JP2966561B2

JP2966561B2 - 走査光学系

Info

Publication number: JP2966561B2
Application number: JP7357791A
Authority: JP
Inventors: 玲森本; 正明青山
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1991-01-16
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JPH04242217A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は走査偏向器を用いて光
束を像面上に走査させるレーザープリンター等の走査光
学系に関し、特に走査光学系のゴースト光対策に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ポリゴンミラーの面倒れ誤差
を補正するため、走査される光束を副走査方向で一旦結
像させるアナモフィックな光学系を用いた走査式光学装
置が知られている（特開昭６３−１４６０１５号公報参
照）。

【０００３】このような従来の走査式光学装置は、光学
系の副走査方向の正のパワーが大きいため、走査面の周
辺部では像面湾曲がアンダーとなる傾向がある。

【０００４】従来の走査光学系は、主走査面にも凸の曲
面をもつトーリックレンズを用いると共に、副走査面に
負の曲率をもつシリンダー面又はトーリック面を他のレ
ンズに用い、主副走査方向のパワー差を緩和することに
より周辺での像面湾曲を補正していた。

【０００５】また、走査偏向器としてポリゴンミラーを
用いる光学系では、ポリゴンミラーの径を比較的大きく
設定することにより、その偏向点変化を用いて周辺部の
像面湾曲を補正していた。偏向点変化の量は、反射面数
が同一であればポリゴンミラーの径に応じて変化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、副走査
方向の負のパワーを強くすると、像面湾曲を良好に補正
することはできるが、スキュー方向の波面収差が悪化し
てしまい、スポット形状の劣化を生ずる。

【０００７】また、通常のレーザープリンター等の走査
光学系では、レーザー光が走査レンズの光軸外からポリ
ゴンミラーへ入射するため、ポリゴンミラーの偏向点変
化が光軸に対して非対称となる。従って、像面湾曲が非
対称に現れ、光軸に対して対称形状のレンズを用いる場
合には補正できないという問題があった。ポリゴンミラ
ーの径を大きくすることにより、像面湾曲補正の効果を
上げることはできるが、同時に非対称性も大きくなって
しまう。

【０００８】このような問題は、特に精度が高く、走査
範囲が大きい装置において顕著である。

【０００９】

【発明の目的】この発明は、上記の課題に鑑みてなされ
たものであり、負のシリンダー面又はトーリック面の曲
率を強くせずに、また、ポリゴンミラーの偏向点変化を
抑えつつ、像面湾曲を良好に補正することができ、しか
も、ゴースト光による像面への影響を抑えることができ
る走査光学系を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る走査光学
系は、上記の目的を達成させるため、レーザー光源と、
レーザー光源からの光束を反射し、主走査面内で偏向さ
せる走査偏向器と、走査偏向器により反射されたレーザ
ー光束を像面上に集光させる走査レンズと、記走査偏向
器と走査レンズとの間に配置され、走査面の周辺部にお
ける副走査面内での集光位置を走査面の中心部における
副走査面内での集光位置より実質上走査レンズ側へ近接
させる集光位置変更素子とを有し、該集光位置偏光素子
の光入射、射出端面の少なくとも一方が曲面であること
を特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１〜図５に基づ
いて説明する。図１は、実施例にかかる走査光学系の光
学素子の配置を示す斜視図である。

【００１２】図示される光学系は、光源としての半導体
レーザー１０と、半導体レーザー１０から発する発散光
を平行光束とするコリメートレンズ１１と、ミラー１２
と、コリメートされた光束を線状に結像させるシリンド
リカルレンズ１３と、線像位置に一致して設けられたス
リットミラー２１を有するプリズムブロック２０と、ス
リットミラー２１により反射された光束を反射偏向させ
る走査偏向器としてのポリゴンミラー３０と、ポリゴン
ミラー３０による反射光束を集光して走査面上にスポッ
トを形成する走査レンズとしてのアナモフィックなｆθ
レンズ４０とを備えている。

