JP3254367B2 - 光走査光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光走査光学系に関
する。

【０００２】

【従来の技術】画像信号に応じて強度変調された光束を
偏向させ、偏向する光束を被走査面上に光スポットとし
て集光させて光走査し、画像書き込みを行なう光走査光
学系はデジタル複写装置や光プリンタに関連して広く知
られている。

【０００３】光偏向器として一般的なポリゴンミラー等
は、その形状誤差を完全には除去できないので、光束の
偏向は完全には周期的でなく、光束の偏向を完全に周期
的と見做して書き込みを行なうと、画像書き込みの開始
位置と終了位置が光走査ごとに変動して所謂「ジター」
が発生する。

【０００４】このような問題を避けるため、偏向された
光束を光走査の開始前に検出部で検出して書き込み開始
の同期を取ることが行なわれている。

【０００５】従来、検出部は、偏向された光束を被走査
面上に集光させる走査用結像レンズ（一般にｆθレン
ズ）を透過した光束を検出する位置に配備されていた。
このような配備であると、検出部が被走査面近傍になっ
て配備位置に対する制限が厳しくなる場合があった。

【０００６】近来、偏向された光束を検出部に導く検出
用の光学系として、前記走査用結像レンズとは別の検出
用レンズを用い、検出用レンズと走査用結像レンズとを
一体化することが提案されている（特開平５−１９１８
６号公報）。

【０００７】このように検出用レンズを走査用結像レン
ズと別のレンズとすると、検出部配備のレイアウト上の
自由度は増大するが、２種のレンズを一体化することに
起因して別種の問題が生じる。即ち、一体化レンズは形
状が複雑になりやすく、プラスチック材料により形成す
る場合、金駒加工が複雑化し、成形の条件出し等が困難
になり各レンズを別体で形成するよりも製造コストが高
くなりがちである。

【０００８】また、一体化された２種のレンズは何れも
結像機能を持つため、ハウジングへの取り付けにおいて
両レンズを共に高精度に取り付けることが面倒であり、
僅かな誤差があっても、一方もしくは双方のレンズの結
像性能が著しく劣化してしまう虞れがあり、２つのレン
ズを別個に取り付ける場合よりも取り付け精度が厳しく
なってしまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、光走査光学系において、検出部配備のレイア
ウトの自由度を大きくし、ハウジングへの光学系の取り
付けを容易化し、低コスト化を可能ならしめることを課
題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の「光走査光学
系」は、光源と、第１〜第３光学系と、光偏向器と、検
出部とを有する（請求項１）。「光源」は、光走査を行
なう光束を放射する。この光束は書き込むべき画像に応
じた画像信号により強度変調される。光源としては例え
ば「半導体レーザ」を用いることができる。

【００１１】「第１光学系」は、光源から放射された光
束を「走査方向に長い線像」に結像させるためのもので
ある。「走査方向」は、光偏向器により偏向される光束
が被走査面上を光走査するときの光走査方向（主走査方
向）に対応する方向である。

【００１２】「光偏向器」は、第１光学系からの光束を
偏向させる偏向器であり、ポリゴンミラーや回転２面
鏡、あるいはガルバノミラー等を用いることが出来る。

【００１３】「第２光学系」は、偏向された光束を被走
査面上に光スポットとして集光させ、被走査面を等速的
に光走査させる光学系であり、光偏向器による光束の偏
向が等角速度的である場合（光偏向器がポリゴンミラー
や回転２面鏡であるとき）は所謂ｆθレンズが一般的で
ある。第２光学系は１枚以上のレンズで構成することが
できる。光源から光偏向器に至る光路と、第２光学系の
光軸とのなす角は９０度より小さい。

【００１４】「検出部」は、光走査による「画像書き出
し位置」を決定するための同期信号を発生するため、光
偏向器により偏向された光束を被走査面の光走査に先立
って検出する。

【００１５】「第３光学系」は、光偏向器により偏向さ
れた光束を検出部へ導く光学系であり、独立した単玉ア
ナモフィックレンズにより構成される。単玉アナモフィ
ックレンズは、光束偏向方向にも、光束偏向方向に直交
する方向にも正のパワーを有する。この単玉アナモフィ
ックレンズの、光束偏向方向における焦点距離を「ｆ
ｍ」、光束偏向面に直交する方向に於ける焦点距離を
「ｆｓ」とするとき、これらの大小関係がｆｍ＞ｆｓで
ある。第３光学系は、光源から光偏向器に至る光路と、
光偏向器により偏向されて画像書き出し位置に向かう光
束の光路に挟まれた領域において、第２光学系のレンズ
よりも、光偏向器から離れた位置に配置される。

