JP2002189183A - マルチビーム光走査装置 - Google Patents
マルチビーム光走査装置Info
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Abstract
ム光源装置において、温度変化による光源装置そのもの
に姿勢変化、変形、捻れ等が生じ、画像の劣化を招いて
しまう事態を防止する。 【解決手段】 光源装置101より射出された光ビーム
は、第1結像手段を構成するレンズ102とレンズ10
3を透過し、副走査方向に集光させられ、回転多面鏡1
04の偏向反射面104a上に主走査方向に長い線像と
して結像する。ヤング率が10×1010(N/m2)以
上の材料で半導体レーザの保持部材を形成すれば、光源
装置に歪みを生じ難く、被走査面上の光スポットの副走
査方向間隔の変動を抑えることができ、確実で安定な画
像再現性が確保できる。
Description
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係わり、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。
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、例えば光偏向器と
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。一例として、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。半導体レ
ーザアレイは、発光部が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か
かわらず発光部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。これらの欠点は発光部数が多くなるに従い不利な要
素となって現れる。これに対し複数個の汎用の半導体レ
ーザを用い、光ビームを合成する方法が種々提案されて
いる。
の汎用の半導体レーザを用いて光ビームを合成する方法
は、半導体レーザアレイの抱えるような欠点はないが、
環境安定性が非常に低いという欠点を有する。特に、光
源装置の構造が複雑になると、温度変化による光源装置
そのものに姿勢変化、変形、捻れ等が生じ、被走査面上
の光スポットの副走査方向間隔が所望の間隔から大きく
ずれ、画像の劣化を招いてしまう。本発明は前記に鑑み
てなされたものであり、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において、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提供するこ
とを目的とする。
め、請求項1記載の発明は、マルチビーム光源装置から
出射されたn本(n≧2)の光ビームを走査光学手段で
被走査面上に集光させ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、前記マルチビーム光源装置は、
m個(n≧m≧2)の半導体レーザ及び/又は半導体レ
ーザアレイからなるレーザ光源と、前記レーザ光源を保
持する保持部材とを少なくとも備え、前記保持部材のヤ
ング率EがE≧10×1010(N/m2)を満足することを
特徴とする。また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載のマルチビーム光走査装置において、前記走査光学手
段は、n本の光ビームを副走査方向に集光させて、主走
査方向に長いn本の線像として結像させる第1結像手段
と、前記n本の線像の結像位置近傍に偏向反射面を有
し、前記n本の光ビームを偏向させる光偏向器と、前記
偏向されたn本の光ビームを、前記被走査面を走査する
n個の光スポットとして被走査面上に集光させる第2結
像手段からなり、前記第2結像手段は、結像位置の変動
を生ずる特性を有し、前記第1結像手段を構成する少な
くとも1つの光学部品を前記結像位置の変動に基づいて
光軸方向に移動可能に構成したことを特徴とする。ま
た、請求項3記載の発明は、請求項1記載のマルチビー
ム光走査装置において、前記走査光学手段は、n本の光
ビームを副走査方向に集光させて、主走査方向に長いn
本の線像として結像させる第1結像手段と、前記n本の
線像の結像位置近傍に偏向反射面を有し、前記n本の光
ビームを偏向させる光偏向器と、前記偏向されたn本の
光ビームを、前記被走査面を走査するn個の光スポット
として被走査面上に集光させる第2結像手段からなり、
前記第2結像手段は、結像位置の変動を生ずる特性を有
し、前記第1結像手段は、前記第2結像手段による結像
位置の変動を補正するようにその特性が設定されること
を特徴とする。
態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の第1の実
施の形態にかかるマルチビーム光走査装置の全体構成を
