JP2001166232A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境温度の変化に影響されにくく、ローコス
トかつ高速で高品位の印字が可能な走査光学装置を提供
する。 【解決手段】 ｆθレンズ系６ｂの被走査面側の同一面
上に、走査光学手段及び同期検出用光学手段のための回
折光学面を設ける。同期検出用結像素子８の回折光学面
のピッチ間隔はｆθレンズ系６ｂの回折光学面の終端部
のピッチ間隔以上にし、ｆθレンズ系６ｂと同期検出用
結像素子８の間の領域において回折用の傾斜面や溝を有
しない領域を設ける。又、走査光学手段及び同期検出用
光学手段のための回折格子はそれぞれの中心からそれぞ
れ同心的に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンターやデジタル複写機に用いられる走査光学装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザビームプリンターやデジタ
ル複写機等に用いられている走査光学装置は、コストを
削減するために樹脂材料を用いた光学素子を使用するこ
とが多いが、樹脂は、光学部材として用いられることが
多いガラスと比較し、温度変化に対して膨張し易く更に
屈折率の変化が大きい。このため設計時に考えていた環
境温度と実際の環境温度が異なると本来の結像位置に対
し異なる位置に結像するようになり、最終的に印字の品
位の劣化を招くことになる。また、環境温度の変化は更
に光源の波長も変化させるため色収差が発生し、更に印
字の品位を劣化させる。

【０００３】これらの現象による印字の品位を軽減する
ため、光源とコリメーターレンズ等を一体化したコリメ
ーターユニットの筐体に適当な樹脂部材を用いること
で、温度変化に対し光源とコリメーターユニットの間隔
を変化させ上記の影響を相殺することが考えられる。更
に、設計時において十分な深度幅を確保することにより
上記手法では軽減できない分を吸収することも考えられ
る。

【０００４】しかしながら近年高まっている小型化や高
品位な印字の実現に対する要求を満足するため温度補償
分の深度幅を確保することが困難になってきた。そこで
上記の問題を解決するために回折現象を促す素子の利用
が提案された。

【０００５】通常、環境温度が上昇するとレンズの膨張
や屈折率の低下により結像位置は光源から遠ざかる。ま
た、環境温度が上昇するに伴い、波長は一般に長くな
る。そこで回折現象を促す素子を用いると回折現象は波
長が長くなるほど回折角は大きくなり、逆に波長が短く
なるに連れて回折角は小さくなるので、屈折現象を用い
る素子と回折現象を用いる素子を上手く組み合わせるこ
とによって、レンズ形状の膨張収縮や屈折率の変化によ
って生じる屈折力の変化を、光源の波長の変化によって
生じる回折力の変化で相殺できるようになる。

【０００６】更に印字速度の高速化に対応するために、
たとえば特開平９−５４２６３号公報に開示された走査
光学装置においては、光源として１個のチップから一直
線上に並んだ複数本のレーザー光を放射するマルチビー
ムレーザーチップを光源としている。

【０００７】ところが各光源の波長にそれぞれ差がある
場合色収差が発生し、それぞれの光源に対する印字位置
が相対的に異なってしまうことが考えられる。このよう
な現象に対しても、回折を利用する素子を上手く用いる
ことにより、上記理由に起因する色収差を軽減し、高速
で高品位な印字を実現できるようになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように回折光学面を用いた走査光学装置において、屈折
現象のみを用いる同期検出用光学手段を採用すると、環
境温度の変化による屈折率の低下や複数の光源の使用に
よる色収差の補償がされていないため、例えば図５、６
に示すように環境温度に対して書き出し位置が変化した
り、図７、８に示すように各光源の書き出し位置がずれ
てしまう。このため、本来の目的である高品位な印字が
実現できなくなる。

【０００９】そこで、本発明は、環境温度の変化に影響
されにくく、比較的ローコストかつ高速で高品位の印字
が可能な走査光学装置を提供することを課題としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、光源から射出された光束を入射光学手段
を介して偏向手段に導光し、前記偏向手段により偏向さ
れた光束を走査光学手段により被走査面上にスポット状
に結像させ前記被走査面上を光走査し、更に前記偏向手
段により偏向された光束を同期検出用光学手段を介して
同期検出手段上に結像させる走査光学装置であって、前
記結像光学手段及び前記同期検出用光学手段にそれぞれ
１面以上の回折光学面を設けている。

