JPS60172012A - 光走査光学系 - 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】 （技術分野） この発明は、光走査光学系に関する。

（従来技術） レーザー光を、回転多面鏡やホログラム格子ディスク等
を用いた偏向手段で偏向し、偏向されたレーザー光を被
走査面上に走査スポットとして集束させ、この走査スボ
、トによシ被走査面を直線的に主走査する光走査方式が
知られている。

第１図は、このような方式の光走査光学系の１例を要部
のみ略示している。以下、この光学系の例にＲ１〕シて
上記光走査方式のあらましを説明する。

第１図において、符号１はホログラム格子ディスク、符
号２はモーター、符号３は取付具、符号４はシリンドリ
カルレンズ、符号５，６は平面鏡、符号７はｆθレンズ
、符号８はシリンドリカルレンズ、符号９は被走査面を
、それぞれ示している。

ホログラム格子ディスク１は、第２図に示す如く円板状
であって、透明な円形基板の一方の面に、光学的に等価
な複数（図のへでは６個）のホログラム回折格子１−１
．１−２．・・・、１−ｉ、・・・が円環状に配列形成
されている。ホログラム回折格子１−　ｉは、直線状回
折格子であって、表面レリーレホログラム、あるいは、
体積型位相ホログラム等として構成される。

ホログラム格子ディスク１は、第１図に示すように、取
付具３によって、モーター２の軸に固定的に装備され、
モーター２によって回転させられるようになっている。

図示されないし〜ザー光源からのレーザー光りは、第１
図に示すように、シリンドリカルレンズ４を透過し、平
面鏡５によシ反射されて、所定の入射角をもって、ホロ
グラム格子ディスクｌへ向い、ホログラム格子ディスク
１上のホログラム回折格子のひとつに入射する。第３図
は、この状態を説明図的に示している。第３図中、符号
Ｌ１は、入射レーザー光の光束断面を示している。

ホログラム回折格子１−　ｉにおける回折格子の格子線
の方向は、Ａ−Ａ線、すなわち、ホログラム回折格子１
−１の中央部と、ホログラム格子ディスクｌの回転中心
とを結ぶ直線の方向と平行となっている。

レーザー光りが、ホログラム回折格子１−１に入射する
と、ホログラム回折格子ｌ　−ｉによって、回折光が発
生する。ホログラム格子ディスク１が回転すると、入射
レーザー光りに対する、ホログラム回折格子１−１の格
子線の方向が回転するので、これに従い、回折光の方向
は、レーザー光りの入射位置を頂点とする円錐面にそっ
て変化する。

ホログラム格子ディスク１に形成されている各ホログラ
ム回折格子１−　ｉは互いに光学的に等価であるから、
ホログラム格子ディスク１が回転することによシ、レー
ザー光りが入射するホログラム回折格子が切換るごとに
、回折光の偏向が繰シ返されることになる。

さて、ホログラム回折格子によシ生じた回折光は、第１
図に示すように、平面鏡６により反射されたのち、ｆθ
レンズ７、シリンドリカルレンズ８を介して被走査面９
にスポット状に集束する。このスポット状の集束点が走
査スポットである。

ホログラム格子ディスク１が回転すると、走査スポット
は、被走査面９上で直線的に変位して、被走査面９を主
走査する。被走査面９上における走査スポットの移動方
向を主走査方向と呼び、被走査面上で主走査方向と直交
する方向を副走査方向と称する。第１図においては、図
面に直交する方向が主走査方向、図面上下方向が副走査
方向である。

なお、光走査が原稿読取用に行なわれるときは、読み取
られるべき原稿が被走査面に配備され、光走査が光情報
書込用に行なわれるときは、光導電性の感光体等の感光
媒体が被走査面に配備される。

第４図は、第１図の光学系を副走査方向から見た状態を
説明図的に示して−る。ホログラム格子ディスク１が回
転すると、回折光による走査スポットは、被走査面９上
を２１点から２２点まで主走査することを繰返す。ｐｏ
点は、主走査領域の中央点であって、走査スポットが２
０点にあるとき、レーザー光りは、第３図に示す如く、
ホログラム回折格子１−　ｉの中央部に入射している。

