JP3679560B2 - 走査光学系の調整方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレーザー光束を発する走査光学系の調整方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来のレーザー走査光学系の主走査方向のメリディオナル断面での構成図、図9は副走査方向のサジタル断面での構成図を示している。レーザー走査光学系は、半導体レーザー発光素子1、コリメータレンズ2、シリンダレンズ3、ポリゴンミラー4、fθレンズ5、レーザー光が結像する被照射面6が順次に配列されて、倒れ補正光学系が構成されており、レーザー発光素子1はパッケージ7内でレーザーチップ8が保持された構造となっている。
【0003】
レーザーチップ8から出射したレーザー光は、コリメータレンズ2で略平行光に変換された後に、メリディオナル断面においては偏向器4で偏向されてfθレンズ5により被照射面6上に結像する。一方、サジタル断面においては略平行光はシリンダレンズ3によりポリゴンミラー4の反射面に一旦集光した後に、fθレンズ5により被照射面6上に結像する。
【0004】
図10はレーザーチップの斜視図を示し、レーザー発光素子1では一般的に活性層である接合面1aから出射したレーザー光は広がり特性を有するために、接合面1aに対する垂直方向と水平方向では見掛け上の焦点位置が異なっている。即ち、接合面1aに対して垂直方向の焦点位置はX、水平方向の焦点位置はYとなり、この焦点位置XとYの距離を非点隔差と呼ぶ。
【0005】
また、この非点隔差はレーザー発光素子1の固体差によりばらつきがあるので、先ず図8のメリディオナル断面内で被照射面6上でベストピントとなるように、コリメータレンズ2を光軸方向に微調整する。このとき、コリメータレンズ2の焦点はレーザー発光素子1の接合面1aに対して水平方向の焦点位置Yと一致しており、コリメータレンズ2を通過後のレーザー光は平行光となる。
【0006】
一方、図9のサジタル断面内においては、接合面1aに対して垂直方向の焦点位置Xから出射したレーザー光は、コリメータレンズ2により稍々広がりぎみの光束となり、シリンダレンズ3により収束光に変換される。このとき、シリンダレンズ3を光軸方向に微調整することにより、被照射面6上のピントを調整する。
【0007】
このようにして、レーザー発光素子1の非点隔差の他に、コリメータレンズ2、シリンダレンズ3、fθレンズ5の製造上の焦点距離のばらつきを吸収して、全体のピント調整が可能となる。
【0008】
図11は他の従来例の構成図を示し、パッケージ7は省略してある。レーザー発光素子1内のレーザーチップ8は、接合面1aに対して垂直方向の焦点位置Xと、水平方向の焦点位置Yを有し、その光路上にコリメータレンズ2が配置されている。
【0009】
レーザーチップ8から出射したレーザー光はコリメータレンズ2により平行光に変換される。このとき、レーザー発光素子1の非点隔差のために、コリメータレンズ2の焦点面Fは、レーザー発光素子1の焦点位置XとYの中間になるように、コリメータレンズ2を光軸方向に調整する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の従来例においては、半導体レーザー発光素子1がマルチビームレーザー発光素子の場合には、十分なピント調整ができないという問題がある。
【0011】
図12はマルチビームレーザー発光素子1’の構成図を示し、マルチビームレーザー発光素子1’はパッケージ7’内でレーザーチップ8’が傾いて保持されており、第1のレーザー光の焦点位置は接合面1a’に対して垂直方向の広がりでは点X1、水平方向の広がりでは点Y1、第2のレーザー光の焦点位置は、接合面1a’に対して垂直方向の広がりでは点X2、水平方向の広がりでは点Y2となる。
【0012】
このように、マルチビームレーザー発光素子1’では、非点隔差が第1のレーザー光の焦点位置(X1、Y1)と第2のレーザー光の焦点位置(X2、Y2)とで異なることがあり、レーザーチップ8’がパッケージ7’に対して製造誤差の範囲でのばらつきが避けられないために、各発光点は光軸方向に対してずれが生じて十分なピント調整が困難となる。
【0013】
