JPH10301044A - マルチビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】書込み速度を確保しつつ、記録画像の濃度むら
を有効に軽減する。 【解決手段】光源１０における複数の発光源からの光束
をカップリングレンズ１２によりカップリングし、カッ
プリングされた各光束を共通の線像結像光学系１４によ
り副走査対応方向に集束させて主走査対応方向に長い線
像に結像させ、これら線像の結像位置近傍に偏向反射面
を有する共通の光偏向器１６により偏向させ、偏向され
た複数の偏向光束を共通の走査結像光学系１８により被
走査面上に光スポットとして集光し、一度に複数の走査
線を走査するマルチビーム走査装置において、光源部
に、複数の発光源が２次元的に配列された光源１０を用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はマルチビーム走査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１列に配列された複数の発光源からの光
束を、共通の光偏向器で同時に偏向させ、各偏向光束を
共通の走査結像光学系により副走査方向に分離した複数
の光スポットとして被走査面上に集光し、一度に複数の
走査線を走査するマルチビーム走査装置が意図されてい
る。ｂ（≧２）本の偏向光束でｂ本の走査線を同時に走
査すれば、光スポットの走査速度をシングルビーム走査
装置の場合と同じにすれば、シングルビーム走査装置の
場合のｂ倍の速さで書込みを行うことが可能である。

【０００３】偏向光束数：ｂがある程度大きくなれば、
光偏向器として用いられるポリゴンミラーの回転数を有
効に低減させ、あるいは画像クロック信号の周波数、即
ち画周波数を低減させてなおかつ、シングルビーム走査
装置よりも高速度で書込みを行うことが可能である。

【０００４】しかし、同時に偏向される偏向光束の数：
ｂが大きくなると、偏向光束を被走査面上に光スポット
として集光させる走査結像光学系（ｆθレンズ等）の作
用が、各偏向光束に対して同じにならず、偏向光束によ
って互いに異なる走査線の曲がりを発生し「画像濃度む
ら」の原因になる。

【０００５】図５は、５本の走査線をビーム１〜５で同
時走査する場合の走査線の曲がりを強調して描いたもの
である。このような「走査線曲がり」があると、主走査
の中央部での走査線ピッチ：Δi （ｉ＝１〜４）に比し
て、主走査方向端部での走査線ピッチ：Δｈi （ｉ＝１
〜４）が大きいため、書き込まれる画像の密度は主走査
方向中央部で高く、主走査方向両端部で低くなり、記録
画像の濃度むらが発生する。

【０００６】光走査で書き込まれる画像に関してはより
高密度での記録が要請されている。この面から従来意図
されているマルチビーム走査装置を見ると、複数の発光
源を１列に配列した光源として、例えば「半導体レーザ
アレイ」を用いる場合、配列される複数の発光源の間隔
が狭くなると、発光源間で「熱干渉」等による発光出力
の変動が生じ易くなるため、このような問題を回避する
ために、隣接する発光源間をある程度離さねばならず、
このようにすると、記録画像の高密度化に限界がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、書込み速
度を確保しつつ、記録画像の濃度むらを有効に軽減でき
るマルチビーム走査装置の実現を課題とする。

【０００８】この発明の別の課題は、熱干渉等の問題を
有効に回避しつつ、記録画像の高密度化を実現できるマ
ルチビーム走査装置の実現にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明のマルチビーム
走査装置は「光源における複数の発光源からの光束をカ
ップリングレンズによりカップリングし、カップリング
された各光束を共通の線像結像光学系により副走査対応
方向（光源から被走査面に至る光路上で、副走査方向に
対応する方向）に集束させて主走査対応方向（上記光路
上で、主走査方向に対応する方向）に長い線像に結像さ
せ、これら線像の結像位置近傍に偏向反射面を有する共
通の光偏向器により偏向させ、偏向された複数の偏向光
束を共通の走査結像光学系により被走査面上に光スポッ
トとして集光し、一度に複数の走査線を走査するマルチ
ビーム走査装置」であって、複数の発光源を有する光源
として「複数の発光源が２次元的に配列された光源」を
用いることを特徴とする。「光源部」は、光源と、光源
の各発光部の点滅を行う駆動部等とにより構成される。

【００１０】複数の発光源が２次元的に配列された光源
としては「垂直共振器構造を持つ面発光レーザ」を用い
ることができる（請求項２）。走査に関しては「主走査
をインタレース走査方式」とすることができ（請求項
３）、また「副走査をインタレース方式」とすることも
でき、「主・副走査ともインタレース走査方式」で走査
してもよい（請求項４）。

