JP2003140077A - 光偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置が小型化してしかもバランスが安定して
高速回転することを可能とした光偏向装置を提供する。 【解決手段】 コイル基板上に設けた駆動用マグネット
コイル４と、マグネットコイル４に対向した駆動用の永
久磁石５とポリゴンミラー１６とを有して回転するミラ
ーユニットとよりなる光偏向装置において、永久磁石５
の一部に光反射率の異なる検知マーク６１を設け、検知
マーク６１を検知してミラー面位相を検知するフォトセ
ンサ７０をマグネットコイル４の内側に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザプリ
ンタ、バーコードリーダ、レーザ複写機等に用いられる
ポリゴンミラーを有する光偏向装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ等の画像記録装置におい
ては、その画像の書き込み手段として読み取った情報を
基にレーザ光を光偏向装置の高速回転するポリゴンミラ
ー（回転多面鏡）に入光させ、反射光を走査させて感光
体面に投影して画像記録を行っている。図６はポリゴン
ミラーの光偏向装置を用いたビーム走査光学装置の一実
施の形態を示す斜視図である。

【０００３】図において、８０は半導体レーザ、８１は
ビーム整形用光学系のコリメータレンズ、８２は第１シ
リンドリカルレンズ、８３はポリゴンミラー、８４Ａ、
８４Ｂはｆθレンズ、８５は第２シリンドリカルレン
ズ、８６は第３ミラー、８７はカバーガラス、８８は感
光体ドラムをそれぞれ示している。なお、８９はタイミ
ング検出用のインデックスミラー、８９Ｓは同期検知用
インデックスのインデックスセンサ、８３Ｍは光偏向装
置のポリゴンミラー８３の回転駆動部である。

【０００４】半導体レーザ８０から出射したビーム光
は、コリメータレンズ８１により平行光となり、第１結
像光学系の第１シリンドリカルレンズ８２を経て、等速
で高速回転するポリゴンミラー８３のミラー面に入射す
る。この反射光はｆθレンズ８４Ａ、８４Ｂ、第２シリ
ンドリカルレンズ８５から成る第２結像光学系を透過
し、第３ミラー８６、カバーガラス８７を介して感光体
ドラム８８の周面上に所定のスポット径で（主）走査が
行われる。主走査方向は図示しない調整機構によって微
調整がなされ、１ライン毎の同期検知は、走査開始前の
ビームをインデックスミラー８９を介してインデックス
センサ８９Ｓに入射することによって行われる。

【０００５】かかるビーム走査光学装置で、感光体ドラ
ム８８上で良好な潜像を得るには、高速回転するポリゴ
ンミラーが高精度の正多角形をなす多面鏡に作成されて
いて、回転軸に対して傾きなく、かつ軸方向への位置ず
れがなく回転することが求められる。

【０００６】ポリゴンミラーは、高速回転の場合には空
気ベアリングを用いて高速回転することがなされてい
る。即ち、回転するミラーユニットにはポリゴンミラー
を取り付け、ミラーユニットの外筒軸受と、固定した内
筒軸受との間で高速で回転するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光偏向装置では前記の
如く正多面鏡のポリゴンミラーを高速回転させ、ポリゴ
ンミラーの面によって走査を行っている。この際ポリゴ
ンミラーのうちどのミラーが走査を行う反射面として作
動しているかを示すミラー面位相の検知が行われてい
る。ミラー面位相の検知を行う手段として従来図５に示
すような手段が用いられて来た。

【０００８】図５（ａ）はその一例を示すもので、回転
体であるポリゴンミラーと共に回転するミラーユニット
にミラー面位相検知用のマークを設け、駆動用コイル基
板とは別にフォトセンサ基板を設け、フォトセンサ基板
上に設けたフォトセンサによってマークを検知してミラ
ー面位相を検知している。かかる手段によるミラー面位
相の検知では、回転するミラーユニットに対向して別に
フォトセンサ基板を設ける必要があり、光偏向装置を大
型化することとなっていた。

【０００９】図５（ｂ）は他の一例を示すもので、ポリ
ゴンミラーと共に回転するミラーユニットにミラー面位
相検出用の磁石を設け、この磁石に対向した位置に磁気
センサ（ホール素子）を設けてミラー面位相の検知を行
っている。かかる手段によるミラー面位相の検知では、
高速回転するミラーユニットにかかる磁石を追加して設
置することにより、バランスが変動し、回転に安定性を
失うこととなる。

