JPH0329916A - 面倒れ補正機能を有する走査光学装置 - 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、レーザビームプリンタなどに用いられる光ビ
ーム走査光学装置に係り、特に面倒れ補正機能を有する
走査光学装置に関する。

［従来の技術コ 光ビームを走査する走査光学装置において、光ビームの
偏向器として回転多面鏡が広く用いられている。その際
、回転多面鏡の各反射面（偏向面）の回転中心軸に対す
る傾き誤差（この領きを倒れ又は面倒れ等と云う）があ
ると、各面毎に走査位置が変動し、走査ピツチむらを生
じる。これを補正して反射面の傾きに関係なく被走査面
」二の同一位置を走査できるようにするために、多面鏡
面（偏向面）と被走査面（例えば感光ドラム面）との間
の位置関係が光学的に共役な関係（物点と像点の関係）
になるような結像光学系を該多面鏡面と被走査面の間に
配置して用いる方法は、例えは特公昭５２−２８６６号
公報等によって知られている。

また、かかる走査光学装置の偏向走査光学系には、被走
査面上を光ビームが等速で走査することを可能にする等
速度走査特性（一般にｆ・０特性と呼ばれる）をもたせ
ると共に、被走査面」二の光ビームのスポット径の大き
さが走査方向の各位置において常に均一となるように像
面湾曲を補正するという機能をもたせることも要求され
る。

ここで、上述のように面倒れ補正を行う構成で、かつ同
時に像面湾曲をも良好に補正するためには、回転多面鏡
で発生する光ビームの反射位置ずれを考慮する必要があ
り、この解決方法としては、回転多面鏡の位置および偏
向走査光学系の面構戒を規定して補正する、例えば特開
昭６３−１５２１４号公報に示された技術思想や、前記
反射位置ずれをレンズ系に駆動機構を設けて、レンズ系
を駆動して補正する、例えば特開昭６２−６９２２４号
公報に示された技術思想等がある。

［発明が解決しようとする課題コ しかし、上記した従来技術のように、回転多面鏡の位置
および偏向走査光学系の面構成を規定する方法では、実
際に回転多面鏡の反射位置ずれによって発生する像面湾
曲は非対称性を有することから、完全にこれを補正する
ことが出来ないことや、偏向走査光学系（一般にｆ・θ
レンズ）の面−３ ４ 構成が複雑になるか、レンズ枚数が増加する等の問題が
あった。一方、レンズ系を駆動して袖正する方法では、
レンズを駆動するために高精度の駆動機構が要求される
ことや、そのために装置全体が大型化されるという問題
があった。

本発明の目的は、簡易な偏向走査光学系で、かつレンズ
系駆動機構も使用せずに、面倒れ補正を行いながら、か
つ被走査面上の光ビームのスポット径の大きさを走査方
向に対して均一にすることの出来る面倒れ補正機能を有
する走査光学装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を達或するため、本発明では、回転多面鏡
と偏向走査光学系との間に、走査方向に対し垂直な方向
の光束を被走査物上で残留する像面湾曲特性に対応して
、その光束を制限するような光束調整手段を介在させた
、構或としている。

［作　用］ 一般に光ビームを集束する場合、走査スポット径をｄ．
ｆ・θレンズの焦点距離をｆ、入射ビーム径をＤ、波長
をλとすると、次式の関係が或り立つ。

ｄ＝Ｋ・　（ｆ／Ｄ）　　・λ　　・・・・・・■ただ
し、Ｋは比例定数である。よって、■式からＦｉＡらか
なように、走査スポット径ｄは入射ビーム径Ｄに反比例
する関係にあり、入射ビーム径Ｄを変化させれば走査ス
ポット径ｄが変化することが判る。

