JPH0996774A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価なホログラムを使用できる光走査装置を
提供する。 【解決手段】 半導体レーザ１０からの出射レーザ光３
１は長軸が主走査方向と平行であり、レーザ光の偏光方
向は副走査方向に平行である。ここで、コリメートレン
ズ１１の焦点距離を短くするほど平行光３３の主走査方
向の長さが短くなり、コリメートレンズ１１によるけら
れは小さくなる。さらに、平行光３３のビーム径は主走
査および副走査方向ともにスリット１２の幅と同程度
か、それよりも小さくなるため、光量損失は小さく、光
の利用効率が高くなる。これにより、ホログラムディス
ク１６の回折効率は低くてもよく、ホログラムを安価に
製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光走査装置に関
し、詳しくは光を偏向させる手段としてホログラムを用
いた光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光を偏向させる手段としてホログ
ラムを用いた光走査装置としては、図７に示すようなも
のが知られている。この光走査装置１００は、半導体レ
ーザ１１０と、コリメートレンズ１１１と、スリット１
１２と、円筒レンズ１１３と、ホログラムディスク１１
６と、後置ホログラム１２１とを有しており、例えばホ
ログラムディスク１１６の片面にはホログラム１１７が
表面の凹凸の形状で形成されている。後置ホログラム１
２１についても同様にその片面に表面の凹凸の形状でホ
ログラムが形成されている。半導体レーザ１１０から出
射されたレーザ光１３１はコリメートレンズ１１１によ
って平行光１３３となった後、スリット１１２を透過
し、円筒レンズ１１３で副走査方向に集光されホログラ
ムディスク１１６に照射される。

【０００３】ホログラムディスク１１６で回折されたレ
ーザ光は、後置ホログラム１２１でさらに回折され、感
光体ドラム１２２上に微小スポットとして集光、照射さ
れる。ホログラムディスク１１６はモータ１２４の回転
軸に取り付けられており、モータ１２４の回転駆動に伴
ってホログラムディスク１１６が回転することにより、
回折されたレーザ光は感光体ドラム１２２上をその長手
方向に直線走査する。すなわち、ホログラムディスク１
１６でレーザ光の偏向が行われ、後置ホログラム１２１
を組み合わせることにより、感光体ドラム１２２上の光
スポットを走査範囲内で所定の大きさに保持し、また、
レーザ光の波長変動に伴う走査位置の変位補正を行って
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の光走査装置１００では、入射レーザ光１１４の偏光
方向が主走査方向に平行となるときに、ホログラム１１
７の回折効率は最大となる。このため、半導体レーザ１
１０は、図８（ａ）に示すように、その偏光方向が主走
査方向と平行となるように配置される。このため、射出
レーザ光１３１の断面形状は長軸が副走査方向に平行な
楕円となっている。このような射出光１３１はコリメー
トレンズ１１１で長軸方向の両端が削られて、図８
（ｂ）に示すような平行光１３３とされた後、スリット
１１２を透過する。一般に、スリット１１２の形状は円
筒レンズ１１３の焦点距離と、感光体ドラム１２２上に
所定の微小スポットを形成するために必要な入射レーザ
光１１４の広がり角すなわち開口数とで定められる。

【０００５】このため、スリット１１２は図８（ｂ）に
示すように主走査方向に細長い矩形形状であり、副走査
方向については斜線で示したように一部の光しかスリッ
ト１１２を透過しないため、光の利用効率が低い。よっ
て、感光体ドラム１２２上において露光に必要な光強度
を実現するためには、高い回折効率を有する高価なホロ
グラムディスク１１６および後置ホログラム１２１を用
いなければならないという問題があった。一方、スリッ
ト１１２の副走査方向の開口を大きくして光の利用効率
を高めようとすると円筒レンズ１１３の焦点距離を長く
する必要があり、光走査装置１００が大型になるという
問題があった。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、安価なホログラムを使用できる
光走査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
に請求項１に記載の発明の光走査装置では、レーザ光を
出射するレーザ光源と、そのレーザ光源から出射された
前記レーザ光を回折させて走査を行うホログラムディス
クと、前記ホログラムディスクを回転させる回転駆動手
段と、前記レーザ光源からのレーザ光を所定の入射レー
ザ光に変換し、前記ホログラムディスクに照射する照射
光学手段とを有し、この照射光学手段は前記入射レーザ
光の偏光方向を、前記ホログラムディスクによる走査方
向に対して垂直な方向とするものであり、レーザ光源か
ら出射されたレーザ光はビーム形状制限手段に入射す
る。入射レーザ光の偏光方向が走査方向に平行な主走査
方向に対し垂直方向であるため、ビーム径がビーム形状
制限手段の制限幅にほぼ等しいか、それよりも小さな略
平行光を容易に得ることができる。このため、照射光学
手段における光量損失が小さくなる。

