JPH0980337A

JPH0980337A - 光走査装置

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Publication number: JPH0980337A
Application number: JP25560995A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ando; 利典安藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-28
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: JP3402875B2

Abstract

(57)【要約】【目的】反射防止膜のない合成樹脂レンズを用いて光
量分布を均一化する。【構成】半導体レーザー１ａ、コリメータレンズ１
ｂ、アパーチャ１ｃから成る光源ユニット１からの光ビ
ームの進行方向に、シリンドリカルレンズ２、ポリゴン
ミラー３を順次に配置し、ポリゴンミラー３で偏向され
た光ビームの進行方向に結像レンズ４と被走査面５を配
置する。結像レンズ４はｆθ特性を有するアナモフィッ
クな非球面の合成樹脂レンズとし、光軸上の透過率を８
５％以下にする。走査位置に応じた結像レンズ４の透過
率によって、被走査面５上の光量分布を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザープリンタ
やレーザーファクシミリ等の画像形成装置に使用される
光走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の光走査装置はレーザー
光源からの光ビームをポリゴンミラーによって偏向し、
結像レンズ系によって被走査面上に光スポットとして結
像させるようになっている。

【０００３】レーザー光源には半導体レーザー等が多用
され、レーザー光源から射出された発散光は、コリメー
タレンズにより略平行な光ビームに変換され、アパーチ
ャにより光ビームの外形が制限される。外形が制限され
た光ビームは、定角速度で回転するポリゴンミラーによ
り偏向されて結像レンズ系に入射する。結像レンズ系は
定角速度で偏向された光ビームを所定の間隔で配置され
た被走査面上に等速度で走査させるｆθ特性を有し、全
走査域に亘って微小な光スポットを形成するように像面
湾曲が良好に補正されることが必要とされている。

【０００４】また、ポリゴンミラーがミラー面の加工誤
差や回転軸の振動等を有するため、多くの結像レンズ系
には主走査方向と垂直な方向つまり副走査方向の走査位
置のずれを補正するための倒れ補正機能が与えられてい
る。このため、結像レンズ系は主走査方向と副走査方向
とで異なる結像特性を有するアナモフィックレンズ系と
され、これらの結像レンズ系のうちの少なくとも１面
は、充分な精度を有するトーリック面とシリンドリカル
面であることが必要とされている。

【０００５】従来、結像レンズ系はガラス材料によりト
ーリック面とシリンドリカル面を有するように加工さ
れ、この種のガラスレンズには反射防止膜が蒸着等によ
り施されている。一方、ガラスレンズの加工は困難で高
コストとなるため、近年ではコストが低く、自由な形状
で収差を補正できる合成樹脂レンズが多用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、合成樹
脂レンズにもガラスレンズと同様に反射防止膜を施こす
必要が生ずるが、合成樹脂レンズに反射防止膜を施こす
際に、合成樹脂レンズからガスが発生して膜特性が劣化
する上に、合成樹脂レンズが熱変形して膜が剥離し易い
という問題がある。このため、合成樹脂レンズは反射損
失が抑制されることなく、使用されているというのが現
状である。

【０００７】また、反射損失は光ビームの入射角に対応
して増減するため、走査位置によって光量が変化すると
いう問題が生ずる。従って、この種の光走査装置を用い
た画像形成装置では、画像の濃度が走査位置によって変
化することになり、高精細で忠実な画像を再生すること
が困難になるという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、上述した問題点を解消
し、反射防止膜のない安価な合成樹脂レンズを使用し
て、被走査面上の光量分布を均一化することができる光
走査装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光走査装置は、光源手段からの光ビーム
を偏向する偏向手段と、該偏向手段からの光ビームを被
走査面上に結像させる結像レンズ系とを備えた光走査装
置において、前記結像レンズ系は少なくとも１枚の合成
樹脂レンズを備え、該合成樹脂レンズのうちの少なくと
も１枚の光軸における透過率を所定値以下にしたことを
特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は第１の実施例の要部構成図であ
り、半導体レーザー１ａ、コリメータレンズ１ｂ及びア
パーチャ１ｃから成る光源ユニット１からの光ビームの
進行方向には、シリンドリカルレンズ２とポリゴンミラ
ー３が順次に配置され、ポリゴンミラー３で偏向された
光ビームの進行方向には、結像レンズ４と被走査面５が
配置されている。この被走査面５は本実施例の光走査装
置が静電複写機構等を用いた画像形成装置に搭載された
場合には、感光体の表面とされている。

