JP3417101B2 - 光学走査装置 - Google Patents
光学走査装置Info
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- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
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Description
ジタル複写機等に用いられる光学走査装置に係り、特に
光学フィルタによって感光体上の光量分布を補正する機
能を備えた光学走査装置に関する。
には、走査方向の偏光面幅より広いビームが偏向器10
0に入射する光学走査装置(以下、「オーバーフィルド
〔Overfilled〕光学系」という)の要部が概略的に示さ
れている。
器100であるポリゴンミラーの内接円径;Pφ、偏向
面数;nとの間には、次式で示される関係が成り立つ。
(1) なお、ここでは偏向器100としてポリゴンミラーを用
いたが、ガルバノミラー等の偏向器を用いても差し支え
なく、その場合には偏向面幅Faはポリゴンミラー内接
円径Pφ、偏向面数nとは無関係になる。
ス強度分布のビームの一部ずつを走査角に対応して切り
取るように用いるため、偏向面反射直後のビーム幅;D
と、走査角;α、偏向面入射角;βとの間には、次式で
示される関係が成り立つ。
バーと、偏向器100から感光体102までの焦点距
離;f、偏向面反射直後のビーム幅;Dとの間には次式
で示される関係が成り立つ。
間に図示しないfθレンズが配置されるため、走査角;
αとは無関係に一定である。
ーフィルド光学系では、Fナンバーは走査角α及び偏向
面入射角βに応じて変化することが判る。そして、Fナ
ンバーが変化した場合には、感光体102上の走査位置
によって光量が変化することになる。総じていえば、オ
ーバーフィルド光学系では、偏向器100に入射される
ガウス強度分布のビームの一部ずつを走査角αに対応し
て切り取るように用いることから、Fナンバーの変化を
持たらし、これにより感光体102上の光量分布の一様
性が低下するという不具合がある。
558208号に開示されている。図13に示されるよ
うに、この公報に開示された光学走査装置104では、
光源106とポリゴンミラーである偏向器108との間
に、コリメータレンズ110、凸レンズ112、フィル
タ114、及びfθレンズ116が光源106側からこ
の順に配設されている。さらに、フィルタ114は、放
物線状の厚さを有する吸収材114Aを備えている。
ムは、コリメータレンズ110及び凸レンズ112を透
過することで略平行光とされ、更にフィルタ114及び
fθレンズ116を透過した後、偏向器108によって
偏向走査される。このとき、凸レンズ112によって略
平行光とされたビームは、放物線状の厚さを有する吸収
材114Aを備えたフィルタ114を透過することによ
り、偏向器108に入射されるに際にガウス強度分布の
ビームから矩形状強度分布のビームに変換される。つま
り、図14に示されるように、ガウス強度分布のビーム
のビーム径Aに対し、略平坦な中央部のみを使用すれば
(即ち、利用幅をBとする)、フィルタ114を設けな
くても前述した感光体118上の光量分布の不均一はあ
る程度是正されるが、この場合には中央部以外の部分が
不使用となるためエネルギー損失が大きくなる。このた
め、上記公報に示された構成では、感光体118上の光
量分布の一様性を確保しつつエネルギー損失の低減を図
るべく、フィルタ114を設定することで矩形状強度分
布のビームに変換して利用幅をCとしている。
光学系特有の走査角に応じてFナンバーが変化すること
による感光体118上の光量分布の変化については何も
言及されていないが、偏向器108に入射されるガウス
強度分布のビームを矩形状強度分布のビームに変換する
だけでは、前述したFナンバー変化による感光体118
上の光量分布の不均一を補正することはできないという
問題がある。すなわち、フィルタ114に設けられた吸
収体114Aの断面形状が放物線状であるため、偏向器
108に入射されるビームの強度分布が単にガウス強度
分布から矩形状強度分布に変換されるだけで、オーバー
