JPH06148556A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の屈折部材を環状に配置した光偏向器を
用いることにより、装置全体の小型化を図ると共に良好
なる画像の記録を行うことができる光走査装置を得るこ
と。 【構成】 複数の屈折部材１ａ〜１ｆが環状に等間隔に
配置している光偏向器１を駆動手段４に回転可能に装着
し、該光偏向器の環状内部から光束を該屈折部材に入射
させると共に該光偏向器を回転させることにより、該屈
折部材で屈折偏向させた光束を被走査面上に導光して光
走査する際、該複数の屈折部材は該駆動手段の回転軸を
含む断面内において、該屈折部材の外側に位置する外線
と内側に位置する内線とが互いに平行となるように構成
したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光走査装置に関し、特に
複数の屈折部材を環状に等間隔に配置した光偏向器と、
該環状内部から光束を該屈折部材に導光して該屈折部材
からの屈折偏向した光束を用いて感光体や静電記録体等
の像担持体である被走査面を光走査することにより、画
像形成するようにした例えば電子写真プロセスを有する
レーザービームプリンターやカラーレーザービームプリ
ンター、マルチカラーレーザービームプリンター等の装
置に好適な光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりレーザービームプリンター等の
光走査装置においては画像信号に応じて光変調したレー
ザ光源から放射した光束（レーザ光ともいう。）をコリ
メーターレンズにより略平行光束としている。そして副
走査方向にのみ所定の屈折力を持つシリンドリカルレン
ズで集光し、複数の偏向面（反射面）を有する回転多面
鏡等から成る光偏向器により反射偏向させた後にｆ−θ
特性を有する結像手段により感光性の記録媒体面上にス
ポット状に集束させている。そして光偏向器を回転させ
ることにより記録媒体面上を光走査している。これによ
り画像記録を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光走査装置は光
偏向器として回転多面鏡を用いて光束を反射偏向させて
いる。この為光偏向器と光源手段との間のコリメーター
レンズやシリンドリカルレンズ等の各光学要素を配置す
る為の一定の空間が必要であった。この為光走査装置全
体が大型化してくるという問題点があった。

【０００４】又、光偏向器を回転させている駆動手段と
してのモータの回転軸にガタがあったりすると、所謂み
そすり運動をする。そうすると該回転軸の傾きによって
例えば図７に示すように光偏向器７１の偏向面（反射
面）７１ａで反射偏向されたレーザ光の反射方向（照射
方向）が所定の照射方向に対して傾いて大きくズレてし
まい、この為所望の画像が得られなくなってくるという
問題点があった。

【０００５】そこで従来の光走査装置においてはレーザ
光の反射方向のズレ（バラツキ）を小さく抑える為に光
学的手段により、例えば補正用レンズ（シリンドリカル
レンズ）７２等を光偏向器７１の入射側と射出側にそれ
ぞれ設けて補正したり、又製造工程においてモータの回
転軸の傾き精度を高めていた。

【０００６】しかしながら光学的手段による補正はズレ
幅を大きいとかなり複雑な設計仕様が必要となり、コス
トがかかり又モータの回転軸の傾き精度を上げることは
製作及び調整が非常に困難となりコスト的にも高くなっ
てくるという問題点があった。

【０００７】尚、図７においてαを回転軸の傾き角、Ｓ
を回転多面鏡７１の偏向面（反射面）７１ａから補正用
レンズ７２の入射面７２ａまでの距離としたとき、補正
用レンズ７２の位置でのレーザ光のズレ幅ｄは ｄ＝Ｓ×ＳＩＮ（２×α） ‥‥‥‥（１） となる。

