JPH0672981B2 - 光ビ−ム走査光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は光ビーム走査光学系に関し、レーザー光を用い
て情報を書き込み、或いは情報を読み取る際の光走査手
段として適用しうる光ビーム走査光学系に関するもので
ある。

（従来技術） 偏向器を用いて光束を走査する場合、偏向器へ入射され
る光束が走査光と物理的に干渉することがないようにし
て走査光の利用度を高めるべく、一般に光ビーム走査光
学系としては次の構成が採用されている。

すなわち、 偏向器へ入射される光を、偏向器の回転軸に向かい、か
つ該回転軸と直交する平面に対して垂直入射を除く有限
の角度をなすようにしている。

その一例を第19図に示す。

図において、半導体レーザーLGから出射された発散性光
束はコリメータレンズC1で平行光束にされ、回転多面鏡
よりなる偏向器S1の前に配置された走査レンズ１により
集束光にされてから、偏向器S1を構成する反射面（回転
軸に平行）に入射される。その際の入射条件は、偏向器
の回転軸に直交する平面に対し光束の主光線が角度θと
なるように設定されている。

そして、上記入射光束の反射光は偏向器S1の回転に応じ
て順次偏向されて走査光となり、被走査面たる例えばド
ラム状の感光体２上に結像されるとともに紙面を貫く方
向に走査される。

ここに、走査光の進行方向は、偏向器の回転軸に直交す
る平面に対し、やはり角度θとなり、よって、入射光の
反射光の角度差は２θとなって両光束の物理的な干渉は
回避される。

ところで、このような構成においては、偏向器S1へ入射
される光束の反斜面直前における主光線の逆進方向での
直線延長上にコリメータレンズC1や半導体レーザーLGが
配置される構成であるため、これら半導体レーザーLGと
被走査面たる感光体２との偏向器回転軸方向での間隔H1
としてある程度の大きさを要することは避けられず、装
置の小型化を図る障害となる。

一方、プリズムやミラーを用いて光路を折り曲げること
により上記間隔1Hを縮減する場合には、これらの部材を
組込むことにより構造の複雑化や価格の上昇を招来する
要因となる。

（目 的） 従って、本発明の目的は構造の複雑化や価格の上昇を招
くことなく装置の小型化を図ることのできる改良された
光ビーム走査光学系を提供することにある。

（構 成） 本発明は上記の目的を達成させるため、偏向器の前に配
置した走査レンズの光軸を上記偏向器の回転軸に直角に
配置し、該レンズへの入射光束を該レンズの光軸に平行
かつ該レンズ上に入射高さを有するように設定したこと
を特徴としたものである。

以下、本発明の一実施例に基づき具体的に説明する。な
お、以下の説明図では繁雑さをさけるため、混同のおそ
れのないものについては第19図におけるものと同一の符
号を用いていることを付記しておく。

実施例１（第１図，第２図参照） 図において、回転多面鏡からなる偏向器S1と光源たる半
導体レーザーLGとの間には走査レンズ３が配設されてい
る。この走査レンズ３は球面レンズ４の一部分を以て構
成されている。

この走査レンズ３は、その光軸が偏向器S1の回転軸に直
角となるように設定され、さらに、走査レンズ３に入射
される光束を入射高さがｈでありかつ、走査レンズ３の
光軸と平行となるように設定されている。

これにより、走査レンズ３に入射した光束は走査レンズ
３の焦点に向かうように屈折させられる。そして途中、
偏向器S1の反射面で反射させられて感光体２上に結像走
査させられる。

ここで、偏向器への入射角をθ、走査レンズ３の焦点距
離をｆ、入射高さをｈとすれば、 sinθ＝h/fなる関係が成立する。

この場合、走査レンズ３の像側空間主平面から偏向器S1
の反射面までの距離l1と、この反射面から被走査面たる
感光体２の表面までの距離l2は、被走査面を微小光径で
走査する必要から走査レンズ３の焦点距離ｆにほぼ等し
く設定されている。

このように光学系を配置することにより、偏向器S1への
入射光路を走査レンズ３で折り曲げることから半導体レ
ーザーLG等の位置が従来技術と異なり走査レンズ３と同
レベルの位置に移行配置されることになる。

その結果、半導体レーザーLGの出射点から感光体２の被
走査面までの偏向器S1の回転軸方向での間隔H2は、従来
技術（第19図）に比べH1＞H2と、小さくすることができ
る。

このことは又、実装上においても光学部品を互に直角な
水平、垂直平面を基準として配置構成できることとなる
ので、光学部品を保持するオプチカルハウジングの加工
も容易となる点で有利である。

なお、走査レンズ３は、これに対する入射光束の位置が
変動する訳でもないので、又、走査光との干渉を避ける
ためにも、前述した通り球面レンズ４の一部分を用いれ
ば足りる。

