JPH07218855A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光源の出射光が収束レンズを介してス
キュー入射する位置で走査鏡を回転自在に軸支し、この
走査鏡の主走査光路上に副走査方向に移動自在な被走査
面を位置させた光走査装置において、簡易な構造で像面
湾曲や走査線湾曲を補正する。 【構成】 収束レンズ２１を主走査に同期するタイミン
グで光軸方向と副走査方向とに往復移動させて光学収差
を低減する位置に適宜配置するレンズ駆動機構を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源の出射光が
走査鏡の反射面にスキュー入射する構造の光走査装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光走査装置は、レーザ光源の出射光が収
束レンズを介して入射する位置で走査鏡を回転自在に軸
支し、この走査鏡の主走査光路上に副走査方向に移動自
在な被走査面を位置させた構造となっている。そして、
このような光走査装置は、レーザ光源の出射光が走査鏡
の反射面にスキュー入射するように配置することで、部
品を立体的に配置して全体を小型化することができる。

【０００３】そこで、このような構造の光走査装置の第
一の従来例として、本出願人が出願した特開平1-177512
号公報の光走査装置を図１１ないし図１４に基づいて以
下に順次説明する。まず、この光走査装置１では、図１
１ないし図１２に例示するように、レーザ光源である半
導体レーザ発振器２の光軸３上にコリメータレンズ４と
シリンドリカルレンズ５及び収束レンズ６を順次配置し
ている。さらに、この収束レンズ６を透過した前記光軸
３は、ポリゴンモータ７の回転軸８で回転自在に軸支し
た走査鏡であるポリゴンミラー９の負のパワーを有する
反射面１０に斜め下方からスキュー入射している。そし
て、この反射面１０から斜め上方に形成した走査光の光
軸１１上には、補正レンズ１２を介して回転自在な感光
ドラム１３の被走査面を配置している。そこで、この光
走査装置１は、前記ポリゴンミラー９の反射面１０の回
転の軸心に対して入射光と出射光との光軸３，１１が傾
斜したスキュー光学系を形成している。

【０００４】なお、図１３に例示するように、前記ポリ
ゴンミラー９は、断面形状が半径ａ，ｂの楕円形となる
楕円筒面として形成した反射面１０が、半径ｃの内接円
上に連設した形状となっている。そして、前記シリンド
リカルレンズ５と収束レンズ６とは、主走査断面内にお
いて入射光をポリゴンミラー９の反射面１０より後方の
仮想収束点Ｓ上に収束するようになっている。

【０００５】また、図１４に例示するように、前記ポリ
ゴンミラー９に対向する前記補正レンズ１２の光入射面
は、主走査方向に平行な回転軸１４が前記感光ドラム１
３の被走査面との間に位置する回転対称曲面で形成して
いる。そして、前記感光ドラム１３の被走査面に対向す
る前記補正レンズ１２の光出射面は、主走査方向と副走
査方向とに直交する回転軸１５が主走査領域の中央に位
置する回転対称曲面で形成している。このようにするこ
とで、前記補正レンズ１２の光入射面は副走査方向に正
のパワーを有すると共に主走査方向に負のパワーを有し
ており、前記補正レンズ１２の光出射面は主走査方向に
正のパワーを有している。なお、ここで云うパワーと
は、光学面の屈折力や結像力を意味している。

【０００６】このような構成において、この光走査装置
１の各パラメータを設定して光学特性をシミュレーショ
ンで検討したところ、像面湾曲や走査線湾曲等の光学収
差を良好に補正できることを確認した。また、この光走
査装置１では、ポリゴンミラー９の複数の反射面１０の
回転軸に対する個々の角度誤差である面倒れ誤差も、十
分な程度に補正できることを確認した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した光走査装置１
では、補正レンズ１２により像面湾曲や走査線湾曲など
の光学収差を補正することができ、面倒れ誤差をも補正
することができる。

【０００８】しかし、このような補正レンズ１２は、上
述のように形状が極めて複雑で配置に必要な精度も高い
ために光走査装置１の生産性を阻害しており、主走査ラ
インと同等な全長が必要であるために光走査装置１の小
型軽量化も阻害している。

