JPH06118346A - レーザビーム光源装置及びレーザビーム走査光学系 - Google Patents
レーザビーム光源装置及びレーザビーム走査光学系Info
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- JPH06118346A JPH06118346A JP4265026A JP26502692A JPH06118346A JP H06118346 A JPH06118346 A JP H06118346A JP 4265026 A JP4265026 A JP 4265026A JP 26502692 A JP26502692 A JP 26502692A JP H06118346 A JPH06118346 A JP H06118346A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度変化に伴うレンズ系の焦点距離の変化を
補正する。 【構成】 レーザダイオード２の正面に、コリメータレ
ンズ系としてフレネルレンズ３と球面レンズ４とを設け
た。フレネルレンズ３の焦点距離は、温度変化に伴うレ
ーザダイオードの発振波長の変動によって及び環境温度
の変化に伴って変化する。一方、球面レンズ４の焦点距
離も環境温度の変化に伴って変化する。両者の焦点距離
の変化は相殺され、コリメータレンズ系としての焦点距
離は殆んど変化しない。
補正する。 【構成】 レーザダイオード２の正面に、コリメータレ
ンズ系としてフレネルレンズ３と球面レンズ４とを設け
た。フレネルレンズ３の焦点距離は、温度変化に伴うレ
ーザダイオードの発振波長の変動によって及び環境温度
の変化に伴って変化する。一方、球面レンズ４の焦点距
離も環境温度の変化に伴って変化する。両者の焦点距離
の変化は相殺され、コリメータレンズ系としての焦点距
離は殆んど変化しない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、画像の書込み、読取り
等に使用されるレーザビーム光源装置及びレーザビーム
走査光学系に関する。
等に使用されるレーザビーム光源装置及びレーザビーム
走査光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光ディスクのピックアップやレー
ザプリンタの画像書込みヘッドのレーザ光源にコリメー
タレンズとしてフレネルレンズを用いることが知られて
いる（特開平３−５６９０１号公報、特開平１−２０６
６８２号公報参照）。特開平３−５６９０１号公報に
は、フレネルレンズと球面レンズとの組合わせにより、
例えばコリメータレンズ系を構成するに際して、レーザ
ダイオードの発振波長が変動したときの屈折率の変化
（一般に屈折率は波長の関数になる）を補正することが
できるフレネルレンズの形状が示されている。しかし、
このコリメータレンズ系では、レーザダイオードの発熱
に伴ってフレネルレンズの材料が膨張するために生じる
形状変化に起因する焦点距離の変化及び温度変化による
レンズ材料自体の屈折率の変化に起因する焦点距離の変
化に対しては何ら考慮されていない。フレネルレンズは
製作を容易にするためには樹脂製とすることが必要であ
り、樹脂製であれば温度変化による形状及び屈折率の変
化に基づく焦点距離の変化を補正することが不可避であ
る。
ザプリンタの画像書込みヘッドのレーザ光源にコリメー
タレンズとしてフレネルレンズを用いることが知られて
いる（特開平３−５６９０１号公報、特開平１−２０６
６８２号公報参照）。特開平３−５６９０１号公報に
は、フレネルレンズと球面レンズとの組合わせにより、
例えばコリメータレンズ系を構成するに際して、レーザ
ダイオードの発振波長が変動したときの屈折率の変化
（一般に屈折率は波長の関数になる）を補正することが
できるフレネルレンズの形状が示されている。しかし、
このコリメータレンズ系では、レーザダイオードの発熱
に伴ってフレネルレンズの材料が膨張するために生じる
形状変化に起因する焦点距離の変化及び温度変化による
レンズ材料自体の屈折率の変化に起因する焦点距離の変
化に対しては何ら考慮されていない。フレネルレンズは
製作を容易にするためには樹脂製とすることが必要であ
り、樹脂製であれば温度変化による形状及び屈折率の変
化に基づく焦点距離の変化を補正することが不可避であ
る。
【０００３】また、特開平１−２０６６８２号公報に
は、レーザダイオードの発熱に伴う発振波長が変動した
場合のフレネルレンズの焦点距離の変化を、レンズ材料
の熱膨張による格子間隔の変化に基づく焦点距離の変化
で相殺することが開示されている。しかし、このレンズ
系では、フレネルレンズ面以外のレンズ面は平面であ
り、格子間隔の変化で焦点距離の補正を行うには、使用
できるレンズ材料が熱膨張係数の大きなものに限られて
しまう。しかも、温度変化によるレンズ材料の屈折率の
変化に基づく焦点距離の変化に対しては何ら考慮されて
いない。
は、レーザダイオードの発熱に伴う発振波長が変動した
場合のフレネルレンズの焦点距離の変化を、レンズ材料
の熱膨張による格子間隔の変化に基づく焦点距離の変化
で相殺することが開示されている。しかし、このレンズ
系では、フレネルレンズ面以外のレンズ面は平面であ
