JPH0511212A - 光走査装置 - Google Patents
光走査装置Info
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- JPH0511212A JPH0511212A JP29414391A JP29414391A JPH0511212A JP H0511212 A JPH0511212 A JP H0511212A JP 29414391 A JP29414391 A JP 29414391A JP 29414391 A JP29414391 A JP 29414391A JP H0511212 A JPH0511212 A JP H0511212A
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- scanning
- lens
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- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】レーザプリンタ装置において、回転多面鏡に斜
め方向からレーザ光を入射した時の副走査方向で生じる
像面湾曲を除去し、面だおれ補正機能を持ちながら高分
解でかつ広画角の走査を行なうこと。 【構成】主走査方向xと副主走査方向yの曲率半径が異
なり、副走査方向の曲率半径が光軸から離れるにつれて
左右非対称に増加する回転非対称な非球面を有する走査
レンズ1を用い、光ビーム100の回転多面鏡10への
斜め入射や回転多面鏡の回転に伴う反射面の移動によっ
て感光ドラム面15上で副走査方向に生じる像面湾曲を
補正して、結像特性が高分解能に保たれるようにした。
め方向からレーザ光を入射した時の副走査方向で生じる
像面湾曲を除去し、面だおれ補正機能を持ちながら高分
解でかつ広画角の走査を行なうこと。 【構成】主走査方向xと副主走査方向yの曲率半径が異
なり、副走査方向の曲率半径が光軸から離れるにつれて
左右非対称に増加する回転非対称な非球面を有する走査
レンズ1を用い、光ビーム100の回転多面鏡10への
斜め入射や回転多面鏡の回転に伴う反射面の移動によっ
て感光ドラム面15上で副走査方向に生じる像面湾曲を
補正して、結像特性が高分解能に保たれるようにした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光走査装置に係り、特
に、回転非対称非球面を用いた走査光学系であって、計
算機出力装置やオフィス情報処理装置として用いられる
レーザプリンタ装置に関する。
に、回転非対称非球面を用いた走査光学系であって、計
算機出力装置やオフィス情報処理装置として用いられる
レーザプリンタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザプリンタ装置では、従来からFθ
レンズ及び回転多面鏡の組み合せにより、レーザ光を感
光ドラム上に偏向走査することが行なわれている。レー
ザ光を走査する上での問題点の一つは、回転多面鏡の反
射面の傾きにより、走査ピッチムラが生じることであ
る。
レンズ及び回転多面鏡の組み合せにより、レーザ光を感
光ドラム上に偏向走査することが行なわれている。レー
ザ光を走査する上での問題点の一つは、回転多面鏡の反
射面の傾きにより、走査ピッチムラが生じることであ
る。
【0003】それを解決する方法としては、シリンダレ
ンズとトーリックFθレンズの組み合わせ(特開昭48
−98844号)、プリズムとFθレンズの組み合わせ
(特公昭59−9883号)、トーリックレンズとFθ
レンズの組み合わせ(特開昭48−49315)等によ
って、回転多面体鏡の傾き誤差による影響を低減しよう
とするものが知られている。これらには、前述のよう
に、非球面の光学素子と球面レンズからなるFθレンズ
との2種類の光学部品が使われており、部品点数が多い
という難点があった。
ンズとトーリックFθレンズの組み合わせ(特開昭48
−98844号)、プリズムとFθレンズの組み合わせ
(特公昭59−9883号)、トーリックレンズとFθ
レンズの組み合わせ(特開昭48−49315)等によ
って、回転多面体鏡の傾き誤差による影響を低減しよう
とするものが知られている。これらには、前述のよう
に、非球面の光学素子と球面レンズからなるFθレンズ
との2種類の光学部品が使われており、部品点数が多い
という難点があった。
【0004】この点を改善する為に、Fθレンズの中に
面倒れ補正機能をもたせようとする提案もある(特開昭
57−144515号)、このFθレンズは、普通の球
面あるいは平面の他に、シリンダ面あるいはトーリック
面を含んだものとなっている。トーリック面とは、ある
平面とそれに直交するもう一つの平面を考えた時、各々
の平面内における面の曲率半径が異なる面を意味する。
すなわち光軸方向をz、光軸を含む互に直交した平面を
xz面、yz面とした2次の展開式で表わすと、 z=Ax2+By2 (1) (A,Bは係数でA≠Bかつ、光の光軸に対する画角θ
とは独立)のような面を意味する。
面倒れ補正機能をもたせようとする提案もある(特開昭
57−144515号)、このFθレンズは、普通の球
面あるいは平面の他に、シリンダ面あるいはトーリック
