JP2002202469A - マルチビーム光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な波長板を使用せず、低コストで被走査
面上の光量変動を低減させ、記録画像の品質を上げるこ
とができるマルチビーム光走査装置を提供する。 【解決手段】 複数個の半導体レーザ１、２、これらか
ら射出したビームスポットを偏向させて被走査面上に結
像させるビーム合成プリズム１１を有し、被走査面上の
副走査方向に複数のビーム光を並べて主走査方向に同時
走査する。ビーム合成プリズム１１に入射する複数のビ
ーム光の直線偏光面方向が、副走査方向に隣接するビー
ム光で交互に略直交するように構成して、交互にＳ偏
光、Ｐ偏光となるように構成する。被走査面上における
光量変動は２ライン毎にほぼ平均化でき、画像品質を上
げることが可能となり、かつ高価な波長板は使用しなく
て済む。

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、
レーザープリンタ、レーザーファクシミリ等のレーザ光
書込光学系を有するマルチビーム光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光走査
装置における記録速度を上げる方法として、偏向手段と
しての回転多面鏡の回転速度を上げる方法がある。しか
しながら、この方法ではモータの耐久性や振動、騒音及
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、一度に複数のビーム光を走査
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
上げたマルチビーム光走査装置が提案されている。

【０００３】マルチビーム光走査装置の一例として、半
導体レーザを２つ以上用いてビームスプリッタやプリズ
ムを用いてビーム合成する場合、代表的な例として副走
査方向に複数段ビームスプリッタやプリズムを重ねて複
数の半導体レーザからのビーム光を１ビームずつ合成し
ていく方法がある。この技術の欠点として、ビームスプ
リッタ面を通過する毎に光量が１／２となってしまい、
ビーム数が増えるにしたがって光ロスが大きくなり、光
の利用効率が悪く、高出力の半導体レーザを用いなけれ
ばならないということがある。

【０００４】これに対し、特開平１１−２１２００６号
公報に開示の技術では、複数の半導体レーザを主走査方
向に配列し、１つのビームスプリッタでビーム合成を可
能にしている。この構成は、光量の損失が少なく、半導
体レーザの出力が上記方法より低出力で済むという利点
がある。

【０００５】このようなマルチビーム走査装置において
は、被走査面上での１ライン毎のシェーディング（光走
査の１ラインにおける光強度の変動）を低減させ、ビー
ム形状、強度をそろえることが記録画像の品質を上げる
ために重要であると考えられていた。このシェーディン
グ低減方法としては、ビームスプリッタと偏向器の間に
１／４波長板を配備する構成が提案されている。すなわ
ちこのような構成とすることにより、Ｐ偏光とＳ偏光の
直線偏光を円偏光に変換し、以降の光学系における反射
率、透過率が各ビーム光でほぼ同じになるようにしシェ
ーディングの軽減を実現するものである。

【０００６】しかしながら１／４波長板は高価なもので
あり、光走査装置全体としてのコストアップを招くもの
であった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、
高価な波長板を使用せず、低コストで被走査面上の光量
変動を低減させ、記録画像の品質を上げることができる
マルチビーム光走査装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
マルチビーム光走査装置は、上記目的を達成するため
に、複数個の半導体レーザと、該半導体レーザから射出
したビーム光を偏向させる偏向器と、該偏向器で偏向さ
れたビーム光を被走査面上に結像させるための結像光学
素子とを有し、上記被走査面上の副走査方向に複数のビ
ーム光を並べて主走査方向に同時走査するマルチビーム
光走査装置において、上記偏向器に入射する複数のビー
ム光の直線偏光面方向が、副走査方向に隣接するビーム
光で交互に略直交するようにして交互にＳ偏光、Ｐ偏光
となるようにしたことを特徴とする。

