JP3375488B2

JP3375488B2 - 走査光学装置

Info

Publication number: JP3375488B2
Application number: JP17190796A
Authority: JP
Inventors: 直之岡本
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: US5898514A; JPH09329757A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザープリン
ター等の光学系として用いられる走査光学装置に関し、
特に、絞り板の設定に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザープリンター等の装置の小型化に
伴い、光学系として用いられる走査光学装置にもよりコ
ンパクトな構成が要求されている。この種のコンパクト
な走査光学装置として、例えば特開平６−２６５８１０
号公報に開示されるように、ポリゴンミラーで偏向され
たレーザー光を曲面ミラーにより副走査方向に角度をつ
けて再度ポリゴンミラー側に折り返し、これをアナモフ
ィックレンズを介して走査対象面上に導く反射型の走査
光学装置が知られている。

【０００３】ポリゴンミラーの反射面は回転軸と平行で
あり、回転軸に直交する平面を基準平面とすると、各反
射面は基準平面に対して直交することとなる。光源から
入射する光束を上記のようにポリゴンミラーで副走査方
向に分離するため、光源は、ポリゴンミラーへの入射光
が副走査面内において前記の基準平面に対して所定の角
度傾くよう配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
公報に記載される反射型走査光学装置は、光源からポリ
ゴンミラーに至る光路が反射系を用いずに一直線状に構
成されているため、この直線方向における装置の大きさ
を光源とポリゴンミラーとの距離より小さくすることが
できず、更なる小型化の要求に応じられないという問題
がある。

【０００５】光学系を小型化するためには、光源からポ
リゴンミラーに至る光路中にミラーを設けて光路を曲げ
ればよい。光束が走査される方向(主走査方向)に関して
は、曲面ミラー、アナモフィックレンズの幅が装置の大
きさを決定づけているため、光源からポリゴンミラーに
至る光路を途中で主走査方向に沿うよう曲げたとして
も、装置全体の大きさには殆ど影響しない。

【０００６】平面ミラーにより光路を曲げる場合の最も
簡単な構成は、上記公報の光源とポリゴンミラーとの位
置関係を光学的に等価に保ちつつ、平面ミラーを付加す
ることである。平面ミラーの法線は基準平面に対して平
行になり、ミラーによる反射を無視して光路を展開する
と、上記公報に示した従来例と等しくなる。この構成に
よれば、ポリゴンミラーに入射する光束の進む方向での
光学系が占めるスペースを小さくすることができるが、
副走査方向における高さを従来より小さくすることはで
きない。

【０００７】光学系の副走査方向における高さを小さく
するためには、平面ミラーに入射する光束の方向を基準
平面に対して平行にすればよい。ただし、この場合には
ポリゴンミラーに対する入射光を基準平面に対して傾け
るために、代わりに平面ミラーの法線が基準平面に対し
て傾くよう設定する必要がある。

【０００８】平面ミラーの法線を基準平面に対して傾け
るための第１の構成は、基準平面自体をケーシングの底
面に対して傾け、平面ミラーへの入射光路、平面ミラー
の法線を共にケーシングの底面に対して平行に設定し、
ポリゴンミラーをその回転軸がケーシング底面に対して
傾くよう配置することである。ただし、この第１の構成
では、ポリゴンミラーのケーシングへの取付、調整が困
難である。

【０００９】平面ミラーの法線を基準平面に対して傾け
るための第２の構成は、基準平面をケーシングの底面に
対して平行とし、平面ミラーへの入射光路をケーシング
の底面に対して平行に設定し、ポリゴンミラーをその回
転軸がケーシング底面に対して垂直になるよう配置し、
平面ミラーをその法線がケーシング底面に対して傾くよ
う配置することである。ただし、この第２の構成では、
以下に示す走査対象面上でのスポット形状が崩れるとい
う問題がある。

