JPH0713092A - 走査結像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光源としてマルチビームレーザを用いた場合で
も、結像面全体に亘つてむらの無い結像スポツトを形成
することができる走査結像装置を提案する。 【構成】マルチビーム光源２から射出したレーザ光Ｌ１
を、それぞれ単数又は複数のレンズにより構成される第
１、第２及び第３のレンズ群１１、１２及び１３、並び
に走査ミラー５を順次介した後、走査ミラー５の反射光
を結像面６上に直接照射して走査する走査結像装置１０
において、第２のレンズ群１２を、走査ミラー５の回転
動作に応じて第１のレンズ群１１及び第３のレンズ群１
３の間を移動させるようにしたことにより、主走査方向
におけるレーザスポツトの倍率をほぼ一定の値に保持す
ることができ、かくして結像面全体に亘つてむらの無い
結像スポツトを形成し得る走査結像装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１、図５、図１０、図１
２及び図１３） 作用（図１） 実施例 （１）第１実施例（図１〜図４） （２）第２実施例（図５〜図９） （３）第３実施例（図１０及び図１１） （４）第４実施例（図１２） （５）第５実施例（図１３〜図１８） （６）他の実施例（図１９） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は走査結像装置において、
例えばマルチビームレーザプリンタに用いられる走査結
像装置に適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、レーザプリンタに用いられる走査
結像装置としては、光源としてシングルビームレーザを
用いると共に、走査ミラーと結像面との間にｆθレンズ
を配置し、走査ミラーを回転駆動することにより結像面
上にレーザビームを走査結像するようになされたものが
ある。

【０００４】これに対して光源としてマルチビームレー
ザを用い、結像面上に１列に並んだ結像スポツト列を形
成し、当該結像スポツト列を走査ミラーの回転によつて
主走査方向に走査するマルチビームレーザプリンタが提
案されている。これによりマルチビームレーザプリンタ
においては、光源としてシングルレーザを用いた場合に
比してプリント速度を格段に向上し得るようになされて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、光源として
マルチビームレーザを用いた場合には、ｆθレンズの性
質上、結像スポツト列が主走査方向に走査された際、結
像位置に応じて結像スポツト列の長さが異なり、走査線
にむらが生じる問題がある。

【０００６】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、光源としてマルチビームレーザを用いた場合でも、
結像面全体に亘つてむらの無い結像スポツトを形成する
ことができる走査結像装置を提案しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、マルチビーム光源２から射出した
複数のレーザ光Ｌ１を単数又は複数のレンズ３、４及び
走査ミラー５を順次介した後、走査ミラー５の反射光Ｌ
１を結像面６上に直接照射して走査する走査結像装置１
において、走査ミラー５と結像面６との距離を、次の式
で与えられる範囲内に選定するようにする。

【数２】 ここでＥは走査ミラー５と結像面６との距離を表し、ω
_e は結像面６上における結像スポツト径を表し、ξは結
像スポツト径の許容誤差を表し、λはレンズ光Ｌ１の波
長を表し、Ｌは走査幅を表わす。

【０００８】また本発明においては、マルチビーム光源
２から射出した複数のレーザ光Ｌ１を、それぞれ単数又
は複数のレンズにより構成される第１、第２及び第３の
レンズ群１１、１２及び１３、並びに走査ミラー５を順
次介した後、走査ミラー５の反射光Ｌ１を結像面６上に
直接照射して走査する走査結像装置１０において、第２
のレンズ群１２を、走査ミラー５の回転動作に応じて、
第１のレンズ群１１及び第３のレンズ群１３の間を移動
させるようにする。

【０００９】また本発明においては、マルチビーム光源
２から射出した複数のレーザ光Ｌ１を、それぞれ単数又
は複数のレンズにより構成される第１及び第２のレンズ
群２１及び２２、並びに走査ミラー５を順次介した後、
走査ミラー５の反射光Ｌ１を結像面６上に直接照射して
走査する走査結像装置２０において、第２のレンズ群２
２を、走査ミラー５の回転動作に応じて、第１のレンズ
群２１及び走査ミラー５の間を移動させるようにする。

【００１０】また本発明においては、マルチビーム光源
２から射出した複数のレーザ光Ｌ１をレンズ１１、１
２、１３及び走査ミラー５を順次介した後、走査ミラー
５の反射光Ｌ１を結像面６上に直接照射して走査する走
査結像装置３０において、走査ミラー５を、結像面６上
の走査ラインを底辺とする二等辺三角形の底辺に対向す
る頂点位置から上記走査ラインと平行な方向に所定距離
ずらして配置するようにする。

【００１１】さらに本発明においては、マルチビーム光
源２から射出した複数のレーザ光Ｌ１を複数のレンズ４
１、４２、及び走査ミラー５を順次介した後、走査ミラ
ー５の反射光Ｌ１を結像面６上に直接照射して走査する
走査結像装置４０において、複数のレンズ４１、４２
を、走査ミラー５の回転動作に応じて、それぞれ独立に
マルチビーム光源２及び走査ミラー５に接近及び離間す
る方向に移動させるようにする。

【００１２】

【作用】マルチビーム光源２から射出した複数のレーザ
光Ｌ１を単数又は複数のレンズ３、４及び走査ミラー５
を順次介した後、走査ミラー５の反射光Ｌ１を結像面６
上に直接照射して走査する走査結像装置１において、走
査ミラー５と結像面６との距離が、次式、

【数２】を満足するように選定すれば、主走査方向にお
けるスポツト径の変化を許容誤差範囲内に収めることが
でき、かくして結像面６全体に亘つてむらの無い結像ス
ポツト列ＳＬを形成することができる。

【００１３】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１４】（１）第１実施例 図１において、１は全体として走査結像装置を示し、マ
ルチビーム光源２から射出したレーザ光Ｌ１を第１のレ
ンズ３及び第２のレンズ４を介して走査ミラー５に照射
すると共に、当該走査ミラー５を矢印で示す方向に回転
させることにより、レーザ光Ｌ１を結像面６上に走査結
像させるようになされている。

