JP3465504B2 - 走査光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザープリンタ
ー等に応用されるレーザー走査装置等の走査光学装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザー走査装置において
は、例えば特開平５−３４６５４９号公報に記載されて
いる如く、収束光をポリゴンミラーで走査するレーザー
走査光学系に関して、ｆθレンズを被走査面に対して主
走査面内で傾きを持たせる事により、平行光をポリゴン
ミラーで走査する場合に比べてｆθ特性が悪化する減少
を解決する技術が提案されている。また、ＵＳＰ５，０
２５，２６８号公報に記載されている如く、ｆθレンズ
の副走査方向の曲率半径を、中心から左右非対称に単調
に増加させた構成にする事により、走査面上の歪曲収差
を補正する技術が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
前者に示したような構成では、主走査方向について対称
性を持ったｆθレンズを傾かせたときに、ｆθ特性即ち
ディストーションと主走査方向の像面性の二つが同時に
影響を受けるため、どちらか一方を改善すると、もう一
方が悪化してしまうという問題があった。

【０００４】また、ポリゴンミラー上で副走査方向のみ
集光させる事によってポリゴンミラーの面倒れを補正す
る技術を用いた場合、ポリゴンミラーによる走査の様子
が左右非対称であるために、副走査方向について像面性
が悪化する事が一般に知られているが、上記の前者に示
したような構成では、この技術を用いるにあたって副走
査方向の像面性を改善するために、上述のｆθレンズと
は別のレンズを偏心させる必要があり、光学系の構成が
複雑になるという問題があった。

【０００５】また、上記の後者に示したような構成で
は、ｆθレンズ面が主走査方向に左右対称であるため、
収束光を入射させるとディストーションが悪化するとい
う問題があった。本発明は、上記のような不都合を生じ
させる事なく、収束光をポリゴンミラーで走査するレー
ザー走査光学系でありながら、ｆθ特性即ちディストー
ションや主走査，副走査方向の像面性が良いレーザー走
査装置等の走査光学装置を提供する事を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源から射出され、集光レンズにて収
束光とされた光束を偏向器で偏向して被走査面上を走査
するとともに、光路上に配置された走査レンズ群にて被
走査面上に結像させる走査光学装置において、前記走査
レンズ群は、軸対称な形状の第１レンズと、非軸対称な
形状を有する第２レンズとを有しており、前記第２レン
ズの光源側と被走査面側のいずれか一方に位置する第１
面は、光束が偏向される主走査方向と比較して主走査方
向に直交する副走査方向の方がより強い屈折力を有し、
かつ、主走査方向の形状が対称軸を持たない形状であっ
て、前記第２レンズの前記第１面とは反対側に位置する
第２面は、前記第１レンズの対称軸を含み副走査方向に
対して平行な平面に関して、対称な形状である構成とす
る。

【０００７】また、前記第２レンズの第１面は、主走査
方向に直交し前記第１レンズの対称軸に平行な面で切断
したときの断面形状が、主走査方向に関して対称面を持
たない構成とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のレ
ーザー走査光学系の実施形態を示す斜視図である。同図
において示すように、光源１を出た画像光２は、集光レ
ンズ３を通過して収束光となった後、シリンダレンズ４
を通過してポリゴンミラー５のミラー面上で副走査方向
のみ集光され、矢印方向に回転するポリゴンミラー５に
よって偏向され、続いて走査レンズ群６によって屈折，
反射され、感光体７上に集光し、潜像を形成する。ポリ
ゴンミラー５が回転する事によって各ミラー面が回転
し、回転する感光体７上を画像光２が走査して潜像を描
いてゆく。

【０００９】図２は、本発明の第１の実施形態の走査レ
ンズ群６の説明図である。同図（ａ）は本実施形態のレ
ーザー走査光学系の平面図であり、同図（ｂ）は正面図
である。本実施形態の走査レンズ群６は、面ｒ１，ｒ２
と面ｒ３，ｒ４をそれぞれ持つ軸対称な２枚のレンズ
と、面ｒ５，ｒ６を持つ非軸対称な１枚のレンズを有し
ている。この２枚の軸対称なレンズの対称軸は一致して
いる。また、被走査面（即ち感光体７の面）ｒ７は、矢
印Ａで示した主走査方向に関して光軸に対して垂直であ
る。

