JPH08201712A - 光偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、マルチビ−ム光偏向装置に関する
ものであり、その目的とするところは、回転多面鏡へ入
射する光学系において、コリメ−タレンズと回転多面鏡
の間にリレ−レンズを設けることで、従来よりも小さな
回転多面鏡を用いることができる。 【構成】 コリメ−タレンズ３のあとにリレ−レンズ５
を入れることで、複数のビ−ムが回転多面鏡上の近傍で
交差するようにして回転多面鏡を小さくできるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レ−ザ−ビ−ムプリン
タ等に使われる光偏向装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レ−ザプリンタ等の光偏向装置では、印
刷速度の高速化、印刷ドット密度の高精細化に伴いマル
チビ−ムの光走査装置が必要となってきている。マルチ
ビ−ム光走査とは、複数の光ビ−ムを同時に走査するこ
とである。こうすることによって、１回の走査で複数本
のビ−ムを走査することが可能となり、回転多面鏡の回
転数を上げずに高速印刷、高ドット密度印刷が可能とな
る。また、複数の光源を用いたマルチビ−ム走査のと
き、ビ−ム走査開始信号はそれぞれのビ−ムごとに独立
にある方が、高い印刷品質を得るために有利である。こ
のために、それぞれの光線は走査面内でずらした位置に
配置している。この光学系を以下に説明する。

【０００３】従来のマルチビ−ム光走査装置を図６、図
７を用いて説明する。この場合の光源の数は簡単にする
ため２本としているが、何本であっても同じことであ
る。図６は、光学系の走査面と直交する断面を見た図で
ある。光源１は、この図では、２つの光源がほぼ重なっ
ていることになる。この光源１から出たビ−ム光２は、
コリメ−タレンズ２０で平行なビ−ム光２１に変換さ
れ、シリンダレンズ７によって回転多面鏡２２の表面９
上に絞りこまれるように配置する。そのあと回転多面鏡
２２を反射した光は、Ｆθレンズ２３によって走査面１
１上の点２４に結像される。

【０００４】一方、図７は走査平面内の図である。この
図の場合には複雑になるので、それぞれの主光線のみを
破線で示している。光源１Ａ、１Ｂは位置をずらして配
置してある。それぞれの光源からのビ−ムの中心を示す
主光線は、コリメ−タレンズ２０までは平行に進み、コ
リメ−タレンズ２０のあとこのレンズの焦点距離Ａだけ
進んだところの点２７でそれぞれの主光線は交差する。
このあとそれぞれの光線はお互いの間の距離を広げなが
ら直進し、シリンダレンズ７、回転多面鏡２２、Ｆθレ
ンズ２３を通り、走査面１１へ２４Ａ、２４Ｂのように
お互いの間隔を拡大した位置に結像される。

【０００５】以上のようなことから従来は、シリンダレ
ンズ７、回転多面鏡２２、Ｆθレンズ２３などを１本の
ビ−ムで走査するときよりも、ビ−ム間隔の広がりに相
当する大きさだけ、つまり図７の２５、２６の広がりに
相当するだけ寸法を大きくした光学系の設計が必要であ
った。

【０００６】しかし、回転多面鏡の各面の寸法が大きく
なると風損が大きくなり、回転、制御するのが困難にな
り、また、遠心力による変形で破損する恐れもでてくる
という問題がある。その他、シリンダレンズ、Ｆθレン
ズも寸法を大きく設計しなければならない点も問題とな
っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の問題点をなくすため、複数のビ−ムを走
査するときもシリンダレンズ、回転多面鏡、Ｆθレンズ
の寸法を、１本ビ−ムによる走査のときとほとんど同じ
大きさにすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、複数のレ−ザ−光源と、前記レーザー光源
からの複数ビ−ムをコリメ−タレンズで集光し回転多面
上に入射させるための入射光学系と、回転多面鏡を有す
る光偏向装置において、コリメ−タレンズと回転多面鏡
の間にリレ−レンズを設けており、その焦点距離及び各
レンズの位置を大略、式（１）の関係が成立するように
することを特徴とする構成をとっている。 Ｍ＝ＢＮ／（Ｎ−Ｂ）＝Ｂ＋Ａ²／（Ｌ−Ａ）…（１） ここで、Ｍ＝コリメ−タレンズとリレ−レンズ間距離か
らコリメ−タレンズの焦点距離Ａを引いた距離、Ｂ＝リ
レ−レンズの焦点距離、Ｎ＝リレ−レンズと回転多面鏡
の表面までの距離、Ａ＝コリメ−タレンズの焦点距離、
Ｌ＝光源とコリメ−タレンズの距離である。具体的に
は、図１、図２に示すようになっている。

