JP3323354B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
より偏向させ、結像レンズ系により被走査面上に光スポ
ットとして集光させて光走査を行う光走査装置は、光プ
リンターやデジタル複写機等に関連して広く知られてい
る。
出力装置における画像の高品質化が強く要請され、光走
査装置において被走査面を走査する光スポットのスポッ
ト径を安定化するための種々の提案がなされている。
像面湾曲による光スポット結像位置と被走査面とのずれ
に起因するものであるから、スポット径の安定化を図る
ことは結像レンズ系における像面湾曲を如何に良好に補
正するかにかかっているが、光偏向器として回転多面鏡
を用いるときに問題となる所謂「面倒れ」の問題を解決
するため、結像レンズ系を主走査対応方向(光源から被
走査面に到る光路を光学系の光軸に沿って直線的に展開
した仮想的な光路上で主走査方向と平行的に対応する方
向)と副走査対応方向(上記仮想的な光路上で副走査方
向に平行的に対応する方向)とでパワーの異なるアナモ
フィックな光学系にしたり、あるいは光スポットによる
走査を等速化するためにfθ機能を持たせたりするとい
う種々の性能上の要請を満たしつつ、主・副走査方向の
像面湾曲を共に良好に満足することは難しい。
反射面近傍に「主走査対応方向に長い線像」として結像
させ、偏向反射面により偏向される光束を被走査面上に
集光させる結像光学系を「球面レンズ系とシリンドリカ
ルミラーと」により構成し、シリンドリカルミラーの副
走査対応方向における曲率半径を主走査対応方向に変化
させることにより副走査方向の像面湾曲を補正するよう
にした光走査光学系が知られている(特開平3−545
13号公報)。
転軸が偏向反射面と合致しない」ため、主走査対応方向
に長い線像と偏向反射面との位置関係が、偏向反射面の
回転に伴い、光スポットの像高:0に対し非対称的に変
化する所謂「サグ」の問題がある。
走査光学系は、「サグ」の問題が考慮されていないた
め、光スポットの像高:0に対し主走査の片側では像面
湾曲を良好に補正できても、他方の側においては像面湾
曲が大きくなってしまうという問題がある。
情に鑑みてなされたものであって、サグの存在にも拘ら
ず像面湾曲を良好に補正できる新規な光走査装置の提供
を目的とする(請求項1〜6)。
「光源装置からの平行光束を結像素子により主走査対応
方向に長い線像に結像させ、線像の近傍に偏向反射面を
有する回転多面鏡により等角速度的に偏向させ、偏向光
束を等速走査用の結像光学系により被走査面上に光スポ
ットとして集光させて等速的な光走査を行う光走査装
置」であって、以下の点を基本構成とする。
レンズと凹面反射鏡を有する。
機能を持ち、偏向光束を主走査対応方向において被走査
面上に集光させるためのレンズである。従って、偏向光
束は、主走査対応方向に関してはfθレンズのみにより
被走査面上に集光する。
正のパワーを持ち、fθレンズと共働して偏向光束を副
走査対応方向において被走査面上に集光せしめる。
査対応方向に関して、線像の結像位置と被走査面位置と
を実質的な共役関係(幾何光学的な共役関係)とする。
向における曲率半径が、回転多面鏡による偏向光束の偏
向角:θに対する所定の2次式に従って、中央領域から
長手方向両端部へ向かって増大する。凹面反射鏡の「中
央領域」は、凹面反射鏡の長手方向(主走査対応方向に
平行である)における真中即ち中央部を含む「長さを持
った領域」である。
長手方向両端部へ向かって増大する結果、凹面反射鏡の
鏡面形状は所謂「鼓車」の表面形状に似たものとなる。
載の発明は、以下の如き特徴を有する。
小となる部分」が、主走査対応方向において、fθレン
ズの光軸位置から、所定の方向へ所定距離ずらされる。
長手方向の中央部である」ように構成されていてもよい