面を含んだものとなっている。トーリック面とは、ある
平面とそれに直交するもう一つの平面を考えた時、各々
の平面内における面の曲率半径が異なる面を意味する。
すなわち光軸方向をz、光軸を含む互に直交した平面を
xz面、yz面とした2次の展開式で表わすと、 z=Ax2+By2 (1) (A,Bは係数でA≠Bかつ、光の光軸に対する画角θ
とは独立)のような面を意味する。
【0005】このようなトーリック面をつかってレーザ
走査装置を構成すると、光を走査する面をxz面に、面
倒れに影響ある面はyz面とし、主走査方向をx軸方
向、副走査方向をy軸方向、各々の面内焦点距離を
fx,fyとすると、 fx≠fy(且つ、fx>fy) (2) であり、特に面倒れ方向(副走査方向)の結像特性が劣
化する。これはfy<fxのために、fyがカバーできる
走査範囲が小さく、良好な結像特性を満足できない為で
ある。副走査方向の結像特性が悪くなるのは、面倒れに
関係する面(yz面)で、像面湾曲が発生するためであ
る。即ち、ある特定の画角θでの波面収差が W=cy2 (3) (c:係数) となる。主走査方向の結像特性は、θ〜40゜以内で良
好に保つことができる。すなわちWがxの関数でなくな
るので、面倒れ補正方向(y軸方向、副走査方向)のみ
の収差が発生する。cはレンズ系の曲率半径、レンズ間
隔、屈折率、画角等で決定される係数であって、トーリ
ック面のようなレンズ面形状が(1)式で書けるような
形だと、結像特性の低下をまねき、零にはならない。し
かも、Fθレンズ中に非球面を複数用いるため、レンズ
の回転による軸ずれ調整が難かしいという問題もある。
走査装置を構成すると、光を走査する面をxz面に、面
倒れに影響ある面はyz面とし、主走査方向をx軸方
向、副走査方向をy軸方向、各々の面内焦点距離を
fx,fyとすると、 fx≠fy(且つ、fx>fy) (2) であり、特に面倒れ方向(副走査方向)の結像特性が劣
化する。これはfy<fxのために、fyがカバーできる
走査範囲が小さく、良好な結像特性を満足できない為で
ある。副走査方向の結像特性が悪くなるのは、面倒れに
関係する面(yz面)で、像面湾曲が発生するためであ
る。即ち、ある特定の画角θでの波面収差が W=cy2 (3) (c:係数) となる。主走査方向の結像特性は、θ〜40゜以内で良
好に保つことができる。すなわちWがxの関数でなくな
るので、面倒れ補正方向(y軸方向、副走査方向)のみ
の収差が発生する。cはレンズ系の曲率半径、レンズ間
隔、屈折率、画角等で決定される係数であって、トーリ
ック面のようなレンズ面形状が(1)式で書けるような
形だと、結像特性の低下をまねき、零にはならない。し
かも、Fθレンズ中に非球面を複数用いるため、レンズ
の回転による軸ずれ調整が難かしいという問題もある。
【0006】そこで、本発明者等は、走査レンズ(Fθ
レンズ)内の非球面を1つにし、その非球面の形状を、 z=Ax2+B´(θ)・y2 (4) (B´≧B) として、係数B´を走査画角θの関数の形にし、Fθレ
ンズの面倒れ方向の曲率半径を、偏向方向に応じて変化
させるものを提案した(特開昭62−265615。す
なわち、この提案では、図2に破線Bで示すように、面
倒れ方向(副走査方向)の曲率半径を光軸(Z軸)から
離れるにつれて大きくすることによって、波面収差Wの
y2の項の係数を0に近づけることが可能となる。この
ことは、副走査方向の焦点距離fyが画角θの関数にな
っており、画角θが変化するごとにfyも変化させるこ
とを意味する。なお、この提案では、副走査方向の曲率
半径の変化は、光軸に対して対称である。図2でz軸は
光軸方向、yz面は面倒れに影響する平面である。図中
の実線Aは、従来のトーリック面 z=By2+M (5) を示す。点線のように光軸から離れるにつれて副走査方
向の曲率半径を大きくし、光軸上(θ=0)における面
倒れ方向の曲率半径よりも、軸外(θ≠0)における曲
率半径を大きくして非球面Bへ移行することで結像位置
をドラム面上にもっていくことができる。しかも、この
曲率半径は画角θと共に左右対称に単調増加させる。
レンズ)内の非球面を1つにし、その非球面の形状を、 z=Ax2+B´(θ)・y2 (4) (B´≧B) として、係数B´を走査画角θの関数の形にし、Fθレ
ンズの面倒れ方向の曲率半径を、偏向方向に応じて変化
させるものを提案した(特開昭62−265615。す
なわち、この提案では、図2に破線Bで示すように、面
倒れ方向(副走査方向)の曲率半径を光軸(Z軸)から
離れるにつれて大きくすることによって、波面収差Wの
y2の項の係数を0に近づけることが可能となる。この
ことは、副走査方向の焦点距離fyが画角θの関数にな
っており、画角θが変化するごとにfyも変化させるこ
とを意味する。なお、この提案では、副走査方向の曲率
半径の変化は、光軸に対して対称である。図2でz軸は
光軸方向、yz面は面倒れに影響する平面である。図中
の実線Aは、従来のトーリック面 z=By2+M (5) を示す。点線のように光軸から離れるにつれて副走査方
向の曲率半径を大きくし、光軸上(θ=0)における面
倒れ方向の曲率半径よりも、軸外(θ≠0)における曲
率半径を大きくして非球面Bへ移行することで結像位置
をドラム面上にもっていくことができる。しかも、この