【００１６】「光束偏向面」は、光偏向器により理想的
に偏向された光束の主光線が掃引する面を言う。光偏向
器により偏向されて検出部へ向かう光束の主光線はこの
光束偏向面内にあるが、光束偏向面内において上記主光
線に直交する方向が「光束偏向方向」であり、単玉アナ
モフィックレンズが「光束偏向方向において焦点距離：
ｆｍを有し、光束偏向面に直交する方向において焦点距
離：ｆｓを有する」とは、上記主光線に光軸を略合致さ
せた単玉アナモフィックレンズが光束偏向面内において
焦点距離：ｆｍを有し、且つ上記光軸を含み光束偏向面
に直交する面内において焦点距離：ｆｓを有することを
意味する。

【００１７】第３光学系をなす単玉アナモフィックレン
ズは、その形態として、両凸形状やメニスカス形状も可
能であるが、「一方の面を平面で、他方の面を凸のトロ
イダル面」とすることもできる（請求項２）。この請求
項２の場合において、単玉アナモフィックレンズのトロ
イダル面を光偏向器側に向けることができる（請求項
３）。

【００１８】単玉アナモフィックレンズは光学ガラスで
形成してもよいが、プラスチック材料で形成してもよ
く、特に上記平凸の形態のものは、プラスチックによる
成形品として構成できる（請求項４）。この場合、凸の
トロイダル面は「非球面形状」とすることができる。

【００１９】上記請求項１または２または３または４記
載の光走査光学系において、光偏向器による偏向の起点
から被走査面までの距離を「Ｄ」、偏向の起点から検出
部までの距離を「Ｌ」とするとき、これらの大小関係
は、Ｄ＞Ｌであることが望ましい（請求項５）。これら
請求項１〜５の任意の１に記載の光走査光学系において
は、光偏向器による偏向の起点と検出部との間に「光路
を屈曲させるための反射部」を有することが出来る（請
求項６）。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１において、「半導体レーザ」
である光源１０から放射された発散性の光束は、カップ
リングレンズ１１ａによりカップリングされ、シリンダ
レンズ１１ｂにより走査直交方向（前記主走査方向と直
交する「副走査方向」に対応する方向：図１で図面に直
交する方向）にのみ収束され、「ポリゴンミラー」であ
る光偏向器１２の偏向反射面１２ａの近傍に「走査方向
に長い線像」として結像する。

【００２１】上記カップリングレンズ１１ａとシリンダ
レンズ１１ｂとは「第１光学系」を構成するが、第１光
学系は、この形態に限らず「別のレンズ構成」とするこ
とも可能である。第１光学系から射出する光束は、走査
方向に関しては「平行光束」としてもよいし「弱い発散
性の光束」としても良く「弱い収束性の光束」としても
よい。

【００２２】光偏向器１２は矢印方向へ等速回転し、偏
向反射面１２ａにより反射された光束は偏向光束となっ
て図１において時計回りに等角速度的に偏向する。

【００２３】偏向光束は第２光学系１３に入射し、第２
光学系１３の結像作用により被走査面１４（一般的に
は、この位置に光導電性の感光体の表面が配備される）
上に光スポットとして集光する。光スポットは偏向光束
の偏向に伴い、被走査面１４上を移動して被走査面１４
を光走査する。第２光学系１３は被走査面１４上におけ
る光スポットの移動を等速化する機能を有する。上記線
像は偏向反射面１２ａの近傍に結像され、第２光学系１
３は偏向光束を被走査面１４上に光スポットとして集光
させるので、図１の光走査光学系は光偏向器１２におけ
る「面倒れ」を補正する機能を持つ。

【００２４】第２光学系１３は図１の実施の形態におい
て単玉構成であるが、２枚以上のレンズで構成してもよ
い。

【００２５】光偏向器１２により偏向された光束は、被
走査面１４の光走査に先立ち、第３光学系１５に入射
し、第３光学系１５の作用により「受光素子」による検
出部１７に集光される。検出部１７は、偏向光束を検知
すると検知信号を発し、この検知信号に基づき、光走査
による「画像書き出し位置（図１のＡ点）」を決定する
ための同期信号が発せられる。

【００２６】即ち、図１の光走査光学系は、光源１０
と、この光源１０からの光束を走査方向に長い線像に結
像させるための第１光学系１１ａ，１１ｂと、第１光学
系からの光束を偏向させる光偏向器１２と、偏向された
光束を被走査面１４上に光スポットとして集光させ、被
走査面１４を等速的に光走査させる第２光学系１３と、
光偏向器１２により偏向された光束を光走査に先立って
検出し、画像書き出し位置Ａを決定するための同期信号
を発生するための検出部１７と、光偏向器１２により偏
向された光束を検出部１７へ導く第３光学系１５とを有
する。

