JP2001066527A - マルチビーム走査光学系及びそれを用いたマルチビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被走査面上での光量の均一性を損なうことな
く高速に、且つ低消費電力で走査を行うことができるマ
ルチビーム走査光学系及びそれを用いたマルチビーム走
査装置を得ること。 【解決手段】 複数の光源と、該複数の光源から各々出
射された光束を略同一方向に向けて進行させる光学素子
４と、該光学素子を通過した複数の光束を偏向する光偏
向器２５と、該光偏向器で偏向された複数の光束を被走
査面３０上に結像させる結像光学系２０と、有するマル
チビーム走査光学系において、該光学素子から該光偏向
器へ入射する複数の光束は、副走査断面内においては該
光偏向器の偏向面の面法線に対して所定の角度を持って
該偏向面に入射し、主走査断面内においては、該光偏向
器の偏向角の中央、もしくは略中央から該偏向面に入射
すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマルチビーム走査光
学系及びそれを用いたマルチビーム走査装置に関し、特
に被走査面上での光量の均一性を損なうことなく高速
に、かつ低消費電力で被走査面上を複数の光束で同時に
光走査することができる、例えばレーザービームプリン
ター（ＬＢＰ）やディジタル複写機等の装置に好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザービームプリンターやディ
ジタル複写機等の画像形成装置に用いられる走査光学系
においては高速で、且つ高精細な印字処理への要求が高
まっており、それに対応する手段として複数の光源から
出射した光束を同時に走査するマルチビーム走査光学系
の開発が進められている。

【０００３】この種のマルチビーム走査光学系として
は、例えば特開平９−２３０２６０号公報で提案されて
いる。図５は同公報で開示されるマルチビーム走査光学
系の斜視模式図である。同図において第１の光源１０２
ａ、第２の光源１０２ｂから出射された光束は各々対応
する整形レンズ系１２２ａ、１２２ｂによりその光束径
が整形される。この２つの光束は共に副走査断面内にお
いて振動する直線偏光である。このうち第１の光源１０
２ａから出射した光束は１／２波長板１０５により振動
面が９０度回転させられ主走査断面内で振動する直線偏
光に変換される。そして２つの光束は偏光ビームスプリ
ッター１０４により光路を略々重ね合わされ光偏向器
（回転多面鏡）１２４の偏向面１２４ａに同時に入射す
る。そして光偏向器１２４により偏向された２つの光束
は走査レンズ１２５とミラー１２７とを介して被走査面
（感光ドラム面）１３０上で結像され、該２つの光束で
被走査面１３０上を同時に走査する。このようにして同
公報においては複数の光源を用いることで被走査面１３
０上に画像を高速に形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のマ
ルチビーム走査光学系では、被走査面上で一走査線中に
おける光束の強度が不均一になると言う問題点がある。
この問題点について図６を用いて説明する。図６は光偏
向器の偏向面（反射面）上における反射率の変化を示し
たグラフである。同図において横軸は光偏向器へ入射す
る光束と該光偏向器の偏向面の面法線とが成す角度θで
ある。有効走査領域の一方の端部を光束が走査するとき
の角度をθａ、有効走査領域の他方の端部を走査すると
きの角度をθｂで表わす。縦軸は偏向面における反射率
Ｒである。角度θａに対応する反射率をＲａ、角度θｂ
に対応する反射率をＲｂで表わす。

【０００５】図５におけるマルチビーム走査光学系では
｜θａ｜≠｜θｂ｜である。したがって図６から理解で
きるように、角度θの変化に対して反射率Ｒの変化する
量、即ち｜Ｒａ−Ｒｂ｜が大きい領域を使用するもので
ある。よって被走査面上に到達する光量もこの影響を受
け、結果として一走査線中で到達光量が著しく変化する
という不具合を招く。これは高速に且つ高精細な画質の
画像を得たいという要求に対して不適である。また角度
θの変化に対する反射率Ｒの変化の程度は光偏向器の偏
向面の素材にも依存し、特にアルミニウムを素材として
偏向面を形成する場合には顕著である。

