JPS6353513A - 光偏向装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ビームを被走査媒体上に結像させつつ、該
媒体上を走査させる光偏向装置に関し、特に、光テープ
装置などの光記録再生装置や、或いはレーザプリンタに
用いて好適な光偏向装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の装置では、例えば、「レーザー研究」の第１１巻
、第８号（昭和５８年８月）の第１１項から第２２項に
おいて、「最近のレーザプリンタ技術Ｊ　　（Ｒ、Ａ　
、　Ｓｐｒａｇｕｅ他）として論じられているように、
光源からの光ビームをポリゴンミラーと呼ばれる回転多
面鏡により偏向し、記録部上を平面的あるいは直線的に
走査させている。

また、光ビームを偏向して平面的あるいは直線的に走査
させると、その光ビームの光源から記録部上の光ビーム
照射点までの距離は偏向角によってそれぞれ異なること
になる（何故なら、光源から光ビームの偏向点までの距
離は同じであっても、偏向点から記録部上の光ビーム照
射点までの距離が偏向角によってそれぞれ異なるからで
ある。）ので、この従来技術では、記録部上のどの照射
点においても光ビームが最も収束された状態で照射され
るようにするために、光ビームの焦点距離を偏向角に応
じて変化させることのできるｆθレンズを用い、偏向後
の光ビームを該ｆθレンズを介して記録部に照射するよ
うにしている。

尚、この種の装置として関連するものには、その他、特
開昭３２−１３５７４７号公報が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、ポリゴンミラーを用いている為、光
ビームの復帰時間（光ビームが成る走査線を走査し終え
て、次の走査線を走査し始めるまでの時間）が短いとい
う特長があるが、しかし、ポリゴンミラーは回転部を有
しているので、摩擦やころがりなどの不安定要素が本質
的に存在しており、軸ブレなどが発生し易い。また、面
倒れ（回転軸方向に対する各ミラー面の角度誤差）など
を少なくするために、多面鏡自身の加工精度も高いもの
が必要であり、従って、高価なものとなっている。また
、更にポリゴンミラーは、大きさ自体かなり大きなもの
（直径５ｃＩ１１程度）であって、それを高速度で回転
させるためのモータもそれと同じくらいの大きさのもの
が必要となり、しかも、高速度回転で回転させるために
は、多（の消費電力が必要となる。また、走査速度を上
げるためには、ポリゴンミラーの回転数を上げるか、あ
るいはより多くの面を持つ多面鏡を用いる必要があり、
いずれの場合にもより高価なものとなる。

更にまた、上記した如く走査速度を上げようとした場合
は、偏向角を大きくとれなくなってくる為、所定の走査
幅（即ち、走査線の長さ）を得るにはどうしても、光ビ
ームの偏向点から記録部上の光ビーム照射点までの距離
を長くとる必要があり、その為、装置全体の大きさも大
きくなってしまうという問題がある。

また、この従来技術において用いられるｆθレンズにつ
いても、上記した如き働きをさせるためにそのレンズ面
の形状は複雑である為、設計・製作が容易でなく、従っ
て、高価なものとなり、また、小形・軽量化も難しいと
いう問題がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、
小形・軽量でかつ安価であり、しかも、消費電力が少な
く、高速度の走査が可能な光偏向装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明においては、光源か
らの光ビームをガルバノミラ−あるいは、共振形反射鏡
等の揺動形反射鏡を用いて光を偏向させ、かつ２次元曲
面の反射面を持つ固定反射鏡で反射させた後に記録部上
に結像させるような構成とした。

ここで、上記した２次元曲面とは、成る曲線（例えば、
円弧や高次曲線など）を含む平面に対し垂直方向に沿っ
て、該曲線を移動させた時、該曲線の軌跡によってでき
る曲面のことである。

〔作用〕

本発明による光偏向装置において、上記した揺動形反射
鏡は、揺動軸上に平面鏡が固定されており、例えば、共
振形反射鏡では、揺動軸は弾性的に支持され、電磁的に
駆動される。従って、従来の装置のように回転に伴う摩
擦やころがりなどの不安定要因がなく、軸ブレなどが発
生しない。また多面鏡ではないため、加工精度・組立精
度に基因する面倒れや光軸の傾き発生が少ない。また、
前記固定反射鏡は、例えば、各楕円の第１の焦点・が前
記揺動形反射鏡の反射点であり、各楕円の第２の焦点が
前記記録部上の相異なる任意の照射点であり、かつ、各
楕円の長軸長さがそれぞれ等しい楕円群を用意し、該楕
円群の一包絡線に沿った面を反射面としているため、光
ビームを偏向しても、光源と記録部との光学的な距離が
変化しない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明をレーザプリンタに適用した場合の実
施例を概略的に示した斜視図である。

