JP4995879B2 - マルチビーム光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写機、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り、特に複数の光ビームにより感光体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の光源として用いられるマルチビーム光源装置に関する。

デジタル複写機やレーザプリンタ、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おいて記録速度を向上させる手段として、偏向手段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、一度に複数のレーザ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。その一例として複数個の半導体レーザ光源からの光束をビームスプリッタを用いて合成する方法や、特許文献１（特開昭５６−４２２４８号公報）に開示されているように複数の発光源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。

上記の半導体レーザアレイは、光源は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、光源が近接していることによりそのクロストークで光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もつ。これらは光源数が多くなるに従い不利となる。
これに対し複数個の汎用の半導体レーザを用い、該複数個の半導体レーザからの光ビームを合成する方法は、上記した問題はないが環境安定性と取り扱い性の向上が必要である。

マルチビーム光走査装置として、２つの半導体レーザからの光ビームを合成して２ビームを回転多面鏡等の偏向手段で同時に走査し、隣接ラインを記録する方式が知られているが、昨今さらなる高速化、高密度化が要求され、３ビーム化、４ビーム化が必要になってきている。そこで光源に半導体レーザアレイを用いてそれに対処するようにしたものが提案されているが、前記したように半導体レーザアレイは制御面での制約があり、汎用の半導体レーザと同様に扱うことができず、高精度な出力制御には不向きである上、光源が複数であるにも係わらずコリメートレンズは共通であるため、光源間の波長の差や発光点位置の差が残り、結像位置がずれたり、コリメートレンズから射出されるビームが各々離反する方向へ発散してしまう等、取り扱いが厄介である。

一方、汎用の半導体レーザを２個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マルビーム光源装置の場合、複数段にビームスプリッタやプリズムを重ねて１ビームずつ合成していく必要があり、構造が複雑化する上、各ビームの位置合わせ作業やビームスポット間隔の維持が困難となるという欠点がある。また、構造が複雑化すれば誤差の積み上がりも大きくなるため、各部品に高精度化が要求され、経時的なビーム位置ずれを補正するために、ビーム位置を検出して補正する手段が必要になる等、コスト的にも不利である。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明では、汎用の半導体レーザを２個以上用いてビームスプリッタでビーム合成する場合においても、ビームスプリッタ等を複数段に設ける必要がなく、簡単な構成で経時的安定性に優れるマルビーム光源装置を実現すると共に、ビームスポットの間隔調整（副走査方向の走査線間隔の設定）が容易に行えるようにすることを目的とする。

また、近年、記録装置のマルチファンクション化が進み、用途に合わせて記録密度を選択できる機能が盛り込まれているが、上記のようなマルチビーム書込系において記録密度を可変するにはポリゴンモータや半導体レーザの変調速度の他、副走査方向の走査線間隔を可変することが必要となる。

そこで本発明では、これに適応して副走査方向の走査線間隔の切り換えを容易にかつ確実に行えるマルチビーム光源装置を提供することを目的とする。
さらに本発明では、光量ロスなく、最小限の発光出力でビーム数を増やすことができるマルチビーム光源装置を提供することを目的とする。

請求項１記載のマルチビーム光源装置は、半導体レーザと、該半導体レーザからの光ビームを平行光束にするコリメートレンズと、上記半導体レーザと上記コリメートレンズとを射出軸上に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第１の光源部と、複数の半導体レーザと、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にする複数のコリメートレンズと、上記複数の半導体レーザと上記複数のコリメートレンズとを射出軸に対称に配列しこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第２の光源部と、上記第１、第２の光源部の光ビームを近接させて射出するビーム合成手段とからなることを特徴とするものである。

請求項２記載のマルチビーム光源装置は、２Ｎ＋１（奇数）個（Ｎ＝１，２，・・・）の半導体レーザと、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズと、上記２Ｎ＋１個の半導体レーザと上記コリメートレンズとを主走査方向に配列しその中央に位置する半導体レーザの光軸を射出軸として対称に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第１の光源部と、２Ｎまたは２Ｎ＋２（偶数）個の半導体レーザと、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズと、上記２Ｎまたは２Ｎ＋２個の半導体レーザと上記コリメートレンズを主走査方向に射出軸に対称に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第２の光源部と、上記第１、第２の光源部からの光ビームを近接させて射出するビーム合成手段とからなることを特徴とするものである。

