JPH02181712A - 色消しレーザ走査光学系 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザ走査光学系に関し、特に半導体レーザな
どを光源として高解（象を目的とした色消しレーザ走査
光学系に関する。

［従来の技術］ −１１５を的なレーザ走査光学系では、第８図に示すよ
うに、半導体レーザ１を発したレーザ光束はコリメータ
レンズ２により平行光束とされ、この平行光束は副走査
方向（走査ビームの形成する走査面に垂直な方向であり
、ここでは紙面垂直方向）にのみパワーを有するシリン
ドリカルレンズ３により偏向ミラー４の反射鏡面４ａ上
に線状に結像された後、偏向されて走査レンズ（ｆ・θ
レンズ）５によって感光ドラム６上にスポット状に結像
される。

しかし、半導体レーザは温度変化等により発振光の波長
が小さい幅で変動するものである。例えば、波長７８０
ｎｍの半導体レーザでは、温度範囲一４０℃〜６０℃に
おいて±２０ｎｍ程度の変動がある。この波長変動につ
れてレーザ走査光学系の像面位置も変動してしまう。

高解像を目的とした走査系では、これのＦナンバーが小
さ（微小なビームスポットを形成するので、良好なスポ
ットの得られる焦点範囲すなわち焦点深度が小さ（、従
って、上記の像面変動によってこの焦点深度の範囲から
感光ドラム面が外されてしまい目的とする高解像のスポ
ットが得られなくなるという問題があった。この問題に
対して、従来、次のような解決方法が提案されている。

（１）コリメータレンズの色収差を補正して、波長変動
があってもコリメータレンズからの出射光が常に平行ビ
ームとなるようにする。

（２）コリメータレンズの鏡筒の材質を適当に選び、こ
の鏡筒の温度による変化と波長変動によるコリメータレ
ンズの焦点距離の変化とが互いに打ち消しあうようにし
て、コリメータレンズからの出射光が常に平行ビームと
なるようにする。

（３）レーザ走査系の像面位置を検出する装置と像面位
置を調節する可動装置とを設け、検出装置からの信号に
応じて可動装置を動かして、像面位置が常に最適位置と
なる様に調節する。

（４）半導体レーザな一定温度に保つ装置を設けて、波
長変動が発生しないようにする。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記従来例（１）、（２）では走査レンズ
（ｆ・θレンズ）側の持つ色収差は考慮され、ていない
ので、上記の波長変動があった場合、いくらコリメータ
レンズから平行ビームが出射してくると言っても走査レ
ンズ自体の色収差で像面位置が変化してしまうという問
題がある。特に、走査レンズ中に高屈折率のガラスを用
いた場合には、ガラスの分散が大きくなりこの走査レン
ズの色収差による像面位置の変化が大きくなってしまう
例えば、後記の表６にデータを示し第９図に図示した焦
点距離ｆ”　１７０．４ｍｍの走査レンズに組み合わせ
て、従来のコリメータレンズを用いた場合、波長変動に
よる像面位置の変動は第１０図に示す様になる。この走
査レンズで良好なスポットが得られる焦点深度は±１ｍ
ｍであるのに対して、図示の像面位置の変動は±０．８
ｍｍに達している。従って、この場合、常に良好なスポ
ットを得るためには、感光ドラム６に対して走査系の位
置を±０．２ｍｍの位置加工精度で加工する必要があり
、加工精度が厳しくなってコスト高となってしまう。

また、上記従来例（３）では、常に良好な像面位置が得
られるという利点はあるが、検出装置、可動装置共に構
成が複雑で装置全体が高価になってしまうという欠点が
ある。

更に、上記従来例（４）では、半導体レーザの温度検出
・制御手段が新たに必要である上に、一定温度になるま
でに時間がかかるという問題や広い動作環境（温度変化
）に対応するためには装置が高価になると言う問題があ
る。

