JP2653066B2 - 光ビーム偏向走査装置 - Google Patents
光ビーム偏向走査装置Info
- Publication number
- JP2653066B2 JP2653066B2 JP24163687A JP24163687A JP2653066B2 JP 2653066 B2 JP2653066 B2 JP 2653066B2 JP 24163687 A JP24163687 A JP 24163687A JP 24163687 A JP24163687 A JP 24163687A JP 2653066 B2 JP2653066 B2 JP 2653066B2
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- Japan
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- light beam
- refractive index
- deflection
- reflectance
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/08—Mirrors
- G02B5/09—Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ビーム偏向走査装置に係り、特に直線偏向
レーザ走査に好適な光ビーム偏向走査装置に関する。
レーザ走査に好適な光ビーム偏向走査装置に関する。
従来の光ビーム偏向走査装置は、ガラスあるいは金属
を用いて鏡面加工後に反射率を高めるためAl等の高反射
性材料を真空蒸着し、さらに鏡面を保護するためにSiO
またはSiO2等の透明物質を被覆している。この保護層の
膜厚は光ビーム走査を行ったときの入射角の変化に伴う
薄膜における干渉で走査光ビームの強度変動及び低下が
起こるため、膜厚を厚くできずせいぜい20〜30nm程度で
あった。
を用いて鏡面加工後に反射率を高めるためAl等の高反射
性材料を真空蒸着し、さらに鏡面を保護するためにSiO
またはSiO2等の透明物質を被覆している。この保護層の
膜厚は光ビーム走査を行ったときの入射角の変化に伴う
薄膜における干渉で走査光ビームの強度変動及び低下が
起こるため、膜厚を厚くできずせいぜい20〜30nm程度で
あった。
しかしながら、このような従来の光ビーム偏向走査装
置は、保護層の膜厚が薄いため機械的強度が弱く、反射
率も最適な高反射率の条件を選べないという欠点があっ
た。
置は、保護層の膜厚が薄いため機械的強度が弱く、反射
率も最適な高反射率の条件を選べないという欠点があっ
た。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、振動ま
たは回転反射鏡で光ビーム走査を行うとき、入射角が変
化し、透明保護膜の光干渉効果と金属鏡の反射特性を利
用して、本来反射鏡のもっている高反射特性を維持し、
さらに偏向走査光強度が平坦で変化の少ない光ビーム偏
向走査装置を提供することを目的とする。
たは回転反射鏡で光ビーム走査を行うとき、入射角が変
化し、透明保護膜の光干渉効果と金属鏡の反射特性を利
用して、本来反射鏡のもっている高反射特性を維持し、
さらに偏向走査光強度が平坦で変化の少ない光ビーム偏
向走査装置を提供することを目的とする。
そのために本発明の光ビーム偏向走査装置は、Alまた
はAl合金をダイアモンドバイトで超精密切削を行って鏡
面仕上げした光ビーム反射面に、MgF2またはSiO2を真空
蒸着して硬質な透明膜からなる強度の大きい保護膜を形
成し、光ビームの波長をλとしたとき、屈折率ｎと保護
膜厚ｄとの積ndを、この保護膜の屈折率ｎが1.7未満の
低屈折材質の場合は、0.3λ＜nd＜0.48λとし、保護膜
の屈折率ｎが1.7以上の高屈折材質の場合では、0.8λ＜
nd＜λとしたものである。この構成により光ビーム走査
装置へ入射する光ビームの偏向方向が略Ｓ偏向のとき、
保護膜の干渉特性と、金属面における偏向反射特性か
ら、金属鏡本来の反射率を低下させることなく、反射光
の光強度が平坦で変化の少ない光ビーム偏向ができる。
はAl合金をダイアモンドバイトで超精密切削を行って鏡
