JP2907292B2 - 色消しレーザ走査光学系 - Google Patents

色消しレーザ走査光学系

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はレーザビームプリンタなどに用いられるレー
ザ走査光学系に関し、特に、半導体レーザなどを光源と
して高解像を目的とした色消しレーザ走査光学系に関す
る。
[従来の技術] 第6図は(a)、(b)はレーザ走査光学系の一般的
な構成を示す。同図において、半導体レーザ1を発した
レーザ光束はコリメータレンズ2により平行光束とさ
れ、この平行光束は副走査方向(走査ビームが経時的に
形成する主走査面に垂直な方向であり、ここでは第6図
(a)において、紙面に垂直な方向)にのみパワーを有
するシリンドリカルレンズ3によりポリゴンミラー4の
反射鏡面上に線状に結像された後、反射、偏向されてト
ーリックレンズを含む走査レンズ系5によって感光ドラ
ム6上にスポット状に結像される。
ところで、半導体レーザ1の性質として、温度等の環
境変化により発振光の波長が変動することが知られてい
る。例えば、波長780nmの半導体レーザでは、温度範囲
−40℃〜60℃において±20nm程度の変動がある。この波
長変動につれて色収差によりレーザ走査光学系の像面位
置も変動してしまう。結像スポット径があまり小さくな
く、走査レンズ系5のFナンバーの大きいレーザ走査光
学系では、良好なスポットの得られる範囲(焦点深度)
が広いので、レーザ波長の変動による像面の移動は無視
できる程度である。
しかし、より微小なスポットを形成するようにしたレ
ーザ走査光学系では、走査レンズ5のFナンバーも35以
下と小さく焦点深度が浅いので、上記の像面変動によっ
て焦点深度の範囲から感光ドラム面5が外れてしまい所
望のスポットが得られなくなる。例えば、波長780nmの
半導体レーザを用いた時に50μm以下のスポット径を目
的とした第7図に示す様な走査レンズ15を有するレーザ
走査光学系では、焦点深度は±1mm程度となり、これに
対して、半導体レーザ1の波長が±20nm変動すると像面
位置は±0.8mm程移動してしまう。
この様子を後に示す表6のデータで示す第7図の走査
レンズ15と表7のデータで示す第8図の単一レンズから
成るシリンドリカルレンズ13を組み合わせた場合で調べ
てみると(表6、表7の符号については、表1等の符号
の説明(後述)を参照)、第9図(a)、(b)に示す
如く、主走査面、副走査面において、±20nmの波長変動
により像面位置が相当変動する。
従って、波長変動による影響が焦点深度内に収まる様
にする為には、レーザ走査光学系を感光ドラム6に対し
て±0.2mmの位置精度で取り付ける必要があり、加工精
度が厳しくなってコスト的に非常に高いものとなる。そ
こで、上記波長変動の影響を小さくする為に、レーザス
ポットの集光状態を検出するセンサーからの信号に基づ
いてコリメータレンズ系の一部を駆動して像面位置調整
をしたり(オートフォーカス)、コリメータレンズ2と
走査レンズ5の色収差が打ち消し合う様にして走査系全
体の色収差を補正する等の方法が提案されている。
[発明が解決しようとする課題] しかし乍ら、上記オートフォーカスの方法は構成が複
雑になって装置全体が高価になってしまう。一方、後者
の例はこうした欠点はないが、次の様な問題がある。
走査レンズ5にトーリックレンズ等のアナモフィック
光学系を含んで倒れ補正光学系(偏向器であるポリゴン
ミラーなどの偏向反射面が倒れても走査光束が被照射体
上の同一走査線上に結像される様にする光学系)となっ
ている場合、主走査面と副走査面(レンズの光軸を含み
主走査面に垂直な面)において色収差が異なるので両方
の面での色収差を同時に取り切れないことになる。例え
ば、表6の走査レンズ15(第7図)と表7の単一レンズ
から成るシリンドリカルレンズ13(第8図)を組み合わ
せ、コリメータレンズとして後述の表3のコリメータレ
ンズ(第3図(a))を用いた場合の波長変動による像
面位置の変動の様子を第10図(a)、(b)に示す。主
走査面では(第10図(a))、像面の移動は殆どない
が、副走査面では(第10図(b))、像面の移動の補正
は充分になされていないことが分かる。
