JPH1048554A

JPH1048554A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH1048554A
Application number: JP20346296A
Authority: JP
Inventors: Koji Masuda; 浩二増田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ハウジングへの組付けが容易で、偏向光束を被
走査面上に集光する第２光学系の大口径化をもたらすこ
とが無く、コンパクトな光走査装置を実現する。【解決手段】光源部１０からの光束を第１光学系１１
ａ，１１ｂによりカップリングして光偏向部に導き、光
偏向器による偏向光束を第２光学系１３で被走査面１４
上に光スポットとして集光して光走査を行なう。光走査
開始位置Ａへと向かう偏向光束を第３光学系１５を介し
て光検出器１７により検出し、光走査開始のための同期
信号を発生する。第１〜第３光学系が互いに機械的に干
渉せず、コンパクトに配置できる条件を定めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光走査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】デジタルの複写装置や光プリンタに関連
して良く知られた光走査装置では、光走査開始位置へと
向かう偏向光束を光検出器で検出し、光走査開始のため
の同期信号を発生させることが行なわれている。光検出
器による検出を行なうのに、偏向光束をｆθレンズの有
効画角外の部分を介して光検出器に導く方法が知られて
いる（特開平３−２２１９１３号公報）が、この方法で
は、光走査に必要な有効画角外に、偏向光束を光検出器
に導くための部分を必要とするため、ｆθレンズの画角
を光書込みに必要な画角よりも大きく取る必要があり、
ｆθレンズの大口径化をもたらしてしまう。また光検出
器は必然的にｆθレンズの結像面に位置することになる
ので、光検出器を配備するために他の光学系のレイアウ
ト上の自由度が制限されやすい。

【０００３】また、特開平５−１９１８６号公報には、
ｆθレンズに相当する走査用レンズ部と、偏向光束を光
検出器に導くＢＤ結像用レンズ部とを一体に構成した光
学系が開示されており、特開平７−２８１１１３号公報
には、光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面位置に
線像に結像させるためのシリンダレンズと偏向光束を光
検出器に導くアナモフィックなレンズとを一体に構成し
た光学系が開示されている。

【０００４】このように２つのレンズを一体として構成
すると、一体化されたレンズは一般に形状が複雑と成る
ため、これをプラスチックで成形加工する場合、金駒加
工が複雑化し、それぞれのレンズを別体に成形加工する
場合よりもコストが高くつくことになりかねない。ま
た、一体化された２つのレンズが異なる結像性能を持つ
ため、２つのレンズを別個に取り付けるよりも取付けの
精度が厳しくなりがちであり、わずかな取付け誤差があ
っても、一方もしくは双方の結像性能が劣化してしまう
虞れがある。

【０００５】

【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、ハウジングへの組付けが容易で、偏向光束を
被走査面上に集光する第２光学系の大口径化をもたらす
ことが無く、光学系のコンパクトな配備が可能な光走査
装置の実現を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置
は、光源部と、第１〜第３光学系と、光偏向器および光
検出器を有する（請求項１，２）。「光源部」は光走査
用の光束を放射するもので、半導体レーザや発光ダイオ
ード等を光源とするものを好適に用いることができる。
「第１光学系」は、光源部からの光束をカップリングし
て光偏向部に導くための光学系である。第１光学系でカ
ップリングされた光束は「平行光束」もしくは「弱い集
束性の光束」あるいは「弱い発散性の光束」となる。

【０００７】「光偏向器」は、光偏向部の近傍に偏向反
射面を有し、この偏向反射面により第１光学系からの光
束を反射させ、反射光束を偏向させる。従って、偏向光
束は上記光偏向部を「偏向の起点」として偏向する。

【０００８】光偏向器により理想的に偏向された偏向光
束に直交する面を任意に想定し、この面上において、偏
向光束の変位する方向を「走査方向」とよび、光源部か
らの光偏向部に到る光路上で、走査方向に対応する方向
を「走査対応方向」とよび、上記面内で走査方向に直交
する方向を「走査直交方向」、上記光源部から光偏向部
に到る光路上で走査直交方向と対応する方向を「走査直
交対応方向」と呼ぶ。被走査面上では「走査方向が主走
査方向」で「走査直交方向が副走査方向」であることは
容易に理解されるであろう。光偏向器としては周知の
「ポリゴンミラーや回転２面鏡、回転単面鏡等」を用い
ることができる。

