JP5384350B2 - マルチビーム走査装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーザープリンタやプロジェクタといった画像形成装置に搭載されるマルチビーム走査装置に関する。

近年、レーザープリンタやプロジェクタといった画像形成装置では、所定の方向に沿って配設された複数の光源を有するマルチビーム走査光学系が多用される。マルチビーム走査光学系を持つ画像形成装置、例えばマルチビーム走査装置は、描画等の画像形成に際し、各光源から射出される複数のレーザー光を、描画データに基づいて生成される変調信号に同期してオン／オフ制御しつつ、ポリゴンミラー等の偏向器を用いて偏向する。そして、偏向された複数のレーザー光を被走査面上で第一の方向に走査させる。ここで、被走査面上における各レーザー光の入射位置（つまり、各レーザー光が入射することにより形成されるスポット）を各レーザー光の走査方向（第一の方向）と直交する第二の方向へ平行移動させることで二次元画像の複写や描画が行われる。

なお、本文においては、第一の方向を主走査方向、第二の方向を副走査方向と定義する。また、マルチビーム走査装置の光路を展開した状態において、該走査光学系の中心軸（つまり、該走査光学系の光軸）と主走査方向を含む断面を主走査断面、該走査光学系の中心軸と副走査方向を含む面を副走査断面という。

上記のような従来のマルチビーム走査装置には、被走査面上において形成される各スポットの間隔が均一になるように、各スポットの位置を調整するための機構を有するものがある。このようなマルチビーム走査装置は、例えば特開２００４−３３３８６２号公報に開示される。

上記公報では、各光源の後段に、各レーザー光の光路に略平行な回転軸周りに回転自在な楔形プリズムを配設している。そして、該楔形プリズムを回転させることにより、光源を擬似的に既存の位置から変位させた状態、つまり光源の虚像を変位させた状態を作り出している。これにより、レーザー光の偏向器（より正確には偏向面）への入射角を変更して、被走査面上でのスポット間隔を調整しようと試みている。

しかし、上記公報のような構成を採用すると、レーザー光の偏向器での入射位置が変動してしまう。偏向器における入射位置の変動は、ケラレの発生や、偏向時の性能劣化といった問題点を招きかねない。しかし、上記公報では、主走査方向の１次元のみに走査することを想定するため、副走査断面において偏向面上に集光させるように構成されている。従って、上記の問題点については完全に看過している。

ここで、マルチビーム走査光学系が搭載される画像形成装置において、主走査方向だけでなく副走査方向にも走査したい場合を考える。すると、各光源から照射されたレーザー光を副走査断面において偏向面上に集光させると、偏向面と被走査面が共役関係になってしまうため、光線の角度に依らず像高が一定になってしまい走査系として成立しなくなってしまう。このように、目的上、偏向面上での集光が不可能とされる装置では、レーザー光の偏向面に対する入射角を変更したことによって生じる入射位置の変動が、上記公報に例示される装置、すなわち副走査断面において集光させるように構成された装置よりも遙かに大きい。従って、副走査断面における偏向面上での集光が不可能とされる装置では、上記公報の開示内容とは異なり、上記入射位置の変動の影響を看過することはできない。

つまり、副走査断面における偏向面上での集光が不可能とされる装置、例えばマルチビーム走査装置に、上記公報の構成を適用してスポット位置を調整しようとする場合には、上記のようなレーザー光の偏向器での入射位置の変動を有効に防がなければならない。具体的には、光源自体を移動させることにより入射位置の調整を行う調整機構がさらに必要となったり、入射位置の大きな変動にも対応し得るように偏向器を大型化しなくてはならない。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、副走査断面において偏向面に集光しない光束、すなわち平行光、収束光あるいは発散光を入射させるマルチビーム走査装置であって、簡素かつ小型な構成でありながら、被走査面上に形成されるスポット位置を安定して調整することができるマルチビーム走査装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るマルチビーム走査装置は、非平行状態のレーザー光が射出される光源部と、所定のパワーを有し、該光源部から射出されたレーザー光に対して作用する光学素子と、を有する第一光学系を複数組備えるとともに、各第一光学系の後段に配設され、各第一光学系から射出された複数のレーザー光全てが共通に入射し、該レーザー光を偏向する第一偏向器と、該レーザー光の発散度を変更する共通光学系と、を有する第二光学系と、光源部から射出されたレーザー光が光学素子に入射するときの入射光路を、最も被走査面側に位置する偏向器がレーザー光を偏向する方向と直交する直交方向平面内において、光学素子の光軸と直交する所定の方向に平行移動させる光路シフト手段と、を有し、第一偏向器に入射する全てのレーザー光は、該第一偏向器の略同一位置に入射するとともに、各光学素子は、当該光学素子の焦点距離だけ当該光学素子から離れた位置で、各光学素子の光軸が交差するように配設されていることを特徴とする。

本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、各光源から照射されたレーザー光が光学素子に入射するときの入射光路をシフトするだけで、偏向面に対する各レーザー光の入射位置を変えることなく偏向面に対する入射角度を変更することができる。これにより、被走査面上に各レーザー光が入射することにより形成されるスポットの位置を高精度に安定して調整することができる。しかも、複数の平行光を第一偏向器の同一位置に入射させるように構成することにより、第一偏向器の薄型化も達成することができる。

また、本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、上記光源部は、レーザー光を照射する発光部と、該レーザー光の発散傾向を緩くするカップリングレンズ群とを有し、該カップリングレンズ群の倍率をＭとすると、以下の条件、
｜１／Ｍ｜＞０．０００６
を満たすように構成されることが望ましい。

また本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、光学素子として、レーザー光を平行光束に変換するコリメータレンズが例示される。

また、本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、共通光学系の少なくとも一部の光学系は、第一偏向器の前段に配設してもよい。この場合、該共通光学系の少なくとも一部の光学系の射出瞳は、第一偏向器の偏向面と略一致するように構成される。

