JPS63281559A

JPS63281559A - 画像記録装置

Info

Publication number: JPS63281559A
Application number: JP62117684A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murahashi; 村橋　孝; Hisao Fujita; 藤田　久雄; Toshihiko Nakazawa; 利彦中沢; Toshihiro Takesue; 敏洋武末; Toshihiro Motoi; 俊博本井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1987-05-14
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1988-11-18
Also published as: EP0291313A2; EP0291313A3; DE3886091D1; US4926195A; EP0291313B1

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］この発明は電子写真式カラー複写機、レーザプリンタな
どに適用して好適な光走査装置（ビームスキャナー）に
関する。

［発明の背景］電子写真式カラー複写機などでは、感光性の像形成体上
に、原稿に対応した画像信号により静電潜像を形成する
手段として、半導体レーザによる光走査装置（レーザビ
ームスキャナ装置）が使用される場合ふある。

レーザビームスキャナ装置による場合には、画像記録装
置の光源として、小型で安価な半導体レーザを使用する
ことができることに加え、鮮明なカラー画像を記録する
ことができるという利点があるからである。

第１９図は半導体レーザを使用したレーザビームスキャ
ナ装置１０の一例を示すもので、その光学系としてはポ
ストオブジェクティブ形の光学系を使用した場合である
。

ポストオブジェクティブ形の光学系とは、後述するよう
にビームが集光レンズによって集光されたのち光偏向器
に入射するように構成されたタイプの光学系をいう。

同図において、半導体レーザ１１は駆動回路１２から得
られる色分解データ（例えば、２値データ）に対応した
駆動信号に基づいて光変調きれる。

レーザ１１から出射されたレーザビームはコリメータレ
ンズ１３及び粘体素子である集光レンズ１４を介して光
偏向器１５に入射する。

光偏向器１５によって偏向されたレーザビームは像形成
体（感光体ドラム）１６の表面を照射するが、この場合
レーザビームが像形成体１６の表面を一定速度で所定の
方向ａに走査されることにより、像形成体１６上には色
分解データに対応した露光像が形成される。

露光後は現像器（カラーの場合は複数個）からのトナー
で静電潜像され、その後定着処理されることによって記
録紙上に画像が記録されることになる。

なお、１７はフォトセンサを示し、ミラー１８で反射さ
れたレーザビームを受けることにより、レーザビームの
走査開始を示すインデックス信号が得られ、このインデ
ックス信号を基準にして１ラインの画像データの書き込
みが行なわれることになる。

光走査装置として、レーザビームスキャナ装置１０を使
用する場合には、色分解体ごとの静電偉をずらしながら
形成することが容易にできることから、鮮明なカラー画
像を形成することができる。

ところで、光学系として上述したようなポストオブジェ
クティブ形の光学系を使用する場合には、ビームは偏向
前に集束作用を受けるので、集束レンズ１４は軸上結像
ｔこけが問題となり、レンズの構成を簡単にできるとい
う利点がある。

しかし、このポストオブジェクティブ形の光学系を使用
する場合には、第２０図に破線で示すように集束点は一
般に湾曲した面上にあることとなり、実際問題としては
この像面湾曲を何らかの手段で補正する必要がある。

このようなことを考慮して一般にはプレオブジェクティ
ブ形の光学系が使用されている。

これは第２１図に示すように、集光レンズが省略される
代りに、光偏向器１５と像形成体１６との間に結像レン
ズ２０が配置されたタイプの光学系をいう。

結像レンズ２０としては、図示するようにこの例では２
枚のレンズで構成された５ｉｎ−’０レンズが使用きれ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、このプレオブジェクティブ形の光学系を使用
する場合、結像レンズ２０としては、像形成体１６上に
正しく結像させる必要があること、像形成体１６上をビ
ームが等速走査するように工夫する必要があること、及
び像面湾曲や歪曲を確実に補正できること、などの各条
件を全て満足きせるように構成する必要がある。さらに
は、結像レンズはビーム偏向角をカバーするだけの広角
レンズとしても構成する必要がある。