【００１０】非軸対称なレンズは、画像光２が射出する
側の面ｒ６は平面であり、この面は光軸に対して垂直で
ある。一方、画像光２が入射する側の面ｒ５は、軸対称
ではない。また、矢印Ｂで示した副走査方向について
は、主走査方向に比べて強い屈折力を持っている。

【００１１】また、主走査方向に垂直な面でこの面ｒ５
を切ったときの断面形状について、光軸と主走査方向を
含む面がｒ５と交わる位置近傍での曲率を見ると、主走
査方向の位置によって曲率が変化しており、その曲率の
変化の様子についても主走査方向に関して左右対称では
ない。また、本実施形態においては、その曲率は光軸か
ら光源１がある側に０．７５ｍｍ寄った位置で極小とな
っている。

【００１２】本発明の第１の実施形態における走査レン
ズ群６の具体的なコンストラクションデータを以下に示
す。長さに関する数値の単位はｍｍである。尚、座標系
は、光軸をｘ軸，主走査方向をｙ軸，副走査方向をｚ軸
にとっている。また、入射光はｘｙ平面内のｘ正ｙ負の
空間から原点に向かって入射する。

【００１３】 〔曲面の記号〕〔近軸曲率半径〕〔面間隔（心厚）〕〔屈折率（波長780nm）〕 ホ゜リコ゛ンミラー５ 33 1 ｒ１ -78.386156 7 1.785708 ｒ２ -392.641933 4 1 ｒ３ 205.731107 20 1.518822 ｒ４ -81.264112 123.65 1 ｒ５ ∞ 7.35 1.518822 ｒ６ ∞ 185 1 ｒ７ ∞

【００１４】ところで、軸対称非球面の形状は、以下に
示す数１によって定義される。

【００１５】

【数１】

【００１６】但し、εは離心率，ｃは近軸曲率，ａ_i は
ｉ次の非球面係数である。また、非軸対称非球面の形状
は、以下に示す数２によって定義される。

【００１７】

【数２】

【００１８】但し、ａ_ijはｙがｉ次でｚがｊ次の非球面
係数である。数２によって表される非軸対称非球面は、
ｉが奇数且つｊが０の係数が全て０でない限り、主走査
方向の形状は、ｙの正負に関して対称でない。また、ｉ
が奇数且つｊが２の係数が全て０でない限り、ｚ＝０付
近での副走査方向の曲率半径はｙの正負に関して対称で
ない。また、ｉが１且つｊが２の係数が０でない限り、
副走査方向の曲率半径がｙ＝０で極小となる事はない。
以上の数式の第１の実施形態における各係数値を表１に
示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】また、第１の実施形態のポリゴンミラー５
と入射光のデータを表２に示す。長さに関する数値の単
位はｍｍである。同表において、ＳＯＳ(Start of Scan
ning)は、同期検出光１０がポリゴンミラー５のミラー
面で偏向し、同期検出センサ１２に入射する同期検出時
を表している。また、ＳＯＩ(Start of Image)，ＣＯＩ
(Center of Image) ，ＥＯＩ(End of Image)は、画像光
４がポリゴンミラー５のミラー面で偏向し、有効画像域
に入って画像を形成する場合のそれぞれ最初の像，中央
の像，最後の像を表している。

【００２１】

【表２】

【００２２】図３は、本発明の第１の実施形態の光学系
の性能について示したものである。同図（ａ）は像面性
について示しており、横軸は被走査面上でのｙ座標であ
り、縦軸は主走査方向と副走査方向それぞれについての
デフォーカス量を示している。また、同図（ｂ）はディ
ストーションについて示しており、横軸は被走査面上で
のｙ座標であり、縦軸はディストーションを、ビームの
偏向角が０゜のときの被走査面上でのｙ座標を基準とし
て示したものである。

【００２３】但し、平行光をポリゴンミラー５で走査す
る場合と違って、収束光をポリゴンミラー５で走査する
場合には、走査レンズの焦点距離を比例定数として用い
る事ができないので、いわゆる理想像高を計算するため
に、ビームの偏向角が０゜付近でビームの角度を微少量
偏向したときの被走査面上でのｙ座標の変化を、単位角
度当たりの被走査面上でのｙ座標の変化に換算したもの
を用いている。

