JPH0821965A - 開口絞り可変結像光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単に光束の絞り径を所望する形状、大きさ
とすることができ、かつ光量が低下することのない開口
絞り可変結像光学装置を提供する。 【構成】 半導体レーザー１と、該半導体レーザー１を
出射した光束が通過する光路上に順次配設されたコリメ
ータレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４、
回転多面鏡５、および走査レンズ系６とで構成された結
像光学系の所定の位置に、複数の偏向可能な微小ミラー
で形成された反射平面を有し、該反射平面に入射する光
束を前記各微小ミラー毎に第１および第２の方向に偏向
する変形ミラー型空間変調素子９を具備した開口絞り可
変結像光学装置であって、第１の方向に偏向する微小ミ
ラーの反射光を前記結像光学系における有効反射光と
し、該有効反射光を生成する微小ミラーの範囲を前記各
微小ミラーの反射角度を制御することによって調節する
制御手段を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザープリンターや
カメラ等に用いられる結像光学装置に関し、特に、光束
の絞り径を可変することができる開口絞り可変結像光学
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光束の絞り径を可変することができる開
口絞り可変手段としては、カメラ等に用いられている羽
根絞りがある。この羽根絞りは、所定形状の複数の羽根
板を機械的に制御することにより光束の絞り径を可変す
るものであって、複数の羽根板によって開口を形成し、
その形成された開口の面積を各羽根板を回転移動させて
調節することによって、光束の絞り径を調節する。

【０００３】このような羽根絞りが用いられた従来の開
口絞り可変結像光学装置では、例えば、レーザープリン
ター等の感光体面上に結像される光束のスポット径が、
羽根絞りによる開口面積の調節によって所定の形状、大
きさの径に調節される。

【０００４】また、最近では、上述の羽根絞りの代わり
に、光の偏光を利用して光シヤッターの作用を行なわせ
る液晶シヤッターを用いた開口絞り可変結像光学装置が
提案されている。この液晶シヤッターを用いた開口絞り
可変結像光学装置では、液晶シヤッターの光の透過する
部分を電気的に制御することによって、光束の絞り径の
調節が行なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の開口絞り可変結像光学装置には、それぞれ以下
のような問題点がある。

【０００６】羽根絞りが用いられた開口絞り可変結像光
学装置においては、複数の羽根板によって開口が形成さ
れているため、その開口の形状を円形に近いものにしよ
うとすると、羽根板の枚数が増えてしまい、その絞り機
構が複雑になってしまうという問題点がある。

【０００７】さらに、この開口絞り可変結像光学装置に
おいては、各羽根板が機械的に回転移動する際に各羽根
板が擦れるため耐久性に欠けるという問題点もある。

【０００８】液晶シヤッターが用いられた開口絞り可変
結像光学装置においては、液晶シヤッターに入射した光
は必ず１対の偏光板を通過するため、その液晶シヤッタ
ーを通過した光は偏光されて光量が低下してしまい、装
置の絶対光量が低下するという問題点がある。また、液
晶シヤッターは、偏光板による光量の低下の他に、基板
材（ガラス等）による透過率の低下による光量の低下が
伴うため、液晶シヤッターを用いた開口絞り可変結像光
学装置には光量的なロスが大きいという問題点がある。

【０００９】本発明の目的は、絞り機構を複雑にするこ
となく簡単に光束の絞り径を所望する形状、大きさとす
ることができ、かつ光量が低下することのない開口絞り
可変結像光学装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の開口絞り可変結
像光学装置は、複数の偏向可能な微小ミラーで形成され
た反射平面を有し、該反射平面に入射する光束を上記各
微小ミラー毎に第１および第２の方向に偏向する変形ミ
ラー型空間変調素子を、結像光学系中に具備した開口絞
り可変結像光学装置であって、上記第１の方向に偏向す
る微小ミラーの反射光を上記結像光学系における有効反
射光とし、該有効反射光を生成する微小ミラーの範囲を
上記各微小ミラーの反射角度を制御することによって調
節する制御手段を有することを特徴とする。

