JP2966560B2 - 走査光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は走査偏向器を用いて光
束を走査面上に走査させるレーザープリンター等の走査
光学系に関し、特に走査光学系のゴースト光対策に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリゴンミラーを偏向器として用いる従
来の走査光学系は、ポリゴンミラーの面倒れ誤差による
影響を補正するため、光束を副走査面内で一旦結像さ
せ、アナモフィックなｆθレンズを用いて走査面上にス
ポットを形成している。

【０００３】このような構成とすると、副走査面内の結
像位置が走査面の周辺部でｆθレンズから遠ざかる傾向
がある。そこで、ポリゴンミラーの径を比較的大きく設
定することにより、回転に伴う偏向点変化によって上記
の結像位置の変化、すなわち走査面湾曲を補正してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
走査光学系は、ポリゴンミラーへ入射する光束とｆθレ
ンズの光軸とのなす角度が一般に５０゜〜９０゜程度で
あるため、ポリゴンミラーの偏向点変化が光軸に対して
非対称となり、走査面湾曲が非対称に現れ、光軸に対し
て対称形状のレンズを用いる場合には補正できないとい
う問題があった。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、上記の課題に鑑みてなされ
たものであり、走査面湾曲の発生を抑え、しかも、ゴー
スト光による走査面への影響を抑えることができる走査
光学系を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る走査光学
系は、上記の目的を達成させるため、レーザー光源と、
レーザー光源から発したレーザー光を主走査面内で偏向
させる走査偏向器と、偏向されたレーザー光を走査面上
に収束させる走査レンズと、レーザー光源からの光束を
前記主走査面と垂直な副走査面内で一旦結像させる集光
レンズと、集光レンズによる光束の集光位置に一致して
設けられ、レーザー光を走査偏向器側へ反射させるスリ
ットミラーを備えるプリズムブロックと、走査面の近傍
に設けられ、ゴースト光を遮断する遮蔽板とを有するこ
とを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【０００８】

【実施例１】以下、この発明の実施例１を図１〜図６に
基づいて説明する。図１は、実施例にかかる走査光学系
の光学素子の配置を示す斜視図である。図示される光学
系は、光源としての半導体レーザー１０と、半導体レー
ザー１０から発する発散光を平行光束とするコリメート
レンズ１１と、ミラー１２と、コリメートされた光束を
線状に結像させるシリンドリカルレンズ１３と、線像位
置に一致して設けられたスリットミラー２１を有するプ
リズムブロック２０と、スリットミラー２１により反射
された光束を反射偏向させる走査偏向器としてのポリゴ
ンミラー３０と、ポリゴンミラー３０による反射光束を
集光して走査面上にスポットを形成する走査レンズとし
てのアナモフィックなｆθレンズ４０とを備えている。

【０００９】以下の説明では、ポリゴンミラー３０によ
って光束が走査される面を主走査面とし、主走査面に対
して垂直で走査レンズの光軸を含む面を副走査面とす
る。

【００１０】プリズムブロック２０は、三角柱プリズム
２２をベースとなる台形プリズム２３に貼合わせた直方
体形状であり、貼合わせ面に全反射鏡であるスリットミ
ラー２１が蒸着されている。スリットミラー２１の主走
査面に対する角度はほぼ４５゜であり、スリットミラー
２１と主走査面との交線は、副走査面と垂直となる。

【００１１】半導体レーザー１０を出射した発散光はコ
リメートされた後にシリンドリカルレンズ１３によって
副走査面と垂直な線状に結像させる。この線像に一致し
てスリットミラー２１が設けられているため、光源から
の光束はスリットミラー２１上に結像すると共に、この
反射面により全光量が反射され、ｆθレンズ４０の光軸
を通ってポリゴンミラー３０へと向かう。

