JP2687690B2 - 走査光学装置 - Google Patents

走査光学装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は走査光学装置に関し、特に半導体レーザー等
の光源から射出された光ビームを所謂屋根(ルーフ)型
回転多面鏡等の光偏向器で偏向させて記録媒体面である
被走査面上に導光して、光走査することにより、文字や
画像情報等を記録するようにした例えばレーザープリン
タ(LBP)やレーザー複写機等の装置に好適な走査光学
装置に関するものである。
(従来の技術) 従来よりレーザープリンタ等の走査光学装置に於いて
は画像情報に基づいてレーザー光源からの光ビームを光
変調している。
そして光変調された光ビームを回転多面鏡等の光偏向
器により周期的に偏向させfθレンズ等の結像光学系に
よって感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させ露
光走査することにより画像情報の記録を行っている。
第4図は従来の走査光学装置の要部概略図である。
同図に於いて半導体レーザー等の光源41から射出され
た光ビームはコリメーターレンズ42により平行光束とさ
れシリンドリカルレンズ47により走査面内に1次元的に
集光させて回転多面鏡から成る光偏向器43に入射されて
いる。
そして光偏向器43の反射面で反射された光ビームをf
θレンズ系45によって順次感光ドラム46面上に集光し、
該感光ドラム46面に画像情報を記録している。
(発明が解決しようとする問題点) 最近、第4図に示す走査光学装置に於いては画像情報
記録の高速化及び画像の高画質化を図ることが重要視さ
れている。
高速化を図る方法としては例えば回転多面鏡の回転数
を増やす方法やあるいは回転多面鏡の反射面の数を増や
す方法等が挙げられる。
しかしながら回転多面鏡の回転数を増やす方法はメカ
構成上高速上には限界があり高速走査は難しく、又回転
多面鏡の反射面の数を増やす方法は反射面の数の増加に
伴い回転多面鏡が大型化になり易いという欠点がある。
一方、高画質化を図るには感光ドラム面上での光ビー
ムのスポット径を小さくさせる方法がある。その為には
fθレンズのFNoを小さくして即ちfθレンズに入射す
る光ビーム径が大きくなるように設定すれば良い。
しかしながら光ビーム径を大きくすると回転多面鏡の
反射面をそれに応じて広くとる必要があり、これにより
必然的に回転多面鏡の外径が大きくなってくるという欠
点が生じてくる。
即ち回転多面鏡が大型化してしまいその為回転数が制
約され、それにより画像情報記録の高速化を図るのが困
難になってくるという欠点がある。
この為高速化及び高画質化を図る為従来は第5、第6
図に各々示すように光偏向器として屋根型回転多面鏡を
用いて走査光学装置を構成している。
屋根型回転多面鏡は第6図に示すように2つの反射面
を互いに垂直に対向配置した1対の反射面(偏向面)を
複数個、回転軸53aの周囲に設けて構成されている。
この屋根型回転多面鏡を用いた走査光学装置は第5、
第6図に示すように光源51より射出された光ビームを屋
根型回転多面鏡53の1対の反射面のうち一方の反射面61
で反射させ他方の反射面62より反射出射させた後固定の
反射鏡54で折り返して反射させ屋根型回転多面鏡53の1
対の反射面に再入射させている。
そして1対の反射面で再反射させ出射した光ビームを
被走査面上に導光し光走査している。
この様な走査光学装置に於いては屋根型回転多面鏡53
の1対の反射面で光ビームを2回反射させている為に偏
向面の回転角に対する走査角を2倍にすることが可能と
なり、又光スポットの微小化が容易となり装置全体の大
型化を招くことなく簡易な構成で被走査面の高速化及び
高画質化を図ることができる。
しかしながら第5、第6図に示すように光源51から射
出され屋根型回転多面鏡53へ入射する光ビーム(以下
「入射光ビーム」と称す)と固定反射鏡54で反射され再
度屋根型回転多面鏡53に入射して出射される光ビーム
(以下「出射光ビーム」と称す)との光路を分離する為
に入射光ビームを屋根型回転多面鏡53の反射面に対して
斜め方向から入射させている。この為下記に示すような
問題点が生じでくる。
第5図に示す走査光学装置では光走査を行う際の光ビ