【００２４】比較のため、本実施形態から非対称性を除
去した光学系の性能について、図４，図５に示す。図４
（ａ），（ｂ）は、非軸対称非球面の非球面係数の内、
ｉが奇数のものについて全て０で置き換えた場合の、像
面性とディストーションについてそれぞれ示しており、
図５（ａ），（ｂ）は、非軸対称非球面の非球面係数の
内、ｉが奇数のものについて全て０で置き換えた後に、
走査レンズを０．４゜回転させてディストーションを改
善したものである。図４において示されるように、非対
称性を除去すると像面性やディストーションが悪化し、
図５において示されるように、走査レンズを回転してデ
ィストーションを改善しても、像面性は改善されない事
が分かる。

【００２５】図６は、第１の実施形態の非軸対称非球面
の主走査方向の形状について、数２のｘをｙで一回微分
したものを、ｙの正負で差をとり、ｙ＝０を代入して２
倍したものを更に引いた値をｙ座標上で示したものであ
る。同図によれば、この計算の結果が常にマイナスにな
る事が分かる。即ち、非軸対称非球面の形状は次の式を
満足する。 ｆ′（ｙ）＋ｆ′（−ｙ）＜２ｆ′（０）

【００２６】これは、ｘをｙで一回微分したものがこの
面の法線の方向を表している事による。つまり、ｙ＝０
のときのこの面の法線の方向を基準として、ｙ＜０の
側、即ち光源１を含み、ポリゴンミラー５への入射光を
含む側の方が、ｙ＞０の側に比べて、画像光のビームを
より光軸寄りに屈折するような形状になっている事を表
している。尚、本実施形態では、非軸対称面はビームが
入射する側即ち面ｒ５にあり、また、レンズのもう一方
の面ｒ６は平面である。

【００２７】図７により、上記のような形状になってい
る理由を示す。同図において、＋α゜と−α゜に偏向さ
れた光の対称軸は、０゜で偏向された光よりも入射光を
含む側に寄っている事から、同じ角度α゜だけビームを
走査しても、入射光を含む側の方が大きな距離を動く事
になるので、像面上で等速度を保つためには、その側の
方がより光軸寄りに屈折する必要が生じるのである。

【００２８】より光軸寄りに屈折させるべき面がどちら
側であるかは、その面がビームが入射する面か射出する
面かによって逆になるので、非軸対称非球面が射出側に
あるときは、その形状は次の式を満足する。 ｆ′（ｙ）＋ｆ′（−ｙ）＞２ｆ′（０） また、もう一方の面が平面でない場合、その面の影響が
ｙの値によって変化するため、上記の式は成立しない場
合が出てくる。

【００２９】以下に、本発明の第２〜第６の実施形態に
おける走査レンズ群６の具体的なコンストラクションデ
ータ、数１，数２の各係数値、ポリゴンミラー５と入射
光のデータ、光学系の性能を示す。尚、座標系は、光軸
をｘ軸，主走査方向をｙ軸，副走査方向をｚ軸にとって
おり、また、入射光はｘｙ平面内のｘ正ｙ負の空間から
原点に向かって入射する事は、上記第１の実施形態にお
ける場合と同様である。これらの実施形態では、非軸対
称非球面を持つレンズの他方の面は平面，球面，シリン
ダ面であるが、いずれも主走査方向について、ｙの正負
に関して対称である。

【００３０】まず、以下に示すものは、第２の実施形態
における走査レンズ群６の具体的なコンストラクション
データであり、表３に数１，数２の各係数値を示し、表
４にポリゴンミラー５と入射光のデータを示す。また、
図８には光学系の性能を示し、上記第１の実施形態の図
３と同様に、（ａ）は像面性，（ｂ）はディストーショ
ンを表す。

【００３１】 〈第２の実施形態のコンストラクションデータ〉 〔曲面の記号〕〔近軸曲率半径〕〔面間隔（心厚）〕〔屈折率（波長780nm）〕 ホ゜リコ゛ンミラー５ 33 1 ｒ１ -76.904388 7 1.785708 ｒ２ -346.555954 4 1 ｒ３ 202.625612 20 1.518822 ｒ４ -82.730239 123.61 1 ｒ５ ∞ 7.39 1.518822 ｒ６ ∞ 185 1 ｒ７ ∞