曲率半径は画角θと共に左右対称に単調増加させる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、回転多面鏡
の回転に伴う副走査方向の像点移動の影響をなくし、面
だおれ補正機能を持ちながら高分解能でかつ広画角の走
査を行うことができる光走査装置及びそれに用いる回転
非対称な非球面走査レンズを提供するのが本発明の目的
である。
の回転に伴う副走査方向の像点移動の影響をなくし、面
だおれ補正機能を持ちながら高分解能でかつ広画角の走
査を行うことができる光走査装置及びそれに用いる回転
非対称な非球面走査レンズを提供するのが本発明の目的
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザプリンタ
装置は、光源と、該光源からの光ビームを偏向して感光
ドラム面上を走査する回転多面鏡と、該回転多面鏡と感
光ドラムとの間に設けられ、上記回転多面鏡によって走
査される主走査方向に垂直な副走査方向に関して上記回
転多面鏡と走査面とを共役な関係に結像しかつ上記回転
多面鏡の反射面で偏向された光ビームをその走査角に比
例した走査面上の位置に結像する走査レンズであって、
主走査方向と副走査方向との曲率半径が異なり、該副走
査方向の曲率半径が光軸から離れるにつれて左右非対称
に増加する非球面を有する走査レンズと、上記光源と回
転多面鏡との間に設けられ、上記光源からの光ビームを
上記副走査方向に関して集光し、上記回転多面鏡の反射
面に対し上記主走査方向に細長い線状に上記走査レンズ
の光軸に関して斜め方向から入射せしめる光学系とを有
することを特徴とする。
装置は、光源と、該光源からの光ビームを偏向して感光
ドラム面上を走査する回転多面鏡と、該回転多面鏡と感
光ドラムとの間に設けられ、上記回転多面鏡によって走
査される主走査方向に垂直な副走査方向に関して上記回
転多面鏡と走査面とを共役な関係に結像しかつ上記回転
多面鏡の反射面で偏向された光ビームをその走査角に比
例した走査面上の位置に結像する走査レンズであって、
主走査方向と副走査方向との曲率半径が異なり、該副走
査方向の曲率半径が光軸から離れるにつれて左右非対称
に増加する非球面を有する走査レンズと、上記光源と回
転多面鏡との間に設けられ、上記光源からの光ビームを
上記副走査方向に関して集光し、上記回転多面鏡の反射
面に対し上記主走査方向に細長い線状に上記走査レンズ
の光軸に関して斜め方向から入射せしめる光学系とを有
することを特徴とする。
【0009】
【作用】すなわち、本発明では、走査レンズを介して回
転多面鏡の反射面と感光ドラム面とを副走査方向に関し
て共役な結像関係に配置して、回転多面鏡の面倒れによ
る走査ピッチむらを補正するとともに、上記走査レンズ
に、主走査方向と副走査方向の曲率半径が異なり、かつ
副走査方向の曲率半径が光軸から遠ざかるにつれて非対
称に単調増加する回転非対称な非球面を有するFθレン
ズを用いて、感光ドラム上で副走査方向に発生する像面
わん曲(光ビームの回転多面鏡への斜め入射や、回転多
面鏡の反射面の移動によって生じる収差を含む)を補正
することを特徴とする。なおFθレンズとは、回転多面
鏡の反射面によって偏向された光の偏向角(走査画角)
θに比例した走査面上の位置に光束を結像させるレンズ
である。
転多面鏡の反射面と感光ドラム面とを副走査方向に関し
て共役な結像関係に配置して、回転多面鏡の面倒れによ
る走査ピッチむらを補正するとともに、上記走査レンズ
に、主走査方向と副走査方向の曲率半径が異なり、かつ
副走査方向の曲率半径が光軸から遠ざかるにつれて非対
称に単調増加する回転非対称な非球面を有するFθレン
ズを用いて、感光ドラム上で副走査方向に発生する像面
わん曲(光ビームの回転多面鏡への斜め入射や、回転多
面鏡の反射面の移動によって生じる収差を含む)を補正
することを特徴とする。なおFθレンズとは、回転多面
鏡の反射面によって偏向された光の偏向角(走査画角)
θに比例した走査面上の位置に光束を結像させるレンズ
である。
【0010】本発明で用いる回転非対称な非球面は、主
軸と副軸の曲率半径が異なると同時に副軸の曲率半径が
軸外(θ≠0)になるにつれて増加し、かつ走査中心
(θ=0)に対して左右非対称の形状を有する。この非
球面は、Fθレンズを構成するレンズのどの面に用いて
もよいが、走査面(感光ドラム面)に最も近い面に設け
るのが好ましい。例えば、本発明の非球面走査レンズを
2枚のレンズで構成し、これらレンズの各面をレーザの
入射側(回転多面鏡側)から第1面〜第4面とすると、
第1面から第3面は平面又は球面からなる回転軸対称な
面とし、第4面を回転軸非対称な非球面とする。
軸と副軸の曲率半径が異なると同時に副軸の曲率半径が
軸外(θ≠0)になるにつれて増加し、かつ走査中心
(θ=0)に対して左右非対称の形状を有する。この非
球面は、Fθレンズを構成するレンズのどの面に用いて
もよいが、走査面(感光ドラム面)に最も近い面に設け
るのが好ましい。例えば、本発明の非球面走査レンズを
2枚のレンズで構成し、これらレンズの各面をレーザの
入射側(回転多面鏡側)から第1面〜第4面とすると、
第1面から第3面は平面又は球面からなる回転軸対称な
面とし、第4面を回転軸非対称な非球面とする。