本発明の目的は、被走査面に対しピントを高精度に調整可能な走査光学系の調整方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る走査光学系の調整方法は、複数の光束を発する半導体レーザー光源と、前記複数の光束を偏向する偏向器と、被走査面上の主走査方向のピントを調整し主走査方向及び副走査方向の両方向にパワーを有する主走査ピント調整手段と、該主走査ピント調整手段と前記偏向器の間に配置し前記主走査ピント調整手段と独立に被走査面上の副走査方向のピントを調整する副走査方向にのみパワーを有する副走査ピント調整手段とを備え、前記複数の光束を前記偏向器に集光する集光手段と、前記偏向器により偏向した複数の光束を被走査面上に結像する結像手段と、前記主走査ピント調整手段及び前記副走査ピント調整手段と独立に前記半導体レーザー光源を前記集光手段の光軸に垂直な軸回りに回転調整する回転調整手段とを有する走査光学系の調整方法であって、第1調整工程により前記主走査ピント調整手段を前記集光手段の光軸方向に移動し、第2調整工程により前記半導体レーザー光源の発光点を前記回転調整手段を回転し前記集光手段の光軸方向における前記半導体レーザー光源の複数の発光点の位置関係を調整し、前記第2調整工程後に第3調整工程により前記副走査ピント調整手段を前記集光手段の光軸方向に移動することを特徴とする。
【0017】
また、本発明に係る走査光学系の調整方法は、複数の光束を発する半導体レーザー光源と、前記複数の光束を偏向する偏向器と、主走査方向及び副走査方向の両方向にパワーを有する第1の光学素子と、該第1の光学素子と前記偏向器の間に配置し副走査方向にのみパワーを有する第2の光学素子とを備え、前記複数の光束を前記偏向器に集光する集光手段と、前記偏向器により偏向した複数の光束を被走査面上に結像する結像手段とを有する走査光学系の調整方法であって、第1調整工程により前記第1の光学素子を前記集光手段の光軸方向に移動して被走査面上の主走査方向のピントを調整し、該第1調整工程と独立に第2調整工程により前記半導体レーザー光源を前記集光手段の光軸に垂直な軸回りに回転し前記集光手段の光軸方向における前記半導体レーザー光源の複数の発光点の位置関係を調整した後に、前記第1調整工程及び前記第2調整工程と独立に前記第3調整工程により前記第2の光学素子を前記集光手段の光軸方向に移動して被走査面上の副走査方向のピントを調整することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明を図1〜図7に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は第1の実施例の走査光学系のメリディオナル断面の構成図、図2はサジタル断面の構成図を示している。走査光学系は、マルチビームを出射する半導体レーザー発光素子10、コリメータレンズ11、シリンドリカルレンズ12、ポリゴンミラー13、fθレンズ14、被照射面15が順次に配列されて、倒れ補正光学系が構成されている。レーザー発光素子10にはパッケージ16内でレーザーチップ17が矢印方向に回転調整できるように保持されている。レーザーチップ17とパッケージ16は製造誤差により、図1のように微小角度だけ傾いて製造されることがある。
【0020】
レーザーチップ17から出射したレーザー光は、コリメータレンズ11で略平行光に変換され、図1のメリディオナル断面においては、ポリゴンミラー13で偏向されてfθレンズ14により被照射面15上に結像する。一方、図2のサジタル断面においては、略平行光はシリンドリカルレンズ12によりポリゴンミラー13付近に一旦集光した後に、fθレンズ14により被照射面15上に結像する。
【0021】
図3はレーザーチップの斜視図を示し、マルチビーム半導体レーザー光源の場合は、一般的にレーザーチップ17の接合面10aから、図3に示すような広がり特性を有する第1、第2のレーザー光が出射する。
【0022】
従って、これらのレーザー光は接合面10aに対して垂直方向と水平方向では見掛け上の焦点位置が異なる。即ち、接合面10aに対して垂直方向の焦点位置がそれぞれ点X1とX2で、水平方向の焦点位置がそれぞれ点Y1とY2である。これらの点X1と点Y1の距離及び点X2と点Y2の距離を共に非点隔差であり、この非点隔差は一般的に数〜十数μm程度で、第1のレーザー光と第2のレーザー光の非点隔差が異なる場合もある。
【0023】
この非点隔差はレーザー発光素子10の個体差によりばらつきがあるので、次のようにしてベストピント調整を行う。先ず、第1のレーザー光に着目し、図1のメリディオナル断面内の被照射面15上でベストピントになるように、コリメータレンズ11を光軸方向に微調整する。このとき、コリメータレンズ11の焦点は、レーザー発光素子10の接合面10aに対して水平方向の焦点位置Y1と一致しており、コリメータレンズ11を通過後のレーザー光は平行光となる。
