KR100435023B1 - 멀티빔광주사광학계, 멀티빔광주사장치, 및 화상형성장치 - Google Patents

멀티빔광주사광학계, 멀티빔광주사장치, 및 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 멀티빔광주사광학계는 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔을 집광렌즈에 의해 집광해서, 광편향기의 편향면 상에 입사시키는 광빔입사광학계를 가진다. 이 광빔입사광학계는, 복수의 광원과 집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 삽입하고 있다. 이 릴레이광학계에 의한 복수의 광원의 각각의 결상점보다도 광원 쪽에 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개가 배치되어 있다.

Description

멀티빔광주사광학계, 멀티빔광주사장치, 및 화상형성장치{MULTI-BEAM SCANNING OPTICAL SYSTEM, MULT-BEAM SCANNING OPTICAL APPARATUS, AND IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 광주사광학계 및 그것을 사용한 화상형성장치에 관한 것으로, 레이저빔프린터나 디지털복사기 등에 사용되는 광주사광학계 및 광주사장치에 관한것이며, 특히 고속·고기록밀도를 달성하기 위해서 광원으로서 복수 광원을 사용한 멀티빔광주사광학계 및 그것을 사용한 화상형성장치에 관한 것이다.
도 9는 종래의 복수 광원을 사용한 멀티빔광주사광학계의 주주사방향의 단면을 표시한다. (21)은 복수의 발광점으로 구성되는 반도체레이저 등으로 이루어진 복수 광원이며, 복수의 광원으로부터 사출된 각각의 광빔은 콜리메이터렌즈(22)에 의해 대략 평행광 또는 수렴광이 되고, 구경조리개(23)에 의해 그 광빔의 단면형상을 정형하고 원통형렌즈(24)에 의해 부주사방향으로만 수렴되어, 광편향기인 폴리곤미러(25)의 편향반사면(25a) 근방에 있어서 주주사방향으로 길게 뻗은 초선형상으로 결상된다. 또한 도 9 중 화살표 A방향으로 일정 각속도로 회전하고 있는 폴리곤미러(25)에 의해서 반사되고 편향주사된 각각의 광빔은 f-θ렌즈(26)에 의해서 감광드럼 등으로 이루어진 피주사면(27) 상에 스폿형상으로 집광되고 도 9 중 화살표 B방향으로 일정 속도로 주사된다. (28)은 쓰기개시위치를 검출하기 위한 BD광학계이다. (28a)는 BD슬릿이고, (28b)는 BD렌즈이며, (28c)는 BD센서(동기위치검출소자)이다.
이와 같은 멀티빔주사광학계에 있어서는 도 10과 같이 복수의 광원을 부주사방향으로 종으로 나란히 배치하여 두면 피주사면 상에 있어서의 부주사방향의 각각의 선의 간격이 기록밀도보다도 대폭으로 간격이 벌어지기 때문에 통상은 도 11에 표시한 바와같이 복수의 광선을 비스듬히 배치하고 그 경사 각도δ를 조정함으로써 피주사면 상에 있어서의 부주사방향의 각각의 선의 간격을 기록밀도에 맞추어서 정확히 조정하고 있다.
상기 종래와 같은 구성의 광주사광학계에 있어서 복수의 광원을 비스듬히 배치하고 있기 때문에 도 12에 표시한 바와같이 복수의 광원으로부터 사출된 광빔은 폴리곤미러의 반사면 상에서 주주사방향으로 떨어진 위치에 도달하고 또한 폴리곤 미러로부터 반사되는 광빔의 각도도 각각 다르기 때문에 피주사면 상에 있어서 서로 주주사방향으로 떨어진 위치에 스폿이 결상되게 된다(광선A와 광선B).
따라서, 이와 같은 구성의 멀티빔광주사광학계에 있어서는, 어느 하나의 기준의 광원으로부터의 광속의 피주사면 상에 결상하는 위치에 다른 광원으로부터의 광속의 결상위치를 맞추도록 소정 시간 δT만큼 타이밍을 지연시켜 화상데이터를 보내고 있다.
δT만큼 시간이 지연되었을 때의 폴리곤면은 지연시간δT에 대응하는 각도를 가진 면(25a')으로 설정되고, 이 때에 반사되는 광선은 B'의 방향, 즉 광선A와 같은 방향으로 반사됨으로써 이 2개의 광선의 스폿의 결상위치가 일치하게 된다.
이 때, 어떤 원인(예를들면, 광학계를 유지하는 광학유닛과 피주사면과의 위치오차, 광학유닛에 광학부품을 조립했을 때의 조립오차 등)에 의해 주주사방향의 핀트오차가 발생했을 경우, 여기서는 피주사면(27)이 (27')의 위치로 이동했다고 가정하면, 도 12로부터 명백한 바와같이 각각의 광선의 결상위치가 주주사방향으로 δY만큼 이동하게 된다.
종래, 이와같이 복수 광원으로부터의 광빔의 결상위치에 어긋남이 발생함으로써 인자정밀도의 저하·화질의 열화를 조래하게 된다고 하는 문제가 존재하고 있었다.
주주사방향으로 핀트가 어긋나는 요인은 여러 가지이며, 그들 모두를 제거하는 것을 불가능하다. 그것을 가령 조정한다 해도 조정공정에 비용이 들게 된다. 또한, 최근에 있어서는 비용의 관점으로부터 f-θ렌즈에 플라스틱재료를 사용한 광학계를 사용하는 일이 많다. 플라스틱렌즈는 사출성형에 의해 제조되지만, 그 면정밀도는 광학글라스를 연마함으로써 얻어지는 정밀도에 비해 떨어지고 있다. 특히 렌즈의 어느 부분에서는 설계치에 대해서 볼록오차가 발생하지만 다른 부분에서는 오목오차가 발생한다고 하는 일이 일어나기 쉽다. 이과 같은 면정밀도의 오차에 의한 핀트어긋남에 대해서는 피주사면 전역에 걸쳐서 핀트어긋남을 보정하는 것은 불가능하다.
따라서, 복수의 광원으로부터의 광빔의 결상위치어긋남에 의한 화질의 열화를 보정하는 것은 매우 곤란한 일이었다.
