JP2727102B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザビームプリンタ等に用いて好適な光走
査装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図は本出願人が特開昭63−146015号公報として先
に提案した従来のレーザビームプリンタにおける光走査
装置を表わしている。

同図において１は半導体レーザであり、情報記録のた
めのレーザ光を出射する。２はコリメートレンズであ
り、半導体レーザ１より出射された発散状態のレーザ光
を平行光に変換する。３はアナモフィック光学系として
の凸のシリンドリカルレンズであり、主走査方向（後述
するドラム13の軸14と平行な方向）にパワーを有せず、
副走査方向（ドラム13の軸14と垂直な方向）にのみパワ
ーを有している。４は偏向器としての回転多面鏡であ
り、軸５を中心として回転される。６は走査レンズとし
てのｆθレンズであり、球面シリンドリカルレンズ７と
トーリックレンズ10により構成されている。球面シリン
ドリカルレンズ７の回転多面鏡４側の面８は、副走査方
向の断面に負の曲率を有するシリンドリカル面とされ、
その反対側の面９は、凹状の球面とされている。トーリ
ックレンズ10の球面シリンドリカルレンズ７側の面11は
平面とされ、その反対側の面12はアナモフィック作用を
果たすように、主走査方向と副走査方向の両方に曲率を
有するが、後者の方がより強い曲率（より小さい曲率半
径）とされている。13は軸14を中心として副走査方向
（正確にはその反対の方向）に回転されるドラムであ
り、その表面が露光面とされる。

半導体レーザ１より出射されたレーザ光はコリメート
レンズ２により平行光とされる。半導体レーザ１は第３
図に示すように、その接合面15と垂直な方向の広がり角
θｖの方が平行な方向の広がり角θｐより大きくなる
（θｖ＞θｐ）ようにレーザ光を放射する特性を有して
いる。その結果コリメートレンズ２より出射される光束
の径Ｄは、第４図（ａ）、（ｂ）に示すように、接合面
15と垂直な方向の断面の径Dvの方が、平行な方向の断面
の径Dpより大きくなる。

コリメートレンズ２より出射された平行光はシリンド
リカルレンズ３に入射される。シリンドリカルレンズ３
は副走査方向にのみパワーを有し、主走査方向にはパワ
ーを有しないので、主走査方向の断面の光束は、第４図
（ａ）に示すようにそのまま平行に出射されるが、副走
査方向の光束は第４図（ｂ）に示すように、回転多面鏡
４の反射面より距離ｌだけ前の点Ｆで一旦収束される。
このようにアナモフィックな作用を受けた光束は回転多
面鏡４により反射され、ｆθレンズ６を介してドラム13
上に照射される。回転多面鏡４の回転に対応してその反
射方向が変化するので、ドラム13上のスポットは主走査
方向に移動する。

ｆθレンズ６により、入射ビームのレンズ光軸となす
角度（入射角）をθ、ドラム13上のスポットのその光軸
からの距離（像高）をｙ、ｆθレンズの焦点距離をｆと
するとき、 ｙ＝ｆ・θ となる。従って回転多面鏡４の回転角と主走査方向のス
ポットの位置が略正比例する。

またドラム13が軸14を中心として副走査方向に回転す
るので、ドラム13上においてスポットは副走査方向に順
次移動する。

主走査方向においてはトーリックレンズ10の面12が光
束をドラム13上に収束させるように作用する。また副走
査方向においてはシリンドリカルレンズ３、球面シリン
ドリカルレンズ７の面８と９、及びトーリックレンズ10
の面12の共動作用により光束がドラム13上で収束され
る。半導体レーザ１は記録情報に対応して制御されるの
で、結局ドラム13の露光面上に記録情報に対応した像が
記録される。

ここでレンズにより収束される光のスポット径Ｓは Ｓ＝ｋλＦ＝ｋλf/D ・・・（１） となる。（１）式においてλは光の波長を意味し、また
ＦはＦナンバーであり、ｆθレンズの焦点距離ｆを入射
光束の径Ｄで割った値を意味する。またｋは比例定数で
あり、第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、分布してい
る光量のけられ量が少ない場合（同図（ａ））の方が多
い場合（同図（ｂ））に較べ大きくなる。

（１）式より明らかなように、焦点距離を一定とする
とスポット径Ｓは入射光束の径Ｄに反比例する。接合面
15に垂直な方向と主走査方向とを一致させた場合、一般
に主走査方向のスポット径Svの方が副走査方向のスポッ
ト径Spより小さくなる（Sv＜Sp）。従って第６図に示す
ように、ドラム13上のスポットは主走査方向に短く、副
走査方向に長くなる。その結果主走査方向に１回スキャ
ンした後、ドラム13を所定ピッチだけ回転し、次のスキ
ャンを行うとき、スキャン領域の一部を重複させること
ができ、スキャンされない領域の発生を防止することが
できる。

