JPH06265804A

JPH06265804A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH06265804A
Application number: JP5556393A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Osawa; 孝之大沢; Koji Ichinomiya; 孝司一宮; Yoshiaki Hayashi; 善紀林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高速光走査においても確実に光スポット径の変
動を軽減もしくは防止して光走査を行うことができる新
規な光走査装置を実現する。【構成】レーザー光源１０からの平行レーザー光束をシ
リンダーレンズ系１２により副走査対応方向へ収束さ
せ、アパーチュア１４を介して主走査対応方向に長い線
像ＬＩに結像させ、線像ＬＩの結像位置近傍に偏向反射
面１６Ａを有する光偏向器１６による偏向光束を走査結
像光学系１６により被走査面上に光スポットとして集光
させて光走査を行う光走査装置において、少なくとも副
走査対応方向においてレーザー光束周辺部の光を遮断す
るアパーチュア１４を、制御手段２４に制御される移動
機構２２により、シリンダーレンズ系１２の光軸方向へ
移動させ、被走査面上における副走査対応方向の光スポ
ット径変動を軽減もしくは防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー光源からの平行レーザー光束を
偏向反射面により反射して偏向光束とし、走査結像光学
系により被走査面上に光スポットとして集光させて光走
査を行う光走査方式は光プリンター等に関連して広く知
られている。

【０００３】偏向反射面を有する光偏向器は回転多面鏡
やガルバノミラー或いは回転２面鏡や回転単面鏡等であ
るが、偏向反射面に所謂「面倒れ」があると光スポット
による主走査ラインが副走査方向へ変動し、書き込まれ
る画像にジッターと呼ばれる画像異常が発生する。上記
「面倒れ」の影響を補正するため、通常はレーザー光源
からの平行レーザー光束をシリンダーレンズ系により副
走査対応方向（光源から被走査面に到る光路を光軸に沿
って直線的に展開した仮想的な光路上で、副走査方向と
平行的に対応する方向を言う。また上記仮想的な光路上
で主走査方向と平行的に対応する方向を主走査対応方向
と言う。）に収束せしめ、偏向反射面近傍に主走査対応
方向に長い「線像」として結像せしめるとともに、走査
結像光学系が副走査対応方向にして偏向反射面位置と被
走査面位置とを「幾何光学的に共役な関係」とすること
が行われている。

【０００４】このように光走査装置を構成すると、走査
結像光学系は必然的に主走査対応方向のパワーと副走査
対応方向のパワーとが異なる「アナモフィック」な光学
系となり、主走査対応方向と副走査対応方向の像面湾曲
を同時に良好に補正することが難しい。

【０００５】走査結像光学系に像面湾曲があると、光ス
ポット径が像高とともに変動するので高密度光走査の実
現が難しい。光スポット径の変動のうち、主走査方向の
変動は書込み信号の電気的な操作で補正可能であるが、
副走査方向の光スポット径変動はこのような方法で補正
できない。

【０００６】従来、副走査方向における光スポット径変
動を補正する方法として、「レーザー光源からの平行レ
ーザー光束を主走査対応方向に長い線像に結像させるシ
リンダーレンズ系」を、副走査対応方向の像面湾曲に応
じて光軸方向へ変位させる方法が知られている（特開平
４−５０１９３号公報）。しかしこの方法はシリンダー
レンズの質量が必ずしも小さくないため、高速光走査に
なるとシリンダーレンズを高速移動させることが容易で
はない。

【０００７】

【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、高速光走査においても確実
に光スポット径の変動を軽減もしくは防止して光走査を
行うことができる新規な光走査装置の提供を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置
は、レーザー光源と、シリンダーレンズ系と、光偏向器
と、走査結像光学系と、アパーチュアと、移動機構と、
制御手段とを有する。「レーザー光源」は平行レーザー
光束を放射する。レーザー光源としては、例えば半導体
レーザーと、半導体レーザーからの光束をコリメートす
るカップリングレンズとの組み合わせを用いることがで
きる。

【０００９】「シリンダーレンズ系」はレーザー光源か
らの平行レーザー光束を副走査対応方向へ収束させ、主
走査対応方向に長い線像に結像させる。シリンダーレン
ズ系は１枚のシリンダーレンズで構成しても良いし、２
枚以上のシリンダーレンズで構成しても良い。「光偏向
器」は上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有し、レ
ーザー光源側からのレーザー光束を偏向させる。光偏向
器としては、回転多面鏡や、ガルバノミラー、回転単面
鏡や回転２面鏡を用いることができる。

