JPH08292387A

JPH08292387A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH08292387A
Application number: JP9517695A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Akatsu; 和宏赤津; Keiji Kataoka; 慶二片岡; Koji Doi; 孝二土井
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は光走査装置に関するものであり、そ
の目的とするところは、光軸方向の結像位置の調整を容
易にし、かつ光の広がり角が適当でない光源を使用する
ときもその光利用効率を下げないような光走査装置を提
供することにある。【構成】コリメータレンズ３のあとに２枚のシリンダ
レンズ５、６を設け、シリンダレンズ５またはシリンダ
レンズ６の位置を調整することにより光軸方向の結像位
置の調整を容易に行なえるようにした。また、２枚のシ
リンダレンズ５、６の焦点距離、間隔を適当に構成する
ことにより、光源１の広がり角が適当でない場合にもビ
ーム径を任意に変換することができ、光利用効率を下げ
ずに光走査装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームプリン
タ、ファクシミリ、複写機等に使用される光走査装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の技術について図面を参照し
て説明する。図４は従来の光走査装置の一例を示す模式
図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図で
ある。この光走査装置は、レーザ光を出射する光源１
と、出射したレーザ光を平行光に変換するコリメータレ
ンズ３と、面倒れ補正用のシリンダレンズ７と、レーザ
光を偏向走査する回転多面鏡８（回転多面鏡の反射面の
みを図示する）と、レーザ光を像面１０に結像させるＦ
θレンズ９から構成される。

【０００３】上記構成において、何らかの原因で像面１
０が所定の位置に来ない場合は、コリメータレンズ３ま
たはシリンダレンズ７の位置を移動することにより像面
位置を調整していた。まず、半導体レーザ等の光源１と
コリメータレンズ３の距離がコリメータレンズ３の焦点
距離Ｆになるように調整して、走査方向の像面位置を像
面１０に合うように調整する。その後、シリンダレンズ
７を調整して、副走査方向の像面位置を像面１０に合う
ように調整するという順番で行っていた。

【０００４】以下、光源１とコリメータレンズ３の距離
を調整する場合について説明する。例えば、コリメータ
レンズ３の焦点距離を８mm、Ｆθレンズ９の焦点距離を
４８０mmとするとき、光軸方向の結像位置を像面１０に
対し±５mmの精度で合わせる場合について考える。

【０００５】コリメータレンズ３から出る光が少し収束
光になるとき、焦点距離４８０mmのＦθレンズ９は所定
の位置より少し手前に像を結ぶ。この位置ずれを５mmと
したとき、式（１０）が成り立つ。４８０×４８０＝５×Ｘ…（１０）式（１０）から、Ｆθレンズ９の後側焦点位置から前記
収束光の収束位置までの距離Ｘは、４６０８０mmと解け
る。つまり、Ｆθレンズ９にこの収束光を入射させたと
き所定の位置より５mm手前に結像面が来ることになる。

【０００６】次に、これと同じ４６０８０mm離れた所で
結像するような収束光を、コリメータレンズ３から出射
させる場合について考える。コリメータレンズ３から出
射する光が平行光のときのコリメータレンズ３の位置
と、収束位置まで４６０８０mmとなる度合いの収束光を
発生させるときのコリメータレンズ３の位置間の移動量
をＹとすると、式（１１）の関係が成り立つ。移動する
方向は光源１と反対の方向である。ここで、αはコリメ
ータレンズ３の後側焦点位置からＦθレンズ９の後側焦
点位置までの距離であるが、値が小さいためここでは無
視して計算した。

【０００７】８×８＝（４６０８０＋α）×Ｙ…（１１）この式（１１）より、Ｙは約０．００１４mmと求められ
る。よって、Ｆθレンズ９の像面を±５mm以内の精度で
合わせるためには、コリメータレンズ３を±０．００１
４mmの精度で合わせる必要があることになる。

【０００８】また、従来の光走査装置では光源の走査方
向のビームの広がり角と副走査方向のビームの広がり角
の比率を変えることができないので、その比率が適当で
ない光源を用いなければならない場合は以下の方法で対
処していた。

