ
れる。一般に、波長が短いほうが屈折率が大きくなるた
め、プリズム３において、レーザビームＬＢ１の屈折率
がレーザビームＬＢ２の屈折率よりも大きくなってθ１
＜θ２の関係となり、両レーザビームが分離される。屈
折された各レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、プリズム３
の各ポイントＰ１，Ｐ２において再度屈折され、その主
光線が各偏角δ１、δ２を持ちつつ副走査方向に出射さ
れる。

【００１９】図１に戻り、プリズム３で分光された２本
のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、面倒れ補正のため、
副走査方向にのみパワーを有するアナモフィックミラー
４を介してポリゴンミラー５のミラー面に入射される。
ポリゴンミラー５は、不図示のモータにより矢印Ａ方向
に回転されており、入射された各レーザビームＬＢ１，
ＬＢ２を主走査方向に偏向する。偏向されたレーザビー
ムＬＢ１、ＬＢ２は、一組の走査ミラー６、７に順次反
射され、感光体ドラム８上を走査する。

【００２０】特に走査ミラー７は、図１に示すように所
定の凹型湾曲面を有する反射ミラーであり、この湾曲に
より各レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、感光体ドラム８
表面上で集光状態で主走査方向に走査される。ここで、
具体的に、プリズム３の材料として波長６５０ｎｍ、７
８０ｎｍの光線に対してそれぞれ屈折率１．５１４５
２、１．５１１１８となるガラス素材で形成されている
とし、アナモフィックミラー４からポリゴンミラー５の
反射点までの光路長を２００ｍｍ、およびポリゴンミラ
ー５から感光体ドラム８までに介在する光学素子による
副走査方向の拡大倍率の絶対値を０．８とする。

【００２１】今、説明しやすくするため、レーザビーム
ＬＢが、プリズム３の面に垂直に入射しているとする
と、その偏角δは、公式δ＝（ｎ−１）αで求めること
ができる。そこで、レーザビームＬＢ１、ＬＢ２のそれ
ぞれの偏角δ１、δ２（図３参照）、屈折率をｎ１、ｎ
２とすると、δ１＝（ｎ１−１）α、δ２＝（ｎ２−
１）αとなる。

【００２２】一方、レーザビームＬＢ１、ＬＢ２のなす
角度γは、図３よりγ＝δ１−δ２で示されるから、上
式よりγ＝（ｎ１−１）α−（ｎ２−１）α＝（ｎ１−
ｎ２）α＝（１．５１４５２−１．５１１１８）α＝
０．００３３４α ここで、αを０．０７９２ｒａｄ（４．５４°）とすれ
ば、偏角γ＝０．０００２６４５（ｒａｄ）となる。

【００２３】したがって、レーザビームＬＢ１とＬＢ２
の主光線の間隔は、光路長が２００ｍｍ先のポリゴンミ
ラー５反射面において、ｐ＝２００（ｍｍ）×γ＝０．
０５２９（ｍｍ）だけ開いており、さらに上述のように
当該副走査方向の倍率が０．８に設定されているので、
感光体ドラム８表面における間隔ｐ’は、ｐ’＝ｐ×
０．８＝０．０４２３２（ｍｍ）だけとなる。この間隔
は、６００ｄｐｉの印字密度のドット間隔にほぼ等し
い。このようにプリズム３の頂角αを他の光学条件との
関係で適当な大きさに設定することにより所望の画素密
度の描画が可能となる。

【００２４】なお、本実施の形態では、図１に示すよう
に走査光学系としてレンズを用いずに、全て自由曲面を
有するミラー光学素子を使用して、プリズム３で色収差
を生じた後、他の光学素子で余計な色収差が生じないよ
うに工夫されている。これらの光学素子の配置および自
由曲面の形状は、３次元座標を用いて表すことができ
る。

【００２５】次にその具体的な例を示す。ここで、ｙ軸
は、主走査方向すなわち感光体ドラム８の回転軸と平行
な方向であり、ｚ軸は、ポリゴンミラー５の回転軸と平
行な方向であり、ｘ軸は、両者に直交する方向である
（図１参照）。図１では、図面が複雑にならないように
ｘｙｚ軸をポリゴンミラー５の上方に表示しているが、
以下に説明する表において原点Ｏは、具体的にはポリゴ
ンミラー５への入射光と走査光学系の光軸との交点の位
置に設定される。また、各光学素子の位置は、ｘｙｚ座
標におけるそれぞれの特徴点の位置および、その点を原
点としてｘｙｚ座標を所定の方向に回転して座標変換し
て得られるＸＹＺ座標を用いて示すことができる。

