JPH1164759A - 光走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被走査面上における１ライン内での光量変動
量を小さく抑えて良好なる画像を得ることができる光走
査光学装置を得ること。 【解決手段】 光源手段からの光束を変換光学素子によ
り変換し光束断面形状をアパーチャーにより整形し入射
光学手段で集光して光束分割手段を介して偏向手段の偏
向面上において主走査方向に長手の線状に結像させ光束
分割手段を介して走査光学手段により被走査面上に結像
させて光走査する際、光源手段の中心、変換光学素子の
光軸、アパーチャーの中心、入射光学手段の光軸は主走
査断面に対して垂直な面内でかつ全走査角の中心軸上に
位置するように配置され、入射光学手段を介した光束の
光束幅は主走査断面内において偏向面の幅より広くなる
ように形成され、かつ光束を主走査断面に射影したとき
に偏向面への中心走査における光束の入射方向と偏向面
の法線方向とが略一致するように光束分割手段が設けら
れていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光走査光学装置に関
し、特に光源手段から光変調され射出した光束を回転多
面鏡より成る光偏向器で偏向反射させた後、ｆθ特性を
有する走査光学手段（ｆθレンズ）を介して被走査面上
を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電
子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジ
タル複写機等の装置に好適な光走査光学装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりレーザービームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）等の光走査光学装置においては画像信号に応じて光
源手段から光変調され射出した光束を、例えば回転多面
鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に
偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学手段（ｆθレン
ズ）によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にス
ポット状に収束させ、その面上を光走査して画像記録を
行なっている。

【０００３】図６は従来の光走査光学装置の要部概略図
である。同図において光源手段６１から光変調され射出
した発散光束はコリメーターレンズ６２により略平行光
束（もしくは発散光束、もしくは収束光束）に変換さ
れ、絞り（アパーチャー）６３によって該光束（光量）
を制限して副走査断面内にのみ所定の屈折力を有する入
射光学手段としてのシリンドリカルレンズ６４に入射し
ている。シリンドリカルレンズ６４に入射した略平行光
束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の
状態で射出する。また副走査断面内においては集束して
回転多面鏡から成る光偏向器６５の偏向面６５ａにほぼ
線像として結像している。そして光偏向器６５の偏向面
６５ａで偏向反射された光束をｆθ特性を有する走査光
学手段６６を介して被走査面としての感光ドラム面６７
上に導光し、該光偏向器６５を矢印Ａ方向に回転させる
ことによって、該感光ドラム面６７上を矢印Ｂ方向（主
走査方向）に光走査して画像情報の記録を行なってい
る。

【０００４】上記の走査光学手段６６の副走査方向の屈
折力は光偏向器６５の偏向面６５ａと被走査面６７との
間が共役結像関係になるように適切に設定されており、
これにより光偏向器の偏向面が回転軸に対して倒れてい
るときの角度誤差、即ち面倒れを補正し、走査線のピッ
チムラが生じないようになっている。

【０００５】このような光走査光学装置はレーザービー
ムプリンターの高速化、高精細化によってより高速走査
の可能なものが求められているが、駆動手段であるモー
ターの回転数、偏向手段である光偏向器（回転多面鏡）
の面数や大きさ等によりその高速走査が制限されてい
る。

【０００６】そこで従来では偏向手段である光偏向器の
偏向面の回転方向（主走査方向）の幅よりも、該光偏向
器に入射する光束の主走査方向と対応する方向の光束幅
の方が大きく設定された、所謂オーバーフィルドタイプ
の光走査光学装置が、例えば特開平８−１７１０６９号
公報で提案されている。このようなオーバーフィルドタ
イプの光走査光学装置は高速化及び高精細化に適し、ま
た光偏向器の径の小型化を図ることができるといった特
長を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のオーバーフィル
ドタイプの光走査光学装置は光偏向器が回転するにつ
れ、該光偏向器の偏向面の入射光学手段（シリンドリカ
ルレンズ）に面する幅が変化する。その結果、実際の結
像に用いられる光束の光束幅も光偏向器が回転するにつ
れて変化し、被走査面である感光ドラム面上における１
ライン内での光量変動量が無視できなくなってくるとい
う問題点がある。上述した特開平８−１７１０６９号公
報では光偏向器の偏向面に対し走査偏向面内（主走査断
面内）で光束を斜入射させる構成となっている。このと
き走査中央部に対する周辺部での光量は１０％以上変動
することになる。また感光ドラム面上における光量比に
は、その他レンズの透過率、ミラー反射率の角度依存性
等の多くの要因が含まれるため、さらに光量比が増大し
てしまう。光量比が増大すると出力画像での中央部と周
辺部との濃度差が生じ、この結果、良好なる画像が得ら
れなくなってくるという問題点が生じてくる。