【０００９】図５は副走査方向のビームの広がり角が適
当であり、走査方向のビームの広がり角が適当でない場
合の光走査装置を示す模式図であり、図５（ａ）は平面
図、図５（ｂ）は側面図である。構成は図４と同じであ
るため説明は省略する。光源１から出射した光は、コリ
メータレンズ３を通り平行光に変換される。光源１の走
査方向の広がり角が大きすぎると、コリメータレンズ３
通過後の走査方向のビーム径が大きくなり、限られた大
きさの回転多面鏡８では偏向の両端部において光の一部
が偏向できなくなったり、像面上のスポット径が所定の
値より小さくなってしまうという問題が発生する。この
場合は、コリメータレンズ３の後にスリット１１を配置
して走査方向のビーム径を適当な値に小さくしていた。

【００１０】図６は走査方向のビームの広がり角が適当
であり、副走査方向のビームの広がり角が適当でない場
合の光走査装置を示す模式図であり、図６（ａ）は平面
図、図６（ｂ）は側面図である。構成は図４と同じであ
るため説明は省略する。光源１２から出射した光は、コ
リメータレンズ３を通り平行光に変換される。光源１２
の副走査方向の広がり角が小さすぎると、コリメータレ
ンズ３通過後の副走査方向のビーム径が小さくなる。像
面１０上で所定のスポット径とするために、シリンダレ
ンズ１３は回転多面鏡８上に所定の角度でしぼり込むよ
うに設計しているため、副走査方向のビーム径が小さい
場合は図のようにそれに応じた焦点距離の短かいシリン
ダレンズ１３を用いていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術にお
いては、例えばＦθレンズの像面を±５mm以内の精度で
合わせるためにはコリメータレンズを±０．００１４mm
の精度で合わせる必要があり、像面位置を合わせるため
のコリメータレンズの位置調整が非常に困難であり多く
の時間を要していた。

【００１２】また、走査方向のビーム径が大きい場合に
はスリットを配置する必要があるが、スリットにより光
の一部ががさえぎられるため、光の利用効率が低下して
しまうという問題があった。また、副走査方向のビーム
径が小さい場合には焦点距離の短かいシリンダレンズを
用いる必要があるが、回転多面鏡は高速で回転しており
回転多面鏡へシリンダレンズを近づけるには物理的に限
界があった。また、焦点距離の短いシリンダレンズは、
レンズ収差が大きくなり結像状態が乱れるという問題も
あった。

【００１３】従って、本発明の目的は、像面位置の調整
を容易に行なうことのできる光走査装置を提供すること
にある。また、本発明の他の目的は、走査方向と副走査
方向のビームの広がり角の比率が適当でない光源を用い
る場合、スリットや焦点距離の短かいシリンダレンズを
用いることなく走査方向と副走査方向のビーム径を任意
に変換することができる光走査装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的はレーザ光を出
射する光源と、前記光源からの出射光を平行光に変換す
るコリメータレンズと、前記コリメータレンズ通過後の
光を偏向走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡で偏向
された光を所定位置へ結像させるＦθレンズとを備えた
光走査装置において、前記コリメータレンズのあとに２
枚のシリンダレンズを移動可能に設けることにより達成
される。

【００１５】また、レーザ光を出射する光源と、前記光
源からの出射光を平行光に変換するコリメータレンズ
と、前記コリメータレンズ通過後の光を偏向走査する回
転多面鏡と、前記回転多面鏡で偏向された光を所定位置
へ結像させるＦθレンズとを備えた光走査装置におい
て、前記コリメータレンズの焦点距離をＦとしたとき前
記コリメータレンズを前記光源から大略Ｆの位置に配置
し、前記コリメータレンズのあとに２枚のシリンダレン
ズを配置し、前記コリメータレンズ通過後のビーム径を
ｄ、前記コリメータレンズ側のシリンダレンズの焦点距
離をＰ、前記回転多面鏡側のシリンダレンズの焦点距離
をＱ、２枚のシリンダレンズの間隔をＲ、２枚のシリン
ダレンズ通過後のビーム径をＤとしたとき、以下の式を
満たすことにより達成される。Ｄ＝ｄ｜Ｑ／Ｐ｜…（１）Ｑ＝Ｒ−Ｐ …（２）

