JPH0756107A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ホログラム回転板と固定ホログラムプレートを
用いてレーザビームを直線走査する光ビーム走査装置に
関し、副走査方向での光路の曲りをなくし結像面での走
査軌跡の直線性を確保する。 【構成】入射光４をホログラム回転板１で回折して結像
面７上でビームスポットを直線走査する。ホログラム回
転板１と結像面７の間に固定設置された固定ホログラム
部材２は、基板８をくさび形状としたことを特徴し、ホ
ログラム回転板１からの回折ビーム５を結像面７上に収
束させると同時に走査速度を等速化する。固定ホログラ
ム部材２のくさび形基板８は、固定ホログラム部材２に
入射するビーム５の光軸と固定ホログラム部材２から出
射するビーム５の光軸が、共にホログラム回転板１上の
ビーム出射点と結像面上の走査点とを含む平面に含まれ
るように、基板の頂角の向きと頂角の大きさを設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラム回転板と固
定ホログラムプレートを用いてレーザビームを直線走査
する光ビーム走査装置に関する。レーザプリンタ、レー
ザファクスなどのレーザ走査光学系には、従来から回転
多面鏡とｆ−Θレンズとを組み合わせたものが使用され
ている。しかし、この方式では、回転多面鏡の高い加工
精度や多数のレンズが必要であることから、低価格化が
困難である。これに対しホログラムを用いた光ビーム走
査装置は、複製によるホログラムの大量生産が可能なた
め、低価格化が期待される。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、現在までに考えられたホログ
ラムを用いた光ビーム走査装置の一例を示す。この光ビ
ーム走査装置は、ホログラム回転板（ホログラムディス
ク）１と固定ホログラムプレート１８から構成される。
ホログラム回転板１は入射レーザビーム光４を回折して
走査する。ホログラム回転板１により走査された回折ビ
ーム光５は、固定ホログラムプレート１８に入射して回
折され、感光ドラム３の結像面７上に回折ビーム光６の
ビームスポットとして収束させる。

【０００３】同時に固定ホログラムプレート１８は、結
像面７上でのビームスポットの走査速度を一定にする等
速補正を行ない、更に、結像面７における走査軌跡の直
線性を保つ。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなホログラム
を用いた光ビーム走査装置は、現在、広く使用されてい
るポリゴンミラーを使用した装置に比べ、コリメートレ
ンズ、ｆΘレンズおよび倒れ補正光学系を必要としない
ため、光学部品点数の大幅な削減ができるという特徴が
ある。

【０００５】ところで、ホログラムを用いた光ビーム走
査装置にあっても、製品組込み時を容易にするため、光
学系の薄型化が要求されている。この光学系の薄型化を
実現するためには、ホログラムプレート１から結像面７
までの光路の曲り、即ち副走査方向に曲りのない光学系
が要求される場合がある。しかし、光路の副走査方向で
の曲りをなくして光学系の薄型化を図った場合、結像面
７における走査軌跡の直線性が悪くなるという問題があ
った。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、結像面での走査軌跡の直線性を確保できる
ホログラムを用いた光ビーム装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、次のように構成する。尚、実施例図面中の符
号を併せて示す。まず本発明は、入射光４を回折して所
定の結像面７上でビームスポットを直線走査するホログ
ラム回転板１と、ホログラム回転板１と結像面７の間に
固定設置されホログラム回転板１からの回折ビーム５を
結像面７上に収束させると同時に走査速度を等速化する
固定ホログラム部材２とを備えた光ビーム走査装置を対
象とする。このような光ビーム走査装置につき本発明
は、固定ホログラム部材２の基板８をくさび形状とした
ことを特徴とする。

【０００８】くさび形基板８は、固定ホログラム部材２
に入射するビーム５の光軸と固定ホログラム部材２から
出射するビーム５の光軸が、共にホログラム回転板１上
のビーム出射点Ｏと結像面上の走査点Ｐ，Ｑ，Ｒとを含
む平面に含まれるように、基板の頂角θの向きと頂角θ
の大きさを設定する。また固定ホログラム部材２は、く
さび形基板８のビーム入射側またはビーム出射側にホロ
グラム８，２０を設けたことを特徴とする。さらに固定
ホログラム部材２は、くさび形基板８に、入射ビームの
光軸と出射ビームの光軸が同軸となるインラインのホロ
グラム９を設けてもよいし、入射ビームの光軸と出射ビ
ームの光軸が同軸とならないノンインラインのホログラ
ム２０を設けてもよい。

