JPH0666009B2 - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JPH0666009B2
JPH0666009B2 JP58157003A JP15700383A JPH0666009B2 JP H0666009 B2 JPH0666009 B2 JP H0666009B2 JP 58157003 A JP58157003 A JP 58157003A JP 15700383 A JP15700383 A JP 15700383A JP H0666009 B2 JPH0666009 B2 JP H0666009B2
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/12Scanning systems using multifaceted mirrors

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明はレーザプリンタ等における印字装置の光学系に
係り,特に其の光走査装置に関する。
(b) 技術の背景 印字手段として光が用いられる印字装置,例えばレーザ
プリンタではレーザ光ビームが用いられる。この種のプ
リンタではこのレーザ光ビームを像面(感光媒体面)上
を走査させるための光走査装置が設けられている。
該光走査装置は回転多面鏡と走査用レンズを含んで構成
されており,回転多面鏡に入射したレーザ光ビームを像
面上に結像走査させる。
この種の光走査装置では,所定の走査幅に対応する走査
用レンズの焦点距離と所定寸法の大きさの回転多面鏡が
必要となる。従って,走査幅を拡大しようとすると,光
走査装置が大型になるので,特願昭58-105117号におい
て,光走査領域を2分して2系統の光学系を採用した光
走査装置が提案されている。
(c) 従来技術と問題点 前記の提案に基づく光走査装置においては,回転多面鏡
の周囲にそれぞれのレーザ光源を備えた2個の走査用レ
ンズ系を配置し,その各走査用レンズ系の後方にそれぞ
れ反射鏡を設け,これらの反射鏡から像面上に投射され
るレーザ光ビームの走査方向が実質的に互いに平行にな
るように前記各反射鏡を配設し,各走査用レンズ系のも
つ走査幅をそれぞれl1とl2とした時,走査光学系全体の
走査幅lがほぼl=l1+l2にした光走査装置が開示され
ている。
第1図は従来の光走査装置の一実施例の概略を示す斜視
図である。
図に示すように,本実施例の光走査装置は,1個の回転多
面鏡1と該回転多面鏡1の鏡面1a,1bに向けて回転多面
鏡1の回転軸に直角な同一平面上に配置された半導体レ
ーザ光源2,2′と,該半導体レーザ光源2,2′より発射さ
れたレーザ光線を平行な光ビームに整えるためのコリメ
ーティングレンズ3,3′で構成された光源部と,該光源
部とそれぞれ対をなす2個のfθレンズ4,4′(走査用
レンズ)とこれらfθレンズ4,4′と対応して該fθレ
ンズ4,4′の後方に配置された反射用平面鏡5,5′とから
構成されている。
また本実施例の光走査装置においては,前記の左右の光
源部は,回転多面鏡1の回転軸方向についてみた場合,
同一高さ(図においてFで示す)に設定されている。
ここでfθレンズとは,等角速度で回転する回転多面鏡
1で反射された走査光ビームはやはり等角速度で回転す
る形で前述fθレンズに入射するが,該レンズを出て感
光ドラム6の像面6a上を走査する時は等速度で走査させ
るような機能を持った光学レンズである。従ってこのf
θレンズ4,4′によってレーザ光ビームは像面6a上を等
速度で走査することが出来る。
前記反射用平面鏡5,5′は感光ドラム6の上の像面6a上
に投射されるレーザ光ビームの像面6a上の走査方向が実
質的に平行になるように配列されている。なお,図にお
いて,感光ドラム6の回転軸方向Aを主走査方向と称
し,感光ドラム6の回転円周方向Bを副走査方向と称す
る。
感光ドラム6は矢印Rの方向に一定速度で回転している
ので,像面6a上に結像するレーザ光ビームの光スポット
の軌跡が回転軸に平行になるためには,レーザ光ビーム
は図において右下がりに走査する必要がある。
前述のように,2組の光学系はそれぞれ走査幅l1,l2を受
け持っているわけであるが,本光走査装置においては,
反射用平面鏡5,5′の配列を調整しただけでは,反射用
平面鏡5,5′を経由して感光ドラム6上の像面6aに投射
されるレーザ光ビームの軌跡は左右2ビームの継目部
分,即ち走査幅l1,l2が接する部分6bにおいて段差を生
じ,一直線にならないという欠点があった。
(d) 発明の目的 本発明は前述の点に鑑みなされたもので,走査面上にお
いて,レーザ光ビームの走査軌跡を一直線にする光走査
装置を提供しようとするものである。
(e) 発明の構成 上記の発明の目的は,半導体レーザ光源と該レーザ光源
から発射されたレーザ光の光束を平行な光ビームにする
コリメーティングレンズとから構成された2組の光源部
と,前記各光ビームを偏向させる1個の回転多面鏡と,
前記回転多面鏡により偏向された2本の前記光ビームを
回転感光ドラムの面上に結像させる2組の走査用レンズ
