JPH02269305A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光走査装置に関する。

［従来の技術］ 光走査装置は、光ビームの走査により情報の書込みを行
うための装置として知られ、レーザープリンターやレー
ザーファクシミリ、レーザー製版機、デジタル複写機等
に用いられている。

従来、光走査装置では一般に、光走査の等速性を実現す
るためにｆθレンズ等の特殊な結像レンズ系を用いてい
るが、これら結像レンズ系はその光学特性の特殊性のた
め製造コストの低減化が難しく、このため光走査装置の
低コスト化が困難であった。

一方、光走査の等速性は光ビーム自体は等速的に移動し
なくても、光ビームの変調の同期を取る画像クロックを
電気的に補正することで実現できる。このような観点か
ら近時、ｆＯレンズ等の特殊な結像レンズ系を用いない
光走査装置が提案されている。このような光走査装置の
内の注目すべきものとして、ポストオブジェクティブ型
光偏向器がある（特開昭６０−１３３４１４号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ このポストオブジェクティブ型光偏向器はｆθレンズ系
を必要とせず、装置構成も簡単であるが被走査面を走査
する光ビームの結像位置と被走査面とのずれをできるだ
け小さくするために、偏向反射面に特殊な曲率をつけた
回転多面鏡を偏向手段として使用しており、回転多面荒
の作製コストが高くつくという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は簡単な光学系で実現でき、しかも良
好な光走査を実現できる新規な光走査装置の提供にある
。

［課題を解決するための手段］ 以下１本発明を説明する。

本発明の光走査装置は、請求項１．２の発明とも、可変
焦点半導体レーザー光源と、コリメートレンズと、偏向
手段と、第１および第２の結像光学系と、制御手段とを
有する。

［可変焦点半導体レーザー光源」は、発散性のレーザー
光束を放射し、レーザー光束の最小発散角に対応する方
向の発散の実質的起点を光軸方向へ変位させることがで
き、上記最小発散角に対応する方向を主走査方向に対応
させて配備される。

レーザー光束の最大発散角方向は、光軸と上記最小発散
角方向に直交する。従って最大発散角の方向は副走査方
向に対応する。

「コリメートレンズ」は、可変焦点半導体レーザー光源
からの発散性の光束を、その最大発散角に対応する方向
に於いて略平行化する。従ってコリメートレンズから射
出する光束は、副走査対応方向に関しては略平行であり
、主走査対応方向に関しては集束性もしくは発散性であ
る。

「偏向手段」は、コリメートレンズからの光束を偏向反
射面により反射させ１反射光束を主走査対応方向へ偏向
させる。

偏向手段としては公知の回転多面鏡、ピラミダルミラー
、ガルバノミラ−等を用いることができる。

「第１の結像光学系」は、コリメートレンズと偏向反射
面との間に配備され、コリメートレンズからの光束を主
走査方向に於いて被走査面上に結像させる。

この第１の結像光学系は、後述・する実施例の場合のよ
うに、２枚のシリンドリカルレンズで構成することもで
きるし、球面レンズとシリンドリカルレンズの組合せで
も良く、あるいはアナモフィックな単レンズとすること
も可能である。

「第２の結像光学系」は、偏向反射面と被走査面との間
に配備され、偏向反射面位置と被走査面位置を副走査方
向に関して幾何光学的に略共役な関係とするとともに、
上記第１の結像光学系と共働してコリメートレンズから
の光束を副走査方向に於いて被走査面上に結像させる。

この第２の結像光学系として１よ、後述の実施例の場合
のように長尺シリンドリカルレンズを用い得るほか、ト
ロイダルレンズ等を用いることができる。

「制御手段」は、可変焦点半導体レーザー光源の最小発
散角に対応する方向の発散の実質的起点を変化させるた
めの制御を行う、そして制御手段によるこの制御は、被
走査面に入射する光束が偏向手段による偏向角に拘らず
、常に主走査方向に於いて被走査面上に結像するように
行われる。

光走査装置では、被走査面上における光ビームのスポッ
ト形状を所望の形状とするために、コリメートレンズか
らの光束を規制するアパーチュアの使用が慣用されてい
るが、請求項１の発明においても、この種のアパーチュ
アを用いることができる。

