JPH01200222A - 光ビーム走査光学系 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、光ビーム走査光学系、特にレーザビーム・プ
リンタやファクシミリ等に組み込まれ、画像情報を乗せ
た光束を感光体上に集光させる光ビーム走査光学系の構
造に関する。

従来の技術とその課題 一般に、レーザビーム・プリンタやファクシミリで使用
されている光ビーム走査光学系は、基本的には、光源と
しての半導体レーザ、ポリゴンミラー、ガルバノミラ−
等の偏向器、ｆθレンズにより構成されている。偏向器
は半導体レーザから発せられた光束を等角速度で走査す
るものであり、そのままでは集光面で主走査方向中心部
から両端部にわたって走査速度に差を生じ、等質な画像
が得られない。ｆθレンズは、この様な走査速度差を補
正するために設置されている。

ところで、ｆθレンズは種々の凹レンズ、凸レンズ等を
組み合わせたものであり、レンズ設計が極めて複雑で、
研摩面数が多くて加工上の精度向上が図り難く、高価で
もある。しかも、透光性の良好な材質を選択しなければ
ならないという材質面からの制約もある。

そのため、従来では、ｆθレンズに・代えて、楕円面ミ
ラーを使用すること（特開昭５４−１２３０４０号公報
）、放物面ミラーを使用すること（特公昭５５−３６１
２７号公報）、凹面反射鏡を使用すること（特開昭６１
−１７３２１２号公報）が提案されている。しかしなが
ら、楕円面ミラーや放物面ミラーでは加工自体及び加工
精度を上げることが困難であるという問題点を有してい
る。

そこで、本発明の課題は、高価で制約の多いｆθレンズ
や従来提案された放物面ミラー等に代えて、より加工が
容易で加工精度を高めることができる走査速度補正手段
を採用し、光学系のコンパクト化を図り、なおかつ集光
点での主走査方向に垂直な像面の湾曲を小さくすると共
に、偏向器の面倒れ誤差を効果的に補正することにある
。即ち、偏向器としてポリゴンミラー等の回転多面鏡を
使用する場合、各面相互の垂直度誤差（面倒れ誤差）が
生じていると、感光体面での走査線が副走査方向にずれ
を生じることとなる。本発明はこの様な面倒れ誤差によ
るピッチむらをも是正しようとするものである。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するため、本発明に係る光ビーム走査
光学系は、 （ａ）強度変調された光束を発生する光源と、（ｂ）前
記光源から放射された光束を走査フｊ向と同一平面の直
線状に収束させる手段と、（ｅ）集光線付近に置かれ、
前記収束光束を等角速度で走査する偏向器と、 （ｄ）前記偏向器で走査された光束を折り返して感光体
面上に集光させる球面ミラーと、（ｅ）前記偏向器と球
面ミラーとの間に配置されたトロイダルレンズとを備え
、 （ｆ）前記トロイダルレンズと球面ミラーとを偏向面に
垂直な面内でそれぞれ傾斜させて配置したこと、 を特徴とする。

作用 以上の構成において、光源から放射された光束は偏向器
によって等角速度に走査きれ、この走査光束は球面ミラ
ーで反射され、感光体面上に集光する。前記偏向器によ
る主走査及び感光体面の移動による副走査で画像が形成
される。そして、球面ミラーによる反射光束は主走査方
向に対する走査速度を走査域中心からその両端部にわた
って均等となる様に補正され、かつ、集光面においては
広画角にわたって良好な歪曲特性と、良好な像面平坦性
が得られる。

また、光源から放射された光束は走査方向（偏向面内）
の直線状に収束されて偏向器に入射される。そして、ト
ロイダルレンズは偏向器で走査された光束を感光体面上
に集光させ、偏向器の面倒れによる誤差を補正する。

さらに、トロイダルレンズの曲率を適切に選択すること
によって像面平坦性が向上する。

さらに、以上の構成において、球面ミラーが偏向面に垂
直な面内で傾斜状態で配置されていることにより、光束
は球面ミラーにて入射とは異なった方向へ反射され、ビ
ームスプリッタ等の半透光手段を必要とすることなく直
接あるいは折り返しミラーを介在させることにより感光
体面に集光する。なお、球面ミラーを傾斜させることに
よる感光体面での走査線の曲がりは、トロイダルレンズ
を同様に傾斜させて配置することにより補正している。