従って、プレオブジェクティブ形の光学系を有するビー
ムスキャナー装置においては、結像レンズ２０を高精度
に加工する必要があるため、光学系が非常に高価なもの
となってしまう。

このように、ポストオブジェクティブ形の光学系では、
集光レンズが安価であるという利点を有する反面、像面
湾曲に対して何らかの対策を必要とし、プレオブジェク
ティブ形の光学系を使用する場合には、像面湾曲を有効
に補正し得るも、高価な結像レンズを使用しなければな
らないという問題を有していた。

そこで、この発明ではこのような従来の問題点を考慮し
、特に集光レンズが安価であるというポストオブジェク
ティブ形のメリットに着目し、この特徴を十分発揮でき
、しかも像面湾曲を安価な手段で有効に補正することが
できる光走査装置を提案するものである。

［問題点を解決するための技術的手段］上述の問題点を
解決するため、この発明においては、結像素子を通過し
た光ビームを所定の方向に偏向する光偏向器を有し、こ
の光偏向器によって偏向きれた光ビームで記録体上を走
査して所定の画像情報を記録するようにしたポストオブ
ジェクティブ形の画像記録装置において、光偏向器と記録体との間に主走査方向に対する像面補正
光学手段が設けられ、この像面補正光学手段によって主
走査方向の像面湾曲が補正されるようにしたことを特徴
とするものである。

［作　用］像面補正光学手段は、少なくともその一面が非球面とし
て形成され、かつ近軸母球面からの非球面までの偏倚量
ΔＺが次式を満足するものが使用きれる。

Δ（ｙｊ）　＝￥（ΔＺＩＪＩ（φＩＪＩ）　　ａＺ＋ｉ２（φ＋ｊ２
））　＜０Δ（γ、）＜Δ（ｙｋ）＜Ｏ（ｙｊ＜ｙｋ）
但し、ｙ４、ｙｋ：記録体上での像高ＺＩＪＩ　”第ｉ番目の像面補正光学手段の入射面側に
おける非球面偏倚量 ΔＺＩＪ２’第ｉ番目の像面補正光学手段の出射面側に
おける非球面偏倚量 φＩＪＩ　’像高ｙｊの主光線が第ｉ番目の像面補正光
学手段の入射側レンズ面を切る高さ。

φ１Ｊ２：像高ｙ、の主光線が第ｉ利口の像面補正光学
手段の出射側レンズ面を切る高さこのように光学手段３０を用いて像高が高くなるにした
がって、その屈折率を弱くすれば、集束点が像形成体１
６の面上に移動するようになり、像高湾曲が効果的に補
正きれる。

［実　施　例］続いて、この発明に係る光走査装置の一例を第１図以下
を参照して詳細に説明する。光源としては、半導体レー
ザが使用される。

この発明に係る光走査装置、つまりレーザビームスキャ
ナ装置１０は、第１図に示すようにポストオブジェクテ
ィブ形の光学系で構成きれる。

１１は上述したように半導体レーザであり、これが色分
解データに対応した駆動信号に基づいて光変調される。

レーザビームはコリメータレンズ１３及び結像素子であ
る集光レンズ１４を介して光偏向器１５に入射する。

集光レンズ１４は軸上結像のみを取り扱うので、レンズ
構成は極めて簡単である。

光偏向器１５としては、回転多面鏡（ポリゴン）からな
るミラースキャナ、ガルバノミラ−１光偏向子などを使
用できる。

光偏向子はガルバノミラ−と同様な部材構成であって、
反射ミラー、駆動コイル及びリガメンｉ〜が一体成形き
れたものである。その材質は水晶板などのように、エツ
チング加工がし易く、弾性係数の大きなものが使用され
る。

光偏向器１５で偏向されたレーザビームによって像形成
体（感光体ドラム）１６の表面が露光される。

この発明では、光偏向器１５と像形成体１６との光路上
に像面湾曲及び歪曲、収差補正用の光学手段３０が設け
られる。これは、ポストオブジェクティブ形の場合、像
面補正しないと、第２０図に示したような像面湾曲及び
歪曲収差がそのまま残ってしまうからである。