【０００６】本発明は複数の光束を用いて被走査面上を
同時に走査することで高速化を図りつつ、また該被走査
面上での光量の不均一さを少なくすることで高画質化も
達成することができるマルチビーム走査光学系及びそれ
を用いたマルチビーム走査装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のマルチ
ビーム走査光学系は、複数の光源と、該複数の光源から
各々出射された光束を略同一方向に向けて進行させる光
学素子と、該光学素子を通過した複数の光束を偏向する
光偏向器と、該光偏向器で偏向された複数の光束を被走
査面上に結像させる結像光学系と、有するマルチビーム
走査光学系において、該光学素子から該光偏向器へ入射
する複数の光束は、副走査断面内においては該光偏向器
の偏向面の面法線に対して所定の角度を持って該偏向面
に入射し、主走査断面内においては、該光偏向器の偏向
角の中央、もしくは略中央から該偏向面に入射すること
を特徴としている。

【０００８】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記光学素子から前記光偏向器へ入射する複数の光
束の主走査方向の光束幅は、該光偏向器の偏向面の主走
査方向の幅よりも広いことを特徴としている。

【０００９】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記結像光学系は少なくとも１つのレンズと、
少なくとも１つのミラーを有し、前記光学素子から前記
光偏向器へ入射する複数の光束は、該少なくとも１つの
レンズを通過することを特徴としている。

【００１０】請求項４の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記光偏向器の偏向面の材質はアルミニウムよ
り成ることを特徴としている。

【００１１】請求項５の発明のマルチビーム走査装置
は、請求項１乃至４のいずれか１項記載のマルチビーム
走査光学系と、記録媒体とを搭載したことを特徴として
いる。

【００１２】請求項６の発明のマルチビーム走査光学系
は、複数の発光部を有する光源手段から出射された複数
の光束を光偏向器に入射させる入射光学系と、該光偏向
器で偏向された複数の光束を被走査面上に結像させる結
像光学系と、有するマルチビーム走査光学系において、
該入射光学系から該光偏向器へ入射する複数の光束は、
副走査断面内においては該光偏向器の偏向面の面法線に
対して所定の角度を持って該偏向面に入射し、主走査断
面内においては、該光偏向器の偏向角の中央、もしくは
略中央から該偏向面に入射することを特徴としている。

【００１３】請求項７の発明は請求項６の発明におい
て、前記入射光学系から前記光偏向器へ入射する複数の
光束の主走査方向の光束幅は、該光偏向器の偏向面の主
走査方向の幅よりも広いことを特徴としている。

【００１４】請求項８の発明は請求項６又は７の発明に
おいて、前記結像光学系は少なくとも１つのレンズと、
少なくとも１つのミラーを有し、前記光源手段から前記
光偏向器へ入射する複数の光束は、該少なくとも１つの
レンズを通過することを特徴としている。

【００１５】請求項９の発明は請求項６又は７の発明に
おいて、前記光偏向器の偏向面の材質はアルミニウムよ
り成ることを特徴としている。

【００１６】請求項１０の発明のマルチビーム走査装置
は、前記請求項６乃至９のいずれか１項記載のマルチビ
ーム走査光学系と、記録媒体とを搭載したことを特徴と
している。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１のマル
チビーム走査光学系を例えばレーザービームプリンタ等
のマルチビーム走査装置に適用したときの要部上面図で
あり、各要素を主走査断面内で投射した状態を示してお
り、図２は図１の要部側面図であり、各要素を副走査断
面内で投射した状態を示している。

【００１８】尚、本明細書においては結像光学系の光軸
と光偏向器により偏向された光束とが形成する面を主走
査断面、結像光学系の光軸を含み主走査断面と直交する
面を副走査断面と定義する。