示す外観斜視図である。図1において、符号101はマ
ルチビーム光源装置である。マルチビーム光源装置は一
般に、複数の半導体レーザおよびコリメートレンズその
他の関連する光学部品が相対的に位置決めされ、かつ保
持部材を兼ねるホルダにより一体的に保持され収容され
る。この光源装置101では、詳細は後述するが、4つ
の半導体レーザ101aが一対をなし支持部材101b
によって所定の位置関係で支持され、支持部材101b
はホルダ101cにねじ等で締結されることによって固
着しており、支持部材101bおよびホルダ101cが
前記保持部材としての役割をなす。この光源装置101
より射出された光ビームは、第1結像手段を構成するレ
ンズ102とレンズ103を透過し、副走査方向に集光
させられ、回転多面鏡104の偏向反射面104a上に
主走査方向に長い線像として結像する。第2結像手段
は、シリンダ面、トロイダル面、特殊トロイダル面(主
・副走査方向の断面形状が非円弧なトロイダル面)等、
主走査方向と副走査方向のパワーが互いに異なるアナモ
フィックな面を少なくとも1面有しており、本実施例で
は、主走査断面内に負のパワーを持つ凹シリンドリカル
レンズ102と、副走査断面内に正のパワーを持つ凸シ
リンドリカルレンズ103から構成されている。偏向反
射面104aにより反射された光ビームは、回転多面鏡
104が等速回転すると等角速度的に偏向し、第2結像
手段を構成するレンズ105とレンズ106の作用で、
「被走査面」の実体をなす光導電性の感光体107上に
光スポットとして集光する。
したものである。図2(a)は、2つの半導体レーザか
らなる光源201,202、2つのカップリングレンズ
203,204、1/2波長板205、ビーム合成プリ
ズム206、1/4波長板207を有し、ケーシング2
08の内部に相対的に位置決めされて実質的に一体化さ
れている。ここではケーシング208が各光学部品を保
持する保持部材としても機能している。半導体レーザ2
01、202から放射された光ビームは、共に直線偏光
でその偏光方向が互いに平行である。この半導体レーザ
201、202からの光ビームは、それぞれカップリン
グレンズ203、204を通過し、所望の光ビーム形状
に変換される。カップリングレンズ204からの光ビー
ムは、ビーム合成プリズム206のミラー面206aに
より反射されてビーム合成プリズム206の偏光ビーム
スプリッタ面206bにより反射され、1/4波長板2
07により円偏光に変換されて光源装置200から射出
される。一方、カップリングレンズ203からの光ビー
ムは、1/2波長板205により偏光方向が90度旋回
されてビーム合成プリズム206の偏光ビームスプリッ
タ面206bを透過し、1/4波長板207により円偏
光に変換されて光源装置200から射出される。図2
(b)は光源装置の他の構成例であり、この光源装置2
11は、互いに直交する方向に光ビームを放射する半導
体レーザ212、213と、1/2波長板214と、ビ
ームスプリッタ215と、カップリングレンズ216と
で構成されている。半導体レーザ212から放射された
光ビームは、ビームスプリッタ215を通過して直進
し、カップリングレンズ216によって所望の光ビーム
形状に変換される。半導体レーザ213から放射された
光ビームは、1/2波長板214を透過すると共にビー
ムスプリッタ215で90度に反射され、カップリング
レンズ216によって所望のビーム形状に変換される。
2つの光ビームはビームスプリッタ215で互いに副走
査方向に微小な間隔で近接して同一方向に結合される。
4個用いて構成されている。半導体レーザ221、22
2はアルミダイキャスト製の支持部材223の裏側に主
走査方向に所定間隔で並列して形成された嵌合穴に各々
圧入され支持される(図1の半導体レーザを参照)。ま
た、カップリングレンズ224、225は各々の半導体
レーザの発散光束が所望の光束状態となるようにX位置
を、また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、半導体レーザと対に形成したU字状の支持
部223−1、223−2の隙間にUV硬化接着剤を充
填し固定され、第1の光源部とする。半導体レーザとカ
ップリングレンズとは対称中心a1に対してほぼ対称に
配置される。第2の光源部についても同様に構成され、
半導体レーザとカップリングレンズとは対称中心a2に
対してほぼ対称に配置される。226はプリズムであ
り、第2の光源部からのビームを第1の光源部からの光
ビームに副走査方向に近接させて射出する。プリズム2
26はその他の必要な光学部品とともに図示を省略する
ホルダ内に収容され、このホルダに半導体レーザが圧入
された状態の支持部材がねじ等により締結される(図1
の光源装置1を参照)。この図2(c)において、第1
の光源部のみで構成されたマルチビーム光源装置が図2
(d)である。図2(d)は最も簡単なマルチビーム光
源装置として半導体レーザを合計2個用いて構成されて
