JPH0373911A - 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線像として結像させ
、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
走査面上に結像させて光走査を行なう光走査装置は、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、周知の如く回転多
面鏡の「面倒れ」の問題があり、この面倒れの補正を行
なうために上記の光走査装置では、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と
して結像させるとともに、偏向反射面による偏向の起点
と被走査面とを結像光学系により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
、主走査方向の像面湾曲を良好に補正した場合、副走査
方向に関して強い像面湾曲が発生し易い。

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により変動する原因とな
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のは結像光学系の設計上
非常な困難が伴う。

このような事情に鑑みて近時、シリンドリカルレンズに
よる線像の結像位置を光走査に同期して変位させ副走査
方向の像面湾曲を補正する方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような方法で像面湾曲の補正を行なうと光スポツ
ト径の変動が有効に軽減されるため高密度の光走査が実
現できる。しかし高密度の光走査はそれだけ精密な画像
を記録できる反面、記録時間はどうしても長くなる。一
方、光走査により画像書込みを行なう場合、全てが高密
度光走査で行なわれねばならないものではなく、高密度
光走査による記録を必要とすることは光走査装置の日常
事務的な使用状況ではむしろ少ない。

本発明は、このような観点に立って上記光走査装置をさ
らに改良し、より広い使用態様の可能な光走査装置の提
供を目的とする。

［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、シリンドリカルレンズと、回転
多面鏡と、結像光学系と、像面湾曲補正手段と、開口絞
りと、開口絞り制御手段と、切換えスイッチと」を有す
る。

「レーザー光源装置」は、略平行な光束を放射する。

「シリンドリカルレンズ」は、レーザー光源装置からの
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
せる。

このシリンドリカルレンズは焦点距離の固定した固定焦
点式のものでも良いし、或いは、透明な外殻部材内に液
晶等を満たし、外部からの電界の作用により液晶等の屈
折率や体積を変化させて焦点距離を変化させたり、或い
は外力の作用で単体のシリンドリカルレンズを変形させ
レンズ面の曲率を代えて焦点距離を変化させるような、
可変焦点式のものでも良い。

「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、シリンドリカルレンズを介して入射してく
る光束を偏向させる。

「結像光学系」は、回転多面鏡と被走査面との間に配備
されて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
偏向反射面による偏向光束を被走査面上に光スポットと
して結像させる。従って偏向反射面の面倒れは補正され
る。

「像面湾曲補正手段」は、シリンドリカルレンズによる
線像の結像位置を、偏向光束による光走査に同期して副
走査方向の像面湾曲を補正するように変化させる。

像面湾曲補正手段は、シリンドリカルレンズが固定焦点
式のものであるときは、シリンドリカルレンズを光軸方
向へ変位させるアクチュエーターと変位量を制御する制
御装置で構成すればよく、シリンドリカルレンズが可変
焦点式の場合はシリンドリカルレンズに電界や外力を作
用させる手段と、電界や外力の作用を制御する制御手段
で構成できる。

「開口絞り」は、光スポットのスポット径を規定する。

「開口絞り制御手段」は、開口絞りを光走査密度の高低
に応じて切換える。

上記像面湾曲補正手段の作動・不作動は「切換えスイッ
チ」により選択可能である。

［作　　用コ 像面湾曲補正手段の作動・不作動を選択する態様には種
々のものが可能である。

即ち、光走査の密度が高い低いに関係なく像面湾曲補正
手段を作動もしくは不作動にできるようにしても良い。

或いは、光走査の密度が高いときには像面湾曲補正手段
が自動的に作動し、光走査密度が低いときは自動的に不
作動状態になるようにすることもできる。この場合は切
換えスイッチにより光走査密度の高低が切換えられるこ
とになる。また、光走査の密度が高、低、中と切換え可
能な場合に、高密度では自動的に作動させ、低密度では
自動的に不作動にし、中密度では使用者の好みで作動・
不作動を選択できるようにしても良く、このほかにも種
々の選択態様が可能である。

［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、本発明を適用した光走査装置を要部のみ略示
している。

