JPH10123442A - Scanning optical device - Google Patents

Scanning optical device

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JPH10123442A
JPH10123442A JP8297705A JP29770596A JPH10123442A JP H10123442 A JPH10123442 A JP H10123442A JP 8297705 A JP8297705 A JP 8297705A JP 29770596 A JP29770596 A JP 29770596A JP H10123442 A JPH10123442 A JP H10123442A
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JP
Japan
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light beam
diffractive optical
light
beam shaping
scanning
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Application number
JP8297705A
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Japanese (ja)
Inventor
Takehiko Nakai
中井  武彦
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a scanning optical device capable of reducing spot diameter and increasing the depth of focus without causing any loss of light quantity. SOLUTION: In this device, a luminous flux optically modulated and emitted from a light source means 1 in accordance with a picture signal is made a nearly parallel luminous flux by a collimating lens 2, and is guided to a deflecting means 6 through a cylindrical lens 5, and the luminous flux deflected by the deflecting means is guided on a surface to be scanned 8 through an image-formation means 7, so that the scanning of the surface to be scanned is performed. In this case, a beam shaping means 4 is provided in an optical path between the light source means 1 and the deflecting means 6, and shapes the luminous flux to a zonal luminous flux where the light intensity distribution of the luminous flux emitted from the beam shaping means is made dense at a peripheral part as compared with the vicinity of an optical axis.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は走査光学装置に関
し、特に回折光学素子より成るビーム整形手段により光
源手段から出射された光束(レーザー光束)を効果的に
ビーム整形することにより、スポット径を小さくすると
共に焦点深度を増加させることができる、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(LBP)
やデジタル複写機等の装置に好適な走査光学装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical apparatus, and more particularly to a beam shaping means comprising a diffractive optical element, which effectively shapes a light beam (laser light beam) emitted from a light source means to reduce a spot diameter. Laser beam printer (LBP) with, for example, an electrophotographic process that can increase the depth of focus
The present invention relates to a scanning optical device suitable for an apparatus such as a digital copier and a digital copier.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりレーザービームプリンタやデジ
タル複写機等に用いられる走査光学装置においては画像
信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束(レ
ーザー光束)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、f−θ特性を有する結像光
学系により感光性の記録媒体(感光ドラム)面上にスポ
ット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行
なっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a scanning optical apparatus used in a laser beam printer, a digital copying machine, or the like, a light beam (laser light beam) which is light-modulated from a light source means in accordance with an image signal and emitted therefrom is deflected by, for example, a polygon mirror. The light is periodically deflected by an imager, focused on a photosensitive recording medium (photosensitive drum) surface in the form of a spot by an imaging optical system having f-θ characteristics, and the surface is optically scanned to record an image. I have.

【0003】図13はこの種の走査光学装置の要部概略
図である。
FIG. 13 is a schematic view of a main part of this type of scanning optical device.

【0004】同図においてレーザーユニット111から
出射した光束は該レーザーユニット111の内部に設け
たコリメーターレンズにより略平行光束に変換され、シ
リンドリカルレンズ112に入射している。シリンドリ
カルレンズ112に入射した平行光束のうち主走査断面
においてはそのまま平行光束の状態で射出する。又副走
査断面においては収束して光偏向器113の偏向面(反
射面)113aにほぼ線像として結像している。そして
偏向面113aで偏向した光束は球面レンズ114とト
ーリックレンズ115とを有する結像光学系(fθレン
ズ系)120を介して感光ドラム116面上に集光し、
該光偏向器113を図中矢印A方向に回転させることに
より、該感光ドラム116面上を図中矢印B方向(主走
査方向)に光走査している。これにより記録媒体である
感光ドラム116面上に画像記録を行なっている。
In FIG. 1, a light beam emitted from a laser unit 111 is converted into a substantially parallel light beam by a collimator lens provided inside the laser unit 111, and is incident on a cylindrical lens 112. Of the parallel light beams incident on the cylindrical lens 112, they are emitted as they are on the main scanning cross section. In the sub-scan section, the light converges and is formed as an almost linear image on the deflection surface (reflection surface) 113a of the optical deflector 113. The light beam deflected by the deflecting surface 113a is condensed on the surface of the photosensitive drum 116 via an imaging optical system (fθ lens system) 120 having a spherical lens 114 and a toric lens 115,
By rotating the optical deflector 113 in the direction of arrow A in the figure, the surface of the photosensitive drum 116 is optically scanned in the direction of arrow B in the figure (main scanning direction). Thus, an image is recorded on the surface of the photosensitive drum 116 as a recording medium.

【0005】図14は図13に示したレーザユニット1
11の拡大説明図である。
FIG. 14 shows the laser unit 1 shown in FIG.
FIG. 11 is an enlarged explanatory view of FIG.

【0006】同図において101は光源としての半導体
レーザ、102は基台、103はホルダー、104はレ
ンズ鏡筒、105はコリメータレンズ、106は開口絞
りである。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a semiconductor laser as a light source, 102 denotes a base, 103 denotes a holder, 104 denotes a lens barrel, 105 denotes a collimator lens, and 106 denotes an aperture stop.

【0007】同図において画像情報を含んだ駆動信号に
制御された半導体レーザ101から出射された光束はコ
リメータレンズ105により平行光束に変換され、開口
絞り106によって光束断面の大きさが決められレーザ
ユニット111から射出される。
In FIG. 1, a light beam emitted from a semiconductor laser 101 controlled by a drive signal containing image information is converted into a parallel light beam by a collimator lens 105, and the size of the cross section of the light beam is determined by an aperture stop 106. Injected from 111.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】近年、レーザービーム
プリンタやデジタル複写機等は高解像度化及び高画質化
が求められてきており、特に高分解能、ハーフトーン
(中間階調)における豊かな階調再現に応える為に、被
走査面である感光ドラム面上でのスポット径をより小さ
くすることが求められている。
In recent years, high resolution and high image quality have been demanded for laser beam printers, digital copiers and the like, and particularly, high resolution and rich gradation in halftone (intermediate gradation). In order to respond to reproduction, it is required that the spot diameter on the surface of the photosensitive drum, which is the surface to be scanned, be reduced.

【0009】ここで上記スポット径dは以下の式より表
わされる。
The spot diameter d is represented by the following equation.

【0010】d=αFλ ‥‥‥‥(a) (a)式において、 F:結像ビーム(光学系)のFナンバー λ:レーザー光束の波長 α:定数 従ってスポット径dをより小さくする為には(a)式か
ら解るように結像ビームのFナンバーを小さくするか、
あるいはレーザー光束の波長λを短くする必要がある。
しかしながら結像ビームのFナンバーを小さくすると前
記コリメーターレンズから射出されるレーザー光束の光
束幅が大きくなってしまい、従ってコリメーターレンズ
の有効径を大きくする必要がある。このようなコリメー
ターレンズは、これに使用するレンズ枚数も多くなり、
調整精度も厳しくなる為に製造コストも高くなってしま
うという問題点がある。
D = αFλ ‥‥‥‥ (a) In the equation (a), F: F number of the imaging beam (optical system) λ: wavelength of the laser beam α: constant Therefore, in order to make the spot diameter d smaller, Is to reduce the F-number of the imaging beam as seen from equation (a),
Alternatively, it is necessary to shorten the wavelength λ of the laser beam.
However, when the F-number of the image forming beam is reduced, the beam width of the laser beam emitted from the collimator lens is increased, and therefore, it is necessary to increase the effective diameter of the collimator lens. Such a collimator lens uses a large number of lenses for this,
There is a problem in that the manufacturing cost increases because the adjustment accuracy becomes strict.

