JPS6321619A - 面倒れ補正走査光学系 - 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】 本発明は、主としてレーザビームプリンタ等に用いられ
て、走査線の副走査方向についてのピッチのムラを除却
する面倒れ補正走査光学系に関する。

さらに詳述すると、光源から発した光線束を偏向器の偏
向反射面上に綿状に結像する線状結像光学系と、前記偏
向器で反射偏向された光線束を被走査物上に結像する走
査結像光学系とｔ備えた面倒れ補正走査光学系に関する
。

レーザビームプリンタは、記録を極めて高速で行える利
点に加えて、昨今、その小型化と低コスト化が次第に実
現されてきており、ＯＡ機器の多様化及び発達に伴って
、増々その需要が高まっている。

例えば、このようなレーザビームプリンタにおいて、光
源からの光線束を走査するために用いられるポリゴンミ
ラー等の偏向器の偏向反射面には、製作誤差や取付誤差
、或いは、回転時の振動等によって、走査面に直交する
方向に対して多少の倒れ誤差がある。

そのため、このような倒れ誤差のある偏向反射面で反射
された光線束は、被走査物上での結像位置が副走査方向
にずれ、走査線のピッチのむらが生じる。そして、この
走査線のピッチむらは、例えば、レーザビームプリンタ
のような記録装置においては、記録の画質低下を引き起
こす。

前述した面倒れ補正走査光学系は、このような走査線の
ピッチむらを除却するためのものであり、光源からの光
線束を、−旦、線状結像光学系によって走査面に直交す
る方向に収束させて偏向器の偏向反射面上に線状に結像
させ、偏向反射点からの光線束を、走査結像光学系によ
ってこの方向において復元して被走査物上に共役に結像
することで、偏向反射面の倒れ誤差の影否を受けないよ
うにするものである。

一方、走査面内においては、被走査物上での光線束の走
査速度を等速なものとすべく、偏向反射面からの光線束
をこの光学系への入射角に比例する像高となるように被
走査物上に結像するものである。

なお、本明細書において、走査面とは、走査される光線
束の時系列的な集合によって形成される平面、即ち、被
走査物における主走査ラインと、この面倒れ補正走査光
学系の光軸とを含む平面を意味するものとする。

従来から、上述のような面倒れ補正走査光学系として、
種々の構成のものが提案されている。

その−例としては、特公昭５２−２８６６６号公報にお
いて開示されているように、走査結像光学系が、線状結
像光学系によって線状に結像された光線束を偏向器によ
る反射後に一旦円形に復元整形するシリンドリカルレン
ズ等のビーム整形光学系と、復元整形された光線束を被
走査物上に収束結像する収束光学系とからなるものがあ
る。

この場合は、ビーム整形光学系によって光線束の復元整
形を行うように構成すると、ビーム整形光学系に円形ビ
ームに復元するという制約条件が課せられることになり
、光線束の等速走査性を得るために収束光学系に持たせ
る歪曲特性や、被走査物上での結像特性を良好にする自
由度が少なくなる。従って、この走査結像光学系として
上述の緒特性が優れたものを得るためには、多くのレン
ズが必要となり、光学系の構成が複雑になるものであっ
た。

その改良案として、特開昭５０−９３７２０号公報にお
いて開示されているように、前記シリンドリカルレンズ
等のビーム整形光学系を、収束光学系と被走査物との間
に介装したものがある。

このような構成の場合、良質な画像を得るためには、ビ
ーム整形光学系を被走査物に・近接して設けなければな
らない。そのため、このビーム整形光学系として主走査
方向に長いものが必要となり、コンパクトな構成にする
ことが難しいものであった。

また、特開昭５６−３６６２２号公報において開示され
ているように、走査結像光学系として、偏向器側から順
に、球面単レンズとトーリック面を有する単レンズとを
配置したものも知られている。そして、この走査結像光
学系は、光線束の等速走査性を得るための歪曲特性と、
線状結像光学系と協働して偏向反射面の倒れ誤差を補正
するための機能とをともに有している。

しかし、この構成の場合、光学系゛はコンパクトになっ
ているものの、２つの単レンズからなるものであり、自
由度が少なく、光線束の等速走査性を得るための歪曲特
性と、偏向反射面の倒れ誤差に対する補正機能とを、と
もに良好に維持するようにすると、光線束の走査範囲を
広いものとして画角の拡大を計ることが難しいものであ
った。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、結像特性や面倒れ補正機能を良好に
維持しながら、主走査方向について広画角化を計り、装
置をコンパクトに構成できる面倒れ補正走査光学系を提
供することにある。

