JPH09281420A - レーザビーム走査光学装置 - Google Patents
レーザビーム走査光学装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コリメータレンズ等の像円径や視野角が小さ
く、かつ、収差を抑えることができるレーザビーム走査
光学装置を得る。 【解決手段】 半導体レーザアレイは、ｉ軸方向に発光
点２１をピッチＰ1でｍ個、ｉ軸方向と直交するｊ軸方
向に発光点２１をピッチＰ2（Ｐ2＞Ｐ1）でｎ個格子状
に配列したものである。この半導体レーザアレイは、ｉ
軸が主走査方向（ｘ軸方向）に対して以下の（１）式で
表わされる角度θだけ傾いた状態で配置されている。 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ2／ｍＰ1） ……（１）
く、かつ、収差を抑えることができるレーザビーム走査
光学装置を得る。 【解決手段】 半導体レーザアレイは、ｉ軸方向に発光
点２１をピッチＰ1でｍ個、ｉ軸方向と直交するｊ軸方
向に発光点２１をピッチＰ2（Ｐ2＞Ｐ1）でｎ個格子状
に配列したものである。この半導体レーザアレイは、ｉ
軸が主走査方向（ｘ軸方向）に対して以下の（１）式で
表わされる角度θだけ傾いた状態で配置されている。 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ2／ｍＰ1） ……（１）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビーム走査
光学装置、特に、レーザプリンタやデジタル複写機に画
像印字手段として組み込まれるレーザビーム走査光学装
置に関する。
光学装置、特に、レーザプリンタやデジタル複写機に画
像印字手段として組み込まれるレーザビーム走査光学装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、特開昭５６−１１０９６０号
公報又は特開昭６３−２０８０２１号公報に記載された
走査光学装置のように、比較的発光点間隔が広い（例え
ば約１００μｍ）一次元のレーザダイオードアレイを傾
けることによって、見掛け上狭いピッチでのマルチビー
ムによる並列露光を行う技術が提案されている。
公報又は特開昭６３−２０８０２１号公報に記載された
走査光学装置のように、比較的発光点間隔が広い（例え
ば約１００μｍ）一次元のレーザダイオードアレイを傾
けることによって、見掛け上狭いピッチでのマルチビー
ムによる並列露光を行う技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の一次
元レーザダイオードアレイを用いたマルチビーム走査光
学装置では、発光点の数を増やすと、コリメータレンズ
の像円径や視野角が大きくなり、収差補正が必要になる
という問題があった。また、レーザビームがコリメータ
レンズから出射する際の画角も大きくなるため、走査レ
ンズ透過後の像面上での主走査方向におけるドット位置
ずれが生じるという問題もあった。
元レーザダイオードアレイを用いたマルチビーム走査光
学装置では、発光点の数を増やすと、コリメータレンズ
の像円径や視野角が大きくなり、収差補正が必要になる
という問題があった。また、レーザビームがコリメータ
レンズから出射する際の画角も大きくなるため、走査レ
ンズ透過後の像面上での主走査方向におけるドット位置
ずれが生じるという問題もあった。
【０００４】ところで、近年、米国のＰＨＯＴＯＮＩＣ
Ｓ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ社に
よって、従来の端面発光型レーザダイオードアレイとは
異なる、面発光型半導体レーザアレイ（商品名：ＬＡＳ
Ｅ−ＡＲＲＡＹ）が開発された。この半導体レーザアレ
イは各発光点の間隔が縦横２方向に等しい。従って、こ
の半導体レーザアレイを用いることにより、コリメータ
レンズ等の像円径を小さくして、印字ラインを増やすこ
とができる。
Ｓ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ社に
よって、従来の端面発光型レーザダイオードアレイとは
異なる、面発光型半導体レーザアレイ（商品名：ＬＡＳ
Ｅ−ＡＲＲＡＹ）が開発された。この半導体レーザアレ
イは各発光点の間隔が縦横２方向に等しい。従って、こ
の半導体レーザアレイを用いることにより、コリメータ
レンズ等の像円径を小さくして、印字ラインを増やすこ
とができる。
【０００５】例えば、縦横２方向のそれぞれの発光点間
隔をＰ4とすると、発光点の数が仮に縦方向に３列、横
方向に３列の９である場合、コリメータレンズ等の像円
径は２×（２）1/2Ｐ4となり、一次元レーザダイオード
アレイを用いた従来の走査光学装置と比較して、コリメ
ータレンズ等の像円径は約３５％に小径化される。この
ことは、コリメータレンズ等の収差の低減にもつなが
り、また、レーザビームがコリメータレンズ等から出射
する際の画角も小さくなるため、走査レンズ透過後の像
面上での主走査方向におけるドット位置ずれも少なくて
すむ。しかしながら、この面発光型半導体レーザアレイ
を利用してフルに発光点数分だけのライン印字をする試
みは未だ行われていない。
隔をＰ4とすると、発光点の数が仮に縦方向に３列、横
方向に３列の９である場合、コリメータレンズ等の像円
径は２×（２）1/2Ｐ4となり、一次元レーザダイオード
アレイを用いた従来の走査光学装置と比較して、コリメ
ータレンズ等の像円径は約３５％に小径化される。この
