JPS61126528A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザを利用したレーザビームプリン
タ等に用いる、レーザ光走査のための光走査装置に関す
る。

さらに詳述すると、半導体レーザからのレーザ光を露光
体上に結像させる「θレンズ等の結像レンズ１．及び、
結像されたレーザ光を露光体上に走査させるポリゴンミ
ラー等の光走査器を備えた光走査装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザ光走査技術を用いたレーザビームプリンタ等の装
置は、処理速度及び解像度を共に大幅に上げることがで
きることから、開発が急速に進んでいる。　これらの装
置において、扱う情報量の増大や画質の向上をもたらす
要因である高い解像度を得るためには、結像レンズによ
って露光体上に結像するレーザ光のスポ−／　）を、任
意の大きさに設定制御する必要がある。

一方、近年、半導体レーザが、レーザビームプリンタや
レーザディスク等のレーザ光走査技術を用いた装置の光
源として多用されている。

半導体レーザは、小型、高効率、高速、安定であり、自
己変調も可能であるという大きな利点のある反面、次の
ような特性を有している。

即ち、半導体レーザから発振されるレーザ光は、その活
性領域（Ｔ）が接合面に直交する方向に対して極めて狭
いため、第２図に示すように、ファーフィールドパター
ンが接合面に直交する方向（図中Ｙ方向）に長い楕円形
状を呈している。

また、半導体レーザの活性領域を形成するに際し、接合
面に平行な方向に対しては、エツチング技術によって比
較的容易に精度を高めることができるのに比して、接合
面に直交する方向に対する精度は、成長条件に依存し、
しかもサブミクロンオーダでこの成長条件を制御するこ
とは極めて困難である。　従って、特に、接合面に直交
する方向に対して、個体間で、発振レーザ光の拡がり角
が大きくバラツクこととなる。

そこで、上述したような特性を持つ半導体レーザからの
レーザ光を、露光体上に結像させて得られるスポットの
大きさを最適にするために、種々の提案がなされている
。

例えば、レーザ光源と光走査器との間にシリンドリカル
ズームレンズを配したものがある。

このものは、シリンドリカルズームレンズによってレー
ザ光の接合面に直交する方向に対してのみ形状変換を行
って、スポット形状を適切な楕円比を持ったものにする
とともに、ズーム作用によって、接合面に直交する方向
に対する変換率を変化させて、半導体レーザ個体間での
この方向に対するバラツキに拘らず、常に最適なスポッ
ト形状が得られるようにしたものである（特開昭５７−
３５８２４号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一方、レーザビームプリンタ等のレーザ光走査技術を用
いた装置においては、解決すべき今一つの課題がある。

　即ち、結像されたレーザ光を露光体上に走査させる光
走査器は、一般的に高速回転するポリゴンミラーが使わ
れる事が多い、　例えば、このポリゴンミラーにおいて
、各反射面の回転中心に対する傾き誤差があると、露光
体上で走査ムラが生じる。　走査ムラを防止するために
は、鏡面の加工精度を上げて傾き誤差をなくせばよいが
、コスト高となりがちであることから、種々の方式によ
って補正する事が多い。　例えば、レーザ光の光路内に
レンズ群を設けて補正する方式や、偏向器によって入射
角度を変えて補正する方式等、種々の方式が既に知られ
ている。

つまり、上述した従来構成によるものにおいては、シリ
ンドリカルズームレンズによってレーザ光に対する形状
変換を行った後、さらに、光走査器に対する補正を行う
必要がある。　そのため、光走査装置全体として、コン
パクト化が防げられるとともに、レンズ等の部品数増加
によってコスト高となっていた。

本発明の目的は、上述の実情に鑑み、半導体レーザから
発振されるレーザ光の露光体上でのスポット形状を常に
適切に変換するための構成、及び、光走査器の傾き誤差
を補正するための構成を、光走査装置全体がコンパクト
で、かつ、コストダウンの計れるものにすることにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による光走査装置の特徴構成は、レーザ光の伝播
方向に対して各別に位置変更固定自在な複数枚のアナモ
フィックレンズからなる可動レンズユニット、及び、レ
ーザ光の伝播方向に対して位置固定したアナモフィック
レンズからなる固定レンズユニット、によってアナモフ
ィックズームレンズを構成し、このアナモフィックズー
ムレンズを、結像レンズにより結像された半導体レーザ
からのレーザ光を露光体上に走査させる光走査器がこの
アナモフィックズームレンズの両レンズユニット間に位
置するように設けるとともに、半導体レーザの接合面に
直交する方向、アナモフィックズームレンズによる屈折
力の大きい方向、及び、露光体上における副走査方向を
全て一致させたことにある。

