JPH09203876A

JPH09203876A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH09203876A
Application number: JP1158296A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hayashi; 善紀林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】同期光検知素子のレイアウトの自由度を増大さ
せる。【解決手段】光源１から放射され、カップリングレンズ
２によりカップリングされた光束をシリンダレンズ４１
により副走査対応方向に収束させて主走査対応方向に長
い線像に結像させ、線像の結像位置近傍に偏向反射面５
Ａを持つ光偏向器５により光束を等角速度的に偏向さ
せ、偏向光束を走査結像レンズ８により被走査面９上に
光スポットとして集光して被走査面の等速的な走査を行
なう装置であって、光偏向器５により偏向されて有効走
査領域へと向かう偏向光束を同期光Ｄとして検知する同
期光検知素子７を有し、同期光Ｄを透過させて同期光検
知素子７に導く検出用光学素子４２とシリンダレンズ４
１が一体化され、光偏向器５により偏向された同期光
が、検出用光学素子４２により、光源１から離れる向き
に屈折偏向される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光走査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】偏向光束を走査結像レンズにより被走査
面上に光スポットとして集光し、被走査面を光走査する
光走査装置は、光プリンタやデジタル複写機、光印刷機
等に関連して従来から広く知られている。

【０００３】「光束の偏向」には一般にポリゴンミラー
等の「機械的な光偏向器」が用いられるため、偏向光束
の偏向周期は必ずしも一定ではなく、有効走査領域にお
ける光走査の起点を揃えるため、偏向されて有効走査領
域へ向かう偏向光束を同期光として検出し、この検出に
基づき光走査の開始の同期を取ることが行なわれてい
る。

【０００４】従来、光走査装置のコンパクト化を目的と
して、光源側からの光束を主走査対応方向に長い線像に
結像させるシリンダレンズと、光偏向器により偏向され
た同期光を同期光検知素子上に結像させるアナモフィッ
クなレンズとを一体化する技術が知られている（特開平
７−２８１１３号公報）。

【０００５】この公報に記載された発明では、同期光を
同期光検知素子上に結像させるアナモフィックなレンズ
の光軸の方向が同期光の主光線と合致するため、同期光
検知素子と光源部とが近接して両者のレイアウトが困難
に成りがちであり、同期光検知素子と光源と間に十分な
間隔を取ろうとすると、上記一体化レンズが大型化しが
ちである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、光走査装置おいて同期光検知素子のレイアウ
トの自由度を増大させることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置は
「光源から放射され、カップリングレンズによりカップ
リングされた光束をシリンダレンズにより副走査対応方
向に収束させて主走査対応方向に長い線像に結像させ、
上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ光偏向器に
より光束を等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像
レンズにより被走査面上に光スポットとして集光して被
走査面の等速的な走査を行なう装置」である。

【０００８】「カップリングされた光束」は、平行光束
となることもあるし、弱い収束性もしくは弱い発散性の
光束となることもある。「主走査対応方向」は、光源か
ら被走査面に到る光路を光軸に沿って直線的に展開した
仮想的な光路上で主走査方向に平行的に対応する方向で
あり、上記仮想的な光路上で副走査方向に平行的に対応
する方向を「副走査対応方向」と呼ぶ。

【０００９】この発明の光走査装置はまた「光偏向器に
より偏向されて有効走査領域へと向かう偏向光束を同期
光として検知する同期光検知素子」を有する。

【００１０】請求項１記載の光走査装置は以下の如き特
徴を有する。即ち、上記同期光を「透過」させて同期光
検知素子に導く「検出用光学素子」を有し、この検出用
光学素子が上記シリンダレンズと一体化され、検出用光
学素子は、光偏向器により偏向された同期光を「光源か
ら離れる向き」に屈折偏向する。

【００１１】請求項１記載の光走査装置において同期光
は検出光学系により屈折偏向されるが、「屈折偏向」は
検出光学素子の入射側面により行なわれても良いし、射
出側の面により行なわれても良く、入射側面と射出側面
の双方により行なわれても良い（請求項２）。

【００１２】検出用光学系に入射する同期光は、上記線
像から発散する光束であるので、検出用光学系は「同期
光を同期光検知素子上に集光させる作用」を必要とす
る。この作用を実現するための、入射側面と射出側面の
面形状の組み合わせは種々の組み合わせが可能である。

