JP2643224B2

JP2643224B2 - 光ビーム走査光学系

Info

Publication number: JP2643224B2
Application number: JP63025411A
Authority: JP
Inventors: 宗男黒田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH01200221A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光ビーム走査光学系、特にレーザビーム・
プリンタやファクシミリ等に組み込まれ、画像情報を乗
せた光束を感光体上に集光させる光ビーム走査光学系の
構造に関する。

従来の技術とその課題一般に、レーザビーム・プリンタやファクシミリで使
用されている光ビーム走査光学系は、基本的には、光源
としての半導体レーザ、ポリゴンミラー，ガルバノミラ
ー等の偏向器、ｆθレンズにより構成されている。偏向
器は半導体レーザから発せられた光束を等角速度で走査
するものであり、そのままでは集光面で主走査方向中心
部から両端部にわたって走査速度に差を生じ、等質な画
像が得られない。ｆθレンズは、この様な走査速度差を
補正するために設置されている。

ところで、ｆθレンズは種々の凹レンズ，凸レンズ等
を組み合わせたものであり、レンズ設計が極めて複雑
で、研摩面数が多くて加工上の精度向上が図り難く、高
価でもある。しかも、透光性の良好な材質を選択しなけ
ればならないという材質面からの制約もある。

そのため、従来では、ｆθレンズに代えて、楕円面ミ
ラーを使用すること（特開昭54−123040号公報）、放物
面ミラーを使用すること（特公昭55−36127号公報）、
凹面反射鏡を使用すること（特開昭61−173212号公報）
が提案されている。しかしながら、楕円面ミラーや放物
面ミラーでは加工自体及び加工精度を上げることが困難
であるという問題点を有している。

そこで、本発明の課題は、高価で制約の多いｆθレン
ズや従来提案された放物面ミラー等に代えて、より加工
が容易で加工精度を高めることができる走査速度補正手
段を採用し、光学系のコンパクト化を図り、なおかつ集
光点での主走査方向に垂直な像面の湾曲を小さくすると
共に、偏向器の面倒れ誤差を効果的に補正することにあ
る。即ち、偏向器としてポリゴンミラー等の回転多面鏡
を使用する場合、各面相互の垂直度誤差（面倒れ誤差）
が生じていると、感光体面での走査線が副走査方向にず
れを生じることとなる。本発明はこの様な面倒れ誤差に
よるピッチむらをも是正しようとするものである。

課題を解決するための手段以上の課題を解決するため、本発明に係る光ビーム走
査光学系は、（ａ）光束を発生する光源と、（ｂ）前記光源から放射された光束を走査方向と同一平
面の直線状に収束させる手段と、（ｃ）集光線付近に置かれ、前記収束光束を等角速度で
走査する偏向器と、（ｄ）前記偏向器で走査された光束を折り返して感光体
面上に集光させる球面ミラーと、（ｅ）前記偏向器と球面ミラーとの間に配置されたトロ
イダルレンズと、を備えたことを特徴とする。

作用以上の構成において、光源から放射された光束は偏向
器によって等角速度に走査され、この走査光束は球面ミ
ラーで反射され、感光体面上に集光する。前記偏向器に
よる主走査及び感光体面の移動による副走査で画像が形
成される。そして、球面ミラーによる反射光束は主走査
方向に対する走査速度を走査域中心からその両端部にわ
たって均等となる様に補正され、かつ、集光面において
は広画角にわたって良好な歪曲特性と、良好な像面平坦
性が得られる。

また、光源から放射された光束は走査方向（偏向面
内）の直線状に収束されて偏向器に入射される。そし
て、トロイダルレンズは偏向器で走査された光束を感光
体面上へ集光させ、偏向器の面倒れによる誤差を補正す
る。

さらに、トロイダルレンズの曲率を適切に選択するこ
とによって像面平坦性が向上する。

実施例以下、本発明に係る光ビーム走査光学系の実施例につ
き、添付図面を参照して説明する。

第１図において、（１）は半導体レーザ、（６）はコ
リメータレンズ、（７）はシリンドリカルレンズ、（1
0）はポリゴンミラー、（13）はトロイダルレンズ、（1
5）はビームスプリッタ、（20）は球面ミラー、（30）
はドラム状の感光体である。

