JPH08304722A - マルチビーム走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２本のレーザビームを用いて同時かつ２本並
列に走査を行うマルチビーム走査光学装置において、２
本のレーザビームにより被走査面上に形成される走査線
の書き出し位置のむらやピッチむらを小さくする。 【構成】 副走査方向に所定の間隔だけ高さを変えて配
設された２基の半導体レーザ素子１、１’から射出さ
れ、コリメータレンズ２、２’で平行光束にされ、さら
にビームスプリッタ３により所定の間隔を空けたまま光
学系の光軸に対して平行に揃えられた２本のレーザビー
ムに共通に用いるように、ビームスプリッタ３とポリゴ
ンミラー６の偏向面との間に、第１のシリンドリカルレ
ンズ群１２を設けることにより、２本のレーザビームに
共通な光路を多くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＢＰ（laser beam p
rinter）やディジタルＰＰＣ（plain papercopier）等
の書き込み用光学系として使用されるレーザビーム走査
光学装置に係り、複数のレーザビームにより同時に複数
のラインを並列に走査するマルチビーム走査光学装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザビーム走査光学装置の分野
においては、２本のレーザビームを用いることにより１
本のレーザビームを使用する場合に比べて副走査方向の
走査速度を上げたり、１本の走査線上を２本のレーザビ
ームで順次重ねて走査することにより被走査面上に形成
される画像の濃度を高めたりするマルチビーム走査光学
装置が用いられている。

【０００３】また、最近では、レーザビーム走査光学装
置により形成される画像に高い解像度が求められるよう
になってきているので、２本のレーザビームを用いるこ
とにより、１本のレーザビームによる場合に比べて、画
像形成速度を同じに保ったまま走査線の間隔を1/2にし
て解像度を向上することも行われている。

【０００４】ところが、これらのマルチビーム走査光学
装置においては、２本のレーザビームの被走査面上にお
ける相対位置を初期調整しておいても、光学系を装置本
体に取り付ける際に受ける応力や温度変化による熱膨張
歪のために、特にレーザー発生装置、コリメータレンズ
及びビームスプリッタ等から構成される光源部に位置ず
れが発生し、その結果、２本のレーザビームの被走査面
上における相対位置が経時的にずれてしまうことがあっ
た。このように、同時かつ並列に走査を行う２本のレー
ザビームが被走査面上に形成する走査線の相対位置が、
主走査方向あるいは副走査方向にずれると、走査線の書
き出し位置に主走査方向のむらが発生したり、あるいは
副走査方向に走査線のピッチむらが生じて、画像品質が
低下することになる。

【０００５】このような不具合に対処するため、２基の
レーザ発生装置から射出されるそれぞれのレーザビーム
に対して別々にシリンドリカルレンズ群を備えることに
より、被走査面上に２本のレーザビームが形成する走査
線の位置を個別に調整する方法が提案されている。図８
に、そのようなマルチビーム走査光学装置に搭載され、
レーザ発生装置、コリメータレンズ、ビームスプリッタ
及びシリンドリカルレンズ群から構成される光源部の概
略構成を示す。従来、これらのマルチビーム走査光学装
置の光源部の構成としては、同図の（ａ）と（ｂ）の２
型式が用いられている。

【０００６】図８（ａ）においては、レーザ発生装置５
１及び５１’から発するレーザビームは、それぞれコリ
メータレンズ５２及び５２’により平行光束とされ、さ
らに、それぞれ２枚１組のシリンドリカルレンズ５４、
５５及び５４’、５５’から構成されるシリンドリカル
レンズ群５６及び５６’を経てビームスプリッタ５３に
入射するようになっている。ここで、シリンドリカルレ
ンズ５４及び５４’は副走査方向に正のパワーを有し、
シリンドリカルレンズ５５及び５５’は副走査方向に負
のパワーを有する。そしてシリンドリカルレンズ群５６
及び、５６’は、それぞれを構成する２枚が協働して、
全体としてはそれぞれ副走査方向に正のパワーを有して
いる。

【０００７】また、図８（ｂ）においては、図８（ａ）
の場合のシリンドリカルレンズ５５、５５’に代えて、
副走査方向に負のパワーを有するシリンドリカルレンズ
５７をビームスプリッタ５３のポリゴンミラー側に配設
し、レーザ発生装置５１及び５１’から発する２本のレ
ーザビームに共通に用いることにより、それぞれのレー
ザビームに対してそれぞれ副走査方向に正のパワーを有
するシリンドリカルレンズ群５８及び５８’を構成して
いる。

【０００８】さらに、特開昭６１−２４５１７４号公報
では、２本のレーザビームを用いるマルチビーム走査光
学装置において、２本のレーザビームの位置を検出し、
その位置ずれをなくすようにアクチュエータ制御する方
法が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８
（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ群５６及び
５６’をそれぞれのレーザビームに対して別々に設けた
場合、熱膨張歪等によりビームスプリッタ５３が例えば
主走査面（図８では紙面に平行な面）内で変位すると、
レーザ発生装置５１及び５１’から射出された２本のレ
ーザビームがビームスプリッタ５３内でそれぞれ反射さ
れ、あるいは透過する位置がずれることになり、シリン
ドリカルレンズ群５６及び５６’からポリゴンミラーの
偏向面（図示せず）までのそれぞれの光学距離が変わっ
て、２本のレーザビームがポリゴンミラーで偏向された
後、被走査面上で集光する２つのスポットの位置が、そ
れぞれ所定の位置から主走査方向にずれてしまい、走査
線の書き出し位置に主走査方向のむらが生じる。

