JP3499359B2

JP3499359B2 - 多ビーム書込光学系

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Publication number: JP3499359B2
Application number: JP02705496A
Authority: JP
Inventors: 伸夫佐久間; 真金青木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 2004-02-23
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: US5970034A; JPH09218363A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一走査で複数ライ
ンの光走査を行う多ビーム書込光学系に関するもので、
レーザービーム走査を利用するプリンタ、複写機、ファ
クシミリ、スキャナ等に適用することができ、また、レ
ーザービーム走査を利用する計測器やディスプレイ分野
に応用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】複数の半導体レーザ等の光源からの光ビ
ームを副走査対応方向に互いに微小角度をもたせて合成
し、偏向手段を介し、結像光学系により感光体面等の被
走査面上に複数の光スポットとして結像させ、一度に複
数ラインを走査する多ビーム書込光学系が知られてい
る。ここで、副走査対応方向とは、光源から被走査面に
至る光路を、光軸に沿って直線的に展開した仮想的な光
路上で副走査方向に平行的に対応する方向をいう。上記
仮想的な方向で、主走査方向に平行的に対応する方向を
主走査対応方向という。

【０００３】上記のように、複数の光源を有し、偏向器
の一回の走査で被走査面の複数走査線を一度に走査する
多ビーム書込光学系の第１の従来例として、特開平７−
２０９５９６号公報記載のものがある。この公報に記載
されている例では、複数光源として、発光点を副走査方
向に２５μｍ隔てて配列した２つのレーザーダイオード
を用い、同光源から出射した２つの光ビームを、偏向器
である回転ポリゴンミラーの同一ポリゴン面で同時に反
射させた後、同偏向器から被走査面への出射側で、副走
査方向には装置光軸とほぼ平行に出射させ、副走査方向
にテレセントリックとしている。これにより、被走査面
上で副走査方向に約１２７μｍ離れた２つのビームを、
同一ポリゴン面の走査で、主走査方向に３０２．８ｍｍ
の長さにわたって同時に走査し、その際、副走査方向に
はテレセントリックに出射するので、一度に走査される
２つの走査線間の「走査線曲がりの差」（上記公報中で
は「差分曲がり」、もしくは「差分スキャンライン曲が
り」と称されている）が３〜５μｍ内の容認し得る値に
することができるとしている。

【０００４】多ビーム書込光学系の第２の従来例とし
て、特開平５−１２７１１１号公報記載のものが知られ
ている。これは、ポリゴンミラー面の大きさを小さくす
るために、複数光ビームが交差する手前に、これらの光
ビームを偏向・走査させるポリゴン面からなる偏向手段
を配したもので、偏向手段からの光ビームを被走査面上
に収束させる走査レンズを備えてなるものである。

【０００５】複数の光ビームを同時に走査させる場合、
部品の形状誤差、材質のばらつき、部品の組付誤差、環
境条件の変動等により各光ビームの走査位置が主走査方
向にずれると、画像形成の忠実性が損なわれる。そこ
で、各光ビームの走査位置が主走査方向にずれないよう
に、複数の光ビームそれぞれの被走査面上での主走査方
向の書き込みタイミングを検出する同期検出用光センサ
ーを、被走査面書き込み領域の前や後に配置し、同期検
出用光センサーの検出出力に同期させて主走査方向の書
込を開始させることにより、画像形成の忠実性を損なわ
ないようにしている。

【０００６】しかし、前述の第１の従来例では、主走査
方向には２つの光ビームが重なっており、この２つの光
ビームは副走査方向には約１２７μｍの間隔しか離れて
いないため、２つの光ビームの主走査方向のビーム位置
を個別に検出するための同期検出用光センサーを２つ配
置することは困難であることから、主走査方向には２つ
の光ビームは、これを分離して検出することができず、
２つの光ビームとも同時に被走査面上で書き込み始める
ことになる。従って、前記各種要因により、２つの光ビ
ームが主走査方向にずれた場合には、画像形成の忠実性
を損なうという問題がある。

【０００７】これに対し、あらかじめ複数の光ビームを
検出し易い間隔だけ主走査方向に相互にずらことによ
り、複数の光ビームの主走査方向の位置をそれぞれ容易
に検出することができるようにしたものがある。特開昭
５６−６７２７７号公報記載のものがそれで、以下、こ
れを第３の従来例とする。この第３の従来例では、半導
体レーザーアレイを光源とし、半導体レーザーアレイの
発光源の配列軸を、偏向器である回転ポリゴンの回転軸
に対して平行させることなく、傾斜させて設定すること
で、被走査面上の主走査方向に２つの光ビームを約３．
７５ｍｍと広く隔てて走査するようにし、これによって
同期検出光センサーによる各光ビームの書き込みタイミ
ング検出を簡単かつ良好に行うことを可能にしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第２の
従来例と第３の従来例では複数の光ビームを主走査方向
にずらすものであるため、被走査面上で主走査方向の同
一の位置に達する各光ビームは、偏向器以降の光学素子
の主走査方向において異なる部位を通過することにな
る。

