JPH07128610A - 直線走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏向器としてホログラム素子を用い、１／ｅ
² のビーム径を２０〜３０μｍとするのに対応するＦナ
ンバーを有し、しかも収差が補正された直線走査光学系
を提供する。 【構成】 偏向器として機能する回転ホログラム素子１
と被走査面Ｓの間に複数の固定ホログラム素子２，３が
配設される。これらの固定ホログラム素子のうち、回転
ホログラム素子１に最も近い第１の固定ホログラム素子
２は、走査方向Ｘにおける焦点距離ｆ1x（＞０）を有
し、主として走査線の直線性やｆθ特性などについての
走査光学系としての基本的な機能を担う。これに対し、
第１の固定ホログラム素子２を除く残りの固定ホログラ
ム素子３の走査方向Ｘにおける合成焦点距離ｆ2xの絶対
値は焦点距離ｆ1xよりも大きくなっている。つまり、残
りの固定ホログラム素子３は第１の固定ホログラム素子
２よりも弱いパワーを有しており、コマ収差などの収差
を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光源からの光ビーム
を回転ホログラム素子によって偏向し、被走査面上を走
査させる直線走査光学系の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、製版入出力用の直線走査光学系と
しては、例えば光源からの光ビームをポリゴンミラーや
ガルバミラーなどからなる偏向器によって偏向し、ｆθ
レンズなどの走査用レンズを介して被走査面に走査させ
るものが用いられている。このように構成された直線走
査光学系において、製版入出力で要求される２５μｍ程
度のビーム径でビームスポットを被走査面上に照射する
ためには、一定以上の大きさを有する偏向器を用いる必
要があるとともに、複数枚のガラスレンズを組み合わせ
てなる走査用レンズを用いる必要がある。そのため、直
線走査光学系のコストが増大し、またこれらの要求が上
記直線走査光学系を有する製版入出力装置の軽量化を図
る上で大きな障害となっている。

【０００３】そこで、このような問題を解決するため、
上記構成の直線走査光学系に代えて、ホログラム素子を
用いた直線走査光学系を用いることが提案されている。
例えば、「光学（１９９３年３月号P.135 〜136 ）」に
記載された技術によれば、ディスク（回転ホログラム素
子）によって光源からの光ビームを偏向し、ホロプレー
ト（固定ホログラム素子）を介して感光ドラム（被走査
面）上を走査するようにしている。このように、この提
案例では、ディスクとホロプレートとの組み合わせによ
り、直線走査およびビーム収束を行っている。また、特
に光源として半導体レーザを採用した場合には、半導体
レーザの波長変動による走査位置変動が問題となるが、
この提案例では、この問題も解消されている。

【０００４】具体的には、上記提案例によれば、１／ｅ
² のビーム径が６８〜７８μｍとなり、走査線の直線性
が±0.1mm の直線走査光学系が得られる。また、半導体
レーザの波長変動が0.3nm である場合、それに対応する
走査位置変動は１μｍ以内となり、波長変動に対し倍率
色収差が補正されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、製版入
出力装置では、上述のように必要なビーム径は２５μｍ
程度であり、より高精細な光ビームが必要となる。その
ためには、Ｆナンバーが小さく、しかも小さなＦナンバ
ーにおいても十分に収差補正されていることが必須条件
となる。ここで、光ビームの回折限界とＦナンバーとの
関係を見てみると、次の関係式

【０００６】

【数４】

【０００７】ただし、ｄ：１／ｅ² の光ビームの回折限
界直径、Ｆ：Ｆナンバー、λ：光ビームの波長 が成立する。この数４を変形すると、

【０００８】

【数５】

【０００９】が得られる。この数５からわかるように、
例えば波長λが７８０ｎｍの半導体レーザを光源とし、
６８〜７８μｍのビーム径を得るためには、必要とされ
るＦナンバーは７３程度である。これに対し、ビーム径
を２５μｍ程度まで絞るためには、Ｆナンバーを２５程
度にする必要がある。このように、提案にかかる直線走
査光学系を製版入出力装置に適用する場合、Ｆナンバー
を約１／３に小さくする必要があり、発生する収差量が
大きくなることが容易に推測される。すなわち、走査中
央で発生する球面収差が大きくなるのはもちろんである
が、走査端付近ではコマ収差が大きくなり、被走査面で
のビームスポットの形状が円形でなく、尾を引くような
形状になる。なお、偏向器と被走査面との間に配置する
光学素子をホログラム素子だけで構成し、Ｆナンバーが
２５程度で、しかも当該光学系で発生する収差量を回折
限界以下にまで補正した直線走査光学系は、本発明者の
知りうる限りでは、これまで実現されていない。

【００１０】また、半導体レーザを光源とする直線走査
光学系を製版入出力装置に適用する場合には、半導体レ
ーザの波長変動に対し、ビーム位置の変動（倍率色収
差）だけではなく、像面の変動（軸上色収差）をも補正
する必要がある。というのも、Ｆナンバーが２５の光学
系では、Ｆナンバーが７３の光学系に比べ、焦点深度が
約１／８（＝ (25/73)² ）の深さしかないことから、波
長がシフトすることにより生じる像面のずれ、つまり軸
上色収差が焦点深度より大きくなると、被走査面での画
像品質が劣化するからである。

【００１１】さらに、画像品質を高めるためには、有効
走査範囲内においてビーム径のばらつきが少ないことも
重要な要素となる。

【００１２】この発明は、上記課題に鑑みてなされたも
ので、１／ｅ² のビーム径を２０〜３０μｍとするのに
対応するＦナンバーを有し、しかも、そのＦナンバーで
収差が補正された直線走査光学系を提供することを第１
の目的とする。

【００１３】この発明の第２の目的は、上記第１の目的
を達成した上で、さらに光ビームに波長変動があって
も、高品質の画像を記録することができる直線走査光学
系を提供することである。