【００１３】以下の説明では、ポリゴンミラー３０によ
って光束が走査される面を主走査面とし、主走査面に対
して垂直で走査レンズの光軸を含む面を副走査面とす
る。

【００１４】プリズムブロック２０は、２つの三角柱プ
リズム２２，２３をその斜面で貼合わせた直方体形状で
あり、貼合わせ面に全反射鏡であるスリットミラー２１
が蒸着されている。スリットミラー２１の主走査面に対
する角度はほぼ４５゜であり、スリットミラー２１と主
走査面との交線は、副走査面と垂直となる。

【００１５】また、プリズムブロック２０の光入射、射
出端面となるポリゴンミラー側、ｆθレンズ側の端面
は、後述するゴースト光を発散させるために、光学系の
結像性能に影響を与えない程度の曲率半径の大きい曲面
として形成されている。

【００１６】半導体レーザー１０を出射した発散光はコ
リメートされた後にシリンドリカルレンズ１３によって
副走査面と垂直な線状に結像させる。この線像に一致し
てスリットミラー２１が設けられているため、光源から
の光束はスリットミラー２１上に結像すると共に、この
反射面により全光量が反射され、ｆθレンズ４０の光軸
を通ってポリゴンミラー３０へと向かう。

【００１７】ポリゴンミラー３０で反射、偏光された光
束は、所定の広がりを持って再びプリズムブロック２０
に達する。ここで、大部分の光束はスリットミラー２１
の周囲の部を透過してｆθレンズ４０へ入射し、図示せ
ぬ走査面上にスポットを形成する。

【００１８】なお、上述した実施例の光学系は、光束を
一旦スリットミラー上に結像させるために、副走査方向
の正のパワーが大きく設定されており、走査面の周辺部
では像面湾曲がアンダーとなる傾向がある。そこで、こ
の実施例では、走査面の周辺部における副走査面内での
集光位置を中心部における集光位置より実質上ｆθレン
ズ側へ近接させる集光位置変更素子としてのプリズムブ
ロック２０を配置し、ポリゴンミラー３０の偏向点変化
と、プリズムブロックによる集光点の移動とを利用して
像面湾曲の補正を行っている。

【００１９】ポリゴンミラーからｆθレンズへ向かう光
束は、主走査面内では平行光であり、副走査面内では発
散光束である。このため、光路中に設けられたプリズム
ブロック２０は、主走査面では光束に対して作用せず、
副走査面では入射する角度によって焦点移動の作用を生
ずる。すなわち、軸外光は、軸上光線と比較して物体距
離が短くなり、結像点の位置がｆθレンズ側に近づき、
周辺の像面湾曲が改善される。

【００２０】次に、図２に基づいてプリズムブロックで
の内面反射によるゴースト光の発生について説明する。

【００２１】スリットミラー２１で反射されてポリゴン
ミラー３０へ向かう光束の一部は、プリズムブロック２
０のボリゴンミラー側の面で内面反射され、描画光と共
にｆθレンズ４０を介して像面に達する。図２におい
て、ｆθレンズ４０に入射する光束のうち、Ｉは描画光
の範囲、Ｇは描画光中のゴースト光を含む範囲を示して
いる。

【００２２】描画光のスポットはポリゴンミラー３０の
回転と共に像面上を移動するが、ゴースト光は常に一定
の角度で像面に達するため、光源が発光している間エネ
ルギーが積分され、像面に大きなエネルギーを与える。

【００２３】描画光パワーをＩｉ、ゴースト光パワーを
Ｉｇ、毎秒のスキャン数をｒ、走査効率をη、走査幅を
Ｌ、走査ピッチをｐ、主走査スポット径をｓとすると、
描画光エネルギーＪｉ及びゴースト光エネルギーＪｇ
は、それぞれ（１）式及び（２）式で表される。Ｊｉ＝Ｉｉ・（η／ｒＬｐ）（１）Ｊｇ＝Ｉｇ／ｒｓｐ（２）

