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JPH07101257B2 - Optical scanning device - Google Patents
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JPH07101257B2 - Optical scanning device - Google Patents

Optical scanning device

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JPH07101257B2
JPH07101257B2 JP23853087A JP23853087A JPH07101257B2 JP H07101257 B2 JPH07101257 B2 JP H07101257B2 JP 23853087 A JP23853087 A JP 23853087A JP 23853087 A JP23853087 A JP 23853087A JP H07101257 B2 JPH07101257 B2 JP H07101257B2
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polygon mirror
mirror
fixed mirror
scanning device
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和則 村上
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    • G02B5/08Mirrors
    • G02B5/09Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ポリゴンミラーを用いたポストオブジエクト
型の光走査装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a post-object type optical scanning device using a polygon mirror.

従来の技術 レーザープリンタ等に用いられる光走査装置には、ビー
ムが収束レンズにより集束光束とされた後に光偏向器に
入射されるポストオブジエクト型の光走査装置と、偏向
器により偏向された後に集束レンズを通るプレオブジエ
クト型の光走査装置とが知られている。
2. Description of the Related Art An optical scanning device used in a laser printer or the like includes a post-object type optical scanning device in which a beam is made into a convergent light beam by a converging lens and then enters a light deflector, and after being deflected by a deflector. A pre-object type optical scanning device that passes through a focusing lens is known.

これらのうち、プレオブジエクト型の光走査装置は収束
レンズにより像面湾曲やfθ特性を補正し易く、収束位
置を平面とすることも容易であるために現在多く用いら
れている。しかしながら、収束レンズは偏向角をカバー
した広角レンズとして構成しなければならないため、そ
の構成が複雑となり、高価になる傾向がある。このよう
なことから簡単な構造の収束レンズを用いる必要がある
場合には、ポストオブジエクト型が選択される。
Among them, the pre-object type optical scanning device is currently widely used because it is easy to correct the field curvature and the fθ characteristic by a converging lens and it is easy to make the converging position a plane. However, since the converging lens must be configured as a wide-angle lens that covers the deflection angle, the configuration tends to be complicated and expensive. For this reason, the post-object type is selected when it is necessary to use a converging lens having a simple structure.

発明が解決しようとする問題点 ポストオブジエクト型の光走査装置は、収束レンズの構
成は簡単になるが、収束点が一般に湾曲した面上にあ
る。そのため、像面湾曲を補正しなければならない。
Problems to be Solved by the Invention In the post-object type optical scanning device, the converging lens has a simple structure, but the converging point is generally on a curved surface. Therefore, the curvature of field must be corrected.

そこで、特開昭61-156020号公報に記載されているよう
に、ポリゴンミラーの反射面を球面又は円筒面とするこ
とにより像面湾曲を小さくすることが行われている。こ
れにより、像面湾曲の補正は実用上問題のないところま
で行われているが、走査非直線性の補正まで行うことは
できず、電気的手段によりその走査非直線性の補正を行
つているものである。例えば、レーザープリンタ等では
信号のクロツクを連続的又は段階的に変化させる等の手
段により補正を行なつている。
Therefore, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 61-156020, the curvature of field is reduced by making the reflecting surface of the polygon mirror a spherical surface or a cylindrical surface. As a result, the field curvature is corrected to the point where there is no practical problem, but the scanning non-linearity cannot be corrected, and the scanning non-linearity is corrected by electrical means. It is a thing. For example, in a laser printer or the like, correction is performed by means such as changing the clock of the signal continuously or stepwise.

