JP3198103B2

JP3198103B2 - 光偏向装置の製造方法

Info

Publication number: JP3198103B2
Application number: JP31638089A
Authority: JP
Inventors: 貴志白石; 雅夫山口; 大村　　健; 成人吉田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: US5239403A; JPH03177811A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明はレーザプリンタ等の装置に用いられる走査
式光学装置、特に、半導体レーザ素子からの光ビームを
走査対象物へ導く光偏向装置の改良に関する。

（従来の技術）一般に、レーザプリンタなどの装置に組込まれる走査
式光学装置では、光ビームを走査対象物に偏向する光偏
向装置を備えている。この光偏向装置では、入射された
光ビームは等角速度で走査するために回転多面鏡（ポリ
ゴンミラー）が用いられる。この回転多面鏡は、モータ
の回転軸に固定された複数の非平面形状の反射面を有す
る多面鏡であって、感光体の記録面に記録すべき情報を
偏向走査する。

従来、この種の多面鏡としては、６或いは10面の反射
面を有する回転多面鏡が知られている。この回転多面鏡
は、感光体の副走査方向における回転速度（周速）と比
べて非常に高速（例えば16,000r.p.m）で回転してい
る。また、一つの面によって走査される線幅、即ち、主
走査方向における一回のスキャンによって感光体に照射
される光ビームの幅は、数10μｍ〜概ね100μｍと非常
に狭く、また、反射面形状が非平面であるから走査対象
物に走査される光ビームのビーム径の変化を考慮して、
各反射面と回転軸の中心からの距離の変動は、概ね５μ
ｍ以内に押さえれている。従って、回転軸と多面鏡の固
定に際しては、多面鏡自身の偏心或いは反射面の倒れを
吸収する必要性から高精度に位置決めされている。この
位置決めにあっては、回転多面鏡を回転軸に圧入するな
どの方法が用いられている。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、回転軸と多面鏡の固定に際しては、
多面鏡自身の偏心或いは反射面の倒れを吸収する必要性
から高精度に位置決めされている。しかしながら、多面
鏡を回転軸に圧入するに際して、僅かに傾いた状態で或
いは偏心した状態で挿入されることにより歩留りが悪く
なるという問題がある。また、多面鏡が回転軸の中心に
固定された場合であっても、回転軸がモータに対して傾
いて配置される場合には多面鏡の回転に対して同期して
発生する軸振れが生じるという問題がある。この結果、
多面鏡を回転軸に挿入する際の歩留りの低下及びモータ
の軸振れを吸収するために用いられる高価なダイレクト
ベアリング等によってコストが高くなってしまう。

この発明は、光偏向装置に用いられる回転多面鏡とこ
の多面鏡を回転させるモータの回転軸とを簡単な方法で
しかも高精度に位置決め可能な光偏向装置を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、互
いに直交する２組以上で、４×ｍ（ｍは自然数）により
定義可能な複数の非平面の反射面からなる多面鏡と、こ
の多面鏡を所定速度で回転させるモータと、からなる光
偏向装置において、前記多面鏡を、前記モータの回転軸に対し、第１の組
の反射面の接線と直交する方向に移動させることにより
前記回転軸と前記多面鏡とが位置決めされたのち、前記
第１の組と直交する第２の組の反射面の接線と直交する
方向に移動させることにより、走査対象物に結像された
光ビームのビーム径の変動が所定範囲内となる前記回転
軸と前記多面鏡との間の所定位置に位置決めされること
を特徴とする光偏向装置の製造方法を提供するものであ
る。

また、この発明は、互いに直交する２組以上で、４×
ｍ（ｍは自然数）により定義可能な複数の非平面の反射
面からなる多面鏡と、この多面鏡を所定速度で回転させ
るモータと、からなる光偏向装置において、前記多面鏡を、前記モータの回転軸に対し、第１の組
の反射面の接線と直交する方向に移動させることにより
走査対象物に結像された光ビームのビーム径の変動が所
定範囲内となるよう、前記回転軸と前記多面鏡とが位置
決めされたのち、前記第１の組と直交する第２の組の反
射面の接線と直交する方向に移動させることにより、走
査対象物に結像された光ビームのビーム径の変動が所定
範囲内となる前記回転軸と前記多面鏡との間の所定位置
に位置決めされることを特徴とする光偏向装置の製造方
法を提供するものである。