【０００９】本発明は、簡易な構造で像面湾曲や走査線
湾曲を補正した光走査装置を得るものである。

【００１０】さらに、本発明は、簡易な構造で面倒れ誤
差を補正した光走査装置を得るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
レーザ光源の出射光が収束レンズを介してスキュー入射
する位置で走査鏡を回転自在に軸支し、この走査鏡の主
走査光路上に副走査方向に移動自在な被走査面を位置さ
せた光走査装置において、前記収束レンズを主走査に同
期するタイミングで光軸方向と副走査方向とに往復移動
させて光学収差を低減する位置に適宜配置するレンズ駆
動機構を設けた。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、レーザ光源の出射光を収束レンズを透過し
て走査鏡の反射面に入射する位置で副走査方向に偏向す
る光偏向素子を設け、この光偏向素子を主走査方向と平
行な軸心で前記走査鏡の面倒れ誤差に対応して回動させ
る素子駆動機構を設けた。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明は、複雑な形状の補正レン
ズを設けることなく像面湾曲や走査線湾曲を補正するこ
とができる。

【００１４】請求項２記載の発明は、複雑な形状の補正
レンズを設けることなく面倒れ誤差を補正することがで
きる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図８に基づい
て以下に説明する。なお、本実施例で例示する光走査装
置２０に関し、第一・第二の従来例として前述した光走
査装置１と同一の部分は、同一の名称と符号とを利用し
て詳細な説明は省略する。

【００１６】まず、この光走査装置２０では、図１及び
図２に例示するように、レーザ光源である半導体レーザ
発振器２の光軸３上に収束レンズ２１と光偏向素子であ
る透明な平行板２２とを順次配置している。さらに、こ
の平行板２２を透過した前記半導体レーザ発振器２の光
軸３は、ポリゴンモータ７の回転軸８で回転自在に軸支
した走査鏡であるポリゴンミラー９の平面からなる反射
面１０に斜め下方からスキュー入射している。そして、
この反射面１０から斜め上方に形成した走査光の光軸１
１上には、回転自在な感光ドラム１３の被走査面と位置
検出素子２３とを配置している。

【００１７】そこで、この光走査装置２０は、ポリゴン
ミラー９の反射面１０の回転の軸心に対して入射光と出
射光との光軸３，１１が傾斜したスキュー光学系を形成
している。なお、この光走査装置２０では、光学的な構
造は上述のような内容となっており、コリメータレンズ
４や補正レンズ１２は具備していない。

【００１８】そして、この光走査装置２０では、図３に
例示するように、前記収束レンズ２１を透過する光軸方
向から所定角度で下方に傾斜した方向にソレノイド２４
を配置し、このソレノイド２４のロッド２５に連結した
支持アーム２６の開口孔２７の位置で前記収束レンズ２
１を移動自在に支持している。さらに、図４に例示する
ように、主走査方向と平行に小型モータ２８を配置し、
この小型モータ２８の回転軸２９で前記平行板２２を回
動自在に支持している。

【００１９】そして、この光走査装置２０では、図５に
例示するように、前記位置検出素子２３に、主走査方向
の光軸変位を検出する走査検出回路３０と、副走査方向
の光軸変位を検出する面倒れ検出回路３１とを接続して
いる。さらに、前記走査検出回路３０を、外部から受信
する印字データに従って半導体レーザ発振器２を駆動す
るレーザ駆動回路３２と、前記ソレノイド２４を駆動制
御するソレノイド駆動回路３３とに接続し、前記面倒れ
検出回路３１を、前記小型モータ２８を駆動制御するモ
ータ駆動回路３４に接続している。

【００２０】このようにすることで、この光走査装置２
０では、前記走査検出回路３０や前記ソレノイド駆動回
路３３や前記ソレノイド２４等により、前記収束レンズ
２１を主走査に同期するタイミングで光軸方向と副走査
方向とに往復移動させて光学収差を低減する位置に適宜
配置するレンズ駆動機構３５を形成している。

【００２１】さらに、この光走査装置２０では、前記面
倒れ検出回路３１や前記モータ駆動回路３４や前記小型
モータ２８等により、前記ポリゴンミラー９の面倒れ誤
差に対応して前記平行板２２を主走査方向と平行な軸心
で回動させる素子駆動機構３６を形成している。