【００１０】「走査結像光学系」は光偏向器による偏向
光束を被走査面上に光スポットとして集光させる。従っ
て走査結像光学系は、主走査対応方向に関しては光源側
の無限遠と被走査面位置とを幾何光学的な共役関係と
し、副走査対応方向に関しては偏向反射面位置（線像の
結像位置）と被走査面位置とを幾何光学的な共役関係と
する。また、走査結像光学系は、主走査対応方向に関し
て主走査を等速化する機能を有していも良い。即ち、光
偏向器がガルバノミラーの場合は走査結像光学系をｆ・
ｓｉｎθレンズとすることができ、光偏向器が回転多面
鏡や回転２面鏡、回転単面鏡の場合には走査結像光学系
をｆθレンズとすることができる。

【００１１】「アパーチュア」はシリンダーレンズ系と
光偏向器との間に配備され、少なくとも副走査対応方向
においてレーザー光束周辺部の光を遮断する。「移動機
構」はアパーチュアをシリンダーレンズ系の光軸方向へ
移動させる機構である。具体的には圧電素子やボイスコ
イル等を利用できる。「制御手段」は被走査面上におけ
る副走査対応方向の光スポット径変動を軽減もしくは防
止するように移動機構を制御する。

【００１２】上記アパーチュアは「少なくとも副走査対
応方向においてレーザー光束周辺部の光を遮断する」か
ら、副走査対応方向とともに主走査対応方向のレーザー
光束周辺部の光を遮断しても良いが、副走査対応方向に
おけるレーザー光束周辺部の光の遮断をアパーチュアに
より行い、主走査対応方向におけるレーザー光束周辺部
の光の遮断は、別に専用の「第２のアパーチュア」をレ
ーザー光源と光偏向器の間に固定的に設けて行うように
しても良い（請求項２）。

【００１３】上記制御手段としては、具体的にはコンピ
ュータあるいは専用のＣＰＵを用いることができる。ア
パーチュアをどのように移動させるかは走査結像光学系
の副走査対応方向における像面湾曲により一義的に定ま
るから、「移動の態様」を上記コンピュータあるいはＣ
ＰＵにプログラムしておき、プログラミング制御により
アパーチュアを移動させることができる（請求項３）。

【００１４】このプログラミング制御において、単に、
プログラムされた通りにアパーチュアを変位せせてもよ
いが、制御手段に「アパーチュアの位置を光学的に検出
する位置検出手段」を含めることができる（請求項
４）。

【００１５】アパーチュアの位置を光学的に検出する方
法としては「アパーチュアの開口部以外の部分に反射面
を形成し、この反射面に検出光を照射し、反射光により
アパーチュアの位置を検出する」ようにすることができ
る（請求項４）。検出光は、専用の光源からの光束を用
いても良いが、アパーチュアはレーザー光源からのレー
ザー光束の少なくとも副走査対応方向における周辺光束
を遮断するのであるから、上記レーザー光束自体を「検
出光」として利用してもよい（請求項６）。

【００１６】

【作用】レーザー光源から放射された平行光束はシリン
ダーレンズ系を透過すると、副走査対応方向にのみ集光
され、光偏向器の偏向反射面近傍へ向かって収束する。
アパーチュアはシリンダーレンズ系と光偏向器との間に
配備され、副走査対応方向におけるレーザー光束周辺部
の光を遮断するが、シリンダーレンズと光偏向器との間
の領域では、副走査対応方向のレーザー光束径は、シリ
ンダーレンズ側から光偏向器側へ向かって「リニヤー」
に減少しているから、アパーチュアを光軸方向へ変位さ
せると、アパーチュアの位置に応じてアパーチュアによ
る副走査対応方向の周辺光束遮断量が変化する。

【００１７】主走査対応方向の光スポット径変動は、走
査結像光学系の主走査対応方向の像面湾曲を良好に補正
したり、前述した電気的な書込み信号操作を利用して、
軽減ないし防止を行えば良い。

【００１８】請求項２記載の光走査装置のように、第２
アパーチュアを固定的に設けてレーザー光束の主走査対
応方向の周辺光束を遮断するようにすると、アパーチュ
アの移動が主走査対応方向における周辺光束遮断に影響
を与えることがない。

【００１９】請求項４以下の光走査装置にように、アパ
ーチュアの位置を検出し、プログラムされた変位にアパ
ーチュアの変位が合致するようにアパーチュア移動を制
御することにより、副走査対応方向における光スポット
径変動を、より精度良く軽減もしくは防止することが可
能になる。

【００２０】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１
（ａ）は、請求項１，３記載の光走査装置の１実施例を
要部のみ略示している。符号１０で示すレーザー光源は
半導体レーザーと、この半導体レーザーからの発散性の
光束を平行光束化するカップリングレンズとにより構成
され、平行レーザー光束を放射する。

【００２１】レーザー光源１０から放射された平行レー
ザー光束はシリンダーレンズ系１２により副走査対応方
向にのみ集光され、光偏向器である回転多面鏡１６の偏
向反射面１６Ａの位置に、主走査対応方向に長い線像Ｌ
Ｉとして結像する。