（作用）この発明によれば、互いに直交する２組以上で、４×
ｍ（ｍは自然数）により定義可能な複数の非平面の反射
面からなる多面鏡と、この多面鏡を所定速度で回転させ
るモータと、からなる光偏向装置において、前記多面鏡
を、前記モータの回転軸に対し、第１の組の反射面の接
線と直交する方向に移動させることにより前記回転軸と
前記多面鏡とが位置決めされたのち、前記第１の組と直
交する第２の組の反射面の接線と直交する方向に移動さ
せることにより、第１の組をなす反射面を平行移動した
場合に、それ以外の組をなす（即ち第１の組をなす反射
面と直交する）反射面により反射されて感光体に結像さ
れた光ビームの結像状態に影響が生じないよう、それぞ
れの組の反射面が光ビームに与える特性を分離できる。
従って、モータの回転軸に多面鏡を固定する際に、偏芯
或いは傾きが簡単な調整で除去されるともに容易に位置
決め可能となる。また、回転軸とモータの固定の際に軸
振れが生じた場合であっても、回転多面鏡と回転軸の僅
かな調整のみによって、所定の許容範囲内に調整可能で
ある。従って、光偏向装置の組立て及び調整が簡素化さ
れ、装置全体のコストが低減される。なお、光偏向装置
と走査対象物すなわち感光体との間に設けられ、特別な
ｆθ特性を有する第３プラスチックレンズにより、副走
査方向に関して、光偏向装置の多面鏡と感光体の全ての
面上における面倒れ補正面が一致されることにより、感
光体に照射される光すなわち感光体に形成される画像の
歪み等が除去される。

（実施例）以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。

第2A図及び第2B図には、この発明の一実施例である走
査式光学装置が示されている。第2A図は、この走査式光
学装置の副走査方向における偏向角０゜の状態における
断面図、第2B図は、第2A図に示した装置のカバーを取除
いた状態の底面図である。

第2A図及び第2B図を用いて、光学装置の詳細を説明す
る。この光学装置は、光学装置を形成する光学部材を保
持する枠体２を備えている。この枠体２は、光源即ち半
導体レーザ素子４及びガラスレンズ12を収容する鏡筒
６、この鏡筒６即ちレーザ４及びガラスレンズ12と対向
する一対のシリンダレンズである第１プラスチックレン
ズ14及び第２プラスチックレンズ16を有し、レンズ14及
びレンズ16が一体形成されたシリンダユニット８を備え
た第一結像光学系、第一結像光学系からの光ビームを走
査対象物へ走査するアキシャルギャップ型のスキャナモ
ータ44のロータ上に配置され反射面が非平面に形成され
た多面鏡であって、所定の方向に回転される光偏向装
置、及び、第３プラスチックレンズ18、折返しミラー21
及び防塵ガラス22を有し、多面鏡42によって走査対象物
に向かって走査された光ビームを集束させる第二結像光
学系を同一平面内に保持している。

半導体レーザ素子４（以下LDとする）から放射された
光ビームは、ガラスレンズ12によって集束光或いは平行
光に変換され、主走査方向へは負のパワーを有し副走査
方向へは僅かに負のパワーを有する第１プラスチックレ
ンズ14へ導かれる。レンズ14を通過した光ビームは、主
走査方向において平行光或いは集束光に、また、副走査
方向では集束光に変換され、この第１プラスチックレン
ズ14と第２プラスチックレンズ16の間に配置された折返
しミラー20を介して、主走査方向に関しては正のパワー
を有し、副走査方向に対しては負のパワーを有する第２
プラスチックレンズ16へ導かれる。

レンズ16を通過した光ビームは、主走査方向及び副走
査方向ともに集束光に変換され、主走査方向の断面が凸
で半径Ｒの円筒面の一部を反射面として有する４面の回
転多面鏡である偏向反射鏡42へ導かれる。この回転多面
鏡42には、回転多面鏡42のみを用いた場合に、図示しな
い情報記録媒体面上における像面湾曲が像面よりも
「−」側に補正されるように、曲率Ｒが与えられてい
る。即ち、一般に、回転多面鏡42のみが用いられて像面
湾曲が補正されるには、Ｒを回転多面鏡の反射面の内接
円の半径とし、上記回転角θの際の偏向点から情報記録
媒体面までの距離ＺθがZ0＝Ｚθで示されるとき、回転
多面鏡の回転角が０のときの偏向点から情報記録媒体面
までの距離Z0と上記回転角θの間に、 R/Z ＝｛1/cosθ＋cosθ／（１＋cosθ）−１｝の関係が成立つ必要があり、右辺は、すべてのθに対し
て0.5以上になってしまう。その結果、ｆθ特性＝（ｈ−ｆθ）/fθ×100 で示されるｆθ特性は、回転角θの絶対値が大きくなる
につれて、「−」から「＋」側へ大きく移動することに
なる。従って、中心部よりも端部で屈折率の大きな一種
のｆθレンズが必要になり、このようなレンズを挿入す
ると、回転角θが大きくなるにつれて像面湾曲が回転多
面鏡側へ移動するという問題が生じる。