面仕上げした光ビーム反射面に、MgF2またはSiO2を真空
蒸着して硬質な透明膜からなる強度の大きい保護膜を形
成し、光ビームの波長をλとしたとき、屈折率ｎと保護
膜厚ｄとの積ndを、この保護膜の屈折率ｎが1.7未満の
低屈折材質の場合は、0.3λ＜nd＜0.48λとし、保護膜
の屈折率ｎが1.7以上の高屈折材質の場合では、0.8λ＜
nd＜λとしたものである。この構成により光ビーム走査
装置へ入射する光ビームの偏向方向が略Ｓ偏向のとき、
保護膜の干渉特性と、金属面における偏向反射特性か
ら、金属鏡本来の反射率を低下させることなく、反射光
の光強度が平坦で変化の少ない光ビーム偏向ができる。
Al合金を切削して鏡面を形成した場合、鏡面材が軟質
のため、従来の保護膜より強度を大きくする必要があ
る。Al合金は、真空蒸着により任意の厚さで、硬質な透
明膜を容易に生成することが可能であり、充分な保護膜
強度が得られる。透明膜被覆の反射鏡で光ビームの偏向
走査を行うと、入射角が変化し、薄膜の干渉現象により
反射率が変化する。また、Al等の金属鏡面が光ビームの
変化走査を行うとき、入射角の増加に従い、Ｓ偏向では
反射率が増加する。
のため、従来の保護膜より強度を大きくする必要があ
る。Al合金は、真空蒸着により任意の厚さで、硬質な透
明膜を容易に生成することが可能であり、充分な保護膜
強度が得られる。透明膜被覆の反射鏡で光ビームの偏向
走査を行うと、入射角が変化し、薄膜の干渉現象により
反射率が変化する。また、Al等の金属鏡面が光ビームの
変化走査を行うとき、入射角の増加に従い、Ｓ偏向では
反射率が増加する。
この性質を利用して本発明では、入射角に対する薄膜
の干渉特性と、金属面での偏向反射率特性を組合わせる
ことで、従来に比べて高反射率で、しかも走査光強度が
平坦で、変化が少ない光ビーム偏向が可能となる。
の干渉特性と、金属面での偏向反射率特性を組合わせる
ことで、従来に比べて高反射率で、しかも走査光強度が
平坦で、変化が少ない光ビーム偏向が可能となる。
以下、実施例を図面に基づき説明する。
第１図はレーザプリンタ用光ビーム走査回転多面鏡の
斜視断面図を示し、図中、１は回転多面鏡本体、２は反
射面、３は鏡面保護膜、４は回転軸である。
斜視断面図を示し、図中、１は回転多面鏡本体、２は反
射面、３は鏡面保護膜、４は回転軸である。
本実施例の多面鏡は、Al−Mg合金からなる回転多面鏡
本体１、多面鏡の反射面２、鏡面保護膜３とからなり、
多面鏡の回転軸４を中心に回転し、保護膜３を介して反
射面２へ入射したレーザ光を偏向走査する。回転多面鏡
１は高純度のAlにMgを加えた合金母材を使用し、反射面
２はダイアモンドバイトで超精密切削を行って光学的鏡
面に仕上げる。切削した反射面２は高反射特性をもった
光学的鏡面であるが、実用的には母材の不足及び鏡面の
酸化による反射率低下のため表面に光学的に透明で硬い
保護膜を被覆する必要がある。保護膜はMgF2またはSiO2
を真空蒸着法で施す。
本体１、多面鏡の反射面２、鏡面保護膜３とからなり、
多面鏡の回転軸４を中心に回転し、保護膜３を介して反
射面２へ入射したレーザ光を偏向走査する。回転多面鏡
１は高純度のAlにMgを加えた合金母材を使用し、反射面
２はダイアモンドバイトで超精密切削を行って光学的鏡
面に仕上げる。切削した反射面２は高反射特性をもった
光学的鏡面であるが、実用的には母材の不足及び鏡面の
酸化による反射率低下のため表面に光学的に透明で硬い
保護膜を被覆する必要がある。保護膜はMgF2またはSiO2
を真空蒸着法で施す。
真空蒸着法によるMgF2膜、SiO2膜は光学的特性にすぐ
れており、硬度が高く、任意の膜厚を容易に生成できる
特徴がある。
れており、硬度が高く、任意の膜厚を容易に生成できる
特徴がある。
なお、回転多面鏡はAl合金でなく、Alであってもよ
い。
い。
次に、第２図を参照して金属鏡面上に単層薄膜を被覆
した場合の膜厚と反射率の関係について説明する。
した場合の膜厚と反射率の関係について説明する。
媒質IIIは金属基材、複素屈折率n3＝ｎ＋jkの上に媒
質IIを保護膜、屈折率n2として形成し、その外側が空
気、媒質Ｉ、屈折率n1に接している。入射光Ａは保護膜
