JPH03177808A - Optical scanner - Google Patents

Optical scanner

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JPH03177808A
JPH03177808A JP31808489A JP31808489A JPH03177808A JP H03177808 A JPH03177808 A JP H03177808A JP 31808489 A JP31808489 A JP 31808489A JP 31808489 A JP31808489 A JP 31808489A JP H03177808 A JPH03177808 A JP H03177808A
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JP
Japan
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scanning
wavelength
lens
optical
semiconductor laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP31808489A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Koide
純 小出
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To remove the discontinuity of a recording image due to variation in the wavelength of a semiconductor laser by using a scanning optical system which has its magnification chromatic aberration (one factor of lateral aberration) compensated in the main scanning direction (optical scanning direction). CONSTITUTION:An expression I holds, where (f) is the focal length of a scanning lens in its main scanning plane, deltalambda the wavelength variation width of a light source, lambdac the wavelength of a C line, lambdaF the wavelength of an F line, PSId1 the reciprocal of the focal length of each single lens constituting the scanning lens to a (d) line, upsilond1 the Abbe number of each lens constituting the scanning lens to the (d) line, alpha the angle of scanning by a deflector, and (d) the main- scanning directional diameter of the spot of luminous flux image at a specific position through the scanning lens. Consequently, the chromatic aberration of magnification is compensated to improve the discontinuity of a scanning recording image due to a shift in scanning position with the wavelength of the semiconductor laser and deterioration in resoluting off the optical axis due to the oscillation wavelength width of a multimode oscillation semiconductor laser, thereby improving the quality of the scanning recording image.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真プロセスを有し高精細画像出力を要
求されるレーザービームプリンタやレーザービーム複写
機等に使用される光走査装置、すなわち半導体レーザー
などからの光束を像担持体等の上に露光走査する光走査
装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical scanning device used in a laser beam printer, a laser beam copying machine, etc. that has an electrophotographic process and is required to output high-definition images, that is, The present invention relates to an optical scanning device that exposes and scans an image carrier or the like with a light beam from a semiconductor laser or the like.

[従来の技術〕 従来、レーザービームプリンタやレーザービーム複写装
置内において半導体レーザー素子を用いて像担持体上に
画像を光走査して書き込む光走査装置では、半導体レー
ザーの自己発熱や周囲の温度変化によって半導体レーザ
ーの出力モードが変化してレーザービームの波長変動が
起こり、それにより被走査面である像担持体上のピント
(ビームウェストの位置)の変動や光走査位置光学系の
倍率の色収差による光走査方向の走査位置変動が起こる
という現象がある。これに対する対策として、半導体レ
ーザー素子自体を一定の温度下に配置してその環境をコ
ントロールするというものがあった。
[Prior Art] Conventionally, optical scanning devices that optically scan and write images on image carriers using semiconductor laser elements in laser beam printers and laser beam copying devices suffer from self-heating of the semiconductor laser and changes in ambient temperature. As a result, the output mode of the semiconductor laser changes and the wavelength of the laser beam changes, which causes changes in the focus (beam waist position) on the image carrier, which is the scanned surface, and chromatic aberration in the magnification of the optical scanning position optical system. There is a phenomenon in which scanning position fluctuations occur in the optical scanning direction. As a countermeasure to this problem, the semiconductor laser element itself was placed at a constant temperature and the environment was controlled.

例えば、半導体レーザー素子にベルチェ素子を熱的密着
させ、加熱、冷却によりレーザー素子の温度調節を行っ
たり、ヒーターを設けて外気温度より高温でレーザー素
子の温度調節を行ったりして、上記半導体レーザー素子
の出力モード変化による波長変動を原因とするピントや
光走査位置の変動を防止し、光走査画像の低品位化を防
いでいた。
For example, by thermally adhering a Bertier element to a semiconductor laser element and controlling the temperature of the laser element by heating and cooling, or by providing a heater to adjust the temperature of the laser element at a higher temperature than the outside temperature, the semiconductor laser This prevents fluctuations in the focus and optical scanning position caused by wavelength fluctuations due to changes in the output mode of the element, and prevents the quality of the optical scanning image from deteriorating.

また一方、半導体レーザーの発振波長に対する要求が短
波長化してきている現在においては、ゲインガイドタイ
プ(利得導波路型)の多モード発振の半導体レーザーで
あって波長バンド幅の広いもの(半値幅で2〜3 n 
m )を、短波長化された素子の代わりとして用いねば
ならないという状況がある。
On the other hand, as the demand for oscillation wavelengths of semiconductor lasers is becoming shorter, it is necessary to use gain guide type (gain waveguide type) multimode oscillation semiconductor lasers with a wide wavelength band width (half width). 2~3n
There are situations in which it is necessary to use an element with a shorter wavelength as a substitute for an element with a shorter wavelength.

[発明が解決しようとする課題] しかし乍ら、上記一定の温度下にレーザー素子を置くと
いう従来例では、半導体レーザー素子を温度調節する為
にベルチェ素子、ヒーター、温度制御手段等を用いなけ
ればならず、光走査装置としては高価なものとなってし
まっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional example of placing a laser element under a constant temperature, a Vertier element, a heater, a temperature control means, etc. must be used to adjust the temperature of the semiconductor laser element. This results in an expensive optical scanning device.