【０００９】

【作用】このような構成を備えた本発明の光ビーム走査
装置によれば、従来の平行基板の代わりにくさび形状の
基板を使用し、固定ホログラム部材の入射面上での走査
軌跡の湾曲を補正し、結像面での走査軌跡の直線性の向
上とビーム径の小形化を達成する。また、固定ホログラ
ム部材での光線の角度変化をくさび形状の基板で小さく
することができ、副走査方向での光路の曲りを抑えるこ
とで光学系の薄型化が期待できる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の光ビーム走査装置の一実施例
を示す。図１において、ホログラムディスクとして知ら
れたホログラム回転板１はモータにより一定速度で回転
し、レーザ光源からの入射レーザビーム光４を回折して
走査する回折ビーム光５を出射する。ホログラム回転板
１からの回折ビーム光５は感光ドラム３の結像面７でビ
ームスポットを直線走査する。

【００１１】ホログラム回転板１と感光ドラム３の間に
は固定ホログラム部材２が設置される。固定ホログラム
部材２はホログラム回転板１からの回折ビーム光５を入
射して回折することにより、感光ドラム３の結像面７上
にビームスポットを収束する。また、結像面７における
走査軌跡の走査速度を一定にする等速補正を行う。更
に、走査軌跡の直線性を確保する補正を行う。このよう
なビーム収束，等速補正及び直線走査性は固定ホログラ
ム部材２の基板上に形成されたホログラムパターンによ
る回折で実現される。

【００１２】図２は図１の側面図を示したもので、本発
明の固定ホログラム部材２にあっては、基板をくさび形
状をもったくさび形基板８とし、このくさび形基板８の
プレート面上にホログラム９を設けている。くさび形基
板８はホログラム回転板１からの回折ビーム光５の入射
面における走査軌跡が湾曲していても、感光ドラム３の
結像面における走査軌跡の湾曲を小さくする役割を果た
す。この本発明の固定ホログラム部材２に用いたくさび
形基板８による走査軌跡の湾曲を小さくする機能を更に
詳細に説明すると次のようになる。

【００１３】図３は図１２に示した従来装置で使用して
いる固定ホログラムプレート１８の平行基板を示したも
ので、ホログラム回転板１の出射点Ｏから走査される入
射光１１が平行基板１０のプレート面でプレート面走査
軌跡１３に示すように湾曲していたとする。即ち、プレ
ート面走査軌跡１３は両端のｐ，ｒ点で低く、中央のｑ
点で高くなるように湾曲している。このようなプレート
面走査軌跡１３の湾曲があると、感光ドラムの結像面上
では結像面走査軌跡１４に示すようにＰ，Ｑ，Ｒとなる
湾曲を起こす。

【００１４】図４は本発明の固定ホログラム部材２に使
用するくさび形基板８を示す。このくさび形基板８に対
しても同様に、ホログラム回転板１の出射点Ｏからの入
射光１１は入射面走査軌跡１６のｐ，ｑ，ｒ点に示すよ
うに、両側で低く中央で高くなるように湾曲している。
このような入射面走査軌跡１６の湾曲に対し、くさび形
基板８はプリズムとして機能し、図４（ａ）の側面図に
示すように走査点のｐ，ｒ点に対し中央のｑ点でのビー
ムの曲がりがプリズム作用により大きくなる。このた
め、くさび形基板８からの基板出射光１５は感光ドラム
の結像面上で結像面走査軌跡１７のＰ，Ｑ，Ｒ点に示す
ようにほぼ直線状に照射される。

【００１５】具体的に図３の平行基板１０と図４の本発
明で用いるくさび形基板８による走査軌跡の補正に関す
る計算結果を示すと次のようになる。いま感光ドラムで
の走査サイズをＡ４判とし、走査領域は走査領域の中心
に対し左右に±１０８ｍｍであったとする。このとき図
３に示す平行基板１０については、プレート面走査軌跡
１３における湾曲量が２．２１ｍｍであった場合、感光
ドラム上での結像面走査軌跡１４の湾曲量の計算結果は
１．９８ｍｍとなる。

【００１６】これに対し、図４の本発明で用いるくさび
形基板８にあっては、平行基板１０の場合と同様、入射
面走査軌跡１６における湾曲量が２．２１ｍｍであった
場合、くさび形基板８の頂角及び向きを最適位置に変化
させたとき、感光ドラム上での結像面走査軌跡１７の湾
曲量の計算結果は０．３３ｍｍとして得られる。従っ
て、従来の平行基板の走査軌跡の湾曲量に対し本発明の
くさび形基板８にあっては、約６分の１に湾曲量を減ら
す効果が確認された。

【００１７】ここで、図４に示す本発明のくさび形基板
８における頂角の向きと頂角の大きさの設定は、ホログ
ラム回転板１から入射する入射光１１の光軸とくさび形
基板８から出射する基板出射光１５の光軸が共にホログ
ラム回転板１上のビーム出射点Ｏと感光ドラム上の結像
面走査軌跡１７における走査点Ｐ，Ｑ，Ｒを含む平面に
含まれるように設定する。