ことは、コリメータレンズ等の収差の低減にもつなが
り、また、レーザビームがコリメータレンズ等から出射
する際の画角も小さくなるため、走査レンズ透過後の像
面上での主走査方向におけるドット位置ずれも少なくて
すむ。しかしながら、この面発光型半導体レーザアレイ
を利用してフルに発光点数分だけのライン印字をする試
みは未だ行われていない。
【０００６】また、レーザビーム走査光学系において
は、主走査方向の光学系の倍率と主走査方向と直交する
方向（副走査方向）の光学系の倍率が異なるものが多
く、２方向に等間隔に格子状に発光点を配置した半導体
レーザアレイを採用すると、像面上での主走査方向のレ
ーザビームの投影間隔と副走査方向のレーザビームの投
影間隔が大きく異なることになる。例えば、主走査方向
の光学系の倍率を約１０、副走査方向の光学系の倍率を
約１、各発光点の主走査方向及び副走査方向の間隔を数
１０μｍに設定し、仮に主走査方向における発光点の数
を１０、副走査方向における発光点の数を１０とする
と、主走査方向のレーザビームの投影間隔は、約１０ｍ
ｍ、副走査方向のレーザビームの投影間隔は約１ｍｍと
なり、両者は大きく異なる。
は、主走査方向の光学系の倍率と主走査方向と直交する
方向（副走査方向）の光学系の倍率が異なるものが多
く、２方向に等間隔に格子状に発光点を配置した半導体
レーザアレイを採用すると、像面上での主走査方向のレ
ーザビームの投影間隔と副走査方向のレーザビームの投
影間隔が大きく異なることになる。例えば、主走査方向
の光学系の倍率を約１０、副走査方向の光学系の倍率を
約１、各発光点の主走査方向及び副走査方向の間隔を数
１０μｍに設定し、仮に主走査方向における発光点の数
を１０、副走査方向における発光点の数を１０とする
と、主走査方向のレーザビームの投影間隔は、約１０ｍ
ｍ、副走査方向のレーザビームの投影間隔は約１ｍｍと
なり、両者は大きく異なる。
【０００７】このように、主走査方向の投影間隔が大き
くなると、走査レンズの歪曲補正が充分でなかったり、
レーザビーム束のケラレによる影響がでることもある。
さらに、主走査方向のレーザビームの投影間隔と副走査
方向のレーザビームの投影間隔とが大きく異なる場合に
は、レンズの設計自由度が狭くなると共に、レンズの位
置決め調整が煩雑になる。
くなると、走査レンズの歪曲補正が充分でなかったり、
レーザビーム束のケラレによる影響がでることもある。
さらに、主走査方向のレーザビームの投影間隔と副走査
方向のレーザビームの投影間隔とが大きく異なる場合に
は、レンズの設計自由度が狭くなると共に、レンズの位
置決め調整が煩雑になる。
【０００８】そこで、本発明の目的は、コリメータレン
ズ等の像円径や視野角が小さく、かつ、収差を抑えるこ
とができるレーザビーム走査光学装置を提供することに
ある。
ズ等の像円径や視野角が小さく、かつ、収差を抑えるこ
とができるレーザビーム走査光学装置を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】以上の目的を達
成するため、本発明に係るレーザビーム走査光学装置
は、レーザ光源が、２次元配列された複数の発光点を有
した半導体レーザアレイで、かつ、一軸方向の前記発光
点の間隔Ｐ1と前記一軸方向と直交する他軸方向の前記
発光点の間隔Ｐ2が異なると共に、主走査方向の光学系
の倍率と副走査方向の光学系の倍率が異なっている。
成するため、本発明に係るレーザビーム走査光学装置
は、レーザ光源が、２次元配列された複数の発光点を有
した半導体レーザアレイで、かつ、一軸方向の前記発光
点の間隔Ｐ1と前記一軸方向と直交する他軸方向の前記
発光点の間隔Ｐ2が異なると共に、主走査方向の光学系
の倍率と副走査方向の光学系の倍率が異なっている。
【００１０】以上の構成により、コリメータレンズ等の
像円径や視野角が抑えられ、収差補正が容易になる。
像円径や視野角が抑えられ、収差補正が容易になる。
【００１１】また、本発明に係るレーザビーム走査光学
装置は、半導体レーザアレイの複数の発光点が、一軸方
向に間隔Ｐ1でｍ個配列され、かつ、前記他軸方向にＰ1
と異なる間隔Ｐ2でｎ個配列され、前記一軸方向が主走
査方向となす角度をθとすると、 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ2／ｍＰ1） なる関係を有している。
装置は、半導体レーザアレイの複数の発光点が、一軸方
向に間隔Ｐ1でｍ個配列され、かつ、前記他軸方向にＰ1
と異なる間隔Ｐ2でｎ個配列され、前記一軸方向が主走
査方向となす角度をθとすると、 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ2／ｍＰ1） なる関係を有している。
【００１２】以上の構成により、半導体レーザアレイの
一軸方向が、主走査方向に対して角度θだけ傾いている
ため、副走査方向の発光点の間隔が見掛け上狭くなり、
コリメータレンズ等の像円径や視野角が更に抑えられ、
収差補正が更に容易になる。
一軸方向が、主走査方向に対して角度θだけ傾いている
ため、副走査方向の発光点の間隔が見掛け上狭くなり、
コリメータレンズ等の像円径や視野角が更に抑えられ、
収差補正が更に容易になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザビーム
走査光学装置の一実施形態について添付図面を参照して
説明する。図１において、レーザビーム走査光学装置
は、概略、光源である半導体レーザアレイ１と、第１結
像部Ｇ１と、ポリゴンミラー６と、第２結像部Ｇ２と、
