JP3930409B2

JP3930409B2 - 光走査装置

Info

Publication number: JP3930409B2
Application number: JP2002279223A
Authority: JP
Inventors: 正顕阿部
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: US7133176B2; JP2004117680A; KR100584553B1; US20040057092A1; KR20040027267A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ等に用いられて好適な光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、デジタル複写機やレーザプリンタ等において用いられている光走査装置では、一般に、半導体レーザ光源からの発散性の光束を、コリメートレンズにより平行光束化若しくは、収束光束化させた後、該光束をポリゴンミラーにより走査させながら、複数の光学レンズ、ミラーなどを介して感光体上に結像していた。
【０００３】
近年、レーザビームプリンタの高速化を図るために、マルチビームレーザを利用して書き込みを行う方式が用いられている。この方式の光源としては、複数の発光点がモノリシックに形成されたＬＤ（半導体レーザ）があるが、このモノリシックマルチビームＬＤは、通常、発光点の間隔が広いものが多い。特に可視光発光タイプのものは、発光点間隔を７０〜１００μｍより狭くすることが、製造上、困難であるといわれている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５５４７２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように発光点間隔が広いモノリシックマルチビームＬＤを使用した場合、その設置方法により、異なった問題が発生する。
まず、ＬＤの接合面を主走査方向（ポリゴンミラーにより走査される方向）に対して垂直にして使用した場合（図５参照）、副走査方向パワーが大きい走査レンズにおいて、像面湾曲の要因となり、高度な光学性能が得られない不都合がある。上記光走査装置において、ポリゴンミラー面の倒れを補正するために、ＬＤ発光点とポリゴンミラー面を副走査方向（主走査方向と垂直な方向）で、光学的に共役関係にするが、通常、拡大倍率（２〜１０倍程度）であるため、ポリゴン面上でのビーム間隔が、ＬＤ面上より広がることになる。その離れた各発光点をさらに走査レンズにより感光体に結像するため、副走査方向でパワーの大きい走査レンズを使用した場合、像面湾曲等の収差を発生させやすいという不都合がある。
なお、副走査方向でパワーの小さい走査レンズを用いれば、収差を小さく押さえることが可能であるが、焦点距離が長くなり、光学系の大型化を招きやすい。また、ＬＤとポリゴンミラー面との共役倍率を小さくすれば、同様な収差低減効果があるが、光利用効率が小さくなり、この点で高速走査には不向きである。
【０００６】
次に、ＬＤの接合面を主走査方向に対して傾けて設置すると、ＬＤのビーム広がり角が接合面に水平な方向より垂直な方向で大きいため、コリメートレンズ通過後に、ビーム形状が縦長の楕円になる（図６参照）。光走査装置では、一般的に、感光体上で適切なビーム形状（主走査方向より、副走査方向が大きい楕円）を得るため、コリメートレンズ通過後に横長の開口を持つスリットを配置し、その回折効果によりビーム整形を行っているが、スリットに入射するビームはスリット開口端部で十分強い光強度を持つ必要がある。ところが、上記の様に、入射ビームが縦長の場合、コリメートレンズの焦点距離を長くし、ビーム形状を拡大しなければ、スリット開口端部で十分に強い光強度が得られない。その結果、スリット通過時にレーザパワーを大きく損失してしまう不都合がある。なお、コリメートレンズの後にビームを整形する光学素子を挿入すれば解決するが、部品点数の増加によってコスト高となってしまう。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、モノリシックマルチビームＬＤを光源に用いてもスリット透過率の低下を防ぐことができ、かつ部品点数の増加を招かない光走査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の光走査装置は、モノリシックなマルチビームＬＤの光源から出射される光束をポリゴンミラーで主走査方向に走査させる光走査装置であって、前記光源からの光束を集束させる第１のレンズと、該第１のレンズを透過した光束のビーム形状を整形するスリットと、前記第１のレンズを透過した光束を前記ポリゴンミラーの偏向面へ導く第２のレンズとを備え、前記マルチビームＬＤは、主走査方向に対して傾斜して設置され、前記第１のレンズは、主走査方向でのみ前記スリットとの間で光束の焦点を結ばせるアナモルフィックな面形状を少なくとも一面に有した凸型レンズであり、前記第２のレンズは、主走査方向において光束を平行光束若しくは収束光束とするシリンドリカルレンズであることを特徴とする。