り、格子間隔の変化で焦点距離の補正を行うには、使用
できるレンズ材料が熱膨張係数の大きなものに限られて
しまう。しかも、温度変化によるレンズ材料の屈折率の
変化に基づく焦点距離の変化に対しては何ら考慮されて
いない。
【０００４】一方、レーザプリンタの画像書込みヘッド
として使用されているレーザビーム走査光学系において
は、偏向器（ポリゴンミラー）の各反射面の面倒れを補
正するため、偏向器の前後に一対のアナモフィックレン
ズが配置されている（特公昭５２−２８６６６号公報参
照）。これらのアナモフィックレンズは従来ガラス製で
あったが、最近ではポリカーボネイト等の樹脂製のもの
が開発されている。しかし、樹脂製レンズは温度が上昇
すると屈折率が低下してパワーが弱まり、焦点距離がプ
ラス方向（長くなる方向）に変化してしまう。
として使用されているレーザビーム走査光学系において
は、偏向器（ポリゴンミラー）の各反射面の面倒れを補
正するため、偏向器の前後に一対のアナモフィックレン
ズが配置されている（特公昭５２−２８６６６号公報参
照）。これらのアナモフィックレンズは従来ガラス製で
あったが、最近ではポリカーボネイト等の樹脂製のもの
が開発されている。しかし、樹脂製レンズは温度が上昇
すると屈折率が低下してパワーが弱まり、焦点距離がプ
ラス方向（長くなる方向）に変化してしまう。
【０００５】ところで、回折効果を有するフレネルレン
ズの格子を線対称とすることによってアナモフィックレ
ンズを構成することが知られている（特開平２−１６８
２２０号公報参照）。このアナモフィックなフレネルレ
ンズを偏向器の面倒れ補正に使用することが考えられる
が、温度が上昇すると格子間隔の拡大によって焦点距離
がマイナス方向（短くなる方向）に変化してしまう。い
ずれにしても、レンズの焦点距離が変化すると、結像面
（走査ライン）上でのビーム径が変動し、画像が劣化す
る。
ズの格子を線対称とすることによってアナモフィックレ
ンズを構成することが知られている（特開平２−１６８
２２０号公報参照）。このアナモフィックなフレネルレ
ンズを偏向器の面倒れ補正に使用することが考えられる
が、温度が上昇すると格子間隔の拡大によって焦点距離
がマイナス方向（短くなる方向）に変化してしまう。い
ずれにしても、レンズの焦点距離が変化すると、結像面
（走査ライン）上でのビーム径が変動し、画像が劣化す
る。
【０００６】
【発明の目的、構成、作用、効果】そこで、本発明の目
的は、温度変化に伴うレーザダイオードの発振波長の変
動によるフレネルレンズの焦点距離の変化及び温度変化
に伴うフレネルレンズの形状変化による焦点距離の変化
を補正できることは勿論、従来考慮されていなかった、
温度変化に伴うフレネルレンズの屈折率の変化による焦
点距離の変化をも補正することのできるレーザビーム光
源装置を提供することにある。
的は、温度変化に伴うレーザダイオードの発振波長の変
動によるフレネルレンズの焦点距離の変化及び温度変化
に伴うフレネルレンズの形状変化による焦点距離の変化
を補正できることは勿論、従来考慮されていなかった、
温度変化に伴うフレネルレンズの屈折率の変化による焦
点距離の変化をも補正することのできるレーザビーム光
源装置を提供することにある。
【０００７】さらに、本発明の目的は、温度変化に伴う
走査ライン上でのビーム径の変動を小さくでき、高解像
度のレーザプリンタに最適なレーザビーム走査光学系を
提供することにある。以上の目的を達成するため、本発
明に係るレーザビーム光源装置は、レーザダイオードの
正面に、不等間隔格子からなるフレネルレンズと樹脂製
の集光レンズとを設け、集光レンズの焦点距離を、温度
変化に伴うレーザダイオードの発振波長の変動によるフ
レネルレンズの焦点距離の変化と、温度変化に伴うフレ
ネルレンズの焦点距離の変化とを相殺可能な値に設定し
た。
走査ライン上でのビーム径の変動を小さくでき、高解像
度のレーザプリンタに最適なレーザビーム走査光学系を
提供することにある。以上の目的を達成するため、本発
明に係るレーザビーム光源装置は、レーザダイオードの
正面に、不等間隔格子からなるフレネルレンズと樹脂製
の集光レンズとを設け、集光レンズの焦点距離を、温度
変化に伴うレーザダイオードの発振波長の変動によるフ
レネルレンズの焦点距離の変化と、温度変化に伴うフレ
ネルレンズの焦点距離の変化とを相殺可能な値に設定し
た。
【０００８】即ち、フレネルレンズは（１）温度変化に
伴うレーザダイオードの発振波長の変動によって焦点距
離が変化し、（２）温度変化に伴って形状（格子間隔）
が変化することによって焦点距離が変化し、（３）温度
変化に伴って屈折率が変化することによって焦点距離が
変化する。そして、前記（１），（２），（３）の焦点
距離の変化は集光レンズの焦点距離の変化によって相殺
され、結果的に焦点距離の変化が殆んど生じない、温度
変化に対して安定したレーザビーム光源装置を得ること
ができる。
伴うレーザダイオードの発振波長の変動によって焦点距
離が変化し、（２）温度変化に伴って形状（格子間隔）
が変化することによって焦点距離が変化し、（３）温度
変化に伴って屈折率が変化することによって焦点距離が
変化する。そして、前記（１），（２），（３）の焦点
