JP2002328324A - 走査光学装置 - Google Patents
走査光学装置Info
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Abstract
の影響を小さく抑えることができる走査光学装置を得る
こと。 【解決手段】 光源と、該光源から出射した光束を偏向
する偏向素子と、該光源から出射した光束を該偏向素子
の偏向面において主走査方向に長い線状に結像する結像
光学系と、該偏向素子で偏向された光束を被走査面上に
スポット状に結像する光学系とを有し、結像光学系は少
なくとも2つのレンズ面を有し、少なくとも2つのレン
ズ面は各々、トーリック面であり、且つ、副走査倍率を
一定とするために、少なくとも1つのレンズ面は各々、
副走査面内の曲率がレンズ面の有効部内において軸上か
ら軸外に向って連続的に変化していること。
Description
し、特に光源手段から光変調され出射した光束を回転多
面鏡等より成る光偏向器で偏向反射させた後、fθ特性
を有する結像光学系(fθレンズ)を介して被走査面上
を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電
子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ(LB
P)やデジタル複写機等の装置に好適な走査光学装置に
関するものである。
査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光
変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡(ポリゴン
ミラー)より成る光偏向器により周期的に偏向させ、f
θ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体
(感光体ドラム)面上にスポット状に集束させ、その面
上を光走査して画像記録を行なっている。
である。
散光束はコリメーターレンズ12により略平行光束とさ
れ、絞り13によって該光束(光量)を制限して副走査
方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ
14に入射している。シリンドリカルレンズ14に入射
した平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま平
行光束の状態で射出する。又副走査断面内においては集
束して回転多面鏡(ポリゴンミラー)から成る光偏向器
15の偏向面(反射面)15aにほぼ線像として結像し
ている。
反射された光束をfθ特性を有する結像光学系(fθレ
ンズ)16を介して被走査面としての感光体ドラム18
面上に導光し、該光偏向器15を矢印A方向に回転させ
ることによって該感光体ドラム18面上を光走査して画
像情報の記録を行なっている。
において高精度な画像情報の記録を行なうには被走査面
全域にわたって像面湾曲が良好に補正されスポット径が
揃っていること、そして入射光の角度と像高とが比例関
係となる歪曲収差(fθ特性)を有していることが必要
である。このような光学特性を満たす走査光学装置、若
しくはその補正光学系(fθレンズ)は従来より種々と
提案されている。
ル複写機等のコンパクト化及び低コスト化に伴ない、走
査光学装置にも同様のことが求められている。
レンズを1枚から構成した走査光学装置が、例えば特公
昭61−48684号公報や特開昭63−157122
号公報や特開平4−104213号公報や特開平4−5
0908号公報等で種々と提案されている。
4号公報や特開昭63−157122号公報等ではfθ
レンズとして光偏向器側に凹面の単レンズを用いてコリ
メーターレンズからの平行光束を記録媒体面上に集束さ
せている。又特開平4−104213号公報ではfθレ
ンズとして光偏向器側に凹面、像面側にトロイダル面の
単レンズを用いてコリメーターレンズにより収束光に変
換された光束を該fθレンズに入射させている。又特開
平4−50908号公報ではfθレンズとしてレンズ面
に高次非球面を導入した単レンズを用いてコリメーター
レンズにより収束光に変換された光束を該fθレンズに
入射させている。
装置において特公昭61−48684号公報では副走査
方向の像面湾曲が残存しており、かつ平行光束を被走査
面に結像させている為、fθレンズから被走査面までの
距離が焦点距離fとなり長く、コンパクトな走査光学装
置を構成することが難しいという問題点があった。
レンズの肉厚が厚い為、モールド成型による製作が困難
でありコストアップの要因となるという問題点があっ
た。
差が残存しており、かつ光偏向器であるポリゴンミラー