【００１３】即ち、検出用光学素子の入射側面を「球面
もしくは共軸非球面」とし、射出側面を、偏向面と直交
する方向においてのみ正のパワーを持つ「シリンダ面」
とすることが出来る（請求項３）。ここに「偏向面」は
光偏向器により理想的に偏向された偏向光束（同期光を
含む）の主光線が掃引する平面であり、偏向面と直交す
る方向は前記副走査対応方向と平行になる（同期光の光
路は被走査面に到らないので、前述の定義による副走査
対応方向には含まれない）。

【００１４】検出用光学素子の一方の面（入射側面もし
くは射出側面）を、偏向面内および偏向面に直交する方
向において正のパワーを持つ「トーリック面」とし、他
方の面（射出側面もしくは入射側面）を平面とすること
も出来る（請求項４）。

【００１５】請求項５記載の光走査装置は以下の如き特
徴を有する。

【００１６】即ち、光偏向器により偏向されて有効走査
領域へと向かう偏向光束を同期光として検知する同期光
検知素子を有し、同期光を「透過且つ反射」させて同期
光検知素子に導く検出用光学素子と前記シリンダレンズ
が一体化され、検出用光学素子は、光偏向器により偏向
された同期光を「光源から離れる向き」に偏向する。

【００１７】請求項５記載の光走査装置において、検出
用光学素子による同期光の偏向は基本的に反射により行
なわれるが、「反射と屈折」の組み合わせにより所望の
偏向を実現しても良い（請求項６）。検出用光学素子に
よる同期光の反射は、反射膜により行なっても良いが
「全反射により行なう」こともできる（請求項７）。

【００１８】上記請求項５または６または７記載の光走
査装置において、検出用光学素子が「同期光を同期光検
知素子に向けて折り返すように反射させる２つの反射
面」を有することができ、これら各反射面による反射を
全反射とすることができる（請求項８）。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を説明す
る。図１（ａ）は請求項１記載の発明の実施の１形態を
特徴部分のみ示している。光源１は「半導体レーザ」で
あり、光源１から放射された発散性の光束はカップリン
グレンズ２によりカップリングされ、平行光束もしくは
弱い収束性または弱い発散性の光束にされる。

【００２０】カップリングされた光束はビーム整形用の
アパーチュア３を通過して光束周辺部を除去されたの
ち、光学ユニット４のシリンダレンズ４１に入射する。
シリンダレンズ４１は副走査対応方向（図面に直交する
方向）にのみ正のパワーを持ち、光束を副走査対応方向
にのみ収束させ、光偏向器５である「ポリゴンミラー」
の偏向反射面５Ａの極く近傍に「主走査対応方向に長い
線像」として結像させる。

【００２１】偏向反射面５Ａによる反射光束は走査結像
レンズ８に入射し、同レンズ８の作用により被走査面
（光導電性のドラム状感光体９の表面）に光スポットと
して集光する。光偏向器５の等速回転により反射光束は
等角速度的に偏向される。

【００２２】走査結像レンズ８は主走査対応方向におい
て、光スポットの走査速度を等速化させる機能（カップ
リングレンズ２によりカップリングされた光束が平行光
束のときは所謂「ｆθ特性」）を持つとともに、副走査
対応方向に関して偏向反射面５Ａの位置と被走査面位置
とを略共役な関係とする機能を持つ。従って、この光走
査装置は光偏向器５における「面倒れ」を補正する機能
を持つ。

【００２３】即ち、図１（ａ）に示す光走査装置は「光
源１から放射され、カップリングレンズ２によりカップ
リングされた光束をシリンダレンズ４１により副走査対
応方向に収束させて主走査対応方向に長い線像に結像さ
せ、線像の結像位置近傍に偏向反射面５Ａを持つ光偏向
器５により光束を等角速度的に偏向させ、偏向光束を走
査結像レンズ８により被走査面上に光スポットとして集
光して被走査面の等速的な走査を行なう装置」である。

【００２４】光偏向器５の回転方向は図１（ａ）におい
て時計回りであり、従って偏向光束の偏向方向も時計回
りになる。光偏向器５により偏向されて有効走査領域Ｗ
へ向かう偏向光束は、光源１側から偏向反射面５Ａに向
かって入射する光束の主光線に対して角：θ₁をなすと
き、同期光Ｄとして検出用光学素子４２に入射する。

【００２５】検出用光学素子４２は上記同期光Ｄを「透
過」させて同期光検知素子７に導く光学系で前記シリン
ダレンズ４１と一体化され、シリンダレンズ４１と共に
光学ユニット４を構成している。符号６で示す絞り部材
は、同期光検知素子７に入射する同期光Ｄの入射位置と
入射光束部分を制限する。