【００１５】すなわち図２に示すように、走査結像装置
１においては、結像面６の縦方向と平行に配列された複
数のレーザビームでなるマルチビーム光源２から複数の
レーザ光Ｌ１を射出し、当該レーザ光Ｌ１を第１及び第
２のレンズ３及び４、並びに矢印の方向に回転する走査
ミラー５を介して結像面６に照射することにより、結像
面６上に結像面６の縦方向に１列に並ぶような結像スポ
ツト列ＳＬ（ＳＬ_Q 、ＳＬ_S 、ＳＬ_R ）を形成するよう
になされている。

【００１６】このように走査結像装置１は走査ミラー５
を回転させることによつて、結像面６の縦方向に配列し
た結像スポツト列ＳＬが位置Ｑから位置Ｒ方向に移動す
るように、すなわち結像面６の横方向に移動するように
走査する。このとき図１に示すように、第２のレンズ４
から結像面６までのレーザ光Ｌ１の光路長は、最大で線
分ＰＳと線分ＰＲの長さの差ｅだけ変化する。

【００１７】ここでレーザ光Ｌ１の光路に着目して示す
図３において、マルチビーム光源２と第１のレンズ３と
の距離をｄ₁ 、第１のレンズ３と第２のレンズ４との距
離をｄ₂ 、第２のレンズ４から結像スポツトまでの距離
をｄ₃ とすると共に、第１のレンズ３の焦点距離を
ｆ₁ 、第２のレンズ４の焦点距離をｆ₂ とすると、結像
スポツト列ＳＬの長さｙとマルチビーム光源２のビーム
列の長さｘの比、すなわち光学系の倍率は、次式、

【数３】 と表わすことができる。

【００１８】因に図３においては、説明の便宜上、マル
チビーム光源２を第１及び第２のレンズ３及び４の光軸
に対して垂直に立てるように配置して示したが、マルチ
ビーム光源２を光軸にまたがつて配置した場合、または
光軸から離れて配置した場合にも、同様に扱うことがで
きる。

【００１９】ここで結像スポツト列ＳＬが図１における
位置Ｔにある場合には、第２のレンズ４から走査ミラー
５までの距離をＦ、走査ミラー５から結像面６の位置Ｓ
までの距離をＥ、走査ミラー５を中心として位置Ｓから
位置Ｔまでの角度をθとすると、第２のレンズ４から結
像スポツト列ＳＬまでの距離ｄ₃ はｄ₃ ＝Ｅ／ cosθ＋
Ｆである。

【００２０】従つて、倍率ｙ／ｘを一定とするために
は、（１）式における〔 〕内を０とする必要がある。
すなわち、次式

【数４】 とする必要がある。走査結像装置１においては、第１の
レンズ３の焦点距離ｆ₁ 、第２のレンズの焦点距離
ｆ₂ 、第１のレンズ３及び第２のレンズ４の距離ｄ₂ が
（２）式を満足するように選定され、これにより結像ス
ポツト列ＳＬが走査面６上を走査した際、走査位置に応
じて結像倍率が変化しないようになされている。

【００２１】次に、結像面６上に形成されるスポツト径
の許容誤差について考える。レーザ光Ｌ１のスポツト径
を示す図４において、レーザを最も絞つたビームウエス
トの位置をＡ、ビームウエスト位置Ａにおけるスポツト
径をω_C 、レーザの波長をλとすると、ビームウエスト
位置Ａから距離ｚだけ離れた位置Ｂ又はＢ´におけるス
ポツト径ωは、次式、

【数５】 と表わすことができる。

【００２２】ここで基準となるスポツト径をω_e 、その
許容誤差を±ξとし、大小の許容限界をそれぞれω、ω
_C とすると、ω＝ω_e （１＋ξ）、ω_C ＝ω_e （１−
ξ）より、次式、

【数６】 を得ることができる。これにより（３）式と（４）式よ
り、スポツト径の許容誤差ξとビームウエスト位置Ａか
ら所定のレーザスポツト位置Ｂまでの距離ｚの関係は、
次式、

【数７】 と表わすことができる。

【００２３】結局、図１における位置Ｓ、Ｒ、及びＱ
を、それぞれ、図４における位置Ｂ及びＢ´の内側に合
わせれば、結像面６におけるスポツト径を許容誤差範囲
内に収めることができる。すなわち、線分ＰＳと線分Ｐ
Ｒの長さの差ｅが、次式、

【数８】 の条件を満足すれば、結像面６におけるスポツト径を許
容誤差範囲内に収めることができる。

【００２４】（６）式より、全走査幅Ｌ、基準となるス
ポツト径ω_e 及びその許容誤差ξが与えられたとき、走
査ミラー５と結像面６との距離Ｅが、次式、

【数９】 但し、

【数１０】 を満足するように走査ミラー５と結像面６との距離Ｅを
設定すれば、結像面６上における結像スポツト列ＳＬ
（ＳＬ_Q 、ＳＬ_S 、ＳＬ_R ）の長さを許容範囲内で一定
に保持することができる。従つて走査結像装置１におい
ては、走査ミラー５と結像面６との距離Ｅが（７）式及
び（８）式を満足するように配置されている。

【００２５】因に、（６）式及び（７）式において、ξ
＝0.05、λ＝830 〔nm〕、ω_e ＝63.5〔μm 〕、Ｌ＝21
0 〔mm〕のとき、Ｚ＝6.369 〔mm〕となり、従つて走査
ミラー５から結像面６までの距離Ｅの最小値は 426.4
〔mm〕となる。

【００２６】以上の構成によれば、走査ミラー５と結像
面との距離Ｅを（７）式及び（８）式を満足するように
設定したことにより、結像面６上における結像スポツト
列ＳＬ（ＳＬ_Q 、ＳＬ_S 、ＳＬ_R ）の長さを一定に保持
することができ、かくして結像面６全体に亘つてむらの
無い結像スポツトＳＬを形成することができる走査結像
装置１を実現することができる。

【００２７】（２）第２実施例 図１及び図２との対応部分に同一符号を付して示す図５
及び図６において、走査結像装置１０はマルチビーム光
源２から射出したレーザビームＬ１を、第１のレンズ１
１、第２のレンズ１２及び第３のレンズ１３を介して走
査ミラー５に照射し、当該レーザビームＬ１を走査ミラ
ー５の回転によつて、結像面６上に走査結像するように
なされている。