距離の変化は集光レンズの焦点距離の変化によって相殺
され、結果的に焦点距離の変化が殆んど生じない、温度
変化に対して安定したレーザビーム光源装置を得ること
ができる。
【０００９】特に、フレネルレンズと集光レンズとを樹
脂で一体に成形すれば、構成が簡単となり、設計、製作
が容易となる。さらに、本発明に係るレーザビーム走査
光学系は、偏向器の面倒れを補正するため、偏向器の前
後に一対のアナモフィックレンズを配置すると共に、一
方のアナモフィックレンズとしてフレネルレンズを使用
し、他方のアナモフィクレンズとして樹脂製のレンズを
使用した。
脂で一体に成形すれば、構成が簡単となり、設計、製作
が容易となる。さらに、本発明に係るレーザビーム走査
光学系は、偏向器の面倒れを補正するため、偏向器の前
後に一対のアナモフィックレンズを配置すると共に、一
方のアナモフィックレンズとしてフレネルレンズを使用
し、他方のアナモフィクレンズとして樹脂製のレンズを
使用した。
【００１０】即ち、温度上昇に伴う一方のアナモフィッ
クレンズ（フレネルレンズ）のマイナス方向への焦点距
離の変化と、他方のアナモフィックレンズのプラス方向
への焦点距離の変化とが、走査ライン上での結像位置の
変化を互いに打ち消し合い、温度変化に伴う走査ライン
上でのビーム径の変動が極めて小さくなる。従って、温
度変化に対して安定した、高解像度のレーザビーム走査
光学系を得ることができる。
クレンズ（フレネルレンズ）のマイナス方向への焦点距
離の変化と、他方のアナモフィックレンズのプラス方向
への焦点距離の変化とが、走査ライン上での結像位置の
変化を互いに打ち消し合い、温度変化に伴う走査ライン
上でのビーム径の変動が極めて小さくなる。従って、温
度変化に対して安定した、高解像度のレーザビーム走査
光学系を得ることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。第１図、第２図は本発明の第１実施例としての
レーザビーム光源ユニットを示す。このレーザビーム光
源ユニットは、ホルダ１の後部にレーザダイオード２を
収納し、ホルダ１の前面側にフレネルレンズ３及び球面
レンズ４を取り付け、さらにホルダ１の前面側を保護キ
ャップ５で被覆したものである。保護キャップ５の中央
部には透明なガラス板６が設置されている。
明する。第１図、第２図は本発明の第１実施例としての
レーザビーム光源ユニットを示す。このレーザビーム光
源ユニットは、ホルダ１の後部にレーザダイオード２を
収納し、ホルダ１の前面側にフレネルレンズ３及び球面
レンズ４を取り付け、さらにホルダ１の前面側を保護キ
ャップ５で被覆したものである。保護キャップ５の中央
部には透明なガラス板６が設置されている。
【００１２】レーザダイオード２は周知のもので、電流
を供給することにより接合面から拡散光を放射する。フ
レネルレンズ３は樹脂製で、図２に示すように、ミクロ
ンオーダの不等間隔格子を有し、その断面は鋸歯状に成
形されている。このフレネルレンズ３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
た拡散光は平行光とされる。球面レンズ４は樹脂製で、
中央部が外側に膨出した一定曲率の球面とされている。
を供給することにより接合面から拡散光を放射する。フ
レネルレンズ３は樹脂製で、図２に示すように、ミクロ
ンオーダの不等間隔格子を有し、その断面は鋸歯状に成
形されている。このフレネルレンズ３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
た拡散光は平行光とされる。球面レンズ４は樹脂製で、
中央部が外側に膨出した一定曲率の球面とされている。
【００１３】以上のレーザビーム光源ユニットにおい
て、レーザダイオード２から放射されたレーザビーム
は、フレネルレンズ３で一定角度の拡散光に収束され、
さらに球面レンズ４で略平行光に収束される。即ち、フ
レネルレンズ３と球面レンズ４とでレーザダイオード２
から放射されたレーザビームを収束するコリメータレン
ズ系を構成している。
て、レーザダイオード２から放射されたレーザビーム
は、フレネルレンズ３で一定角度の拡散光に収束され、
さらに球面レンズ４で略平行光に収束される。即ち、フ
レネルレンズ３と球面レンズ４とでレーザダイオード２
から放射されたレーザビームを収束するコリメータレン
ズ系を構成している。
【００１４】図３は本発明の第２実施例としてのレーザ
ビーム光源ユニットを示す。このレーザビームユニット
はコリメータレンズ系を一つの樹脂製レンズで構成し、
レーザビームの入射側をフレネルレンズ面３ａ、出射側
を球面レンズ面４ａとしたものである。その他の構成は
図１に示したユニットと同様であり、同じ部材には同じ
符号が付されている。
ビーム光源ユニットを示す。このレーザビームユニット
はコリメータレンズ系を一つの樹脂製レンズで構成し、
レーザビームの入射側をフレネルレンズ面３ａ、出射側
を球面レンズ面４ａとしたものである。その他の構成は
図１に示したユニットと同様であり、同じ部材には同じ
符号が付されている。
【００１５】ところで、前記コリメータレンズ系の焦点
距離は温度変化に伴って変化する。コリメータレンズ系
の焦点距離はフレネルレンズ３及び球面レンズ４の焦点