請求項３記載のマルチビーム光源装置は、請求項１または２に記載のマルチビーム光源装置において、上記ビーム合成手段は、上記第１の光源部の射出軸に上記第２の光源部の射出軸を一致させて射出するようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項４記載のマルチビーム光源装置は、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のマルチビーム光源装置において、上記第１、第２の光源部、及び上記ビーム合成手段は、実質一体的にモジュール化され光学ハウジングに対し着脱可能であると共に、上記第１の光源部の射出軸を回転軸として回転可能に支持してなることを特徴とするものである。
さらに請求項５記載のマルチビーム光源装置は、請求項１乃至４のいずれか一つに記載のマルチビーム光源装置において、上記ビーム合成手段は、上記第１、第２の光源部のうち、いずれか一方の光源部について複数ビームの偏光方向の位相を一括して変換する１／２波長板と、該１／２波長板を通過させた複数ビームともう一方の光源部からのビームとを合わせて射出する偏光ビームスプリッタとからなることを特徴とするものである。

請求項１記載のマルチビーム光源装置では、汎用の半導体レーザと該半導体レーザからの光ビームを平行光束にするコリメートレンズと上記半導体レーザとコリメートレンズとを射出軸上に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第１の光源部と、複数の半導体レーザと該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にする複数のコリメートレンズと上記複数の半導体レーザと複数のコリメートレンズとを射出軸に対称に配列しこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第２の光源部と、上記第１、第２の光源部の光ビームを近接させて射出するビーム合成手段とから構成したことにより、さらにビーム数を増やしたマルチビーム光源装置を小型で、かつ低コストに提供することができ、記録装置の高速・高密度化に対処することができる。

請求項２記載のマルチビーム光源装置では、２Ｎ＋１（奇数）個（Ｎ＝１，２，・・・）の半導体レーザと該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズと上記２Ｎ＋１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その中央に位置する半導体レーザの光軸を射出軸として対称に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第１の光源部と、２Ｎまたは２Ｎ＋２（偶数）個の半導体レーザと該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズと上記２Ｎまたは２Ｎ＋２個の半導体レーザとコリメートレンズを主走査方向に射出軸に対称に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第２の光源部と、上記第１、第２の光源部からの光ビームを近接させて射出するビーム合成手段とから構成したことにより、さらにビーム数を増やしたマルチビーム光源装置を小型で、かつ低コストに提供することができ、記録装置の高速・高密度化に対処することができる。また、第１、第２の光源部のビームスポットが重なることなく交互に整列されるので、光源ユニットを回転するという単純な作業で副走査方向のピッチの変更を簡単、かつ確実に行うことができ、さらには、第１、第２の光源部の素子間隔（半導体レーザ及びコリメートレンズの間隔）の１／２のビームスポット間隔が得られるため、決められた素子サイズでビーム数をさらに増やすことができ、マルチビーム光源装置のさらなる小型化が可能となる。

請求項３記載のマルチビーム光源装置では、請求項１または２に記載のマルチビーム光源装置において、上記ビーム合成手段は、上記第１の光源部の射出軸に上記第２の光源部の射出軸を一致させて射出するようにしたことにより、第１、第２の光源部の傾きθのみを合わせるだけで副走査方向のビームスポット間隔（ピッチ）Ｐの調節を行うことができ、調節作業が単純化され組立効率が向上する。
また、請求項４記載のマルチビーム光源装置では、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のマルチビーム光源装置において、上記第１、第２の光源部、及び上記ビーム合成手段は、実質一体的にモジュール化され光学ハウジング（ホルダー）に対し着脱可能であると共に、第１の光源部の射出軸を回転軸として回転可能に支持してなることにより、ホルダーを回転するという単純な駆動手段を具備するだけで、経時で副走査方向のピッチが変動してしまった際の補正や記録密度の切り換えが可能となる。
さらに請求項５記載のマルチビーム光源装置では、請求項１乃至４のいずれか一つに記載のマルチビーム光源装置において、ビーム合成手段は、第１、第２の光源部のうち、いずれか一方の光源部について複数ビームの偏光方向の位相を一括して変換する１／２波長板と、該１／２波長板を通過させた複数ビームともう一方の光源部からのビームとを合わせて射出する偏光ビームスプリッタとからなることにより、光量ロスがほとんどなく、最小限の発光出力でビーム数を増やすことができ、複数のビームを有するマルチビーム光源装置を容易に実現することができる。