特に走査レンズ系がアナモフィックであり、シリンド
リカルレンズ３により副走査方向において一度回転多面
鏡４の手前で光が収束される場合、回転多面鏡４に面倒
れ（回転多面鏡４の反射面が軸５と平行でなくなるこ
と）があるようなときにおいても、像点誤差を制御する
ことができる。またこの様な構成においてはシリンドリ
カルレンズ３による副走査断面における結像点を一定に
保ちながら、その焦点距離を変えることで、コリメート
レンズ以降のレンズ系の副走査方向における合成焦点距
離を変えることができる。従ってシリンドリカルレンズ
３の焦点距離を適当に選ぶことで、副走査方向のスポッ
ト径Spを任意に設定できる。その詳細は前記公報に記述
してあるので省略する。

ところで半導体レーザ１の発散角度にバラツキがある
場合、シリンドリカルレンズ３の焦点距離を変更するこ
とによりこれを吸収することができる。しかしながらそ
のようにするとシリンドリカルレンズ３として多くの焦
点距離のものを用意しておく必要があり、不利である。
そこでスリット（アパーチャ）により光束の一部だけを
通過させるようにした方が有利となる。またエネルギー
に余裕がある場合、シリンドリカルレンズ３の焦点距離
をあらかじめ短めに設定しておき、走査ピッチに応じて
スリットにより副走査方向のスポット径Spを太らさせる
方向へ調整すれば、部品の共通化が図れる。このスリッ
トは例えば特開昭63−61824号公報に示されるように、
コリメートレンズにより生成される平行光路中に配置す
ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながらこのようにスリットを平行光路中に配置
すると、そこで反射されたレーザ光が半導体レーザに戻
り、半導体レーザの動作が不安定になる。またスリット
を専用の部材として予め用意しておく必要があるので部
品点数、組立工数が増加し、コスト高になる。

本発明は斯かる状況に鑑みなされたもので、戻り光を
少なくし、半導体レーザの動作を安定させるとともに、
部品点数、組立工数を少くし、コストの低減を可能にす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光走査装置は、レーザ光を出射する半導体レ
ーザと、半導体レーザより発散して出射されるレーザ光
を平行光にするコリメートレンズと、コリメートレンズ
より出射されるレーザ光のうち、主走査方向の断面にパ
ワーを有せず、副走査方向の断面にパワーを有するアナ
モフィック光学系と、アナモフィック光学系より出射さ
れるレーザ光を主走査方向に偏向する偏向器と、偏向器
より出射されるレーザ光を露光面上に収束、走査する、
主走査方向と副走査方向に異ったパワーを有するアナモ
フィックな走査レンズ系と、アナモフィック光学系によ
り少なくとも１つの方向において収束される光路中に配
置されたスリットとを備える。

〔作用〕

半導体レーザより出射されたレーザ光はコリメートレ
ンズにより平行光とされた後、例えばシリンドリカルレ
ンズよりなるアナモフィック光学系により副走査方向の
作用を受ける。このアナモフィックな光は例えば回転多
面鏡よりなる偏向器により、例えばｆθレンズよりなる
走査レンズに入射される。この走査レンズは主走査方向
のみならず、シリンドリカルレンズに対応して副走査方
向にもパワーを有する。これにより走査レンズより出射
された光が主走査方向と副走査方向の両方向において露
光面上に収束される。露光面上に所定のスポット形状を
得るためのスリットはシリンドリカルレンズの後方、す
なわち少なくとも１つの方向において収束される光路中
に配置される。

従ってスリットの反射による半導体レーザへの戻り光
は少なくなる。また例えばシリンドリカルレンズの支持
台としてスリットを一体成形することにより部品点数、
組立工数を少なくし、コストを低減させることが可能に
なる。

〔実施例〕

本発明の光走査装置の基本的構成は第２図における場
合と同様である。これに例えば第１図及び第７図に示す
如きスリットがシリンドリカルレンズの後方、すなわち
少なくとも１つの方向において収束される光路中に付加
され、第８図に示す如き光路が構成される。

