JP3031451B2 - レーザ走査装置 - Google Patents

レーザ走査装置

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JP3031451B2
JP3031451B2 JP6263723A JP26372394A JP3031451B2 JP 3031451 B2 JP3031451 B2 JP 3031451B2 JP 6263723 A JP6263723 A JP 6263723A JP 26372394 A JP26372394 A JP 26372394A JP 3031451 B2 JP3031451 B2 JP 3031451B2
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    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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    • G—PHYSICS
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    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10554—Moving beam scanning
    • G06K7/10594—Beam path
    • G06K7/10683—Arrangement of fixed elements
    • G06K7/10702—Particularities of propagating elements, e.g. lenses, mirrors

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を一次元的に
走査するレーザ走査装置に関し、特にレーザバーコード
リーダー、レーザプリンタ、レーザファックス、レーザ
原稿読みとり装置などに利用されるレーザ走査装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ走査装置において、一般的にレー
ザ光は回転あるいは往復運動する走査ミラーにより反射
され、反射した光が１次元的に走査する光となる。定め
られた平面にレーザ光を所定速度かつ焦点があった状態
で走査させるために平面とミラーとの間にレンズやミラ
ーが設置され、レーザ光がレンズを通過したりミラーで
反射されることによりレーザ光の方向が変えられ、また
焦点位置が変えられている。
【０００３】このレンズやミラーの構成方法は、従来か
ら数多くの提案がなされている。例えば、ミラーのみで
構成したものや、曲面の反射面を持ったミラーを用いた
ものが特開平１ー２００２１９号公報、特開平１ー２０
０２２０号公報、特公昭５７ー２２２３号公報に開示さ
れている。これらの公報には球面ミラーを用いたレーザ
走査装置が提案されている。
【０００４】レーザビーム走査装置は、図１６に示すよ
うにレーザビームを発射するレーザ発振器１と、レーザ
発振器から発射されたレーザビームを集光する集光レン
ズ２と、集光レンズ２により集光されたレーザビームを
任意の方向へ反射する一面ミラー４と、一面ミラー４に
より反射されたレーザ光を走査位置６に結像するレンズ
３０と、走査エリアの走査位置６の直前に配置された走
査光の位置を検知する受光素子７と、受光素子７へレー
ザ光を導く折り返しミラー１４とを具備している。
【０００５】なお、集光レンズ２を固定するレンズ枠は
アルミまたは黄銅により構成されており、レンズホルダ
ーはアルミ、ＦＲＰ等により構成されている。一面ミラ
ー４はポリゴンミラーの一面のみを鏡面切削し、他の面
は乱反射としたり、塗装を施して作成され、あるいは一
平面をミラー面とし、裏面を墨塗りすることにより作成
している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の複数のミラー面
で構成された走査ミラーを使用したレーザ走査装置で
は、複数のミラーによる面倒れによる走査位置ずれを補
正する必要上、走査速度を一定にする機能、焦点位置を
補正する機能、走査位置ずれを補正する機能を満足する
ために、走査ミラーと集光レンズまたはコリメータレン
ズ以外に複数のレンズ、ミラーが必要になり、結果とし
て部品点数が多くなり、コスト高となる。
【０００７】また、レーザ発振器１としては、現在レー
ザダイオードを使用することが一般的であり、レーザダ
イオード１は、図１７に示すように、チップの層方向Ｙ
とそれに垂直な方向Ｘとでは光の出発点がＺ１だけ異な
る非点隔差が存在する。これを円筒形のレンズで集光さ
せた場合、焦点距離はＺ２のずれが生じ、走査点をＰ１
とすると、チップの層方向に垂直な方向Ｘでは光は絞り
込まれるが、チップの層方向Ｙでは光は絞り込まれてい
ないこととなり高精度の走査装置とする場合には、ビー
ム形を適切な径に絞り込むことができないという問題点
がある。
【０００８】更に、レーザ位置検出用素子の位置は、一
般には素子までのレーザ光路長をレーザ走査位置までの
距離とほぼ同一にしなくてはならないために、構造上制
約が生じたり、光路が長くなり、光路途中に反射ミラー
を備え、光路を折り曲げる必要が生じたりする結果、装
置の大型化、部品点数の増加等の問題点がある。
【０００９】また、使用するときの温度に変化が生じた
とき、レーザ発振器と集光レンズの間の距離は各々の取
り付け部材の膨張、収縮によって変化が発生する。拡大
光学系では光学倍率が大きい場合、レザービームの焦点
位置の移動が生じ、走査位置でのレーザビーム形が大き
く変動するという欠点がある。更に、集光レンズ枠ある
いはレンズホルダーの先端に別部材のスリットをとりつ