【0011】更に光偏向器の偏向面(反射面)に入射す
る光束幅も大きくなる為に、該偏向面の有効面積も大き
くしなければならない。このような光偏向器は製造コス
トが高くなるのは勿論、該光偏向器自体の重量も増加し
てしまうので、該光偏向器を回転させるモーターの負荷
が非常に大きなものとなり、この結果、該モーターのコ
ストアップや消費電力の増加といった種々の問題点が発
生してくる。
Further, since the width of the light beam incident on the deflecting surface (reflection surface) of the optical deflector also increases, the effective area of the deflecting surface must be increased. Such an optical deflector not only increases the manufacturing cost but also increases the weight of the optical deflector itself, so that the load of a motor for rotating the optical deflector becomes very large, and as a result, Various problems such as an increase in cost of the motor and an increase in power consumption occur.

【0012】又、レーザー光束の波長λを短くすること
については、可視レーザはまだコストが一般的に高く、
一部高級機には使用されているものの低価格のプリンタ
ーには不向きである。
Regarding shortening the wavelength λ of the laser beam, visible lasers are still generally expensive,
Although used for some high-end machines, it is not suitable for low-cost printers.

【0013】一方、感光ドラム面上でスポット状に結像
されたレーザー光束の焦点深度Dは以下の式より表わさ
れる。
On the other hand, the depth of focus D of the laser beam formed in a spot on the photosensitive drum surface is expressed by the following equation.

【0014】D=βF2 λ ‥‥‥‥(b) (b)式において、 F:結像ビーム(光学系)のFナンバー λ:レーザー光束の波長 β:定数 (b)式から解るようにスポット径を小さくする為に結
像ビームのFナンバーを小さく、あるいはレーザー光束
の波長λを短くすると、焦点深度Dがそれに伴ない小さ
く(浅く)なってしまう。この為、fθレンズ(結像光
学系)の像面湾曲を少なくしなければならず、この結
果、設計が複雑になると共に該fθレンズ自体の加工精
度も高精度にする必要が生じてくる。更に各光学部品の
組立精度も厳しくなり、結果として大きなコストアップ
につながってしまうという問題点がある。
D = βF 2 λ ‥‥‥‥ (b) In the equation (b), F: F number of the imaging beam (optical system) λ: wavelength of the laser beam β: constant As can be seen from the equation (b). If the F-number of the imaging beam is reduced or the wavelength λ of the laser beam is shortened in order to reduce the spot diameter, the depth of focus D becomes smaller (shallower) accordingly. For this reason, the field curvature of the fθ lens (imaging optical system) must be reduced. As a result, the design becomes complicated and the processing accuracy of the fθ lens itself needs to be high. Further, there is a problem that the assembling accuracy of each optical component becomes severe, which results in a large increase in cost.

【0015】この問題点を解決する為に、例えば特開平
5−307151号公報や特開平6−148545公報
等で見られるように、第1種0次のベッセルビームを発
生させてスポット径を小さくすると共に焦点深度を増加
させる方法や、スリット部材により偏心ベッセルビーム
の副極大(サイドローブ)を遮光する方法等が提案され
ている。
In order to solve this problem, as described in, for example, JP-A-5-307151 and JP-A-6-148545, a first-order zero-order Bessel beam is generated to reduce the spot diameter. In addition, a method of increasing the depth of focus and a method of shielding a sub-maximum (side lobe) of an eccentric Bessel beam with a slit member have been proposed.

【0016】しかしながらベッセルビームを発生させる
為に、例えば円錐プリズムや位相・振幅フィルタ等を使
用しなければならず、その為装置全体が複雑化になり易
い傾向にあった。又スリット部材によって偏心ベッセル
ビームのサイドローブ部を遮光する方法は調整が複雑化
する傾向にあった。
However, in order to generate a Bessel beam, for example, a conical prism, a phase / amplitude filter, or the like must be used, so that the entire apparatus tends to be complicated. Adjustment of the method of shielding the side lobe portion of the eccentric vessel beam by the slit member tends to be complicated.

【0017】そこで低コストでスポット径を小さくする
と共にビームの副極大の影響を最小限に抑え、焦点深度
を増加させる手段として、例えば図12に示すようにコ
リメーターレンズで平行光束に変換された該平行光束の
光軸近傍の光束を遮光手段により遮光し、輪帯状(リン
グ状)にビーム形状を整形する走査光学装置が提案され
ている。
As a means for reducing the spot diameter at a low cost, minimizing the influence of the sub-local maximum of the beam, and increasing the depth of focus, for example, a collimator lens converts the beam into a parallel light beam as shown in FIG. A scanning optical device has been proposed in which a light beam in the vicinity of the optical axis of the parallel light beam is shielded by a light shielding unit, and the beam shape is shaped into an annular shape (ring shape).

【0018】しかしながら上記の走査光学装置を、例え
ば高精細化を必要とするレーザープリンタ(特にカラー
レーザープリンタ)に適用した場合はレーザー光束の中
央部の光束を遮光することによる光量ロスが許容できな
くなってくるという問題点が生じてくる。
However, when the above-described scanning optical device is applied to, for example, a laser printer (especially a color laser printer) which requires high definition, loss of light amount due to blocking of the central portion of the laser beam cannot be tolerated. Problem arises.

【0019】本発明は光源手段と偏向手段との間の光路
中に回折光学素子を有するビーム整形手段を配置し、光
源手段から出射した光束を効果的にビーム整形すること
により、光量ロスすることなく、スポット径を小さく
し、かつ焦点深度を増大させて高画質な画像を得ること
ができる走査光学装置の提供を目的とする。
According to the present invention, a beam shaping means having a diffractive optical element is arranged in an optical path between a light source means and a deflecting means, and a light flux emitted from the light source means is effectively shaped into a beam, thereby reducing a light amount loss. Another object of the present invention is to provide a scanning optical device capable of obtaining a high-quality image by reducing the spot diameter and increasing the depth of focus.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の走査光学装置は (1) 画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した
光束をコリメーターレンズにより略平行光束とし、シリ
ンドリカルレンズを通して偏向手段に導光し、該偏向手
段により偏向された光束を結像手段を介して被走査面上
に導光し、該被走査面上を走査する走査光学装置におい
て、該光源手段と該偏向手段との間の光路中にビーム整
形手段を設け、該ビーム整形手段は該ビーム整形手段か
ら射出する光束の光強度分布が光軸近傍に比べて周辺部
で強くなる輪帯状の光束に整形していることを特徴とし
ている。
The scanning optical apparatus according to the present invention comprises: (1) a light beam modulated and emitted from a light source means in accordance with an image signal, converted into a substantially parallel light beam by a collimator lens, and guided to a deflection means through a cylindrical lens; A scanning optical device for irradiating the light beam deflected by the deflecting means onto the surface to be scanned through the imaging means and scanning the surface to be scanned; Beam shaping means is provided in the optical path, and the beam shaping means shapes the light flux emitted from the beam shaping means into a ring-shaped light flux that is stronger at the periphery than at the vicinity of the optical axis. Features.