請求項２の発明に於いては、かかるアパーチュアの使用
が前提である。

即ち、請求項２の発明ではコリメートレンズと第１の光
学系との間に、ビームコンプレッサーが配備される。コ
リメートレンズからの光束は、コリメートレンズにより
略平行化された方向の光束径が上記ビームコンプレッサ
ーにより縮小され、主走査対応方向に長く副走査対応方
向に短いアパーチュアを介して第１の結像光学系に入射
する。

なお、情報書込みの際の等速性は、書込み信号の画像ク
ロックを電気的に補正して実現する。

［作　　用］ 請求項１，２の光走査装置とも、光ビームは主走査方向
に関しては、第１の結像光学系により被走査面に向かっ
て集束するが、集束の途上に於いて偏向手段により偏向
されるので、結像点は、偏向の起点を中心として円弧上
を移動し、被走査面と合致しない、そこで主走査方向に
関して上記結像点が常に被走査面と合致するように、制
御手段により可変焦点半導体レーザー光源の発散の実質
的起点を変化させるのである。

また請求項２の光走査装置では、副走査方向の光束が光
束径を縮小してアパーチュアに入射するので、副走査方
向に於けるアパーチュアによる遮光量が小さくなる。

Ｃ実施例］ 以下、図面を参照しつつ具体的な実施例に即して説明す
る。

第１図は、請求項１の発明の１実施例を略示している。

第１図（Ｉ）は、可変焦点半導体レーザー１から被走査
面１０に到る光ビーム光路を展開し、これを副走査方向
から見た状態を示している。従って第１図（Ｉ）で図面
に直交する方向が副走査方向である。因みに主走査方向
は、この図において被走査面ｌＯの方向即ち、図の上下
方向として描かれている。第１図（ＩＩ）は、可変焦点
半導体レーザー１から被走査面１０に到る光ビーム光路
を展開し、これを主走査方向から見た状態を示している
。従って第１図（ＩＩ）で図面に直交する方向が主走査
方向である。

可変焦点半導体レーザー光源は１は、［電子技術総合研
究新報　ＶＯＬ、５２．９５号　８２〜８３頁」の記載
等により既に知られた、半導体レーザーを利用した光源
である。

第２図を参照すると、周知の如く、半導体レーザーＩＡ
からは、楕円形の光束断面を持つ発散性の光束が放射さ
れる。この楕円形の光束断面の長軸方向をＸ方向、短軸
方向をＹ方向とすると、Ｘ方向は最大発散角θ８に対応
する方向であり、Ｙ方向は最小発散角θ１に対応する方
向である。

本発明に於いて用いられる可変焦点半導体レーザー光源
１は、上記放射レーザー光束の、最小発散角θ１を外部
からの電気信号に応じて変化させることができる。この
ことは、Ｙ方向に就いての光束即ち、放射レーザー光束
をＸ方向から見た状態に於いて、光束の発散の実質的起
点が光軸方向に変位することを意味する。

さて再び第１図に戻ると、可変焦点半導体レーザー光源
ｌからの発散性のレーザー光束はコリメートレンズ３に
入射する。このコリメートレンズ３は、入射してくる発
散性の光束を最大発散角に対応する方向に於いて平行化
する機能を持っている。可変焦点半導体レーザー光源１
は、最大発散角に対応する方向（第２図のＸ方向）を副
走査対応方向にしているので、副走査対応方向に就いて
見ると、第３図（Ｉ）に示すように、コリメートレンズ
３かも射出する光束は略平行光束である。主走査対応方
向に就いては、コリメートレンズ３に入射する光束の発
散角即ち、第２図の最小発散角θＹが小さいのでコリメ
ートレンズ３から射出する光束は、第３図（ＩＩ）に示
すように集束性の光束となる。

コリメートレンズ３から射出した光束は続いて。

第１図に示すように７バーチユア４により光束径を規制
され、第１の結像光学系５に入射する。

第１の結像光学系５は、２枚のシリンドリカルレンズ５
Ａ　、　５Ｂにより構成されている。シリンドリカルレ
ンズ５Ａは副走査対応方向にのみ正のパワーを有し、シ
リンドリカルレンズ５Ｂは主走査対応方向にのみ正のパ
ワーを有する。

