JP3049662B2 - Laser scanning optics - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レ−ザ−ビームプリン
タ−やレ−ザ−複写機などに用いられているレ−ザ−走
査光学系においてレ−ザ−光を偏向走査する光偏向器に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light deflection device for deflecting and scanning laser light in a laser scanning optical system used in a laser beam printer, a laser copying machine, or the like. It is about a vessel.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、この種のレ−ザ−走査光学系に
は、光ビ−ムを偏向走査する光偏向器として回転多面鏡
を用いることが一般的になっている。回転多面鏡は一般
的に本体の材質として、アルミニウム合金、プラスチッ
ク、ガラスなどが用いられ、その偏向反射面に増反射膜
を施している。しかるに近年、鏡面切削加工技術の著し
い進歩により、ダイヤモンド切削による光学的鏡面加工
が実用化され普及し、アルミニウムまたはアルミニウム
合金を直接切削鏡面加工した回転多面鏡を提供すること
が可能となった。2. Description of the Related Art Conventionally, in this type of laser scanning optical system, a rotating polygon mirror is generally used as an optical deflector for deflecting and scanning an optical beam. The rotating polygon mirror generally uses an aluminum alloy, plastic, glass, or the like as a material of a main body, and has an enhanced reflection film on a deflecting reflection surface thereof. However, in recent years, with the remarkable progress of the mirror surface cutting technology, optical mirror surface processing by diamond cutting has been put to practical use and spread, and it has become possible to provide a rotary polygon mirror in which aluminum or aluminum alloy is directly cut and mirror-processed.

【０００３】特開昭５８−１８４９０３号公報には、ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金を切削鏡面加工し、
その切削鏡面を陽極酸化して透明皮膜を形成した回転多
面鏡が開示されている。このように、アルミニウム鏡面
の保護膜として陽極酸化皮膜が施した場合、下地アルミ
ニウム合金との密着性がよく充分保護膜として機能する
ことができる。Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-184903 discloses that aluminum or an aluminum alloy is subjected to a cutting mirror finish,
A rotating polygon mirror in which a transparent mirror film is formed by anodizing the cutting mirror surface is disclosed. As described above, when an anodic oxide film is applied as a protective film on the aluminum mirror surface, it has good adhesion to the underlying aluminum alloy and can sufficiently function as a protective film.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例、特開昭５８−１８４９０３号公報の陽極酸化され
ているアルミニウム酸化膜は、その光学膜厚（ｎｄ）
が、ｍλ／２ｃｏｓθ（ここで、ｍは０を除く正の整
数、λは波長、θは入射角、である。）で、かつ、走査
範囲の中心における入射角のとき反射光強度が最大とな
るように設定されているために、入射角による反射強度
の振れが大きすぎて実用上使用にたえないという欠点を
有する。However, the anodized aluminum oxide film disclosed in the above-mentioned conventional example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-184903, has an optical thickness (nd).
Is mλ / 2 cos θ (where m is a positive integer except 0, λ is a wavelength, θ is an incident angle), and the reflected light intensity is maximum when the incident angle is at the center of the scanning range. Therefore, there is a disadvantage that the fluctuation of the reflection intensity due to the incident angle is too large to be practically used.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】以上の点から本発明は、
アルミニウムを主成分とし、入射光角度依存性の少ない
光偏向器を提供することを目的とする。かかる目的を達
成するために、所定の光学的厚みを持つアルミニウム酸
化保護膜を光偏向器の偏向反射面上に生成することを特
徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention provides:
It is an object of the present invention to provide an optical deflector containing aluminum as a main component and having little incident light angle dependence. In order to achieve the above object, an aluminum oxide protective film having a predetermined optical thickness is formed on a deflecting reflection surface of an optical deflector.

【０００６】本発明は、光源からの光ビームを光偏向器
により走査面上に偏向走査するためのレーザー走査光学
装置において、該光偏向器は、アルミニウムを主成分と
する材質からなり、その偏向反射面上はアルミニウム酸
化膜で被覆されていて、偏向走査される該光ビームの波
長をλとすると、該アルミニウム酸化膜の光学的厚さ
（ｎｄ）が、λ／０．６４〜λ／０．６１の範囲にあ
り、前記光ビームとは、Ｓの偏光成分で偏向反射面に対
して入射する光ビームのことであることを特徴とするレ
ーザー走査光学装置を提供する。The present invention relates to a laser scanning optical apparatus for deflecting and scanning a light beam from a light source on a scanning surface by an optical deflector, wherein the optical deflector is made of a material mainly composed of aluminum. The reflective surface is coated with an aluminum oxide film, and the optical thickness (nd) of the aluminum oxide film is λ / 0.64 to λ / 0, where λ is the wavelength of the light beam to be deflected and scanned. .61, wherein the light beam is a light beam having a polarization component of S and incident on the deflecting / reflecting surface.

