JP3222754B2

JP3222754B2 - 反射型走査光学系

Info

Publication number: JP3222754B2
Application number: JP04205996A
Authority: JP
Inventors: 隆之飯塚
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: US5748354A; JPH09211372A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザープリン
タ等の光走査ユニットに用いられる走査光学系に関し、
特に、結像光学系として曲面ミラーを用いた反射型走査
光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の反射型走査光学系としては、従
来から特開平６−２６５８１０号公報に記載されるよう
な光学系が知られている。この公報に記載される光学系
では、レーザー光源から発した光束を第１の結像光学系
である副走査方向にパワーを有するシリンドリカルレン
ズにより線状に結像させ、この光束を結像位置の近傍に
配置されたポリゴンミラーにより反射、偏向させ、シリ
ンドリカルミラー、トーリックレンズから成る第２の結
像光学系により走査対象面上に結像させる。

【０００３】上記公報の光学系では、第２の結像光学系
がポリゴンミラー側に配置された主走査方向にパワーを
有する曲面ミラーと、走査対象面の近傍に配置された主
として副走査方向にパワーを有する長尺のトーリックレ
ンズとから構成されるため、その副走査方向のパワーは
走査対象面側に配分される。また、第２の結像光学系の
副走査方向における物点となる線像が偏向器より光源側
に位置するようシリンドリカルレンズの焦点距離が定め
られているため、物点とレンズとの距離も比較的大きく
なる。したがって、上記公報の光学系では、第２の結像
光学系の副走査方向の結像倍率が比較的低くなる。

【０００４】このように第２の結像光学系の副走査方向
の結像倍率が低い場合、第２の結像光学系に入射する光
束の副走査方向の広がり角が大きいと副走査方向のスポ
ット径が過剰に小さく絞られるため、走査対象面上のス
ポット径を一定に保つためにシリンドリカルレンズのＦ
ナンバーを大きく設定する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリン
ドリカルレンズのＦナンバーを大きくするために焦点距
離を長くすると、ポリゴンミラーの近傍に線像が形成さ
れる従来の光学系では、シリンドリカルレンズからポリ
ゴンミラーまでの距離が長くなるために光学系が大型化
するという問題がある。他方、Ｆナンバーを大きくする
ためにアパーチャーの径を小さくすると、アパーチャー
により遮られる光量が大きくなり光源からの光束のエネ
ルギー利用効率が低下するという問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した従
来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光源から発
する光束を第１の結像光学系を介して偏向器により偏
向、走査させ、曲面ミラーとアナモフィックレンズとか
ら成る第２の結像光学系により走査対象面上に結像させ
る走査光学系において、第１の結像光学系の副走査方向
のパワーを、第１の結像光学系によって形成される線像
の位置が偏向器より走査対象面側となるよう設定したこ
とを特徴とする。

【０００７】第２の結像光学系に用いられる曲面ミラー
は、プラスチック製の本体に反射膜をコートして構成す
ることができる。

【０００８】また、第１の結像光学系による線像の形成
位置は、偏向器と曲面ミラーとの光軸上の間隔をＰ、偏
向器から線像までの距離をＬとして、以下の条件を満た
すことが望ましい。０．１Ｐ＜Ｌ＜０．９Ｐ

【０００９】この条件の下限を下回ると、副走査方向の
結像倍率が低くなり、エネルギー効率が低くなる。ま
た、上限を越える場合には、線像が曲面ミラーに接近し
て曲面ミラー上の狭い領域に光束が収束するため、曲面
ミラー面上のゴミ、キズの影響を受け易くなり、ゴミ等
があると拡散により走査対象面上に達する光量にムラが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる反射型走
査光学系の実施形態を説明する。実施形態の装置は、レ
ーザープリンターに使用されるレーザー走査ユニットで
あり、入力される描画信号にしたがってON/OFF変調され
たレーザー光を感光体ドラム上で走査させ、静電潜像を
形成する。

【００１１】実施形態にかかる反射型走査光学系は、図
１に示されるように、光源である半導体レーザー１０か
ら発した発散光をコリメートレンズ１１により平行光束
とし、第１の結像光学系である副走査方向に正のパワー
を有するシリンドリカルレンズ１２、平面ミラー１３を
介してポリゴンミラー１４の反射面１４ａに入射させ
る。ポリゴンミラー１４への入射光束の主光線は、ポリ
ゴンミラー１４より走査対象面側の光学系の光軸とポリ
ゴンミラー１４の回転軸１４ｂとを含む平面(以下、
「副走査平面」という)内に位置している。

