JPH01108518A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 荻権分災 この発明は光走査装置に関し、特にポストオブジェクト
型光走査装置に関する。

災來挟先 一般に、光プリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等
の普通紙の上に記録する電子写真プリンタ、あるいは電
子的に処理された画像をフィルム。

印画紙等に記録するハードコピーマシン等がある。

これ等の機器は、今後ますます発展すると共に、小型低
価格化していく傾向にある。

従って、変調された光ビームを、直接記録媒体あるいは
中間処理媒体上を走査させて記録するための光走査装置
も、また小型低価格化が要求されている。

従来、このような光走査装置にはポリゴンミラーを使用
したものが多く、例えばレーザプリンタの場合の一例を
第９図に示す。

光源部１は、例えばレーザダイオードからなる発光部２
と、コリメータレンズ３とにより構成され、コリメータ
レンズ３から平行な光ビームが射出される。

平行光ビームはシリンダレンズ４を通過し、スキャナモ
ータ５によって駆動されて矢示方向に定速回転している
回転偏向部材であるポリゴンミラー６からなる光走査器
７に入射する。その入射光ビームはポリゴンミラー６に
よって反射され、走査光ビームになる。

その走査光ビームは、ｆθレンズ８により屈折されたの
ち、長尺シリンダレンズ９を通ってｏＰＣ（感光体）ド
ラム１０上の走査線１１に結像され、走査スポットとな
って走査線１１上を破線矢示方向に主走査して露光が行
なわれる。

また、ＯＰＣドラム１０は図示しないメインモータによ
り実線矢示方向に回転して副走査が行なわれ、画像（文
字を含む）が形成される。

この第９図に示した例は、光走査器と感光体との間に結
像レンズ（ｆＯレンズ）が配されたプレオブジェクト型
走査光学系を用いており、ｆθレンズ８は走査速度の補
正を光学的に行なえる等の利点があるが、偏向後の拡が
りを有する走査光ビームをカバーしなければならないた
め、大型かつ高価になり、小型低価格化が困難である。

そこで、このｆθレンズの代りに、光源部と光走査器と
の間に結像レンズを設けたポストオブジェクト型走査光
学系を用いた光走査装置もある。

その−例を第１０図に示すが、第９図と同じ部分には同
一符号を付して、その説明は省略する。

光源部１と光走査器７との間に設けた結像レンズ１２は
、第９図に示したｆθレンズ８に代って、平行光ビーム
をＯＰＣドラム１０上の走査線１１上にスポットとして
結像させる。

このようにすれば、結像レンズ１２は細い平行光ビーム
をカバーすればよいから小口径でよく。

その平行光ビームは光軸に平行な単色光であるから簡単
な構成のレンズでよい。従って、小型化低価格化が容易
になる。

しかしながら、このポストオブジェクト型の光走査装置
においては、結像レンズ１２の焦点距離および結像レン
ズ１２とポリゴンミラー６の反射点までの距離が一定で
あるから、第１１図（説明上、長尺シリンダレンズ９を
除く）に示すように、ポリゴンミラー６の回転によるス
ポットの軌跡は、ポリゴンミラー６の反射点１３を中心
とし、反射点１３と○ＰＣドラム１０との距離を半径と
する円になり、像面わん曲を生ずる。

従って、投影面の中心Ｃ付近においては問題な＝３− いが、偏向角θが大きくなるにつれて、投影面と像面Ｓ
との距離ｍが大きくなって、スポットがボケるという問
題点があった。

且−蝮 この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、像面
わん曲の問題を解決した小型かつ低価格のポストオブジ
ェクト型光走査装置を提供することを目的とする。

構成 この発明は上記の目的を達成するため、上述のようなポ
ストオブジェクト型光走査装置において、光走査器の回
転偏向部材を、その回転軸線の周りに走査方向にパワー
を持つように配設したシリンダレンズによって構成した
ものである。

以下、この発明の一実施例に基づいて具体的に説明する
。

第３図はこの発明による光走査装置を使用したレーザプ
リンタの構造例を示す図である。

光書込み装置２０は、光走査装置２１と、ミラー２２．
長尺シリンダレンズ９等からなり、書込み信号によって
変調されたレーザービームを０ＰＣ（感光体）ドラム１
０上に結像しながら走査することにより、文字または画
像（以下「画像」という）を書き込む。

