JPH02280111A - 光走査装置における像面湾曲補正装置 - 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おける像面湾曲補正装置に関する
。

［従来の技術］ 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、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により偏向させ、偏向反射面に
よる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被走査面を光走査する方式の光走査
装置は、従来から光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、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に結像させると
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。

このような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
する原因となり、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、副走査方向の像面湾曲を良好に補正すると主走査
方向の像面湾曲が著しくなって、主走査方向の光スポツ
ト径に関して上記と同様の問題が発生したり、あるいは
所謂ｆθ特性か低下するなどの問題が生じたりする。

そこで近来、光源装置と回転多面鏡との間に、像面湾曲
補正用のシリンドリカルレンズを配備し、このシリンド
リカルレンズを光軸方向へ変位させることにより像面湾
曲を補正することが意図されている。この方法では結像
光学系の持つ像面湾曲形状に対応させてシリンドリカル
レンズを変位させることにより、像面湾曲を略完全に除
去することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、像面湾曲補正用のシリンドリカルレンズを像面
湾曲形状に応じて変位させるのは必ずしも容易ではなく
、その実現には複雑な制Ｗ機構を必要とする。

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、副走査方向または主走査方向の像
面湾曲を容易に軽減することができ、新規で且つ構造の
簡単な像面湾曲補正装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下１本発明を説明する６ 本発明は、光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用いられる光走査装置
に対して適用できる。

本発明を適用できる光走査装置は、［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
、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上記被走査面を
光走査する方式の光走査装置」である。従って結像光学
系は副走査方向に関して、偏向反射面位置と被走査面位
置とを幾何光学的に略共役な関係とする。

本発明の像面湾曲補正装置は、上記結像光学系による主
走査方向または副走査方向の像面湾曲を補正する装置で
ある。しかし主・副走査方向の像面湾曲補正は互いに独
立に行い得るので、主走査方向の像面湾曲補正用および
副走査方向の像面湾曲補正用の装置として、本発明の装
置を２組用意し、これらを組合せて用いれば主走査方向
と副走査方向の像面湾曲を同時に補正できる。

さて、本発明の像面湾曲補正装置は、「光源装置と１回
転多面鏡との間に配（１さ九た補正用のシリンドリカル
レンズと、このシリンドリカルレンズを偏向光束による
光走査に同期して光軸方向へ単振動させる変位手段と」
により構成される。

上記「変位手段」は、Ｕ字形状に形成されＵ字形状の底
部に上記シリンドリカルレンズを固定された「板ばね」
と、この板ばねのＵ字形状の開放部側を固定的に支持す
る「支持部材」と、上記Ｕ字形状の内部に配備され上記
板ばねに対称的な共振状態を生じせしめる「アクチュエ
ーター」とにより構成される。

上記アクチュエーターは「積層型圧電アクチュエーター
」であって、板ばねのＵ字形状の開放部と底部とを結ぶ
方向に於いて、取り付け位置を調整できる。

［作　　用］ 偏向光束による光走査は回転多面鏡の回転に伴い繰り返
される。結像光学系による像面湾曲は主・副方向とも回
転多面鏡の回転とともに繰り返し現れるから、これを時
間の関数と見た場合は、周期的な関数であり、多くの場
合、これを正弦関数もしくは余弦関数で近似できる。本
発明では、この観点に立脚し、像面湾曲に応じて補正用
のシリンドリカルレンズを単振動させて、像面湾曲の軽
減を図るのである。

単振動を実現するのに、本発明では板ばねと積層型圧電
アクチュエーターを用い、板ばねに対称的な共振状態を
生じさせる。

［実施例］ 以下１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２図は、本発明を適用できる光走査装置を説明に必要
な部分のみ示している。

符号１をもって示す光源装置は、光源たる半導体レーザ
ーＬＤとコリメートレンズ系ＣＬとからなり略平行な光
束を放射する。

光源１からの平行光束は、開口絞り８によりビーム径を
規制されたのち、シリンドリカルレンズ２人により回転
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、第２図に於いて符号２Ｂは主走査方向の像面湾曲
を補正するための補正用のシリンドリカルレンズを示す
、このシリンドリカルレンズ２Ｂは。