問題点を解決するための手段 光を集束して偏向器に入射する光源系と、反射面が凸の
楕円筒面であるポリゴンミラーと、このポリゴンミラー
と走査面との間に配設され断面が入射ビームに対し凹と
なる2次曲面よりなり前記ポリゴンミラーからの光ビー
ムを反射して走査面へ到達させる固定ミラーと、この固
定ミラーと走査面との間に配設されたシリンドリカル光
学素子とよりなり、主走査方向のビームに対する集束作
用が光源系は正、ポリゴンミラーは負、固定ミラーは正
となるように設定する。
Means for Solving the Problems A light source system that focuses light to enter a deflector, a polygon mirror whose reflection surface is a convex elliptic cylinder surface, and a cross section that is arranged between the polygon mirror and the scanning surface. Is a concave curved surface with respect to the incident beam and reflects a light beam from the polygon mirror to reach the scanning surface, and a cylindrical optical element arranged between the fixed mirror and the scanning surface. The focusing action on the beam in the main scanning direction is set so that the light source system is positive, the polygon mirror is negative, and the fixed mirror is positive.

作用 前述の構成により、像面湾曲、特にfθ特性の誤差を最
小とするために光学シミユレーシヨンにより探した一定
の条件を設定することのみにより電気的補正等の他の手
段による補正が不要な光学系を得ることができるもので
ある。
Operation With the above-described configuration, an optical system that does not require correction by other means such as electrical correction by only setting a certain condition found by optical simulation in order to minimize an error in field curvature, particularly the fθ characteristic. Is what you can get.

実施例 本発明の第一の実施例を第1図乃至第4図に基づいて説
明する。まず、光源1のこの光源1から出射する光を集
束する収束レンズ2とにより光源系3が形成されてい
る。前記収束レンズ2はその焦点距離がFであり、S1
焦点を結ぶものである。
Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. First, the light source system 3 is formed by the converging lens 2 that focuses the light emitted from the light source 1 of the light source 1. The converging lens 2 has a focal length of F and focuses on S 1 .

そして、この収束レンズ2からの光は、シリンドリカル
レンズ11aを経てからOを中心として回転するポリゴン
ミラー4の反射面5に照射される。このポリゴンミラー
4は駆動体6により高速駆動されるものであり、その反
射面5は第3図に示す形状をしている。すなわち、反射
面5はその内接円半径R2で2A、2Bを長軸、短軸とする楕
円筒面である。但し、A≧BもしくはA≦Bである。
Then, the light from the converging lens 2 passes through the cylindrical lens 11a and then is irradiated on the reflecting surface 5 of the polygon mirror 4 which rotates about O. The polygon mirror 4 is driven at a high speed by a driving body 6, and its reflecting surface 5 has the shape shown in FIG. That is, the reflecting surface 5 is an elliptic cylindrical surface having an inscribed circle radius R 2 and having 2A and 2B as major and minor axes. However, A ≧ B or A ≦ B.

このようなポリゴンミラー4の反射面5で反射された光
は、固定ミラー7の反射面8により反射され、この反射
面8からの光は走査面9に達する。この固定ミラー7の
反射面8は、O2に中心を置き、楕円の長軸、短軸を2P1,
2P2とする楕円筒面である。但し、P1≧P2もしくはP1≦P
2である。そして、前記固定ミラー7と前記走査面9と
の間には、平面ミラー10とシリンドリカル光学素子とし
てのシリンドリカルレンズ11とが配設されている。
The light reflected by the reflecting surface 5 of the polygon mirror 4 is reflected by the reflecting surface 8 of the fixed mirror 7, and the light from the reflecting surface 8 reaches the scanning surface 9. The reflecting surface 8 of the fixed mirror 7 is centered on O 2 , and the major and minor axes of the ellipse are 2P 1 ,
It is an elliptic cylindrical surface with 2P 2 . However, P 1 ≧ P 2 or P 1 ≦ P
Is 2 . A plane mirror 10 and a cylindrical lens 11 as a cylindrical optical element are arranged between the fixed mirror 7 and the scanning surface 9.