本発明の参考実施例を示す図であって、４ビームのマルチビーム光源装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示すマルチビーム光源装置の要部構成の説明図であって、（ａ）はマルチビーム光源装置の第１の光源部のＸ，Ｙ方向に平行な断面を示す図、（ｂ）は第１の光源部の半導体レーザをＸ方向裏面側から見た図である。 本発明の一実施例を示す図であって、３ビームのマルチビーム光源装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示すマルチビーム光源装置を用いた光走査装置の構成説明図である。 図１に示す４ビームのマルチビーム光源装置を用いた場合の感光体面上のビームスポットの配列例を示す図である。 図１に示す４ビームのマルチビーム光源装置を用いた場合の感光体面上のビームスポットの別の配列例を示す図である。 図３に示す３ビームのマルチビーム光源装置を用いた場合の感光体面上のビームスポットの配列例を示す図である。 図１に示す４ビームのマルチビーム光源装置を用いた場合の感光体面上のビームスポットのさらに別の配列例を示す図である。 本発明の別の参考実施例を示す図であって、８ビームのマルチビーム光源装置の概略構成を示す要部斜視図である。 図９に示す８ビームのマルチビーム光源装置を用いた場合の感光体面上のビームスポットの配列例を示す図である。 本発明の別の実施例を示す図であって、７ビームのマルチビーム光源装置の概略構成を示す要部斜視図である。 図１１に示す７ビームのマルチビーム光源装置を用いた場合の感光体面上のビームスポットの配列例を示す図である。 従来のビーム合成手段の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の参考実施例を示すマルチビーム光源装置の構成説明図であり、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。図１において、半導体レーザ１０１及び１０２は、アルミダイキャスト製の支持部材１０３の裏側に主走査方向（図中のＹ方向）に６ｍｍ間隔で並列して形成された（図示しない）嵌合穴に各々圧入され支持される。また、上記半導体レーザ１０１，１０２と対で設けられたコリメートレンズ１０４，１０５は、各々の半導体レーザ１０１，１０２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１０１，１０２の嵌合穴と対に形成した支持部材１０３のＵ字状の支持部１０３−１，１０３−２との隙間に接着剤を充填し固定され、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１０６，１０７、コリメートレンズ１０８，１０９、支持部材１０３’からなり、第１の光源部ＬＤ１と同様の構成となっている。尚、上記実施例では、支持部材１０３で半導体レーザ１０１，１０２、コリメートレンズ１０４，１０５を直接支持し、支持部材１０３’で半導体レーザ１０６，１０７、コリメートレンズ１０８，１０９を直接支持した例を示したが、半導体レーザを保持する部材やコリメートレンズを保持する部材を介在させて支持部材で支持するようにしても良く、この場合、該保持部材と支持部材は、同一材料または同等の熱特性を有する材料であることが望ましい。

図２（ａ）は上記第１の光源部ＬＤ１、第２の光源部ＬＤ２、及びビーム合成プリズム１１１をホルダー１１０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方向に平行な断面の様子を示している。半導体レーザ１０１，１０２とコリメートレンズ１０４，１０５とは、第１の光源部の射出軸ａに対して対称に配置され、半導体レーザ１０１，１０２の間隔Ｄに対しコリメートレンズ１０４，１０５の間隔ｄを小さく（Ｄ／ｄ＞１）設定している（つまりコリメートレンズ１０４，１０５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１０３のＵ字状の支持部１０３−１，１０３−２に接着剤１１３で固定している）。これにより各半導体レーザ１０１，１０２からのレーザビームは、コリメートレンズ１０４，１０５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。