【００１０】また、ビームスプリッタ５３が副走査方向
（図８では紙面に垂直な方向）に変位した場合には、被
走査面上における２本のレーザビームの集光位置がそれ
ぞれ所定の位置から副走査方向にずれてしまい、走査線
のピッチむらが生じることになる。

【００１１】さらに、図８（ｂ）に示した構成の光源部
を有するマルチビーム走査光学装置の場合にも、２本の
レーザビームそれぞれについてシリンドリカルレンズ群
５８及び５８’を別個に備えているので、図８（ａ）の
場合と同様に、ビームスプリッタ５３が経時的に主走査
面内あるいは副走査方向にずれてしまうと、半導体レー
ザ素子５１及び５１’から射出される２本のレーザビー
ムが被走査面上に集光する位置がそれぞれ所定の位置か
ら主走査方向あるいは副走査方向にずれることになり、
走査線の書き出し位置のむらやピッチむらが生じる。

【００１２】また、特開昭６１−２４５１７４号公報に
開示された方法を用いると、装置が複雑になり、それに
よって高価になることが避けられない。

【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであって、被走査面上に２本のレーザビ
ームが形成する走査線の相対位置が変化しにくい安定し
た光源部を備えるとともに、走査線のピッチむらを許容
範囲以下に抑え、かつ画像形成にレーザビームを有効に
利用することのできるマルチビーム走査光学装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、被走査面を２本のレーザビームで主走
査方向に同時かつ２本並列に走査するマルチビーム走査
光学装置において、２つのレーザ発生装置と、該２つの
レーザ発生装置を互いに副走査方向に異なる位置に支持
する支持手段と、各レーザ発生装置から発生するレーザ
ビームを平行光束にする２つのコリメータレンズと、一
方のレーザ発生装置からのレーザビームを透過するとと
もに他方のレーザ発生装置からのレーザビームを反射し
て、該２本のレーザビームを平行に出力する光学部材
と、前記光学部材から出力された２本のレーザビームに
共通に用いられ、該２本のレーザビームを被走査面の主
走査方向に偏向する偏向器と、前記光学部材と前記偏向
器との間に配設されて前記２本のレーザビームに共通に
用いられ、該２本のレーザビームを前記偏向器の偏向面
近傍においてそれぞれ副走査方向に集光するシリンドリ
カルレンズ群と、前記偏向器と前記被走査面との間に配
設されて前記偏向器で偏向された２本のレーザビームに
共通に用いられ、該２本のレーザビームを前記被走査面
上においてそれぞれ副走査方向に集光する集光手段と、
を設けるようにしている。

【００１５】また、本発明では、上記光学部材を、偏光
ビームスプリッタとし、また、上記２本のレーザビーム
のうち片方のレーザビームの光路上において上記コリメ
ータレンズと前記偏光ビームスプリッタとの間に前記片
方のレーザビームの偏光面を９０゜回転させる第２光学
部材を備えるようにしている。

【００１６】さらに、本発明では、上記マルチビーム走
査光学装置は、上記偏向器と上記被走査面の間に配設さ
れて上記２本のレーザビームに共通に用いられるととも
に該２本のレーザビームを上記被走査面上において主走
査方向に集光する走査レンズ群を備え、しかも、次の条
件を満足するものとしている； ｆ_cy・β・Δθ_y・Ｐｉ≦6.35 ｆ_cy・β／ｆ_scan≧0.2 但し、 ｆ_cy：シリンドリカルレンズ群の副走査方向の焦点距離
（単位：mm）、 β：ポリゴンミラー上の偏向点から被走査面までの副走
査方向の光学系倍率、 Δθ_y：レーザ発生装置とビームスプリッタの位置の角
度誤差（単位：rad）、 Ｐｉ：ドット密度（単位：dpi）、 ｆ_scan：走査レンズ群の主走査方向の焦点距離（単位：
mm）である。

【００１７】

【作用】したがって、本発明によれば、２本のレーザビ
ームを用いて主走査方向に同時かつ２本並列に走査を行
うマルチビーム走査光学装置において、２つのレーザ発
生装置から射出された後、平行とされた２本のレーザビ
ームは、シリンドリカルレンズ群を共通に用いることに
より共通な光路が多くなるので、光学部材の経時的な変
位やシリンドリカルレンズ群の熱的変形が生じても、２
本のレーザビームの光軸が同一方向に同量ずれるだけで
あるので、それぞれのレーザビームが被走査面上に形成
する２本の走査線のずれの方向と量も互いに略同一とな
る。

【００１８】また、本発明によれば、上記マルチビーム
走査光学装置において、光学部材として偏光ビームスプ
リッタを用いているので、直線偏光したレーザビームを
射出するレーザ発生装置を用いた場合、前記光学部材に
おける一方のレーザビームの透過率及び他方のレーザビ
ームの反射率がそれぞれ高くなる。また、片方のレーザ
ビームの偏光面を９０゜回転させる第２光学部材を用い
ているので、断面楕円形の２本のレーザビームを用い、
しかもそれぞれの断面の長手方向と短手方向とが一致す
るように２つのレーザ発生装置を配した場合にも、光学
部材における一方のレーザビームの透過率及び他方のレ
ーザビームの反射率がそれぞれ高くなる。

【００１９】さらに、上記マルチビーム走査光学系が、
本発明で掲げた条件を満足するようにすれば、走査線の
ピッチむらが許容範囲以下となり、レーザビームの利用
効率が所定の値以上となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を適用したマルチビーム走査光
学装置の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は
本発明の一実施例に係るマルチビーム走査光学装置の上
面図であり、図２はその内、半導体レーザ素子１、
１’、コリメータレンズ２、２’、ビームスプリッタ３
及びそれらを取り付ける台座２７等を取り出して示す部
分拡大図である。尚、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、
当該部分の上面図、正面図である。