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】以下に示すものは、第３の実施形態におけ
る走査レンズ群６の具体的なコンストラクションデータ
であり、表５に数１，数２の各係数値を示し、表６にポ
リゴンミラー５と入射光のデータを示す。また、図９に
は光学系の性能を示し、上記第１の実施形態の図３と同
様に、（ａ）は像面性，（ｂ）はディストーションを表
す。

【００３５】 〈第３の実施形態のコンストラクションデータ〉 〔曲面の記号〕〔近軸曲率半径〕〔面間隔（心厚）〕〔屈折率（波長780nm）〕 ホ゜リコ゛ンミラー５ 33 1 ｒ１ -78.795474 7 1.785708 ｒ２ -422.111061 4 1 ｒ３ 203.599766 20 1.518822 ｒ４ -80.518238 126 1 ｒ５ ∞ 7.26 1.518822 ｒ６ ∞ 182.74 1 ｒ７ ∞

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】以下に示すものは、第４の実施形態におけ
る走査レンズ群６の具体的なコンストラクションデータ
であり、表７に数１，数２の各係数値を示し、表８にポ
リゴンミラー５と入射光のデータを示す。また、図１０
には光学系の性能を示し、上記第１の実施形態の図３と
同様に、（ａ）は像面性，（ｂ）はディストーションを
表す。

【００３９】 〈第４の実施形態のコンストラクションデータ〉 〔曲面の記号〕〔近軸曲率半径〕〔面間隔（心厚）〕〔屈折率（波長780nm）〕 ホ゜リコ゛ンミラー５ 33 1 ｒ１ -79.351900 7 1.785708 ｒ２ -461.753775 4 1 ｒ３ 203.874915 20 1.518822 ｒ４ -79.413780 126 1 ｒ５ ∞ 7.11 1.518822 ｒ６ ∞ 182.89 1 ｒ７ ∞

【００４０】

【表７】

【００４１】

【表８】

【００４２】以下に示すものは、第５の実施形態におけ
る走査レンズ群６の具体的なコンストラクションデータ
であり、表９に数１，数２の各係数値を示し、表１０に
ポリゴンミラー５と入射光のデータを示す。また、図１
１には光学系の性能を示し、上記第１の実施形態の図３
と同様に、（ａ）は像面性，（ｂ）はディストーション
を表す。

【００４３】 〈第５の実施形態のコンストラクションデータ〉 〔曲面の記号〕〔近軸曲率半径〕〔面間隔（心厚）〕〔屈折率（波長780nm）〕 ホ゜リコ゛ンミラー５ 33 1 ｒ１ -36.195460 7 1.785708 ｒ２ -55.584027 4 1 ｒ３ 123.179388 20 1.518822 ｒ４ -155.612145 126 1 ｒ５ -200 13.25 1.518822 ｒ６ -205.686865 176.75 1 ｒ７ ∞

【００４４】

【表９】

【００４５】

【表１０】

【００４６】以下に示すものは、第６の実施形態におけ
る走査レンズ群６の具体的なコンストラクションデータ
であり、表１１に数１，数２の各係数値を示し、表１２
にポリゴンミラー５と入射光のデータを示す。また、図
１２には光学系の性能を示し、上記第１の実施形態の図
３と同様に、（ａ）は像面性，（ｂ）はディストーショ
ンを表す。

【００４７】 〈第６の実施形態のコンストラクションデータ〉 〔曲面の記号〕〔近軸曲率半径〕〔面間隔（心厚）〕〔屈折率（波長780nm）〕 ホ゜リコ゛ンミラー５ 33 1 ｒ１ -38.260234 7 1.785708 ｒ２ -60.982929 4 1 ｒ３ 118.212129 20 1.518822 ｒ４ -153.155694 126 1 ｒ５ 主走査 -200 副走査 ∞ 13.83 1.518822 ｒ６ 204.079577 176.17 1 ｒ７ ∞