いる。以上は複数個の汎用の半導体レーザを用いて光ビ
ームを合成する光源装置の一例であって、他にも特開平
11−160639号公報、特開平11−311749
号公報、特開平11−295626号公報、特開平10
−148776号公報、特開平10−148780号公
報、特開平10−161048号公報、特開平7−25
6926号公報などに開示されるように、種々のマルチ
ビーム光源装置の構成がある。このように、複数個の汎
用の半導体レーザを用い、光ビームを合成する光源装置
は、概してその構造が複雑であり、部品点数が多くなる
ため締結箇所も多くなる。締結部分が多くなると、締結
に伴う応力により、光源装置に歪みを生じ、被走査面上
の光スポットの副走査方向間隔が所望の間隔から大きく
ずれ、画像の劣化を招いてしまう。また、温度変化によ
る姿勢変化、変形、捻れ等が生じ易くなる。仮に温度変
化による姿勢変化、変形、捻れ等が、各半導体レーザに
対して同量同方向であれば、さほど問題にはならない。
しかし、図2のような構成の場合、温度変化による姿勢
変化、変形、捻れ等が、各半導体レーザに対して独立で
あり、高密度化に伴いビームスポット径が小径化されて
いくと、それを何らかの方法で制御するのは困難であ
る。このような温度変化による姿勢変化、変形、捻れ等
が生じると被走査面上の光スポットの副走査方向間隔が
所望の間隔から大きくずれ、画像の劣化を招いてしま
う。
トの副走査方向間隔の変動は、略±5μm以内に抑える
ことにより人の目の分解能で判別がつかないとされてい
る。実験によれば、図3に示すようにヤング率が10×
1010(N/m2)以上の材料で半導体レーザの保持部
材を形成すれば、光源装置に歪みを生じ難く、被走査面
上の光スポットの副走査方向間隔の変動を5μm以下に
抑えることができることが分かった。また、ヤング率が
大きい材質は、一般に線膨張係数が小さく、そのため温
度変化による姿勢変化、変形、捻れ等が小さくなり、温
度変化による被走査面上の光スポットの副走査方向間隔
の変動も5μm以下に抑えることができる。具体的に
は、図4(b)に半導体レーザの保持部材の材料を鉄
(E=15.23×1010N/m2)にしたときの被走
査面上の光スポットの副走査方向間隔の変動を、図4
(a)に半導体レーザの保持部材の材料をアルミ(E=
7.03×1010N/m2)にしたときの被走査面上の
光スポットの副走査方向間隔の変動を示す。これによれ
ば、鉄を用いたのときの光スポットの副走査方向間隔の
変動はアルミのときに比べて極めて小さいことが分か
る。
る。一般に、剛性を高くすると線膨張係数は小さくな
り、温度変化による変形は小さくなる。一方で、光源装
置の設計では、特許第2736984号にあるように、
半導体レーザの保持部材の温度変化による結像位置変動
と半導体レーザの後段に設置されるカップリングレンズ
系の結像位置変動を相殺するように、その保持部材の線
膨張係数を決めて設計するのが好ましいとされている。
しかし、第1の実施の形態で剛性を高めたマルチビーム
光源装置は、上述のように一般にはカップリング系の結
像位置変動を相殺しない。図5(a)(b)はこのよう
な剛性を高めたマルチビーム光源装置において、被走査
面に対する結像位置の変動を示す図であり、(a)は常
温時、(b)は温度変化後のものを示している。X軸は
被走査面に垂直な方向(光源方向)、Y軸は被走査面
(主走査方向)を示している。破線は主走査方向への結
像位置変動を示しており、この変動が大きい場合は主走
査方向のビームスポット径の変動を与える。また実線は
副走査方向への結像位置変動を示しており、この変動が
大きい場合は副走査方向のビームスポット径の変動を与
える。図5によれば、(b)の温度変化後における副走
査方向の結像位置変動は、(a)の常温時に比べて大幅
に変動する。そのため、ビームピッチの変動は抑えられ
ても、ビームウェスト位置は温度変化により変動してし
まい、被走査面上におけるビームスポット径の太りを発
生してしまう。そこで、第2の実施の形態では、温度変
化によるビームウェスト位置の変動を補正する一つの方
法を示す。図6はこの第2の実施の形態にかかるマルチ
ビーム光走査装置の全体構成を示す上面図である。図6
の符号602,603は第1結像手段を構成するレンズ
であり、図1に示されたレンズ102,103と同じで
あるが、変位機構611,612により光軸方向に移動
可能な構造になっている点で異なる。また、符号60
5,606は第2結像手段を構成するレンズであり、そ
の少なくとも1つは結像位置変動を生じさせる樹脂製の
レンズで構成されている。図6の符号608はビームス
ポット検出手段であり、感光体607の感光面と略等価
な位置に設けられ、感光体607の光走査に先立って、
もしくは感光体607の光走査後に、光ビームを受光す
る。ビームスポット検出手段608は、説明中の実施の
形態においては例えば「2次元CCDセンサ」であり、
CCDセンサの出力により、ビームスポットの2次元的
な光強度分布を得る。この光強度分布から、主走査方向
