JP2001194601A

JP2001194601A - 光走査光学系

Info

Publication number: JP2001194601A
Application number: JP2000001323A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamawaki; 健山脇
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】斜入射角やスポット径に制約を受けず、スキ
ュー歪みを打ち消すことができるトーリックレンズの形
状を提供する。【解決手段】結像光学系は、主走査方向にパワーをも
つシリンドリカルミラー５、６および副走査方向にパワ
ーをもつシリンドリカルミラー７の３枚のミラーからな
る。ポリゴンミラー４で偏向反射された光束はシリンド
リカルミラー５、６の副走査方向反射角で走査線曲がり
を打ち消し、ｆθ特性および主走査像面湾曲の性能を確
保している。また、焦線の回転に起因する結像性能の劣
化であるスキュー歪みはシリンドリカルミラー７の母線
を光軸と垂直な断面内で湾曲させることによりキャンセ
ルする。シリンドリカルミラー７の母線は次の６次の多
項式Ｚ＝ΣＡｉ・Ｙⁱ（ｉ＝０，２，４，６）とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は光走査光学系に関
し、特に、副走査断面において入射光束を偏向面に斜め
に入射させてレーザビームプリンタやデジタル複写機な
どの光走査光学装置に利用される光走査光学系に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光走査光学系において副走査断面内で偏
向反射面に斜めに入射させ、偏向走査する光学系が提案
されている。斜め入射の走査光学系には２つの解決すべ
き問題がある。１つは偏向走査された光線軌跡が円錐面
を描くために被走査面上の走査線が湾曲することであ
る。もう１つは倒れ補正のために入射光学系として偏向
反射面近傍に焦線を形成するため、偏向走査後の焦線は
結像レンズの入射面において偏向角に依存して光軸回り
に回転し、軸外の光束が結像しなくなることである。

【０００３】特開平６−２６５８１０号公報に開示され
た反射型の走査光学系においては、走査線の湾曲をＢＯ
Ｗ、焦線の回転による結像性能の劣化をスキュー歪みと
し、偏向反射後に生じたＢＯＷの発生は主走査方向に曲
率をもつシリンドリカルミラーで折り返し、シリンドリ
カルミラーの副走査断面の入射角を適切な角度にするこ
とで相殺している。また、スキュー歪みはシリンドリカ
ルミラーの後に子線曲率が軸上から軸外で変化するトー
リックレンズを配置し、さらに反射光束に対してトリー
ックレンズ光軸を副走査方向に偏心させることによって
補正している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、トーリックレ
ンズを偏心させるだけではスキュー歪みを十分に打ち消
せるとは限らない。上述した特開平６−２６５８１０号
公報の実施形態にはトーリックレンズを偏心させたこと
による効果、すなわちスキュー歪みを相殺したことによ
る結像性能のデータが示されていないので効果の程度が
不明であるが、斜入射角が小さい場合や主走査スポット
径が大きい場合はトーリックレンズを偏心させただけで
も比較的容易にスキュー歪みが低減できる。しかし、こ
れでは光学設計の自由度がないので上記レンズを適用で
きる光学構成が限られてしまう。

【０００５】そこで、本発明は、斜入射角やスポット径
に制約を受けず、スキュー歪みを打ち消すことができる
トーリックレンズの形状を提供することを課題としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明においては、副走査断面において偏向器の偏
向反射面に斜めに光束を入射させ、反射面近傍に副走査
方向に結像した焦線を形成する入射光学系と、前記偏向
器の回転によって反射される光束を被走査面に結像させ
る結像光学系からなる光走査光学系において、前記結像
光学系は副走査方向に一定の子線曲率をもつアナモフィ
ック面を含み、前記アナモフィック面の母線は光軸に垂
直な断面内で湾曲させるようにしている。

【０００７】又、本発明においては、上述した光走査光
学系において、前記結像光学系はアナモフィック面を含
み、前記アナモフィック面の子線断面は非球面で子線曲
率は光軸から主走査方向に離れるに従って変化させてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【０００９】［第１の実施形態］図１は、第１の実施形
態の光走査光学系の副走査断面図である。

【００１０】図２は、その主走査断面図である。

【００１１】図１，図２において、入射光学系は光源の
半導体レーザ１、コリメータレンズ２、シリンドリカル
レンズ３からなる。半導体レーザ１を出射したビームは
コリメータレンズ２で平行光束となり、副走査断面にパ
ワーをもつシリンドリカルレンズ３によってポリゴンミ
ラー４の反射面近傍に焦線を結像する。入射光学系の光
軸は主走査断面では結像光学系の光軸と一致しており、
軸上ではポリゴン反射面にほぼ垂直入射し、副走査断面
内では偏向反射光束と干渉しないようにポリゴン反射面
に対して角度をもたせて斜入射している。又、ポリゴン
ミラーはたとえば正１２面体であり、反射面は主走査断
面において広い入射光束幅の中を移動して走査するオー
バーフィルド型の走査系である。