ける作業が必要となり、製品コストがアップするという
問題点がある。
【００１０】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、部品点数を低減してコストダウン
を図ると共に非点隔差により発生する焦点ずれを低減し
得るレーザ走査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、レーザビームを発射するレーザ発振手段及び前
記レーザ発振手段から発射されたレーザビームを集光す
る集光レンズ手段から構成されるレーザ発光ユニット
と、前記集光レンズ手段により集光されたレーザビーム
を主走査方向に走査させるための走査ミラーを含むレー
ザ走査手段と、走査されたレーザビームを反射させるた
めの曲面反射ミラー手段と、前記曲面反射ミラー手段に
より反射されたレーザビームを受け取る感光体とを具備
し、該曲面反射ミラー手段は、レーザビームの主走査方
向に球面を呈し、且つ副走査方向に楕円面を呈してお
り、前記感光体の被走査表面上でレーザビームがほぼ一
定の速度で移動する請求項１のレーザ走査装置によって
達成される。
【００１２】本発明によれば、前述の目的は、前記レー
ザ発振手段を保持するレーザ発振手段保持手段と、集光
レンズ手段を保持する集光レンズ枠と、集光レンズ枠の
線膨張率より大きくなる材料が選定され、かつ集光レン
ズ枠を軸方向に摺動自在に保持するレンズ保持手段と、
レンズ保持手段のレーザ発振手段保持手段と接しない側
に形成された接着剤注入口とを具備し、集光レンズ枠の
位置を設定し、注入口より接着剤を注入して集光レンズ
枠をレンズ保持手段に固定する請求項２のレーザ走査装
置によって達成される。
【００１３】本発明によれば、前述の目的は、前記走査
ミラーは、一方の面がミラー仕上げされかつ他の面が乱
反射仕上げされた矩形のガラス板から構成した請求項３
のレーザ走査装置によって達成される。
【００１４】本発明によれば、前述の目的は、前記曲面
反射ミラー手段の有効走査領域外に領域内の曲面と異な
る反射面を一体に隣接して形成した請求項４のレーザ走
査装置によって達成される。
【００１５】本発明によれば、前述の目的は、前記曲面
反射ミラー手段を樹脂材により成形した請求項５のレー
ザ走査装置によって達成される。
【００１６】本発明によれば、前述の目的は、前記走査
ミラーから曲面反射ミラー手段までの距離と曲面反射ミ
ラー手段から走査ラインまでの距離とがほぼ等しくなる
ように配置し、走査ミラーへのレーザ光の入射角度を主
走査平面においては走査中央方向に対してほぼ直角と
し、副走査方向はレーザ光の曲面反射ミラー手段への副
走査方向の垂直方向に対する入射角度にほぼ等しい角度
とした請求項６のレーザ走査装置によって達成される。
【００１７】本発明によれば、前述の目的は、前記レー
ザ発振器をレーザダイオードから構成し、レーザダイオ
ードのチップの層方向を走査ミラーへの副走査方向の入
射角度にほぼ等しい角度傾斜させた方向とした請求項７
のレーザ走査装置によって達成される。
【００１８】本発明によれば、前述の目的は、レーザビ
ームを発射するレーザ発振手段及びレーザ発振手段から
発射されたレーザビームを集光する集光レンズ手段から
構成されるレーザ発光ユニットと、集光レンズ手段によ
り集光されたレーザビームを主走査方向に走査させるた
めの走査ミラーを含むレーザ走査手段と、走査されたレ
ーザビームを反射させるための曲面反射ミラー手段と、
前記曲面反射ミラー手段により反射されたレーザビーム
を受け取る感光体と、前記レーザ発振手段を保持するレ
ーザ発振手段保持手段と、前記集光レンズ手段を保持す
る集光レンズ枠と、前記集光レンズ枠の線膨張率より大
きくなる材料が選定され、かつ前記集光レンズ枠を軸方
向に摺動自在に保持するレンズ保持手段と、前記レンズ
保持手段のレーザ発振手段保持手段と接しない側に形成
された接着剤注入口とを具備し、該曲面反射ミラー手段
は、レーザビームの主走査方向に球面を呈し、且つ副走
査方向に楕円面を呈し、さらに有効走査領域外に領域内
の曲面と異なる反射面を有しており、前記感光体の被走
査表面上でレーザビームがほぼ一定の速度で移動し、ま
た、前記集光レンズ枠の位置を設定し、前記注入口より
接着剤を注入して前記集光レンズ枠を前記レンズ保持手
段に固定する請求項８のレーザ走査装置によって達成さ
れる。
【００１９】本発明によれば、前述の目的は、前記曲面
反射ミラー手段の反射面に照射されたレーザの反射光路
上に受光素子を配置した請求項９のレーザ走査装置によ
って達成される。
【００２０】本発明によれば、前述の目的は、前記曲面
反射ミラー手段の反射面により反射されたレーザは前記
受光素子の近傍に焦点を結ぶ請求項１０のレーザ走査装
置によって達成される。
【００２１】本発明によれば、前述の目的は、前記集光
レンズ枠のレーザ出射口に矩形開口部を持つスリットを
一体に形成した請求項１１のレーザ走査装置によって達
成される。
【００２２】本発明によれば、前述の目的は、前記レー
ザダイオードより発散されるレーザビームを集光する集
光レンズを通ったレーザビームは集光性を有する請求項
１２のレーザ走査装置によって達成される。
【００２３】
【作用】請求項１のレーザ走査装置によれば、レーザ発
振手段によりレーザビームが発射され、集光レンズ手段
によりレーザ発振手段から発射されたレーザビームが集
光され、走査手段にて回動される走査ミラーにより集光
レンズ手段にて集光されたレーザビームが任意の方向へ
反射され、レーザビームにより主走査方向に走査され、
レーザの主走査方向に球面かつ副走査方向に楕円面に形
成された曲面反射ミラー手段により走査されたレーザビ
ームが反射されて感光体の被走査面はほぼ所定の速度で
走査される。これにより、複数面の走査ミラーを用いる
