JP4428917B2

JP4428917B2 - 走査光学系

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Publication number: JP4428917B2
Application number: JP2002309518A
Authority: JP
Inventors: 隆之飯塚
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: US6882453B2; JP2004144981A; US20040080800A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の発光点から発光した複数の光束を、夫々、線像形成レンズによって偏向器の反射面の近傍において副走査方向に収束させるとともに、この偏向器によって主走査方向へ動的に偏向し、結像光学系によって走査対象面上に点状に収束させる走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の走査光学系（以下、「マルチビーム走査光学系」という）によると、偏向器の一反射面による走査によって同時に複数本の走査線を走査対象面上に描画することができるので、各光束を夫々変調することによって、高速な印字が可能になる。
【０００３】
このような走査光学系の光源としては、複数の発光点を有する単一の素子を用いることも可能である(例えば、特許文献１参照)し、夫々一個の発光点を有する複数の素子を用いることも可能である(例えば、特許文献２参照)。
【０００４】
何れの光源を採用する場合であっても、光源を構成する各発光点同士の間隔を狭めるには自ら限度がある。従って、これらの光源の各発光点を、偏向器による走査方向（主走査方向）に直交する副走査方向に一列に配列すると、各発光点から発して線像形成レンズ及び結像光学系を透過して走査対象面上に収束された各光束からなる走査線同士が、互いに分離してしまい、最終的に走査対象面上に形成される画像の品質を劣化させてしまう。
【０００５】
そのため、従来、マルチビーム走査光学系によって走査対象面上に形成される走査線同士を重なり合わせるための様々な手段が、開発されている。その第一は、光源における発光点の並び方向を副走査方向に向けたまま、線像形成レンズの瞳位置に配置された開口によって各光束を絞ることによって、走査対象面上における各光束のスポット径を拡げる方法である。また、その第二は、光源における発光点の並び方向を主走査方向から僅かに傾けた方向へ向けることによって、走査対象面上における各光束のスポット形成位置を副走査方向に圧縮する方法である。なお、走査光学系全体の副走査方向における横倍率を拡大する手段は、走査対象面上における各光束のスポット径を拡げるが、各光束の中心同士の間隔をも拡げてしまうので、走査線同士を重なり合わせることはできない。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５７−５４９１４号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開昭６１−１５１１９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の手段のうち、第１の手段によると、各発光点から発した光エネルギーのうちの大きな部分が開口によって遮断されるので、走査光学系全体としての効率が悪くなるという問題点を生ずる。他方、第２の手段によると、走査光学系として好ましい長径方向（即ち、副走査方向）と半導体レーザーのファーフィールドの長径方向が略直交してしまうため、各光束のスポット形状の長径方向を副走査方向に向けるにはアナモフィックな光束径変換手段やスリット状の開口が必要となる。その結果、アナモフィックな光束径変換手段を用いた場合には走査光学系全体としてのコストアップを招き、スリット状の開口を用いた場合には走査光学系全体としての効率が悪くなるという問題点を生じてしまう。
【０００９】