【０００８】本発明は入射光学手段を射出した光束の光
束幅を主走査断面内において、偏向手段（光偏向器）の
偏向面の幅よりも広くなるように形成し、かつ該光束を
主走査断面に射影したときに偏向手段の偏向面への中心
走査における光束の入射方向と該偏向面の法線方向とが
略一致するように光路内に光束分割手段を設けることに
より、該偏向手段の回転に従う光束幅の変化量を小さく
抑えることができ、これにより被走査面上における１ラ
イン内での光量変動量を小さく抑えることができる光走
査光学装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光走査光学装置
は、(1) 光源手段から射出された光束の状態を変換光学
素子により他の状態に変換し、該変換された光束の光束
断面形状をアパーチャーにより整形し、入射光学手段で
集光して光束分割手段を介して偏向手段の偏向面上にお
いて主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向手段で
偏向反射された光束を該光束分割手段を介して走査光学
手段により被走査面上にスポット状に結像させ、該被走
査面上を光走査する光走査光学装置において、該光源手
段の中心、該変換光学素子の光軸、該アパーチャーの中
心、そして該入射光学手段の光軸は、主走査断面に対し
て垂直な面内で、かつ全走査角の中心軸上に位置するよ
うに配置され、該入射光学手段を介した光束の光束幅は
主走査断面内において、該偏向手段の偏向面の幅より広
くなるように形成され、かつ該光束を主走査断面に射影
したときに該偏向手段の偏向面への中心走査における光
束の入射方向と該偏向面の法線方向とが略一致するよう
に光路内に該光束分割手段が設けられていることを特徴
としている。

【００１０】特に(1-1) 前記光束分割手段は前記入射光
学手段を介した光束を前記偏向手段側に反射させ、かつ
該偏向手段で偏向反射された光束を透過させて前記走査
光学手段に入射させることや、(1-2) 前記偏向手段の偏
向面で偏向反射された光束のうち前記光束分割手段で前
記光源手段側へ反射される光束が、前記アパーチャーで
半分以上ケラレるように副走査断面内における該光束分
割手段の該偏向面の法線に対する傾斜角度を設定したこ
とや、(1-3) 前記光束分割手段はハーフミラーより成る
ことや、(1-4) 前記ハーフミラーのミラー面は平面より
成ることや、(1-5) 前記ハーフミラーのミラー面は曲面
より成ることや、(1-6) 前記変換光学素子は前記光源手
段から射出した光束の状態を略平行光束、もしくは収束
光束、もしくは発散光束に変換していることや、(1-7)
前記偏向手段に入射する光束は副走査断面内において該
偏向手段の偏向面に対し斜め方向から入射すること、等
を特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図、図２は本発明の実施形態１の副走査方向の主要
部分の要部断面図（副走査断面図）、図３は本発明の実
施形態１の主走査方向の主要部分の要部断面図（主走査
断面図）である。

【００１２】図中、１ａは光源手段であり、例えば半導
体レーザーより成っている。１ｂは変換光学素子であ
り、例えば光源手段１ａから射出された光束（光ビー
ム）を発散光束（もしくは収束光束、もしくは略平行光
束）に変換している。１ｃはアパーチャ（絞り）であ
り、光束の光束断面形状を整形している。尚、半導体レ
ーザー１ａ、変換光学素子ｂ、そしてアパーチャ１ｃ等
の各要素は光源ユニット１の一要素を構成している。