また、この従来例では、半導体レーザー素子から出射し
た光がコリメーターレンズなどの光学部材によりその強
度の何パーセントか反射され、半導体レーザー素子自身
に戻ってくる自己発振光により出力モード変化を起こす
という現象に対しては、対処困難であった。この現象に
対する対処法としては、上記コリメーターレンズなどの
光学部材の反射防止膜を多層膜で構成して反射率を極力
小さくすることで戻り光を抑えるとか、偏光素子を半導
体レーザー素子と光学部材の間の光路中に設けて光学部
材からの反射光を遮断するなどの方法があるが、いずれ
にせよ高価なものになることは避けられない。
In addition, in this conventional example, some percent of the intensity of the light emitted from the semiconductor laser element is reflected by an optical member such as a collimator lens, and the self-oscillation light that returns to the semiconductor laser element itself causes an output mode change. It was difficult to deal with the phenomenon. As a countermeasure for this phenomenon, the anti-reflection coating of optical components such as the collimator lens mentioned above is made up of a multilayer film to minimize the reflectance, thereby suppressing the return light. There is a method of blocking reflected light from the optical member by installing it in the optical path between the optical members, but in any case, it is inevitable that the product will be expensive.

更に、半導体レーザーの波長変動に対して走査像面の移
動を防止するものとして、光走査光学系全系を通して軸
上色収差を補正することも考えられるが、この方法では
像面移動を防止することは出来るが倍率の色収差の補正
が行われていないので、半導体レーザーの波長が周囲温
度変化によるモード跳躍によって変動すると光走査され
る長さが変動(デイスト−ジョンの変動も同時に起こる
)してしまう為、光走査レンズの光軸から離れる程、理
想的に光照射したい位置から光照射位置がずれてしまう
ことになる。そして、極端な場合、モードホップは瞬時
に起こる為に波長が連続的ではなく離散的に変化して、
走査画像がとぎれた状態で記録されてしまうことにもな
る。
Furthermore, it is possible to correct longitudinal chromatic aberration through the entire optical scanning optical system to prevent the scanning image plane from shifting due to wavelength fluctuations of the semiconductor laser; however, this method does not prevent the scanning image plane from shifting. Although it is possible to do so, the chromatic aberration of magnification is not corrected, so if the wavelength of the semiconductor laser changes due to mode jumps due to changes in ambient temperature, the length of the optical scan will change (distortion changes will also occur at the same time). Therefore, the further away from the optical axis of the optical scanning lens, the more the light irradiation position deviates from the ideal position. In extreme cases, mode hops occur instantaneously, so the wavelength changes not continuously but discretely.
This also results in the scanned image being recorded in an interrupted state.

従って、本発明の目的は、半導体レーザーの波長変動に
よる記録画像の不連続性を除去し高品位な画像を走査記
録することが出来る光走査装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an optical scanning device that can scan and record high-quality images by eliminating discontinuities in recorded images caused by wavelength fluctuations of a semiconductor laser.

[課題を解決する為の手段] 上記目的を遠戚する為の本発明では、レーザー発振器よ
り発振されたレーザー光を一面または多面反射鏡などの
光偏向器により偏向し被照射体または像担持体上に光走
査する光走査装置において、主走査方向(光走査方向)
の倍率色収差(横収差の一因)を補正した走査光学系が
用いられている。
[Means for Solving the Problems] In the present invention, which is a distant relative of the above object, a laser beam emitted from a laser oscillator is deflected by an optical deflector such as a single-sided or multi-sided reflective mirror, and the laser beam is deflected onto an irradiated object or an image carrier. In an optical scanning device that scans light upward, the main scanning direction (light scanning direction)
A scanning optical system is used that corrects lateral chromatic aberration (a cause of lateral aberration).

[実施例] 第1図は本発明の光走査装置の実施例の光路図である。[Example] FIG. 1 is an optical path diagram of an embodiment of the optical scanning device of the present invention.

第1図の中央には、走査される光ビームが経時的に形成
する主走査面内における構成を示す、主走査面とは紙面
に平行な面である。これと平行して第1図の周辺には主
走査面に垂直な方向である副走査方向(すなわち光軸に
直交する2軸のうち光走査方向に直交する方向)におけ
る構成が示されている。
The center of FIG. 1 shows the configuration in the main scanning plane formed over time by the scanned light beam, and the main scanning plane is a plane parallel to the plane of the paper. Parallel to this, the periphery of Figure 1 shows the configuration in the sub-scanning direction, which is perpendicular to the main scanning plane (i.e., the direction perpendicular to the optical scanning direction of the two axes perpendicular to the optical axis). .

第1図において、画像信号に従って変調駆動される光源
である半導体レーザーダイオード1から発振される光束
は、コリメーターレンズ3a、3b、3c、3dによっ
て平行光束に変換され、絞り部材10によってビーム外
径が決定される。
In FIG. 1, a light beam emitted from a semiconductor laser diode 1, which is a light source that is modulated and driven according to an image signal, is converted into a parallel light beam by collimator lenses 3a, 3b, 3c, and 3d, and an aperture member 10 adjusts the beam outer diameter. is determined.

