JP2002148540A

JP2002148540A - 走査光学装置及びそれを備えた画像形成装置

Info

Publication number: JP2002148540A
Application number: JP2000339241A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kawamura; 篤川村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP4287994B2

Abstract

(57)【要約】【課題】等速性の補正の一部を電気的に行うことによ
り高性能な光学系を得る。【解決手段】光源部１から出射されカップリングレン
ズ２，シリンダレンズ３を通った光束を回転する偏向器
４により偏向させ、第１，第２の走査レンズ５ａ，５ｂ
からなる走査レンズ５を通って被走査面６上を走査させ
る。このような走査光学系において、リニアリティ以外
の諸収差を光学的に良好に補正し、所定範囲内のリニア
リティを意識的に残存させるようにし、残存したリニア
リティに対応して予め設定された量の画素クロックの１
クロックの時間幅を１クロック毎に変更することによ
り、被走査面上をほぼ等速度で走査が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、デジタル複写
機，レーザプリンタ，レーザファクシミリ等の走査系に
用いられる走査光学装置及びそれを備えた画像形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光学系のパラメータを最適化
することにより、所要のすべての光学特性を良好に補正
するようにした走査光学装置は多く知られている。その
際、補正の対象となる光学特性には、主走査方向や副走
査方向の像面湾曲，波面収差，リニアリティ，走査線曲
がり等があり、これらを高性能に補正しながら、さらに
加工性，経済性等を考慮することは容易ではなく、試行
錯誤を重ねながら最適なバランスに落ち着かせている。

【０００３】このような走査光学系としては、例えば特
開平１０−３３３０６９号公報や特開平１１−６４７６
０号公報に示されるようなものがある。前者は等速性の
補正が±０．１％程度、後者は−０．１〜＋０．２％程
度であり、いずれも良好に補正されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の走査光学系にあっては、走査光学装置の前述
した各光学特性のすべてを良好に補正することにより高
性能化を図るものであるため、設計上に多くの時間を要
するだけでなく、加工性が容易で低コストに生産し得る
形状を得ることはきわめて困難であった。

【０００５】すなわち、等角速度で回転する偏向器によ
り光束を走査する場合、周辺像高ほど走査速度が速くな
り、被走査面でのリニアリティは正で大きくなりやす
い。これを簡単に補正するには、例えば図６に示すよう
に、偏向器の偏向反射点Ｐに凸面を向けた比較的パワー
の小さいメニスカスレンズＬを用いる方法がある。この
ような構成によれば、図に波線で示すように屈折した光
線は周辺像高ほど中心側にシフトされるため走査速度を
等速に近づけることが可能になる。

【０００６】しかし、一般にレンズ設計や収差論等で周
知のように、上記のメニスカスレンズＬの偏向反射点Ｐ
に対して反コンセントックな２つの面は、大きな収差を
逆符号で打ち消しており、走査光学装置の高性能化や公
差の拡大に対して大きな障害となる。この発明は上記の
点に鑑みてなされたものであり、高性能な走査光学装置
及びそれを備えた画像形成装置を低コストに提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、光源部と、この光源部から出射された光
をカップリングするカップリングレンズと、収束した光
束を主走査方向に長い線像として集光させるシリンダレ
ンズと、上記線像の集光部近傍に偏向反射面を有する偏
向器と、偏向された光束により被走査面上を走査させる
走査光学系とを有する走査光学装置において、上記走査
光学系に残存するリニアリティに対応して予め設定され
た量の画素クロックの１クロックの時間幅を１クロック
毎に変更することにより、上記被走査面上をほぼ等速度
で走査可能にした走査光学装置を提供するものである。

【０００８】上記の走査光学装置において、上記走査光
学系は残存するリニアリティをＬｉｎ（％）としたと
き、０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０とする。また、上記走査
光学系は走査レンズ系であり、この走査レンズ系は主走
査方向において、偏向反射点に対しコンセントリックな
面数が少なくとも反コンセントリックな面数より少なく
ないようにするのが好ましい。

【０００９】さらに、上記の走査光学装置において、上
記走査レンズ系は少なくとも２枚の正レンズから構成さ
れ、偏向器側に配置された走査レンズのパワーを、被走
査面側に配置された走査レンズのパワーより大きくし、
且つ、被走査面側に配置された走査レンズは両面とも上
記偏向反射点に対してコンセントリックな形状のメニス
カスレンズであるようにするのがよい。

【００１０】なお、上記の走査光学装置において、上記
走査レンズの少なくとも１面は高次の非球面を有し、且
つ上記走査レンズの少なくとも１枚は、熱可塑性光学材
料を用いた射出成形手段、または熱硬化性光学材料を用
いた充填成形手段により形成されるようにするのが好ま
しい。

