JPH03290610A - 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］ 光源装置からの略平行な光束を第１の結像光学系により
主走査対応方向に長い線像として結像させ、この線像の
結像位置の近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により
偏向させ、偏向光束を第２の結像光学系により被走査面
上に結像させて光走査を行なう光走査装置は、従来から
光プリンターやレーザーファクシミリ、デジタル複写機
、レーザー製版機等に関連して知られている。

回転多面鏡を用いる光走査装置には周知の如く回転多面
鏡の面倒れによる光走査位置の副走査方向に於ける変動
の問題があり、この面倒れの補正を行なうために上記の
光走査装置では第１の結像光学系により光源装置からの
略平行な光束を回転多面鏡の偏向反射面の近傍に主走査
対応方向に長い線像として結像させるとともに、第２の
結像光学系により偏向反射面による偏向の起点と被走査
面とを副走査方向に関して略幾何光学的に共役な関係と
している。このため第２の結像光学系は主走査方向のパ
ワーに比して副走査方向のパワーが強いアナモフィック
な光学系となり、主走査方向の像面湾曲を良好に補正す
ると副走査方向に関して強い像面湾曲が発生しやすい、
上記の如き副走査方向の像面湾曲は、被走査面を走査す
る光スポットの副走査方向の径が結像位置により変化す
る原因となり高密度光走査の実現上の大きな障害となる
。

上記の如き副走査方向の像面湾曲を、結像光学系の性能
により補正するのではなく第１の結像光学系の焦点距離
を光走査に応じて変化させることにより除去することが
意図されている。

［発明が解決しようとする課題］ 光走査装置の光源としては、変調の容易性・価格の低廉
性・コンパクト性等の観点から半導体し一ザーが一般に
用いられている。

しかし周知の如く半導体レーザーには、その発振波長が
温度に依存して変化するという性質がある。この波長の
変化に対処するには第２の結像光学系を色消しにすれば
よいがアナモフィックな第２の結像光学系において主・
副走査方向とも良好な色消しを実現するのは容易でなく
、主走査方向に於いて色消しを良好におこなっても副走
査方向において十分な色消しが行われていないと上記の
如き方法で副走査方向の像面湾曲除去を行っても、半導
体レーザーの発振波長が変化すると像面湾曲除去は有効
に機能しなくなってしまう。

また温度制御装置を用いて半導体レーザーの温度を一定
に保つことも考えられるが、この方法では光源装置が複
雑・大型化しひいては光走査装置のコストも高くなる。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
半導体レーザーの発振波長が変化しても所望の光スポツ
ト径で良好な光走査を行い得る新規な光走査装置の拶供
を目的とする。

［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光プリンターやレーザーファクシ
ミリ、デジタル複写機、レーザー製版機等に適用でき「
光源装置と、線像結像装置と、回転多面鏡と、結像光学
系と」を有する。

ｒ光源装置」は半導体レーザーを光源とし略平行な光束
を放射する。

「線像結像装置」は光源装置からの略平行な光束を主走
査対応方向に長い線像として結像させる。

即ち線像結像装置は先の説明における第１の結像光学系
に対応するものである。しかし後述するように線像結像
装置はシリンドリカルレンズのみならず焦点距離可変手
段や温度検知手段をも有するので、これらを総じて線像
結像装置と称するのである。

「回転多面鏡」は上記線像の結像位置の近傍に偏向反射
面を有し、この偏向反射面により光束を反射する。反射
光束は回転多面鏡の回転により偏向光束となって結像光
学系に入射する。

「Ｍ像光学系」は偏向光束を被走査面上に光スポットと
して結像させるが、このとき偏向反射面による偏向の起
点と被走査面とを幾何光学的に略共役な関係とし回転多
面鏡に於ける面倒れの影響を補正する。従ってこの結像
光学系は先の説明における第２の結像光学系に対応する
ものである。

さて、本発明の特徴とする所は以下に述べる点にある。

即ち上記「線像結像装置」は「焦点距離可変なシリンド
リカルレンズと温度検知手段と焦点距離可変手段と」を
有する。

焦点距離可変なシリンドリカルレンズは電気的な操作に
より焦点距離を変化させうるものである。

温度検知手段は光源装置の半導体レーサーの温度を検知
する。焦点距離可変手段は結像光学系の副走査方向の像
面湾曲と温度検知手段による検知温度とに基づいてシリ
ンドリカルレンズの焦点距離を電気的な操作により、偏
向光束による光走査に同期して変化させる。