【０００８】上式（１）から解るようにズレ幅ｄは回転
軸の傾き角α、又は偏向面７１ａから補正レンズ面７２
ａまでの距離Ｓが大きくなるに従い増大してくる。

【０００９】本発明は光偏向器として回転多面鏡の代わ
りに所定形状の複数の屈折部材を環状に配置した光偏向
器を用いることにより、モータの回転軸の傾き誤差によ
るレーザ光の屈折偏向後の照射方向（走査方向）のズレ
（バラツキ）を小さく抑え、これにより光学的な補正を
容易にし、更にはモータの回転軸の傾きによる出力画像
（印字画像）の影響を小さくし、良好なる画像を得るこ
とができるコンパクトな光走査装置の提供を目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
複数の屈折部材が環状に等間隔に配置している光偏向器
を駆動手段に回転可能に装着し、該光偏向器の環状内部
から光束を該屈折部材に入射させると共に該光偏向器を
回転させることにより、該屈折部材で屈折偏向させた光
束を被走査面上に導光して光走査する際、該複数の屈折
部材は該駆動手段の回転軸を含む断面内において、該屈
折部材の外側に位置する外線と内側に位置する内線とが
互いに平行となるように構成したことを特徴としてい
る。

【００１１】

【実施例】図１（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施例１
の主要部分（光偏向器周辺）の要部平面図と要部断面図
である。

【００１２】図中、２は光源手段であり、半導体レーザ
等より成り例えば画像情報に基づいて光変調したレーザ
光（光束）を放射している。光源手段２は直接空間２０
内の一部に配置しており、光源手段２の光放射点２ａ
が、空間２０内の一部に位置するようにしている。

【００１３】３は反射手段としての折り返しミラーであ
り、半導体レーザ２から発せられたレーザ光を反射し、
後述する光偏向器１の屈折部材に内側から照射する為に
光路を折り曲げている。又反射手段３はレーザ光が光偏
向器１の円形内壁に対して略垂直に入射（照射）するよ
うに調整する作用も兼ねている。

【００１４】５はコリメーターレンズであり、折り返し
ミラー３で反射されたレーザ光を略平行光束としてい
る。

【００１５】１は回転可能な光偏向器である。光偏向器
１は一方の面（内側の面、１ａ１）が円筒面で他方の面
（外側の面、１ａ２）が平面より成る６つの屈折部材１
ａ，１ｂ，‥‥１ｆを環状に中央部分に所定の空間（本
実施例では駆動手段４の回転軸６と同心軸をなす円筒形
状に繰り抜いている。）２０ができるように等間隔に配
置した回転正６面体より構成している。

【００１６】Ｏは光偏向器１の環状中心（回転中心）で
ある。ここで図１（Ｂ）に示すように駆動手段４の回転
軸６を含めた断面内において、屈折部材１ａ，１ｂ，‥
‥１ｆの外側に位置する外線Ａ２と内側に位置する内線
Ａ１とが互いに平行となるように構成している。又図１
（Ａ）に示すように屈折部材１ａ，１ｂ，‥‥１ｆの内
側に各円筒球面１ａ１，１ｂ１，‥‥１ｆ１の曲率軸が
回転軸Ｏと一致するようにしている。

【００１７】１１はヒートシンクであり、半導体レーザ
２を支持し、かつ内部に発生した熱を放散させる作用も
兼ねている。７は半導体レーザ２の駆動回路基板であ
る。４は駆動手段（回転手段）であり、モータ等から成
り光偏向器１を環状中心点Ｏを通る点を回転軸６を中心
に矢印６ａ方向に等速回転させている。１０はモータ４
のベアリング部、８はモータ４の駆動回路基板、９は筺
体であり、本ユニットを載置している。１２はビスであ
り、レーザ駆動回路基板７を筺体９に固定している。

【００１８】本実施例では光源手段２から光変調をし放
射したレーザ光を折り返しミラー３により光路を折り曲
げ、コリメーターレンズ５により略平行光束とし、光偏
向器１の１つの屈折部材（１ａ）に入射し、屈折偏向し
て不図示の走査レンズ（補正レンズともいう。）に入射
している。そして走査レンズにより集光し被走査面上
（不図示）に入射させている。そして光偏向器１を駆動
手段４で回転軸６を中心に回転させることにより被走査
面上を光走査している。

