JPS63214713A - 光書込光学系 - 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】 投亙九更 本発明は、光源より出射される光線を回転ミラーにより
所定の角度範囲繰返し偏向させて感光体面を光走査し書
込みを行なう光書き込み光学系に関する。

盗ｉｌｌ籠 レーザプリンタ、レーザ複写機等、レーザ光を用いて感
光体に光書込みを行ない静電写真プロセスにより記録を
行なう記録装置の光書込光学系では、画像情報信号によ
って発光制御されるか、変調されたレーザ光線を光偏向
器により所定の角度範囲を繰返し偏向させ、等速回転す
る感光体面を繰返し光走査し、レーザ光線の偏向により
主走査を、感光体の回転により副走査を行なって、画像
情報信号に対応した画像を書込む。

第４図は、レーザプリンタの光書込装置の構成の一例を
示す図である１画像情報信号により発光制御され、レー
ザダイオード１より発したレーザ光は、コリメートレン
ズ２、第１シリンドリカルレンズ、第１ミラー、集束レ
ンズ３を介して光偏向器としての回転多面鏡４の鏡面に
入射し、４′点で反射し一定の角度範囲を反復偏向し、
第２ミラー７で光路を垂直方向に折返し、第２シリンド
リカルレンズ５を経て感光体ドラム６を照射し、感光体
ドラム６の母線方向に主走査を行ない、感光体ドラム６
が一定の速度で回転することにより副走査が行なわれ、
感光体上に画像書込みが行なわれる。この場合各主走査
毎の画像の書込位置を決定するための同期信号発生手段
として、第４図に破線で示すよ゛うに、回転多面鏡４に
よる偏向範囲で画像書込範囲の前の所定の方向に進むレ
ーザ光を同期光として第３ミラー９、第３シリンドリカ
ルレンズ１０を介して光ファイバ１１に入射させ、該光
ファイバ１１を介して図示せぬフォトダイオードに入射
させ、書込開始の同期信号を発生させるようにしている
。上記の第２シリンドリカルレンズ５は回転多面鏡４の
鏡面の面倒れを補正し、書込光を感光体ドラム６上に所
定の位置で入射させるためのものである。上記の書込光
学系は。

防塵及び不必要に光が光学系に入ったり、漏洩しないよ
うにハウジング１２（第５図）に収納され、感光体ドラ
ム６に対する光出射部は前記の第２シリンドリカルレン
ズ５により防塵シールドされている。

第５図は上記構成のレーザ書込光学装置１３を備えたレ
ーザプリンタの一例を示す図で、該レーザプリンタ２０
は上ユニット２１と、下ユニット２２とに分割され、両
ユニットは操作者から見て奥側で互いに枢着され、保守
のため手前側を太きく口を開くことができるようになっ
ている。

上ユニット２１には、プリント基板２４を設けたシャー
シ２５、電源装置２６及び上記の書込み光学装置１３等
が設けられ、これらはカバー２７で覆われ、その上面に
は排紙トレイ２８が形成されている。上ユニット２１の
下側はフレーム３７で覆われている。下ユニット２２に
は給紙部３０、感光体ドラム８及びその局面に接する現
像＠３１゜クリーニングユニット３２．帯電ｌｌ３３、
分離チャージャ３４及び定着装置３５等が含まれている
。

さて、第４図に示した書込光学系では、レーザ光を集束
し、回転多面鏡４で偏向された光線を感光体ドラム６上
に結像させる集束レンズ３は売悩。

肉量としての回転多面鏡４の前に設けられている。

この配置をポストオブジェクティブ型と云う、逆に、光
偏向器の後に集束レンズを配置したものをプレオブジェ
クティブ型と云う、ポストオブジェクティブ型光書込光
学系では偏向前に集束するので、集束レンズは不動の１
本の軸上の光束を結像させるだけでよく、レンズ構成を
簡単にすることができる。

一方、プレオブジェクティブ型の書込光学系では、光偏
向後の位置に集束レンズが設けられるので、集束レンズ
は所定の偏向角度範囲をカバーするに足る広角レンズと
なり、レンズ構成が複雑となる。

しかし、一定方向から入射する光を、特別の対策を講す
ることなく回転多面鏡で偏向させた場合は、集束点の軌
跡は回転多面鏡での反射点を中心とする円弧上に湾曲し
、感光体の一平面上に結像せず、結像誤差が発生する。

