JP2716428B2 - 面倒れ補正走査光学系 - Google Patents

面倒れ補正走査光学系

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JP2716428B2
JP2716428B2 JP61165125A JP16512586A JP2716428B2 JP 2716428 B2 JP2716428 B2 JP 2716428B2 JP 61165125 A JP61165125 A JP 61165125A JP 16512586 A JP16512586 A JP 16512586A JP 2716428 B2 JP2716428 B2 JP 2716428B2
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和夫 山川
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ミノルタ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主としてレーザビームプリンタ等に用いら
れて、走査線の副走査方向についてのピッチのムラを除
去する面倒れ補正走査光学系に関する。 さらに詳述すると、光源から発した光線束を偏向器の
偏向反射面上に線状に結像する線状結像光学系と、前記
偏向器で反射偏向された光線束を被走査物上に結像する
走査結像光学系とを備えた面倒れ補正走査光学系に関す
る。 レーザビームプリンタは、記録を極めて高速で行える
利点に加えて、昨今、その小型化と低コスト化が次第に
実現されてきており、OA機器の多様化及び発達に伴っ
て、増々その需要が高まっている。 例えば、このようなレーザビームプリンタにおいて、
光源からの光線束を走査するために用いられるポリゴン
ミラー等の偏向器の偏向反射面には、製作誤差や取付誤
差、或いは、回転時の振動等によって、走査面に直交す
る方向に対して多少の倒れ誤差がある。 そのため、このような倒れ誤差のある偏向反射面で反
射された光線束は、被走査物上での結像位置が副走査方
向にずれ、走査線のピッチのむらが生じる。そして、こ
の走査線のピッチむらは、例えば、レーザビームプリン
タのような記録装置においては、記録の画質低下を引き
起こす。 前述した面倒れ補正走査光学系は、このような走査線
のピッチむらを除去するためのものであり、光源からの
光線束を、一旦、線状結像光学系によって走査面に直交
する方向に集束させて偏向器の偏向反射面上に線状に結
像させ、偏向反射点からの光線束を、走査結像光学系に
よってこの方向において復元して被走査物上に共役に結
像することで、偏向反射面の倒れ誤差の影響を受けない
ようにするものである。 一方、走査面内においては、被走査物上での光線束の
走査速度を等速なものとすべく、偏向反射面からの光線
束をこの光学系への入射角に比例する像高となるように
被走査物上に結像するものである。 なお、本明細書において、走査面とは、走査される光
線束の時系列的な集合によって形成される平面、即ち、
被走査物における主走査ラインと、この面倒れ補正走査
光学系の光軸とを含む平面を意味するものとする。 従来から、上述のような面倒れ補正走査光学系とし
て、種々の構成のものが提案されている。 その一例としては、特公昭52−28666号公報において
開示されているように、走査結像光学系が、線状結像光
学系によって線状に結像された光線束を偏向器による反
射後に一旦円形に復元整形するシリンドリカルレンズ等
のビーム整形光学系と、復元整形された光学束を被走査
物上に収束結像する収束光学系とからなるものがある。 この場合は、ビーム整形光学系によって光線束の復元
整形を行うように構成すると、ビーム整形光学系に円形
ビームに復元するという制約条件が課せられることにな
り、光線束の等速走査性を得るために収束光学系に持た
せる歪曲特性や、被走査物上での結像特性を良好にする
自由度が少なくなる。従って、この走査結像光学系とし
て上述の諸特性が優れたものを得るためには、多くのレ
ンズが必要となり、光学系の構成が複雑になるものであ
った。 その改良案として、特開昭50−93720号公報において
開示されているように、前記シリンドリカルレンズ等の
ビーム整形光学系を、収束光学系と被走査物との間に介
装したものがある。 このような構成の場合、良質な画像を得るためには、
ビーム整形光学系を被走査物に近接して設けなければな
らない。そのため、このビーム整形光学系として主走査
方向に長いものが必要となり、コンパクトな構成にする
ことが難しいものであった。 また、特開昭56−36622号公報において開示されてい
るように、走査結像光学系として、偏向器側から順に、
球面単レンズとトーリック面を有する単レンズとを配置
したものも知られている。そして、この走査結像光学系
は、光線束の等速走査性を得るための歪曲特性と、線状
結像光学系と協働して偏向反射面の倒れ誤差を補正する
ための機能とをともに有している。 しかし、この構成の場合、光学系はコンパクトになっ
ているものの、構成上、自由度が少なく、光線束の等速
走査性を得るための歪曲特性と、偏向反射面の倒れ誤差
