JPH0668578B2 - Light deflection element - Google Patents
Light deflection elementInfo
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- JPH0668578B2 JPH0668578B2 JP60096503A JP9650385A JPH0668578B2 JP H0668578 B2 JPH0668578 B2 JP H0668578B2 JP 60096503 A JP60096503 A JP 60096503A JP 9650385 A JP9650385 A JP 9650385A JP H0668578 B2 JPH0668578 B2 JP H0668578B2
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- light beam
- axis
- light
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Description
【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、光偏向素子、詳しくは回転によって光ビーム
を偏向させる光偏向素子に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a light deflection element, and more particularly to a light deflection element that deflects a light beam by rotation.
(従来技術) 回転によって光ビームを偏向させる光偏向素子として
は、従来、光プリンター等に関連して、回転多面鏡やホ
ログラムディスクが知られている。(Prior Art) As a light deflection element that deflects a light beam by rotation, a rotary polygon mirror and a hologram disk have been conventionally known in relation to an optical printer and the like.
しかし、回転多面鏡やホログラムディスクにより偏向さ
れる光ビームは、偏向の角速度が一定である。従って、
かかる偏向ビームを用いて被走査面を等速走査しようと
する高価なfθレンズが必要となる。また、fθレンズ
を用いる場合、偏向点とfθレンズ位置と被走査面との
位置関係が一義的に定まってしまうため、設計条件がか
わると、それに応じてfθレンズを一々設計しなおさな
ければならない。However, the light beam deflected by the rotating polygon mirror or the hologram disk has a constant angular velocity of deflection. Therefore,
An expensive fθ lens is required to scan the surface to be scanned at a constant speed using such a deflected beam. Further, when the fθ lens is used, the positional relationship among the deflection point, the fθ lens position, and the surface to be scanned is uniquely determined. Therefore, if the design conditions change, the fθ lens must be redesigned accordingly. .
(目的) 本発明は上述の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、素子自体がfθ特性を有する光偏向素
子の提供にある。(Purpose) The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical deflecting element having an fθ characteristic in the element itself.
(構成) 以下、本発明を説明する。(Structure) Hereinafter, the present invention will be described.
第1図は、本発明による光偏向素子の一例を示す。第1
図(I)は平面図、第1図(II)は側面図である。この
例に即して、本発明の特徴を説明する。第1図で、符号
10は光偏向素子を示している。FIG. 1 shows an example of a light deflection element according to the present invention. First
FIG. 1 (I) is a plan view and FIG. 1 (II) is a side view. The features of the present invention will be described with reference to this example. In FIG. 1, reference numerals
Reference numeral 10 indicates an optical deflecting element.
光偏向素子10は、全体が透明である。光偏向素子を構成
する透明材としては、ガラス、透明プラスチック、アク
リル、ポリスチロール、ポリカーボネート等を用いるこ
とができる。ガラスを用いるときは研磨で、又樹脂材を
用いるときは、成形によって作製できる。The light deflection element 10 is entirely transparent. As the transparent material forming the light deflection element, glass, transparent plastic, acrylic, polystyrene, polycarbonate or the like can be used. When glass is used, it can be made by polishing, and when a resin material is used, it can be made by molding.
光偏向素子10は、回転軸AXに対しαだけ傾いた斜面10A
を有する。この例ではαは45度であるが、αは45度以外
の角でもよい。The light deflection element 10 has a slope 10A inclined by α with respect to the rotation axis AX.
Have. In this example, α is 45 degrees, but α may be an angle other than 45 degrees.
この斜面10Aに、素子の内側から光ビームLを入射させ
ると、光ビームLは斜面10Aにより反射されて、第1図
(II)に示す如く射出する。なお、斜面10Aの反射率を
高めるために、全反射を利用してもよいし、あるいは斜
面10Aに反射膜を形成してもよい。さて、反射光ビーム
が射出する面10Bは、非円筒面に形成されている。When the light beam L is made incident on the slope 10A from the inside of the device, the light beam L is reflected by the slope 10A and is emitted as shown in FIG. 1 (II). In addition, in order to increase the reflectance of the slope 10A, total reflection may be used, or a reflection film may be formed on the slope 10A. The surface 10B from which the reflected light beam exits is formed as a non-cylindrical surface.
この非円筒面10Bは、側面図第1図(II)に示すよう
に、回転軸AXに平行な方向では無曲率であるが、平面図
第1図(I)が示すように、回転軸AXに直交する面内で
の形状は特殊な面形状となっている。The non-cylindrical surface 10B has no curvature in the direction parallel to the rotation axis AX as shown in the side view FIG. 1 (II), but as shown in the plan view FIG. 1 (I) as the rotation axis AX. The shape in the plane orthogonal to is a special surface shape.