及び副走査方向のビームスポット径を検出することがで
きる。温度・湿度等の環境変動により、光ビームに経時
的なビームウェスト位置のずれが生じた場合、ビームス
ポット検出手段608により検出されたビームスポット
径に応じて、光ビームのビームウェスト位置のずれ量が
分かるので、このように知られたビームウェスト位置の
ずれ量を補正するように制御部613は変位機構61
1、612を制御してレンズ602及び/又はレンズ6
03を光軸方向に変位させるので、被走査面上における
ビームスポット径(主走査方向径及び/又は副走査方向
径)を適切な径に補正することができる。制御部613
はマイクロコンピュータ等で構成でき、前記制御をプロ
グラム制御として実行することができる。また、別の方
式としては、各温度でビームスポット径がどの程度変化
し、それに伴いレンズ602、603を光軸方向にどれ
だけ移動させるかを予めシミュレーション等で求めてお
き、そのマトリックスを制御部613に内蔵させておけ
ば、「2次元CCDセンサ」の替わりに「温度センサ」
を設け温度を検出することにより、被走査面上における
ビームスポット径(主走査方向径及び/又は副走査方向
径)を適切な径に補正することもできる。
る。第2の実施の形態では、温度変化によるビームウェ
スト位置変動を補正する方法として、レンズ602、6
03を光軸方向に移動するという方法を採ったが、この
方法は駆動源などを必要とするため、コスト的にも高く
なりレイアウト的にも制約を受けやすい。そこで、これ
に代わる方式として、第2結像手段を構成している樹脂
製レンズの温度変化に伴う結像位置変動を補正させる機
能を、第1結像手段に持たせる方法がある。図7は第3
の実施の形態にかかるマルチビーム光走査装置の構成を
説明するための図である。図7において、符号701は
マルチビーム光源、702はコリメートレンズである。
第1結像手段は、主走査方向、副走査方向ともに負のパ
ワーを持つアナモフィック面を有する樹脂製のレンズ7
03と、少なくとも副走査方向に正のパワーを持つアナ
モフィック面を有するガラスレンズ704とから構成さ
れている。第2結像手段は図示を省略するが回転多面鏡
705の後段に配置され、第2の実施の形態と同様に構
成され、その少なくとも1つは樹脂製レンズで構成され
温度変化により結像位置変動を生じさせる。ここで第1
結像手段の樹脂製レンズ703は、第2結像手段を構成
している樹脂製レンズの温度変化に伴う結像位置変動を
補正するべく、アナモフィック面の曲率、線膨張係数、
屈折率の温度依存特性が最適に定められている。したが
って、第2結像手段による結像位置変動と第1結像手段
による結像位置変動が相殺され、主走査方向に沿って被
走査面上に適切な径の光スポットが集光される。なお上
述した実施の形態では、複数個の汎用の半導体レーザを
用いて光ビームを合成する方法を示したが、これに限る
ものではなく、更なる高速化のために、半導体レーザア
レイを複数個用いて合成する方法も考えられる。また、
汎用の半導体レーザと半導体レーザアレイを組み合わせ
て用いて合成する方法も考えられる。この場合も、第1
〜3の実施の形態までの説明と同様にして、光スポット
の副走査方向の間隔の変動とビームウェスト位置の変動
を小さく抑え、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が実現できる。
ば、マルチビーム光源装置から出射されたn本(n≧
2)の光ビームを走査光学手段で被走査面上に集光させ
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、前記マルチビーム光源装置は、m個(n≧m≧2)
の半導体レーザ及び/又は半導体レーザアレイからなる
レーザ光源と、前記レーザ光源を保持する保持部材とを
少なくとも備え、前記保持部材のヤング率EがE≧10×
1010(N/m2)を満足するようにしたので、被走査面
上の光スポットの副走査方向間隔の変動を極めて小さく
することができ、確実で安定な画像再現性が確保でき
る。また、請求項2記載の発明では、請求項1記載のマ
ルチビーム光走査装置において、前記走査光学手段は、
n本の光ビームを副走査方向に集光させて、主走査方向
に長いn本の線像として結像させる第1結像手段と、前
記n本の線像の結像位置近傍に偏向反射面を有し、前記
n本の光ビームを偏向させる光偏向器と、前記偏向され
たn本の光ビームを、前記被走査面を走査するn個の光
スポットとして被走査面上に集光させる第2結像手段か
らなり、前記第2結像手段は、結像位置の変動を生ずる
特性を有し、前記第1結像手段を構成する少なくとも1
つの光学部品が光軸方向に移動可能であるので、被走査
面上の光スポットの副走査方向間隔の変動を極めて小さ
くすることができ、さらに被走査面上におけるビームス
ポット径を適切な径に補正することができ、確実で安定
な画像再現性が確保できる。また、請求項3記載の発明
では、請求項1記載のマルチビーム光走査装置におい
て、前記走査光学手段は、n本の光ビームを副走査方向
