JPH0450913A - 光走査光学装置 - 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） この発明は、レーザープリンタ、レーザーファクシミリ
、デジタル複写機等に用いられる光走査光学装置に関し
、特に、その像面湾曲の補正に関するものである。

（従来の技術） 従来より、光源からの光を種々の偏向器によって偏向し
、被走査媒体を走査する光走査光学装置は公知であり、
デジタル複写機、レーザープリンタ、レーザープロッタ
、レーザーファクシミリ、レーザー製版機等の走査光学
系として用いられている。

ところで、前記光走査光学装置においては、走査の高速
化のため、前記光偏向器に回転多面鏡を用いるのが主流
となっているが、この回転多面鏡を用いた場合には、各
偏向反射面の面倒れがあり、この面倒れによって被走査
面の走査位置がばらつく現象が生じることは良く知られ
ており、この面倒れの補正を行なうことが必要となる。

また、光束を偏向させる偏向角を大きくとると、結像レ
ンズ系による像面湾曲が生じるため、高密度のスポット
径を得るには前記結像レンズ系による薇面湾曲を主走査
方向、副走査方向ともに補正することが必要となる。

そこで、前述した回転多面鏡の面倒れを補正するために
ｆθレンズ系等の補正光学系を用いた光走査光学装置が
１例えば特開昭６３−１０６６１８号公報、特開昭６２
−１４７４２１号公報等に開示されている。

また、前述した光走査光学装置における像面湾曲を補正
する方法としては、例えば結像レンズ系（主に球レンズ
を使用）が偏向器の前に設置されたポストオブジェクテ
ィブ型の光走査光学装置においては、偏向走査に伴って
光源を光軸方向に移動することにより、主・副走査方向
の像面湾曲を補正する技術が、例えば特開昭５７−１４
８２０号公報等に開示され、また、前記結像レンズ系が
偏向器の前後に設置されたポストおよびプレオブジェク
ティブ両型の光走査光学装置においては、コリメートレ
ンズ、集光レンズを偏向走査に伴って光軸方向へ移動さ
せることにより、主・副走査方向の像面湾曲を同様に補
正する技術が、例えば特開昭５８−５７１０８号公報、
特開昭５８−５７１０９号公報等に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の光走査光学装置における面倒
れの補正の技術は、主・副走査方向に屈折力の異なるレ
ンズが光路中にあるため、主・副走査方向の像面湾曲が
異なっており、また、前記像面湾曲を補正する機構を有
する光走査光学系の結像レンズ系が球面レンズの場合、
球面レンズには非点隔差があるため、一般に主・副走査
方向の像面湾曲が異なっており、何れにしても光路中の
球面レンズあるいは光源を単に移動しただけでは主・副
走査方向の像面湾曲の補正を十分に行なうことができな
いという問題があった。

また、従来の発明における、像面湾曲を補正する際の光
源やレンズの移動の制御技術については、「正弦振動を
行なう」等の動作について述べられているだけで詳述さ
れていないが、この移動の制御技術に関し、回転多面鏡
を用いた走査光学系において像面湾曲の補正を行なうに
は、数１００〜数１０００Ｈｚの振動移動制御を行なう
必要があるため、通常の開ループの制御では制御に遅れ
が生じて像面湾曲に制御が追従できず、補正の効果が得
られないという問題があった。

また、像面湾曲の機械的な補正機構が設けられていない
一般の面倒れ補正光学系においては、ｆθレンズ等を含
む複数のレンズを組み合せたレンズ構成によってのみ像
面湾曲を補正しているため、主・開開走査方向の像面湾
曲、ｆθ特性（倍率誤差、等速度走査性）、球面収差、
正弦条件等を考慮することが光学系の設計条件として必
要となるが、これらはどれ一つとして欠くことはできず
、これら全ての設計条件を同時に満たすことは困難であ
る。

従って、前述した像面湾曲が補正できれば他の条件を良
好にする設計自由度が大きくなり、光走査光学系の設計
が容易となることが予想されるため、面倒れ補正光学系
を有する光走査光学装置においては、像面湾曲を補正す
る必要から、光走査光学系の高密度化が進んでｆθレン
ズ等の要求精度が高くなっており、かつレンズの枚数も
増加しているので、組立や調整が困難となり、かつ部品
点数の増加から装置全体の高コスト化につながるという
問題があった。

