JP2962501B2 - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ等に用
いられる光ビーム走査装置に関し、特に半導体レーザ等
の光源からの光ビームを２個以上のホログラムを介して
回折し、この回折光を感光体ドラム等の結像体上で走査
させる光ビーム走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ等に用いられる光ビーム
走査装置の一従来例として、特開昭６２−２００３１８
号公報に開示された半導体レーザ走査装置がある。この
半導体レーザ装置は、レーザ光を出射するレーザダイオ
ードおよびその光出力をモニターするフォトダイオード
からなる半導体レーザと、発散光であるレーザ光を平行
ビームに変換するコリメータレンズと、平行ビームを感
光体に集束する光学素子であるシリンダレンズ等を有す
る。

【０００３】この種の光ビーム走査装置において、画像
品質の向上を図るためには、シリンダレンズからの反射
光がレーザダイオードおよびフォトダイオードに戻るの
を防止する必要がある。すなわち、戻り光による外乱を
防止してレーザ発振を精度よくコントロールするためで
ある。

【０００４】そのため、この従来例では、シリンダレン
ズからの反射光がレーザダイオードおよびフォトダイオ
ードに戻ることがないように、コリメータレンズの光軸
に対してシリンダレンズを所定角度傾斜させる構成をと
っている。

【０００５】また、他の従来例として、実開昭６１−１
６７６１８号公報に開示されたレーザ走査装置がある。
このレーザ走査装置では、ガラス板をレーザ光の副走査
方向に関して傾けて取り付け、これにより戻り光による
外乱を防止する構成をとる。

【０００６】ところで、上記の光ビーム走査装置は、平
行ビームを感光体に集束する光学素子として、高価、か
つ調整に時間を要するシリンダレンズ等のレンズ系を用
いるため、装置価格が高くつく欠点がある。

【０００７】このため、最近ではこのような光学素子と
して、回転可能になったホログラムディスク上に、その
円周方向に沿って走査用のホログラム素子を複数設けた
ものを用いた光ビーム走査装置の開発が進められてい
る。以下このような光ビーム走査装置をホログラムスキ
ャナーと称する。

【０００８】以下に、ホログラムスキャナーの概略構成
及び動作を、本発明ホログラムスキャナーを示す図１を
参照しつつ説明する。

【０００９】半導体レーザ１０から出射された発散光は
コリメータレンズ１１によって平行ビームにされた後、
前置きホログラム２０に入射する。前置きホログラム２
０に入射した光束は、次に等速回転するホログラムディ
スク３０に入射し、これにより偏向走査され、続いてｆ
θレンズ或はｆθホログラム（後置きホログラム）４０
により感光体ドラム等の走査面上５０で等速に走査され
る。

【００１０】ここに使用されている半導体レーザ１０
は、図２に示すように、レーザダイオード１２の近傍に
フォトダイオード１３が配置され、レーザダイオード１
２が後方に発散する光束の光量をこのフォトダイオード
１３でモニターし、そのモニター出力に応じて、レーザ
ダイオード１２の駆動電流を制御している。すなわち、
レーザダイオード１２が発振する光出力を制御するＡＰ
Ｃ駆動制御（Auto PowerControll）を行っている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
ホログラムスキャナーにおける従来例においては、コリ
メータレンズ１１及びホログラム素子２０、３１等を半
導体レーザ１０の前方に配置し、しかも半導体レーザ１
０の光軸とコリメータレンズ１１の光軸が一致するよう
に、かつ光の利用効率を上げるために、ホログラムス素
子をコリメータレンズ１１からの平行ビームがブラッグ
条件で入射・出射できる関係に配置する構成をとってい
たため、コリメータレンズ１１及びホログラム素子２
０、３１からの反射光が半導体レーザ１０内のフォトダ
イオード１３に戻ることになる。

【００１２】この戻り光をそのままにしておくと、これ
が外乱としてフォトダイオード１３に検出されるため、
ＡＰＣ駆動制御を精度よく行うことができない。このた
め、レーザダイオード１２の出力を一定にコントロール
することができず、画像品質を低下させる原因になって
いた。

【００１３】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するものであり、コリメータレンズ及びホログラム
素子からの反射光を外乱として検出することがなく、走
査ビームの安定化が図れ、画像品質を格段に向上できる
光ビーム走査装置を提供することを目的とする。