【００１１】そして、上記の走査光学装置と、この走査
光学装置により感光体面上に画像を形成する画像形成手
段を備えた画像形成装置も提供する。

【００１２】この発明による走査光学装置及びそれを備
えた画像形成装置は上記のように構成することにより、
走査光学系に残存するリニアリティを電気的に補正して
被走査面上を等速走査することが可能になり、加工公差
や組み付け誤差に強い高性能な走査光学装置を安価に提
供することができ、良好な画像形成を行うことが可能に
なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は、この発明の実施
例１を主走査断面で示す構成図、図２は、主走査方向の
像面湾曲とリニアリティを示す収差図である。

【００１４】図１において、半導体レーザを有する光源
部１から出射されカップリングレンズ２によりカップリ
ングされた光束は、シリンダレンズ３により偏向器４の
偏向反射面４ａの近傍で主走査方向に長い線状に集光
し、図で時計方向に回転する偏向器４により等角速度に
偏向され、走査レンズ５を経て被走査面（感光体面）６
上を主走査方向に走査する。

【００１５】なお、光源部１はレーザ書込回路７により
画像信号に応じて変調されて発光し、このレーザ書込回
路７には、画素クロック生成回路８で生成した高周波ク
ロックを分周回路９により整数分の１に分周して出力し
た画素クロック信号が画像信号と共に入力される。

【００１６】走査レンズ５は、２枚の正レンズからなる
第１の走査レンズ５ａと第２の走査レンズ５ｂとから構
成され、それぞれにパワーを分担させて高性能化を図っ
ている。そして、Ｐ１：第１の走査レンズ５ａのパワーＰ２：第２の走査レンズ５ｂのパワーとしたとき、Ｐ１＞Ｐ２とすることにより、２枚のレンズをコンパクト化して生
産性の向上と高性能化が可能になる。

【００１７】また、第１の走査レンズ５ａの第２面及び
第２の走査レンズ５ｂの第２面を偏向反射点Ｐに対して
コンセントリックな形状にすることにより、性能が安定
し、加工公差や組み付け誤差の許容範囲を拡大すること
ができる。このようなコンセントリックな面を用いた場
合、唯一不利になる等速性の補正は、後述する画素クロ
ックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更すると
いう電気的補正手段により補正する。

【００１８】このような電気的補正手段を用いた場合で
も、走査レンズ５の少なくとも１面に高次の非球面を用
いることは必要であり効果的である。２次の回転非球面
は機械的な研磨法で形成できるが、高次の非球面を量産
するのは型による成形法が適している。このとき、熱可
塑性光学材料を用いた場合は射出成形法、熱硬化性光学
材料を用いた場合は充填成形法が用いられる。また、光
学ガラスのように軟化点の高い材料では、予め近似的な
形状に加工されたガラス面を光学樹脂材で被覆して成形
法で製造することにより、低コストで大量生産が可能に
なる。

【００１９】この発明は、このような構成からなる走査
光学系に一定量のリニアリティを意識的に残存させるこ
とにより、前述した他の諸収差の補正を容易にし、同時
に各レンズ面を成形しやすく、加工公差や組み付け誤差
をある程度許容し得る形状にして生産性を向上させ、残
存させたリニアリティに対応して予め設定された画素ク
ロックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更する
ことにより高性能な走査光学系を実現しようとするもの
である。

【００２０】このとき、走査光学系に残存するリニアリ
ティＬｉｎは、０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０（％）であることが望ましい。

【００２１】この値が従来技術に示した０．１％程度な
ら良好な範囲として認められ、さらに大きくなっても下
限値０．５％以内であれば比較的容易に補正することが
できる。しかし走査光学系に残存するリニアリティが下
限値を下回った場合には画素クロックの時間幅を１クロ
ック毎に変更する技術を併用してもその効果は薄くな
る。

【００２２】一方、この値が上限値１０％を上回って過
大なリニアリティが残存する場合には、波面収差を良好
に補正しても、主走査方向の像高に対する開口数の変化
が理想値からずれてビームウェスト径の変動が大きくな
ることが判明した。すなわち、リニアリティが正で大き
くなると周辺像高でのビームウェスト径は大きくなり、
リニアリティが負で大きくなると周辺像高でのビームウ
ェスト径は小さくなり、いずれのばあいも高性能が得ら
れなくなる。

