JP2650529B2 - Optical printer - Google Patents

Optical printer

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JP2650529B2
JP2650529B2 JP3237878A JP23787891A JP2650529B2 JP 2650529 B2 JP2650529 B2 JP 2650529B2 JP 3237878 A JP3237878 A JP 3237878A JP 23787891 A JP23787891 A JP 23787891A JP 2650529 B2 JP2650529 B2 JP 2650529B2
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polygon mirror
optical system
rotating
laser beam
light
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芳文 本間
勇 寺嶋
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はレーザビームプリンタ等
の露光用の光学系に用いる偏向走査装置に係り、光ビー
ムを偏向するために高速回転する回転鏡を保護カバーで
覆うように構成した偏向走査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a deflection scanning device used in an optical system for exposure such as a laser beam printer or the like, and comprises a protective cover for covering a rotating mirror rotating at a high speed to deflect a light beam with a protective cover. It relates to a scanning device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は、偏向走査装置を使用した従来の
レーザビームプリンタの概略構成を示している。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出する。該レーザビームは
コリメーターレンズ3によって平行ビームに整形され、
回転多面鏡5で偏向され、Fθレンズ6によって絞られ
て光導電性感光ドラム7の表面に結像して微小なビーム
スポットを形成する。そして該ビームスポットは回転多
面鏡5の回転によって走査される。電子写真記録方式の
レーザビームプリンタにおいては、該感光ドラム7の周
囲に電子写真プロセスに必要な帯電器9,現像器10,
転写器11等が配置される。そして、図示せざる駆動源
によって矢印の方向に回転させられる該感光ドラム7の
表面は、帯電器9によって均一に帯電され、次に前記光
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10は、磁性微粉トナーによる1成
分現像剤または磁性キャリアと微粉トナーを混合した2
成分現像剤を磁気ロールに吸着した磁気ブラシで前記感
光ドラム7の表面を摺擦して静電潜像を現像し、該感光
ドラム表面上にトナー像を形成する。一方、図示せざる
給紙機構によって搬送される記録紙12が感光ドラム7
に接触され、転写器11によって転写用の電荷が与えら
れて該感光ドラム表面上のトナー像が記録紙12に転写
される。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a schematic configuration of a conventional laser beam printer using a deflection scanning device. The laser diode 1 emits a laser beam pulse-controlled by the laser drive circuit 2. The laser beam is shaped into a parallel beam by the collimator lens 3,
The beam is deflected by the rotating polygon mirror 5, narrowed down by the Fθ lens 6, and forms an image on the surface of the photoconductive photosensitive drum 7 to form a minute beam spot. The beam spot is scanned by the rotation of the rotary polygon mirror 5. In an electrophotographic recording type laser beam printer, a charger 9, a developing device 10,
The transfer device 11 and the like are arranged. The surface of the photosensitive drum 7, which is rotated in the direction of the arrow by a driving source (not shown), is uniformly charged by a charger 9, and is then scanned and exposed to a laser beam by the optical system to form an electrostatic latent image. It is formed. The developing device 10 is a one-component developer using magnetic fine powder toner or a two-component developer obtained by mixing a magnetic carrier and fine powder toner.
The electrostatic latent image is developed by rubbing the surface of the photosensitive drum 7 with a magnetic brush in which the component developer is attracted to a magnetic roll, and a toner image is formed on the surface of the photosensitive drum. On the other hand, the recording paper 12 conveyed by a paper feeding mechanism (not shown)
, And a transfer charge is given by the transfer device 11, and the toner image on the surface of the photosensitive drum is transferred to the recording paper 12.

【0003】レーザビームプリンタは、このような電子
写真プロセスによって所定の情報を記録紙12に記録す
る。そしてこれらの機能実現のために、変調信号の同期
をとるための同期信号を得る反射鏡13,光検出器14
及び同期信号発生回路15,印字信号制御回路16,回
転多面鏡駆動モータの制御回路17が設けられる。
A laser beam printer records predetermined information on a recording paper 12 by such an electrophotographic process. To realize these functions, a reflecting mirror 13 and a photodetector 14 for obtaining a synchronizing signal for synchronizing the modulation signal are provided.
And a synchronizing signal generating circuit 15, a printing signal control circuit 16, and a control circuit 17 for a rotary polygon mirror driving motor.

【0004】以上に述べたレーザビームプリンタの露光
用の光学系における前記回転多面鏡5について説明す
る。
The rotary polygon mirror 5 in the optical system for exposure of the laser beam printer described above will be described.

【0005】回転多面鏡5は定速回転して各反射平面で
レーザビームを偏向するが、その形状,寸法,回転速度
等は該光学系が要求される機能によって決定されるもの
であり、以下、図3(a),(b)を参照してその関係
を述べる。
The rotary polygon mirror 5 rotates at a constant speed to deflect the laser beam at each reflection plane. The shape, size, rotation speed, and the like are determined by the functions required of the optical system. The relationship will be described with reference to FIGS.

