JPH0354514A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光走査装置に関する。

［従来の技術コ レーザー光源装置からの光束をシリンドリヵルレンズに
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皮り
、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、シリンドリ力ルレンズにより、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、主走査方向の像面湾曲を良好に補正すると副
走査方向に関して強い像面湾曲が発生しやすい。

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泣置とともに変動
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、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。

そこで近来、光源装置と回転多面鏡との間に配備されて
いるシリンドリカルレンズを光軸方向へ変位させること
により像面湾曲を除去することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ この方法はそれなりに有効であるが光走査は高速で行わ
れるため、シリンドリカルレンズの変位にも高速性が要
求される．高速性の要請を満たす駆動手段としては圧電
、電歪、磁歪等のアクチュエーターを用いるものが適し
ているが、これらアクチュエーターには、温度特性すな
わち温度変化により動作特性が変化するという問題があ
る。シリンドリカルレンズを高速で変位させると、アク
チュエーターやその取り付け部に於いて発熱があり、回
転多面鏡からの熱伝達等によってもアクチュエーターの
温度が変化する。このようなアクチュエーターの温度変
化は、シリンドリカルレンズの変位量に狂いを生じさせ
、像面湾曲の除去効果を低下させる． また光源装置が半導体レーザーを用いるものである場合
は、温度変化が放射レーザー光の波長変化をもたらす。

このような波長変化は、シリンドリカルレンズや結像光
学系の色収差により光スポットの結像泣置を変化させる
ので、やはり像面湾曲除去効果を低下させる。

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上記温度変化に拘らず副走査方向の
像面湾曲を容易且つ確実に除去することができる新規な
光走査装置の提供にある。

［課題を解決するための手段コ 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、レーザー製版機等に適用
でき請求項１．２の装置とも「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、レーザー光束が放射され
る。

「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「線像結像装置」に
ある。

即ち、請求項ｌの装置に於いて「線像結像装置Ｊは、シ
リンドリカルレンズと、アクチュエーターと、温度セン
サーと、制御手段とを有する。

「アクチュエーター」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り、圧電、電歪、
磁歪等のものである．勿論、アクチュエーターの変位量
は、必要に応じて公知の変位拡大機構により拡大されて
シリンドリカルレンズに所望の変位を与える． 「温度センサー」は、アクチュエーターの温度を検出す
る。

「制御手段」は、偏向光束による光走査に同期して結像
光学系の副走査方向の像面湾曲を除去するように上記ア
クチュエーターへの電気信号を制御するが、温度センサ
ーの検知温度に基づきアクチュエーターの温度特性を補
償するように上記電気信号を補正する機能を持つ。

請求項２の装置では、光源装置に光源として半導体レー
ザーが用いられる。

そして「線像結像装置」は、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アク
チュエーターと、アクチュエーターの温度を検出する第
１の温度センサーと、半導体レーザーの温度を検出する
第２の温度センサーと、光源装置の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アクチュエーターへの電気信号
を制御する制御手段とを含む。

「制御手段」は、第１および第２の温度センサーの検知
温度に基づき、アクチュエーターの温度特性と半導体レ
ーザーにおける波長変化とを補償するように上記電気信
号を補正する機能を持つ。

なお、請求項１．２の装置に於いて問題としているアク
チュエーターの温度特性は、温度変化による動作特性変
化のみならず、アクチュエーター取り付け部の熱膨張等
による性能変化等、像面湾曲補正に対して、温度変化が
原因となるアクチュエーターの機能変化を広く含むもの
である．［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ｒ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。

そこで、線像結像装置のシリンドリヵルレンズをアクチ
ュエーター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。

その際、請求項ｌの装置ではアクチュエーターの温度変
化による動作特性の変化が補償され、請求項２の装置で
は、アクチュエーターの温度変化による動作特性の変化
と半導体レーザーの波長変化とによる像面湾曲除去効果
の低下を補償する。

［実施例］ 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、請求項２の装置の１実施例を説明に必要な部
分のみ略示している。