【００１１】上記請求項１または２記載のマルチビーム
走査装置において、複数の発光源を２次元配列された光
源を「光軸回りに回転可能」にできる（請求項５）。こ
こに言う光軸は「複数の光束に共通の光学系の光軸」で
ある。また、複数の発光源の配列態様を「ｎ×ｍのマト
リックス配置」とすることができる（請求項６）。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１において、光源部の光源１０
は４個の発光源を主走査対応方向に２列、副走査対応方
向に２行、２×２のマトリックス状に配列したものであ
り、４個の発光源の個々から発散性の光束が、光束中心
線（光軸光線）を平行にして放射される。放射された４
本の光束は共通のカップリングレンズ１２により「以後
の光学系」にカップリングされる。カップリングレンズ
１２は「以後の光学系の設計如何に応じ」て、光源１０
からの各光束を「平行光束」としても良いし「発散性の
光束」あるいは「集束性の光束」としてもよい。

【００１３】カップリングレンズ１２を通過した各光束
は「共通の線像結像光学系」であるシリンダレンズ１４
に入射する。シリンダレンズ１４は副走査対応方向にの
み正のパワーを有し、各透過光束を副走査対応方向に集
束させて主走査対応方向に長い線像に結像させる。「共
通の線像結像光学系」としてはシリンダレンズ１４に換
えてシリンダ凹面鏡を用いることもできる。

【００１４】共通の「光偏向器」であるポリゴンミラー
１６は上記線像の結像位置の近傍に偏向反射面を有し、
各光束を偏向反射面により反射する。反射された各光束
は、ポリゴンミラー１６の等速回転に従って等角速度的
に偏向しつつ共通の「走査結像光学系」である走査用レ
ンズ１８に入射する。走査結像光学系は、これを単一の
走査用レンズ１８として図示しているが、２枚以上のレ
ンズで構成することもできるし、結像機能を有する凹面
鏡で構成することもでき、上記凹面鏡とトロイダルレン
ズ等の組合せで構成することもできる。

【００１５】走査用レンズ１８を透過した４本の光束
は、同レンズ１８の作用により、被走査面（図示され
ず）上に４つの光スポットSP11，SP12，SP21，SP22とし
て集光する。光スポットSP11，SP12は同一走査線を走査
し、光スポットSP21，SP22は他の同一走査線を走査す
る。

【００１６】この実施の形態では、上記の如く４つの発
光源を主走査対応方向に２列、副走査対応方向に２行に
配列した光源を用い、２本の走査線をそれぞれ２個の光
スポットで走査する。この実施の形態を、４つの発光源
を副走査対応方向に１列に配列し、４本の走査線を同時
に走査する場合（比較形態という）と比較してみる。ポ
リゴンミラーの回転速度は両者で同一とする。このと
き、シングルビーム走査の場合を基準にすると、書込み
速度は図１の実施の形態では２倍、比較形態の場合では
４倍である。また、発光源の点滅を行う変調信号の画周
波数は、シングルビーム走査の場合を基準として、図１
の実施の形態では１／２倍、比較形態では１倍である。

【００１７】また、図５に即して説明した「走査線曲が
りに起因する記録画像の濃度むら」の面から見てみる
と、比較形態の場合には同時走査の走査線が４本と多い
ため、記録画像の濃度むらが発生する虞れが大きい。こ
れに対して図１の実施の形態では、同時走査の走査線が
２本と少ないので、走査線曲がり量も小さく、記録画像
の濃度むらは有効に軽減される。

【００１８】このように図１の実施の形態は、比較形態
に対し、書込み速度の点では劣るものの、「画周波数を
有効に半減でき、記録画像濃度むらを有効に軽減でき
る」という固有の効果を有することが理解される。この
ことは、Ｎ（≧３）個の発光源を副走査対応方向に１列
に配列してＮ走査線を同時に走査する場合と、Ｎ個の発
光源を２次元配列してＮ本より少ない複数の走査線を同
時走査する場合の比較においても一般的に正しい。

