JP2002333590A - 走査光学系 - Google Patents
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Abstract
角度を持って入射する場合にも、被走査面上での走査線
の湾曲を抑えることができる走査光学系を提供すること 【解決手段】 走査光学系は、2本の光束を発する光源
部10、ポリゴンミラー20、第1レンズ31と第2レ
ンズ32とから構成される走査レンズ30、補正レンズ
50を備え、感光体ドラム60上にビームスポットを形
成する。走査レンズ30の1つの凸面はトーリック面で
あり、補正レンズ50のポリゴンミラー20側の面はア
ナモフィック非球面である。これらの面は、以下の条件
を満たしている。 −1.1<rz2/rz1<−0.3 ただし、rz1はトーリック面の副走査方向の曲率半径、
rz2はアナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径で
ある。
Description
ター等の走査光学装置に用いられる走査光学系に関す
る。
光学系は、半導体レーザー等の光源から発したレーザー
光をポリゴンミラーにより偏向、走査させ、fθレンズ
等の走査レンズを介して感光体ドラム等の被走査面上に
スポットとして結像させる。被走査面上のスポットは、
ポリゴンミラーの回転に伴って走査し、この際レーザー
光をオンオフ変調することにより被走査面上に静電潜像
を形成する。なお、この明細書では、被走査面上でスポ
ットが走査する方向を主走査方向、これに直交する方向
を副走査方向と定義し、各光学素子の形状、パワーの方
向性は、被走査面上での方向を基準に説明することとす
る。また、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直で、走
査レンズの光軸を含む平面を主走査平面と定義する。
ビームを単一のポリゴンミラーにより同時に偏向させる
場合がある。共用化による部品点数の削減が可能とな
り、かつ、配置スペースを小さくできる。この場合、複
数のビームのポリゴンミラーへの入射位置がほぼ一致す
るように副走査方向に関して斜めに入射させる(副走査
方向の入射角度が0度でない)ことにより、ポリゴンを
薄くすることが可能となり、ポリゴンミラーのコストを
抑えることができる。
ように光束がポリゴンミラーに対して副走査方向に関し
て斜めに入射すると、被走査面上ではビームスポットの
軌跡である走査線が湾曲するという問題が生じる。走査
線の湾曲は一般にボウ(Bow)と呼ばれ、描画精度を悪化
させるため、特に高精細のシステムにおいては低く抑え
る必要がある。
み、光束がポリゴンミラーに対して副走査方向に関して
斜めに入射する場合にも、被走査面上での走査線の湾曲
を抑えることができる走査光学系を提供することを目的
とする。
学系は、単一又は複数の光束を発生する光源部と、光源
部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィ
ック光学素子と、アナモフィック光学素子により収束さ
れた光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、ポリゴ
ンミラーにより反射された光束を被走査面上で主走査方
向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを
備え、結像光学系は、ポリゴンミラー側に配置された第
1レンズ及び被走査面側に配置された第2レンズの2枚
のレンズ要素から構成される走査レンズと、走査レンズ
より被走査面側に配置された像面湾曲補正用の補正レン
ズとを備え、走査レンズに含まれる少なくとも1つの凸
面は副走査方向により強い屈折力を持つトーリック面で
あり、補正レンズの1つの面は光軸から離れた位置での
副走査方向の曲率半径が主走査方向の断面形状とは無関
係に設定された回転軸を持たないアナモフィック非球面