【０００９】「第２光学系」は、光偏向器により偏向さ
れた光束を被走査面上に光スポットとして集光させる光
学系であり、第１光学系からの光束が走査対応方向にお
いて平行光束であれば所謂「ｆθレンズ」を用いること
ができる。第２光学系としては、上記機能を持つレンズ
系（単レンズでも副数枚で構成されてもよい）もしく
は、上記機能を持つ凹面鏡を利用することができる。

【００１０】「光検出器」は、光走査開始位置へと向か
う偏向光束を検出して出力を発し、この出力に基づき光
走査開始のための同期信号が生成される。「第３光学
系」は、光走査開始位置へと向かう偏向光束を光検出器
に導く。第１、第２および第３光学系は互いに別体で、
第３光学系は、第１光学系と第２光学系の間に配置され
る。即ち、光偏向器により偏向された偏向光束は、上記
光偏向部を偏向の起点として、第１光学系の光軸から遠
ざかる方向へ偏向し、第２光学系への入射に先立って第
３光学系に入射する。

【００１１】請求項１記載の光走査装置は、このような
「基本的な光学系構成」において以下の如き特徴を有す
る。即ち、第１光学系光軸と第３光学系光軸とがなす角
をθ₁₃、第３光学系光軸と「光走査開始位置に集光する
べく第２光学系へ向かう偏向光束の主光線」とのなす角
をθ₃₂とする。また、第１光学系を構成する結像素子の
うちで最も光偏向部側の結像素子に就いて、その走査対
応方向における光軸から第３光学系側の素子幅をＳ₁₃、
光偏向器側の面から光偏向部までの距離をＬ₁₁とする。
さらに、第３光学系を構成する結像素子のうちで最も光
偏向部側の結像素子に就いて、その走査対応方向におけ
る光軸から第１光学系側の素子幅をＳ₃₁、上記光軸から
第２光学系側の素子幅をＳ₃₂、光偏向器側の面から光偏
向部までの距離をＬ₃₁とする。

【００１２】このとき、上記角：θ₁₃，θ₃₂、距離：Ｌ
₁₁，Ｌ₃₁、素子幅：Ｓ₁₃，Ｓ₃₂は、条件：（１） θ₁₃＞ｍａｘ｛Ｓ₁₃／Ｌ₁₁，Ｓ₃₁／Ｌ₃₁｝（２） θ₃₂＞Ｓ₃₂／Ｌ₃₁ を満足する。条件（１）において、ｍａｘ｛Ｓ₁₃／
Ｌ₁₁，Ｓ₃₁／Ｌ₃₁｝は、Ｓ₁₃／Ｌ₁₁とＳ₃₁／Ｌ₃₁のうち
で大なる方を意味する。条件（１）は、第１光学系と第
２光学系とが干渉しないための条件であり、条件（２）
は、第２光学系と第３光学系が干渉しないための条件で
ある。

【００１３】請求項２記載の光走査装置は、上記基本的
な光学系構成において、以下の如き特徴を有する。即
ち、光偏向部から第２光学系の最も光偏向器側の面に到
る（第２光学系の）光軸上の距離をＬ₂₁、光偏向部から
（第２光学系光軸にそって）被走査面に到る距離をＬ₂₂
とし、光偏向部から第３光学系の最も光偏向部側の面に
到る光軸上の距離をＬ₃₁、光偏向部から（第３光学系光
軸にそって）光検出器の受光面に到る距離をＬ₃₂とする
とき、これらは条件：（３）√２・Ｌ₂₁＜Ｌ₃₁＜Ｌ₂₂ （４）√２・Ｌ₂₁＜Ｌ₃₂＜Ｌ₂₂ を満足する。これら条件（３），（４）は安定な同期信
号を得るのに適正な位置に第３光学系と光検出器を配備
するための条件である。

