JP3489151B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザービームプリンタ
ーなどに用いられる光走査装置に関するもので、特に結
像光学系の調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光走査装置の例を図１６に示す。
半導体レーザー２１１から射出されたレーザービーム
（光束）はコリメータレンズ２２１で平行光にコリメー
トされ、さらにシリンドリカルレンズ２１５によって、
走査ビームが偏向されて掃引する面（以後「走査面」と
呼ぶ）とは直交する面内（以後「副走査面」と呼ぶ）で
偏向反射面上に結像される。すなわち線像を形成する。
この一方向への集束ビームは回転多面鏡走査器２３０に
より回転偏向される。偏向されたビームは走査レンズ２
５１を経由して被走査面上にスポットとして結像する。
走査レンズ２５１は被走査面上にビームを平面結像させ
るために非点収差、像面湾曲を一定量に押えてあり、か
つ負の歪曲収差を持たせることにより、走査器で等角速
度で偏向されたビームを被走査面上で等線速走査を行わ
せる。

【０００３】光走査装置を画像記録や読取り用の装置に
用いる場合には、走査の開始の基準となるような電気信
号をもとに、画像データの記録や読取りが行われる。多
くの光走査装置では、偏向されたビームの走査可能範囲
内でかつ有効走査範囲外の光路上にフォトディテクター
などの同期検出器２７１を設け、走査毎に所定位置にビ
ームが到達したことを検出している。

【０００４】また、走査レンズ２５１は回転多面鏡の各
反射面の倒れ補正する機能も有している。これは、反射
面と被走査面を光学的共役関係とし、光軸の倒れに対し
て常に同一の結像点に向かうよう光学的に補正を行うも
のである。このため先に述べたシリンドリカルレンズ２
１５によって副走査面内では、反射面付近で一旦結像さ
せている。このような倒れ補正光学系には、必ず主走査
方向とそれと直交する副走査方向で光学的パワーの異な
るいわゆるアナモフィックなレンズが用いられる。例え
ば、走査レンズ２５１の最終面をトーリック面にする方
法などが、特開昭５６−３６６２２公報等に開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザー走査
光学系の像面は、レンズの形状誤差、屈折率誤差、半導
体レーザーの波長ばらつき、相対位置誤差などの原因に
より、所定の被走査面に一致しない。そこで多くの場
合、コリメータレンズ２２１と半導体レーザー２１１の
光軸方向の相対距離を調整し、像面を被走査面に一致さ
せる。しかし、前述のようなアナモフィック要素を持つ
光学系の場合、レンズの主走査方向と副走査方向の曲率
誤差や、レンズ取り付け誤差により主走査方向と副走査
方向の像面が本来設計された値とは異なるようになって
しまう。言い換えれば非点収差量が設計値と異なること
になる。

【０００６】これを補償するため、コリメータレンズ２
２１の光軸方向への調整とは別に、シリンドリカルレン
ズ２１５を光軸方向に調整することが行われる。しか
し、その場合には、副走査面内でのシリンドリカルレン
ズを通過したビームの結像位置が反射面より離れてしま
い、前述の反射面の倒れ補正効果を損なう場合があっ
た。

【０００７】また、このようなシリンドリカルレンズ２
１５が存在しないような、倒れ補正光学系も幾つか提案
されているが、この場合には当然ながら上記のようにシ
リンドリカルレンズ２１５を光軸方向に移動させての調
整は不可能である。

【０００８】あるいは、コリメータレンズにシリンドリ
カルレンズが一体化した、例えばアナモフィックな単レ
ンズのコリメータレンズでもこのような調整が不可能な
ことは自明である。

【０００９】そこで本発明の目的は、いかなる光学系の
構成であっても、走査光学系の走査面内の像点位置と副
走査面内での像点の位置を適正な関係に調整する手段を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の光走査装置は、半導体レーザーからなる光
源と、前記光源から射出される光束を偏向する偏向器
と、前記偏向器によって偏向された光束を被走査面上に
所定形状のスポットに結像させる結像光学系と、前記結
像光学系が取り付けられる光学ベースを有する光走査装
置において、前記結像光学系のうち少なくとも１面はア
ナモフィックな面形状をなし、かつ、少なくとも前記ア
ナモフィックな面形状をなす光学素子を含む結像光学系
の一部あるいは全部をその光軸方向に移動可能な構造と
したことを特徴とする。

【００１１】また、結像光学系の一部あるいは全部か、
光学ベースの直線運動案内部のいずれかまたは両方に直
線案内機構を形成したことを特徴とする。

【００１２】さらに、結像光学系は単一の部品で一体に
形成してなることを特徴とする。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を各図を参照しながら
説明する。

【００１４】図１は本発明による光走査装置の斜視図を
示す。半導体レーザー１１より射出されたレーザービー
ムは、コリメータレンズ２１により所定のビーム形状に
整形される。整形されたビームは偏向ユニット３０によ
り偏向され、結像レンズ５１によって、集束ビームとな
る。この偏向された集束ビームは折り返しミラー６１で
反射され方向を変え、被走査面上に所定のスポット形状
に結像される。また、偏向されたビームは被走査面の走
査に先立ち、同期検出用ミラー（ａ）６２、同（ｂ）６
３で反射され、同期検出器７１に入射し、走査毎の信号
処理に必要な同期信号を発生する。これらの構成要素
は、光学ベース９１に固定されている。