であり、以下の条件(1)を満たすことを特徴とする。 −1.1<rz2/rz1<−0.3 …(1) ただし、 rz1:トーリック面の副走査方向の曲率半径、 rz2:アナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径。
ック面、補正レンズにアナモフィック非球面を設けるこ
とにより、主走査方向のパワー分布を変化させずに、副
走査方向のパワー配分をコントロールすることができ、
副走査方向の収差として現れる走査線の湾曲を補正する
ことが可能となる。また、条件(1) を満たすことによ
り、走査線の湾曲に対する補正量を適切に保つことがで
きる。
レンズ、第2レンズをガラスレンズとしてもよいし、2
枚共にプラスチックレンズとしてもよい。また、光源部
からポリゴンミラーに入射する光束が、ポリゴンミラー
の回転軸に対して垂直で走査レンズの光軸を含む主走査
平面に対して傾いて入射するようにしてもよい。さら
に、光源部は、複数の光束を発し、複数の光束のうちの
少なくとも一本は、主走査平面に対して傾いてポリゴン
ミラーに入射するようにしてもよい。
系の実施形態を説明する。図1は、実施形態にかかる走
査光学系を利用したタンデム走査光学系を示す主走査方
向に垂直な面内での説明図であり、(A)はポリゴンミラ
ーより光源部側、(B)はポリゴンミラーより被走査面で
ある感光体ドラム側を示している。
部10は、2個の半導体レーザー11、11と、これら
の半導体レーザーから発する発散光を平行光にする2個
のコリメートレンズ12、12とを備えている。コリメ
ートレンズ12により平行光とされた2本のレーザー光
L1、L2は、副走査方向にのみパワーを持つ単一のシリ
ンドリカルレンズ13により副走査方向に関して収束光
となり、かつ、シリンドリカルレンズ13が持つプリズ
ム作用により偏向されてポリゴンミラー20の近傍でほ
ぼ同一位置に線像を形成する。すなわち、光源部10か
ら発する2本の光束は、ポリゴンミラー20の回転軸2
0aに対して垂直で走査レンズ30の光軸Axを含む主
走査平面に対して傾いてポリゴンミラー20に入射し、
ポリゴンミラー20の反射面上で交差する。
は、回転軸20a回りに回転するポリゴンミラー20に
より同時に偏向される。偏向された2本の光束L1,L2
は、副走査方向に関しては所定の角度で異なる方向に進
み、第1レンズ31と第2レンズ32とから構成される
走査レンズ30に入射する。走査レンズ30から射出し
た光束は、それぞれ一対のミラー40,41により反射
され、各光束毎の光路に配置された補正レンズ50を介
して、それぞれ異なる感光体ドラム60上に収束してビ
ームスポットを形成する。ポリゴンミラー20を回転軸
20a回りに回転させることにより、2本の感光体ドラ
ム上にそれぞれ一本の走査線を同時に形成することがで
きる。
部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィ
ック光学素子としての機能を有しており、走査レンズ3
0及び補正レンズ50は、ポリゴンミラーにより反射さ
れた光束を被走査面上で主走査方向に走査するスポット
として収束させる結像光学系としての機能を有してい
る。
ーリック面であり、補正レンズ50のポリゴンミラー2
0側の面は光軸から離れた位置での副走査方向の曲率半
径が主走査方向の断面形状とは無関係に設定された回転
軸を持たないアナモフィック非球面である。走査レンズ
にトーリック面、補正レンズにアナモフィック非球面を
設けることにより、主走査方向のパワー分布を変化させ
ずに、副走査方向のパワー配分をコントロールすること
ができ、副走査方向の収差として現れる走査線の湾曲を
良好に補正することが可能となる。また、走査レンズ3
0の凸面をトーリック面としたのは、ガラスレンズにト
ーリック面を形成する際の加工を容易にするためであ
る。すなわち、凸のトーリック面を研磨する場合には、
一方の主経線方向の曲率半径に等しい半径を持つ回転皿
にレンズを貼り付け、他方の主経線方向の曲率半径に等
