JPH0682715A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で充分な小形化を図る。 【構成】 スキャナモータ４２で回転され、入射される
レーザ光束を反射しモータの回転軸に垂直な平面方向に
偏向走査する直角プリズム４７と、レーザ光束を直角プ
リズムに出射する半導体レーザ発振器４９と、この半導
体レーザ発振器からのレーザ光束を直角プリズムを介し
て感光ドラム３５の感光面（結像面）に集光させる集光
レンズ５１と、レーザ発振器と集光レンズとの間に配置
され、レーザ発振器からのレーザ光束を透過する屈折率
が可変可能な非線形屈折体５０とからなり、非線形屈折
体を直角プリズムから感光面へのレーザ光束の偏向走査
角が大きくなるに従って屈折率が大きくなるように制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、レー
ザファクス、デジタル複写機等に使用されるレーザ光を
使用した光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばレーザプリンタでは半導体レーザ
からのレーザ光に記録情報をのせ、そのレーザ光を光学
系により偏向走査して結像面である帯電された感光体面
に集光させ、それにより感光体を露光してその感光体上
に記録情報を静電潜像として記録するようになってい
る。この静電潜像はその後トナーにより現像され、さら
に転写部で用紙に転写されるようになっている。すなわ
ち電子写真式現像方式で印刷を行うようになっている。

【０００３】このような装置では感光体の露光はデジタ
ル露光方法で行なわれ、デジタル露光方法としてはＬＥ
Ｄ、ＬＣＤ、ＥＥＨなどの固体デバイスを使用する方法
と、ポリゴンミラーやホログラムを回転させてレーザ光
を偏向走査する方法が知られている。そして現在ではポ
リゴンミラーを使用したデジタル露光方法が主流となっ
ている。

【０００４】ポリゴンミラーを使用してレーザ光を偏向
走査させるものとしては、例えばｆθレンズを使用した
プレオブジェクト型のものが知られている。これは図９
に示すように光源として半導体レーザ１を使用し、この
半導体レーザ１からのレーザ光をコリメータレンズ２を
介して平行光とした後、その平行光を回転制御されるポ
リゴンミラー３に照射して走査光とし、その走査光をｆ
θレンズ４を介して反射ミラー５に反射させた後シリン
ドリカルレンズ６を介して感光体ドラム７上に照射させ
るようになっている。

【０００５】また、ポリゴンミラーを使用しないものと
して例えば、特開平１−１３１５１３号公報に示すもの
が知られている。これは図１０及び図１１に示すよう
に、偏向器１１にピラミダルミラー１２を回転自在に設
け、このピラミダルミラー１２を円筒形状のスリット部
材１３で包囲している。スリット部材１３の底部に円形
スリット１４を設けると共に周面のピラミダルミラー１
２の反射面と対向する部位に矩形スリット１５を設けて
いる。そして半導体レーザユニット１６からのレーザ光
Ｌを偏向器１１の円形スリット１４から入射させてピラ
ミダルミラー１２の反射面に反射させ、その反射光を矩
形スリット１５から走査光として出射させる。そしてそ
の走査光をｆθレンズ１７を介して反射ミラー１８に反
射させ、さらにトロイダルレンズ１９を介して感光体ド
ラム２０上に照射させるようになっている。なお、２
１，２２は書出し位置を決定する同期光を取り出すため
の光ファイバとフォトセンサである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでポリゴンミラ
ーはガラス研磨品にアルミ反射膜を付ける方法で製造し
ていたためかなり高価であったが、最近、超精密切削技
術の進歩によりアルミ材をダイヤモンド切削バイトで引
く方法により大幅なコスト低下が図れるようになってき
ている。しかしコスト低下が図れるといってもポリゴン
ミラーの切削には専用の加工機が必要である上に要求さ
れる精度が極めて高いため、光走査装置全体のコストの
十数％を占め根本的なコスト低下を実現することは困難
であった。またポリゴンミラーは反射面が複数あるため
各反射面の加工誤差からくる面倒れが生じ、このため面
倒れの補正光学系が必要となり、ｆθレンズ４やシリン
ドリカルレンズ６が使用されることになる。

【０００７】このように前者のポリゴンミラー３を使用
するものでは、ポリゴンミラー３の切削に専用の加工機
を必要とするとともに要求される精度が極めて高くな
り、また各反射面の加工誤差からくる面倒れが生じるた
め面倒れの補正のためにｆθレンズ４やシリンドリカル
レンズ６を配置しなければならず、しかも反射ミラー５
やシリンドリカルレンズ６は感光体ドラム７の近くに配
置されるため、コスト高になるとともに構成が複雑化し
大形化する問題があった。

