JP2002267976A - 光走査装置 - Google Patents
光走査装置Info
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Abstract
を抑え、低価格で記録媒体の高ドット密度化に対応可能
な光走査装置の提供。 【解決手段】結合レンズ系と光偏向手段の間に軸上パワ
ーが略0で、かつ、非球面形状の光学素子を1個配置し
た光走査装置。
Description
複写機等に代表される画像形成装置の被走査媒体となる
感光体表面に、静電潜像を記録形成するために用いられ
る光走査装置に関する。
置に対する高精細化の要求は日々高くなってきている。
この要求に迅速に応えるために従来の開発機を改良して
高精細化を図る場合がある。例えば、ドット密度300
dpiで開発した光走査装置を、600dpiに対応可
能なように改良する場合がそれにあたる。
段により光束が偏向走査される方向(以下主走査方向と
称する)および主走査方向に垂直な方向(以下副走査方
向と称する)とも、スポット径の縮小化が必要である。
そのためには走査光学系の開口数(NA)を大きくする
必要がある。
の急激な増加がある。つまり300dpi相当の比較的
小さなNAでは、問題にならなかった球面収差が600
dpi相当の大きなNAでは、問題になると云うことで
ある。1200dpi相当のさらに大きなNAではより
厳しくなる。
進んでいる。例えば、300dpi対応と600dpi
対応の2種の光走査装置を同時期に開発する場合があ
る。コストの点からは構成部品を極力共通化することが
望ましい。
異なるため、300dpi対応装置は、製作の容易な球
面系レンズを主とした比較的単純な構成で実現可能であ
っても、600dpi対応装置は実現困難となる場合も
あり得る。特に、アフォーカルな光学系を用いる場合に
は球面収差の発生量は一般に大きくなる。
アレイ状光源を用いた場合に結像レンズ系の像側焦点
と、光偏向手段を光学的共役関係にするために、アフォ
ーカルな光学系を用いている。上記共役関係を成り立た
せることにより、アレイ状光源からの複数の光束が、光
偏向手段近傍において距離が近くなるため、光走査装置
を最小限の大きさにすることができる。
ている。その中で結合レンズ系、即ち、コリメータレン
ズに関するものがある。特開昭60−121412号公
報では回転楕円面を用いている。特開昭60−1403
09号公報では屈折率勾配を有するレンズを用いてい
る。特開昭61−173214号公報では貼合せレンズ
を用いている。これらは、いずれもコリメータレンズ自
身から発生する球面収差を補正するものであり、走査光
学系から発生する球面収差を補正するものではない。
る方式も出願されている。特開平5−5853号公報で
は、正負の屈折率を持つシリンドリカルレンズを組み合
わせている。特開平8−136848号公報では、屈折
率分布を持ったシリンドリカルレンズを用いている。こ
れらは、いずれも副走査方向の球面収差のみを補正する
ものであり、主走査方向の球面収差を補正する効果は有
しない。
収差を補正する方式も出願されている。特開昭63−1
89822号公報では、光源と光偏向手段の間に、少な
くとも円筒レンズ2枚からなる収差補正レンズを置いて
いる。これは球面収差の補正に有効な方式であるが、下
記(1)〜(3)のような問題点がある。
枚増える。
点距離に対応した光軸方向の実装空間を必要とする。例
えば、既に300dpi対応の走査レンズ系が開発され
ている場合、通常光軸方向に、必要以上の距離を確保し
ていることは無く、また、300dpi対応装置と60
0dpi対応装置を同時期に開発する場合は、600d
pi対応装置のみに必要である収差補正レンズ用の実装
空間を、300dpi対応装置にも設けることは、小型
化、低価格化の障害となる。
パワーを有しており、光軸方向の位置ずれが起こると近
軸パワー配置が変化するため、必要とされる実装位置精
度が厳しい。このため、部品加工工数および組立工数が
増加する可能性がある。
ット密度対応光走査装置と、高ドット密度対応光走査装