ここで、第９図は、走査方向に対して像面河曲３１が残
留している場合の被走査面３ｏ上でのスポット径とスポ
ット径の変動の関係を示した模式図であり、光ビーム３
４．３５に対して、従来ではそれぞれ３２のビームエン
ベロープになることから、被走査面３０上でのスポット
径はそれぞれｄ＋，ｄ２となり変動が大きい。これに対
し、本発明による前記した光束調整手段は、上式■の関
係から、光ビーム３４では光ビーム３５に比べ入射ビー
ム径Ｄが小さくなるように光束を調整することで、光ビ
ーム３４のビームエンベロープ３２をビームエンベロー
プ３３に変化させている。この結果、スポット径がｄ３
となリスポツｌ一径変動が小さくなる。これを走査方向
全域で、すなわち、像面湾曲３１に対応し、その光束の
制限量を変化させながら調整することによって、走査方
向全域にわたってスポット径の均一性を保つようにする
ことが出来る。

［実施例コ 以下、本発明を図示した実施例によって説明する。

第１図は本発明の１実施例に係る面倒れ補正機能を有す
る走査光学装置の概略構成を示す斜視図であり、該走査
光学装置は、光源ｌ、結合レンズ２、第１の結像光学系
３、偏向器（回転多面鏡４、モータ５）、光束調整手段
たる変形スリット８、第２の結像光学系６、被走査物７
で主に構成されている。

前記光源１は、該実施例では半導体レーザよりなってお
り、この光源１からのビームは発散光が出射される。前
記結合レンズ２は、上記発散光をコリメートしてほぼ平
行光束にすると具に、その光軸方向の位置調整によって
、ビームの走査方向（以後、これを主走査方向と云う）
の断面内で前記被走査物７の面上に光ビーム１０を集束
させるためのピント調整を行う。前記第ｌの結像光学系
３は、該実施例ではシリンドリ力ルレンズよりなり、前
記主走査方向に対して垂直な断面（以後、これを副走査
方向と云う）内でだけパワーを有しており、光ビーム１
０を偏向器における前記回転多面鏡４の反射面９上の近
傍で一度集束させる。

このとき、第１の結像光学系３は主走査方向の断面では
パワーを有さないので、上記反射面９上は線像となる。

偏向器の回転多面鏡４は前記モータ５によって第１図の
矢印方向に回転し、反射面９の反射角が変ることによっ
て，尭ビーム１０を偏向する。そして、１つの反射面に
光ビーム１０を照射している間で１回の走査が行われ、
回転多面鏡４が１回転する間に反射面の数だけの走査が
行われる。また、光ビーム１０の偏向走査は、偏向器の
回転軸（すなわち、回転多面鏡４の回転中心軸）に垂直
７ ８ な平面（主走査面）内でなされ、前記光源ｌから第１の
結像光学系３までは、その光軸が主走査面内にあるよう
に配置されている。

前記第２の結像光学系６は、最終的に光ビーム１０を被
走査物７の面上の一点に集束させる作川を行うと共に、
副走査方向断面において、偏向器の反射面９と被走査物
７の面とが共役関係になるように調整することで、反射
面９の回転中心軸に対する傾き誤差（すなわち面倒れ）
を防止している。

前記被走査物７は、例えばレーザビームプリンタ等では
感光ドラムがこれに相当し、光ビーム１０で信号を露光
させる。前記変形スリッ１・８は、副走査方向断面内に
おいて光ビーム１０の光束を調整するように機能し、偏
向器と第２の結像光学系６との間に設置される。

次に、該実施例における変形スリツ１・８の構或や全体
の作用を、第２図〜第６図によって説明する。

第２図は、前記回転多面鏡４が回転する場合に発生する
光ビームと反射面９との反射位置ずれを説明するための
図である。同図において、主走査方向面内でのｆ・θレ
ンズ光軸（第２の結像光学系６の光軸）と入射ビーム（
実際にはビームは幅を有するので、ここではビーム径の
中心線で表わしている）２０とのなす角度をαとし、い
ま、反射ビーム２１を初期値とした場合に、入射ビーム
２０と回転多面鏡４の反射面９との反射位置は点Ｐ′の
近傍である。ここで、回転多面鏡４がミラー回転方向に
点Ａ（回転多面鏡４の回転中心軸）を中心に０＋の角度
まで回転すると、反射ビームは２２となり、この場合の
前記反射位置は点Ｐ′から点Ｐの近傍に移動する。さら
に、０２の位置まで回転すると反射ビームは２３となり
、この場合の反射位置は点Ｐから点Ｐ′の近傍に再び移
動する。このように、回転多面鏡４の回転に伴い反射位
置が２次元的に移動する。ここでは、以後これをミラー
シフトと呼ぶこととする。