線像結像装置のシリンドリカルレンズは「電界の印加に
応じて屈折率の変化する液晶や強誘電体」を材料として
構成できるし、あるいは「電界の印加に応じて体積の変
化するゲル状物質、もしくは電界の印加に応じて体積と
屈折率とが変化するゲル状物質もしくは液晶」を材料と
して体積変化に応じてレンズ面の曲率を変化させ得るよ
うに構成することもできる。

［作　　用］ 「結像光学系」は、偏向反射面による偏向の起点と被走
査面とを副走査方向に関して幾何光学的に略共役な関係
としているので、副走査方向に関して被走査面上に結像
するのはｒ線像結像装置による線像」の結像光学系によ
る像である。線像結像装置におけるシリンドリカルレン
ズの焦点距離が変化すると「線像」の結像位置が光路上
で変化するので、結像光学系による副走査方向の結像位
置も「線像」の結像位置の変化に応じ結像光学系の縦倍
率に従って変位する。このことを利用して副走査方向の
像面湾曲を除去するのである。

電気的な操作により焦点距離を変化させ得るレンズはす
でに種々のものが知られている１例えば特開昭６２−１
２９８１４号公報、同６２−１２９８１５号公報、同６
２−１２９８１８号公報には電界の作用により液晶の屈
折率を変化させて焦点距離変化を実現させるレンズが開
示されており、特開昭６２−１５３９３３号公報には電
界の作用により有機液状材料の屈折率を変化させて焦点
距離を変化させるものが、また特開昭６２−１５１８２
４号公報には高分子ゲル状物質の体積を電気エネルギー
により変化させレンズ面の曲率を変化させて焦点距離を
変化させるものが開示されている。従って本発明の実施
にあたっては線像結像装置の「焦点距離可変なシリンド
リカルレンズ」として、これら公知の焦点距離可変レン
ズを適宜シリンドリカルレンズに変形して用いることが
できる。

また半導体レーザーの発振波長は温度と一定の特性関係
にあるので半導体レーザーの温度を検知することにより
発振波長を知ることが出来、波長変化に応じた副走査方
向の像面湾曲の変化も検知温度と関連付けて知ることが
出来る。

［実施例〕 以下、図面を参照しながら具体的な実施例に即して説明
する。

第１図（Ａ）は本発明を適用した光走査装置の１例を要
部のみ略示している。

符号１を以て示す光源装置は、光源としての半導体レー
ザーと集光光学系とからなり略平行な光束を放射する。

光源装置１からの平行光束は、線像結像装置のシリンド
リカルレンズ２により回転多面鏡３の偏向反射面３ａの
近傍に主走査対応方向に長い線像ＬＩとして結像する。

偏向反射面３ａにより反射された光束は、回転多面鏡３
が回転軸３Ａの回りに回転すると偏向光束となって結像
光学系に入射する。

結像光学系は２枚のレンズ４，５により構成される所謂
ｆθレンズであって偏向光束を被走査面６上に光スポッ
トとして結像させる。この光スポットが被走査面６を光
走査するのである。

光源装置１に於いて光源として用いられている半導体レ
ーザーは、その発振波長が半導体レーザーのケース温度
と共に第１図（Ｂ）に示すように変化する。

結像光学系を構成する２枚のレンズ４，５はともにシリ
ンダー面とトーリック面とからなる単レンズである。

この結像光学系に就いて、偏向反射面３ａの側から被走
査面６の側へ向かって、第１番目のレンズ面の主走査方
向の曲率半径（副走査方向から見た曲率半径）をＩ（ｔ
ｘ、副走査方向の曲率半径（主走査方向から見た曲率半
径）をＲ４、偏向反射面側からｉ番目の面間隔をｄ、、
偏向反射面側から第ｊ番目のレンズの屈折率をｎＪとす
るどきＳこれらは以下のように与えられる。

ｉ　　　　ＲＩＸ　　　　ＲＩＶ　　　　ｄｉ　　　ｊ
　　　ｎ３１　　　　ｃｏ３．８０７　６．０１２　　
１　１．７４４０５２　１９５．３４５　　１．０８２
　１６．６９１３　　　ｏｏ　　　−１４４，２９９９
，６２２１，７０２１７４−５５，１７６−１３，２６
８ 主走査方向の合成焦点距離ｆＭ＝１００、明るさＦ／Ｎ
。

