JPH06347717A - 光ビーム走査用光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光ビーム走査用の光学装置にかか
り、特に、ホログラムを用いた光学装置に関し、安価で
印字品質が高いプリンタをよりコンパクト化することが
可能となる装置の提供を目的とする。 【構成】 光源１０から入射した平行ビームを回折偏向
する回折偏向素子１２と、回折偏向素子１２が回折偏向
した平行ビームを発散球面波に変換する球面凹レンズ１
４と、球面凹レンズ１４から入射した光ビームを結像面
１６上に収束させる定置ホログラム板１８と、を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビーム走査用の光学
装置にかかり、特に、ホログラムを用いた光学装置に関
する。

【０００２】この種の装置は印刷速度が５〜２０枚／分
ほどの低速から中速の半導体レーザプリンタに組み込ま
れており、ホログラムを複製してその大量生産を容易に
行なえる。

【０００３】したがって、高い加工精度が要求されるポ
リゴンミラーや多くのレンズ（ｆ−θなど）を必要とす
る装置に比し、半導体レーザプリンタをより安価に製造
することが可能となる。

【０００４】

【従来の技術】ホログラムを用いた光ビーム走査用光学
装置に関しては特願昭６１−６０８４６号公報，特願昭
６３−７２６３３号公報の提案が行なわれており、これ
らによれば、安定して高い印字品質の得られる半導体レ
ーザプリンタを構成することが可能となる。

【０００５】また特願平３−６２９６１号公報の提案も
行なわれており、その提案によれば、より安価で印字品
質がさらに高い半導体レーザプリンタを構成することが
可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】安価で印字品質が高
く、しかも、よりコンパクトな低速，中速のページプリ
ンタが要望されている。

【０００７】本発明は上記従来の事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、より小型に構成できるこの種
の装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明にかかる装置は図１のように構成されてお
り、同図において、光源１０から入射した平行ビームを
回折偏向する回折偏向素子１２と、回折偏向素子１２が
回折偏向した平行ビームを発散球面波に変換する球面凹
レンズ１４と、球面凹レンズ１４から入射した光ビーム
を結像面１６上に収束させる定置ホログラム板１８と、
を有している。

【０００９】また第９発明においては、結像面１６上で
ビームスポットの位置変化が最適となる特性と球面凹レ
ンズ１４の曲率とにより定置ホログラム板１８のホログ
ラム位相分布における球面対称成分と主走査成分の両係
数が定められる。

【００１０】そして第１０発明においては、結像面１６
上でビームスポットの位置変化が最適となる特性と球面
凹レンズ１４の曲率とにより定置ホログラム板１８のホ
ログラム位相分布における主走査成分の係数が定められ
る。

【００１１】

【作用】図１において、光源１０から回折偏向素子１２
へ入射した平行ビームはその回折偏向素子１２で回折偏
向された後、球面凹レンズ１４で発散球面波に変換され
てから、定置ホログラム板１８へ入射し、結像面１６上
に収束する。

【００１２】このように本発明の装置においても、回折
偏向素子１２，定置ホログラム板１８が設けられている
ので、特願平３−６２９６１号公報の提案と同様に、ビ
ーム収束の径を均一に微細化でき、さらに、ビームスポ
ットの直進性及び等速性を向上でき、そして、光源１０
の波長変動に伴う走査ビームの位置変動を十分に補償で
きる。

【００１３】しかも、回折偏向素子１２で回折偏向され
た平行ビームが球面凹レンズ１４で発散球面波に変換さ
れてから定置ホログラム板１８へ入射されるので、その
光路を短縮して、装置をより小型化することが可能とな
る。

【００１４】また、

【００１５】

【数１】

【００１６】のように（λは光源１０の波長，Ｘは主走
査方向におけるホログラム中心からの距離，Ｙは副走査
方向におけるホログラム中心からの距離，Ｆは非球面波
の焦点距離，ＣmとＣnは係数）、定置ホログラム板１８
における光ビームの位相分布が球面対称成分と主走査成
分との和で表現されるので、結像面１６上におけるビー
ムスポット位置の最適な変化特性と球面凹レンズ１４の
凹球面曲率とから、両成分の係数を決定することによ
り、ビームスポットの直進走査性及び等速走査性をさら
に向上させることが可能となり、その上、波長変動に伴
うスポット位置の変化をより有効に抑制することも可能
となる。

