JP2741195B2 - レーザーダイオードアレイを用いる光走査光学系 - Google Patents
レーザーダイオードアレイを用いる光走査光学系Info
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- JP2741195B2 JP2741195B2 JP62040193A JP4019387A JP2741195B2 JP 2741195 B2 JP2741195 B2 JP 2741195B2 JP 62040193 A JP62040193 A JP 62040193A JP 4019387 A JP4019387 A JP 4019387A JP 2741195 B2 JP2741195 B2 JP 2741195B2
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- JP
- Japan
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- optical system
- imaging optical
- lens
- light beam
- scanning
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は複数ビームを同時に走査する光学系、特に
光源としてレーザーダイオードアレイを用いた走査光学
系に関する。 （従来技術） 同時に複数の走査線を走査すれば実質的に走査速度を
上げることが出来るので、複数ビームを同時に走査する
光学系が公知である。この中、複数光源としてレーザー
ダイオードアレイを用いるものは、光源の取扱いが容易
になる。このようなレーザーダイオードアレイを用いた
走査光学系は、例えば特開昭56−69611号にその例が見
られる。 レーザーダイオードをアレイ化した場合、熱の発散や
製作技術等の制約によってアレイのピッチ１は、１＝0.
1mm程度が限界である。コリメータレンズの焦点距離をf
mm、ダイオード数をｎとすれば、アレイ端部のダイオ
ードからのコリメートされた平行光束は、角度にして θ［rad］＝n1/f だけの拡がりを有し、回転多面鏡による各ダイオードの
共通の光走査範囲は光源１個の場合に比べ極めて狭いも
のとなってしまう。この問題を解決するためには、回転
多面鏡の径を大きくしなければならず、高速回転をさせ
るためには駆動力の大きなモータが必要となり、コスト
も上昇し、大型化する。このため、特開昭56−69611号
では、コリメータレンズの偏向器側の瞳面の光学的に共
役な位置が偏向器の極く近傍に配されるように光学系が
構成されている。この方法は、レーザーアレイの発光点
が多数の場合には有効であるが、光源から偏向器までの
光路長を長くし、走査装置を大型のものとしてしまう。 （この発明が解決しようとする問題点） 上記のように、コリメータレンズの偏向器側の瞳面の
光学的に共役な位置が偏向器の極く近傍にくるように光
学系を配する方法は、装置を大型にするが、発光点が２
〜３点の場合は、その儘偏向器に入射させても回転多面
鏡の径をそれ程大きくすることがない。この発明はこの
ような場合に用いられる走査装置を得ようとするもので
ある。 （問題点を解決するための手段） この発明においては、レーザーダイオードアレイを用
いる光走査光学系は、アレー状光源側から順に、光源か
らの各光束を平行光束とするコリメート部、偏向面内で
アフォーカルで、かつ偏向面と垂直な面内でコリメート
部からの光束を線状に結像する第１の結像光学系、該第
１結像光学系からの光束を偏向する偏向器、該偏向器か
らの光束を上記被走査面上に集光させる第２の結像光学
系からなる走査光学系において、上記第１の光学系はコ
リメータ部から順に偏向面内で屈折力を有するシリンド
リカルレンズ及び正の屈折力を有する球面単レンズから
なり、第２の結像光学系は偏向面と垂直な方向で偏向反
射面と被走査面とを共役関係に置くことを特徴とする。 図面を参照して説明すれば、第１図はこの発明の光走
査光学系の偏向面内（以下、主走査方向と呼ぶ）の、第
２図は偏向面と垂直な方向（以下、副走査方向と呼ぶ）
の基本的な構成をしめす。１は光源で、この発明では半
導体レーザーアレイ、特に第３図に示すような発光部が
２点のものを用いる。２は光源１から出射した光束を平
行光束とするコリメートレンズ、第１の結像光学系を構
成する３、４はそれぞれシリンドリカルレンズと球面レ
ンズであり、シリンドリカルレンズ３は主走査方向にの
み正の屈折力を有しており、Ａはシリンドリカルレンズ
３により集光面である。５は回転多面鏡の偏向反射面で
あり、第２図に示すようにコリメートレンズ２から出射
した光束は、副走査方向では球面レンズ４で偏向反射面
５の近傍に線状に結像する。主走査方向では第１図に示
すように、第１の結像光学系で拡径され、コリメートレ
ンズの射出径よりもそのエクスパンド比だけ太い光束が
偏向反射面５に入射する。 ６、７、８は第２の結像光学系であり、第４図に示す
ように副走査方向で偏向反射面５と被走査媒体９とを共
役関係とし、いわゆる倒れ補正機能を有している。 （作用） 上記光源１は第３図に示すように、接合面10から、接
合面と垂直な方向に長軸を持つ２つの楕円状のビーム