ＳＯＳ用シリンドリカルレンズ１６と、ＳＯＳ用光セン
サ１７とで構成されている。
走査光学装置の一実施形態について添付図面を参照して
説明する。図１において、レーザビーム走査光学装置
は、概略、光源である半導体レーザアレイ１と、第１結
像部Ｇ１と、ポリゴンミラー６と、第２結像部Ｇ２と、
ＳＯＳ用シリンドリカルレンズ１６と、ＳＯＳ用光セン
サ１７とで構成されている。
【００１４】半導体レーザアレイ１は、後に詳述するよ
うに、２次元配列された複数（少なくとも３つ）の発光
点を有したものである。第１結像部Ｇ１は、半導体レー
ザアレイ１側から順に、主走査方向及び副走査方向に共
に正の屈折率を有し、半導体レーザアレイ１から射出さ
れたレーザビームＬを平行光にするコリメータレンズ２
と、副走査方向にのみ正の屈折力を有し、レーザビーム
Ｌをポリゴンミラー６の反射面近傍に主走査方向に延び
た線状に結像させる第１シリンドリカルレンズ４と、第
１折り返しミラー５とからなる。
うに、２次元配列された複数（少なくとも３つ）の発光
点を有したものである。第１結像部Ｇ１は、半導体レー
ザアレイ１側から順に、主走査方向及び副走査方向に共
に正の屈折率を有し、半導体レーザアレイ１から射出さ
れたレーザビームＬを平行光にするコリメータレンズ２
と、副走査方向にのみ正の屈折力を有し、レーザビーム
Ｌをポリゴンミラー６の反射面近傍に主走査方向に延び
た線状に結像させる第１シリンドリカルレンズ４と、第
１折り返しミラー５とからなる。
【００１５】ポリゴンミラー６は、八角柱形状をなし、
側面が鏡面加工され反射面となっており、図示しないモ
ータによって図中矢印ａ方向に回転駆動される。第２結
像部Ｇ２は、アナモフィックな結像レンズであり、ポリ
ゴンミラー６の反射面で反射したレーザビームＬを被走
査面上に結像させる。第２結像部Ｇ２は、ポリゴンミラ
ー６側から順に、全体として正の屈折力を有する第１レ
ンズ群Ｇｒ１と、第２レンズ群Ｇｒ２とからなる。
側面が鏡面加工され反射面となっており、図示しないモ
ータによって図中矢印ａ方向に回転駆動される。第２結
像部Ｇ２は、アナモフィックな結像レンズであり、ポリ
ゴンミラー６の反射面で反射したレーザビームＬを被走
査面上に結像させる。第２結像部Ｇ２は、ポリゴンミラ
ー６側から順に、全体として正の屈折力を有する第１レ
ンズ群Ｇｒ１と、第２レンズ群Ｇｒ２とからなる。
【００１６】第１レンズ群Ｇｒ１は、いわゆるｆθレン
ズ系で、球面の両凹形状で負の屈折力を有する第１球面
レンズ７ａと、感光体ドラム３０側に球面の凸面を向け
た平凸形状で正の屈折力を有する第２球面レンズ７ｂと
からなる。第２レンズ群Ｇｒ２は、主走査方向に長尺に
延びた第２折り返しミラー８と、感光体ドラム３０側に
平面でポリゴンミラー６側に凸面を向けたＴＳＬ（Ｔｒ
ａｎｓｆｏｒｍｅｄ Ｓａｄｄｌｅ Ｌｅｎｓ）である
第２シリンドリカルレンズ９とからなる。ＴＳＬとは、
主走査方向に屈折力が無く副走査方向にのみ屈折力を有
しているとともに、中心部から主走査方向に遠ざかるに
従って副走査方向の曲率半径が大きくなる形状の面を有
するレンズのことをいう。
ズ系で、球面の両凹形状で負の屈折力を有する第１球面
レンズ７ａと、感光体ドラム３０側に球面の凸面を向け
た平凸形状で正の屈折力を有する第２球面レンズ７ｂと
からなる。第２レンズ群Ｇｒ２は、主走査方向に長尺に
延びた第２折り返しミラー８と、感光体ドラム３０側に
平面でポリゴンミラー６側に凸面を向けたＴＳＬ（Ｔｒ
ａｎｓｆｏｒｍｅｄ Ｓａｄｄｌｅ Ｌｅｎｓ）である
第２シリンドリカルレンズ９とからなる。ＴＳＬとは、
主走査方向に屈折力が無く副走査方向にのみ屈折力を有
しているとともに、中心部から主走査方向に遠ざかるに
従って副走査方向の曲率半径が大きくなる形状の面を有
するレンズのことをいう。
【００１７】このＴＳＬをアナモフィックな結像レンズ
として用いることにより、走査光学装置の副走査倍率を
光束の反射面での偏向角によらず略一定にすることがで
き、ボウが発生しにくく、副走査方向のビーム径も一定
である走査光学装置を実現することができる。ここで、
ボウとは、アナモフィックな結像レンズの母線がポリゴ
ンミラーの反射面に面倒れ誤差がないときの走査面に対
して副走査方向にシフトしている場合、反射面が面倒れ
誤差が発生している場合、及び前記結像レンズの誤差と
面倒れ誤差とを両方とも有している場合に発生する、１
ライン画像が円弧状に湾曲して形成される現象のことを
いう。
として用いることにより、走査光学装置の副走査倍率を
光束の反射面での偏向角によらず略一定にすることがで
き、ボウが発生しにくく、副走査方向のビーム径も一定
である走査光学装置を実現することができる。ここで、
ボウとは、アナモフィックな結像レンズの母線がポリゴ
ンミラーの反射面に面倒れ誤差がないときの走査面に対
して副走査方向にシフトしている場合、反射面が面倒れ
誤差が発生している場合、及び前記結像レンズの誤差と
面倒れ誤差とを両方とも有している場合に発生する、１
ライン画像が円弧状に湾曲して形成される現象のことを
いう。
【００１８】また、第２シリンドリカルレンズ９におい
て、ＴＳＬの曲率半径が最も小さい位置である中心部を
通る対称軸と、第１レンズ群Ｇｒ１の光軸とは、図２の
如く、走査される上流方向に所定距離（図中、符号Ｄ）
だけ平行に離間させて配置されている。
て、ＴＳＬの曲率半径が最も小さい位置である中心部を
通る対称軸と、第１レンズ群Ｇｒ１の光軸とは、図２の
如く、走査される上流方向に所定距離（図中、符号Ｄ）
だけ平行に離間させて配置されている。
【００１９】半導体レーザアレイ１の各発光点は印字デ
