JPH04199021A - 光走査光学系 - 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、レーザプリンタ、デジタル普通紙複写機、レ
ーザファクシミリ等に使用される光走査光学系に関する
。

〔従来の技術〕

レーザプリンタ、デジタル普通紙複写機に使用される光
走査光学系には、回転多面鏡などの偏向器が用いられる
。

そのような回転多面鏡を用いた光走査光学系によれば、
高速度で走査面を走査でき、レーザプリンタなどに好適
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、そのような回転多面鏡ではなく、２枚の鏡を傾け
て対向させた二枚鏡型偏向器を用いる偏　。

内方式も提案されている。そのような偏向方式では、１
つの偏向器を用いて一本の光ビームのみを偏向するのが
普通である。故に光走査装置により高速化するためには
二枚鏡型偏向器の回転数を上げるために、二枚鏡型偏向
器を回転させるモーターの回転を超高速にしなければな
らなくなり、モータ装置を特別な構成にする必要が生じ
、コストがかかることになる。しかし、−度に２本以上
の光ビームで印字を行なえば、モーターの回転数を下げ
ることができ、低コストで高速印字を可能にできるので
、二枚鏡型偏向器に対してマルチビームを用いることが
望まれる。ところが、二枚鏡型偏向器は、２本以上の光
ビームを用いるときに、通常の方法では、その回転に従
い光ビームのピッチが変化してしまうという問題がある
。

また、偏向器としてポリゴンミラーを用いるときは、偏
向器と像面との間の光学系を通常面倒れ補正光学系とし
て構成する。このときマルチビームを用いて、光学素子
を振動させるか或いは焦点距離可変レンズを用いて像面
湾曲の良好な補正を行なおうとする場合、像面での２本
のビームのピッチ幅か変化するという問題がある。

次に、通常のポリゴンミラーを用いたときに、光学素子
を機械的に駆動させる、或いは焦点距離可変レンズを用
いることにより、像面湾曲補正する場合、像面での２本
のビームのピッチ幅か変化するという問題について図面
を参照しつつ説明する。

第８図に通常のポリゴンミラーを用いたときの光走査光
学系の一例を副走査断面で模式的に示す。

ＬＤ光源１０２を発した発散光は、コリメートレンズ１
０４で平行光となりシリンダレンズ１０６により、副走
査方向でポリゴンミラー１０８近傍に結像する。この光
束はポリゴンミラー１０８より後ろで発散光となるが、
ポリゴンミラー１０８と像面１１２との間にあるレンズ
系１１０により像面１１２近傍に結像する。ここではポ
リゴンミラー１０８と像面１１２との間にあるｆθレン
ズ等のレンズ系１１０を模式的に一枚で示している。

このようにポリゴンミラー１０８のミラー面と像面１１
２は幾何学的な共役関係であり、いわゆる面倒れ補正光
学系となっている。ここで、レンズ系１１０の前側主点
、後側主点をそれぞれＨ２Ｈ′、前側主点Ｈからポリゴ
ンミラー面までの距離をａ、後側主点Ｈ’　から像面１
１２までの距離をｂとすると、レンズ系１１０の横倍率
βはβ＝ｂ　／　ａとなっている。また、縦倍率γはγ
＝β２である。

このような光学系でマルチビームを用いる場合、例えば
第８図に示すように、副走査方向にあるピッチの２点か
らレーザ光を発するＬｎ２Ｏ３を用いて２本の光束を通
す。このときポリゴンミラー面上での２本のピッチをＵ
□、像面上でのピッチをｕ２とすると、ｕ２＝βＵ工と
なる。

ここで例として、ａ＝４２　［ｍｍ］　、ｂ＝１．５６
［ｉ＋ｍコとすると、β＝３．７で、ｕ２を１００　［
μｍ］とするためにはＵユニ２フ［μｍ］　となる。

レンズ系１１０で、副走査方向の像面湾曲は補正される
が、例えば３　［ｍｍ］程度の像面湾曲量があるとする
。このときシリンダレンズ１０６を光軸方向に機械的に
駆動してその像面湾曲量を補正するために必要なシリン
ダレンズ１０６の移動量△Ｘは、γ＝β２であるから、 △ｘ×γ＝３より、△ｘ　＝０．２２　［ｍｍ］となる
。

