JPH09179048A - マルチビーム走査光学装置およびレーザ光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの半導体レーザから射出される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
より被走査面上に安定した画像を形成し、かつコスト削
減を図る。 【解決手段】 ２つの半導体レーザ１，１’から射出さ
れる２本のレーザビームを、まずビームスプリッタ２で
略同一方向に向けた後、１枚のコリメータレンズ３によ
り光軸が略平行な２本の平行光束とする。また別の構成
としては、半導体レーザ１，１’を、紫外線硬化樹脂を
用いてビームスプリッタ２の面に直接接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＢＰ（laser be
am printer）やディジタルＰＰＣ（plain papercopie
r）等の書き込み用光学系として使用されるレーザビー
ム走査光学装置と、その光源装置に係り、特に複数のレ
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、及び該装置に用いられるレ
ーザ光源装置に関する。

【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、複数のレーザビームを用いて複数の走査線
を同時に走査させることにより偏向器の回転数、すなわ
ち主走査方向の走査速度を同程度としたまま実質的に画
像形成速度を上げたり、１本の走査線上を複数のレーザ
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
学装置が開発されている。

【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、複数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走査
線の間隔を狭くして、画像形成速度を同程度に保ったま
ま解像度を向上することも行われている。

【０００４】このようなマルチビーム走査光学装置の第
１の従来技術としては、複数の半導体レーザから射出さ
れる複数のレーザビームを、ビームスプリッタを通して
互いの光軸が近接した同一方向に進む複数の光束とし、
それらを被走査面上に導いて複数の走査線を同時に走査
するものがある。

【０００５】図１９に第１の従来技術の概略構成を示
す。ここでは、複数の半導体レーザとして、２つの半導
体レーザ１，１’を備えたものを示している。なお、こ
の場合、ビームスプリッタ２で反射される側のレーザビ
ームを射出する半導体レーザ１’の配置位置としては、
代表的に、そのレーザビームがビームスプリッタ２に副
走査方向から入射する位置Ａと、そのレーザビームがビ
ームスプリッタ２に主走査面内から入射する位置Ｂの２
通りがある。

【０００６】半導体レーザ１から射出されたレーザビー
ムは、コリメータレンズ３０１で平行光束とされた後、
進行方向を変えずにビームスプリッタ２を透過する。一
方、半導体レーザ１’がＡ，Ｂいずれの位置に配置され
た場合も、半導体レーザ１’から射出されたレーザビー
ムは、コリメータレンズ３０１’で平行光束化された
後、ビームスプリッタ２に入射し、その中に施された干
渉膜（図示せず）で反射されて、透過する側のレーザビ
ームと進行方向が同じになる。

【０００７】なお、図１９では、ビームスプリッタ２か
ら射出された２本のレーザビームは、互いの光軸が重な
るように描かれているが、実際にはそれらの光軸は近接
した略平行な２本の線であり、この２本のレーザビーム
は、略同一の光路を通って、感光体ドラム３７の表面に
施された被走査面において、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し、それによって２本の
走査線が同時に走査される。

【０００８】そのため、ビームスプリッタ２から射出さ
れた２本のレーザビームが被走査面に至る光路上には、
２本のレーザビームを等角速度で主走査方向に偏向する
ポリゴンミラー３１、ポリゴンミラー３１により偏向さ
れたレーザビームを被走査面上で等速度走査させるため
のｆθレンズ３４、及び協働してポリゴンミラー３１の
偏向面の面倒れ補正を行う第１、第２のシリンドリカル
レンズ群３０，３６が配設されている。

【０００９】また、このようなマルチビーム走査光学装
置の第２の従来技術としては、図２０に示すように、光
源にアレー状の半導体レーザ１０１を用いたものが挙げ
られる。この第２の従来技術では、個々のアレー要素１
０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃから射出される複数のレー
ザビームが、上述したと同様な走査光学系により、被走
査面上に導かれてそれぞれ近接した異なる点に結像し、
複数ラインの走査が同時に行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記第１の
従来技術に係るマルチビーム走査光学装置においては、
２本のレーザビームが被走査面上に結像する２つのスポ
ットの相対位置を初期調整しておいても、光学要素を装
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
膨張歪等のため、特に半導体レーザ１，１’、コリメー
タレンズ３０１，３０１’及びビームスプリッタ２の相
対位置がずれることがある。そうすると、それぞれのレ
ーザビームの照射方向に角度誤差が発生し、その結果、
それらのレーザビームが被走査面上に結像する２つのス
ポットの相対位置が経時的にずれてしまう。

【００１１】このように、２本のレーザビームにより被
走査面上に形成される２つのスポットの相対位置が、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。

【００１２】そして、特にこの第１の従来技術では、図
１９に示したように、半導体レーザ１，１’とビームス
プリッタ２の間にコリメータレンズ３０１，３０１’を
配設した構成となっているため、それぞれコリメータレ
ンズ３０１，３０１’と一体的に保持された半導体レー
ザ１，１’がビームスプリッタ２に対して位置ずれを起
こした場合には、被走査面上に同時に形成される２つの
スポットの相対位置が大きくずれるという問題点があっ
た。

【００１３】また、上記第２の従来技術に係るマルチビ
ーム走査光学装置では、図２０に示すように、アレー状
の半導体レーザ１０１を構成する個々のアレー要素１０
１ａ，１０１ｂ，１０１ｃがそれぞれ発熱するので、そ
の熱が相互に伝達されると、それぞれの温度が互いに影
響を受けることによって、個々のアレー要素１０１ａ，
１０１ｂ，１０１ｃが射出するレーザビームの波長や発
光量が変化する。

【００１４】このような不都合を避けるためには、個々
のアレー要素１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの間隔を大
きくしなければならない。しかし、その場合、走査光学
系全体の倍率を小さくする必要があり、そのため走査レ
ンズの焦点距離は短くなる。そうすると、ポリゴンミラ
ー等の光学要素を配置するためのスペースが小さくなっ
てしまい、実用的でないという問題点があった。

【００１５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであって、複数のレーザビームの照射
方向が変化しにくい安定したレーザ光源装置、及び該光
源装置を備えることにより複数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変化しにくいマルチ
ビーム走査光学装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【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、第１の光束を射出する第１の光源と、
第２の光束を射出する第２の光源を有し、第１の光束お
よび第２の光束を偏向器で偏向して被走査面を走査する
走査光学装置において、第１の光源から射出された第１
の光束を透過させ、第２の光源から射出された第２の光
束を反射させて、第１の光束および第２の光束を略同一
方向に射出するビームスプリッタと、ビームスプリッタ
から射出された第１の光束および第２の光束をそれぞれ
平行光束とするコリメータレンズと、コリメータレンズ
によって平行光束とされた第１の光束および第２の光束
を被走査面に結像させる走査光学系とを備え、かつ ｄ・β・Ｐｉ＜４００００ の条件を満足する構成とする。ここで、ｄは第２の光源
の発光点からビームスプリッタにおける反射点までの第
２の光束の光路長をｍｍで表したものである。また、β
は第２の光源の発光点から被走査面までの全系の倍率で
あり、Ｐｉは被走査面上に結像する光束の数をinch当た
りの密度で表したものである。

【００１７】この構成によると、異なる位置に配置され
た第１の光源と第２の光源から射出される第１の光束と
第２の光束は、ビームスプリッタによって略同一方向に
向けられ、略同一の光路を進むことになる。したがっ
て、コリメータレンズや走査光学系は第１の光束と第２
の光束に共用される。また、被走査面における第２の光
束の結像位置と第１の光束の結像位置のずれは、上記条
件により極めて小さくなる。

【００１８】上記構成において、第１の光源、第２の光
源、ビームスプリッタおよびコリメータレンズを同一の
保持部材に固定してもよい。温度等の変化が生じたとき
でも、同一の保持部材に固定された光源やビームスプリ
ッタ、コリメータレンズの相互の相対位置の変化は僅か
であり、被走査面における第２の光束の結像位置と第１
の光束の結像位置の相対的な位置関係に大きな差が生じ
ない。

【００１９】また、本発明では、第１の光学素子と第２
の光学素子を面で接合して成り、この接合面を第１の光
学素子側からの光を透過させ第２の光学素子側からの光
を反射させる半透過性としたビームスプリッタと、第１
の光学素子に固着され、接合面に向けてレーザを射出す
る第１のレーザ光源と、第２の光学素子に固着され、接
合面に向けてレーザを射出する第２のレーザ光源とをレ
ーザ光源装置に備えて、接合面を透過した第１のレーザ
光源からのレーザと、接合面によって反射された第２の
レーザ光源からのレーザとを、略同一方向に射出させ
る。