そして、このビームは、シリンドリカルレンズ4a、4
bで、光偏向器である回転多面鏡6の反射面上に副走査
方向にのみ集光されて線状光束となって入射し、そこで
偏向された後、光走査方向にf・θ特性を持ち副走査方
向に共役結像系として構成されたアナモフィックレンズ
7a、7b。
Then, this beam is transmitted through the cylindrical lenses 4a and 4.
In b, the light is focused only in the sub-scanning direction and enters the reflecting surface of the rotating polygon mirror 6, which is an optical deflector, as a linear beam, and after being deflected there, the f/θ characteristic is reflected in the optical scanning direction. Anamorphic lenses 7a and 7b are configured as a conjugate imaging system in the sub-scanning direction.

7Cによって被照射体面9に結像される。このとき、回
転多面鏡6の第1図の矢印方向への等速回転によって、
被照射体面9上のこの集光ビームは線状に光走査される
An image is formed on the irradiated object surface 9 by 7C. At this time, by uniformly rotating the rotating polygon mirror 6 in the direction of the arrow in FIG.
This focused beam on the irradiated object surface 9 is optically scanned in a linear manner.

第1図の構成において、2,5.8は防塵の為のカバー
ガラスであり、アナモフィックレンズ7a〜7cは副走
査方向において回転多面鏡6の反射面と被照射体面9上
に共役点を持っている。この為、回転多面鏡6が回転に
伴って歳差運動を起こしても、また、回転多面鏡6自体
の反射面加工精度により隣接する面の傾きがあっても、
被照射体面9上では同一の走査線上を走査するようにな
っている。いわゆる倒れ補正の機能を有している。
In the configuration shown in FIG. 1, reference numerals 2, 5.8 are cover glasses for dustproofing, and anamorphic lenses 7a to 7c have conjugate points on the reflective surface of the rotating polygon mirror 6 and the irradiated object surface 9 in the sub-scanning direction. ing. Therefore, even if the rotating polygon mirror 6 causes precession as it rotates, or even if the adjacent surfaces are tilted due to the accuracy of the reflective surface processing of the rotating polygon mirror 6 itself,
The same scanning line is scanned on the surface 9 of the irradiated object. It has a so-called tilt correction function.

光源である半導体レーザーダイオードとして、例えば、
波長675nmの半導体レーザーダイオードでは温度範
囲8℃〜42℃において±5nm程度の波長変動がある
For example, as a semiconductor laser diode that is a light source,
In a semiconductor laser diode with a wavelength of 675 nm, there is a wavelength fluctuation of about ±5 nm in a temperature range of 8° C. to 42° C.

以上に加えて本発明の実施例においては、半導体レーザ
ー1の環境温度変化(自己発熱も含む)によってレーザ
ー発光モードが変化し発振波長が離散的に変動した場合
でも(第5図、第7図参照)光走査の連続性を確保する
為に、また、ゲインガイド型の半導体レーザー等で多モ
ード発振型である波長バンド幅の広いレーザー(第6図
参照)を用いたときの光走査集光スポットの色収差によ
るボケを解消する為に、光源から被照射体面に到る光学
系全系において軸上色収差は当然のこととして補正する
と共に、回転多面鏡6による光偏向によってアナモフィ
ックレンズ7a〜7Cの倍率の色収差を、レーザー波長
変動±5nmにおいて±13μmの光走査位置変動に抑
えている。
In addition to the above, in the embodiment of the present invention, even if the laser emission mode changes due to environmental temperature changes (including self-heating) of the semiconductor laser 1 and the oscillation wavelength fluctuates discretely (Figs. 5 and 7), (Refer to) In order to ensure continuity of optical scanning, optical scanning and condensation is required when using a multi-mode oscillation type laser with a wide wavelength band width such as a gain guide type semiconductor laser (see Figure 6). In order to eliminate blur caused by spot chromatic aberration, the axial chromatic aberration is naturally corrected in the entire optical system from the light source to the irradiated object surface, and the anamorphic lenses 7a to 7C are corrected by light deflection by the rotating polygon mirror 6. The chromatic aberration of magnification is suppressed to an optical scanning position variation of ±13 μm when the laser wavelength varies ±5 nm.

即ち、軸上色収差に関しては、波長±5nmの変動に対
して±50gm以内に補正している(第2図、第3図参
照)、この量を横収差に対応させると±2.5μm程度
の変動となり、換言すれば、レーザービームウェスト内
ではスポット径が変化することなく、ビームウェスト外
では、光走査のスポット径が30μmとすれば、レーザ
ーの波長変動±5nmによって最大で30±2.5μm
程度のスポット径変動が起こるにすぎないことを意味す
る。
That is, regarding longitudinal chromatic aberration, a variation of ±5 nm in wavelength is corrected to within ±50 gm (see Figures 2 and 3), and when this amount corresponds to lateral aberration, it is corrected to within ±2.5 μm. In other words, if the spot diameter does not change within the laser beam waist, but outside the beam waist, the spot diameter of optical scanning is 30 μm, the laser wavelength fluctuation of ±5 nm causes a maximum of 30 ± 2.5 μm.
This means that only a slight variation in spot diameter occurs.