【００１５】上記の半導体レーザー１１及びコリメータ
レンズ２１を含むコリメータユニット１０の断面図を図
２に示す。コリメータレンズ２１は一方の面が非球面形
状をなす単レンズで、コリメータ鏡筒２２に納められて
おり、さらにコリメータレンズ押え２３で固定されてい
る。コリメータ鏡筒２２には外周溝２９が切られてお
り、コリメータレバー２４の爪部に当接している。一
方、コリメータ鏡筒２２の先端は、コリメータ押えばね
（図示せず）で、半導体レーザーの側に押圧されてい
る。従ってコリメータレバー２４も同方向にばねで付勢
されている。コリメータレバー２４の一方の端部は、コ
リメータベース２６に設けられた突起２８により支持さ
れ、もう一方の端部は調整ノブ２７の先端に押圧されて
いる。この調整ノブ２７はネジ面を介してコリメータベ
ース２６に挿入されている。

【００１６】この調整ノブ２７は外周部を回転させる
と、コリメータベース２６に対して相対的にδだけ前後
に移動する。このとき、前記の突起２８を支点として、
コリメータレバー２４が「てこ」として作用するため、
コリメータ鏡筒２２は、 Δ＝δ・ａ／ｂ だけ移動する。ただし、ａは突起２８からコリメータ鏡
筒２２の外周溝２９との当接部までの距離で、ｂは突起
２８から調整ノブ２７との当接部までの距離である。つ
まり調整ノブに設けてあるネジのピッチに対して微少変
位をコリメータ鏡筒２２に与えることができ、コリメー
タレンズ２１と半導体レーザー１１との間の距離を光軸
方向に精密に調整することができる。

【００１７】調整後は、外部からの衝撃などでずれるこ
とのないよう、調整ノブ２７を固定することが望まし
い。コリメータベース２６に対して調整ノブ２７と直交
する方向に別のネジ穴を設け、止めネジで調整ノブ２７
を固定すれば、止めネジを緩めることで再調整が可能で
ある。再調整の必要のない場合は調整ノブ２７をコリメ
ータベース２６に対して接着してしまえばよい。

【００１８】あるいは、このような調整ノブ２７やコリ
メータレバー２４を設けず、外部の治具により直接にコ
リメータ鏡筒２２を光軸方向に移動させ、所定位置にて
コリメータ鏡筒２２を直接コリメータベース２６に接着
してもよい。このとき、コリメータ鏡筒２２とコリメー
タベース２６の接触面が大きいと、その全面に接着剤が
浸透してしまう。コリメータ鏡筒２２とコリメータベー
ス２６が、温度による線膨張率の違う部材で構成される
場合、歪みが生じせっかく精密に調整した状態が損なわ
れる恐れがある。また、２つの部材の結合の基準が明確
にならないため、積極的に線膨張率の差を活用し、様々
な温度特性を補償しようとする場合には、設計した通り
の補正効果が得られないことも起こり得る。従って、図
３に示すように、コリメータベース２６のコリメータ鏡
筒２２を支持する面を２つに分割したり、逃げを設ける
ことにより、接着面を限定することが望ましい。

【００１９】半導体レーザー１１は一般に射出窓を有す
る円形のフランジつきのパッケージに納められている。
パッケージの中には、素子の端面の両側からレーザー光
を放射するレーザーチップと、放射された一方のビーム
を受光するフォトダイオードが固定されている。各々の
素子は電気的にはダイオードであり、各々の一方の端子
をコモン（共通）に接続されるため、３本の端子が設け
られている。このうち１本の端子はパッケージそのもの
に接続されているため、半導体レーザー１１が固定され
るコリメータベース２６は電気的に絶縁されている方が
よい。すなわち樹脂などで一体に成形することが可能で
ある。本発明による光走査装置は、比較的小型で低速な
ものを対象としているため、光出力が小さく従って半導
体レーザー１１に流れる電流は少なく、このように直接
樹脂に取り付けても、素子の放熱は十分に確保される。

【００２０】半導体レーザー１１はコリメータベース２
６に対して、レーザー押え金具（非図示）を用いてネジ
止めされている。これは万一の際の取り外しを考慮した
ものであるが、そのような必要のあまりない場合には、
半導体レーザー１１を直接コリメータベース２６に対し
圧入または接着してもよい。レーザー駆動基板１２は、
コリメータベース２６にネジ止めで固定されており、先
程述べた半導体レーザー１１の端子が半田付けされてい
る。また、同期検出器７１も同一の基板上に取り付けら
れている。同期検出器７１にはフォトダイオードや、フ
ォトダイオードと増幅器、比較器を一体化した素子が用
いられる。近年、これらの素子は表面実装型のパッケー
ジを持つものが多いが、本発明の光走査装置の配置によ
れば、レーザー駆動基板上で、半導体レーザー１１の端
子を半田付けする側に同期検出器７１を実装することが
可能となり、片面にのみ導体を持つ基板を用いることが
容易である。

