JPS6230214A - 光ビ−ム走査光学系 - 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】 （技術分野） 本発明は光ビーム走査光学系に関し、レーザー光を用い
て情報を書さ込み、或いは情報を読み取る際の光走査手
段として適用しうる光ビーム走査光学系に関するもので
ある。

（従来技術） 偏向器を用いて光束を走査する場合、偏向器へ入射され
る光束が走査光と物理的に干渉することがないようにし
て走査光の利用度を高めるべく。

一般に光ビーム走査光学系としては次の構成が採用され
ている。

すなわち、 偏向器へ入射される光を、偏向器の回転軸に向かい、か
つ該回転軸と直交する平面に対して垂直入射を除く有限
の角度をなすようにしている。

その−例を第１９図に示す。

図において、半導体レーザーＬＧから出射された発散性
光束はコリメータレンズＣ１で平行光束にされ１回転多
面鏡よりなる偏向器Ｓ１の前に配置された走査レンズ１
により集束光にされてから、偏向器Ｓ１を構成する反射
面（回転軸に平行）に入射される。その際の入射条件は
、偏向器の回転軸に直交する平面に対し光束の主光線が
角度Ｏとなるように設定されている。

そして、上記入射光束の反射光は偏向器Ｓ１の回転に応
じて順次偏向されて走査光となり、被走査面たる例えば
ドラム状の感光体２上に結像されるとともに紙面を貫く
方向に走査される。

ここに、走査光の進行方向は、偏向器の回転軸に直交す
る平面に対し、やはり角度θとなり、よって、入射光と
反射光の角度差は２θとなって両光束め物理的な干渉は
回避される。

ところで、このような構成においては、偏向器Ｓ１へ入
射される光束の反射面直前における主光線の逆進方向で
の直線延長上にコリメータレンズＣ１や半導体レーザー
ＬＧが配置される構成であるため。

これら半導体レーザーＬＧと被走査面たる感光体２との
偏向器回転軸方向での間隔旧としである程度の大きさを
要することは避けられず、装置の小型化を図る障害とな
る。

一方、プリズムやミラーを用いて光路を折り曲げること
により上記間隔Ｈ１を縮減する場合には、これらの部材
を組込むことにより構造の複雑化や価格の上昇を招来す
る要因となる。

（目　　的） 従って１本発明の目的は構造の複雑化や価格の上昇を招
くことなく装置の小型化を図ることのできる改良された
光ビーム走査光学系を提供することにある。

（構　　成） 本発明は上記の目的を達成させるため、偏向器の前に配
置した走査レンズの光軸を上記偏向器の回転軸に直角に
配置し、該レンズへの入射光束を該レンズの光軸に平行
かつ該レンズ上に入射高さを有するようにし設定したこ
とを特徴としたものである。

以下、本発明の一実施例に基づき具体的に説明する。な
お、以下の説明図では繁雑さをさけるため、混同のおそ
れのないものについては第１９図におけるものと同一の
符号を用いていることを付記しておく。

実施例１（第１図、第２図参照） 図において１回転多面鏡からなる偏向器Ｓ１と光源たる
半導体レーザーＬＧとの間には走査レンズ３が配設され
ている。この走査レンズ３は球面レンズ４の一部分を以
て構成されている。

この走査レンズ３は、その光軸が偏向器Ｓ１の回転軸に
直角となるように設定され、さらに、走査レンズ３に入
射される光束を入射高さがｈでありかつ、走査レンズ３
の光軸と平行となるように設定されている。

これにより、走査レンズ３に入射した光束は走査レンズ
３の焦点に向かうように屈折させられる。

そして途中、偏向器Ｓ１の反射面で反射させられて感光
体２上に結像走査させられる。

ここで、偏向器への入射角をθ、走査レンズ３の焦点距
離をｆ、入射高さをｈとすれば、ｓｉｎθ＝ｈ／ｆなる
関係が成立する。

この場合、走査レンズ３の像側空間主平面から偏向器Ｓ
１の反射面までの距離Ｑ１と、この反射面から被走査面
たる感光体２の表面までの距離Ｑ２は、被走査面を微小
光径で走査する必要から走査レンズ３の焦点距離ｆにほ
ぼ等しく設定されている。

