JP2757308B2 - 光束走査光学装置 - Google Patents
光束走査光学装置Info
- Publication number
- JP2757308B2 JP2757308B2 JP63317643A JP31764388A JP2757308B2 JP 2757308 B2 JP2757308 B2 JP 2757308B2 JP 63317643 A JP63317643 A JP 63317643A JP 31764388 A JP31764388 A JP 31764388A JP 2757308 B2 JP2757308 B2 JP 2757308B2
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- JP
- Japan
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- light beam
- optical device
- scanning optical
- beam scanning
- coupling lens
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばレーザビームプリンタやディジタル
複写機等に使用される光束ないしレーザ走査光学装置に
関し、特に高解像のレーザ走査光学装置に関する。
複写機等に使用される光束ないしレーザ走査光学装置に
関し、特に高解像のレーザ走査光学装置に関する。
［従来の技術］ 第２図はレーザ走査光学装置の典型例の構成を示す。
同図において、光源部である半導体レーザ１より出た発
散光束はカップリングレンズであるコリメータレンズ２
により略平行光に変換され、更にシリンドリカルレンズ
３により副走査方向（偏向走査ビームの形成する主走査
面に対して垂直な方向）に関してのみ集束され、このシ
リンドリカルレンズ３の副走査方向焦点位置付近に配置
された偏向手段であるポリゴン４の偏向反射面４′に向
けられる。
同図において、光源部である半導体レーザ１より出た発
散光束はカップリングレンズであるコリメータレンズ２
により略平行光に変換され、更にシリンドリカルレンズ
３により副走査方向（偏向走査ビームの形成する主走査
面に対して垂直な方向）に関してのみ集束され、このシ
リンドリカルレンズ３の副走査方向焦点位置付近に配置
された偏向手段であるポリゴン４の偏向反射面４′に向
けられる。
シリンドリカルレンズ３はポリゴン４の倒れ補正（ポ
リゴン４の偏向反射面４′が副走査方向に倒れても光束
が被走査媒体上に実質的に変化なく結像されること）の
為に用いられており、シリンドリカルレンズ３によって
形成される主走査面内で延びる線像は略ポリゴン反射面
４′に一致して結像される。
リゴン４の偏向反射面４′が副走査方向に倒れても光束
が被走査媒体上に実質的に変化なく結像されること）の
為に用いられており、シリンドリカルレンズ３によって
形成される主走査面内で延びる線像は略ポリゴン反射面
４′に一致して結像される。
ポリゴン４はモータ５により矢印６の方向に主走査面
に垂直な軸０の回りで回転させられるので、ポリゴン反
射面４′上に当たった光束はここで反射偏向される。偏
向された光束は、球面レンズ７とアナモフィックレンズ
であるトーリックレンズ８（屈折力が主走査方向と副走
査方向とで異なる）とによって構成されるｆ・θ特性
（光学系の理想像高が焦点距離ｆと光束入射角度θの積
となる特性）を持つアナモフィック結像光学系９によ
り、感光媒体である感光体10上にスポツトとして結像さ
れ、偏向走査によって主走査方向に延びるライン像11を
形成する。
に垂直な軸０の回りで回転させられるので、ポリゴン反
射面４′上に当たった光束はここで反射偏向される。偏
向された光束は、球面レンズ７とアナモフィックレンズ
であるトーリックレンズ８（屈折力が主走査方向と副走
査方向とで異なる）とによって構成されるｆ・θ特性
（光学系の理想像高が焦点距離ｆと光束入射角度θの積
となる特性）を持つアナモフィック結像光学系９によ
り、感光媒体である感光体10上にスポツトとして結像さ
れ、偏向走査によって主走査方向に延びるライン像11を
形成する。
感光体10は矢印12の方向に回転しているので、順次副
走査方向にライン像11が形成され、それによって画像が
作成される。
走査方向にライン像11が形成され、それによって画像が
作成される。
この様なレーザ走査光学装置においては、結像光学系
９によって結像スポットが感光体10の表面13に形成され
ることにより良好な画像が得られることになる。従っ
て、結像スポットは常に所定の位置に止まって形成され
ることが必要である。
９によって結像スポットが感光体10の表面13に形成され
ることにより良好な画像が得られることになる。従っ
て、結像スポットは常に所定の位置に止まって形成され
ることが必要である。
