JPH02238423A - 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］ 本発明は光走査装置に関する。

［従来の技術］ レーザー光源装置からの略平行な光束をシリンドリカル
レンズにより主走査対応方向に長い線像として結像させ
、この線像の結像位置の近傍に偏向反射面を持つ回転多
面鏡により偏向させ、偏向光束を結像光学系により被走
査面上に光スポットとして結像させて光走査を行う光走
査装置は、従来からレーザープリンターやレーザーファ
クシミリ、デジタル複写機、レーザー製版機等に関連し
て良く知られている。

回転多面鏡を用いる光走査装置には周知の如く「面倒れ
」の問題があり、この面倒れの補正のために上記装置で
は、シリンドリカルレンズにより、レーザー光源装置か
らの略平行な光束を回転多面鏡の偏向反射面の近傍に主
走査対応方向に長い線像として結像させるとともに、結
像光学系により偏向反射面による偏向の起点と被走査面
とを副走査方向に関して幾何光学的に略共役な関係とし
ている。このため結像光学系は、主走査方向のパワーに
比して副走査方向のパワーが強いアナモフィックな光学
系となり、副走査方向に関して強い像面湾曲が発生しや
すい。

［発明が解決しようとする課題コ 上記の如き副走査方向の像面湾曲は、被走査面を走査す
る光スポットの副走査方向の径が結像位置とともに変動
ず・る原因となり、主走査領域に於いて光スポットの副
走査方向の径が不均一となって高密度光走査の実現上の
大きな障害となる。

上記の如き副走査方向の像面湾曲を、結像光学系の性能
により補正しようとする試みは従来から種々なされてい
るが、高密度化の要請を満足するには結像光学系設計上
、非常な困難が伴うという問題があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は上記副走査方向の像面湾曲を容易且
つ確実に除去することができ、さらに上記像面湾曲除去
後にも残存する副走査方向の光スポット径の不均一を有
効に除去して、高密度光走査を可能ならしめた新規な光
走査装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の光走査装置はレーザープリンターやレーザーフ
ァクシミリ、デジタル複写機、レーザ製版機等に適用で
き「レーザー光源装置と、線像結像装置と、回転多面鏡
と、結像光学系と」を有する。

「レーザー光源装置」からは、略平行なレーザー光束が
放射される。

ｒ線像結像装置」は、レーザー光源装置からの略平行な
光束を主走査対応方向に長い線像に結像させる． 「回転多面鏡」は、上記線像の結像位置の近傍に偏向反
射面を有し、レーザー光源装置から線像結像装置を介し
て入射する光束を反射する。反射光束は、回転多面鏡の
回転に伴い偏向光束となって結像光学系に入射する。

「結像光学系」は、偏向光束を被走査面上に光スポット
として結像させるが、このとき偏向反射面による偏向の
起点と被走査面とを副走査方向に関して幾何光学的に略
共役な関係とし、回転多面鏡に於ける面倒れの影響を補
正する。

さて、本発明の特徴とするところはｒ線像結像装置」に
ある。

ｒ線像結像装置」は、シリンドリカルレンズと、変位手
段と、揺動手段と、第１及び第２の制御手段とを有する
． 「変位手段」は、上記シリンドリカルレンズを光軸方向
へ変位させるための手段である。

「揺動手段」は、上記シリンドリカルレンズを光軸の回
りに微小揺動させる手段である。

「第１の制御手段」は、上記偏向光束による光走査に同
期して上記結像光学系の副走査方向の像面湾曲を除去す
るように上記変位手段によるシリンドリカルレンズの変
位を制御する手段である。

「第２の制御手段」は、上記偏向光束による光走査に同
期して上記光スポットの副走査方向の径を均一化するよ
うに上記揺動手段によるシリンドリカルレンズの微少揺
動を制御する手段である。

なお、変位手段としては公知の適宜の平行移動機構を用
い、その駆動源としては電歪素子や磁歪素子を用いれば
良い。また揺動手段としては、例えばシリンドリカルレ
ンズの保持枠を従動リンクとして４節リンク機構による
揺動機構を構成し、駆動リンクを電歪素子や磁歪素子で
揺動させるようにするなどすれば良い。

