JPH0364727A - 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】 度運上の利用分野 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絹み込まれ、画像情報を乗せ
た光束を感光体」−二に集光させる光ビーム走査光学系
の構造に関する。

述迷塾すえ術とそＱ課愛 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１〜−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　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
面上に集光させる球面ミラー又はシリンドリカルミラー
と、 （ｅ）前記偏向器と前記球面ミラー又はシリンドリカル
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）前記偏向器への入射光と偏向器の回転軸とが直角
以外の角度に設定されていること、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され、この走査光束はトロイダ
ルレンズを通過して球面ミラー又はシリン−トリカルミ
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、球面ミラー又はシリンドリカルミラ
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、像面湾曲を小さくし、高画角化、高密度化を可能に
する。

さらに、前記偏向器への入射光と偏向器の回転軸とが直
角以外の角度に設定されているため、前記球面ミラー又
はシリンドリカルミラーへの入射光と出射光とが空間的
に分離される。これにて、偏向器からの出射光が感光体
の方へ反射鏡によって偏向されやすくなる。

尖適藁 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実施例、第１図〜第５図コ 第１図において、（１）は半導体レーザ、（６〉は：１
す７【−タＬ−：／ス、（７）はジリンドリカルトンス
、（１０）はポリゴンミラー、（１５）はトロイ乙メル
１，７ンス、（２０）は球面ミラー、（２５）は反射鏡
、（３０）ｌ；にドー、ｉ　、ｉ、状の感光体である。

半導体１１．−ザ（１）は図示１７ない制御回路１こよ
１−［強度変調され画像情報に乗けた完敗Ｗ、東を放’
ｌ’ｒｆする。この発散光束はコリメークレンズ（６）
を通過１−ることにより収束光束（７二修正さ′Ｊ１．
ど）。さらに、この収束光束はシリン１リカル１ンズ（
７）を通過する、二とにより走査方向に、即０、以下の
ポリゴン５ラー（１０）の反貝、１而１・ｊ３斥に（偏
向面内の）曲線状に収束される。ボリゴ゛／ミラー（１
０）は図示［、ｒｆい七−夕にてす軸（１１）を中心（
こ矢印（８１）方向（：二定速度で回転駆動される。従
って、シリン１゛リカル１．ンス〈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１・「
１イダルｌ〜ンズ（１５〉を透過した後、球面ミラー（
２０）の凹面側にて反射さ才１、さらに、反射鏡（２５
）で反射された後感光体（３０）ｌに集光される。この
ときの集光光束は感））Ｌ体（３０）の刺＋−ｊｊ「ｉ
−＋ｌ　ｌ；二ζ９連で走査され、これを千走−盲と称
ｊｌ−５，，また、感光体（３０）は矢印（１３）　ｔ
ｉ向（ご一定速度で同転駆動され、この同転による走査
を副走存と称する。

即１１、Ｊ、ｄ上の光ビー　ｌ、走査光学系にわいては
、−゛Ｉ′導イ木り、−−−−リ゛（１）の強度変調と
前記圭走査、副走査によって感光体（３０〉上（こ画像
（静電潜像）が形成される８そしＣ１ｊ、ｕイダルレ）
・ズ（］５）と球面ミラー（２０）とが従来のｆθレン
ズに代わって、主走査方向（・”：　刀ヨ゛る走査速度
を走査域中心からその両端１旧５．わ）こって均等とな
る様に補圧する。

また、ポリゴンミラー（１０）と球面ミラー（２０）、
！：の間の光路中に設置した１・ロイダノロ・ンズ（ｊ
５）は、ポリゴンミツｌ−（］０）θ）面倒れ誤差を補
正すると−１（に、像ｌｆｉ湾曲を小さくする。換言す
れば、集光点での主走査方向に垂直な断面の光束１、二
よる像面を平坦化することを目的とする。即ち、ポリゴ
ンミラー００）の各反射面相互に垂直度の誤差が生じ−
Ｃいると、感光体（３０）上での走査線が副走査、Ｉｊ
向番こす”れを生じ、画像にピッチむらが発生ずる。、
１．の面倒れ誤差（３：ポリコンミラー（１０）による
偏向面に垂直な断１ｆｉｉ　ｌｖ、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ごとが一′ｒきる。本発明
ではシリンドリ力ルレンス′（７）によって光束をポリ
ゴンミラー００）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【、」７ている。

