JPS62265615A - 光走査装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光走査装置に係り、特に情報印刷装置として注
目されているレーザプリンタ装置に好適な光走査装置に
関する。

［従来の技術］ レーザプリンタ装置では、従来からＦＯレンズ及び回転
多面鏡の組み合せにより、レーザ光を感光ドラム上に偏
向走査することが行なわれている。

レーザ光を走査する上での問題点の一つは、回転多面鏡
の反射面の傾きによる。走査ピッチムラが生じることで
ある。それを解決する方法としては、シリンダレンズと
トーリックＦθレンズの組み合わせ（特開昭４８−９８
８４４号）、プリズムとＦθレンズの組み合わせ（特公
昭５９−９８８３号）、トーリックレンズとＦθレンズ
の組み合わせ（特開昭４８−４９３１５）等によって、
回転多面体鏡の傾き誤差による影響を低減しようとする
ものが知られている。これらには、前述のように、非対
称光学素子とＦθレンズの２種類の光学部品が使われて
おり、部品点数が多いという難点があった。この点を改
善する為に、Ｆθレンズの中に面倒れ機能をもたせよう
とする提案もある（特開昭５７−１４４５１５号）。こ
のレンズは。

普通の球面（平面）の他に、シリンダレンズ、トーリッ
ク面を含んだものとなっている。トーリック面とは、あ
る平面とそれに直交するもう一つの平面を考えた時、各
々の平面内における面の曲率半径が異なる面を意味する
。すなわち、光軸方向を２、光軸を含む、互に直交した
平面をｘｚ面、ｙｚ面とした２次の層間式で表わすと ｚ　＝　Ａ　ｘ　２＋　Ｂ　ｙ　２（１）（Ａ、Ｂは係
数で　Ａ≠Ｂかつ１画角θとは独立）のような面を意味
する。

［発明が解決しようとする問題点］ このような面をつかって、レーザ走査装置を構成する場
合を考える。光を走査する面をｘｚ面に。

面倒れに影響ある面はｙｚ面とする。

各々の面内焦点距離をｆＸ、ｆ）’とすると。

ｆｘ−Ｊ−ｆｙ（且つ、ｆｘ＞ｆｙ）（２）であるのに
、焦点位置は同じである。バックフォーカス距離が等し
い等の条件下で走査するレンズを計算すると、特に面倒
れ方向の結像特性が劣化する。これはｆｙくｆＸのため
に、ｆｙがカバーできる走査範囲が小さく、良好な結像
特性を満足できない為である。結像特性は面倒れに関係
する面で、像面湾曲が発生するためである。即ち、ある
特定の画角θでの波面収差が Ｗ＝ｃｙ”　　　　　　　　　　（３）（Ｃ：係数） となる、走査方向の結像特性を、一般のレンズ設計技術
をもってすれば、θ〜４０°以内で良好に保つことがで
きる。すなわちＷがＸの関数でなくなるので、面倒れ補
正方向のみの収差が発生する。

Ｃはレンズ系の曲率半径、レンズ間隔、屈折率画角等で
決定される係数であって、トーリック面のようなレンズ
面形状（１）式で書けるような形だと、前述の理由で結
像特性の低下をまねき、零にはならない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、走査レン
ズの結像特性を高め、高画角、高分解能の点で優れた光
走査装置を堤供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この欠点を防ぐには本発明は、走査レンズのレンズ面の
形状を、 ｚ＝Ａｘ”＋Ｂ’（θ）・ｙ２　　　（２）（Ｂ’≧Ｂ
） として、係数Ｂ′をθの関数の形にして、走査レンズの
面倒れ方向の曲率半径を、偏向方向に応じて変化させる
ことを特徴とする。本発明によ九ば、波面収差Ｗのｙ２
の項の係数を０に近ずけることが可能となる。このこと
は、ｆアがθの関数になっており、θが変化するごとに
ｆｙも変化させることを意味する。

［作用］ 第２図を用いて１面の形状を変化させるとどのような作
用が起きるかを説明する。

第２図で２軸は光軸方向、ｙｚ面は特定の画角θの時の
面倒れに影響する平面である。図中１００１の実線は、
従来のトーリック面ｚ＝Ｂｙ２＋Ｍ　　　　　　　　　
（３）を示す、レンズを出射した光束２０ｏ１は、ドラ
ム面＄３０００の手前３０ｏ１の位置で結像する。