【0006】図3(a),(b)は、図2に示したレー
ザビームプリンタの光学系を抽出して該図2で定義した
xyz座標軸に従ってxy平面およびyz平面で投影し
たものである。感光ドラム7の周速Vは、該プリンタの
印字速度,該感光ドラム7の光感度特性,レーザダイオ
ード1の出力によって決定される。すなわち、高速印字
を行うには感光ドラム周速Vを速くする必要があり、感
光ドラム7が高光感度である程、またレーザダイオード
1が高出力である程高速印字が可能となる。
FIGS. 3A and 3B show the optical system of the laser beam printer shown in FIG. 2 extracted and projected on an xy plane and a yz plane according to the xyz coordinate axes defined in FIG. The peripheral speed V of the photosensitive drum 7 is determined by the printing speed of the printer, the light sensitivity characteristics of the photosensitive drum 7, and the output of the laser diode 1. That is, in order to perform high-speed printing, it is necessary to increase the peripheral speed V of the photosensitive drum. As the photosensitive drum 7 has higher light sensitivity and the laser diode 1 has higher output, higher-speed printing can be performed.

【0007】一方、回転多面鏡5の反射面数は光学系の
走査幅WおよびFθレンズ6の焦点距離fθによって決
定される。すなわち、Fθレンズ6は、回転多面鏡5で
偏向されたレーザビームの偏向角度θmに対して感光ド
ラム7の表面上の走査位置xがfθ×θmとなるように
設計され、Wとfθが与えられると2θm=W/fθな
る関係式によって偏向角度が決定され、これによって回
転多面鏡5の反射面数NmはNm=2π/θmなる幾何
学関係式で決定づけられるものである。
On the other hand, the number of reflecting surfaces of the rotary polygon mirror 5 is determined by the scanning width W of the optical system and the focal length fθ of the Fθ lens 6. That is, the Fθ lens 6 is designed so that the scanning position x on the surface of the photosensitive drum 7 becomes fθ × θm with respect to the deflection angle θm of the laser beam deflected by the rotary polygon mirror 5, and W and fθ are given. Then, the deflection angle is determined by the relational expression of 2θm = W / fθ, whereby the number of reflection surfaces Nm of the rotary polygon mirror 5 is determined by the geometrical relational expression of Nm = 2π / θm.

【0008】回転多面鏡5の回転数Nは、副走査方向
(感光ドラム回転方向)の走査線密度と感光ドラム周速
Vおよび回転多面鏡5の反射面数Nmによって決定され
る。すなわち、走査線密度を上げて高解像印字を図ろう
とする程、回転多面鏡5の反射面数が少ない程該回転多
面鏡5は高速回転を要求される結果になる。近年のレー
ザビームプリンタは、高速印字,高解像度印字,装置の
小形化,低価格化の傾向にあるが、これらの要求は、上
述から明白なように、回転多面鏡5が少ない反射面数、
すなわち大きな偏向角度で、高速回転することを求める
結果になる。
The rotational speed N of the rotary polygon mirror 5 is determined by the scanning line density in the sub-scanning direction (photosensitive drum rotation direction), the photosensitive drum peripheral speed V, and the number of reflection surfaces Nm of the rotary polygon mirror 5. That is, as the scanning line density is increased to achieve high-resolution printing and the number of reflecting surfaces of the rotating polygon mirror 5 is reduced, the rotating polygon mirror 5 is required to rotate at a high speed. In recent years, laser beam printers have tended to perform high-speed printing, high-resolution printing, miniaturization of the apparatus, and cost reduction. However, as is apparent from the above, the requirements of the rotary polygon mirror 5 are as follows.
That is, the result is that high-speed rotation is required with a large deflection angle.

【0009】また、高解像度の画像記録を実現するに
は、レーザビームを正確に偏向走査しなければならない
が、これに対して回転多面鏡5は各反射面の法線と回転
軸の角度が一定でない、いわゆる面倒れを有するもので
あり、これがあるとビームスポットの走査位置が感光ド
ラム7の回転方向にずれて走査線ピッチむらが生ずる。
図3(b)はこの関係を示すものであり、例えば回転多
面鏡5がφ/2の面倒れ角を有する場合、偏向された走
査ビームは光軸に対して角度φの倒れを生じ、結果的に
感光ドラム7の表面で該ドラムの回転方向に対してδの
走査線ピッチむらを生ずることになる。
In order to realize high-resolution image recording, the laser beam must be accurately deflected and scanned. On the other hand, the rotating polygon mirror 5 requires that the angle between the normal of each reflecting surface and the axis of rotation be changed. The beam spot has a non-uniform surface tilt, which causes the scanning position of the beam spot to shift in the rotation direction of the photosensitive drum 7 to cause uneven scanning line pitch.
FIG. 3B shows this relationship. For example, when the rotary polygon mirror 5 has a tilt angle of φ / 2, the deflected scanning beam tilts at an angle φ with respect to the optical axis. In other words, the scanning line pitch unevenness of δ is generated on the surface of the photosensitive drum 7 with respect to the rotation direction of the drum.

