JPH01234815A - 光ビーム走査光学系 - 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、光ビーム走査光学系、特にレーザビーム・プ
リンタやファクシミリ等に組み込まれ、画像情報を乗せ
た光束を感光体上に集光きせる光ビーム走査光学系の構
造に関する。

従来の技術とその課題 一般に、レーザビーム・プリンタやファクシミリで使用
されている光ビーム走査光学系は、基本的には、光源と
しての半導体レーザ、ポリゴンミラー、ガルバノミラ−
等の偏向器、ｆθレンズにより構成きれている。偏向器
は半導体レーザから発せられた光束を等角速度で走査す
るものであり、そのままでは集光面で主走査方向中心部
から両端部にわたって走査速度に差を生じ、等質な画像
が得られない。ｆθレンズは、この様な走査速度差を補
正するために設置されている。

ところで、ｆθレンズは種々の凹レンズ、凸レンズ等を
組み合わせたものであり、レンズ設計が極めて複雑で、
研摩面数が多くて加工上の精度向上が図り難く、高価で
もある。しかも、透光性の良好な材質を選択しなければ
ならないという材質面からの制約もある。

そのため、従来では、ｆθレンズに代えて、楕円面ミラ
ーを使用すること（特開昭５４−１２３０４０号公報）
、放物面ミラーを使用すること（特公昭５５−３６１２
７号公報）、凹面反射鏡を使用すること（特開昭６１−
１７３２１２号公報）が提案されている。しかしながら
、楕円面ミラーや放物面ミラーでは加工自体及び加工精
度を上げることが困難であるという問題点を有している
。

そこで、本発明の課題は、高価で制約の多いｒθレンズ
や従来提案された放物面ミラー等に代えて、より加工が
容易で加工精度を高めることができる走査速度補正手段
を採用し、光学系のコンパクト化を図り、なおかつ集光
点での像面の湾曲を小さくすると共に、偏向器の面倒れ
誤差を効果的に補正することにある。即ち、偏向器とし
てポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用する場合、各面
相互の垂直度誤差（面倒れ誤差）が生じていると、感光
体面での走査線が副走査方向にずれを生じることとなる
。本発明はこの様な面倒れ誤差によるピッチむらをも是
正しようとするものである。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するため、本発明に係る光ビーム走査
光学系は、 （ａ）強度変調された光束を発生する光源と、（ｂ）前
記光源から放射された光束を走査方向と同一平面の直線
状に収束きせる手段と、（ｃ）集光線付近に置かれ、前
記収束光束を等角速度で走査する偏向器と、 （ｄ）前記偏向器で走査された光束を折り返して感光体
面上に集光きせるシリンドリカルミラーと、（ｅ）前記
偏向器とシリンドリカルミラーとの間に配置されたトロ
イダルレンズとを備え、（ｆ）前記トロイダルレンズと
シリンドリカルミラーとを偏向面に垂直な面内でそれぞ
れ傾斜許せて配置したこと、 を特徴とする。

作用 以上の構成において、光源から放射された光束は偏向器
によって等角速度に走査され、この走査光束はシリンド
リカルミラーで反射され、感光体面上に集光する。前記
偏向器による主走査及び感光体面の移動による副走査で
画像が形成される。

そして、シリンドリカルミラーによる反射光束は主走査
方向に対する走査速度を走査域中心からその両端部にわ
たって均等となる様に補正され、かつ、集光面において
は広画角にわたって良好な歪曲特性と、良好な像面平坦
性が得られる。

また、光源から放射された光束は走査方向（偏向面内）
の直線状に収束されて偏向器に入射される。そして、ト
ロイダルレンズは偏向器で走査された光束を感光体面上
に集光させ、偏向器の面倒れによる誤差を補正する。

さらに、トロイダルレンズの曲率を適切に選択すること
によって像面平坦性が向上する。

きらに、以上の構成において、シリンドリカルミラーが
偏向面に垂直な面内で傾斜状態で配置されていることに
より、光束はシリンドリカルミラーにて入射とは異なっ
た方向へ反射され、ビームスプリッタ等の半透光手段を
必要とすることなく直接あるいは折り返しミラーを介在
させることにより感光体面に集光する。なお、シリンド
リカルミラーを傾斜させることによる感光体面での走査
線の曲がりは、トロイダルレンズを同様に傾斜させて配
置することにより補正している。