そのため、像面湾曲補正用の光学手段３０は、光軸より
軸外における主走査断面の屈折力を弱くするため、少な
くともその一面が非球面として形成され、かつ近軸母株
面からの非球面までの偏倚量ΔＺが次式を満足するよう
に構成されたものである。

Δ（ｙｊ）　＝苧（ΔＺｚ＋（φ１ｊ１）−ΔＺＩＪ２（φＩＪ２））
＜Ｏ・・・・　（１） Δ（ｙｊ）＜Δ（ｙｉ＝）＜ｏ　　（ｙｊ＜ｙｋ）・・
・・　（２）但し、ｙＪｌｙｋ：記録体上での像高ＺＩＪＩ’第ｉ番目の像面補正光学手段の入射面側にお
ける非球面偏倚量 Δ２１２：第ｉ番目の像面補正光学手段の出射面側にお
ける非球面偏倚量 φ１，１；像高’／ｊの主光線が第１番目の像面補正光
学手段の入射側レンズ面を切る高き φ１，２：像高ｙｊの主光線が第ｉ利口の像面補正光学
手段の出射側レンズ面を切る高き従って、像面湾曲補正用の光学手段３ｏとしては、構成
レンズの使用枚数には制限されることはないが、少なく
とも上式を満たすようにレンズを組合せる必要がある。

なお、個々のレンズの近軸屈折力は弱い方がよい。これ
は、非球面形状の採用はプラスチックレンズを用いて実
現できるからであり、これによって光学手段３０の低コ
スト化を図れる。さらに、プラスチックの環境変化は屈
折力が弱い方が少ないからである。勿論、プラスチック
成形の場合、光軸上のレンズの厚みと周辺部のレンズの
厚みがほぼ等しいことが、成形精度向上に寄与するから
である。

ざて、第１図には、ビーム入射側（物界側）を非球面３
０ａとした１枚構成の光学手段３０の一例を示す。第２
図には、これとは逆にビーム出射側（像界側）を非球面
３０ｂとした１枚構成の光学手段３０の一例を示す。

このように、１枚のレンズで光学手段３ｏを構成した場
合には、第１図の場合の偏倚量ΔＺは、次のようになる
。

今、第３図に示すように、Ｚを光軸の光ビーム進行方向
とし、φを像高とする。そして、像高湾曲補正用として
機能する光学手段３ｏにおけるビーム出射面側の近゛軸
母球面をＬａとし、この近軸母株面Ｌａを基準にしてビ
ーム進行方向を＋、逆方向を−とする。

このようにした場合、非球面３０ａはこの近軸母株面Ｌ
ａより外側となるようにその面が設計される。

従って、像高φ１、φ２のときの近軸母株面Ｌａからの
偏倚量を夫々へ２１（φ１）、ΔＺ＋（φ２）としたと
きには、 ΔＺ＋（φｓ）　＜ΔＺ＋（φ２）＜Ｏ・・・　（３）ただし、１φ１１〉１φ２１のように非球面３０ａを成形すればよい。

これに対して、第２図に示すようにビーム出射側に非球
面３０ｂを形成する場合には、第４図に示すように、近
軸母株面Ｌｂより外側（像形成体１６側）の方に湾曲す
るように成形される。そのときの各像高での偏倚量は以
下のように選定されるものである。

０〈ΔＺ２（φ２）＜ΔＺ２（φ１）・・・　（４）ただし、１φ１１〉１φ２１第１図及び第２図とは異なり、非球面を多数枚使用する
場合には、上述した（１）式を満足するようにレンズの
使用個数と夫々の非球面形状が選定される。

このように所定の曲面となるように光学手段３０の非球
面形状を選定すると、像形成体１６上における像面湾曲
及び歪曲収差を実用上において支障を来たきない程度ま
で補正することができる。

