JPH0375717A - 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。

光束偏向手段として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「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、
ＷＪ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Ｉａｉａ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１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」により構成
される。

上記「変位手段」は、「支持部材」と「板ばね」と「ア
クチュエーター」とを有する。

支持部材は、シリンドリカルレンズの光軸と平行なｒ支
持面」を持つ。

板ばねは、略半円形状形成され一方の端部を支持部材の
支持面に係止され、他端部は自由端として上記シリンド
リカルレンズを固定的に保持しつつ支持面に対して摺動
する。

アクチュエーターは、板ばねの中央部に於いて板ばねを
支持面に押圧するカを作用させる。

なお、板ばねの自由端部に固定されたシリンドリカルレ
ンズの変位方向が光軸方向から外れないように「板ばね
の自由端部もしくはシリンドリカルレンズの運動方向を
規制するガイド手段」を、変位手段に付加することがで
きる。

［作　　用コ 偏向光束による光走査は回転多面鏡の回転に伴現れるか
ら、これを時間の関数と見た場合１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０本発明では、この観点に立脚し、像面湾曲に応じ
て補正所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、本発明では支持部材と板ばねと７クチユエーターを
用い、アクチュエーターにより板ばねを撓ませることに
よりシリンドリカルレンズを変位させる。

［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２
Ａ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ＩＲ３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レレンであり、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に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１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、この受光索子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２Ａ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１周知の如く ΔＸ’＝β２・ΔＸ（１） の関係が威り立つ。

第４図は、第３図と同様めことを主走査方向が上下方向
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ΔＹ′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ｊＷＪＷ
をＦ、シリンドリカルレンズ２Ｂの後側焦点距離をｆ、
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’＝［Ｆ”／ＣＦ＋ｆ−ｄ）２］・ΔＹ（２）で与
えられる。なお、（１）、（２）式の導出に当たって、
ΔＸ、ΔＹ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０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（θ）。

％１１３（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ΔＸ（θ）が、−ＷＩＩ
（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ΔＹが、−Ｗｖ（
８）（Ｆ＋ｆ−ｄ）”／Ｆ”トなるように変位させルコ
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（ＨＩ）はシリンドリカルレンズ２Ｂ
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Ｔｏ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Ｔｏ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Ｔｏと、ｍを整数として丁。＝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−
ｖ３（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０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は板ばねを示している。板ばねｌＯ
は全体を略半円形状に形成され、一方の端部１０Ａを支
持部材１２に係止されている。即ち板ばね１０の一方の
端部１０Ａは板ばね１０が支持部材１２に対して回転出
来るように支持面に止められている。

板ばね１０の他端部ＩＱＢは自由端部であり、支持面に
そって曲げられた屈曲部は支持面に当接し、板ばね１０
が支持面に押圧されて変形すると上記屈曲部は支持面上
を摺動する。上記屈曲部にはシリンドリカルレンズ１６
が固設されている。このシリンドリカルレンズ１６は補
正され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、前述のシリンドリカルレンズ２Ｂもしく
は２Ａである。

なお、板ばね１０には光源装置からの略平行な光束がシ
リンドリカルレンズ１６に入射し得るように孔が穿たれ
ており、光束はこの孔を通ってシリンドリカルレンズ１
６に入射する。

符号１４で示すアクチュエーターは、板ばね１０の中央
部１０Ｃに於いて板ばね１０に、これを支持面に押し付
けるような押圧力を作用させる。この押圧力の作用によ
り板ばね１０が撓むと板ばね１０の自由端１０Ｂの屈曲
部が支持面上を摺動してシリンドリカルレンズ１６が光
軸方向へ変位する。この変位が光軸方向からそれないよ
うに適当なガイド手段でシリンドリカルレンズ１Ｂの変
位を案内するようにすることができる。

アクチュエーター１４は、この実施例に於いては積層バ
イモルフ型圧電アクチュエーターが用いられている。積
層バイモルフ型圧電アクチュエーターは、長さ方向に伸
縮する圧電板を２枚貼り合わせ、これら圧電板の伸び縮
みが互いに逆になるようにすることにより全体として屈
曲変位を生ずる様にしたアクチュエーターであり、最大
変位量は４５０μｍ、最大発生力は４８ｇである。

板ばね１０は、その横断面形状が第１図（ＩＩ）に示す
ような幅す、厚みｈの弾性板である。

第１図（Ｉ）に示すように、板ばねｌＯの形成する半円
形状の半径をａとし、係止点１０Ａと自由端部１０Ｂに
於ける摩擦損失を無視して、アクチュエーター１４によ
る板ばね中央部１０Ｃでの変形量Ｕｏと、この変形量Ｕ
ｃに基づく、自由端部１０Ｂの変位量Ｕ。

