JPS58105117A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分桁 本発明はレーザプリンタ等における電子写真の原理を利
用して構成された印字装置の光学系に関し、特にその光
走査装置に関する。

（２）技術の背景 電子写真式プリンタ等の印字装置では印字ヘッドとＬ７
て光が用いられる。例えば、レーザプリンタでは印字ヘ
ッドとしてレーザコリメートビームが用いられる。そし
て、この、撞のプリンタにはこのレーザビームを１象而
（感光体）上に走査させるための光走査装置が設けられ
ている。この種の光走査装置は回転多面鏡と走査用レン
ズを沈んで構成されている。この回転多面鏡と走査用レ
ンズが協働して、回転多面鏡に入射したレーザビームを
感光体上に走査させる。そして、この檜の光走査装置で
は、所定の走ｆ幅に対応する走食用レンズの焦点距離と
、回転多面鏡の大きさとが必要とされる。従って、走査
用レンズが１個の場合は、光走査装置〆が大型になる傾
向にあり、比較的大きなスペースを占める場合が多い。

このため、小型で広い走査１胸を有し、かつ良好な解像
１ｉを信する光走査装置が四望されている。

（３’ｌ　　７米技術と問題点 第１図は従来の光走査装置を備えたレーザプリンタの概
略図であり、第２図は第１図の光走査装置の光学系の平
面図である。第１図と第２図において、ドラム１は外周
に光導電材が岐覆され、外聞面が感光板すなわち像面１
ａとして形成されている。惜屯磯構２は上記感光板を帯
螺させて感光性を与える役目をする。露光機構３は回転
多面鏡４と走査用レンズ５と光源６を言む光走査装置を
有し、光源６からのレーザビーム７は回転多面鏡４と走
査角レンズ５とによって感光板（ドラム１１１ の表面）上で走査し該感光板を４元して印字（結像）す
る。そして、符号８は現像機構、８ａは規律用のトナー
を示し、符号９と９ａはそれぞれ転写機構と転写用の紙
を示す。符号１０け定着機構、１１は転写された紙、１
２は感光板（ドラム１）をクリー二／グするだめの清掃
機構をそれぞれ示す。１５）まフオームオーバレイ露光
装ｆを示す。

上台１４回転多多面鏡と組合せて用いられる走査用レン
ズ５としてはｌ！ゝ・θレンズと称するレンズ系が用い
られる場合が多い。次にこの１．１・θレンズの特性に
つい−Ｃ説明する。第３図はこのＦ・θレンズの原理を
説明するための図でちる。すなわち第３図に示すように
、θを走査角、１１′・θレンズ５の焦点距離をｆｏと
したｉ＠合、入射ビーム７は回転鏡面４ａで反射され、
レンズ５を通過し−Ｃ隊面１ａ上で結像する。このとさ
の光軸５ａからの像高をｙとすると、次式（１）の関係
を満足させるレンズを１．１・θレンズと称する。

ｙ＝、ｆｏ・θ　　　　　　　（１１ （１）式が示すようにＦ・θレンズ５は、回転多面′ａ
４によるレーデビーム７の那周速度走査を、１象而１ａ
上での４速度走査に変換する役割をする。

さて、・４（１図と第２図に示すように、従来の光走査
装置は１個の回転多面鏡に対して１個の光源６と、１個
の走査用レンズ（Ｆ・θレンズ）５を含んで構成されて
いる。このような構成のためにこの従来装置＃には次の
ような欠点がある。すなわち、所定の走査角で所定の走
査幅を走査して印字するためには長焦点距離のＦ・θレ
ンズが必要となり、レンズ５が大型になる。従って回転
多面鏡４からＩ線面１ａまでの距離が大きくなる。また
、所定のビームスポットを得るために入射レーザビーム
７の太さく直径）を大通くする必要がある。

この入射レーザビーム７を効率よく反射するために回転
多面鏡４を大型にしなければならない。従って、このよ
うに各要素が大型であるため、装置全体が大型化される
という欠点がある。また焦点距離の長いレンズは焦点距
離の短いレンズよりも解（象度の点で不利である。

次に、これらの欠点について説明する。光走査装置の大
き７さは主としてＦ・θレンズ５の大きさ、回転鏡４の
大きさ、及びＦ・θレンズ５から像面１ａ″＆での距離
によって定められる。特にＦ・θレンズ５の焦点距離ｆ
Ｏの大きさが最も光走査装置の大きさに影響を与える。

すなわちレンズ５の焦点距離が小さいほど装置ｉ小型化
できることになる。第２図において、Ｆ−θレンズ５の
焦点距離をｆＯとし、１家而１ａ上での全走査幅を乙と
し、この走ｆ暢ｔの最外端１４に対する走査角（Ｆ・と
、ｔと０口１ａＸの関係は次式（２）で示される（前記
（１）式々照）。

