JP3035993B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光走査装置に関し、特に光源から射出された
光ビームを回転多面鏡等の光偏向器を介して記録媒体面
である被走査面上に導光し光走査することにより、文字
や情報等を記録するようにした例えばレーザービームプ
リンター（LBP）やレーザー複写機等の装置に好適な光
走査装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より回転多面鏡より成る光偏向器の各反射面（偏
向反射面）で反射された光束を使用し走査面上を光走査
するようにした光走査装置が種々と提案されている。こ
のうち反射面に面倒れがあっても、該反射面により偏向
走査された光ビームの走査面上の進行方向が補正されて
走査線のピッチにムラが生じないようにした光走査装置
が例えば特開昭62−36210号公報や米国特許4039072号等
で種々と提案されている。

これらで提案されている光走査装置は光偏向器の所謂
反射面の面倒れにより走査線にピッチムラが生ずるのを
防ぐ為、光偏向器と被走査媒体との間の光路中にトーリ
ックレンズやシリンドリカルレンズを配置し反射面と走
査面とを共役関係となるようにして走査線のピッチムラ
の補正を行っている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら従来の光走査装置では光偏向器の反射面
に光源からの光束を構成上横方向から入射させている。
この為光偏向器の回転に伴って反射面で反射される光ビ
ームの反射位置が連続的に変化してくる。この反射位置
が変化し、かつ光偏向器の反射面に面倒れがあると光学
的な収差（例えば像面湾曲）や走査線のピッチムラを良
好に補正するのが大変難しくなるという問題点が生じて
くる。

第４図〜第６図は各々このときの上記の問題点を説明
する為の光学系の要部概略図である。

第４図は光偏向器において、該光偏向器の回転と共に
入射ビームが該光偏向器の反射面で反射する際の反射位
置が連続的に変化していく様子を断片的に示している。

同図において41は反射面が４面の回転多面鏡より成る
光偏向器であり、矢印Ａ方向に一定速度で回転してい
る。41aは反射面、42は光偏向器41の反射面41aに入射す
る不図示の光源からの光ビーム、43は反射面41aの反射
点Ｐで反射された光ビームである。

同図において光偏向器41の反射面41aが同図に示す実
線の位置（例えばこの位置を回転角０゜とする）のとき
には反射面41aに入射した光ビーム42は反射点Ｐの位置
で反射され光ビーム43となって不図示の被走査媒体方向
へ進む。

又、反射面41aは光偏向器41の回転に伴って連続的に
その位置と角度を同時に変化する。

ここで例えば実線の位置（回転角０゜）に対して反射
面41aが角度±10゜、及び±20゜回転したとき反射面41a
の位置は同図に示すように変化する。

同図よりも明らかのように光偏向器41の回転に伴う光
ビームの反射位置は反射面41aに入射する光ビームと移
動する反射面41aの交点である。この交点は光偏向器41
の回転に伴って、即ち回転角によって連続的に変化して
くる。

ここで仮に反射面41aに対して入射する光ビーム42を
例えば回転角±20゜で反射点Ｓで一致するように設定す
る。このとき入射側から考えると光偏向器41の回転に伴
って光ビーム42が反射面41aで反射する光軸方向の位置
は第５図に示すように変位する。

同図は光源51から光偏向器までの主走査断面に垂直な
面の光学系の要部側面図（副走査断面図）である。同図
において51は光源としての例えば半導体レーザ、52はコ
リメーターレンズであり、半導体レーザ51からの光束を
平行光束としている。53はシリンドリカルレンズであ
り、主走査断面に対して垂直方向に、即ち副走査方向に
屈折力を有している。Ｐは光偏向器の反射面の回転角に
よる各々反射位置を示している。

同図においては半導体レーザ51の発光点Ｏと光偏向器
の反射面の回転角が０゜のときの反射位置Ｐ′とが光学
的に共役関係になっている。又回転角０゜のときの反射
面における反射位置に対して該反射面が±20゜，±10゜
回転したとき各々の回転角による反射位置は同図に示す
ように位置が異なってくる。

そして第６図に示すように光偏向器の反射面で反射さ
れた光ビームはｆ−θ特性を有する結像レンズ56を通過
して被走査面上に導光される。同図はこのときの光偏向
器の反射面の回転角による反射位置と被走査面（被走査
媒体）までの主走査断面に垂直な面の光学系の要部側面
図（副走査断面図）である。