＝５４．７、偏向角２θ＝６３．４度、副走査方向の横
倍率β＝−１，３２６、副走査方向の合成焦点距離ｆ、
＝７４，８７９゜回転多面ＩＩｔ３への入射光束の主光
線と結像光学系の光軸のなす角α＝５４度である。なお
上記屈折率は光源装置からの光束の波長７８０ｎｍに対
するものである。

結像光学系は主走査方向に関しては像面湾曲が良好に補
正され色消し補正もなされている。副走査方向の像面湾
曲は半導体レーザーの基準発振波長７８０ｎ■に対して
第２図の曲線２−２の如くであり、発振波長が±５ｎｍ
ずれるとそれぞれ曲線２−２．２−３に示すようになる
。この図から明らかなように結像光学系の副走査方向の
像面湾曲は波長が増大するか減少するかに応じて光軸上
の所定方向へ平行移動的に変化する。

第３図は第１図の装置の光学系部分を光路に沿って展開
し、副走査方向が上下方向となるように描いたものであ
る。

第３図（Ａ）は、線像結像装置のシリンドリカルレンズ
２の作用により光源装置１からの光が偏向反射面３ａの
位置にｒ主走査対応方向に長い線像」として結像した状
態を示している。結像光学系を構成するレンズ４，５は
副走査方向に関して偏向反射面３ａによる偏向の起点と
被走査面６とを幾何光学的に略共役な関係としているの
で、この場合はｒ線像の像」が被走査面６上に結像して
いる。

しかるに第３図（Ｂ）に示すように線像の結像位置がΔ
Ｘだけずれると結像光学系による副走査方向の結像位置
はΔＸ′だけ変位し、これらΔＸ、ΔＸ′は結像光学系
の横倍率（副走査方向に関するもの）βとともに、 ΔＸ’＝β２・ΔＸ の関係を満たす。

結像光学系による像面湾曲は光源の波長に応じてレンズ
系の特性として一義的に定まる。また光源に於ける発振
波長の変化は第１図（Ｂ）に示すように半導体レーザー
の温度（より正確にはケース温度）により決定される。

従って半導体レーザーの温度Ｔを検知すれば、その温度
における副走査方向の像面湾曲′ｗ、（θ：Ｔ）が定ま
る。θは偏向光束の偏向角を示す。

従って半導体レーザーの温度Ｔが検出されたらシリンド
リカルレンズ２の焦点距離を変化させてｒ線像」の結像
位置が上記偏向角θとともに、−ｖ３（θ：Ｔ）／β２ に従って変化するようにすれば半導体レーザーに於ける
発振波長の変化に拘らず光スポットを被走査面６上に結
像させることができる。

さて、シリンドリカルレンズ２は第１図（Ｃ）に示すよ
うに円筒状の基板２１と平板状の基板２１とこれらの間
に設けられた絶縁スペーサー２３と、これ、ら基板２１
．２２とスペーサー２３により形成される空間内に封入
された液晶２４により構成された平凸シリンドリカルレ
ンズである。

基板２１．２２には透明電極が設けられ、これら透明電
極を介して印加電圧制御手段１７により電圧Ｖを印加で
きるようになっている。この電圧印加により液晶２４に
は電界が作用することになる。

液晶２４の屈折率は液晶２４の誘電率Ｅ、透磁率μによ
りｎ−ｖ’丁己５ゴで与えられるが印加手段１７により
印加される電圧Ｖが変化すると上記誘電率Ｅが変化して
屈折率が変化する。従って液晶２４の屈折率は印加電圧
Ｖの関数ｎ（Ｖ）であり、これは予め実験的に知ること
ができる。

基板２１の曲率半径をＲとすると、シリンドリカルレン
ズ２の焦点距離ｆＣＶは。

ｆｃｖ＝Ｒ／（ｎ（Ｖ）−１）　　　　　　　　　（１
）で与えられる。

また基板２２から焦点までの距Ｍｂｆｃｖは、液晶２４
の肉厚をｄとして ｂｆｃｖ＝［Ｒ／（ｎ（Ｖ）−１）］−（ｄ／ｎ（Ｖ）
）　　　（２）で与えられる。

従って印加電圧Ｖの制御により上記距離ｂｆｃｖを変化
させることができる。そこで光走査に応じて上述したよ
うに副走査方向の像面湾曲が補正されるように印加電圧
Ｖを制御することにより副走査方向の像面湾曲を除去す
ることができる。

