JPH08160335A

JPH08160335A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH08160335A
Application number: JP30183394A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ono; 小野裕士
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】走査レンズを用いない構成で像面湾曲を補正
すると共に、光源と光偏向器の間に設けられた入射レン
ズ系に複雑な構成を必要としない光走査装置。【構成】光源部１と、光源部１から発せられた光束を
主走査方向に線像として結像させる入射レンズ系２と、
線像の近傍に反射面４ａを有し入射光束を反射偏向する
光偏向器４と、光偏向器４と被走査面６の間に配設さ
れ、副走査平面内において光偏向器４の反射面４ａと被
走査面６を幾何光学的な共役関係にするアナモフィック
光学素子５とを有する光走査装置であり、光偏向器４
が、少なくとも主走査平面内において非円弧凹形状であ
る複数の反射面４ａを持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光走査装置に関し、特
に、デジタル複写機やレーザプリンタ等に組み込まれ、
画像情報を乗せた光束を被走査面上に集光させて走査す
る光走査装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザビームプリンタ等に使
用される光走査装置としては、画像信号に応じて変調さ
れた光束を反射型光偏向器、例えばポリゴンミラーによ
り反射偏向し、被走査面上を走査して画像情報を記録す
るものが知られている。

【０００３】ところで、このような光走査装置には、走
査全域にわたって光束を光走査面上に集光させること
と、反射型光偏向器により等角速度で偏光される光束に
意図的に歪曲収差を与えて被走査面上に等速度で走査さ
せる特性が要求され、これらの要求を満足するために、
反射型光偏向器の後段に走査レンズが配置されている。

【０００４】ところが、この走査レンズは、偏向光束を
全てカバーするためには大口径なレンズとなりやすく、
また、高精度が要求されることから、高価になるという
欠点がある。

【０００５】走査レンズを用いない反射型光偏向器とし
ては、光偏向器の反射面を凸の球面又は円筒面状とする
特開昭６１−１５６０２０号のものが知られている。図
１３は、この凸反射面を持つ光偏向器を用いた光走査装
置の主走査平面内レイアウトを示した図である。すなわ
ち、ポリゴンミラーの反射面を凸としてパワーを持たせ
ることにより、光偏向器に反射偏向機能のみならず像面
湾曲補正機能を付与したものである。この場合、走査速
度の等速性は、入力画像信号のクロックを走査速度の変
更に応じて変化させることにより補正する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、凸反射面は
光束を発散させるパワーを持つので、このポリゴンミラ
ーの凸反射面により反射した光束を被走査面上にスポッ
ト結像させるためには、凸反射面への入射光束を集束光
束とする必要がある。図１４は、凸反射面による主走査
平面内の結像関係を示した図である。同図に示されてい
るように、光偏向器の凸反射面への入射光束は、凸反射
面からＳ（正）の距離にある仮想集束点に向かって集束
する状態で入射させる必要があり、この凸反射面から仮
想集束点までの距離Ｓは、凸反射面から被走査面までの
距離Ｓ’（負）よりも絶対値が短くなる。このことは、
光偏向器と一定の距離（概ね６０ｍｍ以上）隔てて配置
される集束レンズの有効径が大きくなることを意味して
いる。また、この集束レンズは、光源からの発散光束を
有限距離位置に集光させる結像特性が要求されるため、
平行光束を生成する場合と比較して収差補正が難しくな
り、特に球面収差の増大を招く。残存収差を小さくする
には、集束レンズを複数枚のレンズの組み合わせで構成
することや非球面の導入が有効であるが、上記の有効径
の拡大と相まって集束レンズの複雑化を招き、集束レン
ズが高価になるという欠点がある。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、走査レンズを用いない構成
で像面湾曲を補正すると共に、光源と光偏向器の間に設
けられた入射レンズ系に複雑な構成を必要としない、安
価な光走査装置を提供することである。

【０００８】本発明の別の目的は、入射レンズ系の位置
決め精度を緩和し、組み立て調整を簡素化した光走査装
置を提供することである。

【０００９】さらに、本発明のもう１つの目的は、光偏
向器の反射面の面倒れに起因して走査媒体上で発生する
走査線のピッチむらを補正すると共に、副走査方向の像
面湾曲が充分補正された光走査装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光走査装置は、光源部と、前記光源部から発せられ
た光束を主走査方向に線像として結像させる結像光学系
と、前記線像の近傍に反射面を有し入射光束を反射偏向
する光偏向器と、前記光偏向器と被走査面の間に配設さ
れ、副走査平面内において前記光偏向器の反射面と被走
査面を幾何光学的な共役関係にするアナモフィック光学
素子とを有する光走査装置において、前記光偏向器が、
少なくとも主走査平面内において非円弧凹形状である複
数の反射面を持つことを特徴とするものである。