【0010】この走査線ピッチむらを軽減するために
は、回転多面鏡5を高精度に製作して面倒れを極めて小
さくしなければならない。例えば、回転多面鏡5と感光
ドラム7の表面の間の距離が500(mm),表面上で許
容できる走査線ピッチむらを±0.01(mm),Fθレン
ズ6のパワーによる補正効果を無視した場合に、回転多
面鏡5の許容面倒れ角は ±(1/2×0.01/500)=±1×1/105(ラジアン) …(数1) =±2(秒) となる。Fθレンズ6のパワーを考慮してもこの値は、
通常、±3秒程度のものであり、この許容角は回転多面
鏡5の加工精度の限界に近く、得られる回転多面鏡5は
極めて高価なものとなる。高解像度の偏向走査装置を実
現するためには、回転多面鏡5の面倒れを少なくする
か、あるいは光学系で補正する必要があり、従来から幾
多の提案がなされている。その一例として、特開昭52−
153456号公報では、面倒れ補正にシリンドリカルレンズ
を用いFθレンズ6に入射するレーザビームの断面形状
を、走査方向に細長い矩形状にすることを提案してい
る。
In order to reduce the scanning line pitch unevenness, it is necessary to manufacture the rotary polygon mirror 5 with high precision to minimize surface tilt. For example, the distance between the rotating polygon mirror 5 and the surface of the photosensitive drum 7 is 500 (mm), the scanning line pitch unevenness allowable on the surface is ± 0.01 (mm), and the correction effect due to the power of the Fθ lens 6 is ignored. when the allowable surface inclining angle of the rotary polygonal mirror 5 becomes ± (1/2 × 0.01 / 500) = ± 1 × 1/10 5 ( radian) (Equation 1) = ± 2 (s) . Even considering the power of the Fθ lens 6, this value is
Usually, it is about ± 3 seconds, and this allowable angle is close to the limit of the processing accuracy of the rotary polygon mirror 5, and the obtained rotary polygon mirror 5 becomes extremely expensive. In order to realize a high-definition deflection scanning device, it is necessary to reduce the tilt of the rotary polygon mirror 5 or to correct it with an optical system, and various proposals have been made. One example is disclosed in
Japanese Patent Application Publication No. 153456 proposes that a cylindrical lens is used for correcting surface tilt, and the cross-sectional shape of a laser beam incident on the Fθ lens 6 is rectangular in a scanning direction.

【0011】図4は、図2で示した従来の光学系に、特
開昭52−153456号公報で提案する面倒れ補正手段を適用
した例を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an example in which the surface tilt correcting means proposed in JP-A-52-153456 is applied to the conventional optical system shown in FIG.

【0012】Fθレンズ6と感光ドラム7の表面の間に
シリンドリカルレンズ8を配し、コリメーターレンズ3
と回転多面鏡5の間に2個のプリズムによるビーム整形
器4を配した点で、図2の構成と異なっている。すなわ
ち、シリンドリカルレンズ8は回転多面鏡5の面倒れに
よるレーザビームの偏向走査位置ずれを光学的に補正す
るもので、その面倒れ補正作用を図5を用いて説明す
る。
A cylindrical lens 8 is arranged between the Fθ lens 6 and the surface of the photosensitive drum 7, and a collimator lens 3
2 in that a beam shaper 4 composed of two prisms is disposed between the polygon mirror 5 and the rotary polygon mirror 5. That is, the cylindrical lens 8 optically corrects the deviation of the scanning position of the laser beam due to the tilt of the rotary polygon mirror 5, and the tilt correcting action will be described with reference to FIG.

【0013】図5において回転多面鏡5の面倒れ角φ/
2に対応する偏向走査位置ずれ量は、シリンドリカルレ
ンズ8を用いない場合をδ,シリンドリカルレンズ8を
用いた場合をδcとすると大略 δc/δ=fΨy/(fθ・φy) …(数2) 但し fθ:Fθレンズ6の焦点距離 f:シリンドリカルレンズ8の焦点距離 の関係になる。従って、Fθレンズ6の焦点距離に対し
てシリンドリカルレンズ8の焦点距離が充分に短けれ
ば、相当量の面倒れ補正をなし得るものである。
In FIG. 5, the tilt angle φ /
The deviation amount of the deflection scanning position corresponding to 2 is approximately δc / δ = fΨy / (fθ · φy) where δ represents the case where the cylindrical lens 8 is not used and δc the case where the cylindrical lens 8 is used. fθ: focal length of the Fθ lens 6 f: focal length of the cylindrical lens 8 Therefore, if the focal length of the cylindrical lens 8 is sufficiently short with respect to the focal length of the Fθ lens 6, a considerable amount of surface tilt correction can be performed.

