JPS61275814A

JPS61275814A - レ−ザビ−ム走査装置

Info

Publication number: JPS61275814A
Application number: JP11907985A
Authority: JP
Inventors: Takao Ishida; 貴朗石田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-12-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明はレーザビーム走査装置に係り、特にレーザビー
ム発生手段から発生したレーザビームを偏向ミラーで偏
向走査し、偏向ミラーの面倒れに基づく弊害をシリンド
リカルレンズによって補正するレーザビーム走査装置に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

第４図に示すレーザプリンタにおいて、レーザダイオー
ド１は変調回路（図示せず）によって制御されて光量が
変調されたレーザビームを発する。

レーザダイオード１から発出したレーザビームはコリメ
ータレンズ２によって平行ビームにされ、ビーム整形器
３によって所定の断面形状に整形される。整形後のレー
ザビームは回転多面鏡４で偏向走査され、Ｆθレンズ５
によって感光体ドラム６の面上に等速度で結像されて微
小なビームスポットを形成する。また、前記Ｆθレンズ
５と感光体ドラム６との間には前記回転多面鏡４の面倒
れ補正（詳細は後述する）を目的とするシリンドリカル
レンズ７が配置されている。

ところで、レーザビームは集束性が良いことから微小な
ビームスポットを形成することができ、従って、高解像
度の画像記録を期待することができる。しかし、このた
めにはレーザビームを正確に偏向走査する必要がある。

レーザビームを偏向走査する回転多面鏡４は定速回転し
ながら各反射面でレーザビームを偏向走査するが、各反
射面の法線と回転軸の角度が一定でない、いわゆる面倒
れがあるとビームスポットの走査位置が感光体ドラム６
の回転方向にずれて走査線ピッチむらが生ずる。この走
査線ピッチむらの発生を防止するためには、回転多面鏡
４を高精度で加工しなければならない。例えば、回転多
面鏡４と感光体ト′ラム６との被照射面間の距離が５０
０ｍｍ、被照射面上で許容される走査線ピッチむらを±
０．０１１＊とすると、回転多面鏡４の面倒れ許容角は
、±（１／２　Ｘ　Ｏ，０１１５００）　＝±Ｉ　　Ｘ
ｌ０−５（ラジアン）＝±２（秒）となる。しかし、この許容角は回転多面鏡加工精度の限
界に近く、得られる回転多面鏡４は極めて高価となる。

前述したシリンドリカルレンズ７はこのような回転多面
鏡４の面倒れによるレーザビームの偏向走査位置ずれを
光学的に補正するもので、その面倒れ補正機能を第５図
を参照して説明する。第５図において、回転多面鏡４の
面倒れ角φｙ７□に対応する偏向走査位置ずれ量は、シ
リンドリカルレンズ７を用いない場合をδ、シリンドリ
カルレンズ７を用いた場合をδゎとすると、 δＣ／δ”　ｊ　”　ｙ　／　＋θ・φ７　　・・・（
１）の関係になる。但し、ｆθとはＦθレンズ５の焦点
距離であり、ｆとはシリンドリカルレンズ７の焦点距離
である。上記（１）式より、面倒れ補正効果はシリンド
リカルレンズ７の焦点距離ｆがＦθレンズ５の焦点距離
ｆθに対して短かい程大きくなる。

次に、第６図（ａ）、　　（ｂ）を参照してレーザビー
ムによるスポット形成過程を説明する。第６図（ａ）は
第４図のｙ−ｚ面、第６図（ｂ）はｘ−２面である。第
６図（ａ）に示すｙ−ｚ面において、Ｆθレンズ５に入
射するレーザビーム直径ｄ、は、レーザビームがＦθレ
ンズ５を通過してもほとんど平行光線を維持できる（Ｆ
θレンズ５の光集束性と回折現象とによる発散性がつり
合う）程度の大きさとする。このためにｄｙは、ａ、＝
ｂＴＩ扉Ｔ　　・・・（２）を満足するように設定する。但し、λとはレーザビーム
の波長（ｖｍ　）である。

例えば、λを０．７８Ｘ１０−”龍、ｆθを２５０鶴と
すると、ｄ、は０．４９８　ｗａｓとなる。直径が０．
０７菖１のビームスポットを得ようとすると、ｄｙが０
．４９８ｍ１の場合にシリンドリカルレンズ７の焦点距
離Ｓは、ｆ＝　０．０７　ＸπＸ０．４９Ｂ÷４λ−３５，ｌ龍となる。

次に、第６図（ｂ）に示ずｘ−ｚ平面において、Ｆθレ
ンズ５に入射するレーザビーム直径ｄＸは、レーザビー
ムの回折現象を考慮すると、ｄＸ＝４λｆθ１０．０７
π にする必要がある。そして、ｆθを２５０　ａｍとする
と、ｄＸ＝３．５５１１となる。