【００１１】この場合、第２の方向に偏向する微小ミラ
ーの反射光を結像光学系から除去する除去手段を有して
いてもよい。

【００１２】また、制御手段は、第１の方向に偏向する
微小ミラーの範囲を円形状に制御するものであってもよ
い。

【００１３】さらに、制御手段は、第１の方向に偏向す
る微小ミラーをモザイク状に配列するものであってもよ
い。

【００１４】

【作用】上述のように構成される本発明の開口絞り可変
結像光学装置では、光束の絞り径を可変する手段とし
て、複数の偏向可能な微小ミラーで形成された反射平面
を有する変形ミラー型光変調素子が用いられる。すなわ
ち、本発明では、変形ミラー型光変調素子の各微小ミラ
ーの反射角度がそれぞれ単独に制御され、これによって
入射した光束の偏向が微小ミラー単位に制御される。し
たがって、結像光として用いたい光が入射した部分の微
小ミラーをその反射光が第１の方向に偏向されるように
制御し、カットしたい光が入射した部分の微小ミラーを
その反射光が第２の方向に偏向されるように制御するこ
とにより、変形ミラー型光変調素子に入射した光束から
カットしたい光を分離することができ、これにより所定
の形状、大きさの径の光束を形成することが可能とな
る。

【００１５】また、本発明では、第１の方向に偏向する
微小ミラーの範囲を制御手段によって自由に調節できる
ので、変形ミラー型光変調素子から反射される光束の径
の形状および大きさを所望するものに調節することがで
きる。

【００１６】上述の本発明のうち除去手段を有するもの
においては、第２の方向に偏向する微小ミラーの反射光
が除去手段によって結像光学系から除去されるので、結
像光学系に迷光が入射することはない。

【００１７】上述の本発明のうち第１の方向に偏向する
微小ミラーの範囲が円形状に制御されるものにおいて
は、制御手段が第１の方向に偏向する微小ミラーの範囲
を円形状に連続的に変化させるので、従来の高速応答性
を有する羽根絞りとほぼ同等の機能を有する開口絞り可
変結像光学装置を実現することが可能となる。

【００１８】上述の本発明のうち第１の方向に偏向する
微小ミラーがモザイク状に配列されるものにおいては、
絞り径を変化させることなく絶対光量を制御することが
できるので、結像光学系の焦点深度が変化することなく
絶対光量を制御することができる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施例の開口絞り
可変結像光学装置の概略構成を示す主走査方向に関する
断面図である。図２は、図１に示す開口絞り可変結像光
学装置の副走査方向に関する断面図である。

【００２１】本実施例の開口絞り可変結像光学装置は、
光束の絞り径を可変する手段として複数の偏向可能な微
小ミラーで形成された反射平面を有する変形ミラー型光
変調素子が用いられたものである。変形ミラー型光変調
素子に入射した光束のうち各微小ミラーで反射される際
にカットしたい光については、その光が入射した部分の
微小ミラーの反射角度を変えることによって取り除き、
結像される光束の径の大きさ、形状を調節する。

【００２２】この開口絞り可変結像光学装置は、半導体
レーザー１と、該半導体レーザー１を出射する光束の進
行方向に順次配設されたコリメータレンズ２、開口絞り
３および変形ミラー型光変調素子９と、該変形ミラー型
光変調素子９で反射される光束の進行方向に順次配設さ
れたシリンドリカルレンズ４および回転多面鏡５と、該
回転多面鏡５で反射される光束を感光体ドラム８の面上
に集光する走査レンズ系６とで構成されている。

【００２３】上記開口絞り可変結像光学装置において、
コリメータレンズ２は、半導体レーザー１を出射した光
束を略平行光束にするもので、開口絞り３は、そのコリ
メータレンズ２によって略平行光束となった光束の断面
の大きさを所定の大きさに整えるものである。変形ミラ
ー型光変調素子９は、開口絞り３によって所定の大きさ
に整えられた光束をさらに所望する大きさ、形状の径の
光束に調節するものである。