여기서는 단순화를 위해서 발광점의 수를 2로 해서 도시하고 설명하고 있지만, 발광점의 수가 3,4,5,6,…으로 증가하면 할수록 양단의 광원간에 있어서 발생하는 상기 δY의 값이 증대해 가는 것을 용이하게 이해할 수 있다. 즉 상기 종래의 멀티빔광주사광학계에 있어서는 고속화를 달성하기 위해서 발광점의 수를 증가시킬려고 해도 상기의 복수 광원으로부터의 광빔의 결상 위치의 어긋남이 증대함으로써 인자정밀도의 저하·화질의 열화를 초래하게 되어, 고속화가 매우 어렵다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 복수의 광원과집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 배치함으로써 복잡한 조정을 필요로 하지 않고, 효과적으로 복수의 광원으로부터의 광속의 결상위치어긋남을 방지함으로써 고속으로 또한 고화질로 최적의 멀티빔광주사광학계 및 그것을 사용한 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시형태의 멀티빔광주사광학계의 주주사방향의 요부 단면도;
도 2(a), 2(b), 2(c)는 본 발명의 제 1실시형태의 효과를 설명하기 위한 멀티빔광주사광학계에 있어서의 광빔입사광학계를 표시하는 도면;
도 3은 본 발명의 제 1실시형태의 멀티빔광주사광학계의 주주사방향의 단면도;
도 4는 본 발명의 제 1실시형태의 멀티빔광주사광학계의 주주사방향의 단면의 구성을 설명하는 도면;
도 5는 릴레이렌즈(2)에서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 표시하는 도면;
도 6은 집광렌즈(3)에 의해 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 표시하는 도면;
도 7은 릴레이렌즈(2)와 집광렌즈(3)에 의한 입사광학계 전체의 구면수차와 상면만곡수차를 표시하는 도면;
도 8은 본 발명의 제 2실시형태의 멀티빔광주사광학계의 주주사방향의 요부 단면도;
도 9는 종래의 멀티빔광주사광학계를 설명하는 도면;
도 10은 종래의 멀티빔광주사광학계의 발광점의 레이아웃을 표시하는 도면;
도 11은 종래의 멀티빔광주사광학게의 발광점의 다른 레이아웃을 표시하는 도면;
도 12는 종래의 멀티빔광주사광학계에 있어서의 핀트어긋남이 발생한 경우의 설명도;
도 13은 본 발명의 실시형태의 화상형성장치의 부주사방향의 요부를 표시하는 단면도.
〈부호의 설명〉
1: 복수 광원(반도체 레이저) 2: 릴레이렌즈
3: 집광렌즈 4: 원통형렌즈
5: 광편향수단(폴리곤미러) 6: 구경조리개
7: 주사렌즈(f-θ렌즈) 8: 피주사면(감광드럼)
본 발명의 멀티빔광주사광학계는, (1) 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔을 집광렌즈에 의해 집광하고, 광편향기의 편향면 상에 입사시키는 광빔입사광학계를 가진 멀티빔광주사광학계에 있어서, 상기 광빔입사광학계는, 상기 복수의 광원과 상기 집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 삽입하고, 상기 릴레이광학계에 의한 상기 복수의 광원의 각각의 결상점보다도 광원 쪽에 상기 복수 광원으로부터 출사한 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개를 배치한 것을 특징으로 하고 있다.
특히, 이 계에 있어서, (1-1) 상기 집광렌즈는 상기 구경조리개와 상기 광편향기의 편향면을 대략 공액관계로 하도록 배치되어 있는 것, (1-2) 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2, 상기 릴레이 광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리를 d라 했을 때, 조건식
를 만족하는 것, (1-3) 상기 복수의 광원은 적어도 주주사방향으로 떨어져서 배치되어 있는 것, (1-4) 상기 집광렌즈의 초점거리를 f1, 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2라 했을 때, 조건식
를 만족하는 것, (1-5) 상기 릴레이광학계는 상기 복수의 광원을 등배 이하로 결상하는 것, (1-6) 상기 릴레이광학계의 결상비율을 β2라 했을 때, 조건식
을 만족하는 것, (1-7) 상기 릴레이광학계에서 발생하는 구면수차를 상기 집광렌즈에 의해 상쇄하는 것, (1-8) 상기 릴레이광학계에서 발생하는 상면만곡수차를 상기 집광렌즈에 의해 상쇄하는 것, (1-9) 상기 릴레이광학계는 1군구성으로 구성되는 것, (1-10) 상기 집광렌즈는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈, 볼록렌즈의 2매로 구성되어 있는 것, (1-11) 상기 릴레이광학계는 동일 형상의 볼록렌즈 2매로 구성되어 있는 것 등을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 멀티빔광주사광학계는, (2) 적어도 주사방향으로 떨어져서배치된 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔을 집광렌즈에 의해 집광하고, 광편향기의 편향면 상에 입사시키는 광빔입사광학계를 가진 멀티빔광주사광학계에 있어서, 상기 광빔입사광학계는, 상기 복수의 광원과 상기 집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 삽입하고, 상기 릴레이광학계에 의한 상기 복수의 광원의 각각의 결상점보다도 광원 쪽에 상기 복수 광원으로부터 출사한 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개를 배치하고, 상기 구경조리개는 상기 집광렌즈에 의해 상기 광편향기의 편향면과 대략 공액관계로 되어 있으며, 상기 릴레이광학계는 상기 복수의 광원을등배 이하로 결상하도록 구성하고, 상기 집상렌즈의 초점거리를 f1, 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2, 상기 릴레이광학계의 결상배율을 β2, 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리를 d라 했을 때, 조건식
을 만족하는 것을 특징으로 하고 있다.
특히, 이 계에 있어서, (2-1) 상기 릴레이광학계에서 발생하는 구면수차를 상기 집광렌즈에 의해 상쇄하는 것, (2-2) 상기 릴레이광학계에서 발생하는 상면만곡수차를 상기 집광렌즈에 의해 상쇄하는 것, (2-3) 상기 릴레이광학계는 1군구성으로 구성되는 것, (2-4) 상기 집광렌즈는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈, 볼록렌즈의 2매로 구성되어 있는 것, (2-5) 상기 릴레이광학계는 동일 형상의 볼록렌즈 2매로 구성되어 있는 것 등을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 멀티빔광주사광학계는, (3) 적어도 주사방향으로 떨어져서배치된 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔을 집광렌즈에 의해 집광하고, 광편향기의 편향면 상에 입사시키는 광빔입사광학계를 가진 멀티빔광주사광학계에 있어서, 상기 광빔입사광학계는, 상기 복수의 광원과 상기 집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 삽입하고, 상기 릴레이광학계에 의한 상기 복수 광원의 각각의 결상점보다도 광원 쪽에 상기 복수 광원으로부터 출사한 각각의 광범위 빔폭을 제한하는 구경조리개를 배치하고, 상기 구경조리개는 상기 집광렌즈에 의해 상기 광편향기의 편향면과 대략 공액관계로 되어 있으며, 상기 릴레이광학계는 상기 복수의 광원을 등배 이하로 결상하도록 구성되고, 상기 집광렌즈의 초점거리를 f1, 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2, 상기 릴레이광학계의 결상배율을 β2, 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리를 d라 했을 때, 조건식
를 만족하고, 또한, 상기 릴레이광학계에 의해 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 상기 집광렌즈에 의해 상쇄하는 것을 특징으로 하고 있다.
특히, 이 계에 있어서, (3-1) 상기 릴레이광학계는 1군구성으로 구성되는 것, (3-2) 상기 집광렌즈는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈, 볼록렌즈의 2매로 구성되어 있는 것, (3-3) 상기 릴레이광학계는 동일 형상의 볼록렌즈 2매로 구성되어 있는 것 등을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 멀티빔광주사장치는, (4) 상기(1), (1-1) 내지 (1-10), (2), (2-1) 내지 (2-5), (3), (3-1) 내지 (3-3)에 기재된 멀티빔광주사광학계를 사용하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 화상형성장치는, (5) 상기 (4)에 기재된 멀티빔광주사장치와, 피주사면에 배치된 감광체와, 상기 멀티빔광주사장치에 의해 주사된 각각의 광빔에 의해서 상기 감광체 상에 형성된 정전잠상을 토너상으로서 현상하는 현상기와, 상기 현상된 토너상을 피전사재에 전사하는 전사기와, 전사된 토너상을 피전사재에 정착시키는 정착기로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.