【００１６】

【作用】本発明によれば、コリメータレンズのあとに２
枚のシリンダレンズを移動可能に設けたことにより、何
らかの原因で光軸方向の像面位置が変化した場合も、２
枚のシリンダレンズのうち少なくとも一方を調整すれ
ば、ゆるい精度で容易に像面調整を行うことができる。
また、光源の走査方向と副走査方向の広がり角の比率が
適当でない場合であっても、コリメータレンズのあとの
２枚のシリンダレンズの焦点距離及び配置が上記の式を
満たすことにより、光利用効率を下げずに必要なビーム
径を得ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。レンズの焦点距離については、光の進行方向を正
の値、光の進行方向と逆方向を負の値とする。図１は本
発明となる光走査装置の一実施例を示す模式図であり、
図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。この
光走査装置は、レーザ光を出射する光源１と、出射した
レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ３と、正
のパワーを持つシリンダレンズ５と、負のパワーを持つ
シリンダレンズ６と、面倒れ補正用のシリンダレンズ７
と、レーザ光を偏向走査する回転多面鏡８（回転多面鏡
の反射面のみを図示する）と、レーザ光を像面１０に結
像させるＦθレンズ９から構成される。

【００１８】図１において、Ｆはコリメータレンズ３の
焦点距離、ｄはコリメータレンズ３通過後のビーム径、
Ｄはシリンダレンズ５、６通過後のビーム径、Ｌはシリ
ンダレンズ５とシリンダレンズ６の間隔である。４は光
線が平行であることを意味する矢印である。図１の場
合、ｄ＞Ｄである。

【００１９】以下、この時のビーム径について詳しく説
明する。走査方向の広がり角が大きい光源１から出射し
た光２は、光源１の位置からＦ離れた位置に配置される
コリメータレンズ３によって、幅ｄの平行なビーム光に
変換される。そのあと焦点距離Ａ（正）のシリンダレン
ズ５を通って収束光にされる。この収束光の収束位置
は、シリンダレンズ５の位置からシリンダレンズ５の焦
点距離Ａだけ進んだところにある。しかし、この収束光
は、シリンダレンズ５の位置からＬ離れた位置に配置さ
れる焦点距離Ｂ（負）のシリンダレンズ６に到達する。
シリンダレンズ６通過後のビーム径Ｄは、式（１）、
（２）から式（３）、（４）が導かれる。Ｄ＝ｄ｜Ｂ／Ａ｜…（３）Ｂ＝Ｌ−Ａ …（４）また、この時のシリンダレンズ６の焦点距離Ｂが式
（４）を満たすとき、シリンダレンズ６通過後の光は平
行光になる。上記の式（３）、（４）を満たすことによ
り、コリメータレンズ３通過後のビーム径ｄを任意のビ
ーム径Ｄに変換することができるので、光源１の走査方
向と副走査方向の広がり角の比率が適当でない場合に
も、光利用効率を低下させることなく走査光学系を実現
することができる。

【００２０】このあと、シリンダレンズ６通過後の光は
シリンダレンズ７を通り、回転多面鏡８の表面上に結像
され、Ｆθレンズ９によって像面１０へ結像される。こ
のＦθレンズ９は走査方向と副走査方向の曲率が違うタ
イプのレンズである。

【００２１】次に、この光学系での像面位置の調整につ
いて説明する。例えば、図１の光学系において、式
（３）、（４）を満たす値として、Ｆ＝８mm、光源１か
らコリメータレンズ３の距離８mm、コリメータレンズ３
からシリンダレンズ５の距離は適当な値、Ｌ＝４３．５
２８０mm、Ａ＝１００．７５２８mm、Ｂ＝−５７．２２
４８mm、シリンダレンズ７の焦点距離を適当な大きさ、
Ｆθレンズの焦点距離を４８０mmとした場合について考
える。

【００２２】Ｆθレンズ９へ入る光が平行光でなく少し
収束光であるとき、Ｆθレンズ９によって光は所定の像
面位置より少し手前に結像されることになる。この結像
点からのずれが例えば５mmの場合、収束光の度合いは式
（１０）と同様に求められる。式（１０）から、Ｆθレ
ンズ９の後側焦点位置から収束光の収束位置までの距離
Ｘは４６０８０mmと求められる。つまり、Ｆθレンズ９
にＦθレンズ９の後側焦点位置から収束位置まで４６０
８０mmとなる度合いの収束光をいれれば、所定の像面位
置に対し５mm手前に結像される。

【００２３】次に、この収束位置まで４６０８０mmとな
る度合いの収束光をシリンダレンズ５、シリンダレンズ
６で発生させる場合について考える。シリンダレンズ６
から発生する光が平行光のときのシリンダレンズ６の位
置と、収束位置まで４６０８０mmとなる度合いの収束光
を発生させるときのシリンダレンズ６の位置間との移動
量をＺとすると、式（５）の関係が成り立つ。ここで、
βはシリンダレンズ６の位置とＦθレンズ９の後側焦点
位置との距離であるが、値が小さいためここでは無視し
て計算した。５７．２２４８×５７．２２４８＝（４６０８０＋β）×Ｚ…（５）この式（５）より、Ｚは約０．０７１mmと求められる。