しい曲率半径を持つ凹面形状の砥石を接触させればよい
が、凹のトーリック面の加工は困難であるため、加工が
困難になる。
ク非球面は、以下の条件(1) を満たしている。 −1.1<rz2/rz1<−0.3 …(1) ただし、 rz1:トーリック面の副走査方向の曲率半径、 rz2:アナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径。
ーリック面と補正レンズ50に含まれるアナモフィック
非球面との副走査の曲率半径の関係を規定する。条件
(1)の下限を下回る場合には、走査線の湾曲の補正か過
剰となり、走査線が逆方向に湾曲する。上限を超える場
合には、走査線の湾曲の補正が不足する。
具体的な実施例を3例説明する。なお、以下の実施例で
は、図1(B)で示した2本の光束のうち、上側の光束L
2が透過する光学系のみを取り出し、ミラー40,41
を省略し、光路を展開して説明する。
査平面内の説明図である。表1は、実施例1の走査光学
系におけるシリンドリカルレンズ13より感光体ドラム
60側の構成を示す。表中の記号fはfθレンズの主走
査方向の焦点距離、ryは主走査方向の曲率半径(単位:m
m)、rzは副走査方向の曲率半径(回転対称面の場合には
省略、単位:mm)、dは面間の光軸上の距離(単位:mm)、
nは設計波長780nmでの屈折率、DECZは各面の副走査方
向への偏心(単位:mm)である。入射角度は、各半導体レ
ーザーからの光束の中心軸がポリゴンミラー20に入射
する際に主走査平面に対してなす角度である。
レンズ13、第3面がポリゴンミラー20のミラー面、
第4面及び第5面が走査レンズ30の第1レンズ31、
第6面及び第7面が第2レンズ32、第8面及び第9面
が補正レンズ50、第10面が感光体ドラム60を示
す。実施例1では、走査レンズ30の第1レンズ31が
プラスチックレンズ、第2レンズ32がガラスレンズで
構成され、第2レンズの凸面がトーリック面として形成
されている。
リンドリカル面、第2面、第3面、第6面、第10面は
平面、第4面、第5面は回転対称非球面、第7面はトー
リック面、第8面は光軸から離れた位置での副走査方向
の曲率半径が主走査方向の断面形状とは無関係に設定さ
れた回転軸を持たないアナモフィック非球面、第9面は
球面である。
なる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面から
の距離(サグ量)をX(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)
をC、円錐係数をκ、4次、6次、8次、10次の非球
面係数をA4,A6,A8として、以下の式で表される。 X(h)=Ch2/(1+√(1-(1+κ)C2h2))+A4h4+A6h6+
A8h8 表1における回転対称非球面の曲率半径は、光軸上の曲
率半径であり、円錐係数、非球面係数は表2に示され
る。
る主走査方向の曲線を想定した際に、光軸からの主走査
方向の距離がYとなる上記曲線上の座標点での光軸上の
接線からの距離(サグ量)をX(Y)、当該座標点でこの曲
線に接する副走査方向の円弧の曲率半径をrz(Y)とし
て、以下の式で定義される。 X(Y)=CY2/(1+√(1−(1+κ)C2Y2))+A4Y4+A6Y6+
A8h8 1/rz(Y)=(1/rz0)+B1・Y1+B2・Y2+B4・Y4 式中、C、κ、A4、A6,A8の定義は回転対称非球面
と同様であり、rz0は光軸上での副走査方向の曲率半径
(表1のrz)、B1,B2,B4はそれぞれ副走査方向の曲
率半径を決定する係数である。第8面における各数値
は、表3に示されている。
図3のグラフに示される。図3(A)は、fθ誤差(スポッ
ト位置の理想位置からの主走査方向のズレ)を示し、図
3(B)は、像面湾曲(焦点位置の仮想像面からの光軸方向
のズレ)を示し、破線が主走査方向M、実線が副走査方
向Sの値を示す。また、図3(C)は、走査線湾曲(スポッ
ト位置の理想的な走査直線からの副走査方向のずれ)を