【0021】特に(1-1) 前記ビーム整形手段は前記コリ
メーターレンズからの入射平行光束を光軸の回りに所定
の角度に偏向させる第1の回折光学素子と、該偏向した
光束を再度光軸回りの平行光束に偏向させる第2の回折
光学素子と、を有することや、(1-2) 前記第1、第2の
回折光学素子は、同一種類の材料からなる基板より製造
されていることや、(1-3) 前記第1、第2の回折光学素
子は、同一基板の両面に各々製造されていることや、(1
-4) 前記第1の回折光学素子の素子面の一部に外周の光
束を規制する開口絞りを設けたことや、(1-5) 前記第
1、第2の回折光学素子で入射光束を輪帯状の平行光束
に変換する際に射出する該平行光束の光束密度が、輪帯
状の明部内部で光軸から周辺に向かうに従って密になる
ように該第1、第2の回折光学素子を構成したことや、
(1-6) 前記第1の回折光学素子は前記コリメーターレン
ズからの入射平行光束を偏向させる角度を主走査方向と
副走査方向とで互いに異ならせ、前記第2の回折光学素
子は該第1の回折光学素子で偏向された光束を輪帯状の
平行光束とすることで、該輪帯状の光束の形状又は/及
び周辺部に比べて光強度分布が弱い光軸近傍の光束の形
状を任意の形状に整形していることや、(1-7) 前記ビー
ム整形手段はビーム整形用の鏡筒で保持されており、該
ビーム整形用の鏡筒はレンズ鏡筒に組み込まれているこ
とや、(1-8) 前記ビーム整形手段の後方光路中に輪帯状
の絞り部材を設けたことや、(1-9) 前記第1、第2の回
折光学素子間に膨張率の高い材質より成るスペーサーを
設けたこと、等を特徴としている。
In particular, (1-1) the beam shaping means comprises: a first diffractive optical element for deflecting the incident parallel light beam from the collimator lens at a predetermined angle around the optical axis; And (1-2) the first and second diffractive optical elements are manufactured from a substrate made of the same type of material. (1-3) The first and second diffractive optical elements are manufactured on both sides of the same substrate, respectively, (1-3)
-4) an aperture stop for restricting a light beam on the outer periphery is provided on a part of the element surface of the first diffractive optical element, and (1-5) an incident light beam is reduced by the first and second diffractive optical elements. The first and second diffractive optical elements are arranged such that the luminous flux density of the parallel luminous flux emitted when converting into the zonal parallel luminous flux becomes denser from the optical axis toward the periphery inside the zonal bright part. What you ’ve configured,
(1-6) The first diffractive optical element changes the angle of deflecting the incident parallel light beam from the collimator lens in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the second diffractive optical element By converting the light beam deflected by the first diffractive optical element into a parallel light beam having a ring shape, the shape of the light beam having a ring shape and / or the shape of the light beam near the optical axis whose light intensity distribution is weaker than that of the peripheral portion is arbitrary. Or (1-7) that the beam shaping means is held by a beam shaping barrel, and that the beam shaping barrel is incorporated in a lens barrel. (1-8) an annular stop member provided in the optical path behind the beam shaping means, and (1-9) a material having a high expansion coefficient between the first and second diffractive optical elements. It is characterized by providing a spacer.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の走査
光学装置の光学系の要部概略図である。図2は図1に示
した光源手段からビーム整形手段までの主要部分の要部
概略図である。図3(A),(B)は各々順に図2に示
した第1、第2の回折光学素子の形状を示す拡大説明図
である。
FIG. 1 is a schematic view of a main part of an optical system of a scanning optical device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view of a main part of a main part from the light source means to the beam shaping means shown in FIG. FIGS. 3A and 3B are enlarged explanatory views showing the shapes of the first and second diffractive optical elements shown in FIG. 2 in order.

【0023】図中、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から出射した光束(レーザー光束)を略
平行光束に変換している。3は絞り部材(開口絞り)で
あり、光束の断面の大きさを整形している。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source means, which is composed of, for example, a semiconductor laser. A collimator lens 2 converts a light beam (laser light beam) emitted from the light source 1 into a substantially parallel light beam. Reference numeral 3 denotes an aperture member (aperture stop) for shaping the size of the cross section of the light beam.

【0024】4はビーム整形手段であり、コリメーター
レンズ2で変換された入射平行光束を光軸の回りに所定
の角度に偏向させる第1の回折光学素子9と、該偏向し
た光束を再度光軸回りの平行光束に偏向させる第2の回
折光学素子10とを有し、該ビーム整形手段4から射出
する光束の光強度分布が光軸近傍に比べて周辺部で強く
なる輪帯状の光束にビーム整形している。11,12は
各々順に第1、第2の回折光学素子9,10の第1、第
2の回折格子である。
Numeral 4 denotes a beam shaping means, which is a first diffractive optical element 9 for deflecting the incident parallel light beam converted by the collimator lens 2 to a predetermined angle around the optical axis, and re-lighting the deflected light beam again. A second diffractive optical element 10 for deflecting the light into a parallel light flux around the axis, wherein the light intensity distribution of the light flux emitted from the beam shaping means 4 becomes stronger at the periphery than at the vicinity of the optical axis. Beam shaping. Numerals 11 and 12 denote first and second diffraction gratings of the first and second diffractive optical elements 9 and 10, respectively.

【0025】5はシリンドリカルレンズであり、副走査
方向にのみ所定の屈折力を有している。6は光偏向器で
あり、例えばポリゴンミラーより成っており、モータ等
の駆動手段(不図示)により矢印A方向に一定速度で回
転している。7は結像手段としてのf−θ特性を有する
結像光学系(fθレンズ系)であり、単一のトーリック
レンズより成っており、光偏向器6で偏向された光束を
被走査面としての感光ドラム8面上に結像させている。
Reference numeral 5 denotes a cylindrical lens having a predetermined refractive power only in the sub-scanning direction. Reference numeral 6 denotes an optical deflector, which is formed of, for example, a polygon mirror, and is rotated at a constant speed in the direction of arrow A by driving means (not shown) such as a motor. Reference numeral 7 denotes an imaging optical system (fθ lens system) having f-θ characteristics as imaging means, which is formed of a single toric lens, and which uses a light beam deflected by the optical deflector 6 as a surface to be scanned. An image is formed on the surface of the photosensitive drum 8.