に対する補正機能とを、ともに良好に維持するようにす
ると、光線束の走査範囲を広いものとして画角の拡大を
計ることが難しいものであった。 本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、結像特性や面倒れ補正機能を良好
に維持しながら、主走査方向について広画角化を計り、
装置をより一層コンパクトに構成できる面倒れ補正走査
光学系を提供することにある。 この目的を達成するべく、本発明による面倒れ補正走
査光学系は、偏向器で反射偏向された光線束を被走査物
上に結像する走査結像光学系を、偏向器側から順に、シ
リンドリカル面を有する第1レンズ、及び、トーリック
面を有する第2レンズを配置して構成したことを特徴と
する。 なお、ここでの、および、以下本明細書中において、
トーリック面とは、面倒れ補正走査光学系の光軸に直交
する面内において、光線束が走査される主走査方向と、
この主走査方向に直交する副走査方向とに、夫々、異な
る屈折力を有する屈折面を意味するものである。 また、シリンドリカル面とは、主走査方向と副走査方
向との何れか一方の方向にのみ屈折力を有し、他方の方
向には屈折力を有しない屈折面を意味する。 本発明による面倒れ補正走査光学系においては、シリ
ンドリカル面とトーリック面とを、夫々、別のレンズに
設けることによって、走査面に直交する方向での結像特
性をかなり広範囲に亘って良好に維持することができ、
設計の自由度が増えた。そして、このことで、走査面に
沿う方向での設計の制約が軽減され、この方向におい
て、被走査物上での光線束の等速走査性を充分に高く維
持できる歪曲特性を有しながら、結像特性を良好に維持
し、かつ、画角を広いものにできる。 また、走査面に直交する方向において、偏向器の偏向
反射点と被走査物上での結像点とを、この走査結像光学
系に関して共役関係に維持しながら、倍率を広い範囲で
設定できる。そして、この倍率が低いほど面倒れ補正効
果は高くなる。逆に倍率が高いほど結像特性が良くなり
やすい。従って、要求される性能に応じて、それに見合
うように倍率の設定を行うことができる。 そして、このように、設計の自由度が高められたか
ら、小さいサイズの光学系でも所望の性能に見合った設
計が比較的容易に行えるようになり、光学系の広角化が
計れ、コンパクトな構成のものにできるようになった。 さらに、本発明によれば、第1レンズおよび第2レン
ズにおいて、夫々、シリンドリカル面およびトーリック
面に対向する面を平面ないし球面にすることで、シリン
ドリカル面やトーリック面の加工時における位置決めを
正確に行うことができるから、加工の手間を軽減するこ
とも可能になる。 特に、第1レンズのシリンドリカル面に、走査面に直
交する方向に負の屈折力を持たせ、全体として前記第1
レンズに前記方向に負の屈折力を持たせることで、広い
範囲に亘ってこの方向での結像特性を高くすることがで
きる。 また、この負のシリンドリカル面を偏向器側に設ける
ことによって、この負のシリンドリカル面と第2レンズ
のトーリック面とによって行われる、偏向器の偏向反射
面の面倒れに対する補正効果の高い光学系を、広い画角
で実現できる。 さらに、この構成に加えて第2レンズの偏向器側の面
を凹面にすることで、走査面に沿う方向に対して付与す
る歪曲収差により光線束の等速走査性を高めながら、走
査面に直交する方向の結像特性を高めることができる。 また、この第1レンズが有する負のシリンドリカル面
を、被走査物側に設けることによって、被走査物上にお
いて、走査面に直交する方向の結像特性が広い範囲に亘
って良好な光学系が得られる。 さらに、次の2つの条件は、夫々、本発明を実施する
にあたって、結像特性を良好に維持するために充足され
るべきものである。 (イ)f1H<0 但し、 f1H:走査面に沿った方向の第1レンズのの焦点距離 この条件は、主として、走査面に沿った方向におい
て、被走査物上での光線束の等速走査性を得るために意
図的に与える歪曲収差に係わるものである。この条件が
満たされない場合には、広画角でこの等速走査性を良好
に維持することが困難になり、実用に耐えない。 (ロ)|f1H/f1V|>2 但し、 f1V:走査面に直交する方向の第1レンズの焦点距離 この条件は、主として、走査面に直交する方向におい
て、球面収差と像面彎曲とを補正するためのものであ
る。この条件が満たされない場合には、上記両収差の補
正を広画角でバランスよく行うことが困難である。特
に、画面彎曲が充分に補正されていない場合には、スポ
ット径が走査線上で変動することとなり、同じく画質の
劣化を招来することとなる。 以下、本発明を具体的に説明する。本発明による面倒
れ補正走査光学系は、例えば、レーザビームプリンタ等
のレーザ走査装置において用いられる光学系である。 第16図に示すように、レーザ走査装置は、光源として
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)、ポリゴンミラー(4)、fθ
レンズ(5)、及び、感光体ドラム(6)等から構成さ
れている。 半導体レーザ(1)からは、画像情報に応じて直接変
調されたレーザビーム(B)が発せられ、光線束の一例
であることのレーザビーム(B)はコリメータレンズ