この目的を達成するべく、本発明による面倒れ補正走査
光学系は、偏向器で反射偏向された光線束を被走査物上
に結像する走査結像光学系を、偏向器側から順に、第１
のトーリックレンズ、第２のトーリックレンズ、及び、
球面レンズを配置して構成したことを特徴とする。

なお、ここでの、および、以下本明細書中において、ト
ーリックレンズとは、面倒れ補正走査光学系の光軸に直
交する面内において、光線束が走査される主走査方向と
、この主走査方向に直交する副走査方向とに、夫々、異
なる屈折力を有するレンズを意味するものである。

また、トーリック面とは、同様に、主走査方向と副走査
方向とに、夫々、異なる屈折力を有する屈折面を意味す
る。さらに、シリンドリカル面とは、主走査方向と副走
査方向との何れか一方の方向にのみ屈折力を有し、他方
の方向には屈折力を有しない屈折面を意味し、トーリッ
ク面のひとつの形態である。

本発明による面倒れ補正走査光学系においては、２つの
トーリック面を、夫々、別のレンズに設け、さらに、球
面レンズを被走査物側に配置することによって、走査面
に直交する方向での結像特性をかなり広範囲に亘って良
好に維持することができ、設計の自由度が増えた。そし
て、このことで、走査面に沿う方向での設計の−約が軽
減され、この方向において、被走査物上での光線束の等
速走査性を充分に高く維持できる歪曲特性を有しながら
、結像特性を良好に維持し、かつ、画角を広いものにで
きる。

また、走査面に直交する方向において、偏向器の偏向反
射点と被走査物上での結像点とを、この走査結像光学系
に関して共役関係に維持しながら、倍率を広い範囲で設
定できる。そして、この倍率が低いほど面倒れ補正効果
は高くなる。

逆に倍率が高いほど結像特性が良くなりやすい。

従って、要求される性能に応じて、それに見合うように
倍率の設定を行うことができる。

そして、このように、設計の自由度が高められたから、
小さいサイズの光学系でも所望の性能に見合った設計が
比較的容易に行えるようになり、光学系の広角化が計れ
、コンパクトな構成のものにできるようになった。

さらに、本発明によれば、第１および第２のトーリック
レンズにおいて、トーリック面と対向する面を平面ない
し球面にすることで、トーリフク面の加工時における位
置決めを正確に行うことができるから、加工の手間を軽
減することも可能になる。

特に、第１のトーリックレンズとして、走査面に直交す
る方向に負の屈折力を持つシリンドリカル面を有するも
のを用い、この負のシリンドリカル面を偏向器側に設け
ることによって、この負のシリンドリカル面と第２のト
ーリックレンズとによって行われる、偏向器の偏向反射
面の面倒れに対する補正効果の高い光学系を、広い画角
で実現できる。

また、この第１のトーリックレンズが有する負のシリン
ドリカル面を、被走査物側に設けることによって、被走
査物上において、走査面に直交する方向の結像特性が広
い範囲に亘って良好な光学系が得られる。

さらに、第２のトーリックレンズに正の屈折力を持たせ
ることで、第１のトーリックレンズに形成された走査面
に直交する方向に負の屈折力を持つシリンドリカル面と
の協働により、第１のトーリックレンズの走査面に沿う
方向の屈折力が負の場合は、走査面に直交する方向の結
像特性が広い画角で良好な光学系が得られ、正の場合は
、面倒れ補正効果を広画角に亘ってより高めることがで
きる。

また、次の２つの条件は、夫々、本発明を実施するにあ
たって、結像特性を良好に維持するために充足されるべ
きものである。

但し、 ｆｏ：走査面に沿った方向の第１のトーリックレンズの
焦点距離 ｒｌＶ：走査面に直交する方向の第１のトーリックレン
ズの焦点距離 この条件は、主として、走査面に直交する方向において
、球面収差と像面彎曲とを補正するためのものである。

この条件が満たされない場合には、上記再収差の補正を
広画角でバランスよく行うことが困難である。特に、像
面彎曲が充分に補正されていない場合には、スポット径
が走査線上で変動することとなり、画質の劣化を招来す
ることとなる。