従って、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、波長変
動による主走査面及び副走査面における像面位置の変動
を共に補正することができる構成を持つ色消しレーザ走
査光学系を提供することにある。
[課題を解決する為の手段] 上記目的を達成する為の本発明においては、レーザ光
源、コリメータレンズ、副走査方向にパワーを有するシ
リンドリカルレンズ、走査レンズを含む走査光学系全体
として、レーザ光源からの光の波長変動による主走査面
における像面位置の変動及び副走査面における像面位置
の変動が補正されるようになっている。
より具体的には、コリメータレンズとポリゴンミラー
などの偏向器との間のシリンドリカルレンズを2枚以上
の構成にしている。
[作用] 上記構成の本発明によるレーザ走査光学系では、コリ
メータレンズと走査レンズとに加えてシリンドリカルレ
ンズをも含んだ走査光学系全体として、波長変動による
像面位置の変動を補正しようとしているので、主走査面
及び副走査面における像面位置の変動を共に充分に補正
することができる。
主走査面における波長変動による像面の移動を補正す
るレーザ走査光学系の構成としては、レーザ光源とシリ
ンドリカルレンズの間のコリメーターレンズに工夫を施
すのが好ましく、副走査面における波長変動による像面
の移動を補正するレーザ走査光学系の構成としては、コ
リメーターレンズと偏向器の間のシリドリカルレンズに
工夫を施すのがよい。
[実施例] 第1図は基本構成としては第6図と同じ構成を持つ走
査光学系に用いられるコリメータレンズ7とシリンドリ
カルレンズ8を示し、第1図(a)はコリメータレンズ
7を、第1図(b)はシリンドリカルレンズ8の副走査
面における断面を示す。図示右側がレーザ光源側であ
る。
コリメータレンズ7は凸凹の2枚のレンズ7a、7bで構
成されており、シリンドリカルレンズ8は共に副走査方
向にのみパワーを持つ凸凹の2枚のシリンドリカルレン
ズ8a、8bで構成されている。
第1図(a)、(b)の構成で、表6の走査レンズ15
(第7図)に合わせて設計したコリメータレンズ7とシ
リンドリカルレンズ8の例を表1及び表2に示す。
尚、各表において、ri、di、niは光源側から数えて第
1番目のレンズ面の曲率半径、第i番目のレンズ面から
第i+1番目のレンズ面までの面間隔、第i番目のレン
ズ面の後側の媒質の屈折率を夫々示す。
表1 波長780nm r1=132.18062 d1=2.00 n1=1.51073 r2=4.97103 d2=0.1 n2=1(空気) r3=4.97468 d3=5.00 n3=1.76591 r4=−6.77860 f(焦点距離)=23.2 FNO(Fナンバー)=4 表2 波長780nm r⊥=−16.9670 ・r‖5=∽ d5=2.00 n5=1.51072 r⊥=−5.67111 r‖6=∽ d6=0 n6=1(空気) r⊥=−5.67111 r‖7=∽ d7=2.00 n7=1.76591 r⊥=−9.30761 r‖8=∽ (ただしr⊥は副走査面における曲率半径rは主走査
面における曲率半径) 表1、表2の設計例を表6の走査レンズ15(第7図)
と共に用いた場合において、レーザ光束の波長が変動し
たときの像面の位置の変動を第2図に示す。第2図
(a)は主走査面における様子、第2図(b)は副走査
面における様子を示す。
この場合、コリメータレンズ7を2枚構成とすると共
にこのコリメータレンズ7とポリゴンミラー4の間のシ
リンドレカルレンズ8も2枚構成としているので、第2
図に示す様に、主走査面及び副走査面共に、波長変動に
よる像面位置変動に対する影響が小さくなっている。
第3図は第2実施例を示す。第3図(a)はコリメー
タレンズ9を示し、第3図(b)はシリンドリカルレン
ズ10の副走査面における断面を示す。図中、右側がレー
ザ光源側である。
コリメータレンズは凸凹凸の3枚のレンズ9a、9b、9c
で構成され、特に凸レンズ9a、9cの一方には非球面レン
ズを用いているので球面収差の補正が良好にできるシリ
ンドリカルレンズ10は第1実施例と同じく凸凹のレンズ
10a、10b構成となっている。このレンズ構成では、コリ
メータレンズ9の凹凸貼り合わせレンズ9b、9cを光軸方
向に移動することで主走査面での像面位置の調整がで