【００２６】なお、コリメータミラー２、アナモフィッ
クミラー４、走査ミラー６，７の反射面は、それぞれ自
由曲面で形成されている。一般的に自由曲面は、その特
徴点を原点とするＸＹＺ座標において次の式１で定義す
ることができる。

【００２７】

【数１】

【００２８】ここで、ａijは、ＹとＺの次数がそれぞれ
ｉ、ｊのときの係数値を示すものである。したがって、
ＹとＺの次数に応じて係数を設定すれば、反射面の形状
が特定される。以下、各光学素子の配設位置や形状につ
いて、図１におけるレーザビームの進行方向に添って順
に説明する。

【００２９】ビーム合成器１３の位置 ビーム合成器１３の位置は、その出力側光ファイバー１
３３の出射面の中心を特徴点とし、次の表１で示す座標
で特定される。

【００３０】

【表１】

【００３１】ここで、「位置」の欄は、上記出力側光フ
ァイバー１３３の出射面の中心の座標であり、「Ｘ軸ベ
クトル」「Ｙ軸ベクトル」により形成されるＸＹ平面
が、当該出射面の平面を示す。 コリメータミラー２の位置および反射面の形状 コリメータミラー２は、その反射面と光軸とが交わる点
を特徴点（原点）とし、その反射面の形状は、次の表２
（ａ）で示される当該特徴点の位置および「Ｘ座標軸」
「Ｙ座標軸」のベクトルで示される座標上で、表２
（ｂ）に示される係数ａにより上記式１により決定され
る。

【００３２】

【表２】

【００３３】なお、表２（ａ）において、Ｚ軸は、Ｘ軸
とＹ軸の双方に直交する方向なので、特に明記していな
い。また、表２（ｂ）において、最上欄の０〜６の数字
及び最左欄の０〜１０の数字は、それぞれ式１における
ＹとＺの次数を示しており、各次数に対応する数値が係
数ａijの値である。そして式１は、上記特徴点を原点と
するＸＹＺ座標に座標変換されて適用される。これらの
表記方法は、以下の表においても同様に解釈される。

【００３４】プリズム３の位置 プリズム３は、入射面（前面）と出射面（後面）が所定
の角度をなして構成されているため、双方の平面の位置
および傾きを特定する必要がある。それらの位置情報
は、次の表３で示される。

【００３５】

【表３】

【００３６】前面の位置は、表３（ａ）で、後面は、表
３（ｂ）で示される。ぞれぞれの特徴点は、各面の中心
であり、「Ｘ座標軸」「Ｙ座標軸」のベクトルで特定さ
れるＸＹ平面に各面が含まれる。 アナモフィックミラー４の位置および反射面の形状 アナモフィックミラー４は、その反射面と光軸とが交わ
る点を特徴点とし、当該反射面の形状は、次の表４
（ａ）で示される上記特徴点の位置およびそれを原点と
する「Ｘ座標軸」「Ｙ座標軸」のベクトルで示される座
標上で、表４（ｂ）に示される係数ａijにより上記式１
により決定される。

【００３７】

【表４】

【００３８】第１走査ミラー６の位置および反射面の
形状 走査ミラー６は、その反射面と光軸とが交わる点を特徴
点とすると共に、その反射面の形状は、次の表５（ａ）
で示される上記特徴点の位置およびそれを原点とする
「Ｘ座標軸」「Ｙ座標軸」のベクトルで示される座標上
で、表５（ｂ）に示される係数ａijにより上記式１によ
り決定される。

【００３９】

【表５】

【００４０】第２走査ミラー７の位置および反射面の
形状 第２走査ミラー６は、その反射面と光軸とが交わる点を
特徴点とすると共に、その反射面の形状は、次の表６
（ａ）で示される上記特徴点の位置およびそれを原点と
する「Ｘ座標軸」「Ｙ座標軸」のベクトルで示される座
標上で、表６（ｂ）に示される係数ａijにより上記式１
により決定される。