偏向されるべき光ビームLは、第1図(II)に示すよう
に、素子の内側から、斜面10AのP点に入射する。この
例では、光ビームLは回転軸AXに平行に、斜面10Aに入
射しているが、これに限らず、回転軸に対して傾けて入
射させてもよい。ただし、光ビームLの斜面への入射位
置Pは、回転軸AXと斜面10Aとの交点以外の位置でなけ
ればならない。なお、上において、光ビームLの斜面10
Aへの入射位置Pとのべたが、素子10の回転により、こ
の入射位置Pは斜面10Aに対しては相対的に変化する。
斜面10Aに入射する光ビームLと回転軸AXとの位置関係
は不変である。The light beam L to be deflected enters the point P on the slope 10A from the inside of the element as shown in FIG. 1 (II). In this example, the light beam L is incident on the inclined surface 10A in parallel with the rotation axis AX, but the invention is not limited to this, and the light beam L may be incident with an inclination with respect to the rotation axis. However, the incident position P of the light beam L on the slope must be a position other than the intersection of the rotation axis AX and the slope 10A. In the above, the slope 10 of the light beam L is
Although it is the same as the incident position P on A, the incident position P changes relative to the slope 10A due to the rotation of the element 10.
The positional relationship between the light beam L incident on the slope 10A and the rotation axis AX is unchanged.
さて、非円筒面10Bは特殊な面形状であるとのべたが、
この非円筒面10Bは、光偏向素子10を等速回転すると
き、この非円筒面10Bから出射する光ビームがfθ特性
をもつように定められるのである。fθ特性とは、偏向
光ビームが所定の平面を走査するとき、主走査方向の走
査速度成分が等速となるような特性をいう。Now, the non-cylindrical surface 10B is said to have a special surface shape,
The non-cylindrical surface 10B is determined so that the light beam emitted from the non-cylindrical surface 10B has the fθ characteristic when the light deflection element 10 is rotated at a constant speed. The fθ characteristic is a characteristic such that when the deflected light beam scans a predetermined plane, the scanning velocity component in the main scanning direction becomes constant velocity.
そこで、光偏向素子10に関し、回転軸AXの方向をZ方向
として、第2図の如くxy座標を定める。xy座標は空
間に固定的とし、このxy座標に対し、第2図の如き態
位にあるときを、光偏向素子10の基準態位とする。基準
態位にあるとき、光ビームは、x軸上を通って、非円筒
面10Bから射出することは容易に理解されよう。次に第
3図に示すように、光偏向素子10がxy座標に対し基準
状態から角θだけ傾いた状態を考えてみる。Therefore, with respect to the light deflection element 10, the direction of the rotation axis AX is set to the Z direction, and the xy coordinates are determined as shown in FIG. The xy coordinates are fixed in space, and when the xy coordinates are in a position as shown in FIG. It will be readily understood that when in the home position, the light beam passes on the x-axis and exits the non-cylindrical surface 10B. Next, as shown in FIG. 3, consider a state in which the light deflection element 10 is tilted by an angle θ from the reference state with respect to the xy coordinates.
P点において、斜面10Aより反射された光ビームLは、
素子内部においては、x軸に対して角θだけ傾いている
が、非円筒面10Bから射出する際、屈折により、角βだ
け方向を転ずる。従って、素子10を角θだけ回転する
と、非円筒面10Bから射出する光ビームは、角(θ−
β)だけ偏向する。At point P, the light beam L reflected from the slope 10A is
Inside the element, it is inclined by an angle θ with respect to the x-axis, but when emitted from the non-cylindrical surface 10B, it is deflected by an angle β due to refraction. Therefore, when the element 10 is rotated by the angle θ, the light beam emitted from the non-cylindrical surface 10B has an angle (θ−
Bias only.
角βの値は、非円筒面10Bの形状、光偏向素子の屈折
率、回転軸AXと、これに平行に入射する光ビームLとの
間の距離De(第2図参照)によって、一義的に、θの函
数として定まるので、これらを適当にえらんで、偏向光
ビームがfθ特性を持つようにすることができるのであ
る。The value of the angle β is unique depending on the shape of the non-cylindrical surface 10B, the refractive index of the light deflection element, and the distance De (see FIG. 2) between the rotation axis AX and the light beam L incident parallel thereto. In addition, since it is determined as a function of θ, it is possible to appropriately select these so that the deflected light beam has the fθ characteristic.
第2図は、光偏向素子の標準状態を示す。x軸は、光偏
向素子10の回転軸を含む対称面内において、回転軸に直
交する方向の座標軸であり、素子10は、x軸と回転軸と
で定まる平面に対し面対称である。y軸は、回転軸とx
軸とに直交する軸である。このとき、非円筒面10Bは、
図面に直交する方向へは同一の形状であり、x,y座標
の関数関係により表すことができる。FIG. 2 shows a standard state of the light deflection element. The x-axis is a coordinate axis in the direction orthogonal to the rotation axis in the symmetry plane including the rotation axis of the light deflection element 10, and the element 10 is plane-symmetric with respect to the plane defined by the x-axis and the rotation axis. The y-axis is the rotation axis and x
It is an axis orthogonal to the axis. At this time, the non-cylindrical surface 10B is
The shapes are the same in the direction orthogonal to the drawing, and can be represented by a functional relationship of x and y coordinates.
