JPH04336519A - レーザビーム走査光学系 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム走査光学
系、特に電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミ
リ等の画像形成装置の画像書き込み用ヘッドとして使用
されるレーザビーム走査光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザプリンタやファクシミリ
等の画像形成装置に組み込まれるレーザビーム走査光学
系は、レーザダイオードから放射されるレーザビームを
偏向器（ポリゴンミラー）で一平面上に等角速度で偏向
走査し、ｆθレンズ系あるいはｆθミラー系で走査速度
を補正したうえで走査ライン（感光体）上に結像させる
。レーザダイオードから放射されるレーザビームは一定
の広がり角を有する発散光であるため、レーザダイオー
ドの正面に集光レンズ（コリメータレンズ）を設け、略
平行光に集光している。また、コリメートされたビーム
を所定形状に整形するためのスリットをコリメータレン
ズとポリゴンスキャナの間に設置している。この種の各
部品は別体に構成され、まず、レーザダイオードとコリ
メータレンズとを位置調整（フォーカス調整）し、その
後スリットを設置していた。

【０００３】一方、ミクロンオーダの周期を持つ格子状
同心円パターンの集合で、その断面が鋸歯状となったフ
レネルレンズが開発されている。このフレネルレンズは
屈折現象と回折現象を利用し、平行な光が入射すると格
子の各部分で光が曲がり、入射光を一点に収束する。逆
に焦点から放射された発散光を格子の各部分で平行化す
る。

【０００４】そこで、前記フレネルレンズを従来のコリ
メータレンズに代えてレーザ光源ユニットを構成するこ
とが考えられる。しかし、ここではレーザダイオードの
発振波長の変化に起因するデフォーカスが最大の問題点
となる。レーザダイオードと集光レンズとを位置調整し
た後スリットを設けると、光量が低下してしまう。通常
のコリメータレンズを使用するのであれば、実働時にレ
ーザダイオードの駆動電流を増加させればよい。しかし
、前記フレネルレンズを使用すると、光量低下を補償す
るための駆動電流の増加によってレーザダイオードは発
熱量が増加し、発振波長がシフトする。回折現象を利用
しているフレネルレンズは、波長変化に対して不安定で
あり、僅かな波長変化に対して敏感に焦点距離が変動す
る。レーザビーム走査光学系にあっては、その僅かな焦
点距離の変動が走査光学系を通して数百倍に拡大され、
像面（感光体）上でのデフォーカスを引き起こす。

【０００５】

【発明の目的、構成、作用】そこで、本発明の目的は、
前記フレネルレンズをレーザビームの集光レンズとして
利用して光源ユニットのコンパクト化を図ると共に、フ
レネルレンズの問題点の一つである焦点距離の変動を極
力小さく抑え、像面上でのデフォーカスを小さくできる
レーザビーム走査光学系を提供することにある。

【０００６】以上の目的を達成するため、本発明に係る
レーザビーム走査光学系は、レーザダイオードから放射
された発散光を略平行光に集光する回折効果を有する集
光レンズと、この集光レンズから出射されるビーム形状
を整形するスリットとを一体的にユニット化したことを
特徴とする。前記集光レンズは薄い平板状をなし、その
焦点距離は１〜１０ｍｍ程度であり、従来のコリメータ
レンズに比べると小型、軽量で、レーザダイオード、ス
リットと共に一つのパッケージに高密度実装した光源ユ
ニットが得られる。また、組立て時におけるフォーカス
調整と同時に光量調整も行われ、実働時と略同じ駆動電
流でレーザダイオードが駆動され、集光レンズの焦点距
離の変動を見越したフォーカス調整が可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係るレーザビーム走査光学系
の実施例につき、添付図面に従って説明する。図１は、
本発明の一実施例としてのレーザビーム走査光学系を示
す。この光学系１０は、光源ユニット１１、シリンドリ
カルレンズ２０、ポリゴンミラー２１、ｆθレンズ２２
、平面ミラー２３、画像書き込みスタート位置を検出す
るためのセンサユニット３０、このセンサユニット３０
へレーザビームを導くミラー２８，２９をハウジング４
０に取り付けたものである。

【０００８】光源ユニット１１（その構成は後述する）
から出射されたレーザビームは、シリンドリカルレンズ
２０を通過することによりポリゴンミラー２１の反射面
付近にその偏向面に一致する直線状に収束される。ポリ
ゴンミラー２１は矢印ａ方向に一定速度で回転駆動され
、レーザビームを連続的に等角速度で偏向走査する。 走査されたレーザビームはｆθレンズ２２を透過した後
、平面ミラー２３で反射され、ハウジング４０のスリッ
ト４１を通じて図示しない感光体ドラム上で結像する。 このとき、レーザビームは感光体ドラムの軸方向に等速
で走査され、これを主走査と称する。また、感光体ドラ
ムの回転に基づく走査を副走査と称する。