このように光学系を配置することにより、偏向器Ｓ１へ
の入射光路を走査レンズ３で折り曲げることから半導体
レーザーＬＧ等の位置が従来技術と異なり走査レンズ３
と同レベルの位置に移行配置されることになる。

その結果、半導体レーザーＬＧの出射点から感光体２の
被走査面までの偏向器Ｓ１の回転軸方向での間隔Ｈ２は
、従来技術（第１９＠）に比べ旧＞８２と、小さくする
ことができる。

このことは又、実装上においても光学部品を互に直角な
水平、垂直平面を基準として配置構成できることとなる
ので、光学部品を保持するオプチカルハウジングの加工
も容易となる点で有利である。

なお、走査レンズ３は、これに対する入射光束の位置が
変動する訳でもないので、又、走査光との干渉を避ける
ためにも、前述した通り球面レンズ４の一部分を用いれ
ば足りる。

従って、一つの球面レンズから複数の走査レンズを分割
加工して得ることもできる。

実施例２（第３図、第４図参照） 偏向器は、これが機械的に構成されて回転される以Ｌ、
その回転軸の振れや組立精度の御小誤差は避けられず、
このため各反射面相互間で所謂面倒れが発生ずる。

このため、面倒れを補正するべく、而倒れ補正レンズが
走査光学系の一一部に配置されるが、その場合には１面
倒れ補正の必要から偏向器以降の走査方向と、この走査
方向に直交する方向（以下副走査方向という）とのレン
ズパワーを異ならせるため、偏向器に至る以前の光路上
に副走査方向にパワーを有するシリンドリカルレンズを
配置している。これにより、感光体２を走査する光束が
所要の形状、大きさになるように整形される。

本例はこのシリンドリカルレンズに、前記従来技術（第
１９図参照）における間隔計の縮減機能を与えている。

図において、符号５は上記面倒れ補正レンズの一例とし
てのトロイダルレンズを示し、符号５Ａは反射面が面倒
れした際の走査光の光路を示す、又、このトロイダルレ
ンズ５Ａによるレンズパワーを予め補償する機能を付さ
れたシリンドリカルレンズを符号３１で示す。

このシリンドリカルレンズ３１は、その先軸が偏向器Ｓ
１の回転軸に直角に配置されている。そして。

このシリンドリカルレンズ３１への入射光束は入射高さ
がｈでかつ、このシリンドリカルレンズンズ３１の光軸
に平行に入射されるようにしである。符号３０け球面レ
ンズからなる走査レンズを示し光束を感光体２上に収束
させる機能を有している。

本例においても、シリンドリカルレンズ３１について、
　ｓｉｎ　Ｏ＝　ｈ　／ｆｌ（但し、ｆｌはシリンドリ
カルレンズ３１の焦点距離）なる関係がある。

本例においても、判導体レーザーＬＧから感光体２まで
の間隔＋１３を従来技術に（第１９図）に比べでＩｌｌ
＞８３と小さくすることができろ。

実施例３（第５図、第６図参照） 本例は上記実施例２の変形例ともいうべき技術であり、
面倒れ補正レンズとして平凸シリンドリカルレンズ５１
が感光体２の直前に配置されている。

又、この平凸シリンドリカルレンズ５１のレンズパワー
を予め補償するレンズとして平凹シリンドリカルレンズ
６が、コリメータレンズＣ１の直後に配置されている８ 走査レンズ４０は前記第１実施例（第１図、第２図参照
）に準じて設定構成されている。

なお、偏向器Ｓ２はガルバノミラ−が用いられているの
で走査レンズの設定に関しては前記各側の如く偏向器の
回転軸でなく、偏向器Ｓ２の揺動軸を基準にして行なう
。従って１本例においては便宜上、揺動軸を回転軸と同
等の意味に用いることとする。

