JPH10301047A - カップリングレンズ・光カップリングユニットおよび光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】波面収差の劣化なしにゴースト光の影響を有効
に軽減あるいは防止できるカップリングレンズを実現す
る。 【解決手段】半導体レーザ１０から放射される発散性の
光束の上記発散性を弱め、他の光学系にカップリングさ
せるためのカップリングレンズであって、入射側端面お
よび射出側端面が平面であって、屈折率が光軸直交方向
に変化する屈折率分布レンズであり、少なくとも射出側
端面に反射防止膜１２Ｂがコーティングされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はカップリングレン
ズ・光カップリングユニットおよび光走査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザから放射される光束は発散
性であるので、光走査等に利用するためには、放射され
た状態よりも発散性を弱めて、他の光学系に適合させる
ことが必要である。カップリングレンズは、半導体レー
ザからの光束の発散性を弱めて他の光学系に適合させる
ためのレンズである。

【０００３】このようなカップリングレンズとして、入
・射出側端面が互いに平行な平面で屈折率が光軸直交方
向に分布するセルフォックレンズ等の「屈折率分布レン
ズ」を使用することが提案されている（特開平９−４３
５４１号公報）。

【０００４】提案されたカップリングレンズは、半導体
レーザからの光束を平行光束化するコリメート機能を有
するが、光軸を半導体レーザからの光束の光軸（発光端
面に直交的に放射される光線。以下「中心光線」とい
う）に平行にすると、カップリングレンズの射出側端面
で反射された光が半導体レーザの発光部に戻り、発光
部、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「半導体レーザの発光光量を変動させる原
因」となるので、これを避けるため、光軸を中心光線に
対して傾けることにより、射出側端面による反射光束が
発光部に戻らないようにしている。

【０００５】屈折率分布レンズによるカップリングレン
ズの光軸を中心光線に対して傾けることは、射出側端面
による反射光が半導体レーザの発光部に戻らないように
する方法として有効である。しかし、屈折率分布レンズ
は、その光軸に対して入射光束の中心光線がずれると、
射出光束における「波面収差の劣化」が大きいので、例
えば、上記公報記載のカップリングレンズで平行光束化
した光束で光走査を行う場合、上記波面収差の劣化によ
り偏向光束のビームウエストが太くなり、所望の光スポ
ット径を得るのが難しくなる問題がある。

【０００６】また、屈折率分布レンズによるカップリン
グレンズを中心光線に対して傾けない場合、射出側端面
による反射光束が半導体レーザの発光端面で反射される
と、これが正規の光束と同様に光学系により伝送されて
ゴースト光となり、例えば光走査装置の場合であれば、
正規の光束による光スポットの近傍に、ゴースト光によ
る光スポットが発生し、光走査で書き込まれた記録画像
に「画像のにじみ」を発生させることがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、波面収差
の劣化やゴースト光の影響を有効に軽減ないし防止でき
るカップリングレンズの実現を課題とする。この発明は
また、波面収差の劣化やゴースト光の影響を有効に軽減
あるいは防止できる光カップリングユニットの実現を課
題とする。さらに、この発明は上記光カップリングユニ
ットを用いることにより、良好な光走査を可能ならしめ
る光走査装置の実現を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明のカップリング
レンズは「半導体レーザから放射される発散性の光束の
発散性を弱め、他の光学系にカップリングするためのカ
ップリングレンズ」である。上記「発散性を弱め」と
は、半導体レーザから放射されたときの発散性よりも発
散性の弱い状態にすることを意味し、カップリングされ
た光束が「発散性ではあるが、その発散性が半導体レー
ザから放射されたときの発散性より弱くなる場合」、カ
ップリングされた光束が「平行光束となる場合」、カッ
プリングされた光束が「集束性の光束になる場合」を総
称する。

