JPH11311748A - 光走査装置 - Google Patents
光走査装置Info
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- JPH11311748A JPH11311748A JP11915898A JP11915898A JPH11311748A JP H11311748 A JPH11311748 A JP H11311748A JP 11915898 A JP11915898 A JP 11915898A JP 11915898 A JP11915898 A JP 11915898A JP H11311748 A JPH11311748 A JP H11311748A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光学素子の部品公差のずれ（曲率半径、肉厚、
屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または環境変動（温
度、湿度等の変動）が生じても良好なビームスポットを
得ることができる、十分な深度余裕を有する光走査装置
を提供する。 【解決手段】本発明は、光源１からの光束を偏向反射面
を持つ光偏向器６により等角速度的に偏向させ、その偏
向光束を走査結像素子７により被走査面８上に光スポッ
トとして集光し、上記被走査面上を主走査方向に等速度
的に光走査を行う光走査装置において、上記光源１と光
偏向器６の間に該光源１からの光束を制限するアパーチ
ャ３を設け、該アパーチャ３の主走査方向または副走査
方向の幅をＡ、アパーチャに入射する光束の光束幅（ビ
ーム強度分布の最大値を１に正規化したとき、１／ｅ2
強度で規定される幅）をＤとしたとき、アパーチャ幅が
条件式｛０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６｝を満足すること
を特徴とする。
屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または環境変動（温
度、湿度等の変動）が生じても良好なビームスポットを
得ることができる、十分な深度余裕を有する光走査装置
を提供する。 【解決手段】本発明は、光源１からの光束を偏向反射面
を持つ光偏向器６により等角速度的に偏向させ、その偏
向光束を走査結像素子７により被走査面８上に光スポッ
トとして集光し、上記被走査面上を主走査方向に等速度
的に光走査を行う光走査装置において、上記光源１と光
偏向器６の間に該光源１からの光束を制限するアパーチ
ャ３を設け、該アパーチャ３の主走査方向または副走査
方向の幅をＡ、アパーチャに入射する光束の光束幅（ビ
ーム強度分布の最大値を１に正規化したとき、１／ｅ2
強度で規定される幅）をＤとしたとき、アパーチャ幅が
条件式｛０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６｝を満足すること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
ファクシミリ、デジタル複写機などの画像形成装置の光
走査書き込み光学系に用いられる光走査装置に関するも
のである。
ファクシミリ、デジタル複写機などの画像形成装置の光
走査書き込み光学系に用いられる光走査装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】レーザプリンタ、ファクシミリ、デジタ
ル複写機などの画像形成装置の光走査書き込み光学系に
用いられる光走査装置に関する従来技術の一例として、
１．特開平９−３０４７１４号公報には、光源手段から
出射されたレーザ光束をコリメータレンズにより略平行
光束又は集束光束とし、開口部を有する絞り部材により
該レーザ光束の光束径を整形して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
たレーザ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、光源手
段と偏向手段との光路中にレーザー光束の一部を遮光す
る遮光部を有する遮光部材を設け、該遮光部の形状を、
絞り部材の開口部に対して偏向手段の偏向方向と、偏向
方向と直交する方向との実効的な遮光径比を適切に設定
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、かつサイドローブの画像に与える悪影響
を抑え、高品質な画像を得ることが開示されている。
２．特開平４−２０９２０号公報には、レーザ光源から
発振されるビームをコリメートレンズと偏向器を介して
露光する光走査光学系において、中心部の透過率が低
く、かつ、周辺部の透過率が高い濃度フィルタをコリメ
ートレンズと偏向器との間に設け、微小ビームスポット
を得ることが開示されている。
ル複写機などの画像形成装置の光走査書き込み光学系に
用いられる光走査装置に関する従来技術の一例として、
１．特開平９−３０４７１４号公報には、光源手段から
出射されたレーザ光束をコリメータレンズにより略平行
光束又は集束光束とし、開口部を有する絞り部材により
該レーザ光束の光束径を整形して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
たレーザ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、光源手
段と偏向手段との光路中にレーザー光束の一部を遮光す
る遮光部を有する遮光部材を設け、該遮光部の形状を、
絞り部材の開口部に対して偏向手段の偏向方向と、偏向
方向と直交する方向との実効的な遮光径比を適切に設定
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、かつサイドローブの画像に与える悪影響