このようにしてレーザビームをＦθレンズ５とシリンド
リカルレンズ７で絞り込むと、感光体ドラム６の被照射
面上に直径０．０７龍の円形ビームスポットを形成する
ことができる。

以上のようにシリンドリカルレンズ７を用いた面倒れ補
正機能をもつ偏向走査光学系においては、Ｆθレンズ５
に入射するレーザビームの形状ｄＸｌｄ、をビーム整形
器３で適切に設定することによって任意の形状のビーム
スポットを得ると共に、回転多面鏡４の面倒れ補正効果
を得ることができる。

しかし、面倒れ補正のためにシリンドリ力ルレンズ７を
用いると次の欠点が発生する。すなわち、第７図に示す
ように、回転多面鏡４によって角度φ８に偏向されたレ
ーザビームは、Ｆθレンズ５でｘ＝（θ・φ８なる関係
を満足するように歪補正されて角度φ８でシリンドリカ
ルレンズ７に入射する。レーザビームが±φ８の範囲で
偏向走査されると、シリンドリカルレンズ７による結像
位置が偏向走査の中央部と両端部とで前後方向（２方向
）にずれるいわゆる像面湾曲を生ずる。こので与えられ
る量である。ここでｒ。＃ｆである。

ｄ２がシリンドリカルレンズ７の焦点深度に対して十分
に小さい値であれば実用上の問題はないが面倒れ補正効
果を高めるためにシリンドリカルレンズ７の焦点距離ｆ
を短かくすると焦点深度が浅くなるので像面湾曲の影響
が現われる。このため感光体ドラム６の被照射面に形成
されるビームスポットの形状が偏向走査位置によって無
視できない程に変化する。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、面倒れ
補正のために用いるシリンドリカルレンズによる像面湾
曲のために、ビームスポットの形状が偏向走査位置によ
って変化することを防止できるレーザビーム走査装置を
提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明の概要は、前記シリン
ドリカルレンズの断面形状を光軸中心からレンズ両端部
に亘って連続的に変化させ、シリンドリカルレンズと被
照射面との間の光路長差によって生ずる被照射面上のビ
ームスポットの前記直角方向の歪を補正するようにした
ことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

像面湾曲に基づく結像位置からｄ２だけずれた位置（被
照射面）におけるビームスポット直径ｗ２は、となる。ここで、ｗｏとはビームウェスト（結像位置）
におけるビームスポット径である。従って、像面湾曲が
大きい部分程被照射面上のビームスポットの形状変化も
大きい。

シリンドリカルレンズにほぼ平行なビームが入射すると
すれば、像面湾曲を補正するためには、第１図に示す様
にφ８の角度で入射したビームが感光体ドラム６の面上
の０点で結像するように、シリンドリカルレンズ７のＢ
点での断面（Ｂ−Ｂ　’　）の曲率を決定すればよい。

φ、の角度でＦθレンズ５に入射したレーザビームは甲
つの角度で射出し、シリンドリカルレンズ７に′ＰＸで
入射する。そして、Ａ点でシリンドリカルレンズ７に入
射したビームは屈折の法則に従いｙ　、　ｒの角度でシ
リンドリカルレンズ７を横切り、Ｂ点で再び屈折して角
度′ＰＸで出射し感光体ドラム６上の０点に至る。

ここで、第２図に示すように曲率Ｒのシリンドリカルレ
ンズ７を考えると、焦点距離Ｆは次式（５）％式％ここで、ｎＣとはシリンドリカルレンズ７の屈折率であ
る。

そこで、第１図に示す断面Ａ−Ｂにおけるシリンドリカ
ルレンズ７の曲率をＲＸとすると、Ｒｘ／ｎｃ　−１＝
　ｒｘ　　　　　　−（ａｔとなればビームが感光体ド
ラム６上の０点に結像することになる。尚、ｒＸはシリ
ンドリカルレンズ７と感光体ドラム６との光路長である
。次に、Ａ−Ｂ断面をＢ−Ｂ’断面に投写すると、第３
図に示すようにｘ　２／ａ２＋ｙ２／ｂ”　＝　１の楕
円となる。