実施例 以下、本発明に係る光ビーム走査光学系の実施例につき
、添付図面を参照して説明する。

第１図において、（１）は半導体レーザ、（６）はコリ
メータレンズ、（７）はシリンドリカルレンズ、（１０
）はポリゴンミラー、（１３）はトロイダルレンズ、（
２０）はシリンドリカルミラー、（２５）は平板状の折
り返しミラー、＜３０）はドラム状の感光体である。

半導体レーザ（１）は図示しない制御回路によって強度
変調され画像情報を乗せた発散光束を放射する。この発
散光束はコリメータレンズ（６）を通過することにより
収束光束に修正される。きらに、この収束光束はシリン
ドリカルレンズ（７）を通過することにより走査方向に
、即ち、以下のポリゴンミラー（１０）の反射面付近に
（偏向面内の）直線状に収束される。ポリゴンミラー（
１０）は図示しないモータにて支軸（１１）を中心に矢
印（ａ）方向に一定速度で回転駆動される。従って、シ
リンドリカルレンズ（７）から射出された収束光束は、
ポリゴンミラー（１０）の面で速読的に反射され、等角
速度で走査される。この走査光束はトロイダルレンズ（
１３）を透過した後、シリンドリカルミラー（２０）の
凹面側にて反射され、さらに、折り返しミラー（２５）
で反射された後感光体（３０）上に集光される。

このときの集光光束は感光体（３０）の軸方向に等速で
走査され、これを主走査と称する。また、感光体（３０
）は矢印（ｂ）方向に一定速度で回転駆動され、この回
転による走査を副走査と称する。

即ち、以上の光ビーム走査光学系においては、半導体レ
ーザ（１〉の強度変調と前記主走査、副走査によって感
光体（３０）上に画像（静電潜像）が形成される。そし
て、第２図に示す如く、トロイダルレンズ（１３）とシ
リンドリカルミラー（２０）とが従来のｒθレンズに代
わって、主走査方向に対する走査速度を走査域中心から
その両端部にわたって均等となる様に補正する。シリン
ドリカルミラー（２０）とは偏向面内で所定の曲率を有
し、偏向面に垂直な面内の曲率を無限大としたものであ
る。

また、ポリゴンミラー（１０）からの反射光路中に設置
シたトロイダルレンズ（１３）は、ポリゴンミラー（１
０）の面倒れ誤差を補正することを主たる目的とする。

即ち、ポリゴンミラー（１０）の各反射面相互に垂直度
の誤差が生じていると、感光体（３０）上での走査線が
副走査方向にずれを生じ、画像にピッチむらが発生する
。この面倒れ誤差はポリゴンミラー（１０）による偏向
面に垂直な断面においてポリゴンミラー（１０）の各反
射面と感光体（３０）の集光面とを共役関係に設定すれ
ば補正することができる。本発明ではシリンドリカルレ
ンズ（７）によって光束をポリゴンミラー（１０）に集
光する一方、トロイダルレンズ（１３）によってポリゴ
ンミラー（１０）の各反射面と集光面とが共役関係を保
持する様にしている。

ｅらに、トロイダルレンズ（１３）はポリゴンミラー　
（１０）による偏向面に垂直な断面の光束による像面を
平坦にするため、偏向面内における曲率半径を適切な値
とし［以下の実験例における（Ｒ１１１１）。

（Ｒ＊ａ）参照］、かつ、第２図中（Ｙ）方向に（Ｙ７
）だけシフトさせて配置することが好ましい。この偏向
面内における曲率半径（Ｒ＋ａ）−（Ｒｊａ）は、ポリ
ゴンミラー（１０）による走査域中心への光束反射点（
以下、偏向点と記す）（１０ａ）からトロイダルレンズ
（１３）までの距離（ｄ、）に比べて少し大きくなる。

また、トロイダルレンズ（１３）の適切なシフト量（Ｙ
７）は、ポリゴンミラー（１０）のサイズ、画角、ポリ
ゴンミラー（１０）への光束の入射方向等によって異な
る。具体例は以下の実験例（Ｉ）〜（ＩＩＩ）に示す。