【0026】本実施形態において画像信号に応じて光源
手段1から光変調され出射した光束(レーザー光束)は
コリメーターレンズ2で略平行光束に変換され、絞り部
材(開口絞り)3によってその光束断面の大きさがビー
ム整形されてビーム整形手段4に入射する。そして第
1、第2の回折光学素子9,10によりビーム整形手段
4から射出される光束の光強度分布が光軸近傍に比べて
周辺部で強くなる輪帯状(リング状)の光束にビーム整
形され、シリンドリカルレンズ5に入射する。シリンド
リカルレンズ5に入射した平行光束のうち主走査断面に
おいてはそのまま平行光束の状態で射出する。又副走査
断面においては収束して光偏向器6の偏向面(反射面)
6aにほぼ線像として結像する。そして偏向面6aで偏
向反射した光束は結像光学系7を介して感光ドラム8面
上に集光し、該光偏向器6を図中矢印A方向に回転させ
ることにより、該感光ドラム8面上を図中矢印B方向
(主走査方向)に等速走査している。これにより記録媒
体である感光ドラム8面上に画像記録を行なっている。
In the present embodiment, a light beam (laser light beam) which is light-modulated and emitted from the light source means 1 in accordance with an image signal is converted into a substantially parallel light beam by a collimator lens 2, and the light beam cross section is formed by a stop member (aperture stop) 3. Is shaped into a beam and is incident on the beam shaping means 4. Then, the first and second diffractive optical elements 9 and 10 beam-shape the light beam emitted from the beam shaping means 4 into a ring-shaped (ring-shaped) light beam in which the light intensity distribution becomes stronger in the peripheral portion than in the vicinity of the optical axis. Then, the light enters the cylindrical lens 5. Of the parallel light beams incident on the cylindrical lens 5, the light beams are emitted as parallel light beams in the main scanning section as they are. In the sub-scan section, the light converges on the deflection surface (reflection surface) of the optical deflector 6.
An image is formed substantially as a line image on 6a. The light beam deflected and reflected by the deflecting surface 6a is condensed on the surface of the photosensitive drum 8 via the image forming optical system 7, and the light deflector 6 is rotated in the direction of arrow A in the figure, whereby the surface of the photosensitive drum 8 is rotated. The top is scanned at a constant speed in the direction of arrow B (main scanning direction) in the figure. Thus, an image is recorded on the surface of the photosensitive drum 8 as a recording medium.

【0027】次にビーム整形手段で光源手段から出射し
た光束を輪帯状の光束にビーム整形する手段について図
2を用いて説明する。
Next, the beam shaping means for beam shaping the light beam emitted from the light source means into an annular light beam will be described with reference to FIG.

【0028】図2においては上述の如く半導体レーザ1
から出射した光束はコリメーターレンズ2により略平行
光束に変換され、絞り部材3によりその光束断面の大き
さ(光束の外径)が規制される。この絞り部材3は光束
の放射角のばらつきによるスポット径のばらつきを抑
え、安定したスポット径を得るようにしたものである。
その後、ビーム整形手段4を構成する第1の回折光学素
子9に入射し、該第1の回折光学素子9により入射平行
光束が光軸を中心として放射状に所定の角度を維持しつ
つ拡がることになる。そして放射状に拡がった光束は第
2の回折光学素子10に入射し、再度光軸に平行な平行
光束に変換される。これによりビーム整形手段4から射
出される光束の光強度分布が光軸近傍に比べて周辺部で
強くなる輪帯状(リング状)の光束となる。尚、周辺部
に比べて光強度分布が弱くなる光軸近傍の光束を以下
「暗部の光束」とも称す。
FIG. 2 shows the semiconductor laser 1 as described above.
The light beam emitted from the light source is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 2, and the size of the light beam cross section (outer diameter of the light beam) is regulated by the diaphragm member 3. The aperture member 3 suppresses variation in the spot diameter due to variation in the radiation angle of the light beam, and obtains a stable spot diameter.
After that, the light enters the first diffractive optical element 9 constituting the beam shaping means 4, and the first diffractive optical element 9 spreads the incident parallel light beam radially around the optical axis while maintaining a predetermined angle. Become. Then, the radiated light beam enters the second diffractive optical element 10 and is converted again into a parallel light beam parallel to the optical axis. As a result, the light intensity distribution of the light beam emitted from the beam shaping means 4 becomes a ring-shaped (ring-shaped) light beam that is stronger at the periphery than at the vicinity of the optical axis. Note that the light flux near the optical axis, where the light intensity distribution becomes weaker than the peripheral part, is also referred to as “dark part light flux”.

【0029】ここで第1の回折光学素子9の格子面11
と第2の回折光学素子10の格子面12との距離及び各
格子ピッチを任意に選択することによりリング形状を任
意に整形することができる。
Here, the grating surface 11 of the first diffractive optical element 9
The ring shape can be arbitrarily shaped by arbitrarily selecting the distance between the first and second diffraction optical elements 10 and the grating surface 12 and the respective grating pitches.

【0030】本実施形態におけるビーム整形手段4は第
1の回折光学素子9と第2の回折光学素子10ともに入
射光束を所望の角度に曲げるだけの機能を有し、集光又
は発散等の光学的作用は持っていない。従って図3
(A),(B)に示すように第1、第2の回折光学素子
9,10ともに各回折格子11,12の格子ピッチは等
ピッチな光軸を中心とする同心円となる。尚、図3
(A),(B)において第1、第2の回折光学素子9,
10の格子形状は各々階段状の格子になっているが、こ
れは特に限定されたものでなく、例えば鋸歯状の回折格
子でも本発明は十分に適用することができる。
The beam shaping means 4 in this embodiment has a function of bending the incident light beam to a desired angle in both the first diffractive optical element 9 and the second diffractive optical element 10. Has no kinetic effect. Therefore, FIG.
As shown in (A) and (B), the grating pitch of each of the diffraction gratings 11 and 12 in both the first and second diffractive optical elements 9 and 10 is a concentric circle centered on a uniform pitch optical axis. FIG.
In (A) and (B), the first and second diffractive optical elements 9,
Each of the 10 grating shapes is a step-like grating, but this is not particularly limited. For example, the present invention can be sufficiently applied to a sawtooth diffraction grating.

【0031】次に具体的な例を挙げて説明する。図2に
おいて輪帯状にビーム整形された後の光束のビーム形状
が、例えば外形bがφ6mm、暗部aがφ2mmの同心
円となる場合について考えてみる。ここでビーム整形手
段4を構成する第1、第2の回折光学素子9,10の間
隔をtとする。b=6mm,a=2mmであるので、b
−a=4mmとなり、ビーム整形手段4へ入射する光束
はφ4mmのビームにする必要がある。その為、絞り部
材3としてφ4mmの円形開口を設けることになる。
Next, a specific example will be described. In FIG. 2, let us consider a case where the beam shape of the light beam after beam shaping in an annular shape is, for example, a concentric circle with an outer shape b of φ6 mm and a dark portion a of φ2 mm. Here, the interval between the first and second diffractive optical elements 9 and 10 constituting the beam shaping means 4 is represented by t. Since b = 6 mm and a = 2 mm, b
−a = 4 mm, and the light beam incident on the beam shaping means 4 needs to be a φ4 mm beam. Therefore, a circular opening of φ4 mm is provided as the diaphragm member 3.

【0032】次に間隔tを10.0mmとした場合、回
折格子の回折角θとしては
Next, when the interval t is 10.0 mm, the diffraction angle θ of the diffraction grating is

【0033】[0033]

【数1】 となる。レーザ波長をλ=675nmとすると、格子ピ
ッチPはPsinθ=mλ(mは整数、本実施形態では
m=1)より P=mλ/sinθ=1.0675/sin(5.7
1)=6.78μm となる。又格子厚dは(n−1)d=Lλよりn=1.
51633、L=1とすると、 d=1.313μm となる。
(Equation 1) Becomes Assuming that the laser wavelength is λ = 675 nm, the grating pitch P is given by P = mλ / sin θ = 1.0675 / sin (5.7) from Psin θ = mλ (m is an integer, m = 1 in this embodiment).
1) = 6.78 μm The grating thickness d is (n-1) d = Lλ, and n = 1.
If 51633, L = 1, then d = 1.313 μm.