【００１７】そして、上記の式でK＝∞とすると、

【００１８】

【数２】

【００１９】が得られることから、定置ホログラム板１
８のホログラム位相分布における主走査成分の係数をビ
ームスポットの最適な位置変化特性と球面凹レンズ１４
の凹球面曲率とにより定めることも可能となることは言
うまでもない。

【００２０】なお、値kに代えて値hを∞としても、同様
な効果が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明にかかる光ビー
ム走査用光学装置の好適な実施例を説明する。

【００２２】図１（Ａ）には第１実施例の正面が、また
同図（Ｂ）にはその側面が各々示されており、光源１０
（半導体レーザなど）で得られた平行ビームは回折偏向
素子１２（平面格子のもの）へ入射し、回折偏向素子１
２は光源１０から入射したビームを回折し、偏向する。

【００２３】さらに、回折偏向素子１２が回折偏向した
平行ビームは球面凹レンズ１４へ入射し、球面凹レンズ
１４は回折偏向素子１２から入射した平行ビームを発散
球面波に変換する。

【００２４】そして、球面凹レンズ１４で発散球面波に
変換された光ビームは定置ホログラム板１８（平面格子
のもの）へ入射し、定置ホログラム板１８は球面凹レン
ズ１４から入射した光ビームを結像面１６（感光ドラム
など）上に収束させる。

【００２５】本実施例によれば、回折偏向素子１２，定
置ホログラム板１８が設けられているので、特願平３−
６２９６１号公報の提案と同様にして、ビーム収束の径
が均一に微細化され、ビームスポットの直進性及び等速
性が高められ、光源１０の波長変動に伴う走査ビームの
位置変動が十分に補償される。

【００２６】さらに、回折偏向素子１２が回折偏向した
平行ビームが球面凹レンズ１４で発散球面波に変換され
てから定置ホログラム板１８へ入射するので、その光路
を短縮して装置をより小型化することが可能となる。

【００２７】図２には第２実施例の構成が示されてお
り、その回折偏向素子１２にはホログラムディスク（複
数のホログラムがディスク軸を周回して配置されてい
る）を使用している。

【００２８】そして、ホログラムディスクの回折偏向素
子１２をモータ２０で回転駆動しており、このため、デ
ィスクの１回転毎に複数の光ビームを走査することが可
能となる。

【００２９】また、第（１）式における１項目が３次
（K＝３）まで展開され、Ｘ成分の高次項が４次と６次
（n＝２，h＝３）とされた

【００３０】

【数３】

【００３１】の位相分布を光線追跡により得ており、こ
の式の係数Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5は、球面凹レンズ
１４の曲率と図３で示される結像面１６上の最適なビー
ムスポット位置変化特性とから、定められる。

【００３２】同図はフルスケールが５０μｍで、光ビー
ムの走査距離が１１０ｍｍ×２のものであることから、
Ａ４判の用紙上における全領域で光ビームが十分に微細
化して収束していることを理解できる。

【００３３】さらに図４（Ａ），（Ｂ）は光源１０の波
長変動に伴ない光ビームが主走査方向，副走査方向へ変
化する特性を各々示しており、主走査方向の位置変化は
０．３ｎｍの波長変動に対して１０μｍ以内となる。本
実施例では、光ビームの走査光路長を３００ｍｍに短縮
できた。

【００３４】図５には第３実施例が示されており、本実
施例は回折偏向素子１２の光源側となる光路上に前置ホ
ログラム板２２（平面格子のもの）を第２実施例に追加
した構成とされ、光源１０の波長変動に伴うビームスポ
ットの位置変化を回折偏向素子１２と前置ホログラム板
２２で補償している。

【００３５】図６，図７には本実施例における直線走査
特性，等速走査特性が各々示されており、ホログラムデ
ィスクの回折偏向素子１２による光ビームの走査が行な
われるので、ビーム走査の軌跡が曲線となるものの、実
用上はなんらの支障も生じない。