上面で一部が反射光B1となり、一部が屈折光C1となる。
屈折光C1は媒質IIIで反射光C2となり、媒質ＩとIIの境
界で屈折光B2（透過光）と反射光C3とに分かれる。この
ように反射と屈折を繰り返し、媒質Ｉに出射される光の
総和が入射光Ａに対する反射光（Ｂ＝ΣBK）である。
B1,B2,B3,B4は光の振幅を表したもので、B1とB2との光
路差による位相差δは δ＝４π／λ・n2d/cosθ２となる。
質IIを保護膜、屈折率n2として形成し、その外側が空
気、媒質Ｉ、屈折率n1に接している。入射光Ａは保護膜
上面で一部が反射光B1となり、一部が屈折光C1となる。
屈折光C1は媒質IIIで反射光C2となり、媒質ＩとIIの境
界で屈折光B2（透過光）と反射光C3とに分かれる。この
ように反射と屈折を繰り返し、媒質Ｉに出射される光の
総和が入射光Ａに対する反射光（Ｂ＝ΣBK）である。
B1,B2,B3,B4は光の振幅を表したもので、B1とB2との光
路差による位相差δは δ＝４π／λ・n2d/cosθ２となる。
ここで、θ１は入射角、θ２は媒質IIの屈折角、θ３
（図示せず）は媒質IIIの入射角、ｄは媒質IIの厚膜、
λは光ビームの波長である。
（図示せず）は媒質IIIの入射角、ｄは媒質IIの厚膜、
λは光ビームの波長である。
またｒを媒質ＩとIIによる振幅反射率、ｔを媒質Ｉと
IIによる振幅透過率、ｒ′を媒質IIとIIIによる振幅反
射率、τを媒質IIとIIIによる反射光の位相シフト、r
totalを媒質ＩとIIとIIIによる振幅反射率とすると、第
２図におけるrtotalは、r2＋t2＝１であるので、次のよ
うな級数の形となる。
IIによる振幅透過率、ｒ′を媒質IIとIIIによる振幅反
射率、τを媒質IIとIIIによる反射光の位相シフト、r
totalを媒質ＩとIIとIIIによる振幅反射率とすると、第
２図におけるrtotalは、r2＋t2＝１であるので、次のよ
うな級数の形となる。
また、強度（光量）の反射率Ｒは、 となる。
第３図は振幅の方向を示す。図中、添字ｐはＰ偏向成
分を表し、添字ｓはＳ偏向成分を表す。
分を表し、添字ｓはＳ偏向成分を表す。
次に、Ｓ偏向に関して反射率を求めてみると、空気と
保護膜との間で起こるＳ偏向振幅反射率rsは となる。
保護膜との間で起こるＳ偏向振幅反射率rsは となる。
保護膜と金属との間で起こるＳ偏向の振幅反射率ｒ′
ｓは以下の連立式から求められる。
ｓは以下の連立式から求められる。
いま、金属としてAlを使用し、その複素反射率（ｎ＋
jk）は第４図に示す値（American Institute of Phisic
s Handbook）を用いる。
jk）は第４図に示す値（American Institute of Phisic
s Handbook）を用いる。
保護膜が低屈折材質のMgF2（n2＝1.38）、波長λ＝78
0nm、633nmのときの入射角０゜、45゜、60゜における膜
厚に対する反射率特性は第５図、第６図に示すようにな
る。なお、横軸はn2dの値であり、縦軸は反射率であ
る。
0nm、633nmのときの入射角０゜、45゜、60゜における膜
厚に対する反射率特性は第５図、第６図に示すようにな
る。なお、横軸はn2dの値であり、縦軸は反射率であ
る。
第５図の場合Ｐ点、第６図の場合Ｑ点で入射角０゜、
45゜、60゜のときの反射率がそれぞれ一致し、反射率の
入射角変化による変動が少なく、かつ反射率が高い最適
な膜厚であることが分かる。また、保護膜が高屈折材質
のSiO（n2＝2.0）、波長λ＝780nm、633nmにおける入射
角０゜、45゜、60゜における反射率特性は第７図、第８
図に示すようになる。
45゜、60゜のときの反射率がそれぞれ一致し、反射率の
入射角変化による変動が少なく、かつ反射率が高い最適
な膜厚であることが分かる。また、保護膜が高屈折材質
のSiO（n2＝2.0）、波長λ＝780nm、633nmにおける入射
角０゜、45゜、60゜における反射率特性は第７図、第８
図に示すようになる。
第７図、第８図の場合、入射角０゜、45゜、60゜のと
きの反射率がそれぞれほぼ一致する点が繰り返し存在す
るが、第７図の場合Ｒ点、第８図の場合Ｓ点が反射率の
