JPH01169422A - ポストオブジエクテイブ型光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザープリンタ等に利用されるポストオブ
ジェクティブ型光走査装置に関する。

従来の技術 従来、レーザプリンタ等に用いられる光走査装置として
は、光ビームが回転多面鏡により偏向走査された後に収
束レンズを通るプレオブジェクティブ型の光走査装置と
、光ビームが収束レンズにより収束光とされた後に回転
反射鏡に入射されるポストオブジェクティブ型の光走査
装置との２種類に大きく分類される。

まず、プレオブジェクティブ型の光走査装置は、収束レ
ンズにより像面湾曲やｆθ特性を補正することが容易で
、しかも、収束位置を平面とすることも容易であるため
、近年多く用いられている。

しかしながら、この収束レンズは偏向角をカバーした広
角レンズとして構成しなければならないことからその構
成が複雑となり高価になるという問題点がある。

また、ポストオブジェクティブ型の光走査装置は、収束
レンズの構成が簡単なので装置を小型低価格化しやすい
が、光ビームの収束点が湾曲した面上にあり、しかも、
走査速度も一定でないため、像面の湾曲やｆθ特性の補
正が必要となる。このような補正をするために、「特開
昭６１−１５６０２０」号公報に開示されているように
、回転反射鏡の反射面を球面又は円筒面とすることによ
り像面湾曲を補正することが提案されている。これによ
り、像面湾曲は実用上問題のない程度にまで軽減できる
が、しかし、ｆθ特性については１０％〜１５％程度の
非線形性が残存する。このため、高品位の印字が要求さ
れるレーザプリンタ等においてはこの非線形性を２％〜
３％程度にまで抑えることが要求されているので、従来
の技術においては電気的手段により非線形性の補正を行
っている。すなわち、ｆθ特性の非線形性に対応して印
字信号のクロックを連続的又は段階的に変化させること
によりｆθ特性の非線形性に対する補正を２％〜３％に
まで抑え込んでいる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、従来のようなｆθ特性の非線形性に対する補正
方法は電気的手段により行われている。

このため、レーザプリンタ等では電気回路が複雑化し高
価なものになってしまうという問題点がある。

問題点を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために。

回転反射鏡の反射面を球面又は走査方向にパワーを有す
る円筒面に形成し、反射面と走査面との間の光路上に、
走査方向に平行な回転対称軸を中心として副走査方向に
描かれた円弧状の回転対称曲面が、前記回転反射鏡の回
転軸を含み前記回転対称軸に垂直な対称面を有するよう
に形成された走査方向及び副走査方向にパワーを有する
入射面と。

この入射面の反対側に位置し走査方向に対して左右対称
に形成され走査方向にパワーを有する出射面とからなる
補正レンズを配設した。

作用 従って、回転反射鏡の反射面を球面又は走査方向にパワ
ーを有する円筒面とすることにより走査方向の像面（サ
ジタル像面）の湾曲を補正することができる。また、補
正レンズの入射面を走査方向に平行な回転対称軸を有す
る回転対称曲面としたので走査方向に垂直な副走査方向
のパワーを変化させることができ、これにより、副走査
方向の像面（メリジオナル像面）の湾曲を補正すること
ができる（この場合、入射面は走査方向のパワーも有す
るのでｆθ特性、サジタル像面にも影響を与えることに
なるが、前記回転反射鏡のサジタル像面の補正効果と、
後述する補正レンズの出射面におけるｆθ特性およびサ
ジタル像面の補正効果とにより十分に補正を行うことが
できる）、さらに、補正レンズの出射面を走査方向にパ
ワーを有する曲面としたので、この曲面によってｆθ特
性の補正効果と一層高度なサジタル像面の補正効果とを
得ることができる。

上述したように、回転反射鏡の反射面、補正レンズの入
射面及び出射面の補正効果を組み合わせることによりｆ
θ特性の補正や、サジタル像面及びメリジオナル像面の
湾曲の補正を行うことがモき、これにより、従来、問題
とされていたｆθ特性の補正を電気的手段によらず光学
的手段によって行うことができるため高性能で、しかも
、安価で簡単な構造にすることができる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図及び第２図に基づいて説
明する。光源としての半導体レーザ１と、光を平行光に
するコリメータレンズ２と、シリンドリカルレンズ３と
、収束レンズ４とが同一光路上に順次設けられている。

また、その光路上にはモータ５上に固定された複数個の
反射面６を有する回転反射鏡としてのポリゴンミラー７
が設けられている。前記反射面６は１球面８又は走査方
向（矢印方向）にパワー（このパワーとは、光学面の屈
折力若しくは結像力のことをいう）を有する円筒面９と
されている。