【0034】このように本実施形態では上述の如く半導
体レーザ1と光偏向器6との間の光路中に回折光学素子
より成るビーム整形手段4を設け、該半導体レーザ1か
ら出射した光束を効果的にビーム整形することにより、
光量ロスすることなく、安価な構成で、スポット径を小
さくすると共に焦点深度を増大させて高画質な画像を得
ている。
As described above, in the present embodiment, the beam shaping means 4 composed of a diffractive optical element is provided in the optical path between the semiconductor laser 1 and the optical deflector 6 as described above, and the light beam emitted from the semiconductor laser 1 is effectively used. Beam shaping,
A high quality image is obtained by reducing the spot diameter and increasing the depth of focus with an inexpensive configuration without loss of light quantity.

【0035】図4は本発明の実施形態2のビーム整形手
段の要部概略図である。同図において前記図2に示した
要素と同一要素には同符番を付している。
FIG. 4 is a schematic view of a main part of the beam shaping means according to the second embodiment of the present invention. 2, the same elements as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0036】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点はビーム整形手段を構成する第1、第2の回折光
学素子の回折格子を同一基板の両面に各々設けて一体化
にして構成したことである。その他の構成及び光学的作
用は前述の実施形態1と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the diffraction gratings of the first and second diffractive optical elements constituting the beam shaping means are provided on both surfaces of the same substrate and are integrated. It is. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0037】即ち、同図において44はビーム整形手段
であり、同一基板の両面に各々第1、第2の回折光学素
子の第1、第2の回折格子11,12を設けている。こ
のようにビーム整形手段44を構成することにより、本
実施形態においては第1、第2の回折格子11,12の
光軸を高精度に合わせることができ、又部品点数が減る
ので保持部材等のメカ部品も減少し、これにより装置全
体のコンパクト化及び低コスト化を図っている。
That is, in the figure, reference numeral 44 denotes a beam shaping means, on which the first and second diffraction gratings 11 and 12 of the first and second diffractive optical elements are provided on both surfaces of the same substrate. By configuring the beam shaping means 44 in this manner, in the present embodiment, the optical axes of the first and second diffraction gratings 11 and 12 can be adjusted with high precision, and the number of parts is reduced, so that a holding member or the like is used. Therefore, the number of mechanical parts is also reduced, thereby reducing the size and cost of the entire apparatus.

【0038】図5は本発明の実施形態3のビーム整形手
段の要部概略図である。同図において前記図4に示した
要素と同一要素には同符番を付している。
FIG. 5 is a schematic view of a main part of a beam shaping means according to a third embodiment of the present invention. 4, the same elements as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

【0039】本実施形態において前述の実施形態2と異
なる点は基板の入射面側、即ち第1の回折光学素子の素
子面(回折格子面)の一部に開口絞り(開口部)を設
け、ビーム整形手段と一体化にして構成したことであ
る。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態2と
略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
This embodiment differs from the second embodiment in that an aperture stop (opening) is provided on the incident surface side of the substrate, that is, a part of the element surface (diffraction grating surface) of the first diffractive optical element. That is, it is integrated with the beam shaping means. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the above-described second embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0040】即ち、同図において54はビーム整形手
段、53は第1の回折光学素子の素子面の一部に設けた
開口絞りであり、基板上に蒸着等の手段で作成してお
り、外周の光束を規制している。
That is, in the figure, 54 is a beam shaping means, 53 is an aperture stop provided on a part of the element surface of the first diffractive optical element, and is formed on the substrate by means of vapor deposition or the like. Regulates the luminous flux.

【0041】このように本実施形態では第1の回折光学
素子の素子面の一部に開口絞り53を設けたことによ
り、更に構成部品を減少させることができ、且つ単品で
精度良く製造することができ、これにより安価で高性能
な走査光学装置を得ている。
As described above, in this embodiment, since the aperture stop 53 is provided on a part of the element surface of the first diffractive optical element, the number of components can be further reduced, and the single diffractive optical element can be manufactured with high accuracy. Thus, an inexpensive and high-performance scanning optical device is obtained.

【0042】図6は本発明の実施形態4のビーム整形手
段をレーザーユニット内に組込んだときの要部概略図で
ある。同図において前記図2に示した要素と同一要素に
は同符番を付している。
FIG. 6 is a schematic view of a main part when the beam shaping means according to the fourth embodiment of the present invention is incorporated in a laser unit. 2, the same elements as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0043】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点はビーム整形手段をビーム整形用の鏡筒で保持す
ると共に、該ビーム整形用の鏡筒をレンズ鏡筒に組み込
んだことである。その他の構成及び光学的作用は前述の
実施形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得
ている。
The present embodiment differs from the first embodiment in that the beam shaping means is held by a beam shaping lens barrel and that the beam shaping lens barrel is incorporated in a lens barrel. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0044】即ち、同図において60はレーザーユニッ
ト、31はビーム整形用の鏡筒、32はレンズ鏡筒であ
る。本実施形態においてはビーム整形手段4をビーム整
形用の鏡筒31で保持することにより、第1、第2の回
折光学素子9,10の位置を精度よく配置することがで
き、又該ビーム整形用の鏡筒31をレンズ鏡筒32に組
み込むことにより、光源手段1、コリメーターレンズ
2、そしてビーム整形手段4の各要素の位置を精度よく
調整することができる。
That is, in the figure, reference numeral 60 denotes a laser unit, 31 denotes a beam shaping barrel, and 32 denotes a lens barrel. In the present embodiment, by holding the beam shaping means 4 with the beam shaping lens barrel 31, the positions of the first and second diffractive optical elements 9, 10 can be accurately arranged, and the beam shaping can be performed. By incorporating the lens barrel 31 into the lens barrel 32, the position of each element of the light source unit 1, the collimator lens 2, and the beam shaping unit 4 can be adjusted with high accuracy.

【0045】図7は本発明の実施形態5の光源手段から
ビーム整形手段周辺までの主要部分の要部概略図であ
る。同図において前記図2に示した要素と同一要素には
同符番を付している。
FIG. 7 is a schematic view of a main part of a main part from the light source means to the periphery of the beam shaping means according to the fifth embodiment of the present invention. 2, the same elements as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0046】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点はビーム整形手段の後方光路中に輪帯状の絞り部
材を設けたことである。その他の構成及び光学的作用は
前述の実施形態1と略同様であり、これにより同様な効
果を得ている。
The present embodiment differs from the first embodiment in that an annular diaphragm member is provided in the optical path behind the beam shaping means. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0047】即ち、同図において28は輪帯状の絞り部
材であり、図中破線22で示すような設計回折次数以外
の回折光がフレア光として画像に影響するのを防止して
いる。本実施形態ではこのように補助的な絞り部材28
をビーム整形手段4の後方光路中に設けることにより、
フレア光のない良好なるスポットを被走査面上で得るこ
とができる。
That is, in the drawing, reference numeral 28 denotes a ring-shaped diaphragm member, which prevents diffracted light having a diffraction order other than the designed diffraction order as shown by a broken line 22 in the drawing from affecting the image as flare light. In this embodiment, the auxiliary throttle member 28 is
In the optical path behind the beam shaping means 4,
A good spot without flare light can be obtained on the surface to be scanned.