上記ミラーシフ１〜は、ｆ・０レンズ光軸に対して一般
的に非対称に移動する。このミラーシフトによる影響は
後で詳述するが、主走査方向の像面湾曲には殆んど影響
はないが、特に該実施例のように面倒れ補正を行うため
に副走査方向において光ビームを反射面９上に集束し、
かつ第２の結像光学系６が共役構或の走査光学系では、
副走査方向の像面湾曲がこのミラーシフ１〜によって大
きく発生するので、これを良好に補正する必要がある。

第３図は、前記面倒れ補正を行うために副走査方向の像
面湾曲が大きく発生する理由を説明するための図である
。同図において、第２の結像光学系６は、回転多面鏡４
の反射面９と被走査物７とが共役関係になるように調整
されている。ここで、反射面９が実線のときの物点をＯ
とするとその共役像は点Ｑとなり、これを基準とすると
、前記ミラーシフトにより反射面９が破線図示位置に移
動すると物点も点Ｏ′に移動し、この結果共役像も点Ｑ
′に移動することになる。

ここで、物点ＯからＯ′への移動量をΔＳ、像点Ｑから
Ｑ′への移動量をΔＸ、第２の結像光学系６の副走査方
向結像横倍率をＭとすると、ΔＸ＝ΔＳ−Ｍ２　　　　
・・・・・・■の関係となる。さらに、該実施例におい
ては内接円径φ６５ｍｍの８面体よりなる回転多面鏡４
では、ミラーシフト量、すなわちΔＳが約３ｍｍあり、
また副走査方向結像横倍率が約３倍あるとすると、ΔＸ
は上式■より約３０ｍｍとなり、この値が像面湾曲の最
大値となる。

ここで、この像面湾曲を大略補正する手法について、第
４図を用いて説明する。同図において、横軸は副走査方
向の像面湾曲量を示しており、縦軸は被走査面上での走
査位置を相対値で示している。また、実線２４がミラー
シフトで発生する像面湾曲を表わしている。これを補正
する方法として、第４図に示すように、第２の結像光学
系６（ｆ・θレンズ）で一点鎖線図示の如き像面湾曲２
５を発生させることにより、双方が打ち消し合ってミラ
ーシフトで発生する像面湾曲が大略補正できる。しかし
、上記実線２４は前記したように非対称性を有するため
に（すなわち、第４図で破線２６で示すｆ・θレンズで
補正できる対称な像１１− 面湾曲特性でないために）、完全に像面湾曲を補正する
ことが出来ずに、第５図（．）に示すような副走査方向
の像面湾曲が残留することとなる。なお、第５図（．）
において、第４図と同様に横軸は副走査方向の像面湾曲
量を示し、縦軸は被走査面上での走査位置を相対値で示
している。

ここで、従来技術で述べた２通りの方法のうち、一方は
、上記した残留像面湾曲の絶対値を第２の結像光学系（
ｆ・０レンズ）そのものによって減らそうとするもので
あり、第１図に示した本発明の実施例の如く単レンズ２
枚の簡易構成のｆ・θレンズ系ではなく、これが３枚構
成となったり、さらに前記■式のＭの値を小さくするた
めにレンズが大型化したりしている上、前述のようにミ
ラーシフトにより発生する像面湾曲は非対称性を右する
ので、完全な補正は出来ないものであった。