【００４１】

【表６】

【００４２】走査面の位置 感光体ドラム８表面の走査面の位置は、レーザビームに
よる走査ラインの主走査方向の中心を特徴点とし、その
点での接面の傾きにより特定される。具体的な数値は次
の表７に示される。ここで、「Ｘ座標軸」「Ｙ座標軸」
のベクトルで特定されるＸＹ平面は、上記特徴点におけ
る接面の傾きを示す。

【００４３】

【表７】

【００４４】以上のように本実施の形態によれば、プリ
ズム３の主走査方向の幅Ｌ（図１参照）は、少なくとも
合成ビームＬＢを透過させるだけの幅さえあればよく、
合成ビームＬＢは、まだ偏向前なのでプリズム３の同じ
位置のみ通過し、その光学的特性の幅方向におけるばら
つきはほとんど問題にならず、従来のように主走査方向
に長尺なプリズムのように高度な加工精度も要求されな
い。

【００４５】これにより、プリズム３の部品コストを低
くしながらも、従来のように走査密度のばらつきという
問題が生じなくなり高画質の画像が再現可能になると共
に、プリズムが小型にできる分だけ装置全体の小型化が
図れ、設計の自由度も増す。また、例えば半導体レーザ
の発熱などの影響により保持部材が膨張してレーザビー
ムＬＢ１，ＬＢ２の出射位置が多少変動したとしても、
光ファイバを用いた光結合器１３により、それらのレー
ザビームＬＢ１、ＬＢ２を出力側光ファイバー１３３か
ら同軸状に出射させるように合成させることが可能なの
で、ビーム間距離の大きさが、プリズム３の特性のみに
依存する。これにより温度変化によるビーム間隔の変動
がほとんどなくなり、副走査方向に安定した走査密度を
得ることができる。

【００４６】＜第２の実施の形態＞次に、本発明に係る
レーザ走査装置の第２の実施の形態について説明する。
図４は、第２の実施の形態におけるレーザ走査装置の概
略構成を示す斜視図である。なお、図１と同じ番号を付
したものについては同じ構成要素であるため詳しい説明
は省略する。

【００４７】同図に示すように、当該レーザ走査装置
は、光源部２０、コリメータレンズ群２１、シリンダレ
ンズ群２２，ポリゴンミラー５および走査レンズ群２３
などにより構成される。光源部２０は、異なる波長のレ
ーザビームを出射する半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２、出
射されたレーザビームをそれぞれコリメートするコリメ
ータレンズ２０１，２０２およびコリメートされた２本
のレーザビームＬＢ１、ＬＢ２を合成する光ファイバー
２０３からなる。

【００４８】上記半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２は、出射
された各レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が、コリメータレ
ンズ２０１，２０２を透過してコリメートされた後、光
ファイバー２０３の入射面２０４へ、上述の入射限界角
より小さい入射角で入射されるように、図示しない支持
具により支持される。また、光ファイバー２０３は、不
図示の支持台を介して装置フレームなどに固定されてお
り、入射されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、この光
ファイバー２０３を通過する過程において同軸状となる
ように合成され、合成ビームＬＢとして出射面２０５か
らコリメータレンズ群２１へ向けて出射される。

【００４９】これにより半導体レーザの発熱による温度
変化に伴う支持具の膨張などに起因して、半導体レーザ
の位置が多少変動して入射面２０４への入射位置がずれ
る場合があったとしても、その入射光が光ファイバー内
部で全反射するための最大入射角より小さければ、確実
に出射面２０５から出射されてコリメータレンズ群２１
に導かれる。本構成によれば、上記第１の実施の形態の
ように特別な構成のビーム合成器１３を使用しなくても
１本の光ファイバーで済むため、その分コストを抑える
ことができる。

【００５０】コリメータレンズ群２１は、アッベ数の異
なる正および負のパワーをもつ２枚のレンズの組み合わ
せにより構成されており、コリメータレンズ群２１に入
射された合成ビームＬＢは、コリメートされてシリンダ
レンズ群２２へ向けて出射される。なお、このように、
アッベ数を異ならせたレンズを組み合わせているのは、
光の波長の差異によって生じる軸上色収差を補正するた
めである。詳しくは後述する。