また本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、共通光学系の少なくとも一部として、角倍率変更光学系が例示される。

本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、上記光学素子に、共通光学系のパワーを一部負担させることも可能である。

また本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、共通光学系が全て第一偏向器より後段に配設される場合、該共通光学系の入射瞳は、該第一偏向器の偏向面と一致することが望ましい。

また、本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、光路シフト手段は、光源部を上記所定の方向にシフトすることにより入射光路を平行移動させることができる。

本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、光路シフト手段は、光源部と光学素子との間にパワーを持たない光路調整用光学素子を有し、該光路調整用光学素子を変位させることにより、前記入射光路を平行移動させることができる。

本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、例えば、光路調整用光学素子は、複数の反射面を有し、各反射面の相対位置を変化させることにより入射光路を平行移動させることが可能である。

また、本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、例えば、光路調整用光学素子は、互いに平行な反射面を二面持つプリズムであり、光源部の射出光軸を回転軸として該プリズムを回転させることにより、各反射面の位置を変化させることも可能である。

本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、光路調整用光学素子は、平行平面板であり、該平行平面板を光源部の射出光軸に対して垂直な軸回りに回転することにより、前記入射光路を平行移動させることも可能である。

本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、光源部から射出されるレーザー光が入射する光路調整用光学素子の入射面は、光源部の射出光軸に対して常に傾くように配置されていることが望ましい。

本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、共通光学系は、第一偏向器から射出された各レーザー光を被走査面上で等速走査するための走査光学系をさらに有するのが好適である。

また、本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、第二光学系は、走査光学系と第一偏向器の間に配設され、入射するレーザー光を第一偏向器が偏向する方向と直交する方向に偏向する第二偏向器と、第一偏向器と前記第二偏向器間に配設されるリレー光学系と、をさらに有し、被走査面は走査光学系に対して不動であるように構成しても良い。

また、本発明に係るマルチビーム走査装置は、直交方向平面内において、光源部から射出されるレーザー光の射出角を調整する射出角調整手段をさらに有する構成としてもよい。かかる射出角調整手段は、光源部が有するカップリングレンズ群と、直交方向平面内において、カップリングレンズ群の各カップリングレンズを光源部の光軸と直交する方向に相対的にシフトさせるカップリングレンズシフト手段と、を有する構成であってもよい。

上記カップリングレンズ群は、例えば第一カップリングレンズと、該第一カップリングレンズより弱いパワーを有する第二カップリングレンズとを有した構成であってもよい。当該構成において、カップリングレンズシフト手段は、直交方向平面内において、第二カップリングレンズを第一カップリングレンズに対して光源部の光軸と直交する方向にシフトさせるように構成される。

ここで、第一カップリングレンズのパワーをＰ１と定義し、第二カップリングレンズのパワーをＰ２と定義した場合に、次の式
Ｐ１＞１０・｜Ｐ２｜
を満たすことが望ましい。

好ましくは、第二カップリングレンズの直径は、第一カップリングレンズの直径より大きく構成される。

また、本発明に係るマルチビーム走査装置は、非平行状態のレーザー光を射出する複数の光源部と、複数の光源部から射出された各レーザー光を平行光束に変換する複数のコリメートレンズであって、互いの光軸が該コリメートレンズから該コリメートレンズの焦点距離だけ離れた所定位置で交差するように配置された複数のコリメートレンズと、平行光束に変換された各レーザー光を被走査面上で副走査方向に走査されるように偏向する第一偏向器と、第一偏向器の後段に配置され、入射瞳が所定位置と略一致するように配置されたリレー光学系と、第一偏向器からリレー光学系を介して入射された各レーザー光を被走査面上で主走査方向に走査されるように偏向する第二偏向器と、少なくとも一つの光源部からのレーザー光の光路を変更することにより、第二偏向器を介して被走査面上に入射された当該レーザー光が該被走査面上で形成するスポット位置を副走査方向に平行移動させるビーム位置調整手段と、を有したことを特徴とする。ここで、所定位置は、第一偏向器の偏向面上であることが好ましい。また、ビーム位置調整手段は、少なくとも一つの光源部を、該少なくとも一つの光源部の光軸と直交する方向に平行移動させる移動機構を有する構成としてもよい。

本発明の第一実施形態のマルチビーム走査装置を含むプロジェクタの構成を概略的に示す副走査断面図である。 第一実施形態のマルチビーム走査装置の各第一光学系近傍を拡大して示す図である。 第一実施形態のマルチビーム走査装置の光源部をシフトした状態を拡大して示す図である。 第二実施形態のマルチビーム走査装置の各第一光学系近傍を拡大して示す図である。 第二実施形態のマルチビーム走査装置の光源部をシフトした状態を拡大して示す図である。 第三実施形態のマルチビーム走査装置の各第一光学系近傍を拡大して示す図である。 第三実施形態のマルチビーム走査装置の光源部をシフトした状態を拡大して示す図である。 第四実施形態のマルチビーム走査装置の各第一光学系近傍を拡大して示す図である。 第四実施形態のマルチビーム走査装置の光源部をシフトした状態を拡大して示す図である。 第五実施形態のマルチビーム走査装置の各第一光学系近傍を拡大して示す図である。 第五実施形態のマルチビーム走査装置の光源部をシフトした状態を拡大して示す図である。 本発明のマルチビーム走査装置の変形例を示す図である。 本発明のマルチビーム走査装置の変形例を示す図である。 本発明のマルチビーム走査装置の変形例を示す図である。 本発明のマルチビーム走査装置の変形例を示す図である。 本発明のマルチビーム走査装置の変形例を示す図である。