第１の結像光学系５を透過した光束は偏向反射面７によ
り反射され、第２の結像光学系９を介して被走査面１０
に入射する。

なお、この実施例に於いて偏向手段は回転多面鏡が使用
されている。

第２の結像光学系９は、副走査対応方向にのみ正のパワ
ーを持つ長尺シリンドリカルレンズである。

光束は、第１および第２の結像光学系５，９の作用によ
り結像するが、第［１（１）に実線で示すように光束が
走査領域の中央部に入射するとき、被走査面１０上にス
ポット状に結像する。従って光束が偏向反射面７の回転
により偏向すると主走査対応方向の結像位置は図の半径
Ｒの円弧上を移動する。

また幾何光学的に見ると第１図（ＩＩ）に示すように、
第２の結像光学系は副走査対応方向に関して偏向反射面
７による偏向の起点と被走査面位置とを互いに共役関係
としており、これにより偏向手段における面倒れの補正
を行っている。なお波面光学的に見た場合の第１の結像
光学系５による集束光束の、副走査対応方向に於けるビ
ームウェスト位置は、偏向反射面７よりも、ずっと第２
の結像光学系９よりにある。

さて、上に説明したように主走査対応方向に関して、光
ビームの結像点は半径Ｒの円弧上を移動し、主走査領域
の殆どの位置で被走査面１０と合致しない・この不一致
を解消するためには、光ビームの偏向角に応じて結像位
置を変化させる必要がある。

今、第１図（Ｉ）に示すように偏向反射面７から被走査
面１０までの最短距離をＲとし、偏向角ξにおける偏向
起点から被走査面ｌＯに到る距離をＬとすると、　Ｌａ
ｏｓξ＝Ｒであるから、偏向角ξのときの主走査対応方
向での結像位置と被走査面ｌＯとの間隔は、Ｒ（（１／
ｃｏｓξ）−１）となる。

さて、第３図（ＩＩ）に於いて、点Ｐは、第１図（Ｉ）
の、光束を実線で示した状態に於いて、シリンドリカル
レンズ５Ｂにより被走査面１０と幾何光学的に共役な関
係にある点をしめしている。即ち、第１図（Ｉ）の上記
状態に於いて被走査面１０上には点Ｐの像が幾何光学的
には結像している。今、可変焦点半導体レーザー光源１
の最小発散角方向の発散の実質的起点が光軸方向へ変位
した結果、点ＰがＰ′の位置までΔの距離を変位したと
すると、シリンドリカルレンズ５Ａによる結像位置は、
シリンドリカルレンズ５Ａによる横倍率βを用いて１周
知の如く、Δ′：β２Δだけずれる。

従って、上記Δが、 β２Δ”Ｒ（（１／ｃｏｓξ）−１）　　　　　（１）
を満足するように可変焦点半導体レーザー１の最小発散
角方向の発散の実質的起点の変位を制御すれば、光ビー
ムを常に被走査面１０上にスポットとして結像させるこ
とができる。

なお、上記Δは、コリメートレンズ３の物体側主点と可
変焦点半導体レーザー光源１の発光端面との間の距離を
ａ、コリメートレンズ３の焦点距離をｆ、、主走査対応
方向における同光源１からの光束の発散角をφ、゛同光
源１の最小発散角方向の発光の実質的起点の物体高をｈ
とすると、Δ”（ｆｆ・ｔａｎφ）／（ｈ◆（ａ−ｆ　
、　）ｔａｎφ）で与えられる。

そこで、光走査の同期を取る画像クロックと関連つけて
、可変焦点半４体レーザー光源に於ける上記発散の実質
的起点の変位が、偏向角ξに対して上記（１）式を満足
するような変位内容を実現する指令を制御回路２に記憶
させて置き、光走査に同期して、可変焦点半導体レーザ
ー光源の上記発散の実質的起点の変位を制御する。

このようにして、被走査面１０を略一定したスポット径
で良好に光走査することができる。

制御回路は例えばマイクロコンピュータ−で実現できる
。

なお、上述した実施例では可変焦点半導体レーザー光［
１からの放射光束は主走査対応方向においても発散性で
あるが、可変焦点半導体レーザー光源からの光束が主走
査対応方向に於いて放射端面の極近傍に集束するように
することもでき、そのような場合は、コリメートレンズ
から主走査対応方向においても発散性の光束が射出する
こともある。このような場合には、コリメートレンズと
第１の結像光学系との合成光学系に対し上記主走査対応
方向の集束位置を変化させてスポット径の安定化を図る
ことはいうまでも無い。

さて前述したように、アパーチュア４は、被走査面ｌＯ
上に於けるスポット径を調整するためのものであって、
一般に主走査方向に長く副走査方向には短い形状のスリ
ットを有している。

