JP3303558B2 - 走査光学装置 - Google Patents
走査光学装置Info
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/0005—Optical objectives specially designed for the purposes specified below having F-Theta characteristic
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- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
- G02B26/125—Details of the optical system between the polygonal mirror and the image plane
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は走査光学装置に関し、特
に光源手段から光変調され出射した光束を回転多面鏡等
より成る光偏向器で偏向反射させた後、ｆθ特性を有す
る結像光学系（ｆθレンズ）を介して被走査面上を光走
査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真
プロセスを有するレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）や
デジタル複写機等の装置に好適な走査光学装置に関する
ものである。
に光源手段から光変調され出射した光束を回転多面鏡等
より成る光偏向器で偏向反射させた後、ｆθ特性を有す
る結像光学系（ｆθレンズ）を介して被走査面上を光走
査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真
プロセスを有するレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）や
デジタル複写機等の装置に好適な走査光学装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりレーザービームプリンタ等の走
査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光
変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴン
ミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆ
θ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体
（感光体ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面
上を光走査して画像記録を行なっている。
査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光
変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴン
ミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆ
θ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体
（感光体ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面
上を光走査して画像記録を行なっている。
【０００３】図１３は従来の走査光学装置の要部概略図
である。
である。
【０００４】同図において光源手段１１から出射した発
散光束はコリメーターレンズ１２により略平行光束とさ
れ、絞り１３によって該光束（光量）を制限して副走査
方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ
１４に入射している。シリンドリカルレンズ１４に入射
した平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま平
行光束の状態で射出する。又副走査断面内においては集
束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器
１５の偏向面（反射面）１５ａにほぼ線像として結像し
ている。
散光束はコリメーターレンズ１２により略平行光束とさ
れ、絞り１３によって該光束（光量）を制限して副走査
方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ
１４に入射している。シリンドリカルレンズ１４に入射
した平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま平
行光束の状態で射出する。又副走査断面内においては集
束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器
１５の偏向面（反射面）１５ａにほぼ線像として結像し
ている。
【０００５】そして光偏向器１５の偏向面１５ａで偏向
反射された光束をｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレ
ンズ）１６を介して被走査面としての感光体ドラム１８
面上に導光し、該光偏向器１５を矢印Ａ方向に回転させ
ることによって該感光体ドラム１８面上を光走査して画
像情報の記録を行なっている。
反射された光束をｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレ
ンズ）１６を介して被走査面としての感光体ドラム１８
面上に導光し、該光偏向器１５を矢印Ａ方向に回転させ
ることによって該感光体ドラム１８面上を光走査して画
像情報の記録を行なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この種の走査光学装置
において高精度な画像情報の記録を行なうには被走査面
全域にわたって像面湾曲が良好に補正されスポット径が
揃っていること、そして入射光の角度と像高とが比例関
係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有していることが必要
である。このような光学特性を満たす走査光学装置、若
しくはその補正光学系（ｆθレンズ）は従来より種々と
提案されている。
において高精度な画像情報の記録を行なうには被走査面
全域にわたって像面湾曲が良好に補正されスポット径が
揃っていること、そして入射光の角度と像高とが比例関
係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有していることが必要