を抑え、高品質な画像を得ることが開示されている。
２．特開平４−２０９２０号公報には、レーザ光源から
発振されるビームをコリメートレンズと偏向器を介して
露光する光走査光学系において、中心部の透過率が低
く、かつ、周辺部の透過率が高い濃度フィルタをコリメ
ートレンズと偏向器との間に設け、微小ビームスポット
を得ることが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】画像形成装置の光走査
書き込み光学系に用いられる光走査装置では、画像信号
に応じて光変調された光源からの出射光束を、回転多面
鏡などの光偏向手段により偏向し、走査結像素子（走査
用レンズまたは走査用ミラー等）により感光体等の被走
査面上に集光して微小な光スポットを形成すると共に、
該光スポットを主走査方向に等速度的に走査して書き込
みを行い、この主走査方向の書き込み走査に合わせて被
走査面を順次副走査方向に移動させることにより画像書
き込みを行っている。
書き込み光学系に用いられる光走査装置では、画像信号
に応じて光変調された光源からの出射光束を、回転多面
鏡などの光偏向手段により偏向し、走査結像素子（走査
用レンズまたは走査用ミラー等）により感光体等の被走
査面上に集光して微小な光スポットを形成すると共に、
該光スポットを主走査方向に等速度的に走査して書き込
みを行い、この主走査方向の書き込み走査に合わせて被
走査面を順次副走査方向に移動させることにより画像書
き込みを行っている。
【０００４】ここで上記光源には、通常、半導体レーザ
（ＬＤ）が用いられるが、図２に示すように、半導体レ
ーザ（ＬＤ）１からの出射光束の光強度分布は略ガウシ
アン強度分布を有しており、また、光束の出射角が半導
体の接合面に水平な方向と直交する方向で互いに異な
り、遠視野像は楕円形状となる。このようなガウシアン
強度分布を有する半導体レーザ（ＬＤ）１を光走査装置
の光源に用いた場合、像面上（被走査面上）のビームス
ポットも略ガウシアン強度分布となる。これは半導体レ
ーザ（ＬＤ）１からの出射光束をカップリングレンズ２
で略平行光束とした光路中にアパーチャ３を設けた場合
に、該アパーチャ３での光強度分布のフランフォーファ
ー像（フーリエ変換像）が像面上ビームスポットの光強
度分布であるから、アパーチャ３での光強度分布が略ガ
ウシアン強度分布の場合、像面上もガウシアン強度分布
となるためである。
（ＬＤ）が用いられるが、図２に示すように、半導体レ
ーザ（ＬＤ）１からの出射光束の光強度分布は略ガウシ
アン強度分布を有しており、また、光束の出射角が半導
体の接合面に水平な方向と直交する方向で互いに異な
り、遠視野像は楕円形状となる。このようなガウシアン
強度分布を有する半導体レーザ（ＬＤ）１を光走査装置
の光源に用いた場合、像面上（被走査面上）のビームス
ポットも略ガウシアン強度分布となる。これは半導体レ
ーザ（ＬＤ）１からの出射光束をカップリングレンズ２
で略平行光束とした光路中にアパーチャ３を設けた場合
に、該アパーチャ３での光強度分布のフランフォーファ
ー像（フーリエ変換像）が像面上ビームスポットの光強
度分布であるから、アパーチャ３での光強度分布が略ガ
ウシアン強度分布の場合、像面上もガウシアン強度分布
となるためである。
【０００５】また、ガウシアン強度分布の深度余裕（デ
フォーカスに対するビームスポット径の余裕度）は、下
式のようにビームスポット径の自乗に比例して小さくな
ってしまう。 ２ｄ〜ｗ2／λ ・・・(２) （２ｄ：深度余裕幅、ｗ：ビームスポット径、λ：波
長） このため、ビームスポット径を小さくすると深度余裕幅
も狭くなってしまい、光学素子の部品公差のずれ（曲率
半径、肉厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または
環境変動（温度、湿度等の変動）が生じた場合に、良好
なビームスポットを得られなくなる。
フォーカスに対するビームスポット径の余裕度）は、下
式のようにビームスポット径の自乗に比例して小さくな
ってしまう。 ２ｄ〜ｗ2／λ ・・・(２) （２ｄ：深度余裕幅、ｗ：ビームスポット径、λ：波
長） このため、ビームスポット径を小さくすると深度余裕幅
も狭くなってしまい、光学素子の部品公差のずれ（曲率
半径、肉厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または
環境変動（温度、湿度等の変動）が生じた場合に、良好
なビームスポットを得られなくなる。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、光学素子の部品公差のずれ（曲率半径、肉厚、屈折
率等のずれ）や取り付け誤差、または環境変動（温度、
湿度等の変動）が生じても、良好なビームスポットを得
るための、十分な深度余裕を有する光走査装置を提供す
ることを課題（目的）とする。
り、光学素子の部品公差のずれ（曲率半径、肉厚、屈折
率等のずれ）や取り付け誤差、または環境変動（温度、
湿度等の変動）が生じても、良好なビームスポットを得
るための、十分な深度余裕を有する光走査装置を提供す
ることを課題（目的）とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明では、光源からの光束を偏向反射
面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、その偏
向光束を走査結像素子（走査用レンズまたは走査用ミラ
ー）により被走査面上に光スポットとして集光し、上記
被走査面上を主走査方向に等速度的に光走査を行う光走
査装置において、上記光源と光偏向器の間に該光源から
の光束を制限するアパーチャを設け、該アパーチャの主
走査方向または副走査方向の幅をＡ、アパーチャに入射