【００２６】同期光検知素子７は受光素子で、同期光Ｄ
を受光すると受光信号を発する。この受光信号の発生後
所定時間が経過すると偏向光束は有効走査領域Ｗの上端
の走査開始位置に到達する。同期光検知素子７が受光信
号を発生後、上記所定時間の経過を待って同期信号が発
せられ、この同期信号により光走査が開始される。

【００２７】検出用光学素子４２は、同期光Ｄを同期光
検知素子７に向けて集光する機能とともに「同期光Ｄを
光源１から離れる向き」、即ち光源１側から偏向反射面
５Ａに入射する光束の入射方向から離れる向きに、屈折
偏向させる機能を持つ。

【００２８】図１（ａ）の部分拡大図である図１（ｂ）
に示すように、偏向反射面５Ａにより反射された同期光
Ｄは、検出用光学素子４２へ入射する状態では、光源１
側から偏向反射面５Ａに入射する光束の入射方向に対し
て角：θ₁を有しているが、検出用光学素子４２から射
出するときは、検出用光学素子４１による屈折偏向によ
り、上記入射方向に対し角：θ₂（＞θ₁）をなしてい
る。

【００２９】もし「検出用光学素子４１による屈折偏向
がない」とすると、同期光Ｄは検出用光学素子への入射
方向をそのまま保って射出するから、同期光検知素子７
は破線で示す「光源１の近傍」に配備せざるを得ず、光
源１に対する同期光検知素子７の配備のレイアウトが難
しくなる。また、検出用光学素子４１による屈折偏向が
ない状態で同期光検知素子７を図１（ｂ）の実線の位置
に配備しようとすると、破線で示す検出用光学系４２Ａ
のように大型化し光学ユニットの大型化を招来する。

【００３０】検出用光学素子４２には「光偏向器により
偏向された同期光Ｄを、光源１から離れる向きに屈折偏
向させる機能」があるので、検出用光学素子４２を小型
化しつつ光源１と同期光検知素子７との間を十分に離す
ことが可能になり上記レイアウトが容易になる。

【００３１】検出用光学素子４２により上記の如き「屈
折偏向」を行なわせる態様は種々可能である。

【００３２】図２（ａ）に示す形態においては、検出用
光学素子４２の入射側面４２ａと射出側面４２ｂとにお
ける屈折により偏向が行なわれる。入射方向Ｐを持って
シリンダレンズ４１に入射する光束は偏向反射面５Ａに
より反射されて同期光Ｄとなる。このとき入射方向Ｐと
同期光Ｄの各主光線がなす角を角：θ₁とする。なお、
シリンダレンズ４１は一般に入射側面４１ａが凸の「シ
リンダ面」で射出側面４１ｂは「平面」である。

【００３３】検出用光学素子４２の入射側面４２ａは
「球面もしくは共軸非球面」であり、射出側面４２ｂは
「偏向面（図面と平行な面）に直交する方向においての
み正のパワーを持つシリンダ面」である。入射側面４２
ａの光軸ｃは入射方向Ｐと角：θ₃をなし、射出側面４
２ｂの光軸ｄは入射方向Ｐと角：θ₄をなす。

【００３４】図示の如く、θ₁＜θ₃且つθ₃＞θ₄を満足
するように、検出用光学素子４２を設定すると、検出用
光学素子４２から射出した同期光Ｄが入射方向Ｐと成す
角：θ₂は角：θ₁よりも大きくなり同期光Ｄは「光源か
ら離れる向き」へ偏向する。因に、θ₃＝θ₄であるとθ
₁＝θ₂となって所望の屈折偏向は生ぜず、θ₄＞θ₃であ
るとθ₂＜θ₁となって、同期光Ｄはかえって光源に近づ
くように屈折偏向されてしまう。

【００３５】図２（ｂ）に示す形態においては、検出用
光学素子４２Ａの射出側面４２２における屈折により偏
向が行なわれる。即ち、この例では、入射方向Ｐに対し
て入射側面４２１（球面もしくは共軸非球面）の光軸の
成す角は、同期光Ｄが入射方向Ｐに対して成す角：θ₁
に等しく、射出側面４２２（偏向面と直交する方向にの
み正のパワーを持つシリンダ面）の光軸ｄ’が入射方向
と成す角：θ₄はθ₁より大きく設定されている。このた
め、同期光Ｄは検出用光学素子４２Ａの射出側面４２２
から射出する際に、入射方向Ｐに対し角：θ₂（＞θ₁）
を持って光源から離れる向きに屈折偏向される。