上記第１の光源部ＬＤ１は、射出軸ａをホルダー１１０の回転基準となる円筒部１１０−１の中心ａ’に合わせてホルダー１１０の裏面に設けた基準面に密着され、ホルダー１１０の表側より通したネジ１１４により固定される。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、その射出ビームはビーム合成プリズム１１１により射出軸を第１の光源部ＬＤ１の射出軸ａと合わせて全ビームが隣接した状態で射出される。尚、ビーム合成プリズム１１１は、第１、第２の光源部の取り付け前にホルダー１１０の裏側から嵌め込まれて固定される。

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だけ傾けて設置されるが、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。
第１の光源部ＬＤ１と第２の光源部ＬＤ２とはビームスポット間隔Ｌは同じであるから、射出軸ａ（＝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）への傾け量θを、第１の光源部の傾け量はθ１、第２の光源部の傾け量はθ２と異ならせて設定することにより、図５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。

また、第１の光源部ＬＤ１と第２の光源部ＬＤ２とで前述のｄ／Ｄを変えて各ビームの射出角度αを異ならせることによっても、感光体面で副走査方向に等間隔のピッチＰが得られる。この場合、結像光学系によって射出角度αに対する感光体面におけるビームスポット間隔Ｌとの関係Ｌ＝ｆ（α）が一様（線形）でないので、射出角度αについて第１の光源部ＬＤ１と第２の光源部ＬＤ２との比は定義できないが、とにかく第１の光源部ＬＤ１の感光体面における２つのビームスポット間隔Ｌに対し、第２の光源部ＬＤ２の２つのビームスポット間隔を３・Ｌとし、第１の光源部ＬＤ１と第２の光源部ＬＤ２との射出軸ａ（＝ａ’）を回転中心として主走査方向から副走査方向への傾き量θを同じにして、第１の光源部ＬＤ１と第２の光源部ＬＤ２のビームスポットを図６に示すように直線上に配列することにより、副走査方向に等間隔のピッチＰ（記録密度ピッチ）としている。

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、射出軸ａをホルダー１１０の円筒部１１０−１の中心軸ａ’に合わせて回転することにより、それに比例してピッチＰを可変することができる。尚、図６のようにビームスポットを配列する構成の場合、図１に示すホルダー１１０の円筒部１１０−１を図示しない保持部材で回転可能に保持し、ホルダー１１０の側壁部に設けたレバー１１０−２を上方あるいは下方に動かしてホルダー１１０を回転させる機構を設けることにより、ピッチＰの調整が容易に可能となる。

尚、図１に示すビーム合成プリズム１１１は内部に偏光ビームスプリッタ面１１１−１を備え、第２の光源部ＬＤ２からのビームの入射面には１／２波長板（λ／２板）１１２が設けられ、かつ第２の光源部ＬＤ２からのビームを反射する反射面１１１−２が設けられている。そして、第１の光源部ＬＤ１からのビームはそのまま偏光ビームスプリッタ面１１１−１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ＬＤ２からのビームは、１／２波長板１１２により偏光方向を９０度回転されて斜面１１１−２で上方に反射し、さらに偏光ビームスプリッタ面１１１−１で反射されて射出されるようになっている。これにより、光量ロスを少なくして、第１、第２の光源部からのビームを容易に合成することができる。

次に、図３は本発明の一実施例を示すマルチビーム光源装置の構成説明図であり、汎用の半導体レーザを合計３個用いた３ビーム光源ユニットを示している。図３に示す３ビーム光源ユニットでは、第１の光源部ＬＤ１の半導体レーザ２０１は支持部材２０３の中心に配置され、コリメートレンズ２０２とは光軸を合わせて支持される。第２の光源部ＬＤ２は、２つの半導体レーザ２０４，２０５と該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にする２つのコリメートレンズ２０７，２０８とこれらを支持する支持部材２０６とからなり、前述した図１の第１、第２の光源部と同様の構成であり、そのＸ，Ｙ方向に平行な断面の様子は図２と同様である。第１の光源部ＬＤ１、第２の光源部ＬＤ２、及びビーム合成プリズム２１１はホルダー２１０に組み込まれ、第２の光源部ＬＤ２からの２つのビームはビーム合成プリズム２１１により第１の光源部ＬＤ１と射出軸ａを合わせて射出される。尚、第１の光源部ＬＤ１の半導体レーザ２０１及びコリメートレンズ２０２の光軸と射出軸ａは一致しており、さらに射出軸ａはホルダー２１０の回転基準となる円筒部２１０−１の中心ａ’に合わせてある。