図１は、第一実施形態のマルチビーム走査装置の一例としてのプロジェクタの構成を概略的に示す副走査断面図である。プロジェクタは、マルチビーム走査装置１００およびスクリーンＳを含む。図１に示すようにマルチビーム走査装置１００は、光源側から順に、複数（ここでは二つ）の第一光学系１０Ａ、１０Ｂ、第一ポリゴンミラー４、リレーレンズ系５、第二ポリゴンミラー６、走査レンズ系７を有する。複数の第一光学系１０Ａ、１０Ｂはいずれも同一構成であり、互いに副走査断面内に配設されている。従って、以下では、特に必要がない限りは第一光学系１０Ａにのみ着目して説明を行う。他の第一光学系については該説明の符号を読み替えて参照する。第一光学系１０Ａは、光源１１、カップリングレンズ１２を有する光源部１と、収束レンズ３とを有する。また、光源部１には、後述する光路調整部８が接続されている。収束レンズ３は、光源部１と第一ポリゴンミラー４との間に配設される。

なお、以下の説明では、主走査方向をＹ方向、副走査方向をＺ方向と定義する。また、Ｙ、Ｚの各方向と直交する方向つまり被走査面であるスクリーンＳに直交する方向をＸ方向と定義する。

マルチビーム走査装置１００を使用した場合、スクリーンＳの走査は以下のようにしてなされる。各光源１１から射出された各レーザー光は、各々対応するカップリングレンズ１２、収束レンズ３を透過し、第一ポリゴンミラー４の偏向面の略同一位置に入射する。

第一ポリゴンミラー４は、中心軸４ｃ周りに回転自在に構成される。中心軸４ｃは、Ｙ方向に沿って延出する。つまり、第一ポリゴンミラー４は、各レーザー光をスクリーンＳにおいて副走査方向に走査するための偏向器である。

第一ポリゴンミラー４の偏向面で偏向した各レーザー光は、リレーレンズ系５を介して第二ポリゴンミラー６の略同一位置に入射する。第二ポリゴンミラー６は、中心軸６ｃ周りに回転自在に構成される。中心軸６ｃは、Ｚ方向に沿って延出する。つまり、第二ポリゴンミラー６は、各レーザー光をスクリーンＳにおいて主走査方向に走査するための偏向器である。

各レーザー光は、第二ポリゴンミラー６の回転状態に応じた角度で連続して偏向されつつ、走査レンズ系７に入射する。なお、本実施形態では走査レンズ系７は２枚のレンズから構成されているが、これはあくまで一例であり本発明に係る走査レンズ群は当該構成に限定されるものではない。走査レンズ系７から射出された各レーザー光は、スクリーンＳ上を主走査方向（Ｙ方向）に走査する。

第二ポリゴンミラー６によるＹ方向への走査一回につき、第一ポリゴンミラー４を所定量回転させる。所定量は、スクリーンＳの走査に使用されるレーザー光の本数に、該レーザー光によってスクリーンＳ上に形成されるスポットサイズ（副走査方向のスポット径）を乗じた長さに対応する量として定義される。これを繰り返すことにより、スクリーンＳ上に二次元画像が形成される。つまり、本実施形態における被走査面であるスクリーンＳは、回動自在な感光ドラム等とは異なり、走査レンズ系７に対して不動である。

以下、偏向面における入射位置の変動を抑えつつ、スポット間隔を適切に調整するための構成について詳述する。図２は、第一実施形態のマルチビーム走査装置１００の第一光学系１０Ａ、１０Ｂ近傍を拡大して示す副走査断面図である。

図２に示すように、カップリングレンズ１２は、入射するレーザー光を光源１１から射出された直後の発散傾向よりも緩やかな発散傾向を持つ発散光に変換する。カップリングレンズ１２から射出される光束は上記のような発散光の他に収束傾向を有する光束でも構わないが平行光束であってはならない。つまり第一実施形態のマルチビーム走査装置１００では、カップリングレンズ１２、換言すれば光源部１から射出される光束が、必ず非平行光束であることが前提とされる。

また、収束レンズ３はカップリングレンズ１２から射出される光束の発散あるいは収束傾向に応じた所定のパワーを有し、カップリングレンズ１２を透過して入射する各レーザー光を平行光に変換する。つまり第一実施形態の収束レンズ３は、コリメータレンズとして機能する。そして各収束レンズ３は、当該収束レンズ３の焦点距離だけ当該収束レンズ３から離れた位置で、各収束レンズ３の光軸が交差するように配置されている。さらに各第一光学系１０Ａ、１０Ｂから射出された各レーザー光が入射する共通の光学系（以下、便宜上、「共通光学系」という）の入射瞳位置が上記交差位置と一致するように構成される。第一実施形態においては、リレーレンズ系５および走査レンズ系７が共通光学系である。第一実施形態ではリレーレンズ系５の入射瞳位置が上記交差位置と一致する。

なお本文では、第一光学系１０Ａ、１０Ｂ以降の光学系を第二光学系と記し、第二光学系から各ポリゴンミラーを除いたものを共通光学系と記す。図１や図２に示す例では、上記第二光学系は、第一ポリゴンミラー４以降の光学系が該当する。

一般に、マルチビーム走査装置では、ポリゴンミラーの直後に配設される光学系の入射瞳が当該ポリゴンミラーの偏向面に位置するように構成される。本実施形態においても該入射瞳を第一ポリゴンミラー４の偏向面に位置させるため、各収束レンズ３が、第一ポリゴンミラー４の偏向面から自らの焦点距離ｆだけ離れた位置に配設されている。加えて、各収束レンズ３は、各々から射出されたレーザー光が偏向面４ａ上の同一位置に入射するように配設されている。つまり、各収束レンズ３の光軸の交差位置、リレーレンズ系５の入射瞳位置、および第一ポリゴンミラー４の偏向面４ａは、全て同一位置にある。

既述したように、上記のように配置、構成された収束レンズ３に光源部１から入射するレーザー光は非平行光束である。このことを保証すべく、カップリングレンズ１２の倍率Ｍは以下の条件を満たすように設定される。
｜１／Ｍ｜＞０．０００６