【００１１】この場合、光偏向器の反射面の主走査平面
内における形状が、非円弧凹形状の頂点における法線方
向の座標をＺ、Ｚ軸と直交し主走査平面内に含まれる座
標をＹとしたとき、Ｚ（Ｙ）＝ａ₂Ｙ²＋ａ₄Ｙ⁴＋ａ₆Ｙ⁶＋ａ₈Ｙ⁸＋ａ₁₀Ｙ¹⁰ （ａ₂，ａ₄，ａ₆，ａ₈，ａ₁₀：係数）なる式で表され、このとき、ａ₂・ａ₄＜０なる式を満足することが望ましい。

【００１２】なお、光偏向器の反射面に入射する光束
は、主走査平面内では平行光束であっても、発散光束又
は集束光束であってもよい。

【００１３】また、光偏向器の反射面は、主走査平面内
にのみパワーを有する凹形状であると共に、副走査平面
内において光偏向器の反射面と被走査面を幾何光学的な
共役関係にするアナモフィック光学素子が、シリンドリ
カルミラーであることが望ましい。

【００１４】

【作用】以下、上記構成の作用について説明する。ま
ず、光偏向器の反射面の主走査平面内形状を非円弧形状
とする必要性を以下に説明する。走査レンズを持たない
光走査装置においては、光偏向器は、上記したように、
走査全域にわたって光束を被走査面上に集光させる機
能、すなわち、像面湾曲の補正機能を備えたものでなけ
ればならない。そこで、光偏向器の反射面形状と主走査
方向像面湾曲特性の関係について検討する。

【００１５】まず、従来より知られている主走査平面内
を凸反射面形とする構成（図１３参照）について検討し
た結果、反射面の主走査平面内形状が円弧形状の場合、
すなわち、反射面を球面又は円筒面状とした場合、有効
走査長Ｌ、光偏向器の偏向点から被走査面までの距離
Ｓ’、及び、ポリゴンミラーの内接円半径Ａが決定され
ると、主走査平面内の像面湾曲を最少とするために必要
な反射面の主走査平面内曲率半径Ｒ及び入射光束の仮想
集束位置Ｓがほぼ一義的に決定することが分かった。

【００１６】図１５は、凸反射面を持つポリゴンミラー
の内接円半径Ａと凸反射面の主走査平面内曲率半径Ｒの
関係を示した図である。また、図１６は凸反射面を持つ
ポリゴンミラーの内接円半径Ａと入射光束の仮想集束位
置Ｓの関係を示した図である。なお、有効走査長Ｌは２
１６ｍｍとした。

【００１７】このように、現実的な設計パラメータの下
で、主走査方向の像面湾曲を補正しようとすると、有効
走査長Ｌ＝２１６ｍｍの場合、凸反射面の主走査平面内
曲率半径Ｒを１１０〜１７０ｍｍ、凸反射面への入射光
束の仮想集束点Ｓを４０〜６０ｍｍとする必要がある。

【００１８】以上のことは、球面又は円筒面状の凸反射
面を持つ光偏向器を使用した光走査装置では、設計パラ
メータの選択をしても、凸反射面への入射光束の仮想集
束点Ｓを反射面から遠ざけて入射光束の集束性を弱める
ことは困難であることを示している。

【００１９】次に、光偏向器への入射光束の集束性を弱
めることを狙って、主走査平面内の反射面形状を凹とし
た場合について検討した。その結果、反射面の主走査平
面内形状を円弧凹形状に限定すると、現実的な設計パラ
メータの組み合せの下では、光走査装置として許容でき
ない負の像面湾曲が発生し、主走査方向像面湾曲を補正
することは困難であるが、反射面の主走査平面内形状を
非円弧凹形状とすることで、主走査方向の像面湾曲が補
正可能であることが分かった。

【００２０】さらに、前記非円弧凹形状を決定する非球
面係数を適宜設定することにより、非円弧凹形状の頂点
における曲率半径を広い範囲にわたって選択できること
が分かった。