【０００９】書込光学系では、比較的細い光ビームが主
走査方向に一次元的に走査され、被走査面上の各主走査
位置に対応する光ビームは、光学素子の特定の位置だけ
を通るため、被走査面上の各主走査位置と、光学素子の
特定位置がほぼ１対１に対応する。このため光学素子の
特定位置に対して特定の座標や形状等の特性が付与され
ている。従って、上記第２の従来例と第３の従来例のよ
うに、被走査面上の同一主走査位置に達する複数の光ビ
ームのそれぞれが、偏向器以降の光学素子の主走査方向
の異なる位置を通過すると、それぞれの光ビームは光学
素子の異なる位置の異なる光学特性により光学作用を受
け、被走査面上での主走査位置は同一であっても、副走
査位置が変動し、一度に走査される複数走査線間の「走
査線曲がりの差」が大きく発生してしまう問題がある。

【００１０】この問題点につき以下に詳しく述べる。図
１２、図１３は特開平６−１２３８４４号公報に記載さ
れている書込光学系の例であり、光源としての半導体レ
ーザー１と、コリメータレンズ２と、シリンダーレンズ
３と、偏向器４としての回転ポリゴンとがこの順に配置
され、偏向器４以降の光学素子として結像ミラー５及び
シリンダーレンズ８が配置され、これにより感光体７上
に光走査を行い、書込を行うようになっている。この書
込光学系に、前記第２の従来例の複数光源を適用する
と、偏向器４の同一反射面で、同一時刻に反射された２
つの光ビームＣ１とＣ２は、感光体７上では同一時刻で
見れば主走査方向に間隔を有するため、個々の光ビーム
の同期検知が容易である。

【００１１】しかしながら、感光体７上の主走査方向の
同一位置（以下「像高」と呼ぶ）に達する２つの光ビー
ムＣ１とＣ２は、偏向器４の反射面への入射角が異なっ
ているために、異なる時刻で、かつ、反射面の異なる回
転角において、感光体７の同一像高に達することにな
る。このとき、２つの光ビームＣ１とＣ２は、図１３
（ａ）に示すように、結像ミラー５とシリンダーレンズ
８の主走査方向において異なる位置を、かつ、異なる時
刻に通過する。このため、前述した理由により走査線間
の「走査線曲がりの差」が図１３（ｂ）に示すように発
生する。

【００１２】図１３（ｂ）では、それぞれの走査線に、
それぞれ２つの山を有する走査線曲がりが現れている
が、さらに、光ビームＣ１とＣ２の間で傾き成分として
の「走査線曲がりの差」が発生する。その理由を次に説
明する。本例では結像ミラー５が感光体７上での光走査
方向（主走査方向）であるＹ軸方向に平行な回転軸の周
りに僅かに回転変位しているため、結像ミラー５で反射
された光ビームには曲がりが生じ、また、副走査方向に
おいて光ビームＣ１とＣ２の間で必要なピッチを出すた
め、結像ミラー５上での光ビームＣ１とＣ２の反射位置
は、副走査方向であるＺ方向にずれている。

【００１３】この様子を図１４（ａ）に示す。この２つ
の曲がった走査線上で、主走査方（Ｙ方向）にずれた２
つの点を図１４（ａ）では「１」と「２」で示してい
る。この主走査方向にずれた２つの点「１」と「２」か
らの反射光が、感光体７上で同一像高に達するわけであ
るが、図１４（ｂ）に示すように、副走査方向（Ｚ方
向）の光ビームＣ１とＣ２の差は像高に対して傾き成分
をもつ。すなわち、感光体７の右端と左端で走査線のピ
ッチ差が大きくなってしまう。本例では６３．５μｍの
幅ピッチ間隔に対し、「走査線曲がりの差」は約３０μ
ｍにも達してしまう。

【００１４】これまでの説明から明らかなように、従来
の多ビーム書込光学系によれば、各光ビームの個々の同
期検知を容易にするために、同一時刻においては被走査
面上で、適度な主走査方向のビーム間隔を有するように
すると、「走査線曲がりの差」が大きくなるという問題
がある。

【００１５】これに対して第４の従来例として挙げる特
公昭６４−１０８０５号公報記載の発明は、図１５に示
すように構成されるもので、複数のレーザーダイオード
アレイを光源５１として、その主走査方向の配列ピッチ
を１００μｍ程度とし、副走査方向には上下に僅かにず
らしている。そして、光源５１と偏向器５６の反射面５
６ａとの間に、主走査方向に平行な面内で、アフォーカ
ルでかつコリメート光学系５２の出射瞳５４と偏向器５
６の反射面５６ａとを共役にする光学系５５を配置し、
これにより、偏向器５６を構成するポリゴンミラーの径
が大きくなるのを防止しようとしている。図１５におい
て符号５５は、偏向器５６と被走査面５８との間に配置
された結像レンズ系を示す。この従来例によれば、被走
査面５８上の主走査方向では、複数の光ビームが比較的
広い間隔で隔てられて走査されることになる。

【００１６】上記第４の従来例は、偏向器５６を構成す
るポリゴンミラーの径が大きくなるのを防止することを
目的とするものに過ぎないが、結果的には、被走査面５
８である感光体上の主走査方向で各光ビームが同じ位置
にくるときに、偏向器５６で偏向された後の各光ビーム
が、主走査方向ではほぼ同じ光路を通るように、光学素
子を配置したことになる。従って、前述のような走査線
間の「走査線曲がりの差」は小さい。ところが、この第
４の従来例では、主走査方向に平行な面内で、アフォー
カルでかつコリメート光学系５２の出射瞳５４と偏向器
５６の反射面５６ａとを共役にする光学系５５を配置す
ることが特徴であるため、偏向器５６以前に上記光学系
５５を配置するためのスペースが必要となって書込光学
系全体が大きくなり、同時にコストアップが避けられな
いという難点がある。