【０００８】請求項２に記載の光走査装置は、前記照射
光学手段がレーザ光源から発せられたレーザ光を略平行
光とするコリメートレンズと、レーザ光の形状を規定す
るビーム形状制限手段とを有し、前記コリメートレンズ
によって略平行にされたレーザ光のビーム径が前記ビー
ム形状制限手段の制限幅にほぼ等しいか、それよりも小
さく、ビーム形状制限手段における光量損失は小さくな
る。

【０００９】請求項３に記載の光走査装置は、前記コリ
メートレンズの焦点距離が７ｍｍ以下であり、ビーム径
がビーム形状制限手段の制限幅にほぼ等しいか、それよ
りも小さな略平行光を容易に得ることができるため、コ
リメートレンズにおける光量損失も小さくなる。

【００１０】請求項４に記載の光走査装置は、前記ホロ
グラムディスクの表面の凹凸として形成されたホログラ
ムの凹凸のピッチｄに対する照射レーザ光の波長λの比
λ／ｄが１．３以下であり、入射レーザ光の偏光方向が
走査方向に平行な主走査方向に対し垂直方向としても光
走査に必要な回折効率を確保することができる。

【００１１】請求項５に記載の光走査装置は、前記ホロ
グラムディスクの表面の凹凸として形成されたホログラ
ムの凹凸のピッチｄに対する照射レーザ光の波長λの比
λ／ｄが０．８以上且つ１．２以下であり、入射レーザ
光の偏光方向が走査方向に平行な主走査方向に対し垂直
方向としても光走査に必要な回折効率を一層容易に確保
することができる。

【００１２】請求項６に記載の光走査装置は、前記ホロ
グラムディスクの表面に形成されたホログラムの凹凸の
深さが凹凸のピッチよりも小さく、ホログラムディスク
を安価に量産することができる。

【００１３】請求項７に記載の光走査装置は、前記ホロ
グラムディスクからの回折光を所定の走査線上に集光す
ると共に、前記走査線に対して平行な方向と垂直な方向
とでパワーが異なるホログラムレンズを有し、前記照射
光学手段は、前記レーザ光を前記走査線と平行な方向に
はほぼ平行光とし、前記走査線と垂直な方向には前記ホ
ログラム上に集光する作用を有しており、ホログラムデ
ィスクからの回折光は、ホログラムプレートにより走査
線と平行な方向と垂直な方向とで異なったパワーで集光
され、走査面上において微小光スポットを形成する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態の一例を図面を参照して説明する。

【００１５】本発明を好適に適用した図１に示す光走査
装置１において、半導体レーザ１０の出射口には半導体
レーザ１０より出射されるレーザ光３１を平行光とする
ためのコリメートレンズ１１と、コリメートレンズ１１
からの平行光のビーム形状を制限するビーム形状制限手
段であるスリット１２と、スリット１２を透過したレー
ザ光を走査方向に垂直な方向、すなわち、副走査方向に
収束して入射レーザ光１４とし、ホログラムディスク１
６の片面に形成されているホログラム１７上に集光する
円筒レンズ１３が設けられている。本発明の照射光学手
段２０はこれらコリメートレンズ１１、スリット１２及
び円筒レンズ１３とから構成される。

【００１６】ホログラムディスク１６は透明の円盤状の
基板からなるものであり、その中心はモータ２４の回転
軸に固着されてモータ２４の回転駆動に伴って回転可能
である。ホログラムディスク１６には所定のパターンで
形成された表面の凹凸としてホログラム１７が設けられ
ている。なお、ホログラムディスク１６の材料として
は、樹脂、例えば、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ポリ
イミド、アモルファスポリオレフィン等を用いた基板を
使用することができる。また、樹脂以外にガラスやセラ
ミック等を用いてもよい。この場合、ガラス、セラミッ
ク基板に直接凹凸を形成しホログラムとしてもよい。ま
た、これらの基板の上に紫外線硬化樹脂や熱可塑性樹脂
あるいはフォトレジスト等の樹脂等でホログラム１７を
形成してもよい。