【００２２】このような構成において、この光走査装置
２０では、半導体レーザ発振器２の出射光を収束レンズ
２１で収束して回転するポリゴンミラー９の反射面１０
で主走査方向に偏向走査し、この主走査光を回転する感
光ドラム１３の副走査移動する被走査面に入射させる。
この時、この光走査装置２０では、位置検出素子２３の
検出結果に基づいて走査検出回路３０が主走査の開始タ
イミングを検出するので、これに同期したタイミングで
レンズ駆動機構３５が収束レンズ２１を光軸方向と副走
査方向とに往復移動させることで、像面湾曲や走査線湾
曲などの光学収差を補正する。さらに、位置検出素子２
３の検出結果に基づいて面倒れ検出回路３１が走査光の
面倒れ誤差を検出するので、この面倒れ誤差に対応して
素子駆動機構３６が平行板２２を主走査方向と平行な軸
心で所定角度だけ回動させることで面倒れ誤差をも補正
する。なお、この光走査装置２０では、上述のように走
査検出回路３０が検出する主走査に同期したタイミング
で、レーザ駆動回路３２が半導体レーザ発振器２の駆動
タイミングを可変することでｆθ誤差を補正する。

【００２３】そこで、このような光走査装置２０に関し
て本出願人が設定した第一・第二の設計例のシミュレー
ションについて、図１及び図２に例示したような各種の
パラメータを下記の表１に例示し、このようなパラメー
タに従って算定した第一・第二の設計例の光学特性を図
６と図７とに基づいて以下に順次説明する。

【００２４】

【表１】

【００２５】なお、この表１に記載したポリゴン利用角
とは、走査光を形成する反射面１０の有効走査長の両端
に対するポリゴンミラー９の内角となっている。また、
収束レンズ２１の初期位置とは、光軸方向での半導体レ
ーザ発振器２との相対位置を示す数値であり、ここでは
半導体レーザ発振器２の出射光が平行光束となる収束レ
ンズ２１の位置を基準点“ 0.0(mm)”とした場合の光軸
方向の距離である。なお、実際に光走査装置２０を形成
する場合には、上述のような収束レンズ２１の初期位置
の数値に対して収束レンズ２１のデフォーカス量を加味
することが好適である。

【００２６】そして、上述のような第一・第二の設計例
のパラメータに従って光走査装置２０の各種の光学特性
を算定したところ、図６及び図７に例示するように、像
面湾曲や走査線湾曲などの各種の光学収差の最大値が極
めて低下することが確認できた。なお、図６及び図７の
（ａ）は往復移動する収束レンズ２１の光軸方向の位置
と、被走査面における走査光の主走査方向の位置とを、
横軸と縦軸とでプロットして相対関係を示したものであ
り、図６及び図７の（ｂ）は往復移動する収束レンズ２
１の副走査方向の位置と、被走査面における走査光の主
走査方向の位置とを、横軸と縦軸とでプロットして相対
関係を示したものである。そこで、このような場合の各
種の光学収差を図６及び図７の（ｃ）〜（ｆ）に例示し
ており、図６及び図７の（ｃ）はｆθ誤差、図６及び図
７の（ｄ）は主走査方向の像面湾曲、図６及び図７の
（ｅ）は副走査方向の像面湾曲、図６及び図７の（ｆ）
は走査線湾曲を示している。

【００２７】また、図６及び図７の（ｇ）は面倒れ誤差
を示し、これは縦軸は被走査面における走査光の主走査
方向の位置であるが、横軸はポリゴンミラー９の反射面
１０に“ 1.0分”の面倒れ誤差が発生した場合の被走査
面における走査光の副走査方向の位置となっている。な
お、ここで面倒れ誤差として設定した“ 1.0分”は、光
走査装置２０を実際に量産する場合に容易に実現できる
数値である。