（０１Ｉｆ　ｘ　／　ｒｌ＞　２ 但し、 ｆ：＋：球面レンズの焦点距離 ｆ　：走査面に沿った方向の全ての走査結像光学系の焦
点距離 この条件は、主として、走査面に沿った方向において、
被走査物上での光線束の等速走査性を得るために意図的
に与える歪曲収差と、像面彎曲とに係わるものである。

この条件が満たされない場合には、広い画角で像面彎曲
を許容範囲内に収めながら、上記の等速走査性を良好に
維持することが困難になり、同じく画質の劣化を招来す
ることとなる。

以下、本発明を具体的に説明する。本発明による面倒れ
補正走査光学系は、例えば、レーザビームプリンタ等の
レーザ走査装置において用いられる光学系である。

第３７図に示すように、レーザ走査装置は、光源として
の半導体レーザ（１）、コリメータレンズ（２）、シリ
ンドリカルレンズ（３）、ポリゴンミラー（４）、ｆθ
レンズ（５）、及び、感光体ドラム（６）等から構成さ
れている。

半導体レーザ（１）からは、画像情報に応じて直接変調
されたレーザビーム（［１）が発せられ、光線束の一例
であるこのレーザビーム（Ｂ）はコリメータレンズ（２
）で平行光に整形される。その後、線状結像光学系の一
例であるシリンドリカルレンズ（３）により一旦線状に
収束され、偏向器の一例であるポリゴンミラー（４）の
偏向反射面（４ａ）に結像する。この偏向反射面（４ａ
）で反射された後のレーザビーム（Ｂ）は、ポリゴンミ
ラー（４）の回転に伴って偏向され、走査結像光学系の
一例であるｆθレンズ（５）によって感光体ドラム（６
）上に結像されて図中Ａ方向に走査される。

面倒れ補正走査光学系は、上述した線状結像光学系（３
）と走査結像光学系（５）とからなり、偏向器（４）の
偏向反射面（４ａ）の面倒れにより生じる走査線のピッ
チのずれを除却するものである。以下、走査結像光学系
（５）の具体構成を示す実施例の諸元を示す。

なお、実施例は１２例あり、夫々、第１図ないし第１２
図に示すレンズ構成図、及び、第１３図ないし第３６図
に示す収差図に対応している。第１表にその対応関係を
一括して示す。

第１表 各レンズ構成図において、（イ）は走査面に沿って切断
したレンズ配置を、また、（ロ）は走査面に直交する面
に沿って切断したレンズ配置を、夫々示すものである。

なお、反射面の符号の肩に符した［＊］はシリンドリカ
ル面を、［＊＊］はトーリック面を夫々示す。なお、レ
ンズ面の符号と軸上面間隔との表示は、〈実施例１〉の
みとし、他の実施例においてはほぼ同様であるので、異
なるもの以外はその表示を省略する。

また、走査面に沿った方向の収差図において、歪曲収差
は、光線束の等速走査性を得るための理想像高を、 ｆ・θ 但し、 θ：入射角［偏向された光線束がレンズ光軸となす角度
］ ｆ　：走査面に沿った方向の全ての走査結像光学系の焦
点距離 とし、次式で示すこの理想像高からの実際の像高の偏差
の百分率で表しである。

（（ｙ’−ｆθ）／　ｆθｌＸ１００（％）但し、 ｙ゛：実際の像高 その他、各実施例諸元において、 ２ω：最大入射角 ｎｌ：第１のトーリックレンズ（Ｇ１）を構成する光学
材料の屈折率［７８０ｎｍにおけるコｎ２＝第２のトー
リックレンズ（Ｇ２）を構成する光学材料の屈折率［７
８０ｎｍにおける］ｎ３：球面レンズ（Ｇ３）を構成す
る光学材料の屈折率［７８０ｎｍにおけるコ ｒｌｌｌ：走査面に沿った方向の第１のトーリックレン
ズ（Ｇ１）の焦点距離 ｈＨ：走査面に沿った方向の第２のトーリックレンズ（
Ｃ２）の焦点距離 ｆｖ：走査面に直交する方向の全ての走査結像光学系の
焦点距離 ｆ１Ｖ　：走査面に直交する方向の第１のトーリックレ
ンズ（Ｇ１）の焦点距離 ｈｖ：走査面に直交する方向の第２のトーリックレンズ
（Ｇ２）の焦点距離 ｆ３：球面レンズ（Ｇ３）の焦点距離 なお、図示はしないが、以下の実施例の他に、第１のト
ーリックレンズ（Ｇ１）を、その一方の面が、前述した
（イ）の条件に見合うように２つの方向で屈折力を異な
らせたトーリフク面で、他方の面が、平面或いは全ての
方向に屈折力が同一の球面である構成にしてもよい。具
体的には、この構成による第１のトーリンクレンズ（Ｇ
１）は、走査面に直交する方向に負の屈折力を持ち、走
査面に沿った方向に、この屈折力の絶対値の半分未満の
絶対値となる屈折力を持つものである。