【００５１】シリンダレンズ群２２は、プリズム３が副
走査方向に正および負のパワーを有する２枚のレンズ２
２１，２２２の間に挟まれた状態で構成される。合成ビ
ームＬＢは、正のパワーを有するシリンダレンズ２２１
を介して副走査方向についてのみ収束光となり、プリズ
ム３により、第１の実施の形態同様、その波長の差に応
じて２本のレーザビームに分離された後、負のパワーを
有するシリンダレンズ２２２に入射する。ここで、シリ
ンダレンズ２２１の正のパワーがシリンダレンズ２２２
の負のパワーより大きな絶対値となるように設定されて
おり、結果として各レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、面
倒れ補正のためポリゴンミラー５のミラー面において副
走査方向に集束される。

【００５２】なお、シリンダレンズ２２１、２２２は、
双方ともその位置が光軸方向に移動可能なように不図示
の保持具により保持されると共に、特にシリンダレンズ
２２１は、その光軸がコリメータレンズ群２１から出射
された合成ビームＬＢの主光線と一致する位置に配設さ
れている。したがって、シリンダレンズ２２１を光軸方
向に移動させることにより、各レーザビームＬＢ１、Ｌ
Ｂ２の副走査方向における集光状態を調整でき、シリン
ダレンズ２２２を光軸方向に移動させることにより、２
本のレーザビームＬＢ１、ＬＢ２間の距離および副走査
方向の集光状態を調整することができる。

【００５３】また、シリンダレンズ２２１、２２２は、
互いにそのアッベ数が異なっており、当該シリンダレン
ズ２２１、２２２で生じる副走査方向における軸上色収
差のみならず、光学系全体として生じる副走査方向にお
ける軸上色収差をも合せて補正できるようにアッベ数が
選択されてレンズ設計がなされている。レーザビームＬ
Ｂ１，ＬＢ２は、回転するポリゴンミラー５のミラー面
により偏向されて走査レンズ群２３に入射する。この走
査レンズ群２３は、アッベ数の異なるガラス材で形成さ
れた正および負のパワーを有する４枚のレンズから構成
されている。

【００５４】この４枚のレンズの内、少なくとも1枚の
レンズは、光の波長によって像の倍率が異なる、いわゆ
る倍率色収差を補正する機能を持たせるようにアッベ数
が設定されており、波長の異なるレーザビームＬＢ１，
ＬＢ２の感光体ドラム８上での主走査方向における露光
位置が、等しくなるようにレンズ設計がなされている。

【００５５】なお、走査レンズ群２３における主走査方
向の軸上色収差については、コリメータレンズ群２１の
各レンズのアッベ数を適当に選択することにより、また
副走査方向についての軸上色収差については、上述した
ようにシリンダレンズ群２２において各レンズのアッベ
数を適当に選択することにより、光学系全体として補正
されるように設計されており、これにより感光体ドラム
８上における軸上色収差も発生しないようになってい
る。これらの条件を満たすレンズの設計は、光学の分野
において通常の知識を有するものであれば、容易に実行
することができるので、ここでは詳述しない。

【００５６】そして、走査レンズ群２３を透過したレー
ザビームＬＢ１，ＬＢ２は、折り返しミラー２４により
折り返された後、感光体ドラム８上で副走査方向に例え
ば、６００ｄｐｉのピッチ（４２．３μｍ）を有して走
査される。 ＜変形例＞以上、本発明に係るレーザ走査装置につい
て、第１および第２の実施の形態に基づき説明してきた
が、本発明はこれら実施の形態に限定されないのは勿論
であり、例えば、以下のような形態で実施することがで
きる。

【００５７】上記第１の実施の形態では、レーザビー
ムを分光させる光学部品としてプリズムを利用していた
が、シリンダレンズを用いてそのプリズムの役目を兼ね
させるようにしてもよい。図５は、図１のレーザ走査装
置におけるプリズム３とアナモフィックミラー４をシリ
ンダレンズ群３０に置換えた場合における主走査方向か
ら見たときの要部拡大図である。レーザビームの進行方
向におけるポリゴンミラー５以降の構成は、図１と同様
であるため、それらの図示およびその説明は省略する。

