JP2001208995A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな構成で、主走査方向及び副走査
方向の収差を補正し、被走査面上で良好なビームプロフ
ァイルを得ることを課題とする。 【解決手段】 ビーム整形レンズ１０はアナモフィック
な単レンズよりなり、回転多面鏡及び走査レンズで発生
する収差を補正するように、主走査方向と副走査方向と
において、各々独立して波面収差を形成する。この構成
により、主走査方向及び副走査方向の収差が補正され、
被走査面上で良好なビームプロファイルを得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光走査装置に係り、
特にデジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置
に使用される、レーザ光を感光体上に導いて静電潜像を
形成する光走査装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】デジタル複写機、レーザプリンタ等の画
像形成装置に使用される光走査装置の走査光学系として
は、従来よりアンダーフィルド型走査光学系とオーバー
フィルド型走査光学系が提案されている。

【０００３】アンダーフィルド型走査光学系では、回転
多面鏡に入射される光束の幅は主走査方向について回転
多面鏡の反射面の幅より小さいことを特徴としている。
一方、オーバーフィルド型走査光学系では、回転多面鏡
に入射される光束は主走査方向について回転多面鏡の反
射面の幅よりも大きいことを特徴としている。

【０００４】オーバーフィルド型の走査光学系では、ア
ンダーフィルド型の走査光学系よりも回転多面鏡の反射
面の幅を小さくし、面数を多く出来ることにより回転多
面鏡を低速回転にしても、走査の高速化を図ることが出
来るという利点を有している。

【０００５】しかし、アンダーフィルド型走査光学系と
異なり、図１６に示すようにオーバーフィルド型走査光
学系では、回転多面鏡５４へ入射した入射光束Ｄｏの一
部を、回転多面鏡５４の反射面が回転することによって
切り取るように使用してＤｌ→Ｄ２→Ｄ３のように偏向
するため、走査レンズ５６（図１５参照）へ向かう偏向
光束は被走査面Ｌ上の各走査位置に対応した各偏向角に
応じて入射光束Ｄｏの異なった部分を使用することにな
る。

【０００６】このため、例えば、図１７に示すような被
走査面上の走査端においてビームの強度分布、すなわ
ち、ビームプロファィルが非対称形状となり、片側にお
いて強度分布の盛り上がり（以下サイドローブと記す）
を生じ、画像に悪影響を及ぼすという結果が生じる。

【０００７】上記不具合点を解決する為に、特開平９−
３０４７２０記載の光走査装置（オーバーフィルド型走
査光学系）では、コリメータレンズに替わる光学レンズ
が、図１８に示すような波面収差を形成して、被走査面
上での主走査方向断面の収差を補正し、サイドローブの
増大によるビームプロファイルの崩れを回避している。

【０００８】しかし、上記技術では、以下に述べるよう
な課題を有する。

【０００９】すなわち、主走査方向の収差特性のみを考
慮して、光学レンズに波面収差を形成させるようにして
いるが、副走査方向については考慮していない。主走査
方向のみの収差補正を考慮して波面収差を形成すること
により、副走査方向には意図しない収差を残存させるこ
とになり、副走査方向の光学特性を悪化させる結果とな
る。

【００１０】ところで、図１９は、副走査方向における
光学的パワー配置を模式的に示した図であるが、副走査
方向に倒れ補正を有する光走査光学系では各々光源６４
ａ、６４ｂから出射された光束は回転多面鏡６２ａ、６
２ｂに集束するように回転多面鏡６２ａ、６２ｂの前方
に位置する光学系５８ａ、５８ｂによって変換される。
回転多面鏡６２ａ、６２ｂによって偏向された光束は走
査レンズ６０ａ、６０ｂによって被走査面６６ａ、６６
ｂ上に集束される。被走査面６６ａ、６６ｂでのビーム
スポット径は、ｗ＝２λ/πθ（ｗ：ビームウエスト
径、λ：波長、θ：集束角）、により決まるものであ
る。

【００１１】図１９（ｂ）の光学系では、光学的なパワ
ー配置が回転多面鏡６２ｂ〜被走査面６６ｂの間におい
て、図１９（ａ）の光学系と比較すると回転多面鏡６６
ｂ側にある。このように、（ａ）の光学系と比較して共
役横倍率が大である（ｂ）の光学系の場合、被走査面６
６ｂ上で（ａ）の光学系における被走査面６６ａ上のス
ポット径と同一のスポット径を得ようとする場合、５８
ａ、６０ａを通過する光束幅と比較して５８ｂ、６０ｂ
を通過する副走査方向の光束幅は大きくなる。