従って、図７に示すように、第１の光源部ＬＤ１のビームスポットを中心として、第２の光源部ＬＤ２の副走査方向（Ｚ方向）への傾き量θを調整して２つのビームスポットＬＤ２−Ｒ，ＬＤ２−Ｌを直線上に配列することにより、副走査方向に等間隔のピッチＰ（記録密度ピッチ）が得られる。この配列によれば、射出軸ａをホルダー２１０の円筒部２１０−１の中心ａ’に合わせて、その射出軸ａ＝ａ’を中心にホルダー２１０を回転して上記傾き量θを調整することにより、それに比例してピッチＰを可変することができる。尚、ホルダー２１０の円筒部２１０−１を図示しない保持部材で回転可能に保持し、ホルダー２１０の側壁部に設けたレバー２１０−２を上方あるいは下方に動かしてホルダー２１０を回転させる機構を設けることにより、ピッチＰの調整が容易に可能となる。

次に、図４は、図１と同様の構成の４ビーム光源ユニットを用いたマルチビーム光走査装置の概要を示す図である。光源ユニット４００より射出された各ビームは、シリンダレンズ４０２を介して偏向手段としてのポリゴンミラー４０３の反射位置近傍で交叉した後、ポリゴンミラー４０３で偏向走査される。各ビームは２枚構成のｆθレンズ４０４を通過後、折返しミラー４０５で感光体ドラム４０７に向けて反射され、トロイダルレンズ４０６により感光体ドラム４０７に結像され、副走査方向に所定のピッチＰで隣接した４ラインが各ビームで同時に描かれる。また、折返しミラー４０５の画像領域外には同期検知用のミラー４０８が設けられており、該ミラー４０８により反射されたビームが同期検知センサ４０９により検出され、各ビームの主走査方向Ｓの走査開始位置が検出される。

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、図６に示したような配列に（主走査方向に隔てて）設定されている実施例について説明すると、同期検知センサ４０９には時系列にビームが入射され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。尚、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４０９を通過するビームを検出し所定量遅延させて他ビームのタイミングを取ればよい。

また、感光体ドラム４０７の近傍の走査終端位置にはリニアセンサ４１１を副走査方向に向けて配置してあり、例えば第２の光源部ＬＤ２の２ビームのみ点灯させて、そのビーム間隔を測定し、環境変化や部品交換等により走査線間隔が変化してもそれを補正し、常に所定値が維持されるようにしている。この測定値は、図６の配列の場合には理想的には記録ピッチＰの３倍（３・Ｐ）となるので、ピッチ演算部４１２により測定値の３・Ｐからのずれ量を演算して、その演算結果をモータ制御部４１３に送り、モータ制御部４１３でそのずれに相当する角度（換算値）分だけステッピングモータ４１４を駆動し、ホルダー４１０に一体的に設けたレバー４１０−１を上方に押し上げ、または下方に引き下げることにより、光源ユニット４００のホルダー４１０を射出軸を回転中心としてγ方向へ回転させてやれば、副走査方向の記録ピッチＰのずれを補正することができる。
また、図示されない操作部等からの記録密度可変信号を受け、設定すべき記録ピッチＰが切り換わったときも、同様にしてモータ制御部４１３によりステッピングモータ４１４を駆動し、副走査方向の記録ピッチＰの可変が行われる。

尚、以上に示した実施例では、第１、第２の光源部ＬＤ１，ＬＤ２の射出軸ａを合わせてビームスポットを射出軸ａに対称に配置させ、射出軸ａをホルダーの回転中心ａ’と一致させて回転させることにより副走査方向のピッチＰを可変しているが、この限りではなく、図８に示すように、第１、第２の光源部ＬＤ１，ＬＤ２の射出軸ａ１，ａ２を、ホルダーの回転中心ａ’に対して対称に配置し、第１、第２の光源部ＬＤ１，ＬＤ２の副走査方向への傾き量θ１，θ２をそれぞれ調整して、各ビームスポットＬＤ１−Ｒ，ＬＤ１−Ｌ，ＬＤ２−Ｒ，ＬＤ２−Ｌが直列に配列されるようにビーム合成する等の方式によっても、ホルダーの回転中心ａ’を中心とした回転によるピッチＰの可変が可能である。

