JP2001056445A

JP2001056445A - レーザー走査装置

Info

Publication number: JP2001056445A
Application number: JP2000169381A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Inagaki; 義弘稲垣
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2001-02-27

Abstract

(57)【要約】【課題】画像のピッチムラ等を解消し、より良好な結像
性能を有するレーザー走査装置を提供する。【解決手段】レーザー光源１から射出されたレーザービ
ーム２をポリゴンミラー５で偏向して感光体７の像面７
ａ上を走査するとともに、光路上に配置された走査ミラ
ー６にて像面７ａ上に結像させる構成において、ポリゴ
ンミラー５に入射するレーザービーム２は、ポリゴンミ
ラー５の回転軸５ｂに垂直な平面内を進むように構成さ
れ、走査ミラー６は、左右非対称なネジレを持つミラー
面である構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザープリンタ
ー等に応用されるレーザー走査装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、このようなレーザー走査装置
の分野では、例えばＵＳＰ５３５３０４７号公報に記載
されている如く、いわゆるトロイダルミラーを用いて、
走査面上を略一定の速度で走査するレーザー走査光学系
を構成する技術が提案されている。また、例えば特開平
８−２２０４４０号公報に記載されている如く、ポリゴ
ンミラーへの入射光を、主走査方向については画像範囲
の中央から入射させ、また、副走査方向についてはポリ
ゴンミラーの回転軸に対して垂直ではない角度で入射
（斜入射）させる技術が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｕ
ＳＰ５３５３０４７号公報に記載されているような構成
では、ミラー面がトロイダル面によって構成されている
ため、ポリゴンミラーに起因する左右非対称性を吸収す
る自由度が無く、十分に収差補正する事ができないとい
う問題がある。また、上記特開平８−２２０４４０号公
報に記載されているような構成では、ポリゴンミラーに
起因する左右非対称性は発生しないが、その代わり、ポ
リゴンミラーの回転軸とミラー面との間の距離が不均一
な場合に、被走査面上での副走査方向の結像位置が、ミ
ラー面毎に変わってしまうので、画像にピッチムラを発
生させてしまうという問題がある。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑み、ミラ
ーを用いながら、より良好な結像性能を有するレーザー
走査装置を提供する事を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源から射出されたレーザー光を偏向
器で偏向して被走査面上を走査するとともに、光路上に
配置された走査光学系にてその被走査面上に結像させる
レーザー走査装置において、前記偏向器に入射する前記
レーザー光は、光学的にその偏向器の回転軸に垂直な平
面内を進むように構成され、前記走査光学系は、ネジレ
形状を持つ反射面を光路中に少なくとも１面含む事を特
徴とする。

【０００６】また、前記走査光学系は、前記ネジレ形状
を持つ反射面のみで構成される事を特徴とする。

【０００７】また、前記ネジレ形状を持つ別の反射面を
含む事を特徴とする。

【０００８】また、前記ネジレ形状を持つ屈折面を含む
事を特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のレ
ーザー走査装置の第１の実施形態の概略構成を示す斜視
図である。同図に示すように、レーザー光源１から出た
レーザービーム２は、コリメータレンズ３を通過して平
行光となった後、シリンダレンズ４を通過してポリゴン
ミラー５の反射面５ａ近傍で副走査方向のみ集光され
る。

【００１０】さらに、矢印のように回転軸５ｂの周りを
回転するポリゴンミラー５によって偏向され、続いて走
査ミラー６によって反射され、筒形の感光体７上の像面
７ａに集光し、潜像を形成する。ポリゴンミラー５が回
転する事によって各反射面５ａが回転し、回転する感光
体７上の像面７ａをレーザービーム２が走査して潜像を
描いてゆく。本実施形態においては、走査光学系が１枚
の走査ミラー６によって構成されているため、このミラ
ー面に入射する光とミラー面から射出する光の光路が重
ならないように、走査ミラー６は入射光に対して傾きを
持っている。

【００１１】図２は、本発明の第１の実施形態における
走査光学系の形状を示す図である。同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は側面図を表している。同図に示すよう
に、光軸Ｘ（偏向角０の時のポリゴンミラー５からの反
射光、以下同様）をｘ軸、主走査方向をｙ軸、副走査方
向をｚ軸に取っている。ここでは、同図（ａ）の矢印Ａ
で示す方向より、レーザービーム２がポリゴンミラー５
の反射面５ａに入射する。