上記条件について詳述する。レンズホルダやハウジング等が環境変化等（温湿度変化等）の影響を受けたことによって、カップリングレンズ１２から射出される光束が平行光になってしまうと、上記のように配置、構成された収束レンズ３から射出されるレーザー光は、副走査断面において第一ポリゴンミラー４の偏向面４ａ上に集光してしまう。レーザー光は、偏向面４ａで集光してしまうと、いわゆるＬＳＵの面倒れ補正と同じ原理で、偏向器によって副走査方向に偏向されなくなってしまうため、好ましくない。従って、カップリングレンズ１２が、レンズホルダ等における環境変化、より具体的には線膨張の影響を受けないような構成にすればよい。ここで、レンズホルダ等を樹脂材料で構成すると想定すると、１℃あたりの線膨張係数は、おおよそ２×１０^−５である。±３０℃の温度変動による光源１１とカップリングレンズ１２間の距離変化量ΔＬは、
ΔＬ＝Ｌ×２×１０^−５×（±３０）…（１）
但し、Ｌはカップリングレンズ１２の焦点距離を表す、
と求まる。

また、カップリングレンズ１２の倍率をＭ（発散光であるためＭ＜０）とすると、光源１１とカップリングレンズ１２（の主点）間の距離Ｄは、
Ｄ＝Ｌ＋Ｌ／Ｍ…（２）
と求まる。

上記式（１）により求まるΔＬと上記式（２）により求まるＤの和がＬに等しい時、カップリングレンズ１２から射出されるレーザー光が平行光になる。よって、以下の式（３）が導出される。上記の条件は、式（３）を整理することにより導出される。
｜Ｌ／Ｍ｜＞Ｌ×２×１０^−５×（±３０）…（３）

このように、第一実施形態のマルチビーム走査装置１００では、各光源１１から照射された複数のレーザー光を、それぞれ平行光にした状態で、第二光学系の入射瞳位置における略同一位置（より詳しくは略入射瞳中心位置）に入射させる。これにより、スクリーンＳに入射する各レーザー光によって形成されるスポット同士の間隔は、各第一光学系１０Ａ、１０Ｂから照射された各レーザー光の偏向面４ａにおける入射角の差に依存する。従って、該入射角さえ変化させれば、スクリーンＳにおけるスポット位置の調整が可能になる。

そこで、光路調整部８は、最も被走査面側に位置する偏向器がレーザー光を偏向する方向と直交する面内において収束レンズ３の光軸ＡＸに直交する所定の方向に光源部１をシフト（平行移動）させる。より詳しくは、本実施形態において、最も被走査面側に位置する偏向器とは第二ポリゴンミラー６が相当する。よって、上記偏向する方向とは主走査方向、上記直交する面とは副走査断面が相当する。図３は、光源部１をシフトした状態を拡大して示す図である。図３において、シフト前の各部材の配置およびレーザー光の光路を破線で示す。また、光源部１のシフト方向を図中矢印線にて示す。なお、図３では、便宜上、シフト前の光源とカップリングレンズには符号１１ｂ、１２ｂを付し、シフト後の光源とカップリングレンズには符号１１ａ、１２ａを付す。

光源部１がシフトすることにより、レーザー光が収束レンズ３に入射するときの該レーザー光の光路（本文では、便宜上、入射光路という）が副走査断面において平行移動する。より詳しくは、入射光路は、副走査断面において収束レンズ３の光軸に対して直交する方向に平行移動する。つまり、図３に示すように、カップリングレンズ１２ｂ〜収束レンズ３間の入射光路に対してカップリングレンズ１２ａ〜収束レンズ３間の入射光路は平行移動していることが分かる。

図３に示すように、光路調整部８によってシフトされた光源部１から射出されたレーザー光は、収束レンズ３の焦点距離ｆ分だけ離れた位置に偏向面４ａが配置されているので、第一ポリゴンミラー４の偏向面４ａにおいて、入射角が変化しているがシフト前の光源部１から射出されたレーザー光と略同一位置に入射していることが分かる。つまり、偏向面４ａでのケラレを有効に防止しつつも、スクリーンＳにおけるスポットの位置を確実に調整することができる。

第一実施形態の第一光学系１０Ａ、１０Ｂは以下に示す各実施形態のように変更することも可能である。なお、以下では、各実施形態独自の構成や特徴についてのみ説明し、それ以外の第一実施形態と同様の構成等は上記を参照する。図４は第二実施形態のマルチビーム走査装置１００の第一光学系１０Ａ、１０Ｂ近傍を拡大して示す図である。また、図５は、第二実施形態のマルチビーム走査装置１００において、第一光学系１０Ａの光源部１をシフトした状態を示す図である。なお、図４、５、および後述の図６〜図１６の各図においても、図１〜図３と同様に紙面と平行な面が副走査断面である。

図４、図５に示すように、第二実施形態のマルチビーム走査装置１００は、各光源部１の配置間隔（角度間隔）を拡大するため、第一光学系１０Ａと偏向面４ａの間に角倍率が−１／２である角倍率変更光学系９１が配設されている。従って、第二実施形態では、角倍率変更光学系９１が共通光学系の一部をなす。そして、角倍率変更光学系９１以降の光学系が、いわゆる第二光学系に相当する。

第二実施形態のように第二光学系を構成する角倍率変更光学系９１が第一光学系１０Ａと第一ポリゴンミラー４の偏向面４ａ間に配設される場合であっても、上述したように収束レンズ３は、各収束レンズ３の各光軸を各収束レンズ３の焦点距離ｆだけ離れた位置で交差させ、角倍率変更光学系９１はその交差位置が角倍率変更光学系９１の入射瞳位置となるように配設される。但し、第二実施形態においては、該入射瞳位置は、偏向面４ａとは一致しない。かかる偏向面４ａは、角倍率変更光学系９１の射出瞳と略一致する。