【００１９】ここで、図１における光源１０に就いて説
明すると、光源１０は「垂直共振器構造を持つ面発光レ
ーザ」を用いている（請求項２）。半導体レーザとして
周知の「端面発光型レーザ」はウエハの「へき開」によ
り共振器を作成するので、複数の発光源を２次元的に配
列するのは容易でないが、「垂直共振器構造を持つ面発
光レーザ」は、へき開による共振器作成の必要がないの
で、任意の複数発光源を２次元配列したものを容易に作
成できる。そして、面発光レーザは動作電流が小さいた
め発熱量も小さく、配列された隣接発光源間の熱干渉の
影響も少なく、各発光源を密接して配列することが可能
である。また、面発光レーザの発光源から放射される発
散性のレーザ光束は、端面発光形レーザから放射される
レーザ光束に比して発散性が小さいため、光学系におけ
る「光利用効率」が高い。

【００２０】この発明のマルチビーム走査装置では、複
数の発光源が２次元配列されることに対応して、被走査
面上における光スポットの配列（全発光源を点灯した場
合）も２次元的になる。例えば、発光源の配列が主走査
対応方向にｎ列、副走査対応方向にｍ行であると、被走
査面上の光スポットの配列も主走査方向にｎ列、副走査
方向にｍ行であるが、ｎ列の光スポット列の列間隔は
「光源と被走査面との間にある光学系の主走査対応方向
の横倍率」により変化させることができ、ｍ行の光スポ
ット行の行間隔は「上記光学系の副走査対応方向の横倍
率」により変化させることができる。

【００２１】そこで例えば図２（ａ）に示すように、主
走査方向にｎ列に配列する光スポット（図２にはｎ＝３
の場合を１行に就いて例示している）の間隔：Ｐｍを主
走査方向に１ドット分になるように、主走査対応方向に
おける上記光学系の横倍率を設定し、一度に「隣接する
３ドットずつ」くり返して書込みを行うようにすること
ができる。このような走査方式を便宜上「順次主走査方
式」と呼ぶ。図中の各ドットの表示は、図２（ｃ）の表
示に従っている。

【００２２】図２（ｂ）に示すように、主走査方向の光
スポット間隔：Ｐｍが２ドット以上（図にはＰｍ＝２ド
ットの場合が示されている）になるように上記光学系の
主走査方向の横倍率を設定し、１回目のｎ（図示されて
いる例ではｎ＝３）ドットの書込みに続く２回目、３回
目のドット書込みで「光スポット間隔：Ｐｍによるドッ
ト間隔」を埋めていくように書込みを行うことができ
る。このような走査は「インタレース走査方式」と呼ば
れる（請求項３）。

【００２３】主走査をインタレース走査方式にすると、
順次主走査方式に比して同じ書込み速度を、１／ｎの画
周波数で実現できるため、画周波数を高くすること無く
書込み密度をｎ倍に向上させることが可能となる。

【００２４】図３（ａ）に示すように、副走査方向にｍ
行に配列する光スポット（図３にはｍ＝３の場合を１列
に就いて例示している）の光スポット間隔、即ち走査線
ピッチ：Ｐｓを１ドット分となるように「副走査対応方
向における光学系の横倍率」を設定し、一度に「隣接す
る３走査線ずつ」くり返して書込みを行うようにするこ
とができる。このような走査方式を「順次副走査方式」
と呼ぶ。各走査のドット表示は図３（ｂ）の表示に従っ
ている。

【００２５】図３（ｂ）に示すように、副走査方向のｍ
本の走査線ピッチ：Ｐｓが２ドット以上（図にはＰｓ＝
２ドットの場合が示されている）になるように上記光学
系の副走査方向の横倍率を設定し、１回目のｍ（図示さ
れている例ではｍ＝３）本の走査線の書込みに続く２回
目、３回目の走査線書込みで、走査線ピッチ：Ｐｓによ
る走査線間隔を埋めていくように、副走査方向の書込み
もインタレース走査方式で行うことができる（請求項
４）。副走査をインタレース走査方式にすると、順次副
走査方式に比して、ポリゴンミラーの回転数を１／ｍに
しても、副走査方向の記録密度をｍ倍に向上させること
が可能となる。

【００２６】図４は請求項５記載の発明の特徴部分を説
明図的に示している。光源部における光源としての面発
光レーザ１０Ａは複数（図の例では６個）の発光源L1
1，L12，L21，L22，L31，L32をｎ行（図の例でｎ＝３）
×ｍ列（図の例でｍ＝２）にマトリックス配列したもの
であり、光軸（図面に直交する方向）回りに回転可能で
ある。面発光レーザ１０Ａを光軸の回りに回転調整し
て、発光源L11，L12等のマトリックス配列の列方向が図
のように副走査対応方向に対して角：γ（発光源の配列
状態により定まる）だけ傾けることにより、６個の発光
源による６個の光スポットで「互いに隣接する６本の走
査線１〜６」を同時走査できる。

