JPH05281484A - 走査光学系におけるスポットサイズ狭小化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｆナンバーを小さくすることなく、スポット
サイズを小さくすることができる走査光学系におけるス
ポットサイズ狭小化方法を提供する。 【構成】 半導体レーザ１とポリゴンミラー８との間
で、半導体レーザ１からのレーザービームＬを２本に分
割し、それら分割レーザービームＬ1 、Ｌ2 のうち一方
の分割レーザービームＬ2 を部分遮光し、光合成器５
（ビーム合成位置）に導くとともに、部分遮光を受けな
い残りの分割レーザービームＬ1 を光合成器５に導い
て、合成ビームＬ´を形成した後、その合成ビームＬ´
をポリゴンミラー８に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザープリンタや
スキャナなどの走査光学系において像面に形成されるビ
ームスポットのサイズを小さくする方法、すなわちスポ
ットサイズ狭小化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の走査光学系では、半導体レーザ
等の光源から１本のレーザービームが回転するポリゴン
ミラーのミラー面により偏向され、走査レンズを介して
像面上にビームスポットが形成される。ここで、従来よ
り周知のように、像面上に形成されるビームスポットの
サイズ、つまりスポットサイズω0 は、 ω0 ＝ｋ・λ・Ｆ ただし、ｋ：定数 λ：レーザービームの波長 Ｆ：走査光学系のＦナンバー で与えられる。この式から、Ｆナンバーが小さくなるに
つれて、この走査光学系におけるスポットサイズω0 が
小さくなることがわかる。したがって、Ｆナンバーを小
さくし、スポットサイズω0 を小さくすれば、走査光学
系によって形成される画像の微細化を図ることができる
とともに、画像品質を向上させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｆナン
バーを小さくした場合、次のような問題が生じる。すな
わち、焦点深度はＦナンバーの２乗に比例するので、Ｆ
ナンバーが小さくなると、急速に焦点深度が浅くなり、
走査光学系がデリケートになるという問題がある。

【０００４】また、Ｆナンバーが小さくなると、偏向器
を大型化する必要があるとともに、走査レンズの構成が
複雑になる。その結果、走査光学系のコストが高くなる
という問題がある。

【０００５】この発明は、上記課題を解消するためにな
されたもので、Ｆナンバーを小さくすることなく、スポ
ットサイズを小さくすることができる走査光学系におけ
るスポットサイズ狭小化方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、レーザービ
ームを出射する光源と、前記光源からのレーザービーム
を偏向する偏向器と、前記偏向器によって偏向されたレ
ーザービームのスポットを像面上に形成する走査レンズ
とを備えた走査光学系におけるスポットサイズ狭小化方
法であって、上記目的を達成するために、前記光源と前
記偏向器との間で、前記光源からのレーザービームを複
数本に分割し、それら分割レーザービームのうち少なく
とも１本以上の分割レーザービームを部分遮光し、ビー
ム合成位置に導くとともに、部分遮光を受けない残りの
分割レーザービームを前記ビーム合成位置に導いて、合
成ビームを形成した後、その合成ビームを前記偏向器に
入射している。

【０００７】

【作用】この発明によれば、光源からのレーザービーム
が複数本に分割され、それら分割レーザービームのうち
少なくとも１本以上の分割レーザービームが部分遮光さ
れ、ビーム合成位置に導かれる。また、部分遮光を受け
ない残りの分割レーザービームも前記ビーム合成位置に
導かれる。そして、これらの分割レーザービームが前記
ビーム合成位置で合成され、偏向器に入射される。偏向
器で偏向された合成ビームは走査レンズに入射し、像面
上にビームスポットが形成される。したがって、部分遮
光を受けたレーザービームと部分遮光を全く受けなかっ
たレーザービームとの相互干渉によって、スポットサイ
ズがより小さくなる。

【０００８】

【実施例】図１はこの発明にかかるスポットサイズ狭小
化方法を適用可能な走査光学系を示す斜視図である。こ
の走査光学系では、半導体レーザ１からのレーザービー
ムＬがコリメートレンズ２に入射され、平行ビームに整
形される。そして、その平行ビームはハーフミラーなど
の光分割器３に入射され、２本のレーザービームＬ1 ，
Ｌ2 に分割される。

【０００９】一方の分割レーザービームＬ1 は、ミラー
４を介してビーム合成位置に導かれ、ハーフミラーなど
の光合成器５に入射される。また、もう一方の分割レー
ザービームＬ2 はミラー６を介して部分遮光板７に入射
される。この部分遮光板７は透明ガラス７ａの表面中央
部に遮光部材７ｂをコーティングしたものであり、入射
レーザービームの中央部を遮光し、その他の領域を透過
するように構成されている。こうして部分遮光を受けた
レーザービームＬ2Sはビーム合成位置に配置された光合
成器５に入射される。なお、この実施例では、光分割器
３からミラー４を経由した光合成器５までの光路長と、
ミラー６及び部分遮光板７を経由した光路長とはほぼ同
じ長さである。

