JP3013627U - 走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射ミラーを用いてレーザビームを走査反射鏡
の回転軸に垂直な方向から入射させる走査光学系におい
て、走査反射鏡によって走査されたレーザビームが反射
ミラーによって反射されてレーザ発振器に入射すること
を防止する。 【構成】半導体レーザ１から出射されたレーザビーム
は、コリメータレンズ群２ａ及びシリンドリカルレンズ
３を介して、プリズムブロック４内の反射ミラーＭ上に
収束する。この反射ミラーＭによって反射されたレーザ
ビームは、発散しつつ、ポリゴンミラー５によって走査
され、プリズムブロック４内を透過する。このようにし
て透過されたレーザビームは、ｆθレンズ６によって感
光面上に収束される。一方、反射ミラーＭの周辺を通過
する際に、レーザビームの一部が反射ミラーＭによって
半導体レーザ側に反射される。このように反射された戻
り光Ｇは、コリメータレンズ群２ａ及びシリンドリカル
レンズ３の間に配置された遮光板７によって遮光され
る。従って、戻り光が半導体レーザ１内に入射されるこ
とが防止される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、走査光学系に関し、特に、ポリゴンミラー等の走査反射鏡によって 入射ビームを反射偏向させて走査する走査光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、ポリゴンミラーやガルバノミラー等の反射鏡（以下、「走査反射鏡 」という）を回転させることによってレーザビームを反射偏向させて走査を行う 走査光学系が用いられている。更に、近年では、このような走査反射鏡を用いる 際に、反射されたレーザビームの走査位置精度向上のために、走査反射鏡の回転 軸に直交し、且つ走査反射鏡に対する入射光軸と反射光軸の開きが少なくなるよ うな方向からレーザビームがこの走査反射鏡に入射するように各光学要素を配置 することが提案されている。

【０００３】 このような構成を採る場合には、走査反射鏡から被走査面に至る光路上に、反 射光路に対して４５度傾いた接合面を有するプリズムを配置し、この接合面上に スリット状のミラー（以下、「スリットミラー」という）を形成するとともに、 このプリズムの側方からこのスリットミラー上に収束するようにレーザ発振器か ら発信されたレーザビームを入射させるのである。

【０００４】 このような構成を採ると、スリットミラー上に収束したレーザビームは、この スリットミラーによって反射されて、発散しつつ走査反射鏡によって偏向される 。そして、再度プリズムに入射して、殆どはそのまま反射光路上を被走査面に向 かって進行するのである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような構成においては、プリズムに再入射したレーザビー ムのうちの一部がスリットミラーによって反射されてしまい、元の光軸に沿って レーザ発振器に戻ってしまう問題があった。

【０００６】 この問題は、特に、レーザ発振器として半導体レーザ素子を用いた場合に深刻 である。即ち、現在市販されている半導体レーザ素子は、半導体のｐ−ｎ接合面 から後方（レーザの出射方向とは反対方向）に出射されるレーザ光（バックビー ム）を、同一パッケージ内に内蔵した受光素子によって受光する構成となってい る。そして、バックビームを受光した受光素子の出力は、半導体レーザの駆動電 流を制御して、外部に向かって出射されるレーザビームの光強度を自動調整する ために用いられている。従って、スリットミラーによって反射されたレーザビー ム（戻り光）がこの半導体レーザ素子に入射されると、同一パッケージ内の受光 素子によって受光されてしまうので、レーザ光強度の自動調整が不可能になって しまい、レーザ出力を不安定にさせる原因となってしまうのである。