【００１３】２は入射光学手段としてのシリンドリカル
レンズであり、副走査断面内にのみ所定の屈折力を有し
ており、アパーチャ１ｃを通過した光束を副走査断面内
で後述する偏向手段としての光偏向器（回転多面鏡）４
の偏向面（反射面）４ａにほぼ線像（主走査方向に長手
の線像）として結像させている。本実施形態ではこのシ
リンドリカルレンズ２を射出した光束の光束幅を主走査
断面内において、光偏向器４の偏向面の幅より広くなる
ように形成している。

【００１４】また光源手段１ａの中心、変換光学素子１
ｂの光軸、アパーチャー１ｃの中心、そしてシリンドリ
カルレンズ２の光軸は、主走査断面に対して垂直な面内
で、かつ全走査角の中心軸上に位置するように配置され
ている。

【００１５】３は光束分割手段としてのハーフミラーで
あり、ミラー面を平面より形成しており、副走査断面内
において光偏向器４の偏向面４ａの法線Ｌに対し４５．
５°傾けて配している。このハーフミラー３はシリンド
リカルレンズ２を射出した光束を光偏向器４の偏向面４
ａ側に反射させ、かつ該偏向面４ａで偏向反射された光
束を透過させて後述する走査光学手段としてのｆθレン
ズ５に入射させている。このとき主走査断面内において
は入射光束を主走査断面に射影したときに光偏向器４の
偏向面４ａへの中心走査における光束の入射方向と該偏
向面４ａの法線Ｌ方向とが略一致するように該光束を光
偏向器４に入射させており、副走査断面内においては該
偏向面４ａの法線Ｌに対して１°の角度で該光束を光偏
向器４に斜入射させている。

【００１６】偏向手段としての光偏向器４は、例えば回
転多面鏡（ポリゴンミラー）より成っており、ポリゴン
モータ等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に
一定速度で回転している。

【００１７】走査光学手段としてのｆθレンズ５は、光
偏向器４の偏向面４ａによって偏向反射された画像情報
に基づく光束を被走査面としての感光ドラム面７上に結
像させている。

【００１８】６は導光手段としての折り返しミラーであ
り、ｆθレンズ５を通した光束を感光ドラム面７側に折
り返している。

【００１９】本実施形態において半導体レーザー１ａよ
り射出した光束は変換光学素子１ｂにより略平行光束と
され、アパーチャー１ｃによって光束の光束断面形状を
整形してシリンドリカルレンズ２に入射している。シリ
ンドリカルレンズ２に入射した略平行光束のうち主走査
断面内においてはそのまま略平行光束の状態で図３に示
すようにハーフミラー３により入射光束を主走査断面に
射影したときに光偏向器４の偏向面４ａへの中心走査に
おける光束の入射方向と該偏向面４ａの法線Ｌ方向とが
略一致するようにして該光偏向器４に入射し、また副走
査断面内においては収束して図２に示すように該ハーフ
ミラー３により該光偏向器４の偏向面４ａの法線Ｌに対
して１°の角度で該光偏向器４に斜入射している。

【００２０】そして光偏向器４の偏向面４ａで偏向反射
された光束はハーフミラー３を透過してｆθレンズ５に
より折り返しミラー６を介して感光ドラム面７上にスポ
ット状に結像され、該光偏向器４を矢印Ａ方向に回転さ
せることによって、該感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向
（主走査方向）に光走査している。これにより記録媒体
としての感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。

【００２１】上記の走査光学手段としてのｆθレンズ５
の副走査方向の屈折力は光偏向器４の偏向面４ａと感光
ドラム面７との間が共役結像関係になるように適切に設
定されており、これにより光偏向器４の偏向面４ａが回
転軸に対して倒れているときの角度誤差、即ち面倒れを
補正し、走査線のピッチムラが生じないようになってい
る。