そこで、この発明は上述した従来の問題点を解消し、複
雑で枚数の多いコスト高のレンズ系を使用しないで主・
副走査方向の像面湾曲を補正することができ、かつｆθ
レンズ等のレンズ系の設計が容易であって、低コストで
高性能な光走査光学装置を提供することを課題にしてい
る・（課題を解決するための手段） この発明の要旨とするところは、光源から出射された光
束を略平行化するコリメート光学系と、該略平行化され
た光束を線状に結像する第１の結像光学系と、この第１
の結像光学系より出射した光束を偏向走査する偏向反射
面を有する回転多面鏡と、該偏向反射面により変更され
た光束によって走査される被走査媒体と、該被走査媒体
と前記偏向反射面との間に配置され、前記偏向された光
束被走査媒体上に結像すると共に前記偏向反射面で偏向
される光束の偏向走査面と垂直な副走査方向の面内にお
いて該偏向反射面と前記被走査媒体とを幾何光学的に共
役な関係に保つ第２の結像光学系を備えたことにある。

（作　用） 従って、光源からの光束が第１の結像光学系を介して回
転多面鏡の偏向反射面に入射後、第２の結像光学系によ
って被走査媒体上に結像して該被走査媒体を走査する際
、前記第２の結像光学系によって生じる像面湾曲を前記
第１の結像光学系の可動レンズ群の位置を変位させるこ
とにより補正する。すなわち、可動レンズ駆動手段の圧
電素子もしくは磁歪素子を電気的に変位させることによ
り前記可動レンズ群を駆動制御するものである。

（実　施　例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。第
１図において、符号１はレーザー等の光源もしくは光源
と光束を略平行化するコリメート光学系からなる光源装
置であり、該光源装置１から放出される略平行な光束は
第１の結像光学系であるシリンドリカルレンズ２ａおよ
び２ｂを通過した後、回転多面鏡３に入射し、その偏向
反射面３ａの所定位置に線像ＬＩとして結像して反射さ
れる。反射された光束は第２の結像光学系である光走査
レンズ４および５を通過して被走査面（被走査媒体）６
上に結像する。

上記構成の光走査光学装置において、第１の結像光学系
を通過した光束は集束作用により一方向性の集束光とな
って回転多面鏡３に入射して線像ＬＩとして結像するが
、この線像ＬＩの長手方向は主走査対応方向である。そ
して、第２の結像光学系を通過した光束は被走査面６上
にスポット状に結像し、回転多面鏡３の回転に伴って該
結像スポットは被走査面６上を走査する。

ところで、この結像スポットの結像位置が第２図（ａ）
に示すように、像面湾曲量に相当するΔＸ′（像面湾曲
ずれ量）だけ被走査面６からずれていると、高密度な結
像スポットが得られず、不正確な画像が生成される原因
となりかねないので、同図（ｂ）に示すように、回転多
面鏡３の偏向板３ａ上の線像ＬＩの結像位置を正規の位
置からΔＸ（補正量）だけずらすことにより補正を行な
う。なお、同図（ａ）、　（ｂ）は上下方向が副走査対
応方向であり、また、この補正における補正量ΔＸと像
面湾曲ずれ量ΔＸ′との関係は第２の結像光学系の横倍
率βを用いて、Δｘ’　＝β２・ΔＸで表すことができ
る。

そこで、先ず第２の結像光学系の諸設定値を具体的に決
定する。光走査レンズ４および５のレンズ面を回転多面
鏡３の側から被走査面６の側に向かって第１面〜第４面
とし、第２面の曲率半径（回転多面鏡３による理想的な
偏向光束の光軸光線により形成される偏向断面上の曲率
半径）をｒｉ、副走査方向の曲率半径（光軸を通り、前
記偏光断面に直交する偏向断面上の曲率半径）をｒｉ’
　、第２面と第（ｉ　＋　１　）面との間の面間隔をｄ
ｉ、回転多面鏡３の側から５番目のレンズの屈折率をｎ
ｊとすると、次に示すような値を設定する。

但し、同図の値は主走査方向に関する合成焦点距離ｆ、
を１００に規格した時の値である。

この時の主走査方向の明るさはＦ／Ｎｏ＝５４．７、光
束の有効偏向角２θ＝６７．８°、回転多面＃！３への
入射光束の光軸と第２の結像光学系の光軸とのなす角α
＝６０°、回転多面鏡３の内接円半径Ｒと前記合成焦点
距離ｆ、との比Ｒ／　ｆ　ｍ　＝０．１３２、副走査方
向の合成焦点距離ｆｓ＝２２．６９８、横倍率β＝−４
，１２としている。これらの諸値に設定された第２の結
像光学系を備えた光走査光学装置において、該第２の結
像光学系に偏向光束を入射させた時の像面湾曲は第３図
に示すように主走査方向（破線）より副走査方向（実線
）に大きく現れる。

