JP3918076B2 - レーザ走査装置内において光学路を逆方向にする回転可能なミラーアセンブリ - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、レーザ走査装置のミラーアセンブリに関し、より詳細には、電子写真装置において光学路の方向を逆にするためのミラーアセンブリに関する。
【０００２】
２．関連分野の説明
単一色の電子写真プリンタと同じ印刷速度を有するカラーの電子写真プリンタを提供するためには、プリンタの各色に対して、各電子写真ドラム上に実質的に同時に画像を生成することが知られている。これは、“直列カラーレーザ電子写真構造”として知られ、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのプリントヘッドによってそれぞれ形成される４つのレーザ印刷画像ラインを必要とし、これらプリントヘッドの全ては、妥当な大きさの装置ハウジングに収められる。
【０００３】
直列カラー・レーザプリンタ・システムの大きさを最小にするために、コンパクトなレーザ・プリントヘッドが必要である。このコンパクト性の目的に合致するには、光学路をミラーモータ上（下）で折り返す必要がある。これを達成するために、一対として取り付けられ約９０°の角度で相互に配向されたミラーのセットによって、光学路が１８０°の逆方向にされる。この９０°のミラーセットは、走査される多角形ミラーと第１のｆ−シータレンズとの間に配置される。画像平面において起こる望ましくない先端及びスポットの歪みを回避するためには、走査されたレーザビームがレンズにおける所望の光学軸を通って通過することが重要である。レーザビーム源及び／又はレンズを物理的に位置合わせするためには、走査されたレーザビームがレンズの所望の光学軸を通って通過するように、極度の注意を払う必要がある。さらに、このような位置合わせを行なうために、レーザビーム源及び／又はレンズは移動可能に取り付けられる必要がある。
【０００４】
この分野において必要なものは、レーザビーム源及び／又はレンズに対して物理的な位置合わせ手順を必要としないような、電子写真装置の走査されるミラーとレンズの間におけるレーザビームの方向を逆にする方法である。
【０００５】
発明の概要
本発明は、レーザビームの方向を逆にし、かつ、レーザビーム源又はレンズのいずれかを物理的に位置合わせする必要なしに、方向を逆にされたレーザビームをレンズの光学軸に位置合わせする方法を提供する。
【０００６】
本発明は、その１つの形状において、装置内のレーザビームの方向を逆にする方法を含む。一対の反射面が、約９０°の角度で相互に配向される。レーザビームが連続して、一対の反射面における第１の反射面に当たり、この第１の反射面から反射し、一対の反射面における第２の反射面に当たり、この第２の反射面から第１の方向と実質的に平行かつ反対の第２の方向に反射するように、レーザビームが第１の方向に向けられる。ピボット軸は、各反射面に対して実質的に平行である。各反射面は、実質的に等しい角度でピボット軸の周りを回転し、これによって、第２の反射面からの反射後にレーザビームの位置を変化させる。
【０００７】
本発明の利点は、レーザビーム源又はレンズのいずれかを物理的に位置合わせする必要なしに、レンズの光学軸にレーザビームを位置合わせすることができることである。
【０００８】
他の利点は、位置合わせ手順が迅速に達成でき、その結果、組立て時間を最小にできることである。
【０００９】
更に他の利点は、光学路の長さにおいて最小変化のみが生起し、その結果、ミラーの方向を逆にするようにこれを移動する必要がないことである。
【００１０】
本発明の上述及び他の特徴と利点、ならびに、それらを達成する方法が、更に明らかになるであろうし、添付の図面と組み合わせられた以下に示す本発明の実施態様の説明を参照することにより、本発明がより良く理解されるであろう。
【００１１】
対応する参照文字は、幾つかの図面を通して対応する部材を示す。ここに挙げた例示は、１つの形状において本発明の１つの好適な実施態様を示し、このような例示は、あらゆる形態において本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【００１２】
発明の詳細な説明
