JPS6411926B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザーアレーの如き、アレー
状光源を光源部に用いた走査装置に関するもので
ある。

従来、半導体レーザーの光出力部を複数個並べ
た所謂半導体レーザーアレーを使用して、一度に
複数の走査線を走査する技術が知られている。斯
様なタイプの走査装置に於いては、ポリゴンミラ
ー、ガルバノミラー等の偏向器の偏向反射面上
で、各々の光源部から射出されるビームが拡がり
すぎると、偏向反射面の面積が大きくなり、従つ
て走査手段が大きくなり、且つ走査スピードを上
げられないという難点がある。この難点を解消す
る為に、特開昭56−69610号公報に於いては、各
光源からの光束をコリメートするコリメートレン
ズを設け、このコリメートレンズの射出瞳の位置
を偏向反射面上においている。この走査装置に於
いて、光源部と偏向器の間に更なる光学部材、例
えば偏向器の回転軸等の倒れを補正する為のアナ
モフイツク光学部材を配するには、光源部と偏向
器との間隔を充分長く取ることが必要になつてく
る。特開昭56−69610号に示される光学系におい
ては、光源部と偏向器の間の距離を長くしようと
すると必然的にコリメーターレンズの焦点距離を
長くする必要があり、そうするとコリメーターレ
ンズのＦナンバーを暗くするか、偏向器であるポ
リゴンミラーの外径を大きくする必要がある。前
者の場合、すなわち、コリメーターレンズのＦナ
ンバーを暗くするとポリゴンミラーの外径は小さ
くできるが、光源部から発散する光束に対してコ
リメート光束の比率が低下し、エネルギー利用効
率が低下してしまう。後者の場合、すなわち、ポ
リゴンの外径を大きくすれば、上記のエネルギー
利用効率は問題ないが、ポリゴンの回転速度を速
めることが困難となるだけでなく、低コスト化が
困難となる。

本発明の目的は、上述した欠点を改良し、エネ
ルギーの利用効率が良く、偏向装置も小型で高速
の走査が可能な複数ビーム走査装置を提供するこ
とにある。

本発明に係る複数ビーム走査装置は、供給され
る各々の光束の主光線が平行となる様な複数ビー
ム供給光源部、該光源部からの各光束の主光線と
その光軸がほぼ平行となる様に配され且つ該光源
部からの光束を集光して該光源部の像を形成する
第１結像光学系、該第１結像光学系からの光束を
所定の方向に偏向する偏向部、前記第１結像光学
系の光軸を含み且つ前記偏向部の偏向走査面に平
行な面内における前記第１結像光学系により前記
光源部の像が形成される位置に第２結像光学系が
配され、該第２結像光学系は、少なくとも前記第
１結像光学系の光軸を含み且つ前記偏向部の偏向
走査面に平行な面内においては、前記第１結像光
学系の偏向部側の焦点位置と偏向部の偏向反射面
との位置をほぼ光学的に共役な関係に保つもので
ある。尚、本明細書では上記偏向走査面とは、偏
向反射面の法線が偏向器の回動に従つて、経時的
に形成する面を意味する。

尚、上記第２結像光学系は少なくとも偏向走査
面と平行な面内に於いてはという意味は、第２結
像光学系は球面光学系であつて、光源から偏向手
段に至る光軸を含み偏向走査面と直交する面内
（以下、単に偏向走査面と直交する面と言う）に
於いても、前記偏向反射面の近傍位置と第１結像
光学系の偏向手段側の焦点位置とを光学的に共役
な関係に保つても良いし、或いは直交する方向で
はパワーの異なるアナモフイツクな光学系であつ
て偏向走査面と直交する面内に於いては、上述し
た関係を満たさなくても良いと言う事である。

本発明に係る走査装置に於いては、偏向手段の
偏向反射面の倒れを補正する為に、偏向反射面上
に線像を投影する場合は、前記第２結像光学系は
アナモフイツクな光学系である必要がある。この
場合、偏向走査面と直交する面内に於いては、第
１結像光学系からの光束を偏向反射面上に収束出
来る様なパワーを第２結像光学系が持てばよい。
このアナモフイツクな第２結像光学系の構成とし
ては、球面光学系とシリンドリカル光学系の組み
合わせ、或いはトーリツクレンズが一枚で構成出
来る。