【００１０】本発明の目的は、装置が小型化してしかも
バランスが安定して高速回転することを可能とした光偏
向装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、コイル
基板上に設けた駆動用マグネットコイルと、前記マグネ
ットコイルに対向した駆動用の永久磁石とポリゴンミラ
ーとを有して回転するミラーユニットとよりなる光偏向
装置において、前記永久磁石の一部に光反射率の異なる
検知マークを設け、前記検知マークを検知してミラー面
位相を検知する光検知手段を前記マグネットコイルの内
側に設けたことを特徴とする光偏向装置、により達成さ
れる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光偏向装置の実施
の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は光偏向装置の断面図である。この実
施の形態の光偏向装置１は、例えば図６のビーム走査光
学装置に組み込まれて、レーザ光をポリゴンミラー１６
の回転により偏向するものであり、ベース板２により装
置側に固定される。

【００１４】フランジ１５はアルミや鉄を材料とし、円
筒部１５ｂの端部には円板部１５ａが設けられていて、
円板部１５ａのミラー搭載の基準面１５ａ１にポリゴン
ミラー１６の一端面１６ａを当接し、ミラー押さえ板６
との間には弾性部材２０を介して一体回転可能に組み付
けられている。このフランジ１５の円筒部１５ｂは外筒
軸受１２ｂに焼きばめ等の手段により接合されて一体化
してミラーユニット１００が形成される。

【００１５】このミラーユニット１００を上下の下スラ
スト軸受１０と上スラスト軸受１１と内筒軸受１２ａと
の間に介在させて、ベース板２の軸部２ａに挿着し、プ
レート１３を介してねじ１４を軸部２ａに螺着して取り
付けられる。

【００１６】ベース板２には固定ヨーク５０が設けら
れ、さらにマグネットコイル４を取り付けたプリント基
板３が設けられている。このマグネットコイル４に対向
してトルク発生用の永久磁石５が配置され、この永久磁
石５は円盤状のミラー押さえ板６に形成された凹部６ａ
に接着剤を介して設けられ、以上の配置関係によってポ
リゴンモータを構成している。

【００１７】回転軸１２は、内筒軸受１２ａと外筒軸受
１２ｂとから構成され、内筒軸受１２ａに対して外筒軸
受１２ｂが回動可能になっており、外筒軸受１２ｂにフ
ランジ１５が円筒部１５ｂによって接合状態となってい
る。なお、この実施の形態では、軸受構造が下スラスト
軸受１０、上スラスト軸受１１、内筒軸受１２ａ、外筒
軸受１２ｂとから成る動圧軸受構造であって、動圧発生
溝が下スラスト軸受面と内筒軸受１２ａの外周面の両方
あるいはどちらか一方に設けられている。

【００１８】フランジ１５の円筒部１５ｂは回転軸１２
の外筒軸受１２ｂに接合することによって接合強度が向
上し、更に円筒部１２ｂの外周をポリゴンミラー１６の
回転中心軸の取り付け基準とすることによって、ポリゴ
ンミラー１６の軸中心精度が向上するよう構成されてい
る。

【００１９】フランジ１５の円筒部１５ｂを回転軸１２
の外筒軸受１２ｂへの接合は好ましくは焼ばめであり、
その他の圧入手段による接合であってもよい。かかる接
合はポリゴンミラー１６の取り付け時の倒れ角を解消
し、軸心に対する精度をより確実に出すことができる。

【００２０】また作製に当たっては、フランジ１５と外
筒軸受１２ｂとの接合後に、円板部１５ａにポリゴンミ
ラー１６を取り付けるためのミラー搭載の基準面１５ａ
１を切削加工し、フランジ１５の円筒部１５ｂにポリゴ
ンミラー１６を挿着してポリゴンミラー１６の一端面１
６ａを基準面１５ａ１に当接させることがなされてい
る。

【００２１】ポリゴンミラー１６の他端面１６ｂとミラ
ー押さえ板６との間には板ばね等の弾性部材２０を介在
させ、フランジ１５の円筒部１５ｂの端面とミラー押さ
え板６とをねじ等の締結部材２１により締付固定して、
弾性部材２０によるポリゴンミラー１６の押さえ力を安
定させ、ポリゴンミラー１６は歪ませることなくミラー
固定がなされている。