【００１２】この方向は、ポリゴンミラー５の回転軸５
ｂに垂直な平面内を進むように構成されている。これ
は、以下の実施形態でも同様である。尚、ここでの反射
面５ａと光軸Ｘとが交わる点を原点とする。また表１
は、この走査光学系の各面の面座標を表している。同表
では、走査ミラー６，感光体７上の像面７ａ（評価面）
の位置と向きを、各面のローカルな座標系の原点，ｘ軸
ベクトル，ｙ軸ベクトルの形で表している。長さに関す
る数値の単位はｍｍである。

【００１３】

【表１】

【００１４】これらの面の面形状は、次式によって表さ
れる。

【数１】但し、座標系は、上述したように、光軸をｘ軸、主走査
方向をｙ軸、副走査方向をｚ軸に取っている。上式にお
いて、ｚが０次の項は、主に主走査方向の像面湾曲とデ
ィストーションを決定し、ｚが２次の項は、主に副走査
方向の像面湾曲を決定する。また、ｚが１次の項は、主
にボウを決定する。このｚが１次の項は、ｘｚ平面と平
行な平面による断面形状について、ｚ＝０近傍の傾きを
表し、副走査方向に非対称な形状を表現する事ができ
る。また、このｚが１次の項は、ｙの多項式の形を成し
ているため、各係数をコントロールする事によって、任
意のｙに対して適当な傾きを与える事が可能となる。こ
の結果、ボウがコントロールされる。

【００１５】上記のｚ＝０近傍の傾きを表す副走査方向
に非対称な形状について、さらに詳細に説明する。一般
に、面が関数ｘ＝ｆ（ｙ，ｚ）で表現されている時、面
上の一点（ｙ，ｚ）＝（ｙ₀，ｚ₀）における接平面の法
線をｘｚ平面に射影したベクトルとｘ軸のなす角度をθ
とすれば、ｆをｚで偏微分したものにｙ＝ｙ₀，ｚ＝ｚ₀
を代入したものが、ｔａｎθに等しい。従って、上記実
施例のミラー面について、ｚ＝０におけるθをｙの関数
として表せば、

【数２】となる。このとき、係数ａ_i1がｉ＝０のとき以外すべて
ゼロならば、θはｙの値に関わらず一定となる。また、
１以上１０以下のｉに対して、０でない係数ａ_i1が一つ
でもあれば、θはｙの値が変われば変化する事になる。
ここで、θがｙの変化に伴って変化する事を、面がネジ
レ形状をもつ、という。なお、この明細書で使用される
ネジレ或いはネジレ形状の語は、この定義に従うものと
する。

【００１６】そして、各係数はｙの関数となっているた
め、ｙ方向の位置によって任意に決定する事ができる。
このとき、ｚが１次の項と２次の項は、それぞれ単独の
収差に関連しているため、大変良好に収差補正を行う事
ができる。また、ｚが０次の項は、上記二つの収差に関
連しているため、ポリゴンミラー５から走査ミラー６の
ミラー面までの距離と、ミラー面から感光体７の像面７
ａまでの距離とを、更に自由度として与えて収差補正を
行う。

【００１７】また、表２に、走査ミラー６のミラー面に
ついて、上記数１で示した面の式における、ｙがｉ次で
ｚがｊ次の係数ａ_ijの値が、ｉ行ｊ列の行列で示されて
いる。ここで、表中のＥｎ（ｎは整数）は、×１０ⁿを
表す。例えば、Ｅ−０４は、×１０^-4となる。

【００１８】

【表２】

【００１９】図３は、本実施形態における走査光学系の
性能を示す図である。同図（ａ）は像面湾曲、同図
（ｂ）はディストーション、同図（ｃ）は被走査面上光
線高さを示している。（ａ）においては、横軸に偏向角
（ｄｅｇ）、縦軸にデフォーカス量（ｍｍ）を取り、副
走査方向及び主走査方向について像面湾曲を示してい
る。尚、副走査方向の像面湾曲を曲線ａで示し、主走査
方向の像面湾曲を曲線ｂで示している。

【００２０】（ｂ）においては、横軸に偏向角（ｄｅ
ｇ）、縦軸にディストーション（％）を取り、ディスト
ーションを示している。（ｃ）においては、横軸に偏向
角（ｄｅｇ）、縦軸に光線高さ（ｍｍ）を取り、副走査
方向の被走査面上光線高さを示している。尚、副走査方
向の被走査面上光線高さが弓なりに変化している状態の
事をいわゆるボウという事から、同図（ｃ）よりボウの
補正状態が分かる。以上の図より、本実施形態では、走
査ミラーを左右非対称なネジレを持つ面とする事によ
り、各収差が良好に補正されている事が分かる。

