JPH05164981A - 等速光走査用結像反射鏡および光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】像面湾曲を良好に補正した、ｆθ機能を持つ結
像反射鏡を実現する。 【構成】反射鏡３Ｂは「主走査対応方向に集束性、副走
査対応方向に関しては偏向の起点近傍を起点とする発散
性で、等角速度的に偏向される偏向光束」を結像させて
被走査面に光スポットを形成し、被走査面を等速的に光
走査させる。反射鏡３Ｂの鏡面は、偏向反射面内におい
ては、光軸方向の座標を：Ｘ、光軸位置を原点とする光
軸直交方向の座標を：Ｙとして、一般式： Ｙ²＝２Ｒ_mＸ−（Ｋ＋１）Ｘ² （Ｒ_m：光軸上の曲率半径、Ｋ：円錐定数）で表される
形状を有し、副走査対応方向に関しては、光軸上で鏡面
からＲ_sだけ離れ、上記偏向反射面内で光軸に直交する
軸を回転軸として、上記形状を回転させて形成される凹
の樽型面を鏡面として有し、上記円錐定数Ｋ，曲率半
径：Ｒ_m，距離：Ｒ_sが、条件 （１−１）−０．７≦Ｋ≦１ （１−２） ２．７≦Ｒ_m／Ｒ_s≦４．０ が、条件を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、等速光走査用結像反
射鏡および、この反射鏡を利用した光走査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光束を等角速度的に偏向させ、結像光学
系により被走査面上に光スポットとして形成せしめ光走
査を行う光走査方式は従来から広く知られている。この
ような光走査方式における結像光学系としてｆθレンズ
が広く知られ且つ実施されているが、近来、ｆθレンズ
に換えて凹面鏡を利用するものが意図されている。

【０００３】しかし、凹面鏡に入射させる光束を平行光
束とすると凹面鏡から被走査面までにとかく大きな光路
長を必要とし、光走査装置の小型化が困難になる。

【０００４】そこで「ｆθレンズに代わる凹面鏡」に入
射させる光束を集束性とし、凹面鏡と被走査面との光路
長を小さくして光走査装置を小型化することが考えられ
る。

【０００５】しかし、ｆθレンズに代わる凹面鏡の鏡面
形状として従来意図されているような球面や通常の２次
曲面を用いた場合、電気的な補正の難しい副走査方向の
スポット径を全主走査領域に渡って小さくすることが難
しく、高密度の光走査が困難である。また、像面湾曲と
リニアリティとを共に良好に補正することが極めて困難
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたもので、偏向手段における所謂「面
倒れ」を補正でき、高密度の光走査を可能ならしめる等
速光走査用結像反射鏡および光走査装置の提供を目的と
する。この発明はさらに、面倒れの補正と高密度の光走
査が可能であり、なお且つ像面湾曲とリニアリティを良
好に補正できる等速光走査用結像反射鏡および光走査装
置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１，２の等速光走
査用結像反射鏡は「主走査対応方向に関して集束性、副
走査対応方向に関しては偏向の起点近傍を起点とする発
散性で、等角速度的に偏向される偏向光束を集束させて
被走査面に光スポットを結像し、被走査面を等速的に光
走査させるための反射鏡」である。

【０００８】「主走査対応方向」とは、光源から被走査
面に到る光路上において主走査方向に対応する方向を言
い、「副走査対応方向」とは上記光路上で副走査方向に
対応する方向を言う。また等速光走査用結像反射鏡が
「偏向光束を集束させて被走査面に光スポットを結像す
る」とは、等速光走査用結像反射鏡が、「偏向反射面位
置と被走査面位置とを副走査対応方向に関して、極めて
高度な共役関係とし、極めて高い補正倍率を有する」こ
とを意味する。