そして、前記反射面６により反射された光路上には、補
正レンズ１０が設けられており、さらに。

この補正レンズ１０を透過した光ビームが照射される走
査面１１を有する円筒状の感光体としての感光ドラム１
２が設けられている。

前記補正レンズ１０は、走査方向及び副走査方向（走査
方向に直交する方向）にパワーを有し走査方向と平行な
回転対称軸１３を中心として副走査方向に描かれた回転
対称曲面１４とされた入射面１５と、この入射面１５と
反対側に位置し走査方向に対して左右対称に形成され走
査方向にパワーを有する出射面１６とからなっている。

この出射面１６は、前記入射面１５の前記回転対称軸１
３に直交し走査方向に対して左右対称に形成された形状
の中心点０２を回転対称軸１７とする回転対称曲面１８
とされている。

ところで、第３図に示すように、前記感光ドラム１２は
、前記ポリゴンミラー７の回転軸１９からその走査面１
１までの距離がＡになるように配設されている。また、
前記補正レンズ１０は、前記ポリゴンミラー７の回転軸
１９からその入射面１５までの距離がＢになるように配
設されている。

これらの距離Ａ、Ｂの具体的数値については後述する。

また、前記半導体レーザ１と、前記コリメータレンズ−
２と、前記シリンドリカルレンズ３と、前記収束レンズ
４とは、前記ポリゴンミラー７の前記反射面６からの垂
直な面に対して、下方にθ＝３．４度傾斜した位置に配
設されており、これとは逆に、上方にθ＝３．４度傾斜
した位置に前記補正レンズ１０と、前記感光ドラム１２
とが配設されている。

このような構成において、半導体レーザ１により印字信
号に従って出射された光ビームは、コリメータレンズ２
により平行光とされ、副走査方向に対してパワーを有す
るシリンドリカルレンズ３を通過し、さらに、収束レン
ズ４を通過した後。

ポリゴンミラー７の反射面６に照射される。そして、こ
のポリゴンミラー７の回転に伴って偏向走査された光ビ
ームは、補正レンズ１０を通過して感光ドラム１２の走
査面１１上で走査方向に走査され記録が行われる。

次に、ポリゴンミラー７の反射面６の形状を円筒面９と
した場合の様子を第４図及び第５図に基づいて説明する
。破線で示した円筒面９の中心点０から半径ｒの軌跡上
に位置してポリゴンミラー７の反射面６が形成されてい
る。また、ポリゴンミラー７の回転軸１９は半径ｃ　（
＝　１６ｍ＋＋＋）の内接円の中心点とされており、こ
の回転軸１９は中心点Ｏを通る軸に平行に設けられてい
る。

また、シリンドリカルレンズ３、収束レンズ４は、これ
らを透過した光ビームがポリゴンミラー７の回転＃１９
の方向に投影した時には点Ｓで収束し、また、その光ビ
ームを走査方向に投影した時にはポリゴンミラー７の反
射面６上で収束するように配設されている。この場合、
ポリゴンミラー７の回転軸１９と点Ｓとの距離はｄとさ
れている。なお、半径ｒ、ｅ、距離ｄの具体的数値につ
いては後述する。

次に、補正レンズ１０の形状について説明する。

第６図は、補正レンズ１０を走査方向に平行な面に切断
した時の断面形状を示す。

入射面１５は１回転対称軸１３を有する回転対称曲面１
４とされており、中央点０１における半径はｅである。

この場合、中央点０１を通り走査方向に平行にＸ、軸、
これと直角にＹ１軸をとって、Ｘ１０□Ｙ□座標系を作
ると入射面１５の断面形状は、次のように８次の多項式
で表わせる。

Ｙ、＝　ａ、Ｘｌ”＋　ａ４Ｘ１’＋　ａ、Ｘ、”＋　
ａ、Ｘ、”・・・（１） 出射面１６は、前記Ｙ１に対して左右対称（紙面上では
上下に対称）であり、このＹ１軸を回転対称軸１７とす
る回転対称曲面１８とされている。

この場合、中心点０！を通り走査方向に平行にＸ２軸を
とり、前記Ｙ１と一致するＹ２軸をとって、Ｘ、Ｏ，Ｙ
、座標系を作ると入射面１５の断面形状は、次のように
８次の多項式で表わせる。

Ｙ、＝β２ｘ１＋β４ｘ−＋β６Ｘ−＋β、Ｘｌ・・・
（２） なお、補正レンズ１０は、屈折率１．４８のアクリル樹
脂で作成した。また、（１）式における半径ｅ、係数α
２．α４．α、α、、（２）式における係数β３．β、
、β６．β、の具体的数値については後述する。