である。このような光学特性を満たす走査光学装置、若
しくはその補正光学系（ｆθレンズ）は従来より種々と
提案されている。
【０００７】又一方、レーザービームプリンタやデジタ
ル複写機等のコンパクト化及び低コスト化に伴ない、走
査光学装置にも同様のことが求められている。
ル複写機等のコンパクト化及び低コスト化に伴ない、走
査光学装置にも同様のことが求められている。
【０００８】これらの要望を両立させるものとしてｆθ
レンズを１枚から構成した走査光学装置が、例えば特公
昭６１−４８６８４号公報や特開昭６３−１５７１２２
号公報や特開平４−１０４２１３号公報や特開平４−５
０９０８号公報等で種々と提案されている。
レンズを１枚から構成した走査光学装置が、例えば特公
昭６１−４８６８４号公報や特開昭６３−１５７１２２
号公報や特開平４−１０４２１３号公報や特開平４−５
０９０８号公報等で種々と提案されている。
【０００９】これらの公報のうち特公昭６１−４８６８
４号公報や特開昭６３−１５７１２２号公報等ではｆθ
レンズとして光偏向器側に凹面の単レンズを用いてコリ
メーターレンズからの平行光束を記録媒体面上に集束さ
せている。又特開平４−１０４２１３号公報ではｆθレ
ンズとして光偏向器側に凹面、像面側にトロイダル面の
単レンズを用いてコリメーターレンズにより収束光に変
換された光束を該ｆθレンズに入射させている。又特開
平４−５０９０８号公報ではｆθレンズとしてレンズ面
に高次非球面を導入した単レンズを用いてコリメーター
レンズにより収束光に変換された光束を該ｆθレンズに
入射させている。
４号公報や特開昭６３−１５７１２２号公報等ではｆθ
レンズとして光偏向器側に凹面の単レンズを用いてコリ
メーターレンズからの平行光束を記録媒体面上に集束さ
せている。又特開平４−１０４２１３号公報ではｆθレ
ンズとして光偏向器側に凹面、像面側にトロイダル面の
単レンズを用いてコリメーターレンズにより収束光に変
換された光束を該ｆθレンズに入射させている。又特開
平４−５０９０８号公報ではｆθレンズとしてレンズ面
に高次非球面を導入した単レンズを用いてコリメーター
レンズにより収束光に変換された光束を該ｆθレンズに
入射させている。
【００１０】しかしながら上記に示した従来の走査光学
装置において特公昭６１−４８６８４号公報では副走査
方向の像面湾曲が残存しており、かつ平行光束を被走査
面に結像させている為、ｆθレンズから被走査面までの
距離が焦点距離ｆとなり長く、コンパクトな走査光学装
置を構成することが難しいという問題点があった。
装置において特公昭６１−４８６８４号公報では副走査
方向の像面湾曲が残存しており、かつ平行光束を被走査
面に結像させている為、ｆθレンズから被走査面までの
距離が焦点距離ｆとなり長く、コンパクトな走査光学装
置を構成することが難しいという問題点があった。
【００１１】特開昭６３−１５７１２２号公報ではｆθ
レンズの肉厚が厚い為、モールド成型による製作が困難
でありコストアップの要因となるという問題点があっ
た。
レンズの肉厚が厚い為、モールド成型による製作が困難
でありコストアップの要因となるという問題点があっ
た。
【００１２】特開平４−１０４２１３号公報では歪曲収
差が残存しており、かつ光偏向器であるポリゴンミラー
の取付誤差によりポリゴン面数周期のジッターが発生す
るという問題点があった。
差が残存しており、かつ光偏向器であるポリゴンミラー
の取付誤差によりポリゴン面数周期のジッターが発生す
るという問題点があった。
【００１３】特開平４−５０９０８号公報では高次非球
面のｆθレンズを用い収差は良好に補正されているもの
の光偏向器と被走査面間における副走査方向の倍率の不
均一性により像高により副走査方向のスポット径が変化
するという傾向があった。
面のｆθレンズを用い収差は良好に補正されているもの
の光偏向器と被走査面間における副走査方向の倍率の不
均一性により像高により副走査方向のスポット径が変化
するという傾向があった。
【００１４】本発明はコリメーターレンズからの収束光
を光偏向器を介して１枚のｆθレンズにより被走査面上
に結像させる際、該ｆθレンズのレンズ形状を適切に構
成することにより、像面湾曲や歪曲収差を補正し、かつ
光偏向器の取付誤差によるジッターや、像高による副走
査方向のスポット径の変化等を防止すると共にコンパク
トでしかも高精細な印字に適した走査光学装置の提供を
目的とする。
を光偏向器を介して１枚のｆθレンズにより被走査面上
に結像させる際、該ｆθレンズのレンズ形状を適切に構
成することにより、像面湾曲や歪曲収差を補正し、かつ
光偏向器の取付誤差によるジッターや、像高による副走
査方向のスポット径の変化等を防止すると共にコンパク
トでしかも高精細な印字に適した走査光学装置の提供を
目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の走査光学装置
は、光源手段から出射した光束を収束光に変換する第１
の光学素子と、該光束を偏向素子の偏向面上において主
走査方向に長手の線状に結像させる第２の光学素子と、
該偏向素子で偏向された光束を被走査面上にスポット状
に結像させる第３の光学素子と、を具備する走査光学装
置において、該第３の光学素子は単レンズより成り、該
単レンズの両レンズ面は共に主走査面内で非球面形状の
トーリック面より成り、近軸曲率半径をそれぞれ該偏向
素子側から順にＲ1 ，Ｒ2 、主走査面内における最大有
効径をＹmax 、該最大有効径Ｙmax における近軸レンズ
面からの非球面量を各々Ｓ1 ，Ｓ2 としたとき ０＜Ｒ1 ＜Ｒ2 （Ｒ1 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＜Ｓ1 ＜０ Ｓ2 ＜（Ｒ2 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 なる条件を満足し、かつ第３の光学素子の主走査面内に
おける焦点距離をｆｔ、該第３の光学素子から該被走査
面までの距離をＳｋとしたとき ０．２≦１−Ｓｋ／ｆｔ≦０．５ なる条件を満足することを特徴としている。
は、光源手段から出射した光束を収束光に変換する第１
の光学素子と、該光束を偏向素子の偏向面上において主
走査方向に長手の線状に結像させる第２の光学素子と、
該偏向素子で偏向された光束を被走査面上にスポット状
に結像させる第３の光学素子と、を具備する走査光学装
置において、該第３の光学素子は単レンズより成り、該
単レンズの両レンズ面は共に主走査面内で非球面形状の
トーリック面より成り、近軸曲率半径をそれぞれ該偏向
素子側から順にＲ1 ，Ｒ2 、主走査面内における最大有
効径をＹmax 、該最大有効径Ｙmax における近軸レンズ
