JPH0943541A - コリメータユニット - Google Patents

コリメータユニット

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JPH0943541A
JPH0943541A JP21250995A JP21250995A JPH0943541A JP H0943541 A JPH0943541 A JP H0943541A JP 21250995 A JP21250995 A JP 21250995A JP 21250995 A JP21250995 A JP 21250995A JP H0943541 A JPH0943541 A JP H0943541A
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JP
Japan
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lens
index lens
semiconductor laser
collimator unit
distributed index
Prior art date
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Pending
Application number
JP21250995A
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English (en)
Inventor
Manabu Kato
加藤  学
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像に濃淡のむらがない高品位な画像で光走
査を行うことができる。 【構成】 半導体レーザー光源10の活性層である発光
点10aから出射された光束L1は、実線で示すように絞
り12により光量が制限されて光軸に対して稍々傾斜し
た分布屈折率レンズ11に入射し、平行光束L2となって
出射される。このとき、一部の光束L3は分布屈折率レン
ズ11の出射面Iにおいて反射され、点線で示すように
再び分布屈折率レンズ11を通って半導体レーザー光源
10の方向に戻る。このとき、分布屈折率レンズ11は
出射する平行光束L2に対して傾けて配置されているの
で、その戻り光L3は半導体レーザー光源10の発光点1
0aから所定量ずれた場所に戻る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明に属する技術分野】本発明は、例えば電子写真プ
ロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写
機等の走査光学装置に使用されるコリメータユニットに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、レーザービームプリンタ等の
走査光学装置においては、半導体レーザー光源等の光源
手段から放射した光束をレンズにより集光した後に、画
像信号に応じて光変調している。そして、光変調された
光束を例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周
期的に偏向させ、fθ特性を有する結像光学系によって
感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させ、光走査
しながら画像記録を行っている。
【0003】このような走査光学装置に使用されている
コリメータユニットは、半導体レーザー光源からの発散
光束を集光レンズにより平行光束又は収束光束に変換す
るためのものであるが、一般に両凸レンズや平凸レンズ
等の球面単レンズは球面収差が大いので、Fナンバの小
さい明るい系には使用できない。
【0004】従って、Fナンバの小さい系では、集光レ
ンズとして複数の球面レンズを組み合わせた光学系が使
用されているが、複数のレンズを使用するとコストが高
くなってしまう。このために、集光レンズとして、両凸
レンズ、平凸レンズ、複数の球面レンズを組み合わせ
た、例えば日本板ガラス株式会社製のセルフォックレン
ズに代表されるような、光軸から外周部にむけて屈折率
勾配を有する分布屈折率レンズ(gradient index lens
、GIレンズ) が使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例のように、集光レンズとして分布屈折率レンズを使
用する場合は、その入射面と出射面が共に平面であるこ
とから、図7に示すように分布屈折率レンズ1の出射面
Iから反射された光束が、点線で示すように再び分布屈
折率レンズ1を通り、絞り2を介して半導体レーザー光
源3へ戻ってくる。この戻り光は半導体レーザー光源3
の発光点、ステム、自動光量制御用のピンフォトダイオ
ード等に作用して光量変動を引き起こすため、このよう
なコリメータユニットを搭載した走査光学装置において
は、戻り光により画像に濃淡のむらが発生し、高品位な
画像形成を行う上で問題となっている。
【0006】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
画像に濃淡のむらがない高品位な画像で光走査を行うた
めのコリメータユニットを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1発明に係るコリメータユニットは、半導体レーザ
ー光源からの発散光束を、光軸から外周部に向かって屈
折率勾配を有する分布屈折率レンズにより略平行光束に
変換する際に、前記分布屈折率レンズの焦点距離をfと
したときに、前記分布屈折率レンズの光軸のコリメータ
ユニットからの出射光軸に対する傾き角θが、f・tan
(2θ−1°) ≧0.1の関係を満足することを特徴と