第１図において、１は記録部、１ｂは記録部１上の走査
線、２は光源、３は光源２からの光ビーム、４は結像レ
ンズ系、５は揺動形反射鏡、５ａは揺動軸、５ｂは平面
鏡、６は偏向された光ビーム、７は固定反射鏡、である
。尚、本実施例では、記録部１として感光性ドラムを用
いている。

第１図に示す様に、半導体レーザなどからなる光源２か
らの光ビーム３は、結像レンズ系４で集光されたのち、
揺動形反射鏡５で偏向される。偏向された光ビーム６は
、後述する様な２次元曲面の反射面を持つ固定反射鏡７
で反射され、記録部１上の１点に結像し、それにより記
録部１上に情輻がプリントされる。

次に、各部の構成及び動作について更に詳しく説明をす
る。

先ず、光源２および結像レンズ系４であるが、これらは
周知の装置であるので説明は省略する。

次に、揺動形反射鏡５であるが、これは第１図に示す様
に揺動軸５ａと、揺動軸５ａ上に固定される平面鏡５ｂ
とで構成されており、平面鏡５ｂは揺動軸５ａを中心に
して首振り運動するようになっている。具体的に一般に
知られるものとしては、例えば、ＧＥＮＥＲＡＬ　５Ｃ
ＡＮＮＩＮＧ　ＩＮＣ，カタログ（代理店［日本レーザ
Ｊ　ＧＳｒ　８５９−０８）に記載されている様に、ガ
ルバノミラ−１共振形反射鏡などがある。

ガルバノミラ−は、揺動軸５ａが剛体でできており、電
磁的な駆動手段により揺動軸５ａ全体を回して平面鏡５
ｂを回動する。平面鏡５ｂの回動角、言い換えれば光ビ
ームの偏向角は外部からの指示信号により任意に変化さ
せることが可能である。

一方、共振形反射鏡は、揺動軸５ａが弾性体でできてお
り、この揺動軸５ａの共振点におけるねじれ振動を利用
して平面鏡５ｂを回動する。電磁的な手段によりエネル
ギーの供給は行うが、共振現象を利用しているので非常
に少ないエネルギーの供給でもって、大きな振動を得る
ことができる。

以上の様にして構成される揺動形反射鏡５の、回動する
平面鏡５ｂに光ビーム３を当てて反射させることにより
、光ビームは偏向される。

次に、固定反射鏡７について説明する。

第１図に示す固定反射鏡７の反射面は以下の様にして形
成される。

第２図は第１図における固定反射鏡の一具体例を説明す
るための説明図である。

第２図において、軸ＳＬは第１図に示す記録部１の走査
線１ａに対応し、点Ｐ１〜Ｐ７は、それぞれ走査線１ａ
上の各点である。また、点Ｇは揺動形反射鏡５の反射点
、即ち、光ビーム６の偏向点と対応する。

先ず、点Ｇと点Ｐ１を焦点（楕円の焦点）とし、長軸の
長さがＡの楕円を描くと、楕円Ｅ１が得られる。楕円の
性質から言って、楕円Ｅｌ上の任意の点から２つの焦点
Ｇ、ＰＬまでの距離の和は長軸の長さＡに等しくなる。

そこで、今、第２図の紙面に垂直な方向に沿って楕円Ｅ
１を移動させた時にできる楕円Ｅ１の軌跡から成る曲面
（以下、楕円Ｅ１に沿った曲面と称す）を考え、更に、
その曲面の内側が反射面となった反射鏡を考える。

その様な楕円Ｅ１に沿った反射鏡を用いるとすると、点
Ｇから任意の方向に進む光ビームは、明らかに、その楕
円反射鏡で反射されて後、点Ｐ１に到達すると共に、点
Ｇから点Ｐ１までの光路長は常にＡと等しくなる。

次に、点Ｐ２と点Ｇを焦点（楕円の焦点）とし、長軸の
長さがＡの楕円を描くと楕円Ｅ２が得られる。この場合
にも点Ｇから点Ｐ２までの光路長が常にＡとなる。点Ｐ
３〜Ｐ７についても同様で、点Ｇからの光路長が常にＡ
となる楕円Ｅ３〜Ｅ７を得ることができる。

次に、これらの楕円Ｅ　１−Ｅ　７からなる楕円群の包
絡線を考える。包絡線としては２本引け、それぞれ各楕
円Ｅ１〜Ｅ７に順々に接する。

そこで、この具体例では、そのうちの１本の包絡線、即
ち曲線Ｔ−Ｔ　’を選び、紙面垂直方向に沿ってその曲
線Ｔ−Ｔ　’を移動させた時にできる曲線Ｔ−Ｔ　’の
軌跡からなる曲面（以下、曲線Ｔ−Ｔ’に沿った曲面と
称す）を考え、その曲面の凹側か反射面となった反射鏡
を、第１図に示す固定反射鏡７とする。

