JP4238967B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームプリンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に、回転多面鏡等の偏向反射面に光ビームを順に２度入射させる光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転軸を中心に回転又は振動する偏向反射面に面して２枚の固定平面鏡を配置し、その２枚の固定平面鏡の稜線が偏向反射面の回転軸に直交する平面内に位置させるようにして、偏向反射面と２枚の固定平面鏡の間から偏向反射面へ向けて光ビームを入射させ、反射された偏向光ビームをその２枚の固定平面鏡を順に反射させて再びその偏向反射面に入射させて反射させ、その反射された偏向光ビームを偏向反射面と２枚の固定平面鏡の間あるいは２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するようにて、走査線の歪みを補正する光偏向光学系が特開昭６１−７８１８号（米国特許第４，７９６，９６５号）で提案されている。
【０００３】
しかしながら、特開昭６１−７８１８号のものにおいては、偏向反射面を回転多面鏡で構成する場合等において、偏向反射面の回転軸に対する偏心等による各偏向反射面の回転軸からの出入りにより、走査線のピッチが変化してしまう問題は考慮されていない。
【０００４】
また、偏向された光ビームが走査線の周辺部でねじれる問題も考慮されていない。
【０００５】
さらには、特開昭６１−７８１８号の光偏向光学系においては、この光偏向光学系に入射する光ビームと反射された偏向光ビームとの間に１枚の固定平面鏡が挟まれることになるため、実際上幅の極めて狭い高精度の平面鏡を用いなければならず、加工が困難なため高価にならざるを得ない問題もある。
【０００６】
このような背景の下に、本出願人は、特願２００１−１０４６６８及び特願２００２−３３５００において、回転軸に平行でその回転軸を中心に回転又は振動する偏向反射面に面して２枚の固定平面鏡が配置され、その偏向反射面に入射して反射された光ビームがその２枚の固定平面鏡で順に反射され、その反射された光ビームが再び前記偏向反射面に入射して反射される光偏向光学系において、偏向反射面に最初に入射する光ビームを含みその回転軸に平行な面を入射平面とするとき、２枚の固定平面鏡は入射平面に対して垂直に相互に間隙をおいて配置され、偏向反射面に最初に入射する光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して入射され、偏向反射面で２回目に反射された偏向光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するように構成されている光偏向光学系を提案している。
【０００７】
このような構成により、高精度の平面鏡であって加工が容易で安価なものを用いることができるようになり、また、偏向反射面に出入りがあっても走査線のピッチ変化が起こらず、また、射出光ビームのねじれがない光偏向光学系が可能となる。
【０００８】
その光偏向光学系を含む光走査装置の全体構成を示す斜視図である図３を参照にしてその光偏向光学系を説明する。この構成では、光偏向部は多面柱の側面に複数（図の場合は６面）の偏向反射面１１を有するポリゴンミラー１０で構成され、その回転軸１２の周りで偏向反射面１１が回転する構成になっている。そして、光偏向に関与する偏向反射面１１に面して２枚の固定平面鏡１３、１４が相互に角度をなして、かつ、間に間隙１５を開けて配置されている。
【０００９】
そして、光源２１からの光がレンズ系２２により平行光ビームａ０に変換され（面倒れ補正を行う場合は、回転軸１２に直交する方向には平行光になり、回転軸１２に平行な方向には偏向反射面１１近傍に集光するように変換され）、その光ビームａ０は固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って回転軸１２に沿った図の場合は斜め下方から偏向反射面１１に入射する。その偏向反射面１１で１回目の反射を行った光ビームａ１は斜め上方へ進み、一方の固定平面鏡１３に入射し、そこで反射された光ビームａ２は下方へ進み、今度は他方の固定平面鏡１４に入射し、そこで反射された光ビームａ３は再度偏向反射面１１に入射し、その偏向反射面１１で２回目の反射を行った光ビームａ４は、固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って斜め上方へ進み、走査光学系２３を経て集束光ビームに変換され、被走査面２４に入射して集束する。偏向反射面１１は回転軸１２の周りで回転するので、その集束光ビームは偏向反射面１１の回転速度の略４倍の回転速度で回転して被走査面２４上に走査線ｂを描く。ポリゴンミラー１０の回転に伴って入射光ビームａ０の入射位置に隣接する偏向反射面１１が順次入っては出るので、ポリゴンミラー１０の回転に伴って被走査面２４上の同じ位置に走査線ｂが一端から他端へ順次描かれる。この方向の走査が主走査になる。被走査面２４上の被走査体を走査線ｂと直交する方向へ一定速度で副走査することにより、被走査体上には走査線ｂが一定ピッチで並ぶラスター走査が行われることになる。
【００１０】
ここで、入射光ビームａ０の中心光線を含み、回転軸１２に平行な平面を入射平面と定義すると、２枚の固定平面鏡１３、１４は入射平面に対して垂直に配置されている。
【００１１】
そして、図４に示すように、偏向反射面１１が入射平面に垂直で正面を向いているときには、光ビームａ０〜ａ４は全て紙面の入射平面内にあり、このときの入射光ビームａ０の偏向反射面１１に対する入射角をθ１、射出光ビームａ４の射出角をθ２とすると、
０．９２≦（θ２／θ１）≦１．２５ ・・・（１）
