JPH0343709A - 光ビーム走査装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光ビームによって走査を行う光ビーム走査装置
に関する。

［従来の技術］ 光ビームを用いた走査装置において、光ビームの偏向装
置として回転多面鏡など、その反射面が回転に対して倒
れ得るものを用いる場合、この面の倒れ（一般に面倒れ
という）によって光ビームが走査方向と垂直な方向にず
れ、走査線のピッチむらを生じる。これを補正するため
に、走査方向と垂直な面内において、上記反射面と被走
査面（例えば感光ドラム面）とが共役関係となるような
結像光学系を用いる方法は１例えば特公昭５２−２８６
６６号公報などによって知られている。

一方、上記装置の光学系には、走査方向の断面において
光ビームが被走査面上を等速度走査するための特性（一
般にｆθ特性という）をもたせるとともに、上記被走査
面上の光ビームのスポット径が装置方向の位置に対して
常に均一になるように像面湾曲を補正するという性能も
要求される。

このように、走査方向の特性と走査方向と垂直な方向で
の特性とを同時に実現するためには１両面内でのパワー
の異なる光学系（シリンダ面など）が用いられる。

また、上記共役関係のため、上記回転多面鏡の反射面の
近傍に、走査方向と平行なＭ像を形成する。

このような光学系において、従来、上記回転多面鏡の同
転に伴って光ビームを反射する位置が移動し、そのため
、被走査面上の走査位置によってピント位置が前後し、
上記像面湾曲特性が劣化して、スポット径の均一性が悪
くなるという問題があった。この点について、以下に具
体例を用いて説明する。

第７図に従来の光学系の一例を示す、第７図において、
シリンダレンズ９０を出た光ビームは。

回転多面１Ｉｔ９２で偏向される。この場合、被走査面
９３の中央部を走査するときは、入射光ビームは回転多
面鏡９３の反射面上の点９４で反射されるのに対し、回
転多面鏡９３が回転して被走査面９３の端を走査すると
きは、反射面が移動して点９５で反射されることになる
。この反射される点の移動を、以後ミラーシフトと呼ぶ
ことにする。

また、以後、光ビームが偏向されて形成する平面（回転
多面鏡の反射面への入射光と反射光とを含んでなる平面
）を走査面、走査面に平行な方向を主走査方向、走査面
に垂直な方向を副走査方向と呼ぶことにする。

ここで、入射ビームの副走査方向断面を、第７図の（ｂ
）に示す、このように、副走査方向断面では、光ビーム
が回転多面１Ｒ９３の反射面上に集束されているため、
ｆθレンズ９１から見て物点が大変近くになる。従って
、上記したミラーシフトがあると、物点が移動すること
になる。この移動量は２〜３■（直径約７０■の多面鏡
の場合）であるが、この移動は、被走査面９３上で大き
な画像湾曲となって現れる。この画像湾曲は、走査位置
に対して高次の関数形になり、また非対称であり、ｆθ
レンズ９１では十分補正できないことが多い。

上記のようなミラーシフトによる画像への影響を補正す
る方法として１例えば特開昭６２−６９２２４号公報に
記載された方法がある。この方法は、第７図において、
回転多面ｇ１９２の回転に応じてシリンダレンズ９０を
光軸方向（符号９６で示す矢印の方向）に移動させ、シ
リンダレンズ９０による集束位置をミラーシフトとは逆
方向に動かして、上記像面湾曲を補正するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は°、ミラーシフトによる像面湾曲を補正
するために、回転多面鏡の回転に応じてシリンダレンズ
を移動させるため、その機構がはなはだ複雑となる上に
１回転多面鏡の回転数が高い場合には、回転に対してシ
リンダレンズの移動を追隨させることが困難になるとい
う問題があった。

本発明の目的は、複雑な機構が不要で、かつ、回転多面
鏡の回転速度にかかわらず、ミラーシフトによる影響を
低減できる光ビーム走査装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため１本発明は、回転多面鏡の複数
の反射面を正多角形柱状に配置するとともに、該反射面
の面上に、空気の屈折率より高い屈折率を有する透明部
材（例えばレンズ用プラスチック、ガラス等）を、複数
の反射面のなす正多角形柱に外接する円筒面と該反射面
との間を埋める形で着設するものである。

〔作用コ 上記構成の作用を第３図に従って説明する。第３図は、
上記構成における回転多面鏡によって光ビームが偏向さ
れる様子を示している。

まず、光ビームが走査中央部を走査するとき。

入射光ビーム８は、透明部材の外縁１９で屈折され１回
転多面鏡の反射面１５で反射され、光ビームは実線で示
す光ｌｌＡ１７のように進む、一方、走査の端に光ビー
ムが向かう場合、回転多面鏡の反射面は破線１６で示す
位置にくるが、透明部材の外縁は円柱面であるため入射
位置は変化しない。