【０００９】同請求項２に係るものは、上記目的を達成
するために、複数個の半導体レーザと、該半導体レーザ
と対設されて該半導体レーザからのビーム光を略平行光
束にする複数個のコリメートレンズと、上記複数個の半
導体レーザとコリメート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それぞれ有す
る第１の光源部及び第２の光源部と、該第１、第２の光
源部のビーム光を副走査方向に近接させて射出するビー
ム合成手段とからなる光源ユニットと、該光源ユニット
から射出したビーム光を偏向させる偏向器と、該偏向器
で偏向されたビーム光を被走査面上に結像させるための
結像光学素子とを有し、上記被走査面上に副走査方向に
複数の光束を並べて主走査方向に同時走査するマルチビ
ーム光走査装置において、上記第１光源部と第２光源部
をそれらの半導体レーザの活性層が互いに略直交するよ
うに配置し、上記偏向器に入射する複数のビーム光の直
線偏光面方向が、副走査方向に隣接するビーム光で交互
に略直交するようにして交互にＳ偏光、Ｐ偏光となるよ
うにしたことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明に係るマルチビーム光
源装置の第１の実施形態を示す斜視図であり、汎用の半
導体レーザを合計４個用いた４ビーム光源ユニットを示
している。

【００１１】図１において、半導体レーザ１、２は、ア
ルミダイキャスト製の支持部材３の裏側に主走査方向
（図中のＹ方向）に所定間隔で並列して形成した図示せ
ぬ嵌合穴に各々圧入、支持させてある。また半導体レー
ザ１、２と対で設けたコリメートレンズ４、５は、各々
の半導体レーザ１、２の発散光束が平行光束となるよう
にＸ方向の位置を合わせ、また所定のビーム射出方向と
なるようにＹ、Ｚ方向を合わせて、半導体レーザ１、２
の嵌合穴と対に形成した支持部材３のＵ字状の支持部３
ａ、３ｂとの隙間に接着剤を充填して固定し、第１の光
源部ＬＤ１を構成する。また、第２の光源部ＬＤ２も半
導体レーザ６、７、コリメートレンズ８、９、支持部材
３からなり、第１の光源部ＬＤ１と同様の構成としてあ
る。

【００１２】図２（Ａ）は、上述した第１の光源部ＬＤ
１、第２の光源部ＬＤ２及びビーム合成プリズム１１を
ホルダー１０に組み込んでなるマルチビーム光源ユニッ
トの第１の光源部部分のＸ、Ｙ方向に平行な断面図を示
す。半導体レーザ１、２とコリメートレンズ４、５と
は、第１の光源部ＬＤ１の射出軸ａに対して対称に配置
し、半導体レーザ１、２の間隔Ｄに対しコリメートレン
ズ４、５の間隔ｄを小さく設定してある。すなわち、コ
リメートレンズ４、５の光軸をＹ方向に射出軸ａ側に偏
心させて配置し、支持部材３のＵ字状の支持部３ａ、３
ｂに接着剤１３で固定している。これにより各半導体レ
ーザ１、２からのレーザビームは、コリメートレンズ
４、５により各々交叉する方向にαの角度を有して射出
される。

【００１３】第１の光源部ＬＤ１は、射出軸ａをホルダ
ー１０の回転基準となる円筒部１０ａの中心ａ’と図２
（Ｂ）に示す位置関係に合わせてホルダー１０の裏面に
設けた基準面に密着させ、ホルダー１０の表側から通し
たネジ１４により固定する。また、第２の光源部ＬＤ２
も第１の光源部ＬＤ１と同様に構成されており、ビーム
合成プリズム１１により第１、弟２光源部ＬＤ１、ＬＤ
２からの全ビームを均等間隔で交互に整列させ射出させ
る。なお、ビーム合成プリズム１１は、第１、第２の光
源部ＬＤ１、ＬＤ２の取り付け前にホルダー１０の裏側
から嵌め込んで固定する。

