JPH08304731A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全走査域に渡って均一な走査特性を得ること
ができる光走査装置を提供する。 【構成】 レーザ光２１がホログラムプレート１０の両
端近傍に存在するときには、走査面７に形成される微小
スポット２２は２２ｄ、２２ｅのように副走査方向にや
や広がった形状となる。また、レーザ光２１が中央付近
に照射されているときは、ホログラム３２の副走査方向
の幅が、レーザ光２１の副走査方向の幅よりも狭いた
め、レーザ光２２の副走査方向の広がり角が実効的に減
少し、走査面７に形成されるレーザ光スポットのスポッ
ト径が２２ａのように本来の値よりも増大することによ
り、副走査方向のスポット径が走査端部における光スポ
ット２２ｄ、２２ｅとほぼ等しくなり、全走査領域に渡
り均一なスポット径となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光走査装置に関し、詳
しくはホログラムを用いた光走査装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ホログラムを用いた光走査装置と
しては、図１０に示すようなホログラムスキャナ１００
が知られている。このホログラムスキャナ１００は、半
導体レーザ１１０と、コリメートレンズ１１１と、円筒
レンズ１１３と、ホログラムディスク１１７と、ホログ
ラムプレート１２１とを有しており、ホログラムディス
ク１１７の片面にはホログラムが表面の凹凸の形状で形
成されている。ホログラムプレート１２１も同様にその
片面に表面の凹凸の形状でホログラムが形成されてい
る。半導体レーザ１１０から出射されたレーザ光はコリ
メートレンズ１１１によって平行光となった後、円筒レ
ンズ１１３で走査方向に垂直な方向である副走査方向の
み集光され、ホログラムディスク１１７に照射される。
ホログラムディスク１１７に形成されたホログラム１１
７からの回折光は、ホログラムプレート１２１で回折、
収束され、感光体ドラム１２２上に照射される。ホログ
ラムディスク１１７はモータ１２４の回転軸に取り付け
られており、モータ１２４の回転駆動に伴ってホログラ
ムディスク１１７が回転することにより、回折されたレ
ーザ光は感光体ドラム１２２上をその長手方向に直線走
査する。ここにおいて、ホログラムプレート１２１によ
り、感光体ドラム１２２面上に形成された微小レーザス
ポットはドラム面上を直線的に移動するが、その移動速
度は常に一定となるようにすることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようなホログラムプレート１２１には、図１１に示さ
れるようにホログラムプレート１２１に照射されるレー
ザ光１３５のスポット径よりも十分広い幅で、斜線で示
したようなホログラム１３０が形成されている。レーザ
光１３５がホログラムディスク１１７による偏向により
ホログラムプレート１２１を移動すると、走査中心近傍
では微小な光スポット１４０ａが走査面である感光体ド
ラム１２２面上に形成される。しかし、走査中心１４０
ａから離れるに従い、収差の影響が大きくなり、走査面
上の光スポットは１４０ｂ、１４０ｃさらには１４０
ｄ、１４０ｅのように、特に副走査方向のスポット径が
増大する。また、一般にホログラム１３０は走査の端部
に近いほど回折効率が低下するため、走査中心１４０ａ
から離れるに従い、走査面上の光スポット強度が低下す
る。このため、走査の端部に近づくほどスポット径が大
きくなるとともに光強度も弱くなるため、解像度および
コントラストが走査領域の中で変動し、印字品質が劣化
するという問題があった。

