JP2532096B2 - 光ビ−ム走査装置 - 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装置に関し、より詳細には、レ
ーザープリンタ、ディジタル複写機、ファクシミリ等に
おける光書込み系に適用しうる光ビーム走査装置に関す
るものである。

（従来技術） 従来、被走査面（例えば感光体）上に画像形成に必要
な所要スポット径を以てビームを結像させるために、結
像レンズ以前の光路上にビーム整形用のスリットを設け
ておき、該スリット通過後のビームを偏向器の反射面に
その法線方向に対して傾けて入射させ、その反射光を入
射ビームとして上記結像レンズに入射させるようにして
いる光ビーム走査装置が知られている。

例えば、第６図、第７図、第９図において光源たる半
導体レーザー32より発散したビームはコリメータレンズ
33により平行光化されてからスリット34により整形され
て半導体レーザーユニット21より出射される。

そして、このビームは第１ミラー22により、偏向器23
の反射面を構成する円柱を斜めに裁断した如き反射面の
ピラミダルミラー24の略回転軸にそって入射される。

かかる状態の下でピラミダルミラー24が回転すると、
これに伴ない偏向されてｆθレンズ25に進み、等速化さ
れて第２ミラー26の反射部37にて光軸を曲げられ、トロ
イダルレンズ27を通り、感光体ドラム１の外周面に結像
される。

なお、ｆθレンズ25と第２ミラー26との間に配置され
た光ファイバー35は、フォトセンサー36に導かれており
これらは書出し位置を決定する同期光を取り出すための
ものである。

このような光学系において、偏向器23以前におけるビ
ーム整形に係るスリット34はレーザーユニット21と一体
的に不動部材に固定されており、かかる構成により以下
の問題を生じていた。

第４図に示す如く、スリット34（第９図参照）で整形
された楕円の入射ビームLNが、第１ミラー22により反射
されて、ピラミダルミラー24に入射する訳である。

ここで、第４図に示す如く、ピラミダルミラー24のあ
る回転位置では入射ビームLNの径ａは反射後、反射ビー
ムL0の径が主走査方向であるｘ軸方向に長軸を有する径
ａの楕円のビームとなる。しかし、入射角が法線方向に
対して傾いているためピラミダルミラー24が90゜回転す
ると第５図に示す如く反射ビームL0の径が主走査方向と
直交する副走査方向たるｙ軸方向に長軸を有する径ａの
楕円ビームとなる。

勿論、楕円ビームにおいて、長軸方向に直交する短軸方
向についての径も上記座標軸方向についてそれぞれ変化
し、その結果、ピラミダルミラー24が90゜回転する間に
偏向ビームは感光体１上で回転し、90゜回転したところ
で丁度、主走査方向と副走査方向とで長軸と短軸の位置
が逆転してしまう。

ｆθレンズ25やトロイダルレンズ27等の経像光学系
は、通常、レンズに入射するビームの径により結像径が
決定されるし、又、レンズに入射する入射ビームの径
は、主走査方向、副走査方向で異なるため、上記の如く
偏向ビームの径が変化すると感光体面上の最終スポット
径がばらばらに異なり、画像品質が劣悪となるのであ
る。

すなわち、楕円ビームを偏向器の反射面法線方向と有
限のある角度で入射させ、これを偏向させるようなビー
ム走査装置において、特に入射角と反射角とが約45゜を
なす光学的配置をとる場合には偏向される楕円ビームが
偏向器の回転により、回転しながら走査され、結像レン
ズによる被走査面上での集光ビームのスポット径が主走
査方向、副走査方向に対して変化し、ひいては画質に悪
影響を及ぼすという問題があったのである。

〔目的〕

従って、本発明の目的は偏向器の反射面に対する入射
角、反射角の関係は従来と変えることなく、しかも偏向
される楕円ビームについては被走査面上でのスポット径
が主走査方向、副走査方向に対して変化することのない
光ビーム走査装置を提供することにある。

（構成） 本発明は上記目的を達成させるため、結像レンズへ向
かう入射ビームの主走査方向でのビーム径と、副走査方
向でのビーム径のうち大きい方の径と同寸法の径の正円
形スリットを偏向器以前に配置し、上記ビーム径のうち
小さい方の径が短軸側の寸法でかつ、上記円形スリット
の径以上の径が長軸側の寸法である長円形スリットを偏
向器以後であって上記結像レンズの前に配置し、これら
各スリットを偏向器の反射面と一体的に回転するように
したことを特徴としたものである。

上記において正円形スリットは円筒形状をしたスリッ
ト部材の片端面に形成されており、外周上に上記長円形
スリットが形成されており、このようなスリット部材を
偏向器の反射面に被せることにより偏向器との相対位置
を出し、反射面と共に回転させるのである。

さらに、有効走査画角（感光体への有効な書込み幅を
確保し得る走査角）だけ上記各スリットが回転したとき
に、上記各スリットへの入射ビームの大きさ形状は少な
くとも上記各スリットの大きさ形状を上回るものとして
設定される。