の関係を満たす場合に、射出光ビームａ４のねじれが良く補正されることになり、特に、θ１＝θ２のとき、射出光ビームａ４のねじれは略キャンセルされてゼロとなるものである。また、θ１＝θ２のとき、偏向反射面１１の回転軸１２からの出入りによる走査線変位を完全になくすことができるものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の光偏向光学系において、図５に示すように、固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って偏向反射面１１へ最初に入射する光ビームａ０には、それと略平行に存在する浮遊光ビームａ０’が伴っている場合がある。この浮遊光ビームａ０’は主光ビームａ０と共に偏向反射面１１に入射して１回目の反射を行い、主光ビームａ０は、一方の固定平面鏡１３に入射して反射され別の固定平面鏡１４を経て再び偏向反射面１１に入射して２回目の反射を行って走査光ビームａ４となるが、浮遊光ビームａ０’は、主光ビームａ０から分離されて一方の固定平面鏡１３に入射せずに、走査光ビームａ４に沿った方向に浮遊射出光ビームａｘとして射出してしまう。特に、上記のθ１≒θ２の配置においては、浮遊射出光ビームａｘは主光ビームａ０と略平行に射出される。
【００１３】
偏向反射面１１に最初に入射する光ビームａ０にこのような浮遊光ビームａ０’が伴う理由を説明すると、図６に光源２１から偏向反射面１１の位置Ｐに至る照明光学系の副走査方向（ポリゴンミラー１０の回転軸１２に平行で光軸を含む平面の方向）の断面図を示すように、偏向反射面１１に入射する光ビームａ０を形成する照明光学系においては、前記のように光源２１からの光は、レンズ系２２により平行な光ビームａ０、又は、回転軸１２に直交する方向（主走査方向）には平行光で、回転軸１２に平行な方向（副走査方向）には偏向反射面１１近傍に集光する光ビームａ０に変換される（図６の場合は後者）。このような変換を行うレンズ系２２は、図の例の場合、コリメータレンズ２２１と副走査断面内のみで正の屈折力を有するシリンドリカルレンズ２２２とからなり、その間にビーム径を制限する絞り２２３が配置される。副走査方向でも平行な光に変換する場合は、シリンドリカルレンズ２２２は省かれる。何れにしても、光源２１から偏向反射面１１へ入射する光ビームａ０を形成する光路中に絞り２２３が配置されているので、そのエッジで光ビームａ０の周囲に回折光Ｒが発生し、固定平面鏡１３と１４の間隙１５の位置では、その回折光Ｒの一部が上記のような浮遊光ビームａ０’となる（図６の場合、回折光Ｒの下側成分が浮遊光ビームａ０’となる。）。
【００１４】
主走査方向（図５と垂直方向）において、正規の射出光ビームａ４と浮遊射出光ビームａｘとの走査速度が同じであるなら、走査光学系２３を経て被走査面２４に達する位置は略同じになるので、この浮遊射出光ビームａｘによる問題は余り大きいとは必ずしも言えないかもしれないが、射出光ビームａ４は偏向反射面１１の回転速度の略４倍の回転速度、浮遊射出光ビームａｘはその２倍の回転速度で偏向されるため、射出光ビームａ４は浮遊射出光ビームａｘの２倍の速度で被走査面２４を移動されるため、次のようなゴースト光として大きな問題を起こす。
【００１５】
すなわち、浮遊射出光ビームａｘは主射出光ビームａ４の２分の１の速度で移動するため、主射出光ビームａ４による露光に対して２倍のエネルギーで露光されることになる。
【００１６】
そして、図３のような光走査装置では、図７に主走査断面を示すように、各走査線のデータの書き出し位置を検出するために、光ビームａ４が被走査面２４を走査する手前の位置に例えば微小ミラー２５を配置して、その微小ミラー２５による反射方向であって被走査面２４と共役な位置に水平同期検出器２６を配置する。この水平同期検出器２６で光ビームａ４の到達を検知するために、走査毎に毎回この水平同期検出器２６を走査するタイミングに対応して光源２１を点灯させる。このとき、浮遊射出光ビームａｘは、水平同期検出器２６に対応する被走査面２４の光軸からの位置の１／２の位置に入射するので、水平同期検出位置の１／２幅に相当する位置にゴースト像が必ず生ずる。このような光走査装置を例えば画像形成装置の光書込装置として用いる場合には、そのゴースト像部分の画像の濃度が他の部分に比べて変化してしまう。特に、中間調（ハーフトーン）の画像においてはこの現象が顕著になってしまう。
【００１７】
本発明は上記のような先願の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏向反射面に面して配置された２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して光ビームを入射出させ、２回反射により偏向反射面の略４倍の回転速度で光ビームを回転走査させる光走査装置において発生するゴーストを防止するようにすることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光走査装置は、光源と、前記光源から射出される光ビームを偏向する回転反射面を有する偏向器と、前記回転反射面で偏向された光ビームを折り返すように前記回転反射面に対向して配置された２枚の固定平面鏡と、前記回転反射面で偏向された偏向光ビームを被走査面上に結像させる走査光学系とを備え、前記光源から射出されて前記回転反射面に入射した入射光ビームが、前記２枚の固定平面鏡で順次反射されて、前記回転反射面に再度入射するように構成された光走査装置において、
前記光源から前記回転反射面に至る光路中の、前記固定平面鏡の前記回転反射面とは反対側に、前記入射光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
この場合に、回転反射面に最初に入射する入射光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して入射され、回転反射面で２回目に反射された偏向光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するように構成されていることが望ましい。
【００２０】
また、入射光ビームを含み回転反射面の回転軸に平行な平面を入射平面とするとき、入射平面内に偏向光ビームが含まれる位置での入射光ビームの回転反射面に対する入射角をθ１、回転反射面で２回目に反射された偏向光ビームの射出角をθ２とすると、
０．９２≦（θ２／θ１）≦１．２５ ・・・（１）
の関係を満足するように構成されていることが望ましい。
【００２１】
また、遮光板は入射光ビームの偏向光ビームから離れる側を遮るように配置されていることが望ましい。
【００２２】
また、遮光板は入射ビームの光路中において固定平面鏡の直前に配置されていることが望ましい。
【００２３】
また、入射光ビームを含み回転反射面の回転軸に平行な平面を入射平面とするとき、入射平面内において、遮光板は回転反射面とは平行とは異なる角度で配置されていることが望ましい。
