JP3639097B2

JP3639097B2 - 光走査装置

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Publication number: JP3639097B2
Application number: JP31512897A
Authority: JP
Inventors: 広道厚海
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2017-11-17
Also published as: JPH11149054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光走査装置において、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させる走査結像光学系に、「結像作用を持つ結像ミラー」を用いることが提案されている（特開平１−２００２１９号公報等）。このような結像ミラーを用いる場合、結像ミラーにより反射された偏向光束が、光偏向器側に戻らないようにする必要があり、この目的のため、結像ミラーの光軸（反射面の対称軸）を、光偏向器側からの偏向光束の入射方向に対して傾けることが行われている。
【０００３】
このようにすると、被走査面上の光スポットの軌跡の曲がりである「走査線曲がり」が生じることが知られている。
走査線曲がりを補正する方法として、結像ミラーに反射面を対向させるようにして別の反射鏡を配備し、この反射鏡と結像ミラーとの間で偏向光束の反射をくり返させたのち、被走査面に入射させる「多重反射」方式の光走査装置が提案されている（特開昭６４−７８２１４号公報）。
【０００４】
上記のように、結像ミラーと反射鏡との間で偏向光束を多重反射させて被走査面を光走査するようにすると、偏向光束は、結像ミラーにより複数回反射されるが、結像ミラーによる「偏向光束の交互の反射」で、各反射ごとの走査線曲がり傾向を互いに実質的に相殺できるようにできるのである。
【０００５】
しかし、上記公報記載の発明では、走査結像光学系に「光偏向器の面倒れ補正機能」がないので、偏向反射面と回転軸の平行度を高精度に補正した回転多面鏡を用いる必要があり、回転多面鏡のコストが高くなり、結果的に光走査装置のコストが高くつく。
【０００６】
また、光走査装置で良好な光走査を実施するためには、走査線曲がりが良好に補正されていることも重要であるが、上記面倒れの有効な補正も重要であるし、光スポットのスポット径が像高と共に変動しないように、像面湾曲が主・副走査方向とも良好に補正されていることや、ｆθ特性等の等速特性が良好であることなども重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記多重反射方式の光走査装置において、面倒れを有効に補正するとともに、主・副走査方向の像面湾曲や等速特性の良好な補正を可能ならしむることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の光走査装置は「光源側からの光束を主走査対応方向（光源から被走査面に至る光路上で主走査方向と対応する方向）に長い線像として結像させ、線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ光偏向器により偏向させ、偏向光束を反射結像性の走査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被走査面の光走査を行う光走査装置であって、反射結像性の走査結像光学系が、主・副走査対応方向（光源から被走査面に至る光路上で副走査方向に対応する方向）に結像機能を持つ結像ミラーと、この結像ミラーの反射面に対向する反射面を有する１以上の平面鏡とを有し、偏向光束を、１以上の平面鏡と結像ミラーとの間で多重反射させることにより走査線曲がりを補正するようにしたもの」であって、以下の点を特徴とする（請求項１）。
