JPS62242911A - 光ビ−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〕 本発明は例えばレーザプリンタ、レーザファクシミリ、
平面スキャナなどに用いられる光ビーム走査装置に関し
、特にポリゴンミラーの各反射面の傾き、いわゆるピラ
ミッド誤差による走査ムラを補正するビーム走査ムラ補
正手段の改良に関する。

〔従来技術〕

回転ポリゴンミラーと光学系とを組み合わせてビーム走
査光学系を構成し、原画面上や記録面上にレーザスポッ
ト等を高速で繰り返し直線移動させることにより主走査
を行ない、副走査方向には原画や記録材等を低速で移動
させ、両走査で原画や記録面を２次元走査する技術が知
られている。

この場合、回転ポリゴンミラーの各反射面と回転軸との
なす角度が、製作精度等の影響で各反射面ごとに互いに
僅かに異なる誤差を伴っている。すると各反射面ごとに
光ビームの反射する方向が僅かに異なるためポリゴンミ
ラーの回転による走査方向と交差する方向に走査ムラを
生じることになる。前記走査ムラを解消するものとして
はいろいろな方法が知られているが、例えば、特開昭５
８−２２１８２２号公報には、第１０図に示すような光
ビーム走査装置が開示されている。

この装置においては、回転ポリゴンミラー１０３の反射
面Ｍに対して入射ビームＢ２がビーム走査ムラ補正用ミ
ラー１０２を介して照射されており、反射面Ｍからの反
射ビームＢ３はｆθレンズ１０４によって記録面１０６
上にビームスポットＰを形成する。記録面１０６の有効
走査領域外であって、所定の走査軌道上には走査ビーム
の第１０図紙面に垂直方向（以下単に副走査方向と称す
る）のズレ量を検出する光電検出器１０５が配設され、
検出したズレ量に基づいてビーム走査ムラ補正用ミラー
１０２を偏向駆動させ、当該副走査方向の走査ムラを補
正するように構成したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般にこのような光ビーム走査光学系にあっては、極め
て高い精度が要請され、このため、当該光学系を構成す
る光学要素も、可能な限り部品点数を少なくすることが
望ましい。本発明はこのような視点に立脚するもので、
上記従来例における入射ビームＢ２と回転ポリゴンミラ
ー１０３との間に介在させたビーム走査ムラ補正用ミラ
ー１０２は必ずしも必要ではなく、むしろこのミラー１
０２が介在することにより、組付調整の手間やコスト面
での不都合だけでな（、ミラーに塵埃が付着することも
無視できないマイナス要因となる。

またビーム走査ムラ補正手段を持たない既存のビーム走
査装置（ユーザ使用中のもの、ロフト生産中の設計変更
を含む）に副走査方向に高い精度が要求されるような変
更が発生した場合、上記従来例のビーム走査ムラ補正用
ミラーを付設しようとすれば、光ビームの反射を伴う大
幅な光路の変更を強いることとなり、実際上ビーム走査
ムラ補正用ミラーを後付けすることができない場合が多
い。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、上記
従来例の光ビーム走査装置を例えば第１図〜第９図に示
すように改良し、ビーム走査ムラ補正用ミラーを省くよ
うにしたものである。

即ち、ビーム走査光学系の光路内に回転ポリゴンミラー
３の各反射面の傾きによる走査ムラを補正するビーム走
査ムラ補正手段７を設け、ビーム走査ムラ補正手段７は
、ビーム走査光学系のいずれかのレンズと、そのレンズ
を変位させる駆動手段８とから成り、当該レンズをその
先軸Ｘに対して垂直なレンズ主平面内で微小変位させる
ように構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

駆動手段８は回転ポリゴンミラー３の各反射面Ｍの傾き
に対応して制御され、反射面の歪み量に応じてレンズを
その先軸Ｘに対して垂直な主平面内で変位させる。この
変位によってこのレンズを透過した光ビームはポリゴン
ミラー３の各反射面Ｍのピラミッド誤差を打ち消す方向
へ微小変更され、走査面上での走査ムラは解消される。

これにより、前記ビーム走査ムラ補正用ミラーは不要と
なる。

〔実施例〕

以下本発明による光ビーム走査装置の実施例を第１図〜
第９図に基づいて説明する。

第１図は本発明の１実施例を示し、その主要構成の配置
を模式的に示す平面図、第２図はビーム走査ムラ補正手
段の組付構造を示す正面図である。

これらの図において符号１は光ビーム発生源、２は光ビ
ーム発生源１からの光ビームＢ１の径を拡大するビーム
拡大レンズ、３は回転ポリゴンミラー、４はｆθレンズ
、５は光検出器、７はビーム走査ムラ補正手段、１３は
ビーム走査ムラ補正手段７を駆動制御する制御回路であ
る。

ビーム走査ムラ補正手段７は、ビーム拡大レンズ２を構
成する対物レンズＬ２と、そのレンズＬ２を微小偏位さ
せる電歪素子（駆動手段８）とを具備して成り、対物レ
ンズＬ２がその光軸に対して垂直な主平面Ｓ２内で変位
可能に構成されている。