符号ｌをもって示すレーザー光源装置は、光源としての
半導体レーザー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。

レーザー光源装置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３ａの近傍に、主走査対応方向に長い線像ＬＩとして
結像する。

偏向反射面３ａ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４．５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６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６を光
走査する。なお、レンズ４はシリンダー面と平面からな
る単レンズ、レンズ５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、レーザー光源装置工からの光が偏向
反射面３ａの位置に線像として結像した状態を示してい
る。結像光学系を構戒するレンズ４，５は副走査方向に
関して偏向反射面３ａによる偏向の起点と被走査面６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６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△Ｘ′だけ変位し、これら変位△Ｘ，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　・△Ｘ の関係が或り立つ。

ここで「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＃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Ｒ＋Ｘ、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，、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　　　ＲｉＸ　　　　ＲｉＹ　　　　ｄｉ　　　Ｊ　
　　ｎｊ１　　−１０７．７７４　　　の　　　５．６
７２　　１　　１．７１２２１２　　　　ｏｏ　　　　
　　　ｃｏ　　　　　　１０．９６６３　　　　０）　
　　　　−５２．５６５　　　　６．８０７　　２　　
　１．６７５４　　　−４５．５６９　　　−１２．０
５２主走査方向の合或焦点距離ｆ，＝１００、明るさＦ
　／Ｎ　ｏ＝５４．７　，偏向角２０・６７．８度、副
走査方向の横倍率β・−４．１２、副走査方向の合戒焦
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＃ｒＭの比Ｒ／ｆＭ＝Ｏ．ｌ３２で
ある。なお上記屈折率はレーザー光源装置１から波長７
８０ｎｍの光に対するものである。また回転多面鏡への
入射光束の主光線と結像光学系の光軸とのなす角は６０
度である。

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ｌ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図に於いてアクチュエータ−７はシリンドリカルレ
ンズ２を光軸方向へ変位させる。

アクチュエータ−７に制御手段９から制御信号に応じた
電気信号が印加されると、シリンドリカルレンズ２が印
加電気信号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ΔＸに等しい。

この変位ΔＸは、光スポットの結像位置に変位△Ｘ”を
もたらす。そして、この両者は先に説明した関係△ｘ゜
＝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力ルレンズ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、△Ｘ’　＝４（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。

一方、シリンドリカルレンズ２の変位量と上記電気信号
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をーＷ（Ｚ）／β２だけ変位させ得る電気信号即
ち電圧Ｖ（ｚ）との関係を予め第１図に示す制御手段９
に記憶させて置き、その記憶内容に応じて制御手段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４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４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
、アクチュエータ−７、光源装置１における半導体レー
ザーの温度は、それぞれ第１及び第２の温度センサー８
Ａ，　８Ｂにより検出される。

制御手段９は、図示のように増幅器１１Ａ，ＩＩＢ　，
Ａ／Ｄ変換器１２Ａ，１２Ｂ，　ＲＯＭ１３、Ｄ／Ａ変
換器１４、アクチュエーター駆動回路１５を具備してい
る。

温度センサー８Ａ，　８Ｂの出力は、増幅器１１Ａ，　
ＩＩＢで所定レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１２
Ａ，　１２Ｂによりデジタル信号に変換され、ＲＯＭ１
３に印加される。

ＲＯＭ１３には、アクチュエータ−７の温度ＴＡと半導
体レーザーの温度Ｔ＋，とをバラメーターとして前述の
電圧Ｖ（ｚ）等が記憶されている。

即ち、アクチュエータ−７の温度ＴＡが基準温度で、且
つ半導体レーザーからの放射光の波長が設計波長である
ときは、上記電圧Ｖ（ｚ）が基準の信号値としてＲＯＭ
ｌ３に記憶されている。このデータは同期検知器１０が
偏向光束を検出するごとに発生する同期クロックに従っ
て読み出され、Ｄ／Ａ変換器１４によりアナログ信号に
変換され、アクチュエーター駆動回路１５に印加される
。アクチュエーター駆動回路１５は、印加される信号に
応じてアクチュエータ−７を駆動する。この動作により
副走査方向の像面湾曲が除去される。