【００２８】走査結像装置１０においては、第２のレン
ズ１２を走査ミラー５の回転動作に連動するように第１
及び第３のレンズ１１及び１３間を矢印Ｂ方向又はこれ
とは逆方向に移動することにより、レーザビームＬ１が
位置Ｑから位置Ｒに走査された際、結像スポツト列ＳＬ
（ＳＬ_Q 、ＳＬ_S 、ＳＬ_R ）の長さを一定に保ちながら
結像するようになされている。

【００２９】ここでレーザ光Ｌ１の光路に着目して示す
図７において、第１〜第３のレンズ１１〜１３の物体側
主点から物点までの距離をそれぞれｃ、ａ及びｂとし、
第１〜第３のレンズ１１〜１３の像側主点から像点まで
の距離をそれぞれｃ´、ａ´、ｂ´とし（但し、レンズ
１１〜１３に対して物点、像点が結像面６側にある場合
を正、マルチビーム光源２側にある場合を負にとる）、
第１〜第３のレンズ１１〜１３の焦点距離をそれぞれｆ
_C 、ｆ₁ 、ｆ₂ とし、第２のレンズ１２の像側主点から
第３のレンズ１３の物体側主点までの距離をΔとし、第
１のレンズ１１の像点から第３のレンズ１３の物体側主
点までの距離をＰとすると、第１のレンズ１１における
物点と像点の関係式は、次式、

【数１１】 と表わすことができ、第２のレンズ１２における物点と
像点の関係式は、次式、

【数１２】 と表わすことができ、第３のレンズ１３における物点と
像点の関係式は、次式、

【数１３】 と表わすことができ、第２のレンズ１２と第３のレンズ
１３には、次式、

【数１４】 の関係式が成り立つ。

【００３０】また全光学系の倍率をβとすると、倍率β
は、次式、

【数１５】 と表わすことができる。また図５を見るとわかるよう
に、走査ミラー５から結像面６までの最短距離をＥ、第
３のレンズ１３から走査ミラー５までの距離をＦ、走査
ミラー５の走査角をθとすると、第３のレンズ１３から
結像面６までの距離ｂ´は、次式、

【数１６】 と表わすことができる。

【００３１】ここで走査結像装置１０においては、第３
のレンズ１３から結像面６までの距離ｂ´の変化に対し
て、第２のレンズ１２を走査ミラー５の回転に合わせて
矢印Ｂ又はこれとは逆方向に動かすことにより、結像倍
率βを一定にするようになされている。

【００３２】ここで走査結像装置１０においては、第１
のレンズ１１が固定されていることにより、当該第１の
レンズ１１の像点（第２のレンズ１２の物点）は定点と
なる。すなわち、ｃ及びｃ´は一定となる。従つて、新
たに第１のレンズ１１を除いた倍率をβ´とし、この倍
率β´を一定にすることを考える。

【００３３】ここで第１のレンズ１１の倍率β_C 、第１
のレンズ１１を除いた光学系の倍率β´及び全光学系の
倍率βは、それぞれ次式、

【数１７】

【数１８】

【数１９】 と表わすことができる。

【００３４】（10）式〜（12）式及び（16）式により、
パラメータＰ及びｂ´はそれぞれ、ａ、ｆ₁ 、ｆ₂ 及び
βを用いて、次式、

【数２０】

【数２１】 と表わすことができる。このとき倍率β´が一定という
条件の下で、（18）式により、ｄＰ／ｄａは、次式、

【数２２】 と表わすことができる。

【００３５】ここで倍率β´が一定という条件の下で、
第２のレンズ１２を微小量動かしたときに、第３のレン
ズ１３が固定されていることを考えると、ｄＰ／ｄａ＝
０であることにより、（20) 式は、次式、

【数２３】 となる。また（19）式及び（21）式より、次式、

【数２４】

【数２５】 を得ることができる。

【００３６】これにより、走査結像装置１０において
は、（23）式及び（14）式により、走査ミラー５の走査
角θに対して第２のレンズ１２を、次式、

【数２６】 を満足するように矢印Ｂ又はこれとは逆方向に移動する
ことにより、結像面６上に倍率のほぼ等しい結像スポツ
トを形成し得、かくして結像面６上における結像スポツ
ト列ＳＬ（ＳＬ_Q 、ＳＬ_S 、ＳＬ_R ）の長さを一定に保
持することができるようになされている。

【００３７】このように、走査結像装置１０において
は、以下の順序で各パラメータを設定するようになされ
ている。すなわち、先ず全光学系の倍率βが与えられる
と、これを適当に第１のレンズ１１の倍率β_C と当該第
１のレンズ１１を除いた光学系の倍率β´とに振り分け
る。

【００３８】次に第３のレンズ１３から結像面６までの
距離ｂ´及び倍率β´が与えられると、（22）式によ
り、第２及び第３のレンズ１２及び１３の焦点距離ｆ₁
及びｆ₂ が得られ、その値を（23）式に代入することに
より、第２のレンズ１２から第２のレンズ１２の物点ま
での距離ａの代表値を得ることができる。この代表値ａ
を（18）式に代入することにより、第２のレンズ１２の
物点から第３のレンズ１３までの距離Ｐが求められ、か
くして第２及び第３のレンズ１２及び１３の位置関係を
得ることができる。

【００３９】これにより走査結像装置１０においては、
この位置関係を満足するように第２のレンズ１２を矢印
Ｂの方向又はこれとは逆方向に移動することにより、結
像面６上にむらの無い結像スポツトを形成することがで
きるようになされている。

【００４０】以上の構成において、走査結像装置１０を
用いたＡ４用紙の短辺方向への走査について考える。Ａ
４用紙の短辺（＝ＱＲ）を 210〔mm〕、Ｅ＝ 300〔mm〕
とすると、図５においてθ_A ＝19.29 〔°〕、ｅ＝ 17.
84〔mm〕となる。ここでＦ＝50〔mm〕とし、ｂ´を 350
〔mm〕〜367.84〔mm〕の間で変化させるように第２のレ
ンズ１２を移動する。ここでマルチビーム光源２のビー
ム間隔をｉ、結像面６上における結像スポツト間隔をｊ
とすると、光学系全体の倍率の絶対値｜β｜は、次式、