【００２１】このマルチビーム走査光学装置は、高い精
度が要求されるとともに、その精度が経時的に安定して
保たれなければならないので、金属性の取付基板９を用
いて、その上に以下に述べる種々の光学部品がそれぞれ
ネジ１０で取り付けられる構成となっている。また、取
付基板９には、このマルチビーム走査光学装置をプリン
ターやコピー機等の装置本体に取り付けるための座ぐり
穴１１も形成されている。

【００２２】尚、本実施例の場合、「２つのレーザ発生
装置」は半導体レーザ素子１、１’に、「支持手段」は
台座２７に、「光学部材」はビームスプリッタ３に、
「偏向器」はポリゴンミラー６に、「シリンドリカルレ
ンズ群」は第１のシリンドリカルレンズ群１２に、「集
光手段」は第２のシリンドリカルレンズ群に、「第２光
学部材」は1/2波長板１４に、それぞれ相当する。

【００２３】半導体レーザ素子１、１’から発するレー
ザビームは、それぞれコリメータレンズ２、２’により
平行光束に変換されてビームスプリッタ３に入射する。
そして、ビームスプリッタ３内に設けられた干渉膜３ａ
において、半導体レーザ素子１から出たレーザビームは
反射され、他方、半導体レーザ素子１’から出たレーザ
ビームは透過し、その後これら２本のレーザビームは光
学系の光軸に平行に進むことになる。

【００２４】このとき、図２（ｂ）に示すように、半導
体レーザ素子１と１’並びにコリメータレンズ２と２’
は、それらを取り付ける台座２７に段差を設けることに
より、副走査方向に所定の間隔だけ高さを変えて配設さ
れているので、ビームスプリッタ３のポリゴンミラー６
側では、それぞれのレーザビームの光軸は光学系の光軸
近傍において副走査方向に所定の間隔を空けて平行に揃
えられている（但し、図２（ｂ）は、２本のレーザビー
ムの光軸間に設定される副走査方向の間隔、すなわち、
半導体レーザ素子１と１’並びにコリメータレンズ２と
２’の間に設定される副走査方向の所定の間隔を強調し
たものであり、実際にはその間隔は極僅かである。）。

【００２５】ここで、レーザビームを画像形成に利用す
る効率を上げるためには、ビームスプリッタ３に入射す
る半導体レーザ素子１からのレーザビームの反射率、及
び半導体レーザ素子１’からのレーザビームの透過率を
高めることが望ましい。そのためには、半導体レーザ素
子１、１’をそれぞれ直線偏光したレーザビームを発す
るものとし、ビームスプリッタ３として偏光ビームスプ
リッタを用いるとともに、ビームスプリッタ３内に設け
られた干渉膜３ａに対して、半導体レーザ素子１からの
レーザビームはｓ偏光として入射し、半導体レーザ１’
からのレーザビームはｐ偏光として入射するようにする
と、干渉膜３ａの面における半導体レーザ素子１からの
レーザビームの反射率、及び半導体レーザ素子１’から
のレーザビームの透過率を効率よく高めることができ
る。

【００２６】このとき、半導体レーザ素子は一般に偏光
方向とそれに直交する方向ではレーザビームの広がり角
が異なるため、レーザビームの断面は楕円形となるが、
本実施例では、ビームスプリッタ３から被走査面までの
光学系を２本のレーザビームに共通に用いているため、
レーザビームそれぞれの断面の長手方向と短手方向とを
一致させる必要がある。そのため、半導体レーザ素子
１、１’から発する２本のレーザビームの偏光方向に応
じて、コリメータレンズ２とビームスプリッタ３との
間、あるいはコリメータレンズ２’とビームスプリッタ
３との間に、1/2波長板あるいはローテータのようなレ
ーザビームの偏光面を９０゜回転させる光学部材を挿入
しなければならない。

【００２７】図３（ａ）及び（ｂ）にこれらの直線偏光
する２本のレーザビームの偏光方向、及びそれに応じて
ビームスプリッタ３と半導体レーザ素子１あるいは１’
との間に挿入される1/2波長板１４の配置を示す。図３
中、半導体レーザ素子１、１’から発する２本のレーザ
ビームそれぞれの伝搬方向にｘ軸及びｙ軸を取り、ｘ−
ｙ平面に垂直な方向にｚ軸を取っている。尚、ビームス
プリッタ３としては、偏光ビームスプリッタを用いてい
る。

【００２８】図３（ａ）においては、半導体レーザ素子
１、１’から発せられた直後のレーザビームは、ともに
ｘ−ｙ面が偏光面となっている。半導体レーザ素子１、
１’をこのように配向した場合、このままの状態では、
これら２本のレーザビームは、ビームスプリッタ３内の
干渉膜３ａに対して、それぞれ入射方向は異なるもの
の、ともにｐ偏光として入射することになり、半導体レ
ーザ素子１からのレーザビームの反射率が著しく小さい
値となってしまう。

【００２９】したがって、ビームスプリッタ３とコリメ
ータレンズ２の間に1/2波長板１４を挿入することによ
り、半導体レーザ素子１から発せられるレーザビームの
偏光面を９０゜回転してｘ−ｚ面となるようにしてい
る。これによって、ビームスプリッタ３における半導体
レーザ素子１からのレーザビームの反射率を効率よく高
めることができる。