図面、特に図１を参照するに、本発明の回転可能なミラーアセンブリ１０の１つの実施態様をこの図は示す。ミラーアセンブリ１０は、一対の平面ミラー１４及び１６の形状のミラーセット１２を含み、これらのミラーは、線３２において交わる突出縁１８及び２０で実質的に直角（９０°）で互いに相対的に固定して取り付けられている。２４に示すように、入ってくるレーザビーム２２はミラー１４で反射し、次に、出て行くレーザビーム２６としてミラー１６で反射する。出て行くレーザビーム２６は、光学軸３０を有する固定レンズ２８に向けられる。入ってくるレーザビーム２２は、ミラー１４との間で４５°の角度θ_１を形成し、出て行くレーザビーム２６は、ミラー１６との間で４５°の角度θ_２を形成する。これは、ここではミラーセット１２の“非回転位置”と言う。
【００１３】
部材の実際の公差の存在下に、出て行くレーザビーム２６がレンズ２８の光学軸３０と確実に一致するように、９０°のミラーセット１２は、２つのミラー１４、１６の突出縁１８、２０の交差線３２に平行なピボット軸Ｐの周りを回転する。これは、ミラーセット１２が頁平面に平行な方向にいてピボット軸Ｐの周りを回転できることである。所望の調整を達成するために、ピボット軸Ｐの周りにおけるミラーセット１２の回転によって、入ってくるレーザビーム２２と出て行くレーザビーム２６との間の距離Ｘ３が増加又は減少する（回転方向に依存して）。Ｘ３_０は、図１の非回転位置におけるＸ３の値として規定され、この非回転位置においては、入ってくるレーザビーム２２と出て行くレーザビーム２６は、ミラー１４と１６に対して４５°の角度でそれぞれ配向している。図４に表わされる好適な実施態様においてＸ３_０は１３．９ｍｍであるが、本発明はＸ３のあらゆる値に対して適用される。ミラー１４、１６間の９０°の角度によって、入ってくるレーザビーム２２と出て行くレーザビーム２６は、ミラーセット１２の回転を通して互いに平行を維持する。
【００１４】
９０°のミラーセット１２は、走査される多角形ミラーと第１のｆ−シータレンズ２８との間に配置されるので、多角形ミラーの表面３４と第１のｆ−シータレンズ２８の表面との間の光学路長は、光学システムの性能にとって重要である。走査される多角形の表面３４から第１のレンズ２８の表面までの光学路長もまた、９０°のミラーセット１２の回転により増加又は減少する。この光学路長の変化により、システムの光学性能に望ましくない変化が生じる。
【００１５】
図１の非回転における実施態様では、９０°のミラーセット１２のピボット軸Ｐは、普遍位置にあり、ここで、Ｄ２は、入ってくるビーム２２と出て行くビーム２６の両方に平行な方向における、反射ビーム２４からピボット軸Ｐまでの標準化された距離であり、Ｄ３は、ビーム２２と２６の両方に垂直な方向における、入ってくるビーム２２からピボット軸Ｐまでの距離である。
【００１６】
ミラーセット１２が回転位置にあるときは（図２）、ピボット軸Ｐは図１におけるのと同じ位置にあるが、ミラーセット１２はピボット軸Ｐの周りを反時計回り方向に回転しており、入ってくるビーム２２はミラー１４に対して４５°未満の角度で配向し、出て行くビーム２６はミラー１６に対して４５°より大きな角度で配向している。
【００１７】
図３は、角度θ_ｒを通るミラーセット１２の回転前後におけるレーザビームの光学路の比較を示す。これは、図３が、ミラーセット１２が図２の回転された位置にあるときと、入ってくるビーム２２がミラー１４と４５°の角度を形成するミラーセット１２が図１の回転していない位置にあるときの両方におけるレーザビームの光学路を示すものである。一般に、回転前における光学路長（Ｘ１_０＋Ｘ３_０＋Ｘ２_０）は、回転後における光学路長（Ｘ１ｂ＋Ｘ３ｂ＋Ｘ２ｂ）に等しくない。この光学路は、ミラーセット１２の回転における角度と方向だけでなくピボット軸Ｐの位置により長く依存する。
【００１８】
出て行くビーム２６の現在の位置と、回転前すなわち非回転位置における出て行くビーム２６の位置との間の距離として、ビーム離間距離Ｓが図３において規定される。図４は、様々なピボット軸Ｐにおける、ミラーセット１２の回転角度に対するビーム離間距離Ｓのプロットである。図４から決定されるように、ビーム離間Ｓにおける変化は、Ｄ２が小さくなるにつれ、ミラーセット１２の回転角度における与えられた変化に対して大きくなる。換言すれば、ピボット軸Ｐがミラーセット１２の交差部３２から離れるにつれ、すなわち図１〜３において右側に離れるにつれ、回転角度θ_ｒの１°当たりにおけるビーム離間Ｓは大きくなる。図３に示すような角度θ_ｒでの反時計周り（ＣＣＷ）回転によって、図４において規定される離間距離Ｓは減少する。同様に、角度θ_ｒでの時計周り（ＣＷ）回転によって、離間距離Ｓは増加する
【００１９】