即ち具体的には光源装置１に於ける半導体レーザーの温
度Ｔを温度センサー１２で検出し、検出結果を増幅器１
３で増幅し、その結果をＡ／Ｄ変換器１４によりデジタ
ル信号に変換する。温度センサー１２と増幅器１３とＡ
／Ｄ変換器１４とは温度検知手段を構成する。

上記デジタル信号は記憶回路１５に印加される。

記憶回路１５には「検知された温度に対応する発振波長
に関連した副走査方向の像面湾曲を補正するために必要
な補正電圧Ｖ」即ち 一％１ｔｓ（θ：Ｔ）／β２＝［Ｒ／（ｎ（Ｖ）−１）
］−（ｄ／ｎ（Ｖ））−ｂｆ、ｖ。

ｂｆｅｖｏ：基準発振波長に対するｂｆｃ、を実現する
電圧Ｖに関する情報が記憶されており上記デジタル信号
が印加されると検出された温度に応じた「補正電圧Ｖ」
に関するデジタル信号を出力する。同信号はＤ／Ａ変換
器１６によりアナログ信号に変換される。変換されたア
ナログ信号は印加電圧制御回路１７に入力する。

印加電圧制御回路１７は偏向角θと光走査の同期を取る
クロックとの対応関係により上記アナログ信号に応じて
、シリンドリカルレンズ２に印加する電圧Ｖを制御する
。

かくして副走査方向の像面湾曲を除去して光走査を行う
ことができる。

上の説明から明らかなように記憶回路１５とＤ／Ａ変換
器１６と印加電圧制御回路１７とは焦点距離可変手段を
構成し、第１図（Ａ）に於いて符号１８で示す部分が線
像結像装置を構成する。

上に説明した実施例に於けるシリンドリカルレンズ２と
して、レンズ内部の液晶２４に変えて強誘電体である強
誘電体結晶を充填したのを用いることもできる。

第１図（Ｃ）の基板２１．２２の間に液晶の代わりに強
誘電体結晶を充填して基板２１．２２間に電圧を印加す
ると、強誘電体結晶の誘電率εが印加電圧Ｖの関数とし
て変化し、上述の実施例と同じく印加電圧Ｖにより強誘
電体結晶の誘電率をε（Ｖ）として変化させることによ
り強誘電体結晶の屈折率を変化させることができる。ｉ
　（Ｖ）は予め実験的に特定できる。

この場合のシリンドリカルレンズのｂｆｃｖに就いても
前述の（２）式が成り立ち、（２）式をＶを変数として
あられに書けば、 ｂ　ｆ　ｃ　ｖ　＝［Ｒｏ　／　（ＦＧ■［ｒ）−１）
　］　−（ｄ／　ｆＧ了了巧）＋＋＋＋＋＋＋　　（３
） が得られる。

従って、この強誘電体結晶を用いた焦点距離可変シリン
ドリカルレンズを用いる場合にも上記実施例の場合と全
く同様にして、光スポットの結像位置ごとに印加電圧Ｖ
を制御してシリンドリカルレンズの焦点距離を変化させ
て副走査方向の像面湾曲を除去することができる。

第４図は線像結像装置の焦点距離可変なシリンドリカル
レンズとして「電気的な操作により体積を変化させ得る
高分子のゲル状物質」を用いたものを示している。

このシリンドリカルレンズ２Ａは、円筒状の殻板２１Ａ
と平板状の基板２２Ａとスペーサー２３Ａとこれらによ
り囲繞される空間に充填された高分子ゲル状物質２４Ａ
により構成されている。スペーサー２３Ａは電極を兼ね
ており印加手段１７により電圧Ｖを印加できるようにな
っている。