続いて、この発明に係る光走査装置１０において使用さ
れる光学手段３０の具体例及びそのときの像面湾曲の補
正状態について、第５図以下を参照して詳細に説明する
。

まず、第５図に示すように、光路上に配置きれた複数の
光学素子において、集光レンズ１４の曲率半径をＲ（光
ビームの進行方向から見た半径を十とする）、各光学素
子間のビーム入射間距離をＤ１屈折率をＮと定める。

第５図に示すように光学手段３０の各側面３０ａ、３０
ｂの平面がフラットなものを使用したときには、Ｒ，Ｄ
、Ｎの関係は第６図に示すようになる。

第６図のように光学系を選定し、しかも光学手段３０と
して両面フラットなものを使用した場合には、像高に対
する主走査方向の像面湾曲の程度は第９図曲線Ｌ１のよ
うになる。すなわち、像高が高くなるにつれ、屈折力が
強くなる関係上、集束点が図示のように湾曲することに
なる。

これに対して、非球面を有する光学手段３０を使用した
場合には次のようになる。ただし、第１図に示すように
入射側の面が非球面３０ａとなされた光学手段３０を使
用したものを例示する。集光レンズ１４の焦点距離は５
００ｍ＋ａである。

そして、この例では、非球面２として次式を使用する。

Ｚ＝（（Ｃφ２／　（１＋ＣＦ：でゴ「７））＋〒Ａ＋
φｐｉ）　　　　　　　・・・　（５）ここで、Ｃ＝１
／Ｒ，Ｒ＝■であるから、Ｃ＝０となる。

上式の第２辺は非球面３０ａの偏倚量ΔＺを表わす。そ
こで、偏倚量ΔＺを表わす係数Ａｉ、　Ｐｉとして、第
７図に示す値のものを使用した場合には、像形成体１６
上における像高や光学手段３０の非球面偏倚量（非球面
量）Δ２は第８図に示すようなものとなる。

その結果、このような光学手段３０を使用したときの像
高に対する像面湾曲量は、第９図曲線Ｌ２のようになる
。

曲線Ｌ２から明らかなように、非球面を有する光学手段
３０を使用した場合には、像面湾曲及び歪曲がほぼ無視
できる程度まで補正きれていることが判る。

第１０図〜第１３図までは第２図に対応する実施例であ
って、ビーム入射側に非球面を有する光学手段３０を使
用したときの具体的数値並びに特性曲線である。ただし
、集光レンズ１４の焦点距離は３００ｍｍに選定した場
合である。

第１３図に示す曲線Ｌ３は補正前の特性曲線であり、曲
線Ｌ４は補正後の特性曲線である。

第１４図〜第１７図は焦点距離だけを５００１Ｉ１１に
偏向したときの第１０図〜第１３図に示したと同様の図
面である。

第１７図において、曲線Ｌ５が非球面補正前の特性曲線
であり、曲線Ｌ６が補正後の曲線である。

なお、第１０図以下の場合はいづれも、その非球面を求
める数式は上記した数式と同一のものを使用した。

これら実施例からも明らかなように、焦点距離の大小に
よって、非球面補正効果が相違する。

ところで、これらの実施例からも明らかなように、非球
面を有する光学手段３０を使用することにより像面湾曲
は補正することが可能であるが、歪曲収差は充分に補正
することができない。歪曲収差が残るということは像形
成体１６上での走査速度の一様性が多少劣化しているこ
とになる。

この走査速度の変動は、例えば一定間隔で出力きせてい
た画像情報の出力タイミング（ドツトクロック）をこの
走査速度に応じて変調することによって、補正すること
ができる。

また走査速度の変動は、また像形成体１６上におけるド
ツトの露光量の変動となって現出する。

露光量Ｅは、Ｅ＝Ｐ　ｔ　　　　・・・　（６）ただし、Ｐは像形成体１６上における光量、ｔは１ドツ
トを形成するための走査時間である。

従って、画像情報のドツトクロックの変化、つまり走査
時間ｔが変化すると露光量Ｅが変化して画像濃度が不均
一となってしまう。

このような、走査速度の変動や露光量の変動を回避する
ためには、半導体レーザ１１の駆動回路１２に対して第
１８図に示すようなレーザ制御回路４０を使用すればよ
い。

同図において、４１は基準クロックの発生回路を示し、
基準クロックはカウンタ４２に供給されると共に、リセ
ット回路４３に供給されて、インデックス信号に同期し
てリセット信号が形成される。これによってカウンタ４
２は１ライツごとにリセットきれることになる。