に集光させて、主走査方向に長いn本の線像として結像
させる第1結像手段と、前記n本の線像の結像位置近傍
に偏向反射面を有し、前記n本の光ビームを偏向させる
光偏向器と、前記偏向されたn本の光ビームを、前記被
走査面を走査するn個の光スポットとして被走査面上に
集光させる第2結像手段からなり、前記第2結像手段
は、結像位置の変動を生ずる特性を有し、前記第1結像
手段は、前記第2結像手段による結像位置の変動を補正
するようにその特性が設定されるので、被走査面上の光
スポットの副走査方向間隔の変動を極めて小さくするこ
とができ、さらに第1結像手段を光軸方向に移動させる
ための駆動源などを不要としつつ被走査面上におけるビ
ームスポット径を適切な径に補正することができ、確実
で安定な画像再現性が確保できる。
ム光走査装置の全体構成を示す外観斜視図である。
具体的構成を示した図である。
トの副走査方向間隔の変動を示す図である。
したときの被走査面上の光スポットの副走査方向間隔の
変動を示す図、(b)は半導体レーザの保持部材の材料
をアルミにしたときの被走査面上の光スポットの副走査
方向間隔の変動を示す図である。
装置において、被走査面に対する結像位置の変動を示す
図である。
装置の全体構成を示す上面図である。
光走査装置の構成を説明するための図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 マルチビーム光源装置から出射されたn
本(n≧2)の光ビームを走査光学手段で被走査面上に
集光させ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、 前記マルチビーム光源装置は、m個(n≧m≧2)の半
導体レーザ及び/又は半導体レーザアレイからなるレー
ザ光源と、前記レーザ光源を保持する保持部材とを少な
くとも備え、 前記保持部材のヤング率Eが E≧10×1010(N/m2) を満足することを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のマルチビーム光走査装置
において、前記走査光学手段は、 n本の光ビームを副走査方向に集光させて、主走査方向
に長いn本の線像として結像させる第1結像手段と、 前記n本の線像の結像位置近傍に偏向反射面を有し、前
記n本の光ビームを偏向させる光偏向器と、 前記偏向されたn本の光ビームを、前記被走査面を走査
するn個の光スポットとして被走査面上に集光させる第
2結像手段からなり、 前記第2結像手段は、結像位置の変動を生ずる特性を有
し、 前記第1結像手段を構成する少なくとも1つの光学部品
を前記結像位置の変動に基づいて光軸方向に移動可能に
構成したことを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 【請求項3】 請求項1記載のマルチビーム光走査装置
において、前記走査光学手段は、 n本の光ビームを副走査方向に集光させて、主走査方向
に長いn本の線像として結像させる第1結像手段と、 前記n本の線像の結像位置近傍に偏向反射面を有し、前
記n本の光ビームを偏向させる光偏向器と、 前記偏向されたn本の光ビームを、前記被走査面を走査
するn個の光スポットとして被走査面上に集光させる第
2結像手段からなり、 前記第2結像手段は、結像位置の変動を生ずる特性を有
し、 前記第1結像手段は、前記第2結像手段による結像位置
の変動を補正するようにその特性が設定されることを特
徴とするマルチビーム光走査装置。
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JP2000309685 | 2000-10-10 | ||
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ID=26601810
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JP (1) | JP2002189183A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008139340A (ja) * | 2006-11-29 | 2008-06-19 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 光走査光学装置 |
-
2000
- 2000-11-27 JP JP2000360249A patent/JP2002189183A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008139340A (ja) * | 2006-11-29 | 2008-06-19 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 光走査光学装置 |
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