本発明は、従来の手段による上記した問題点を解決し、光エネルギーの損失を伴うことなく、また、高価なアナモフィックな光束径変換手段を用いることなく、走査対象面上に形成される走査線同士を実質的に重なり合わせることができる走査光学系の提供を、課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために案出された本発明による走査光学系は、光源から発した複数の光束を偏向器によって同時に動的に偏向することによって走査対象面上で主走査方向に走査させる走査光学系であって、光束を発する複数の発光点が前記主走査方向に直交する副走査方向に並んで設けられた構造を有する第１の光源部と、光束を発する複数の発光点が前記副走査方向に並んで設けられた構造を有する第２の光源部と、前記第１の光源部の各発光点から夫々発散光として発した複数の光束を夫々平行光束とする第１のコリメートレンズと、前記第２の光源部の各発光点から夫々発散光として発した複数の光束を夫々平行光束とする第２のコリメートレンズと、前記第１のコリメートレンズを透過した全光束及び前記第２のコリメートレンズを透過した全光束を共に前記副走査方向に収束させるために、前記各光源部側から順に、副走査方向に負のパワーを有する第１シリンドリカルレンズ及び副走査方向に正のパワーを有する第２シリンドリカルレンズから構成された第１光学系と、この第１光学系によって前記各光束が前記副走査方向において収束されることによって複数の線像が形成される位置近傍において、これら各光束を同時に前記主走査方向へ動的に偏向する前記偏向器と、この偏向器によって同時に偏向された前記各光束を前記主走査方向及び前記副走査方向において前記走査対象面近傍に収束させる第２光学系と、前記第１及び第２の光源部，前記第１及び前記第２のコリメートレンズ，前記偏向器，前記第２光学系が夫々固定されるとともに、前記第１光学系を構成する第１シリンドリカルレンズ及び第２シリンドリカルレンズを、夫々の母線方向における両端において、夫々、前記第１及び第２のコリメートレンズの光軸方向に位置調整可能に保持する保持部が固定されているフレームとを備え、前記第１の光源部と前記第２の光源部とは、前記第１の光源部の各発光点の走査対象面上での結像位置と、前記第２の光源部の各発光点の走査対象面上での結像位置とが、前記副走査方向において互い違いとなるように配置されたことを、特徴とする。
【００１１】
このように構成されると、各光源部（第１の光源部，第２の光源部）の各発光点から夫々発散光として発せられた複数の光束は、各光源部に対応するコリメートレンズによって夫々平行光束となり、第１光学系によって、主走査方向においては平行光束のまま、且つ、副走査方向においては偏向器の反射面近傍における各発光点と共役な点に収束することによって、複数の線像を形成する。この時、第１の光源部から発した光束による線像と、第２の光源部から発した光束による線像とは、副走査方向に互い違いに並ぶ。そして、これら複数の線像を形成した各光束は、偏向器の反射面によって反射され、第２光学系によって走査対象面上に収束されて、上記線像同士のピッチに応じたピッチで副走査方向に並ぶスポットを走査対象面上に形成する。このとき、第１の光源部から発した光束によるスポットと、第２の光源部から発した光束によるスポットとは、各光源部単独の場合と比較して１／２のピッチにて、副走査方向に互い違いに並ぶ。そのため、偏向器によって各光束が主走査方向に同時に動的に偏向されると、走査対象面上に夫々形成される全走査線は、副走査方向において、実質的に重なり合う。そのため、走査対象面上には、スポットによって走査されない隙間が生じ難くなるので、最終的に走査対象面上に形成される画像の品質が劣化することがない。
【００１２】
なお、本発明において、第１及び第２の光源部は、夫々、半導体レーザーアレイである。
【００１３】
また、第１の光源部の前記各発光点から発して前記第１光学系を透過した前記各光束と、前記第２の光源部の前記各発光点から発して前記第１光学系を透過した前記光束とは、主走査方向において、平行に進行しても良いが、互いに異なる角度で前記偏向器に入射し、前記複数の線像が形成される位置近傍において交われば、偏向器によってほぼ同位置にて偏向することができるので、偏向器の反射面を有効に利用した走査が可能となる。
【００１４】
また、本発明において、第１光学系は、各光源部側から順に、第１シリンドリカルレンズ及び第２シリンドリカルレンズから構成されていても良い。第一光学系が２枚のシリンドリカルレンズからなる場合には、第１シリンドリカルレンズは副走査方向に負のパワーを有し、第２シリンドリカルレンズは、副走査方向に正のパワーを有するように構成されても良いし、逆であっても良い。また、前者の場合、第２シリンドリカルレンズの副走査方向の倍率m_cl2が条件：−1.1＜m_cl2＜−0.8を満たしていることが、望ましい。
【００１５】
