JP3373079B2 - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/12Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/124Details of the optical system between the light source and the polygonal mirror

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学装置に関し、より
特定的には、例えば画像記録装置のように、点光源から
出た光束を所定の位置に結像させることによって所定の
光学的走査を行う光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ等の点光源を用いた種々の
光学装置において、光源が何らかの原因で製品寿命以前
に故障する可能性は皆無とは言えない。光源が故障する
と、光源を交換する必要が生じるが、最終像面の焦点深
度が浅い場合、交換前の光源位置と交換後の光源位置と
の間のずれが問題となる。
【0003】図5は、従来の光学装置(例えば、特開平
1−231015号公報参照)における光学系を概念的
に示す図である。図5において、光源1側の出射光束の
NA(Numerical Aperture;以下、
開口数と称す)をNAOBJ.、最終像面側の入射光束の開
口数をNAIMG.、交換前と交換後の光源1の光軸方向の
位置ずれをΔZ1 とすると、最終像面の光軸方向の移動
量ΔZ2 ’は、次式(1)で表される。 ΔZ2 ’=(NAOBJ./NAIMG.2 ×ΔZ1 …(1) となる。従って、最終像面の焦点深度をδとすると、鮮
明な光学画像を得るためには、 (NAOBJ./NAIMG.2 ×ΔZ1 <δ なる関係を満たす必要がある。
【0004】一般的に、光源側の開口数NAOBJ.は、で
きるだけ大きくしたいという要求がある。これは、開口
数NAOBJ.が大きいと、光源1の出射光量の取り込み量
が増えて、光学的な利用効率が高くなるためである。光
源の光学的な利用効率が高くなると、小パワーの光源を
用いても、最終結像面側で必要な光量を得ることができ
る。一方、一般的な光学機器の場合、最終像面側の開口
数NAIMG.は、機器の仕様によってほぼ決定される。例
えば走査光学系の場合には、走査線密度によって結像ビ
ーム径が決まり、それにより一義的に開口数NAIMG.
決まる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、光源
側の開口数NAOBJ.はできるだけ大きい方が好ましい
が、前述の式(1)から分かるように、光源交換時の最
終像面の移動量ΔZ2 ’は、開口数NAOBJ.の2乗に比
例して大きくなる。従って、従来は光源側の開口数NA
OBJ.をむやみに大きくできないという問題点があった。
もし、開口数NAOB J.を大きくして光源の光学的な利用
効率を高めようとすると、光源交換の際、光源の高い位
置決め精度が要求される。従って、構成部品の高精度化
や調整の高精度化が要求され、結果として、交換部品で
あるにもかかわらず高価になると共に、調整に時間がか
かるなどの問題が生じる。
【0006】それ故に、本発明の目的は、光源の光学的
利用効率を下げることなく、光源交換時における位置決
め精度を低下させることのできる光学装置を提供するこ
とである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
点光源を用いた光学装置であって、点光源と当該点光源
の中間像を形成するための1個以上の光学素子とを含
み、これら点光源および光学素子が一体的に交換可能に
構成された光源ユニット、および中間像を受けて所定の
位置に最終像面を形成する光学系を備え、点光源に対す
る中間像の横倍率の絶対値mがm>1の関係を満たすこ
とを特徴とする、光学装置。
【0008】請求項2に係る発明は、請求項1の発明に