即ち、反射結像性の走査結像光学系における「結像ミラー」は、副走査断面内における反射面形状が円弧形状で、結像ミラーの光軸を含み副走査断面に直交する面内における反射面形状が非円弧形状であり、上記円弧形状の曲率中心を連ねた中心連結線が非直線であるような反射面形状を有する。
「副走査断面」は、結像ミラーの反射面近傍において「主走査対応方向に直交する平断面」である。
【０００９】
このように、この光走査装置では、光源側からの光束は、光偏向器の偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い線像に結像され、走査結像光学系は、副走査対応方向に関しては、この線像を物点として光スポットを被走査面に結像させる機能を持ち、従って、この光走査装置は、光偏向器の面倒れを補正する機能を持つ。また「走査結像光学系」は、結像ミラーと１以上の平面鏡により構成され、平面鏡には結像作用がないので、結像ミラーは、主・副走査対応方向に結像機能を有する必要があり、光スポットは結像ミラーの結像作用により結像する。したがって、結像ミラーは、主走査対応方向のパワーと副走査対応方向のパワーの異なるアナモフィックな結像系である。
【００１０】
結像ミラーと共に走査結像光学系をなす平面鏡が２以上用いられる場合（便宜上、平面鏡Ａ，Ｂ等とする）、偏向光束の多重反射は、特定の一つの平面鏡Ａと結像ミラーとの間で反射がくり返されるようにしてもよいし、平面鏡Ａ，Ｂと結像ミラーとの間で反射がくり返されるようにしてもよい。多重反射の際に、偏向光束は結像ミラーにより複数回反射されることになるが、「結像ミラーによる偏向光束の反射回数」は２回でもよいし、３回以上でもよい。
【００１１】
結像ミラーの反射面は「副走査断面内における形状が円弧形状で、結像ミラーの光軸を含み副走査断面に直交する面内における形状が非円弧形状であり、上記円弧形状の曲率中心を（主走査対応方向に）連ねた中心連結線が非直線である」ので、上記非円弧形状を最適化することにより、主走査方向の像面湾曲や等速特性を良好に補正することができ、中心連結線の形状の最適化により、副走査方向の像面湾曲や走査線曲がりの補正を良好に行うことが可能になる。
【００１２】
結像ミラーとの間で偏向光束を多重反射させる１以上の平面鏡は「同一の透明体に１以上の反射面を形成し、反射面でない部分が光透過部をなす」ように構成され、１以上の反射面を形成した透明体は「光走査装置のハウジングの防塵ガラス」として構成される。
走査結像光学系の平面鏡を防塵ガラスと兼用するので、光走査装置の部品点数を減らすことができ、光走査装置のコストを低減化できる。
光偏向器により偏向された偏向光束は、最初に平面鏡に入射してから、この平面鏡に反射されて結像ミラーに入射するようにしてもよいが、光偏向器により偏向された偏向光束が「最初に結像ミラーに入射する」ようにしてもよい（請求項２）。このように偏向光束が最初に結像ミラーの入射するようにすると、入射光束と反射光束との分離角を大きくとれるので、光学系のレイアウトの自由度が大きくなる。
【００１３】
請求項２記載の発明の場合、結像ミラーとの間で偏向光束を多重反射させる平面鏡を、光走査装置のハウジングの防塵ガラスの一部に形成された１の反射面とし、該反射面で反射され、結像ミラーで反射された偏向光束が、防塵ガラスの透明部を通ってハウジングから射出するように構成できる（請求項３）。
上記請求項１〜３の任意の１に記載の光走査装置において、光スポットの結像における主・副走査方向の像面湾曲：３ｍｍ以下、走査線曲がり：０．０３ｍｍ以下、等速性：１％以下を達成するように、光学配置および結像ミラーの反射面形状を定めることができる（請求項４）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の光走査装置の光学配置の１例を説明図的に示している。