また、本発明において、走査光学系は第１及び第２の光源部，第１及び第２のコリメートレンズ，偏向器，第２光学系が夫々固定されるフレームを更に備えるとともに、このフレームには、更に、前記第１光学系を構成するシリンドリカルレンズを、その母線方向における両端において、夫々、前記第１及び第２のコリメートレンズの光軸方向に位置調整可能に保持する保持部が固定されていることが望ましい。このように構成されると、簡単な保持機構でありながら、各光源部の発光点に対する第１光学系の倍率を夫々独立に調節できる。第１光学系の倍率を変化させるためには、第１シリンドリカルレンズ，第２シリンドリカルレンズのうちどちらのレンズを移動させても良く、また、両方のレンズを移動させても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる走査光学系の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一つの実施形態である走査光学系１の主走査方向における構成を示す光学構成図であり、図２は、副走査方向における構成を示す光学構成図である。これら図１及び図２に示すように、この走査光学系１は、複数のレーザー光束を夫々発する光源ユニット１０、この光源ユニット１０から夫々発された各レーザー光束を夫々平行光にするコリメートレンズ１３，１４、これらのコリメートレンズ１３，１４を透過した平行光束を副走査方向において収束光とすることによって複数の線像を形成する第１光学系１７、その各側面がレーザー光束を反射する反射面として形成された正多角柱形状を有するとともにその中心軸を中心に回転する偏向器であるポリゴンミラー２０、回転するポリゴンミラー２０の各反射面にて反射されることによって動的に偏向された各レーザー光束を夫々スポットとして収束させる第２光学系３０、及び、その外周面が走査対象面Ｓとして機能する感光ドラムから、構成されている。なお、以下の説明を容易にするために、ポリゴンミラー２０の中心軸２０ａに直行する面と平行な方向（特に、ポリゴンミラー２０と走査対象面Ｓとの間においては、第２光学系３０の光軸とポリゴンミラー２０の中心軸２０ａに直交する方向）を「主走査方向」と定義し、中心軸２０ａと平行な方向を「副走査方向」と定義する。また、第２光学系３０の光軸を含みポリゴンミラー２０の中心軸２０ａに直交する面を主走査断面と定義し、第２光学系３０の光軸を含み、ポリゴンミラー２０の中心軸２０ａと平行な面を副走査断面と定義する。
【００１８】
光源ユニット１０は、第１及び第２の光源部としての二つのレーザー光源１１，１２(図２においてはレーザー光源１１のみ図示)から、構成される。各レーザー光源１１，１２は、何れも、副走査方向に並ぶように形成された複数の発光点から夫々レーザー光束を発散光として射出する半導体レーザーアレイである。夫々のレーザー光源１１，１２は、主走査方向において隣接するように配置されている。具体的には、一方のレーザー光源１１の各発光点から発して第１光学系１７を透過した光束と、他方のレーザー光源１２の各発光点から発して第１光学系１７を透過した光束とが、主走査方向において、互いに異なる角度でポリゴンミラーの反射面に入射するとともにその反射面近傍にて交差するように、各レーザー光源１１，１２の発光点の向きが調整されている。また、両レーザー光源１１，１２は、夫々の有する複数の発光点が、副走査方向において互い違いに並ぶように、互いに、発光点のピッチの１／２だけ副走査方向にずれた状態で配置されている。
【００１９】
各コリメートレンズ１３，１４は、対応するレーザー光源１１，１２の各発光点から夫々発散光として発した複数のレーザー光束を夫々平行光束にするレンズである。なお、各レーザー光源１１，１２毎に１枚のコリメートレンズ１３，１４が備えられているが、図２においては一方のコリメートレンズ１３のみが図示されている。
【００２０】
第１光学系１７は、光源側から順に、副走査方向に負のパワーを有する第１シリンドリカルレンズ１５，及び副走査方向に正のパワーを有する第２シリンドリカルレンズ１６から、構成されている。
【００２１】
第１シリンドリカルレンズ１５及び第２シリンドリカルレンズ１６は、全体として線像形成光学系を構成しており、両コリメートレンズ１３，１４から夫々平行光として射出されたレーザー光束を副走査方向にのみ収束することによって、その焦点面上に複数の線像を形成する。なお、レーザー光源１１の各発光点から発した各レーザー光束によって当該焦点面上に形成された線像群のピッチは、レーザー光源１１の各発光点のピッチに対して、これらレーザー光束の光路上におけるコリメートレンズ１３，１４及び第１光学系１７の倍率を乗じた値に、一致する。同様に、レーザー光源１２の各発光点から発した各レーザー光束によって当該焦点面上に形成された線像群のピッチは、レーザー光源１２の各発光点のピッチに対して、これらレーザー光束の光路上におけるコリメートレンズ１３，１４及び第１光学系１７の倍率を乗じた値に、一致する。なお、当該焦点面は、上述したように各レーザー光束が主走査方向において交差する点を含んでいる。このように構成されているので、レーザー光源１１の各発光点から発した各レーザー光束によって形成される線像群とレーザー光源１２の各発光点から発した各レーザー光束によって形成される線像群とは、当該焦点面において、（各部が設計値通りに構成されている限り）副走査方向に互い違いに並んで形成される。