【０００７】 本考案は、以上の問題点を解決するためになされたものである。即ち、本考案 の課題は、反射ミラーを用いてレーザビームを走査反射鏡の回転軸に直交する方 向からこの走査反射鏡に入射させる走査光学系であって、走査反射鏡によって走 査されたレーザビーム内の反射ミラーによって反射された光がレーザ発振器に入 射することを防止できる走査光学系を、提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。 即ち、本考案による走査光学系は、回転軸を中心に回転する走査反射鏡を備え るとともに、レーザ発振器から出射されたレーザビームを、前記回転軸に直交す る方向から前記走査反射鏡に入射して、この走査反射鏡の回転によってその反射 光を偏向させる走査光学系において、前記レーザ発振器から出射されたレーザビ ームを前記走査反射鏡の回転軸の方向に反射させる反射ミラーと、前記レーザ発 振器と前記反射ミラーの間の光路中に配置され、前記走査反射鏡によって偏向さ れた後に前記反射ミラーによって反射されたレーザ光の前記レーザ発振器への入 射を遮る遮光部材とを備えたことを特徴とする（請求項１に対応）。

【０００９】

【実施例】

本考案の一実施例の説明を行う前に、本考案の各構成要件の概念を説明する。 ＜走査光学系＞ 本考案による走査光学系は、レーザフォトプロッタに用いられても良いし、デ ジタル式コピー機に用いられても良いし、レーザプリンタに用いられても良い。 更に、バーコードの読み取り装置に用いられても良い。 ＜レーザ発振器＞ 本考案の効果が顕著に表れるレーザ発振器はレーザダイオード，即ち、半導体 レーザであるが（請求項２に対応）、戻り光によってそのレーザ発振に何らかの 悪影響を受ける可能性があるものである限り、気体レーザ，固体レーザ等あらゆ る種類のレーザ発振器に本考案を用いることができる。 ＜走査反射鏡＞ 走査反射鏡としては、ガルバノミラー，又は、周面上に反射鏡を有するととも に一定方向に回転するポリゴンミラーを用いることができる。特に、ポリゴンミ ラーを用いた場合には、このポリゴンミラーの回転軸に向けて反射ミラーがレー ザビームを反射することによって、「回転軸に直交する方向から前記走査反射鏡 に入射し」との条件を満足することができる（請求項３に対応）。 ＜反射ミラー＞ 反射ミラーは、レーザ発振器からのレーザビームは全て走査反射鏡に向けて反 射するがこの走査反射鏡によって走査されたレーザビームがその周囲を通過し得 る最小限の面積を有することが望ましい。このような条件の反射ミラーを固定す るためには、反射ミラーを角柱状のプリズム中に形成された接合面上に形成する ことが望ましい（請求項４）。このように形成すれば、反射ミラーを空中に支持 する必要がなくなるので、支持構造の影が生じなくなるからである。但し、支持 構造の影の影響が少なくて済むのであれば、反射ミラーを空中に支持しても良い 。

【００１０】 反射ミラーをその接合面上に形成するプリズムは、前記レーザ発振器からのレ ーザビームを入射する入射面と前記反射ミラーによって反射されたレーザビーム を前記走査反射鏡側に出射する出射面とが互いに直角をなす面として形成されて いるとともに、これら入射面及び出射面に対して前記接合面が４５度傾けて形成 されていることが望ましい（請求項５に対応）。このようにすれば、入射面と出 射面とをレーザビームの光軸に対してほぼ直交させることができるので、入射面 及び出射面を通過する際における屈折や、偏向成分，ビーム形状等の変化がなく なる。 ＜遮光部材＞ 前記遮光部材は、前記走査反射鏡による走査方向に沿って配置された帯状の形 状としても良い（請求項９に対応）。このようにすれば、反射ミラーによるレー ザビームの戻り光が走査に伴って振れても、この戻り光を確実に遮光することが できる。

【００１１】 この遮光部材は、黒色で着色したマイラーフィルムとすることができる（請求 項１０に対応）。このようにすれば、微少面積の遮光部材を容易に作成すること ができる。

【００１２】 この遮光部材は、前記レーザ発振器と前記反射ミラーとの間の光軸上に設けら れても良い（請求項１１に対応）。このように構成すれば、戻り光を最も効率良 く遮光することができる。 〔本考案の付加的構成要件〕 本考案には、以下付加的構成要件を追加しても良い。 ＜収束レンズ系＞ 前記半導体レーザから出射されたレーザビームを前記反射ミラー上に集束させ る収束レンズ系を更に備えても良い（請求項６に対応）。このように構成すれば 、反射ミラー上でレーザビームが最小径になるので、反射ミラーの面積を小さく することができるとともに、一旦収束された後ではレーザビームが拡散するので 、走査反射鏡によって走査された後にこの反射ミラーの周囲を通過するレーザビ ームの光量を多くすることができる。