高分子ゲル状物質２４Ａは例えばアクリルアミドゲル等
であり電界の作用によりその体積が変化するものである
。

殻板２１Ａは透明高分子弾性材料により構成され、高分
子ゲル状物質２４Ａに体積変化が生ずるときその体積変
化を変形により吸収する。従って上記体積変化によりシ
リンドリカルレンズ２Ａの凸レンズ面の曲率が変化する
。またこの変形に伴いレンズ肉厚ｄも変化する 従って上記凸レンズ面の曲率半径と肉厚とは印加電圧Ｖ
の関数としてそれぞれＲ（Ｖ）、　ｄ（Ｖ）と表され、
これらは予め実験的に特定できる。従ってシリンドリカ
ルレンズ２Ａの焦点距離ｆｃｖ及び、基板２２Ａから焦
点までの距離ｂｆｃｖは、それぞれｆＣｖ＝Ｒ（Ｖ）／
（ｎ−１）　　　　　　　　　（４）ｂｆｃｖ＝［Ｒ（
Ｖ）／　（ｎ−１）］−［ｄ（Ｖ）／ｎ］　　　（５）
で与えられる。

従って上述した実施例の場合と同様に、光スポットの結
像位置ごとの印加電圧■の制御によりシリンドリカルレ
ンズ２Ａの焦点距離を変化させて副走査方向の像面湾曲
を除去することができる。

さらに第４図に示すシリンドリカルレンズ２Ａに於いて
、充填される高分子ゲル状物質に替えて「電界の作用に
より体積とともに屈折率を変える高分子ゲル状物質もし
くは液晶」を充填したものを用いることもできる。

このようにするとシリンドリカルレンズの凸レンズ面の
曲率半径と肉厚とが印加電圧■の関数としてそれぞれＲ
（Ｖ）、　ｄ（Ｖ）と表され、屈折率も印加電圧Ｖの関
数ｎ　（Ｖ）として表される。勿論これらは予め実験的
に特定できる。

従ってこの場合のシリンドリカルレンズの焦点距離ｆｃ
ｖ及び距離ｂｆ　ｃｖはそれぞれｆｃｖ＝Ｒ（ｖ）／［
ｎ（ｖ）−ｘｌ　　　　　　　　　（ｅ）ｂｆｃｖ＝［
Ｒ（Ｖ）／　（ｎ（Ｖ）−１）］−Ｃｄ（Ｖ）／ｎ（Ｖ
）］　（７）で与えられる。

従って上述した実施例の場合と全く同様にして、副走査
方向の像面湾曲量を、印加電圧Ｖの制御で除去すること
ができる。この場合には印加電圧に応じて曲率半径・肉
厚・屈折率という３つのパラメーターで焦点距離を変化
させるので焦点距離変化が容易である。

なお、上に説明した各実施例に用いている「電界の作用
により屈折率を変化させる液晶や、強誘電体、あるいは
電界の作用により体積や体積と屈折率とを変化させる高
分子ゲル状物質や液晶」は公知のものを適宜利用できる
。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

この装置は上記のごとき構成となっているので光源装置
の半導体レーザーにおける発振波長の温度による変化に
も拘らず副走査方向の像面湾曲を容易且つ確実に除去す
ることができ、光スポットの副走査方向の径を均一化で
き高密度光走査を容易に実現できる。また焦点距離の変
化は電気的な操作により行なわれるので応答が迅速であ
り高速度の光走査にも確実に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１実施例を説明するための図で（Ａ）は装置概
略図、（Ｂ）は半導体レーザーの発振波長の温度変化特
性図、（Ｃ）は焦点距離可変のシリンドリカルレンズを
説明するための図、第２図は上記６９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザーを光源とする光源装置と、この光源装置
   からの略平行な光束を主走査対応方向に長い線像として
   結像させる線像結像装置と、上記線像の結像位置の近傍
   に偏向反射面を有する回転多面鏡と、この回転多面鏡と
   被走査面との間に配備され上記偏向反射面による偏向起
   点と被走査面とを副走査方向に関して幾何光学的に略共
   役な関係にするとともに上記偏向反射面による偏向光束
   を上記被走査面上に光スポットとして結像させる結像光
   学系とを有し、 上記線像結像装置は、電気的な操作により焦点距離を変
   化させうるシリンドリカルレンズと、上記光源装置の半
   導体レーザーの温度を検知する温度検知手段と、上記結
   像光学系の副走査方向の像面湾曲と上記温度検知手段に
   よる検知温度とに基づいて上記シリンドリカルレンズの
   焦点距離を電気的な操作により上記偏向光束による光走
   査に同期して変化させる焦点距離可変手段とを有するこ
   とを特徴とする光走査装置。