JPH0429214A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、光走査ミラーを用いて光ビームを走査する光
ビーム走査装置に関し、さらに詳しくいえば、光走査ミ
ラーの回転軸を、光走査面上に置き、光路差ずれを補正
する光ビーム走査装置に関する。

［従来の技術］ 各種光ビーム走査記録装置、光ビーム走査読み取り装置
において使用される光ビーム走査ミラーとして、ポリゴ
ンミラーと呼ばれる回転多面鏡、または両面に反射作用
がある平板状の回転鏡等が、従来から使用されている。

上記従来技術で使用される回転多面鏡および平板状の回
転鏡は１例えば、特開昭６２−２４２９１０号公報に記
載のように、鏡の重心に回転軸がある構成となっており
、回転の中心線と、光ビームの入射点である走査点とは
離れている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術の光ビーム走査装置を用いて光走査をする
と、光走査中に、光走査ミラーの回転中心線と走査点と
の距離が変動し、光路差を生じるので、感光体等に結像
させるとき、この光路差を補正するために複雑な構成の
結像レンズ系が必要となり、コストが高くなる問題があ
る。

第３図を用いて、上記した光走査ミラーの回転中心線と
走査点との距離の変動について説明する。

第３図は、従来技術の走査ミラーであるポリゴンミラー
を用いたときの光路差を説明する説明図である。

同図において、図に示すように、回転の中心線が、走査
面ではなく、回転中心４にある場合について考える。こ
の場合は、破線で示すポリゴンミラーの状態Ａ３１と、
実線で示すポリゴンミラーの状態Ｂ３２とでは、半導体
レーザ発振器１から出た光は、ポリゴンミラーに到達す
るときに、入射点の位置が変化し、光路差ΔＱを生じる
。

この理由は、ポリゴンミラーの回転中心軸４と走査面と
が離れているためである。

このように従来技術では、光ビームを走査中に光路差Δ
Ωを生じるので、この光路差ΔＱを補正するために、ポ
リゴンミラーの前方に、複雑な構成の結像レンズ系を用
いなければならず、光ビーム走査装置は、複雑な構造で
高価なものとなるという問題がある。

次に、第４図を用いて、従来技術における、走査ミラー
を回転する回転モータの軸ぶれの影響について説明する
。

第４図は、従来技術における回転モータの軸ぶれの問題
を説明するための説明図である。

モータが停止しているときは、モータ軸４２は、破線で
示すモータ軸の停止位置４３に位置する。

しかし、このモータは約２万回／分という高速で回転す
るので、走査ミラーには遠心力が生じ、このため、モー
タ回転軸は同図の実線で示す位置４４になり、△θの軸
ぶれ角４１が生じる。

その結果、半導体レーザ発振器１から出た光の反射光は
、走査面において、軸ぶれのないときに比べ、２Δθ変
位角４２を生し、面倒れ誤差が発生するという問題があ
る。

本発明の第１の目的は、光ビーム走査中において、光走
査ミラーの回転中心線と光ビーム走査点との距離の変動
を防止し、光路差のずれを簡易な構造の結像レンズ系を
用いて補正できる光ビーム走査装置を提供することにあ
る。

本発明の第２の目的は、走査ミラーを回転するモーター
の軸ぶれ等により生じる面倒れ誤差の発生を防止する光
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］ 上記第１の目的は、走査ミラーの回転の中心線を、走査
面上の光ビームが入射する点を含む直線にほぼ一致させ
る光ビーム走査装置により達成できる。

ここで、はぼ一致とは、使用する光の波長によって、光
路差が無視できるような範囲であれば、厳格な一致でな
くてもよいことをいう。しかし、好ましくは厳格な一致
がよい。

上記第２の目的は、光ビームの反射光が所定の位置に反
射するように、この走査ミラーの走査面の形状を、凹面
状とする光ビーム走査装置により達成できる。

ここで、凹面とは、連続した曲面に限定されず、微小な
平面の集合体も含む。

［作　用コ まず、本発明による走査ミラーの回転の中心線を、走査
面上の光ビームが入射する点を含む直線とほぼ一致させ
ている光ビーム走査装置の作用について説明する。

回転の中心線が走査面と離れている場合は、走査ミラー
の位置によって、レーザ光が走査面に到達するまでの距
離は異なる。すなわち、レーザ光が照射される走査面上
の位置が、走査ミラーの回転により変化するので光路差
が生じる。

