JP2001075037A

JP2001075037A - レーザー走査装置

Info

Publication number: JP2001075037A
Application number: JP2000170074A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Inagaki; 義弘稲垣
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ボウとビーム崩れを解消し、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、走査ミ
ラー６は、ネジレを持つ第１ミラー６ａ，第２ミラー６
ｂを備えた構成とする。

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、回転対
称なミラーを２枚用いて、小型，低コストでありながら
高解像度を実現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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレーザー走査装置の構成では、光路分離に伴う
副走査方向の非対称性を吸収するための自由度として、
回転対称な面の移動と回転しかなく、副走査方向の非対
称性に起因するいわゆるボウとビーム崩れを、同時に解
消する事が困難であるという問題がある。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。

【０００４】

【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、前記走査光学系は、ネジレ
形状を持つ面を光路中に２面備え、少なくとも一方が反
射面である事を特徴とする。

【０００５】また、前記ネジレ形状を持つ面は２面とも
反射面である事を特徴とする。

【０００６】また、前記ネジレ形状を持つ他方の面は、
レンズに設けられた屈折面である事を特徴とする。

【０００７】

【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。

【０００８】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の第１ミラー６ａ及び第２ミラー６ｂ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。

【０００９】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。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、第１ミ
ラー６ａ，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。

【００１０】

【表１】

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】また、表２，表３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。

【００１４】

【表２】

【００１５】

【表３】

【００１６】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、同図（ｄ）は副走査方向周辺光線主走査方向ず
れを示している。（ａ）においては、横軸に偏向角（ｄ
ｅｇ）、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。

【００１７】（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。（ｄ）におい
ては、横軸に偏向角（ｄｅｇ）、縦軸にずれ量（μｍ）
を取り、副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量を示し
ている。本実施形態では２枚のミラーをそれぞれネジレ
を持つ面とする事により、いずれの性能においても良好
な特性を示しているのが分かる。

【００１８】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。また、同
図（ｄ）の副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量は、
瞳内の上端の光線と下端の光線が像面上で別の位置に到
達する事を示しており、これが大きいとビームの結像状
態が悪化し、いわゆるビーム崩れが発生する。

【００１９】図４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、ここでは上述したよう
な二つのミラーの代わりに、走査ミラー６とレンズ８が
用いられている。このレンズ８は、自由曲面８ａ及び平
面８ｂを持つ。

【００２０】また表４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，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。

【００２１】

【表４】

【００２２】また、表５，表６に、それぞれ走査ミラー
６のミラー面，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、×１０ⁿを
表す。例えば、Ｅ−０３は、×１０^-3となる。

【００２３】

【表５】

【００２４】

【表６】

【００２５】図５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、同図（ｄ）は副走査方向周辺光線主走査方向ず
れを示している。（ａ）においては、横軸に偏向角（ｄ
ｅｇ）、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。

【００２６】（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。（ｄ）におい
ては、横軸に偏向角（ｄｅｇ）、縦軸にずれ量（μｍ）
を取り、副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量を示し
ている。本実施形態ではミラー面及びレンズの自由曲面
をそれぞれネジレを持つ面とする事により、いずれの性
能においても良好な特性を示しているのが分かる。

【００２７】図６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７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。

【００２８】

【表７】

【００２９】また、表８，表９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。

【００３０】

【表８】

【００３１】

【表９】

【００３２】図７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、同図（ｄ）は副走査方向周辺光線主走査方向ず
れを示している。（ａ）においては、横軸に偏向角（ｄ
ｅｇ）、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。

【００３３】（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。（ｄ）におい
ては、横軸に偏向角（ｄｅｇ）、縦軸にずれ量（μｍ）
を取り、副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量を示し
ている。本実施形態では２枚のミラーをそれぞれネジレ
を持つ面とする事により、いずれの性能においても概ね
良好な特性を示しているのが分かる。但し、（ｄ）につ
いては比較的乱れの多い結果となっている。

【００３４】ところで、図８〜図１２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
８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。

【００３５】次に、図９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１０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。

【００３６】そして、図１１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１２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。

【００３７】以下に、ネジレが無いときのボウ発生の様
子を説明する。図１３は、本発明における走査光学系の
例えば二枚のミラー面の内、一枚のネジレを無くした状
態で設計しなおした一例の、副走査方向のビームの集光
位置を示している。同図においては、横軸に偏向角（ｄ
ｅｇ）、縦軸に副走査集光位置（ｍｍ）を取っている。
尚、一枚目のミラー面のネジレを無くした場合を曲線ａ
で示し、二枚目のミラー面のネジレを無くした場合を曲
線ｂで示している。同図に示すように、一枚のミラー面
のネジレを無くしただけで、副走査集光位置が大きく弓
なりに変化し、ボウが発生する事が分かる。

【００３８】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
面は走査ミラーの第１，第２ミラーに、レンズ面はレン
ズの自由曲面にそれぞれ対応している。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走査光学系にネジレを持つ面を２面有する事により、ボ
ウとビーム崩れを解消し、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】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】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５】第２の実施形態における走査光学系の性能を示
す図。

【図６】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７】第３の実施形態における走査光学系の性能を示
す図。

【図８】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１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２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３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（合成）。

【図１３】ネジレが無いときのボウ発生の様子を説明す
る図。

【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

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、前記走査光学系は、ネジレ形状を持つ面を光路中に２面
備え、少なくとも一方が反射面である事を特徴とするレ
ーザー走査装置。
【請求項２】前記ネジレ形状を持つ面は２面とも反射
面であ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】前記ネジレ形状を持つ他方の面は、レン
ズに設けられた屈折面である事を特徴とする請求項１に
記載のレーザー走査装置。