【００１９】図中、１，１１は各々第１、第２の光源で
あり、例えば半導体レーザーより成っている。２，１２
は各々第１、第２のコリメーターレンズであり、各々対
応する第１、第２の光源１，１１から出射された光束を
略平行光束に変換している。３，１３は各々第１、第２
の開口絞りであり、光束径を整形している。第１、第２
の開口絞り３，１３の形状は各々被走査面上で光束が所
望のスポットサイズに結像され、かつ適切な光量である
ことを得るために各々対応する第１、第２の光源１，１
１のファーフィールドパターンや最大出力定格値、後述
する結像光学系の焦点距離等を基にして決定される。１
４は１／２波長板であり、入射光束の振動面を９０度回
転させて、主走査断面内で振動する直線偏光に変換して
いる。４は光学素子としての偏光ビームスプリッターで
あり、第１の光源１から出射された光束を透過させ、第
２の光源１１から出射された光束を反射させる偏光特性
を有している。２１は１／４波長板であり、直線偏光を
円偏光に変換している。２２は負レンズ（凹レンズ）で
あり、１／４波長板２１を通過した光束を弱発散光束に
なるように変換している。２３はシリンドリカルレンズ
であり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、
負レンズ２２を通過した光束を主走査断面内で後述する
光偏向器２５の偏向面（反射面）２５ａにほぼ線像とし
て結像させている。２４は折り返しミラーであり、シリ
ンドリカルレンズ２３を通過した光束を光偏向器２５側
へ反射させている。

【００２０】尚、第１、第２のコリメーターレンズ２，
１２、第１、第２の開口絞り３，１３、１／２波長板１
４、偏光ビームスプリッター４、１／４波長板２１、負
レンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、そして折り返
しミラー２４等の各要素は入射光学系の一要素を構成し
ている。

【００２１】２５は光偏向器であり、例えば回転多面鏡
（ポリゴンミラー）より成り、モーター等の駆動手段
（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転して
いる。光偏向器２５の偏向面２５ａの材質はアルミニウ
ムより成っている。

【００２２】２０は集光機能とｆθ特性を有する結像光
学系であり、第１、第２、第３のレンズ２６，２７，２
８とミラー２９とを有しており、その３つのレンズ２
６，２７，２８のうち、少なくとも１つのレンズはアナ
モフィックレンズより成っている。結像光学系２０は光
偏向器２５からの偏向光束を被走査面３０上に結像させ
ると共に副走査断面内において光偏向器２５の偏向面２
５ａと被走査面３０との間を略共役関係にすることによ
り、該偏向面２５ａの倒れを補正している。第１、第２
のレンズ２６，２７は入射光学系の一要素をも構成して
いる。尚、結像光学系２０の構成は上記に構成に限定さ
れることはなく、例えば１つのレンズと１つのミラーよ
り構成しても良い。３０は記録媒体としての感光ドラム
（像担持体）の表面（被走査面）である。

【００２３】本実施形態においては第１の光源１から出
射された光束は第１のコリメーターレンズ２により略平
行光束に変換され、第１の開口絞り３により光束径が整
形され、偏光ビームスプリッター４に入射し、該偏光ビ
ームスプリッター４の偏光特性により透過する。第１の
光源１から出射された光束は副走査断面内で振動する直
線偏光である。

【００２４】一方、第２の光源１１から出射された光束
は第２のコリメーターレンズ１２により略平行光束に変
換され、第２の開口絞り１３により光束径が整形され、
１／２波長板１４に入射する。第２の光源１１から出射
された光束は副走査断面内で振動する直線偏光である。
１／２波長板１４に入射した光束は該１／２波長板１４
により主走査断面内で振動する直線偏光に変換され、偏
光ビームスプリッター４に入射し、該偏光ビームスプリ
ッター４の偏光特性により反射される。

【００２５】そして偏光ビームスプリッター４から射出
される第１の光源１からの光束と第２の光源１１からの
光束は略々重なって射出される。尚、このとき２つの光
束は厳密には少なくとも副走査断面においては互いに平
行ではなく有限の角度を成している。これは２つの光束
を被走査面３０上で副走査方向に分離した状態で同時に
走査させるからである。