一方、本発明に係る上記の光ビーム走査装置を用いると
、レーザー光は、走査ミラーが回転中でも、回転の中心
線とほぼ一致している走査面の１点のみに入射するので
、光路差をほぼ零にできる。

なお、ここで、はぼ零というのは、使用する光の波長に
よって光路差が無視できるような範囲をいう。

次に、本発明の光ビームの反射光が所定の位置に反射す
るように、この走査ミラーの走査面の形状を、凹面状と
する光ビーム走査装置の作用について説明する。

走査ミラーが平面のときは、走査ミラーの回転のため回
転の中心軸の軸ぶれが起き、いわゆる面倒れ角が生じる
ので、光ビームの反射光は、所定の方向に進まず、軸ぶ
れによる反射光の変位角が生じる。

ここで、走査ミラーの走査面を、レーザ光の入射位置で
の接線が入射光に対して垂直となるように曲率を調整し
た凹面にする。このようにすると、レーザ光の入射位置
においては、レーザ光は平面に入射ことになる。すなわ
ち、いわゆる面倒れ角は、打ち消され、軸ぶれによる反
射光の変位角はほぼほぼ零となる。

面倒れ角は、１つの光ビーム走査装置ではほぼ一定なの
で、予め上記のように調整した凹面を有する走査ミラー
を使用することにより、軸ぶれによる反射光の変位角を
ほぼ零とできる。

［実施例］ 次に、図面を用いて、本発明の実施例について説明する
。

第１図、第２図および第１２図を用いて、本発明の第１
実施例を説明する。

第２図は、第１実施例の光ビーム走査装置の光学系を示
す分解図である。

この第１実施例の光学系は、光源とする半導体レーザ発
振器１と、この光源から出射されたレーザ光をスポット
光にするシリンドリカルレンズ２２．２３と、このスポ
ット光が入射され、このスポット光を走査する走査ミラ
ー３３と、この走査ミラー３３を回転する回転モータ３
２と、走査ミラー３３によって走査された光を、反射板
２７を用いて反射させ、記録部材２８上に結像させる結
像レンズ２６とを備えて構成される。

上記光学系において、光源から出射したレーザ光は、次
のように進む。

半導体レーザー発振器１から所定の広がりをもって出射
したレーザー光は、シリンドリカルレンズ２３．２４に
よってスポット光となり、走査ミラー３３に入射される
。次に、走査ミラー３３の回転によって走査された光は
、結像レンズ２６を通り、反射板２７で反射され、記録
部材２８上に結像する。

ここで、本実施例の特徴の１つである走査ミラー３３と
回転モータ３２との位置関係について、第１図を用いて
説明する。

第１図は、本実施例の走査ミラー３３と回転モータ３２
との位置関係を示す説明図である。

同図に示すように、回転モータ３２の回転の中心軸４を
、走査ミラー３３の走査面上にほぼ一致させる。このよ
うにすると、半導体レーザ発振器１から出射されたレー
ザー光は、回転の中心軸４とほぼ一致している走査面の
１点のみに当たるようになる。

この効果について、従来例と比較して説明する。

例えば、従来技術の説明のために用いた第３図を利用し
て説明すると、次のようになる。

従来技術においては、回転の中心が、走査面と離れてい
る回転中心軸４にあるので、ポリゴンミラーの位置によ
って、半導体レーザ発振器１から出射されたレーザ光が
、走査面に到達するまでの距離は異なる。すなわち、レ
ーザ光が照射される走査面上の位置が、ポリゴンミラー
の回転により変化するので光路差が生じる。

一方、本実施例では、上記のように、レーザー光は、回
転の中心＠４とほぼ一致している走査面の１点のみに当
たる。

その結果、第３図において示した光路差ΔＱ３３をほぼ
零にできる。さらに、従来技術では、この光路差ΔΩを
補正するために、複雑な構成で高価な結像レンズを使用
しているが、本実施例では、結像レンズ２６で上記の補
正の必要がないので、単純な構成で安価な結像レンズを
使用できる。

なお、結像レンズ２６として、プラスチックレンズを用
いることが経済的によい。

この理由を、第１２図を用いて説明する。

第１２図は、結像レンズの焦点距離と記録部材上での結
像関係を説明する説明図である。

結像レンズ２６の焦点距離１２０２は一定なので、像の
一部しか第１２図に示すように記録部材２８上に結像し
ない。すなわち、焦点誤差Δ５１２０１を生じるので、
結像レンズ２６としては、焦点誤差Δ５１２０１をなく
すために非球面レンズを用いたり、複数のレンズを組み
合わせたりするのが一般的であり、このような場合の生
産コストを考慮すると、ガラスレンズよりもプラスチッ
クレンズの方が安価である。