次に、ｆθ特性、サジタル像面及びメリジオナル像面の
湾曲、感光ドラム１２上での走査線の曲がりを実用上問
題のない程度にまで補正できるようにコンピュータシュ
ミレーションにより光線追跡を行った結果求められたパ
ラメータの具体的数値例について示す、但し、感光ドラ
ム１２上での走査線の曲がりは、光ビームをポリゴンミ
ラー７の反射面６に対して垂直でない角度（θ）で入射
させるスキュー人射光学系において特に発生しやすいの
でこれを考慮にして設計した。

以下、具体的な数値を示す。

Ａ＝２０８．３　　ａｍ Ｂ＝１６０．８ｍｍ ｒ＝１３５．６５ｍｍ ｄ＝　　　３３．７６　　鳳謡 ｅ＝　　　　１６．３３　１騰 α、＝　　　ｓ、５ｉｏｘｉｏ−’　　　鳳ｍ−１α、
＝　　　４，３３６Ｘ１０−″　　層間−３αａ”−５
，５０９Ｘ　１０’−”　ｖｓ−’αＭ＝−ａ、ｏ’７
１ＸＩＱ−”鵬通−７β、＝−４，３８９ｘ　　１　０
−’　　　履１１−１β、＝　　１．６１６ｘｌＯ−’
　　■−′″３β、＝−６．５４２Ｘ１０−ａ　　ｌ−
ｓβ、＝　−２，６８９Ｘ　１０−”　ａｍ−’但し、
有効走査長は２２０ｍ閣であり、これに対応したポリゴ
ンミラー７の回転角は３６＠である。

ここで、ｆθ誤差、サジタル像面及びメリジオナル像面
の湾曲、走査線の曲がりの諸特性を第７図に示しておく
０図中の縦軸は走査方向に沿ってとり、横軸は各特性に
対応している。

ｆθ誤差＝（感光ドラム上のビーム入射位置）−（線型
入射位置）　・・・（３） （線型入射位置）；（ポリゴンミラー回転角）ｘ　（２
２０ｍｍ／３６”　） 但し、ポリゴンミラー７の回転角（度）は、第５図の状
態を０度と定めている。

次に１本発明の第二の実施例について説明する。

本実施例における構成およびその作用については第一の
実施例と同じなので、ここでは各パラメータの数値のみ
を示しておく。

以下、具体的な数値を示す。

Ａ＝２１０．７　　ａｍ Ｂ＝１５８．２　　　　＋ｕｅ ｒ＝１２０．３０ｍｍ ｄ＝　　２９．６２ｍｍ ｅ＝　　　　１７．６３　１園 α、＝　　９．１３７Ｘ１０−’　　富ｌ１−１α、＝
　　７．７２５ｘｌＯ−’　　ｌｌｍ−”α、＝−５．
７２５Ｘ１０””　　ｍ履−５α、＝−４，３５５Ｘ　
　１　０−”　　−謙一７β、＝−３，５８６ＸＩＯ−
’　　ｙｓ閣−１β、：　　　　１．４７４Ｘ１０−’
　　　ａｍ−”β、＝−４．４３９　Ｘ　１０−”　ｍ
ｍ−’β。＝　−１，４６９Ｘ　１０−０−１７ａ’但
し１本実施例においても有効走査長は２２０ｍ１１であ
り、これに対応したポリゴンミラー７の回転角は３６°
である。

次に、上述した第一の実施例および第二の実施例、さら
に、従来技術で述べた［特開昭６ｌ−１５６０２ＯＪ号
公報の光走査装置におけるサジタル像面及びメリジオナ
ル像面の湾曲、ｆθ特性のリニアリティ、走査線の曲が
り量の諸特性を第１表に示す。また、第一の実施例にお
ける諸特性を第７図に示す。

なお、■、■、■は従来例の値を示し、■は本発明の第
一の実施例、■は本発明の第二の実施例を示す、■、■
におけるリニアリティは走査線の中央部における走査速
度に対する最大値で示した。

上述した第１表の値から本実施例は従来例に比較して、
サジタル像面の湾曲が２倍程度、メリジオナル像面の湾
曲が同等若しくはそれ以上、リニアリティが４〜５倍程
度にそれぞれ改善できることがわかる。特に、リニアリ
ティについては、本実施例の値は、′Ｎ気的補正手段の
ような付加的な補正手段が不必要な２〜３％以下の値に
することができる。さらに、走査線の曲がりについても
実用上問題のない程度にまで補正することができる。