【００１４】請求項３記載の光走査装置は、上記基本的
な光学系構成において、上記の条件（１），（２），
（３），（４）が満足されることを特徴とする。

【００１５】上記請求項１〜３の任意の１に記載の光走
査装置において、第１光学系によりカップリングされた
光束は、前述のように平行光束もしくは弱い発散性もし
くは弱い集束性の光束となるが、このようにカップリン
グした光束をさらに、走査直交対応方向に集束させて、
光偏向部に、走査対応方向に長い線像として結像させる
ようにしてもよい。

【００１６】即ち、この場合、第１光学系は「カップリ
ングレンズと、このカップリングレンズによりカップリ
ングされた光束を、光偏向部に、走査対応方向に長い線
像に結像させる線像結像光学系」とを有することにな
る。このようにする場合には、偏向光束は「走査直交方
向に発散性」で「走査方向には平行光束もしくは弱い発
散性もしくは弱い集束性」の光束であるので、第２光学
系と第３光学系とは、それぞれ走査直交方向により強い
正のパワーを持つアナモフィックなレンズとなり、特に
これらをアナモフィックな単レンズとすることができる
（請求項４）。

【００１７】請求項５記載の光走査装置は、上記請求項
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、光源部から第１光学系を介して光偏向部に到る距離
をＬ₁₂、光偏向部から第３光学系を介して光検出器の受
光面に到る距離をＬ₃₂とするとき、これらが条件：（５）４／５＜Ｌ₃₂／Ｌ₁₂＜６／５を満足することを特徴とする。

【００１８】条件（５）を満足すると、光源部と光検出
器とを互いに近接させることができるので、「光源部
と、光源部を駆動する光源用駆動回路と、光検出器と、
光検出器を制御する検出器用駆動回路とを、同一基板に
配置する（請求項６）」ことが可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１において、「半導体レーザ」
を光源として用いる光源部１０から放射された発散性の
光束は、カップリングレンズ１１ａによりカップリング
されて平行光束または弱い集束性もしくは弱い発散性の
光束に変換され、シリンダレンズ１１ｂにより副走査対
応方向にのみ集束傾向を与えられ、「ポリゴンミラー」
である光偏向器１２の偏向反射面１２ａの近傍の「光偏
向部」に「走査対応方向に長い線像」として結像する
（請求項４）。カップリングレンズ１１ａとシリンダレ
ンズ１１ｂは「第１光学系」を構成するが、第１光学系
はこの形態に限らず「他のレンズ構成」とすることも可
能である。

【００２０】偏向反射面１２ａにより反射された光束
は、光偏向器１２の矢印方向への等速回転に伴い等角速
度的に時計回りに偏向する偏向光束となる。偏向光束
は、第２光学系１３により被走査面１４上に光スポット
として集光し、被走査面１４を光走査する。第２光学系
１３は光スポットの走査速度を等速化する機能を有す
る。上記線像は偏向反射面１２ａの近傍の光偏向部に結
像し、第２光学系１３は、副走査対応方向に関して上記
線像を物点として光スポットを被走査面上に結像させる
から、図１の光走査装置は偏向反射面１２ａの「面倒
れ」を補正する機能を有している。

【００２１】第２光学系１３は図１の実施の形態におい
ては単玉構成であるが、２枚以上のレンズで構成しても
良く、これらのレンズと同様の結像作用のある凹面鏡に
より構成することもできる。第２光学系を単玉構成とす
ることにはコスト上のメリットがあることは言うまでも
ない。

【００２２】偏向光束は、第２光学系により被走査面１
４を光走査するのに先立ち、第３光学系１５を介して光
検出器１７に入射する。「受光素子」である光検出器１
７はこのようにして偏向光束を受光すると出力を発し、
この出力に基づき光走査開始のための同期信号が生成さ
れる。この同期信号に基づき、偏向光束による光走査
が、被走査面１４における光走査開始位置Ａから開始さ
れる。