【００１０】一般に、走査光学系では、像面上でのスポ
ットの形状を副走査方向に長く、主走査方向に短くする
ことが望ましく、光源の近傍に主走査方向に長い径、副
走査方向に短い径を持つスリットが形成された絞り板が
配置されている。このスリットにより光束の径が主走
査、副走査の各方向で異なることとなり、実質的に光学
系のＦナンバーを異ならせ、スポット径を異ならせるこ
とができる。

【００１１】しかしながら、第２の構成のように平面ミ
ラーの法線を底面に対して傾けた場合、平面ミラーでの
反射時に光束の断面の方向性にねじれが発生し、スリッ
トの長手方向が従来例と同様にケーシングの底面に対し
て平行であると、ポリゴンミラーの反射面上ではスリッ
トの長辺方向に相当する方向がねじれのために主走査方
向に一致しない。したがって、実質的にＦナンバーが小
さくなる方向が主走査方向に一致せず、走査対象面上に
形成されるスポットの方向性が理想的な方向から所定角
度回転する。主走査方向に短径をもつ理想的な方向性を
もつスポットが回転すると、主走査方向のスポット径、
すなわち主走査方向の直線上に投影したスポットのサイ
ズは増大するため、描画の解像度が低下し、要求される
性能を満たすことができない可能性がある。

【００１２】この発明は、上述した従来技術の課題、お
よびこれを解決するために平面ミラーを設けた場合の課
題に鑑みてなされたものであり、光源とポリゴンミラー
との間に平面ミラーを配置してポリゴンミラーへの入射
光の進む方向において光学系が占めるスペースを小さく
すると共に、副走査方向のスペースを小さくするために
平面ミラーに入射する光束の光路を基準平面に対して平
行にし、かつ、平面ミラーの法線を基準平面に対して傾
けた場合にも、ポリゴンミラーのケーシングへの取付、
調整が容易であり、かつ、走査対象面上でのスポット形
状の方向性を理想的な方向に一致させることができる走
査光学装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる反射型
走査光学装置は、上記の目的を達成させるため、光源か
ら発して絞り板に形成されたスリットを透過した光束を
副走査方向に正のパワーを持つシリンドリカルレンズを
介してポリゴンミラーに入射させ、ポリゴンミラーで反
射された光束を結像光学系により走査対象面上に収束さ
せる構成を前提として、絞り板とポリゴンミラーとの間
に、光源から発した光束をポリゴンミラー側に反射させ
る平面ミラーを配置し、光源から結像光学系までの光学
素子を、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な底面を
有する箱状のケーシング内に配置し、光源を、光源から
平面ミラーに向かう光束が底面に対して平行となるよう
配置し、平面ミラーを、ポリゴンミラーに入射する光束
とポリゴンミラーで反射される光束とが副走査方向に分
離されるよう配置し、絞り板には、直交する２方向に対
して異なる径を持つスリットを、平面ミラーを介してポ
リゴンミラーの反射面上に投影した際に投影されたスリ
ット像の長手方向が底面とほぼ平行になるように、長手
方向を底面に対して数度傾けて形成し、シリンドリカル
レンズを、その母線方向が前記スリットの長手方向と同
方向に底面に対して数度傾くよう配置したことを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる走査光学
装置の実施例を説明する。実施例の装置は、レーザープ
リンターに使用される露光ユニットであり、入力される
描画信号にしたがってON/OFF変調されたレーザー光を感
光体ドラム上で走査させ、静電潜像を形成する。

【００１５】なお、この明細書では、感光体ドラム上を
走査するレーザー光が走査中心に達する際の主光線を基
準光軸、感光体ドラム上を走査するレーザー光の走査方
向を主走査方向、基準光軸を法線とする面内で主走査方
向に直交する方向を副走査方向として定義する。また、
光学素子のパワーについては、感光体ドラムに達したレ
ーザー光を基準とし、このレーザー光のドラム上での主
走査方向の収束、発散に寄与するパワーを主走査方向の
パワー、副走査方向の収束、発散に寄与するパワーを副
走査方向のパワーとして定義する。