【0011】本発明の非球面走査レンズは、回転多面鏡
によって走査される主走査方向に垂直な副走査方向に関
して回転多面鏡と走査面とを共役な関係に結像しかつ回
転多面鏡の反射面で偏向された光ビームをその走査角に
比例した走査面上の位置に結像するFθレンズであっ
て、主走査方向と副走査方向との焦点距離が異なり、副
走査方向の焦点距離が光軸から離れるにつれて左右非対
称に増加するレンズからなる。
によって走査される主走査方向に垂直な副走査方向に関
して回転多面鏡と走査面とを共役な関係に結像しかつ回
転多面鏡の反射面で偏向された光ビームをその走査角に
比例した走査面上の位置に結像するFθレンズであっ
て、主走査方向と副走査方向との焦点距離が異なり、副
走査方向の焦点距離が光軸から離れるにつれて左右非対
称に増加するレンズからなる。
【0012】本発明によれば、光ビームの(例えばレー
ザ光)の回転多面鏡への斜め入射及び回転多面鏡の反射
面の移動によって走査面(感光ドラム)上で副走査方向
に生じる像面わん曲を補正して、結像位置を走査面上に
一致させることができ、高分解能で広画角の走査を行う
ことができる。
ザ光)の回転多面鏡への斜め入射及び回転多面鏡の反射
面の移動によって走査面(感光ドラム)上で副走査方向
に生じる像面わん曲を補正して、結像位置を走査面上に
一致させることができ、高分解能で広画角の走査を行う
ことができる。
【0013】
【実施例】本発明の実施例の説明に先立ち、本発明の解
決すべき問題点について説明する。
決すべき問題点について説明する。
【0014】レーザプリンタ装置では、走査手段として
回転多面鏡が用いられており、光源(例えば、lase
r源)からの光ビーム例えばレーザ光を回転多面鏡に斜
めの方向から入射させる。すなわち、レーザ光は、回転
多面鏡の反射面に対し、走査平面(xz面)内で光軸
(z軸)に対し斜め方向から入射する。しかし、回転多
面鏡の反射面40は、図3に示すように回転につれて入
射レーザ光41に対して前後に動く。このため、入射レ
ーザ光41の入射点は42から43になり、その反射光
も46から47へ移る。この反射面の動きは、上記の特
開昭62−265615号のように回転多面鏡の反射面
に平行光を入射させる場合は問題とならないが、回転多
面鏡の面倒れ補正のために、副走査方向(y方向)に関
して回転多面鏡の反射面と感光ドラム面を共役な結像関
係に配置し、回転多面鏡の反射面に入射させるレーザ光
41を副走査方向に関して一点に集光させると、反射面
40の移動にともなって、感光ドラム上でのスポットは
光軸方向に動くことになる。この像点の動きは、画角θ
のとき、 aθ+bθ2+cθ3+ ……………… となり、画角θに関して奇関数項が入ってくる。
回転多面鏡が用いられており、光源(例えば、lase
r源)からの光ビーム例えばレーザ光を回転多面鏡に斜
めの方向から入射させる。すなわち、レーザ光は、回転
多面鏡の反射面に対し、走査平面(xz面)内で光軸
(z軸)に対し斜め方向から入射する。しかし、回転多
面鏡の反射面40は、図3に示すように回転につれて入
射レーザ光41に対して前後に動く。このため、入射レ
ーザ光41の入射点は42から43になり、その反射光
も46から47へ移る。この反射面の動きは、上記の特
開昭62−265615号のように回転多面鏡の反射面
に平行光を入射させる場合は問題とならないが、回転多
面鏡の面倒れ補正のために、副走査方向(y方向)に関
して回転多面鏡の反射面と感光ドラム面を共役な結像関
係に配置し、回転多面鏡の反射面に入射させるレーザ光
41を副走査方向に関して一点に集光させると、反射面
40の移動にともなって、感光ドラム上でのスポットは
光軸方向に動くことになる。この像点の動きは、画角θ
のとき、 aθ+bθ2+cθ3+ ……………… となり、画角θに関して奇関数項が入ってくる。
【0015】このように回転多面鏡の反射面に斜め方向
から入射させて走査されるレーザ光を、副走査方向の曲
率半径が光軸に対し左右対称な非球面を用いた走査レン
ズで結像すると、図4に点線で示すように副走査方向の
結像位置が光軸から離れるにつれて走査面上(感光ドラ
ム面上)からずれてしまう。すなわち、ガルバノミラー
のように回転軸と反射面とが一致する走査手段を用いた
レーザ走査系では、反射面に斜め方向からレーザ光を入
射させ、左右対称な非球面走査レンズを用いて結像して
も、画像が傾くことはないが、回転中心が反射面上にな
い回転多面鏡を用いると、上述したように反射面の移動
に応じて、走査面上でのスポットが光軸方向に動いてし
まい、図4に点線で示したように副走査方向の結像位置
が走査面上から大きくずれてしまう。図4において、−
方向に結像位置がずれていることは、副走査方向の曲率
半径R−xを光軸から離れるにつれて更に大きくし、結
像点を走査面である感光ドラム面上(z´=0の位置)
に移動させる必要があるということであり、+方向に結
像位置がずれていることは、副走査方向の曲率半径Rx
を逆に小さくする必要があることを示す。そこで、本発
明では、主軸と副軸の曲率半径が異なると同時に副軸の
曲率半径が軸外になるにつれて増加し、かつ走査中心に
対して左右非対称な形状を有する回転非対称な非球面を
用いることにより、レーザ光の回転多面鏡への斜め入射