【００２３】図１の実施の形態では、第２光学系１３、
第３光学系１５ともに単玉構成であり（請求項４）、こ
れらは共にプラスチックにより成形されたレンズであ
る。

【００２４】上記光走査開始位置Ａを一定に保つために
は、上記同期信号が安定していなければならない。この
ため第３光学系は、光走査開始位置Ａへ向かう偏向光束
を、ある程度小さいスポット径を持つ光スポットとして
光検出器の受光面に形成しなければならない。安定した
同期信号を生成するには、光検出器の出力が時間的に急
峻であるほど良いが、光検出器１７の受光面上に形成さ
れる光スポットの径が大きくなると、光検出器１７の出
力の時間的な急峻性が悪くなり、同期信号が不安定にな
るからである。

【００２５】このため光検出器１７の受光面は、第３光
学系１５による「偏向光束の結像位置近傍」に位置され
ることになる。必要に応じて、上記受光面と第３光学系
１５との間にナイフエッジやスリットを設けて受光面に
入射する偏向光束を制限することにより、光検出器の出
力の時間的な急峻性を高めても良く、これらスリットや
ナイフエッジを光走査装置のハウジングに一体に設ける
こともできる。

【００２６】偏向光束は、走査方向には平行光束または
弱い集束性もしくは発散性の光束で、走査直交方向には
発散性であるから、光検出器の受光面に適当なスポット
径を持つ光スポットとして偏向光束を結像させるために
は、第２光学系および第３光学系は「走査直交方向によ
り強い正のパワーを持つアナモフィックなレンズ」であ
る必要がある。

【００２７】図１に示すように、第１光学系１１ａ，１
１ｂの光軸と第３光学系１５の光軸とがなす角をθ₁₃、
第３光学系１５の光軸と、光走査開始位置Ａに集光する
べく第２光学系１３へ向かう偏向光束の主光線のなす角
をθ₃₂、第１光学系を構成する結像素子のうちで最も光
偏向部側の結像素子１１ｂに就いて、その走査対応方向
における光軸から第３光学系側の素子幅をＳ₁₃、光偏向
器側の面から光偏向部までの距離をＬ₁₁、第３光学系１
５に就いて、光軸から第１光学系側の素子幅をＳ₃₁、光
軸から第２光学系側の素子幅をＳ₃₂、光偏向器側の面か
ら光偏向部までの距離をＬ₃₁とする。これらは前述の条
件（１），（２）を満足する。

【００２８】条件（１）が満足されないと、シリンダレ
ンズ１１ｂが第３光学系１５の光軸を遮ったり、第３光
学系１５が第１光学系の光軸を遮ったりする。条件
（２）が満足されないと、第２光学系１３と第３光学系
１５が互いに干渉しあい、第３光学系１５への入射偏向
光束が第２光学系１３によりケラれたり、光走査開始位
置Ａへ向かう偏向光束が第３光学系１５にケラれたりす
る。

【００２９】図２において、図１におけると同一の符号
は、図１におけると同じものを示している。図２に示す
ように、光偏向部から第２光学系１３の光偏向器１２側
の面に到る光軸上の距離をＬ₂₁、上記光偏向部から被走
査面に到る（上記光軸上の）距離をＬ₂₂、光偏向部から
第３光学系１５の光偏向部側の面に到る光軸上の距離を
Ｌ₃₁、光偏向部から光検出器１７の受光面に到る（第３
光学系１５の光軸に沿った）距離をＬ₃₂とするとき、こ
れらは、前述の条件（３），（４）を満足する（請求項
２）。

【００３０】光走査装置では一般に、第３光学系に入射
する偏向光束の偏向角はおおよそ±９０度程度が限度で
ある。従って、√２・Ｌ₂₁は、第３光学系の「光走査開
始側の実質的な端部」と光偏向部との間の距離を示す。
条件（３），（４）の下限を越えることは、第３光学系
と光検出器とを共に、光偏向部と第２光学系との間に配
備することを意味し、これはレイアウトの自由度を著し
く損なうことになる。

【００３１】また、条件（３），（４）の上限を越える
ことは、第３光学系および光検出器を共に、被走査面よ
り遠方に配備することを意味し、これは光走査光学系を
配備するハウジングの大型化を招来し、結果的に光走査
装置の大型化につながる。