ときのように各面間の面の平行度の誤差により発生する
反射後のビーム位置誤差を補正する機構を必要とせず、
走査速度の均一化、焦点ずれ補正のために補正機構は非
球面の曲面反射ミラー手段１枚で行える。また、レーザ
発振手段としてレーザダイオードを用いた場合、非点隔
差のために球面ミラーを用いた場合、走査方向と副走査
方向とでは焦点の位置が異なり、ミラーの曲面を走査方
向は円の一部とし、かつ副走査方向は楕円の一部とする
ことにより焦点ずれを低減し得る。
【００２４】請求項２のレーザ走査装置によれば、レー
ザ発振手段保持手段によりレーザ発振手段が保持され、
集光レンズ枠により集光レンズ手段が保持され、集光レ
ンズ枠の線膨張率より大きくなる材料が選定されたレン
ズ保持手段により集光レンズ枠が軸方向に摺動自在に保
持され、接着剤注入口がレンズ保持手段のレーザ発振手
段保持手段と接しない側に形成され、集光レンズ枠の位
置が設定され、注入口より接着剤が注入されて集光レン
ズ枠がレンズ保持手段に固定される。これにより、温度
変化により集光レンズ枠とレンズ保持手段とが膨張して
も集光レンズ枠の線膨張率よりレンズ保持手段の線膨張
率が大きいので、レーザ発振手段と集光レンズ手段との
距離の変化を最小限に抑えることができる。
【００２５】請求項３のレーザ走査装置によれば、一方
の面がミラー仕上げされかつ他の面が乱反射仕上げされ
た走査ミラーによりレーザビームは曲面反射ミラー手段
へ反射される。これにより、走査ミラーの製造が容易と
なる。
【００２６】請求項４のレーザ走査装置によれば、曲面
反射ミラー手段の有効走査領域外に該領域外の曲面と異
なる反射面が一体に隣接して形成されている。これによ
り、受光素子へレーザ光を反射するための特別なミラー
を省略し得る。
【００２７】請求項５のレーザ走査装置によれば、曲面
反射ミラー手段は樹脂材により成形される。これによ
り、製作が容易となる。
【００２８】請求項６のレーザ走査装置によれば、走査
ミラーから曲面反射ミラー手段までの距離と曲面反射ミ
ラー手段から走査ラインまでの距離とがほぼ等しくなる
ように配置され、走査ミラーへのレーザ光の入射角度が
主走査平面においては走査中央方向に対してほぼ直角と
され、副走査方向はレーザ光の曲面反射ミラー手段への
副走査方向の垂直方向に対する入射角度にほぼ等しい角
度とされる。これにより、走査方向の焦点位置誤差と副
走査方向の焦点位置誤差を最低限の範囲に抑えることが
でき、走査位置誤差及び焦点位置誤差は十分に実用とな
るレベルとすることができる。
【００２９】請求項７のレーザ走査装置によれば、走査
ミラーにより反射されたレーザ光は、走査方向とレーザ
ダイオードのチップの層方向に垂直な光の方向が一致し
なくなりゆがみが生じるが、レーザダイオードのチップ
の層方向と副走査方向がほぼ等しい角度が付けられてい
ると、走査ミラーから反射したレーザ光のレーザダイオ
ードチップの層方向に垂直に垂直なレーザ光の方向と走
査方向とをほぼ一致させることができる。
【００３０】請求項８のレーザ走査装置によれば、レー
ザ発振手段によりレーザビームが発射され、集光レンズ
手段によりレーザ発振手段から発射されたレーザビーム
が集光され、走査手段にて回動される走査ミラーにより
集光レンズ手段にて集光されたレーザビームが任意の方
向へ反射され、レーザビームにより主走査方向に走査さ
れ、レーザの主走査方向に球面かつ副走査方向に楕円面
に形成された曲面反射ミラー手段により走査されたレー
ザビームが反射されて感光体の被走査面をほぼ所定の速
度で走査される。これにより、複数面の走査ミラーを用
いるときのように各面間の面の平行度の誤差により発生
する反射後のビーム位置誤差を補正する機構を必要とせ
ず、走査速度の均一化、焦点ずれ補正のために補正機構
は非球面の曲面反射ミラー手段１枚で行える。また、レ
ーザ発振手段としてレーザダイオードを用いた場合、非
点隔差のために球面ミラーを用いた場合、走査方向と副
走査方向とでは焦点の位置が異なり、ミラーの曲面を走
査方向は円の一部とし、かつ副走査方向は楕円の一部と
することにより焦点ずれを低減し得る。更に、レーザ発
振手段保持手段によりレーザ発振手段が保持され、集光
レンズ枠により集光レンズ手段が保持され、集光レンズ
枠の線膨張率より大きくなる材料が選定されたレンズ保
持手段により集光レンズ枠が軸方向に摺動自在に保持さ
れ、接着剤注入口がレンズ保持手段のレーザ発振手段保
持手段と相反する側に形成され、集光レンズ枠の位置が
設定され、注入口より接着剤が注入されて集光レンズ枠
がレンズ保持手段に固定される。これにより、温度変化
により集光レンズ枠とレンズ保持手段とが膨張しても集
光レンズ枠の線膨張率よりレンズ保持手段の線膨張率が
大きいので、レーザ発振手段と集光レンズ手段との距離
の変化を最小限に抑えることができる。また、曲面反射
ミラー手段の有効走査領域外に領域内の曲面と異なる反
射面が一体に隣接して形成されている。これにより、受
光素子へレーザ光を反射するための特別なミラーを省略
し得る。
【００３１】請求項９のレーザ走査装置によれば、曲面
反射ミラー手段の反射面に照射されたレーザの反射光路
上に配置された受光素子によりレーザビームの基準位置
が検出される。
【００３２】請求項１０のレーザ走査装置によれば、曲
面反射ミラー手段の反射面により反射されたレーザは前
記受光素子の近傍に焦点を結ぶ。
【００３３】請求項１１のレーザ走査装置によれば、集
光レンズ枠のレーザ出射口に矩形開口部を持つスリット
が一体に形成される。これにより、部品点数を低減して
コストダウンを図ることができる。
【００３４】請求項１２のレーザ走査装置によれば、レ
ーザビームが集光レンズを出た後は集光性を有するの
で、設計の自由度を持たせることができる。
【００３５】
【実施例】以下、本発明のレーザ走査装置の第１の実施