【００１４】この発明の第３の目的は、上記第１の目的
を達成した上で、有効走査範囲にわたってビーム径のば
らつきが少ない直線走査光学系を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光ビ
ームを出射する光源と、前記光源からの光ビームを偏向
し、被走査面上を走査方向に走査させる回転ホログラム
素子とを備えた直線走査光学系であって、上記第１の目
的を達成するため、前記回転ホログラム素子と前記被走
査面の間に、複数の固定ホログラム素子を配設し、前記
複数の固定ホログラム素子のうち、前記回転ホログラム
素子に最も近い第１の固定ホログラム素子の前記走査方
向における焦点距離を正とするとともに、残りの固定ホ
ログラム素子の前記走査方向における合成焦点距離の絶
対値が前記第１の固定ホログラム素子の焦点距離よりも
大きくなるようにしている。

【００１６】請求項２の発明は、前記光源からの光ビー
ムの波長をλ、前記被走査面上を有効走査長２Ｌにわた
って１回走査する間に前記回転ホログラム素子が回転す
る回転角を２α、前記回転ホログラム素子に入射する光
ビームの前記走査方向におけるビーム径をＤ、前記被走
査面での光ビームのビーム径をｄとしたとき、次の不等
式

【００１７】

【数６】

【００１８】を満足するようにしている。

【００１９】請求項３の発明は、上記第２の目的を達成
するため、前記光源が波長λの光ビームを出射する半導
体レーザであり、前記第１の固定ホログラム素子から出
射する光ビームの走査面内における主光線の出射角をβ
1 としたとき、有効走査範囲にわたり、次の不等式

【００２０】

【数７】

【００２１】を満足するようにしている。

【００２２】請求項４の発明は、上記第３の目的を達成
するため、前記被走査面に入射する光ビームの走査面内
における主光線の入射角をβ2 としたとき、有効走査範
囲にわたり、次の不等式

【００２３】

【数８】

【００２４】を満足するようにしている。

【００２５】

【作用】請求項１の発明では、偏向器として機能する回
転ホログラム素子と被走査面との間に、複数の固定ホロ
グラム素子が配設される。これらの固定ホログラム素子
のうち、前記回転ホログラム素子に最も近い第１の固定
ホログラム素子の走査方向における焦点距離は正であ
り、この第１の固定ホログラム素子が主として走査線の
直線性やｆθ特性などについての走査光学系としての基
本的な機能を担う。これに対し、前記第１の固定ホログ
ラム素子を除く残りの固定ホログラム素子の走査方向に
おける合成焦点距離の絶対値は前記第１の固定ホログラ
ム素子の焦点距離よりも大きく、つまり残りの固定ホロ
グラム素子は前記第１の固定ホログラム素子よりも弱い
パワーを有しており、コマ収差などの収差を補正する。

【００２６】請求項２の発明では、数６が満足されてお
り、コマ収差がより十分に補正される。以下、その理由
について図１を参照しつつ説明する。

【００２７】回転ホログラム素子１から出射された光ビ
ームの最大偏向角γmax は、次式

【００２８】

【数９】

【００２９】ただし、ｆ：光学系全系の焦点距離とな
る。また、焦点距離ｆは、

【００３０】

【数１０】

【００３１】で表すことができる。したがって、数１０
を数９に代入し、整理すると、

【００３２】

【数１１】

【００３３】が得られる。

【００３４】これに対し、走査線を１回走査するために
回転ホログラム素子１が回転しなければならない回転角
２αについては、最大偏向角γmax よりも小さくするこ
とが可能であり、また、より小さい方が回転ホログラム
素子１の１回転運動で走査できる走査線数が多くなり、
一般には望ましい。しかしながら、最大偏向角γmaxに
対する回転角２αの比をあまり小さくすることには限界
がある。例えば、回転ホログラム素子１が１゜しか回転
していないのに、光ビームが３０゜も偏向されるような
ことはありえないと考えられる。

【００３５】ここで、製版入出力装置の仕様を考慮する
と、半角αの正接が最大偏向角γmax の正接の約５４％
以上であることが必要である。すなわち、直線走査光学
系では、数６が満足されることが望まれる。最大偏向角
γmax に対して回転角２αを小さくしようとすると、光
ビームの入射角が大きくなる傾向があり、仮に数６が満
足されなくなると、光ビームの回転ホログラム素子１へ
の入射角が大きくなり過ぎるとともに、走査端でのコマ
収差が十分に補正できなくなってしまう。

【００３６】請求項３の発明では、数７が満足されてい
る。この数７は軸上色収差に関するものであり、数７で
規定される範囲を逸脱すると、軸上色収差が大きくなっ
てしまう。

【００３７】請求項４の発明では、数８が満足されてい
る。この数８は被走査面に対する光ビームの入射角に関
するものであり、数８が満足されていると、被走査面に
対してほぼ垂直に光ビームが入射するので、ビームスポ
ットの形状は一定であるが、数８で規定される範囲を逸
脱すると、有効走査範囲内にわたってビームスポットの
形状が変動し、その結果、ビーム径が不均一となってし
まう。

【００３８】

【実施例】

Ａ．実施例の基本的構成

【００３９】図２は、この発明にかかる直線走査光学系
の基本構成を示す部分斜視図である。また、図３は、第
１実施例における副走査面内での光ビームの進む様子を
示す示す図である。さらに、図４および図５は、第１実
施例における走査面内での光ビームの進む様子を示す図
である。

【００４０】この直線走査光学系は、光ビームを出射す
る光源４と、光源４からの光ビームを整形する整形レン
ズ群５と、回転軸１１回りに回転し、光源４からの光ビ
ームを偏向する回転ホログラム素子１と、その回転ホロ
グラム素子１と被走査面Ｓとの間に配列された２枚の固
定ホログラム素子２，３とで構成されており、被走査面
Ｓ上を光ビームによって走査方向Ｘに走査する。また、
図示を省略しているが、一般的に被走査面Ｓ上には感光
フィルムなどの感光材料が設置され、搬送手段によって
感光材料を副走査方向Ｙに順次搬送する。なお、これら
のホログラム素子１〜３には、所定の縞が記録されてお
り、その縞の空間位相分布φは、ホログラム素子面をｘ
ｙ平面とし、記録波長をλ0 とすると、一般に次式

【００４１】

【数１２】

【００４２】ただし、ＣKLは係数、により表現すること
ができる。そこで、以下の説明においては、係数ＣKLを
示すことでホログラム素子に記録される縞の空間位相分
布φを特定する。