さて、第１図に示すように、レーザー光りはシリンドリ
カルレンズ４を介して、ホログラム格子ディスク１に入
射する。そのため、第３図、第４図に示すように、ホロ
グラム回折格子に入射するレーザー光りの断面形状（第
３図の符号Ｌｌ）は、主走査方向に偏平な楕円形状とな
っている。何故このようにするかということについて、
以下に説明する。光走査においては、一般に、主走査線
、すなわち、走査スポットによる主走査の軌跡の直線性
が要求される。

しかるに、先にものべたように、ホログラム回折格子に
よる回折光は、ホログラム格子ディスク１への入射部位
を頂点とする円錐面を描くように偏向されるから、平面
鏡６への入射角が変動する。

そこで、平面鏡６への入射角の変動にもかかわらず、主
走査線の直線性を如何にして確保するかが問題となる。

この問題は、ホログラム格子ディスク１への入射位置、
換言すれば、ホログラム回折格子による回折光の発生位
置と、直線的な主走査線とを、副走査方向において、共
役な関係でむすびつけてやればよい。このためには、シ
リンドリカルレンズや、トロイダルレンズ、あるいは円
筒鏡の如き、アナモフィックな光学系が必要となる。

第１図の光走査装置では、アナモフ４．りな光学系とし
て、シリンドリカルレンズ８が用いられているのである
。すなわち、ｆθレンズ７（これは球面レンズである。

）と、シリンドリカルレンズ８とは、副走査方向におい
て、主走査線と、回折光の発生位置とを共役な関係で結
びつけているのである。

ところで、被走査面９上にスポット状に集束した偏向レ
ーザー光のスポット断面形状としては、走査の良好性か
らして、副走査方向に若干長い楕円形状が要請される。

この楕円形状は５例えば。

主走査方向（短軸方向）に１００μｍ、副走査方向（長
軸方向）に１２０μｍといっだものである。

走査スポットの大きさは、光走査における解像性によ）
規制されるが、走査の良好性のために要請されるのは、
走査スポットの形状であシ、好ましい形状は上記の如く
、副走査方向に若干長い楕円形状でチシ、長軸対短軸は
、（１±０．１　）　：　（１，２±０１）が適当とさ
れている。このような走査スポット形状のとき、走査ス
ポット内の光強度分布が均一に近い状態となるのであ不
。

そうすると、ホログラム回折格子による偏向レーｆ−光
束’＆、ｆθレンス７と−シリンドリカルレンズ８とに
よって、被走査面９上に、上記楕円形状のスポットとし
て集束させることになる訳であるが、シリ／トリカルレ
ンズ８は、長手方向にノζワーもたないので、結局、ｆ
θレンズ７とシリンドリカルレンズ８とからなるレンズ
系は主走査方向と副走査方向とでパワーが異なることに
なる。このような、主走査方向と副走査方向とにおける
パワーの相異に拘らず、被走査面９上に上記の如き所望
の楕円形状のスポットな得ようとすると、必然的に、ホ
ログラム格子ディスクｌに入射するレーザー光りの光束
断面形状ｔ％第３図、あるいは、第４図に示す如く、主
走査方向に偏平な楕円形状とする必要があるのである。

すなわち、周知の如くレーザー光束はガウスビームでち
り、ガウスビームを一定のパワーの光学系で集束させる
場合、ビーム径が大きい程集束性がよい。しかるに、第
１図に示す光学系におりて、ｆθレンズ７とシリンドリ
カルレンズ８とによシ構成されるレンズ系のパワーを考
えてみると、主走査方向に作用するパワーはｆθレンズ
７のパワーのみであるが、副走査方向で作用するパワー
はｆθレンズ７のパワーとシリ／トリカルレンズ８のパ
ワーとであり、合成的パワーは、主走査方向におけるよ
シ副走査方向において大きい。