【００１７】ホログラムディスク１６により回折された
レーザ光は後置ホログラムであるホログラムプレート２
１により感光体ドラム２２の表面に集光される。そし
て、モータ２４の回転駆動によってホログラムディスク
１６が回転することにより回折されたレーザ光は感光体
ドラム２２上をその長手方向すなわち主走査方向に直線
走査する。

【００１８】ホログラムプレート２１は走査方向に平行
である主走査方向に垂直な副走査方向に集光力すなわち
パワーを有するため、ホログラム１７で回折され副走査
方向に発散光となった回折レーザ光を感光体ドラム２２
上に微小スポットとして集光する。また、感光体ドラム
２２の長手方向に平行な方向である主走査方向について
は、ホログラム１７に入射するレーザ光１４は平行光と
されており、回折光についてもホログラムプレート２１
で副走査方向とは異なったパワーで収束され、微小光ス
ポットとして集光される。なお、このようなホログラム
プレート２１の集光作用により、偏心、ホログラムディ
スク１６の面振れや半導体レーザ１０の波長変動に伴う
回折角の変動も補償することができる。

【００１９】半導体レーザ１０からの射出レーザ光３１
は、一般に図２（ａ）に示すような楕円形状をしてい
る。ここで、長軸が主走査方向と平行となるように半導
体レーザ１０を配置しているため、図２（ａ）に矢印で
示すレーザ光の偏光方向は副走査方向に平行となる。こ
の射出レーザ光３１をコリメートレンズ１１で平行光３
３とすると、図２（ｂ）に示すように、主走査方向の長
さはコリメートレンズ１１の直径で制限されている。

【００２０】ここで、コリメートレンズ１１の焦点距離
を短くするほど平行光３３の主走査方向の長さが短くな
り、コリメートレンズ１１におけるけられによる光量損
失は小さくなる。このような目的からコリメートレンズ
１１の焦点距離は７ｍｍ以下が望ましく、４ｍｍ程度と
することがさらに望ましい。そして、このような焦点距
離とすることにより、平行光３３のビーム径は主走査方
向及び副走査方向ともにビーム形状制限手段として用い
られるスリット１２の幅と同程度か、それよりも小さく
なる。

【００２１】このため、図２（ｃ）に斜線で示したよう
に、主走査方向および副走査方向ともにレーザ光の大部
分がスリット１２を透過することができる。これによ
り、スリット１２における光量損失は小さくなり、その
結果、レーザ光の利用効率が高くなる。なお、一般にス
リット１２は走査方向に細長い矩形の開口部を有するた
め、半導体レーザ１０からの出射レーザ光３１の長軸が
主走査方向と平行となるように半導体レーザ１０を配置
する必要がある。このため、出射レーザ光３１の偏光方
向は副走査方向に平行なＰ偏光となるように配置され
る。

【００２２】ホログラムディスク１６に形成されている
ホログラム１７の干渉縞の方向は主走査方向の成分が大
きい。従って、そのホログラム１７における回折効率
も、図３で示すように、偏光方向が主走査方向と平行な
Ｓ偏光に対しては大きくなるが、Ｐ偏光に対してはλ／
ｄの増加に従い回折効率は低下する。ここで、λはレー
ザ光の波長、ｄはホログラムディスク１７の表面の凹凸
の形状で形成されたホログラム１７の干渉縞のピッチで
ある。Ｐ偏光に対し、感光体ドラム２２上で必要な光強
度である数十μＷを得るためには、λ／ｄを１．３以下
とするのが望ましい。さらに、λ／ｄを小さくすると回
折角が小さくなり必要な走査長が得られなくなる。この
ため、λ／ｄは０．８以上かつ１．２以下とするのが望
ましい。なお、Ｐ偏光入射とすることでホログラムディ
スク１６における場所による回折効率の変動も小さくす
ることができる。これにより一走査内の光強度の変動を
小さくすることができる。

【００２３】以上述べたとおり、ホログラムディスク１
６に達する入射レーザ光１４の照射光学手段２０におけ
る光強度の低下は小さいため、回折効率の低いホログラ
ムディスク１７およびホログラムプレート２１を用いて
も感光体ドラム２２を露光するのに十分な光強度を有す
る微小光スポットを形成することができる。これによ
り、ホログラムディスク１６およびホログラムプレート
２１の回折効率を３０％以下、さらには２０％以下とす
ることができるため、各ホログラムの凹凸の深さをピッ
チあるいはピッチの半分よりも小さくすることができ
る。凹凸の浅いホログラムは射出成形等による量産が可
能となり、ホログラムを安価に製造することができる。
このようなホログラムを用いることにより、安価な光走
査装置を提供することができる。