する光束の光束幅（ビーム強度分布の最大値を１に正規
化したとき、１／ｅ2 強度で規定される幅）をＤとした
とき、アパーチャ幅が以下の条件式(１)を満足すること
を特徴とする（請求項１）。 ０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６ ・・・(１)
の手段として、本発明では、光源からの光束を偏向反射
面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、その偏
向光束を走査結像素子（走査用レンズまたは走査用ミラ
ー）により被走査面上に光スポットとして集光し、上記
被走査面上を主走査方向に等速度的に光走査を行う光走
査装置において、上記光源と光偏向器の間に該光源から
の光束を制限するアパーチャを設け、該アパーチャの主
走査方向または副走査方向の幅をＡ、アパーチャに入射
する光束の光束幅（ビーム強度分布の最大値を１に正規
化したとき、１／ｅ2 強度で規定される幅）をＤとした
とき、アパーチャ幅が以下の条件式(１)を満足すること
を特徴とする（請求項１）。 ０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６ ・・・(１)
【０００８】さらに本発明では、上記光走査装置におい
て、条件式(１)を副走査方向のみに規定することを特徴
とする（請求項２）。
て、条件式(１)を副走査方向のみに規定することを特徴
とする（請求項２）。
【０００９】また本発明では、上記光走査装置におい
て、光源は出射ビームの遠視野像が楕円形状を有する半
導体レーザであり、その楕円ビームの長軸方向を副走査
方向に略一致させたことを特徴とする（請求項３）。
て、光源は出射ビームの遠視野像が楕円形状を有する半
導体レーザであり、その楕円ビームの長軸方向を副走査
方向に略一致させたことを特徴とする（請求項３）。
【００１０】さらにまた本発明では、上記光走査装置に
おいて、光源は出射ビームの遠視野像が楕円形状を有す
る半導体レーザであり、条件式(１)を満足するようにそ
の楕円ビームの短軸方向の光束幅を拡げることを特徴と
する（請求項４）。
おいて、光源は出射ビームの遠視野像が楕円形状を有す
る半導体レーザであり、条件式(１)を満足するようにそ
の楕円ビームの短軸方向の光束幅を拡げることを特徴と
する（請求項４）。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作及び作
用について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発
明に係る光走査装置の一例を示す光学系の概略図であ
る。図１において、光源である半導体レーザ（ＬＤ）１
からの光束は、カップリングレンズ２により以降の光学
系にカップリングされ、カップリングされた光束は略平
行光束（平行光束または弱い発散性の光束、もしくは弱
い集束性の光束）となり、ビーム整形用のアパーチャ３
により光束周辺部分を遮光されて適当な光束断面形状と
され、シリンダレンズ４に入射し、シリンダレンズ４に
より副走査方向（図面に直交する方向）に集束され、ミ
ラー５で反射されて回転多面鏡（ポリゴンミラー）等か
らなる光偏向器６の偏向反射面近傍に、主走査方向に長
い線像として結像した後、光偏向器６により等角速度的
に偏向される。そして、光偏向器６により等角速度的に
偏向された偏向光束は、走査用レンズ７を透過し、被走
査面８（例えば、光導電性の感光体の感光面）上に光ス
ポットとして集光し、被走査面８上を等速度的に主走査
方向に光走査する。
用について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発
明に係る光走査装置の一例を示す光学系の概略図であ
る。図１において、光源である半導体レーザ（ＬＤ）１
からの光束は、カップリングレンズ２により以降の光学
系にカップリングされ、カップリングされた光束は略平
行光束（平行光束または弱い発散性の光束、もしくは弱
い集束性の光束）となり、ビーム整形用のアパーチャ３
により光束周辺部分を遮光されて適当な光束断面形状と
され、シリンダレンズ４に入射し、シリンダレンズ４に
より副走査方向（図面に直交する方向）に集束され、ミ
ラー５で反射されて回転多面鏡（ポリゴンミラー）等か
らなる光偏向器６の偏向反射面近傍に、主走査方向に長
い線像として結像した後、光偏向器６により等角速度的
に偏向される。そして、光偏向器６により等角速度的に
偏向された偏向光束は、走査用レンズ７を透過し、被走
査面８（例えば、光導電性の感光体の感光面）上に光ス
ポットとして集光し、被走査面８上を等速度的に主走査
方向に光走査する。
【００１２】ここで、図２は上記光走査装置に用いられ
る半導体レーザの概略図を示しており、半導体レーザ１
は活性層をクラッド層で挾み込んだ構造をしており、活
性層から出射するレーザ光束の遠視野像（ファーフィー
ルドパターン）は楕円形状をなしており、その長軸方向
は活性層の接合面に垂直な方向を向いている。一方、レ
ーザは波動光学的には一般に２０ｄＢの消光比を有する
直線偏光であり、その振動方向は活性層の接合面に平行
である。
る半導体レーザの概略図を示しており、半導体レーザ１
は活性層をクラッド層で挾み込んだ構造をしており、活
性層から出射するレーザ光束の遠視野像（ファーフィー
ルドパターン）は楕円形状をなしており、その長軸方向
は活性層の接合面に垂直な方向を向いている。一方、レ
ーザは波動光学的には一般に２０ｄＢの消光比を有する
直線偏光であり、その振動方向は活性層の接合面に平行
である。
【００１３】［請求項１の説明］図３（ａ），（ｂ）に
示ように、アパーチャ３に入射する前の光束が略ガウシ
アン強度分布を有しているものとすると、アパーチャ３
で裾野の光束をカットする（アポタイゼーションを大き