【０００４】さらに、収差を小さくするために、ホログ
ラムプレート１２１における回折角θ_HPを小さくする
と、図１２に示すように回折光１５０と、点線で示した
回折されなかった透過光１５２とが重なり合い、分離が
できなくなる。これにより、感光体ドラム１２２上には
所望の光スポット１４０の他に０次光も照射されるた
め、正常な印字ができなくなるという問題があった。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、全走査域に渡って均一な走査特
性が得られる光走査装置を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１の発明の光走査装置ではレーザ光源と、そ
のレーザ光源から出射されたレーザ光を偏向させて走査
を行うための光偏向手段と、その光偏向手段によって偏
向されたレーザ光を走査面上に収束させるための、ホロ
グラムが形成されたホログラムプレートを備え、前記ホ
ログラムプレートに形成されたホログラムのうち、レー
ザ光の回折に寄与する領域の走査方向とは垂直な副走査
方向の幅が、ホログラムプレートに照射されるレーザ光
の副走査方向のビーム径よりも狭くなっている。

【０００７】また、請求項２の発明の光走査装置では、
前記ホログラムプレートに形成されたホログラムの副走
査方向の幅が走査中心ほど狭くなっている。

【０００８】また、請求項３の発明の光走査装置では、
前記ホログラムプレートの表面に、走査中心ほど遮光量
が大きくなる遮光手段が設けられている。

【０００９】また、請求項４の発明の光走査装置では、
前記ホログラムプレート近傍にスリットを設け、そのス
リットの幅は走査中心ほど狭くなるように形成されてい
る。また、請求項５の発明の光走査装置では、前記光偏
向手段がホログラムを有している。

【００１０】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１の光走査
装置によれば、レーザ光源から射出されたレーザ光は光
偏向手段により偏向され、さらにホログラムプレートに
よって走査面上に微小スポットとして収束される。ここ
で、少なくとも走査中心において、ホログラムプレート
に形成されているホログラムのうちレーザ光の回折に寄
与する領域の副走査方向の幅が、ホログラムプレートに
照射されるレーザ光の副走査方向のビーム径よりも狭く
されている。すなわち、ホログラムプレートをレンズと
見倣したときの開口数が小さくなるため、走査面上にお
ける光スポットの副走査方向のスポット径は増加する。
また、ホログラムの幅が狭いため、ホログラムプレート
に照射されるレーザ光の一部は回折されないため、走査
面上の光スポット強度は低下する。

【００１１】請求項２の発明の光走査装置では、ホログ
ラムプレートに形成されたホログラムの副走査方向の幅
が走査中心ほど狭くなっていることにより、レーザ光の
回折に寄与する領域の幅が走査中心ほど狭くなる。

【００１２】これにより、走査中心ほど副走査方向のビ
ーム径が大きくなるとともに光強度は低下するため、走
査中心から走査端部に渡り、副走査方向のスポット径お
よび光強度が均一な光スポットが得られる。

【００１３】請求項３の発明の光走査装置では、ホログ
ラムプレート表面に遮光手段が設けられており、走査中
央ほど遮光量が大きいため、レーザ光の回折に寄与する
領域の幅が走査中心ほど狭くなる。

【００１４】請求項４の発明の光走査装置では、ホログ
ラムプレート近傍に設けられたスリット幅が走査中心ほ
ど狭くなっていることにより、レーザ光の回折に寄与す
る領域の幅が走査中心ほど狭くなる。

【００１５】請求項５の発明の光走査装置では、レーザ
波長の変化によるホログラムプレートの集光特性の変化
を光偏向手段のホログラムにより補償する。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明を具体化した一実施例を図面
を参照して説明する。

【００１７】本発明を好適に適用した光走査装置１は、
図１に示すようにレーザ光源としての半導体レーザ２の
出射口には、半導体レーザ２より出射されるレーザ光を
平行光とするためのコリメートレンズ３と、ホログラム
ディスク５と、コリメートレンズ３からの平行光を走査
方向に垂直な方向、即ち、副走査方向に収束してホログ
ラムディスク５上に集光する円筒レンズ４と、ホログラ
ムディスク５で回折されたレーザ光２１を走査面、すな
わち感光体ドラム７の表面に集光するホログラムプレー
ト１０とから構成される。そして、回転駆動手段である
モータ８の回転駆動によってホログラムディスク５が回
転することにより回折されたレーザ光２２は感光体ドラ
ム７上をその長手方向、すなわち走査方向に直線走査す
るようになっている。

