JP2009204750A - 回転多面鏡及び光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度を狭くすることを実現できる回転多面鏡及びこれを用いた光走査装置を提供する。
【解決手段】角の数が奇数である正多角形（正三角形ＡＢＣ）の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角（Ａ，Ｂ，Ｃ）について描画して得られる複数個の円（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状であり、略多角柱形状の各側面が反射面となっており、略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転するときに、反射面に入射する光を反射して偏光走査する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転多面鏡及び光走査装置に関し、特に、回転軸で回転して鏡面に入射する光を偏光走査しながら反射する回転多面鏡と、これを用いた光走査装置に関する。

回転多面鏡は、例えば、レーザビームプリンタ、スキャナあるいは複写機などに組み込まれる光走査装置において、入射する光を反射して偏光走査する光学素子である。

例えば、断面が正多角形である多角柱形状を有する回転多面鏡はポリゴンミラーなどと称せられ、多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を貫く軸を回転軸として回転し、多角柱形状の各側面が反射面となっており、この面に入射する光を反射する。ここで、回転多面鏡の回転とともに光の反射方向が連続的に変化するので、光を偏光走査することができる。

光走査装置は、例えば上記の回転多面鏡の他に、光源、光源と回転多面鏡間の光学系、回転多面鏡から出射する光を導く光学系、回転多面鏡を回転駆動する駆動部などから構成される。

回転多面鏡としては、多角柱形状のほかに種々の形状のものが開発されている。
特許文献１〜８には、上記のような回転多面鏡についての記載がある。
特開２００７−１３９８２７号公報 特開２００５−３３８４５９号公報 特開２００４−１９８７１６号公報 特開平１１−１４２７６４号公報 特開平７−２７９９１号公報 特開平５−３０７１４９号公報 特開平５−１０７４９５号公報 特開平５−２７６５８号公報

しかしながら、上記の従来の断面が正多角形である多角柱形状の回転多面鏡は、構造が簡単であるものの、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度が広く、偏光走査される光の強度が弱くなってしまう。これは、回転多面鏡の断面となる正多角形の角を増やしても、回転角度あたりの走査範囲の角度には変わりはなく、問題は残されたままである。

一方、回転多面鏡の構造を複雑にすることで光の走査範囲の角度は従来とは違うものも存在するが、構造が複雑になると製造時のコストが高くなってしまう。

解決しようとする問題点は、簡単な構造で、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度を狭くすることを実現するのが困難であるという点である。

本発明の回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状であり、前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転するときに、前記反射面に入射する光を反射して偏光走査することを特徴とする。

上記の本発明の回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状であり、略多角柱形状の各側面が反射面となっている。略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転するときに、反射面に入射する光を反射して偏光走査する。

また、本発明の回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において角部が丸められた形状が断面の形状である略多角柱形状であり、前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転するときに、前記反射面に入射する光を反射して偏光走査することを特徴とする。

上記の本発明の回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において角部が丸められた形状が断面の形状である略多角柱形状であり、略多角柱形状の各側面が反射面となっている。略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転するときに、反射面に入射する光を反射して偏光走査することを特徴とする。

上記の本発明の回転多面鏡は、好適には、前記各角の頂点を中心とする円の半径が、前記正多角形の辺または最長の対角線の長さと等しい。

また、本発明の光走査装置は、光源と、反射面を有する回転多面鏡と、前記光源からの光を前記回転多面鏡に入射させ、前記回転多面鏡で反射された光を外方に導く光学系と、前記回転多面鏡を回転駆動する駆動部とを有し、前記回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状であり、前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転し、前記反射面に入射する前記光源からの光を反射して偏光走査することを特徴とする。

上記の本発明の光走査装置は、光源、反射面を有する回転多面鏡及び回転多面鏡を回転駆動する駆動部を有し、光学系により、光源からの光が回転多面鏡に入射され、回転多面鏡で反射された光が外方に導く。
ここで、回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状であり、略多角柱形状の各側面が反射面となっており、略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転し、反射面に入射する光源からの光を反射して偏光走査する。