フィルド光学系特有の走査角に応じたFナンバー変化に
追従した光量分布の補正を行うには到らない。
には、感光体118上のビームの強度分布一様性は実用
上問題ないレベルではある。
ルド光学系においてFナンバー変化による感光体上の光
量分布の不均一を実用上問題のないレベルに補正するこ
とができる光学走査装置を得ることが目的である。
は、光源と感光体との間に配置されると共に周面に複数
の偏向面を有し、光源からのビームを走査方向の偏向面
幅よりも広い範囲に受けて感光体上に偏向走査させる偏
向器を含んで構成される光学走査装置であって、前記光
源と前記偏向器との間に、Fナンバーの変化による前記
感光体上の光量分布の一様性が確保されるように、透過
率分布が光軸に対して非対称となりかつ透過率分布の不
連続部をビームが跨がるように金属薄膜をコーティング
することによって構成された吸収材を側面に有する単一
のフィルタを設置することで、ガウス強度分布を基準に
した場合のフィルタ透過後のビームプロファイルの形状
を、偏向器入射側で強度が減衰された形状とした、こと
を特徴としている。
の本発明において、前記フィルタを、所定量移動可能に
構成した、ことを特徴としている。
との間に、透過率分布が光軸に対して非対称となりかつ
透過率分布の不連続部をビームが跨がるように金属薄膜
をコーティングすることによって構成された吸収材を側
面に有する単一のフィルタが設置される。このフィルタ
をビームが透過することにより、ガウス強度分布を基準
にした場合のフィルタ透過後のビームプロファイルの形
状が、偏向器入射側で強度が減衰された形状となる。従
って、減衰された部分を使用することにより、感光体上
の光量分布を必要部分のみ補正して理想的な分布にする
ことが可能となる。その結果、Fナンバーが走査角、偏
向面入射角に応じて変化するオーバーフィルド光学系に
おいても、感光体上の光量分布の一様性を確保すること
が可能となる。加えて、本発明によれば、透過率分布の
不連続部をビームが跨がるように、金属薄膜をコーティ
ングすることによりフィルタの吸収材を構成したので、
フィルタを透過したビームの透過波面の位相差を極力少
なくすることができる。すなわち、透過率分布の不連続
部をビームが跨がっていると、物理的に透過波面の位相
差が発生するため、感光体上に結像するビームプロファ
イルが崩れることが知られている。ここで、一般的に、
ビーム径はピーク値の13.5%で定義されているが、
位相差が大きくなるとサイドローブが13.5%を越え
る場合もあり、要求される画質を達成できないおそれが
ある。しかしながら、本発明によれば、金属薄膜をコー
ティングすることによってフィルタの吸収材を構成した
ので、コーティング膜厚を非常に薄くすることができ
る。よって、透過率分布の不連続部をビームが跨がって
いるにも拘わらず、透過したビームの透過波面の位相差
を抑えることができ、ビームプロファイルを崩すことな
く光量分布を補正することができる。
連続部をビームが跨がるように、金属薄膜をコーティン
グすることによりフィルタの吸収材を構成したので、透
過率分布が連続するフィルタを用いる場合に比し、フィ
ルタの製造が容易になり、コスト的に有利である。
に記載の本発明において、フィルタを所定量移動可能に
構成したので、フィルタの設置位置がずれた場合や透過
率分布の不連続部の精度不良が生じた場合等に、フィル
タを必要量移動させることにより初期状態でのずれを解
消することができる。このため、このような場合におい
ても、適切な光量補正を行うことが可能となる。
例について説明する。
0の全体構成が示されている。なお、本実施例に係る光
学走査装置10は、レーザプリンタ及びデジタル複写機
等に用いられるものである。以下、この図を用いて、光
学走査装置10の概略構成について先に説明する。
グ12を備えている。ハウジング12の幅方向の一方の
側部には光源としてのレーザーダイオードAssy14
が配設されており、これによりレーザービームが放射さ
れる。また、レーザーダイオードAssy14の投光側
には、レーザーダイオードAssy14から投光された
レーザービームを緩やかな発散光にするためのコリメー
タレンズAssy16が配設されている。さらに、コリ
