JPH01177512A - ポストオブジエクテイブ型光走査装置 - 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 本発明は、レーザープリンタ等に利用されるポストオブ
ジェクティブ型光走査装置に関する。

従来の技術 従来、レーザプリンタ等に用いられる光走査装置として
は、光ビームが回転多面鏡により偏向走査された後に収
束レンズを通るプレオブジェクティブ型の光走査装置と
、光ビームが収束レンズにより収束光とされた後に回転
反射鏡に入射されるポストオブジェクティブ型の光走査
装置との２種類に大きく分類される。

まず、プレオブジェクティブ型の光走査装置は、収束レ
ンズにより像面湾曲やｆθ特性を補正することが容易で
、しかも、収束位置を平面とすることも容易であるため
、近年多く用いられている。

しかしながら、この収束レンズは偏向角をカバーした広
角レンズとして構成しなければならないことからその構
成が複雑となり高価になるという問題点がある。

また、ポストオブジェクティブ型の光走査装置は、収束
レンズの構成が簡単なので装置を小型低価格化しやすい
が、光ビームの収束点が湾曲した面上にあり、しかも、
走査速度も一定でないため、像面の湾曲やｆθ特性の補
正が必要となる。このような補正をするために、「特開
昭６１−１５６０２０」号公報に開示されているように
、回転反射鏡の反射面を球面又は円筒面とすることによ
り像面湾曲を補正することが提案されている。これによ
り、像面湾曲は実用上問題のない程度にまで軽減できる
が、しかし、ｆθ特性については１０％〜１５％程度の
非線形性が残存する。このため、高品位の印字が要求さ
れるレーザプリンタ等においてはこの非線形性を２％〜
３％程度にまで抑えることが要求されているので、従来
の技術においては電気的手段により非線形性の補正を行
ってりる。すなわち、ｆθ特性の非線形性に対応して印
字信号のクロックを連続的又は段階的に変化させること
によりｆθ特性の非線形性に対する補正を２％〜３％に
まで抑え込んでいる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、従来のようなｆθ特性の非線形性に対する補正
方法は電気的手段により行われている。

このため、レーザプリンタ等では電気回路が複雑化し高
価なものになってしまうという問題点がある。

問題点を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために、回転反射
鏡の反射面をその反射面内の各部分で曲率の異なる曲面
として形成し、反射面と走査面との間の光路上に、走査
方向に平行な回転対称軸を中心として副走査方向に描か
れた円弧状の回転対称曲面が、前記回転反射鏡の回転軸
を含み前記回転対称軸に垂□直な対称面を有するように
形成された走査方向及び副走査方向にパワーを有する入
射面と、この入射面の反対側に位置し走査方向に対して
左右対称に形成され走査方向にパワーを有する出射面と
からなる補正レンズを配設した。

作用 従って、回転反射鏡の反射面をその反射面内の各部分で
曲率の異なる曲面とすることにより曲率の一定な球面や
円筒面に比べ一層効果的に走査方向の像面（サジタル像
面）の湾曲を補正することができる。また、補正レンズ
の入射面を走査方向に平行な回転対称軸を有する回転対
称曲面としたので走査方向に垂直な副走査方向のパワー
を変化させることができ、これにより、副走査方向の像
面（メリジオナル像面）の湾曲を補正することができる
（この場合、入射面は走査方向のパワーも有するのでｆ
θ特性、サジタル像面にも影響を与えることになるが、
前記回転反射鏡のサジタル像面の補正効果と、後述する
補正レンズの出射面におけるｆθ特性およびサジタル像
面の補正効果とにより十分に補正を行うことができる）
。さらに、補正レンズの出射面を走査方向にパワーを有
する曲面としたので、この曲面によってｆθ特性の補正
効果と一層高度なサジタル像面の補正効果とを得ること
ができる。

上述したように、回転反射鏡の反射面、補正レンズの入
射面及び出射面の補正効果を組み合わせることによりｆ
θ特性の補正や、サジタル像面及びメリジオナル像面の
湾曲の補正を行うことができ、これにより、従来、問題
とされていたｆθ特性の補正を電気的手段によらず光学
的手段によって行うことができるため高性能で、しかも
、安価で簡単な構造にすることができる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図及び第２図に基づいて説
明する。光源としての半導体レーザ１と、光を平行光に
するコリメータレンズ２と、シリンドリカルレンズ３と
、収束レンズ４とが同一光路上に順次設けられている。

また、その光路上にはモータ５上に固定された複数個の
反射面６を有する回転反射鏡としてのポリゴンミラー７
が設けられている。前記反射面６は、その反射面内の各
部分で曲率の異なる曲面８とされている。