【００５８】光源部１から出射された合成ビームＬＢは
コリメータミラー２で反射してコリメートされ、正のシ
リンダレンズ３１および負のシリンダレンズ３２とから
なるシリンダレンズ群３０へ入射する。シリンダレンズ
３１は、副走査方向に正のパワーを有するガラス製のレ
ンズであり、その光軸から距離ｄだけ副走査方向にシフ
トさせた位置に合成ビームＬＢの主光線が入射するよう
に配置される。これにより、シリンダレンズ３１が、レ
ーザビームＬＢに対して図１におけるプリズム３の役目
も果たし、合成ビームＬＢがレーザビームＬＢ１、ＬＢ
２に分光される。そのため、別途プリズムを設ける必要
がなく、光学部品の数を減らしてコスト削減することが
可能となる。分光されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２
は、シリンダレンズ３２に出射される。

【００５９】シリンダレンズ３２は、ガラス製の負のパ
ワーを有するシリンダレンズであり、その光軸は分光さ
れたレーザビームＬＢ２の主光線と略一致して配設され
る。シリンダレンズ３１の正のパワーが、シリンダレン
ズ３２の負のパワーの絶対値より大きいため、各レーザ
ビームＬＢ１，ＬＢ２は副走査方向に所定の間隔をおい
て、ポリゴンミラーのミラー面上で副走査方向に集束さ
れる。これらのシリンダレンズ３１，３２にはアッベ数
が異なるレンズが用いられており、これによりレーザビ
ームの波長の相違に基づいて生じる軸上色収差が相互に
相殺されて補正されるようになっている。

【００６０】以上の構成により、シリンダレンズ３１の
光軸を副走査方向にシフトさせるのみでシリンダレンズ
３１がプリズムの役目も兼ねることができるため、プリ
ズムを設ける必要がなく光学部品の数を減らしてコスト
を削減することができる。なお、シリンダレンズ３２
は、その光軸方向に移動調整可能に装置フレームに保持
してもよい。これにより、装置の組み立て時における感
光体ドラム上でのレーザビームの副走査方向の集光状態
を調整することができる。

【００６１】また、さらにコリメータミラー２の代わり
にコリメータレンズ３３に使用してもよい。図６はその
構成の１例を示す要部拡大図であり、図５の場合と同
様、ポリゴンミラー５以降の構成は省略されている。光
源部１から出射された合成ビームＬＢは、コリメータレ
ンズ群３３に入射する。コリメータレンズ群３３は、正
負２枚のレンズから構成されており、各レンズの光軸が
光源部１から出射された合成ビームＬＢの主光線と一致
するように配設され、合成ビームＬＢは、当該コリメー
タレンズ群３３を介してコリメートされた後、シリンダ
レンズ群３０へ入射される。

【００６２】シリンダレンズ群３０の２枚のレンズ３
４，３５が副走査方向に偏心しており、これによりプリ
ズム機能を生じ、合成ビームＬＢを分離すると共に、２
本のレーザビームがポリゴンミラー５のミラー面上で所
定の間隔をおきつつ副走査方向に集光するように作用す
る。なお、これらコリメータレンズ群３３、およびシリ
ンダレンズ群３０はそれぞれのレンズ群においてアッベ
数を異ならせたレンズで構成されており、各レンズ群に
おいて発生する色収差は各レンズ群内で補正される。

【００６３】上記各実施の形態では、合成ビームＬＢ
を分光させる光学部品としてプリズム３を利用していた
が、例えば図１におけるプリズム３の代わりに回折格子
４０を用いて分光させてもよい。図７は、回折格子４０
による分光の様子を示す図である。同図は、主走査方向
から見たときの図であり、説明の便宜上、回折格子のピ
ッチは実際よりかなり大きく表示している。