非円筒面10Bの形状を表す上記関数関係を、偏向光ビー
ムが実質的なfθ特性、即ち、等速光走査に実用上支障
なく用いる程度のfθ特性を実現するように決定するの
である。The above-mentioned functional relationship representing the shape of the non-cylindrical surface 10B is determined so that the deflected light beam realizes a substantial fθ characteristic, that is, an fθ characteristic that can be practically used for constant velocity optical scanning without any practical problem.
以下に具体的な実施例をあげる。Specific examples will be given below.
α=45°、素子材料の屈折率を1.5、上記Deを2mmと
し、非円筒面10Bの形状を、第2図に示す標準状態で、 |x|=f−(ay10+by8+cy6+dy4+ey2) (1) とあらわし、定数a,b,c,d,e,fの値を種々に選んで、f
θ特性を調べたところ、 a=−2.085×10-6,b=1.215×10-4、c=−3.102×1
0-4,d=2.082×10-2,e=1.307×10-6,f=1とし
たときに、良好なfθ特性を得ることができた。alpha = 45 °, 1.5 the refractive index of the element material, the De and 2 mm, the shape of the non-cylindrical surface 10B, in the standard state shown in FIG. 2, | x | = f- (ay 10 + by 8 + cy 6 + dy 4 + ey 2 ) (1), and select various values of constants a, b, c, d, e, f, and f
When the θ characteristics were examined, it was found that a = −2.085 × 10 −6 , b = 1.215 × 10 −4 , c = −3.102 × 1
When 0 −4 , d = 2.082 × 10 −2 , e = 1.307 × 10 −6 , and f = 1, good fθ characteristics could be obtained.
x,yの単位は1mmである。第2図に示す基準態位にお
いて非円筒面10Bとx軸との交点x0は、(1)式でy=0と
して与えられるから、x=fであり、f=Pより、回転
軸AXとx0との距離は1mmである。The unit of x and y is 1 mm. The intersection x 0 between the non-cylindrical surface 10B and the x-axis in the reference posture shown in FIG. 2 is given as y = 0 in the equation (1), and therefore x = f, and from f = P, the rotation axis AX The distance between and x 0 is 1 mm.
第4図に、光偏向素子10による光ビームLの偏向の様子
を示す。光偏向素子10が矢印方向へ回転するにつれて、
偏向光ビームは、第4図(I),(II),(III)のよ
うに変化する。すなわち、素子10の回転角がθの時、光
ビームの位置は被走査面PL上でA点にあり(第4図
(I))、θ=0のときはC点にあり(第4図(I
I))、回転角θ′のときはB点にある。一般に、第4
図(I)に示すように、回転角θのとき、被走査面PL上
で、C点とA点との間の距離をS(θ)とする。光偏向
素子が、完全なfθ特性をもつならば、S(θ)=θ・
L0である。ただし、L0は偏向点すなわちP点と被走査面
PLとの間の距離である。FIG. 4 shows how the light beam L is deflected by the light deflector 10. As the light deflection element 10 rotates in the direction of the arrow,
The deflected light beam changes as shown in FIGS. 4 (I), (II), and (III). That is, when the rotation angle of the element 10 is θ, the position of the light beam is at point A on the surface PL to be scanned (FIG. 4 (I)), and when θ = 0, it is at point C (FIG. 4). (I
I)), at the rotation angle θ ′, it is at point B. Generally, the fourth
As shown in FIG. 1I, when the rotation angle is θ, the distance between points C and A on the surface PL to be scanned is S (θ). If the light deflection element has perfect fθ characteristics, S (θ) = θ ·
L 0 . However, L 0 is the deflection point, that is, the point P and the surface to be scanned
It is the distance from PL.
そこで、 をもってfθ特性値と称する。理想のfθ特性では、f
θ特性値(2)はθの値に拘らず常に0である。Therefore, Is referred to as fθ characteristic value. In the ideal fθ characteristic, f
The θ characteristic value (2) is always 0 regardless of the value of θ.