【０００９】請求項１記載のカップリングレンズは以下
の如き特徴を有する。即ち、入射側端面および射出側端
面が互いに平行な平面であって、屈折率が光軸直交方向
に変化する屈折率分布レンズであり、少なくとも射出側
端面に反射防止膜がコーティングされている。このよう
に射出側端面に反射防止膜を設けることにより、半導体
レーザ側からの光束の「射出側端面での内部反射」が有
効に軽減される。従って、カップリングレンズの光軸を
半導体レーザからの光束の中心光線に合致させることが
でき、光軸ずれに起因する波面収差の劣化を有効に防止
でき、ゴースト光を有効に軽減できる。

【００１０】請求項２記載のカップリングレンズは以下
の如き特徴を有する。即ち、入射側端面および射出側端
面が互いに平行な平面であって、屈折率が光軸直交方向
に変化する屈折率分布レンズであり、上記両端面に反射
防止膜がコーティングされている。

【００１１】請求項１記載のカップリングレンズでは、
反射防止膜が射出側端面のみにコーティングされる場合
がある。このように片側端面にのみ反射防止膜を形成し
た場合には、カップリングレンズを組み込む場合に、う
っかり前後を間違えて反射防止膜が形成された側を光源
側に向けてしまうと、射出側端面で内部反射された光束
は光源側に戻りやすくなるため、半導体レーザの発光光
量の変動やゴースト光の影響を助長しかねない。

【００１２】請求項２記載の発明のカップリングレンズ
は各端面に反射防止膜がコーティングされているので、
屈折率分布レンズの前後を問題とせずに、光学系に組み
就けることができ、組み就けの作業性が良い。

【００１３】請求項３記載の光カップリングユニット
は、半導体レーザと、カップリングレンズと、保持手段
とを有する。「半導体レーザ」は、光源として発散性の
光束を放射する。「カップリングレンズ」は、半導体レ
ーザからの光束を他の光学系にカップリングするレンズ
であり、上記請求項１または２記載のカップリングレン
ズが用いられる。「保持手段」は、半導体レーザとカッ
プリングレンズとを保持する手段であり、半導体レーザ
の発光部がカップリングレンズの光軸上に位置し、か
つ、カップリングレンズから射出する光束が「平行光
束」となるように、半導体レーザとカップリングレンズ
とを位置合わせして一体的に保持する。

【００１４】請求項４記載の光カップリングユニット
は、半導体レーザと、カップリングレンズと、保持手段
とを有する。半導体レーザは上記請求項３記載の発明の
ものと同様であり、カップリングレンズとしては請求項
１または２記載のものが用いられる。「保持手段」は、
半導体レーザとカップリングレンズとを保持する手段で
あり、半導体レーザの発光部がカップリングレンズの光
軸上に位置し、かつ、カップリングレンズから射出する
光束が「発散性もしくは集束性の光束」となるように、
半導体レーザとカップリングレンズとを位置合わせして
一体的に保持する。

【００１５】上記請求項３または４記載の光カップリン
グユニットの保持手段には「カップリングレンズから射
出する光束のビーム整形を行うアパーチュア板」を設け
ることができる。「アパーチュア板」は、カップリング
レンズの光軸に対して傾けて設けても良いし（請求項
５）、あるいは、アパーチュア板の「少なくともカップ
リングレンズ側の面」を反射防止処理しても良い（請求
項６）。

