(57)【要約】【課題】簡単な構造で容積の低減されたレーザープリンターに用いるマルチビームレーザースキャン装置の提供。【解決手段】半導体レーザーセット１０、コリメーターレンズセット２０、反射鏡セット３０及びラインスキャンレンズセット４０を経て、結像面となる観光ドラム面６０をスキャンするカラープリンターに対応するマルチビーム(Multi-Beam)レーザースキャン装置(LSU、Laser Scanning Unit)であって、メカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡を複数垂直に重ねて設置した直列配置のマイクロアレー反射鏡セット３０と、反射ビームの走査面における偏差を修正する複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片を同じく垂直に重ねて配置した直列式ラインスキャンレンズ片セット４０をセット合わせて、それぞれ振動式反射鏡が時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対して修正し、複数本のレーザービームを結像面上にて等速率スキャンする。【選択図】図２
0003129659.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーセット、コリメーターレンズセット、メカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡セット、及びＦ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セットから構成され、
半導体レーザーセットは、複数本のレーザービームをそれぞれコリメーターレンズセットへ投射し、
コリメーターレンズセットは、半導体レーザーセットの複数本のレーザービームを受けて、それぞれ平行ビームを形成してメカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡セットへ出射し、且つ各レーザービームの光軸は、メカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡の振動軸心に正確に一致され、
メカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡セットは、振動式マイクロアレー反射鏡を垂直に重ねて配置した直列式構造とし、且つ、各反射鏡はそのマイクロメカトロニクスによる機械的振動により一定の振幅で単振動式振動し、入射したレーザービームをＦ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セットへ反射し、
Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セットは、複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片からなり、且つ複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片は垂直に重ねて配置した直列式構造とし、且つ各Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片はマイクロアレー反射鏡を経由して反射した後のレーザービームに対応して配置されると共に、振動式マイクロアレー反射鏡セットが時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対して修正を行い、レーザービームに結像面上で等速率スキャンをさせ、
以上の構成により、半導体レーザーセットが射出する複数本のレーザービームはそれぞれコリメーターレンズを経由して平行ビームを形成し、更にそれぞれ振動式マイクロアレー反射鏡上へ投射し、更に前記反射鏡の単振動を受けて複数本のレーザービームをそれぞれＦ−Ｓｉｎθレンズ片へ反射させ、更に前記Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片により振動式反射鏡が時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対する修正を行なって複数本のレーザービームをそれぞれ結像面上に投射して等速率スキャンを行う、
ことを特徴とするマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項２】
前記Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片は、メカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡が単振動方式によってレーザービームを反射することにより結像面上の光点間隔が時間と共に増減する非等速率スキャン現象が発生することに対して、時間経過に伴ない正弦関係を成す角度変化量に対して修正を行い、マイクロメカトロニクスによる単振動反射鏡の結像面上の光点間隔を時間経過に伴って増減する非等速率スキャン現象から等速率スキャンに修正することを特徴とする請求項１記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項３】
前記Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片が、単式レンズ片構造、または双式レンズ片構造、または複合式レンズ片構造である請求項１記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項４】
前記半導体レーザーセットが、シングルビーム半導体レーザーまたはマルチビーム半導体レーザーを用いたことを特徴とする請求項１記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項５】