【００１２】一方、結像光学系は、主走査方向にパワー
をもつシリンドリカルミラー５、６および副走査方向に
パワーをもつシリンドリカルミラー７の３枚のミラーか
らなる。ポリゴンミラーで偏向反射された光束はシリン
ドリカルミラー５、６の副走査方向反射角で走査線曲が
りのＢＯＷを打ち消し、ｆθ特性および主走査像面湾曲
の性能を確保している。また、焦線の回転に起因する結
像性能の劣化であるスキュー歪みはシリンドリカルミラ
ー７の母線を光軸と垂直な断面内で湾曲させることによ
りキャンセルしている。

【００１３】図３は、シリンドリカルミラー７の母線を
定義するための座標系である。子線ｒの頂点を結んだ線
を母線とし、頂点において母線と直交する断面内の曲率
半径を子線ｒとする。ＸＹＺ直交座標系において光軸Ｘ
に垂直なＹＺ断面において主走査方向Ｙ、副走査方向Ｚ
としたとき、母線のＺ方向への湾曲Zは、Ｚ＝ΣＡｉ・
Ｙⁱ （ｉ＝１，２，３・・・）で表現する。

【００１４】図４は、第１の実施形態の結像光学系の具
体的数値例を示す表である。この例においては、入射角
５ｄｅｇ、ポリゴンミラーの全走査角２７ｄｅｇとして
ある。面番号１から５はポリゴン側から順にポリゴン偏
向点、主走査シリンドリカルミラー５、主走査シリンド
リカルミラー６、副走査シリンドリカルミラー７、被走
査面８とし、各面の座標中心は偏向点を含んでポリゴン
反射面に垂直な平面（ＸY平面）上にあり、面間隔はＸ
軸の正方向に沿って次の面までの距離を表す。また、面
の傾きはＹ軸回りの時計回りを正の回転角（ｄｅｇ）と
し、、面の曲率半径は光線進行方向に曲率中心があると
きを正として表す。

【００１５】シリンドリカルミラー７（面番号４）の母
線は次の６次の多項式で表す。

【００１６】Ｚ＝ΣＡｉ・Ｙⁱ （ｉ＝０，２，４，６）又、具体例として、Ａ０＝−１．４８８２，Ａ２＝７．
２９４０・e^-5，Ａ４＝４．４９３３・e^-10，Ａ６＝
１．２２３３・e^-14としている。ここで、例えば、
「７．２９４０・e^-5」とあるのは「７．２９４０×１
０^-5」の意味である。

【００１７】図５は、このシリンドリカルミラー７によ
る被走査面上のスポットの断面図である。ピーク強度を
１に規格化し、強度が０．０５、０．１３５、０．５の
等高線を、各スポットについて示してある。副走査方向
に像面のデフォーカス(def)を−２ｍｍから＋２ｍｍま
で１ｍｍ刻みで取ってある。又、被走査面上の像高は、
０から１５３ｍｍまでの４段階で示してある。Ａ３サイ
ズで紙幅が２９８ｍｍである場合には、半値で１５３ｍ
ｍの像高まで性能を確保すれば十分である。

【００１８】図５に示すように、各スポットは、スキュ
ー歪みが全くなく、良好に結像されている。

【００１９】図６には、シリンドリカルミラーの母線を
湾曲させない場合の結像スポットを示してある。断面強
度０．０２の等高線が追加されている。図６に示すよう
に、結像スポットには、スキュー歪みの影響が顕著に出
ている。

【００２０】本実施形態のシリンドリカルミラー７は母
線が湾曲しているので通常のガラスを研磨する工程では
作れない。この様な自由曲面を有するレンズ面は射出成
形により樹脂材料をもちいて製造することができる。射
出成形では型からレンズを取り出す際の樹脂内圧力の解
放や熱収縮などが生じるのであらかじめその量を型形状
に見込んで補正しておく必要がある。またこのために、
一般に平面を転写することが難しいと云われる。本発明
のレンズではこのことを考慮し主走査方向にパワーとし
ては微小だが、わずかに曲率をつけることによって成形
レンズの転写性を安定させることができる。

【００２１】図4に示した具体例では副走査にパワーを
もつシリンドリカルミラー７の折り曲げ角は便宜上０ｄ
ｅｇとしているが、被走査面の配置によってその折り曲
げ角を設定することは本発明の本質になんら影響を及ぼ
すものではない。

【００２２】［第２の実施形態］第２の実施形態は第１
実施形態においてシリンドリカルミラー７の母線を曲げ
ずにスポットを良好に結像させるようにしている。第２
の実施形態では、結像光学系の配置、構成は実施形態１
と同一であり、シリンドリカルミラー７について子線断
面は非球面で子線曲率は光軸から主走査方向に離れるに
従って変化するようにしている。

【００２３】図７には、子線非球面を表す１０次多項式
X及び子線変化R₁を示してある。又、１０次多項式X及び
子線変化R₁の各係数の具体例も示してある。ここで、図
7中に、たとえば「６．８９４３・e^-10」とあるのは、
「６．８９４３×１０^-10」の意味である。