ここでａ＝Ｒ，ｃｏｓ平、’、ｂ＝ＲＸである。

また、ｓｉｎ　’ＰＸ＝　ｎＣｓｉｎ　’Ｐｘ　’　　　　　
−（７１ｒＸ＝　ｒｏ　／　ＣＯ３’ＰＸ　　　　　　
　　−＋８１の関係が成立する。

上記式（６１，（８１よりＲＸ−ｒＸ（ｎｃ−１） −ｒｏ（ｎｃ　−１）　／ｃｏｓ平、・・・（９）とな
る。また、式（７）よりｃｏｓ　’ＰＸ’　＝　７〒璽ｎ　、”　−（１０）と
なる。従って、上記のａ、ｂはａ　＝　ｒ、（ｎｃ−１）　ｎ■フ’　”ｘ／ｎ％／ｃ
ｏｓ　’ＰＸ・・・（１１）ｂ　＝　ｒ　ｏ（ｎｃ−１）　／ｃｏｓ　甲、　　　　
　・（１２）となる。上記式（ＩＩＬ（１２）において
ｒｏｌｎｃは予め定められた数値であるため、甲、が定
まればシリンドリカルレンズ７のＢ点での断面形状が求
まる。

また、前記Ｂ点のＸ方向の座標ＢＸは、０点のＸ座標が
ｆθ・φ８であるから、ＢＸ＝ｆθψφＸ　　　ｒｘｓｉｎ　甲に＝ｆθ・φウ
ーｒ。ｔａｎ甲つとなる。＋′８はＦθレンズ５の光線追跡により容易に
求まるので、各点でのＦθレンズ５の入射角φ８に応じ
たＢ点での断面形状を求めることができる。即ち、走査
領域全体に亘ってレーザビームを感光体ドラム６面に結
像させるシリンドリカルレンズの断面形状が決定される
。

このように、シリンドリカルレンズ７の断面形状を、常
にレーザビームが感光体ドラム面一１−に結像するよう
に決定すれば、感光体ドラム６」二のビーム走査方向と
直角方向のビーム径ＷＸは、ｗＸ＝４λｒ、／（π×Ｗ
ｅ）一４λｒ０／（π×Ｗｃｘｃｏｓ甲Ｘ）＝　ｗ０／ｃｏ
ｓ　’ＰＸ　　　　　　　　　−（１３）ここでＷｃと
はシリンドリカルレンズ７に入射するビーム直径であり
、Ｗｏとは、光軸上でのビームスポットの直径である。

通常、ビームスポットのビーム径に対して１１０％の径
の変化は許容できることから、甲、≦２５゜の範囲では
十分使用可能である。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではな（、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

前記実施例ではシリンドリカルレンズ７の断面形状を楕
円としたが、加工の関係から円に近似した形状でも同様
の効果が得られ、少なくとも、シリンドリカルレンズ７
の断面形状を光軸中心からレンズ両端部に連続的に変化
させ、シリンドリカルレンズ７と感光体ドラム６　（被
照射面）との間の光路長差によって生ずる被照射面上の
ビームスポットの歪（走査方向と直角方向の歪）を補正
するようにしてもよい。

また、上記のような形状にするためにガラスを研磨して
シリンドリカルレンズ７を製作することは困難が多く、
時間と高度の技術を要し、コストアップになる恐れがあ
る。そこでシリンドリカルレンズ７を透明な樹脂にて成
形するようにすれば大巾なコストダウンを図ることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればシリンドリカルレ
ンズの断面形状を光軸中心からレンズ両端部に亘って連
続的に変化させることにより、シリンドリカルレンズと
被照射面との間の光路長差によって生ずる被照射面での
ビームスポットの大きさの変化を防止でき、前走査中に
亘ってほぼ均一な大きさのビームスポットを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明によるビー
ムスポットの歪補正を説明するための概略説明図、第４
図はレーザビームプリンタの一例を示す概略斜視図、第
５図は面倒れ補正機能を説明する概略説明図、第６図（
ａ）、（ｂ）はレーザビームによるスポット形成過程を
説明する概略説明図、第７図は像面湾曲による結像位置
ずれを説明する概略説明図である。１・・・レーザビーム射出手段、２・・・偏向ミラー、６・・・被照射面（感光体ドラム）、７・・・シリンドリカルレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザビーム射出手段から射出したレーザビーム
を偏向ミラーで偏向走査し、シリンドリカルレンズによ
つて前記偏向走査方向に対して直角方向の偏向誤差を補
正しながら被照射面にビームスポットを照射するレーザ
ビーム走査装置において、前記シリンドリカルレンズの
断面形状を光軸中心からレンズ両端部に亘つて連続的に
変化させ、シリンドリカルレンズと被照射面との間の光
路長差によつて生ずる被照射面上のビームスポットの前
記直角方向の歪を補正するようにしたことを特徴とする
レーザビーム走査装置。
（２）シリンドリカルレンズの断面の曲率半径が光軸中
心から両端部に向かつて拡大するものである特許請求の
範囲第１項に記載のレーザビーム走査装置。
（３）シリンドリカルレンズは樹脂で形成されたもので
ある特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーザビ
ーム走査装置。