【００２２】
各シリンドリカルレンズ１５，１６は、共に、シリンドリカル面を有する中央部と、その主走査方向における両端に突出形成された平板状の被保持部とからなり、当該被保持部の光源側の面(以下「被当付面」という)は、そのシリンドリカルレンズ１５，１６のシリンドリカル面の母線方向及び副走査方向に平行な平面となっている。また、個々のシリンドリカルレンズ１５，１６は、図示せぬフレームに設けられた保持具１８，１９によって、各被保持部がコリメートレンズ１３，１４の光軸方向へ移動調整され得るように、固定されている。即ち、各保持具１８，１９は、各シリンドリカルレンズ１５，１６を保持する機能だけでなく、主走査断面内における各シリンドリカルレンズ１５，１６の各光束に対する角度(以下、シリンドリカルレンズの「傾き角度」とする)及び光軸（各コリメートレンズ１３，１４の光軸）上の位置を調節する機能をも、有している。具体的には、各保持具１８，１９は、両レーザー光源１１，１２及び両シリンドリカルレンズ１５，１６の対称軸(図１において一点鎖線にて図示)に直交する方向を向いた当付面を持つ様に図示せぬフレームから突出形成された一対の直方体と、固定対象シリンドリカルレンズ１５，１６の被保持部をはさんで各直方体とは反対側に設置されたバネとからなる。このバネは、シリンドリカルレンズ１５，１６の被保持部を直方体の当付面に向けて付勢することによって、そのシリンドリカルレンズ１５，１６を固定している。
【００２３】
この各保持具１８，１９の直方体の当付面と各シリンドリカルレンズ１５，１６の被当付面との間には薄板状のスペーサー１８ａ，１９ａが数枚挟み込まれており、このスペーサー１８ａ，１９ａの枚数が適宜選択されることによって、各レーザー光束の光路上での各シリンドリカルレンズ１５，１６の傾き角度及び位置が、個別に調整される。
【００２４】
ポリゴンミラー２０は、第１光学系１７の第２シリンドリカルレンズ１６から射出された各レーザー光束が何れかの反射面に対して主走査方向において常時斜めに入射するとともに、当該第２シリンドリカルレンズ１６によって形成された各線像がその反射面の近傍に形成されるように、配置されている。このポリゴンミラー２０は、その中心軸２０ａを中心として回転するので、ある反射面に入射した各レーザー光束は、ポリゴンミラー２０の回転に伴ってその反射面に対する主走査方向の入射角が変化することによって、主走査方向へ動的に偏向される。
【００２５】
ポリゴンミラー２０によって動的に偏向された各レーザー光束は、主走査方向においては平行光束のまま、副走査方向においては収束点から発散しつつ、走査速度補正機能を有する結像光学系である第２光学系３０に入射する。この第２光学系３０は、主走査方向においては、入射した各レーザー光束を、走査対象面Ｓ上における光軸からｙ＝ｋ・θ（ｋ：走査係数，θ：光軸を基準としたレーザー光束の傾斜角）離れた位置に収束させ、副走査方向においては、入射した各レーザー光束を、光軸に対して反転させて走査対象面Ｓ上に収束させる。従って、各レーザー光束によって走査対象面Ｓ上には複数のスポットが形成され、これらスポットは、この走査対象面Ｓ上を、主走査方向に等速度で走査する。
【００２６】
図３は、走査対象面Ｓ上でスポットが形成される位置を示す説明図である。図示されるように、レーザー光源１１の各発光点から発した複数のレーザー光束は、コリメートレンズ１３，１４及び第１光学系１７によって形成された線像群のピッチに対応したピッチで並ぶスポット列４１を形成し、レーザー光源１２の各発光点から発した複数のレーザー光束は、第１光学系１７によって形成された線像群のピッチに対応したピッチで並ぶスポット列４２を形成する。そして、これらスポット列４１とスポット列４２とは、主走査方向において互いに離れて形成され、スポット列４１を構成する各スポットとスポット列４２を構成する各スポットとは、副走査方向においては、互い違いに並んでいる。図３において直線４０ａ〜４０ｈは、夫々のスポットの中心が走査対象面Ｓ上で描く軌跡を、示している。図３から明らかなように、個々のスポット列４１，４２におけるスポット同士の間隔は各スポットの直径（長径）よりも狭く、また、個々のスポット列４１，４２におけるスポット同士のピッチに比較して上記直線４０ａ〜４０ｈのピッチは１／２となるので、走査対象面Ｓ上に形成される走査線同士は、実質的に重なり合う。従って、走査対象面Ｓ上には、走査線が形成されない隙間が発生しないので、最終的に得られる画像が劣化することはない。