しかし、シリンダレンズ１０６を光軸方向に△Ｘ移動さ
せたときにはポリゴンミラー面上での２本のビームの間
隔は変化し、ポリゴンミラー面より光軸方向に△ｘｌｌ
ｉれた位置での２本のビームの間隔がＵ工となる。この
とき、像面上での２本のビームの間隔は、ｕ、Ｘｂ／（
ａ−△Ｘ）となり、この場合、ｔｏｏ、ｇ［μｍ］とな
り、０．８［μｍ］程度ビ−ムのピッチが変化する。こ
のピンチの変化は、特に中間調の画像（グレー）を印字
しようとする時に画像にバンディング（濃度ムラ）を発
生させる原因となり問題となる。この問題は、例えばシ
リンダレンズ１０６に可変焦点距離レンズを用い、機械
的な能動でなく電気的な制御を用いて像面湾曲補正する
場合でも同様に発生する。

本発明の目的は、上記２つの問題、すなわち二枚鏡型偏
向器を用いた時、通常の方法では、２本以上の光ビーム
を用いるときに回転に従い光ビームのピッチが変化して
しまうという問題（第１の問題と称する）と、２本以上
の光ビームを用いるときに像面湾曲補正する場合、像面
での２本のビームのピッチ幅か変化するという問題（第
２の問題と称する）を解決できる光走査光学系を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の問題を解決するために、請求項１記載の光走
査光学系は、複数の光源と、その複数の光源から出た複
数の光ビームを略平行な２本以上の光ビームとし、かつ
走査面上で集束させる集束光学系と、互いに直交し、対
向する２つの反射面を有し、その２つの反射面が回転軸
に対してほぼ４５°の傾きをなし、互いにほぼ軸対称に
配されている二枚鏡型回転偏向器と、該二枚鏡型回転偏
向器と回転軸位置を同しくシ、二枚鏡型回転偏向器の回
転速度の２倍の回転速度で回転し、二枚鏡型回転偏向器
からの複数の光ビームを走査面に走査する走査用折り曲
げミラーと、から構成されている。

また、前記第２の問題を解決するために、請求項２記載
の発明は、前記集束光学を、アクチュエータを用いて前
記二枚鏡型回転偏向器の回転に対して同期させてその先
軸方向に能動させる。

また、前記第２の問題を解決するために、請求項３記載
の発明は、前記複数の光源をアクチュエータを用いて前
記二枚鏡型回転偏向器の回転に対して同期させてその光
軸方向に能動させる。

また、前記第２の問題を解決するために、請求項４記載
の発明は、前記集束光学系として、可変焦点レンズを用
い、その焦点距離の変動を、前記二枚鏡型回転偏向器の
回転叫対して同期させるように制御する。

また、請求項５記載の発明は、前記複数の光源のうち少
なくとも一方の光源とその光源から出た光ビームを集束
する前記集束光学系を同時に光軸と垂直方向（副走査対
応方向）に移動調整する機構を備えている。

〔作　　用〕

上記請求項１記載の発明によれば、前述のように構成さ
れた二枚鏡型回転偏向器と走査用折り曲げミラーの働き
により、射出光のピッチが変わらないので、マルチビー
ム化を可能にでき、第１の問題を解決することが出きる
。

請求項２〜請求項４記載の発明によれば、前記二枚鏡型
回転偏向器の回転に対して同期させて、それぞれの補正
手段がビーム間隔の補正を行うので、簡単に第２の問題
を解決することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図に本発明に係る光走査光学系に係る一実施例の構
成図を示す。

第１図において、符号２，４はレーザダイオード等の光
源を示す。該光源２，４はコヒーレントなビームを発生
するものが好ましい。該光源２゜４から発せられたビー
ムは、それぞれ集束レンズ６．８により平行化される。

