(57)【要約】【課題】光走査装置において、アパーチュアによるビーム整形を行わず、なおかつ、被走査面上に所望のスポット径の光スポットを形成可能とし、書き込みの高速化、スポット径の小径化を容易に実現可能とする【解決手段】Ｎ（≧１）個の光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから放射される光束を、Ｎ個の変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂにより画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を単一の光偏向器７により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系８、９、１９により被走査面１１上に集光させてＮ個の光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置において、Ｎ個の光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと光偏向器７との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズＬＲ、ＬＧ、ＬＢ、４Ｒにより、被走査面上に形成する光スポットのスポット径に応じた光束径を実現する。【選択図】                  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ（≧１）個の光源から放射される光束を、Ｎ個の変調手段により画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を単一の光偏向器により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系により被走査面上に集光させてＮ個の光スポットを形成し、上記被走査面を等速的に光走査する光走査装置において、
Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズにより、被走査面上に形成する光スポットのスポット径に応じた光束径を実現することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズの各組が、光源側からの発散性の光束を実質的な平行光束とするコリメートレンズを含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２記載の光走査装置において、
Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズの１組以上が、コリメートレンズの下流側に、光束径を拡大するビームエキスパンダを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の光走査装置において、
コリメートレンズの下流側、もしくは、コリメートレンズとビームエキスパンダの下流側に、所望の光束径を実現された光束を、光偏向器の偏向反射面位置に主走査方向に長い線像として結像させるシリンドリカルレンズを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の光走査装置において、
Ｎ個の光源の１以上がレーザ光源であり、上記レーザ光源から放射されるレーザ光をＡＯ変調素子の変調部に集光し、上記ＡＯ変調素子により画像信号に応じて強度変調し、強度変調されたレーザ光束を、光源側からの発散性の光束としてコリメートレンズに入射させることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の光走査装置において、
光源の１以上が半導体レーザであることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の光走査装置において、
光源の数：Ｎが複数であって、光源間で発光波長が互いに異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載の光走査装置において、
光源の数：Ｎが３であり、これら３個の光源が、赤色、緑色、青色のレーザ光を放射するものであることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８記載の光走査装置において、
赤色のレーザ光を放射する光源から放射される赤色レーザ光の、光偏向器に至る光路上に、コリメートレンズとビームエキスパンダが配備されることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項８または９記載の光走査装置において、
カラー印画紙を実態的な被走査面として光走査を行うことを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の任意の１に記載の光走査装置において、
単一の光偏向器が回転多面鏡であり、走査結像光学系がｆθレンズであることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光描画装置や光プリンタ、デジタル複写機、光プロッタ、光ファクシミリ等の画像形成装置に関連して知られた光走査装置では一般に、光源から放射される光束が光偏向器に導光され、光偏向器により偏向された偏向光束が走査結像光学系を介して被走査面に導光される。このような光走査装置においては従来から、被走査面上に「所望のサイズと形状をもった光スポット」を形成するため、光源側からの光束の周辺部分を、光偏向器よりも光源側においてアパーチュアにより遮光する「ビーム整形」が一般に行われている。
【０００３】
近来、光走査装置において、書き込み密度の高密度化に伴う「光スポットの小径化」や書き込みの高速化が強く要請されている。このような、光スポットの小径化や書き込みの高速化の観点からすると、上記ビーム整形に用いられているアパーチュアの存在が問題となってくる。
【０００４】