(바람직한 실시형태의 상세한 설명)
도 1은 본 발명의 제 1실시형태의 멀티빔광주사광학계를 레이저빔프린터나 디지털복사기 등의 화상형성장치에 적용했을 때의 주주사방향 요부 단면도이다.
도 1에 있어서, (1)은 복수의 발광점을 가진 반도체레이저 등으로 이루어진 광원이며, 도 11에 표시하는 바와 같이 복수의 광원을 비스듬히 배치하고 그 경사각도 δ를 조정함으로써 피주사면 상에 있어서의 부주사방향의 각각의 선의 간격을 기록밀도에 맞추어서 정확히 조정하고 있다. 또한, 본 제 1실시형태에 있어서는 이해를 간단하게 하기 위해 발광점의 수를 2로 하고 있지만, 발광점의 수가 증가해도 마찬가지로 생각할 수 있다.
각각의 발광점으로부터 사출한 각각의 광빔은 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)에 의해 P점의 위치에 결상된다. P점의 위치에 결상된 각각의 광빔은 집광렌즈(3)에 의해 대략 평행광 또는 수렴광 또는 발산광이 되고, 원통형렌즈(4)에 의해 부주사방향으로만 수렴되어, 광편향기인 폴리곤미러(5)의 편향반사면(5a) 근방에 있어서 주주사방향으로 길게 뻗은 초선형상으로 결상된다.
원통형렌즈(4)는 글라스재료로 이루어진 볼록파워의 제 1원통형렌즈와, 플라스틱재료로 이루어진 오목파워의 제 2원통형렌즈로 구성되어 있고, 주사광학계인 플라스틱재료로 이루어진 f-θ렌즈(7)의 환경변동에 의한 부주사방향의 핀트이동을 보정하고 있다.
또한, (6)은 릴레이렌즈(2)를 통과한 후에 수렴광이 된 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개이다.
구경조리개(6)는 릴레이렌즈(2)에 의한 상기 복수의 발광점의 결상위치인 P점보다도 상기 복수의 발광점을 가진 광원(1) 쪽으로 배치되어 있다.
또한, 집광렌즈(3)는 상기 구경조리개(6)와 상기 편향반사면(5a)을 대략 공액관계로 하도록 배치되어 있다. 상기 광원(1), 릴레이렌즈(2), 집광렌즈(3), 원통형렌즈(4), 구경조리개(6)에 의해 광빔입사광학계가 구성되어 있다.
또한, 도 1 중 화살표A방향으로 일정 각속도로 회전하고 있는 폴리곤미러(5)에 의해서 반사되고 편향주사된 각각의 광빔은 주사광학계인 f-θ렌즈(7)에 의해 감광드럼 등으로 이루어진 피주사면(8) 상에 스폿형상으로 집광되어 도 1 중 화살표B방향으로 일정속도로 주사된다.
이하 도 2(a), 2(b), 2(c)에 따라서 멀티발광주사광학계에 있어서의 광빔입사광학계를 상세히 설명한다.
도 2(a)는 본 발명의 제 1실시형태의 효과를 설명하기 위한 멀티빔광주사광학계에 있어서의 광빔입사광학계의 주주사방향 단면도, 도 2(b)는 마찬가지의 부주사방향 단면도를 표시하고 있다. 단, 여기서는 상기 구경조리개(6)가 존재하지 않는 경우를 설명하기 위해 구경조리개(6)를 배치하고 있지 않은 구성으로 되어 있다.
상기한 바와같이, 2개의 발광점(1A)·(1B)를 가진 반도체레이저로 이루어진 광원(1)은, 도 11에 표시한 바와같이 복수의 광원을 비스듬히 배치하고 그 경사각도δ를 조정함으로써 피주사면 상에 있어서의 부주사방향의 각각의 선의 간격을 기록밀도에 맞추어서 정확히 조정하고 있다. 여리서, 발광점의 수는 2로 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 오히려 발광점의 수가 3이상으로 수가 증가했을 때에 한층 더 효과를 얻을 수 있다. 또한, 광원으로서 반도체레이저를 가정해서 이후의 설명을 계속하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 광원, 예를들면, LED 등을 광원으로서 사용하는 것도 가능하다.
상기 2개의 발광점 (1A)·(1B)로부터 출사한 각각의 광빔은 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)에 의해서 P점의 위치에 각각 결상된다. P점의 위치에 결상된 각각의 광빔은 집광렌즈(3)에 의해서 대략 평행광 또는 수렴광 또는 발산광이 되고, 원통형렌즈(4)에 의해서 부주사방향으로만 수렴되어, 광편향기인 폴리곤미러(5)의 편향반사면(5a) 근방에 있어서 주주사방향으로 길게 뻗은 초선형상으로 결상된다.
여기서, 상기 2개의 발광점 (1A)·(1B)로부터 출사한 각각의 광빔의 주광선 (PA)·(PB)를 생각한다. 이들 2본의 주광선이 함께 광빔입사광학계의 광축(AX)에 평행하게 출사했을 경우, 상기 2본의 각각의 주광선 (PA)·(PB)는 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 초점위치Q점에 있어서 교차한다.
한편, 상기 집광렌즈(3)는 주주사방향에 있어서 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 초점위치Q점과 상기 편향반사면(5a)을 대략 공액관계로 하도록 배치되어 있다.그와같이 집광렌즈(3)를 배치했을 경우, Q점에 있어서 교차한 각각의 2본의 주광선 (PA)·(PB)는 집광렌즈(3)에 의해 주주사방향에 있어서 상기 편향반사면(5a) 상의 점R에 있어서 다시 교차한다.
이와 같이 광빔입사광학계는 구성했을 경우, 도 12에서 설명한 종래의 기술과 같이 주주사방향의 핀트어긋남에 기인하는, 각각의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY의 발생을 제로로 하는 것이 가능하게 된다. 이 주주사방향의 결상위치어긋남δY는 도 12에 있어서의 광선(A)와 광선(B')가 서로 주주사방향으로 떨어져있는 것이 원인인 것을 용이하게 이해할 수 있다.
본 발명의 제 1실시형태에 있어서는, 2본의 주광선(PA)·(PB)은 주주사방향에 있어서 편향반사면(5a) 상의 동일한 점R에 도달하도록 구성되어 있기 때문에 도 12에 있어서의 광선(A)에 상당하는 광선(PA)와, 도 12에 있어서의 광선(B)에 상당하는 광선(PB')이 완전히 동일경로를 따라가게 되고, 그 결과로서 종래와 같이 주주사방향의 핀트어긋남에 기인하는 각각의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY가 원리적으로 발생하지 않게 된다.
다음에 상기 2개의 발광점(1A)·(1B)로부터 출사한 각각의 광빔의 주광선(PA)·(PB)가 광빔입사광학계의 광축(AX)에 평행하지 않은 경우를 생각하여 본다. 반도체레이저로부터 출사되는 광빔은 이상적으로는 광빔입사광학계의 광축(AX)에 평행하지만, 통상은 어느 정도의 오차를 가지는 것이 보통이다. 이 각도오차는 전계진동면에 평행한 방향과 수직인 방향에서 약간의 차는 있지만 ±2°내지 ±3°의 오차는 고려할 필요가 있다.