【００２０】このレーザ光源装置では、ビームスプリッ
タは異なる方向からの２本のレーザを同一方向に向ける
とともに、第１のレーザ光源と第２のレーザ光源を保持
する機能も果たす。レーザの発生に伴って発熱しても、
両レーザ光源の相対位置の変化は極めて僅かになるた
め、射出される２本のレーザの方向に殆ど変化が生じな
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したマルチビ
ーム走査光学装置、及びそれに搭載されるレーザ光源装
置の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本
発明の第１実施形態に係るマルチビーム走査光学装置の
上面図であり、図２〜５は、半導体レーザ１、１’、ビ
ームスプリッタ２、コリメータレンズ３、及びそれらを
固定保持する部材を組み合わせたホルダ等で構成される
レーザ光源装置４を取り出して示す部分拡大図であっ
て、それぞれ、該レーザ光源装置４の上面図、側面図、
背面図、及び正面図である。また、図１９に示した第１
の従来技術における構成要素と同一機能を有する構成要
素には、同じ符号を付す。

【００２２】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、剛性の高いハウジング２
５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２６等で取り付けられた構成となっている。
また、ハウジング２５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ネジ止めす
るため、複数の貫通穴２７も形成されている。

【００２３】半導体レーザ１は、円筒形状をなし内周に
ネジが切られた保持部材５に嵌め込まれた後、外周がネ
ジ形状である押さえ部材６を保持部材５にねじ込むこと
により、保持部材５に固定される。この保持部材５は、
保持部材７のＶ字溝７ａに光軸方向に移動可能な状態で
載置され、半導体レーザ１に対するフォーカス調整が行
われた後、板バネ８とネジ９，９を用いて保持部材７に
固定される。また、保持部材７は、光軸に垂直な面７ｂ
を介してベースブロック１０に接合しており、その面７
ｂに沿う方向における半導体レーザ１の位置調整が行わ
れた後、ネジ１１，１１を用いてベースブロック１０に
固定される。

【００２４】また、半導体レーザ１’は、板バネ１２と
ネジ１３，１３を用いて保持部材１４に固定される。こ
の保持部材１４は、半導体レーザ１’からビームスプリ
ッタ２の干渉膜２ａに至るレーザビームの光軸に垂直な
面１４ａを介してベースブロック１０に接合しており、
その面１４ａに沿う方向における半導体レーザ１’の位
置調整が行われた後、ネジ１５，１５を用いてベースブ
ロック１０に固定される。

【００２５】また、ベースブロック１０にはビームスプ
リッタ２が、板バネ１６とネジ１７、及び板バネ１８と
ネジ１９，１９を用いて固定されている。なお、ビーム
スプリッタ２は接着剤を用いてベースブロック１０に固
定してもよい。

【００２６】また、この場合、半導体レーザ１，１’か
ら射出された２本のレーザビームは、ビームスプリッタ
２を通過したところで、それらの光軸が、図３において
上下方向に、すなわち副走査方向に所定の間隔空けて、
略平行に揃えられなければならない。そのため、それぞ
れの光軸がビームスプリッタ２の干渉膜２ａと交わる点
は、図３において紙面に平行な平面内で僅かにずれてい
る。

【００２７】また、ビームスプリッタ２の射出面側に
は、円筒形の鏡胴２０に装着されたコリメータレンズ３
が配置される。この場合、コリメータレンズ３が光軸方
向に移動可能となるように、鏡胴２０は、ベースブロッ
ク１０に施されたＶ字溝１０ａに載置されている。そし
て、ベースブロック１０には、鏡胴２０を覆う形で枠部
材２１がネジ２２，２２を用いて取り付けられており、
コリメータレンズ３のフォーカス調整後、この枠部材２
１に施された虫ネジ２３，２３を用いて、鏡胴２０がベ
ースブロック１０に固定される。

【００２８】また、ベースブロック１０には、レーザ光
源装置４全体をハウジング２５に留めるネジ２６を通す
ために、貫通穴２４が複数形成されている。なお、コリ
メータレンズ３から射出されたレーザビームの断面を整
形するため、コリメータレンズ３を装着する鏡胴２０の
ビーム射出口付近に、所定の形状を有する開口２８を施
した開口規制板２９を配設する場合もある。

【００２９】このような構成において、半導体レーザ１
から射出されたレーザビームは、進行方向を変えること
なくビームスプリッタ２を透過する。一方、半導体レー
ザ１’から射出されたレーザビームは、ビームスプリッ
タ２内に設けられた干渉膜２ａで反射され、半導体レー
ザ１からのレーザビームと進行方向が同じになって、ビ
ームスプリッタ２から射出される。

【００３０】そして、ビームスプリッタ２から射出され
たこれら２本のレーザビームの光軸は、互いに近接した
略平行な２本の線となっており、２本のレーザビームと
もコリメータレンズ３で平行光束とされ、その後、略同
一の光路を通って、副走査方向に所定の間隔離れた２つ
のスポットとして、被走査面（図示せず）上に結像す
る。

【００３１】そのため、２本のレーザビームがコリメー
タレンズ３から被走査面に至る光路上には、２枚のシリ
ンドリカルレンズ３０ａ，３０ｂから構成される第１の
シリンドリカルレンズ群３０、２本のレーザビームを同
時に等角速度で主走査方向に偏向するポリゴンミラー３
１、２枚のレンズ３２，３３から構成されポリゴンミラ
ー３１により偏向された２本のレーザビームを被走査面
上で等速度走査させるためのｆθレンズ群３４、及び第
２のシリンドリカルレンズ群（図示せず）が配設され
る。

【００３２】なお、第１のシリンドリカルレンズ群３０
を構成する２枚のシリンドリカルレンズ３０ａ，３０ｂ
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３
０としては副走査方向にのみ正のパワーを有する。この
ため、２本のレーザビームは、ポリゴンミラー３１の偏
向面近傍において、副走査方向にのみ集光され、それぞ
れの断面は主走査面内に収縮した線状となる。この第１
のシリンドリカルレンズ群３０の作用は、やはり副走査
方向にのみ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３１の偏向面の面倒
れ補正を行うことである。

【００３３】第１のシリンドリカルレンズ群３０によっ
てポリゴンミラー３１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３１の偏向面が回転することにより、主走査方向に
偏向される。ポリゴンミラー３１は、その回転軸に平行
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、ハウジング２５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
転軸の周りに等角速度で高速回転するようになってい
る。

【００３４】なお、ポリゴンミラー３１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３１の偏向面に入射し、あるいはそこで偏向
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３５を透過することになる。

【００３５】ポリゴンミラー３１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３２，３３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ｆθ
レンズ群３４により主走査方向に集光する。また、この
２本のレーザビームは、ｆθレンズ群３４と被走査面と
の間に配設された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により、副走査方向に集光さ
れる。

【００３６】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３
１の回転にともなってこの２つのスポットが平行な２本
の走査線を同時に形成するように、主走査方向に等速度
で走査を行う。なお、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。

【００３７】なお、半導体レーザ１，１’から射出され
るレーザビームを画像形成に有効に利用するためには、
ビームスプリッタ２に入射する半導体レーザ１からのレ
ーザビームの透過率、及び半導体レーザ１’からのレー
ザビームの反射率を高めることが望ましい。

【００３８】そのため、第１実施形態では、半導体レー
ザ１，１’としてそれぞれ直線偏光したレーザビームを
射出するものを用い、ビームスプリッタ２として偏光ビ
ームスプリッタを用いる。そして、ビームスプリッタ２
内に設けられた干渉膜２ａに対して、半導体レーザ１か
らのレーザビームはｐ偏光として入射し、半導体レーザ
１’からのレーザビームはｓ偏光として入射するように
している。

【００３９】但し、このとき、半導体レーザは、一般に
偏光方向とそれに直交する方向では射出するレーザビー
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。そして、本実施形態では、ビームスプリッタ
２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、２本の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。

【００４０】そのため、本実施形態では、半導体レーザ
１，１’から射出される２本のレーザビームの偏光方向
に応じて、半導体レーザ１とビームスプリッタ２との
間、あるいは半導体レーザ１’とビームスプリッタ２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（図示せ
ず）を挿入する。

【００４１】以上述べたように、第１実施形態では、半
導体レーザ１，１’以外の全ての光学素子を２本のレー
ザビームに共用しているので、光源系をコンパクトに構
成することが可能となる。また、光源系を保持する部材
を組み合わせたホルダの機械的な剛性が高くなる。