このため、この実施例では、回転多面鏡42のみを用い
たばあいには光偏向装置の回転角θが大きくなるにつれ
て像面湾曲が回転多面鏡と反対の側即ち「−」側へ移動
するように反射面の曲率Ｒが設定され、その後、その
後、一種のｆθレンズによってｆθ特性及び像面湾曲が
補正されている。この曲率Ｒは、第1A図に示されている
ように回転多面鏡の回転角θが０゜のときの偏向点から
情報記録媒体面までの距離Z₀と上記回転角θの間に、Ｒ
を回転多面鏡の反射面の内接円の半径とするとき、Ｒ＜0.5Z の条件をみたすことが好ましく、この実施例では、Ｒ＝79.65,Z＝187.12 が与えられている。

回転多面鏡42へ導かれた光ビームは、第２結像光学系
の面倒れを補正する一種のｆθレンズである第３プラス
チックレンズ18へ向かって反射される。このレンズ18
は、主走査方向へは反射面の回転角θに対して像高を比
例させたｈ＝ｆθを満たす形状で、副走査方向へは主走
査方向への偏向角が大きくなるに連れてパワーが小さく
なる曲率が与えられた一種のｆθレンズであって、主走
査方向においては前記光ビームの像面湾曲の影響を低減
し、且つ、歪曲収差を適切な値にするとともに、副走査
方向では前記光ビームが感光体16に照射される際の感光
体のすべての面上における面倒れ補正面を一致させる。

レンズ18を通過した光ビームは、第２の折返しミラー
22で反射され、光学系ハウジング２内のレンズなどを密
閉するための防塵ガラス24を介して、情報記録媒体即ち
感光体30へ導かれる。感光体30は図示しない他の駆動源
によって駆動され所定の方向に回転し、その外周面に画
像が露光される。この感光体30に露光された画像は、図
示しない顕像手段によって現像され転写用材料に転写さ
れる。

また、一種のｆθレンズ18を通過した光ビームの一部
は、主走査方向におけるスキャン毎に図示しない同期信
号検出器へ向かって反射されて水平同期が検出される。

第1A図及び第1B図には、第2A図及び第2B図に示されて
いる走査式光学装置に組込まれる光偏向装置50の詳細が
示されている。モータ本体52は、走査式光学系を形成す
る図示しない光学系ベースに固定されている。このモー
タ本体52は、軸受60を収容する内筒54、回転力を発生さ
せるために内筒に固定されているステータコイル64、ロ
ータの回転を検出するセンサ68及びステータコイルへの
図示しない電源供給源を備えている。内筒54は、両端に
軸受が挿入される軸受支持部56を有し、この軸受支持部
56に転動体例えばボール、ローラ等で形成された軸受60
を収容している。この軸受60は、その内輪部にモータの
回転軸58を滑らかに回転可能に支持している。モータの
回転軸58は、軸受60の内輪を貫通し、その一端には、モ
ータの回転部分であるロータ70及び４或いは８に分割さ
れた多面鏡80を備えている。この多面鏡80は、回転軸58
と一体形成され、その回転軸の一端にロータ70を備えて
いる。ロータ70は、モータ本体52に固定されているステ
ータコイルによって発生される磁界に対して所定の回転
方向へ回転するための磁界を発生させるロータコイル7
2、及び、回転検出センサ68に回転状態を伝達するマグ
ネット76を備えている。また、モータの回転軸58の他の
一端は、スラストワッシャ等の滑り材62を介して固定部
材66によってモータ本体52から抜けないよう固定されて
いる。

次に、光偏向装置の動作について説明する。モータ本
体52のステータコイル64には、図示しない電源供給手段
によって所定の磁界を発生させるための電流が供給され
る。同時に、回転軸58に固定されているロータ70のロー
タコイル72には、図示しない電源供給手段によってステ
ータコイル64で発生される磁界に対して所定の回転方向
へ回転するための磁界を発生させる電流が供給される。
この２つのコイルに供給される電流によって生じた２つ
の磁界によって、ロータ70が所定の方向に回転する。従
って、回転軸58と一体形成されている多面鏡80が所定の
方向に回転される。ロータ70の回転状態は、ロータ70に
取付けられたマグネット76の位置をモータ本体52に取付
けられた回転検出センサ68が検出することで監視され
る。このセンサ68で検出された信号が図示しないモータ
制御回路で処理され、ステータコイル64とロータコイル
72に供給される電流が制御されてモータの回転数が制御
される。この結果、多面鏡80が所定の回転数で回転され
る。

