(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被走査面上で副走査方向に複数光束を並べて主走査方向に同時走査するマルチビーム書込光学系であって、少なくとも、副走査方向に並んだ個別変調可能な複数の発光部と、この発光部からの出射光を取り込むカップリング光学系と、このカップリング光学系からの複数光束を副走査方向で偏向器近傍に結像させる第１結像系と、複数光束を偏向走査する偏向器と、偏向器で偏向された上記複数光束を被走査面に結像する第２結像系からなり、この第２結像系は主走査を等速化する等速光学素子と、この等速光学素子と共働して前記偏向器と被走査面を副走査方向で略共役にする面倒れ補正光学素子からなるマルチビーム書込光学系において、前記第１結像系より発光部側に位置する光学系によって作られる副走査方向の射出瞳の共役位置が、前記第２結像系の面倒れ補正光学素子の副走査方向物側焦点位置と前記面倒れ補正光学素子との中間位置よりも被走査面側にあることを特徴とするマルチビーム書込光学系。
【請求項２】
カップリング光学系は、複数の光源からの光束を所定の光学系に結像させるためのもので、少なくとも複数発光部ごとに対応する複数のカップリング光学素子を有し、この複数のカップリング光学素子のそれぞれの光軸はカップリング光学系を出射側から見て副走査方向で一致しないように配列し、少なくとも一つの発光部は対応するカップリング光学素子の光軸と略直交する方向へ光軸からシフトしていることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム書込光学系。
【請求項３】
被走査面上の隣接する走査線を同時に走査することを特徴とする請求項１記載のマルチビーム書込光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一走査で複数ラインの光走査を行うマルチビーム走査装置に関するもので、例えば、レーザービームプリンタ等の画像形成装置やレーザービーム走査を利用する計測やディスプレイ分野等に適用可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】
独立に光変調可能な複数の光束を用い、被走査面として例えば感光体面上を一括走査するようにしたマルチビーム走査装置が画像形成装置などで用いられている。このような一走査で複数ラインの光走査を行うマルチビーム走査装置においては、被走査面上の副走査方向の複数走査線相互のピッチが不安定であると、形成された画像の質が低下するので、複数走査線相互のピッチを安定に保つための技術が提案されている。
【０００３】
特開平７−２０９５９６号公報に記載されている「テレセントリックな主出口光線を有する多重ビームラスタ出力スキャナ光学システム」はその一つである。この公報記載の発明は、複数光源として発光部を副走査方向に２５μｍ隔てて配列した二つのレーザダイオードを用い、同光源から出射した二つの光ビームを偏向器である回転ポリゴンの同一ポリゴン面で同時に反射させた後、同偏向器から被走査面への出射側で、副走査方向には装置光軸とほぼ平行に出射させ、副走査方向にはテレセントリックとしたものである。
【０００４】
特開平６−１８８０２号公報記載の「光走査装置」はマルチビーム走査装置の別の従来例である。この公報記載の発明は、副走査方向に複数の発光部を有する光源手段から複数光束を放射し、放射された複数光束を開口を介して副走査方向にパワーを有するアナモフィック光学系で偏向器に結像させ、さらにその偏向された光束を結像光学系により被走査面上を複数走査線として一度に走査するマルチビーム走査装置において、前記アナモフィック光学系により前記開口部と前記結像光学系を共役にし、さらには開口部側が等倍もしくは縮小側になるようにすることで、複数光束のうちの軸外を通る光束が前記結像光学系の光軸から離れずに出射するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平７−２０９５９６号公報中に記載されているように、被走査面への出射側で出射主光線が副走査方向に装置光軸と平行でなく、各出射光線が装置光軸となす角度（同公報中では「角度偏差」と呼ぶ）が大きい場合には、各部品の取付け誤差や回転ポリゴン面の回転中の面倒れにより、走査線曲がりの差（同公報中では「差分曲がり」と呼ぶ）が大きくなってしまう。特に上記公報記載のものでは被走査面で３走査線分を飛び越して（３走査線分を間において）走査しているので、上記角度偏差は隣接走査線を同時走査する場合に比べはるかに大きくなり、その分走査線曲がりの差も大きくなってしまう。そこで上記公報記載の発明では、被走査面への出射光が副走査方向には装置光軸とほぼ平行に出射するように副走査方向にはテレセントリックという特別な光学配置をとっている。