(2)で平行光に整形される。その後、線状結像光学系
の一例であるシリンドリカルレンズ(3)により一旦線
状に収束され、偏向器の一例であるポリゴンミラー
(4)の偏向反射面(4a)に結像する。この偏向反射面
(4a)で反射された後のレーザビーム(B)は、ポリゴ
ンミラー(4)の回転に伴って偏向され、走査結像光学
系の一例であるfθレンズ(5)によって感光体ドラム
(6)上に結像されて図中A方向に走査される。 面倒れ補正走査光学系は、上述した線状結像光学系
(3)と走査結像光学系(5)とからなり、偏向器
(4)の偏向反射面(4a)の面倒れにより生じる走査線
のピッチのずれを除去するものである。以下、走査結像
光学系(5)の具体構成を示す実施例の諸元を示す。 なお、実施例は5例あり、夫々、第1図ないし第5図
に示すレンズ構成図、及び、第6図ないし第15図に示す
収差図に対応している。次頁の第1表にその対応関係を
一括して示す。 各レンズ構成図において、(イ)は走査面に沿って切
断したレンズ配置を、また、(ロ)は走査面に直交する
面に沿って切断したレンズ配置を、夫々示すものであ
る。なお、屈折面の符号の肩に付した[*]はシリンド
リカル面を、[**]はトーリック面を夫々示す。な
お、レンズ面の符号と軸上面間隔との表示は、〈実施例
1〉のみとし、他の実施例においてはほぼ同様であるの
で、異なるもの以外はその表示を省略する。 また、走査面に沿った方向の収差図において、歪曲収
差は、光線束の等速走査性を得るための理想像高を、 f・θ 但し、 θ:入射角[偏向された光線束がレンズ光軸となす角
度] f:走査面に沿った方向の全ての走査結像光学系の焦点距
離 とし、次式で示すこの理想像高からの実際の像高の偏差
の百分率で表してある。 {(y′−fθ)/fθ}×100(%) 但し、 y′:実際の像高 その他、各実施例諸元において、 2ω:最大入射角 n1:第1レンズ(G1)を構成する光学材料の屈折率[78
0nmにおける] n2:第2レンズ(G2)を構成する光学材料の屈折率[78
0nmにおける] f1H:走査面に沿った方向の第1レンズ(G1)の焦点距
離 f2H:走査面に沿った方向の第2レンズ(G2)の焦点距
離 fV:走査面に直交する方向の全ての走査結像光学系の焦
点距離 f1V:走査面に直交する方向の第1レンズ(G1)の焦点
距離 f2V:走査面に直交する方向の第2レンズ(G2)の焦点
距離 〈実施例1〉 〈実施例2〉 〈実施例3〉 〈実施例4〉 〈実施例5〉
【図面の簡単な説明】 図面は本発明に係る面倒れ補正走査光学系の実施例を示
し、第1図ないし第5図は各実施例のレンズ構成図で、
第1図ないし第5図の(イ)は走査面に沿った方向で切
断したレンズ構成図、第1図ないし第5図の(ロ)は走
査面に直交する方向で切断したレンズ構成図、第6図な
いし第10図は各実施例における走査面に沿った方向の収
差図、第11図ないし第15図は各実施例における走査面に
直交する方向の収差図、第16図はレーザビームプリンタ
の走査装置の概略構成図である。 (1)……光源、(3)……線状結像光学系、(4)…
…偏向器、(4a)……偏向反射面、(5)……走査結像
光学系、(6)……被走査物、(B)……光線束、(G
1)……第1レンズ、(G2)……第2レンズ。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.光源から発した光線束を偏向器の偏向面上に線上に
    結像する線上結像光学系と、前記偏向器で反射偏向され
    た光線束を被走査物上に結像する走査結像光学系とを備
    えた面倒れ補正走査光学系であって、 前記走査結像光学系は、偏向器側から順に、 走査面に直交する方向に負の屈折力を有するシリンドリ
    カル面を偏向器側に備え、全体として走査面に直交する
    方向及び走査面に沿った方向に負の屈折力を有する第1
    レンズと、 トーリック面を有し、偏向器側が凹面である第2レンズ
    と、 から構成されるとともに、以下の条件式を満足すること
    を特徴とする面倒れ補正走査光学系; |f1H/f1V|>2 ただし、 f1H:走査面に沿った方向の第1レンズの焦点距離、 f1V:走査面に直交する方向の第1レンズの焦点距離、 である。 2.光源から発した光線束を偏向器の偏向面上に線上に
    結像する線上結像光学系と、前記偏向器で反射偏向され
    た光線束を被走査物上に結像する走査結像光学系とを備
    えた面倒れ補正走査光学系であって、 前記走査結像光学系は、偏向器側から順に、 走査面に直交する方向に負の屈折力を有するシリンドリ
    カル面を被走査物側に備え、全体として走査面に直交す
    る方向及び走査面に沿った方向に負の屈折力を有する第
    1レンズと、 トーリック面を有する第2レンズと、 から構成されるとともに、以下の条件式を満足すること
    を特徴とする面倒れ補正走査光学系; |f1H/f1V|>2 ただし、 f1H:走査面に沿った方向の第1レンズの焦点距離、 f1V:走査面に直交する方向の第1レンズの焦点距離、 である。
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