置を低価格で実現するため、下記(1)〜(4)を満足
する手段を見出すことである。
要最小限の部品で構成する、(2) 低ドット密度対応
光走査装置に1個の光学素子を付加して大きなNAによ
る球面収差の発生を抑え、高ドット密度対応光走査装置
とする、(3) 前記光学素子は光軸方向の実装空間を
必要としない、(4) 前記光学素子は光軸方向実装位
置の必要精度が緩い。
明の要旨は、光源からの光束をコリメートする結合レン
ズ系、前記光束を偏向走査する光偏向手段、偏向走査さ
れた光束を被走査媒体に結像させる走査光学系を有する
光走査装置において、結合レンズ系と光偏向手段の間に
軸上パワーが略0で、かつ、非球面形状を有する第1光
学素子を配置したことを特徴とする光走査装置にある。
軸上パワーが略0で、かつ、非球面形状の光学素子1個
を配置したものである。
の形態を図面を用いて説明する。
系、4は光偏向手段である回転多面鏡の反射面、5は走
査光学系である走査レンズ系、6は被走査媒体である感
光ドラム面、7は結合レンズ系および走査レンズ系の光
軸、21は光軸近傍の光線(以下近軸光線と称する)、
22は光軸から離れた光線(以下周縁光線と称する)、
23は近軸光線21が光軸7と交わる点、24は周縁光
線22が光軸7と交わる点である。
せず、走査レンズ系5は補正不足な球面収差が発生する
ものとする。また、走査レンズ系5の像側焦点位置に感
光ドラム面6が配置されているとする。
レンズ系2を通過後、光軸7に平行に進む。走査レンズ
系により周縁光線22は、近軸光線21に比べ過剰な収
斂作用を受けるため、点23は感光ドラム面6上に存在
するが、点24は感光ドラム面6の手前側、即ち、走査
レンズ系5側に存在する。
かつ、非球面形状を有する光学素子、31は近軸光線、
32は周縁光線、33は近軸光線31が光軸7と交わる
点、34は周縁光線32が光軸7と交わる点である。こ
こで光学素子3からは補正過剰な球面収差が発生するも
のとする。
用を受けずに通過した後、光軸7に平行に進み、走査レ
ンズ系5により収斂作用を受けて点33へ収束する。
発散作用を受け、通過次第に拡がりながら進み、走査レ
ンズ系5により近軸光線31に比べ、過剰な収斂作用を
受ける。ここで、光学素子3の発散作用と、走査レンズ
系5の収斂作用とを適度に持たせることにより、点33
と点34を一致させることができる。
ある場合の本発明の作用を示す。図4において11,1
2はアレイ状である2個の光源、13,14はアフォー
カルな光学系を構成する正のパワーを有するレンズ、4
3,44はそれぞれ光源11,12から出射された主光
線、45,46はそれぞれ光源11,12から出射され
た周縁光線、47,48はそれぞれ周縁光線45,46
が光軸7と交わる点、49は結合レンズ系2の像側焦点
である。
生せず、アフォーカルな光学系13,14および走査レ
ンズ系5からは補正不足な球面収差が発生するものとす
る。
側焦点49で交差し、ここがいわゆる瞳面に相当する。
結合レンズ系2の像側焦点と回転多面鏡の反射面4は、
アフォーカルな光学系13,14によって光学的共役関
係になっており、主光線43,44は回転多面鏡の反射
面4で再び交差する。
光学系13,14および走査レンズ系5により過剰な収
斂作用を受け、点47および48は感光ドラム面6の手
前側、即ち、走査レンズ系5側に存在する。
つ、非球面形状を有する光学素子であり、結像レンズ系
2の像側焦点近傍に配置されている。53,54はそれ
ぞれ光源11,12から出射された主光線、55,56は
それぞれ光源11,12から出射された周縁光線、57
および58はそれぞれ周縁光線55および56が光軸7
と交わる点である。
と交わる。周縁光線55,56は、光学素子3により発
散作用を受け、通過後次第に拡がりながら進み、アフォ
ーカルな光学系13,14および走査レンズ系5により
過剰な収斂作用を受ける。
カルな光学系13,14および走査レンズ系5の収斂作
用を適度に持たせることにより、点57および58を感
光ドラム面6上に置くことができる。
近傍に配置されているため、光学素子3の有無に拘ら
ず、結合レンズ系2の像側焦点と回転多面鏡の反射面4