【0014】次に、図6(a)〜(c)によって上述の
面倒れ補正機能付光学系におけるビームスポットの形成
過程およびプリズムを用いたビーム整形器4の機能を説
明する。図6は、図4に示した光学系のレーザビーム光
路のyz面図(a),xz面図(b)およびxy断面図
(c)である。レーザダイオード1から出射するレーザ
ビームの放射角度は通常、x方向とy方向にそれぞれ異
なった値を示す。ここではx方向に広い放射角度をもつ
場合について説明する。この場合、コリメーターレンズ
3から出射されるレーザビームの断面寸法dx1,dy1
はdx1>dy1となる。そして感光ドラム7の表面にd
3,dy3のレーザビームスポットを形成する場合、x
y面においては dx2=(4・λ・fθ)/(π・dx3) …(数3) 但し fθ:Fθレンズ6の焦点距離 λ :レーザビームの波長 となり、dx3=0.07(mm)の微小なレーザビームス
ポットとするためには、λ=0.78×1/103(m
m),fθ=250(mm)とすると、dx2=3.6(m
m)となる。さらに、yz面においては、dy2 はFθ
レンズ6を通過しても殆ど平行光束を維持できる程度の
大きさにしておく。すなわち、Fθレンズ6の光集束性
を回折現象による光発散性とつり合う程度にしておく。
このためには、 (dy2)2=(4・λ・fθ)/π …(数4) を満足するようにdy2 を選ぶ。λ=0.78×1/1
3(mm),fθ=250(mm)とすると、dy3=0.
5(mm)となる。dy3=0.07(mm)とするために
は、シリンドリカルレンズ8の焦点距離fは、 f=(dy3・π・dy2)/4λ …(数5) となり、上記寸法の場合にはf=35.1(mm)となる。
このようにして感光ドラム7の表面には、dx3=dy3
=0.07(mm)の円形のレーザビームスポットが得られ
る。ビーム整形器4は、要求されるビーム径dy2 を得
るために用いるものであり、yz面内でのみ屈折力を持
つように2個のプリズムを組合せて構成される。ここ
で、以上に説明した面倒れ補正機能付の光学系における
特徴的な点として、回転多面鏡5に入射するレーザビー
ムが、走査方向に細長い(例えば0.5mm×3.6mm)断面
形状を有することを特筆しておく。
Next, the process of forming a beam spot in the optical system with a surface tilt correction function and the function of the beam shaper 4 using a prism will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a yz-plane view (a), an xz-plane view (b), and an xy cross-sectional view (c) of the laser beam optical path of the optical system shown in FIG. The radiation angle of the laser beam emitted from the laser diode 1 usually shows different values in the x direction and the y direction. Here, the case where the radiation angle is wide in the x direction will be described. In this case, the sectional dimensions dx 1 and dy 1 of the laser beam emitted from the collimator lens 3
Is dx 1 > dy 1 . Then, d is placed on the surface of the photosensitive drum 7.
When forming a laser beam spot of x 3 and dy 3 , x
On the y-plane, dx 2 = (4 · λ · fθ) / (π · dx 3 ) (Equation 3) where fθ: focal length of the Fθ lens 6 λ: wavelength of the laser beam, and dx 3 = 0.07 ( In order to obtain a small laser beam spot of (mm), λ = 0.78 × 1/10 3 (m
m), fθ = 250 (mm), dx 2 = 3.6 (m
m). Furthermore, on the yz plane, dy 2 is Fθ
The size is set to such an extent that almost a parallel light beam can be maintained even after passing through the lens 6. That is, the light convergence of the Fθ lens 6 is set to a degree that balances the light divergence due to the diffraction phenomenon.
For this purpose, dy 2 is selected so as to satisfy (dy 2 ) 2 = (4 · λ · fθ) / π (Equation 4). λ = 0.78 × 1/1
Assuming that 0 3 (mm) and fθ = 250 (mm), dy 3 = 0.
5 (mm). In order to set dy 3 = 0.07 (mm), the focal length f of the cylindrical lens 8 becomes f = (dy 3 · π · dy 2 ) / 4λ (Equation 5). f = 35.1 (mm).
Thus, the surface of the photosensitive drum 7 has dx 3 = dy 3
= 0.07 (mm) circular laser beam spot is obtained. The beam shaper 4 is used to obtain a required beam diameter dy 2 , and is configured by combining two prisms so as to have a refractive power only in the yz plane. Here, a characteristic point of the optical system with the surface tilt correction function described above is that the laser beam incident on the rotary polygon mirror 5 has a thin and long cross section in the scanning direction (for example, 0.5 mm × 3.6 mm). It is worth noting that.

【0015】次に、このような光学系に用いる回転多面
鏡5を含む偏向走査装置に関し、従来技術を説明する。
図7(a),(b)は従来の一般的な偏向走査装置の構
成を示す図面である。該偏向走査装置は、回転多面鏡5
およびこれを駆動するスキャナーモータ18と保護カバ
ー19からなり、保護カバー19にはレーザビームの入
出射窓部20が形成される。先に述べたように、高解像
度且つ高速印字を実現するために回転多面鏡5は非常に
高速で回転する。保護カバー19には、該回転多面鏡5
が破損したときの破片の飛散防止や外部からの塵埃侵入
防止等の機能が要求されるが、図7の構成では、レーザ
ビームの入出射窓部20が開放されているため上述の機
能を満たすことができないばかりでなく、該回転多面鏡
5が高速回転するに伴って高周波の風切り音(騒音)を
発生すると共に該回転多面鏡5の振動を誘起し、前述し
た面倒れを増幅して走査精度を低下させる結果となる。
Next, a prior art will be described with respect to a deflection scanning device including a rotary polygon mirror 5 used in such an optical system.
FIGS. 7A and 7B are views showing the configuration of a conventional general deflection scanning device. The deflection scanning device includes a rotating polygon mirror 5.
And a scanner motor 18 for driving the same and a protective cover 19, and the protective cover 19 is formed with an entrance / exit window 20 for a laser beam. As described above, the rotating polygon mirror 5 rotates at a very high speed in order to realize high-resolution and high-speed printing. The rotating polygon mirror 5 is provided on the protective cover 19.
A function is required to prevent fragments from being scattered when the device is broken and to prevent intrusion of dust from the outside. However, in the configuration of FIG. 7, the above-described function is satisfied because the laser beam entrance / exit window 20 is open. Not only is it impossible to perform the scanning, but also generates high-frequency wind noise (noise) as the rotating polygon mirror 5 rotates at a high speed and induces vibration of the rotating polygon mirror 5 to amplify the above-mentioned surface tilt and scan. This results in reduced accuracy.