【００２６】そして偏光ビームスプリッター４から射出
された２つの直線偏光の光束は１／４波長板２１により
円偏光の光束に変換された後、負レンズ２２により弱発
散光束に変換され、シリンドリカルレンズ２３に入射し
ている。シリンドリカルレンズ２３に入射した弱発散光
束のうち副走査断面内においては光束は収束され、折り
返しミラー２４を介して第２、第１のレンズ２７，２６
を透過して光偏向器２５の偏向面２５ａに入射し、該偏
向面２５ａ近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）
として結像している。このとき光偏向器２５の偏向面２
５ａの面法線に対して所定の角度を持って該偏向面２５
ａに入射している。即ち２つの光束は偏向面２５ａに対
し所定の角度をもって斜め方向から入射している。これ
は偏向面２５ａからの反射光束が折り返しミラー２４へ
到達し、第１、第２の光源１，１１側へ戻らないように
光路を分離するためである。

【００２７】他方の主走査断面内においては光束はその
ままの状態（弱発散光束の状態）で第２、第１のレンズ
２７，２６を透過することによって略平行光束に変換さ
れ、光偏向器２５の偏向角の中央、もしくは略中央から
偏向面２５ａに入射している（正面入射）。このときの
略平行光束の光束幅は主走査方向において光偏向器２５
の偏向面２５ａのファセット幅に対し十分広くなるよう
に設定している（オーバーフィールド光学系）。

【００２８】そして光偏向器２５の偏向面２５ａで偏向
された２つの光束は第１、第２、第３のレンズ２６，２
７，２８、そしてミラー２９を介して感光ドラム面３０
上に導光され、該光偏向器２５を矢印Ａ方向に回転させ
ることによって、該感光ドラム面３０上を矢印Ｂ方向
（主走査方向）に同時に光走査している。これにより記
録媒体としての感光ドラム面３０上に画像記録を行なっ
ている。

【００２９】図３は本実施形態の光偏向器２５の偏向面
２５ａ上における反射率の変化を示したグラフである。
同図において被走査面３０上での有効走査領域の両端部
を走査する状態のときの偏向面２５ａの面法線と、折り
返しミラー２４から偏向面２５ａへ向かう有効走査領域
の両端部を走査する光束との成す角度を各々θａ、θｂ
とする。そのときの偏向面２５ａの反射率は共にＲ１で
ある。有効走査領域の中央を走査する状態のときの偏向
面２５ａの面法線と、折り返しミラー２４から偏向面２
５ａへ向かう有効走査領域の中央を走査する光束との成
す角度は略０度であり、そのときの偏向面２５ａの反射
率はＲ０である。したがって反射率Ｒは角度０度を中心
として対象な特性を示し、偏向走査につれて角度θがθ
ａから０度を経由してθｂまで変化する状態に対応する
反射率の変化は｜Ｒ０−Ｒ１｜である。

【００３０】本実施形態における｜Ｒ０−Ｒ１｜で表わ
される反射率の差分値は前記図６で説明した｜Ｒａ−Ｒ
ｂ｜で表わされる反射率の差分値よりも小さい。これ
は、即ち一走査線中における被走査面上での光量変化が
少ないという特長を表わすものである。特にアルミニウ
ムを素材として偏向面を形成する場合には好適な特性で
ある。つまり回転多面鏡の形状を形成する時間が短縮化
でき、また軽量な素材であるので回転に必要とする電力
の消費量も軽減できるものである。

【００３１】本実施形態において被走査面上でより均一
なる光量分布を得るためには、結像光学系２０を構成す
る個々の第１、第２、第３のレンズ２６，２７，２８の
表面に施す反射防止膜やミラー２９の反射膜の特性値の
角度依存性も考慮した設定を行うことが可能である。つ
まり図３に示す反射率特性を持つ光偏向器を使用する場
合には角度θａもしくは角度θｂに相当する軸外光束の
特性を角度θ０に相当する軸上光束の特性に対して被走
査面上への光量の到達効率がＲ０／Ｒ１倍に成るように
考慮するものである。これは図１に示す主走査断面内に
おいて折り返しミラー２４から光偏向器２５の偏向面２
５ａへ向かう光束が該光偏向器２５の偏向角の中央、も
しくは略中央から偏向面２５ａに入射させることで可能
と成る。