ところで、図１の実施例では、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、図３の実施例では、第１の光源部ＬＤ１に１個の半導体レーザを用い、第２の光源部ＬＤ２に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。

図９は第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の参考実施例を示し、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り、第１の光源部ＬＤ１は、４個の半導体レーザ５０１，５０２，５０３，５０４と、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズ５０５，５０６，５０７，５０８とを主走査方向（図中のＹ方向）に配列し、支持部材５０９で一体的に支持した構成からなり、第２の光源部ＬＤ２も同様に、４個の半導体レーザ５１１，５１２，５１３，５１４と、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズ５１５，５１６，５１７，５１８とを主走査方向に配列し、支持部材５０９で一体的に支持した構成からなり、これら第１、第２の光源部とビーム合成プリズム５２０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れている。

尚、ビーム合成プリズム５２０は図１と同様に内部に偏光ビームスプリッタ面５２０−１を備え、第２の光源部ＬＤ２からのビームの入射面には１／２波長板（λ／２板）５２１が設けら、かつ第２の光源部ＬＤ２からのビームを反射する反射面５２０−２が設けられている。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５２０−１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１／２波長板５２１により偏光方向を９０度回転されて斜面５２０−２で上方に反射し、さらに偏光ビームスプリッタ面５２０−１で反射されて射出されるようになっている。これにより、光量ロスを少なくして２つの光源部からの複数ビームを容易に合成することができる。

ここで図１０は第１、第２の光源部に各々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９における第１の光源部ＬＤ１からの４つのビームスポットＬＤ１−Ｒ，ＬＤ１−ＲＲ，ＬＤ１−Ｌ，ＬＤ１−ＬＬのうち、射出軸ａ’を挾むビームスポットＬＤ１−Ｒ，ＬＤ１−Ｌの間隔について、半導体レーザ間隔（射出軸ａ’を挾んで隣接する半導体レーザ５０２と５０３の間隔）Ｄとコリメートレンズ間隔（射出軸ａ’を挾んで隣接するコリメートレンズ５０６と５０７の間隔）ｄとの比Ｄ／ｄを異なえることにより、第２の光源部ＬＤ２からの４つのビームスポットＬＤ２−Ｒ，ＬＤ２−ＲＲ，ＬＤ２−Ｌ，ＬＤ２−ＬＬの間隔Ｌの５倍となるように設定し、第２の光源部ＬＤ２のビームスポット列をその間に配置している。また、第１の光源部ＬＤ１からのビームスポットＬＤ１−ＲとＬＤ１−ＲＲの間隔、及びＬＤ１−Ｌ，ＬＤ１−ＬＬの間隔はＬである。このように設定することにより、第１、第２の光源部のビームスポットが重なることなく等間隔Ｌで直線上に整列させることができるため、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。

尚、第１、第２の光源部のビームスポット間隔を複数個所変更すれば他にも配列方法は多々あるが、作業が複雑化し、混乱して作業ミスを引き起こす恐れがあるので、ここでは間隔の変更個所ができるだけ少なくて済む方法を示した。

次に図１１は第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の別の実施例を示し、汎用の半導体レーザを合計７個用いた７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、３個の半導体レーザ６０１，６０２，６０３と該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズ６０４，６０５，６０６とを主走査方向（図中のＹ方向）に配列して支持部材６０７で一体的に支持した構成からなり、第１の光源部ＬＤ１の中央の半導体レーザ６０２とコリメートレンズ６０５は射出軸ａ’上に配置され、他は射出軸ａ’に対称に配置されている。第２の光源部ＬＤ２は、４個の半導体レーザ６０８，６０９，６１０，６１１と該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズ６１２，６１３，６１４，６１５とを主走査方向にかつ射出軸ａ’に対称に配列して支持部材６１６で一体的に支持した構成からなる。また、第１、第２の光源部とビーム合成プリズム６１７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れている。