の取付誤差によりポリゴン面数周期のジッターが発生す
るという問題点があった。
面のfθレンズを用い収差は良好に補正されているもの
の光偏向器と被走査面間における副走査方向の倍率の不
均一性により像高により副走査方向のスポット径が変化
するという傾向があった。
を光偏向器を介してfθレンズにより被走査面上に結像
させる際、該fθレンズのレンズ形状を適切に構成する
ことにより、像高による副走査方向のスポット径の変化
等を防止すると共にコンパクトでしかも高精細な印字に
適した走査光学装置の提供を目的とする。
学装置は、光源と、該光源から出射した光束を偏向する
偏向素子と、該光源から出射した光束を該偏向素子の偏
向面において主走査方向に長い線状に結像する光学系
と、該偏向素子で偏向された光束を被走査面上にスポッ
ト状に結像する結像光学系とを有し、結像光学系は少な
くとも2つのレンズ面を有し、少なくとも2つのレンズ
面は各々、トーリック面であり、且つ、副走査倍率を一
定とするために、少なくとも1つのレンズ面は各々、副
走査面内の曲率がレンズ面の有効部内において軸上から
軸外に向って連続的に変化していることを特徴としてい
る。
前記結像光学系は、少なくとも1つのレンズ面が主走査
面内で非球面形状であることを特徴としている。
おいて前記結像光学系は少なくとも2つのレンズ面を有
し、少なくとも2つのレンズ面は各々、トーリック面で
あり、且つ、副走査倍率を一定とするために、1つのレ
ンズ面は各々、副走査面内の曲率がレンズ面の有効部内
において軸上から軸外に向い光軸を中心として非対称に
変化していることを特徴としている。
明において前記結像光学系は、単レンズよりなることを
特徴としている。
は、請求項1〜4のいずれか一項記載の走査光学装置
と、前記被走査面として感光ドラム面とを有することを
特徴とする。
方向の要部断面図、図2は図1に示したfθレンズの拡
大説明図である。
レーザより成っている。
レンズであり、光源手段1から出射された光束(光ビー
ム)を収束光に変換している。3は開口絞りであり、通
過光束径を整えている。
ルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有し
ており、絞り3を通過した光束を副走査断面内で後述す
る光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像として結像させて
いる。
ー(回転多面鏡)より成る光偏向器であり、モータ等の
駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に一定速度で
回転している。
する1枚のレンズより成るfθレンズ(結像光学系)で
ある。fθレンズ6は後述するように光偏向器5側のレ
ンズ面Raと被走査面側のレンズ面Rbを共に主走査面
内で非球面形状のトーリック面より構成しており、光偏
向器5によって偏向反射された画像情報に基づく光束を
被走査面としての感光体ドラム8面上に結像させ、かつ
該光偏向器5の偏向面の面倒れを補正している。
面Ra,Rbのうち少なくとも一方のレンズ面の副走査
面(光軸を含み主走査面と直交する面)内の曲率を、該
レンズの有効部内において連続的に変化させており、又
fθレンズ6の主走査方向の対称軸を被走査面(感光体
ドラム面)8の法線に対して主走査面内で傾けて構成し
ている。
ラスチック成型により製作しても良く、あるいはガラス
成型(ガラスモールド)により製作しても良い。
した光束はコリメータレンズ2により収束光に変換され
開口絞り3によって該光束(光量)を制限してシリンド
リカルレンズ4に入射している。シリンドリカルレンズ
4に入射した光束のうち主走査断面においてはそのまま
の状態で射出する。又副走査断面においては集束して光
偏向器5の偏向面5aにほぼ線像(主走査方向に長手の
線像)として結像している。そして光偏向器5の偏向面
5aで偏向反射された光束はfθレンズ6を介して感光
体ドラム8面上に導光され、光偏向器5を矢印A方向に
回転させることによって該感光体ドラム8面上を矢印B
方向に光走査している。これにより画像記録を行なって
いる。
性)及び像面湾曲を補正する手段について説明する。コ
リメーターレンズ2から光偏向器5を介してfθレンズ
6に入射する光束は収束光である為、本装置のfθ特性
を満足させる為にはfθレンズ6の主走査面内における
近軸曲率半径を該光偏向器5側から順に各々R1 ,R
2 としたとき、 0<R1<R2 ・・・(1) なる条件を満足させるように設定する。
ズ面Raを光軸近傍で凸のメニスカス形状にし、該レン
ズ面Raと被走査面側のレンズ面Rbとを共に非球面形
状にしている。その非球面形状は像高による副走査方向
のスポット径を揃える為、主走査面内における最大有効