同図においてＰは第５図と同様に表わした反射面の回
転角による各々の反射位置、56はｆ−θ特性を有する結
像レンズ、58は感光体ドラムである。

同図において回転角０゜のときの反射位置Ｐ′と感光
体ドラム58の結像位置Ｑとは結像レンズ56に関して光学
的に共役となっており、所謂面倒れ補正光学系を構成し
ている。

ここで走査方向の光軸に対して反射位置のズレが同図
に示すように回転角の正負方向でそのズレ量が互いに異
なる為に光学的な収差である像面湾曲が回転角の正負方
向で非対称となって表われ、これにより必ず収差成分が
残ってしまう問題点があった。

第７図はこのときの様子を示す従来の光走査装置にお
ける像面湾曲の説明図である。同図に示すように画角
（回転角）の正負方向（同図の左右方向）で収差成分が
非対称となって表われている。又、反射面と被走査面を
結像レンズ56に関して光学的に共役にすることも上記に
示したように反射位置が回転角の正負方向で異なる為に
光偏向器の面倒れ補正も反射面の回転角によってズレて
良好に補正できなくなってくる。

従って上記の原因により像面湾曲の収差成分の非対称
性が残る為に走査面上に導光される光ビームのスポット
径を小さくすることに限界があり、これにより画像の高
密度化が制限されてしまうという問題点があった。

又、走査線のピッチムラを少なくする為の光偏向器の
面倒れ補正効率を走査領域全域に渡って良好に維持する
ことも上記に示した原因により難しかった。

特に走査角を大きくとった光偏向器を用いた場合は、
該光偏向器の回転に伴って変化する反射面における反射
点の変化量やそれによる収差の非対称成分が大きくなる
原理上、コンパクトでかつ高性能な光走査装置を達成す
るには大変難しかった。

本発明は光偏向器と被走査媒体の間に配される走査用
の結像手段を構成する少なくとも１つのレンズ面を、該
結像手段の光軸中心に対して主走査方向に関して非対称
な形状とすることにより、像高の最大付近の収差を対称
な収差にすることにより、像面湾曲等の収差を小さく抑
え、かつ光偏向器の面倒れ補正効果の大きいコンパクト
で高性能な光走査装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光走査装置は、 （１−１）光源から射出して光ビームを光学手段を介し
て偏向走査する為の回転多面鏡より成る光偏向器に導光
し、該光偏向器からの反射ビームを結像手段により被走
査面上に導光し、光走査する光走査装置において、該結
像手段はアナモフィックな正レンズを含み、該正レンズ
の少なくとも１つのレンズ面は、該結像手段の光軸中心
に対して主走査方向に関して非対称な形状で変化し、か
つ該レンズ面は、その副走査方向のレンズ断面が該結像
手段の光軸中心に対して対称に変化しており、主走査方
向及び副走査方向の像面湾曲の非対称性を補正するよう
に構成されたことを特徴としている。

（１−２）光源から射出して光ビームを光学手段を介し
て偏向走査する為の回転多面鏡より成る光偏向器に導光
し、該光偏向器からの反射ビームを結像手段により被走
査面上に導光し、光走査する光走査装置において、該結
像手段はアナモフィックな正レンズを含み、該正レンズ
の少なくとも１つのレンズ面は、該結像手段の光軸中心
に対して主走査方向に関して非対称な形状で変化し、か
つ該レンズ面は副走査方向のレンズ断面が該結像手段の
光軸中心に対して非対称に変化しており、主走査方向及
び副走査方向の像面湾曲の非対称性を補正するように構
成されたことを特徴としている。

（実施例） 第１図（Ａ）は本発明の第１実施例の光学系の要部平
面図（主走査断面図）である。第１図（Ｂ）は同図
（Ａ）の主走査断面に垂直な要部断面図（副走査断面
図）である。

同図（Ａ），（Ｂ）において１は光源としての例えば
半導体レーザである。２はコリメーターレンズであり、
光源１から射出された光ビームを平行光束としている。
３は開口絞り、４はシリンドリカルレンズであり、主走
査断面に関して屈折力を有しておらず副走査断面に関し
て所定の屈折力を有している。尚、コリメーターレンズ
２とシリンドリカルレンズ４は光学手段の一部を構成し
ている。