【数２７】 と表わすことができる。

【００４１】従つて、マルチビーム光源２として10〔μ
m 〕ピツチのビーム列を用い、結像面６上に400DPIすな
わち63.5〔μm 〕ピツチの結像スポツト列を形成する場
合には、｜β｜＝6.35になる。

【００４２】因にシミユレーシヨンによれば、光学系全
体の倍率βを6.35に選定すると共に、第１のレンズ１１
の倍率β_C をそれぞれ 2.0、1.0 、0.67、0.5 に選定す
ると、第２のレンズ１２を動した場合の各光学距離の
値、第１のレンズ１１を除いた倍率β´、及びその目標
値からの誤差は、図８に示すようになる。

【００４３】また光学系全体の倍率βを−6.35に選定す
ると共に、第１のレンズ１１の倍率β_C をそれぞれ 2.
0、1.0 、0.67、0.5 に選定すると、第２のレンズ１２
を動かした場合の各光学距離の値、第１のレンズ１１を
除いた倍率β´、及びその目標値からの誤差は、図９に
示すようになる。これらのシミユレーシヨンによれば、
倍率の誤差は0.01〔％〕内に収まり、これにより走査結
像装置１０は結像面６上にレーザスポツトを走査した際
に、当該レーザスポツトの倍率を実用上一定にすること
ができることが分かる。また第２のレンズ１２の動きの
幅は、図９の（１）の条件の下でほぼ 1.9〔mm〕、同じ
く（２）の条件の下でほぼ 0.5〔mm〕、（３）の条件の
下でほぼ 0.2〔mm〕、（４）の条件の下でほぼ 0.1〔m
m〕となつており、従つてｂ´の動きに対して微小であ
ることが分かる。

【００４４】これに加えて、走査結像装置１０において
は、第１のレンズ１１がマルチビーム光源２に対して、
第２のレンズ１２が第１のレンズ１１に対して、第３の
レンズ１３が第２のレンズ１２に対して、それぞれ結像
面６側になければならない条件が必要となる。すなわ
ち、この条件としては、ｃ＜０、ｃ´−ａ＞０、Δ＝ａ
´−ｂ＞０が必要となる。従つて走査結像装置１０にお
いては、これらの条件を満足するように光学系を設定す
るようになされている。この結果、例えば図９の（１）
の条件の場合には、Δ＝ａ´−ｂ＞０の条件を満足しな
いことにより、走査結像装置１０の結像光学系として適
当でないことが分かる。

【００４５】以上の構成によれば、マルチビーム光源２
と走査ミラー５との間に第１〜第３のレンズ１１〜１３
を配置すると共に、走査ミラー５の回転動作に応じて第
２のレンズ１２を矢印Ｂ方向又はこれとは逆方向に移動
するようにしたことにより、レーザスポツトの倍率をほ
ぼ一定の値に保持した状態でレーザスポツトを走査する
ことができ、かくしてむらの無い結像スポツトを形成し
得る走査結像装置１０を実現することができる。

【００４６】（３）第３実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図１０におい
て、走査結像装置２０は、第２のレンズ２２をミラー５
の回転動作に連動するように第１のレンズ２１及び走査
ミラー５間を矢印Ｃ方向又はこれとは逆方向に移動する
ことにより、レーザビームＬ１が位置Ｑから位置Ｒに走
査された際、結像スポツト列ＳＬ（図１）の長さをほぼ
一定に保ちながら結像するようになされている。

【００４７】ここで第１のレンズ２１を固定し、第２の
レンズ２２を矢印Ｃ方向又はこれとは逆方向に移動する
場合、第１のレンズ２１の像点位置は固定である（すな
わち、第１のレンズ２１の倍率は一定である）ので、全
光学系の倍率は第２のレンズ２２の倍率で決まる。

【００４８】このとき走査結像装置２０においては、第
２のレンズ２２を動かしてその像点を長さｅだけ変化さ
せるのであるから、通常の場合、倍率の変化の度合は許
容範囲に収まりきらない。そこで走査結像装置２０にお
いては、図１１に示すように、第１のレンズ２１の焦点
位置にマルチビーム光源２を配置するようになされてい
る。これにより走査結像装置２０においては、第１のレ
ンズ２１の像点が無限遠となることにより、第２のレン
ズ２２の焦点位置が結像位置となる。

【００４９】この結果第１及び第２のレンズ２１及び２
２の焦点距離をそれぞれｆ₁ 及びｆ₂ 、第１のレンズ２
１の焦点位置から第２のレンズ２２までの距離をｄとす
ると、全光学系の結像倍率βは、次式、

【数２８】 と表わすことができる。

【００５０】このように走査結像装置２０においては、
第１のレンズ２１の焦点位置にマルチビーム光源２を配
置するようにしたことにより、全光学系の倍率βが第１
のレンズ２１の焦点位置から第２のレンズ２２までの距
離ｄに依存しないようになされている。

【００５１】かくして、走査結像装置２０においては、
走査ミラー５によつて結像スポツトを走査した際、走査
ミラー５と結像スポツトとの距離の変化分だけ第２のレ
ンズ２２を矢印Ｃ又はこれとは逆方向に移動するように
したことにより、結像倍率βを一定の値に保持し得、こ
れにより結像スポツト列ＳＬの長さを一定に保ちながら
走査結像することができる。

【００５２】以上の構成において、走査結像装置２０を
用いたＡ４用紙の短辺方向への走査について考える。Ａ
４の短辺（＝ＱＲ）を 210〔mm〕とし、Ｅ＝ 300〔mm〕
とすると、図１０においてｅ＝ 17.84〔mm〕となる。す
なわち第２のレンズ２２の動く距離は 17.84〔mm〕とな
る。ここでＥ＝ 300〔mm〕であると共に第２のレンズ２
２が走査ミラー５よりもマルチビーム光源２側にあるこ
とにより、第２のレンズ２２の焦点距離ｆ₂ には、次
式、