しかし、実際は３０００の位置に結像したい。そこで、
１００２の点線のように曲率半径を大きくしてやれば、
２００２の光束のように３０００のドラム面で光を絞る
ことが可能となる。したがって、光軸上（θ＝Ｏ）にお
ける面倒れ方向の曲率半径よりも、軸外（０≠０）にお
ける曲率半径を大きくして非球面へ移行することで結像
位置をドラム面上にもっていくことができる。しかも、
第４面の曲率半径は画角と共に単調に増加させればよい
。

［実施例コ 以下、実施例によって本発明を説明する６第１図は本発
明の基本構成図である。図において、２はレーザ、１は
光走査レンズ、１０は回転多面鏡、１５はドラム面であ
る。

例えば２枚のレンズで光走査レンズ１を構成する。回転
多面体鎖側から第１〜第４面と名付ける。

ここで、第１〜第３面迄は球面１１、トーリック面上□
、平面１３で構成されている。

第４面１４をトーリック面にすると従来の例と同じにな
るが、本発明では第４面は第４図のような画角の絶対値
の増大と共に、面倒れ方向の曲率半径が単調に増加する
面形状となる。先ずここで従来例の結像特性を胴入る。

従来例のレンズ諸元を表１に示す（これは特開昭５７−
１４４５１５の実施例７に相当する）。

ｒ１〜ｒ４は走査方向（Ｘ軸方向）の曲率半径ｒ１′〜
ｒ４′は面倒れ方向（ｙ＃力方向の曲率半径、ｄ１〜ｄ
３は、面間隔、ｎ１ｔｎ３は屈折率である。

ｆＸ、ｆ、は各々、走査方向及び面倒れ方向の焦点距離
、ｂ、ｆはバックフォーカス、Ｓ工は入射光源の位置、
ＳＫ′は、最終面からの近軸上の結像位置を示す。

表　　１ ここで実質的なＦ数は６０〜１００であるから、最良像
点の焦点深度は１０〜２０ｍｍである。また、このよう
に大Ｆ数では、問題となるのは、走査方向１面倒れ方向
の最良像点の位置３，４（像面湾曲及び非点収差）であ
る。これを画角３２°の範囲内で調べたものが第３図で
ある。この図によると、走査方向の像点位置３の結像特
性は良いが、焦点距離の小さい面倒れ方向の像点４はレ
ンズ側に著しく曲がる。この程度は６０ｍｍにも達する
。

中間位置をドラム面にするとしても±３０ｍｍの焦点位
置の変化が生じる。これは高分解能な光走査系が構成で
きないことを意味する。本発明は、この像点のまがりを
走査レンズの面倒れ方向の曲率半径を偏向方向に応じて
変化させることで補正するものである。すなわち、画角
が大きい時に像点位置がレンズ側に曲げるのを最終面１
４の面倒れ方向の曲率を、像の曲りに従って変えること
により、像面を平面上にもってこようとするものである
。

表　　　２ Ｄ＝面の変化量（Ｚ方向）ｍｍ Ｘ＝　　　　　　−１４，９５ＬＯＯＯＯ（關ン　（θ
＝−３２’　　）Ｙ　　　　　　　Ｄ　　　　　　　Ｙ
　　　　　　Ｄ−１０，０００００００１，３００００
００−５，００００００００，３２５０００００，００
，０５，００００００００，３２５００００’０．００
０（）ＯＯｔｒ　　　（、３（）０００００Ｘ＝　　　
　−１０，９６８００００（ｆ）　＝−２４’　）Ｙ　
　　　　　　Ｄ　　　　　　　Ｙ　　　　　　Ｄ−１０
，００００００００，６００００００−５，０００００
０００，１５００００００，００，０５，００００００
００，１５０００００１０，００００００００，６００
００００Ｘ＝　　　　−７，８６２００００（θ＝−１
８’　）Ｙ　　　　　　　Ｄ　　　　　　　Ｙ　　　　
　　Ｄ−１０，００００００００，２５０００００−５
，００００００００，０６００００００，００，０５，
００００００００，０６０００００１０，００００００
００，２５０００００Ｘ＝　　　　　Ｏ，Ｏ Ｙ　　　　　　　Ｄ　　　　　　　Ｙ　　　　　　Ｄ−
１０，００００００００，０−５，００００００００，
Ｏｏ、ｏ　　　　　　ｏ、ｏ　　　　　　　ｓ、ｏｏｏ
ｏｏｏｏ　　　ｏ、。