【０００９】以上の構成において、光源ユニット１１か
らのレーザビームのオン，オフと、前記主走査、副走査
とによって感光体ドラム上に画像（静電潜像）が形成さ
れる。ｆθレンズ２２は主走査方向に対するレーザビー
ムの走査速度を走査域の中心部から両端部にわたって均
等となるように（歪曲収差を）補正する。シリンドリカ
ルレンズ２０は、ｆθレンズ２２と共働してポリゴンミ
ラー２１の面倒れ誤差を補正する。

【００１０】一方ポリゴンミラー２１で偏向走査された
レーザビームのうち一部はミラー２８，２９からセンサ
ユニット３０へ入射し、その検出信号に基づいて１ライ
ンごとの画像書き込みスタート位置が制御される。ここ
で、光源ユニット１１について説明する。図２に示すよ
うに、光源ユニット１１は樹脂製のケース１２の前部に
金属製の保護カバー１９を固定したもので、保護カバー
１９にはビーム出射用窓部１９ａが形成されている。ケ
ース１２は樹脂にて一体的に成形され、レーザダイオー
ド１５、集光レンズ１６、スリット板１７が収納されて
いる。スリット板１７はスリット１７ａを有し、フレネ
ルレンズ１６の中心部とスリット１７ａの中心部とが互
いに一致するように調整後、接着剤で固定されている。 レーザダイオード１５は所定の電流を供給することによ
り接合面から発散光を放射する。フレネルレンズ１６は
、ミクロンオーダの周期を持つ格子状同心円パターンの
集合で、その断面を鋸歯状に成形したものである。この
フレネルレンズ１６は屈折効果と回折効果を有し、格子
の各部分で光が曲げられる。平行光が入射すると一点（
焦点）に収束され、焦点から放射された発散光は平行光
とされる（図４参照）。

【００１１】従って、レーザダイオード１５の発光部を
フレネルレンズ１６の焦点に設置することにより、レー
ザダイオード１５から放射された発散光はフレネルレン
ズ１６で平行光に集光され、光源ユニット１１から前記
シリンドリカルレンズ２０へ向かって出射される。また
、レーザダイオード１５の発光部をフレネルレンズ１６
の焦点よりも僅かに遠い位置に設定すると、光源ユニッ
ト１１からは収束光が出射される。

【００１２】ここで、使用されているフレネルレンズ１
６はポリカーボネイトからなり、波長７８０ｎｍのレー
ザビームに対応するように設計されている。フレネルレ
ンズ１６は極めて小型、軽量で、レーザダイオード１５
等と共に一つのパッケージ内に高密度実装できる。従来
はコリメータレンズとしてガラスモールドの単玉非球面
レンズを用いていたのであるが、これと比較して光源部
が小型化し、光学系ハウジングへの組み込みに際してレ
ーザダイオードとフレネルレンズとを互いに位置調整す
る必要がなくなる。また、フレネルレンズは成形法で量
産でき、研摩工程も不要であるという利点を有する。

【００１３】さらに、今日では，レーザプリンタの低速
化が進むと共に、感光体の感度が改善され、像面上で必
要な光量は０．２ｍＷ程度で十分な場合がある。この場
合、通常の光学系では光透過率が２５〜３０％程度であ
るため、レーザダイオードの出力は０．８ｍＷ程度とな
る。しかし、これではレーザダイオードはＬＥＤ発光か
らＬＤ発光へ切り替わる領域でのシュレッシュホールド
出力程度となり、応答性が悪くなる。しかし、フレネル
レンズは光透過効率が５０％あるいはそれ以下のものを
製作でき、レーザダイオードをＬＤ発光の領域で駆動さ
せ、応答性を上げることができる。

【００１４】一方、レーザダイオード１５から放射され
るビームの発散角度は、図５、図６に示すように、接合
面１５ａに直交する方向に大きく、平行方向に小さい。 本実施例において、レーザダイオード１５はその接合面
１５ａが副走査方向Ｖと一致するように設置されている
。即ち、ビームは発散角度が大きい方が主走査方向と一
致するように放射される。前記スリット１７ａはこのよ
うなレーザビームを副走査方向に規制する。これは像面
上でのビームスポットを所定の形状に近付けるように、
ビームを整形するためである。

【００１５】ビームを整形するためには、フレネルレン
ズをスリット１７ａと同じような形状にカットし、透明
基板上に貼り付けることが考えられる。しかし、これで
は集光されなかったビームがハウジング４０内に散乱す
る不具合を生じる。以上の構成からなる光源ユニット１
１では、レーザダイオード１５がケース１２に対して正
確に位置決めされ固定されている。フレネルレンズ１６
はスリット板１７に一体的に組み込まれているため、光
源ユニット１１のフォーカス調整や心出し調整を行なう
場合、スリット板１７をケース１２に対して位置決めす
るだけでよい。位置決めが完了すれば、スリット板１７
とケース１２との間に接着剤を流し込むことによって両
者が固定される。レーザダイオード１５は駆動電流の増
加で発熱量が大きくなり、発振波長が変化する特性を有
している。そして、回折効果を利用しているフレネルレ
ンズは波長の変化に対して不安定であり、僅かな波長変
化に対して敏感に焦点距離が変動する。レーザビーム走
査光学系全体として考慮すると、僅かな焦点距離の変動
が前述の光学素子２０，２１，２２，２３を通して数百
倍に拡大され、像面（感光体ドラム表面）上でのデフォ
ーカスを発生させる。