し、「曲率半径最小となる部分が長手方向の中央部から
ずれた位置となる」ように形成されてもよい。前者の場
合には、曲率半径が最小となる長手方向中央部の位置
が、fθレンズの光軸位置から主走査対応方向において
所定の方向へ所定距離ずらされるように、凹面反射鏡自
体をずらして配備される(請求項2)。
変化を表わす2次式が1次項を含み、曲率半径最小を与
える部分が、凹面反射鏡の長手方向中央部から長手方向
の所定の向きに所定距離ずれているように凹面反射鏡が
形成され、凹面反射鏡自体は、その中央部をfθレンズ
の光軸位置に合致させて配備される(請求項3)。
本構成において、以下の如き特徴を有する。
式に従う曲率半径の変化が「曲率半径最小の部分を境と
して左右に非対称」である。この場合、曲率半径最小の
部分はfθレンズの光軸と合致しても良いし、同光軸か
らずれていてもよい。
面反射鏡は「プラスチックにより形成された基体の凹面
部に反射面を形成したもの」とすることもできるし(請
求項5)、「アルミニウムの切削加工で形成されたも
の」とすることもできる(請求項6)。
走査用の結像光学系が「凹面反射鏡」を有し、この円筒
面反射鏡は副走査対応方向の正のパワーが、主走査対応
方向の両端部へ向かうに連れて小さくなるが、曲率半径
最小の部分が主走査対応方向にずらされることにより、
偏向光束の偏向角のプラス側とマイナス側に対する作用
が非対称となる。
影響を補正する。
を要部のみ略示している。(a)は回転多面鏡の回転軸
方向から見た図であり、(b)は、回転多面鏡の偏向反
射面以降の光学配置を主走査対応方向から見た図であ
る。
例えば「半導体レーザーと、半導体レーザーからの発散
性の光束を平行光束化するカップリングレンズと」によ
り構成され、平行光束を放射する。
像素子」であるシリンダレンズ2により副走査対応方向
にのみ集光され、回転多面鏡3の偏向反射面4の近傍に
「主走査対応方向に長い線像」として結像する。
鏡3の矢印方向への回転に伴い等角速度的に偏向され、
周期的な偏向光束となって「等速走査用の結像光学系」
に入射する。
52,53により構成されるfθレンズ5と、凹面反射
鏡6とを有する。
面反射鏡6により反射されて光路を副走査対応方向にお
いて屈曲されて被走査面7に光スポットとして集光し、
被走査面7を光走査する。
電性の感光体ドラム70が、その母線を主走査方向に渡
って接している(換言すれば、被走査面7は、感光体ド
ラム7の母線に接する仮想的な平面である)。
のパワー」を持つので、偏向光束は主走査対応方向に関
してはfθレンズ5のみにより被走査面10上に集光す
る。fθレンズ5は主走査対応方向に「fθ機能」を持
つので、光スポットの移動は等速的になる。
θレンズ5と凹面反射鏡6の作用により被走査面7に集
光する。
な例を示す。偏向反射面側から数えて、第i番目の面の
曲率半径を、主走査対応方向に就き「RiM」、副走査対
応方向に就き「RiS」、第i番目と第i+1番目の面の
光軸上の距離をDi、偏向反射面側から数えて第j番目
のレンズの材質の屈折率をNjで表す。また、D0をもっ
て、偏向反射面4からレンズ5の入射側面に到る光軸上
距離とする。
全系焦点距離を100に規格化したときの、同焦点距離
に相対的な値である。
り、図1(b)に示す角:ψは60度である。このデー
タから分かるように「fθレンズは球面レンズ」であ
る。
向における曲率半径(−75.771)が主走査対応方
向へ均一であるとした場合における像面湾曲とリニアリ
ティを図4(a),(b)にそれぞれ示す。
対する光スポットの理想像高(主走査方向における理想
的な光スポット位置):Hi(θ)、実像高:Hr(θ)に対
して、[{dHr(θ)/dHi(θ)}−1]×100
(%)で定義される量であって、走査の等速性の目安で
ある。
で示す「主走査方向の像面湾曲」は良好に補正されてい