さらに、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〉付近アの像面の湾曲を補＋
ｆ’するたβ）である。即ち、ポリゴンミラー（１０）
・＼収束光束あるいは発散光束を入則さ１１−ると（他
の同転偏向器でも同じであるが）、ボノゴンミ”、’−
（１０）−１？の反射後の集光点は、ポリゴンミラー（
１，０）の後には光学部品がないとすると、その反射点
を中心、ニジ−〔整置弧状となり、像面湾曲を生じろこ
とになる。ポリゴンミラー（１０）へ収束光束をス射さ
已”ると、光線入射方向に門の像面湾曲を生ｌ二；る。

また、入射光の収束Ｊｌ、合によっ−〔、球面ミラー（
２０）と像面との距離も変わる。、二の距離の変化によ
二・で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）の凹面番、゛よる湾曲
を補正１２、結果的に集光面での像面湾曲を小さく　ｌ
＝７、像面の平坦性を良好なものとする。

この点は！・ロイダルレンズ（１５〉も同様（、ｌ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、）、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（−Ｔ′きるので画像の高密度
化が可能となる利点をイｊ゛する。

さらに、ポリゴンミラー（１０）への入射光とその回Ｐ
ｉＮ軸（１１）とが直角にならない様に配貿され、球面
ミラー（２０）への入射光と出射光とが空間的（、−分
離されている。、−れにて、球面ミラー（２ｏ）からの
出射光を感光体（３０）の−力ハ・反１・１鏡（２５）
にょっ１−偏向さ１士や−４−くなる。この点につい−
［、第２図を参照１７で説明するゎ第２１」１よポリニ
ブ′ンミラ゛−００）の回転軸（図示已”ず）とポリゴ
ンミラー（１０）への人射光（図示せず）とが直交する
場合の偏向面に垂直な断面を示している。ポリゴンミラ
ー〈１０〉で反射された光束は、トロイダルレンズ（１
５〉を通過し、球面ミラー（２０）への入射光束（Ｂ、
〉となり、球面ミラー（２０）で反射される。この反射
光束（Ｂハと入射光束（Ｂ、〉とは第２図の断面内で互
いに重なることになる。そのため、感光体へこの反射光
束（Ｂｔ）を導きにくくなる。

この不具合を解消するには、球面ミラー（２０）を傾け
て配置することが考えられる。第３図に示す如く、球面
ミラー（２０〉を傾けることにより、それへの入射光束
（Ｂｌ）と反射光束（Ｂりとを空間的に分離できる。

しかし、球面ミラー（２０〉を傾斜させると走査線の曲
がりが発生する。この発生原因について第４図を参照し
て説明する。第４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（０°〉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。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〉に対して偏向角く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。

そこで、本発明では、第５図に示す如く、ポリゴンミラ
ー（１０）の回転軸（図示せず）とポリゴンミラー（１
０）への入射光（図示せず）とが直交しない様に配置し
た。このとき、ポリゴンミラー（１０）からの反射光束
（Ｂｏ〉も回転軸とは直交しない。この反射光束（Ｂ、
）はトロイダルレンズ〈１５）の下部を通過し、球面ミ
ラー（２０）で反射される。球面ミラー（２０）の入射
光束（Ｂ、）と反射光束（Ｂ、）とは光軸（Ａ〉［トロ
イダルレンズ（１５〉の頂点と球面ミラー（２０）の頂
点とを結ぶ直線を光軸と称する］から離れているため、
互いに空間的に分離される。即ち、反射鏡（２５）によ
って容易に感光体（３０）へ光束を導くことができる。

そして、この様な構成を採用すれば、走査線の曲がりを
生じない、即ち、第２図において光束（Ｂ＋）、（Ｂｓ
）の下側の一部分のみが使われるのと同じことになるか
らである。