ームの横シフト量が大きくなりこの為反射面を広くしな
ければならず屋根型回転多面鏡が大型化してしまう。こ
のことは前記第4図に示した従来の回転多面鏡からの大
幅な小型化を図るメリットがなくなってしまう。
又第6図に示す走査光学装置では屋根型回転多面鏡に
対して副走査断面で斜め方向から入射光ビームを入射さ
せている為第5図に示した構成の走査光学装置に比べて
屋根型回転多面鏡の大型化は防止するとができる。しか
しながら光ビームを光走査させることで該光ビームがね
じれてしまい走査線が曲がり、これにより被走査面上に
おける結像性能が悪化してくるという問題点がある。
そこで従来より屋根型回転多面鏡の大型化を防止しつ
つ結像性能を良好に維持する為に第7図に示すように入
射光ビームと出射光ビームの光路を分離する光路分離手
段として偏向ビームスプリッターと1/4波長板とを用い
た走査光学装置が提案されている。
同図に於いては光源71から射出された直線偏光してい
る光ビームは偏光ビームスプリッター75を透過し1/4波
長板76で円偏光に変換され屋根型回転多面鏡73の反射面
73aに入射する。
そして入射光ビームは屋根型回転多面鏡73及び固定反
射鏡74で奇数回反射し入射時とは逆回りの円偏光に変換
された後出射光ビームは1/4波長板76に再入射する。そ
して入射光ビームと直交する直線偏光となり偏光ビーム
スプリッター75により図面上上方へ反射され不図示のf
θレンズにより被走査面上に画像情報の像を結像してい
る。
しかしながら同図に示した構成の走査光学装置に於い
ては軸上の光ビームに対しては問題はないが走査された
軸上以外の光ビームが1/4波長板76及び偏光ビームスプ
リッター75へ画角をもって入射するため1/4波長板76を
通過する際光路長が軸上に比べて長くなりこの為出射光
ビームの円偏光を直線偏光に完全に変換できなくなって
しまい、これにより偏光ビームスプリッター75で反射す
る際、光量ロスが生じてしまう問題点があった。
本発明は光源から射出された光ビームを入射光ビーム
と出射光ビームとの光路を分離する為の光路分離手段と
して偏光ビームスプリッターと1/4波長板とを用い、か
つ1/4波長板の構成を適切に設定して配置することによ
り、光走査された光ビームの光量ロスを緩和し効率良く
入射光ビームと出射光ビームを分離することができる走
査光学装置の提供を目的とする。
(問題点を解決する為の手段) 本発明の走査光学装置は、光源手段からの射出された
直線偏光の光ビームを偏光ビームスプリッターを介し1/
4波長板を通過させて円偏光として、2つの反射面を互
いに直交するように対向配置した1対の反射面を複数
個、回転体の周囲に設けた屋根型回転多面鏡の1対の反
射面で反射させ、次いで該屋根型回転多面鏡に対向配置
された固定の反射手段で反射させた後、該屋根型回転多
面鏡に戻し該1対の反射面で再度反射させ、該1/4波長
板を介して入射したときとは偏光方向が直交する直線偏
光として該偏光ビームスプリッターに再入射させ、該偏
光ビームスプリッターから入射方向とは直交する方向に
射出させた光束を被走査面上に導光し、該光束により該
屋根型回転多面鏡の回転に伴い該被走査面上を光走査す
る走査光学装置において、該1/4波長板は結晶を少なく
とも複数枚各々の結晶軸が直交するように貼り合わされ
て構成され、該被走査面上の走査方向に対し該結晶軸が
45度の角度をなして傾けて配置されていることを特徴と
している。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例の走査光学装置の要部断面
図、第2図は第1図を上方から見たときの平面図、第3
図は第1図に示した1/4波長板の構成図である。
図中1は光源手段で例えば半導体レーザや所定の直線
偏光を放射する為の偏光板と光源とを有している。本実
施例に於いて光源1から射出された光ビームは直線偏光
しているビームを用いている。
2はコリメーターレンズであり光源1から射出された
光ビームを平行光束としている。7はシリンドリカルレ
ンズであり、副走査断面に関して所定の屈折力を有して
いる。
8は偏光ビームスプリッターであり複屈折性結晶を用
いて入射光束を2光束に分離する作用を有している。
9は1/4波長板であり後述するように結晶を複数枚各