【００２４】以上のことから、Ｆθレンズ９の像面１０
を±５mm以内の精度で調整するためには、シリンダレン
ズ６を±０．０７１mmの精度で調整すれば良いことにな
る。これは、先に述べた従来の光学系のコリメータレン
ズ３の調整値±０．００１４mmに比べ、約５１倍大きな
値であり、シリンダレンズ６の位置を調整することによ
り像面位置を容易に調整できることになる。

【００２５】上記実施例では、シリンダレンズ６を調整
したが、シリンダレンズ５を調整しても同様の効果が得
られる。

【００２６】図２は本発明となる光走査装置の他の実施
例を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２
（ｂ）は側面図である。構成は図１とほぼ同様である
が、本実施例ではコリメータレンズ３のあとに、正のパ
ワーを持つシリンダレンズ１４、１５を配置した。図２
において、Ｆはコリメータレンズ３の焦点距離、ｄはコ
リメータレンズ３通過後のビーム径、Ｄはシリンダレン
ズ１５通過後のビーム径、Ｍはシリンダレンズ１４とシ
リンダレンズ１５の間隔である。図２の場合ｄ＞Ｄであ
る。

【００２７】以下、この時のビーム径について詳しく説
明する。走査方向の広がり角が大きい光源１から出射し
た光は、光源１からＦ離れた位置に配置されるコリメー
タレンズ３によって、幅ｄの平行なビーム光に変換され
る。このあと焦点距離Ｃ（正）のシリンダレンズ１４を
通って収束光線にされる。この収束光の収束位置は、シ
リンダレンズ１４から焦点距離Ｃだけ進んだところにあ
る。さらにそのあと、収束位置からＥ進んだ位置に配置
される焦点距離Ｅ（正）のシリンダレンズ１５に到達す
る。シリンダレンズ１５通過後のビーム径Ｄは、式
（１）、（２）より式（６）、（７）が導かれる。Ｄ＝ｄ｜Ｅ／Ｃ｜…（６）Ｅ＝Ｍ−Ｃ …（７）また、この時のシリンダレンズ１５の焦点距離Ｅが式
（７）を満たすとき、シリンダレンズ１５通過後の光は
平行光になる。上記の式（６）、（７）を満たすことに
より、光源１の走査方向と副走査方向の広がり角の比率
が適当でない場合にも、任意の径の平行ビームを得るこ
とができる。

【００２８】このあと、この光はシリンダレンズ７を通
り、回転多面鏡８の表面上に結像され、Ｆθレンズ９に
よって像面１０へ結像される。このＦθレンズ９は、走
査方向と副走査方向の曲率が違うタイプのレンズであ
る。

【００２９】この光学系の像面位置の調整は、シリンダ
レンズ１４または１５を移動することにより行なう。調
整値は図１の光学系と同様にして求められ、像面位置を
コリメータレンズ３で調整するよりも、シリンダレンズ
１４またはシリンダレンズ１５で調整した方がゆるい精
度で容易に調整できる。

【００３０】図３は本発明となる光走査装置の他の実施
例を示す模式図であり、図３（ａ）は平面図、図３
（ｂ）は側面図である。構成は図１とほぼ同様である
が、本実施例ではコリメータレンズ３のあとに、負のパ
ワーを持つシリンダレンズ１６、正のパワーを持つシリ
ンダレンズ１７を配置した。図３において、Ｆはコリメ
ータレンズ３の焦点距離、ｄはコリメータレンズ３通過
後のビーム径、Ｄはシリンダレンズ１７通過後のビーム
径、Ｎはシリンダレンズ１６とシリンダレンズ１７のの
間隔である。図３の場合ｄ＜Ｄである。