여기서는 상기 2본의 주광선(PA)·(PB)중 (PA)만이 광빔입사광학계의 광축(AX)에 평행하지 않은 경우를 생각한다. 도 2(c)는 상기 2본의 주광선 (PA)·(PB)중 (PA)만이 광빔입사광학계의 광축(AX)에 평행하지 않는 경우의 멀티빔광주사광학계에 있어서의 광빔입사광학계의 주주사방향 단면도이다. 도 2(c)를 참조하면 발광점 (1A)로부터 주주사방향으로 각도γ를 이루어서 출사한 주광선(PA)은 Q점에 있어서 광빔입사광학계의 광축(AX)와는 교차하지 않고, △1=f2×tanγ만큼 광축(AX)로부터 주주사방향으로 떨어진 위치를 통과하게 된다. 또한, 편향반사면(5a) 상에 있어서는 집광렌즈(3)에 의해 상기 △1이 집광렌즈(3)의 결상배율β1배로 확대된 양 △2=△1×β1만큼 광빔입사광학계의 광축(AX)로부터 주주사방향으로 떨어진 위치에 도달하게 된다. 이 경우, 2본의 주광선 (PA)·(PB)은 편향반사면(5a) 상의 동일한 점R에 도달하지 않기 때문에 전술한 바와 같은 주주사방향의 핀트어긋남에 기인하는, 각각의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY가 발생하게 된다. 전술한 바와 같이, 이와 같은 각도오차는 반드시 존재하는 것이며, 즉 본 발명의 제 1실시형태와 같이 릴레이렌즈(2), 집광렌즈(3)를 구성한다고 해도 상기 주주사방향의 결상위치어긋남δY를 제로로 하는 것은 거의 불가능하게 된다.
그래서, 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는 상기 릴레이광학계에 의한 상기 복수 광원으로부터의 광빔에 의한 각각의 결상점P의 위치보다도 광원 쪽에 상기 복수 광원으로부터 출사한 각각의 광 빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개(6)를 배치하는 구성을 취한다.
도 3은 구경조리개(6)를 상기 광빔입사광학계의 광축(AX)상의 점Q의 위치에 배치한 본 발명의 제 1실시형태의 광빔입사광학계의 주주사방향 단면도이다. 도 3은 도 2(c)에서 설명했을 때와 마찬가지로, 상기 2본의 주광선(PA)·(PB) 중 (PA)만이 광빔입사광학계의 광축(AX)에 평행하지 않은 경우의 도면이다.
도 3을 참조하면, 발광점(1A)으로부터 주주사방향으로 각도γ를 이루어서 출사한 주광선(PA)은 구경조리개(6)에 의해서 그 빔폭을 제한함으로써 발광점(1B)으로부터 출사한 주광선(PB)와 마찬가지로 Q점에 있어서 광빔입사광학계의 광축(AX)와 교차하게 된다. 따라서 Q점에 있어서 교차한 각각의 2본의 주광선 (PA)·(PB)은 집광렌즈(3)에 의해 상기 편향반사면(5a) 상의 점R에 있어서 다시 교차하게 된다.
즉 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는, 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)에 의한 상기 복수 광원의 각각의 결상점P의 위치보다도 광원 쪽인 Q점에 상기 복수 광원으로부터 출사한 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개(6)를 배치하는 구성을 취함으로써, 상기 2개의 발광점 (1A)·(1B)로부터 출사한 각각의 광빔의 주광선(PA)·(PB)가 광빔입사광학계의 광축(AX)에 평행하지 않은 경우라도 집광렌즈(3)에 의해서 상기 편향반사면(5a) 상의 점R에 있어서 다시 교차하게 된다. 따라서, 전술한 바와 같은 주주사방향의 핀트어긋남에 기인하는, 각각의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY의 발생을 제로로 하는 것이 가능하게 된다.
이와 같은 구성을 취함으로써 각 광원으로부터 출사되는 광빔의 각도오차가존재한다고 해도 항상 주주사방향의 결상위치어긋남δY를 제로로 함으로써 효과적으로 인자정밀도의 저하·화질의 열화를 방지하는 것이 가능하게 되며, 또한 주사광학계인 f-θ렌즈에 염가의 플라스틱렌즈를 사용한다고 해도 f-θ렌즈에 기인하는 핀트어긋남에 의한 주주사방향의 결상위치어긋남δY의 발생을 제로로 하는 것이 가능하게 되기 때문에 저코스트의 구성이면서 인자정밀도의 저하·화질의 열화가 없는 고화질의 화상출력이 가능한 멀티빔광주사광학계, 및 화상형성장치를 달성하는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 제 1실시형태와 같이, 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2), 집광렌즈(3), 구경조리개(6)로 광빔입사광학계를 구성하면 상기 종래 구성의 입사광학계와 비교해서 대형화되는 경향이 있다. 따라서, 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는, 상기 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)의 초점거리 f2, 릴레이렌즈(2)의 결상배율β2, 상기 집광렌즈(3)의 초점거리f1, 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리d 등을 적절한 관계로 설정함으로써 효과적으로 콤팩트한 구성으로 하는 것을 가능하게 하고 있다.
이하, 도 4를 사용해서 상세히 설명한다. 도 4는 도 3과 마찬가지로 구경조리개(6)를 상기 광빔입사광학계의 광축(AX) 상의 점Q의 위치에 배치한 본 발명의 제 1실시형태의 광빔입사광학계의 주주사방향 단면도이다. (1A)·(1B)는 반도체레이저 등으로 이루어진 복수 광원의 각 발광점이며, 릴레이렌즈(2)의 초점거리를 f2, 릴레이렌즈(2)의 결상배율을 β2, 집광렌즈(3)의 초점거리를 f1, 릴레이광학계인릴레이렌즈(2)의 뒤쪽 주점으로부터 구경조리개(6)까지의 거리를 d, 집광렌즈(3)의 뒤쪽 주점으로부터의 편향반사면(5a)까지의 거리를 S1, 구경조리개(6)로부터 집광렌느의 앞쪽 주점까지의 거리를 SK,구경조리개(6)로부터 릴레이렌즈(2)에 의한 복수 광원의 각각의 결상점 위치P까지의 거리를 △, 구경조리개(6)의 조리개경을 ø1, 집광렌즈(3)로부터 출사하는 각 광빔의 빔계를 ø0, 구경조리개(6)에 의해서 결정되는 각 광빔의 릴레이렌즈(2)에 의한 상 쪽 F넘버를 Fn1, 복수광원의 각 발광점(1A)·(1B)으로부터 편향반사면(5a)까지의 거리를 L로 하고, 집광렌즈(3)로부터 출사하는 각 광빔을 대략 평행광으로 하는 경우를 생각한다.
이 경우, 복수 광원의 각 발광점(1A)·(1B)으로부터 편향반사면(5a)까지의 거리L은
으로 표시된다. 여기서 L의 값을 작게, 즉 입사광학계를 콤팩트하게 구성하기 위해서는 f2, f1의 값을 각각 작게 또한 β2의 값은 1일 때가 L의 값을 제일 작게 할 수 있는 것을 이해할 수 있다. 상기 릴레이렌즈의 초점거리f2와 집광렌즈의 초점거리f1의 L에 대한 기여율은 상기 식으로부터 f2:f1은 4:1인것을 알 수 있다. 즉,
f2/f1=1/4
이하로 설정하고 또한 β2=1로 하면 L의 값을 효과적으로 작게 할 수 있다.
