JP3363531B2 - レーザ走査装置 - Google Patents

レーザ走査装置

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JP3363531B2 JP18242293A JP18242293A JP3363531B2 JP 3363531 B2 JP3363531 B2 JP 3363531B2 JP 18242293 A JP18242293 A JP 18242293A JP 18242293 A JP18242293 A JP 18242293A JP 3363531 B2 JP3363531 B2 JP 3363531B2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザプリンタ等に用い
られるレーザ走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザプリンタに用いられるレーザ走査
装置では、従来から走査レンズ用としてのＦθレンズお
よび光偏向器としての回転多面鏡の組合せにより、レー
ザ光を被走査面である感光ドラム面上に偏向走査するこ
とが行われている。
【０００３】このレーザ走査装置の目的は、感光ドラム
面上においてレーザ光を解像度に応じた所定の大きさに
絞り込み、かつ等速で走査することである。
【０００４】高解像度用Ｆθレンズの例として特開昭６
３−２５３９１６号公報に記載の技術を挙げることがで
きる。
【０００５】これは１枚の球面レンズと１枚の非球面レ
ンズとの２枚組レンズからなり、そのうちの非球面レン
ズ面に、走査垂直方向の曲率をレンズの光軸中心に対し
て非対称に変化させた回転非対称な非球面を用いて、回
転多面鏡のレーザ光反射位置が回転に伴って走査中央に
関して左側と右側とで非対称に変化することに起因する
走査垂直方向の像面湾曲を低減させている。
【０００６】高解像度用Ｆθレンズの他の例として特開
平４−６０６０８号公報に記載の技術を挙げることがで
きる。
【０００７】これは２枚の単レンズからなり、そのうち
の１つのレンズ面に、主走査方向の断面形状をレンズの
光軸中心に対して非対称に変化させた回転非対称な非球
面を用いて、回転多面鏡のレーザ光反射位置が回転に伴
って走査中央に関して左側と右側とで非対称に変化する
ことに起因する走査垂直方向の像面湾曲を低減させてい
る。
【０００８】これらの例からわかるように、Ｆθレンズ
は、高解像度用であるほど、回転多面鏡のレーザ光反射
位置が回転に伴って非対称に変化することの走査垂直方
向の像面湾曲に与える影響を無視できず、従ってレンズ
の光軸中心に対して非対称なレンズ面を用いることが効
果的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来例のよう
にレンズの光軸中心に対して非対称なレンズ面を用いる
ことにより走査垂直方向の像面湾曲を低減させることが
できる。
【００１０】しかしながらこのような非対称形状のレン
ズと他のレンズとを組み合わせて使用するときには、レ
ンズ相互の配置誤差の、走査垂直方向の像面湾曲に与え
る影響を無視できなくなるという問題点がある。
【００１１】従って本発明の目的は、前記した従来技術
の欠点をなくし、高解像度なレーザ走査装置を提供する
ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、走査レンズ（Ｆθレンズ）を１枚のレン
ズで構成し、少なくとも１つのレンズ面を、光偏向器で
ある回転多面鏡の回転位置に対応して走査方向に沿って
走査垂直方向の曲率が連続的に変化する形状として、回
転鏡反射面の出入りにより生じる走査垂直方向の像面湾
曲を補正するとともに、さらに本レンズの少なくとも１
つのレンズ面の走査方向の形状を次のようなものとし
た。
【００１３】すなわち、光軸上の曲率半径をＲ、円錐定
数をＫとしたとき、（１）式で与えられ、最大走査幅を
与える光線が走査レンズの入射側での光軸となす角度お
よび出射側での光軸となす角度をそれぞれＵ，Ｕ´とし
たとき、（２）式を満たすようにした。
【００１４】ここでＳＩＧ（Ｋ）はＫの符号を表す。
【００１５】
【数２】
【００１６】本条件は感光ドラム面上においてレーザ光
を解像度に応じた所定の大きさに絞り込み、かつ等速で
走査するための条件である。
【００１７】
【作用】図２に、Ｆθレンズが非対称形状なレンズと他
のレンズとの２枚構成であり、他のレンズに配置誤差が
ある場合に走査垂直方向の像面湾曲が発生する様子を示
す。
【００１８】図２において、３は回転多面鏡、６は感光
ドラム面、４３は非対称形状なレンズである。また４１
および４２は非対称形状なレンズと組み合わせる他のレ