【０００６】
しかしながら、これにより光学系が大型化してしまう欠点がある。すなわち、出射側でテレセントリックにするためには、出射側光学素子の物体側（光源に近い側）焦点で２つのビームが交差するように、すなわち、副走査方向で開口部と共役となるように、入力側シリンドリカルレンズと開口部の距離を拡げなければならない。これは走査光学系の光源側を大型化してしまうことになり好ましくない。また、上記入力側シリンドリカルレンズと開口部の距離をできるだけ縮めるためには、入力側シリンドリカルレンズのパワーを上げることも考えられるが、収差を悪化させずにパワーを上げるには限界があり、小型化は難しい。また、上記公報記載の発明のような飛び越し走査は、画像データの処理が複雑になるという問題もある。
【０００７】
また前記特開平６−１８８０２号公報記載の発明では、光源側開口部と結像光学系を共役にしているので、開口部と射出位置が異なる場合などには、効果がなく、適用できる光学系は限定される。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するためになされてもので、光学系を大型化させることなく、実用上、被走査面上での複数ビームの走査線曲がりや走査線曲がり差（以下「ピッチ偏差」と呼ぶ）を画像形成の忠実性が保てる範囲に低減させることができるマルチビーム書込光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、走査線ピッチ偏差に最も影響を及ぼす面倒れ補正光学素子上で副走査方向での複数光束の通過位置の差が小さくなるようにすることで走査線ピッチ偏差を小さくすることができるマルチビーム書込光学系を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、出射側光学素子である面倒れ補正光学素子の物側焦点よりも被走査面側に近い位置で複数の光束を交差させることにより、上記特開平７−２０９５９６号公報記載の発明に比べ光学系を小型化することができるマルチビーム書込光学系を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、カップリングレンズと発光部を副走査方向にそれぞれ独立にシフトさせることで、シリンダーレンズの前方の光学系による射出瞳位置を、光源とシリンダーレンズの間隔を変えることなく制御することができ、光学系の大型化を回避することができるマルチビーム書込光学系を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、被走査面上での複数ビームの副走査線ピッチを隣接させることにより、出射側の各ビームの副走査方向での装置光軸となす角度が、飛び越し走査の場合のように大きくならず、光学系の変動によるピッチ偏差を小さくすることができるマルチビーム書込光学系を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも、副走査方向に並んだ個別変調可能な複数発光部と、この発光部からの出射光を取り込むカップリング光学系と、このカップリング光学系からの複数光束を副走査方向で偏向器近傍に結像させる第１結像系と、複数光束を偏向走査する偏向器と、偏向器で偏向された上記複数光束を被走査面に結像する第２結像系からなり、この第２結像系は主走査を等速化する等速光学素子と、この等速光学素子と共働して前記偏向器と被走査面を副走査方向で略共役にする面倒れ補正光学素子からなるマルチビーム書込光学系において、第１結像系より発光部側に位置する光学系によって作られる副走査方向の射出瞳の共役位置が、第２結像系の面倒れ補正光学素子の