［作　　用］ 「結像光学系」は、偏向反射面による偏向の起点と被走
査面とを副走査方向に関して幾何光学的に略共役な関係
とするので、副走査方向に関して被走査面上に結像する
のは「線像結像装置」によるｒ線像」の上記結像光学系
による像である。線像結像装置による線像の結像位置が
光路上で変化すると結像光学系による線像の像の結像位
置も結像光学系の縦倍率に従って変位する。このことを
利用すると副走査方向の像面湾曲を除去することができ
る。

そこで、線像結像装置のシリンドリカルレンズを変位手
段により光軸方向へ変位させ、この移動により線像の結
像位置を光路上で変位させるが、この変位を第１の制御
手段により「結像光学系に伴う副走査方向の像面湾曲を
除去し得るように、偏向光束による光走査に同期して」
制御するのである。

このようにして副走査方向の像面湾曲に伴う光スポット
径の変動を除去できる。しかし、これのみで光スポット
径の変動を完全に除去できる訳ではない。レーザー光束
を集束させて得られる光スポット径は所謂ビームウエス
ト径で定まる有限のものであり、これは上記「線像」に
就いても同じである。従って被走査面上の副走査方向の
光スポット径はシリンドリカルレンズによる線像のビ−
ムウエスト径と結像光学系の副走査方向の横倍率で結び
付いており、上記シリンドリカルレンズの変位に伴い線
像の結像位置を変位させると上記横倍率がそれに伴い変
動して光スポット径の変動が生ずる。この変動を光スポ
ット径の「残存変動」と呼ぶ。この残存変動は上述した
像面湾曲にともなう光スポット径の変動に比べれば、よ
り高次の微小量であり無視することができる場合も多い
が、それでも光走査による印字の高品質化のためにはな
おざりにできない。

そこで本発明では、「揺動手段」によるシリンドリカル
レンズの微少揺動を第２の制御手段により、「偏向光束
による光走査に同期して光スポットの副走査方向の径を
均一化するように」制御するのである。揺動により、シ
リンドリカルレンズの母線方向が正規の方向から傾くと
、これに伴い副走査方向のパワーが正規の状態より小さ
くなるので、このことを利用して被走査面上の光スポッ
トの副走査方向の径を変化させ得るのである。

［実施例コ 以下、図面を参照しながら具体的な実施例に即して説明
する。

第１図は、本発明の１実施例を説明に必要な部分のみ略
示している。

符号１をもって示すレーザー光源装置は、光源もしくは
光源とコリメートレンズ系とからなり、略平行な光束を
放射する。なお、この実施例で光源としては半導体レー
ザーが想定されている。

光源ｌからの平行光束は、線像結像装置のシリンドリカ
ルレンズ２により回転多面鏡３の偏向反射面４の近傍に
、主走査対応方向に長い線像として結像する。

偏向反射面４により反射された光束は、回転多面鏡３が
軸３Ａの回りに回転すると偏向光束となって結像光学系
に入射する。

結像光学系は２枚のレンズ５．６により構成される所謂
ｆθレンズであり、偏向光束を被走査面７上に光スポッ
トとして結像させる。この光スポットが被走査面７を光
走査する。なお、レンズ５はシリンダー面と平面からな
る単レンズ、レンズ６はシリンダー面とトーリック面と
からなる単レンズである。

第２図は、第１図の光学系を光路に沿って展開し、副走
査方向が上下方向となるように示したものである。

第２図（ａ）では、線像結像装置のシリンドリカルレン
ズ２の作用により、レーザー光源装置１からの光が偏向
反射面４の位置に線像として結像した状態を示している
。結像光学系を構成するレンズ５．６は副走査方向に関
して偏向反射面４による偏向の起点と被走査面７とを幾
何光学的に略共役な関係としているので、この場合は線
像の像が被走査面７上に結像している。