５は反射面が４面の回転多面鏡より成る光偏向器であ
り、矢印Ａ方向に一定速度で回転している。Ｐは光偏向
器５の反射面5aにおける光ビームの反射点、６は本発明
に係る結像手段としてのｆ−θ特性を有する結像レンズ
であり、該結像レンズ６の光軸Ｘに対して回転対称な形
状を有する負レンズ6aと該結像レンズ６の光軸中心に対
して主走査方向に関してレンズ面が非対称な形状を有す
るアナモフイックな正レンズ6bとにより構成されてい
る。８は被走査面としての感光体ドラムである。

本実施例において光源１より射出された光ビームはコ
リメーターレンズ２により平行光束とされ、該平行光束
は絞り３によってそのビームの大きさが制限されてシリ
ンドンリカルレンズ４に入射する。

このシリンドリカルレンズ４は同図（Ａ）に示した主
走査断面に関しては屈折力を有していない為に入射した
平行光束のうち主走査断面内においては光ビームはその
まま平行光束の状態で進む。一方、シリンドリカルレン
ズ４は同図（Ｂ）に示す副走査断面に関しては屈折力を
有している為に入射した平行光束は副走査断面内におい
ては集光されて反射面5aの反射点Ｐにほぼ線像として結
像される。

そして光偏向器５は同図（Ａ）に示す矢印Ａの方向に
高速で回転している為に反射点Ｐで反射された光ビーム
は高速に偏向走査される。この光ビームは更に結像レン
ズ６を通過することによりその走査直線性が補正され感
光体ドラム８面上を光走査する。

同図（Ｂ）において光源１の発光点Ｏと反射点Ｐ及び
感光ドラム８の結像点Ｑはそれぞれ光学的に共役な位置
関係になっている。即ち反射点Ｐと結像点Ｑは結像レン
ズ６に関してほぼ共役関係となっており、これにより光
偏向器の面倒れの補正をしている。

ここで前述したように従来の光走査装置では光源１よ
り射出された光ビームが反射面5aで反射する反射点Ｐが
光偏向器５の回転に伴って連続的に変化していた為に光
学的な収差や走査線のピッチムラ補正に悪影響を与えて
いた。

そこで本実施例においては結像レンズ６を構成する負
レンズ6aはその光軸Ｘに対して回転対称なレンズ面を有
するようにし、正レンズ6bの少なくとも１つのレンズ面
の少なくとも主走査断面と副走査断面の一方のレンズ面
形状を結像レンズ６の光軸中心を対称に互いに異ならし
めている。

本実施例では主走査方向の断面形状が結像レンズ６の
光軸中心に非対称な形状となるようにしている。これに
より光ビームの反射面での反射点が光変光器５の回転に
伴い変化しても光学的収差である像面湾曲や光偏向器の
面倒れにより生じる走査線のピッチムラを良好に補正し
ている。

この正レンズ6bのレンズ面形状の詳細を第２図を用い
て説明する。

第２図（Ａ），（Ｂ）は各々第１図（Ａ）に示した正
レンズ6bの断面図であり、同図（Ａ）は主走査方向の断
面図（主走査断面図）、同図（Ｂ）は副走査方向の断面
図（副走査断面図）である。

同図（Ｂ）においては一般的なトーリックレンズと同
様にレンズ面R1Bとレンズ面R2Bの各レンズ面はその副走
査方向のレンズ断面が結像レンズの光軸Ｘ中心に対して
どの断面においても一定である。

又、同図（Ａ）においては正レンズ6bのレンズ面R1A
とレンズ面R2Aは結像レンズの光軸Ｘ中心に対して主走
査方向に関して非対称な形状となっている。

具体的に示すとレンズ面R1A及びレンズ面R2Aは光軸Ｘ
に垂直なＹ線に対して該光軸Ｘを境にして方向と方
向とでは非対称な形状となっている。

ここで前述したように光偏向器の回転により光ビーム
の反射面における反射点が変化し、その走査方向のＹ線
における方向と方向で反射点が非対称に変化するわ
けだが、本実施例においてはこの正レンズ6bのレンズ面
R2Aの形状を前述したようにＹ線の断面（主走査断面）
に関して非対称にすることによって反射点の位置が光偏
向器の回転に伴って変化することによる好学的収差であ
る像面湾曲を走査領域全域に渡りほぼ対称に非常に小さ
くしている。