上記実施例のfθ特性を第5図に示す。縦軸は、偏向角
すなわち光偏向素子10の回転角θと補正角βの差(θ−
β)、横軸は上記(2)式で示されるfθ特性値である。
曲線5−1はL0=200mmに対するものであり、曲線5−
2はL0=300mmに対するものである。L0=200mmのときは
θ−β=31.4°まで0.074%(0.18mm),L0=300mmのと
きはθ−β=21.4°まで0.023%(0.055mm)と、すぐれ
たfθ特性を示し、L0の値の変化に拘らず、同一の光偏
向素子を使用できる。The fθ characteristic of the above embodiment is shown in FIG. The vertical axis represents the deflection angle, that is, the difference between the rotation angle θ of the light deflection element 10 and the correction angle β (θ−
β) and the horizontal axis are the fθ characteristic values represented by the above equation (2).
Curve 5-1 is for L 0 = 200 mm and curve 5-
2 is for L 0 = 300 mm. When L 0 = 200 mm, θ−β = 31.4 ° up to 0.074% (0.18 mm), and when L 0 = 300 mm, θ−β = 21.4 ° up to 0.023% (0.055 mm), showing excellent fθ characteristics. The same light deflection element can be used regardless of the change in the value of L 0 .
(効果) 以上、本発明によれば、新規な光偏向素子を提供でき
る。この光偏向素子は素子自体がfθ特性を有している
ので、高価なfθレンズを必要としないで被走査面の等
速走査が可能であり、光プリンター等のコストを低減で
きる。また、偏向点の被走査面の距離が変化しても、す
ぐれたfθ特性を有するので、光走査装置の設計変更が
容易となる。(Effect) As described above, according to the present invention, a novel optical deflector can be provided. Since the light deflecting element itself has the fθ characteristic, the surface to be scanned can be scanned at a constant speed without the need for an expensive fθ lens, and the cost of the optical printer or the like can be reduced. Further, even if the distance of the surface to be scanned at the deflection point changes, the excellent fθ characteristic is provided, so that the design change of the optical scanning device becomes easy.
第1図は本発明の一実施例を説明するための図、第2図
ないし第4図は上記実施例による光偏向を説明するため
の図、第5図は実施例のfθ特性を示す図である。 10…光偏向素子、10A…斜面、AX…回転軸、10B…非円筒
面、L…光ビーム。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 are diagrams for explaining light deflection according to the above-mentioned embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing an fθ characteristic of the embodiment. Is. 10 ... Light deflection element, 10A ... Slope, AX ... Rotation axis, 10B ... Non-cylindrical surface, L ... Light beam.
Claims (1)
であって、全体が透明であり、所定の回転軸のまわりに
回転可能で、上記回転軸に対して傾く斜面を有し、この
斜面に、素子内部から光をあてるとき反射光が射出する
面が非円筒面に形成されており、 上記回転軸を含む対称面内で、回転軸に直交する方向に
x軸を取り、上記回転軸とx軸とに直交する方向にy軸
を取り、回転軸の位置を原点とする上記非円筒面の形状
を、定数:a,b,c,d,e,fを用いて、 |x|=f−(ay10+by8+ cy6+dy4+ey2) と表すとき、 上記回転軸と斜面との交点以外の所定の位置へ、素子内
側から定方向的に光ビームを照射しつつ、素子を回転軸
のまわりに等速回転させるとき、上記非円筒面から射出
する、上記斜面による反射光ビームが実質的なfθ特性
を有するように、上記定数:a〜fの値を定めたことを
特徴とする、光偏向素子。1. An optical element that deflects a light beam by rotation, is entirely transparent, is rotatable about a predetermined rotation axis, and has an inclined surface inclined with respect to the rotation axis. The surface from which reflected light is emitted when light is applied from the inside of the element is formed as a non-cylindrical surface, and the x axis is taken in the direction orthogonal to the rotation axis in the symmetry plane including the rotation axis, and The y-axis is taken in the direction orthogonal to the x-axis, and the shape of the non-cylindrical surface whose origin is the position of the rotation axis is calculated using constants: a, b, c, d, e, f, | x | = f- (ay 10 + by 8 + cy 6 + dy 4 + ey 2) and to represent, to a predetermined position other than the intersection between the rotation axis and the slope, while irradiating the directed manner the light beam from the element inside the element When rotating at a constant speed around the rotation axis, the light beam reflected by the inclined surface, which is emitted from the non-cylindrical surface, is substantially An optical deflecting element, characterized in that the values of the constants: a to f are determined so as to have a typical fθ characteristic.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60096503A JPH0668578B2 (en) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Light deflection element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60096503A JPH0668578B2 (en) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Light deflection element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61254920A JPS61254920A (en) | 1986-11-12 |
| JPH0668578B2 true JPH0668578B2 (en) | 1994-08-31 |
Family
ID=14166909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60096503A Expired - Lifetime JPH0668578B2 (en) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Light deflection element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668578B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2591257B2 (en) * | 1989-07-04 | 1997-03-19 | 松下電器産業株式会社 | Rotating mirror |
-
1985
- 1985-05-07 JP JP60096503A patent/JPH0668578B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61254920A (en) | 1986-11-12 |
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