前記コリメーターレンズセットが、複数個のコリメーターレンズを用いると共に、それを垂直に重ねて配置した直列構成であることを特徴とする請求項１記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項６】
前記コリメーターレンズセットが、十分に大きな数値の開口を具えた単数個のコリメーターレンズを用いて構成されたことを特徴とする請求項１記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項７】
前記メカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡の鏡面は適当な縦方向幅を具え、前記反射鏡が、同時に複数本のレーザービームに対応することを特徴とする請求項１記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項８】
コリメーターレンズセットとメカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡セットの間に円柱レンズセットを設置し、コリメーターレンズの各レーザービームを経由してそれぞれ更に円柱レンズに導き、更にメカトロニクスを応用した振動式マイクロアレー反射鏡セットの各反射鏡上へ投射することを特徴とする請求項１記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【請求項９】
前記円柱レンズセットは複数個の円柱レンズを用いると共に垂直に重ねて配置した直列構成としたことを特徴とする請求項８記載のマルチビームレーザースキャン装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、マルチビームレーザースキャン装置に関し、特に、直列配置のマイクロメカトロニクス(MEMS Array)の構造形態を利用し垂直に重ねて設置する微小化直列配置のマイクロメカトロニクス振動式反射鏡セットを構成すると共に、複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片を利用してそれを垂直に重ねて設置しラインスキャンレンズ片セットとし前記直列式反射鏡セットに対応させることにより、カラープリンターの体積を効率的に縮小させ、スキャン効率を向上させるマルチビームレーザースキャン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のレーザービームプリンターLBP(Laser Beam Printer)の応用技術として、米国特許第５１２８７９５号、同第ＵＳ５１６２９３８号、同第５３２９３９９号、同第５７１０６５４号、同第５７５７５３３号、同第５６１９３６２号、同第５７２１６３１号、同第５５５３７２９号、同第５１１１２１９号、同第５９９５１３１号、同第６７２４５０９号、及び特開平４−５０９０８号公報、特開平５−４５５８０号公報等の多くの特許がある。これらの装置において使用するレーザースキャン装置モジュールのほとんどが半導体レーザーのレーザービームを発射し、レーザービームをコリメーターレンズ(collimator lens)を経由し、更にレンズ口径(aperture)を通過して平行ビームを形成し、平行ビームが更に円柱レンズ(cylindrical lens)を通過することを利用し、平行ビームの副スキャン方向(sub scanning direction)Ｙ軸上の広がりを主スキャン方向(main scanning direction)Ｘ軸の平行方向に沿って焦点を結ばせラインイメージ(line image)を形成し、更に高速回転する多面鏡上へ投射する。前記多面鏡上には均等に連続して多面反射鏡が設けられ、それは上記のラインイメージの焦点位置に位置するか、または接近する。また多面鏡を利用してレーザービームの反射方向を制御し、連続する複数の反射鏡が高速回転している時に反射鏡上に射入するレーザービームを主スキャン方向（Ｘ軸）の平行方向に沿って同一の角速度(angular velocity)でＦ−θレンズ片上へ偏向反射できる。前記Ｆ−θレンズ片は、多面鏡の側面に設置され、単レンズ(single-element)構造または双レンズ（または複合レンズ）構造（ＵＳ５９９５１３１の特許図参照）であって、前記Ｆ−θレンズ片は主に多面鏡上の反射鏡を経由して反射しＦ−θレンズ片に入射するレーザービームの焦点を結び楕円形の光点にすると共に結像面(image plane、またはphotoreceptor drum)上に投射させ、ラインスキャン(scanning linearity)の要求を同時に達成する。
【０００３】
然しながら、上記の公知のレーザースキャン装置(LSU、Laser Scanning Unit)は下記の問題が存在する。
（１）、回転式多面鏡の製造は難易度が高く価格が高い為、レーザースキャン装置の製造コストを増加させる。
（２）、一般の多面鏡上の反射面の鏡面のＹ軸の厚みは極めて薄い為、公知のLSU内には円柱レンズを増設し、レーザービームを前記円柱レンズを通過させることにより焦点を結ばせ一本の線（Ｙ軸上で一点になる）にし更に多面鏡の反射鏡上に投射する必要があり、構成部材及びセットみ立て作業工程を増加させる。
（３）、多面鏡の回転騒音は大きく、且つ起動から作業回転速度に至るまで比較的長い時間を必要とし、起動後の待機時間を増加させる。
（４）、公知のレーザースキャン装置が使用するＦ−θレンズ片は多面鏡の軸偏差(deviation)を同時に考慮しなければならず、Ｆ−θレンズ片の設計及び製造上の面倒を相対的に増加させる。
【０００４】