する。
【0008】第2発明に係るコリメータユニットは、半
導体レーザー光源光源からの発散光束を、光軸から外周
部に向かって屈折率勾配を有する分布屈折率レンズによ
り収束光束に変換する際に、前記分布屈折率レンズの焦
点距離をf、前記分布屈折率レンズの傾斜面内における
絞りの直径をd、平行光束入射時におけるレンズバック
をSk、収束光束入射時におけるレンズバックをSk’とし
たときに、前記分布屈折率レンズの光軸のコリメータユ
ニットからの出射光軸に対する傾き角θが、f・tan(2
θ−1°) −d・(Sk’−Sk)/f≧0.1の関係を満
足することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明を図1〜図6に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図1は第1の実施例の光
走査光学装置の平面図を示し、半導体レーザー光源1
0、分布屈折率レンズ11、絞り12から成るコリメー
タユニット13の前方の光軸O上には、シリンドリカル
レンズ14、回転偏向器15が配列されており、回転偏
向器15の反射方向には走査レンズ16、被走査面17
が配列されている。
【0010】コリメータユニット13からの光束は、シ
リンドリカルレンズ14により主走査方向に長手の線像
となって回転偏向器15に入射する。この光束は走査レ
ンズ16により被走査面17にスポット状に結像され、
回転偏向器15の矢印A方向への回動により被走査面1
7上を偏向走査される。
【0011】図2はコリメータユニット13の断面図を
示し、鏡筒18にはレーザー光が出射する側にコリメー
タレンズである分布屈折率レンズ11が組み込まれ、分
布屈折率レンズ11は光軸Oから外周方向に向かって屈
折率分布を有し、光軸Oに垂直な面に対し稍々傾斜して
固定されている。そして、鏡筒18のレーザー光が入射
する側には、出射光量を制限する絞り12が設けられて
いる。一方、半導体レーザー光源10はレーザーホルダ
19に固定され、レーザーホルダ19は鏡筒18の調整
接着台に嵌合されており、出射光束のピント位置や照射
位置が調整された後に接着固定される。
【0012】図3はコリメータユニット13における光
路図を示し、半導体レーザー光源10の活性層である発
光点10aから出射された光束L1は、実線で示すように
絞り12により光量が制限されて分布屈折率レンズ11
に入射し、平行光束L2となって出射される。このとき、
一部の光束L3は分布屈折率レンズ11の出射面Iにおい
て反射され、点線で示すように再び分布屈折率レンズ1
1を通って半導体レーザー光源10の方向に戻る。
【0013】ここで、分布屈折率レンズ11は出射する
平行光束L2に対して傾けて配置されているので、その戻
り光L3は半導体レーザー光源10の発光点10aから所
定量ずれた場所に戻る。このときのずれ量ΔZは、分布
屈折率レンズ11の焦点距離をfとし、出射光束L2に対
する分布屈折率レンズ11の傾き角をθとすると、ΔZ
=f・tan 2θと表すことができる。
【0014】鏡筒18は取付時において、出射光束L2に
対し30°程度の傾き公差が見込まれており、更に一般
的な半導体レーザー光源10の発光点10a部分の形状
を考慮すると、戻り光L3のずれ量ΔZは0.1mm以上
に設定することが望ましい。従って、戻り光L3が発光点
10aに戻らないようにするためには、f・tan(2θ−
1°) ≧0.1なる関係を満足させる必要がある。
【0015】図4は分布屈折率レンズ11の光軸Oの出
射光束L2に対する傾き角θと戻り光のずれ量ΔZとの関
係を示し、本実施例の場合は分布屈折率レンズ11の焦
点距離はf=16mmなので、戻り光を発光点10aか
ら0.1mm以内に戻さないようにするためには、傾き
角θを0.7°以上に設定する必要がある。
【0016】図5は分布屈折率レンズ11の光軸Oの出
射光束L2に対する傾き角θと分布屈折率レンズ11によ
り生ずる波面収差との関係を示し、通常の分布屈折率レ
ンズ11をコリメータレンズとして使用する場合には、
波面収差はλ/5以下に抑える必要がある。本実施例の
場合には、分布屈折率レンズ11の光軸Oの出射光束L2
に対する傾き角θが4°以上になると、波面収差が悪化
してコリメータレンズとして使用できなくなる。
【0017】このことから、分布屈折率レンズ11の光
軸Oの出射光束L2に対する傾き角θを1.0°以上に設
定することにより、戻り光L3による光量変動がなく波面
収差の少ないコリメータユニット13を実現することが
できる。
【0018】このようにして、コリメータレンズとして
使用する分布屈折率レンズ11からの戻り光による半導
体レーザー光源10の光量変動をなくすことができ、画
像に濃淡のむらがない高品位な画像を提供する光走査光
学装置を形成することが可能となる。
【0019】図6は第2の実施例のコリメータユニット
13における光路図を示し、半導体レーザー光源10か
らの光束を収束光束に変換し、分布屈折率レンズ11の
光軸Oの出射光軸に対する傾き角θを戻り光のぼけを考
慮して変更するようにしている。その他は第1の実施例
と同様であり、同じ符号は同じ部材を表している。
【0020】半導体レーザー光源10から出射した光束
は、絞り12によりその光量が制限されて分布屈折率レ
ンズ11に入射する。この入射光束L4は分布屈折率レン
ズ11により収束光束となり出射されるが、一部の光束
は出射面Iで反射されて、再び分布屈折率レンズ11を
通り半導体レーザー光源10の方向への戻り光L5とな
る。分布屈折率レンズ11を出射光束L4に対して傾けて
いるので、戻り光L5は発光点10aから所定量ずれたと
ころに戻るが、この戻り光L5は半導体レーザー光源10
の発光面上ではぼけて、所定のイメージサークルを有す
る像となる。