【００４２】ここで、上記のように構成され、動作する
マルチビーム走査光学装置における、レーザ光源装置４
の調整方法を説明する。先ず、ビームスプリッタ２で反
射される方のレーザビームを射出する半導体レーザ１’
のみ点灯させる。そしてこの状態で、コリメータレンズ
３を装着した鏡胴２０を、ベースブロック１０のＶ字溝
１０ａに沿って光軸方向に移動させることにより、この
レーザビームが被走査面上に点像として結像するように
してフォーカス調整を行った後、鏡胴２０をベースブロ
ック１０に対して固定する。

【００４３】次に、半導体レーザ１’のみ点灯したまま
で、半導体レーザ１’を取り付けた保持部材１４を、レ
ーザビームの光軸に垂直な面１４ａに沿ってベースブロ
ック１０に対して移動させることにより、このレーザビ
ームがコリメータレンズ３から射出されるときの方向を
調整する。これにより、このレーザビームが被走査面上
に結像するスポットの位置を調整することができる。

【００４４】今度は、ビームスプリッタ２を透過する方
のレーザビームを射出する半導体レーザ１のみ点灯させ
る。そしてこの状態で、半導体レーザ１を取り付けた円
筒形の保持部材５を、保持部材７のＶ字溝７ａに沿って
光軸方向に移動させることにより、フォーカス調整を行
った後、保持部材５を保持部材７に対して固定する。

【００４５】そして最後に、半導体レーザ１のみ点灯し
たままで、半導体レーザ１を固定した保持部材７を、レ
ーザビームの光軸に垂直な面７ｂに沿ってベースブロッ
ク１０に対して移動させることにより、このレーザビー
ムがコリメータレンズ３から射出されるときの方向を調
整して、このレーザビームが被走査面上に結像するスポ
ットの位置を調整する。以上のようにすれば、レーザ光
源装置４を構成する半導体レーザ１，１’及びコリメー
タレンズ３の調整を簡単にかつ精度良く行うことができ
る。

【００４６】しかもこの構成では、半導体レーザ１，
１’、ビームスプリッタ２、及びコリメータレンズ３の
相対位置関係を保ったまま、レーザ光源装置４をハウジ
ング２５に着脱できるので、一旦調整を済ませたレーザ
光源装置４をマルチビーム走査光学装置に組み付けた
り、メンテナンス時にこれらを分解・再組み立てしたり
するとき、光学調整を容易に行うことができる。

【００４７】なお、これらの調整を行っても、半導体レ
ーザ１あるいは１’から射出されたレーザビームが、コ
リメータレンズ３から射出されるときに、所定の方向か
ら角度誤差を生じることがある。例えば、半導体レーザ
１’を、それから射出されるレーザビームの光軸に垂直
な面１４ａに沿って位置調整した後、保持部材１４をベ
ースブロック１０に固定するとき、２本のネジ１５，１
５のいずれか一方を強く、他方を弱く締めてしまうと、
微小ではあるが角度誤差が生じる。また、ネジ１１，１
１を用いて保持部材７をベースブロック１０に固定する
ときにも、同様のことが起こり得る。

【００４８】また、コリメータレンズ３のフォーカス調
整を行うため、鏡胴２０をベースブロック１０のＶ字溝
１０ａに沿って移動させるとき、Ｖ字溝１０ａの斜面が
光軸に平行でなく角度誤差を持つ場合には、調整後、コ
リメータレンズ３から射出されるレーザビームの照射方
向に角度誤差が生じる。また、半導体レーザ１を取り付
けた保持部材５を、保持部材７のＶ字溝７ａに沿って移
動させるときにも、同様のことが起こり得る。

【００４９】また、半導体レーザ１’を光軸に垂直な面
内で位置調整するため、保持部材１４を面１４ａに沿っ
て移動させるとき、この面１４ａが光軸に垂直でなく角
度誤差を持つ場合には、半導体レーザ１’から射出され
たレーザビームがコリメータレンズ３から射出されると
きの照射方向に角度誤差が生じる。また、半導体レーザ
１を固定した保持部材７を面７ｂに沿って移動させると
きも、同様である。

【００５０】しかしながら、本発明の第１実施形態で
は、半導体レーザ１，１’、及びコリメータレンズ３を
上記のように配置しているため、仮にそれらを調整する
とき上記のような角度誤差が生じることがあっても、後
に述べる理由から、被走査面上に同時に結像する２つの
スポットの相対位置が大きくずれることはない。すなわ
ち、上記第１の従来技術に比べて、上記調整の誤差感度
が小さいため、レーザ光源装置４の調整を行うのが容易
である。

【００５１】また、半導体レーザ１，１’の発熱によっ
てホルダの各要素が熱的歪を受けることにより、半導体
レーザ１，１’とビームスプリッタ２の相対位置がずれ
ることも考えられるが、その場合も同じく後に述べる理
由から、本発明の第１実施形態によれば、被走査面上に
結像するスポットの相対位置が大きくずれることはな
い。

【００５２】なお、このレーザ光源装置４は、半導体レ
ーザ１，１’、ビームスプリッタ２、及びコリメータレ
ンズ３を一体に固定保持する１つのブロックとして、ハ
ウジング２５から着脱できるようになっている。したが
って、このレーザ光源装置４を搭載するマルチビーム走
査光学装置を組み立てたり、メンテナンス時に分解・再
組み立てしたりするとき、上述のように、光学調整を極
めて容易に行うことができる。

【００５３】また、上記構成では、ハウジング２５が、
貫通穴２７を用いてプリンターやコピー機等の装置本体
にネジ止めされ、さらに、レーザ光源装置４が、半導体
レーザ１，１’、ビームスプリッタ２、及びコリメータ
レンズ３を一体に固定保持したまま、ネジ２６によりこ
のハウジング２５に着脱される。したがって、組み立て
の際にハウジング２５が応力歪を受けても、半導体レー
ザ１，１’から射出された２本のレーザビームの照射方
向が相対的に変化することがなく、被走査面上に形成さ
れる走査線の相対位置は安定した精度を維持することが
できる。

【００５４】さらに、このような構成では、図１９に示
した第１の従来技術の場合に比べて、レーザ光源装置を
構成する光学部品が少なくなる（具体的には、コリメー
タレンズの枚数が減る）ため、レーザ光源装置のサイズ
を小さくすることができるとともに、コストダウンに資
することができる。

【００５５】以下、本発明の第１実施形態に係るマルチ
ビーム走査光学装置、すなわち図２のように構成される
レーザ光源装置４を搭載したマルチビーム走査光学装置
では、図１９に示した第１の従来技術に比べて、２本の
レーザビームが同時に被走査面上に結像する２つのスポ
ットの相対位置ずれがどの程度小さくなり、それによ
り、上記第１の従来技術に比べて、被走査面上に形成さ
れる画像が安定することになるか説明する。

【００５６】図６は、この第１実施形態に係るマルチビ
ーム走査光学装置の光学系の概略構成を示す斜視図であ
る。なお、この図では、図１に示さなかった第２のシリ
ンドリカルレンズ群３６、及び被走査面を有する感光体
ドラム３７を描き加えている。また、この図では、ビー
ムスプリッタ２から射出された２本のレーザビームは、
互いの光軸が重なるように描かれているが、実際にはそ
れらの光軸は近接した略平行な２本の線であり、被走査
面上で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。

【００５７】ここで、ビームスプリッタの近傍におい
て、半導体レーザ１から射出されたレーザビームの光軸
方向にＸ軸を、Ｘ軸と主走査方向とに平行な平面に対し
て垂直な方向にＺ軸を、また、Ｘ軸とＺ軸とに平行な平
面に対して垂直な方向にＹ軸を取ることとする。なお、
半導体レーザ１から射出され、ビームスプリッタ２、コ
リメータレンズ３、第１のシリンドリカルレンズ群３
０、ポリゴンミラー３１の偏向面、ｆθレンズ３４、及
び第２のシリンドリカルレンズ群３６を経て、感光体ド
ラム３７の表面に施された被走査面に至るレーザビーム
の光軸が、１つの平面（図１では、紙面に平行な平面）
内にあるときは、Ｙ軸方向は主走査面内の方向となり、
Ｚ軸方向は副走査方向に一致する。

【００５８】Ｘ，Ｙ，Ｚ軸をこのように取ると、図１、
図２に示した半導体レーザ１’の配置位置は、図６の位
置Ａ、すなわち半導体レーザ１’から射出されたレーザ
ビームがビームスプリッタ２に対して−Ｚ方向に入射す
る位置となる。但し、容易に想定できるように、図６の
位置Ｂ、すなわち半導体レーザ１’から射出されたレー
ザビームがビームスプリッタ２に対して−Ｙ方向に入射
する位置に、半導体レーザ１’を配置することも可能で
ある。