【００２１】半導体レーザー１１や同期検出器７１は光
走査装置の外部に設けられた制御装置になんらかの方法
で電気的に接続する必要がある。接続には被覆線やフレ
キシブルプリント基板等の配線手段が用いられる。これ
らの素子が独立した基板に実装されている場合、当然な
がら独立した配線手段が必要である。ところが上記のよ
うに半導体レーザー１１と同期検出器７１を同一の回路
基板上に置くことで、制御装置への配線手段を１つにま
とめることができ、例えば電源線や接地線など共通する
信号線を集約することも可能となる。そのため、コスト
もさることながらコネクタなどの空間を節約でき、さら
に配線の接続箇所が減少することで信頼性を高めること
ができる。また、後述のスキャナモータ３５の配線も光
走査装置内で上記のレーザー駆動基板１２へ一旦集約し
た後に、前記半導体レーザー１１、同期検出器７１の配
線と一緒に同一の配線手段で制御装置に接続することで
この効果はさらに高まる。

【００２２】また、同一の回路基板に半導体レーザーと
同期検出器７１を実装することで、個別に回路基板を設
け実装する場合に比べて、回路基板の数が減少するのは
もちろんのこと、従前の２つの回路基板を合わせたより
はるかに小さい面積にすることが可能となる。

【００２３】偏向ユニット３０には本特許の出願人が先
に出願した特願平５−１２１９９５で提案した、レンズ
ミラースキャナを用いている。図１に示したスキャナモ
ーター３５の回転部に取り付けられたレンズミラー３１
は、図４に示すように、入射面３２、反射面３３、射出
面３４の３つの光学面を有し、内面反射で偏向を行う。
この入射面３２、射出面３４は後で述べる結像レンズ５
１と共に、被走査面でのスポットの等線速走査機能、平
面結像（光学特性では像面湾曲、非点収差の補正）機能
を担っている。

【００２４】レンズミラースキャナは反射面内に回転軸
Ｏを位置させたときに、最もよい光学特性を得ることが
できる場合が多い。従って、スキャナモーター３５には
レンズミラーを反射面３３で背中合わせに２つ取り付け
ることができる。

【００２５】このようなレンズミラー３１は通常の回転
多面鏡に比べれば、外形を小さくすることが可能となる
ので、慣性モーメントも小さく、回転による空気抵抗
（風損）の影響も受けにくい。特に図４で示す方向に回
転する場合、風損は少なくできる。従って、スキャナモ
ータの負荷を低減することができ、より高速回転、低消
費電力にすることができる。また、慣性２次モーメント
が小さいため、短い時間に高速な回転数まで達すること
ができ、スキャナモーター３５が回転を始めてから、走
査が可能になるまでの時間が短くてすむ。

【００２６】レンズミラー３１のような形状の光学素子
はプラスチックで一体に成形することが可能であり、コ
スト的にも好ましい。また、プラスチックの密度は小さ
いため、レンズミラーの質量は小さくなり、レンズミラ
ーの取り付け位置誤差等によるアンバランスの影響を受
けにくくなる。また、慣性２次モーメントも少なくてす
む。

【００２７】一般の回転多面鏡走査器では１回転に反射
面の面数（通常２〜６面）分だけ走査が可能であるのに
比べて、既に述べたようにレンズミラースキャナでは、
レンズミラーを２つしか用いないため、１回転の走査数
が少なく、その分だけ高速にスキャナモーター３５を高
速に回転させる必要がある。しかし、レンズミラースキ
ャナでは上記のように、慣性モーメントが小さく、風
損、アンバランスも少ないので、走査数の少ない不利を
十分補うことができる。

【００２８】一方、上記のような回転多面鏡走査器を本
発明に用いる場合でも、慣性モーメントを小さくかつ回
転数が大きくならないような設計を行うことで、本発明
の効果を発揮させることができる。さらに、偏向ユニッ
トにガルバノミラーなどの振動鏡を用いても同等の効果
を得ることができる。

【００２９】回転型の光偏向器の回転数の微少な変動
は、例えば光走査装置をレーザービームプリンターに用
いた場合、「ジッター」すなわち画像の走査方向の位置
が微少に変動する現象を引き起こすので、好ましくな
い。レンズミラースキャナでは回転数が大きいので回転
系に貯えられるエネルギーが大きく、回転の微小な変動
が、回転数の小さい場合に比べて小さくなる。

【００３０】レンズミラー３１は光学的なパワーを持つ
ため、射出面３４より射出されるビームの偏向角速度
は、走査中央付近では速く、周辺では遅い特性を持って
いる。このようにすれば、最終的に被走査面上におい
て、結像したスポットが等線速で移動するためには好ま
しい。

【００３１】偏向ユニット３０で偏向されたビームは、
次に図１に示す結像レンズ５１に入射する。ここでも、
レンズミラースキャナを用いる場合では、レンズミラー
３１が光学パワーを持ち、走査光学系の機能の内のかな
りの部分を分担しているため、通常の回転多面鏡走査器
を用いる場合に比べて、結像レンズ５１は偏向ユニット
３０の近くに配置することが可能になり、必然的に大き
さも小さくすることができる。一般に走査レンズをプラ
スチックで作ることは、コスト的に大きなメリットがあ
るが、結像レンズ５１を小さくすることでプラスチック
化することが容易になる。また、ガラスを研磨して作る
場合でも、生産性が増すことは言うまでもない。