又、カラープリンターLBPが使用するLSUモジュールは同時にラインスキャンの要求を達成する為に同時に複数本(例えば４本)のレーザービームの反射方向を制御しなければならず、例えば米国特許第６７９８８２０号、同第６８３９０７４号、同第６９１４７０５号が使用するLSUモジュールは依然として高速回転多面鏡を利用し複数本のレーザービームの反射方向を制御しており、それは上記の公知のLSUの問題が存在するばかりでなく、その構造及び配置を更に複雑化させ、それが設計の難易度を増加させており、相対的にカラープリンターの体積をも増加させているため、軽量且つ小型の要求に適合していない。
【特許文献１】特開平４−５０９０８号公報
【特許文献２】特開平５−４５５８０号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案は、直列配置のマイクロメカトロニクスの構造形態を利用し、複数個のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡を垂直に重ねて設置し直列配置のマイクロアレー反射鏡セットとし、又Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片を利用し公知のＦ−θラインスキャンレンズ片に置き換え、MEMS単振動式反射鏡が時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対し修正を行えると共に、複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片を垂直に重ねて設置して直列式ラインスキャンレンズ片セットとし、前記直列式反射鏡セットに対応させ、複数本のレーザービームを結像面上で等速率スキャンをさせることにより、カラープリンターの体積を効率的に縮小させ、スキャン効率を向上させるマルチビームレーザースキャン装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本考案は更に、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡に対し単振動方式によりレーザービームを反射させるため、結像面上の光点間隔が時間に伴い増減する非等速率スキャン現象が出現する。そこで、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片を特別に設計し、前記Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片は時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対し修正を行い、微小電気機械単振動反射鏡の結像面上での光点間隔を元の時間と共に増減する非等速率スキャン現象から等速率スキャンに修正し、レーザービームを結像面上に投射して等速スキャンを実施させ、レーザースキャン装置が要求するラインスキャンの効果を達成するマルチビームレーザースキャン装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本考案は更に、前記半導体レーザーセット、コリメーターレンズセット、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット、及びＦ−Ｓｉｎθレンズ片セット等各直列式セット体中でそれぞれ使用する半導体レーザー、コリメーターレンズ、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡、及び直列式Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片の個体数が、一対一に対応し、例えば、１/２/４個の半導体レーザーを利用して４本のレーザービームを発すると共に、４個のコリメーターレンズ、４個のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡、４個のＦ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片を利用しそれと対応してセットみ合わせることにより、各セット体中で使用する各個体の構造を規格化させ、量産化及びセットみ立て作業に有利であるマルチビームレーザースキャン装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本考案は更に、前記半導体レーザーセット、コリメーターレンズセット、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット、及び直列式Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セット等各直列式セット体中でそれぞれ使用する半導体レーザー、コリメーターレンズ、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡、及び直列式Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片の個体数が、必要に応じて適宜にセット合でき、例えば、１つの半導体レーザーを利用しそれぞれ２本のレーザービームを発射させ、更に２つのコリメーターレンズ、２つのメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡、２つのＦ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片を利用しそれと対応し合わせることにより、体積を縮小させると共に、各個体の構成設計及び製造の選択性を増加させ、量産化及びコストダウンに有利であるマルチビームレーザースキャン装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本考案は更に、前記コリメーターレンズセット及びメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セットの間に必要に応じて円柱レンズセットを設置または非設置させることにより、レーザースキャン装置の構