そして、前記反射面６により反射された光路上には、補
正レンズ９が設けられており、さらに、この補正レンズ
９を透過した光ビームが照射される走査面１０を有する
円筒状の感光体としての感光ドラム１１が設けられてい
る。

前記補正レンズ９は、走査方向（矢印方向）及び副走査
方向（走査方向に直交する方向）にパワー（このパワー
とは、光学面の屈折力若しくは結像力のことをいう）を
有し走査方向と平行な回転対称軸１２を中心として副走
査方向に描かれた回転対称曲面１３とされた入射面１４
と、この入射面１４と反対側に位置し走査方向に対して
左右対称に形成され走査方向にパワーを有する出射面１
５とからなっている。この出射面１５は、前記入射面１
４の前記回転対称軸１２に直交し走査方向に対して左右
対称に形成された形状の中心点０２を回転対称軸１６と
する回転対称曲面１７とされている。

ところで、第３図に示すように、前記感光ドラム１１は
、前記ポリゴンミラー７の回転軸１８からその走査面１
０までの距離がＡになるように配設されている。また、
前記補正レンズ９は、前記ポリゴンミラー７の回転軸１
８からその入射面１４までの距離がＢになるように配設
されている。

これらの距離Ａ、Ｂの具体的数値については後述する。

また、前記半導体レーザ１と、前記コリメータレンズ２
と、前記シリンドリカルレンズ３と、前記収束レンズ４
とは、前記ポリゴンミラー７の前記反射面６からの垂直
な面に対して、下方にθ＝３．４度傾斜した位置に配設
されており、これとは逆に、上方にθ＝３．４度傾斜し
た位置に前記補正レンズ９と、前記感光ドラム１１とが
配設されている。

このような構成において、半導体レーザ１により印字信
号に従って出射された光ビームは、コリメータレンズ２
により平行光とされ、副走査方向に対してパワーを有す
るシリンドリカルレンズ３を通過し、さらに、収束レン
ズ４を通過した後、ポリゴンミラー７の反射面６に照射
される。そして、このポリゴンミラー７の回転に伴°つ
て偏向走査された光ビームは、補正レンズ９を通過して
感光ドラム１１の走査面１０上で走査方向に走査され記
録が行われる。

次に、ポリゴンミラー７の反射面６の形状を楕円筒面１
９とした場合の様子を第４図及び第５図に基づいて説明
する。楕円筒面１９の中心点０からの２つの楕円半径を
ａ、ｂとすると、一方の半径ａの軌跡上に位置してポリ
ゴンミラー７の反射面６が形成されている。また、ポリ
ゴンミラー７の回転軸１８は半径ｃ（＝１６ｍｍ）の内
接円の中心点とされており、この回転軸１８は中心点Ｏ
を通る軸に平行に設けられている。

また、シリンドリカルレンズ３、収束レンズ４は、これ
らを透過した光ビームがポリゴンミラー７の回転軸１８
の方向に投影した時には点Ｓで収束し、また、その光ビ
ームを走査方向に投影した時にはポリゴンミラー７の反
射面６上で収束するように配設されている。この場合、
ポリゴンミラー７の回転軸１８と点Ｓとの距離はｄとさ
れている。なお、半径ａ、ｂ、距離ｄの具体的数値につ
いては後述する。

次に、補正レンズ９の形状について説明する。

第６図は、補正レンズ９を走査方向に平行な面に切断し
た時の断面形状を示す。

入射面１４は、回転対称軸１２を有する回転対称曲面１
３とされており、中央点０１における半径はｅである。

この場合、中央点０１を通り走査方向に平行にＸ１軸、
これと直角にＹ１軸をとって、Ｘ１０１Ｙ□座標系を作
ると入射面１４の断面形状は、次のように８次の多項式
で表わせる。

Ｙ１＝ａ、Ｘｌ”＋　α４Ｘ１’＋　α６Ｘ、ｓ＋ａＩ
ｌＸ、！・・・（１） 出射面１５は、前記Ｙ□に対して左右対称（紙面上では
上下に対称）であり、このＹ１軸を回転対称軸１６とす
る回転対称曲面１７とされている。

この場合、中心点０２　を通り走査方向に平行にＸ２軸
をとり、前記Ｙ１と一致するＹ２軸をとって、Ｘ２０２
Ｙ２座標系を作ると入射面１４の断面形状は、次のよう
に８次の多項式で表わせる。

Ｙ２＝β２Ｘ２”＋　β、Ｘ２’＋　β。、ｘ、’十／
１１．Ｘ２’・・・（２） なお、補正レンズ９は、屈折率１．４８のアクリル樹脂
で作成した。また、（１）式における半径ｅ、係数α２
．α４．α６．α８、（２）式における係数β２．β４
．β６．β８の具体的数値については後述する。