【００２７】
なお、副走査方向において、第２光学系３０によってポリゴンミラー２０の各反射面近傍の線像形成位置と走査対象面Ｓとがほぼ共役関係となっているために、各レーザー光束がポリゴンミラー２０のどの反射面によって反射されても、各反射面の僅かな傾き（いわゆる「面倒れ」）の有無に拘わらず、ポリゴンミラー２０の反射面近傍に形成された各線像が走査対象面Ｓにおける夫々に対応する所定高さ位置に再結像される。その結果、各レーザー光束がポリゴンミラー２０のどの反射面によって反射されても、走査対象面Ｓ上において、複数の走査線が常に同一ピッチにて描かれる。
【００２８】
ところで、レーザー光源１１，１２は別個の半導体レーザーアレイであり、各コリメートレンズ１３，１４も個別に設置されるため、各レーザー光源１１，１２の発光点に対する第１光学系１７の倍率が微妙に異なることがある。従って、レーザー光源１１から発せられた各レーザー光束によって走査対象面Ｓ上に形成されたスポット同士のピッチが、レーザー光源１２から発せられた各レーザー光束によって形成されたスポット同士のピッチとは、異なってしまう可能性がある。すると、図３に図示されたスポット中心の軌跡４０ａ〜４０ｈ同士の間隔にバラつきが生じてしまい、各走査線４１，４２相互の重なりにもバラつきが生じ、結果として走査対象面Ｓ上に形成される画像の品質を劣化させることになりかねない。そこで、本実施形態では、各シリンドリカルレンズ１５，１６の傾き角度及び光軸（各コリメートレンズ１３，１４の光軸）上の位置を調節することによって、各レーザー光源１１，１２に対するコリメートレンズ１３，１４及び第１光学系１７の倍率を夫々独立に調節できるように構成してある。本実施形態での各シリンドリカルレンズ１５，１６の調節方法を、以下に述べる。
【００２９】
まず、組立作業者は、光源ユニット１０と、コリメートレンズ１３，１４と、第１光学系１７と、ポリゴンミラー２０と、第２光学系３０とを図示せぬフレームに組み付けるとともに、走査対象面Ｓが配置されるべき位置にダミーのスクリーンを設置した状態において、各レーザー光源１１，１２を交互に励起して、夫々のレーザー光源１１，１２からのレーザー光束によってスクリーン（走査対象面Ｓ）上に形成されたスポット同士の間隔を測定する。その後、組立作業者は、各シリンドリカルレンズ１５，１６の被当付面と各保持具１８，１９の当付面との間に適宜スペーサー１８ａ，１９ａを挟み込む(もしくは抜き取る)ことにより、各シリンドリカルレンズ１５，１６の傾き角度及び光軸（各コリメートレンズ１３，１４の光軸）上の位置を調節する。このようにして、各シリンドリカルレンズ１５，１６の傾き角度及び各コリメートレンズ１３，１４の光軸上での位置を適宜調節することによって、個々のコリメートレンズ１３，１４の光軸上において、各シリンドリカルレンズ１５，１６同士の間隔及びポリゴンミラー２０との間の距離を、相互に独立して、ある程度自由に変更することができる。その結果として、組立作業者は、各シリンドリカルレンズ１５，１６の傾き角度及び位置を調節するだけで、各レーザー光源１１，１２から発された光束に対するコリメートレンズ１３，１４及び第１光学系１７の副走査方向における倍率を、個別に調節することができる。このようにして各光束に対する倍率を個別に調整すれば、各レーザー光源１１，１２による走査線毎に、走査対象面Ｓ上での走査線同士のピッチを個別に拡大及び縮小することができるので、各走査線の重なりを理想的な状態に調節できる。
【００３０】
なお、両シリンドリカルレンズ１５，１６の傾き角度及び光軸（各コリメートレンズ１３，１４の光軸）上の位置を共に調節すれば、各レーザー光源１１，１２からのレーザー光束に対するコリメートレンズ１３，１４及び第１光学系１７全体の倍率を変更すると同時に、その焦点位置を適宜修正することが可能となる。即ち、ポリゴンミラー１３の反射面上に、各レーザー光源１１，１２からのレーザー光束による線像を、均一なピッチで且つ理想的なピント状態で形成することができる。
【００３１】
