JP3206947B2 - 走査式光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は走査偏向器を用いて光
束を走査面上に走査させるレーザープリンター等の走査
光学系に関し、特に走査光学系のゴースト光対策に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリゴンミラーを偏向器として用いる従
来の走査光学系は、ポリゴンミラーの面倒れ誤差による
影響を補正するため、光束を副走査面内で一旦結像さ
せ、アナモフィックなfθレンズを用いて走査面上にス
ポットを形成している。

【０００３】このような構成とすると、副走査面内の結
像位置が走査面の周辺部でfθレンズから遠ざかる傾向
がある。そこで、ポリゴンミラーの径を比較的大きく設
定することにより、回転に伴う偏向点変化によって上記
の結像位置の変化、すなわち走査面湾曲を補正してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
走査光学系は、ポリゴンミラーへ入射する光束とfθレ
ンズの光軸とのなす角度が一般に50゜〜90゜程度である
ため、ポリゴンミラーの偏向点変化が光軸に対して非対
称となり、走査面湾曲が非対称に現れ、光軸に対して対
称形状のレンズを用いる場合には補正できないという問
題があった。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、上記の課題に鑑みてなされ
たものであり、走査面湾曲の発生を抑え、しかも、ゴー
スト光による走査面への影響を抑えることができる走査
光学系を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる走査光
学系は、上記の目的を達成するため、レーザー光源と、
該レーザー光源から発したレーザー光を主走査面内で偏
向させる走査偏向器と、偏向されたレーザー光を像面上
に収束させる走査レンズと、レーザー光源からの光束を
走査偏向器へ入射する手前で前記主走査断面と垂直な副
走査面内で一旦結像させる集光レンズと、走査偏向器に
よる反射光の光路中で前記集光レンズによる光束の結像
位置に設けられ、レーザー光源からの光束を走査偏向器
へ反射させる幅狭のスリットミラーと、前記走査偏向器
と前記走査レンズとの間に設けられた平行平面板とを有
し、該平行平面板の側面に反射防止処理が施されている
ことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図1〜図4に基づい
て説明する。

【０００８】図1は、実施例にかかる走査光学系の光学
素子の配置を示す斜視図である。

【０００９】図示される光学系は、光源としての半導体
レーザー10と、半導体レーザー10から発する発散光を平
行光束とするコリメートレンズ11と、ミラー12と、コリ
メートされた光束を線状に結像させるシリンドリカルレ
ンズ13と、線像位置に一致して設けられたスリットミラ
ー21を有する平行平面板としてのプリズムブロック20
と、スリットミラー21により反射された光束を反射偏向
させる走査偏向器としてのポリゴンミラー30と、ポリゴ
ンミラー30による反射光束を集光して走査面上にスポッ
トを形成する走査レンズとしてのアナモフィックなfθ
レンズ40とを備えている。

【００１０】以下の説明では、ポリゴンミラー30によっ
て光束が走査される面を主走査面とし、主走査面に対し
て垂直で走査レンズの光軸を含む面を副走査面とする。

【００１１】プリズムブロック20は、三角柱プリズム22
をベースとなる台形プリズム23に貼合わせた直方体形状
であり、貼合わせ面に全反射鏡であるスリットミラー21
が蒸着されている。スリットミラー21の主走査面に対す
る角度はほぼ45°であり、スリットミラー21と主走査面
との交線は、副走査面と垂直となる。

【００１２】半導体レーザー10を出射した発散光はコリ
メートされた後にシリンドリカルレンズ13によって副走
査面と垂直な線状に結像させる。この線像に一致してス
リットミラー21が設けられているため、光源からの光束
はスリットミラー21上に結像すると共に、この反射面に
より全光量が反射され、fθレンズ40の光軸を通ってポ
リゴンミラー30へと向かう。

【００１３】ポリゴンミラー30で反射、偏向された光束
は、所定の広がりを持って再びプリズムブロック20に達
する。ここで、大部分の光束はスリットミラー21の周囲
の部分を透過してfθレンズ40へ入射し、図示せぬ走査
面上にスポットを形成する。このような構成によれば、
ポリゴンミラーに対する入射光束とfθレンズの光軸と
の角度が0となるため、像面湾曲が完全に対称となり、
補正が容易となる。