ンズであり、ここでは球面レンズとするが、４１が配置
誤差がない場合で４２が配置誤差がある場合である。９
２は球面レンズに配置誤差がある場合のビームである。
６２はビーム９２の像面である。光軸方向にＺ軸、主走
査方向にＸ軸、走査垂直方向にＹ軸をとる。このように
球面レンズに配置誤差がある場合には、走査角度により
結像位置が異なり、感光ドラム面上に正しく結像しな
い。
【００１９】図３に、説明を簡単にするため各レンズの
厚さを無視してそれぞれ単一の主面で表した走査平面
（Ｘ−Ｚ平面）内の配置を示す。
【００２０】図３において、８１はレンズ４１とレンズ
４３との光軸、８２はレンズ４２の光軸である。９１は
球面レンズに配置誤差がない場合のビームである。角度
は反時計回りを−とする。
【００２１】レンズ４１と光軸８１との交点をＯとし
て、Ｏを中心に走査平面内に角度β（＜０）だけ配置誤
差を生じて４２になったとする。走査角度θ（＜０）の
場合に、ビーム９１がレンズ４１で屈折した後に光軸８
１とのなす角度をθ１、ビーム９２がレンズ４２で屈折
した後に光軸８１とのなす角度をθ２とする。ビーム９
１のレンズ４１への入射高をＨ１（＞０）、ビーム９２
のレンズ４２への入射高をＨ２（＞０）とする。ビーム
９１のレンズ４１で屈折した後の延長と光軸８１との交
点をＰとする。ビーム９２のレンズ４２で屈折した後の
延長と光軸８２との交点をＱとする。レンズ４１および
レンズ４２のパワーはＰ１で負の値、レンズ４３のパワ
ーはＰ２で正の値とする。
【００２２】
【数３】 Ｐ１＜０，Ｐ２＞０ …（３） 幾何光学の公式から、
【００２３】
【数４】 θ１＝θ＋Ｈ１×Ｐ１ …（４） 同様に、
【００２４】
【数５】 （θ２−β）＝（θ−β）＋Ｈ２×Ｐ１ …（５） θ２＝θ＋Ｈ２×Ｐ１ …（６） （４），（６）式より
【００２５】
【数６】 θ２−θ１＝Ｐ１×（Ｈ２−Ｈ１） …（７） また、
【００２６】
【数７】 ｜θ｜≫｜β｜ …（８） とすると、図より明らかなように、
【００２７】
【数８】 Ｈ１＞Ｈ２ …（９） （３），（７），（９）式より、
【００２８】
【数９】 θ２−θ１＞０ …（１０） また（３），（４），（６）式より、
【００２９】
【数１０】 θ１，θ２＜０ …（１１） ビーム９１のレンズ４３への入射高をＨ１Ｄ、ビーム９
２のレンズ４３への入射高をＨ２Ｄとする。
【００３０】（８），（１０）式より、
【００３１】
【数１１】 Ｈ１Ｄ＞Ｈ２Ｄ …（１２） ビーム９１に対するレンズ４３の走査垂直方向のパワー
をＰ１Ｙ、ビーム９２に対するレンズ４３の走査垂直方
向のパワーをＰ２Ｙとし、いずれも正の値とする。レン
ズ４３は入射高によりパワーが変化しており、ここでは
入射高の絶対値の増大につれてパワーが小さくなってい
るとすると、
【００３２】
【数１２】 Ｐ２Ｙ＞Ｐ１Ｙ …（１３） である。
【００３３】また、ビーム９１が感光ドラム面６上で結
像するようにＰ１Ｙが定められているため、（１３）式
よりビーム９２は過剰なパワーＰ２Ｙにより必要以上に
曲げられ、図２に示すように、感光ドラム面６より回転
多面鏡側で結像してしまう。
【００３４】同様に、θ＞０の場合にも、（１２）式が
成り立つが、
【００３５】
【数１３】 Ｈ１Ｄ，Ｈ２Ｄ＜０ …（１４） であるため、
【００３６】
【数１４】 Ｐ２Ｙ＜Ｐ１Ｙ …（１５） であり、ビーム９２は過小なパワーＰ２Ｙにより必要以
下にしか曲げられず、感光ドラム面６より反回転多面鏡
側に結像してしまう。
【００３７】以上に述べたように、非対称形状のレンズ
を他のレンズと組み合わせて使用するときには、レンズ
相互の配置誤差の走査垂直方向の像面湾曲に与える影響
が無視できなくなるので、レンズの組合せを削除した１
枚のレンズとする。
【００３８】（２）式は被走査面上においてレーザ光を
解像度に応じた所定の大きさに絞り込み、かつ等速で走
査するための条件である。
【００３９】１枚のレンズの走査方向の形状が両面とも
円では、光軸上に比べ周辺部でビームが必要以上に曲げ
られるため、走査方向の像面は回転多面鏡側（−）へ湾
曲し、像高は中間像高で大きく（＋）なる。このため円
錐定数；Ｋ＝０である円でなくＫ＜０である双曲線とし
て、レンズ周辺部でビームが必要以上に曲げられるのを
抑制する必要がある。特に、（２）式を満たす場合にそ
の効果は大きい。下限を超えると走査方向像面湾曲は＋
になり、像高誤差は中間像高で−になる。一方、上限を
超えると走査方向像面湾曲は−になり、像高誤差は中間
像高で＋になる。
【００４０】
【実施例】以下、実施例図面を参照して本発明を説明す
る。
【００４１】図１は本発明による光走査装置の基本構成
図である。
【００４２】図１において、１はシリンドリカルレン
ズ、３は回転多面鏡、４はＦθレンズ、６は感光ドラム