【００２４】シリンドリカルレンズ４は、副走査方向に
関する方向に対して正のレンズ作用を持ち、主走査方向
に関する方向に対してはレンズ作用を持たないレンズ
で、そのレンズの焦点位置に回転多面鏡５の反射面がく
るように配置されている。このシリンドリカルレンズ４
では、変形ミラー型光変調素子９を出射した光束が副走
査方向に対してのみ正のレンズ作用を受けて、回転多面
鏡５の反射面上（図１、図２におけるＰの位置）に線状
に結像される。

【００２５】回転多面鏡５は、主走査方向にビームを走
査するポリゴンミラー等であって、不図示のモータによ
って矢印５ｂの方向に等速で高速回転している。この回
転多面鏡５によって、光束が主走査方向に偏向走査され
る。

【００２６】走査レンズ系６は、主走査方向と副走査方
向とで屈折力の異なるトーリック面を有する第１のレン
ズ６ａと、球面レンズよりなる第２のレンズ６ｂとで構
成され、これらのレンズの焦点位置に感光体ドラム８が
くるように配置されている。この走査レンズ系６では、
上記回転多面鏡５で偏向走査された光束が感光体ドラム
８上に集光されると共に、走査直線性（ｆθ特性）の補
正が行なわれる。

【００２７】上述のように構成される開口絞り可変結像
光学装置では、変形ミラー型光変調素子９に、後述する
特開昭６１−１２９６２７号公報，特公平３−７８６２
２号公報，特開昭５８−１０７１４号公報等に記載され
ているような変形ミラー型光変調素子が用いられる。以
下、これらの公報に記載されている変形ミラー型光変調
素子について説明する。

【００２８】図３は、上記各公報に記載されている変形
ミラー型光変調素子の原理を説明するための図で、
（ａ）は変形ミラー型光変調素子の概略構造を示す断面
図、（ｂ）は（ａ）に示す変形ミラー型光変調素子の上
面図である。

【００２９】上記各公報に記載されている変形ミラー型
光変調素子は、金属の薄膜からなる微小ミラーを電荷の
クーロン力で屈曲させることによって、その微小ミラー
で反射される光を偏向するものである。その構成は、以
下のようなものとなっている。

【００３０】変形ミラー型光変調素子は、シリコン等の
基板１００上に絶縁体１０１の層を形成し、その絶縁体
１０１の層上にアドレス電極１０２、スペーサー１０３
およびフラップ１０４からなる屈曲可能な微小ミラーを
形成したものである。

【００３１】上記微小ミラーにおいて、アドレス電極１
０２は、絶縁体１０１の層上に設けられている。フラッ
プ１０４は、形状が略四角形でその一端を支点として屈
曲するミラーであって、アドレス電極１０２に対向して
平行に設けられている。アドレス電極１０２とフラップ
１０４との間には絶縁物であるスペーサー１０３が設け
られ、このスペーサー１０３が、アドレス電極１０２に
対してフラップ１０４を屈曲可能に支持している。な
お、アドレス電極１０２に対するフラップ１０４の屈曲
は、アドレス電極１０２とフラップ１０４のそれぞれに
相反する電荷を誘起させることによって行なわれる。

【００３２】次に、上述のように構成された変形ミラー
型光変調素子が本実施例の光学系にどのように用いられ
るかについて説明する。

【００３３】図４は、本実施例に用いられる変形ミラー
型光変調素子９を説明するためのもので、（ａ）は変形
ミラー型光変調素子９の概略外観を示す図、（ｂ）は変
形ミラー型光変調素子９の微小ミラーにおける偏向を説
明するための図、（ｃ）は（ａ）に示した変形ミラー型
光変調素子の偏向によって光束の径および形状を変形さ
せた１例である。