【００５９】ここで先ず、図１９に示した第１の従来技
術と、図６に示す本発明の第１実施形態とにおいて、と
もに半導体レーザ１’を位置Ａに配置した場合につい
て、図７〜図１０を用いて説明する。但し、以下の説明
では、半導体レーザ１から射出されてから被走査面３７
ａに至るまでのレーザビームの光軸が、一本の直線とし
て描かれる展開図を用い、図６におけるＹ，Ｚ軸の方向
をそれぞれ主走査方向、副走査方向と呼ぶ。

【００６０】図７は、第１の従来技術における、半導体
レーザ１，１’から感光体ドラム３７の表面に施された
被走査面３７ａまでのマルチビーム走査光学系全体の構
成を示す。なお、同図(ａ)は、半導体レーザ１から射出
されたレーザビームの光軸を含み、主走査方向に平行な
断面（以下、主走査方向の断面と呼ぶ）に、また、同図
(ｂ)は、半導体レーザ１から射出されたレーザビームの
光軸を含み、副走査方向に平行な断面（以下、副走査方
向の断面と呼ぶ）に対応する。

【００６１】ここで図７(ａ)から判るように、主走査方
向の断面内では、半導体レーザ１から射出されたレーザ
ビームは（この図には明示しないが、半導体レーザ１’
から射出されたレーザビームも）、コリメータレンズ３
０１（あるいは、３０１’）で平行光束とされた後、ビ
ームスプリッタ２を通過し、ｆθレンズ群３４により被
走査面３７ａ上に結像する。このとき、第１、第２のシ
リンドリカルレンズ群３０，３６は主走査方向には作用
しない。

【００６２】また、図７(ｂ)から判るように、副走査方
向の断面内では、半導体レーザ１，１’から射出された
レーザビームは、それぞれコリメータレンズ３０１，３
０１’で平行光束とされた後、前者がビームスプリッタ
２の干渉膜２ａを透過し、一方、後者がそこで反射され
ることにより、これら２本のレーザビームは同一方向に
向けられる。そして、これら２本のレーザビームは、第
１のシリンドリカルレンズ群３０により一旦ポリゴンミ
ラー３１の偏向面近傍で副走査方向にのみ結像し、さら
に、第２のシリンドリカルレンズ群３６により被走査面
３７ａ上に結像する。このとき、走査レンズ群３４は副
走査方向には作用しない。

【００６３】図８は、本発明の第１実施形態に係るマル
チビーム走査光学系全体の構成を示す。なお、同図(ａ)
は主走査方向の断面に、(ｂ)は副走査方向の断面に対応
する。この場合、上記第１の従来技術とは異なって、半
導体レーザ１，１’から射出されたレーザビームは、先
ず、ビームスプリッタ２の干渉膜２ａで同一方向に向け
られ、その後、両者とも一つのコリメータレンズ３で平
行光束とされる。それ以降、被走査面３７ａまでの光学
系構成は、上記第１の従来技術のものと同じである。

【００６４】図７、図８に示すいずれの場合も、半導体
レーザ１あるいは１’がビームスプリッタ２の干渉膜２
ａに対してずれたとき、被走査面３７ａ上に結像するス
ポットは位置ずれを起こす。ところで、半導体レーザ１
あるいは１’が同量ずれたときを考えると、半導体レー
ザ１’から射出されたレーザビーム、すなわち反射され
る側のレーザビームによるスポットの方が、半導体レー
ザ１から射出されたレーザビーム、すなわち透過する側
のレーザビームによるスポットより大きく位置ずれす
る。そこで、ここでは、半導体レーザ１’がビームスプ
リッタの干渉膜２ａに対してずれたときのみ、被走査面
３７ａ上におけるスポットの位置ずれ量を評価する。

【００６５】図９に示すように、図７に示した第１の従
来技術に係る構成において、特に副走査方向の断面内
で、半導体レーザ１’の発光点が所定の位置Ｐ1から位
置Ｐ2までずれたとき、半導体レーザ１’から射出され
たレーザビームが被走査面３７ａ上に結像するスポット
は、副走査方向にΔｚ1’だけ位置ずれする。なお、こ
のとき、コリメータレンズ３０１’は、通常、半導体レ
ーザ１’と一体に保持されているので、半導体レーザ
１’と一体にずれるものと考える。

【００６６】ここで、半導体レーザ１’から射出される
レーザビームの設計光軸とビームスプリッタ２の干渉膜
２ａとの交点をＯとし、点Ｏと第１のシリンドリカルレ
ンズ群３０の主点との間の距離をｌ₁、第１のシリンド
リカルレンズ３０に対して点Ｏと共約な点をＭとしたと
き、この点Ｍと第１のシリンドリカルレンズ群３０の主
点との間の距離をｌ₂、第１のシリンドリカルレンズ群
３０の副走査方向の焦点距離をｆcy1とすると、 （１／ｌ₁）＋（１／ｌ₂）＝１／ｆcy1 ……(1) すなわち、 １／ｌ₂＝（ｌ₁−ｆcy1）／（ｆcy1・ｌ₁） ……(1') なる関係がある。

【００６７】但し、シリンドリカルレンズ群３０に平行
光束として入射したレーザビームがポリゴンミラー３１
の偏向面において副走査方向に一旦結像するため、図９
に示すように、ｆcy1はシリンドリカルレンズ群３０の
主点とポリゴンミラー３１の偏向面の間の距離となる。

【００６８】また、直線ＯＰ1と直線ＯＰ2とがなす角を
Δθyとし、点Ｍにおいてずれた光軸と設計光軸とがな
す角をΔφyとすると、第１のシリンドリカルレンズ群
３０の主点位置における光軸の位置ずれ量ｗ1に関し
て、次式が成り立つ； ｗ1＝ｌ₁・tanΔθy＝ｌ₂・tanΔφy ……(2).

【００６９】したがって、式(1')，(2)より、 tanΔφy＝（ｌ₁／ｌ₂）・tanΔθy ＝｛（ｌ₁−ｆcy1）／ｆcy1｝・tanΔθy ……(3) が得られる。

【００７０】また、ポリゴンミラー３１の偏向面上にお
ける光軸の副走査方向の位置ずれ量ｗ2に関して次式が
成り立つ； ｗ2＝（ｌ₂−ｆcy1）・tanΔφy ……(4). そして、式(4)に、式(1')，(3)を代入すると、結局、 ｗ2＝ｆcy1・tanΔθy ……(5) が得られる。

【００７１】ここで、第２のシリンドリカルレンズ群３
６の副走査方向の倍率をβcy2とすると、ポリゴンミラ
ー３１の偏向面上における光軸の位置ずれ量ｗ2が、被
走査面３７ａ上ではβcy2倍に投影されるので、この場
合の、被走査面３７ａ上におけるスポットの位置ずれ量
Δｚ1’は、結局次式で与えられる； Δｚ1’＝ｗ2・βcy2 ＝ｆcy1・βcy2・tanΔθy ……(6)

【００７２】一方、図１０に示すように、図８に示した
本発明の第１実施形態に係る構成において、特に副走査
方向の断面内で、半導体レーザ１’が所定の位置Ｑ1か
ら位置Ｑ2までずれたとき、半導体レーザ１’から射出
されたレーザビームが被走査面３７ａ上に結像するスポ
ットは、副走査方向にΔｚ2’だけ位置ずれする。

【００７３】いま、半導体レーザ１’の発光点が副走査
方向の断面内でずれると、その位置ずれ量が、走査光学
系全体の副走査方向の倍率だけ被走査面３７ａ上に拡大
されて投影されると考えると、スポットの位置ずれ量Δ
ｚ2’は次式で与えられる； Δｚ2’＝ｄ・βs・sinΔθy ……(7)， 但し、 ｄ： 半導体レーザ１’の発光点と、それから射出され
るレーザビームの設計光軸がビームスプリッタ２の干渉
膜２ａと交わる点との間の光学距離、 βs： 半導体レーザ１’から被走査面３７ａまでの走
査光学系全体の副走査方向の倍率、 Δθy ：半導体レーザ１’から射出されるレーザビー
ムの光軸の、副走査方向の断面内における設計光軸から
の角度ずれ量、すなわち直線ＯＱ1と直線ＯＱ2がなす角 である。

【００７４】ここで、図９及び図１０において、半導体
レーザ１’から射出されたレーザビームの光軸の、副走
査方向の断面内における設計光軸からの角度ずれ量が等
しい、すなわち、式(6)に現れるΔθyと式(7)に現れる
Δθyとが等しいとするのは、両者におけるスポットの
位置ずれ量Δｚ1’とΔｚ2’を比較するのに妥当な仮定
である。また、これらのマルチビーム走査光学系で想定
されるΔθyは、最大でも微小な値（1/10,000 radのオ
ーダー、deg単位では１’程度）なので、式(6)，(7)に
おいて、角度の単位にradを用いれば、tanΔθy，sinΔ
θyはともにΔθyと近似できる。