プリント信号によってスタートするＯＰＣドラム１０は
、メインモータ２３によって矢示方向に回転される間に
、帯電チャージャ２４によって帯電され、光書込み装置
２０により露光されて潜像を形成し、現像装Ｗ２５によ
り現像される。現像された画像は転写チャージャ２日に
より用紙に転写された後、ＯＰＣドラム１０上の残留電
荷は除電ランプ２７の光照射により除去され、転写され
ずに残ったトナーはクリーニングユニット２８で清掃さ
れる。

用紙スタッカ（カセット）’ｉ０．３０’　に重ねて収
納されている用紙Ｅ５１．３１’は、それぞれその最上
部の用紙の先端部が呼出しローラ３２゜３２′に圧接さ
れている。そして、いづれかの用紙が選択されると、選
択された側の呼出しローラ３２または３２′が回転する
。

例えば、上側の用紙３１が選択されて、呼出しローラ３
２が回転すると、最上部の用紙３１ａが取出され、給紙
ローラ３４によって送り出される。

その用紙”Ｓｌａは複数のガイド板３５によって形成さ
れる誘導路を通り、その先端が上下一対のレジストロー
ラ３７．３７’の接触部に当接してたるみを生じるまで
送り出されて一時停止する６プリント信号によってＯＰ
Ｃドラム１０が回転し、光書込み装置２０により露光が
開始されると、レジストローラ３７，３７’　は、用紙
の所定の位置に第１行目が印字されるようにタイミング
を合わせて、ＯＰＣドラム１０と等速で用紙”Ｓ１ａを
搬送する。

その用紙が転写部に供給されてＯＰＣドラム１０と接触
すると、背面から転写チャージャ２６により逆極性にな
るように帯電され、ＯＰＣドラム１０の上に画像を形成
していたトナーが用紙に転写される。転写された用紙は
搬送装置４０によって定着装置４１に送られ、ヒートロ
ーラ４２と圧着ローラ４３により定着される。

画像を定着された用紙は、上下一対の排紙ローラ４４，
４４’　によって排紙トレー４５に排出される。

第２図は光走査装置２１を拡大して示す断面図であり、
第１図はその光走査装置２１と長尺シリンダレンズ９と
ＯＰＣドラム１０との関係を示す分解斜視図である。こ
れらの図において、第９図及び第１０図と同じ部分には
同一符号を付しである。

光走査装置２１は光源部１と、結像光学系５１と、ミラ
ー（平面鏡）５３と、光走査器５７からなり、第２図に
示すようにケース５０により一体に構成されている。

光源部１は、例えばレーザダイオードである発光部２と
コリメータレンズ３とからなり、結像光学系５１は、負
のシリンダレンズ５４と正の結像レンズ５２とからなり
、これらは同一光軸ρ□上に整列配置されている。

光走査器５７は、回転偏向部材として回転円筒多面レン
ズであるポリゴナルシリンダレンズ（以下「ポリゴンレ
ンズ」と略称する）５Ｂを、その回転軸線β２（第２図
）の周りに走査方向にパワーを持つように、スキャナモ
ータ５の回転部５ａに固設して構成されている。

このポリゴンレンズ５６の回転軸線ｊ２２は、光源部１
及び結像光学系５１の光軸β□と平行で、略同軸となっ
ている。

そして、このポリゴンレンズ５６の中空部５６ａ上端部
にケース５０に固定されたミラー５３を光軸４□に対し
て４５″の角度で配設している。

ここで、第１図に示すように、主走査方向の像面をメリ
デイオナル像面、副走査方向の像面をサジタル像面と定
義する。

発光部２から発散的に射出されるレーザビームは、コリ
メータレンズ３により平行光ビームにされて、結像光学
系５１に入射する。

シリンダレンズ５４は、サジタル方向に負のパワーを有
し、メリデイオナル方向のパワーはＯである。結像レン
ズ５２は正のパワーを有し、結像光学系５１から射出す
るビームが、メリデイオナル方向には強い収斂性をもち
、サジタル方向には弱い収斂性をもつようになっている
。