【０００９】

【作用】本発明によれば、コリメ−タレンズのあとにリ
レ−レンズを加えているので、複数のビ−ムが回転多面
鏡表面上に交差するようになり、シリンダレンズ、回転
多面鏡、Ｆθレンズの大きさを、１本ビ−ムで走査する
ときとほぼ同じ大きさで実現できるようになる。

【００１０】

【実施例】図１、図２は本発明によるマルチビ−ム光走
査装置の実施例を示す図である。図１は、光学系の走査
面と直交する断面図である。よって、この図では光源１
は１つの点にしているが、複数の光源が重なっているこ
とになる。図２は走査平面内の図である。複雑になるの
で、図２は主光線のみを破線で示した。また、これらの
図は２本のビ−ムの場合を示しているが、ビ−ム数が増
しても２本のときと同様に考えることができる。また、
光源の並びの方向は図１、図２に示す方向と異なってい
てもよい。

【００１１】まず、図２の１Ａ、１Ｂから発生する主光
線に着目する。光源１Ａ、１Ｂよりでた主光線はコリメ
−タレンズ３により、点１３で交差する。ついで、焦点
距離Ｂのリレ−レンズ５により、これらの光線が回転多
面鏡上９で再度交差するためには、式（２）を満たせば
よい。これを変形すると式（３）のようになる。 （Ｍ−Ｂ）（Ｎ−Ｂ）＝Ｂ²…（２） Ｍ＝ＢＮ／（Ｎ−Ｂ） …（３） ここで、Ｂはリレ−レンズ５の焦点距離、Ｍはコリメ−
タレンズ３とリレ−レンズ５の距離からコリメ−タレン
ズ３の焦点距離を引いた距離、Ｎはリレ−レンズ５と回
転多面鏡８の距離を示す。

【００１２】また、図１の走査直交面内では、リレ−レ
ンズ５のあとのビ−ム光６をそれぞれ平行光にするのが
望ましいので、コリメ−タレンズ３とリレ−レンズ５の
間の光の収束する点４とリレ−レンズ５の距離をＢにす
る。

【００１３】その他、図１のように光源１のビ−ム光２
をコリメ−タレンズ３のあとで、コリメ−タレンズとリ
レ−レンズ５の間の点４で収束させるには、式（４）を
満たす必要がある。これを変形すると式（５）のように
なる。 （Ｌ−Ａ）（Ｍ−Ｂ）＝Ａ²…（４） Ｍ＝Ｂ＋Ａ²／（Ｌ−Ａ） …（５） ここで、Ａはコリメ−タレンズ３の焦点距離、Ｌは光源
１とコリメ−タレンズ３の距離、Ｍはコリメ−タレンズ
３とリレ−レンズ５の距離からＡを引いた距離を示す。

【００１４】以上のことから、回転多面鏡８上の点９で
１Ａと１Ｂの主光線が交わりかつ、それぞれのビ−ムが
リレ−レンズ５のあとで平行光になるための条件の式の
（３）、（５）をまとめると（１）式のようになる。な
お、シリンダレンズ７は図１の走査直交面内でのみ曲率
を持っており、焦点距離をＦとすると、図１のように回
転多面鏡８からＦ離れたところに配置する。このとき平
行なビ−ム光６はシリンダレンズ７によって、回転多面
鏡８上の点９で結像できるようになる。また、Ｆθレン
ズ１０は回転多面鏡８から反射した光を走査面１１に結
像させるレンズである。

【００１５】実際にこの関係式を用いてレンズ構成を求
めてみる。例えばＡ＝１０ｍｍ、Ｎ＝１２０ｍｍとした
場合の構成を求めることにする。（１）式へＡ、Ｎの値
を代入すると（６）式のようになる。これを変形すると
（７）式のようになる。 Ｍ＝１２０Ｂ／（１２０−Ｂ）＝Ｂ＋１００／（Ｌ−１０） …（６） Ｂ²＋１００Ｂ／（Ｌ−１０）−１２０００（Ｌ−１０）＝０…（７） （７）式を解くと（８）式となる。 Ｂ＝−５０／（Ｌ−１０）±√（（５０／（Ｌ−１０））² ＋１２０００／（Ｌ−１０））…（８） ここで制約について考える。まずＢを考える。（１）式
を変形すると（９）式、（１０）式のようになる。Ｍ、
Ｎは長さを表すので、Ｍ＞０、Ｎ＞０であるので、
（９）式から明らかに（１１）式のようになる必要があ
る。また、（１０）式からＮ＝１２０、Ｍ＞０なので明
らかに（１２）式のようになる必要がある。よって、Ｂ
の制約は、（１３）のようになる。 Ｂ＝ＮＭ／（Ｎ＋Ｍ）…（９） Ｍ＝ＮＢ／（Ｎ−Ｂ）…（１０） Ｂ＞０ …（１１） Ｂ＜１２０ …（１２） ０＜Ｂ＜１２０ …（１３） 次に、Ｌを考える。（８）式の√（）の中が正のとき解
をもつので、（１４）式のとき解を持つことになる。こ
れを変形すると（１５）式のようになる。 （５０／（Ｌ−１０））²＋１２０００／（Ｌ−１０）＞０…（１４） Ｌ＞２３５／２４ …（１５） よって（１５）式の範囲が解を持つ範囲となる。