【0048】図8は本発明の実施形態6の光源手段から
ビーム整形手段までの主要部分の要部概略図である。同
図において前記図2に示した要素と同一要素には同符番
を付している。
FIG. 8 is a schematic view of a main part of a main part from the light source means to the beam shaping means according to the sixth embodiment of the present invention. 2, the same elements as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0049】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点は第1の回折光学素子と第2の回折光学素子の基
板の材質(材料)を同一にして製造したことである。そ
の他の構成及び光学的作用は前述の実施形態1と略同様
であり、これにより同様な効果を得ている。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the first diffractive optical element and the second diffractive optical element are manufactured using the same material (material) for the substrate. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0050】即ち、同図において13,14は各々順に
第1、第2の回折光学素子であり、同一種類の材質から
成る基板より製造している。このように第1、第2の回
折光学素子13,14を同一種類の材質から成る基板よ
り製造することにより、第1、第2の回折格子11,1
2の格子厚を同じにして製作することができ、例えば型
等で回折格子の形状を製作する場合、型を製造する工程
が半分に削減することができる。又昇温等で第1、第2
の回折光学素子13,14の基板が膨張し、回折格子の
ピッチが変化した場合の悪影響を最小限に抑えることが
できる。
That is, in the figure, reference numerals 13 and 14 denote first and second diffractive optical elements, respectively, which are manufactured from substrates made of the same kind of material. By manufacturing the first and second diffractive optical elements 13 and 14 from substrates made of the same material in this manner, the first and second diffraction gratings 11 and 1 are manufactured.
2 can be manufactured with the same grating thickness. For example, when manufacturing the shape of a diffraction grating using a mold or the like, the number of steps for manufacturing the mold can be reduced by half. In addition, the first and second
When the pitch of the diffraction grating is changed due to expansion of the substrates of the diffractive optical elements 13 and 14, the adverse effects can be minimized.

【0051】ここで昇温に対する影響を緩和させる手段
について説明する。
Here, means for alleviating the influence on the temperature rise will be described.

【0052】同図において実線21が設計時の光束、破
線22が昇温時の光束である。昇温により基板は膨張し
格子ピッチは広がる。従って偏向角は小さくなる。しか
しながら基板の材質が同一の場合は第1の回折光学素子
13と第2の回折光学素子14とを極めて近傍に配置す
ることができるので、昇温の程度は同じと考えて差しさ
わりなく、従って膨張の度合い、ひいては偏向角の変化
量は等しくなる。これによりビーム整形手段64から射
出される光束は光束幅については影響を受けるが、光束
の向きとしては光軸に対して平行な光束として変化しな
いので被走査面上の結像位置のずれ等の悪影響は生じな
い。ここで第2の回折光学素子14は昇温により光束の
入射位置が変わるので格子幅を若干広めに製作しておく
ことが良い。
In the figure, a solid line 21 is a light beam at the time of design, and a broken line 22 is a light beam at the time of temperature rise. The substrate expands by increasing the temperature, and the lattice pitch increases. Therefore, the deflection angle becomes smaller. However, when the materials of the substrates are the same, the first diffractive optical element 13 and the second diffractive optical element 14 can be disposed very close to each other, so that the degree of temperature rise is considered to be the same, so that The degree of expansion and, consequently, the amount of change in deflection angle are equal. As a result, the light beam emitted from the beam shaping means 64 is affected with respect to the light beam width, but the direction of the light beam does not change as a light beam parallel to the optical axis. No adverse effects occur. Here, the second diffractive optical element 14 is preferably manufactured with a slightly wider grating width because the incident position of the light beam changes depending on the temperature rise.

【0053】図9(A),(B)は各々本発明の実施形
態7のビーム整形手段の構成を示す要部構成図である。
同図において前記図2に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
FIGS. 9A and 9B are main part configuration diagrams showing the configuration of the beam shaping means according to the seventh embodiment of the present invention.
2, the same elements as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0054】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点は第1、第2の回折光学素子間の間隔を決めるス
ペーサーに膨張率の高い材質を用いたことである。その
他の構成及び光学的作用は前述の実施形態1と略同様で
あり、これにより同様な効果を得ている。
This embodiment differs from the first embodiment in that a spacer having a high expansion coefficient is used for the spacer for determining the distance between the first and second diffractive optical elements. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0055】即ち、同図(A)において25はスペーサ
ーであり、膨張率の高い材質(例えばPC(ポリカー
ボ)膨張率=4×10-5やノリル膨張率=8.25×1
-5等)より成っている。本実施形態において例えば同
図(B)に示すように昇温が生じると第1、第2の回折
光学素子9,10間の間隔が広がり、該第2の回折光学
素子10へ入射する光束の入射位置が高くなる。そこで
本実施形態では前述の実施形態6で述べたように昇温に
よる偏向角が小さくなる効果と、うまく相殺するように
スペーサー25の材質の膨張率を選択すれば、昇温が生
じても何ら射出ビーム径の変化することのない良好なる
走査光学系を得ることができる。
That is, in FIG. 9A, reference numeral 25 denotes a spacer, which is a material having a high expansion coefficient (for example, PC (polycarbonate) expansion coefficient = 4 × 10 −5 or Noryl expansion coefficient = 8.25 × 1).
Is made from 0 -5 etc.). In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2B, when the temperature rises, the interval between the first and second diffractive optical elements 9 and 10 is widened, and the light flux incident on the second diffractive optical element 10 is increased. The incident position becomes higher. Therefore, in this embodiment, if the expansion rate of the material of the spacer 25 is selected so as to cancel out the effect of reducing the deflection angle due to the temperature rise as described in the above-described embodiment 6, even if the temperature rise occurs, A good scanning optical system without changing the exit beam diameter can be obtained.

【0056】図10は本発明の実施形態8のビーム整形
手段の要部構成図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a main part of the beam shaping means according to the eighth embodiment of the present invention.

【0057】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点はビーム整形手段に入射する入射光束に対し射出
光束が輪帯状の明部内部で光軸から周辺に向かうに従っ
て光束密度が密となって射出するように該ビーム整形手
段を構成したことである。その他の構成及び光学的作用
は前述の実施形態1と略同様であり、これにより同様な
効果を得ている。
The difference of the present embodiment from the first embodiment is that the emitted light flux becomes denser from the optical axis to the periphery inside the annular bright portion with respect to the incident light flux incident on the beam shaping means. That is, the beam shaping means is configured to emit light. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0058】即ち、同図において74はビーム整形手段
であり、コリメーターレンズ(不図示)からの入射平行
光束を光軸の回りに所定の角度に偏向させる第1の回折
光学素子16と、該偏向した光束を再度光軸回りの平行
光束に偏向させる第2の回折光学素子17とを有し、該
ビーム整形手段74に入射する入射光束に対し射出光束
が輪帯状の明部内部で光軸から周辺に向かうに従って光
束密度が密となって射出するように構成している。
That is, in the drawing, reference numeral 74 denotes a beam shaping means, which includes a first diffractive optical element 16 for deflecting a parallel light beam incident from a collimator lens (not shown) at a predetermined angle around an optical axis; A second diffractive optical element 17 for re-deflecting the deflected light beam into a parallel light beam around the optical axis. The luminous flux density is increased from the point toward the periphery and the light is emitted.