【００１４】本発明の他の目的は、光の利用効率を最大
にできる光ビーム走査装置を提供することにある。

【００１５】

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の光ビーム走査装
置は、発散光を出射するレーザダイオード及び該レーザ
ダイオードからの光出力をモニターするフォトダイオー
ドを有する半導体レーザと、該発散光を平行ビームに変
換するコリメータレンズと、該平行ビームを回折するホ
ログラム素子とを具備し、該半導体レーザからの出射光
を、走査面上の結像点に集束させる光ビーム走査装置で
あって、該コリメータレンズに対する該ホログラム素子
の配置関係を、コリメート光軸入射がブラッグ条件を満
足しないように設定しており、そのことにより上記目的
が達成される。

【００１７】好ましくは、前記ホログラム素子への前記
コリメータレンズからの平行ビームの入射角が、ブラッ
グ角入射に対し１．５°以上３°以下ずれるように両者
の配置関係を設定する。

【００１８】

【００１９】

【作用】上記のように、ホログラム素子に対するコリメ
ータレンズの配置関係を、コリメート光軸入射がブラッ
グ条件を満足しないように設定すると、後述する理由に
よって、コリメータレンズ及びホログラム素子からの反
射光が半導体レーザ内のフォトダイオードに戻ることが
ない。従って、外乱を取り込むことがないので、走査ビ
ームの光出力を精度よくコントロールできる。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００２１】図１は本発明が適用されるホログラムスキ
ャナーを示しており、このホログラムスキャナーはレー
ザプリンタに装備されるものを例示している。以下にそ
の構成を動作と共に説明する。

【００２２】半導体レーザ１０から出射された発散光
は、その前方に設けられたコリメータレンズ１１によっ
て平行ビームにされ、続いて前置きホログラム２０によ
って回折されて再生光Ｌ１となる。

【００２３】ここで、半導体レーザ１０は、図２に示す
ように、光源となるレーザダイオード１２の近傍にフォ
トダイオード１３が配置され、レーザダイオード１２が
後方に発散する光束の光量をこのフォトダイオード１３
でモニターし、このモニター出力に応じて、レーザダイ
オード１２の駆動電流を制御している。すなわち、レー
ザダイオード１２が発振する光出力を制御するＡＰＣ駆
動制御（Auto Power Controll）を行っている。

【００２４】フォトダイオード１３は円盤状をなすマウ
ント１５上に配設され、その前方にシリコンサブマウン
ト１６上に配設されたレーザダイオード１２が位置して
いる。レーザダイオード１２およびフォトダイオード１
３は、前面が開口された円筒状のケーシング１７によっ
て覆われており、ケーシング１７の前面にはガラス窓１
４が設けられている。

【００２５】前置きホログラム２０によって回折された
再生光Ｌ１は、続いて、ホログラムディスク３０上の走
査用ホログラム（ホログラム素子）３１に入射し、この
走査用ホログラム３１によって回折、偏向されて出射さ
れる。

【００２６】ここで、ホログラムディスク３０はその下
部に連結されたモータ３２によって軸心回りに回転され
るようになっており、その上面に走査用ホログラム３１
が配置されている。より詳しくは、ホログラムディスク
３０の上面に、その円周方向に沿って走査用ホログラム
３１が６面配置されている。

【００２７】このような構成により、ホログラムディス
ク３０に入射する再生光Ｌ１は、走査用ホログラム３１
によって回折、偏向され、ホログラムディスク３０の回
転によって回折光の偏向角が変化するようになってい
る。

【００２８】ホログラムディスク３０および走査用ホロ
グラム３１によって回折された回折光Ｌ２は、ホログラ
ムディスク３０の側方に配置された反射ミラー４１によ
って反射されて前方の後置きホログラム４０に導かれ、
続いて後置きホログラム４０によって回折されて感光体
ドラムの走査面５０上に結像される。図中５１は走査面
５０上の結像点を示す。

【００２９】ここで、前置きホログラム２０は、走査用
ホログラム３１、後置きホログラム４０との関連で、半
導体レーザ１０から出射された再生光Ｌ１の波長変動に
よる走査面５０上のスポット位置を抑制する機能を有す
る。