【００１６】この発明の光走査装置は「光束を光偏向器
により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走
査面上に光スポットとして集光して光走査を行う装置」
であって、光偏向器の光源側に、請求項３または４また
は５または６記載の光カップリングユニットを用いたこ
とを特徴とする（請求項７）。この場合、光カップリン
グユニットから射出した光束は、これをそのまま光偏向
器に入射させて偏向させても良いし、あるいはシリンダ
レンズやシリンダ凹面鏡により主走査対応方向に長い線
像として、光偏向器の偏向反射面近傍に結像させるよう
にしてもよい。上記「光偏向器」としては、ポリゴンミ
ラーや回転２面鏡、回転単面鏡、ピラミダルミラー等の
公知の適宜のものを利用できる。また「走査結像光学
系」は、１枚以上のレンズあるいは結像機能を持つ凹面
鏡、さらには結像機能を持つ凹面鏡とレンズの組合せ等
として構成できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は請求項７記載の光走査装置
の実施の１形態を示している。図１(ａ)において、半導
体レーザ１０からの発散性の光束はカップリングレンズ
１２により「平行光束」にコリメートされて以後の光学
系にカップリングされる。カップリングされた平行光束
はアパーチュア板１４の開口部を通過することにより光
束周辺部を遮断されて適宜の光束断面形状に「ビーム整
形」され、シリンダレンズ１６に入射する。シリンダレ
ンズ１６は、入射光束を副走査対応方向（図面に直交す
る方向）にのみ集束させ、「光偏向器」であるポリゴン
ミラー１８の偏向反射面１８ａの近傍に主走査対応方向
に長い線像として結像させる。偏向反射面１８ａによる
反射光束は、ポリゴンミラー１８の矢印方向の等速回転
に伴い等角速度的に偏向し、先ず、集光レンズ２２を介
して受光素子２４に入射し、続いて「走査結像光学系」
である走査結像レンズ２０（単レンズの場合を示してい
るが、前述の如く、２枚以上のレンズで構成することも
できるし、結像機能を持つ凹面鏡、あるいはこのような
凹面鏡と１枚以上のレンズの組合せとして構成すること
もできる）に入射する。

【００１８】走査結像レンズ２０は偏向光束を被走査面
３０（実体的には光導電性の感光体の感光面である）上
に光スポットとして集光させ、光スポットは被走査面３
０を光走査する。走査結像レンズ３０は、光スポットに
よる光走査を等速化する機能を有する。受光素子２４か
ら発せられる受光信号は、被走査面３０の光走査におけ
る書込み開始位置Ｓを決定するための同期信号の発生に
供される。

【００１９】図１(ａ)において符号２５は「光カップリ
ングユニット」を示している。光カップリングユニット
２５は、図１(ｂ)に示すように、半導体レーザ１０とカ
ップリングレンズ１２と保持手段１１とを有する。

【００２０】カップリングレンズ１２は、図１(ｃ)に示
すように、入射側端面および射出側端面が互いに平行な
平面で、屈折率が光軸直交方向に変化する屈折率分布レ
ンズ１２Ａの射出側端面に反射防止膜１２Ｂをコーティ
ングしたものである(請求項１)。カップリングレンズ１
２は「円柱形状」である。

【００２１】保持手段１１は、ＬＤ保持部１１Ａとレン
ズ保持部１１Ｂとを有する。レンズ保持部１１Ｂには、
図１(ｂ)の右側から見た状態において「Ｕ字形状」とな
るような「溝」が形成されている。

【００２２】半導体レーザ１０をＬＤ保持部１１Ａの保
持孔にセットして固定すると、半導体レーザ１０の発光
部の位置が定まる。カップリングレンズ１２は、上記発
光部が光軸上に位置するように調整される。

【００２３】上記の如く半導体レーザ１０をＬＤ保持部
１１Ａに固定し、カップリングレンズ１２を治具（図示
されず）で保持して、その光軸上に半導体レーザ１０の
発光部が位置するように位置調整する。この状態で、カ
ップリングレンズ１２を治具により光軸方向へ変位さ
せ、カップリングレンズ１２から射出する光束が平行光
束となるようにカップリングレンズ１２を位置調整し、
調整完了後、カップリングレンズ１２を保持手段１１の
前記「溝部」に接着固定する。このようにして、保持手
段１１は「半導体レーザ１０の発光部がカップリングレ
ンズ１２の光軸上に位置し、かつ、カップリングレンズ
１２から射出する光束が平行光束となる」ように半導体
レーザ１０とカップリングレンズ１２とを一体的に保持
する（請求項３）。

【００２４】このとき、カップリングレンズ１２の反射
防止膜１２Ｂが光束射出側となるように注意する。誤っ
て反射防止膜１２Ｂを入射側にしてしまうと、前述の如
く、内部反射された光束は、光源側に形成された反射防
止膜１２Ｂの作用で光源側に戻りやすくなるため、半導
体レーザ１０の発光光量の変動やゴースト光の影響を助
長しかねない。

