JPH0695176B2 - 走査光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は走査光学系に係り、特に被走査媒体上に光を照
射して情報を記録あるいは検出するような装置に使用さ
れる小型化に好適な走査光学系に関するものである。

〔従来の技術〕

まず、走査光学系を適用した記録装置としてレーザビー
ムプリンタを例とって従来技術について説明する。

第７図は従来のレーザビームプリンタの概略構成を示す
斜視図である。第７図において、レーザダイオード１は
レーザ駆動回路２によってパルス変調制御されたレーザ
ビームを発生する。レーザダイオード１で発生したレー
ザビームは、結合レンズ３によって集光されて光ビーム
となり、回転多面鏡４で偏向走査され、Ｆθレンズ５で
絞られて光導電性感光ドラム６の被照射面上に結像し、
微小なビームスポットを形成する。電子写真方式のレー
ザビームプリンタにおいては、感光ドラム６の周囲に電
子写真プロセスに必須な帯電器７、現像器８、転写器９
等が配置されている。すなわち、図示しない駆動源によ
って図示矢印Ａ方向に回転させられる感光ドラム６の表
面は、帯電器７によって均一に帯電され、次に、前述の
走査光学系によってレーザビームで走査露光されて静電
潜像が形成される。現像器８は、磁性微粉トナーによる
１成分現象剤又は磁性キャリアと微分トナーを混合した
２成分現象剤を磁気ロールに吸着した磁気ブラシによっ
て感光ドラム６を摺擦して静電潜像を現像し、感光ドラ
ム６上にトナー像を形成する。一方、図示しない給紙機
構によって搬送される記録紙10は、感光ドラム６と接触
して静電転写器９によって感光ドラム６の表面上のトナ
ー像が転写される。以上のプロセスによってレーザプリ
ンタは所定の情報を記録することができる。さらに、こ
れらの機能を制御するものとして、変調信号の同期をと
るための小反射鏡11、光検出器12、同期信号発生回路1
3、印字信号制御回路14などが配置されている。

第８図は従来の一般的なレーザビームプリンタの主要構
成を示す断面図である。第８図において、前述した電子
写真プロセスは、第７図で説明した構成要素が感光ドラ
ム６を中心に図示のようにプロセスの順にしたがって配
置してあり、それ以外に、転写後の感光ドラム６の表面
に残留したトナーを除去するためのクリーニング手段1
5、感光ドラム６の表面に残留した電荷を除去するイレ
ーズランプ16が配置してある。一方、給紙カセット17に
収納された記録紙10は、給紙ローラ18によって給紙カセ
ット17から繰り出され、上下のレジストローラ対19,1
9′でタイミングを整合された後、転写部分に搬送され
てトナー像を転写される。その後、記録紙10は定着器20
でトナー像を定着されて上下の排出ローラ対21,21′に
よって拝紙トレイ22上に排出される。

以上に述べたレーザビームプリンタにおいて、電子写真
プロセスの各要素は、転写の安定性を重視して、記録紙
10が重力方向に対して安定に走行可能な配置をとるのが
通例である。つまり、感光ドラム６の中心を通る鉛直線
に対して下側に転写器９を配置し、これを基準として他
の要素をプロセスの順にしたがって配置すると、第８図
に示す構成が自然にできあがることになる。

また、光導電性感光ドラム６は、露光後に露光された部
分の電位が低下する、いわゆる光減衰に時間を要するた
め、露光部と非露光部との電位差、すなわち、潜像の電
位コントラストを充分に確保するため、露光から現像ま
での間隔を極力大きくとることが望まれる。したがっ
て、第８図から明白にわかるように、露光部分は感光ド
ラム６の上側（転写器９と対向する位置）に位置せざる
を得ない。

一方、レーザダイオード１（第７図参照）は、その寿命
および発光出力特性の温度依存性が他の半導体素子に比
べて大きいため、周囲温度の変化が極力少ない位置に配
置されるのが通例であり、熱定着方式を主流とする電子
写真方式のレーザビームプリンタにおいては、必然的に
定着器20と反対側に位置することになる。さらに、現像
器８は、トナーの供給容量を大きくする目的で他のプロ
セス構成要素に比較して大きな空間を占有するのが通例
であり、レーザ走査光学系23は、その光路を現像器８の
上方を通過させた後に反射鏡24で折り曲げて感光ドラム
６の情報に達するように構成される必然性を有する。