［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記従来例では、環境、特に温度変化に
よって半導体レーザ１とコリメータレンズ２との距離が
変動し、その結果、結像光学系９による光束の像面が移
動してスポットが感光体表面13上でボケてしまうという
欠点があった。
よって半導体レーザ１とコリメータレンズ２との距離が
変動し、その結果、結像光学系９による光束の像面が移
動してスポットが感光体表面13上でボケてしまうという
欠点があった。
これについて、第２図の主走査断面のみを示す第３図
で説明する。ポリゴン反射面４′はＰで示してあり、第
２図と同じものは同符号で示す。また、初期の設定（ス
ポットが感光体表面13上に結像している）の光路は実線
で示し、温度変化時の光路は破線で示してある。即ち、
初期設定時において半導体レーザ１とコリメータレンズ
２との間隔がｌであったものが、温度の変化による熱膨
張のためこの間隔が△ｌだけ変化し、ｌ′の位置である
破線で示す２′にコリメータレンズが来たときは、光束
は破線で示す様になり像面が13より13′へ△SKだけ変化
することになる。
で説明する。ポリゴン反射面４′はＰで示してあり、第
２図と同じものは同符号で示す。また、初期の設定（ス
ポットが感光体表面13上に結像している）の光路は実線
で示し、温度変化時の光路は破線で示してある。即ち、
初期設定時において半導体レーザ１とコリメータレンズ
２との間隔がｌであったものが、温度の変化による熱膨
張のためこの間隔が△ｌだけ変化し、ｌ′の位置である
破線で示す２′にコリメータレンズが来たときは、光束
は破線で示す様になり像面が13より13′へ△SKだけ変化
することになる。
この量を数値で示すと次の様になる。通常、コリメー
タレンズ２は半導体レーザ１からの発散光束の光量を有
効に利用するためにＦナンバーFNO1＝２程度のものが用
いられる。また、結像光学系９は、感光体10上で必要と
されるスポット径が80μ程度であるため、ＦナンバーF
NO2＝60程度のものが用いられる。従って、平行光の光
束径をＤとすると、全光学系２、９の を考慮して、△SKと△ｌの関係は これに上記数値を代入すると、△SK＝900×△ｌとな
り、△ｌが例えば５μとすると（この程度の変化は避け
られない）△SKは4.5mmにもなってしまう。ただし、こ
の場合、必要とされるスポット径が80μ程度であるので
焦点深度は約5mmあり、△SKは一応許容範囲内にある。
タレンズ２は半導体レーザ１からの発散光束の光量を有
効に利用するためにＦナンバーFNO1＝２程度のものが用
いられる。また、結像光学系９は、感光体10上で必要と
されるスポット径が80μ程度であるため、ＦナンバーF
NO2＝60程度のものが用いられる。従って、平行光の光
束径をＤとすると、全光学系２、９の を考慮して、△SKと△ｌの関係は これに上記数値を代入すると、△SK＝900×△ｌとな
り、△ｌが例えば５μとすると（この程度の変化は避け
られない）△SKは4.5mmにもなってしまう。ただし、こ
の場合、必要とされるスポット径が80μ程度であるので
焦点深度は約5mmあり、△SKは一応許容範囲内にある。
しかし、近年要望される高精細画像のためのスポット
径は、30μ程度が必要とされだしている。この様なとき
は、結像光学系９のＦナンバーFNO2が22程度になり、 mmとなるがこれはFNO2の２乗に比例する焦点深度とほぼ
等しくなってしまう。つまり、FNO2が小さくなることに
より△SKも小さくなるが焦点深度もそれに劣らず小さく
なってしまう。よって、温度変化が起こった場合、感光
体表面上で所定のスポット径が維持できなくなるという
欠点があった。
径は、30μ程度が必要とされだしている。この様なとき
は、結像光学系９のＦナンバーFNO2が22程度になり、 mmとなるがこれはFNO2の２乗に比例する焦点深度とほぼ
等しくなってしまう。つまり、FNO2が小さくなることに
より△SKも小さくなるが焦点深度もそれに劣らず小さく
なってしまう。よって、温度変化が起こった場合、感光
体表面上で所定のスポット径が維持できなくなるという
欠点があった。
従って、従来の高精細のスポット径を得る走査光学装
置では、こうした問題を解決するためにコリメータレン
ズから出る光束を探知してAF（自動合焦）操作を行なう
ことなどが提案されているが、これでは装置が複雑にな
り且つ大きくなったり、更にはコストが高くなるという
欠点があった。
置では、こうした問題を解決するためにコリメータレン
ズから出る光束を探知してAF（自動合焦）操作を行なう
ことなどが提案されているが、これでは装置が複雑にな
り且つ大きくなったり、更にはコストが高くなるという
欠点があった。
従って、本発明の目的は、前記問題点を解決するため
に、カップリングレンズのＦナンバーFNO1に適当な条件
