JPH0772403A - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JPH0772403A
JPH0772403A JP24365893A JP24365893A JPH0772403A JP H0772403 A JPH0772403 A JP H0772403A JP 24365893 A JP24365893 A JP 24365893A JP 24365893 A JP24365893 A JP 24365893A JP H0772403 A JPH0772403 A JP H0772403A
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JP
Japan
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bessel
scanned
bessel beam
laser beam
optical
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JP24365893A
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Kenji Muto
健二 武藤
Masayuki Suzuki
雅之 鈴木
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦点深度の深いレーザービームを導入して高
精度な光走査を行なうことができる光走査装置を得るこ
と。 【構成】 光源手段1から射出したレーザービームをベ
ッセルビーム生成手段3を介して偏向手段4に入射さ
せ、該偏向手段で反射偏向させた後、直接被走査面5上
に第1種0次ベッセル関数の2乗に略比例する強度分布
を有するベッセルビームを形成し、該ベッセルビームで
該被走査面上を光走査するようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光走査装置に関し、特に
レーザービームとして微小スポットでかつ焦点深度の深
いベッセルビームを用いて被走査面上を光走査し、画像
の記録等を高精度に行なうようにした、例えばレーザー
ビームプリンタ(LBP)等に好適なポストオブジェク
ティブ走査型の光走査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりレーザービームプリンタ(LB
P)等の光走査装置においては集光手段(結像手段)の
前側、即ち光源手段側でビーム偏向を行なう、所謂プレ
オブジェクティブ走査型と、該集光手段の後側、即ち被
走査面側でビーム偏向を行なう、所謂ポストオブジェク
ティブ走査型とがある。
【0003】このうちプレオブジェクティブ走査型の光
走査装置は画像信号に応じて光源手段から射出されたレ
ーザービームを光変調し、該光変調されたレーザービー
ムをポリゴンミラー等の光偏向器により周期的に偏向さ
せ、f−θレンズ等の結像光学系(集光手段)によって
感光性の記録媒体面上にスポット状に収束させ光走査し
て画像記録を行なっている。
【0004】又、ポストオブジェクティブ型の光走査装
置は光源手段から射出されたレーザービームを光変調
し、該光変調されたレーザービームを結像光学系(集光
手段)を介して光偏向器に入射させ、該光偏向器で反射
偏向されたレーザービームを直接被走査面上に導光し、
該被走査面上を光走査して画像記録を行なっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のプレオブジェク
ティブ走査型において、結像光学系としては通常fθレ
ンズが用いられるが、該fθレンズはそのfθ特性や像
面湾曲収差等の補正をはじめとして、例えばスポット径
が小さい高解像度の場合には球面収差やコマ収差等も同
時に良好に補正する必要があった。
【0006】その為、レンズ口径の大きい複数枚のレン
ズを用いてfθレンズ系を構成しなければならない為、
装置全体が大型化になり易く、しかもレンズ間の光学調
整も難しくなり、又部品点数が増えることから低コスト
化を図るのが難しいという問題点があった。
【0007】一方、ポストオブジェクティブ走査型の結
像光学系は前述のプレオブジェクティブ走査型の結像光
学系に比べて軸上性能だけを良好に補正すれば良いの
で、レンズ構成が容易となり、又レンズ口径も小さなレ
ンズで良いので、装置全体の小型化及び低コスト化を図
るのには有利である。
【0008】しかしながら、このポストオブジェクティ
ブ走査型を用いたとき、該走査型特有の円弧状の像面湾
曲が発生してしまう為、例えばスポット径が小さい高解