【００３２】結像レンズ５１は、偏向ユニット３０もし
くはレンズミラー３１の近傍に配置することが可能であ
るため、スキャナモータ３５の上にオーバハングする形
で取り付けることも可能である。このような取り付け方
をとることで、光走査装置内の空間を無駄なく利用する
ことができる。さらに結像レンズ５１をスキャナモータ
ー３５のベース部分に取り付けることも可能である。

【００３３】一般に複数の偏向面を回転させて光束を走
査する場合には、各偏向面の回転軸に対する傾きが、加
工誤差などにより相互に僅かずつ異なる。従って、偏向
された光束が被走査面上に描く走査線も、使用される偏
向面によって副走査方向に変位を生ずる。この状態で画
像の記録、読取りを行うと、走査線ピッチの誤差を生
じ、画像に記録、読取りに好ましくない。そこで、副走
査断面で光学系を見たときに、偏向面と被走査面が光学
的共役関係かあるいはそれに近い状態となるよう設計す
ることで、偏向面の倒れ誤差による光束の副走査方向の
角度変位を補正することができる。このような光学系を
一般に「倒れ補正光学系」と呼ぶ。

【００３４】結像レンズ５１の入射面、射出面の形状を
倒れ補正効果を有するように設計すると、走査方向断面
と副走査断面で形状が異なるような、いわゆるアナモフ
ィック面を含む形状となる。

【００３５】本実施例においては結像レンズ５１の入射
面、射出面ともトーリック面で構成されている。また、
光学系の構成によっては、偏向ユニットから被走査面に
至る間に、複数のレンズを配置することもある得る。そ
の場合は構成するレンズのいずれかの面がアナモフィッ
クなものとなる。

【００３６】アナモフィックな面としては先にあげた、
トーリック面でも回転する円弧の曲率が徐々に変化する
ものや、円弧を被円弧上の軌跡に沿わせて回転させるも
のなど様々な種類がある。さらにシリンドリカル面など
もここで説明するアナモフィック面に含まれる。

【００３７】このような走査光学系の場合、半導体レー
ザー１１の非点隔差、各レンズや偏向素子（多面鏡の反
射面や、本実施例でのレンズミラー）の形状精度、プラ
スチックで光学素子を製造する場合の屈折率分布精度な
どにより、先に述べたようなコリメータレンズ２１と半
導体レーザー１１の相対位置調整だけでは、主走査方向
／副走査方向ともに所定の被走査面に良好にスポットを
結像させることができない。言い換えれば走査光学系の
非点収差量が所定の値とはならず、走査方向、副走査方
向ともに所定の結像スポットサイズが得られる位置が、
光軸方向に異なってしまう。

【００３８】これを避けるため、例えば、半導体レーザ
ー１１と偏向ユニット３０の間にシリンドリカルレンズ
を有するような倒れ補正光学系では、このシリンドリカ
ルレンズの位置を光軸方向に調整することで前述の非点
収差量を補正できる。例えば副走査方向にのみパワーを
持つシリンドリカルレンズであれば、副走査方向の像点
の位置を走査方向とは独立に調整できる。

【００３９】しかし、このような場合、完全に偏向面と
被走査面を光学的共役関係とするために、シリンドリカ
ルレンズで副走査方向には偏向面の近傍で一旦結像させ
ることが多い。従って被走査面での主走査／副走査面の
結像位置を基準にこのシリンドリカルレンズを調整して
しまうと、前記の結像点が偏向面から離れてしまい、倒
れ補正効果を損なう恐れがある。

【００４０】本実施例のように、結像レンズ５１以外に
アナモフィックな光学要素が走査光学系に存在しない場
合には、結像レンズ５１を光軸方向に調整する以外には
主走査／副走査方向の被走査面上での結像位置を合わせ
こむ手段がない。

【００４１】また、前記のように結像レンズが複数のレ
ンズで構成される場合や、偏向ユニットから被走査面ま
でに他の光学要素が介在している場合は、それらのレン
ズ（光学要素）の中でトーリック面やシリンドリカル面
などアナモフィックな面を有するレンズを光軸方向に移
動させて調整する必要がある。

【００４２】本実施例では、結像レンズ５１を光軸方向
に移動させて調整を行う。図５の斜視図を用いて結像レ
ンズの調整機構を説明する。結像レンズ５１は結像レン
ズホルダ５３に取り付けられている。結像レンズホルダ
５３には長穴が設けられており、この長穴の幅より僅か
に小さい直径のピンが光学ベース（この図では示されて
いない）に設けられている。従って結像レンズホルダ５
３は、光学ベース９１に対して、この長穴とピンによっ
て構成される直線案内機構によって光軸方向にのみ移動
嘉納である。この結像レンズホルダを外部から微小送り
治具などで、被走査面での結像状態を監視しながら調整
し、所定位置で光学ベースにネジ止めまたは接着などの
方法で固定する。

【００４３】また、図６に示すように、結像レンズホル
ダ５３を分割して設け、さらに左右を独立に調整するこ
とにより、結像レンズ５１の走査方向での倒れも調整す
ることができる。最近ではこのような結像レンズを樹脂
の射出成形で製作することも可能である。そこで、調整
用の部材も結像レンズと同時に成形することで部品点数
を削減し合わせて精度の向上も計ることができる。この
ような実施例を図７に示す。