【００３４】変形ミラー型光変調素子９は、図４（ａ）
に示すように、基板上に偏向可能な微小ミラー１０が複
数設けられた平面状の反射ミラーであって、その各微小
ミラー１０のピッチは２５μｍとなっている。この微小
ミラーは、反射面にアルミ蒸着が施され、約９２％の反
射率を有する。このような変形ミラー型光変調素子９で
は、上述したコリメータレンズ２から出射された光束が
反射されて、上述したシリンドリカルレンズ４へ至る第
１の光路とそのシリンドリカルレンズ４へは至らない第
２の光路とに偏向される。

【００３５】上記変形ミラー型光変調素子９における偏
向は、変形ミラー型光変調素子９の微小ミラー１０のア
ドレス電極に電圧を印加することによってその微小ミラ
ー１０の反射面を屈曲させ、その反射される光束の方向
を本来の方向とは異なる方向に変えることによって行な
われる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、微小ミラ
ー１０のアドレス電極に電圧を印加してその反射面を屈
曲させ、Ａの方向から入射してＢの方向に反射されてい
た光束をＣの方向に反射させることによって行なわれ
る。

【００３６】本実施例では、上述の変形ミラー型光変調
素子９に入射する光束のうちカットしたい光束を、その
光束が入射する部分に位置する微小ミラーの反射角度を
それぞれ制御することによって第２の光路に向かわさ
せ、これによって、第１の光路に向かう光束の径の形状
および大きさを、例えば図４（ｃ）に示すように円形の
ものから楕円形のものに調節している。

【００３７】なお、本実施例の開口絞り可変結像光学装
置の内壁には、半導体レーザー１から出射される光束の
波長域を吸収する塗料が塗装されており、第２の光路に
偏向された光は感光体ドラム８に至ることなくその塗装
されている塗料に吸収されて除去される（除去手段）。
また、本実施例では、不図示の制御手段よって上述の各
微小ミラーの反射面の屈曲がそれぞれ単独に制御され
て、第１の光路に向かう光束を生成する微小ミラーの範
囲が調節される。

【００３８】次に、上述の開口絞り可変結像光学装置の
光学的な動作について説明する。

【００３９】半導体レーザー１から出射した光束は、コ
リメータレンズ２を通過して平行光束となる。この平行
光束となった光束は、開口絞り３を通過してその開口の
形状、大きさの径の光束となった後、変形ミラー型光変
調素子９に入射する。このとき、変形ミラー型光変調素
子９は、各微小ミラー１０がそれぞれ電圧制御されて、
第１の光路に反射される光束の径が所定の形状、大きさ
となるように設定されている。

【００４０】変形ミラー型光変調素子９に入射した光束
は、変形ミラー型光変調素子９によって入射した光束の
うち所定の形状、大きさの径の光束の部分が第１の光路
へ反射され、それ以外の部分の光束が第２の光路に反射
される。

【００４１】第１の光路に反射された光束はシリンドリ
カルレンズ４に入射し、このシリンドリカルレンズ４に
よって回転多面鏡５の反射面上に線状に結像される。他
方、第２の光路に反射された光束は、当該結像光学系装
置の内壁に塗装された塗料によって吸収され、感光体ド
ラム８に至ることなく除去される。

【００４２】回転多面鏡５の反射面上に線状に結像され
た光束は、その回転多面鏡５の反射面で反射され、走査
レンズ系６の第１のレンズ６ａおよび第２のレンズ６ｂ
を順次通過して感光体ドラム８の面上に結像される。こ
の結像されたスポットは、回転多面鏡５に入射した光束
がその回転多面鏡５の回転に応じて偏向反射されること
によって、感光体ドラム８の面上を主走査方向（ドラム
の長手方向）に移動する。

【００４３】以上のように、本実施例の開口絞り可変結
像光学装置では、変形ミラー型光変調素子９の各微小ミ
ラーの反射角度がそれぞれ単独に制御されることによっ
て、シリンドリカルレンズ４へ向かう光束の径が所定の
形状、大きさに調節され、結果的に感光体ドラム８の面
上に結像されるスポットが所定の形状、大きさに調節さ
れる。