【００１１】又、本発明においては、上述した走査光学
装置の光源は、複数であってもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態について説明する。

【００１３】［実施形態１］図１は本発明の実施形態１
の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。１
は例えば半導体レーザよりなる光源である。２はコリメ
ータレンズであり、光源１から射出した発散光束を収束
光束に変換している。３は開口絞りであり、コリメータ
レンズ２から射出した光束を所望の最適なビーム形状に
整形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走
査方向のみに所定の屈折力を有し、開口絞り３から射出
した光束を偏向手段５の偏向面５ａ上付近に主走査方向
と直交する副走査断面内において結像している。

【００１４】従って、実施形態１の入射光学手段は、コ
リメータレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ
４からなる。

【００１５】５は回転多面鏡よりなる偏向手段であり、
図示しないモーター等の駆動手段により図中矢印Ａ方向
に一定速度で回転している。

【００１６】６はｆθ特性を有する走査光学手段であ
り、偏向手段から順に６ａ，６ｂよりなる。この走査光
学手段は、副走査方向において偏向面５ａ近傍と被走査
面７近傍との間を共役関係にすることにより、倒れ補正
機能を有している。

【００１７】８は同期検出手段１０の上に光束を結像す
るための同期検出用結像素子であり、ここでは同期検出
用結像素子８は走査光学手段６の一部を用いている。

【００１８】９は上記光束が結像する主走査方向の位置
を決めるスリットである。

【００１９】従って、実施形態１の同期検出用光学手段
は、同期検出用結像素子８、スリット９からなる。

【００２０】実施形態１においては、ｆθレンズ系６ｂ
の被走査面側の同一面上に走査光学手段及び同期検出用
光学手段のための回折光学面を設けている。走査光学手
段のための回折光学面により、昇温等の環境温度の変化
によって発生する屈折力の変化に起因する結像点の移動
を、同様に環境温度の変化によって発生する波長の変化
に起因する回折力の変化で軽減している。又、同期検出
用光学手段の為の回折光学面により、印字開始位置が昇
温等の環境温度の変化によってずれていくことを防いで
いる。

【００２１】又、部材を同一にすることで他の光学素子
に対して高価な回折光学素子の数を減らし、コストの面
でも小型化の面でも有利になる。実施形態１において
は、ｆθレンズ系６ｂの被走査面側に回折光学系を設け
たが、他の面にあっても、効率が変わることはない。

【００２２】図２は、実施形態１の回折光学面の平面図
である。同期検出用結像素子８の回折光学面のピッチ間
隔がｆθレンズ系６ｂの回折光学面の終端部のピッチ間
隔以上の幅を持つようにして結像光学手段の温度補償を
行っている。

【００２３】仮に６ｂのピッチ間隔を同期検出用結像素
子８の領域にまで延長しても、環境温度の影響を軽減す
ることは可能だが、結像光学手段の屈折力は正のパワー
を持つため、環境温度の影響を軽減するには回折光学面
も正のパワーを持つ必要があり結果として光軸付近に対
し周辺部分はピッチ間隔が狭くなる。よって、同期検出
用結像素子８の領域にまでピッチ間隔を延長すると、更
に狭いピッチ間隔が必要となる。しかしながら、あまり
にピッチ間隔が狭くなると実際に作ることが非常に困難
になり、現実的ではない。

【００２４】実施形態１においては、コストの低減を図
るため走査光学手段を構成するｆθレンズ系６ａ，６ｂ
を成形して製作することを前提としている。このため、
走査光学手段と同期検出用光学手段とで異なる面に回折
光学面を有するとそれぞれの面に対応する型の面に格子
を刻む必要が生じ、保守管理の点も含めて二度手間にな
るばかりではなく面の位置関係においてもより高い精度
を要するようになる。また切削により格子を刻む場合
も、片方の面を切削した後反対側の面を切削するため、
芯出しを二度行う必要が有り、２面間の位置精度が出し
にくくなる。

【００２５】そこで、同一の面に２つの回折光学面を形
成している。実施形態１においては、走査光学手段及び
同期検出用光学手段のための回折格子は同一の中心から
同心的に形成されている。