【0021】この戻り光L5のずれ量とぼけ量を考慮し、
更に鏡筒への取り付けによる傾き公差も考えた上で、何
れの場合も戻り光L5が発光点10aに戻らないようにす
るためには、分布屈折率レンズ11の焦点距離をf、分
布屈折率レンズ11の傾斜面内における絞り12の直径
をd、平行光束入射時におけるレンズバックをSk、収束
光束入射時におけるレンズバックをSk’をしたときに、
f・tan(2θ−1°)−d・( Sk’−Sk)/f≧0.1の
関係を満足させる必要がある。
【0022】本実施例では、f=17mm、d=1.2
mm、Sk=16.046mm、Sk’=16.860mm
なので、戻り光L5を発光点10aから距離0.1mm以
内に戻さないためには、分布屈折率レンズ11の傾き角
θを0.8゜以上に設定する必要があるが、分布屈折率
レンズ11の光軸Oの出射光束L4に対する傾き角θを
1.5゜に設定することにより、戻り光L4による光量変
動がなく、波面収差の少ないコリメータユニット13を
実現することができる。
【0023】このようなコリメータユニット13を使用
した光走査光学装置では、コリメータレンズとして使用
する分布屈折率レンズ11からの戻り光L5がないので、
半導体レーザー光源10の光量変動がなく、画像に濃淡
のむらがない高品位な画像を提供することができる。ま
た、このコリメータユニット13は出射光束L4が収束光
束であるために、光路長の短縮や走査レンズの薄肉化を
行うことができ、より小型化、低コスト化された高精細
な光走査光学装置を形成することができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように第1発明に係るコリ
メータユニットは、半導体レーザー光源からの光束を分
布屈折率レンズにより平行光束とし、分布屈折率レンズ
をその光軸が出射光軸に対し傾けて取り付けることによ
り、分布屈折率レンズの出射面からの戻り光を半導体レ
ーザー光源の発光点からずらすことができるので、半導
体レーザー光源の光量変動をなくしFナンバを大きくす
ることができ、画像に濃淡むらのない高品位な画像を提
供する光走査光学装置を実現することが可能となる。
【0025】第2発明に係るコリメータユニットは、半
導体レーザー光源からの光束を分布屈折率レンズにより
収束光束とし、分布屈折率レンズの光軸の出射光軸に対
する傾き角を戻り光のぼけを考慮して変更することによ
り、分布屈折率レンズの出射面からの戻り光を発光点か
らずらしかつぼけた像とすることができ、半導体レーザ
ー光源の光量変動を全くなくすることができる。また、
収束光束を使用することにより光路長を短縮し、走査レ
ンズの薄肉化が可能となり、画像に濃淡むらのない高品
位な画像を提供する高精細な光走査光学装置を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の光走査光学装置の平面図であ
る。
【図2】コリメータユニットの断面図である。
【図3】光路図である。
【図4】分布屈折率レンズの傾き角と戻り光のずれ量の
グラフ図である。
【図5】分布屈折率レンズの傾き角と波面収差のグラフ
図である。
【図6】第2の実施例の光路図である。
【図7】従来例の光路図である。
【符号の説明】
10 半導体レーザー光源 11 分布屈折率レンズ 12 絞り 13 コリメータユニット 14 シリンドリカルレンズ 15 回転偏向器 16 fθレンズ 17 被走査面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザー光源からの発散光束を、
    光軸から外周部に向かって屈折率勾配を有する分布屈折
    率レンズにより略平行光束に変換する際に、前記分布屈
    折率レンズの焦点距離をfとしたときに、前記分布屈折
    率レンズの光軸のコリメータユニットからの出射光軸に
    対する傾き角θが、f・tan(2θ−1°) ≧0.1の関
    係を満足することを特徴とするコリメータユニット。
  2. 【請求項2】 前記分布屈折率レンズは前記半導体レー
    ザー光源の水平横モード方向を回転軸として傾斜してい
    る請求項1に記載のコリメータユニット。
  3. 【請求項3】 前記分布屈折率レンズを固定する鏡筒の
    取付平面部は、前記半導体レーザー光源からの光束を制
    限する絞りに対して傾斜している請求項1に記載のコリ
    メータユニット。
  4. 【請求項4】 半導体レーザー光源光源からの発散光束
    を、光軸から外周部に向かって屈折率勾配を有する分布
    屈折率レンズにより収束光束に変換する際に、前記分布
    屈折率レンズの焦点距離をf、前記分布屈折率レンズの
    傾斜面内における絞りの直径をd、平行光束入射時にお
    けるレンズバックをSk、収束光束入射時におけるレンズ
    バックをSk’としたときに、前記分布屈折率レンズの光
    軸のコリメータユニットからの出射光軸に対する傾き角
    θが、f・tan(2θ−1°) −d・(Sk’−Sk)/f≧
    0.1の関係を満足することを特徴とするコリメータユ
    ニット。
  5. 【請求項5】 前記分布屈折率レンズは前記半導体レー
    ザー光源の水平横モード方向を回転軸として傾斜してい
    る請求項4に記載のコリメータユニット。
  6. 【請求項6】 前記分布屈折率レンズを固定する鏡筒の
    取付平面部は前記半導体レーザー光源からの光束を制限
    する絞りに対して傾斜している請求項4に記載のコリメ
    ータユニット。
JP21250995A 1995-07-28 1995-07-28 コリメータユニット Pending JPH0943541A (ja)

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