B1,B2が出射される。また、Ｌは２つの発光点の接合面1
0方向のピッチである。Ｌは上記のようにほぼ0.1mm程度
が限界であり、ビームの発散角は接合面10と垂直方向が
エネルギー半値で30゜幅、平行方向が10゜幅程度であ
る。従って、コリメートレンズ２を出射したときの光束
の径は、コリメートレンズ２のN.A.が非常に小さくない
限り、結合面10と垂直な方向の方が大きくなる。 第５図に示すように、上記第２の結像光学系によって
ビームB1が被走査媒体９上で走査する線をl1、そのスポ
ットをSP1とし、ビームB2が被走査媒体９上で走査する
線をl2、そのスポットをSP2とし、SP1とSP2との副走査
ピッチをPSとする。PSは第８のように接合面10を主走査
方向に対して傾ける角度θによって決定されることは知
られている。 しかし、上記のようにコリメートレンズ２出射後の光
束径は接合面の方向でその大きさが異なり、主走査方向
に細く、副走査方向に太い光束になるため、第２の結像
光学径だけでは適正なスポット形状を得ることが出来な
い。 すなわち、第６図は従来の走査光学系を示し、コリメ
ートレンズ２と偏向反射面５の間に副走査方向のみ屈折
力を持つ１個のシリンドリカルレンズＣを用いており、
11は１の発光面、12は第２の結像光学系を示す。このと
きピッチPSを決めるため光源１の接合面を僅かにθだけ
傾けて使用するが、このためスポットSP1、SP2の副走査
方向の大きさはシリンドリカルレンズＣで制御出来る
が、主走査方向はコリメートレンズ２で決ってしまう。
この発明においては、第７図に示すように、主走査方向
のみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ３と球面レン
ズ４によりコリメートレンズ２の出射光を主走査方向に
拡幅し、副走査方向は球面レンズ４によって偏向面近傍
に集束させ、スポットSP1、SP2の形状およびピッチPSを
決めることが出来る。 第７図において、発光面11とコリメートレンズ２との
間隔をａ、コリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ
３の間隔をdO、シリンドリカルレンズ３とその集光面Ａ
との間隔をｂとしたとき、間隔ａはコリメートレンズの
焦点距離fCと等しく、間隔ｂはシリンドリカルレンズの
焦点距離fCYに等しいことは云うまでもない。そして、
本発明においては、従来技術と異なり、コリメートレン
ズ２とシリンドリカルレンズ３の間隔をdOを以下の条件
を満たす範囲で自由に設定できることを特徴とする。 ０＜dO＜|fCY＋fC| そして、本発明の実施例において上記間隔ａ、ｂ、dO
がどの様にとられるかを第１図、第９図に示す。下限は
レンズが接触しないためであり、上限は光源１からシリ
ンドリカルレンズの間隔を不必要に取らないためであ
る。また、コリメートレンズの出射光束幅が主走査方
向、副走査方向で異なるため、 １＜fs/|fcy|＜２ が成り立つ。下限は第１結像光学系がビームエキスパン
ダとして機能するための条件であり、上限は光学性能上
の限界である。 （実施例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。 第２結像系の一例を以下に示す。第１図に示す実施例
において６はアナモフィックな単レンズ、７は正の屈折
力を有する球面単レンズ、８はトーリック面を有するア
ナモフィック単レンズからなり、r2iは主走査方向のレ
ンズの曲率半径、r2i′は副走査方向のレンズの曲率半
径、d2iはレンズ面間隔、d0は偏向反射面とr1の間隔、n
ziはλ＝780nmでの屈折率、fM、fSは第２の結像光学系
の主走査方向、副走査方向の焦点距離、βは副走査方向
の偏向反射面と被走査媒体との共役関係における結像横
倍率として、以下の構成を有する。 第１の結像光学系は第１図、第２図の実施例において
は以下のようであり、表中、、r1iはシリンドリカルレ
ンズ３、球面レンズ４の主走査方向のレンズ曲率半径、
r1i′はシリンドリカルレンズ３、球面レンズ４の副走
査方向のレンズ曲率半径、d1iはそのレンズ面間隔、n1i
はλ＝780nmにおける屈折率、fcy、fsは夫夫シリンドリ
カルレンズ３、球面レンズ４の焦点距離である。 また、第９図、第10図の実施例においては以下のよう
である。 （発明の効果） この発明は、上記の構成を有するので、複数の走査線
を同時に走査出来るので、記録、表示が高速で出来る
か、または偏向器の速度を遅く出来る。光学レイアウト
が簡単で、光学部品も好くなくて済み、コストを引き下
げることが出来る。走査線が複数になっても像面湾曲が
小さいので高密度のレーザー書き込み系が得られる等の
効果を奏する。
光源としてレーザーダイオードアレイを用いた走査光学
系に関する。 （従来技術） 同時に複数の走査線を走査すれば実質的に走査速度を
上げることが出来るので、複数ビームを同時に走査する
光学系が公知である。この中、複数光源としてレーザー
ダイオードアレイを用いるものは、光源の取扱いが容易
になる。このようなレーザーダイオードアレイを用いた
走査光学系は、例えば特開昭56−69611号にその例が見
られる。 レーザーダイオードをアレイ化した場合、熱の発散や
製作技術等の制約によってアレイのピッチ１は、１＝0.