従って、本発明の目的は、装置を複雑にしたり高価にす
ることな（、系全体について見た場合に、レーザの波長
変動による高解像性能への影響が補正されるように構成
された色消しレーザ走査光学系を提供することにある［
発明の概要］ 上記目的を達成するために、本発明の走査光学系では、
光学系を構成する複数の光学部材の、波長変動による像
面位置の変動への影響力が全体として極力押えられてい
る。

代表的には、コリメータレンズ自体の持つ色収差が走査
レンズの持つ色収差に対して逆の特性となるようにした
り、コリメータレンズの持つ色収差を過修正としたりし
て、波長変動による像面位置の変動を押えたものがある
。

［実施例］ 第１図は本発明による第１実施例のコリメータレンズ１
２を示す。コリメータレンズＬ２は凸レンズ１３と凹レ
ンズ１４の２枚でコンパクトに構成され、全体としては
正のパワーを持っている。また、凸レンズ１３は低分散
のガラス、凹レンズ１４は高分散のガラスで作られ、コ
リメータレンズ１２自体の色収差は同一焦点距離の囃レ
ンズに対して過修正となっている。

この構成のコリメータレンズ１２を後記の表６の走査レ
ンズ５に合わせて設計した場合の設計値が次の表１に示
され、この第１実施例の波長変動による像面位置の変動
の様子が第２図に示されている。第２図から分かるよう
に第１実施例における像面位置の変動は無゛視できるほ
ど小さい。

表１　　　　（実施例１） ｆ”＋　＝６．７７８６ ｃＬ　＝５．Ｏｎ＋　＝ｌ、５１０７２ｒｚ　＝　　４
．９７４７６ ｄａ＝ｏ、ｉ　　ｎ２＝１ ｒｓ　＝　　４．９７１０３ ｄｓ　＝２−　Ｏｎ３＝　１．７６５９１　Ｏｒ、＝６
．７７８６０ ｆ＝２３．２ｍｍ　　Ｆ＋ｎｏ＝４　　波長７８０ｎｍ
この場合、感光ドラム６上で常に良好なスポット径が得
られるためには、感光ドラム６に対して走査系の位置を
±１ｍｍの加工精度範囲に収まるように加工すれば良い
ので、加工は容易になる。

尚、各表において、ｒＬ　−Ｒ＋　、ｄｉ、Ｄｉｓｎｒ
、Ｎ、は光源側から数えて第１番目のレンズ面の曲率半
径、第１面から第ｉ＋１面までの面間隔、第１面の後側
の媒質の屈折率を夫々示す。

第３図は本発明による第２実施例のコリメータレンズ２
２を示す。コリメータレンズ２２は光源側から順に凹レ
ンズ２３と凸レンズ２４の２枚でコンパクトに構成され
ている。

この例でも凹レンズ２３は高分散のガラス、凸レンズ２
４は低分散のガラスで形成され、その他も第１実施例と
同じである。

この構成で、表６の走査レンズ５に合わせて設計した場
合の設計値が次の表２に示されている。

表２　　　（実施例２） ｒＬ　＝　１３．６７８８２ ｄ、＝２．Ｏｎ、　＝１．７６５９１０ｒ＊　　＝５．
　１　３５２９ ｄ２　　＝Ｑ、　　ｔ　　　ｎｉ　　＝１ｒ　ａ　　＝
５　、　０４８７２ ｄｓ　＝４．　０　　ｎｌ　＝　１．　５１０７２ｒ、
＝−１４，９４８２４ ｆ＝２３．２ｍｍ　　Ｆｎｏ＝４　　波長７８０ｎｍ第
４図は本発明による第３実施例のコリメータレンズ３２
を示す。コリメータレンズ３２は１枚目から順に凸レン
ズ３３、凹レンズ３４、凸レンズ３５の３枚で構成され
ている、２枚の凸レンズ３３．３５は低分散のガラス、
凹レンズ３４は高分散のガラスで作られコリメータレン
ズ３２自体の色収差は過修正となっている。１枚の凸レ
ンズ３３と２枚の凹レンズ３４は貼り合わされており、
この貼り合せレンズ３３．３４のパワーの絶対値は２枚
の凸レンズ３４のパワーの絶対値より小さ（なっている
。