〔作　用〕

つまり、光走査器に対する傾きの補正は、専ら反射面等
の製作誤差が影響する、走査方向と直交する方向、即ち
、副走査方向に対して行う必要があり、かつ、それ自身
の動作で走査を行う走査方向については、補正を行わな
くても充分に傾きに起因した悪影響を除去することがで
きる点に着目し、半導体レーザの接合面に直交する方向
と副走査方向とを一致させることによって、その方向に
屈折力の大きい方向を一致させた一組のアナモフィック
レンズ基のみで、半導体レーザからのレーザ光の形状変
換と光走査器の傾き補正とを一度に行えるようにしであ
る。

しかも、アナモフィックズームレンズを構成する可動レ
ンズユニットと固定レンズユニットとの間に光走査器を
位置させるとともに、可動レンズユニットを、夫々がレ
ーザ光の伝播方向に位置変更固定自在な複数枚のアナモ
フィックレンズから構成しであるから、この可動レンズ
ユニットにおいて、半導体レーザ個体間での拡がり角の
バラツキを補正するために行う、各レンズの移動による
アナモフィックズームレンズとしての合成焦点距離の変
更を、レーザ光が光走査器の反射面上で走査方向に平行
な直線状に収束したまま行うことができる。　つまり、
この反射面と露光面とは、常に物点と像点との関係にあ
り、光走査器の傾きに拘らず、レーザ光を常に副走査方
向に対して同一位置で走査できるのである。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第１図は、レーザビームプリンタにおける光走査装置の
概略構成を示している。　入力映像信号に応じたパルス
変調により、半導体レーザ（１）からレーザ光（Ｂｏ）
が発振される。　この時レーザ光（Ｂｏ）は第２図に示
すようなファーフィールドパターンを持ったものであり
、半導体レーザ（１）は、接合面と直交する方向（図中
Ｙ方向）が感光体ドラム（４）上での副走査方向（第１
図中Ｓ方向）と一致するようにセントされている。　発
振されたレーザ光（Ｂｏ）は、コリメータレンズ（２）
によって平行光にされ、高速回転するポリゴンミラー（
３）の１つの鏡面で反射される。　光走査器の一例であ
るこのポリゴンミラー（３）の回転で、鏡面のレーザ光
（Ｂｏ）に対する傾きが変化し、それに伴って、反射後
のレーザ光（Ｂつ）は、露光体の一例である感光体ドラ
ム（４）の長手方向に向かって走査される。　このレー
ザ光（ＢＲ）は、結像レンズの一例であるｆθレンズ（
５）によって収束され、一様に帯電された感光体ドラム
（４）上に結像してその位置の帯電電位を減少させる。

　そして、上記の動作の繰り返しによって感光体ドラム
（４）上に静電潜像が形成される。　図中（６）は、ド
ラム（４）の回転方向に対して、各走査開始位置に揃え
るためのレーザ光検出用光センサである。

その後、図示は省略するが、着色顔料であるトナーをこ
の静電潜像部分に選択付着させて現像し、出力用紙をト
ナー像面に接触させて紙面上にトナー像を転写し、この
紙を加熱することによってトナーを融解して紙に定着さ
せ、出力画像を得るのである。

本発明による光走査装置においては、上述したレーザ光
の光路に、アナモフィックズームレンズ（Ｚ）を設けで
ある。　第１図に示すように、このアナモフィックズー
ムレンズ（Ｚ）は、各別がレーザ光（Ｂｏ）の伝播方向
（図中Ｐ方向）に対して位置変更固定自在な、アナモフ
ィックレンズの一例である第１と第２のシリンドリカル
レンズ（Ｌｔ）　、（Ｌｘ）からなる可動レンズユニッ
ト（Ｕ、）、及び、位置固定された、アナモフィックレ
ンズの一例である第３のシリンドリカルレンズ（Ｌ３）
からなる固定レンズユニット（ｕＦ）によって構成され
ている。　可動レンズユニット（Ｕ、４）は、コリメー
タレンズ（２）とポリゴンミラー（３）との間に介装さ
れ、固定レンズユニソｔ−（Ｏｒ）は、ｆθレンズ（５
）と感光体ドラム（４）との間の光路に介装されている
。　また、各レンズ（Ｌｔ）　、　（ｔ、ｔ）　。

