JPH04153616A - 光走査光学系 - 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） 本発明は光走査光学系に関し、特に光源から射出された
光ヒ゛−ムを回転多面鏡等の光偏向器を介して記録媒体
面である被走査面上に導光し光走査することにより、文
字や情報等を記録するようにした例えばレーザービーム
プリンタ（ＬＢＰ）やレーザ複写機等の装置に好適な光
走査光学系に関するものである。

（従来の技術） 従来より回転多面鏡より成る光偏向器の各反射面で偏向
反射された光ビームを使用して被走査面上を光走査する
ようにした光走査光学系が例えば特公昭６２−３６２１
０号公報や米国特許４６３９０７２号で種々と提案され
ている。

特公昭６２−３６２１０号公報で提案されている光走査
光学系は、光偏向器と被走査面との間に設けたｆ−θ特
性を有する光走査用の結像手段の１つであるトーリック
レンズの屈折力を適切に設定することにより光偏向器の
反射面が回転軸に対して平行となフていなく倒れている
ときの角度誤差。

所謂面倒れを補正している。

即ち、トーリックレンズを用いて光偏向器の反射面と被
走査面（被照射体面）とを光学的に共役関係にして面倒
れによる悪影響を除去している。

これにより該反射面により反射偏向された光ビームの走
査面上の進行方向が補正されて走査線のピッチにムラか
生じないようにしている。

又、米国特許第４６３９０７２号で提案されている光走
査光学系では走査ビームの被走査面近傍にシリンドリカ
ルレンズを配置して光偏向器の面倒れによる影響を緩和
するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） 特公昭６２−３６２１０号公報の光走査光学系における
ｆ−θ特性を有した光走査用の結像手段は光偏向器側よ
り球面より成る単レンズとトーリックレンズより成って
いる。

この様なレンズ構成において光学性能を良好に維持しよ
うとすると収差補正上トーリックレンズの走査断面にお
けるレンズ形状が平凸形状に近いものとなってくる。又
トーリックレンズと光偏向器との間に配置される球面よ
り成る単レンズのレンズ形状が平凹形状又は両凹形状に
近いものとなってくる。一般にこのようなレンズ形状に
おいて走査範囲の広画角化を図るには収差補正上自ずと
限界がある。

即ち、上記のレンズ構成で光学性能を良好に維持しつつ
走査範囲の広画角化を達成しようとすると必然的にレン
ズ厚が厚くなり装置全体が大型化してくるという問題点
がある。

又、トーリックレンズは回転非対称な特殊レンズである
為加工が困難でありコストアップの要因にも成っている
。

この様な問題点を解決する為にトーリックレンズのプラ
スチック化等か考えられるか、上記の従来例の様に光偏
向器側から順に球面の単レンズ、正の屈折力のトーリッ
クレンズの２つのレンズを配置する構成に於いては全系
の屈折力（パワー）に対してトーリックレンズの屈折力
か強くなる。

この為環境変動によるプラスチック材より成るレンズの
パワー変化の影響が無視できず被走査面上でのピントず
れ等の問題点か生じ画像出力に悪影響を与えることにな
る。

一方、米国特許第４６３９０７２号で提案されている光
走査光学系に於いては前述の環境変動の影響による問題
点は少ないものの、例えば電子写真方式を用いるレーザ
ービームプリンタ等では現像器、クリーナ等のプロセス
的装置が感光体ドラムに密着して配置されている為に、
こうした感光体ドラム近傍にシリンドリカルレンズ等の
光学素子を配置するのは構成上複雑化になり好ましくな
く、又コンパクトな構成の光走査光学系の達成か難しく
なってくる。

又、この様に感光体トラム近傍にシリンドリカルレンズ
を配置する構成はトナーによる汚れ、熱、オゾン等によ
る悪影響か受は易くなる等の問題点を有している。

本出願人は先に特願平２−２７３８１号において光偏向
器と被走査面との間に配置される結像手段（走査用レン
ズ）を、該光偏向器側から順に正の屈折力を有する球面
レンズと該球面レンズの被走査面側近傍に配置され主走
査断面と副走査断面の双方に於いて正の屈折力を有する
トーリックレンズとの２枚のレンズで構成し、該トーリ
ックレンズの主走査断面の少なくとも１つのレンズ面を
非球面として構成することにより、高性能化、高画角化
、小型化そして耐環境変動特性等の向上を図った光走査
光学系を提案している。