【００３２】ところで偏向面２５ａの反射膜、第１、第
２、第３のレンズ２６，２７，２８で用いられる反射防
止膜、そしてミラー２９の反射膜の特性は通常Ｐ偏光と
Ｓ偏光とでは異なる。ゆえに前述の如く１／４波長板２
１を用いて第１の光源１と第２の光源１１から出射した
２つの光束を共に円偏光に変換しておくことは、両方の
光束共にＰ偏光成分、Ｓ偏光成分を略々等しく持つこと
であり、上記の各種の膜の偏光特性が与える被走査面上
での光量の不均一性を軽減することが可能と成り好まし
い。

【００３３】図４（Ａ）、（Ｂ）は各々前記図１で示す
主走査断面内において光偏向器２５の偏向面２５ａと折
り返しミラー２４から該偏向面２５ａへ向かう光束３１
の光束幅との関係を示す部分模式図である。図４（Ａ）
は偏向面２５ａの幅に対して光束３１の幅の方が狭い例
（アンダーフィールド走査光学系）である。図４（Ｂ）
は光束３１の幅の方が広い例（オーバーフィールド走査
光学系）である。本実施形態はいずれの設定に対しても
対応可能である。

【００３４】しかるに図４（Ｂ）で示す設定においては
光偏向器（回転多面鏡）２５の外接円径を小さくするこ
とが可能である。同じ結像光学系を使用して被走査面上
で同一サイズのスポットを形成する場合には、光偏向器
から結像光学系へ向かう光束の幅は同じである。しかる
に図４（Ａ）に示す反射ならびに偏向の方式では、光偏
向器へ向かう光束と反射される光束の幅は同じであり、
光偏向器の回転により偏向面が紙面内で移動しても反射
された光束の幅を一定に保つために、結像光学系へ向か
う光束の幅よりも広い幅の偏向面を必要とするものであ
る。

【００３５】他方、図４（Ｂ）に示す反射ならびに偏向
の方式では、結像光学系へ向かう光束の幅は偏向面２５
ａの幅で決定される。したがって光偏向器の偏向面の数
が同一であれば、図４（Ｂ）に示す方式で使用される光
偏向器２５の方が外接円径は小さくなる。よって光偏向
器の回転に必要な消責電力も小さくてすみ省エネルギー
の観点からも好ましいものである。或いはまた、同じ消
費電力を許容するならば、図４（Ｂ）に示す反射ならび
に偏向の方式は、より高速に光偏向器を回転することが
可能である。すなわち高速走査にとってより有効な構成
である。

【００３６】尚、本実施形態においては２つの光源１，
１１から各々出射された光束を略同一方向に向けて進行
させる光学素子として偏光ビームスプリッター４を用い
たが、これに限定されることはなく、例えば透過率と反
射率が共に５０％のビームスプリッター（ハーフミラ
ー）を用いても良い。このときは１／２波長板１４を用
いずに、さらには１／４波長板２１を用いずに構成する
ことができる。

【００３７】また本実施形態においては２つの光源１，
１１を各々別々に設け、該２つの光源１，１１から出射
した光束を光学素子４により略同一方向に進行させた
が、これに限らず、例えば複数の発光部（発光点）を副
走査方向に列状に配列した半導体アレイレーザーを光源
手段として用いても良い。このときは光学素子４、１／
２波長板１４、そして１／４波長板２１等を用いずに構
成することができる。尚、その他の構成及び光学的作用
は前述の実施形態１と略同様である。

【００３８】また本実施形態においてはマルチビーム走
査光学系及びそれを用いたマルチビーム走査装置につい
て説明したが、もちろんシングルビームの走査光学系及
びそれを用いた走査装置においても適用することができ
ることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く複数の光束を
用いて被走査面上を走査することで高速化を図りつつ、
また該被走査面上での光量の均一性を損なうことなく高
速に、且つ低消費電力で走査を行うことができるマルチ
ビーム走査光学系及びそれを用いたマルチビーム走査装
置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部上面図