ータに基づいてそれぞれ変調（オン、オフ）制御され、
オン時にレーザビームＬを射出する。このレーザビーム
Ｌはコリメータレンズ２によって略平行ビーム（収束ビ
ームでもよい）とされた後、第１シリンドリカルレンズ
４にて副走査方向にのみ収束光となり、折り返しミラー
５を介してポリゴンミラー６に到達する。このとき、第
１シリンドリカルレンズ４の作用によって、レーザビー
ムＬは、ポリゴンミラー６の反射面近傍で副走査方向に
結像されるが、主走査方向には平行光のままであるの
で、レーザビームは主走査方向に延びた線状に集光され
ている。
ータに基づいてそれぞれ変調（オン、オフ）制御され、
オン時にレーザビームＬを射出する。このレーザビーム
Ｌはコリメータレンズ２によって略平行ビーム（収束ビ
ームでもよい）とされた後、第１シリンドリカルレンズ
４にて副走査方向にのみ収束光となり、折り返しミラー
５を介してポリゴンミラー６に到達する。このとき、第
１シリンドリカルレンズ４の作用によって、レーザビー
ムＬは、ポリゴンミラー６の反射面近傍で副走査方向に
結像されるが、主走査方向には平行光のままであるの
で、レーザビームは主走査方向に延びた線状に集光され
ている。
【００２０】ポリゴンミラー６は回転軸６ａを中心とし
て矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。レーザビー
ムＬはポリゴンミラー６の回転に基づいて各反射面で等
角速度に偏向され、第２結像部の第１レンズ群Ｇｒ１の
第１及び第２球面レンズ７ａ，７ｂに入射する。第１レ
ンズ群Ｇｒ１はｆθレンズ系であるので、主に前記ポリ
ゴンミラー６で等角速度で偏向されたレーザビームＬを
被走査面（感光体ドラム３０）上での主走査速度を等速
に補正、即ち、歪曲補正する機能を有している。
て矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。レーザビー
ムＬはポリゴンミラー６の回転に基づいて各反射面で等
角速度に偏向され、第２結像部の第１レンズ群Ｇｒ１の
第１及び第２球面レンズ７ａ，７ｂに入射する。第１レ
ンズ群Ｇｒ１はｆθレンズ系であるので、主に前記ポリ
ゴンミラー６で等角速度で偏向されたレーザビームＬを
被走査面（感光体ドラム３０）上での主走査速度を等速
に補正、即ち、歪曲補正する機能を有している。
【００２１】第１レンズ群Ｇｒ１から射出したレーザビ
ームＬは、第２折り返しミラー８にて感光体ドラム３０
方向に曲げられた後、第２シリンドリカルレンズ９に入
射する。この結果、レーザビームＬは、副走査方向にお
いて、第１レンズ群Ｇｒ１と第２レンズ群Ｇｒ２との合
成屈折力によって、感光体ドラム３０上に集光され、感
光体ドラム３０上を矢印ｂ方向に走査する。
ームＬは、第２折り返しミラー８にて感光体ドラム３０
方向に曲げられた後、第２シリンドリカルレンズ９に入
射する。この結果、レーザビームＬは、副走査方向にお
いて、第１レンズ群Ｇｒ１と第２レンズ群Ｇｒ２との合
成屈折力によって、感光体ドラム３０上に集光され、感
光体ドラム３０上を矢印ｂ方向に走査する。
【００２２】感光体ドラム３０は矢印ｃ方向に一定速度
で回転駆動され、ポリゴンミラー６による矢印ｂ方向へ
の主走査とドラム３０の矢印ｃ方向への副走査によって
ドラム３０上に画像（静電潜像）が形成される。この走
査光学装置は主走査方向の光学系の倍率と副走査方向の
光学系の倍率が異なっている。また、レーザビームの主
走査方向先端部のレーザビームはミラー１５で反射さ
れ、ＳＯＳ用シリンドリカルレンズ１６を透過してＳＯ
Ｓ用光センサ１７へ入射する。ＳＯＳ用光センサ１７か
ら出力されるビーム検出信号は、１走査ラインごとに印
字開始位置を決めるための垂直同期信号を発生させる。
で回転駆動され、ポリゴンミラー６による矢印ｂ方向へ
の主走査とドラム３０の矢印ｃ方向への副走査によって
ドラム３０上に画像（静電潜像）が形成される。この走
査光学装置は主走査方向の光学系の倍率と副走査方向の
光学系の倍率が異なっている。また、レーザビームの主
走査方向先端部のレーザビームはミラー１５で反射さ
れ、ＳＯＳ用シリンドリカルレンズ１６を透過してＳＯ
Ｓ用光センサ１７へ入射する。ＳＯＳ用光センサ１７か
ら出力されるビーム検出信号は、１走査ラインごとに印
字開始位置を決めるための垂直同期信号を発生させる。
【００２３】次に、半導体レーザアレイ１の構成及び作
用効果について詳説する。図３に示すように、半導体レ
ーザアレイ１はｉ軸方向に発光点２１を間隔Ｐ1でｍ
個、ｉ軸方向と直交するｊ軸方向に発光点２１を間隔Ｐ
2でｎ個格子状に配列したものである（Ｐ1＜Ｐ2）。半
導体レーザアレイ１は、ｉ軸が主走査方向（図中、ｘ軸
方向）に対して以下の（１）式で表される角度θだけ傾
いた状態で配置されており、各発光点２１が見掛け上副
走査方向（図中、ｙ軸方向）に等間隔かつ狭ピッチで配
置されたようになる。 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ2／ｍＰ1） ……（１）
用効果について詳説する。図３に示すように、半導体レ
ーザアレイ１はｉ軸方向に発光点２１を間隔Ｐ1でｍ
個、ｉ軸方向と直交するｊ軸方向に発光点２１を間隔Ｐ
2でｎ個格子状に配列したものである（Ｐ1＜Ｐ2）。半
導体レーザアレイ１は、ｉ軸が主走査方向（図中、ｘ軸
方向）に対して以下の（１）式で表される角度θだけ傾
いた状態で配置されており、各発光点２１が見掛け上副
走査方向（図中、ｙ軸方向）に等間隔かつ狭ピッチで配