【００３２】また、光検出器１７を偏向光束が走査する
とき、走査位置が走査直交方向に変動して「偏向光束の
走査直交方向の一部が受光面に入射しない」ようなこと
があると、光検出器の信号が適正なものにならず同期信
号に誤差が発生し、ジターの原因になる。これを避ける
ためには、第３光学系１５の横倍率を小さくするのがよ
く、このためには第３光学系１５を光検出器側に近付け
ることが望ましい。

【００３３】また、安定した同期信号を生成するには、
光検出器の出力が時間的に急峻であるほど良いから、第
３光学系１５の走査方向の焦点距離を大きくし、光検出
器１７の受光面に集光する光スポットの走査速度が大き
くなるようにするのがよく、この目的のためには、第３
光学系１５をなるべく光偏向器１２側に近付けるのが望
ましい。上記条件（３），（４）を満足することで、第
３光学系１５、光偏向器１７の好ましい配設が可能であ
る。

【００３４】勿論、図２の実施の形態においても、前述
の条件（１），（２）は満足されている（請求項３）。

【００３５】図２に示すように、光源部１０から第１光
学系１１ａ，１１ｂを介して光偏向部に到る距離をＬ₁₂
とするとき、これと前述の距離：Ｌ₃₂は前述の条件
（５）を満足する（請求項５）。

【００３６】条件（５）が満足されると、図２に示すよ
うに、光偏向器１２による偏向の起点である光偏向部か
ら、光源部１０、光検出器１７に到る距離が互いに近く
なるので、光源部１０と光検出器１７とを同一の基板１
８に配備することができる。条件（５）の範囲外では、
光源部１０と光検出器１７とを同一基板に配備すること
は難しく、ハーネス等が必要になる。基板１８には、図
３に示すように、光源部１０と、光源部１０を駆動する
光源用駆動回路１９と、光検出器１７と、光検出器１７
を制御する検出器用駆動回路２０とが設けられている
（請求項６）。

【００３７】

【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実現できる。この発明の光走査装
置では、同期信号発生のために偏向光束を光検出器に導
く第３光学系を、偏向光束を被走査面上に集光させる第
２光学系と別体としたので、第２光学系を介して偏向光
束を光検出器に導く場合に比して、第２光学系の口径を
小さくでき、第１〜第３光学系の個々を別個にハウジン
グに取付けるので、各光学系の取付け態位を独立に精度
良く容易に調整できる（請求項１〜６）。

【００３８】また、請求項１記載の発明では条件
（１），（２）が満足されることにより、第１〜第３光
学系を、互いに干渉しあわない程度に近接させて光走査
装置のコンパクト化が可能であり、請求項２記載の発明
では条件（３），（４）が満足されることにより、第３
光学系および光検出器を適切な位置に配備でき、同期信
号の信頼性を高めることができる。請求項３記載の発明
では、条件（１）〜（４）が満足されることにより、光
走査装置をコンパクトにでき、且つ、同期信号の信頼性
を高めることができる。

【００３９】請求項４記載の発明では、光偏向器におけ
る面倒れの補正を行ないつつ、第２，第３光学系を単レ
ンズとすることにより光走査装置のコンパクト化・低コ
スト化が可能である。請求項５，６の発明によれば、光
走査装置の電気的系統を同一基板に組み就けることによ
り光走査装置をコンパクト化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光走査装置の実施の１形態を説明す
るための図である。

