JPH0364726A

JPH0364726A - 光ビーム走査光学系

Info

Publication number: JPH0364726A
Application number: JP1201546A
Authority: JP
Inventors: Muneo Kuroda; 黒田　宗男
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1991-03-20
Also published as: US5220449A

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ノで使用
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５５−３６１２
７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ｒθ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光束による像面の湾曲を小さ
くし、高画角化、高密度化を可能にすると共に、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、（、）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方向と同一平面の直線
状に収束させる手段と、（Ｃ）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
面上に集光させる第１の球面ミラーと、（ｅ）前記第１
の球面ミラーとその集光点との間に配置された第２の球
面ミラーと、（ｆ）前記偏向器と前記第１の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、（ｇ＞次の式を満足
することを特徴とする。

ｌ　Ｅ３／　ＲＭ□Ｉ　＞　０．７０、１５＜　（ｄ／　Ｉ　ＲＭＩ　ｌ　）　＜　０．７
（ＩＲＭｔｌ／ＩＲＭ＋ｌ）＞　７但し、ＲＭＩ：第１の球面ミラーの曲率半径但し、ＲＭ
ｔ：第２の球面ミラーの曲率半径Ｓ：偏向器による走査
域中心方向への光束反射点から偏向器反射後の集光点までの距離ｄ：偏向器による走査域中心方向への光束反射点から第１の球面ミラーまでの距離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され、この走査光束はトロイダ
ルレンズを通過して第１の球面ミラーで反射され、第２
の球面ミラーで反射された後に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、２枚の球面ミラーによ
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偏向された光束を感光体面上
へ集光させ、偏向器の面倒れによる誤差を補正すると共
に、像面湾曲を小さり（７、高画角化、高密度化仰可能
にする。

実遍似以下、本発明に係る光ビーｌ、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）は半導体レーデ、（６）はコリ
メータレンズ、（７）はシリンドリカルレンズンズ、（
］、０〉はポリゴンミラー、（１５）はｌ−０イダル１
〜ンズ、（２０）は第１の球面ミラー、（２５〉は第２
の球面ミラ、（３０）はドラム状の感光体である。

半導体１−−ザ〈１〉は図示１７ない制御回路によって
強度変調され画像情報を乗１士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
づｊ向に、即０、以下の不すコ′ンミラー（１０）の反
則面付前に（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１７ないモータにて支軸（１１
）を中心にイ（印（ａ）方向に一定速度で回転駆動され
る。従って、シリンドリカルレンズ（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ｔｇで走査される。この走査光束は！
・ロイダルレンズ〈１５〉を透過１７た後、第３の球面
ミラー〈２０）にて反射され、さらに、第２の球面ミラ
ー（２５）で反射されて感光体（３０〉上に集光される
。このときの集光光束は感光体（３０）の軸方向に等速
で走査され、これを主走査ど称する。また、感光体〈３
０〉は矢印（ｂ）有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（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、トロイダル１〜ンズ（１，５）
　、第１の球面ミラー（２０）と第２の球面ミラー＜２
５）どが従来のｆθ１〜ン７：１・こ代わって、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、トロイダルレンズ（１５〉は、ポリゴンミラー（
１０）の面倒れ誤差を補正するど共に、像面湾曲を小さ
くする６換言すれば、集光点での主走査方向に承直か断
面の光束による像面を平坦化することを目的どする。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。

この面倒れ誤差１よポリゴンミラー（１０）に上る偏向
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（１５）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。

さらに、本実施例ではコリメータ１−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）付近での像面の湾曲を補
正するためである。即ち、ポリゴンミラー（］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）、ボノゴンミラー（１０）での反
射後の集光点は、ポリゴンミラー００）の後には光学部
品がないとするど、その反射点を中心として略円弧状と
なり、像面湾曲を生じることになる。ポリゴンミラー（
ｉｏ）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、
第１の球面ミラー〈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、第１の球面ミラー（２０
）の凹面による湾曲を補正し、結果的に集光面での像面
湾曲を小さくし、像面の平坦性を良好なものとする。

この点はり・ロイダル１−ンズ（］５）も同様に像面湾
曲を小さくする作用を有する。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ど
なる利点を有する。

なお、第１の球面ミラー（２０）を傾斜させるど走査線
の曲がりが発生ずる。この発生Ｍ囚について第８図を参
照して説明する。第８図は偏向面に垂直な面内での光軸
を示し、点（Ｐ）は偏向角が（Ｏｏ）のときの主光線反
射点であり、点（Ｑ）は偏向角（θ）のときの主光線反
射点である。第１の球面ミラー（２０〉は曲率（ここで
は偏向面内での曲率を問題とする）を持っているため、
偏向角が（０°〉と（θ）とで反射点がＸ軸方向にずれ
る。さらに、入射光（ｎｌ）に対して偏向角（θ）の反
射光（ｎ３）は偏向角（０°〉の反射光（ｎ２）に対し
てＸ軸方向にずれる。

このずれは偏向角〈θ）に応じて変化し、反射光（ｎ２
）、　（ｎ３）は同一平面内には含まれない。そのため
、走査線も光軸と垂直な面内で２軸方向に曲がることに
なる。しかし、この種の走査線の曲がりは、第２の球面
ミラー（２５）にて補正できる。即ち、傾いた第２の球
面ミラー（２５）により生じる走査線の曲がりを逆に利
用すれば、走査線の曲がりを小さくできる。