【００３０】一方、図３（ｂ）においては、半導体レー
ザ素子１及び１’から発せられた直後のレーザビーム
は、それぞれｘ−ｚ面及びｙ−ｚ面を偏光面としてい
る。半導体レーザ素子１、１’をこのように配向した場
合、このままの状態では、これら２本のレーザビームは
ビームスプリッタ３内の干渉膜３ａに対して、ともにｓ
偏光として入射することになり、半導体素子１’からの
レーザビームの透過率が著しく小さくなるので、該レー
ザビームの偏光面を９０゜回転してｘ−ｙ面とするため
にビームスプリッタ３とコリメータレンズ２’の間に1/
2波長板１４を挿入して、ビームスプリッタ３における
その透過率を高めるようにしている。

【００３１】ここで、図１に戻って説明を続ける。ビー
ムスプリッタ３を経て、その光軸が光学系の光軸近傍に
おいて副走査方向に所定の間隔を空けるとともに光学系
の光軸に対して平行に揃えられた２本のレーザビームは
共通に、２枚のシリンドリカルレンズ４、５から構成さ
れる第１のシリンドリカルレンズ群１２により、ポリゴ
ンミラー６の偏向面近傍で副走査方向に一旦集光され
る。ここで、シリンドリカルレンズ４、５は、副走査方
向にのみそれぞれ正、負のパワーを有し、これらが合わ
さって、第１のシリンドリカルレンズ群１２としては副
走査方向にのみ正のパワーを有する。

【００３２】したがって、レーザービームは主走査方向
には集光されないので、ポリゴンミラー６の偏向面近傍
において、２本のレーザービームの断面はそれぞれ主走
査方向に長さを有する２本の線状となる。第１のシリン
ドリカルレンズ群１２の作用は、後に述べる副走査方向
に正のパワーを有する第２のシリンドリカルレンズ群と
協働して、ポリゴンミラー６の偏向面の面倒れ補正を行
うことである。

【００３３】図４は、シリンドリカルレンズ４、５、そ
れらを収容する鏡筒１５及び鏡筒１５を固定支持し取付
基板９に取り付けられている台座１６を取り出して示す
部分拡大図である。同図中、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側方から見た断面図、（ｃ）は上面図である。鏡筒１５
は、シリンドリカルレンズ４を装着する内側部材１５ｂ
と、シリンドリカルレンズ５を装着するとともに内側部
材１５ｂが嵌合する外側部材１５ａとから構成される。

【００３４】台座１６は略直方体形状であり、その上面
に光軸と平行な面をなすＶ溝１６ａが形成されている。
そして、全体として略円筒形状の鏡筒１５は、このＶ溝
１６ａの両斜面に接した状態で支持される。このＶ溝１
６ａは、鏡筒１５を支持した状態で、シリンドリカルレ
ンズ５の母線の副走査方向高さが光軸高さと一致するよ
うに形成されている。さらに、鏡筒１５は、板バネ２１
で押さえてネジ２２を留めることにより、台座１６に対
して移動しないように固定される。

【００３５】鏡筒１５の外側部材１５ａの内側部材１５
ｂが嵌まり合っていない端面には、シリンドリカルレン
ズ５が板バネ１７、１８により押圧固定されている。板
バネ１７、１８は、それぞれネジ１９、２０により外側
部材１５ａに留められている。外側部材１５ａのこの端
面に臨む箇所には主走査面と平行な平面部１５ｃが形成
されており、シリンドリカルレンズ５のシリンダ母線と
平行なコバ面を平面部１５ｃに当接させることによっ
て、シリンダ母線と光軸の副走査方向高さを合わせるこ
とができる。

【００３６】鏡筒１５の内側部材１５ｂは、外側部材１
５ａに挿入されていない側において側壁の一部が突出
し、突出部の光軸側の面には主走査面に平行な平面部１
５ｄが形成されている。シリンドリカルレンズ４は、そ
のシリンダ母線と光軸の副走査方向高さを合わせるよう
に、シリンダ母線と平行なコバ面を平面部１５ｄに当接
させて、外側部材１５ａに挿入されていない側の端面に
接着固定される。

【００３７】シリンドリカルレンズ４と５は以下のよう
にして調整される。先ず、シリンドリカルレンズ４と５
をそれぞれ鏡筒１５の内側部材１５ｂと外側部材１５ａ
に取り付ける。次に、外側部材１５ａに内側部材１５ｂ
を嵌合させ、シリンドリカルレンズ４と５の軸上面間隔
が所定の距離となり、かつシリンダ母線の方向が同一と
なるように、両者を回転、移動させて調整した後固定
し、レンズブロックとする。

【００３８】一方、台座１６は、Ｖ溝１６ａの中心線を
本体装置の光軸と略一致させるように調整した後、取付
基板９に取り付けておく。この台座１６に、光学調整を
行ったレンズブロックを載置するだけで、光軸中心を一
致させることができる。最後に、レンズブロックの位
置、すなわち光源等の他の光学要素との光軸方向の距離
とシリンダ母線の方向を調整し、板バネ２１で固定す
る。このようにすれば、シリンドリカルレンズ４、５の
位置決めを簡単にかつ精度良く行うことができる。

【００３９】再び、図１に戻って説明する。第１のシリ
ンドリカルレンズ群１２によってポリゴンミラー６の偏
向面近傍で副走査方向に一旦集光された２本のレーザビ
ームは同時に、ポリゴンミラー６の偏向面が回転するこ
とにより、被走査面の主走査方向に偏向される。ポリゴ
ンミラー６は、その回転軸６ａに平行な多数の（図１で
は、６つの）反射面を偏向面として施した正多角形柱形
状をなしており、取付基板９の裏面に取り付けられたモ
ータ（図示せず）に駆動されて回転軸６ａの周りに等速
度で高速回転するようになっている。