前記偏向走査面と平行な面内に於いては、第１
結像光学系による前記アレー状光源からの光束の
結像位置と、第２結像光学系の焦点位置とを合致
させておけば、偏向器の偏向反射面に入射するビ
ームは平行光束となる。又、第２結像光学系の焦
点位置が、前記第１結像光学系によるアレー状光
源からの光束の結像位置より光源側に存する場合
は、第２結像光学系の作用はフイールドレンズと
しての役割が増し、偏向器の偏向反射面に入射す
るビームは発散光束となる。従つて、偏向器の偏
向反射面に入射するビームの形状は、前者の場合
が線状の平行光束、後者の場合が線状の発散光束
となる。以下、図面を用いて本発明を詳述する
が、以下に用いる実施例では偏向器の倒れを補正
する為に第２結像光学系として球面レンズとシリ
ンドリカルレンズより構成されるものを示すが、
本発明に係る構成の必須部材としては、球面レン
ズのみで良いのであつてシリンドリカルレンズは
省いても良い。

第１図Ａ，Ｂは本発明に係る走査装置の一実施
例を示す図で、Ａは走査装置全体の平面図を、Ｂ
は光源部から偏向器の間の光学系の正面図を示す
ものである。第１図Ａ，Ｂに於いて、１は複数個
の発光部１ａ，１ｂを有する半導体レーザーアレ
ー、２は前記半導体レーザーからの光束の主光線
とその光軸４が平行になる様に設けられた球面の
第１結像レンズ、３は球面レンズ３ａとその母線
が偏向走査面と平行で、且つ光軸４と直交する様
に設けられたシリンドリカルレンズ３ｂより成る
第２結像レンズ、５は偏向手段としてのポリゴン
ミラー、６はトーリツク単レンズ、７は被走査面
である。

第１図Ａに於いて、半導体レーザーアレー光源
１の発光部１ａ，１ｂより出射された光束は、第
１結像レンズ２にて集光され第２結像レンズ３の
近傍に結像する。また、点線で示す各々の主光線
m₁，m₂は第１結像レンズ２の焦点Ｆを通過す
る。従つて、このＦなる位置で双方の光束の主光
線は重なり合い、空間的に双方の光束が占める拡
がりが最も小さくなる。第２結像レンズ、特に球
面レンズ３ａの近傍に集光された光束は、球面レ
ンズ３ａのフイールドレンズとしての作用により
その光路の向きが変えられ、ポリゴンミラー５の
偏向反射面５ａに向う。前記第１結像レンズの焦
点Ｆなる位置と偏向反射面の近傍位置F′とは、第
１図Ａに示す偏向走査面と平行な面内に於いて
は、第２結像レンズ３（実質的には球面レンズ系
３ａであるが）に関して光学的に共役な関係にな
つている。従つて、実質的には、偏向反射面５ａ
上には、第２結像レンズ３によつて第１結像レン
ズ２の焦点Ｆでの像が形成されており、偏向反射
面５ａ上でのビームの拡がりは小さくなり、ポリ
ゴンの偏向反射面も小さく出来、装置の小型化が
計れる上にポリゴンを高速で回転出来る為走査効
率も向上する。第２結像レンズ３を構成する負の
シリンドリカルレンズ５は、第１図Ａに示す様な
偏向走査面と平行な面内ではパワーを有しないの
で、走査ビームには影響を与えない。

ポリゴンミラー５に入射するビームは発散光束
であるので、ポリゴンミラー５と被走査面との間
に配されるレンズ系６は単レンズであつても、平
坦な被走査面を良好な結像スポツトで走査するこ
とが出来る。この理由は、レンズ系６のペツツバ
ール和を積極的に生かす為であり、この詳細な技
術に関しては、特開昭54−87540号公報に述べら
れているのでここでは説明を省く。又、結像レン
ズ６は偏向走査面と直交する面内に於いては、ポ
リゴンの偏向反射面５ａと被走査面７とを光学的
に共役な位置関係に保つために、この面内に於い
てもパワーを持つ必要がある。レンズ系６は直交
する双方の面内でパワーを持つ必要があり、且つ
それぞれのパワーは異なる為にトーリツクレンズ
の形状を取る。又、偏向走査面内に於いて、シン
グルトーリツクレンズ６の歪曲収差を偏向器の回
動特性に合わせてやれば、一定の速度で被走査面
を走査することが出来る。従つて、発散状態で光
ビームが入射すれば、偏向器と被走査面の間に配
されるレンズ系を一枚のトーリツクレンズで形成
することにより、平坦な被走査面を等速で走査
し、且つ偏向面の倒れを補正することも出来る。