【００２２】偏向反射面１６Ａによる反射光束は回転多
面鏡１６の矢印方向への回転に伴い周期的な偏向光束と
なって走査結像光学系であるｆθレンズ１８に入射し、
同レンズ１８の作用により感光体２０上に光スポットと
して集光し、感光体２０を等速的に走査する。図中、符
号Ｌは光スポットの移動軌跡、即ち「主走査ライン」を
示す。主走査ラインＬを含む感光体２０の接平面が「被
走査面」である。

【００２３】シリンダーレンズ系１２と回転多面鏡１６
との間にはアパーチュア１４が配備され、レーザー光束
の周辺光束部分を主・副走査対応方向において遮断す
る。これは被走査面上における光スポットの形状を調整
するためである。アパーチュア１４は中央部に、主走査
対応方向に長いスリット状の開口を有する。この実施例
においてアパーチュア１４は薄い金属板に上記開口を穿
設したものであるが、ガラス板の中央部にスリット状の
光透過部を残して他の部分に反射面等の光遮断面を形成
したものであってもよい。

【００２４】アパーチュア１４はボイスコイルを利用し
た移動手段２２によりシリンダーレンズ１２の光軸方向
へ変位駆動されるようになっている。符号２４で示す制
御手段はコンピュータであり、アパーチュア１４の変位
情報を記憶されている。

【００２５】図１（ｃ）は（ａ）の光学配置における
「シリンダーレンズ系１２から被走査面１９に到る光
路」を直線的に展開し、副走査対応方向が上下方向とな
るように描いたものである。アパーチュア１４が図の位
置にあると、アパーチュア１４よりも被走査面１９側に
配備された光学系にとって、レーザー光束は、シリンダ
ーレンズ系１２へ入射する以前において副走査対応方向
に光束半径：ω_0Sを持つことになる。

【００２６】このときシリンダーレンズ系１２により結
像される線像位置（偏向反射面１６Ａの位置）における
副走査対応方向の光束半径：ω_1Sは、シリンダーレンズ
系１２の副走査対応方向における焦点距離：ｆ_cy、レー
ザー光束の波長：λを用いて ω_1S＝Ｋ・λ・ｆ_cy／（π・ω_0S）で与えられる。Ｋは定数である。また被走査面１９上に
おける副走査対応方向における光スポット半径：ω
_2Sは、ｆθレンズ１８における副走査対応方向における
横倍率をβとして、 ω_2S＝β・ω_1S＝Ｋ・β・λ・ｆ_cy／（π・ω_0S）で表される。即ち、被走査面１９上における副走査対応
方向における光スポット半径：ω_2Sは、光束半径：ω_0S
と反比例の関係にあるから、光束半径：ω_0Sを調整する
ことにより光スポット半径：ω_2Sを変化させることがで
きる。

【００２７】図１（ｄ）に示すように、アパーチュア１
４の位置がシリンダーレンズ１２の光軸方向へ、実線の
位置から破線の位置まで変位すると上記光束半径：ω_0S
は、破線で示す光束の半径：ω_0S’に変化するから、ア
パーチュア１４の上記変位により、光スポット半径：ω
_2Sを小さくするように変化させることができる。

【００２８】アパーチュア１４を定位値に固定した場
合、ｆθレンズ１８の副走査対応方向における像面湾曲
に起因して、図１（ｂ）に曲線にて示すように、上記光
スポット半径：ω_2Sが変化するものとすると、像高をＨ
として、この変化：ω_2S（Ｈ）は、ｆθレンズ１８に応
じて一義的に定まる。

【００２９】従って像高：Ｈに応じ、ω_2S（Ｈ）の大き
い所はでアパーチュア１４を偏向反射面１６Ａ側へ繰り
出し、ω_2S（Ｈ）の小さい所ではアパーチュア１４をシ
リンダーレンズ１２側へ引き戻すことにより、ｆθレン
ズ８の副走査対応方向における像面湾曲に拘らず、ω_2S
（Ｈ）を一定もしくは略一定に制御できる。

【００３０】このための、アパーチュア１４の変位量は
像高の関数（像高Ｈと１：１に対応する具体的な変位量
の集合、もしくはこの変位量の集合を解析関数で近似し
たもの）として制御手段２４に記憶されている。

【００３１】光走査時には、光走査部へ向かう偏向光束
が図１（ａ）に示すフォトセンサー２６により検出さ
れ、フォトセンサー２６の出力に位相同期されたクロッ
クにより光走査の各画素の書き込みタイミング（画素ク
ロック）が決定される。