【００１６】実施例にかかる走査光学装置の光学系は、
図１(Ａ)に示されるように、光源である半導体レーザー
１０から発した発散光をコリメートレンズ１１により平
行光束とし、絞り板２０のスリット２１を透過させ、副
走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ１
２、平面ミラー１３を介してポリゴンミラー１４に入射
させる。

【００１７】平面ミラー１３は、シリンドリカルレンズ
１２を射出したレーザー光をほぼ直角に反射させる。平
面ミラー１３は、ポリゴンミラー１４に入射する光束と
ポリゴンミラーで反射される光束とが副走査方向に分離
されるよう配置されている。ポリゴンミラーによる光束
の分離角度は、基準光軸上では第１の分離角度θ1とし
て定義される。

【００１８】ポリゴンミラー１４は、６つの反射面１４
ａを有して回転軸１４ｂ回りに回転駆動され、入射光束
を反射、偏向させる。ポリゴンミラー１４で反射、偏向
されたレーザー光は、正のパワーを持つ曲面ミラー１５
により再びポリゴンミラー１４側へ折り返され、主とし
て副走査方向のパワーを有するアナモフィックレンズ１
６を透過する。アナモフィックレンズ１６を透過したレ
ーザー光は、光路屈折ミラー１７により反射され、感光
体ドラム１８上にドラムの母線方向である主走査方向の
走査線ＳＬ上を走査するスポットを形成する。曲面ミラ
ー１５は、入射光束と反射光束とを副走査方向に分離す
るよう配置されており、その分離角度は基準光軸上では
第２の分離角度θ2として定義される。

【００１９】レーザー光は、主走査方向においては結像
光学系である曲面ミラー１５とアナモフィックレンズ１
６とにより、特に主として曲面ミラーの正のパワーによ
り感光体ドラム１８上に収束され、副走査方向において
はシリンドリカルレンズ１２によりポリゴンミラー１４
の反射面１４ａの近傍で一旦結像し、主としてアナモフ
ィックレンズ１６のパワーにより感光体ドラム１８上に
再結像する。この構成により、反射面１４ａの面倒れ誤
差による感光体ドラム１８上での走査線のズレが防止さ
れる。

【００２０】なお、曲面ミラー１５で反射されたレーザ
ー光が走査範囲外の所定位置に達すると、レーザー光は
曲面ミラー１５に対向してアナモフィックレンズの手前
側に設けられた平面ミラー４０により反射され、副走査
方向にのみ正のパワーを持つシリンドリカルレンズ４１
を介して同期信号検出用の受光素子４２に達する。

【００２１】曲面ミラー１５で反射されたレーザー光
は、主走査方向には収束しているが副走査方向には発散
しているため、副走査方向にのみパワーを持つシリンド
リカルレンズ４１により副走査方向にも収束させて受光
素子４２上にスポットを形成する。なお、レーザー光が
副走査方向にずれた場合にも、シリンドリカルレンズ４
１の補正効果によりレーザー光は受光素子４２に導かれ
る。受光素子４２の出力信号は、１走査毎の書き込み開
始タイミングを得るために利用される。

【００２２】半導体レーザー１０から結像光学系のアナ
モフィックレンズ１６までの光学素子は、図中二点鎖線
で示した箱状のケーシング１内に配置されている。ポリ
ゴンミラー１４は、その回転軸１４ｂがケーシングの底
面１ａに対して垂直になるよう配置されている。半導体
レーザー１０、コリメートレンズ１１、絞り板２０、シ
リンドリカルレンズ１２は、半導体レーザー１０から平
面ミラー１３に向かう光束がケーシングの底面１ａに対
して平行となるよう配置されている。すなわち、半導体
レーザー１０から平面ミラーまでの光路中では、レーザ
ー光の主光線が底面１ａに対して平行になるよう設定さ
れている。