【００２８】そして、上述のようにして光走査装置２０
の各種の光学収差を算定したところ、図６及び図７の
（ｄ）〜（ｆ）に例示したように、主走査方向と副走査
方向との像面湾曲や走査線湾曲は極めて良好に低下する
ことが判明した。なお、図６及び図７の（ｃ）に例示し
たように、ｆθ誤差は最大“ 4.5(mm)，5.1(mm) ”と過
大であるが、これは印字データの搬送クロックの周波数
を走査位置に対応して変化させることで電気的に補正す
ることができる。そこで、この光走査装置２０では、位
置検出素子２３の検出結果に基づいて走査検出回路３０
が検出する主走査の開始タイミングに同期してレンズ駆
動機構３５が収束レンズ２１を光軸方向と副走査方向と
に往復移動させることで像面湾曲や走査線湾曲などの光
学収差を良好に補正し、このような主走査の開始タイミ
ングに同期してレーザ駆動回路３２が半導体レーザ発振
器２の駆動タイミングを可変することでｆθ誤差を簡易
かつ確実に補正する。

【００２９】そして、この光走査装置２０では、図６及
び図７の（ｇ）に例示したように、ポリゴンミラー９の
反射面１０に“ 1.0分”の面倒れ誤差が発生すると被走
査面における走査光の副走査方向の位置は変動するが、
これは平行板２２を“ 9.0°,8.4°”だけ回動させるこ
とで数μｍに低減できることが判明した。そこで、この
光走査装置２０では、位置検出素子２３の検出結果に基
づいて面倒れ検出回路３１が検出する走査光の面倒れ誤
差に対応して素子駆動機構３６が平行板２２を主走査方
向と平行な軸心で所定角度だけ回動させることで面倒れ
誤差を良好に補正する。

【００３０】また、図６及び図７の（ａ),（ｂ）の算定
結果を横軸と縦軸として収束レンズ２１の位置をプロッ
トすると、図８に例示するように、この収束レンズ２１
の移動軌跡は略直線となることが判明した。そこで、本
実施例の光走査装置２０では、光軸方向から所定角度で
下方に傾斜した一個のソレノイド２４で収束レンズ２１
を線形に往復移動させることで、簡易な構造で各種の光
学収差を良好に補正するようになっている。

【００３１】なお、本発明は上記実施例に限定するもの
ではなく、上述のように収束レンズ２１を線形に往復移
動させる機構をボイスコイルや圧電セラミックなどで形
成することも実施可能である。さらに、図９（ａ）に例
示するように、伸縮方向を直角に組合せた二個の圧電セ
ラミック３７，３８で収束レンズ２１を支持してレンズ
駆動機構３９を形成することで、より緻密に光学収差を
補正することや、同図（ｂ）に例示するように、湾曲自
在なバイモルフ素子４０の先端で収束レンズ２１を支持
してレンズ駆動機構４１を形成することで、極めて構造
を簡略化することも実施可能である。

【００３２】また、本実施例の光走査装置２０では、小
型モータ２８の回転軸２９で平行板２２を副走査方向と
平行な軸心で回動自在に支持することで面倒れ誤差を緻
密に補正することを例示したが、このような平行板２２
は回動角度を制御できれば光軸方向の位置が変動しても
実用上は問題がないので、図１０に例示するように、こ
のような平行板２２を湾曲自在なバイモルフ素子４２の
先端で支持して素子駆動機構４３を簡易な構造で形成す
ることも実施可能である。

【００３３】さらに、本実施例の光走査装置２０では、
ポリゴンミラー９の面倒れ誤差を位置検出素子２３で逐
次検出して素子駆動機構３６を適宜駆動するようになっ
ているので、これは外乱や経時変化などによる走査光の
副走査方向の変位も補正することができるが、本発明は
上記実施例に限定するものでもない。

【００３４】つまり、このような面倒れ誤差は、一般的
にポリゴンミラー９の反射面１０の各々に固有に固定的
に発生するので、このようなポリゴンミラー９の反射面
１０の個々の面倒れ誤差を予め測定して補正情報として
メモリに格納しておき、このメモリの補正情報に基づい
て素子駆動機構３６を駆動することも実施可能である。
このようにすることで、ポリゴンミラー９の面倒れ誤差
を位置検出素子２３で逐次検出する必要がないので構造
や処理を簡略化することができ、素子駆動機構３６やポ
リゴンミラー９の作動を高速化することも容易である。

