JPH03100513A - 光走査装置における像面湾曲補正装置 - 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おける像面湾曲補正装置に関する
。

［従来の技術］ 光走査装置は、従来から光プリンター等に関連、して良
く知られている。

光束偏向手段と（）て回転多面鏡を用いる光走査装置に
は周知の如く「面倒れ」の問題があり、この面倒れの補
正のために「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
に略共役な関係とする」ことが知られている。このよう
にすると結像光学系は、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。

このような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、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、必ずしも満足すべき結果は得られていない。

そこで近来、光源装置と回転多面鏡との間に像面湾曲補
正用のシリンドリカルレンズを配備し、このシリンドリ
カルレンズを光軸方向へ変位させることにより像面湾曲
を補正することが意図されている。この方法では結像光
学系の持つ像面湾曲形状に対応させてシリンドリカルレ
ンズを変位させることにより、像面湾曲を略完全に除去
することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、像面湾曲補正用のシリンドリカルレンズを像面
湾曲形状に応じて変位させるのは必ずしも容易ではなく
、その実現には複雑な制御機構を必要とする。

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、副走査方向または主走査方向の像
面湾曲を容易に軽減することができる、新規で且つ構造
の簡単な像面湾曲補正装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明は、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用いられる光走査装置
に対して適用できる。

本発明を適用できる光走査装置は［光源装置からの略平
行な光束を主走査対応方向に長い線像として結像させ、
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上記被走査面を光
走査する方式の光走査装置」である。従って結像光学系
は副走査方向に関して、偏向反射面位置と被走査面位置
とを幾何光学的に略共役な関係とする。

本発明の像面湾曲補正装置は、上記結像光学系による主
走査方向または副走査方向の像面湾曲を補正する装置で
ある。しかし主・副走査方向の像面湾曲補正は互いに独
立に行い得るので、主走査方向の像面湾曲補正用および
副走査方向の像面湾曲補正用の装置として、本発明の装
置を２組用意し、これらを組合せて用いれば主走査方向
と副走査方向の像面湾曲を同時に補正できる。

本発明の像面湾曲補正装置は［光源装置と回転多面鏡と
の間に配備された補正用のシリンドリカルレンズと、こ
のシリンドリカルレンズを偏向光束による光走査に同期
して光軸方向へ単振動させる変位手段とＪにより構成さ
れる。

上記「変位手段」は「第１の変位拡大部材と、第２の変
位拡大部材と、積層型圧電アクチュエーターと」を有す
る。

第１の変位拡大部材は「基部と、この基部に対して一体
の二股状部分」とを有する。

第２の変位拡大部材は「第１の変位拡大部材の二股状部
分に略平行に張られた１対の板ばね」により構成され「
中央部に於いてシリンドリカルレンズを保持コし、且つ
「変形用の屈曲部」を有する。

積層型圧電アクチュエーターは「第１の変位拡大部材の
基部に設けられ」で「二股状部分を押し広げる変形力」
を作用させる。

なお、シリンドリカルレンズの変位方向が光軸方向から
外れないように「シリンドリカルレンズの運動方向を規
制する適当なガイド手段」を、変位手段に付加すること
ができる。

［作　　用］ 偏向光束による光走査は回転多面鏡の回転に伴い繰り返
される。結像光学系による像面湾曲は主・副方向とも回
転多面鏡の回転とともに繰り返し現れるから、これを時
間の関数と見た場合、周期的な関数であり、多くの場合
これを正弦関数もしくは余弦関数で近似できる。本発明
では、この観点に立脚し、像面湾曲に応じて補正用のシ
リンドリカルレンズを単振動させて像面湾曲の軽減を図
るのである。そして、単振動を実現するのに、本発明で
は積層型圧電アクチュエーターと第１および第２の変位
拡大部材を用いる。

像面湾曲補正のためのシリンドリカルレンズの変位量は
数百μｍであるのに対し、積層型圧電アクチュエーター
による直接の変位量は数μｍであるので、シリンドリカ
ルレンズに所望の変位を与えるためには、アクチュエー
ターの変位を数十台に拡大する必要があり、本発明では
この拡大を第１および第２の変位拡大部材を用いて行う
。

［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２図は、本発明を適用できる光走査装置を説明に必要
な部分のみ示している。