くする）事によりアパーチャ３からの出射光束は矩形強
度分布に近づいてくる。矩形強度分布の像面上のフラン
フォーファー像は、ガウシアンではなく、中心のエネル
ギー密度が高いビームスポット像となる。この強度分布
は鍋底の深度曲線を有し、デフォーカスに対する許容度
が大きい。従って、光学素子の部品公差のずれ（曲率半
径、肉厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または環
境変動（温度、湿度等の変動）が生じても良好なビーム
スポットを得ることが可能となる。
示ように、アパーチャ３に入射する前の光束が略ガウシ
アン強度分布を有しているものとすると、アパーチャ３
で裾野の光束をカットする（アポタイゼーションを大き
くする）事によりアパーチャ３からの出射光束は矩形強
度分布に近づいてくる。矩形強度分布の像面上のフラン
フォーファー像は、ガウシアンではなく、中心のエネル
ギー密度が高いビームスポット像となる。この強度分布
は鍋底の深度曲線を有し、デフォーカスに対する許容度
が大きい。従って、光学素子の部品公差のずれ（曲率半
径、肉厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または環
境変動（温度、湿度等の変動）が生じても良好なビーム
スポットを得ることが可能となる。
【００１４】ここで、アパーチャ３の主走査方向または
副走査方向の幅をＡ、アパーチャ３に入射する光束の光
束幅（ビーム強度分布の最大値を１に正規化したとき、
１／ｅ2 強度で規定される幅）をＤとしたとき、アパー
チャ幅が以下の条件式(１)を満足することが望ましい。 ０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６ ・・・(１)
副走査方向の幅をＡ、アパーチャ３に入射する光束の光
束幅（ビーム強度分布の最大値を１に正規化したとき、
１／ｅ2 強度で規定される幅）をＤとしたとき、アパー
チャ幅が以下の条件式(１)を満足することが望ましい。 ０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６ ・・・(１)
【００１５】ここでＡ／Ｄが上限値の０．６より大きく
なるとアポタイゼーションの効果が十分でなく、深度の
深いビームスポットを得ることが困難となる。一方、下
限の０．２より小さくなると、アポタイゼーションが大
きすぎるため、アパーチャでの光量ロスが大きくなり、
高速書き込みに適した光学系を提供することが難しくな
る。
なるとアポタイゼーションの効果が十分でなく、深度の
深いビームスポットを得ることが困難となる。一方、下
限の０．２より小さくなると、アポタイゼーションが大
きすぎるため、アパーチャでの光量ロスが大きくなり、
高速書き込みに適した光学系を提供することが難しくな
る。
【００１６】［実施例１］次に本発明の説明のため、図
１に示す光走査装置の具体的な実施例を挙げる。本実施
例の光学系は、光源として発光波長：７８０ｎｍの半導
体レーザ１を用い、半導体レーザ１から出射されカップ
リングレンズ２によりカップリングされた光束は、弱い
集束性の光束を用いており、その自然集光点は、光偏向
器６の偏光反射面位置から被走査面８へ向かって距離：
３１２ｍｍの位置においている。また、アパーチャ３は
長方形形状等の適宜の開口を有している。
１に示す光走査装置の具体的な実施例を挙げる。本実施
例の光学系は、光源として発光波長：７８０ｎｍの半導
体レーザ１を用い、半導体レーザ１から出射されカップ
リングレンズ２によりカップリングされた光束は、弱い
集束性の光束を用いており、その自然集光点は、光偏向
器６の偏光反射面位置から被走査面８へ向かって距離：
３１２ｍｍの位置においている。また、アパーチャ３は
長方形形状等の適宜の開口を有している。
【００１７】アパーチャ３以下、被走査面８に至る光軸
上の距離を図１に示す如く、添字をｉとしてｄi（ｉ＝
０〜５）とし、シリンダレンズ４の入射側面（シリンダ
レンズ１面）、射出側面（シリンダレンズ２面）、光偏
向器６の偏光反射面、走査用レンズ７の光偏向器側面
（走査用レンズ１面）及び被走査面側の面（走査用レン
ズ２面）及び被走査面８を順次、面番号：ｉ＝１〜５と
する。また、シリンダレンズ４及び走査用レンズ７の主
・副走査方向の曲率半径（走査用レンズ７については近
軸曲率半径）を、面番号：ｉを添字として、Ｒi，ｒiと
し、これらレンズの屈折率をＮで表示すると、図１の光
学系配置は以下の如くになる。尚、図１に示す書き込み
幅ＷはＷ＝２１６ｍｍである。
上の距離を図１に示す如く、添字をｉとしてｄi（ｉ＝
０〜５）とし、シリンダレンズ４の入射側面（シリンダ
レンズ１面）、射出側面（シリンダレンズ２面）、光偏
向器６の偏光反射面、走査用レンズ７の光偏向器側面
（走査用レンズ１面）及び被走査面側の面（走査用レン
ズ２面）及び被走査面８を順次、面番号：ｉ＝１〜５と
する。また、シリンダレンズ４及び走査用レンズ７の主
・副走査方向の曲率半径（走査用レンズ７については近
軸曲率半径）を、面番号：ｉを添字として、Ｒi，ｒiと
し、これらレンズの屈折率をＮで表示すると、図１の光
学系配置は以下の如くになる。尚、図１に示す書き込み
幅ＷはＷ＝２１６ｍｍである。
【００１８】 ｉ Ｒi ｒi ｄi Ｎ ０ 45.000 （アパーチャ） １ ∞ 27.150 3.000 1.51125 （シリンダレンズ１面） ２ ∞ ∞ 50.000 （シリンダレンズ２面） ３ ∞ ∞ 33.112 （偏光反射面） ４ 160.325 -108.60 13.500 1.51933 （走査用レンズ１面） ５ -139.260 -15.200 128.90 （走査用レンズ２面）。
【００１９】走査用レンズ７は、その光軸を含み主走査
方向に平行な面内（図１の紙面に平行な面内）における