【００１８】このホログラムディスク５は透明の円盤状
の基板からなるものであり、その中心はモータ８の回転
軸に固着されて、モータ８の回転駆動に伴って回転可能
である。尚、ホログラムディスク５およびモータ８は本
発明の光偏向手段を構成するものである。

【００１９】ホログラムプレート１０は透明な板状の基
板からなるものであり、図２に示すように板状基板３１
の表面に斜線で示した領域にホログラム３２が形成され
ている。このホログラム３２はホログラムプレートの主
走査方向である長手方向の中心、すなわち走査中心に近
いほどその副走査方向の幅が狭くなるように形成されて
いる。

【００２０】なお、ホログラムディスク５、ホログラム
プレート１０の材料としては、樹脂、例えばポリカーボ
ネート、ＰＭＭＡ、ポリイミド、アモルファスポリオレ
フィン等を用いた基板を使用することができる。また、
樹脂以外にガラスやセラミック等を用いてもよい。この
場合、ガラス、セラミック基板に直接凹凸を形成しホロ
グラムとしてもよい。また、これらの基板の上に樹脂等
でホログラムを形成してもよい。

【００２１】前記ホロプグラムレート１０は、副走査方
向にパワーを有するため、ホログラムディスク５で回折
され、発散光となった回折レーザ光２１を感光体ドラム
７上に微小光スポットとして集光する。また、感光体ド
ラム７の長手方向に平行な方向である主走査方向につい
ては、ホログラムディスク５に入射するレーザ光は平行
光とされており、回折レーザ光２１についてもホログラ
ムプレート１０で副走査方向とは異なったパワーで収束
され、微小光スポット２２として集光される。なお、こ
のようなホログラムプレート１０の集光作用により、偏
心、ホログラムディスク５の面振れや半導体レーザ２の
波長変動に伴う回折角の変動も補償することができる。
すなわち、ホログラム３２における回折角は波長により
変化する。このため、ホログラムプレート１０を単独で
用いると、波長変化時に走査特性が変化する。そこで、
ホログラムプレート１０の他に光偏向手段にホログラム
ディスク５を用い、互いに波長変動の影響を打ち消すよ
うにすることにより、波長変動の影響が小さな安定した
光走査を行うことができる。

【００２２】ホログラムプレート２１による副走査方向
の結像関係は図３に示される。走査面である感光体ドラ
ム７の表面に形成される微小光スポットのスポット径φ
は次式で与えられる。

【００２３】 φ ＝ Ｋ・λ／ＮＡ （１） ここで、Ｋは定数、λは波長である。ＮＡはホログラム
プレート１０をレンズと見倣したときの開口数であり、
図３に示すように回折レーザ光２２の広がり角をθとす
ると ＮＡ ＝ ｓｉｎθ （２） とすることができる。これらの関係から、スポット径φ
はＮＡが小さいほど大きくなり、ＮＡは回折レーザ光２
２の広がり角θが小さいほど小さくなる。ホログラムプ
レート１０に形成されたホログラム３２は走査中心程そ
の副走査方向の幅が狭くなっている。すなわち、ホログ
ラムプレート１０において、レーザ光２１の回折、収束
に寄与する領域はホログラム３２が形成されている領域
のみであり、その領域が走査中心ほど狭くされている。
これは、少なくとも走査中心において、ホログラムプレ
ート１０に照射されるレーザ光２１の副走査方向のスポ
ット径よりもホログラム３２の副走査方向の幅の方が狭
い場合、走査面７に集光されるレーザ光２２の広がり角
θが少なくとも走査中心近傍ではθ2のように狭くなっ
ていることに相当する。このため、走査中心近傍では、
レーザ光２２のスポット径φは、広がり角が本来のθの
ときに得られる値と比較してθ2へと小さくなった分だ
け増大する。