半導体レーザ（１）は図示しない制御回路によって強
度変調され画像情報を乗せた発散光束を放射する。この
発散光束はコリメータレンズ（６）を通過することによ
り収束光束に修正される。さらに、この収束光束はシリ
ンドリカルレンズ（７）を通過することにより走査方向
に、即ち、以下のポリゴンミラー（10）の反射面付近に
（偏向面内の）直線状に収束される。ポリゴンミラー
（10）は図示しないモータにて支軸（11）を中心に矢印
（ａ）方向に一定速度で回転駆動される。従って、シリ
ンドリカルレンズ（７）から射出された収束光束は、ポ
リゴンミラー（10）の面で連続的に反射され、等角速度
で走査される。この走査光束はトロイダルレンズ（1
3），ビームスプリッタ（15）を透過した後、球面ミラ
ー（20）の凹面側にて反射され、さらに、ビームスプリ
ッタ（15）で反射された後感光体（30）上に集光させ
る。このときの集光光束は感光体（30）の軸方向に等速
で走査され、これを主走査と称する。また、感光体（3
0）は矢印（ｂ）方向に一定速度で回転駆動され、この
回転による走査を副走査と称する。

即ち、以上の光ビーム走査光学系においては、半導体
レーザ（１）の強度変調と前記主走査，副走査によって
感光体（30）上に画像（静電潜像）が形成される。そし
て、第２図に示す如く、球面ミラー（20）が従来のｆθ
レンズに代わって、主走査方向に対する走査速度を走査
域中心からその両端部にわたって均等となる様に補正す
る。

また、ポリゴンミラー（10）からの反射光路中に設置
したトロイダルレンズ（13）は、ポリゴンミラー（10）
の面倒れ誤差を補正することを主たる目的とする。即
ち、ポリゴンミラー（10）の各反射面相互に垂直度の誤
差が生じていると、感光体（30）上での走査線が副走査
方向にずれを生じ、画像にピッチむらが発生する。この
面倒れ誤差はポリゴンミラー（10）による偏向面に垂直
な断面においてポリゴンミラー（10）の各反射面と感光
体（30）の集光面とを共役関係に設定すれば補正するこ
とができる。本発明ではシリンドリカルレンズ（７）に
よって光束をポリゴンミラー（10）に集光する一方、ト
ロイダルレンズ（13）によってポリゴンミラー（10）の
各反射面と集光面とが共役関係を保持する様にしてい
る。

さらに、トロイダルレンズ（13）はポリゴンミラー
（10）による偏向面に垂直な断面の光束による像面を平
坦にするため、偏向面内における曲率半径を適切な値と
し［以下の実験例における（R₁a），（R₂a）参照］、か
つ、第２図中（Ｙ）方向に（Y_T）だけシフトさせて配置
することが好ましい。この偏向面内における曲率半径
（R₁a），（R₂a）は、ポリゴンミラー（10）による走査
域中心への光束反射点（以下、偏向点と記す）（10a）
からトロイダルレンズ（13）までの距離（d₀）に比べて
少し大きくなる。また、トロイダルレンズ（13）の適切
なシフト量（Y_T）は、ポリゴンミラー（10）のサイズ、
画角、ポリゴンミラー（10）への光束の入射方向等によ
って異なる。具体例は以下の実験例（Ｉ）〜（Ｖ）に示
す。

また、本実施例ではコリメータレンズ（６）にて発散
光束を収束光束に修正している。これは収束光束とする
ことによって感光体（30）上での集光点（結像面）での
湾曲を補正するためである。即ち、ポリゴンミラー（1
0）へ収束光束あるいは発散光束を入射させると（他の
回転偏向器でも同じであるが）、ポリゴンミラー（10）
での反射後の集光点は、ポリゴンミラー（10）の後には
光学部品がないとすると、その反射点を中心として略円
弧状となり、これを直線で受けると像面湾曲を生じるこ
とになる。ポリゴンミラー（10）へ収束光束を入射させ
ると、光線入射方向に凹の像面湾曲を生じる。また、入
射光の収束具合によって、球面ミラー（20）と像面との
距離も変わる。この距離の変化によって像面湾曲も変化
する。即ち、収束光束による像面湾曲により、球面ミラ
ー（20）の凹面による湾曲を補正し、結果的に集光面で
の像面湾曲を小さくし、像面の平坦性を良好なものとす
る。

像面湾曲が小さくなると、走査位置（像高）の相違に
よる集光光束径の変動が小さくなり、光学系を広画角で
使用することができ、また集光光束径を小さくできるの
で画像の高密度化が可能となる利点を有する。

詳しくは、第２図に示す様に、ポリゴンミラー（10）
の偏向点（10a）から球面ミラー（20）の頂点（20a）ま
での距離（ｄ）と、球面ミラー（20）の曲率半径（R_M）
との関係、及びこの曲率半径（R_M）と偏向点（10a）か
らポリゴンミラー（10）での反射後の集光点までの距離
（ｓ）（図示せず）との関係については、（|s/R_M|）＞0.4 …… 0.1＜（d/|R_M|）＜0.7 …… なる式を満足するのが望ましい。