このように第二実施形態においても、第一光学系１０Ａを構成する各部材を第一実施形態で説明した通りに配置、構成している。つまり、各収束レンズ３の焦点距離分離れた位置で各収束レンズ３の光軸が交差している。従って、図５に示すように、光源部１をシフトすれば、シフト前後で各レーザー光の主光線の交差位置を変えることなく相対的な交差角を変えることができる。そして、該交差位置が角倍率変更光学系９１の入射瞳位置と一致しているため、第一ポリゴンミラー４の偏向面４ａに入射するレーザー光に関し、入射角は変化しているがシフト前の光源部１から射出されたレーザー光と略同一位置に入射していることが分かる。

上記第二実施形態のように、第一光学系１０Ａ、１０Ｂと偏向面４ａの間に角倍率変更光学系９１が配設されている構成において、該角倍率変更光学系のパワーの一部を収束レンズ３に負担させることも可能である。

図６は第三実施形態のマルチビーム走査装置１００の第一光学系１０Ａ、１０Ｂ近傍を拡大して示す図である。また、図７は、第三実施形態のマルチビーム走査装置１００において、第一光学系１０Ａの光源部１をシフトした状態を示す図である。

第三実施形態のマルチビーム走査装置１００は、第二実施形態に基づき、収束レンズが角倍率変更光学系のパワーの一部を負担している構成である。具体的には、図６や図７に示すように、収束レンズ３’は、光源部１から入射する非平行のレーザー光を平行光ではなく、収束光（収束レンズと角倍率変更光学系との間で一度実像を結ぶような光束）に変換している。つまり収束レンズ３’は、後段に配設される角倍率変更光学系９１’のパワーの一部を負担するように設計されている。それ以外の構成は、第二実施形態と同様である。

図６、図７に示すように、第三実施形態のような構成であっても、第一光学系１０Ａ、１０Ｂを構成する各部材を上述した通りに配置、構成することにより、上記の他の実施形態と同様の効果を奏することができる。

図８は第四実施形態のマルチビーム走査装置１００の第一光学系１０Ａ、１０Ｂ近傍を拡大して示す図である。また、図９は、第四実施形態のマルチビーム走査装置１００において、第一光学系１０Ａの光源部１をシフトした状態を示す図である。

第四実施形態のマルチビーム走査装置１００は、第一光学系１０Ａと偏向面４ａの間に、各光源部１の配置間隔（角度間隔）を拡大するため、角倍率変更光学系９２が配設されている。しかし、角倍率変更光学系９２の角倍率が＋１／２である点が第二、第三実施形態とは異なる。また、角倍率変更光学系９２透過後のレーザー光が所定の角倍率を持つために、収束レンズを２枚構成（３１、３２）としている。詳しくは、収束レンズ３１は、第一実施形態における収束レンズ３と同様に、光源部１から入射する非平行のレーザー光を平行光に変換するパワーを有する。収束レンズ３２は、入射する平行光を所定の収束傾向を持つ収束光に変換する正のパワーを持つ。つまり、視点を変えると、収束レンズ３２はあたかも角倍率変更光学系９２のパワーの一部を負担するようなレンズであるとも言える。

図８、図９に示すように、第四実施形態では、倍率が異なる角倍率変更光学系９２を配設し、該光学系９２に対応するように設計された収束レンズ３１、３２を構成している。そして、第一光学系１０Ａ、１０Ｂを構成する各部材を上述した通りに配置、構成することにより、上記の各実施形態と同様の効果を奏することができる。

図１０は第五実施形態のマルチビーム走査装置１００の第一光学系１０Ａ、１０Ｂ近傍を拡大して示す図である。また、図１１は、第五実施形態のマルチビーム走査装置１００において、第一光学系１０Ａの光源部１をシフトした状態を示す図である。

第五実施形態のマルチビーム走査装置１００は、第四実施形態の構成における収束レンズ３１、３２を単レンズ３３に置換している。それ以外の構成は第四実施形態と同様である。

以上説明した第一実施形態から第五実施形態のマルチビーム走査装置１００に対応する具体的実施例１〜５の数値構成を表１〜表５に示す。

以上が本発明の実施形態である。本発明に係るマルチビーム走査装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、以下のような変形を行っても上記と同様の効果を奏する。

例えば、上記実施形態では、光源部１を機械的に平行移動させることにより、レーザー光の光路を調整し、偏向面４ａでの入射角を変化させている。本発明に係るマルチビーム走査装置は、このような構成に限定されるものではなく、光学的に光源部１から照射されるレーザー光の光路そのものを調整することも可能である。具体的には、光源部１と収束レンズ３間に、入射するレーザー光の光路を平行移動させる光路調整用光学素子を配設する。そして、該光路調整用光学素子を変位させることにより該光路を調整する。但し、レーザー光の発散度を変えると上述した特徴が活かせないため、光路調整用光学素子はパワーを持たない。このような光路調整用光学素子としては、例えば、ポロプリズムのような反射面を複数持つ光学素子が挙げられる。このような光学素子の場合、複数枚の反射面の位置を変化させることにより、入射光路を平行移動させて偏向面での入射角を変更することができる。

図１２は、光路調整用光学素子を用いたマルチビーム走査装置の変形例を示す。図１２に示す変形例では、カップリングレンズ１２と収束レンズ３間に光路調整用光学素子として互いに平行な反射面を二面持つプリズム、つまり平行四辺形プリズム１３を配置する。そして、平行四辺形プリズム１３を光源部１から照射されるレーザー光の中心軸（本文では、光源部１の射出光軸という。）周りに回転させる。図１２に示す変形例では、光源部１の射出光軸は収束レンズ３の光軸ＡＸと一致する。これによって、収束レンズ３に入射するレーザー光の光路（つまり入射光路）を該レンズ３の光軸に直交する方向に平行移動し、偏向面４ａでの入射角を変化させることができる。図１２では、回転後の平行四辺形プリズム１３’および光路を破線で示す。本変形例では、入射光路は、平行四辺形プリズム１３（１３’）〜収束レンズ３間の光路として定義される。