【００２４】
また、遮光板は回転反射面の回転軸に平行な方向に位置調節可能に配置されていることが望ましい。
【００２５】
本発明のもう１つの光走査装置は、光源と、前記光源から射出される光ビームを偏向する回転反射面を有する偏向器と、前記回転反射面で偏向された光ビームを折り返すように前記回転反射面に対向して配置された２枚の固定平面鏡と、前記回転反射面で偏向された偏向光ビームを被走査面上に結像させる走査光学系とを備え、前記光源から射出されて前記回転反射面に入射した入射光ビームが、前記２枚の固定平面鏡で順次反射されて、前記回転反射面に再度入射するように構成された光走査装置において、
前記回転反射面から前記被走査面に至る光路中の、前記固定平面鏡の前記回転反射面とは反対側に、前記偏向光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とするものである。
【００２６】
これらの本発明の光走査装置は、例えば画像形成装置の画像書き込み露光用に用いられる。
【００２７】
本発明においては、光源から回転反射面に至る光路中の、固定平面鏡の回転反射面とは反対側に、入射光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されているので、照明光学系中の絞り等で回折された回折光等からなる入射光ビームに伴う浮遊光ビームが一方の固定平面鏡から外れて走査光学系に入射して被走査面上でフレアになるのを防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の光走査装置の実施例について説明する。
【００２９】
図１は、本発明の光偏向光学系を含む光走査装置の全体構成を示す斜視図であり、図２は、その主要部の光偏向光学系を示す副走査方向の断面図である。
【００３０】
この光偏向光学系は、基本的に図３の本出願人の特願２００１−１０４６６８及び特願２００２−３３５００において提案した光偏向光学系と同じであり、前記したように、この例では、光偏向部は多面柱の側面に複数（図の場合は６面）の偏向反射面１１を有するポリゴンミラー１０で構成され、その回転軸１２の周りで偏向反射面１１が回転する構成になっている。そして、光偏向に関与する偏向反射面１１に面して２枚の固定平面鏡１３、１４が相互に角度をなして、かつ、間に間隙１５を開けて配置されている。
【００３１】
そして、光源２１からの光がレンズ系２２により平行光ビームａ０に変換され（面倒れ補正を行う場合は、回転軸１２に直交する方向には平行光になり、回転軸１２に平行な方向には偏向反射面１１近傍に集光するように変換され）、その光ビームａ０は固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って回転軸１２に沿った図の場合は斜め下方から偏向反射面１１に入射する。その偏向反射面１１で１回目の反射を行った光ビームａ１は斜め上方へ進み、一方の固定平面鏡１３に入射し、そこで反射された光ビームａ２は下方へ進み、今度は他方の固定平面鏡１４に入射し、そこで反射された光ビームａ３は再度偏向反射面１１に入射し、その偏向反射面１１で２回目の反射を行った光ビームａ４は、固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って斜め上方へ進み、走査光学系２３を経て集束光ビームに変換され、被走査面２４に入射して集束する。偏向反射面１１は回転軸１２の周りで回転するので、その集束光ビームは偏向反射面１１の回転速度の略４倍の回転速度で回転して被走査面２４上に走査線ｂを描く。ポリゴンミラー１０の回転に伴って入射光ビームａ０の入射位置に隣接する偏向反射面１１が順次入っては出るので、ポリゴンミラー１０の回転に伴って被走査面２４上の同じ位置に走査線ｂが一端から他端へ順次描かれる。この方向の走査が主走査になる。被走査面２４上の被走査体を走査線ｂと直交する方向へ一定速度で副走査することにより、被走査体上には走査線ｂが一定ピッチで並ぶラスター走査が行われることになる。
【００３２】
ここで、入射光ビームａ０の中心光線を含み、回転軸１２に平行な平面を入射平面と定義すると、２枚の固定平面鏡１３、１４は入射平面に対して垂直に配置されている。
【００３３】
そして、図４に示すように、偏向反射面１１が入射平面に垂直で正面を向いているときには、光ビームａ０〜ａ４は全て紙面の入射平面内にあり、このときの入射光ビームａ０の偏向反射面１１に対する入射角をθ１、射出光ビームａ４の射出角をθ２とすると、
０．９２≦（θ２／θ１）≦１．２５ ・・・（１）
の関係を満たす場合に、射出光ビームａ４のねじれが良く補正されることになり、特に、θ１＝θ２のとき、射出光ビームａ４のねじれは略キャンセルされてゼロとなるものである。また、θ１＝θ２のとき、偏向反射面１１の回転軸１２からの出入りによる走査線変位を完全になくすことができるものである。
【００３４】
このような構成において、本発明に基づき、図１、図２に示すように、偏向反射面１１に入射する光ビームａ０が固定平面鏡１３と１４の間隙１５に入射する手前の位置で、正規の光ビームａ０の射出光ビームａ４から離れる側（図２の下側）を遮るように、すなわち浮遊光ビームａ０’を遮光するように遮光板３０を配置する。なお、正規の光ビームａ０の射出光ビームａ４により近い側（図２の上側）の回折成分（図６）は、偏向反射面１１で反射さた後固定平面鏡１３から外れる部分はほとんどないので、特に遮光する必要はない。なお、遮光板３０により遮光される成分ａ０’は、本来の光ビームａ０以外であり、その光量に比べて僅かな光量しかないので、この遮光によって正規の光ビームａ０の光量が不足することはない。
【００３５】
遮光板３０は、絞り２２３（図６）からポリゴンミラー１０の偏向反射面１１に至る照明光路中のどの位置に配置してもよいが、本来の光ビームａ０に対してフレア光がなるべく広がっている方が遮光が容易なので、絞り２２３から遠い位置、すなわち、固定平面鏡１３と１４の間隙１５の直前の位置で遮光することが望ましい。
【００３６】
また、遮光板３０の形状としては、光源２１側から見たときに、間隙１５の正規の光ビームａ０が通る位置より下側で固定平面鏡１４の上端以上の範囲を遮光する形状であればよく、遮光板３０が固定平面鏡１４の裏面と合わせて浮遊光ビームａ０’を遮光するようになっていればよい。
【００３７】