また、本発明の光走査装置は、光源と、反射面を有する回転多面鏡と、前記光源からの光を前記回転多面鏡に入射させ、前記回転多面鏡で反射された光を外方に導く光学系と、前記回転多面鏡を回転駆動する駆動部とを有し、前記回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において角部が丸められた形状が断面の形状である略多角柱形状であり、前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転し、前記反射面に入射する前記光源からの光を反射して偏光走査することを特徴とする。

上記の本発明の光走査装置は、光源、反射面を有する回転多面鏡及び回転多面鏡を回転駆動する駆動部を有し、光学系により光源からの光を回転多面鏡に入射させ、回転多面鏡で反射された光を外方に導く。
ここで、回転多面鏡は、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において角部が丸められた形状が断面の形状である略多角柱形状であり、略多角柱形状の各側面が反射面となっており、略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転し、反射面に入射する光源からの光を反射して偏光走査する。

上記の本発明の光走査装置は、好適には、前記各角の頂点を中心とする円の半径が、前記正多角形の辺の長さと等しい。

本発明の柱状多面ミラーによれば、簡単な構造であり、従来の三角柱形状のポリゴンミラーと比較して、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度を狭くすることを実現することができる。

以下に、本発明の回転多面鏡の実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１は本実施形態に係る回転多面鏡の斜視図である。
本実施形態に係る回転多面鏡は、例えば、角の数が奇数である正多角形である正三角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略三角柱形状である。
略三角柱形状の各側面（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）が反射面となっている。

図２は本実施形態に係る回転多面鏡の断面の形状を説明する模式図である。
本実施形態に係る回転多面鏡の断面は、例えば、角の数が奇数である正多角形である正三角形（三角形ＡＢＣ）の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角（Ａ，Ｂ，Ｃ）について描画して得られる複数個の円（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の重なり部分として表される形状である。

本実施形態に係る回転多面鏡は、例えば、各角の頂点を中心とする円（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の半径が正三角形ＡＢＣの辺の長さと等しい。

本実施形態に係る回転多面鏡を構成する材料は特に限定されず、例えば金属材料を本実施形態の形状の略三角柱状に加工し、側面を鏡面加工することで製造することができる。

図３（ａ）〜（ｄ）は本実施形態に係る回転多面鏡の回転駆動する状態を説明する模式図である。
例えば、回転多面鏡１２は、回転多面鏡１２に備えられた駆動部によって、略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転する。図３（ａ）〜（ｄ）は、回転多面鏡が回転して位置が変化する様子を示している。

略三角柱形状の各側面（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）が反射面となっており、側面（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）に入射する光Ｌを反射する。
ここで、例えば、上記のように図３（ａ）〜（ｄ）に示すように回転多面鏡が回転して位置が連続的に変化すると、光を反射する方向が連続的に変化し、結果として光を偏光走査する。
図３（ａ）は、回転により光Ｌが側面Ｍ１に入射し始めた時点であり、方向Ｒ_０に光Ｌを反射する。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、回転多面鏡の回転とともに光Ｌが入射する位置がずれ、反射する方向が変わってきて、光Ｌの入射位置が側面Ｍ１から側面Ｍ２に移る直前では、光Ｌは入射方向に反射する。この方向と、上記の方向Ｒ_０の方向の角度の差θは１２０°となっており、本実施形態の回転多面鏡は、光の走査角度が１２０°となっている。
一方、従来例に係る三角柱形状の回転多面鏡の場合、光の走査角度は上記より広く、２４０°となっている。

本実施形態の回転多面鏡によれば、簡単な構造であり、従来の三角柱形状のポリゴンミラーと比較して、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度を狭くすることを実現することができる。これにより、従来例と比較して、偏光走査される光の強度を強くすることができる。

また、回転多面鏡が単位角度回転したときの走査される光の走査角度は、従来例に係る三角柱形状の回転多面鏡の場合、回転多面鏡の角部近傍では走査角度が大きく、中央部では走査角度が小さいという状態になっていたが、本実施形態に係る回転多面鏡の場合、角部近傍と中央部とでの走査角度の差が緩和され、光の走査の速度の均一性を高めることができる。

また、従来例に係る回転多面鏡では、反射面が平面であるので、回転多面鏡に対する光の入射位置を変更しても反射される光の進行方向を変えることはできないが、本実施形態に係る回転多面鏡によれば、反射面が上述のようなルーローの曲面であることから、回転多面鏡に対する光の入射位置を変更するたけで、回転多面鏡で反射される光の進行方向を容易に変えることができる。