像度の場合には被走査面上に形成される一部のスポット
(点像)が焦点深度内から外れてしまい、スポットのボ
ケが発生してくるという問題点があった。
【0009】そこで従来のポストオブジェクティブ走査
型の光走査装置においては、この問題点を解決する為
に、例えば特開昭63−239417号公報で提案され
ているように結像レンズ(結像光学系)を走査に同期さ
せ光軸方向に沿って駆動手段により単振動運動させるこ
とによって像面湾曲を補正している。
【0010】しかしながら、この光走査装置では比較的
重い物体(結像レンズ)を10μm程度のストロークで
数KHZ 以上の高速度で振動させなければならないの
で、その目的に合致した駆動手段(例えばアクチュエー
タ)を実現させるのが大変難しく、又装置全体が複雑化
し又低コストの装置を得るのが非常に難しいという問題
点があった。
【0011】本発明はベッセルビーム生成手段により生
成されたベッセルビームを用いて被走査面を光走査する
ことにより、簡易な構成で記録画像の画質の向上を図る
と共に装置全体の小型化を図ることができる光走査装置
の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
光源手段から射出したレーザービームをベッセルビーム
生成手段を介して偏向手段に入射させ、該偏向手段で反
射偏向させた後、直接被走査面上に第1種0次ベッセル
関数の2乗に略比例する強度分布を有するベッセルビー
ムを形成し、該ベッセルビームで該被走査面上を光走査
するようにしたことを特徴としている。
【0013】又本発明の光走査装置は、光源手段から射
出したレーザービームを偏向手段とベッセルビーム生成
手段とを一体化した光学部材を介して偏向させた後、直
接被走査面上に第1種0次ベッセル関数の2乗に略比例
する強度分布を有するベッセルビームを形成し、該ベッ
セルビームで該被走査面上を光走査するようにしたこと
を特徴としている。
【0014】
【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図であ
る。
【0015】同図において1は光源手段であり、例えば
半導体レーザより成っている。2はコリメーターレンズ
であり、光源手段1から画像情報に基づき光変調し射出
したレーザービーム(光ビーム)を平行光束としてい
る。
【0016】3はベッセルビーム生成手段としてのアキ
シコンであり、焦点深度の深いビームスポットを持つ第
1種0次ベッセル関数の2乗に略比例する強度分布を有
するベッセルビームを生成している。
【0017】4は偏向手段としての公知の回転単面鏡で
ある。この回転単面鏡4は反射鏡が入射光に対して傾き
を有し、この入射光の中心を回転中心として回転する一
つの反射面4aで構成しており、モータ等の駆動手段
(不図示)により図中矢印Cの如く回転させることによ
り被走査面上を光走査している。
【0018】5は被走査面であり、例えば複写機やLB
P等では感光体ドラム面に相当している。
【0019】次にベッセルビームについて説明する。
【0020】ベッセルビームは、例えばJ.Durnin,J,Op
t,Soc,Am.A4(1987)651.や特開平4−171415号公
報で開示されているように第1種0次ベッセル関数の2
乗に略比例する強度分布を有しており、極めて焦点深度
の深いレーザービームであり、かつスポット径が比較的
小さいという特長を有している。
【0021】このベッセルビームの強度分布I0 は中心
強度を1に正規化したとき I0 (r)=J0 2(αr) ‥‥‥(1) で表わされる。ここでJ0 は第1種0次ベッセル関数、
rは光軸に直交する断面内での光軸からの距離である。
又パラメータαはベッセルビームを形成する光線が光軸
となす角度とレーザービームの波長とで決るパラメータ
である。
【0022】図5はこのベッセルビームの被走査面5上
における断面強度分布を示した説明図である。
【0023】本実施例においては図1に示すように半導
体レーザ1から射出したレーザービームをコリメーター
レンズ2により平面波に変換しアキシコン3に入射さ
せ、該アキシコン3から出射するレーザービームを互い
に干渉させ回転単面鏡4の反射面4aを介して直接被走
査面5上に第1種0次ベッセル関数の2乗に略比例する
強度分布を有するベッセルビームを形成し、該ベッセル
ビームで被走査面5上を光走査している。
【0024】このように本実施例では被走査面5上に形
成されるレーザービームがベッセルビームとなってお
り、このベッセルビームは前述の如く焦点深度が非常に
深いビームであり、図1に示す斜線部分の領域A内では