【００１９】次に本実施例の光偏向器１によるレーザ光
の屈折偏向作用について図２を用いて説明する。

【００２０】同図では光偏向器１を構成する１つ（６分
の１）の屈折部材１ａを抜き出して示している。同図に
おいて１ａ２は屈折部材１ａの外周面（射出面）であ
り、レーザ光Ｌｘがこの外周面１ａ２を通過するときに
屈折偏向する。即ちレーザ光の一走査分に相当する。１
ａ１は屈折部材１ａの内周面（入射面）であり、紙面に
垂直方向の円筒面より成っている。

【００２１】同図ではレーザ光Ｌｘが屈折部材１ａの内
周面１ａ１を通過し外周面１ａ２の垂線方向１ａｐに対
して角度θで入射し、屈折して角度βで屈折偏向（射
出）している様子を示している。

【００２２】このときレーザ光Ｌｘの偏向角φは環境
（空気）中の気体の屈折率をＮ１、屈折部材１ａの材質
の屈折率をＮ２としたとき、以下の式より求めることが
できる。

【００２３】 Ｎ２×ＳＩＮθ＝Ｎ１×ＳＩＮβ ‥‥‥‥（２） φ＝β−θ ‥‥‥‥（３） ∴φ＝ＳＩＮ^-1（Ｎ２／Ｎ１×ＳＩＮθ）−θ ‥‥‥‥（４） 即ち、本実施例では光偏向器１の１つの屈折部材１ａは
入射光束に対してプリズム作用をし、入射光束を屈折の
法則に基づいて射出させている。この為本実施例では光
偏向器１の回転角θと光束の走査角（偏向角）φとは非
直線的な関係となっている。

【００２４】尚、本実施例においては光偏向器１の外周
面数は６面である為に回転角θのとりうる角度範囲は−
３０°≦θ≦＋３０°である。

【００２５】次に光偏向器１を駆動（回転）させている
モータの回転軸６の傾きによるレーザ光の照射方向（走
査方向）のズレ（バラツキ）について図３（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）を用いて説明する。

【００２６】同図（Ａ）は光偏向器１周辺を側面から見
たときの断面概略図、同図（Ｂ），（Ｃ）は各々回転軸
６の傾きによるレーザ光の照射方向のズレを示した断面
概略図である。

【００２７】本実施例においては同図（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）に示すように駆動手段の回転軸６を含む断面内に
おいて、屈折部材１ａの内側に位置する内線Ａ１と外側
に位置する内線Ａ２とは互いに平行となるように構成し
ている。これにより従来、光偏向器として回転多面鏡を
使用した場合（図７参照）とは異なり、例え回転軸６が
傾いたとしても屈折部材１ａの外周面（射出面）Ａ２か
ら射出するレーザ光の照射方向は変わらないようにして
いる。本実施例では回転軸６が傾いているときは、該回
転軸６に傾きがないときの照射方向と比べ光軸Ｍに対し
て距離ｄだけ平行移動している。

【００２８】この距離ｄが主に回転軸の傾きによるズレ
幅（平行移動量）となり、本実施例においては、このズ
レ幅ｄが小さくなるように光偏向器１を構成している。

【００２９】ここで例えば回転軸６の傾き角をα、屈折
部材１ａの厚みと材質の屈折率を各々Ｌ，Ｎ２、環境
（空気）中の気体の屈折率をＮ１、又同図（Ｃ）に示す
ように各パラメータを用いたときレーザ光Ｌｘの平行移
動量、即ちズレ幅ｄは以下に示す式より求めることがで
きる。