【００１６】従って、フォーカス及び心出し調整時のレ
ーザダイオード駆動電流は実際の稼働時と同じ条件で行
なうことが前記デフォーカスの発生を回避するうえで好
ましく、本実施例ではスリット１７ａが設けられた状態
でフォーカス調整が行われるため、結果的に実働時と略
同じ駆動電流で調整を行なうことが可能となり、像面（
感光体）上でのデフォーカスを小さなものとすることが
できる。

【００１７】次に、光源ユニット１１をハウジング４０
へ取り付けるための構成と取付け方法について図７〜図
９を参照して説明する。前記ケース１２は筒部１３と台
座１４にて構成され、台座１４の一方の側部には切欠き
１４ａが形成されている。一方、ハウジング４０の壁部
４２には筒部１３が係合可能なガイド孔４３が形成され
、ガイド孔４３の上部は段差面４３ａ，４３ａ及び略半
円弧状の溝部４３ｂとされている。

【００１８】また、取付け具５０が準備されている。こ
の取付け具５０はばね性を有する金属材からなり、略Ｖ
字形状に開いた突片５０ａ，５０ａを有している。光源
ユニット１１を壁部４２に取り付けるには、まず、取付
け具５０を溝部４３ｂにセットする。このとき、突片５
０ａ，５０ａが段差面４３ａ，４３ａを弾性的に挟み込
む状態となる。次に、保護ケース１９を先頭として筒部
１３をガイド孔４３へ外側から、台座１４が壁部４２へ
当接するまで挿入する。取付け具５０は傾斜部が溝部４
３ｂの縁部に当接して上方への移動を規制され、折り曲
げ部５０ｂが筒部１３を圧着する。光源ユニット１１は
、筒部外周面１３ａがガイド孔４３に係合することによ
り主走査方向及び副走査方向に位置決めされ、かつ、台
座平面１４ｂ，１４ｂが壁部４２の外側に当接すること
により光軸方向に位置決めされる。また、台座１４の切
欠き１４ａが壁部４２に突設したガイドピン４９に係合
することにより、光源ユニット１１の取付け方向が規制
され、かつ、その回転が防止される。

【００１９】光源ユニット１１は以上の如く壁部４２に
取り付けられ、必要な調整を経た後、接着剤で壁部４２
に固着される。 ［他の実施例］なお、本発明に係るレーザビーム走査光
学系は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の
範囲内で種々に変更することができる。

【００２０】例えば、前記実施例ではフレネルレンズ１
６とスリット板１７とを別体に構成したが、フレネルレ
ンズ１６のスリット１７ａに相当する部分以外に遮光塗
料を塗布してもよい。また、偏向器としてはポリゴンミ
ラー以外にガルバノミラーを用いてもよく、走査光学系
の構成も任意である。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、回折効果を有する集光レンズをレーザダイオー
ドと組み合わせて用いたため、小型、軽量の光源ユニッ
トを構成でき、位置的な調整なしでハウジングに組み込
むことができる。しかも、ビームを整形するためのスリ
ットを光源ユニットに一体的に設けたため、光源ユニッ
トのフォーカス調整の際、レーザダイオードへ供給する
電流を実働時と略同じ条件に設定でき、駆動電流値の変
動に起因する集光レンズの焦点距離の変動を極力抑える
ことができ、最終的には像面上でのデフォーカスを小さ
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザビーム走査光学系の一実施
例を示す斜視図。

【図２】図１に示す走査光学系に用いられている光源ユ
ニットの断面図。

【図３】図２に示す光源ユニットのカバーを取り外した
状態の正面図。

【図４】フレネルレンズの集光作用を示す斜視図。

【図５】光源ユニットから出射されるビーム形状（収束
光）を示す斜視図。

【図６】光源ユニットから出射されるビーム形状（平行
光）を示す斜視図。

【図７】光源ユニットとハウジング壁部と取付け具を示
す斜視図。

【図８】光源ユニットを壁部に取付けた状態を示す断面
図。

【図９】図８の右側面図。

【符号の説明】

１０…レーザビーム走査光学系 １１…光源ユニット １２…ケース １５…レーザダイオード １６…フレネルレンズ １７…スリット板 １７ａ…スリット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像情報に応じてレーザダイオードか
   ら放射されたレーザビームで偏向器、光学素子を介して
   記録媒体上を走査するレーザビーム走査光学系において
   、レーザダイオードから放射された発散光を略平行光に
   集光する回折効果を有する集光レンズと、この集光レン
   ズから出射されるビーム形状を整形するスリットとを一
   体的にユニット化したこと、を特徴とするレーザビーム
   走査光学系。