JPH0317610A - 走査光学装置 - 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］ 本発明は光束によりデｆスブレイ、電子写真感光体、感
熱体などの被唄射体を走査する走査光学装置、特にｙｉ
囮肘体上の走査光束の集光ないし結像状態を調整する手
段を有する走査光学装置に関する。

［従来の技術］ 近年、情報に応じて変調された光束で被照射体面を走査
するディスプレイ，プリンタ等が普及している。こうし
た装置において、温度、湿度などの環境変化により走査
光束の焦点位置が変化してしまうという性質があった．
このことは、Ｆナンバーが比較的大きく被照射体上での
光束スポット径が大きい走査光学系では、必要なスポッ
ト径の得られる焦点範囲（深度）が大きいので問題には
ならないしかし，Ｆナンバーが小さく被照射体上での光
束スポット径が小さい走査光学系では、焦点深度が浅い
為、上記環境変化により焦点位置が焦点深度内から外れ
てしまい、所望の高精度の画像記録などが被揮射体上で
行なえなくなる． この為、焦点位置の変動を補正する為の自動隼点調整手
段を備えることが提案されている。

その方法としては、■レーザ光源などの光源を光軸方向
に移動させる、・■コリメータレンズを光軸方向に移動
させる、■コリメータレンズの後に補正レンズ系を設け
て補正レンズ系を光軸方向に移動させる、■ｆ・θレン
ズを移動させる、ｏｆ・θレンズと感光ドラムなどの被
照射体間の距離を変えるなどといったものが提案されて
いる． ［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記■、■の方法は、移動する為の装置が
大きくなり過ぎるので実用的とはいえない． また、上記■、■、■の方法は、小型の装置で焦点調節
を行なうことが出来るが、逆に焦点位置の変化を調節す
る為に必要とされる光源などの移動量が小さくなり過ぎ
てしまい，その制御が困難となったり移動制ｇ！ＪＭ！
ＡｖＩが複雑になったり高価になってしまう。

例えば、波長０．７８μｍの半導体レーザを光源に用い
被照射体上のスポット径４０μｍを得る走査光学系の場
合、その焦点深度は±０．８ｍｍ程度であり、走査レン
ズ（ｆ・θレンズ）のＦナンバーが３５位でコリメータ
レンズのＦナンバーが２．０とすると、被照射体上での
±０．８ｍｍの変化はレーザの位置が±２．６μｍ変動
することに相当する．通常考えられる環境変動では、焦
点位置の変化はレーザ位置の変動に換算すると±５μｍ
程度と考えられる． よって，上記Φ、■、■の方法では、μｍ単位の移動量
でコリメータレンズ等を制御する必要が生じてしまい、
移動手段として用いられるアクチュエータの種類が限ら
れたり特別な工夫が要求されることになるのである．従
って、本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、比較的簡
単な構成の焦点調整手段を用いて微妙な焦点位置：Ａ整
を可能とした走査光学装置を提供することにある． ［課題を解決す，る為の手段］ 上記目的を達成する為の本発明においては、光源とこの
光源からの光束が走査される被照射体との間の光路中に
プリズム手段が配置され、このプリズム手段は少なくと
も部分において光軸方向とは異なる方向に移動されるこ
とにより走査光束の被照射体上での集光状態を調整する
。

具体的には，プリズム手段は、一面が光軸と垂直となり
他面が別の光学部材（レンズ、他のくさび型プリズムな
ど）の面と隣接する様に配設されたくさび型プリズムを
含み、上配隣接する光学部材面とプリズムの他面とが平
行状態を保ちつつプリズムが光軸方向とは異なる方向（
光軸と直角な方向、隣接する光学部材面と平行な方向な
ど冫に移動されたり、プリズム手段は１つまたはそれ以
上のくさび型プリズム、レンズから成る． ［作用］ 上記の本発明の構成によれば、走査光学系の光路中に挿
入された比較的簡単で軽量なプリズム手段を全体的又は
部分的に光軸方向とは異なる方向に移動させるので、こ
れの移動量が走査光束の焦点位置の変化に及ぼす影響が
低感度にされてプリズム手段を移動制御できる。

従って、プリズム手段を移動させる手段が簡単になると
共に、焦点位置調整の精度も高精度となる． ［実施例１ 第１図乃至第３図は本発明の第ｌ実施例を示す．走査光
学装置の全体構成（走査光束が経時的に形或する主走査
面におけるもの）を示す第１図において、ｌは光源であ
る半導体レーザであり、レーザ１かも発せられた光束は
くさび型プリズムを通ってコリメータレンズ４に入射す
る．コリメータレンズ４には絞り４ａが付いており、コ
リメータレンズ４から出たビームは或る大きさの略平行
光にされる。この平行先は矢印の方向に一定速で高速回
転している回転多面鏡５に入財し，ここで偏向Ｍ：査さ
れる．偏向走査された光束は、ｆ・θレンズ６、７によ
って走査直線性を補正され且つ集光作用を受けて、・被
照射体である被走査面８に小さなスポットとして結像さ
れる。