尚、ビーム合成プリズム６１７は図１と同様に、内部に偏光ビームスプリッタ面６１７−１を備え、第２の光源部ＬＤ２からのビームの入射面には１／２波長板（λ／２板）６１８が設けら、かつ第２の光源部ＬＤ２からのビームを反射する反射面６１７−２が設けられている。そして、第１の光源部ＬＤ１からの３ビームはそのまま偏光ビームスプリッタ面６１７−１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１／２波長板６１８により偏光方向を９０度回転されて斜面６１７−２で上方に反射し、さらに偏光ビームスプリッタ面６１７−１で反射されて射出されるようになっている。これにより、光量ロスを少なくして２つの光源部からの複数ビームを容易に合成することができる。

ここで図１２は第１の光源部ＬＤ１に３個の半導体レーザを用い、第２の光源部ＬＤ２に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１１における第１の光源部ＬＤ１からの３つのビームスポットＬＤ１−Ｒ，ＬＤ１−Ｃ，ＬＤ１−Ｌの間隔をＬとし、第２の光源部ＬＤ２からの４つのビームスポットＬＤ２−Ｒ，ＬＤ２−ＲＲ，ＬＤ２−Ｌ，ＬＤ２−ＬＬの間隔もＬとして、第１、第２の光源部からのビームスポットを均等間隔で交互に整列させている。

このように第１、第２の光源部の半導体レーザの個数が奇数個（２Ｎ＋１（Ｎ＝１，２，・・・））と偶数個（２Ｎ＋２）の組み合わせでは、図１２に示すように第１、第２の光源部からのビームスポットを均等間隔で交互に整列することができ、射出軸ａ’を回転中心として回転するだけで回転角度に比例して副走査方向のピッチＰを可変することができる。また、光源部が一つだけの場合は、ビームスポット間隔Ｌは半導体レーザの間隔に対応するためビームスポットを近接させるには半導体レーザあるいはコリメートレンズそのもののサイズを小さくして間隔を縮めなければならず制約があるが、図１１，１２に示す構成では、第１、第２の光源部のビームスポットを交互に配列しているので、各光源部のビームスポット間隔がＬ（副走査方向のピッチ２Ｐ）でも、ビーム合成後の実質的なビームスポット間隔はＬ／２（副走査方向のピッチＰ）となり、決められた素子サイズでビーム数を増やすことができ、つまりマルチビーム光源装置の小型化が可能となる。

尚、先に図３に示した実施例は、第１、第２の光源部の半導体レーザの個数が奇数個（２Ｎ＋１（Ｎ＝１，２，・・・））と偶数個（２Ｎ＋２）の組み合わせで、Ｎ＝０の例を示しているが、Ｎ＝０のときは一方の光源の半導体レーザとコリメートレンズの組は１つだけなので、第１、第２の光源部の角度θを合わせる必要がなく、各光源部をホルダーに単純に組み込めば感光体面上のビームスポットは直線上に整列されるので組立性に優れる上、半導体レーザとコリメートレンズとの偏心量が最小限で済むので、従来の１ビームで記録を行う光学系を（光源ユニットのみを置き換えて）そのまま用いることもできる。

さて、以上に説明した本発明の実施例においては、ビーム合成手段として、第１、第２の光源部のうち、第２の光源部からの複数ビームの偏光方向の位相を一括して変換する１／２波長板と、該１／２波長板を通過させた複数ビームと第１の光源部からのビームとを合わせて射出する偏光ビームスプリッタ面とを有するビーム合成プリズム（１１１，２１１，５２０，６１７）を用いている。

従来のビーム合成方式においてビーム数を増やすには、例えば図１３に示すように、ビームスプリッタ面（ＢＳ面）を平行に複数段配設した光学素子を用い、ビームスプリッタ面を複数回通過させる方式が考えられる。通常、ビームスプリッタ面では透過される光量、反射される光量が半々であるので、第１の半導体レーザＬＤ−１のビームを１／２波長板（λ／２板）を用いて偏光方向の位相を９０度回転させ、最終合成面である偏光ビームスプリッタ面（偏光ＢＳ面）を透過させるものとすると、最終合成面である偏光ビームスプリッタ面からの射出光量は、第１の半導体レーザＬＤ−１の射出光量１に対して、第２の半導体レーザＬＤ−２ではＢＳ面を１つ多く通過するので１／２の射出光量となり、第３の半導体レーザＬＤ３及び第４の半導体レーザＬＤ−４ではＢＳ面を２つ多く通過するので１／４の射出光量となり、ビーム数が増えるに従って光量ロスが大きくなってしまい、半導体レーザの出力により限界がある。