［第２実施例、第６図参照］ 前記第１実施例においては、第５図で明らかな様に、ポ
リゴンミラー（１０）からの反射光束（Ｂ、）はトロイ
ダルレンズ（１５）の下半分を通過するもののみが感光
体への照射光として使用される。そこで、本第２実施例
では、第６図に示す如く、不要部分をカットしたトロイ
ダルレンズ（１５ａ）を使用すると共に、折り返し用の
反射鏡（２５）をポリゴンミラー（１０〉トドロイダル
レンズ（１５ａ）との間に設置した。この構成によれば
、球面ミラー（２０）から反射鏡（２５〉までの距離を
長く設定でき、反射鏡（２５〉から感光体（３０〉まで
の距離を短く設定でき、各部材の配置の自由度が増すと
共に、光学系をコンパクトに構成可能である。また、ト
ロイダルレンズ（１５ａ）は第１実施例に示したトロイ
ダルレンズ（１５）を２個取りでき、経済的である。

［第３実施例、第７図〜第１１図参照］第３実施例は第
１図〜第５図に示した第１実施例での球面ミラー（２０
）をシリンドリカルミラー（２１）に代えたものである
。シリンドリカルミラー（２１）はポリゴンミラー（１
０）による偏向面内において球面ミラー（２０）と同様
の曲率を有し、かつ、走査速度の補正、集光面における
良好な歪曲特性及び良好な像面平坦性を確保する機能を
有している。

第７図〜第１１図はそれぞれ第１図〜第５図に対応し、
球面ミラー（２０）の機能として説明した内容は全てシ
リンドリカルミラー（２１）に妥当する。

［第４実施例、第１２図］ 第４実施例はシリンドリカルミラー（２１〉を使用した
第３実施例での光学系において、前記第２実施例と同様
に不要部をカットしたトロイダルレンズ（１５ａ）を使
用し、反射鏡（２５）をポリゴンミラー（１０）とトロ
イダルレンズ（１５ａ）との間に設置したものである。

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。

例えは、偏向器と１７では前記のポリコンミラ（１０）
以外に、光束を一平面に等角速度で走査可能なりのであ
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１−−ザ以外に、他のレーザ発生手段や点
光源を用いても良い。

また、前記実施例で【ま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１７てイ）良い。

光塊−□勺−朱 以上の説明で明らかな様に、本発明によれば、偏向器か
ら感光体面一・の光路中に球面ミラー又はシリンドリカ
ル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、球面ミラー又はジノン
トリカルミラーは従来のｆθレンズに比べて加工が容易
で加工精度も向上し、透明Ｃある必要はないことからＡ
：Ｉ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、球面ミラー又はシリンドリカルミラー自体によ
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＝
Ｅ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。

特に、シリンドリカルミラーは偏向面に垂直方向に大き
な母材を研摩のうえ、所定幅にカットすれば良く、同時
研摩、多数個取りが可能である。

１７かも、偏向器への入射光と偏向器の回転軸どを直角
以外の角度に設定したため、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】

第１図〜第５図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
第１実施例の概略構成を示す斜視図、第２図、第３図、
第４図はそれぞれ光路の形態を考察するために参考的に
示した図、第５図は第１実施例の光路を示す図である。 第６図は本発明の第２実施例の光路を示す図である。第
７図〜第１１図は本発明の第３実施例を示し、第７図は
第３実施例の概略構成を示す斜視図、第８図、第９図、
第１０図はそれぞれ光路の形態を考察するために参考的
に示した図、第１１図は第３実施例の光路を示す図であ
る。第１２図（１本発明の第４実施例の光路を示す図で
ある。 （１）・・・半導体１／−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、（１１）・・・回転軸、（１５
）、　（１５ａ）・・・トロイダルレンズ、（２０）・
・・球面ミラー、（２１）・・・シリンドリカルミラー
、（２５）・・・反射鏡、（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、 前記偏向器と前記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、 前記偏向器への入射光と偏向器の回転軸とが直角以外の
   角度に設定されていること、 を特徴とする光ビーム走査光学系。 ２、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
   集光させるシリンドリカルミラーと、前記偏向器と前記
   シリンドリカルミラーとの間に配置されたトロイダルレ
   ンズとを備え、 前記偏向器への入射光と偏向器の回転軸とが直角以外の
   角度に設定されていること、 を特徴とする光ビーム走査光学系。