き、シリンドリカルレンズ10を光軸方向に移動させるこ
とで副走査面での像面位置の調整ができる。従って、走
査光学系の位置加工精度がさほど厳しくなる。
第2図(a)、(b)の構成で、表6の走査レンズ15
(第7図)に合わせて設計した例が表3、表4に示され
ている。表3、表4のコリメータレンズ9及びシリンド
リカルレンズ10を表6の走査レンズ15と共に用いた場合
で波長変動したときの像面位置の変動が第4図に示され
ている。
この場合も、主走査面(第4図(a))及び副走査面
(第4図(b))共に、波長変動による像面位置変動に
対する影響が小さくなっている。
表3 波長780nm r1=∽ d1=2.50 n1=1.57645 r2=非球面 d2=6.00 n2=1(空気) r3=−12.84291 d3=2.00 n3=1.76591 r4=17.52189 d4=0 n4=1(空気) r5=17.52189 d5=3.00 n5=1.57645 r6=−9.37369 f=23.2mm FNO=4 非球面データは x=(h2/R)/[1+{1−(h/R)1/2] +Ah2+Bh2 (h:光軸からの距離、x:球面からのズレ量)について R=−11.8399、A=−7.9792×10-3、B=4.05317×10
-5
表4 波長780nm r⊥=−16.9670 r‖7=∽ d7=2.00 n7=1.51072 r⊥=−5.67111 r‖8=∽ d8=0 n8=1(空気) r⊥=−5.67111 r‖9=∽ d9=2.00 n9=1.76591 r⊥10=−9.30761 r‖10=∽ (ただしr⊥は副走査面における曲率半径、rは主走
査面における曲率半径) 第5図は第3実施例を示す。第5図(a)はコリメー
タレンズ11を示し、第5図(b)はシリンドリカルレン
ズ12の副走査面における断面を示す。コリメータレンズ
11は凸凹凸の3枚のレンズ11a、11b、11cで構成され、
特に凸レンズ11a、11cの一方には第2実施例と同様に非
球面レンズを用いている。シリンドリカルレンズ12は凹
凸のレンズ構成12a、12bになっている。
第3実施例でも、コリメータレンズ11の凹凸貼り合わ
せレンズ11b、11cを光軸方向に、またシリンドリカルレ
ンズ12を光軸方向に移動することにより、夫々、主走査
面での像面位置と副走査面での像面位置を独立に調整で
きる。
第5図(a)、(b)の構成で表6の走査レンズ15
(第7図)に合わせて設計した例を上記表3及び表5に
示す。
この場合も、主走査面及び副走査面共に、波長変動に
よる像面位置変動に対する影響が小さくなっている。
表5 波長780nm r⊥=8.36557 r‖7=∽ d7=2.00 n7=1.76591 r⊥=6.09814 r‖8=∽ d8=0 n8=1(空気) r⊥=6.09814 r‖9=∽ d9=2.00 n9=1.51072 r⊥10=9.92218 r‖10=∽ (ただしr⊥は副走査面における曲率半径、rは主走
査面における曲率半径) 以上説明した本発明のレーザ走査光学系では、コリメ
ータレンズとシリンドリカルレンズとを含むレーザ光源
から偏向器に至る光学系は、主走査面及び副走査面にお
いて、該光学系自体の持つ色収差が走査レンズの持つ色
収差に対して逆の特性と成るようにしたり、また、主走
査面内及び副走査面内において、該光学系の持つ色収差
を過修正としたりする構成を取っている。
過修正の意味について説明する。ガラスで形成された
凸レンズの場合、色収差がないときは、波長が長い方へ
変化するとその焦点距離も長い方へ変化する。色収差が
修正されているときは、波長が長い方へ変化してもその
焦点距離は変化しない。色収差が過修正されているとき
は、波長が長い方へ変化すると、その焦点距離は逆に短
い方へ変化する。
また、シリンドリカルレンズは副走査面内において、
シリンドリカルレンズ自体の持つ色収差が走査レンズの
持つ色収差に対して逆の特性となるようにしたり、ま
た、副走査面内において、シリンドリカルレンズの持つ
色収差を過修正としたりする構成をとっている。
このように、コリメーターレンズと走査レンズとに加
えてシリンドリカルレンズをも含んだ光学系全体とし
て、波長変動による像面位置の変動を補正するので、主
走査面及び副走査面における像面位置の変動を共に十分
に補正することができる。