【図２】 図１の要部側面図

【図３】 本発明の実施形態１の光偏向器の偏向面上に
おける反射率の変化を表わすグラフ

【図４】 本発明の実施形態１の光学系の形態を示す説
明図

【図５】 従来のマルチビーム走査装置の要部概略図

【図６】 従来の光偏向器の偏向面上における反射率の
変化を表わすグラフ

【符号の説明】

１ 第１の光源 ２ 第１のコリメーターレンズ ３ 第１の開口絞り ４ 光学素子 １１ 第２の光源 １２ 第２のコリメーターレンズ １３ 第２の開口絞り １４ １／２波長板 ２０ 結像光学系 ２１ １／４波長板 ２２ 負レンズ ２３ シリンドリカルレンズ ２４ 折り返しミラー ２５ 光偏向器 ２５ａ 偏向面 ２６ 第１のレンズ ２７ 第２のレンズ ２８ 第３のレンズ ２９ ミラー ３０ 被走査面（感光ドラム面）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光源と、該複数の光源から各々出
   射された光束を略同一方向に向けて進行させる光学素子
   と、該光学素子を通過した複数の光束を偏向する光偏向
   器と、該光偏向器で偏向された複数の光束を被走査面上
   に結像させる結像光学系と、有するマルチビーム走査光
   学系において、 該光学素子から該光偏向器へ入射する複数の光束は、副
   走査断面内においては該光偏向器の偏向面の面法線に対
   して所定の角度を持って該偏向面に入射し、主走査断面
   内においては、該光偏向器の偏向角の中央、もしくは略
   中央から該偏向面に入射することを特徴とするマルチビ
   ーム走査光学系。
2. 【請求項２】 前記光学素子から前記光偏向器へ入射す
   る複数の光束の主走査方向の光束幅は、該光偏向器の偏
   向面の主走査方向の幅よりも広いことを特徴とする請求
   項１記載のマルチビーム走査光学系。
3. 【請求項３】 前記結像光学系は少なくとも１つのレン
   ズと、少なくとも１つのミラーを有し、前記光学素子か
   ら前記光偏向器へ入射する複数の光束は、該少なくとも
   １つのレンズを通過することを特徴とする請求項１又は
   ２記載のマルチビーム走査光学系。
4. 【請求項４】 前記光偏向器の偏向面の材質はアルミニ
   ウムより成ることを特徴とする請求項１又は２記載のマ
   ルチビーム走査光学系。
5. 【請求項５】 前記請求項１乃至４のいずれか１項記載
   のマルチビーム走査光学系と、記録媒体とを搭載したこ
   とを特徴とするマルチビーム走査装置。
6. 【請求項６】 複数の発光部を有する光源手段から出射
   された複数の光束を光偏向器に入射させる入射光学系
   と、 該光偏向器で偏向された複数の光束を被走査面上に結像
   させる結像光学系と、有するマルチビーム走査光学系に
   おいて、 該入射光学系から該光偏向器へ入射する複数の光束は、
   副走査断面内においては該光偏向器の偏向面の面法線に
   対して所定の角度を持って該偏向面に入射し、主走査断
   面内においては、該光偏向器の偏向角の中央、もしくは
   略中央から該偏向面に入射することを特徴とするマルチ
   ビーム走査光学系。
7. 【請求項７】 前記入射光学系から前記光偏向器へ入射
   する複数の光束の主走査方向の光束幅は、該光偏向器の
   偏向面の主走査方向の幅よりも広いことを特徴とする請
   求項６記載のマルチビーム走査光学系。
8. 【請求項８】 前記結像光学系は少なくとも１つのレン
   ズと、少なくとも１つのミラーを有し、前記光源手段か
   ら前記光偏向器へ入射する複数の光束は、該少なくとも
   １つのレンズを通過することを特徴とする請求項６又は
   ７記載のマルチビーム走査光学系。
9. 【請求項９】 前記光偏向器の偏向面の材質はアルミニ
   ウムより成ることを特徴とする請求項６又は７記載のマ
   ルチビーム走査光学系。
10. 【請求項１０】 前記請求項６乃至９のいずれか１項記
    載のマルチビーム走査光学系と、記録媒体とを搭載した
    ことを特徴とするマルチビーム走査装置。