JPH02238424A - 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］ 本発明は光走査装置に関する． ［従来の技術］ レーザー光源装置からの略平行な光束をシリンドリカル
レンズにより主走査対応方向に長い裸像として結像させ
、この線像の結像位置の近傍に偏向反射面を持つ回転多
面鏡により偏向させ、偏向光束を結像光学系により被走
査面上に光スポットとして結像させて光走査を行う光走
査装置は、従来から光プリンターやレーザーファクシミ
リ、デジタル複写機、レーザー製版機等に関連して良く
知られている． 回転多面鏡を用いる光走査装置には周知の如くｒ面倒れ
』の問題があり、この面倒れの補正のために上記装置で
は、シリンドリカルレンズにより、レーザー光源装置か
らの略平行な光束を回転多面鏡の偏向反射面の近傍に主
走査対応方向に長い線像に結像させるとともに、結像光
学系により偏向反射面による偏向の起点と被走査面とを
副走査方向に関して幾何光学的に略共役な関係としてい
る。

このため結像光学系は、主走査方向のパワーに比して副
走査方向のパワーが強いアナモフィックな光学系となり
，副走査方向に関して強い像面湾曲が発生しやすい。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如き副走査方向の像面湾曲は、被走査面を走査す
る光スポットの副走査方向の径が結像位置とともに変動
する原因となり、主走査領域に於いて光スポットの副走
査方向の径が不均一となって高密度光走査の実現上の大
きな障害となる．上記の如き副走査方向の像面湾曲を，
結像光学系の性能により補正しようとする試みは従来か
ら種々なされているが、高密度化の要請を満足するには
結像光学系設計上、非常な困難が伴うという問題があっ
た． 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は上記副走査方向の像面湾曲を容易且
つ確実に除去することができ、さらに上記像面湾曲除去
後にも残存する副走査方向の光スポット径の不均一を有
効に除去して、高密度光走査を可能ならしめた新規な光
走査装置の提供にある。

［課題を解決するための手段コ 以下、本発明を説明する． 本発明の光走査装置は、光プリンターやレーザーファク
シミリ，デジタル複写機、レーザー製版機等に適用でき
［レーザー光源装置と、開口絞りと、シリンドリカルレ
ンズと、回転多面鏡と、結像光学系と、光スポット径均
一化手段と」を有する． 「レーザー光源装置」からは、略平行な光束が放射され
る。

「開口絞り」は、レーザー光源装置からの略平行な光束
のビーム径を規制する． 『シリンドリカルレンズ』は、開口絞りを通過した略平
行な光束を主走査対応方向に長い線像に結像させる。

「回転多面鏡」は、上記線像の結像位置の近傍に偏向反
射面を有し、レーザー光源装置からシリンドリカルレン
ズを介して入射する光束を反射する。反射光束は、回転
多面鏡の回転に伴い偏向光束となって結像光学系に入射
する。

「結像光学系』は、偏向光束を被走査面上に光スポット
として結像させるが、このとき偏向反射面による偏向の
起点と被走査面とを副走査方向に関して幾何光学的に略
共役な関係とし、回転多面鏡に於ける面倒れの影響を補
正する。

『光スポット径均一化手段」は、少なくとも副走査方向
の光スポット径を主走査方向にわたって均一化する。

さて、本発明の特徴とするところは「光スポット径均一
化手段』にある。

即ち、光スポット径均一化手段は，「変位手段と、開口
径変化手段と、第１および第２の制御手段と」を有する
． 「変位手段」は、シリンドリカルレンズを光軸方向へ変
位させる変位である． 『開口径変化手段」は、開口絞りの主・副走査対応方向
の開口径の内、少なくとも副走査対応方向の径、即ち副
走査対応方向の開口径または副走査および主走査対応方
向の開口径を変化させる手段である． ［第１の制御手段』は、偏向光束による光走査に同期し
て結像光学系の副走査方向の像面湾曲を除去するように
変位手段によるシリンドリカルレンズの変位を制御する
手段である。

「第２の制御手段」は、偏向光束による光走査に同期し
て光スポットの少なくとも副走査方向の径を均一化する
ように開口径変化手段による開口径変化を制御する手段
である． なお、変位手段や開口径変化手段としては公知の適宜の
平行移動機構を用い、その駆動源としては電歪素子や磁
歪素子を用いれば良い。