この光走査光学系は前述した様に高性能化、高画角化、
小型化、耐環境特性等の点では優れてはいるものの結像
手段としてのトーリックレンズの主走査断面のみを非球
面化している為に球面レンズのレンズ厚が必然的に大き
くなる傾向があった。又更に高性能化を図ろうとした場
合、前記の構成では難しかった。

本発明は結像手段を正レンズとトーリックレンズの２つ
のレンズで構成し、該２つのレンズのレンズ構成を適切
に設定することにより、像面弯曲等の収差を小さく抑え
、かつ光偏向器の面倒れ補正効果の大きい広画角にわた
って高性能な光学性能が得られるコンパクトな光走査光
学系の提供を目的とする。更には該２つのレンズをプラ
スチック材料より形成しても環境特性の良い低価格な光
走査光学系の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光走査光学系は、光源から射出した光ビームを
偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向反射させた光ビー
ムを結像手段により被走査面上に導光し、光走査する光
走査光学系において、該結像手段は該偏向手段側から順
に正の屈折力を有する正レンズと、該正レンズの近傍に
配置され主走査断面と副走査断面の双方において正の屈
折力を有するトーリックレンズとの２枚のレンズで構成
され、該正レンズの少なくとも１つのレンズ面は回転対
称な非球面より成っていることを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の光学系の要部平面図（主
走査断面図）、第２図は第１図の主走査断面に垂直な要
部断面図（副走査断面図）である。

図中、１は光源としての例えば半導体レーザである。２
はコリメーターレンズであり、光源１から射出された光
ビームを平行光束としている。

３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。

４はシリンドリカルレンズであり、主走査断面に関して
は屈折力は有しておらず副走査断面に関して所定の屈折
力を有している。５は偏向手段としての例えば回転多面
鏡より成る光偏向器であり、矢印へ方向に一定速度で回
転している。１０は本発明に係る結像手段であり、光偏
向器５側から順に正の屈折力を有する正レンズ６と該正
レンズ６の被走査面側近傍に配置され主走査断面と副走
査断面の双方において正の屈折力を有するトーリックレ
ンズの２枚のレンズより構成している。

正レンズ６の光偏向器５側のレンズ面はｆ−θ特性と像
面湾曲を良好に補正する為に主走査断面に対して回転対
称な非球面形状より形成しており、又被走査面側（感光
体ドラム８側）のレンズ面は像面湾曲を良好に補正する
為に被走査面側に凸面を向けた非球面形状より形成して
いる。

トーリックレンズ７は広画角にわたって像面湾曲を良好
に補正する為にコンセントリックな形状（トーリックレ
ンズ７の両レンズ面の曲率半径の中心か光偏向器５の反
射面近傍にある）で形成すると共に両レンズ面を非球面
形状より形成している。８は感光体ドラムである。

本実施例に於いて光ｆｆ１ｌより射出された光ビームは
コリメータレンズ２により略平行光束とされ、該平行光
束は絞り３によってその光束断面の大きさか制限されて
シリンドリカルレンズ４に入射する。

シリンドリカルレンズ４は入射した平行光束のうち主走
査断面に於いてはそのまま平行光束の状態で射出させ、
副走査断面に於いては集束して光偏向器５の反射面にほ
ぼ線像光束として結像させている。そして光偏向器５の
反射面で光束に反射偏向している。光偏向器５で反射偏
向された光ビームは正レンズ６及びトーリックレンズ７
を通過することによってその走査直線性が補正され感光
体トラム８面上に結像されて略等速度直線運動で該感光
体ドラム８面上を光走査する。

第２図に於いてＰは光偏向器５０反射面位置を示してお
り、副走査断面では前述した様にほぼこの反射面位置Ｐ
に光ビームが集光するようにしている。

ここで反射面位置Ｐと感光体ドラム８は結像手段１０に
関してそれぞれ光学的に略共役な位置関係になっている
。これにより反射面が副走査断面に於いて傾いても、所
謂面倒れがあっても光ビームが感光体ドラム８面上の同
一走査線上に結像するようにしている。この様にして本
実施例では光偏向器５の面倒れの補正を行っている。

本実施例に於いては結像手段を前述した形状の正レンズ
とトーリックレンズの２枚のレンズより構成することに
より、高い光学性能を維持しつつ光走査範囲の広画角化
を容易にしている。