以下、本発明の一実施例に基づいて具体的に説明す
る。

第１図において、偏向器23のピラミダルミラー24には
円筒形状をしたスリット部材29が被せてあり、ピラミダ
ルミラー24と一体的に回転するように取付けられてい
る。この取付け手段としては、ピラミダルミラー24の軸
にスリット部材29を接着、圧入、ねじ止めする等適宜の
方法が用いられる。

このスリッ部材29の片端面つまり底部29Aには本発明
に係る正円形スリット30が形成されている。

この正円形スリット30の大きさは、結像レンズの一つ
であるｆθレンズ25に入射する必要ビーム径の主走査方
向ｘでのビーム径を寸法ａ、上記主走査方向ｘに直交す
る副走査方向ｙでのビーム径を寸法ｂ（ａ≧ｂ）とする
と寸法ａと同寸法の径で形成されている。

また、このスリット部材29の外周上には長円形のスリ
ット31が形成されている。

この長円形スリット31は円周方向が主走査方向ｘに対
応し、軸方向が副走査方向ｙに対応する楕円の穴であ
り、短軸に相当する副走査方向ｙについては副走査必要
ビーム径である寸法ｂを以て形成され、長軸に相当する
主走査方向ｘについては上記寸法ａ以上の径で形成され
ている。

なお、本例における入射ビーム28については従来の如
く、スリット34（第９図参照）が用いられていないレー
ザーユニットから出射されてくるビームであることを付
記しておく。

次に、スリット部材29を用いての、主走査方向ｘにつ
いてのビームの整形反射を第２図を参照しつつ説明す
る。

第９図におけるレーザーユニット21において、半導体
レーザー32から出射したビームはコリメートレンズ33で
平行楕円ビームとなり、第１ミラー22で反射されて、入
射ビーム28として偏向器23に向かう。

そして、第２図に示す如く、正円形スリット30でカット
されて主走査方向ｘについてはビーム径ａとなり、ピラ
ミダルミラー24で反射された後、長円形スリット31を通
過する。ここで、長円形スリット31は前述の如く主走査
方向ｘでの径はビーム径ａ以上の大きさであるため、ｆ
θレンズ25に入射する主走査方向ｘでのビーム径は寸法
ａのままである。

次に、副走査方向ｙについてのビームの整形反射を第
３図を参照しつつ説明する。

図において入射ビーム28は正円形スリット30で径ａの
円形ビームとなり偏向器23に向かう。

そして、ピラミダルミラー24により反射されて長円形
スリット31に向かう。ここで、長円形スリット31は前述
の如く副走査方向ｙについてはｆθレンズに入射する必
要ビーム径ｂに合わせて形成されているため、該スリッ
ト通過に伴ない、ビーム径は副走査方向ｙについて寸法
ｂとなり、結局、主走査方向については径ａ、副走査方
向について径ｂの楕円光がｆθレンズ25に入射されて、
感光体ドラム１の被走査面上には所望の大きさ形状のス
ポットが結像される。

ここで、正円形スリット30及び長円形スリット31を有
するスリット部材29は既述の如くピラミダルミラー24と
一体的に回転するのであるから該ミラーの回転に応じて
偏向される場合も常に上記第２図、第３図に示した状態
で維持され従って、走査ライン上のいかなる位置におい
ても所望のスホット径で結像されることになる。

次に、同期スリット30に入射する入射ビーム28の大き
さ形状であるが、半導体レーザー32からの発散角は接合
面と平行方向（θ ）と直角方向（θ⊥）とで異なり、
θ ＝８゜〜14゜，θ⊥＝20゜〜36゜程度であり、レン
ズ、プリズム等を用いても楕円形となってしまう。

そこで、この楕円ビームを、正円形スリット30と長円
形スリット31で合成される回転楕円スリットで整形する
場合、有効走査画角だけ上記回転楕円スリットを回転し
ても少くともその範囲中は入射ビーム28は該回転楕円ス
リットを十分にカバーするだけの大きさ形状を有してい
なければならない。

かといって、単純にビーム径を大きくすれば今度は光
の利用効率が低下して必要なパワーが得られなくなるた
め限度がある。

従って、両者の兼ね合いで、所要のビーム形状、大き
さを定めることが肝要である。

以上の如く、第９図に示すレーザーユニットの構成に
おいてスリット34を除いて第１図に示す如きユニットを
用いることで均一な画像品質の像を得ることができる。

次に、本発明の実施例に好適なレーザープリンタにつ
いて第８図、第９図により説明する。

第８図において、感光体ドラム１の周面には、矢印で
示すその回転方向の順に、帯電器２、現像ユニット３、
転写チャージャ４、クリーニングユニット５が配置され
ており、帯電器２と現像ユニット３との間の位置６で感
光体ドラム１に書込み光線が入射して露光するように書
込光学ユニット７が設けられている。