しかるに第２図（ｂ）に示すように、線像の結像位置が
ΔＸだけずれると、結像光学系による副走査方向の結像
位置はΔＸ゛だけ変位し、これら変位ΔＸ，ΔＸ゛の間
には、結像光学系の副走査方向に関する横倍率をβとし
て、周知の如く Δｘ゛＝β２　・ΔＸ の関係が成り立つ。

二二で「結像光学系」に関する具体的なデータを挙げる
。

偏向反射面４の側から被走査面側へ向かって、第ｉ番目
のレンズ面の主走査方向の曲率半径（副走査方向から見
た曲率半径）をＲ４１、副走査方向の曲率半径（主走査
方向から見た曲率半径）をＲｉＹ、偏向反射面４側から
第ｉ番目の面間隔をｄい偏向反射面から第ｊ番目のレン
ズの屈折率をｎ，とするとき、これらは以下のように与
えられる。

ｌ　　　Ｒ　ｉ　Ｘ　　　　Ｒ　ｉ　Ｙ　　　　ｄ　ｉ
　　　Ｊ　　　ｎ　ｊ１　　−１０７．７７４　　　ｃ
ｏ　　　　５．６７２　　１　　１．７１２２１２　　
ω　　　　ω　　　１０．　９６６３　　　Ｃｏ　　　
　−５２．５６５　　　８．８０７　　２　　１．６７
５４　　−４５．５６９　　−１２．０５２主走査方向
の合成焦点距離ｆＭ＝１００、明るさＦ／Ｎｏ・５４．
７、偏向角２θ＝６７．　８度、副走査方向の横倍率β
＝−４．１２、副走査方向の合成焦点距離ｆｓ＝２２．
　６９８、回転多面鏡３の内接円半径Ｒに対する焦点距
離九の比Ｒ／ｆＭ＝０．　１３２である。また、上記屈
折率はレーザー光源装置１から波長７８０ｎｍの光に対
するものである。

線像結像装置のシリンドリカルレンズ２により、レーザ
ー光源装置１からの光束を第２図（ａ）に示すように偏
向反射面４の極近傍に結像させた場合における上記「結
像光学系」による像面湾曲を第３図に示す。破線は主走
査方向の像面湾曲を示し、実線は副走査方向の像面湾曲
を示す。

第１図に於いて変位手段８はシリンドリカルレンズ２を
光軸方向へ変位させる。

変位手段８に第１の制御手段１０から制御信号に応じた
電圧が印加されると、前述の電歪素子等によりシリンド
リカルレンズ２が印加電圧に応じて光軸方向へずれる。

このシリンドリカルレンズ２の移動量は線像の変位量Δ
Ｘに等しい。

この変位ΔＸは、光スポットの結像位置に変位ΔＸ゛を
もたらす。そして、この両者は先に説明した関係Δｘ゜
＝β２　・ΔＸで結び付けられている。

そこで、結像光学系の副走査方向の像面湾曲量（第３図
参照）を主走査方向の結像位置２に応じてＷ（ｚ）とす
れば、結像位置２に応じてシリンドリカルレンズ２を光
軸方向へ変位させ、この変位による結像位置の変位ΔＸ
゛が副走査方向の像面湾曲Ｗ（ｚ）を相殺するようにす
るには、ΔＸ’　：−Ｗ（ｚ）となるようにすればよく
、シリンドリカルレンズ２を−Ｗ（ｚ）／β２だけ変位
させれば良い。この変位量を第４図に示す． 一方、シリンドリカルレンズ２の変位量と、上記印加電
圧との関係は予め定めることができる。

光スポットの結像位置２は光走査との対応で時間的に定
まるので、光走査の同期をとる同期クロックに対応させ
て結像位置２を定め、各結像位置と、シリンドリカルレ
ンズ２を一Ｗ（ｚ）／β２だけ変位させ得る電圧Ｖ（ｚ
）との関係を予め、第１図に示す第１の制御手段１０さ
せて置き、その記憶内容に応じて制御手段ｌＯにより光
走査に同期してシリンドリカルレンズの変位を制御して
副走査方向の像面湾曲を除去することができる。