との光学的共役関係は保持される。
側焦点近傍に非球面を配置したため、主光線53および
54の入射高=0となり、球面収差だけを単独に補正で
き、コマ収差等の他の収差への影響は最小限に抑えられ
る。
ルを示す。図において3は軸上パワーが略0で、かつ、
非球面形状を有する光学素子、5は走査レンズ系、6は
感光ドラム面、7は走査レンズ系5の光軸、61は近軸
光線、62は周縁光線、63は近軸光線61が光軸7と
交わる点、64は周縁光線62が光軸7と交わる点であ
る。
各面の間隔は十分小さいとして無視する。光学素子3の
パワーをP3、走査レンズ系のパワーをP5とおく。光
学素子3は、軸上パワーが0で補正過剰な球面収差を有
しているとし、光軸からの距離をhとして、(1)式で
表される。 〔数5〕 P3=h2PS3 (PS3<0) …(1) 走査レンズ系は、補正不足な球面収差を有しているとし
て、(2)式で表される。 〔数6〕 P5=P50+h2PS5 (P50>0,PS5>0) …(2) 近軸光線61は実質的にh=0なので、光学素子3で屈
折作用を受けず、走査レンズ系5でP5=P50による収
斂作用を受け、点63へ収束する。点63は感光ドラム
面6上にあるとする。
7からの距離がh3、光学素子5上で光軸7からの距離
がh5であるとする。
散作用を受け、走査レンズ系5で、P5=P50+h5 2P
S5>P50による近軸光線61より過剰な収斂作用を受
け、点64へ収束する。
光線62の延長が、光軸7と交わる点までの距離をs3
およびs5とおく。それぞれ出射側の光線については、
「´」を付けて表す。
d3、走査レンズ系5と感光ドラム面6の距離をd5とす
る。以下の関係が成り立つ。 〔数7〕 1/s3´=1/s3+P3 …(3) 1/s5´=1/s5+P5 …(4) s3´=s5+d3 …(5) h5=h3s5/s3´ …(6) (3)式でs3=∞とし、(5)式を代入して整理する
と(7)式になる。 〔数8〕 P3=1/(s5+d3) …(7) また、近軸光線61の追跡から(8)式が成り立つ。 〔数9〕 P50=1/d5 …(8) ここで、点64が点63と一致するためには(9)式が
成り立つ必要がある。 〔数10〕 s5´=d5 …(9) (8)式と(9)式から(10)式が得られる。
ると(11)式になる。
ると(12)式になる。
して整理すると(13)式になる。
デルでは、PS3とPS5を(13)式の関係を持たせるこ
とにより、走査レンズ系5上で光軸からの距離h5の光
線に対して球面収差が補正される。実際にはこの関係式
を基に、光線追跡などの評価を行い、最適な非球面形状
が決定される。
記光学素子3の焦点距離をfとしたとき、(14)式の
関係を満たせば、光軸方向配置位置の必要精度が十分緩
く、部品加工工数および組立工数の増加は十分小さい。
(14)式の範囲を超えるに従い光軸方向配置位置ずれ
の影響が増大し、部品加工工数および組立工数の増加を
伴う可能性がある。 〔数11〕 |fsc/f|<1.0E−2 …(14) 前記光学素子3がプラスチック材であれば、成形により
非球面の製造が比較的容易である。また、軸上パワーが
略0のため、環境温度の変化によりプラスチック材の屈
折率が変化しても近軸パワー配置の変化は十分小さい。
としたとき、(15)式の関係を満たせば、光学素子3
をプラスチック成形で製作する場合においても、高い形
状精度の面を得ることが比較的容易である。(15)式
の範囲を超えるに従い軸上面形状が平面に近くなり、高
い形状精度の面を得ることが次第に困難になる。 〔数12〕 |R|<1.0E2、かつ、|R’|<1.0E2 …(15) 〔実施例 1〕図1において1は光源、2は結合レンズ
系、3は軸上パワー略0でかつ非球面形状の光学素子、
4は回転多面鏡の反射面、6は感光ドラム面、7は結合
レンズ系および走査レンズ系の光軸、11は近軸光線、
12は周縁光線、13は近軸光線11が光軸7と交わる
点、14は周縁光線12が光軸7と交わる点、15は走
査レンズ系を構成する第1のレンズ、16は走査レンズ
系を構成する第2のレンズである。
て、aは結合レンズ系2の像側焦点面、bは光学素子3