【００２３】特に走査光学系が図１に示すように走査レ
ンズ系である場合、リニアリティＬｉｎは正で０．５≦Ｌｉｎ≦１０（％）とし、且つ、偏向反射点Ｐに対してコンセントリックな
面を使用することが望ましい。この点において、走査光
学系に上記のリニアリティの上限値以内のリニアリティ
を許容し、画像のクロックの１クロックの時間幅を１ク
ロック毎に変更して等速性を補正することにより、図６
で示した反コンセントリックな面を排してコンセントリ
ックな面を用いることが可能になる。

【００２４】

【実施例】ここで、このような実施形態を有する走査光
学装置１０の望ましい実施例１の諸元を説明する。光源
部１から出射する光の基準波長は４１０ｎｍ，カップリ
ングレンズ２の光軸と基準線（走査レンズ５の光軸）Ｘ
とのなす角は６０度であり、偏向器４は５面のポリゴン
ミラーからなる偏向反射面４ａを有し、その回転中心４
ｂから各偏向反射面４ａまでの距離は２０ｍｍである。
光源部１からの光束が基準線Ｘに向かうときの偏向器４
の回転角は３０度、走査幅ＹはＡ３用であって±１５０
ｍｍとする。また、走査レンズ５を構成する第１，第２
の走査レンズ５ａ，５ｂは、いずれもポリオレフィン系
の樹脂を成形したものであり、それぞれの第２面が偏向
反射点Ｐに対してコンセントリックな形状を有し、反コ
ンセントリックな形状の第１面と同数の面数となってい
る。

【００２５】また、これらの第１，第２の走査レンズ５
ａ，５ｂは、すべての面を非球面状に形成されている。
いま、非球面を有する走査レンズ５の光軸方向の座標を
Ｘ、主走査方向の座標をＹ、近軸曲率半径をＲ、その曲
率（１／Ｒ）をＣ、円錐定数をＫ、高次の係数をＭ４，
Ｍ６，Ｍ８，Ｍ１０，Ｍ１２，Ｍ１４，Ｍ１６とする
と、主走査方向の非球面係数は数１のように表される。

【００２６】

【数１】

【００２７】なお、副走査方向の非球面係数はこの発明
の要旨と直接関係がないので省略する。以下の表１に上
記実施例１のパラメータを示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】上記の表１において、Ｉ：面番号Ｒ（Ｉ）：第Ｉ面の主走査方向の曲率半径（ｍｍ）Ｄ（Ｉ）：第Ｉ面後の面間隔Ｎ（Ｉ）ｄ：第Ｉ面後の屈折率（ｄ線）Ｎ（Ｉ）４１０：第Ｉ面後の屈折率（波長４１０ｎｍ） υ（Ｉ）ｄ：第Ｉ面後のアッベ数（ｄ線）をそれぞれ表すものとする。また、表２に実施例１の各
非球面の円錐定数Ｋ及び高次の係数Ｍ４〜Ｍ１６を示
す。

【００３０】

【表２】

【００３１】なお、上記の表２においては、Ｅは１０を
基数とし、右側の数字を指数とする累乗を表すものであ
り、例えば第２面のＭ４を示す５．４２Ｅ−０８は５．
４２×１０^−８を意味する。図２の（ａ），（ｂ）に上
記実施例１の主走査方向の像面湾曲とリニアリティを示
す。なお、像面湾曲Ｐｖは０．０９７ｍｍ，リニアリテ
ィは最大＋３．５％であり、図示しないが波面収差は良
好に補正されている。

【００３２】一方、画素クロック生成回路８において
は、画素クロックの８倍の高周波クロックを生成し、こ
の高周波クロックを８分周することにより画素クロック
を生成している。このような画素クロック生成回路８を
用いて図２の（ｂ）に示すように、リニアリティが０に
近い中心付近では、８分周による画素クロックをそのま
ま出力する。

【００３３】周辺でのＬｉｎは、Ｌｉｎ＝３．５％＝３．５／１００≒２／５６＝２／
（８×７）であるから、周辺では画素クロックを、上記の高周波ク
ロックを８分周する回数が７回のうち２回７分周とする
ことにより、８／８，８／８，８／８，７／８，８／
８，８／８，７／８の画素クロックの時間幅となるよう
に、分周比を８，８，８，７，８，８，７と繰り返すこ
とで、＋３．５％のリニアリティがもたらす等速性のズ
レを補正することかでき、高性能な走査光学装置を得る
ことができる。