又、反射点の位置が変化することによる光偏向器の面
倒れ補正の効率の劣化も、このように正レンズ6bのレン
ズ面R2Aの形状を特定することにより良好に防止してい
る。これは各走査角度に関して反射面と被走査面とを結
像レンズ６に関して良好に光学的に共役関係にすること
ができる為である。

第３図は本発明の第２実施例の結像手段の一部を構成
する正レンズ７の主走査断面図と副走査断面図である。

前述した第１実施例では結像レンズの光軸中心に対し
て主走査断面において非対称の形状の正レンズ6bを用い
た場合を示したが、本実施例では正レンズ7bを同図に示
すように主走査断面の形状を結像レンズの光軸中心に対
して対称となるようにし、副走査断面の形状を同図の
，，，，に示すように光軸中心に対して非対
称に連続的に変化させている。

即ち、本実施例においてはレンズ面R3Aは主走査断面
が直線形状としてかつ副走査断面における各断面〜
の形状を同図に示すように光軸Ｘを中心に非対称なレン
ズ面R3Ba〜R3Beとしている。

具体的に示すと正レンズ7bの副走査断面を光軸Ｘ中心
に方向と方向でレンズ面R3Ba〜R3Beの如く非対称に
連続的に変化させている。

このように正レンズ7bの形状を特定することにより前
述の第１実施例と同様の効果を得ている。

尚、本発明においては主走査断面と副走査断面の屈折
力が同時に変化している形状のレンズを用いて結像レン
ズの一部を構成しても前述の実施例と同様の効果を得る
ことができる。

更に上述したレンズに非球面の成分を付加すれば更に
良好なる光学性能を得ることができる光走査装置を達成
することができる。

（発明の効果） 本発明によれば前述の如く光偏向器の回転に伴って、
該光偏向器の反射面での光ビームの反射位置が変化して
も結像手段を構成する少なくとも１つのレンズ面を該結
像手段の光軸中心に対して主走査方向と副走査方向の少
なくとも一方において非対称な形状及び屈折力を有する
ように構成することにより、像面湾曲を良好に補正する
ことができ、又走査線のピッチムラを走査領域全域に渡
り良好に補正することができ、更に偏向角が大きな系に
対しても前記の効果を十分に発揮することができるコン
パクトで高性能な光走査装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の第１実施例の要部概略図、第１
図（Ｂ）は第１図（Ａ）の断面図、第２図（Ａ），
（Ｂ）は第１図（Ａ）の一部分の拡大説明図、第３図は
本発明の第２実施例の結像手段の一部を構成するレンズ
断面図、第４図〜第６図は各々従来の光走査装置におけ
る問題点を示す要部概略図と断面図、第７図は従来の光
走査装置における像面湾曲を示す説明図である。 図中、１は光源、２はコリメーターレンズ、３は開口絞
り、４はシリンドリカルレンズ、５は光偏向器、６は結
像レンズ、6aは負レンズ、6b,7bは正レンズ、８は感光
体ドラムである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源から射出して光ビームを光学手段を介
   して偏向走査する為の回転多面鏡より成る光偏向器に導
   光し、該光偏向器からの反射ビームを結像手段により被
   走査面上に導光し、光走査する光走査装置において、該
   結像手段はアナモフィックな正レンズを含み、該正レン
   ズの少なくとも１つのレンズ面は、該結像手段の光軸中
   心に対して主走査方向に関して非対称な形状で変化し、
   かつ該レンズ面は、その副走査方向のレンズ断面が該結
   像手段の光軸中心に対して対称に変化しており、主走査
   方向及び副走査方向の像面湾曲の非対称性を補正するよ
   うに構成されたことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】光源から射出して光ビームを光学手段を介
   して偏向走査する為の回転多面鏡より成る光偏向器に導
   光し、該光偏向器からの反射ビームを結像手段により被
   走査面上に導光し、光走査する光走査装置において、該
   結像手段はアナモフィックな正レンズを含み、該正レン
   ズの少なくとも１つのレンズ面は、該結像手段の光軸中
   心に対して主走査方向に関して非対称な形状で変化し、
   かつ該レンズ面は副走査方向のレンズ断面が該結像手段
   の光軸中心に対して非対称に変化しており、主走査方向
   及び副走査方向の像面湾曲の非対称性を補正するように
   構成されたことを特徴とする光走査装置。