面からの非球面量を各々Ｓ1 ，Ｓ2 としたとき ０＜Ｒ1 ＜Ｒ2 （Ｒ1 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＜Ｓ1 ＜０ Ｓ2 ＜（Ｒ2 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 なる条件を満足し、かつ第３の光学素子の主走査面内に
おける焦点距離をｆｔ、該第３の光学素子から該被走査
面までの距離をＳｋとしたとき ０．２≦１−Ｓｋ／ｆｔ≦０．５ なる条件を満足することを特徴としている。
【００１６】特に前記第３の光学素子を構成する単レン
ズの両レンズ面のうち少なくとも一方のレンズ面の副走
査面（光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率が、
レンズの有効部内において連続的に変化していること
や、前記第３の光学素子の主走査方向の対称軸が前記被
走査面の法線に対して主走査面内で傾いていることや、
前記第３の光学素子はプラスチック成型、あるいはガラ
ス成型により製作されていること等を特徴としている。
ズの両レンズ面のうち少なくとも一方のレンズ面の副走
査面（光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率が、
レンズの有効部内において連続的に変化していること
や、前記第３の光学素子の主走査方向の対称軸が前記被
走査面の法線に対して主走査面内で傾いていることや、
前記第３の光学素子はプラスチック成型、あるいはガラ
ス成型により製作されていること等を特徴としている。
【００１７】
【実施例】図１は本発明の実施例１の主走査方向の要部
断面図、図２は図１に示したｆθレンズの拡大説明図で
ある。
断面図、図２は図１に示したｆθレンズの拡大説明図で
ある。
【００１８】図中、１は光源手段であり、例えば半導体
レーザより成っている。
レーザより成っている。
【００１９】２は第１の光学素子としてのコリメーター
レンズであり、光源手段１から出射された光束（光ビー
ム）を収束光に変換している。３は開口絞りであり、通
過光束径を整えている。
レンズであり、光源手段１から出射された光束（光ビー
ム）を収束光に変換している。３は開口絞りであり、通
過光束径を整えている。
【００２０】４は第２の光学素子としてのシリンドリカ
ルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有し
ており、絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述す
る光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させて
いる。
ルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有し
ており、絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述す
る光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させて
いる。
【００２１】５は偏向素子としての例えばポリゴンミラ
ー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の
駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で
回転している。
ー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の
駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で
回転している。
【００２２】６は第３の光学素子としてのｆθ特性を有
する１枚のレンズより成るｆθレンズ（結像光学系）で
ある。ｆθレンズ６は後述するように光偏向器５側のレ
ンズ面Ｒａと被走査面側のレンズ面Ｒｂを共に主走査面
内で非球面形状のトーリック面より構成しており、光偏
向器５によって偏向反射された画像情報に基づく光束を
被走査面としての感光体ドラム８面上に結像させ、かつ
該光偏向器５の偏向面の面倒れを補正している。
する１枚のレンズより成るｆθレンズ（結像光学系）で
ある。ｆθレンズ６は後述するように光偏向器５側のレ
ンズ面Ｒａと被走査面側のレンズ面Ｒｂを共に主走査面
内で非球面形状のトーリック面より構成しており、光偏
向器５によって偏向反射された画像情報に基づく光束を
被走査面としての感光体ドラム８面上に結像させ、かつ
該光偏向器５の偏向面の面倒れを補正している。
【００２３】本実施例におけるｆθレンズ６の両レンズ
面Ｒａ，Ｒｂのうち少なくとも一方のレンズ面の副走査
面（光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率を、該
レンズの有効部内において連続的に変化させており、又
ｆθレンズ６の主走査方向の対称軸を被走査面（感光体
ドラム面）８の法線に対して主走査面内で傾けて構成し
ている。
面Ｒａ，Ｒｂのうち少なくとも一方のレンズ面の副走査
面（光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率を、該
レンズの有効部内において連続的に変化させており、又
ｆθレンズ６の主走査方向の対称軸を被走査面（感光体
ドラム面）８の法線に対して主走査面内で傾けて構成し
ている。
【００２４】尚、本実施例においてはｆθレンズ６をプ
ラスチック成型により製作しても良く、あるいはガラス
成型（ガラスモールド）により製作しても良い。
ラスチック成型により製作しても良く、あるいはガラス
成型（ガラスモールド）により製作しても良い。
【００２５】本実施例において半導体レーザ１より出射
した光束はコリメータレンズ２により収束光に変換され
開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンド
リカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ
４に入射した光束のうち主走査断面においてはそのまま
の状態で射出する。又副走査断面においては集束して光
偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の
線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面
５ａで偏向反射された光束はｆθレンズ６を介して感光
体ドラム８面上に導光され、光偏向器５を矢印Ａ方向に
回転させることによって該感光体ドラム８面上を矢印Ｂ
方向に光走査している。これにより画像記録を行なって
いる。
した光束はコリメータレンズ２により収束光に変換され