【００２４】以上、本発明の実施形態について図１及至
図３を用いて詳細に説明したが、本発明は以上詳述した
実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱し
ない範囲で種々の変更を加えることができる。

【００２５】すなわち、照射光学手段２０の配置、構成
についてもその主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加
えることができる。例えば、図４に示すように半導体レ
ーザ１０、コリメートレンズ１１、スリット１２、円筒
レンズ１３の光軸をホログラムディスク１６面と平行と
し、立ち下げミラー６１により光路を折り曲げることに
よりホログラム１６への入射角を所定の角度として入射
してもよい。さらに、ホログラム１６にて回折されたレ
ーザ光もミラー６２，６３，６４で光路を折り曲げて、
感光体ドラム２２へ到達するようにしてもよい。これに
より、光走査装置を薄型化することができる。このと
き、ホログラムプレート２１の挿入箇所はミラー６４に
後方に限定されるわけではなく、ホログラムディスク１
６にて回折されたレーザ光の光路中であれば、ホログラ
ムディスク１６に形成されたホログラム１７に合わせて
適宜所定の位置に配置される。

【００２６】また、入射レーザ光１４は主走査方向に対
して平行光となる光束に限定されるわけではない。ホロ
グラム１７のパターンに応じて、入射レーザ光の主走査
方向に発散あるいは収束する光束としてもよい。

【００２７】また、ビーム形状制限手段は矩形開口を有
するスリット１２に限定されるわけではない。例えば、
開口は楕円形でもよい。また、コリメートレンズ１１あ
るいは円筒レンズ１３の入射領域を直接制限してもよ
い。

【００２８】また、照射光学手段２０において、スリッ
ト１２を用いなくてもよい。すなわち、図２に示すよう
にスリット１２への入射光とスリット１２の開口部の形
状はほぼ等しくなっているため、スリット１２を用い
ず、レーザ光の主走査方向の長さをコリメートレンズ１
０の直径で制限し、レーザ光の副走査方向の長さを半導
体レーザ１０のビーム広がり角自体で制限してもよい。

【００２９】また、必要に応じ、プリズム等の光学素子
を用いてもよい。例えば、図５に示すように、反射ミラ
ー６１の代わりにプリズム７１等を用いてもよい。

【００３０】また、図６に示すように各光学素子やミラ
ー８３、８４、８５を共通の基体８８の両側に配置する
ことにより光走査装置１のさらなる小型化を実現するこ
とができる。

【００３１】また、ホログラムディスク１６およびホロ
グラムプレート２１に形成されているホログラムは表面
の凹凸として形成されているものに限定されるわけでは
ない。例えば表面の凹凸の代わりに遮光部と透過部を配
した吸収型ホログラムも用いることができる。また、ホ
ログラムを媒質の位相変化で記録した体積型ホログラム
を用いてもよい。

【００３２】また、レーザ光源１０としては半導体レー
ザに限定されず、例えば、ガスレーザ、固体レーザ等を
用いてもよい。また、これらのレーザの第二高調波等を
用いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１の光走査装置では入射レーザ光の偏光方向が走
査方向に平行な主走査方向に対し垂直方向であるため、
ビーム径がビーム形状制限手段の制限幅にほぼ等しい
か、それよりも小さな略平行光を容易に得ることができ
る。このため、照射光学手段における光量損失が小さく
なり、回折効率の低い安価なホログラムディスクを用い
ることができる。

【００３４】また、請求項２に記載の発明の光走査装置
では、コリメートレンズから出射される略平行光のビー
ム径はビーム形状制限手段の制限幅にほぼ等しいか、そ
れよりも小さくなっているため、ビーム形状制限手段に
おける光量損失は小さくなる。よって、回折効率の低い
安価なホログラムディスクを用いることができる。

【００３５】また、請求項３に記載の発明の光走査装置
では、コリメートレンズの焦点距離が７ｍｍ以下にされ
ているため、ビーム径がビーム形状制限手段の制限幅に
ほぼ等しいか、それよりも小さな略平行光を容易に得る
ことができる。また、コリメートレンズにおける光量損
失も小さくなる。このため、回折効率の低い安価なホロ
グラムディスクを用いることができる。

【００３６】また、請求項４に記載の発明の光走査装置
では、ホログラムディスクの表面の凹凸として形成され
たホログラムの凹凸のピッチｄに対する照射レーザ光の
波長λの比λ／ｄが１．３以下であるため、入射レーザ
光の偏光方向が走査方向に平行な主走査方向に対し垂直
方向としても光走査に必要な回折効率を確保することが
できる。このため、安価なホログラムディスクを用いる
ことができる。