また、倍率の色収差に関しては、半導体レーザーのモー
ドホップは、−船釣に、波長が670nm程度のもので
あると、約1nm程度の波長変動を起こす為(第7図参
照)、光走査中の任意の時刻にlnmの波長変動が起こ
ったとすると、光走査位置変動は最大で約2.5μm(
4v1315)移動する程度に補正されている(第4図
参照)。
Regarding chromatic aberration of magnification, the mode hop of a semiconductor laser causes a wavelength fluctuation of about 1 nm when the wavelength is about 670 nm (see Figure 7). If a wavelength fluctuation of lnm occurs at an arbitrary time, the optical scanning position fluctuation will be approximately 2.5 μm at maximum (
4v1315) It has been corrected to the extent that it moves (see Figure 4).

この2,5μm程度の移動量は、本実施例の光走査ビー
ムスポット径(ピーク光強度に対して1/e2になる強
度の幅として測って)が走査方向に約30μm(副走査
方向には約65μm)である為、走査位置の離散的不連
続変動として主走査方向のスポット径の1/10以下と
なる。この程度の変動であると、被照射体9上の記録像
として人間の目では判別できない為、画質的な劣化は認
められず高品位な画像の光走査が可能となる。
This amount of movement of about 2.5 μm means that the optical scanning beam spot diameter of this embodiment (measured as the width of the intensity that is 1/e2 of the peak light intensity) is approximately 30 μm in the scanning direction (in the sub-scanning direction). (approximately 65 μm), the discrete and discontinuous fluctuation of the scanning position is less than 1/10 of the spot diameter in the main scanning direction. If this degree of variation exists, it cannot be recognized by the human eye as a recorded image on the irradiated object 9, so no deterioration in image quality is observed and optical scanning of a high-quality image becomes possible.

以上のことは、波長幅5nmに対して言うなら、走査位
置の離散的不連続変動が主走査方向のスポット径の%程
度以下であればよいことになる。
The above means that for a wavelength width of 5 nm, it is sufficient that the discrete and discontinuous fluctuation of the scanning position is about % or less of the spot diameter in the main scanning direction.

一方、多モード発振レーザーを用いる場合、そのレーザ
ーのモード数によって波長バンド幅は異なるが(第6図
参照)、本実施例によれば光走査位置において光軸上の
位置と光軸から離れた位置とでのスポット径の差を削減
することが出来るので、光走査画像において光軸近傍の
解像力は良いが光走査域の端部に行くに従って解像度が
悪化すると言ったことは解消される。従って、レーザー
発振器として多モード半導体レーザー素子を用いてもよ
い。
On the other hand, when using a multimode oscillation laser, the wavelength bandwidth differs depending on the number of modes of the laser (see Figure 6), but according to this example, the wavelength band width differs depending on the number of modes of the laser. Since the difference in spot diameter between positions can be reduced, it is possible to eliminate the problem of an optically scanned image having good resolution near the optical axis, but the resolution worsening toward the end of the optically scanning area. Therefore, a multimode semiconductor laser device may be used as the laser oscillator.

以上の実施例の光学パラメータは以下の表1に詳細に記
載しである。符号については第1図に示す通りである。
The optical parameters of the above examples are detailed in Table 1 below. The symbols are as shown in FIG.

表1 実施例(第1図において)、絞り1oの掻上走査方向1
3.2mm、副走査方向10.5mm、使用レーザー波
長675±5nm、θ=53゜(mm) di    2 d 2  1 d、   48.512 d4  2.73 d、4.19 da    1.52 dy    o、61 da3.14 d、  27.71 (調整) dl。  4 dl125(調整) d I2 6 di3 4 dl4107.7 (調整) dis   14,59 dia ot dia l1I dz。
Table 1 Example (in Fig. 1), scraping scanning direction 1 of aperture 1o
3.2 mm, sub-scanning direction 10.5 mm, laser wavelength used 675 ± 5 nm, θ = 53° (mm) di 2 d 2 1 d, 48.512 d4 2.73 d, 4.19 da 1.52 dy o , 61 da3.14 d, 27.71 (adjustment) dl. 4 dl125 (adjustment) d I2 6 di3 4 dl4107.7 (adjustment) dis 14,59 dia ot dia l1I dz.

dz+ 12 zs dz4 SS zs zt 29、 28 0 24.11 4、83 4、72 20、 06 2、28 18.13 286、 81 0 主走査方向 (mm) 0 0 166.67 −44.438 O 副走査方向 (mm) 0 0 166.67 −44.438 0 6 7 8 9 rh。dz+ 12 zs dz4 S.S. zs zt 29, 28 0 24.11 4,83 4, 72 20, 06 2, 28 18.13 286, 81 0 Main scanning direction (mm) 0 0 166.67 -44.438 O Sub-scanning direction (mm) 0 0 166.67 -44.438 0 6 7 8 9 rh.

r++ rhz rhs z  15  I6 17 rha  I9 20 rt+ zz  23 主走査方向 (mm) 35.753 39.996 −49.716 0 151.41 0゜ O 0 0゜ o。r++ rhz rhs z 15 I6 17 rha I9 20 rt+ zz 23 Main scanning direction (mm) 35.753 39.996 -49.716 0 151.41 0° O 0 0° o.