【００２４】一方、母線は、Ｚ＝ΣＡｉ・Ｙⁱ
（ｉ＝０，２，４，６）において、たとえば、Ａ０＝−
１．２８４３とし、残りの係数Ａ２、Ａ４、Ａ６はすべ
てゼロとしている。

【００２５】図８は、このようなシリンドリカルミラー
７による結像スポットの図である。結像スポットは良好
であり、スキュー歪みは全く残っていないことが分か
る。

【００２６】なお、本発明のレンズでも実施形態１と同
様に主走査方向にパワーとしては微小だが、わずかに曲
率をつけることによって成形によるレンズの転写性を安
定させることができる。

【００２７】［第３の実施形態］図９は、被走査面に感
光ドラム９を用い、第１及び第２のの実施形態の光走査
光学系を用いた画像形成装置として走査光学装置の概念
図である。ポリゴンミラー４の回転によって感光ドラム
９上に走査線を形成し、さらに感光ドラム９をポリゴン
ミラー４に同期して回転させることにより２次元画像を
形成することができる。本発明のシリンドリカルミラー
７を搭載した走査光学系によってスポットの結像性能は
スキュー歪みを生じることなく良好に結像するので２次
元画像形成装置として高品質な画像が形成される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、斜入射走
査光学系において副走査方向にパワーをもつアナモフィ
ック面に母線を湾曲させた面を導入することにより、あ
るいは母線は曲げずに子線を非球面形状にすることによ
りスキュー歪みのない良好な結像スポットを提供するも
のである。また、本発明の走査光学系を感光ドラムを配
置した走査光学装置に用いれば高品質な画像を形成する
画像形成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の走査光学系の副走査
断面図

【図２】第１の実施形態の走査光学系の主走査断面図

【図３】シリンドリカルミラー７の母線を定義するため
の座標系を示す図

【図４】第１の実施形態の走査光学系の結像光学系の具
体例を示す表

【図５】母線を湾曲させたシリンドリカルミラーを用い
た本発明の第１実施形態の走査光学系による結像スポッ
トを示す図

【図６】母線を湾曲させないシリンドリカルミラーを用
いた従来の走査光学系による結像スポットを示す図

【図７】第２の実施形態で用いるシリンドリカルミラー
の子線を表す式

【図８】子線を湾曲させたシリンドリカルミラーを用い
た本発明の第２の実施形態の走査光学系による結像スポ
ットを示す図

【図９】本発明の光走査光学装置の概念図

【符号の説明】

１光源２コリメータレンズ３シリンドリカルレンズ４ポリゴンミラー５，６主走査にパワーをもつ第１、第２のシリンドリ
カルミラー７副走査にパワーをもつシリンドリカルミラー８被走査面９感光ドラム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】副走査断面において偏向器の偏向反射面
に斜めに光束を入射させ、反射面近傍に副走査方向に結
像した焦線を形成する入射光学系と前記偏向器の回転に
よって反射される光束を被走査面に結像させる結像光学
系からなる光走査光学系において、前記結像光学系は副走査方向に一定の子線曲率をもつア
ナモフィック面を含み、前記アナモフィック面の母線は
光軸に垂直な断面内で湾曲することを特徴とする光走査
光学系。
【請求項２】前記アナモフィック面は主走査方向に曲
率をもたないシリンドリカル面であることを特徴とする
請求項１記載の光走査光学系。
【請求項３】前記アナモフィック面は主走査方向にほ
とんどパワーをもたないがわずかに曲率をもつアナモフ
ィック面であることを特徴とする請求項１記載の光走査
光学系。
【請求項４】光走査光学系請求項1記載の光走査光学
系の被走査面の位置に感光ドラムを配置し、前記感光ド
ラム面上に結像、走査して画像を形成することを特徴と
する光走査光学装置。
【請求項５】副走査断面において偏向器の偏向反射面
に斜めに光束を入射させ、反射面近傍に副走査方向に結
像した焦線を形成する入射光学系と前記偏向器の回転に
よって反射される光束を被走査面に結像させる結像光学
系からなる光走査光学系において、前記結像光学系はア
ナモフィック面を含み、前記アナモフィック面の子線断
面は非球面で子線曲率は光軸から主走査方向に離れるに
従って変化することを特徴とする光走査光学系。
【請求項６】前記アナモフィック面は主走査方向に曲
率をもたないシリンドリカル面であることを特徴とする
請求項５記載の光走査光学系。
【請求項７】前記アナモフィック面は主走査方向にほ
とんどパワーをもたないがわずかに曲率をもつアナモフ
ィック面であることを特徴とする請求項５記載の光走査
光学系。
【請求項８】請求項５の光走査光学系の被走査面の位
置に感光ドラムを配置し、前記感光ドラム面上に結像、
走査して画像を形成することを特徴とする光走査光学装
置。