この集束レンズ６゜８は複数の光ビームを略平行な２本
以上の光ビームとし、かつ走査面上で集束させる働きが
ある。

符号１０は２つのビームを合成する働きのあるビームコ
イバイナを示し、その合成の機能には偏光面の反射透過
作用が利用されている。符号１２はビームコイバイナ１
ｏからのビームを二枚鏡型回転偏向器１４の第１反射面
３０方向に反射する折り曲げミラーを示す。二枚鏡型回
転偏向器１４は回転体１６に載置された円筒形の部材で
あり、その直径方向に２つに分断された断面が７字状の
反射面３０．３２を有している。それら２つの反射面３
０．３２は互いに直交し２回転軸１８に対してほぼ４５
”の傾きをなし、互いにほぼ軸対称に配されている。

符号２０は二枚鏡型回転偏向器１４と回転軸位置を同じ
くシ、二枚鏡型回転偏向器１４の回転速度の２倍の回転
速度で回転し、二枚鏡型回転偏向器１４からの複数の光
ビームを走査面に走査する走査用折り曲げミラーを示し
ている。該走査用折り曲げミラー２０は、回転体２０の
斜面に回転軸１８に対して４５°の傾きをなすように設
けられている。符号２２はビームが走査される電子写真
法等を用いた感光体などの像面（走査面）を示している
。

以上のような構成において、光源２．４を発した２本の
光ビームは、それぞれ集束レンズ６．８によって略平行
化されて集光され、ビームコンバイナ１０に達する。す
なわち、光源２から発した光ビームはビームコンバイナ
１０の反射面を透過し、光源４から発した光ビームはビ
ームコンバイナ１０の反射面で直角に曲げられることに
より、２本の光ビームは平行となり、ビームコンバイナ
１０から射出される。射出された２本の光ビームのピッ
チ幅を△とする。上記２本の光ビームは、回転軸１８に
対してほぼ４５°傾き、固定されている折り曲げミラー
１２によってほぼ回転軸１８に平行に曲げられ、二枚鏡
型回転偏向器１４の第１の反射面３０に入射する。その
入射光は回転軸１８にほぼ直角な向きに反射され、回転
軸１８に対してほぼ４５°の角度を有する第２の反射面
３２に入射し、再び回転軸１８にほぼ平行な向きに反射
され、走査用折り曲げミラー２０に達する。

上記走査用折り曲げミラー２０は、前述のとおり回転軸
１８に対してほぼ４５″′の角度を持つ反射面であるか
ら、走査用折り曲げミラー２０によって、回転軸１８に
対して直角の方向に反射された２本の光ビームは、集束
レンズ６．８の作用によって像面２２近傍に、該二枚鏡
型回転偏向器１４に入射した時の２本の光ビームのピッ
チ幅△と同じピッチ幅△で結像する。

第２図〜第４図に本発明による偏向の様子を平面図上で
模式的に示す。これらの平面図において＋は光線を真後
から見ている（入射している）ことを示し、◎は光線を
真前から見ている（反射して戻ってきている）ことを示
している。矢印中は折り曲げミラー７によってほぼ直角
に反射されて偏向する方向を示している。また、点線で
示した半円弧は走査用折り曲げミラー２０で１点線２４
は走査用折り曲げミラー２０の稜線である。

ここで、第２図及び第３図を用いて二枚鏡型回転偏向器
１４に入射した２本の光ビームのピッチ幅が、走査用折
り曲げミラー２０から射出しても変わらないことを詳細
に説明する。ビームコンバイナ１０から射出される２本
の光ビームのピッチ幅は△で、固定された折り曲げミラ
ー１２は回転軸１８に対してほぼ４５°傾いているので
、該二枚鏡型回転偏向器１４の第１反射面３０に入射す
る光ビームのピッチ幅は△である。また、上記偏向器１
４の第１反射面３０、第２反射面３２とも回転軸１８に
対し、はぼ４５’傾いているので、２本の光ビームのピ
ッチ幅は△のままで、走査用折り曲げミラー２０に達す
る。第２図より、走査用折り曲げミラー２０も回転軸１
８に対し、はぼ４５°傾いているので、はぼ９０°折り
曲げられて２本の光ビームは同しピッチ幅△で射出され
ることがわかる。