【０００８】また後者のポリゴンミラーを使用しないも
のは、反射面が１面であるため加工精度の要求や面倒れ
といった問題は発生しないが、ｆθレンズ１７やトロイ
ダルレンズ１９が感光体ドラム２０の近くに配置される
ため大型化し、前者同様に構成が大形化する問題があっ
た。

【０００９】そこで本発明は、切削加工型のポリゴンミ
ラー、面倒れ補正光学系、大きな結像レンズを不要にで
き、簡単な構成で小形化を充分に図ることができる光走
査装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータで回転
され、入射されるレーザ光束を反射しモータの回転軸に
垂直な平面方向に偏向走査する走査鏡と、レーザ光束を
走査鏡に出射するレーザ光出射手段と、このレーザ光出
射手段から出射されるレーザ光束を走査鏡を介して結像
面に集光させる集光レンズと、レーザ光出射手段と集光
レンズとの間に配置され、レーザ光出射手段からのレー
ザ光束を透過する屈折率が可変可能な非線形屈折体とか
らなり、非線形屈折体を走査鏡から結像面へのレーザ光
束の偏向走査角が大きくなるに従って屈折率が大きくな
るように制御するものである。

【００１１】

【作用】このような構成の本発明においては、レーザ光
出射手段からのレーザ光束は非線形屈折体及び集光レン
ズを介して走査鏡に入射され、その走査鏡でモータの回
転軸に垂直な平面方向に偏向走査される。そしてこの偏
向走査において、非線形屈折体の屈折率が偏向走査角が
大きくなるに従って大きくなるように制御される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１３】図１において３１は光走査装置で、この光
走査装置３１はレーザプリンタ等の装置本体３２に固定
されている。前記光走査装置３１は出射用の窓３３を介
して偏向走査されるレーザ光束を折返しミラー３４に反
射させて感光ドラム３５の感光面（結像面）に集光させ
るようになっている。

【００１４】前記光走査装置３１は、図２及び図３に示
すように、中央に筒部４１ａを形成してなるハウジング
４１を設け、このハウジング４１でスキャナモータ４２
のステータ部材を形成している。前記ハウジング４１の
筒部４１ａ内にはボールベアリングからなる軸受け４３
が収納されている。前記軸受け４３には前記スキャナモ
ータ４２のロータ４２ａに固定された回転軸４２ｂが回
転自在に支持されている。

【００１５】前記スキャナモータ４２にはロータ４２ａ
にマグネット４２ｃが一体に取り付けられている。また
前記ハウジング４１にはスペーサ４４を介して回路基板
４５が固定され、この回路基板４５の前記マグネット４
２ｃと対向した部位の裏面側にはコイル４６が取り付け
られている。

【００１６】前記スキャナモータ４２のロータ４２ａ上
には回転軸４２ｂ上に位置して走査鏡としての直角プリ
ズム４７が固定されている。

【００１７】前記直角プリズム４７は、両端面の短辺で
挟まれる２つの面を反射面とし、長辺で挟まれる面の中
心をスキャナモータ４２の回転軸４２ｂに合わせて固定
している。

【００１８】前記ハウジング４１の上にはまた前記スキ
ャナモータ４２及び直角プリズム４７を包囲するように
カバー部材４８が設けられている。

【００１９】前記カバー部材４８は背面部にレーザ光出
射手段である半導体レーザ発振器４９、液晶セル等の非
線形屈折体５０及び集光レンズ５１を一体化して収納し
た光出射ユニット５２を取り付けている。前記光出射ユ
ニット５２は半導体レーザ発振器４９からのレーザ光束
を非線形屈折体５０及び集光レンズ５１を介して出射す
るようになっている。

【００２０】また前記カバー部材４８は前記光出射ユニ
ット５２からのレーザ光束の出射部に対向した部位を傾
斜面とし、その傾斜面に反射ミラー５３を埋設してい
る。そして前記光出射ユニット５２からのレーザ光束を
反射ミラー５３で反射させて前記直角プリズム４７の反
射面に真上から当てるようになっている。また前記カバ
ー部材４８の前面部には前記窓３３が設けられている。