【００７５】したがって、式(6)，(7)は次のように書き
換えることができる； Δｚ1’＝ｆcy1・βcy2・Δθy ……(6')， Δｚ2’＝ｄ・βs・Δθy ……(7')． これより、式(6')のΔｚ1’と式(7')のΔｚ2’の大小比
較を行えば、図４に示した第１の従来技術と、図５に示
した本発明の第１実施形態とにおいて、半導体レーザ
１’から射出されたレーザビームが被走査面３７ａ上に
結像するスポットの位置ずれ量の大小を比較することが
できる。すなわち、以下の式(8)の符号を調べれば良
い； Ｕ＝（Δｚ1’−Δｚ2’）／Δθy ＝ｆcy1・βcy2−ｄ・βs ……(8)．

【００７６】ここで、図８において、コリメータレンズ
３の焦点距離をｆcoとすると、走査光学系全体の副走査
方向の倍率β_Sは、その定義から次のように表される； βs＝（ｆcy1／ｆco）・βcy2 ……(9)． 但し、図９及び図１０において、第１のシリンドリカル
レンズ群３０から被走査面３７ａまでの光学系構成の諸
定数は同一である、としている。

【００７７】この式(9)を用いて式(8)を変形すると、次
式が得られる； Ｕ＝ｆcy1・βcy2−ｄ・（ｆcy1／ｆco）・βcy2 =fcy1・βcy2・｛１−（ｄ／ｆco）｝ ……(10)．

【００７８】ところで、ここで扱っているマルチビーム
走査光学系では、明らかに、 ｄ＜ｆco ……(11) であるから、結局、 Ｕ＞０ ……(12) が得られる。

【００７９】これより、図７、図８に示した光学系構成
において、半導体レーザ１’の位置が副走査方向の断面
内で一定量ずれたとき、被走査面３７ａ上のスポットが
副走査方向に位置ずれする量は、図７に示した第１の従
来技術の場合より、図８に示した本発明の第１実施形態
の場合の方が、小さくなる。したがって、本発明の第１
実施形態によれば、第１の従来技術によるときに比べ
て、走査線のピッチむらが少ない安定した画像が得られ
る。

【００８０】次に、図１９に示した第１の従来技術と、
図６に示した本発明の第１実施形態とにおいて、ともに
半導体レーザ１’を位置Ｂに配置した場合について、該
半導体レーザ１’がずれたときの被走査面３７ａ上にお
けるスポットの位置ずれ量を、図１１〜図１４を用いて
評価する。

【００８１】図１１及び図１２はそれぞれ、第１の従来
技術、及び本発明の第１実施形態におけるマルチビーム
走査光学系全体の構成を示し、それぞれの図中、(ａ)は
主走査方向の断面に、(ｂ)は副走査方向の断面に対応す
る。ここで、図１１あるいは図１２の構成では、ビーム
スプリッタ２の干渉膜２ａで反射される方のレーザビー
ムを射出する半導体レーザ１’を、それから射出される
レーザビームが主走査方向からビームスプリッタ２に入
射する位置に配置しているが、それ以降、被走査面３７
ａまでの光学系構成は、図７あるいは図８に示した構成
と同じである。

【００８２】ここで、図１３に示すように、図１１に示
した第１の従来技術に係る構成において、特に主走査方
向の断面内で、半導体レーザ１’の発光点が所定の位置
Ｒ1から位置Ｒ2までずれたとき、該半導体レーザ１’か
ら射出されたレーザビームが被走査面３７ａ上に結像す
るスポットは、主走査方向に位置ずれする。なお、この
とき、コリメータレンズ３０１’は、通常、半導体レー
ザ１’と一体に保持されているので、該半導体レーザ
１’と一体にずれるものと考える。

【００８３】この場合、被走査面３７ａ上におけるスポ
ットの位置ずれ量Δｙ1’は、一般的な形で表すと、次
式で与えられる； Δｙ1’＝ｋ・Δθz ……(13)， 但し、 ｋ： 比例定数、 Δθz： 半導体レーザ１’から射出されたレーザビー
ムの光軸の設計光軸からの角度ずれ量、すなわち、該レ
ーザビームの設計光軸とビームスプリッタ２の干渉膜２
ａとの交点をＯとしたとき、直線ＯＲ1と直線ＯＲ2とが
なす角 である。

【００８４】ここで、一般に、等角速度で偏向されるレ
ーザビームがｆθレンズを透過したとき、そのレーザビ
ームが被走査面上に結像するスポットの主走査方向の位
置ｙ’は、次式で与えられる； ｙ’＝ｆ・θ ……(14)． 但し、 ｆ： ｆθレンズの焦点距離、 θ： ｆθレンズに入射するレーザビームの光軸と、ｆ
θレンズの光軸がなす角 である。

【００８５】したがって、式(14)を満たす光学系におい
て、ｆθレンズに入射するレーザビームが主走査方向に
Δθだけ角度ずれした場合を考えると、式(14)は次のよ
うに書き換えられる； ｙ’＋Δｙ’＝ｆ・（θ＋Δθ） ……(15)．

【００８６】すなわち、ｆθレンズに入射するレーザビ
ームが主走査方向にΔθだけ角度ずれしたとき、被走査
面上に結像するスポットの位置ずれが、ｆθレンズだけ
に起因するものであれば、その位置ずれ量Δｙ’は式(1
5)の右辺第２項に相当し、次のように表される； Δｙ’＝ｆ・Δθ ……(16)．

【００８７】ここで、式(13)と式(16)は同一の形式であ
る。すなわち、図１１に示す光学系構成において、被走
査面３７ａ上のスポットの主走査方向への位置ずれが、
もしｆθレンズ群３４へ入射するレーザビームの角度ず
れだけによるものであれば、式(13)の比例定数ｋは、ｆ
θレンズ群３４の焦点距離ｆに等しくなる。

【００８８】ところで、実際には、主走査方向にパワー
を持たない第１、第２のシリンドリカルレンズ群３０，
３５に対しても、レーザビームが斜め入射することによ
り、被走査面３７ａ上のスポットは主走査方向に位置ず
れする。しかしながら、その場合でも、比例定数ｋは、
ｆθレンズ群３４の焦点距離ｆと略同一の値となる。

【００８９】一方、図１４に示すように、図１０に示し
た本発明の第１実施形態に係る構成において、特に、主
走査方向の断面内で、半導体レーザ１’が所定の位置Ｓ
1から位置Ｓ2までずれたとき、半導体レーザ１’から射
出されたレーザビームが被走査面３７ａ上に結像するス
ポットは、主走査方向に位置ずれする。

【００９０】ここで、半導体レーザ１’の発光点が主走
査方向の断面内でずれると、その位置ずれ量が、走査光
学系全体の主走査方向の倍率だけ被走査面３７ａ上に拡
大されて投影されると考えると、スポットの位置ずれ量
Δｙ2’は次式で与えられる； Δｙ2’＝ｄ・βm・sinΔθz ……(17)， 但し、 ｄ： 半導体レーザ１’の発光点と、それから射出され
るレーザビームの設計光軸がビームスプリッタ２の干渉
膜２ａと交わる点との間の光学距離、 βm： 半導体レーザ１’から被走査面３７ａまでの走
査光学系全体の主走査方向の倍率、 Δθz ：半導体レーザ１’から射出されたレーザビー
ムの光軸の、主走査方向の断面内における設計光軸から
の角度ずれ量、すなわち直線ＯＳ1と直線ＯＳ2がなす角 である。

【００９１】ここで、図１０及び図１１において、半導
体レーザ１’から射出されたレーザビームの光軸の、設
計光軸からの角度ずれ量が等しい（すなわち、式(13)に
現れるΔθzと、式(17)に現れるΔθzとが等しい）とす
るのは、両者におけるスポットの位置ずれ量Δｙ1’と
Δｙ2’を比較するのに妥当な仮定である。また、これ
らのマルチビーム走査光学系で想定されるΔθzは、最
大でも微小な値（1/10,000 radのオーダー、deg単位で
は１’程度）なので、式(17)において、角度の単位とし
てradを用いれば、sinΔθzはΔθzと近似できる。した
がって、式(17)は次のように書き換えることができる； Δｙ2’＝ｄ・βm・Δθz ……(17')．