従って、一つの球面レンズから複数の走査レンズを分割
加工して得ることもできる。

実施例２（第３図，第４図参照） 偏向器は、これが機械的に構成されて回転される以上、
その回転軸の振れや組立精度の微小誤差は避けられず、
このため各反射面相互間で所謂面倒れが発生する。

このため、面倒れを補正するべく、面倒れ補正レンズが
走査光学系の一部に配置されるが、その場合には、面倒
れ補正の必要から偏向器以降の走査方向と、この走査方
向に直交する方向（以下副走査方向という）とのレンズ
パワーを異ならせるため、偏向器に至る以前の光路上に
副走査方向にパワーを有するシリンドリカルレンズを配
置している。これにより、感光体２を走査する光束が所
要の形状、大きさになるように整形される。

本例はこのシリンドリカルレンズに、前記従来技術（第
19図参照）における間隔H1の縮減機能を与えている。

図において、符号５は上記面倒れ補正レンズの一例とし
てのトロイダルレンズを示し、符号5Aは反射面が面倒れ
した際の走査光の光路を示す。又、このトロイダルレン
ズ5Aによるレンズパワーを予め補償する機能を付された
シリンドリカルレンズを符号31で示す。

このシリンドリカルレンズ31は、その光軸が偏向器S1の
回転軸に直角に配置されている。そして、このシリンド
リカルレンズ31への入射光束は入射高さがｈでかつ、こ
のシリンドリカルレンズ31の光軸に平行に入射されるよ
うにしてある。符号30は球面レンズからなる走査レンズ
を示し光束を感光体２上に収束させる機能を有してい
る。

本例においても、シリンドリカルレンズ31について、si
nθ＝h/f1（但し、f1はシリンドリカルレンズ31の焦点
距離）なる関係がある。

本例においても、半導体レーザーLGから感光体２までの
間隔H3を従来技術に（第19図）に比べてH1＞H3と小さく
することができる。

実施例３（第５図，第６図参照） 本例は上記実施例２の変形例ともいうべき技術であり、
面倒れ補正レンズとして平凸シリンドリカルレンズ51が
感光体２の直前に配置されている。又、この平凸シリン
ドリカルレンズ51のレンズパワーを予め補償するレンズ
として平凹シリンドリカルレンズ６が、コリメータレン
ズC1の直後に配置されている。

走査レンズ40は前記第１実施例（第１図，第２図参照）
に準じて設定構成されている。

なお、偏向器S2はガルバノミラーが用いられているので
走査レンズの設定に関しては前記各例の如く偏向器の回
転軸でなく、偏向器S2の揺動軸を基準にして行なう。従
って、本例においては便宜上、揺動軸を回転軸と同等の
意味に用いることとする。

本例においても、走査レンズ40の屈折作用により半導体
レーザーLGと感光体２との間隔を減縮できる利点があ
る。

実施例４（第７図，第８図参照） 本例は偏向器S3としてピラミッダルミラーを用いている
他は前記実施例２（第３図，第４図参照）に準ずるので
詳細な説明は省略する。

すなわち、前記実施例１〜４においては、偏向器S1,S2
の反射面が偏向器の回転軸に平行であり、従って偏向器
からの反射光束が偏向器の回転軸に直角な平面に対して
入射角θと同じ角度θをなしている。

これに対し、本例では、偏向器S3の反射面が回転軸に対
して角度α（第８図参照）を有する。従って、偏向器S3
への入射角をαに設定すれば、反射角もαとなり、シリ
ンドリカルレンズ31について sin（２α）＝h/f2（但し、f2はシリンドリカルレンズ3
1の焦点距離）となり、 走査光の方向をほぼ水平とすることができる。このよう
に、本例では、半導体レーザーLGと感光体２との間隔H4
を前記各例よりも、より一層小さくすることができる。

実施例５（第９図参照） 本例は上記実施例４（第７図，第８図参照）の変形例で
あり、球面レンズからなる走査レンズ30′について、光
軸を偏向器S3の回転軸に直角に配置している。そして、
この走査レンズ30′への入射光束は入射高さがｈで、か
つ、この走査レンズ30′の光軸に平行に入射されるよう
にしてある。一方、シリンドリカルレンズ31′は、走査
レンズ30′により屈折させられた光束の光路にレンズ光
を合致するように配置されている。

従って本例においても前記実施例４と同等の利点を得る 実施例６（第10,第11図参照） 本例は前記実施例２（第３図，第４図参照）の変形例で
あり、その実施例２におけるコリメータレンズC1に代え
て半導体レーザーLGからの発散性光束を直接、感光体２
上に結像させる性能を有するカップリングレンズ７を配
置した点が異なる。従って実施例２における走査レンズ
30に相当するレンズを除いた構成となっている。本例に
ついての利点は実施例２に準ずる。

なお、副走査方向のビームウエストを反射面近傍に設
け、かつ面倒れ補正レンズ５で感光体２に光束を結像す
る光学系など、短焦点のシリンドリカルレンズ31で大き
な入射角をも構成できる。