【００１１】コリメータレンズ１ｂは紙面に垂直な方向
つまり副走査方向にのみ正のパワーを持つアナモフィッ
クレンズとされ、半導体レーザー１ａからの発散光を略
平行な光ビームにするようになっている。アパーチャ１
ｃはコリメータレンズ１ｂを透過した光ビームの外形を
制限し、シリンドリカルレンズ２は光ビームを副走査方
向のみに集光し、紙面に平行な焦線としてポリゴンミラ
ー３に結像させるようになっている。ポリゴンミラー３
はシリンドリカルレンズ２の焦線近傍に反射点を持つよ
うに配置され、方向Ａに定角速度で回転されることによ
り、光ビームが偏向される。

【００１２】結像レンズ４は主走査方向に定角速度で偏
向されて入射する光ビームを、定速度で移動する光スポ
ットとして被走査面５上に結像させる所謂ｆθ特性を有
している。また結像レンズ４には、副走査方向に集光さ
れた光ビームが入射するポリゴンミラー３のミラー面
と、被走査面５上とを結像関係にする所謂倒れ補正機能
が与えられている。そして、この倒れ補正機能を１枚の
レンズで満足させるために、結像レンズ４は合成樹脂製
のアナモフィック非球面レンズとされている。

【００１３】ここで、結像レンズ４を透過する光路長は
画角によって異なるため、内部損失により失われる光量
も画角によって変化し、この変化は単位長さ当りの内部
損失が大きいほど顕著になる。従って、本実施例の結像
レンズ４は内部損失を適正な量に設定することにより、
反射損失の変化が補正されている。このため、結像レン
ズ４を製造する際には、透過率の低い合成樹脂材料が使
用されるか、又は合成樹脂材料に適量の染料又は微細粒
子を混合することにより、内部損失が最適に設定され
る。

【００１４】次に示す表１は、光スポットの位置つまり
走査位置に対する結像レンズ４の反射率と透過率、そし
て走査位置の光量変化率の関係を示し、光量変化率は走
査位置の光量が光軸上の光量に対してどの程度変化する
かを示している。

【００１５】表１第１の実施例における走査位置と光量変化率第１面第２面走査位置入射角反射率入射角反射率透過率変化率ｍｍ度％度％％％ 105.8 49.9 11.7 8.1 4.4 84.4 -7.9 70.6 38.7 7.8 13.5 4.8 87.8 -4.2 45.9 27.6 5.8 11.7 4.6 89.9 -2.0 0.1 0.0 4.2 0.0 4.2 91.7 0.0 -46.7 -27.9 5.8 -11.9 4.6 89.8 -2.0 -83.5 -43.2 9.1 -13.1 4.7 86.6 -5.5 -105.4 -49.7 11.6 -9.2 4.5 84.5 -7.9

【００１６】ここで、透過率は内部損失を含まない。ま
た、被走査面５では２１０ｍｍ長に渡って印字が可能と
され、走査位置は光軸上を０ｍｍ、走査開始側を負、走
査終了側を正としている。更に、入射角は光軸に対する
光ビームの角度ではなく、光ビームが結像レンズ４に入
射する位置の面法線に対する光ビームの角度である。そ
して、レーザー光である光ビームは直線偏光することに
より、結像レンズ４における反射と屈折はＳ偏光成分の
みで行われる。

【００１７】このような条件における結像レンズ４での
反射損失Rsは次の式で表される。 Rs＝｛−sin ( θ₁ −θ₂ ）／ sin（θ₁ ＋θ₂ )}² ・・・(1)

【００１８】ただし、θ₁ は面法線に対する入射角、θ
₂ は面法線に対する屈折角である。また、入射角θ₁ と
屈折角θ₂ の関係はスネルの法則に従うため、表１では
屈折角θ₂ が省かれ、屈折率は１．５２である。