この実施例の装置では、帯電器２、光書込み位置６は
感光体ドラム１の下側に配置され、光書込ユニット７は
感光体ドラム１、現像ユニット３、クリーニングユニッ
ト５の下位に設けられている。又、転写チャージャ４は
感光体ドラム１の上側に配置されている。転写チャージ
ャ４と感光体ドラム１との間の転写部に転写紙を給紙す
る給紙カセット８は光書込ユニット７の更に下部に設け
られ、転写紙はフィードローラ９とこれに圧接するフリ
クションパッド10により重送を分離されて１枚ずつ送り
出され、現像ユニット３の側方で大きくＵターンし、現
像ユニット３の上方に設けられたレジストローラ対11,1
2により感光体ドラム１上に形成された画像と位置が整
合するようにタイミングを合せて転写部に給紙される。
転写後の転写紙径路には定着ユニット13が設けられ、そ
の排出側には排紙トレイ14が設けられている。

書込光学ユニット７は、第８図乃至第９図に示すよう
に、レーザーユニット21から発した画像情報信号に応じ
て点滅する光は第１ミラー22で反射し、スキャナモータ
で駆動される偏向器23の軸に一体に取付けられたミラー
としてのピラミダルミラー24に入射し、一定の角度範囲
を繰返し偏向する。偏向光はｆθレンズ25により感光体
ドラム１上の入射位置６で直線上に結像し等速度で投影
点が移動するように補正され、第２ミラー26、トロイダ
ルレンズ27を介して感光体ドラム１に入射し、入射光の
偏向により主走査が行なわれ、感光体ドラム１の回転に
より副走査が行なわれ、画像情報信号に応じた画像が書
込まれ、静電潜像が形成される。書込光学ユニット７の
構成要素は装置のベースカバー280に直接取付けられて
いる。

感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像ユニ
ット３により現像されてトナー像が形され、レジストロ
ーラ対11,12により給紙された転写紙に転写チャージャ
４の作用により転写される。転写後感光体ドラム１より
分離された転写紙は定着着ユニット13により定着され、
排紙トレイ14に排出される。

一方、転写後感光体ドラム１上に残留したトナーはク
リーニングユニット５によりクリーニングされ、次回の
作像に備えられる。

光ビームを偏向させる手段としては従来、回転多面鏡
やホロスキャナーが知られている。これら回転多面鏡や
ホロスキャナーでは、多面鏡やホロディスクが１回転す
る間に、光ビームは、複数の鏡面ないしは複数のホログ
ラム格子により、複数回偏向せしめられる。このよう
に、回転多面鏡やホロスキャナーでは、光ビームの偏向
に複数の鏡面やホログラム格子で関与するところから、
所謂面倒れの問題として知られている問題が発生し、こ
の面倒れを補正するために、光学系が複雑化したりする
問題があった。

このような問題に鑑みて、回転可能な反射媒体の鏡面
を、回転軸に対して傾け、偏向させるべき光ビームを、
回転軸に沿って入射させ、上記鏡面により反射せしめ、
反射媒体の回転により、反射ビームを360度偏向する偏
向手段が提案されつつある。かかる偏向手段における上
記反射媒体はピラミダルミラーと呼ばれている。

なお、ピラミダルミラーを用いる偏向方式では、光ビ
ームの偏向に、ただひとつの鏡面が関与するのみである
ので、前述した面倒れの問題は原理的に解決されてい
る。

（効果） 本発明によれば、走査ライン上での楕円ビームの回転
によるビームスポット径の変化が解消され、被走査面上
に均一なビームスポットを結像することができ、以て画
像品質の向上を図ることができ好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明した光ビーム走査装置
の斜視図、第２図は偏向器がある回転位置にあるときの
偏向状態を説明した正面図、第３図は同上図の側面図、
第４図はピラミダルミラーの任意の回転位置における偏
向態様を説明した図、第５図は同上図の状態よりも90゜
回転させたときの偏向態様を説明した図、第６図、第７
図はそれぞれ光ビーム走査装置の光学系の配置を説明し
た図、第８図は本発明の実施に好適なレーザープリンタ
の説明図、第９図はレーザーユニットと偏向器の配置を
説明した図である。 23……偏向器、24……ピラミダルミラー、30……正円形
スリット、31……長円形スリット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 伸夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭56−1665（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−281214（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被走査面上に画像形成に必要な所要スポッ
   ト径を以てビームを結像させるために、結像レンズ以前
   の光路上にビーム整形用のスリットを設けておき、該ス
   リット通過後のビームを偏向器の反射面にその法線方向
   に対して傾けて入射させ、その反射光を入射ビームとし
   て上記結像レンズに入射させるようにしている光ビーム
   走査装置において、 結像レンズへ向かう入射ビームの主走査方向でのビーム
   径と、副走査方向でのビーム径のうち大きい方の径と同
   寸法の径の正円形スリットを偏向器以前に配置し、上記
   ビーム径のうち小さい方の径が短軸側の寸法でかつ、上
   記円形スリットの径以上の径が長軸側の寸法である長円
   形スリットを偏向器以後であって上記結像レンズの前に
   配置し、これら各スリットを偏向器の反射面と一体的に
   回転するようにしたことを特徴とする光ビーム走査装
   置。