開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンド
リカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ
４に入射した光束のうち主走査断面においてはそのまま
の状態で射出する。又副走査断面においては集束して光
偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の
線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面
５ａで偏向反射された光束はｆθレンズ６を介して感光
体ドラム８面上に導光され、光偏向器５を矢印Ａ方向に
回転させることによって該感光体ドラム８面上を矢印Ｂ
方向に光走査している。これにより画像記録を行なって
いる。
【００２６】次に本実施例において歪曲収差（ｆθ特
性）及び像面湾曲を補正する手段について説明する。コ
リメーターレンズ２から光偏向器５を介してｆθレンズ
６に入射する光束は収束光である為、本装置のｆθ特性
を満足させる為にはｆθレンズ６の主走査面内における
近軸曲率半径を該光偏向器５側から順に各々Ｒ1 ，Ｒ2
としたとき、 ０＜Ｒ1 ＜Ｒ2 ‥‥‥‥（１） なる条件を満足させるように設定する。
性）及び像面湾曲を補正する手段について説明する。コ
リメーターレンズ２から光偏向器５を介してｆθレンズ
６に入射する光束は収束光である為、本装置のｆθ特性
を満足させる為にはｆθレンズ６の主走査面内における
近軸曲率半径を該光偏向器５側から順に各々Ｒ1 ，Ｒ2
としたとき、 ０＜Ｒ1 ＜Ｒ2 ‥‥‥‥（１） なる条件を満足させるように設定する。
【００２７】即ち、ｆθレンズ６の光偏向器５側のレン
ズ面Ｒａを光軸近傍で凸のメニスカス形状にし、該レン
ズ面Ｒａと被走査面側のレンズ面Ｒｂとを共に非球面形
状にしている。その非球面形状は像高による副走査方向
のスポット径を揃える為、主走査面内における最大有効
径をＹmax 、該最大有効径Ｙmax における近軸レンズ面
Ｒからの非球面量を各々Ｓ1 ，Ｓ2 としたとき （Ｒ1 2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＜Ｓ1 ＜０ ‥‥‥‥（２） Ｓ2 ＜（Ｒ2 2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 ‥‥‥‥（３） なる条件を満足するようにレンズ形状を決定している。
ズ面Ｒａを光軸近傍で凸のメニスカス形状にし、該レン
ズ面Ｒａと被走査面側のレンズ面Ｒｂとを共に非球面形
状にしている。その非球面形状は像高による副走査方向
のスポット径を揃える為、主走査面内における最大有効
径をＹmax 、該最大有効径Ｙmax における近軸レンズ面
Ｒからの非球面量を各々Ｓ1 ，Ｓ2 としたとき （Ｒ1 2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＜Ｓ1 ＜０ ‥‥‥‥（２） Ｓ2 ＜（Ｒ2 2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 ‥‥‥‥（３） なる条件を満足するようにレンズ形状を決定している。
【００２８】これは一般的に副走査方向のスポット径ρ
S が ρS ＝ｃλＦS ＦS ：副走査方向のＦNo λ ：使用波長 ｃ ：定数 と表わされることにより、像高による副走査方向のスポ
ット径を揃える為には像高による副走査方向のＦナンバ
ー（ＦNo）のバラツキ、即ち副走査方向の主平面位置の
バラツキを抑えることが必要であるからである。
S が ρS ＝ｃλＦS ＦS ：副走査方向のＦNo λ ：使用波長 ｃ ：定数 と表わされることにより、像高による副走査方向のスポ
ット径を揃える為には像高による副走査方向のＦナンバ
ー（ＦNo）のバラツキ、即ち副走査方向の主平面位置の
バラツキを抑えることが必要であるからである。
【００２９】上記の条件式（１）を外れると像面湾曲や
歪曲収差等を良好に補正するのが難しくなってくるので
良くない。又条件式（２），（３）のいずれか１つでも
外れると副走査方向のスポット径の均一性を図るのが難
しくなってくるので良くない。
歪曲収差等を良好に補正するのが難しくなってくるので
良くない。又条件式（２），（３）のいずれか１つでも
外れると副走査方向のスポット径の均一性を図るのが難
しくなってくるので良くない。
【００３０】本実施例においてはこのように各条件式
（１），（２），（３）を満足するようにｆθレンズ６
のレンズ形状を設定することにより、像面湾曲や歪曲収
差等を良好に保ちつつ、副走査方向のスポット径の均一
性を向上させている。
（１），（２），（３）を満足するようにｆθレンズ６
のレンズ形状を設定することにより、像面湾曲や歪曲収
差等を良好に保ちつつ、副走査方向のスポット径の均一
性を向上させている。
【００３１】次に光偏向器（ポリゴンミラー）により生
じるジッターを緩和させる手段について図３〜図５を用
いて説明する。
じるジッターを緩和させる手段について図３〜図５を用
いて説明する。
【００３２】一般にポリゴンミラーはモータ回転軸との
嵌合誤差や回転中心からポリゴン面（偏向面）までの距
離のバラツキ等により、図３に示すように光束を同一偏
向角に偏向する場合でも使用するポリゴン面によって、
その偏向点が前後に変化する。このときポリゴンミラー
５のポリゴン面５ａで偏向されｆθレンズ６に入射する
光束が平行光である場合は、該光束は像面である感光体
ドラム面上の同一点に結像される。
嵌合誤差や回転中心からポリゴン面（偏向面）までの距
離のバラツキ等により、図３に示すように光束を同一偏
向角に偏向する場合でも使用するポリゴン面によって、
その偏向点が前後に変化する。このときポリゴンミラー
５のポリゴン面５ａで偏向されｆθレンズ６に入射する
光束が平行光である場合は、該光束は像面である感光体
ドラム面上の同一点に結像される。
【００３３】しかしながらコリメーターレンズからの光
束が収束光である場合には、該光束は感光体ドラム面上
の同一点に結像されずポリゴン面周期のジッターとなり
画像を劣化させるという問題点がある。
束が収束光である場合には、該光束は感光体ドラム面上
の同一点に結像されずポリゴン面周期のジッターとなり
画像を劣化させるという問題点がある。
【００３４】ここで図４に示すように、このときのジッ
ター量Ｊは偏向後の２光束のズレ量をｈ、主走査方向の
横倍率をｍとしたときＪ＝ｍｈと表わされ、横倍率ｍは
更に図５に示すようにｆθレンズ６の主走査方向（主走
査面内）の焦点距離をｆｔ、該ｆθレンズ６から被走査
面（感光体ドラム面）８までの距離をＳｋとしたとき ｍ＝１−Ｓｋ／ｆｔ となる。従ってジッター量Ｊは Ｊ＝（１−Ｓｋ／ｆｔ）ｈ と表わすことができる。