又、正レンズ６に非球面を導入し薄型化を図り、更に正
レンズ６とトーリックレンズ７の両方のレンズの材質を
プラスチック材で形成した場合でも環境変動による影響
を少なくしかつ低価格の光走査光学系の達成を容易にし
ている。

第３．第４図は本発明の第１実施例による光走査範囲に
おける被走査面上での像面湾曲とｆ−θ特性を示す説明
図である。同図に示す様に主走査断面内の広画角範囲に
わたり良好なる像面湾曲とｆ−θ特性を得ている。

本実施例に於いて更に走査断面全体の該収差を良好に補
正し、環境変動等の影響による被走査面上でのどントズ
レを防止し、かつ光走査範囲の広画角化を容易にするに
は次の諸条件を満足させるのが良い。

即ち、前記トーリックレンズの主走査断面と副走査断面
における焦点距離を各々ｆ　２ａ＋　ｆ　２ｂ、前記ト
ーリックレンズの光軸方向の最大肉厚をｄい８、前記正
レンズと前記トーリックレンズの主走査断面の合成焦点
距離をｆａ、前記トーリックレンズと前記被走査面との
距離を２としたとき０．１　　　＜ｆ、／ｆ２．＜０．
３　　　・・・・・・・（１）０．２５＜ｆ２ｂ／ｆａ
＜０．５　　・・・・・・・（２）０．６　　＜　　ｎ
／ｆａ＜１　　　　・・・・・・・（３）ｄｍＡｘ　／
　ｆ　２ｂ＜　０　、　１５　　・・・・・（４）なる
条件を満足することである。

一般にトーリックレンズの主走査断面の屈折力を強くし
すぎるとｆ−θ特性を良好に維持しつつ走査方向、即ち
メリデイオナル方向の像面湾曲を良好に補正することが
困難となフてくる。この為主走査断面におけるトーリッ
クレンズの屈折力はなるへ〈弱くするのが良い。

条件式（１）は上記のことを考慮して、正レンズ６とト
ーリックレンズ７の主走査断面における合成焦点距離ｆ
ａとトーリックレンズ７の主走査断面における焦点路Ｍ
　ｔ　２−どの比を適切に設定するものである。条件式
（１）の下限値を越えて（即ちｆ２．＞１０・Ｆ、とな
る）焦点路＊ｆ２．が大きくなりすぎると収差補正上有
利となるが、トーリックレンズ７が被走査面（感光ドラ
ム８面）側に近付いてしまい装置全体が大型化になって
くる。

又条件式（１）の上限値を越えて（即ちｆ、＞０．３ｆ
２−どなる）焦点路ｔｓｔｚ−か小さくなりすぎると逆
に装置全体のコンパクト化には有利となるがｆ−θ特性
と像面湾曲の双方をバランス良く維持するのが困難にな
ってくるので良くない。

条件式（２）はトーリックレンズ７の副走査断面におけ
る焦点距離ｆ２ｂと正レンズ６とトーリックレンズ７の
主走査断面における合成焦点距離ｆａの比に関し、特に
サジタル方向（副走査断面内にあ）て光軸に直角な方向
）の像面湾曲を良好に補正する為のものである。

条件式（２）の上限値を越えて（即ちｆ　２ｂ＞０．５
・ｆ、どなる）焦点距離ｆ２ｂか大きくなりすきると収
差補正上は有利となるがトーリックレンズ７が被走査面
（感光体ドラム８面）側に近付き装置全体か大型化にな
ってくる。

又条件式（２）の下限値を越えて（即ちｆ２．〈０、２
５・ｆｌとなる〉焦点距離ｆ２ｂか小さくなりすぎると
メリディオナル方向とサジタル方向との像面湾曲をバラ
ンス良く補正するのが困難となってくるので良くない、 条件式（３）はトーリックレンズ７と被走査面との距１
１１Ｌと、正レンズ６とトーリックレンズ７の主走査断
面における合成焦点路１１ｆ、との比に関し、条件式（
３）の下限値を越えると（即ちｆｆｉ＜０．６・ｆよと
なる）装置全体が大型化になると共に面倒れ補正効果か
少なくなってくる。又条件式（３）の上限値を越えて（
即ち１〉ｆ８となる）トーリックレンズ７の屈折力が強
くなりすぎると特にトーリックレンズ７のコスト面の利
点を生かしてプラスチック材料で形成した場合、環境変
動等の影響による被走査面上でのピントズレ量が許容範
囲より外れてくるので良くない。