入射角変化による変動がもっとも少なく、かつ反射率が
高く、膜厚も厚い最適な膜厚であることが分かる。
きの反射率がそれぞれほぼ一致する点が繰り返し存在す
るが、第７図の場合Ｒ点、第８図の場合Ｓ点が反射率の
入射角変化による変動がもっとも少なく、かつ反射率が
高く、膜厚も厚い最適な膜厚であることが分かる。
これらの特性は、nd＜λの範囲内で計算値と実験値と
がよく一致することが確認された。
がよく一致することが確認された。
また、SiO2（n2＝1.45）、TiO2（n2＝2.28）に関して
も図示は省略するが、同様な特性が得られる。
も図示は省略するが、同様な特性が得られる。
なお、低屈折率の保護膜（MgF2、SiO2）では、特開昭
59−172624号に示されるn2d＝ｍλ/2（ｍは整数）のよ
うな繰り返し性はなく、Ｓ偏向ではMgF2またはSiO2を保
護膜とする場合、その膜厚はn2d＝0.41λが最も良く、
高屈折率の保護膜（SiO2、TiO2）では、n2d≒0.9λが最
も良いことが分かる。そして、保護膜の屈折率n2が1.7
未満の低屈折材質では、0.3λ＜n2d＜0.48λ程度で、保
護膜の屈折率n2が1.7以上の高屈折材質では0.8λ＜n2d
＜λ程度でほぼ満足すべき結果が得られる。
59−172624号に示されるn2d＝ｍλ/2（ｍは整数）のよ
うな繰り返し性はなく、Ｓ偏向ではMgF2またはSiO2を保
護膜とする場合、その膜厚はn2d＝0.41λが最も良く、
高屈折率の保護膜（SiO2、TiO2）では、n2d≒0.9λが最
も良いことが分かる。そして、保護膜の屈折率n2が1.7
未満の低屈折材質では、0.3λ＜n2d＜0.48λ程度で、保
護膜の屈折率n2が1.7以上の高屈折材質では0.8λ＜n2d
＜λ程度でほぼ満足すべき結果が得られる。
なお、第10図（イ）に示すように、本発明においては
Alの屈折率を複素数として扱っている点が従来のものと
基本的に異なっている。例えば従来のもの（特開昭59−
168411号）では反射体の屈折率を実数として扱っている
ために、第10図（ロ）の破線で示すように、反射面では
同相、或いは逆相しか考慮していないが、本発明におい
ては第10図（イ）の実線で示すように、反射面における
位相シフトが考慮されており、そのため精度のよい最適
な膜厚が得られることが分かる。
Alの屈折率を複素数として扱っている点が従来のものと
基本的に異なっている。例えば従来のもの（特開昭59−
168411号）では反射体の屈折率を実数として扱っている
ために、第10図（ロ）の破線で示すように、反射面では
同相、或いは逆相しか考慮していないが、本発明におい
ては第10図（イ）の実線で示すように、反射面における
位相シフトが考慮されており、そのため精度のよい最適
な膜厚が得られることが分かる。
以上のように本発明によれば、金属鏡本来の反射率を
低下させることなく、反射光の光強度が平坦で変化の少
ない光ビーム偏向ができる。また膜厚が従来よりも厚く
でき、強度が大となるため鏡面保護の効果が大となり、
取り扱いが容易で長寿命化が可能となる。
低下させることなく、反射光の光強度が平坦で変化の少
ない光ビーム偏向ができる。また膜厚が従来よりも厚く
でき、強度が大となるため鏡面保護の効果が大となり、
取り扱いが容易で長寿命化が可能となる。
鏡面にAl合金を用いた反射鏡では、Al合金を直接切削
鏡面加工ができるので、、製造コストの低減ができ、真
空蒸着法により光学的に高品質の透明膜が容易に形成で
きるため高性能の反射鏡や光ビーム偏向装置を安価に提
供することが可能となる。
鏡面加工ができるので、、製造コストの低減ができ、真
空蒸着法により光学的に高品質の透明膜が容易に形成で
きるため高性能の反射鏡や光ビーム偏向装置を安価に提
供することが可能となる。
第１図はレーザプリンタ用光ビーム走査回転多面鏡の斜
視断面図、第２図は金属鏡面上に単層薄膜を被覆した場
合の膜厚と反射率の関係を示す図、第３図は光ビームの
振幅の方向を示す図、第４図は複素反射率を示す図、第
５図〜第８図は各入射角における膜厚に対する反射特性
を示す図、第９図は各材質に対する最適膜厚を示す図、
第10図は反射金属面の屈折率を実数、複素数として扱っ