【０００９】
この光走査装置では、第１のレンズによって、まず、主走査方向では、スリットの手前で、一旦焦点が結ばれ、再び拡大するため、スリット入射時のビーム形状が拡大される。次に副走査方向では、ビームが収束状態になるため、スリット入射時のビーム形状が縮小される。よって、スリット入射時のビーム径は、全体として、従来のコリメートレンズを使用した場合と比較し、スリットの開口形状と同じ横長の形状に近づき、スリット通過時のレーザパワー損失が少なくて済むようになる（図７、８参照）。なお、スリットの位置は第２のレンズの前後どちらに設置しても問題ない。
【００１０】
また、本発明の光走査装置は、前記第１のレンズが、副走査方向において光束を、前記第２のレンズを介して前記偏向面に集光させる面形状を有する技術が採用される。すなわち、この光走査装置では、第１のレンズが、副走査方向において光束を第２のレンズを介して偏向面に集光させる面形状を有するので、ポリゴンミラーの偏向面と感光体とを共役関係にし、ポリゴンミラーの面倒れ補正を行うことができる。また、第１のレンズに副走査方向の光束を偏向面に集光させる機能を持たせたことにより、第２のレンズを複雑化する必要がなくなり、部材作製コストを低減することができる。
【００１１】
また、本発明の光走査装置は、前記第１のレンズが、設置する際に位置決めをするための平面部を有することが好ましい。すなわち、この光走査装置では、第１のレンズが、設置する際に位置決めをするための平面部を有するので、アナモルフィックな面形状を有する第１のレンズの位置決めを、高精度にかつ容易に行うことができ、設置時の位置ずれによる光学特性のずれを防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明の光走査装置は、前記第２のレンズの曲面が非球面であることが好ましい。すなわち、この光走査装置では、第２のレンズの曲面が非球面であるので、主走査方向でパワーが強く、主走査方向で収差の発生し易い第１レンズを採用しても、第２のレンズにおいて収差を補正することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光走査装置の一実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。
【００１４】
本実施形態の光走査装置は、例えばレーザプリンタ等に用いられるもので、図１及び図２に示すように、モノリシックマルチビームＬＤの光源１から出射される光束をポリゴンミラー３で主走査方向（図２中の矢印方向）に走査させ、Ｆθレンズ（図示略）を介して感光体（図示略）に入射させるものである。
この光走査装置は、光源１からの光束を集束させる第１のレンズＬ１と、該第１のレンズＬ１を透過した光束のビーム形状を整形するスリット２と、第１のレンズＬ１を透過した光束をポリゴンミラー３の偏向面へ導く第２のレンズＬ２とを備えている。
なお、本実施形態では、スリット位置をレンズＬ２の入射面上に設置しており、その開口形状は、主走査方向が３．２ｍｍ、副走査方向が１．１ｍｍの楕円である。
【００１５】
上記光源１は、主走査方向（主走査方向を含む平面）に対して接合面をほぼ水平状態で若干傾けて（水平に近く鋭角な交差角で傾斜した状態に）設置されたモノリシック２ビーム半導体レーザであり、その広がり角（半値全角）は主走査方向で１０度、副走査方向で３０度、発光点間隔は１００μｍ、発振波長は６５０ｎｍである。
上記第１のレンズＬ１は、主走査方向でのみスリット２との間で光束の焦点を結ばせるアナモルフィックな面形状を少なくとも一面に有した凸型レンズであり、副走査方向（副走査方向を含む平面）において光束を、図２に示すように、第２のレンズＬ２を介して偏向面に集光させる面形状を有する。なお、第１のレンズＬ１は環境変動時の性能変化を考慮し、ガラスであることが好ましい。
【００１６】
なお、本実施形態では、スリット２側の面のみがアナモルフィックな面形状とされている。また、第１のレンズＬ１は、図３に示すように、設置する際に位置決めをするための平面部Ｆを有している。
また、上記第２のレンズＬ２は、図１に示すように、主走査方向において光束を平行光束とするプラスチック製のシリンドリカルレンズである。また、第２のレンズＬ２は、曲面が非球面である。
【００１７】
上記第１のレンズＬ１及び第２のレンズＬ２における光学特性データの一例を、下記の表１に示す。この表で面Ｒ１は、図１及び図２に示すように、第１のレンズＬ１の光源１側の面（軸対称非球面）であり、面Ｒ２は、第１のレンズＬ１のスリット２側の面（アナモルフィック面）である。また、面Ｒ３は、第２のレンズＬ２のスリット２側の面（非球面）であり、面Ｒ４は、第２のレンズＬ２のポリゴンミラー３側の面（平面）である。
【００１８】
また、間隔ｄ１は、ＬＤと第１のレンズとの間隔であり、間隔ｄ２は、第１のレンズの中心厚である。また、間隔ｄ３は、第１のレンズと第２のレンズとの間隔であり、間隔ｄ４は、第２のレンズの中心厚である。また、間隔ｄ５は、第２のレンズとポリゴンミラーとの間隔である。
【００１９】
【表１】

