JPH01300218A - 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β 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レンズにより構成されている。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、ｒθ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、ｒθ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ｆθ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
点での主走査方向に垂直な像面の湾曲を小さくし、高画
角化、高密度化を可能にすると共に、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０
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
状に収束させる手段と、（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
面上に集光させるシリンドリカルミラーと、（ｅ）前記
シリンドリカルミラーとその集光点との間に配ｅきれた
シリンドリカルレンズとを備え、（ｆ）次の式を満足す
ることを特徴とする。

ｌ　ｓ／　Ｒｍａ　Ｉ　＞　０．５ ０、１５　＜　ｄ／　ｌ　ＲＭａ　Ｉ　＜　０．４５（
ｌａｗ　ｌ　＋ｌａｇ　Ｉ　）／　ｌＲＭａｌ　＜０．
４５但し、Ｒ，ａ　：シリンドリカルミラーの曲率半径
Ｓ：偏向器による走査域中心方向への 光束反射点から偏向器反射後の集 光点までの距離 ｄ：偏向器による走査域中心方向への 光束反射点からシリンドリカルミ ラーまでの距離 ｄ３：シリンドリカルレンズの心厚 ｄ３：シリンドリカルレンズの射出面から集光面までの
距離 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、シリンドリカルレンズを介し
て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、シ
リンドリカルレンズはシリンドリカルミラーで反射され
た光束を感光体面上へ集光許せ、偏向器の面倒れによる
誤差を補正すると共に、像面湾曲を小さくし、高画角化
、高密度化を可能にする。

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実施例］ 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゛、（１
０〉はポリゴンミラー、＜１５）はビームスプリッタ、
（２０）はシリンドリカルミラー、（２５）はシリンド
リカルレンズ、（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。さらに、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きれる。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〉の面で連続的に反射され、等角
速度で走査される。この走査光束はビームスプリッタ（
ＩＱ）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、ビームスプリッタ（１５
）で反射された後シリンドリカルレンズ（２５）を介し
て感光体（３０〉上に集光される。このときの集光光束
は感光体く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、シリンドリカルミラー（２０）
とシリンドリカルレンズ（２５）とが従来のｆθ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）は偏向面内で所定の曲率を
有し、偏向面の垂直な面内の曲率を無限大としたもので
ある。

また、シリンドリカルミラー（２０）と感光体（３０）
との間の光路中に設置したシリンドリカルレンズ（２５
）は、ポリゴンミラー（１０）の面倒れ誤差を補正する
と共に、像面湾曲を小さくする。換言すれば、主走査方
向に垂直な方向に光束を補正して、集光点付近での像面
を平坦化することを目的とする。

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、シリンドリカルレンズ゛（２５）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。

さらに、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）付近での像面の湾曲を補正
するためである。即ち、ポリゴンミラー（１０）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）へ収束光束を入射させると
、光線入射方向に凹の像面湾曲を生じる。また、入射光
の収束具合によって、シリンドリカルミラー〈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。

この点はシリンドリカルレンズ（２５）も同様に像面湾
曲を小さくする作用を有し、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さ
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）の偏向面内での曲率半径（ＲＭａ）との
関係、及びこの曲率半径（ＲＭａ）と偏向点（１０ａ）
からポリコンミラー（１０）での反射後の集光点までの
距＊＜Ｓ”）　（図示せず）との関係、さらに曲率半径
（ＲＭａ）とシリンドリカルレンズ（２５）の心厚（ｄ
！＞及びシリンドリカルレンズ（２５）の射出面から感
光体（３０）までの距＋！！１（ｄａ）の関係について
は、ｌ　ｓ／　ＲＭａ　ｌ　＞　０．５　　　　　　　
　　　・・・・・・■０、１５　＜　ｄ／　Ｉ　Ｒｖａ
　Ｉ　＜　０．４５　　　　　　　・・・・・・■（ｆ
ａｔ　ｌ　”　ｌａｓ　ｌ　）／　ｌＲＭａｌ　＜０．
４５　　””■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）からシリンドリカルレンズ
（２５）の入射面までの距離である。

前記０式、■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■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か、歪曲特性が悪化する。

また、前記■式の上限を越えると、像面湾曲が大きくな
る。

ここで、第１実施例における実験例（Ｉ）、（Ｉ［）。

（ＤＩ＞、（ｍＶ）での構成データを表１に示す。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］ 以上の各実験例（Ｉ　）、（Ｉ）、（Ｉ［［）、（ＩＶ
）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、第７（８）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。

［第２実施例］ 本第２実施例は、第８図、第１０図で明らかな様に、シ
リンドリカルミラー（２０）を偏向面に垂直な面内で角
度（θ、）傾斜させて配置した点で、前記第１実施例と
相違する。そして、シリンドリカルミラー（２０）をこ
の様に傾斜させることにより、ポリゴンミラー（１０）
からの光束はシリンドリカルミラー（２０）にて入射と
は異なった方向［角度（θハ、傾斜角度（θｌ）の２倍
コヘ反射され、前記第１実施例の如くビームスプリッタ
（１５）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（２１）を介在させることにより、
シリンドリカルレン、（（２５）を介して感光体面に集
光させることができる。