【００３６】図８（Ａ），（Ｂ）は光源１０の波長変動
に伴ない光ビームが主走査方向，副走査方向へ変化する
特性を各々示しており、主走査方向，副走査方向におけ
る光ビームの位置変化は、回折偏向素子１２と前置ホロ
グラム板２２に役割を分担させることで、０．３ｎｍの
波長変動に対し双方向共に±１０μｍ以内となる。特
に、ビームスポットの副走査方向における位置変化量が
大幅に抑制される（約１／１０）。

【００３７】図９には第４実施例が示されており、本実
施例は２枚のミラー２６を第２実施例に追加した構成と
され、回折偏向素子１２を通過した光ビームがそれらの
ミラー２６で反射し、回折偏向素子１２へ再び入射す
る。

【００３８】本実施例では図１０のように良好なビーム
収束特性が得られており、また、直線走査性と等即走査
性についても図１１の特性と図１２の特性が各々得られ
ている。

【００３９】そして光源１０の波長変動に伴なうビーム
スポットの主走査方向，副走査方向における変化は、回
折偏向素子１２へ光ビームが２回入射することで副走査
方向の補償がより効果的に行なわれてその補償幅が広く
なることから、各々図１３（Ａ），（Ｂ）のようにきわ
めて良好な特性（光源１０の波長変動は２ｎｍとする）
となる。

【００４０】なお、回折偏向素子１２はディスクの他に
円筒，球面などの回転体とすることも可能である。ま
た、定置ホログラム板１８は図１４（Ａ）のように球面
凹レンズ１４と空間的に分離して配置できるものの、同
図（Ｂ）のように球面凹レンズ１４の裏面へ貼り合わ
せ、あるいは、同図（Ｃ）のように球面凹レンズ１４の
裏面へ干渉縞を形成してこれを定置ホログラム板（１
８）とすることが好適である。

【００４１】特に同図（Ｃ）の場合には、凹レンズとホ
ログラム面の金型を用意すれば、インジェクションモー
ルドで球面凹レンズ１４と定置ホログラム板１８とをき
わめて容易にしかも安価に製造できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
折偏向素子と定置ホログラム板とが光路上に配置され、
回折偏向素子の光ビームが球面凹レンズで発散球面波に
変換されてから定置ホログラム板へ入射されるので、ビ
ームスポットが十分に微細で、その直進走査性及び等速
走査性に優れ、光源の波長変動に伴うスポット位置の変
化が有効に抑制され、しかも、光路長が短かく小型な装
置を構成できる。

【００４３】このため、安価で印字品質が高いレーザプ
リンタをさらにコンパクトなものとすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成説明図である。