【００２４】以上の関係を模式的に説明するのが図４で
ある。すなわち、ホログラムプレート１０に照射された
レーザ光２１が走査の端、すなわちホログラムプレート
１０の両端近傍に存在するときには、走査面７に形成さ
れる微小スポット２２は２２ｄ、２２ｅのように副走査
方向にやや広がった形状をしている。一般に、ホログラ
ム３２は中心に近いほど収差が小さくなるために、走査
面７に形成されるレーザ光スポットのスポット径は小さ
くなる。しかし、レーザ光２１が走査中心、すなわちホ
ログラムプレート１０の中央付近に照射されているとき
は、ホログラム３２の副走査方向の幅の方が、レーザ光
２１の副走査方向の幅よりも狭いため、レーザ光２２の
副走査方向の広がり角が実効的に減少し、走査面７に形
成されるレーザ光スポット２２のスポット径は２２ａの
ように増大し、副走査方向のスポット径は走査端部にお
ける光スポット２２ｄ、２２ｅとほぼ等しくなる。

【００２５】さらに、ホログラム３２の幅を走査端から
走査中心にかけて、収差の減少に伴うスポット径の必要
以上の縮小を補正するように徐々に変化させることによ
り、全走査領域において、光スポットは２２ｄ、２２
ｂ、２２ａ、２２ｃ、２２ｅのように副走査方向のスポ
ット径がほぼ均一となる。これにより、全走査領域にお
いて均一な解像度を実現することができる。

【００２６】また、一般にホログラム３２では、中心に
近いほど回折効率が高くなるために、走査面７に形成さ
れるレーザ光スポット２２の光強度は大きくなる。しか
し、レーザ光２１が走査中心すなわちホログラムプレー
ト１０の中央付近に照射されているときは、ホログラム
３２の副走査方向の幅の方が、レーザ光２１の副走査方
向の幅よりも狭いため、レーザ光２１のうち、ホログラ
ム３２からはみ出した部分のレーザ光は回折されず、光
スポット２２ａへは集光されないため、光スポット２２
ａの強度が実効的に低下し、走査端部における光スポッ
ト２２ｄ、２２ｅの強度とほぼ等しくなる。さらに、ホ
ログラム３２の幅を走査端から走査中心にかけて徐々に
変化させることにより、回折効率の増加に伴う光強度の
増加が補正され、全走査領域において、光スポットの強
度はほぼ均一となる。このように、ホログラムプレート
１０に形成されたホログラム３２の副走査方向の幅を中
心部ほど狭くすることにより、副走査方向のスポット径
および光強度が全走査領域に渡り均一となるような走査
特性を実現することができる。

【００２７】以上、本発明の一実施例を図１及至図４を
用いて詳細に説明したが、本発明は以上詳述した実施例
に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲
で種々の変更を加えることができる。

【００２８】例えば、先の実施例ではホログラムプレー
ト１０に形成されているホログラム３２の幅が走査中心
ほど狭くされていたが、これに限定されるわけではな
く、ホログラムプレート１０におけるレーザ光の回折お
よび集光に寄与する領域の幅が、ホログラムプレート１
０に照射されるレーザ光２１のスポット径よりも狭くさ
れていれば同様の効果が得られる。従って、図２に示す
ようにホログラム３２自体の幅を狭くする代わりに、図
５に示すようにホログラムプレート１０に所定形状の遮
光体を形成してもよい。ここで、レーザ光２１は遮光体
４０を透過しないため、遮光体４０の設けられている領
域にもホログラム３２が形成されていても回折には寄与
せず、先の実施例と同様の副走査方向スポット径および
光強度の均一化の効果が得られる。ここで、遮光体４０
としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｆｅ
等の金属あるいは各種合金、あるいは金属の酸化物、窒
化物、硫化物等を用いることができる。また、炭素、色
素、塗料等の光吸収が大きな材料を用いてもよい。な
お、遮光体４０はホログラムプレート１０のうちホログ
ラム３２が形成されている面、あるいはその反対側の面
のいずれに設けられていても同様の効果が得られる。ま
た、ホログラムプレート１０の基板中に設けてもよい。