【００１７】本発明は、係る従来技術の問題点を解消す
るためになされたもので、複数の光ビームに、主走査方
向の間隔を適度にもたせながら、「走査線曲がりの差」
も画像形成の忠実性が保てる範囲に低減させることがで
きる多ビーム書込光学系を提供すること、さらにこれに
加えて、偏向器以前の光学系を配置するためのスペース
を小さくすることができる多ビーム書込光学系を提供す
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、複数の光ビームを、副走
査方向では感光体上で必要な書き込みピッチ或いはその
整数倍に対応させ、主走査方向ではそれぞれの光ビーム
に対して精度良く同期がとれる距離だけずらして並べた
多ビーム書込光学系において、各光ビームが感光体上の
主走査方向で同じ位置にあるとき、偏向器で偏向された
後の各光ビームが、主走査方向ではほぼ同じ光路を通る
ように、光学素子を配置したことを特徴とする。

【００１９】請求項２記載の発明は、複数の光ビーム
を、副走査方向では感光体上で必要な書き込みピッチ或
いはその整数倍に対応させ、主走査方向ではそれぞれの
光ビームに対して精度良く同期がとれる距離だけずらし
て並べられる多ビーム書込光学系において、上記複数の
光ビームを、主走査方向では偏向器の近傍で互いに交差
させたことを特徴とする。

【００２０】これは、個別の光ビームの同期検知を容易
にするために、主走査方向で、個々の光ビームを、その
同期を容易にとることができるだけ間隔をずらし、か
つ、各光ビームが被走査面上で主走査方向の同一位置に
達する時には、偏光器以降で各光ビームが書き込み光学
系の光学素子の主走査方向でほぼ同一位置を通るように
したものである。具体的な手段として、複数の光ビーム
が主走査方向において偏向器近傍で交差するようにし、
この各光ビームの交差角度により、被走査面上での主走
査方向のビーム間隔を設定するようにした。

【００２１】なお第２の従来例では、偏向器を構成する
ポリゴン面の後の特定の位置で複数の光ビームが交差す
るようにずらし、ポリゴン面で反射した後の光ビームが
同一被走査面に達するときには、各反射光の方向が同じ
になるようにしているので、本発明とは、解決しようと
する課題、構成及び作用効果が異なる。

【００２２】請求項３記載の発明のように、複数の光ビ
ームは、半導体レーザーと、その出射光を略平行光化す
るために結合されたコリメート光学系からなる光源ユニ
ットを複数配置することで形成し、上記複数のコリメー
ト光学系の光軸を、主走査方向で偏向器近傍で交差させ
てもよい。また、請求項４記載の発明のように、複数の
光ビームは、半導体レーザーと、その出射光を略平行光
化するために結合されたコリメート光学系からなる光源
ユニットを複数配置することで形成し、上記複数の光源
ユニットからの光ビームが主走査方向では偏向器近傍で
交差するように、半導体レーザーをコリメート光学系の
光軸と略直交する方向にずらしてもよい。

【００２３】請求項５記載の発明は、複数の光ビームが
互いに交差する位置と、複数の光ビームの発生位置との
間で、複数の光ビームが、少なくとも１／２波長板と偏
光ビームスプリッタからなる合成手段で合成されること
を特徴とする。合成手段は、請求項６記載の発明のよう
に、１／２波長板と偏光ビームスプリッタとミラーが一
体化されたものでもよい。

【００２４】光源として半導体レーザーとコリメート光
学系からなる光源ユニットを複数用いる場合、請求項７
記載の発明のように、半導体レーザーを、コリメート光
学系の光軸に対し、副走査方向に対応する方向に相対的
に移動させ、複数の光ビームの副走査方向に必要なピッ
チを得るようにするとよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
にかかる多ビーム書込光学系の実施の形態について説明
する。図１（ａ）は、前記特開平６−１２３８４４号公
報記載の書込光学系をベースにしてこれに本発明の技術
思想を適用したもので、請求項２記載の発明に対応する
ものである。図１（ａ）において、回転ポリゴンミラー
からなる偏向器４には、光源としての半導体レーザー
と、その出射光を略平行光化するために結合されたコリ
メート光学系からなる光源ユニットから光ビームが入射
され、偏向器４の反射面が回転することにより光ビーム
が偏向されるようになっている。上記光源ユニットは複
数配置されていて、複数の光ビームが形成される。図１
に示す例では２つの光ビームが形成されるようになって
おり、偏向器４に入射する２つの光ビームＣ１とＣ２
は、偏向器４への主走査方向での入射角が異なってお
り、かつ、主走査方向において偏向器４の近傍で互いに
交差するように上記光源ユニットが配置されている。偏
向器４以降の光学素子として結像ミラー５及びシリンダ
ーレンズ８が配置され、これにより感光体７上に光走
査、書き込みを行うようになっている。