また、シリンドリカルミラー（２０）は、第３図に示す
様に、偏向面に垂直な面内で（θ、）の角度で傾斜して
配置きれている。これは、光束を入射とは異なった方向
へ反射させるためである。傾斜角（θ、）が零であると
光束は入射と同じ方向へ反射され、この反射光を感光体
（３０）へ導くにはビームスプリッタ等の半透光手段を
必要とする。しかし、半透光手段を用いると光量が減衰
す払こととなる。

そこで、本実施例ではシリンドリカルミラー（２０）を
傾斜させて光路を折り返し、ミラー（２５）を介して感
光体（３０）上へ集光することとした。

但し、シリンドリカルミラー（２０）のみを角度（θ、
）だけ傾斜させると、集光面での走査線が曲がる。これ
を補正するため、トロイダルレンズ（１３）も偏向面に
垂直な面内で（θ１）の角度で傾斜させることとした。

また、本実施例ではコリメータレンズ（６）にて発散光
束を収束光束に修正している。これは収束光束とするこ
とによって感光体（３０）上での集光点（結像面）での
湾曲を補正するためである。即ち、ポリゴンミラー（１
０）へ収束光束あるいは発散光束を入射させると（他の
回転偏向器でも同じであるが）、ポリゴンミラー（１０
）での反射後の集光点は、ポリゴンミラー（１０）の後
には光学部品がないとすると、その反射点を中心として
略円弧状となり、これを直線で受けると像面湾曲を生じ
ることになる。ポリゴンミラー（１０）へ収束光束を入
射きせると、光線入射方向に凹の像面湾曲を生じる。ま
た、入射光の収束具合によっで、シリンドリカルミラ−
（２０）と像面との距離も変わる。この距離の変化によ
って像面湾曲も変化する。即ち、収束光束による像面湾
曲により、シリンドリカルミラー（２０）の凹面による
湾曲を補正し、結果的に集光面での像面湾曲を小さくし
、像面の平坦性を良好なものとする。

像面湾曲が小さくなると、走査位置（像高）の相違によ
る集光光束径の変動が小きくなり、光学系を広画角で使
用することができ、また、集光光束径を小さくできるの
で画像の高密度化が可能となる利点を有する。

詳しくは、第２図に示す様に、ポリゴンミラー（１０）
の偏向点（１０ａ）からシリンドリカルミラー（２０）
の頂点（２０ａ）までの距離（ｄ）と、シリンドリカル
ミラー（２０）の曲率半径（Ｒａａ）との関係、及びこ
の曲率半径（Ｒｍａ）と偏向点（１０ａ）からポリゴン
ミラー（１０）での反射後の集光点までの距離（Ｓ）（
図示せず）との関係については、 （ｌ　ｓ／Ｒ，ａ　Ｉ　）＞０．５　　　　　　・・−
・−■０、１＜　（ｄ／　Ｉ　Ｒ，ａ　Ｉ　）＜０．７
　　　　　、、−、、、■なる式を満足するのが望まし
い。

なお、第２図において、（ｄ’）はシリンドリカルミラ
ー（２０）の頂点（２０ａ）から感光体（３０）までの
距離である。

前記■式、■式を満足すると、広画角にわたって良好な
歪曲特性と、良好な像面平坦性が得られる。各式での下
限及び上限は、感光体（３０）上での画像歪みの程度に
より経験上許容できる範囲として設定した値である。前
記０式の下限を越えると、像面がシリンドリカルミラー
（２０）に近付き配置が困難となり、歪曲特性も悪くな
る。

一方、前記０式の下限を越えると、走査角の増大に従っ
て正の歪曲が増大し、主走査方向の両端（走査開始付近
及び走査終了付近）で画像が伸びることとなる。また、
前記上限を越えると、走査角の増大に従って負の歪曲が
増大し、主走査方向の両端で画像が縮むこととなり、さ
らに像面湾曲が大きくなる。

ここで、本実施例における実験例（Ｉ）、（Ｉ［＞。

（ＩＩＩ）での構成データを示す。なお、ポリゴンミラ
ー（１０）の対面距離は２３．５ｍｍとした。

［以下余　白コ 以上の各実験例（Ｉ　）、（ＩＩ　）、（ＩＩＩ）にお
ける感光体集光面での収差をそれぞれ第４図、第５図、
第６図に示す。各図中（ａ）は、横軸を走査角度、縦軸
を歪曲度としたグラフである。各図中（ｂ）は、横軸を
走査角度、縦軸を湾曲度としたグラフで、点線は偏向面
内の光束による像面湾曲を示し、実線は偏向面に対する
垂直面内の光束による像面湾曲を示す。各図中（ｃ）は
、横軸を走査角度、縦軸を走査線歪曲度としたグラフで
、走査線の偏向面に垂直な方向への位置ずれ、即ち、走
査線の曲がりを示す。