径をYmax、該最大有効径Ymaxにおける近軸レンズ面R
からの非球面量を各々S1,S2としたとき (R1 2−Ymax 2)1/2−R1<S1<0 ・・・(2) S2<(R2 2−Ymax 2)1/2−R2 ・・・・(3) なる条件を満足するようにレンズ形状を決定している。
Sが ρS=cλFS FS:副走査方向のFNo λ :使用波長 c :定数 と表わされることにより、像高による副走査方向のスポ
ット径を揃える為には像高による副走査方向のFナンバ
ー(FNo)のバラツキ、即ち副走査方向の主平面位置の
バラツキを抑えることが必要であるからである。
歪曲収差等を良好に補正するのが難しくなってくるので
良くない。又条件式(2),(3)のいずれか1つでも
外れると副走査方向のスポット径の均一性を図るのが難
しくなってくるので良くない。
(1),(2),(3)を満足するようにfθレンズ6
のレンズ形状を設定することにより、像面湾曲や歪曲収
差等を良好に保ちつつ、副走査方向のスポット径の均一
性を向上させている。
じるジッターを緩和させる手段について図3〜図5を用
いて説明する。
嵌合誤差や回転中心からポリゴン面(偏向面)までの距
離のバラツキ等により、図3に示すように光束を同一偏
向角に偏向する場合でも使用するポリゴン面によって、
その偏向点が前後に変化する。このときポリゴンミラー
5のポリゴン面5aで偏向されfθレンズ6に入射する
光束が平行光である場合は、該光束は像面である感光体
ドラム面上の同一点に結像される。
束が収束光である場合には、該光束は感光体ドラム面上
の同一点に結像されずポリゴン面周期のジッターとなり
画像を劣化させるという問題点がある。
ター量Jは偏向後の2光束のズレ量をh、主走査方向の
横倍率をmとしたとき J=mh と表わされ、横倍率mは更に図5に示すようにfθレン
ズ6の主走査方向(主走査面内)の焦点距離をft、該
fθレンズ6から被走査面(感光体ドラム面)8までの
距離をSkとしたとき m=1−Sk/ft となる。従ってジッター量Jは J=(1−Sk/ft)h と表わすことができる。
ポリゴン面の光束の入射角θi 、該ポリゴン面からの
光束の出射角θe 、そしてポリゴン面の偏心量dをパ
ラメーターとして決定される量であり、
とも取り得る値が限られている為、ズレ量hは略0.0
2〜0.04の範囲内となる。
隔が1ドットの半分以上ズレると視覚的にジッターが目
立つようになる。例えば600dpiの解像力をもつプ
リンターの走査光学装置の場合、ジッター量Jが J=25.4/600/2=0.02mm 以上になると視覚的にジッターが目立つようになる為、
高品位な画像形成を行なう為には主走査方向の横倍率m
を J=mh 0.02≧m×0.04 m≦0.5 0.5以下に抑える必要がある。
すぎるとfθレンズ6と被走査面8との間の距離Skが
長くなる為、装置のコンパクト化に反する。この為両者
を両立させる為には主走査方向の横倍率mを 0.2≦m≦0.5 即ち、 0.2≦1−Sk/ft≦0.5 ・・・(4) なる条件を満たすようにfθレンズ6とコリメーターレ
ンズ2とのパワー配置を行なうことによってポリゴンミ
ラー(光偏向器)5の取付誤差によるジッターを緩和さ
せたコンパクトな走査光学装置を得ることができる。
ッターが視覚的に目立つようになり良くない。又下限値
を越えるとfθレンズ6と被走査面8との間の距離が長
くなり装置全体が大型化になってくるので良くない。
主走査方向は10次までの関数で表わせる非球面形状と
し、副走査方向は像高方向に連続的に変化する球面より
構成している。そのレンズ形状は例えばfθレンズ6と
光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査面内
において光軸と直交する軸をY軸、副走査面内において
光軸と直交する軸をZ軸としたとき、主走査方向と対応
する母線方向が
8,B10は非球面係数)なる式で表わせるものであり、
又副走査方向(光軸を含む主走査方向に対して直交する
方向)と対応する子線方向が、
係数とし、r´=r(1+D2Y2+D4Y4+D6Y6+D
8Y8+D10Y10)なる式で表わせるものである。
ンズ6の非球面係数を示す。図7において、B4〜B1
0は主走査面内の非球面係数、D2E〜D10E,D2
S〜D10Sは副走査面内の非球面係数を示す。
ズ面の光軸を挟んで一方向(主走査方向のうちの一方)
の形状を特定する係数、非球面係数D2S〜D10Sは
レンズ面の光軸を挟んで他方向(主走査方向のうちの他
方)の形状を特定する係数である。
0Eと非球面係数D2S〜D10Sは異なっており、副
走査面内の曲率がレンズ面の有効径内において軸上から
軸外に向かい光軸を中心として非対称に変化しているこ