を 一＝ＪＯ・θｍａＸ　　　　　　　ｊ２）この（２）式
から考察すると、ｔが予め足められている場合、Ｊ゛０
　　を小さくするためにはθｍａｘを大さくすればよい
。しかし、実際上ではこのθｍａｘの大目さは他の４ｓ
成要素によって制限される。すなわち、回転多面鏡４の
回転鏡面４ａの間数をｍとすると、この場合の鏡面４ａ
で走査し得る理論的最犬走を角（Ｆ・θレンズ５に入射
する光線が元軸５ａとなす角度）ψｍａｘは次式（３１
で示される。

３６０゜ ψｍａＸ　　＝　−＋３１ し２かし、回転鏡４に入射するレーザビーム７は所定の
ｉｆ径をゼしている。従って、走査角度がψｒｎａｘの
ときは、回転鏡面４ａの境界稜の部分で入射ビーム７の
一部がけられる。このため実用最大走査角θｍａＸｌｌ
−を理論的最大走査角ψＩｌｌ　ａＸよりも小さくなる
。ここで走査効率ηを次式（４）のように示すとηは７
０％前後が実用上よいとされている。

１シリえげ、ηニア０（ハ）、回転鏡面４ａの個数をｍ
個とし７たときのθ１ｎａＸの値を前記（３）式と（４
）式から求めると下記の表に示す値になる。

し、かじ、Ｆ・θレンズオの設計は走査角（画陶）θ１
１１８Ｘが小ざいほど設置Ｆが容易でめり、大きいほど
難かしい。従って、通常はθｍａｘが２０°〜３０゜程
度のＦ―θレンズ５が用いられ、θｍａｘが４０’を超
えるＦ・θレンズは用いられていない。このようにθｍ
ａｘの大きさが制限されるため、Ｃ２）式から明らかな
ようにｆＯの値を小さくすることには限度がある。従っ
て焦点距離ｆＯを大きくとる必要がある。

（４）発明の目的 本究明は上記従来の欠点に鑑み、光走査装置の光学系の
構成を改良して、小型〒広走査幅及び高解像度をＭする
光走査装置を提供することを目的とするものである。

（５）　　ネ明の構成 そし７て、この目的を達成するために、本発明に依れば
、回転多面鏡と走査用レンズ系を有１〜、前記回転多面
鏡に入射する平行光線を鐵面上に走査結像させる光走査
装置ｇにおいて、前記回転多面鏡の周囲に個々の光源を
具備する２個の走査用レンズ系を配置すると共に、前記
各走査用レンズ系の後方にそれぞれ反射鏡を設置して、
これらの反射鏡から１象面上に投射される照射光の１１
曲−ヒにおける走査方向が実質的に相互に平行となるよ
うに前記各反射鏡を配列し、これによって前記各走査用
レンズ糸のもつ走査幅をそれぞれｔｌ　　とＣ２とする
とき走査光学系全体の走査幅ｔがほぼｔ＝ｔ１＋ｔ２　
になるようにしたことを特徴とする光走査装置が提供さ
れる。

（６）発明の実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第４図と第５図は本発明の詳細な説明するための図で
あり、第６図は本発明の第１実施例、第７図は本発明の
第２笑施例、第８図は第７図の斜視図である。冑、第４
図から第８図において、前出の第１図から第４図の部分
と同一部分に対しては同じ符号が付されている。第６図
と第７図に示すように、本発明の光走査装置は、１個の
回転多面＠、２１と、咳回転多面鏡２１の鏡面２１ａに
向けて配置された２個の半導体レーザ光源１５１５′と
、半導体レーザの出力光を平行光にするコリメーｉ・レ
ンズ２０，２０’から成る光源部と、該光源１５，１５
′とそれぞれ対をなす２個のＦ・θレンズ（走査用レン
ズ）と、これらの各Ｆ・θレンズ＋　６　、　＋　６’
と対応（７て該レンズ１６　、１６’それぞれの後方に
配（ｄされた平面鏡（第６図−Ｃは１７　、１７７．１
８　、１８’、第７図では１９’、１９’）とから構成
されている。上記各平面＠はこれらの平面鏡から像面１
ａ上に投射される照射光の像面１ａ上における走査方向
が実質的に相ｑ、に・ト行となるように配列されている
。本装置に４？いては、全走査Ｉｉ１ｇｔを２つの部分
ｔ１．ａに区分し、この各部分ｔ１　とＣ２の走査を２
個のＦ・θレンズ１６゜１６′がそれぞれ分担して行う
ように光、ｊ系が構成されている。このため、Ｆ・θｌ
／ンズの焦点（イ）雌がきわめて項線されることになり
、本装置は非常に小型にすることが可能である。