以上に述べた従来の一般的構成からなるレーザビームプ
リンタは、記録紙の給拝紙装置を含めると、記録紙の搬
送方向に長い形状となり、その結果、据付床面積、すな
わち、レーザビームプリンタの占有床面積が大きくなる
傾向を有する。この点、電子写真方式以外の記録装置、
例えば、感熱転写方式、デイジーホール方式、ワイヤド
ット方式等のプリンタは、圧倒的に小さな占有床面積で
済むという特徴を有しており、このため、その軽便さを
利点としてワードプロセッサ，パーソナルコンピュータ
等の汎用OA機器に広く用いられているのが現状である。

しかしながら、近年、レーザビームプリンタの高速性、
低騒音、高解像度といった長所が認められて、パーソナ
ルユースのプリンタとしての需要が高まっている。これ
とともに従来の軽便なプリンタと同程度の小形化が強く
求められるようになってきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の述べたように、レーザビームプリンタの小形化、
特に占有床面積の低減が望まれており、それを実現する
方法として電子写真プロセスの小形化、給排紙装置の構
成方法等に工夫がこらされており、一方、走査光学ユニ
ットを小形化する方法として回転多面鏡の偏向角を大き
くして光路長を短縮することが考えられているが、その
方法には以下に示す理由から一定の限界がある。

（１）Ｆθレンズの画角が大きくなって収差が増え、結
像性能を低下させる。

（２）回転多面鏡の偏向反射点が回転とともに出入りす
る量が増え、Ｆθレンズの結像性能を低下させる。

（３）回転多面鏡の回転数が増加し、騒音、回転精度、
寿命の低下をもたらす。

（４）光学素子への入反射屈折の変化が大きくなり、光
路効率が走査方向で変動する。

（５）画角の増大にともなってＦθレンズの径が大きく
なってコスト高となり、また収差補正にともなってレン
ズの枚数が増え、同様にコスト高となる。

したがって、従来の走査光学系では、回転多面鏡の画数
は最小６面、実用上の偏向角は100度、光路長は回転多
面鏡と感光ドラム間で200mmが限界であった。つまり、
他の構成要素に対して走査光学系の小形化は難しく、こ
れがレーザビームプリンタの小形化を阻害していた。

これに対して、近年、LEDアレイや液晶シャッタを用い
た露光手段が実用化されてきており、これらを用いるこ
とにより装置の小形化が実現されるが、光源が膨大な数
の集合体となるため、その信頼性及び変調の方法に難点
があり、まだ広く普及するに至っていない。

要するに、従来、走査光学系に用いられるＦθレンズ
は、３枚以上の球面単レンズを鏡筒に収納して構成され
ており、比較的大きな光学要素であった。また、回転多
面鏡を用いる走査光学系には、回転多面鏡の面倒れを補
正する目的で、長尺の凸シリンダカルレンズを感光ドラ
ム近傍に設ける方法が知られているが、これも走査光学
系を小形化しにくくする一因として挙げられる。

これに対して、特開昭57−144516号公報で提案されてい
る倒れ補正機能を有する走査光学系では、Ｆθレンズを
２枚の単レンズで構成する非常にシンプルな走査光学系
が実現可能であることを示しているが、これによれば、
Ｆθレンズは回転多面鏡の偏向点から順に球面単レンズ
とトーリック面を有する２枚の単レンズからなり、単レ
ンズ相互間は空隙を持って隔離しており、走査光学系の
小形化にはそれほど大きな効果はないものと思われる。