この様な反射鏡を固定反射鏡７として用いた場合、点Ｇ
からの光ビームの方向を順々に変化させて、曲線Ｔ−Ｔ
’に沿う曲面で反射させることにより、光ビームの結像
点を記録部１の走査線ｌａ上で順々に移動させることが
でき、走査線ｌａ上の各点と光源２との距離（光路長）
は偏向角によらず常に一定とすることができる。従って
、結像レンズ系４としては光ビームに一定焦点距離を持
たせる様なレンズ系を用いるだけで、光ビームを走査線
１ａ上のどの点においても最も収束された状態で照射さ
せることができ、従来の様な焦点距離補正用の光学手段
、例えばｆθレンズなどを用いる必要がない。

次に、第３図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１図にお
ける固定反射鏡の他の具体例を説明するための説明図で
ある。

第３図において、第２図に示す具体例と同様に楕円Ｅ１
〜Ｅ７からなる楕円群を得る。

第３図（ａ）では、この楕円群の内、走査線１ａの端部
Ｐ１とＰ７に対応する楕円Ｅ１とＥｌとに内接する曲線
Ｔ−Ｔ　’を考え、この曲線Ｔ−Ｔ’に沿う曲面の凹側
を反射面とする反射鏡を、固定反射鏡７としている。

一方、第３図（ｂ）では、同様に楕円Ｅ１とＥｌとに外
接する曲線Ｔ−Ｔ　’を考え、この曲線Ｔ−Ｔ’に沿う
曲面の凸側を反射面とする反射鏡を、固定反射鏡７とし
ている。

この第３図（ａ）及び（ｂ）に示す２つの具体例では、
光源２から記録部１上の各点までの光路長に若干の誤差
が発生するが、許容される範囲内である。

尚、この２つの具体例を比較してみると、第３図（ｂ）
の具体例の方のが、第３図（ａ）の具体例に比べ、上記
した誤差をより小さくすることができる。何故なら、図
から明らかな様に楕円Ｅ１とＥｌの交点は、他の楕円Ｅ
２〜Ｅ６のそれぞれの内側（楕円内部）に位置している
為、第３図くｂ）の如く、楕円Ｅ１とＥｌに外接する曲
線では、いくらでも他の楕円Ｅ２〜Ｅ６に近ずくことが
でき、誤差を縮めることができるが、第３図（ａ）の如
き内接する曲線においては、ＥｌとＥｌの交点より外側
には描けないので、一定距離以下には他の楕円Ｅ２〜Ｅ
６に近ずくことができず、誤差をその一定距離以下には
縮めることができないからである。

しかしながら、これら２つの具体例において、上記した
誤差をどうしても補正したいのであれば、光路中に補正
光学系を設ければ良く、その補正光学系としては容易に
類推できるように単純な１枚レンズで構成できる。

ところで、楕円Ｅ１とＥｌに内接または外接する曲線Ｔ
−Ｔ　’は、いくつも描くことができるので、いかなる
大きさの反射面も作くることが可能である。従って、こ
れら２つの具体例では、固定反射鏡７の反射面を小さく
することにより、揺動形成射鏡５の偏向角をより小さく
できるため、偏向精度の確保が容易である。また同時に
、固定反射鏡７の形状も小さくなるので経済的である。

以上の様にして、第１図に示した固定反射鏡７の反射面
は形成される。固定反射鏡７の反射面はいづれも２次元
曲面であるので、実際に作る場合、容易に作成すること
ができる。

以上説明した様に、本実施例では、揺動形成射鏡５を用
いている為、従来の装置におけるポリゴンミラーのよう
に回転に伴う摩擦やころがりなどの不安定要因がな（、
軸ブレなどが発生したすせず、また、加工精度・組立精
度に基因する面倒れや光軸の傾き発生が少ない。また、
揺動形成射鏡５を用いることにより小形・軽量化が図れ
、消費電力も少なくて済み、しかも高速度な走査を行う
ことができる。

また、本実施例では、前述した様に、固定反射鏡７によ
り、光ビームを偏向しても光路長が変化しないため、光
路長を制御するための補正光学系ｆθレンズが不要とな
る。固定反射鏡７の反射面が小さい場合は、揺動形成射
鏡５の偏向角が小さくて良いため、精度の高い揺動形成
射鏡を安価に製作できる。

また、本実施例では、偏向点（揺動形成射鏡５における
点Ｇ）から記録部１の光ビーム照射点までの光路が固定
反射鏡７により折り曲げられた形となるので、装置全体
を小形化することが可能である。