【数２９】 の条件が必要となる。

【００５３】またマルチビーム光源２として10〔μm 〕
ピツチのビーム列を用い、結像面６上に400DPIすなわち
63.5〔μm 〕ピツチの結像スポツト列ＳＬを形成する場
合には、全光学系の倍率の絶対値｜β｜は（25）式より
6.35となる。従つて倍率β＝−6.35とすると、第２のレ
ンズ２２の焦点距離ｆ₂ は第１のレンズ２１の焦点距離
ｆ₁ に対して、ｆ₂ ＝6.35ｆ₁ とすればよいことが分か
る。

【００５４】以上の構成によれば、第１のレンズ２１の
焦点位置にマルチビーム光源２を配置すると共に、走査
ミラー５によつて結像スポツト列ＳＬを走査した際、走
査ミラー５と結像スポツトとの距離ｄの変化分だけ、第
２のレンズ２２を矢印Ｃ又はこれとは逆方向に移動する
ようにしたことにより、結像倍率βを一定の値に保持し
得、これにより結像スポツト列ＳＬの長さを一定に保ち
ながら結像することができる走査結像装置２０を実現で
きる。

【００５５】（４）第４実施例 図５との対応部分に同一符号を付して示す図１２におい
て、走査結像装置３０は走査ミラー５を結像面６の片側
に寄せて配置するようになされている。すなわち上述の
第１〜第３実施例においては、走査ミラー５を結像面６
上の走査ラインを底辺とする二等辺三角形の底辺に対向
する頂点位置に配置したが、走査結像装置３０は走査ミ
ラー５が上記頂点位置から位置Ｑ側に寄せて配置されて
いる。

【００５６】これにより走査結像装置３０においては、
走査ミラー５の走査角を小さくすることができることに
より容易に走査ミラー５を制御することができるように
なされている。またこれにより走査結像装置３０におい
ては、マルチビーム光源２を引つ込めて配置することが
できることにより装置全体を小型化できるようになされ
ている。

【００５７】すなわち、図５に示す走査結像装置１０に
おいては、結像面６の位置Ｑから位置Ｒまで結像スポツ
ト列ＳＬを走査する際、全走査角∠ＱＰＲは、次式、

【数３０】 と表わすことができる。これに対して図１２に示すよう
に、走査結像装置３０においては、走査ミラー５を走査
面６の二等分線上の位置Ｓに対向する位置から距離Ｈだ
け離れた位置Ｕに対向する位置に配置した場合、全走査
角∠ＱＰＲは、次式、

【数３１】 と表わすことができる。

【００５８】以上の構成において、走査結像装置３０を
用いたＡ４用紙の短辺方向への走査について考える。Ａ
４用紙の短辺（＝ＱＲ）を 210〔mm〕とし、Ｅ＝ 300
〔mm〕とすると、図５における走査結像装置１０の全走
査角∠ＱＰＲは38.6〔°〕となる。これに対して、走査
結像装置３０において、Ｈ＝50〔mm〕だけ走査ミラー５
の位置をずらしたときの全走査角∠ＱＰＲは37.7〔°〕
となる。

【００５９】この結果走査結像装置３０は走査ミラー５
を結像面６の直角二等分線上に配置した場合に比して約
1〔°〕走査角を小さくできることが分かる。

【００６０】以上の構成によれば、走査ミラー５を結像
面６上の走査ラインを底辺とする二等辺三角形の底辺に
対向する頂点位置から片側に寄せて配置するようにした
ことにより、走査ミラー５の走査角∠ＱＰＲを小さくし
得、容易に走査ミラー５を制御することができる。また
マルチビーム光源２を引つ込めて配置することができる
ことにより、装置全体を小型化できる。

【００６１】（５）第５実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図１３におい
て、走査結像装置４０は第１のレンズ４１及び第２のレ
ンズ４２を、走査ミラー５の回転に応じて、それぞれ独
立に矢印Ｂ又はＣ方向に移動するようになされている。
これにより走査結像装置４０においては、図１４に示す
ように、結像スポツト列ＳＬが結像面６上の位置Ｑから
位置Ｒに走査された際、結像スポツト列ＳＬ（ＳＬ_Q 、
ＳＬ_S 、ＳＬ_R ）の長さをほぼ一定に保持することがで
きるようになされている。

【００６２】すなわち走査結像装置４０においては、走
査ミラー５の回転に連動させて第１及び第２のレンズ４
１及び４２をそれぞれ独立に移動することにより、（2
5）式で表わされる光学系全体の倍率の絶対値｜β｜
を、結像面６上の位置Ｑから位置Ｒまでほぼ一定に保持
するようになされている。

【００６３】ここでレーザ光Ｌ１の光路に着目して示す
図１５において、第１及び第２のレンズ４１及び４２の
物体側主点から物点までの距離をそれぞれａ及びｂと
し、第１及び第２のレンズ４１及び４２の像側主点から
像点までの距離をそれぞれａ´及びｂ´とし（但し、レ
ンズに対して物点、像点が結像面６側にある場合を正、
マルチビーム光源２側にある場合を負にとる）、第１及
び第２のレンズ４１及び４２の焦点距離をそれぞれｆ₁
及びｆ₂ とし、第１のレンズ４１の像側主点から第２の
レンズ４２の物体側主点までの距離をΔとし、マルチビ
ーム光源２から第２のレンズ４２の物体側主点までの距
離をＰとすると、第１のレンズ４１における物点と像点
の関係式は、次式、

【数３２】 と表わすことができ、第２のレンズ４２における物点と
像点の関係式は、次式、

【数３３】 と表わすことができ、第１のレンズ４１と第２のレンズ
４２には、次式、

【数３４】 の関係式が成り立つ。

【００６４】また全光学系の倍率をβとすると、倍率β
は、次式、

【数３５】 と表わすことができる。また図１５を見るとわかるよう
に、ミラー５から結像面６までの最短距離をＥ、ミラー
５の走査角をθとすると、走査ミラー５から結像面６ま
での距離Ｅ´は、次式、

【数３６】 と表わすことができる。

【００６５】従つて（30）式、（31）式及び（33）式よ
り、第１のレンズ４１の動きを表わすパラメータａは、
パラメータｂ´を用いて、次式、

【数３７】 と表わすことができる。（35）式により、パラメータａ
の変化量δａとパラメータｂ´の変化量δｂ´の比は、
次式、

【数３８】 と表わすことができる。

【００６６】ここでパラメータｂ´は、図１３及び図１
５から分かるように、次式、

【数３９】 と表わすことができる。ここで第２のレンズ４２の動き
を微小にしたいとき、（37）式において、第２項は第１
項に比べて無視することができる。すなわち、図１３に
おいて、走査ミラー５の後ろ側（すなわち走査ミラー５
と結像面６の間）のおおよその寸法を与えれば、（37）
式のパラメータｂ´とその変化量のおおよその値を得る
ことができる。