【００４３】整形レンズ群５は、回転ホログラム素子１
のウォブリング補正を行う目的で、シリンドカルレンズ
及びコリメートレンズを含み、走査方向Ｘではビーム径
Ｄ0（＝１２．１６ｍｍ）の平行光となる一方、副走査
方向Ｙでは収束光（ＮＡ＝０．００５５５）となるよう
に、光源４からの光ビームを整形している。

【００４４】図３に示すように、このように整形された
光ビームＢ0 は回転ホログラム１の回転中心から円周方
向に距離ΔＹ0 （但し、ΔＹ0 は副走査方向Ｙに対し
て、後述のθ１＋θ２＋θ３だけ傾いている）だけ離れ
た位置に入射される。なお、光源４としては、例えば半
導体レーザなどを用いることができる。以下において
は、中心波長λが７８０ｎｍで、波長変動が±１ｎｍの
半導体レーザを光源とする場合に限定して説明するが、
光源４はこれに限定されない。

【００４５】回転ホログラム素子１は、波長７８１ｎ
ｍ，７８０ｎｍ，７７９ｎｍでそれぞれ屈折率 ｎ781 ＝1.510701、 ｎ780 ＝1.510722、 ｎ779 ＝1.510743 を有する厚みｔ1 の基板ガラス上に所定の縞が形成され
たものであり、設計に応じた係数Ｃ01を有している。ま
た、図３に示すように、回転ホログラム素子１は、副走
査面内で整形レンズ群５からの光ビームＢ0 が回転軸１
１に対し角度θ0で入射されるように、配置されてい
る。後で説明する第１ないし第４実施例では、上記のよ
うに回転ホログラム素子１への入射光ビームＢ0 の走査
方向Ｘにおけるビーム径Ｄ0 が１２．１６ｍｍであるこ
とを考慮して、１回転することで６本あいるは７本の光
ビームを被走査面Ｓ上を走査させることができるように
している。

【００４６】また、回転ホログラム素子１から被走査面
Ｓ側に（＋１）次回折光Ｂ1 に沿って距離ΔＺ12（図示
せず）だけ離れた位置で、かつ回転ホログラム素子１に
対し副走査面内で角度θ1 だけ傾いた状態で、第１の固
定ホログラム素子２が固定されている。この固定ホログ
ラム素子２は、回転ホログラム素子１と同一の屈折率を
有する厚みｔ2 の基板ガラス上に、縞中心点２１を中心
として縞が形成されており、適当な係数Ｃ20，Ｃ02，Ｃ
40，Ｃ22，Ｃ04，Ｃ60，Ｃ42，Ｃ24，Ｃ06を有してい
る。また、固定ホログラム素子２には、有効走査全域に
おいて０次回折光と（＋１）次回折光を分離し、（＋
１）次回折光のみを被走査面Ｓに照射するため、副走査
方向Ｙに４゜以上の角度をつけており、回転ホログラム
素子１からの（＋１）次回折光Ｂ1 が縞中心点２１から
距離ΔＹ1 （但し、ΔＹ1 は副走査方向Ｙに対して、θ
２＋θ３だけ傾いている）だけ離れた位置に入射される
ようになっている。一方、走査面内では、図５に示すよ
うに、第１の固定ホログラム素子２から出射する（＋
１）次回折光Ｂ2 の主光線の出射角はβ1 となってい
る。

【００４７】また、第２の固定ホログラム素子３は、第
１の固定ホログラム素子２から被走査面Ｓ側に（＋１）
次回折光Ｂ2 に沿って距離ΔＺ23（図示せず）だけ離れ
た位置で、しかも固定ホログラム素子２に対し副走査面
内で角度θ2 だけ傾いた状態で、固定されている。この
固定ホログラム素子３は、上記屈折率を有する厚みｔ3
の基板ガラス上に、縞中心点３１を中心として縞が形成
されており、適当な係数Ｃ20，Ｃ02，Ｃ40，Ｃ22，Ｃ0
4，Ｃ60，Ｃ42，Ｃ24，Ｃ06を有している。そして、上
記と同様の理由により、副走査方向Ｙに適当な角度（４
゜以上）がついており、固定ホログラム素子２からの
（＋１）次回折光Ｂ2 が縞中心点３１から距離ΔＹ2
（但し、ΔＹ2 は副走査方向Ｙに対して、θ３だけ傾い
ている）だけ離れた位置に入射されるようになってい
る。また、走査面内では、図５に示すように、第２の固
定ホログラム素子３から出射する（＋１）次回折光Ｂ3
の主光線の出射角はβ2 となっている。

【００４８】さらに、被走査面Ｓは、第２の固定ホログ
ラム素子３から（＋１）次回折光Ｂ3 に沿って距離ΔＺ
3S（図示せず）だけ離れた位置で、しかも固定ホログラ
ム素子３に対し副走査面内で角度θ3 だけ傾いた状態
で、固定されている。ここで、角度θ1 、θ2 およびθ
3 に関しては、反時計回りを正、時計回りを負として表
現している。また、距離ΔＹ1 およびΔＹ2 に関して
は、（＋１）次回折光Ｂ2、Ｂ3 の回折方向に基づいて
正負を表現している。すなわち、図中（＋１）次回折光
Ｂ2 、Ｂ3 が縞中心点２１、３１の右側に入射して左方
向に回折している場合は正、左側に入射して右方向に回
折している場合は負として表現している。

【００４９】このように構成された直線走査光学系で
は、半導体レーザ４から出射された光ビームが整形レン
ズ群５により整形された後、回転ホログラム素子１によ
り偏向され、固定ホログラム素子２，３を介して走査方
向Ｘに有効走査長（２Ｌ）３２０ｍｍに渡って被走査面
Ｓに走査される。なお、全ての実施例において、回転ホ
ログラム素子１、第１および第２の固定ホログラム素子
２、３の記録波長λ0 は７８０ｎｍである。