〈実施例１〉 ｆ＝１２５．　　Ｆ陽５０，２ω−９７゜ｆ１Ｈ：−２
９７，１１５ｆｌＶ＝−４８，２０５ＬＨ／Ｌｖ＝６．
１６Ｆ、　　＝　　１９２７．７６８　　　ｆ、ノｆ＝
　　　１５．４２０（実施例２〉 ｆ＝１２５．　　Ｆ阻５０，２ω＝９７゜ｒ１Ｈ：　　
３６９．７５ＯｆＩｖ−４７，０３９ｆ＋＋＋／Ｌｖ−
７，８６ｆ、＝　　７７９．８６８　　　Ｆ、／ｆ＝　
　　６．２４０〈実施例３〉 ｆ＝１２５．　　Ｆ１１ｋｔ５０．　２ω＝９７゜ｆ＋
ｘ＝　”　　　　Ｌｖ　＝　　２９．３２４　　ＬＨ／
Ｌｖ＝　”ｒ、＝８９８．６７２　　　　ｆ、／ｆ＝　
　　　７．１９０〈実議例４〉 ［＝１２５．　　Ｆ隘５０．２ω＝９７゛ｆ＋ｏ−”　
　　　　ｆ１Ｖ　　＝　　８８．９２７　　　ＬＨ／ｆ
１Ｖ＝　　”ｒ、＝８１３．０４９　　　ｆ＋／ｆ＝　
　　６．５００〈実施例５〉 ｆ＝１２５．　　Ｆｌｌ＆１５０．　２ω＝９７゜Ｌ、
Ｉ＝　　２８３．１２１　　ｆ−１Ｖ　＝　　６８．０
４９　　ｆ＋、ｌ／Ｌｖ＝４．１６ｆ３　＝　２２２３
．８３８　　ｆ３／ｆ＝　　１７．７９０〈実施例６〉 ｆ＝１２５．　　Ｆ患５０，２ω−９７゜ｆ、、＝−２
９６，２４７ｆｌＶ＝−７２，２４５ｆ１Ｍ／ｆｌＶ＝
４．１１ｆ３　＝　１６８５．７９２　　ｆ３／ｆ＝　
　１３．４９０〈実施例７〉 ｆ＝１２５．　　Ｆ隘５０，２ω＝９７゜ｒ、Ｈ＝−３
１８，１５４ｒ、ｖ＝−５６，２２９「、／ｒ、ｖ＝５
．６７ｆ３＝　　９８４．２２７　　ｔ、／ｆ＝　　７
．８７０〈実施例８ン ｆ　＝１００．　　ＦＩＩｋＬ５０．　２ω＝１２１゜
ｒ、Ｈ＝−２５６，７２１ｆ、ｖ＝−１１９，４５４Ｆ
、＋＋／ｆ、ｖ＝２．１４ｆ３　＝−１６３２，７４２
ｆ２＃＝−１６，３３０〈実施例９〉 ｆ＝１２５．　　Ｆ阻５０，２ω＝９７”Ｌｎ＝　　”
　　　　ｆ１Ｖ　＝　　５７．３０１　　ｆ＋ｎ／Ｔ１
Ｖ＝”ｆ３千６４７．６７０　　ｆ３／ｆ＝　　５．１
８０（実施例１０〉 ｆ＝１２５．　　Ｆ隘５０，２ω＝９７゜ｆ＋＋＝１１
５１．８８６　　Ｌｖ　＝　　１９．３３４　　ｆ＋Ｈ
／Ｌｖ＝　　５９．５８ｆｓ　＝３３３．９５４　　ｈ
／ｆ＝　　２．６７０〈実施例１１） ｆ＝１２５．　　Ｆ隘５０．　２ω＝９７゜ｆ＋ｎ＝１
９３０．１１１　　ｆ１Ｖ＝　　１１．８９９　　ｆ＋
ｓ／ｆ１Ｖ−１６２，２０ｒｚ＝６８８．０５１　　ｆ
３７ｆ＝　　５．５００〈実施例１２〉 ｆ＝２００．　　Ｆ隘５０，２ω＝６１゜ｆ＋＋＋＝　
　５０９．７９６　　　ｒ１Ｖ　　＝　　１９．９８１
　　　Ｌｎ／Ｌｖ＝２５．５０ｆ３＝　　６４９．３７
１　　１３７ｆ＝　　　３．２５０