【００２７】さて、第３光学系１５は「単玉アナモフィ
ックレンズ」により構成され、光束偏向方向における焦
点距離：ｆｍ、光束偏向面に直交する方向に於ける焦点
距離：ｆｓは、ｆｍ＞ｆｓなる大小関係を満足する。

【００２８】即ち、前述のように、第１光学系から射出
する光束は、走査方向には平行光束もしくは弱い収束性
もしくは弱い発散性の光束であるのに対し、走査直交方
向においては収束光束で、偏向反射面１２ａの近傍に走
査方向に長い線像に結像するので、第３光学系１５に入
射する偏向光束は光束偏向面に直交する方向においては
発散性である。従って、偏向光束を検出部１７に向かっ
て有効に集光させるには、単玉アナモフィックレンズの
正のパワーを、光束偏向方向よりも光束偏向面に直交す
る方向において強くすることが必要で、焦点距離：ｆ
ｍ，ｆｓが上記の大小関係を満足する必要がある。

【００２９】前述の如く、「同期信号」は光スポットに
よる各光走査ごとに画像書き出し位置を一定に保つため
の信号である。従って、同期信号は安定している必要が
あり、そのためには検出部１７において発せられる検知
信号が常に同じ条件で安定して発せられる必要がある。
従って検出部１７に集光される偏向光束は、ある程度良
好なビームスポットを有する必要があり、また検知信号
の立上りが急峻であることが望ましい。

【００３０】このため、検出部１７は「第３光学系１５
による偏向光束の結像位置の近傍」に配備される。また
図２に示すように、検出部１７と第３光学系１５との間
に、検出部１７に近接してスリット１６が設けられて検
出部１７へ入射する偏向光束を制限することもある。こ
の場合、図２に示すように、スリット１６は、第３光学
系１５や検出部１７を保持するハウジング１８と一体に
形成されてもよい。

【００３１】さらに、光偏向器１２による偏向の起点か
ら被走査面１４までの距離をＤ、上記偏向の起点から検
出部１７までの距離をＬとするとき、これらの大小関係
は図１に示すように「Ｄ＞Ｌ」である（請求項５）。こ
のようにすると、検出部１７を被走査面１４よりも光偏
向器１２側へ「ずらし」て配備できるので、検出部１７
の配備の自由度が高く、ひいては光走査光学系のコンパ
クト化が可能となる。

【００３２】図３は請求項３記載の発明の実施の形態を
特徴部分のみ示している。符号１２ａは偏向反射面、符
号１５ａは第３光学系、符号１７は検出部を示してい
る。図３（ａ）は光束偏向面内における結像状況を示
し、（ｂ）は光束偏向面に直交する方向における結像状
況を示している。

【００３３】第３光学系１５ａは、一方の面が「平面」
で、他方の面が「光束偏向面に直交する方向においてよ
り強い曲率を持つトロイダル面」となっており、プラス
チックによる成形品である。

【００３４】第３光学系は前述のように「両凸形状」と
することもできるし「凸メニスカス形状」とすることも
可能であるが、両凸レンズや凸メニスカスレンズのよう
に、両面共に曲面とすると、それぞれの面の光軸がずれ
ないようにする必要があり、特に第３光学系を「プラス
チック成形品」として形成する場合（請求項４）、成形
の過程で光軸ずれが発生するおそれもある。

【００３５】図３に示す形態のように、第３光学系１５
ａを「平凸レンズ」として形成すれば、上記の如き「光
軸のずれ」が発生するという問題がない。また第３光学
系の片面を平面とすることは「成形の容易性」という点
でも有利であり、ハウジングへの取り付けも容易にな
る。さらに図３に示すように、トロイダル面の側を偏向
反射面１２ａの側に向けることにより（請求項３）、球
面収差のより良好な補正が可能になる。

【００３６】第３光学系１５ａのように「プラスチック
の成形品」とする場合、温・湿度等の環境状態の変化に
よる球面収差等の劣化を軽減するために、トロイダル面
を非球面形状にすることができる。勿論、第３光学系を
光学ガラスで形成する場合においても、そのレンズ面の
少なくとも一方を非球面形状としてよい。

【００３７】図４は、請求項６記載の発明の実施の１形
態を示している。混同の虞れがないと思われるものに就
いては図１に於けると同じ符号を付した。符号１８は図
２に於けると同じく「光学系を保持するハウジング」を
示し、符号１９は「反射部」を示す。

【００３８】反射部１９は、光偏向器１２による偏向の
起点と検出部１７との間において、検出部１７ヘ向かう
偏向光束の光路を屈曲させるためのものであり、反射ミ
ラーとしてハウジング１８に固定しても良いし、ハウジ
ング１８の壁面の一部に反射膜として貼着したり、ある
いは反射面として蒸着形成してもよい。