本発明では、可変焦点半導体レーザー光源１の最大発散
角に対応する方向を副走査方向に対応させると、第４図
（ＩＩ）に示すようにコリメトレンズ３かも射出する光
束は副走査対応方向（第４図の上下方向）に長い幅に平
行化されるが、アパーチュア４のスリット幅は、副走査
対応方向では短いので７パーチユア４により光束の相当
部分が遮光されることになり、これは被走査面へ到達す
る光の量を減少させることとなり、このままでは光の利
用効率が悪い。

そこで、請求項２の発明では、コリメートレンズと第１
の光学系との間に、ビームコンプレッサーを配備し、フ
リメートレンズにより略平行化された方向の光束径をビ
ームコンプレッサーにより縮小しアパーチュアに入射さ
せる。

第４図（Ｉ）は、１１求項２の発明の１実施例の特徴部
分のみを示している。

図に於いて符号６はビームコンプレッサーを示している
。ビームコンプレッサー６は２枚のシリンドリカルレン
ズ６Ａ、６Ｂにより構成されている。

これらシリンドリカルレンズ６ム、６Ｂは、副走査対応
方向にのみパワーを有し、この方向における光束径を平
行性を保ちつつ縮小する。これにより、アパーチュア４
による遮光量が有効に減少し、光の利用効率を増大させ
ることができる。

なお、ビームコンプレッサー６の作用により主走査対応
方向は、コリメートレンズ３と第１の結像光学系との間
の光学的距離が変化するが、この変化量は一定値である
から、その補正は容易である。

［発明の効果］ 以上１本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

この光走査装置は、上記の如き構成となっているのでｆ
θレンズのような特殊な結像レンズを用いることなく、
良好な光走査が可能であり。

請求項２の装置では光走査に於ける光利用効率が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、請求項１の発明の詳細な説明するための図、
第２図、第３図は、上記実施例に関連して可変焦点半導
体レーザー装置と上記発明の詳細な説明するための図、
第４図は、請求項２の発明の特徴部分を実施例との関連
で説明するための図である。 １１６．可変焦点半導体レーザー光源、２６０．制御手
段としての制御回路、　３．、、コリメートレンズ。 ４００．アパーチュア、　５．、、第１の結像光学系、
７０．。 偏向反射面、９１０．第２の結像光学系、６１．、ビー
ムハブ 圀 ち１ ゲ Ｖ）δ 図 １’ｌ） 最４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発散性のレーザー光束を放射し、レーザー光束の最
   小発散角に対応する方向の発散の実質的起点を光軸方向
   へ変位させることができ、上記最小発散角に対応する方
   向を主走査方向に対応させて配備される可変焦点半導体
   レーザー光源と、この可変焦点半導体レーザー光源から
   の発散性の光束を、その最大発散角に対応する方向に於
   いて略平行化するコリメートレンズと、 コリメートレンズからの光束を偏向反射面により反射さ
   せ、反射光束を主走査対応方向へ偏向させる偏向手段と
   、 上記コリメートレンズと偏向反射面との間に配備され、
   コリメートレンズからの光束を主走査方向に於いて被走
   査面上に結像する第１の結像光学系と、 上記偏向反射面と被走査面との間に配備され、偏向反射
   面位置と被走査面位置を副走査方向に関して幾何光学的
   に略共役な関係とするとともに、上記第の結像光学系と
   共働してコリメートレンズからの光束を副走査方向に於
   いて被走査面上に結像させる第２の結像光学系と、 上記可変焦点半導体レーザー光源の、最小発散角に対応
   する方向の発散の実質的起点を変化させるための制御手
   段とを有し、 被走査面に入射する光束が偏向手段による偏向角に拘ら
   ず、常に主走査方向に於いて被走査面上に結像するよう
   に、上記可変焦点半導体レーザー光源の上記発散の実質
   的起点の位置を上記制御手段により制御するようにした
   ことを特徴とする、光走査装置。 ２、請求項１に於いて、コリメートレンズと第１の光学
   系との間に、ビームコンプレッサーを配備し、上記コリ
   メートレンズにより略平行化された方向の光束径を縮小
   し、主走査対応方向に長く副走査対応方向に短いアパー
   チュアを介して第１の結像光学系に入射せしめるように
   したことを特徴とする、光走査装置。