【図２】第２実施例の構成説明図である。

【図３】第２実施例におけるビーム収束の特性説明図で
ある。

【図４】第２実施例のスポット位置変化を示す特性図で
ある。

【図５】第３実施例の構成説明図である。

【図６】第３実施例における直線走査の特性図である。

【図７】第３実施例における等速走査の特性図である。

【図８】第３実施例のスポット位置変化を示す特性図で
ある

【図９】第４実施例の構成説明図である。

【図１０】第４実施例におけるビーム収束の特性説明図
である。

【図１１】第４実施例における直線走査の特性図であ
る。

【図１２】第４実施例における等速走査の特性図であ
る。

【図１３】第４実施例のスポット位置変化を示す特性図
である。

【図１４】球面凹レンズ及び定置ホログラム板の構成説
明図である。

【符号の説明】

１０ 光源 １２ 回折偏向素子 １４ 球面凹レンズ １６ 結像面 １８ 固定ホログラム板 ２２ 前置ホログラム板 ２６ ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茅島 茂生 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山岸 文雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源（１０）から入射した平行ビームを
   回折偏向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）が回折偏向した平行ビームを発散
   球面波に変換する球面凹レンズ（１４）と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる定置ホログラム板（１８）と、 を有する、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
2. 【請求項２】 回転軸を周回してホログラムが配置さ
   れ、光源（１０）の平行ビームを各ホログラムで回折偏
   向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）の各ホログラムが回折偏向した平
   行ビームを発散球面波に変換する球面凹レンズ（１４）
   と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる定置ホログラム板（１８）と、 を有する、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
3. 【請求項３】 回転軸を周回して平面格子のホログラム
   が配置され、光源（１０）の平行ビームを各ホログラム
   で回折偏向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）の各ホログラムが回折偏向した平
   行ビームを発散球面波に変換する球面凹レンズ（１４）
   と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる平面格子の定置ホログラム板
   （１８）と、 を有する、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
4. 【請求項４】 回転軸を周回して平面格子のホログラム
   が配置され、光源（１０）の平行ビームを各ホログラム
   で回折偏向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）の各ホログラムが回折偏向した平
   行ビームを発散球面波に変換する球面凹レンズ（１４）
   と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる平面格子の定置ホログラム板
   （１８）と、 を有し、 球面凹レンズ（１４）の結像面（１６）側となった平面
   に定置ホログラム板（１８）を貼り付けた、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
5. 【請求項５】 回転軸を周回して平面格子のホログラム
   が配置され、光源（１０）の平行ビームを各ホログラム
   で回折偏向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）の各ホログラムが回折偏向した平
   行ビームを発散球面波に変換する球面凹レンズ（１４）
   と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる平面格子の定置ホログラム板
   （１８）と、 を有し、 定置ホログラム板（１８）は球面凹レンズ（１４）の結
   像面（１６）側となる平面干渉縞で直接形成する、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
6. 【請求項６】 回転軸を周回して平面格子のホログラム
   が配置され、光源（１０）の平行ビームを各ホログラム
   で回折偏向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）の各ホログラムが回折偏向した平
   行ビームを発散球面波に変換する球面凹レンズ（１４）
   と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる平面格子の定置ホログラム板
   （１８）と、 回折偏向素子（１２）の光源（１０）側に設けられた平
   面格子の前置ホログラム板（２２）と、 を有する、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
7. 【請求項７】 回転軸を周回して平面格子のホログラム
   が配置された回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）から入射した光ビームを発散球面
   波に変換する球面凹レンズ（１４）と、 球面凹レンズ（１４）から入射した平行ビームを結像面
   （１６）上に収束させる平面格子の定置ホログラム板
   （１８）と、 回折偏向素子（１２）のホログラムを通過した光源（１
   ０）の光ビームを折り返して該ホログラムへ再入射させ
   る光学系（２６）と、 を有する、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
8. 【請求項８】 回転軸を周回して平面格子のホログラム
   が配置された回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）から入射した平行ビームを発散球
   面波に変換する球面凹レンズ（１４）と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる平面格子の定置ホログラム板
   （１８）と、 回折偏向素子（１２）のホログラムを通過した光源（１
   ０）の光ビームを反射させて該ホログラムへ再入射させ
   る一対のミラー（２６）と、 を有する、 ことを特徴とした光ビーム走査用光学装置。
9. 【請求項９】 光源（１０）から入射した平行ビームを
   回折偏向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）が回折偏向した平行ビームを発散
   球面波に変換する球面凹レンズ（１４）と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
   （１６）上に収束させる定置ホログラム板（１８）と、 を有し、 定置ホログラム板（１８）のホログラム位相分布におけ
   る球面対称成分と主走査成分の両係数は、 結像面（１６）上におけるビームスポット位置の最適な
   変化特性と球面凹レンズ（１４）の曲率とから定められ
   た、 ことを特徴とする光ビーム走査用光学装置。
10. 【請求項１０】 光源（１０）から入射した平行ビーム
    を回折偏向する回折偏向素子（１２）と、 回折偏向素子（１２）が回折偏向した平行ビームを発散
    球面波に変換する球面凹レンズ（１４）と、 球面凹レンズ（１４）から入射した光ビームを結像面
    （１６）上に収束させる定置ホログラム板（１８）と、 を有し、 定置ホログラム板（１８）のホログラム位相分布におけ
    る主走査成分の係数は、 結像面（１６）上におけるビームスポット位置の最適な
    変化特性と球面凹レンズ（１４）の曲率とから定められ
    た、 ことを特徴とする光ビーム走査用光学装置。