【００１４】ここで、図２（Ｂ）に示すように、第１の
光源部ＬＤ１は射出軸ａを回転中心として主走査方向
（Ｙ方向）から副走査方向（Ｚ方向に）へθだけ傾けて
設置するが、この傾け量θを調整することにより感光体
等の被走査面上での副走査方向のビームスポット間隔を
調整することができる。また、第２の光源部ＬＤ２につ
いても同様に副走査方向のビームスポット間隔を調整す
ることができる。したがって、図３に示すように、第１
の光源部ＬＤ１の感光体面上での２つのビームスポット
ＬＤ１−Ｌ、ＬＤ１−Ｒと、第２の光源部ＬＤ２の２つ
のビームスポットＬＤ２−Ｌ、ＬＤ２−Ｒとが副走査方
向（Ｚ方向）に等間隔のピッチＰ（記録密度ピッチ）と
なるように調整することができる。

【００１５】このように第１の光源部ＬＤ１のビームス
ポットＬＤ１−Ｒ、ＬＤ１−Ｌと第２の光源部ＬＤ２の
ビームスポットＬＤ２−Ｒ、ＬＤ２−Ｌとを同一の直線
上に配列する構成とすれば、ホルダー１０全体をその円
筒部１０ａの中心軸ａ’に合わせて回転させることによ
り、それに比例してピッチＰを可変することができる。
図中１０ｂはホルダー１０を回転駆動するモータを取り
付けるための突辺部である。

【００１６】なお、図１に示すビーム合成プリズム１１
は内部に偏光ビームスプリッタ面１１ａを備え、かつ第
２の光源部ＬＤ２からのビームを反射する反射面１１ｂ
が設けてある。そして、第１の光源部ＬＤ１からのビー
ムは半導体レーザの活性層が垂直で、直線偏光面が垂直
なため、そのまま偏光ビームスプリッタ面１１ａを透過
して射出するようになっており、また、第２の光源部Ｌ
Ｄ２からのビームは、半導体レーザの活性層が水平で、
直線偏光面が水平のため、反射面１１ｂで上方に反射
し、さらに偏光ビームスプリッタ面１１ａで反射して射
出されるようになっている。

【００１７】以上の構成によれば、偏向器に入射する複
数のビーム光の直線偏光面方向が、副走査方向に隣接す
るビーム光で交互に略直交し、交互にＳ偏光、Ｐ偏光と
なる。

【００１８】図４は、本発明に係るマルチビーム光源装
置の第２の実施形態を示す斜視図であり、図１と同様の
構成の汎用の半導体レーザを合計４個用いた４ビーム光
源ユニットを示している。光源ユニット４０より射出さ
れた各ビームは、シリンダレンズ４２を介して偏向手段
としてのポリゴンミラー４３の反射位置近傍で交叉した
後、ポリゴンミラー４３で偏向走査する。各ビームは、
２枚構成のｆθレンズ４４を通過後、折返しミラー４５
で感光体ドラム４７に向けて反射させ、トロイダルレン
ズ４６により感光体ドラム４７に結像させ、副走査方向
に所定のピッチＰで隣接した４ラインを各ビームで同時
に描く。また、折返しミラー４５の画像領域外には、同
期検知用のミラー４８が設けてあり、このミラー４８に
より反射したビームを同期検知センサ４９により検出
し、各ビームの主走査方向Ｓの走査開始位置を検出す
る。

【００１９】ここで、第１の光源部ＬＤ１によるビーム
スポットＬＤ１−Ｒ、ＬＤ１−Ｌと第２の光源部ＬＤ２
によるビームスポットＬＤ２−Ｒ、ＬＤ２−Ｌが、主走
査方向に隔てて設定してある例について説明すると、同
期検知センサ４９には時系列にビームが入射するので、
各ビームの検出信号を分離することによって個別に書き
出しのタイミングを取っている。なお、ビームスポット
が主走査方向に隔てられていない場合には、最初に同期
検知センサ４９を通過するビームを検出し、所定量だけ
遅延させて他ビームのタイミングを取ればよい。