即ち、書き込みの高速化の観点からすると、被走査面に到達させるべき光エネルギは大きいほど良いが、アパーチュアによるビーム整形は「光源側から放射される光束の周辺部を被走査面に対して遮光する」ことにより行われるから、光源から放射される光エネルギの一部がビーム整形により無駄になり、光利用効率が低下するので、ビーム整形は「書き込みの高速化に対してマイナス要因」となる。また、光源とアパーチュアとの相対的な位置関係が、機械的な経時変化や環境変化による影響で本来の位置関係からずれると、アパーチュアにより遮光される光量が増大し、光利用効率はさらに低下する。
【０００５】
光スポットの小径化の観点からすると、アパーチュアによるビーム整形の際、アパーチュア開口部のよる回折現象が発生し、被走査面上に形成される光スポットの光強度分布の裾野部分に「回折による強度分布の変動」が生じ、小径化に対する妨げになる。
【０００６】
書き込みの高速化、光スポットの小径化の観点から、アパーチュアによるビーム整形の是非を問題とした従来技術は、発明者の知る限りに於いて存在しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上述したところに鑑み、アパーチュアによるビーム整形を行わず、なおかつ、被走査面上に所望のスポット径の光スポットを形成できるようにし、書き込みの高速化、スポット径の小径化を容易に実現可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の光走査装置は「Ｎ（≧１）個の光源から放射される光束を、Ｎ個の変調手段により画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を単一の光偏向器により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系により被走査面上に集光させてＮ個の光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置」であって、以下の点を特徴とする。
【０００９】
即ち、請求項１記載の光走査装置は、Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズにより、被走査面上に形成する光スポットのスポット径に応じた光束径を実現する。
【００１０】
この請求項１記載の光走査装置において、Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズの各組が、光源側からの発散性の光束を実質的な平行光束とするコリメートレンズを含むことができる（請求項２）。この場合、Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズの１組以上が、コリメートレンズの下流側に、光束径を拡大するビームエキスパンダを有することができる（請求項３）。
【００１１】
ビームエキスパンダは、ビームエキスパンド比が主・副走査方向で互いに異なるアナモフィックなものであってもよい。
【００１２】
上記請求項２または３記載の光走査装置において、コリメートレンズまたは「コリメートレンズとビームエキスパンダ」の下流側に、所望の光束径を実現された光束を光偏向器の偏向反射面位置に主走査方向に長い線像として結像させるための（面倒れ補正用の）シリンドリカルレンズを配置することができる（請求項４）。
【００１３】
上記請求項１〜４の任意の１に記載の光走査装置は、Ｎ個の光源の１以上がレーザ光源で、レーザ光源から放射されるレーザ光をＡＯ変調素子の変調部に集光し、ＡＯ変調素子により画像信号に応じて強度変調し、強度変調されたレーザ光束を、光源側からの発散性の光束としてコリメートレンズに入射させることができる（請求項５）。この場合ＡＯ変調素子は「変調手段」を構成する。
【００１４】
請求項１〜５の任意の１に記載の光走査装置において、光源の１以上が半導体レーザであることができる（請求項６）。この場合の変調手段は、半導体レーザの発光強度を画像信号に応じて変調する手段である。
【００１５】
即ち、請求項５、６に記載の光走査装置において光源の数：Ｎが複数である場合には、光源の１以上を「ガスレーザや固体レーザ等のレーザ光源」とすることができ、１以上の光源を半導体レーザとすることができる。したがって、Ｎ個の光源の一部がレーザ光源で、残りが半導体レーザであることもできるし、Ｎ個の光源の全てをレーザ光源もしくは半導体レーザで構成することもできる。勿論、光源の数：Ｎは１でも良く、この場合には光源はレーザ光源もしくは半導体レーザであることができる。
【００１６】
請求項１〜６の任意の１に記載の光走査装置は「光源の数：Ｎが複数で、光源間で発光波長が互いに異なる構成」であることができる（請求項７）。この場合、光源の数：Ｎを３とし、これら３個の光源を、赤色、緑色、青色のレーザ光を放射するものとすることができる（請求項８）。
【００１７】
この請求項８記載の光走査装置において、赤色のレーザ光を放射する光源から放射される赤色レーザ光の、光偏向器に至る光路上に、コリメートレンズとビームエキスパンダを配備することができる（請求項９）。即ち、周知の如く、レーザ光を光スポットに集光する場合、スポット径は、集光する以前の光束径に反比例し、波長に比例する。このため、青や緑のレーザ光束は波長が小さいため、光束径がさほど大きくなくとも「小径の光スポット」を形成しやすいが、波長の大きい赤色レーザ光束は光束径を大きくしないと光スポットを小径化することが難しい。それで請求項８記載の光走査装置では、赤色レーザ光に対しては「コリメートレンズとビームエキスパンダと」により、所望の光束径を実現するのである。
【００１８】
請求項８または９記載の光走査装置は「カラー印画紙を実態的な被走査面として光走査を行う」ものであることができる（請求項１０）。
【００１９】
上記請求項１〜１０の任意の１に記載の光走査装置において、単一の光偏向器を回転多面鏡とし、走査結像光学系をｆθレンズとすることができる（請求項１１）。
【発明の効果】
【００２０】