次に第３図で示すように、該二枚鏡型回転偏向器１４が
４５°回転した場合について説明する。

該二枚鏡型回転偏向器１４の第１反射面３０に入射する
２本の光ビームのピッチ幅は△で変わらず、走査用折り
曲げミラー２０に達するが、走査用折り曲げミラー２０
は９０°回転しているので第３図よりわかるように、第
２図と同様に走査用折り曲げミラー２０により２本の光
ビームは直角に曲げられ、かつ、ピッチ幅△で走査用折
り曲げミラー２０より射出する。ここでもし走査用折り
曲げミラー２０が該二枚鏡型回転偏向器１４と同じ４５
°だけ回転したならば、第４図に示すように２本の光ビ
ームのピッチ幅をΔ′　とすると、Δ′く△となりピッ
チ幅が変わってしまう問題が生しることになる。この問
題は走査用折り曲げミラー２０を２倍の回転速度で回転
することによって解決される。つまり、２つのＯ印を結
んだ方向に対して走査用折り曲げミラー２０の稜線２４
が常に直角に保っているので、射出する２本の光ビーム
のピッチは変わらないのである。

また、走査用折り曲げミラー２０は該二枚鏡型回転偏向
器１４の２倍の回転速度で回転しているが、該二枚鏡型
回転偏向器１４と、走査用折り曲げミラー２０の角度は
、第２図と第３図で示したように連動して回転しなけれ
ばならない。そこで例えば、スキャナモーターなどの回
転体１６の回転をギヤー等を用いて走査用折り曲げミラ
ー２０と連動して回転させることが必要になる。

次に、２本以上の光ビームを用いるときに像面湾曲の補
正をする場合、像面での２本のビームのピッチ幅か変化
するという問題（第２の問題）を解決できる光走査光学
系について説明する。

第５図に第１図で示した光走査光学系の内、二枚鏡型回
転偏向器１４と、走査用折り曲げミラー２０と像面２２
とを抜き出した平面図を示す。この光走査光学系では第
５図に示すように像面２２での集光点、即ち像面湾曲は
円弧を描き、太きい画角（θ）では像面湾曲量りは大き
くなりすぎるので問題がある。これに対し、集束レンズ
６，８を光軸方向に数ｋＨｚ程度で振動させる二とによ
り像面湾曲量を補正することができる。集束レンズ６．
８を振動させるアクチュエータは、光走査検知素子３６
により光走査を検知し像面湾曲を補正するように電気的
に制御する。例えば、第１図に於て、走査用折り曲げミ
ラー２０の反射点から像面２２までの距離を１２０ｍｍ
とし、集束レンズ６゜８の後側主点から走査用折り曲げ
ミラー２０の反射点までの光ビームの光路長を３０ｍｍ
とする。ここで、集束レンズ６．８の焦点距離を６ｍｍ
とすると、光源２，４の発光点を集束レンズの前側主点
から６．２５ｍｍの位置に配すと、画角がＯｏのときは
像面２２上に結像する。これに対し、第５図に示すよう
に集光点は偏向器１４の回転とともに円弧を成すが、画
角が４５°の時、集光点は像面２２より光路に沿って４
４　、７ｍｍの位置になる。このとき集束レンズ６．８
をレーザーダイオード２，４の発光点から６．１９ｍｍ
の位置に配すとほぼ、像面近傍で結像する。このように
集束レンズ６．８を光軸方向に６０μｍ程度振動させる
ことによって像面湾曲を補正できる。

次に第２の問題を解決する他の実施例について説明する
。

上記の如く、第１図に示した光走査光学系では、像面で
の集光点即ち像面湾曲は円弧を描く。そこで、この実施
例では、集束レンズ６．８を振動させる代わりに、光源
２，４を光軸方向に数ｋＨｚ程度で振動させることによ
り、像面湾曲量を補正する。光源装置２，４を振動させ
るアクチュエータは、第５図に示すように検知素子３６
により光走査を検知し、像面湾曲を補正するように電気
的に制御する。この実施例の一例として、集束レンズ６
．８を匪動する場合と同し構成のものを用いると、光源
装置２，４を光軸方向に６０μｍ程度振動させることに
よって像面湾曲を補正することができる。