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る面倒れ補正走査光学系の実施例を示
し、第１図ないし第１２図は各実施例のレンズ構成図で
、第１図ないし第１２図の（イ）は走査面に沿った方向
で切断したレンズ構成図、第１図ないし第１２図の（Ｔ
Ｉ）は走査面に直交する方向で切断したレンズ構成図、
第１３図ないし第２４図は各実施例における走査面に沿
った方向の収差図、第２５図ないし第３６図は各実施例
における走査面に直交する方向の収差図、第３７図はレ
ーザビームプリンタの走査装置の概略構成図である。 （１）・・・・・・光源、（３）・・・・・・線状結像
光学系、（４）・・・・・・偏向器、（４ａ）・・・・
・・偏向反射面、（５）・・・・・・走査結像光学系、
（６）・・・・・・被走査物、（Ｂ）・・・・・・光線
束、（Ｇ１）・・・・・・第１のトーリックレンズ、（
Ｇ２）・・・・・・第２のトーリックレンズ、（Ｇ３）
・・・・・・球面レンズ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源から発した光線束を偏向器の偏向反射面上に
   線状に結像する線状結像光学系と、前記偏向器で反射偏
   向された光線束を被走査物上に結像する走査結像光学系
   とを備えた面倒れ補正走査光学系であって、前記走査結
   像光学系が、前記偏向器側から順に、第１のトーリック
   レンズ、第２のトーリックレンズ、及び、球面レンズを
   配置して構成されたものである面倒れ補正走査光学系。
2. （２）前記第１のトーリックレンズが、走査面に直交す
   る方向に負の屈折力を持つシリンドリカル面を有するも
   のである特許請求の範囲第１項に記載の面倒れ補正走査
   光学系。
3. （３）前記シリンドリカル面が、前記第１のトーリック
   レンズの前記偏向器側に位置するものである特許請求の
   範囲第（２）項に記載の面倒れ補正走査光学系。
4. （４）前記シリンドリカル面が、前記第１のトーリック
   レンズの前記被走査物側に位置するものである特許請求
   の範囲第（２）項に記載の面倒れ補正走査光学系。
5. （５）前記第１のトーリックレンズが、走査面に沿う方
   向に負の屈折力を有するものである特許請求の範囲第（
   １）項ないし第（４）項の何れかに記載の面倒れ補正走
   査光学系。
6. （６）前記第１のトーリックレンズが、走査面に沿う方
   向に正の屈折力を有するものである特許請求の範囲第（
   １）項ないし第（３）項の何れかに記載の面倒れ補正走
   査光学系。
7. （７）前記第２のトーリックレンズが、正の屈折力を有
   するものである特許請求の範囲第（１）項ないし第（６
   ）項の何れかに記載の面倒れ補正走査光学系。
8. （８）前記第１のトーリックレンズが、次の条件を満た
   すものである特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項
   の何れかに記載の面倒れ補正走査光学系。 ｛｜ｆ＿１＿Ｘ／ｆ＿１＿Ｖ＞２ ｆ＿１＿Ｖ＜０｝ 但し、 ｆ＿１＿Ｈ：走査面に沿った方向の第１のトーリックレ
   ンズの焦点距離 ｆ＿１＿Ｖ：走査面に直交する方向の第１のトーリック
   レンズの焦点距離 ［９］前記球面レンズが、次の条件を満たすものである
   特許請求の範囲第［８］項に記載の面倒れ補正走査光学
   系。 ｜ｆ＿３／ｆ｜＞２ 但し、 ｆ＿３：球面レンズの焦点距離 ｆ：走査面に沿った方向の全ての走査結 像光学系の焦点距離