JPS62275216A

JPS62275216A - 光走査装置

Info

Publication number: JPS62275216A
Application number: JP61117227A
Authority: JP
Inventors: Takaki Hisada; 隆紀久田; Takesuke Maruyama; 竹介丸山; Masaharu Deguchi; 出口　雅晴; Yoshihiko Noro; 良彦野呂; Yoshifumi Honma; 本間　芳文
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1987-11-30
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: US4941719A; JPH0727125B2

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】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は、光ビームｌこよる走査を行なう光走査装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

光ビームを用いた走査装置において、光ビームの偏向装
置として回転多面鏡等その偏向面が回転軸に対して倒れ
得るものを用いる場合、この面の倒れによって光ビーム
が走査方向と垂直な方向にずれ、走査線のピッチむらを
生じる。

これを補正するために、走査方向と垂直な面内では偏向
面と被走査面（像面）とが共役関係とな一方、上記光学
系には、走査方向面内において元ビームが被走査面上を
等速度走査するよう適当な歪曲収差を発生させると共に
上記被走査面上の光゛ビームの大きさが走査点によらず
均一となるよう像面のわん曲を補正するという機能が要
求される。

上記のような走査方向の特性と、これに垂直な方向の特
性を持たせるには、両方向でパワーの異なる光学系が必
要となり多くの場合、シリンドリカルレンズやトーリッ
ク面レンズが用いられる。

このような光学系において、装置をコンパクトにするた
めにはレンズ枚数を少なくすると共に、光ビームの偏向
角を大きくすることが望ましい。

レンズ枚数を少なくシンプルにした光坐系としては、母
線が互いに直交する２つのシリンドリカルレンズで構成
したもの（特開昭５５−１５１３１号）や球面レンズと
長尺シリンドリカルレンズで構成したもの（特開昭５８
−９３０２１号）等が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の光学系は構成はシンプルであるが、
偏向角が±２０°〜±２５６程度の比較的小さいもので
あった。

光学系のコンパクト化を図るために、偏向角の拡大（±
４０°〜±５０６）を実現するには、従来の光学系では
次のような問題がある。

偏向光学系に要求される性能の内、従来においては像面
わん曲と歪曲収差は単レンズ又は１つの組レンズで補正
され、偏向装置の面倒れの補正は長尺のシリンドリカル
レンズで行なわれている。

あるいは、上記５つの補正をトーリックレンズ鱒を含め
１つの組レンズ（２〜５枚）で行なわれでいる。

まず、前者の場合、球面単レンズで像面のわん曲と歪曲
収差を共に補正するには難点がある。すなわち偏向角が
小さい場合、両収差の発生量は小さく問題とはならない
が、偏向角を大きくすると両収差とも大きく発生し、球
面単レンズで両収差を共に補正することが不可能となる
。さらに、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズは、副
走査方向像面の像面わん曲を発生し、偏向角の増大と共
に像面わん曲が急激に増大し許容できない量となる。シ
リンドリカルレンズによるイ象面わん曲の様子を第３図
に示す。

第３図において、９は走査の中央でシリンドリカルレン
ズ１１に垂直に入射する光ビームであり、破線で示す１
０は走査の端でシリンドリカルレンズ１１に斜め（ヒ入
射する光ビームを示す。光ビーム１゜は、角度θでｆｃ
ｃθ）の距離に集束され、像面のわん曲が発生する。こ
のわん油量は、θが大きい程急激に増大する。

後者の場合、レンズ枚数が増す場合が多く、レンズ群が
偏向装置寄りに配置されるため、面倒れ補正を充分に行
なうことができない。

このように従来の技術ではレンズ枚数を小なぐ構成をシ
ンプルにしながら、偏向角を広くすることは困難で、光
学系のコンパクト化ができないという問題点があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、シンプルな構成
で広偏向角の光学系を実現し、コンパクトな光走査装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、偏向装置と被走査面間の光学系を偏向装置
側から順に１つの球面レンズとト−ＩＪツク面形状の反
射鏡より構成することにより達成される。

上記反射鏡は、走査方向の断面内では比較的大きい曲率
半径の円弧状であり、これと垂直な方向の断面内では比
較的小さい曲率半径の円弧状であるようなトーリック形
状である。

〔作用〕

次に本発明を構成する各要素の作用について説明する。

偏向装置の次に置かれる球面レンズは、光ビームを集束
させる作用を行ない、主として走査方向の像面わん曲の
補正を行なう。　　　　□トーリック形状反射鏡は、光
ビームが走査により形成する平面（以下走査面という）
内では円弧状で、これにより歪曲収差を補正する作用を
行なう。