［作　　用］ 「結像光学系」は、偏向反射面による偏向の起点と被走
査面とを副走査方向に関して幾何光学的に略共役な関係
とするので、副走査方向に関して被走査面上に結像する
のは「シリンドリカルレンズによる線像」の上記結像光
学系による像である。

シリンドリカルレンズによる線像の結像位置が光路上で
変化すると結像光学系による線像の像の結像位置も結像
光学系の縦倍率に従って変位する。

このことを利用すると副走査方向の像面湾曲を除去する
ことができる． そこで、シリンドリカルレンズを変位手段により光軸方
向へ変位させ、この移動により線像の結像位置を光路上
で変位させ、この変位を第１の制御手段により［結像光
学系に伴う副走査方向の像面湾曲を除去し得るように、
偏向光束による光走査に同期して」制御するのである。

このようにして、副走査方向の像面湾曲に伴う光スポッ
ト径の変動を除去できる。しかし、これのみで光スポッ
ト径の変動を完全に除去できる訳ではなく、像面湾曲を
除去させても光スポット径の多少の変動は残ってしまう
。例えば、レーザー光束を集束させて得られる光スポッ
ト径は所謂ビームウエスト径で定まる有限のものであり
、これは上記「線像」に就いても同じである。従って被
走査面上の副走査方向の光スポット径はシリンドリカル
レンズによる線像のビームウエスト径と結像光学系の副
走査方向の横倍率で結び付いており、上記シリンドリカ
ルレンズの変位に伴い線像の結像位置を変位させると上
記横倍率がそれに伴い変動して光スポット径の変動が生
ずる。このように像面湾曲除去後にも残存する変動を光
スポット径の「残存変動」と呼ぶ．この残存変動は上述
した像面湾曲にともなう光スポット径の変動に比べれば
、より高次の微小量であり無視することができる場合も
多いが、それでも光走査による印字の高品質化のために
はなおざりにできない。

そこで本発明では、「開口径変化手段」による開口径の
変化を第２の制御手段により、偏向光束による光走査に
同期して光スポットの少なくとも副走査方向の径を均一
化するように制御するのである。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら具体的な実施例に即して説明
する． 第１図は、本発明の１実施例を説明に必要な要部のみ示
している． 符号１をもって示すレーザー光源装置は、光源もしくは
光源とコリメートレンズ系とがらなり、略平行な光束を
放射する。なお、この実施例で光源としては半導体レー
ザーが想定されている。

光源１からの平行光束は、開口絞り８によりビーム径を
規制されたのち、シリンドリカルレンズ２により回転多
面鏡３の偏向反射面４の近傍に、主走査対応方向に長い
線像として結像する．偏向反射面４により反射された光
束は回転多面鏡３が軸３Ａの回りに回転すると偏向光束
となって結像光学系に入射する． 結像光学系は２枚のレンズ５，６により構成される所謂
ｆθレンズであり、偏向光束を被走査面７上に光スポッ
トとして結像させる。この光スポットが被走査面７を光
走査する。なお、レンズ５はシリンダ一面と平面からな
る単レンズ、レンズ６はシリンダー面とトーリツク面と
からなる単レンズである。

第２図は、第１図の光学系を光路に沿って展開し、副走
査方向が上下方向となるように示したものである。

第２図（ａ）では、シリンドリカルレンズのシリンドリ
カルレンズ２の作用によりレーザー光源装置１からの光
が偏向反射面４の位置に線像として結像した状態を示し
ている．結像光学系を構成するレンズ５，６は副走査方
向に関して偏向反射面４による偏向の起点と被走査面７
とを幾何光学的に略共役な関係としているので、この場
合は線像の像が被走査面７上に結像している。

しかるに第２図（ｂ）に示すように、線像の結像位置が
ΔＸだけずれると、結像光学系による副走査方向の結像
位置はΔＸ′だけ変位し、これら変位ΔＸ，ΔＸ′の間
には、結像光学系の副走査方向に関する横倍率をβとし
て，周知の如く Δｘ′＝β２・ΔＸ の関係が成り立つ。