例を図を参照しながら説明する。なお、レーザ走査装置
がレーザプリンタに用いられた場合について説明する。
【００３６】本実施例のレーザプリンタは、図１に示す
ように、装置本体３１の右側にシートを積載する用紙受
け３２を有しており、用紙受け３２のシート搬送方向下
流側かつ装置本体３１内には、用紙受け３２に積載され
ているシートを１枚づつ搬入するピックアップローラ３
３が配設されている。そして、ピックアップローラ３３
のシート搬送方向下流側には、照射されたレーザ光に基
づき電子潜像を形成する感光体３４が配設されており、
感光体３４の周囲には、電子潜像をトナーにより現像す
る現像器３５、現像されたトナー像を搬送されてきたシ
ートに転写する転写器３６、図示しない１次、２次帯電
器、クリーナ等が配設されている。更に、感光体３４の
シート搬送方向下流側には、転写器３６により転写され
たシート上のトナー像を熱定着する定着器３７が配設さ
れており、定着器３７のシート搬送方向下流側にはプリ
ント済みのシートを装置本体３１外へ排出する排紙ロー
ラ３８が配設されている。なお、装置本体３１内にはレ
ーザ光を発生するレーザー走査装置３９が配設されてい
る。
【００３７】レーザー走査装置３９は、図２及び図３に
詳示するように、レーザビームを発射するレーザ発振手
段としてのレーザ発振器１と、レーザ発振器１から発射
されたレーザビームを集光する集光レンズ手段としての
集光レンズ２と、集光レンズ２により集光されたレーザ
ビームを任意の方向へ反射する走査ミラー４と、走査ミ
ラー４を回動してレーザビームを１次元的に走査させる
走査手段３と、走査されたレーザビームを反射して感光
体３４上の被走査面６をほぼ所定の速度で走査させる曲
面反射ミラー手段としての曲面反射ミラー５とを具備し
ている。なお、図３中の４０、４１は折り返しミラーで
あり、図２においては省略している。走査手段３の構成
要素の一つである走査モータの回転軸に軸倒れがある
と、ミラーの面倒れと同様の不具合を生じる虞があるの
で、モータ軸受けのスパンを長くとり、軸倒れを防止し
たモータを使用している。曲面反射ミラー５は、図４に
詳示するように、レーザの主走査方向が半径Ｒ1の球面
に形成されており、副走査方向が長径をＲ2、短径をＲ1
とする楕円面から構成されている。この曲面の曲率、楕
円率を変更することにより、走査方向と副走査方向とで
種々の方向に対応することが可能である。
【００３８】レーザダイオード１は、図５に示すよう
に、レーザ発振手段保持手段としてのレーザーホルダー
１１に紫外線硬化接着剤により固定されており、集光レ
ンズ２は集光レンズ枠８に紫外線硬化接着剤により固定
されている。そして、レンズ枠８は、レーザーホルダー
１１に固定されかつ集光レンズ枠８を軸方向Ｂに摺動自
在に保持するレンズ保持手段としてのレンズホルダー１
０により保持されており、レンズホルダー１０は、集光
レンズ枠８の線膨張率より大きくなる材料が選定されて
いる。例えば、集光レンズ枠８にはアルミ材が使用さ
れ、その線膨張率は約２×１０-5／℃であり、レンズホ
ルダー１０には鉄材が使用され、その線膨張率は約１×
１０-5／℃である。そして、レンズホルダー１０はレー
ザーホルダー１１に面１２が接するようにビス止めによ
り固定されている。レンズホルダー１０のレーザ発振器
１と接しない側には接着剤注入口１３が開設されてお
り、集光レンズ枠８の位置を設定した後、注入口１３よ
り紫外線硬化接着剤を注入して集光レンズ枠８をレンズ
ホルダー１０に固定する。また、レンズホルダー１０の
先端には、ビームスポット形を調整するためのスリット
２０が装着されている。そして、これらの構成要素によ
りレーザ発光ユニット２２が構成されている。
【００３９】前記走査ミラー４は、一方の面にアルミ蒸
着が行われてミラー仕上げとなっており、他の面はスリ
ガラス状の乱反射仕上げされている。また、非ミラー面
を墨塗りする方法もあるが、製造工程の上から、スリガ
ラスとする方がコスト的に有利である。走査ミラー４
は、大板硝子の状態でアルミ蒸着、保護層付け、スリガ
ラス仕上げを行った後に、矩形に切り分けるので、アル
ミを専用機械により切削してミラー面とするよりもコス
ト的に有利である。
【００４０】一方、レーザプリンタは、図６に示すよう
に、各部を制御するＣＰＵ４２を有しており、ＣＰＵ４
２には、レーザ走査装置４３と、駆動源としてのメイン
モータ４４を制御するメインモータドライバー４５と、
定着器３７を加熱するヒータ４６及び定着器３７の温度
を検出するサーミスタ４７を制御する定着制御回路４８
と、帯電器４９、転写器３６、現像器３５及び感光対３
４を制御する高圧制御回路５０と、ピックアップローラ
３３の駆動のＯＮ、ＯＦＦを行う給紙クラッチ５１、外
部装置が接続されるインタフェース５６とが接続されて
いる。レーザ走査装置４３は、走査手段３の構成要素で
ある走査モータ５２の駆動を制御する走査モータドライ
バー５３と、レーザダイオード１の光量を制御するレー
ザダイオード光量制御回路５４と、位置検出用受光素子
７からの信号によりレーザ光の基準位置を検出するレー
ザ位置検知回路５５とから構成されている。
【００４１】次に、本実施例の動作について説明する。
【００４２】用紙受け３２に積載されたシートはピック
アップローラ３３により１枚づつ搬入され、レーザー走
査装置３９から照射されたレーザ光により、帯電器４９
により一様に帯電された感光体３４上に電子潜像が描か
れる。感光体３４上に描かれた電子潜像は現像器３５に
よりトナー像に現像され、現像されたトナー像は転写器
３６により搬送されてきたシートに転写される。そし
て、現像済みのシート上のトナー像は定着器３７により
熱定着され、定着済みのシートは排紙ローラ３８により
装置本体３１外へ排出される。
【００４３】ここで、レーザー走査装置３９の動作を図
２及び図７により説明する。
