JP3034634B2 - 光走査装置および光走査装置における走査結像レンズの像面湾曲補正方法 - Google Patents

光走査装置および光走査装置における走査結像レンズの像面湾曲補正方法

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JP3034634B2 JP11480391A JP11480391A JP3034634B2 JP 3034634 B2 JP3034634 B2 JP 3034634B2 JP 11480391 A JP11480391 A JP 11480391A JP 11480391 A JP11480391 A JP 11480391A JP 3034634 B2 JP3034634 B2 JP 3034634B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は光走査装置および光走
査装置における走査結像レンズの像面湾曲補正方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】光走査装置はレーザープリンターやデジ
タル複写機等に関連して良く知られている。近来、光走
査の高性能化が求められ、被走査面上に形成される光ス
ポットの径の安定性が問題となっている。光スポットの
径が、光スポットの走査位置の変化とともに変動する
と、光走査装置のドット径が変動することとなり高性能
光走査の実現に対する大きな妨げとなるからである。光
スポットの径が変動する原因として、被走査面上に光ス
ポットを形成するための走査結像レンズの像面湾曲があ
ることは良く知られた事実であり、従来から「像面湾曲
を如何に少なくするか」が走査結像レンズの開発目標の
一つとなっている。ところで、走査結像レンズとして像
面湾曲を良好に補正したものを設計しても、実際に作成
されるレンズは完全に設計通りのものではなく、実際の
像面湾曲はレンズの加工誤差により設計上の像面湾曲通
りにはならず、個々の走査結像レンズごとに設計上の像
面湾曲からのずれが異なる。従来は、このような問題の
解決を「レンズの加工誤差を小さくする」ことにより図
っており、そのため走査結像レンズの歩留まりを大きく
することが困難で、走査結像レンズのコスト低減化が難
しく、光走査装置のコストも高くなるという問題があっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のご
とき問題を解決するべくなされたものであって、加工誤
差による像面湾曲の変化分を有効に補正軽減できる、走
査結像レンズの像面湾曲補正方法および、この方法を実
施する光走査装置の提供を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明の像面湾曲補正
方法は「光源装置からの光束を主走査対応方向に長い線
像に結像させ、この線像の結像位置近傍に偏向反射面を
有する回転多面鏡により等角速度的に偏向させた光束
を、2枚のレンズにより構成される走査結像レンズによ
り被走査面に向けて集光させて被走査面上に光スポット
を形成し、この光スポットにより被走査面を光走査する
光走査装置」において、走査結像レンズの加工誤差に伴
う像面湾曲の変化を補正する方法である。請求項1記載
の方法は、主・副両走査方向の像面湾曲の変化分を補正
する方法であって「走査結像レンズを構成する2枚のレ
ンズをそれぞれ、主走査対応方向へ、設計上の配備位置
から独立に変位させて配置し、各レンズの変位量の調整
により補正を行う」ことを特徴とする。上記「主走査方
向に変位して配置される2枚のレンズ」は何れも、主走
査対応方向に有限の曲率半径を持つレンズ面を有する。
なお、上記「主走査対応方向」は以下のように定義され
る。即ち、回転多面鏡に理想的に偏向された光束が被走
査面に直交的に入射している状態を想定し、この状態に
おいて、光源装置から被走査面に到る光路を光束の主光
線に沿って直線状に展開し、この仮想的な光路を展開光
路と呼ぶ。この展開光路上の任意の位置に置いて主走査
方向に平行となる方向が主走査対応方向であり、展開光
路と主走査対応方向の双方に直交する方向が「副走査対
応方向」であり、これは展開光路上で副走査方向と平行
である。
【0005】この発明の光走査装置は「光源装置からの
光束を主走査対応方向に長い線像に結像させ、この線像
の結像位置近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により
等角速度的に偏向させた光束を、2枚のレンズにより構
成される走査結像レンズにより被走査面に向けて集光さ
せて被走査面上に光スポットを形成し、この光スポット
により被走査面を光走査する光走査装置」であり、以下
の如き特徴を有する。即ち、走査結像レンズを構成する
2枚のレンズは、主走査対応方向に有限の曲率半径を持
つ面を有する。これら2枚のレンズをそれぞれ、設計上