アクチュエータ−７の温度ＴＡが変化して、アクチュエ
ータ−７の動作に補正が必要になると、Ｒ○Ｍ１３から
は、補正用の電圧信号ＶＡ（Ｚ）のデータが読みだされ
る。この電圧信号ＶＡ（Ｚ）は、アクチュエータ−７の
広い意味での温度特性の変化による像面湾曲補正機能の
狂いを補正するように定められている。このようにして
アクチュエーターの温度変化による動作特性の変化に拘
らず、像面湾曲は良好に除去される。

また半導体レーザーの温度Ｔ，，の変化により波長変化
が生じた場合は、この波長変化を補償した電圧信号Ｖｔ
．（Ｚ）が読み出される。同様に、アクチュエータ−７
の動作特性の変化と半導体レーザーの波長変化を補正す
るための電圧信号ＶＡＬ（Ｚ）のデータもＲＯＭ１３に
記憶されており、温度センサー８Ａ，８Ｂの検出結果、
電圧信号ＶＡＬ（Ｚ）によるアクチュエーター駆動が必
要な場合に読みだされる。

なおレーザー光源装置として波長変動のないものを用い
るか、あるいは半導体レーザーを用いるレーザー光源装
置でも半導体レーザーの温度制御を行って波長変動を防
止すれば、上に述べた波長変動に対する補償は不必要と
なる．この場合が請求項１の発明であり、その実施例は
、第１図の実施例から温度センサー８Ｂ、増幅器１１Ｂ
，　Ａ／Ｄ変換器１２Ｂを削除したものになる。勿論、
ＲＯＭ１３には上記のＶＬ（ｚ），　ＶＡｔ（ｚ）のデ
ータを記憶させる必要がない。

［発明の効果］ 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、アクチュエーターや半導体レーザーの
温度変化による動作特性の変化や波長変化に拘らず常に
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。

なお、主走査対応方向にのみパワーを持つシリンドリカ
ルレンズを補正レンズとしてレーザー光源装置と回転多
面鏡との間に配備して、これを主走査方向の像面湾曲が
除去されるように光軸方向へ変位させて主走査方向の像
面湾曲を除去することが可能であり、本発明で行われる
副走査方向の像面湾曲除去と組合せて行うことにより、
主・副走査方向の像面湾曲を完全に除去することも可能
である。

【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
４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。 １．．．レーザー光源装置、２．．．線像結像装置のシ
リンドリカルレンズ、３．．．回転多面鏡、３ａ．．．
．偏向反射面、４，　５．　．　．結像光学系を構成す
るレンズ、７．第 イ 図 ４江 ｔχ′ ｒ 鋪 つ 図 カ Ａ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザー光源装置と、このレーザー光源装置からの
   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
   有し上記光束を等角速度的に偏向する回転多面鏡と、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アクチュエ
   ーターと、このアクチュエーターの温度を検出する温度
   センサーと、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
   記アクチュエーターへの電気信号を制御する制御手段と
   を含み、上記制御手段は、上記温度センサーの検知温度
   に基づき上記アクチュエーターの温度特性を補償するよ
   うに上記電気信号を補正する機能を持つことを特徴とす
   る、光走査装置。 ２、請求項１に於いて、 レーザー光源装置の光源が、半導体レーザーであり、 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アクチュエータ
   ーと、このアクチュエーターの温度を検出する第１の温
   度センサーと、上記半導体レーザーの温度を検出する第
   ２の温度センサーと、光源装置の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アクチュエーターへの電気信号を
   制御する制御手段とを含み、上記制御手段は、上記第１
   および第２の温度センサーの検知温度に基づき上記アク
   チュエーターの温度特性と半導体レーザーにおける波長
   変化とを補償するように上記電気信号を補正する機能を
   持つことを特徴とする、光走査装置。