や回転多面鏡の回転に伴う反射面の移動によって走査面
上で副走査方向に生じる像面湾曲を補正して結像位置を
走査面上に一致させ、結像特性が高分解能に保たれるよ
うにしたものである。
から入射させて走査されるレーザ光を、副走査方向の曲
率半径が光軸に対し左右対称な非球面を用いた走査レン
ズで結像すると、図4に点線で示すように副走査方向の
結像位置が光軸から離れるにつれて走査面上(感光ドラ
ム面上)からずれてしまう。すなわち、ガルバノミラー
のように回転軸と反射面とが一致する走査手段を用いた
レーザ走査系では、反射面に斜め方向からレーザ光を入
射させ、左右対称な非球面走査レンズを用いて結像して
も、画像が傾くことはないが、回転中心が反射面上にな
い回転多面鏡を用いると、上述したように反射面の移動
に応じて、走査面上でのスポットが光軸方向に動いてし
まい、図4に点線で示したように副走査方向の結像位置
が走査面上から大きくずれてしまう。図4において、−
方向に結像位置がずれていることは、副走査方向の曲率
半径R−xを光軸から離れるにつれて更に大きくし、結
像点を走査面である感光ドラム面上(z´=0の位置)
に移動させる必要があるということであり、+方向に結
像位置がずれていることは、副走査方向の曲率半径Rx
を逆に小さくする必要があることを示す。そこで、本発
明では、主軸と副軸の曲率半径が異なると同時に副軸の
曲率半径が軸外になるにつれて増加し、かつ走査中心に
対して左右非対称な形状を有する回転非対称な非球面を
用いることにより、レーザ光の回転多面鏡への斜め入射
や回転多面鏡の回転に伴う反射面の移動によって走査面
上で副走査方向に生じる像面湾曲を補正して結像位置を
走査面上に一致させ、結像特性が高分解能に保たれるよ
うにしたものである。
【0016】本発明の非球面走査レンズは、回転多面鏡
によって走査される主走査方向に垂直な副走査方向に関
して回転多面鏡と走査面とを共役な関係に結像しかつ回
転多面鏡の反射面で偏向された光ビームをその走査角に
比例した走査面上の位置に結像するFθレンズであっ
て、主走査方向と副走査方向との焦点距離が異なり、副
走査方向の焦点距離が光軸から離れるにつれて左右非対
称に増加するレンズからなる。
によって走査される主走査方向に垂直な副走査方向に関
して回転多面鏡と走査面とを共役な関係に結像しかつ回
転多面鏡の反射面で偏向された光ビームをその走査角に
比例した走査面上の位置に結像するFθレンズであっ
て、主走査方向と副走査方向との焦点距離が異なり、副
走査方向の焦点距離が光軸から離れるにつれて左右非対
称に増加するレンズからなる。
【0017】なお、本発明による走査レンズの横倍率は
3以上5以下が好適である。すなわち、回転多面鏡の反
射面の動きは回転多面鏡の半径を30〜50mmφとする
と、約1mmとなる。この動きによる像面わく曲は、上述
したように左右非対称な曲率半径をもつ非球面を用いる
ことにより除去できる。回転多面鏡と走査レンズの配置
精度を考えると、反射面40が設計位置401から例え
ば0.3mmずれた402の位置にあるとすると、図6に
点線で示すように、反射像の位置P0はその2倍の約
0.6mm動いた位置P0´になる。感光ドラム面上での
結像位置Pの移動は、走査レンズ1の横倍率の自乗で生
じ、P´の位置になる。横倍率を3〜5とすると、感光
ドラム上での像の移動PP´は5.4〜15mm生じるこ
とになる。レーザプリンタ装置などの光走査装置におけ
る走査レンズのF数は約100前後である。焦点深度は
PP値 4F2・λ で与えられる。これを±に振りわけると2F2λとな
り、使用する光の波長をλ=0.78μmとすると、焦
点深度は約15mmとなる。従って走査レンズの横倍率を
3〜5とすることにより、回転多面鏡と走査レンズの配
置精度が0.3mm以内で焦点深度内に入れることがで
き、量産上好ましい。横倍率を5より大きくすると、回
転多面鏡と走査レンズ配置精度が厳しくなり、組立てが
困難となる。一方、3より小さいと、走査レンズを感光
ドラム側に近づける必要があり、このため、レンズ径が
大きくなってしまい好ましくない。
3以上5以下が好適である。すなわち、回転多面鏡の反
射面の動きは回転多面鏡の半径を30〜50mmφとする
と、約1mmとなる。この動きによる像面わく曲は、上述
したように左右非対称な曲率半径をもつ非球面を用いる
ことにより除去できる。回転多面鏡と走査レンズの配置
精度を考えると、反射面40が設計位置401から例え
ば0.3mmずれた402の位置にあるとすると、図6に
点線で示すように、反射像の位置P0はその2倍の約
0.6mm動いた位置P0´になる。感光ドラム面上での
結像位置Pの移動は、走査レンズ1の横倍率の自乗で生
じ、P´の位置になる。横倍率を3〜5とすると、感光
ドラム上での像の移動PP´は5.4〜15mm生じるこ
とになる。レーザプリンタ装置などの光走査装置におけ
る走査レンズのF数は約100前後である。焦点深度は
PP値 4F2・λ で与えられる。これを±に振りわけると2F2λとな
り、使用する光の波長をλ=0.78μmとすると、焦
点深度は約15mmとなる。従って走査レンズの横倍率を
3〜5とすることにより、回転多面鏡と走査レンズの配
置精度が0.3mm以内で焦点深度内に入れることがで
き、量産上好ましい。横倍率を5より大きくすると、回