【０００９】請求項１の等速光走査用結像反射鏡の鏡面
は、図３に示すように「偏向反射面内においては、光軸
方向の座標を：Ｘ、光軸位置を原点とする光軸直交方向
の座標を：Ｙとして、一般式： Ｙ²＝２Ｒ_mＸ−（Ｋ＋１）Ｘ² （Ｒ_m：光軸上の曲率半径、Ｋ：円錐定数）で表される
形状」を有し、「副走査対応方向に関しては、光軸上で
鏡面からＲ_sだけ離れ、上記偏向反射面内で光軸に直交
する軸を回転軸として、上記形状を回転させて形成され
る凹の樽型面」であり、上記円錐定数Ｋは、条件 （１−１）−０．７≦Ｋ≦１ を満足する。

【００１０】また、上記曲率半径：Ｒ_mと距離：Ｒ_sと
は、条件 （１−２） ２．７≦Ｒ_m／Ｒ_s≦４．０ を満足する。

【００１１】「偏向反射面」とは、理想的に偏向された
光束の主光線による掃引で形成される平面である。

【００１２】請求項２の等速光走査用結像反射鏡は、上
記請求項１記載の構成に加えて、以下の特徴を有する。
即ち、偏向角０の偏向光束の主走査対応方向における自
然集光点と等速光走査用結像反射鏡鏡面との距離をＳ₀
とするとき、Ｓ₀と上記曲率半径：Ｒ_mが、条件 （２−１）−３．２≦Ｒ_m／Ｓ₀≦−０．１ を満足する。

【００１３】「主走査対応方向における自然集光点」
は、偏向光束が、等速光走査用結像反射鏡による結像作
用を受けないとした場合に、主走査対応方向において集
光する位置である。

【００１４】請求項３の光走査装置は、光源と、集光レ
ンズと、潜像結像レンズと、光偏向器と、凹面鏡と、光
束分離手段とを有する。「光源」としては、半導体レー
ザー等のレーザー光源や発光ダイオードを利用できる。
「集光レンズ」は、光源からの光束を集束光束にするた
めのレンズである。「線像結像レンズ」は、集光レンズ
による集光光束を主走査対応方向に長い線像として結像
させるためのレンズである。

【００１５】「光偏向器」は、線像結像レンズにより結
像する線像の近傍に偏向反射面を有し、線像結像レンズ
側からの光束を等角速度的に偏向させる。線像結像レン
ズ側からの光束は、主走査対応方向に関しては集束光束
であり、副走査対応方向においては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するから、光偏向
器により偏向された光束は、主走査対応方向に関しては
集束性で、副走査対応方向に関しては、線像の位置を起
点とする発散性である。

【００１６】「凹面鏡」は、光偏向器による偏向光束を
反射し被走査面上に光スポットを形成する凹面鏡であ
り、上記請求項１または２の等速光走査用結像反射鏡が
用いられる。「光束分離手段」は、凹面鏡による反射光
束を光源から凹面鏡に到る入射光路から分離する。

【００１７】請求項１，２の等速光走査用結像反射鏡
は、副走査対応方向に就いては、偏向反射面近傍の線像
を物体としてその実像を被走査面上に結像するので、所
謂「面倒れ」補正機能を持っており、これらを用いる光
走査装置において、光偏向器としては回転多面鏡を用い
ることができる（請求項４）、しかし、光偏向器は回転
多面鏡に限らず、「１面もしくは２面」のホゾ型ミラー
（請求項５）やピラミダルミラー（請求項６）を用いて
良いことは言うまでもない。ホゾ型ミラーやピラミダル
ミラーは、面倒れのない光偏向器として知られている
が、これはホゾ型ミラーやピラミダルミラーを回転させ
るモーターに「軸振れ」がない場合のことであり、上記
軸振れがあれば矢張り面倒れが発生する。