次に第２の問題を解決する他の実施例について説明する
。

前記の実施例のように集束レンズ６．８または光源２，
４を光軸方向に即動する実施例では、機械的な機構で像
面湾曲を補正するため、１ｏｋＨｚ以上の高い振動数に
対応することが必須になり。

このことは技術的に比較的難かしい。これに対し、本実
施例では、集束レンズ６．８に焦点距離可変レンズを用
いることにより、電気的な制御で像面位置を補正する。

焦点距離可変レンズは種々提案されているが、例えばＰ
ＬＺＴのような電圧をかけることにより屈折率分布がで
きる素子を利用したレンズで電圧を変化させることによ
って電気的な制御で焦点距離を変化させることができる
。このように像面湾曲補正をアクチュエータのような機
械的機構を用いずに制御すれば、高い振動数に対応した
像面湾曲の補正を行なうことができる。

可変焦点レンズを用いた光学系の一部を第６図に示す。

第６図は第１図での折り曲げミラー１２以前の部分に可
変焦点レンズ４−４．４６を用いた図である。レーザダ
イオード２，４から発した発散光はコリメートレンズ４
０．４２により平行光になる。この平行光束を可変焦点
レンズ４６．４６の電極４８．５０から電気的な制御で
焦点距離を変化させ、所定の集束光にしてビームコンバ
イナー１０に入射させる。

ＰＬＺＴを用いた可変焦点レンズ４４の一構成例を第７
図に示す。

第７図において、符号５０．５２はそれぞれＰＬＺＴ光
学素子を示し、光軸の方向に並列して設けられている。

符号５４はそれらＰＬＺＴの間に挾まれた１／２波長板
を示している。電圧印加によるレンズ作用は、光学素子
５ｏではＺ方向の集束作用、光学素子５２ではＸ方向の
集束作用となっている。各電極対に印加する電圧の大き
さを調整すれば、第７図に示すように光ビームを一点Ｐ
に集束させることができる。

連結された光学素子の長さＱがｌ　Ｏ［ｍｍｌ程度の場
合、　Ｖ□、　Ｖ２ニ５００〜１０００［Ｖ］径程度電
圧を印加することによって、このレンズの焦点距離は１
００〜２００　［ｍｍｌ程度にすることができ。

また１００［Ｖ］径程度電圧変化で、４０〜５゜［Ｉｌ
ｌ′Ｉｌ］程度焦点距離を変化させることができる。

本実施例の光走査光学系にこれを用いると、４４．７［
ｍｍ］の像面湾曲量は補正することが可能である。

この方式によると、電気的に焦点距離を変動させて像面
湾曲を補正するので、１０　［ｋＨｚ］以上の振動数で
も簡単に制御できる。

次に２本の光束の像面でのピッチを精度良く調整するこ
とができる機構を有した光走査光学系について説明する
。

これまでに説明したようにビームコイハイナ１０から射
出した２本の光ビームのピッチ幅を△とすると、像面２
２において結像した時の光ビームのピッチ幅も△であり
、変わらないにこで第１図において破線で示すように、
光源装［２と集束レンズ６を一体的に光軸に対して垂直
方向（副走査対応方向）に移動できる調整機構を備える
と、第１図の破線で示した光ビームの光路よりわかるよ
うに、光ビームの副走査方向の高さを調整できる。

このことはすなわち光ビームのピッチ幅を調整すること
ができるということである。例えば、光源２と集束レン
ズ６を下方向にＱ　［ｍｍ］移動させると、射出する２
本の光ビームのピッチ幅もＱ　［ｍｍｌ変化する。ここ
で例として光源２と集束レンズ６を動かしたが、光源４
と集束レンズ８を光軸に対して垂直（副走査対応方向）
に移動させても同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、請求項１に係る光走査光学系で
は、二枚鏡型回転偏向器と走査用折り曲げミラーの働き
により、射呂光のピッチが変わらないので、マルチビー
ム化を可能にし、それ程広画角でない光走査装置に対し
ては高速印字を可能にする光走査光学系を提供できる。