実施例 以下、本発明に係る光ビーム走査光学系の実施例につき
、添付図面を参照して説明する。

第１図において、（１〉は半導体レーザ、（６）はコリ
メータレンズ、（７）はシリンドリカルレンズ、（１０
）はポリゴンミラー、（１３）はトロイダルレンズ、（
２０）は球面ミラー、（２５）は平板状の折り返しミラ
ー、（３０）はドラム状の感光体である。

半導体レーザ（１）は図示しない制御回路によって強度
変調され画像情報を乗せた発散光束を放射する。この発
散光束はコリメータレンズ（６）を通過することにより
収束光束に修正される。さらに、この収束光束はシリン
ドリカルレンズ（７）を通過することにより走査方向に
、即ち、以下のポリゴンミラー（１０）の反射面付近に
（偏向面内の）直線状に収束される。ポリゴンミラー（
１０）は図示しないモータにて支軸（１１）を中心に矢
印（８）方向に一定速度で回転駆動きれる。従って、シ
リンドリカルレンズク７）から射出された収束光束は、
ポリゴンミラー（１０〉の面で連続的に反射され、等角
速度で走査される。この走査光束はトロイダルレンズ（
１３）を透過した後、球面ミラー（２０〉の凹面側にて
反ｆ１．Ｉされ、さらに、折り返しミラー（２５）で反
射された後感光体（３０）上に集光きれる。このときの
集光光束は感光体く３０）の軸方向に等速で走査され、
これを主走査と称する。また、感光体く３０）は矢印（
ｂ）方向に一定速度で回転駆動され、この回転による走
査を副走査と称する。

即ち、以上の光ビーム走査光学系においては、半導体レ
ーザ（１）の強度変調と前記主走査、副走査によって感
光体く３０）上に画像（静電潜像）が形成される。そし
て、第２図に示す如く、球面ミラー（２０）が従来のｒ
θレンズに代わって、主走査方向に対する走査速度を走
査域中心からその両端部にわたって均等となる様に補正
する。

また、ポリゴンミラー（１０）からの反射光路中に設置
したトロイダルレンズ（１３）は、ポリゴンミラー（１
０）の面倒れ誤差を補正することを主たる目的とする。

即ち、ポリゴンミラー（１０）の各反射面相互に垂直度
の誤差が生じていると、感光体（３０）上での走査線が
副走査方向にずれを生じ、画像にピッチむらが発生する
。この而倒れ誤差はポリゴンミラー（１０）による偏向
面に垂直な断面においてポリゴンミラー（１０）の各反
射面と感光体（３０）の集光面とを共役関係に設定すれ
ば補正することができる。本発明ではシリンドリカルレ
ンズ（７〉によって光束をポリゴンミラー（１０）に集
光する一方、トロイダルレンズ（１３）によってポリゴ
ンミラー（１０）の各反射面と集光面とが共役関係を保
持する様にしている。

きらに、トロイダルレンズ（１３）はポリゴンミラー（
１０）による偏向面に垂直な断面の光束による像面を平
坦にするため、偏向面内における曲率半径を適切な値と
し［以下の実験例における（Ｒｔａ）。

（Ｒｔａ）参照コ、かつ、第２図中（Ｙ）方向に（ｙｔ
）だけシフトさせて配置することが好ましい。この偏向
面内における曲率半径（Ｒｔａ）、（Ｒｔａ）は、ポリ
ゴンミラー（１０）による走査域中心への光束反射点（
以下、偏向点と記す）　（１０ａ）からトロイダルレン
ズ（１３〉までの距離（ｄｏ）に比べて少し大きくなる
。

また、トロイダルレンズ（１３）の適切なシフト量（Ｙ
ア）は、ポリゴンミラー（１０）のサイズ、画角、ポリ
ゴンミラー（１０）への光束の入射方向等によって異な
る。具体例は以下の実験例（Ｉ）〜（ＩＶ）に示す。