【００３１】以下、この時のビーム径について詳しく説
明する。走査方向の広がり角が小さい光源１２から出射
した光は、光源１からＦ離れた位置に配置されるコリメ
ータレンズ３によって幅ｄの平行なビーム光に変換され
る。そのあと焦点距離Ｇ（負）のシリンダレンズ１６を
通って発散光にされる。この発散光の収束位置は、シリ
ンダレンズ１６の位置から焦点距離Ｇだけ戻った位置に
なる。その後、光はシリンダレンズ１６からＮ離れた位
置に配置される焦点距離Ｈ（正）のシリンダレンズ１７
に到達する。シリンダレンズ１７通過後のビーム径Ｄ
は、式（１）、（２）から式（８）、（９）が導かれ
る。Ｄ＝ｄ｜Ｈ／Ｇ｜…（８）Ｈ＝Ｎ−Ｇ …（９）また、この時のシリンダレンズ１７の焦点距離Ｈが式
（９）を満たすとき、シリンダレンズ１７通過後の光は
平行光になる。上記の式（８）、（９）を満たすことに
より、光源１の走査方向と副走査方向の広がり角の比率
が適当でない場合にも、任意の径の平行ビームを得るこ
とができる。

【００３２】このあと、この光はシリンダレンズ７を通
り、回転多面鏡８の表面上に結像され、Ｆθレンズ９に
よって像面１０へ結像される。このＦθレンズ９は、走
査方向と副走査方向の曲率が違うタイプのレンズであ
る。

【００３３】この光学系の像面位置の調整は、シリンダ
レンズ１６またはシリンダレンズ１７を移動することに
より行なう。調整値は図１の光学系と同様にして求めら
れ、像面位置をコリメータレンズ３で調整するよりも、
シリンダレンズ１６またはシリンダレンズ１７で調整し
た方がゆるい精度で容易に調整できる。

【００３４】上記各実施例は、コリメータレンズ３の後
に配置される２枚のシリンダレンズの曲面の方向を走査
方向に配置した場合について述べたが、２枚のシリンダ
レンズの曲面の方向を副走査方向に配置した場合につい
ても本発明を適用することにより副走査方向のビーム径
を任意に変換することができる。また、２枚のシリンダ
レンズは、両凸及び両凹レンズで示したが、平凸及び平
凹レンズであっても効果は同様である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、コリメータレンズのあ
とに設けた２枚のシリンダレンズの少なくとも一方をゆ
るい精度で調整できるので、像面調整を短時間で高精度
に行うことができる。また、走査方向と副走査方向の広
がり角が適当でない光源を使用するときに、走査方向及
び副走査方向のビーム径を任意に変換することができる
ので、光利用効率を下げずに光走査装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明となる光走査装置の一実施例を示す模
式図である。

【図２】本発明となる光走査装置の他の実施例を示す
模式図である。

【図３】本発明となる光走査装置の他の実施例を示す
模式図である。

【図４】従来の光走査装置の一例を示す模式図であ
る。

【図５】従来の光走査装置の他の例を示す模式図であ
る。

【図６】従来の光走査装置の他の例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１、１２は光源、２は光源からの出射光、３はコリメー
タレンズ、５、６、１４、１５、１６、１７はシリンダ
レンズ、７、１３は面倒れ補正用のシリンダレンズ、８
は回転多面鏡、９はＦθレンズ、１０は像面、１１はス
リットである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を出射する光源と、前記光源か
らの出射光を平行光に変換するコリメータレンズと、前
記コリメータレンズ通過後の光を偏向走査する回転多面
鏡と、前記回転多面鏡で偏向された光を所定位置へ結像
させるＦθレンズとを備えた光走査装置において、前記コリメータレンズのあとに２枚のシリンダレンズを
移動可能に設けたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】レーザ光を出射する光源と、前記光源か
らの出射光を平行光に変換するコリメータレンズと、前
記コリメータレンズ通過後の光を偏向走査する回転多面
鏡と、前記回転多面鏡で偏向された光を所定位置へ結像
させるＦθレンズとを備えた光走査装置において、前記コリメータレンズの焦点距離をＦとしたとき前記コ
リメータレンズを前記光源から大略Ｆの位置に配置し、
前記コリメータレンズのあとに２枚のシリンダレンズを
配置し、前記コリメータレンズ通過後のビーム径をｄ、
前記コリメータレンズ側のシリンダレンズの焦点距離を
Ｐ、前記回転多面鏡側のシリンダレンズの焦点距離を
Ｑ、２枚のシリンダレンズの間隔をＲ、２枚のシリンダ
レンズ通過後のビーム径をＤとしたとき、以下の式を満
たすことを特徴とする光走査装置。Ｄ＝ｄ｜Ｑ／Ｐ｜…（１）Ｑ＝Ｒ−Ｐ …（２）