を課すことによって環境が変動しても高精細なスポット
径が被走査面で安定して得られるようにした光束走査光
学装置を得ることにある。
に、カップリングレンズのＦナンバーFNO1に適当な条件
を課すことによって環境が変動しても高精細なスポット
径が被走査面で安定して得られるようにした光束走査光
学装置を得ることにある。
［発明の概要］ 通常、被走査面上で所望のスポット径が保証される焦
点深度Ｚに関して、次の関係がある。
点深度Ｚに関して、次の関係がある。
Ｚ＝κFNO2 2・λ ここにおいてκはトランケーションファクタであり、
λは使用波長である。
λは使用波長である。
この深度は理想的なものであり、これから、光学部品
や機械部品の誤差でとられる分を除いたものが環境変動
に与えてもよい深度となる。これには、高精細光束走査
光学装置の場合は、上式Ｚの1/3程度を割りふることが
できる。
や機械部品の誤差でとられる分を除いたものが環境変動
に与えてもよい深度となる。これには、高精細光束走査
光学装置の場合は、上式Ｚの1/3程度を割りふることが
できる。
上記関係式を用いると、 が環境変化による像面の変動分△SKより大きければ所望
のスポット径が得られることになる。
のスポット径が得られることになる。
従って、 という関係が得られる。即ち、本発明による光束走査光
学装置においては、カップリングレンズのＦナンバーF
NO1が上記の条件式を満たすことにより、常に、高精細
なスポットが被走査面で得られるようにしている。
学装置においては、カップリングレンズのＦナンバーF
NO1が上記の条件式を満たすことにより、常に、高精細
なスポットが被走査面で得られるようにしている。
△ｌとしては、コリメータレンズの鏡筒の熱膨張の差
を利用して△ｌを小さく抑える提案が既にあるが、これ
を利用しても５μ程度の変動は避けられないことを考慮
すると、上記の条件式に△ｌ＝５μ、κ＝1.8、λ＝780
nmを入れて、 FNO1≧3.3となる。
を利用して△ｌを小さく抑える提案が既にあるが、これ
を利用しても５μ程度の変動は避けられないことを考慮
すると、上記の条件式に△ｌ＝５μ、κ＝1.8、λ＝780
nmを入れて、 FNO1≧3.3となる。
即ち、本発明のより具体的な形態では、コリメータレ
ンズ２のＦナンバーFNO1を3.3以上にすることにより、
高精細なスポット径を安定して得ることを可能にしてい
る。
ンズ２のＦナンバーFNO1を3.3以上にすることにより、
高精細なスポット径を安定して得ることを可能にしてい
る。
［実施例］ 第１図は本発明の実施例を示す。第１図において、第
２図及び第３図中の符号と同じものは同一部品を示す。
２図及び第３図中の符号と同じものは同一部品を示す。
第１図の実施例において、コリメータレンズ22のＦナ
ンバーFNO1は４である。この様な大きさのＦナンバーで
あるため、半導体レーザ21のカップリング効率が悪くな
り、半導体レーザ21としては、従来の5mWのものではな
く、これの約４倍高出力のものを使用している。
ンバーFNO1は４である。この様な大きさのＦナンバーで
あるため、半導体レーザ21のカップリング効率が悪くな
り、半導体レーザ21としては、従来の5mWのものではな
く、これの約４倍高出力のものを使用している。
結像光学系９のＦナンバーFNO2は約22で、従って被走
査面10上で約30μのスポット径が得られる構成になって
いる。この様な構成において、深度は約0.67mmである。
また、温度変化による△ｌが５μのときの像面（第１図
破線で示す）の変化量△SKは であり、深度の値に比べて充分小さい。従って、FNO1が
４のコリメータレンズ22を用いることにより、環境が変
化しても常に安定した高精細なスポット径が維持される
ことになる。
査面10上で約30μのスポット径が得られる構成になって
いる。この様な構成において、深度は約0.67mmである。
また、温度変化による△ｌが５μのときの像面（第１図
破線で示す）の変化量△SKは であり、深度の値に比べて充分小さい。従って、FNO1が
４のコリメータレンズ22を用いることにより、環境が変
化しても常に安定した高精細なスポット径が維持される
ことになる。
この実施例では、半導体レーザの出力を高出力にして
カップリング効率の悪化を補償したが、被走査媒体の感
度を上げることによっても同目的が達成できる。
カップリング効率の悪化を補償したが、被走査媒体の感
度を上げることによっても同目的が達成できる。
［効果］ 以上説明した如く、カップリングレンズのＦナンバー
に適当な条件を課すことにより、より具体的にはこのＦ
ナンバーを3.3以上にすることにより、装置を複雑にす
ることなく、結像光学系の像面の安定がはかられ、安定
した高精細なスポット径が被走査媒体上で維持される。
に適当な条件を課すことにより、より具体的にはこのＦ
ナンバーを3.3以上にすることにより、装置を複雑にす