그러나, f1의 값에 비해서 f2의 값을 너무 작게 설정하게 되면 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)에 의해서 발생하는 구면수차 및 상면만곡수차가 크게 된다. 또한, 상기 각 수차를 양호하게 보정하기 위해서는 f1의 값에 비해서 f2의 값을 크게 설정하면 되지만, f2의 값을 너무 크게 설정하게 되면 상기 L의 값을 작게 설정할 수 없기 때문에 입사광학계를 콤팩트하게 구성하는 것이 불가능하게 된다. 따라서, 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는 상기 f2,f1의 값을 이하의 조건식
을 만족하도록 설정하고 있다.
또한, 구경조리개(6)의 조리개경ø1은
로 표시된다. 즉, 구경조리개(6)의 조리개경ø1은 상기 △, Fn1에 의해 결정되는 것을 알 수 있지만, 상기 △의 값은 상기 S1, SK, f1의 값에 의해서 결정된다. 통상의 위치에 집광렌즈를 배치했을 경우는 △의 값은 비교적 작은 값을 취하는 것이 보통이다. 이때, Fn1의 값이 크면 상기 구경조리개(6)의 조리개경ø1이 작게되고, 예를 들면, 상기 구경조리개(6)의 조리개경ø1에 내경공차가 존재할 경우, 내경공차에 기인해서 피주사면에 있어서의 스폿경의 변동이 크게 되어, 안정된 스폿경을 얻는 것이 곤란하게 된다. 따라서 상기 내경공차의 영향을 저감하기 위해서는 Fn1의 값을 작게 설정하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)에 의해서 상기 복수의 광원을 등배 이하로 결상시킴으로써 달성할 수 있다. 그러나, 이 결상배율을 너무 낮추면 릴레이렌즈(2)에 의한 광원으로부터의 광빔의 커플링효율이 열화되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는 릴레이렌즈(2)의 결상배율β2를 이하의 조건식
을 만족하도록 설정하고 있다.
또한, 상기 구경조리개(6)는 이상적으로는 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)의 뒤쪽 초점위치에 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 입사광학계의 전체구성 및 기계적인 배치상의 제한 등으로부터 상기 위치에 배치할 수 없는 경우도 있다. 이와 같은 경우에 있어서는, 상기 각각의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY의 발생량을 허용할 수 있는 범위 내에 있어서, 상기 구경조리개(6)의 배치위치를 적절히 변경해도 상관없다. 따라서, 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는, 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2, 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리를 d라 했을 때, 이하의 조건식
을 만족하도록 설정하고 있다. "f2/d"의 값이 상기 (1)식의 하한을 초과하도록 구경조리개(6)를 배치하게 되면, 구경조리개(6)가 집광렌즈(3) 쪽에 가까워지게 됨으로써 조리개경ø1을 작게 설정하지 않으면 안되며, 전술한 바와 같이, 상기 구경조리개(6)의 조리개경ø1에 내경공차가 존재할 경우, 피주사면에 있어서의 스폿경의 변동이 크게 되어, 안정된 스폿경을 얻는 것이 곤란하게 된다. 또한, "f2/d"의 값이 상기 (1)식의 상한을 초과하도록 구경조리개(6)를 배치하게 되면 상기 각각의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY의 발생량을 허용할 수 없게 되는 동시에 각 광빔 내부의 광강도분포에 비대칭성이 생기는 것에 의한 결상성능의 열화, 및 각 광빔의 피주사면 상에 있어서의 광량차가 크게 되기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는, 입사광착계를 콤팩트하게 구성하기 위해서 릴레이광학계를 1군구성으로 하고, 상기 릴레이광학계에 의해서 발생하는 구면수차 및 상면만곡수차를 집광렌즈(3)에 의해서 상쇄하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 (2), (3)식에서 설명한 바와같이, 릴레이광학계인 릴레이렌즈의 초점거리f2는 어느 정도 작을 필요가 있으며, 또는 릴레이렌즈(2)의 결상배율도 축소 쪽으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 릴레이렌즈(2), 집광렌즈(3)도 가능한 한 구성 매수를 적게, 또한 소형으로 설계하는 것이 바람직하다. 그러나, 특히 릴레이렌즈(2)에 있어서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 보정하는 것이 매우 곤란하여, 예를 들면, 적은 구성매수인 2매 구성 등으로 설계하는 것은 사실상 불가능하다.
그래서, 본 발명의 제 1실시형태에 있어서는 릴레이렌즈(2)를 동일 형상의 2매의 렌즈로 구성하고, 그에 의해서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 상기 집광렌즈(3)에 의해 상쇄하는 구성으로 하고 있다.
상기 릴레이렌즈(2)에 의해서 발생하는 구면수차 및 상면만곡수차는 모두 작으며, 이 작은 구면수차와 상면만곡수차를 집광렌즈(3)를 최적의 렌즈구성을 취함으로써 상쇄하고 있다. 구체적으로는, 상기 집광렌즈(3)는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈·볼록렌즈의 2매 구성으로 되어 있다. 이와 같은 렌즈구성으로 함으로써 집광렌즈(3)로서 큰 구면수차와 상면만곡수차를 발생시켜, 릴레이렌즈(2)의 작은 구면수차와 상면만곡수차를 상쇄시키고 있다.
본 발명의 제 1실시형태에 있어서는, 이와 같은 구성을 취함으로써 릴레이렌즈(2) 및 집광렌즈(3)를 적은 구성매수로 구성하는 것을 가능하게 해서, 입사광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있는 동시에, 입사계 전체로서의 구면수차 및 상면만곡수차를 매우 양호하게 보정하는 것을 가능하게 하고 있다. 그에 의해서 피주사면에 있어서의 스폿형상을 양호하게 보정하고, 또한 복수 광원에 대응하는 각 광빔의 결상스폿성능의 상대적인 차도 충분히 작게 보정할 수 있고, 그 결과, 저코스트·콤팩트한 구성이면서 인자정밀도의 저하·화질의 열화가 없는 고화질의 화상출력이 가능한 멀티빔광주사광학계 및 화상형성장치를 달성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 여기서는 복수의 광원을 도 11에 표시한 바와 같이 배치한 경우에 대해서 설명했지만, 릴레이렌즈(2)와 집광렌즈(3)의 합성초점거리를 도 9에 표시하는 종래의 구성의 콜리메니터렌즈(22)의 초점거리보다도 길게 설정하면, 복수의 광원을 도 10에 표시한 바와 같이 배치한 경우에도 피주사면 상에 있어서의 각 광빔이 주사하는 부주사방향의 선의 간격을 작게 하는 것이 가능하게 된다. 즉 복수의 광원으로부터 출사한 각 광빔을 부주사단면 내에 있어서 광주사광학계를 구성하는 각 광학계의 광축에 가까운 부분을 사용하는 것이 가능하게 되기 때문에 각 광원에 대응한 광빔의 결상성능의 상대차를 적게 할 수 있어, 고화질의 화상출력을 얻는 것이 가능하게 된다.
표 1에 본 발명의 제 1실시형태의 멀티빔광주사광학계의 제 특성을 표시한다.
