JP2914504B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子写真プロセスを有し高精細画像出力を
要求されるレーザービームプリンタやレーザービーム複
写機等に使用される光走査装置、すなわち半導体レーザ
ーなどからの光束を像担持体等の上に露光走査する光走
査装置に関する。

［従来の技術］ 従来、レーザービームプリンタやレーザービーム複写
装置内において半導体レーザー素子を用いて像担持体上
に画像を光走査して書き込む光走査装置では、半導体レ
ーザーの自己発熱や外周温度変化によって半導体レーザ
ーの出力モードが変化してレーザービームの波長変動が
起こり、それにより被走査面である像担持体上のピント
（ビームウェストの位置）の変動や光走査光学系の倍率
の色収差による光走査方向の走査位置変動が起こるとい
う現象がある。これに対する対策として、半導体レーザ
ー素子自体を一定の温度下に配置してその環境をコント
ロールするというものがあった。

例えば、半導体レーザー素子にペルチェ素子を熱的密
着させ、加熱、冷却によりレーザー素子の温度調節を行
なったり、ヒーターを設けて外気温度より高温でレーザ
ー素子の温度調節を行なったりして、上記半導体レーザ
ー素子の出力モード変化による波長変動を原因とするピ
ントや光走査位置の変動を防止し、光走査画像の低品位
化を防いでいた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記一定の温度下にレーザー素子を置く
という従来例では、半導体レーザー素子を温度調節する
為にペルチェ素子、ヒーター、温度制御手段等を用いな
ければならず、光走査装置としては高価なものとなって
しまっていた。

また、この従来例では、半導体レーザー素子から出射
した光がコリメーターレンズなどの光学部材によりその
強度の何パーセントか反射され、半導体レーザー素子自
身に戻ってくる自己発振光により出力モード変化を起こ
すという現象に対しては、対処困難であった。この現象
に対する対処法としては、上記コリメーターレンズなど
の光学部材の反射防止膜を多層膜で構成して反射率を極
力小さくすることで戻り光を抑えるとか、偏光素子を半
導体レーザー素子と光学部材の間の光路中に設けて光学
部材からの反射光を遮断するなどの方法があるが、いず
れにせよ高価なものになることは避けられない。

更に、半導体レーザーの波長変動に対して走査像面の
移動を防止するものとして、光走査光学系全系を通して
軸上色収差を補正することも考えられるが、この方法で
は像面移動を防止することは出来るが倍率の色収差の補
正が行なわれていないので、半導体レーザーの波長が周
囲温度変化によるモード跳躍によって変動すると光走査
長が変動（ディストーションの変動も同時に起こる）し
てしまう為、光走査レンズの光軸から離れる程、理想的
に光照射したい位置から光照射位置がずれてしまうこと
になる。そして、極端な場合、モードホップは瞬時に起
こる為に波長が連続的ではなく離散的に変化して、走査
画像がとぎれた状態で記録されてしまうことにもなる。

従って、本発明の目的は、半導体レーザーの波長変動
による記録画像の不連続性を除去し高品位な画像を走査
記録することが出来る光走査装置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では、レーザー発振器
より発振されたレーザー光を一面または多面反射鏡など
の光偏向器により偏向し被照射体または像担持体上に光
走査する光走査装置において、前記レーザー発振器は環
境温度変化によってレーザー発光モードが変化し発振波
長が離散的に変動する単モード半導体レーザ素子であ
り、走査方向（光走査方向）の倍率色収差（横収差の一
因）を、波長幅±5nmに対して、光走査ビームの走査方
向のスポット径の1/2以下に補正した走査光学系が用い
られている。

［実施例］ 第１図は本発明の光走査装置の実施例の光路図であ
る。第１図には、光ビームが経時的に形成する走査面に
おける構成と共に、これと並行して走査面に垂直な方向
である副走査方向（すなわち光軸に直交する２軸のうち
光走査方向に直交する方向）における構成が示されてい
る。

第１図において、画像信号に従って変調駆動される光
源である半導体レーザーダイオード１から発振される光
束は、コリメーターレンズ3a、3b、3c,3dによって平行
光束に変換され、絞り部材10によってビーム外径が決定
される、そして、このビームは、シリンドリカルレンズ
4a、4bで、光偏光器である回転多面鏡６の反射面上に副
走査方向にのみ集光されて線状光束となって入射し、そ
こで偏向された後、光走査方向にｆ・θ特性を持ち副走
査方向に共役結像系として構成されたアナモフィックレ
ンズ7a、7b、7cによって被照射体面９に集光される。こ
のとき、回転多面鏡６の第１図の矢印方向への等速回転
によって、被照射体面９上のこの集光ビームは線状に光
走査される。