るが、実線で示す「副走査方向の像面湾曲」は、像高と
共に負の方向に増大するので、このような光学系を用い
て光走査を行うと、副走査方向におけるスポット径が像
高と共に増大し、スポット径に対して高度の安定性を要
求される「高密度記録」を行うことはできない。
向の曲率半径:R7Sを、偏向角:θに対して、2次式; R7S=−75.758−5.266×10~4・θ2 に従って変化させてみる。
向の曲率半径が最小となる部分」は、凹面反射鏡6の主
走査対応方向における中央部である。この中央部をfθ
レンズ5の光軸位置に合致させて配備したときの像面湾
曲を図4(c)に示す。
実質的な作用を及ぼさないから、主走査方向の像面湾曲
とリニアリティは、図4(a),(b)におけるものと
同じである。図4(c)は横軸のスケールが図4(a)
と異なるため、主走査方向の像面湾曲は(a)における
よりも強調されている。
率半径が偏向角:θに応じて小さくなるようにしたた
め、像高の高いところで凹面反射鏡6の副走査対応方向
の正のパワーが弱まる。従って図4(c)に示すよう
に、副走査方向の像面湾曲は図4(a)の場合に比して
有効に改善されてはいるが、像面湾曲が偏向角:θの
「+側」と「−側」とで対称にならず、+側においても
−側においても、像高と共に像面湾曲が大きくなる傾向
が残っている。
向反射面とのずれが偏向角:θの+側と−側とで対称に
ならないことに起因する。
曲率半径:R7Sを、偏向角:θに対して、2次式; R7S=−75.758−5.266×10~4・θ2+
4.163×10~3・θ に従って変化させてみる。この2次式は、実質的に、先
の2次式; R7S=−75.758−5.266×10~4・θ2 を、主走査方向のプラス側(図1(a)に於いて上側
へ、偏向角:θにして3.953度シフトさせた形状で
ある。この場合、副走査対応方向の曲率半径:R7Sが最
小(−75.758)となる部分は、上記+側へ偏向
角:θが3.953度だけずれた位置にあり(請求項
3)、副走査方向の像面湾曲は、図2(a)に示すよう
に「サグ」の影響が除去され、極めて良好に補正され
る。主走査方向の像面湾曲およびリニアリティは図4の
ものと全く同じである。
走査対応方向の曲率半径:R7Sが最小(−75.75
8)となる部分がその中央部からずれているが、前述
の、2次式;R7S=−75.758−5.266×10
~4・θ2に従って曲率半径が変化する凹面反射鏡の場合
は、曲率半径:R7Sが最小(−75.758)となる部
分が凹面鏡の長手方向中央部であるので、このような凹
面反射鏡の場合には、凹面反射鏡自体を長手方向たる主
走査対応方向の偏向角:θの「+側」へ3.953度分
だけずらすようにしても(請求項2)、上記と全く同様
に図2(a)に示す如き像面湾曲が得られることにな
る。
半径は、請求項4記載の発明の場合のように、偏向角の
+側と−側とで「非対称」としてもよい。
半径:R7Sを2次式; R7S=−75.758−4.208×10~4・θ2 に従って変化させ、偏向角:θの−側に対しては、2次
式; R7S=−75.758−6.272×10~4・θ2 に従って変化させてみる。
対応方向の作用は、偏向角:θの+側と−側とで非対称
になるので「サグ」の影響を有効に除去できる。
部分をfθレンズの光軸に一致させたときの、像面湾曲
を図3に示す。図2の場合と同様、副走査方向の像面湾
曲は良好に補正されている。
主走査方向へずらして、さらに補正効果を向上させるこ
とも可能である。
ば新規な光走査装置を提供できる。この発明の光走査装
置は上述の如き構成となっているので、光偏向器として
回転多面鏡を用いることによる「サグ」の影響を有効に
除去して、像面湾曲を良好に補正することができ、光ス
ポットのスポット径の安定性の高い良好な光走査を実現
できる。