符号１をもって示す光源装置は、光源たる半導体レーザ
ーＬＤとコリメートレンズ系ＣＬとからなり略平行な光
束を放射する。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２Ａ
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、第２図に於いて符号２Ｂは主走査方向の像面湾曲
を補正するための補正用のシリンドリカルレンズを示す
。このシリンドリカルレンズ２Ｂは、主走査方向の像面
湾曲の補正が必要な場合にのみ用いられる。

一方、シリンドリカルレンズ２Ａは、面倒れ補正光学系
の一部として上述の如くに光源装置１からの略平行な光
束を偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い線像として
結像させるが、このシリンドリカルレンズ２Ａは同時に
副走査方向の像面湾曲補正用のシリンドリカルレンズを
兼ねている。

なお、言うまでもなく第２図で上下方向が主走査方向で
あり、図面に直交する方向が副走査方向である。また第
２図で符号９は偏向光束を検出するための受光素子を示
し、この受光素子９の出力により光走査の同期を取る。

第３図は、第２図の光学系を光路に沿って展開し、シリ
ンドリカルレンズ２Ａ以後の部分を副走査方向が上下方
向となるように示したものである。

結像光学系５０はレンズ５，６によるレンズ系を略示し
たものである。

シリンドリカルレンズ２Ａが実線の位置にあるとき同レ
ンズ２Ａによる線像Ｐは偏向反射面４の位置に結像する
。結像光学系５０は上述したように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の位置とを
幾何光学的に略共役な関係としており、この場合は線像
Ｐの像Ｑが被走査面７上に結像している。

しかるにシリンドリカルレンズ２人がΔＸだけずれて破
線で示す位置にくると線像Ｐ”の結像位置もΔＸだけず
れ、結像光学系５０による副走査方向の結像位置Ｑ°は
ΔＸ°だけ変位する。これら変位ΔＸ。

ΔＸ”の間には、結像光学系５０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（１） の関係が成り立つ。

第４図は、第３図と同様のことを主走査方向が丘下方向
になるように示した図である。

主走査方向の像面湾曲の補正用のシリンドリカルレンズ
２Ｂを用いる場合、シリンドリカルレンズ２Ｂが実線の
位置にあるときに光源装置からの光束が結像光学系５０
により主走査方向に於いて被走査面７上に結像するもの
とする。シリンドリカルレンズ２Ｂが光軸方向へΔＹだ
け変位して破線で示す位置を占めるようになると、結像
光学系５０による主走査方向の結像位置は被走査面７の
位置から△Ｙ゛だけずれる。このときのΔＹ、ΔＹ゛の
関係は周知の如く、結像光学系５０の像側焦点距離をＦ
、シリンドリカルレンズ２Ｂの後側焦点距離をｆ１シリ
ンドリカルレンズ２Ｂの後側主点と結像光学系５０の前
側主点の間隔をｄとして、 ΔＹ゛・ｃＦ２／（Ｆ＋ｆ−ｄ）２］・ΔＹ（２）で与
えられる。なお、（１）、　（２）式の導出に当たって
、△Ｘ、△Ｙは微小量としている。

さて、結像光学系５０による像面湾曲が第５図の（Ｉ）
に示す如きものである場合を考えて見る。

この図で実線は副走査方向の像面湾曲、破線は主走査方
向の像面湾曲である。図の縦軸は偏向光束の偏向角であ
る。そこで、これら主・副走査方向の像面湾曲を偏向角
θの関数として、ＷＭ（Ｏ）、Ｗｓ（θ）とすると、偏
向角θに応じてシリンドリカルレンズ２Ａを、その変位
量△Ｘ（Ｏ）が、−ＷＳ　（θ）／β２に等しくなるよ
うに変位させれば副走査方向の像面湾曲を除去できる。

また偏向角θに応じてシリンドリカルレンズ２Ｂを、そ
の変位量△Ｙが、−九（θ）・（Ｆ＋ｆ−ｄ）　２／Ｆ
２となるように変位させることにより主走査方向の像面
湾曲を除去できる。

第５図（ＩＩ）は、シリンドリカルレンズ２Ａの上記変
位量を示し、同図（ＩＩＩ）はシリンドリカルレンズ２
Ｂの上記変位量を示している。しかし、前述の如くシリ
ンドリカルレンズ２Ａ、　２Ｂを上記のように変位させ
るのは必ずしも容易では無い。