以上本実施例によれば、簡単な構成で高速記録が可能な
ため、小形・軽量で安価なレーザプリンタが実現できる
。

尚、本実施例において、揺動形成射鏡５における平面鏡
５ｂは、前述した様に首振り運動を行っているので、平
面鏡５ｂの角速度は常に変化している。従って、揺動形
成射鏡５によって偏向された光ビーム６による走査速度
も、一定でない場合がある。その様な場合、記録部１に
おいては、走査位置によって、光ビームの照射時間や照
射量などが異ってくるため、印画品質が低下することが
あるが、それは、光ビーム３の変調パルス幅およびパル
ス高さを制御することにより容易に対応することができ
る。

また、揺動形成射鏡５を用いているので、記録部１にお
ける走査方向としては第１図の走査線１ａとして示す様
に左右両方向が考えられるが、左方向に走査する場合だ
けデータを記録するだけでなく、右方向に走査する場合
にもデータを記録するようにすることにより、処理速度
を上げることができる。

次に、第４図は、本発明を光テープ装置に適用した場合
の実施例を概略的に示した斜視図である。

第４図において、光源２からの光ビームは光学系１０を
通過した後、揺動形成射鏡５で偏向され、第２図または
第３図において説明した固定反射鏡７で反射されて光テ
ープ１１上に結像する。

尚、光学系１０としては、コリメートレンズおよび集光
レンズなどの結像レンズ系や、往復光を分離するための
手段や、再生光学手段、或いは光検出器などが設けられ
る。

このような構成とすることにより、小形・軽量で、消費
電力の少い光テープ装置を実現できる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、揺動形成射鏡を用
いることにより、小形・軽量化が図れ、消費電力も少な
くて済み、しかも、高精度かつ高速度な走査を行うこと
ができる。また、固定反射鏡を用いることにより、光ビ
ームを偏向しても光路長が変化しないため、光路長を制
御するための補正光学系ｆθレンズが不要となり、また
、偏向点から光ビーム照射点までの光路が折り曲げられ
た形となるので、装置全体を小形化することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明に用いる固定反射鏡を説明するための説明図、第３図
は本発明による固定反射鏡の他の具体例を説明するため
の説明図、第４図は本発明の他の実施例を示す斜視図で
ある。 符号の説明 １・・・記録部、２・・・光源、３，６・・・光ビーム
、４・・・結像レンズ系、５・・・揺動形反射鏡、７・
・・固定反射鏡 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 ｆｔ５１ 訂針、前

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの光ビームを偏向して被走査媒体上を走査
   させる光偏向装置において、該光ビームを集光し被走査
   媒体上に結像させる結像レンズ系と、或る所定の軸を中
   心にして首振り運動を行う第１の反射面により前記光ビ
   ームを反射して該光ビームを偏向する揺動形反射鏡と、
   偏向された該光ビームを第２の反射面により反射して前
   記被走査媒体上に照射する固定反射鏡と、を有し、前記
   固定反射鏡における第２の反射面を、前記光源から被走
   査媒体上の照射点までの光路長を前記揺動形反射鏡によ
   る光ビームの偏向角によらずほぼ一定とする２次元曲面
   で形成するようにしたことを特徴とする光偏向装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の光偏向装置において
   、前記固定反射鏡における第２の反射面は、各楕円の第
   １の焦点が前記揺動形反射鏡の反射点であり、各楕円の
   該２の焦点が前記被走査媒体上の相異なる任意の照射点
   であり、かつ、各楕円の長軸長さがそれぞれ等しい楕円
   群を用意し、該楕円群の一包絡線を、該包絡線を含む平
   面に対し垂直方向に沿って移動させ、それによりできる
   該包絡線の軌跡から成る曲面であることを特徴とする光
   偏向装置。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の光偏向装置において
   、前記固定反射鏡における第２の反射面は、第１の焦点
   を前記揺動形反射鏡の反射点とし、第２の焦点を前記被
   走査媒体上の照射点のうちの一方の端点とする第１の楕
   円と、該楕円と同じ第１の焦点及び長軸長さをもちかつ
   第２の焦点を前記照射点のうちのもう一方の端点とする
   第２の楕円とを用意し、該第１及び第２の楕円の両者に
   内接または外接する円弧または高次曲線を、該円弧また
   は高次曲線を含む平面に対し垂直方向に沿って移動させ
   、それによりできる軌跡から成る曲面であることを特徴
   とする光偏向装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項または第３項に
   記載の光偏向装置において、前記揺動形反射鏡における
   第１の反射面の角速度に応じて、前記光源における光ビ
   ームの変調幅および高さを変化させるようにしたことを
   特徴とする光偏向装置。