第3A図及び第3B図には、回転多面鏡80及びモータの回
転軸58の固定方法が示されている。第3A図及び第3B図に
示したように回転多面鏡80は、モータの回転軸58のを収
容する貫通穴82を有している。この回転多面鏡80は、回
転軸58に固定、或いは、一体形成されているロータ上の
座面にばね材84によって数Kg/cm²の圧力で押付けられて
止め輪86によって高精度に位置決めされている。この多
面鏡80は、後述の方法によって多面鏡80の中心から反射
面Ｍの各面Ａ乃至Ｄ毎のズレが補正されて位置決め固定
される。また、この方法によって、回転軸58とモータ52
によって発生される固有の軸振れも除去可能である。

多面鏡80は、金属材料による切削加工、金属材料或い
は樹脂材料による成型加工のいづれの方法で形成されて
も良く、また、樹脂材料が用いられる場合には、光ビー
ムを透過する材料が用いられても良い。この場合、反射
面Ｍに対して例えばアルミニウム等の反射率増加材料が
蒸着され、或いは、液体光輝アルミ等の増反射剤が塗布
される。この増反射剤の塗布或いは反射率増加材料の蒸
着は、金属材料による切削加工によって形成される多面
鏡にも用いられて良いことはいうまでもない。

第4A図乃至第4C図には、回転多面鏡80及び回転軸58の
位置決め方法が示されている。第4A図は、４面の反射面
を有する多面鏡80の第１反射面をａ、第２反射面をｂ、
第３反射面をｃ、第４反射面をｄとし、互いに平行な反
射面ｂの接線及び反射面ｄの接線と直交する軸が基準軸
ｕ、同様に、互いに平行な反射面ａの接線及び反射面ｃ
の接線と直交する軸が基準軸ｖで示されるとき、回転多
面鏡80が本来固定されるべき基準軸ｕと基準軸ｖの交点
ｏが軸Ｕと軸Ｖの交点Ｏにズレた状態が示されている。
第4B図は、回転軸58及び多面鏡80を位置決めする第一の
工程を、第4C図は、同様に第二の工程を示している。

第一の工程では、多面鏡80は、軸Ｖ（基準軸ｖ）に沿
って即ち第4B図に示したＸ方向に平行に移動される。従
って、軸ズレを含んだ軸Ｕは基準軸ｕに一致される。こ
の場合、反射面ａ及びｃと直交する接線を有する反射面
ｂ及びｄは、平行移動されるのみであって、その反射面
の反射特性には変化が生じない。第二の工程では、基準
軸ｕ（軸Ｕ）に沿って即ち第4C図に示したＹ方向に平行
に移動される。従って、軸ズレを含んだ軸Ｖは基準軸ｖ
に一致される。この場合もまた、反射面ｂ及びｄと直交
する接線を有する反射面ａ及びｃは、平行移動されるの
みであって、その反射面の反射特性には変化が生じな
い。即ち、反射面が４面に形成される多面鏡が用いられ
る場合には、対をなす反射面を、その反射面の接線と直
交する方向に移動するに際して、別の（上記第一の対を
なす反射面と直交する）対をなす反射面の反射特性変化
を考慮する必要がなくなる。

第5A図乃至第5C図には、多面鏡の反射面が６面或いは
８面に形成された場合の多面鏡および回転軸の位置決め
の例が示されている。

第5A図には、比較例として６面の反射面を有する多面
鏡が用いられる場合が示されている。この実施例に利用
される多面鏡では、反射面が非平面に形成されることか
ら、第一の対をなす反射面（例えばe,h面）を平行移動
することによって第二及び第三の対をなす反射面（例え
ばf,i面及びg,j面）に反射特性変化が生じる。即ち、第
一の対をなす反射面（例えばe,h面）に対して90゜の位
相差を有する面が存在しないことから第一の対をなす反
射面の平行移動と第二及び第三の対をなす反射面（例え
ばf,i面及びg,j面）の反射特性が分離できないことから
各反射面の対を独立して調整することが困難となり、第
一及び第二の調整工程終了後、第三或いは第四若しくは
それ以上の調整工程が必要となる。換言すると、第4A図
乃至第4C図に示した４面の反射面を有する多面鏡が用い
られる場合には、対をなす反射面を移動させても、別の
（第一の対をなす反射面と直交する）対をなす反射面の
反射特性変化が生じないが、６面の反射面を有する多面
鏡の場合には、別の対をなす反射面に反射特性変化を与
えてしまう。