1mm程度が限界である。コリメータレンズの焦点距離をf
mm、ダイオード数をｎとすれば、アレイ端部のダイオ
ードからのコリメートされた平行光束は、角度にして θ［rad］＝n1/f だけの拡がりを有し、回転多面鏡による各ダイオードの
共通の光走査範囲は光源１個の場合に比べ極めて狭いも
のとなってしまう。この問題を解決するためには、回転
多面鏡の径を大きくしなければならず、高速回転をさせ
るためには駆動力の大きなモータが必要となり、コスト
も上昇し、大型化する。このため、特開昭56−69611号
では、コリメータレンズの偏向器側の瞳面の光学的に共
役な位置が偏向器の極く近傍に配されるように光学系が
構成されている。この方法は、レーザーアレイの発光点
が多数の場合には有効であるが、光源から偏向器までの
光路長を長くし、走査装置を大型のものとしてしまう。 （この発明が解決しようとする問題点） 上記のように、コリメータレンズの偏向器側の瞳面の
光学的に共役な位置が偏向器の極く近傍にくるように光
学系を配する方法は、装置を大型にするが、発光点が２
〜３点の場合は、その儘偏向器に入射させても回転多面
鏡の径をそれ程大きくすることがない。この発明はこの
ような場合に用いられる走査装置を得ようとするもので
ある。 （問題点を解決するための手段） この発明においては、レーザーダイオードアレイを用
いる光走査光学系は、アレー状光源側から順に、光源か
らの各光束を平行光束とするコリメート部、偏向面内で
アフォーカルで、かつ偏向面と垂直な面内でコリメート
部からの光束を線状に結像する第１の結像光学系、該第
１結像光学系からの光束を偏向する偏向器、該偏向器か
らの光束を上記被走査面上に集光させる第２の結像光学
系からなる走査光学系において、上記第１の光学系はコ
リメータ部から順に偏向面内で屈折力を有するシリンド
リカルレンズ及び正の屈折力を有する球面単レンズから
なり、第２の結像光学系は偏向面と垂直な方向で偏向反
射面と被走査面とを共役関係に置くことを特徴とする。 図面を参照して説明すれば、第１図はこの発明の光走
査光学系の偏向面内（以下、主走査方向と呼ぶ）の、第
２図は偏向面と垂直な方向（以下、副走査方向と呼ぶ）
の基本的な構成をしめす。１は光源で、この発明では半
導体レーザーアレイ、特に第３図に示すような発光部が
２点のものを用いる。２は光源１から出射した光束を平
行光束とするコリメートレンズ、第１の結像光学系を構
成する３、４はそれぞれシリンドリカルレンズと球面レ
ンズであり、シリンドリカルレンズ３は主走査方向にの
み正の屈折力を有しており、Ａはシリンドリカルレンズ
３により集光面である。５は回転多面鏡の偏向反射面で
あり、第２図に示すようにコリメートレンズ２から出射
した光束は、副走査方向では球面レンズ４で偏向反射面
５の近傍に線状に結像する。主走査方向では第１図に示
すように、第１の結像光学系で拡径され、コリメートレ
ンズの射出径よりもそのエクスパンド比だけ太い光束が
偏向反射面５に入射する。 ６、７、８は第２の結像光学系であり、第４図に示す
ように副走査方向で偏向反射面５と被走査媒体９とを共
役関係とし、いわゆる倒れ補正機能を有している。 （作用） 上記光源１は第３図に示すように、接合面10から、接
合面と垂直な方向に長軸を持つ２つの楕円状のビーム
B1,B2が出射される。また、Ｌは２つの発光点の接合面1
0方向のピッチである。Ｌは上記のようにほぼ0.1mm程度
が限界であり、ビームの発散角は接合面10と垂直方向が
エネルギー半値で30゜幅、平行方向が10゜幅程度であ
る。従って、コリメートレンズ２を出射したときの光束
の径は、コリメートレンズ２のN.A.が非常に小さくない
限り、結合面10と垂直な方向の方が大きくなる。 第５図に示すように、上記第２の結像光学系によって
ビームB1が被走査媒体９上で走査する線をl1、そのスポ
ットをSP1とし、ビームB2が被走査媒体９上で走査する
線をl2、そのスポットをSP2とし、SP1とSP2との副走査
ピッチをPSとする。PSは第８のように接合面10を主走査
方向に対して傾ける角度θによって決定されることは知
られている。 しかし、上記のようにコリメートレンズ２出射後の光
束径は接合面の方向でその大きさが異なり、主走査方向
に細く、副走査方向に太い光束になるため、第２の結像
光学径だけでは適正なスポット形状を得ることが出来な
い。 すなわち、第６図は従来の走査光学系を示し、コリメ
ートレンズ２と偏向反射面５の間に副走査方向のみ屈折
力を持つ１個のシリンドリカルレンズＣを用いており、
11は１の発光面、12は第２の結像光学系を示す。このと
きピッチPSを決めるため光源１の接合面を僅かにθだけ
傾けて使用するが、このためスポットSP1、SP2の副走査
方向の大きさはシリンドリカルレンズＣで制御出来る
が、主走査方向はコリメートレンズ２で決ってしまう。
この発明においては、第７図に示すように、主走査方向
のみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ３と球面レン
ズ４によりコリメートレンズ２の出射光を主走査方向に
拡幅し、副走査方向は球面レンズ４によって偏向面近傍
に集束させ、スポットSP1、SP2の形状およびピッチPSを
決めることが出来る。 第７図において、発光面11とコリメートレンズ２との
間隔をａ、コリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ
３の間隔をdO、シリンドリカルレンズ３とその集光面Ａ
との間隔をｂとしたとき、間隔ａはコリメートレンズの
焦点距離fCと等しく、間隔ｂはシリンドリカルレンズの
焦点距離fCYに等しいことは云うまでもない。そして、
本発明においては、従来技術と異なり、コリメートレン
ズ２とシリンドリカルレンズ３の間隔をdOを以下の条件
を満たす範囲で自由に設定できることを特徴とする。 ０＜dO＜|fCY＋fC| そして、本発明の実施例において上記間隔ａ、ｂ、dO
がどの様にとられるかを第１図、第９図に示す。下限は
レンズが接触しないためであり、上限は光源１からシリ
ンドリカルレンズの間隔を不必要に取らないためであ
る。また、コリメートレンズの出射光束幅が主走査方
向、副走査方向で異なるため、 １＜fs/|fcy|＜２ が成り立つ。下限は第１結像光学系がビームエキスパン
ダとして機能するための条件であり、上限は光学性能上
の限界である。 （実施例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。 第２結像系の一例を以下に示す。第１図に示す実施例
において６はアナモフィックな単レンズ、７は正の屈折
力を有する球面単レンズ、８はトーリック面を有するア
ナモフィック単レンズからなり、r2iは主走査方向のレ
ンズの曲率半径、r2i′は副走査方向のレンズの曲率半
径、d2iはレンズ面間隔、d0は偏向反射面とr1の間隔、n
ziはλ＝780nmでの屈折率、fM、fSは第２の結像光学系
の主走査方向、副走査方向の焦点距離、βは副走査方向
の偏向反射面と被走査媒体との共役関係における結像横
倍率として、以下の構成を有する。 第１の結像光学系は第１図、第２図の実施例において
は以下のようであり、表中、、r1iはシリンドリカルレ
ンズ３、球面レンズ４の主走査方向のレンズ曲率半径、
r1i′はシリンドリカルレンズ３、球面レンズ４の副走
査方向のレンズ曲率半径、d1iはそのレンズ面間隔、n1i
はλ＝780nmにおける屈折率、fcy、fsは夫夫シリンドリ
カルレンズ３、球面レンズ４の焦点距離である。 また、第９図、第10図の実施例においては以下のよう
である。 （発明の効果） この発明は、上記の構成を有するので、複数の走査線
を同時に走査出来るので、記録、表示が高速で出来る
か、または偏向器の速度を遅く出来る。光学レイアウト
が簡単で、光学部品も好くなくて済み、コストを引き下
げることが出来る。走査線が複数になっても像面湾曲が
小さいので高密度のレーザー書き込み系が得られる等の
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の光走査光学系の１実施例の偏向面内
の光学配置図、第２図は偏向面と垂直な方向の光学配置
図、第３図は発光部が２点の半導体レーザーアレイの斜
視図、第４図は副走査方向の倒れ補正機能の説明図、第
５図は副走査ピッチPSの説明図、第６図は従来の走査光
学系、第７図はこの発明の走査光学系の基本構成図、第
８図は副走査ピッチPSの決定法の説明図、第９図、第10
図は、他の実施例の光学配置図である。 1:レーザーアレイ、2:コリメートレンズ 3:シリンドリカルレンズ、4:球面レンズ 5:偏向反射面、6:アナモフィックレンズ 7:球面単レンズ、8:トーリック面を有するアナモフィッ
ク単レンズ、9:被走査媒体 10:接合面、11:レーザーアレイ発光面 12:第２の結像光学系
の光学配置図、第２図は偏向面と垂直な方向の光学配置
図、第３図は発光部が２点の半導体レーザーアレイの斜
視図、第４図は副走査方向の倒れ補正機能の説明図、第
５図は副走査ピッチPSの説明図、第６図は従来の走査光
学系、第７図はこの発明の走査光学系の基本構成図、第
８図は副走査ピッチPSの決定法の説明図、第９図、第10
図は、他の実施例の光学配置図である。 1:レーザーアレイ、2:コリメートレンズ 3:シリンドリカルレンズ、4:球面レンズ 5:偏向反射面、6:アナモフィックレンズ 7:球面単レンズ、8:トーリック面を有するアナモフィッ
ク単レンズ、9:被走査媒体 10:接合面、11:レーザーアレイ発光面 12:第２の結像光学系
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭56−69611（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−184117（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−233616（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．アレー状に配列された２あるいは３の光源からの光