【0016】破片の飛散防止,防塵,防音のために、図
8の例は保護カバー19のレーザビーム入出射窓部20
にガラス板21,22を設けて窓部をふさぎ、図9の例
では出射窓側ガラス板22の代りにFθレンズ6を用い
ている。
FIG. 8 shows an example of the laser beam entrance / exit window 20 of the protective cover 19 in order to prevent scattering of debris, dust and sound.
Glass plates 21 and 22 are provided to cover the windows, and the Fθ lens 6 is used in place of the exit window side glass plate 22 in the example of FIG.

【0017】しかしながらこれらの手段を用いても、該
回転多面鏡5は多角形状であるために高速回転による乱
気流の発生は避け得ない。
However, even if these means are used, since the rotating polygon mirror 5 has a polygonal shape, generation of turbulence due to high-speed rotation cannot be avoided.

【0018】以下、図10(a),(b)を用いてこの
乱気流の影響を説明する。図10は、回転多面鏡5の回
転に伴ってその周囲に発生する空気流を模式的に示して
いる。回転多面鏡5が図示の矢印方向に高速回転する場
合、周囲の空気流は図に示すように該回転多面鏡5の稜
線近傍で急激に変化する乱気流となり、該稜線の反回転
方向側が負圧になる傾向がある。これを実証するものと
して、回転多面鏡5の周囲に塵埃が浮遊している場合に
は該塵埃が図示するような分布で反射面に着する現象を
挙げることができる。当然のことながら、これらの乱気
流は回転多面鏡5の回転運動に影響を与え、騒音,振
動,回転むら,動的面倒れを増長させ走査精度を低下さ
せる要因となる。
Hereinafter, the influence of the turbulence will be described with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b). FIG. 10 schematically shows an airflow generated around the rotating polygon mirror 5 as the rotating polygon mirror 5 rotates. When the rotary polygon mirror 5 rotates at a high speed in the direction of the arrow shown in the figure, the surrounding air flow becomes a turbulent air flow that rapidly changes near the ridge line of the rotary polygon mirror 5 as shown in FIG. Tend to be. As a proof of this, when dust is floating around the rotary polygon mirror 5, a phenomenon in which the dust adheres to the reflecting surface with a distribution as shown in the drawing can be mentioned. Naturally, these turbulences affect the rotational movement of the rotary polygon mirror 5 and increase noise, vibration, rotational unevenness, dynamic surface tilt, and lower the scanning accuracy.

【0019】また、回転多面鏡5の振動,回転むら,動
的面倒れは、上記した要因の他に質量配分のアンバラン
スも原因する。このアンバランスは、円盤状或は円柱状
の基本構成体の外周に反射平面を多角形に形成すること
により発生する。
The vibration, uneven rotation, and dynamic surface tilt of the rotary polygon mirror 5 are caused by imbalance of mass distribution in addition to the above-mentioned factors. This imbalance is caused by forming a reflection plane in a polygonal shape on the outer periphery of a disk-shaped or columnar basic structure.

【0020】しかも、近年のレーザビームプリンタは、
高速印字,高解像度,装置の小形,低価格化が要求さ
れ、偏向走査装置は反射面数の少ない回転多面鏡を小形
の保護カバー内で高速回転するようにしている。従っ
て、回転多面鏡と保護カバーの内壁の間には僅少空隙が
存在するのみであり、また該内壁にはレーザビーム入出
射窓を形成するために生ずる段差があり、これらが回転
多面鏡の回転に伴って発生する乱気流と干渉して、上述
の騒音発生や走査精度低下の要因を増大するものであ
り、仮に面倒れ補正光学系を用いたとしてもなおこれら
の問題点は克服すべき課題として残る。
In addition, recent laser beam printers
High-speed printing, high resolution, small size of apparatus, and low cost are required, and the deflection scanning apparatus rotates a rotating polygon mirror having a small number of reflection surfaces at high speed in a small protective cover. Therefore, there is only a small gap between the rotating polygon mirror and the inner wall of the protective cover, and there is a step formed on the inner wall to form a laser beam input / output window. Interfering with the turbulence generated with this, the above-mentioned noise generation and the cause of the decrease in scanning accuracy are increased, and even if the tilting correction optical system is used, these problems still remain as problems to be overcome. Remains.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】以上のようにレーザビ
ームプリンタ等における回転鏡を使用した偏向走査装置
は、高速回転が要求され、しかも静粛で走査誤差が少な
いことが要求され、本発明の目的はこれらの要求を満た
すことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, a deflection scanning apparatus using a rotating mirror in a laser beam printer or the like is required to rotate at a high speed, be quiet, and have a small scanning error. Is to meet these requirements.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は、画像情報に基
づいて駆動される光源と、前記光源からの光を平行光に
変換する第1のレンズ系と、回転基体の外周部に複数の
反射平面を設けた回転鏡と、前記回転鏡を保護カバー内
で回転させ、前記平行光を前記保護カバーに形成した窓
を通して入射し偏向した光を他の窓から出射する偏向走
査装置と、前記偏向走査装置から出射した偏向光を光学
系を介して、感光体上に照射する光プリンタにおいて、
前記回転基体の外周部を中央部に対して薄肉とし、前記
回転体の中央部と外周部を円錐部で結び、前記鏡面部の
厚さを1.5〜2.5mmにし、前記光学系をFθレンズ系
に加えシリンドリカルレンズにより構成した面倒れ補正
機能付き光学系としたことを特徴とする。
The present invention is based on image information.
A light source that is driven in accordance with
A first lens system for conversion, and a plurality of
A rotating mirror provided with a reflecting plane, and the rotating mirror in a protective cover
A window formed on the protective cover by turning the parallel light
Scan that emits light deflected by passing through another window through another window
Inspection device and the deflection light emitted from the deflection scanning device.
In an optical printer that irradiates a photoreceptor via a system,
The outer peripheral part of the rotating base is made thinner with respect to a central part,
The central part and the outer peripheral part of the rotating body are connected by a conical part, and the mirror part
The thickness is 1.5 to 2.5 mm, and the optical system is an Fθ lens system.
Tilt correction made up of cylindrical lenses in addition to
It is characterized by having an optical system with a function .