【００２６】また、ｆθレンズ系６ｂと同期検出用結像
素子８の間の領域を光ビームが通過するタイミングにお
いては光源は消灯しているので、この領域にまで手間を
かけて回折用の傾斜面や溝を設ける必要はない。また仮
にこの領域に回折用の傾斜面や溝を設けた場合、迷光等
の光が何らかの理由でこの領域を通過すると、回折した
結果被走査面上に入りこみ、最終的に画質の劣化を引き
起こすことがある。

【００２７】そこで、実施形態１においては、ｆθレン
ズ系６ｂと同期検出用結像素子８の間の領域においては
斜線部が示す回折用の溝を有しない領域を有している。

【００２８】［実施形態２］図３は、実施形態２の主走
査断面図である。図１と同様の素子等を意味するものは
図１と同じ番号を添えている。１１は光源１１ａ，１１
ｂを持つ例えば１チップで構成された半導体レーザより
なる光源である。１２はコリメータレンズであり、光源
１１から射出した発散光束を平行光束に変換している。
３は開口絞りであり、コリメータレンズ１２から射出し
た光束を所望の最適なビーム形状に整形している。４は
シリンドリカルレンズであり、副走査方向のみに所定の
屈折力を有し、開口絞り３から射出した光束を後述する
偏向手段５の偏向面５ａ上付近に副走査断面内において
結像する。

【００２９】従って、実施形態２の入射光学手段は、コ
リメータレンズ１２、開口絞り３、シリンドリカルレン
ズ４からなる。

【００３０】５は回転多面鏡よりなる偏向手段であり、
図示しないモーター等の駆動手段により図中矢印Ａ方向
に一定速度で回転している。

【００３１】６はｆθ特性を有する走査光学手段であ
り、偏向手段から順に６ａ，６ｂよりなる。本光学走査
手段は副走査方向において偏向面５ａ近傍と被走査面７
近傍との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能
を有している。

【００３２】８は同期検出手段１０の上に光束を結像す
るための同期検出用結像素子であり、ここでは同期検出
用結像素子８は走査光学手段６の一部を用いている。

【００３３】９は上記光束が結像する主走査方向の位置
を決めるスリットである。

【００３４】したがって、実施形態２の同期検出用光学
手段は、同期検出用結像素子８、スリット９からなる。

【００３５】図４は、実施形態２の回折光学面の平面図
である。本実施形態においては、実施形態１と同様に、
ｆθレンズ系６ｂの被走査面側に回折光学面を設けるこ
とで、走査光学手段及び同期検出用光学手段に対して同
一面上で回折光学面を設けている。

【００３６】これはまず、走査光学手段において回折光
学面を設けることにより、光源１１ａ、１１ｂの波長差
に起因する倍率色収差の発生による相対的な印字位置ず
れを、同様に波長差に起因する回折力の差によって軽減
している。

【００３７】しかしながらこの時、同期検出用光学手段
にも回折光学面を設けないと、同期検出用光学手段にお
いても倍率色収差が生じ、図６に示すような光路を通る
ようになるため、光源１１ａ、１１ｂからの光ビームが
同期検出手段１０に入射したときのタイムラグが波長に
よって異なり、図７に示すように相対的な印字ずれが残
る。もちろん、光源間の波長差に起因する印字位置ずれ
を軽減しながら実施形態１で行ったように環境温度に起
因する画質の劣化の軽減を行ってもよい。

【００３８】又、部材を共有することで他の光学素子に
対し高価な回折光学素子の数を減らし、コストの面でも
小型化の面でも有利になっている。

【００３９】実施形態２においても、ｆθレンズ系６ｂ
の被走査面側に回折光学面を設けたが、他の面であって
も効果が変わることはない。

【００４０】同期検出用結像素子８の回折光学面のピッ
チ間隔はｆθレンズ系６ｂの回折光学面の終端部のピッ
チ間隔以上にし、ｆθレンズ系６ｂと同期検出用結像素
子８の間の領域において回折用の傾斜面や溝を有しない
領域を有していることも実施形態と同様である。