面、１２はコリメータレンズ、２２はレーザ光源、３３
は回転多面鏡の反射面、９１はビームである。
【００４３】レーザ光源２２から出たビーム９１はコリ
メータレンズ１２を通り、ほぼ平行なビームになる。シ
リンドリカルレンズ１は走査垂直方向（Ｙ方向）にのみ
作用するように配置され、回転多面鏡３の反射面３３の
近傍でＹ方向にビームが収束されるようになっている。
走査垂直方向に関して前記反射面３３近傍と感光ドラム
面６とは幾何光学的な共役関係にある。ビーム走査のた
めの走査レンズ４は１枚のレンズで構成され、回転多面
鏡に近い面は球面、回転多面鏡から遠い面は回転多面鏡
の回転位置に対応して走査方向に沿って走査垂直方向の
曲率が変化する光軸に対して左右非対称な形状のレンズ
面からなる。シリンドリカルレンズ１およびＦθレンズ
４の諸元の例を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】，はシリンドリカルレンズ１の各レン
ズ面、は回転多面鏡３の反射面３３、，はＦθレ
ンズ４の各レンズ面、は感光ドラム面６である。Ｒは
走査方向の光軸上曲率半径、ｒは走査垂直方向の光軸上
曲率半径、ｄは面間隔、ｎは屈曲率である。面の形状
は面頂点を原点として（１６）式で与えられる。
【００４６】
【数１５】
【００４７】ここでａ，ｂ，ｃ，ｄ，Ｋは定数であり、
Ｋは円錐定数と呼ばれる。またｅは非対称項で表２に示
すようなサンプル点であり、この表に示されない任意の
位置については多項式近似でもって与えられる。
【００４８】
【表２】
【００４９】図４に走査垂直方向像面湾曲を示す。
【００５０】図４において、７１は本発明の実施例、７
２は従来例で球面レンズに走査平面内の配置誤差β＝
０．８゜ある場合を示す。
【００５１】図５に本発明の像高誤差を示す。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、１
枚のレンズで構成されたＦθレンズの少なくとも１つの
レンズ面を、回転多面鏡の回転位置に対応して走査垂直
方向の曲率が走査方向に沿って連続的に変化する形状と
したので、簡単な構成で、かつ走査垂直方向像面湾曲の
小さい高解像度なレーザ走査装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明レーザ走査装置の一実施例を示す図であ
る。
【図２】従来例レーザ走査装置の一例を示す図である。
【図３】従来例の走査平面内の配置を示す図である。
【図４】本発明および従来例の像面湾曲を示す図であ
る。
【図５】本発明の像高誤差を示す図である。
【符号の説明】
１…シリンドリカルレンズ、３…回転多面鏡、４…Ｆθ
レンズ、６…感光ドラム面、２２…レーザ光源、９１…
ビーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有本 昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平２−46418（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265807（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−138823（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ光源からの光束を光偏向器および走
    査レンズを介して被走査面上に走査し、かつ前記光偏向
    器と被走査面とを、前記走査レンズを介し走査垂直方向
    に関して概略共役な結像関係に配置したレーザ走査装置
    において、 前記走査レンズは１枚のレンズからなり、この走査レン
    ズの少なくとも１つのレンズ面の曲面は、前記光偏向器
    の各偏向位置に対応して、走査レンズの走査垂直方向の
    曲率が走査方向に沿って連続的に変化する形状であり、
    走査レンズの少なくとも１つのレンズ面の走査方向の形
    状は、光軸上の曲率半径をＲ、円錐定数をＫとしたと
    き、（１）式で与えられ、最大走査幅を与える光線が走
    査レンズの入射側での光軸となす角度および出射側での
    光軸となす角度をそれぞれＵ，Ｕ´としたとき、（２）
    式を満たすことを特徴とするレーザ走査装置。 ここでＳ
    ＩＧ（Ｋ）はＫの符号を表す。 【数１】
  2. 【請求項２】請求項１において、走査レンズの少なくと
    も１つのレンズ面の走査方向に沿う形状が、光軸に対し
    て左右非対称であることを特徴とするレーザ走査装置。
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