ベッセルビームの中心スポットの直径が殆ど変化しない
という特長がある。
【0025】従って、例えばその光学系の像面湾曲が大
きかったり、あるいは光学部品の配置位置の誤差や変動
があったりしても画像の劣化が起きることはなく、常に
高画質の画像を得ることができる。又ベッセルビーム生
成手段3により形成されたベッセルビームをレンズ(結
像レンズ)を介することなく被走査面上に直接導光して
いる為、該被走査面を含めた装置全体の小型化を図るこ
とができる。
【0026】次に具体的な数値例を挙げて本実施例の光
学的作用について説明する。
【0027】図1において、例えば材質の屈折率Nが
1.511、プリズム頂角αが170°より成るアキシ
コン3を用い、かつ波長λが780nmの半導体レーザ
1を用い、ビームスポット径を10mmに設定して該ア
キシコン3に入射させると、領域A内で形成されるベッ
セルビームの中心スポットの直径は中心強度の1/e2
値で約10μm、焦点深度は約111mmとなる。
【0028】このようにベッセルビームは非常に焦点深
度が深く、かつスポット径が小さいレーザービームであ
るので、例えば回転単面鏡4のビーム偏向点(レーザー
ビームが回転単面鏡に入射する点)を曲率中心とするよ
うなポストオブジェクティブ走査型特有の円弧状の大き
な像面湾曲が発生しても、微小スポット径の強度分布は
変化せず一定に保つことができ、これにより高解像度の
光走査装置を得ることができる。
【0029】次に上記の光学的作用について図2、図3
を用いて説明する。
【0030】図2はポストオブジェクティブ走査型の光
走査装置の光学系の像面湾曲を示す為の説明図である。
【0031】同図において5は被走査面、7は湾曲した
円弧状の像面(結像位置)、Oはビーム偏向点(レーザ
ービームが回転単面鏡に入射する点)、Rはビーム偏向
点Oから被走査面5と光軸Xとが交わる点までの距離、
Xは光軸、θはレーザービームの走査角、ΔLは像面湾
曲量である。本実施例による像面7はビーム偏向点Oを
中心とした半径Rの円弧に略等しい。
【0032】通常、像面湾曲量は光軸に沿った距離とし
て定義されているが、ここでは便宜上被走査面5から像
面7までの走査ビームに沿って測った距離を像面湾曲量
ΔLと定義する。
【0033】このときの像面湾曲量ΔLは以下の式
(2)より |ΔL|=R(1/cosθ−1) ‥‥‥(2) 求めることができる。
【0034】ここで例えばR=300mm、θ=0°〜
30°の間で光走査を行なうと像面湾曲量ΔLの最大値
は走査角θ=30°のとき|ΔL|=46mmとなる。
【0035】そこで図1においてベッセルビームが形成
される領域Aの光軸方向の被走査面5側の一端を点Bと
し、走査角θ=30°のとき、この点Bを被走査面5に
一致させると焦点深度と像面湾曲との関係は図3に示す
如くになる。
【0036】同図から分かるように最大の像面湾曲量Δ
Lは46mm、ベッセルビームの焦点深度は前述の如く
111mmであるので、これより焦点深度の余裕値は
(111−46)=65mmとなり、アキシコン3側に
できる。本実施例ではこの間(余裕値65mm)に回転
単面鏡4を設置することにより、該回転単面鏡4のビー
ム偏向点を曲率中心とするようなポストオブジェクティ
ブ走査型特有の円弧状の大きな像面湾曲が発生しても、
微小スポット径の強度分布は変化せず一定に保つことが
できる。
【0037】又、例えば回転単面鏡が大型化する場合に
はアキシコン3の頂角を170°以上に設定してベッセ
ルビームの焦点深度を111mm以上と長くすれば良
い。あるいはアキシコン3へ入射するレーザービームの
ビーム径を10mm以上に設定すれば良い。
【0038】このように本実施例においてはポストオブ
ジェクティブ走査型の光走査装置においても簡単な構成
で高精細な光走査装置を得ている。
【0039】尚、本実施例においてはベッセルビームを
発生させる手段としてアキシコンを用いたが、該アキシ
コンの代わりに、例えば細いリング開口とレンズとを用
いた光学系や、アキシコンと同等の光学性能を有する回
折格子等を用いても良い。
【0040】又、本実施例においては偏向手段として回
転単面鏡を用いたが、該回転単面鏡の代わりに、例えば
回転多面鏡やガルバノミラー等を用いても本発明は前述
の実施例と同様に適用することができる。
【0041】図4は本発明の実施例2の要部概略図であ
る。同図において図1に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
【0042】本実施例において前述の実施例1と異なる
点はベッセルビーム生成手段と偏向手段とを一体化に構
成したことである。その他の構成及び光学的作用を実施