なお、平行四辺形プリズム１３を回転させた場合には、スクリーンＳ上において主走査方向にも微少なずれが生じることがある。しかし、該主走査方向のずれは、レーザー光の変調タイミングを調整することにより対応することができるため、何ら問題にはならない。

光路調整用光学素子として、他にも例えば平行平面板を採用することができる。図１３（Ａ）、（Ｂ）は、光路調整用光学素子として平行平面板１４を用いたマルチビーム走査装置の他の変形例を示す。詳しくは、図１３（Ａ）は、平行平面板１４によっての位置調整される前の第一光学系１０Ａ近傍を示す副走査断面図である。また、図１３（Ｂ）は、平行平面板１４によっての位置調整された後の第一光学系１０Ａ近傍を示す副走査断面図である。図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本変形例では、平行平面板１４を副走査断面に直交する軸（つまり主走査方向に延出する軸）周りに回転（図１３（Ｂ）矢印線参照）させることにより、光源部１から射出されたレーザー光の光路を調整することができる。

さらに、図１４は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す他の変形例における第一光学系１０Ａ近傍を示す主走査断面図である。光路調整用光学素子（ここでは平行平面板１４）を使用する場合、以下の点に留意する必要がある。すなわち、該光路調整用光学素子における光源部１に対向する面（入射側端面）を光源部１の射出光軸（ここでは収束レンズ３の光軸ＡＸ）に対して略直交するように配設すると、再帰反射によって光源部１への戻り光が生じるおそれがある。該戻り光は、光源部１の性能劣化を招く一因となりかねないため、有効に防止する必要がある。そこで、図１４に示すように、主走査断面において、光路調整用光学素子である平行平面板１４は、入射側端面が射出光軸に対して常に傾くように配設される。ここで、常に、とは、光路調整用光学素子を光路調整のために回転させたとしても該素子の入射側端面は決して射出光軸と直交しないことを意味する。このように配置、構成することにより、入射側端面で反射した光は、光源部１へは戻らず、性能劣化も有効に防止される。

以上の各実施形態および変形例においては、偏向面４ａでのレーザー光の入射位置を変動させること無く偏向面４ａでの該レーザー光の入射角を調整する構成について説明した。しかし実際には、かかる入射角の調整を行う前段階としてレーザー光を偏向面４ａ上の規定位置に入射させるため、該レーザー光の入射位置を調整する必要がある。入射位置を調整するためには、一般に、カップリングレンズを光源の光軸に対してシフトさせたり光源部自体を傾けたりして、光源部から射出されるレーザー光の射出角を調整する。なお、前者の（カップリングレンズのシフトによる）調整方法は、カップリングレンズのシフト量に対するレーザー光の入射位置変動が大きいため、調整が難しいといった問題がある。そのため、前者の調整方法より後者の（光源部を傾けることによる）調整方法が採用されることが多い。ところが、本発明に係るマルチビーム走査装置において後者の調整方法を採用した場合、以下の問題が生じる。

すなわち、本発明に係るマルチビーム走査装置において後者の調整方法を採用した場合には、光源部１から収束光または発散光が射出されることから、光源部１を傾けたことによる光源部１の光軸方向の変位によってレーザー光のピント位置が本来の位置（例えば偏向面４ａ）からずれてしまう。かかるピントの位置ズレを発生させないためには、光源部１を傾けつつも光源部１と本来のピント位置との距離を一定に保つことができる複雑な調整機構を設ける必要がある。しかし、複雑な調整機構は、マルチビーム走査装置１００をコストアップ等させるため、好ましくない。そこで、本出願人は、以下に説明する別の変形例のマルチビーム走査装置１００の構成を採用することにより、マルチビーム走査装置１００をコストアップ等させること無くレーザー光の入射位置調整を高精度に行うことができるようにしている。

図１５は、別の変形例のマルチビーム走査装置１００の第一光学系１０Ａ、１０Ｂ近傍を拡大して示す図である。また、図１６（Ａ）および（Ｂ）は、別の変形例のマルチビーム走査装置１００の光源部１を示す図である。

図１５に示すように、別の変形例のマルチビーム走査装置１００は、第二実施形態の構成における光源部１を光源部１’に置換している。それ以外の構成は第二実施形態と同様である。

光源部１’は、光源１１、第一カップリングレンズ１２１、第二カップリングレンズ１２２、および角度調整部８’を有している。このように別の変形例においては、本来単レンズである光源部内のカップリングレンズを複数枚（ここでは二枚）のレンズに分けた構成が採用されている。第二カップリングレンズ１２２は、第一カップリングレンズ１２１より弱いパワーを有している。詳しくは、各カップリングレンズは、第一カップリングレンズ１２１のパワーをＰ１と定義し、第二カップリングレンズのパワーをＰ２と定義した場合に、次の式
Ｐ１＞１０・｜Ｐ２｜
を満たすように設計されている。

角度調整部８’は、副走査断面内において、第二カップリングレンズ１２２を光源部１’の光軸と直交する方向にシフトさせる。図１６（Ａ）は、第二カップリングレンズ１２２をシフトさせる前の図であり、図１６（Ｂ）は、第二カップリングレンズ１２２をシフトさせた後の図である。図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、光源部１’から射出されるレーザー光の射出角は、第二カップリングレンズ１２２を第一カップリングレンズ１２１に対してシフトさせることによって変化する。かかる射出角を、第二カップリングレンズ１２２をシフトさせて調整することにより、偏向面４ａでのレーザー光の入射位置が調整される。