第5B図及び第5C図には、８面の反射面を有する多面鏡
が用いられる場合が示されている。この場合も、第一の
工程で，面をｘ軸方向に平行移動し、第二の工程で
，面をｙ軸方向に平行移動することで、多面鏡中心
はＯ′に移動され、多面鏡80と回転軸58とが位置決めさ
れる。

以上説明したように、４の倍数で規定される数の反射
面を有する多面鏡80が用いるられる場合には、この多面
鏡80と回転軸58とは、２つの工程のみで容易に位置決め
される。さらに、回転軸58とモータ52によって発生され
る固有の軸振れに対しては、上記位置決め工程を用いて
回転軸とモータの固定位置を微調整することで、容易に
許容範囲内に収めることができる。

（発明の効果）この発明によれば、回転多面鏡とモータの回転軸とが
高精度に位置決めされる。また、部品点数が低減される
とともに、多面鏡と回転軸との組立て調整が簡素化され
る。この結果、装置全体が小型化できるとともに光走査
装置の重量も低減される。また、光走査装置のコストが
大幅に低減される。なお、この発明の光走査装置におい
ては、光偏向装置と走査対象物すなわち感光体との間に
設けられ、特別なｆθ特性を有する第３プラスチックレ
ンズにより、副走査方向に関して、光偏向装置の多面鏡
と感光体の全ての面上における面倒れ補正面が一致され
ることにより、感光体に照射される光すなわち感光体に
形成される画像の歪み等が除去される。

【図面の簡単な説明】

第1A図は、第２図に示す光学装置に用いられる光偏向装
置の平面図、第1B図は、第1A図に示した光偏向装置の断
面図、第2A図は、この発明の一実施例である光偏向装置
が組込まれている走査式光学装置の副走査方向における
偏向角０゜の状態を示す平面図、第2B図は、第2A図に示
した光学装置の底面カバーを取除いた状態の底面図、第
3A図は、多面鏡と回転軸の固定方法を示す平面図、第3B
図は、多面鏡と回転軸の固定方法を示す断面図、第4A図
乃至第4C図は、多面鏡と回転軸の位置決め方法を示す概
略図、第5A図は、反射面が６面に形成される場合の多面
鏡と回転軸の位置決めを示す概略図、第5B図及び第5C図
は、反射面が８面に形成される場合の多面鏡と回転軸の
位置決めを示す概略図である。 12……有限レンズ、14……第１プラスチックレンズ、16
……第２プラスチックレンズ、18……第３プラスチック
レンズ、30……感光体、50……光偏向装置、52……モー
タ、58……モータの回転軸、60……軸受、80……回転多
面鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大村健神奈川県川崎市幸区柳町70番地株式会社東芝柳町工場内 (72)発明者吉田成人神奈川県川崎市幸区柳町70番地株式会社東芝柳町工場内 (56)参考文献特開昭61−173211（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−214333（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−42013（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに直交する２組以上で、４×ｍ（ｍは
自然数）により定義可能な複数の非平面の反射面からな
る多面鏡と、この多面鏡を所定速度で回転させるモータ
と、からなる光偏向装置において、前記多面鏡を、前記モータの回転軸に対し、第１の組の
反射面の接線と直交する方向に移動させることにより前
記回転軸と前記多面鏡とが位置決めされたのち、前記第
１の組と直交する第２の組の反射面の接線と直交する方
向に移動させることにより、走査対象物に結像された光
ビームのビーム径の変動が所定範囲内となる前記回転軸
と前記多面鏡との間の所定位置に位置決めされることを
特徴とする光偏向装置の製造方法。
【請求項２】互いに直交する２組以上で、４×ｍ（ｍは
自然数）により定義可能な複数の非平面の反射面からな
る多面鏡と、この多面鏡を所定速度で回転させるモータ
と、からなる光偏向装置において、前記多面鏡を、前記モータの回転軸に対し、第１の組の
反射面の接線と直交する方向に移動させることにより走
査対象物に結像された光ビームのビーム径の変動が所定
範囲内となるよう、前記回転軸と前記多面鏡とが位置決
めされたのち、前記第１の組と直交する第２の組の反射
面の接線と直交する方向に移動させることにより、走査
対象物に結像された光ビームのビーム径の変動が所定範
囲内となる前記回転軸と前記多面鏡との間の所定位置に
位置決めされることを特徴とする光偏向装置の製造方
法。