【００２６】上記のように構成されることにより、偏向
器４の同一反射面で同一時刻に反射された２つの光ビー
ムＣ１とＣ２は、感光体７上では同一時刻で見れば、主
走査方向に間隔Δｌを有し、個々の光ビームの同期検知
が容易である。この間隔Δｌは２ｍｍとした。この時こ
の間隔Δｌを生じさせるために必要な偏向器４近傍で交
差する２つの光ビームＣ１とＣ２の主走査方向の角度差
２Δαは、本例では結像ミラー５とシリンダーレンズ８
を合わせた主走査方向の焦点距離ｆにより、 Δｌ＝２Δα×ｆで決められる。

【００２７】本発明では偏向器４の偏向面近傍で２つの
ビームＣ１，Ｃ２を交差させているので、図１（ａ）で
見られるように、感光体７の同一像高へ達する２つの光
ビームＣ１とＣ２は、異なる時刻に、従って、偏向器４
の回転角でいえば異なる回転角で、結像ミラー５、シリ
ンダーレンズ８を通るにもかかわらず、主走査方向で見
れば図１（ａ）で見るようにほぼ同じ光路を通ってい
る。そのため、２つの光ビームＣ１とＣ２の「走査線曲
がりの差」は著しく低減される。図１（ｂ）は、このと
き２つの光ビームＣ１とＣ２の感光体７面上の走査線を
示すもので、この図からもわかるように、２つの光ビー
ムＣ１とＣ２の「走査線曲がりの差」は著しく低減され
ている。本例では２つの光ビームＣ１とＣ２の副走査ピ
ッチ間隔を６３．５μｍとしたとき、「走査線曲がりの
差」を３〜４μｍに収めることができた。

【００２８】次に、２つの光ビームＣ１とＣ２が偏向器
４の偏向面近傍のどの程度の範囲内で交差していれば所
期の効果を得ることができるかを検討する。図２に示す
ように、偏向器４の基準位置から光ビームＣ１とＣ２の
交差位置までの距離をＮとし、偏向器４よりも感光体側
で交差する場合はＮを正とし、偏向器４より光源側で交
差する場合はＮを負とすると、Δｌ＝２ｍｍ、２Δα＝
０．６゜のとき、Ｎと「走査線曲がりの差」との関係を
測定したところ、Ｎ「走査線曲がりの差」 −７１．０ｍｍ１３μｍ −５１．０ｍｍ９μｍ −７．５ｍｍ３μｍ０ｍｍ３μｍ＋６．０ｍｍ３μｍ＋５０．０ｍｍ９μｍであった。

【００２９】「走査線曲がりの差」は１０μｍ以内であ
れば許容できるので、本例では偏向器４近傍±６０ｍｍ
以内で２つの光ビームＣ１とＣ２が交差していれば、所
期の効果が得られる。また、交差角２Δαがより小さく
なれば、当然２つの光ビームＣ１とＣ２の感光体７上で
の同一時刻での主走査方向の間隔Δｌも小さくなり、２
つの光ビームＣ１とＣ２は光学素子の主走査方向の比較
的近い部位を通る傾向になるので、「走査線曲がりの
差」が許容できる範囲の上記光ビームＣ１とＣ２の交差
点と偏向器４との距離Ｎは、より大きくなる。

【００３０】なお、２つの光ビームＣ１とＣ２は、主走
査方向に関しては上記のようにそれぞれの光ビームＣ１
とＣ２に対して精度よく同期がとれるだけずらされ、副
走査方向に関しては、被走査面をなす感光体上で必要な
書き込みピッチあるいはその整数倍に対応するようにず
らされる。

【００３１】以上説明した実施の形態では２つの光ビー
ムを用いていたが、３つ以上の光ビームを用いることも
できる。３つ以上の光ビームを用いる場合も、各光ビー
ムを主走査方向では偏向器の近傍で互いに交差させるこ
とになるが、その場合、各光ビームは必ずしも主走査方
向面内の一点で交差していなくてもよく、図３に示すよ
うに、許容できる範囲内で互いに異なる点で交差するも
のであってもよい。

【００３２】次に、請求項３記載の発明に対応する実施
の形態について、図４を参照しながら説明する。図４に
おいて、半導体レーザー１ａと、その出射光を略平行光
化するために結合されたコリメート光学系２ａからなる
光源ユニット１０ａが構成され、同様に、半導体レーザ
ー１ｂと、その出射光を略平行光化するために結合され
たコリメート光学系２ｂからなる光源ユニット１０ｂが
構成されている。これら光源ユニット１０ａ，１０ｂの
コリメート光学系２ａ，２ｂの光軸が、主走査方向にお
いて角度２Δαの交差角で、Ｐ位置で交差している。こ
の各光軸の交差位置Ｐは、前述の実施の形態と同様に偏
向器４の近傍にある。また、その他の光学素子も前述の
実施の形態と同様に構成されている。

【００３３】上記実施の形態によれば、半導体レーザー
１ａ，１ｂの発光点とコリメート光学系２ａ，２ｂの光
軸がほぼ一致するので、各半導体レーザー１ａ，１ｂか
ら出射する光ビームＣ１，Ｃ２の波面を乱すことなく、
各光ビームＣ１，Ｃ２を交差させることができ、スポッ
ト形状の良好な多ビーム書込光学系が得られる。