符号１を以て示すレーザー光源装置は、光源もしくは光
源と集光光学系とからなり略平行な光束を放射する。こ
の例では光源としての半導体レーザーとコリメートレン
ズとで構成されている。

レーザー光源装置１からの平行光束は、開口絞り７によ
り光束径を規制された後、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３ａの近傍に、主走査対応
方向に長い線像ＬＩとして結像する。

偏向反射面３ａにより反射された光束は、回転多面鏡３
が回転軸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４，５により構成される所謂
ｆθレンズであって、偏向光束を被走査面６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６を
光走査するのである。なおレンズ４は球面とシリンダー
面による単レンズ、レンズ５はシリンダー面とトーリッ
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３ａ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４．５は副走査方向に関して偏向反射面
３ａによる偏向の起点と被走査面６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６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ΔＸ。

ΔＸ′の間には、結像光学系の横倍率（副走査方向に関
するもの）をβとして、周知の如く、Δｘ′＝β２・Δ
Ｘ の関係が成り立つ。

ここで、「結像光学系」の具体的なデータを挙げる。偏
向反射面３ａの側から被走査面６の側へ向かって、第１
番目のレンズ面の主走査対応方向の曲率半径（副走査方
向から見た曲率半径）をＲｉ　ｘ％副走査対応方向の曲
率半径（主走査方向から見た曲率半径）をＲｉＹ、偏向
反射面側からｉ番目の面間隔をｄｏ、偏向反射面側から
第ｊ番目のレンズの、波長７８０ｎｍの光に対する屈折
率をｎＪとするとき、これらは以下のように与えられる
。

ｌ　　　　Ｒｉ　Ｘ　　　　Ｒｉ　ｙ　　　　ｄ　Ｉ　
　　Ｊ　　　ｎｊｌ　　−１０７，７７８−１０７，７
７８５，６７３１１，７１２２１２ω　　　５ｇ、９９
４　１０．９６７３　　■　　　−５８，９９４６，８
０７２１，６７５４−４５，５６９−１１，７４２ 主走査方向の合成焦点距離ｆ、＝１００．偏向角２ｅ＝
６９．２度、副走査方向の横倍率β・−３，７６６、副
走査方向の合成焦点距離ｆ、＝２２．１９４１１回転多
面回転への入射光束の主光線と結像光学系の光軸のなす
角α＝６０度である。

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３ａの
極く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。

破線の曲線１２は主走査方向の像面湾曲を示し、実線の
曲線１３は副走査方向の像面湾曲を示す。

副走査方向の像面湾曲に伴う光スポットの副走査方向径
の径の変化を示したのが第４図の曲線１４である。この
とき、結像光学系に於けるＦＮＯ”５４．７であり、開
口絞り７に於ける副走査対応方向の開口幅は０．０１３
８ｆＭである。

第４図の曲線１４は殆ど平坦であり、このことは上記の
光走査条件（低密度光走査）では光スポットの変動は像
面湾曲１３の存在にも拘らず、殆ど問題とならないこと
を意味している。

然るに、光走査密度をより高くすると、副走査方向にお
ける光スポツト径は第５図の曲線１５のように変動が大
きくなる。

この第５図の曲線１５の場合に、結像光学系に於ける九
。・３Ｇ、ｔであり、開口絞り７に於ける副走査対応方
向の開口幅は０．０２ｆ、である。

像面湾曲１３は、第６図に示すコサイン関数１７で近似
することができる。

このコサイン関数は解析的には、 ７、ｌＸｌ０−”ｆＭ−ｃｏｓ（Ｏ＋０．５）と表され
る。なおＯの単位はラジアンである。

そこで、シリンドリカルレンズ２による線像の結像位置
の変位ΔＸが △Ｘ＝−１，ＬＸ　１０１０−３ｆ　ｅｏｓ（θ＋０．
５）／β２を満足するようにすると、結像光学系による
結像位置は、 △Ｘ＝−５Ｘ　ＩＦ’ｆＭ　−ｃｏｓ（ｅ　＋０．５）
となり、副走査方向の像面湾曲が近似的に補正され、副
走査方向の残存収差は第７図の曲線１８のようになる。