【００２５】このような問題を有効に防止するには、図
１(ｄ)に示すカップリングレンズ１２ａのように、レン
ズ本体である屈折率分布レンズ１２Ａの入射側および射
出側の端面に反射防止膜１２Ｃ，１２Ｂを設けたもの
（請求項２）を用いれば良い。

【００２６】図２(ａ)において、半導体レーザ（符号Ｌ
Ｄはダイオード部分を示す）の発光部１０Ａから放射さ
れた発散性の光束は屈折率分布レンズ１２Ａにより平行
光束とされる。このとき、射出側端面１２Ａ１から射出
するべき光束の一部が、不可避的に射出側端面１２Ａ１
で内部反射し、反射光束（破線で示す）はそれまでの光
路を逆にたどり、発光部１０Ａの位置する発光端面ＳＬ
の位置に集光する。

【００２７】屈折率分布レンズ１２Ａの入射側端面と射
出側端面とは「互いに平行」と言っても、実際には自と
「平行度誤差」があるので、上記反射光束は発光端面Ｌ
Ｓの発光部１０Ａとは僅かにずれたところに集光する。
このように集光した光束は、発光端面ＳＬに反射される
と正規の光束（光走査に供される光束）に対するゴース
ト光となり、被走査面上に集光する。

【００２８】この状態を図２(ｂ)に示す。符号ｂ−１で
示す曲線は「正規の光束による光スポット」の光強度分
布、符号ｂ−２で示す曲線（破線）はゴースト光が集光
した「ゴースト光スポット」の光強度分布である。被走
査面の実態をなす感光体の感光の閾値：Ｌｖが図２(ｂ)
の如くであると、正規の光スポットＳＰの近傍にゴース
ト光スポットＳＰＧが小さいスポットとして感光され、
これが前述の「画像のにじみ」を発生させる。

【００２９】しかるに、この発明のカップリングレンズ
のように、少なくとも射出側端面に反射防止膜１２Ｂが
形成されると、射出側端面１２Ａ１による内部反射が有
効に減少する。例えば「反射防止膜が無いときの透過
率」を８５％とすると、反射防止膜を設けることにより
透過率が例えば９１％程度にまで向上する。

【００３０】すると図２（ｃ）に示すように、正規の光
束による光スポットでは、強度分布曲線ｃ−１の如くに
強度が増大するが、ゴースト光スポットの光強度分布は
曲線ｃ−２で示すように減少し、強度のピークが感光の
閾値：Ｌｖ以下となって感光されなくなり、ゴースト光
による画像のにじみの問題は有効に防止される。

【００３１】例えば、反射防止膜の有無による透過率を
上記のように８５％および９１％とすると、射出側端面
による内部反射で光源側へ戻る光束は、それぞれ１５％
および９％であり、反射防止膜を用いることにより光源
側への戻り光束を３／５に低減できる訳である。この場
合、９％の光束が光源側へ戻り、発光端面ＳＬで反射さ
れて被走査面へ戻る場合を考えてみると、発光端面ＳＬ
での反射率を「仮り」に２０％、発光部と被走査面との
間の光路を通過して被走査面に到達する到達率を１０％
として、被走査面に戻る光束は０．１８％（反射防止膜
が無いと０．３％）となり、画像上にゴーストとして表
れるレベル（感光の閾値レベル）ではなくなる。

【００３２】図３は請求項４記載の発明の実施の形態を
要部のみ説明図的に示している。

【００３３】図３(ａ)において、半導体レーザ（本体Ｌ
Ｄの部分を示す）とカップリングレンズ１２もしくは１
２ａは、図示されない保持手段（図１(ｂ)に示す保持手
段１１と同様のもの）に保持される。保持手段は、半導
体レーザの発光部１０Ａがカップリングレンズ１２もし
くは１２Ａの光軸上に位置し、かつ、カップリングレン
ズ１２もしくは１２Ａから射出する光束が「集束性の光
束」となるように、半導体レーザとカップリングレンズ
とを位置合わせして一体的に保持する。