又走査光線は等角速度で偏向されるため、感光体上を直
線状に操作したときの走査速度は両端部では中央部より
線速度が速くなる走査速度のひずみのため画像が歪む。

プレオブジェクティブ型の光学系では偏向角により光線
が集束レンズを透過する場所が異るため、集束レンズを
適切に設計することにより常に感光体上の一直線状に結
像し、しかも走査速度が等速になるようにするいわゆる
ｆ−θ補正を行なうことが可能である。このような補正
を行なうことのできるレンズは一般にｆ−θレンズと呼
ばれる。

ポストオブジェクト型の書込光学系では、集束レンズで
はｆ−θ補正はできない。

そこで、集束レンズの構成が簡単になるポストオブジェ
クティブ型書込装置でｆ−θレンズを使用せずに、走査
幅の全領域で感光体上に結像させ。

又等速度で走査させるための手段が種々提案されている
。

結像誤差を除去する手段としては、例えば第６図（ａ）
、（ｂ）に示す如く、回転多面鏡の各鏡面をある理論に
基づく曲面（球面又は円筒面）とし、鏡面への入射角度
の変化による曲面ミラーのパワー変化を利用して像面の
平坦化を実現させるようにした提案がある。この方法は
回転多面鏡の加工が比較的容易であり、他の部品や制御
を必要としない点で優れているが、曲面ミラーのパワー
の変化を利用して像面の平坦化を行なっているところか
ら、偏向角の範囲が入射光に関して非対称になることは
許されない。従って、図に示すように、偏向角の２等分
線を含み偏向平面に直角な面内で、偏向平面に対して入
射光束を斜下方より回転多面鏡４の鏡面に入射させる等
の方法により。

レーザ光源１、カップリングレンズ２、集束用のシリン
ドリカルレンズ３等の光学素子の上を偏向光が振っても
偏向光束がこれらの光学素子と干渉しないようにしてい
る。ところがそのようにした場合は、必然的に感光体６
上の走査線にはその両端部が中央部より副走査方向にず
れた走査縁曲りが発生する。第５図に示した例では偏向
器への斜入射角度は３１〜５＠とる必要があり、これに
起因する走査縁曲りは、例えばレターサイズの短辺（２
１６閣）で０．２〜０．５ｍになってしまう。走査縁曲
りは文字プリンタの場合は０．５〜０．７−程度までは
許容されるが、プロッタとして直線を描く場合には大き
な問題となり、操作縁曲りは０．１■以下となることが
要求される。

先に第３図で説明した書込光学系の例では、集束レンズ
３の上半分をカットすることにより、入射光軸の斜入射
角度を減少させるようにしている。

１−孜 本発明は、偏向器として曲面回転ミラーを用いたポスト
オブジェクティブ型の光書通光学系における上記の問題
点にかんがみ、簡単な構成で入射光軸の斜入射角度を低
減し、走査縁曲がりの発生を防止することのできる光書
通光学系を提供することを目的とする。

１−處 本発明は、上記の目的を達成させるため、光源より出射
される光線を集束レンズによって集光４束とした後、等
速回転する曲面ミラーにより反射させて所定の角度範囲
を繰返し偏向させ、反射光の偏向範囲に亘って偏向面に
対してある角度で配置された反射鏡で偏向面に対してあ
る角度の方向に反射させ書込面上に結像させて光走査す
る光書通光学系において、上記の反射鏡がその一部が素
通しで他の部分が反射面であるミラーであり、上記の集
束レンズによる集束光束は該ミラーに反対側から入射し
その素通し部を透過して上記回転ミラーに入射し、概ね
入射光の光軸を含む平面内で該入射光の光軸の両側に偏
向し、上記ミラーの反射面により感光体に向う方向に反
射される如く上記の各光学要素が配置されていることを
特徴とする。

以下５本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例を示す図である
１図中の部材で第４図、第６図で説明した光学系と同じ
機能を有する部材には同一の符号が付されている。

さて、レーザ光書込光学系では装置内の配置上。

第４図、第５図でも示したように、回転多面鏡等の偏向
器４により偏向された光線は、偏向平面と約４５°の角
度で交わる反射鏡７で光路を直角に曲げてシリンドリカ
ルレンズ５を介して感光体ドラム６に入射させて走査を
行なうのが一般的である。