上記の如く、この発明の光走査装置では、Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズにより「被走査面上に形成する光スポットのスポット径に応じた光束径」を実現するので、所望のスポット径を実現するのに「アパーチュアによるビーム整形」を行う必要がなく、アパーチュアによる光利用効率の低下や回折の影響を有効に回避することができる。また、アパーチュアが不要となることにより光走査装置の部品点数を減らすことができ、光走査装置の構成を簡素化できコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２に、光走査装置の実施の１形態における特徴部分を示す。  
この光走査装置は、Ｎ＝１個の光源１から放射される光束を、Ｎ＝１個の変調手段（図示されず）により画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を光偏向器により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系により被走査面上に集光させて光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査する光走査装置であり光源１は「半導体レーザ」である（請求項６）。
【００２２】
図２は「光源１から放射された発散性の光束が、コリメータレンズＬ１とビームエキスパンダＢＥＸとにより所望の光束径とされる状態を示している。図の右方には図示されない光偏向器が配置されるが、必要に応じて前述の如くシリンドリカルレンズが配置され、主走査方向に長い線像が光偏向器の偏向反射面位置に結像される。
【００２３】
光源１から放射された発散性の光束は「光源側からの発散性の光束」としてコリメートレンズＬ１に入射し、平行光束に変換され、さらに、レンズＬ２とＬ３とにより構成されるビームエキスパンダＢＥＸの作用により光束径を拡大される。コリメートレンズＬ１により平行光束化されたレーザ光束の光束径は、半導体レーザ１からの発散性の光束の発散角とコリメートレンズＬ１の焦点距離により定まる。また、コリメートレンズＬ１により平行光束化された光束とビームエキスパンダＢＥＸ通過後の光束径との光束径比は、ビームエキスパンダＢＥＸのビームエキスパンド比により定まる。
【００２４】
従って、半導体レーザ１の放射する発散性のレーザ光束の発散角に応じ、コリメートレンズＬ１の焦点距離、ビームエキスパンダＢＥＸのビームエキスパンド比を調整することにより、「ビームエキスパンダＢＥＸ通過後の光束径」を所望の光束径（光スポットのスポット径を実現するのに必要な光束径）を実現できる。
【００２５】
なお、半導体レーザから放射される光束の発散角は、共振面に直交する方向において大きく、共振面に平行な方向では小さいため、半導体レーザ１から放射された光束の全てをコリメートレンズＬ１によりコリメートした場合、得られる平行光束の断面形状は円形状とならずに楕円形状となるが、このような場合でも、ビームエキスパンダＢＥＸをアナモフィックなレンズ系とし、そのビームエキスパンド比を、上記共振面に直交する方向と平行な方向とで異ならせることにより、ビームエキスパンドされた光束の光束断面形状を所望の形状とし、かつ、上記「各方向における光束径」を所望の光束径に調整することが可能である。
【００２６】
図１は、光走査装置の実施の１形態を示している。  
図１の光走査装置は、カラー印画紙１１に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３光束により光走査を行ってカラー画像書込みを行う装置である。
【００２７】
符号１Ｒ、１Ｇ、１Ｂで示す「光源」はそれぞれ、レーザ光源（ガスレーザ光源）である。光源１Ｒは波長：６９０ｎｍの赤色レーザ光束を放射する。光源１Ｇは波長：５３２ｎｍの緑色レーザ光束を放射し、光源１Ｂは波長：４７３ｎｍの青色レーザ光束を放射する。レーザ光源１Ｇ、１Ｂから放射されるレーザ光束は所謂「高調波成分」である。
【００２８】
光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから放射される各色レーザ光束は、それぞれ対応する変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを透過し、画像信号に応じて変調される。  
変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは「ＡＯ変調素子（音響光学素子）」であり、光走査に供せられるのは「画像信号に応じて回折された光束（変調された光束）」である。
【００２９】
光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから放射された各色レーザ光束は、光源に含まれる集光レンズの作用により、各光源に対応する変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの変調部に向かって、光束径：０．１ｍｍ程度に集光される。
【００３０】
変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを通過した「変調された光束」は「光源側からの発散性の光束」となり、ミラーＭ１により反射され、コリメートレンズＬＲ、ＬＧ、ＬＢを透過して平行光束に変換される。変換された平行光束の断面形状は「円形」である。コリメートレンズＬＲ、ＬＧ、ＬＢは、それぞれ「コリメートするレーザ光の色に応じた焦点距離」を持ち、その焦点が変調手段２Ｒ，２Ｇ、２Ｂの変調部（光源側からの各光束が光束径：０．１ｍｍ程度に集光される位置）を焦点位置として配置されている。
【００３１】
レーザ光束のうち、光源１Ｇと１Ｂから放射された緑色レーザ光束と青色レーザ光束とは、それぞれ対応するコリメートレンズＬＧ、ＬＢにより平行光束化された状態に於いて「所望の光束径（被走査面上に形成される光スポットが所望のスポット径となる大きさの光束径）」となるようになっている。また、光源１Ｒから放射された赤色レーザ光束は、コリメートレンズＬＲにより平行光束化されたのち、さらにビームエキスパンダ４Ｒにより光束径を拡大されて所望の光束径（被走査面上に形成される光スポットが所望のスポット径となる大きさの光束径）とされる。