距離に対して以下に示す式（１）の関係にある。
距離は温度変化に伴って変化する。コリメータレンズ系
の焦点距離はフレネルレンズ３及び球面レンズ４の焦点
距離に対して以下に示す式（１）の関係にある。
【００１６】
【数１】
【００１７】 但し、ｆCO：コリメータレンズ系の焦点距離 ｆFL：フレネルレンズの焦点距離 ｆPL：球面レンズの焦点距離 ｅ：主点間隔 コリメータレンズ系の焦点距離の変化は、式（１）を微
分すると、以下に示す式（２）で表わされる。
分すると、以下に示す式（２）で表わされる。
【００１８】
【数２】
【００１９】但し、主点間隔ｅの変動は微小であり無視
することとした。温度変化が生じても、式（２）の右辺
が０になるようにコリメータレンズ系を設定すればよ
い。仮に、特開平１−２０６６８２号公報に記載のよう
にフレネルレンズと組み合わせるレンズが平面レンズで
あると焦点距離ｆPLは無限大であり、その変化量ΔｆPL
は０である。従って、この場合にはフレネルレンズの焦
点距離変化量ΔｆFLを０にする必要がある。しかし、レ
ーザダイオードの発振波長がΔＴの温度上昇に伴ってλ
からλ’に、即ちλ＋Δλに変動する。また、フレネル
レンズの樹脂材の線膨張係数をαとすると、このときの
フレネルレンズの焦点距離の変化量ΔｆFLは、以下に示
す式（３）で表される。
することとした。温度変化が生じても、式（２）の右辺
が０になるようにコリメータレンズ系を設定すればよ
い。仮に、特開平１−２０６６８２号公報に記載のよう
にフレネルレンズと組み合わせるレンズが平面レンズで
あると焦点距離ｆPLは無限大であり、その変化量ΔｆPL
は０である。従って、この場合にはフレネルレンズの焦
点距離変化量ΔｆFLを０にする必要がある。しかし、レ
ーザダイオードの発振波長がΔＴの温度上昇に伴ってλ
からλ’に、即ちλ＋Δλに変動する。また、フレネル
レンズの樹脂材の線膨張係数をαとすると、このときの
フレネルレンズの焦点距離の変化量ΔｆFLは、以下に示
す式（３）で表される。
【００２０】
【数３】
【００２１】従って、フレネルレンズと組み合わせるレ
ンズが平面レンズであると、コリメータレンズ系の焦点
距離変化量ΔｆCOを０にするためには、式（３）を満足
する線膨張係数αを持つ材質を選択する必要がある。と
ころが、式（３）中の−（Δλ／λ’）の値は比較的大
きな値になるため、ΔｆFL＝０を満足するには、αの値
も比較的大きくする必要があり、このようなα値を持つ
樹脂材は特殊で不安定である。
ンズが平面レンズであると、コリメータレンズ系の焦点
距離変化量ΔｆCOを０にするためには、式（３）を満足
する線膨張係数αを持つ材質を選択する必要がある。と
ころが、式（３）中の−（Δλ／λ’）の値は比較的大
きな値になるため、ΔｆFL＝０を満足するには、αの値
も比較的大きくする必要があり、このようなα値を持つ
樹脂材は特殊で不安定である。
【００２２】そこで、本実施例では、フレネルレンズ３
と組み合わされるレンズ４を一定の焦点距離を有するも
のとし、ΔｆPLでΔｆFLを相殺するようにした。ΔＴの
温度上昇時における球面レンズ４の焦点距離変化量Δｆ
PLは、以下に示す式（４）で表される。
と組み合わされるレンズ４を一定の焦点距離を有するも
のとし、ΔｆPLでΔｆFLを相殺するようにした。ΔＴの
温度上昇時における球面レンズ４の焦点距離変化量Δｆ
PLは、以下に示す式（４）で表される。
【００２３】
【数４】
【００２４】但し、α’：球面レンズの線膨張係数 ｎ：球面レンズの屈折率 Δｎ1：ΔＴ上昇時の屈折率変化量 Δｎ2：Δλ変動時の屈折率変化量 以上の式（２），（３），（４）から導き出される以下
の式（５）を満足すれば、コリメータレンズ系の焦点距
離変化量ΔｆCOを略０にすること、即ち、温度変化によ
る焦点距離の変化を防止できる。
の式（５）を満足すれば、コリメータレンズ系の焦点距
離変化量ΔｆCOを略０にすること、即ち、温度変化によ
る焦点距離の変化を防止できる。
【００２５】
【数５】
【００２６】本実施例においては、フレネルレンズ３及
び球面レンズ４の材料を決めると、α，α’，ｎ，Δｎ
1，Δｎ2が決まり、レーザダイオード２の種類が決まる
と、λ’，Δλも決まる。そして、ｆCOをある一定の値
に設定すると、式（１），（５）を満足するようにｅ，
ｆFL，ｆPLを設定すればよい。なお、図３に示したよう
に単一のレンズを使用すればαとα’は同じ値となるこ
とは勿論である。
び球面レンズ４の材料を決めると、α，α’，ｎ，Δｎ
1，Δｎ2が決まり、レーザダイオード２の種類が決まる
と、λ’，Δλも決まる。そして、ｆCOをある一定の値
に設定すると、式（１），（５）を満足するようにｅ，
ｆFL，ｆPLを設定すればよい。なお、図３に示したよう
に単一のレンズを使用すればαとα’は同じ値となるこ
とは勿論である。
【００２７】ここで、図３に示す第２実施例に基づいて
具体的数値を揚げる。 レーザダイオード： ２０℃における発振波長λ：７８０ｎｍ ４０℃における発振波長λ’：７８５ｎｍ ΔＴが２０℃のとき、波長変化量Δλは５ｎｍ コリメータレンズ系：材質ポリカーボネイト 線膨張係数α：８×１０-5 ２０℃、７８０ｎｍでの屈折率ｎ：１．５７２２２ ４０℃、７８５ｎｍでの屈折率ｎ：１．５６９８３ 屈折率変化量Δｎ＝Δｎ1＋Δｎ2：−０．００２３９ ２０℃のとき、ｆFLを１２ｍｍ、ｆPLを２１．５ｍｍ、