【０００７】このような本発明の構成をとることによ
り、アルミニウム酸化膜を、基板アルミニウムの屈折
率、入射光波長及び入射光角度などを考慮することによ
りその最適な光学的厚みを生成し、入射光角度依存性を
最小にすることを可能にするという利点がある。By adopting such a configuration of the present invention, the optimum optical thickness of the aluminum oxide film is generated by considering the refractive index of the substrate aluminum, the wavelength of the incident light, the angle of the incident light, and the like. There is the advantage that the light angle dependence can be minimized.

【０００８】[0008]

【実施例】図１は本発明の回転反射鏡を用いた走査光学
装置を示す平面図であり、偏向面（偏向器の偏向反射面
で偏向された光束が経時的に形成する光線束面）に平行
な断面内での機能を説明するための図である。FIG. 1 is a plan view showing a scanning optical apparatus using a rotary reflecting mirror according to the present invention. A deflecting surface (a light beam surface on which a light beam deflected by a deflecting and reflecting surface of a deflector is formed with time). FIG. 7 is a diagram for explaining functions in a cross section parallel to FIG.

【０００９】図１において、光源である半導体レ−ザ−
１より出射された光ビ−ムは２のコリメ−タ−レンズを
透過することにより概略平行光とされる。コリメータレ
ンズ２の近傍には３の開口絞りがあり、光ビ−ムの大き
さが決められる。開口絞り３を通過した光ビ−ムは４の
回転多面鏡に入射される。ここで４の回転多面鏡は矢印
の方向に高速で回転しており、入射された光ビ−ムは高
速に偏向走査される。偏向走査された光ビ−ムはｆθレ
ンズ５によってｆθ特性を補正され、６の走査面である
感光体上に結像され、直線状に走査されることになる。In FIG. 1, a semiconductor laser as a light source is shown.
The light beam emitted from 1 passes through the collimator lens 2 and is converted into substantially parallel light. There are three aperture stops near the collimator lens 2, and the size of the light beam is determined. The light beam having passed through the aperture stop 3 is incident on a rotary polygon mirror 4. Here, the rotary polygon mirror 4 is rotating at high speed in the direction of the arrow, and the incident light beam is deflected and scanned at high speed. The deflection beam is subjected to fθ characteristic correction by the fθ lens 5 so as to form an image on the photoreceptor, which is the scanning surface 6, and to be scanned linearly.

【００１０】感光体の周辺には、感光体の表面を一様に
帯電するためのコロナ放電器、感光体表面に形成される
静電潜像をトナー像に顕像化するための現像装置、前記
トナー像を記録紙に転写する転写用コロナ放電器（いず
れも不図示）等が配置されており、これらの働きによっ
て半導体レ−ザ−１が発生する光ビームに対応する記録
情報が記録紙にプリントされる。Around the photosensitive member, a corona discharger for uniformly charging the surface of the photosensitive member, a developing device for visualizing an electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive member into a toner image, A transfer corona discharger (both not shown) for transferring the toner image onto the recording paper is arranged, and the recording information corresponding to the light beam generated by the semiconductor laser-1 by the action of the corona discharger is provided on the recording paper. Printed on

【００１１】ここで、有効な光ビ−ム走査角は、図中に
示すように２ωとし、回転多面鏡４に入射する前の光ビ
−ムと有効偏向角２ωの中心とがなす角度を図のように
αと規定する。有効走査内での回転多面鏡４の偏向反射
面の法線に対する光ビ−ムの入射角及び反射角は回転多
面鏡の回転とともに変化し、その変化する範囲は、（α
−ω）／２〜（α＋ω）／２と書くことができる。Here, the effective light beam scanning angle is 2ω as shown in the figure, and the angle between the light beam before entering the rotary polygon mirror 4 and the center of the effective deflection angle 2ω is shown. Defined as α as shown in the figure. The incident angle and the reflection angle of the light beam with respect to the normal line of the deflecting / reflecting surface of the rotary polygon mirror 4 in the effective scanning change with the rotation of the rotary polygon mirror.
−ω) / 2 to (α + ω) / 2.

【００１２】ここで、回転多面鏡の偏向反射面の面数を
６面、ω＝４７°、α＝６５°とすると、偏向反射面に
対する光ビームの入射角θは９°〜５６°の間で角度が
変化することになる。また、半導体レ−ザ−１は直線偏
光しており、回転多面鏡に対してはＳの偏光成分で入射
する。Here, assuming that the number of deflecting and reflecting surfaces of the rotary polygon mirror is 6, ω = 47 ° and α = 65 °, the incident angle θ of the light beam with respect to the deflecting and reflecting surface is between 9 ° and 56 °. Will change the angle. The semiconductor laser-1 is linearly polarized, and enters the rotating polygon mirror with an S polarization component.