本例においても、走査レンズ４０の屈折作用により半導
体レーザーＬＧと感光体２との間隔を減縮できる利点が
ある。

実施例４　（第７図、第８図参照） 本例は偏向器Ｓ３としてビラミツダルミラーを用いてい
る他は前記実施例２（第３図、第４図参照）に準するの
で詳細な説明は省略する。

すなわち、前記実施例１〜４においては、偏向器ＳＬ、
　Ｓ２の反射面が偏向器の回転軸に平行であり。

従って偏向器からの反射光束が偏向器の回転軸に直角な
平面に対して入射角Ｏと同じ角度０をなしている。

これに対し、本例では、偏向器Ｓ３の反射面が回転軸に
対して角度α（第８図参照）を有する３従って、偏向器
Ｓ３への入射角をαに設定すれば９反射角もαとなり、
シリンドリカルレンズ３１について５ｉｎ（２ａ　）＝
　ｈ　／　ｆ２　（但し、　ｆ２はシリンドリカルレン
ズ３１の焦点距離）となり、 走査光の方向をほぼ水平とすることができる。このよう
に１本例では、半導体レーザーＬＧと感光体２との間隔
計を前記各側よりも、より一層小さくすることができる
。

実施例５（第９図参照） 本例は上記実施例４　（第７図、第８図参照）の変形例
であり、球面レンズからなる走査レンズ３０′について
、光軸を偏向器Ｓ３の回転軸に直角に配置している。そ
して、この走査レンズ３０′への入）１光束は入）■高
さがｈで、かつ、この走査レンズ３０′の光軸に平行に
入射されるようにしである。一方、シリンドリカルレン
ズ３１′は、走査レンズ３０′により屈折させられた光
束の光路にレンズ光を合致するように配置されている。

従って本例においても前記実施例４と同等の利点を得る 実施例６（第１０．第１１図参照） 本例は前記実施例２（第３図、第４図参照）の変形例で
あり、その実施例２におけるコリメータレンズＣＩに代
えて半導体レーザーＬＧからの発散性光束を直接、感光
体２上に結像させる性能を有するカップリングレンズ７
を配置した点が異なる。

従って実施例２における走査レンズ３０に相当するレン
ズを除いた構成となっている。本例についての利点は実
施例２に準する。

なお、副走査方向のビームウェストを反射面近傍に設け
、かつ面倒れ補正レンズ５で感光体２に光束を結像する
光学系など、短焦点のシリンドリカルレンズ３１で大き
な入射角をも構成できる。

実施例７（第１２図、第１３図参照） 本例は偏向器Ｓ４としてホログラムを利用した所謂ホロ
スキャナーを用いた光ビーム走査光学系の例である。

図において、光源たる１ｉｅ−Ｎｅレザー８を出射した
光束は超音波光変調器９に入射される。そして超音波光
変調器９において画像情報により上記光束は変調される
。変調後の光束は次に、偏向器Ｓ４の回転軸に直角に光
軸を配置したシリンドリカルレンズＩＯに入射される。

ここで、入射光束は又、該シリンドリカルレンズ１０の
光軸に平行でかつ、レンズ高さｈを有して入射されるよ
うになっているので、このレンズ高さｈに対応して光路
を折り曲げられて偏向器に入射される。そして、収束光
束として回折偏向させられ、さらにミラー１１で折り曲
げられ、シリンドリカルレンズ１２により偏向器の面倒
れ補正されて感光体２上に至る。