ター量Ｊは偏向後の２光束のズレ量をｈ、主走査方向の
横倍率をｍとしたときＪ＝ｍｈと表わされ、横倍率ｍは
更に図５に示すようにｆθレンズ６の主走査方向（主走
査面内）の焦点距離をｆｔ、該ｆθレンズ６から被走査
面（感光体ドラム面）８までの距離をＳｋとしたとき ｍ＝１−Ｓｋ／ｆｔ となる。従ってジッター量Ｊは Ｊ＝（１−Ｓｋ／ｆｔ）ｈ と表わすことができる。
【００３５】又、図３に示すように２光束のズレ量ｈは
ポリゴン面の光束の入射角θi 、該ポリゴン面からの光
束の出射角θe 、そしてポリゴン面の偏心量ｄをパラメ
ーターとして決定される量であり、
ポリゴン面の光束の入射角θi 、該ポリゴン面からの光
束の出射角θe 、そしてポリゴン面の偏心量ｄをパラメ
ーターとして決定される量であり、
【００３６】
【数１】 と表わすことができるが、各パラメーターとも取り得る
値が限られている為、ズレ量ｈは略０．０２〜０．０４
の範囲内となる。
値が限られている為、ズレ量ｈは略０．０２〜０．０４
の範囲内となる。
【００３７】一般的に画像の２ドット(dot) 間の間隔が
１ドットの半分以上ズレると視覚的にジッターが目立つ
ようになる。例えば６００ｄｐｉの解像力をもつプリン
ターの走査光学装置の場合、ジッター量Ｊが Ｊ＝２５．４／６００／２＝０．０２ｍｍ 以上になると視覚的にジッターが目立つようになる為、
高品位な画像形成を行なう為には主走査方向の横倍率ｍ
を Ｊ＝ｍｈ ０．０２≧ｍ×０．０４ ｍ≦０．５ ０．５以下に抑える必要がある。
１ドットの半分以上ズレると視覚的にジッターが目立つ
ようになる。例えば６００ｄｐｉの解像力をもつプリン
ターの走査光学装置の場合、ジッター量Ｊが Ｊ＝２５．４／６００／２＝０．０２ｍｍ 以上になると視覚的にジッターが目立つようになる為、
高品位な画像形成を行なう為には主走査方向の横倍率ｍ
を Ｊ＝ｍｈ ０．０２≧ｍ×０．０４ ｍ≦０．５ ０．５以下に抑える必要がある。
【００３８】しかしながら主走査方向の横倍率ｍが小さ
すぎるとｆθレンズ６と被走査面８との間の距離Ｓｋが
長くなる為、装置のコンパクト化に反する。この為両者
を両立させる為には主走査方向の横倍率ｍを ０．２≦ｍ≦０．５ 即ち、 ０．２≦１−Ｓｋ／ｆｔ≦０．５ ‥‥‥‥（４） なる条件を満たすようにｆθレンズ６とコリメーターレ
ンズ２とのパワー配置を行なうことによってポリゴンミ
ラー（光偏向器）５の取付誤差によるジッターを緩和さ
せたコンパクトな走査光学装置を得ることができる。
すぎるとｆθレンズ６と被走査面８との間の距離Ｓｋが
長くなる為、装置のコンパクト化に反する。この為両者
を両立させる為には主走査方向の横倍率ｍを ０．２≦ｍ≦０．５ 即ち、 ０．２≦１−Ｓｋ／ｆｔ≦０．５ ‥‥‥‥（４） なる条件を満たすようにｆθレンズ６とコリメーターレ
ンズ２とのパワー配置を行なうことによってポリゴンミ
ラー（光偏向器）５の取付誤差によるジッターを緩和さ
せたコンパクトな走査光学装置を得ることができる。
【００３９】上記の条件式（４）の上限値を越えるとジ
ッターが視覚的に目立つようになり良くない。又下限値
を越えるとｆθレンズ６と被走査面８との間の距離が長
くなり装置全体が大型化になってくるので良くない。
ッターが視覚的に目立つようになり良くない。又下限値
を越えるとｆθレンズ６と被走査面８との間の距離が長
くなり装置全体が大型化になってくるので良くない。
【００４０】本実施例ではｆθレンズ６のレンズ形状を
主走査方向は１０次までの関数で表わせる非球面形状と
し、副走査方向は像高方向に連続的に変化する球面より
構成している。そのレンズ形状は例えばｆθレンズ６と
光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査面内
において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査面内において
光軸と直交する軸をＺ軸としたとき、主走査方向と対応
する母線方向が
主走査方向は１０次までの関数で表わせる非球面形状と
し、副走査方向は像高方向に連続的に変化する球面より
構成している。そのレンズ形状は例えばｆθレンズ６と
光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査面内
において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査面内において
光軸と直交する軸をＺ軸としたとき、主走査方向と対応
する母線方向が
【００４１】
【数２】 （但し、Ｒは曲率半径、Ｋ，Ｂ4 ，Ｂ6 ，Ｂ8 ，Ｂ10は
非球面係数）なる式で表わせるものであり、又副走査方
向（光軸を含む主走査方向に対して直交する方向）と対
応する子線方向が、
非球面係数）なる式で表わせるものであり、又副走査方
向（光軸を含む主走査方向に対して直交する方向）と対
応する子線方向が、
【００４２】
【数３】 （ここでｒ´＝ｒ（１＋Ｄ2 Ｙ2 ＋Ｄ4 Ｙ4 ＋Ｄ6 Ｙ6
＋Ｄ8 Ｙ8 ＋Ｄ10Ｙ10）なる式で表わせるものである。
＋Ｄ8 Ｙ8 ＋Ｄ10Ｙ10）なる式で表わせるものである。
【００４３】図７に本実施例における光学配置とｆθレ
ンズ６の非球面係数を示す。図９はｆθレンズ６の非球
面形状を示す説明図であり、実線は近軸曲率半径からの
非球面量Ｓ、破線は（Ｒ2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒの値を示
したものである。
ンズ６の非球面係数を示す。図９はｆθレンズ６の非球
面形状を示す説明図であり、実線は近軸曲率半径からの
非球面量Ｓ、破線は（Ｒ2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒの値を示
したものである。
【００４４】本実施例においてｆθレンズ６の近軸曲率
半径Ｒ、非球面量Ｓ及び（Ｒ 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒのそ
れぞれの値は Ｒ1 ＝６５．２２ Ｒ2 ＝１５０．０３ Ｓ1 ＝−９．４４ Ｓ2 ＝ −７．９７ （Ｒ1 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＝−１４．５０ （Ｒ2 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 ＝ −６．００ であり、これらの値は前述した各条件式（１）〜（３）
を満足させている。
半径Ｒ、非球面量Ｓ及び（Ｒ 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒのそ
れぞれの値は Ｒ1 ＝６５．２２ Ｒ2 ＝１５０．０３ Ｓ1 ＝−９．４４ Ｓ2 ＝ −７．９７ （Ｒ1 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＝−１４．５０ （Ｒ2 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 ＝ −６．００ であり、これらの値は前述した各条件式（１）〜（３）
を満足させている。
【００４５】図１１は本実施例における像面湾曲と歪曲
収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上
問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又
像高による副走査方向のスポット径の変化も１０μｍ以
内に抑えることができる。
収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上
問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又
像高による副走査方向のスポット径の変化も１０μｍ以
内に抑えることができる。
【００４６】次にポリゴンミラー（光偏向器）の取付誤
差によって生じるジッターであるが、本実施例ではｆθ
レンズ６の主走査方向における焦点距離ｆｔを２１３．
７ｍｍ、該ｆθレンズ６から被走査面（感光体ドラム
面）８までの距離Ｓｋを１１１．５ｍｍとし、主走査方
向における横倍率ｍを ｍ＝１−Ｓｋ／ｆｔ ＝１−１１１．５／２１３．７ ＝０．４７８ と設定することによって条件式（４）を満足させ、これ
によりポリゴンミラー５の取付誤差によるジッターを緩
和させている。
差によって生じるジッターであるが、本実施例ではｆθ
レンズ６の主走査方向における焦点距離ｆｔを２１３．
７ｍｍ、該ｆθレンズ６から被走査面（感光体ドラム
面）８までの距離Ｓｋを１１１．５ｍｍとし、主走査方
向における横倍率ｍを ｍ＝１−Ｓｋ／ｆｔ ＝１−１１１．５／２１３．７ ＝０．４７８ と設定することによって条件式（４）を満足させ、これ
によりポリゴンミラー５の取付誤差によるジッターを緩
和させている。
【００４７】又、本実施例における２光束のズレ量ｈは
ポリゴン面５ａへの光束の入射角θi ＝−９０°、光束
の出射角θe ＝４５°、そしてポリゴン面５ａの偏心量
ｄを１５μｍとしたとき
ポリゴン面５ａへの光束の入射角θi ＝−９０°、光束
の出射角θe ＝４５°、そしてポリゴン面５ａの偏心量
ｄを１５μｍとしたとき
【００４８】
【数４】 となる為、ジッター量Ｊは Ｊ＝ｍｈ ＝０．０１８６ｍｍ となり、視覚的にジッターが目立たないレベルまでに抑
えることができる。
えることができる。
【００４９】このように本実施例においてはｆθレンズ
のレンズ形状及び光学配置を適切に設定することによっ
てコリメーターレンズからの収束光を光偏向器を介して
１枚のｆθレンズにより被走査面上に結像させる際、像
面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取
付誤差によるジッターや、像高による副走査方向のスポ
ット径の変化等の問題点を解決している。
のレンズ形状及び光学配置を適切に設定することによっ
てコリメーターレンズからの収束光を光偏向器を介して
１枚のｆθレンズにより被走査面上に結像させる際、像
面湾曲や歪曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取
付誤差によるジッターや、像高による副走査方向のスポ
ット径の変化等の問題点を解決している。
【００５０】図６は本発明の実施例２の光学系の主走査
方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図におい
て図１に示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図におい
て図１に示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。
【００５１】本実施例において前述の実施例１と異なる
点はｆθレンズの光軸方向の中心厚を薄くしてｆθレン
ズ２６を構成したことであり、その他の構成及び光学的
作用は実施例１と略同様である。
点はｆθレンズの光軸方向の中心厚を薄くしてｆθレン
ズ２６を構成したことであり、その他の構成及び光学的
作用は実施例１と略同様である。
【００５２】図８に実施例２における光学配置とｆθレ
ンズ２６の非球面係数を示す。図１０はｆθレンズ２６
の非球面量を示す説明図であり、実線は近軸曲率半径か
らの非球面量Ｓ、破線は（Ｒ2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒの値
を示したものである。
ンズ２６の非球面係数を示す。図１０はｆθレンズ２６
の非球面量を示す説明図であり、実線は近軸曲率半径か
らの非球面量Ｓ、破線は（Ｒ2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒの値
を示したものである。
【００５３】本実施例においてｆθレンズ２６の近軸曲
率半径Ｒ、該近軸曲率半径Ｒからの非球面量Ｓ及び（Ｒ
2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒのそれぞれの値は Ｒ1 ＝ ４５．１６ Ｒ2 ＝ ６８．９６ Ｓ1 ＝−２０．２４ Ｓ2 ＝−１４．６１ （Ｒ1 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＝−２６．２３ （Ｒ2 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 ＝−１４．２７ となり、これらの値は前述の実施例１と同様に各条件式
（１）〜（３）を満足させている。
率半径Ｒ、該近軸曲率半径Ｒからの非球面量Ｓ及び（Ｒ
2 −Ｙmax 2）1/2 −Ｒのそれぞれの値は Ｒ1 ＝ ４５．１６ Ｒ2 ＝ ６８．９６ Ｓ1 ＝−２０．２４ Ｓ2 ＝−１４．６１ （Ｒ1 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ1 ＝−２６．２３ （Ｒ2 2−Ｙmax 2）1/2 −Ｒ2 ＝−１４．２７ となり、これらの値は前述の実施例１と同様に各条件式
（１）〜（３）を満足させている。
【００５４】図１２は本実施例における像面湾曲と歪曲
収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上
問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又
像高による副走査方向のスポット径の変化も１０μｍ以
内に抑えることができる。