【００５０】Ｂ．実施例の詳細な構成および光学的特性

【００５１】次に、第１ないし第４実施例の構成につい
て詳細に説明するとともに、その光学的特性について説
明する。

【００５２】(B-1) 第１実施例

【００５３】この第１実施例では、回転ホログラム素子
１、第１および第２の固定ホログラム素子２，３は以下
のように構成されており、副走査面内では図３に示す経
路で光ビームが進む。また、走査面内では、偏向角γが
ゼロのときには図４に示す経路で、一方最大偏向角γma
x では図５に示す経路で光ビームが進む。

【００５４】＜回転ホログラム素子１＞

【００５５】回転ホログラム素子１の構成および配置を
示す数値は、以下の通りである。

【００５６】基板ガラスの厚さｔ1 ＝3mm 係数Ｃ01＝1.5190 光ビームＢ0 の入射角度θ0 ＝54.761゜ 光ビームＢ0 の入射位置ΔＹ0 ＝35mm １回の走査に要する回転角（２α）の半角α＝20゜

【００５７】＜第１の固定ホログラム素子２＞

【００５８】第１の固定ホログラム素子２の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【００５９】距離ΔＺ12（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝269.837mm 角度θ1 ＝34.116゜ Ｃ20＝-1.8073X10^-3 Ｃ02＝-2.1410X10^-3 Ｃ40＝
2.3345X10^-10 Ｃ22＝-1.2836X10^-8 Ｃ04＝ 1.0090X10^-7 Ｃ60＝
1.8026X10^-17 Ｃ42＝ 2.1791X10^-14 Ｃ24＝ 1.7002X10^-12 Ｃ06＝
-7.8173X10^-11 基板ガラスの厚さｔ2 ＝5mm 光ビームＢ1 の入射位置ΔＹ1 ＝29.230mm

【００６０】＜第２の固定ホログラム素子３＞

【００６１】第２の固定ホログラム素子３の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【００６２】距離ΔＺ23（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝240.733mm 角度θ2 ＝-6.803゜ Ｃ20＝ 1.2230X10^-3 Ｃ02＝-7.4386X10^-3 Ｃ40＝
2.7880X10^-9 Ｃ22＝-8.1419X10^-9 Ｃ04＝-1.0982X10^-5 Ｃ60＝
-2.8582X10^-14 Ｃ42＝ 7.8393X10^-13 Ｃ24＝ 7.8511X10^-11 Ｃ06＝
1.8621X10^-8 基板ガラスの厚さｔ3 ＝5mm 光ビームＢ2 の入射位置ΔＹ2 ＝-8.653mm

【００６３】＜被走査面Ｓ＞

【００６４】被走査面Ｓの配置位置を示す数値は、以下
の通りである。

【００６５】距離ΔＺ3S（主光線位置同士の間隔）＝4
1.406mm 角度θ3 ＝14.777゜ 第１実施例にかかる直線走査光学系は以上のように構成
されているため、第１の固定ホログラム素子２の走査面
方向での焦点距離ｆ1xは、 ｆ1X＝276.7mm （＞０） である。また、残りの固定ホログラム素子（つまり、本
実施例では第２の固定ホログラム３のみが該当）の合成
焦点距離ｆ2xは、 ｆ2X＝-408.8mm であり、その絶対値は焦点距離ｆ1xよりも大きくなって
いる。

【００６６】また、この直線走査光学系によれば、被走
査面Ｓ上にビーム径ｄが0.025mm のビームスポットを形
成することができ、このビーム径ｄの値のほか、半走査
長Ｌ，波長λおよび入射光ビームの走査方向Ｘにおける
ビーム径Ｄを数６の右辺に代入し、その値を求めると、
値”0.2824”が得られる。一方、数６の左辺に半角αを
代入し、その値を求めると、値”0.364 ”が得られる。
ここで、これらの値を比較すると、この実施例では、数
６が満足されていることがわかる。

【００６７】図６は、偏向器回転角、つまり回転ホログ
ラム素子１の回転角に対して各固定ホログラム素子２，
３から出射される光ビームＢ2 ，Ｂ3 の走査方向Ｘにお
ける出射角β1 ，β2 を示す図である。この実施例では
有効走査範囲において、出射角β1 は-0.1゜から4.1 ゜
の範囲で変化しており、数７が満足されている。一方、
出射角β2 は0 ゜から-18.2 ゜の範囲で変化している。

【００６８】図７は、波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，７
８１ｎｍにおける偏向器回転角に対する像面位置を示す
図である。同図（および後で説明する図１５，図２３お
よび図３１）において、１点鎖線は波長７７９ｎｍに対
する像面位置を、実線は波長７８０ｎｍに対する像面位
置を、また破線は波長７８１ｎｍに対する像面位置を示
すものである。一般に知られているように、Ｆナンバー
が２５程度の光学系における焦点深度は約１ｍｍであ
る。これに対し、この実施例にかかる直線走査光学系に
よれば、同図からわかるように、像面湾曲は約±200 μ
ｍであり、波長変動による像面のずれは最大でも±90μ
ｍ程度であり、いずれも焦点深度よりも小さな値となっ
ている。このことから、第１実施例にかかる直線走査光
学系が十分許容範囲に補正されていることがわかる。

【００６９】図８は横収差図であり、同図（ａ），
（ｂ）は走査中央での、同図（ｃ），（ｄ）は半走査長
の６割での、また同図（ｅ），（ｆ）は走査端での横収
差を示している。この図（および後で説明する横収差
図）において、１点鎖線は波長７７９ｎｍに対する横収
差（単位ｍｍ）を、実線は波長７８０ｎｍに対する横収
差（単位ｍｍ）を、また破線は波長７８１ｎｍに対する
横収差（単位ｍｍ）を示すものである。これらの図から
わかるように、この第１実施例にかかる直線走査光学系
では、収差量はほぼ25μｍ以内であり、回折限界内に補
正されている。

【００７０】図９は、第１実施例にかかる直線走査光学
系における走査線の直線性を示す図である。同図からわ
かるように、この光学系では、±５μｍ以内の直線性が
得られている。

【００７１】図１０は、第１実施例にかかる直線走査光
学系におけるｆθ特性を示す図である。同図からわかる
ように、この光学系のｆθ特性は、０．０５％以内に保
たれている。