【００２２】以上説明した構成の光偏向装置について、
ポリゴンモータ部分について更に詳しく説明する。

【００２３】図２（ａ）はプリント基板３上に設けたマ
グネットコイル４の配置関係を示す平面図で、図２
（ｂ）は高速回転するミラー押さえ板６に固定した永久
磁石５の平面図を示している。本実施の形態においては
図２（ａ）に示す如く、６組のマグネットコイル４が同
一円上に等配され、マグネットコイル４ａ１，４ａ２が
対向して位置し、同じくマグネットコイル４ｂ１，４ｂ
２、マグネットコイル４ｃ１，４ｃ２がそれぞれ対向し
て位置している。またマグネットコイル４ａ１，４ｂ
１，４ｃ１内にはそれぞれ直上を通過する永久磁石の着
磁状態を検出するホール素子５１が設けられ３個のホー
ル素子からの検出信号に基づいてミラーユニットの回転
速度や位置の情報を得るようにされており、すなわちこ
のホール素子はスピードセンサとポジションセンサ手段
としての機能を有している。またマグネットコイル４に
対向して図２（ｂ）に示すように同一円上に４極対８極
の磁極をもった永久磁石５が設けられている。

【００２４】図３はポリゴンモータのモータ駆動の基本
回路を示している。図２（ａ）において対向したマグネ
ットコイル（４ａ１，４ａ２）、（４ｂ１，４ｂ２）、
（４ｃ１，４ｃ２）をそれぞれシリーズに接続し、接続
した３本は一点に結線し、他端の端子はドライバのＵ，
Ｖ，Ｗにおいてそれぞれ接続している。３個のホール素
子５１は対向して位置した永久磁石５のＮ，Ｓ極からの
磁界の変化を検知し、アナログ信号を出力する。３個の
ホール素子５１からのアナログの出力信号は５１ａにて
デジタル変換しＨ又はＬの信号を出力し、一方にはスピ
ード信号としてＰＡＭ（パルス振幅変調）回路に入力し
て電源電圧（２４Ｖ）からの電圧の変動を行い、他方に
はポジション信号としてゲート・ドライバに入力し、制
御部はポジション信号にもとづいてドライバのスイッチ
ングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔ
ｒ５，Ｔｒ６のＯＮ／ＯＦＦの作動を行う。いま例えば
Ｔｒ３をＯＮ、Ｔｒ５をＯＮとするときは端子（Ｕ−
Ｖ）間の接続、即ちマグネットコイル４ａ１，４ａ２，
４ｂ１，４ｂ２への通電が行われる。

【００２５】本実施の形態では６組のマグネットコイル
４と４極対の永久磁石５から成っていて、ミラーユニッ
ト１００の１回転中に２４回の通電の切替え、即ち１／
４回転中に６回の通電の切替えが行われる。例えば１回
転中に（Ｕ−Ｖ），（Ｕ−Ｗ），（Ｖ−Ｗ），
（Ｖ−Ｕ），（Ｗ−Ｕ），（Ｗ−Ｖ）の〜の通
電の切替えが４回繰返して行われる。上記の通電の切替
えはスイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３
のＯＮ／ＯＦＦとスイッチングトランジスタＴｒ４，Ｔ
ｒ５，Ｔｒ６のＯＮ／ＯＦＦの組合わせとその切替えに
よって行われる。以上の基本回路をもって超高速回転を
行うポリゴンミラーの回転制御は、ホール素子５１によ
る磁界変動の検知に基づいて行われる。

【００２６】本発明の光偏向装置は、駆動用の永久磁石
５の一部に磁石表面とは光反射率の異なった検知マーク
６１を設け、この検知マーク６１を検知してミラー面位
相の検知を行う光検知手段としてフォトセンサ７０をマ
グネットコイル４の内側に設けてミラー面位相の検知を
行うようにしたもので、従来技術と較べてフォトセンサ
基板を削除して小型化することに成功し（図５（ａ）参
照）、ミラーユニットに取り付けたミラー面位相の検出
用磁石を除去することによって回転バランスの安定化を
確保している（図５（ｂ）参照）。

【００２７】本発明の実施の形態について説明する。図
２（ｂ）に示すように永久磁石５の表面に周囲とは光反
射率の異なった黒体スプレーによってマーキングして検
知用の検知マーク６１を設けている。検知マーク６１は
スプレー以外に塗布、張り付け等によって形成したもの
であっても差し支えない。