【００３７】また、請求項５に記載の発明の光走査装置
では、ホログラムディスクの表面の凹凸として形成され
たホログラムの凹凸のピッチｄに対する照射レーザ光の
波長λの比λ／ｄが０．８以上かつ１．２以下であるた
め、入射レーザ光の偏光方向が走査方向に平行な主走査
方向に対し垂直方向としても光走査に必要な回折効率を
いっそう容易に確保することができる。このため、安価
なホログラムディスクを用いることができる。

【００３８】また、請求項６に記載の発明の光走査装置
では、ホログラムディスクの表面に形成されたホログラ
ムの凹凸の深さが凹凸のピッチよりも小さいため、ホロ
グラムディスクを安価に量産することができる。

【００３９】また、請求項７に記載の発明の光走査装置
では、コリメートレンズと円筒レンズの組合せにより、
半導体レーザからの出射光を主走査方向にはほぼ平行光
とし、その形状を所望の形状に制限した後、副走査方向
にはホログラム上に集光する。このような入射レーザ光
をホログラムディスクに照射し、ホログラムプレートで
集光することにより、偏心、ホログラムディスクの面振
れや半導体レーザの波長変動に伴う回折角の変動も補償
することができ、湾曲や変位の小さな走査線を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の実施形態を示す要部側面
図である。

【図２】レーザ光形状とスリットの関係を示す説明図で
ある。

【図３】ホログラムディスクの回折効率を示す説明図で
ある。

【図４】本発明の光走査装置の他の実施形態を示す要部
側面図である。

【図５】本発明の光走査装置の他の実施形態を示す要部
側面図である。

【図６】本発明の光走査装置の他の実施例を示す要部側
面図である。

【図７】従来の光走査装置の構成を示す側面図である。

【図８】従来の光走査装置におけるレーザ光形状とスリ
ットの関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 半導体レーザ １１ コリメートレンズ １２ スリット １３ 円筒レンズ １４ 入射レーザ光 １６ ホログラムディスク １７ ホログラム ２０ 照射光学手段 ２１ ホログラムプレート ２４ モータ ３１ 射出レーザ光 ３３ 平行光

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を出射するレーザ光源と、 そのレーザ光源から出射された前記レーザ光を回折させ
   て走査を行うホログラムディスクと、 前記ホログラムディスクを回転させる回転駆動手段と、 前記レーザ光源からのレーザ光を所定の入射レーザ光に
   変換し、前記ホログラムディスクに照射する照射光学手
   段とを有し、 この照射光学手段は、前記入射レーザ光の偏光方向を、
   前記ホログラムディスクによる走査方向に対して垂直な
   方向とするものであることを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光走査装置において、前
   記照射光学手段がレーザ光源から発せられたレーザ光を
   略平行光とするコリメートレンズと、レーザ光の形状を
   規定するビーム形状制限手段とを有し、 前記コリメートレンズによって略平行にされたレーザ光
   のビーム径が前記ビーム形状制限手段の制限幅にほぼ等
   しいか、それよりも小さいことを特徴とする光走査装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光走査装置において、前
   記コリメートレンズの焦点距離が７ｍｍ以下であること
   を特徴とする光走査装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の光走査装置において、前
   記ホログラムディスクの表面の凹凸として形成されたホ
   ログラムの凹凸のピッチｄに対する照射レーザ光の波長
   λの比λ／ｄが１．３以下であることを特徴とする光走
   査装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の光走査装置において、前
   記ホログラムディスクの表面の凹凸として形成されたホ
   ログラムの凹凸のピッチｄに対する照射レーザ光の波長
   λの比λ／ｄが０．８以上且つ１．２以下であることを
   特徴とする光走査装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の光走査装置において、前
   記ホログラムディスクの表面に形成されたホログラムの
   凹凸の深さが凹凸のピッチよりも小さいことを特徴とす
   る光走査装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の光走査装置において、前
   記ホログラムディスクからの回折光を所定の走査線上に
   集光すると共に、前記走査線に対して平行な方向と垂直
   な方向とでパワーが異なるホログラムレンズを有し、 前記照射光学手段は、前記レーザ光を前記走査線と平行
   な方向にはほぼ平行光とし、前記走査線と垂直な方向に
   は前記ホログラム上に集光する作用を有することを特徴
   とする光走査装置。