【００４１】実施形態２においても、同一の面に２つの
回折光学面を形成しているが、実施形態２においては、
走査光学手段及び同期検出用光学手段のための回折格子
はそれぞれの中心からそれぞれ同心的に形成されてい
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、結像光学
手段及び同期検出用光学手段に用いられている前記回折
光学面が同一面上にあり、結像光学手段及び同期検出用
光学手段に用いられている前記回折光学面の間に回折用
の傾斜面や溝が存在しない領域があるので、環境温度の
変化に影響されにくく、比較的ローコストかつ高速で高
品位の印字が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の主走査断面図

【図２】実施形態１の回折光学面の平面図

【図３】実施形態２の主走査断面図

【図４】実施形態２の回折光学面の平面図

【図５】従来の走査光学装置の昇温時の光路図

【図６】昇温時の従来の印字結果の模式図

【図７】従来のマルチ光源使用時の光路図

【図８】マルチ光源使用時の従来の印字結果の模式図

【符号の説明】

１ 光源 ２ コリメータレンズ ３ 開口絞り ４ シリンドリカルレンズ ５ 偏向手段 ６ 走査光学手段 ７ 被走査面 ８ 同期検出用結像素子 ９ スリット １０ 同期検出手段 １１ 光源 １２ コリメータレンズ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から射出された光束を入射光学手段
   を介して偏向手段に導光し、前記偏向手段により偏向さ
   れた光束を走査光学手段により被走査面上にスポット状
   に結像させ前記被走査面上を光走査し、更に前記偏向手
   段により偏向された光束を同期検出用光学手段を介して
   同期検出手段上に結像させる走査光学装置であって、 前記結像光学手段及び前記同期検出用光学手段にそれぞ
   れ１面以上の回折光学面を有することを特徴とする走査
   光学装置。
2. 【請求項２】 前記結像光学手段及び前記同期検出用光
   学手段に用いられている前記回折光学面を有するそれぞ
   れの回折光学素子が少なくとも１つ以上同一部材で構成
   されていることを特徴とする請求項１記載の走査光学装
   置。
3. 【請求項３】 前記同期検出用光学手段に用いられてい
   る前記回折光学面のピッチ間隔が、前記結像光学手段で
   用いられている前記回折光学面の終端部のピッチ間隔以
   上の幅を持つことを特徴とする請求項２記載の走査光学
   装置。
4. 【請求項４】 前記結像光学手段及び前記同期検出用光
   学手段に用いられている前記回折光学面が同一面上にあ
   ることを特徴とする請求項２、３のいずれか一つに記載
   された走査光学装置。
5. 【請求項５】 前記結像光学手段及び前記同期検出用光
   学手段として用いられている前記回折光学面の領域の間
   に回折用の傾斜面や溝が存在しない領域を有することを
   特徴とする請求項４記載の走査光学装置。
6. 【請求項６】 複数の光源から射出された光束を入射光
   学手段を介して偏向手段に導光し、前記偏向手段により
   偏向された光束を走査光学手段により被走査面上にスポ
   ット状に結像させ前記被走査面上を光走査し、更に前記
   偏向手段により偏向された光束を同期検出用光学手段を
   介して同期検出手段上に結像させる走査光学装置におい
   て、前記結像光学手段及び前記同期検出用光学手段にそ
   れぞれ１面以上の回折光学面を有していることを特徴と
   する走査光学装置。
7. 【請求項７】 前記結像光学手段及び前記同期検出用光
   学手段に用いられている前記回折光学面を有するそれぞ
   れの回折光学素子が少なくとも１つ以上同一部材で構成
   されていることを特徴とする請求項６記載の走査光学装
   置。
8. 【請求項８】 前記同期検出用光学手段に用いられてい
   る前記回折光学面のピッチ間隔が、前記結像光学手段で
   用いられている前記回折光学面の終端部のピッチ間隔以
   上の幅を持つことを特徴とする請求項７記載の走査光学
   装置。
9. 【請求項９】 前記結像光学手段及び前記同期検出用光
   学手段に用いられている前記回折光学面が同一面上にあ
   ることを特徴とした請求項７、８のいずれか一つに記載
   された走査光学装置。
10. 【請求項１０】 前記結像光学手段及び前記同期検出用
    光学手段として用いられている前記回折光学面の領域の
    間に回折用の傾斜面や溝が存在しない領域を有すること
    を特徴とした請求項９記載の走査光学装置。