【0023】[0023]

【作用】周囲の空気流に乱れを与え且つ質量のアンバラ
ンスが生じる外周部分が従来の1/4程度の厚さに薄く
なるので、乱流や質量のアンバランスの発生が小さくな
り、これらによる騒音,振動,回転むら,動的面倒れが
軽減する。
The outer peripheral portion which disturbs the surrounding airflow and causes imbalance in mass is thinned to a thickness of about 1/4 of the conventional thickness, so that the occurrence of turbulence and imbalance in mass is reduced. Noise, vibration, uneven rotation, and dynamic fall are reduced.

【0024】[0024]

【実施例】図1(a),(b)は本発明になる偏向走査
装置の一部横断平面図及び一部側面図である。入出射開
口部(窓)20が形成された保護カバー19内に回転自
在に設置される回転多面鏡23は、大別して、円柱形状
の外形をなす基本構成体23aと、この外周に構成され
る反射平面部23b及びこの間をつなぐ凹状に彎曲した
円錐部23cからなる。すなわち、基本構成体23a及
び円錐部23cの基部は高速回転する該回転多面鏡23
に所定の回転慣性力を与えることによって回転中の動的
変動を抑えると共に回転多面鏡の強度及び精度を維持す
る基本的機能を担うものである。また、この部分が円柱
形、つまり回転軸中心に対して回転対称形状であること
から回転中の空気抵抗,乱気流発生要因および動的アン
バランスが極めて少ないものであることはいうまでもな
い。
1 (a) and 1 (b) are a partial cross-sectional plan view and a partial side view of a deflection scanning device according to the present invention. The rotary polygon mirror 23 rotatably installed in the protective cover 19 in which the entrance / exit opening (window) 20 is formed is roughly divided into a basic structural body 23a having a cylindrical outer shape and an outer periphery thereof. It comprises a reflecting flat portion 23b and a concavely curved conical portion 23c connecting the reflecting flat portions 23b. That is, the bases of the basic structure 23a and the conical portion 23c are rotated at a high speed.
By applying a predetermined rotational inertia force to the rotary polygon mirror, it has a basic function of suppressing dynamic fluctuation during rotation and maintaining the strength and accuracy of the rotary polygon mirror. In addition, since this portion has a cylindrical shape, that is, a rotationally symmetric shape with respect to the center of the rotation axis, it goes without saying that the air resistance, the turbulence generation factor, and the dynamic imbalance during rotation are extremely small.

【0025】一方、反射平面を有する反射平面部23b
は、基本構成体23aに対してその回転軸方向寸法が極
めて薄いので、回転中の空気抵抗や乱気流の発生が非常
に少なくなり、僅少間隙で対向する保護カバー19の入
出射開口部20の段差との干渉が軽減して騒音,振動,
回転むら等が減少する。また、反射平面部付近に必然的
に発生する質量のアンバランスも効果的に軽減し、動的
アンバランスを考慮する必要がなくなる程に該アンバラ
ンスによる振動が軽減する。
On the other hand, a reflection plane portion 23b having a reflection plane
Is very thin in the direction of the rotation axis with respect to the basic structure 23a, so that air resistance and turbulence during rotation are extremely reduced, and the step of the entrance / exit opening 20 of the protective cover 19 opposed with a small gap. Noise, vibration,
Rotation unevenness and the like are reduced. Further, the imbalance of the mass inevitably generated in the vicinity of the reflection plane portion is also effectively reduced, and the vibration due to the imbalance is reduced so that it is not necessary to consider the dynamic imbalance.

【0026】従来、アンバランス低減のためにアルミニ
ウム等の軽量部材を使用したり、機械的にバランス取り
加工作業を行なったりしていたが、回転多面鏡23を上
記のような形状とすることにより、これらの制約が緩和
されて材質選択自由度が拡大し、製造工程も複雑になら
ない。
Conventionally, a lightweight member such as aluminum has been used to reduce unbalance, or a balance work has been mechanically performed. These restrictions are relaxed, the degree of freedom in material selection is expanded, and the manufacturing process is not complicated.