この副走査方向の像面湾曲を第１の結像光学系の一部を
制御することにより補正する。

次に、該第１の結像光学系の諸値の設定について示す。

第１の結像光学系は、第４図（ａ）に示すように、凸レ
ンズ群、凹レンズ群の順で配置されたもの、同図（ｂ）
に示すように凹レンズ群、凸レンズ群の順で配置された
もの、あるいは同図（Ｃ）に示すように凸レンズ群が続
けて配置されたものの３つのタイプが考えられる。それ
ぞれのレンズ群はシリンドリカルレンズで構成されてお
り、どちらのレンズ群が固定あるいは可動であっても良
く、例えば同図（ａ）に示すように、凹レンズ群２ｂを
破線（２ｂ’）の位置に移動させる。

ここで光源装置１から各レンズ群までの焦点距離をｆ、
、ｆ、、主点間隔をｄ、合成焦点距離をｆとすると、一
般に次式が成立する。

可動レンズ群の焦点距離をｆユとして、その変位量をＸ
とすると、 ｄ＝ｆ１＋ｆ、十ｘ　　　　　　””　（２）である。

ここで線像ＬＩの結像位置ずれ量（補正量）をΔＸとす
ると、該ΔＸは前記焦点距離ｆ工の変位量Ｘおよび焦点
距ｌ／１１ｆ２により生じる量であるから、 ΔＸ＝　β”ｃｙ　１　ｘ　　　　　　　　　　　　　
　”會　（３）但し、βｃｙは焦点距離ｆ２の横倍率で
ある。

が成立するので、 （１）、（２）、（５）式より、 が成立する。

また（５）式を（２）式に代入し、かつ（６）式より、
ｄ＝ｆ、＋　（１−−）ｆ。

βｃｙ が成立する。従って、合成焦点距離ｆ、主点間隔ｄ工、
ｆ２の横倍率βｃｙの３つを決定すれば、焦点距離ｆ□
およびｆ２が算定される。これは第５図（ａ）ではｆｌ
＞Ｏ１βｃｙ＞Ｏ１同図（ｂ）ではｆ、＜Ｏ１βｃｙ＞
Ｏ１同図（ｃ）ではｆｌ〉０、βｃｙくｏの関係である
ことを示している。

次に、第３図に示した副走査方向の像面湾曲（実線）を
補正するために、第１の結像光学系の可動レンズ群（２
ａもしくは２ｂ）をどのように変位させるかについて第
５図を参照して説明する。

同図において、右側は線像ＬＩの被走査面６上の像側方
向への変位域を示し、左側は線像ＬＩの光源装置１側方
向への変位域を示している。すなわち、実線の補正特性
線が示すように、第１の結像光学系の可動レンズ群を例
えば２ｂとすると、該レンズ群２ｂを、偏向角θの変位
に応じて線像ＬＩの位置が像側（被走査面６側）へ変位
するようにレンズ群２ａの方向へ移動させるように制御
すれば良い。

このように、可動レンズ群２ｂの変位を各偏向走査毎に
同図に示すように制御すると、副走査方向の像面湾曲は
第６図に示す（破線）ように、略完全に補正され、主走
査方向の像面湾曲は上述した補正によって殆ど影響され
ない。

従って、被走査面６上での副走査方向の結像スポットの
径は走査位置に拘らず常に一定ししたものとなる。

次に、前述した可動レンズ群２ｂの変位制御を行なう変
位機構（可動レンズ駆動手段）について説明する。この
変位機構における可動レンズ群２ｂの駆動制御には圧電
素子もしくは磁歪素子を用いる。

この圧電素子を用い場合には、圧電アクチュエータを構
成する方式を採用することができ、また前記磁歪素子を
用いる場合には、光ピツクアップのフォーカシングに関
連して知られたボイスコイルアクチュエータ方式を利用
できる。そして、前記駆動制御を行なう駆動部の記憶装
置には、像面湾曲とこれを補正する第５図に示した可動
レンズ群２ｂの変位量との関係を走査位置に応じて記憶
させておき、偏向光束による走査位置をクロックとの関
連で検出して、その検出された走査位置に応じて、副走
査方向の像面湾曲を補正するように可動レンズ群２ｂを
変位させる構成とする。