では困難な加工形状を容易に加工でき、特に請求項5記
載の発明では材料をプラスチックとして射出成形により
容易に大量に製造できる。
界があるが、請求項6記載の発明のようにアルミニウム
の切削加工で凹面反射鏡を製造することにより、光学系
の大きさに対する設計の自由度が増大する。
て、この発明では2次式によるものを提示するが、4
次,6次等の偶数次の式による変化でも変化式を最適化
することにより、副走査方向の像面湾曲の有効な補正が
可能となる。
る。
めの図である。
Claims (6)
- 【請求項1】光源装置からの平行光束を結像素子により
主走査対応方向に長い線像に結像させ、上記線像の近傍
に偏向反射面を有する回転多面鏡により等角速度的に偏
向させ、偏向光束を等速走査用の結像光学系により被走
査面上に光スポットとして集光させて等速的な光走査を
行う光走査装置において、 上記等速走査用の結像光学系は、主走査対応方向にfθ
機能を持ち、偏向光束を主走査対応方向において被走査
面上に集光させるためのfθレンズと、 副走査対応方向にのみ正のパワーを持ち、上記fθレン
ズと共働して偏向光束を副走査対応方向において被走査
面上に集光せしめる凹面反射鏡とを有し、 上記凹面反射鏡は、その副走査対応方向における曲率半
径が、上記回転多面鏡による偏向光束の偏向角:θに対
する所定の2次式に従って、中央領域から長手方向両端
部へ向かって増大し、 上記曲率半径が最小となる部分を、主走査値応方向にお
いて、fθレンズの光軸位置から、所定の方向へ所定距
離ずらすことにより、副走査方向の像面湾曲を有効走査
領域に渡って補正したことを特徴とする光走査装置。 - 【請求項2】請求項1記載の光走査装置において、 凹面反射鏡は、曲率半径最小となる部分が長手方向の中
央部であり、この中央部の位置が、fθレンズの光軸位
置から、主走査対応方向において所定の方向へ所定距離
ずらされたことを特徴とする光走査装置。 - 【請求項3】請求項1記載の光走査装置において、 凹面反射鏡の、曲率半径の変化を表わす2次式が1次項
を含み、曲率半径最小を与える部分が、凹面反射鏡の長
手方向中央部から長手方向の所定の向きに所定距離ずれ
ており、上記長手方向中央部をfθレンズの光軸に合致
させて配備されていることを特徴とする光走査装置。 - 【請求項4】光源装置からの平行光束を結像素子により
主走査対応方向に長い線像に結像させ、上記線像の近傍
に偏向反射面を有する回転多面鏡により等角速度的に偏
向させ、偏向光束を等速走査用の結像光学系により被走
査面上に光スポットとして集光させて等速的な光走査を
行う光走査装置において、 上記等速走査用の結像光学系は、主走査対応方向にfθ
機能を持ち、偏向光束を主走査対応方向において被走査
面上に集光させるためのfθレンズと、 副走査対応方向にのみ正のパワーを持ち、上記fθレン
ズと共働して偏向光束を副走査対応方向において被走査
面上に集光せしめる凹面反射鏡とを有し、 上記凹面反射鏡は、その副走査対応方向における曲率半
径が、上記回転多面鏡による偏向光束の偏向角:θに対
する所定の2次式に従って、中央領域から長手方向両端
部へ向かって増大し、 上記凹面反射鏡の長手方向における曲率半径の2次式に
従う変化が、曲率半径最小の部分を境として、左右に非
対称であることを特徴とする光走査装置。 - 【請求項5】請求項1または2または3または4記載の
光走査装置において、 凹面反射鏡が、プラスチックにより形成された基体の凹
面部に反射面を形成したものであることを特徴とする光
走査装置。 - 【請求項6】請求項1または2または3または4記載の
光走査装置において、 凹面反射鏡が、アルミニウムの切削加工で形成されたも
のであることを特徴とする光走査装置。
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