従って、上述の如く、ホログラム格子ディスク１に入射
するレーザー光の光束断面を、主走査方向に偏平な楕円
形状としなければならないのである。

今、説明している例では、ホログラム格子ディスクを用
いてレーザー光の偏向を行っているが、回転多面鏡を用
いてレーザー光の偏向を行なう場合においても、同様で
ある。すなわち、この場合でも１回転多面鏡の反射面の
、所謂面だおれにより、主走査線が副走査方向にぶれる
のを防止するため、回転多面鏡における偏向位置と主走
査線とを、副走査方向において共役な関係にむすびつけ
る必要があるからである。

なお、ｆθレンズ７は、主走査を等速的なものとするだ
めのものであって、場合によっては１通常の球面レンズ
が用匹られることもある。

さて、レーザー光源として、半導体レーザーが知られて
いる。半導体レーザーは、ガスレーザー等のレーザー光
源に比して小型、安価であって消費電力も小さく、なお
かつ、駆動伝流によって発光強度を直接的に変調できる
等の特徴を有し、光走査装置のレーザー光源として適し
ている。

それで、従来からも、半導体レーザーをレーザー光源と
して用いる光走査光学系が提案されている。

（目　的） そこで、本発明の目的もまた、半導体レーザーをレーザ
ー光源として用いる、新規な光走査光学系の提供にある
。

（構　成） 以下、本発明を説明する。

本発明の光走査光学系は、レーザー光源としての半導体
ンーザーと、コリメートレンズと偏向手段と、第１およ
び第２のシリンドリカルレンズと、＝光レンズとを有す
る。

コリメートレンズは半導体レーザーから放射されるレー
ザー光を平行光束化する。

偏向手段は、レーザー光を偏向させるだめの手段でちっ
て、回転多面鏡やホログラム格子ティスフ等が用いられ
る。

第１のシリンドリカルレンズはコリメートレンズと偏向
手段との間に配備される。

第２のシリ／トリカルレンズは、偏向手段と被走査面と
の開に配備される。

集光レンズは、偏向手段と第２のシリンドリカルレンズ
との間に配備される。

レーザー光源としての半導体レーザーは、その接合面に
直交する方向を、主走査方向と平行的に対応させられる
。

以下、具体的例に即して説明する。

第５図は、本発明の１実施例を略示している。

煩雑をさけるべく、混同の虞れのないものについては、
第１図におけると同一の符号を付した。この実施例は、
本発明を第１図に示す光学系に対して適用したものであ
って、第１図におけると同一の符号を有する機材は、第
１図の光学系におけると同一に配備されている。

第５図中、符号１０は半導体レーザー、符号１１はコリ
メートレンズ、符号１２は１／２波長板、符号４′は第
１のシリ／トリカルレンズを示す。ｆθレンズ７は集光
レンズであす、シリンドリカルレンズ８は第２のシリ／
トリカルレンズである。また、ホログラム格子ティスフ
１、モーター２、取付具３、平面鏡５．６は、偏向手段
を構成す・る。

半導体レーザー１０に関し、第６図の如くＸ方向および
Ｙ方向を定める。Ｘ方向をよ、半導体レーザー１０にお
ける接合面に平行な方向であシ、Ｙ方向は上記接合面に
直交する。レーザー光Ｌ′は、これらＸ・７両方向に直
交する方向へ放射きれる。

さて、良く知られているように、半導体レーザーから放
射されるレーザー光Ｌ′は、発散性の光束であって、し
かもＸ方向とＸ方向とで発散角が異なる（第６図）。

第５図に示すように、半導体レーザー１０におけるＸ方
向は、第５因で上下方向、Ｘ方向、すなわち接合面に直
交する方向は、第５図の図面に直交する方向である。こ
のＹ方向は、主走査方向と平行的に対応している。Ｙ方
向が、主走査方向と平行的に対応するとは、半導体レー
ザー１ｏがら発せられるレーザー光に、仮に、Ｘ−Ｙ座
標軸をとシ付けて、光とともに光路上を１行させたと考
えた場合に、このレーザー光が被走査面に到着したとき
、被走査面上でＹ方向が主走査方向と平行になるという
意味である。