【００１３】 この場合、前記収束レンズ系を、前記半導体から出射されたレーザビームをコ リメートするコリメータレンズと、このコリメータレンズによってコリメートさ れた前記レーザビームの前記反射ミラーによって偏向される方向成分のみを前記 反射ミラー上に収束させるシリンドリカルレンズとから構成しても良い（請求項 ７に対応）。このようにシリンドリカルレンズを組み合わせることにより、レー ザビームの全光束が光軸方向において同一位置に収束する。従って、レーザビー ムが全域にわたって収束し、ピントずれによるビーム径の広がりがない。そのた め、反射ミラーの面積を最小限にすることができる。

【００１４】 この場合、遮光部材は、前記コリメータレンズと前記シリンドリカルレンズと の間に設けることができる（請求項８に対応）。この位置は、半導体レーザから のレーザビームがコリメータレンズによってコリメートされている光路内である ので、この範囲である限り、遮光部材をどの位置に設置してもレーザビームの遮 光量が一定になる。 ＜ｆθレンズ＞ 前記プリズムブロックに再入射した後にこのプリズムブロックを透過したレー ザビームを感光面上に収束させるｆθレンズを設けても良い（請求項１２に対応 ）。このように構成すれば、感光面上でレーザビームが収束されるので、遮光部 材や反射ミラーの影によってビーム形状が劣化されることが防止される。

【００１５】

【実施例１】 以下、図面に基づいて本考案の一実施例を説明する。 〔実施例の構造〕 以下に示す本発明の一実施例は、本考案による走査光学系を、レーザフォトプ ロッタに用いたものである。図２は、このレーザフォトプロッタの概略構成を示 す斜視図である。

【００１６】 図２において、レーザ発振器としての半導体レーザ素子（レーザダイオード） １は、図示せぬ制御回路によって変調された駆動電流によって発振され、レーザ ビームを出射する。

【００１７】 半導体レーザ素子１から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ鏡筒２ 及びシリンドリカルレンズ３を介して、プリズムブロック４に入射する。そして 、このプリズムブロック４内で反射されて、走査反射鏡としてのポリゴンミラー ５に対して、その回転軸に垂直な方向からその回転軸に向かって入射する。

【００１８】 このポリゴンミラー５は、一定方向に等速回転することによってその周面に形 成された平面鏡を回転させ、入射したレーザビームをこの平面鏡によって等角速 度にて偏向させながら反射する。即ち、ポリゴンミラー５が回転することによっ て、レーザビームの走査が行われるのである。このポリゴンミラー５によって走 査が行われる方向を、主走査方向と言う。

【００１９】 ポリゴンミラー９によって偏向（走査）されたレーザビームは、再度プリズム ブロック４に入射し、これを透過して、ｆθレンズ６に入射する。このｆθレン ズ６は、等角速度で走査されたレーザビームの像面上における走査速度変化を補 正する特性と、入射したレーザビームを収束する特性とを、有している。

【００２０】 ｆθレンズ６を通過したレーザビームは、ターニングミラー７によって描画テ ーブル９方向に曲げられた後に、コンデンサレンズ８に入射する。このコンデン サレンズ８は、レーザビームが描画テーブル１５に対して垂直方向から入射する ように、レーザビームの光軸を屈折させる機能を有する。

【００２１】 描画テーブル９は、その上面に感光材料を載置するためのテーブルである。こ の描画テーブル９上に載置された感光材料の表面が被走査面となっている。描画 テーブル９は、ベースＢに対して、主走査方向に対して直交する方向（副走査方 向）にスライドする。これにより、レーザビームによる副走査方向への走査が可 能となるのである。

【００２２】 次に、本実施例における走査光学系（半導体レーザ１からｆθレンズ６に至る 光学系）の詳細な構成を、図１に基づいて説明する。図１は、図２に示した走査 光学系の構成を、半導体レーザ１からポリゴンミラー５に至るレーザビームの光 軸Ｌを含む面内で示した図である。