【００４４】レーザダイオード１から発射されたレーザ
光は集光レンズ２へ入射され、集光レンズ２により集光
される。そして、集光レンズ２により集光されたレーザ
光は、有限の焦点を持った集光性のビームとなり、走査
手段３により所定の回転数で回転される一面のレーザ反
射面を持った走査ミラー４に入射される。走査ミラー４
により反射されたレーザ光は、一平面上を走査する走査
光となる。この走査光は、曲面のレーザ反射面を持った
曲面反射ミラー５に入射され、曲面反射ミラー５により
反射されたレーザ光は感光体３４上のレーザ光走査ライ
ン６へ到達され、感光体３４が走査される。
【００４５】一般に、レーザダイオード１は、レーザー
チップの層方向とその直角方向とではレーザ出射点が異
なる非点隔差が存在するが、球面で構成される光学系に
より集光されたレーザ光は、レーザーチップの層方向と
その直角方向とでは焦点の位置が異なることが確認され
ている。たとえば、非点隔差が１０μｍあり、光学系の
集光倍率が３０倍であるとした場合、焦点の位置ずれは
９ｍｍになる。そこで、本実施例においては、曲面反射
ミラー５の曲面を走査方向とその直角方向とで曲率を変
えて形成することにより焦点ずれが低減されている。従
って、曲面反射ミラー５は走査ライン６上に焦点を合わ
せる機能及び走査ライン６上でレーザ光の走査速度を一
定にする機能を有しているものと判断できる。
【００４６】例えば、走査ミラー４から曲面反射ミラー
５までの走査中心における距離Ｌ1を１４７ｍｍとし、
曲面反射ミラー５から走査ライン６までの距離Ｌ2を１
５３ｍｍとし、曲面反射ミラー５の反射曲面の長軸方向
の半径Ｒ1を４７０ｍｍとし、短軸方向の半径Ｒ2を４６
３ｍｍとし、回転中心軸を長軸方向の半径Ｒ1とした場
合、焦点位置誤差は、図８（ａ）に示すように、走査方
向の焦点位置誤差は１０１のようになり、走査方向と直
角方向の焦点位置誤差は１０２のようになる。なお、横
軸は走査中心方向に対するレーザ光の方向の角度を示す
ラジアン値である。走査位置誤差は図８（ｂ）に示すよ
うになっており、理想位置よりのずれ量を表している。
【００４７】また、走査ミラー４から曲面反射ミラー５
までの走査中心における距離Ｌ1を１７５ｍｍとし、曲
面反射ミラー５から走査ライン６までの距離Ｌ2を２０
５ｍｍとし、曲面反射ミラー５の反射曲面の長軸方向の
半径Ｒ1を５４３ｍｍとし、短軸方向の半径Ｒ2を５３７
ｍｍとし、回転中心軸を長軸方向の半径Ｒ1とした場
合、焦点位置誤差は、図９（ａ）に示すように、走査方
向の焦点位置誤差は１０３のようになり、走査方向と直
角方向の焦点位置誤差は１０４のようになる。なお、横
軸は走査中心方向に対するレーザ光の方向の角度を示す
ラジアン値である。走査位置誤差は図９（ｂ）に示すよ
うになっており、理想位置よりのずれ量を表している。
以上の２つの例において、走査位置誤差並びに焦点位置
誤差は十分に実用となるレベルである。
【００４８】なお、図８、図９はレーザダイオード１の
非点隔差がない場合のグラフであり、非点隔差がある場
合、図１０（ａ）に示すように、走査方向と副走査方向
と共に同一の円周率となった曲面反射ミラーの場合が示
されており、走査方向の焦点位置誤差は２１に示すよう
に変化し、非点隔差０の場合の垂直方向位置誤差は２２
ａに示すようになり、非点隔差が最大の場合の焦点位置
誤差は２２ｂに示すようになる。非点隔差のばらつきが
存在する場合は、Ｂで示した範囲内で垂直方向の焦点位
置誤差が決まる。一方、図１０（ｂ）は本発明の曲率を
持つ曲面反射ミラーの場合が示されており、図１０
（ａ）の場合に比べた円率を変化させることによりＤの
値を変化させることができることにより、全体の誤差を
図８（ａ）のＡに比べて小さくすることが可能となり、
より高解像度の走査装置とすることが可能となる。
【００４９】ここで、曲面反射ミラー５へレーザ光がθ
の角度で入射した場合を図７及び図１１を用いて説明す
る。
【００５０】レーザが一面反射ミラー４へ入る角度をα
＝９０°、β＝０°とする場合には、走査ライン６の地
点でレーザ光は破線６ａの走査湾曲が発生する。そこ
で、βの角度をほぼθの角度と同一にすることにより走
査湾曲が抑制される。βの角度を付けることによりレー
ザダイオード１のチップの層方向と副走査方向とを同じ
にすると、走査ミラーから反射したレーザ光は走査方向
とレーザダイオード１のチップの層方向と垂直方向の光
の方向が一致しなくなり、図１２に示すようにレーザビ
ームにゆがみが生じる。そこで、レーザダイオード１の
チップ層方向と副走査方向とがβとほぼ等しい角度が付
くようにすることにより、走査ミラー４により反射した
レーザ光のレーザダイオード１のチップ層方向に垂直な
レーザ光の方向と走査方向とをほぼ一致させることがで
き、レーザ光のゆがみを低減することができる。
【００５１】すなわち、図１３に示すように、走査モー
タ５２の回転軸１１２に対して走査ミラー４へ入射され
るレーザ光の光を発するレーザダイオードのチップ層方
向を１１３とすることにより、走査中央で１１１のの方
向へ反射されるレーザ光のレーザダイオード１のチップ
の層方向に垂直な光の方向と走査方向とをほぼ一致さ
せ、レーザビームのゆがみを最小限に抑える。上述実施
例においてはθ＝３．３°としたときβ＝０°では走査
湾曲は２ｍｍであったが、β＝３°にすることにより走
査湾曲を０．１ｍｍ以下とすることができた。
【００５２】次に、本発明の他の実施例を図１４を用い
て説明する。
【００５３】曲面反射ミラー５は、ポリカーボネート等
の樹脂材により精密成形されており、ミラー面はアルミ
蒸着され、その上に保護膜が形成されている。そして、
曲面反射ミラー５の有効走査領域外に領域内の曲面と異
なる反射面６０が一体に隣接して形成されており、この
反射面６０により受光素子７へレーザビームを反射し、