回転可能なミラーアセンブリ１０が配置されたプリントヘッドのアセンブリでは、ビーム離間距離Ｓの調整において、ミラーセット１２の回転角度θ_ｒと、２つの出て行くビーム２６間の離間距離Ｓにおける変化との間の感度のゲインは少なくて済む。この場合、２つのミラー１４、１６の交差部３２に向かって、すなわち図１〜３において左側にピボット軸Ｐを移動させることにより、Ｄ２は正に増加しゲインは低くなる。これは、交差部に向かってピボット軸Ｐを移動させることにより、同じビーム離間距離Ｓを得るのに大きな回転角度θ_ｒが必要になるということである。これはまた、図４から決定可能である。
【００２０】
図５は、ピボット軸Ｐの様々な位置Ｄ３に対する、レーザビームの光学路長における変化とミラーセット１２の回転角度θ_ｒとの間の関係を示す。入ってくるビーム２２と出て行くビーム２６に対して平行なピボット軸Ｐの“水平”位置Ｄ２の変化においては、ミラーセット１２が＋／−方向に２°回転する際の路長変化は０．１ミクロン未満の変化となるが、図４に示すように、Ｄ２を変化させることは、ビーム離間Ｓに直線的な影響を及ぼす。これに対して、ピボット軸Ｐの“垂直”位置（入ってくるビーム２２及び出て行くビーム２６に垂直な）Ｄ３を変化させることは、図５に示すように路長における変化に影響を与えないが、ビーム離間距離Ｓにおいて１ミクロン未満の変化となる。結論としては、Ｄ２を変化させることによるピボット位置の変化はビーム離間Ｓに影響を及ぼすが、路長には実質的に影響を及ぼさない。Ｄ３を変化させることは路長に影響を及ぼすが、ビーム離間Ｓには実質的に影響を及ぼさない。非回転ビーム２４位置の中心（Ｄ２＝０、Ｄ３＝Ｘ３_０／２）にピボット軸を配置することは、２°の回転にわたる路長変化が１０ミクロン未満となり、ピボット軸Ｐの配置誤差が最悪であっても路長変化が３０ミクロン未満となることが、図５から分かる。このように、所望のＢ−ム離間Ｓを得るためにミラーセット１２を回転させた後に、路長変化を修正するために、入ってくるビーム２２と出て行くビーム２６に平行な方向において９０°のミラーセット１２を移動させる必要はない。ミラーセット１２のこのような回転は、特定の印刷を行なう特定の部材セットの公差を補償するために、出て行くビーム２６の位置を調整するのに必要とされる。
【００２１】
Ｄ２の低ゲイン位置が選ばれると、すなわちピボット軸Ｐが結合部３２に近接して配置されると、図４に示すように、ビーム離間Ｓにおいて求められる同じ変化を得るには、大きな回転角度θ_ｒが必要なので、トレードオフが必要である。図５に示すように、ビーム離間Ｓにおける所望の変化を得るための角度θ_ｒの変化領域が大きいと、光学路長における望ましくない変化を増加させる。ここに示されるモデル（図４及び５に示すような）は、受け入れることができるトレードオフを達成するために、ピボット軸Ｐの適切な位置を決定するのに用いることができる。選ばれるＤ２のあらゆる値に対して、回転角度θ_ｒの関数として最小かつ対称の路長変化を維持するためには、ピボット軸ＰをＸ３_０／２に配置することが最良であることを、図５は示している。
【００２２】
好適な設計を有する場合について本発明を説明したが、本発明はこの開示の企図及び範囲内において更に修正可能である。したがって、本出願は、この一般的原則を用いる本発明のあらゆる変更、使用又は適応を含むものである。さらに、本出願は、本発明が属する分野においける公知の又は習慣的な実施であって、添付の特許請求の範囲の制限内に入る実施内にあるような本開示から逸脱する事項も含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、非回転位置にある本発明に係る回転可能なミラーアセンブリにおける１つの実施態様の概略的な側面図である。
【図２】 図２は、回転位置にある図１の回転可能なミラーアセンブリの概略的な側面図である。
【図３】 図３は、図１及び２の回転可能なミラーアセンブリの２つの異なる位置における重ね合わされた側面図である。
【図４】 図４は、ピボット軸の様々な位置に対する、ビーム離間対本発明に係るミラーアセンブリの回転角度のプロットである。
【図５】 図５は、ピボット軸の様々な位置に対する、光学路長における変化対本発明に係るミラーアセンブリの回転角度のプロットである。

Claims (20)

1. 複数の反射面を提供する段階と、
   相互に、他に対して少なくとも１つの角度で前記複数の反射面を配向する段階と、
   レーザビームが連続して、前記複数の反射面の最初の反射面に当たり、該最初の反射面から反射し、前記複数の反射面の最後の反射面に当たり、該最後の反射面から前記第１の方向と実質的に平行かつ反対の第２の方向に反射し、前記レーザビームが前記最後の反射面から反射後に、ある位置をとるように、前記レーザビームを第１の方向に向ける段階と、
   前記複数の反射面の各々をピボット軸の周りに実質的に等しい角度をもって回転させ、これによって、前記最後の反射面から反射後の前記レーザビームの位置を変化させる段階とを含む、装置内のレーザビームを逆方向にする方法。