第１図の構成において、２、５、８は防塵の為のカバ
ーガラスであり、アナモフィックレンズ7a〜7cは副走査
方向において回転多面鏡６の反射面と被照射体面９上に
共役点を持っている。この為、回転多面鏡６が回転に伴
って歳差運動を起こしても、また、回転多面鏡６自体の
反射面加工精度により隣接する面の傾きがあっても、被
照射体面９上では同一の走査線上を走査するようになっ
ている。

以上に加えて本発明の実施例においては、半導体レー
ザー１の環境温度変化（自己発熱も含む）によってレー
ザー発光モードが変化し発振波長が離散的に変動する単
モード半導体レーザー素子を用いた場合に（第５図、第
６図参照）光走査の連続性を確保する為に、全系におい
て軸上色収差は当然のこととして補正すると共に、回転
多面鏡６による光偏向によって発生するアナモフィック
レンズ7a〜7cの倍率の色収差を、レーザー波長変動±5n
mにおいて±13μｍの光走査位置変動に抑えている。

即ち、軸上色収差に関しては、波長±5nmの変動に対
して±50μｍ以内に補正している（第２図、第３図参
照）。この量を横収差に対応させると±2.5μｍ程度の
変動となり、換言すれば、レーザービームウェスト内で
はスポット径が変化することなく、ビームウェスト外で
は、光走査のスポット径が30μｍとすれば、レーザーの
波長変動±5nmによって最大で30±2.5μｍ程度のスポッ
ト径変動が起こるにすぎないことを意味する。

また、倍率の色収差に関しては、半導体レーザーのモ
ードホップは、一般的に、波長が670nm程度のものであ
ると、約1nm程度の波長変動を起こす為（第６図参
照）、光走査中の任意の時刻に1nmの波長変動が起こっ
たとすると、光走査位置変動は最大で約2.5μｍ（≒13/
5）移動する程度に補正されている（第４図参照）。

この2.5μｍ程度の移動量は、本実施例の光走査ビー
ムスポット径（ピーク光強度に対して1/e²になる強度の
幅として測って）が走査方向に約30μｍ（副走査方向に
は約65μｍ）である為、走査位置の離散的不連続変動と
して走査方向のスポット径の1/10以下となる。この程度
の変動であると、被照射体９上の記録像として人間の目
では判別できない為、画質的な劣化は認められず高品位
な画像の光走査が可能となる。

以上のことは、波長幅±5nmに対して言うなら、走査
位置の離散的不連続変動が走査方向のスポット径の1/2
程度以下であればよいことになる。

以上の実施例の光学パラメータは以下の表１に詳細に
記載してある。符号については第１図に示す通りであ
る。

光走査長は光軸中心に対し±150nm 回転多面鏡６はφ73mmで６面体 ［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、半導体レーザー
を用いた光走査光学系において、軸上の色収差はもとよ
り倍率の色収差が補正されることによって、半導体レー
ザーの波長変動による走査位置の変動に起因する走査記
録画像の不連続性、が改善され、走査記録画像の品質が
向上させられる。しかも、半導体レーザーの温度制御装
置などを省くことが出来るので、低価格化をも可能とし
ている。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は実施例の走
査方向のビームウエスト像面湾曲量を示す収差図、第３
図は実施例の副走査方向のビームウエスト像面湾曲量を
示す収差図、第４図は実施例の倍率色収差を示す収差
図、第５図は単モード半導体レーザーの波長特性を示す
図、第６図は半導体レーザーの発振波長温度依存性を示
す図である。 １……半導体レーザー、２、５、８……カバーガラス、
3a〜3d……コリメーターレンズ、4a、4b……シリンドリ
カルレンズ、６……回転多面鏡、7a〜7c……アナモフィ
ックレンズ、９……被照射体、10……絞り

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー発振器より発振されたレーザー光
   を光偏向器により偏向し被照射体上に光走査する光走査
   装置において、前記レーザー発振器は環境温度変化によ
   ってレーザー発光モードが変化し発振波長が離散的に変
   動する単モード半導体レーザ素子であり、走査方向の倍
   率色収差を、波長幅±5nmに対して、光走査ビームの走
   査方向のスポット径の1/2以下に補正した走査光学系が
   用いられている光走査装置。
2. 【請求項２】前記走査光学系の軸上色収差が全系におい
   て補正されている請求項１記載の光走査装置。