【００１８】図５は図１及び図２に示した本発明の光ビ
ーム走査装置で使用される固定ホログラム部材２を従来
品と対比して示し、インラインのホログラムを用いたこ
とを特徴とする。図５（ａ）は従来のホログラムプレー
ト１８を示し、平行基板１０にインラインのホログラム
１９を設けている。ここでインラインのホログラムと
は、入射する回折ビーム光５の光軸と出射する回折ビー
ム光６の光軸が同軸となることを意味する。

【００１９】図５（ｂ）は本発明の固定ホログラム部材
２を示したもので、くさび形基板８の出射側の面にイン
ラインのホログラム９を設けている。即ち、入射する回
折ビーム光５はくさび形基板８のプリズム作用により屈
折して光路が曲げられ、インラインのホログラム９によ
り回折を受けて回折ビーム光６として出射される。この
場合、ホログラム９に対するくさび形基板８の中の入射
光５´と出射する回折ビーム光６は同軸であることか
ら、ホログラム９はインラインとなる。

【００２０】通常、ホログラムプレートがインラインの
場合にビーム収差が少なく、半導体レーザの波長変動に
よる走査軌跡のずれの小さいことが計算から判ってい
る。しかしながら、図３に示したように平行基板１０の
プレート面走査軌跡１３が湾曲してくると結像面走査軌
跡１４もほぼ同様に湾曲し、インラインのホログラム１
９による補正効果は期待できないことから、これを図４
に示したようにくさび形基板８を用いて結像面走査軌跡
１７の湾曲を小さくさせている。

【００２１】また、図５（ｂ）に示すように、くさび形
基板８を用いてもホログラム９に対するインライン化を
可能とするため、即ち、くさび形基板８に入射したビー
ム光５´と出射する回折ビーム光６の光軸を同軸とする
ように、くさび形基板８の頂角と基板の向きを調節す
る。更に、結像面７上でビームスポットに収差が生ずる
場合に、くさび形基板８を用いることで図４（ａ）に示
すように光路長を変化させ、結像面上での収差を減少さ
せることもできる。

【００２２】図６は図５（ｂ）に示すくさび形基板８の
ホログラム９をインラインとした場合の結像面における
走査軌跡の走査位置に対する直線からのずれ量の実測デ
ータを、従来の平行基板を用いた場合と対比して示す。
図６において、特性Ａは本発明であり、破線の特性Ｂが
従来品である。従来品の特性Ｂにあっては、走査軌跡の
湾曲量がピークピークで４７０μｍ（０．４７ｍｍ）で
あったものが、くさび形基板を用いた本発明の特性Ａに
あっては、同じくピークピークで３９０μｍ（０．３９
ｍｍ）に減少した。

【００２３】図７は走査軌跡のビーム半径の２乗平均を
走行位置について示したもので、本発明が特性Ａ、従来
例が特性Ｂとなる。まず特性Ｂの従来例にあっては、走
査中央のｂ１でビーム半径の２乗平均値が２３μｍ、走
査端位置ｂ２で４１μｍである。これに対し特性Ａの本
発明にあっては、走査中央のａ１で１２μｍ、走査端の
位置ａ２で２０μｍと減少することが確認された。

【００２４】図８は本発明で用いる固定ホログラム部材
２の他の実施例を、従来の平行基板を用いた固定ホログ
ラムプレートと共に示す。本発明の光ビーム走査装置に
おける光学系を薄型化する場合に、図８（ａ）に示す平
行基板１０にホログラム２０を形成したインラインでな
い固定ホログラムプレート１８を使用した場合、入射す
る回折ビーム光５は光路を曲げて回折ビーム光６として
出射され、これにより結像面における副走査方向での光
路の曲がりが大きくなり、光学系の薄型化が困難にな
る。

【００２５】そこで図８（ｂ）に示すように、インライ
ンでない本発明の固定ホログラム部材２について、くさ
び形基板８を用いることで、入射する回折ビーム光５と
出射する回折ビーム光６の光路の曲がりを小さくし、光
学系の薄型化を達成する。即ち、図８（ｂ）において、
くさび形基板８に入射した回折ビーム光５はプリズム作
用により屈折され、くさび形基板８内を通ってホログラ
ム２０に入射し、回折されて回折ビーム光６として出射
される。この場合、インラインでないことから、くさび
形基板８内を通ってホログラム２０に入射する光ビーム
５´の光軸と出射する回折ビーム光６の光軸は同軸には
ならない。