との関係を調べる。

上記半径ａを十分に大きく設定すれば板ばねｌＯの変形
に対して、曲げの公式 ％式％（１） を適用できる。σは板ばね１０に作用する応力、Ｍは曲
げモーメント、■は断面２次モーメント、ｙは中立面か
らの距離を表す。

板ばねに蓄えられる弾性エネルギーＶは、ｖ＝／　（Ｍ
”／２ＥＩ）ａｄθ　　　　　　　　（２）で与えられ
る。積分は板ばねの全長ｌにわたって行われる。即ちθ
に付き０からπまで行われる。

板ばねｌＯの両端１０Ａ、ＩＯＢに於ける作用力をＲＡ
−Ｒａとすると。

ＲＡ＝ＲＩＩ＝ｌｌ＋／２　　　　　　　　　　　　（
３）である、自由端１０Ｂに仮想的に力Ｗｉが板ばね半
径方向へ作用した場合を考えると、板ばね１０の任意位
置に於ける曲げモーメントＭは、 Ｍ＝Ｗｉａ−ｓｉｎθ＋（１／２）・Ｗａ（１−ｃｏｓ
θ）（４）となる、このとき、自由端１０Ｂに於ける変
位量Ｕａは上記エネルギーＶをｗｉで偏微分に於いてｗ
ｉを０に近づけたときの極限として与えられ、具体的に
計算すると、 ｌＢ”ｋｌ”３３／　（ＥＩ）　　　　　　　　　　（
５）となる。

次に、アクチュエーター１４にょるカの作用点１゜Ｃに
於ける変位量Ｕｃに就いて見ると、前述のＷｉが存在し
ない場合の板ばねの任意位置に於ける曲げモーメントＭ
は。

河＝（１／２）Ｗ−ａ（１−ｃｏｓ　１？　）　　　　
　　　　（６）であり、Ｌｌｃは、ＶをＶで微分したも
のとして与えられ、実際に計算すると、 ＩＪ、：Ｃ３／８）・ｔｅ　（Ｗ−ａ”／（ＥＩ））　
　　　　　（７）となる、これと（５）式とを比較する
と、Ｕ、とｌＪｃとの間には。

０ｍｍ　Ｕｃ／　１．１８　　　　　　　　　　　（８
）の関係がある。従って、シリンドリカルレンズ１６の
単振動の振幅の２倍をＡ３とすれば、板ばね１０の中央
部１０ＣにはＯと１．１８Ａ、の間を振動する変位老与
えれば良いことになる。

具体的な場合として、ＳｕＳ材の板ばね１０のｌｌ１ｂ
を１０ｍｍ、厚みｈを０．３ｍｍと、半径ａを２０＋ａ
ｍ＋、シリンドリカルレンズ１６の変位量Ａ、＝０．３
ｍｍとすると、ヤング率Ｅは２．１・１０’（Ｋｇ／ｓ
ｍ”）であるから。

Ｗ＝１８ｇ となる、即ちシリンドリカルレンズ１６に必要な変位量
を与えるための加重は１８ｇであり、このとき板ばねｌ
Ｏの中央部１０Ｃの変位量り。＝３５４μｍとなる。

アクチュエーターとしての積層バイモルフ型圧電アクチ
ュエーター１６の最大変位量、最大発生力は前述の如く
４５０μｍ　、４８ｇであるから、板ばね１０の変形を
十分に実現できる。

また、シリンドリカルレンズ１６の単振動の周期は光走
査の周期と同程度であるが、積層バイモルフ型アクチュ
エーターは１０ＫＨｚ程度まで廃動画可能であるから、
十分に対応できる。

［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
。 ｉａ、、、補正用のシリンドリカルレンズ、　１０．、
、板（ＩＩ） （Ｉ） 侑 ■

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、上記シリン
   ドリカルレンズの光軸と平行な支持面を持つ支持部材と
   、略半円形に形成され一方の端部を上記支持部材の支持
   面に係止され他端部は自由端として上記シリンドリカル
   レンズを固定的に保持しつつ上記支持面に対して摺動す
   る板ばねと、この板ばねの中央部に於いて板ばねを上記
   支持面に押圧する力を作用するアクチュエーターとを有
   することを特徴とする、像面湾曲補正装置。