【００４０】尚、ポリゴンミラー６は、ほこり除けのた
めカバー（図示せず）内に収容されており、ポリゴンミ
ラー６の偏向面に入射し、あるいは偏向された２本のレ
ーザビームは、カバーの側面に設けられたガラス窓１４
を透過することになる。

【００４１】ポリゴンミラー６の偏向面で偏向された２
本のレーザビームは、２枚のレンズ７、８から構成され
全体として主走査方向に正のパワーを有する走査レンズ
群１３により主走査方向に集光する。また、走査レンズ
群１３と被走査面（図示せず）との間に配設されるとと
もに副走査方向に正のパワーを有する第２のシリンドリ
カルレンズ群（図示せず）により、２本のレーザビーム
は副走査方向に集光される。

【００４２】これによって、２本のレーザビームは被走
査面上において副走査方向に所定の間隔離れた２つのス
ポットとして結像することになり、ポリゴンミラー６の
回転にともなって、副走査方向に所定の間隔離れた平行
な２本の走査線を同時に形成するように主走査方向に走
査を行う。尚、副走査方向には、被走査面が移動するこ
とによって走査がなされる。

【００４３】本実施例では、２枚のレンズ７、８からな
る走査レンズ群１３は、全体として主走査方向にのみパ
ワーを有するｆθレンズを構成するものとしている。ポ
リゴンミラー６の偏向面が等角速度で回転することによ
り、該偏向面で偏向される２本のレーザビームの偏向角
の角速度は一定となるので、ｆθレンズを用いれば、２
本のレーザビームはそれぞれ被走査面上を主走査方向に
等速度で走査することができる。

【００４４】尚、全体として主走査方向にｆθレンズを
なす走査レンズ群１３、及び副走査方向に正のパワーを
有する第２のシリンドリカルレンズ群からなる構成を、
主走査方向及び副走査方向に異なるパワーを有するトロ
イダルレンズあるいは非球面レンズ等に置き換えること
も可能である。

【００４５】以上の構成において、２つの半導体レーザ
素子１、１’から発する２本のレーザビームを用いて、
被走査面上に同時かつ並列に２本の走査線を書き込むこ
とができるが、そのとき書き込まれる走査線には、図５
に示すように、数種類の配列が可能である。

【００４６】図５（ａ）に示す場合には、走査線のライ
ンピッチを１本のレーザビームを用いる場合と同じに保
ったまま、２本の走査線を同時に書き込むことにより、
レーザビームが１本の場合よりも画像形成速度を高める
ことができる。すなわち、１回目の主走査では所定のラ
インピッチを置いて走査線Ｌ₁₁、Ｌ₂₁を同時に書き込
み、２回目の主走査では、走査線Ｌ₁₂と１回目の走査線
Ｌ₂₁の間隔が前記所定のラインピッチと等しくなるよう
に、走査線Ｌ₁₂、Ｌ₂₂を同時に形成し、以下同様に３回
目以降の主走査を行うものである。この場合、１本のレ
ーザビームを用いる場合に比べて、副走査方向に被走査
面を２倍の速度で移動させることになり、画像形成速度
を２倍に高めることができる。

【００４７】図５（ｂ）の場合も、走査線のラインピッ
チを、１本のレーザビームを用いる場合と同じに保った
まま２本のレーザビームで同時かつ並列に走査を行うも
のである。但し、図５（ａ）の場合と異なり、この場合
の副走査速度は、１本のレーザビームで走査する場合と
同じ値に設定している。このようにすると、１回目の走
査線Ｌ₂₁と２回目の走査線Ｌ₁₂とが重なり合い、２回目
の走査線Ｌ₂₂と３回目の走査線Ｌ₁₃とが重なり合うとい
うように、１本の走査線を２本のレーザビームで順次重
ねて走査することになり、被走査面上に形成される画像
の濃度を高めることができる。

【００４８】ところで、図５（ａ）及び（ｂ）に示すど
ちらの場合についても、被走査面上で２本のレーザビー
ムにより同時に走査される２本の並列な走査線の相対位
置が主走査方向あるいは副走査方向にずれると、走査線
の書き出し位置に主走査方向のむらが生じたり、あるい
は副走査方向に走査線のピッチむらが発生したりする。

【００４９】ここで、図１に示すように、ビームスプリ
ッタ３はネジ１０により取付基板９に取り付けらている
が、その取り付けの際に受ける応力や、半導体レーザ素
子１、１’が発熱することによる熱膨張歪のために、ビ
ームスプリッタ３が主走査面（図１では紙面に平行な
面）内で平行に移動したり、あるいは入射するレーザビ
ームの伝搬方向に対して副走査方向（図１では紙面に垂
直な方向）に傾いたりすることがある。また、第１のシ
リンドリカルレンズ群１２が熱的変形を受ける場合もあ
る。

【００５０】そのような場合、図８（ａ）あるいは
（ｂ）に示した従来例においては、２本のレーザビーム
それぞれについてシリンドリカルレンズ群５６及び５
６’あるいは５８及び５８’を別々に備えているので、
ポリゴンミラーの偏向面近傍における２本のレーザビー
ムの収束点が互いにずれることになり、その結果、２本
のレーザビームにより被走査面上に形成される２本の走
査線が主走査方向に変位して生じる走査線の書き出し位
置のむらや、２本の走査線が副走査方向にずれて発生す
る走査線のピッチむらが大きくなってしまう。