さて、第５図において、半導体レーザー１０がら放射さ
れたレーザー光ＬＪま、コリメートレンズ１１によって
平行光束化され、その光束断面は第７図に示すようにＸ
方向を長軸方向とする楕円形状Ｌ２となる。ついで、レ
ーザー光束は１／２波長板１２を透過し、光束断面形状
を保ったまま、その電界振動方向がＸ方向からＹ方向へ
と回転させられる。

つづいてシリンドリカルレンズ４′を透過して、平面鏡
５を介して、ホログラム格子ティスフ】に入射し、ホロ
グラム格子ティスフｌの回転によ多周期的に偏向され、
被走査面９を主走査する。

先にものべたように、光走査装置では、偏向手段として
の、ホログラム格子ティスフへの入射レーザー光の、入
射部における光束断面形状は、主走査、方向に平行な方
向に長い楕円形状でなければならない（第３図、第４図
参照）。しかるに、半導体レーザーから放射された、レ
ーザー光Ｌ′は平行光束化した段階ですでにＹ方向に長
い楕円形状を呈している（第７図）。従って、本発明の
ように、半導体レーザ〜における接合面に直交するＹ方
向を、ららかしめ、主走査方向と平行的に対応させてお
けば、ホログラム格子ティスフ上の入射レーザー光の光
束断面形状の長手方向も、Ｙ方向と平行的に対応すると
ころとなるから、ホログラム格子ティスフへの入射側に
用いる第１の／リ一トリカルレンズ自体のパワーを小さ
くして、なおかつ、ホログラム格子ディスク上に、所望
の楕円状光束断面を得ることができる。

なお、１／２波長板１２は、光走査への光の利用効率を
高めるために用いられている。すなわち、ホログラム回
折格子の回折効率は、入射するレーザー光の偏向方向に
依存するので、回折効率が最も高くなるように、１／２
波長板１２によって、レーザー光Ｌ′の電界振動面の方
向な調整するのである。

偏向手段に回転楕円鎖を利用するときは、１／２波長板
１２は不要である。

なお、Ｙ方向が主走査方向と平行的に対応せず、主走査
方向に対して傾いて対応するときは、走査スポットの長
軸方向が副走査方向に対して伸くこととなり、良好な走
査のために必要とされる、Ｄ「望の形状の走査スポット
を得ることができない。

またＹ方向が、主走査方向と直交的に対応する場合は、
上記所望の形状の走置スポットヲ得るために、光学系に
課せられる条件がさびしくなる。

スナわち、この場合、コリメーターレンズ１１として大
径のものが必要となシ、第１のシリンドリカルレンズと
して、パワーの強いものが要求される。

最後に偏向手段に回転多面鏡を利用する場合の具体的な
例７ａｌ−あける。

第８図は１本発明による光学系の１例を、光臨から、被
走査面９にいたる光路方向に展開して示したものである
。第８図ｉｌ＋は副走査方向から見た状態、第８図（旧
は主走査方向から見た状態を示す。

符号１００は、レーザー光源としての半導体レーザーを
示す。レーザー光源としての半導体レーザー１００は極
めて小さいので、第８図においては。

点として示されている。この半導体レーザー１００の、
接合面に直交する方向は、第８図ＦＩ、ｌにおいて図面
上下方向、第８図ｉｎ＋において図面に直交する方向で
あって、もちろん、主走査方向と平行的に対応している
。

また、上にのべたように、この光学系では、偏向手段に
回転多面鏡が利用されているが、回転多面鏡によるレー
ザー光の偏向点を符号ｑで示しである。

符号１０１で示すコリメートレンズは、レンズ径がｉｏ
、　５１１１１１　、焦点距離が９１騙のものであって
鏡筒に装備されている。この鏡筒の光軸方向の長さは９
．８ｍｒｎ　、　半４　体レーザー１００から、コリメ
ートレンズ１０１の入射側端部までの距離は３７ｒｎｍ
である。

なお、半導体レーザー１００のレーザー発振波長は７８
０　ｍｍ、発光光束のひらき角は１／ｅ２の半値に対し
、接合面に直交する方向で２８．０３０、接合面に平行
な方向で９３４０である。

