JPH02311813A - レーザビーム走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 繋策上段租Ｊ欠亙 本発明は、レーザビーム走査光学装置、特にレーザビー
ム光源から輻射されるビームを偏向走査し、走査ライン
上に結像させるレーザビーム走査光学装置に関する。

来の　術とその課 一般に、レーザビームプリンタやファクシミリ等に組み
込まれるレーザビーム走査光学装置は、以下に示す動作
を行なう。

半導体レーザ素子から輻射されるレーザビームがコリメ
ータレンズによって平行又は後方有限の位置で集光する
ビームとされた後、走査方向に垂直な方向にのみ屈折効
果を有するシリンドリカルレンズによって、ポリゴンミ
ラー上に走査方向が長手方向となるほぼ直線形状に変更
きれる。変更されたレーザビームはポリゴンミラーにて
偏向走査きれ、走査ライン上に結像される。このとき、
レーザビームの一部は、走査ライン上への露光スタート
位置を検出するために、走査ライン面とほぼ等価位置に
設置されている受光センサ（以下、ＳＯＳセンサと称す
る）に照射される。

ところで、レンズ類の製造誤差、取付は誤差によって、
レーザビームがＳＯＳセンサに照射される位置は、通常
、装置個体毎に異なったものとなる。ＳＯＳセンサの検
出精度を高めるためには、レーザビームが照射される位
置はＳＯＳセンサの中央部が望ましい。従って、従来の
レーザビーム走査光学装置はレーザビームがＳｏＳセン
サの中央部に照射されるように装置個体毎に調整を行な
う必要がある。特に、走査方向に垂直な方向の照射位置
ずれを補正する場合は、ＳＯＳセンサ専用ミラーの傾き
を変えて調整を行なっている。

また、製造時に調整をして、レーザビームがＳＯＳセン
サの中央部に照射されるようにセツティングされていて
も、例えば、レーザビーム走査光学系を固定するハウジ
ングが樹脂成形品である場合、装置を連続運転させたと
きに発生する熱がハウジングの熱変形を引き起こし、レ
ーザビームの照射位置がずれ、同期検出不能のトラブル
が生じることがあった。

このため、熱変形が生じるおそれのある部分に金属の補
強材を使用する等の熱に対する特別な対策を施し、ＳＯ
Ｓセンサが検出不能とならないようにする必要があった
。

そこで、本発明の課題は、ＳＯＳセンサの検出において
、走査方向に垂直な方向の照射ずれを補正するための調
整が不要なレーザビーム走査光学装置を提供することに
ある。

課　を解決するための手段 以上の課題を解決するために、本発明に係るレーザビー
ム走査光学装置は、 ＳＯＳセンサと偏向面との間の光路上に、シリンドリカ
ルレンズをその母線を走査方向に平行にかつ前記ＳＯＳ
センサから該シリンドリカルレンズのほぼ焦点距離だけ
離れた位置に配置したこと、を特徴とする。

作用 以上の構成において、シリンドリカルレンズがＳＯＳセ
ンサから該シリンドリカルレンズのほぼ焦点距離だけ離
れた位置に配置されていることによって、レーザビーム
が走査方向に垂直な方向の上下にずれても、シリンドリ
カルレンズを透過する際、光軸側に屈折され、ＳＯＳセ
ンサ面を照射するビームに変更され、レーザビームが確
実にＳＯＳセンサに検出きれることとなる。

尖施倒 以下、本発明に係るレーザビーム走査光学装置の一実施
例を添付図面に従って説明する。

第１図において、レーザビーム走査光学系（１）は、半
導体レーザ素子（２）、コリメータレンズ（３）、シリ
ンドリカルレンズ（４）、ポリゴンミラー（５）、トロ
イダルレンズ（６）、ビームスプリッタ（７）、球面ミ
ラー（８）、折り返し用ミラー（９ａ）。