【００２１】ところで、非球面導入による像面湾曲の補
正効果は、反射面の凹凸に関わらず同様であるから、従
来のような凸反射面を持つ光偏向器の場合も、主走査平
面内曲率半径Ｒ、反射面への入射光束の仮想集束点Ｓに
対する拘束条件を取り除くことができる。しかし、光束
の結像関係は光軸近傍の曲率半径により決定されるか
ら、入射光学系の集束性を弱める目的では、凹反射面が
より有効である。その理由を以下に説明する。

【００２２】反射面から仮想集束点までの距離Ｓと反射
面から被走査面までの距離Ｓ’の間には、１／Ｓ’＝−１／Ｓ＋２／Ｒなる関係がある。ここで、Ｒは偏向器反射面の頂点にお
ける曲率半径である。いま、光偏向器の反射面に入射さ
せる光束を平行光束とすると、１／Ｓ’＝２／Ｒとなり、結局、Ｒ＝２Ｓ’ を満足する曲率半径を持つ反射面が必要となる。ここ
で、Ｓ’は負の値をとる（反射面に対し、光束の入射方
向と反対方向に戻る）から、Ｒも負の値となる。すなわ
ち、入射光束を平行光束又は略平行光束とするには、反
射面は少なくともその頂点近傍において凹形状でなけれ
ばならないのである。

【００２３】さて、本発明の光走査装置は、光偏向器の
反射面を少なくとも主走査平面内において非円弧凹形状
とし、この反射面に光束の集束作用を持たせることによ
り、主走査方向の像面湾曲が補正可能であり、かつ、こ
の反射面に入射する光束の集光特性を選択可能としてい
る。

【００２４】このような光走査装置において、光偏向器
の反射面の主走査平面内における形状が、非円弧凹形状
の頂点における法線方向の座標をＺ、Ｚ軸と直交し主走
査平面内に含まれる座標をＹとしたとき、Ｚ（Ｙ）＝ａ₂Ｙ²＋ａ₄Ｙ⁴＋ａ₆Ｙ⁶＋ａ₈Ｙ⁸＋ａ₁₀Ｙ¹⁰ （ａ₂，ａ₄，ａ₆，ａ₈，ａ₁₀：係数）なる式で表され、このとき、ａ₂・ａ₄＜０なる式を満足する構成とすると、２次と４次の非球面係
数の符号が異符号となり、非円弧凹形状の頂点から離れ
るに従って開いた形状となるので、偏向角が大きくなる
に従って反射面のパワーが小さくなる。この結果、反射
面が主走査平面内で円弧凹形状の場合に発生していた負
の像面湾曲を補正することができる。

【００２５】また、これらの光走査装置において、光偏
向器の反射面に入射する光束を主走査平面内で平行光束
とすることにより、入射光学系の有効径を小さく抑え、
収差補正の難度を低減すると共に、入射光学系と光偏向
器の取り付け間隔のバラツキが光学特性に与える影響を
低減し、組立調整を簡素化することができる。

【００２６】さらに、これらに光走査装置において、光
偏向器の反射面に入射する光束を主走査平面内で発散光
束とすることにより、光偏向器の反射面に平行光束を入
射する場合よりもさらに入射光学系の有効径を小さく
し、収差補正の難度を低減することができる。また、部
品加工の必要性等により集束光束を入射させることが望
ましい場合も、集束光束の仮想集光点を十分遠いものと
することにより、入射光学系の有効径を十分小さく抑
え、収差補正の難度を低減することができる。

【００２７】以上において、光偏向器の反射面を主走査
平面内にのみパワーを有する凹形状とし、副走査平面内
において光偏向器の反射面と被走査面を幾何光学的な共
役関係にすることで、光偏向器の反射面の面倒れに起因
して被走査面上で発生する走査線のピッチむらを抑制す
ることができる。ここで、光偏向器の反射面を主走査平
面内にのみパワーを有する形状としたので、光偏向器の
回転軸と平行な方向の位置決め精度によらず、面倒れ補
正効果が得られる。そして、この共役関係を実現するア
ナモフィック光学素子としてシリンドリカルミラーを用
いているので、副走査方向の像面湾曲を十分小さく補正
することができる。

【００２８】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の光走査装
置の実施例について詳細に説明する。図１は、本発明に
よる光走査装置の１例の構成を示す主走査方向（ａ）及
び副走査方向（ｂ）の要部断面を示す図であり、光源１
から発散された光束は、凸レンズ２ａとシリンドリカル
レンズ２ｂにより構成される入射レンズ系２により、主
走査平面内では平行光束（図（ａ））、副走査方向では
ポリゴンミラー４の反射面４ａ近傍に集光する光束（図
（ｂ））に成形される。なお、シリンドリカルレンズ２
ｂの射出側に光束の断面を制限するスリット３が設けて
ある。主走査平面内において非円弧凹形状であり、副走
査平面内にはパワーを持たない凹形状非球面である反射
面４ａにより反射された光束は、主走査平面内では集束
光束、副走査平面内では発散光束となり、ポリゴンミラ
ー４の回転により偏向されて、シリンドリカルミラー５
により反射された後、感光体６の表面の母線方向に走査
される。

