JP2969407B2 - ポストオブジェクティブ型走査光学系と画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンターなど
に用いられる走査光学系に関し、特にビームが集束レン
ズによって集束光とされたのち、光偏向器によって走査
されるポストオブジェクティブ型走査光学系とそれを用
いた画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザプリンターなどで多く用い
られている走査光学系はプレオブジェクティブ型であ
る。プレオブジェクティブ型の走査光学系は偏向された
後に集束レンズを配置するため、集束レンズによって像
面湾曲やｆθ特性を補正することが容易であるが、集束
レンズは大きくなり、かつ構成が複雑になるため高価に
なるという問題点と、光路長を長くとる必要があるので
小型化が難しいという問題点がある。近年、偏向する前
に集束レンズを配置するポストオブジェクティブ型走査
光学系は小型で低価格な走査光学系を実現するものとし
て研究及び製品化されている。以下、図面を参照しなが
ら、上述した従来のポストオブジェクティブ型走査光学
系の一例について説明する。図７は従来のポストオブジ
ェクティブ型走査光学系の構成を示すものである。図７
において、21は半導体レーザ、22は集束レンズ、23は副
走査方向に屈折力をもつシリンドリカルレンズ、24は円
筒面ポリゴン、25は副走査方向に屈折力をもつ長尺のシ
リンドリカルレンズ、26は感光ドラム、27はポリゴンの
回転中心軸である。以上のように構成されたポストオブ
ジェクティブ型走査光学系について、図８(a)，(b)を用
いてその動作の説明をする。図８(a)は主走査方向面内
における光路図、図８(b)は副走査方向面内における光
路図を示したものであって、半導体レーザ21からの光束
は集束レンズ22によって集束光になり、シリンドリカル
レンズ23に入射し、副走査方向については円筒面ポリゴ
ン24の反射面近傍に集束する。円筒面ポリゴン24は回転
中心軸27を中心として回転し、入射したレーザ光束を偏
向し、長尺のシリンドリカルレンズ25によって感光ドラ
ム26上に集束して走査する。長尺のシリンドリカルレン
ズ25は偏向点と感光ドラム26上の走査面とを、副走査方
向で幾何学的に共役になるように配置され、円筒ポリゴ
ン24の面倒れを補正している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、副走査方向の像面湾曲を除くことができ
ないので、高解像度化するのは困難という問題点とｆθ
特性を持たないため回路によって補正を行なう必要があ
った。図９は従来例における像面湾曲を示した図、図10
は従来例におけるｆθ特性を示した図である。本発明は
上記問題点に鑑み、低価格で小型かつ高解像度のポスト
オブジェクティブ型走査光学系を提供することを目的と
するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のポストオブジェクティブ型走査光学系は、
反射面が円筒面または球面である光偏向器と、副走査方
向の焦点距離が主走査方向における中心部と周辺部で変
化し、出射面が主走査方向に対して４次以上の高次展開
項を有するトーリック非球面または非円柱面であり、前
記光偏向器と走査面の間に配置される補正レンズとを備
えたものである。

【０００５】

【作用】本発明は上記したように光偏向器の反射面を円
筒面または球面とすることによって、主走査方向の像面
湾曲を補正し、また、光偏向器と走査面との間に配置さ
れる補正レンズの副走査方向の屈折力を主走査方向にお
ける中心から周辺にかけて変化させることによって、副
走査方向の像面湾曲を補正する。また、前記補正レンズ
の出射面を主走査方向に対して４次以上の高次展開項を
有するトーリック非球面または非円柱面にすることによ
りｆθ特性を持たしている。さらに、前記補正レンズの
入射面を光軸上の点を中心とし主走査方向に平行で光軸
を含む面内に存在する円弧を、前記光軸を含む面内に存
在する主走査方向に平行な回転対称軸を中心として回転
させた回転対称面とすることで、副走査方向の屈折力を
変化させた場合、この補正レンズの加工が容易で低価格
のレンズとすることができる。さらに、本発明の光学系
は有効走査幅をＹ₀、それに対応した光偏向器の偏向角
をθ₀、偏向点から走査面までの距離をＬとしたとき数
３の式