束によって被走査面を走査する走査光学系において、 上記アレー状光源側から順に、光源からの各光束を平行
光束とするコリメート部、偏向面内でアフォーカルで、
かつ偏向面と垂直な面内でコリメート部からの光束を線
状に結像する第１の結像光学系、該第１結像光学系から
の光束を偏向する偏向器、該偏向器からの光束を上記被
走査面上に集光させる第２の結像光学系からなり、 上記第１の結像光学系はコリメータ部から順に偏向面内
で屈折力を有するシリンドリカルレンズ及び正の屈折力
を有する球面単レンズからなり、 第２の結像光学系は偏向面と垂直な方向で偏向反射面と
被走査面とを共役関係におき、 かつ、コリメート部と第１結像光学系のシリンドリカル
レンズの間隔dO、fCY、fCをそれぞれ第１結像光学系の
シリンドリカルレンズおよびコリメート部の焦点距離と
したとき ０＜dO＜|fCY＋fC| の条件を満足することを特徴とするレーザーダイオード
アレイを用いる光走査光学系
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62040193A JP2741195B2 (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | レーザーダイオードアレイを用いる光走査光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62040193A JP2741195B2 (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | レーザーダイオードアレイを用いる光走査光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63208021A JPS63208021A (ja) | 1988-08-29 |
| JP2741195B2 true JP2741195B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=12573942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62040193A Expired - Lifetime JP2741195B2 (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | レーザーダイオードアレイを用いる光走査光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2741195B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07111509B2 (ja) * | 1988-08-19 | 1995-11-29 | キヤノン株式会社 | 光走査装置 |
| JPH09281420A (ja) | 1996-04-10 | 1997-10-31 | Minolta Co Ltd | レーザビーム走査光学装置 |
| IL120841A (en) * | 1997-05-16 | 2001-07-24 | Creoscitex Corp Ltd | Writing heads with an array of laser diodes that can be turned separately |
| JP4929761B2 (ja) | 2006-03-02 | 2012-05-09 | リコープリンティングシステムズ株式会社 | 光走査装置及びこれを使用した画像形成装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5669611A (en) * | 1979-11-13 | 1981-06-11 | Canon Inc | Scanning optical system for array light source |
| JPS58184117A (ja) * | 1982-04-22 | 1983-10-27 | Canon Inc | 複数ビ−ム走査装置 |
| JPS60233616A (ja) * | 1984-05-07 | 1985-11-20 | Canon Inc | 光学走査装置 |
-
1987
- 1987-02-25 JP JP62040193A patent/JP2741195B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63208021A (ja) | 1988-08-29 |
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