１０．０００００００　　０．Ｏ ｘ＝　　　　　７．８５２００００　　　（θ＝１８’
　）Ｙ　　　　　　　Ｄ　　　　　　　Ｙ　　　　　　
Ｄ−１０，００００００００，２５０００００−５，０
０００００００，０６００００００，００，０５，００
００００００，０６０００００１０，００００００００
，２５０００００Ｘ　＝　　　　　１０．９６８０００
０　　　（θ＝２４’　）Ｙ　　　　　　　　　Ｄ　　
　　　　　　　Ｙ　　　　　　　　Ｄ−１０，００００
００００，６００００００−５，００００００００，１
５００００００，０Ｇ、０　　　　　　５．０００００
００　　０．１５０００００１０．０００００００　　
　０．６００００００Ｘ＝　　　　１４．９５１０００
０　　　（θ＝３２’）Ｙ　　　　　　　　　Ｄ　　　
　　　　　　Ｙ　　　　　　　　Ｄ−１０，０００００
００１，３００００００−５，００００００００，３２
５００００１４は、トーリック面の（ｘｓｙ）の点での
面に の位置を、表２に示すように、２方向グ点線のようにず
らす（第４図）、移動量はＤでもって表わす。

表２に示されない任意の位置の面形状はスプライン関数
を用いて滑らかに接続する。（スプライン関数について
は、「最近の内挿法のアルゴリズムと計算プログラム」
情報処理室Ｖｏ１．１７　。

Ｎａ５　（１９７６）ＰＰ４１７〜４２５．に述べられ
ている。）走査方向の結像特性は良好であるからｙ＝Ｑ
での面の変化はない、この結果は、ｘ＝０でのｙｚ面の
曲率半径にくらべて、Ｘ≠Ｏでの曲率半径は大きくなっ
ていることを意味する。即ち、Ｘ≠０での像点位置を必
要なだけ、遠くにのばして焦点距離を変化させているこ
とになる。ここで１ｘｌ＝１４．９５１ｍ５，１０．９
６８＋ｓｍ。

７．８６２ｍ＋門は画角の絶対値３２°、２４°。

１８°での光束が、最終レンズ面の通る時の主光線のＸ
座標を示す。

このようにして得られた走査レンズ１の結像特性を第３
図中の５に示す、４の結像特性が５のようになり、しか
も走査方向の結像特性３は不変であるので１画角３２″
以内での結像特性は１回折限界に近くなる程改善される
。

走査方向の結像特性が画角大にした時低下する時には、
ｙ＝Ｑでも、面を移動させればよい。

［発明の効果〕 本発明によれば１画角を大きくしても結像特性が高分解
能に保てる。同じ走査中を走査するのに、画角が大きく
できることは、焦点距離を小さくできることを意味し、
光学系の大巾な小型化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図は、本
発明の詳細な説明する図、第３図は、従来例と本発明の
結像特性を示す図、第４図は本発明で用いる走査レンズ
の非球面（最終レンズ面）を示す図である。 １１〜１４・・・走査レンズの第１〜第４面。 １０・・・回転多面鏡、２・・・レーザ、３，４・・・
従来例の面倒れ方向、及び走査方向の結像位置、５・・
・本発明による面倒れ方向の結像位置。 を 第２国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの光束を偏向走査する回転多面鏡と、該回
   転多面鏡の面の倒れによる走査線間隔むらを補正あるい
   は減少させる機能を有し、その面倒れ補正機能を有する
   方向の焦点距離が、走査画角に応じて変化してなるレン
   ズであって、上記偏向された光の偏向角に比例した走査
   面上の位置に上記光束を結像させる走査レンズとを備え
   てなる光走査装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光走査装置において上
   記走査レンズの最終面の面倒れ補正方向の曲率半径を走
   査画角の絶対値の増大につれて、単調増加させてなるこ
   とを特徴とする光走査装置。