주사렌즈인 f-θ렌즈의 주주사단면의 비구면형상은, 각 렌즈면과 광축과의 교점을 원점으로하고, 광축방향을 X축, 주주사단면 내에 있어서 광축과 직교하는 축을 Y축, 부주사단면 내에 있어서 광축과 직교하는 축을 Z축으로 했을 때에
이 되는 식으로 표시된다.
여기서, R은 곡률반경, K, B4내지 B10은 비구면계수이다.
여기서 각 계수가 Y의 값의 정부에 따라서 다를 경우는, y의 값이 정일 때는 계수로서 첨자 u를 가진 kU, B4U내지 B10U를, y의 값이 부일 때는 계수로서 첨자 1을가진 k1, B41 내지 B101을 사용한다.
한편, 부주사단면의 형상은 주주사방향의 렌즈면좌표가 y인 부분의 곡률반경 r'가
이 되는 식으로 표시되는 형상을 하고 있다.
여기서, r은 광축 상에 있어서의 곡률반경이고, D2내지 D10는 각 계수이다.
여기서 각 계수가 y의 값의 정부에 따라서 다를경우는, Y의 값이 정일 때에는 계수로서 첨자u를 가진 D2U내지 D10U를 사용해서 계산된 곡률반경r'로 되어 있으며, y의 값이 부일 때는 계수로서 첨자1을 가진 D21 내지 D101를 사용해서 계산된 곡률반경r'로 되어 있다.
또한, 표 2에 f1, f2, β2, d의 각 값과 상기 각 조건식 (1) 내지 (3)에 대응하는 각 특성치를 표시한다. 이 표에서 명백한 바와 같이 각 값 모두 상기 각 조건식을 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
사용파장 λ(㎚) 780
발광점 수 n 2
발광점 간격 1 0.0900
광원의레이아웃의 경사각도 δ 2.9727
광원∼릴레이렌즈 제 1면 d0 17.5665
제 1릴레이렌즈의 제 1면의 곡률반경 R1 -1678.5394
제 1릴레이렌즈의 두께 d1 1.6249
제 1릴레이렌즈의 제 2면의 곡률반경 R2 -10.2985
제 1릴레이렌즈의 제 2면∼제 2릴레이렌즈의 제 1면 d2 0.8126
제 2릴레이렌즈의 제 1면의 곡률반경 R3 10.2985
제 2릴레이렌즈의 두께 d3 1.6249
제 2릴레이렌즈의 제 2면의 곡률반경 R4 1678.8334
제 2릴레이렌즈의 제 2면∼구경조리개 d4 5.6744
구경조리개∼광원결상점 d5 4.1070
광원결상점∼제 1집광렌즈의 제 1면 d6 14.1901
제 1집광렌즈의 제 1면의 곡률반경 R7 98.5509
제 1집광렌즈의 두께 d7 2.0000
제 1집광렌즈의 제 2면의 곡률반경 R8 16.1422
제 1집광렌즈의 제 2면∼제 2집광렌즈의 제 1면 d8 1.0000
제 2집광렌즈의 제 1면의 곡률반경 R9 79.9074
제 2집광렌즈의 두께 d9 2.0000
제 2집광렌즈의 제 2면의 곡률반경 R10 -10.9761
제 2집광렌즈∼제 2원통형렌즈의 제 1면 d10 3.0130
제 1원통형렌즈의 제 1면의 부주사방향곡률반경 Rs11 28.6850
제 1원통형렌즈의 두께 d11 7.0000
제 1원통형렌즈의 제 2면의 부주사방향곡률반경 Rs12 0.0000
제 1원통형렌즈의 제 2면∼제 2원통형렌즈의 제 1면 d12 0.3110
제 2원통형렌즈의 제 1면의 부주사방향곡률반경 Rs13 -53.3330
제 2원통형렌즈의 두께 d13 3.0000
제 2원통형렌즈의 제 2면의 부주사방향곡률반경 Rs14 0.0000
제 2원통형렌즈의 제 2면∼폴리곤편향반사면 d14 83.3600
폴리곤편향반사면∼제 1fθ렌즈의 제 1면 d15 41.7767
제 1f-θ렌즈의 두께 d16 9.5000
제 1f-θ렌즈의 제 2면∼제 2fθ렌즈의 제 1면 d17 7.1362
제 2f-θ렌즈의 두께 d18 8.6000
제 2f-θ렌즈의 제 2면∼피주사면 d19 189.7396
제 1릴레이렌즈의 굴절률 n1 1.7620
제 2릴레이렌즈의 굴절률 n2 1.7620
제 1집광렌즈의 굴절률 n3 1.5107
제 2집광렌즈의 굴절률 n4 1.7620
제 1원통형렌즈의 굴절률 n5 1.5107
제 2원통형렌즈의 굴절률 n6 1.4910
제 1f-θ렌즈의 굴절률 n7 1.5242
제 2f-θ렌즈의 굴절률 n8 1.5242
입사광학계의 폴리곤입사각 γ 60.0000
폴리곤 최대출사각 θMAX 41.3468
폴리곤 외접원경 ø50 6면체
f-θ렌즈형상
제 1f-θ렌즈
제 1면 제 2면
R -67.970 R -49.663
k -5.593E-01 ku 3.780E-02
B4 1.106E-06 B4u 1.207E-06
B6 5.551-11 B6u 8.041E-10
B8 0.000E+00 B8u -3.000E-13
B10 0.000E+00 B10u 1.631E-16
kl 2.867E-02
B41 1.156E-06
B61 8.466E-10
B81 -3.165E-13
B101 1.631E-16
r -29.500 r -22.884
D1 0.000E+00 D2u -2.057E-04
D4 0.000E+00 D4u 6.197E-08
D6 0.000E+00 D6u 0.000E+00
D8 0.000E+00 D8u 0.000E+00
D10 0.000E+00 D10u 0.000E+00
D21 -1.810E-04
D41 5.566E-08
D61 0.000E+00
D81 0.000E+00
D101 0.000E+00
제 2f-θ렌즈
제 1면 제 2면
R 46.718 R 45.398
k -9.145E+00 k -9.476E+00
B4 -5.632E-07 B4 -1.035E-06
B6 -8.574E-11 B6 9.461E-11
B8 3.524E-14 B8 -1.308E-14
B10 -2.323E-18 B10 1.959E-18
r -68.000 r -25.559
D2 1.874E-03 D2 9.964E-04
D4 1.909E-06 D4 -4.929E-07
D6 0.000E+00 D6 1.260E-10
D8 0.000E+00 D8 -1.582E-14
D10 0.000E+00 D10 7.640E-19
f1 18.00008
f2 7.025032
β2 0.58824
d 7.014606
f2/d 1.001468
f2/f1 0.58824
β2 0.58824
f1 18.00008
f2 7.025032
β2 0.58824
d 2.844606
f2/d 2.469597
f2/f1 0.58824
β2 0.58824
또한, 도 5는 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)에서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 표시하고, 도 6은 집광렌즈(3)에 의해서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 표시한다. 또한, 도 7은 릴레이렌즈(2)와 집광렌즈(3)에 의한 입사광학계 전체의 구면수차와 상면만곡수차를 표시한다. 단, 여기에 있어서의 각 수차도는 편향반사면(5a) 쪽으로부터 광선을 입사시킨 상태에서 계산하고 있다. 도 5 내지 7로부터 명백한 바와 같이, 릴레이렌즈(2)에서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차를 집광렌즈(3)에서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차에 의해 상쇄하고 있다. 여기서, △M은 주주사단면 내, △S는 부주사단면 내에서 상면만곡이다.