【００３４】次に、請求項４記載の発明に対応する実施
の形態について、図５を参照しながら説明する。この例
では、半導体レーザー１ａと、その出射光を略平行光化
するコリメート光学系２ａを有し、同様に、半導体レー
ザー１ｂと、その出射光を略平行光化するコリメート光
学系２ｂを有している。この実施の形態では、各コリメ
ート光学系２ａ，２ｂの光軸は交差せず、互いにほぼ平
行である。そして、半導体レーザー１ａ，１ｂを主走査
方向に対応する方向Ｙ１、Ｙ２へそれぞれ微少距離移動
させることで、主走査方向で各半導体レーザー１ａ，１
ｂからの光ビームＣ１とＣ２がＰ位置で角度２Δαにて
交差させている。この各光軸の交差位置Ｐは、前述の実
施の形態と同様に偏向器４の近傍にある。また、その他
の光学素子も前述の実施の形態と同様に構成されてい
る。

【００３５】上記実施の形態によれば、光ビームＣ１と
Ｃ２の交差角２Δαが微少な場合、交差角２Δαは半導
体レーザー１ａ，１ｂの移動調整により設定できるの
で、機械加工精度で達成できない精度でも、半導体レー
ザー１ａ，１ｂの移動調整により達成できる。

【００３６】次に、請求項５記載の発明に対応する実施
の形態について、図６を参照しながら説明する。この実
施の形態は、図６に示すように、半導体レーザー１ａ
と、その出射光を略平行光化するコリメート光学系２ａ
を有し、同様に、半導体レーザー１ｂと、その出射光を
略平行光化するコリメート光学系２ｂを有している。半
導体レーザー１ａから出射された光ビームＣ１は、コリ
メート光学系２ａ、アパーチャ９ａ、偏光ビームスプリ
ッタ１２、１／４波長板１４を通る。また、半導体レー
ザー１ｂから出射された光ビームＣ２は、コリメート光
学系２ｂ、アパーチャ９ｂ、１／２波長板１１を通り、
偏光ビームスプリッタ１２で反射され、１／４波長板１
４を通る。各コリメート光学系２ａ，２ｂの光軸が主走
査方向でＰ位置で角２Δαをなして交差している。この
各光軸の交差位置Ｐは、前述の実施の形態と同様に偏向
器４の近傍にある。

【００３７】各半導体レーザー１ａ，１ｂからの光ビー
ムは、共に偏光方向が紙面と平行な面内にあるＰ偏光で
あり、一方の半導体レーザー１ａからの光ビームＣ１は
偏光ビームスプリッタ１２をＰ偏光のまま透過し、半導
体レーザー１ｂからの光ビームＣ２は１／２波長板１１
によりＰ偏光からＳ偏光に変えられて、偏光ビームスプ
リッタ１２で反射され、半導体レーザー１ａと半導体レ
ーザー１ｂからの光ビームＣ１とＣ２は偏光ビームスプ
リッタ１２で合成される。合成された光ビームＣ１とＣ
２は１／４波長板１４を通過することで、それぞれ直線
偏光から円偏光に変換され、その後の光学系における反
射率、透過率がほぼ同じになるようにされる。

【００３８】図６には互いに近似した２つの例が記載さ
れている。図６（ａ）記載のものは、複数の光ビームを
少なくとも上記１／２波長板１１と偏光ビームスプリッ
タ１２とを有してなる合成手段で合成するという思想を
有するものに、請求項３記載の技術思想、すなわち、半
導体レーザーと、その出射光を略平行光化するために結
合されたコリメート光学系からなる光源ユニットを複数
配置することで、複数の光ビーム形成をするという思想
を適用したのと同等のものである。

【００３９】これに対して図６（ｂ）に記載のものは、
各コリメート光学系２ａ，２ｂの光軸は互いにほぼ直交
し、半導体レーザー１ａ，１ｂをそれぞれ主走査方向に
対応する方向へＹ１、Ｙ２だけ移動させて、光ビームＣ
１とＣ２が２Δαの角をなしてＰ位置で交差するように
したものである。すなわち、複数の光ビームを少なくと
も上記１／２波長板１１と偏光ビームスプリッタ１２と
を有してなる合成手段で合成するという思想を有するも
のに、請求項４記載の技術思想を適用したのと同等のも
のである。

【００４０】仮に、光ビームの合成手段がないとする
と、交差角２Δαが微少な場合には、光源ユニットの寸
法による制約から、交差点Ｐと光源ユニット間の距離
は、光源ユニットの寸法で決まる制約長さ以下に縮める
ことはできない。これに対し、図６に示す実施の形態に
よれば、複数の光ビームの合成手段を有しているので、
合成手段に対して複数の光源ユニットをそれぞれ異なる
方向に配置することができ、よって、光源ユニットの寸
法に制約されることがなく、微少な交差角であっても、
光ビームの交差位置Ｐと光源ユニットとの間の距離を短
くすることができる。