なお、前記固定ミラー7としては、第5図に示すように
O2を焦点とし、その焦点距離をP3とし、平面断面が放物
線となる固定ミラー12を用いても良いものである。
As the fixed mirror 7, as shown in FIG.
It is also possible to use a fixed mirror 12 having O 2 as a focal point, having a focal length of P 3 and having a parabola in a plane cross section.

このような構成において、光源系3からのレーザー光線
は収束レンズ2で収束されてポリゴンミラー4に照射さ
れ、このポリゴンミラー4の反射面5で反射され、固定
ミラー7と平面ミラー10とシリンドリカルレンズ11とを
経て走査面9に達し、その走査面9を走査する。
In such a configuration, the laser beam from the light source system 3 is converged by the converging lens 2 and applied to the polygon mirror 4, is reflected by the reflecting surface 5 of the polygon mirror 4, and is fixed, the plane mirror 10 and the cylindrical lens 11. The scanning surface 9 is reached through the scanning path and the scanning surface 9 is scanned.

しかして、前述の構成によれば、主走査方向のビームに
対する集束作用が、光源系3は正、ポリゴンミラー4は
負、固定ミラー7は正となるものである。
Thus, according to the above-described configuration, the focusing action on the beam in the main scanning direction is such that the light source system 3 is positive, the polygon mirror 4 is negative, and the fixed mirror 7 is positive.

この走査面9での像面湾曲とfθ特性とを補正するため
に、光学シユミレーシヨンで探してR2,A,B,P1,P2,P3,F,
S,P,Jの値を種々変えて適当に設定する。ここで、Sは
ポリゴンミラー4の中心Oと固定ミラー7の焦点S1との
距離であり、JはO点と固定ミラー7の頂点との距離で
あり、PはO点と走査面9との距離である。
In order to correct the field curvature on the scanning surface 9 and the fθ characteristic, R 2 , A, B, P 1 , P 2 , P 3 , F, F is searched by optical simulation.
The value of S, P, J is changed variously and set appropriately. Here, S is the distance between the center O of the polygon mirror 4 and the focal point S 1 of the fixed mirror 7, J is the distance between the O point and the apex of the fixed mirror 7, and P is the O point and the scanning plane 9. Is the distance.

ついで、第6図及び第7図に基づいて本発明の第二の実
施例を説明する。前記実施例と同一部分は同一符号を用
い説明も省略する。本実施例は、第4図に示す固定ミラ
ー7に対してその反射面8に副走査方向のビームを収束
するために半径R3のトロイダル状の曲率を持たせたもの
である。この場合、固定ミラー7がシリンドリカル光学
素子の作用を行うもので、シリンドリカルレンズ11は省
略される。この場合にも、光学シユミレーシヨンによ
り、R2,A,B,P1,P2,P3,F,S,P,Jの値の他に前述のR3を加
味してそれらを種々変えて適当に設定する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 6 and 7. The same parts as those in the above-mentioned embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In this embodiment, the fixed mirror 7 shown in FIG. 4 has a reflecting surface 8 having a toroidal curvature with a radius R 3 in order to converge the beam in the sub-scanning direction. In this case, the fixed mirror 7 acts as a cylindrical optical element, and the cylindrical lens 11 is omitted. Also in this case, the optical simulation allows the values of R 2 , A, B, P 1 , P 2 , P 3 , F, S, P and J to be changed in consideration of R 3 in addition to the above values. Set it appropriately.

つぎに、実例1として各部の定数を次のようにした場合
のポリゴンミラー4の回転角α、走査線の偏向長さl、
主走査方向の像面湾曲、副走査方向の像面湾曲、fθ特
性との関係を第1表に示す。
Next, as an example 1, when the constants of the respective parts are set as follows, the rotation angle α of the polygon mirror 4, the deflection length l of the scanning line,
Table 1 shows the relationship between the field curvature in the main scanning direction, the field curvature in the sub scanning direction, and the fθ characteristic.