【００３４】図３(ｂ)において、半導体レーザ（本体Ｌ
Ｄの部分を示す）とカップリングレンズ１２もしくは１
２ａは、図示されない保持手段（図１(ｂ)に示す保持手
段１１と同様のもの）に保持される。保持手段は、半導
体レーザ（符号ＬＤはダイオード部分を示す）の発光部
１０Ａがカップリングレンズ１２もしくは１２Ａの光軸
上に位置し、かつ、カップリングレンズ１２もしくは１
２Ａから射出する光束が「発散性の光束」となるよう
に、半導体レーザとカップリングレンズとを位置合わせ
して一体的に保持する。

【００３５】このように、カップリングレンズから射出
する光束を「集束性または発散性」にすると（このよう
に平行光束でない光束を使用することは、カップリング
レンズ以後の光学系の設計如何により可能である）、射
出側端面で内部反射された光束は、仮令光源側へ戻って
も、発光部の発光端面ＳＬあるいはその近傍に集光する
ことが無いので、ゴースト光となって感光体を感光させ
るほど光強度を集中できない。

【００３６】従って、このようにカップリングレンズか
らの射出光束が「平行光束でない」ようにすれば、屈折
率分布レンズの端面に反射防止膜を設けなくともゴース
ト光の影響を除くことができるのであるが、反射防止膜
を設けることにより、半導体レーザの発光量の利用効率
を有効に高めることができる。

【００３７】図１(ａ)におけるビーム整形用のアパーチ
ュア板１４は一般に図４(ｃ)に示すように「適宜の形状
の開口１４Ａを穿設された金属板」である。もしアパー
チュア板１４の金属板の表面が「剥き出しの金属面」で
あると、アパーチュア板１４で反射された光束が、カッ
プリングレンズ１２もしくは１２ａを介して光源部へ戻
りゴースト光となる可能性がある。

【００３８】そこで請求項５記載の発明では、その実施
の形態を示す図４(ａ)のように、カップリングレンズ１
２もしくは１２ａから射出する光束のビーム整形を行う
アパーチュア板１４を、カップリングレンズの光軸Ａｘ
に対して傾けた状態で保持手段１１’に設ける。即ち、
保持手段の側にはアパーチュア板１４を保持する嵌合孔
１１ａが光軸Ａｘに対して傾いた状態で穿設されてお
り、この嵌合孔にアパーチュア板１４を差し込むことに
より、光軸Ａｘに対して傾いた状態で保持することがで
きるようになている。

【００３９】このようにアパーチュア板１４を光軸Ａｘ
に対して傾けておけば、アパーチュア板１４による反射
光束はカップリングレンズ１２もしくは１２ａの光軸Ａ
ｘに対して傾くので光源部へ戻ることが無い。

【００４０】図４(ｂ)は、請求項６記載の発明の光カッ
プリングユニットの実施の１形態を示している。この光
カップリングユニットでは、カップリングレンズ１２も
しくは１２ａから射出する光束のビーム整形を行うアパ
ーチュア板１４’が保持手段１１’’に設けられる。ア
パーチュア板１４’はカップリングレンズの光軸Ａｘに
対して直交するように保持されるが、アパーチュア板１
４’は「少なくともカップリングレンズ側の面が反射防
止処理（黒色塗装等）され」ており、遮光する光束を光
源側へ実質的に反射しないようになっている。

【００４１】アパーチュア板１４’は、保持手段１
１’’の保持孔１１ａ’に差し込まれて保持される。保
持孔１１ａ’は光軸Ａｘに直交するように形成されてい
る。勿論、アパーチュア板１４，１４ａを保持手段に保
持させる方法は、上記のものに限らず適宜の方法で行っ
てよい。また、図４(ａ)に示すアパーチュア板１４の光
源側の面にも反射防止処理を施してもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規なカップリングレンズ・光カップリングユニット
・光走査装置を実現できる。この発明のカップリングレ
ンズ・光カップリングユニットによれば、カップリング
レンズの射出側端面で内部反射されて光源側へ戻る光束
がゴースト光として作用し、発光量変動の原因となるの
を有効に軽減もしくは防止できる。またカップリングレ
ンズは、その光軸を中心光線に対して傾けないので、カ
ップリングされた光束の波面収差が大きく劣化すること
がない。