【００３２】
コリメートレンズＬＧ、ＬＢ、ビームエキスパンダ４Ｒにより所望の光束径とされた各平行光束は、シリンドリカルレンズ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂにより副走査方向へ集光され、ミラーＭ２により反射され、光偏向器である回転多面鏡７の偏向反射面の略同一位置に「主走査方向に長い線像」としてそれぞれ結像する。
【００３３】
回転多面鏡７が等速回転すると、各光束は等角速度的に偏向しつつ、走査結像光学系である「ｆθレンズ」を構成するレンズ８、９、１０を透過し、被走査面の実体をなすカラー印画紙１１上に各々光スポットを形成し、カラー印画紙１１を等速的に光走査して光書込みを行う。被走査面の実体をなすカラー印画紙１１は、図面に直交する副走査方向へ等速で搬送され、この搬送に伴い、主走査方向の光走査が副走査方向に繰返されて２次元的なカラー画像が書込まれていく。
【００３４】
回転多面鏡７により偏向された各色レーザ光束は、レンズ８、９、１０により結像されるが、光走査開始位置へ向かう光束は、レンズ８、９を透過した時点でミラー１２により反射されて光検出器１３に入射して順次検出され、光検出器１３の検出信号に基づいて、光スポットによる「光書込み開始の同期」がとられ、各光束による光書込み開始位置が揃えられる。
【００３５】
図１に示した光走査装置は、Ｎ（＝３）個の光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから放射される光束を、Ｎ個の変調手段２Ｒ、２Ｇ、２Ｂにより画像信号に応じて強度変調し、強度変調された光束を単一の光偏向器７により偏向させ、偏向された光束を走査結像光学系８、９、１０により被走査面１１上に集光させてＮ個の光スポットを形成し、被走査面１１を等速的に光走査する光走査装置であって、Ｎ個の光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと光偏向器７との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズＬＲ、４Ｒ、ＬＧ、ＬＢにより、被走査面上に形成する光スポットのスポット径に応じた光束径を実現する（請求項１）。
【００３６】
また、Ｎ個の光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと光偏向器７との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズの各組が、光源側からの発散性の光束を実質的な平行光束とするコリメートレンズＬＲ、ＬＧ、ＬＢを含み（請求項２）、Ｎ個の光源と光偏向器との間に、光源と対応的に配置されるＮ組のレンズの１組以上が、コリメートレンズの下流側に、光束径を拡大するビームエキスパンダ４Ｒを有し（請求項３）、コリメートレンズＬＧ、ＬＢの下流側、コリメートレンズＬＲとビームエキスパンダ４Ｒの下流側に、所望の光束径を実現された光束を、光偏向器の偏向反射面位置に主走査方向に長い線像として結像させるシリンドリカルレンズ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを有する（請求項４）。
【００３７】
Ｎ個の光源の１以上がレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂであり、レーザ光源から放射されるレーザ光をＡＯ変調素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの変調部に集光し、ＡＯ変調素子により画像信号に応じて強度変調し、強度変調されたレーザ光束を、光源側からの発散性の光束としてコリメートレンズＬＲ、ＬＧ、ＬＢに入射させる（請求項５）。
【００３８】
また、光源の数：Ｎが複数（＝３）であって、光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ間で発光波長が互いに異なり（請求項７）、光源の数：Ｎが３であり、これら３個の光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂが、赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色のレーザ光を放射するものであり（請求項８）、赤色のレーザ光を放射する光源１Ｒから放射される赤色レーザ光の、光偏向器７に至る光路上に、コリメートレンズＬＲとビームエキスパンダ４Ｒが配備され（請求項９）、カラー印画紙１１を実態的な被走査面として光走査を行い（請求項１０）、単一の光偏向器７が回転多面鏡であり、走査結像光学系８、９、１０がｆθレンズである（請求項１１）。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】光走査装置の実施の１形態を示す図である。
【図２】光走査装置の実施の別形態を特徴部分のみ示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ      光源（レーザ光源）
２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ      変調手段（ＡＯ変調素子）
ＬＲ、ＬＧ、ＬＢ      コリメートレンズ
Ｍ１、Ｍ２            光路屈曲用ミラー
７                    光偏向器（回転多面鏡）
８、９、１０          走査結像光学系を構成するレンズ
１１                  被走査面の実体をなすカラー印画紙
【図１】
2005148484.tif 000003
【図２】
2005148484.tif 000004