結像光学系５１から射出する上記のビームは、ミラー５
３により直角に反射され、ポリゴンレンズ５６を透過す
ることにより走査光ビームとなって、長尺シリンダ９を
通ってＯＰＣドラム１０上の走査線１１に沿って走査が
行なわれる。レーザビームのスポットが走査線１１上を
破線矢示Ｂ方向に走査するためには、ポリゴンレンズ５
６は矢示Ａ方向に回転する必要があり、第９図及び第１
０図に示した従来例におけるポリゴンミラー６の回転方
向とは逆になる。

ポリゴンレンズ５日の１例を第４図に示し、光ビームが
偏向される原理を第５図によって説明する。

第４図に例示したポリゴンレンズ５日は、内側面５６ｂ
、外側面５６ｃがそれぞれＤ／２．Ｒ（７）半径を有す
る凹の円筒面からなり、主走査（メリデイオナル）方向
に負のパワーを有する６個のシリンダレンズを、例えば
ガラスあるいはアクリル。

ポリスティロール等の透明な材料で、１体に構成したも
のであり、第４図（ａ）は平面図、（ｂ）はその外側面
の頂点Ｐと中心０を結ぶＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

このポリゴンレンズ５日の中心０から、光ビームが半径
方向に透過する場合、ポリゴンレンズ５６の中心部は直
径りの円筒中空５６ａを形成しているから、内側面５８
ｂは光の偏向に無関係である。

第５図において、外側面５Ｂ、を破線で示した位置すな
わち光ビームが外側面５８ｃの頂点Ｐを通る時を基準と
すると、この時光ビームは破線で示すように偏向しない
で直進する。

ポリゴンレンズ５６が、外側面５６ｃを実線で示すよう
に基準位置から反時計方向に角度αだけ回転した時の入
射角２Ｍ折角、偏向角をそれぞれ１＋　Ｊ＋　θとし、
回転中心０と頂点Ｐとの距離をＡとすると、偏向角θは
下記の式から計算される。

ｎはポリゴンレンズ５６を形成する透明材料の屈折率で
ある。

５ｉｎｉ　／（Ａ＋　Ｒ）＝ｓｉｎａ　／Ｒ５ｉｎｊ　
＝　ｎ　　５ｉｎｉ θ＝ｊ−ｉ ここで、（Ａ＋Ｒ）／Ｒ＞１．ｎＬ：１．５であると、
ｊ＞Ｌ　Ｂ＞Ｏとなり、偏向角θは回転角αと逆方向に
なる。すなわち、走査方向はポリゴンミラーの場合と逆
になることが分る。

このポリゴンレンズ５６を構成する６個の単位シリンダ
レンズは、いづれも第１面（内側面）。

第２面（外側面）とも凹のシリンダ面からなっているか
ら、サジタル像についてはパワーがＯで、メリデイオナ
ル像については比較的強い負のパワーをもっている。

既に説明したように、結像光学系５１から射出するビー
ムは、メリデイオナル方向には強い収斂性（強い正のパ
ワー）をもち、サジタル方向には弱い収斂性（弱い正の
パワー）をもっている。

従って、ポリゴンレンズ５６を通過した時に、光ビーム
のサジタル方向はそのままであり、メリデイオナル方向
は強い正のパワーが打消されて弱い収斂性をもったもの
となり、ＯＰＣドラム１０上の走査線１１上にスポット
として結像されるようになっている。

さらに、光源部１から射出された平行ビームを、サジタ
ル方向とメリデイオナル方向とに分けて、第１図及び第
５図、第６図により詳しく説明する。

サジタル光束については、負のシリンダレンズ５４と、
正の結像レンズ５２により弱い収斂性を与えられた後、
弱い正の長尺シリンダ９により、ＯＰＣドラム１０上に
結像する。ポリゴンレンズ５６はサジタル光束には影響
しないから、上記の結像は偏向角すなわち走査線１１上
の位置に無関係である。

メリデイオナル光束については、ポリゴンレンズ５６が
基準位置にある時、すなわち偏向角Ｏが０で、光ビーム
が走査線１１の中心Ｃに入射する時、正の結像レンズ５
２により強い収斂性が与えられた後、ポリゴンレンズ５
６の負のパワーにより弱い収斂性に変化し、走査線１１
の中心Ｃに結像するようになっている。

ポリゴンレンズ５日が回転すると、第５図に示したよう
に、光ビームは半径Ｒの外側面５８ｃに斜めに入射する
ようになり、実効的に負のパワーが強くなるため、弱い
収斂性は更に弱められて、結像距離が増大する傾向にな
る。この傾向は回転角αの絶対値によって決り、十αと
−αとでは同じ値を示す。