なお、ポリゴンミラー１０の偏向反射面１１に入射する光ビームａ０の位置は、様々な要因により入射平面内においてポリゴンミラー１０の回転軸１２に沿う方向でばらつくので、入射光ビームａ０の位置に合わせて遮光板３０のエッジ３１を上下（回転軸１２に平行な方向）に調整可能とする位置調節機構を設けるようにすることが望ましい。
【００３８】
また、遮光板３０の浮遊光ビームａ０’が入射する側の面の反射防止機能が不十分な場合においては、遮光板３０がポリゴンミラー１０の偏向反射面１１に平行に配置されていると、遮光板３０の表面で反射された浮遊光ビームａ０’が副走査断面に投影された場合に射出光ビームａ４と平行に走査光学系２３に入射してしまう（特にθ１≒θ２の場合）。このような不要反射成分はポリゴンミラー１０で全く偏向されず、被走査面２４上では移動しないので、遮光板３０で反射される不要反射成分が僅かな光量でも問題となってしまう。これを避けるために、遮光板３０の浮遊光ビームａ０’が入射する側の面の反射防止を十分に行うようにするか、遮光板３０の設置角度として、遮光板３０で反射された不要反射成分が走査光学系２３に入射しない角度、例えば偏向反射面１１とは平行とならない角度にすることによって、遮光板３０で反射された浮遊光ビームａ０’が走査光学系２３を経て被走査面２４に入射することがないようにできる。
【００３９】
なお、光源２１から射出される光ビームａ０は、図６に示すように、入射平面内において収束ビームに変換されるものを考えていたが、前記のように主走査方向、副走査方向何れにおいても平行なビームの場合にも、浮遊光ビームａ０’を遮光する上記のような遮光板３０を照明光路中の何れかの位置に配置することは、同様にゴースト防止の上で有効である。
【００４０】
なお、入射光ビームａ０に伴う浮遊光ビームａ０’を射出光ビームａ４から離れる側（図２の下側）で遮光するようにすることで、その浮遊光ビームａ０’が固定平面鏡１３から外れて走査光学系２３に入射することが防止できるが、偏向反射面１１で反射され、固定平面鏡１３で反射されずに射出してきた浮遊射出光ビームａｘを、例えば射出光ビームａ４の入射光ビームａ０から離れる側（図５の上側）に配置した遮光板３０（図５）で遮光するようにすることもできる。しかしながら、偏向移動する浮遊射出光ビームａｘを遮光するためには、その移動軌跡に沿った長い形状の遮光板３０として構成配置する必要がある。したがって、図１、図２のように入射光ビームａ０に伴う浮遊光ビームａ０’を遮光するようにした方が構造が簡単になりより望ましい。
【００４１】
以上、本発明の光走査装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光走査装置によれば、光源から回転反射面に至る光路中の、固定平面鏡の回転反射面とは反対側に、入射光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されているので、照明光学系中の絞り等で回折された回折光等からなる入射光ビームに伴う浮遊光ビームが一方の固定平面鏡から外れて走査光学系に入射して被走査面上でフレアになるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光偏向光学系を含む光走査装置の１実施例の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の主要部の光偏向光学系を示す副走査方向の断面図である。
【図３】本発明の先願の光走査装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】図３の主要部の光偏向光学系を示す副走査方向の断面図である。
【図５】図３の光走査装置で入射光ビームに浮遊光ビームが伴っている場合に浮遊射出光ビームが出ることを説明するための図である。
【図６】入射光ビームに浮遊光ビームが伴う理由を説明するための照明光学系の副走査方向の断面図である。
【図７】浮遊射出光ビームがある場合にゴースト像が発生する理由を説明するための図である。
【符号の説明】
ａ０…入射光ビーム
ａ０’…浮遊入射光ビーム
ａ１〜ａ３…光ビーム
ａ４…射出光ビーム
ａｘ…浮遊射出光ビーム
ｂ…走査線
Ｒ…回折光
Ｐ…偏向反射面の位置
１０…ポリゴンミラー（回転多面鏡）
１１…偏向反射面
１２…回転軸
１３、１４…固定平面鏡
１５…間隙
２１…光源
２２…レンズ系
２３…走査光学系
２４…被走査面
２５…微小ミラー
２６…水平同期検出器
３０…遮光板
３１…遮光板のエッジ
２２１…コリメータレンズ
２２２…シリンドリカルレンズ
２２３…絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームプリンタ等に用いられる光走査装置に係り、特に、回転多面鏡等の偏向反射面に光ビームを順に２度入射させる光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転軸を中心に回転又は振動する偏向反射面に面して２枚の固定平面鏡を配置し、その２枚の固定平面鏡の稜線が偏向反射面の回転軸に直交する平面内に位置させるようにして、偏向反射面と２枚の固定平面鏡の間から偏向反射面へ向けて光ビームを入射させ、反射された偏向光ビームをその２枚の固定平面鏡を順に反射させて再びその偏向反射面に入射させて反射させ、その反射された偏向光ビームを偏向反射面と２枚の固定平面鏡の間あるいは２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するようにて、走査線の歪みを補正する光偏向光学系が特開昭６１−７８１８号（米国特許第４，７９６，９６５号）で提案されている。
【０００３】
しかしながら、特開昭６１−７８１８号のものにおいては、偏向反射面を回転多面鏡で構成する場合等において、偏向反射面の回転軸に対する偏心等による各偏向反射面の回転軸からの出入りにより、走査線のピッチが変化してしまう問題は考慮されていない。
【０００４】
また、偏向された光ビームが走査線の周辺部でねじれる問題も考慮されていない。
【０００５】
さらには、特開昭６１−７８１８号の光偏向光学系においては、この光偏向光学系に入射する光ビームと反射された偏向光ビームとの間に１枚の固定平面鏡が挟まれることになるため、実際上幅の極めて狭い高精度の平面鏡を用いなければならず、加工が困難なため高価にならざるを得ない問題もある。
【０００６】