また、球面ミラー（２０）は、第３図に示す様に、偏向
面に垂直な面内で（θ、）の角度で傾斜して配置されて
いる。これは、光束を入射とは異なった方向へ反射させ
るためである。傾斜角（θ、）が零であると光束は入射
と同じ方向へ反射され、この反射光を感光体（３０）へ
導くにはビームスプリッタ等の半透光手段を必要とする
。しかし、半透光手段を用いると光量が減衰することと
なる。そこで、本実施例では球面ミラー（２０）を傾斜
させて光路を折り返し、ミラー（２５〉を介して感光体
（３０）上へ集光することとした。

但し、球面ミラー（２０〉のみを角度（θ、）だけ傾斜
させると、集光面での走査線が曲がる。これを補正する
ため、トロイダルレンズ（１３〉も偏向面に垂直な面内
で（θ、）の角度で傾斜させることとした。

また、本実施例ではコリメータレンズ（６）にて発散光
束を収束光束に修正している。これは収束光束とするこ
とによって感光体（３０）上での集光点（結像面）での
湾曲を補正するためである。即ち、ポリゴンミラーけ０
〉へ収束光束あるいは発散光束を入射させると（他の回
転偏向器でも同じであるが）、ポリゴンミラー（１０〉
での反射後の集光点は、ポリゴンミラー（１０）の後に
は光学部品がないとすると、その反射点を中心として略
円弧状となり、これを直線で受けると像面湾曲を生じる
ことになる。ボリゴンミ、５−　（１０）へ収束光束を
入射させると、光線入射方向に凹の像面湾曲を生じる。

また、入射光の収束具合によって、球面ミラー（２０）
と像面との距離も変わる。この距離の変化によって像面
湾曲も変化する。即ち、収束光束による像面湾曲により
、球面ミラー（２０）の凹面による湾曲を補正し、結果
的に集光面での像面湾曲を小キくシ、像面の平坦性を良
好なものとする。

像面湾曲が小さくなると、走査位置（像高）の相違によ
る集光光束径の変動が小さくなり、光学系を広画角で使
用することができ、また、集光光束径を小さくできるの
で画像の高密度化が可能となる利点を有する。

詳しくは、第２図に示す様に、ポリゴンミラー（１０）
の偏向点（１０ａ）から球面ミラー（２０）の頂点（２
０ａ）までの距１！３ｆｔ（ｄ）と、球面ミラー（２０
）（７）曲率半径（ＲＭ）との関係、及びこの曲率半径
（ＲＭ）と偏向点（１０ａ）からポリゴンミラー（１０
）での反射後の集光点までの距＊＜Ｅｓ＞　（図示せず
）との関係については、 （Ｉ　Ｓ／ＲＭ　Ｉ　）＞０．４　　　　　−−（Ｄｏ
、１＜（ｄ／　Ｉ　ＲＭ　Ｉ　）＜０．７　　　　　　
　・・・・・・■なる式を満足するのが望ましい。

なお、第２図において、（ｄ′）は球面ミラー（２０）
の頂点（２０ａ）から感光体（３０）までの距離である
。

前記■式、■式を満足すると、広画角にわたって良好な
歪曲特性と、良好な像面平坦性が得られる。各式での下
限及び上限は、感光体（３０）上での画像歪みの程度に
より経験上許容できる範囲として設定した値である。前
記０式の下限を越えると、像面が球面ミラー（２０）に
近付き配置が困難となり、歪曲特性も悪くなる。

一方、前記０式の下限を越えると、走査角の増大に従っ
て正の歪曲が増大し、主走査方向の両端（走査開始付近
及び走査終了付近）で画像が伸びることとなる。また、
前記上限を越えると、走査角の増大に従って負の歪曲が
増大し、主走査方向の両端で画像が縮むこととなり、さ
らに像面湾曲が大きくなる。