の光源側の面、cは光学素子3の回転多面鏡側の面、d
は回転多面鏡の反射面4、eはレンズ15の回転多面鏡
側の面、gはレンズ15の感光ドラム側の面、hはレン
ズ16の回転多面鏡側の面、iはレンズ16の感光ドラ
ム側の面、そして、jは感光ドラム面5である。
離、nは屈折率である。各面の形状は(16)式で与え
られる。光軸7方向をZ、光軸7からの距離をpとし、
各面と光軸7の交点を原点としたローカル座標系で表
す。 〔数13〕 f0(p)=(p2/R)/〔1+SQRT(1−(p/R)2)〕+dp4+ep6 …(16) ここで、d、eは4次および6次の非球面係数である。
SQRTは平方根の意味である。
f=∞である。
おいてAは光学素子3を配置した場合、Bは光学素子3
を配置しない場合である。光学素子3を配置しない場合
には球面収差が大きく発生しており、口径比に対して縦
収差はほぼ2乗で変化している。即ち、ドット密度を高
くするためにNAを大きくすると、球面収差は急激に増
加する。これに対して、光学素子3を配置すると、球面
収差を大幅に低減させることができる。
す。本実施例において、fsc=1.84E2、f=−7.
33E6である。
す。図においてCは光学素子3を配置した場合、Dは光
学素子3を配置しない場合である。
球面収差を大幅に低減させることができる。
において、aは結合レンズ系の像側焦点面、bは光学素
子の光源側の面、cは光学素子の回転多面鏡側の面、d
はアフォーカルな光学系を構成する第1のレンズの光源
側の面、eはアフォーカルな光学系を構成する第1のレ
ンズの回転多面鏡側の面、gはアフォーカルな光学系を
構成する第2のレンズの光源側の面、hはアフォーカル
な光学系を構成する第2のレンズの回転多面鏡側の面、
iは回転多面鏡の反射面、jは走査系を構成する第1の
レンズの回転多面鏡側の面、kは走査系を構成する第1
のレンズの感光ドラム面側の面、mは走査系を構成する
第2のレンズの回転多面鏡側の面、nは走査系を構成す
る第2のレンズの感光ドラム面側の面、qは感光ドラム
面である。
ある。
光学素子を配置した場合、Fは光学素子を配置しない場
合である。アフォーカルな光学系を用いる場合には球面
収差の発生量はさらに大きくなるが、実施例1と同様に
光学素子を配置することによって低減させることができ
る。
状である場合の縦収差曲線を示す。アレイ状の場合に
は、全ての光源を結合レンズ系の光軸上に配置すること
はできないため、光源が光軸外にある場合についても評
価を行う必要がある。
ンズ系の像側焦点にあり光源が光軸上にある場合、H
は、光学素子が結合レンズ系の像側焦点にあり光源が光
軸外に有る場合である。
像側焦点位置から回転多面鏡側に4.5mmの位置にあ
る場合のそれぞれ光軸上,光軸外について、また、Jお
よびKが、光学素子が結合レンズ系の像側焦点位置から
回転多面鏡側に9mmの位置にある場合のそれぞれ光軸
上、光軸外についてを示すものである。
は結合レンズ系を通過後、光軸に対して0.21deg
の角度をなして進むものとした。これは光源の数が2、
光源の間隔が80μm、結合レンズ系の焦点距離が1
0.9mmである場合を想定したものである。
側焦点位置から遠くなるに従って、光軸外の光源に対し
てコマ収差の発生が大きくなる。
形状であるとしたが、屈折率分布を有する透過型光学素
子、あるいは、回折格子などの回折作用を有する光学素
子を用いても、同様の効果を得ることが可能と考える。
手段の間に軸上パワーが略0で、かつ、非球面形状の光
学素子を配置することにより、走査レンズ系から発生す
る球面収差を補正することができる。
とんど必要としないため、低ドット密度対応装置との構
成部品の共通化が可能であり、また、光軸方向実装位置
の必要精度が緩いため、低コスト化に有利である。
焦点に配置することによって、光源がアレイ状である場
合のコマ収差等、他の収差への影響を最小限に抑えるこ
とができる。
る場合の縦収差曲線図である。
光偏向手段、5…走査光学系、6…被走査媒体。
Claims (10)
- 【請求項1】 光源からの光束をコリメートする結合レ