【００１２】ポリゴンミラー１４で反射、偏向されたレ
ーザー光は、第２の結像光学系を構成する曲面ミラー１
５により再びポリゴンミラー１４側へ折り返され、同じ
く第２の結像光学系を構成する主として副走査方向のパ
ワーを有するアナモフィックレンズ１６を透過する。ア
ナモフィックレンズ１６を透過したレーザー光は、光路
屈折ミラー１７により反射され、走査対象面である感光
体ドラム１８上にドラムの母線方向(主走査方向)に走査
するスポットを形成する。

【００１３】なお、この明細書では、「光学系の光軸」
は、感光体ドラム１８上のスポットが走査中心に達する
際の光束の主光線に一致する軸として定義される。ま
た、「主走査方向」は、光学系の光軸に垂直な面内にお
いて走査対象面上でのスポットの走査方向に相当する方
向、「副走査方向」は光学系の光軸に垂直な面内におい
て主走査方向に直交する方向と定義される。

【００１４】シリンドリカルレンズ１２は、コリメート
レンズ１１側のレンズ面が副走査方向にのみ正のパワー
を持つシリンダー面、平面ミラー１３側のレンズ面が平
面として構成されている。シリンドリカルレンズ１２の
パワーは、シリンドリカルレンズ１２により形成される
線像ＬＩがポリゴンミラー１４の反射面１４ａより走査
対象面側、この例ではポリゴンミラー１４の反射面１４
ａと曲面ミラー１５との間に位置するよう定められてい
る。

【００１５】このようにシリンドリカルレンズ１２によ
り形成される線像ＬＩの位置をポリゴンミラー１４より
走査対象面側に設定すると、曲面ミラー１５とアナモフ
ィックレンズ１６とから構成される第２の結像光学系の
副走査方向の物点が曲面ミラー１５側に近付くこととな
るため、第２の結像光学系の副走査方向の結像倍率を比
較的高くすることができる。したがって、実施態様の反
射型走査光学系では、結像倍率が相対的に低い従来の光
学系と比較すると、副走査方向のスポット径が過剰に小
さく絞られる可能性を低くすることができる。

【００１６】また、実施態様の構成によれば、シリンド
リカルレンズとポリゴンミラーとの間の距離を変えるこ
となく従来よりシリンドリカルレンズの焦点距離を長く
設定することができるため、アパーチャーを小さくする
ことなくシリンドリカルレンズのＦナンバーを大きくす
ることができる。この結果、光学系を大型化せずに、か
つ、光量の損失を抑えつつ、第２の結像光学系に入射す
る光束の副走査方向の拡がり角を小さく保つことがで
き、副走査方向のスポット径が過剰に小さくなることを
防ぐことが可能となる。

【００１７】曲面ミラー１５は、プラスチック製の本体
に反射膜をコートして構成されており、アナモフィック
レンズ１６もプラスチックにより成形されている。第２
の結像光学系として曲面ミラー１５の変わりにレンズを
用いる場合、コストを抑えるためにはガラスレンズより
プラスチックレンズを用いることが望ましい。ただし、
プラスチックは含有水分量により屈折率が変化するた
め、吸湿、排湿の過程でパワーの経時変化が発生する。
同じ量のパワー変化でも、従来の副走査方向の結像倍率
が低い光学系では像面に与える(結像位置変化への)影響
が小さいが、この発明の光学系のように倍率を高く設定
した光学系では経時変化の影響が無視できなくなる。こ
のため、この発明の光学系では、第２の結像光学系とし
て曲面ミラー１５を用いることにより、湿度の変化によ
る屈折率の経時変化の影響を排除している。

【００１８】曲面ミラー１５のミラー面とアナモフィッ
クレンズ１６の曲面ミラー１５側の面１６ａとは、光軸
回りに回転対称な非球面であり、アナモフィックレンズ
１６の感光体ドラム１８側の面１６ｂは、主走査面内の
非円弧曲線を、光軸と直交し主走査面内に位置する回転
軸を中心に回転させた軌跡として定義される変形トーリ
ック面である。アナモフィックレンズ１６は、その副走
査方向の光学的な中心軸が光学系の光軸に対してポリゴ
ンミラー１４側(図１中下側)にオフセットするように配
置されている。

【００１９】ポリゴンミラー１４と、曲面ミラー１５と
は、それぞれ入射光路と射出光路とが副走査方向に分離
されるよう配置されている。入射光線と反射光線とが副
走査方向においてなす角を分離角度と定義すると、光軸
上におけるポリゴンミラー１４の分離角度はθ1、曲面
ミラー１５の分離角度はθ2で表される。第１の分離角
度θ1は、ポリゴンミラー１４から曲面ミラー１５に向
かうレーザー光が平面ミラー１３と干渉しない範囲でで
きる限り小さい値に定められる。また、第２の分離角度
θ2は、曲面ミラー１５で反射されたレーザー光がポリ
ゴンミラー１４と干渉しない範囲で、かつ、ポリゴンミ
ラー１４の回転による振動がアナモフィックレンズ１６
に伝達するのを避けるに十分な間隔が確保できる範囲
で、できる限り小さい値に定められる。