【００１４】なお、上述した実施例の光学系は、光束を
一旦スリットミラー上に結像させるために、副走査方向
の正のパワーが大きく設定されており、走査面の周辺部
では走査面湾曲がアンダーとなる傾向がある。そこで、
この実施例では、走査面の周辺部における副走査面内で
の集光位置を中心部における集光位置より実質上fθレ
ンズ側へ近接させる機能を持つプリズムブロック20を配
置し、ポリゴンミラー30の偏向点変化と、プリズムブロ
ックによる集光点の移動とを利用して走査面湾曲の補正
を行っている。

【００１５】ポリゴンミラーからfθレンズへ向かう光
束は、主走査面内では平行光であり、副走査面内では発
散光束である。このため、光路中に設けられたプリズム
ブロック20は、主走査面では光束に対して作用せず、副
走査面では入射する角度によって焦点移動の作用を生ず
る。すなわち、軸外光は、軸上光線と比較して物体距離
が短くなり、結像点の位置がfθレンズ側に近づき、周
辺の像面湾曲が改善される。

【００１６】次に、図2、図3に基づいてプリズムブロッ
クの側面での内面反射によるゴースト光の発生について
説明する。

【００１７】この種の光学系では、水平同期信号を得る
ためにプリズムブロック20の端面に光線が当たるタイミ
ングでも、半導体レーザーが点灯している。スリットミ
ラー21に入射する光束は点P1,P6間の広がりを有してお
り、光線F1,F2は光束の幅を示している。図2、図3は、
共にポリゴンミラーにより反射される光束がプリズムブ
ロックの端面に当る場合、すなわち光束が描画範囲外に
ある場合を示している。

【００１８】図2において、スリットミラー21上の点P
1、ポリゴンミラー30上の点P2で反射された実線で示す
描画光F1は、プリズムブロック20の端面20b上の点P3に
達する。点P3で端面20bを透過した光束は、描画範囲外
にありレンズ枠などでけられる。

【００１９】一方、点P3で反射した光束は、側面20d上
の点P4で反射され、破線で示すゴースト光G1としてポリ
ゴンミラー30の点P5に達する。

【００２０】プリズムブロックの端面20a,20bと側面20
c,20dとは垂直であるため、点P1からP3に達する描画光F
1と点P4からP5に達するゴースト光G1とはポリゴンミラ
ーの角度によらず互いに平行となる。このため、ポリゴ
ンミラーで反射された光束G1は、ポリゴンミラーの回転
角度に関係なく、ポリゴンミラー30への入射光と平行
に、すなわちfθレンズの光軸Axと平行にfθレンズ40に
入射し、走査面の中央に向けて収束される。

【００２１】スリットミラー21上の点P6、ポリゴンミラ
ー30上の点P7で反射されてプリズムブロック20に入射す
る描画光F2は、側面20d上の点P8で反射して端面20bに達
し、一部がゴースト光G2としてポリゴンミラー30の点P1
0に戻り、プリズムブロック20、fθレンズ40を透過して
走査面に達する。

【００２２】図3は、図2の状態からポリゴンミラー30が
反時計回りに微小に回転した際の光路を示している。破
線で示すゴースト光G1,G2は、fθレンズ40に対して図2
の場合と同様に光軸Axと平行にfθレンズ40に入射し、
入射位置は図2の場合より図中下側に移動している。た
だし、光軸Axと平行に入射する光束は、fθレンズによ
って走査面の中央に向けて収束されるため、入射位置が
変化しても走査面上でのゴーストの位置はほぼ一定であ
る。

【００２３】図4は、プリズムブロックの端面と側面と
のなす角度が90°でない場合に発生するゴースト光の経
路示す。なお、図4では、説明を簡単にするため、側面
での反射とは関係ない端面20aでの屈折を考慮しない。

【００２４】プリズムブロック20の側面20dと端面20bと
のなす角度を(90-α)°、側面20dとポリゴンミラー30の
反射面とのなす角度をβ、光線と各面との入射、反射角
をそれぞれθ0、θ1、θ2、θ3とすると、これらの角度
の関係は以下の式1のとおりとなる。