【００１３】ここで４の回転多面鏡は材質がアルミニウ
ムが主成分のミラ−であり、偏向反射面に対して以下の
ような工程で表面処理が施されている。The rotary polygon mirror 4 is made of a mirror whose main component is aluminum, and the surface of the deflecting reflection surface is subjected to the following steps.

【００１４】図２は陽極酸化法を説明する図である。図
２において、１１は材質がアルミニウム合金の回転多面
鏡であり、１２の電解槽に中に配置されている。電解槽
１２の中は、電解液１３（本実施例ではホウ酸−ホウ酸
アンモニウム緩衝液）で満たされている。電解液１３の
下部には電極があり、それぞれの電極は直流電源に接続
されている。ここで、直流電源の制御装置１６によって
陽極１４と陰極１５の間に電圧がかけられると、回転多
面鏡の表面からアルミニウム合金内部に向かって酸化反
応が進行し酸化アルミニウムが生成する。このように酸
化アルミニウム保護膜が形成されるわけであるが、この
膜の厚みは電極間を流れる電流密度と、時間を制御する
ことにより、膜厚を精密にコントロ−ルすることが可能
である。また、この酸化反応は電解液が接している面で
同時に進行するために電極配置を工夫することにより、
偏向反射面の全面を同時に同じ膜厚で酸化アルミニウム
層を形成することができる。陽極酸化法の電解液は、上
記実施例に示されたホウ酸−ホウ酸アンモニウム緩衝液
に限定されるものではなく、硫酸電解質等を用いること
もできる。FIG. 2 is a diagram for explaining the anodic oxidation method. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a rotating polygon mirror made of an aluminum alloy, which is disposed in an electrolytic cell 12. The electrolytic bath 12 is filled with an electrolytic solution 13 (a boric acid-ammonium borate buffer in this embodiment). Electrodes are provided below the electrolytic solution 13, and each electrode is connected to a DC power supply. Here, when a voltage is applied between the anode 14 and the cathode 15 by the control device 16 of the DC power supply, an oxidation reaction proceeds from the surface of the rotary polygon mirror toward the inside of the aluminum alloy to generate aluminum oxide. The aluminum oxide protective film is thus formed. The thickness of the film can be controlled precisely by controlling the current density flowing between the electrodes and the time. . In addition, this oxidation reaction proceeds simultaneously on the surface where the electrolyte is in contact, so by devising the electrode arrangement,
An aluminum oxide layer having the same thickness can be simultaneously formed on the entire surface of the deflecting reflection surface. The electrolytic solution of the anodic oxidation method is not limited to the boric acid-ammonium borate buffer shown in the above embodiment, and a sulfuric acid electrolyte or the like may be used.

【００１５】ここで、アルミニウム金属上に形成した酸
化アルミニウムの膜厚について考えてみる。スネルの法
則、振幅反射率（フレネル係数）および強度反射率（エ
ネルギー反射率）の式より、光ビームの入射角、波長、
酸化アルミニウム膜の屈折率、アルミニウム金属層の屈
折率が定まり、酸化アルミニウムの膜厚を選定すること
により、Ｓ成分反射率をコントロールすることができ
る。（図３参照）ところで、このアルミニウム合金回転
反射鏡は、上述したように、たとえば９°〜５６°まで
の入射角で使われるため、その間でフラットな反射率の
特性が必要である。Here, consider the thickness of aluminum oxide formed on aluminum metal. From the equation of Snell's law, amplitude reflectance (Fresnel coefficient) and intensity reflectance (energy reflectance), the incident angle, wavelength,
The refractive index of the aluminum oxide film and the refractive index of the aluminum metal layer are determined, and the S component reflectance can be controlled by selecting the thickness of the aluminum oxide. (See FIG. 3) By the way, as described above, since the aluminum alloy rotary reflecting mirror is used at an incident angle of, for example, 9 ° to 56 °, a flat reflectance characteristic is required between them.

【００１６】図３に示されるように、いくつかの光学膜
厚でフラットなＳ成分反射率特性を示し、しかもその光
学膜厚の範囲は数十ｎｍと巾広く、かつ、Ｓ成分反射率
のばらつきも数％以内に収まっている。光源である半導
体レーザーの波長をλ＝７８０ｎｍとすると、入射角度
が９°〜５６°の範囲でフラットなＳ成分反射率をも
ち、かつ、高いＳ成分反射率をもつのは、陽極酸化膜の
光学膜厚（ｎｄ）を１２４０ｎｍあるいは７７０ｎｍに
設定すれば良い。As shown in FIG. 3, a flat S-component reflectance characteristic is exhibited at several optical thicknesses, and the optical thickness range is as wide as several tens of nm. Variations are also within a few percent. Assuming that the wavelength of the semiconductor laser as the light source is λ = 780 nm, the anodic oxide film has a flat S-component reflectance and a high S-component reflectance when the incident angle is in the range of 9 ° to 56 °. The optical thickness (nd) may be set to 1240 nm or 770 nm.