【0059】通常、レーザ光源から発散されコリメータ
ーレンズでコリメートされた光束は光量分布としてガウ
ス分布の形状となっている。従って光軸近傍の光量が多
く、周辺部に向かうに従って少なくっている。
Usually, a light beam diverged from a laser light source and collimated by a collimator lens has a Gaussian distribution as a light amount distribution. Therefore, the amount of light near the optical axis is large, and decreases toward the periphery.

【0060】そこで本実施形態ではビーム整形手段74
を上述の如く構成することにより、該ビーム整形手段7
4から射出される光束の光量を略均一な光量分布とする
ことができ、更に微小なスポット径を得ている。
Therefore, in this embodiment, the beam shaping means 74
Is configured as described above, the beam shaping means 7
The light amount of the light beam emitted from the light source 4 can be made to be a substantially uniform light amount distribution, and a finer spot diameter can be obtained.

【0061】図11は本発明の実施形態9の光源手段か
らビーム整形手段までの主要部分の要部概略図である。
同図において前記図2に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
FIG. 11 is a schematic view of a main part of a main part from the light source means to the beam shaping means according to the ninth embodiment of the present invention.
2, the same elements as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.

【0062】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点はビーム整形手段から射出される輪帯状の光束の
形状(輪帯形状)又は/及び周辺部に比べて光強度分布
が弱い光軸近傍(暗部)の光束の形状を楕円形状とした
ことである。その他の構成及び光学的作用は前述の実施
形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得てい
る。
This embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the orbicular light beam emitted from the beam shaping means (orbicular shape) or / and the vicinity of the optical axis where the light intensity distribution is weaker than the peripheral portion. That is, the shape of the luminous flux in the (dark portion) is an elliptical shape. Other configurations and optical functions are substantially the same as those of the first embodiment, and thus the same effects are obtained.

【0063】即ち、同図において84はビーム整形手段
であり、第1の回折光学素子18と第2の回折光学素子
19とを有し、該第1の回折光学素子18はコリメータ
ーレンズ2からの入射平行光束を偏向させる角度を主走
査方向と副走査方向とで互いに異ならせており、該第2
の回折光学素子は該第1の回折光学素子で偏向された光
束を輪帯状の平行光束としている。このようにビーム整
形手段を構成することにより、本実施形態では輪帯状の
光束の形状又は/及び周辺部に比べて光強度分布が弱い
光軸近傍(暗部)の光束の形状を円形状以外に整形して
いる。
That is, in the drawing, reference numeral 84 denotes a beam shaping means, which has a first diffractive optical element 18 and a second diffractive optical element 19, and the first diffractive optical element 18 is Are deflected at different angles in the main scanning direction and the sub-scanning direction.
The diffractive optical element of (1) converts the light beam deflected by the first diffractive optical element into an annular parallel light beam. By configuring the beam shaping means in this manner, in the present embodiment, the shape of the annular light beam and / or the shape of the light beam near the optical axis (dark portion) where the light intensity distribution is weaker than the peripheral portion is changed to a shape other than the circular shape. It is shaped.

【0064】即ち、前述の各実施形態において光束の形
状は全て回転対称で、かつ円形状の輪帯部と暗部とで構
成されていたが、これに限定される必要はなく、例えば
同図に示すように入力側の光束の形状を円形状とし、出
力側の光束の形状を楕円の輪帯状の開口にしても良い。
That is, in each of the above-described embodiments, the shape of the light beam is all rotationally symmetric, and is composed of a circular orbicular portion and a dark portion. However, the present invention is not limited to this. As shown, the shape of the light beam on the input side may be a circular shape, and the shape of the light beam on the output side may be an elliptical orbicular opening.

【0065】本実施形態では通常の光学系とは異なり、
第1、第2の回折光学素子18,19の格子ピッチを任
意に変えることにより、光束の形状を円形から楕円に変
換している。このように光束の形状を楕円の輪帯状に整
形することによっても本発明は前述の各実施形態と略同
様な効果を得ることができる。
In this embodiment, unlike a normal optical system,
By arbitrarily changing the grating pitch of the first and second diffractive optical elements 18 and 19, the shape of the light beam is converted from a circle to an ellipse. By shaping the shape of the light beam into an elliptical orbicular shape in this manner, the present invention can obtain substantially the same effects as those of the above-described embodiments.

【0066】当然ながら、図11に示した以外にも光束
形状を、例えば入射側が楕円で射出側が円形、輪帯部が
円形で暗部が楕円等の種々の組み合わせも考えられる。
ここでは全ての組み合わせについては記述しない。これ
らのパラメータはレーザ光束の放射角とその単品ばらつ
き、光学系の主走査方向及び副走査方向の結像倍率、所
望のスポット径等から最適な構成を選定することができ
る。
Naturally, various combinations other than those shown in FIG. 11, such as a light flux shape, such as an elliptical light incident side and a circular light emitting side, a circular ring zone and an elliptical dark part, are also conceivable.
Here, all combinations are not described. For these parameters, an optimal configuration can be selected from the radiation angle of the laser beam and its variation, the imaging magnification of the optical system in the main scanning direction and the sub-scanning direction, the desired spot diameter, and the like.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば前述の如く光源手段と偏
向手段との間の光路中に回折光学素子を有するビーム整
形手段を設け、該ビーム整形手段から射出する光束の光
強度分布が光軸近傍に比べて周辺部で強くなる輪帯状
(リング状)の光束にビーム整形することにより、光量
ロスすることなく、スポット径を小さくし、かつ焦点深
度を増大させて高画質な画像を得ることができる走査光
学装置を達成することができる。
According to the present invention, as described above, a beam shaping means having a diffractive optical element is provided in the optical path between the light source means and the deflecting means, and the light intensity distribution of the light beam emitted from the beam shaping means is light. Beam shaping into a ring-shaped (ring-shaped) light beam that is stronger at the periphery than at the vicinity of the axis reduces the spot diameter and increases the depth of focus without loss of light amount to obtain a high-quality image. Scanning optics that can be achieved.

【0068】又、本発明によれば同一種類の材料から成
る基板上に回折光学素子を製作することにより、等厚、
等ピッチの回折格子と組み合わせた素子構成とすること
ができ、これにより昇温に対する影響を大幅に緩和させ
ることができる走査光学装置を達成することができる。
Further, according to the present invention, by manufacturing a diffractive optical element on a substrate made of the same kind of material,
An element configuration in which a diffraction grating having the same pitch is combined can be used, whereby a scanning optical device that can greatly reduce the influence on temperature rise can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施形態1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施形態1の主要部分の要部概略図FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a main part according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施形態1の第1、第2の回折光学
素子の拡大説明図
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of first and second diffractive optical elements according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施形態2のビーム整形手段の要部
概略図
FIG. 4 is a schematic diagram of a main part of a beam shaping unit according to a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施形態3のビーム整形手段の要部
概略図
FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of a beam shaping unit according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施形態4のビーム整形手段をレー
ザユニット内に組み込んだときの要部概略図
FIG. 6 is a schematic view of a main part when the beam shaping means according to the fourth embodiment of the present invention is incorporated in a laser unit.