このような背景の下に、本出願人は、特願２００１−１０４６６８及び特願２００２−３３５００において、回転軸に平行でその回転軸を中心に回転又は振動する偏向反射面に面して２枚の固定平面鏡が配置され、その偏向反射面に入射して反射された光ビームがその２枚の固定平面鏡で順に反射され、その反射された光ビームが再び前記偏向反射面に入射して反射される光偏向光学系において、偏向反射面に最初に入射する光ビームを含みその回転軸に平行な面を入射平面とするとき、２枚の固定平面鏡は入射平面に対して垂直に相互に間隙をおいて配置され、偏向反射面に最初に入射する光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して入射され、偏向反射面で２回目に反射された偏向光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するように構成されている光偏向光学系を提案している。
【０００７】
このような構成により、高精度の平面鏡であって加工が容易で安価なものを用いることができるようになり、また、偏向反射面に出入りがあっても走査線のピッチ変化が起こらず、また、射出光ビームのねじれがない光偏向光学系が可能となる。
【０００８】
その光偏向光学系を含む光走査装置の全体構成を示す斜視図である図３を参照にしてその光偏向光学系を説明する。この構成では、光偏向部は多面柱の側面に複数（図の場合は６面）の偏向反射面１１を有するポリゴンミラー１０で構成され、その回転軸１２の周りで偏向反射面１１が回転する構成になっている。そして、光偏向に関与する偏向反射面１１に面して２枚の固定平面鏡１３、１４が相互に角度をなして、かつ、間に間隙１５を開けて配置されている。
【０００９】
そして、光源２１からの光がレンズ系２２により平行光ビームａ０に変換され（面倒れ補正を行う場合は、回転軸１２に直交する方向には平行光になり、回転軸１２に平行な方向には偏向反射面１１近傍に集光するように変換され）、その光ビームａ０は固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って回転軸１２に沿った図の場合は斜め下方から偏向反射面１１に入射する。その偏向反射面１１で１回目の反射を行った光ビームａ１は斜め上方へ進み、一方の固定平面鏡１３に入射し、そこで反射された光ビームａ２は下方へ進み、今度は他方の固定平面鏡１４に入射し、そこで反射された光ビームａ３は再度偏向反射面１１に入射し、その偏向反射面１１で２回目の反射を行った光ビームａ４は、固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って斜め上方へ進み、走査光学系２３を経て集束光ビームに変換され、被走査面２４に入射して集束する。偏向反射面１１は回転軸１２の周りで回転するので、その集束光ビームは偏向反射面１１の回転速度の略４倍の回転速度で回転して被走査面２４上に走査線ｂを描く。ポリゴンミラー１０の回転に伴って入射光ビームａ０の入射位置に隣接する偏向反射面１１が順次入っては出るので、ポリゴンミラー１０の回転に伴って被走査面２４上の同じ位置に走査線ｂが一端から他端へ順次描かれる。この方向の走査が主走査になる。被走査面２４上の被走査体を走査線ｂと直交する方向へ一定速度で副走査することにより、被走査体上には走査線ｂが一定ピッチで並ぶラスター走査が行われることになる。
【００１０】
ここで、入射光ビームａ０の中心光線を含み、回転軸１２に平行な平面を入射平面と定義すると、２枚の固定平面鏡１３、１４は入射平面に対して垂直に配置されている。
【００１１】
そして、図４に示すように、偏向反射面１１が入射平面に垂直で正面を向いているときには、光ビームａ０〜ａ４は全て紙面の入射平面内にあり、このときの入射光ビームａ０の偏向反射面１１に対する入射角をθ１、射出光ビームａ４の射出角をθ２とすると、
０．９２≦（θ２／θ１）≦１．２５ ・・・（１）
の関係を満たす場合に、射出光ビームａ４のねじれが良く補正されることになり、特に、θ１＝θ２のとき、射出光ビームａ４のねじれは略キャンセルされてゼロとなるものである。また、θ１＝θ２のとき、偏向反射面１１の回転軸１２からの出入りによる走査線変位を完全になくすことができるものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の光偏向光学系において、図５に示すように、固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って偏向反射面１１へ最初に入射する光ビームａ０には、それと略平行に存在する浮遊光ビームａ０’が伴っている場合がある。この浮遊光ビームａ０’は主光ビームａ０と共に偏向反射面１１に入射して１回目の反射を行い、主光ビームａ０は、一方の固定平面鏡１３に入射して反射され別の固定平面鏡１４を経て再び偏向反射面１１に入射して２回目の反射を行って走査光ビームａ４となるが、浮遊光ビームａ０’は、主光ビームａ０から分離されて一方の固定平面鏡１３に入射せずに、走査光ビームａ４に沿った方向に浮遊射出光ビームａｘとして射出してしまう。特に、上記のθ１≒θ２の配置においては、浮遊射出光ビームａｘは主光ビームａ０と略平行に射出される。
【００１３】
偏向反射面１１に最初に入射する光ビームａ０にこのような浮遊光ビームａ０’が伴う理由を説明すると、図６に光源２１から偏向反射面１１の位置Ｐに至る照明光学系の副走査方向（ポリゴンミラー１０の回転軸１２に平行で光軸を含む平面の方向）の断面図を示すように、偏向反射面１１に入射する光ビームａ０を形成する照明光学系においては、前記のように光源２１からの光は、レンズ系２２により平行な光ビームａ０、又は、回転軸１２に直交する方向（主走査方向）には平行光で、回転軸１２に平行な方向（副走査方向）には偏向反射面１１近傍に集光する光ビームａ０に変換される（図６の場合は後者）。このような変換を行うレンズ系２２は、図の例の場合、コリメータレンズ２２１と副走査断面内のみで正の屈折力を有するシリンドリカルレンズ２２２とからなり、その間にビーム径を制限する絞り２２３が配置される。副走査方向でも平行な光に変換する場合は、シリンドリカルレンズ２２２は省かれる。何れにしても、光源２１から偏向反射面１１へ入射する光ビームａ０を形成する光路中に絞り２２３が配置されているので、そのエッジで光ビームａ０の周囲に回折光Ｒが発生し、固定平面鏡１３と１４の間隙１５の位置では、その回折光Ｒの一部が上記のような浮遊光ビームａ０’となる（図６の場合、回折光Ｒの下側成分が浮遊光ビームａ０’となる。）。