と該走査用レンズを通過した各光ビームのそれぞれの光
路をさらに個別に偏向する2組の反射用平面鏡を備えて
なり,前記各光ビームを互いに平行に走査しかつ,前記
回転感光ドラムの走査面をそれぞれ左右に二分割して走
査するようにした構成において,前記回転感光ドラム面
上における左右の光ビームの走査軌跡を連続した一直線
にするために,前記光源部と走査用レンズとからなる2
組の左右走査ビーム光軸設定位置を回転多面鏡の回転軸
方向について異ならせることにより容易に達成すること
が出来る。
(f) 発明の実施例 以下本発明の実施例につき図面を参照して説明する。第
2図は本発明に基づく一実施例を概念的に示す斜視図で
ある。第2図の各部分で第1図と同一のものに対する符
号は第1図に使用した符号をそのまま使用する。
第2図に示すように,本実施例の右側の光学系の諸要素
と左側の光学系の諸要素とは第1図に示した従来のもの
と何等変わるところはないが,回転多面鏡1の軸方向に
沿って見た設置高さに段差hを設けてあることが異な
る。以下,この根拠を解析して示す。
第2図に示すように,走査領域をl1,l2の2領域に分割
する走査方式の光走査装置では,感光ドラム6上の像面
6a上に投射される左右のレーザ光ビームはそれぞれ間隔
Sを保って平行している。走査効率をη,走査ピッチを
pとすれば S=ηp (1) で与えられる。走査効率ηは走査幅l1,l2から決めら
れ,走査ピッチpは像面6a上の所要の解像度から決めら
れるので,式(1)より間隔Sは光学系の仕様から決定
される値である。
感光ドラム6の像面6a上で平行して走査する左右の走査
光ビームの間隔をSとするために必要な左右の光学系の
設置高さの段差h(左側の光学系が右側の光学系より高
い時を正とする)を以下において計算する。
前述のように感光ドラム6の像面6a上に投射される走査
光ビームは走査幅をlとすれば2S/lの勾配が必要であ
る。この勾配は反射用平面鏡5,5′を鉛直方向に対して
傾けることにより与えることが出来る。その原理は以下
の通りである。
一般に入射光の方向余弦を(α,β,γ),反射光の方
向余弦を(α′,β′,γ′)とした時,これらと反斜
面の法線の方向余弦(λ,μ,ν)との関係式は周知の
ように下記のように導かれる。
第3図において,0を中心とした単位円と入射角iの入射
光の延長との交点をA,反射光の交点をB,反射面の法線と
の交点をCとすれば ▲▼=▲▼+▲▼=▲+2▲▼co
si (2) の関係がある。
これを成分で書けば α′=α+2λcosi β′=β+2μcosi (3) γ′=γ+2νcosi となる。但し cosi=−(αλ+βμ+γν) (4) である。
第4図は走査線の傾斜原理を説明する図である。第4図
において,xy平面は反射用平面鏡5の回転軸Gを含み,
像面6aと垂直に交わる平面である。x軸は像面6aと平行
方向(走査線aの方向を負),y軸は像面6aに垂直方向
(fθレンズ4,4′の光軸方向)とする。Z軸はxy平面
に垂直方向(第4図では下向きを正)にとる。
反射用平面鏡5が傾斜していない状態では,反射面とxy
平面は垂直になっている。反射用平面鏡5を傾斜させた
時の傾き角をφとし,第4図に示した矢印方向からみて
時計廻りを正とする。
いま反射用平面鏡5が傾斜していない場合について考え
る。この時はfθレンズ4の光軸に沿って進む光線bは
反射面上の点Oで反射し,点Pで像面6aと垂直に交わる
ように光学系が設定されている。
光線bの入射角をuとおけば,x軸となす角は(2u−π/
2)であるから入射光の方向余弦は {cos(2u−π/2),sin(2u−π/2),0} であるから,変形すると下式で表される。
(sin2u,−cos2u,0) (5) 次ぎに反射用平面鏡5が傾き角φだけ傾斜した場合につ
いて考える。この時反射光は点Qで像面6aとまじわる光
線となる。
反射面の法線の方向余弦は {cos(u+π/2)cosφ, sin(u+π/2)cosφ,sinφ} となる。これを変形して (−sin u cosφ,cos u cosφ,sinφ) (6) 従って反射光の方向余弦(L,M,N,)は式(5),(6)
を(3),(4)に代入して, ただし, cosi=cos u cosφ (8) 式(8)を式(7)に代入して整理すれば (L,M,N)=(sin2u sin2φ, cos2φ−cos2u sin2φ,cosu sin2φ) (9) となる。
ここでxy平面上にあり光線bに平行な光線をb′とす
る。(第4図)光線b′は反射面o′で反射し点Q′で
像面6aと交わる。
第5図に示すように点Oを座標軸の原点に取り,点0′
(x0,y0,z0)点Q(x1,y1,z1)点Q′(x2,y2,z2)とす
る。
▲▼=l0,▲′▼′=l0′とおけば (x1,y1,z1)=(l0L,l0M,l0N) (10) (x2,y2,z2)=(l0′L+x0,l0′M+y0,l′0N+z0
(11) 点Oと点O′のy方向の距離をdとおくと, (x0,y0,z0)=(d/tan u,d,0) (12) 像面をy=Dとすれば,式(10)(11)より l0M=l0′M+d=D (13) 式(12),(13)を式(10),(11)に代入して(x1,y