副走査方向物側焦点位置と前記面倒れ補正光学素子との中間位置よりも被走査面側にあることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、カップリング光学系が、複数の光源からの光束を所定の光学系に結像させるためのもので、少なくとも複数発光部ごとに対応する複数のカップリング光学素子を有し、この複数のカップリング光学素子のそれぞれの光軸はカップリング光学系を出射側から見て副走査方向で一致しないように配列し、少なくとも一つの発光部は対応するカップリング光学素子の光軸と略直交する方向へ光軸からシフトしていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に示す実施の形態は、請求項１と請求項２記載の発明に対応するもので、複数光束として２つの光束を用いた場合である。図１において、符号１ａ、１ｂは、Ｓ偏光（図１（ａ）において紙面に垂直な偏光方向）を有する２つの半導体レーザからなる２つの発光部を示し、２ａ、２ｂはカップリングレンズを示す。符号３ａ、３ｂは上記２つの発光部１ａ、１ｂからの各光束の径を決める開口部を示しており、各開口部３ａ、３ｂはそれぞれカップリングレンズ２ａ、２ｂの焦点位置に配置されている。符号４は１／２波長板を示しており、この１／２波長板４は発光部１ａからのＳ偏光をＰ偏光に変換する。１／２波長板４を通ったＰ偏光は偏光プリズム５に入射する。偏光プリズム５にはまた発光部１ｂからの光束が開口部３ｂを経て入射する。偏光プリズム５はＰ偏光を透過させＳ偏光を反射する。従って、偏光プリズム５において各発光部１ａ、１ｂからの光束が合成される。
【００１５】
偏光プリズム５の上記合成光束の出射面側には１／４波長板６が配置されている。１／４波長板６は、ＰとＳの直線偏光を円偏光に変換し、以降の光学系における反射率、透過率を複数の発光部１ａ、１ｂともほぼ同じになるようにする。１／４波長板６を透過した２つの光束の通路上には、２つの光束を副走査方向で偏向器８の偏向反射面近傍に結像させる第一結像系をなすシリンダーレンズ７が配置されている。偏向器８はポリゴンミラーからなる。偏向器８で偏向された２つの光束の通路上には、この２つの光束を被走査面２０に結像させる第二結像系９が配置されている。第二結像系９は、主走査方向には等速走査性を、副走査方向には面倒れ補正機能を有するアナモフィックレンズからなる。
【００１６】
この実施の形態における光源部では、カップリングレンズ２ｂの光軸は、副走査方向にカップリングレンズ２ａの光軸よりもピッチΔｓｏだけシフトし、さらに発光部１ｂをカップリングレンズ２ｂの光軸よりδ１ｂだけ副走査方向にシフトさせることで、被走査面上で必要な走査線ピッチを作りだしている。
【００１７】
カップリングレンズ２ａ，２ｂと発光部１ａ，１ｂを副走査方向にそれぞれ独立にシフトさせると、シリンダーレンズ７の前方光学系による合成の射出瞳位置Ａを光源とシリンダーレンズ７の間隔を変えることなく制御することができる。このため前記特開平７−２０９５９６号公報に記載されている従来例のように光学系が大型化することはない。なお、これは射出瞳Ａを一方の共役点にしたことによりできるものであって、開口部３ａ、３ｂを一方の共役点にしたのでは光学系が大型化してしまう。
【００１８】
そしてシリンダーレンズ７により射出瞳位置Ａと第二結像系９が副走査方向で略共役な関係になっている。このため走査線ピッチ偏差に最も影響を及ぼす面倒れ補正機能を持つ第二結像系９上で、副走査方向での２つの光束の通過位置の差を小さくすることができ、被走査面２０上の走査線ピッチ偏差を小さくすることができる。
【００１９】
図２、図３は本発明に適用可能なカップリング光学系の別の例を示すものであり、請求項２に対応するものである。このカップリング光学系は、光源部側の光学系による合成の射出瞳位置を光源とシリンダーレンズの間隔を変えることなく制御する。図２、図３に示す例において、図１に示す例と同じ部品には同じ番号を記す。図２は光学配置を副走査方向から見たもので、２つの発光部１ａ、１ｂをなす半導体レーザはＰ偏光に設定されている。符号４は１／２波長板を示しており、発光部１ｂからのＰ偏光をＳ偏光に変換する。符号５は反射ミラー面５１と偏光反射面５２を有する偏光プリズムを示しており、上記偏光反射面５２でＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する。上記反射ミラー面５１は、上記１／２波長板４を経て偏向プリズム５に入射した光束を上記偏光反射面５２に向かって反射する。従って、偏光プリズム５において各発光部１ａ、１ｂからの光束が合成される。偏光プリズム５の合成光束の出射面には１／４波長板６が配置され、この１／４波長板６でＰとＳの直線偏光を円偏光に変換する。