置されたようになる。 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ2／ｍＰ1） ……（１）
【００２４】従って、一次元レーザダイオードを用いた
従来の走査光学装置や、半導体レーザアレイ１をそのｉ
軸が主走査方向に対して平行（すなわち角度θ＝０の場
合）になるように配置した走査光学装置と比較して、本
実施形態の走査光学装置はコリメータレンズ２等の像円
径を小径化することができる。このことは、コリメータ
レンズ２等の収差の低減にもつながり、また、レーザビ
ームがコリメータレンズ２等から出射する際の画角も小
さくなるため、第２結像部Ｇ２を透過した後の感光体ド
ラム３０上での主走査方向におけるドット位置ずれも少
なくできる。
従来の走査光学装置や、半導体レーザアレイ１をそのｉ
軸が主走査方向に対して平行（すなわち角度θ＝０の場
合）になるように配置した走査光学装置と比較して、本
実施形態の走査光学装置はコリメータレンズ２等の像円
径を小径化することができる。このことは、コリメータ
レンズ２等の収差の低減にもつながり、また、レーザビ
ームがコリメータレンズ２等から出射する際の画角も小
さくなるため、第２結像部Ｇ２を透過した後の感光体ド
ラム３０上での主走査方向におけるドット位置ずれも少
なくできる。
【００２５】また、各発光点２１の見掛け上の副走査方
向の間隔Ｐは以下の（２）式で表される。 Ｐ＝Ｐ1ｓｉｎθ ……（２） さらに、この発光点２１からそれぞれ射出されたレーザ
ビームＬが、各光学素子２〜９を透過して感光体ドラム
３０の像面上に集光された場合の、像面上でのビームス
ポットの副走査方向の間隔Ｐ’は以下の（３）式で表さ
れる。
向の間隔Ｐは以下の（２）式で表される。 Ｐ＝Ｐ1ｓｉｎθ ……（２） さらに、この発光点２１からそれぞれ射出されたレーザ
ビームＬが、各光学素子２〜９を透過して感光体ドラム
３０の像面上に集光された場合の、像面上でのビームス
ポットの副走査方向の間隔Ｐ’は以下の（３）式で表さ
れる。
【００２６】Ｐ’＝Ｐβs ……（３） （βs：発光点２１から感光体ドラム３０の像面に至る
までの全系の副走査倍率） この間隔Ｐ’と印字密度Ｐｉ（ｄｐｉ）により決定され
るライン間隔２５．４／Ｐｉとが等しくなるように設定
される。
までの全系の副走査倍率） この間隔Ｐ’と印字密度Ｐｉ（ｄｐｉ）により決定され
るライン間隔２５．４／Ｐｉとが等しくなるように設定
される。
【００２７】図４は感光体ドラム３０上でのビームスポ
ット２３の位置を示すものである。発光点２１から感光
体ドラム３０上に至るまでの全系の主走査倍率をβmと
すると、図３に示した発光点２１の矩形配列は感光体ド
ラム３０上では主走査方向（ｘ軸方向）にβm倍、副走
査方向（ｙ軸方向）にβs倍され、平行四辺形配列とな
る。そして、発光点２１の間隔Ｐは一様にβs倍される
ため、発光点２１の見かけ上の副走査方向の間隔Ｐが等
間隔になっていれば、感光体ドラム３０上でもビーム間
隔Ｐ’は等間隔になる。従って、発光点２１を同時発光
すれば、フルに発光点数分だけのライン印字を行なうこ
とができ、高速印字が可能になる。
ット２３の位置を示すものである。発光点２１から感光
体ドラム３０上に至るまでの全系の主走査倍率をβmと
すると、図３に示した発光点２１の矩形配列は感光体ド
ラム３０上では主走査方向（ｘ軸方向）にβm倍、副走
査方向（ｙ軸方向）にβs倍され、平行四辺形配列とな
る。そして、発光点２１の間隔Ｐは一様にβs倍される
ため、発光点２１の見かけ上の副走査方向の間隔Ｐが等
間隔になっていれば、感光体ドラム３０上でもビーム間
隔Ｐ’は等間隔になる。従って、発光点２１を同時発光
すれば、フルに発光点数分だけのライン印字を行なうこ
とができ、高速印字が可能になる。
【００２８】ところで、半導体レーザアレイ１におい
て、ｉ軸方向にｍ番目かつｊ軸方向にｎ番目に位置して
いる発光点を（ｍ，ｎ）とし、ｉ軸方向にｑ番目でｉ軸
方向にｒ番目に位置している発光点を（ｑ，ｒ）とし、
発光点（ｍ，ｎ）を基準とすると、発光点（ｍ，ｎ）と
発光点（ｑ，ｒ）の主走査方向（ｘ軸方向）の変位ｄ
（ｑ，ｒ）は、感光体ドラム３０上ではβm倍される。
従って、発光点（ｍ，ｎ）から射出したレーザビームの
感光体ドラム３０上でのレーザビームスポットを（ｍ，
ｎ）’とし、発光点（ｑ，ｒ）から射出したレーザビー
ムの感光体ドラム３０上でのレーザビームスポットを
（ｑ，ｒ）’とすると、レーザビームスポット（ｍ，
ｎ）’とレーザビームスポット（ｑ，ｒ）’の主走査方
向（ｘ軸方向）の変位ｄ’（ｑ，ｒ）は以下の（４）式
の関係となる。 ｄ’（ｑ，ｒ）＝βm・ｄ（ｑ，ｒ） ……（４）
て、ｉ軸方向にｍ番目かつｊ軸方向にｎ番目に位置して
いる発光点を（ｍ，ｎ）とし、ｉ軸方向にｑ番目でｉ軸
方向にｒ番目に位置している発光点を（ｑ，ｒ）とし、
発光点（ｍ，ｎ）を基準とすると、発光点（ｍ，ｎ）と
発光点（ｑ，ｒ）の主走査方向（ｘ軸方向）の変位ｄ
（ｑ，ｒ）は、感光体ドラム３０上ではβm倍される。
従って、発光点（ｍ，ｎ）から射出したレーザビームの
感光体ドラム３０上でのレーザビームスポットを（ｍ，
ｎ）’とし、発光点（ｑ，ｒ）から射出したレーザビー
ムの感光体ドラム３０上でのレーザビームスポットを
（ｑ，ｒ）’とすると、レーザビームスポット（ｍ，
ｎ）’とレーザビームスポット（ｑ，ｒ）’の主走査方
向（ｘ軸方向）の変位ｄ’（ｑ，ｒ）は以下の（４）式
の関係となる。 ｄ’（ｑ，ｒ）＝βm・ｄ（ｑ，ｒ） ……（４）
【００２９】従って、発光点２１を同時発光する際の、
発光点（ｍ，ｎ）と発光点（ｑ，ｒ）のそれぞれの書き
出し位置が、主走査方向（ｘ軸方向）にｄ’（ｑ，ｒ）