このスポットは被走査面８上では矢印の方向に等速で光
束走査される．ここで、有効走査部の近傍にはビーム径
検知器９が設けられており、この検知器９はプリズム駆
動装ｒＩｌ３と連動している．即ち、走査光束を受光す
る検知器９からの信号を元にしてプリズム駆動装置３が
働き、これによりくさび聖プリズム２の位置が制御され
て被走査面８上の走査光束の集光ないし結像状態が最適
化される．第２図はくさび型プリズムによるビーム径の
自動調整作用を説明する図である．第２図（ｆ１）にお
いて、半導体レーザｌから出た光束はくさび型プリズム
２を通過してコリメータレンズ４を通り、更に開口絞り
４ａを通ってこの絞り４ａの大きさの略平行光とされて
破線の方向に進む。

ここで、くさび型プリズム２は図示する様に中心層がＤ
１、くさびの角度すなわち頂角がθ、屈折率がＮとする
。

次に，第２図（ｂ）の如く、くさび型プリズム２をＸだ
け光軸に直角な方向に移動させる．このとき、光軸上の
プリズム２の中心厚はΔＤ＝Ｘｔａｎθだけ変化してＤ
．＝Ｄ．＋Ｘｔａｎθとなり５レーザｌとコリメータレ
ンズ４の位置関係は不変であるので、レーザｌとコリメ
ータレンズ４間の光路長が変化して被走査面８上のピン
ト調整が可能となる上記光路長の変化Ｚは略 Ｚ＝Ｘｔａｎθ−　　（１／Ｎ−１）で表わされる． ここで、第２図に示す様に，プリズム２の一方の面が光
軸と垂直な位置から略角度θだけ傾いているので、θの
値が大きくなると光学的収差、特にコマ収差が増大する
為、頂角θはＯ度から５度の範囲で使用したほうがよい
性能を得ることができる。

また、使用するコリメータレンズ４のＦナンバーが小さ
くなるとコマ収差の影響が大きくなる為に、Ｆナンバー
は１．８以上で使用した方が良い． 更に、第２図の如く配設されたくさび型プリズム２によ
って若干の非点収差が発生するが光源である半導体レー
ザｌも非点収差ないし非点隔差を持っている為に、総合
的に非点収差を打ち消す方向、即ちくさび型プリズム２
のくさびの角度θを持っている断面（第２図に示す断面
）内に半導体レーザ１の発光部の短辺方向を揃えて配置
すれば、半導体レーザｌからコリメータレンズ４までの
光源部の非点収差を小さく抑えることができる．ここで
具体的な設計例を示す。第２図において、光源ｌの波長
丸＝７８０ｎｍ、くさび型プリズムの頂角θ＝１度、Ｄ
．＝２ｍｍ、Ｎ＝１．５１０７２．コリメータレンズ４
の第１面（プリズム側）の半径Ｒ，＝■，第２面の半径
Ｒ．＝−６．０６６、その屈折率＝１．７８５６９とし
て、絞り４の絞り径をφ１．７とする． くさび型プリズム４をＸ＝５ｍｍ光軸と垂直な方向に移
動させることで、ΔＤ＝０．０８７２８ｍｍになり、従
って光路長の変化Ｚは０．０２９５ｍｍとなる。よって
、上記プリズム４を５ｍｍ光軸に直角な方向に移動させ
ることは光源ｌとコリメータレンズ４間を０．０２９５
ｍｍ移動させることと等しいことになり、従って前者は
レンズなどを光軸方向に動かす場合に比して移動感度が
１／１　６９．５と低感度となる．こうして、プリズム
４の移動制御が安価で簡単な機構で精度良く行なえるこ
とになる． 第ｌ実廁例では，光源とコリメータレンズ間の非平行光
束の光路中に単一のくさび型プリズム手段を配置してい
るが、このプリズムは他の光学素子ないし部材間や、倒
れ補正機能｛ポリゴンミラーの偏向反射面が倒れても、
光束が常に同一走査線上に集光される様にする機能）を
持つ走査光学装置の光学素子間に配置されてもよい。