【００２４】（１）式及び（２）式から（３）式が得ら
れる。Ｊｇ／Ｊｉ＝（Ｉｇ／Ｉｉ）（Ｌ・ηｓ）（３）

【００２５】ここで、例えばＬ＝６００ｍｍ、ｓ＝３０
μ、η＝０．５の値を設定すると、（４）式が得られ
る。Ｊｇ／Ｊｉ＝４００００Ｉｇ／Ｉｉ（４）

【００２６】すなわち、ゴースト光強度が描画光の１／
４００００であっても、描画光と同じエネルギーで感光
してしまう。この場合、反射防止コートにより平行平面
板の側面での反射を０．１％に低下させたとしても、ま
だ描画光の４０倍のエネルギーがゴーストとして残るこ
とになる。

【００２７】そこで、この実施例では、プリズムブロッ
クのポリゴンミラー側の端面を曲率半径が大きい曲面と
している。また、プリズムブロックの曲面が光学系全体
の倍率に与える影響を小さくするために、ｆθレンズ側
の端面も同様の曲面としてメニスカス形状としている。

【００２８】走査レンズ系の主走査方向の焦点距離を
ｆ、プリズムブロックの端面に形成する曲面の曲率半径
をＲ、プリズムブロックの屈折率をｎとすると、ポリゴ
ンミラー側の端面、及びｆθレンズ側の端面の空気換算
パワーＰ１，Ｐ２は、それぞれ以下のとおりとなる。Ｐ１＝２ｎ／ＲＰ２＝（１−ｎ）／Ｒ

【００２９】よって、プリズムブロックをも含めた光学
系の焦点距離ｆ’は、近似的に以下の式で表される。１／ｆ’＝（１／ｆ）＋（２ｎ／Ｒ）＋｛（１−ｎ）／Ｒ｝ｆ’＝Ｒｆ／｛Ｒ＋（ｎ＋１）・ｆ｝

【００３０】したがって、ゴースト光の焦点ずれは、近
似的に以下のΔｆで表される。 Δｆ＝ｆ’−ｆ＝｛−（ｎ＋１）・ｆ^２｝／｛Ｒ＋（ｎ＋１）・ｆ｝像面上での主走査方向へのゴースト光の広がり量は、光
学系のＦナンバーをＦとして、｜Δｆ｜／Ｆ＝｛ｆ^２・（ｎ＋１）｝／［｛Ｒ＋ｆ（ｎ＋１）｝・Ｆ］となる。

【００３１】一方、プリズムブロックの両端面が平面で
ある場合には、像面上のスポットの主走査方向の径Ｓｙ
は、ほぼＳｙ＝Ｆ／１０００となる。ゴースト光の主走査方向の広がりは、少なくと
もスポット径の１００倍程度必要となるため、以下の条
件を満たすことが望ましい。｜｛ｆ^２（ｎ＋１）｝／［｛Ｒ＋（ｎ＋１）｝Ｆ］｜＞０．１

【００３２】上記の構成により、ゴースト光を主走査方
向に分散させて光エネルギー密度を低下させ、その影響
を低減させることができる。これによってもゴースト光
の影響が十分に低減されない場合には、像面の近くに遮
蔽板を配置し、ゴースト光をカットすることもできる。
ゴースト光は副走査方向にも大きく広がり、その収束点
は描画光のそれより後ろ側（像面より後方）となる。し
たがって、描画光の走査域を残して遮蔽板を設けること
により、ゴースト光の影響を大部分解消するとができ
る。

【００３３】特に、上記の実施例のようにプリズムブロ
ックがスリットミラーを有し、ポリゴンミラーへ入射す
る光束を反射させる場合には、描画光とゴースト光と
は、共にスリットミラーによる抜けを副走査方向の中央
に有するため、上記の遮蔽板によりゴースト光を完全に
遮断することができる。

【００３４】なお、プリズムブロックの端面はメニスカ
ス形状であるために光学系全体に与える影響は少ない
が、全系の焦点距離が多少変化し、描画光の走査幅が変
化する。この変化を相殺するために、ｆθレンズの各レ
ンズ間隔を調整し、あるいは入射光の平行度を調整する
場合もある。