【００４３】このような光カップリングユニットを用い
るこの発明の光走査装置は、ゴースト光の影響を除去
し、波面収差による径状劣化や、発光量変動による光強
度変動の少ない良好な光スポットによる光走査で良好な
記録画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光走査装置の実施の１形態を説明す
るための図である。

【図２】この発明のカップリングレンズによるゴースト
光の影響の除去を説明するための図である。

【図３】請求項４記載の発明の光カップリングユニット
の実施の形態を要部のみ示す図である。

【図４】請求項５，６記載の光カップリングユニットの
実施の形態を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 半導体レーザ １２ カップリングレンズ １２Ａ 屈折率分布レンズ １２Ｂ 射出側端面に形成された反射防止膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザから放射される発散性の光束
   の上記発散性を弱め、他の光学系にカップリングするカ
   ップリングレンズであって、 入射側端面および射出側端面が互いに平行な平面で、屈
   折率が光軸直交方向に変化する屈折率分布レンズであ
   り、少なくとも射出側端面に反射防止膜がコーティング
   されていることを特徴とするカップリングレンズ。
2. 【請求項２】半導体レーザから放射される発散性の光束
   の上記発散性を弱め、他の光学系にカップリングするカ
   ップリングレンズであって、 入射側端面および射出側端面が互いに平行な平面で、屈
   折率が光軸直交方向に変化する屈折率分布レンズであ
   り、 上記両端面に反射防止膜がコーティングされていること
   を特徴とするカップリングレンズ。
3. 【請求項３】半導体レーザと、 この半導体レーザからの光束を他の光学系にカップリン
   グするカップリングレンズと、 上記半導体レーザとカップリングレンズとを保持する保
   持手段とを有し、 上記保持手段は、上記半導体レーザの発光部が上記カッ
   プリングレンズの光軸上に位置し、かつ、カップリング
   レンズから射出する光束が平行光束となるように、上記
   半導体レーザとカップリングレンズとを位置合わせして
   一体的に保持するものであり、 上記カップリングレンズが請求項１または２記載のカッ
   プリングレンズであることを特徴とする光カップリング
   ユニット。
4. 【請求項４】半導体レーザと、 この半導体レーザからの光束を他の光学系にカップリン
   グするカップリングレンズと、 上記半導体レーザとカップリングレンズとを保持する保
   持手段とを有し、 上記保持手段は、上記半導体レーザの発光部が上記カッ
   プリングレンズの光軸上に位置し、かつ、カップリング
   レンズから射出する光束が発散性もしくは集束性の光束
   となるように、上記半導体レーザとカップリングレンズ
   とを位置合わせして一体的に保持するものであり、 上記カップリングレンズが請求項１または２記載のカッ
   プリングレンズであることを特徴とする光カップリング
   ユニット。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の光カップリングユ
   ニットにおいて、 カップリングレンズから射出する光束のビーム整形を行
   うアパーチュア板が、保持手段に設けられ、 上記アパーチュア板が、上記カップリングレンズの光軸
   に対して傾けられていることを特徴とする光カップリン
   グユニット。
6. 【請求項６】請求項３または４または５記載の光カップ
   リングユニットにおいて、 カップリングレンズから射出する光束のビーム整形を行
   うアパーチュア板が、保持手段に設けられ、 上記アパーチュア板の、少なくともカップリングレンズ
   側の面が、反射防止処理されていることを特徴とする光
   カップリングユニット。
7. 【請求項７】光束を光偏向器により偏向させ、偏向光束
   を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして
   集光し、光走査を行う光走査装置であって、 光偏向器の光源側に、請求項３または４または５または
   ６記載の光カップリングユニットを用いたことを特徴と
   する光走査装置。