【００６４】回折格子４０は、公知のものであって、平
板ガラスなどの透明基板の入射面４１とは反対側の面４
２に溝４３が所定のピッチＤで平行に形成されてなる。
ビーム合成器１３（図１）から出射された合成ビームＬ
Ｂは、この回折格子４０に入射して回折されるが、その
１次回折光の回折角は、入射されるレーザビームの波長
によって異なるため、図７に示すようにレーザビームＬ
Ｂ１とＬＢ２に分離することができる。この回折角度
は、入射するレーザビームの波長や、回折格子のピッチ
Ｄの値を変更することにより所望の値に設定することが
できる。なお、実際には、回折格子により１つのレーザ
ビームについて異なる方向に複数の回折光が生じるため
不要な回折光が感光体ドラム８に入射しないように適当
な遮蔽部材を設置することが望ましい。この際、例え
ば、＋１次回折光の進行方向に平板ミラーもしくは凸状
のシリンダミラーを配置し、これにより当該＋１次回折
光を反射させ、その反射光に対してスリットなどの遮蔽
部材により不要な回折光を遮蔽するようにするようにし
てもよい。当該反射により各回折光の角度の差を大きく
することができるので、他の不要な回折光を遮蔽して、
レーザビームＬＢ１、ＬＢ２の＋１次回折光のみを分離
された状態でポリゴンミラー５方向に送出することが容
易となる。

【００６５】上記各実施の形態においては、半導体レ
ーザから出射されたレーザビームを合成するためにビー
ム合成器１３や単なる光ファイバー２０３を用いたが、
レーザビームを合成するための構成はこれらに限定され
るものではなく、例えば公知のビームスプリッタを用い
てもよい。図８は、ビームスプリッタを合成器として使
用した場合における光源部の構成例を示す図である。同
図に示すようにビームスプリッタ５０は、入射した光を
一部透過させ、残部を反射させるハーフミラー５１，５
２を備える。当該ハーフミラー５１，５２は、それぞれ
の反射面が平行であって半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２か
ら出射されるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の主光線に対
して４５°の角度となるように配設される。

【００６６】半導体レーザＬＤ1から出射されたレーザ
ビームＬＢ１は、コリメータレンズ５０１によりコリメ
ートされた後、その一部がハーフミラー５１により９０
°折り返されてハーフミラー５２を通過する。半導体レ
ーザＬＤ２は、その出射したレーザビームＬＢ２がコリ
メータレンズ５０２によりコリメートされた後、その主
光線が、ハーフミラー５２の反射面から出射するレーザ
ビームＬＢ１の主光線の位置と一致するように配設され
ており、これによりハーフミラー５１におけるレーザビ
ームＬＢ１の反射光とハーフミラー５２の反射面におけ
るレーザビームＬＢ２の反射光を、主光線を一致させた
状態で合成ビームＬＢとして出射させることができる。

【００６７】このような構成によりハーフミラーによる
光量損失は発生するが、波長の異なるレーザビームを１
本に合成することができる。 上記各実施の形態においては、異なる波長のレーザビ
ームを出射する２つの半導体レーザを用いていたが、３
個以上の半導体レーザを光源として使用してもよい。こ
の場合には感光体ドラム上での各レーザビームの副走査
方向の間隔を等間隔にするようにプリズムにおける各レ
ーザビームの偏角の差が等しくなるようにそれぞれの波
長を設定するのが望ましいのは言うまでもない。

【００６８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のレー
ザ走査装置によれば、合成手段により波長の異なる複数
のレーザビームを一旦合成してから、分光手段により副
走査方向に分光した後に偏向するように構成しているた
め、分光手段の要素となる光学素子の大きさは、主走査
方向に当該レーザビーム幅だけあればよく、従来のよう
に長尺な光学素子を用いる必要がなくなった。これによ
り長尺の寸法に起因する主走査方向における光学特性の
ばらつきを配慮しなくてもよくなり、幅の狭い安価な分
光手段を使用しながらも、複数のレーザビームを副走査
方向に均一な間隔をおいた状態で走査することができ、
画像の描画精度が増す。

【００６９】また、前記分光手段をプリズムもしくは回
折格子とすることにより波長の異なるレーザビームを容
易かつ効果的に分離することができる。さらに、前記分
光手段を、少なくとも副走査方向において屈折力を有す
るレンズとし、前記合成されたレーザビームの主光線が
当該レンズの光軸から副走査方向にずれた位置に入射さ
れるように配設することにより、当該レンズがプリズム
の作用も果たすことになり、それだけ部品点数を少なく
できる。