【００２０】なお図中８１は感光体ドラム４７の副走査
方向の記録密度ピッチを検出するためのセンサ、８２は
ピッチ演算部、８３はモータ制御部、８４はモータで、
記録密度可変信号により光源ユニット４０をなすホルダ
ー１０の突辺部１０ｂを介してホルダー１０を回転駆動
するようになっている。

【００２１】次に図４に示したマルチビーム光走査装置
において、第１の光源部ＬＤ１からのビーム光はＳ偏光
となり、第２の光源部ＬＤ２からのビーム光はＰ偏光と
なるが、偏向器４３の偏向反射面における反射率と被走
査面におけるシェーディングのシミュレーション結果を
図５及び図６に示す。図５、図６に示すように、Ｐ偏光
のビーム光が偏向器に入射すると、その反射率は画角が
小さくなるにつれて小さくなり、被走査面におけるシェ
ーディングは、＋像高において像高が小さくなるにつれ
て大きくなるという特性がある。また、Ｓ偏光のビーム
光が偏向器に入射すると、その反射率は画角が小さくな
るにつれて大きくなり、被走査面におけるシェーディン
グは、像高が小さくなるにつれて小さくなるという特性
がある。

【００２２】このようなマルチビーム走査装置において
は、被走査面上での１ライン毎のシェーディングを低減
し、ビーム形状、強度を揃えることが記録画像の品質を
上げるために重要であると考えられていたが、書込密度
を高密度化させてビームスポット径を絞った光走査装置
では、ライン画像の場合、１ドットラインで書込む必要
が無く、２ドット以上で書込む方が画像品質が良いとい
う評価結果が出ている。１ドットラインの場合、現像手
段による顕像化等が困難であり、ライン画像がかすれて
しまうのである。したがって、本発明のように、副走査
方向に隣接するビーム光が交互にＳ偏光、Ｐ偏光となる
ように構成し、ライン画像を２ドット以上の偶数個のビ
ームで書込むように画像処理をすれば、被走査面におけ
るシェーディングは２ライン毎にほぼ平均化するため、
画像品質を上げることが可能となる。ベタ画像や写真画
像の場合には副走査方向に連続して書込むため、１ドッ
トラインによる書込みでもシェーディングは２ライン毎
にほぼ平均化するため、１ライン毎のシェーディングの
影響は少なく、画像品質を上げることが可能となる。

【００２３】ところで、上述の実施形態では、第１の光
源部ＬＤ１、第２の光源部ＬＤ２に各々２個の半導体レ
ーザを用いた例を示したが、第１、第２の光源部に、よ
り多くの半導体レーザを用いた構成とすることができ
る。

【００２４】図７は、本発明に係るマルチビーム光源装
置の第３の実施形態を示す斜視図であり、第１、第２の
光源部ＬＤ１、ＬＤ２により多くの半導体レーザ、すな
わち汎用の半導体レーザを合計８個用いた８ビーム光源
ユニットの例を示す図である。第１の光源部ＬＤ１は、
４個の半導体レーザ５１、５２、５３、５４と、これら
半導体レーザと対で設け、各々のビーム光を平行光束に
するコリメートレンズ５５、５６、５７、５８を主走査
方向（図中のＹ方向）に配列し、支持部材５９で一体的
に支持した構成を有する。

【００２５】第２の光源部ＬＤ２も同様に、４個の半導
体レーザ６１、６２、６３、６４と、これら半導体レー
ザと対で設け、各半導体レーザのビーム光を平行光束に
するコリメートレンズ６５、６６、６７、６８とを主走
査方向に配列し、支持部材５９で一体的に支持した構成
であり、これら第１、第２の光源部ＬＤ１、ＬＤ２とビ
ーム合成プリズム７０とは、図１に示したような構成の
ホルダー（図示を省略）に一体的に組付けらる。