示す。各グラフの縦軸は像高(単位:mm)、横軸は収差
量(単位:mm)を示す。
査レンズ30にトーリック面を用いなかった場合の走査
線湾曲を示す。図3(C)と図4とを比較するとわかるよ
うに、実施例1ではトーリック面を採用することによ
り、これを採用しない場合と比較して走査線湾曲が極め
て良好に補正されている。
査方向の説明図である。表4は、実施例2の走査光学系
におけるシリンドリカルレンズ13より感光体ドラム6
0側の構成を示す。各面番号と光学素子との対応は実施
例1と同一である。実施例2では、走査レンズ30の第
1、第2レンズ31、32が共にプラスチックレンズレ
ンズで構成され、第2レンズの凸面がトーリック面とし
て形成されている。
リンドリカル面、第2面、第3面、第10面は平面、第
4面、第5面、第9面は回転対称非球面、第6面は球
面、第7面はトーリック面、第8面はアナモフィック非
球面である。回転対称非球面の円錐係数、非球面係数は
表5、アナモフィック非球面の各係数は表6に示され
る。
図6のグラフに示される。図6(A)はfθ誤差、図6(B)
は像面湾曲、図6(C)は走査線湾曲をそれぞれ示す。実
施例2においても、トーリック面を採用することによ
り、走査線湾曲が極めて良好に補正されている。
査方向の説明図である。表7は、実施例3の走査光学系
におけるシリンドリカルレンズ13より感光体ドラム6
0側の構成を示す。各面番号と光学素子との対応は実施
例1と同一である。実施例3では、走査レンズ30の第
1、第2レンズ31、32が共にプラスチックレンズレ
ンズで構成され、第1レンズの凸面がトーリック面とし
て形成されている。
リンドリカル面、第2面、第3面は平面、第4面は球
面、、第5面はトーリック面、第6面、第7面、第9面
は回転対称非球面、第8面はアナモフィック非球面であ
る。回転対称非球面の円錐係数、非球面係数は表8、ア
ナモフィック非球面の各係数は表9に示される。
図8のグラフに示される。図8(A)はfθ誤差、図8(B)
は像面湾曲、図8(C)は走査線湾曲をそれぞれ示す。実
施例3においても、トーリック面を採用することによ
り、走査線湾曲が極めて良好に補正されている。以下の
表10は、前述した条件式と各実施例の数値との関係を
示す。いずれの実施例も、各条件を満たしており、その
結果、fθ誤差や像面湾曲を抑えつつ、ポリゴンミラー
への入射光が主走査平面に対して傾いている場合にも、
走査線の湾曲を小さく抑えることができる。
つのポリゴンミラーにより同時に走査させる構成である
が、光束の本数はこれに限られず、3本、または4本以
上にすることも可能である。いずれの場合にも、複数の
光束をポリゴンミラーの反射面上で交差するよう構成す
ることにより、ポリゴンミラーの厚さを小さく保つこと
ができ、ポリゴンミラー自体のコストを低くすることが
できると共に、ポリゴンミラーを駆動するモータに要求
されるトルク、発生するノイズ等も小さくすることがで
きる。
ば、走査レンズにトーリック面、補正レンズにアナモフ
ィック非球面を設けることにより、主走査方向のパワー
分布を変化させずに、副走査方向のパワー配分をコント
ロールすることができ、光束がポリゴンミラーに対して
副走査方向に角度を持って入射する場合にも、走査線の
湾曲を良好に補正することができる。
し、(A)は光源部を示す副走査方向の説明図、(B)はポリ
ゴンミラーより感光体ドラム側を示す副走査方向の説明
図である。
明図である。
あり、(A)はfθ誤差、(B)は像面湾曲、(C)は走査線湾
曲を示す。
の走査光学系の走査線湾曲を示すグラフである。
明図である。
あり、(A)はfθ誤差、(B)は像面湾曲、(C)は走査線湾
曲を示す。
明図である。
あり、(A)はfθ誤差、(B)は像面湾曲、(C)は走査線湾
曲を示す。
9)
学系は、単一又は複数の光束を発生する光源部と、光源
部から発する光束を副走査方向に収束させるアナモフィ
ック光学素子と、アナモフィック光学素子により収束さ