別の変形例における調整方法を採用した場合、光源部１’自体を傾ける必要がないため（別の表現によれば、光源１１の位置を変えること無く第二カップリングレンズ１２２を光源部１’の光軸と直交する方向にシフトさせるだけであるため）、光源部１’と偏向面４ａとの距離が一定に保たれる。そのため、レーザー光のピントの位置ズレは発生しない。また、パワーの弱い第二カップリングレンズ１２２をシフトさせる構成であるため、かかるシフト量に対する射出角の変動が小さい。したがって、偏向面４ａでのレーザー光の入射位置を微調整でき、高精度な入射位置調整が実現される。

なお、第二カップリングレンズ１２２シフト時に第一カップリングレンズ１２１から射出されたレーザー光を該第二カップリングレンズ１２２に確実に入射させるため、第二カップリングレンズ１２２の直径は、第一カップリングレンズ１２１の直径よりも大きい。具体的には、第二カップリングレンズ１２２、第一カップリングレンズ１２１の直径はそれぞれ、８ｍｍ、６ｍｍである。また、各カップリングレンズの概略的な諸元（焦点距離、倍率）は、次の通りである。すなわち、第一カップリングレンズ１２１の焦点距離、倍率はそれぞれ、１０ｍｍ、０．０８８倍であり、第二カップリングレンズ１２２の焦点距離、倍率はそれぞれ、−１００ｍｍ、−２．１９２倍である。第一カップリングレンズ１２１および第二カップリングレンズ１２２全体としては、−０．１９２倍の倍率を有している。つまり、第一カップリングレンズ１２１および第二カップリングレンズ１２２全体としては、やや発散傾向にあるレーザー光を射出する。さらに別の変形例では、第一カップリングレンズ１２１および第二カップリングレンズ１２２全体として、収束光を射出するようにしてもよい。

また、別の変形例で説明したカップリングレンズシフトによる入射位置の調整機構は、第二実施形態だけでなく他の全ての実施形態および変形例にも適用可能である。

また、上記実施形態および変形例では、マルチビーム走査装置１００はプロジェクタに搭載されると説明したが、他の画像形成装置、例えばプリンタやイメージスキャナ等にも好適に使用することができる。

また、上記実施形態および変形例では、複数の第一光学系は、副走査断面上に配設されていると説明したが、副走査断面と直交する面（主走査断面）上に配設するような変形も可能である。この場合、各レーザー光は、スクリーンにおける同一ライン上を走査することになる。つまり、この変形例では、スポット調整のための光路シフト手段は、主走査断面において入射光路を平行移動させるように構成される。すなわち、本発明に係るマルチビーム走査装置は、一走査あたりの光量をより多く得る必要がある画像形成装置等にも好適に実施される。

また、上記実施形態および変形例では、各光源部が有するカップリングレンズは何れも同じ倍率であるが、使用する光学系の像面湾曲特性等に合わせて倍率が異なるように構成されてもよい。

なお、共通光学系の一部の光学系（例えばリレーレンズ系５や角倍率変更光学系９１等）の入射瞳位置や射出瞳位置は、偏向器の偏向面と厳密に一致させる必要はない。入射瞳位置や射出瞳位置と該偏向面は、大凡一致していればマルチビーム走査装置１００の光学性能に特に影響を及ぼすことはない。

また、上記実施形態および変形例では、一つの光源（レーザー光源）が一つの開口を有する構成（１チップの光源で１ビーム）であるが、別の実施形態では、一つの光源（レーザー光源）が複数の開口を有する構成（１チップの光源でマルチビーム）であってもよい。

以上のように、本発明に係るマルチビーム走査装置によれば、副走査断面において偏向器の偏向面に集光させることができないマルチビーム走査装置であっても、各構成部材を適切な位置に配置することにより、各光源部から照射されたレーザー光が光学素子に入射するときの入射光路を平行移動させるという簡易な手段のみによって、スクリーン上に形成されるスポットの位置調整を行うことができる。しかも、本発明によれば、全てのビームを偏向面における同一位置に入射させることにより、ケラレ防止のため偏向器等を大型化する必要もない。つまり、簡素かつ小型な構成でありながら、被走査面上に形成されるスポット位置を安定して調整することができるマルチビーム走査装置が提供される。

Claims (22)