【００１０】そして、ビーム合成位置に導かれたレーザ
ービームＬ1 ，Ｌ2Sは光合成器５で合成されて、合成ビ
ームＬ´が形成される。この合成ビームＬ´は、図１に
示すように、ポリゴンミラー８に入射される。このポリ
ゴンミラー８で偏向されたレーザービームは２枚のレン
ズ９ａ，９ｂからなる走査レンズ９を介して像面１０に
結像される。こうして、像面１０に所望のビームスポッ
トが形成される。

【００１１】次に、像面１０に形成されたビームスポッ
トの強度について説明する。この実施例では、上述のよ
うにして像面１０にビームスポットを形成しているた
め、ビームスポットの強度を考察する上で、部分遮光を
受けた分割レーザービームＬ2Sと部分遮光を全く受けて
いない分割レーザービームＬ1 との分けて議論すること
ができる。

【００１２】図２は図１の走査光学系の断面図である。
なお、説明の便宜からミラー４，６、光合成器５及びポ
リゴンミラー８の図２への図示は省略している。

【００１３】まず、分割レーザービームＬ1 について説
明する。図２(a) に示すように、分割レーザービームＬ
1 は部分遮光を受けずに像面１０に結像されるので、像
面１０での振幅ψ1(x)はその中心部でガウシアン分布と
なる（図３(a) ）。一方、レーザービームＬ2 は、中央
部が遮光された状態で像面１０に結像されるため、像面
１０での振幅ψ2(x)は、メインピークＰ以外にそのピー
クＰと位相が半波長ずれたピーク、つまりサイドローブ
部Ｐ1 を有する（図３(b) ）。

【００１４】そして、実際に像面１０に形成されるビー
ムスポットはレーザービームＬ1 ，Ｌ2Sの合成ビーム
Ｌ′を結像することによって得られることから、像面１
０での振幅ψ(x) は、それら振幅ψ1(x)，ψ2(x)の重ね
合わせであり、その波形はサイドローブ部Ｐ1 の影響に
よってメインピークが急峻なものとなる（図３(c) の実
線）。なお、参考のために、半導体レーザ１からのレー
ザービームＬを光分割することなく図１の走査光学系と
光学的に等価な走査光学系を用いて像面１０にビームス
ポットを形成した場合の振幅ψ(x) を同図(c) の点線に
示しておく。

【００１５】また、光強度は振幅の２乗に比例すること
から、像面１０での光強度は図４に示すような分布を示
す。同図において、実線はこの実施例にかかる走査光学
系（図１）の結果を示す一方、点線は従来例、すなわち
レーザービームＬを光分割することなく図１の走査光学
系と光学的に等価な走査光学系を用いて像面１０にビー
ムスポットを形成した場合の結果を示すものである。こ
の図からわかるように、サイドローブでの干渉によって
メインピークの形状がシャープとなり、中央強度が一定
のところ、例えば強度Ｉ1 をビームスポットのしきい値
とした時、この実施例にかかるスポットサイズＤが従来
例のスポットサイズＤ´より小さくなる。

【００１６】以上のように、この実施例によれば、半導
体レーザ１とポリゴンミラー８との間で、半導体レーザ
１からのレーザービームＬを２本に分割し、それら分割
レーザービームＬ1 ，Ｌ2 のうち分割レーザービームＬ
2 を部分遮光し、ビーム合成位置に導くとともに、部分
遮光を受けない分割レーザービームＬ1 をビーム合成位
置に導いて、合成ビームＬ´を形成した後、その合成ビ
ームＬ´をポリゴンミラー８に入射するようにしている
ので、走査光学系のＦナンバーを変化させることなく、
像面１０でのスポットサイズを小さくすることができ
る。

【００１７】ところで、光分割器３から光合成器５まで
の光路長がミラー４を経由した場合と、ミラー６及び部
分遮光板７を経由した場合とで異なる（ただし、光路長
の差が波長の整数倍の場合を除く）と、レーザービーム
Ｌ1 ，Ｌ2 （Ｌ2S）が伝播する距離が相違し、像面１０
での光強度の分布が図４の分布からずれて所望のビーム
スポットが得られない。例えば、光強度分布にサイドロ
ーブが生じてしまうことがある。この場合、複数のビー
ムスポットが像面１０に形成されてしまう。また、別の
ケースとして、ビームスポットの中心強度が極端に減少
してしまうこともある。したがって、光分割器３からミ
ラー４を経由した光合成器５までの光路長と、ミラー６
及び部分遮光板７を経由した光路長とが常に同一あるい
は波長の整数倍に保たれることが好ましい。