【0024】
次に、第2のレーザー光に着目し、メリディオナル断面内の被照射面15上でベストピントになるように、レーザー発光素子10を回転調整する。先のコリメータレンズ11の微調整と、レーザー発光素子10の回転微調整を何回か繰り返すことによって、第1のレーザー光及び第2のレーザー光は共にメリディオナル断面内でベストピントの状態となる。
【0025】
このとき、サジタル断面内では図3に示すように、接合面10aに対して垂直方向の焦点位置X1、X2から出射したレーザー光は、コリメータレンズ11により稍々広がりぎみの光束となり、シリンドリカルレンズ12によって収束光に変換される。従って、シリンドリカルレンズ12を光軸方向に微調整することにより、被照射面15上のピントを調整する。
【0026】
このようにして、レーザー発光素子10の非点隔差やレーザーチップ17とパッケージ16の取付誤差の他に、コリメータレンズ11、シリンドリカルレンズ12、fθレンズ14等の製造上の焦点距離のばらつきを吸収して、全体のピント調整が可能となる。また、第1、第2のレーザー光の非点隔差が異なる場合には、更にレーザー発光素子10の回転微調整を行うことにより、第1のレーザー光及び第2のレーザー光のそれぞれ主走査断面及び副走査断面のピントのバランスを取ることができる。
【0027】
なお、回転調整の回転軸を発光点付近とすれば、回転調整時に発光点が光軸から大きくずれることがなく、被照射面15上のレーザー光の結像点が大きくずれないので観測し易い。
【0028】
図4は第2の実施例の平面図を示し、レーザーチップ17からの第1のレーザー光の焦点位置は、接合面10aに対して垂直方向の広がりでは点X1、水平方向の広がりでは点Y1であり、第2のレーザー光の焦点位置は、接合面10aに対して垂直方向の広がりでは点X2、水平方向の広がりでは点Y2にある。また、コリメータレンズ11の焦点面はFにある。
【0029】
図示しない調整手段によってレーザーチップ17を回転調整し、コリメータレンズ11を光軸方向に微調整する。点X1と点Y1の中点及び点X2と点Y2の中点が焦点面Fに一致するように、調整を追い込んでゆく。なお、回転調整時に光軸と各発光点の距離が大幅に変化しないように、回転調整の回転軸は各レーザー光の発光点近くに設けられている。
【0030】
図5は第3の実施例の斜視図を示し、レーザー発光素子10は第1のホルダ21の孔21aに圧入されて取り付けられており、第1のホルダ21は第2のホルダ22にビス23により固定されている。第2のホルダ22には鏡筒部24が取り付けられており、鏡筒部24の内側には図示しないコリメータレンズが配置されて、光軸方向に微調整可能とされている。
【0031】
第1のホルダ21のレーザー発光素子10の圧入側の裏側の面21bは、約半分が傾斜部とされており、この傾斜部の境界線21cは上下方向に形成され、その略中心を光軸が通っている。そして、圧入したレーザー発光素子10のチップ上の発光点が面21b付近にくるように、第1のホルダ21の厚みが設定されており、第1のホルダ21の面21bと第2のホルダ22の面22aが対向して2本のビス23により連結されている。
【0032】
上述の構成により、第1のホルダ21は境界線21cを支点として、ビス23を出し入れすることにより、第2のホルダ22に対して回動し、レーザー発光素子10は光軸に垂直な軸回りに回転調整されると共に、回転軸をレーザー光の発光点近くとすることができる。
【0033】
図6は第4の実施例の斜視図を示し、レーザー発光素子10はビス23によって左右方向で肉厚が異なるホルダ25に固定されている。ホルダ25はレーザー発光素子10を圧入する孔25aと孔25aに対し垂直に切込された切込部25bを有し、レーザー発光素子10の圧入面25cの裏側に鏡筒部24が取り付けられている。そして、鏡筒部24の内側には図示しないコリメータレンズが配置され、光軸方向に微調整可能とされている。
【0034】
切込部25bはホルダ25の左右両側から形成されており、中央部には連結部25dを有している。また、ホルダ25の圧入面25cが光軸に対して傾いているために、孔25a及び圧入されるレーザー発光素子10も光軸に対して傾斜している。
【0035】
上述の構成により、ビス23をねじ込んでゆくと、レーザー発光素子10は光軸に正対した後に逆方向へ傾くことになる。このようにして、レーザー発光素子10は光軸に垂直な軸回りに回転調整される。