ンズ系、前記光束を偏向走査する光偏向手段と、偏向走
査された光束を被走査媒体に結像させる走査光学系を有
する光走査装置において、 結合レンズ系と光偏向手段の間に軸上パワーが略0で、
かつ、非球面形状を有する第1光学素子を配置したこと
を特徴とする光走査装置。 - 【請求項2】 前記結合レンズ系と前記光偏向手段の間
にアフォーカルな光学系を配置した請求項1に記載の光
走査装置。 - 【請求項3】 前記走査光学系の焦点距離をfsc、前記
第1光学素子の焦点距離をfとしたとき、 〔数1〕 |fsc/f|<1.0E−2 …〔1〕 の関係を満足するよう構成した請求項1または2に記載
の光走査装置。 - 【請求項4】 前記第1光学素子がプラスチック材から
なる請求項1,2または3に記載の光走査装置。 - 【請求項5】 前記第1光学素子の光束入射側の軸上曲
率半径をR、光束出射側の軸上曲率半径をR’としたと
き、 〔数2〕 |R|<1.0E2 …〔2〕 |R’|<1.0E2 …〔3〕 の関係を満足するよう構成した請求項4に記載の光走査
装置。 - 【請求項6】 アレイ状光源からの複数の光束をコリメ
ートする結合レンズ系、前記光束を偏向走査する光偏向
手段、偏向走査された光束を被走査媒体に結像させる走
査光学系からなる光走査装置において、 結合レンズ系の像側焦点近傍に軸上パワーが略0で、か
つ、非球面形状を有する第1光学素子を配置したことを
特徴とする光走査装置。 - 【請求項7】 前記結合レンズ系と前記光偏向手段の間
にアフォーカルな光学系を配置した請求項6に記載の光
走査装置。 - 【請求項8】 前記走査光学系の焦点距離をfsc、前記
光学素子の焦点距離をfとしたとき、 〔数3〕 |fsc/f|<1.0E−2 …〔1〕 の関係を満足するよう構成した請求項5または6に記載
の光走査装置。 - 【請求項9】 前記光学素子がプラスチック材からなる
請求項5,6または7に記載の光走査装置。 - 【請求項10】 前記光学素子の光束入射側の軸上曲率
半径をR、光束出射側の軸上曲率半径をR’としたと
き、 〔数4〕 |R|<1.0E2 …〔2〕 |R’|<1.0E2 …〔3〕 の関係を満足するよう構成した請求項9に記載の光走査
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001066466A JP2002267976A (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7167291B2 (en) | 2004-02-24 | 2007-01-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical scanning apparatus and image forming apparatus using the same |
US7969460B2 (en) | 2008-06-23 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Optical scanning device and image forming apparatus |
-
2001
- 2001-03-09 JP JP2001066466A patent/JP2002267976A/ja active Pending
Cited By (2)
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US7167291B2 (en) | 2004-02-24 | 2007-01-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical scanning apparatus and image forming apparatus using the same |
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
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