ここで球面反射鏡は、後述するように像面のわん曲をほ
とんど変化させずに歪曲収差だけを補正できる。この作
用によって、歪曲収差と像面のわん曲を補正可能となる
。

上記反射鏡は、走査面に垂直な断面では偏向装置の反射
面と被走査面とが共役になるよう、走査面内の円弧とは
異なる曲率を持ち、偏向面の倒れ補正を実現している。

また、前述のシリンドリカルレンズで問題であった走査
面に垂直な方向の像面のわん曲は、後述するように本ト
ーリック形状反射鏡ではほとんど発生しない。

これによって、像面のわん曲を気にすること掻く、面倒
れの補正が可能となった。

〔実施例〕

以下、実施例に従って詳細に説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。

まず、本発明実施例の構成について説明する。

本実施例は、光源１、結合レンズ２．シリンドリカルレ
ンズ３、偏向装置４、球面レンズ５、トーリック面反射
鏡６、半透平面鏡７、感光ドラム８により構成される。

光源１を出た光ビームはシリンドリカルレンズ３により
偏向装置４の反射面上に線像を結ぶ。偏向装置４で反射
された光ビームは球面レンズ５を一通過後、半透平面鏡
７を通過、トーリック形状反射鏡６で反射後、再度半透
平面鏡７にもどり反射されて感光ドラム８に達する。感
光ドラム８０面上が被走査面であり、ここで光ビームは
一点に集束される。

次に、本実施例の動作について説明する。

結合レンズ２は、光源から発散する光ビーム船コリメー
トし、平行光束に近い集束ビームとする作用を持つ。

シリンドリカルレンズ３は、偏向装置４により走査され
る光ビームにより形成される平面に垂直な断面でパワー
を持ち、光ビームをこの方向にのみ集束して、偏向装置
４の反射面上で走査面と平行な＃像を結ばせるものであ
る。

偏向装置４は、多角柱状の鏡面から成り、角柱の軸を回
転軸として等速回転を行なうことにより鏡面で反射され
る光ビームの反射角を時間と共に変化させ、光ビームの
偏向、走査を行なわせるものである。光ビームの偏向角
は±４８″である。

本回転軸は上記走査面に垂直で、上記光源１からの入射
光ビームの経路は、走査面と同−面内番とある。

球面レンズ５は、軸対称の球面レンズで、その光軸は上
記走査面内にあり光ビームの走査面内で走査のほぼ中央
の光ビームに一致するよう設置され、偏向装置４で反射
された光ビームを集束させる作用を行々う。

トーリック面反射鏡６は、その光軸は球面レシズ５の光
軸上に配置され、球面レンズ５を通過した光ビームをさ
らに集束し、感光ドラム８の面上で一点に集束させる作
用を行なうもので、次のような形状を有する。上記走査
平面内では比較的曲率半径の大きい円弧であり、これを
母線として同じく走査平面内で円弧の頂点から光軸方向
に円弧の曲率半径に比べ小さい距離だけ離れた点で光軸
と垂直に交わる直線を回転軸として回転させたような形
状の反射面である。

本反射鏡６は、主として球面レンズ５による残留の歪曲
収差を補正すると共に、走査平面と垂直な方向に発散す
る光ビームをドラム８０面上に集束する作用も有し、偏
向装置４０面倒れ補正の作用を行なうものである。

半透平面鏡７は、球面レンズ５からの光ビームを通過さ
せトーリック反射鏡６に通すと共に反射鏡６で反射され
た光ビームを球面レンズ５を過通後の光ビームの走査に
より形成される走査平面の外に反射する作用を行なうよ
う上記走査平面に対し傾けて取付けられる。

本半透平面鏡７は、反射鏡６により光ビームが集束され
る所であるドラム面８が、前記走査面を横切ることがな
いよう配置されればよく、必ずしも第２図のように配置
する必要はない。第９図は半透平面鏡の他の配置例であ
る。

ドラム８は、例えば帯電感光ドラムのようなもので、そ
の回転軸は上記半透平面鏡から反射された光ビームが走
査により形成する平面と平行に設置される。

次に球面レンズ５とト−１７７２反射鏡６による収”差
補正作用について説明する。

第４図は、偏向装置４とドラム８の被走査面との間に１
枚の球面レンズだけを配置し、レンズ形状を変化させた
時の歪曲収差と像面のわん曲（走査平面方向）の変化を
示す。