【００１７】ここで、Ｓ成分反射率のばらつきが５％の
領域に入っている光学膜厚（ｎｄ）の範囲は、１２１５
ｎｍ〜１２６５ｎｍ（λ／０．６４〜λ／０．６１）あ
るいは７２０ｎｍ〜８２０ｎｍ（λ／１．０８〜λ／
０．９５）である。Here, the range of the optical film thickness (nd) in which the variation of the S component reflectance falls within the region of 5% is 1215.
nm to 1265 nm (λ / 0.64 to λ / 0.61) or 720 nm to 820 nm (λ / 1.08 to λ /
0.95).

【００１８】図４に、半導体レーザーの波長λ＝７８０
ｎｍ、陽極酸化膜の光学膜厚（ｎｄ）を１２４０ｎｍの
場合の反射特性の角度依存性を示す。縦軸はＳ成分の反
射率Ｒｓ、横軸は入射角度θがとってある。図４を見て
解るように、Ｓ成分反射率のばらつきが２％以内に入っ
ている。FIG. 4 shows the wavelength λ = 780 of the semiconductor laser.
5 shows the angle dependence of the reflection characteristics when the optical thickness (nd) of the anodic oxide film is 1240 nm. The vertical axis represents the reflectance Rs of the S component, and the horizontal axis represents the incident angle θ. As can be seen from FIG. 4, the variation of the S component reflectance is within 2%.

【００１９】以上、光偏向器として回転反射鏡を例に説
明したが、たとえば、ガルバノミラーのように１面のみ
をミラーに関しても適応できる。Although a rotary reflecting mirror has been described as an example of the optical deflector, only one surface can be applied to the mirror, such as a galvanometer mirror.

【００２０】[0020]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光偏向器に
よれば、基板アルミニウムの屈折率、入射光波長及び入
射光角度などを考慮し、その最適な光学的厚みをもつア
ルミニウム酸化膜を生成することにより、入射光角度依
存性を最小にし、高い反射率を得るという利点がある。As described above, according to the optical deflector of the present invention, the aluminum oxide film having the optimum optical thickness in consideration of the refractive index, the incident light wavelength and the incident light angle of the substrate aluminum. Has the advantage of minimizing the incident light angle dependence and obtaining a high reflectivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の回転反射鏡を用いた走査光学装置を示
す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a scanning optical device using a rotary reflecting mirror of the present invention.

【図２】陽極酸化法を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an anodic oxidation method.

【図３】Ｓ成分反射率の膜厚依存性を説明する図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating the dependency of the S component reflectance on the film thickness.

【図４】Ｓ成分反射率の角度依存性を説明する図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating the angle dependence of the S component reflectance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 半導体レ−ザ− ２ コリメ−タ−レンズ ３ 開口絞り ４ 回転多面鏡 ５ ｆθレンズ ６ 走査面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 2 Collimator lens 3 Aperture stop 4 Rotating polygon mirror 5 fθ lens 6 Scanning surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−172624（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 102 G02B 5/08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-59-172624 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) G02B 26/10 102 G02B 5/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 光源からの光ビームを光偏向器により走
査面上に偏向走査するためのレーザー走査光学装置にお
いて、該光偏向器は、アルミニウムを主成分とする材質
からなり、その偏向反射面上はアルミニウム酸化膜で被
覆されていて、偏向走査される該光ビームの波長をλと
すると、該アルミニウム酸化膜の光学的厚さ（ｎｄ）
が、λ／０．６４〜λ／０．６１の範囲にあり、前記光
ビームとは、Ｓの偏光成分で偏向反射面に対して入射す
る光ビームのことであることを特徴とするレーザー走査
光学装置。1. A laser scanning optical device for deflecting and scanning a light beam from a light source onto a scanning surface by an optical deflector, wherein the optical deflector is made of a material mainly composed of aluminum, and has a deflection reflecting surface. The upper part is covered with an aluminum oxide film, and when the wavelength of the light beam to be deflected and scanned is λ, the optical thickness (nd) of the aluminum oxide film
Is in the range of λ / 0.64 to λ / 0.61, and the light beam is a light beam having a polarization component of S and incident on the deflection reflection surface. Optical device. 【請求項２】 上記アルミニウム酸化膜は、陽極酸化法
により形成されたことを特徴とする請求項１のレーザー
走査光学装置。2. The laser scanning optical device according to claim 1, wherein said aluminum oxide film is formed by an anodic oxidation method.