本実施例では、この反射鏡７は第２図（ａ）に示す如く
、下半部７ａが素通しで上半部７ｂが反射面であるミラ
ーとされ、半導体レーザ１、コリメートレンズ２、シリ
ンドリカルレンズ３は、上記のミラー７に関して回転多
面鏡４の反対側に配置されている。半導体レーザ１より
発したレーザ光はミラー７の下半部７ａの素通し部を透
過し直進する。その光線が入射する位置には、各反射面
が曲面をなす回転多面ｆｉ４が設けられているこの回転
多面鏡４の鏡面上の４′からの反射光束は光軸が入射光
の光軸を含む平面と僅かの角度で交わる平面上を偏向し
、その偏向範囲は入射光の光軸の両側に概ね等しい角度
範囲となっている。偏向光束は前記ミラー７の上半部７
ｂの反射面により偏向平面と約９０°の方向に反射し、
第２シリンドリカルレンズ５を介して感光体ドラム６に
入射する。シリンドリカルレンズ３はレーザ光束を感光
体ドラム６上に集束させるレンズで他の光学要素との関
連で正又は負のパワーを有する。偏向器は図に示す曲面
回転多面鏡のほか、反射面が曲面となったガルバノミラ
−を用いることもできる。

シリンドリカルレンズ５は回転多面＃Ｉ４又はガルバノ
ミラ−の反射面４＃による偏向点と感光体ドラム６上の
走査面とを共役関係にして、偏向器の反射面の面倒れに
よって発生する走査線のピッチムラを補正するとともに
副走査方向の像面湾曲を補正するものである。

偏向器４に入射する書込光束は、偏向器４により反射す
る偏向光束の偏向平面に対して僅かの傾斜角で入射させ
ることにより、偏向光束は入射光路に設けられた光学要
素１，２．３に干渉することなく感光体ドラム６に入射
させることができるので、走査縁曲りを著しく減少して
感光体６を走査することができる。

第１図においてコリメートレンズ２からは平行光束が射
出するようにしてコリメートレンズ２とシリンドリカル
レンズ３の中間に、図の８点への絞り込みレンズを入れ
るか、もしくはシリンダレンズ３に８点への絞り込みの
機能をもたせるようにすることもできる。

集束レンズ３から回転多面１Ｉｔ４に向う光束の幅は僅
かであるので、ミラー７に設ける素通し部は、第２図（
ｂ）（ｃ）の如く中心線近傍の僅かの範囲７ｃ、７ｄと
してもよい、又、第２図（ａ）の例の下半部７ａの素通
し部に相当する部分のガラスを除去し、第２図゛（ｄ）
の如くなし、第３図に示す如く、回転多面鏡４に向う入
射光はその下縁より下方を通過させるようにしてもよい
、又、偏向平面の上方から斜めに偏向器に入射させるこ
とも可能である。

ところで、ｆ−θレンズを使用しないレーザプリンタ等
の光書込光学系における結像誤差の除去手段としては、
光偏向器としての回転多面鏡やガルバノミラ−の鏡面を
球面や円筒面等の曲面とする方法の他に、光源としての
半導体レーザをレーザディスクプレイヤーのピックアッ
プの如く、ボイスコイルモータにより、偏向手段による
偏向に同期して光軸方向に移動させ結像距離を制御し、
常に感光体上に結像させるようにする方法も提案されて
いる。

曲面の回転鏡面をもった偏向器を使用するにしても、半
導体レーザをボイスコイルにより移動させる方法を採用
するにしても、結像誤差は解消されるが、回転ミラーに
よる等角速度偏向による、走査速度ひずみはこれでは解
消されない。したがってｆ−θ補正を行なうには、これ
らの結像誤差除去手段と併せて走査速度ひずみの除去手
段を備えることが必要である。

走査速度ひずみの除去手段としては５画像データ書込み
のクロック周期を制御する方法が知られている。以下、
これについて説明する。

第７図を参照して１回転多面鏡４の角速度をω。（一定
）としたとき、走査ビームの角速度はｄθ／ｄｔ＝２ω
。；ω（一定）であるから、感光体６上の距離り間にお
ける走査速度ｄ　ｈ／ｄ　ｔは、回転多面鏡４の反射点
４′から感光体６までの距離をａとし、距離り間の角度
をθとしたときに、 ｄ　ｈ／ｄ　ｔ　＝　Ｑ　（，１・１／ｃｏｓ’θ＝彦
ω　（１＋ｈ”／Ω３） となる。