線像の結像位置の変化は、主走査対応方向には何らの影
響を与えないので主走査方向の像面禽曲は副走査方向の
像面湾曲の補正による影響を受けない。

上のように副走査方向の像面湾曲を補正すると光スポツ
ト径は、補正前の状態を示す第５図の曲線１５から、第
５図の曲線１６のように、変動が有効に軽減される。こ
のように光スポツト径の変動が有効に軽減された状態で
は、高密度の光走査を行なって良好な画質の記録画像を
得ることが可能となる。

さて、第１図に示す実施例に於いて本発明は以下のよう
に実施される。この実施例に於いては、上に説明した高
・低２通りの密度での光走査を選択的に行ない得るよう
になっている。

切換えスイッチ１０により低密度の光走査が選択される
と、結像光学系に於けるＦＮｏ・５４．７であり、開口
絞り７に於ける副走査対応方向の開口幅は０゜０１３８
ｆＭである。そしてこの場合、光スポツト径は第４図に
示すごとく殆ど変動がないので像面湾曲補正手段は自動
的に不作動の状態におかれる。

次ぎに、高密度の光走査を行なう場合には切換えスイッ
チ１０により開口絞り制御手段９が作動して開口絞りの
開口幅を切換える。副走査対応方向の幅は前述の０．０
２ｆ、である。開口幅の切換えは所望の開口幅を持った
別の開口絞りに交換しても良いが、この実施例では開口
絞りの開口幅が可変であり、これを開口絞り制御手段９
で変化させている。即ち開口絞り７は４枚の可動な板を
組合せて、各板の端縁部で開口部を形成しており、各可
動板の変位により開口幅を変化させるようになっている
。

一方、切換えスイッチ１０の作用により像面湾曲補正手
段８が作動状態となる。この実施例で像面湾曲の補正は
シリンドリカルレンズ２を光軸方向へ、変位量が 一５Ｘ１０’−’ｆＭ−ｃｏｓ（θ＋０．５）を満足す
るように変位させることにより行なわれる。従って像面
湾曲補正手段９はシリンドリカルレンズ２を光軸方向へ
変位させるアクチュエーター（圧電アクチュエーター等
）と、アクチュエーターによる変位量を制御する制御手
段により構成され、制御手段は上記変位量を同期クロッ
クとの対応で記憶しており、記憶白息に従ってシリンド
リカルレンズ２の変位を制御し、副走査方向の像面湾曲
を近似的に補正する。同期は同期センサー１１からの信
号により行なう。

なお像面湾曲補正手段や開口絞り補正手段の制御回路部
分はマイクロコンピュータ−で実現できる。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

この装置は上記のごとき構成となっているので、高密度
光走査の際には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、光スポットの副走査方向の径を均
一化でき、良好な高密度光走査を容易に実現できる。ま
た、高速光走査を行なうときには低密度の光走査を像面
湾曲補正なしで簡単に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例の特徴部分を示す図、第２
図乃至第７図は、本発明を説明するための図である。 １３１．レーザー光源装置、２６１．シリンドリカルレ
ンズ、３９１１回転多面鏡、３ａ、　、　、偏向反射面
、４．５．　。 、結像光学系を構成するレンズ、６６８．被走査面、７
８０．開口絞り ろ 籐Ｚ ツ巴、入宜ぐット℃１ 乞ス六で、ト璽ヒ

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て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、上記シリンドリカルレンズによる線像の結像位
   置を上記偏向光束による光走査に同期して副走査方向の
   像面湾曲を補正するように変化させる像面湾曲補正手段
   と、光スポットのスポット径を規定する開口絞りと、こ
   の開口絞りを光走査密度の高低に応じて切換える開口絞
   り制御手段とを有し、 上記像面湾曲補正手段の作動・不作動を切換えスイッチ
   により選択可能としたことを特徴とする光走査装置。