次に、Ｆ・θレンズを２個用いた場合の光学系の利点に
ついて説明する。Ｆ・θレンズ１間を田いた従来装置（
＠２図参照）のＦ・θＶ／ＶＳＯ４点距離をｆＯとし、
Ｆ・θレンズを２１固１史用した本装置のに’　ｍθレ
ンズ１６．１６’（第６図、第７図）の、喋点距離をそ
れぞれｆｌ、Ｃ２とし、全走査幅をｔとし、２個のＦ・
θレンズ１６　、１６’による走査幅をそれぞれｔｌ、
Ｃ２とし、実用最大走査角（画角）をθｍａｘとすると
、これら各要素間の関係は前記の（２）式と次式（５）
に示される。

＝＝　、ｆ　Ｏ＊θｍａｘ　　　　　　　　　Ｏ）ここ
で、ｆ１＝ｆ２とすれば２個のＦ・θレンズ１６と１６
′の像面１ａ上での走査速変が同じになる。このことは
印字の制御を容易化する。従って、上記１５１式におい
て、ｆ１＝７２とすれば次式（６）と（７）が得られる
。

ｔ＋　−Ｃ２二−二Ｊ”０・θ品ａ％　　　　１６）ｆ
〇 八ｆ１＝ｆ２−−　　　　　　　　　（７）従って、（
７）式が示すように、本装置のＦ・θレンズ１６　、１
６’の焦点距１帷ｆ１．／２は従来装置（第２図）のＦ
・θレンズ５の焦点距離Ｊ゛０　の半分でよいことがわ
かる。

次に、Ｆ・θレンズに入射するコリメート光のビーム径
ｄと（象面上でのビーム・スポットｆ４ｄｓｐとの関係
を説明するっ走査光学系の解権度は像面上でのスボッ）
　滉ｄ　Ｓｔ）によって決められる。ビーム径（ｌは、
ビームのガウス分用を仮定すると次式１式％ 但シ、λ：入射コリメート光の波１蔓 ｆ二Ｆ・θレンズの焦点距離 ここで、１菫来装置（・３８２図）に訃ける入射コリメ
ートビーム径をｄｏ、そして、本発明の装置における入
射コリメートビーム径−１ｄ１　とすると（８１式より
次式１゛９）が得られる。

４　　　λｆ１ ｄｌ　　　Ｊｌ 従って、（７）式と（９）式より次式（ｌｌが得られる
。

Ｏ ｄ１ニー　　　　　　　　　　　　　　　ｉ１１、Ｃ１
式が示すように、本発明の装置における入射コリメート
ビーム径ｄ１　　は従来装置における入射コリメートビ
ーム径ｄＯの半分でよいことが分る。

次に、１８）式を変形すると次式ａ１が得られる。

ナノバーの値であって、ｐ＝−Ｊで示される。従ってＣ
１１式は次式（ロ）に変形することができる。

ｄｓｐニーλＦ　　　　　（６） π 前述のようにこのｄａｐの大きさは解像度の要否を決定
する。従って０埠式は、Ｆの大白さで解像度が決まるこ
とを示している。また、（６）式はレンズ収差がない場
合の理論的な式である。従って、実際のレンズ設計の際
には、解像度を一式の理論値に近づけるために球面収差
を補正する必要がある。

一般にＦが−”ｚである場合には、焦点距離ｆが長いと
きよりも短いときの方が球面収差の補正が容易であり、
さらに池の収差の補正に関しても同様である。

次に、回転多面鐘４の大きさについて第４図を参照して
説明する。同図において入射コリメートビーム７の直径
をｄｉ　とした場合、最少限必要な回転多面鏡４の半径
？’ｉｎは次式に）で示される。

ｄｉ 出し、Φ　：入射光７と光軸５ａのなす鴻ψｒｎａｘ：
　ユニ ｌｎ二回転鏡鏡面ａの個数 θｍａｘ　：実用最入走査角 上記（転）式はｒｍがｄｉ　　に比例することを示して
いる。すなわち入射コリーメートビーム径ｄｉ　　の大
きさは回転多面＠！４の外径（２ｒｍ）の大きさを決定
することになる。従って、前記０１式が示すように、本
装置にｐける入射コリメートビーム径ｄ１は従来装置に
おけるビーム径ｄＯの半分でちるので本装置の回転多面
幌２１（第６図、第７図）は大巾に小型化することがで
きる。

また、回転多面＠２１（第６図、第７；図）は個々の鏡
面２１ａの倒れ誤差が製作上問題となる。

鏡面２１ａの倒れをψｔとすれば像面１ａｌ’における
結像点の位置ずれ誤差εは ａ＝ｆ１ｔａｎｆｔ与ｆ１ψｔ　　、’、ψｔ”＝−１ である１、ｆｌ　　はＦ・θレンズの焦点距離である。