第６図を参照すると、この図は第５図（ＩＩ）に示すシ
リンドリカルレンズ２Ａの変位を示したものである。偏
向光束による光走査は回転多面鏡の回転により繰り返さ
れるので、このような副走査方向の像面湾曲を除去する
ためのシリンドリカルレンズ２Ａの変位も、光走査に同
期して繰り返される。

そして、この繰り返しは第６図に破線で示す単一の正弦
関数もしくは余弦関数で近似することができる。第６図
で符号Ｔ１で示す時間は有効主走査領域に対応する時間
である。また回転多面鏡の偏向反射面の数がＮ面である
とすると、第６図の時間Ｔ。は回転多面鏡が２π／Ｎだ
け回転するのに要する時間である。余弦関数６−１は、
その周期Ｔが上記Ｔ０と、ｍを整数としてＴ。＝ｍＴな
る関係を満足すれば回転多面鏡の回転と同期させること
ができ、このような条件を満足するものの内から上記−
Ｗｓ（θ）／β２の繰り返しを最も良く近似できるよう
に余弦関数６−１を設定するのである。

同様にして適当な単振動をシリンドリカルレンズ２Ｂに
与えることにより、主走査査方向の像面湾曲を有効に軽
減することができる。

第５図（ＩＶ）は、このようにしてシリンドリカルレン
ズ２Ａ、　２Ｂの単振動により像面湾曲の補正を行った
のちの残留像面湾曲を示している。破線は主走査方向の
もの実線は副走査方向のものである。

像面湾曲の完全な除去は出来ないが残留像面湾曲は小さ
く、従って光スポットの系の変動、も有効に軽減され、
高密度の光走査が可能となる。

以上が本発明の基本となる像面湾曲の補正の原理の説明
である。本発明は、このような像面湾曲の補正を行うた
めの装置を提供するのである。

第１図（Ｉ）は本発明の像面湾曲補正装置を略示してい
る。

図に於いて符号１０は第１の変位拡大部材を示している
。第１の変位拡大部材は第１図（ＩＩ）に示すように、
厚さ２ｍｍ程の弾性体の板で形成されている。第１の変
位拡大部材１０の材質は、鉄、黄銅、ＡＬ等が適当であ
る。第１の変位拡大部材ｌＯは基部１０Ａと、２本の脚
状部分ＪＯＢ、ＩＯＣによる二股状部分とを有する。基
部１０ＡはＵ字状の部分１０Ｄが切り欠かれ、また二股
状部分の中央部分も切り欠き部１０Ｅとなっている。基
部１０Ａと二股部を結ぶ連結部分１０Ｆ、ＩＯＧは変形
部を構成する。

再び第１図（Ｉ）に戻ると、符号１２は積層型圧電アク
チュエーターを示す。この積属型圧電アクチュエーター
１２は、第１の変位拡大部材１０の切り欠き部１０Ｄの
部分に設けられ、一端は切り欠き部１０Ｄの端部１０Ｄ
Ｉに固定され、他端は、切り欠き部１０Ｅに続く舌状部
分１０Ｈに当接している。

第１図で符号１４は第２の変位拡大部材を示す。

第２の変位拡大部材１４は、厚みが０．２〜０．５ｍｍ
程度で、幅（図面に直交する方向の長さ）が２ｍｍ程度
の板ばねをループにしたものであり、第１の変位拡大部
材１０の二股状部分に略平行に張られており、中央部に
シリンドリカルレンズ２を保持している。

第２の変位拡大部材１４を構成する板ばねの材料として
はリン青銅やＳＵＳが適当である。

また第２の変位拡大部材１４の第１の変位拡大部材１０
への取り付けは、溶接もしくは接着等により行うことが
できる。

シリンドリカルレンズ２は、補正する像面湾曲が主走査
方向のものか副走査方向のものかに応じて、前述したシ
リンドリカルレンズ２Ｂもしくは２Ａである。

シリンドリカルレンズ２は第１図（ＩＩＩ）に示すごと
き形状である。

シリンドリカルレンズ２を保持する第２の変位拡大部材
１４は、シリンドリカルレンズ２を保持する部分がコ字
状になっているが、第１図（ＩＶ）に示すように、この
コ字状部分と他の部分との繋がりの部分の屈曲部１４Ａ
、　１４Ｂ、　１４Ｃ，１４Ｄは「変形用の屈曲部Ｊで
ある。