（Ｌ、）は、アナモフィックズームレンズ（Ｚ）として
の屈折力の大きい方向（図中Ｒ方向）が感光体ドラム（
４）上での副走査方向（図中Ｓ方向）に−敗するように
配置されている。

そして、このアナモフィックズームレンズ（Ｚ）により
、レーザ光の形状変換とポリゴンミラー（３）の反射面
（３ａ）の傾き補正とを一度に行えるようになっている
。　つまり、第３図（イ）、（Ｉｌ＋）に示すように、
第１と第２のシリンドリカルレンズ（ｔ＋＞、　（Ｌｘ
）は、夫々入射レーザ光（Ｂｏ）を、その径（Ｄｏ）に
応じて常にポリゴンミラー（３）の反射面（３ａ）上で
走査方向に平行な直線状に結像させるような位置関係を
保ったまま、即ち、両レンズ（ＬＩ）、　（Ｌｘ）によ
る合成焦点がこの反射面（３ａ）にあるような位置関係
を保ったまま、レーザ光の伝播方向（図中Ｐ方向）に移
動するようになっている。　反射面（３ａ）で反射され
たレーザ光（ＢＮ）は、ｆθレンズ（５）、及び、第３
シリンドリカルレンズ（Ｌ３）により収束されて感光体
ドラム（４）上に径（Ｄ、）を持つスポットとして照射
される。　つまり、この反射面（３ａ）と感光体ドラム
（４）表面とは、常に物点と像点との関係にあり、反射
面（３ａ）の傾きに拘らず、反射されたレーザ光（Ｂ、
）を常に副走査方向（図中Ｓ方向）に対して同一位置に
収束させるのである。

また、この時、入射レーザ光径（Ｄｏ）と照射スポット
径（Ｄ、）とは の関係を有している。　ここに（ｆ、）は第３のシリン
ドリカルレンズの焦点距離、また、（ｆ１□）は第１と
第２のシリンドリカルレンズによる合成焦点距離であり
、夫々のレンズの焦点距離を（ｆ＋）８（ｈ）、両レン
ズ間の距離を（ｄ）とすると、１１１　　ｄ −＝　−＋　−−− ｆ＋ｚ　Ｌ　　ｈ　　ｆ＋ｆｚ ｆｌ＋ｆ！−ｄ で表されるものである。　つまり、第１と第２のシリン
ドリカルレンズ（ｔ、＋）、（ｔ、ｚ）間の距離を変え
る事によって、スポット径（Ｄ、）を入射レーザ光径（
ｎｏ）に対して変化させることができる。

例えば、第３図（イ）に示すように入射レーザ光径（Ｄ
Ｏ）が（Ｏａｔ）の場合にも、第３図（ＩＩ）に示すよ
うに入射レーザ光径（Ｄｏ）が（Ｄｏｗ）の場合にも、
共に感光体ドラム（４）上でのスポット径（Ｄ、）を一
定にすることができるのである。

従って、以上のような構成及び特性を持つアナモフィッ
クズームレンズ（Ｚ）を、その屈折力の大きい方向（図
中Ｒ方向）が副、走査方向（図中Ｓ方向）と一致するよ
うに設けであるから、接合面と直交する方向く第２図中
Ｙ方向）を副走査方向（図中Ｓ方向）に−敗させた半導
体レーザ（１）からのレーザ光（Ｂｏ）の形状を、個体
間でのこの方向に対するバラツキに見合って第１と第２
のシリンドリカルレンズ（ＬＩ）、（Ｌ２）を適宜移動
させることによって、常に一定の形状に変換することが
できるのである。

第４図に示すものは別の実施例であり、このものにおい
ては、コリメータレンズ（２）とポリゴンミラー（３）
との間に固定レンズユニット（ＯＦ）があり、ｆθレン
ズ（５）と感光体ドラム（４）との間に可動レンズユニ
ット（ＵＭ）を位置させてある。

この場合のアナモフィックズームレンズ（Ｚ）としての
作用を第５図（（）　、　（０）に示す。　つまり、第
３のシリンドリカルレンズ（Ｌ３）によって入射レーザ
光（Ｂｏ）はポリゴンミラー（３）の反射面（３ａ）上
に収束される。　そして、反射後のレーザ光（Ｂｉ）に
対して、第１と第２のシリンドリカルレンズ（Ｌｌ）、
　（ＬＸ）の移動によるズーム作用で、常にスポット径
（Ｄ、）が一定になるような形状変換を行うのである。