【００４１】図７、図８に示す実施の形態は、請求項６
記載の発明に対応するもので、複数の光ビームの合成手
段を、光学部材１３の介在のもとに、１／２波長板１１
と偏光ビームスプリッタ１２とミラー１３Ａとを一体化
することにより形成してなるものである。図７、図８に
おいて（ａ）は主走査方向を、（ｂ）は副走査方向を示
す。図７、図８において、上記光学部材１３はガラス等
の透明体で形成されていて、一端側に偏光ビームスプリ
ッタ１２を一体に有している。半導体レーザー１ａと、
その出射光を略平行光化するコリメート光学系２ａとか
らなる光源ユニットからの光ビームＣ１が上記偏光ビー
ムスプリッタ１２を通過し、さらに１／４波長板１４を
通過するようになっている。また、上記光学部材１３は
他端側の入射面に１／２波長板１１を一体に有すると共
に、この１／２波長板１１を通過した光束を上記偏光ビ
ームスプリッタ１２に向かって反射するミラー１３Ａを
有している。別の半導体レーザー１ｂと、その出射光を
略平行光化するコリメート光学系２ｂとからなる光源ユ
ニットからの光ビームＣ２は、上記１／２波長板１１を
通り、ミラー１３Ａで反射され、さらに偏光ビームスプ
リッタ１２で反射され、１／４波長板１４を通過するよ
うになっている。

【００４２】図７に示す例は、１／２波長板と偏光ビー
ムスプリッタとミラーが一体化されてなる合成手段を有
するものにおいて、請求項３記載の技術思想、すなわ
ち、半導体レーザー１ａ，１ｂと、その出射光を略平行
光化するために結合されたコリメート光学系２ａ，２ｂ
からなる光源ユニットを複数配置することで複数の光ビ
ームＣ１，Ｃ２を形成するという思想を適用したものに
相当する。各コリメート光学系２ａ，２ｂの光軸が主走
査方向でＰの位置で交差するようになっている。この交
差位置Ｐは、前述の実施の形態と同様に偏向器４の近傍
にある。

【００４３】図８に示す例は、各コリメート光学系２
ａ，２ｂの光軸は互いにほぼ平行で、半導体レーザー１
ａ，１ｂが主走査方向に対応するＹ１、Ｙ２方向へそれ
ぞれ微少量移動することで、２つの光ビームＣ１，Ｃ２
が点Ｐで交差する様にしたものである。すなわち、１／
２波長板と偏光ビームスプリッタとミラーが一体化され
てなる合成手段を有するものにおいて、請求項４記載の
技術思想を適用したものに相当する。上記交差位置Ｐ
は、偏向器４の近傍にある。

【００４４】図７及び図８に示す例によれば、１／２波
長板１１と、偏光ビームスプリッタ１２と、ミラー１３
Ａが光学部材１３にて一体化されて複数の光ビームを合
成する合成手段を構成いるため、複数の光ビームの合成
状態が経時的に変化しにくく、安定した走査線を得るこ
とができる。なお、１／４波長板１４も１／２波長板１
１と、偏光ビームスプリッタ１２と、ミラー１３Ａ等と
共に一体化してもよい。

【００４５】図７、図８に示す例は、請求項７記載の発
明にも対応している。すなわち、図７（ｂ）、図８
（ｂ）にそれぞれ示すように、光源部からの複数の光ビ
ームＣ１，Ｃ２に副走査方向の出射角差Δβをもたせる
ことにより感光体上で副走査方向に必要なピッチを得る
ために、各半導体レーザー１ａ，１ｂをコリメート光学
系２ａ，２ｂに対し相対的に副走査方向に対応する方向
Ｚ１とＺ２にそれぞれ微少量移動させることを可能にし
ている。こうすることによって、副走査方向に必要なピ
ッチを簡便に得ることができる。

【００４６】次に、図９及び図１０に示す実施の形態に
ついて説明する。この図９と図１０は主走査対応面を示
す。この実施の形態は請求項１記載の発明に対応する。
ここでは、基本的な構成として、光源は２つに限り、偏
向器の回転軸が反射面内にあるものとし、走査結像光学
系には単玉ｆθレンズを用いているものとして、また、
説明の簡単化のために反射面を透過型として表して説明
する。

【００４７】図９（ａ）（ｂ）において、符号Ｓ１，Ｓ
２はそれぞれ半導体レーザーなどからなる光源を示して
いる。Ｄは偏向位置を示しており、Ｄ’は実際の偏向反
射面を透過型で示している。Ｆは単玉ｆθレンズを、Ｐ
は感光体面である被走査面を示している。ｆθレンズの
特性として、主走査断面内での２つの光ビーム相互の２
Δαの入射角度差が被走査面上でのΔｌ＝２ｆΔα
（ｆ：ｆθレンズの焦点距離）の長さに対応するから、
図９（ａ）の場合のように光源Ｓ１，Ｓ２からの光ビー
ムが発散しながら進んでも、図９（ｂ）の場合のように
収束しながら進んでも、お互いの光ビームのなす角度が
２Δαであれば、被走査面Ｐ上での距離はΔｌと原理的
には等しくなる。従って、図９（ａ）の場合、図９
（ｂ）の場合又はこれらの中間の場合の何れの場合も考
えられ、例えば、ｆθレンズＦの第１面上で２つの光ビ
ームが交差してもよいことになる。

【００４８】ところで、図９（ａ）（ｂ）は、ある瞬間
に、２つの光ビームが空間的にどのような光路をたどる
かを示しており、時間経過に伴う変化についてはあまり
よくわからない。図１０（ａ）（ｂ）はこれを補うもの
で、図１０の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図９の（ａ）、
（ｂ）に対応している。特に光源Ｓ１，Ｓ２から偏向反
射面Ｄに至る光路は、図９（ａ）（ｂ）と同じである
が、偏向反射面Ｄは、光源Ｓ１に対してはＤ’１が対応
し、光源Ｓ２に対してはＤ’２が対応しており、この２
つの偏向反射面Ｄ’１、Ｄ’２の状態では、Δαの角度
差が生じるだけ時間が経過している。図１０（ａ）の場
合は、Ｄ’１がＤ’２よりも時間的に前であり、図１０
（ｂ）の場合は、Ｄ’１がＤ’２よりも時間的に後であ
る。