第３図は第２実施例を示す．第２実施例では、プリズム
手段は、くさび型プリズムに替わり、回転することで光
束の通るくさびの頂角が変化したり、又は光束が入射す
るくさびの位置が変化する様な構成を持つくさび部材ｌ
２から成っている．被走査面８上のスポット径が調整さ
れる原理は第１実施例と同じである． 第４図は第３実施例を示す。第３実旅例では、プリズム
手段は異種のガラス材質から成る２つのくさび型プリズ
ム２０、２１を貼り合わせて１つのくさび型プリズム２
２としたものから成っている。この構成により色消作用
が発揮されたり光束の曲がりが調整される．第３実施例
でも、第ｌ実施例と同じくプリズム２２は光軸に直角な
方向に移動される。

以上の実施例では、プリズム手段の光最大射側または最
出射側の平面が光軸と垂直な位置から若干傾いた形態で
あったが、以下にプリズム手段のこうした平面が全て光
軸と垂直になっている実施例を示す。

第５図は、プリズム手段が光源ｌ側の第ｌプリズム３０
とコリメーターレンズ４側の第２プリズム３１から成る
第４実施例を示す。

第４実施例では、２つのプリズム３０．３１は同じ頂角
θを持ち、間隔はゼロに保たれてプリズム３０、３１は
平行平板と同機能を持つ形態で発散光束中に置かれてい
る。又、第１プリズム３０の光源側の平面と第２プリズ
ム３ｌのコリメーターレンズ側の平面は共にコリメータ
ーレンズ４の光軸Ｏに対して垂直になっている． 第４実施例では、プリズム３０が両プリズム３０．３１
の当接面に平行な方向に移動させられて、光軸Ｏ上にと
った任意の２点Ａ、Ｂ間の光路長を変化させている．こ
の変化量ΔＡＢは、第ｌ実施例での説明から分かる様に
、 ΔＡＢ＝Ｘｔａｎθ−（．１／Ｎ−１）である．ただし
、両プリズム３０、３１の屈折率をＮ、頂角をθ、第ｌ
プリズム３０の光軸Ｏと直角な方向への移動量をＸとす
る。

屈折率Ｎ＝１．５１０７２とし、頂角θを１度、５度、
２０度としたとき、移動ｍｘに対してプリズム手段の厚
みｔと光路長変化ΔＡＢがどの様に変化するかを以下の
表１、２、３に示す． 表ｌ　　頂角　ビ 表２　頂角 ５゜ 表３　頂角２０゜ 本実施例では、頂角θ等についての制限は左程存在しな
いので、プリズムの頂角、屈折率などを適宜選択するこ
とで、環境変動を打ち消す為に必要なプリズムの移動量
を任意に設定できて、移動手段となるアクチュエー夕の
選択の幅が極めて広くなる． また、光学的には屈折力を持たない面が変化しているの
で、収差の変動は小さくなる．第４実施例でも、焦点調
整の原理は、今迄述べてきた実施例と同じであり、第２
プリズム３１の方を動かす第６図の例で説明する．第６
図（ｂ）に示す様に、プリズム３０，３１で構成される
見掛け上の平行平板の厚みが小さくなれば（第６図（ａ
）の状態からブリズム３ｌをＰ方向に移動する）、コリ
メータレンズ４とプリズム手段３０、３ｌから成ると考
えられるコリメータレンズ系のバックフォーカス（第１
プリズム３０の光源側の面とこの入射面側の焦点Ｉ０ま
での距離）が長くなって２．からＩ２，になる（ｐｂ　
＞ｇ，）．反対に、第６図（ｃ）の様に第２プリズム３
ｌをＱ方向に移動して平行平板の厚みを大きくすると、
上記バックフォーカスが短くなってＩ２．からＩ２２に
なる（℃。〈氾．）。