【００１８】なお、請求項１において偏向反射面内での
反射面形状を定める一般式 Ｙ²＝２Ｒ_mＸ−（Ｋ＋１）Ｘ² は、解析的な表現として唯一のものではない。例えば、
多項式として、 Ｘ＝ΣＤ_2N・Ｙ＊＊２Ｎ （和は整数Ｎに就いて１から∞までとる。記号＊＊２Ｎ
は２Ｎ乗を表す）をとり、係数Ｄ_2Nと項数を適当に選べ
ば、式：Ｙ²＝２Ｒ_mＸ−（Ｋ＋１）Ｘ²で表現される形
状にいくらでも近い形状を実現できる。請求項１におい
て上記式：Ｙ²＝２Ｒ_mＸ−（Ｋ＋１）Ｘ²で与えられる
偏向反射面内の反射面形状には、表現の如何を問わず、
偏向反射面内の形状が上記式で特定される等速光走査用
結像反射鏡と実質的に同等の機能を持つ近似形状が含ま
れる。

【００１９】

【作用】請求項１の等速光走査用結像反射鏡が満足する
べき条件（１−１）および（１−２）は、副走査方向の
像面湾曲を良好に保つための条件であり、副走査方向の
像面湾曲は、これらの条件（１−１），（１−２）の下
限を超えるとアンダーと成り過ぎ、上限を超えるとオー
バーと成り過ぎて、被走査面上の光スポットの副走査方
向のスポット径を、主走査領域に渡って「高密度光走査
に必要な範囲」に抑えることが困難である。

【００２０】請求項２の等速光走査用結像反射鏡が満足
するべき条件式（２−１）はリニアリティを良好に保つ
ための条件である。光走査の等速性を保証するｆθ特性
は、この条件（２−１）の下限を超えるとオーバー、上
限を超えるとアンダーとなって、いずれもリニアリティ
が悪化する。

【００２１】

【実施例】図１は、請求項３の光走査装置の１実施例を
示している。図中、符号１０は光源としての半導体レー
ザーを示している。光源１０からの発散性の光束は集光
レンズ１２により集束性の光束に変換され、線像結像レ
ンズであるシリンダーレンズ１３により、副走査対応方
向にさらに集束させられて光偏向器１４の偏向反射面近
傍に主走査対応方向に長い線像として結像する。光束は
偏向反射面により反射され光偏向器１４の作用で等角速
度的に偏向される。光偏向器１４は、この例では２面の
ホゾ型ミラーが想定されている。

【００２２】偏向光束は等速光走査用結像反射鏡３Ｂに
より反射される。偏向光束は、等速光走査用結像反射鏡
３Ｂの結像機能により、被走査面上に光スポットとして
結像する。偏向光束の偏向に伴い、光スポットが被走査
面を等速的に光走査する。図１において、符号１６は感
光媒体である光導電性の感光体を示す。光スポットによ
る主走査は感光体１６の母線方向へ行なわれる。この母
線を含む、感光体１６の接平面が被走査面である。

【００２３】光偏向器１４は上記の如く、この例では２
面のホゾ型ミラーであるが、これに代えて回転多面鏡や
ピラミダルミラー等、公知のものを適宜利用できる。

【００２４】光偏向器１４による偏向光束は、図１の例
では、図２（ａ）に示すように等速光走査用結像反射鏡
３Ｂにより反射された後、直接的に感光体１６に向かう
が、図２（ｂ）に示すように、反射鏡１７により光路を
折り曲げて感光体１６に導いても良く、図２（ｃ）に示
すように、偏向光束を半透鏡１８を介して等速光走査用
結像反射鏡３Ｂに入射させ、反射光束を半透鏡１８で反
射して感光体１６に導いても良い。勿論、これらの他に
も、偏向光束を被走査面に導くための種々の光路構成が
可能である。

【００２５】図２（ａ）の例では、反射鏡３Ｂの反射面
を光軸に対して傾けることが、光束分離手段を構成す
る。また図２（ｂ）の例では、反射面を傾けることと、
反射鏡１７が光束分離手段を構成し、同図（ｃ）の例で
は、半透鏡１８が光束分離手段を構成している。