横軸は歪曲収差、縦軸は走査面内の像面のわん曲である
。

図で、実線で結んだ点は、レンズパワーを一定にしてレ
ンズ形状（ベンディング係数と言われ、次式で示す値。

ｂ　＝　（Ｃ１４−Ｃり　／　（ＣＩ　Ｃｍ）　、Ｃｔ
　’前面曲本、Ｃ，：後面曲率）を変えた時の歪曲収差
と像面わん曲の変化の様子を示している。実線１５〜１
２ハ、各々レンズパワーが異なる場合の上記変化を示し
ており、実＠１ｓＪこ比べ１１，１３．１２は順にパワ
ーが強くなっている。

このようなデータを積み重ねた結果、図からもわかるよ
うに、球面レンズ１枚では像面わん曲、歪曲収差のどち
らか一方は補正可能であるが、両方同時に補正すること
ができないことが明らかとなった・性能許容値は、像面わん曲二縦収差で±２瓢。

歪曲収差：±０．３ｍ＋である。

本実施例のように偏向角が±４８°と大きい場合、両数
差とも許容値内とすることはできない。

次に、球面レンズ５とドラム面８０間に反射面を設置、
その曲率な変化させた場合、走査面内での像面わん曲、
歪曲収差は第５図のように変化する。

図において、実線は走査面内の反射鏡の曲率な変えた場
合の性能の変化を示しており、点１８は反射鏡曲率が０
、すなわち平面の時である。実１１Ｊ１６と１７は反射
鏡の設置場所が異なり、１６はドラム面８から５０瓢、
１７は４０ｍの場合である。

グラフより、反射鏡の曲率の変化によって、像面のわん
曲があまり変化せずに歪曲収差のみ大きく変化させるこ
とが可能であることがわかる。

そこで、球面レンズで像面のわん曲を大略補正した後、
像面を組合せ歪曲収差を補正することによってシンプル
な構成で良好な性能が得られることを見いだした。この
時偏向角は±ａ　８６である。

一方、偏向装置の偏向面倒れを補正するために上記反射
鏡をトーリック面形状、すなわち走査面に垂直な断面で
は偏向装置４の偏向面とドラム８の面とが共役になるよ
うに、走査面内とは異なる曲率を持たせ、いわゆるトー
リック面とした。その曲率は、球面レンズ等の配置を決
めれば一意に定まる。

この場合、走査面と垂直な方向の像面が走査位置により
わん曲することが考えられるが、トーリック面鏡の場合
、このわん曲は極めて小さいことを見い出した。この様
子を第６図に示す。すなわち、走査の端部では、中央部
に比ベトーリック面鏡のパワー（走査面に垂直な方向）
が変化するため、これによって第６図破線２１のように
像点が変化する一方、光ビームの光軸方向の反射点も変
化し光路長が変わるため第６図実線１９のように像点が
変化する。そして、両者は互いに逆方向の像面のわん曲
を発生するため、相殺し全体としての像面のわん曲は第
６図実線２０のようにわずかしか発生しない。

以上説明したような構成、機能の本実方例について、そ
の性能を第７図、第８図に示す。

第７図は走査範囲に対する像面のわん曲を示し、横軸は
像面わん油量、縦軸は走査位置である。

実線２２は走査面方向、破線２３はこれと垂直な方向の
像面わん曲で、各々±２鴫の許容値内である。

第８図は横軸に歪曲収差、縦軸に走査位置をとり、実線
２４で歪曲収差の特性を示しており、許容値±０．３電
内の性能である。

本実施例における球面レンズ及びトーリック形状反射鏡
の形状、配置は次の通りである。

（１）球面レンズ ■偏向装置側面曲率半径　６２５．７４■ドラム側面曲
高半径　　　７１．９８８■両面の間隔　　　　　　　
１７．０ ■走走査面内曲率半径　　　　　１００α０■　　、　
に垂直な方向の曲率半径　６２．８０６（３）球面レン
ズと反射鏡の距離　　　　　５８．２８（４）反射鏡か
らドラム８の面までの距離　４（財）第１０図は本発明
の第２の実施例を示す。