（９ｂ）、感光体ドラム（１１）及びＳＯＳセンサ（１
２）とその専用シリンドリカルレンズ（１３）から構成
されている。

半導体レーザ素子（２）から輻射されるレーザビームは
、コリメータレンズ（３）によって後方有限の位置で集
光するビームときれた後、シリンドリカルレンズ（４〉
によってそのスポット形状を走査方向が長手方向となる
ほぼ直線形状に変更されポリゴンミラー（５）に到達す
る。ポリゴンミラー（５）は矢印（ａ）方向に一定速度
で回転駆動しており、レーザビームはこの回転軸と垂直
な方向に走査されてトロイダルレンズ（６）に導かれる
。トロイダルレンズ（６）は、走査面内で入射面と出射
面とが同心円となっており、走査面と垂直な方向につい
て一定のパワーを有し、このトロイダルレンズと球面ミ
ラー（８〉との組み合わせによりポリゴンミラー（５）
の面倒れ補正をする。トロイダルレンズ（６）を透過し
たビームはビームスプリッタ（７）を透過し球面ミラー
（８）によって反射され、再びビームスプリッタ（７）
に戻り、ここで反射して、折り返し用ミラー（９ａ）、
　（９ｂ）を介して感光体ドラム（１１）に達する。こ
こで球面ミラー（８）は感光体ドラム（１１）上の像面
湾曲補正及び歪曲補正のために使用される。

一方、ＳＯＳセンサ（１２）はポリゴンミラー（５）の
ミラー面分割の誤差による１走査毎の露光位置誤差を補
正する機能を有し、走査方向への露光スタート位置を検
出するため、感光体ドラム（１１）の走査面と等価位置
にＳＯＳセンサ専用シリンドリカルレンズ（１３）を介
して″設置されている。

ポリゴンミラー（５）によって偏向走査されたレーザビ
ームの一部は、トロイダルレンズ（６）、ビームスプリ
ッタ（７）、球面ミラー（８）を経て、ＳｏＳセンサ専
用シリンドリカルレンズ（１３）に導かれ、ＳＯＳセン
サ（１２）に達する。

ここで、ＳＯＳセンサ専用シリンドリカルレンズ（１３
）の作用を詳述する。第２図は、レーザビーム（２１）
の中心線（以下、主光線（２２）と称する）が光軸〈２
０）に一致している場合における走査方向に垂直な方向
のレーザビームの屈折の状態を示す。

第２図に示すｒθレンズ系（１４）は、第１図のトロイ
ダルレンズ（６）、ビームスプリッタ（７）、球面ミラ
ー（８）を組み合わせたレンズ系に相当する。

ｒθレンズ系（１４）から出射されたレーザビーム（２
１）は後方有限の位置で集光するビームとなる。

このビーム（２１）は、走査方向に垂直な方向に屈折効
果を有するシリンドリカルレンズ（１３）によってさら
に集光力を増し、ｆθレンズ系（１４）とシリンドリカ
ルレンズ（１３）との合成焦点距離（Ｘ）の位置で集光
した後、再び拡散光となりＳＯＳセンサ（１２）面に照
射される。シリンドリカルレンズ（１３）は母線が走査
方向に平行になるように光軸（２０〉に配置され、Ｓｏ
Ｓセンサ（１２）から該シリンドリカルレンズ（１３）
のほぼ焦点距離（ｆ）だけ離れた所に位置決めされてい
る。ＳＯＳセンサ（１２）はその受光面中央部が光軸（
２０）と一致するように配置きれている。従って、主光
線（２２）はシリンドリカルレンズ（１３〉の焦点圧１
！！Ｉ（ｆ）の位置に置かれたＳＯＳセンサ（１２）の
中央部に照射される。