【００２１】図４は、本実施形態の走査ミラー６につい
て、ネジレの左右非対称成分を除去したときの、被走査
面上光線高さを示しており、本発明の効果を示すための
比較図となっている。同図においては、横軸に偏向角
（ｄｅｇ）、縦軸に光線高さ（ｍｍ）を取り、副走査方
向の被走査面上光線高さを示している。ネジレの非対称
成分を除去するためには、ｚの１次及びｙの奇数次の係
数を全て０にすれば良い。このとき、副走査方向には左
右非対称な誤差が発生している事が分かる。

【００２２】図５は、本発明の第２の実施形態における
走査光学系の形状を示す図である。同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は側面図を表している。同図に示すよう
に、光軸Ｘをｘ軸、主走査方向をｙ軸、副走査方向をｚ
軸に取っている。ここでは、同図（ａ）の矢印Ａで示す
方向より、レーザービーム２がポリゴンミラー５の反射
面５ａに入射する。尚、ここでの反射面５ａと光軸Ｘと
が交わる点を原点とする。また、ここでは走査ミラー６
と走査レンズ８が用いられている。この走査レンズ８
は、自由曲面８ａ及び平面８ｂを持つ。

【００２３】また表３は、この走査光学系の各面の面座
標を表している。同表では、走査ミラー６，走査レンズ
８（屈折率ｎ）の自由曲面８ａ及び平面８ｂ，感光体７
上の像面７ａ（評価面）の位置と向きを、各面のローカ
ルな座標系の原点，ｘ軸ベクトル，ｙ軸ベクトルの形で
表している。長さに関する数値の単位はｍｍである。

【００２４】

【表３】

【００２５】また、表４，表５に、それぞれ走査ミラー
６のミラー面，走査レンズ８の自由曲面８ａ（レンズ
面）について、上記数１で示した面の式における、ｙが
ｉ次でｚがｊ次の係数ａ_ijの値が、ｉ行ｊ列の行列で示
されている。ここで、表中のＥｎ（ｎは整数）は、×１
０ⁿを表す。例えば、Ｅ−０３は、×１０^-3となる。

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】図６は、本実施形態における走査光学系の
性能を示す図である。同図（ａ）は像面湾曲、同図
（ｂ）はディストーション、同図（ｃ）は被走査面上光
線高さを示している。（ａ）においては、横軸に偏向角
（ｄｅｇ）、縦軸にデフォーカス量（ｍｍ）を取り、副
走査方向及び主走査方向について像面湾曲を示してい
る。尚、副走査方向の像面湾曲を曲線ａで示し、主走査
方向の像面湾曲を曲線ｂで示している。

【００２９】（ｂ）においては、横軸に偏向角（ｄｅ
ｇ）、縦軸にディストーション（％）を取り、ディスト
ーションを示している。（ｃ）においては、横軸に偏向
角（ｄｅｇ）、縦軸に光線高さ（ｍｍ）を取り、副走査
方向の被走査面上光線高さを示している。以上の図よ
り、本実施形態では、走査ミラーを左右非対称なネジレ
を持つ面とする事により、各収差が良好に補正されてい
る事が分かる。

【００３０】図７は、本発明の第３の実施形態における
走査光学系の形状を示す図である。同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は側面図を表している。同図に示すよう
に、光軸Ｘをｘ軸、主走査方向をｙ軸、副走査方向をｚ
軸に取っている。ここでは、同図（ａ）の矢印Ａで示す
方向より、レーザービーム２がポリゴンミラー５の反射
面５ａに入射する。尚、ここでの反射面５ａと光軸Ｘと
が交わる点を原点とする。また表６は、この走査光学系
の各面の面座標を表している。同表では、第１ミラー６
ａ，第２ミラー６ｂ，感光体７上の像面７ａ（評価面）
の位置と向きを、各面のローカルな座標系の原点，ｘ軸
ベクトル，ｙ軸ベクトルの形で表している。長さに関す
る数値の単位はｍｍである。

【００３１】

【表６】

【００３２】また、表７，表８に、それぞれ第１ミラー
６ａ，第２ミラー６ｂのミラー面について、上記数１で
示した面の式における、ｙがｉ次でｚがｊ次の係数ａ_ij
の値が、ｉ行ｊ列の行列で示されている。ここで、表中
のＥｎ（ｎは整数）は、×１０ⁿを表す。例えば、Ｅ−
０４は、×１０^-4となる。

【００３３】

【表７】

【００３４】

【表８】

【００３５】図８は、本実施形態における走査光学系の
性能を示す図である。同図（ａ）は像面湾曲、同図
（ｂ）はディストーション、同図（ｃ）は被走査面上光
線高さを示している。（ａ）においては、横軸に偏向角
（ｄｅｇ）、縦軸にデフォーカス量（ｍｍ）を取り、副
走査方向及び主走査方向について像面湾曲を示してい
る。尚、副走査方向の像面湾曲を曲線ａで示し、主走査
方向の像面湾曲を曲線ｂで示している。