【００１２】ポリゴンミラー３０で反射、偏向された光
束は、所定の広がりを持って再びプリズムブロック２０
に達する。ここで、大部分の光束はスリットミラー２１
の周囲の部分を透過してｆθレンズ４０へ入射し、図示
せぬ走査面上にスポットを形成する。

【００１３】なお、上述した実施例の光学系は、光束を
一旦スリットミラー上に結像させるために、副走査方向
の正のパワーが大きく設定されており、走査面の周辺部
では走査面湾曲がアンダーとなる傾向がある。そこで、
この実施例では、走査面の周辺部における副走査面内で
の集光位置を中心部における集光位置より実質上ｆθレ
ンズ側へ近接させる機能を持つプリズムブロック２０を
配置し、ポリゴンミラー３０の偏向点変化と、プリズム
ブロックによる集光点の移動とを利用して走査面湾曲の
補正を行っている。

【００１４】ポリゴンミラーからｆθレンズへ向かう光
束は、主走査面内では平行光であり、副走査面内では発
散光束である。このため、光路中に設けられたプリズム
ブロック２０は、主走査面では光束に対して作用せず、
副走査面では入射する角度によって焦点移動の作用を生
ずる。すなわち、軸外光は、軸上光線と比較して物体距
離が短くなり、結像点の位置がｆθレンズ側に近づき、
周辺の像面湾曲が改善される。

【００１５】次に、図２に基づいてプリズムブロックで
の内面反射によるゴースト光の発生について説明する。

【００１６】スリットミラー２１で反射されてポリゴン
ミラー３０へ向かう光束の一部は、プリズムブロック２
０のポリゴンミラー側の面で内面反射され、描画光と共
にｆθレンズ４０を介して走査面に達する。図２におい
て、ｆθレンズ４０に入射する光束のうち、Ｉは描画光
の範囲、Ｇは描画光中のゴースト光を含む範囲を示して
いる。

【００１７】描画光のスポットはポリゴンミラー３０の
回転と共に走査面上を移動するが、ゴースト光は常に一
定の角度で走査面に連するため、光源が発光している間
エネルギーが積分され、走査面に大きなエネルギーを与
える。

【００１８】描画光パワーをＩｉ、ゴースト光パワーを
Ｉｇ、毎秒のスキャン数をｒ、走査効率をη、走査幅を
Ｌ、走査ピッチをｐ、主走査スポット径をｓとすると、
描画光エネルギーＪｉ及びゴースト光エネルギーＪｇ
は、それぞれ（１）式及び（２）式で表される。

【００１９】 Ｊｉ＝Ｉｉ・（η／ｒＬｐ） （１） Ｊｇ＝Ｉｇ／ｒｓｐ （２） （１）式及び（２）式から（３）式が得られる。 Ｊｇ／Ｊｉ＝（Ｉｇ／Ｉｉ）（Ｌ・ηｓ） （３）

【００２０】ここで、例えばＬ＝６００ｍｍ、ｓ＝３０
μ、η＝０．５の値を設定すると、（４）式が得られ
る。 Ｊｇ／Ｊｉ＝４００００Ｉｇ／Ｉｉ （４）

【００２１】すなわち、ゴースト光強度が描画光の１／
４００００であっても、描画光と同じエネルギーで感光
してしまう。この場合、反射防止コートにより平行平面
板の側面での反射を０．１％に低下させたとしても、ま
だ描画光の４０倍のエネルギーがゴーストとして残るこ
とになる。

【００２２】次に、ゴーストを阻止するための手段につ
いて説明する。図３、図４はそれぞれ図１の主走査面
図、副走査面図である。この装置は、図３に示すように
走査面６０の近傍に主走査方向に長いスリット５１を有
する遮蔽板５０を有し、ゴースト光が走査面６０に達す
るのを防止している。ゴースト光は、描画光より走査面
側で反射されるため、ゴースト光の光路は描画光のそれ
よりも短くなる。ゴースト光と描画光との光路差は、プ
リズムブロック２０のポリゴンミラー側の端面とポリゴ
ンミラー３０との間隔の２倍分である。