【００５１】これに対し、本実施例においては、図６に
その光源部の概略構成を示すように、半導体レーザ素子
１、１’から射出されコリメータレンズ２、２’で平行
光束とされた２本のレーザビームを、ビームスプリッタ
３で同一方向に揃えてから、第１のシリンドリカルレン
ズ群１２を共通に通過させるので、ビームスプリッタ３
が変位したり第１のシリンドリカルレンズ群１２が熱的
変形を受けたりすることによって、ポリゴンミラー６の
偏向面近傍における２本のレーザビームの収束点がそれ
ぞれずれても、そのずれ方は２本のレーザビームについ
て同一方向かつ略同一量となる。その結果、被走査面上
に形成される２本の走査線の相対位置のずれは、主走査
方向、副走査方向ともに図８（ａ）、（ｂ）に示した従
来の場合よりも小さくなる。

【００５２】すなわち、本実施例によれば、２本のレー
ザビームに共通な光路を多くすることにより、２本の走
査線のずれの方向と量が略同一となるため、走査線の書
き出し位置のむらやピッチむらが目立ち難くなるので、
画像品質の低下を小さく抑えることができる。

【００５３】次に、本実施例に係るマルチビーム走査光
学装置において、被走査面上に形成される走査線のピッ
チむらを許容範囲以下に抑え、同時に、レーザビームの
利用効率を有効に保つために、光学系が満たすべき条件
について説明する。

【００５４】図７に、本実施例に係るマルチビーム光学
系全体の配置の概略を示す。同図中、（ａ）及び（ｂ）
は、それぞれ主走査方向及び副走査方向に平行な平面内
における光学系の配置とレーザビームの光軸に沿った各
位置での光束の状態を示している。図７（ａ）に示すよ
うに、主走査方向に平行な平面内においては、半導体レ
ーザ素子１、１’から射出された２本のレーザビーム
は、コリメータレンズ２、２’で平行光束となり、ビー
ムスプリッタ３で同一方向に向けられ、走査レンズ群１
３により感光体ドラムの表面である被走査面２５上に集
光される。その光路上に配設される第１のシリンドリカ
ルレンズ群１２、ポリゴンミラー６及び第２のシリンド
リカルレンズ群２６は、主走査方向には作用しない。

【００５５】一方、図７（ｂ）に示すように、副走査方
向に平行な平面内においては、半導体レーザ素子１、
１’から発した２本のレーザビームは、コリメータレン
ズ２、２’で平行光束となり、ビームスプリッタ３を通
過し、第１のシリンドリカルレンズ群１２によりポリゴ
ンミラー６の偏向面上に一旦集光され、第２のシリンド
リカルレンズ群２６により被走査面２５上に集光され
る。このとき、走査レンズ群１３は副走査方向には作用
しない。

【００５６】このような光学系の構成において、被走査
面２５上にレーザビームが形成する走査線の副走査方向
のずれ量ΔＺ’（単位：mm）は、次式で表される； ΔＺ’＝ｆ_cy・β・Δθ_y ……(1)． 但し、 ｆ_cy：第１のシリンドリカルレンズ群１２の副走査方向
の焦点距離（単位：mm）、 β：ポリゴンミラー６上の偏向点から被走査面２５まで
の副走査方向の光学系倍率、 Δθ_y：半導体レーザ素子１あるいは１’とビームスプ
リッタ３の位置の副走査方向の角度誤差（単位：rad）
である。

【００５７】ここで、主走査方向の走査は、被走査面上
の走査線に沿ってレーザビームが所定のピッチごとにド
ットを形成することによって行われ、副走査方向の走査
は、隣合う走査線間のラインピッチ、すなわち副走査方
向に隣合うドットのピッチが一定になるように、被走査
面が一定の速度で移動することにより行われる。したが
って、式(1)で表されるΔＺ’が画像品質に与える誤差
εは、副走査方向のドット密度をＰｉ（単位：dpi）と
すると、次式で定義される； ε≡ΔＺ’・Ｐｉ／25.4 ＝ｆ_cy・β・Δθ_y・Ｐｉ／25.4 ……(2)． （但し、分母に掛かっている25.4は、長さの単位をinch
からmmに換算するための係数である。）

【００５８】通常、副走査方向に隣合うドットがライン
ピッチの１／４程度ずれると、画像に目視できる程度の
影響が現れる。したがって、画像品質に与える誤差ε
は、次の範囲でなければならない； ε≦1/4 ……(3)． よって、式(2)より、次式が得られる； ｆ_cy・β・Δθ_y・Ｐｉ≦6.35 ……(4)．

【００５９】ところで、図７に示す光学系の配置におい
て、全系の主走査方向の倍率β_M及び副走査方向の倍率
β_Sは次式で与えられる； β_M＝ｆ_scan／ｆ_co ……(5)， β_S＝ｆ_cy・β／ｆ_co ……(6)． 但し、 ｆ_scan：走査レンズ群１３全体の主走査方向の焦点距離
（単位：mm）、 ｆ_co：コリメータレンズ２あるいは２’の焦点距離（単
位：mm）、である（但し、コリメータレンズ２、２’
は、主走査方向と副走査方向に同じ焦点距離を有するも
のとした。）。