本実施例の構成要素は、光源１からトーリック形状反射
鏡６まで及び感光ドラム８は第１の実施例と同一であり
、半透平面鏡７を無くしたものである。

第１１図は本実施例の偏向装置４からドラム８″！での
構成を走査平面番こ垂直な断面で見た図である。

本実施例での各要素の配置で、第１の実施例と異なる点
は次の２点である。

（１）　　）　−ＩＪフック状反射鏡を、その光軸が走
査平面と０でない角度θ鵞を成すように傾け、ドラム８
の被走査面が走査平面外に来るようにした。

（２）上記トーリック形状反射鏡の傾きに応じてこれに
よる走査線の曲りを補正するため球面レンズ５を走査平
面に対し光軸を０１だけ傾けて配置した。

次に各要素の動作を説明する。

光源１から偏向装置４ｔでは、第１の実施例と向−であ
る。

球面レンズ５は、偏向装置４からの光ビーム幇集束させ
る作用と共に、その光軸を走査平面に対しθ□だけ傾け
て配置することにより、後述するドＩＪツク反射鏡傾け
による走査線の曲りを補正する。この傾ける方向は、レ
ンズ光軸を偏向装置側の面の頂点を中心として、その反
対側の面が走査平面に対しドラム８と同じ側に来る方向
に傾ける。

この方向とθｌの大きさについてのデータは後述する。

トーリック形状反射鏡６は、ドラム８の被走査面上に光
ビームを集束させる作用を行なう。

また、偏向平面に対し、傾けて（θ２）配置することに
より、ドラム８の被走査面を走査平面の外に配置できる
ようにした。

ドラム８は感光ドラムであり、第１の実施例と同じであ
る。

次に、トーリック形状反射鏡６及び球面レンズ５の傾は
角について説明する。

トーリック形状反射鏡６は、入射光ビームに対し、その
光軸を走査平面と垂直な方向に傾けない限り、反射後の
ビームは同一平面内にもどりビームのフォーカス位置に
ドラム８の面を置くわけ番と行かなくなる。

そこで、本実施例においてはトーリック形状反射鏡６の
光軸を走査平面に垂直な方向に、θ、＝１ｔｆ傾けるこ
ととした。反射鏡６とドラム８の距離が４０瓢あり、θ
２はできる限り小さい量とした。

これによって、光ビームが一直線上を走査しない（走査
平面と垂直な方向にビームが振れる）現象が発生する。

この様子を第１３図の実線２５で示す。

横軸は走査位置であり、縦軸に各走査位置での曲り量を
示す。

この走査線の曲りに対し、球面レンズ５を傾けて配置す
ることにより、これを補正できることを見い出した。す
なわち、球面レンズ５の光軸を走査平面と垂直な方向に
傾け、その角度θｌを変えることにより走査線の曲りを
変えることができる。

球面レンズの傾き角θｌを変えた時の走査線の曲り量（
走査の端での曲り量）の変化を第１４図に示す。図に示
すように傾き角θ、に対し、曲り量はほぼ直線的に変化
し、θ１中１２度で曲り量がほぼ０となることが見い出
される。ここで０１の正の方向ば球面レンズ５の偏向装
置より遠い側の面が走査平面に対しドラム８のある側と
同じ側に動くような傾は方とする（すなわち第１１図に
示すような方向）。

θ１＝１２°とした時の走査線の曲りを第１３図の実線
２６で示す。これによって、１．５．あった走査線の曲
りを７０μｍ以下にすることができた。

このような本実施例での像面わん曲及び歪曲収差を第１
５．１６図に示す。第１５図において、実線２１７は走
査方向像面わん曲、破線２８はこれに垂直な方向の像面
わん曲を示す。第１５．１６図からもわかるように、本
実施例の性能は前記第１の実施例に比べほとんど変化せ
ず、像面わん曲、歪曲収差共、許容値内である。ただし
、ピント位置は若干変化し、トーリック形状反射鏡６と
ドラム８の距離は０．７重短か（３９，３＋ｍとする。