【００２６】なお、ビーム合成プリズム７０は、図１の
実施形態と同様に、内部に偏光ビームスプリッタ面７０
ａを備え、かつ第２の光源部ＬＤ２からのビームを反射
する反射面７０ｂが設けてある。そして、第１の光源部
ＬＤ１からの４ビームは、そのまま偏光ビームスプリッ
タ面７０ａを通過して射出するようになっており、また
第２の光源部ＬＤ２からの４ビームは、反射面７０ｂで
上方に反射して、さらに偏光ビームスプリッタ面７０ａ
で反射して射出されるようになっている。

【００２７】図８は、第１、第２の光源部ＬＤ１、ＬＤ
２に各々４個の半導体レーザを用いた場合の感光体面上
でのビームスポットの配列例を示している。この例で
は、図７における第１、弟２光源部ＬＤ１、ＬＤ２から
の全ビームを均等間隔で交互に整列させている。したが
って、光源ユニットを射出軸ａ’（図示しないホルダー
の回転中心）を中心に回転するという簡単な作業で副走
査方向の走査線間隔（記録密度ピッチ）Ｐの変更を確実
に行うことができる。

【００２８】そして、以上の構成によれば、偏向器に入
射する複数のビーム光の直線偏光面方向が、副走査方向
に隣接するビーム光で交互に略直交し、交互にＳ偏光、
Ｐ偏光となる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１のマルチビーム光走査装置は、
以上説明してきたように、複数個の半導体レーザと、こ
の半導体レーザから射出したビーム光を偏向させる偏向
器と、偏向器で偏向されたビーム光を被走査面上に結像
させるための結像光学素子とを有し、被走査面上の副走
査方向に複数のビーム光を並べて主走査方向に同時走査
するようにしたもので、偏向器に入射する複数のビーム
光の直線偏光面方向が、副走査方向に隣接するビーム光
で交互に略直交するように構成して、交互にＳ偏光、Ｐ
偏光となるようにしたため、被走査面上における光量変
動は２ライン毎にほぼ平均化でき、画像品質を上げるこ
とが可能となり、かつ高価な波長板を使用しないのでコ
スト低減を図ることができるという効果がある。

【００３０】請求項２のマルチビーム光源装置は、以上
説明してきたように、汎用の半導体レーザと、この半導
体レーザからのビーム光を略平行光束にする複数個のコ
リメートレンズと、これら複数個の半導体レーザとコリ
メートレンズとを主走査方向に配列して一体的に支持す
る支持部材とを有する第１の光源部と、この第１の光源
部と同様に構成した第２の光源部と、これら第１、第２
の光源部のビーム光を副走査方向に近接させて射出する
ビーム合成手段とからなる光源ユニットと、光源ユニッ
トから射出したビーム光を偏向させる偏向器と、偏向器
で偏向されたビーム光を被走査面上に結像させるための
結像光学素子とを有し、被走査面上に副走査方向に複数
の光束を並べて主走査方向に同時走査するようにしたも
ので、第１光源部と第２光源部の半導体レーザの活性層
が互いに略直交するように配置し、偏向器に入射する複
数のビーム光の直線偏光面方向が、副走査方向に隣接す
るビーム光で交互に略直交するように構成し、交互にＳ
偏光、Ｐ偏光となるようにしたため、被走査面上におけ
る光量変動は２ライン毎にほぼ平均化でき、画像品質を
上げることが可能であり、かつ、高価な１／２波長板及
び１／４波長板も使用しないので、コスト低減を図るこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマルチビーム光源装置の第１の実
施形態を示す斜視図である。