【００２３】 半導体レーザ１は、そのｐ−ｎ接合面が紙面に垂直になるように配置されてい る。従って、半導体レーザ１から出射されるレーザビームは、紙面方向において その発散角が大きく、紙面に垂直な方向においてその発散角が小さくなっている 。

【００２４】 この半導体レーザ１から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ群２ａ に入射する。このコリメータレンズ群２ａは、コリメータレンズ鏡筒２内に内蔵 された３枚構成のレンズ群である。このコリメータレンズ群２ａは、レーザビー ムを紙面方向及び紙面に直交する方向においてコリメートできるように、その特 性及び配置位置が設定されている。従って、図１に示すように、コリメータレン ズ群２ａを通過したレーザビームは、紙面方向及び紙面に直交する方向において 平行光に補正される。但し、そのレーザビームのビーム径の形状は、楕円形であ る。

【００２５】 このコリメータレンズ群２ａを通過したレーザビームが次に入射するシリンド リカルレンズ３は、紙面に直交する方向には屈折力を有さず、紙面方向にのみレ ーザビームを収束する屈折力を有している。従って、平行光となっている入射レ ーザビームの紙面方向成分は、このコリメータレンズ群２ａによって、その焦線 位置に収束する。従って、レーザビームは、プリズムブロック内４で線状に収束 する。

【００２６】 プリズムブロック４は、図３に示すように、台形柱状の第１プリズム４１と三 角柱状の第２プリズム４２とから構成されている。これら第１プリズム及び第２ プリズムを貼り合わせたプリズムブロック４全体は、直方体状となっている。そ して、シリンドリカルレンズ３からのレーザビームが入射する入射面４ｂは、レ ーザビームの光軸Ｌに対して直交する方向に配置されている。また、第１プリズ ム４１と第２プリズム４２との接合面４ａは、この入射面４ｂに対して４５°傾 いた面となっている。これら第１プリズム４１と第２プリズムとは、同じ屈折率 の材質から構成されている。従って、それらの接合面４ａにおいては、入射光の 屈折及び反射が生じない。

【００２７】 この接合面４ａは、シリンドリカルレンズ３を通過したレーザビームが収束す る位置に、位置決めされている。そして、この接合面４ａ上におけるレーザビー ムの収束位置には、予めアルミ蒸着によって、スリット状に（細長い帯状に）、 反射ミラーＭが形成されている。この反射ミラーＭは、シリンドリカルレンズ３ から入射したレーザビームを全て反射するのに必要な、最小限の面積のみを有し ている。従って、シリンドリカルレンズ３から入射したレーザビームは、この反 射ミラーＭによって９０°曲げられて、このプリズムブロック４の端面４ｃから 出射される。なお、レーザビームは、ミラーＭ上にて収束された後は、ポリゴン ミラー５の回転軸に垂直な方向に漸次発散しながら進行する。

【００２８】 このプリズムブロック４から出射されるレーザビームの光軸Ｎは、上述したよ うに、ポリゴンミラー５の径方向と一致している。即ち、ポリゴンミラー５の回 転軸Ｏに対して直交している。このポリゴンミラー５は、回転軸Ｏを中心軸とし た正９角形の角柱として構成されている。従って、ポリゴンミラー５の周面に形 成された反射面によって反射されたレーザビームの光軸Ｐの方向は、紙面内にお いて、入射光軸Ｎの方向と一致する。そのため、ポリゴンミラー５によって走査 されたレーザビームは、端面４ｃから再びプリズムブロック４内に入射する。

【００２９】 プリズムブロック４内に再入射したレーザビームは再度接合面４ａに達するが 、この時点において、レーザビームの光路幅は反射ミラーＭの面積よりも広くな っている。従って、レーザビームの大半は接合面４ａをそのまま透過して、プリ ズムブロック４の出射面４ｄから出射される。なお、ポリゴンミラー５によって 走査されたレーザビームが、全て出射面４ｄから出射するように、プリズムブロ ック４の幅（図１の紙面に直交する方向における幅）が設定されている。