半導体レーザである光源１から放射された発散性の光束は、カップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングされる。カップリングレンズ２は、光源１からの光束の発散性を弱めて「弱い発散性もしくは弱い集束性の光束」あるいは「平行光束」とする。
【００１５】
カップリングレンズ２を透過した光束は「図示されないアパーチュア」を通過することにより光束の周辺部を遮断されて適当な光束断面形状に「ビーム整形」され、次いでシリンダレンズ３により副走査対応方向（図面に直交する方向）に集束され、「光偏向器」としての回転多面鏡４の偏向反射面４ａの近傍に、「主走査対応方向に長い線像」として結像する。
シリンダレンズ３は「凹シリンダ面鏡」により代替することもでき、光偏向器は回転多面鏡４に代えて「回転２面鏡」を用いることもできる。
【００１６】
回転多面鏡４の偏向反射面４ａにより反射された光束は、回転多面鏡４の等速回転により、等角速度的に偏向する偏向光束となり「反射結像性の走査結像光学系」に入射する。この実施の形態において、反射結像性の走査結像光学系は、２面の平面鏡５，６と結像ミラー７とで構成されている。
偏向光束は先ず平面鏡５に入射し、平面鏡５により反射されると結像ミラー７に入射する。そして結像ミラー７により反射されると平面鏡６に入射して反射され、再度結像ミラー７に戻り、結像ミラー７により再度反射されると、被走査面８に光スポットとして集光し、被走査面８を光走査する。なお、被走査面８の位置には、通常「光導電性の感光体」の感光面が配備され、光スポットは実体的には感光体を光走査する。
【００１７】
即ち、図１に光学配置を示す光走査装置では、光源側からの光束を主走査対応方向に長い線像として結像させ、線像の結像位置近傍に偏向反射面４ａを持つ光偏向器４により偏向させ、偏向光束を、反射結像性の走査結像光学系５，６，７により、被走査面８上に光スポットとして集光させて、被走査面８の光走査を行う光走査装置であって、「反射結像性の走査結像光学系」は、主・副走査対応方向に結像機能を持つ結像ミラー７と、結像ミラー７の反射面に対向する反射面を有する１以上の平面鏡５，６を有し、偏向光束を平面鏡５，６と結像ミラー７との間で「多重反射（平面鏡５，６と結像ミラー７との間で反射がくり返される）」させるようになっている。
【００１８】
図２は、図１の光学配置における「回転多面鏡４以降の部分」を、主走査対応方向から見た状態を、２面の反射鏡を別体の平面鏡として説明図的に示している。符号８ａは、被走査面８に感光面を合致させて配備された「感光体」を示す。
回転多面鏡４による光束の偏向は、理想的には「回転多面鏡４の回転軸４ｂに直交する平面内」で行われる。平面鏡５，６は「主走査対応方向（図面に直行する方向）に長い矩形形状の反射面」を持つ平面鏡であり、結像ミラー７と平面鏡５，６の位置関係は「多重反射により走査線曲がりを有効に補正できる」ように設定される。即ち、結像ミラー７は偏向光束を２度反射するが、最初の反射により生じる「走査線の曲がり傾向」を、第２回目の反射による「走査線の曲がり傾向」により相殺させるように、平面鏡５，６と結像ミラー７の位置関係が設定されるのである。
【００１９】
平面鏡５，６は結像パワーを持たないので、偏向光束は主・副走査対応方向とも結像ミラー７の結像作用（２度の反射により実現される）により、被走査面８上に光スポットとして集光する。即ち、反射結像性の走査結像光学系は「偏向反射面４ａ近傍の線像と被走査面８とを副走査対応方向に関して略共役な関係」としており、従って「光偏向器４の面倒れ」を補正する機能を有する。
【００２０】