成部材及びセットみ立て作業工程を簡易化できるマルチビームレーザースキャン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本考案のマルチビームレーザースキャン装置は、半導体レーザーセット、コリメーターレンズセット、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット、及びＦ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セットからなり、そのうち：半導体レーザーセットは、複数本のレーザービームを発射できると共にそれぞれコリメーターレンズセットへ投射でき、コリメーターレンズセットは、半導体レーザーセットの複数本のレーザービームを受けると共に、それぞれ平行ビームを形成してメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セットへ出射し、且つ各レーザービームの主軸は、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡の振動軸心に正確に合わせてなり、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セットは、複数個のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡を含み、且つ直列配置のマイクロメカトロニクス(MEMS Array)の構造形態を利用し、複数個のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡を垂直に重ねて設置し直列式構造体とし、又各反射鏡はその微小電気機械振動構造を利用し一定の振幅で単振動式振動を行い、入射したレーザービームをＦ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セットへ反射してなり、Ｆ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セットは、複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片を含み、且つ複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片は垂直に重ねて設置し直列式構造体とし、且つ各Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片はメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡を経由し反射した後のレーザービームに対応し、且つＦ−Ｓｉｎθレンズ片はメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セットが時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対し修正を行い、レーザービームに結像面上で等速率スキャンをさせてなり、上記の構造を利用し、半導体レーザーセットが射出する複数本のレーザービームはそれぞれまずコリメーターレンズを経由し平行ビームを形成し、更にそれぞれメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡上へ投射し、更に前記反射鏡の単振動を経由し複数本のレーザービームをそれぞれＦ−Ｓｉｎθレンズ片へ反射させ、更に前記Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片を利用し振動式反射鏡が時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対する修正効果を有し、複数本のレーザービームをそれぞれ結像面上に投射し等速率スキャンを行わせ、レーザースキャン装置が要求するラインスキャン効果を達成する。
【考案の効果】
【００１１】
本考案は少なくとも以下のメリットを達成できる。
（１）、本考案は、カラープリンターの光学発動時に応用し、カラープリンターの体積を効率的に縮小させ、スキャン効率を向上させることができる。
（２）、レーザースキャン装置モジュール内において円柱レンズの設置が必要とされず、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片の光学設計を更に堅固(more robust)且つ更に高公差(higher tolerance)にできる。
（３）、本考案はＦ−Ｓｉｎθレンズ片の設計の際、光学的対称性(symmetric optical field)のみを考慮すればよく、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片の設計及び製造を簡易化できる。
（４）、本考案のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡の単振動は、起動後すぐに作業回転速度に達し、待機時間がほとんどなく、比較的高い回転速度を具えており、それは多面鏡モーターが使用するエアーベアリングモーター(air-bearing motor)より更に高く、よってメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡のスキャン効率が比較的高い。