だけずれることになる。そこで、発光点（ｍ，ｎ）と発
光点（ｑ，ｒ）の書き出し位置を揃えるためには、発光
点（ｑ，ｒ）の駆動開始のタイミングを遅延させる必要
がある。
発光点（ｍ，ｎ）と発光点（ｑ，ｒ）のそれぞれの書き
出し位置が、主走査方向（ｘ軸方向）にｄ’（ｑ，ｒ）
だけずれることになる。そこで、発光点（ｍ，ｎ）と発
光点（ｑ，ｒ）の書き出し位置を揃えるためには、発光
点（ｑ，ｒ）の駆動開始のタイミングを遅延させる必要
がある。
【００３０】次に、この遅延時間ｔ（ｑ，ｒ）を算出す
る。感光体ドラム３０上のレーザビームの走査速度をＶ
（ｍｍ／秒）、ポリゴンミラー６の回転数をＦ（ｒ．
ｐ．ｍ．）、第２結像部Ｇ２の画角当たりの走査幅（１
／ｒａｄ）をｋとすると、以下の（５）式の関係があ
る。 Ｖ＝πｋＦ／１５ ……（５）
る。感光体ドラム３０上のレーザビームの走査速度をＶ
（ｍｍ／秒）、ポリゴンミラー６の回転数をＦ（ｒ．
ｐ．ｍ．）、第２結像部Ｇ２の画角当たりの走査幅（１
／ｒａｄ）をｋとすると、以下の（５）式の関係があ
る。 Ｖ＝πｋＦ／１５ ……（５）
【００３１】ｄ’（ｑ，ｒ）の距離をＶの速度で移動す
るに要する時間が、発光点（ｍ，ｎ）を基準にした発光
点（ｑ，ｒ）の駆動遅延時間ｔ（ｑ，ｒ）である。従っ
て、以下の（６）式が得られる。 ｔ（ｑ，ｒ）＝ｄ’（ｑ，ｒ）／Ｖ ……（６）
るに要する時間が、発光点（ｍ，ｎ）を基準にした発光
点（ｑ，ｒ）の駆動遅延時間ｔ（ｑ，ｒ）である。従っ
て、以下の（６）式が得られる。 ｔ（ｑ，ｒ）＝ｄ’（ｑ，ｒ）／Ｖ ……（６）
【００３２】一方、図３より、以下の（７）式の関係が
得られる。 ｄ（ｑ，ｒ）＝（ｍ−ｑ）Ｐ1ｃｏｓθ＋（ｎ−ｒ）Ｐ2ｓｉｎθ……（７） 従って、（４）式〜（７）式から以下の（８）式が得ら
れる。 ｔ（ｑ，ｒ）＝（１５βm／πｋＦ）｛（ｍ−ｑ）Ｐ1ｃｏｓθ＋（ｎ−ｒ）Ｐ 2 ｓｉｎθ｝ ……（８）
得られる。 ｄ（ｑ，ｒ）＝（ｍ−ｑ）Ｐ1ｃｏｓθ＋（ｎ−ｒ）Ｐ2ｓｉｎθ……（７） 従って、（４）式〜（７）式から以下の（８）式が得ら
れる。 ｔ（ｑ，ｒ）＝（１５βm／πｋＦ）｛（ｍ−ｑ）Ｐ1ｃｏｓθ＋（ｎ−ｒ）Ｐ 2 ｓｉｎθ｝ ……（８）
【００３３】以上の結果、主走査方向に対して（１）式
で表される角度θだけ半導体レーザアレイ１を傾け、発
光点（ｑ，ｒ）を（８）式で表される時間ｔ（ｑ，ｒ）
だけ基準の発光点（ｍ，ｎ）より遅延させて駆動させる
ことにより、感光体ドラム３０上で稠密で、しかも書き
出し位置の揃ったマルチビーム走査光学装置が得られ
る。
で表される角度θだけ半導体レーザアレイ１を傾け、発
光点（ｑ，ｒ）を（８）式で表される時間ｔ（ｑ，ｒ）
だけ基準の発光点（ｍ，ｎ）より遅延させて駆動させる
ことにより、感光体ドラム３０上で稠密で、しかも書き
出し位置の揃ったマルチビーム走査光学装置が得られ
る。
【００３４】ところで、一般に、主走査方向（ｘ軸方
向）のビームスポット２３の間隔と副走査方向（ｙ軸方
向）のビームスポット２３の間隔は異なる。本実施形態
は、発光点２１のｉ軸方向の間隔Ｐ1とｊ軸方向の間隔
Ｐ2を異ならせているので、半導体レーザアレイ１の傾
き角度θを適宜選択すれば、主走査方向のビームスポッ
ト２３の間隔が大きくなるのを防止することができる。
具体的には、本実施形態のように、Ｐ1＜Ｐ2の場合に
は、半導体レーザアレイ１の傾き角度θを９０度以内に
設定すれば良い（図３参照）。逆にＰ1＞Ｐ2の場合に
は、半導体レーザアレイ１の傾き角度θを９０度以上に
設定すればよい。
向）のビームスポット２３の間隔と副走査方向（ｙ軸方
向）のビームスポット２３の間隔は異なる。本実施形態
は、発光点２１のｉ軸方向の間隔Ｐ1とｊ軸方向の間隔
Ｐ2を異ならせているので、半導体レーザアレイ１の傾
き角度θを適宜選択すれば、主走査方向のビームスポッ
ト２３の間隔が大きくなるのを防止することができる。
具体的には、本実施形態のように、Ｐ1＜Ｐ2の場合に
は、半導体レーザアレイ１の傾き角度θを９０度以内に
設定すれば良い（図３参照）。逆にＰ1＞Ｐ2の場合に
は、半導体レーザアレイ１の傾き角度θを９０度以上に
設定すればよい。
【００３５】さらに、図５を参照して、発光点（ｑ，
ｒ）の駆動開始タイミングを説明する。基準の発光点
（ｍ，ｎ）はＳＯＳセンサ１７が垂直同期信号を検出し
てから時間ｔ0後に画像データに基づいて駆動開始され
る。発光点（ｑ，ｒ）は、さらに（８）式で表示された
時間ｔ（ｑ，ｒ）後に画像データに基づいて駆動開始さ
れる。
ｒ）の駆動開始タイミングを説明する。基準の発光点
（ｍ，ｎ）はＳＯＳセンサ１７が垂直同期信号を検出し
てから時間ｔ0後に画像データに基づいて駆動開始され
る。発光点（ｑ，ｒ）は、さらに（８）式で表示された
時間ｔ（ｑ，ｒ）後に画像データに基づいて駆動開始さ
れる。
【００３６】図６に示すように、半導体レーザアレイ１
の駆動回路ブロックは、概略、印字データを記憶してお
くためのＲＡＭ４１と、半導体レーザアレイ１を制御す
るためのコントローラ４２と、半導体レーザアレイ１の
それぞれの発光点２１を駆動するためのドライバ４３と
で構成されている。
の駆動回路ブロックは、概略、印字データを記憶してお
くためのＲＡＭ４１と、半導体レーザアレイ１を制御す
るためのコントローラ４２と、半導体レーザアレイ１の
それぞれの発光点２１を駆動するためのドライバ４３と
で構成されている。
【００３７】ホストコンピュータ４０からの命令信号が
インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介してＲＡＭ４１に入力