【００２１】前記直角プリズム４７は前記スキャナモー
タ４２の回転により、反射面に真上から入射されるレー
ザ光束をスキャナモータ４２の回転軸４２ｂの方向とは
直交する平面方向に偏向走査し、その偏向走査されるレ
ーザ光束を前記窓３３から前記折返しミラー３４を介し
て前記感光ドラム３５の感光面に照射するようになって
いる。

【００２２】なお、前記ハウジング４１には前記カバー
部材４８を取付けるときの基準ピン５４が設けられ、そ
の基準ピン５４に前記カバー部材４８に開けられた孔が
嵌合されるようになっている。また前記ハウジング４１
には光走査装置を外部に固定するときのネジ挿入孔５５
が設けられている。

【００２３】前記光出射ユニット５２内に収納された非
線形屈折体５０は図４に示すように、内部に液晶等の屈
折率が電圧で変化する媒質６２を液密に収容した直方体
の形状の媒質収容セル６１からなり、この媒質収容セル
６１の両端面に透明電極６３，６３が取り付けられてい
る。そして前記各透明電極６３間に電圧印加装置６４か
ら電圧を印加するようになっている。前記電圧印加装置
６４は印加電圧を可変できるようになっている。

【００２４】前記非線形屈折体５０は、電圧印加装置６
４による印加電圧の変化に応じて前記半導体レーザ発振
器４９からのレーザ光束が透過するときの屈折率を変化
するようになっている。すなわち、媒質６２の屈折率ｎ
x はｎ0 ＋ｆ(V) で示され、印加電圧が大きくなるに従
ってｆ(V) が増加する方向に変化するようになってい
る。従って印加電圧が０Ｖのときには媒質６２の屈折率
ｎx はｎ0 となり、発光点Ｚ1 から発光された光は点線
の矢印Ａに示す方向に進む。また電圧を印加すると媒質
６２の屈折率ｎx はｎ0 ＋ｆ(V) となり、発光点Ｚ1 か
ら発光された光は実線の矢印Ｂに示すように平行移動す
るようになる。そしてこのときの見掛け上の発光点はＺ
２となり、発光点が媒質収容セル６１に近付くようにな
る。

【００２５】具体的には前記非線形屈折体５０は、前記
直角プリズム４７から前記感光ドラム３５の感光面、す
なわち結像面へのレーザ光束の走査角が０°のときその
屈折率が最小値となるように設定され、走査角が大きく
なるに従って屈折率が２次関数的に大きくなるように前
記電圧印加装置６４からの印加電圧が可変制御されるよ
うになっている。

【００２６】図５及び図６は、集光レンズ５１の主点と
結像面（感光体３５の感光面）との距離を一定とした場
合に、直角プリズム４７の反射面４７ａと集光レンズ５
１の主点との距離を変化した時の結像面の位置ずれを示
す図で、図５に示すように反射面４７ａと集光レンズ５
１の主点との距離ａ、反射面４７ａと結像面との距離ｂ
とし、反射面４７ａと集光レンズ５１の主点との距離を
大きくした時には、集光点は像面湾曲曲線６５ａ上にあ
るから、反射面４７ａが結像面と平行状態にあるときは
結像面で集光されるが、反射面４７ａが結像面に対して
傾く程、すなわち回転角度が大きくなる程、結像面と像
面湾曲曲線６５ａとの距離は大きくなり、最大回転角度
ではこの距離がΔＹ1 となる。

【００２７】また図６に示すように反射面４７ａと集光
レンズ５１の主点との距離ｄ（＜ａ）、反射面４７ａと
結像面との距離ｅ（＞ｂ）とし、反射面４７ａと集光レ
ンズ５１の主点との距離を小さくした時には、集光点は
像面湾曲曲線６５ｂ上にあり、結像面と像面湾曲曲線６
５ｂとの距離は最大回転角度でΔＹ2 となり、図５の場
合に比べて小さくなる。

【００２８】そして結像面と像面湾曲曲線との距離が大
きくなるほど結像面に写る像はボケてしまうことから、
反射面４７ａは集光レンズ５１に近付けた方がよいこと
が分かる。