おいて、点光源が半導体レーザであることを特徴とす
る。
【0009】請求項3に係る発明は、請求項1の発明に
おいて、点光源からの光を偏向器で走査することを特徴
とする。
【0010】請求項4に係る発明は、請求項1の発明に
おいて、光源ユニットにおける光学素子群を1個の非球
面レンズで構成したことを特徴とする。
【0011】
【作用】請求項1に係る発明では、一体的に交換可能な
光源ユニットによって点光源の拡大された中間像を形成
し、この中間像を疑似光源として光学系が所定の位置に
最終像面を形成するようにしている。これによって、中
間像直後の開口数NARE LAY が点光源直後の開口数NA
OBJ.より小さくなるため、光源ユニットを交換する際の
位置決め精度が、従来の光学装置において光源単体を交
換する場合に比べてラフになったとしても、最終像面側
で所要の精度が維持できるため、安価で調整の容易な光
学装置が実現できる。
【0012】請求項3に係る発明では、点光源からの光
を偏向器で走査することにより、例えば画像の描画が行
えるようにしている。
【0013】請求項4に係る発明では、光源ユニットに
おける光学素子群を1個の非球面レンズで構成すること
により、収差のない中間像を得るようにしている。
【0014】
【実施例】図1は、本発明の一実施例に係る光学装置に
おける光ビーム走査系の概略構成を示す図である。図1
において、半導体レーザやガスレーザ、またはLED等
によって構成される点光源1から出た光は、リレーレン
ズ2によって収束されて、光源の拡大像である中間像4
を形成する。この光源1とリレーレンズ2は、同一の鏡
筒内に収納されており、光源ユニット3として一体化さ
れている。光源故障時は、光源単独では交換されず、こ
の光源ユニット3の単位で交換される。本実施例では、
光源ユニット3により形成される中間像4を、見かけ上
の新たな光源(以下、疑似光源と称す)として用いてい
る。なお、リレーレンズ2としては、好ましくは、非球
面レンズが用いられる。これによって、中間像4の収差
を無くすことができる。また、光源ユニット3は、図4
に示すように、光源ユニットホルダー13によって着脱
自在に保持されている。
【0015】上記疑似光源からの出射光束は、コリメー
トレンズ5によって平行光にされた後、偏向器8の回転
軸と垂直な面内に焦点を持つ第1シリンドリカルレンズ
6とスリット7とによって偏向器8の反射面上に線状に
結像される。ポリゴンミラー等の偏向器8によって偏向
された光は、fθレンズ9と湾曲した第2シリンドリカ
ルレンズ10とで構成される第2結像光学系によって、
感材11上で所定のビーム径で結像される。偏向器8が
回転すると、感材11上の結像点が矢印α方向に移動す
る。これによって主走査が行われる。一方、感材11
は、搬送ローラ12によって矢印β方向に搬送される。
これによって、副走査が行われる。従って、光源1をデ
ジタル画像データに基づいてスイッチングすることによ
り、感材11上には、所定の画像が描画される。
【0016】上記のように、疑似光源からの出射光束
は、偏向器8の反射面上で線状に結像される。すなわ
ち、偏向器8の反射面は、疑似光源および感材上11上
の結像点に対して光学的に共役な位置にある。これによ
って、製造誤差等により偏向器8の反射面の法線が回転
軸に対して多少傾いていても、感材11上で結像点が所
望の位置からずれるのを防止することができる。すなわ
ち、本実施例の光学装置は、いわゆる光学的な面倒れ補
正を行っている。
【0017】図2は、図1の光ビーム走査系におけるレ
ンズ配置および光路を概略的に示す図であり、特に、図
2(a)は偏向器8の回転軸に直交する面内から見た平
面図であり、図2(b)は図2(a)の縦断面図であ
る。図2において、光源1からリレーレンズ2に出射さ
れる光束の開口数をNAOBJ.、リレーレンズ2後の中間
像4から出射される光束の開口数をNARELAY 、最終像
面つまり感材11上に収束する光束の開口数をNAIMG.