【００３０】 Ｎ１×ＳＩＮα＝Ｎ２×ＳＩＮγ ‥‥‥‥（５） Ｌ´＝Ｌ／ＣＯＳγ ‥‥‥‥（６） ｄ＝Ｌ´×ＳＩＮ（α−γ） ‥‥‥‥（７） ∴ ｄ＝Ｌ×［ＳＩＮα−Ｎ１／Ｎ２×ＣＯＳα×ＳＩＮα ／｛１−（Ｎ１／Ｎ２×ＳＩＮα）² ｝^0.5 ］ ‥‥‥‥（８） 図４は本発明の効果を明確にする為、回転軸の傾き量
（度）と補正レンズ（走査レンズ）の位置でのレーザ光
のズレ幅の関係を光偏向器として回転多面鏡を使用した
場合と本実施例の如く複数の屈折部材を環状に配置した
回転正６面体を使用した場合とを比較したときの説明図
（グラフ）である。

【００３１】同図においては回転多面鏡の反射面から補
正レンズの入射面までの距離Ｓ（図７参照）を例えば１
０ｍｍ（２０１），８ｍｍ（２０２），６ｍｍ（２０
３），４ｍｍ（２０４），２ｍｍ（２０５）の５ケース
の場合を例にとり、又環境中の気体の屈折率Ｎ１を１、
屈折部材の材質の屈折率Ｎ２と厚さ（最大部）Ｌを各々
Ｎ２＝１．８、Ｌ＝５（ｍｍ）として計算して示してい
る。

【００３２】同図に示すように光偏向器として本発明の
如く回転正６面体を使用すればレーザ光のズレ幅は、例
えば補正用レンズを回転多面鏡の反射面から２ｍｍの位
置に配設した従来の装置に比べても約半分に抑えること
ができる。

【００３３】これにより光学的な補正を従来より容易に
し、更に回転軸の傾きによる出力画像への影響も小さく
している。

【００３４】一方、光偏向器１は等速回転している。こ
の為被走査面上での光走査速度は一定とならず、例えば
走査範囲の周辺部では中央部に比べて光走査速度が速く
なってくる。このときの被走査面上の光走査速度の不均
一は走査線上でのドット（画素）間隔の不均一、即ち画
像の歪みと、露光量の不均一、即ち濃度ムラとなり画質
を低下させる原因となってくる。

【００３５】そこで本実施例では、被走査面上の光走査
速度と光束の被走査面上への入射角（角度φ）との関係
を予め設計時に求めている。そして画像情報の書き込み
のとき、該設計データに基づいてドット間隔が均一とな
るようにドットの位置に応じて画像クロック周波数を変
化させている。これにより画像の歪みを補正している。

【００３６】又、画像の濃度ムラは、例えば露光量が均
一となるようにドットの位置に応じて半導体レーザから
の発光量を制御することにより補正している。

【００３７】このように本実施例においてはレーザ光の
偏向手段として複数の屈折部材１ａ〜１ｆを環状に等間
隔に配置した光偏向器１を用い、該環状内部から光束を
屈折部材に導光することにより、前述の如く光偏向器１
の回転角θと光偏向器１で偏向屈折される光束の偏向角
φとの非直線的な関係から生ずる被走査面上の光走査速
度の不均一に基づく画像の歪みや濃度ムラを補正し、又
モータの回転軸の傾きによるレーザ光の屈折偏向後の照
射方向（走査方向）のズレ（バラツキ）を小さく抑える
ことができ、これにより光学的な補正を容易にし、更に
モータの回転軸の傾きによる出力画像への影響を小さく
抑え良好なる画像の記録を行っている。

【００３８】尚、本実施例において光偏向器は回転正６
面体に限らず何面体であっても良い。

【００３９】図５（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の実施例
２の光偏向器を上方から見たときと側面から見たときの
概略図である。

【００４０】本実施例において前述の実施例１と異なる
点は光偏向器５０を構成する複数の屈折部材５１ａ，５
１ｂ，‥‥５１ｆの外周に該屈折部材（５１ａ〜５１
ｆ）の材質の屈折率とは異なる屈折率の材質より成る他
の屈折部材５２ａ，５２ｂ，‥‥５２ｆを接合して構成
したことである。その他の構成及び光学的作用は前述の
実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得て
いる。