このとき、光ビームは、回転多面鏡の反射面１６で反射
された後、破線で示す光線１８のように進む。

第３１１！ｌに示すように、走査中央部の走査の場合も
、走査の端の走査の場合も、光ビームの反射される位置
は透明部材１１の中にある。光学の基本として、屈折率
ｎの媒質の中の光学的距離は、空気中の光学的距離のＬ
　／　ｎと等価である。従って、第３図において、光ビ
ームが反射される位置が走査中央部と端とで移動する量
、すなわちミラーシフトの量は、透明部材１１がない場
合に比べて等価的に１　／　ｎになる。すなわち１本発
明で用いる透明部材は、ミラーシフトの量を１　／　ｎ
に低減する作用を行う。

上記透明部材１１は１回転多面鏡の本体と一体となって
いるため、回転多面鏡の回転速度が高速になっても完全
に追随し、しかも簡単な構成でミラーシフトを低減する
ことができる。

なお、上記透明部材の製造については１例えば。

プラスチックを用れば、射出成形において回転多面鏡の
本体をインサートすることにより、容易に製造可能であ
る。

［実施例］ 以下１本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は該実施例の光ビーム走査装置の構成を示す斜視
図である０本光ビーム走査装置は、光源１、コリメータ
レンズ２．シリンダレンズ３９回転多面鋺４とこれを睨
動するモータ７、ｆθレンズ５で構成され、被走査面（
例えば感光ドラム面）６に対して走査を行う。

次に、上記各構成要素の機能、動作について説明する。

光源１は、本実施例では半導体レーザであり１発散光を
出射する。コリメータレンズ２は、上記発散光をコリメ
ートし、はぼ平行光束にするとともに、その光軸方向の
位置調整によって、主走査方向の断面内で被走査面６の
上に光ビームを集束させるためのピント調整を行うもの
である。

シリンダレンズ３は、副走査方向の断面内でのみパワー
を有し、光ビーム８を副走査方向にだけ集束し１回転多
面ｊ１１４の反射面の近傍に光ビームの線像を形成する
ものである。

回転多面鏡４は、第１図に示す矢印の方向に回転し、そ
の反射面の角度が変わることによって光ビームを偏向す
るものである。なお、この回転多面鏡４は、その反射面
の外側が透明部材（１！ｆ示省略）で囲まれているが、
その形状の詳細および透明部材の作用については後に詳
述する。

上記回転多面鏡４では、１つの反射面に光ビームを照射
している間で１回の走査が行われ、回転多面鏡４が１回
転する間に反射面の数だけの走査が行われる。

ｆθレンズ５は、その光軸が主走査面内で走査中央の光
ビームにほぼ一致するように配置されている。このｆθ
レンズ５は、全体として、回転多面＃ｔ４で偏向された
光ビームが被走査面６の上で等速度で走査するようにな
さしめるとともに、光ビームを被走査面６の上に一点に
集束させる機能をもつ、さらに、ｆθレンズ５は、副走
査方向断面内において、回転多面鏡４の反射面と被走査
面６とを光学的共役関係に保つことによって、回転多面
ｔＩｔ４に面倒れが生じても光ビームが被走査面６上の
同じ位置を走査するように補正する機能をもつ。

被走査面６は１例えばレーザビームプリンタ等では感光
ドラムであり、円筒の軸を中心に回転して、光ビームで
露光された信号を次のプロセスに伝達する。

次に１本実施例の回転多面鏡とそれに着設する透明部材
の構造と動作について説明する。

第２図は、第１図における回転多面鏡４の近傍の詳細を
少し拡大して示したものである０図示のように、回転多
面鏡４の反射面の周囲は透明部材１１で取り巻かれてい
る。透明部材１１は、その屈折率が空気の屈折率より高
い材質（例えばレンズ用プラスチック、ガラス）からな
り、回転多面＃Ｉ４の複数の反射面１２がなす正多角形
柱に外接する円筒面と外反射面１２との間を埋める形状
をしており、一方の面は反射面１２に密着している。

入射する光ビーム８は、透明部材１１を通過して反射面
１２で反射され、ｆＯレンズ５に向かう光ビーム１３と
なる。

第３図は、第２ｗＩでの回転多面鏡４の反射面１２の近
傍をさらに拡大して示したもので、前述したように、光
ビームが偏向されろ様子を示している。

透明部材１１によって、ミラーシフト量が従来の１／ｎ
（ｎは透明部材１１の屈折率）に低減できることは、第
３図を用いて前に述べた。このミラーシフトは、副走査
方向断面において特にｆθレンズの光軸方向の移動が像
面湾曲を発生することに関係するので、この点について
さらに詳しく説明する。

第３図における回転多面鏡４の反射面での光ビームの、
反射の副走査断面での状態を、第３図のＡ−Ａ’断面に
投影した形で、第４図に示す、ここで、第４図（ａ）は
、本発明におけるミラーシフトを示しており、同図（ｂ
）は、従来品におけるミラーシフトを示している。副走
査方向断面では、前述のように、シリンダレンズ３によ
って光ビームが集束されるために、ｆθレンズ５から見
れば、この回転多面鏡４の反射面の近傍に集束されるビ
ームの結像点が物点となる。ミラーシフトは、この物点
位置を移動させてしまうことになり。