（５）、本考案のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡の単振動は、一定の振幅において反対方向に振動し、スキャン方向(scanning direction)を双方向に往復させ、同一の回転速度において、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セットの双方向スキャン速度は多面鏡の単方向スキャン速度の２倍になり、スキャン効率が相対的に増加する。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図７は、４本のビームのレーザースキャン装置１を例とし、本考案のマルチビームの直列式LSU１は、半導体レーザーセット１０、コリメーターレンズセット２０、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡(MEMS oscillatory mirror)セット３０、及びラインスキャンレンズ片セット４０を含み、そのうち、前記半導体レーザーセット１０は、４セットのシングルビーム半導体レーザーLD(single-beam laser Diode)１１からなり、図９に示すように、それぞれのシングルビーム半導体レーザー１１は、１つのレーザービームを射出する。また、図１０に示すように、２セットのデュアルビーム半導体レーザー(dual-beam LD)１２を用いる場合は、各デュアルビーム半導体レーザー１２は、２つのレーザービームを射出し、または図１１に示すように、TO-Canが４本のレーザービームを発射する半導体レーザー１３を用いるか、またはマルチビームの半導体レーザーを用いてもよい。本実施例中、４セットのシングルビーム半導体レーザー１１または２セットのデュアルビーム半導体レーザー(dual-beam LD)１２またはTO-Can半導体レーザー１３の４本のレーザービームまたはマルチビームの半導体レーザーは、図１〜４及び図７に示すように、垂直に重ねた配置として、図７中において、各コリメーターレンズ２１はコリメーターレンズホルダー内部の前端に設置し、コリメーターレンズホルダー内部のもう一方の端にはそれぞれ半導体レーザー１１を設置する。
【００１３】
半導体レーザーセット１０が発する４つのレーザービームは、それぞれ前記コリメーターレンズセット２０を経由することにより平行ビームを形成し、前記コリメーターレンズセット２０は複数個のコリメーターレンズ、例えば図１〜４及び図７に示すように４セットのコリメーターレンズ２１からなり、または十分に大きな数値の開口(NA、numerical aperture)を具えた単数個のコリメーターレンズを用いて構成される(図示せず)。十分に大きな数値の口径はそれがマルチビームレーザーの集光能力を具えていることを表し、コリメーターレンズセット２０は半導体レーザーセット１０の４本のレーザービームを受けると共に、平行ビームをそれぞれ形成し更にメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット３０へ投射することができる。本実施例中において、４セットのコリメーターレンズ２１は垂直に重ねて配置することにより、図９に示すようにそれぞれ４本のレーザービーム１対１に対応する。
【００１４】
４つのレーザービームは、コリメーターレンズセット２０を通過した射出した後、それぞれ更に円柱レンズセット５０を経る。前記円柱レンズセット５０は、図１〜４及び図８，図９に示すように、４つの円柱レンズ５１から形成されるか、または図１０に示すように２セットの円柱レンズ５２から形成されるか、又は図１１に示すように１セットの円柱レンズ５３からなる。円柱レンズの主な作用は、前記の平行ビームの副スキャン方向Ｙ軸上の広がりを主スキャン方向Ｘ軸の平行方向に沿って焦点を結ばせて結像面セット６０上でラインイメージ(line image)を形成する。本考案中、高速回転する多面鏡を使用しないことによって、円柱レンズセット５０を、必要に応じて設置または非設置することができ、設置する場合、４個のコリメーターレンズ５１または２セットの円柱レンズ５２または１セットの円柱レンズ５３は、垂直に重ねが配置としてそれぞれ４本のレーザービームに対応することができる。
【００１５】
４つのレーザービームは、円柱レンズセット５０を通過した後、それぞれ前記メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット３０へ射出され、該反射鏡セット３０は、直列配置のマイクロメカトロニクス(MEMS Array)の構造形態を利用し、複数個のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡３１を垂直に重ねて配置する。本実施例中、前記MEMS反射鏡セット３０は、４セットのMEMS反射鏡３１を用いて、それぞれのMEMS反射鏡３１を図１〜４及び図５に示すようにレーザービームに対応させるか、または２つのMEMS反射鏡３２を用いて、MEMS反射鏡３２の鏡面縦向幅（高さ）をMEMS反射鏡３１より大きくし、それぞれのMEMS反射鏡３２を図１０に示すように４本のレーザービームに対応させるか、または１つのMEMS反射鏡３３を用いて、MEMS反射鏡３３の鏡面縦向幅（高度）をMEMS反射鏡３２より大きくし、１つのMEMS反射鏡３３を図１１に示すように４本のレーザービームに対応させる。また、本実施例中、４つのMEMS反射鏡３１，２つのMEMS反射鏡３２または１つのMEMS反射鏡３３を図1〜５及び図１０、図１１に示すように垂直に重ねて配置した直列式構造することにより、マルチビームレーザースキャン装置の体積を効率的に縮小させ、更にはカラープリンターの体積を縮小させ、軽量且つ小型の要求を達成する。
【００１６】