【００６０】また、ここで取り扱う光束はレーザビーム
であり、その強度がガウス分布に従うものであって、一
般に被走査面上にレーザビームが形成するスポットの幅
は、レーザビームの中心線上の強度を１としたときに強
度が１／ｅ²になる幅と定義されることを考慮すると、
次式が得られる。 β_M＝25.4・π・ｋ_M／（４・λ・Ｐｉ・Ｆ_M） ……(7)， β_S＝25.4・π・ｋ_S／（４・λ・Ｐｉ・Ｆ_S） ……(8)． 但し、 π：円周率、 ｋ_M：被走査面上における主走査方向の（レーザビーム
のスポットの幅）／（ドットピッチ）、 ｋ_S：被走査面上における副走査方向の（レーザビーム
のスポットの幅）／（ドットピッチ）、 λ：レーザビームの波長、 Ｆ_M：半導体レーザ素子１、１’側の主走査方向の有効
Ｆナンバー、 Ｆ_S：半導体レーザ素子１、１’側の副走査方向の有効
Ｆナンバーである（但し、主走査方向のドット密度は、
副走査方向のドット密度Ｐｉと同じ値を取るものとし
た。）。

【００６１】式(5),(6),(7)及び(8)を整理すると、次式
が得られる； ｆ_cy・β／ｆ_scan＝（ｋ_S／ｋ_M）・（Ｆ_M／Ｆ_S）． すなわち、 ｆ_cy・β＝ｆ_scan・（ｋ_S／ｋ_M）・（Ｆ_M／Ｆ_S） ……(9) である。

【００６２】ここで、ｆ_cy，β，ｆ_scan，（ｋ_S／ｋ_M）
及び（Ｆ_M／Ｆ_S）は全て正の値であり、式(9)の左辺は
誤差εの定義式(2)に現れる量であるから、誤差εを小
さくするためには、式(9)の右辺を小さくすることが望
ましい。すなわち、ｆ_scanは（ｋ_S／ｋ_M），（Ｆ_M／
Ｆ_S）とは独立に設計できることを考慮すると、（ｋ_S／
ｋ_M），（Ｆ_M／Ｆ_S）をそれぞれ可能な限り小さくする
ことが望ましい。

【００６３】ここでは、主走査方向及び副走査方向のド
ット密度が同じ、すなわち主走査方向及び副走査方向の
ドットピッチが同じであるとしているので、（ｋ_S／
ｋ_M）は、被走査面上でレーザビームが集光するスポッ
トの副走査方向の幅と主走査方向の幅の比に相当する。
よって、（ｋ_S／ｋ_M）を小さく取れば、被走査面上のス
ポットは、その主走査方向の幅に対して副走査方向の幅
が狭くなる。

【００６４】しかしながら、主走査方向の走査速度は副
走査方向の走査速度に比べて大きいことと、レーザビー
ムは１つのドットを形成する際に極短時間ではあるもの
の所定の時間間隔にわたって点灯することから、それぞ
れのドットはレーザビームが被走査面上で集光するスポ
ットのサイズに比べて副走査方向よりも主走査方向に大
きく引き延ばされる形で形成されることになる。そのた
め通常は、被走査面上にレーザビームが集光するスポッ
トは、主走査方向の幅に比べて副走査方向の幅が長い楕
円形状になるように設定されるので、（ｋ_S／ｋ_M）は次
式を満たさなければならない； ｋ_S／ｋ_M≧1 ……(10)．

【００６５】一方、（Ｆ_M／Ｆ_S）は、半導体レーザ素子
１、１’側の主走査方向と副走査方向のＦナンバーの比
であり、半導体レーザ素子１、１’を点光源とみなした
ときのコリメータレンズ２、２’に対する主走査方向の
開口数ＮＡ_Sと副走査方向の開口数ＮＡ_Mを用いると、よ
く知られた関係から次式のように書ける； Ｆ_M／Ｆ_S＝ＮＡ_S／ＮＡ_M ……(11)．

【００６６】この（ＮＡ_S／ＮＡ_M）は、半導体レーザ素
子１、１’を射出したレーザビームに対するコリメータ
レンズ２、２’を透過したレーザビームの利用効率に対
応する。したがって、（Ｆ_M／Ｆ_S）を小さく設定しよう
として（ＮＡ_S／ＮＡ_M）を小さくし過ぎると、レーザビ
ームを偏平に開口規制し過ぎることになり、レーザビー
ムの利用効率が下がるので、0.2が下限値となる。すな
わち、 Ｆ_M／Ｆ_S≧0.2 ……(12)でなければならない。

【００６７】以上より、条件式(10)，(12)を考慮する
と、式(9)は以下のようになる； ｆ_cy・β／ｆ_scan≧0.2 ……(13)．

【００６８】結局、本実施例に係るマルチビーム走査光
学装置において、被走査面上に形成される走査線のピッ
チむら、すなわち被走査面上で副走査方向に隣合うドッ
トの相対位置の誤差を許容範囲以下に抑え、同時に、レ
ーザビームの利用効率を有効に保つためには、光学系は
式(4)，(13)を満たす必要がある。 ｆ_cy・β・Δθ_y・Ｐｉ≦6.35 ……(4)， ｆ_cy・β／ｆ_scan≧0.2 ……(13)．

【００６９】ここで、以上述べた各式に現れる諸量の本
実施例における代表的な値と、それらの値を用いた場合
の式(4)，(13)それぞれの左辺の値を示す。

【００７０】

【表１】

【００７１】但し、Δθ_yとしては、ビームスプリッタ
３の角度誤差として、 Δθ_y＝arc tan（1/2000) の値を用いている。これは、ビームスプリッタ３の一辺
の長さが１０ｍｍである場合に５μｍの誤差が発生した
ことに相当する。