本発明の目的は、現像器の現像剤のホッパ容量を大きく
できる空間を確保でき、かつ、光路を最小限まで短縮で
きる走査光学系を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、光源と、この光源からの光を被走査媒体上
に偏向走査する偏向走査手段と、この偏向走査手段と上
記被走査媒体間の光路中に位置して上記偏向走査手段で
偏向された光を受けて上記被走査媒体の被走査面上に結
像する結像光学手段とを備え、上記偏向走査手段の基準
軸を中心に転角あるいは回転させるための駆動手段が上
記基準軸の中心上の上記偏向走査手段よりも上側に配置
した構成として達成するようにした。

〔作 用〕

偏向走査手段の基準軸を中心に転角あるいは回転させる
ための駆動手段を基準軸の中心上の偏向走査手段よりも
上側に配置したのでホツパ容量を大きくできる空間を確
保でき、また、結像光学手段のＦθレンズを複数の単レ
ンズで構成し、光路が単レンズ相互間の空隙を少なくと
も２回通過させるようにしたので、光路を最小限まで短
縮できる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図〜第６図に示した実施例を用いて
詳細に説明する。

第１図は本発明の走査光学系の一実施例を示す断面図で
あり、第８図に示したレーザビームプリンタに適用した
例を示してあり、第８図と対応する構成要素は同一符号
をつけて示してある。

第１図において、給紙カセット17は、レーザビームプリ
ンタの上部に配置してあり、排紙トレー22も同様にレー
ザビームプリンタの上部に配置してある。このようにす
ることにより、従来、レーザビームプリタから外側に張
り出していた給排紙機構のほとんどを内蔵することがで
き、占有床面積を大幅に低減することが可能になる。

これに対応して走査光学系23は、以下に説明するように
構成した。すなわち、回転多面鏡４で偏向走査されたレ
ーザビームは、２枚の単レンズで構成したＦθレンズ５
の第１の単レンズ5aおよび第２の単レンズ5bを通過した
後、第１の反射鏡25、第２の反射鏡26で図に示すように
反射し、再び第１の単レンズ5aと単レンズ5b間の空隙を
通過して感光ドラム６の被走査面上に結像する。これを
第８図と比較すると、走査光学系の光路が２度の折り返
しを受け、更に２つの単レンズ5a,5b間の空隙を通過す
るので、走査光学系23が最小の寸法に短縮されているこ
とが明らかである。

さらに特筆すべき特徴は、第２の単レンズ5bが、感光ド
ラム６の中心を通る鉛直線上に対して回転多面鏡４と反
対側へ張り出した位置まで移動可能となる点である。従
来、レーザビームの光路を空間で交差するように折りた
たんで走査光学系を小形化する試みがなされていたが、
本発明では上記光路構成を採用することによって、少な
くとも第２の単レンズ5bの寸法分は従来の方式よりも小
形化できる。

さらに他の特徴点は、回転多面鏡４と感光ドラム６の間
隔が非常に短くなる点である。すなわち、感光ドラム６
を中心として第１図の右側の空間が少なくて済む。これ
によって、レーザビームプリンタ筐体寸法は従来例のよ
うに走査光学系23によって規制されることがなく、大幅
に低減することができる。

ところで、走査光学系は小形化したことによって、回転
多面鏡４は現像器８のほぼ真上に位置することになる
が、現像器８は現像剤を補給するためのホッパーを備
え、その容量は補給サイクルを減らすために極力大きい
ことが望まれる。しかしながら、回転多面鏡４が上方に
位置するため、その容量に制約を受けることになる。こ
の問題を回避するために、本発明ではさらに次の点を改
良した。

第２図は本発明の他の実施例を示す第１図に相当する断
面図で、第２図においては、第１図に対して回転多面鏡
４の駆動モータ27を回転多面鏡４の回転中心軸上回転多
面鏡４の上側に移動してある。このようにすることによ
って、現像器８の上側に広い空間を確保でき、現像剤の
ホツパー容量を従来と同様に確保することができる。

第３図〜第６図はそれぞれ本発明の走査光学系の他の実
施例を示す断面図である。第３図において、Ｆθレンズ
は３枚の単球レンズからなり、走査ビームは、第１の単
レンズ5aと第２の単レンズ5bの空隙を２度通過するよう
にしてある。また、これとは別に第２の単レンズ5bと第
３の単レンズ5c間の空隙を２度通過するように構成して
も効果は同一である。