【００２６】また、何れの場合も副走査対応方向に関し
ては、光偏向器の偏向反射面位置と被走査面位置とが幾
何光学的に極めて高度な共役関係とされる。

【００２７】以下に、請求項１，２の等速光走査用結像
反射鏡の実施例を９例挙げる。

【００２８】各実施例とも反射面の非球面形状を特定す
るパラメータ：Ｋ，Ｒ_mおよびＲ_s、前記条件（１−
２），（２−１）のパラメーター：Ｒ_m／Ｒ_s，Ｒ_m／Ｓ₀
および、Ｓ₀を与える。Ｓ₀は、前述のとおり、等角速度
的に偏向する集束光束の偏向の起点（図１の光偏向器１
４の偏向反射面の位置）から主走査対応方向における集
束光束の自然集光点に到る距離である。書き込み幅は、
実施例１ないし９とも２１６ｍｍ（レターサイズ）であ
る。

【００２９】実施例１ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ −０．７ −２６１．８１ −９５．１４ １３７１．２１ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝２．７５，Ｒ_m／Ｓ₀＝−０．１９ 偏向角＝±５０度
。

【００３０】実施例２ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ −０．７ −２６１．８１ −９３．０４ ８２７．２１ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝２．８１，Ｒ_m／Ｓ₀＝−０．３２ 偏向角＝±５０度
。

【００３１】実施例３ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ −０．７ −２７１．１３ −９１．３７ ４３５．２２ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝２．９７，Ｒ_m／Ｓ₀＝−０．６２ 偏向角＝±５０度
。

【００３２】実施例４ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ ０．０ −２７８．０５ −９３．９４ ３５０．０６ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝２．９６，Ｒ_m／Ｓ₀＝−０．７９ 偏向角＝±５０度
。

【００３３】実施例５ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ ０．０ −２８２．１６ −９１．３５ ２４７．００ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝３．０９，Ｒ_m／Ｓ₀＝−１．１４ 偏向角＝±５０度
。

【００３４】実施例６ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ ０．０ −２９４．２７ −８５．０５ １６３．９７ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝３．４６，Ｒ_m／Ｓ₀＝−１．７９ 偏向角＝±５０度
。

【００３５】実施例７ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ １．０ −２９６．８９ −８２．３９ １２６．３４ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝３．６０，Ｒ_m／Ｓ₀＝−２．３５ 偏向角＝±５０度
。

【００３６】実施例８ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ １．０ −２９８．４６ −７９．４６ １１２．４１ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝３．７６，Ｒ_m／Ｓ₀＝−２．６６ 偏向角＝±５０度
。

【００３７】実施例９ Ｋ Ｒ_m Ｒ_s Ｓ₀ １．０ −３００．５３ −７５．３１ ９６．２０ 条件式の値 Ｒ_m／Ｒ_s＝３．９９，Ｒ_m／Ｓ₀＝−３．１２ 偏向角＝±５０度
。

【００３８】図４〜１２に、実施例１〜９に関する像面
湾曲図とｆθ特性図とを順次示す。図５ないし図１２は
図４に倣って描かれ、左側が像面湾曲図、右側がｆθ特
性図である。各実施例とも、像面湾曲、ｆθ特性は極め
て良好である。なお上記各実施例に関する像面湾曲図に
おけるマイナス側・プラス側は、先に条件（１−１），
（１−２）の説明に於いて像面湾曲に就いて述べたオー
バー・アンダーにそれぞれ対応する。その理由は、等速
光走査用結像反射鏡が反射系であるため、被走査面側の
プラス側に反射面が位置するようにしており、通常のレ
ンズに関する表現と逆になるためである。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
等速光走査用結像反射鏡と、これを利用した光走査装置
を提供できる。請求項１の「等速光走査用結像反射鏡」
は、主走査対応方向に集束する光束を同方向にさらに集
束させるように反射させるので偏向光束の光路長を短く
することが可能で光走査装置の小型化を可能にする。ま
た非球面を採用しているので像面湾曲の良好な補正が可
能で、高密度光走査が可能になる。また、偏向反射面の
面倒れを補正する機能をも有しているので、光偏向器と
して回転多面鏡を用いることができる。さらに請求項２
の反射鏡は、像面湾曲とリニアリティを共に良好に補正
できるため、高密度で良好な光走査を実現できる。