第１図Ｂに示す如く、偏向走査面と垂直な面内
に於いては、発光部からの光束は上述した如く第
１結像レンズ系２により集光された後、負のシリ
ンドリカルレンズ３ｂにより発散光束となつて球
面レンズ３ａに入射する。前記シリンドリカル凹
レンズ３ｂは球面レンズ３ａに入射する光束があ
たかも前記第１結像レンズ系２の焦点位置Ｆから
発せられたかの如く第１結像レンズ系２からの光
束を屈折させる。上述した如く実質的に球面レン
ズ３ａによつて、第１結像レンズ系の焦点位置Ｆ
とポリゴンミラー５の偏向反射面５ａの近傍位置
F′とは光学的に共役な関係に保たれているので、
ポリゴンミラーの偏向反射面５ａ上には線像が形
成される。

第２図Ａ，Ｂは本発明に係る走査装置の他の実
施例を示す図で、第２図Ａは偏向走査面と平行な
平面内、第２図Ｂは偏向走査面と直交する面内に
於ける光路を示している。尚、第２図Ａ，Ｂは光
源部と偏向器との間の光学系のみを示している。
第２図Ａに於いて、半導体レーザーアレー１の発
光部１ａ，１ｂからの各光束は第１結像光学系２
により、面Ｑ上に結像する。第２結像光学系３
（即ち、実質的には球面レンズ系３ａであるが）
の一方の焦点位置は該Ｑ面上に合致させてあり、
従つて、第２結像光学系３を通過した光束は平行
ビームとなつて偏向器の偏向反射面５ａに向う。
又、第１図Ａで示した如く、第２図Ａで示される
光学系も第１結像レンズ系２の焦点の位置Ｆと、
偏向反射面５ａの極く近傍の位置F′とは、第２結
像レンズ系３に関して光学的に共役な位置となる
様に設定されている。故に上述した如く、偏向反
射面５ａ上に於ける光束の拡がりを小さく出来、
小さな偏向器で良い。

シリンドリカル凸レンズ３ｃは偏向走査面と平
行な面内に於いてはパワーを有しない為、走査用
のビームに対しては何等屈折作用を及ぼさない。
然しながら、第２図Ｂに示す如く偏向走査面と直
交する面内に於いては集光作用を有し、シリンド
リカル凸レンズ３ｃを通過して球面レンズ３ａに
入射する光束があたかも第１結像光学系２の焦点
Ｆから発せられたかの如く、光束を屈折させる。
球面レンズ３ａは、第１結像レンズ２の焦点位置
Ｆと偏向反射面５ａとをほぼ光学的に共役な位置
関係に保つので、偏向走査面と直交する面内に於
いては、偏向反射面上で光束は集束する。

第２図Ａ，Ｂでは示していないが、偏向器と被
走査面との間に配される走査用の結像レンズは、
偏向走査面内に於いては偏向器で偏向される平行
ビームを被走査面上に結像させる屈折力を、偏向
走査面と直交する面内に於いては、偏向反射面の
近傍位置F′と被走査面とを光学的に共役とする屈
折力を有するアナモフイツク結像レンズである。
そして、偏向走査面内に於けるアナモフイツク結
像レンズの歪曲収差を偏向器の回動特性に対応し
て持たせることにより、被走査面上でビームスポ
ツトを等速で走査することが出来る。

第３図Ａ，Ｂは、本発明に係る走査装置をレー
ザー・ビーム・プリンターに適用した概略図を示
すもので、第３図Ａは偏向走査面と平行な面内の
図、第３図Ｂは偏向走査面と直交する面内に於け
る展開図である。変調された光ビームを発する半
導体アレーレーザー１１、該アレーレーザーから
発せられる各々の光ビームの主光線とほぼ平行な
光軸１４を有する第１結像レンズ１２、球面レン
ズ１３ａと正のシリンドリカルレンズ１３ｂより
成る第２結像光学系１３の構成、配置は第２図
Ａ，Ｂに示すものと同じであるので、ここでは説
明を省く。１５は等速回転のポリゴンミラーで偏
向反射面１５ａ近傍で、点線で示す各発光部から
の主光線１１ａ，１１ｂが交わつている。偏向反
射面１５ａで偏向された光束は、ポリゴンミラー
１５側に凹面を向けたメニスカスレンズ１６及び
トーリツクレンズ１７より成る走査用結像レンズ
により回転する電子写真の感光ドラム１８上の所
定の位置に結像する。走査用結像レンズ１６，１
７は、偏向走査面内ではｆ―θの結像特性、いわ
ゆるｆ―θレンズとしての機能をも有しており、
ポリゴンミラーで偏向された光ビームは感光ドラ
ム１８上を等速で移動する。一方、偏向走査面と
直交する面内では、光源１１からの光ビームは偏
向反射面１５ａ上に結像されており、偏向反射面
１５ａと感光ドラム１８は走査用結像レンズ１
６，１７に対して光学的に共役な位置にあるの
で、偏向反射面１５ａが何等かの原因により傾い
ても、常に感光ドラム１８上の所定の位置に光ビ
ームを結像させる。尚、感光ドラムの周囲には、
電子写真を形成するプロセスに必要な種々の部材
が配されているが、これ等のプロセス及び配置さ
れている部材は公知であるので、ここでは省いて
ある。