また、この像面湾曲の補正はフィードバック方式で行な
うこともできる。このフィードバック方式は、第２の結
像光学系と被走査面６との間にハーフミラ−を配置して
、回転多面鏡３による偏向光束の一部を分離光束として
分離して被走査面６と等価な面に導き、この面をも走査
させるように構成したものである。ところで、前記等価
な面には走査方向にわたってＣＣＤ等のイメージセンサ
を複数個設けるが、各イメージセンサの受光素子の配列
方向は走査される方向と直交させる。そして、前記分離
光束が各イメージセンサを通過するときに、そのスポッ
ト径を検出し、この検出結果から副走査方向の像面湾曲
を算出できるので、この時の副走査方向の結像スポット
径が所望の価となるように、第１の結像光学系の可動レ
ンズ群の変位をフィードバック制御すれば良い。

そして、特に（３）、（５）式から明らかなように焦点
距離ｆ２の横倍率βｃｙを１βｃｙｌ＞１とすることに
より、可動レンズ群の焦点距離ｆ１の変位量Ｘが小さく
て、線像ＬＩの位置の補正量ΔＸを大きくすることがで
きるので、前記変位機構の駆動部の圧電素子もしくは磁
歪素子の変位量を少なくすることができる。

なお、この実施例では、主に副走査方向の像面湾曲の補
正について示したが、主走査方向の像面湾曲に伴う主走
査方向の結像スポット径の変動については、光源装置１
にて光量調節を行なうことにより補正することができる
。従って、主・副面走査方向の像面湾曲の補正を行なう
ので、高密度の結像スポット系による光走査が可能とな
る。

また、この実施例のフィードバック方式による補正にお
いては、回転多面！Ｉ３による偏向光束を分離するため
にハーフミラ−を用いたが、これに限らず通常の反射鏡
を用い、かつ光源として２つの発光源を持つＬＤ（レー
ザーダイオード）アレイを用いることにより、その一方
の発光源からの光束を前記被走査面と等価な面に導くよ
うにすることもできる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、副走査方向の
像面湾曲に応じて各偏向走査毎に第１の結像光学系の可
動レンズ群を変位機構により光軸方向に変位させるよう
にしたので、該変位機構の圧電素子（もしくは磁歪素子
）の少ない移動量で副走査方向の像面湾曲を補正するこ
とができる。

また、該圧電素子（もしくは磁歪素子）の移動量が少な
いので、その駆動電圧を低く抑えることができ、電気回
路の負荷を軽減できるという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す光走査光学装置の概略
構成図、第２図（ａ）、（ｂ）は像面湾曲による結像位
置のずれを示す説明図、第３図は主走査方向および副走
査方向の像面湾曲を示す特性線図、第４図（ａ）、（ｂ
）、（ｃ）は第１の結像光学系の各レンズ群の配置例を
示す説明図、第５図は副走査方向の像面湾曲に応じた可
動レンズ群の変位量を示す特性線図、第６図は補正され
た副走査方向の像面湾曲を示す特性線図である。 １・・・光源、２ａ、２ｂ・・・第１の結像光学系、３
・・・回転多面鏡、３ａ・・・偏向反射面、４，５・・
・第２の結像光学系、６・・・被走査媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源から出射された光束を略平行化するコリメート光学
   系と、該略平行化された光束を線状に結像する第１の結
   像光学系と、この第１の結像光学系より出射した光束を
   偏向走査する偏向反射面を有する回転多面鏡と、該偏向
   反射面により偏向された光束によって走査される被走査
   媒体と、該被走査媒体と前記偏向反射面との間に配置さ
   れ、前記偏向された光束を被走査媒体上に結像すると共
   に前記偏向反射面で偏向される光束の偏向走査面と垂直
   な副走査方向の面内において該偏向反射面と前記被走査
   媒体とを幾何光学的に共役な関係に保つ第２の結像光学
   系とを有する光走査光学装置において、 前記第１の結像光学系は固定レンズ群と可動レンズ群か
   らなるシリンドリカルレンズで構成され、かつ前記第２
   の結像光学系による副走査方向の像面湾曲を補正すべく
   各偏向走査毎に該像面湾曲に応じて圧電素子もしくは磁
   歪素子により前記可動レンズ群を光軸方向に変位させる
   可動レンズ駆動手段を備えていることを特徴とする光走
   査光学装置。