【００２７】即ち、このようにすると「熱干渉が影響し
ないという条件」により規制される隣接する発光源の距
離：ξよりも隣接走査線の間隔を小さく設定することが
可能であり、極めて高密度の画像書込みを実現できる。
そして、同時に走査される走査線の数は大きくなるが、
走査線間が近接しているため走査線の曲がりも少なく、
記録画像の濃度むらも大きく発生することが無い。

【００２８】上に説明したように、この発明のマルチビ
ーム走査装置では「複数の発光源が２次元的に配列され
た光源」を用いるので、被走査面上に複数光スポットの
２次元配列を得ることができる。そこで、複数の発光源
をｎ×ｍのマトリックス配置とし、これをディザマトリ
ックスの１単位として用いることにより、階調数：ｎ×
ｍの中間濃度を表現した画像記録を容易に実現すること
が可能になる。この場合、画周波数を１／（ｎ・ｍ）に
低減できるため、階調性の高い画像を高速に出力するこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規なマルチビーム走査装置を実現できる。この発明
のマルチビーム走査装置によれば、書込み速度を確保し
つつ、記録画像の濃度むらを有効に軽減することができ
る。請求項２記載の発明では、光源部の光源として垂直
共振器構造を持つ面発光レーザを光源として用い、面発
光レーザは配列された隣接発光源間の熱干渉の影響も少
なく、各発光源を密接して配列することが可能であるた
め、走査線の間隔を有効に小さくして高密度画像の書込
みが容易に可能であり、光学系における「光利用効率」
が高いので高速の書込みが可能である。

【００３０】請求項３，４記載の発明ではインタレース
走査方式で走査を行うことにより、画周波数やポリゴン
ミラーの回転数を高めること無く高密度画像の書込みが
可能である。請求項５記載の発明では、複数の発光源を
２次元配列された光源が光軸回りに回転可能であるの
で、光源を回転調整することにより「２次元配列におけ
る隣接発光部の間隔よりも小さい走査線間隔」でマルチ
ビーム走査を実現できる。

【００３１】また請求項６記載の発明では、発光源のｎ
×ｍのマトリックス配置をディザ処理の１単位として容
易にディザ処理による中間調表現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のマルチビーム走査装置の実施の１形
態を示す図である。

【図２】請求項３記載の発明の実施の１形態の特徴部分
を説明するための図である。

【図３】請求項４記載の発明の実施の１形態の特徴部分
を説明するための図である。

【図４】請求項５記載の発明の実施の１形態の特徴部分
を説明するための図である。

【図５】従来のマルチビーム走査装置の問題点を説明す
るための図である。

【符号の説明】 １０ 光源 １２ カップリングレンズ １４ 線像結像光学系であるシリンダレンズ １６ 光偏向器であるポリゴンミラー １８ 走査結像光学系としての走査用レンズ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源における複数の発光源からの光束をカ
   ップリングレンズによりカップリングし、カップリング
   された各光束を共通の線像結像光学系により副走査対応
   方向に集束させて主走査対応方向に長い線像に結像さ
   せ、これら線像の結像位置近傍に偏向反射面を有する共
   通の光偏向器により偏向させ、偏向された複数の偏向光
   束を共通の走査結像光学系により被走査面上に複数の光
   スポットとして集光し、一度に複数の走査線を走査する
   マルチビーム走査装置において、 光源部に、複数の発光源が２次元的に配列された光源を
   用いることを特徴とするマルチビーム走査装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のマルチビーム走査装置にお
   いて、 光源部が、垂直共振器構造を持つ面発光レーザを光源と
   して用いるものであることを特徴とするマルチビーム走
   査装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のマルチビーム走査
   装置において、 複数の光スポットによる主走査がインタレース走査方式
   であることを特徴とするマルチビーム走査装置。
4. 【請求項４】請求項１または２または３記載のマルチビ
   ーム走査装置において、 複数の光スポットによる副走査がインタレース走査方式
   であることを特徴とするマルチビーム走査装置。
5. 【請求項５】請求項１または２記載のマルチビーム走査
   装置において、 複数の発光源を２次元配列された光源が、光軸回りに回
   転可能であることを特徴とするマルチビーム走査装置。
6. 【請求項６】請求項１または２記載のマルチビーム走査
   装置において、 複数の発光源がｎ×ｍのマトリックス配置となっている
   ことを特徴とするマルチビーム走査装置。