JPH03210519A - 走査光学装置 - 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、光源から出射された光束を回転多面鏡の鏡面
で反射させることによって偏向走査する走査光学装置に
関する。

［従来の技術］ 従来、走査光学装置として、例えば第６図に示す様に、
レーザ光源３０から出射されるレーザビームＬＢを、所
定の画像情報に基づいて変調し、この変調されたレーザ
ビームＬＢをコリメータレンズ３２により平行光とした
うえでシリンドリカルレンズ３３に入れ、等速で回転す
る回転多面鏡３４にて反射させることで、レーザビーム
ＬＢを等連日運動で走査し、更にｆθレンズ３６によっ
て、等連日運動での走査を直線運動での走査に変換する
と共にレーザビームＬＢの径を絞って感光ドラム３８上
に微小なスポットとして結像させて画像を記録するもの
が知られている。

この種の走査光学装置では、高速でレーザビームＬＢを
走査する為に、回転多面１１３４を高速で回転させるこ
とや回転多面鏡３４の鏡面数を増やすことが考えられる
が、回転機構の機械構造上、回転速度の上昇には限界が
あることや鏡面増加によって回転多面１１３４が大型に
なることなどで。

より高速での走査は困難であった。また、記録画像の画
質をよ（するには、ｆθレンズ３６の射出Ｆナンバーを
より小さくして感光ドラム３８上のスポットの径を小さ
くすればよいが、その為には、ｆθレンズ３６に入射す
るレーザビームＬＢのビーム径を大きくする必要がある
。しかし、ビーム径を大きくするには、回転多面鏡３４
の鏡面を拡大しなければならず、その為、回転多面１１
３４が大型になって回転多面［１３４の回転速度を抑え
なければならないといった問題が生じて高速走査が困難
になる。

上記の諸問題が解決する為に、第７図に示す様に、ルー
フ型回転多面鏡４８と、その一方の反射面４８ｂに対向
して配設され少なくとも１つの平面鏡を有する固定反射
ｔＩＡ５０と、その他方の反射面４８ａに対向して配設
された１７４波長板５２及び偏光ビームスプリッタ５４
とを備えた走査光学装置４０が考えられる。この装置に
おいては、半導体レーザ４２からのレーザビームＬＢを
、コリメータレンズ４４及びシリンドリカルレンズ４６
を介して一方の反射面４８ａに入射して他方の反射面４
８ｂから出射し、更に、このレーザビームＬＢを、固定
反射鏡５０で折返して同回転多面鏡４８に再入射させて
偏向走査する様に構成しているので、レーザビームＬＢ
の走査角が、第６図の装置の２倍に広がる。この為、同
じ走査中を実現する場合、第６図の装置よりルーフ型回
転多面鏡４８の外径を小さくし小型化できるので（走査
角を小さく出来、各鏡面を小さく出来るから）ルーフ型
回転多面鏡４８の高速回転が可能となる。

また、回転軸と垂直な同一平面内（第８図に示す）にあ
る反射面４８ａ又は４８ｂの走査角を比較的少な（出来
るので、反射面４８ａ、４８ｂを充分な大きさとしレー
ザビームＬＢのｆθレンズからの射出Ｆナンバーを充分
小さくして感光ドラム（不図示）上のスポットの径を充
分小さくすることができ、感光ドラムに高画質の画像を
記録できる。

ところで、上記の光学的構成では、ルーフ型回転多面！
１４８におけるレーザビームＬＢの入射光路と出射光路
とが同一光路となるときがあるので、出射光路をどこか
で分離する必要がある０例えば、第８図に示す様に、ル
ーフ型回転多面１１１４８の主走査断面においてレーザ
ビームＬＢを斜めに入射させて、入射光路と出射光路と
を分離させることが考えられる。しかし、この場合、走
査の際のレーザビームＬＢの横シフト量が大きくなり、
ルーフ型回転多面鏡４８が大型化して（１１面を広くし
なければならないので）ルーフ型にしたメリットがな（
なるといった問題が起こる。また、第９図に示す様に、
ルーフ型回転多面１１４８の副走査断面においてレーザ
ビームＬＢを斜めに入射することも考えられるが、ルー
フ型回転多面鏡４８が大型化することはないものの、レ
ーザビームしＢがねじれて走査線が曲がると共に結像性
能が悪くなる。