例1と略同様である。
【0043】即ち、同図において8は透明体であり、回
転単面鏡4の反射面4a上に設けられている。9はベッ
セルビーム生成手段としての同心回折格子であり、透明
体8の射出側の面に密着している。
【0044】本実施例においては前述の実施例1と同様
に半導体レーザ1から射出したレーザービームをコリメ
ーターレンズ2により平面波に変換し透明体8に入射さ
せ、平行状態を保ちつつ回転単面鏡4の反射面4aによ
り反射偏向させて同心回折格子9に入射させている。そ
して同心回折格子9から出射したレーザービームは互い
に干渉しあい、図中斜線の領域Aで第1種0次ベッセル
関数の2乗に略比例する強度分布を有するベッセルビー
ムを形成し被走査面5上を光走査している。
【0045】このように本実施例においてはベッセルビ
ーム生成手段としての同心回折格子9と偏向手段として
の回転単面鏡4とを一体化にして構成したことにより、
装置全体の小型化を図ることができ、しかもレーザービ
ームを回転単面鏡4で反射偏向させた後に干渉を行なう
為、前述の実施例1に比べ実質的なベッセルビームの焦
点深度の余裕を更に大きくとることができる。
【0046】尚、本実施例においてはベッセルビームを
発生させる手段として同心回折格子を用いたが、該同心
回折格子の代わりに、例えば細いリング開口とレンズと
を用いた光学系や、該同心回折格子と同等の光学性能を
有するアキシコン等を用いても良い。
【0047】又、前述の実施例1と同様に偏向手段とし
ての回転単面鏡の代わりに、例えば回転多面鏡やガルバ
ノミラー等を用いても良い。
【0048】
【発明の効果】本発明によれば前述の如く光走査装置に
レーザービームとしてベッセルビームを導入することに
より、焦点深度の深い微小スポットで被走査面上を光走
査することができ、これにより装置全体の小型化及び高
性能化を図ることができる光走査装置を達成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の要部概略図
【図2】 本発明の実施例1の像面湾曲量を説明する為
の説明図
【図3】 本発明の実施例1の像面湾曲を示す説明図
【図4】 本発明の実施例2の要部概略図
【図5】 ベッセルビームの断面強度分布を示す説明図
【符号の説明】
1 光源手段 2 コリメーターレンズ 3 ベッセルビーム生成手段(アキシコン) 4,14 偏向手段 5 被走査面 7 像面 8 透明体 9 ベッセルビーム生成手段(同心回折格子) ΔL 像面湾曲量 θ 走査角

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源手段から射出したレーザービームを
    ベッセルビーム生成手段を介して偏向手段に入射させ、
    該偏向手段で反射偏向させた後、直接被走査面上に第1
    種0次ベッセル関数の2乗に略比例する強度分布を有す
    るベッセルビームを形成し、該ベッセルビームで該被走
    査面上を光走査するようにしたことを特徴とする光走査
    装置。
  2. 【請求項2】 光源手段から射出したレーザービームを
    偏向手段とベッセルビーム生成手段とを一体化した光学
    部材を介して偏向させた後、直接被走査面上に第1種0
    次ベッセル関数の2乗に略比例する強度分布を有するベ
    ッセルビームを形成し、該ベッセルビームで該被走査面
    上を光走査するようにしたことを特徴とする光走査装
    置。
JP24365893A 1993-09-02 1993-09-02 光走査装置 Pending JPH0772403A (ja)

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JP (1) JPH0772403A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017227869A (ja) * 2016-06-16 2017-12-28 日本電信電話株式会社 波長掃引光源
JP2020063930A (ja) * 2018-10-15 2020-04-23 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 基準ビーム出射装置

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JP2017227869A (ja) * 2016-06-16 2017-12-28 日本電信電話株式会社 波長掃引光源
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