メータレンズAssy16に隣接する位置にはビーム成
形用のスリット18が配設されており、スリット18に
隣接する位置には偏向面で副走査方向に略結像させるべ
く副走査方向にのみ曲率を有するシリンダレンズ20が
配設されている。
部にはフラットミラー22が配設されており、これによ
りシリンダレンズ20を通ったビームがハウジング12
の内方へ向けて反射される。ハウジング12の内方中央
部には、偏向器としてのポリゴンミラー24が配設され
ている。回転多面鏡であるポリゴンミラー24は、各々
所定の偏向面幅とされた複数の偏向面24Aを周面に備
えており、中心軸回りに所定の角速度で回転するように
構成されている。上述したフラットミラー22とポリゴ
ンミラー24との間には、フラットミラー22での反射
光を略平行光にするための凸レンズ26並びに後述する
光量分布補正用のフィルタ28が配設されている。
側部には、別のフラットミラー30が配設されている。
このフラットミラー30と前述したポリゴンミラー24
との間には、ポリゴンミラー24によって偏向されたビ
ームを等速化して感光体32上に結像させるためのfθ
レンズ34が配設されている。
の側部には、前述したフラットミラー30で反射された
ビームの副走査方向倒れを補正するためのシリンダミラ
ー36が配設されている。
ssy14から放射されたビームが、ポリゴンミラー2
4によって感光体32上に偏向走査される。
記構成の他、ポリゴンミラー24による主走査の基準位
置(タイミング)を検出するためのSOSセンサ38、
SOSレンズ40、及びSOSピックアップミラー42
が配設されている。
との間に配置されたフィルタ28について詳細に説明す
る。
た上記光学走査装置10の光学系の模式図が示されてい
る。また、図3にはフィルタ28の斜視図が示されてお
り、図4には図3の4−4線に沿ったフィルタ28の断
面図が示されており、更に図5にはフィルタ28の正面
図が示されている。
8は、平行ガラス板で構成されたフィルタ本体44を備
えている。このフィルタ本体44の凸レンズ26側の側
面には、ビームの透過率を低下させるための吸収材46
が塗布されている。なお、吸収材46としては、例えば
金属薄膜をコーティングする方法が用いられている。ま
た、吸収材46の設定範囲は、フィルタ本体44の側面
の半分強とされている。これにより、吸収材46が塗布
されていない部分ではビームの透過率が93%とされ、
吸収材46が塗布された部分ではビームの透過率は6
7.1%とされている。なお、透過率分布の不連続部
(図5参照)は、コーティング時にマスキングすること
によって形成されており、本実施例では走査方向出射側
に配置されている。より具体的には、本実施例では、偏
向面入射ビーム幅はおよそ10mmであるが、このとき
透過率分布の不連続部は光軸から走査方向出射側にX=
−2mmの位置に設定されている。以上の構成によるフ
ィルタ28の相対ビーム幅に対する透過率分布を概略的
に示すと図6図示の如くとなり、透過率分布は光軸に対
し非対称であると共に透過率分布の不連続部(即ち、段
階部)が一つある不連続な線図となっている。
ザーダイオードAssy14から放射されたレーザービ
ームは、コリメータレンズAssy16によって緩やか
な発散光とされた後、スリット18によって成形され
る。成形されたビームは、シリンダレンズ20を介して
凸レンズ26によって略平行光とされた後、フィルタ2
8にかけられる。フィルタ28を透過したビームは、ポ
リゴンミラー24によって偏向されて感光体32上に偏
向走査される。
8ではその所定位置に吸収材46が設けられているた
め、フィルタ28の透過率分布は図6図示の如く偏向器
入射側で低く偏向器出射側で高くなる。このため、フィ
ルタ28を設置しない場合のビームプロファイルは図7
に二点鎖線で示される如くガウス強度分布であるのに対
し、フィルタ28を設置した本実施例の場合のビームプ
ロファイルは図7に実線で示される如く一部の強度が減
衰された特性になる。そして、図8に示される如く、走
査角α=−21.8°の場合であれば減衰された太線の
D部分(同図(A)参照)が使用され、同様にして走査
角α=0°の場合であれば同図(B)に太線で示される