次に、レーザビーム走査光学系〈１）を構成する各々の
レンズ類の製造誤差や、それらの取付は誤差ないしは組
立て後の部品の熱変形等によって、レーザビーム（２１
）の主光線（２２〉が光軸（２ｏ）に平行に上にずれた
場合を第３図に示す、この場合、シリンドリカルレンズ
（１３）から出射きれたレーザビーム（２１）は、シリ
ンドリカルレンズ（１３）によって屈折され、合成焦点
距離（ｘ）の位置で集光した後、再び拡散光となりシリ
ンドリカルレンズ（１３）の焦点距離（ｆ）の位置に置
かれたＳＯＳセンサ（１２）面に照射される。主光！（
２２）はシリンドリカルレンズ（１３）によって光軸（
２０）側に屈折され、シリンドリカルレンズ（１３）の
焦点距離（ｆ）の位置で光軸（２０〉と必ず交差するの
で、ＳＯＳセンサ（１２）の中央部に照射される。従っ
て、主光線（２２）が光軸（２０）に平行に上下にずれ
たレーザビーム（２１）はシリンドリカルレンズ（１３
）によって完全に補正される。

また、第４図はレーザビーム（２１〉の主光１（２２）
が光軸（２０）に対して傾いている場合を示す、シリン
ドリカルレンズ（１３）の前後で、主光線〈２２）が光
軸（２０）と交差する距離をそれぞれ（ａ）、　（ｂ）
とする□　　と、距離（ａ）、　（ｂ）はシリンドリカ
ルレンズ〈１３）の焦点距離（ｆ）と関係式（１）の関
係にある。

この場合、シリンドリカルレンズ（１３）から出射され
たレーザビーム（２１）は、シリンドリカルレンズ（１
３）によって光軸（２０）側に屈折され、合成焦点圧＃
（ｘ）の位置で集光した後、再び拡散光となり、ＳｏＳ
センサ（１２）に照射される。主光線（２２）はシリン
ドリカルレンズ（１３）によって光軸（２０）側に屈折
きれ、ＳＯＳセンサ（１２）の中央部より少し下側の位
置に照射される。

各レンズ類の製造誤差やそれらの取付は誤差は通常わず
かであり、主光線（２２）の光軸（２０）に対する傾き
は小さいので、主光線（２２）がシリンドリカルレンズ
（１３）の後方で光ｅ（２０）と交差する距離（ｂ）に
比べてシリンドリカルレンズ（１３）の前方で光軸（２
０）と交差する距離（ａ）の方が著しく大きくなる（（
ｂ）　＜：（ａ）　）。

そこで、シリンドリカルレンズ（１３）に、焦点距離（
ｆ）が充分小さいもの（例えば、焦点距離（ｆ）が１０
〜２０ｍｍのレンズ）を採用すれば、関係式（１）より
、ｂａｒとなり、主光線〈２２）がシリンドリカルレン
ズ〈１３）の後方で光軸（２０）と交差する距離（ｂ）
は、シリンドリカルレンズ（１３）の焦点距離（ｆ）と
ほとんど等しくなる。このため、ＳＯＳセンサ（１２）
面に照射される主光線（２２）の位置と光軸（２０）と
の隔たりは小さいものとなる。従って、主光ｆｉ（２２
）が光軸（２０）に対して傾いているレーザビーム（２
１）は、シリンドリカルレンズ（１３）によって実用上
無視できる程度まで補正される。

第５図は前記レーザビーム走査光学系（１）を実際に組
み込んだ本発明に係るレーザビーム走査光学装置を示す
。

レーザビーム走査光学装置（１４）は光源部ユニット（
１５）、シリンドリカルレンズ（４）、ポリゴンミラー
（５）、トロイダルレンズ（６）　、ビームスプリッタ
（７）、球面ミラー（８）、ＳＯＳセンサ（１２）とそ
の専用シリンドリカルレンズ（１３）、折り返し用ミラ
ー（９ａ）、　（９ｂ）及びハウジング（１６）とから
構成きれている。

光源部ユニット（１５）は、ユニット内部に嵌着された
半導体レーザ素子とフリメータレンズ（３）から構成き
れる。

光源部ユニット（１５）から輻射されるレーザ光は、シ
リンドリカルレンズ（４）、ポリゴンミラー（５）、ト
ロイダルレンズ（６）、ビームスプリッタ（７）、球面
ミラー（８）、折り返し用ミラー（９ａ）、　（９ｂ）
を透過あるいは反射しながら図示されていない感光体ド
ラムに到達し、感光体ドラム上に結像する。