し１ヒがって、焦点距離が小さいほど鏡面の倒れ誤差の
許容範囲が大きくなり、−転読の製作上有利である。

以上、詳細に述べたように２個のＦ・θレンズ１６　、
１６’を用いた場合は数多の利点がある。しかし、実用
上は第５図に示すように、２個のＦ・θレンズ１６　、
１６’のそれぞれの光軸１６ａと１６ａは７行で像面１
ａに入射する必四がある。

この場合、同図に示すようにＦ・θレンズ１６゜１６′
によるそれぞれの走査区分ｔ１，１．２がオーバラップ
するのでこの状−Ｓ！では２１固のｌ、＋　ＩＩθ１／
ンズ１６　、１６’を用いる利点が失わｔ′ｌる。この
オーバラップを解消するために回転鏡２１を非常に大き
くし７て、光軸１６ａと１６ａ′との間隔を全走査幅ｔ
の約半分まで大さくすることが考えられ乙。しかし、こ
のように回転鏡２１を大型化すること（ま実際上は不ｒ
Ｘｒ能である。そこで本発明の装置では、Ｆφθレンズ
１６　、１６’それぞれの後方に反射用の平面鏡を配置
して上記オーバラップの間禰を解消して（・する。すな
わち第６図の第１実殉例は第５図に示す光学系に追加し
て、１゛・θレンズ１６゜１６′それぞれの後方に反射
「目平間境１７．１８と１７’、　１８’４それぞれ配
置したものである。これらの平面鏡１７．１８と１７’
、　１８’はそ７′ｌぞれ２枚−組でｉ＋１・θレンズ
１６　、１６’にそれぞれ対応して配置されて上記オー
バラップの問題を解消する役目をしている。また、第７
図に示す第２笑施例はレーザプリンタに適用した場合の
ものである。

この実施例では、各々のＦＩＩθレンズ１６．１６’の
後方にそれぞれ１枚の平面鏡１９　、１９’か″′配装
されている。この場合は平面鏡１９　、１９’がＦ・θ
レンズ１６　、１６’それぞれに対して１枚で前記第１
実施例の平面鏡と同じ役割をしている。

（７）発明の効果 以上、詳細に説明したように、本発明の光走査装置は全
走査幅を分担１−て走査する２個の走査用レンズをよん
で構成することによ如きわめて小型化し得るという効果
がある。言い換えると小型であるにもかかわらず広い走
査幅を走査できるという効果大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光走査装置を露光装置として備えたレー
ザプリンタの概略図、第２図は第１図の光走査装置の光
学系の平面図、第３図はＦ・θレンズの原理を説明する
ための図、ｆｇａ図と第５図は本発明の詳細な説明する
ための図、第６図は本発明の第１実施例の斜視図、第７
南は本発明の第２実画例の一面図、第８図は第７図に示
す装置の斜視図である。 １　＊ｅ＊働７．トコンドラム、　　１Ｂｍｍ、−像面
、１５１５’・・・・半導体レーザ、１６，１６／・■
拳ｌＩＦ・θレンズ、　　１６ａ、１６ａ　Φ・・・光
軸、１７．１７’、１’８．１８’、１９．１９’・・
・・反射用平面鏡、　　２０，２Ｑ’＊＊働・コリメー
トレンズ、２１・・・・回転多面鏡、　　２１ａ・・・
・回転鋺面、ｔ・・・・全走査幅、１１．ｔ２・・・・
　分割走査幅。 特許出願人 繍士通株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　内　１）辛　男 弁理士　山　口　昭　之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　回転多面鏡と走査用レンズ系を有し、前記回転多面
   鏡に入射する平行光線を像面上に走査結像させる光走査
   装置誰において、前記回転多面鏡の周囲に個々の光源を
   接備する２個の走査用レンズ系を配置すると共に、前記
   各走査用レンズ系の後方にそれぞれ反射鏡を設置して、
   これらの反射鏡から像面上に投射される照射光の像面上
   における走査方向が実質的に相互に平行となるように前
   記各反射鏡を配列シフ、これによって前記各走査用レン
   ズ系のもつ走査幅をそれぞれｔｌ　　とｔ２　とすると
   き走査光学系全体の走査１ｌｌａｔがほぼｔ＝ｔ＋＋ｔ
   ２になるようにしたことを特徴とする光走査装置。 ２、前記２個の走査用レンズの焦点距離が同一であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光走査装
   置。 ３、半導体レーザと半導体レーザの出力光を平行光にす
   るコリメートレンズから成る光源部を２個有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光走査装置。