【００４４】なお、上述した開口絞り可変結像光学装置
では、変形ミラー型光変調素子９の有効反射部の面積が
小さくなると、感光体ドラム８の面上に結像されるスポ
ットの光量が減少してしまうといった不都合が生じる。
このような場合には、半導体レーザー１の出力を変形ミ
ラー型光変調素子９の有効反射部の面積の変化に同期さ
せて制御し、感光体ドラム８の面上に結像されるスポッ
トの光量を一定にする処理が行なわれる。

【００４５】次に、本発明の開口絞り可変結像光学装置
の他の実施形態について説明する。

【００４６】図５は、本発明の第２の実施例の開口絞り
可変結像光学装置の概略構成図である。

【００４７】本実施例の開口絞り可変結像光学装置は、
カメラやビデオ等に用いられている結像光学系であっ
て、光束の絞り径を可変する手段として第１の実施例の
場合と同様に変形ミラー型光変調素子２０２が用いられ
たものである。この開口絞り可変結像光学装置は、対物
レンズ等が含まれる第１のレンズ群２０１と、該第１の
レンズ群２０１から出射される光束の進行方向に配設さ
れた変形ミラー型光変調素子２０２と、該変形ミラー型
光変調素子２０２で反射された光束の進行方向に設けら
れたミラー２０３および該ミラー２０３を介して設けら
れた結像レンズである第２のレンズ群２０４とで構成さ
れている。

【００４８】上記開口絞り可変結像光学装置において、
変形ミラー型光変調素子２０２は前述した第１の実施例
の開口絞り可変結像光学装置の変形ミラー型光変調素子
９と同様のものであって、入射する光束をミラー２０３
に至る第１の光路とミラー２０３に至ることのない第２
の光路とに偏向する。

【００４９】すなわち、本実施例では、第１のレンズ群
２０１と第２のレンズ群２０４との間に設けられた変形
ミラー型光変調素子２０２によって、第１のレンズ群２
０１から出射した光束のうちカットしたい光が第２の光
路に偏向されて除去され、第２のレンズによって結像さ
れる光束の径が所定の形状、大きさに調節される。

【００５０】また、本実施例の開口絞り可変結像光学装
置に置いては、上述のようにして第２のレンズによって
結像される光束の径を調節する場合、変形ミラー型光変
調素子２０２における微小ミラーの有効反射部分を円形
状に変化させるようにすれば、高速応答性を有する羽根
絞りとほぼ同等の機能を有する開口絞り可変結像光学装
置を実現することができる。

【００５１】なお、上述の変絞り結像光学装置では、変
形ミラー型光変調素子２０２は可変絞り手段として用い
られているが、変形ミラー型光変調素子２０２の有効反
射部分を円形状に変化させる代わりにモザイク状に変化
させれば、絞り径を変化させることなく絶対光量を制御
することができる。

【００５２】図６は、この変形ミラー型光変調素子２０
２の有効反射部分をモザイク状に変化させた例を示す図
で、（ａ）は１つの微小ミラー毎に有効反射部分をモザ
イク状に変化させたもの、（ｂ）は隣接する２つの微小
ミラー毎に有効反射部分をモザイク状に変化させたもの
である。

【００５３】上述の変絞り結像光学装置の変形ミラー型
光変調素子２０２では、微小ミラーをそれぞれ単独にそ
の反射角度を制御できるので、変形ミラー型光変調素子
２０２の有効反射部分を図６（ａ）あるいは図６（ｂ）
に示すようなモザイク状に変化させて絶対光量を制御す
ることができる。

【００５４】しかも、上記の場合、絞り径を変化させる
ことなく絶対光量を制御することができるので、結像光
学系の焦点深度が変化することはない。また、各微小ミ
ラーの形状および大きさを一定のものとならないように
設定すれば、光の回折によって発生するモワレ縞を防止
することもできる。このように、変形ミラー型光変調素
子２０２に光学的フィルタリングの機能を持たせること
もできる。