形状が、両面とも、光軸方向にＸ軸、光軸直交方向にＹ
軸を取るとき、Ｒi を上記近軸曲率半径とし、Ｋi，
Ａi，Ｂi，Ｃi，Ｄi，・・・を定数として、下式で表さ
れる非円弧形状を有している。 Ｘ＝Ｙ2／［Ｒi＋Ｒi√{１−(１＋Ｋi)(Ｙ／Ｒi)2}］＋
Ａi・Ｙ4＋Ｂi・Ｙ6＋Ｃi・Ｙ8＋Ｄi・Ｙ10＋・・・
方向に平行な面内（図１の紙面に平行な面内）における
形状が、両面とも、光軸方向にＸ軸、光軸直交方向にＹ
軸を取るとき、Ｒi を上記近軸曲率半径とし、Ｋi，
Ａi，Ｂi，Ｃi，Ｄi，・・・を定数として、下式で表さ
れる非円弧形状を有している。 Ｘ＝Ｙ2／［Ｒi＋Ｒi√{１−(１＋Ｋi)(Ｙ／Ｒi)2}］＋
Ａi・Ｙ4＋Ｂi・Ｙ6＋Ｃi・Ｙ8＋Ｄi・Ｙ10＋・・・
【００２０】尚、上記曲率半径：Ｒi 及び定数：Ｋi，
Ａi，Ｂi，Ｃi，Ｄi，・・・（光偏向器側面（第１面）
につきｉ＝４、被走査面側面（第２面）につきｉ＝５）
は以下の値を持つ。
Ａi，Ｂi，Ｃi，Ｄi，・・・（光偏向器側面（第１面）
につきｉ＝４、被走査面側面（第２面）につきｉ＝５）
は以下の値を持つ。
【００２１】第１面： Ｒ4＝１６０．３２５，Ｋ4＝−５８．３８，Ａ4＝−
９．２２９２３×１０~7，Ｂ4＝３．６５５１５×１０~
10，Ｃ4＝−８．３４３５５×１０~14，Ｄ4＝１．１１
３００×１０~17。 第２面： Ｒ5＝−１３９．２６，Ｋ5＝４．８３００，Ａ5＝−
９．７１３４８×１０~7，Ｂ5＝２．３７００×１０
~10，Ｃ5＝−８．０６０１４×１０~14，Ｄ5＝２．６５
００×１０~17。
９．２２９２３×１０~7，Ｂ4＝３．６５５１５×１０~
10，Ｃ4＝−８．３４３５５×１０~14，Ｄ4＝１．１１
３００×１０~17。 第２面： Ｒ5＝−１３９．２６，Ｋ5＝４．８３００，Ａ5＝−
９．７１３４８×１０~7，Ｂ5＝２．３７００×１０
~10，Ｃ5＝−８．０６０１４×１０~14，Ｄ5＝２．６５
００×１０~17。
【００２２】一方、走査用レンズ７の両面は、光軸と副
走査方向とに平行な平面による仮想的な断面における副
走査曲率半径：ｒi(Ｙ) が、上記Ｙ座標を用いて下式で
表される（光偏向器側面（第１面）につきｉ＝４、被走
査面側面（第２面）につきｉ＝５）。 ｒi(Ｙ)＝ｒi(０)＋Σａij・Ｙ＾(2j) 尚、式中の「Ｙ＾(2j)」はＹの2j乗を表す。また、和の
項は添字：ｊ（正の整数１，２，３，・・・）について
取る。
走査方向とに平行な平面による仮想的な断面における副
走査曲率半径：ｒi(Ｙ) が、上記Ｙ座標を用いて下式で
表される（光偏向器側面（第１面）につきｉ＝４、被走
査面側面（第２面）につきｉ＝５）。 ｒi(Ｙ)＝ｒi(０)＋Σａij・Ｙ＾(2j) 尚、式中の「Ｙ＾(2j)」はＹの2j乗を表す。また、和の
項は添字：ｊ（正の整数１，２，３，・・・）について
取る。
【００２３】第１面： ｒ4(０)＝−１０８．６００，ａ41＝０．７８０３０×
１０~1，ａ42＝−３．１５０１５×１０~4，ａ43＝０．
８１６８３×１０~6，ａ44＝−０．１１０１４×１０
~8，ａ45＝０．７３５２×１０~12，ａ46＝−０．１８
８０２×１０~15。 第２面： ｒ5(０)＝−１５．２００，ａ51＝−０．１６８７３×
１０~2，ａ52＝０．３４１９４×１０~5，ａ53＝−０．
４２８９９×１０~8，ａ54＝０．５６３４０×１０
~11，ａ55＝−０．４１８９０×１０~14，ａ56＝０．１
２９６６×１０~17。
１０~1，ａ42＝−３．１５０１５×１０~4，ａ43＝０．
８１６８３×１０~6，ａ44＝−０．１１０１４×１０
~8，ａ45＝０．７３５２×１０~12，ａ46＝−０．１８
８０２×１０~15。 第２面： ｒ5(０)＝−１５．２００，ａ51＝−０．１６８７３×
１０~2，ａ52＝０．３４１９４×１０~5，ａ53＝−０．
４２８９９×１０~8，ａ54＝０．５６３４０×１０
~11，ａ55＝−０．４１８９０×１０~14，ａ56＝０．１
２９６６×１０~17。
【００２４】以上の一覧のデータを元に、主走査方向８
０μｍ、副走査方向８０μｍのビームスポット径を狙っ
たときのＬＳＦ（Ｌine Ｓpread Ｆunction）シミュレ
ーションによる、１／ｅ2 径（図３（ａ）のように、ビ
ーム強度分布の最大値を１に正規化したときの、０．１
３５強度でのビーム径）を像高：Ｈ＝０にて評価したと
きの値を下記の表１に示す。さらに、それを深度曲線に
表したものを図４に示す。
０μｍ、副走査方向８０μｍのビームスポット径を狙っ
たときのＬＳＦ（Ｌine Ｓpread Ｆunction）シミュレ
ーションによる、１／ｅ2 径（図３（ａ）のように、ビ
ーム強度分布の最大値を１に正規化したときの、０．１
３５強度でのビーム径）を像高：Ｈ＝０にて評価したと
きの値を下記の表１に示す。さらに、それを深度曲線に
表したものを図４に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１及び図４から明らかなように、アパー
チャ３によるアポダイゼーションが大きいほど（Ａ／Ｄ
が小さいほど）、デフォーカスが生じても、ビームスポ
ット径の太りが生じにくいことが分かる。
チャ３によるアポダイゼーションが大きいほど（Ａ／Ｄ
が小さいほど）、デフォーカスが生じても、ビームスポ
ット径の太りが生じにくいことが分かる。
【００２７】［請求項２の説明］半導体レーザ（ＬＤ）
１は、前述したように一般に遠視野像が楕円形状をして
おり、請求項１の条件を主走査方向、副走査方向のどち
らにも満足することは難しい。一方、光偏向器６以降の
走査光学系は、光偏向器６の偏向反射面の面倒れによる
走査位置ずれを抑えるために、副走査方向において偏向
反射面と像面を略幾何光学的に共役関係に設計されるの
が普通である。従って、副走査方向の光学倍率は主走査
方向より大きくなりやすく、光学素子の部品公差のずれ