第６図はメリデイオナル方向（主走査方向）の像面わん
曲補正作用を示す図であり、走査位置を上方にとるため
、回転角αを負にとっている。

回転角α（絶対値）が大きくなると偏向角θ（絶対値）
も大きくなり、ＯＰＣドラム１０上の位置も走査線の中
心Ｃから離れるようになる。この時に結像距離が大きく
なると、結像するスポットＱの位置がＯＰＣドラム１０
に近づくようになる。すなわち、ポリゴンレンズ５６の
第２面（外側面）５６ｃの半径Ｒを適当な値に選ぶこと
によって、メリデイオナル像面のわん曲を補正して、結
像スポットＱをＯＰＣドラム１０上の走査線に一致させ
るようにすることが出来る。

ポリゴンレンズ５６の第２面が円筒面であると、走査線
上のすべての点で完全に一致させることは出来ないが、
適当なＲの値の円筒面をベースとした非円筒面（一般レ
ンズの非球面に相当）とすることにより、メリデイオナ
ル像面を走査線１１（第１図）に完全に一致させること
も可能である。

すなわち、ポストオブジェクト型光走査装置の場合、第
１１図に示したように、ポリゴンミラーを使用する従来
例では、像面が反射点を中心とする円弧状にわん曲して
いたが、ポリゴンレンズを使用することにより、第６図
に示したように、像面のわん曲を補正することが出来る
。

従来例でも、ポリゴンミラーの反射面を平面でなく、弱
い凹曲面に形成することによりパワーをつけて像面のわ
ん曲を補正しているものもあるが、基準位置例えば４５
°入反射の位置から正負の方向にβ回転した時に、凹曲
面に対する入射角が４５°±βとなるため、わん曲の修
正量が走査線１１の中心Ｃに対して対称とならず、十分
に補正することが出来なかった。

これに対し、以上説明したように、ポリゴンレンズの場
合には、わん曲の修正量が中心Ｃに対して対称となり、
十分な補正を行なうことが出来るので、はるかに優れて
いる。

さらに、反射面と屈折面の面積度がパワーに及ぼす影響
は、一般的に　２：（ｎ−１）であるから、ｎ″：１．
５　とするとその比はほぼ４：１になる。すなわち、ポ
リゴンレンズに要求される面積度は、ポリゴンミラーに
比べて１／４であり、内外側面の２面があることを考え
ても各面の面精度は１／２で済む。従って、ポリゴンレ
ンズの方が量産が容易であり、価格も低くなる。

そして、この実施例によれば、第２図に示したように、
光源部１と結像光学系５１をポリゴンレンズ５６の回転
軸線上にコンパクトにまとめて配設することができるの
で、光走査装置の大幅な小型化が可能になる。したがっ
て、第３図のレーザプリンタに使用する光書込み装置２
０も大幅に小型化できる。

第７図（ａ）（ｂ）は、それぞれポリゴンレンズの他の
例を示したものであり、第４図と対応する部分に同一符
号を付しである。

いずれのポリゴンレンズ５日も、第１面（内側面）５６
ｂの円筒半径を、空心部５８ａの半径と異なる値に設定
している。すなわち、第１面５６ｂの円筒半径をＲ□、
その頂点を結ぶ円の直径をＤとした時、第７図（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ、Ｒ工）Ｄ／２．Ｒ，＜Ｄ／２とした
場合の例を示している。

このように、第１面、第２面の円筒半径Ｒ工。

Ｒ２を独立に設定することにより、像面のわん曲を修正
する自由度を増して、更によい補正を行なうことが出来
る。

第４図、第７図（ａ）、（ｂ）に示したポリゴンレンズ
は、いづれも６個の単位シリンダレンズを一体に成形し
た例を示したが、ポリゴンレンズを構成する単位シリン
ダレンズの数は６個に限るものではない。

また、それぞれ同一形状の複数個のシリンダレ、ンズを
回転軸線の周りに等角度間隔で配設して回転偏向部材を
構成してもよい。走査間隔がおいてもよければ１個のシ
リンダレンズでもよい。