【００７２】図１１は、第１実施例にかかる直線走査光
学系の像側のＦナンバーの変化の様子を示す図である。
同図（および後で説明する図１９，図２７および図３
５）において、実線は走査方向ＸにおけるＦナンバーを
示し、また破線は副走査方向ＹにおけるＦナンバーを示
している。Ｆナンバーは、全走査範囲にわたって、ほぼ
２５であるが、走査端に向かうにしたがってＦナンバー
が変動している。これは、走査端で出射角β2 が-18 ゜
と大きくなっていることに起因する。

【００７３】(B-2) 第２実施例

【００７４】この第２実施例では、回転ホログラム素子
１、第１および第２の固定ホログラム素子２，３は以下
のように構成されており、副走査面内では図１２に示す
経路で光ビームが進む。また、走査面内では、偏向角γ
が最大偏向角γmax のときには図１３に示す経路で光ビ
ームが進む。

【００７５】＜回転ホログラム素子１＞

【００７６】回転ホログラム素子１の構成および配置を
示す数値は、以下の通りである。

【００７７】基板ガラスの厚さｔ1 ＝3mm 係数Ｃ01＝1.5877 光ビームＢ0 の入射角度θ0 ＝74.733゜ 光ビームＢ0 の入射位置ΔＹ0 ＝35mm １回の走査に要する回転角（２α）の半角α＝19.25 ゜

【００７８】＜第１の固定ホログラム素子２＞

【００７９】第１の固定ホログラム素子２の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【００８０】距離ΔＺ12（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝273.265mm 角度θ1 ＝36.212゜ Ｃ20＝-1.7395X10^-3 Ｃ02＝-1.6528X10^-3 Ｃ40＝
-2.7042X10^-11 Ｃ22＝-4.0286X10^-9 Ｃ04＝ 3.5774X10^-7 Ｃ60＝
1.0720X10^-15 Ｃ42＝ 2.7484X10^-14 Ｃ24＝-7.9835X10^-13 Ｃ06＝
-8.7773X10^-11 基板ガラスの厚さｔ2 ＝5mm 光ビームＢ1 の入射位置ΔＹ1 ＝29.532mm

【００８１】＜第２の固定ホログラム素子３＞

【００８２】第２の固定ホログラム素子３の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【００８３】距離ΔＺ23（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝251.919mm 角度θ2 ＝6.620 ゜ Ｃ20＝ 6.1721X10^-4 Ｃ02＝-1.3720X10^-2 Ｃ40＝
7.0866X10^-9 Ｃ22＝ 1.7333X10^-8 Ｃ04＝-6.3264X10^-7 Ｃ60＝
-8.7525X10^-14 Ｃ42＝-1.5809X10^-13 Ｃ24＝ 4.9277X10^-11 Ｃ06＝
1.9034X10^-8 基板ガラスの厚さｔ3 ＝5mm 光ビームＢ2 の入射位置ΔＹ2 ＝4.732mm

【００８４】＜被走査面Ｓ＞

【００８５】被走査面Ｓの配置位置を示す数値は、以下
の通りである。

【００８６】距離ΔＺ3S（主光線位置同士の間隔）＝4
0.000mm 角度θ3 ＝7.018 ゜ 第２実施例にかかる直線走査光学系は以上のように構成
されているため、第１の固定ホログラム素子２の走査面
方向での焦点距離ｆ1xは、 ｆ1X＝287.4mm （＞０） である。また、残りの固定ホログラム素子（つまり、本
実施例では第２の固定ホログラム３のみが該当）の合成
焦点距離ｆ2xは、 ｆ2X＝-810mm であり、その絶対値は焦点距離ｆ1xよりも大きくなって
いる。

【００８７】また、この直線走査光学系によれば、被走
査面Ｓ上にビーム径ｄが0.025mm のビームスポットを形
成することができ、このビーム径ｄの値のほか、半走査
長Ｌ，波長λおよび入射光ビームの走査方向Ｘにおける
ビーム径Ｄを数６の右辺に代入し、その値を求めると、
値”0.2824”が得られる。一方、数６の左辺に半角αを
代入し、その値を求めると、値”0.349 ”が得られる。
ここで、これらの値を比較すると、この実施例では、数
６が満足されていることがわかる。

【００８８】図１４は、偏向器回転角、つまり回転ホロ
グラム素子１の回転角に対して各固定ホログラム素子
２，３から出射される光ビームＢ2 ，Ｂ3 の走査方向Ｘ
における出射角β1 ，β2 を示す図である。この実施例
では有効走査範囲において、出射角β1 は-0.4゜から3.
4 ゜の範囲で変化しており、数７が満足されている。一
方、出射角β2 は0 ゜から-10.8 ゜の範囲で変化してい
る。

【００８９】図１５は、波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，
７８１ｎｍにおける偏向器回転角に対する像面位置を示
す図である。上記のように、Ｆナンバーが２５程度の光
学系における焦点深度は約１ｍｍであるに対し、この実
施例にかかる直線走査光学系によれば、同図からわかる
ように、像面湾曲は約±80μｍであり、波長変動による
像面のずれは最大でも±40μｍ程度であり、いずれも焦
点深度よりも小さな値となっている。このことから、第
２実施例にかかる直線走査光学系が十分許容範囲に補正
されていることがわかる。

【００９０】図１６は横収差図であり、同図（ａ），
（ｂ）は走査中央での、同図（ｃ），（ｄ）は半走査長
の６割での、また同図（ｅ），（ｆ）は走査端での横収
差を示している。この図からわかるように、この第２実
施例にかかる直線走査光学系では、収差量はほぼ25μｍ
以内であり、回折限界内に補正されている。

【００９１】図１７は、第２実施例にかかる直線走査光
学系における走査線の直線性を示す図である。同図から
わかるように、この光学系では、±２μｍ以内の直線性
が得られている。

【００９２】図１８は、第２実施例にかかる直線走査光
学系におけるｆθ特性を示す図である。同図からわかる
ように、この光学系のｆθ特性は、０．３％以内に保た
れている。

【００９３】図１９は、第２実施例にかかる直線走査光
学系の像側のＦナンバーの変化の様子を示す図である。
Ｆナンバーは、全走査範囲にわたって、ほぼ２６である
が、走査端に向かうにしたがってＦナンバーが変動して
いる。これは、走査端で出射角β2 が-10.8 ゜と-10 ゜
以下の値となっていることに起因する。