（曲率半径、肉厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、
または環境変動（温度、湿度等の変動）による像面上の
結像位置ずれを発生しやすい。そこで本発明では、副走
査方向に対してのみ条件式（１）を満足する構成とする
ことにより、副走査方向に対して十分な深度余裕を有す
る光学系を実現するものである。
１は、前述したように一般に遠視野像が楕円形状をして
おり、請求項１の条件を主走査方向、副走査方向のどち
らにも満足することは難しい。一方、光偏向器６以降の
走査光学系は、光偏向器６の偏向反射面の面倒れによる
走査位置ずれを抑えるために、副走査方向において偏向
反射面と像面を略幾何光学的に共役関係に設計されるの
が普通である。従って、副走査方向の光学倍率は主走査
方向より大きくなりやすく、光学素子の部品公差のずれ
（曲率半径、肉厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、
または環境変動（温度、湿度等の変動）による像面上の
結像位置ずれを発生しやすい。そこで本発明では、副走
査方向に対してのみ条件式（１）を満足する構成とする
ことにより、副走査方向に対して十分な深度余裕を有す
る光学系を実現するものである。
【００２８】［請求項３の説明］請求項２の構成を実現
する手段として、半導体レーザ（ＬＤ）１からの楕円形
状の遠視野像の長軸方向を副走査方向に一致させること
により、副走査方向のアポダイゼーションが大きくなる
ので、例えば半導体レーザ（ＬＤ）を光軸周りに回転さ
せることなどにより、容易に副走査方向のビームスポッ
ト径に対し深度余裕を確保することができる。本発明の
実施例を以下の「実施例２」に示す。
する手段として、半導体レーザ（ＬＤ）１からの楕円形
状の遠視野像の長軸方向を副走査方向に一致させること
により、副走査方向のアポダイゼーションが大きくなる
ので、例えば半導体レーザ（ＬＤ）を光軸周りに回転さ
せることなどにより、容易に副走査方向のビームスポッ
ト径に対し深度余裕を確保することができる。本発明の
実施例を以下の「実施例２」に示す。
【００２９】［実施例２］光走査装置の構成は図１と同
じであり、光学系配置、及びレンズデータ等は実施例１
と同じものを用い、半導体レーザ（ＬＤ）１は遠視野像
の楕円形状の発散角が１／２強度全角において、長軸方
向発散角（１／２強度全角）θl：３０度、短軸方向発
散角（１／２強度全角）θs：１０度を用いるものとす
る。従って、半導体レーザ（ＬＤ）１の発散強度がガウ
シアン強度分布とすると、１／ｅ2 に換算するためには
近似的に下式が成り立つ。 長軸方向発散角（１／ｅ2 強度全角）θel： θel＝θl・√(２／ｌｎ２)＝(３０)・(１．６９８)＝
５０．９６[°] 短軸方向発散角（１／ｅ2 強度全角）θes： θes＝θs・√(２／ｌｎ２)＝(１０)・(１．６９８)＝
１６．９８[°]
じであり、光学系配置、及びレンズデータ等は実施例１
と同じものを用い、半導体レーザ（ＬＤ）１は遠視野像
の楕円形状の発散角が１／２強度全角において、長軸方
向発散角（１／２強度全角）θl：３０度、短軸方向発
散角（１／２強度全角）θs：１０度を用いるものとす
る。従って、半導体レーザ（ＬＤ）１の発散強度がガウ
シアン強度分布とすると、１／ｅ2 に換算するためには
近似的に下式が成り立つ。 長軸方向発散角（１／ｅ2 強度全角）θel： θel＝θl・√(２／ｌｎ２)＝(３０)・(１．６９８)＝
５０．９６[°] 短軸方向発散角（１／ｅ2 強度全角）θes： θes＝θs・√(２／ｌｎ２)＝(１０)・(１．６９８)＝
１６．９８[°]
【００３０】さらに、アパーチャ３への入射光束の１／
ｅ2 強度での光束幅は、カップリングレンズ２の焦点距
離ｆ＝８ｍｍを用いたとすると、近似的に下式で表され
る。 長軸方向光束幅（１／ｅ2 強度）＝２ｆ・sin(θel／
２)＝６．８８[ｍｍ] 短軸方向光束幅（１／ｅ2 強度）＝２ｆ・sin(θes／
２)＝２．３５[ｍｍ］
ｅ2 強度での光束幅は、カップリングレンズ２の焦点距
離ｆ＝８ｍｍを用いたとすると、近似的に下式で表され
る。 長軸方向光束幅（１／ｅ2 強度）＝２ｆ・sin(θel／
２)＝６．８８[ｍｍ] 短軸方向光束幅（１／ｅ2 強度）＝２ｆ・sin(θes／
２)＝２．３５[ｍｍ］
【００３１】以上のデータを元に、主走査方向８０μ
ｍ、副走査方向８０μｍのビームスポット径を狙ったと
きのＬＳＦ（Ｌｉｎｅ Ｓpread Ｆunction）シミュレ
ーションによる、１／ｅ2 径（図３（ａ）のように、ビ
ーム強度分布の最大値を１に正規化したときの、０．１
３５強度でのビーム径）を像高：Ｈ＝０にて評価したと
きの値を下記の表２に示す。さらに、それを深度曲線に
表したものを図５に示す。
ｍ、副走査方向８０μｍのビームスポット径を狙ったと
きのＬＳＦ（Ｌｉｎｅ Ｓpread Ｆunction）シミュレ
ーションによる、１／ｅ2 径（図３（ａ）のように、ビ
ーム強度分布の最大値を１に正規化したときの、０．１
３５強度でのビーム径）を像高：Ｈ＝０にて評価したと
きの値を下記の表２に示す。さらに、それを深度曲線に
表したものを図５に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】上記表２において、ＬＤ楕円長軸方向の０
度はＬＤ出射光束の楕円形状遠視野像の長軸を主走査方
向に一致させた場合であり、９０度は副走査方向に一致
させた場合を示している。また、アパーチャ幅、入射光
束幅、デフォーカスの単位は[mm]、ビースポット径の単
位は[μm]である。
度はＬＤ出射光束の楕円形状遠視野像の長軸を主走査方
向に一致させた場合であり、９０度は副走査方向に一致
させた場合を示している。また、アパーチャ幅、入射光