【００２３】プリズムブロック２０に入射する描画光と
ゴースト光とは、共に副走査方向に関して収束光である
ため、上記の光路の違いによりゴースト光の副走査方向
の結像点は描画光のそれより後ろ側となり、走査面の手
前では描画光より広がりを持っている。したがって、描
画光の走査域を残して遮蔽板を設けることにより、ゴー
スト光の影響を大部分解消するとができる。

【００２４】特に、上記の実施例のようにプリズムブロ
ックがスリットミラー２１を有し、ポリゴンミラーへ入
射する光束を反射させる場合には、描画光とゴースト光
とは、共にスリットミラーのけられによる中抜けを副走
査方向の中央に有するため、スリット幅を中抜けの幅よ
りも小さくすることにより、ゴースト光を完全に遮断す
ることができる。

【００２５】ゴースト光全体の広がりに占める中抜けの
割合Ｐは、図５に示すように、スリットミラー２１に対
する光源側からの入射角度をθ、スリットミラー２１の
幅をｗ、スリットミラーの中心部からプリズムブロック
２０のポリゴンミラー３０側の端面までの距離をｄＲ、
スリットミラーに集光する光束の副走査面内での空気中
のＦナンバーをＦｎ、プリズムブロックの屈折率をｎＦ
として、以下の式で表される。 Ｐ＝（ｎＦ・Ｆｎ・ｗ・ｃｏｓθ）／（２・ｄＲ）

【００２６】中抜けの割合が大きいほどスリットの幅を
広くし、遮蔽板に要求される位置精度が緩和される。遮
蔽板５０のスリット５１の幅を広くとることを可能と
し、設定を容易にするためには、Ｐが２０％を越えるよ
う設定することが好ましい。実施例１の場合、θ＝４５
゜、ｗ＝０．５、ｄＲ＝１０．０、Ｆｎ＝８、ｎＦ＝１ ．５１０７２であり、Ｐ＝２１％となる。

【００２７】次に、実施例の具体的な数値構成を説明す
る。各光学素子の端面の曲率、素子間の間隔等は表１、
表２に示されるとおりである。表１はシリンダーレン
ズ、表２はｆθレンズの構成をそれぞれ示している。こ
の例は、半導体レーザーの発振波長λ＝７８０ｎｍの場
合に適した構成である。

【００２８】表中の符号は、ｒｙが主走査方向曲率半
径、ｒｚが副走査方向曲率半径、ｆｃがシリンダーレン
ズの副走査方向の焦点距離、Ｌ１がシリンダーレンズの
最終面から線像までの空気換算距離、ｆｙがｆθレンズ
の主走査方向の焦点距離、ｆｂがｆθレンズの最終面か
ら走査面までの距離である。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】プリズムブロックの光軸方向の厚さは８
３．６、線像から基準偏向点（ポリゴンミラーの一の反
射面がｆθレンズの光軸と垂直である状態における偏向
点）までの空気換算距離は２８．０５、ポリゴンミラー
の内接半径は４９、基準偏向点からｆθレンズ第１面ま
での距離は１２９．５９となる。

【００３２】図６（ｂ）は、上記の数値構成による、遮
蔽板５０が設けられていない場合の走査面６０上のゴー
スト光の形状を示したものである。スリットミラー２１
でけられた部分が中抜けとなり、その幅は約３．５ｍｍ
となる。

【００３３】

【実施例２】図７〜図１０は、この発明の実施例２を示
したものである。図７、図８は、それぞれ実施例２の副
走査断面図、主走査断面図である。ゴースト光は、副走
査方向に広がりつつプリズムブロックを透過するため、
間隔ｄＲが短いほどゴースト光は広がりが小さいうちに
スリットミラーの部分を通過し、スリットミラーに遮ら
れる割合が大きくなる。