【００１４】
主走査方向（図５と垂直方向）において、正規の射出光ビームａ４と浮遊射出光ビームａｘとの走査速度が同じであるなら、走査光学系２３を経て被走査面２４に達する位置は略同じになるので、この浮遊射出光ビームａｘによる問題は余り大きいとは必ずしも言えないかもしれないが、射出光ビームａ４は偏向反射面１１の回転速度の略４倍の回転速度、浮遊射出光ビームａｘはその２倍の回転速度で偏向されるため、射出光ビームａ４は浮遊射出光ビームａｘの２倍の速度で被走査面２４を移動されるため、次のようなゴースト光として大きな問題を起こす。
【００１５】
すなわち、浮遊射出光ビームａｘは主射出光ビームａ４の２分の１の速度で移動するため、主射出光ビームａ４による露光に対して２倍のエネルギーで露光されることになる。
【００１６】
そして、図３のような光走査装置では、図７に主走査断面を示すように、各走査線のデータの書き出し位置を検出するために、光ビームａ４が被走査面２４を走査する手前の位置に例えば微小ミラー２５を配置して、その微小ミラー２５による反射方向であって被走査面２４と共役な位置に水平同期検出器２６を配置する。この水平同期検出器２６で光ビームａ４の到達を検知するために、走査毎に毎回この水平同期検出器２６を走査するタイミングに対応して光源２１を点灯させる。このとき、浮遊射出光ビームａｘは、水平同期検出器２６に対応する被走査面２４の光軸からの位置の１／２の位置に入射するので、水平同期検出位置の１／２幅に相当する位置にゴースト像が必ず生ずる。このような光走査装置を例えば画像形成装置の光書込装置として用いる場合には、そのゴースト像部分の画像の濃度が他の部分に比べて変化してしまう。特に、中間調（ハーフトーン）の画像においてはこの現象が顕著になってしまう。
【００１７】
本発明は上記のような先願の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏向反射面に面して配置された２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して光ビームを入射出させ、２回反射により偏向反射面の略４倍の回転速度で光ビームを回転走査させる光走査装置において発生するゴーストを防止するようにすることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光走査装置は、光源と、前記光源から射出される光ビームを偏向する回転反射面を有する偏向器と、前記回転反射面で偏向された光ビームを折り返すように前記回転反射面に対向して配置された２枚の固定平面鏡と、前記回転反射面で偏向された偏向光ビームを被走査面上に結像させる走査光学系とを備え、前記光源から射出されて前記回転反射面に入射した入射光ビームが、前記２枚の固定平面鏡で順次反射されて、前記回転反射面に再度入射するように構成された光走査装置において、
前記光源から前記回転反射面に至る光路中の、前記固定平面鏡の前記回転反射面とは反対側に、前記入射光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
この場合に、回転反射面に最初に入射する入射光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して入射され、回転反射面で２回目に反射された偏向光ビームが２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するように構成されていることが望ましい。
【００２０】
また、入射光ビームを含み回転反射面の回転軸に平行な平面を入射平面とするとき、入射平面内に偏向光ビームが含まれる位置での入射光ビームの回転反射面に対する入射角をθ１、回転反射面で２回目に反射された偏向光ビームの射出角をθ２とすると、
０．９２≦（θ２／θ１）≦１．２５ ・・・（１）
の関係を満足するように構成されていることが望ましい。
【００２１】
また、遮光板は入射光ビームの偏向光ビームから離れる側を遮るように配置されていることが望ましい。
【００２２】
また、遮光板は入射ビームの光路中において固定平面鏡の直前に配置されていることが望ましい。
【００２３】
また、入射光ビームを含み回転反射面の回転軸に平行な平面を入射平面とするとき、入射平面内において、遮光板は回転反射面とは平行とは異なる角度で配置されていることが望ましい。
【００２４】
また、遮光板は回転反射面の回転軸に平行な方向に位置調節可能に配置されていることが望ましい。
【００２５】
本発明のもう１つの光走査装置は、光源と、前記光源から射出される光ビームを偏向する回転反射面を有する偏向器と、前記回転反射面で偏向された光ビームを折り返すように前記回転反射面に対向して配置された２枚の固定平面鏡と、前記回転反射面で偏向された偏向光ビームを被走査面上に結像させる走査光学系とを備え、前記光源から射出されて前記回転反射面に入射した入射光ビームが、前記２枚の固定平面鏡で順次反射されて、前記回転反射面に再度入射するように構成された光走査装置において、
前記回転反射面から前記被走査面に至る光路中の、前記固定平面鏡の前記回転反射面とは反対側に、前記偏向光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とするものである。
【００２６】
これらの本発明の光走査装置は、例えば画像形成装置の画像書き込み露光用に用いられる。
【００２７】
本発明においては、光源から回転反射面に至る光路中の、固定平面鏡の回転反射面とは反対側に、入射光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されているので、照明光学系中の絞り等で回折された回折光等からなる入射光ビームに伴う浮遊光ビームが一方の固定平面鏡から外れて走査光学系に入射して被走査面上でフレアになるのを防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の光走査装置の実施例について説明する。
【００２９】
図１は、本発明の光偏向光学系を含む光走査装置の全体構成を示す斜視図であり、図２は、その主要部の光偏向光学系を示す副走査方向の断面図である。
【００３０】