【００４４】先の実施例では結像レンズ５１の光軸方向
への移動の案内機構を結像レンズホルダ５３または結像
レンズ５１自身に設けていた。これに対して直線案内機
構を装置外部の治具に設けてもよい。図８はこのような
調整穴付きの結像レンズを示す。結像レンズ５１の左右
には治具のピンが挿入されるための穴が成形時に設けら
れており、一方の穴は、ピンの間隔の誤差を吸収するた
め長穴形状をしている。調整時は先の場合と同様、結像
レンズを光学ベース９１に押圧しながら、光軸方向に微
小移動させる。所定の位置に達したところで、結像レン
ズ５１を光学ベース９１に接着固定する。また、接着剤
を一定量溜めておく接着剤溜り５４を設けておくと、信
頼性の高い接着が可能である。

【００４５】さらに結像レンズの取付精度が要求される
場合には、この方法においても、左右の穴に挿入される
治具のピンを左右独立に移動させることにより、走査面
内での任意の方向、角度に結像レンズを移動させること
も可能である。

【００４６】また、結像レンズ５１の直線案内機構は、
上記のようなピンと溝の組み合わせに限られることはな
く、例えばＶ溝やＵ溝とそれに対応す突起部分の嵌合で
もよいし、単に結像レンズホルダ５３（あるいは結像レ
ンズ５１自身）の光軸方向に平行に存在する端面を用い
てもよい。さらには剛体リンク機構など摺動によらない
機構でも同等の効果を発揮する。

【００４７】上記の実施例は、結像光学系が単一の結像
レンズで構成された場合であるが、結像光学系が複数の
結像レンズで構成される場合にも、トーリック面やシリ
ンドリカル面などのアナモフィック面を含む結像レンズ
のみに、光軸方向に移動可能な直線案内機構を設ける
か、あるいは移動可能な構造とすることにより、先に説
明したのと同様な効果を発揮する。あるいは複数の結像
レンズを同一の結像レンズホルダに取り付けることによ
り、結像光学系全体を同時に移動させてもよい。

【００４８】このように、アナモフィックな光学面を持
つ結像レンズ５１を光軸方向に移動させることにより、
半導体レーザー１１の非点隔差のばらつきを含む、各光
学素子のさまざまな製造誤差や取り付け誤差による非点
収差量のばらつきを補正することができる。

【００４９】一般に光走査を行って、画像の記録（ある
いは読取り、再生）を行おうとする場合、画像データの
走査方向の時間的な基準を得るために、ある定位置で光
を強制点灯させ、そのビームの通過を光路中に置かれた
検出器で検出することで、上記の基準タイミングを得
る。本発明でも、偏向ユニット３０で偏向され結像レン
ズ５１で集束光となったビームを同期検出用ミラー
（ａ）６２、同（ｂ）６３で反射し、既に述べたレーザ
ー駆動基板１２上に設けられた同期検出器７１に導いて
いる。

【００５０】結像レンズ５１から同期検出器７１までの
光学倍率が、結像レンズ５１から被走査面までの光学倍
率に等しければ、同期検出器７１を横切るビームの速度
は被走査面と同等である。同期信号の検出精度を上げる
ためには、同期検出器を横切るスポットの大きさを小さ
く絞る、あるいは横切る速度を上げるなどの方法が必要
である。検出器に至る光学系中に負のパワーを持つ要素
を加えると、光学倍率が高くなり走査速度は大きくな
る。逆に正のパワーを持つ要素を加えると光学倍率は小
さくなりスポットの大きさも小さくなる。記録あるいは
読取り、再生しようとする画像の精度がさほど要求され
ない場合には、このような要素を光路中に配すること
で、走査装置のコストが上昇し、構造も複雑となるのは
好ましいことではない。従って、本発明の実施例では、
同期検出用ミラー（ａ）６２、同（ｂ）６３は平面鏡で
構成してある。

【００５１】同期検出用ミラーが走査方向について、決
められた角度に対して誤差を持つと、同期信号を基準に
した画像データの処理のタイミングにも誤差を生ずる
が、通常の光走査装置の制御装置においては、この誤差
を電気的に調整、補正するなんらかの手段を有している
ので、機械的なミラーの調整は不要である。また同期検
出用ミラーが副走査方向に倒れを生じた場合には、通
常、同期検出器７１の光検出部は副走査方向に十分な長
さをもっているので、その長さを外れない限り調整の必
要はない。

【００５２】結像レンズ５１を通過した走査ビームは被
走査面へ向かうが、結像レンズ５１から被走査面までの
距離すなわち作動距離は有効走査幅と等しいぐらいの長
さから、最短でも有効走査長の半分程度が必要である。
光走査装置を用いる機器の中でそのような長さを確保す
るのは難しい場合が多い。従って、ビームを折り返すた
めの平面ミラーが必要となる。機器の空間が小さい場合
にはこの折り返しミラーを複数用いてより小さい体積に
ビームが走査するスペースを押し込むことが行われる。
しかし、最もよく用いられるガラスの平板にアルミを蒸
着したミラーでは近赤外光半導体レーザーの波長に対し
て８５％程度の反射率しかない。そこで特に多数の折り
返しミラーを用いる際は、ミラーに増反射コーティング
を施すことも行われる。この折り返しミラー６１を取り
付ける場所は、機器の構造により様々に考えられる。