また、上記走査線曲りの補正は、上記方法だけでなく、
球面レンズ５をその光軸は平行のまマ、。

レンズ位置を偏心させても可能である。この場合、球面
レンズの偏心方向は、走査平面に対し、ドラム８がある
側へ動かす。このような補正例の図を第１２図に示す。

トーリック形状反射鏡６の傾きθｉに対しΔだけ球面レ
ンズを偏心させている。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によればシンプルな構成なが
ら偏向角を４８６以上と大きくでき、偏向装置と像面の
光路長が従来の１／２以下となり、装置を大幅にコンパ
クト化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の概略構成図、第２図は本発明実
施例の概略構成を示す走査に垂直々断面図、第６図はシ
リンドリカルレンズの像面わん曲を示す概念図、第４図
は球面レンズを変化させた場合の像面わん曲と歪曲収差
の変化を示す線図、第５図は凹面鏡の曲率な変えた場合
の像面わん曲と歪曲収差の変化を示す線図、第６図はト
ーリック形状反射鏡による走査と垂直な方向の像面のわ
ん曲を示す線図、第７図は本実施例の像面わん曲を示す
性能図、第８図は本実施例の歪曲収差を示す性能図、第
９図は本実施例で半透平面鏡の他め配置例を示す走査に
垂直な断面図、第１０図は本発明の第２の実施例の概略
構成図、第１１図は本発明第２の実施例の概略構成を示
す走査に垂面な断面図、第１２図は本発明第２の実施例
で球面レンズ偏心による走査線の曲りの補正例の構成を
示す走査に垂直な断面図、第１３図は本発明第２の実施
例の走査線の曲りを示す図、第１４図は本発明第２の実
施例で球面レンズ傾きと走査線曲りの関係を示す図、第
１５図は本発明第２の実施例の像面わん曲を示す性能図
、第１６図は本発明第２の実施例の歪曲収差を示す性能
図、である。１・・・光源、　　　　　　　２・・・結合レンズ、３
・・・シリンドリカルレンズ、４・・・偏向装置、　　　　　５・・・球面レンズ。６・・・トーリック形状反射鏡、７・・・半透平面鏡、　　　　８・・・感光ドラム。９・・・走査中央のビーム、１０・・・走査端のビーム
（斜入射）１１・・・長尺シリンドリカルレンズ、１２・・・球面
レンズ１枚をベンディングした時の性能変化、１３・・・球面レンズ１枚をベンディングした時の性能
変化、１４・・・球面レンズ１枚をベンディングした時の性能
変化、１５・・・球面レンズ１枚をベンディングした時の性能
変化、１６・・・反射鏡曲率を変えた時の性能変化、１７・・
・反射鏡白基を変えた時の性能変化、１８・・・反射鏡
曲率がＯの時の性能、１９・・・光路長変化による像面
わん曲、２０・・・トーリック反射鏡全体の像面わん曲
、２１・・・曲率変化による像面わん曲、２２・・・走
査方向像面わん曲、２３・・・走査方向に垂直な像面わん曲、２４・・・歪
曲収差特性を示す線。２５・・・トーリック反射鏡のみ傾けた時の走査線の曲
り、２６・・・球面レンズで補正した時の走査線の曲り、２
７・・・走査方向像面わん曲、２８・・・走査方向に垂直な像面わん曲。第　１　図 ′ｆ１２　図第３図第４図第　５　図第　６　図￥　７　図イ象面ねんｆｉ　　（ｍｒＦ’）第３　図１曲収左　（ｍｍ　）第　９　図第７０凶薬　１１　　図第１２図第１３図第７４図第１５図

Claims

【特許請求の範囲】１、光ビーム発生装置と、光ビームの走査を行なわせる
偏向装置と、屈折力の異なる主軸と副軸を有し上記発生
装置からの光ビームを上記偏向装置による光ビームの走
査平面と平行な線像の形で上記偏向装置上に集束する第
１の光学系と、上記偏向装置からの光ビームを集束させ
る屈折力を有する軸対系な第２の屈折光学系と、光ビー
ムの走査平面に平行な平面とこれに垂直な平面とで異な
るパワーを持ち上記第２の光学系を通過して来た光ビー
ムを像面上で一点に集束させるように反射する反射鏡と
から成る光走査装置。２、特許請求の範囲第１項記載において、第２の屈折光
学系と反射鏡との間に、半透平面鏡が、その平面が上記
第２の屈折光学系から出た光ビームの走査平面と０度以
外の角度で交わるよう設置され、上記反射鏡で反射され
た後の光ビームの集束点である像面が、上記第２の屈折
光学系から出た光ビームの走査平面外に位置するように
した光走査装置。３、特許請求の範囲第１項記載において、上記反射鏡か
らの光ビームの集束点（像面）が、上記偏向装置からの
光ビームによる走査平面外に出来るように、上記反射鏡
はその光軸が上記走査平面に対し傾けて配置されると共
に、第２の屈折光学系は、像面側の面が上記走査平面に
対し上記光ビームの集束点と同じ側に来るようにその光
軸が傾けて配置され、走査線の曲がりを補正した光走査
装置。４、特許請求の範囲第１項記載において、上記反射鏡か
らの光ビームの集束点（像面）が、上記偏向装置からの
光ビームによる走査平面外に出来るように上記反射鏡は
、その光軸を上記走査平面に対し傾けて配置されると共
に、第２の屈折光学系は、その光軸を上記走査平面に対
し上記光ビームの集束点と同じ側に偏心させて配置され
、走査線の曲がりを補正した光走査装置。