この光偏向光学系は、基本的に図３の本出願人の特願２００１−１０４６６８及び特願２００２−３３５００において提案した光偏向光学系と同じであり、前記したように、この例では、光偏向部は多面柱の側面に複数（図の場合は６面）の偏向反射面１１を有するポリゴンミラー１０で構成され、その回転軸１２の周りで偏向反射面１１が回転する構成になっている。そして、光偏向に関与する偏向反射面１１に面して２枚の固定平面鏡１３、１４が相互に角度をなして、かつ、間に間隙１５を開けて配置されている。
【００３１】
そして、光源２１からの光がレンズ系２２により平行光ビームａ０に変換され（面倒れ補正を行う場合は、回転軸１２に直交する方向には平行光になり、回転軸１２に平行な方向には偏向反射面１１近傍に集光するように変換され）、その光ビームａ０は固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って回転軸１２に沿った図の場合は斜め下方から偏向反射面１１に入射する。その偏向反射面１１で１回目の反射を行った光ビームａ１は斜め上方へ進み、一方の固定平面鏡１３に入射し、そこで反射された光ビームａ２は下方へ進み、今度は他方の固定平面鏡１４に入射し、そこで反射された光ビームａ３は再度偏向反射面１１に入射し、その偏向反射面１１で２回目の反射を行った光ビームａ４は、固定平面鏡１３と１４の間隙１５を通って斜め上方へ進み、走査光学系２３を経て集束光ビームに変換され、被走査面２４に入射して集束する。偏向反射面１１は回転軸１２の周りで回転するので、その集束光ビームは偏向反射面１１の回転速度の略４倍の回転速度で回転して被走査面２４上に走査線ｂを描く。ポリゴンミラー１０の回転に伴って入射光ビームａ０の入射位置に隣接する偏向反射面１１が順次入っては出るので、ポリゴンミラー１０の回転に伴って被走査面２４上の同じ位置に走査線ｂが一端から他端へ順次描かれる。この方向の走査が主走査になる。被走査面２４上の被走査体を走査線ｂと直交する方向へ一定速度で副走査することにより、被走査体上には走査線ｂが一定ピッチで並ぶラスター走査が行われることになる。
【００３２】
ここで、入射光ビームａ０の中心光線を含み、回転軸１２に平行な平面を入射平面と定義すると、２枚の固定平面鏡１３、１４は入射平面に対して垂直に配置されている。
【００３３】
そして、図４に示すように、偏向反射面１１が入射平面に垂直で正面を向いているときには、光ビームａ０〜ａ４は全て紙面の入射平面内にあり、このときの入射光ビームａ０の偏向反射面１１に対する入射角をθ１、射出光ビームａ４の射出角をθ２とすると、
０．９２≦（θ２／θ１）≦１．２５ ・・・（１）
の関係を満たす場合に、射出光ビームａ４のねじれが良く補正されることになり、特に、θ１＝θ２のとき、射出光ビームａ４のねじれは略キャンセルされてゼロとなるものである。また、θ１＝θ２のとき、偏向反射面１１の回転軸１２からの出入りによる走査線変位を完全になくすことができるものである。
【００３４】
このような構成において、本発明に基づき、図１、図２に示すように、偏向反射面１１に入射する光ビームａ０が固定平面鏡１３と１４の間隙１５に入射する手前の位置で、正規の光ビームａ０の射出光ビームａ４から離れる側（図２の下側）を遮るように、すなわち浮遊光ビームａ０’を遮光するように遮光板３０を配置する。なお、正規の光ビームａ０の射出光ビームａ４により近い側（図２の上側）の回折成分（図６）は、偏向反射面１１で反射さた後固定平面鏡１３から外れる部分はほとんどないので、特に遮光する必要はない。なお、遮光板３０により遮光される成分ａ０’は、本来の光ビームａ０以外であり、その光量に比べて僅かな光量しかないので、この遮光によって正規の光ビームａ０の光量が不足することはない。
【００３５】
遮光板３０は、絞り２２３（図６）からポリゴンミラー１０の偏向反射面１１に至る照明光路中のどの位置に配置してもよいが、本来の光ビームａ０に対してフレア光がなるべく広がっている方が遮光が容易なので、絞り２２３から遠い位置、すなわち、固定平面鏡１３と１４の間隙１５の直前の位置で遮光することが望ましい。
【００３６】
また、遮光板３０の形状としては、光源２１側から見たときに、間隙１５の正規の光ビームａ０が通る位置より下側で固定平面鏡１４の上端以上の範囲を遮光する形状であればよく、遮光板３０が固定平面鏡１４の裏面と合わせて浮遊光ビームａ０’を遮光するようになっていればよい。
【００３７】
なお、ポリゴンミラー１０の偏向反射面１１に入射する光ビームａ０の位置は、様々な要因により入射平面内においてポリゴンミラー１０の回転軸１２に沿う方向でばらつくので、入射光ビームａ０の位置に合わせて遮光板３０のエッジ３１を上下（回転軸１２に平行な方向）に調整可能とする位置調節機構を設けるようにすることが望ましい。
【００３８】
また、遮光板３０の浮遊光ビームａ０’が入射する側の面の反射防止機能が不十分な場合においては、遮光板３０がポリゴンミラー１０の偏向反射面１１に平行に配置されていると、遮光板３０の表面で反射された浮遊光ビームａ０’が副走査断面に投影された場合に射出光ビームａ４と平行に走査光学系２３に入射してしまう（特にθ１≒θ２の場合）。このような不要反射成分はポリゴンミラー１０で全く偏向されず、被走査面２４上では移動しないので、遮光板３０で反射される不要反射成分が僅かな光量でも問題となってしまう。これを避けるために、遮光板３０の浮遊光ビームａ０’が入射する側の面の反射防止を十分に行うようにするか、遮光板３０の設置角度として、遮光板３０で反射された不要反射成分が走査光学系２３に入射しない角度、例えば偏向反射面１１とは平行とならない角度にすることによって、遮光板３０で反射された浮遊光ビームａ０’が走査光学系２３を経て被走査面２４に入射することがないようにできる。
【００３９】
なお、光源２１から射出される光ビームａ０は、図６に示すように、入射平面内において収束ビームに変換されるものを考えていたが、前記のように主走査方向、副走査方向何れにおいても平行なビームの場合にも、浮遊光ビームａ０’を遮光する上記のような遮光板３０を照明光路中の何れかの位置に配置することは、同様にゴースト防止の上で有効である。
【００４０】