転多面鏡と走査レンズ配置精度が厳しくなり、組立てが
困難となる。一方、3より小さいと、走査レンズを感光
ドラム側に近づける必要があり、このため、レンズ径が
大きくなってしまい好ましくない。
【0018】図1は、本発明による光走査装置の一実施
例であるレーザプリンタ装置の構成図である。図におい
て、1は本発明による走査レンズである回転非対称な非
球面Fθレンズ、2はレーザ光源、20はコリメータレ
ンズ、3はシリンダレンズ、10は回転多面鏡、15は
感光ドラム面である。
例であるレーザプリンタ装置の構成図である。図におい
て、1は本発明による走査レンズである回転非対称な非
球面Fθレンズ、2はレーザ光源、20はコリメータレ
ンズ、3はシリンダレンズ、10は回転多面鏡、15は
感光ドラム面である。
【0019】レーザ光源2からでたレーザ光100はコ
リメータレンズ20を通り平行光束になる。シリンダレ
ンズ3は副走査方向(y方向)にのみ作用するように配
置され、回転多面鏡10の反射面40上で副走査方向
(y方向)にコリメータレンズ20からのレーザ光が集
光されるようになっており、反射面40には副走査方向
に集光され、主走査方向には平行な光ビームが入射さ
れ、主走査方向に細長い線状のスポットが照射される。
リメータレンズ20を通り平行光束になる。シリンダレ
ンズ3は副走査方向(y方向)にのみ作用するように配
置され、回転多面鏡10の反射面40上で副走査方向
(y方向)にコリメータレンズ20からのレーザ光が集
光されるようになっており、反射面40には副走査方向
に集光され、主走査方向には平行な光ビームが入射さ
れ、主走査方向に細長い線状のスポットが照射される。
【0020】副走査方向(y方向)に関して該反射面4
0と感光ドラムが配置される走査面15は幾何光学的な
共役関係にある。レーザ光走査のための走査レンズ(F
θレンズ)1は、球面あるいは平面からなる回転対称軸
を有するレンズ面11,12をもつ第1のレンズと、平
面、あるいは球面からなるレンズ面13と回転軸非対称
な非球面であるレンズ面14とをもつ第2のレンズによ
って構成されている。
0と感光ドラムが配置される走査面15は幾何光学的な
共役関係にある。レーザ光走査のための走査レンズ(F
θレンズ)1は、球面あるいは平面からなる回転対称軸
を有するレンズ面11,12をもつ第1のレンズと、平
面、あるいは球面からなるレンズ面13と回転軸非対称
な非球面であるレンズ面14とをもつ第2のレンズによ
って構成されている。
【0021】この走査レンズ1は、主走査方向(x方
向)の結像に関しては、回転多面鏡で偏向された平行光
束を、走査面(感光ドラム面)15上に絞り込む機能を
もっている。
向)の結像に関しては、回転多面鏡で偏向された平行光
束を、走査面(感光ドラム面)15上に絞り込む機能を
もっている。
【0022】走査レンズ1の諸元を表1に示す。表1に
おいて、は回転多面鏡10の反射面40、〜は走
査レンズ1の各レンズ面で、は回転対称軸を有する球
面からなるレンズ面11、,は平面からなるレンズ
面12,13,は回転軸非対称な非球面からなるレン
ズ面14である。は感光ドラム面を意味する。rは曲
率半径、dは面間隔、nは屈折率である。表1でのrは
面の向きによって±の付号をつけてあるが、−の場合は
光線がZの−から+に向う時曲率中心が面の負側にある
ことに対応する。
おいて、は回転多面鏡10の反射面40、〜は走
査レンズ1の各レンズ面で、は回転対称軸を有する球
面からなるレンズ面11、,は平面からなるレンズ
面12,13,は回転軸非対称な非球面からなるレン
ズ面14である。は感光ドラム面を意味する。rは曲
率半径、dは面間隔、nは屈折率である。表1でのrは
面の向きによって±の付号をつけてあるが、−の場合は
光線がZの−から+に向う時曲率中心が面の負側にある
ことに対応する。
【0023】
【表1】
【0024】ここで、この走査レンズ1の特徴は、の
非球面14にある。図5に本発明で用いる非球面14の
一形状を示す。図5において、R0は走査中心(θ=
0)での副走査方向の曲率半径、Rx,R−xはx及び
−x座標での副走査曲率半径であり、Rx≠R−xとな
っている。より具体的に示すと、本実施例の非球面14
は、主走査方向の曲率半径の絶対値Ryが155.7m
m、副走査曲率半径の絶対値Roが49.22mmである
トーリック面f(x,y)(実線Aで示す)に、3×1
0~7(xy)2の値を各(x,y)座標で加え(点線B
で示す)、更にΔなる量を各(x,y)座標で加えたも
ので、一点鎖線Cで示される非球面である。ここで、Δ
は、例えば、表2に示すような値であり、各(x,y)
座標で各Δを付加するものであり、各(x,y)位置
で、各Δで与えられる距離だけ、レンズ面がz方向(光
軸方向)に移動することを示す。なお、表2に示されて
いない(x,y)座標での値は、表2に示したサンプル
点を用いた多項式近似でもって与えられる。この走査レ
ンズ1の副走査方向の横倍率は約4.5である。
非球面14にある。図5に本発明で用いる非球面14の
一形状を示す。図5において、R0は走査中心(θ=
0)での副走査方向の曲率半径、Rx,R−xはx及び
−x座標での副走査曲率半径であり、Rx≠R−xとな
っている。より具体的に示すと、本実施例の非球面14
