JP3333651B2

JP3333651B2 - 光走査装置

Info

Publication number: JP3333651B2
Application number: JP28072494A
Authority: JP
Inventors: 彰久板橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 2002-10-15
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: JPH08146316A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源装置からのレーザー光束を光偏向器
により偏向させ、結像光学系により被走査面上に光スポ
ットとして集光させて光走査を行う光走査装置は、光プ
リンターやデジタル複写機等に関連して広く知られてい
る。

【０００３】近来、このような光走査装置を用いる画像
出力装置における画像の高品質化が強く要請され、光走
査装置において被走査面を走査する光スポットのスポッ
ト径の安定性とともに、光スポットの小径化が意図され
ている。

【０００４】光スポット径の小径化においては、光学系
を構成する各光学素子の加工精度や組付け精度を如何に
して設計値に近付けるかが問題と成る。

【０００５】光スポットの小径化を達成するには、被走
査面上に向かって集光するレーザー光束のビームウエス
ト位置を被走査面と合致させることが重要であるが、実
際には光学素子の加工誤差や組付け誤差が複雑に影響し
て、ビームウエスト位置と被走査面とが「ずれる」のが
普通であり、目的仕様の達成は容易でない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたもので、偏向光束のビームウエスト
位置と被走査面の合致が容易に実現可能である新規な光
走査装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置は
「光源装置からのレーザー光束を結像素子により主走査
対応方向に長い線像に結像させ、上記線像の近傍に偏向
反射面を有する光偏向器により等角速度的に偏向させ、
偏向光束を等速走査用の結像光学系により被走査面上に
光スポットとして集光させて等速的な光走査を行う光走
査装置」であって、以下の点を特徴とする。

【０００８】即ち、偏向光束を被走査面上に集光させる
ための「等速走査用の結像光学系」がレンズ系と円筒面
反射鏡と平面鏡とを有する。また、円筒面反射鏡調整手
段を有する。

【０００９】「レンズ系」は、主走査対応方向にｆθ機
能を持ち、偏向光束を主走査対応方向において被走査面
上に集光させるためのレンズ系である。

【００１０】ここに「主走査対応方向」とは、光源装置
から被走査面に到る光路を光軸に沿って直線的に展開し
た仮想的な光路上で主走査方向と平行的に対応する方向
であり、上記仮想的な光路上で、副走査方向と平行的に
対応する方向を「副走査対応方向」と呼ぶ。

【００１１】「円筒面反射鏡」は、副走査対応方向にの
み正のパワーを持ち、上記レンズ系と共働して偏向光束
を副走査対応方向において被走査面上に集光せしめるた
めのものである。

【００１２】従って、偏向光束は、主走査対応方向に関
してはレンズ系のみにより被走査面上に集光し、副走査
対応方向に関してはレンズ系と円筒面反射鏡とにより被
走査面上に集光する。

【００１３】等速走査用の結像光学系は、上記のよう
に、線像と被走査面とを副走査対応方向において共役な
関係とするから、光偏向器の偏向反射面に対する所謂
「面倒れ補正機能」を持ち、主走査対応方向に関しては
レンズ系が「ｆθ機能」を持つから、光走査はレンズ系
のｆθ特性に応じて等速的に行われる。

【００１４】「平面鏡」は、レンズ系から被走査面に到
る光路上に配備され、光路を副走査対応方向において屈
曲させる。

【００１５】「円筒面反射鏡調整手段」は、レンズ系か
ら被走査面に到る光路長を微調整するため円筒面反射鏡
を所定の方向に移動調整するための手段である。この円
筒面反射鏡調整手段による上記光路長の微調整は「円筒
反射鏡の移動に伴う偏向光束のビームウエストの変位に
より、ビームウエスト位置と被走査面との位置を調整す
る」ために行われる。

【００１６】円筒面反射鏡は上記のように、「所定の方
向」へ移動調整される。この所定の方向は、種々の方向
が可能であり、例えば「反射面の光軸面方向」でもよく
（請求項２）、「レンズ系の光軸を通り円筒面反射鏡に
入射する光線の入射方向」でもよいし（請求項３）、
「レンズ系の光軸を通り円筒面反射鏡に入射し反射され
る光線の反射方向」でも良い（請求項４）。

【００１７】さらに、円筒面反射鏡調整手段による円筒
面反射鏡の移動調整にも公知の種々の方法を利用できる
けれども、「円筒面反射鏡に、移動調整のための移動方
向に平行な面を形成し、この面を基準面に対して摺動さ
せることにより移動させる」ように円筒面反射鏡調整手
段を構成することができる（請求項５）。