なお、本発明における第一の実施例及び第二の実施例に
おいては、補正レンズ１０を１枚で構成したが、これに
限るものではなく加工成形等種々の事情を鑑み複数枚で
構成してもよ、い０例えば、２枚構成の補正レンズ１０
を考え第一レンズ、第二レンズとすると、第一レンズの
入射面を１枚構成の時の入射面と同一の形状としその出
射面を球面とし、第二レンズの入射面を球面としその出
射面を１枚構成の時の出射面と同一の形状としてもよい
。

効果 本発明は、回転反射鏡の反射面を球面又は走査方向にパ
ワーを有する円筒面に形成し１反射面と走査面との間の
光路上に、走査方向に平行な回転対称軸を中心として副
走査方向に描かれた円弧状の回転対称曲面が、前記回転
反射鏡の回転軸を含み前記回転対称軸に垂直な対称面を
有するように形成された走査方向及び副走査方向にパワ
ーを有する入射面と、この入射面の反対側に位置し走査
方向に対して左右対称に形成され走査方向にパワーを有
する出射面とからなる補正レンズを配設したので、回転
反射鏡の反射面を球面又は走査方向にパワーを有する円
筒面とすることにより走査方向の像面（サジタル像面）
の湾曲を補正することができる。また、補正レンズの入
射面を走査方向に平行な回転対称軸を有する回転対称曲
面としたので走査方向に垂直な副走査方向のパワーを変
化させることができ、これにより、副走査方向の像面（
メリジオナル像面）の湾曲を補正することができる。さ
らに、補正レンズの出射面を走査方向にパワーを有する
曲面としたので、この曲面によってｆθ特性の補正効果
と一層高度なサジタル像面の補正効果とを得ることがで
きる。

従って、回転反射鏡の反射面、補正レンズの入射面及び
出射面の補正効果を組み合わせることによりｆθ特性の
補正や、サジタル像面及びメリジオナル像面の湾曲の補
正を行うことができ、これにより、従来２問題とされて
いたｆθ特性の補正を電気的手段によらず光学的手段に
よって行うことができるため高性能で、しかも、安価で
簡単な構造にすることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を・示す斜視図。 第２図はその平面図、第３図は第１図の側面図。 第４図及び第５図はポリゴンミラーの反射面を円筒面と
した場合の説明図、第６図は補正レンズを走査方向に平
行な平面に沿って切断した場合の断面形状を示す説明図
、第７図は第１図における光学装置の諸特性を示す説明
図である。 １・・・半導体レー・ザ、６・・・反射面、７・・・回
転反射鏡、８・・・球面、９・・・円筒面、１０・・・
補正レンズ。 １１・・・走査面、１２・・・感光体、１３・・・回転
対称軸。 １４・・・回転対称曲面、１５・・・入射面、１６・・
・出射面、１７・・・回転対称軸、１８・・・回転対称
曲面、１９・・・回転軸、ｏ３・・・中心煮 出　願　人　　　　東京電気株式会社 」ｔ　搾りしり飄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザからの光ビームを回転反射鏡の反射面
   に照射し、この反射面により偏向走査された光ビームを
   感光体の走査面に照射することにより光ビームを走査す
   るポストオブジエクテイブ型光ビーム走査装置において
   、前記回転反射鏡の前記反射面を球面又は走査方向にパ
   ワーを有する円筒面に形成し、前記反射面と前記走査面
   との間の光路上に、走査方向に平行な回転対称軸を中心
   として副走査方向に描かれた円弧状の回転対称曲面が、
   前記回転反射鏡の回転軸を含み前記回転対称軸に垂直な
   対称面を有するように形成された走査方向及び副走査方
   向にパワーを有する入射面と、この入射面の反対側に位
   置し走査方向に対して左右対称に形成され走査方向にパ
   ワーを有する出射面とからなる補正レンズを配設したこ
   とを特徴とするポストオブジエクテイブ型光走査装置。 ２、補正レンズの入射面は、回転対称軸を中心として副
   走査方向に描かれた円弧状の回転対称曲面内で偶数次の
   多項式で表わせる形状としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のポストオブジエクテイブ型光走査装
   置。 ３、補正レンズの出射面は、入射面の回転対称軸に直交
   し走査方向に対して左右対称に形成された形状の中心点
   を回転対称軸とする回転対称曲面としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のポストオブジエクテイブ
   型光走査装置。 ４、補正レンズの出射面は、出射面の回転対称軸を含む
   回転対称曲面内で偶数次の多項式で表わせる形状とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のポストオ
   ブジエクテイブ型光走査装置。