は、主走査方向の曲率半径の絶対値Ryが155.7m
m、副走査曲率半径の絶対値Roが49.22mmである
トーリック面f(x,y)(実線Aで示す)に、3×1
0~7(xy)2の値を各(x,y)座標で加え(点線B
で示す)、更にΔなる量を各(x,y)座標で加えたも
ので、一点鎖線Cで示される非球面である。ここで、Δ
は、例えば、表2に示すような値であり、各(x,y)
座標で各Δを付加するものであり、各(x,y)位置
で、各Δで与えられる距離だけ、レンズ面がz方向(光
軸方向)に移動することを示す。なお、表2に示されて
いない(x,y)座標での値は、表2に示したサンプル
点を用いた多項式近似でもって与えられる。この走査レ
ンズ1の副走査方向の横倍率は約4.5である。
【0025】
【表2】
【0026】表2から明らかなように、Δの値は、xの
正負に対して逆の符号の値をもっているので、図5にC
で示す非球面がx座標に対して非対称な形状を有するこ
とは明らかであり、副走査方向の曲率半径Rxは図7の
ように走査中心(θ=0)に対し左右非対称となる。図
7の例では、副走査方向の曲率半径は中心でR0=4
9.22mm、各々の端ではR−x=53.7mm,R+x
=54.7mmと非対称に大きくなっている。なお、この
ような非球面は、数値制御(NC)による研削機械で直
接加工することにより得られる。
正負に対して逆の符号の値をもっているので、図5にC
で示す非球面がx座標に対して非対称な形状を有するこ
とは明らかであり、副走査方向の曲率半径Rxは図7の
ように走査中心(θ=0)に対し左右非対称となる。図
7の例では、副走査方向の曲率半径は中心でR0=4
9.22mm、各々の端ではR−x=53.7mm,R+x
=54.7mmと非対称に大きくなっている。なお、この
ような非球面は、数値制御(NC)による研削機械で直
接加工することにより得られる。
【0027】また、本実施例では、回転多面鏡10の半
径は32mm,面数は8であり、入射レーザ光41の入射
角度βは66゜で光軸(Z軸)に対する配置は図8に示
すようになっている。この回転多面鏡10で走査された
レーザ光を上述の走査レンズ1で結像したときの結像特
性は、図9に実線で示したように、走査画角θが±29
゜の範囲で像面わん曲を2mm以内におさえることがで
き、60×100μmの均一な絞り込みスポットが得ら
れた。図9の破線は、非対称の面形状を加えない時(Δ
分がない時)の副走査方向の像面位置を示す。この破線
と実線との差が、Δによって補正されたことになる。
径は32mm,面数は8であり、入射レーザ光41の入射
角度βは66゜で光軸(Z軸)に対する配置は図8に示
すようになっている。この回転多面鏡10で走査された
レーザ光を上述の走査レンズ1で結像したときの結像特
性は、図9に実線で示したように、走査画角θが±29
゜の範囲で像面わん曲を2mm以内におさえることがで
き、60×100μmの均一な絞り込みスポットが得ら
れた。図9の破線は、非対称の面形状を加えない時(Δ
分がない時)の副走査方向の像面位置を示す。この破線
と実線との差が、Δによって補正されたことになる。
【0028】
【発明の効果】このように、走査レンズのレンズ面を走
査光軸に対して非対称化することで、回転多面鏡に斜め
方向からレーザ光を入射した時の副走査方向で生じる像
面湾曲を除去することができ、面だおれ補正機能を持ち
ながら高分解でかつ広画角の走査を行なうことができ
た。
査光軸に対して非対称化することで、回転多面鏡に斜め
方向からレーザ光を入射した時の副走査方向で生じる像
面湾曲を除去することができ、面だおれ補正機能を持ち
ながら高分解でかつ広画角の走査を行なうことができ
た。
【図1】本発明による光走査装置の一実施例を示す図
【図2】従来の非球面の一例を示す図
【図3】回転多面鏡の反射面の移動を示す図
【図4】像面湾曲の説明図
【図5】本発明による走査レンズで用いる非球面の一例
を示す図
を示す図
【図6】回転多面鏡と走査レンズの配置精度による像の
移動を示す図
移動を示す図
【図7】本発明で用いる非球面の副走査方向の曲率半径
の変化を示す図
の変化を示す図
【図8】回転多面鏡と入射光との関係を示す図
【図9】本発明と従来例の結像特性を示す図である
1…走査レンズ、2…レーザ光源、3…シリンダレン
ズ、10…回転多面鏡、15…感光ドラム面、x…主走
査方向、y…副走査方向、z…光軸。
ズ、10…回転多面鏡、15…感光ドラム面、x…主走
査方向、y…副走査方向、z…光軸。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 角田 義人
東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 森山 茂夫
東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 望月 健至
東京都千代田区大手町二丁目6番2号 日
立工機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項1】レーザ光源と、該光源からのレーザビーム
を偏向して感光ドラム面上を走査する回転多面鏡と、該
回転多面鏡と感光ドラム面との間に設けられ、上記回転
多面鏡によって走査される主走査方向に垂直な副走査方