【0027】次に、面倒れ補正機能付光学系を採用した
偏向走査装置の実施例を図11によって説明する。面倒
れ補正機能付光学系の場合、回転多面鏡23に入射する
レーザビームの断面形状は走査方向に細長い矩形状であ
り、図6によって説明した例ではその寸法が0.5mm×
3.6mmの矩形である。従って、図11で示す反射平面
部23bに形成する反射平面の回転軸方向寸法ymは、
せいぜい1.5mm 程度でよい。これに対して面倒れ補正
を行わない光学系の場合は通常4〜6mmの円形か楕円形
ビームであり、必要な寸法ymは、6〜10mmとなる。
仮に6mmとしても、面倒れ補正付光学系を採用すれば該
回転多面鏡23は、反射平面部23bの厚さを1/4の
寸法まで薄くすることができる。
Next, an embodiment of a deflection scanning apparatus employing an optical system with a surface tilt correction function will be described with reference to FIG. In the case of the optical system with the surface tilt correction function, the cross-sectional shape of the laser beam incident on the rotary polygon mirror 23 is a rectangular shape elongated in the scanning direction, and in the example described with reference to FIG.
It is a 3.6 mm rectangle. Accordingly, the dimension ym in the rotation axis direction of the reflection plane formed on the reflection plane portion 23b shown in FIG.
It should be at most 1.5mm. On the other hand, in the case of an optical system that does not perform surface tilt correction, the beam is usually a circular or elliptical beam of 4 to 6 mm, and the required dimension ym is 6 to 10 mm.
Even if it is 6 mm, the rotating polygon mirror 23 can reduce the thickness of the reflection flat portion 23b to a quarter of the size by using an optical system with surface tilt correction.

【0028】次に、高速回転における空気抵抗及び乱気
流の発生を一層軽減するように工夫した回転多面鏡の例
を、図12を参照して説明する。該回転多面鏡23は、
円柱形状の基本構成体23aと反射平面部23b及びこ
れらをつなぐ円錐部23cから構成すると共に、該反射
平面部23bの隣接する2つの反射平面間の稜線部23
dに面取り加工を施したものである。回転多面鏡23に
おいて隣接する反射平面間の稜線部23dは、図10を
参照して説明したように、形状の変化によって気流が急
激に変化する部分である。該実施例は、該変化を軽減す
るために該稜線部23dを外接円よりもやや小さい円弧
で面取り加工したものであり、この加工は回転多面鏡2
3の素材切削加工過程で旋盤等により行なえば、製造工
程の増加を軽減することができる。
Next, an example of a rotary polygon mirror devised so as to further reduce the generation of air resistance and turbulence at high speed rotation will be described with reference to FIG. The rotating polygon mirror 23 is
It is composed of a cylindrical basic structural body 23a, a reflecting plane 23b and a conical section 23c connecting them, and a ridge 23 between two adjacent reflecting planes of the reflecting plane 23b.
d is chamfered. The ridge portion 23d between the adjacent reflection planes in the rotary polygon mirror 23 is a portion where the airflow changes abruptly due to a change in shape, as described with reference to FIG. In this embodiment, the ridge 23d is chamfered with an arc slightly smaller than a circumscribed circle in order to reduce the change.
If it is performed by a lathe or the like in the material cutting process of 3, the increase in the number of manufacturing steps can be reduced.

【0029】このような回転多面鏡23は、空気抵抗,
乱気流発生と質量アンバランスのより一層の軽減を同時
に実現した小形の偏向走査装置とすることができる。
Such a rotary polygon mirror 23 has an air resistance,
It is possible to provide a small-sized deflection scanning device which simultaneously realizes generation of turbulence and further reduction of mass imbalance.

【0030】なお、この実施例では反射平面間の稜線部
23dの面取り加工を回転軸と同心の円弧で施したが、
加工の難易を問わなければ、それ以外の円弧あるいは直
線で行なうことも可能である。また、円柱形状の基本構
成体は反射平面部23bを中心に上下対称である必要性
はなく片方だけでも、あるいは上下が異なった形状であ
ってもよい。
In this embodiment, the ridge 23d between the reflection planes is chamfered by an arc concentric with the rotation axis.
If the processing is not difficult, it is also possible to perform the processing with other arcs or straight lines. The columnar basic structural body does not need to be vertically symmetrical about the reflection plane portion 23b, and may be only one side or may have a shape that is different vertically.

【0031】更に、このような回転多面鏡23を応用す
る面倒れ補正機能付光学系は、回転多面鏡23に入射す
るレーザビームの断面形状を走査方向に細長い矩形状以
外のビーム形状、例えば、回転多面鏡23の前後に該回
転多面鏡23の反射平面を共焦点とするような集束光学
系にしたものでも同様な効果が得られる。
Further, in the optical system with a surface tilt correcting function to which the rotary polygon mirror 23 is applied, the sectional shape of the laser beam incident on the rotary polygon mirror 23 is changed to a beam shape other than a rectangular shape elongated in the scanning direction, for example, A similar effect can be obtained by using a focusing optical system in which the reflection plane of the rotary polygon mirror 23 is made confocal before and after the rotary polygon mirror 23.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように本発明は、回転基体の外周
部に複数の反射平面を設けた回転鏡を保護カバー内で回
転させ、前記回転鏡で偏向する光ビームを前記保護カバ
ーに形成した窓を通して入出射する偏向走査装置におい
て、前記回転基体の外周部を中央部に対して薄肉とした
ことにより、該回転鏡の高速回転時にその周囲に発生す
る気流と保護カバーの窓等の段部との干渉及び質量のア
ンバランスによる騒音,振動,回転むら等の動的変動要
因を軽減することができ、小形で静粛で精度の高い偏向
走査装置を実現することができる。また、回転多面鏡の
製作の複雑化を防止し、材質選択の自由度拡大等の派生
的効果をも合わせて得ることができる。
As described above, according to the present invention, a rotating mirror provided with a plurality of reflection planes on the outer periphery of a rotating base is rotated in a protective cover, and a light beam deflected by the rotating mirror is formed on the protective cover. In the deflection scanning device which enters and exits through the window, the outer peripheral portion of the rotating base is made thinner with respect to the central portion, so that the airflow generated around the rotating mirror at high speed rotation and the steps of the protective cover window and the like are reduced. Dynamic fluctuation factors such as noise, vibration, and rotational unevenness due to interference with parts and imbalance of mass can be reduced, and a small, quiet, and highly accurate deflection scanning device can be realized. In addition, it is possible to prevent the manufacturing of the rotary polygon mirror from becoming complicated, and to obtain a secondary effect such as an increase in the degree of freedom of material selection.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明になる偏向走査装置の一部横断平面図と
一部縦断側面図である。
FIG. 1 is a partially cross-sectional plan view and a partially longitudinal side view of a deflection scanning device according to the present invention.