【００１６】以上のことから計算を行い、（８）式の解
の結果を図３にグラフ化した。Ｌ≦１０では（１３）
式、（１５）式を満たす解がないのでグラフには表示し
なかった。この図３から、Ａ＝１０ｍｍ、Ｎ＝１２０ｍ
ｍの時、例えばＢ＝６０ｍｍとすれば、Ｌ＝３５／３ｍ
ｍとなり、（１）式からＭ＝１２０ｍｍが求められ本発
明の系の一つが実現することになる。これを図示したも
のが図４、図５である。

【００１７】

【発明の効果】本発明を用いれば、１本ビ−ムで走査す
るレーザ走査装置の場合とほぼ同じ大きさのシリンダレ
ンズ、回転多面鏡、Ｆθレンズを用いてマルチビ−ムの
レーザ走査装置を実現することができる。これまでの実
施例では、シリンダレンズとＦθレンズを含む走査光学
系について説明したが、これらのレンズを含まない光走
査光学系についても同様の効果があることは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す走査直交面内の模式図
である。

【図２】 図１と同じ本発明の実施例の走査平面内の模
式図である。

【図３】 （８）式の解を示したグラフである。

【図４】 本発明による数値を導入した実施例を示した
ものであり、走査直交面内の模式図である。

【図５】 図４と同じ本発明による実施例の走査平面内
の模式図である。

【図６】 従来の光学系を示す走査直交面内の模式図で
ある。

【図７】 図６と同じ従来例の走査平面内の模式図であ
る。

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂは光源、２はビ−ム光、３はコリメ−タ
レンズ、４は焦点、５はリレ−レンズ、６はビ−ム光、
７はシリンダレンズ、８は回転多面鏡、９は焦点、１０
はＦθレンズ、１１は走査面、１２はスポット、１２Ａ
は光源１Ａのスポット、１２Ｂは光源１Ｂのスポット、
１３は主光線の交点、３０は焦点距離１０ｍｍのコリメ
ータレンズ、３１は焦点、３２は焦点距離６０ｍｍのリ
レーレンズ、３３は焦点距離Ｆのシリンダレンズ、３４
は回転多面鏡、３５はＦθレンズ、３６は走査面、３７
はスポット、３７Ａは光源１Ａのスポット、３７Ｂは光
源１Ｂのスポット、３８は主光線の交点である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレ−ザ−光源と、前記レーザー光
   源からの複数ビ−ムをコリメ−タレンズで集光し回転多
   面鏡上に入射させるための光ビ−ム入射光学系と、回転
   多面鏡を有する光偏向装置において、 前記入射光学系のコリメ−タレンズと回転多面鏡の間に
   リレ−レンズを設けたことを特徴とする光偏向装置。
2. 【請求項２】 走査方向にずらして配置された複数のレ
   −ザ−光源と、前記レーザー光源からの複数ビ−ムをコ
   リメ−タレンズで集光してシリンダレンズによって回転
   多面鏡上で走査直交方向に絞り込ませる光ビ−ム入射光
   学系と、回転多面鏡を有する光偏向装置において、 前記入射光学系のコリメ−タレンズと回転多面鏡の間に
   リレ−レンズを設けたことを特徴とする光偏向装置。
3. 【請求項３】 前記光ビ−ム入射光学系において、コリ
   メ−タレンズとリレ−レンズ間距離からコリメ−タレン
   ズの焦点距離Ａを引いた距離をＭ、リレ−レンズの焦点
   距離をＢ、リレ−レンズと回転多面鏡の表面までの距離
   をＮ、コリメ−タレンズの焦点距離をＡ、光源とコリメ
   −タレンズの距離をＬとしたとき、大略、式（１）の関
   係が成立することを特徴とする請求項１又は２記載の光
   偏向装置。 Ｍ＝ＢＮ／（Ｎ−Ｂ）＝Ｂ＋Ａ²／（Ｌ−Ａ）…（１）