【００２８】プリント基板３上にあって図２（ａ）に示
す如くマグネットコイル４の内側に設けたフォトセンサ
７０は発光素子７１と受光素子７２とにより成るフォト
カプラで、発光素子７１からの発光によって永久磁石５
の表面の照射を行い、受光素子７２はこの反射光を受光
し反射光量の光量差によって検知マーク６１の検知を行
い、この検知に基づいてミラー面位相の検知を行うこと
がなされている。

【００２９】図４（ａ）はフォトセンサ７０の回路図で
ある。発光素子７１としては発光ダイオード等が用いら
れ、可変抵抗７１ａを調整することによって発光光量が
調整されるようになっている。また回路中にはトランジ
スタ７１ｂを設けて、ポリゴンモータの回転開始と同期
して発光素子７１の点灯がなされるようになっている。

【００３０】また受光素子７２としてはフォトトランジ
スタやフォトダイオードが用いられ、可変抵抗７２ａに
よって検知感度の調整がなされるようになっていて、永
久磁石５表面の反射光が受光され、信号出力がなされ
る。図４（ｂ）はＩ／Ｖ変換された信号出力の１例を示
したもので、永久磁石５表面部分の反射光による出力が
５Ｖであるのに対して、検知マーク６１部分での反射光
による出力は０Ｖであって、両者の電圧差によって検知
マーク６１の通過を検知し、これによりミラー面位相の
検知がなされるようになっている。

【００３１】かかる構成となっていて、ポリゴンモータ
の回転スタート信号と同期してフォトセンサ７０はＯＮ
の状態となるのでフォトセンサ７０に対する電源投入総
時間が短縮されてセンサの長寿命化が可能となる。また
フォトセンサ７０の発光光量や感度はボリュームによっ
て調整がなされるので、フォトセンサ７０の性能が劣化
することがあっても劣化に対する補正がなされることと
なって、検知不良という問題が解消する。

【００３２】

【発明の効果】本発明（請求項１）によるときは、回転
する永久磁石にマーキングし、プリント基板上のマグネ
ットコイルの内側にミラー面位相検知用の光検知手段を
設けることにより、小型化してかつバランスの変動要因
を減らした光偏向装置が提供されることとなった。ま
た、回転時のみのフォトセンサの発光素子、使用による
寿命劣化軽減の効果も生じることとなった。（請求項
２，３）

【図面の簡単な説明】

【図１】光偏向装置の断面図。

【図２】マグネットコイル及び永久磁石の平面図。

【図３】モータ駆動の基本回路図。

【図４】フォトセンサの回路図及び出力を示す説明図。

【図５】従来のミラー面位相検知手段を示す断面図。

【図６】ビーム走査光学装置の斜視図。

【符号の説明】

１ 光偏向装置 ２ ベース板 ３ プリント基板 ４ マグネットコイル ５ 永久磁石 ６ ミラー押さえ板 １２ 回転軸 １５ フランジ １６ ポリゴンミラー ５１ ホール素子 ６１ 検知マーク ７０ フォトセンサ ７１ 発光素子 ７２ 受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 BA05 BA08 BA12 BA53 CB72 DA08 2H045 AA14 AA15 AA53 5C051 AA02 CA07 DB02 DB07 DB22 DB24 DC02 DC03 DE02 FA01 5C072 AA03 BA01 HA02 HA09 HA13 HB13 XA01 XA05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイル基板上に設けた駆動用マグネット
   コイルと、 前記マグネットコイルに対向した駆動用の永久磁石とポ
   リゴンミラーとを有して回転するミラーユニットとより
   なる光偏向装置において、 前記永久磁石の一部に光反射率の異なる検知マークを設
   け、 前記検知マークを検知してミラー面位相を検知する光検
   知手段を前記マグネットコイルの内側に設けたことを特
   徴とする光偏向装置。
2. 【請求項２】 前記光検知手段は前記ミラーユニットの
   回転開始と同期して検知を開始することを特徴とする請
   求項１に記載の光偏向装置。
3. 【請求項３】 前記光検知手段は照射光量及び／又は検
   知感度の調整を可能としたことを特徴とする請求項１又
   は２に記載の光偏向装置。