【００２５】

【式１】θ1＝ 90°+ θ0 + α - β θ2＝ 90°- θ1 - α θ3＝ β - θ2 θ3＝ θ0 + 2α

【００２６】すなわち、最初にポリゴンミラーに入射す
る光線の方向と、プリズムのコーナー部分で内面反射さ
れてポリゴンミラーで2回反射されてfθレンズに入射す
る光線の方向とは一定の関係にあり、その関係はポリゴ
ンミラー30の回転位置に依存しない。したがって、ゴー
スト光は常に一定の角度でfθレンズに入射し、走査面
上の一定の位置にゴーストを形成する。図2に示した状
態は、図4においてα=0、すなわち、上式からθ3= θ0
となる特異なケースである。

【００２７】なお、走査面に達するゴースト光G1,G2の
光路長は、端面20bを一回で透過する通常の描画光F1よ
り長くなるため、ゴースト光は走査面より手前側で結像
することとなって走査面上での時間当りのエネルギー密
度は低い。しかし、描画光が走査面上を走査するのに対
して、ゴースト光は常に走査面の中央に静止してエネル
ギーが一点に集中するため、単位時間あたりのエネルギ
ーが描画光に比べて微小であっても、走査面の一点に与
えるエネルギーは大きくなりがちである。

【００２８】描画光パワーをIi、ゴースト光パワーをI
g、毎秒のスキャン数をr、走査効率をη、走査幅をL、
走査ピッチをp、主走査スポット径をsとすると、描画光
エネルギーJi及びゴースト光エネルギーJgは、それぞれ
(1)式及び(2)式で表される。

【００２９】

【式２】Ji =Ii・(η/rLp) (1) Jg =Ig / rsp (2)

【００３０】(1)式及び(2)式から(3)式が得られる。

【００３１】

【式３】Jg /Ji = (Ig/Ii)L/(η・s) (3) ここで、例えばL = 600mm、s = 30μ、η = 0.5の値を
設定すると、(4)式が得られる。

【００３２】

【式４】Jg /Ji =40000Ig /Ii (4)

【００３３】すなわち、ゴースト光強度が描画光の1/40
000であっても、描画光と同じエネルギーで露光対象で
ある感光対ドラムを感光させる。

【００３４】実施例では、上記のゴースト光が走査面に
達するのを阻止するため、プリズムブロックの側面20c,
20dを粗面として形成している。このため、例えば側面2
0d上の点P4,P4に入射した光線は粗面によって散乱され
て、ポリゴンミラーに戻ることがなく、側面での反射に
よるゴースト発生を防止することができる。

【００３５】なお、実施例ではプリズムブロックの側面
に粗面を形成する場合を説明したが、この発明は実施例
に限定されるものでなく、例えば側面に反射防止膜を形
成してもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では走査
偏向器と走査レンズとの間に平行平面板を配置すること
により、像面湾曲の発生を抑えることができ、また、平
行平面板の側面に反射防止手段を設けることにより、側
面での反射による静止ゴーストの発生を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例にかかる走査光学系の光学
素子の配置を示す斜視図である。

【図２】 プリズムブロックの側面の内面反射によるゴ
ースト光の発生を示す説明図である。

【図３】 プリズムブロックの側面の内面反射によるゴ
ースト光の発生を示す説明図であり、ポリゴンミラーの
回転位置が図2とは異なる場合を示している。

【図４】 プリズムブロックの側面の内面反射によるゴ
ースト光の発生を示す説明図であり、プリズムブロック
の端面と側面とが垂直でない場合を示す。

【符号の説明】

10…半導体レーザー 20…プリズムブロック 21…スリットミラー 30…ポリゴンミラー 40…走査レンズ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー光源と、 該レーザー光源から発したレーザー光を主走査面内で偏
   向させる走査偏向器と、 偏向されたレーザー光を像面上に収束させる走査レンズ
   と、レーザー光源からの光束を走査偏向器へ入射する手前で
   前記主走査断面と垂直な副走査面内で一旦結像させる集
   光レンズと、 走査偏向器による反射光の光路中で前記集光レンズによ
   る光束の結像位置に設けられ、レーザー光源からの光束
   を走査偏向器へ反射させる幅狭のスリットミラーと、 前記走査偏向器と前記走査レンズとの間に設けられた平
   行平面板とを有し、該平行平面板の側面に反射防止処理
   が施されていることを特徴とする走査式光学装置。
2. 【請求項２】前記スリットミラーは、前記平行平面板内
   に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の走
   査式光学装置。