レーザビームの基準位置を検出するようになっている。
なお、反射面６０の形状はレーザ光が受光エリア上また
はその近傍で焦点を結ぶような形状となっており、この
形状は球面、非球面でもよく、上記の機能を満足すれば
よい。反射面６０の曲面形状を変更することにより受光
素子７の位置を自由に設定することが可能である。
【００５４】従って、走査ミラー４が矢印方向へ等速度
で回転され、レーザダイオードから出射されたレーザ光
は集光レンズ２を通過し、集光性のビームとなり、走査
ミラー４へ入射して反射される。反射されたレーザ光は
走査光となり、図中を右から左へ移動される。レーザ光
はまず曲面反射ミラー５の６０部分に入射され、反射
後、レーザビーム位置検出素子としての受光素子７へ入
射する。受光素子７は、レーザ光により検出信号が発生
され、この信号はＣＰＵ４２へ送られる。ＣＰＵ４２に
より位置検出の直後に一旦レーザが切られ、予め設定さ
れた時間後からインタフェース５６を介して外部装置か
ら送られるプリントデータに基づいてレーザがＯＮ／Ｏ
ＦＦされる。そして、走査ミラー４の回転に伴って曲面
反射ミラー５で反射されたレーザ光により記録ライン６
上を点滅しながら走査され、レーザ光により書き込みが
行われる。
【００５５】ここで、集光レンズ枠８とレンズホルダー
１０との接着位置について説明する。
【００５６】接着剤注入口１３より紫外線硬化接着剤が
注入され、集光レンズ枠８をレンズホルダー１０に固定
する。
【００５７】例えば、レーザダイオード１から接着剤注
入口１３までの距離をＬ3、集光レンズ２から接着剤注
入口１３までの距離をＬ4とすると、温度変化が発生し
た場合、レーザだイオード１と集光レンズ２との距離は
接着剤注入口１３の部分でレンズ枠８とレンズホルダー
１０が接着固定されているために所定量ΔＬだけ変化す
る。ΔＬは次式より求められる。
【００５８】 ΔＬ＝（１×１０-5×Ｌ3−２×１０-5×Ｌ4）Ｔ ＝（Ｌ3−２×Ｌ4）Ｔ×１０-5 上式よりＬ3の距離をＬ4の２倍の長さに設定すると、温
度変化ＴにかかわらずΔＬの値を０とすることが可能で
ある。また、Ｌ3の距離をＬ4の２倍の長さに設定しなく
ても、レンズ枠８とレンズホルダー１０を同材質とする
場合も、ΔＬを小さくすることが可能となる。すなわ
ち、Ｌ3＞Ｌ4であるので、レンズホルダー１０の材質の
線膨張率がレンズ枠８の材質の線膨張率よりも小さけれ
ば、ΔＬを有効に小さくし得る。レンズホルダー１０の
材質は鉄材で設定したが、線膨張率の小さい樹脂材料と
することも可能である。
【００５９】また、上述実施例においては、レーザ光束
を制限し、ビームスポット形を調整するためのスリット
２０は、レンズホルダー１０の先端部分に別部材として
装着されているが、図１５に示すように、集光レンズ枠
８と一体にスリット２１を形成してもよい。
【００６０】
【発明の効果】請求項１のレーザ走査装置によれば、レ
ーザ発振手段によりレーザビームが発射され、集光レン
ズ手段によりレーザ発振手段から発射されたレーザビー
ムが集光され、走査手段にて回動される走査ミラーによ
り集光レンズ手段にて集光されたレーザビームが任意の
方向へ反射され、レーザビームにより主走査方向に走査
され、レーザの主走査方向に球面かつ副走査方向に楕円
面に形成された曲面反射ミラー手段により走査されたレ
ーザビームが反射されて感光体の被走査面はほぼ所定の
速度で走査されるように構成したので、複数面の走査ミ
ラーを用いるときのように各面間の面の平行度の誤差に
より発生する反射後のビーム位置誤差を補正する機構を
必要とせず、走査速度の均一化、焦点ずれ補正のために
補正機構は非球面の曲面反射ミラー手段１枚で行える。
また、レーザ発振手段としてレーザダイオードを用いた
場合、非点隔差のために球面ミラーを用いた場合、走査
方向と副走査方向とでは焦点の位置が異なり、ミラーの
曲面を走査方向は円の一部とし、かつ副走査方向は楕円
の一部とすることにより焦点ずれを減少することができ
る。
【００６１】請求項２のレーザ走査装置によれば、レー
ザ発振手段保持手段によりレーザ発振手段が保持され、
集光レンズ枠により集光レンズ手段が保持され、集光レ
ンズ枠の線膨張率より大きくなる材料が選定されたレン
ズ保持手段により集光レンズ枠が軸方向に摺動自在に保
持され、接着剤注入口がレンズ保持手段のレーザ発振手
段保持手段と接しない側に形成され、集光レンズ枠の位
置が設定され、注入口より接着剤が注入されて集光レン
ズ枠がレンズ保持手段に固定されるように構成したの
で、温度変化により集光レンズ枠とレンズ保持手段とが
膨張しても集光レンズ枠の線膨張率よりレンズ保持手段
の線膨張率が大きいので、レーザ発振手段と集光レンズ
手段との距離の変化を最小限に抑えることができる。
【００６２】請求項３のレーザ走査装置によれば、一方
の面がミラー仕上げされかつ他の面が乱反射仕上げされ
た走査ミラーによりレーザビームは曲面反射ミラー手段
へ反射されるので、走査ミラーの製造が容易となる。
【００６３】請求項４のレーザ走査装置によれば、曲面
反射ミラー手段の有効走査領域外に領域内の曲面と異な
る反射面が一体に隣接して形成されているので、受光素
子へレーザ光を反射するための特別なミラーを省略する
ことができ、部品点数を低減することができる。
【００６４】請求項５のレーザ走査装置によれば、曲面
反射ミラー手段は樹脂材により成形されるので、容易に
製作を行える。
【００６５】請求項６のレーザ走査装置によれば、走査
ミラーから曲面反射ミラー手段までの距離と曲面反射ミ
ラー手段から走査ラインまでの距離とがほぼ等しくなる
ように配置され、走査ミラーへのレーザ光の入射角度が
主走査平面においては走査中央方向に対してほぼ直角と
され、副走査方向はレーザ光の曲面反射ミラー手段への
副走査方向の垂直方向に対する入射角度にほぼ等しい角