【００２０】このようにポリゴンミラー１４、曲面ミラ
ー１５において光束を副走査方向に分離する場合、それ
ぞれの分離角度が偏向角の変化に伴って変化するため、
これらの変化がそれぞれ感光体ドラム１８上での走査線
の湾曲の原因となる。また、ポリゴンミラー１４への入
射光束と反射光束とが副走査方向に分離される場合、偏
向角の変化に伴って線像の方向が変化し、この方向の変
化により、感光体ドラム１８上に形成されるスポットに
スキュー歪みと呼ばれる収差が発生する。

【００２１】この例では、ポリゴンミラー１４と曲面ミ
ラー１５とで発生する走査線の湾曲を互いに打ち消し合
わせることにより、結果として感光体ドラム１８上での
走査線の湾曲の発生を抑えると共に、アナモフィックレ
ンズ１６を副走査方向にオフセットさせることにより、
スキュー歪みを補正している。アナモフィックレンズ１
６をオフセットさせると、アナモフィックレンズ１６は
レーザー光に対して副走査方向に関しては光軸非対称に
屈折作用を与える。この作用を利用することにより、レ
ーザー光のスキュー歪みを補正することができる。

【００２２】また、上記のように、副走査面内でポリゴ
ンミラー１４に向けてレーザー光を入射させると、ポリ
ゴンミラー１４の大きさに対して光束の振れ角を大きく
設定できるため、ポリゴンミラー１４の大きさを一定と
すれば広範囲の走査が可能となり、走査範囲を一定とす
ればポリゴンミラー１４の径を小さくすることができ
る。さらに、走査線の湾曲やスキュー歪み、そして像面
湾曲が光軸に関して対称となるため、その補正が比較的
容易である。

【００２３】

【実施例】次に、この発明の反射型走査光学系の具体的
な実施例を説明する。図２は、実施例にかかる反射型走
査光学系の主走査方向の説明図、図３はその副走査方向
の説明図である。図２、図３では、図１に示した平面ミ
ラー１３と光路屈折ミラー１７とを省略し、光路を展開
して示している。

【００２４】表１は、実施例にかかる反射型走査光学系
のシリンドリカルレンズ１２より感光体ドラム１８側の
構成を示す。表中の記号ｒyは主走査方向の曲率半径、
ｒzは副走査方向の曲率半径(回転対称面の場合には省
略)、ｄは面間の光軸上の距離、ｎ780は波長780nmでの
屈折率である。

【００２５】表中、第１、第２面がシリンドリカルレン
ズ１２、第３面がポリゴンミラー１４のミラー面、第４
面が曲面ミラー１５のミラー面、第５面、第６面がアナ
モフィックレンズ１６のレンズ面を示す。なお、この実
施例では、光軸上でのポリゴンミラー１４における第１
の分離角度θ1は３．５°、曲面ミラー１５における第
２の分離角度θ2は５．０°であり、アナモフィックレ
ンズ１６のオフセット量ｅは１．２９ｍｍである。

【００２６】光軸回りに回転対称な非球面である曲面ミ
ラー１５のミラー面とアナモフィックレンズ１６の曲面
ミラー側のレンズ面１６ａとは、光軸からの高さがＹと
なる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面から
の距離(サグ量)をＸ、非球面の光軸上での曲率(1/r)を
Ｃ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次の非球面係数をＡ
4，Ａ6，Ａ8として、以下の式で表される。

【００２７】

【数１】Ｘ＝ＣＹ²/(１+√(１-(１+Ｋ)Ｃ²Ｙ²))+Ａ4Ｙ⁴
+Ａ6Ｙ⁶+Ａ8Ｙ⁸

【００２８】また、光軸回りに回転非対称な変形トーリ
ック面であるアナモフィックレンズ１６の感光体ドラム
１８側のレンズ面１６ｂは、その軌跡を形成する主走査
面内の非円弧曲線を上記の式で定義することにより定義
される。すなわち、非円弧曲線は、光軸からの主走査方
向の高さがＹとなる非円弧曲線上の座標点の非円弧曲線
の光軸上での接線からの距離(サグ量)をＸ、非円弧曲線
の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６
次、８次の非円弧係数をＡ4，Ａ6，Ａ8として上記の式
で表される。