なお、シリンドリカルミラー（２０）を傾斜させると走
査線の曲がりが発生する。この発生原因について第１４
図を参照して説明する。第１４図は偏向面に垂直な面内
での光軸を示し、点（Ｐ）は偏向角が（０°）のときの
主光線反射点であり、点（Ｑ）は偏向角（θ）のときの
主光線反射点である。

シリンドリカルミラー（２０）は偏向面内で曲率を持っ
ているため、偏向角が（０°〉と（θ）とで反射点がＸ
軸方向にずれる。さらに、入射光（ｎｌ）に対して偏向
角（θ）の反射光（ｎ３〉は偏向角（０°）の反射光（
ｎ２）に対してＺ軸方向にずれる。このずれは偏向角（
θ）に応じて変化し、反射光（ｎ２）、　（ｎ３）は同
一平面内には含まれない。そのため、走査線も光軸と垂
直な面内で２軸方向に曲がることになる。しかし、この
種の走査線の曲がりは、シリンドリカルレンズ（２５〉
にて補正できる。即ち、副走査方向において、シリンド
リカルレンズ（２５）による結像関係を縮小結像になる
様に設定すれば、ここでの走査線の曲がりも副走査方向
について縮小されることとなる。さらに、走査線の曲が
りを補正するには、第１０図に示す様にシリンドリカル
レンズ（２５）を光路に垂直な方向へシフト［シフト量
は（Ｚｃ）で示すコさせることも考えられる。

他の構成については前記第１実施例と同様である。

また、本第２実施例においても前記０式、■式、■式の
関係が妥当する。特に、■式において上限を越えると、
像面湾曲ばかりか走査線の曲がりも大きくなる。

ここで、第２実施例における実験例（Ｖ）、（ＶＩ）。

（■）での構成データを表２に示す。ポリゴンミラー（
１０）の対面距離は第１実施例と同様に２３．５ｍｍで
ある。

［以下余白］ 以上の各実験例（Ｖ）、（Ｖｌ）、（■）における感光
体集光面での収差をそれぞれ第１１図、第１２図、第１
３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、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、前記各実施例ではシリンドリカルミラーの主走査
方向へのシフト［第２図、第９図中（Ｙ）方向］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、シリンドリカルミジーを前記方向へシフ
トさせることが考えられる。例えば、第１実施例での実
験例（Ｉ）（第４図参照）、第２実施例での実験例（Ｖ
）（第１１図参照）等の様に歪曲収差が左右対称でない
場合、この様な球面ミラー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により半導体レ
ーザかも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。

λ肌府吃釆 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前記０式、■式、■式を満足す
る様にシリンドリカルミラー及びシリンドリカルレンズ
を介在きせたため、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、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
ると共に、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レンスに比べて加
工が容易で加工精度も向−トし、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。

しかも、第２実施例において説明した様に、シリンドリ
カルミラーを偏向面に垂直な面内で傾斜させれば、半透
光手段を介することなく感光体上に集光させることがで
き、光学部材の配置の任意性が向ヒし、光量の減衰も少
なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の第４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７図は集光面での像歪
を示すグラフである。第８図〜第１４図は本発明の第２
実施例を示し、第８図は概略構成を示す斜視図、第９図
、第１０図は光路を模式的に説明するための図、第１１
図〜第１３図は集光面での像歪を示すグラフ、第１４図
は球面ミラーを傾斜させることによる走査線の曲がりを
説明するための図である。 （１〉・・・半ｉ体し−サ、（６）・・・コリメータレ
ンス、（７）・・・シリンドリカルレンズ、（１０）・
・・ポリコンミラー、（１５）・・・ビームスプリッタ
、＜２０）・・・シリンドリカルミラー、（２５）・・
・シリンドリカルミラース、（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、前記シリンドリカ
   ルミラーとその集光点との間に配置されたシリンドリカ
   ルレンズとを備え、｜ｓ／Ｒ＿Ｍａ｜＞０．５ ０．１５＜ｄ／｜Ｒ＿Ｍａ｜＜０．４５ （｜ｄ＿２｜＋｜ｄ＿３｜）／｜Ｒ＿Ｍａ｜＜０．４５
   但し、Ｒ＿Ｍａ：シリンドリカルミラーの曲率半径ｓ：
   偏向器による走査域中心方向への 光束反射点から偏向器反射後の集 光点までの距離 ｄ：偏向器による走査域中心方向への 光束反射点からシリンドリカルミ ラーまでの距離 ｄ＿２：シリンドリカルレンズの心厚 ｄ＿３：シリンドリカルレンズの射出面か ら集光面までの距離 以上の三式を満足することを特徴とする光ビーム走査光
   学系。