【００３０】 プリズムブロック４の出射面４ｄから出射されたレーザビームは、ｆθレンズ ６によって、描画テーブル９に載置した感光材料（図示せず）上に収束される。 ｆθレンズ６は、紙面方向，及び紙面に直交する方向において、レーザビームを 収束する特性を有している。このｆθレンズ６の入射面は、レーザビームの断面 形状が真円になる位置に配置されている。

【００３１】 一方、ポリゴンミラー５の反射面から接合面４ａに達したレーザビームが反射 ミラーＭにかかった場合には、レーザビームの一部がこの反射ミラーＭによって 反射されて、入射面４ｂから出射される。この反射光（戻り光）Ｇは、元の入射 光軸Ｌに沿って、半導体レーザ１の方向に戻る。図１において、この戻り光Ｇの 範囲を２点鎖線で示す。この戻り光Ｇも、ポリゴンミラー５による走査に伴って 、若干振れる。その振れの方向は、図１において紙面に直交する方向である。ま た、僅かではあるが、この戻り光Ｇも拡散しながら進行する。そして、この戻り 光Ｇは、シリンドリカルレンズ３に再入射し、このシリンドリカルレンズ３によ ってその紙面方向成分の収斂を受けながら、再度、コリメータレンズ群２ａに入 射する。

【００３２】 このコリメータレンズ群２ａのシリンドリカルレンズ３側に面して、遮光板７ が配置されている。この遮光板７は、細帯状のマイラーフィルム（ポリエステル フィルム）を、樹脂塗料によって艶消しの黒に着色したものである。この遮光板 ７は、コリメータレンズ鏡筒２の開口端に貼り付けることによって、固定される 。また、この遮光板７は、その長手方向がポリゴンミラー５の偏向に追従する戻 り光Ｇの振れ方向と一致し、且つレーザビームの光軸Ｌに直交するように設けら れている。また、この遮光板７は、戻り光Ｇを全て遮り得る幅を、図１の紙面方 向に有している。この遮光板７とコリメータレンズ群２ａの外観を、図４の斜視 図に示す。また、シリンドリカルレンズ３側から遮光板７を見た状態を、図５に 示す。 〔実施例の作用〕 次に、以上のように構成される本実施例による作用を説明する。本実施例によ るレーザフォトプロッタを使用するには、画像データ信号により変調された駆動 電流を半導体レーザ１に加えるとともに、ポリゴンミラー５を等速回転させ、描 画テーブル９を副走査方向にスライドさせる。

【００３３】 半導体レーザ１から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ群２ａ及び シリンドリカルレンズ３を介して、プリズムブロック４内の接合面４ａに形成さ れた反射ミラーＭ上に、収束される。そして、レーザビームは、この反射ミラー Ｍによって直角方向に反射され、ポリゴンミラー５によって反射偏向されて、再 度プリズムブロック４内を透過する。このようにして、遮光板７及び反射ミラー Ｍの周囲を通過したレーザビームは、その中心部分が遮光板７及び反射ミラーＭ の影となって欠落している。しかし、このレーザビームは、ｆθレンズ６によっ て収束される。この収束点は、半導体レーザ１の出射端面と光学的に等価である 。即ち、半導体レーザ１の出射端面の像が、この収束点に結像されるのである。 従って、その光路途中において影が生じても、収束点に結像されるビーム形状に は影響がない。

【００３４】 一方、プリズムブロック４に再入射したレーザビームのうち、反射ミラーＭに よって反射された一部は、入射レーザビームの光軸Ｌに沿って、半導体レーザ１ の方向に戻る。この戻り光Ｇは、遮光板７によって遮られるので、半導体レーザ １には戻らない。従って、この戻り光が、バックビームに加重されて、半導体レ ーザ１のパッケージ内に内蔵された受光素子に受光されることが防止される。従 って、半導体レーザ１の出力が不安定になることが防止されるのである。