収差等を示す収差図である。同図より各収差とも実用上
問題のないレベルまで補正されていることが分かる。又
像高による副走査方向のスポット径の変化も１０μｍ以
内に抑えることができる。
【００５５】又、本実施例ではｆθレンズ２６の主走査
方向における焦点距離ｆｔを２２６．０ｍｍ、該ｆθレ
ンズ２６から被走査面（感光体ドラム面）８までの距離
Ｓｋを１１１．５ｍｍとしたとき、主走査方向における
横倍率ｍは ｍ＝１−Ｓｋ／ｆｔ ＝１−１１１．５／２２６．０ ＝０．４９３ となり、この値は前述の実施例１と同様に条件式（４）
を満足させており、これにより光偏向器（ポリゴンミラ
ー）５の取付誤差によるジッターを視覚的に目立たない
レベルまでに抑えている。
方向における焦点距離ｆｔを２２６．０ｍｍ、該ｆθレ
ンズ２６から被走査面（感光体ドラム面）８までの距離
Ｓｋを１１１．５ｍｍとしたとき、主走査方向における
横倍率ｍは ｍ＝１−Ｓｋ／ｆｔ ＝１−１１１．５／２２６．０ ＝０．４９３ となり、この値は前述の実施例１と同様に条件式（４）
を満足させており、これにより光偏向器（ポリゴンミラ
ー）５の取付誤差によるジッターを視覚的に目立たない
レベルまでに抑えている。
【００５６】このように本実施例においては上述の如く
ｆθレンズ２６のレンズ形状及び光学配置を適切に設定
することによって前述の実施例１と同様に像面湾曲や歪
曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取付誤差によ
るジッターや像高による副走査方向のスポット径の変化
等の問題点を解決している。
ｆθレンズ２６のレンズ形状及び光学配置を適切に設定
することによって前述の実施例１と同様に像面湾曲や歪
曲収差等を良好に補正し、かつ光偏向器の取付誤差によ
るジッターや像高による副走査方向のスポット径の変化
等の問題点を解決している。
【００５７】又、本実施例においてはｆθレンズの光軸
方向の中心肉厚を薄くして構成したことにより、該ｆθ
レンズの成型タクトタイムを短縮することができ、より
低コストの走査光学装置を実現している。
方向の中心肉厚を薄くして構成したことにより、該ｆθ
レンズの成型タクトタイムを短縮することができ、より
低コストの走査光学装置を実現している。
【００５８】
【発明の効果】本発明によれば前述の如くコリメーター
レンズからの収束光を光偏向器を介して１枚のｆθレン
ズにより被走査面上に結像させる際、該ｆθレンズの主
走査方向の近軸曲率半径、非球面量、焦点距離、そして
被走査面までの距離等の値を適切に設定することによ
り、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正すると共に光偏
向器の取付誤差によるジッターや像高による副走査方向
のスポット径の変化等の影響を小さく抑えることがで
き、これによりコンパクトで高精細な印字に適した走査
光学装置を達成することができる。
レンズからの収束光を光偏向器を介して１枚のｆθレン
ズにより被走査面上に結像させる際、該ｆθレンズの主
走査方向の近軸曲率半径、非球面量、焦点距離、そして
被走査面までの距離等の値を適切に設定することによ
り、像面湾曲や歪曲収差等を良好に補正すると共に光偏
向器の取付誤差によるジッターや像高による副走査方向
のスポット径の変化等の影響を小さく抑えることがで
き、これによりコンパクトで高精細な印字に適した走査
光学装置を達成することができる。
【図１】 本発明の実施例１の主走査方向の要部断面図
【図２】 図１に示したｆθレンズの拡大説明図
【図３】 図１に示した光偏向器の一部分の拡大説明図
【図４】 本発明の実施例１における２光束ズレとジッ
ター量の相関を示す説明図
ター量の相関を示す説明図
【図５】 本発明の実施例１における光偏向器から被走
査面までの位置関係を示す説明図
査面までの位置関係を示す説明図
【図６】 本発明の実施例２の主走査方向の要部断面図
【図７】 本発明の実施例１における光学配置及びｆθ
レンズの非球面係数を示す説明図
レンズの非球面係数を示す説明図
【図８】 本発明の実施例２における光学配置及びｆθ
レンズの非球面係数を示す説明図
レンズの非球面係数を示す説明図
【図９】 本発明の実施例１におけるｆθレンズの非球
面形状を示す説明図
面形状を示す説明図
【図１０】 本発明の実施例２におけるｆθレンズの非
球面形状を示す説明図
球面形状を示す説明図
【図１１】 本発明の実施例１における像面湾曲及び歪
曲収差を示す収差図
曲収差を示す収差図
【図１２】 本発明の実施例２における像面湾曲及び歪
曲収差を示す収差図
曲収差を示す収差図
【図１３】 従来の走査光学装置の光学系の要部概略図
１ 光源手段 ２ 第１の光学素子（コリメーターレンズ） ３ 絞り ４ 第２の光学素子（シリンドリカルレンズ） ５ 偏向素子（光偏向器） ６，２６ 第３の光学素子（ｆθレンズ） ８ 被走査面（感光体ドラム）
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 3/00 - 3/14 G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04 G02B 26/10
Claims (6)
- 【請求項１】 光源手段から出射した光束を収束光に変
換する第１の光学素子と、該光束を偏向素子の偏向面上
において主走査方向に長手の線状に結像させる第２の光
学素子と、該偏向素子で偏向された光束を被走査面上に
スポット状に結像させる第３の光学素子と、を具備する
走査光学装置において、 該第３の光学素子は単レンズより成り、該単レンズの両
レンズ面は共に主走査面内で非球面形状のトーリック面
より成り、近軸曲率半径をそれぞれ該偏向素子側から順
にＲ1，Ｒ2、主走査面内における最大有効径をＹmax、
該最大有効径Ｙmaxにおける近軸レンズ面からの非球面
量を各々Ｓ1，Ｓ2としたとき ０＜Ｒ1＜Ｒ2 （Ｒ1 2−Ｙmax 2）1/2−Ｒ1＜Ｓ1＜０ Ｓ2＜（Ｒ2 2−Ｙmax 2）1/2−Ｒ2 なる条件を満足し、かつ第３の光学素子の主走査面内に
おける焦点距離をｆｔ、該第３の光学素子から該被走査
面までの距離をＳｋとしたとき ０．２≦１−Ｓｋ／ｆｔ≦０．５ なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。 - 【請求項２】 前記第３の光学素子を構成する単レンズ
の両レンズ面のうち少なくとも一方のレンズ面の副走査
面（光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率が、レ
ンズの有効部内において連続的に変化していることを特
徴とする請求項１の走査光学装置。 - 【請求項３】 前記第３の光学素子の主走査方向の対称
軸が前記被走査面の法線に対して主走査面内で傾いてい