【００３６】図２（ｃ）に示す形態では、検出用光学素
子４２Ｂの入射側面４２３は「偏向面内および偏向面に
直交する面内に共に正のパワーを持つトーリック面」
で、射出側面４２４は「平面」である。入射側面４２３
の光軸ｃ’は偏向反射面５Ａにより反射された同期光Ｄ
の方向と平行で入射方向Ｐに対して角：θ₁をなすが、
光軸ｃ’は、偏向反射面５Ａに入射する光源側からの光
束から離れるように、上記同期光Ｄに対してシフトして
いる。このため、同期光Ｄは主として入射側面４２３に
よる屈折により偏向され、検出用光学素子４２Ｂから射
出する同期光は入射方向Ｐに対し角：θ₂（＞θ₁）をな
し、光源から離れる向きに偏向する。

【００３７】図２（ｄ）に示す形態では検出用光学素子
４２Ｃの入射側面４２５は「平面」であり、射出側面４
２６は「偏向面内および偏向面に直交する面内で共に正
のパワーを持つトーリック面」である。射出側面４２６
の光軸ｄ’’は偏向反射面５Ａにより反射された同期光
Ｄの方向と平行で入射方向Ｐに対して角：θ₁をなす
が、偏向反射面５Ａに入射する光源側からの光束から離
れるように上記同期光Ｄに対してシフトしている。この
ため同期光Ｄは射出側面４２６から射出する際に屈折に
より偏向され、検出用光学素子４２Ｃから射出する同期
光は入射方向Ｐに対し角：θ₂（＞θ₁）をなし、光源か
ら離れる向きに偏向する。

【００３８】図３（ａ）は請求項５記載の光走査装置の
実施の１形態を略示している。繁雑を避けるため、混同
の虞れがないと思われるものに就いては図１におけると
同一の符号を用いた。

【００３９】半導体レーザである光源１から放射され、
カップリングレンズ２によりカップリングされた光束は
アパーチュア３を通過して光束周辺を除去され、シリン
ダレンズ４１により副走査対応方向に収束され、光偏向
器５であるポリゴンミラーの偏向反射面５Ａの近傍に主
走査対応方向に長い線像に結像する。光偏向器５の矢印
方向への等速回転により、偏向反射面５による反射光束
は等角速度的に偏向する偏向光束となり、走査結像レン
ズ８により被走査面（感光体９の表面）上に光スポット
として集光して被走査面の等速的な走査を行なう。

【００４０】光偏向器５により偏向されて有効走査領域
Ｗへと向かう偏向光束は同期光Ｄとして同期光検知素子
７に検知され、同期光検知素子７の受光信号に基づき、
光走査の開始のための同期信号が発せられる。絞り部材
６は図１の形態におけると同じく、同期光検知素子７に
入射する同期光Ｄの入射位置と、入射光束部分を制限す
る。

【００４１】同期光Ｄを同期光検知素子７に導く検出用
光学素子４３はシリンダレンズ４１と一体化されて光学
ユニット４Ａを構成している。図３（ｂ）に示すよう
に、検出用光学素子４３は、入射面４３１と反射面４３
２と射出面４３３とを有する。図３の形態においては、
同期光Ｄが入射する入射面４３１および反射面４３２は
平面、射出面４３３は「偏向面内および偏向面に直交す
る方向に正のパワーを持つトーリック面」である。

【００４２】同期光Ｄは入射面４３１から入射し、反射
面４３２で同期光検知素子７へ向けて反射され、射出面
４３３のパワーにより同期光検知素子７へ向かって集光
される。即ち、検出用光学素子４３から射出する同期光
は、図のように光源１から離れる向きに偏向される。

【００４３】図３の実施の形態においては、同期光の偏
向は専ら反射面４３２による反射により行なわれるが、
反射面における反射に「入射面および／または射出面に
おける屈折」を組み合わせて所望の偏向を行なっても良
い。

【００４４】光源１の発振波長に対する検出用光学素子
４３の材質の屈折率をＮとし、反射面４３２への同期光
Ｄの入射角をψとすると、Ｎとψとが条件： ψ＞ｓｉｎ~¹(１/Ｎ) を満足するように反射面を設定すれば、同期光は反射面
により全反射されるので（請求項７）、反射面に反射膜
を形成する必要がない。図３の実施の形態において、検
出用光学素子４３の材質の屈折率を１．５７２１とし、
入射角：ψを４５度に設定すると、ｓｉｎ~¹(１/Ｎ)≒
３９．５度となり入射角：ψ＝４５度より小さいので、
上記全反射の条件を満足する。