【００２０】
図２（ａ）は偏光プリズム５の反射面ピッチΔｐとカップリングレンズ光軸ピッチΔｃが一致している場合を示しており、発光部１ｂは対応するカップリングレンズ２ｂの光軸からδ１ｂだけシフトしている。この時のカップリング光学系を出射側から見ると、図３（ａ）のように２つのカップリングレンズ２ａ、２ｂは副走査方向に一致して見え、２つの出射光３０ａ、３０ｂは副走査方向に開き角を有し、出射側から見たときの合成の射出瞳（２つの出射光の交差）位置Ａ１はカップリング光学系を構成する１／４波長板６の端面より発光部１ａ，１ｂ側にＳ１の距離にある。
【００２１】
これに対し図２（ｂ）では、偏光プリズム５の反射面ピッチΔｐとカップリングレンズ光軸ピッチΔｃを一致させない本発明の場合であり、２つのカップリングレンズ２ａ、２ｂは副走査方向にΔｓｏだけずれている。また発光部１ｂは対応するカップリングレンズ２ｂの光軸からδ１ｂだけシフトし、これにより出射側で副走査方向に開き角を設定することができる。このカップリング光学系を出射側から見ると、図３（ｂ）のように２つのカップリングレンズ２ａ、２ｂは副走査方向に一致することなくずれを生じ、２つの出射光３０ａ、３０ｂは副走査方向に開き角を有し、出射側から見たときの合成の射出瞳（２つの出射光の交差）位置Ａ２はカップリング光学系の端面より発光部側にＳ２の距離にある。
【００２２】
図２（ｂ）、図３（ｂ）の例における上記距離Ａ２は、図２（ａ）、図３（ａ）の例における距離Ａ１に比べカップリング光学系から遠い位置にあり、｜Ｓ２｜は｜Ｓ１｜より大きい。よってカップリングレンズ２ａ、２ｂの光軸をずらし、発光部１ａ，１ｂをその光軸からシフトさせることで、合成の射出瞳位置を制御できる。
【００２３】
従って、図２、図３に示すカップリング光学系を用いれば、第一結像系（図１の例におけるシリンダレンズ７が相当する）以降の光学系を変えることなく、書込光学系の所望の位置に、前記第一結像系より発光部側に位置する光学系によって作られる射出瞳との共役関係を設定できる。
【００２４】
図４は、特開平３−３３７１２号公報に示された走査光学系に本発明の技術思想を適用した例であり、請求項１記載の発明に対応するものである。図４（ａ）は主走査方向に見た図、図４（ｂ）、図４（ｃ）は副走査方向に見た図である。光源部は、これまで説明した例と同じであるため省略する。複数光束として２つの光束を用いた場合である。
【００２５】
符号７は、２つの光束を副走査方向で偏向器近傍に結像させる第一結像系をなすシリンダーレンズ、８は回転ポリゴンからなる偏向器を示す。符号９と１０は上記偏向器８で偏向された２つの光束を被走査面２０に結像する第二結像系を示している。この第２結像系は、主走査を等速走査する等速光学素子としてのｆθレンズ９と、このｆθレンズ９と共働して偏向器８と被走査面２０を副走査方向で略共役にする面倒れ補正光学素子としての長尺トロイダルレンズ１０で構成されている。また、上記ｆθレンズ９は２枚のレンズ９ａと９ｂで構成されている。
【００２６】
図４（ｂ）に示す例では、シリンダーレンズ７より発光部側に位置する光学系によって作られる副走査方向の射出瞳Ａの共役位置Ｂを、長尺トロイダルレンズ１０の副走査方向物側焦点位置Ｃと長尺トロイダルレンズ１０との中間位置に設定している。このため長尺トロイダルレンズ１０を出射した２つの光束３０ａ、３０ｂは副走査方向にテレセントリックにはならず所定の開き角を有する。しかし、２光束の交差位置は、面倒れ補正光学素子としての長尺トロイダルレンズ１０の物側焦点位置Ｃ（焦点距離ｆ１０）とした前記特開平７−２０９５９６号公報記載の従来例に比べ、本発明にかかる上記実施の形態の方が面倒れ補正光学素子１０の位置に近くなる。