の配備位置から主走査対応方向へ変位させて配置し、そ
の変位量を、主走査方向の像面湾曲を補正するように調
整する(請求項2)。このようにして、請求項1記載の
方法を実施した光走査装置を実現できる。
【0006】
【作用】走査結像レンズを構成するレンズを、主走査対
応方向へ平行移動させると、偏向光束により掃引される
面(偏向走査面と呼ぶ)内における「偏向光束のレンズ
への入射角」がずれる。このため、上記変位は「副走査
対応方向に平行な軸の回りのレンズの回転」と似た効果
を及ぼし、これにより像面湾曲にも、回転的な変化を生
ずる。これを利用して像面湾曲の変化分の補正を行う。
【0007】
【実施例】図1(a)は、この発明の光走査装置の1実
施例を示している。符号1で示す「光源装置」は、半導
体レーザーとコリメートレンズとにより構成され、平行
光束(勿論、実質的な平行光束を意味する)を放射す
る。この平行光束は、シリンダーレンズ2により副走査
対応方向に集束させられ、回転多面鏡3の偏向反射面3
a上に主走査対応方向に長い線像LIとして結像する。
偏向反射面3aにより反射された光束は、回転多面鏡3
が等速回転すると等角速度的に偏向し、「走査結像レン
ズ」を構成するレンズ4とレンズ5の作用で被走査面6
上に光スポットとして集光する。偏向光束は、主走査対
応方向に関しては平行光束で、副走査対応方向に関して
は線像LIから発散する光束である。走査結像レンズは
このような偏向光束を被走査面6上に結像させるのであ
るから、主・副走査対応方向のパワーの異なるアナモフ
ィックなレンズで、副走査対応方向に関しては「偏向反
射面3aの位置と被走査面6の位置とを幾何光学的な共
役関係として」おり、これにより回転多面鏡3における
「面倒れ」の補正を行っている。また、この走査結像レ
ンズは主走査対応方向に関して「fθ機能」を有する。
【0008】この実施例における「走査結像レンズの諸
元」は以下のとおりである。回転多面鏡3の側から数え
て、第i番目のレンズ面の曲率半径を、主・副走査対応
方向に関してそれぞれ、rxi,ryi(i=1〜4)、第
i番目と第i+1番目のレンズ面の光軸上の面間隔をd
i(i=1〜3)、第j番目のレンズの屈折率をnj(j
=1,2)とする。また、走査結像レンズとしての合成
焦点距離を、主・副走査対応方向に就き、それぞれ
M,fSとし、fMを100に規格化する。また、副走
査対応方向における結像倍率をβ、偏向角をθ0、走査
結像レンズ光軸と、回転多面鏡3への入射光束のなす角
をαとする。 fM=100,fS=30.906,β=−2.47,α=70度,2θ0=65度 i rxiyii j nj 1 −30.129 −30.129 7.395 1 1.51118 2 −30.182 −22.54 17.178 3 ∞ −75.496 5.688 2 1.82485 4 −100.918 −22.54 なお、回転多面鏡3の「偏向反射面3aから第1番目の
レンズ面に到る光軸上の距離」は、光スポットの像高が
0のときで20.098である。
【0009】図1(b)は、図1(a)の光走査装置の
光学配置を「副走査対応方向から見た状態」を示してい
る。図中、符号7は走査結像レンズを示している。ま
た、符号gは「光走査装置の光軸」を示す。図示の如
く、レンズ4,5(何れも上記ryiが有限のレンズ面を
持つ)は、光軸の位置が、光走査装置の光軸gに対し
て、主走査対応方向へずれている。即ち、レンズ4に関
しては光軸位置が光軸gに対して主走査対応方向へ「Δ
1」だけずれ、レンズ5に関しては光軸が光軸gに対し
て主走査対応方向へ「Δ2」だけずれた位置が「設計上
の配備位置」である。そして、このように走査結像レン
ズ7の各レンズ4,5を設計上の配備位置に配したとき
の像面湾曲およびfθ特性およびリニアリティを図2に
示す。像面湾曲の図に於いて、破線は主走査方向の結像
位置、実線が副走査方向の結像位置を示す。fθ特性
は、偏向角θに於ける理想像高をHr(θ)、実際の像高を
Hi(θ)とするとき、 {Hr(θ)/Hi(θ)−1}×100% で定義される量であり、リニアリティは、 {dHr(θ)/dHi(θ)−1}×100% で定義される量である。さて、図2に示す像面湾曲は
「設計上のもの」であり、実際に作成された走査結像レ
ンズでは設計通りの位置に配備しても、像面湾曲は、図
2のものから若干ずれてしまう。「像面湾曲のずれ」
は、一般的に、結像位置が光軸方向へ平行移動的にずれ
る「並進的ずれ」と、結像位置が回転的にずれる「回転
的ずれ」との合成として捉えることができる。これらの
「ずれ」のうちで「並進的ずれ」は、レンズを光軸方向
へ変位調整したり、被走査面位置の調整により補正でき
る。
【0010】この発明では、加工誤差に伴う像面湾曲の
変化分のうちで「回転的ずれ」の部分をレンズの主走査
対応方向への変位により調整するのである。上記走査結
像レンズを構成するレンズ4,5のうち、被走査面6に
近い方のレンズ5を設計上の配備位置(光軸gから主走