D部分が使用され、走査角α=21.8°の場合であれ
ば同図(C)に太線で示される部分が使用される。この
結果、感光体32上での光量分布が補正される。
る。下記表1には、比較例として本実施例に係るフィル
タ28を備えていないオーバーフィルド光学系による感
光体32上の光量分布が示されている。なお、この例で
は、半導体レーザー波長を780nm、n=15、α=
±21.6°、β=45°、f=286.48mm と
されている。また、下記表1に示される光量分布は、α
=0°のときの光量を100%とした場合のデータであ
る。
系では、α=−21.6°のときに感光体32上での光
量が15.1%も減少していることが判る。従って、こ
の場合には、現像プロセスを経て得られるプリントの濃
度が低下するおそれがあり、実用上問題がある。ちなみ
に、現像プロセスによっても異なるが、感光体32上の
光量が光軸に対して10%以内であれば、実用上問題が
ないとされる。
ー24との間に本実施例に係るフィルタ28を配設した
場合には、光量分布は下記表2の如くとなる。なお、下
記表2に示されるデータは計算によるものであるが、実
験結果でも同様の値が得られた。
れる如く、フィルタ28を透過するビームは、走査方向
に略線状となっており、透過率分布の不連続部を跨がっ
たビームを偏向する走査角においては、偏向面反射直後
のビームは全幅のうち透過率67.1%エリアと93%
エリアとがある。この比率から、上記光量分布を算出し
た。この際、偏向面エッジ部を入射光束走査方向座標X
に置き換えた。なお、座標Xに換算する式は、次式によ
る。
{(α+β)/2±180°/n} 但し、R;Pφ/2{cos (180°/n)}-1 上記式より、各走査角にて、フィルタ不連続部位置から
反射される有効全幅に対して透過率67.1%エリア比
と透過率93%エリア比とを求めることで、総合透過率
を計算した。この計算は、ビームが走査方向に略線状と
なっていることから、フィルタ28を透過するビームが
ガウス強度分布状であることは無視した。
1.6°のときに感光体32上での光量が3.4%しか
減少していないことが判る。従って、本実施例の場合に
は、現像プロセスを経て得られるプリントの濃度が低下
するおそれはなく、実用上問題無いレベル(5%p-p)
にあるといえる。
査角α及び偏向面入射角βに応じて変化するオーバーフ
ィルド光学系において、凸レンズ26とポリゴンミラー
24との間に所定の透過率分布に設定されたフィルタ2
8を配置したので、感光体32上での光量分布の一様性
を確保することができる。
範囲にコーティングによる吸収材46を設ける構成であ
るため、フィルタ28を透過したビームの透過波面の位
相差を極力少なくすることができる。すなわち、図5に
示される如く、透過率分布の不連続部をビームが跨がっ
ていると、物理的に透過波面の位相差が発生するため、
感光体32上に結像するビームプロファイルが崩れるこ
とが知られている。ここで、一般的に、ビーム径はピー
ク値の13.5%で定義されているが、位相差が大きく
なるとサイドローブ(メインビームの裾野から盛り上が
る成分のこと)が13.5%を越える場合もあり、要求
される画質を達成できないおそれがある。しかしなが
ら、本実施例によれば、金属薄膜等をコーティングする
ことによる吸収材46をフィルタ28に設けているた
め、コーティング膜厚を非常に薄くすることができる。
よって、透過率分布の不連続部をビームが跨がっている
にも拘わらず、透過したビームの透過波面の位相差を抑
えることができ、ビームプロファイルを崩すことなく光
量分布を補正することができる。なお、製造工程上、透
過率分布の不連続部は0.5mm以下の短い区間で連続
的透過率となることがあるが、その場合においても光量
分布補正効果は十分に得られる。
される吸収材46が正面視で矩形状とされているが、図
9に示される如く、正面視で台形状となるように吸収体
48が塗布されたフィルタ50を使用してもよい。この
場合、透過率分布の不連続部は走査方向に対して垂直で
はなく斜めに位置される。
率は二段階に設定されているが、三段階以上に透過率を
設定してもよい。例えば、図10に示されるフィルタ5
2では、三箇所に透過率分布の不連続部が設定されてい