また、走査ミラーの材料としては面精度と高反射率を得
るため、アルミ等の金属を用いたり、ガラス等の上に金
等を蒸着する方法が考えら九る。

次に、第２実施例について説明する。

本実施例は、第１実施例の場合に、走査ミラーの重心が
、回転中心線上にないために生じることがある不安定な
回転の対策についての例である。

本実施例を、第１０図と第１１図を用いて説明する。

第１０図は１回転安定部材１０１を用いて、回転を安定
にする例を示す斜視図である。

図に示すように、走査ミラー１０３を安定に回転するた
めに、この例は、走査ミラー１０３を回転する回転モー
タ１０２と、その上に配置される回転を安定にする回転
安定部材１０１と、走査ミラー１０３とを備えた構成と
なっている。

回転安定部材１０１と、走査ミラー１０３とは接着して
もよく、または、一体型としてもよい。

上記回転安定部材１０１の質量と、走査ミラー１０３の
質量とを合計した質量の重心が、回転モータ１０２の回
転中心軸１０４上にくるように、回転安定部材１０１と
、走査ミラー１．０３とを配置する。このためには、回
転安定部材１０１を均一密度の材料とせず、走査ミラー
１０３とのバランスを考慮し、例えば１回転中心軸１０
４に対して、走査ミラー１０３と反対側は高密度の材料
とする。

上記のように、回転中心軸１０４上に、回転する物体の
重心があるので、回転モータ１０２が高速回転しても１
回転による不安定はなく、安定した回転となる。

また１回転を安定させるためには、第１１図に示すよう
な構成にすることも考えられる。

第１１図は、走査ミラーと回転安定部材とが一体となっ
ているタイプのものを示す斜視図である。

同図に示すように、円柱の一部を切り取って作った平面
を走査ミラー１０５とし、走査面１０７上に、回転中心
軸１０６があるような配置とする。

また、回転中心軸１０６上に、上記走査ミラーと回転安
定部材とが一体となっているものの重心があるようにす
る。

上記のような構成とする場合の作用と効果は、第１０図
に示す場合とほぼ同じであるが、走査ミラーと回転安定
部材とが一体となっているので、回転のときの安定性は
、第１０図に示す例よりも優れている。

次に、第５図〜第７図、第１４図を用いて、本発明の第
３実施例について説明する。

第５図は、モータ軸の軸ぶれによる面倒れを補正するた
めの構成を説明するための説明図である。

すでに、第４図を用いて従来技術として説明したと同様
に、第５図の走査ミラー２０３は高速で回転するので、
軸ぶれ２４１を生じる。

本実施例では、走査ミラー２０３の走査面を、凹面とす
ることで、軸ぶれに対する反射光の変位を防止している
。

第１４図を用いて、軸ぶれに対する反射光の変位を防止
する原理について説明する。

第１４図（Ａ）は、面倒れ角がほぼ零のときを示す説明
図である。

同図においては、レーザ光源４０１から出射されたレー
ザ光４０３は、矢印４０２の方向に沿って進行し、走査
面４０８で反射される。このとき、面倒れ角はほぼ零な
ので、軸ぶれによる反射光の変位角はほぼ零である。

第１４図（Ｂ）と（Ｃ）とは、面倒れ角がそれぞれθ１
、θ２のときを示す説明図である。

走査ミラーが平面のときは、面倒れ角θ１、θ２が生じ
るので、反射光はそれぞれ矢印４０６゜４０７の方向に
沿って進行し、軸ぶれによる反射光の変位角２θ１．２
θ、が生じる。

この結果、この軸ぶれによる反射光の変位角を補正する
ために、複雑な構造で高価な結像レンズが必要とされる
。

ここで、走査ミラーの走査面を、レーザ光の当たる位置
での接線が入射光に対して垂直となるように曲率を調整
した凹面にする。

このようにすると、レーザ光４０３の入射位置４１０．
４１１においては、レーザ光４０３は平面に入射したこ
とと同様になる。すなわち、面倒れ角θ工、θ２は、打
ち消され、軸ぶれによる反射光の変位角２θ１．２θ２
はほぼほぼ零となる。