−80,298 0 −1136,15 −102,9 0 −148,41 0 0 副走査方向 (mm) 35.753 39.996 −49.716 0 151.41 38.912 −42.648 0 0 0 0 0゜ 0 0 −90. 473 −28. 685 0 o。-80,298 0 -1136,15 -102,9 0 -148,41 0 0 Sub-scanning direction (mm) 35.753 39.996 -49.716 0 151.41 38.912 -42.648 0 0 0 0 0° 0 0 -90. 473 -28. 685 0 o.

nd               υdn+    
  1. 51633       64.  In2
    1. 51633       64. 1n
3   1. 72825       28. 5n
a     1. 6031 1       60.
 7na     1. 51633       6
4.  In8    1. 5 1 633    
   64. 1n?     1. 72825  
     28. 5ns     1  、 5 1
 633       64. 1n9     1 
 、 62004       36. 3n10  
  1  、 603 1 1       60. 
7rl+     t、  622.99      
 58. 2rlB     1. 51633   
    64. 1光走査される長さは光軸中心に対し
±150mm、回転多面鏡6は外接円径φ73mmで6
面体、走査レンズ(7a〜7c)を介して所定位置に結
像される光束の主走査方向のスポット径30μm、走査
レンズ(7a〜7c)の主走査方向の焦点距離f=28
6.5mm、第1図に示す走査レンズの光軸からの最大
偏向角を偏向器による走査角αとすると、偏向器による
走査角α=30″ ここで、レーザー光源からの光束を偏向器により偏向し
、該偏向された光束なfθ特性を有する走査レンズを介
して所定位置に結像する光走査装置において、主走査方
向(光走査方向)の倍率色収差を補正する条件式につい
て述べる。
nd υdn+
1. 51633 64. In2
1. 51633 64. 1n
3 1. 72825 28. 5n
a1. 6031 1 60.
7na 1. 51633 6
4. In8 1. 5 1 633
64. 1n? 1. 72825
28. 5ns 1, 5 1
633 64. 1n9 1
, 62004 36. 3n10
1, 603 1 1 60.
7rl+t, 622.99
58. 2rlB 1. 51633
64. The length of one beam scanned is ±150 mm from the optical axis center, and the rotating polygon mirror 6 has a circumscribed circle diameter of φ73 mm.
The spot diameter in the main scanning direction of the light beam focused on a predetermined position via the facepiece, scanning lenses (7a to 7c) is 30 μm, and the focal length of the scanning lens (7a to 7c) in the main scanning direction is f=28.
6.5 mm, and if the maximum deflection angle from the optical axis of the scanning lens shown in Fig. 1 is the scanning angle α of the deflector, then the scanning angle α of the deflector = 30″ Here, the beam from the laser light source is deflected by the deflector. A conditional expression for correcting lateral chromatic aberration in the main scanning direction (light scanning direction) in an optical scanning device that deflects and forms an image at a predetermined position via a scanning lens having an fθ characteristic of the deflected light beam will be described.

ψは単レンズのパワーである。ψ is the power of a single lens.

寺ψ「 一ψC (ψ、−ψC)はF線とC線のパワーの差である。Temple ψ" One ψC (ψ, -ψC) is the difference in power between the F line and the C line.

ψ^ 与Σψ1 ψ、は走査レンズ全系のパワー ψ1は走査レンズを構
成する各単レンズのパワーである。
ψ^ given Σψ1 ψ is the power of the entire scanning lens system, and ψ1 is the power of each single lens constituting the scanning lens.

よって、波長変動時の走査レンズのパワー変動は となる。Therefore, the power fluctuation of the scanning lens when the wavelength changes is becomes.

aは補正定数で0.2である。a is a correction constant of 0.2.

δ、は光源の温度変化による波長変動幅(nm)である
δ is the wavelength fluctuation width (nm) due to temperature change of the light source.

λ。はC線の波長で656.27nmである。λ. is the wavelength of the C line, which is 656.27 nm.

ん、はF線の波長で486.13nmである。The wavelength of F-line is 486.13 nm.

ψ1.υ61はそれぞれ走査レンズを構成する各単レン
ズの焦点距離の逆数、各単レンズのアツベ数である。走
査レンズが2枚の単レンズで構成される場合にはi=1
.2、走査レンズが3枚の単レンズで構成される場合に
はi=1.2.3である。
ψ1. υ61 is the reciprocal of the focal length of each single lens constituting the scanning lens, and the Abbe number of each single lens. If the scanning lens is composed of two single lenses, i=1
.. 2. When the scanning lens is composed of three single lenses, i=1.2.3.

よって、 波長変動時の走査レンズの焦点距離の 変動は、 となる。Therefore, The focal length of the scanning lens when the wavelength changes The fluctuation is becomes.

fは走査レンズの主走査方向の焦点距離である。f is the focal length of the scanning lens in the main scanning direction.

よって、走査レンズの光軸から最大に走査された時の照
射位置変位量(倍率の色収差)は、αは偏向器による走
査角[radian]で、走査レンズの光軸からの最大
偏向角である。
Therefore, the amount of displacement of the irradiation position (chromatic aberration of magnification) when scanned to the maximum from the optical axis of the scanning lens is the maximum deflection angle from the optical axis of the scanning lens, where α is the scanning angle [radian] by the deflector. .