る。なお、このフィルタ52では、走査方向に−3.6
mm、−2.5mm、+4.0mmの各位置に透過率分
布の不連続部が設定されており、各々の透過率は負側
(出射側)から順に93.0%、67.1%、45.0
%、67.1%とされている。この構成を得るための手
段としては、以下のものが考えられる。例えば、フィル
タ52の一方の片面の走査方向−2.5mmから+4m
mまでの範囲に透過率67.1%の吸収体を塗布し、フ
ィルタ52の他方の片面の走査方向−3.6mmから正
側(入射側)全部に透過率67.1%の吸収体を塗布す
る構成を採ってもよいし、フィルタ52の一方の片面に
透過率67.1%の吸収体をずらして二度塗布する構成
を採ってもよい。なお、前者の構成は、製造上最も造り
易いというメリットがある。
合、感光体32上での光量分布は、下記表3の如くとな
る。
合には、3%p-pの光量分布にすることができる。
うな透過率分布に設定されたフィルタ28を用いたが、
これに限らず、透過率分布が光軸に対して非対称或いは
透過率分布が不連続であるようなフィルタであればよ
い。例えば、図11(A)、(B)に示される例はフィ
ルタの透過率分布が光軸に対して非対称な例であり、図
11(A)乃至(C)に示される例はフィルタの透過率
分布が不連続である例であり、これらのいずれを適用し
てもよいし、これら以外の透過率分布に設定されたフィ
ルタを用いてもよい。
率分布に設定されたフィルタは、偏向面24Aへの走査
方向入射角βが0°に設定されている場合に使用され
る。この場合、半導体レーザー波長を780nm、n=
15、α=±21.6°、β=0°、f=286.48
mmのオーバーフィルド光学系において、α=0°の場
合の光量を100%としたとき、偏向面反射直後のビー
ム幅Dは次式となる。
り、走査角αが増えると光量が減る。但し、偏向面入射
光と出射光とは同一平面上にはない。よって、図11
(C)に示される如く、透過率分布を不連続にすると共
に中央部の透過率を下げて両端部の透過率を上げれば光
量分布を改善することができる。特に、中央部の低透過
率部の幅をFaと同一か又はそれ以上とすることにより
補正効果が現れる。
的に保持される構成を採ったが、これに限らず、フィル
タ28を所望の方向(主走査方向、副走査方向どちらで
も可)へ移動可能に構成してもよい。この場合、フィル
タの設置位置がずれた場合や透過率分布の不連続部の精
度不良が生じた場合等に、フィルタを必要量移動させる
ことにより初期状態でのずれを解消することができる。
このため、このような場合においても、適切な光量補正
を行うことができるというメリットがある。
走査装置は、オーバーフィルド光学系においてFナンバ
ー変化による感光体上の光量分布の不均一を実用上問題
のないレベルに補正することができるという優れた効果
を有する。
である。
斜視図である。
る。
を示す線図である。
ームプロファイルを示す線図である。
取り部分を示すグラフである。
である。
正面図である。
過率分布を例示的に示す図6に対応する線図である。
る。
学系の構成を示す概略構成図である。
タ透過後のビームプロファイルを示す線図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 光源と感光体との間に配置されると共に
周面に複数の偏向面を有し、光源からのビームを走査方
向の偏向面幅よりも広い範囲に受けて感光体上に偏向走
査させる偏向器を含んで構成される光学走査装置であっ
て、 前記光源と前記偏向器との間に、Fナンバーの変化によ
る前記感光体上の光量分布の一様性が確保されるよう
に、透過率分布が光軸に対して非対称となりかつ透過率
分布の不連続部をビームが跨がるように金属薄膜をコー
ティングすることによって構成された吸収材を側面に有
する単一のフィルタを設置することで、ガウス強度分布
を基準にした場合のフィルタ透過後のビームプロファイ
ルの形状を、偏向器入射側で強度が減衰された形状とし
た、 ことを特徴とする光学走査装置。 - 【請求項2】 前記フィルタを、所定量移動可能に構成
した、 ことを特徴とする請求項1に記載の光学走査装置。
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