【００１８】また、平面鏡の配設位置は上述のように、
レンズ系と被走査面の間に適宜に設定できるが、「レン
ズ系と円筒面反射鏡との間」は平面鏡の配設位置として
好適である（請求項６）。

【００１９】さらに「平面鏡を、主走査対応方向に平行
な軸の周りに揺動調整する平面鏡調整手段」を有するこ
とができ（請求項７）、円筒面反射鏡は、「その長手方
向の両端部が独立して移動調整可能」であるようにする
ことができる（請求項８）。上記平面鏡調整手段は、平
面鏡を上記軸の回りに所望の方向へ微小角回転させて調
整する。この調整は「微小角回転に伴う、偏向光束の偏
向光束のビームウエスト位置の変位を、円筒面反射鏡の
位置調整に伴うビームウエストの変位と組み合わせて、
被走査面に対する偏向光束の主走査方向および副走査方
向のビームウエスト位置を調整する」ために行われる。
この発明のビームウエスト位置調整方法は、光源装置か
らのレーザー光束を結像素子により主走査対応方向に長
い線像に結像させ、上記線像の近傍に偏向反射面を有す
る光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を等
速走査用の結像光学系により被走査面上に光スポットと
して集光させて等速的な光走査を行う光走査装置におい
て、偏向光束のビームウエスト位置を上記被走査面に対
して調整する方法であって、上記請求項１〜８の任意の
１に記載の光走査装置を用いて行うことを特徴とする
（請求項９）。

【００２０】

【作用】上記のように、この発明の光走査装置は、等速
走査用の結像光学系が「円筒面反射鏡」を有し、この円
筒面反射鏡を移動調整することにより、レンズ系から被
走査面に到る光路長を微調整できるので、被走査面に対
して偏向光束のビームウエスト位置を微調整できる。

【００２１】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００２２】図１は、この発明の光走査装置の１実施例
を要部のみ略示している。符号１で示す光源装置は、例
えば、半導体レーザーと、半導体レーザーからの発散性
の光束を平行光束化するカップリングレンズとにより構
成され、平行レーザー光束を放射する。

【００２３】光源装置１から放射された平行なレーザー
光束は、「結像素子」であるシリンダレンズ２により副
走査対応方向にのみ集光され、「光偏向器」である回転
多面鏡３の偏向反射面４の近傍に、主走査対応方向に長
い線像として結像する。

【００２４】偏向反射面４による反射光束は回転多面鏡
３の矢印方向への回転に伴い、等角速度的に偏向され、
周期的な偏向光束となって等速走査用の結像光学系に入
射する。

【００２５】等速走査用の結像光学系は、レンズ５，
６，７により構成される「レンズ系」と、平面鏡８と、
円筒面反射鏡９とを有する。偏向光束は先ず「レンズ
系」を透過し、平面鏡８により反射されて光路を副走査
対応方向において屈曲されて円筒面反射鏡９に入射し、
円筒面反射鏡９により反射されて被走査面１０上に光ス
ポットとして集光し、被走査面１０を光走査する。

【００２６】円筒面反射鏡９は副走査対応方向にのみ
「正のパワー」を持ち、平面鏡８はパワーを持たないの
で、偏向光束は主走査対応方向に関しては、レンズ５，
６，７による「レンズ系」のみにより被走査面１０上に
集光する。「レンズ系」は主走査対応方向に「ｆθ機
能」を持つので、光スポットの移動は等速的になる。

【００２７】偏向光束は、副走査対応方向に関しては
「レンズ系」と円筒面反射鏡９により被走査面１０上に
集光する。

【００２８】円筒面反射鏡９は、「円筒面反射鏡調整手
段」である調整機構１１により「所定の方向」に移動調
整できるようになっている。

【００２９】一方、平面鏡８は、この実施例において
「レンズ系と円筒面反射鏡９との間」の光路上に配備さ
れ（請求項６）、「平面鏡調整手段」である調整機構１
２により、主走査対応方向に平行な軸ｌ（平面鏡８の鏡
面を通る）の周りに揺動調整することができるようにな
っている（請求項７）。