また、前述した他方の手法は、第５図（ａ）の像面湾曲
に対応して、第３図の第１の結像光学系３を移動させる
ものであり、その移動量は前記■式から判るように微妙
かつ高精度が要求され、さらに−１２ 高速（これは回転多面鏡の回転数と面数により決まる）
で移動しなければならない。これに対し、本発明の該実
施例では、第５図（ａ）の像面湾曲に対応した形状をも
つ、第５図（ｂ）に示す変形スリット８を、第１図に示
した位置に設けるという極めて簡易な構或で副走査方向
像面湾曲を補正するようにしている。以下、この詳細に
ついて説明する。

第５図（ｂ）において、変形スリット８の形状は、第５
図（ａ）に対応して任意にその形状を設定すれば良い。

すなわち、第５図（．）の副走査方向像面湾曲の最も大
きくなる値Ｍ１のところで、第５図（ｂ）に示すスリッ
ト幅１＋を設定（当然、被走査面上でのスポット径が必
要径となるようにｔ１を決める）し、それ以下において
は、それぞれ第５図（ａ）の副走査方向像面湾曲に対応
してスリット幅を調整する。この結果、スリット幅が最
小となる部位は、像面湾曲がゼロになるところ、すなわ
ち第５図（ａ）のＭ２と対応するところで、第５図（ｂ
）においてそのスリツ１〜幅はｔ２となる。なお、主走
査方向については、前述のようにミラーシフトによる影
響がなく　（物点が反射面上にない）、通常この方向の
像面湾曲は１ｍｍ以下に補正できる。

第６図は該実施例の性能を示す説明図で、第４図並びに
第５図（ａ）と同様に、横軸は副走査方向の像面湾曲量
を、縦軸は被走査面上での走査位置を相対値で示してい
る。第５図（ｂ）に図示した変形スリツ１ヘ８を、偏向
器と第２の結像光学系（ｆ・θレンズ）６との間に設け
ることにより、第６図に示すように、走査位置Ｍ＋にお
けるスポツ１へ径ｄ４を基準として、走査位置Ｍ２にお
けるスポット径がｄ６となってスポット変動が小さくな
る。

すなわち、走査位置Ｍ２における光ビームのエンベロー
プは、変形スリット８のスリツ１〜幅が走査位置Ｍ１を
基準として変化しない場合（スリット幅１＋の場合）に
は２８で示したビームエンベロープとなるが、スリット
幅がｔ２となっているので、２９で示したビームエンベ
ローブとなりスポット径はｄ６になる。なお、ｄ５は、
スリツ１〜幅を変化させていない場合（スリツ１一幅ｔ
１の場合）のスポット径を示している。

ここで、上述した実施例においては、前記した偏向器と
第２の結像光学系６との間に第５図（ｂ）に図示した変
形スリット８を独立して配設し、これを光束調整手段と
して用いたが、第７図または第８図に示す光束調整手段
を用いても同等の効果が得られる。

第７図は、偏向器（回転多面鏡４，モータ５）の保護や
防塵，遮音等のために通常用いられる保護カバー１３に
、光ビームの出入のために設置されるカバーガラス１２
の表面に、前記第５図（ｂ）で示したような形状の光束
調整パターンをコーティング膜１１によって積層・形成
している。斯様に構或すると、部品点数が削減できる上
、前記した変形スリツ１〜８に比べその形状を比較的小
さくできるメリットがある。

第８図は、第２の結像光学系６（実施例ではレンズ２枚
構戒であるが、これは何枚構或であっても良い）のレン
ズの表面に第５図（ｂ）で示した形状の光束調整パター
ンを積層・形或している。こ１５ １６ こで、第８図においては、各レンズにコーティング膜１
１を施こしているが、これはどちらか一方のみで良いこ
とは勿論である。

なお、第５図（ｂ），第７図，第８図の光束調整用のパ
ターンは、第１図で示す走査光学装置の各構成部品の寸
法，配置，材質が決れば、一意的にかつ容易に求めるこ
とが可能であり、光束調整手段を後で追加することも出
来る。