ポリゴンミラーの回転角α=±24° 走査線上の偏向長さl=±105.3mm R2=13mm,A=116.83mm B=136.5mm,F=140mm S=36.58mm,J=P=71mm P1=P2−291mm ここで、副走査方向の像面湾曲のデータは、第7図に示
すトロイダル状の凹面による固定ミラー7を用いた場合
のものである。
Rotation angle of polygon mirror α = ± 24 ° Deflection length on scanning line l = ± 105.3mm R 2 = 13mm, A = 116.83mm B = 136.5mm, F = 140mm S = 36.58mm, J = P = 71mm P 1 = P 2 -291mm Here, the data of the field curvature in the sub-scanning direction is the one when the fixed mirror 7 having the toroidal concave surface shown in FIG. 7 is used.

ただし、Sθ=5.7mm、R3=74.72mmである。However, Sθ = 5.7 mm and R 3 = 74.72 mm.

参考までに従来の固定ミラーを用いないポストオブジエ
クト型の光走査装置における同等の走査振幅を持つ一例
を第2表に示す。
For reference, Table 2 shows an example of a conventional post-object type optical scanning device that does not use a fixed mirror and has an equivalent scanning amplitude.

ポリゴンミラー回転角=±16° 偏向長さl=±104.8mm R2=12mm,A=136.7mm B=136.7mm,F=92mm S=38.156mm,P=200.5mm つぎに、実例2として、ポリゴンミラー4が楕円で、固
定ミラー7が第5図に示す放物線筒面である場合を第3
表に示す。
Polygon mirror rotation angle = ± 16 ° Deflection length l = ± 104.8 mm R 2 = 12 mm, A = 136.7 mm B = 136.7 mm, F = 92 mm S = 38.156 mm, P = 200.5 mm Next, as an example 2, a case where the polygon mirror 4 is an ellipse and the fixed mirror 7 is a parabolic cylindrical surface shown in FIG.
Shown in the table.

ポリゴンミラーの回転角α=±26° 走査線上の偏向長さl=±135.44mm R2=11mm,A=119.6mm B=100.0mm,F=200mm S=60.5mm,J=79.5mm P=80.4mm,P3=160.0mm つぎに、実例3として、ポリゴンミラー4が楕円で、固
定ミラー7も楕円である場合を第4表に示す。
Rotation angle of polygon mirror α = ± 26 ° Deflection length on scanning line l = ± 135.44mm R 2 = 11mm, A = 119.6mm B = 100.0mm, F = 200mm S = 60.5mm, J = 79.5mm P = 80.4 mm, P 3 = 160.0mm Next, as Example 3, Table 4 shows a case where the polygon mirror 4 is an ellipse and the fixed mirror 7 is also an ellipse.