【００３４】実施例２の光学系は、上記の点に鑑みて間
隔ｄＲを小さくするようにプリズムブロック２０’を構
成している。プリズムブロック２０’は、図９に拡大し
て示したように、実施例１と同様の台形プリズム２３’
の斜面に、その斜面より小さい斜面を有する三角プリズ
ム２２’を貼り付けて構成されており、三角プリズムの
斜面の中央となる位置にスリットミラー２１’が設けら
れている。

【００３５】他の構成は上述の実施例１と同様であり、
像面の近傍に図示せぬ遮蔽板が設けられている。

【００３６】図１０は、プリズムブロック２０’のポリ
ゴンミラー側の面で反射したゴースト光と、ボリゴンミ
ラー３０で反射した描画光とを示したものであり、ｆθ
レンズ４０に入射する光束のうち、Ｉは描画光の範囲、
Ｇは描画光中のゴースト光を含む範囲を示している。

【００３７】スリットミラー近傍の構成は、θ＝４５
゜、ｗ＝０．５、ｄＲ＝５．０、Ｆｎ＝１０、ｎＦ＝
１．５１０７２であり、Ｐ＝５３％となる。図６（ａ）
は、実施例２の構成による遮蔽板を設けない場合の走査
面６０上のゴースト光の形状を示したものである。スリ
ットミラー２１’でけられた部分が中抜けとなり、その
幅は約８．５ｍｍとなる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、走査偏向器と走査レンズとの間に設けられた面
による反射光がゴースト光として走査面に達するのを防
ぐことができる。特に、スリットミラーを有するプリズ
ムブロックを用いる場合には、ゴースト光を完全に遮断
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の構成を示す斜視図である。

【図２】 実施例１のプリズムブロックの端面の内面反
射によるゴースト光の発生を示す説明図である。

【図３】 図１に示した光学系の主走査断面図である。

【図４】 図１に示した光学系の副走査断面図である。

【図５】 図１に示した光学系のスリットミラー部分の
数値を示す説明図である。

【図６】 像面上でのゴースト光の形状を示す説明図で
あり、（ｂ）は実施例１、（ａ）は実施例２の場合を示
している。

【図７】 実施例２の構成を示す副走査面図である。

【図８】 実施例２の構成を示す主走査面図である。

【図９】 実施例２のプリズムブロックを示す斜視図で
ある。

【図１０】 実施例２のプリズムブロックの端面の内面
反射によるゴースト光の発生を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…半導体レーザー ２０…プリズムブロック ２１…スリットミラー ３０…ポリゴンミラー ４０…走査レンズ ５０…遮蔽板 ５１…スリット

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光源と、 該レーザー光源から発したレーザー光を主走査面内で偏
   向させる走査偏向器と、 偏向されたレーザー光を走査面上に収束させる走査レン
   ズと、 レーザー光源からの光束を前記主走査面と垂直な副走査
   面内で一旦結像させる集光レンズと、 前記集光レンズによる光束の集光位置に一致して設けら
   れ、レーザー光を前記走査偏向器側へ反射させるスリッ
   トミラーを備えるプリズムブロックと、 前記走査面の近傍に設けられ、ゴースト光を遮断する遮
   蔽板とを有することを特徴とする走査光学系。
2. 【請求項２】 前記遮蔽板は、前記走査偏向器により偏
   向される描画光を前記走査面に導く主走査方向に長いス
   リットを有することを特徴とする請求項１に記載の走査
   光学系。
3. 【請求項３】 レーザー光源と、レーザー光源からの光
   束を反射し、主走査面内で偏向させる走査偏向器と、走
   査偏向器により反射されたレーザー光束を走査面上に集
   光させる走査レンズと、前記走査偏向器と前記走査レン
   ズとの間に配置されたプリズムブロックと、前記走査面
   の近傍に設けられ、該プリズムブロックの前記走査偏向
   器側の面で内面反射されたゴースト光を遮断する遮蔽板
   とを有することを特徴とする走査光学系。