カウンタ出力はＲＯＭ４４にそのアドレス信号として供
給され、そのアドレスに対応して走査速度の変化に応じ
たデータ（ドツトクロックのパルス列となるデータ）が
アクセスされる。ここで、基準クロックは画像信号を出
力するドツトクロックのｎ倍（ｎは正数）の周波数であ
る。

このパルス列に対応したデータはバッファ４５を介して
駆動回路１２に設けられた画像信号出力回路５１に供給
される。この画像信号出力回路５１には、画像情報に対
応した信号が供給されており、この画像信号の出力タイ
ミングがドツトクロックパルス列によって制御きれる。

例えば、走査速度が基準値より遅い場合には、出力パル
ス列の間隔が大きくなるように制＠きれることになる。

一方、ＲＯＭ４４から出力されたパルス列の信号はざら
に、Ｄ／Ａ変換器４７に供給きれて、アナログ化され、
これが電流制御回路５２にその電流制御信号として供給
される。電流制御回路５２は半導体レーザ１１に対する
駆動電流（励起電流）を制御するための回路であり、駆
動電流を大きくすると、発光光量が増加する。

従って、走査速度が速くなるように制御するときには、
これに対応して駆動電流を増してやれば、走査時間が短
かくなっても、露光ＪＩＥは一定となる。つまり、走査
速度が変化しても露光量を常に一定に保持することがで
き、画像濃度の均一性を確保できる。

なお、第１図以下の実施例において、コリメータレンズ
１３の直後にシリンドリカルレンズを挿入するようにし
た場合には、光学手段３０にもこのシリンドリカルレン
ズの作用を合わせ持たせることによって、光偏向Ｍ１５
のウオーブル（ｗｏｂ−ｂｌｅ）をも補正することがで
きる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、光走査装置の
光学系としてポストオブジェクティブ形の光学系を使用
したので、集光レンズの構成が非常に簡単となる。そし
て、このポストオブジェクティブ形の欠点である像面湾
曲や歪曲収差をプラスチックなどで構成された光学手段
を用いて補正することができる。

この光学手段はプレオブジェクティブ形において使用す
る結像レンズのように高精度な加工を要求きれないので
、その構成が非常に簡単で、しかも加工が極めて容易で
ある。その結果、光学手段が安価となり、光学系自体を
ローコスト化できる特徴を有する。