【００３５】また、本実施例の光走査装置２０では、レ
ーザ光源である半導体レーザ発振器２の出射光を副走査
方向に偏向する光偏向素子を透明な平行板２２で形成す
ることを例示したが、本発明は上記実施例に限定するも
のではなく、例えば、このような光偏向素子をプリズム
や反射ミラーで形成することも実施可能である。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、収束レンズを主
走査に同期するタイミングで光軸方向と副走査方向とに
往復移動させて光学収差を低減する位置に適宜配置する
レンズ駆動機構を設けたことにより、複雑な形状の補正
レンズを設けることなく像面湾曲や走査線湾曲を補正す
ることができるので、簡易な構造で像面湾曲や走査線湾
曲を補正した光走査装置を得ることができる等の効果を
有するものである。

【００３７】請求項２記載の発明は、レーザ光源の出射
光を収束レンズを透過して走査鏡の反射面に入射する位
置で副走査方向に偏向する光偏向素子を設け、この光偏
向素子を主走査方向と平行な軸心で前記走査鏡の面倒れ
誤差に対応して回動させる素子駆動機構を設けたことに
より、複雑な形状の補正レンズを設けることなく面倒れ
誤差を補正することができるので、簡易な構造で面倒れ
誤差を補正した光走査装置を得ることができる等の効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光走査装置を示す側面図で
ある。

【図２】光走査装置を示す平面図である。

【図３】レンズ駆動機構を示す側面図である。

【図４】素子駆動機構を示す斜視図である。

【図５】光走査装置の回路構造を示すブロック図であ
る。

【図６】光走査装置の第一の設計例を示し、（ａ）は収
束レンズの光軸方向の位置と走査光の主走査方向の位置
との関係を示す特性図、（ｂ）は収束レンズの副走査方
向の位置と走査光の主走査方向の位置との関係を示す特
性図、（ｃ）はｆθ誤差を示す特性図、（ｄ）は主走査
方向の像面湾曲を示す特性図、（ｅ）は副走査方向の像
面湾曲を示す特性図、（ｆ）は走査線湾曲を示す特性
図、（ｇ）は面倒れ誤差を示す特性図である。

【図７】光走査装置の第二の設計例を示し、（ａ）は収
束レンズの光軸方向の位置と走査光の主走査方向の位置
との関係を示す特性図、（ｂ）は収束レンズの副走査方
向の位置と走査光の主走査方向の位置との関係を示す特
性図、（ｃ）はｆθ誤差を示す特性図、（ｄ）は主走査
方向の像面湾曲を示す特性図、（ｅ）は副走査方向の像
面湾曲を示す特性図、（ｆ）は走査線湾曲を示す特性
図、（ｇ）は面倒れ誤差を示す特性図迷光の光軸方向を
示す特性図である。

【図８】光走査装置の第一・第二の設計例における収束
レンズの光軸方向と副走査方向との位置関係を示す特性
図である。

【図９】レンズ駆動機構の二つの変形例を示す側面図で
ある。

【図１０】素子駆動機構の一変形例を示す斜視図であ
る。

【図１１】一従来例の光走査装置を示す平面図である。

【図１２】光走査装置の側面図である。

【図１３】ポリゴンミラー等の構造を示す平面図であ
る。

【図１４】補正レンズの構造を示す平面図である。

【符号の説明】

２ レーザ光源 ９ 走査鏡 １０ 反射面 ２０ 光走査装置 ２１ 収束レンズ ２２ 光偏向素子 ３５，３９，４１ レンズ駆動機構 ３６，４３ 素子駆動機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源の出射光が収束レンズを介し
   てスキュー入射する位置で走査鏡を回転自在に軸支し、
   この走査鏡の主走査光路上に副走査方向に移動自在な被
   走査面を位置させた光走査装置において、前記収束レン
   ズを主走査に同期するタイミングで光軸方向と副走査方
   向とに往復移動させて光学収差を低減する位置に適宜配
   置するレンズ駆動機構を設けたことを特徴とする光走査
   装置。
2. 【請求項２】 レーザ光源の出射光を収束レンズを透過
   して走査鏡の反射面に入射する位置で副走査方向に偏向
   する光偏向素子を設け、この光偏向素子を主走査方向と
   平行な軸心で前記走査鏡の面倒れ誤差に対応して回動さ
   せる素子駆動機構を設けたことを特徴とする請求項１記
   載の光走査装置。