よって、レーザ光源からの光束を偏向器により偏向し、
該偏向された光束をfθ特性を有する走査レンズを介し
て所定位置に結像する光走査装置において、主走査方向
(光走査方向)の倍率色収差は、波長変動に対して、光
走査ビームの主走査方向のスポット径の1/2以内に補
正されていることが好ましいので、 ・・・ (1) dは主走査方向のスポット径で、走査レンズを介して所
定位置に結像されるスポットに要求される主走査方向の
スポット径である。
Therefore, the light beam from the laser light source is deflected by a deflector,
In an optical scanning device that images the deflected light beam at a predetermined position via a scanning lens having an fθ characteristic, lateral chromatic aberration in the main scanning direction (light scanning direction) is caused by It is preferable that the spot diameter is corrected to within 1/2 of the spot diameter in the scanning direction, so... (1) d is the spot diameter in the main scanning direction, and the spot imaged at a predetermined position through the scanning lens is This is the required spot diameter in the main scanning direction.

また、上述した式(1)は主走査方向に平行な光束、つ
まり、主走査面内において平行な光束が走査レンズに入
射することを前提としている。
Further, the above-described equation (1) assumes that a light beam parallel to the main scanning direction, that is, a light beam parallel to the main scanning plane enters the scanning lens.

また上述した式(1)は走査レンズとしてfθ特性を有
する走査レンズを用いる場合を考えている。ftanθ
特性を有する走査レンズを用いる場合であれば、上述し
た式(1)のαをjanαに置き換えればよい。
Furthermore, the above-mentioned equation (1) considers the case where a scanning lens having fθ characteristics is used as the scanning lens. ftanθ
If a scanning lens having a characteristic is used, α in the above-mentioned equation (1) may be replaced with janα.

第8図は本発明の光走査装置の他の実施例の光路図であ
る。第8図の中央には走査される光ビームが経時的に形
成する主走査面内における構成を示す。主走査面とは紙
面に平行な面である。これと並行して第8図の周辺には
主走査面に垂直な方向である副走査方向(すなわち光軸
に直交する2軸のうち光走査方向に直交する方向)にお
ける構成が示されている。
FIG. 8 is an optical path diagram of another embodiment of the optical scanning device of the present invention. The center of FIG. 8 shows the configuration in the main scanning plane formed over time by the scanned light beam. The main scanning plane is a plane parallel to the plane of the paper. In parallel, the area around FIG. 8 shows the configuration in the sub-scanning direction, which is perpendicular to the main scanning plane (i.e., the direction perpendicular to the optical scanning direction of the two axes orthogonal to the optical axis). .

第8図において、画像信号に従って変調駆動される光源
である半導体レーザーダイオード31から発振される光
束は、コリメーターレンズ32a、32b、32c、3
2dによって平行光束に変換され、絞り部材40によっ
てビーム外径が決定される。そして、このビームは、シ
リンドリカルレンズ33a、33bで、光偏向器である
回転多面鏡35の反射面上に副走査方向にのみ集光され
て線状光束となって入射し、そこで偏向された後、光走
査方向にf・θ特性を持ち副走査方向に共役結像系とし
て構成されたアナモフィックレンズ36a、36bによ
って被照射体面38に集光される。このとき、回転多面
鏡35の第8図の矢印方向への等速回転によって、被照
射体面38上のこの集光ビームは線状に光走査される。
In FIG. 8, a light flux emitted from a semiconductor laser diode 31, which is a light source that is modulated and driven according to an image signal, is transmitted through collimator lenses 32a, 32b, 32c, and 3.
2d is converted into a parallel light beam, and the beam outer diameter is determined by the aperture member 40. Then, this beam is focused by the cylindrical lenses 33a and 33b only in the sub-scanning direction onto the reflective surface of the rotating polygon mirror 35, which is an optical deflector, and becomes a linear luminous flux, and after being deflected there. The light is focused on the irradiated object surface 38 by anamorphic lenses 36a and 36b, which have f/θ characteristics in the optical scanning direction and are configured as a conjugate imaging system in the sub-scanning direction. At this time, by uniformly rotating the polygon mirror 35 in the direction of the arrow in FIG. 8, the focused beam on the surface of the irradiated object 38 is linearly scanned.

第8図の構成において、34.37は防塵の為のカバー
ガラスであり、アナモフィックレンズ36a、36bは
副走査方向において回転多面鏡35の反射面と被照射体
面38上に共役点を持っている。この為、回転多面鏡3
5が回転に伴って歳差運動を起こしても、また、回転多
面鏡35自体の反射面加工精度により隣接する面の傾き
があっても、被照射体面38上では同一の走査線上を走
査するようになっている。いわゆる倒れ補正の機能を有
している。
In the configuration shown in FIG. 8, 34 and 37 are cover glasses for dustproofing, and anamorphic lenses 36a and 36b have conjugate points on the reflective surface of the rotating polygon mirror 35 and the irradiated object surface 38 in the sub-scanning direction. . For this reason, the rotating polygon mirror 3
5 causes precession as it rotates, and even if adjacent surfaces are tilted due to the accuracy of the reflective surface processing of the rotating polygon mirror 35 itself, the same scanning line is scanned on the irradiated object surface 38. It looks like this. It has a so-called tilt correction function.