れた光束を反射、偏向させるポリゴンミラーと、ポリゴ
ンミラーにより反射された光束を被走査面上で主走査方
向に走査するスポットとして収束させる結像光学系とを
備え、結像光学系は、ポリゴンミラー側に配置された走
査レンズと、走査レンズより被走査面側に配置された像
面湾曲補正用の補正レンズとを備え、走査レンズに含ま
れる少なくとも1つの凸面は副走査方向により強い屈折
力を持つトーリック面であり、補正レンズの1つの面は
光軸から離れた位置での副走査方向の曲率半径が主走査
方向の断面形状とは無関係に設定された回転軸を持たな
いアナモフィック非球面であり、以下の条件(1)を満た
すことを特徴とする。 −1.1<rz2/rz1<−0.3 …(1) ただし、 rz1:トーリック面の副走査方向の曲率半径、 rz2:アナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径。
た第1レンズと被走査面側に配置された第2レンズの2
枚のレンズ要素から構成する場合、第1レンズをプラス
チックレンズ、第2レンズをガラスレンズとしてもよい
し、2枚共にプラスチックレンズとしてもよい。また、
光源部からポリゴンミラーに入射する光束が、ポリゴン
ミラーの回転軸に対して垂直で走査レンズの光軸を含む
主走査平面に対して傾いて入射するようにしてもよい。
さらに、光源部は、複数の光束を発し、複数の光束のう
ちの少なくとも一本は、主走査平面に対して傾いてポリ
ゴンミラーに入射するようにしてもよい。
Claims (7)
- 【請求項1】 単一又は複数の光束を発生する光源部
と、 前記光源部から発する光束を副走査方向に収束させるア
ナモフィック光学素子と、 該アナモフィック光学素子により収束された光束を反
射、偏向させるポリゴンミラーと、 該ポリゴンミラーにより反射された光束を被走査面上で
主走査方向に走査するスポットとして収束させる結像光
学系とを備え、 前記結像光学系は、前記ポリゴンミラー側に配置された
第1レンズ及び前記被走査面側に配置された第2レンズ
の2枚のレンズ要素から構成される走査レンズと、該走
査レンズより前記被走査面側に配置された像面湾曲補正
用の補正レンズとを備え、 前記走査レンズに含まれる少なくとも1つの凸面は副走
査方向により強い屈折力を持つトーリック面であり、前
記補正レンズの1つの面は光軸から離れた位置での副走
査方向の曲率半径が主走査方向の断面形状とは無関係に
設定された回転軸を持たないアナモフィック非球面であ
り、以下の条件(1)を満たすことを特徴とする走査光学
系。 −1.1<rz2/rz1<−0.3 …(1) ただし、 rz1:トーリック面の副走査方向の曲率半径、 rz2:アナモフィック非球面の副走査方向の曲率半径。 - 【請求項2】 前記走査レンズの第1レンズがプラスチ
ックレンズであり、前記第2レンズがガラスレンズであ
ることを特徴とする請求項1に記載の走査光学系。 - 【請求項3】 前記走査レンズの第1、第2レンズが、
共にプラスチックレンズであることを特徴とする請求項
1に記載の走査光学系。 - 【請求項4】 前記光源部から前記ポリゴンミラーに入
射する光束が、前記ポリゴンミラーの回転軸に対して垂
直で前記走査レンズの光軸を含む主走査平面に対して傾
いて入射することを特徴とする請求項1に記載の走査光
学系。 - 【請求項5】 前記光源部は、複数の光束を発し、前記
複数の光束のうちの少なくとも一本は、前記主走査平面
に対して傾いて前記ポリゴンミラーに入射することを特
徴とする請求項4に記載の走査光学系。 - 【請求項6】 前記光源部から発した複数の光束は、副
走査方向において、前記ポリゴンミラーの反射面上で交
差することを特徴とする請求項5に記載の走査光学系。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の走査光
学系を備えるレーザープリンター等の走査光学装置。
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