しかしながら、両シリンドリカルレンズ１５，１６の傾き角度及び光軸（各コリメートレンズ１３，１４の光軸）上の位置を夫々調節する作業は、煩雑さを伴うことがある。そのため、本実施形態において、第１シリンドリカルレンズ１５の傾き角度及び位置のみ，もしくは第２シリンドリカルレンズ１６の傾き角度及び位置のみを、調節してもよい。また、本実施形態では、両シリンドリカルレンズ１５，１６のうち、片方のシリンドリカルレンズの傾き角度及び位置のみを調節することに起因した各レーザー光源１１，１２からの光束に対するコリメートレンズ１３，１４及び第１光学系１７の焦点位置ズレを最小限に抑えるために、第２シリンドリカルレンズ１６の副走査方向における設計倍率(以下「設計副走査倍率」という)m_cl2が、第１シリンドリカルレンズ１５のみによる線像(虚像)形成位置に対して約−１倍(−1.2＜m_cl2＜−0.8)となるようにした。第２シリンドリカルレンズ１６単独の設計副走査倍率m_cl2を−1倍とすれば、各シリンドリカルレンズ１５，１６の移動に伴う焦点位置ズレを最小限に抑えつつ、倍率を変化させられる。但し、本発明者が様々にシミュレーションをした結果、第２シリンドリカルレンズ１６の設計副走査倍率m_cl2が−1.2倍から−0.8倍であれば、各シリンドリカルレンズ１５，１６の移動に伴うスポット位置の変化量を、許容範囲内に抑えられることが判った。
【００３２】
以下、本実施形態における走査光学系の実施例を２例示す。
【００３３】
なお、第２光学系３０を構成する各レンズのレンズ面は、回転非対称球面である場合もあるが、そのような形状を持つレンズ面には本来の意味での光軸を、定義することができない。そのため、以下、「光軸」との文言は、各レンズ面の面形状を式によって表現する時に設定される原点を通る軸(光学基準軸)との意味で、用いられるものとする。
【００３４】
【実施例１】
図１は、実施例１の走査光学系の主走査断面における光学構成図である。
【００３５】
実施例１では、走査係数ｋは200であり、第２光学系３０全体としての焦点距離は200.0 mmであり、走査対象面Ｓ上での走査幅(レーザー光束が走査される主走査方向幅)は300 mmである。
【００３６】
また、コリメートレンズ１３，１４の焦点距離は8.7mmである。また、個々のレーザー光源１１，１２は、４個の発光点を有しており、これらの発光点同士のピッチは、14μmとなっている。そして、レーザー光源１２の各発光点から射出された４本のレーザー光束と、レーザー光源１１の各発光点から射出された４本のレーザー光束とは、主走査方向において相互に４°の角度差をもって、ポリゴンミラー２０の入射面に入射する。
【００３７】
実施例１における第１光学系１７から走査対象面Ｓに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表１に示す。なお、この表１に示された数値構成は、調整前における第１光学系１７の上記対称軸上における値，及び第２光学系３０の近軸値である。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１において、「面番号」の数字は、第２光学系３０の面番号を示し、１及び２が、第１レンズ３１の各レンズ面に相当し、３及び４が、第２レンズ３２の各レンズ面に相当する。また、表１において、「Ry」は、主走査方向における曲率半径(単位[mm])である。また、「Rz」は副走査方向における曲率半径(単位[mm])である(回転対称面については省略)。また、表１において、「面間隔」は、光軸（対象軸）上における次の面までの距離(単位[mm])であり、「屈折率」は、次の面までの間の媒質の設計波長780mmに対する屈折率(空気については省略)である。
【００４０】
表１に示された第１シリンドリカルレンズ１５の前面は、シリンドリカル面（凹面）であり、その後面は、平面である。また、第２シリンドリカルレンズ１６の前面は、シリンドリカル面（凸面）であり、その後面は、平面である。
【００４１】
第２光学系３０を構成する面番号１，２，４のレンズ面は、夫々、回転対称非球面である。従って、その断面形状は、光軸からの半径(ｈ)の点における光軸での接平面からのサグ量Xとして、下記式(１)により表される。
【００４２】
X(h)=1/Ry・h²/[1+√[1-(κ+1)²h²/Ry²]]+A₄h⁴+A₆h⁶+A₈h⁸ …（１）
式(１)において、Ryは表１に挙げられた「曲率半径」、κは円錐係数、A₄，A₆，A₈は、夫々、４次，６次，8次の非球面係数である。実施例１において面番号１，２，４の各レンズ面の具体的形状を特定するために式(１)に適用される各係数を、表２に示す。
【００４３】
【表２】

【００４４】
第２光学系３０の第２レンズ３２を構成する面番号３のレンズ面は、アナモフィック非球面(即ち、主走査断面は光軸からの主走査方向の関数，副走査断面は曲率が光軸からの主走査方向の距離の関数として、独立に定義される非球面)である。従って、その主走査断面における形状は、光軸からの高さ(ｙ)の点における光軸での接平面からのサグ量X(ｙ)として、下記式(２)により表され、主走査方向の各高さ(ｙ)での副走査方向における形状は、円弧形状をとる。また、その曲率1/[Rz(y)]は、下記式(３)により表される。