なお、入射光ビームａ０に伴う浮遊光ビームａ０’を射出光ビームａ４から離れる側（図２の下側）で遮光するようにすることで、その浮遊光ビームａ０’が固定平面鏡１３から外れて走査光学系２３に入射することが防止できるが、偏向反射面１１で反射され、固定平面鏡１３で反射されずに射出してきた浮遊射出光ビームａｘを、例えば射出光ビームａ４の入射光ビームａ０から離れる側（図５の上側）に配置した遮光板３０（図５）で遮光するようにすることもできる。しかしながら、偏向移動する浮遊射出光ビームａｘを遮光するためには、その移動軌跡に沿った長い形状の遮光板３０として構成配置する必要がある。したがって、図１、図２のように入射光ビームａ０に伴う浮遊光ビームａ０’を遮光するようにした方が構造が簡単になりより望ましい。
【００４１】
以上、本発明の光走査装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光走査装置によれば、光源から回転反射面に至る光路中の、固定平面鏡の回転反射面とは反対側に、入射光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されているので、照明光学系中の絞り等で回折された回折光等からなる入射光ビームに伴う浮遊光ビームが一方の固定平面鏡から外れて走査光学系に入射して被走査面上でフレアになるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光偏向光学系を含む光走査装置の１実施例の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の主要部の光偏向光学系を示す副走査方向の断面図である。
【図３】本発明の先願の光走査装置の全体構成を示す斜視図である。
【図４】図３の主要部の光偏向光学系を示す副走査方向の断面図である。
【図５】図３の光走査装置で入射光ビームに浮遊光ビームが伴っている場合に浮遊射出光ビームが出ることを説明するための図である。
【図６】入射光ビームに浮遊光ビームが伴う理由を説明するための照明光学系の副走査方向の断面図である。
【図７】浮遊射出光ビームがある場合にゴースト像が発生する理由を説明するための図である。
【符号の説明】
ａ０…入射光ビーム
ａ０’…浮遊入射光ビーム
ａ１〜ａ３…光ビーム
ａ４…射出光ビーム
ａｘ…浮遊射出光ビーム
ｂ…走査線
Ｒ…回折光
Ｐ…偏向反射面の位置
１０…ポリゴンミラー（回転多面鏡）
１１…偏向反射面
１２…回転軸
１３、１４…固定平面鏡
１５…間隙
２１…光源
２２…レンズ系
２３…走査光学系
２４…被走査面
２５…微小ミラー
２６…水平同期検出器
３０…遮光板
３１…遮光板のエッジ
２２１…コリメータレンズ
２２２…シリンドリカルレンズ
２２３…絞り
Claims (8)
- 光源と、前記光源から射出される光ビームを偏向する回転反射面を有する偏向器と、前記回転反射面で偏向された光ビームを折り返すように前記回転反射面に対向して配置された２枚の固定平面鏡と、前記回転反射面で偏向された偏向光ビームを被走査面上に結像させる走査光学系とを備え、前記光源から射出されて前記回転反射面に入射した入射光ビームが、前記２枚の固定平面鏡で順次反射されて、前記回転反射面に再度入射するように構成され、かつ、前記回転反射面に最初に入射する前記入射光ビームが前記２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して入射され、前記回転反射面で２回目に反射された前記偏向光ビームが前記２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するように構成された光走査装置において、
前記光源から前記回転反射面に至る光路中の、前記固定平面鏡の前記回転反射面とは反対側に、前記入射光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とする光走査装置。 - 前記入射光ビームを含み前記回転反射面の回転軸に平行な平面を入射平面とするとき、前記入射平面内に前記偏向光ビームが含まれる位置での前記入射光ビームの前記回転反射面に対する入射角をθ１、前記回転反射面で２回目に反射された前記偏向光ビームの射出角をθ２とすると、
０．９２≦（θ２／θ１）≦１．２５ ・・・（１）
の関係を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。 - 前記遮光板は前記入射光ビームの前記偏向光ビームとは反対側を遮るように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
- 前記遮光板は前記入射ビームの光路中において前記固定平面鏡の直前に配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光走査装置。
- 前記入射光ビームを含み前記回転反射面の回転軸に平行な平面を入射平面とするとき、前記入射平面内において、前記遮光板は前記回転反射面とは平行とは異なる角度で配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光走査装置。
- 前記遮光板は前記回転反射面の回転軸に平行な方向に位置調節可能に配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光走査装置。
- 光源と、前記光源から射出される光ビームを偏向する回転反射面を有する偏向器と、前記回転反射面で偏向された光ビームを折り返すように前記回転反射面に対向して配置された２枚の固定平面鏡と、前記回転反射面で偏向された偏向光ビームを被走査面上に結像させる走査光学系とを備え、前記光源から射出されて前記回転反射面に入射した入射光ビームが、前記２枚の固定平面鏡で順次反射されて、前記回転反射面に再度入射するように構成され、かつ、前記回転反射面に最初に入射する前記入射光ビームが前記２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して入射され、前記回転反射面で２回目に反射された前記偏向光ビームが前記２枚の固定平面鏡の間の間隙を通して射出するように構成された光走査装置において、
前記回転反射面から前記被走査面に至る光路中の、前記固定平面鏡の前記回転反射面とは反対側に、前記偏向光ビームのフレア光を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１から７の何れか１項記載の光走査装置を画像書き込み露光用に用いていることを特徴とする画像形成装置。
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