４つのレーザービームは、それぞれ反射鏡セット３０上の複数個の反射鏡３１/３２/３３の単振動を利用して、４本のレーザービームをそれぞれラインスキャンレンズ片セット４０へ反射させ、更に前記ラインスキャンレンズ片セット４０の屈折により、４本のレーザービームをそれぞれ結像面６０上に投射させて等速率のスキャンをさせることにより、レーザースキャン装置が要求するラインスキャン機能を達成する。前記ラインスキャンレンズ片セット４０は、複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片４１を垂直に重ねて配置した直列式構造を採用しており、本実施例中、前記ラインスキャンレンズ片セット４０は４個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片４１を用いるが、図１〜４，図６，図９に示すように、４個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片４１を垂直に重ねて配置した直列式構造として、それぞれのＦ−Ｓｉｎθレンズ片４１は、図９に示すように、屈折後のレーザービームに対応することにより、MEMS反射鏡セット３０に合わせ、マルチビームレーザースキャン装置の体積を効果的に縮小させる。又、前記ラインスキャンレンズ片セット４０は、図１０に示すように２つのＦ−Ｓｉｎθレンズ片４２を用い、又は図１１に示すように、１つのＦ−Ｓｉｎθレンズ片４３を用いる。又各Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片４１/４２/４３は、単レンズ(single-element scanning lens)構造、または双レンズ構造、または複合レンズ構造に設計してよい。
【００１７】
使用時、前記半導体レーザーセット１０は、４本のレーザービームを射出し、４本のレーザービームは、更にそれぞれ前記コリメーターレンズセット２０を経由して平行ビームを形成し、平行ビームは円柱レンズセット５０を経由し、または経由せずに、更にそれぞれメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡(MEMS oscillatory mirror)セット３０の反射鏡上へ投射され、前記メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット３０が一定の振幅で単振動を行うことにより、入射した前記４本のレーザービームの反射方向を制御して、レーザービームを側面に位置するＦ−Ｓｉｎθラインスキャンレンズ片セット４０へ反射させ、更に４本のレーザービームをそれぞれ結像面６０上に投射させ、レーザースキャン装置が要求するラインスキャン効果を達成する。
【００１８】
前記メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット３０の単振動方式に対して、本考案は特にＦ−Ｓｉｎθレンズ片を利用しラインスキャンレンズ片とし、ラインスキャンの要求を達成する。前記Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片４１(４２、４３)の技術的特徴及び作用効果と、公知のＦ−θレンズ片の違いを、以下に説明する。
【００１９】
公知のLSUは回転方式多面鏡を採用して等角速度率回転によりレーザービームの感光ドラム上でのスキャン動作を行なう。この時、レーザービームが多面鏡により反射する角度は下記の式を満たす。
θ（ｔ）＝ω＊ｔ、ω；多面鏡の回転角速度率・・・  Ｅ（１）
【００２０】
図１２、１４に示すように、多面鏡は等角速度率回転を行い、即ちωは定数であり、よって反射角度θは時間ｔに正比例する。換言すれば、等しい時間間隔の下では、反射角度θの時間に伴う変化量も等しくなる。反射されたレーザービームはレンズ片を経由し結像面にて焦点を結び、この時光点がＹ方向にある位置Ｙ’は下記の式を満たす。
Ｙ’＝Ｌｐ＊Ｔａｎ（θ（ｔ））、Ｌｐ；多面鏡の反射鏡面から結像面の距離・・Ｅ（２）
【００２１】
図１４中の点線に示すように、結像面における光点軌跡は時間と共に増加し、一つの光点と次の光点間の間隔も時間と共に増減し、即ち結像面上における光点の速度率は非等速で且つ増減するものであり、この現象はLSUにおいて許されない。  この時、前記レンズ片は焦点を結ぶ作用以外に、光点の非等速運動を修正する作用が必要であり、光点の軌跡を等速率にした修正後の光点位置Ｙ’は下記の式を満たす。
Ｙ’＝Ｆ＊θ（ｔ）、Ｆ；前記レンズ片の焦点距離・・・Ｅ（３）
【００２２】
図１４の実線に示すように、等しい時間間隔が等しい反射角度の変化量に対応し、Ｅ(３)式のように対応させた光点位置Ｙ’は、等間隔の変化である。これら光点の大きさを修正すると同時にその軌跡が等速となるように修正する特殊なレンズ片が、Ｆ−θレンズ片である。また図１４に示すように、光学設計上、このレンズ片は、意図的に”樽型湾曲面(Negative Distortion or Barrel Distortion)”を形成するも
のであり、元のビーム経路(Original Beam Path)をＦ−θレンズ片を経由して写像の中心(Printing Center)へ向かって曲げるため、図１２に示すd１、d２、d３のようにレンズ片に曲げられたビームと元のビームの結像面上における位置に偏差が生じ、中心から外へ向かって徐々に増加する。
【００２３】
本考案は、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡を利用して多面鏡に置き換えるが、メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡の運動方式は単振動であり、回転式多面鏡とは異なり、レーザービームが振動式反射鏡を通過し反射した後の反射角度θと時間ｔの関係は、以下のようである。
θ（ｔ）＝θｓ＊Ｓｉｎ（２πｆ＊ｔ）・・・・Ｅ（３）
ｆ；MEMS Mirrorのスキャン周波数
θｓ；ビームがMEMS Mirrorを通過した後の片側の最大スキャン角度
【００２４】
図１３に示すように、等しい時間間隔の下では、その対応する反射角度の変化量は、等しくなく且つ徐々に減少し、時間経過に伴ない正弦関数を成す関係である。メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡の１度の往復運動は完全な周期であり、図１３に示すように僅か４分の１の周期に過ぎず、この時最大反射角度θｓに到達する。
【００２５】