結像ミラー７は、副走査断面内（図２の図面に平行な面）における反射面形状が円弧形状で、結像ミラーの光軸を含み上記副走査断面に直交する面内における反射面形状が非円弧形状であり、上記円弧形状の曲率中心を連ねた中心連結線が非直線であるような反射面形状を有する。
この反射面形状を図１１を参照して説明する。
図の如く「Ｘ，Ｙ，Ｚ軸」を設定すると、Ｘ軸は、結像ミラーの反射面の光軸に合致した軸であり、Ｙ軸は主走査対応方向に平行な軸である。前記「副走査断面」はＸＺ面に平行な平面である。従って、ＸＹ面は「結像ミラーの光軸を含み上記副走査断面に直交する面」である。このＸＹ面内における、曲線：Ｘ(Ｙ)は「非円弧形状」である。「Ｒ」は上記非円弧形状における近軸曲率中心である。「Ｙ＝ηの位置に考えた副走査断面」内における反射面の曲率半径をｒ(η)とすると、この曲率中心をηをパラメータとしてＹ方向に変化させたときの曲率中心は曲線：Ｌ(Ｙ)を描く。即ち、曲線：Ｌ(Ｙ)は「中心連結線」であって、図に示すように非直線である。
【００２１】
図４は、光走査装置の別の光学配置を説明図的に示している。繁雑を避けるため、混同の虞れが無いと思われるものに就いては図１におけると同一の符号を用いた。
図１の光学配置との差異は、光源側から回転多面鏡４の偏向反射面に入射する光束が、回転多面鏡４の回転軸に直交する平面に対して斜めに入射し、上記平面に対して斜めに反射されて平面鏡５に入射し、平面鏡５，６と結像ミラー７’との間で多重反射したのちに、被走査面に合致された感光体８ａ周面を光走査するようになっていることである。
【００２２】
図４に示す光学配置では、平面鏡５，６を別体として説明したが、図６に示すように、同一の透明体である透明平行平板１０に２つの反射面５’，６’を形成し、反射面５’，６’でない部分が光透過部をなすようにし、図７に示す実施の形態のように、透明平行平板１０を、光走査装置のハウジング１１における「防塵ガラス」として使用することができる（請求項１）。
【００２３】
図８は、請求項２記載の光走査装置の走査結像光学系におけるは光束の反射を説明するための図である。
「反射結像性の走査結像光学系」は、結像ミラー１２と平面鏡１３とで構成される。光束の偏向は、理想的には回転多面鏡４の回転軸に直交する平面内で行われ、先ず最初に結像ミラー１２に入射し（請求項２）、平面鏡１３と結像ミラー１２との間で多重反射され、結像ミラー１２による２度目の反射後、平面鏡１３に反射され被走査面（実態的には感光体８ａの感光面）上に光スポットとして集光し、被走査面を光走査する。この実施の形態の変形として、光源側からの光束が、（図４の光学配置と同様に）回転多面鏡の回転軸に直交する平面に対して斜めに交わるように入射させるレイアウトも可能であるし、平面鏡１３は複数の反射面で構成することも可能である。
【００２４】
図１０は請求項２、３記載の光走査装置の実施の１形態を示している。
光偏向器である回転多面鏡４により偏向された偏向光束は、最初に結像ミラー１２に入射して反射される。反射光束は、光走査装置のハウジング１１’の防塵ガラス１５の一部に形成された１の反射面１６で反射され、結像ミラー１２で反射された偏向光束が、防塵ガラス１５の透明部を通ってハウジング１１’から射出して被走査面である感光体８Ａの周面を光走査する。
【００２５】
この実施の形態のように、光偏向器による偏向光束が、最初に結像ミラー１２に入射するようにすると、反射結像性の走査結像光学系を構成する平面鏡の数を減らして走査結像光学系をコンパクト化できる。
【００２６】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げる。各実施例とも、光源１からの光束はカップリングレンズ２により「平行光束」とされる。
各実施例とも「結像ミラーの反射面形状の特定」は以下のように行う。即ち、図１１に即して説明した非円弧形状：Ｘ(Ｙ)については、一般式：