とがわかる。
ても同様である。図9はfθレンズ6の非球面形状を示
す説明図であり、実線は近軸曲率半径からの非球面量
S、破線は(R2−Ymax 2)1/2−Rの値を示したもので
ある。
半径R、非球面量S及び(R2−Ym ax 2)1/2−Rのそれ
ぞれの値は R1=65.22 R2=150.03 S1=−9.44 S2= −7.97 (R1 2−Ymax 2)1/2−R1=−14.50 (R2 2−Ymax 2)1/2−R2=−6.00 であり、これらの値は前述した各条件式(1)〜(3)
を満足させている。
収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上
問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又
像高による副走査方向のスポット径の変化も10μm以
内に抑えることができる。
差によって生じるジッターであるが、本実施例ではfθ
レンズ6の主走査方向における焦点距離ftを213.
7mm、該fθレンズ6から被走査面(感光体ドラム
面)8までの距離Skを111.5mmとし、主走査方
向における横倍率mを m=1−Sk/ft =1−111.5/213.7 =0.478 と設定することによって条件式(4)を満足させ、これ
によりポリゴンミラー5の取付誤差によるジッターを緩
和させている。
ポリゴン面5aへの光束の入射角θ i=−90°、光束
の出射角θe=45°、そしてポリゴン面5aの偏心量
dを15μmとしたとき
えることができる。
のレンズ形状及び光学配置を適切に設定することによっ
てコリメーターレンズからの収束光を光偏向器を介して
1枚のfθレンズにより被走査面上に結像させる際、像
面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取
付誤差によるジッターや、像高による副走査方向のスポ
ット径の変化等の問題点を解決している。
方向の要部断面図(主走査断面図)である。同図におい
て図1に示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
点はfθレンズの光軸方向の中心厚を薄くしてfθレン
ズ26を構成したことであり、その他の構成及び光学的
作用は実施例1と略同様である。
ンズ26の非球面係数を示す。図10はfθレンズ26
の非球面量を示す説明図であり、実線は近軸曲率半径か
らの非球面量S、破線は(R2−Ymax2)1/2−Rの
値を示したものである。
率半径R、該近軸曲率半径Rからの非球面量S及び(R
2−Ymax 2)1/2−Rのそれぞれの値は R1= 45.16 R2= 68.96 S1=−20.24 S2=−14.61 (R1 2−Ymax 2)1/2−R1=−26.23 (R2 2−Ymax 2)1/2−R2=−14.27 となり、これらの値は前述の実施例1と同様に各条件式
(1)〜(3)を満足させている。
収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上
問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又
像高による副走査方向のスポット径の変化も10μm以
内に抑えることができる。
方向における焦点距離ftを226.0mm、該fθレ
ンズ26から被走査面(感光体ドラム面)8までの距離
Skを111.5mmとしたとき、主走査方向における
横倍率mは m=1−Sk/ft =1−111.5/226.0 =0.493 となり、この値は前述の実施例1と同様に条件式(4)
を満足させており、これにより光偏向器(ポリゴンミラ
ー)5の取付誤差によるジッターを視覚的に目立たない
レベルまでに抑えている。
fθレンズ26のレンズ形状及び光学配置を適切に設定
することによって前述の実施例1と同様に像面湾曲や歪
曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取付誤差によ
るジッターや像高による副走査方向のスポット径の変化
等の問題点を解決している。
方向の中心肉厚を薄くして構成したことにより、該fθ
レンズの成型タクトタイムを短縮することができ、より
低コストの走査光学装置を実現している。
レンズからの収束光を光偏向器を介してfθレンズによ
り被走査面上に結像させる際、該fθレンズの形状を適
切に設定することにより、像高による副走査方向のスポ
ット径の変化等の影響を小さく抑えることができ、これ
によりコンパクトで高精細な印字に適した走査光学装置
を達成することができる。
ター量の相関を示す説明図
査面までの位置関係を示す説明図
レンズの非球面係数を示す説明図