【００１２】ところが、収差は光軸Ｚから離れるに従っ
て顕著に現れる為、光束幅を大きく取るほど光学系での
副走査方向の収差が残存し、被走査面上でのビームスポ
ットに悪影響を及ぼし、図１９（ｂ）の光学系では小ス
ポット径化が困難になる。

【００１３】共役横倍率を小さくするためには、図１９
（ｂ）の光学系では走査レンズまたは走査レンズ系を構
成するレンズの少なくとも１枚、または、図１５に示す
光走査装置７０の走査光学系の場合では、シリンドリカ
ルミラー７２を被走査面Ｌに近づける必要があるが、そ
のために走査レンズやシリンドリカルミラーの光学部品
が主走査方向に大型化してコスト的に高価となり、製造
上においても困難となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮して、オーバーフィルド型の走査光学系において、コ
ンパクトな構成で、主走査方向及び副走査方向の収差を
補正し、被走査面上で良好なビームプロファイルを得る
ことを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、レーザ光源と、レーザ光源から出射された発散光束
を主走査方向には略平行光束に、主走査方向に直交する
副走査方向には集束光束に変換する第１の光学系と、複
数の反射面を有し略等角速度で回転することにより、前
記第１の光学系からの光束を主走査方向に偏向する回転
多面鏡と、前記回転多面鏡からの偏向光束を被走査面上
に等速走査するように結像する第２の光学系とを有し、
前記第１の光学系からの光束は前記回転多面鏡の複数の
反射面に跨るように入射する、オーバーフィルド型の光
走査装置において、前記第１の光学系が、前記回転多面
鏡及び前記第２の光学系で発生する収差を補正するよう
に、主走査方向と副走査方向とにおいて、各々独立して
波面収差を形成することを特徴としている。

【００１６】この構成により、主走査方向及び副走査方
向の収差が補正され、被走査面上で良好なビームプロフ
ァイルを得ることができる。

【００１７】請求項２に記載の発明では、前記第１の光
学系は、アナモフィックな単レンズよりなることを特徴
としている。このようにアナモフィックな単レンズで第
１の光学系を構成することで、光学系を簡素化すること
ができる。

【００１８】請求項３に記載の発明では、前記第１の光
学系は、ガラスレンズに樹脂層を形成してなることを特
徴としている。このように樹脂層を設けることで、ガラ
スレンズだけと比較すると、加工が容易になる。

【００１９】請求項４に記載の発明では、前記ガラスレ
ンズは同軸球面系レンズであり、前記樹脂層はアナモフ
ィックな非球面形状であることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の第１実施形態を
図を参照しながら詳細に説明する。

【００２１】図１及び図２は本発明の光走査装置１６の
全体構成を示した説明図である。光走査装置１６は発散
光束を出射する半導体レーザ光源１８、その光束を主走
査方向には略平行光束に、また副走査方向には回転多面
鏡１２上へ集束する集束光束に変換して主走査方向の線
状光束を折返しミラー２０へ入射するビーム整形レンズ
１０、折返しミラー２０で反射された線状光束を等速回
転することにより偏向走査する回転多面鏡１２、偏向走
査された光束を変換し、被走査面Ｌ上に等速走査するよ
うに結像する走査レンズ１４を有している。

【００２２】本実施形態は後で詳細に説明するビーム整
形レンズ１０が第１の光学系に、走査レンズ１４が第２
の光学系に相当する。なお、走査レンズ１４の形状は後
述するが樹脂製の１枚レンズであり、光学面は２面共非
球面形状により構成されている。また、Ｙ軸は主走査方
向を、Ｘ軸は副走査方向を、Ｚ軸は光軸方向を表す。

【００２３】図３は、ビーム整形レンズ１０の部分拡大
図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々主走査方向、副走
査方向の断面図である。

【００２４】半導体レーザ光源１８から出射した発散光
束は被走査面Ｌ上で所望の光強度及びスポット径を得る
と共に、不要光を除去する目的で開口絞り２２により周
辺光束が遮断される。そして、ビーム整形レンズ１０に
よって主走査方向には略平行光束に、副走査方向には集
束光束に変換される。

【００２５】この集束光束は、主走査方向に長い線状光
束となって回転多面鏡１２に入射し、回転多面鏡１２の
反射面の幅より大きい入射光束はその一部を回転多面鏡
１２の反射面により偏向される（オーバーフィルド型の
走査光学系）。回転多面鏡１２で偏向された光束は走査
レンズ１４を通過し、被走査面Ｌ上を略等速走査するよ
うに被走査面Ｌに集束する。