【図２】図１の実施形態のマルチビーム光源ユニットの
第１の光源部部分のＸ、Ｙ方向に平行な断面図（Ａ）と
第１、第２の光源部部分の位置関係を示す図（Ｂ）であ
る。

【図３】第１、第２の光源部によるビームスポットの位
置関係を示す図である。

【図４】本発明に係るマルチビーム光源装置の第２の実
施形態を示す斜視図である。

【図５】偏向反射面の反射率を示す図である。

【図６】シェーディング特性を示す図である。

【図７】本発明に係るマルチビーム光源装置の第３の実
施形態を示す斜視図である。

【図８】図７の実施形態の、４個の半導体レーザによる
感光体面上のビームスポットの配列例を示す図である。

【符号の説明】

１、２ 半導体レーザ ３ 支持部材 ３ａ、３ｂ 支持部 ４、５ コリメートレンズ ６、７ 半導体レーザ ８、９ コリメートレンズ １０ ホルダー １０ａ 円筒部 １０ｂ 突辺部 １１ ビーム合成プリズム １１ａ 偏光ビームスプリッタ面 １１ｂ 反射面 ４０ 光源ユニット ４２ シリンダレンズ ４３ ポリゴンミラー ４４ ｆθレンズ ４５ 折返しミラー ４６ トロイダルレンズ ４７ 感光体ドラム ４８ 同期検知用のミラー ４９ 同期検知センサ ５１〜５４ 半導体レーザ ５５〜５８ コリメートレンズ ５９ 支持部材 ６１〜６４ 半導体レーザ ６５〜６８ コリメートレンズ ７０ ビーム合成プリズム ７０ａ 偏光ビームスプリッタ面 ７０ｂ 反射面 ８１ センサ ８２ ピッチ演算部 ８３ モータ制御部 ８４ モータ ＬＤ１ 第１の光源部 ＬＤ２ 第２の光源部 Ｄ 半導体レーザの間隔 ｄ コリメートレンズの間隔 Ｐ 記録密度ピッチ ａ 第１の光源部の射出軸 θ 第１の光源部の傾け量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 AA10 AA11 AA42 AA43 BA57 BA58 BA67 BA86 2H045 BA22 BA33 CB35 DA02 5C051 AA02 CA07 DA02 DB02 DB22 DB24 DB30 DC04 DC05 DC07 FA01 5C072 AA03 BA02 DA10 DA21 HA02 HA06 HA08 HA13 HB10 XA01 XA05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の半導体レーザと、該半導体レー
   ザから射出したビーム光を偏向させる偏向器と、該偏向
   器で偏向されたビーム光を被走査面上に結像させるため
   の結像光学素子とを有し、上記被走査面上の副走査方向
   に複数のビーム光を並べて主走査方向に同時走査するマ
   ルチビーム光走査装置において、上記偏向器に入射する
   複数のビーム光の直線偏光面方向が、副走査方向に隣接
   するビーム光で交互に略直交するようにして交互にＳ偏
   光、Ｐ偏光となるようにしたことを特徴とするマルチビ
   ーム光走査装置。
2. 【請求項２】 複数個の半導体レーザと、該半導体レー
   ザと対設されて該半導体レーザからのビーム光を略平行
   光束にする複数個のコリメートレンズと、上記複数個の
   半導体レーザとコリメート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それぞれ有
   する第１の光源部及び第２の光源部と、該第１、第２の
   光源部のビーム光を副走査方向に近接させて射出するビ
   ーム合成手段とからなる光源ユニットと、該光源ユニッ
   トから射出したビーム光を偏向させる偏向器と、該偏向
   器で偏向されたビーム光を被走査面上に結像させるため
   の結像光学素子とを有し、上記被走査面上に副走査方向
   に複数の光束を並べて主走査方向に同時走査するマルチ
   ビーム光走査装置において、上記第１光源部と第２光源
   部をそれらの半導体レーザの活性層が互いに略直交する
   ように配置し、上記偏向器に入射する複数のビーム光の
   直線偏光面方向が、副走査方向に隣接するビーム光で交
   互に略直交するようにして交互にＳ偏光、Ｐ偏光となる
   ようにしたことを特徴とするマルチビーム光走査装置。