条件式（４）はトーリックレンズ７の光軸方向の最大肉
厚ｄ　ＭＡＸとトーリックレンズ７の副走査断面におけ
る焦点距離ｆ２ｂとの比に関し、条件式（４）を外れる
と環境変動、特にトーリックレンズ７の吸湿による被走
査面上でのどントズレを良好に防止することが難しくな
り、かつプラスチックによるトーリックレンズ７の成形
が難しくなってくるので良くない。

第５．第６図は各々本発明の第２．第３実施例の光学系
の要部平面図（主走査断面図）である。

第２．第３実施例の結像手段２０．３０のレンズ構成の
特長は第１実施例と同様である。

次に本発明に係る結像手段の数値実施例を示す。

数値実施例１〜３は順に本発明の第１〜第３実施例の光
偏向器５以降の数値例である。

第５図に示した第２実施例では正レンズ１６の光偏向器
５側のレンズ面のみを非球面より形成している。

又、第６図に示した第３実施例では正レンズ２６の両レ
ンズ面を非球面より形成するとともに、正レンズ２６、
トーリックレンズ２７の両レンズともプラスチック材料
で形成している。数値実施例に於いて正レンズの主走査
断面（副走査断面）における曲率半径をＲ＋　、　Ｒ２
、ｔ”−リックレンズの主走査断面にあける曲率半径を
Ｒ３゜Ｒ４、副走査断面における曲率半径をＲ３Ｒ４、
各レンズ面間の距離をＤ１〜Ｄ４て示している。

又、正レンズとトーリックレンズの波長７８０ｎｍでの
屈折率はＮ、、Ｎ２で表わしている。又Ｂ−Ｄは以下に
示すｘ−ｙ平面上でのレンズ面の高さｙと距離Ｘとの関
係式 ％式％） の各次数の非球面係数を示す。

又、各数値実施例と前述の各条件式との関係を表−１に
示す。

〔数値実施例１〕 全系の焦点距離 最大走査角 偏向点〜Ｒ１面 ８４ｍｍ ８０゜ ５６、　９ｍｍ Ｒ，＝　　８７２．２６　　　　　　　　ＤＩ　＝９．
７Ｎｌ　　＝１．　７８５６９ Ｂ＝−１，０８２８０ｘｌＯ−’ Ｃ＝−８，２４１５５ｘｌＯ−” Ｄ＝−５，４８０４３ｘｌＯ” Ｒ２＝−２２１，５７Ｄ２　＝１１．９Ｂ＝−３，１６
３９９ｘｌＯ−’ Ｃ＝−４，３５２０５ｘ１０−目 Ｄ＝−１，７６１０２ｘｌＯ−” Ｒ３＝　　１７４．０１　　　　　　　Ｉ）ｌ　＝６．
５Ｎ３　＝１．５７２９ Ｂ＝−１，５２２１９ｘｌＯ−７ Ｃ＝−６，６２２７３ｘｌＯ−” Ｄ：　　０゜ Ｒ３＝−２１，４５ Ｒ，＝−１３０，６５Ｄ４＝１７１．９Ｂ＝−１，４０
７３６ｘｌＯ−’ Ｃ＝−２，０１６１０ｘｌＯ−” ’Ｄ＝　　Ｏ。

Ｒ４＝−１５，２３ 〔数値実施例２〕 全系の焦点距離 最大走査角 偏向点〜Ｒ１面 ８４ｍｍ ８０゜ ６０、　６ｍｍ Ｒ，＝　　１１８６．０５　　　　　　　ＤＩ　　＝１
３．２Ｎｌ　　＝１．　７８５６９ Ｂ＝−５，９５３６４ｘｌＯ−８ Ｃ＝　　　５．　２７４１７ｘｌＯ” Ｄ＝−２，３９５１６ｘｌＯ−” Ｒ２＝−１９９，５８Ｄ２　＝１３．６Ｂ＝　　　Ｏ −Ｏ Ｄ＝　　　Ｏ Ｒｚ　＝　　１５６．４９　　　　　　　Ｄ３　＝７．
ＯＮ３　＝１．　５７２９ Ｂ＝　　　Ｏ Ｃ−０゜ Ｄ＝　　　０ ＝〜２１．　３１ ＝−１２４，４４Ｄ４＝１７０．Ｏ Ｂ二　　〇。