すなわち、面倒れ角は、光ビーム走査装置によってほぼ
一定なので、予め上記のように調整した凹面を有する走
査ミラーを使用することにより、軸フれによる反射光の
変位角をほぼ零とでき、複雑な構造で高価な結像レンズ
は不要となる。

なお、この走査ミラーの凹面の形状は、軸ぶれの種類に
よって、さまざまな形状が考えられる。

例えば、軸ぶれが入射光に対して前後に生じるときは、
第６図の形状を持つ走査ミラーが適しており、また、軸
ぶれが一定の角度のときは、第７図の形状を持つ走査ミ
ラーが適している。

次に、本発明の第４実施例である凹面形状の走査ミラー
製作方法について、第８図を用いて説明する。

第８図は、凹面形状の走査ミラー３０１の製作例を示す
説明図である。

この凹面形状の走査ミラー３０１の側面図を、第８図（
Ａ）に示す。

同図に示すように、この走査ミラー３０１を回転する回
転軸３０２の径は、走査ミラー３０１内とその外側とで
比へると、走査ミラー３０１内では細くする。これは、
回転の中心線３０３を、できるかぎり走査面に近付ける
ためである。

第８図（Ｂ）は、走査ミラー３０１を２つに分けて製作
する際の、分ける場所を示す説明図である。

同図に示す分断線３０４で、走査ミラー３０１を２つの
部分に分けて製作する。

このように、２つの部分に分けて製作する理由について
述べる。

本実施例の走査ミラー３０１の場合は、走査ミラーの凹
面状の加工と、モーター軸との接続のための穴の加工と
の両方を行なう必要があるので、一体のままでの加工は
難しい。

そこで、第８図に示すように、回転の中心線３０３を中
心に、凹面を含む部分と、その他の部分に分けて製作す
るのである。

上記のように、凹面などの複雑な部分を含む走査ミラー
を製作するときは、生産効率の落ちる凹面を含む部分と
、簡易に生産できる凹面等を含まない部分とを、分けて
製作するので、生産量を調整することができ、効率的に
生産できる。

上記のようにして製作した２つの部分は、例えば、接着
またはねじ止めによって、一体にすることができる。

また、モーターの回転軸３０２と走査ミラー３０３とを
強く固定し１回転ぶれが起こらないようにするための一
例として、第９図に示すように、走査ミラー内の部分を
、ねじきりにした回転軸３０５を用いる方法、または、
角柱状にした回転軸３０６を用いる方法などがある。

次に、本発明の第５実施例として、第１実施例記載の光
ビーム走査装置を利用した電子機器の１つであるファク
シミリ装置について、第１３図を用いて説明する。

第１３図は、本実施例のレーザビームプリンタを利用し
たファクシミリ装置を説明するための説明図である。

このレーザビームプリンタを利用したファクシミリ装置
は、データを取り込む読取系１３０１と、この読み取り
系１３０１で取り込んだデータを相手端末に送る等のた
めの通信回線１３１２と、相手端末から通信回線１３１
２を介して送られてきた画像データを、処理・記録する
通信処理系１３１１と、この通信処理系１３１１からの
画像データに従い変調した光ビームを出射するレーザ光
源１３０７と、走査ミラー１３２０・反射ミラー１３０
８・光学補正系１３０６等の光学系とを備えて構成され
る。

このレーザビームプリンタを利用したファクシミリ装置
は、読み取り系１３０１で取り込んだデータを、通信回
線１３１２を介して相手端末に送ったり、相手端末から
通信回線１３１２を介して送られてきた画像データを、
通信処理系１３１１で処理して記録する。

この際、レーザ光源１３０７から出力される画像データ
は、シリアルに出力され、走査ミラー１３２０、反射ミ
ラー１３０８、光学補正系１３０６を介して、帯電系１
３０６によって帯電させられた感光体１３１０に照射さ
れる。

これによってできた替像を、現像系１３０１により現像
し、転写系１３０４で紙に転写し、定着系１３０５によ
って、転写した画像を定着して出力するものである。こ
の際、紙は給紙カセット１３ｏ９からピックされ、破線
１３２１上を通過する。

このファクシミリの特徴は、光学補正系として第１実施
例記載の光ビーム走査装置を用いているので、安価で簡
略な構成にできることである。

［発明の効果コ 本発明によれば、走査ミラーの回転の中心線を、走査面
上の光ビームが入射する点を含む直線とほぼ一致させる
ので、光路差ずれを補正でき、また、結像レンズ系を簡
易な構造で安価にできるという効果がある。