【００２２】本実施形態のようにハーフミラー３を光偏
向器４とｆθレンズ５（及びシリンドリカルレンズ２）
との間の光路内に配した場合、例えば該光偏向器４で偏
向反射された光束のうち、該ハーフミラー３で反射され
た光束（戻り光）が光源としての半導体レーザー１ａに
戻ると、該半導体レーザー１ａからの出力が不安定にな
り光量変動が生じるという問題点がある。そこで本実施
形態では光偏向器４からの戻り光が半導体レーザー１ａ
に入射するのを防ぐため、図２に示すように該戻り光が
アパーチャー（不図示）で半分以上ケラレるように副走
査断面内におけるハーフミラー３を偏向面４ａの法線Ｌ
に対する傾斜角度を上述の如く４５．５°に設定してい
る。即ち、光束は偏向面４ａの法線Ｌに対し、１°の角
度を付けて該偏向面４ａに入射することになり、これに
より半導体レーザー１ａの光量変動を防止することがで
きる。

【００２３】本実施形態においては上述の如くシリンド
リカルレンズ２を射出した光束の光束幅が図３に示すよ
うに主走査断面内において、光偏向器４の偏向面４ａの
幅よりも広くなるように形成しており、かつハーフミラ
ー３により入射光束を主走査断面に射影したときに該光
偏向器４の偏向面４ａへの中心走査における光束の入射
方向と該偏向面４ａの法線Ｌ方向とが略一致するように
構成している。これにより本実施形態ではオーバーフィ
ールドタイプの光走査光学装置において避けることので
きない光偏向器の回転に従う光束幅の変化量を小さく抑
え、被走査面上における１ライン内での光量変動量を小
さく抑えている。

【００２４】図４は光偏向器の偏向面に対する入射角に
よる光束幅の変化を示したグラフである。本実施形態で
は上述の如く主走査断面内において偏向面への中心走査
における光束の入射方向と該偏向面の法線方向とが略一
致するように構成している為、該偏向面に対する光束の
入射角は０°に対応する。同図から分かるように入射角
３０°以上の場合、光束幅は１走査内において２０％以
上変化するが、入射角０°では１０％に抑えられる。こ
こで入射角を０〜３０°にするには光偏向器とｆθレン
ズとの間の光路内に入射光学系を配置するような構成と
なり、かつｆθレンズの焦点距離を長く取らなければな
らなくなる。これは装置全体の大型化を招き、実用的で
ない。

【００２５】そこで本実施形態では上述した如くハーフ
ミラー３を用いて入射光束を主走査断面に射影したとき
に該光偏向器４の偏向面４ａへの中心走査における光束
の入射方向と該偏向面４ａの法線Ｌ方向とが略一致する
ように構成することにより、感光ドラム面７上における
１ライン内での光量変動量を小さく抑えることができ、
これにより良好なる画像を得ている。

【００２６】また光源としての半導体レーザーから射出
される光束はガウスビームであるので、例えば光束の使
用位置によっては光量が変わるが、上述したようにハー
フミラーを利用した本実施形態の手段が最も効果的であ
ることは明らかである。

【００２７】図５は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。同図において図１に示した要素と同一要素には同
符番を付している。

【００２８】本実施形態において前述の実施形態１と異
なる点は光束分割手段としてのハーフミラーのミラー面
を曲面より形成したことである。その他の構成及び光学
的作用は前述の実施形態１と略同様であり、これにより
同様な効果を得ている。

【００２９】即ち、同図において５３はハーフミラーで
あり、ミラー面を曲面より形成しており、光偏向器４か
らの戻り光が半導体レーザー１ａに入射するのを防止す
ると共に、シリンドリカルレンズ２を射出した光束を集
束光束として光偏向器４の偏向面４ａに入射させてい
る。

【００３０】本実施形態では前述の如く半導体レーザー
１ａに光偏向器４からの戻り光が戻ると、その出力が不
安定になり光量変動が生じるので、ハーフミラー５３の
ミラー面を曲面とすることにより、前述の実施形態１と
同様に該戻り光がアパーチャー（不図示）で半分以上ケ
ラレるようにし、また仮に光束が半導体レーザー１ａに
戻るとしても発散光束として戻るので、直接半導体レー
ザー１ａに入射する光束の光量を弱くすることができ、
これにより半導体レーザー１ａの光量変動を効果的に防
止することができる。