次に、ｆθ特性、サジタル像面及びメリジオナル像面の
湾曲、感光ドラム１１上での走査線の曲がりを実用上問
題のない程度にまで補正できるようにコンピュータシュ
ミレーションにより光線追　　　　”跡を行った結果水
められたパラメータの具体的数値例について示す。但し
、感光ドラム１１上での走査線の曲がりは、光ビームを
ポリゴンミラー７の反射面６に対して垂直でない角度（
θ）で入射させるスキュー人射光学系において特に発生
しやすいのでこれを考慮にして設計した。

以下、具体的な数値を示す。

Ａ＝２０８．３　　ｍｍ Ｂ＝１６０．８　　ｍｍ ａ＝１１６．１５ｍｍ ｂ＝１２５．５２ｍｍ ｄ＝　　３３．７６ｍｍ ｍ＝　　１６．３３ｍｍ ａ２＝　　８．６１０　Ｘ　１０−’　　ｍｕ−”α、
＝　　４．３３６Ｘ１０−’　　ｍｍ−”ａ、＝−５，
５０９Ｘ１０−１３　ｍｍ−５α、＝　−３，０７１Ｘ
　１０−１７　　組１７β２ニー４．３８９　Ｘ　１０
−’　　ｍｍ−１β、＝　　　１．６１６Ｘ１０−７　
＋ｎ＋ａ−３βｓ＝　−６，５４２Ｘ　１０−”　　＋
ｎ＋ｎ−”βｍ＝　−２，６８９×１０−”　　ｍｍ−
’但し、有効走査長は２２０ｍｍであり、これに対応し
たポリゴンミラー７の回転角は３６”である。

ここで、ｆθ誤差、サジタル像面及びメリジオナル像面
の湾曲、走査線の曲がりの諸特性を第７図に示しておく
。図中の縦軸は走査方向に沿ってとり、横軸は各特性に
対応している。

ｆθ誤差＝（感光ドラム上のビーム入射位置）−（線型
入射位置）　・・・（３） （線型入射位置）＝（ポリゴンミラー回転角）ｘ　（２
２０ｍｍ／　３６’　） 但し、ポリゴンミラー７の回転角（度）は、第５図の状
態を０度と定めている。

次に、本発明の第二の実施例について説明する。

本実施例における構成およびその作用については第一の
実施例と同じなので、ここでは各パラメータの数値のみ
を示しておく。

以下、具体的な数値を示す。

Ａ＝２１０．’７　　ｍｍ Ｂ＝１５８．２　　　　ｍｍ ｍ＝　　　６８．８４ｍｍ ｂ＝　　　９’１．ＯＯｍｍ ｄ＝　　　２９．６２ｍｍ ｍ＝　　　１７．６３ｍｍ ａ２＝　　９．’ｌ’　３７　×１０−’　　ｍｍ−１
ａ、＝　　７．７２５Ｘ１０−９　ｍｍ−３ａ６＝　−
５，７２５Ｘ　１０−１３ｍｍ７’αｇ’　＝＝−Ｌ４
．３５５　Ｘ　１０−”　ｍｍ−’β、＝−３．５８６
ｘｌＯ−’　　ｍｍ−１β４＝　　１．４７４　Ｘ　１
０−’　　ｍｍ−３βＧ＝　　４．４３９　Ｘ　１０−
１３ｍｍ−’β＋＋＝　−１，４６９Ｘ　１０−”　ｍ
ｍ−７但し、本実施例においても有効走査長は２２０ｍ
ｍであり、これに対応したポリゴンミラー７の回転角は
３６°である。

次に、上述した第一の実施例および第二の実施例、さら
に、従来技術で述べた「特開昭６ｌ−１５６０２ＯＪ号
公報の光走査装置におけるサジタル像面及びメリジオナ
ル像面の湾曲、ｆθ特性のりニアリテイ、走査線の曲が
り量の諸特性を第１表に示す。また、第一の実施例にお
ける諸特性を第７図に示す。

なお、■、■、■は従来例の値を示し、■は本発明の第
一の実施例、■は本発明の第二の実施例を示す。■、■
におけるリニアリティは走査線の中央部における走査速
度に対する最大値で示した。

上述した第１表の値から本実施例は従来例に比較して、
サジタル像面の湾曲が２倍程度、メリジオナル像面の湾
曲が同等若しくはそれ以上、リニアリティが４〜５倍程
度にそれぞれ改善できることがわかる。特に、リニアリ
ティについては、本実施例の値は、電気的補正手段のよ
うな付加的な補正手段が不必要な２〜３％以下の値にす
ることができる。さらに、走査線の曲がりについても実
用上問題のない程度にまで補正することができる。