【００２３】絞り板２０に形成されたスリット２１は、
直交する２方向に対して異なる径を持つ長孔であり、こ
こではほぼ主走査方向に長辺、副走査方向に短辺を有す
る長方形に形成されている。主走査方向のビーム径を副
走査方向より大きくすることにより、結像光学系の主走
査方向のｆナンバーが実質的に副走査方向のｆナンバー
より小さくなり、感光体ドラム１８上に形成されるビー
ムスポットは主走査方向に短径、副走査方向に長径を持
つ楕円形となる。

【００２４】ただし、実施形態のように平面ミラー１３
を用いてポリゴンミラー１４に対して副走査方向に角度
をもたせて光束を入射させる場合、前述したように平面
ミラー１３での反射時に光束の断面の方向性にねじれが
発生する。ここで、スリット２１の長辺方向がケーシン
グの底面１ａと平行であると、ポリゴンミラー１４の反
射面１４ａ上ではスリットの長辺方向に相当する方向が
ねじれのために主走査方向に一致しない。したがって、
実質的にｆナンバーが小さくなる方向が主走査方向に一
致せず、感光体ドラム１８上に形成されるスポットの方
向性が理想的な方向から所定角度回転する。主走査方向
に短径をもつ理想的な方向性をもつスポットが回転する
と、主走査方向のスポット径、すなわち主走査方向の直
線上に投影したスポットのサイズは増大するため、描画
の解像度が低下し、要求される性能を満たすことができ
ない可能性がある。

【００２５】また、上記のねじれによりポリゴンミラー
１４より感光体ドラム１８側では、スリット２１を透過
した光束の副走査方向の径がねじれがない場合より大き
くなる。一般に、走査光学系に用いられるレンズやミラ
ー等の光学素子は、製造コストを抑えるため、設計上光
束が透過する部分でのみ良好な性能が得られるよう構成
されている。このような光学素子を利用する場合、スリ
ットの光学的なねじれによって副走査方向の光束径が増
加すると、実際の光束が設計上は光束が通らない領域に
入射することとなり、副走査方向の上下で光束の屈折具
合が非対称となってコマ収差が発生する。収差の発生を
抑えるためには、設計上光束が透過する領域の周辺部ま
で良好な性能が得られるよう光学素子を加工すればよい
が、その場合には加工コストが増加する。

【００２６】そこで、この発明の走査光学装置では、ス
リット２１を平面ミラー１３を介してポリゴンミラー１
４の反射面１４ａ上に投影した際に、投影されたスリッ
ト像の長手方向が底面１ａとほぼ平行になるように、絞
り板２０上でのスリット２１の方向性を決定している。
上記の条件を満たすため、絞り板２０をシリンドリカル
レンズ１２側からみた図１(Ｂ)に示されるように、スリ
ット２１は、その長手方向が底面１ａに対して所定の角
度φ傾くよう形成されている。φは、例えばこの例では
４゜である。また、シリンドリカルレンズ１２は、その
母線方向がスリットの長手方向と同方向に底面に対して
４゜傾くよう配置されている。

【００２７】このようにスリット２１とシリンドリカル
レンズ１２を傾けて形成することにより、平面ミラー１
３によるねじれの影響を相殺してポリゴンミラー上に投
影されるスリット像の長辺方向に相当する方向を主走査
方向に一致させることができる。したがって、感光体ド
ラム上のスポットは主走査方向に短径を有する楕円とな
り、かつ、光束が入射する各光学素子の領域は設計上の
領域と一致するため、加工コストを増加させずにコマ収
差の発生を抑えることができる。

【００２８】図２は図１に示される実施形態の装置の平
面図であり、図３はその側面図、図４は、図２のプリン
ト基板３０、およびホルダー３１の部分を平面ミラー１
３側からみた平面図である。なお、図２及び図３では、
図示されない感光体ドラム１８上の走査線をＳＬ、光路
屈折ミラー１７を除いて展開した際の走査線ＳＬと光学
的に等価な仮想走査線をＳＬ'で示している。