【図２】請求項４記載の発明の実施の形態の特徴部分を
説明するための図である。

【図３】請求項６記載の発明の実施の形態の特徴部分を
説明するための図である。

【符号の説明】

１０光源部１１ａ，１１ｂ第１光学系１２光偏向器１２ａ偏向反射面１３第２光学系１４被走査面Ａ光走査開始位置１５第３光学系１７光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源部と、この光源部からの光束をカップ
リングして光偏向部へ導く第１光学系と、上記光偏向部
の近傍に偏向反射面を有し、第１光学系からの光束を偏
向させる光偏向器と、偏向された光束を被走査面上に光
スポットとして集光させる第２光学系と、光走査開始位
置へと向かう偏向光束を検出し、光走査開始のための同
期信号を発生するための光検出器と、上記光走査開始位
置へと向かう偏向光束を上記光検出器に導く第３光学系
とを有し、上記第１、第２および第３光学系は互いに別体であっ
て、第３光学系が第１光学系と第２光学系の間に配置さ
れ、第１光学系光軸と第３光学系光軸とがなす角をθ₁₃、第３光学系光軸と、光走査開始位置に集光するべく第２
光学系へ向かう偏向光束の主光線のなす角をθ₃₂、第１光学系を構成する結像素子のうちで最も光偏向部側
の結像素子に就いて、その走査対応方向における光軸か
ら第３光学系側の素子幅をＳ₁₃、光偏向器側の面から光
偏向部までの距離をＬ₁₁とし、第３光学系を構成する結像素子のうちで最も光偏向部側
の結像素子に就いて、その走査方向における光軸から第
１光学系側の素子幅をＳ₃₁、上記光軸から第２光学系側
の素子幅をＳ₃₂、光偏向器側の面から光偏向部までの距
離をＬ₃₁とするとき、これらが条件：（１） θ₁₃＞ｍａｘ｛Ｓ₁₃／Ｌ₁₁，Ｓ₃₁／Ｌ₃₁｝（２） θ₃₂＞Ｓ₃₂／Ｌ₃₁ を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】光源部と、この光源部からの光束をカップ
リングして光偏向部へ導く第１光学系と、上記光偏向部
の近傍に偏向反射面を有し、第１光学系からの光束を偏
向させる光偏向器と、偏向された光束を被走査面上に光
スポットとして集光させる第２光学系と、光走査開始位
置へと向かう偏向光束を検出し、光走査開始のための同
期信号を発生するための光検出器と、上記光走査開始位
置へと向かう偏向光束を上記光検出器に導く第３光学系
とを有し、上記第１、第２および第３光学系は互いに別体であっ
て、第３光学系が第１光学系と第２光学系の間に配置さ
れ、光偏向部から第２光学系の最も光偏向器側の面に到る光
軸上の距離をＬ₂₁、上記光偏向部から被走査面に到る距
離をＬ₂₂、上記光偏向部から第３光学系の最も光偏向部側の面に到
る光軸上の距離をＬ₃₁、上記光偏向部から光検出器の受
光面に到る距離をＬ₃₂とするとき、これらが、条件：（３）√２・Ｌ₂₁＜Ｌ₃₁＜Ｌ₂₂ （４）√２・Ｌ₂₁＜Ｌ₃₂＜Ｌ₂₂ を満足す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、光偏向部から第２光学系の最も光偏向器側の面に到る光
軸上の距離をＬ₂₁、上記光偏向部から被走査面に到る距
離をＬ₂₂、上記光偏向部から第３光学系の最も光偏向部側の面に到
る光軸上の距離をＬ₃₁、上記光偏向部から光検出器の受
光面に到る距離をＬ₃₂とするとき、これらが、条件：（３）√２・Ｌ₂₁＜Ｌ₃₁＜Ｌ₂₂ （４）√２・Ｌ₂₁＜Ｌ₃₂＜Ｌ₂₂ を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項４】請求項１または２または３記載の光走査装
置において、第１光学系が、カップリングレンズと、このカップリン
グレンズによりカップリングされた光束を走査対応方向
に長い線像として光偏向部に結像させる線像結像光学系
とを有し、第２光学系と第３光学系とは、それぞれ走査直交方向に
より強い正のパワーを持つアナモフィックな単レンズで
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、光源部から第１光学系を介して光偏向部に到る距離をＬ
₁₂、光偏向部から第３光学系を介して光検出器の受光面
に到る距離をＬ₃₂とするとき、これらが条件：（５）４／５＜Ｌ₃₂／Ｌ₁₂＜６／５を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】請求項５記載の光走査装置において、光源部と、この光源部を駆動する光源用駆動回路と、光
検出器と、この光検出器を制御する検出器用駆動回路と
が、同一基板に配置されていることを特徴とする光走査
装置。