【００３０】また、後置きホログラム４０は、具体的に
はホログラムディスク３０と走査面５０との間に配置さ
れており、前置きホログラム２０、走査用ホログラム３
１との関連で回折光Ｌ２の走査面５０上での収差を補正
する機能およびホログラムディスク３０の回転に比例し
た等速走査を確保する機能、すなわち、いわゆるｆθ補
正の機能を有している。

【００３１】このような構成のホログラムスキャナーに
おける走査は、ホログラムディスク３０の回転と走査面
５０の矢印Ｙ方向への回転によって行われる。すなわ
ち、ホログラムディスク３０が回転すると回折光Ｌ２の
偏向角が変化し、これに伴って回折光Ｌ２が矢印Ｘで示
す走査面５０の軸長方向に移動し、これで主走査が行わ
れる。この主走査と同時に、走査面５０が矢印Ｙ方向に
回転し、これにより副走査が行われる。

【００３２】ところで、深溝タイプのホログラムレンズ
を作製する際、光の利用効率を最大にするためには、ほ
ぼブラッグ条件を満足していることが必要条件となる。
そのため、上記の従来例では、光学設計を行う際（ここ
では前置きホログラム２０とホログラムディスク３０）
ブラッグ条件を満足させて設計を行っていた。

【００３３】ここで、ブラッグ条件を満足させるという
ことは、図２に示すように、前置きホログラム２０に対
する光の入射角と出射角を等しくする、すなわち∠Ａ＝
∠Ｂにするということである。

【００３４】ブラッグ条件を満足させた光学設計を行っ
た場合、確かにそれによって得られたホログラム単体の
回折効率は最大となるが、図２のように半導体レーザ１
０、コリメータレンズ１１およびホログラムを前置きホ
ログラム２０の入射角＝出射角、即ち図２の∠Ａ＝∠Ｂ
となるように組み合わせた場合、前置きホログラム２０
の１次回折光の反射成分Ｌ６が再生光Ｌ１と逆の経路を
たどり、半導体レーザ１０内に組み込まれているフォト
ダイオード１３に光が戻ってしまうことになる。そのた
め、この戻り光が外乱となって、フォトダイオード１３
に検出されるため、ＡＰＣ駆動制御を行っている半導体
レーザ１０の光出力が低下し、正常な光出力が得られな
いことになる。すなわち、外乱を取り込んだ分だけ、フ
ォトダイオード１３の検出光量が大きくなるため、結果
的に半導体レーザ１０の光出力が低下するのである。

【００３５】なお、図２において、Ｌ３は前置きホログ
ラム２０によって回折されてホログラムディスク３０に
入射する１次回折光を示し、またＬ４は前置きホログラ
ム２０によって反射される０次反射光を、Ｌ５は前置き
ホログラム２０を透過する０次透過光をそれぞれ示して
いる。

【００３６】さて、上記問題を解決するために、前置き
ホログラム２０への入射角（＝∠Ａ）と出射角（＝∠
Ｂ）をブラッグ条件から外した実験を行ったところ、図
３に示す結果を得た。但し、図３の縦軸は光の利用効率
（％）を示し、横軸は前置きホログラム２０への入射角
（度）を示す。

【００３７】図３に示す実験結果から明かなように、ホ
ログラム素子（前置きホログラム２０）およびコリメー
タレンズ１１の挿入によりレーザ光の光出力を減衰させ
ないためには（通常のレーザ光の光出力の９５％以上を
得るためには）、前置きホログラム２０の光学設計にお
いて、その入射角度をブラッグ条件（ブラッグ角）より
１．５°〜３°（１．５°以上３°以下）外すと光の利
用効率が最大となることがわかる。

【００３８】以上の理由により、コリメータレンズ１１
に対する前置きホログラム２０の配置関係を、コリメー
ト光軸入射がブラッグ条件を満足しないように設定する
と、戻り光に起因する外乱をフォトダイオード１３が取
り込むことがないので、半導体レーザ１０の光出力を精
度よくコントロールでき、画像品質の向上が図れる。ま
た、特に上記の条件でブラッグ条件から外すと、光の利
用効率を高く維持できる利点がある。