ｅを１．５ｍｍに設定すれば、温度が４０℃に上昇した
とき、ｆFL’は１１．９６２ｍｍ、ｆPL’は２１．６２
４８４１ｍｍ、ｅ’は１．５０２ｍｍ（ｅもαΔＴｅだ
け変動する）となり、ΔｆCOは、 ΔｆCO＝０．０００２ｍｍ ＝０．２μｍ となる。図１、図３に示したレーザビーム光源ユニット
は、レーザプリンタやイメージリーダ、光ディスクのピ
ックアップ等に使用される。焦点距離変化量ΔｆCOが
０．２μｍとは、実用上無視できる値である。
具体的数値を揚げる。 レーザダイオード： ２０℃における発振波長λ：７８０ｎｍ ４０℃における発振波長λ’：７８５ｎｍ ΔＴが２０℃のとき、波長変化量Δλは５ｎｍ コリメータレンズ系：材質ポリカーボネイト 線膨張係数α：８×１０-5 ２０℃、７８０ｎｍでの屈折率ｎ：１．５７２２２ ４０℃、７８５ｎｍでの屈折率ｎ：１．５６９８３ 屈折率変化量Δｎ＝Δｎ1＋Δｎ2：−０．００２３９ ２０℃のとき、ｆFLを１２ｍｍ、ｆPLを２１．５ｍｍ、
ｅを１．５ｍｍに設定すれば、温度が４０℃に上昇した
とき、ｆFL’は１１．９６２ｍｍ、ｆPL’は２１．６２
４８４１ｍｍ、ｅ’は１．５０２ｍｍ（ｅもαΔＴｅだ
け変動する）となり、ΔｆCOは、 ΔｆCO＝０．０００２ｍｍ ＝０．２μｍ となる。図１、図３に示したレーザビーム光源ユニット
は、レーザプリンタやイメージリーダ、光ディスクのピ
ックアップ等に使用される。焦点距離変化量ΔｆCOが
０．２μｍとは、実用上無視できる値である。
【００２８】なお、前記第１、第２実施例において、レ
ンズ面をどのように設定するかは任意である。第１実施
例（図１参照）では、フレネルレンズ３のフレネルレン
ズ面をレーザダイオード２に向け、球面レンズ４のパワ
ー面をホルダ１の外側に向けて設定した。このような設
定によれば、フレネルレンズ面を保護することができ
る。
ンズ面をどのように設定するかは任意である。第１実施
例（図１参照）では、フレネルレンズ３のフレネルレン
ズ面をレーザダイオード２に向け、球面レンズ４のパワ
ー面をホルダ１の外側に向けて設定した。このような設
定によれば、フレネルレンズ面を保護することができ
る。
【００２９】また、前記レーザビーム光源ユニットをレ
ーザプリンタの画像書込みヘッドとして使用する場合、
ポリゴンミラーの面倒れ補正を考慮するのであれば、球
面レンズ４に代えてシリンドリカルレンズ等のアナモフ
ィックなレンズを用いてもよい。シリンドリカルレンズ
を用いる場合、前述の各式中ｆPLはシリンドリカルレン
ズの副走査方向（ポリゴンミラーによる走査（主走査）
方向と直交する方向）の焦点距離とすればよい。この場
合には、温度変化に伴う焦点距離の変化は副走査方向の
み補正されることとなる。ポリゴンミラーの面倒れを補
正する光学系では、副走査方向の焦点距離を補正するこ
とが重要である。
ーザプリンタの画像書込みヘッドとして使用する場合、
ポリゴンミラーの面倒れ補正を考慮するのであれば、球
面レンズ４に代えてシリンドリカルレンズ等のアナモフ
ィックなレンズを用いてもよい。シリンドリカルレンズ
を用いる場合、前述の各式中ｆPLはシリンドリカルレン
ズの副走査方向（ポリゴンミラーによる走査（主走査）
方向と直交する方向）の焦点距離とすればよい。この場
合には、温度変化に伴う焦点距離の変化は副走査方向の
み補正されることとなる。ポリゴンミラーの面倒れを補
正する光学系では、副走査方向の焦点距離を補正するこ
とが重要である。
【００３０】次に、図４〜図６を参照して本発明の第３
実施例であるレーザビーム走査光学系を説明する。この
レーザビーム走査光学系は、レーザダイオード１１、コ
リメータレンズ１２、フレネルレンズ１３、第１折り返
しミラー１４、ポリゴンミラー１５、ｆθレンズ１６、
第２折り返しミラー１７、画像書込みスタート位置検出
センサ２３、このセンサ２３へレーザビームを導くミラ
ー２１、センサ２３の直前に設けたシリンドリカルレン
ズ２２とで構成されている。フレネルレンズ１３は、図
５に示すように、格子を線対称としたもので、矢印ａで
示す副走査方向にのみパワーを有する。ｆθレンズ１６
は球面凹レンズ１６ａ、トーリック面を有するトロイダ
ルレンズ１６ｂ、球面凸レンズ１６ｃからなり、トロイ
ダルレンズ１６ｂが樹脂製であり、他のレンズ１６ａ，
１６ｃはガラス製である。
実施例であるレーザビーム走査光学系を説明する。この
レーザビーム走査光学系は、レーザダイオード１１、コ
リメータレンズ１２、フレネルレンズ１３、第１折り返
しミラー１４、ポリゴンミラー１５、ｆθレンズ１６、
第２折り返しミラー１７、画像書込みスタート位置検出
センサ２３、このセンサ２３へレーザビームを導くミラ
ー２１、センサ２３の直前に設けたシリンドリカルレン
ズ２２とで構成されている。フレネルレンズ１３は、図
５に示すように、格子を線対称としたもので、矢印ａで
示す副走査方向にのみパワーを有する。ｆθレンズ１６
は球面凹レンズ１６ａ、トーリック面を有するトロイダ
ルレンズ１６ｂ、球面凸レンズ１６ｃからなり、トロイ
ダルレンズ１６ｂが樹脂製であり、他のレンズ１６ａ，
１６ｃはガラス製である。