本例においても、シリンドリカルレンズ１０による屈折
作用により光源を感光体との間隔を減縮できる利点があ
る。

実施例８（第１４図乃至第１６図参照）本例では、偏向
器Ｓ５を構成する多面鏡の各面が回転多面鏡としての回
転面内に円弧となっている。

図において、光源としての半導体レーザーＬＧとこの半
導体レーザーＬＧの発散性光束を平行光束に変換するコ
リメータレンズＣ１と上記平行光束の光路中に配置され
ていて走査光の光束形状を走査方向に長く副走査方向に
短い楕円形に整形するアパーチャ部材１２とを一体的に
組込んでいる半導体レーザー装置（光学部材のみ図示）
から出射した平行光束は第１シリンドリカルレンズ１３
に向かう。

この第１シリンドリカルレンズ１３は感光体２上での走
査光束を副走査方向に整形させる機能を有する。

第１シリンドリカルレンズ１３を出射した光束は第１ミ
ラー１４により光路を偏向器Ｓ５の回転軸に向けて折り
曲げられる。

第１ミラー１４を出射した光束は偏向器Ｓ５の回転軸を
含む平面内において走査レンズ１５の光軸と平行かつ、
該光軸からの高さｈを有して入射し、感光体２上に結像
されるように絞り込まれる。こうして、走査レンズ１５
で折り曲げられた光束は偏向器Ｓ５に向かい、回転軸に
平行な反射面に対し入射角θ（θ￥０°）で回転軸に向
かい入射する。そして、回転軸に垂直な面内で曲率を有
する複数の反射面で順次反射されて走査光束となり、ミ
ラー１６（第１４図では省略）で反射されてから偏向器
Ｓ５の面倒れを補正するシリンドリカルレンズ１７を経
て感光体２上に走査される。

なお、第１６図において、ミラー１８．シリンドリカル
レンズ１９、センサ２０は同期検知手段として配置され
ている。

このように、円筒多面鏡を用いた偏向器Ｓ５を具備した
光ビーム走査光学系においては、感光体を走査する走査
方向では、円筒多面鏡の曲率半径Ｒと走査方向レンズ１
５との合成焦点距離の像側焦点面を感光体２上に構成し
、光束を感光体２上に集束するようにしているため、走
査レンズ１５の焦点位置は第１実施例（第１図、第２図
参照）と異なり円筒多面鏡と感光体２との間にある。

このため、偏向器Ｓ５にて偏向させられた後の走査光が
走査レンズ１５と干渉することを避けるためには、球面
レンズである走査レンズ１５を切欠いた形状としなけれ
ばならない（第１７図参照）。

ここでそのように切欠いた走査レンズ１５が第１４図に
示すように円形の半分以下ならば、製作上。

円形の球面レンズを切断することにより複数個のレンズ
を得ることができ、製作費の面で有利となる。

又１本例のように、面倒れ補正光学系、例えば、シリン
ドリカルレンズ１７を使用する光学系においては走査方
向に長く、副走査方向に短い形状の光束を走査レンズ１
５に入射させるので、従来技術（第１８図参照）の如く
走査レンズ１の光軸上を使用する光学系に比べて走査レ
ンズ１５を偏向器Ｓ５に近接配置できるなど、設計上の
自由度を増すこともできる。

（効　　果） 本発明では、光学系を構成するレンズの屈折作用を利用
して光路を変更するので、プリズムやミラーなど格別の
光路変更手段による必要がなく。

光ビーム走査光学系を単純にして小型化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

亭 第１乃至第１７図は各々本発明の実施例に係る光学系の
構成を説明した図、第１８図、第１９図は従来技術に係
る光学系の説明図である。 ３．１５．４０・・・・走査レンズ、１０，３１．３１
’・・・・シリンドリカルレンズ、　Ｓｔ、Ｓ２．Ｓ３
，５４・・・・偏向器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 偏向器へ入射される光束を、偏向器の回転軸に向かい、
   かつ該回転軸と直交する平面に対して有限の角度をなす
   ようにしている光ビーム走査光学系において、 偏向器の前に配置したレンズの光軸を上記回転軸に直角
   に配置し、該レンズへの入射光束を該レンズの光軸に平
   行かつ該レンズ上にて入射高さを有するようにし設定し
   たことを特徴とする光ビーム走査光学系。