主走査方向の像面湾曲の補正が必要な場合にのみ用いら
れる。

一方、シリンドリカルレンズ２Ａは、面倒れ補正光学系
の一部として、上述の如くに光源装Ｍ１からの略平行な
光束を偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い線像とし
て結像させるが、このシリンドリカルレンズ２Ａは同時
に副走査方向の像面湾曲の補正用のシリンドリカルレン
ズを兼ねている。

なお、言うまでもないが第２図で上下方向が主走査方向
であり、図面に直交する方向が副走査方向である。

また、第２図で符号９は偏向光束を検出するための受光
素子を示し、この受光素子９の出力により光走査の同期
を取る。

第３図は、第２図の光学系を光路に沿って展開し、シリ
ンドリカルレンズ２人以後の部分を副走査方向が上下方
向となるように示したものである。

結像光学系５０はレンズ５，６によるレンズ系を略示し
たものである。

シリンドリカルレンズ２Ａが実線の位置にあるとき、同
レンズ２Ａによる線像Ｐは偏向反射面４の位置に結像す
る。結像光学系５０は上述したように副走査方向に関し
て偏向反射面４による偏向の起点と被走査面７の位置と
を幾何光学的に略共役な関係としており、この場合は線
像Ｐの像Ｑが被走査面７上に結像している。

しかるにシリンドリカルレンズ２ＡがΔＸだけずれて破
線で示す位置にくると線像Ｐ′の結像位置もΔＸだけず
れ、結像光学系５０による副走査方向の結像位置Ｑ′は
ΔＸ′だけ変位し、これら変位ΔＸ、ΔＸ′の間には、
結像光学系５０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（１） の関係が成り立つ。

第４図は、第３図と同様のことを主走査方向が上下方向
になるように示した図である。

主走査方向の像面湾曲の補正用のシリンドリカルレンズ
２Ｂを用いる場合、シリンドリカルレンズ２Ｂが実線の
位置にあるときに光源装置からの光束が結像光学系５０
により主走査方向に於いて被走査面７上に結像するもの
とする。シリンドリカルレンズ２Ｂが光軸方向へΔＹだ
け変位して、破線で示す位置を占めるようになると、結
像光学系５０による主走査方向の結像位置は被走査面７
の位置からΔＹ′だけず九る。このときのΔＹ、Δｙ′
の関係は周知の如く、結像光学系５０の像側焦点距離を
Ｆ、シリントリカルレンズ２Ｂの後側焦点距離をｆ、シ
リンドリカルレンズ２人の後側主点と結像光学系５０の
前側主点の間隔をｄとして、 ΔＹ’＝［Ｆ２／（Ｆ＋ｆ−ｄ）２］・ΔＹ　　（２）
で与えられる。

但し、（１）、（２）式の漂出に当たって、ΔＸ、ΔＹ
は微小量としている。

さて、結像光学系５０による像面湾曲が第５図の（Ｉ）
に示す如きものである場合を考えて見る。

この図で実線は副走査方向の像面湾曲、破線は主走査方
向の像面湾曲である１図の縦軸は偏向光束の偏向角であ
る。そこで、これら主・副走査方向の像面湾曲を偏向角
θの関数として、ＷＭ（Ｏ）、ＷＳ（θ）とすると、偏
向角θに応じてシリンドリカルレンズ２Ａを、その変位
量ΔＸ（θ）が５−リ、（θ）／β２に等しくなるよう
に変位させれば副走査方向の像面湾曲を除去できるし、
偏向角θに応じてシリンドリカルレンズ２Ｂを、その変
位量ΔＹが、−Ｗ、４（θ）・（Ｆ＋ｆ−ｄ）”／Ｆ’
となるように変位させることにより主走査方向の像面湾
曲を除去できる。

第５図（ＩＩ）は、このようなシリンドリカルレンズ２
Ａの変位量を示し、同図（ＩＩＩ）はシリンドリカルレ
ンズ２Ｂの変位量を示している。

しかし前述の如くシリンドリカルレンズ２Ａ　、　２Ｂ
を上記のように変位させるのは必ずしも容易では無い。

ここで第６図を参照すると、この図は第５図（ＩＩ）に
示す、シリンドリカルレンズ２Ａの変位を示したもので
ある。偏向光束による光走査は回転多面鏡の回転により
繰り返されるので、このような副走査方向の像面湾曲を
除去するためのシリンドリカルレンズ２Ａの変位も、光
走査に同期して繰り返される。そして、かかる繰り返し
は第６図に破線で示す単一の正弦関数もしくは余弦関数
で近似することができる。