【００２０】
また、面Ｒ３の非球面は、下記の非球面式（１）で定義され、収差を補正するために最適な曲面に設定されている。なお、座標系は、図４に示すとおりである。
【数１】

【００２１】
本実施形態では、第１のレンズＬ１が、主走査方向でのみスリット２との間で光束の焦点を結ばせるアナモルフィックな面形状を少なくとも一面に有した凸型レンズであるので、第１のレンズＬ１によってスリット２の手前で焦点が結ばれてスリット２入射時のビーム形状が主走査方向でのみ広がった状態となる。このため、接合面がほぼ水平な場合でも、部品点数を増やさずにスリット透過率の低下を防ぐことができる。
表２に具体的な透過率を記載する。
【表２】

さらに、第２のレンズＬ２が、主走査方向において光束を平行光束若しくは収束光束とするシリンドリカルレンズであるので、主走査方向に拡大したビームを、主走査方向のみパワーを持ったシリンドリカルレンズにより、平行光束化または、収束光束化してＦθレンズに入射させることができる。
【００２２】
また、第１のレンズＬ１が、副走査方向において光束を、第２のレンズＬ２を介して偏向面に集光させる面形状を有するので、ポリゴンミラー３の偏向面と感光体とを共役関係にし、ポリゴンミラー３の面倒れ補正を行うことができる。
さらに、第１のレンズＬ１が、設置する際に位置決めをするための平面部Ｆを有するので、アナモルフィックな面形状を有する第１のレンズＬ１の位置決めを高精度にかつ容易に行うことができ、設置時の位置ずれによる光学特性のずれを防ぐことができる。
また、第２のレンズＬ２の曲面が非球面であるので、アナモルフィック面形状を有するために収差の補正効果が比較的小さい第１のレンズＬ１を採用しても、第２のレンズＬ２において収差を補正することができる。
【００２３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明の光走査装置をレーザプリンタに採用したが、他の装置、例えばコピー機などに採用しても構わない。
また、上記実施形態では、第１のレンズのアナモルフィックな面をスリット側の片面に設けたが、反対側の面又は両面に設けても構わない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明の光走査装置によれば、モノリシックマルチビームＬＤの接合面を主走査方向に対し傾斜させて設置しても、第１のレンズが、主走査方向でのみスリットとの間で光束の焦点を結ばせるアナモルフィックな面形状を少なくとも一面に有した凸型レンズであり、第２のレンズが、主走査方向において光束を平行光束若しくは収束光束とするシリンドリカルレンズであるので、スリット入射時のビーム形状が主走査方向のみ広がった状態となり、スリット透過率の低下を防ぐことができると共に、主走査方向で平行光束化もしくは収束光束化した状態で、Ｆθレンズに入射させることができる。したがって、レーザパワー損失の少ない、高速な光走査装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光走査装置の一実施形態において、主走査平面（主走査方向を含む平面）における光路及び構成を示す図である。
【図２】本発明に係る光走査装置の一実施形態において、副走査平面（副走査方向を含む平面）における光路及び構成を示す図である。
【図３】本発明に係る光走査装置の一実施形態において、第１のレンズの外形を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る光走査装置の一実施形態において、非球面式における座標系を説明する図である。
【図５】ＬＤの接合面を主走査方向に対して垂直にして使用した場合を示す説明図である。
【図６】ＬＤの接合面を主走査方向に対して傾けて設置した場合を示す説明図である。
【図７】スリット入射時のビーム径とスリットの開口形状との関係を従来例の場合で示す説明図である。
【図８】スリット入射時のビーム径とスリットの開口形状との関係を本発明の場合で示す説明図である。
【符号の説明】
１光源
２スリット
３ポリゴンミラー
Ｌ１第１のレンズ
Ｌ２第２のレンズ
Ｆ第１のレンズの平面部

Claims

モノリシックなマルチビームＬＤの光源から出射される光束をポリゴンミラーで主走査方向に走査させる光走査装置であって、
前記光源からの光束を集束させる第１のレンズと、該第１のレンズを透過した光束のビーム形状を整形するスリットと、前記第１のレンズを透過した光束を前記ポリゴンミラーの偏向面へ導く第２のレンズとを備え、
前記マルチビームＬＤは、主走査方向に対して接合面を傾けて設置され、
前記第１のレンズは、主走査方向でのみ前記スリットとの間で光束の焦点を結ばせるアナモルフィックな面形状を少なくとも一面に有した凸型レンズであり、
前記第２のレンズは、主走査方向において光束を平行光束若しくは収束光束とするシリンドリカルレンズであることを特徴とする光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
前記第１のレンズは、副走査方向において光束を、前記第２のレンズを介して前記偏向面に集光させる面形状を有することを特徴とする光走査装置。
請求項１又は２に記載の光走査装置において、
前記第１のレンズは、設置する際に位置決めをするための平面部を有することを特徴とする光走査装置。
請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置において、
前記第２のレンズは、曲面が非球面であることを特徴とする光走査装置。