束幅、デフォーカスの単位は[mm]、ビースポット径の単
位は[μm]である。
【００３４】表２及び図５から明らかなように、半導体
レーザ（ＬＤ）を光軸周りに回転させ、楕円形状の遠視
野像の長軸を副走査方向に一致させることにより、副走
査方向の深度余裕が増していることが分かる。一方、主
走査方向の深度余裕はかえって小さくなっているが、前
述のように主走査方向の結像位置ずれは副走査方向より
も通常小さいため、本実施例の深度余裕は十分に確保で
きている。
レーザ（ＬＤ）を光軸周りに回転させ、楕円形状の遠視
野像の長軸を副走査方向に一致させることにより、副走
査方向の深度余裕が増していることが分かる。一方、主
走査方向の深度余裕はかえって小さくなっているが、前
述のように主走査方向の結像位置ずれは副走査方向より
も通常小さいため、本実施例の深度余裕は十分に確保で
きている。
【００３５】［請求項４の説明］半導体レーザ（ＬＤ）
は、前述のように一般に遠視野像が楕円形状をしてお
り、請求項１の条件を主走査方向、副走査方向のどちら
にも満足することは難しいが、請求項１の条件を実現す
る別の手段として、条件式(１)を満足するようにその楕
円ビームの短軸方向の光束幅を拡げる方法がある。より
具体的には、光走査装置の光路中にビームエクスパンダ
ーまたはビーム整形プリズム等を配置し、レーザ光束の
楕円形状の遠視野像の短軸方向をビームエクスパンダー
またはビーム整形プリズムなどで拡げることにより、容
易に条件式（１）を満足する光学系を得ることが可能と
なる。
は、前述のように一般に遠視野像が楕円形状をしてお
り、請求項１の条件を主走査方向、副走査方向のどちら
にも満足することは難しいが、請求項１の条件を実現す
る別の手段として、条件式(１)を満足するようにその楕
円ビームの短軸方向の光束幅を拡げる方法がある。より
具体的には、光走査装置の光路中にビームエクスパンダ
ーまたはビーム整形プリズム等を配置し、レーザ光束の
楕円形状の遠視野像の短軸方向をビームエクスパンダー
またはビーム整形プリズムなどで拡げることにより、容
易に条件式（１）を満足する光学系を得ることが可能と
なる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
光走査装置では、光源と光偏向器の間に該光源からの光
束を制限するアパーチャを設け、該アパーチャの主走査
方向または副走査方向の幅をＡ、アパーチャに入射する
光束の光束幅（ビーム強度分布の最大値を１に正規化し
たとき、１／ｅ2 強度で規定される幅）をＤとしたと
き、アパーチャ幅が条件式、 ０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６ ・・・(１) を満足することにより、デフォーカスに対する許容度が
大きくなり、光学素子の部品公差ずれ（曲率半径、肉
厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または環境変動
（温度、湿度等）が生じても、良好なビームスポットを
得ることが可能となる。
光走査装置では、光源と光偏向器の間に該光源からの光
束を制限するアパーチャを設け、該アパーチャの主走査
方向または副走査方向の幅をＡ、アパーチャに入射する
光束の光束幅（ビーム強度分布の最大値を１に正規化し
たとき、１／ｅ2 強度で規定される幅）をＤとしたと
き、アパーチャ幅が条件式、 ０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６ ・・・(１) を満足することにより、デフォーカスに対する許容度が
大きくなり、光学素子の部品公差ずれ（曲率半径、肉
厚、屈折率等のずれ）や取り付け誤差、または環境変動
（温度、湿度等）が生じても、良好なビームスポットを
得ることが可能となる。
【００３７】請求項２に記載の光走査装置では、請求項
１における条件式(１)を副走査方向のみに規定すること
により、副走査方向に対して十分な深度余裕を有する光
学系を実現することができる。
１における条件式(１)を副走査方向のみに規定すること
により、副走査方向に対して十分な深度余裕を有する光
学系を実現することができる。
【００３８】請求項３に記載の光走査装置では、請求項
２の光走査装置において、光源は出射ビームの遠視野像
が楕円形状を有する半導体レーザであり、その楕円ビー
ムの長軸方向を副走査方向に略一致させたことにより、
容易に副走査方向のビームスポット径に対し深度余裕を
確保することができる。
２の光走査装置において、光源は出射ビームの遠視野像
が楕円形状を有する半導体レーザであり、その楕円ビー
ムの長軸方向を副走査方向に略一致させたことにより、
容易に副走査方向のビームスポット径に対し深度余裕を
確保することができる。
【００３９】請求項４に記載の光走査装置では、請求項
１の光走査装置において、光源は出射ビームの遠視野像
が楕円形状を有する半導体レーザであり、条件式(１)を
満足するようにその楕円ビームの短軸方向の光束幅を拡
げることにより、容易に条件式（１）を満足する光学系
を得ることが可能となる。
１の光走査装置において、光源は出射ビームの遠視野像
が楕円形状を有する半導体レーザであり、条件式(１)を
満足するようにその楕円ビームの短軸方向の光束幅を拡
げることにより、容易に条件式（１）を満足する光学系
を得ることが可能となる。
【図１】本発明に係る光走査装置の一例を示す光学系の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】光走査装置に用いられる半導体レーザの概略及
び遠視野像の説明図である。
び遠視野像の説明図である。
【図３】半導体レーザからの出射光束の強度分布と、ア
パーチャで裾野の光束をカットした場合のアポダイゼー
ションの効果の説明図である。
パーチャで裾野の光束をカットした場合のアポダイゼー