さて、第１図（ｖ）に示すように、積層型圧電アクチュ
エーター１２がδだけ延びると、この延びに応じて第１
の変位拡大部材１０の舌状部分１０８が、同図上方へ押
し上げられる。このとき変形部１０Ｆ。

１０Ｇが図のように変形する。これに伴い第１の変位拡
大部材１０の脚部１０Ｂ、　ＩＯＣによる二股状部分は
脚部が互いに離反するように変位し二股状部分が押し広
げられるように変形する。

この変形により、第２の変位拡大部材１４には引っ張り
力が作用し、第２の変位拡大部材１４の板ばねは変形す
る。この変形は変形用の屈曲部１４Ａ、１４Ｂ、　１４
Ｃ，１４Ｄが変形することで行われる。

第１の変位拡大部材１０の変形は、二股状部分を構成す
る脚部１０Ｂ、　ＩＯＣが、変形部１０Ｆ、ＩＯＣを支
点として回転するように行われるので、第２の変位拡大
部材１４の、図で上側の部分の屈曲部１４Ａ、　１４Ｂ
では変形量が大きく、下゛の部分の屈曲部１４Ｃ，１４
Ｄでは変形量が小さい。この変形量の差によりシリンド
リカルレンズ２には第１図（ｖ）で下方へ向かう力が作
用し、同レンズ２は下方へ変位する。したがって、積層
型圧電アクチュエーター１２による作用でシリンドリカ
ルレンズ２を光軸方向へ変位させることができる。

なお、第１の変位拡大部材１０を鉄で、第２の変位拡大
部材１４をリン青銅で構成し、第１図（Ｉ）に示す大き
さを略実寸として変位手段を構成すると、アクチュエー
ターの変位量を略６０倍に拡大できる。

即ち、アクチュエーターの変位量はまず第１の変位拡大
部材で拡大され、この第１の変位拡大部材の変位がさら
に第２の変位拡大部材により拡大されるのである。また
、この場合シリンドリカルレンズを略５００）１ｚの振
動数で単振動させることができ、第１、第２の変位拡大
部材の寸法を適当に選ぶことにより、３　ＫＨ２程度ま
で振動数を上昇させることができる。

なお、シリンドリカルレンズは互いに平行に張られた板
ばねの間に保持されるので、変位の際に光軸の傾きは殆
ど生じない。第２の変位拡大部材を構成する板ばねは実
施例のようにループ状にしても良いが、第１図に示す第
２の変位拡大部材の上の部分と下の部分とを別体とし、
でも良い。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば光走査装置に於ける新規な像面湾
曲補正装置を提供できる。

この装置は上述の如き構成となっているので、光走査装
置に於ける結像光学系の像面湾曲を容易且つ確実に軽減
でき、高密度の光走査が可能になる。また像面湾曲の補
正を外部的に行うので結像光学系の設計が容易になり、
ｆθ特性等の向上も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための図、第２図な
いし第６図は、本発明の詳細な説明するための図である
。 ２９０．補正用のシリンドリカルレンズ、１０．、、第
１の変位拡大部材、１２．、、積層型圧電アクチュエ篤 ５ ■ （Ｉ） （］［） （Ｉ） （Ｎ） 処 ■ 一一−−う□

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源装置からの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、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
   て上記被走査面を光走査する方式の光走査装置に於いて
   、上記結像光学系による主走査方向または副走査方向の
   像面湾曲を補正する装置であって、 光源装置と回転多面鏡との間に配備された補正用のシリ
   ンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズを偏向
   光束による光走査に同期して光軸方向へ単振動させる変
   位手段とにより構成され、上記変位手段は、基部と二股
   状部分とを有する第１の変位拡大部材と、この第１の変
   位拡大部材の基部に設けられ上記二股状部分を押し広げ
   る変形力を作用させる積層型圧電アクチュエーターと、
   第１の変位拡大部材の二股状部分に略平行に張られた１
   対の板ばねにより構成され中央部に於いて上記補正用の
   シリンドリカルレンズを保持し且つ変形用の屈曲部を有
   する第２の変位拡大部材とを有することを特徴とする、
   像面湾曲補正装置。