これに対して、本発明のビーム合成手段では、第１、第２の光源部からの複数のビームは偏光ビームスプリッタ面を１度通過するだけなので、光量ロスがほとんどなく、最小限の発光出力でビーム数を増やすことができ、実施例や参考実施例に示した３ビーム、４ビーム、７ビーム、８ビームの光源ユニットのように、汎用の半導体レーザを用いて、複数のビームを有するマルチビーム光源装置を容易に実現することができる。

１０１，１０２，１０６，１０７，２０１，２０４，２０５，５０１〜５０４，５１１〜５１４，６０１〜６０３，６０８〜６１１：半導体レーザ
１０４，１０５，１０８，１０９，２０２，２０７，２０８，５０５〜５０８，５１５〜５１８，６０４〜６０６，６１２〜６１５：コリメートレンズ
１０３，１０３’，２０３，２０６，５０９，５１９，６０７，６１６：支持部材
１１０，２１０，４１０：ホルダー(光学ハウジング)
１１１，２１１，５２０，６１７：ビーム合成プリズム(ビーム合成手段)
１１１−１，２１１−１，５２０−１，６１７−１：偏光ビームスプリッタ面
１１２，２１２，５２１，６１８：１／２波長板
４００：マルチビーム光源ユニット
４０２：シリンダレンズ
４０３：ポリゴンミラー
４０４：ｆθレンズ
４０５：折返しミラー
４０６：トロイダルレンズ
４０７：感光体ドラム
４０８：同期検知用ミラー
４０９：同期検知センサ
４１１：リニアセンサ
ＬＤ１：第１の光源部
ＬＤ２：第２の光源部

特開昭５６−４２２４８号公報

Claims (5)

1. 半導体レーザと、該半導体レーザからの光ビームを平行光束にするコリメートレンズと、上記半導体レーザと上記コリメートレンズとを射出軸上に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第１の光源部と、
   複数の半導体レーザと、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にする複数のコリメートレンズと、上記複数の半導体レーザと上記複数のコリメートレンズとを射出軸に対称に配列してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第２の光源部と、
   上記第１、第２の光源部の光ビームを近接させて射出するビーム合成手段とからなることを特徴とするマルチビーム光源装置。
2. ２Ｎ＋１（奇数）個（Ｎ＝１，２，・・・）の半導体レーザと、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズと、上記２Ｎ＋１個の半導体レーザと上記コリメートレンズとを主走査方向に配列しその中央に位置する半導体レーザの光軸を射出軸として対称に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第１の光源部と、
   ２Ｎまたは２Ｎ＋２（偶数）個の半導体レーザと、該半導体レーザと対で設けられ各々の光ビームを平行光束にするコリメートレンズと、上記２Ｎまたは２Ｎ＋２個の半導体レーザと上記コリメートレンズを主走査方向に射出軸に対称に配置してこれらを一体的に支持する支持部材とを有する第２の光源部と、
   上記第１、第２の光源部からの光ビームを近接させて射出するビーム合成手段とからなることを特徴とするマルチビーム光源装置。
3. 請求項１または２に記載のマルチビーム光源装置において、上記ビーム合成手段は、上記第１の光源部の射出軸に上記第２の光源部の射出軸を一致させて射出するようにしたことを特徴とするマルチビーム光源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載のマルチビーム光源装置において、上記第１、第２の光源部、及び上記ビーム合成手段は、実質一体的にモジュール化され光学ハウジングに対し着脱可能であると共に、上記第１の光源部の射出軸を回転軸として回転可能に支持してなることを特徴とするマルチビーム光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載のマルチビーム光源装置において、上記ビーム合成手段は、上記第１、第２の光源部のうち、いずれか一方の光源部について複数ビームの偏光方向の位相を一括して変換する１／２波長板と、該１／２波長板を通過させた複数ビームともう一方の光源部からのビームとを合わせて射出する偏光ビームスプリッタとからなることを特徴とするマルチビーム光源装置。

Images