【００３１】レーザダイオード１１から放射されたレー
ザビームはコリメータレンズ１２で略平行光に収束さ
れ、フレネルレンズ１３でポリゴンミラー１５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１５は矢印ｂ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１６を透過した
後、ミラー１７で反射され、感光体ドラム３０上で結像
する。このとき、レーザビームは感光体ドラム３０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３０の矢印ａ’方向への回転に基づく走査
を副走査と称する。
ザビームはコリメータレンズ１２で略平行光に収束さ
れ、フレネルレンズ１３でポリゴンミラー１５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１５は矢印ｂ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１６を透過した
後、ミラー１７で反射され、感光体ドラム３０上で結像
する。このとき、レーザビームは感光体ドラム３０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３０の矢印ａ’方向への回転に基づく走査
を副走査と称する。
【００３２】以上の構成において、レーザダイオード１
１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３０上に画像（静電潜像）
が形成される。ｆθレンズ１６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）補正する。フレネ
ルレンズ１３はトロイダルレンズ１６ｂと共働してポリ
ゴンミラー１５の面倒れ誤差を補正する。
１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３０上に画像（静電潜像）
が形成される。ｆθレンズ１６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）補正する。フレネ
ルレンズ１３はトロイダルレンズ１６ｂと共働してポリ
ゴンミラー１５の面倒れ誤差を補正する。
【００３３】ここで、ポリゴンミラー１５の面倒れ補正
手段としてフレネルレンズ１３を用いた場合の温度変化
に伴う焦点距離の変化量ΔｆFLは前記式（３）で表され
る。温度変化量ΔＴを２０℃、そのときの発振波長λ’
が７８５ｎｍで、変化量Δλが５ｎｍ、レンズ材料（ポ
リカーボネイト）の線膨張係数αを８×１０-5、温度Ｔ
（２０℃）時の焦点距離ｆFLを３０ｍｍとすると、前記
式（３）から焦点距離変化量ΔｆFLは−０．０９６ｍｍ
となる。
手段としてフレネルレンズ１３を用いた場合の温度変化
に伴う焦点距離の変化量ΔｆFLは前記式（３）で表され
る。温度変化量ΔＴを２０℃、そのときの発振波長λ’
が７８５ｎｍで、変化量Δλが５ｎｍ、レンズ材料（ポ
リカーボネイト）の線膨張係数αを８×１０-5、温度Ｔ
（２０℃）時の焦点距離ｆFLを３０ｍｍとすると、前記
式（３）から焦点距離変化量ΔｆFLは−０．０９６ｍｍ
となる。
【００３４】仮に、フレネルレンズ１３に代え樹脂製の
シリンドリカルレンズを用いると、焦点距離変化量は前
記式（４）で表される。温度変化量ΔＴを２０℃、レン
ズ材料（ポリカーボネイト）の線膨張係数α’を８×１
０-5、温度Ｔ（２０℃）時の屈折率を１．５７２２２、
屈折率変化量Δｎ（式（４）中、Δｎ1＋Δｎ2）を０．
００２２、温度Ｔ（２０℃）時の焦点距離ｆPLを３０ｍ
ｍとすると、前式（４）から焦点距離変化量ΔｆPLは約
＋０．１２７ｍｍとなる。即ち、環境温度の上昇に伴っ
て、焦点距離が、アナモフィックなフレネルレンズでは
マイナス方向に変化するのに対して、樹脂製のアナモフ
ィックなレンズではプラス方向に変化する。従って、本
実施例では、ポリゴンミラー１５の面倒れを補正するた
めの一対のアナモフィックレンズのうち、前段のアナモ
フィックレンズをフレネルレンズ１３とし、後段のアナ
モフィックレンズを樹脂製のトロイダルレンズ１６ｂと
し、温度上昇時のそれぞれの焦点距離の変化を打ち消し
合うようにした。図６に示すように、温度上昇に伴って
フレネルレンズ１３の焦点距離がＰ1からＰ2へマイナス
方向に変化したとしても、その変化量をトロイダルレン
ズ１６ｂの焦点距離がプラス方向へ変化することによっ
て打ち消せば、感光体ドラム３０上でのビーム径は殆ん
ど変動することはなく、光学系としては高解像度を維持
できる。
シリンドリカルレンズを用いると、焦点距離変化量は前
記式（４）で表される。温度変化量ΔＴを２０℃、レン
ズ材料（ポリカーボネイト）の線膨張係数α’を８×１
０-5、温度Ｔ（２０℃）時の屈折率を１．５７２２２、
屈折率変化量Δｎ（式（４）中、Δｎ1＋Δｎ2）を０．
００２２、温度Ｔ（２０℃）時の焦点距離ｆPLを３０ｍ
ｍとすると、前式（４）から焦点距離変化量ΔｆPLは約
＋０．１２７ｍｍとなる。即ち、環境温度の上昇に伴っ
て、焦点距離が、アナモフィックなフレネルレンズでは
マイナス方向に変化するのに対して、樹脂製のアナモフ