【００６７】結局、第１及び第２のレンズ４１及び４２
を走査ミラー５の回転に合わせて微小に動かすことによ
り、像倍率βを一定にする光学系の条件を求める手順
は、例えば以下のようになる。

【００６８】先ず第１の手順として、走査結像装置４０
が結像面６上で走査する全幅Ｌ、結像面６上の結像スポ
ツト列ＳＬのスポツト間隔とマルチビーム光源列のビー
ム間隔との比βを与える。次に第２の手順として、走査
結像装置４０の全体としての大きさ及び走査ミラー５の
回転最大角等による制約を考慮して、走査ミラー５から
結像面６までの距離Ｅを求める。これによりＥ＝Ｅ´／
cosθの変動幅ｅが決まる。また第２のレンズ４２の動
きが微小であることにより、変動幅ｅはｂ´の振幅、す
なわちδｂ´の最大値にほぼ等しくなる。

【００６９】次に第３の手順として、第１のレンズ４１
を駆動する装置（ピエゾ素子、ボイスコイルモータ等）
の制約（駆動周波数、駆動振幅等）により、第１のレン
ズ４１の駆動振幅、δａの最大値が決まる。次に第４の
手順として、決定されたβ、δｂ´、δａを（36）式に
代入することにより、ｆ₁ とｆ₂ との関係が求まる。す
なわちｆ₁ を与えればｆ₂ が決まり、ｆ₂ を与えればｆ
₁ が決まることになる。

【００７０】次に第５の手順として、第２のレンズ４２
と走査ミラー５とのおおよその距離Ｆを設定することに
より、上述した第２の手順のＥと合わせｂ´＝Ｅ＋Ｆを
利用して（30）式、（31）式、（32）式及び（35）式よ
り求められたＰの値から、マルチビーム光源２から走査
ミラー５までの距離（固定値）Ｈ＝Ｐ＋Ｆを決める。

【００７１】上述した第１〜第５の手順により条件Ｅ、
ｆ₁ 、ｆ₂ 、Ｈが決まると、それらが走査結像装置４０
に適しているか否かが以下の手順により決められる。す
なわち第６の手順として、ｂ´の動きから、第１のレン
ズ４１の動きを表わすａの動きが（35）式より決まる。
次に第７の手順として、上述した第４の手順より得たｆ
₁ 、ｆ₂ を利用し、（30）式、（31）式及び（32）式よ
りａに対するａ´、ｂ、ｂ´、Δ、Ｐの値が順次求ま
る。このとき、ａが負（マルチビーム光源２が第１のレ
ンズ４１の前方にある条件）、かつΔが正（第１のレン
ズ４１が第２のレンズ４２の前方にある条件）が必要と
なる。また第２のレンズ４２の動きを表わすＰの変化量
が十分微小であることを確かめる必要がある。

【００７２】一例として、走査結像装置４０を用いたＡ
４用紙の短辺方向への走査について考える。Ａ４の短辺
（＝ＱＲ）を 210〔mm〕とし、Ｅ＝ 300〔mm〕とする
と、図１３においてθ_A ＝19.29 〔°〕、ｅ＝17.84
〔mm〕となる。そこでＦを約50〔mm〕とし、ｂ´を 350
〔mm〕〜367.84〔mm〕の範囲で変化させるようにする。

【００７３】またマルチビーム光源２として10〔μm 〕
ピツチのビーム列を用い、結像面６上に400DPIすなわち
63.5〔μm 〕ピツチの結像スポツト列ＳＬを形成する場
合には、全光学系の倍率βの絶対値｜β｜は6.35とな
る。

【００７４】これらの条件の下で、ｆ₁ ＝10、20、30、
40〔mm〕のときの各パラメータの変化の様子を図１６及
び図１７に示す。この結果、少なくとも第２のレンズ４
２の動きを 1〔mm〕以内に抑えたい場合、β＝−6.35で
はｆ₁ ＝10〔mm〕又はｆ₁ ＝20〔mm〕が使用でき、β＝
6.35ではｆ₁ ＝10〔mm〕が使用できることが分かる。

【００７５】ここで走査ミラー５の走査角θと第１のレ
ンズ４１及び第２のレンズ４２の連動については以下の
ように決める。パラメータａ´、ｂ、ｂ´はａによつて
それぞれ、次式、

【数４０】

【数４１】

【数４２】 と表わすことができる。これらの式を、光学系の全光路
長を表わす式ｂ´−ｂ＋ａ´−ａ＝Ｈ＋Ｅ´に代入する
ことにより、次式、

【数４３】 を得ることができる。

【００７６】ここで（34）式から走査ミラー５の走査角
θに対応するＥ´が与えられることにより、（41）式に
より走査角θに対する第１のレンズ４１の動きａが与え
られ、（30）式、（31）式及び（32）式により第２のレ
ンズ４２の動きＰも与えられることになる。

【００７７】一例として、β＝−6.35、ｆ₁ ＝20〔mm〕
の条件において、結像面６上における走査中心位置Ｓか
ら結像点Ｔまでの距離g に対する走査ミラー５の走査角
θ及び第１、第２のレンズ４１、４２の動きａ、Ｐの値
を図１８に示した。

【００７８】以上の構成によれば、第１のレンズ４１及
び第２のレンズ４２を、走査ミラー５の回転に応じて、
それぞれ独立に矢印Ｂ又はＣ方向に移動するようにした
ことにより、結像スポツト列ＳＬが結像面６上の位置Ｑ
から位置Ｒに走査された際、結像スポツト列ＳＬの長さ
を一定に保持することができ、かくして主走査方向にむ
らの無い結像スポツトＳＬを形成することができる。