【００４８】

【表１１】

【００４９】

【表１２】

【００５０】図１３〜図１５は、本発明の第２〜第４の
実施形態としての非軸対称非球面の主走査方向の形状に
ついて、上記図６と同様の計算を行った場合を示す。こ
れらの例では、非軸対称非球面を持つレンズの他方の面
は平面であり、図１３の第２の実施形態の場合は、非軸
対称非球面が入射側にあるので、上記計算結果が常にマ
イナスとなり、図１４，図１５の第３，第４の実施形態
の場合は、非軸対称非球面が射出側にあるので、上記計
算結果が常にプラスとなっている。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
主走査方向に関して対称性のない非軸対称非球面を導入
する事により、収束光をポリゴンミラーで走査するレー
ザー走査光学系でありながら、ｆθ特性即ちディストー
ションや主走査，副走査方向の像面性が良いレーザー走
査装置等の走査光学装置を提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の走査光学装置を示す斜視図。

【図２】本発明の第１の実施形態の走査レンズ群の説明
図。

【図３】本発明の第１の実施形態の光学系の性能につい
て示す図。

【図４】従来の実施形態の光学系の性能について示す
図。

【図５】従来の実施形態の光学系の性能について示す
図。

【図６】本発明の第１の実施形態の非軸対称非球面の主
走査方向の形状に関する条件式の説明図。

【図７】その条件式が成立する理由を説明する図。

【図８】本発明の第２の実施形態の光学系の性能につい
て示す図。

【図９】本発明の第３の実施形態の光学系の性能につい
て示す図。

【図１０】本発明の第４の実施形態の光学系の性能につ
いて示す図。

【図１１】本発明の第５の実施形態の光学系の性能につ
いて示す図。

【図１２】本発明の第６の実施形態の光学系の性能につ
いて示す図。

【図１３】本発明の第２の実施形態の非軸対称非球面の
主走査方向の形状に関する条件式の説明図。

【図１４】本発明の第３の実施形態の非軸対称非球面の
主走査方向の形状に関する条件式の説明図。

【図１５】本発明の第４の実施形態の非軸対称非球面の
主走査方向の形状に関する条件式の説明図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 画像光 ３ 集光レンズ ４ シリンダレンズ ５ ポリゴンミラー ６ 走査レンズ群 ７ 感光体

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から射出され、集光レンズにて収束
   光とされた光束を偏向器で偏向して被走査面上を走査す
   るとともに、光路上に配置された走査レンズ群にて被走
   査面上に結像させる走査光学装置において、 前記走査レンズ群は、軸対称な形状の第１レンズと、非
   軸対称な形状を有する第２レンズとを有しており、 前記第２レンズの光源側と被走査面側のいずれか一方に
   位置する第１面は、光束が偏向される主走査方向と比較
   して主走査方向に直交する副走査方向の方がより強い屈
   折力を有し、かつ、主走査方向の形状が対称軸を持たな
   い形状であって、 前記第２レンズの前記第１面とは反対側に位置する第２
   面は、前記第１レンズの対称軸を含み副走査方向に対し
   て平行な平面に関して、対称な形状であること、を特徴
   とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記第２レンズの第１面は、主走査方向
   に直交し前記第１レンズの対称軸に平行な面で切断した
   ときの断面形状が、主走査方向に関して対称面を持たな
   いことを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. 【請求項３】 前記第２レンズの第１面は光源側に位置
   しているとともに、前記第２面が平面形状であって、以
   下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の走
   査光学装置； ｆ′（ｙ）＋ｆ′（−ｙ）＜２ｆ′（０） ただし、 ｆ（ｙ）：前記第１レンズの対称軸をｘ軸として被走査
   面側を正とし、主走査方向をｙ軸としたときの第１面の
   主走査方向の形状を表す式であって、ｆ′（ｙ）はｆ
   （ｙ）をｙで一回微分したことを示す。
4. 【請求項４】 前記第２レンズの第１面は被走査面側に
   位置しているとともに、前記第２面が平面形状であっ
   て、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記
   載の走査光学装置； ｆ′（ｙ）＋ｆ′（−ｙ）＞２ｆ′（０） ただし、 ｆ（ｙ）：前記第１レンズの対称軸をｘ軸として被走査
   面側を正とし、主走査方向をｙ軸としたときの第１面の
   主走査方向の形状を表す式であって、ｆ′（ｙ）はｆ
   （ｙ）をｙで一回微分したことを示す。