【００３０】図２に、偏向反射面４から被走査面１０に
到る光路を、主走査対応方向から見た状態を示す。

【００３１】ここで、等速走査用の結像光学系の具体的
な例を示す。偏向反射面側から数えて、第ｉ番目の面の
曲率半径を、主走査対応方向に就き「Ｒ_iS」、副走査対
応方向に就き「Ｒ_iM」、第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面の
光軸上の距離をＤ_ｉ、偏向反射面側から数えて第ｊ番目
のレンズの材質の屈折率をＮ_ｊで表す。また、Ｄ_０をも
って、偏向反射面４からレンズ５の入射側面に到る光軸
上距離とする。

【００３２】なお、各数値は、全系焦点距離を１００に
規格化したときの、焦点距離に相対的な値である。

【００３３】ｉＲ_iS Ｒ_iM Ｄ_ｉｊＮ_ｊ０１４．５５８１ −２２．３９３ −２２．３９３２．７１５１１．５８７００２ −３２２．１８４ −３２２．１８４１．１４７３ −９５．７９ −９５．７９５．６３３２１．７０８３１４ −３１．２５３ −３１．２５３０．７２２５２２１．８０７２２１．８０７６．６４４３１．４９４８３６ −４５．９３５ −４５．９３５１４．４４２７ ∞ ∞ −７６．４８（平面鏡）８ ∞ ４８．７５２（円筒面反射鏡）。

【００３４】図２に示す、平面鏡８および円筒面反射鏡
９への入射角：θ_１，θ_２の設計値は、それぞれ、θ_１
＝１７．２５度，θ_２＝１３度である。

【００３５】図２に戻ると、円筒面反射鏡９は、「反射
面の光軸面方向」即ち、副走査対応方向（図２の面内）
における設計上の入射光と反射光の中間方向へ移動調整
が可能になっている。

【００３６】上記の光学素子を上記数値に従って組付け
ても、現実には光学素子の加工誤差や組付け誤差が不可
避的に発生するから、偏向光束の集光位置、即ちビーム
ウエストの位置は一般には被走査面１０から微小距離ず
れてしまう。

【００３７】発明者が上記実施例に就き実験したところ
では、円筒面反射鏡９を光軸面方向へ０．１ｍｍ移動さ
せると、この移動に伴う光路長変化により、主走査対応
方向のビームウエスト位置は全像高において０．１９６
ｍｍ、副走査対応方向のビームウエスト位置は全像高に
おいて０．０９２ｍｍ、円筒面反射鏡９の移動の向き
（被走査面に近づくか、遠ざかるか）と同じ向きに移動
することが分かった。

【００３８】即ち、円筒面反射鏡の移動が、ビームウエ
スト位置の変化にもたらす影響は、主走査対応方向と副
走査対応方向とで異なり、円筒面反射鏡の移動に伴う主
・副走査対応方向のビームウエスト位置の変位量の比は
「略２：１」である。

【００３９】従って、例えば、偏向光束のビームウエス
ト位置が、主・副走査対応方向とも０．１ｍｍずつ被走
査面からずれている場合、円筒面反射鏡９の移動調整
量：ｄを０．０７ｍｍにすれば、被走査面は、主走査対
応方向のビームウエスト位置と副走査対応方向のビーム
ウエスト位置のちょうど中間に位置するので、被走査面
上における光スポット径は、設計通りのものにはならな
いが、移動調整量を上記ｄの近傍でさらに調整すること
により、所望の形状の光スポットを、設計上の光スポッ
ト径に近い大きさで実現できる。即ち、円筒面反射鏡の
移動調整のみでもビームウエスト位置の設計値からのず
れを有効に軽減させることができる（請求項１〜４）。

【００４０】また、円筒面反射鏡９を変位させずに、平
面鏡８を軸ｌの回りに微小角回転させると、副走査対応
方向のビームウエスト位置のみが微小量変位することが
見出された。

【００４１】即ち、上記実施例の場合であると、平面鏡
８を軸ｌの回りに０．１度回転させると、副走査対応方
向のビームウエスト位置のみが、全像高において０．２
６４ｍｍ変位した。これは、平面鏡８の回転に伴い、偏
向光束の円筒面反射鏡９への入射角が副走査対応方向に
於いて微小角大きく（小さく）なり、円筒面反射用９の
パワーの作用が大きく（小さく）なるためと考えられ
る。