第１図においてレンズＬ２は実際は図の紙面に対して垂
直に動かすのであるが図示の都合上、上下に動くように
示している。即ち、レンズＬ２はレンズホルダ９で強固
に保持し、レンズホルダ９は基台１０にバネ１１を介し
て弾性支持するとともに、レンズホルダ９の上面中央部
を電歪素子８で支持する。

電歪素子８は、圧電作用を有する多数の圧電体をその伸
長方向に積層結合して成るピエゾスタックで構成され、
例えば、日本電気株式会社製のものでその長さ１８鶴の
ものでは１５０ｖの印加電圧で約１６．５μｍ伸長し、
このとき８５ｋｇｗの駆動力を出力することができる。

なおこの駆動力はレンズホルダ９の支持バネ１１による
拘束力と一部相殺される。またこの駆動力によるレンズ
Ｌ２の変位量はミクロンオーダであるから、電歪素子８
の稼働時における環境温度変化による熱変形を相殺する
ために、電歪素子８と基台１０との間に熱変形吸収部材
１２を介在させる。この変形吸収部材１２としては、例
えば正の線膨張計数を有する５ＵＳ３０４が用いられ、
電歪素子８が有する負の線膨張をキャンセルすることが
できる。

こうすることにより、本装置を初めて使用する場合テも
ビームスポットＰが光検出器５から外れ照射されないと
いうことを避は得るという効果を生ずる。

制御回路１３は光検出器５からの信号に基づいてビーム
スポットの走査軌道からのズレ量を保持する保持回路１
４と、このズレ量に応じてレンズＬ２の変位すべき量を
演算し、制御信号を出力する中央制御回路１５と、この
回路１５によって制御され、電歪素子８を駆動する駆動
回路１６とを具備して成り、後述する演算式に基づいて
、レンズを変位駆動するように構成されている。

上記構成により、レンズを変位させて光ビームを微小に
偏向させ、走査ムラを補正する方法について説明する。

第３図は第１図のビーム拡大レンズ２（Ｌｌ、Ｌ２）と
ポリゴンミラー３の反射面Ｍとの関係を模式的に示す側
面図である。この図において接眼レンズＬ、と対物レン
ズＬ２は、それぞれの焦点距離ｆ１、ｆ２の和をもって
離間され、光ビーム発生源１からの光ビームＢ１の径を
拡大する。

拡大された光ビームＢ２はポリゴンミラー３の反射面Ｍ
で反射され、前記のｆθレンズ４を介して記録面６上に
ビームスポットＰを形成する。このときポリゴンミラー
３の回転軸Ｚに対して反射面ＭがΔθ傾斜しているため
、ビームスポットＰは所定の走査軌道から２Δθの方向
へずれることとなる。

第４図は第３図において、対物レンズＬ２をレンズ主平
面Ｓ２内で電−歪素子８によ下方へｄだけ変位させ上記
方向へのずれ２八〇を補正した状態を示す側面図である
。このときのレンズＬ２の変位量ｄは ｄ工ｆ２・ｔａｎ（２Δθ）・・・・・・■で表わされ
る。

これにより、反射面Ｍで反射された光ビームＢ３は光軸
Ｘに対して平行ビームとなり、レンズに平行に入射する
光は同一点に収束するから「θレンズ４を介して記録面
において所定の走査軌道上にビームスポットを形成する
。

第１図において、電歪素子８で接眼レンズＬ１を変位さ
せるようにしてもよい。第５図はこのときの光ビームの
微小偏向状態を示す側面図である。

即ちレンズＬ１を主平面Ｓｉ内で上方へｄだけ変位させ
、前記方向へのずれ２Δθを補正するようにしたもので
ある。このときのレンズＬ１の変位量ｄも前記０式と同
様に表わされる。なお、接眼レンズＬ１を変位させるよ
うにした場合には、対物レンズし２を透過した光ビーム
Ｂ２の中心線ｘＯを反射面Ｍ上で光学系の光軸Ｘと合致
させることができる。そして、光ビームＢ３は本来の光
軸Ｘ上を各反射面Ｍにかかわらず、進んでゆくことにな
る。このときの対物レンズＬ２と反射面Ｍとの距離ｍは
接眼レンズＬ１と対物レンズＬ２により定まり、 ｍ＝　ｆ２　　（ｆ２／　ｆｌ　＋　１）−＝■で表わ
される。

この実施例の場合には、反射面Ｍで反射した光ビームＢ
３の中心線は図示するように光軸Ｘと同一面を通り振れ
が生じないので、ポリゴンミラー３の回転軸方向の幅は
最小限でよく、さらにビームはｆθレンズの同一軌道を
通るのでｆθレンズの歪に対しても、ビームは同一の主
走査軌跡を描くので、走査ムラがより改善される。また
、接眼レンズＬ１は対物レンズＬ２より小質量でもある
ことから、それだけ駆動制御がし易いという利点がある
。