다음에 본 발명의 제 2실시형태에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제 2실시형태의 멀티빔광주사광학계를 레이저빔프린터나 디지털복사기 등의 화상형성장치에 적용했을 때의 주주사방향 요부 단면도이다.
본 제 2실시형태에 있어서는, 상기 구경조리개(6)를 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)의 뒤쪽 초점위치 df2보다도 광원 쪽에 배치하고 있다. 기타의 제 특성치는 제 1실시형태와 마찬가지이다. 본 제 2실시형태에 있어서의 f1,f2, β2, d의 각 값과 상기 각 조건식(1) 내지 (3)에 대응하는 각 특성치를 표 3에 표시한다.
본 제 2실시형태에 있어서는, 상기 구경조리개(6)를 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)의 뒤쪽 초점위치 df2보다도 광원 쪽에 배치하고 있기때문에 상기 구경조리개(6)의 조리개경ø1을 제 1실시형태보다도 크게 설정하는 것이 가능하게 되어, 조리개경ø1의 내경공차에 대한 피주사면 상에서의 스폿경에 주는 영향을 완화하고 있다. 그에 의해서 구경조리개의 내경공차의 허용도를 제 1실시형태에 비해서 2.02배로 할 수 있어, 부품정밀도를 완화하는 것을 가능하게 하고 있다.
한편, 상기 구경조리개(6)를 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)의 뒤쪽 위치로부터 떨어져서 배치하고 있기 때문에 상기 주주사방향의 핀트어긋남에 기인하는, 각각의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY의 양은 제로로는 되고 있지 않다.
본 제 2실시형태에 있어서는, 상기 편향반사면(5a) 상에 있어서의 각 발광점으로부터 출사한 광빔의 주광선(PA)·(PB)의 떨어짐량△2는 0.166㎜가 된다. 여리서, 주사렌즈인 f-θ렌즈의 초점거리는 212㎜이므로, 예를 들면, 주주사방향의 핀트어긋남이 1㎜ 발생했을 때의 각각의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY는
로 표시된다.
통상의 주사광학계에 있어서는, 주주사방향의 핀트어긋남이 2㎜초과하게 되면 주주사방향의 스폿경이 증대하기 때문에 주주사방향의 핏트어긋남은 2㎜이하가 되도록 조립조정이 행해지는 것이 보통이다.
주주사방향의 핀트어긋남이 2㎜였을 경우의 상기 각각의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남δY는 상식에서 계산된 값의 2배인 1.6㎛이다. 통상, 이 주사방향의 결상위치어긋남량이 7㎛를 초과하면 화상으로서 두드러지기 시작하는 것이 본 발명인들의 시험에 의해서 확인되고 있다. 그에 대해서 본 제 2실시형태에 있어서의 2개의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남1.6㎛는 충분히 허용범위내인 것을 알 수 있다.
본 제 2실시형태에 있어서는, 상기 구경조리개(6)의 허용도를 릴레이광학계인 릴레이렌즈(2)의 뒤쪽 초점위치에 배치된 구경조리개의 허용도에 비해 2.02배로 설정해서, 부품정밀도를 완화하는 것을 가능하게 하고, 또한, 각각의 빔의 주주사방향의 결상위치어긋남을 충분히 허용범위로 들어가게 하는 설정으로 하는 것을 가능하게 하고 있다.
도 13은 본 발명의 화상형성장치의 실시형태를 표시하는 부주사방향의 요부 단면도이다. 도 13에 있어서, 부호(104)는 본 발명의 화상형성장치를 표시한다.이 화상형성장치(104)에는 퍼스널컴퓨터등의 외부기기(117)로부터 코드데이터(Dc)가 입력된다. 이 코드데이트(Dc)는 장치 내의 프린터제어기(111)에 의해서 화상데이터(도트데이터)(Di)로 변환된다. 이 화상데이터(Di)는 제 1 및 제 2실시형태로 표시한 구성을 가진 멀티빔광주사광학계를 사용한 멀티빔광주사장치(100)에 입력된다. 그리고, 이 멀티빔광주사장치(100)로부터는 화상데이터(Di)에 따라서 변조된 복수의 광빔(103)이 출사되고, 이 복수의 광빔(103)에 의해서 감광드럼(101)의 감광면이 주주사방향으로 주사된다.
정전잠상담지체(감광체)인 감광드럼(101)은 모터(115)에 의해서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전된다. 그리고, 이 회전에 따라서 감광드럼(101)의 감광면이 광빔(103)에 대해서 주주사방향과 직교하는 부주사방향으로 이동한다. 감광드럽(101)의 위쪽에는 감광드럼(101)의 표면을 균일하게 대전시키는 대전롤러(102)가 그 표면에 접촉하도록 배치되어 있다. 그리고, 대전롤러(102)에 의해서 대전된 감광드럽(101)의 표면에 상기 멀티빔광주사장치(100)에 의해 주사되는 광빔(103)이 조사되도록 되어 있다.
상기한 바와 같이, 복수의 광빔(103)은 화상데이터(Di)에 의거해서 변조되어 있으며, 이 복수의 광빔(103)을 조사함으로써 감광드럽(101)의 표면에 정전잠상을 형성시킨다. 이 정전잠상은 상기 복수의 광빔(103)의 조사위치보다도 더 감광드럽(101)의 회전방향의 하류 쪽에서 감광드럼(101)에 접촉하도록 배치된 현상기(107)에 의해서 토너상으로서 현상된다.
현상기(107)에 의해서 현상된 토너상은 감광드럼(101)의 아래쪽에서 감광드럼(101)에 대향하도록 배치된 회전롤러(108)에 의해서 피전사재인 용지(112) 상에 전사된다. 용지(112)는 감광드럼(101)의 앞쪽(도 13에 있어서 오른쪽)의 용지카세트(109)내에 수납되어 있지만, 수동공급도 가능하다. 용지카세트(109)의 단부에는 급지롤러(110)가 배치되어 있어, 용지카세트(109) 내의 용지(112)를 반송로에 공급한다.
이상과 같이 해서 미정착토너상이 전사된 용지(112)는 감광드럼(101)의 뒤쪽(도 13에 있어서 왼쪽)의 정착기로 반송된다. 정착기는 내부에 정착히터(도시생략)를 가진 정착롤러(113)와 이 정착롤러(113)에 압접하도록 배치된 가압롤러(114)로 구성되어 있고, 전사부로부터 반송되어 온 용지(112)를 정착롤러(113)와 가압롤러(114) 사이의 압접부에 의해 가압하면서 가열함으로써 용지(112) 상의 미정착토너상을 정착시킨다. 또한, 정착롤러(113)의 뒤쪽에는 배지롤러(116)가 배치되어 있어, 정착된 용지(112)를 화상형성장치로부터 배출시킨다.