Ｘ(Ｙ)＝Ｙ²／［Ｒ＋√｛Ｒ²−(１＋Ｋ)Ｙ²｝＋ΣＡ_i・Ｙ＊＊ｉ
（右辺の和はｉ＝１，２，３，．．に就きとる。「Ｙ＊＊ｉ」はＹのｉ乗を意味する）におけるＲ(近軸曲率半径)，Ｋ(円錐定数)およびＡ_i(高次の係数)を与えて特定する。
副走査断面内における曲率半径の主走査対応方向の変化：ｒ(Ｙ)は、一般式：
ｒ(Ｙ)＝ａ＋ｂ・Ｙ²＋ｃ・Ｙ⁴＋ｄ・Ｙ⁶＋ｅ・Ｙ⁸＋ｆ・Ｙ¹⁰
において、係数：ａ(＝ｒ(０)：光軸を含む副走査断面内の曲率半径)，ｂ〜ｆを与えて特定する。
また、データの表記において「１０の−ｉ乗」を「Ｅ−ｉ」で表す。
【００２７】
実施例１
実施例１は、図１，２に即して説明した光学配置に対する実施例である。
図２に示すように、回転多面鏡４以降の光学配置における距離：ｄ₁〜ｄ₃および角度：θ₁〜θ₃を定める。これらの値は以下の如くである。なお、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
ｄ₁＝４０，ｄ₂＝２３，ｄ₃＝２６．３，θ₁＝１８．１度，θ₂＝１８．１度，θ₃＝１９．５７度(角は、図２で時計回りを正とする)
結像ミラー７の形状：
Ｒ＝５１５，Ｋ＝−５．９，Ａ₆＝５Ｅ−１４，Ａ₈＝１Ｅ−１８，Ａ₁₀＝−４Ｅ−２３
ａ＝１７７．５，ｂ＝−１Ｅ−３，ｃ＝４Ｅ−８，ｄ＝−２．３Ｅ−１１，
ｅ＝５Ｅ−１５，ｆ＝−３．０６Ｅ−１９
実施例１に関する「像面湾曲」と「走査線曲がり」および「等速特性としてのｆθ特性」を図３に示す。
【００２８】
実施例２
実施例２は図４に示した光学配置に対する実施例である。
図４の如くに定められる距離：ｄ₁〜ｄ₃および角：θ₁〜θ₄の値は以下の通りである。
【００２９】
ｄ₁＝４３．１，ｄ₂＝２４．７，ｄ₃＝２７．２，θ₁＝１２．１５度，
θ₂＝１２．１５度，θ₃＝１０．７５度，θ₄＝８度(角は、図４で時計回りを正とする)
結像ミラー７’の形状：
Ｒ＝５１５，Ｋ＝−４．８，Ａ₁₀＝−４Ｅ−２２
ａ＝１８５．５，ｂ＝−１Ｅ−３，ｃ＝４Ｅ−８，ｄ＝−２．３Ｅ−１１，
ｅ＝５Ｅ−１５，ｆ＝−３．０６Ｅ−１９
実施例２に関する「像面湾曲」と「走査線曲がり」および「等速特性としてのｆθ特性」を、図３に倣って図５に示す。
【００３０】
実施例１，２とも、角：θ₁＝θ₂であるので、平面鏡５，６の反射面を同一面として構成することができ、このため、例えば図６や図７に示す構成が可能である。
【００３１】
実施例３
実施例３は図８に示した光学配置に対する実施例である。
図８に示すように、回転多面鏡４以降の光学配置における距離：Ｌ₁，Ｌ₂および角度：β₁，β₂を定めると、これらの値は以下の通りである。
Ｌ₁＝５０，Ｌ₂＝１９．８，β₁＝１４．７８度，β₂＝２４．７６度(角は、図８で時計回りを正とする)
結像ミラー１２の形状：
Ｒ＝−３８０，Ｋ＝−３．７，Ａ₄＝３Ｅ−１０，Ａ₆＝３Ｅ−１４，Ａ₈＝１Ｅ−１７
ａ＝−１３１．８，ｂ＝２．６Ｅ−３，ｃ＝−１Ｅ−７，
ｄ＝−６．１Ｅ−１１，ｅ＝５Ｅ−１５，ｆ＝−１Ｅ−１９
実施例３に関する「像面湾曲」と「走査線曲がり」および「等速特性としてのｆθ特性」を、図３に倣って図９に示す。２面の平面鏡は、実際には図１０のように構成する。
【００３２】
なお、図３，５，９において「ω」は、半画角を表す。
図３，５，９に示されたように、実施例１〜３は、主・副走査方向の像面湾曲：３ｍｍ以下、走査線曲がり：０．０３ｍｍ以下、等速性：１％以下を達成しており、請求項６記載の光走査装置の実施例となっており、極めて良好な光走査を実現できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光走査装置を実現できる。この光走査装置は、上記の如く、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させる走査結像光学系が「反射結像性」であり、多重反射により走査線曲がりを補正する機能を持ち、且つ、光偏向器の面倒れを補正する機能を持つ。