【００２６】図９は図８（ｂ）に示したインラインでな
い固定ホログラム部材２を用いた本発明の光ビーム装置
の実施例を示す。この実施例から明らかなように、イン
ラインでない固定ホログラム部材２についても、この基
板にくさび形基板８を用いることでホログラム回転板１
から感光ドラム３の結像面に至る光路の曲がりを小さく
し、結像面における副走査方向の光路変化を抑えること
で光学系の薄型化を図ることができる。

【００２７】図１０は図５（ｂ）に示した本発明で用い
るインラインの固定ホログラム部材２の他の実施例を示
したもので、図５（ｂ）にあってはホログラム９を出射
面側に設けているが、図１０の実施例にあってはホログ
ラム９をくさび形基板８の入射面に設けたことを特徴と
する。また図１１は図９（ｂ）に示したインラインでな
い本発明で用いる固定ホログラム部材２の他の実施例を
示したもので、図１０の場合と同様、くさび形基板８の
入射面側にホログラム２０を設けたことを特徴とする。

【００２８】尚、図１０及び図１１の固定ホログラム部
材２は図５（ｂ），図８（ｂ）に対し入射面と出射面を
置き換えただけであるが、これ以外にホログラム９，２
０を形成しているくさび形基板８の面自体を入れ換えて
入射面あるいは出射面側としてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、固定ホログラム部材上での走査軌跡の湾曲をくさび
形状の基板を用いることで補正し、結像面における湾曲
を抑えて走査軌跡の直線性の向上とビーム径の縮小化を
図ることができる。また、固定ホログラム部材を通る光
線の角度変化をくさび形状の基板で小さくすることで光
学系の薄型化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した実施例構成図

【図２】図１の側面図

【図３】平行基板を用いた場合の走査軌跡の湾曲を示し
た説明図

【図４】くさび形基板を用いた場合の走査軌跡の湾曲を
示した説明図

【図５】本発明で用いるインラインの固定ホログラム部
材を従来のホログラムプレートと共に示した説明図

【図６】本発明による走査軌跡の直線からのずれ量を従
来例と対比して示した特性図

【図７】本発明によるビーム半径の２乗平均を従来例と
対比して示した特性図

【図８】本発明で用いるノンインラインの固定ホログラ
ム部材を従来のホログラムプレートと共に示した説明図

【図９】ノンインラインの固定ホログラム部材を用いた
本発明の実施例構成図

【図１０】ホログラムを入射面に設けた本発明で用いる
インラインの固定ホログラム部材の説明図

【図１１】ホログラムを入射面に設けた本発明で用いる
ノンインラインの固定ホログラム部材の説明図

【図１２】従来装置の説明図

【符号の説明】

１：ホログラム回転板（ホログラムディスク） ２：固定ホログラム部材（ホログラムプレート） ３：感光ドラム ４：入射レーザビーム光 ５，６：回折ビーム光 ７：結像面 ８：くさび形基板 ９：ホログラム（インライン） １０：平行基板 １１，１５：入射光 １２：基板出射光 １３，１６：プレート面走査軌跡 １４，１７：結像面走査軌跡 ２０：ホログラム（ノンインライン）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 浩寧 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光を所定の結像面（７）上でビームス
   ポットを直線走査するホログラム回転板（１）と、該ホ
   ログラム回転板（１）と結像面（７）の間に設置され前
   記ホログラム回転板（１）からのビームを前記結像面
   （７）上に収束させるくさび形状の基板（８）を用いた
   ホログラム部材（２）とを備えたことを特徴とする光ビ
   ーム走査装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の光ビーム走査装置に於い
   て、前記ホログラム部材（２）に入射するビーム（５）
   の光軸と前記固定ホログラム部材（２）から出射するビ
   ーム（６）の光軸が、共に前記ホログラム回転板（１）
   上のビーム出射点と前記結像面（７）上の走査点とを含
   む平面に含まれるように、前記くさび形状をもつ基板
   （８）の頂角の向きと頂角の大きさを設定したことを特
   徴とする光ビーム走査装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の光ビーム走査装置に於い
   て、前記固定ホログラム部材（２）は、くさび形状をも
   つ基板（８）のビーム入射側またはビーム出射側にホロ
   グラム（９，２０）を設けたことを特徴とする光ビーム
   走査装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の光ビーム走査装置に於い
   て、前記固定ホログラム部材（２）は、くさび形状をも
   つ基板（８）に、入射ビーム（５）の光軸と出射ビーム
   （６）の光軸が同軸となるインラインのホログラム
   （９）、または入射ビーム（５）の光軸と出射ビーム
   （６）の光軸が同軸とならないノンインランのホログラ
   ム（２０）を設けたことを特徴とする光ビーム走査装
   置。