第４図においては、第２図における第２の反射鏡26を円
筒ミラー28に置き換えてあり、反射鏡を非平面にするこ
とによって光学系の設計自由度を増し、性能を向上させ
るようにしてある。

第５図おいては、第１の反射鏡25、第２の反射鏡26のほ
かに第３の反射鏡29を用いて、Ｆθレンズの３つの単レ
ンズ5a,5b、5c間の空隙の全てを走査ビームが２度通過
するようにしてある。

第６図においては、第５図において、感光ドラム６より
に長尺シリンドカルレンズ30を併設してコンパクトな面
倒れ補正走査光学系としてある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、Ｆθレンズを構
成する複数の単レンズ間の空隙を少なくとも２回走査ビ
ームを通過させる光路構成の走査光学系としたので、光
路を最小限まで短縮でき、また、回転多面鏡の駆動モー
タの配置を回転多面鏡の上側にするようにしたので、現
像器の現像剤のホツパー容量を大きくすることが可能
で、しかも、走査光学系を使用する装置の占有床面積の
縮小化をかかることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査光学系の一実施例を示すレーザビ
ームプリンタに適用した例の断面図、第２図は本発明の
他の実施例を示す第１図に相当する断面図、第３〜第６
図はそれぞれ本発明の走査光学系の他の実施例を示す断
面図、第７図は従来のレーザビームプリンタの概要構成
を示す斜視図、第８図は従来の一般的なレーザビームプ
リンタの主要構成を示す断面図である。 １……レーザダイオード,2……レーザ駆動回路,3……結
合レンズ,4……回転多面鏡,5……Ｆθレンズ,5a……第
１の単レンズ,5b……第２の単レンズ,5c……第３の単レ
ンズ,6……光導電性感光ドラム,8……現像器,25……第
１の反射鏡,26……第２の反射鏡,27……駆動モータ,28
……円筒ミラー,29……第３の反射鏡,30……長尺シリン
ドリカルレンズ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、該光源からの光を被走査媒体に偏
   向する偏向走査手段と、該偏向走査手段と前記被走査媒
   体間の光路中に位置して前記偏向走査手段で偏向された
   光を受けて前記被走査媒体の被走査面上に結像する結像
   光学手段とを備え、前記偏向走査手段の基準軸を中心に
   転角あるいは回転させるための駆動手段が、前記基準軸
   の中心上の前記偏向走査手段よりも上側に配置した構成
   としてあることを特徴とする走査光学系。
2. 【請求項２】前記結像光学手段は、複数の単レンズで構
   成されたＦθレンズを備え、走査される光の光路が前記
   単レンズ相互間の空隙を少なくとも２回通過して前記被
   走査媒体に達するように変化させる構成としてある特許
   請求の範囲第１項記載の走査光学系。
3. 【請求項３】前記光源は、レーザビーム発生手段からな
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の走査光学
   系。
4. 【請求項４】前記偏向走査手段は、回転多面鏡からなる
   特許請求の範囲第１項または第２項または第３項記載の
   走査光学系。
5. 【請求項５】前記Ｆθレンズは、３枚以下の単レンズで
   構成されている特許請求の範囲第２項記載の走査光学
   系。
6. 【請求項６】前記Ｆθレンズは、２枚の単レンズからな
   り、そのうちの被走査媒体側の単レンズがトーリツク面
   を含んでいる特許請求の範囲第２項記載の走査光学系。
7. 【請求項７】前記走査される光の光路を変化させる手段
   は、複数の反射鏡からなる特許請求の範囲第２項記載の
   走査光学系。
8. 【請求項８】前記反射鏡は、被平面鏡のものを含んでい
   る特許請求の範囲第７項記載の走査光学系。
9. 【請求項９】前記被走査媒体は、電子写真記録装置の光
   導電性感光体である特許請求の範囲第１項または第２項
   または第３項または第４項または第５項または第７項ま
   たは第８項記載の走査光学系。