なお、第２図において、（ｄ′）は球面ミラー（20）
の頂点（20a）から感光体（30）までの距離である。

前記式，式を満足すると、広画角にわたって良好
な歪曲特性と、良好な像面平坦性が得られる。各式での
下限及び上限は、感光体（30）上での画像歪みの程度に
より経験上許容できる範囲として設定した値である。前
記式の下限を越えると、像面が球面ミラー（20）に近
付き配置が困難となり、歪曲特性も悪くなる。

一方、前記式の下限を越えると、走査角の増大に従
って正の歪曲が増大し、主走査方向の両端（走査開始付
近及び走査終了付近）で画像が伸びることとなる。ま
た、前記上限を越えると、走査角の増大に従って負の歪
曲が増大し、主走査方向の両端で画像が縮むこととな
り、さらに像面湾曲が大きくなる。

ここで、本実施例における実験例（Ｉ），（II），
（III），（IV），（Ｖ）での構成データを示す。な
お、ポリゴンミラー（10）の対面距離は23.5mmとした。

以上の各実験例（Ｉ），（II），（III），（IV），
（Ｖ）における感光体集光面での収差をそれぞれ第４
図，第５図，第６図，第７図，第８図に示す。各図中
（ａ）は、横軸を走査角度、縦軸を歪曲度としたグラフ
である。各図中（ｂ）は、横軸を走査角度、縦軸を湾曲
度としたグラフで、点線は偏向面内の光束による像面湾
曲を示し、実線は偏向面に対する垂直面内の光束による
像面湾曲を示す。

なお、本発明に係る光ビーム走査光学系は以上の実施
例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に
変形することができる。

例えば、偏向器としては前記のポリゴンミラー（10）
以外に、光束を一平面に等角速度で走査可能なものであ
れば、種々のものを用いることができる。また、光源と
しては半導体レーザ以外に、他のレーザ発生手段や点光
源を用いても良い。

一方、前記実施例では球面ミラーの主走査方向へのシ
フト［第２図中（Ｙ）方向、シフト量（Y_M）］について
は言及していない。しかし、収差補正や配置の容易性を
考慮すれば、球面ミラーを前記方向へシフトさせること
が考えられる。例えば、前記実験例（Ｉ）（第４図参
照）等の様に歪曲収差が左右対称でない場合、この様な
球面ミラーのシフトによって歪曲収差をさらに小さくす
ることができる。

また、前記実施例ではコリメータレンズにより半導体
レーザから放射された発散光束を収束光束に修正してい
るが、単に略平行光束に修正する様にしても良い。

発明の効果以上の説明で明らかな様に、本発明によれば、偏向器
から感光体面への光路中に球面ミラーを介在させたた
め、主走査方向での走査速度を均等に補正できることは
勿論、集光面において広画角にわたって良好な歪曲特性
及び良好な像面平坦性を得ることができる。さらに、球
面ミラーは従来のｆθレンズに比べて加工が容易で加工
精度も向上し、透明である必要はないことから材質も広
く選択でき、全体として安価かつ高性能な走査光学系と
することができる。しかも、球面ミラー自体によって光
路が折り返され、光学系全体がコンパクトになる。ま
た、放物面ミラーや楕円面ミラーに比べても加工上，精
度上有利であり、従来の凹面反射鏡に比べて小型化する
ことも可能である。

さらに、偏向器と球面ミラーとの間にトロイダルレン
ズを配置したため、該トロイダルレンズによって偏向器
の各反射面の面倒れによる誤差を補正し、画像の副走査
方向のピッチむらを補正することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は概略構成を示
す斜視図、第２図，第３図は光路を模式的に説明するた
めの図、第４図〜第８図は集光面での像歪を示すグラフ
である。（１）……半導体レーザ、（６）……コリメータレン
ズ、（７）……シリンドリカルレンズ、（10）……ポリ
ゴンミラー、（13）……トロイダルレンズ、（20）……
球面ミラー、（30）……感光体。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光束を発生する光源と、前記光源から放射された光束を走査方向と同一平面の直
線状に収束させる手段と、集光線付近に置かれ、前記収束光束を等角速度で走査す
る偏向器と、前記偏向器で走査された光束を折り返して感光体面上に
集光させる球面ミラーと、前記偏向器と球面ミラーとの間に配置されたトロイダル
レンズと、を備えたことを特徴とする光ビーム走査光学系。