【００７０】また、本発明は、前記合成手段から前記被
走査面に至る光路の途中に複数のレンズが設けられてお
り、当該レンズのうち少なくとも１つは、他のレンズに
おいて発生する色収差を補正する収差補正機能を備える
ようにしているので、合成されたレーザビームを分光手
段によってのみ分光することができ、他の光学素子には
全体として色収差を生じないようにすることができる。
したがって他のレンズの影響を受けずに分光手段によっ
てレーザビームを副走査方向のみに正確な間隔で分離さ
せることができる。

【００７１】また、さらに本発明は、前記合成手段が、
光ファイバーを用いた光結合器を利用しており、半導体
レーザの温度変化などで各レーザビームの出射位置や方
向が多少変動したとしても、複数のレーザビームほぼそ
の主光線を一致させた状態で出射することができる。こ
れを分光手段により光学的に分離するため、副走査方向
走査におけるビーム間距離が温度変化などの影響を受け
にくい。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】上記レーザ走査装置の光源部を示す斜視図であ
る。

【図３】上記レーザ走査装置におけるプリズムを主走査
方向から見たときの光路図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ走査装
置の全体構成を示す斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る変形例におけ
るレーザ走査装置を主走査方向から見たときの光路図で
ある。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る変形例におけ
るレーザ走査装置を主走査方向から見たときの光路図で
ある。

【図７】分光手段として回折格子を用いた回折部を主走
査方向から見たときの光路図である。

【図８】ビームスプリッタを用いて構成した光源部を主
走査方向から見たときの光路図である。

【符号の説明】

１，２０ 光源部 ２ コリメータミラー ３ プリズム ４ アナモフィックミラー ５ ポリゴンミラー ６，７ 走査ミラー ８ 感光体ドラム １１，１２，２０１，２０２ コリメータレンズ １３ 合成器 ２１，３３ コリメータレンズ群 ２２，３０ シリンダレンズ群 ３１，３２，３４，３５，２２１，２２２ シリンダ
レンズ ２３ 走査レンズ群 ２４ 折り返しミラー ４０ 回折格子 ５０ ビームスプリッタ １３１，１３２ 入力側光ファイバー １３３ 出力側光ファイバー １３４ 合成部 １３６，１３７，２０４ 入射面 ２０３ 光ファイバー ２０５ 出射面

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/022 Ｈ０１Ｓ 5/40 ５Ｆ０７３ 5/40 Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｚ Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ (72)発明者 大林 誠 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 渡邊 義和 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 田中 成幸 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2C362 AA10 BA58 BA61 BA83 BA84 BA86 2H045 AA01 BA24 BA33 CB22 CB24 2H087 KA19 LA22 RA06 TA02 TA06 5C051 AA02 DB22 DB24 DB30 FA01 5C072 AA03 BA17 CA06 DA10 DA20 HA02 HA06 HA10 HA13 HB08 XA01 XA05 5F073 AB06 AB25 AB27 AB29 BA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本のレーザビームを副走査方向に所
   定の間隔をおいて被走査面を走査させるレーザ走査装置
   において、 異なる波長のレーザビームを出射する複数の光源と、 当該複数の光源から出射されたレーザビームをその主光
   線がほぼ一致するように合成する合成手段と、 前記レーザビームの波長に基づいて発生する屈折率の差
   を利用して、前記合成されたレーザビームを分光する分
   光手段と、 前記分光された複数本のレーザビームを主走査方向に偏
   向させる偏向手段と、を備えることを特徴とするレーザ
   走査装置。
2. 【請求項２】 前記分光手段は、プリズムもしくは回折
   格子であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ走
   査装置。
3. 【請求項３】 前記分光手段は、少なくとも副走査方向
   においてをパワーを有するレンズであり、かつ、前記合
   成されたレーザビームの主光線が当該レンズの光軸から
   副走査方向に偏心した位置に入射されるように配設され
   ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査装置。
4. 【請求項４】 前記合成手段から前記被走査面に至る光
   路の途中に複数のレンズが配設され、当該レンズのうち
   少なくとも１つは、他のレンズにおいて発生する色収差
   を補正する収差補正機能を備え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レーザ走査装置。
5. 【請求項５】 前記合成手段は、光ファイバーを用いた
   光結合器であることを特徴とする請求項1から４のいず
   れかに記載のレーザ走査装置。