【００９２】これにより、式(13)と式(17')において、
角度の単位としてともにradを用い、Δｙ1’とΔｙ2’
の大小比較を行えば、図８に示した第１の従来技術と、
図９に示した本発明の第１実施形態とにおいて、半導体
レーザ１’から射出されたレーザビームが被走査面３７
ａ上に結像するスポットの位置ずれ量の大小を比較する
ことができる。すなわち、以下の式(18)の符号を調べれ
ば良い； Ｖ＝（Δｙ1’−Δｙ2’）／Δθz ＝ｋ−ｄ・βm ……(18)．

【００９３】ここで、上述したように、比例定数ｋの値
は、走査レンズ群３４の焦点距離ｆと略同一の値であ
り、通常２００mm以上である。また、ｄは５mm程度であ
り、βmは１８程度の値となる。したがって、通常のマ
ルチビーム走査光学系では、 Ｖ＞０ ……(19) となる。

【００９４】これより、図１１、図１２に示した光学系
構成において、半導体レーザ１’の位置が主走査方向の
断面内で一定量ずれたとき、被走査面３７ａ上のスポッ
トが主走査方向に位置ずれする量は、図１１に示した第
１の従来技術の場合より、図１２に示した本発明の第１
実施形態の場合の方が、小さくなる。したがって、本発
明の第１実施形態によれば、第１の従来技術によるとき
に比べて、走査線の主走査方向のむらが少ない安定した
画像が得られる。

【００９５】なお、半導体レーザ１，１’の位置ずれ
は、上述した方向だけでなくあらゆる方向に起こり得
る。例えば、図１９に示した第１の従来技術と図６に示
した本発明の第１実施形態において、位置Ａに半導体レ
ーザ１’を配置した場合に、該半導体レーザ１’の位置
ずれが、上述した副走査方向の断面内でなく、光軸に垂
直な平面内で発生したときは、被走査面３７ａ上におけ
るスポットの位置ずれは、主走査方向にも発生する。し
かし、このときも、半導体レーザ１’を位置Ｂに配置し
た場合について図１３，１４を用いて説明したのと同じ
理由により、第１の従来技術によるときに比べて、本発
明の第１実施形態によるときの方が、スポットの位置ず
れ量は小さい。

【００９６】また、位置Ｂに半導体レーザ１’を配置し
た場合に、該半導体レーザ１’の位置ずれが、上述した
主走査方向の断面内でなく、光軸に垂直な平面内で発生
したときは、被走査面３７ａ上におけるスポットの位置
ずれは、副走査方向にも発生する。しかし、このとき
も、半導体レーザ１’を位置Ａに配置した場合について
図１３，１４を用いて説明したのと同じ理由により、第
１の従来技術によるときに比べて、本発明の第１実施形
態によるときの方が、スポットの位置ずれ量は小さい。

【００９７】以上、第１の従来技術と本発明の第１実施
形態とにおいて、半導体レーザ１’（すなわち、それが
ずれたとき、被走査面３７ａ上のスポットに、より大き
い位置ずれを引き起こす、いわゆる反射側の半導体レー
ザ）がずれたときの影響について説明した。そこで、今
度は、本発明の第１実施形態において、半導体レーザ
１’のずれによって引き起こされる、被走査面３７ａ上
のスポットの位置ずれが許容範囲内となるために、マル
チビーム走査光学系が満たすべき条件を説明する。

【００９８】上述したように、本発明の第１実施形態に
おいて、図６の位置Ａに半導体レーザ１’を配置したと
き、特に、副走査方向の断面内で半導体レーザ１’がず
れると、被走査面３７ａ上のスポットが副走査方向に位
置ずれし、その位置ずれ量Δｚ2’（単位：mm）は、次
式で与えられる； Δｚ2’＝ｄ・βS・Δθy ……(7')， 但し、 ｄ： 半導体レーザ１’の発光点と、それから射出され
るレーザビームの光軸がビームスプリッタ２の干渉膜２
ａと交わる点との間の光学距離（単位：mm）、 βs： 半導体レーザ１’から被走査面３７ａまでの走
査光学系全体の副走査方向の倍率、 Δθy： 半導体レーザ１’から射出されたレーザビー
ムの光軸の、副走査方向の断面内おける設計光軸からの
角度ずれ量（単位：rad） である。

【００９９】ここで、Δｚ2’が大きくなると、半導体
レーザ１’から射出されたレーザビームが被走査面３７
ａ上にスポットとして結像するときに、副走査方向に大
きく位置ずれする。そして、そのスポットにより印字さ
れるドットが、設計された副走査方向のドットピッチに
比して、余り大きくずれると画像品質が著しく低下す
る。

【０１００】したがって、Δｚ2’の許容限度は、一般
に、正の数ｎを用いて、設計された副走査方向のドット
ピッチの１／ｎであると表現することができる。すなわ
ち、次式が得られる； Δｚ2’＜（１／ｎ）・（25.4／Ｐｉ） ……(20)， 但し、 Ｐｉ： 副走査方向の印字密度（単位：dpi） であり、右辺の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。

【０１０１】式(7')，(20)を整理すると、次式が得られ
る； ｄ・βS・Ｐｉ＜25.4／（ｎ・Δθy） ……(21). ここで、同様の目的で使用する光学系である限り、ｎは
余り変わることのない数字であり、Δθyもビームスプ
リッタ２の大きさにかかわらず余り変わることない量で
ある。

【０１０２】同じく上述したように、本発明の第１実施
形態において、図６の位置Ｂに半導体レーザ１’を配置
したとき、特に、主走査方向の断面内で半導体レーザ
１’がずれると、被走査面３７ａ上のスポットが主走査
方向に位置ずれし、その位置ずれ量Δｙ2’（単位：m
m）は、次式で与えられる； Δｙ2’＝ｄ・βm・Δθz ……(17')， 但し、 ｄ： 半導体レーザ１’の発光点と、それから射出され
るレーザビームの光軸がビームスプリッタ２の干渉膜２
ａと交わる点との間の光学距離（単位：mm）、 βm： 半導体レーザ１’から被走査面３７ａまでの走
査光学系全体の主走査方向の倍率、 Δθz： 半導体レーザ１’から射出されたレーザビー
ムの光軸の、主走査方向の断面内おける設計光軸からの
角度ずれ量（単位：rad） である。

【０１０３】ここで、Δｙ2’が大きくなると、半導体
レーザ１’から射出されたレーザビームが被走査面３７
ａ上にスポットとして結像するときに、主走査方向に大
きく位置ずれする。そして、そのスポットにより印字さ
れるドットが、設計された主走査方向のドットピッチに
比して余り大きくずれると、画像品質が著しく低下す
る。

【０１０４】したがって、Δｙ2’の許容限度は、一般
に、正の数ｎを用いて、設計された主走査方向のドット
ピッチの１／ｎであると表現することができる。すなわ
ち、次式が得られる； Δｙ2’＜（１／ｎ）・（25.4／Ｐｉ） ……(22)， 但し、 Ｐｉ： 主走査方向の印字密度（単位：dpi） であり、右辺の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。

【０１０５】式(17')，(22)を整理すると、次式が得ら
れる； ｄ・βm・Ｐｉ＜25.4／（ｎ・Δθz） ……(23)． そして、同様の目的で使用する光学系である限り、ｎは
余り変わることのない数字であり、Δθzもビームスプ
リッタ２の大きさにかかわらず余り変わることない量で
ある。

【０１０６】以上得られた式(21)，(23)は同一の形式で
ある。すなわち、両式を併せて、 ｄ・β・Ｐｉ＜Ｃ（定数） ……(24)， という扱いをして差し障りがない。但し、ここで、 ｄ： 半導体レーザ１’の発光点と、それから射出され
るレーザビームの光軸がビームスプリッタ２の干渉膜２
ａと交わる点との間の光学距離（単位：mm）であり、よ
り詳しくは、発光点からビームスプリッタ２に到る光路
長とビームスプリッタ２内の光路長をその構成材質の屈
折率で割った値との和、 β： 図６の位置Ａに半導体レーザ１’を配置したとき
は、半導体レーザ１’から被走査面３７ａまでの走査光
学系全体の副走査方向の倍率であり、図６の位置Ｂに半
導体レーザ１’を配置したときは、半導体レーザ１’か
ら被走査面３７ａまでの走査光学系全体の主走査方向の
倍率、 である。

【０１０７】この式(24)の左辺の量が、第１実施形態に
おいて、その光学系に特有の「位置ずれの起こりにく
さ」の程度を表している、と言える。なお、式(24)に現
れるΔθの発生原因としては、以下のものが挙げられ
る。すなわち、図２に示したレーザ光源装置４について
説明すると、 半導体レーザ１’を保持部材１４に取り付ける際の
誤差、 製造上の原因による、半導体レーザ１’からのレー
ザビームの射出方向のばらつき、 保持部材１４の製造誤差、及び保持部材１４をベー
スブロック１０に取り付ける際の誤差、 半導体レーザ１’が発熱することによる、保持部材
１４の温度変化に伴う形状変化、 ビームスプリッタ２の製造誤差、取り付け誤差、及
び温度変化に伴う形状変化 等があり、これら〜の原因が総合されて、実使用時
には、0.1deg程度のΔθが発生する。