尚、第１図、第２図に示す如く、第２結像光学
系３を構成するシリンドリカルレンズ３ｂ，３ｃ
は、偏向走査面と直交する方向の屈折力が正と負
の場合がある。このことはアナモフイツク光学部
材の配置と関係があり、第１結像レンズ系による
発光部の結像位置よりも光源部側に配された場合
が負の屈折力、同じく偏向器側に配された場合が
正の屈折力を持つ。

又、本発明に係る走査装置では、第２結像レン
ズ系の焦点距離を変化させることにより、光源と
偏向器との間の距離を自由に調整することが可能
である。

以上、本発明に係る走査装置では、光源と偏向
器の間に正の屈折力を持つ二つの結像系を配する
だけで、光源部からの複数のビームの主光線を偏
向器の偏向反射面の近傍で交叉させることが出来
るし、各々の結像系の焦点距離を変化させること
により、光源部と偏向器との間の距離を所望の値
に取ることが出来る。又、斯様な構成である為
に、偏向器の倒れを防止する為に、偏向器の偏向
反射面上に線像を形成しても、各々の光束の線像
の中心位置はほぼ合致させることが出来るので、
複数ビームを使用しても被走査面上での各々のビ
ームスポツトは、良好なフオーカス状態で結像さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明に係る複数ビーム走査装
置の一実施例を示す図、第２図Ａ，Ｂは本発明に
係る複数ビーム走査装置の他の実施例を示す図、
第３図Ａ，Ｂは本発明に係る複数ビーム走査装置
をレーザービームプリンターに適用した図を示す
図。 １…半導体レーザーアレー、１ａ，１ｂ…発光
部、２…第１結像レンズ系、３…第２結像レンズ
系、３ａ…球面レンズ、３ｂ…シリンドリカル凹
レンズ、３ｃ…シリンドリカル凸レンズ、４…光
軸、５…ポリゴンミラー、５ａ…偏向反射面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 供給される各々の光束の主光線が平行となる
   様な複数ビーム供給光源部、該光源部からの各光
   束の主光線とその光軸がほぼ平行となる様に配さ
   れ且つ該光源部からの光束を集光して該光源部の
   像を形成する第１結像光学系、該第１結像光学系
   からの光束を所定の方向に偏向する偏向部、前記
   第１結像光学系の光軸を含み且つ前記偏向部の偏
   向走査面に平行な面内における前記第１結像光学
   系により前記光源部の像が形成される位置に第２
   結像光学系が配され、該第２結像光学系は、前記
   第１結像光学系の光軸を含み且つ前記偏向部の偏
   向走査面に平行な面内においては、前記第１結像
   光学系の偏向部側の焦点位置と偏向部の偏向反射
   面との位置をほぼ光学的に共役な関係に保つ事を
   特徴とする複数ビーム走査装置。 ２ 前記第２結像光学系はアナモフイツクな光学
   系であり、光源部と偏向部との間の光軸を含み、
   且つ偏向部の偏向走査面と直交する面内に於いて
   は、偏向部の偏向反射面上に光ビームを集束させ
   る事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複
   数ビーム走査装置。 ３ 前記第２結像光学系は、球面レンズ系とシリ
   ンドリカルレンズ系より成る特許請求の範囲第２
   項記載の複数ビーム走査装置。 ４ 前記第２結像光学系は、一枚のトーリツクレ
   ンズより成る特許請求の範囲第２項記載の複数ビ
   ーム走査装置。