【００３２】画素クロックは光スポットの像高：Ｈと対
応するので、制御手段２４は画素クロックに対応する像
高：Ｈに応じたアパーチュア１４の変位量を移動機構２
２に出力し、移動機構２２は制御手段２４からの信号に
応じてアパーチュア１４を変位させる。かくして、副走
査対応方向における光スポット径を一定もしくは略一定
に保って光走査を実行することができる。

【００３３】図２は、請求項２，３記載の光走査装置の
１実施例を要部のみ略示している。繁雑を避けるため、
混同の慮がないと思われるものについては図１における
と同一の符号を付した。

【００３４】図１の実施例との違いは、レーザー光源１
０とシリンダーレンズ系１２との間に第２アパーチュア
１１が固定的に配備され、可動のアパーチュア１４Ａは
主走査対応方向に就いてはレーザー光束周辺部の光を遮
断しないことである。第２アパーチュア１１は副走査対
応方向に関してはレーザー光束周辺部の光を遮断しない
が、主走査対応方向に関してレーザー光束周辺部の光を
遮断する。なお、第２アパーチュア１１は、図２に破線
で示した位置（シリンダーレンズ系１２とアパーチュア
の間）あるいはアパーチュア１４と偏向反射面１６Ａと
の間に配備してもよい。

【００３５】図１の実施例の場合、アパーチュア１４が
主・副走査対応方向の両方向においてレーザー光束の周
辺光束を遮断するが、アパーチュア１４をシリンダーレ
ンズ系１２の光軸方向へ変位させる際に、アパーチュア
１４が主走査対応方向へ「振れ」るとレーザー光束遮断
効果が主走査対応方向において変動し、光スポット形状
が主走査方向において変動する慮があるという問題があ
る。

【００３６】図２の実施例のように、レーザー光束の周
辺光束遮断の役割を、主・副走査対応方向に就いて第２
アパーチュア１１とアパーチュア１４とに分け、主走査
対応方向における周辺光束遮断を行う第２アパーチュア
を１１を装置空間に固定することにより上記問題を有効
に解決できる。

【００３７】図３は、請求項４，５，６記載の発明の１
実施例を特徴部分のみ略示した図である。符号１４０は
アパーチュアを示す。アパーチュア１４０は開口部以外
の部分に反射面Ｍが形成され、遮断するレーザー光束周
辺高速の一部の光をＣＣＤ等のセンサー１００へ向けて
反射するようになっている。アパーチュア１４０をシリ
ンダーレンズ系の光軸方向（図の左右方向）へ変位させ
ると、上記反射光のセンサー１００への入射位置が変化
するので、これによりアパーチュア１４０の位置を光学
的に検出することができ、移動機構によるアパーチュア
の移動をセンサー１００による検出結果で補正しつつア
パーチュアを極めて精度良く変位させることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
光走査装置を提供できる。この発明の光走査装置は上述
の如き構成となっているので、光スポット径の変動を抑
えて良好な光走査が可能である。光スポット径の変動を
補正するために移動させるアパーチュアは極めて軽量で
あるから高速移動が可能であり、高速光走査にも十分に
対応可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を説明するための図であ
る。

【図２】別実施例を説明するための図である。

【図３】請求項４，５，６記載の発明の１実施例を特徴
部分のみ略示する図である。

【符号の説明】

１０レーザー光源１２シリンダーレンズ系１４アパーチュア１６光偏向器１８走査結像光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光源と、レーザー光源からの平行レーザー光束を副走査対応方向
へ収束させ、主走査対応方向に長い線像に結像させるシ
リンダーレンズ系と、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を有する光偏向器
と、光偏向器による偏向光束を被走査面上に光スポットとし
て集光させる走査結像光学系と、上記シリンダーレンズ系と光偏向器との間に配備され、
少なくとも副走査対応方向においてレーザー光束周辺部
の光を遮断するアパーチュアと、このアパーチュアを上記シリンダーレンズ系の光軸方向
へ移動させる移動機構と、被走査面上における、副走査方向の光スポット径変動を
軽減もしくは防止するように、上記移動機構を制御する
制御手段とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】請求項１記載の光走査装置において、レーザー光源と光偏向器の間に固定的に設けられ、主走
査対応方向においてレーザー光束周辺部の光を遮断する
第２アパーチュアを有することを特徴とする光走査装
置。
【請求項３】請求項１または２記載の光走査装置におい
て、制御手段による移動機構の制御が、プログラミング制御
であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】請求項３記載の光走査装置において、制御手段が、アパーチュアの位置を光学的に検出する位
置検出手段を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】請求項４記載の光走査装置において、アパーチュアの開口部以外の部分に反射面が形成され、
この反射面に検出光を照射し、反射光によりアパーチュ
アの位置を検出することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】請求項５記載の光走査装置において、検出光が、レーザー光源から放射されアパーチュアによ
り遮光されるレーザー光束であることを特徴とする光走
査装置。