レンズの非球面係数を示す説明図
面形状を示す説明図
球面形状を示す説明図
曲収差を示す収差図
曲収差を示す収差図
Claims (5)
- 【請求項1】 光源と、該光源から出射した光束を偏向
する偏向素子と、該光源から出射した光束を該偏向素子
の偏向面において主走査方向に長い線状に結像する光学
系と、該偏向素子で偏向された光束を被走査面上にスポ
ット状に結像する結像光学系とを有し、結像光学系は少
なくとも2つのレンズ面を有し、少なくとも2つのレン
ズ面は各々、トーリック面であり、且つ、副走査倍率を
一定とするために、少なくとも1つのレンズ面は各々、
副走査面内の曲率がレンズ面の有効部内において軸上か
ら軸外に向って連続的に変化していることを特徴とする
走査光学装置。 - 【請求項2】 前記結像光学系は、少なくとも1つのレ
ンズ面が主走査面内で非球面形状であることを特徴とす
る請求項1記載の走査光学装置。 - 【請求項3】 前記結像光学系は少なくとも2つのレン
ズ面を有し、少なくとも2つのレンズ面は各々、トーリ
ック面であり、且つ、副走査倍率を一定とするために、
1つのレンズ面は各々、副走査面内の曲率がレンズ面の
有効部内において軸上から軸外に向い光軸を中心として
非対称に変化していることを特徴とする請求項1又は2
の走査光学装置。 - 【請求項4】 前記結像光学系は、単レンズよりなるこ
とを特徴とする請求項1,2又は3の走査光学装置。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項記載の走査
光学装置と、前記被走査面として感光ドラム面とを有す
ることを特徴とするレーザービームプリンタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002035280A JP3728256B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | 走査光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002035280A JP3728256B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | 走査光学装置 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23938694A Division JP3303558B2 (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | 走査光学装置 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004253010A Division JP2005037960A (ja) | 2004-08-31 | 2004-08-31 | 走査光学装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2002328324A true JP2002328324A (ja) | 2002-11-15 |
JP3728256B2 JP3728256B2 (ja) | 2005-12-21 |
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ID=19192597
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP3728256B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006025532A1 (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 走査光学系、走査光学系を備える画像形成装置、走査光学系を備える画像読取装置 |
-
2002
- 2002-02-13 JP JP2002035280A patent/JP3728256B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006025532A1 (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 走査光学系、走査光学系を備える画像形成装置、走査光学系を備える画像読取装置 |
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---|---|
JP3728256B2 (ja) | 2005-12-21 |
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