Ｃ：　　０゜ Ｄ＝　　０゜ ＝−１５，６７ 〔数値実施例３〕 全系の焦点距離 最大走査角 偏向点〜Ｒ１面 ８４ｍｍ ８０゜ ５８、　５ｍｍ Ｒ２ ：　　４６３．４２　　　　　　　　　　Ｄ　　　＝１
４．４Ｎ、＝１．５７２９ Ｂ＝−１，８８７２６ｘｌＯ−’ Ｃ＝　　２．２９７６８ｘｌＯ” Ｄ＝−１，４２４９９ｘｆＯ−１５ ＝−１６６，９６Ｄ２　　＝１１．　１Ｂ＝−５，３８
３４４ｘｌＯ−’ Ｃ＝−４，３９４２５ｘｌＯ−１２ Ｄ＝　　　１．０Ｏ１５９ｘｌＯ−＋５＝−１３３，２
０Ｄ３　　＝６．９ Ｎ３　＝１．５７２９ Ｂ＝　　０゜ Ｃ＝　　Ｏ Ｄ＝　　０゜ ＝−１９，１９ ＝−１１０，６９ Ｂ＝　　　Ｏ Ｃ＝　　０゜ Ｄ＝　　０゜ ＝−１４，６９ Ｄ４　＝１７１゜ （表−１） （発明の効果） 本発明によれば前述の如く結像手段のシン２構成を主走
査断面に対して回転対称な少なくと泊１つのレンズ面か
非球面より成る正レンズと北都的屈折力の弱い薄型のト
ーリックレンズの２枚（レンズで構成することにより、
広画角の光走査ｉ囲にわたって像面湾曲等の収差を良好
に補正すこことができ、かつ光偏向器の面倒れ補正効果
のスきい高性能な光学性能が得られるコンパクトな光走
査光学系を達成することができる。

更には結像手段を構成する２つのレンズをプラスチック
材料で形成することにより、低価格化も同時に達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部平面図（主走査断面
図）、第２図は第１図の主走査断面に垂直な要部断面図
（副走査断面図）、第３図は本発明の第１実施例の像面
湾曲を説明する収差図、第４図は本発明の第１実施例の
ｆ−θ特性を説明する収差図、第５図、第６図は本発明
の第２゜第３実施例の要部断面図（主走査断面図）であ
る。 図中、■は光源、２はコリメータレンズ、３は開口絞り
、４はシリンドリカルレンズ、５は光偏向器、１０．２
０．３０は結像手段、６．１６゜２６は正レンズ、７，
１７．２７はトーリックレンズ、８は感光体トラムであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光源から射出した光ビームを偏向手段に導光し、
   該偏向手段で偏向反射させた光ビームを結像手段により
   被走査面上に導光し、光走査する光走査光学系において
   、該結像手段は該偏向手段側から順に正の屈折力を有す
   る正レンズと、該正レンズの近傍に配置され主走査断面
   と副走査断面の双方において正の屈折力を有するトーリ
   ックレンズとの２枚のレンズで構成され、該正レンズの
   少なくとも１つのレンズ面は回転対称な非球面より成っ
   ていることを特徴とする光走査光学系。 （２）前記トーリックレンズの主走査断面と副走査断面
   における焦点距離を各々ｆ＿２＿ａ、ｆ＿２＿ｂ、前記
   トーリックレンズの光軸方向の最大肉厚をｄ＿Ｍ＿Ａ＿
   Ｘ、前記正レンズと前記トーリックレンズの主走査断面
   の合成焦点距離をｆ＿ａ、前記トーリックレンズと前記
   被走査面との距離をｌとしたとき０．１＜ｆ＿ａ／ｆ＿
   ２＿ａ＜０．３ ０．２５＜ｆ＿２＿ｂ／ｆ＿ａ＜０．５ ０．６＜ｌ／ｆ＿ａ＜１ ｄ＿Ｍ＿Ａ＿Ｘ／ｆ＿２＿ｂ＜０．１５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の光
   走査光学系。 （３）前記正レンズと前記トーリックレンズはプラスチ
   ック材料で形成されていることを特徴とする請求項１記
   載の光走査光学系。