ポリゴンミラーの回転角α=±24° 走査線上の偏向長さl=±157.80mm R2=11mm,A=169.11mm B=200.0mm,F=200mm S=59.49mm,J=P=100.0mm P1=400.0mm,P2=383.7mm Sθ=3.95mm,R3=116.26mm 発明の効果 本発明は上述のように、光を集束して偏向器に入射する
光源系と、反射面が凸の楕円筒面であるポリゴンミラー
と、このポリゴンミラーと走査面との間に配設され断面
が入射ビームに対し凹となる2次曲面よりなり前記ポリ
ゴンミラーからの光ビームを反射して走査面へ到達させ
る固定ミラーと、この固定ミラーと走査面との間に配設
されたシリンドリカル光学素子とよりなり、主走査方向
のビームに対する集束作用が光学系は正、ポリゴンミラ
ーは負、固定ミラーは正となるように設定したので、電
気的補正等の他の手段による補正を行うことなく、像面
湾曲、特にfθの誤差を実用に差支えのない程度に改善
した光学系を得ることができ、また、このような機能を
得るための固定ミラーは比較的走査面に近い光路上に設
けることができるため、ポリゴンミラー程の精度を必要
とすることがなく容易に製作することができる、また、
光学系全体として見れば、折り返し回数が増加するた
め、コンパクトに形成することができ、プリンタ等の機
器に利用し易いものである。
Rotation angle of polygon mirror α = ± 24 ° Deflection length on scanning line l = ± 157.80mm R 2 = 11mm, A = 169.11mm B = 200.0mm, F = 200mm S = 59.49mm, J = P = 100.0mm P 1 = 400.0mm, P 2 = 383.7mm Sθ = 3.95mm, R 3 = 116.26mm EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the present invention provides a light source system that focuses light to enter a deflector, a polygon mirror whose reflection surface is a convex elliptic cylinder surface, and an arrangement between the polygon mirror and the scanning surface. A fixed mirror having a quadric surface whose cross section is concave with respect to the incident beam and which reflects the light beam from the polygon mirror to reach the scanning surface, and is disposed between the fixed mirror and the scanning surface. It is composed of a cylindrical optical element, and the focusing action on the beam in the main scanning direction is set so that the optical system is positive, the polygon mirror is negative, and the fixed mirror is positive, so that correction by other means such as electrical correction is performed. It is possible to obtain an optical system in which the field curvature, in particular, the error in fθ is improved to the extent that there is no practical problem, and the fixed mirror for obtaining such a function is on the optical path relatively close to the scanning surface. Be installed in Since it is, it can be easily manufactured without requiring a precision of about a polygon mirror, also,
When viewed as the entire optical system, the number of times of folding is increased, so that the optical system can be formed compactly and is easy to use in equipment such as a printer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の第一の実施例を示す平面図、第2図は
その側面図、第3図はポリゴンミラーの平面図、第4図
は固定ミラーの側面図、第5図は固定ミラーの変形例を
示す側面図、第6図は本発明の第二の実施例を示す側面
図、第7図は固定ミラーの側面図である。 3……光源系、4……ポリゴンミラー、7……固定ミラ
ー、11……シリンドリカルレンズ(シリンドリカル光学
素子)
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view thereof, FIG. 3 is a plan view of a polygon mirror, FIG. 4 is a side view of a fixed mirror, and FIG. FIG. 6 is a side view showing a modified example of the mirror, FIG. 6 is a side view showing the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a side view of the fixed mirror. 3 ... Light source system, 4 ... Polygon mirror, 7 ... Fixed mirror, 11 ... Cylindrical lens (cylindrical optical element)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光を集束して偏向器に入射する光源系と、
反射面が凸の楕円筒面であるポリゴンミラーと、このポ
リゴンミラーと走査面との間に配設され断面が入射ビー
ムに対し凹となる2次曲面よりなり前記ポリゴンミラー
からの光ビームを反射して走査面へ到達させる固定ミラ
ーと、この固定ミラーと走査面との間に配設されたシリ
ンドリカル光学素子とよりなり、主走査方向のビームに
対する集束作用が光源系は正、ポリゴンミラーは負、固
定ミラーは正となるように設定したことを特徴とする光
走査装置。
1. A light source system for converging light to enter a deflector,
A polygon mirror whose reflection surface is a convex elliptic cylinder surface, and a quadratic curved surface which is disposed between the polygon mirror and the scanning surface and whose cross section is concave with respect to the incident beam, reflect the light beam from the polygon mirror. A fixed mirror for reaching the scanning surface and a cylindrical optical element arranged between the fixed mirror and the scanning surface. The focusing action on the beam in the main scanning direction is positive in the light source system and negative in the polygon mirror. The optical scanning device is characterized in that the fixed mirror is set to be positive.
【請求項2】固定ミラーの反射面に副走査方向の凹面状
の曲率を付与し、シリンドリカル光学素子の機能を持た
せたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光走
査装置。
2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the reflecting surface of the fixed mirror is provided with a concave curvature in the sub-scanning direction so as to have a function of a cylindrical optical element.
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