本実施形態において、略三角柱形状の断面としては、正三角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状としているが、正三角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において角部が丸められた形状であってもよい。

第２実施形態
図４は本実施形態に係る光走査装置の模式構成図である。
本実施形態に係る光走査装置は、例えば、レーザやＬＥＤ（発光ダイオード）などの光源１０と、反射面を有する回転多面鏡１２と、光源１０からの光Ｌを回転多面鏡１２に入射させる第１光学系１１と、回転多面鏡１２で反射された光Ｌを外方に導く第２光学系１３と、回転多面鏡１２を回転駆動する駆動部１４とを有する。
第１及び第２光学系（１１，１３）により、光源１０からの光Ｌが回転多面鏡１２に入射され、回転多面鏡１２で反射された光が外方に導かれる。
ここで、駆動部１４により回転多面鏡１２が回転駆動され、第１実施形態に示すように光の反射方向が変化して、光を偏光走査する。

回転多面鏡は、第１実施形態と同様であり、角の数が奇数である正多角形である正三角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略三角柱形状である。

本実施形態の光走査装置によれば、光を偏光走査する装置において、回転多面鏡が簡単な構造であり、従来の三角柱形状のポリゴンミラーと比較して、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度を狭くすることを実現することができる。これにより、従来例と比較して、偏光走査される光の強度を強くすることができる。

第３実施形態
図５は本実施形態に係る回転多面鏡の断面の形状を説明する模式図である。
本実施形態に係る回転多面鏡の断面は、例えば、角の数が奇数である正多角形である正三角形（三角形ＡＢＣ）の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角（Ａ，Ｂ，Ｃ）について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において、角部が丸められた形状である。
上記の断面形状において、曲線Ａ_２Ｂ_１は角Ｃの頂点を中心した円弧であり、曲線Ｂ_２Ｃ_１は角Ａの頂点を中心した円弧であり、曲線Ｃ_２Ａ_１は角Ｂの頂点を中心した円弧である。
また、曲線Ａ_１Ａ_２は角Ａの頂点を中心した円弧であり、曲線Ｂ_１Ｂ_２は角Ｂの頂点を中心した円弧であり、曲線Ｃ_１Ｃ_２は角Ｃの頂点を中心した円弧であり、正三角形（三角形ＡＢＣ）の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角（Ａ，Ｂ，Ｃ）について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状の角部が丸められた形状とされている。

本実施形態に係る回転多面鏡において、例えば、曲線Ａ_２Ｂ_１、曲線Ｂ_２Ｃ_１、曲線Ｃ_２Ａ_１が描画される、各角の頂点を中心とする円の半径は、正三角形ＡＢＣの辺の長さと等しくなく、大きいものとなっている。

本実施形態の回転多面鏡によれば、簡単な構造であり、従来の三角柱形状のポリゴンミラーと比較して、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度を狭くすることを実現することができる。これにより、従来例と比較して、偏光走査される光の強度を強くすることができる。

本実施形態の回転多面鏡は、断面の形状において角部が丸められている形状としているが、角部が丸められていない形状であってもよい。
本実施形態の回転多面鏡は、第２実施形態のように光走査装置に適用できる。

第４実施形態
図６は本実施形態に係る回転多面鏡の断面の形状を説明する模式図である。
本実施形態に係る回転多面鏡の断面は、例えば、角の数が奇数である正多角形である正五角形（五角形ＡＢＣＤＥ）の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状である。

上記の断面形状において、曲線ＡＢは角Ｄの頂点を中心した円弧であり、曲線ＢＣは角Ｅの頂点を中心した円弧であり、曲線ＣＤは角Ａの頂点を中心した円弧であり、曲線ＤＥは角Ｂの頂点を中心した円弧であり、曲線ＥＡは角Ｃの頂点を中心した円弧である。
また、本実施形態に係る回転多面鏡において、上記の曲線ＡＢ、曲線ＢＣ、曲線ＣＤ、曲線ＤＥ、及び、曲線ＥＡが描画される、各角の頂点を中心とする円の半径は、正五角形ＡＢＣＤＥの最長の対角線の長さと等しいものとなっている。