また、請求項２に係る光走査光学系ではマルチビーム化
を可能にするとともに、集束レンズを駆動することによ
って像面湾曲を補正しているので広画角な走査が可能と
なり、また通常のポリゴンミラーを用いたときと異なり
、集束レンズを駆動しても２本のビームのピッチは変化
しない。

また、請求項３に係る光走査光学系ではマルチビーム化
を可能にするとともに、光ｇ装置を駆動することによっ
て像面湾曲を補正しているので。

広画角な走査が可能となり、また通常のポリゴンミラー
を用いたときと異なり、レンズを駆動しても２本のビー
ムのピッチは変化しない。

また、請求項４に係る光走査光学系では焦点距離可変レ
ンズを用いることにより、機械的な駆動ではなく電気的
な制御で像面湾曲を補正するので。

広画角な走査をさらに高速に行なうことができ、また通
常のポリゴンミラーを用いたときと異なり。

レンズを能動しても２本のビームのピンチは変化しない
。

また、請求項５に係る光走査光学系では、２本の光束の
像面でのピッチを精度良く調整することができる機構が
設けられていることにより、マルチビームの像面でのピ
ッチを精度良く調整することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光走査光学系に係る一実施例の構
成図、第２図〜第４図はそれぞれ２本のビーム幅が変化
しないことを説明するための図、第５図は像面湾曲補正
を説明するための光走査光学系の平面図、第６図は可変
焦点レンズを用いた光走査光学系の一部を示す図、第７
図はＰＬＺＴを用いた可変焦点レンズの構成例を示す図
、第８図は通常のポリゴンミラーを用いたときの光走査
光学系の副走査面の断面図である。 ２．４・・・光源、６，８・・集束レンズ、１０・・・
ビームコイバイナ、１２・・折り曲げミラー、１４・・
二枚′ＩＲ型回転偏向器、１６・・・回転体、１８・・
・回転軸、２ｏ・・・走査泪折り曲げミラー、２１・・
・回転体。 ２２・・・像面、３６・・・光走査検知素子。 ？、− 代　理　人　樺　山　亨ミ らと （ほか１名）− イｖ１１し　　　　イ　　　　　Ｏ≧り処ｅｔｚ を・ ｃ＞４２ 亮７　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の光源と、その複数の光源から出た複数の光ビ
   ームを略平行な２本以上の光ビームとし、かつ走査面上
   で集束させる集束光学系と、互いに直交し、対向する２
   つの反射面を有し、その２つの反射面が回転軸に対して
   ほぼ４５゜の傾きをなし、互いにほぼ軸対称に配されて
   いる二枚鏡型回転偏向器と、該二枚鏡型回転偏向器と回
   転軸位置を同じくし、二枚鏡型回転偏向器の回転速度の
   ２倍の回転速度で回転し、二枚鏡型回転偏向器からの複
   数の光ビームを走査面に走査する走査用折り曲げミラー
   と、から構成されることを特徴とする光走査光学系。 ２、前記集束光学を系、アクチュエータを用いて前記二
   枚鏡型回転偏向器の回転に対して同期させてその光軸方
   向に駆動させることを特徴とする請求項１記載の光走査
   光学系。 ３、前記複数の光源をアクチュエータを用いて前記二枚
   鏡型回転偏向器の回転に対して同期させてその光軸方向
   に駆動させることを特徴とする請求項１記載の光走査光
   学系。 ４、前記集束光学系として、可変焦点レンズを用い、そ
   の焦点距離の変動を、前記二枚鏡型回転偏向器の回転に
   対して同期させるように制御することを特徴とする請求
   項１記載の光走査光学系。 ５、前記複数の光源のうち少なくとも一方の光源とその
   光源から出た光ビームを集束する前記集束光学系を同時
   に光軸と垂直方向（副走査対応方向）に移動調整する機
   構を持つことを特徴とする請求項１記載の光走査光学系
   。