도 13에는 도시되어 있지 않지만, 프린터제어기(111)는 앞서 설명한 데이터의 변환뿐만 아니라 모터(115)를 비롯해서 화상형성장치 내의 각부나, 멀티빔광주사장치 내의 폴리곤 모터 등의 제어도 행한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 멀티빔광주사광학계에 있어서는, 입사광학계를 릴레이광학계와 집광렌즈의 최적의 구성을 사용해서 형성함으로써 복잡한 조정을 필요로 하지 않고, 효과적으로 복수의 광원으로부터의 광속의 결상위치어긋남을 방지함으로써, 고속이고 또한 고화질로 최적의 멀티빔광주사광학계 및 그것을 사용한 화상형성장치를 제공하는 것이 가능하게 되었다.

Claims (34)

  1. 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔을 집광렌즈에 의해 집광해서, 상기 광빔을 광편향기의 편향면 상에 입사시키는 광빔입사광학계를 가지는 멀티빔광주사광학계에 있어서,
    상기 광빔입사광학계는, 상기 복수의 광원과 상기 집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 삽입하고,
    상기 릴레이광학계에 의한 상기 복수의 광원의 각각의 결상점에 대해서, 상기 복수 광원으로부터 출사한 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개를 광원 쪽에 배치하고,
    상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2, 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리를 d라고 하면, 하기의 조건식:
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 집광렌즈는 상기 구경조리개와 상기 광편향기의 편향면을 대략 공액관계로 하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 광원은 적어도 주주사방향으로 떨어져서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 집광렌즈의 초점거리를 f1, 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2라고 하면, 하기의 조건식:
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 상기 복수의 광원을 등배 이하로 결상하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 릴레이광학계의 결상배율을 β2라고 하면, 하기의 조건식:
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 릴레이광학계에서 발생하는 구면수차는 상기 집광렌즈에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 릴레이광학계에서 발생하는 구면수차는 상기 집광렌즈에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 릴레이광학계에서 발생하는 상면만곡수차는 상기 집광렌즈에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 릴레이광학계에서 발생하는 상면만곡수차는 상기 집광렌즈에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 1군구성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 1군구성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 1군구성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 1군구성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 집광렌즈는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈, 볼록렌즈의 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 집광렌즈는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈, 볼록렌즈의 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 집광렌즈는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈, 볼록렌즈의 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 집광렌즈는 광원 쪽으로부터 순서대로 오목렌즈, 볼록렌즈의 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 동일 형상의 볼록렌즈 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 동일 형상의 볼록렌즈 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  22. 제 18항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 동일 형상의 볼록렌즈 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 동일 형상의 볼록렌즈 2매로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  24. 제 1항과 제 2항과 제 4항 내지 제 23항 중의 어느 한 항에 기재된 상기 멀티빔광주사광학계를 사용하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사장치.
  25. 제 24항에 기재된 상기 멀티빔광주사장치와;
    피주사면에 배치된 감광부재와;
    상기 멀티빔광주사장치에 의해 주사된 각각의 광빔에 의해 상기 감광부재 상에 결상된 정전잠상을 토너상으로서 현상하는 현상기와;
    상기 현상된 토너상을 전사부재에 전사하는 전사기와;
    상기 전사된 토너상을 상기 전사부재에 정착시키는 정착기와;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  26. 제 24항에 기재된 상기 멀티빔광주사장치와;
    외부기기로부터 입력된 코드데이터를 화상신호로 변환해서 상기 멀티빔광주사장치에 출력시키는 프린터제어기와;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  27. 적어도 주주사방향으로 떨어져서 배치된 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔을 집광렌즈에 의해 집광해서, 상기 광빔을 광편향기의 편향면 상에 입사시키는 광빔입사광학계를 가지는 멀티빔광주사광학계에 있어서,
    상기 광빔입사광학계는, 상기 복수의 광원과 상기 집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 삽입하고,
    상기 릴레이광학계에 의한 상기 복수의 광원의 각각의 결상점에 대해서, 상기 복수 광원으로부터 출사한 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개를 광원 쪽에 배치하고,
    상기 구경조리개는 상기 집광렌즈에 의해 상기 광편향기의 편향면과 대략 공액관계로 되어 있으며,
    상기 릴레이 광학계는 상기 복수의 광원을 등배 이하로 결상하고,
    상기 집광렌즈의 초점거리를 f1, 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2, 상기 릴레이광학계의 결상배율을 β2, 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리를 d라고 하면, 하기의 조건식:
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  28. 제 27항에 기재된 상기 멀티빔광주사광학계를 사용하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사장치.
  29. 제 28항에 기재된 상기 멀티빔광주사장치와;
    피주사면에 배치된 감광부재와;
    상기 멀티빔광주사장치에 의해 주사된 각각의 광빔에 의해서 상기 감광부재 상에 결상된 정전잠상을 토너상으로서 현상하는 현상기와;
    상기 현상된 토너상을 전사부재에 전사하는 전사기와;
    상기 전사된 토너상을 상기 전사부재에 정착시키는 정착기와;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  30. 제 28항에 기재된 상기 멀티빔광주사장치와;
    외부기기로부터 입력된 코드데이터를 화상신호로 변환해서 상기 멀티빔광주사장치에 출력시키는 프린터제어기와;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  31. 적어도 주주사방향으로 떨어져서 배치된 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔을 집광렌즈에 의해 집광해서, 상기 광빔을 광편향기의 편향면 상에 입사시키는 광빔입사광학계를 가지는 멀티빔광주사광학계에 있어서,
    상기 광빔입사광학계는, 상기 복수의 광원과 상기 집광렌즈 사이에 릴레이광학계를 삽입하고,
    상기 릴레이광학계에 의한 상기 복수의 광원의 각각의 결상점에 대해서, 상기 복수의 광원으로부터 출사한 각각의 광빔의 빔폭을 제한하는 구경조리개를 광원 쪽에 배치하고,
    상기 구경조리개는 상기 집광렌즈에 의해 상기 광편향기의 편향면과 대략 공액관계로 되어 있으며,
    상기 릴레이광학계는 상기 복수의 광원을 등배 이하로 결상하고,
    상기 집광렌즈의 초점거리를 f1, 상기 릴레이광학계의 초점거리를 f2, 상기 릴레이광학계의 결상배율을 β2, 상기 릴레이광학계의 뒤쪽 주점으로부터 상기 구경조리개까지의 거리를 d라고 하면, 하기의 조건식:
    을 만족하고,
    상기 릴레이광학계에서 발생하는 구면수차와 상면만곡수차는 상기 집광렌즈에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사광학계.
  32. 제 31항에 기재된 상기 멀티빔광주사광학계를 사용하는 것을 특징으로 하는 멀티빔광주사장치.
  33. 제 32항에 기재된 상기 멀티빔광주사장치와;
    피주사면에 배치된 감광부재와;
    상기 멀티빔광주사장치에 의해 주사된 각각의 광빔에 의해서 상기 감광부재 상에 결상된 정전잠상을 토너상으로서 현상하는 현상기와;
    상기 현상된 토너상을 전사부재에 전사하는 전사기와;
    상기 전사된 토너상을 상기 전사부재에 정착시키는 정착기와;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  34. 제 32항에 기재된 상기 멀티빔광주사장치와;
    외부기기로부터 입력된 코드데이터를 화상신호로 변환해서 상기 멀티빔광주사장치에 출력시키는 프린터제어기와;
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