【００３６】（ｂ）においては、横軸に偏向角（ｄｅ
ｇ）、縦軸にディストーション（％）を取り、ディスト
ーションを示している。（ｃ）においては、横軸に偏向
角（ｄｅｇ）、縦軸に光線高さ（ｍｍ）を取り、副走査
方向の被走査面上光線高さを示している。以上の図よ
り、本実施形態では、走査ミラーを左右非対称なネジレ
を持つ面とする事により、各収差が良好に補正されてい
る事が分かる。

【００３７】ところで、図９〜図１３は、走査光学系の
ミラー面或いはレンズ面形状を模式的に示す斜視図であ
る。各図においては、上記数１で表される面形状のミラ
ー面或いはレンズ面Ｓを格子状に示している。まず、図
９は、ｚが０次の面形状を示しており、ｘｚ平面に平行
な断面がｚ軸に沿った直線であって、ｙ軸方向に移動す
るにつれて、その直線がｘ軸方向に移動するような形状
のものである。

【００３８】次に、図１０は、ｚが１次の面形状を示し
ており、ｘｚ平面に平行な断面が直線であって、ｙ軸方
向に移動するにつれてその直線が回転し、ネジレを持つ
ような形状のものである。さらに、図１１は、ｚが２次
の面形状を示しており、ｘｚ平面に平行な断面が２次曲
線であって、ｙ軸方向に移動するにつれてその２次曲線
の形状が変化するものである。

【００３９】そして、図１２はｚが３次の面形状を示し
ており、ｘｚ平面に平行な断面が３次曲線であって、ｙ
軸方向に移動するにつれてその３次曲線の形状が変化す
るものである。最後に、図１３は、上記ｚが０次〜３次
の面形状を合成したものである。このようにして、ｚが
各次数を持ち、ｙの多項式で表される様々な面形状のも
のが選択，合成され、ミラー面或いはレンズ面の面形状
が決定される。

【００４０】尚、特許請求の範囲で言う光源は、実施形
態におけるレーザー光源に対応しており、以下、偏向器
はポリゴンミラーに、被走査面は感光体の像面に、反射
面は走査ミラー或いは第１ミラー及び第２ミラーにそれ
ぞれ対応している。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走査ミラーを左右非対称なネジレを持つ面とする事によ
り、より良好な結像性能を有するレーザー走査装置を提
供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す斜視
図。

【図２】本発明の第１の実施形態における走査光学系の
形状を示す図。

【図３】本発明の第１の実施形態における走査光学系の
性能を示す図。

【図４】ネジレの左右非対称成分を除去したときの被走
査面上光線高さを示す図。

【図５】本発明の第２の実施形態における走査光学系の
形状を示す図。

【図６】本発明の第２の実施形態における走査光学系の
性能を示す図。

【図７】本発明の第３の実施形態における走査光学系の
形状を示す図。

【図８】本発明の第３の実施形態における走査光学系の
性能を示す図。

【図９】走査光学系のミラー面或いはレンズ面形状を模
式的に示す斜視図（ｚが０次）。

【図１０】走査光学系のミラー面或いはレンズ面形状を
模式的に示す斜視図（ｚが１次）。

【図１１】走査光学系のミラー面或いはレンズ面形状を
模式的に示す斜視図（ｚが２次）。

【図１２】走査光学系のミラー面或いはレンズ面形状を
模式的に示す斜視図（ｚが３次）。

【図１３】走査光学系のミラー面或いはレンズ面形状を
模式的に示す斜視図（合成）。

【符号の説明】

１レーザー光源２レーザービーム３コリメータレンズ４シリンダレンズ５ポリゴンミラー６走査ミラー７感光体８走査レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から射出されたレーザー光を偏向器
で偏向して被走査面上を走査するとともに、光路上に配
置された走査光学系にて該被走査面上に結像させるレー
ザー走査装置において、前記偏向器に入射する前記レーザー光は、光学的に該偏
向器の回転軸に垂直な平面内を進むように構成され、前
記走査光学系は、ネジレ形状を持つ反射面を光路中に少
なくとも１面含む事を特徴とするレーザー走査装置。
【請求項２】前記走査光学系は、前記ネジレ形状を持
つ反射面のみで構成される事を特徴とする請求項１に記
載のレーザー走査装置。
【請求項３】さらに、前記ネジレ形状を持つ別の反射
面を含む事を特徴とする請求項１に記載のレーザー走査
装置。
【請求項４】さらに、前記ネジレ形状を持つ屈折面を
含む事を特徴とする請求項１に記載のレーザー走査装
置。