ここで、本実施例における実験例（１）、（Ｉ［）。

（Ｉ［Ｉ　）、　（ＩＩＶ　）での構成データを示す。

なお、ポリゴンミラー（１０）の対面距離は２３．５ｍ
ｍとした。

［以下余白］ 以上の各実験例（Ｉ　）、（Ｉｆ）、（ＩＩＩ）、（Ｉ
Ｖ）における感光体集光面での収差をそれぞれ第４図、
第５図。

第６図、第７図に示す。各図中（ａ）は、横軸を走査角
度、縦軸を歪曲度としたグラフである。各図中（ｂ）は
、横軸を走査角度、縦軸を湾曲度としたグラフで、点線
は偏向面内の光束による像面湾曲を示し、実線は偏向面
に対する垂直面内の光束による像面湾曲を示す。各図中
（ｃ）は、横軸を走査角度、縦軸を走査線歪曲度とした
グラフで、走査線の偏向面に垂直な方向への位置ずれ、
即ち、走査線の曲がりを示す。

なお、本発明に係る光ビーム走査光学系は以上の実施例
に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変
形することができる。

例えば、折り返しミラー（２５）は１枚でなく、複数枚
設けても良く、あるいは省略して球面ミラー（２０）か
らの反射光を直接感光体く３０）へ集光させても良い。

偏向器としては前記のポリゴンミラー（１０）以外に、
光束を一平面に等角速度で走査可能なものであれば、種
々のものを用いることができる。また、光源としては半
導体レーザ以外に、他のレーザ発生手段や点光源を用い
ても良い。

一方、前記実施例では球面ミラーの主走査方向へのシフ
ト［第２図中（Ｙ）方向、シフト量（ＹＭ）　］につい
ては言及していない。しかし、収差補正や配置の容易性
を考慮すれば、球面ミラーを前記方向へシフトさせるこ
とが考えられる。例えば、前記実験例（Ｉ）（第４図参
照）等の様に歪曲収差が左右対称でない場合、この様な
球面ミラーのシフトによって歪曲収差をさらに小きくす
ることができる。

また、前記実施例ではコリメータレンズにより半導体レ
ーザから放射された発散光束を収束光束に修正している
が、単に略平行光束に修正する様にしても良い。

発明の効果 以上の説明で明らかな様に、本発明によれば、偏向器か
ら感光体面への光路中に前記■式、■式を満足する様に
球面ミラーを介在させたため、主走査方向での走査速度
を均等に補正できることは勿論、集光面において広画角
にわたって良好な歪曲特性及び良好な像面平坦性を得る
ことができる。

さらに、球面ミラーは従来のｆθレンズに比べて加工が
容易で加工精度も向上し、透明である必要はないことか
ら材質も広く選択でき、全体として安価かつ高性能な走
査光学系とすることができる。

しかも、球面ミラー自体によって光路が折り返され、光
学系全体がコンパクトになる。また、放物面ミラーや楕
円面ミラーに比べても加工上、精度上有利であり、従来
の凹面反射鏡に比べて小型化することも可能である。

さらに、偏向器と球面ミラーとの間にトロイダルレンズ
を配置したため、該トロイダルレンズによって偏向器の
各反射面の面倒れによる誤差を補正し、画像の副走査方
向のピッチむらを補正することができる。しかも、トロ
イダルレンズと球面ミラーとをそれぞれ偏向面に垂直な
面内で傾斜させたため、球面ミラーでの反射光に適当な
角度を付け、走査線の曲がりを補正したうえで半透光手
段を介することなく感光体上に集光させることができ、
光学部材の配置の任意性が向上し、光量の減衰も少なく
なる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は概略構成を示
す斜視図、第２図、第３図は光路を模式的に説明するた
めの図、第４図〜第７図は集光面での像歪を示すグラフ
である。 （１）・・・半導体レーザ、（６）・・・コリメータレ
ンズ、（７〉・・・シリンドリカルレンズ、（１０）・
・・ポリゴンミラー、　（１３）・・・トロイダルレン
ズ、（２０）・・・球面ミラー、（３０）・・・感光体
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強度変調された光束を発生する光源と、前記光源か
   ら放射された光束を走査方向と同一平面の直線状に収束
   させる手段と、 集光線付近に置かれ、前記収束光束を等角速度で走査す
   る偏向器と、 前記偏向器で走査された光束を折り返して感光体面上に
   集光させる球面ミラーと、 前記偏向器と球面ミラーとの間に配置されたトロイダル
   レンズとを備え、 前記トロイダルレンズと球面ミラーとを偏向面に垂直な
   面内でそれぞれ傾斜させて配置したこと、を特徴とする
   光ビーム走査光学系。