されると、ＲＡＭ４１に記憶されていた印字データがそ
れぞれコントローラ４２に伝送される。コントローラ４
２では、ＳＯＳセンサ１７からの垂直同期信号を検出し
た後、それぞれの印字データを遅延回路４２ａによって
所定の遅延時間後に出力する。コントローラ４２から順
次遅延して出力された印字データ信号はそれぞれドライ
バ４３に伝送され、各ドライバ４３は順次対応の半導体
レーザアレイ１の発光点２１を駆動する。
インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介してＲＡＭ４１に入力
されると、ＲＡＭ４１に記憶されていた印字データがそ
れぞれコントローラ４２に伝送される。コントローラ４
２では、ＳＯＳセンサ１７からの垂直同期信号を検出し
た後、それぞれの印字データを遅延回路４２ａによって
所定の遅延時間後に出力する。コントローラ４２から順
次遅延して出力された印字データ信号はそれぞれドライ
バ４３に伝送され、各ドライバ４３は順次対応の半導体
レーザアレイ１の発光点２１を駆動する。
【００３８】また、図７は、米国のＰＨＯＴＯＮＩＣＳ
ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ社の面
発光型半導体レーザアレイ（商品名：ＬＡＳＥ−ＡＲＲ
ＡＹ）７１を示す斜視図である。矩形状ウエハ７５の中
央部には、複数の発光点８２が格子状に配置されてい
る。そして、各発光点８２にそれぞれ接続された電極７
８がウエア７５の外周部に延在している。電極７８のそ
れぞれに個別に印字データに基づいて変調（オン、オ
フ）信号が印加され、オン時に発光点８２からレーザビ
ームＬが射出される。ここに、面発光型半導体レーザア
レイ７１のレーザビームＬは、拡がり角に異方性がな
く、図８に示すように、ビームＬの強度分布が円形であ
る。図８において、８３は強度分布の等レベル線を表示
している。
ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ社の面
発光型半導体レーザアレイ（商品名：ＬＡＳＥ−ＡＲＲ
ＡＹ）７１を示す斜視図である。矩形状ウエハ７５の中
央部には、複数の発光点８２が格子状に配置されてい
る。そして、各発光点８２にそれぞれ接続された電極７
８がウエア７５の外周部に延在している。電極７８のそ
れぞれに個別に印字データに基づいて変調（オン、オ
フ）信号が印加され、オン時に発光点８２からレーザビ
ームＬが射出される。ここに、面発光型半導体レーザア
レイ７１のレーザビームＬは、拡がり角に異方性がな
く、図８に示すように、ビームＬの強度分布が円形であ
る。図８において、８３は強度分布の等レベル線を表示
している。
【００３９】従って、この面発光型半導体レーザアレイ
７１を、前記レーザビーム走査光学装置の光源として用
いると、主走査方向と副走査方向での拡がり角が等しく
なる。この結果、従来の端面発光型の１次元レーザダイ
オードアレイを傾けた場合には、ビーム整形に関する条
件（コリメータレンズやｆθレンズ等の焦点距離、並び
に全光学系の倍率）を、傾き角度に応じて個々に変更す
る必要があったのに対して、面発光型半導体レーザアレ
イ７１を用いた場合には、ビーム整形に関する条件をア
レイ７１の傾き角度に応じて個々に変更する必要がなく
なり、設計し易い装置が得られる。
７１を、前記レーザビーム走査光学装置の光源として用
いると、主走査方向と副走査方向での拡がり角が等しく
なる。この結果、従来の端面発光型の１次元レーザダイ
オードアレイを傾けた場合には、ビーム整形に関する条
件（コリメータレンズやｆθレンズ等の焦点距離、並び
に全光学系の倍率）を、傾き角度に応じて個々に変更す
る必要があったのに対して、面発光型半導体レーザアレ
イ７１を用いた場合には、ビーム整形に関する条件をア
レイ７１の傾き角度に応じて個々に変更する必要がなく
なり、設計し易い装置が得られる。
【００４０】なお、本発明に係るレーザビーム走査光学
装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨
の範囲内で種々に変更することができる。特に、光学素
子の種類や配置は任意である。前記実施形態では、半導
体レーザアレイ１のｉ軸を主走査方向に対して傾けたも
のについて説明したが、必ずしも傾ける必要はなく、半
導体レーザアレイ１のｉ軸を主走査方向に対して平行に
なるように配置したものであってもよい。この場合、半
導体レーザアレイ１のｊ軸は副走査方向に対して平行に
なる。
装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨
の範囲内で種々に変更することができる。特に、光学素
子の種類や配置は任意である。前記実施形態では、半導
体レーザアレイ１のｉ軸を主走査方向に対して傾けたも
のについて説明したが、必ずしも傾ける必要はなく、半
導体レーザアレイ１のｉ軸を主走査方向に対して平行に
なるように配置したものであってもよい。この場合、半
導体レーザアレイ１のｊ軸は副走査方向に対して平行に
なる。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、レーザ光源として、一軸方向の発光点の間隔と
前記一軸方向と直交する他軸方向の発光点の間隔が異な
る２次元配列の発光点を有した半導体レーザアレイを用
いたので、コリメータレンズ等の像円径や視野角を抑え
ることができ、また、収差補正を容易に行なうことがで
きる。しかも、前記２次元配列の発光点を有した半導体
レーザアレイを所定の角度傾けることによってその効果