【００４５】図４は、請求項８記載の発明の実施の形態
を特徴部分のみ示す図である。図示されない部分に就い
ては図５と同様である。この実施の形態においてシリン
ダレンズ４１と一体化される検出用光学素子４４は、入
射面４４１と反射面４４２，４４３と射出面４４４とを
有する。入射面４４１と反射面４４２，４４３は平面で
あり、射出面４４４は「偏向面内および偏向面に直交す
る方向に正のパワーを持つトーリック面」である。

【００４６】反射面４４２，４４３は互いに直交するよ
うに組み合わせられ、偏向面内で入射する同期光Ｄを偏
向面に平行に折り返すように反射する。射出面４４４は
そのトーリック面の正のパワーにより、射出同期光を同
期光検知素子７に向けて集光する。反射面４４２，４４
３への入射角をそれぞれψ₁，ψ₂とすると、検出用光学
素子４４の材質の屈折率：Ｎに対し、条件： ψ₁＞ｓｉｎ~¹(１/Ｎ)、且つ、ψ₁＞ｓｉｎ~¹(１/Ｎ) が成り立つようにすることにより各反射面４４２，４４
３による反射が全反射として行なわれるようにできる。
例えば上記Ｎを１．５７２１とし、ψ₁＝ψ₂＝４５度と
すれば上記全反射の条件が満足される。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光走査装置を提供できる。この発明の光走査装
置においては、同期光が検出用光学素子により光源から
離れる向きに偏向されるので、同期光検知素子と光源と
が近づきすぎることがなく、光源に対する同期光検知素
子のレイアウトの自由度が大幅に増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の実施の１形態を説明する
ための図である。

【図２】上記実施の形態における検出用光学素子の具体
例を４例示す図である。

【図３】請求項５記載の発明の実施の１形態を説明する
ための図である。

【図４】請求項８記載の発明の実施の１形態を特徴部分
のみ示す図である。

【符号の説明】

１光源２カップリングレンズ４１シリンダレンズ４２検出用光学素子Ｄ同期光７同期光検知素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から放射され、カップリングレンズに
よりカップリングされた光束をシリンダレンズにより副
走査対応方向に収束させて主走査対応方向に長い線像に
結像させ、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ
光偏向器により上記光束を等角速度的に偏向させ、偏向
光束を走査結像レンズにより被走査面上に光スポットと
して集光して上記被走査面の等速的な走査を行なう装置
であって、上記光偏向器により偏向されて有効走査領域へと向かう
偏向光束を同期光として検知する同期光検知素子を有
し、上記同期光を透過させて同期光検知素子に導く検出用光
学素子と上記シリンダレンズが一体化され、光偏向器により偏向された同期光が、上記検出用光学素
子により、上記光源から離れる向きに屈折偏向されるこ
とを特徴とする光走査装置。
【請求項２】請求項１記載の光走査装置において、検出用光学素子による屈折偏向が、上記検出用光学素子
の入射側面および／または射出側面における屈折により
行なわれることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】請求項１または２記載の光走査装置におい
て、検出用光学素子の入射側面が球面もしくは共軸非球面で
あり、射出側面が偏向面と直交する方向においてのみ正
のパワーを持つシリンダ面であることを特徴とする光走
査装置。
【請求項４】請求項１または２記載の光走査装置におい
て、検出用光学素子の一方の面が、偏向面内および偏向面に
直交する方向において正のパワーを持つトーリック面で
あり、他方の面が平面であることを特徴とする光走査装
置。
【請求項５】光源から放射され、カップリングレンズに
よりカップリングされた光束をシリンダレンズにより副
走査対応方向に収束させて主走査対応方向に長い線像に
結像させ、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ
光偏向器により上記光束を等角速度的に偏向させ、偏向
光束を走査結像レンズにより被走査面上に光スポットと
して集光して上記被走査面の等速的な走査を行なう装置
であって、上記光偏向器により偏向されて有効走査領域へと向かう
偏向光束を同期光として検知する同期光検知素子を有
し、上記同期光を透過且つ反射させて同期光検知素子に導く
検出用光学素子と上記シリンダレンズが一体化され、光偏向器により偏向された同期光が、上記検出用光学素
子により、上記光源から離れる向きに偏向されることを
特徴とする光走査装置。
【請求項６】請求項５記載の光走査装置において、検出用光学素子による同期光の偏向が、反射もしくは反
射と屈折とにより行なわれることを特徴とする光走査装
置。
【請求項７】請求項５または６記載の光走査装置におい
て、検出用光学素子による同期光の反射が全反射により行な
われることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】請求項５または６または７記載の光走査装
置において、検出用光学素子が、同期光を同期光検知素子に向けて折
り返すように反射させる２つの反射面を有し、各反射面
による反射が全反射であることを特徴とする光走査装
置。