2. 前記配向段階が、前記複数の反射面を相互に固定して、かつ、前記ピボット軸に対して取り付けることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記レーザビームを第１の方向に向ける段階が、多角形ミラーの表面から前記レーザビームを反射させることを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数の反射面が複数のミラーを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数の反射面の各々が前記ピボット軸に面している、請求項１に記載の方法。
6. 前記最後の反射面から反射後の前記レーザビームの位置が、前記反射面の回転角度１°当たりの所望距離によって変化するように、前記ピボット軸の位置を選択する更なる段階を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記レーザビームが長さをもった光学路を有し、前記複数の反射面の回転角度１°当たりに対する前記光学路の長さにおける変化を最小にする前記ピボット軸の位置を選択する更なる段階を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記複数の反射面の回転角度１°当たりにおけるレーザビーム位置の変化の大きさと、前記複数の反射面の回転角度１°当たりにおけるレーザビームの光学路の長さの変化との間において、最適なトレードオフが実現されるように、前記ピボット軸の位置を選択する更なる段階を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記ピボット軸が、前記複数の反射面の各々に対して実質的に平行である、請求項１に記載の方法。
10. 前記複数の反射面が、約９０°の角度で相互に配向する一対の反射面を含む、請求項１に記載の方法。
11. 装置内にあるレーザビーム用のミラーアセンブリであって、
    相互に、他に対して少なくとも１つの角度で配向する複数のミラーを備え、
    該複数のミラーが、前記レーザビームの方向を逆にし、かつ、該複数のミラーに対して実質的に平行なピボット軸の周りを回転するような形状を成し、これによって、方向を逆にした後の前記レーザビームの位置を調整する、ミラーアセンブリ。
12. 前記複数のミラーの各々が前記ピボット軸に面する、請求項１１に記載のミラーアセンブリ。
13. 前記複数のミラーが、相互に前記ピボット軸に対して固定され、かつ、取り付けられる、請求項１１に記載のミラーアセンブリ。
14. 前記複数のミラーが、約９０°の角度で相互に配向する一対のミラーを含む、請求項１１に記載のミラーアセンブリ。
15. 前記複数のミラーが、前記ピボット軸から等距離に位置する、請求項１４に記載のミラーアセンブリ。
16. 前記複数のミラーの第１のミラーが、前記レーザビームが実質的に４５°で当たる第１の点を含み、前記複数のミラーの第２のミラーが、前記レーザビームが実質的に４５°で当たる第２の点を含み、前記ピボット軸が前記第１の点と前記第２の点の間を延びる仮想線と実質的に交差する、請求項１４に記載のミラーアセンブリ。
17. 前記複数のミラーの各々が実質的に平面状である、請求項１１に記載のミラーアセンブリ。
18. 複数の反射面を提供する段階と、
    相互に、他に対して少なくとも１つの角度で前記複数の反射面を配向する段階と、
    光学軸を有するレンズを提供する段階と、
    レーザビームが連続して、前記複数の反射面の最初の反射面に当たり、該最初の反射面から反射し、前記複数の反射面の最後の反射面に当たり、該最後の反射面から前記第１の方向と実質的に平行かつ反対の第２の方向に反射し、前記レンズに当たるように、前記レーザビームを第１の方向に向ける段階と、
    前記複数の反射面の各々に対して実質的に平行なピボット軸を提供する段階と、
    前記複数の反射面の各々を前記ピボット軸の周りに実質的に等しい角度をもって回転させ、これによって、前記最後の反射面から反射後の前記レーザビームを前記レンズの前記光学軸と実質的に一致させる段階とを含む、装置内のレーザビームを逆方向にする方法。
19. 前記レンズが実質的に固定されている、請求項１８に記載の方法。
20. 前記複数の反射面が、約９０°の角度で相互に配向する一対の反射面を含む、請求項１８に記載の方法。

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