【００９４】(B-3) 第３実施例

【００９５】この第３実施例では、回転ホログラム素子
１、第１および第２の固定ホログラム素子２，３は以下
のように構成されており、副走査面内では図２０に示す
経路で光ビームが進む。また、走査面内では、偏向角γ
が最大偏向角γmax のときには図２１に示す経路で光ビ
ームが進む。

【００９６】＜回転ホログラム素子１＞

【００９７】回転ホログラム素子１の構成および配置を
示す数値は、以下の通りである。

【００９８】基板ガラスの厚さｔ1 ＝3mm 係数Ｃ01＝1.8766 光ビームＢ0 の入射角度θ0 ＝79.231゜ 光ビームＢ0 の入射位置ΔＹ0 ＝36mm １回の走査に要する回転角（２α）の半角α＝16゜ なお、この実施例では、１回転で被走査面Ｓを７回走査
するように構成されているが、他の実施例は１回転で被
走査面Ｓを６回走査する。

【００９９】＜第１の固定ホログラム素子２＞

【０１００】第１の固定ホログラム素子２の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【０１０１】距離ΔＺ12（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝251.682mm 角度θ1 ＝56.335゜ Ｃ20＝-1.6677X10^-3 Ｃ02＝-2.8442X10^-3 Ｃ40＝
1.1276X10^-11 Ｃ22＝ 6.4348X10^-9 Ｃ04＝ 1.7812X10^-8 Ｃ60＝
-8.3832X10^-15 Ｃ42＝-1.6760X10^-13 Ｃ24＝-1.6426X10^-12 Ｃ06＝
-1.2002X10^-12 基板ガラスの厚さｔ2 ＝5mm 光ビームＢ1 の入射位置ΔＹ1 ＝61.906mm

【０１０２】＜第２の固定ホログラム素子３＞

【０１０３】第２の固定ホログラム素子３の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【０１０４】距離ΔＺ23（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝283.468mm 角度θ2 ＝-28.896 ゜ Ｃ20＝ 3.8034X10^-4 Ｃ02＝-9.3560X10^-3 Ｃ40＝
1.4799X10^-8 Ｃ22＝-6.4502X10^-8 Ｃ04＝-2.0236X10^-5 Ｃ60＝
1.4541X10^-14 Ｃ42＝ 2.5959X10^-12 Ｃ24＝ 1.4315X10^-10 Ｃ06＝
8.5918X10^-9 基板ガラスの厚さｔ3 ＝5mm 光ビームＢ2 の入射位置ΔＹ2 ＝-7.765mm

【０１０５】＜被走査面Ｓ＞

【０１０６】被走査面Ｓの配置位置を示す数値は、以下
の通りである。

【０１０７】距離ΔＺ3S（主光線位置同士の間隔）＝2
0.000mm 角度θ3 ＝36.560゜ 第３実施例にかかる直線走査光学系は以上のように構成
されているため、第１の固定ホログラム素子２の走査面
方向での焦点距離ｆ1xは、 ｆ1X＝299.8mm （＞０） である。また、残りの固定ホログラム素子（つまり、本
実施例では第２の固定ホログラム３のみが該当）の合成
焦点距離ｆ2xは、 ｆ2X＝-1315mm であり、その絶対値は焦点距離ｆ1xよりも大きくなって
いる。

【０１０８】また、この直線走査光学系によれば、被走
査面Ｓ上にビーム径ｄが0.025mm のビームスポットを形
成することができ、このビーム径ｄの値のほか、半走査
長Ｌ，波長λおよび入射光ビームの走査方向Ｘにおける
ビーム径Ｄを数６の右辺に代入し、その値を求めると、
値”0.2824”が得られる。一方、数６の左辺に半角αを
代入し、その値を求めると、値”0.2867”が得られる。
ここで、これらの値を比較すると、この実施例では、数
６が満足されていることがわかる。

【０１０９】図２２は、偏向器回転角、つまり回転ホロ
グラム素子１の回転角に対して各固定ホログラム素子
２，３から出射される光ビームＢ2 ，Ｂ3 の走査方向Ｘ
における出射角β1 ，β2 を示す図である。この実施例
では有効走査範囲において、出射角β1 は0 ゜から2.1
゜の範囲で変化しており、数７が満足されている。一
方、出射角β2 は0 ゜から-19.7 ゜の範囲で変化してい
る。

【０１１０】図２３は、波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，
７８１ｎｍにおける偏向器回転角に対する像面位置を示
す図である。上記のように、Ｆナンバーが２５程度の光
学系における焦点深度は約１ｍｍであるに対し、この実
施例にかかる直線走査光学系によれば、同図からわかる
ように、像面湾曲は約±250 μｍであり、波長変動によ
る像面のずれは最大でも±250 μｍ程度であり、いずれ
も焦点深度よりも小さな値となっている。このことか
ら、第３実施例にかかる直線走査光学系が十分許容範囲
に補正されていることがわかる。

【０１１１】図２４は横収差図であり、同図（ａ），
（ｂ）は走査中央での、同図（ｃ），（ｄ）は半走査長
の６割での、また同図（ｅ），（ｆ）は走査端での横収
差を示している。同図からわかるように、走査端では収
差量が大きくなっており、目的の仕様に対して限界にあ
ると言える。すなわち、これを越えて収差量が大きくな
ると、実使用に耐えられない。

【０１１２】図２５は、第３実施例にかかる直線走査光
学系における走査線の直線性を示す図である。同図から
わかるように、この光学系では、±２５μｍ以内の直線
性が得られている。

【０１１３】図２６は、第３実施例にかかる直線走査光
学系におけるｆθ特性を示す図である。同図からわかる
ように、この光学系のｆθ特性は、０．１％以内に保た
れている。

【０１１４】図２７は、第３実施例にかかる直線走査光
学系の像側のＦナンバーの変化の様子を示す図である。
Ｆナンバーは、全走査範囲にわたって、ほぼ２５である
が、走査端に向かうにしたがってＦナンバーが変動して
いる。しかしながら、この程度の変動幅であれば、実使
用上、許容できる。