ィックなレンズではプラス方向に変化する。従って、本
実施例では、ポリゴンミラー１５の面倒れを補正するた
めの一対のアナモフィックレンズのうち、前段のアナモ
フィックレンズをフレネルレンズ１３とし、後段のアナ
モフィックレンズを樹脂製のトロイダルレンズ１６ｂと
し、温度上昇時のそれぞれの焦点距離の変化を打ち消し
合うようにした。図６に示すように、温度上昇に伴って
フレネルレンズ１３の焦点距離がＰ1からＰ2へマイナス
方向に変化したとしても、その変化量をトロイダルレン
ズ１６ｂの焦点距離がプラス方向へ変化することによっ
て打ち消せば、感光体ドラム３０上でのビーム径は殆ん
ど変動することはなく、光学系としては高解像度を維持
できる。
【００３５】具体的には、前段のアナモフィックレンズ
の結像位置からトロイダルレンズ１６ｂまでの距離Ｄを
５０ｍｍ、トロイダルレンズ１６ｂから走査光学系全体
としての結像位置までの距離Ｅを２００ｍｍ、光学系の
副走査方向の横倍率を４、トロイダルレンズ１６ｂの副
走査方向の焦点距離を４０ｍｍ、前段のアナモフィック
レンズの焦点距離を３０ｍｍに設定した。２０℃におけ
る感光体ドラム３０上でのビーム径は１００μｍであ
る。
の結像位置からトロイダルレンズ１６ｂまでの距離Ｄを
５０ｍｍ、トロイダルレンズ１６ｂから走査光学系全体
としての結像位置までの距離Ｅを２００ｍｍ、光学系の
副走査方向の横倍率を４、トロイダルレンズ１６ｂの副
走査方向の焦点距離を４０ｍｍ、前段のアナモフィック
レンズの焦点距離を３０ｍｍに設定した。２０℃におけ
る感光体ドラム３０上でのビーム径は１００μｍであ
る。
【００３６】温度が２０℃から４０℃（ΔＴ＝２０℃）
に上昇したとき、トロイダルレンズ１６ｂの焦点距離は
４０．２３４に変化する。ここで、前段のアナモフィッ
クレンズに前述のフレネルレンズ１３を使用した場合
と、ガラス製のシリンドリカルレンズを使用した場合及
びアクリル製のレンズを使用した場合とで、４０℃時に
おいて、感光体ドラム上でのビーム径がどのように変動
するかを以下の表１に示す。この表１から明らかなよう
に、前段のアナモフィックレンズとしてフレネルレンズ
１３を使用すれば、後段のアナモフィックレンズである
トロイダルレンズ１６ｂとで温度上昇によるそれぞれの
焦点距離の変化を打ち消し合い、ガラス製のシリンドリ
カルレンズを使用する場合に比べて、感光体ドラム３０
上でのビーム径の変動が極めて小さくなる。
に上昇したとき、トロイダルレンズ１６ｂの焦点距離は
４０．２３４に変化する。ここで、前段のアナモフィッ
クレンズに前述のフレネルレンズ１３を使用した場合
と、ガラス製のシリンドリカルレンズを使用した場合及
びアクリル製のレンズを使用した場合とで、４０℃時に
おいて、感光体ドラム上でのビーム径がどのように変動
するかを以下の表１に示す。この表１から明らかなよう
に、前段のアナモフィックレンズとしてフレネルレンズ
１３を使用すれば、後段のアナモフィックレンズである
トロイダルレンズ１６ｂとで温度上昇によるそれぞれの
焦点距離の変化を打ち消し合い、ガラス製のシリンドリ
カルレンズを使用する場合に比べて、感光体ドラム３０
上でのビーム径の変動が極めて小さくなる。
【００３７】
【表１】
【００３８】なお、前記第３実施例において、ポリゴン
ミラー１５の面倒れ補正手段として後段のアナモフィッ
クレンズは、ｆθレンズ１６を構成する樹脂製のトロイ
ダルレンズ１６ｂを用いた。しかし、トロイダルレンズ
１６ｂ以外にも種々のアナモフィックレンズを用いるこ
とができる。あるいは、後段のアナモフィックレンズに
フレネルレンズ、前段のシリンドリカルレンズに樹脂製
レンズを用いてもよい。また、面倒れ補正手段以外の各
光学素子の組合わせ形態は任意である。
ミラー１５の面倒れ補正手段として後段のアナモフィッ
クレンズは、ｆθレンズ１６を構成する樹脂製のトロイ
ダルレンズ１６ｂを用いた。しかし、トロイダルレンズ
１６ｂ以外にも種々のアナモフィックレンズを用いるこ
とができる。あるいは、後段のアナモフィックレンズに
フレネルレンズ、前段のシリンドリカルレンズに樹脂製
レンズを用いてもよい。また、面倒れ補正手段以外の各
光学素子の組合わせ形態は任意である。
【図１】本発明の第１実施例であるレーザビーム光源ユ
ニットの断面図。
ニットの断面図。
【図２】図１に示されているフレネルレンズの斜視図。
【図３】本発明の第２実施例であるレーザビーム光源ユ
ニットの断面図。
ニットの断面図。
【図４】本発明の第３実施例であるレーザビーム走査光
学系の斜視図。
学系の斜視図。
【図５】図４に示されているフレネルレンズの斜視図。
【図６】図４に示した走査光学系のビームの副走査方向
での収束状態を示す説明図。
での収束状態を示す説明図。
２…レーザダイオード ３…フレネルレンズ ３ａ…フレネルレンズ面 ４…球面レンズ ４ａ…球面レンズ面 １１…レーザダイオード １３…フレネルレンズ １５…ポリゴンミラー １６ｂ…トロイダルレンズ ３０…感光体ドラム
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザダイオードの正面に、不等間隔格
子からなるフレネルレンズと樹脂製の集光レンズとを設
け、 前記集光レンズの焦点距離を、温度変化に伴うレーザダ