なお、本発明に係る光ビーム走査光学系は以上の実施例
に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変
形することができる。

例えば、折り返しミラー（２５）は１枚でなく、複数枚
設けても良く、あるいは省略してシリンドリカルミラー
（２０）からの反射光を直接感光体（３０）へ集光許せ
ても良い。

偏向器としては前記のポリゴンミラー（１０）以外に、
光束を一平面に等角速度で走査可能なものであれば、種
々のものを用いることができる。また、光源としては半
導体レーザ以外に、他のレーザ発生手段や点光源を用い
ても良い。

一方、前記実施例ではシリンドリカルミラー（２０）の
主走査方向へのシフト［第２図中（Ｙ）方向、シフト量
（ＹＭ）］については言及していない。しかし、収差補
正や配置の容易性を考慮すれば、シリンドリカルミラー
（２０）を前記方向へシフトさせることが考えられる。

例えば、前記実験例（Ｉ）（第４図参照）等の様に歪曲
収差が左右対称でない場合、この様なシリンドリカルミ
ラー（２０）のシフトによって歪曲収差をさらに小さく
することができる。

また、前記実施例ではコリメータレンズ（６）により半
導体レーザ（１）から放射された発散光束を収束光束に
修正しているが、単に略平行光束に修正する様にしても
良い。

発明の効果 以上の説明で明らかな様に、本発明によれば、偏向器か
ら感光体面への光路中にトロイダルレンズとシリンドリ
カルミラーを介在させたため、主走査方向での走査速度
を均等に補正できることは勿論、集光面において広画角
にわたって良好な歪曲特性及び良好な像面平坦性を得る
ことができる。

さらに、シリンドリカルミラーは偏向面に垂直方向に大
きな母材を研摩のうえ所定幅にカットすればよく、多数
個取り、同時研摩が可能であり、従来のｆθレンズに比
べて加工が容易で加工精度も向上し、透明である必要は
ないことから材質も広く選択でき、全体として安価かつ
高性能な走査光学系とすることができる。しかも、シリ
ンドリカルミラー自体によって光路が折り返され、光学
系全体がコンパクトになる。また、放物面ミラーや楕円
面ミラーに比べても加工上、精度上有利であり、従来の
凹面反射鏡に比べて小型化することも可能である。

さらに、偏向器とシリンドリカルミラーとの間に配置し
たトロイダルレンズによって偏向器の各反射面の面倒れ
による誤差を補正し、画像の副走査方向のピッチむらを
補正することができる。しかも、トロイダルレンズとシ
リンドリカルミラーとをそれぞれ偏向面に垂直な面内で
傾斜させたため、シリンドリカルミラーでの反射光に適
当な角度を付け、走査線の曲がりを補正したうえで半透
光手段を介することなく感光体上に集光きせることがで
き、光学部材の配置の任意性が向上し、光量の減衰も少
なくなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は概略構成を示
す斜視図、第２図、第３図は光路を模式的に説明するた
めの図、第４図〜第６図は集光面での像歪を示すグラフ
である。 （１）・・・半導体レーザ、（６）・・・コリメータレ
ンズ、（７）・・・シリンドリカルレンス゛、（１０）
・・・ポリコ゛′ンミラー、（１３）・・・トロイダル
レンズ、（２０）・・・シリンドリカルミラー、（３０
）・・・感光体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強度変調された光束を発生する光源と、前記光源か
   ら放射された光束を走査方向と同一平面の直線状に収束
   させる手段と、 集光線付近に置かれ、前記収束光束を等角速度で走査す
   る偏向器と、 前記偏向器で走査された光束を折り返して感光体面上に
   集光させるシリンドリカルミラーと、前記偏向器とシリ
   ンドリカルミラーとの間に配置されたトロイダルレンズ
   とを備え、 前記トロイダルレンズとシリンドリカルミラーとを偏向
   面に垂直な面内でそれぞれ傾斜させて配置したこと、 を特徴とする光ビーム走査光学系。