【００３５】次に、実施例の具体的な数値構成を説明す
る。図３、図４はそれぞれ図１の主走査面図、副走査面
図である。

【００３６】表１〜表３は、実施例の数値を示したもの
であり、表１はシリンダーレンズ、表２はプリズムブロ
ック、表３はｆθレンズの構成をそれぞれ示している。
この例は、半導体レーザーの発振波長λ＝７８０ｎｍの
場合に適した構成であり、レーザー光はシリンダーレン
ズに対して０．０４７ディオプターの収束度で入射す
る。表中の符号は、ｒｙが主走査方向曲率半径、ｒｚが
副走査方向曲率半径、ｆｃがシリンダーレンズの副走査
方向の焦点距離、Ｌ１がシリンダーレンズの最終面から
線像までの空気換算距離、ｅ１が基準偏向点（ポリゴン
ミラーの一の反射面がｆθレンズの光軸と垂直である状
態における偏向点）からプリズムブロックの第１面まで
の距離、ｅ２がプリズムブロックの第２面からｆθレン
ズの第１面までの距離、ｄＲが線像からプリズムブロッ
ク第１面までの距離、ｆｙがｆθレンズの主走査方向の
焦点距離、ｆｂがｆθレンズの最終面から走査面までの
距離である。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】上記の構成によれば、ｆ＝６００，Ｆ＝２
５，Ｒ＝−１０１３４．２４８，ｎＦ＝１．５１０７２
となるため、｜｛ｆ^２（ｎ＋１）｝／［｛Ｒ＋（ｎ＋１）｝Ｆ］｜＝０．２１となる。

【００４１】図５は、像面上でのゴースト光の形状を示
したものであり、（ａ）はプリズムブロックの端面を平
面とした場合、（ｂ）は上記の実施例の場合を示してい
る。なお、プリズムブロックの端面は、球面ではなく主
走査方向に曲率をもつシリンダー面としてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に詳細に説明したように、この
発明によれば、集光位置偏光素子の作用により像面湾曲
を良好に補正することができ、また、その端面を平面に
近い曲面とすることにより、端面での内面反射によるゴ
ースト光の像面への影響を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる走査光学系の光学
素子の配置を示す斜視図である。

【図２】プリズムブロックの端面の内面反射によるゴ
ースト光の発生を示す説明図である。

【図３】図１に示した光学系の主走査断面図である。

【図４】図１に示した光学系の副走査断面図である。

【図５】像面上でのゴースト光の形状を示す説明図で
あり、（ａ）はプリズムブロックの端面が平面の場合、
（ｂ）は曲面の場合を示している。

【符号の説明】

１０…半導体レーザー２０…プリズムブロック２１…スリットミラー３０…ポリゴンミラー４０…走査レンズ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光源と、レーザー光源からの光束を反射し、主走査面内で偏向さ
せる走査偏向器と、走査偏向器により反射されたレーザー光束を像面上に集
光させる走査レンズと、前記走査偏向器と前記走査レンズとの間に配置され、走
査面の周辺部における副走査面内での集光位置を走査面
の中心部における副走査面内での集光位置より実質上前
記走査レンズ側へ近接させる集光位置変更素子とを有
し、該集光位置変更素子の光入射、射出端面の少なくと
も一方が曲面であることを特徴とする走査光学系。
【請求項２】前記集光位置変更素子の光入射、射出端
面は、メニスカス形状であることを特徴とする請求項１
に記載の走査光学系。
【請求項３】レーザー光源と、レーザー光源からの光
束を反射し、主走査面内で偏向させる走査偏向器と、走
査偏向器により反射されたレーザー光束を像面上に集光
させる走査レンズと、前記走査偏向器と前記走査レンズ
との間に配置され、光入射、射出端面の少なくとも一方
が光学系の結像性能に影響を与えない程度の曲面として
形成されたプリズムブロックとを有することを特徴とす
る走査光学系。