向に関して上記回転多面鏡と走査面とを共役な関係に結
像しかつ上記回転多面鏡の反射面で偏向された光ビーム
をその走査角に比例した走査面上の位置に結像する走査
レンズであって、主走査方向と副走査方向との焦点距離
が異なり、該副走査方向の焦点距離が光軸から離れるに
つれて左右非対称に増加する走査レンズと、上記光源と
回転多面鏡との間に設けられ、上記光源からの光ビーム
を上記副走査方向に関して集光し、上記回転多面鏡の反
射面に対し上記主走査方向に細長い線状に上記走査レン
ズの光軸に関して斜め方向から入射せしめる光学系であ
って、上記光源からのレーザビームを平行化するコリメ
ータレンズと、該コリメータレンズからのレーザビーム
を上記副走査方向に関して集光するシリンダレンズとか
ら構成された光学系とを有することを特徴とするレーザ
プリンタ装置。 - 【請求項2】請求項1において、上記走査レンズの横倍
率を3以上5以下としたことを特徴とするレーザプリン
タ装置。 - 【請求項3】請求項1において、上記走査レンズが、主
走査方向と副走査方向との曲率半径が異なり、該副走査
方向の曲率半径が光軸から離れるにつれて左右非対称に
単調増加する非球面を有するレンズを含むことを特徴と
するレーザプリンタ装置。 - 【請求項4】請求項3において、上記走査レンズが、回
転軸対称な面を両面にもつ第1のレンズと、回転軸対称
な面と上記非球面とをもつ第2のレンズとから構成され
ていることを特徴とするレーザプリンタ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29414391A JPH0511212A (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29414391A JPH0511212A (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 光走査装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63172724A Division JPH0769521B2 (ja) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | 光走査装置及び走査レンズ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0511212A true JPH0511212A (ja) | 1993-01-19 |
Family
ID=17803869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29414391A Withdrawn JPH0511212A (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 光走査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0511212A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4843485A (en) * | 1983-12-23 | 1989-06-27 | General Electric Company | Multiple format digital video tape record and replay system |
EP0947451A2 (en) | 1998-03-31 | 1999-10-06 | Tsubakimoto Chain Co. | Speed-increasing and accumulating conveyor chain |
JP2010271722A (ja) * | 1995-02-28 | 2010-12-02 | Canon Inc | マルチビーム走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタ |
-
1991
- 1991-11-11 JP JP29414391A patent/JPH0511212A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4843485A (en) * | 1983-12-23 | 1989-06-27 | General Electric Company | Multiple format digital video tape record and replay system |
JP2010271722A (ja) * | 1995-02-28 | 2010-12-02 | Canon Inc | マルチビーム走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタ |
EP0947451A2 (en) | 1998-03-31 | 1999-10-06 | Tsubakimoto Chain Co. | Speed-increasing and accumulating conveyor chain |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19950928 |