そのために、被走査面上で像面湾曲を発生することにな
る。

さて、第４図（ａ）において、入射光ビーム２３は図示
していないシリンダレンズ３によって集束ビームとして
入射し、透明部材１■を通過して、回転多面＠４の反射
面２８上に集束され、反射されて、反射光ビーム２５と
してｆθレンズ５（図示せず）に向かう、ここで、走査
の端を走査する場合、回転多面ｔｌｔ４の反射面は破線
で示す符号２１の位置にくるため、反射光ビームは破線
で示す符号２４のようになり、ビームの集束点は符号２
７の位置になる。一方、走査中央の走査のときの反射光
ビーム２５は、透明部材１１を通過した後は符号２６で
示す点から発するように見えるため、結局この場合のミ
ラーシフト量は、符号２６および符号２７で示す２点間
の距離２２となる。

これに対し、第４図（ｂ）は、従来の回転多面１９２に
おけるミラーシフトを、前記第４図（、）と同じように
示したものであるが、ここでは、入射光ビーム３３は回
転多面＠９２の反射面３８上の点３６に集束され、反射
されて、反射光ビーム３５となり、また、走査端に光ビ
ームがいくときは、回転多面＃ｔ９２の反射面は符号３
１で示す位置にくるため、入射光ビーム３３は反射面３
１で反射された後、符号３７で示す点に集束する。従っ
て、ミラーシフト量は、符号３６および符号３７で示す
２点間の距離３２となる。

上記した第４図（、）におけるミラーシフト２２と、第
４図（ｂ）におけるミラーシフト３２とを比べると、本
発明におけるミラーシフト２２の方が量が低減されてい
ることがわかる。なお、第４図は模式図であり、ミラー
シフト２２の量がミラーシフト３２の量の１　／　ｎで
あることを意味するものではない。

なお、本発明で用いる透明部材は、これがない場合に比
べて、光学的な影響（例えばリニアリティが変化する）
を及ぼすが、それは大きな量ではなく、ｆＯレンズの設
計時にこの点を考慮して設計することは、なんら設計の
制約条件とはならない。

第５図は本発明における回転多面＠４の具体的な形状を
さらに詳細に示したものである。これまでの説明では、
透明部材１工の外側の縁は、回転多面１ＩＡ４の反射面
のなす正多角形柱に外接する円筒面としたが、実際には
、外縁円筒面５１と回転多面鏡４の角部との間には微小
の開き５０が設けられており、この部分を透明部材１工
で埋めるようにしている。これによって、各反射面４ａ
〜４ｈを取り囲むそれぞれの透明部材が連結され、！！
を造においてプラスチック成形などが容易になるという
利点がある。

また１本発明で用いる回転多面鏡４は、外周が透明部材
１１による円筒面であるため回転時の空気抵抗が小さく
、その結果、エネルギー損失が小さく、また空力的な音
を小さくできるという利点を併せもっている。第６図は
、比較のために従来の回転多面鏡９２を示したものであ
るが、隣り合う２つの反射面の継ぎ目にある角９２ａ〜
９２ｈによって、大きな空気抵抗が発生し、エネルギー
損失や空力的な音が大きい。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば１回転釜面鏡の反射
面の面上に、空気の屈折率より高い屈折率を有する透明
部材を設けることにより、ｆｌｌｌ車な構成でミラーシ
フトの量を従来の１／ｎ（ｎは透明部材の屈折率）にま
で低減できるので、像面湾曲の小さい、スポットの均一
性の良好な光ビーム走査装置を実現できる。また５回転
釜面鏡回転時の空気抵抗を低減できるので、エネルギー
損失や空力的な音を従来よりも小さくすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ビーム走査装置の一実施例の構
成を示す斜視図、第２図は該実施例における回転多面鏡
の近傍を拡大して示した斜視図、第３図はミラーシフト
を説明するための概念図、第４図はミラーシフトによる
物点の移動を説明するための概念図、第５図は本発明に
よる回転多面鏡の具体的形状を示す斜視図、第６図は従
来の回転多面鏡の形状を示す斜視図、第７図は従来の光
ビーム走査装置の一例の構成を示す斜視図である。 符号の説明 １・・・光源、２・・・コリメータレンズ、３・・・シ
リンダレンズ、４・・・回転多面鏡、５・・・ｆθレン
ズ、６・・・被走査面、８・・・入射光ビーム、１１・
・・透明部材。 ヌ 図 ８：人身１光ご′−ム メ 図 ヌ ４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光ビーム発生部と、該光ビーム発生部から発生する
   光束を線状に結像する第１の光学系と、該線状の結像位
   置の近傍に光ビームを偏向するための反射面を有する回
   転多面鏡と、該回転多面鏡で偏光された光ビームを被走
   査面に集束する第２の光学系とで構成される光ビーム走
   査装置において、上記回転多面鏡が、複数の反射面を正
   多角形柱状に配置してなるとともに、該反射面の面上に
   、空気の屈折率より高い屈折率を有する透明部材を、上
   記回転多面鏡の各反射面のなす正多角形柱に外接する円
   筒面と該反射面との間を埋める形で着設したことを特徴
   とする光ビーム走査装置。