従って、この発明は電子写真式カラー複写機やレーザプ
リンタなどの光走査装置に適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々この発明の一例を示す要部の構
成図、第３図〜第５図は像面湾曲補正動作の説明に供す
る図、第６図〜第８図は第１の非球面形状を求めるため
に使用される説明図、第９図はそのときの像面補正曲線
図、第１０図〜第１２図は第２の非球面形状を求めるた
めに使用される説明図、第１３図はそのときの像面補正
曲線図、第１４図〜第１６図は第２の非球面形状を求め
るために使用される第１０〜１２図と同様な説明図、第
１７図はそのときの像面補正曲線図、第１８図は走査速
度及び濃度制御回路の系統図、第１９図及び第２１図は
従来の説明に供する光走査装置の構成図、第２０図はそ
の偏向動作説明図である。１０・・・光走査装置１１・・・半導体レーザ１２・・・駆動回路１３・・・コリメータレンズ１４・・・集光レンズ１５・・・光偏向器１６・・・像形成体（感光体ドラム）３０・・・像面湾曲補正用光学手段３０ａ、３０ｂ・・・非球面特許出願人　小西六写真工業株式会社第１図第２図第３図第４図Ｌｂ：ｔ＃？輝面第９図１艮食刀町才面考１第６図第７図開弁球面係数第８図第１０図第１１図開弁球面係数第１２図６８．５６５　２１．６３３　０．Ｏ○０　２２．５７
１　０．００３８０第１３図主メ）−査士６ｂン璋！ンｄ龜第７７図生え企毀面湾曲第１４図面　間　　　　　半径Ｒ（ｍｍ）　　　　　距離Ｄｆ晒
）　　　屈折２Ｎ１４ａ〜１４ｂ　　　　３００．００
０　　　　４．００　　１．５００００１４ｂ　〜１５
　　　−３００．０００　　　１５．００　　　　　１
１５　〜３０ａ　　　　　−（鏡面）　　　１３５．０
０　　　　　１３０ａ〜３０ｂ　　　　　　◇◇　　　
　　　１０．００　　１．５００００３０ｂ〜１６　　
　　　　　　０一つ　　　　　　　１４２．５０　　　
　　　　１開弁球面係歎Ａｉ　　　　　　　　ＰｉＡ１＝５．１６２４４Ｄ−０８Ｐ１＝４．０ＯＯＯＡ２
＝−６，５２３５１Ｄ−１３Ｐ２＝６．０ＯＯＯＡ３＝
８．０３２６５Ｄ−１７Ｐ３＝８、ｏｏｏ。Ａ４＝１．２９２５０Ｄ−２２Ｐ４＝１０．０ＯＯＯＡ
５＝１．３６５８０Ｄ−２８Ｐ５＝１２．００００Ａ６
＝１．１９８４６Ｄ−３４Ｐ６＝１４．０ＯＯＯＡ？＝
９．３２０８０Ｄ−４１Ｐ７＝１６．ＯＯＯ○Ａ８＝７
．２５８７７Ｄ−４７Ｐ８＝１８．０ＯＯＯＡ９＝５．
６８５７０Ｄ−５２Ｐ９＝２０．ＯＯＯ○ドラム上ての
　　３０ａ上の　面３０ａの　３０ｂ上の　　面３０ｂ
の保高　像高□△Ｚ像高　＠龍Δ２１２８．６０　　５８．９１９　０．０００　６１．８
９０　０．７３８１６５８．３６６　２７．５５７　０
．０００　２８．９０７　０．０３５７１第２０図第２１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）結像素子を通過した光ビームを所定の方向に偏向
する光偏向器を有し、この光偏向器によって偏向された
光ビームで記録体上を走査して所定の画像情報を記録す
るようにした画像記録装置において、上記光偏向器と記録体との間に主走査方向に対する像面
補正光学手段が設けられ、この像面補正光学手段によって主走査方向の像面湾曲が
補正されるようにしたことを特徴とする画像記録装置。
（２）上記像面補正光学手段は、少なくともその一面が
非球面として形成され、かつ近軸母球面からの非球面ま
での偏倚量ΔＺが次式で表わされることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の画像記録装置。 Δ（ｙ＿ｊ）＝ ■｛ΔＺ＿ｉ＿ｊ＿１（φ＿ｉ＿ｊ＿１）−ΔＺ＿ｉ＿
ｊ＿２（φ＿ｉ＿ｊ＿２）｝＜０Δ（ｙ＿ｊ）＜Δ（ｙ
＿ｋ）＜０（ｙ＿ｊ＜ｙ＿ｋ）但し、ｙ＿ｊ、ｙ＿ｋ：記録体上での像高Ｚ＿ｉ＿ｊ＿１：第ｉ番目の像面補正光学手段の入射面
側における非球面偏倚量 ΔＺ＿ｉ＿ｊ＿２：第ｉ番目の像面補正光学手段の出射
面側における非球面偏倚量 φ＿ｉ＿ｊ＿１：像高ｙ＿ｊの主光線が第ｉ番目の像面
補正光学手段の入射側レンズ面を切る高さ φ＿ｉ＿ｊ＿２：像高ｙ＿ｊの主光線が第ｉ判目の像面
補正光学手段の出射側レンズ面を切る高さ