【００２９】さらに、このような遮光体４０を設けるこ
とにより、回折角を小さくしても図６に示すように、実
線で示した回折光２２の集光位置と点線で示した回折さ
れずに直進する透過光４３とを分離することができる。
すなわち、遮光体４０がない場合は図６の一点鎖線で示
した透過光４４と回折光２２とが重なってしまい正常な
露光が行われなくなる。一般に回折角を小さくすると、
全体の収差が減少し、スポット径が小さくなる。このた
め、走査端部のスポット径も小さくすることができるた
め、全体の解像度を向上させることができる。

【００３０】また、図７に示すように、遮光体４０の代
わりにスリット６０を用いても同様の効果が得られる。
このスリット６０はホログラムプレート１０の近傍に配
置される。スリット６０としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ等の金属、ステンレスその他の合金、
樹脂、セラミック等遮光性を有する材料であれば用いる
ことができる。なお、スリット６０はホログラムプレー
ト１０の感光体ドラム７側、あるいはホログラムディス
ク５側のいずれの側に配置してもよい。

【００３１】また、ホログラムプレート１０の回折に寄
与する領域の形状は、少なくとも走査中心において、ホ
ログラムプレート１０に照射されるレーザ光２１の副走
査方向のビーム径よりも狭くされている限り特に限定さ
れず、例えば、スポット径の変動が許容範囲内となる条
件の下で、図８（ａ）に示したホログラム８０のように
直線的に変化させてもよい。また、同図（ｂ）に示した
ホログラム８２のように段階的に変化させてもよい。さ
らに、同図（ｃ）に示したホログラム８４のように副走
査方向に対し、回折効率が徐々に変化するようにしても
よい。

【００３２】また、光走査装置において、基本的な構成
は図１で示されるが、これに限定されるわけではなく、
図９に示すように、適時反射ミラー７１、７２、７３、
７４等を挿入して光路を折り曲げることにより、光走査
装置１の小型化を行ってもよい。

【００３３】また、ホログラムディスク５、ホログラム
プレート１０に形成されるホログラムは、その表面に凹
凸の形状でホログラム１７が形成された、所謂レリーフ
型としてもよい。また、これに限定されるわけではな
く、例えば、媒質の位相変化の形でホログラムを記録し
た体積型ホログラムを用いてもよい。

【００３４】また、光偏向手段として、ホログラムディ
スク以外の手段を用いてもよい。例えば、ポリゴンミラ
ー、ガルバノミラー等を用いてもよい。

【００３５】また、光走査装置１において、実施例に示
した以外の構成とし、適時必要な光学部品を付け加えて
もよい。さらに、レンズ等をホログラムで置き換えても
よい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１に記載される本発明の光走査装置によれば、ホ
ログラムプレートに形成されているホログラムのうち、
レーザ光の回折に寄与する領域の副走査方向の幅が、ホ
ログラムプレートに照射されるレーザ光の副走査方向の
ビーム径よりも狭くされている。すなわち、ホログラム
プレートをレンズと見倣したときの開口数が小さくなる
ため、走査面上における光スポットの副走査方向のスポ
ット径は増加する。また、ホログラムの幅が狭いため、
ホログラムプレートに照射されるレーザ光の一部は回折
されないため、走査面上の光スポット強度は低下する。
これにより、走査端部と走査中央部のレーザ光スポット
の副走査方向のビーム径および光強度をほぼ均一にする
ことができるため、解像度、光強度が全走査領域に渡り
ほぼ均一となる走査特性が得られる。