第６図で符号Ｔ４て示す時間は、有効主走査領域に対応
する時間である。また回転多面鏡の偏向反射面の数が８
面であるとすると、第６図の時間Ｔ０は回転多面鏡が２
π／Ｎだけ回転するのに要する時間である。余弦関数６
−１は、その周期Ｔが上記Ｔ０と、ｍを整数としてＴｏ
＝ＩＩＴなる関係を満足すれば回転多面鏡の回転と同期
させることができ、このような条件を満足するものの内
から上記−Ｗｓ（Ｑ）／β２の繰り返しを最も良く近似
できるように余弦関数６−１を設定するのである。

同様にして、適当な単振動をシリンドリカルレンズ２Ｂ
に与えることにより、主走査査方向の像面湾曲を有効に
軽減することができる。

第５図（ｍは、このようにしてシリンドリカルレンズ２
Ａ　、　２Ｂの単振動により像面湾曲の補正を行ったの
ちの残留像面湾曲を示している。破線は主走査方向のも
の実線は副走査方向のものである６像面湾曲の完全な除
去は出来ないけれども残留像面湾曲は小さく、従って光
スポットの系の変動も有効に軽減され、高密度の光走査
が可能となる。

以上が、本発明の基本となる像面湾曲の補正の原理の説
明である９本発明は、このような像面湾曲の補正を行わ
せるための装置を提供するのである。

第１図ＣＩ）は、本発明の像面湾曲補正装置を略示して
いる。

図に於いて符号１０は板ばねを示している。板ばね１０
は全体をＵ字形状に形成され、Ｕ字形状の底部に保持部
材１４を固設され、この保持部材１４に補正用のシリン
ドリカルレンズＣＬが固定的に保持されている。シリン
ドリカルレンズＣＬは、補正する像面湾曲が主走査方向
のものか副走査方向のものかに応じて前述のシリンドリ
カルレンズ２Ｂもしくは２人である。

板ばねｌＯのＵ字形状の開放部側は支持部材１２に固定
手段１２Ａで固定されている。

板ばね１０によるＵ字形状の内部には５アクチユエータ
ー１６が図に示すように互いに平行する板ばね部分に掛
は渡されるように設けられている。

これら板ばね１０、支持部材１２アクチユエーター１６
は変位手段を構成している。

アクチュエーター１６は積層型圧電アクチュエーターで
あって、板ばねのＵ字形状の開放部と底部とを結ぶ方向
即ち、第１図（Ｉ）の左右方向に於いて取り付け位置を
調整できるようになっている。

アクチュエーター１６は、第１図ＣＩ）で上下方向に対
称的に駆動される。これによって板ばね１０に対称的な
振動が生ずる。即ち、板ばね１０には、第１図（Ｉ）で
左右方向に平行な部分が２箇所あるが。

これらの部分（上の部分と下の部分）が対称線ＳＡＸに
対して対称的に振動することになる。する　と板ばねｌ
ＯのＵ字形状の底部、即ちシリンドリカルレンズＣＬを
固定された部分は、第１図（Ｉ）の左右方向へ振動する
ことになる。

シリンドリカルレンズＣＬに要求される単振動の周波数
をνとするとき、アクチュエーター１６を振動数νで駆
動し、シリンドリカルレンズＣＬに所望の単振動を実現
するには、板ばね１０の固有振動数をν近傍の値に選び
、アクチュエーター１６の振動に対し、板ばね１０に共
振状態を惹起すれば良く、このとき、板ばね１０は、ア
クチュエーター１６の振動方向をシリンドリカルレンズ
ＣＬの振動方向へ変換する機能と、アクチュエーター１
６の振幅をシリンドリカルレンズＣＬに要求される振幅
へ拡大する変位拡大機能とを果たすことになる。