た場合の反射特性の相違を説明するための図である。 １……回転多面鏡本体、２……反射面、３……鏡面保護
膜、４……回転軸。
視断面図、第２図は金属鏡面上に単層薄膜を被覆した場
合の膜厚と反射率の関係を示す図、第３図は光ビームの
振幅の方向を示す図、第４図は複素反射率を示す図、第
５図〜第８図は各入射角における膜厚に対する反射特性
を示す図、第９図は各材質に対する最適膜厚を示す図、
第10図は反射金属面の屈折率を実数、複素数として扱っ
た場合の反射特性の相違を説明するための図である。 １……回転多面鏡本体、２……反射面、３……鏡面保護
膜、４……回転軸。
Claims (2)
- 【請求項１】光ビーム反射面がAlまたはAl合金である光
ビーム走査装置において、光ビーム走査装置へ入射する
光ビームの偏向方向が略Ｓ偏向であり、前記反射面上に
一層の保護膜を有し、保護膜の屈折率ｎが1.7未満の低
屈折材質では屈折率ｎと保護膜厚ｄとの積が、光ビーム
の波長をλとしたとき、0.3λ＜nd＜0.48λであり、保
護膜の屈折率ｎが1.7以上の高屈折材質では0.8λ＜nd＜
λであることを特徴とする光ビーム偏向走査装置。 - 【請求項２】低屈折材質がMgF2またはSiO2であり、高屈
折率材質がSiOまたはTiO2である特許請求の範囲第１項
記載の光ビーム偏向走査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24163687A JP2653066B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 光ビーム偏向走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24163687A JP2653066B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 光ビーム偏向走査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6482011A JPS6482011A (en) | 1989-03-28 |
| JP2653066B2 true JP2653066B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=17077263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24163687A Expired - Lifetime JP2653066B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 光ビーム偏向走査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2653066B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0468502B1 (en) * | 1990-07-26 | 1997-03-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Light deflector |
| EP0550896A1 (en) * | 1992-01-10 | 1993-07-14 | Eastman Kodak Company | Uniform reflectance optical mirror |
| JP4536904B2 (ja) * | 2000-10-26 | 2010-09-01 | キヤノン株式会社 | ポリゴンミラー、光走査装置ならびに電子写真装置 |
-
1987
- 1987-09-25 JP JP24163687A patent/JP2653066B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6482011A (en) | 1989-03-28 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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