【００５３】図９は本発明による光走査装置を組込んだ
レーザービームプリンターの断面図を示す。この応用例
では、折り返しミラー６１は、光学ベース９１に取り付
けられており、被走査面には円筒状の感光体１０２が配
置されている。すなわち副走査は感光体１０２が回転す
ることでなされる。感光体１０２ははプロセスユニット
１００の内部に納められている。感光体１０２は帯電器
１０３で初期電位に帯電されたのち、画像データで変調
されたレーザービームによって選択的に除電される。現
像器１０４で前記の選択的に除電された部分にのみ、現
像ローラに加えられた電位と露光された部分の電位差に
より、現像剤が感光体１０２上に付着し現像される。感
光体１０２上の現像剤は転写器１０５で転写材上に転写
される。転写材上に転写された現像剤は定着器１０８内
に転写材を挟む形に配置された加熱ローラおよび加圧ロ
ーラによって、転写材上に溶融定着される。

【００５４】被走査面上での結像スポットの位置は、各
光学要素の相対的な位置誤差によってばら付きを生ず
る。特に半導体レーザー１１とコリメータレンズ２１と
の光軸方向と直交方向の位置誤差によって、結像位置が
ずれてしまう。従って、半導体レーザーとコリメータレ
ンズ２１の相対位置が所要の精度になるよう関係する部
分の加工精度を上げればよいが極めて高い精度が要求さ
れるため、現実的ではない。また、半導体レーザー１１
とコリメータレンズ２１を光軸方向と直交方向に調整し
てもよいが、コリメータ部分を調整可能な構造にするこ
とも構造を複雑にし信頼性を落とす要因となる。従っ
て、既に述べた像面湾曲特性が問題なく、単に結像スポ
ットの位置が問題となるなら、このコリメータ部分の精
度は実現可能な程度に留め、他の方法で結像スポット位
置を調整することが得策である。

【００５５】この結像スポット位置のずれのうち、主走
査方向については既に述べたように、同期検出器７１よ
り発生される同期信号から画像データの書き込み開始ま
でのタイミングを電気的に可変とすることにより、調整
が可能であるので、機械的な調整は不要である。これに
対して、副走査方向の結像スポットの位置のずれによっ
て生ずる第１の問題は、転写材上に転写される画像の位
置が、転写材の搬送方向にばらつくことである。この誤
差は転写材の搬送開始タイミングを可変にすることで調
整可能である。第２の問題は、プロセスユニット１００
の入射窓１０６の幅の中に走査ビームが入らず、感光体
１０２にビームが到達しなくなることである。これを避
けるには各部品の機械精度を向上させればよいが、いた
ずらに高精度の部品を要求することはコスト上好ましく
なく部品の製造に困難をきたす。そこで折り返しミラー
６１を走査面を含み光軸に直交する軸回りに回転させる
ことで、結像スポットの副走査方向での位置を調整する
ことができる。

【００５６】上記のように結像スポットの位置を被走査
面上で所定の誤差内に収めるためには、光学ベース９１
に取り付けられる光学素子の相対位置の要求精度は非常
に厳しい（場合によっては数μｍ以内）が、光学ベース
９１とそれを取り付ける機器との間の位置誤差はさほど
でもない。そこで各光学素子の相対位置誤差による結像
スポットの副走査方向の位置を光学ベースを基準として
上記のように折り返しミラー６１を回転させて調整す
る。このような構造によれば、光走査装置単独で調整が
完結するため、互換性のあるユニットとして取り扱うこ
とができる。

【００５７】一方、折り返しミラー６１を光学ベース９
１には取り付けずに、光走査装置が組込まれる機器の側
に設けることも可能である。また、機器の空間に余裕が
あり折り返しミラー６１が必要ない場合もあり得る。こ
のような場合には光走査装置の光学ベースに折り返しミ
ラー６１を取り付ける必要がない。図１０にこのような
光走査装置の実施例の斜視図を示す。この場合、光学ベ
ース９１は非常に小さくすることができ、製作費が低く
なるのはもちろん、光走査装置が組込まれる機器自身も
コンパクトにできる。

【００５８】既に述べたように光学ベース９１には様々
な光学部品や機構部品が取り付けられている。これらの
光学部品の光学特性を初期の状態に維持するためには、
光学部品への塵埃や油脂の付着を極力避ける必要があ
る。そのため、光学ベース９１に装着し準密閉空間を構
成するような光学ベースカバー９２が取り付けられてい
る。この光学ベースカバー９２には走査された光ビーム
が射出される射出口９３が設けられている。塵埃や油脂
の侵入を完全に防止するためには、この射出口９３に透
明部材を設け密閉することが望ましい。一方、さほど清
浄性が要求されない、あるいは光走査装置が組込まれる
環境が比較的清浄な場合には、単なる開口としておいて
もよい。この場合も射出口９３の大きさは偏向ビームが
通り得る必要最小限の開口にしておくことが防塵上好ま
しい。

【００５９】なお、本実施例では射出口９３は光学ベー
スカバー９２に設けられているが、光走査装置を構成す
る光学系の配置や、取り付ける機器内での位置関係か
ら、光学ベース９１に射出口９３を設けてもよい。

【００６０】本発明の光走査装置の応用として図９に示
すようなレーザービームプリンターに適用する場合、折
り返しミラー６１で偏向ビームは下方向きに折り返され
る。よって、射出口９３も下に向かって開口を持つよう
に設けることにより、空気中を漂う塵埃が沈降してきて
光走査装置内に侵入するのを防止することができる。