1,z1)=(LD/M,D,ND/M) (14) (x2,y2,z2)={L(D−d)/M+d/tanu,D,N(D
−d)/M} (15) 第4図に示すように,直線QQ′の傾斜角をθとすれば式
(14),(15)より (L,M,N)は式(9)より角度u,φよりなる式であるか
ら式(16)の右辺は角度u,φだけで表される。
一方,uは光学系の仕様で決まった値であるのでtan θは
角度φだけの関数となる。即ち像面6a上の走査線の勾配
tan θ(=2S/l)は適当な反射用平面鏡の傾き角φを
設定することで与えることが出来る。
ところで,反射用平面鏡5,5′に傾き角φをつけて像面6
a上の走査線に第2図に示したように右下がりの勾配2S
/lを与えた時,それに伴い第7図に示すように,左右
の走査線がそれぞれ主走査方向(矢印X),副走査方向
(矢印Z)に移動する。
左右の走査中心位置からの前記両方向への移動距離はそ
れぞれ式(14)のx1,z1で表され,式(9),(14)よ
り x1=LD/M=sin 2u sinφ2D/ (cos2φ−cos2u sin2φ) (17) z1=ND/M=cosu sin dφD/ (cos2φ−cos2u sin2φ) (18) となる。式(17)と(18)との比をとると x1/z1=sin 2u sin2φ/cosu sin2φ =sin u tan φ (19) 反射用平面鏡5,5′の傾き角φはφ≒0,また|sin u|≦1
であるから式(19)より |x1/z1|=|φsin u|<<1 (20) が成り立つ。式(20)より走査線の主走査方向への移動
量x1は,副走査方向への移動量z1に比して無視出来る。
第6図は従来の方式で左右の光源部を同一の高さに設定
した時の左右の走査光ビームの関係を示した図で,水平
線で示したFはもし反射用平面鏡5,5′を垂直にした場
合(φ=0)の仮想光ビームの走査線を示すとともに,
前記の光源部の設置位置を示す。(第6図および第7図
に図示したt0,teはそれぞれ走査開始時間および走査終
了時間を示す) この場合には,走査開始時間t0において既に左右走査光
ビームの間に図示のJだけの食い違いがあることが判
る。
今,左右の走査開始のタイミングが同時であるとする
と,像面6a上での左右走査光ビームの間隔をSとするた
めには,光学系の設置高さの差hを第7図に示すように h=2z1 (21) と設定すればよい。(第7図のF1,F2はそれぞれ左光走
査装置の光源部高さ位置,右光走査装置の光源部高さ位
置を示す) 次ぎに,さらに一般化して左右の走査開始のタイミング
がkTだけずれる場合を考える。ここにTは走査の同期時
間,kは左走査の開始が先の時に正とする。
像面6a上でのずれ量rは r=kTv=kp (22) ここに,vは感光ドラム6の周速度,pは走査ピッチであ
る。従って光学系の設置高さh(左の光学系が右の光学
系より高い時を正とする)は h=2z1+kp (23) に設定すればよい。
(g) 発明の効果 以上の説明から明らかなように,本発明による光走査装
置を採用すれば,走査領域を2分割して走査する光走査
装置において,感光ドラム6の走査面上において,左右
の走査線の軌跡を正確に一直線にすることが出来るとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光走査装置の一実施例を概念的に示す斜
視図,第2図は本発明に基づく光走査装置の一実施例を
概念的に示す斜視図,第3図は反射の法則の説明図,第
4図は反射用平面鏡により走査光ビームを傾斜させる原
理の説明図,第5図は走査光ビームの傾斜原理を説明す
る平面図,第6図は左右走査線の相互位置関係の説明
図,第7図は本発明の実施例における左右走査線の位置
関係の説明図である。 図において,1は回転多面鏡,2は半導体レーザ光源,3はコ
リメーティングレンズ,4はfθレンズ,5は反射用平面
鏡,6は感光ドラム,6aは像面をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザ光源と該レーザ光源から発射
    されたレーザ光の光束を平行な光ビームにするコリメー
    ティングレンズとから構成された2組の光源部と、前記
    各光ビームを偏向させる1個の回転多面鏡と、前記回転
    多面鏡により偏向された2本の前記光ビームを回転感光
    ドラムの面上に結像させる2組の走査用レンズと該走査
    用レンズを通過した各光ビームのそれぞれの光路をさら
    に個別に偏向する2組の反射用平面鏡を備えてなり、前
    記各光ビームを互いに平行に走査しかつ、前記回転感光
    ドラムの走査面をそれぞれ左右に二分割して走査するよ
    うにした構成において、 前記回転感光ドラム面上における左右の光ビームの走査
    軌跡を連続した一直線にするために、前記光源部と走査
    用レンズとからなる2組の左右走査ビーム光軸設定位置
    を回転多面鏡の回転軸方向について異ならせたことを特
    徴とする光走査装置。
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