図１５に示すように、同じ原理により光点の位置Ｙ’もＥ（２）を満たすと共に、Ｅ（４）をＥ（２）に代入し下記の式が得られる。
Ｙ’＝Ｌｍ＊Ｔａｎ（θｓ＊Ｓｉｎ（２πｆ＊ｔ））・・・Ｅ（５）
Ｌｍ；反射鏡面から結像面までの距離
【００２６】
Ｅ（５）式から得られるように、結像面において１つの光点と次の光点の間隔は時間の増加に伴い減少し、即ち結像面における光点の速度率は非等速且つ徐々に減少する。この現象は回転式多面鏡の状況と反対であり、特殊レンズ片を加えてこの現象を修正し、それを結像面において等速率スキャンをさせる必要がある。このレンズ片は、時間と共に正弦関係を成す角度変化量に対して修正を行うが、これとは別に回転式多面鏡に使用するＦ−θレンズ片があるので、これはＦ−Ｓｉｎθレンズ片と称する。光学設計上、このＦ−Ｓｉｎθレンズ片に”糸巻型湾曲面(Positive Distortion or 
Pincushion Distortion)”を形成させるため、即ち元のビーム経路をＦ−Ｓｉｎθレ
ンズ片を経由し写像の終端(Printing End)へ向かって曲げるため、図１３に示すように、Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片に曲げられたビームと元のビームの結像面上における位置にｄ１’、ｄ２’、ｄ３’のような偏差が生じ、中心から外へ向かって徐々に増加する。
【００２７】
図１４，図１５中、光学システム中のレンズ片は全て光点位置を修正する作用があり、その結像面上におけるスキャン速度率を等速率にさせる。  即ち等しい時間間隔において、１つの光点と次の光点の間隔は等しい。更に、参考図１８は”樽型湾曲面”の光学特性を表し、参考図１９は”糸巻型湾曲面”の光学特性を表す。
【００２８】
本考案は、複数個のメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡３１/３２を用いてそれを垂直に重ねて配置した直列式反射鏡セット３０とすると共に、複数個のＦ−Ｓｉｎθレンズ片４１/４２を用いて直列式ラインスキャンレンズ片セット４０を構成する。従来技術は、例えば、米国特許第６７９８８２０号、同第６８３９０７４号、同第６９１４７０５号のように回転式多面鏡及びＦ−θレンズ片を用いたマルチビームのレーザースキャン装置(LSU)構成するため、本考案の構造的特徴は、従来技術と異なる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本考案の好適な実施例の立体図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の局部（外殻を図示せず）の他の視角から見た立体図である。
【図４】図３の他の視角から見た立体図である。
【図５】本考案における直列配置のマイクロメカトロニクス振動式反射鏡セットの実施例の立体図である。
【図６】本考案における直列式Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片セットの実施例の立体拡大図である。
【図７】本考案における直列式コリメーターレンズセットの実施例の立体拡大図である。
【図８】本考案の直列式円柱鏡片セットの実施例の立体拡大図である。
【図９】本考案の直列式円柱鏡片セットの他の実施例の立体拡大図である。
【図１０】本考案の直列式円柱鏡片セットのさらに他の実施例の立体拡大図である。
【図１１】本考案の第２実施例の光学経路図である。
【図１２】本考案の他の実施例の光学経路図である。
【図１３】回転式多面鏡およびメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡と反射した後の反射角度θと時間ｔとの関係図である。
【図１４】回転式多面鏡およびメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡と反射した後の反射角度θと時間ｔとの関係図である。
【図１５】回転式多面鏡およびメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡の光点スキャンの軌跡図である。
【図１６】回転式多面鏡およびメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡の光点スキャンの軌跡図である。
【図１７】回転式多面鏡およびメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡のＬＳＵの光学設計図である。
【図１８】回転式多面鏡およびメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡のＬＳＵの光学設計図である。
【図１９】それぞれ回転式多面鏡およびメカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡がそれぞれＦ−θレンズ片およびＦ−Ｓｉｎθレンズ片を使用して発生した歪曲の光学特性図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ レーザースキャン装置
１０ 半導体レーザーセット
１１，１２，１３ 半導体レーザー
２０ コリメーター鏡セット
２１ コリメーター鏡
３０ メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡セット
３１，３２，３３ メカトロニクスを応用して振動式マイクロアレー反射鏡
４０ ラインスキャンレンズ片セット
４１，４２，４３ Ｆ−Ｓｉｎθレンズ片
５０ 円柱レンズセット
５１，５２，５３ 円柱レンズ
６０ 結像面（感光ドラム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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