詳しくは、第２図、第３図に示す様に、ポリゴンミラー
（１０）の偏向点（１０ａ）から第１の球面ミラー（２
０）の頂点（２０ａ）までの距離（ｄ）と、第１の球面
ミラー（２０）の曲率半径（ＲＭ、）との関係、及びこ
の曲率半径（ＲＭＩ）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離（Ｓ〉（
図示せず）との関係、さらに曲率半径（ＲＭ、）と第２
の球面ミラー（２５〉の曲率半径（Ｒ□〉の関係につい
ては、＋　Ｓ／ＲＭＩ　１　＞０．７　　　　　　　　　　、
、、、、、■０、１５＜　（ｄ／　ｌ　ＲＭＩ　Ｉ　）
　＜　０．７　　　　　　・・・・・・■（ＩＲＭ！ｌ
／ＩＲＭＩＩ）＞　’ｔ　　　　　　・・・・・・■な
る式を満足するのが望ましい。

また、第２の球面ミラー（２５〉は感光体（３０〉の方
向へ光束を折り返す機能をもたされている。そのため、
第２の球面ミラー（２５）はそれへの入射光束に対して
３０°以上傾けて配置されている。

前記■式、■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■式の下限を越えると、像面が球面ミラー（２
０〉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■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）で画壷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−が大きくなるか、歪曲特性が悪化する。

また、前記■式の上限を越えると、歪曲特性が悪くなる
。

ここで、本実施例における実験例（Ｉ）、（ＩＩ）。

（ＩＩＩ　）、　（ＩＶ　）での構成データを表１、表
２に示す。

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　）、（Ｉ［）、（Ｉ［Ｉ）、（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。

第９図は以上の光ビーム走査光学系を備えたプリンタの
一例を示す。

プリンタ本体の略中心部には感光体ドラム（３０〉が矢
印（ｆ）方向に回転駆動可能に設置され、その周囲には
帯電チャージャ（３１）、磁気ブラシ方式による現像装
置（３２）、転写チャージャ（３３）、ブレード方式に
よる残留トナーのクリーニング装置（３４）及び残留電
荷のイレーザランプ（３５）が設置されている。光学系
は第１図にその基本構成を示したもので、符号は第１図
と同様のものが付されており、光束は光路部材（３６〉
から帯電チャージヶ（３１）の直後の感光体ドラム（３
０〉上に照射される。なお、これらの作像装置の作用、
作像工程に付いては周知であるためその説明は省略する
。

一方、用紙（Ｐ）はプリンタ本体の下部に着脱自在に設
置された自動給紙カセット（４０〉内に収容されており
、給紙ローラ（４１〉の回転に基づいて最上層のものか
ら１枚ずつ送り出され、通路（４２）で反転された後タ
イミングローラ対（４３）にて所定のタイミングで感光
体ドラム（３０）と転写チャージャ（３３）との間に搬
送され、トナー像を転写される。

その後、用紙（Ｐ）は定着装置（４４）でトナーの熱定
着を施され、搬送ローラ対（４５）及び搬送通路（４６
）を通じて排出ローラ対（４７）からプリンタ本体の上
面に設置されたトレイ（４８）に排出される。

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、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（２０）、　（２５）
の主走査方向へのシフト［第２図、第３図中Ｙ軸方向］
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（２０）。

（２５）を前記方向ヘシフトさせることが考えられる。

例えば、歪曲収差が左右対称でない場合、この様な球面
ミラー（２０）、（２５）のシフトによって歪曲収差を
さらに小さ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しているが、
単に略平行光束に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、■式を満足す
る様に２枚の球面ミラー及びトロイダルレンズを介在さ
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、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と共に
、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。

しかも、２枚の球面ミラーを偏向面に垂直な面内で傾斜
させれば、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】

図面は本発明に係る光ビーム走査光学系の一実施例を示
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５図、第
６図、第７図はそれぞれ集光面での像歪を示すグラフ、
第８図は球面ミラーを傾斜させることによる走査線の曲
がりを説明するための図、第９図は以上の光学系を備え
たプリンタの概略構成図である。＜１）・・・半導体１．−ザ、（６）・・・フリメータ
レンズ、（７〉・・・シリンドリカルレンズ、（１０）
・・・ポリゴンミラー、（１５）・・・トロイダルレン
ズ、（２Ｏ）・・・第１の球面ミラー、り２５）・・・
第２の球面ミラー、（３０〉・・・感光体。

Claims

【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
集光させる第１の球面ミラーと、前記第１の球面ミラーとその集光点との間に配置された
第２の球面ミラーと、前記偏向器と前記第１の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、｜ｓ／Ｒ＿Ｍ＿１｜＞０．７０．１５＜（ｄ／｜Ｒ＿Ｍ＿１｜）＜０．７（｜Ｒ＿Ｍ
＿２｜／｜Ｒ＿Ｍ＿１｜）＞７但し、Ｒ＿Ｍ＿１：第１の球面ミラーの曲率半径但し、
Ｒ＿Ｍ＿２：第２の球面ミラーの曲率半径ｓ：偏向器に
よる走査域中心方向への光束反射点から偏向器反射後の集光点までの距離ｄ：偏向器による走査域中心方向への光束反射点から第１の球面ミラーまでの距離以上の三式を満足することを特徴とする光ビーム走査光
学系。２、前記第１の球面ミラー及び第２の球面ミラーが偏向
面に垂直な面内で一定の角度で傾斜していることを特徴
とする請求項１記載の光ビーム走査光学系。