イオードの発振波長の変動によるフレネルレンズの焦点
距離の変化と、温度変化に伴うフレネルレンズの焦点距
離の変化とを相殺可能な値に設定したこと、 を特徴とするレーザビーム光源装置。 - 【請求項２】 フレネルレンズと集光レンズとが樹脂で
一体に成形され、一面がフレネルレンズ面、他面が集光
レンズ面であることを特徴とする請求項１記載のレーザ
ビーム光源装置。 - 【請求項３】 集光レンズが球面レンズであることを特
徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザビーム光源
装置。 - 【請求項４】 画像情報に基づいてレーザ光源から放射
されたレーザビームにより、偏向器、光学素子を介して
走査ライン上を走査するレーザビーム走査光学系におい
て、 前記偏向器の面倒れを補正するため、偏向器の前後に一
対のアナモフィックレンズを配置すると共に、一方のア
ナモフィックレンズとしてフレネルレンズを使用し、他
方のアナモフィックレンズとして樹脂製のレンズを使用
したこと、 を特徴とするレーザビーム走査光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265026A JPH06118346A (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | レーザビーム光源装置及びレーザビーム走査光学系 |
| US08/130,100 US5410563A (en) | 1992-10-02 | 1993-09-30 | Laser beam optical system capable of compensating focal length changes thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265026A JPH06118346A (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | レーザビーム光源装置及びレーザビーム走査光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06118346A true JPH06118346A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=17411552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4265026A Pending JPH06118346A (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | レーザビーム光源装置及びレーザビーム走査光学系 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5410563A (ja) |
| JP (1) | JPH06118346A (ja) |
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| JP2016225448A (ja) * | 2015-05-29 | 2016-12-28 | セイコーエプソン株式会社 | 光源装置およびプロジェクター |
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| JP3432085B2 (ja) * | 1996-08-28 | 2003-07-28 | キヤノン株式会社 | 走査光学装置 |
| US5838713A (en) * | 1997-04-21 | 1998-11-17 | Shimoji; Yutaka | Continuously tunable blue microchip laser |
| US6462891B1 (en) | 2000-04-20 | 2002-10-08 | Raytheon Company | Shaping optic for diode light sheets |
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| KR20080103801A (ko) * | 2007-05-25 | 2008-11-28 | 삼성전자주식회사 | 광주사유닛 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치 |
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| JPH02168220A (ja) * | 1988-12-22 | 1990-06-28 | Omron Tateisi Electron Co | 光学素子及び半導体レーザ光源 |
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- 1992-10-02 JP JP4265026A patent/JPH06118346A/ja active Pending
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