【０１０８】そして、試作機を用いて実験したところ、
式(24)右辺の定数Ｃの値は、40000であれば十分である
ことが判った。表１及び表２に、試作機で用いた諸量
ｄ，βm，βs，Ｐｉの値と、それに対応するｄ・βm・
Ｐｉ及びｄ・βs・Ｐｉの値を示す。

【０１０９】

【表１】

【０１１０】

【表２】

【０１１１】次に、第１実施形態において、ビームスプ
リッタ２のサイズが満足すべき条件を説明する。図１５
に示すように、ビームスプリッタ２のサイズは、以下の
２つの条件より制約を受ける。但し、半導体レーザ１及
び１’はビームスプリッタ２の干渉膜２ａに対して略対
称な位置にあるため、同図では、干渉膜２ａで反射され
る方のレーザビームと、それを射出する半導体レーザ
１’とは描いていない。

【０１１２】すなわち、 （条件１） 半導体レーザ１から射出され、ビームスプ
リッタ２に入射するレーザビームの有効光束が、ビーム
スプリッタ２の側面２ｃでケラレないこと。 （条件２） ビームスプリッタ２を、半導体レーザ１と
コリメータレンズ３との間に挿入できること。

【０１１３】ここで、図１５において、ビームスプリッ
タ２の一辺の長さをｌbs、半導体レーザ１の発光点１ａ
から射出されたレーザビームの有効光束の開き角をθl
s、半導体レーザ１の窓に当たるカバーガラス１ｂの厚
さをｄcg、コリメータレンズ３の厚さをｔ、半導体レー
ザ１の発光点１ａとビームスプリッタ２の入射面２ｂと
の距離をｘ、ビームスプリッタ２の射出面２ｄとコリメ
ータレンズ３の入射面３ａとの距離をｙ、及びビームス
プリッタ２の射出面２ｄにおける前記レーザビームの有
効光束の幅をｗとする。また、カバーガラス１ｂと、ビ
ームスプリッタ２の屈折率をｎ₁、コリメータレンズ３
の屈折率をｎ₂とし、コリメータレンズ３のＦナンバー
と焦点距離をそれぞれＦ，ｆcoとする。なお、２８はレ
ーザビームを整形する開口である。

【０１１４】そうすると、条件１は、 ｗ＜ｌbs ……(25) と表すことができる。

【０１１５】ここで、ｗは、 ｗ＝２・〔｛ｘ−ｄcg・（１−（１／ｎ₁））｝・tan（θls／２） ＋ｌbs／｛（ｎ₁／sin（θls／２））²−１｝^1/2〕 ……(26) と表すことができる。また、コリメータレンズ３のＦナ
ンバーは、定義より、 Ｆ＝１／｛２・sin（θls／２）｝ ……(27) である。

【０１１６】したがって、式(26)，(27)を用いて、式(2
5)を整理すると、 〔ｘ−ｄcg・｛１−（１／ｎ₁）｝〕／｛（２・Ｆ）²−１｝^1/2 ／〔（１／２）−１／｛（２・ｎ₁・Ｆ）²−１｝^1/2〕 ＜ｌbs ……(28) が得られる。この式(28)が、条件１による制約である。

【０１１７】また、条件２は、半導体レーザ１の発光点
１ａからコリメータレンズ３の入射面３ａまでの距離の
内、空気間隔の和が正になること、すなわち、 ｘ＋ｙ−ｄcg＞０ ……(29) と表すことができる。

【０１１８】ところで、コリメータレンズ３の射出面３
ｂの面頂点と、半導体レーザ１の発光点１ａとの間の光
学距離は、コリメータレンズ３の焦点距離ｆcoに等しい
ので、 ｆco＝（ｘ−ｄcg）＋（ｄcg／ｎ₁)＋（ｌbs／ｎ₁） ＋ｙ＋（ｔ／ｎ₂） ……(30) すなわち、 ｘ＋ｙ−ｄcg＝ｆco−｛（ｄcg＋ｌbs）／ｎ₁｝−（ｔ／ｎ₂） ……(30') なる関係がある。

【０１１９】したがって、式(29)，(30')より、 ｌbs＜ｎ₁・｛ｆco−（ｔ／ｎ₂）｝−ｄcg ……(31) が得られる。この式(31)が、条件２による制約である。

【０１２０】以上より、ビームスプリッタ２の一辺の長
さｌbsは、式(28)，(31)により与えられる下限値と上限
値の間の値となるように設定しなければならない。実際
の設計では、この範囲内において可能な限り、ｌbsを小
さく、またｘを小さくすることが望ましい。

【０１２１】ここで、条件１に関して、具体的な数字を
挙げて説明すると、距離ｘは、発光点１ａからカバーグ
ラス１ｂまでの距離とフォーカス調整しろを考慮する
と、最低でも２mmは必要である。この場合、レーザビー
ムの有効光束を大きくするため、コリメータレンズ３の
Ｆナンバーを1.2程度まで小さくすると、ｌbsは最低で
も数mmとなる。

【０１２２】また、条件２に関して、コリメータレンズ
３の焦点距離ｆcoが10mm以上の場合には、実質的にｌbs
の上限を意識する必要がない。なお、コリメータレンズ
３の焦点距離ｆcoが短く、かつＦナンバーが小さい場合
には、条件１で決まるｌbsの下限値が、条件２で決まる
ｌbsの上限値を上回り、構成不能となる領域もある。し
かし、そのような領域は通常取り得る範囲外である。

【０１２３】次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図１６は、本実施形態に係るマルチビーム走査光学装置
に搭載され、２つの半導体レーザ１，１’、ビームスプ
リッタ２、及びコリメータレンズ３からなるレーザ光源
装置４’の概略構成図である。なお、コリメータレンズ
３以降、被走査面までの光学系の構成は、図１，図６に
示した第１実施形態の場合と同じである。

【０１２４】また、図１６では、半導体レーザ１，１’
から射出され、ビームスプリッタ２を通過した２本のレ
ーザビームの光軸を同一線上に描いているが、第１実施
形態と同様、実際にはそれらの光軸は近接した略平行な
２本の線であり、これら２本のレーザビームは被走査面
上で副走査方向に所定の間隔離れた２つの点に結像す
る。そのため、半導体レーザ１，１’から射出された２
本のレーザビームは、ビームスプリッタ２を通過したと
ころで、それらの光軸が、副走査方向に所定の間隔空け
て、略平行に揃えられなければならないので、それぞれ
の光軸がビームスプリッタ２の干渉膜２ａと交わる点
は、副走査方向の断面内で僅かにずれている。

【０１２５】第２実施形態では、第１実施形態の場合と
同じように、半導体レーザ１，１’から射出された２本
のレーザビームを、ビームスプリッタ２の干渉膜２ａで
進行方向を同じにした後、コリメータレンズ３でそれぞ
れ平行光束とするようにしている。ここで、本実施形態
では第１実施形態と異なって、半導体レーザ１，１’
を、ビームスプリッタ２を構成する２つの三角プリズム
２０１，２０２それぞれに、直接接着している。

【０１２６】この場合、三角プリズム２０１，２０２の
斜面、すなわち両者の接合面のいずれか一方には、干渉
膜２ａをコーティングしている。また、半導体レーザ
１，１’は、それぞれ三角プリズム２０１，２０２の斜
面でない一つの面に紫外線硬化樹脂５０を用いて固定さ
れる。この固定時には、図１７に示すように、顕微鏡４
０１で半導体レーザ１，１’の発光点を確認しながら、
図１７(ａ)のＩ方向に三角プリズム２０１，２０２をス
ライドさせることによりフォーカス調整を行うととも
に、図１７(ｂ)のＪ及びＫ方向に半導体レーザ１’をス
ライドさせて２つの半導体レーザ１，１’の相対的な位
置合わせを行う。そして、これらの調整が終わった時点
で紫外線を照射し、各エレメントを固定する。

【０１２７】また、本実施形態では、このようにして一
体化された半導体レーザ１，１’とビームスプリッタ２
を、図１８に示すように、板バネ５１とネジ５２を用い
てハウジング２５に押さえつけて固定する。