【００３４】次に、図３はこの発明の実施例２の構成図
である。なお、この図３においては、図１に示した光源
部１，カップリングレンズ２，シリンダレンズ３等から
なる偏向器４までの共通部分は省略してある。この実施
例２においても、偏向器１４により偏向された光束はそ
れぞれ正の第１，第２の走査レンズ１５ａ，１５ｂから
なる走査レンズ１５を経て被走査面（感光体面）１６上
を走査する。そして、第１，第２の走査レンズ１５ａ，
１５ｂはいずれも両面とも偏向反射点Ｐに対してコンセ
ントリックな面で構成されていて、反コンセントリック
な面は存在しない。以下の表３に上記実施例２のパラメ
ータを示す。

【００３５】

【表３】

【００３６】また、表４に実施例２の各非球面の円錐定
数Ｋ及び高次の係数Ｍ４〜Ｍ１０を示す。

【００３７】

【表４】

【００３８】なお、上記の表３及び表４において、表１
及び表２と同一の符号についてはその説明を省略し、実
施例１と異なる部分について説明する。この実施例２
は、基準波長６５０ｎｍ、偏向器１４は６面のポリゴン
ミラーからなり、回転中心１４ｂから偏向反射面１４ａ
までの距離は１８ｍｍ，光束が基準線Ｘに向かうときの
偏向器４の回転角は３０゜、走査幅はＡ４用であって±
１０５ｍｍであり、Ｎ（Ｉ）６５０は、波長６５０ｎｍ
のときの屈折率を表している。

【００３９】図４の（ａ），（ｂ）は、実施例２の主走
査方向の像面湾曲とリニアリティを示すものであり、像
面湾曲Ｐｖは０．０５２、リニアリティは最大で５％で
ある。周辺でリニアリティが＋５％あるので、前実施例
１と同様に８分周による画素クロックを出力する。

【００４０】リニアリティが０に近い中心付近では、８
分周による画素クロックをそのまま出力する。また、５
％＝５／１００＝２／４０＝２／(８×５)であるから、
周辺では、前述した高周波クロックを８分周する回数を
５回のうち２回７分周とすることにより、画素クロック
の時間幅となるように、分周比を８，８，７，８，７と
繰り返すことで、＋５％のリニアリティがもたらす等速
性のズレを補正し得て高性能な走査光学装置が達成でき
る。次に、図５は上述の走査光学装置を備えた画像形成
装置の一例であるデジタル複写機の構成図である。

【００４１】このデジタル複写機２０は、複写機本体２
１内に設けた光学読み取り装置２２により読み取った画
面データを基にして、上述の走査光学装置１０が作像装
置２４に設けた感光体２５上に潜像を形成し、その潜像
を現像装置２６がトナーにより可視像としている。感光
体２５上に形成された可視像は、下方の給紙装置２３か
ら給紙ローラ２７により１枚ずつ給紙されるシート材Ｓ
上に転写され、転写が終るとシート材Ｓは定着装置２８
に搬送されて可視像が定着された後、排紙ローラ対２９
により外部の排紙トレイ３０に排出される。

【００４２】また、両面画像形成時には、シート材Ｓは
図示しない排紙分岐爪により反転搬送路３１から両面装
置３２に向けて搬送され、両面トレイ３３に一旦格納さ
れた後に進行方向を逆転し、両面搬送路３４から再び作
像装置２４に送り込まれて裏面に画像が形成され、定着
装置２８を通って排紙トレイ３０上に排出される。な
お、この走査光学装置を備えた画像形成装置は、上述の
デジタル複写機に限るものではなく、ファクシミリ、プ
リンタ等にも何等支障なく適用することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば次
に記載する効果を奏する。請求項１記載の走査光学装置
によれば、走査光学系に残存するリニアリティに対応し
て予め設定された量の画素クロックの１クロックの時間
幅を１クロック毎に変更するようにしたので、走査光学
系の他の各収差を良好に補正するために、リニアリティ
を一定量残存させ、残存したリニアリティを、画素クロ
ックの１クロックの時間幅を１クロック毎に変更するこ
とにより、被走査面上をほぼ等速度で走査することが可
能になり、走査光学系の高性能化を図ることができる。

【００４４】請求項２記載の走査光学装置によれば、上
記の走査光学装置において、走査光学系に残存するリニ
アリティＬｉｎを０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０としたの
で、周辺像高でのビームウエスト径のばらつきを実用上
許容し得る範囲内に低減させることが可能になる。

【００４５】請求項３記載の走査光学装置によれば、走
査光学系を走査レンズ系とし、この走査レンズ系は、偏
向反射点に対しコンセントリックな面数が少くとも反コ
ンセントリックな面数より少なくないようにしたので、
諸収差を良好に補正した高性能な走査レンズ系を得るこ
とができる。