ここで感光体６上の走査領域幅を２Ｈとし。

Ｈ＋ｈ＝ｈ’　とすると、感光体６上の距離り間におけ
る走査速度ｄ　ｈ／ｄ　ｔは、 ｄｈ／ｄｔ＝αω　（１＋　　（ｈ’−Ｈ）”／Ｑ”）
となる。

ここで、この走査領域［２Ｈ内に２ｍ個の画素があると
すると、走査領域の左側の走査開始側から数えて、ｎ番
目の画素における走査速度Ｖｎは、１画素の幅をｄとし
たとき。

Ｖｎ＝Ｑω（１＋　（ｎｄ−ｍｄ）”／Ｊ”）である、
そして１画素クロックＷＣＬＫの周波数ｆｋは、その定
義からしてこの場合Ｖ　ｎ　／　ｄであるから、 ｆ　ｋ（ｎ）＝（ｎ　ω／ｄ）・（１＋（ｎｄ−ｍｄ）
”／Ｑ”）・・・・・・・・・（１） となる。

したがって１画素クロックＷＣＬＫの周波数ｆｋを一画
素毎に（１）式に従って変化させればｆθレンズを使用
しない場合でも情報の書込みに歪を生じることがなくな
る。

しかし、このように画素クロックＷＣＬＫの周波数ｆｋ
を変化させた場合、この周波数は一画素の書込みに割当
てられた時間Ｔの逆数であるから。

周波数ｆｋの変化に従って時間Ｔも変化し、このとき走
査光（走査ビーム）の強度が一定であると、走査速度が
大きくて時間Ｔの短いところと走査速度が小さくて時間
Ｔの長いところでは、−画素当りの光エネルギが異なっ
て画像に濃度ムラが生じることになる。そのため、画素
クロックＷＣＬＫの周波数ｆｋに応じてレーザダイオー
ドの出力（発光強度）をも変化させ一画素光りの光エネ
ルギーが一定になるように制御することが望ましい。

又、入力された画素密度情報に応じて画素密度を切換え
ることのできるレーザプリンタが提案されている。この
ようなプリンタにおいて、本発明に基づき、結像誤差及
び感光体上の走査線臼りを補正することができるように
すれば、再現精度の高い画像を得ることができる。

羞−果 以上の如く、本発明によれば曲面回転ミラーを偏向器と
して使用したポストオブジェクティブ型の光書送光学系
における走査線臼りを減少させることができ１画像品質
の向上に効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は夫々本発明の実施例を示す側断
面図及び平面図、第２図（ａ）、（ｂ）。 ＣＱ）、（ｄ）は夫々その偏向器による偏向光を感光体
の方に向けるミラーの素通し部の配置の例を示す平面図
、第３図は第２図（ｄ）に示すミラーの使用方法を示す
説明図、第４図は回転多面鏡を用いたレーザ光書込光学
系の構成の一例を示す斜視図、第５図はその書込光学系
を非えたレーザプリンタの側面図、第６図（ａ）、（ｂ
）は夫々鏡面が曲面をなす回転多面鏡を備えたレーザ光
書込光学系の構成の一例を示す側面図及び平面図、第７
図は走査速度ひずみ及びその解消方法の説明図である。 　１・・・レーザダイオード（光源）３・・・集束レン
ズ ４・・・回転多面鏡（曲面ミラー） ４′・・・偏向点 ５・・・シリンドリカルレンズ ６・・・感光体 ７・・・ミラー ７　ａ　、　７　ｂ　、　７　ｃ−素通し部７ｄ・・・
反射面 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源より出射される光線を集束レンズによって集
   光々束とした後、等速回転する曲面ミラーにより反射さ
   せて所定の角度範囲を繰返し偏向させ、反射光の偏向範
   囲に亘って偏向平面に対してある角度をなして配置され
   た反射鏡で偏向面に対しある角度の方向に反射させ書込
   面上に結像させて光走査する光書込光学系において、上
   記の反射鏡がその一部が素通しで他の部分が反射面であ
   るミラーであり、上記の集束レンズによる集束光束は該
   ミラーに回転ミラーの反対側から入射しその素通し部を
   透過して上記回転ミラーに入射し、概ね入射光の光軸を
   含む平面内で該入射光の光軸の両側に偏向し、上記ミラ
   ーの反射面により感光体に向う方向に反射される如く上
   記の各光学要素が配置されていることを特徴とする光書
   込光学系。
2. （２）上記のミラーは長手方向中心線の両側の一方が素
   通しであり他方が反射面であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の光書込光学系。
3. （３）上記のミラーは長手方向中心線の片側の中心付近
   のみが素通しであり、他の部分が反射面であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光書込光学系。