ここで「結像光学系』に関する具体的なデータを挙げる
。

偏向反射面４の側から被走査面側へ向かって、第ｉ番目
のレンズ面の主走査方向の曲率半径（副走査方向から見
た曲率半径）をＲｉＸ　、副走査方向の曲率半径（主走
査方向から見た曲率半径を）Ｒ１ｖ、偏向反射面４側か
ら第ｉ番目の面間隔をｄ，、偏向反射面から第ｊ番目の
レンズの屈折率をｎ，とするとき、これらは以下のよう
に与えられる．ｉ　　　Ｒｉｘ　　　　Ｒｉｖ　　　　
ｄｓ　　　ｊ　　　ｎｊ１　　−１０７，７７４　　　
ｏｏ５．６７２　　１　　１．７１２２１２　　　ｏｏ
　　　　　ｏｏ　　　　１０　，　９　６　８３　　ω
　　　−５２．５６５　　　６．８０７　　２　　１．
６７５４　　−４５．５６９　　−１２．０５２主走査
方向の合成焦点距離ｆＭ＝１００、明るさＦ／Ｎｏ．５
４．７　，偏向角２θ＝６７．８度、副走査方向の横倍
率β＝−４．１２、副走査方向の合成焦点距離ｆｓ＝２
２．８９８、回転多面鏡３の内接円半径Ｒに対する焦点
距離ｆｍの被Ｒ／ｆＭ−０．１３２、回転多面鏡３に入
射する光束の主光線と結像光学系の光軸とのなす角α＝
６０度である．また，上記屈折率はレーザー光源装置１
からの光束の波長７８０ｎｍに対するものである．シリ
ンドリカルレンズ２により、レーザー光源装置１からの
光束を第２図（ａ）に示すように偏向反射面４の極近傍
に結像させた場合における上記「結像光学系」による像
面湾曲を第３図に示す。

破線は主走査方向の像面湾曲を示し，実線は副走査方向
の像面湾曲を示す。

第１図に於いて変位手段９はシリンドリカルレンズ２を
光軸方向へ変位させる。

変位手段９に第１の制御手段１０から制御信号に応じた
電圧が印加されると、前述の電歪素子等によりシリンド
リカルレンズ２が印加電圧に応じて光軸方向へずれる．
このシリンドリカルレンズ２の移動量は腺像の変位量Δ
Ｘに等しい。

この変位ΔＸは、光スポットの詰像位置の変位ΔＸ′を
もたらす。そして，この両者は先に説明した関係ΔＸ’
＝β２　・ΔＸで結び付けられている．そこで、結像光
学系の副走査方向の像面湾曲量（第３図参照）を主走査
方向の結像位置２に応じてＷ（ｚ）とすれば、結像位置
２に応じてシリンドリカルレンズ２を変位させ、この変
位による結像位置の変位ΔＸ′が副走査方向の像面湾曲
Ｗ（ｚ）を相殺するようにするには、ΔＸ’：−Ｗ（ｚ
）となるようにすればよく、シリンドリカルレンズ２を
−Ｗ（ｚ）／β２だけ変位させれば良い．シリンドリカ
ルレンズ２のこの変位量を第４図に示す． 一方、シリンドリカルレンズ２の上記変位量と，上記印
加電圧との関係は予め定めることができる．光スポット
の結像位置２は光走査との対応で時間的に定まるので、
光走査の同期をとる同期クロックに対応させて結像位置
２を定め、各結像位置と、シリンドリカルレンズ２を一
Ｗ（ｚ）／β２だけ変位させ得る電圧Ｖ（ｚ）との関係
を予め、第１図に示す制御手段１０に記憶させて置き、
その記憶内容に応じて変位手段１０による「光走査に同
期したシリンドリカルレンズの変位」を制御して副走査
方向の像面湾曲を除去することができる。

このようにして副走査方向の像面湾曲を除去したのちの
像面湾曲の状態を第５図に示す．主走査方向の像面湾曲
はそのまま残存する。このような主走査方向の像面湾曲
は結像光学系の設計により除去することもできるし、あ
るいは主走査方向の像面湾曲に起因する光スポットの主
走査方向の径の変動は光源の発光強度を電気的に補正す
ることにより除去することも可能である。