【００４６】請求項４記載の走査光学装置によれば、走
査レンズ系を少なくとも２枚の正レンズから構成し、偏
向器側に配置された走査レンズのパワーを被走査面側に
配置された走査レンズのパワーより大きくし、且つ被走
査面側に配置された走査レンズは両面とも偏向反射点に
対してコンセントリックな形状のメニスカスレンズとし
たので、走査レンズをコンパクトに保って高性能化が可
能になるとともに、加工公差や組み付け誤差に強くする
ことができる。

【００４７】請求項５記載の走査光学装置によれば、走
査レンズの少なくとも１面は主走査方向で高次の非球面
を有し、且つ上記走査レンズの少くとも１枚は、熱可塑
性光学材料を用いた射出成形手段、または熱硬化性光学
材料を用いた充填成形手段により形成するようにしたも
ので、高度な収差補正ができ、低コストで大量生産が可
能になる。

【００４８】請求項６記載の画像形成装置によれば、光
学的及び電気的に諸収差を高度に補正された走査光学装
置を用いて高性能な出力画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を主走査断面で示す構成図
である。

【図２】同じくその収差図である。

【図３】この発明の実施例２の要部を主走査断面で示す
構成図である。

【図４】同じくその収差図である。

【図５】この走査光学装置を備えた画像形成装置の一例
を示す構成図である。

【図６】従来のリニアリティ補正方法の一例を示す光路
図である。

【符号の説明】

１：光源部２：カップリングレンズ３：シリンダレンズ４，１４：偏向器５，１５：走査レンズ５ａ，１５ａ：第１の走査レンズ５ｂ，１５ｂ：第２の走査レンズ６，１６：被走査面７：レーザ書込回路８：画素クロック生成回路９：分周回路１０：走査光学装置２０：デジタル複写機２１：複写機本体２２：光学読み取り装置２３：給紙装置２４：作像装置２５：感光体２６：現像装置２７：給紙ローラ２８：定着装置Ｐ：偏向反射点Ｓ：シート材Ｉ：面番号Ｒ（Ｉ）：第Ｉ面の主走査方向の曲率半径Ｄ（Ｉ）：第Ｉ面後の面間隔

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４ＺＦターム(参考） 2C362 BA85 BA86 BB22 BB23 2H045 AA01 CA04 CA34 CA55 CA68 CA99 2H087 KA19 LA22 NA00 PA02 PB02 QA02 QA03 QA07 QA12 QA14 QA21 QA32 QA34 QA41 RA05 RA12 RA13 RA34 5C072 AA03 BA17 DA02 HA02 HA08 HA13 HB13 XA01 XA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源部と、該光源部から出射された光を
カップリングするカップリングレンズと、収束した光束
を主走査方向に長い線像として集光させるシリンダレン
ズと、前記線像の集光部近傍に偏向反射面を有する偏向
器と、偏向された光束により被走査面上を走査させる走
査光学系とを有する走査光学装置において、前記走査光学系に残存するリニアリティに対応して予め
設定された量の画素クロックの１クロックの時間幅を１
クロック毎に変更することにより、前記被走査面上をほ
ぼ等速度で走査可能にしたことを特徴とする走査光学装
置。
【請求項２】前記走査光学系は、残存するリニアリテ
ィをＬｉｎ（％）としたとき、以下の条件式を満たすこ
とを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。０．５≦｜Ｌｉｎ｜≦１０
【請求項３】前記走査光学系は、走査レンズ系であ
り、該走査レンズ系は主走査方向において、偏向反射点
に対しコンセントリックな面数が少なくとも反コンセン
トリックな面数より少なくないことを特徴とする請求項
１又は２記載の走査光学装置。
【請求項４】前記走査レンズ系は少なくとも２枚の正
レンズから構成され、偏向器側に配置された走査レンズ
のパワーを、被走査面側に配置された走査レンズのパワ
ーより大きくし、且つ、被走査面側に配置された走査レ
ンズは両面とも前記偏向反射点に対してコンセントリッ
クな形状のメニスカスレンズであることを特徴とする請
求項３記載の走査光学装置。
【請求項５】前記走査レンズの少なくとも１面は主走
査方向で高次の非球面を有し、且つ、前記走査レンズの
少なくとも１枚は、熱可塑性光学材料を用いた射出成形
手段、または熱硬化性光学材料を用いた充填成形手段に
より形成されることを特徴とする請求項３又は４記載の
走査光学装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか一項に記載の
走査光学装置と、該走査光学装置により感光体面上に画
像を形成する画像形成手段とを備えた画像形成装置。