【０１２８】レーザ光源装置４’をこのように構成する
と、各半導体レーザ１，１’と、ビームスプリッタ２の
干渉膜２ａとの相対位置を変化させる要因としては、半
導体レーザ１，１’の発熱によるビームスプリッタ２の
膨張しかないことになる。しかし、ビームスプリッタ２
は光学ガラスからなるものであり、その温度変化による
形状変化は極めて小さいため、これらの半導体レーザ
１，１’から射出される２本のレーザビームの光軸が設
計光軸からずれる量は極めて小さく抑えられる。したが
って、半導体レーザ１，１’から射出された２本のレー
ザビームが、被走査面上に結像するスポットの相対位置
ずれも極めて小さく抑えられるので、被走査面上に形成
される画像は非常に安定したものとなる。

【０１２９】また、このような構成では、第１実施形態
と同様、図２〜図５に示した第１の従来技術の場合に比
べて、レーザ光源装置を構成する光学部品が少なくなる
（具体的には、コリメータレンズの枚数が減る）ため、
レーザ光源装置のサイズを小さくすることができるとと
もに、コストダウンに資することができる。

【０１３０】なお、ここでは、レーザ光源装置４’にお
いて半導体レーザ１，１’とビームスプリッタ２とは一
体化しているが、コリメータレンズ３（図１８では、鏡
胴部を除き、コリメータレンズ３のみ描いている）以降
の光学系の調整を行いやすいように、ビームスプリッタ
２とコリメータレンズ３とは一体化していない。但し、
第１実施形態と同じように、半導体レーザ１，１’、ビ
ームスプリッタ２、及びコリメータレンズ３を、それぞ
れの相対位置を調整した後、一体化するように構成する
こともできる。その場合、このレーザ光源装置４を搭載
したマルチビーム走査光学装置を組み立てたり、メンテ
ナンス時に分解・再組み立てしたりするとき、光学調整
を容易に行うことができる。

【０１３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の走査光学
装置によるときは、光源以外の全ての素子を２本の光束
に共用できるので、装置全体を小型に構成することがで
きるとともに、ビームスプリッタから被走査面に到る光
路の設定および調節を容易に行うことができる。しか
も、２本の光束の結像位置のずれが微少になるように設
定されているため、被走査面を高精度で走査することが
可能である。したがって、例えば被走査面に画像を形成
する場合、コントラストの高い鮮明な画像を提供するこ
とができる。

【０１３２】請求項２の構成では、温度変化が生じたと
きでも、２つの光源、ビームスプリッタおよびコリメー
タレンズの相互の位置関係の変化が極めて小さく抑えら
れるため、被走査面の走査の精度を高く保つことができ
る。また、保持部材に固定されたままの状態で装置への
着脱を行うことが可能であるため、装置のメンテナンス
作業が容易になるとともに、光源、ビームスプリッタお
よびコリメータレンズの光学調整を再度行う必要がな
い。

【０１３３】請求項３のレーザ光源装置では、２本のレ
ーザの射出方向の安定性が極めて高い。また、光源装置
を小型に構成することができる。このレーザ光源装置
を、２本の光束によって走査を行う走査光学装置の光源
装置として使用するときは、射出する２本のレーザの方
向が略同一であるため、走査光学系等を共用することが
できて装置構成が簡素になり、しかも高精度の走査を行
うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態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
るレーザ光源装置を取り出して示す部分拡大図（上面
図）。

【図３】 同（側面図）。

【図４】 同（背面図）。

【図５】 同（正面図）。

【図６】 図１のマルチビーム走査光学装置の光学系の
概略構成を示す斜視図。

【図７】 第１の従来技術において、ビームスプリッタ
で反射される側のレーザビームを射出する半導体レーザ
を副走査方向の断面内に配置した場合の、２つの半導体
レーザから感光体ドラムの表面に施された被走査面まで
のマルチビーム走査光学系全体の構成を示す図であっ
て、(ａ)は主走査方向の断面に対応する図、(ｂ)は副走
査方向の断面に対応する図。

【図８】 本発明の第１実施形態において、図７と同じ
く、マルチビーム走査光学系全体の構成を示す図。

【図９】 図７に示す第１の従来技術に係る構成におい
て、反射側の半導体レーザの発光点が副走査方向の断面
内で所定の位置からずれたとき、その半導体レーザから
射出されたレーザビームが被走査面上に結像するスポッ
トが位置ずれする量を導出するために用いる図。

【図１０】 図８に示す本発明の第１実施形態に係る構
成において、図９と同じく、スポットが位置ずれする量
を導出するために用いる図。

【図１１】 第１の従来技術において、ビームスプリッ
タで反射される側のレーザビームを射出する半導体レー
ザを主走査方向の断面内に配置した場合の、２つの半導
体レーザから感光体ドラムの表面に施された被走査面ま
でのマルチビーム走査光学系全体の構成を示す図であっ
て、(ａ)は主走査方向の断面に対応する図、(ｂ)は副走
査方向の断面に対応する図。

【図１２】 本発明の第１実施形態において、図１１と
同じく、マルチビーム走査光学系全体の構成を示す図。

【図１３】 図１１に示す第１の従来技術に係る構成に
おいて、反射側の半導体レーザの発光点が主走査方向の
断面内で所定の位置からずれたとき、その半導体レーザ
から射出されたレーザビームが被走査面上に結像するス
ポットが位置ずれする量を導出するために用いる図。

【図１４】 図１２に示す本発明の第１実施形態に係る
構成において、反射側の半導体レーザの発光点が主走査
方向の断面内で所定の位置からずれたとき、その半導体
レーザから射出されたレーザビームが被走査面上に結像
するスポットが位置ずれする量を導出するために用いる
図。

【図１５】 本発明の第１実施形態において、ビームス
プリッタのサイズが満足すべき条件を説明するための
図。

【図１６】 本発明の第２実施形態に係るレーザ光源装
置の概略構成図。

【図１７】 図１６のレーザ光源装置を構成する半導体
レーザとビームスプリッタを光学調整した後、固定する
様子を説明する図。

【図１８】 図１６のレーザ光源装置をハウジングに固
定した様子を示す図。

【図１９】 第１の従来技術に係るマルチビーム走査光
学装置の光学系の概略構成を示す斜視図。

【図２０】 第２の従来技術に係るマルチビーム走査光
学装置に搭載されるアレー状の半導体レーザの外観斜視
図。

【符号の説明】

１、１’ 半導体レーザ ２ ビームスプリッタ ２ａ 干渉膜 ３ コリメータレンズ ４ レーザ光源装置 １０ ベースブロック ２８ 開口 ２９ 開口規制板 ３０ 第１のシリンドリカルレンズ群 ３１ ポリゴンミラー ３４ ｆθレンズ群 ３６ 第２のシリンドリカルレンズ群 ３７ 感光体ドラム ３７ａ 被走査面 ５０ 紫外線硬化樹脂 ５１ 板バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向坂 純 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 竹下 健司 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光束を射出する第１の光源と、第
   ２の光束を射出する第２の光源を有し、前記第１の光束
   および第２の光束を偏向器で偏向して被走査面を走査す
   る走査光学装置において、 前記第１の光源から射出された第１の光束を透過させ、
   前記第２の光源から射出された第２の光束を反射させ
   て、前記第１の光束および第２の光束を略同一方向に射
   出するビームスプリッタと、 前記ビームスプリッタから射出された前記第１の光束お
   よび第２の光束をそれぞれ平行光束とするコリメータレ
   ンズと、 前記コリメータレンズによって平行光束とされた前記第
   １の光束および第２の光束を前記被走査面に結像させる
   走査光学系とを備え、かつ次の条件を満足することを特
   徴とする走査光学装置； ｄ・β・Ｐｉ＜40000 但し、 ｄ：第２の光源の発光点からビームスプリッタにおける
   反射点までの第２の光束の光路長（単位：mm）、 β：第２の光源の発光点から被走査面までの全系の倍
   率、 Ｐｉ：被走査面上に結像する光束の密度（単位：dpi） である。
2. 【請求項２】 前記第１の光源、第２の光源、ビームス
   プリッタおよびコリメータレンズは同一の保持部材に固
   定されていることを特徴とする請求項１に記載の走査光
   学装置。
3. 【請求項３】 第１の光学素子と第２の光学素子を面で
   接合して成り、該接合面を前記第１の光学素子側からの
   光を透過させ前記第２の光学素子側からの光を反射させ
   る半透過性としたビームスプリッタと、 前記第１の光学素子に固着され、前記接合面に向けてレ
   ーザを射出する第１のレーザ光源と、 前記第２の光学素子に固着され、前記接合面に向けてレ
   ーザを射出する第２のレーザ光源とを備え、 前記接合面を透過した前記第１のレーザ光源からのレー
   ザと、前記接合面によって反射された前記第２のレーザ
   光源からのレーザとを、略同一方向に射出することを特
   徴とするレーザ光源装置。