【００２９】図２に示されるように、半導体レーザー１
０は、ほぼ長方形のプリント基板３０に固着されてお
り、プリント基板３０は、その長辺方向がケーシング１
の底面１ａと平行になるようにケーシング１に取り付け
られている。コリメートレンズ１１と絞り板２０とは、
ホルダー３１の円筒部３１ａにレーザー光の進行方向に
沿って形成された保持孔３１ｂ内に配置されている。半
導体レーザー１０の先端部は、保持孔３１ｂ内に進入し
ている。ホルダー３１の円筒部３１ａの両端には、ホル
ダー３１をケーシング１に取り付けるための取付部３１
ｃが形成されている。プリント基板３０の長手方向は、
図４に示されるように底面１ａと平行であり、スリット
２１の長辺方向Ｄ1は、底面と平行な方向Ｄ0に対して数
度傾くよう形成されている。

【００３０】次に、上述のスリット２１およびシリンド
リカルレンズ１２の傾きと、半導体レーザーのｐｎ接合
の方向、およびプリント基板３０の方向との関係につい
て説明する。図５は、スリット２１の長辺方向Ｄ1、半
導体レーザー１０のｐｎ接合の方向Ｄ2と、底面と平行
な方向Ｄ0との関係の一例を示す平面図である。この例
では、ｐｎ接合の方向Ｄ2が底面と平行な方向Ｄ0に対し
て垂直であり、スリット２１の長辺方向Ｄ1(シリンドリ
カルレンズ１２の母線方向にも一致する)が底面と平行
な方向Ｄ0に対して傾いている。図５の構成によれば、
絞り板２０を除くプリント基板３０の部分については、
光路が副走査方向に分離されないタイプ、すなわち、光
源から発して結像光学系を射出するまでの光束の主光線
が同一の平面内に位置するタイプの走査光学装置との共
用が可能である。

【００３１】半導体レーザーから発するレーザー光は発
散光であり、その発散角度は、共振器反射面からみてｐ
ｎ接合と平行な方向における方が垂直な方向におけるよ
り小さい。したがって、コリメートレンズで平行光束と
されたレーザー光の断面形状は、ｐｎ接合に垂直な方向
に長径をもつ楕円形状となる。光量を有効に利用するた
めには、スリットの長辺方向とレーザー光の長径方向と
をほぼ一致させることが望ましい。一方、半導体レーザ
ーが固着されるプリント基板は、一般に長方形であり、
組付けの際の位置決めを容易とするため、あるいは取付
スペースを最小にするため、その長手方向がケーシング
の底面と平行になるように設計される。

【００３２】光路が副走査方向に分離されないタイプの
走査光学装置では、光束のねじれは発生しないため、ス
リットの方向は主走査方向、すなわちプリント基板の長
手方向と平行な方向とされ、半導体レーザーのｐｎ接合
の方向はプリント基板の長手方向に対して垂直な方向と
なる。すなわち、ｐｎ接合の方向がプリント基板の長手
方向に対して垂直となるように半導体レーザーが固着さ
れたプリント基板を実施形態のような光路が副走査方向
に分離されるタイプの走査光学装置に利用することがで
きれば、この部分の共用化が可能となる。図５の例で
は、スリット２１の方向を変更するのみで、光路が副走
査方向に分離されるタイプに適用されるプリント基板を
実施形態のタイプの走査光学装置にも適用することを可
能としている。