【００６１】スキャナモータ３５は高速回転を行うた
め、回転部分の動バランスを精密に取り、回転して空気
を横切る部分の形状に細心の注意を払っても、若干の振
動や騒音の発生はやむを得ない。しかし一方では、光走
査装置の主要な応用製品の１つであるレーザービームプ
リンターでは、その使用環境が通常のオフィスや家庭に
広がりつつあり、騒音の発生は極力押えねばならない。

【００６２】偏向ユニットの回転部分が空気を横切る時
に発生するいわゆる「風切り音」は比較的高い周波数成
分からなるので、光学ベース及び光学ベースカバーから
構成される空間に偏向ユニットを入れることで、外部に
漏れだす音圧を低減することができる。

【００６３】しかし、回転部分のアンバランスによる振
動、スキャナモータのころがり軸受の転動音、あるいは
コイル、マグネットから生ずる駆動音は比較的低い周波
数成分からなり、かつそのエネルギーも大きいため、単
純に密閉しても光学ベースあるいは光学ベースカバーそ
のものを振動させて、音響を放射する。従って、光学ベ
ース及び光学ベースカバーの剛性を十分確保することが
必要である。また、スキャナモータの振動を光学ベース
に伝達しないように、ゴムブッシュなどの防振部材を介
して光学ベースに取り付けることも効果がある。あるい
は、光学ベースや光学ベースカバーの振動を起こしやす
い部位にゴムシート等のダンピング材を貼りつけること
も音圧を減ずるためには有効である。

【００６４】光走査装置を既に述べたようなレーザービ
ームプリンターなどの機器に取り付けると、相手側の取
り付け面精度や、温度変化による部材の熱膨張率の差に
よって歪みを生じ、そのため光学ベース９１に取り付け
られた各光学素子の相対位置がずれる。これを防ぐため
に光学ベースの９１の剛性を上げることが望ましく、光
学ベース９１を樹脂の成形品で製作する場合には、補強
用のリブを設けるなど十分に剛性を確保する必要があ
る。

【００６５】そして、このような取付歪みを回避するた
めには、取付部分のみ剛性を低くして、光学ベース全体
に歪みが及ばないような構造をとることが非常に有効で
ある。図１１、図１２、図１３に光学ベースの取付部分
の剛性を故意に低下させた例を示す。この図において光
学ベース９１の低剛性部９４の肉厚は他の部分よりは薄
く成形されており、機器のメインシャーシ１０１との取
り付け位置の誤差や温度による線膨張率の差による歪み
を吸収するようになっている。図１１、図１３では光学
ベース９１の外壁部の外側に、樹脂で一体に剛性の低い
部分を形成している。また、図１２では取付部分が接続
する外壁の一部の肉厚を他の部分に比べて薄くし剛性を
低下させている。このようにすることにより図１１、図
１３に示した場合に比べて取付部分周辺のスペースを占
有することがない。

【００６６】低剛性部分の剛性の設定は、以下の項目の
バランスを取りつつ、光学ベース９１に要求される精度
を満たす精度を保証できるよう決定される。

【００６７】（１）光学ベース９１およびそれが取り付
けられメインシャーシ１０１の形状精度。 （２）同じく光学ベース９１、メインシャーシ１０１の
温度変動による熱膨張の差。 （３）メインシャーシ１０１の剛性。 （４）低剛性部９４への荷重の大きさ、方向と剛性。 （５）光学ベース９１で低剛性部９４以外の部分に加わ
る荷重と剛性。また、低剛性部９４が支える光学ベース
９１及びそれに取り付けられている部品の質量。また、
いたずらに取付部の剛性を落とすと、光走査装置の取り
付け位置が取付部のたわみによって誤差を生じたり、外
部からの振動に対して共振を起こしたりするので、適正
な剛性に設定する必要がある。

【００６８】このように剛性を低下させる構造として
は、先に図示したものほかに、例えば金属板のプレス加
工などで光学ベース９１を製作する場合には、取付部の
周囲に穴を設けるなどの方法もある。あるいはこのよう
な比較的剛性の低い部分をメインシャーシ側の取付部に
設けても同様の効果を有する。

【００６９】また、図１４に示すようにゴムブッシュ９
５等を介して取り付けても同様である。特にゴムブッシ
ュに用いる材料にダンピング特性のよい（例えば低反発
性ゴムなど）を用いれば、上記のような外部から振動・
衝撃に対して効果的である。さらにスキャナモータの振
動を機器側に対して遮断するのも有用であるし、逆に、
機器側の振動、例えばレーザービームプリンターではプ
ロセスを駆動するモーターやその他の部分の振動を光走
査装置に伝わらないよう遮断するのにも効果的である。

【００７０】光学ベースを樹脂製とすることは、自由な
形状を１工程で成形できるため、多種の部品を１つの光
学ベースに取り付けるのには好適な製作方法である。一
方、樹脂は熱伝導率が低いため、内部、特にスキャナモ
ータやその駆動回路からの発熱を逃がすためには不向き
である。また、光走査装置の外部からやってくる電磁ノ
イズが同期検出器に飛び込むと誤った同期信号が発生し
てしまうが、光学ベースを導電性の材料で作る方が、外
来の電磁ノイズの遮蔽効果は高い。