【０１１５】(B-4) 第４実施例

【０１１６】この第４実施例では、回転ホログラム素子
１、第１および第２の固定ホログラム素子２，３は以下
のように構成されており、副走査面内では図２８に示す
経路で光ビームが進む。また、走査面内では、偏向角γ
が最大偏向角γmax のときには図２９に示す経路で光ビ
ームが進む。

【０１１７】＜回転ホログラム素子１＞

【０１１８】回転ホログラム素子１の構成および配置を
示す数値は、以下の通りである。

【０１１９】基板ガラスの厚さｔ1 ＝3mm 係数Ｃ01＝1.6190 光ビームＢ0 の入射角度θ0 ＝61.135゜ 光ビームＢ0 の入射位置ΔＹ0 ＝35mm １回の走査に要する回転角（２α）の半角α＝19.07 ゜

【０１２０】＜第１の固定ホログラム素子２＞

【０１２１】第１の固定ホログラム素子２の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【０１２２】距離ΔＺ12（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝262.957mm 角度θ1 ＝42.426゜ Ｃ20＝-1.6796X10^-3 Ｃ02＝-2.4368X10^-3 Ｃ40＝
-7.1017X10^-11 Ｃ22＝ 1.0502X10^-8 Ｃ04＝ 3.6409X10^-8 Ｃ60＝
4.6647X10^-16 Ｃ42＝-1.5851X10^-13 Ｃ24＝-3.4017X10^-12 Ｃ06＝
-1.7521X10^-11 基板ガラスの厚さｔ2 ＝5mm 光ビームＢ1 の入射位置ΔＹ1 ＝28.853mm

【０１２３】＜第２の固定ホログラム素子３＞

【０１２４】第２の固定ホログラム素子３の構成および
配置を示す数値は、以下の通りである。

【０１２５】距離ΔＺ23（ホログラム面における主光線
位置同士の間隔）＝262.698mm 角度θ2 ＝-12.023 ゜ Ｃ20＝-1.0461X10^-4 Ｃ02＝-8.9192X10^-3 Ｃ40＝
1.0451X10^-8 Ｃ22＝ 7.6308X10^-8 Ｃ04＝-1.1237X10^-5 Ｃ60＝
-1.1688X10^-13 Ｃ42＝ 4.0244X10^-13 Ｃ24＝-1.1734X10^-10 Ｃ06＝
2.5487X10^-8 基板ガラスの厚さｔ3 ＝5mm 光ビームＢ2 の入射位置ΔＹ2 ＝-8.571mm

【０１２６】＜被走査面Ｓ＞

【０１２７】被走査面Ｓの配置位置を示す数値は、以下
の通りである。

【０１２８】距離ΔＺ3S（主光線位置同士の間隔）＝3
9.311mm 角度θ3 ＝14.380゜ 第４実施例にかかる直線走査光学系は以上のように構成
されているため、第１の固定ホログラム素子２の走査面
方向での焦点距離ｆ1xは、 ｆ1X＝297.7mm （＞０） である。また、残りの固定ホログラム素子（つまり、本
実施例では第２の固定ホログラム３のみが該当）の合成
焦点距離ｆ2xは、 ｆ2X＝4779mm であり、その絶対値は焦点距離ｆ1xよりも大きくなって
いる。

【０１２９】また、この直線走査光学系によれば、被走
査面Ｓ上にビーム径ｄが0.025mm のビームスポットを形
成することができ、このビーム径ｄの値のほか、半走査
長Ｌ，波長λおよび入射光ビームの走査方向Ｘにおける
ビーム径Ｄを数６の右辺に代入し、その値を求めると、
値”0.2824”が得られる。一方、数６の左辺に半角αを
代入し、その値を求めると、値”0.346 ”が得られる。
ここで、これらの値を比較すると、この実施例では、数
６が満足されていることがわかる。

【０１３０】図３０は、偏向器回転角、つまり回転ホロ
グラム素子１の回転角に対して各固定ホログラム素子
２，３から出射される光ビームＢ2 ，Ｂ3 の走査方向Ｘ
における出射角β1 ，β2 を示す図である。この実施例
では有効走査範囲において、出射角β1 は-1.4゜から1.
3 ゜の範囲で変化しており、数７が満足され、さらに出
射角β2 は0 ゜から-2.8゜の範囲で変化しており、数８
も満足されている。

【０１３１】図３１は、波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，
７８１ｎｍにおける偏向器回転角に対する像面位置を示
す図である。上記のように、Ｆナンバーが２５程度の光
学系における焦点深度は約１ｍｍであるに対し、この実
施例にかかる直線走査光学系によれば、同図からわかる
ように、像面湾曲は約±100 μｍであり、波長変動によ
る像面のずれは最大でも±150 μｍ程度であり、いずれ
も焦点深度よりも小さな値となっている。このことか
ら、第４実施例にかかる直線走査光学系が十分許容範囲
に補正されていることがわかる。

【０１３２】図３２は横収差図であり、同図（ａ），
（ｂ）は走査中央での、同図（ｃ），（ｄ）は半走査長
の６割での、また同図（ｅ），（ｆ）は走査端での横収
差を示している。この図からわかるように、この第４実
施例にかかる直線走査光学系では、収差量はほぼ25μｍ
以内であり、回折限界内に補正されている。

【０１３３】図３３は、第４実施例にかかる直線走査光
学系における走査線の直線性を示す図である。同図から
わかるように、この光学系では、±１μｍ以内の直線性
が得られている。

【０１３４】図３４は、第４実施例にかかる直線走査光
学系におけるｆθ特性を示す図である。同図からわかる
ように、この光学系のｆθ特性は、０．２％以内に保た
れている。

【０１３５】図３５は、第４実施例にかかる直線走査光
学系の像側のＦナンバーの変化の様子を示す図である。
Ｆナンバーは、有効走査範囲にわたって、ほぼ２４．５
であり、走査全域で変動の少ないビーム径を得ることが
できる。