【００３７】また、請求項２に記載される本発明の光走
査装置によれば、ホログラムプレートに形成されたホロ
グラムの副走査方向の幅が走査中心ほど狭くなっている
ことにより、レーザ光の回折に寄与する領域の幅が走査
中心ほど狭くなる。これにより、走査中心ほど副走査方
向のビーム径が大きくなるとともに光強度は低下するた
め、走査中心から走査端部に渡り、副走査方向のスポッ
ト径および光強度が均一な光スポットが得られる。これ
により、全走査領域に渡り、更に均一な走査特性を実現
することができる。

【００３８】また、請求項３に記載される本発明の光走
査装置によれば、ホログラムプレート表面に遮光手段が
設けられ、その遮光手段が走査中央ほど遮光量が大きく
なるようになっていることにより、請求項１に記載され
る光走査装置より更に、全走査領域に渡り、均一な走査
特性を実現することができる。

【００３９】また、請求項４の発明の光走査装置によれ
ば、ホログラムプレート近傍にスリットを設け、このス
リットの幅を走査中心ほど狭くしたことにより、レーザ
光の回折に寄与する領域の幅が走査中心ほど狭くなる。
これにより、請求項１に記載される光走査装置より更
に、全走査領域に渡り、均一な走査特性を実現すること
ができる。

【００４０】また、請求項５の発明の光走査装置によれ
ば、光偏向手段がホログラムを有するため、レーザ波長
の変化によるホログラムプレートの集光特性の変化を光
偏向手段のホログラムディスクにより補償することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の構成を具体化した一実施
例を示す要部側面図である。

【図２】ホログラムプレートを示す平面模式図である。

【図３】ホログラムプレートの結像関係を示す説明図で
ある。

【図４】ホログラムプレートによる集光特性を示す模式
図である。

【図５】本発明の光走査装置の他の実施例におけるホロ
グラムプレートを示す模式図である。

【図６】本発明の光走査装置の他の実施例におけるホロ
グラムプレートの結像関係を示す説明図である。

【図７】本発明の光走査装置の他の実施例を示す要部側
面図である。

【図８】本発明の光走査装置の他の実施例におけるホロ
グラムプレートを示す模式図である。

【図９】本発明の光走査装置の他の実施例を示す要部断
面図である。

【図１０】従来の光走査装置の構成を示す要部側面図で
ある。

【図１１】従来の光走査装置のホログラムプレートによ
る集光特性を示す模式図である。

【図１２】従来の光走査装置のホログラムプレートによ
る結像関係を示す模式図である。

【符号の説明】 １ 光走査装置 ２ 半導体レーザ（レーザ光源） ５ ホログラムディスク（光偏向手段） ７ 走査面 ８ モータ １０ ホログラムプレート ２１ レーザ光 ３２ ホログラム ４０ 遮光手段 ６０ スリット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、 そのレーザ光源から出射されたレーザ光を偏向させて走
   査を行うための光偏向手段と、 その光偏向手段によって偏向されたレーザ光を走査面上
   に収束させるための、ホログラムが形成されたホログラ
   ムプレートを備える光走査装置であって、 前記ホログラムプレートに形成されたホログラムのう
   ち、レーザ光の回折に寄与する領域の走査方向とは垂直
   な副走査方向の幅を、ホログラムプレートに照射される
   レーザ光の副走査方向のビーム径よりも狭くしたことを
   特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記ホログラムプレートに形成されたホ
   ログラムの副走査方向の幅が走査中心ほど狭くなってい
   ることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記ホログラムプレートの表面に、走査
   中心ほど遮光量が大きくなる遮光手段を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記ホログラムプレート近傍にスリット
   を設け、そのスリットの幅を走査中心ほど狭くなるよう
   に形成したことを特徴とする請求項１記載の光走査装
   置。
5. 【請求項５】 前記光偏向手段がホログラムを有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の光走査装置。