【００３１】尚、各実施形態では光束分割手段として誘
電体層膜コートのハーフミラーを用いたが、これに限ら
ず、例えばプリズム形ハーフミラーを用いても本発明は
前述の実施形態と同様に適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く入射光学手段
を射出した光束の光束幅を主走査断面内において、偏向
手段（光偏向器）の偏向面の幅よりも広くなるように形
成し、かつ該光束を主走査断面に射影したときに偏向手
段の偏向面への中心走査における光束の入射方向と該偏
向面の法線方向とが略一致するように光路内に光束分割
手段を設けることにより、該偏向手段の回転に従う光束
幅の変化量を小さく抑えることができ、これにより被走
査面上における１ライン内での光量変動量を小さく抑え
て良好なる画像を得ることができる光走査光学装置を達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】 本発明の実施形態１のハーフミラー周辺の副
走査断面図

【図３】 本発明の実施形態１の主要部分の主走査断面
図

【図４】 光偏向器に対する入射角による光束幅の変化
を示したグラフ

【図５】 本発明の実施形態２の要部概略図

【図６】 従来の光走査光学装置の要部概略図

【符号の説明】

１ 光源ユニット １ａ 半導体レーザー １ｂ 変換光学素子 １ｃ アパーチャ ２ 入射光学手段（シリンドリカルレンズ） ３，５３ 光束分割手段（ハーフミラー） ４ 偏向手段（回転多面鏡） ５ 走査光学手段（ｆθレンズ） ６ 導光手段（折り返しミラー） ７ 被走査面（感光ドラム面）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段から射出された光束の状態を変
   換光学素子により他の状態に変換し、該変換された光束
   の光束断面形状をアパーチャーにより整形し、入射光学
   手段で集光して光束分割手段を介して偏向手段の偏向面
   上において主走査方向に長手の線状に結像させ、該偏向
   手段で偏向反射された光束を該光束分割手段を介して走
   査光学手段により被走査面上にスポット状に結像させ、
   該被走査面上を光走査する光走査光学装置において、 該光源手段の中心、該変換光学素子の光軸、該アパーチ
   ャーの中心、そして該入射光学手段の光軸は、主走査断
   面に対して垂直な面内で、かつ全走査角の中心軸上に位
   置するように配置され、 該入射光学手段を介した光束の光束幅は主走査断面内に
   おいて、該偏向手段の偏向面の幅より広くなるように形
   成され、 かつ該光束を主走査断面に射影したときに該偏向手段の
   偏向面への中心走査における光束の入射方向と該偏向面
   の法線方向とが略一致するように光路内に該光束分割手
   段が設けられていることを特徴とする光走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記光束分割手段は前記入射光学手段を
   介した光束を前記偏向手段側に反射させ、かつ該偏向手
   段で偏向反射された光束を透過させて前記走査光学手段
   に入射させることを特徴とする請求項１の光走査光学装
   置。
3. 【請求項３】 前記偏向手段の偏向面で偏向反射された
   光束のうち前記光束分割手段で前記光源手段側へ反射さ
   れる光束が、前記アパーチャーで半分以上ケラレるよう
   に副走査断面内における該光束分割手段の該偏向面の法
   線に対する傾斜角度を設定したことを特徴とする請求項
   １又は２の光走査光学装置。
4. 【請求項４】 前記光束分割手段はハーフミラーより成
   ることを特徴とする請求項１、２又は３の光走査光学装
   置。
5. 【請求項５】 前記ハーフミラーのミラー面は平面より
   成ることを特徴とする請求項４の光走査光学装置。
6. 【請求項６】 前記ハーフミラーのミラー面は曲面より
   成ることを特徴とする請求項４の光走査光学装置。
7. 【請求項７】 前記変換光学素子は前記光源手段から射
   出した光束の状態を略平行光束、もしくは収束光束、も
   しくは発散光束に変換していることを特徴とする請求項
   １の光走査光学装置。
8. 【請求項８】 前記偏向手段に入射する光束は副走査断
   面内において該偏向手段の偏向面に対し斜め方向から入
   射することを特徴とする請求項１の光走査光学装置。