度とされるように構成したので、走査方向の焦点位置誤
差と副走査方向の焦点位置誤差を最低限の範囲に抑える
ことができ、走査位置誤差及び焦点位置誤差は十分に実
用となるレベルとすることができる。
【００６６】請求項７のレーザ走査装置によれば、レー
ザダイオードのチップの層方向と副走査方向がほぼ等し
い角度が付けられているので、走査ミラーから反射した
レーザ光のレーザダイオードチップの層方向に垂直に垂
直なレーザ光の方向と走査方向とをほぼ一致させること
ができる。
【００６７】請求項８のレーザ走査装置によれば、レー
ザ発振手段によりレーザビームが発射され、集光レンズ
手段によりレーザ発振手段から発射されたレーザビーム
が集光され、走査手段にて回動される走査ミラーにより
集光レンズ手段にて集光されたレーザビームが任意の方
向へ反射され、レーザビームにより主走査方向に走査さ
れ、レーザの主走査方向に球面かつ副走査方向に楕円面
に形成された曲面反射ミラー手段により走査されたレー
ザビームが反射されて感光体の被走査面をほぼ所定の速
度で走査されるように構成したので、複数面の走査ミラ
ーを用いるときのように各面間の面の平行度の誤差によ
り発生する反射後のビーム位置誤差を補正する機構を必
要とせず、走査速度の均一化、焦点ずれ補正のために補
正機構は非球面の曲面反射ミラー手段１枚で行え、ま
た、レーザ発振手段としてレーザダイオードを用いた場
合、非点隔差のために球面ミラーを用いた場合、走査方
向と副走査方向とでは焦点の位置が異なり、ミラーの曲
面を走査方向は円の一部とし、かつ副走査方向は楕円の
一部とすることにより焦点ずれを低減することができ、
レーザ発振手段保持手段によりレーザ発振手段が保持さ
れ、集光レンズ枠により集光レンズ手段が保持され、集
光レンズ枠の線膨張率より大きくなる材料が選定された
レンズ保持手段により集光レンズ枠が軸方向に摺動自在
に保持され、接着剤注入口がレンズ保持手段のレーザ発
振手段保持手段と相反する側に形成され、集光レンズ枠
の位置が設定され、注入口より接着剤が注入されて集光
レンズ枠がレンズ保持手段に固定されるので、温度変化
により集光レンズ枠とレンズ保持手段とが膨張しても集
光レンズ枠の線膨張率よりレンズ保持手段の線膨張率が
大きいので、レーザ発振手段と集光レンズ手段との距離
の変化を最小限に抑えることができ、曲面反射ミラー手
段の有効走査領域外に領域内の曲面と異なる反射面が一
体に隣接して形成されているので、受光素子へレーザ光
を反射するための特別なミラーを省略することができ
る。
【００６８】請求項９のレーザ走査装置によれば、曲面
反射ミラー手段の反射面に照射されたレーザの反射光路
上に配置された受光素子によりレーザビームの基準位置
を検出するので、特別な反射ミラーを必要とせず、部品
点数を低減できる。
【００６９】請求項１０のレーザ走査装置によれば、曲
面反射ミラー手段の反射面により反射されたレーザは前
記受光素子の近傍に焦点を結ぶように構成したので、正
確な基準位置を検出することができる。
【００７０】請求項１１のレーザ走査装置によれば、集
光レンズ枠のレーザ出射光に矩形開口部を持つスリット
が一体に形成されるので、部品点数を低減してコストダ
ウンを図ることができる。
【００７１】請求項１２のレーザ走査装置によれば、レ
ーザビームが集光レンズを出た後は集光性を有するの
で、設計の自由度を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わるレーザプリンタを示
す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係わるレーザ走査装置を示
す概略構成図である。
【図３】本発明の一実施例に係わるレーザ走査装置を示
す概略構成図である。
【図４】本発明の一実施例に係わるレーザ走査装置の曲
面反射ミラーを示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係わるレーザ走査装置のレ
ーザ発光ユニットを示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例に係わるレーザプリンタの制
御系を示すブロック図である。
【図７】本発明の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施例に係わるレーザ走査装置の走
査位置誤差と焦点位置誤差を示す図である。
【図９】本発明の一実施例に係わるレーザ走査装置の走
査位置誤差と焦点位置誤差を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例に係わるレーザ走査装置の
曲面ミラーの硬化を説明するための図である。
【図１１】本発明の動作を説明するための図である。
【図１２】ビーム形状を示す図である。
【図１３】本発明の動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１６】従来のレーザ走査装置を示す概略構成図であ
る。
【図１７】レーザ走査装置の非点隔差を説明するための
図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 集光レンズ 3 走査手段 4 走査ミラー 5 曲面反射ミラー 7 受光素子 8 集光レンズ枠 10 レンズホルダー 11 レーザーホルダー 13 接着剤注入口 20、21 スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−7922（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−137223（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−15231（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−194814（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−43370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−80923（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/10 G02B 17/00