そこで、上記装置４０では、え／４板５２及び偏光ビー
ムスプリッタ５４を用いて、入射光路と出射光路とを分
離している。即ち、半導体レーザ４２から出射され、偏
光ビームスプリッタ５４を透過してきたレーザビームＬ
Ｂは、′Ｌ／４板５２板上２直線偏光から円偏光に変換
されてからルーフ型回転多面！１４８に入射する。そし
て、ルーフ型回転多面鏡４８の反射面４８ａ、４８ｂと
固定反射！Ｉ５０とで奇数回反射されることで逆回りの
円偏光に変換された後に、え／４板５２に再入射して入
射時の直線偏光とは偏光面が直角となった直線偏光に変
換され、今度は偏光ビームスプリッタ５４で反射され、
更に反射鏡５６で反射されて、入射光路と副走査方向断
面において平行な光路を取ってｆθレンズ（不図示）を
通り、感光ドラム（不図示）上に結像する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記装置では、ルーフ型回転多面ＩＩ４８によ
って偏向走査されたレーザビームＬＢが、え／４板５２
及び偏光ビームスプリッタ５４に画角を持って入射する
為、走査中をカバーできるサイズのえ／４板５２及び偏
光ビームスプリッタ５４が必要となり、これらの部材５
２．５４が大型化するという問題が生じる。

更に、軸上と軸外とで、偏向走査されたビームの′Ｌ／
４板５２への入射角度が変化するので、ルーフ型回転多
面鏡４８で反射された円偏光が完全な円偏光としてえ／
４板５２へ入射せず、その為え／４板５２で直線偏光に
変換されるときに完全な直線偏光とならなく、偏光ビー
ムスプリッタ５４で反射されるときに光量損失を生じる
といった問題もある。もちろん、入射角度依存性の少な
い貼合わせ形の水晶λ／４板を用いることが考えられる
が、高価である為作製コストが大幅に上がってしまう。

そこで、本発明の目的は、小型かつ比較的安価に作製で
き、光量拶失の少ない走査光学装置を提供することにあ
る。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成する本発明では、光源から出射された光
束を回転多面鏡の鏡面で反射させて偏向走査する走査光
学装置において、前記回転多面鏡の各鏡面は、回転多面
鏡の回転中心方向へ傾斜し互いに直交する対をなす反射
面からなり、該対をなす反射面の一方に対向して、該一
方の反射面へ戻す少なくとも１つの反射面を有する反射
鏡が固定され、上記対を成す反射面の他方に対向して。

フレネルロムプリズム及び偏光ビームスプリッタが配設
されている。

具体的には、固定反射鏡は１つの反射面を持つ平面鏡で
あったりルーフ型反射鏡であったりし、光源から回転多
面鏡へは、主走査面において光軸に対して傾いた偏光ビ
ームスプリッタ或は主走査面において光軸に対して傾い
たフレネルロムプリズムを介して光束が導かれる。

［実施例］ 以下本発明を適用した実施例を図面に沿って説明する。

まず、本発明の第１実施例について説明する。

第１図は第１実施例の正面図（副走査方向断面における
図）、第２図は同平面図（主走査断面における図）であ
る。

図に示す様に、走査光学装置１は、レーザビームＬＢを
発光する光源としての半導体レーザ３と、半導体レーザ
３から入射するレーザビームＬＢを平行光に整えるコリ
メータレンズ５と、所定方向にのみ光を集束させるシリ
ンドリカルレンズ７と、内方に傾斜し互いに直交する２
つの反射面９ａ、９ｂで形成された鏡面を複数封有する
ルーフ型回転多面鏡（以下、単に多面鏡という）９と、
その一方の反射面９ａに対向して配設された偏光ビーム
スプリッタ１１と、偏光ビームスプリッタ１１と多面鏡
９との間に配設されたフレネルロムプリズム（フレネル
の斜方体）１３と、多面鏡９の他方の反射面９ｂに対向
して配設され、１つの平面鏡から成る固定反射鏡１５と
を主要部として構成されている。

シリンドリカルレンズ７は、主走査断面に垂直な方向で
ある副走査方向にのみパワーを有し、コリメータレンズ
５から入射する平行光ビームＬＢを固定反射鏡１５にお
いて線上に結像させる。

偏光ビーム入プリッタ１１は、主走査断面において、半
導体レーザ３から入射するレーザビームＬＢに対して所
定角度をもって（すなわち光軸に対して傾いて）配設さ
れている。従って、入射面に対して偏光方向が所定角度
を持った直線偏光のレーザビームＬＢは、偏光ビームス
プリッタ１１を光量損失な（透過し、フレネルロムプリ
ズム１３に入射する。