第３実施例では、３枚構成であるので２枚構成のものよ
り球面収差の補正が良好であり、貼り合せレンズ３３．
３４を光軸方向に移動可能とすることにより像面位置を
調整できる。また、特に、パワーの絶対値を上記のよう
に設定したので像面位置の調整が容易である。

以上の構成で、表６の走査レンズ５に合わせて設計した
場合の設計値を次の表３に示す表３　　　（実施例３） ｒ、＝２８．５１７１０ ｄ、＝３．５　　ｎｔ　＝１．５１０７２ｒ２＝　　８
．６３４６７ ｄｚ　＝２．０　　ｎｌ　＝　１．７６５９１ｒ３＝　
１５７．４６１６５ ｄ３＝５．５　　ｎｓ　＝１ ｒ、＝９．６２５９７ ｄ４＝２．５　　ｎ４＝１．５１７２０ｒｓ　＝　１０
８．５９０２３ ｆ＝２３．２ｍｍ　　Ｆｎｏ＝４　　波長７８０ｎｍ第
５図には、貼り合わせレンズ３３．３４を光軸方向に移
動させた場合の像面位置の調整の様子と、各々の調整位
置での波長変動による像面位置の変動の様子が示されて
いる。

この構成では、感光ドラム６に対して走査系の位置が±
１ｍｍ以上の位置加工精度で加工された場合でも、貼り
合わせレンズ３３．３４の光軸方向の移動で像面位置を
調整できる。更に、走査レンズ５自体の加工のバラツキ
で像面位置が変化している場合でも、感光ドラム６の面
が焦点深度内に収まるように調整できる。また、第５図
に示すように、第３実施例では、半導体レーザの波長変
動による像面位置の変動が無視できるので、以上の調整
は簡単に済む。

第６図には本発明による第４実施例のコリメータレンズ
４２が示されている。この実施例では、第３実施例と比
して、凹凸凸のレンズ構成４３．４４．４５となってい
る。他は第３実施例と同じであり、この構成で、表６の
走査レンズ５に対して設計した値が表４に示されている
。

表４　　　（実施例４） ｒ、＝−３５，３１０１８ ｄ＋　＝２．１７　　ｎｔ　＝１．７６５９１ｒｘ　＝
１２．８０３ ｃｔ、＝３．０５　　ｎ、＝１．５１０７２ｒ、＝−１
５，２６３０５ ｄ３　＝５．９９　　ｎｌ　＝１ ｒ、＝１４．２３１６２ ｄ、＝２．３６　　ｎ、＝ｌ、５１０７２ｒ！　＝　　
７８．３４６６１ ｆ＝２３．２ｍｍ　　Ｆｓｏ＝４　　波長７８０ｎｍ第
７図には本発明による第５実施例のコリメータレンズ５
２が示されている。第５実施例も　凸凹凸の３枚構成レ
ンズ５３．５４．５５であるが、第３実施例と比して、
２枚目の凸レンズ５５が非球面レンズとなっている。従
って、球面収差の補正が一層良好にできろ。その他は第
３実施例と同じである。