【０００６】

【数３】

【０００７】なる条件を満足させることにより、ｆθ特
性を実現させるとともに主走査方向の像面湾曲が発生せ
ず高解像度を実現することができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の一実施例のポストオブジェクテ
ィブ型走査光学系について、図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の一実施例におけるポストオブジェク
ティブ型走査光学系の構成を示すものである。本発明に
おいては、光偏向器の反射面近傍で副走査方向について
ビームが集束されているため、反射面の形状が円筒面、
球面いずれの場合も副走査方向の屈折力には変化が少な
いので動作原理の差異はない。本実施例は反射面が円筒
面の場合である。図１において、１は半導体レーザ、２
は集束レンズ、３は副走査方向に屈折力をもつシリンド
リカルレンズ、４は円筒面ポリゴン、５は図３(a)，(b)
に示した形状の補正レンズ、６は感光ドラム、７はポリ
ゴンの回転中心軸である。図３(a)は補正レンズ５の水
平方向の形状を示した上面図、図３(b)は補正レンズ５
の垂直方向の形状を示した側面図を示すものである。図
３(a)において、８は主走査方向に平行で光軸を含む面
内にあり主走査方向に平行な回転対称軸、９は光軸上の
点、10は光軸上の点９を中心とする前記主走査方向に平
行な面内に存在する半径Ｒ１の円弧を回転対称軸８を中
心に回転した形状のトーリック面、11は図３において示
されたＸ−Ｙ−Ｚ座標系において面の頂点からのサグ量
で示すと、数４の式で示される非円柱面である。また、
図３(b)において、Ｒ３はトーリック面10の光軸上にお
ける回転対称軸８までの距離、ＴＨはレンズの中心肉厚
である。

【０００９】

【数４】

【００１０】具体的数値例を表１，表２，表３，表４に
示す。ただし、Ｙ₀は有効走査幅、Ｌは円筒反射面から
感光ドラム６までの距離、Ｒは反射面の曲率、ｒはポリ
ゴンの回転中心から円筒反射面の頂点までの距離、ｄは
補正レンズ５の出射面から感光ドラム６までの距離、Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３，ＴＨは図３(a)，(b)にそれぞれ示した
ものである。Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは数４の式で示した非
球面係数である。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】

【表３】

【００１４】

【表４】

【００１５】以上のように構成されたポストオブジェク
ティブ型走査光学系について、以下、図４の(a)，(b)を
用いてその動作を説明する。図４(a)は主走査方向面内
における光路図、図４(b)は副走査方向面内における光
路図を示したものであって、半導体レーザ１からの光束
は集束レンズ２によって集束光になり、シリンドリカル
レンズ３に入射し、副走査方向については円筒面ポリゴ
ン４の反射面近傍に集束する。円筒面ポリゴン４は回転
中心軸７を中心として回転し、入射したレーザ光束を偏
向し、補正レンズ５によって感光ドラム６上に集束し走
査される。補正レンズ５は偏向点と感光ドラム６上の走
査面とを、副走査方向で幾何光学的に共役になるように
配置され、円筒面ポリゴン４の面倒れを補正するととも
に、副走査方向の屈折力が主走査方向において中心部か
ら周辺部に行くに従って小さくなることで副走査方向の
像面湾曲を補正している。さらに、出射面を４次以上の
高次展開項を有する非円柱面にすることで、走査面上に
おける主走査方向の結像位置を走査中心からの距離Ｙで
表示し、光偏向器の偏向角を走査中心を原点とする角度
θとし、有効走査幅をＹ₀、それに対応した光偏向器の
偏向角をθ₀とする場合に、−θ₀／２＜θ＜θ₀／２に
おいて数５の式を満たしｆθの特性を持たせている。

【００１６】

【数５】

【００１７】本実施例における像面湾曲を図５に、ｆθ
特性を図６に示した。以上のように本実施例によれば、
光偏向器として円筒面ポリゴン４を用いることにより、
主走査方向の像面湾曲を補正することができ、補正レン
ズ５を用いることにより、副走査方向の像面湾曲を補正
するとともにｆθ特性をもたすことができる。なお、図
２は上記実施例の走査光学系を画像形成装置に用いた場
合の構成を示すものである。図２において、31は感光ド
ラム、32は上記実施例の走査光学系、33は一次帯電器、
34は現像器、35は転写帯電器、36はクリーナー、37は前
露光ランプ、38は定着装置、39は給紙カセットである。