【図7】 本発明の実施形態5の主要部分の要部概略図FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of a main part of a fifth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施形態6の主要部分の要部概略図FIG. 8 is a schematic view of a main part of a main part according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施形態7のビーム整形手段の要部
構成図
FIG. 9 is a configuration diagram of a main part of a beam shaping unit according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施形態8のビーム整形手段の要
部構成図
FIG. 10 is a main part configuration diagram of a beam shaping unit according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施形態9の主要部分の要部概略
FIG. 11 is a schematic view of a main part of a main part of a ninth embodiment of the present invention.

【図12】 従来の走査光学装置の主要部分の要部概略
FIG. 12 is a schematic view of a main part of a main part of a conventional scanning optical device.

【図13】 従来の走査光学装置の光学系の要部概略図FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of an optical system of a conventional scanning optical device.

【図14】 図13に示したレーザユニットの要部概略
FIG. 14 is a schematic view of a main part of the laser unit shown in FIG. 13;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源手段 2 コリメーターレンズ 3 開口絞り 4,44,54 ビーム整形手段 64,74,84 ビーム整形手段 5 シリンドリカルレンズ 6 偏向手段 7 結像手段 8 被走査面 9,13,16,18 第1の回折光学素子 10,14,17,19 第2の回折光学素子 11 第1の回折格子 12 第2の回折格子 31 ビーム整形用の鏡筒 32 レンズ鏡筒 25 スペーサー 28 絞り部材 53 開口絞り 60 レンズユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source means 2 Collimator lens 3 Aperture stop 4,44,54 Beam shaping means 64,74,84 Beam shaping means 5 Cylindrical lens 6 Deflection means 7 Imaging means 8 Scanning surface 9,13,16,18 First Diffractive optical element 10, 14, 17, 19 Second diffractive optical element 11 First diffraction grating 12 Second diffraction grating 31 Beam shaping barrel 32 Lens barrel 25 Spacer 28 Aperture member 53 Aperture stop 60 Lens unit

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像信号に応じて光源手段から光変調さ
れ出射した光束をコリメーターレンズにより略平行光束
とし、シリンドリカルレンズを通して偏向手段に導光
し、該偏向手段により偏向された光束を結像手段を介し
て被走査面上に導光し、該被走査面上を走査する走査光
学装置において、 該光源手段と該偏向手段との間の光路中にビーム整形手
段を設け、該ビーム整形手段は該ビーム整形手段から射
出する光束の光強度分布が光軸近傍に比べて周辺部で強
くなる輪帯状の光束に整形していることを特徴とする走
査光学装置。
1. A light beam modulated and emitted from a light source means in accordance with an image signal and converted into a substantially parallel light beam by a collimator lens, guided to a deflecting means through a cylindrical lens, and formed into an image of the light beam deflected by the deflecting means. A scanning optical device that guides light onto a surface to be scanned through a unit and scans the surface to be scanned, wherein a beam shaping unit is provided in an optical path between the light source unit and the deflecting unit; A scanning optical apparatus characterized in that a light intensity distribution of a light beam emitted from the beam shaping means is shaped into a ring-shaped light beam that becomes stronger at the peripheral portion as compared with the vicinity of the optical axis.
【請求項2】 前記ビーム整形手段は前記コリメーター
レンズからの入射平行光束を光軸の回りに所定の角度に
偏向させる第1の回折光学素子と、該偏向した光束を再
度光軸回りの平行光束に偏向させる第2の回折光学素子
と、を有することを特徴とする請求項1の走査光学装
置。
A first diffractive optical element for deflecting the incident parallel light beam from the collimator lens at a predetermined angle around the optical axis; and The scanning optical device according to claim 1, further comprising a second diffractive optical element that deflects the light beam.
【請求項3】 前記第1、第2の回折光学素子は、同一
種類の材料からなる基板より製造されていることを特徴
とする請求項2の走査光学装置。
3. The scanning optical device according to claim 2, wherein the first and second diffractive optical elements are manufactured from substrates made of the same kind of material.
【請求項4】 前記第1、第2の回折光学素子は、同一
基板の両面に各々製造されていることを特徴とする請求
項2の走査光学装置。
4. The scanning optical device according to claim 2, wherein the first and second diffractive optical elements are respectively manufactured on both surfaces of the same substrate.
【請求項5】 前記第1の回折光学素子の素子面の一部
に外周の光束を規制する開口絞りを設けたことを特徴と
する請求項4の走査光学装置。
5. The scanning optical apparatus according to claim 4, wherein an aperture stop for restricting a light beam on an outer periphery is provided on a part of an element surface of said first diffractive optical element.
【請求項6】 前記第1、第2の回折光学素子で入射光
束を輪帯状の平行光束に変換する際に射出する該平行光
束の光束密度が、輪帯状の明部内部で光軸から周辺に向
かうに従って密になるように該第1、第2の回折光学素
子を構成したことを特徴とする請求項2の走査光学装
置。
6. The luminous flux density of the parallel luminous flux emitted when the incident luminous flux is converted into an orbicular parallel luminous flux by the first and second diffractive optical elements has a luminous flux density from an optical axis inside the orbicular bright portion. 3. The scanning optical device according to claim 2, wherein the first and second diffractive optical elements are configured so as to be denser as going toward.
【請求項7】 前記第1の回折光学素子は前記コリメー
ターレンズからの入射平行光束を偏向させる角度を主走
査方向と副走査方向とで互いに異ならせ、前記第2の回
折光学素子は該第1の回折光学素子で偏向された光束を
輪帯状の平行光束とすることで、該輪帯状の光束の形状
又は/及び周辺部に比べて光強度分布が弱い光軸近傍の
光束の形状を任意の形状に整形していることを特徴とす
る請求項2の走査光学装置。
7. The first diffractive optical element makes the angle of deflecting the incident parallel light beam from the collimator lens different from each other in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and the second diffractive optical element makes the second diffractive optical element By converting the light beam deflected by the first diffractive optical element into a parallel light beam having a ring shape, the shape of the light beam having a ring shape and / or the shape of the light beam near the optical axis whose light intensity distribution is weaker than that of the peripheral portion is arbitrary. The scanning optical device according to claim 2, wherein the scanning optical device is shaped into a shape as described above.
【請求項8】 前記ビーム整形手段はビーム整形用の鏡
筒で保持されており、該ビーム整形用の鏡筒はレンズ鏡
筒に組み込まれていることを特徴とする請求項2の走査
光学装置。
8. The scanning optical apparatus according to claim 2, wherein said beam shaping means is held by a beam shaping barrel, and said beam shaping barrel is incorporated in a lens barrel. .
【請求項9】 前記ビーム整形手段の後方光路中に輪帯
状の絞り部材を設けたことを特徴とする請求項2の走査
光学装置。
9. The scanning optical apparatus according to claim 2, wherein an annular stop member is provided in an optical path behind said beam shaping means.
【請求項10】 前記第1、第2の回折光学素子間に膨
張率の高い材質より成るスペーサーを設けたことを特徴
とする請求項2の走査光学装置。
10. The scanning optical apparatus according to claim 2, wherein a spacer made of a material having a high expansion coefficient is provided between said first and second diffractive optical elements.
JP8297705A 1996-10-18 1996-10-18 Scanning optical device Pending JPH10123442A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002311221A (en) * 2001-04-18 2002-10-23 Alps Electric Co Ltd Optical member and optical device which uses the same

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