一方、ポリゴンミラー（５〉によって偏向走査されたレ
ーザビームの一部はトロイダルレンズ（６）、ビームス
プリッタ（７〉、球面ミラー（８）を経た後、ＳｏＳセ
ンサ専用シリンドリカルレンズ（１３）に導かれた後、
ＳＯＳセンサ（１２）に達する。ＳＯＳセンサ（１２）
とシリンドリカルレンズ（１３）の位置関係は前述の通
りであり、部品の加工誤差、組立て誤差、熱変形による
レーザビームのＳＯＳセンサに対する照射位置のずれは
シリンドリカルレンズ（１３）によって補正きれ、レー
ザビームは確実にＳＯＳセンサ（１２）の受光面を照射
する。

なお、本発明に係るレーザビーム走査光学装置は前記実
施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変更することができる。

前記実施例は、ＳＯＳセンサ専用シリンドリカルレンズ
（１３）とＳＯＳセンサ（１２）をそれぞれ個々にハウ
ジング〈１６）に取り付けたものを示したが、ＳＯＳセ
ンサ（１２）と専用シリンドリカルレンズ（１３）とを
焦点距離（ｆ）の間隔を保ってユニット化してもよい、
ユニット化によって、装置の組立てが容易になり、また
、予めユニット化しておいて別機種にそのまま使用する
こともできる。

また、レーザビームは必ずしもコリメータレンズク３）
によって集束光とされる必要はなく、平行光であっても
よい。

λ肌卑吃ス 以上の説明で明らかな様に、本発明によれば、レーザビ
ーム走査光学装置において、シリンドリカルレンズがＳ
ＯＳセンサから該シリンドリカルレンズのほぼ焦点距離
だけ離れた位置に配置されていることによって、レーザ
ビーム走査光学系を構成する各々のレンズ類の製造誤差
やそれらの取付は誤差によって生ずるレーザビームの走
査方向に垂直な照射位置のずれは、シリンドリカルレン
ズによって補正され、レーザビームはＳＯＳセンサの中
央部に照射されるので、装置製造時に必ずしも調整する
必要がなくなる。

また、装置製造後、部品の熱変形によって経時的にレー
ザビームの位置ずれが生じても、シリンドリカルレンズ
によって補正され、レーザビームはＳｏＳセンサの中央
部に照射されるので、Ｓ。

Ｓセンサが検出不能になってトラブルが発生するのを随
止することができる。

さらに、ＳＯＳセンサをレーザビームの集光位置に置い
たり、ＳＯＳセンサ専用シリンドリカルレンズをＳＯＳ
センサと他のエレメント（例えば、ポリゴンミラー等）
と共役な位置に置く必要がなく、ＳＯＳセンサをシリン
ドリカルレンズのほぼ焦点距離だけ離れた位置に配置す
るだけでよいので配置の自由度が非常に大きく、走査装
置の設計の制約が緩和きれる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るレーザビーム走査光学装置の一実施
例を示し、第１図はレーザビーム走査光学系の基本構成
を示す斜視図、第２図〜第４図はＳＯＳセンサ専用シリ
ンドリカルレンズの作用を説明する説明図、第５図はレ
ーザビーム走査光学装置内部の平面図である。 （２）・・・半導体レーザ素子、（５）・・・ポリゴン
ミラー、（１１）・・・感光体ドラム、（１２）・・・
ＳＯＳセンサ、（１３）・・・ＳＯＳセンサ専用シリン
ドリカルレンズ、（１４）・・・レーザビーム走査光学
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザビーム光源から輻射されるビームを偏向走査
   し、走査ライン上に結像させるレーザビーム走査光学装
   置において、 走査ライン上への露光開始位置を検出するための受光セ
   ンサと偏向面との間の光路上に、シリンドリカルレンズ
   をその母線を走査方向に平行にかつ前記受光センサから
   該シリンドリカルレンズのほぼ焦点距離だけ離れた位置
   に配置したこと、を特徴とするレーザビーム走査光学装
   置。