第５図に、副走査方向の像面湾曲を上述のごとくして除
去した後の像面湾曲状態を示す。上記の方法では、主走
査方向には何ら変化が生じないので、主走査方向の像面
湾曲は第３図と同じ状態で残存する。しかし、主走査方
向の像面湾曲のみであれば結像光学系の設計によっても
除去できるし、また第５図の程度の像面湾曲による主走
査方向の光スポット径の変動は殆ど問題とならない。

さて、レーザー光束は周知の如くガウス型の強度分布を
持ち、これを被走査面７上に光スポットとして結像させ
た場合、この光スポットは第７図に示すようにガウス型
の強度分布を持つ。

光走査装置では被走査面に感光性の記録媒体を於いて印
字を行うのであるが、感光性の記録媒体で光エネルギー
に反応するしきい値を第７図のように作像レベルとする
と、光スポット径自体は第７図の２ｗである。

第６図で、曲線３−１はレーザー光束が副走査方向に２
ｗ２の径の光スポットとして被走査面７上に集束してい
る状態を示している。この状態からシリンドリカルレン
ズ２の母線方向（無曲率の方向）を正規の方向、即ち主
走査対応方向から傾けるとシリンドリカルレンズ２の副
走査方向のパワーが見掛け上小さくなり、これにより被
走査面７上の光スポットの副走査方向の強度分布は第６
図の曲線３−２の如きものとなり光スポット径は２ｗ３
になる。従って、本発明に於いては副走査方向の光スポ
ット径の「残存変動」をシリンドリカルレンズ２の揺動
により有効に均一化するのである。

即ち、具体的には主走査方向の結像位置２と残存変動に
よる副走査方向の光スポット径の関係を予め調べ、残存
変動に於ける副走査方向の光スポット径の最大が、目標
スポット径２Ｗ３となるようにアパーチュア（光スポッ
ト径の規制のために一般にシリンドリカルレンズより光
源側に設けられる）等を設計し、残存変動による副走査
方向の光スポット径の変動を除去するように，揺動手段
９（第１図参照）によりシリンドリカルレンズ２を微少
揺動させる。揺動量は予め同期クロックと関係付けて第
２の制御手段ｌ１に記憶させておき、その記憶内容に応
じて揺動手段９により光走査に同期してシリンドリカル
レンズの揺動を制御して残存変動を除去することができ
る。

第１及び第２の制御手段は、共通のマイクロコンピュー
ターで構成できる。

また、シリンドリカルレンズ２の揺動角は最大でも１度
程度であるので主走査方向には揺動の影響はない。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

この装置は上記の如く構成されているので副走査方向の
光スポット径を極めて高精度に均一化できるので、極め
て良質の光走査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を示す図、第２図ないし第
７図は、本発明の原理を実施例との関連に於いて説明す
るための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザー光源装置と、このレーザー光源装置からの略平
   行な光束を主走査対応方向に長い線像として結像させる
   線像結像装置と、上記線像の結像位置の近傍に偏向反射
   面を有する回転多面鏡と、この回転多面鏡と被走査面と
   の間に配備され、上記偏向反射面による偏向起点と被走
   査面とを副走査方向に関して幾何光学的に略共役な関係
   にするとともに上記偏向反射面による偏向光束を上記被
   走査面上に光スポットとして結像させる結像光学系とを
   有し、 上記線像結像装置が、シリンドリカルレンズと、このシ
   リンドリカルレンズを光軸方向へ変位させる変位手段と
   、上記偏向光束による光走査に同期して上記結像光学系
   の副走査方向の像面湾曲を除去するように上記変位手段
   による変位を制御する第１の制御手段と、上記シリンド
   リカルレンズを光軸の回りに微小揺動させる揺動手段と
   、上記偏向光束による光走査に同期して上記光スポット
   の副走査方向の径を均一化するように上記揺動手段によ
   る微少揺動を制御する第２の制御手段とを有することを
   特徴とする、光走査装置。