【００７９】（６）他の実施例 （６−１）なお上述の第２実施例においては、マルチビ
ーム光源２と走査ミラー５との間に第１〜第３のレンズ
１１〜１３を配置すると共に、走査ミラー５の回転動作
に応じて第２のレンズ１２を矢印Ｂ方向又はこれとは逆
方向に移動するようにした場合について述べたが、本発
明はこれに限らず、３枚以上のレンズのうち１枚以上の
レンズを走査ミラー５に連動するようにした場合に広く
適用することができる。

【００８０】すなわち、光学系が３枚以上のレンズによ
つて構成されている場合には、それぞれ単一な複数のレ
ンズを、合成した合成レンズ系と考えれば上述の第２実
施例の場合と同様に扱うことができる。

【００８１】この場合先ず、図１９に示すように、第１
及び第２のレンズ５１及び５２の焦点距離をそれぞれｆ
₁ 及びｆ₂ 、合成の焦点距離をｆ、第１のレンズ５１の
像側焦点をＦ₁ ´、第２のレンズ５２の物体側及び像側
焦点をそれぞれＦ₂ 及びＦ₂´、第１のレンズ５１の物
体側及び像側主点をそれぞれＨ₁ 及びＨ₁ ´、第２のレ
ンズ５２の物体側及び像側主点をそれぞれＨ₂ 及びＨ₂
´、合成の像側主点をＨ´、第１のレンズ５１の像側主
点から第２のレンズ５２の物体側主点までの距離をΔ、
第２のレンズ５２の物体側焦点から物点までの距離をｚ
₂ 、第２のレンズ５２の像側焦点から像点までの距離を
ｚ₂ ´と設定する。

【００８２】ここで第１のレンズ５１に高さｈの平行光
線Ｌ１を入射させたとき、この光線Ｌ１が光軸に対して
角度ｕ₁ ´＝ｕ₂ をもつて第１のレンズ５１を出射し、
光軸に対して角度ｕ₂ ´をもつて第２のレンズ５２を出
射するとする。

【００８３】このとき、第２のレンズ５２における倍率
をβ₂ とすると、ｆ₁ ＝ｈ／ｕ₁ 、β₂ ＝ｕ₂ ×ｕ₂ ´
＝ｕ₁ ´／ｕ₂ ´の関係があることにより、次式、

【数４４】 が成り立つ。さらに、ｚ₂ ＝ｆ₂ −Δ＋ｆ₁ 、β₂ ＝−
ｚ₂ ´／ｆ₂ より、第２のレンズ５２の倍率β₂ 及び第
２のレンズ５２の像側焦点から像点までの距離ｚ₂ ´
は、次式、

【数４５】

【数４６】 となる。ここで（43）式を（42）式に代入すると、次
式、

【数４７】 を得ることができ、これにより合成の焦点距離ｆを求め
ることができる。

【００８４】この結果合成レンズの像側主点位置Ｈ´
の、第２のレンズ５２の像側主点Ｈ₂´からの距離ｘ´
は、（44）式及び（45）式より、次式、

【数４８】 と表わすことができる。同様に、合成レンズの物体側主
点位置Ｈの、第２のレンズ５２の像側主点Ｈ₁からの距
離ｘは、次式、

【数４９】 と表わすことができる。

【００８５】結局、このように複数のレンズ列群は、物
体側及び像側主点位置、焦点距離をそれぞれ（47）式、
（46）式、（45）式で与えられる単一レンズに置き換え
ることができる。すなわち３枚以上のレンズの内、１枚
以上のレンズを、走査ミラー５に連動させることによ
り、結像面６上における結像スポツト列ＳＬの長さを一
定に保つ光学系の議論は上述の第２実施例の議論で扱え
ることになる。

【００８６】これと同様に、上述の第３実施例において
は、第１及び第２のレンズ２１及び２２を用い、当該第
１のレンズ２１を固定すると共に、第２のレンズ２２を
結像面６までの距離ｄの変化に応じて移動することによ
り結像スポツト列ＳＬの長さを一定に保持するようにし
た場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１
及び第２のレンズ２１及び２２を複数レンズの合成と考
えれば、３枚以上のレンズを用いる光学系においても適
用することができる。

【００８７】さらに上述の第５実施例においては、マル
チビーム光源２及び走査ミラー５間に配置された２枚の
レンズ４１及び４２をそれぞれ独立に動かして倍率βを
一定に保持するようにした場合について述べたが、本発
明はこれに限らず、３枚以上のレンズのうち２枚以上の
レンズを、走査ミラー５の回転に連動させるようにすれ
ば、上述の第５実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００８８】（６−２）また上述の第１〜第５実施例に
おいては、結像倍率βを厳密に決める場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、結像スポツトの径及び結
像倍率βが許容できる範囲に収まる場合であれば、結像
点がビームウエストを外れたとしても、また多少レンズ
の条件が厳密なものから外れたとしても、上述の場合と
ほぼ同様の効果を得ることができる。

【００８９】（６−３）また上述の第１〜第５実施例に
おいては、光源として、マルチビーム光源２を用いた場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、シングル
レーザビーム光源を用いた走査結像装置に用いた場合に
も、結像面の全面に亘つて結像倍率が一定のレーザスポ
ツトを形成することができ好適である。

【００９０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、マルチビ
ーム光源から射出した複数のレーザ光を単数又は複数の
レンズ及び走査ミラーを順次介した後、走査ミラーの反
射光を結像面上に直接照射して走査する走査結像装置に
おいて、走査ミラーと結像面との距離を（７）式及び
（８）式を満足する範囲内に選定するようにしたことに
より、主走査方向におけるスポツト径の変化を所定の許
容誤差範囲内に収めることができ、かくして結像面全体
に亘つてむらの無い結像スポツトを形成し得る走査結像
装置を実現できる。

【００９１】また本発明によれば、マルチビーム光源か
ら射出したレーザ光を、それぞれ単数又は複数のレンズ
により構成される第１、第２及び第３のレンズ群、並び
に走査ミラーを順次介した後、走査ミラーの反射光を結
像面上に直接照射して走査する走査結像装置において、
第２のレンズ群を、走査ミラーの回転動作に応じて第１
のレンズ群及び第３のレンズ群の間を移動させるように
したことにより、主走査方向におけるレーザスポツトの
倍率をほぼ一定の値に保持することができ、かくして結
像面全体に亘つてむらの無い結像スポツトを形成し得る
走査結像装置を実現できる。