【００２６】ここで、副走査方向において回転多面鏡１
２の反射面と被走査面Ｌは走査レンズ１４により光学的
に共役関係となっており、製造誤差による回転多面鏡１
２の反射面の倒れを補正できるように構成されている
（以下倒れ補正光学系と記す）。

【００２７】なお、ビーム整形レンズ１０は図１５に示
すコリメータレンズ５０及びシリンドリカルレンズ５２
の機能を集約させた、主走査方向と副走査方向で焦点距
離の異なる、いわゆるアナモフィックな光学特性を有す
る単レンズとすることにより光学系の簡素化を図ってい
る。

【００２８】また、コリメータレンズとシリンドリカル
レンズの機能を１枚のレンズで置き換えるという発明は
種々提案されているが、全てアンダーフィルド光学系を
対象とした発明である。アンダーフィルド光学系では、
回転多面鏡の反射面に入射された光束を全て使用して偏
向を行うため、回転多面鏡への入射光束を形成するビー
ム整形レンズ光学系は、その透過波面収差が最小限にな
るように設計することが一般的であり、前述したように
回転多面鏡への入射光束の取り扱いが異なるオーバーフ
ィルド走査光学系に用いた場合、被走査面上の走査端に
おいてビームプロファイルが非対称形状に崩れるという
光学特性の不具合を生じる。

【００２９】次に、第１の光学系としてのビーム整形レ
ンズ１０を説明する。

【００３０】ビーム整形レンズ１０の光学面は光源側か
ら、第１面はトーリック面形状、第２面は次式で表わさ
れる非軸対称非球面形状で構成されている。

【００３１】

【数１】

【００３２】ここで、本形態に係る光走査装置の光学系
の数値を以下に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】続いて、ビーム整形レンズ１０によって構
成される回転多面鏡１２への入射波面を図４に示す。図
４は横軸に光軸からの高さを、縦軸に波面収差を波長に
対する比率で示してあり、図４（ａ）に主走査方向、図
４（ｂ）に副走査方向の収差図を示す。

【００３５】図４に示すように、被走査面Ｌ上の位置に
対応して走査開始端（以下ＳＯＳと記す）、走査中央
（以下ＣＯＳと記す）、走査終了端（以下ＥＯＳと記
す）で入射光束の使用範囲が異なる。

【００３６】そして、図４から判るようにビーム整形レ
ンズ１０から出射されて回転多面鏡１２に入射する波面
は主走査方向と副走査方向で各々異なる特性を持つよう
に形成されている。

【００３７】次に、光走査装置１６における被走査面Ｌ
上での波面収差を図５に示す。図５の（ａ）、（ｂ）お
よび（ｃ）は各々（ａ）ＳＯＳ位置、（ｂ）ＣＯＳ位
置、（ｃ）ＥＯＳ位置である。ＳＯＳ／ＣＯＳ／ＥＯＳ
いずれの位置においても、波面収差が良好に補正されて
いるのがわかる。

【００３８】次に、図２で示す入射角φを、図６では３
０°、図７では６０°、図８では９０°に変えた場合の
被走査面Ｌ上でのビームプロファイルを示す。

【００３９】各々破線が主走査方向、実線が副走査方向
のビームプロファイルを示す。入射角φが異なると被走
査面Ｌ上の走査位置に対応した入射光束の使用範囲が変
わり、特に入射角φが大きくなるとビーム整形レンズ１
０の主走査方向の光軸に対して使用範囲が非対称となる
が、どの位置においてもビームプロファイルの崩れが生
じておらず、良好な形状を示していることがわかる。

【００４０】また、主走査方向には回転多面鏡１２の反
射面幅を、副走査方向には開口絞り２２（図３参照）の
開口幅を変更して、被走査面Ｌ上でのビームスポット径
（１/ｅ²のエネルギー強度の幅で規定）を、図９では約
９０μｍ、図１０では約７０μｍ、図１１では約５０μ
ｍと変えた場合のビームプロファイルを示す。小スポッ
ト径化しても良好なビームプロファィルが得られること
がわかる。

【００４１】ところで、本形態のようなビーム整形レン
ズ１０は通常のガラスまたはプラスチックを成形するこ
とにより製作できるが、第２実施形態として、図１２に
示すように光走査装置のビーム整形レンズ３０をガラス
レンズＧと樹脂レンズＰの複合レンズによって構成する
ことも出来る。