第８図は、この発明による光走査装置の他の実施例を示
したものであり、前述の例と同じ部分には同一符号を付
してその説明を省略する。

この実施例では図示のように、光源部１を構成する発光
部２及びコリメータレンズ３と、結像光学系５１′を構
成する弱い正の結像レンズ５２′及び比較的強い正のシ
リンダレンズ５４′とを光軸を一致させて配置し、その
先軸がポリゴンレンズ５Ｂの回転軸線と直交するように
、ポリゴンレンズ５６の中空部５日ａ内に収めたもので
ある。

この実施例においては、シリンダレンズ５８の正のパワ
ーをメリデイオナル方向に設けることにより、ポリゴン
レンズ５６の負のパワーをキャンセルするように働くの
で、第２図、及び第３図に示した実施例よりも、全光学
系を構成する各素子のパワーを弱く設定出来、各素子の
設計・製作が容易になる。

また、このように各部を配設することにより、光走査装
置を一層薄型化することが出来る。

ところで、ポリゴンレンズを使用した場合の回転角αと
偏向角θとの関係は、ポリゴンレンズの形状により若干
具なるが、例えば第４図に示した例では、既に説明した
通りである。

そして、走査線をスポットが走査する線速度はｔａｎθ
と偏向角速度との積に比例する。

このポリゴンレンズ５日はスキャナモータ５によって等
速回転駆動されている。従って、スポットの走査線速度
は一定とならず、走査線の周辺部では中心Ｃの近傍に比
べて走査線速度が速くなる傾向がある。

このような走査線速度の不均一は、走査線上でのドツト
（画素）間隔の不均一すなわち画像の歪みと、露光量の
不均一すなわち濃度のムラとを発生し、画質を低下させ
る原因となる。

しかしながら、この走査線速度と光ビームが感光体面に
入射する角度（偏向角θに等しい）とは、予め設計時に
計算することが出来る。

従って、光書込み時における像の歪みは、例えばドツト
間隔が均一になるように、ドツトの位置に応じて画素ク
ロック周波数を変化させることにより補正することが出
来る。

また、濃度のムラは、例えば露光量が均一になるように
、ドツトの位置に応じてレーザダイオードのような発光
部の発光量を制御することにより補正することが出来る
。

効果 以上説明したように、この発明によれば、像面のわん曲
を生じることがなく小型で安価な光走査装置を提供する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である光走査装置を長尺シ
リンダレンズ及びｏＰｃドラムと共に示す分解斜視図、 第２図は同じくその光走査装置の縦断面図、第３図は第
１図及び第２図の光走査装置を使用したレーザプリンタ
の構造例を示す略断面図、第４図（ａ）、（ｂ）は第１
図及び第２図に示したポリゴンレンズ５６の形状例を示
す平面図およびそのＸ−Ｘ線に沿う断面図、 第５図は同じくそのポリゴンレンズによって光ビームが
偏向される原理の説明図、 第６図は同じくメリデイオナル像面のわん曲補正の説明
図、 第７図（ａ）、（ｂ）はそれぞれポリゴンレンズの他の
異なる形状例を示す平面図、 第８図はこの発明の他の実施例を示す光走査装置の平面
図、　　。 第９図は従来のプレオブジェクト型光走査装置の例を示
す第１図と同様な斜視図、 第１０図は従来のポストオブジェクト型光走査装置の例
を示す第１図と同様な斜視図、 第１１図は同じくそのメリデイオナル像面のわん曲を示
す説明図である。 １・・・光源部　　　　　　２・・・発光部３・・・コ
リメータレンズ　５・・・スキャナモータ９・・・長尺
シリンダレンズ １０・・・○ＰＣ（感光体）ドラム １１・・・走査線　　　　　２１・・光走査装置５１・
・結像光学系 ５２．５２’・・・結像レンズ ５３・・・ミラー ５４．５４’・・・シリンダレンズ（正、負）５６・・
ポリゴナルシリンダレンズ （ポリゴンレンズ） ５７・・・光走査器 ＾　　　　　　　　　Ｘ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　光ビームを射出する光源部と、前記光ビームを偏向
   走査する回転偏向部材を有する光走査器と、該光走査器
   と前記光源部との間に設けられ、前記光ビームを投影面
   に結像する結像光学系とからなるポストオブジェクト型
   光走査装置において、前記光走査器の回転偏向部材を、
   その回転軸線の周りに走査方向にパワーを持つように配
   設したシリンダレンズによって構成したことを特徴とす
   る光走査装置。