本実施形態の回転多面鏡によれば、簡単な構造であり、従来の五角柱形状のポリゴンミラーと比較して、回転多面鏡の回転角度に対する光の走査範囲の角度を狭くすることを実現することができる。これにより、従来例と比較して、偏光走査される光の強度を強くすることができる。

本実施形態の回転多面鏡は、断面の形状において角部が丸められていない形状としているが、角部が丸められている形状であってもよい。
本実施形態の回転多面鏡は、第２実施形態のように光走査装置に適用できる。

本発明は上記の説明に限定されない。
上記の本発明に係る回転多面鏡は、正三角形、正五角形、あるいはそれ以外の角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状にも適用できる。
例えば、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の半径は、正多角形の最長の対角線（正三角形の場合には辺）の長さと等しくなるように構成されている。
あるいは、例えば、角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の半径は、正多角形の最長の対角線（正三角形の場合には辺）の長さと等しくなくてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明の回転多面鏡及びこれを用いた光走査装置は、レーザビームプリンタ、スキャナあるいは複写機などに適用できる。

図１は本発明の第１実施形態に係る回転多面鏡の斜視図である。 図２は本発明の第１実施形態に係る回転多面鏡の断面の形状を説明する模式図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態に係る回転多面鏡の回転駆動する状態を説明する模式図である。 図４は本発明の第２実施形態に係る光走査装置の模式構成図である。 図５は本発明の第３実施形態に係る回転多面鏡の断面の形状を説明する模式図である。 図６は本発明の第４実施形態に係る回転多面鏡の断面の形状を説明する模式図である。

符号の説明

１０…光源
１１…第１光学系
１２…回転多面鏡
１３…第２光学系
１４…駆動部
Ｌ…光
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…反射面
Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄ，Ｅ…角
Ｘ，Ｙ，Ｚ…円

Claims (8)

1. 角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状であり、
   前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、
   前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転するときに、前記反射面に入射する光を反射して偏光走査することを特徴とする
   回転多面鏡。
2. 前記各角の頂点を中心とする円の半径が、前記正多角形の辺または最長の対角線の長さと等しい
   請求項１に記載の回転多面鏡。
3. 角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において角部が丸められた形状が断面の形状である略多角柱形状であり、
   前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、
   前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転するときに、前記反射面に入射する光を反射して偏光走査することを特徴とする
   回転多面鏡。
4. 前記各角の頂点を中心とする円の半径が、前記正多角形の辺または最長の対角線の長さと等しい
   請求項３に記載の回転多面鏡。
5. 光源と、
   反射面を有する回転多面鏡と、
   前記光源からの光を前記回転多面鏡に入射させ、前記回転多面鏡で反射された光を外方に導く光学系と、
   前記回転多面鏡を回転駆動する駆動部と
   を有し、
   前記回転多面鏡は、
   角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状が断面の形状である略多角柱形状であり、
   前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、
   前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転し、前記反射面に入射する前記光源からの光を反射して偏光走査することを特徴とする
   光走査装置。
6. 前記各角の頂点を中心とする円の半径が、前記正多角形の辺または最長の対角線の長さと等しい
   請求項５に記載の光走査装置。
7. 光源と、
   反射面を有する回転多面鏡と、
   前記光源からの光を前記回転多面鏡に入射させ、前記回転多面鏡で反射された光を外方に導く光学系と、
   前記回転多面鏡を回転駆動する駆動部と
   を有し、
   前記回転多面鏡は、
   角の数が奇数である正多角形の各角の頂点を中心とする等しい半径の円を全ての角について描画して得られる複数個の円の重なり部分として表される形状において角部が丸められた形状が断面の形状である略多角柱形状であり、
   前記略多角柱形状の各側面が反射面となっており、
   前記略多角柱形状の上面と底面の外接円の中心同士を結ぶ直線を回転軸として回転し、前記反射面に入射する前記光源からの光を反射して偏光走査することを特徴とする
   光走査装置。
8. 前記各角の頂点を中心とする円の半径が、前記正多角形の辺または最長の対角線の長さと等しい
   請求項７に記載の光走査装置。

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