第１図において31はシリンドリカルレンズ３の支持台
であり、合成樹脂、金属等からなる。支持台31はシャー
シあるいは台座等に取り付けられる支持部32と、支持部
32に略垂直な取付部33とから構成されている。取付部33
にはスリット34が形成され、取付部33はスリット板とし
ても機能する。35はシリンドリカルレンズ３を支持する
ために取付部33に一体成形されたアームである。スリッ
ト34はその長手方向が主走査方向と平行になるように形
成されている。この取付部33にシリンドリカルレンズ３
の平面側が密接されるように取り付けられる。アーム35
はシリンドリカルレンズ３を取り付けるとき弾性変形
し、取付動作を容易ならしめるとともに、取付後はその
弾性力によりシリンドリカルレンズを保持する。アーム
35による付勢力が弱いときは接着剤や両面テープ等によ
りシリンドリカルレンズ３を固定することもできる。シ
リンドリカルレンズ３の凸のシリンドリカル面を取付部
33に対向させることも理論的には可能であるが、そのよ
うにすると取付状態が不安定になるので平面側を取付部
33に密接するのが好ましい。

第９図に示すように半導体レーザ１より出射されたレ
ーザ光は接合面15に垂直な方向の広がり角θｖが、平行
な方向の広がり角θｐより大きくなっている。従ってそ
の光量分布は第10図に示すように、接合面15に平行な断
面の方が垂直な断面に較べ急峻になっている。この光束
はコリメートレンズ２により平行光とされるが、接合面
15と垂直な断面においてはその両端部の光の一部がコリ
メートレンズ２によりケラれる。これに対して平行な断
面においてはケラレ量は極めて少ない。従ってコリメー
トレンズ２より出射された光は第11図に示すように分布
している。すなわち平行断面においては急峻かつ連続的
な分布であるのに対し、垂直断面においては広がって分
布しているので、その端部が不連続にカットされてい
る。コリメートレンズ２より出射された光がシリンドリ
カルレンズ３にそのシリンドリカル面側から入射され
る。シリンドリカルレンズ３を平面側が入射面となるよ
うに配置することも理論的には可能であるが、そのよう
にすると、入射面（平面）で反射される光量が増加し、
半導体レーザ１への戻り光がそれだけ増えるので好まし
くない。

シリンドリカルレンズ３は副走査方向にのみパワーを
有するように配置されている。従って主走査方向の断面
においては第８図（ａ）に示すように、光がレンズ作用
を受けずにそのまま出射されるが、副走査方向の断面に
おいては第８図（ｂ）に示すように収束される。シリン
ドリカルレンズ３より出射された光束は取付面33に形成
したスリット34によりその断面形状が規定される。光束
の一部は取付面33で反射されるが、ここにおける光束は
少なくとも副走査方向の断面において収束しており、平
行光ではないので半導体レーザ１へ戻る光は少ない。

またこのとき第12図に破線で示すように、スリット34
の長手方向と、スリット34への入射ビームの長径方向と
が略垂直になるように（接合面15が主走査方向と平行に
なるように）半導体レーザ１を配置することも理論的に
は可能である。しかしながらそのようにすると、スリッ
ト34より出射される光束の断面形状は変わらないが、光
の利用効率が低下する。従って第12図に実線で示すよう
に、光束の長径がスリット34の長手方向と略平行になる
ように半導体レーザ１を配置するのが好ましい。

このようにしてスリット34から主走査方向に長い断面
形状の光束が出射され、回転多面鏡４、ｆθレンズ６を
介してドラム13上に収束、照射される。上述したよう
に、スポットの径はｆθレンズ６への入射光束の径に反
比例する。従ってスポットは主走査方向に短く、副走査
方向に長い形状となる。

第13図は本発明の他の実施例を表わしている。同図に
おいて41は支持部であり、取付部33を挟んで支持部32と
反対側に延在している。42は支持部41に形成された長孔
である。51は図示せぬシャーシ、ベース部材等に固定さ
れた、あるいはそれらと一体成形された、シリンドリカ
ルレンズを取り付けるための台座である。52は台座51に
形成されたピンであり、支持部41の長孔42内に挿通可能
になっている。53は長孔42に挿通されたネジ61が螺合さ
れる孔である。

台座51は２つのピン52の中心を結ぶ線がレーザ光の光
軸と上から見たとき一致するように配置されている。組
立時先ずシリンドリカルレンズ３がアーム35に支持され
る。この状態で、支持部41の長孔42がピン52に挿通され
るように支持部41を台座51上に載置する。さらにネジ61
を長孔42を介して孔53に軽く螺合し、支持台31を台座51
に仮止めする。しかる後支持台31をレーザ光の光軸方向
に移動調整する。このとき長孔42がピン52にガイドさ
れ、かつネジ61により台座51に軽く押圧されているの
で、支持台31はガタツクことなく円滑に所望の位置に移
動される。副走査方向における光束が回転多面鏡４より
所定距離ｌだけ前方に収束され、かつ副走査方向におけ
る像がドラム13上に収束する位置にシリンドリカルレン
ズ３が配置されたとき、ネジ61をさらに回転し、支持台
31を台座51上に完全に固定する。