【００４９】何れの場合もΔαの角度差が生じるだけ時
間が経過したときに、走査面上の位置Ｐ１，Ｐ２は同じ
位置になるが、偏向位置Ｄから被走査面Ｐに至る光路
は、非常に異なったものとなる。図１０（ｂ）の場合
は、２つの光ビームは全く同じ光路を通っているが、図
１０（ａ）の場合、２つの光ビームはかなり異なった光
路を通っている。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位置に達する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
でこの実施の形態では、複数の光ビームが、副走査方向
では感光体上で必要な書き込みピッチ或いはその整数倍
に対応し、主走査方向ではそれぞれの光ビームに対して
精度良く同期がとれる距離だけずらして並べられる多ビ
ーム書込光学系において、各光ビームが感光体上の主走
査方向で同じ位置にあるとき、偏向器で偏向された後の
各光ビームが、主走査方向ではほぼ同じ光路を通るよう
に、光学素子を配置することとした。

【００５０】図９、図１０では、説明を簡単にするため
に、ガルバノミラーのように回転軸が偏向反射面もしく
はその近傍にある場合を示したが、この原理は、ポリゴ
ンミラーのように回転軸が偏向反射面から離れている場
合にも適用することができる。同様に、走査結像光学系
は単玉ｆθレンズで構成されているものとして説明した
が、複数枚のレンズやミラー光学系、又はそれらが複合
された光学系であってもこれを適用することができる。
また、説明を簡単にするために、２つの光ビームを用い
たものとして説明したが、３つ以上の光ビームを用いて
も差し支えないことはもちろんである。

【００５１】図１１は、図９（ａ）、図１０（ａ）に示
す例の場合に、被走査面上での主走査方向の分離距離Δ
ｌをそれぞれ２ｍｍ、１ｍｍ、０ｍｍとしたときの、走
査線ピッチの像高間変動が起こることがあることを示し
ている。

【００５２】図９、図１０に示す例によれば、前述の実
施の形態によって得られる効果のほかに、被走査面上で
主走査方向の同じ位置に達する複数の光ビームは、偏向
器で偏向された後に各光学素子の主走査方向の同じ位置
を通過するため、走査線ピッチの像高間変動が起きにく
くなる。また、図９、図１０に示す例によれば、前記特
公昭９４−１０８０５号公報記載の発明のように、アフ
ォーカルでかつコリメート光学系の出射瞳と偏向器の反
射面とを共役にする光学系を付加する必要がないため、
偏向器以前の光学系のスペースが大きくなるとか、コス
トが高くなる、というような問題点を解消することがで
きる。

【００５３】以上説明した各実施の形態において、半導
体レーザー等でなる光源は、所望の書き込み信号によっ
て変調される。また、被走査面を有する感光体は、帯
電、露光、現像、転写、クリーニング、除電、という電
子写真プロセスが実行され、上記露光工程において、上
記変調信号に対応した光ビームによって感光体面に画像
情報等が書き込まれて潜像が形成されることになる。上
記変調装置や電子写真プロセスは周知であるから説明は
省略する。光源としては、半導体レーザーのほかにＨｅ
−Ｎｅレーザー、その他適宜の光源を用いる構成も考え
られる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、偏向後の
各光ビームは、感光体上の主走査方向の同一位置に達す
るときに、光学素子の主走査方向のほぼ同じ光路を通る
ように光学素子を配置したため、「走査線曲がりの差」
を、画像形成の忠実性が保てる範囲に低減させることが
でき、また、そのためにコリメート光学系の出射瞳と偏
向器との間に特別の光学系を配置する必要がないから、
偏向器以前の光学系のスペースが大きくなるとか、コス
トが高くなる、というような問題点を解消することがで
きる。

【００５５】請求項２記載の発明によれば、主走査方向
で複数の光ビームが偏向器の近傍で互いに交差するよう
にしているので、偏向後の各光ビームは、感光体上の主
走査方向の同一位置に達するときに、光学素子の主走査
方向のほぼ同じ光路を通ることができ、「走査線曲がり
の差」を、画像形成の忠実性が保てる範囲に低減させな
がら、各光ビームの同期検知を容易に行うことができ
る。

【００５６】請求項３記載の発明によれば、複数の光ビ
ームを、半導体レーザーと、その出射光をほぼ平行光化
するために結合されたコリメート光学系からなる光源ユ
ニットを複数配置することで形成し、コリメート光学系
の光軸を主走査方向で偏向器近傍で交差させているの
で、半導体レーザーの発光点とコリメート光学系の光軸
をほぼ一致させることができ、光ビームの波面の乱れを
最小限に保って各ビームを交差させることができ、スポ
ット形状を良好にすることができる。

【００５７】請求項４記載の発明によれば、複数の光源
ユニットからの光ビームが主走査方向では偏向器近傍で
交差するように、半導体レーザーをコリメート光学系の
光軸とほぼ直交する方向にずらしたため、複数のコリメ
ート光学系の光軸は交差せず、互いにほぼ平行であり、
特定の角度をつける必要がないので、コリメート光学系
取付けのための機械加工が容易であると共に、光ビーム
の交差角が微少な場合でも、半導体レーザーの移動調整
により容易に上記交差角を設定することができる。