【００５５】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００５６】請求項１に記載のものにおいては、光束の
絞り径を可変する手段として、複数の偏向可能な微小ミ
ラーで形成された反射平面を有する変形ミラー型光変調
素子が用いられ、各微小ミラーの反射角度を制御するこ
とによって光束の絞り径を調節することができるので、
絞り機構を複雑にすることなく簡単に光束の絞り径を所
望する形状にすることができという効果がある。

【００５７】さらに、上記光束の絞り径の調節は、各微
小ミラーによる反射によって行なわれるので、絶対光量
の損失を少なくできるという効果がある。

【００５８】請求項２に記載のものにおいては、除去手
段によって迷光が除去されるので、鮮明な像を結像でき
るという効果がある。

【００５９】請求項３に記載のものにおいては、制御手
段が第１の方向に偏向する微小ミラーの範囲を円形状に
連続的に変化させるので、高速応答性を有する開口絞り
可変結像光学装置を提供できるという効果がある。

【００６０】請求項４に記載のものにおいては、絞り径
を変化させることなく絶対光量を制御することができる
ので、結像光学系の焦点深度が変化することなく絶対光
量を制御することができ、光学的フィルタリング作用を
有する高機能な開口絞り可変結像光学装置を提供できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の開口絞り可変結像光学
装置の概略構成を示す主走査方向に関する断面図であ
る。

【図２】図１に示す開口絞り可変結像光学装置の副走査
方向に関する断面図である。

【図３】各公報に記載されている変形ミラー型光変調素
子の原理を説明するための図で、（ａ）は変形ミラー型
光変調素子の概略構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に
示す変形ミラー型光変調素子の上面図である。

【図４】本実施例に用いられる変形ミラー型光変調素子
９を説明するためのもので、（ａ）は変形ミラー型光変
調素子９の概略外観を示す図、（ｂ）は変形ミラー型光
変調素子９の微小ミラーにおける偏向を説明するための
図、（ｃ）は（ａ）に示した変形ミラー型光変調素子の
偏向によって光束の径および形状を変形させた１例であ
る。

【図５】本発明の第２の実施例の開口絞り可変結像光学
装置の概略構成図である。

【図６】変形ミラー型光変調素子の有効反射部分をモザ
イク状に変化させた例を示す図で、（ａ）は１つの微小
ミラー毎に有効反射部分をモザイク状に変化させたも
の、（ｂ）は隣接する２つの微小ミラー毎に有効反射部
分をモザイク状に変化させたものである。

【符号の説明】

１ 半導体レーザー ２ コリメータレンズ ３ 開口絞り ４ シリンドリカルレンズ ５ 回転多面鏡 ６ 走査レンズ ６ａ 第１のレンズ ６ｂ 第２のレンズ ８ 感光体ドラム ９ 変形ミラー型光変調素子 １０ 微小ミラー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の偏向可能な微小ミラーで形成され
   た反射平面を有し、該反射平面に入射する光束を前記各
   微小ミラー毎に第１および第２の方向に偏向する変形ミ
   ラー型空間変調素子を、結像光学系中に具備した開口絞
   り可変結像光学装置であって、 前記第１の方向に偏向する微小ミラーの反射光を前記結
   像光学系における有効反射光とし、該有効反射光を生成
   する微小ミラーの範囲を前記各微小ミラーの反射角度を
   それぞれ制御することによって調節する制御手段を有す
   ることを特徴とする開口絞り可変結像光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の開口絞り可変結像光学
   装置において、 第２の方向に偏向する微小ミラーの反射光を結像光学系
   から除去する除去手段を有することを特徴とする開口絞
   り可変結像光学装置。
3. 【請求項３】 請求項１および請求項２に記載の開口絞
   り可変結像光学装置において、 制御手段は、第１の方向に偏向する微小ミラーの範囲を
   円形状に制御することを特徴とする開口絞り可変結像光
   学装置。
4. 【請求項４】 請求項１および請求項２に記載の開口絞
   り可変結像光学装置において、 制御手段は、第１の方向に偏向する微小ミラーをモザイ
   ク状に配列することを特徴とする開口絞り可変結像光学
   装置。