【００４２】従って、前述の例のように、偏向光束のビ
ームウエスト位置が、主・副走査対応方向とも０．１ｍ
ｍずつ被走査面からずれている場合、円筒面反射鏡９を
０．５１ｍｍ変位させ（これにより主・副走査対応方向
のビームウエスト位置がそれぞれ、略０．１ｍｍ、略
０．０４６ｍｍ変位する）、平面鏡８を０．０２度回転
させる（これにより副走査対応方向のビームウエスト位
置のみが、略０．０５２８ｍｍ変化する）ことにより、
偏向光束のビームウエスト位置を、主・副走査対応方向
とも、実質的に被走査面上に合致させることができる
（請求項７）。

【００４３】なお、ビームウエスト位置の上記調整に伴
い、主走査ライン（光スポットの走査により描かれる
線）の位置が副走査方向へずれることになるが、このよ
うなずれは、予め測定可能であるから、光走査による書
き込み開始のタイミングをずらすことで補正可能であ
る。

【００４４】図３には、円筒面反射鏡９Ａ，９Ｂ，９Ｃ
につき、移動調整の方向を３種示している。図３（ａ）
における円筒面反射鏡９Ａは、図１，２に即して説明し
た実施例の場合と同様に、反射面の光軸面（円筒反射面
の光軸を母線方向へ連ねて得られる面）方向に移動調整
される（請求項２）。

【００４５】図３（ｂ）における円筒面反射鏡９Ｂは、
「レンズ系」の光軸を通り円筒面反射鏡に入射する光線
の入射方向に移動調整される（請求項３）。また、
（ｃ）における円筒面反射鏡９Ｃは、「レンズ系」の光
軸を通り円筒面反射鏡に入射し反射される光線の反射方
向に移動調整される（請求項４）。いずれの方向で移動
調整しても大差はない。

【００４６】また、図３に示す、円筒面反射鏡９Ａ，９
Ｂ，９Ｃにおける反射面以外の側面部α，β，γを「移
動調整のための移動方向に平行な面」とし、これらの面
α，β，γを「基準面」に対して摺動させることにより
移動させるように円筒面反射鏡調整手段を構成すると、
調整が容易である。

【００４７】図４は、図１に符号１１で示した調整機構
（円筒面反射鏡調整手段）の１例を示している。円筒面
反射鏡９Ａ（図３（ａ）参照）は、側面部αを支持部材
１１０の表面である「基準面」に摺動させることによ
り、図の左右方向（反射面の光軸面方向）へ移動自在で
ある。

【００４８】支持部材１１０の表面には、抑え部材１１
１が設けられている。抑え部材１１１の上部は板バネ１
１Ａになっており、円筒面反射鏡９Ａの上部側面を押圧
することにより、円筒面反射鏡９Ａを基準面に押しつけ
ている。

【００４９】抑え部材１１１の立上り部と円筒面反射鏡
９の後面部との間には、圧縮性の板バネ１１２が介設さ
れ、円筒面反射鏡９Ａに、図面の左方向へ向かう弾性力
を作用させる。

【００５０】円筒面反射鏡９Ａの長手方向端部には当接
片９Ａ１が凸設され、支持部材１１０の表面に植立され
た螺装部１１３に螺装された調整螺子１１４の先端部に
当接する。

【００５１】調整螺子１１４により円筒面反射鏡９Ａを
図の左右方向へ移動させて、所望の位置において、板バ
ネ１１２の弾性力と調整螺子１１４の当接力を釣り合わ
せることにより、円筒面反射鏡９Ａを移動調整すること
ができる。

【００５２】図４の状態は円筒面反射鏡９Ａの長手方向
の一端部の様子であり、長手方向の他端部にも、同様の
調整機構が設けられており、円筒面反射鏡９Ａの移動調
整を長手方向の両端部で、それぞれ独立して行うことが
できるようになっている（請求項８）。

【００５３】このようにすることにより、光スポットの
像面の倒れが発生した場合にも、その補正を行うことが
可能である。

【００５４】図５は、図１において符号１２で示した調
整機構（平面鏡調整手段）の１例を示している。

【００５５】光走査装置の不動部材１３０は平面鏡８の
設計上の配備態位に応じて支持面を形成され、この支持
面に支持具１２２が固定されている。支持具１２２の一
部は軸受１２３として形成され、軸１２４（図１の軸
ｌ）を保持している。

【００５６】平面鏡８は保持体１２１に固定的に保持さ
れ、保持体１２１の一部として形成された軸受部が軸１
２４と嵌合している。従って、平面鏡８は、軸１２４の
回りに揺動自在である。軸１２４の幾何学的な揺動軸は
平面鏡８の鏡面と一致している。