【００５８】請求項５記載の発明によれば、複数の光ビ
ームが合成手段によって合成されているので、光源ユニ
ットの寸法に制約されることなく、複数の光ビームの交
差角が微少であっても、光ビームの交差位置と光源ユニ
ットとの距離を短くすることができる。

【００５９】請求項６記載の発明によれば、複数の光を
合成する合成手段の構成要素が一体化されているので、
光ビームの合成状態が経時的に変化しにくく、安定した
走査を得ることができる。

【００６０】請求項７記載の発明によれば、半導体レー
ザーがコリメート光学系に対し、相対的に副走査方向に
対応する方向へ移動調整できるので、副走査方向に必要
なピッチを簡便に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる多ビーム書込光学系の実施の形
態を示すもので（ａ）はその光学配置図、（ｂ）は感光
体面上の走査線図である。

【図２】同上実施の形態中の要部を拡大して示す光学配
置図である。

【図３】本発明にかかる多ビーム書込光学系の変形例を
示す光路図である。

【図４】本発明にかかる多ビーム書込光学系の別の実施
の形態の要部を示す光学配置図である。

【図５】本発明にかかる多ビーム書込光学系のさらに別
の実施の形態の要部を示す光学配置図である。

【図６】本発明にかかる多ビーム書込光学系のさらに別
の実施の形態を示す光学配置図である。

【図７】本発明にかかる多ビーム書込光学系のさらに別
の実施の形態を示す光学配置図である。

【図８】本発明にかかる多ビーム書込光学系のさらに別
の実施の形態を示す光学配置図である。

【図９】本発明にかかる多ビーム書込光学系のさらに別
の実施の形態を示す光学配置図である。

【図１０】本発明にかかる多ビーム書込光学系のさらに
別の実施の形態を示す光学配置図である。

【図１１】同上実施の形態による走査線ピッチの像高間
変動を示す線図である。

【図１２】従来の書込光学系の例を示す斜視図である。

【図１３】従来の多ビーム書込光学系の例を示すもので
（ａ）はその光学配置図、（ｂ）は感光体面上の走査線
図である。

【図１４】同上多ビーム書込光学系の従来例による走査
線の曲がり及び傾きを示す線図である。

【図１５】従来の多ビーム書込光学系の別の例を示す光
学配置図である

【符号の説明】

４偏向器７感光体１ａ半導体レーザー１ｂ半導体レーザー２ａコリメート光学系２ｂコリメート光学系１０ａ光源ユニット１０ｂ光源ユニット

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光ビームを同時に走査して感光体
に書き込む書込光学系であり、その複数の光ビームは、
副走査方向では感光体上で必要な書き込みピッチ或いは
その整数倍に対応し、主走査方向ではそれぞれの光ビー
ムに対して精度良く同期がとれる距離だけずらして並べ
られる多ビーム書込光学系において、各光ビームが感光
体上の主走査方向で同じ位置にあるとき、偏向器で偏向
された後の各光ビームが、主走査方向ではほぼ同じ光路
を通るように、光学素子を配置したことを特徴とする多
ビーム書込光学系。
【請求項２】複数の光ビームを同時に走査して感光体
に書き込む書込光学系であり、その複数の光ビームは、
副走査方向では感光体上で必要な書き込みピッチ或いは
その整数倍に対応し、主走査方向ではそれぞれの光ビー
ムに対して精度良く同期がとれる距離だけずらして並べ
られる多ビーム書込光学系において、上記複数の光ビー
ムは、主走査方向では偏向器の近傍で互いに交差してい
ることを特徴とする多ビーム書込光学系。
【請求項３】複数の光ビームは、半導体レーザーと、
その出射光を略平行光化するために結合されたコリメー
ト光学系からなる光源ユニットを複数配置することで形
成され、上記複数のコリメート光学系の光軸が、主走査
方向で偏向器近傍で交差していることを特徴とする請求
項２記載の多ビーム書込光学系。
【請求項４】複数の光ビームは、半導体レーザーと、
その出射光を略平行光化するために結合されたコリメー
ト光学系からなる光源ユニットを複数配置することで形
成され、上記複数の光源ユニットからの光ビームが主走
査方向では偏向器近傍で交差するように、半導体レーザ
ーがコリメート光学系の光軸と略直交する方向にずらさ
れていることを特徴とする請求項２記載の多ビーム書込
光学系。
【請求項５】複数の光ビームが互いに交差する位置
と、複数の光ビームの発生位置との間で、複数の光ビー
ムが、少なくとも１／２波長板と偏光ビームスプリッタ
からなる合成手段で合成されることを特徴とする請求項
３又は４記載の多ビーム書込光学系。
【請求項６】合成手段は、１／２波長板と偏光ビーム
スプリッタとミラーが一体化されてなることを特徴とす
る請求項５記載の多ビーム書込光学系。
【請求項７】コリメート光学系の光軸に対し、相対的
に半導体レーザーが移動させられ、その移動方向は副走
査方向に対応する方向であることを特徴とする請求項
３、４、５又は６記載の多ビーム書込光学系。