【００７１】同様に光学ベースカバー９２も耐電磁ノイ
ズ性と言う観点では、導電性材料を使用する方がよい。
光学ベース９１及び光学ベースカバー９２を導電性の材
料で製作し、耐電磁ノイズ特性を得ようとする場合、こ
の２つを電気的に確実な接触が得られるよう結合するこ
とが望ましい。

【００７２】このように光走査装置の仕様によっては光
学ベース９１を樹脂で作るより金属材料で作る方が好ま
しい場合がある。金属材料で製作するにはダイキャスト
などの鋳造法がしばしば用いられるが、コストが高く装
置の重量も増加してしまう。そこでメッキ鋼板等の金属
板をプレス加工して製作するのがよい。この場合、単純
な平板状の部材上に光学要素を配置しただけでは十分な
剛性が得られないので、周辺に折り曲げ部を設けたり、
中央部に張り出し状のリブを設けることにより、曲げあ
るいはねじりの剛性を高めることができる。さらに剛性
が必要な場合には別部材の補強材を溶接などで取り付け
ることも効果的である。

【００７３】また、先に述べたように、光学ベースを機
器に取り付けるための取付部の剛性は、光学素子が取り
付けられている他の部分に比べて小さい方がよい。

【００７４】偏向ユニット３０を独立のユニットとする
のではなく、光学ベース９１と一体化することも可能で
ある。図１５に光学ベース９１に偏向ユニット３０を一
体化した光走査装置の断面図を示す。光学ベース９１は
樹脂製であっても偏向ユニット３０を一体化することに
よるメリットは大きいが、特に金属板を用いる場合、光
学ベース９１が偏向ユニット３０を駆動するスキャナモ
ータ３５の磁気回路の一部をなすため部費点数が削減さ
れると同時に装置の小型化も可能となる。

【００７５】外来の電磁ノイズを遮蔽する他の方法とし
ては、樹脂で光学ベースあるいは光学ベースカバーを用
いながら、その表面あるいは内面に導電性（例えば、銅
など）の金属のメッキやコーティングをすることも効果
がある。または、樹脂のなかに導電材料を混合した導電
性樹脂も同様に効果がある。

【００７６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明の光走査装置
によれば、半導体レーザーの非点隔差や光学素子の形状
精度、屈折率の分布などによって生ずる、走査方向とそ
れに直交する副走査方向の像点位置の変動を簡便な方法
で調整し、良好な結像性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による光走査装置の実施例の斜視図。

【図２】 本発明の光走査装置のコリメータユニットの
実施例の断面図。

【図３】 本発明の光走査装置のコリメータユニットの
他の実施例の断面図。

【図４】 本発明の光走査装置の実施例に用いられるレ
ンズミラースキャナの動作図。

【図５】 本発明の光走査装置の結像レンズの調整機構
の第１の実施例の斜視図。

【図６】 本発明の光走査装置の結像レンズの調整機構
の第２の実施例の斜視図。

【図７】 本発明の光走査装置の結像レンズの調整機構
の第３の実施例の斜視図。

【図８】 本発明の光走査装置の結像レンズの固定方法
の実施例を示す概念図。

【図９】 本発明による光走査装置を組込んだレーザー
ビームプリンターの断面図。

【図１０】 本発明による光走査装置の他の実施例の斜
視図。

【図１１】 本発明の光走査装置の取付部分の第１の実
施例を示す斜視図。

【図１２】 本発明の光走査装置の取付部分の第２の実
施例を示す断面図。

【図１３】 本発明の光走査装置の取付部分の第３の実
施例を示す斜視図。

【図１４】 本発明の光走査装置の取付部分の第４の実
施例を示す断面図。

【図１５】 本発明の光走査装置のさらに他の実施例の
断面図。

【図１６】 従来の光走査装置の実施例を示す斜視図。

【符号の説明】

１０ コリメータユニット １１ 半導体レーザー ２１ コリメータレンズ ３０ 偏向ユニット ３１ レンズミラー ３５ スキャナモーター ５１ 結像レンズ ６１ 折り返しミラー６１ ６２ 同期検出用ミラー（ａ） ６３ 同期検出用ミラー（ｂ） ７１ 同期検出器 ９１ 光学ベース ９２ 光学ベースカバー ９３ 射出口 ９４ 低剛性部 １００ プロセスユニット １０１ メインシャーシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 隆史 長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコ ーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−150175（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−173087（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザーからなる光源と、前記光源
   から射出される光束を偏向する偏向器と、前記偏向器に
   よって偏向された光束を被走査面上に所定形状のスポッ
   トに結像させる結像光学系と、前記結像光学系が取付け
   られる光学ベースを有する光走査装置において、 前記光学系のうち少なくとも１面はアナモフィックな面
   形状をなし、かつ、少なくとも前記アナモフィックな面
   形状をなす光学素子を含む結像光学系の一部あるいは全
   部を、左右独立にその光軸方向に移動可能な構造とした
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記結像光学系の一部あるいは全部か、
   前記光学ベースの直線運動案内部のいずれかまたは両方
   に直線案内機構を形成したことを特徴とする請求項１記
   載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記結像光学系は単一の部品で一体に形
   成してなることを特徴とする請求項１記載の光走査装
   置。