【００１９】表１から分かるように、結像レンズ４の入
射角は第１面で大きく変化し、光軸上の０度から最外部
の約５０度まで変化する。これに対する反射損失つまり
反射率は、光軸上の約４％から周辺部の約１２％に増加
する。従って、結像レンズ４に従来のレンズを使用した
場合には、走査位置が光軸上にあるときの光量に対し、
走査位置が周辺部にあるときの光量は約８％だけ低減す
ることになる。このため、従来のレンズでは被走査面５
上の光量を均一化することが不可能になり、従来の光走
査装置を搭載した画像形成装置では均一な画像濃度を得
ることが不可能になる。

【００２０】一方、次に示す表２は、走査位置に対する
結像レンズ４の内部損失である光量変化率を光軸上の透
過率毎に示したものである。

【００２１】表２第１の実施例における結像レンズの内部損失走査位置光路長光路長比光軸上透過率％ 90 85 80 75 70 ｍｍｍｍ光量変化率％ 105.8 4.134 0.376 1.27 4.63 8.31 12.33 16.78 70.6 9.333 0.848 0.31 1.11 1.96 2.86 3.84 45.9 10.498 0.954 0.09 0.33 0.59 0.85 1.14 0.1 11.000 1.000 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 -46.7 10.520 0.956 0.09 0.32 0.56 0.82 1.09 -83.5 8.423 0.766 0.47 1.71 3.04 4.46 5.99 -105.4 5.031 0.457 1.10 4.02 7.18 10.64 14.43

【００２２】ここで、光軸上透過率は内部損失を含み、
光量変化率は表面反射分を含まない。また、内部損失に
関係するのは透過率であって、表面反射成分は無関係で
あるが、透過率のみを測定することが困難であるため、
内部損失に加えて第１面及び第２面の合計の表面反射損
失が８％として透過率が表されている。従って、光軸上
透過率が８０％であることは、内部損失１２％と表面反
射損失８％の合計を意味する。

【００２３】結像レンズ４の基準となる光路長において
内部損失がFo％だけ生じたとすると、光路長比Ｋにおけ
る内部損失Fkは、次式となる。 Fk＝｛１−（１−Fo／１００)^k｝×１００・・・(2)

【００２４】表２に示すように、走査位置の絶対値が大
きくなるほど、光量変化率がプラスで増加し光量が増加
する。一方、従来使用されている光軸上透過率が９０％
以上のレンズでは、光量変化率が１％強にしかならな
い。このため、本実施例では光軸上透過率が８５％以
下、好ましくは７５〜８５％とされている。

【００２５】半導体レーザー１ａから射出した光ビーム
は、コリメータレンズ１ｂにより平行光とされ、アパー
チャ１ｃにより外形が制限され、シリンドリカルレンズ
２によりポリゴンミラー３に線像として結像される。ポ
リゴンミラー３により偏向された光ビームは、結像レン
ズ４により被走査面５上に光スポットとして結像され
る。このとき、結像レンズ４の光軸上透過率が８５％で
ある場合には、走査位置の周辺部における光量変化率
は、表１のマイナス８％強から表２の４％強分だけ補正
され、結果的にマイナス４％の変化率に抑えられる。

【００２６】このように、第１の実施例では結像レンズ
４の光軸上透過率が８５〜７５％である場合には、被走
査面５上の光量変化率を表１に示したような最大値−
７．９％を、表２に示した透過率毎の最大値４．６３％
又は８．３１％又は１２．３３％で補正し、最終的に４
％程度の光量の変化に抑制することができる。

【００２７】従って、この第１の実施例では、結像レン
ズ４に反射防止膜のない合成樹脂レンズを使用すること
ができる。また、結像レンズ４に入射する光ビームの入
射角が変化しても、走査位置における光量分布を均一化
することができ、高精細で忠実な画像の再生を可能にす
る。