とし、光源1とリレーレンズ2による中間像4の結像倍
率(横倍率)の絶対値をmとすると、 m=NAOBJ./NARELAY …(2) となる。
【0018】図3は、本実施例における光源交換精度を
説明するための概念図である。図3において、光源故障
時の交換単位を光源ユニット3とした場合、光源ユニッ
ト3の交換時における光軸方向の取り付け誤差をΔZ1
とすると、最終像面の光軸方向の移動量ΔZ2 は、 ΔZ2 =(NARELAY /NAIMG.2 ×ΔZ1 …(3) となる。上式(3)に式(2)を代入すると、 ΔZ2 =(NAOBJ./m×NAIMG.2 ×ΔZ1 …(4) となる。
【0019】上式(4)を前述の式(1)と対比する
と、光源側での取り付け誤差に対する最終像面の光軸方
向の移動量は、従来の1/m2 になっている。従って、
m>1に設定すると、光源側の開口数NAOBJ.を同一と
した場合に、光源側での取り付け誤差に対する最終像面
の光軸方向の移動量が従来に比べて小さくなる。このこ
とは、光源ユニット3の位置決め精度を低下させてもよ
いことを意味している。その結果、光源ユニット3の交
換を容易かつ迅速に行えることになる。逆に、光源ユニ
ット3の位置決め精度を従来の光学系の光源の位置決め
精度と同等に保つならば、光源側の開口数NAOBJ.を従
来に比べて大きくすることができ、より小パワーの光源
で所望の光量を得ることができる。その結果、装置のコ
ストを下げることができると共に、小型化が図れる。
【0020】次に、具体的な数値を適用して本実施例の
効果についてより詳細に説明する。今、本実施例におけ
る諸量を以下のように設定するものとする。 NAOBJ.=0.15 NARELAY =0.05 NAIMG.=0.015 m=3.0 δ≒0.33 また、光源ユニット3の機械的部品の取り付け再現性を
10μmとすると、上式(3)または(4)より、最終
像面の光軸方向の移動量ΔZ2 は、0.11mmとな
る。しかしながら、焦点深度δが0.3mm程度である
ため、最終像面の光軸方向の移動は問題とはならない。
【0021】一方、図5に示す従来例において、光源側
の開口数NAOBJ.および交換部の機械的再現性ΔZ1
上記実施例の条件と同様であるとすると、最終像面の光
軸方向の移動量1mmにもなる。これでは、本実施例の
場合、完全に焦点深度から外れ、機器の使用に対して問
題が生じる。例えば交換前の最終像面に感材を配置し、
走査光学系にて描画を行う場合には、交換後に描画され
る点や線が元より大きくなり、階調性が損なわれる。
【0022】なお、上記実施例では、光源ユニット3と
最終像面との間に配置される光学系について一例を示し
たが、本発明は上記実施例のような光学系に限定される
ことはなく、その他の構成の光学系を用いるようにして
もよい。要するに、本発明は、点光源を用いるような全
ての光学装置に適用が可能である。
【0023】また、上記実施例では、光源ユニット3に
おいて、光源1の中間像を形成するために、1個のリレ
ーレンズ2を用いたが、複数のリレーレンズによって光
源1の中間像を形成するようにしてもよい。
【0024】
【発明の効果】請求項1〜4の発明によれば、一体的に
交換可能な光源ユニットによって点光源の拡大された中
間像を形成し、この中間像を疑似光源として光学系によ
り所定の位置に最終像面を形成するようにしているの
で、中間像直後の光束の開口数NARELAY を点光源直後
の光束の開口数NAOBJ.よりも小さくすることができ
る。その結果、光源ユニットの交換に際しての位置決め
精度が、従来の光学装置において光源単体を交換する場
合に比べてラフになったとしても、最終像面側で所要の
精度が維持できるため、安価で調整の容易な光学装置が
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光学装置における光ビ
ーム走査系の概略構成を示す図である。
【図2】図1の光ビーム走査系におけるレンズ配置およ
び光路を概略的に示す図である。
【図3】本実施例における光源交換精度を説明するため
の概念図である。
【図4】本実施例における光源ユニットの保持機構の一
例を示す斜視図である。
【図5】従来の光学装置における光学系を概念的に示す
図である。
【符号の説明】
1…点光源 2…リレーレンズ 3…光源ユニット 4…中間像 5…コリメートレンズ 6…第1シリンドリカルレンズ 7…スリット 8…偏向器 9…fθレンズ 10…第2シリンドリカルレンズ 13…光源ユニットホルダー

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点光源を用いた光学装置であって、 前記点光源と当該点光源の中間像を形成するための1個
    以上の光学素子とを含み、これら点光源および光学素子
    が一体的に交換可能に構成された光源ユニット、および
    前記中間像を受けて所定の位置に最終像面を形成する光
    学系を備え、 前記点光源に対する前記中間像の横倍率の絶対値mがm
    >1の関係を満たすことを特徴とする、光学装置。
  2. 【請求項2】 前記点光源が半導体レーザであることを
    特徴とする、請求項1に記載の光学装置。
  3. 【請求項3】 前記点光源からの光を偏向器で走査する
    ことを特徴とする、請求項1に記載の光学装置。
  4. 【請求項4】 前記光源ユニットにおける光学素子群を
    1個の非球面レンズで構成したことを特徴とする、請求
    項1に記載の光学装置。
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