【００２７】
従って、走査線ピッチ偏差に最も影響を及ぼす面倒れ補正光学素子である長尺トロイダルレンズ１０上での副走査方向の２光束の通過位置の差は上記特開平７−２０９５９６号公報記載の従来例に比べ小さくすることができ、走査線ピッチ偏差も小さくできる。この走査線ピッチ偏差を小さくできる範囲は、面倒れ補正光学素子としての長尺トロイダルレンズ１０を中心にその焦点距離の半分以内（±ｆ１０／２内）に２光束の交差があれば最も望ましい。図４（ｃ）はこの状態を示すもので、シリンダーレンズ７より発光部側に位置する光学系によって作られる副走査方向の射出瞳位置Ａを図４（ｂ）に比べシリンダーレンズ７側へ近づけている。このため射出瞳位置Ａの共役位置Ｂは面倒れ補正光学素子である長尺トロイダルレンズ１０上に移動している。
【００２８】
また、上記副走査方向の射出瞳位置Ａを面倒れ補正光学素子である長尺トロイダルレンズ１０より被走査面側に、ｆ１０／２の位置をさらに越えて被走査面に近づいた場合でも、被走査面上での副走査方向走査ピッチが隣接している場合などのように小さければ、走査線ピッチ偏差を画像形成の忠実性が保てる範囲に収めることができる。
【００２９】
図５、図６に示す例は、請求項１に対応する別の実施の形態であり、特開平６−１２３８４４号公報に示された走査光学系に本発明思想を適用したものである。図５は斜視図、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は副走査方向に見た図である。光源部は図２、図３に示した例と同じであるから省略するが、複数光束として２光束の場合である。
【００３０】
図５、図６において、符号７は２つの光束を副走査方向で偏向器近傍に結像させる第一結像系をなすシリンダーレンズ、８は回転ポリゴンからなる偏向器を示す。符号９と１０は偏向器８で偏向された２つの光束を被走査面２０に結像する第二結像系を示しており、主走査を等速走査する等速光学素子としての反射型結像素子（以下「ｆθミラー」と呼ぶ）９、このｆθミラー９と共働して偏向器８と被走査面２０を副走査方向で略共役にする面倒れ光学素子としての長尺トロイダルレンズ１０で第二結像系を構成している。
【００３１】
上記実施の形態のカップリング光学系を用いて、図６に示すように、シリンダーレンズ７より発光部側に位置する光学系によって作られる副走査方向の射出瞳Ａを徐々にシリンダーレンズ７側に近づけると、それに伴って共役位置Ｂも被走査面２０へ向かって移動する。従って、書込光学系の所望の位置に、２光束の交差位置を設定できる。
【００３２】
図２に示すカップリング光学系を有する光源部においてその諸元を以下のようにした。
0003549666.tif 000002
この時  Ｓ２＝−２０６．４ｍｍの位置に射出瞳Ａがあり、その共役点Ｂを図６（ｂ）のようにちょうど長尺トロイダルレンズ１０に一致させた。この時隣接する走査線を同時走査し、走査線ピッチは６３．５μｍである。回転ポリゴンの面倒れによるピッチ偏差は従来のマルチビーム書込光学系では１．２μｍほどであったものが、上記実施の形態では約１／１０の０．１μｍに低減させることができた。
【００３３】
ここで、従来の例では、図７に示すように共役点Ｂが長尺トロイダルレンズ１０を越えて被走査面２０に近い場合であり、この時の面倒れによるピッチ偏差量１．２μｍは充分画像形成の忠実性が保てる範囲であるが、本発明では面倒れによるピッチ偏差量をさらに低減できる。また、本実施の形態では、等速光学素子として反射型結像素子を用いているので、マルチビーム書込光学系において問題となる複数光源の波長差による、走査位置ずれやスポットのフォーカス位置ずれを小さくできる効果がある。
【００３４】