第３図に示す様に、フレネルロムプリズム１３は、断面
が平行四辺形の透明等方体から成る角柱部材からなり、
半導体レーザ３から偏光ビームスプリッタ１１を介して
入射する直線偏光のレーザビームＬＢを円偏光に、また
偏向走査されて多面鏡９から入射する円偏光のレーザビ
ームＬＢを直線偏光に変換する偏光プリズムである。フ
レネルロムプリズム１３においては、入射した直線偏光
のレーザビームＬＢはプリズム面で全反射されると共に
電気ベクトルが入射面に平行な偏光であるＰ波成分と入
射面に垂直な偏光であるＳ波成分とに分離される。その
際のＳ偏光の位相とびδＳ及びＰ偏光の位相とびδＰは
、フレネルロムプリズム１３の屈折率をｎ、入射角をθ
とすると、フレネルの式から明らかな様に、次式で表わ
される。

δ５＝２ｔａｎ−’　（（ｎ”　　ｓ　ｉ　ｎ”−θ−
１）ｌ／１／ｎ−ｃｏｓθ） δＰ＝２ｊａｎ−’（ｎ　　（ｎ”　　ｓｉｎ”　　θ
−１）ｌ／ａ／　ｃ　ｏ　ｓθ） ここで、フレネルロムプリズム１３の角度位相差（δＰ
−δＳ）とプリズム入射角度との相関関係の一例（屈折
率ｎ４１．５１）を、第４図（Ａ）に示す、この図から
明らかな様に、フレネルロムプリズム１３へのレーザビ
ームＬＢの入射角度が４５°〜５０°の範囲になる様に
、レーザビームＬＢに対するフレネルロムプリズム１３
の配設角度を調整すると、角度位相差は４５゛程度とな
る。レーザビームＬ　Ｂがフレネルロムプリズム１３を
通過する際には、フレネルロムプリズム１３のプリズム
面で２回全反射されるので、その角度位相差は９０°程
度となる。従って、レーザビームＬＢは、直線偏光から
円偏光に変換される。

走査光学装置１においては、半導体レーザ３から出射さ
れたレーザビームＬＢは、コリメータレンズ５を通過す
ると平行光となって進み、偏光ビームスプリッタ１１透
過し、フレネルロムプリズム１３を通って多面鏡９の一
方の反射面９ａに入射する。このとき、光軸に対して所
定角度をもった直線偏光のレーザビームＬＢは偏光ビー
ムスプリッタ１１を透過後、フレネルロムプリズム１３
により円偏光に変換される。

そして、レーザビームＬＢは、多面鏡９の一方の反射面
９ａで反射されて他方の反射面９ｂに入射し、ここで更
に反射されることで、一方の反射面９ａに入射するとき
の方向とは正反対方向へ進む、すると、レーザビームＬ
Ｂは、その進行方向に交わる様に配設された固定反射！
１１５で反射されて折返されるので、上記反射面９ｂに
再入射し、反射面９ｂ−反射面９ａ−フレネルロムプリ
ズム１３という光路を取って、′反射面で奇数回反射さ
れるので入射時とは逆回りの円偏光となってフレネルロ
ムプリズム１３から偏光ビームスプリッタ１１へ再入射
する０円偏光であるレーザビームＬＢは、フレネルロム
プリズム１３で、入射時の直線偏光とは偏光面が直角と
なった直線偏光に変換されるので、今度は偏光ビームス
プリッタ１１で反射される。そして、補助反射［１１７
で反射されｆθレンズ（不図示）を通り、感光ドラム（
不図示）上に結像される。このとき、第２図に示す様に
、多面！１９が回転することで、偏光ビームスプリッタ
１１を通過したレーザビームＬＢは、等連日運動で主走
査断面において走査されるが、ｆθレンズによって直線
運動に変換され感光ドラム上を走査される。

上記した光路を取ってレーザビームＬＢは進行するので
あるが、その際、Ｐ偏光とＳ偏光の角度位相差が９０＠
からズしていると、レーザビームＬＢは、フレネルロム
プリズム１３において、直線偏光から完全な円偏光に変
換されず楕円偏光となる。レーザビームＬＢが楕円偏光
であると、偏光ビームスプリッタ１３で反射される際に
、光量損失が起こる。

そこで、この損失を防ぐために、フレネルロムプリズム
１３のプリズム角を４８°、レーザビームＬＢの走査角
範囲をＯ°〜３４°とする。こうすると、第４図（Ｂ）
に示した偏光度（Ｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ、ωＸ１００
＝ｔａｎδ／２ｘ１００）とプリズム入射角度との相関
関係から明らかな様に、プリズム反射面へ入射する角度
は４８〜５６．３°の範囲に収まり、全走査角での光量
のばらつきが５％以内となる。