長孔42を支持部32側に形成することも理論的には可能
である。しかしながらそのようにすると、組立調整時、
指、治具等が触れ、シリンドリカルレンズ３のシリンド
リカル面が汚れたり、最悪の場合破損したりするおそれ
がある。そこでこれを防止するため、実施例のように支
持部41側に長孔を形成するなが好ましい。

尚、この他支持部41を若干厚くし、その底面にピン52
と係合するガイド溝を形成することもできる。勿論ピン
52の替わりに突条を設けるようにしてもよい。またピン
や突条を支持部41側に、かつ長孔やガイド溝を台座51側
に、各々形成するようにすることもできる。

このようにスリット34をシリンドリカルレンズ３を取
り付ける支持台31に一体成形しておけば、スリット板を
別個に用意しておく場合に較べ、部品点数、組立工数の
低減が可能である。

第14図は本発明のさらに他の実施例を表わしている。
この実施例においてはシリンドリカルレンズ３の平面側
の一部に、スミ塗り等により遮光面71を形成することに
よりスリット34を形成している。この場合においては支
持台にスリットを形成する必要がなくなる。

また第15図に示すように、シリンドリカルレンズ３の
パワーを第４図に示す場合より弱くするとともに、ｆθ
レンズ６にアナモフィックの特性を付与する場合があ
る。この場合ｆθレンズ６の副走査方向の焦点距離fpを
主走査方向の焦点距離fvより短くすることができ、走査
レンズを焦点距離fvの球面レンズ系で構成した場合より
面倒れによる副走査方向の像点誤差を軽減することが可
能になる。その詳細は例えば特開昭61−245129号公報に
開示されているので省略するが、本発明は斯かる場合に
おいても応用が可能である。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明によれば、スポットの形状を規定す
るスリットをアナモフィック光学系の後方、すなわち少
なくとも１つの方向において収束される光路中に配置す
るようにしたので、平行光路中に配置する場合に較べ、
スリットにおいて反射されて半導体レーザに戻る光を少
なくすることができる。従って半導体レーザを安定して
動作させることができる。

またこのスリットをアナモフィック光学系の支持台と
して一体成形した場合においては、部品点数、組立工数
を少なくし、コストを低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシリンドリカルレンズの支持台の組立
図、 第２図は従来の光走査装置の斜視図、 第３図は半導体レーザのレーザ光の放射状態の説明図、 第４図（ａ）及び（ｂ）は第２図の光走査装置の主走査
方向と副走査方向の光路の説明図、 第５図（ａ）及び（ｂ）は定数ｋの説明図、 第６図はスポットの形状と走査方向の説明図、 第７図はシリンドリカルレンズを取り付けた本発明の支
持台の斜視図、 第８図は本発明の光走査装置の主走査方向と副走査方向
の光路の説明図、 第９図はコリメートレンズの作用を説明する斜視図、 第10図は半導体レーザより出射された光の分布特性図、 第11図はコリメートレンズより出射された光の分布特性
図、 第12図は本発明のスリットとレーザ光の断面形状の関係
を表わす図、 第13図は本発明の支持台の他の実施例の斜視図、 第14図は本発明のスリットの他の実施例の斜視図、 第15図（ａ）及び（ｂ）は本発明の光走査装置の主走査
方向と副走査方向の光路の他の実施例の説明図である。 １……半導体レーザ ２……コリメートレンズ ３……シリンドリカルレンズ ４……回転多面鏡 ５……軸 ６……ｆθレンズ ７……球面シリンドリカルレンズ 8,9……面 10……トーリックレンズ 11,12……面 13……ドラム 14……軸 15……接合面 31……支持台 32……支持部 33……取付部 34……スリット 35……アーム 41……支持部 42……長孔 51……台座 52……ピン 53……孔 61……ネジ 71……遮光面

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を出射する半導体レーザと、 半導体レーザより発散して出射されるレーザ光を平行光
   にするコリメートレンズと、 コリメートレンズより出射されるレーザ光のうち、主走
   査方向の断面にパワーを有せず、副走査方向の断面にパ
   ワーを有するアナモフィック光学系と、 アナモフィック光学系より出射されるレーザ光を主走査
   方向に偏向する偏向器と、 偏向器より出射されるレーザ光を露光面上に収束、走査
   する、主走査方向と副走査方向に異ったパワーを有する
   アナモフィックな走査レンズ系と、 アナモフィック光学系により少なくとも１つの方向にお
   いて収束される光路中に配置されたスリットとを備える
   光走査装置。