【００３５】

【考案の効果】

以上のように構成された本考案によれば、反射ミラーを用いてレーザビームを 走査反射鏡の回転軸に直交する方向からこの走査反射鏡に入射させる走査光学系 を採用した場合においても、走査反射鏡によって走査されたレーザビームが反射 ミラーによって反射されてレーザ発振器に入射することを、遮光部材によって防 止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例による走査光学系の構成図

【図２】 図１の走査光学系が適用されたレーザフォト
プロッタの斜視図

【図３】 図１のプリズムブロックの斜視図

【図４】 図１の遮光板，コリメータレンズ群，及び半
導体レーザの斜視図

【図５】 図４の遮光板をシリンドリカルレンズ側から
見た状態を示す図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ａ コリメータレンズ群 ３ シリンドリカルレンズ群 ４ プリズムブロック ５ ポリゴンミラー ６ ｆθレンズ ７ 遮光板 Ｍ 反射ミラー

Claims (12)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を中心に回転する走査反射鏡を備え
   るとともに、レーザ発振器から出射されたレーザビーム
   を、前記回転軸に直交する方向から前記走査反射鏡に入
   射して、この走査反射鏡の回転によってその反射光を偏
   向させる走査光学系において、 前記レーザ発振器から出射されたレーザビームを前記走
   査反射鏡の回転軸の方向に反射させる反射ミラーと、 前記レーザ発振器と前記反射ミラーの間の光路中に配置
   され、前記走査反射鏡によって偏向された後に前記反射
   ミラーによって反射されたレーザ光の前記レーザ発振器
   への入射を遮る遮光部材とを備えたことを特徴とする走
   査光学系。
2. 【請求項２】前記レーザ発振器は半導体レーザであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
3. 【請求項３】前記走査反射鏡は周面上に反射鏡を有する
   とともに一定方向に回転するポリゴンミラーであり、 前記反射ミラーはレーザビームをこのポリゴンミラーの
   回転軸に向けて反射することを特徴とする請求項２記載
   の走査光学系。
4. 【請求項４】前記反射ミラーは、角柱状のプリズム中に
   形成された接合面上に、形成されていることを特徴とす
   る請求項２記載の走査光学系。
5. 【請求項５】前記プリズムは、前記レーザ発振器からの
   レーザビームを入射する入射面と前記反射ミラーによっ
   て反射されたレーザビームを前記走査反射鏡側に出射す
   る端面とを互いに直角をなす面としているとともに、こ
   れら入射面及び端面に対して前記接合面を４５度傾けて
   形成していることを特徴とする請求項４記載の走査光学
   系。
6. 【請求項６】前記半導体レーザから出射されたレーザビ
   ームを前記反射ミラー上に収束させる収束レンズ系を更
   に備えたことを特徴とする請求項５記載の走査光学系。
7. 【請求項７】前記収束レンズ系は、 前記半導体から出射されたレーザビームをコリメートす
   るコリメータレンズと、 このコリメータレンズによってコリメートされた前記レ
   ーザビームの前記反射ミラーによって偏向される方向成
   分のみを前記反射ミラー上に収束させるシリンドリカル
   レンズとからなることを特徴とする請求項６記載の走査
   光学系。
8. 【請求項８】前記遮光部材は、前記コリメータレンズと
   前記シリンドリカルレンズとの間に設けられていること
   を特徴とする請求項７記載の走査光学系。
9. 【請求項９】前記遮光部材は、前記走査反射鏡による走
   査方向に沿って配置されている帯状の形状を有している
   ことを特徴とする請求項２記載の走査光学系。
10. 【請求項１０】前記遮光部材は、黒色で着色したマイラ
    ーフィルムであることを特徴とする請求項９記載の走査
    光学系。
11. 【請求項１１】前記遮光部材は、前記レーザ発振器と前
    記反射ミラーとの間の光路中に設けられていることを特
    徴とする請求項２記載の走査光学系。
12. 【請求項１２】前記プリズムブロックに再入射した後に
    このプリズムブロックを透過したレーザビームを被走査
    面上に収束させるｆθレンズを更に備えたことを特徴と
    する請求項５記載の走査光学系。