【００４５】
X(y)= 1/Ry・y²/[1+√[1-(κ+1)²y²/Ry²]]
+AM₁y+AM₂y²+AM₃y³+AM₄y⁴+ AM₅y⁵+AM₆y⁶+AM₇y⁷+AM₈y⁸… …(２)
1/[Rz(y)]=1/Rz
+ AS₁y+AS₂y²+AS₃y³+AS₄y⁴+ AS₅y⁵+AS₆y⁶+AS₇y⁷+AS₈y⁸… …(３)
これら式(２)，(３)において、Ryは表１に挙げられた主走査方向における近軸曲率半径であり、Rzは表１に挙げられた副走査方向における近軸曲率半径であり、κは円錐係数、AM₁，AM₂，AM₃，AM₄，AM₅，AM₆，AM₇，AM₈…は夫々主走査方向に関する1次，2次，3次，4次，5次，6次，7次，8次…の非球面係数であり、AS₁，AS₂，AS₃，AS₄，AS₅，AS₆，AS₇，AS₈…は夫々副走査方向に関する1次，2次，3次，4次，5次，6次，7次，8次…の非球面係数である。実施例１において面番号３のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式(２)，(３)に適用される各係数を、表３に示す。
【００４６】
【表３】

【００４７】
以上のように具体的に構成された実施例１の走査光学系１において、第１シリンドリカルレンズ１５のみを主走査方向に傾けた場合に、その傾きの変化によって生じるビーム間隔の変化を、表４に示す。
【００４８】
【表４】

【００４９】
表４において、「傾き量」は、上記対称軸に直交した方向に対する第１シリンドリカルレンズ１５の母線の角度を表す。従って、表４において傾き量が０°である事は、第１シリンドリカルレンズ１５の母線が、上記対称軸に対して主走査断面において垂直な状態を示す。また、傾き量が正の値をとる事は、上記対称軸とシリンドリカルレンズ１５の厚さ中心の交点を中心に、第１シリンドリカルレンズ１５の母線が、図１の紙面上において反時計回りに傾いていることを示す。また、「第１のビーム列のビーム間隔」は、レーザー光源１２の各発光点から発した複数のレーザー光束によって走査対象面Ｓ上に形成されたスポット列４２における中心同士の間隔（単位：ｍｍ）、「第２のビーム列のビーム間隔」は、レーザー光源１１の各発光点から発した複数のレーザー光束によって走査対象面Ｓ上に形成されたスポット列４１における中心同士の間隔（単位：ｍｍ）を、夫々示す。表４から理解されるように、実施例１によると、一方のシリンドリカルレンズ１５のみを傾けるだけでも、個々のスポット列４１，４２における中心同士のピッチを個別に調整することができる。
【００５０】
なお、実施例１の第２光学系３０の諸収差図を、図４に示す。図４(ａ)は、fθ誤差図(縦軸はy=kθによって定まる走査対象面Ｓでの光軸からの高さy，横軸は走査対象面Ｓ上での実際のスポット位置とyとのズレ量)であり、図４(ｂ)は、像面湾曲図(縦軸は走査対象面Ｓでの光軸からの高さy，横軸は光軸方向における焦点位置ズレであって、Ｓは副走査方向，Mは主走査方向のものである)である。
【００５１】
【実施例２】
図５は、実施例２の走査光学系の主走査断面における光学構成図である。
実施例２では、走査係数ｋは180であり、第２光学系３０全体としての焦点距離は180.0 mmであり、走査対象面Ｓ上での走査幅(レーザー光束が走査される主走査方向幅)は216 mmである。
【００５２】
また、コリメートレンズ１３，１４の焦点距離は7.5mmである。また、個々のレーザー光源１１，１２は、２個の発光点を有しており、これらの発光点同士のピッチは、14μmとなっている。そして、レーザー光源１２の各発光点から射出された２本のレーザー光束と、レーザー光源１１の各発光点から射出された２本のレーザー光束とは、主走査方向において相互に４°の角度差をもって、ポリゴンミラー２０の入射面に入射する。
【００５３】
実施例２における第１光学系１７から走査対象面Ｓに至る光路上の各面の具体的数値構成を、表５に示す。
【００５４】
【表５】

【００５５】
表５における各欄の意味は、上述した表１のものと同じである。表５において、「面番号」１及び２が、第１レンズ３１の各レンズ面に、３及び４が、第２レンズ３２の各レンズ面に、５及び６が第３レンズ３３の各レンズ面に、夫々相当する。
【００５６】
表５に示された第１シリンドリカルレンズ１５の前面は、シリンドリカル面（凹面）であり、その後面は、平面である。
【００５７】
第２シリンドリカルレンズ１６の前面は、シリンドリカル面（凸面）であり、その後面も、シリンドリカル面（凸面）である。
【００５８】