以上の実施例のパラメータは以下の表2に詳細に記載し
である。符号については第8図に示す通りである。
The parameters of the above embodiments are detailed in Table 2 below. The symbols are as shown in FIG.

表2 実施例2(第8図において)、絞り40の後生走査方向
11.0mm、副走査方向7.2mm、使用レーザー波
長675 nm±5nm。
Table 2 Example 2 (in FIG. 8), the aperture 40 was 11.0 mm in the rear scanning direction, 7.2 mm in the sub-scanning direction, and the laser wavelength used was 675 nm±5 nm.

53″ θ = (mm) ds+    29. 168 ct、、      2.58 ds、     1.32 ds4    1.04 d3s      4.12 dse      4.11 dst   12.00 (Fl整) dsa      3.00 dsa   12.00 (調整) d4゜     4. 00 d4.     3.00 d42 74.18(調整) d、3    17.21 d、4  34.72 d4a     to、o。53″ θ = (mm) ds+ 29. 168 ct,, 2.58 ds, 1.32 ds4 1.04 d3s 4.12 dse 4.11 dst 12.00 (Fl adjustment) dsa 3.00 dsa 12.00 (adjustment) d4゜    4. 00 d4.     3.00 d42 74.18 (adjustment) d, 3 17.21 d, 4 34.72 d4a     to, o.

d4e      2.00 d □、     18.22 48 411 d、。d4e 2.00 d □, 18.22 48 411 d.

sl SZ SS 21 。sl SZ S.S. 21.

61 。61.

18゜ 320゜ 2゜ 50゜  2 8 6 0 rs+ si   33 sa 3s  36 r3? 311 39 40 41 主走査方向 (mm) 83.906 −21.826 −41.862 15.253 30.467 −16.997 0 101.8 0゜ 0 O 副走査方向 (mm) 83.906 −21.826 −41.862 15.253 30.467 −16.997 0 101.8 30.034 −30.034 0゜ 42 r43 44 r<a   4a 47  4a 49 主走査方向 (mm) 0 0り −101,41 −110,47 −147,43 −41,694 0 CI) −218,74 n!+ 32 33 34 311  3a 37 sa nd 1、 51633 1、 72825 1 。 60311 1、 51633 1、 51633 1、 74077 1、 51633 1、 62299 υ d 64、1 28゜ 5 60、7 64、1 64、1 27、8 64、1 58、2 nd               vdnse   
  1. 6031 1       60. 7n4
o     1. 51633       64. 
1光走査される長さは光軸中心に対し±150mm、回
転多面鏡35は外接円径φ82mmで8面体、走査レン
ズ(36a、36b)を介して所定位置に結像される光
束の主走査方向のスポット径45gm、走査レンズ(3
6a、36b)の主走査方向の焦点距離f=343.5
mm、第8図に示す走査レンズの光軸からの最大偏向角
を偏向器による走査角αとすると、偏向器による走査角
α=24.75゜ 以上の(1)式の条件を満たすような走査レンズを用い
れば主走査方向(光走査方向)の倍率色収差は補正でき
るので、半導体レーザの波長変動による走査位置の変動
に起因する走査記録画像の不連続性、または多モード発
振半導体レーザーの発振波長幅に起因する光軸外の解像
度劣化が改善され、走査記録画像の品質が向上させられ
る。しかも、半導体レーザーの温度制御装置などを省く
ことが出来るので、低価格化をも可能としている。
18゜320゜2゜50゜ 2 8 6 0 rs+ si 33 sa 3s 36 r3? 311 39 40 41 Main scanning direction (mm) 83.906 -21.826 -41.862 15.253 30.467 -16.997 0 101.8 0°0 O Sub-scanning direction (mm) 83.906 -21 .826 -41.862 15.253 30.467 -16.997 0 101.8 30.034 -30.034 0°42 r43 44 r<a 4a 47 4a 49 Main scanning direction (mm) 0 0ri -101 ,41 -110,47 -147,43 -41,694 0 CI) -218,74 n! + 32 33 34 311 3a 37 sa nd 1, 51633 1, 72825 1. 60311 1, 51633 1, 51633 1, 74077 1, 51633 1, 62299 υ d 64, 1 28° 5 60, 7 64, 1 64, 1 27, 8 64, 1 58, 2 nd vdnse
1. 6031 1 60. 7n4
o 1. 51633 64.
The length of one light scan is ±150 mm from the center of the optical axis.The rotating polygon mirror 35 has an octahedron with a circumscribed circle diameter of 82 mm.The main scanning of the light beam is focused on a predetermined position via the scanning lens (36a, 36b). Direction spot diameter 45gm, scanning lens (3
6a, 36b) focal length in the main scanning direction f = 343.5
If the maximum deflection angle from the optical axis of the scanning lens shown in Fig. 8 is the scanning angle α of the deflector, then the scanning angle α of the deflector is 24.75° or more, which satisfies the condition of equation (1). Since lateral chromatic aberration in the main scanning direction (optical scanning direction) can be corrected by using a scanning lens, it is possible to correct discontinuities in scanned recorded images due to variations in scanning position due to wavelength variations in semiconductor lasers, or oscillations in multimode oscillation semiconductor lasers. Off-axis resolution deterioration due to wavelength width is improved, and the quality of scanned recorded images is improved. Moreover, since a temperature control device for the semiconductor laser can be omitted, it is possible to reduce the cost.