副走査方向の像面湾曲を除去したのちも前述のように、
光スポット径に付いては［残存変動』が存在する．上記
主走査方向の残存像面湾曲に起因する光スポット径の変
化も残存変動の一種である．この実施例では光スポット
径の，これら主・副走査方向の残存変動を開口絞りの開
口径を変化させることにより除去するのである。

光スポットの径はレーザー光束のビームウエスト径によ
り与えられる。上述の如く、結像光学系の主走査方向の
焦点距離をｆＭ，副走査方向の焦点距離をｆｓ，副走査
方向に関する横倍率をβ、レーザー波長をλとすると、
開口絞り８の主走査対応方向の開口径Ｗｍと光スポット
の主走査方向の径ＳＩＩ１とは、周知の如く Ｓｍ＝（λ−ｆＭ）／（π・Ｗｍ）　　　　　（１）な
る関係で結び付いている。

また、シリンドリカルレンズ２の焦点距離をｆｃ、開口
絞り８の副走査対応方向の開口径をＷＳとすると光スポ
ットの副走査方向の径Ｓｓは、Ｓｓ＝（β・λ・ｆｃ）
／　（７Ｃ　・Ｗｓ）　　　（２）で与えられる． 残存変動によるＳｍ，Ｓｓの変化は予め光スポットの結
像位置２との対応で知ることができるから，上記の副走
査方向の像面湾曲の除去と同様に、同期クロツクと結像
位置を対応させ、各結像位置に於いて光スポット径の残
存変動を補正して光スポット径Ｓ＋ａ，Ｓｓを主走査領
域に於いて均一ならしめる開口径Ｗｍ，Ｗｓを実現する
開口径変化量を第２の制御手段１２に記憶させておき、
同期クロツクに応じて開口径変化手段１１により開口絞
り８の開口径を主・副走査方向に制御することにより、
光スポットの径を主走査領域にわたって均一化すること
ができる。

なお、第１及び第２の制御手段１０．１１は、共通のマ
イクロコンピューターで構成できる。

開口絞り８の具体的な形態としては、第６図（ａ）に示
すように、主走査対応方向に対称的に変位可能な１対の
長方形の遮光板８１．８２と、副走査対応方向に対称的
に変位可能な１対の長方形の遮光板８３　．　８４を組
合せたものや、同図（ｂ）に示すように、副走査方向の
遮光板８５．８６の開口縁端部を台形形状に切り欠いた
形状としたものや、同図（Ｃ）に示すように遮光板８７
．８８，８９．９０の縁端部形状を円形の切り欠き形状
としたもの等を用いることができる。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

この装置は上記の如く構成されているので少なくとも副
走査方向の光スポット径を極めて高精度に均一化できる
ので、極めて良質の光走査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を示す図、第２図ないし第
５図は、本発明の原理を実施例との関連に於いて説明す
るための図、第６図は、開口絞りの具体例を３例示す図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザー光源装置と、このレーザー光源装置からの略平
   行な光束のビーム径を規制する開口絞りと、この開口絞
   りを通過した略平行な光束を主走査対応方向に長い線像
   として結像させるシリンドリカルレンズと、上記線像の
   結像位置の近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡と、こ
   の回転多面鏡と被走査面との間に配備され、上記偏向反
   射面による偏向起点と被走査面とを副走査方向に関して
   幾何光学的に略共役な関係にするとともに上記偏向反射
   面による偏向光束を上記被走査面上に光スポットとして
   結像させる結像光学系と、上記光スポットの径を主走査
   領域にわたって均一化する光スポット径均一化手段とを
   有し、 上記光スポット径均一化手段が、上記シリンドリカルレ
   ンズを光軸方向へ変位させる変位手段と、上記偏向光束
   による光走査に同期して上記結像光学系の副走査方向の
   像面湾曲を除去するように上記変位手段によるシリンド
   リカルレンズの変位を制御する第１の制御手段と、上記
   開口絞りの開口径を少なくとも副走査対応方向に変化さ
   せる開口径変化手段と、上記偏向光束による光走査に同
   期して上記光スポットの少なくとも副走査方向の径を均
   一化するように上記開口径変化手段による開口径変化を
   制御する第２の制御手段とを有することを特徴とする、
   光走査装置。