この構成で、表６の走査レンズ５に対して設計した値が
次の表５に示されている。

表５　　　　（実施例５） ｒ　、＝　９　、３７３６９ ｄ１＝３．Ｏｎｌ　＝　１．５　Ｌ０７２ｒａ　＝　　
１７．５２１８９ ｄ、＝２．Ｏｎｔ　＝ｌ、７６５９１ ｒ　ｓ　＝１２　、８４２９１ ｄｓ　＝６．０　　ｎｓ　＝１ ｒ４＝非球面（＊１） ｄ、−＝２．５　　ｎ、＝１．５７６４５ｔ”ｓ＝ω ｆ’　＝　２３　、２　ｍ　ｍ　　Ｆ　Ｎｏ＝　４　　
波長７８０ｎｍ（＊１）　非球面データは ｈ鵞　　　Ｒ ｘ＝１＋　　　１−　　ｈ　　Ｒ＋Ａｈ”＋Ｂｈ’につ
いて Ｒ＝１１．８３９９ Ａ＝７．９７９２０ｘｌＯ−３ Ｂ＝−４，０５３１７ｘｌＯ−’ 表６　　　走査レンズデータ Ｒ，＝−３１，９０５ Ｄ、＝４．７０　　　Ｎ、＝１．５１０７２Ｒ，＝−４
５６，１９０ Ｄｉ　　＝２．　０９５　　　Ｎｍ　　＝１Ｒ，＝−１
０７，６６０ Ｄ、＝１６．　７　　　Ｎｍ　　＝ｌ、　　７６５９１
Ｒ，＝−５２，７０１ Ｄ、＝１．　　ＯＮ、　　＝１ ７１（％＋１１１　　＝■ Ｄｓ　　＝　１　６．　１　　　Ｎｓ　　＝　１　、　
７８５６９Ｒａ”’ｌ　　＝−１３１，５６ ｆ＝１７０．４ｍｍ　　画角±３７．５゜ＦＮＱ＝４　
　　　　波長７８０　ｎｍ（＊１）はトーリックレンズ
であって副走査方向については Ｒ％　＝−１５７，４６ Ｒ１１＝−３８，２０８ ［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明の構成によればレーザの波長
変動による像面位置の変動が無視できる程小さいので、
温度等によってレーザからの光の波長が変動した場合で
も受光面では常に良好なスポット径が得られる。

更に、波長変動による像面位置の変動が無視できるので
、実質的な像面の焦点深度を広（みなせて、その為走査
レンズ系の加工精度を緩めることができて加工コストの
低減にもつながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のコリメータレンズを示す
図、第２図は第１実施例による像面位置の変動を説明す
る図、第３図と第４図は第２実施例と第３実施例のコリ
メータレンズを夫々示す図、第５図は第３実施例による
像面位置の変動を説明する図、第６図と第７図は第４実
施例と第５実施例のコリメータレンズを夫々示す図、第
８図は一般的なレーザ走査光学系を説明する図、第９図
は各実施例に用いた走査レンズを示す区、第１０図は従
来のコリメータレンズの場合の像面位置の変動を示す図
である。 ｌ・・・・半導体レーザ、１２．２２．３２４２．５２
・・・・・コリメータレンズ、３・・・・シリンドリカ
ルレンズ、４・・・・・偏向器、５・・・・・走査レン
ズ、６・・・・感光ドラム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザからのビームがコリメータレンズを介して偏
   向器に向けられ、偏向器で偏向された後、走査レンズで
   像面に結像されるレーザ走査光学系において、少なくと
   もコリメータレンズと走査レンズを含む複数の光学部材
   のレーザビームの波長変動によるビームの像面位置の変
   動への影響力が、系全体として補正されている色消しレ
   ーザ走査光学系。 ２、コリメータレンズの持つ色収差が走査レンズの持つ
   色収差と逆の特性を有する請求項１記載のレーザ走査光
   学系。 ３、コリメータレンズの持つ色収差が過修正とされてい
   る請求項１記載のレーザ走査光学系。 ４、コリメータレンズは少なくとも１枚の凹レンズを含
   む２枚以上のレンズ構成である請求項１、２又は３記載
   のレーザ走査光学系。 ５、コリメータレンズを構成しているレンズの少なくと
   も１枚のレンズは光軸方向に移動可能である請求項１記
   載のレーザ走査光学系。 ６、移動可能なレンズのパワーの絶対値はコリメータレ
   ンズのパワーの絶対値より小さい請求項５記載のレーザ
   走査光学系。 ７、コリメータレンズは、少なくとも１面が非球面であ
   るレンズを含む請求項４記載のレーザ走査光学系。