また、光ビームの反射光が所定の位置に反射するように
、走査ミラーの走査面の形状を、凹面状としたので、モ
ーター軸の軸ぶれの結果生じる誤差を補正でき、また、
結像レンズ系を簡易な構造で安価にできる効果というが
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の走査ミラーと回転モータとの位置
関係を示す説明図、第２図は第１実施例の光ビーム走査
装置の光学系を示す分解図、第３図は従来技術における
回転モータの軸ぶれの問題を説明するための説明図、第
４図は従来技術における回転モータの軸ぶれの問題を説
明するための説明図、第５図はモータ軸の軸ぶれによる
面倒れを補正するための構成を説明するための説明図、
第６．７図は走査ミラーの形状の一例を示す斜視図、第
８図は凹面形状の走査ミラー３０１の製作例を示す説明
図、第９図はモータの回転軸の例を示す斜視図、第１０
図は回転安定部材１０１を用いて回転を安定にする例を
示す斜視図、第１１図は走査ミラーと回転安定部材とが
一体となっているタイプのものを示す斜視図、第１２図
は結像レンズの焦点距離と記録部材上での結像関係を説
明する説明図、第１３図は第５実施例のレーザビームプ
リンタを利用したファクシミリ装置を説明するための説
明図、第１４図（Ａ）は面倒れ角がほぼ零のときを示す
説明図、第１４図（Ｂ）、（Ｃ）は面倒れ角がそれぞれ
θ８、θ２のときを示す説明図である。 １・・・半導体レーザー発振器、２，３２，２０２・・
・回転モーター、３，３３，１０５，２０３゜２０４．
２０５・・・走査ミラー、４．１０４゜１０６．４０５
・・・回転中心軸、２６・・・結像レンズ、２７・・・
反射板、２８・・・記録部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源から出射された光ビームを走査ミラーの走査面
   に入射させ、走査しながら、記録部材上に結像させる光
   ビーム走査装置において、 この走査ミラーの回転の中心線を、走査面上の光ビーム
   が入射する点を含む直線にほぼ一致させることを特徴と
   する光ビーム走査装置。 ２、光源から出射された光ビームが走査面に入射され、
   この光ビームを走査する光走査ミラーと、この光走査ミ
   ラーを回転する回転モータとを備えて構成される光ビー
   ム走査装置において、上記光走査ミラーを回転する上記
   回転モータの回転の中心線は、走査面上の光ビームが入
   射する点を含む直線とほぼ一致していることを特徴とす
   る光ビーム走査装置。 ３、上記回転モータの回転軸に回転安定部材を取付け、
   この回転安定部材と光走査ミラーとからなる回転体の重
   心を、回転の中心線にほぼ一致させることを特徴とする
   請求項１または２記載の光ビーム走査装置。 ４、光源から出射された光ビームを走査ミラーの走査面
   に入射させ、走査しながら、記録部材上に結像させる光
   ビーム走査装置において、 上記光ビームの反射光が所定の位置に反射するように、
   この走査ミラーの走査面の形状を、凹面状とすることを
   特徴とする光ビーム走査装置。 ５、上記凹面は、光ビームの入射する位置での接線が、
   入射光に対して垂直となるように曲率を調整した凹面で
   あることを特徴とする光ビーム走査装置。 ６、光源から出射された光ビームを走査ミラーの走査面
   に入射させ、走査しながら、記録部材上に結像させる光
   ビーム走査装置において、 この走査ミラーの回転の中心線を、走査面上の光ビーム
   が入射する点を含む直線にほぼ一致させ、かつ、上記光
   ビームの反射光が所定の位置に反射するように、この走
   査ミラーの走査面の形状を、凹面状とすることを特徴と
   する光ビーム走査装置。 ７、光源から出射された光ビームを走査ミラーの走査面
   に入射させ、走査しながら、記録部材上に結像させる光
   ビーム走査装置において、 光ビームを走査中に、光源の光ビームの出射点から、走
   査ミラーの上記光ビームの走査面までの距離をほぼ一定
   に保つために、走査ミラーの重心を含む垂線を、走査ミ
   ラーの回転軸から所定距離だけ離すことを特徴とする光
   ビーム走査装置。 ８、請求項１、２、３、４、５、６または７記載の光ビ
   ーム走査装置を備えて構成されることを特徴とする電子
   機器。