　この時、第１と第２のシリンドリカルレンズ（Ｌｌ）
、（Ｌｍ）は、夫々、両レンズ（Ｌｌ）、（Ｌりによる
合成焦点がポリゴンミラー（３）の反射面（３ａ）上に
あるように位置関係を保ったまま移動する。

従って、第５図（イ）に示すように入射レーザ光径（Ｄ
ｏ）が（Ｄｏｉ）の場合にも、第５図（ｒｌ）に示すよ
うに入射レーザ光径（Ｄｏ）が（００４）の場合にも、
共に感光体ドラム（４）上でのスポット径（Ｄ、）を一
定にすることができるのである。

つまり、アナモフィックズームレンズ（Ｚ）における可
動レンズユニット（ＵＭ）と固定レンズユニット（ＯＦ
）との、ポリゴンミラー（３）に対する位置関係は、前
後進であってもよく、要するに、ポリゴンミラー（３）
等の光走査器が両しンズユニフ）　（ＵＭ）　、　（Ｌ
ＩＦ）の間に位置するようにすればよい。

可動レンズユニット（ＵＮ）を構成するアナモフィック
レンズの枚数は、２枚以上であれば任意である。゛　ま
た、各レンズの形状、形式、特性等は適宜変更自在であ
り、例えば同一形状の複数枚のレンズを用いて、コスト
ダウンを計ることも可能である。　さらに、凸レンズ詐
りの組み合わせに変えて凹レンズを用いて占有スペース
を小さくすることもできる。　一方、固定レンズユニッ
ト（Ｌｌｒ）を構成するアナモフィックレンズの枚数は
任意であり、各レンズの形状形式、特性等も適宜変更可
能である。

〔発明の′効果〕

以上述べてきたように、本発明による光走査装置は、半
導体レーザの接合面に直交する方向、アナモフィックズ
ームレンズによる屈折力の大きい方向、及び、副走査方
向とを一致させ、このアナモフィックズームレンズを構
成する可動レンズユニットと固定レンズユニットとの間
に光走査器を位置させるとともに、可動レンズユニット
を、夫々がレーザ光の伝播方向に位置変更固定自在な複
数枚のアナモフィックレンズから構成することによって
、−ｍのアナモフィックズームレンズのみで、半４体レ
ーザからのレーザ光の形状変換と光走査器の傾き補正と
を一度に行えるようにしたものであり、その結果、光学
系の構成を単純化することで、光走査装置全体をコンパ
クトにできるとともに、コストダウンをも合わせて計れ
るようになった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る光走査装置の実施例を示し、第１図
は光走査装置の概略図、第２図は半導体レーザからのレ
ーザ光発振を示す斜視図、第３図（イ）、（ＩＩ）は夫
々アナモフィックズームレンズの作゛用を示す説明図で
ある。　第４図は別の実施例を示す第１図に相当する概
略図、第５図（イ）、（＋１）は別の実施例における第
３図（イ）　、　（ＩＩ＋）に相当する説明図である。 （１）・・・・・・半導体レーザ、（３）・・・・・・
光走査器、（４）・・・・・・露光体、（５）・・・山
結像レンズ、（Ｚ）・・・・・・アナモフィックズーム
レンズ、（ＵＭ）・旧・・可動レンズユニット、（Ｕ、
）・・・・・・固定レンズユニット、（Ｐ）・・・・・
・レーザ光の伝播方向、　（Ｒ）・・・・・・アナモフ
ィックズームレンズの屈折力の大きい方向、（Ｓ）・・
・・・・副走査方向、（Ｙ）・旧・・半導体レーザの接
合面に直交する方向。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザからのレーザ光を露光体上に結像させる結
   像レンズ、並びに、結像されたレーザ光を露光体上に走
   査させる光走査器を備えた光走査装置において、レーザ
   光の伝播方向に対して各別に位置変更固定自在な複数枚
   のアナモフィックレンズからなる可動レンズユニット、
   及び、レーザ光の伝播方向に対して位置固定したアナモ
   フィックレンズからなる固定レンズユニット、によって
   アナモフィックズームレンズを構成し、このアナモフィ
   ックズームレンズを、前記光走査器がこのアナモフィッ
   クズームレンズの両レンズユニット間に位置するように
   設けるとともに、半導体レーザの接合面に直交する方向
   、アナモフィックズームレンズによる屈折力の大きい方
   向、及び、露光体上における副走査方向を全て一致させ
   てある光走査装置。