々の結晶軸が直交するように貼り合わせて形成しており
走査方向に対し該結晶軸が45°になるように傾けて配置
している。本実施例では2枚の水晶板9a、9bを貼り合わ
せて形成している。尚、偏光ビームスプリッター8と1/
4波長板9の各要素で光路分離手段20を構成している。
11は光偏向器としての屋根(ルーフ)型回転多面鏡で
あり2つの反射面(11a、11b)を互いに直角に対向配置
した1対の反射面を複数個、回転軸101の周囲に配置し
て構成している。本実施例では全体として20面(10対の
反射面)の反射面を有している。10は反射手段であり少
なくとも1つの反射面を有する固定反射鏡より成り屋根
型回転多面鏡11に対向して配置している。
本実施例ではこの様な構成により光源1から射出され
た光ビームはコリメーターレンズ2により平行光束とさ
れシリンドリカルレンズ7で一次元方向(副走査方向)
に集光され偏光ビームスプリッター8に入射する。
該偏光ビームスプリッター8を透過した直線偏光の光
ビームは1/4波長板9へ入射する際、偏光方向が該1/4波
長板の結晶軸に対して45°の角度で入射するようにして
いる。そして該1/4波長板を通過することによって直線
偏光の光ビームは円偏光に変換された屋根型回転多面鏡
11の反射面11aに入射し、該反射面11aを介して図面上上
方へ反射され他方の反射面11bに入射する。
更に反射面11bで固定反射鏡10側へ反射された入射光
ビームは該固定反射鏡10により反射され入射時とは逆回
りの円偏光となり再度反射面11bに入射し、前述の入射
時とは逆の光路で屋根型回転多面鏡11を出射して1/4波
長板9に再入射する。
そして出射光ビームは、1/4波長板9により入射時と
は偏光面が直交する直線偏光に変換され偏光ビームスプ
リッター8に入射し、該偏光ビームスプリッター8によ
り図面上上方に反射され不図示のfθレンズ等の結像光
学系により感光ドラム面上にスポット状に集束する。そ
して屋根型回転多面鏡11が一定速度で回転することによ
り該ビームにより感光ドラム面上を光走査している。
この様に本実施例に於いては入射光ビームと出射光ビ
ームの光路を分離させる光路分離手段20として偏光ビー
ムスプリッター8と水晶板を2枚貼り合わせて形成した
1/4波長板9を用いることにより光源1から射出された
光ビームの光量ロスを少なくして効率良く感光ドラム面
に導いている。
次に光路分離手段20の一要素を構成する1/4波長板9
の光学的作用について説明する。
一般に光走査された光ビームは1/4波長板へ角度をも
って入射している。通常1枚の水晶板で形成した波長板
において板厚dは次式で表わされる。
d・Δn=(2m+1)・λ/4 …(1) ここでλは使用波長、Δnは異常光線の屈折率(ne)と
常光線の屈折率(no)の差(Δn=ne−no)、mは任意
の整数である。
例えば波長λがλ=680nmの場合、異常光線の屈折率n
eはne=1.5509、常光線の屈折率noはno=1.5419である
ので板厚dは(2m+1)×18.9(μm)となる。
例えば整数mの値をm=0とした場合、板厚dは18.9
μm程度と薄く、これは製作上かつ保持上かなり困難に
なってくる。一般には整数mに任意の値を与えて板厚d
としては1mm程度になるように調整している。
その為本実施例のように軸外で角度をもって1/4波長
板へ入射する場合軸外光束が1/4波長板を通過する際の
光路長lは となる。ここでθは1/4波長板へ入射する入射角とな
り、その結果 だけ軸外で位相のズレを生じる。例えば板厚dをd=1m
mとし入射角θをθ=34°とした場合軸外での位相差は
軸上に比べ0.9668λ≒λ程度ずれ、軸外で光束を分離す
ることは難しい。
一般にレーザープリンタ等の走査光学装置の光学系に
於いて軸上と軸外での光量差は数%程度で設定すること
が必要とされており、このことから逆に許容できる軸外
での位相差は光量差を例えば5%とした場合0.0125λ以
下となり板厚dは12.9μm以下となる。
従ってこの様に形成された1/4波長板を例えばレーザ
プリンタ等の走査光学装置に適用することは大変難し
い。
そこで本実施例に於いては第3図に示す様に1/4波長
板を2枚の水晶板を貼り合わせて効果的に形成すること
により前述の問題点を解決している。