1. 非平行状態のレーザー光が射出される光源部と、前記レーザー光を平行光束に変換するコリメータレンズと、を有する第一光学系を複数組備えるとともに、
   各第一光学系の後段に配設され、各第一光学系から射出された複数のレーザー光全てが共通に入射し、該レーザー光を偏向する第一偏向器と、前記第一偏向器からリレー光学系を介して入射された各レーザ光を被走査面上で前記第一偏向器が偏向する方向と直交する方向に偏向する第二偏向器と、該レーザー光の発散度を変更する共通光学系と、を有する第二光学系と、
   前記光源部から射出されたレーザー光が前記コリメータレンズに入射するときの入射光路を、最も被走査面側に位置する偏向器がレーザー光を偏向する方向と直交する直交方向平面内において、前記コリメータレンズの光軸と直交する所定の方向に平行移動させる光路シフト手段と、を有し、
   前記共通光学系は、前記該第一偏向器の後段に配置されるリレー光学系を有し、
   前記第一偏向器に入射する全てのレーザー光は、該第一偏向器の略同一位置に入射するとともに、
   各コリメータレンズは、当該コリメータレンズの焦点距離だけ当該コリメータレンズから離れた位置で、各コリメータレンズの光軸が交差するように配設されていることを特徴とするマルチビーム走査装置。
2. 請求項１に記載のマルチビーム走査装置において、
   前記光源部は、前記レーザー光を照射する発光部と、該レーザー光の発散傾向を緩くするカップリングレンズ群とを有し、
   前記カップリングレンズ群の倍率をＭとすると、以下の条件、
   ｜１／Ｍ｜＞０．０００６
   を満たすことを特徴とするマルチビーム走査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のマルチビーム走査装置において、
   前記共通光学系の少なくとも一部の光学系は、前記第一偏向器の前段に配設され、
   該共通光学系の少なくとも一部の光学系の射出瞳は、前記第一偏向器の偏向面と略一致することを特徴とするマルチビーム走査装置。
4. 請求項３に記載のマルチビーム走査装置において、
   前記共通光学系の少なくとも一部は、角倍率変更光学系であることを特徴とするマルチビーム走査装置。
5. 請求項３または請求項４に記載のマルチビーム走査装置において、
   前記コリメータレンズは、前記共通光学系のパワーを一部負担していることを特徴とするマルチビーム走査装置。
6. 請求項１または請求項２に記載のマルチビーム走査装置において、
   前記共通光学系は全て、前記第一偏向器より後段に配設され、
   該共通光学系の入射瞳は、前記第一偏向器の偏向面と一致することを特徴とするマルチビーム走査装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のマルチビーム走査装置において、
   前記光路シフト手段は、前記光源部を前記所定の方向にシフトすることにより前記入射光路を平行移動させることを特徴とするマルチビーム走査装置。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のマルチビーム走査装置において、
   前記光路シフト手段は、前記光源部と前記コリメータレンズとの間にパワーを持たない光路調整用光学素子を有し、該光路調整用光学素子を変位させることにより、前記入射光路を平行移動させることを特徴とするマルチビーム走査装置。
9. 請求項８に記載のマルチビーム走査装置において、
   前記光路調整用光学素子は複数の反射面を有し、各反射面の相対位置を変化させることにより前記入射光路を平行移動させることを特徴とするマルチビーム走査装置。
10. 請求項８に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記光路調整用光学素子は、前記互いに平行な反射面を二面持つプリズムであり、
    前記光源部の射出光軸を回転軸として前記プリズムを回転させることにより、各反射面の位置を変化させることを特徴とするマルチビーム走査装置。
11. 請求項８に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記光路調整用光学素子は、平行平面板であり、前記平行平面板を前記光源部の射出光軸に対して垂直な軸回りに回転することにより、前記入射光路を平行移動させることを特徴とするマルチビーム走査装置。
12. 請求項１０または請求項１１に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記光源部から射出されるレーザー光が入射する前記光路調整用光学素子の入射面は、前記光源部の射出光軸に対して常に傾くように配置されていることを特徴とするマルチビーム走査装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載のマルチビーム走査装置において、
    前記共通光学系は、前記第一偏向器から射出された各レーザー光を被走査面上で等速走査するための走査光学系をさらに有することを特徴とするマルチビーム走査装置。
14. 請求項１３に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記第二光学系は、前記走査光学系と前記第一偏向器の間に配設され、
    前記被走査面は前記走査光学系に対して不動であることを特徴とするマルチビーム走査装置。
15. 請求項１から請求項１４の何れかに記載のマルチビーム走査装置において、
    前記直交方向平面内において、前記光源部から射出されるレーザー光の射出角を調整する射出角調整手段をさらに有することを特徴とするマルチビーム走査装置。
16. 請求項１５に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記射出角調整手段は、
    前記光源部が有するカップリングレンズ群と、
    前記直交方向平面内において、前記カップリングレンズ群の各カップリングレンズを前記光源部の光軸と直交する方向に相対的にシフトさせるカップリングレンズシフト手段と、
    を有することを特徴とするマルチビーム走査装置。
17. 請求項１６に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記カップリングレンズ群は、第一カップリングレンズと、該第一カップリングレンズより弱いパワーを有する第二カップリングレンズと、を有し、
    前記カップリングレンズシフト手段は、前記直交方向平面内において、前記第二カップリングレンズを前記第一カップリングレンズに対して前記光源部の光軸と直交する方向にシフトさせることを特徴とするマルチビーム走査装置。
18. 請求項１７に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記第一カップリングレンズのパワーをＰ１と定義し、前記第二カップリングレンズのパワーをＰ２と定義した場合に、次の式
    Ｐ１＞１０・｜Ｐ２｜
    を満たすことを特徴とするマルチビーム走査装置。
19. 請求項１７または請求項１８に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記第二カップリングレンズの直径が前記第一カップリングレンズの直径より大きいことを特徴とするマルチビーム走査装置。
20. 非平行状態のレーザー光を射出する複数の光源部と、
    前記複数の光源部から射出された各レーザー光を平行光束に変換する複数のコリメートレンズであって、互いの光軸が該コリメートレンズから該コリメートレンズの焦点距離だけ離れた所定位置で交差するように配置された複数のコリメートレンズと、
    前記複数のコリメートレンズの後段に配置され、各コリメートレンズから射出された複数のレーザー光全てが共通に入射し、前記平行光束に変換された各レーザー光を被走査面上で副走査方向に走査されるように偏向する第一偏向器と、
    前記第一偏向器の後段に配置され、入射瞳が前記所定位置と略一致するように配置されたリレー光学系と、
    前記第一偏向器から前記リレー光学系を介して入射された各レーザー光を前記被走査面上で主走査方向に走査されるように偏向する第二偏向器と、
    少なくとも一つの前記光源部からのレーザー光の光路を変更することにより、前記第二偏向器を介して前記被走査面上に入射された当該レーザー光が該被走査面上で形成するスポット位置を前記副走査方向に平行移動させるビーム位置調整手段と、を有し、
    前記第一偏向器に入射する全てのレーザー光は、該第一偏向器の略同一位置に入射することを特徴としたマルチビーム走査装置。
21. 請求項２０に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記所定位置が前記第一偏向器の偏向面上であることを特徴とするマルチビーム走査装置。
22. 請求項２１に記載のマルチビーム走査装置において、
    前記ビーム位置調整手段は、少なくとも一つの前記光源部を、該少なくとも一つの前記光源部の光軸と直交する方向に平行移動させる移動機構を有することを特徴とするマルチビーム走査装置。
    
    

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