を更に向上させることができる。また、各発光点を所定
の遅延時間後に駆動開始することによって被走査面上に
稠密で、しかも書き出し位置の揃ったマルチビーム走査
光学装置が得られる。
よれば、レーザ光源として、一軸方向の発光点の間隔と
前記一軸方向と直交する他軸方向の発光点の間隔が異な
る２次元配列の発光点を有した半導体レーザアレイを用
いたので、コリメータレンズ等の像円径や視野角を抑え
ることができ、また、収差補正を容易に行なうことがで
きる。しかも、前記２次元配列の発光点を有した半導体
レーザアレイを所定の角度傾けることによってその効果
を更に向上させることができる。また、各発光点を所定
の遅延時間後に駆動開始することによって被走査面上に
稠密で、しかも書き出し位置の揃ったマルチビーム走査
光学装置が得られる。
【図１】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の一実
施形態を示す斜視図。
施形態を示す斜視図。
【図２】図１に示したレーザビーム走査光学装置の概略
平面図。
平面図。
【図３】半導体レーザアレイの傾きを示す説明図。
【図４】像面上のレーザビームスポット位置を示す説明
図。
図。
【図５】半導体レーザアレイの各発光点の駆動タイミン
グチャート。
グチャート。
【図６】半導体レーザアレイの駆動回路ブロック図。
【図７】面発光型半導体レーザアレイを示す斜視図。
【図８】面発光型半導体レーザアレイの拡がり角の等方
性を示す平面図。
性を示す平面図。
１…半導体レーザアレイ ６…ポリゴンミラー １７…ＳＯＳ光センサ ２１…発光点 ３０…感光体ドラム ４２…コントローラ ４２ａ…遅延回路 Ｇ１…第１結像部 Ｇ２…第２結像部 Ｐ1，Ｐ2…間隔 ７１…面発光型半導体レーザアレイ
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザ光源から放射されたレーザビーム
を、偏向器、光学素子を介して微小な点に集光すると共
に被走査面上を略等速度でライン状に走査するレーザビ
ーム走査光学装置において、 前記レーザ光源が、２次元配列された複数の発光点を有
した半導体レーザアレイで、かつ、一軸方向の前記発光
点の間隔Ｐ1と前記一軸方向と直交する他軸方向の前記
発光点の間隔Ｐ2が異なると共に、主走査方向の光学系
の倍率と副走査方向の光学系の倍率が異なることを特徴
とするレーザビーム走査光学装置。 - 【請求項２】 前記半導体レーザアレイを、前記一軸方
向が主走査方向に対して平行で、かつ前記他軸方向が副
走査方向対して平行な状態で配置し、前記複数の発光点
から射出されたそれぞれのレーザビームによって並列書
き込みすることを特徴とする請求項１記載のレーザビー
ム走査光学装置。 - 【請求項３】 前記半導体レーザアレイの複数の発光点
が、一軸方向に間隔Ｐ 1でｍ個配列され、かつ、前記他
軸方向にＰ1と異なる間隔Ｐ2でｎ個配列され、前記一軸
方向が主走査方向となす角度をθとすると、 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ2／ｍＰ1） なる関係を有していることを特徴とする請求項１記載の
レーザビーム走査光学装置。 - 【請求項４】 前記偏向器により偏向されたレーザビー
ムを受光して一走査ラインごとに印字開始位置を決める
ための同期信号を発生する光検出素子を備えたことを特
徴とする請求項３記載のレーザビーム走査光学装置。 - 【請求項５】 前記一軸方向にｍ番目でかつ前記他軸方
向にｎ番目に位置している発光点（ｍ，ｎ）を基準にし
たとき、前記光検出素子の同期信号から所定の遅延時間
後に前記発光点（ｍ，ｎ）が画像データに従って駆動開
始され、さらに、前記発光点（ｍ，ｎ）の駆動開始から
前記一軸方向にｑ番目でかつ前記他軸方向にｒ番目に位
置している発光点（ｑ，ｒ）の駆動開始までの遅延時間
をｔ（ｑ，ｒ）とすると、 ｔ（ｑ，ｒ）＝（１５βm／πｋＦ）×｛（ｍ−ｑ）Ｐ1
ｃｏｓθ＋（ｎ−ｒ）Ｐ2ｓｉｎθ｝ βm：全光学系の主走査倍率 ｋ：画角当たりの走査幅（１／ｒａｄ） Ｆ：偏向器の回転数（ｒ．ｐ．ｍ．） なる関係を有していることを特徴とする請求項４記載の
レーザビーム走査光学装置。 - 【請求項６】 前記半導体レーザアレイが面発光型半導
体レーザアレイであることを特徴とする請求項３記載の
レーザビーム走査光学装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8088003A JPH09281420A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | レーザビーム走査光学装置 |
| US08/835,710 US6172787B1 (en) | 1996-04-10 | 1997-04-10 | Laser beam scanning optical apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8088003A JPH09281420A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | レーザビーム走査光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09281420A true JPH09281420A (ja) | 1997-10-31 |
Family
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