【００２９】ここで、シリンドリカルミラー５は、ポリ
ゴンミラー４の反射面４ａと被走査面である感光体６の
表面を副走査平面内で幾何光学的共役関係とする曲率半
径を持つように構成され、ポリゴンミラー４の反射面４
ａの副走査平面内における法線とポリゴンミラー４の回
転軸のなす角度が面毎に異なる現象、いわゆる面倒れに
より走査線７の書き込み位置が走査ライン毎に変動する
ことを抑制している。なお、上記のような構成による光
走査装置では、像面湾曲は十分補正できるが、ポリゴン
ミラー４の回転角に対する走査軌跡７のリニアリティは
不十分である。しかしながら、入力画像信号のクロック
を走査速度の変更に応じて変化させる等の入力画像信号
に対する電気的補正を行うことで、実用上問題ない走査
速度の等速性が得られる。

【００３０】上記のように構成した光走査装置によれ
ば、光偏向器４の反射面４ａへ入射する光束を主走査平
面内において平行又は略平行な光束とすることが可能と
なるので、入射レンズ系２の有効径を小さくでき、安価
な光走査装置を提供することができる。なお、図１に示
した実施例では、入射レンズ系２を凸レンズ２ａとシリ
ンドリカルレンズ２ｂの組み合せとして示したが、アナ
モフィックな結像特性を持つ単レンズを用いてもよい。

【００３１】また、ポリゴンミラー４の反射面４ａは非
球面形状となっているが、非晶質ポリオレフィンやポリ
カーボネート等のプラスチック材料を用いて射出成形
し、表面にアルミニウムや銅を真空蒸着によりコーティ
ングして反射面を形成すれば、安価に製作することが可
能である。

【００３２】また、本実施例のポリゴンミラー４の反射
面４ａは円筒状非球面となっているので、プラスチック
成形用金型内で反射面のマスターとなる金型部品を加工
する工程において、必要な反射面数分を重ねた状態で一
度に研削・研磨加工できるので、複数の反射面用金型マ
スターを同一の形状に加工できる。複数反射面が主走査
平面内で異なる形状となっていると、主走査方向にドッ
トを打つ位置が走査ライン毎に変化するため、感光体６
の回転方向と平行な方向の画質が劣化するが、このよう
な加工方法を採用すると、その問題は解決できる。

【００３３】以下に、図１に示した構成において、具体
的数値実施例を１１例あげる。それらの実施例の数値デ
ータを表１から表３に示し、像面湾曲特性を図２から図
１２に示す。これらの像面湾曲特性を示すグラフの縦軸
は、ポリゴンミラー４の回転角を示している。

【００３４】なお、表１〜表３中の記号の意味は以下の
通りである。Ｌ：有効走査幅Ｓ：反射面から仮想集束点までの距離Ａ：ポリゴンミラーの内接円半径ａ₂：反射面の主走査方向非円弧形状を決定する２次
の係数ａ₄：反射面の主走査方向非円弧形状を決定する４次
の係数ａ₆：反射面の主走査方向非円弧形状を決定する６次
の係数ａ₈：反射面の主走査方向非円弧形状を決定する８次
の係数ａ₁₀：反射面の主走査方向非円弧形状を決定する１０
次の係数Ｄ₁：ポリゴンミラーの反射面からシリンドリカルミ
ラーまでの距離Ｒ_C：シリンドリカルミラーの副走査面内曲率半径Ｄ₂：シリンドリカルミラーから被走査平面までの距
離これらの像面湾曲特性を示すグラフから、各実施例共良
好に像面湾曲が補正されていることが分かる。

【００３５】。

【００３６】。

【００３７】

【００３８】以上の実施例では、面倒れ補正を行うため
のアナモフィック光学素子としてシリンドリカルミラー
を用いたが、必ずしもこれに限定されるものではない。
例えば、シリンドリカルミラーの代わりにシリンドリカ
ルレンズを使用することも可能であるが、前記特開昭６
１−１５６０２０号の実施例にも示されているように、
副走査方向の像面湾曲を補正するためにはシリンドリカ
ルレンズを被走査面近傍に配置しなければならず、その
場合も副走査方向の像面湾曲量は大きなものとなる。副
走査方向の像面湾曲は、電気的補正等の２次的な手段に
よる補正が難しいので、光学特性として補正されている
ことが望ましい。