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザビームを発射するレーザ発振手段
    及び前記レーザ発振手段から発射されたレーザビームを
    集光する集光レンズ手段から構成されるレーザ発光ユニ
    ットと、前記集光レンズ手段により集光されたレーザビ
    ームを主走査方向に走査させるための走査ミラーを含む
    レーザ走査手段と、走査されたレーザビームを反射させ
    るための曲面反射ミラー手段と、前記曲面反射ミラー手
    段により反射されたレーザビームを受け取る感光体とを
    具備し、該曲面反射ミラー手段は、レーザビームの主走
    査方向に球面を呈し、且つ副走査方向に楕円面を呈して
    おり、前記感光体の被走査表面上でレーザビームがほぼ
    一定の速度で移動することを特徴とするレーザ走査装
    置。
  2. 【請求項２】 前記レーザ発振手段を保持するレーザ発
    振手段保持手段と、前記集光レンズ手段を保持する集光
    レンズ枠と、前記集光レンズ枠の線膨張率より大きくな
    る材料が選定され、かつ前記集光レンズ枠を軸方向に摺
    動自在に保持するレンズ保持手段と、前記レンズ保持手
    段のレーザ発振手段保持手段と接しない側に形成された
    接着剤注入口とを具備し、前記集光レンズ枠の位置を設
    定し、前記注入口より接着剤を注入して前記集光レンズ
    枠を前記レンズ保持手段に固定する請求項１に記載のレ
    ーザ走査装置。
  3. 【請求項３】 前記走査ミラーは、一方の面がミラー仕
    上げされかつ他の面が乱反射仕上げされた矩形のガラス
    板から構成された請求項１に記載のレーザ走査装置。
  4. 【請求項４】 前記曲面反射ミラー手段の有効走査領域
    外に領域内の曲面と異なる反射面を一体に隣接して形成
    した請求項１に記載のレーザ走査装置。
  5. 【請求項５】 前記曲面反射ミラー手段を樹脂材により
    成形した請求項１に記載のレーザ走査装置。
  6. 【請求項６】 前記走査ミラーから前記曲面反射ミラー
    手段までの距離と前記曲面反射ミラー手段から前記感光
    体上でレーザビームが走査された走査ラインまでの距離
    とがほぼ等しくなるように配置し、前記走査ミラーへの
    レーザ光の入射角度を主走査平面においては走査中央方
    向に対してほぼ直角とし、副走査方向はレーザ光の曲面
    反射ミラー手段への副走査方向の垂直方向に対する入射
    角度にほぼ等しい角度とした請求項１に記載のレーザ走
    査装置。
  7. 【請求項７】 前記レーザ発振器をレーザダイオードか
    ら構成し、レーザダイオードのチップの層方向を走査ミ
    ラーへの副走査方向の入射角度にほぼ等しい角度傾斜さ
    せた方向とした請求項１に記載のレーザ走査装置。
  8. 【請求項８】 レーザビームを発射するレーザ発振手段
    及びレーザ発振手段から発射されたレーザビームを集光
    する集光レンズ手段から構成されるレーザ発光ユニット
    と、集光レンズ手段により集光されたレーザビームを主
    走査方向に走査させるための走査ミラーを含むレーザ走
    査手段と、走査されたレーザビームを反射させるための
    曲面反射ミラー手段と、前記曲面反射ミラー手段により
    反射されたレーザビームを受け取る感光体と、前記レー
    ザ発振手段を保持するレーザ発振手段保持手段と、前記
    集光レンズ手段を保持する集光レンズ枠と、前記集光レ
    ンズ枠の線膨張率より大きくなる材料が選定され、かつ
    前記集光レンズ枠を軸方向に摺動自在に保持するレンズ
    保持手段と、前記レンズ保持手段のレーザ発振手段保持
    手段と接しない側に形成された接着剤注入口とを具備
    し、該曲面反射ミラー手段は、レーザビームの主走査方
    向に球面を呈し、且つ副走査方向に楕円面を呈し、さら
    に有効走査領域外に領域内の曲面と異なる反射面を有し
    ており、前記感光体の被走査表面上でレーザビームがほ
    ぼ一定の速度で移動し、また、前記集光レンズ枠の位置
    を設定し、前記注入口より接着剤を注入して前記集光レ
    ンズ枠を前記レンズ保持手段に固定することを特徴とす
    るレーザ走査装置。
  9. 【請求項９】 前記曲面反射ミラー手段の反射面に照射
    されたレーザの反射光路上に受光素子を配置した請求項
    ８に記載のレーザ走査装置。
  10. 【請求項１０】 前記曲面反射ミラー手段の反射面によ
    り反射されたレーザは前記受光素子の近傍に焦点を結ぶ
    請求項９に記載のレーザ走査装置。
  11. 【請求項１１】 前記集光レンズ枠のレーザ出射口に矩
    形開口部を持つスリットを一体に形成した請求項８に記
    載のレーザ走査装置。
  12. 【請求項１２】 前記レーザダイオードより発散される
    レーザビームを集光する集光レンズを通ったレーザビー
    ムは集光性を有する請求項７に記載のレーザ走査装置。
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