【００１８】しかしながら、上記実施例のように走査光
学系を構成した場合、周辺温度の変化などによってミラ
ー４，６あるいは部分遮光板７が移動して、光路長がず
れるおそれがある。また、走査光学系を組み立てる際に
も、この点を考慮して調整する必要がある。

【００１９】そこで、このような問題を解決するには、
例えば光分割器３、ミラー４，６、光合成器５及び部分
遮光板７の代わりに図５の光分割・合成器１４を用いれ
ばよい。

【００２０】この光分割・合成器１４は、断面が台形形
状をした２枚のプリズム１１，１２を貼合わせたもので
あり、その貼合わせ面１４ａがビームスプリット面及び
ビーム合成面として機能する。すなわち、レーザービー
ムＬが光分割・合成器１４の面１４ｂに垂直入射される
と、プリズム１１を透過し、貼合わせ面１４ａで２本の
レーザービームＬ1 ，Ｌ2 に分割される。その一方の分
割レーザービームＬ1（同図の２点鎖線）はプリズム１
１内を進み、光分割・合成器１４の面１４ｃで全反射さ
れ、再度貼合わせ面１４ａのビーム合成位置に導かれ
る。

【００２１】また、もう一方の分割レーザービームＬ2
は光分割・合成器１４の面１４ｄに入射される。この面
１４ｄには、反射防止コーティング１３が部分的に設け
られているため、入射ビームＬ2 （同図の１点鎖線）の
中央部が遮光され、その他の領域がその面１４ｄで反射
されて、部分遮光を受けたレーザービームＬ2Sが貼合わ
せ面１４ａのビーム合成位置に導かれる。なお、反射防
止コーティング１３の代わりに直角プリズムを貼付けた
り、その領域の表面を粗くして乱反射を生じるようにし
てもよい。

【００２２】そして、貼合わせ面１４ａのビーム合成位
置でこれらのレーザービームＬ1 ，Ｌ2Sが合成されて、
合成ビームＬ´が形成され、図１のポリゴンミラー８に
入射される。

【００２３】以上のように、この改良例によれば、レー
ザービームＬの分割、分割レーザービームＬ2 の部分遮
光及びレーザービームＬ1 ，Ｌ2Sの合成を一体化された
光分割・合成器１４によって行うようにしているので、
分割レーザービームの伝播距離は常に同一となり、走査
光学系の周辺温度などの影響を受けずに、スポットサイ
ズを狭小化することができる。

【００２４】なお、上記実施例では、半導体レーザ１か
らのレーザービームＬを２本のレーザービームに分割し
ているが、３本以上に分割し、それらの分割レーザービ
ームのうち少なくとも１本以上の分割レーザービームを
部分遮光し、ビーム合成位置に導くとともに、部分遮光
を受けない残りの分割レーザービームをビーム合成位置
に導いて、合成ビームを形成するようにしてもよい。

【００２５】また、上記においては、偏向器としてポリ
ゴンミラー８を用いた走査光学系にこの発明にかかるス
ポットサイズ狭小化方法を適用した場合について説明し
たが、この発明にかかるスポットサイズ狭小化方法は、
光源からのレーザービームをガルバノミラーなどの偏向
器によって偏向し、さらに走査レンズによって像面にビ
ームスポットを形成する走査光学系全般に適用すること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光源と偏向器との間で、前記光源からのレーザービ
ームを複数本に分割し、それら分割レーザービームのう
ち少なくとも１本以上の分割レーザービームを部分遮光
し、ビーム合成位置に導くとともに、部分遮光を受けな
い残りの分割レーザービームを前記ビーム合成位置に導
いて、合成ビームを形成した後、その合成ビームを前記
偏向器に入射するようにしているので、Ｆナンバーを小
さくすることなく、スポットサイズを小さくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかるスポットサイズ狭小化方法を
適用可能な走査光学系を示す斜視図である。

【図２】図１の走査光学系の断面図である。

【図３】この発明にかかるスポットサイズ狭小化方法の
原理を説明するための図である。

【図４】像面におけるビームスポットの強度分布を示す
グラフである。

【図５】走査光学系の改良例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ８ ポリゴンミラー（偏向器） ９ 走査レンズ Ｌ レーザービーム Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ2S 分割レーザービーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザービームを出射する光源と、前記
   光源からのレーザービームを偏向する偏向器と、前記偏
   向器によって偏向されたレーザービームのスポットを像
   面上に形成する走査レンズとを備えた走査光学系におけ
   るスポットサイズ狭小化方法であって、 前記光源と前記偏向器との間で、前記光源からのレーザ
   ービームを複数本に分割し、それら分割レーザービーム
   のうち少なくとも１本以上の分割レーザービームを部分
   遮光し、ビーム合成位置に導くとともに、部分遮光を受
   けない残りの分割レーザービームを前記ビーム合成位置
   に導いて、合成ビームを形成した後、その合成ビームを
   前記偏向器に入射することを特徴とする走査光学系にお
   けるスポットサイズ狭小化方法。