【００４１】即ち、本実施例においては光偏向器５０と
して比較的屈折率の低い材質の屈折部材（以下「第１屈
折部材」と称す。）５１ａ〜５１ｆと、該第１屈折部材
５１ａ〜５１ｆの外側に該第１屈折部材５１ａ〜５１ｆ
の材質の屈折率より比較的高い屈折率の他の屈折部材
（以下「第２屈折部材」と称す。）５２ａ〜５２ｆが覆
うように配設して構成している。

【００４２】次に本実施例において光偏向器５０を回転
させているモータの回転軸の傾きによるレーザ光の照射
方向（走査方向）のズレ（バラツキ）について図６を用
いて説明する。

【００４３】同図は光偏向器５０の１つの屈折部材（第
１、第２屈折部材５１ａ，５２ａが接合）を抜き出して
側面から見たときの断面概略図である。

【００４４】本実施例においては同図に示すように駆動
手段（モータ）の回転軸を含む断面内において第１屈折
部材５１ａの内線Ａ１と外線Ａ２、そして第２屈折部材
５２ａの内線Ｂ１と外線Ｂ２とがそれぞれ互いに平行と
なるように構成している。

【００４５】これにより従来、光偏向器として回転多面
鏡を使用した場合（図７参照）とは異なり、例えモータ
の回転軸が傾いたとしても光偏向器５０で屈折偏向され
るレーザ光の照射方向は変わらず、該回転軸に傾きがな
いときの照射方向と比べ光軸Ｍに対して距離ｄだけ平行
移動だけするようにしている。

【００４６】ここでモータの回転軸の傾き角をα、第１
屈折部材５１ａの厚みと材質の屈折率を各々Ｊ，Ｎ２、
第２屈折部材５２ａの厚みと材質の屈折率を各々Ｋ，Ｎ
３、環境（空気）中の気体の屈折率をＮ１、又同図に示
すように各パラメータを用いたとき Ｎ１×ＳＩＮα＝Ｎ２×ＳＩＮγ ‥‥‥‥（９） Ｎ２×ＳＩＮγ＝Ｎ３×ＳＩＮμ ‥‥‥‥（１０） ∴ Ｎ３×ＳＩＮμ＝Ｎ１×ＳＩＮα ‥‥‥‥（１１） となる。

【００４７】又、光偏向器５０で屈折偏向されたレーザ
光の平行移動量（ズレ幅）ｄは第１、第２屈折部材５１
ａ，５２ａによる平行移動量（ズレ幅）を各々ｄ１，ｄ
２としたとき、以下の式より求めることができる。

【００４８】 ｄ１＝Ｊ×［ＳＩＮα−Ｎ１／Ｎ２×ＣＯＳα×ＳＩＮα ／｛１−（Ｎ１／Ｎ２×ＳＩＮα）² ｝^0.5 ］ ‥‥（１２） ｄ２＝Ｋ×［ＳＩＮα−Ｎ１／Ｎ３×ＣＯＳα×ＳＩＮα ／｛１−（Ｎ１／Ｎ３×ＳＩＮα）² ｝^0.5 ］ ‥‥（１３） ∴ ｄ＝ｄ１＋ｄ２ ここで環境中の気体の屈折率Ｎ１と第１屈折部材５１ａ
の屈折率Ｎ２との関係が、例えばＮ１≒Ｎ２であれば、
該第１屈折部材５１ａによる平行移動量ｄ１は上式（１
２）よりｄ１≒０となり、この結果、光偏向器５０で屈
折偏向されるレーザ光の平行移動量ｄはｄ≒ｄ２とな
る。