第２光学系３０を構成する面番号１，２のレンズ面は、夫々、回転対称非球面である。実施例２において面番号１及び２の各レンズ面の具体的形状を特定するために式(１)に適用される各係数を、表６に示す。
【００５９】
【表６】

【００６０】
第２光学系３０の第３レンズ３３を構成する面番号５のレンズ面は、アナモフィック非球面である。実施例２において面番号５のレンズ面の具体的形状を特定するためにこれら各式(２)，(３)に適用される各係数を、表７に示す。
【００６１】
【表７】

【００６２】
以上のように具体的に構成された実施例２の走査光学系において、第２シリンドリカルレンズ１６のみを主走査方向に傾けた場合に、その傾き角度の変化によって生じるビーム間隔の変化を、表８に示す。
【００６３】
【表８】

【００６４】
表８における各項目の意味は、上述した表４のものと同じである。
【００６５】
なお、実施例２の第２光学系３０の諸収差図を、図６に示す。図６(ａ)は、fθ誤差図であり、図６(ｂ)は、像面湾曲図である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光エネルギーの損失を伴うことなく、また、高価なアナモフィックな光束径変換手段を用いることなく、走査対象面上に形成される走査線同士を実質的に重なり合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である走査光学系の主走査断面における光学構成を示す光学構成図
【図２】本発明の一実施形態である走査光学系の副走査方向における光学構成を示す概略構成図
【図３】走査対象面Ｓ上におけるスポット及び走査線形成位置を示す説明図
【図４】実施例１の諸収差図
【図５】実施例２の光学構成を示す主走査断面における光学構成図
【図６】実施例２の諸収差図
【符号の説明】
１走査光学系
１０光源ユニット
１７第１光学系
２０ポリゴンミラー
３０第２光学系
Ｓ走査対象面

Claims

光源から発した複数の光束を偏向器によって同時に動的に偏向することによって走査対象面上で主走査方向に走査させる走査光学系であって、
光束を発する複数の発光点が前記主走査方向に直交する副走査方向に並んで設けられた構造を有する第１の光源部と、
光束を発する複数の発光点が前記副走査方向に並んで設けられた構造を有する第２の光源部と、
前記第１の光源部の各発光点から夫々発散光として発した複数の光束を夫々平行光束とする第１のコリメートレンズと、
前記第２の光源部の各発光点から夫々発散光として発した複数の光束を夫々平行光束とする第２のコリメートレンズと、
前記第１のコリメートレンズを透過した全光束及び前記第２のコリメートレンズを透過した全光束を共に前記副走査方向に収束させるために、前記各光源部側から順に、副走査方向に負のパワーを有する第１シリンドリカルレンズ及び副走査方向に正のパワーを有する第２シリンドリカルレンズから構成された第１光学系と、
この第１光学系によって前記各光束が前記副走査方向において収束されることによって複数の線像が形成される位置近傍において、これら各光束を同時に前記主走査方向へ動的に偏向する前記偏向器と、
この偏向器によって同時に偏向された前記各光束を前記主走査方向及び前記副走査方向において前記走査対象面近傍に収束させる第２光学系と、
前記第１及び第２の光源部，前記第１及び前記第２のコリメートレンズ，前記偏向器，前記第２光学系が夫々固定されるとともに、前記第１光学系を構成する第１シリンドリカルレンズ及び第２シリンドリカルレンズを、夫々の母線方向における両端において、夫々、前記第１及び第２のコリメートレンズの光軸方向に位置調整可能に保持する保持部が固定されているフレームとを備え、
前記第１の光源部と前記第２の光源部とは、前記第１の光源部の各発光点の走査対象面上での結像位置と、前記第２の光源部の各発光点の走査対象面上での結像位置とが、前記副走査方向において互い違いとなるように配置された
ことを特徴とする走査光学系。
前記第１及び第２の光源部は、夫々半導体レーザーアレイである
ことを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
前記第１の光源部の前記各発光点から発して前記第１光学系を透過した前記各光束と前記第２の光源部の前記各発光点から発して前記第１光学系を透過した前記光束とは、主走査方向において、互いに異なる角度で前記偏向器に入射し、前記複数の線像が形成される位置の近傍において交わる
ことを特徴とする請求項２記載の走査光学系。
前記第２シリンドリカルレンズの副走査方向の倍率ｍ_cl2が条件
−１．１＜ｍ_cl2＜−０．８
を満足することを特徴とする請求項１記載の走査光学系。