【００３９】ハウジング１８にこのような反射部１９を
設けることにより検出部１７の配備に関するレイアウト
の自由度がより大きくなり、種々のタイプのハウジング
に対してこの発明の適用が可能になる。

【００４０】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光走査光学系を提供できる。この発明によれ
ば、同期信号発生のために偏向光束を光走査に先立って
検出する検出部へ偏向光束を導く第３光学系が、偏向光
束を被走査面上に集光させる第２光学系と別体であるの
で、第２および第３光学系をそれぞれ精度良く組付ける
ことができ、検出部の配備位置の自由度が大きくなり、
光学系レイアウトの自由度が向上する。

【００４１】請求項２記載の発明によれば、第３光学系
のレンズ両面の光軸ずれを問題とすること無く第３光学
系を製造できるので、第３光学系の製造が容易で第３光
学系を低コストで実現でき、ハウジングへの取り付けも
容易であるので、光走査光学系を低コスト化できる。

【００４２】請求項３記載の発明によれば、第３光学系
の球面収差がより有効に補正され、請求項４記載の発明
によれば、第３光学系を安価に大量生産でき、光走査光
学系のさらなる低コスト化が可能である。

【００４３】請求項５記載の発明によれば、検出部の配
備位置が被走査面から離れることにより光走査光学系の
コンパクト化が可能である。また請求項６記載の発明に
よれば、検出部の配備におけるレイアウトの自由度が増
し、種々の形状のハウジングの使用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の１形態を説明するための図で
ある。

【図２】第３光学系と検出部との間にスリットを設ける
場合の形態を説明するための図である。

【図３】請求項２，３，４記載の発明の実施の１形態を
特徴部分のみ示す図である。

【図４】請求項６記載の発明の実施の１形態を説明する
ための図である。

【符号の説明】 １０ 光源 １１ａ カップリングレンズ １１ｂ カップリングレンズ１１ａとともに第１光
学系を構成するシリンダレンズ １２ 光偏向器 １３ 第２光学系 １４ 被走査面 １５ 第３光学系 １７ 検出部 Ａ 画像書き出し位置

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 この光源からの光束を走査方向に長い線像に結像させる
   ための第１光学系と、 この第１光学系からの光束を偏向させる光偏向器と、 偏向された光束を被走査面上に光スポットとして集光さ
   せ、被走査面を等速的に光走査させる第２光学系と、 上記光偏向器により偏向された光束を、光走査に先立っ
   て検出し、画像書き出し位置を決定するための同期信号
   を発生するための検出部と、 上記光偏向器により偏向された光束を上記検出部へ導く
   第３光学系とを有し、上記光源から光偏向器に至る光路と、上記第２光学系の
   光軸とのなす角が９０度より小さく、 上記第３光学系が、光束偏向方向および光束偏向方向に
   直交する方向に正のパワーを有する独立した単玉アナモ
   フィックレンズにより構成され、 上記単玉アナモフィックレンズの、光束偏向方向におけ
   る焦点距離をｆｍ、光束偏向面に直交する方向に於ける
   焦点距離をｆｓとするとき、これらの大小関係がｆｍ＞
   ｆｓであり、 かつ、第３光学系が、上記光源から光偏向器に至る光路
   と、上記光偏向器により偏向され上記画像書き出し位置
   に向かう光束の光路に挟まれた領域において、上記第２
   光学系のレンズよりも上記光偏向器から離れた位置に配
   置され ることを特徴とする光走査光学系。
2. 【請求項２】請求項１記載の光走査光学系において、 第３光学系をなす単玉アナモフィックレンズは、一方の
   面が平面で、他方の面が凸のトロイダル面であることを
   特徴とする光走査光学系。
3. 【請求項３】請求項２記載の光走査光学系において、 単玉アナモフィックレンズのトロイダル面が光偏向器側
   に向けられることを特徴とする光走査光学系。
4. 【請求項４】請求項２または３記載の光走査光学系にお
   いて、 第３光学系をなす単玉アナモフィックレンズはプラスチ
   ックによる成形品であることを特徴とする光走査光学
   系。
5. 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
   光走査光学系において、 光偏向器による偏向の起点から被走査面までの距離を
   Ｄ、上記偏向の起点から検出部までの距離をＬとすると
   き、これらの大小関係が、Ｄ＞Ｌであることを特徴とす
   る光走査光学系。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
   ５記載の光走査光学系において、 光偏向器による偏向の起点と検出部との間に光路を屈曲
   させるための反射部を有することを特徴とする光走査光
   学系。