【００９２】また本発明によれば、マルチビーム光源か
ら射出したレーザ光を、それぞれ単数又は複数のレンズ
により構成される第１及び第２のレンズ群、並びに走査
ミラーを順次介した後、走査ミラーの反射光を結像面上
に直接照射して走査する走査結像装置において、第２の
レンズ群を、走査ミラーの回転動作に応じて第１のレン
ズ群及び走査ミラーの間を移動させるようにしたことに
より、主走査方向におけるレーザスポツトの倍率をほぼ
一定の値に保持することができ、かくして結像面全体に
亘つてむらの無い結像スポツトを形成し得る走査結像装
置を実現できる。

【００９３】また本発明によれば、マルチビーム光源か
ら射出したレーザ光をレンズ及び走査ミラーを順次介し
た後、走査ミラーの反射光を結像面上に直接照射して走
査する走査結像装置において、走査ミラーを、結像面上
の走査ラインを底辺とする二等辺三角形の底辺に対向す
る頂点位置から走査ラインと平行な方向に所定距離ずら
して配置するようにしたことにより、走査ミラーの走査
角を小さくし得、容易に走査ミラーを制御することがで
きると共に、装置全体を小型化できる。

【００９４】さらに本発明によれば、マルチビーム光源
から射出したレーザ光を複数のレンズ、及び走査ミラー
を順次介した後、走査ミラーの反射光を結像面上に直接
照射して走査する走査結像装置において、複数のレンズ
を、走査ミラーの回転動作に応じてそれぞれ独立にマル
チビーム光源及び走査ミラーに接近及び離間する方向に
移動させるようにしたことにより、結像スポツト列が結
像面上を走査された際、結像スポツト列の長さを一定に
保持することができ、かくして主走査方向にむらの無い
結像スポツトを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査結像装置の第１実施例の全体
構成を示す略線図である。

【図２】本発明による走査結像装置の第１実施例の全体
構成を示す斜視図である。

【図３】第１実施例のパラメータの説明に供する光路図
である。

【図４】レーザ光のスポツト径の説明に供するビームウ
エストの略線図である。

【図５】本発明による走査結像装置の第２実施例の全体
構成を示す略線図である。

【図６】本発明による走査結像装置の第２実施例の全体
構成を示す斜視図である。

【図７】第２実施例のパラメータの説明に供する光路図
である。

【図８】第２実施例の実験結果を示す図表である。

【図９】第２実施例の実験結果を示す図表である。

【図１０】本発明による走査結像装置の第３実施例の全
体構成を示す略線図である。

【図１１】第３実施例のパラメータの説明に供する光路
図である。

【図１２】本発明による走査結像装置の第４実施例の全
体構成を示す略線図である。

【図１３】本発明による走査結像装置の第５実施例の全
体構成を示す略線図である。

【図１４】本発明による走査結像装置の第５実施例の全
体構成を示す斜視図である。

【図１５】第５実施例のパラメータの説明に供する光路
図である。

【図１６】第５実施例の実験結果を示す図表である。

【図１７】第５実施例の実験結果を示す図表である。

【図１８】第５実施例の実験結果を示す図表である。

【図１９】第５実施例の実験結果を示す図表である。

【符号の説明】

１、１０、２０、３０、４０……走査結像装置、２……
マルチビーム光源、５……走査ミラー、６……結像面、
ＳＬ、ＳＬ_Q 、ＳＬ_S 、ＳＬ_R ……結像スポツト列、Ｌ
１……レーザ光。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マルチビーム光源から射出した複数のレー
   ザ光を単数又は複数のレンズ及び走査ミラーを順次介し
   た後、上記走査ミラーの反射光を結像面上に直接照射し
   て走査する走査結像装置において、 上記走査ミラーと上記結像面との距離を、次の式で与え
   られる範囲内に選定するようにしたことを特徴とする走
   査結像装置。 【数１】 ここでＥは走査ミラーと結像面との距離を表し、ω_e は
   結像面上における結像スポツト径を表し、ξは結像スポ
   ツト径の許容誤差を表し、λはレーザ光の波長を表し、
   Ｌは走査幅を表わす。
2. 【請求項２】マルチビーム光源から射出した複数のレー
   ザ光を、それぞれ単数又は複数のレンズにより構成され
   る第１、第２及び第３のレンズ群、並びに走査ミラーを
   順次介した後、上記走査ミラーの反射光を結像面上に直
   接照射して走査する走査結像装置において、 上記第２のレンズ群を、上記走査ミラーの回転動作に応
   じて、上記第１のレンズ群及び上記第３のレンズ群の間
   を移動させるようにしたことを特徴とする走査結像装
   置。
3. 【請求項３】マルチビーム光源から射出した複数のレー
   ザ光を、それぞれ単数又は複数のレンズにより構成され
   る第１及び第２のレンズ群、並びに走査ミラーを順次介
   した後、上記走査ミラーの反射光を結像面上に直接照射
   して走査する走査結像装置において、 上記第２のレンズ群を、上記走査ミラーの回転動作に応
   じて、上記第１のレンズ群及び上記走査ミラーの間を移
   動させるようにしたことを特徴とする走査結像装置。
4. 【請求項４】マルチビーム光源から射出した複数のレー
   ザ光をレンズ及び走査ミラーを順次介した後、上記走査
   ミラーの反射光を結像面上に直接照射して走査する走査
   結像装置において、 上記走査ミラーを、上記結像面上の走査ラインを底辺と
   する二等辺三角形の上記底辺に対向する頂点位置から上
   記走査ラインと平行な方向に所定距離ずらして配置する
   ようにしたことを特徴とする走査結像装置。
5. 【請求項５】マルチビーム光源から射出した複数のレー
   ザ光を複数のレンズ、及び走査ミラーを順次介した後、
   上記走査ミラーの反射光を結像面上に直接照射して走査
   する走査結像装置において、 上記複数のレンズを、上記走査ミラーの回転動作に応じ
   て、それぞれ独立に上記マルチビーム光源及び走査ミラ
   ーに接近及び離間する方向に移動させるようにしたこと
   を特徴とする走査結像装置。