【００３９】さらに、上記のアナモフィック光学素子と
して、主走査平面内にもパワーを持つトロイダルミラー
やトロイダルレンズ、又は、非球面ミラーや非球面レン
ズ等を使用して、走査速度の等速性を補正するようにし
てもよい。

【００４０】以上、本発明の光走査装置をその原理と実
施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例
に限定されず種々の変形が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光走
査装置によれば、光偏向器の反射面を少なくとも主走査
平面内において非円弧凹形状とし、この反射面に光束の
集束作用を持たせることにより、光偏向器への入射光束
として平行光束又は略平行光束が使用できるようになる
ので、光源と光偏向器の間に設けられた光学系に複雑な
構成を必要としない。また、光偏向器の反射面を非球面
とすることにより、走査レンズを用いない構成で、像面
湾曲を良好に補正することが可能となる。この結果、安
価な光走査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光走査装置の１例の主走査方向
及び副走査方向の要部断面を示す図。

【図２】本発明の実施例１の像面湾曲特性を示す図。

【図３】実施例２の像面湾曲特性を示す図。

【図４】実施例３の像面湾曲特性を示す図。

【図５】実施例４の像面湾曲特性を示す図。

【図６】実施例５の像面湾曲特性を示す図。

【図７】実施例６の像面湾曲特性を示す図。

【図８】実施例７の像面湾曲特性を示す図。

【図９】実施例８の像面湾曲特性を示す図。

【図１０】実施例９の像面湾曲特性を示す図。

【図１１】実施例１０の像面湾曲特性を示す図。

【図１２】実施例１１の像面湾曲特性を示す図。

【図１３】従来の凸反射面を持つ光偏向器を用いた光
走査装置の主走査平面内レイアウトを示す図。

【図１４】凸反射面による主走査平面内の結像関係を
示す図。

【図１５】従来の凸反射面を持つ光偏向器を用いた光
走査装置のポリゴンミラーの内接円半径と凸反射面の主
走査平面内曲率半径の関係を示す図。

【図１６】従来の凸反射面を持つ光偏向器を用いた光
走査装置のポリゴンミラーの内接円半径と入射光束の仮
想集束位置の関係を示す図。

【符号の説明】

１…光源、２ａ…凸レンズ、２ｂ…シリンドリカルレン
ズ、２…入射レンズ系、３…スリット、４…ポリゴンミ
ラー、４ａ…反射面、５…シリンドリカルミラー、６…
感光体、７…走査線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源部と、前記光源部から発せられた光
束を主走査方向に線像として結像させる結像光学系と、
前記線像の近傍に反射面を有し入射光束を反射偏向する
光偏向器と、前記光偏向器と被走査面の間に配設され、
副走査平面内において前記光偏向器の反射面と被走査面
を幾何光学的な共役関係にするアナモフィック光学素子
とを有する光走査装置において、前記光偏向器が、少な
くとも主走査平面内において非円弧凹形状である複数の
反射面を持つ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、前記光偏向器の反射面の主走査平面内における形状が、
非円弧凹形状の頂点における法線方向の座標をＺ、Ｚ軸
と直交し主走査平面内に含まれる座標をＹとしたとき、Ｚ（Ｙ）＝ａ₂Ｙ²＋ａ₄Ｙ⁴＋ａ₆Ｙ⁶＋ａ₈Ｙ⁸＋ａ₁₀Ｙ¹⁰ （ａ₂，ａ₄，ａ₆，ａ₈，ａ₁₀：係数）なる式で表され、このとき、ａ₂・ａ₄＜０なる式を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の光走査装置におい
て、前記光偏向器の反射面に入射する光束は、主走査平面内
では平行光束であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】請求項１又は２記載の光走査装置におい
て、前記光偏向器の反射面に入射する光束は、主走査平面内
では発散光束又は集束光束であることを特徴とする光走
査装置。
【請求項５】請求項１から４の何れか１項記載の光走
査装置において、前記光偏向器の反射面は、主走査平面内にのみパワーを
有する凹形状であると共に、副走査平面内において前記
光偏向器の反射面と被走査面を幾何光学的な共役関係に
するアナモフィック光学素子が、シリンドリカルミラー
であることを特徴とする光走査装置。