【００１８】

【発明の効果】本発明は上記実施例から明らかなように
以下に示す効果を有する。 (1）反射面が円筒面または球面である光偏向器を設ける
ことにより、主走査方向の像面湾曲を補正することがで
き、主走査方向に垂直な副走査方向の焦点距離が主走査
方向における中心部と周辺部で変化し、出射面を４次以
上の高次展開項を有する非円柱面である、前記光偏向器
と前記走査面との間に配置される補正レンズを設けるこ
とにより、副走査方向の像面湾曲を補正するとともにｆ
θ特性を持たせることができる。 (2）前記光偏向器と前記走査面との間に配置される補正
レンズを、入射面が光軸上の点を中心とし主走査方向に
平行で光軸を含む面内に存在する円弧を、前記光軸を含
む面内に存在する主走査方向に平行な回転対称軸を中心
として回転させたトーリック面であるという構成にする
ことにより、加工が容易となり低価格化することができ
る。

【００１９】(3）本発明の光学系は有効走査幅をＹ₀、
それに対応した光偏向器の偏向角をθ₀、偏向点から走
査面までの距離をＬとしたとき数６の式で示す条件を満
足することで、ｆθ特性と高解像度を実現することがで
きる。

【００２０】

【数６】

【００２１】(4）本発明の走査光学系を用いることによ
り、小型，低価格でかつ高解像度の画像形成装置を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるポストオブジェクテ
ィブ型走査光学系の構成図である。

【図２】本発明の一実施例の走査光学系を用いた画像形
成装置の構成図である。

【図３】本発明の一実施例における補正レンズの形状を
示す構成図である。

【図４】本発明の一実施例における光束の様子を示す模
式図である。

【図５】本発明の一実施例の走査光学系における像面湾
曲量を示す説明図である。

【図６】本発明の一実施例の走査光学系におけるｆθ特
性を示す説明図である。

【図７】従来例のポストオブジェクティブ型走査光学系
の構成図である。

【図８】図７に示す従来例における光束の様子を示す模
式図である。

【図９】図７に示す従来例の走査光学系における像面湾
曲量を示す説明図である。

【図１０】図７に示す従来例の走査光学系におけるｆθ
特性を示す説明図である。

【符号の説明】

１，21…半導体レーザ、 ２，22…集束レンズ、 ３，
23，25…シリンドリカルレンズ、 ４，24…円筒面ポリ
ゴン、 ５…補正レンズ、 ６，26，31…感光ドラム、
７，27…回転中心軸、 32…走査光学系、 33…一次
帯電器、 34…現像器、 35…転写帯電器、 36…クリ
ーナー、 37…前露光ランプ、 38…定着装置、 39…
給紙カセット。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームが集束レンズによって集束
   光とされたのち、光偏向器によって走査面上に走査され
   るポストオブジェクティブ型走査光学系であって、反射
   面が円筒面または球面である光偏向器と、副走査方向の
   焦点距離が主走査方向における中心部と周辺部で変化
   し、出射面が主走査方向に対して４次以上の高次展開項
   を有するトーリック非球面または非円柱面である、前記
   光偏向器と前記走査面との間に配置された補正レンズと
   を備えたことを特徴とするポストオブジェクティブ型走
   査光学系。
2. 【請求項２】 入射面が光軸上の点を中心とし主走査方
   向に平行で光軸を含む面内に存在する曲線を、前記光軸
   を含む面内に存在する主走査方向に平行な回転対称軸を
   中心として回転させたトーリック面で、出射面が主走査
   方向に対して４次以上の高次展開項を有するトーリック
   非球面または非円柱面である補正レンズが、光偏向器と
   走査面との間に配置されることを特徴とする請求項１記
   載のポストオブジェクティブ型走査光学系。
3. 【請求項３】 偏向点から走査面までの距離をＬとした
   とき 【数２】 を満足することを特徴とする請求項２記載のポストオブ
   ジェクティブ型走査光学系。
4. 【請求項４】 請求項１，請求項２または請求項３記載
   のポストオブジェクティブ型走査光学系を用いた画像形
   成装置。