【００５７】保持体１２１と支持具１２２との間には圧
縮性の板バネ１２５，１２６が介設され、支持具１２２
の折り曲げ部に螺装された調整螺子１２７の先端は保持
体１２２の一部に当接している。

【００５８】調整螺子１２７を調整することにより、平
面鏡８を主走査対応方向に平行な軸１２４の周りに「揺
動調整」することができる。

【００５９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光走査装置を提供できる。この発明の光走査装
置は上述の如き構成となっているので、光学素子の加工
誤差や組付け誤差に起因する、偏向光束のビームウエス
ト位置と被走査面とのずれを、有効に補正して、良好な
光スポットを被走査面上に実現でき、良好な光走査を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を説明するための図であ
る。

【図２】上記実施例における偏向反射面から被走査面に
到る光路を主走査対応方向から見た図である。

【図３】円筒面反射鏡を移動調整する方向を３種示す図
である。

【図４】円筒面反射鏡調整手段の１例を説明するための
図である。

【図５】平面鏡調整手段の１例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１光源装置２シリンダレンズ（結像素子）３回転多面鏡（光偏向器）４偏向反射面８平面鏡９円筒面反射鏡１０被走査面

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源装置からのレーザー光束を結像素子に
より主走査対応方向に長い線像に結像させ、上記線像の
近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度的に
偏向させ、偏向光束を等速走査用の結像光学系により被
走査面上に光スポットとして集光させて等速的な光走査
を行う光走査装置において、上記等速走査用の結像光学系は、主走査対応方向にｆθ
機能を持ち、偏向光束を主走査対応方向において被走査
面上に集光させるためのレンズ系と、副走査対応方向にのみ正のパワーを持ち、上記レンズ系
と共働して偏向光束を副走査対応方向において被走査面
上に集光せしめる円筒面反射鏡と、上記レンズ系から被走査面に到る光路上に配備され光路
を副走査対応方向において屈曲させる平面鏡とを有し、上記レンズ系から被走査面に到る光路長を微調整するた
めに、上記円筒面反射鏡を所定の方向に移動調整する円
筒面反射鏡調整手段とを有し、上記円筒反射鏡の移動に伴う偏向光束のビームウエスト
の変位により、上記ビームウエスト位置と上記被走査面
との位置を調整可能としたことを特徴とする光走査装
置。
【請求項２】請求項１記載の光走査装置において、円筒面反射鏡の移動調整の方向が、反射面の光軸面方向
であることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】請求項１記載の光走査装置において、円筒面反射鏡の移動調整の方向が、レンズ系の光軸を通
り円筒面反射鏡に入射する光線の入射方向であることを
特徴とする光走査装置。
【請求項４】請求項１記載の光走査装置において、円筒面反射鏡の移動調整の方向が、レンズ系の光軸を通
り円筒面反射鏡に入射し反射される光線の反射方向であ
ることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
光走査装置において、円筒面反射鏡は、移動調整のための移動方向に平行な面
を有し、この面を基準面に対して摺動させることにより
移動させるように円筒面反射鏡調整手段が構成されてい
ることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】請求項１または２または３または４または
５記載の光走査装置において、平面鏡が、レンズ系と円筒面反射鏡との間に配備される
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】請求項１〜６の任意の１に記載の光走査装
置において、上記平面鏡を主走査対応方向に平行な軸の周りに揺動調
整する平面鏡調整手段を有し、上記平面鏡の微小な回転に伴う、偏向光束の副走査方向
のビームウエスト位置の変位を、円筒面反射鏡の位置調
整に伴うビームウエストの変位と組み合わせて、被走査
面に対する偏向光束の主走査方向および副走査方向のビ
ームウエスト位置を調整可能としたことを特徴とする光
走査装置。
【請求項８】請求項１〜７の任意の１に記載の光走査装
置において、円筒面反射鏡は、その長手方向の両端部が独立して移動
調整可能であることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】光源装置からのレーザー光束を結像素子に
より主走査対応方向に長い線像に結像させ、上記線像の
近傍に偏向反射面を有する光偏向器により等角速度的に
偏向させ、偏向光束を等速走査用の結像光学系により被
走査面上に光スポットとして集光させて等速的な光走査
を行う光走査装置において、偏向光束のビームウエスト
位置を上記被走査面に対して調整する方法であって、請求項１〜８の任意の１に記載の光走査装置を用いて行
うことを特徴とする光走査装置におけるビームウエスト
位置調整方法。