ることなく、結像光学系の像面の安定がはかられ、安定
した高精細なスポット径が被走査媒体上で維持される。
第１図は本発明の一実施例の主走査面における断面図、
第２図は従来の光束走査光学装置の斜視図、第３図は従
来例について説明する主走査断面図である。 ３……シリンドリカルレンズ、９……結像光学系、20…
…被走査面、21……半導体レーザ、22……コリメータレ
ンズ
第２図は従来の光束走査光学装置の斜視図、第３図は従
来例について説明する主走査断面図である。 ３……シリンドリカルレンズ、９……結像光学系、20…
…被走査面、21……半導体レーザ、22……コリメータレ
ンズ
Claims (3)
- 【請求項１】光源部からの光束を略平行光とするカップ
リングレンズより出た光束を偏向する偏向手段、該偏向
手段で偏向された光束を被走査媒体上に結像する結像光
学系を有する光束走査光学装置において、該カップリン
グレンズのＦナンバーをFNO1とし、λを使用波長とし、
△ｌを光源部とカップリングレンズとの間隔の環境変化
による変化とし、κをトランケーションファクターとし
て、FNO1が の関係を満足することを特徴とする光束走査光学装置。 - 【請求項２】上記光源部が半導体レーザである請求項１
記載の光束走査光学装置。 - 【請求項３】上記カップリングレンズのＦナンバーFNO1
がFNO1≧3.3である請求項１又は２記載の光束走査光学
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63317643A JP2757308B2 (ja) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | 光束走査光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63317643A JP2757308B2 (ja) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | 光束走査光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02162312A JPH02162312A (ja) | 1990-06-21 |
| JP2757308B2 true JP2757308B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=18090435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63317643A Expired - Lifetime JP2757308B2 (ja) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | 光束走査光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757308B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6233081B1 (en) | 1998-12-24 | 2001-05-15 | Ricoh Company Ltd. | Optical scanning device, image forming apparatus and optical scanning method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4538895A (en) * | 1983-03-07 | 1985-09-03 | International Business Machines Corporation | Scanning optical system for use with a semiconductor laser generator |
-
1988
- 1988-12-16 JP JP63317643A patent/JP2757308B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6233081B1 (en) | 1998-12-24 | 2001-05-15 | Ricoh Company Ltd. | Optical scanning device, image forming apparatus and optical scanning method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02162312A (ja) | 1990-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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