なおまた、本発明は、レーザビームプリンタ以外の、例
えば画像読取り装置等にも適用し得ること勿論である。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、面倒れ補正機能を有する
走査光学装置において、ごく簡易な構或の光束調整手段
を付加することによって、ミラーシフ１〜によって発生
する副走査方向の像面湾曲による被走査面上でのスポッ
Ｉ〜径の変動が補正できる。よって、簡易なｆ・０レン
ズ系で、被走査面上での走査方向に対するスポッ１・径
が均一な、面倒れ補正機能を有する走査光学装置を実現
することが出来、その産業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る面倒れ補正機能を有す
る走査光学装置の概略構成を示す斜視図、第２図は回転
多面鏡と光ビームとの反射位置ずれを示す模式説明図、
第３図はミラーシフ１〜による共役像のずれを示す模式
説明図、第４図はｆ・０レンズ系による像面湾曲の補正
手法を示す説明図、第５図は残留像面湾曲特性線図と本
発明のｌ実施例に係る変形スリツ１への形状を対比して
示す説明図、第６図は本発明の１実施例によるスポット
径変動の補正の様子を示す説明図、第７図は本発明の他
の尖施例を示す要部断面図、第８図は本発明のさらに他
の実施例を示す要部斜視図、第９図は像面湾曲によるス
ポット径の変化および入射ビーム径によるスボツ１〜径
の変化を示す概念説明図である。 １・・・・・光源、２・・・結合レンズ、３・・・・・
・第１の結像光学系、４・・・・・・回転多面鏡、５・
・・・・・モータ、６・・・・・・第２の結像光学系、
７・・・・被走査物、８・・・変形スリツ１ヘ（光束調
整手段）、９・・・・・反射面、１０・・・・・光ビー
ム、ｌ１・・・・・・コーティング膜、１２・・・・・
・カバーガラス、１３・・・・・・保護カバー、２０・
・・・・・入射ビーム、２１，２２．２３・・・・・・
反射ビーム、２４・・・・・・ミラーシフトで発生する
像面湾曲、２５・・・・・・ｆ・０レンズで発生できる
像面湾曲、２６・・・・・ｆ・θレンズて補正できる像
面湾曲、２７・・・・・像面湾曲、２８，２９，３２，
３３・・・・・ビームエンベロープ、３ｌ・・・・・・
像面湾曲、３４．３５・・・・・・光ビーム。 １９ １６１ 第 ５ 図 （ｂノ 特開平３　−　２９９１６　（８） 第 ６図 ７図 第８．図 ６第２の結像光学系 特開平３　−　２９９１６　（９） 第 ９ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ビーム発生源（１、２）と、該光ビーム発生源か
   ら発生した光ビームの光束を線状に結像する第１の結像
   光学系（３）と、該第１の結像光学系の近傍にその反射
   面（９）を有する偏向器（４、５）と、該偏向器で偏向
   された光ビームを被走査物に集束するための第２の結像
   光学系（６）と、被走査物（７）とを具備した光ビーム
   走査光学装置において、前記偏向器と前記第２の結像光
   学系との間に、走査方向に対して垂直な方向の光束を、
   前記被走査物でのスポット径が走査方向に対し一様とな
   るように、走査方向に対して変化させながら制限する光
   束調整手段を介在させたことを特徴とする面倒れ補正機
   能を有する走査光学装置。 ２、請求項１記載において、前記光束調整手段は、前記
   被走査物上での結像特性に対応して、その光束を制限す
   るような形状の変形スリット（８）であることを特徴と
   する面倒れ補正機能を有する走査光学装置。 ３、請求項１記載において、前記光束調整手段は、前記
   偏向器を収める保護カバー（１３）に取付けられたカバ
   ーガラス（１２）上に、前記被走査物上での結像特性に
   対応して、その光束を制限するような形状にコーテンン
   グ膜（１１）を施したものであることを特徴とする面倒
   れ補正機能を有する走査光学装置。 ４、請求項１記載において、前記光束調整手段は、前記
   第２の結像光学系のレンズ面に、前記被走査物上での結
   像特性に対応して、その光束を制限するような形状にコ
   ーティング膜（１１）を施したものであることを特徴と
   する面倒れ補正機能を有する走査光学装置。