ションの効果の説明図である。
【図４】アポダイゼーション（Ａ／Ｄ）による深度余裕
の比較結果を示す図であり、（ａ）は主走査方向の深度
曲線を示す図、（ｂ）は副走査方向の深度曲線を示す図
である。
の比較結果を示す図であり、（ａ）は主走査方向の深度
曲線を示す図、（ｂ）は副走査方向の深度曲線を示す図
である。
【図５】半導体レーザ（ＬＤ）の回転有無による深度余
裕の比較結果を示す図であり、（ａ）は主走査方向の深
度曲線を示す図、（ｂ）は副走査方向の深度曲線を示す
図である。
裕の比較結果を示す図であり、（ａ）は主走査方向の深
度曲線を示す図、（ｂ）は副走査方向の深度曲線を示す
図である。
１ 半導体レーザ（ＬＤ） ２ カップリングレンズ ３ アパーチャ ４ シリンダレンズ ５ ミラー ６ 光偏向器 ７ 走査用レンズ ８ 被走査面
Claims (4)
- 【請求項１】光源からの光束を偏向反射面を持つ光偏向
器により等角速度的に偏向させ、その偏向光束を走査結
像素子（走査用レンズまたは走査用ミラー）により被走
査面上に光スポットとして集光し、上記被走査面上を主
走査方向に等速度的に光走査を行う光走査装置におい
て、 上記光源と光偏向器の間に該光源からの光束を制限する
アパーチャを設け、該アパーチャの主走査方向または副
走査方向の幅をＡ、アパーチャに入射する光束の光束幅
（ビーム強度分布の最大値を１に正規化したとき、１／
ｅ2 強度で規定される幅）をＤとしたとき、アパーチャ
幅が以下の条件式(１)を満足することを特徴とする光走
査装置。 ０．２ ＜ Ａ／Ｄ ＜ ０．６ ・・・(１) - 【請求項２】請求項１に記載の光走査装置において、条
件式(１)を副走査方向のみに規定することを特徴とする
光走査装置。 - 【請求項３】請求項２に記載の光走査装置において、光
源は出射ビームの遠視野像が楕円形状を有する半導体レ
ーザであり、その楕円ビームの長軸方向を副走査方向に
略一致させたことを特徴とする光走査装置。 - 【請求項４】請求項１に記載の光走査装置において、光
源は出射ビームの遠視野像が楕円形状を有する半導体レ
ーザであり、条件式(１)を満足するようにその楕円ビー
ムの短軸方向の光束幅を拡げることを特徴とする光走査
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11915898A JPH11311748A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11915898A JPH11311748A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 光走査装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11311748A true JPH11311748A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14754365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11915898A Pending JPH11311748A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 光走査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11311748A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008175919A (ja) * | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2015125210A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | キヤノン株式会社 | 走査光学装置及びそれを有する画像形成装置 |
| WO2016075822A1 (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-19 | 富士機械製造株式会社 | 配線基板作製方法および配線基板作製装置 |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP11915898A patent/JPH11311748A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008175919A (ja) * | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2015125210A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | キヤノン株式会社 | 走査光学装置及びそれを有する画像形成装置 |
| US9217863B2 (en) | 2013-12-26 | 2015-12-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical system and image forming apparatus including the same |
| WO2016075822A1 (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-19 | 富士機械製造株式会社 | 配線基板作製方法および配線基板作製装置 |
| JPWO2016075822A1 (ja) * | 2014-11-14 | 2017-08-17 | 富士機械製造株式会社 | 配線基板作製方法および配線基板作製装置 |
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