【００３３】図６は、上記の各方向の関係の他の例を示
す平面図である．この例では、スリット２１とプリント
基板３０との関係は図５と同様であり、ｐｎ接合の方向
Ｄ2がスリット２１の長手方向Ｄ1に対して垂直となるよ
う構成されている。図５の例では、プリント基板の共用
化は可能であるが、前述した半導体レーザーの発光パタ
ーンに鑑みると光量を最も有効に利用できる形態ではな
い。光量を最も有効に利用するためには、図６のように
スリットの長手方向Ｄ1に対してｐｎ接合の方向Ｄ2が垂
直になるよう設定するのが望ましい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、平面ミラーによりポリゴンミラーに入射する光束を
反射させて光路を曲げることにより、ポリゴンミラーに
入射する光束の進む方向において光学系が占めるスペー
スを小さくすることができる。また、平面ミラーに入射
する光束の光路をケーシングの底面に対して平行にし、
かつ、平面ミラーの法線をケーシングの底面に対して傾
けることにより、ポリゴンミラーの回転軸をケーシング
底面に対して垂直にすることができ、ポリゴンミラーの
取付が容易となる。さらに、絞り板のスリットの方向と
シリンドリカルレンズの母線の方向とをケーシングの底
面に対して数度傾けることにより、平面ミラーでの反射
時に発生する光束のねじれによる影響を相殺して走査対
象面上でのスポット形状の方向性を理想的な方向に一致
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる反射型走査光学
装置の光学系を示す斜視図である。

【図２】図１に示した光学系の具体的な組み付け例を
示す平面図である。

【図３】図２の一部破断した側面図である。

【図４】図２に示した装置の絞り板を平面ミラー側か
らみた平面図である。

【図５】半導体レーザーのｐｎ接合の方向とスリット
の方向との関係の一例を示す平面図である。

【図６】半導体レーザーのｐｎ接合の方向とスリット
の方向との関係の他の例を示す平面図である。

【符号の説明】

１０半導体レーザー１１コリメートレンズ１２シリンドリカルレンズ１３平面ミラー１４ポリゴンミラー１５曲面ミラー１６アナモフィックレンズ１７光路屈折ミラー１８感光体ドラム２０絞り板２１スリット３０プリント基板Ｄ0 底面と平行な方向Ｄ1 スリットの長辺方向Ｄ2 ｐｎ接合の方向

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から発して絞り板に形成されたスリ
ットを透過した光束を副走査方向において正のパワーを
持つシリンドリカルレンズを介してポリゴンミラーに入
射させ、前記ポリゴンミラーで反射された光束を結像光
学系により走査対象面上に収束させる走査光学装置にお
いて、前記絞り板と前記ポリゴンミラーとの間の光路中に、前
記光源から発した光束をポリゴンミラー側へ反射させる
平面ミラーが設けられ、前記光源から前記結像光学系ま
での光学素子は、前記ポリゴンミラーの回転軸に対して
垂直な底面を有する箱状のケーシング内に配置され、前
記光源は、該光源部から前記平面ミラーに向かう光束が
前記底面に対して平行となるよう配置され、前記平面ミ
ラーは、前記ポリゴンミラーに入射する光束と該ポリゴ
ンミラーで反射される光束とが副走査方向に分離される
よう配置され、前記スリットは、直交する２方向に対し
て異なる径を持ち、該スリットを前記平面ミラーを介し
て前記ポリゴンミラーの反射面上に投影した際に、投影
されたスリット像の長手方向が前記底面とほぼ平行にな
るように、前記スリットの長手方向が前記底面に対して
数度傾くよう形成され、前記シリンドリカルレンズは、
その母線方向が前記スリットの長手方向と同方向に前記
底面に対して数度傾くよう配置されていることを特徴と
する走査光学装置。
【請求項２】前記光源は、ほぼ長方形の基板に固着さ
れた半導体レーザーであり、前記基板は、その長辺方向
が前記底面と平行になるよう前記ケーシングに取り付け
られていることを特徴とする請求項１に記載の反射型走
査光学装置。
【請求項３】前記結像光学系は、前記ポリゴンミラー
で反射された光束を副走査方向に分離して前記ポリゴン
ミラー側に折り返す曲面ミラーを備えることを特徴とす
る請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項４】前記半導体レーザーは、そのｐｎ接合の
方向が前記底面に対して垂直となるよう前記基板に固着
されていることを特徴とする請求項２に記載の走査光学
装置。
【請求項５】前記半導体レーザーは、そのｐｎ接合の
方向が前記スリットの長手方向にほぼ一致するよう前記
基板に固着されていることを特徴とする請求項２に記載
の走査光学装置。