図８は、請求項３に対応する実施の形態を示すもので、感光体ドラム等の被走査面２０上を２つの光束３０ａ、３０ｂで同時に走査する状態を副走査方向に見た図である。符号２１は露光された潜像を表す。図８（ａ）は前記特開平７−２０９５９６号公報記載の従来例で示されている３走査線分を飛び越し走査する場合、すなわち間に２走査線分を挟んで走査する場合であり、図８（ｂ）は隣接する走査線を同時走査する本発明の場合である。本発明では隣接走査線を同時走査しているので、２つの光束３０ａ、３０ｂのなす角度αが飛び越し走査の場合に比べ小さくなる。従って光学系の変動によるピッチ偏差量も飛び越し走査の場合に比べ小さくできる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、副走査方向に並んだ個別変調可能な複数の発光部と、この発光部からの出射光を取り込むカップリング光学系と、このカップリング光学系からの複数光束を副走査方向で偏向器近傍に結像させる第１結像系と、複数光束を偏向走査する偏向器と、偏向器で偏向された上記複数光束を被走査面に結像する第２結像系からなるマルチビーム書込光学系において、走査線ピッチ偏差に最も影響を及ぼす面倒れ補正光学素子の周辺で複数光束が交差するようにしているので、面倒れ補正光学素子上で副走査方向での複数光束の通過位置の差が小さくなり、走査線ピッチ偏差を小さくすることができる。また、上記交差位置に共役な、第一結像系より発光部側に位置する光学系によって作られる副走査方向の射出瞳位置を第一結像系に近づけることができるので、光学系が大型化するのを回避することができる。
また、等速光学素子としての反射型結像素子を用いた場合には上記効果に加えて、半導体レーザのように複数発光部の間で波長差がある場合でも、ピッチ偏差や走査位置ずれやスポットのフォーカス位置ずれを小さくできる効果がある。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、カップリング光学系は、複数の光源からの光束を所定の光学系に結像させるためのもので、少なくとも複数発光部ごとに対応する複数のカップリング光学素子を有し、この複数のカップリング光学素子のそれぞれの光軸はカップリング光学系を出射側から見て副走査方向で一致しないように配列し、少なくとも一つの発光部は対応するカップリング光学素子の光軸と略直交する方向へ光軸からシフトしているため、第一結像系以降の光学系を変えることなく、書込光学系の所望の位置に、第一結像系より発光部側に位置する光学系によって作られる射出瞳との共役関係を設定することができ、光学系を大型化させずに済む。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、隣接している走査線を同時に走査しているので、複数光束のなす角度が飛び越し走査の場合に比べ小さくなる。従って光学系の変動によるピッチ偏差量も飛び越し走査の場合に比べ小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマルチビーム書込光学系の実施の形態を示すもので、（ａ）は主走査方向に見た図、（ｂ）は副走査方向に見た図である。
【図２】本発明に適用可能なカップリング光学系の例を副走査方向から見た光学配置図である。
【図３】同上カップリング光学系を出射側より見た場合の出射瞳位置を副走査方向に表した図である。
【図４】本発明にかかるマルチビーム書込光学系の別の実施の形態を示すもので、（ａ）は主走査方向に見た図、（ｂ）（ｃ）は副走査方向に見た図である。
【図５】本発明にかかるマルチビーム書込光学系のさらに別の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】同上実施の形態において射出瞳位置を変えた各種の例を副走査方向に見た図である。
【図７】共役点を被走査面に近くした従来のマルチビーム書込光学系の例を副走査方向に見た図である。
【図８】被走査面を複数の光束で同時走査する様子を示すもので、（ａ）は従来の例を、（ｂ）は本発明の例を副走査方向に見た図である。
【符号の説明】
７    第１結像系
８    偏向器
９    第２結像系
１ａ  発光部
１ｂ  発光部
２ａ  カッブリングレンズ
２ｂ  カッブリングレンズ
１０  面倒れ補正光学素子
２０  被走査面
Ａ    副走査方向の射出瞳
【図１】
0003549666.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003549666.tif 000008
【図７】
0003549666.tif 000009
【図８】
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