【００７２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、２本のレーザ
ビームを用いて同時かつ２本並列に走査を行うマルチビ
ーム走査光学装置において、光学部材の経時的な変位や
シリンドリカルレンズ群の熱的変形が生じても、２本の
レーザビームの光軸が同一方向に同量ずれるだけであ
り、それぞれのレーザビームが被走査面上に形成する２
本の走査線のずれの方向と量も互いに略同一となるの
で、走査線の書き出し位置の相対的なむらや走査線のピ
ッチむらが小さくなり、画像品質を向上させることがで
きる。

【００７３】請求項２の発明によれば、上記マルチビー
ム走査光学装置において、光学部材として偏光ビームス
プリッタを用いているので、直線偏光したレーザビーム
を射出するレーザ発生装置を用いた場合、前記光学部材
における一方のレーザビームの透過率及び他方のレーザ
ビームの反射率がそれぞれ高くなる。また、片方のレー
ザビームの偏光面を９０゜回転する第２光学部材を用い
ることにより、断面楕円形の２本のレーザビームを用
い、しかもそれぞれの断面の長手方向と短手方向が一致
するように２つのレーザ発生装置を配した場合にも、一
方のレーザビームの透過率及び他方のレーザビームの反
射率を上げることができる。したがって、２つのレーザ
発生装置から射出される２本のレーザビームを、被走査
面上の画像形成に有効に利用することができる。

【００７４】請求項３の発明に係る条件を上記マルチビ
ーム走査光学装置に適用すれば、走査線のピッチむらが
許容範囲以下となるので、安定した高い画像品質を得る
ことができる。また、レーザビームを画像形成に有効に
利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るマルチビーム走査光
学装置の上面図。

【図２】 図１のマルチビーム走査光学装置に搭載され
る半導体レーザ素子、コリメータレンズ、ビームスプリ
ッタ及びそれらを取り付ける台座の構成を示す部分拡大
図。

【図３】 図１のマルチビーム走査光学装置の光源部に
おいて偏光ビームスプリッタ及び1/2波長板を用いる場
合の該光源部の概略配置図。

【図４】 図１のマルチビーム走査光学装置に搭載され
る第１のシリンドリカルレンズ群の構成を示す部分拡大
図。

【図５】 ２本のレーザビームを用いて走査を行う場合
の走査線の配列を示す図。

【図６】 図１のマルチビーム走査光学装置の光源部の
概略構成図。

【図７】 図１のマルチビーム走査光学装置全体の構成
を示す概略配置図。

【図８】 従来のマルチビーム走査光学装置の光源部の
概略構成図。

【符号の説明】

１、１’ 半導体レーザ素子 ２、２’ コリメータレンズ ３ ビームスプリッタ ３ａ 干渉膜 ４、５ シリンドリカルレンズ ６ ポリゴンミラー ６ａ 回転軸 ９ 取付基板 １０ ネジ １１ 座ぐり穴 １２ 第１のシリンドリカルレンズ群 １３ 走査レンズ群 １４ 1/2波長板 １５ 鏡筒 １６ 台座 １６ａ Ｖ溝 １７、１８ 板バネ １９、２０ ネジ ２１ 板バネ ２２ ネジ ２５ 被走査面 ２６ 第２のシリンドリカルレンズ群

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被走査面を２本のレーザビームで主走査
   方向に同時かつ２本並列に走査するマルチビーム走査光
   学装置であって、 ２つのレーザ発生装置と、 該２つのレーザ発生装置を互いに副走査方向に異なる位
   置に支持する支持手段と、 各レーザ発生装置から発生するレーザビームを平行光束
   にする２つのコリメータレンズと、 一方のレーザ発生装置からのレーザビームを透過すると
   ともに他方のレーザ発生装置からのレーザビームを反射
   して、該２本のレーザビームを平行に出力する光学部材
   と、 前記光学部材から出力された２本のレーザビームに共通
   に用いられ、該２本のレーザビームを被走査面の主走査
   方向に偏向する偏向器と、 前記光学部材と前記偏向器との間に配設されて前記２本
   のレーザビームに共通に用いられ、該２本のレーザビー
   ムを前記偏向器の偏向面近傍においてそれぞれ副走査方
   向に集光するシリンドリカルレンズ群と、 前記偏向器と前記被走査面との間に配設されて前記偏向
   器で偏向された２本のレーザビームに共通に用いられ、
   該２本のレーザビームを前記被走査面上においてそれぞ
   れ副走査方向に集光する集光手段と、を設けたことを特
   徴とするマルチビーム走査光学装置。
2. 【請求項２】 上記光学部材が、偏光ビームスプリッタ
   であること、及び上記２本のレーザビームのうち片方の
   レーザビームの光路上において上記コリメータレンズと
   前記偏光ビームスプリッタとの間に前記片方のレーザビ
   ームの偏光面を９０゜回転させる第２光学部材を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム走査光
   学装置。
3. 【請求項３】 上記偏向器と上記被走査面の間に配設さ
   れて上記２本のレーザビームに共通に用いられ、該２本
   のレーザビームを上記被走査面上において主走査方向に
   集光する走査レンズ群を備え、次の条件を満足すること
   を特徴とする請求項１または２に記載のマルチビーム走
   査光学装置； ｆ_cy・β・Δθ_y・Ｐｉ≦6.35 ｆ_cy・β／ｆ_scan≧0.2 但し、 ｆ_cy：シリンドリカルレンズ群の副走査方向の焦点距離
   （単位：mm）、 β：ポリゴンミラー上の偏向点から被走査面までの副走
   査方向の光学系倍率、 Δθ_y：レーザ発生装置とビームスプリッタの位置の角
   度誤差（単位：rad）、 Ｐｉ：ドット密度（単位：dpi）、 ｆ_scan：走査レンズ群の主走査方向の焦点距離（単位：
   mm）である。