【００２８】図２は第２の実施例の要部構成図であり、
第１の実施例の結像レンズ４に代えて、第１のレンズ６
と第２のレンズ７が配置されている。第１のレンズ６は
凹の合成樹脂レンズとされ、第１の実施例と同様に光軸
上透過率が８５％以下とされている。また、第２のレン
ズ７は凸のガラスレンズ又は合成樹脂レンズとされてい
る。そして、第１のレンズ６と第２のレンズ７による反
射や屈折がＰ偏光成分で行われるように、半導体レーザ
ー１ａの偏光方向が設定されている。ここで、Ｐ偏光成
分による反射損失Rpは、次式で示される。 Rp＝{tan（θ₁ −θ₂ ）／ tan（θ₁ ＋θ₂ )}² ・・・(3)

【００２９】一般に、Ｓ偏光成分での反射損失は入射角
の増加に応じて増加するが、Ｐ偏光成分での反射損失Rp
は或る入射角になるまでは減少し、一旦０となった後に
再び増加する。この入射角はブリュースター角と称さ
れ、空気中に置かれた屈折率１．５の媒質のブリュース
ター角は約５６度とされている。しかし、結像レンズ系
において入射角がブリュースター角を越えることは稀で
あり、Ｐ偏光成分を用いた合成樹脂レンズ系では、第１
の実施例で示したＳ偏光成分を用いたものとは逆に、画
角の増加に応じて反射損失Rpが減少し、被走査面５上の
光量が増加することになる。しかしながら、この第２の
実施例ではこの光量の増加を凹の第１のレンズ６に補正
機能を持たせることにより解決している。

【００３０】即ち、凹の合成樹脂レンズである第１のレ
ンズ６の光路長は、光軸上よりも周辺部で長くなるた
め、第１のレンズ６の周辺部を通過する光ビームの内部
損失が大きくなる。このため、Ｐ偏光成分を用いたこの
第２の実施例では、入射角の増加により周辺部での光量
の増加を、第１のレンズ６に凹の合成樹脂レンズを使用
し、その周辺部での透過損失の増大によって被走査面５
上の光量の変化を抑制することができる。

【００３１】図３は第３の実施例の要部構成図であり、
第１の実施例の結像レンズ４を透過した光ビームは、折
返しミラー８により折り返された後に被走査面５上に結
像されるようになっている。また、被走査面５上の光量
は折返しミラー８の反射特性に基づいて抑制されてい
る。この場合には、光量が画角に応じて増加するか又は
減少するかは、折返しミラー８の膜構成によっても異な
って一概には決定されない。しかしながら、光量が画角
に応じて減少する場合には、結像レンズ４に透過率の低
い凸の合成樹脂レンズを使用し、光量が画角に応じて増
加する場合には、凹の合成樹脂レンズを用いればよい。

【００３２】なお、合成樹脂レンズの内部損失を増加さ
せるために、合成樹脂材料に染料又は微細粒子を混合し
た場合には、光スポットに拡散によるフレアが発生する
虞れがある。このため、合成樹脂材料には拡散を発生さ
せることのない染料を用いることが望ましい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光走査
装置は、結像レンズ系のうちの少なくとも１枚に合成樹
脂レンズを備えると共に、合成樹脂レンズのうちの少な
くとも１枚の光軸における透過率を所定値以下にしたた
め、合成樹脂レンズに所定量の内部損失を与えることが
できる。従って、合成樹脂レンズに反射防止膜を施こす
ことなく被走査面上の光量分布を均一化することがで
き、高精細で高質な画像を与えることができる。また、
合成樹脂レンズを使用できる上に、反射防止膜の蒸着作
業を省くことができるためコストを削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の要部構成図である。

【図２】第２の実施例の要部構成図である。

【図３】第３の実施例の要部構成図である。

【符号の説明】

１光源ユニット３ポリゴンミラー４結像レンズ５被走査面６第１のレンズ７第２のレンズ８折返しミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源手段からの光ビームを偏向する偏向
手段と、該偏向手段からの光ビームを被走査面上に結像
させる結像レンズ系とを備えた光走査装置において、前
記結像レンズ系は少なくとも１枚の合成樹脂レンズを備
え、該合成樹脂レンズのうちの少なくとも１枚の光軸に
おける透過率を所定値以下にしたことを特徴とする光走
査装置。
【請求項２】前記光軸における透過率を８５％以下と
した請求項１に記載の光走査装置。