【００４０】またこの発明の「光走査装置」は、上記等
速光走査用結像反射鏡を用いるので小型に構成でき、高
密度で良好な光走査を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項３の光走査装置の１実施例を説明する図
である。

【図２】請求項３の光走査装置において、偏向光束を被
走査面に導く光路構成を３例示す図である。

【図３】請求項１，２の等速光走査用結像反射鏡を説明
する図である。

【図４】実施例１に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図５】実施例２に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図６】実施例３に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図７】実施例４に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図８】実施例５に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図９】実施例６に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図１０】実施例７に関する像面湾曲とｆθ特性を示す
図である。

【図１１】実施例８に関する像面湾曲とｆθ特性を示す
図である。

【図１２】実施例９に関する像面湾曲とｆθ特性を示す
図である。

【符号の説明】

１０ 光源 １２ 集光レンズ １３ 線像結像レンズとしてのシリンダーレンズ １４ 光偏向器 ３Ｂ 等速光走査用結像反射鏡 １６ 光導電性の感光体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主走査対応方向に関して集束性、副走査対
   応方向に関しては偏向の起点近傍を起点とする発散性
   で、等角速度的に偏向される偏向光束を結像させて被走
   査面に光スポットを形成し、被走査面を等速的に光走査
   させるための反射鏡であって、 偏向反射面内においては、光軸方向の座標を：Ｘ、光軸
   位置を原点とする光軸直交方向の座標を：Ｙとして、一
   般式： Ｙ²＝２Ｒ_mＸ−（Ｋ＋１）Ｘ² （Ｒ_m：光軸上の曲率半径、Ｋ：円錐定数）で表される
   形状を有し、 副走査対応方向に関しては、光軸上で鏡面からＲ_sだけ
   離れ、上記偏向反射面内で光軸に直交する軸を回転軸と
   して、上記形状を回転させて形成される凹の樽型面を鏡
   面として有し、 上記円錐定数Ｋ，曲率半径：Ｒ_m，距離：Ｒ_sが、条件 （１−１）−０．７≦Ｋ≦１ （１−２） ２．７≦Ｒ_m／Ｒ_s≦４．０ を満足することを特徴とする等速光走査用結像反射鏡。
2. 【請求項２】請求項１において、 偏向角０の偏向光束の主走査対応方向における自然集光
   点と等速光走査用結像反射鏡鏡面との距離をＳ₀とする
   とき、Ｓ₀と曲率半径：Ｒ_mが、条件 （２−１）−３．２≦Ｒ_m／Ｓ₀≦−０．１ を満足することを特徴とする等速光走査用結像反射鏡。
3. 【請求項３】光源と、光源からの光束を集束光束にする
   ための集光レンズと、この集光レンズによる集光光束を
   主走査対応方向に長い線像として結像させる線像結像レ
   ンズと、上記線像の結像位置の近傍に偏向反射面を有
   し、線像結像レンズ側からの光束を等角速度的に偏向さ
   せる光偏向器と、この光偏向器による偏向光束を反射し
   被走査面上に光スポットを結像する凹面鏡と、この凹面
   鏡による反射光束を上記光源から凹面鏡に到る入射光路
   から分離する光束分離手段とを有し、上記凹面鏡が請求
   項１または２記載の等速光走査用結像反射鏡であること
   を特徴とする光走査装置。
4. 【請求項４】請求項３において、 光偏向器が、回転多面鏡であることを特徴とする光走査
   装置。
5. 【請求項５】請求項３において、 光偏向器が、１面もしくは２面のホゾ型ミラーであるこ
   とを特徴とする光走査装置。
6. 【請求項６】請求項３において、 光偏向器がピラミダルミラーであることを特徴とする光
   走査装置。