【0036】
図7は第5の実施例の斜視図を示し、レーザー発光素子10はホルダ26に挿入されている。ホルダ26はレーザー発光素子10より1回り大きい径の孔26aと鏡筒部24を有し、鏡筒部24の内側には図示しないコリメータレンズが配置されている。
【0037】
レーザー発光素子10を専用治具により保持して、ホルダ26の孔26aに挿入する。この専用治具を使って、レーザー発光素子10を光軸方向に微調しかつ光軸に垂直な軸回りに回軸微調することによって、所望のピント調整を行った後に、レーザー発光素子10と孔26aの間の空間に、例えば紫外線硬化樹脂を充填してレーザー発光素子10を固着した後に、専用治具を取り外すことによりレーザー発光素子10の調整が完了する。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る走査光学系の調整方法は、3つの調整工程を用いて、レーザー光の位置ずれや各レーザー光間の非点隔差の差に起因するピントずれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の平面図である。
【図2】側面図である。
【図3】複数のレーザー光束を発するレーザーチップの斜視図である。
【図4】第2の実施例の平面図である。
【図5】第3の実施例の斜視図である。
【図6】第4の実施例の斜視図である。
【図7】第5の実施例の斜視図である。
【図8】従来例の平面図である。
【図9】側面図である。
【図10】レーザーチップの斜視図である。
【図11】他の従来例の平面図である。
【図12】従来例のマルチビームレーザー光源の平面図である。
【符号の説明】
10 レーザー発光素子
11 コリメータレンズ
12 シリンドリカルレンズ
13 ポリゴンミラー
14 fθレンズ
17 レーザーチップ
21、22、25、26 ホルダ
24 鏡筒部
Claims (4)
- 複数の光束を発する半導体レーザー光源と、前記複数の光束を偏向する偏向器と、被走査面上の主走査方向のピントを調整し主走査方向及び副走査方向の両方向にパワーを有する主走査ピント調整手段と、該主走査ピント調整手段と前記偏向器の間に配置し前記主走査ピント調整手段と独立に被走査面上の副走査方向のピントを調整する副走査方向にのみパワーを有する副走査ピント調整手段とを備え、前記複数の光束を前記偏向器に集光する集光手段と、前記偏向器により偏向した複数の光束を被走査面上に結像する結像手段と、前記主走査ピント調整手段及び前記副走査ピント調整手段と独立に前記半導体レーザー光源を前記集光手段の光軸に垂直な軸回りに回転調整する回転調整手段とを有する走査光学系の調整方法であって、第1調整工程により前記主走査ピント調整手段を前記集光手段の光軸方向に移動し、第2調整工程により前記半導体レーザー光源の発光点を前記回転調整手段を回転し前記集光手段の光軸方向における前記半導体レーザー光源の複数の発光点の位置関係を調整し、前記第2調整工程後に第3調整工程により前記副走査ピント調整手段を前記集光手段の光軸方向に移動することを特徴とする走査光学系の調整方法。
- 前記主走査ピント調整手段はコリメータレンズであり、前記副走査ピント調整手段はシリンドリカルレンズである請求項1に記載の走査光学系の調整方法。
- 複数の光束を発する半導体レーザー光源と、前記複数の光束を偏向する偏向器と、主走査方向及び副走査方向の両方向にパワーを有する第1の光学素子と、該第1の光学素子と前記偏向器の間に配置し副走査方向にのみパワーを有する第2の光学素子とを備え、前記複数の光束を前記偏向器に集光する集光手段と、前記偏向器により偏向した複数の光束を被走査面上に結像する結像手段とを有する走査光学系の調整方法であって、第1調整工程により前記第1の光学素子を前記集光手段の光軸方向に移動して被走査面上の主走査方向のピントを調整し、該第1調整工程と独立に第2調整工程により前記半導体レーザー光源を前記集光手段の光軸に垂直な軸回りに回転し前記集光手段の光軸方向における前記半導体レーザー光源の複数の発光点の位置関係を調整した後に、前記第1調整工程及び前記第2調整工程と独立に前記第3調整工程により前記第2の光学素子を前記集光手段の光軸方向に移動して被走査面上の副走査方向のピントを調整することを特徴とする走査光学系の調整方法。
- 前記第1の光学素子はコリメータレンズであり、前記第2の光学素子はシリンドリカルレンズである請求項3に記載の走査光学系の調整方法。
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