【００２９】レンズ面１６ｂは、上記の式により定義さ
れる非円弧曲線を、この曲線と光軸との交点から１８．
５５１ｍｍ曲面ミラー１５側で光軸と垂直に交差する主
走査面内の回転軸を中心に回転させた軌跡として規定さ
れる。

【００３０】なお、表１における各非球面、変形トーリ
ック面の曲率半径は、それぞれの光学素子の光軸上の曲
率半径であり、円錐係数、非球面係数、非円弧係数は表
２に示される。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】第４面第５面第６面 K = 4.4425 K = 4.0977 K = 0.0148 A4 = 1.24534×10^-7 A4 = 8.67845×10^-8 A4 =-1.04900×10^-7 A6 =-1.00484×10^-11 A6 =-6.67553×10^-13 A6 = 8.63261×10^-12 A8 = 6.92325×10^-16 A8 =-5.47529×10^-17 A8 =-2.62647×10^-16

【００３３】上記の実施例では、ポリゴンミラー１４の
反射面からシリンドリカルレンズ１２による線像ＬＩま
での距離Ｌは２２．３５ｍｍである。ポリゴンミラー１
４と曲面ミラー１５との光軸上の間隔Ｐは５０．００ｍ
ｍであるため、両者の関係はＬ＝０．４４７Ｐとなり、
前述の条件、０．１Ｐ＜Ｌ＜０．９Ｐを満足している。

【００３４】図４は、実施例の構成による反射型走査光
学系の(Ａ)直線性誤差、(Ｂ)像面湾曲(Ｍ：主走査方
向、Ｓ：副走査方向)を示す。各グラフの縦軸は像高(描
画面５での光軸からの主走査方向の距離)、横軸は各収
差の発生量であり、単位は全てｍｍである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第２の結像光学系の副走査方向における物点である
線像を偏向器より走査対象面側に形成することにより、
第２の結像光学系の副走査方向の結像倍率が比較的高め
ることができる。また、線像を偏向器より走査対象面に
形成するよう第１の結像光学系のパワーを定めることに
より、第１の結像光学系と偏向器との距離を長くするこ
となく第１の結像光学系の焦点距離を長くすることがで
きる。

【００３６】また、第２の結像光学系として曲面ミラー
を用いることにより、副走査方向の結像倍率を高く設定
した場合にも、第２の結像光学系にプラスチックレンズ
を用いた場合に問題となる含有水分量の変化による屈折
率変化の影響を避けることができる。

【００３７】この結果、光学系を大型化せずに、かつ、
アパーチャーの径を小さくすることなく第１の結像光学
系のＦナンバーを大きくすることができ、光量損失を低
く抑えつつ、所望のスポット径を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射型走査光学系の実施形態を示す斜視図で
ある。

【図２】反射型走査光学系の実施例を示す主走査方向
の説明図である。

【図３】反射型走査光学系の実施例を示す副走査方向
の説明図である。

【図４】実施例の構成による直線性誤差と像面湾曲と
を示すグラフである。

【符号の説明】

１０半導体レーザー１１コリメートレンズ１２シリンドリカルレンズ１３平面ミラー１４ポリゴンミラー１５曲面ミラー１６アナモフィックレンズ１７光路屈折ミラー１８感光体ドラム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から発する光束を副走査方向にパワー
を有する第１の結像光学系により主走査方向に延びる線
像として結像させ、偏向器により偏向、走査される前記
光束を主走査、副走査両方向にパワーを有する第２の結
像光学系により走査対象面上に結像させる走査光学系に
おいて、前記第１の結像光学系は、前記偏向器より前記走査対象
面側に前記線像を形成するよう副走査方向のパワーを有
し、前記第２の結像光学系は、前記線像形成後の光束を
反射させる主走査方向にパワーを有する曲面ミラーと、
前記曲面ミラーと前記走査対象面との間に配置された副
走査方向にパワーを持つアナモフィックレンズとを有す
ることを特徴とする反射型走査光学系。
【請求項２】前記偏向器と前記曲面ミラーとは、いずれ
も当該素子に入射する光束の光路と、当該素子により反
射される光束の光路とを副走査方向において分離するよ
う配置されていることを特徴とする請求項１に記載の反
射型走査光学系。
【請求項３】前記曲面ミラーは、プラスチック製の本体
に反射膜をコートして構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の反射型走査光学系。
【請求項４】前記偏向器と前記曲面ミラーとの光軸上の
間隔をＰ、前記偏向器から前記線像までの距離をＬとし
て、以下の条件、０．１Ｐ＜Ｌ＜０．９Ｐを満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の反射型走査光学系。