査対応方向へ「Δ2」だけずれた位置)から、光軸g側
へ若干変位させたときの像面湾曲を図3(a)に示す。
この像面湾曲図を、図2のそれと比較すれば明らかなよ
うに、レンズ5の変位により、主走査方向の結像位置は
さほど変化しないが、副走査方向の結像位置が時計回り
に回転的に変化しているのが分かる。なお、図3(a)
の像面湾曲は、設計通りの走査結像レンズについて計算
で算出したもので、加工誤差の影響は入っていない。こ
こで重要なことは、レンズ5を主走査対応方向に変位さ
せることにより「副走査方向の結像位置を回転的に変位
させる」ことができることである。変位の向きが逆にな
れば結像位置の回転の方向も逆になる。従って、実際に
製造された走査結像レンズを、設計通りの位置に配備し
たときの像面湾曲において、副走査方向の結像位置が設
計上の結像位置に対して回転的なずれを含むものであれ
ば、レンズ5の位置を設計上の配備位置から主走査対応
方向へ変位させ、上記「回転的なずれ」を補正するよう
に、換言すれば上記回転的なずれが最も良く軽減される
ように変位量を調整するのである。
【0011】図3(b)は、上記走査結像レンズ7のレ
ンズ4,5を独立に、主走査対応方向へ、設計上の配備
位置からずらしたときの像面湾曲の動向を示している。
この図3(b)と図2とを比較すれば明らかなように、
この場合は、副走査方向の結像位置に殆ど影響を与える
ことなく、主走査方向の結像位置が、図2の状態から時
計回りに回転していることが分かる。従って、実際に製
造された走査結像レンズを「設計通りの位置に配備」し
たときの像面湾曲において、主走査方向の結像位置が設
計上の結像位置に対して回転的なずれを含むものであれ
ば、レンズ4,5の位置を、設計上の配備位置から主走
査対応方向へ独立に変位させ、上記「回転的なずれ」が
最も良く軽減されるようにレンズ4,5の変位量を調整
するのである。上に説明した例では、走査結像レンズ7
の、各レンズ4,5の「設計上の配備位置が光走査装置
の光軸gからずれている場合」を説明したが、この発明
は勿論「走査結像レンズの光軸を、光走査装置の光軸g
と設計上合致させる場合」にも適用できる。
【0012】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、光走
査装置における走査結像レンズの加工誤差に伴う、主走
査方向の像面湾曲の設計値に対する変化分を、走査結像
レンズを構成するレンズの変位により有効に軽減するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の光走査装置の、実施の1例を説明す
るための図で、(a)は斜視図、(b)は副走査対応方
向からみた図である。
【図2】図1に示す光走査装置に用いられた走査結像レ
ンズの、設計上の像面湾曲およびfθ特性、リニアリテ
ィを示す図である。
【図3】この発明の原理を実施例との関連で説明するた
めの図である。
【符号の説明】
1 光源装置 2 シリンダーレンズ 3 回転多面鏡 4,5 走査結像レンズを構成するレンズ 6 被走査面 7 走査結像レンズ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源装置からの光束を主走査対応方向に長
    い線像に結像させ、この線像の結像位置近傍に偏向反射
    面を有する回転多面鏡により等角速度的に偏向させた光
    束を、枚のレンズにより構成される走査結像レンズに
    より被走査面に向けて集光させて上記被走査面上に光ス
    ポットを形成し、この光スポットにより上記被走査面を
    光走査する光走査装置において、 上記走査結像レンズを構成する2枚のレンズは、何れも
    主走査対応方向に有限の曲率半径を持つ面を有し、これ
    ら2枚のレンズをそれぞれ、主走査対応方向へ、設計上
    の配備位置から独立に変位させて配置し、各レンズの変
    位量の調整により主走査方向の像面湾曲を補正すること
    を特徴とする、走査結像レンズの像面湾曲補正方法。
  2. 【請求項2】光源装置からの光束を主走査対応方向に長
    い線像に結像させ、この線像の結像位置近傍に偏向反射
    面を有する回転多面鏡により等角速度的に偏向させた光
    束を、枚のレンズにより構成される走査結像レンズに
    より被走査面に向けて集光させて上記被走査面上に光ス
    ポットを形成し、この光スポットにより上記被走査面を
    光走査する光走査装置において、 上記走査結像レンズを構成する2枚のレンズは、主走査
    対応方向に有限の曲率半径を持つ面を有し、これら2枚
    のレンズをそれぞれ、設計上の配備位置から主走査対応
    方向へ変位させて配置し、その変位量を、走査方向の
    像面湾曲を補正するように調整したことを特徴とする光
    走査装置。
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