同図に於いては2枚の水晶板9a、9bの結晶軸が直交す
るように貼り合わせて形成し各々の水晶板9a、9bの厚さ
d1、d2が d1=d、 d2=d+(2m+1)・λ/4・Δn となるように各要素を設定して適正なる1/4波長板とし
ての作用を得ている。
又、同図に示すようにy軸から角度α、x軸から角度
θをもって入射される光ビームのxz面に偏光している波
面とxy面に偏光している波面との光路差ΔOPDは ΔOPD=(1−tanθcosα)(2m+1)・λ/4・c
osθ−Δn(sinθ・cos2θ/cosθ)・d
・cos2α ………(2) で表わされる。ここでsinθ=no・sinθとなる。
又ここで走査方向を1/4波長板の結晶軸と45°の角度
をなすように設定すれば上記(2)式はα=45°の場合
に等しく光路差ΔOPDは ΔOPD=(1−1/2・tanθ)(2m+1)・λ/4・cos
θ………(3) となる。
これは2枚の水晶板9a、9bの板厚差をλ/4の位相を与
えるようにして、即ちλ/4・Δnと設定すれば各水晶板
の板厚に共通に厚さdだけ付加しても光路差は全画角を
通じて変化しなく製作及び保持しやすい任意の厚みに設
定することができる。
又前記(3)式より光ビームが例えば入射角θ=45°
で1/4波長板に入射した場合整数mをm=0とすると光
路差ΔOPDは0.99179×λ/4程度となりその結果軸上と軸
外での光路差は1.3%程度にすることができる。
従ってこの様に形成された1/4波長板は例えばレーザ
ープリンタ等の走査光学装置に良好に適用することが可
能となる。
この様に本実施例に於いては前述の如く水晶板を2枚
貼り合わせて1/4波長板を形成することにより比較的製
作性及び保持性が良くかつ入射光ビームと出射光ビーム
を精度良く分離することができた。
(発明の効果) 本発明によれば屋根型回転多面鏡と固定反射鏡とを有
する走査光学装置において、入射光ビームと出射光ビー
ムの光路を分離する光路分離手段として偏光ビームスプ
リッターと1/4波長板とを用い該1/4波長板を結晶を複数
枚各々の結晶軸が直交するように貼り合わせて形成し走
査方向に対し該結晶軸が45°になるように傾けて配置す
ることにより、板厚が厚く作業性に良く、かつ全画各に
おいて偏光によるリタデーションの少ない、光量ロスを
緩和することができる走査光学装置を達成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の走査光学装置の要部断面
図、第2図は第1図を上方から見たときの平面図、第3
図は第1図に示した1/4波長板の構成図、第4図〜第7
図は各々従来の走査光学装置の要部概略図である。 図中、1は光源(半導体レーザ)、2はコリメーターレ
ンズ、7はシリンドリカルレンズ、8は偏光ビームスプ
リッター、9は1/4波長板、10は固定反射鏡、11は屋根
型回転多面鏡、11a、11bは反射面である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源手段から射出された直線偏光のビーム
    を偏光ビームスプリッターを介し1/4波長板を通過させ
    て円偏光として、2つの反射面を互いに直交するように
    対向配置した1対の反射面を複数個、回転体の周囲に設
    けた屋根型回転多面鏡の1対の反射面で反射させ、次い
    で該屋根型回転多面鏡に対向配置された固定の反射手段
    で反射させた後、該屋根型回転多面鏡に戻し該1対の反
    射面で再度反射させ、該1/4波長板を介して入射したと
    きとは偏光方向が直交する直線偏光として該偏光ビーム
    スプリッターに再入射させ、該偏光ビームスプリッター
    から入射方向とは直交する方向に射出させた光束を被走
    査面上に導光し、該光束により該屋根型回転多面鏡の回
    転に伴い該被走査面上を光走査する走査光学装置におい
    て、該1/4波長板は結晶を少なくとも複数枚各々の結晶
    軸が直交するように貼り合わされて構成され、該被走査
    面上の走査方向に対し該結晶軸が45度の角度をなして傾
    けて配置されていることを特徴とする走査光学装置。
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