ることを特徴とする請求項１の走査光学装置。 - 【請求項４】 前記第３の光学素子はプラスチック成型
により製作されていることを特徴とする請求項１の走査
光学装置。 - 【請求項５】 前記第３の光学素子はガラス成型により
製作されていることを特徴とする請求項１の走査光学装
置。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項の走査光
学装置と、被走査面に感光ドラムを有することを特徴と
するレーザビームプリンタ 。
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|---|---|---|---|
| JP23938694A JP3303558B2 (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | 走査光学装置 |
| US08/522,118 US5818505A (en) | 1994-09-06 | 1995-08-31 | Optical scanning apparatus including a lens having aspherical surfaces on both sides |
| EP01113735A EP1130438B1 (en) | 1994-09-06 | 1995-09-05 | Optical scanning aparatus including a lens having aspherical surfaces on both sides |
| KR1019950028944A KR0184650B1 (ko) | 1994-09-06 | 1995-09-05 | 양측에 비구면을 갖고 있는 렌즈를 포함하는 광학 스캐닝 장치 |
| DE69535371T DE69535371T2 (de) | 1994-09-06 | 1995-09-05 | Optisches Abtastgerät mit einer Linse, die auf beiden Seiten asphärische Oberflächen hat |
| DE69524509T DE69524509T2 (de) | 1994-09-06 | 1995-09-05 | Optisches Abtastgerät mit einer Linse, die auf beiden Seiten asphärische Oberflächen hat |
| EP95113910A EP0702256B1 (en) | 1994-09-06 | 1995-09-05 | Optical scanning apparatus including a lens having aspherical surfaces on both sides |
| US08/951,635 US8213068B1 (en) | 1994-09-06 | 1997-10-17 | Scanning optical apparatus |
| US11/980,543 US7898711B2 (en) | 1994-09-06 | 2007-10-31 | Scanning optical apparatus |
| US12/696,247 US7817321B2 (en) | 1994-09-06 | 2010-01-29 | Scanning optical apparatus |
| US13/009,953 US8115981B2 (en) | 1994-09-06 | 2011-01-20 | Scanning optical apparatus |
| US13/109,415 US8681406B2 (en) | 1994-09-06 | 2011-05-17 | Scanning optical apparatus |
| US13/109,333 US8068265B2 (en) | 1994-09-06 | 2011-05-17 | Scanning optical apparatus |
| US13/408,339 US8610984B2 (en) | 1994-09-06 | 2012-02-29 | Scanning optical apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002035280A Division JP3728256B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | 走査光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0876011A JPH0876011A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3303558B2 true JP3303558B2 (ja) | 2002-07-22 |
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|---|---|
| US (1) | US5818505A (ja) |
| EP (2) | EP1130438B1 (ja) |
| JP (1) | JP3303558B2 (ja) |
| KR (1) | KR0184650B1 (ja) |
| DE (2) | DE69535371T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210005181A (ko) | 2019-03-14 | 2021-01-13 | 나럭스 컴퍼니 리미티드 | 주사 광학계 및 주사 렌즈 |
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|---|---|---|---|---|
| US8213068B1 (en) | 1994-09-06 | 2012-07-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical apparatus |
| US6069724A (en) * | 1997-02-17 | 2000-05-30 | Ricoh Company, Ltd. | Optical scanning lens and optical scanning apparatus |
| US6038053A (en) * | 1998-02-04 | 2000-03-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Color image forming apparatus |
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