ここで、具体的な例に即して説明する。

回転多面鏡の偏向反射面の数Ｎを６とし、Ａ４サイズの
記録紙に対する記録速度として毎分３０枚。

記録密度４００ＤＰＩとし、シリンドリカルレンズＣＬ
の単振動の周波数を４．２５ＫＨｚ、振幅を２３５μｍ
とする。

積Ｍ型圧電アクチュエーター１６の変位の最大量は、略
５０μｍ程度である。

従って、シリンドリカルレンズＣＬに対しては、アクチ
ュエーター１６の変位量を約４．７倍に拡大する必要が
ある。

板ばね１０はまた、上記周波数４．２５ＫＨｚの周波数
で共振させねばならない。

板ばね１０の断面形状は、第１図（ＩＩ）に示すように
、矩形形状であり、＠ＬＡはＩＯ＋ａｍ、厚みＬＡは０
．５ｍｍである。板ばねｌＯの素材をリン青銅とすると
。

ヤング率Ｅ＝２０．　Ｉ　Ｘ　１０１ｏＮ／ｍ”、密度
ｐ　＝７．８６ｇ／ａｍ”、であり、板ばね１０を長さ
Ｌの片持ち梁とみなして共振周波数ツを ν＝　（３，５１５／Ｌ’）（（ＥＩ／ρＡ）２）によ
り計算する。ここに１は板ばねの断面２次モーメント、
Ａは断面積である。この計算を実行すると共振周波数ν
として４２５０Ｈｚを与える長さＬは約１６０ｍｍとな
るので、このような長さに板ばね１０の形状を構成する
。このようにしてアクチュエーター１６を上記周波数で
駆動し、アクチュエーター１６により引き起こされる板
ばねの定常的な波動の節の部分の近傍にアクチュエータ
ーＩ６の力が作用するようにすると、シリンドリカルレ
ンズＣＬに上記周波数の単振動を光軸方向へ引き起こす
ことができる。この状態でアクチュエーター１６の位置
を、第１［ｍ（１）で左右方向へ調整すると、シリンド
　リ力ルレンズＣＬの振幅を変化させ得るので、これを
利用してシリンドリカルレンズＣＬの適性な振幅を実現
する。また、シリンドリカルレンズＣＬの振動量は、温
度等の環境変化によっても若干変化するので、これに対
してもアクチュエーター１６の位置調整で対処できる。

このようにして、補正用のシリンドリカルレンズを単振
動させることにより、結像光学系の像面湾曲を主走査方
向及び／または副走査方向に就き有効に軽減できる。

なお、シリンドリカルレンズの単振動の位相を像面湾曲
補正用に合わせるためには、受光素子９からの同期信号
を利用できる。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば光走査装置に於ける新規な像面湾
曲補正装置を提供できる。

この装置は上述の如き構成となっているのモ、光走査装
置に於ける結像光学系の像面湾曲を容易且つ確実に軽減
できるので、高密度の光走査が可能になる。また、像面
湾曲の補正を外部的に行うので結像光学系の設計が容易
になり、ｆθ持性等の向上も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための図、第２図な
いし第６図は、本発明の詳細な説明するための図である
。 ＣＬ、、、補正用のシリンドリカルレンズ、１０．、、
板ばね、１２．、、支持部材、１４．、、保持部材、１
８．、、アクチュエータ− （Ｉ） （Ｉ） 倦 ？ ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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
   て上記被走査面を光走査する方式の光走査装置に於いて
   、上記結像光学系による主走査方向または副走査方向の
   像面湾曲を補正する装置であって、 光源装置と回転多面鏡との間に配備された補正用のシリ
   ンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズを偏向
   光束による光走査に同期して光軸方向へ単振動させる変
   位手段とにより構成され、上記変位手段は、Ｕ字形状に
   形成されＵ字形状の底部に上記シリンドリカルレンズを
   固定された板ばねと、この板ばねのＵ字形状の開放部側
   を固定的に支持する支持部材と、上記Ｕ字形状の内部に
   配備され上記板ばねに対称的な共振状態を生じせしめる
   アクチュエーターとにより構成され、上記アクチュエー
   ターは積層型圧電アクチュエーターであり、板ばねのＵ
   字形状の開放部と底部とを結ぶ方向に於いて、取り付け
   位置を調整できることを特徴とする、像面湾曲補正装置
   。