第６図及び第７図は本発明の別の実施態様を示す図であ
る。この図では、光ビームは反射面Ｍで反射するのであ
るが図示の都合上、展開して示している。光ビーム発生
源１より、例えば一定の拡がりをもった光ビームＢ１が
コリメータレンズＬに入射し、所要の径にコリメートさ
れた光ビームＢ２は、ポリゴンミラー３の反射面Ｍで反
射され、ｆθレンズ４を介して記録面６上にビームスポ
ットＰを形成する。このとき、ポリゴンミラー３の回転
軸Ｚに対して反射面がΔθ傾斜しているとすれば、点線
で示すようにスポラ）Ｐが上方にずれてしまう。そこで
第７図に示すようにコリメータレンズＬをその主平面内
でｄだけ下方へ変位させて補正すると所期の位置にスポ
ラ）Ｐを形成することができる。このときの変位量は前
記０式と同様に表わされる。

ちなみに反射面Ｍの傾きΔθ＝７”、変位させるレンズ
の焦点距離ｆ＝１５０ｍのとき、変位量はｄ＝１０．２
μｍである。

なお、変位させるレンズは上記実施例に躍る必要はなく
、光ビーム走査光学系を構成するいずれかのレンズを変
位させることができる。必要なら、ｆθレンズをその主
平面内で変位させてもよい。

又、電歪素子に代えて電磁コイル等の駆動手段を用いて
もよい。

第１図では結像レンズとして、ｆθレンズ４をポリゴン
ミラー３の後方に配置した後置型結像レンズを用いた例
を示したが第８図、第９図では前置型結像レンズを用い
た例を示す。第１図と同様の働きをするものは同一符号
で示しである。

第８図においては上記のように前置型結像レンズを用い
たことから、走査面６は曲線となっている。

第９図では、走査面６を平面とするため、光路長補償用
ミラー系１８を用いて光点Ｐの軌跡６ａを直線とした例
を示している。

この発明は第８図、第９図のような従来例の光路を有す
るものにおいても、最小限の変更をするだけで、ポリゴ
ンミラーの各反射面の傾きによる走査ムラを補正するこ
とができる。

この発明はレンズを主平面内で微小変位することにより
ビームを微小に偏向するのであるから例えば本出願人に
よる特開昭５６−１０２８２１号公報に開示したような
、反射鏡面の誤差を連続的に検出して、逐次、走査光ビ
ームの落射位置を補正することによって走査の全ストロ
ークにわたって精度を確保する場合にも通用できる。

〔発明の効果〕

本発明は光ビーム走査光学系を構成するいずれかのレン
ズを、その主平面内で副走査方向に微小変位させ、ポリ
ゴンミラーの各反射面のピラミッド誤差による走査ムラ
を補正するようにしたから、従来例のようなビーム走査
ムラ補正用ミラーを省くことができ、これに伴って、組
付調整の手間やコストを省くとともに、ミラーに塵埃が
付着することによる影響もなくすことができる。

殊に、ビーム走査ムラ補正手段を持たない既存の光ビー
ム走査装置に、副走査方向に高精度が要求され、本発明
に係るビーム走査ムラ補正手段を後付けする場合には、
大きな光路変更を伴うことがないので、容易に実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の実施例を示すもので、第１図
は主要構成の配置を模式的に示す平面図、第２図はビー
ム走査ムラ補正手段の組付構造を示す正面図、第３図〜
第７図はそれぞれ光ビーム走査光学系の光ビームの偏向
態様を模式的に示す側面図、第８図及び第９図（Ａ）は
それぞれ本発明の別実施例を示す主要構成の配置を模式
的に示す平面図、第９図（Ｂ）は第９図（Ａ）の側面図
である口；り２才１０し７１Ｘイ芝末イクｌＪ乞ｊミＴ
早動）？コで・・Ｊ５う。 １・・・光ビーム発生源、２・・・ビーム拡大レンズ、
３・・・回転ポリゴンミラー、４・・・ｆθレンズ、５
・・・光検出器、６・・・走査面、７・・・ビーム走査
ムラ補正手段、８・・・電歪素子、Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３・
・・光ビーム、Ｌｌ・・・接眼レンズ、Ｂ２・・・対物
レンズ、Ｐ・・・ビームスポット、Ｘ・・・光軸。 特許出願人　　大日本スクリーン製造株式会社・）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ビーム発生源からの光ビームをレンズ及び回転ポ
   リゴンミラーを含んでなるビーム走査光学系によって走
   査面上に光点として収束させて走査するように構成した
   光ビーム走査装置において、 ビーム走査光学系の光路内に回転ポリゴンミラーの各反
   射面の傾きによる走査ムラを補正するビーム走査ムラ補
   正手段を設け、ビーム走査ムラ補正手段は、ビーム走査
   光学系のいずれかのレンズと、そのレンズを変位させる
   駆動手段とから成り、当該レンズをその光軸に対して垂
   直なレンズ主平面内で微小変位させるように構成したこ
   とを特徴とする光ビーム走査装置 ２、ビーム走査光学系がビーム拡大レンズを含んで成り
   、ビーム拡大レンズの接眼レンズを微小変位させるよう
   に構成した特許請求の範囲第１項に記載した光ビーム走
   査装置