なお、本発明における第一の実施例及び第二の実施例に
おいては、補正レンズ９を１枚で構成したが、これに限
るものではなく加工成形等種々の事情を鑑み複数枚で構
成してもよい。例えば、２枚構成の補正レンズ９を考え
第一レンズ、第二レンズとすると、第一レンズの入射面
を１枚構成の時の入射面と同一の形状としその出射面を
球面とし、第二レンズの入射面を球面としその出射面を
１枚構成の時の出射面と同一の形状としてもよい。

効果 本発明は、回転反射鏡の反射面をその反射面内の各部分
で曲率の異なる曲面として形成し、反射面と走査面との
間の光路上に、走査方向に平行な回転対称軸を中心とし
て副走査方向に描かれた円弧状の回転対称曲面が、前記
回転反射鏡の回転軸を含み前記回転対称軸に垂直な対称
面を有するように形成された走査方向及び副走査方向に
パワーを有する入射面と、この入射面の反対側に位置し
走査方向に対して左右対称に形成され走査方向にパワー
を有する出射面とからなる補正レンズを配設したので、
回転反射鏡の反射面をその反射面内の各部分で曲率の異
なる曲面とすることにより曲率の一定な球面や円筒面に
比べ一層効果的に走査方向の像面（サジタル像面）の湾
曲を補正することができる。また、補正レンズの入射面
を走査方向に平行な回転対称軸を有する回転対称曲面と
したので走査方向に垂直な副走査方向のパワーを変化さ
せることができ、これにより、副走査方向の像面（メリ
ジオナル像面）の湾曲を補正することができる。さらに
、補正レンズの出射面を走査方向にパワーを有する曲面
としたので、この曲面に一１６＝ よってｆθ特性の補正効果と一層高度なサジタル像面の
補正効果とを得ることができる。

従って、回転反射鏡の反射面、補正レンズの入射面及び
出射面の補正効果を組み合わせることによりｆθ特性の
補正や、サジタル像面及びメリジオナル像面の湾曲の補
正を行うことができ、これにより、従来、問題とされて
いたｆθ特性の補正を電気的手段によらず光学的手段に
よって行うことができるため高性能で、しかも、安価で
簡単な構造にすることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す斜視図、第２図は
その平面図、第３図は第１図の側面図、第４図及び第５
図はポリゴンミラーの反射面を円筒面とした場合の説明
図、第６図は補正レンズを走査方向に平行な平面、に沿
って切断した場合の断面形状を示す説明図、第７図は第
１図における光学装置の諸特性を示す説明図である。 １・・・半導体レーザ、６・・・反射面、７・・・回転
反射鏡、８・・・曲面、９・・・補正レンズ、１０・・
・走査面、１１・・・感光体、１２・・・回転対称軸、
１３・・・回転対称曲面、１４・・・入射面、１５・・
・出射面、１６・・・回転対称軸、１７・・・回転対称
曲面、１８・・・回転軸、０２・・・中心点 出　願　人　　　　東京電気株式会社 Ｊ　Ｕ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザからの光ビームを回転反射鏡の反射面
   に照射し、この反射面により偏向走査された光ビームを
   感光体の走査面に照射することにより光ビームを走査す
   るポストオブジエクテイブ型光ビーム走査装置において
   、前記回転反射鏡の前記反射面をその反射面内の各部分
   で曲率の異なる曲面として形成し、前記反射面と前記走
   査面との間の光路上に、走査方向に平行な回転対称軸を
   中心として副走査方向に描かれた円弧状の回転対称曲面
   が、前記回転反射鏡の回転軸を含み前記回転対称軸に垂
   直な対称面を有するように形成された走査方向及び副走
   査方向にパワーを有する入射面と、この入射面の反対側
   に位置し走査方向に対して左右対称に形成され走査方向
   にパワーを有する出射面とからなる補正レンズを配設し
   たことを特徴とするポストオブジエクテイブ型光走査装
   置。 ２、補正レンズの入射面は、回転対称軸を中心として副
   走査方向に描かれた円弧状の回転対称曲面内で偶数次の
   多項式で表わせる形状としたことを特徴とする請求項１
   記載のポストオブジエクテイブ型光走査装置。 ３、補正レンズの出射面は、入射面の回転対称軸に直交
   し走査方向に対して左右対称に形成された形状の中心点
   を回転対称軸とする回転対称曲面としたことを特徴とす
   る請求項１記載のポストオブジエクテイブ型光走査装置
   。 ４、補正レンズの出射面は、出射面の回転対称軸を含む
   回転対称曲面内で偶数次の多項式で表わせる形状とした
   ことを特徴とする請求項１記載のポストオブジエクテイ
   ブ型光走査装置。