[発明の効果] 以上説明した様に、本発明によれば、半導体レーザーを
用いた光走査光学系において、倍率の色収差が補正され
ることによって、半導体レーザーの波長変動による走査
位置の変動に起因する走査記録画像の不連続性、または
多モード発振半導体レーザーの発振波長幅に起因する光
軸外の解像度劣化が改善され、走査記録画像の品質が向
上させられる。しかも、半導体レーザーの温度制御装置
などを省くことが出来るので、低価格化をも可能として
いる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, in an optical scanning optical system using a semiconductor laser, chromatic aberration of magnification is corrected, so that chromatic aberration due to fluctuations in scanning position due to wavelength fluctuations of the semiconductor laser is corrected. This improves the quality of the scan-recorded image by improving off-axis resolution deterioration caused by discontinuity in the scan-recorded image or the oscillation wavelength width of the multi-mode oscillation semiconductor laser. Moreover, since a temperature control device for the semiconductor laser can be omitted, it is possible to reduce the cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例の構成図、第2図は実施例の走
査方向のビームウェスト像面湾曲量を示す収差図、第3
図は実施例の副走査方向のビームウェスト像面湾曲量を
示す収差図、第4図は実施例の倍率色収差を示す収差図
、第5図は単モード半導体レーザーの波長特性を示す図
、第6図は多モード半導体レーザーの波長特性を示す図
、第7図は半導体レーザーの発振波長温度依存性を示す
図、第8図は本発明の他の実施例の構成図である。 1・・・半導体レーザー 2.5.8・・・カバーガラス 38〜3c・・・コリメータレンズ 4a、4b・・・シリンドリカルレンズ6・・・回転多
面鏡 78〜7c・・・アナモフィックレンズ9・・・ 被照
射体 10・・・絞り 勇ち 2 図 走査ビーL七ヒス)−i清面Aら油量(J=鮎知)第3
図 A禎うtSSムラケス−(象面3弯曲iC島月E島声η
力)(自発) 平底 2年12月20日 事件の表示 平底 318084 号 発明の名称 光走査装置 補正をする者 事件との関係
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an aberration diagram showing the amount of beam waist field curvature in the scanning direction of the embodiment, and FIG.
The figures are an aberration diagram showing the amount of beam waist field curvature in the sub-scanning direction of the example, Figure 4 is an aberration diagram showing the lateral chromatic aberration of the example, Figure 5 is a diagram showing the wavelength characteristics of a single mode semiconductor laser, FIG. 6 is a diagram showing the wavelength characteristics of a multimode semiconductor laser, FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of the oscillation wavelength of the semiconductor laser, and FIG. 8 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. 1...Semiconductor laser 2.5.8...Cover glass 38-3c...Collimator lenses 4a, 4b...Cylindrical lens 6...Rotating polygon mirror 78-7c...Anamorphic lens 9...・ Irradiated object 10...Irradiation Yuchi 2 Figure scanning bee L7 hiss) -i Qing surface A et al oil amount (J = Ayuchi) 3rd
Diagram A
(Voluntary) Indication of the case of December 20, 2015, Hirasoko No. 318084 Name of the invention: Person who corrects optical scanning device Relationship to the incident

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光源からの光束を偏向器により偏向し、該偏向器
により偏向された光束をfθ特性を有する走査レンズに
より所定位置に結像する光走査装置において、 前記走査レンズには主走査面内において平行な光束が入
射し、前記走査レンズの主走査面内の焦点距離をf、前
記光源の波長変動幅をδ_λ、C線の波長をλ_C、F
線の波長をλ_F、前記走査レンズを構成する各単レン
ズの焦点距離の逆数をψ_1、前記走査レンズを構成す
る各単レンズのアツベ数をυ_d_1、前記偏向器によ
る走査角をα、前記走査レンズを介して所定位置に結像
される光束の主走査方向のスポット径をdとすると、▲
数式、化学式、表等があります▼ であることを特徴とする光走査装置。
(1) In an optical scanning device in which a light beam from a light source is deflected by a deflector, and the light beam deflected by the deflector is imaged at a predetermined position by a scanning lens having an fθ characteristic, the scanning lens includes a light beam in the main scanning plane. A parallel beam of light is incident on the scanning lens, the focal length in the main scanning plane of the scanning lens is f, the wavelength variation width of the light source is δ_λ, and the wavelength of the C line is λ_C, F
The wavelength of the line is λ_F, the reciprocal of the focal length of each single lens constituting the scanning lens is ψ_1, the Atsube number of each single lens constituting the scanning lens is υ_d_1, the scanning angle by the deflector is α, the scanning lens Let d be the spot diameter in the main scanning direction of the light beam focused on a predetermined position via ▲
An optical scanning device characterized by having mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6501585B2 (en) 1997-12-26 2002-12-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Multi-beam exposure apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6501585B2 (en) 1997-12-26 2002-12-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Multi-beam exposure apparatus
WO2004079430A1 (en) * 1997-12-26 2004-09-16 Takashi Shiraishi Multibeam aligner

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