尚、第2、第3実施例では、コリメータレンズ中の貼
り合わせレンズを利用してオートフォーカス装置を組み
込むことも可能である。
表6 波長780nm R1=−31.90404 D1=4.7 N1=1.51072 R2=−156.20703 D2=2.09475 N2=1 R3=−107.65086 D3=16.7 N3=1.76591 R4=−52.70210 D4=1.00 N4=1 R‖5=∽ R⊥=−157.46 D5=16.1 N5=1.78569R‖6=−131.55 R⊥=38.20
8 (ただしRは主走査面における曲率半径、R⊥は副走
査面における曲率半径) f=170.4mm、半画角(ω/2)=37.5゜、FNO=29 表7 r⊥=55.22 r‖5=∽ d5=7.00 n1=1.76591 r6=∽ (ただしr⊥は副走査面における曲率半径、rは主走
査面における曲率半径) [発明の効果] 以上説明した様に、本発明によれば、走査光学系を適
当に構成することによりレーザなどの光源の波長変動に
依らず像面位置が一定しているので、微小スポットを目
的とした高解像の場合でも常に安定したスポットが簡単
な構成によって得られる。
更に、波長変動による像面の位置の変動が無視できる
ので、実質的な像面の焦点深度を広くみなせて、その為
走査レンズ系の位置加工精度を緩めることができて加工
コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は第1実施例のコリメータレンズの図、第
1図(b)は第1実施例のシリンドリカルレンズを示す
図、第2図は第1実施例での波長変動による像面位置変
動を示す図、第3図(a)は第2実施例のコリメータレ
ンズの図、第3図(b)は第2実施例のシリンドリカル
レンズを示す図、第4図は第2実施例での波長変動によ
る像面位置変動を示す図、第5図(a)は第3実施例の
コリメータレンズの図、第5図(b)は第3実施例のシ
リンドリカルレンズを示す図、第6図は従来のレーザ走
査光学系を説明する為の図、第7図は走査レンズの例を
示す図、第8図はシリンドリカルレンズの例を示す図、
第9図及び第10図は従来の例での波長変動による像面位
置変動を示す図である。 1……半導体レーザ、4……ポリゴンミラー、6……感
光ドラム、7、9、11……コリメータレンズ、8、10、
12……シリンドリカルレンズ、15……走査レンズ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光源、コリメータレンズ、副走査方
    向にパワーを有するシリンドリカルレンズ、走査レンズ
    を含むレーザ走査光学系において、該走査光学系全体と
    して、レーザ光源からの光の波長変動による主走査面に
    おける像面位置の変動及び副走査面における像面位置の
    変動を補正することを特徴とする色消しレーザ走査光学
    系。
  2. 【請求項2】前記シリンドリカルレンズが少なくとも2
    枚のレンズから構成されている請求項1記載のレーザ走
    査光学系。
  3. 【請求項3】前記コリメータレンズが少なくとも2枚の
    レンズから構成されている請求項1又は2記載のレーザ
    走査光学系。
  4. 【請求項4】前記コリメータレンズの一部とシリンドリ
    カルレンズが光軸方向に移動可能となっている請求項1
    記載のレーザ走査光学系。
JP29419289A 1989-01-09 1989-11-13 色消しレーザ走査光学系 Expired - Lifetime JP2907292B2 (ja)

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DE69014908T DE69014908T3 (de) 1989-01-09 1990-01-08 Achromatisches optisches Laserabtastsystem.
US07/921,403 US5270851A (en) 1989-01-09 1992-07-30 Achromatic-type laser scanning optical system

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