【００４２】ガラスレンズＧは同軸球面系レンズとし、
樹脂レンズＰの半導体レーザ光源側の面（第１面）を次
式で表わす非軸対称非球面形状で構成した。

【００４３】

【数２】

【００４４】このようにビーム整形レンズ３０を構成す
ることにより低コストな製作が可能となる。以下にビー
ム整形レンズ３０の光学的構成を示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】図１３には、第２実施形態に係る光走査装
置の被走査面上における波面収差が示されており、また
図１４には、被走査面Ｌ上でのビームプロファイルが示
されている。本形態においても収差が適切に補正される
ことによりＳＯＳ、ＣＯＳ、ＥＯＳにわたって良好な特
性が得られていることが分かる。

【００４７】なお、上記の第１、第２の実施形態では入
射光束が回転多面鏡の偏向角より大きな角度で回転多面
鏡に入射するタイプについて説明を行ってきたが、入射
光束が偏向角の略中央から回転多面鏡に入射する、いわ
ゆる正面入射光学系の場合においても本発明が適用可能
であることは言うまでもない。

【００４８】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明によれば
オーバーフィルド型の光走査装置において、収差を補正
するように主走査方向及び副走査方向の収差を独立に形
成することによって、被走査面上で良好なビームプロフ
ァイルを実現できる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１形態に係る光走査装置全体構成を示した斜
視図である。

【図２】第１形態に係る光走査装置の主走査方向平面図
である。

【図３】第１形態に係る光走査装置の半導体レーザ光源
からビーム整形レンズ部分の拡大図である。

【図４】第１形態に係る光走査装置のビーム整形レンズ
によって形成される波面の収差図である。

【図５】第１形態に係る光走査装置における被走査面上
の波面収差図である。

【図６】第１形態に係る光走査装置における入射角３０
°の被走査面上のビームプロファイルを示す図である。

【図７】第１形態に係る光走査装置における入射角６０
°の被走査面上のビームプロファイルを示す図である。

【図８】第１形態に係る光走査装置における入射角９０
°の被走査面上のビームプロファイルを示す図である。

【図９】第１形態に係る光走査装置において、被走査面
上のビームスポット径を９０μｍとしたビームプロファ
イルを示す図である。

【図１０】第１形態に係る光走査装置において、被走査
面上のビームスポット径を７０μｍとしたビームプロフ
ァイルを示す図である。

【図１１】第１形態に係る光走査装置において、被走査
面上のビームスポット径を５０μｍとしたビームプロフ
ァイルを示す図である。

【図１２】第２形態に係る光走査装置のビーム整形レン
ズの形状を表わした図である。

【図１３】第２形態に係る光走査装置における被走査面
上の波面収差図である。

【図１４】第２形態に係る光走査装置における入射角３
０°の被走査面上のビームプロファイルを示す図であ
る。

【図１５】従来の光走査装置全体構成を示した説明図で
ある。

【図１６】オーバフィルド光走査光学系において、走査
開始位置から走査中央位置を介して走査終了位置までの
間で、回転多面鏡により偏向された光束の主走査方向に
おける幅が異なることを示す図である。

【図１７】従来の光走査装置における走査端でのビーム
プロファイルを示す図である。

【図１８】従来の光走査装置の光学レンズによって形成
される波面を示す図である。

【図１９】光走査装置の副走査方向のパワー配置による
光学系での光束の通過幅を模式的に表わした図である。

【符号の説明】

１０ ビーム整形レンズ（第１の光学系） １２ 回転多面鏡 １４ 走査レンズ（第２の光学系） １８ 半導体レーザ光源（レーザ光源） ２２ 開口絞り ３０ ビーム整形レンズ（第１の光学系） Ｌ 被走査面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、レーザ光源から出射され
   た発散光束を主走査方向には略平行光束に、主走査方向
   に直交する副走査方向には集束光束に変換する第１の光
   学系と、複数の反射面を有し略等角速度で回転すること
   により、前記第１の光学系からの光束を主走査方向に偏
   向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの偏向光束を
   被走査面上に等速走査するように結像する第２の光学系
   とを有し、前記第１の光学系からの光束は前記回転多面
   鏡の複数の反射面に跨るように入射する、オーバーフィ
   ルド型の光走査装置において、 前記第１の光学系が、前記回転多面鏡及び前記第２の光
   学系で発生する収差を補正するように、主走査方向と副
   走査方向とにおいて、各々独立して波面収差を形成する
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記第１の光学系は、アナモフィックな
   単レンズよりなることを特徴とする請求項１に記載の光
   走査装置。
3. 【請求項３】 前記第１の光学系は、ガラスレンズに樹
   脂層を形成してなることを特徴とする請求項２に光走査
   装置。
4. 【請求項４】 前記ガラスレンズは同軸球面系レンズで
   あり、前記樹脂層はアナモフィックな非球面形状である
   ことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。