第１のシリンドリカルレンズ１０２は、主走査方向に対
応する方向に１２　ｍ＋ａ　、副走査方向に対応する方
向にｌＱｍｌｌの畏さを有する矩形状であシ、入射側の
曲率半径が５３２鶴、射出側の曲率半径が無限大、元軸
上のレンズ面間距離は３朋、焦点距離はｔｏ４ｏｉｍで
ある。

コリメートレンズ１０１の出射側端部か、ら第１のシリ
ンドリカルレンズ１０２の入射側レンズ面までの距離は
３６．５１１１ｍ、従って上記入射側レンズ面と半導体
レーザー１００との距離は５ｏ韮である。また第１のシ
リンドリカルレンズ１０２の射出側レンズ面と偏向点ｑ
との光軸上尾前は５８龍である。

集光レンズとしてのｆθレンス１０３は、入射側レンズ
面の曲率半径が−５８３，７５９ｍｍ　、射出側レンズ
面の曲率半径が−１６６、７５４ｍｎ＋　、光軸上レン
ズ面間距離が１２鴎、焦点距離が３００１１１ｍのもの
である。

偏向点ｑから、ｆθレンズ１０３の入射側レンズ面まで
の光軸上記距離＆＠１００　ｍｍである。

次に、第２のシリンドリカルレンズ１０４は、長さ２３
０　ｍｍ、幅１６１紹であって、入射側レンズ面の曲率
半径が１７　ｍＴＬ　、出射側レンズ面の曲率半径が無
限大、光軸上のレンズ面間距離が５　Ｔｌ１ｍであシ、
焦点距離は３２．９ｍｍである。

ｆθレンス１０３の射出側レンズ面とシリンドリカルレ
ンズ１０４０入射側レンズ面との光軸上の距離は２６６
ｍ＋ａ、同レンズ１０４の射出側レンズ面と被走査面９
との間の光軸上の距離は３１５ｍ＋ａである。

このような光走査光学系により、被走査面９上に、副走
査方向に長軸を一致させた、楕円形の走査スポット（長
軸長１２０μｍ、短軸長１００１１ｍ　）　ｆ得ること
ができ、主走査長２３０　ｍ１１＋を良好に光走査する
ことができた。

（効　果） 以上、本発明によれば、半導体レーザーをレーザー光源
とする新規な光走査光学系を提供できる。

この光走査光学系では、半導体レーザーの、接合面に直
交する方向が、主走査方向に平行的に対応するので、良
好な光走査を行ううえで必要とされる短資スポットの形
状を容易に実現することができる０

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、光走査方式を説明するための図、
第５図は５本発明の１実施例を示す側面図、第６図及び
第７図は、半導体レーサーから放射されるレーザー光の
特徴を説明するための図−第８図は、本発明の別実施例
を、光路方向に展開して示す光学配置図である。 １０．１００・・・半導体レーザー、４’、　１０２・
・・第１のシリンドリカルレンズ、１・・ホログラム格
子ディスク、７・・・集光レンズとしてのｆθレンズ、
８゜１０４・・・第２のシリンドリカルレンズ、９・・
・被走査面、Ｙ・−・半導体レーザーの接合面に直交す
る方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザーと、 この半導体レーザーからのレーザー光を平行光束化スる
   コリメートレンズと、 上記レーザー光を偏向させる偏向手段と、上記コリメー
   トレンズと偏向手段との間に配備される第１のシリンド
   リカルレンズと、上記偏向手段と被走査面との間に配備
   される集光レンズと、 この集光レンズと被走査面との間に配備される第２のシ
   リンドリカルレンズとヲ有シ、半導体レーザーからのレ
   ーザー光を被走査面上に、走査スポットとして、所定の
   スポット形体ｒに集束させ、上記走査スポットによシ被
   走査面を直線的に主走査する光走査光学系であって、半
   導体レーザーにおける接合面に直交する方向を、主走査
   方向と平行的に対応させたことノ、を特徴とする、光走
   査光学系。