【０１３６】(B-5) その他

【０１３７】なお、上記実施例では、第１の固定ホログ
ラム素子２と被走査面Ｓとの間に、１つの固定ホログラ
ム素子３を配置した場合について説明したが、この固定
ホログラム素子３の代わりに、複数の固定ホログラム素
子を配列してもよく、それらの固定ホログラム素子の走
査方向Ｘにおける合成焦点距離ｆ2xが第１の固定ホログ
ラム素子２の焦点距離ｆ1xよりも大きくなるように設定
することにより、上記と同様の効果が得られる。

【０１３８】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、偏向器としてホログラム素子を用いて、１／ｅ² の
ビーム径を２０〜３０μｍとするのに対応するＦナンバ
ーを有し、しかも収差が補正された直線走査光学系が得
られるので、これを採用することにより、製版用入出力
装置の軽量化を図ることができる。

【０１３９】請求項２の発明によれば、数６を満足する
ように構成されているので、コマ収差をさらに補正する
ことができる。

【０１４０】請求項３の発明によれば、数７を満足する
ように構成しているので、軸上色収差を小さくすること
ができ、その結果、波長変動のある半導体レーザを光源
として用いた場合であっても、高品質の画像を記録する
ことができる。

【０１４１】請求項４の発明によれば、数８を満足する
ように構成しているので、有効走査範囲内にわたってビ
ームスポットの形状の変動が少なくなり、ビーム径のば
らつきを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる直線走査光学系の作用を説明
するための図である。

【図２】この発明にかかる直線走査光学系の基本構成を
示す部分斜視図である。

【図３】第１実施例における副走査面内での光ビームの
進む様子を示す示す図である。

【図４】第１実施例における走査面内での光ビームの進
む様子を示す図である。

【図５】第１実施例における走査面内での光ビームの進
む様子を示す図である。

【図６】偏向器回転角に対する各固定ホログラム素子か
らの光ビームの出射角を示す図である。

【図７】波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，７８１ｎｍにお
ける偏向器回転角に対する像面位置を示す図である。

【図８】横収差を示す図である。

【図９】第１実施例にかかる直線走査光学系における走
査線の直線性を示す図である。

【図１０】第１実施例にかかる直線走査光学系における
ｆθ特性を示す図である。

【図１１】第１実施例にかかる直線走査光学系の像側の
Ｆナンバーの変化の様子を示す図である。

【図１２】第２実施例における副走査面内での光ビーム
の進む様子を示す示す図である。

【図１３】第２実施例における走査面内での光ビームの
進む様子を示す図である。

【図１４】偏向器回転角に対する各固定ホログラム素子
からの光ビームの出射角を示す図である。

【図１５】波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，７８１ｎｍに
おける偏向器回転角に対する像面位置を示す図である。

【図１６】横収差を示す図である。

【図１７】第２実施例にかかる直線走査光学系における
走査線の直線性を示す図である。

【図１８】第２実施例にかかる直線走査光学系における
ｆθ特性を示す図である。

【図１９】第２実施例にかかる直線走査光学系の像側の
Ｆナンバーの変化の様子を示す図である。

【図２０】第３実施例における副走査面内での光ビーム
の進む様子を示す示す図である。

【図２１】第３実施例における走査面内での光ビームの
進む様子を示す図である。

【図２２】偏向器回転角に対する各固定ホログラム素子
からの光ビームの出射角を示す図である。

【図２３】波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，７８１ｎｍに
おける偏向器回転角に対する像面位置を示す図である。

【図２４】横収差を示す図である。

【図２５】第３実施例にかかる直線走査光学系における
走査線の直線性を示す図である。

【図２６】第３実施例にかかる直線走査光学系における
ｆθ特性を示す図である。

【図２７】第３実施例にかかる直線走査光学系の像側の
Ｆナンバーの変化の様子を示す図である。

【図２８】第４実施例における副走査面内での光ビーム
の進む様子を示す示す図である。

【図２９】第４実施例における走査面内での光ビームの
進む様子を示す図である。

【図３０】偏向器回転角に対する各固定ホログラム素子
からの光ビームの出射角を示す図である。

【図３１】波長７７９ｎｍ，７８０ｎｍ，７８１ｎｍに
おける偏向器回転角に対する像面位置を示す図である。

【図３２】横収差を示す図である。

【図３３】第４実施例にかかる直線走査光学系における
走査線の直線性を示す図である。

【図３４】第４実施例にかかる直線走査光学系における
ｆθ特性を示す図である。

【図３５】第４実施例にかかる直線走査光学系の像側の
Ｆナンバーの変化の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 回転ホログラム素子（偏向器） ２，３ 固定ホログラム素子 Ｂ0 ，Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 光ビーム Ｓ 被走査面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを出射する光源と、前記光源か
   らの光ビームを偏向し、被走査面上を走査方向に走査さ
   せる回転ホログラム素子とを備えた直線走査光学系にお
   いて、 前記回転ホログラム素子と前記被走査面の間に、複数の
   固定ホログラム素子が配設されており、前記複数の固定
   ホログラム素子のうち、前記回転ホログラム素子に最も
   近い第１の固定ホログラム素子の前記走査方向における
   焦点距離が正であるとともに、残りの固定ホログラム素
   子の前記走査方向における合成焦点距離の絶対値が前記
   第１の固定ホログラム素子の焦点距離よりも大きいこと
   を特徴とする直線走査光学系。
2. 【請求項２】 前記光源からの光ビームの波長をλ、前
   記被走査面上を有効走査長２Ｌにわたって１回走査する
   間に前記回転ホログラム素子が回転する回転角を２α、
   前記回転ホログラム素子に入射する光ビームの前記走査
   方向におけるビーム径をＤ、前記被走査面での光ビーム
   のビーム径をｄとしたとき、次の不等式 【数１】 を満足する請求項１記載の直線走査光学系。
3. 【請求項３】 前記光源が波長λの光ビームを出射する
   半導体レーザであり、前記第１の固定ホログラム素子か
   ら出射する光ビームの走査面内における主光線の出射角
   をβ1 としたとき、有効走査範囲にわたり、次の不等式 【数２】 を満足する請求項１記載の直線走査光学系。
4. 【請求項４】 前記被走査面に入射する光ビームの走査
   面内における主光線の入射角をβ2 としたとき、有効走
   査範囲にわたり、次の不等式 【数３】 を満足する請求項１記載の直線走査光学系。