【００４９】即ち、式（１３）より第２屈折部材５２ａ
の長さ（幅）Ｋを小さくすることによりモータの回転軸
の傾きによるレーザ光の屈折偏向後の照射方向のズレ
（バラツキ）を小さく抑えることができる。

【００５０】この第２屈折部材５２ａは第１屈折部材５
１ａに接合された構造を持つことにより軽薄化が容易で
あり、又光偏向器の強度も維持しやすいといった利点が
ある。

【００５１】このように本実施例においては前述の如く
レーザ光の偏向手段として比較的屈折率の低い第１屈折
部材（５１ａ〜５１ｆ）と、該第１屈折部材（５１ａ〜
５１ｆ）の外周に該第１屈折部材（５１ａ〜５１ｆ）の
屈折率より比較的高い第２屈折部材（５２ａ〜５２ｆ）
とを組み合わせた光偏向器５０を用いることにより、該
光偏向器５０の強度を保ちながらモータの回転軸の傾き
によるレーザ光の屈折偏向後の照射方向（走査方向）を
変えずに光束のズレ（バラツキ）を小さく抑えることが
でき、これにより光学的な補正を容易にし、良好なる画
像の記録を行っている。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く複数の屈折部
材を環状に配置した光偏向器を用い、該環状内部から光
束を屈折部材に導光することにより、モータの回転軸の
傾きによるレーザ光の屈折偏向後の照射方向（走査方
向）を変えずに光束のズレ（バラツキ）を小さく抑える
ことができ、これにより光学的な補正を容易にし、更に
モータの回転軸の傾きによる出力画像への影響を小さく
し良好なる画像の記録を行うことができるコンパクトな
光走査装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の主要部分の断面概略図

【図２】 本発明の実施例１の光偏向器の一部分の要部
説明図

【図３】 本発明の実施例１の断面概略図

【図４】 本発明の実施例１におけるレーザ光のズレ幅
を従来の装置と比較した説明図

【図５】 本発明の実施例２の主要部分の断面概略図

【図６】 本発明の実施例２の光偏向器の一部分の要部
説明図

【図７】 従来の光走査装置の主要部分の断面概略図

【符号の説明】

１ 光偏向器 ２ 光源手段 ３ 反射手段 ４ 駆動手段 ５ コリメーターレンズ ６ 回転軸 １ａ〜１ｆ 屈折部材 ５１ａ〜５１ｆ 第１屈折部材 ５２ａ〜５２ｆ 第２屈折部材

フロントページの続き (72)発明者 遠藤 壮哉 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 橋本 宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の屈折部材が環状に等間隔に配置し
   ている光偏向器を駆動手段に回転可能に装着し、該光偏
   向器の環状内部から光束を該屈折部材に入射させると共
   に該光偏向器を回転させることにより、該屈折部材で屈
   折偏向させた光束を被走査面上に導光して光走査する
   際、該複数の屈折部材は該駆動手段の回転軸を含む断面
   内において、該屈折部材の外側に位置する外線と内側に
   位置する内線とが互いに平行となるように構成したこと
   を特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記屈折部材は一方の面が平面で他方の
   面が円柱形状であることを特徴とする請求項１の光走査
   装置。
3. 【請求項３】 前記光偏向器の近傍に光源手段を設け、
   該光源手段と前記光偏向器との間の光路中に光束の光路
   を切り換える反射手段を設けたことを特徴とする請求項
   １の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記光偏向器は前記複数の屈折部材の外
   周に該屈折部材の材質の屈折率とは異なる材質の他の屈
   折部材を有していることを特徴とする請求項１の光走査
   装置。
5. 【請求項５】 前記他の屈折部材は前記駆動手段の回転
   軸を含む断面内において、該屈折部材の外側に位置する
   外線と内側に位置する内線とが互いに平行となるように
   構成されていることを特徴とする請求項４の光走査装
   置。
6. 【請求項６】 前記屈折部材へ反射部材を介して光束を
   導光していることを特徴とする請求項１の光走査装置。