【００２９】また前記非線形屈折体５０の屈折率変化と
発光点及び結像面の位置関係について見ると、媒質収容
セル６１に電圧を印加しないときにはその屈折率ｎx が
ｎ0となる。このとき発光点と集光レンズ５１の主点と
の距離がｆ、集光レンズ５１の主点と結像面との距離が
ｇであったとすると、媒質収容セル６１に電圧を印加す
ることによって屈折率ｎx をｎ0 からｎ0 ＋ｆ(V) に変
化させると、図中点線で示すように見掛け上発光点が媒
質収容セル６１に近付くので、発光点と集光レンズ５１
の主点との距離はｈ（＜ｆ）と小さくなり、また集光レ
ンズ５１の主点と結像面との距離はｉ（＞ｇ）と大きく
なる。すなわち見掛け上の発光点の位置がΔＸ1 だけ短
くなり、結像面の位置がΔＸ2 だけ長くなる。ここでΔ
Ｘ2 はΔＸ1 のｇ／ｆ倍となるから、ｆ＜ｇとすれば発
光点の位置ずれを僅かに起こすことで大きな像面湾曲補
正が可能になることが分かる。

【００３０】従って図８に示すように直角プリズム４７
の反射面４７ａが結像面に対して平行状態にあるときに
媒質収容セル６１の屈折率ｎx をｎ0 にしてそのとき図
中実線で示すように結像面上で結像するように設定し、
反射面４７ａが回転により結像面に対して傾きが大きく
なるほど媒質収容セル６１に印加する電圧を大きくして
ｆ(V) を大きくすれば屈折率ｎx ＝ｎ0 ＋ｆ(V) は反射
面４７ａの回転とともに徐々に大きくなり、それにより
反射面４７ａからの結像距離が徐々に長くなり、図中点
線で示すように結像面上で結像するようになる。すなわ
ち像面湾曲補正が行われたことになる。

【００３１】このように直角プリズム４７の反射面４７
ａが感光ドラム３５の感光面に対して平行状態にあると
きを基準として、反射面４７ａの感光面に対する角度が
大きくなるに従ってレーザ光束の集光点距離が長くなる
ように非線形屈折体５０に印可する電圧を制御すれば、
レーザ光束を感光面（結像面）上のどの走査位置でも集
光させることができる。

【００３２】従って従来のように像面湾曲補正を行うた
めの大きな集光レンズを使用する必要はなく、半導体レ
ーザ発振器４９の近くに小さな集光レンズ５１を設け、
その集光レンズ５１と半導体レーザ発振器４９との間に
非線形屈折体５０を配置するのみの簡単な構成で確実な
像面湾曲補正を行うことができる。また走査鏡として直
角プリズムを使用しているので、ポリゴンミラーを使用
するときのような複雑な面倒れ補正光学系を使用する必
要はない。

【００３３】従って全体として装置の簡単化、小形化、
コスト低下を充分に図ることができる

【００３４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、切削加工型のポ
リゴンミラー、面倒れ補正光学系、大きな結像レンズを
不要にでき、簡単な構成で小形化を充分に図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す斜視図。

【図２】同実施例の光走査装置の縦断面図。

【図３】同実施例の光走査装置のカバー部材を除いた平
面図。

【図４】同実施例の非線形屈折体の構成図。

【図５】同実施例における集光レンズと直角プリズムの
反射面の距離と像面湾曲の関係を説明するための図。

【図６】同実施例における集光レンズと直角プリズムの
反射面の距離と像面湾曲の関係を説明するための図。

【図７】同実施例における非線形屈折体の屈折率変化と
結像位置変化の関係を説明するための図。

【図８】同実施例における非線形屈折体の屈折率変化と
像面湾曲補正との関係を説明するための図。

【図９】従来例を示す斜視図。

【図１０】他の従来例を示す構成図。

【図１１】同従来例の偏向器の構成を示す図。

【符号の説明】

４２…スキャナモータ、 ４７…直角プリズム（走査鏡）、 ４９…半導体レーザ発振器、 ５０…非線形屈折体、 ５１…集光レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータで回転され、入射されるレーザ光
   束を反射し前記モータの回転軸に垂直な平面方向に偏向
   走査する走査鏡と、レーザ光束を前記走査鏡に出射する
   レーザ光出射手段と、このレーザ光出射手段から出射さ
   れるレーザ光束を前記走査鏡を介して結像面に集光させ
   る集光レンズと、前記レーザ光出射手段と前記集光レン
   ズとの間に配置され、前記レーザ光出射手段からのレー
   ザ光束を透過する屈折率が可変可能な非線形屈折体とか
   らなり、前記非線形屈折体を前記走査鏡から結像面への
   レーザ光束の偏向走査角が大きくなるに従って屈折率が
   大きくなるように制御することを特徴とする光走査装
   置。