【００３９】本発明はこのような実施例に限定されるも
のではなく、以下に示すように、ブラッグ条件に従った
光学設計を行う実施形態をとることも可能である。すな
わち、上記の問題点を解決するためには、モニター手段
が１次回折光の反射成分Ｌ６を取り込まなければよいの
で、例えばフォトダイオード、フォトディテクター等の
モニター手段を前置きホログラム２０の０次透過Ｌ５或
は１次反射光Ｌ４（図２参照）の光束上に配置し、その
モニター出力を半導体レーザ１１に対するフィードバッ
ク信号として与える構成を採用すればよい。

【００４０】また、本発明が適用されるホログラムスキ
ャナーは、光学素子としてホログラムを備えた如何なる
種類のホログラムスキャナーにも適用できる。

【００４１】例えば、１枚のホログラム（走査用ホログ
ラム）を備えたホログラムスキャナーにおいて、上記実
施例の内容を適用しないと、図４に示すように結像面で
の光の利用効率が中央部（１次回折光の反射成分がレー
ザ内のフォトダイオードに戻るところ）で低下すること
になるが、このホログラムの配置形態について上記実施
例の条件を適用すれば、かかる不具合を生じることがな
い。

【００４２】また、２枚以上のホログラム（例えば、前
置きホログラム、走査用ホログラム）を使用したホログ
ラムスキャナーにおいて、上記実施例の内容を適用しな
いと、前置きホログラムからの１次回折光の反射成分が
半導体レーザ内のフォトダイオードに戻ることになり光
の利用効率が低下し、画像品質に悪影響を与える結果と
なるが、前置きホログラムの配置条件を上記実施例同様
にすることにより、このような不具合を生じることがな
い。このように本発明は種々のホログラムスキャナーに
適用できる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１記載の光ビーム走査装置によれ
ば、コリメータレンズに対するホログラム素子の配置関
係を、コリメート光軸入射がブラッグ条件を満足しない
ように設定する構成をとるので、ホログラム素子からの
反射光がレーザダイオードおよびモニター手段であるフ
ォトダイオードに戻ることがない。従って、外乱を取り
込むことがないので、半導体レーザの光出力を精度よく
コントロールでき、画像品質の向上が図れる。

【００４４】また、特に請求項２記載の光ビーム走査装
置によれば、ホログラム素子へのコリメータレンズから
の平行ビームの入射角が、ブラッグ角入射に対し１．５
°以上３°以下ずれるように両者の配置関係を設定する
構成をとるので、光の利用効率を向上できる利点があ
る。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるホログラムスキャナーの概
略構成を示す斜視図。

【図２】半導体レーザから出射された光ビームの光路を
示す模式的側面図。

【図３】縦軸に光の利用効率を、横軸に前置きホログラ
ムへの入射角をとって、半導体レーザの光ビームの利用
効率を示すグラフ。

【図４】縦軸に光の利用効率を、横軸に走査面上の走査
位置をとって、走査用ホログラムのみを使用した時の結
像面での光の利用効率を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 半導体レーザ １１ コリメータレンズ １２ レーザダイオード １３ フォトダイオード ２０ 前置きホログラム ３０ ホログラムディスク ３１ 走査用ホログラム ４０ 後置きホログラム ５０ 走査面 ５１ 結像点 Ｌ１ 再生光 Ｌ２ 回折光 Ｌ３ １次回折光 Ｌ４ ０次反射光 Ｌ５ ０次透過光 Ｌ６ １次回折光の反射成分

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発散光を出射するレーザダイオード及び
   該レーザダイオードからの光出力をモニターするフォト
   ダイオードを有する半導体レーザと、 該発散光を平行ビームに変換するコリメータレンズと、 該平行ビームを回折するホログラム素子とを具備し、該
   半導体レーザからの出射光を、走査面上の結像点に集束
   させる光ビーム走査装置であって、 該コリメータレンズに対する該ホログラム素子の配置関
   係を、コリメート光軸入射がブラッグ条件を満足しない
   ように設定した光ビーム走査装置。
2. 【請求項２】 前記ホログラム素子への前記コリメータ
   レンズからの平行ビームの入射角が、ブラッグ角入射に
   対し１．５°以上３°以下ずれるように両者の配置関係
   を設定した請求項１記載の光ビーム走査装置。