実施例７（第12図，第13図参照） 本例は偏向器S4としてホログラムを利用した所謂ホロス
キャナーを用いた光ビーム走査光学系の例である。

図において、光源たるHe−Neレザー８を出射した光束は
超音波光変調器９に入射される。そして超音波光変調器
９において画像情報により上記光束は変調される。変調
後の光束は次に、偏向器S4の回転軸に直角に光軸を配置
したシリンドリカルレンズ10に入射される。ここで、入
射光束は又、該シリンドリカルレンズ10の光軸に平行で
かつ、レンズ高さｈを有して入射されるようになってい
るので、このレンズ高さｈに対応して光路を折り曲げら
れて偏向器に入射される。そして、収束光束として回折
偏向させられ、さらにミラー11で折り曲げられ、シリン
ドリカルレンズ12により偏向器の面倒れ補正されて感光
体２上に至る。

本例においても、シリンドリカルレンズ10による屈折作
用により光源を感光体との間隔を減縮できる利点があ
る。

実施例８（第14図乃至第16図参照） 本例では、偏向器S5を構成する多面鏡の各面が回転多面
鏡としての回転面内に円弧となっている。

図において、光源としての半導体レーザーLGとこの半導
体レーザーLGの発散性光束を平行光束に変換するコリメ
ータレンズC1と上記平行光束の光路中に配置されていて
走査光の光束形状の走査方向に長く副走査方向に短い楕
円形に整形するアパーチャ部材12とを一体的に組込んで
いる半導体レーザー装置（光学部材のみ図示）から出射
した平行光束は第１シリンドリカルレンズ13に向かう。
この第１シリンドリカルレンズ13は感光体２上での走査
光束を副走査方向に整形させる機能を有する。

第１シリンドリカルレンズ13を出射した光束は第１ミラ
ー14により光路を偏向器S5の回転軸に向けて折り曲げら
れる。

第１ミラー14を出射した光束は偏向器S5の回転軸を含む
平面内において走査レンズ15の光軸と平行かつ、該光軸
からの高さｈを有して入射し、感光体２上に結像される
ように絞り込まれる。こうして、走査レンズ15で折り曲
げられた光束は偏向器S5に向かい、回転軸に平行な反斜
面に対し入射角θ（θ≠０゜）で回転軸に向かい入射す
る。そして、回転軸に垂直な面内で曲率を有する複数の
反射面で順次反射されて走査光束となり、ミラー16（第
14図では省略）で反射されてから偏向器S5の面倒れ補正
するシリンドリカルレンズ17を経て感光体２上に走査さ
れる。

なお、第16図において、ミラー18、シリンドリカルレン
ズ19、センサ20は同期検知手段として配置されている。

このように、円筒多面鏡を用いた偏向器S5を具備した光
ビーム走査光学系においては、感光体を走査する走査方
向では、円筒多面鏡の曲率半径Ｒと走査レンズ15との合
成焦点距離の像側焦点面を感光体２上に構成し、光束を
感光体２上に集束するようにしているため、走査レンズ
15の焦点位置は第１実施例（第１図，第２図参照）と異
なり円筒多面鏡と感光体２との間にある。

このため、偏向器S5にて偏向させられた後の走査光が走
査レンズ15と干渉することを避けるためには、球面レン
ズである走査レンズ15を切欠いた形状としなければなら
ない（第17図参照） ここでそのように切欠いた走査レンズ15が第14図に示す
ように円形の半分以下ならば、製作上、円形の球面レン
ズを切断することにより複数個のレンズを得ることがで
き、製作費の面で有利となる。

又、本例のように、面倒れ補正光学系、例えば、シリン
ドリカルレンズ17を使用する光学系においては走査方向
が長く、副走査方向に短い形状の光束を走査レンズ15に
入射させるので、従来技術（第18図参照）の如く走査レ
ンズ１の光軸上を使用する光学系に比べて走査レンズ15
を偏向器S5に近接配置できるなど、設計上の自由度を増
すこともできる。

（効 果） 本発明では、光学系を構成するレンズの屈折作用を利用
して光路を変更するので、プリズムやミラーなど格別の
光路変更手段による必要がなく、光ビーム走査光学系を
単純にして小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第17図は各々本発明の実施例に係る光学系の
構成を説明した図、第18図、第19図は従来技術に係る光
学系の説明図である。 3,15,40……走査レンズ、10,31,31′……シリンドリカ
ルレンズ、S1,S2,S3,S4……偏向器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏向器へ入射される光束を、偏向器の回転
   軸に向かい、かつ該回転軸と直交する平面に対して有限
   の角度をなすようにしている光ビーム走査光学系におい
   て、 偏向器の前に配置したレンズの光軸を上記回転軸に直角
   に配置し、該レンズへの入射光束を該レンズの光軸に平
   行かつ該レンズ上にて入射高さを有するように設定した
   ことを特徴とする光ビーム走査光学系。