上記した様に本実施例は、多面鏡９の一方の反射面９ａ
に対向して、フレネルロムプリズム１３と偏光ビームス
プリッタ１１とを配設することにより、多面鏡９により
走査されるレーザビームＬＢの多面！１１９からの出射
角度（フレネルロムプリズム１３への入射角度）の変化
によって起こる光量損失を低減することができる。加え
て、入射角度依存性が強いλ／４板或は高価な水晶え／
４板を用いる必要がな（多面鏡９に斜めに光束を入射さ
せなくて済むので（第８図参照）、装置を小型にかつ安
価に作製できる。

また、本実施例は、回転多面鏡９の一方の反射面９ｂに
対向して固定反１１１１５を配設し、回転多面鏡９の２
つの反射面９ａ、９ｂにて反射されて固定反射鏡１５に
入射されたレーザビームＬＢを、固定反射鏡１５にて折
返して、再び２つの反射面９ａ、９ｂにて反射される様
に構成したので、レーザビームＬＢの走査角が、第６図
の従来例の２倍に広がる。この為、ルーフ型回転多面鏡
９の外径を小さくし小型化できるので、ルーフ型回転多
面鏡７の高速回転が可能となり、レーザビームＬＢの高
速走査が可能となる。或は、同じ大きさであっても多面
鏡９の鏡面数を増やすことが可能で、回転速度を上げる
ことなく、より高速でレザビームＬＢを走査することが
可能となる。

尚、本実施例では、フレネルロムプリズム１３の全反射
によるＰ偏光とＳ偏光の位相差を利用する為、偏光ビー
ムスプリッタ１１の反射面を、直進するレーザビームＬ
Ｂに対して（すなわち光軸に対して）、第２図に示す様
に走査断面において所定角度傾けることで、レーザビー
ムＬＢがＰ偏光成分とＳ偏光成分とを含む４５°傾いた
ビームとしてフレネルロムプリズム１３に入射するよう
に構成した為、レーザビームＬＢの断面は楕円状となり
、結像スポットは感光ドラム上で傾くが、第５図に示す
様に、フレネルロムプリズム１３を光軸に対して傾けて
、レーザビームＬＢの断面を円形状に整形すことで、良
好な画像を記録することができる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、回転多面鏡の複数
対の一方の反射面に対向して固定反射鏡を配設し、他方
の反射面に対向して入射ビームと出射ビームの光路な分
離する手段としてフレネルロムプリズム及び偏光ビーム
スプリッタを配設したので、光量損失を低減することが
でき、従来のように入射角度依存性の大きいえ／４板或
は高価な水晶λ／４板を用いる必要がない。すなわち、
全走査角で偏光のリタデーションの差の少なく光量ロス
の少ない且つ安価でコンパクトな走査光学系を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の副走査方向断面における構成を示
す図、第２図は同主走査断面における図、第３図はフレ
ネルロムプリズムの説明図、第４図（Ａ）はフレネルロ
ムプリズムの角度位相差とプリズム入射角度との相関特
性を示すグラフ、第４図（Ｂ）は同人射角度と偏光度と
の相関特性を示すグラフ、第５図は第２図においてフレ
ネルロムプリズムの配設角度を変更した例の図、第６図
は従来例を示す斜視図、第７図は他の従来例の副走査方
向断面における図、第８図は更に他の従来例の主走査断
面における図、第９図は更に他の従来例の副走査方向断
面における構成を示す図である。 １・・・・・走査光学装置、３・・・・・半導体レーザ
、９・・・・・ルーフ型回転多面鏡、１１・偏光ビーム
スプリッタ、 　３ ・フレネルロムプリズム、 ・固定反 射鏡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源から出射された光束を回転多面鏡の鏡面で反射
   させて偏向走査する走査光学装置において、 前記回転多面鏡の各鏡面は、回転多面鏡の 回転中心方向へ傾斜し互いに直交する対を成す反射面か
   らなり、 該対をなす反射面の一方に対向して、該一 方の反射面へ戻す少なくとも１つの反射面を有する反射
   鏡が固定され、 上記対を成す反射面の他方に対向して、フ レネルロムプリズム及び偏光ビームスプリッタが配設さ
   れている走査光学装置。 ２、上記偏光ビームスプリッタが上記光束の走査面にお
   いて光軸に対して所定角度をなして配設された請求項１
   記載の走査光学装置。 ３、上記フレネルロムプリズムが上記光束の走査面にお
   いて光軸に対して所定角度をなして配設された請求項１
   記載の走査光学装置。