そして、反射結像性の走査結像光学系を構成する結像ミラーの反射面が、副走査断面内における反射面形状が円弧形状で、結像ミラーの光軸を含み上記副走査断面に直交する面内における反射面形状が非円弧形状であり、上記円弧形状の曲率中心を連ねた中心連結線が非直線であるような形状を有するので、上記非円弧形状や中心連結線の最適化により、主・副走査方向の像面湾曲・走査線曲がり・等速特性を良好に補正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光走査装置の光学配置の１例を説明するための図である。
【図２】図１における、光偏向器以降の光学配置を説明するための図である。
【図３】実施例１に関する像面湾曲・走査線曲がり・等速特性(ｆθ特性)を示す図である。
【図４】この発明の光走査装置の光学配置の別例を説明するための図である。
【図５】実施例２に関する像面湾曲・走査線曲がり・等速特性(ｆθ特性)を示す図である。
【図６】請求項２記載の光走査装置の特徴部分を示す図である。
【図７】請求項１記載の光走査装置の実施の１形態を特徴部分のみ示す図である。
【図８】請求項２記載の光走査装置の特徴部分を示す図である。
【図９】実施例３に関する像面湾曲・走査線曲がり・等速特性(ｆθ特性)を示す図である。
【図１０】請求項３記載の光走査装置の実施の１形態を特徴部分のみ示す図である。
【図１１】結像ミラーの反射面形状を説明するための図である。
【符号の説明】
１光源
２カップリングレンズ
３シリンダレンズ
４光偏向器
４ａ偏向反射面
５，６平面鏡
７結像ミラー
８被走査面

Claims

光源側からの光束を主走査対応方向に長い線像として結像させ、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ光偏向器により偏向させ、偏向光束を反射結像性の走査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上記被走査面の光走査を行う光走査装置であって、上記反射結像性の走査結像光学系が、主・副走査対応方向に結像機能を持つ結像ミラーと、この結像ミラーの反射面に対向する反射面を有する１以上の平面鏡とを有し、偏向光束を、上記１以上の平面鏡と結像ミラーとの間で多重反射させることにより走査線曲がりを補正するようにしたものにおいて、
上記結像ミラーは、副走査断面内における反射面形状が円弧形状で、結像ミラーの光軸を含み上記副走査断面に直交する面内における反射面形状が非円弧形状であり、上記円弧形状の曲率中心を連ねた中心連結線が非直線であるような反射面形状を有し、
上記結像ミラーとの間で偏向光束を多重反射させる１以上の平面鏡は、同一の透明体に１以上の反射面を形成され、反射面でない部分が光透過部をなす、光走査装置のハウジングの防塵ガラスであることを特徴とする光走査装置。
請求項１記載の光走査装置において、
光偏向器により偏向された偏向光束が、最初に結像ミラーに入射することを特徴とする光走査装置。
請求項２記載の光走査装置において、
結像ミラーとの間で偏向光束を多重反射させる平面鏡が、光走査装置のハウジングの防塵ガラスの一部に形成された１の反射面であり、該反射面で反射され、結像ミラーで反射された偏向光束が、上記防塵ガラスの透明部を通って上記ハウジングから射出することを特徴とする光走査装置。
請求項１〜３の任意の１に記載の光走査装置において、
光学配置および結像ミラーの反射面形状が、光スポットの結像における主・副走査方向の像面湾曲：３ｍｍ以下、走査線曲がり：０．０３ｍｍ以下、等速性：１％以下を達成するように定められていることを特徴とする光走査装置。