光源ｌが２．の位置に置かれている場合、第６図（ａ）
の位置ではコリメータレンズ４からは平行光束が出財し
、第６図（ｂ）の位置ではコリメータレンズ４からは発
敗光束が出射し、第６図（Ｃ）の位置ではコリメータレ
ンズ４からは収束光束が出る．従って、走査光束の黒点
位置が被走査面８の前方にあるときには、コリメータレ
ンズ４から発散光束が出る様に＠６図（ｂ）の状態にし
ていって走査光束の焦点位置が被走査面８上に来る様に
調整し、その逆の場合には第６図（ｃ）の状態にしてゆ
けばよい． 通常のレーザ走査系の場合、環境変動による焦点位置の
変動はレーザ光源が±５μｍ程度移動することに相当す
る．従って、第６図の例の場合、バックフォーカスをｌ
Ｏμｍ移動できれば環境変動による焦点位置の変動を補
正できることになる． プリズム３１を屈折串Ｎ＝１．５１０７２のガラスで嘴
成した場合，バックフォーカスが１０μｍ変化するとき
のプリズム３ｌの頂角θと光軸と垂直な方向に測った移
動量Ｘとプリズム３ｌの実際の移動量（移動方向に沿っ
て測った距離）Ｕの関係は表４の通りになる． また．Ｎ＝１．７８５６９のガラスでプリズム３ｌを構
成した場合については、表５の通りになる． 表４　　　Ｎ＝１．５ＬＯ７２ 表５ Ｎ＝１．　　７８５６９ に移動させる例である． 第ｌＯ図は、レンズ３８ヒプリズム３９を一体として見
た場合、平凸１枚レンズとなる様にした例を示し、レン
ズ３８は片面が曲面、もう片面がプリズム３９の頂角分
だけ光軸に垂直な位置から傾いた平面であり、この傾い
た平面に沿ってプリズム３９が移動される以下、更に幾
つかの実施例を示す． 第７図は、２つのプリズム３２、３３の間に隙間を開け
てプリズム３２を、隙間を形成する対向面に平行な方向
に移動させる例を示す． 第８図は，同じく２つのプリズム３４、３５の間に隙間
を開けるが、プリズム３４を光軸と直角な方向に移動さ
せる例を示す．第９図は、２つのプリズム３６、３７を
共第１ｌ図は、レンズ４０とプリズム４１の間に隙間を
開けた例を示す． 第１２図は、コリメータレンズ４２の構成を３枚玉にし
た例を示す．２つのプリズムは一方又は両方を移動させ
る． 第１３図は、プリズム手段を第１０図の例と同様にレン
ズ４３と可動なプリズム４４で構成した例であり、各レ
ンズとプリズム４４を一体として見た場合、入射面が平
面であるコリメータレンズ系を備える例と見做せるもの
である． 第１４図は、複数枚のレンズで構成されるコリメータレ
ンズ系４５の入射側レンズと出射側レンズの間に、２枚
を合わせると平行平板と見做せる２枚のプリズム４６、
４７を配置した例を示し、プリズムは一方又は両方を可
動としている。

第１５図は、コリメータレンズ系が複数のレンズで構成
され、入射面と出射面の間に可動なプリズム４８が配置
された例を示し、プリズム４８に隣接するレンズ４９は
片面が曲面で、もう片面がプリズム４８の頂角分だけ光
軸に垂直な位置から傾いた平面となっている。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明の構成によれば、走査光学系
の光路中にプリズム手段を挿入してそれを全体的又は部
分的に光軸とは異なる方向に移動して光路長を変化させ
、それにより被照射体上の走査光束の集光状態を調整し
ているので、プリズム手段の移動感度を低感度にして安
価かつ簡単な移動手段で精度良くプリズム手段を移動制
御できる．

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの光束を被照射体上に走査する走査光学装
   置において、光源と被照射体との間の光路中にプリズム
   手段が配置され、該プリズム手段を少なくとも部分にお
   いて光軸方向とは異なる方向に移動させることにより走
   査光束の被照射体上での集光状態を調整することを特徴
   とする走査光学装置。 ２、前記プリズム手段は、一面が光軸に垂直となり他面
   が別の光学部材面と隣接する様に配置されたくさび型プ
   リズムを含み、該隣接する光学部材面と該プリズムの他
   面とが平行なままの状態で該プリズムが光軸方向とは異
   なる方向に移動される請求項１記載の走査光学装置。 ３、前記光学部材がレンズである請求項２記載の走査光
   学装置。 ４、前記光学部材が前記プリズムと同じ頂角を持つ他の
   くさび型プリズムである請求項２記載の走査光学装置。 ５、前記プリズムが前記隣接する光学部材面と平行な方
   向に移動される請求項２記載の走査光学装置。 ６、前記プリズムが光軸と直角な方向に移動される請求
   項２記載の走査光学装置。 ７、前記プリズムと前記別の光学部材の間の間隔がゼロ
   である請求項２記載の走査光学装置８、前記プリズムと
   前記別の光学部材は同じ屈折率を有する請求項２記載の
   走査光学装置。 ９、前記２つのプリズムは両方共移動させる請求項４記
   載の走査光学装置。 １０、前記プリズム手段が１群のくさび型プリズムから
   成る請求項１記載の走査光学装置。 １１、前記くさび型プリズムの頂角は５度以下である請
   求項１０記載の走査光学装置。 １２、前記プリズムを通る光束の、該プリズムの光軸に
   対して傾いた面での有効Ｆナンバーが１．８以上である
   請求項１０記載の走査光学装置。 １３、前記光源は半導体レーザであり、該半導体レーザ
   の非点収差と前記くさび型プリズムによって発生する非
   点収差が互いに打ち消し合う様に該レーザとプリズムの
   位置関係が定められて配置されている請求項１０記載の
   走査光学装置。 １４、前記プリズム手段が前記光源とコリメータレンズ
   系の射出面との間の光束が平行光でない光路中に配され
   ている請求項１記載の走査光学装置。