【図2】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。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional laser beam printer.

【図3】図2に示したレーザビームプリンタにおける光
学系のxy,yz面投影図である。
FIG. 3 is an xy, yz plane projection view of an optical system in the laser beam printer shown in FIG. 2;

【図4】面倒れ補正光学系を採用したレーザビームプリ
ンタの概略構成を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a laser beam printer employing a surface tilt correction optical system.

【図5】図4に示したレーザビームプリンタの光学系に
おける面倒れ補正作用を説明するためのyz面投影図で
ある。
FIG. 5 is a yz-plane projection diagram for explaining a surface tilt correcting operation in the optical system of the laser beam printer shown in FIG. 4;

【図6】図4に示したレーザビームプリンタの光学系に
おけるyz面,xz面,xy面展開図である。
FIG. 6 is a development view of a yz plane, an xz plane, and an xy plane in the optical system of the laser beam printer shown in FIG.

【図7】従来の偏向走査装置の一部横断平面図及び一部
縦断側面図である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional plan view and a partial vertical sectional side view of a conventional deflection scanning device.

【図8】改良された偏向走査装置の一部横断平面図であ
る。
FIG. 8 is a partial cross-sectional plan view of the improved deflection scanning device.

【図9】改良された偏向走査装置の一部横断平面図であ
る。
FIG. 9 is a partial cross-sectional plan view of the improved deflection scanning device.

【図10】従来の偏向走査装置における気流発生状況を
示す一部横断平面図と一部縦断側面図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional plan view and a partial vertical cross-sectional side view showing an airflow generation state in a conventional deflection scanning device.

【図11】本発明になる偏向走査装置における回転多面
鏡の動作状況を示す一部横断平面図と一部縦断側面図で
ある。
FIG. 11 is a partially cross-sectional plan view and a partially longitudinal side view showing an operation state of the rotary polygon mirror in the deflection scanning device according to the present invention.

【図12】本発明になる偏向走査装置における回転多面
鏡の変形例を示す平面図と側面図である。
FIG. 12 is a plan view and a side view showing a modification of the rotary polygon mirror in the deflection scanning device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

19…保護カバー、20…入出射開口部(窓)、23…
回転多面鏡、23a…基本構成体、23b…反射平面
部、23c…円錐部、23d…稜線部。
19 ... Protective cover, 20 ... Incoming / outgoing opening (window), 23 ...
Rotating polygon mirror, 23a: basic structure, 23b: reflection plane, 23c: cone, 23d: ridge.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】画像情報に基づいて駆動される光源と、前
記光源からの光を平行光に変換する第1のレンズ系と、
回転基体の外周部に複数の反射平面を設けた回転鏡と、
前記回転鏡を保護カバー内で回転させ、前記平行光を前
記保護カバーに形成した窓を通して入射し偏向した光を
他の窓から出射する偏向走査装置と、前記偏向走査装置
から出射した偏向光を光学系を介して、感光体上に照射
する光プリンタにおいて、 前記回転鏡を回転基体の外周部を中央部に対して薄肉と
し、前記回転体の中央部と外周部を円錐部で結び、前記
鏡面部の厚さを1.5〜2.5mmにし、且つ隣接する前記
反射平面間の稜線部に面取り加工をし、前記光学系をF
θレンズ系に加えシリンドリカルレンズにより構成した
面倒れ補正機能付き光学系としたことを特徴とする光プ
リンタ。
A light source driven based on image information;
A first lens system for converting light from the light source into parallel light,
A rotating mirror provided with a plurality of reflection planes on the outer periphery of the rotating base,
Rotate the rotating mirror in the protective cover to move the parallel light forward.
The light incident and deflected through the window formed in the protective cover
A deflection scanning device for emitting light from another window, and the deflection scanning device
Irradiates the deflected light from the photoreceptor via the optical system
In the optical printer, the outer peripheral portion of the rotating base is made thin with respect to the central portion.
Then, the central portion and the outer peripheral portion of the rotating body are connected by a conical portion,
The thickness of the mirror surface portion is set to 1.5 to 2.5 mm, and
The ridge between the reflection planes is chamfered, and the optical system is
Consisting of a cylindrical lens in addition to the θ lens system
An optical system characterized by an optical system with a surface tilt correction function.
Linta.
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