JPH04245214A - 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】

【０００１】

【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走査媒体上に集光させる
光ビーム走査光学系の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、ポリゴンミラーや
ガルバノミラー等の偏向器、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、このよう
な走査速度差（歪曲収差）を補正するために及び主走査
方向像面湾曲の補正、副走査方向像面湾曲の補正のため
に設置されている。しかし、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。

【０００３】そのため、最近では、ｆθレンズに代えて
、楕円面ミラー、放物面ミラー、凹面反射鏡を使用する
ことが提案されている。しかしながら、この種のミラー
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。以上の問題点に鑑み、本出願
人は、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
めることができる球面ミラーを採用した光学系を提案し
た（特開平１−２００２１９号公報、特開平１−２００
２２０号公報参照）。しかし、これらの光学系でも広画
角にわたって全ての収差の十分な補正が難しく、例えば
、主走査方向の像面性と走査速度差（歪曲収差）の補正
を十分に行おうとすると、副走査方向の像面湾曲は光束
の進行方向に対して凹の像面湾曲を生じるという問題点
を有している。

【０００４】

【発明の目的、構成、作用】そこで、本発明の目的は、
ｆθレンズを使用することなく、広画角にわたって走査
速度差（歪曲収差）の補正、主走査方向像面湾曲及び副
走査方向像面湾曲の補正を簡単な光学的構成によって可
能とする光ビーム走査光学系を提供することにある。

【０００５】以上の目的を達成するため、本発明に係る
光ビーム走査光学系は、画像情報に基づいて変調された
光束を発生する光源と、前記光源から放射された光束を
等角速度で走査する偏向器と、前記偏向器で走査された
光束を折り返して走査媒体上に集光させる凸の第１球面
ミラー及び凹の第２球面ミラーとを備えている。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
て等角速度で走査され、この走査光束は第１及び第２球
面ミラーで反射され、走査媒体上に集光する。前記偏向
器による主走査及び走査媒体の移動による副走査で画像
が形成される。ここで形成される画像には主走査方向及
び副走査方向に凸の像面湾曲を生じるが、これらの像面
湾曲は二つの球面ミラーによって補正される。さらに、
二つ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
なるように補正され、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。

【０００６】

【実施例】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、図１〜図６参照］ 図１において、１は半導体レーザ、６はコリメータレン
ズ、１０はポリゴンミラー、２０は負のパワーを持つ凸
の第１球面ミラー、２５は正のパワーを持つ凹の第２球
面ミラー、３０はドラム状の感光体である。

【０００７】半導体レーザ１は図示しない制御回路によ
って強度変調（オン，オフ）され画像情報を乗せた発散
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補正される。ポリゴンミ
ラー１０は図示しないモータによって支軸１１を中心に
矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。従って、コリ
メータレンズ６から射出された収束光束は、ポリゴンミ
ラー１０の反射面１０ａで連続的に反射され、等角速度
で走査される。この走査光束は第１球面ミラー２０の凸
面及び第２球面ミラー２５の凹面にて反射され、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、これを主走査と称する。ま
た、感光体３０は矢印ｂ方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。

【０００８】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及び副走査によっ
て感光体３０上に画像（静電潜像）が形成される。そし
て、第１及び第２球面ミラー２０，２５が従来のｆθレ
ンズに代わって、主走査方向の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ように補正し（歪曲
収差補正）、かつ、主走査方向及び副走査方向の像面湾
曲が補正される。

【０００９】即ち、ポリゴンミラー１０の反射面１０ａ
が平面の場合、ポリゴンミラー１０の後段に光学部品が
ないと、ポリゴンミラー１０で偏向走査された光束は反
射点を中心として略円弧状となり、これを直線上に走査
させると、主走査方向及び副走査方向共に凸の像面湾曲
を生じることになる。また、主走査方向の両端域では中
心域に比べて光束の走査速度が速くなり、正の歪曲収差
を生じる。

【００１０】一方、ポリゴンミラー１０の後段に凸の球
面ミラーを配置すると、凸の像面湾曲が生じると共に正
の歪曲収差を生じるが、この像面湾曲は副走査方向より
も主走査方向に大きい。一方、凹の球面ミラーを配置す
ると、凹の像面湾曲を生じると共に負の歪曲収差を生じ
る。入射光束を収束光とすることによっても凹の像面湾
曲、負の歪曲収差を発生させることができる。

【００１１】換言すれば、凸の球面ミラーのパワーと、
凹の球面ミラーのパワーと、入射光束の収束具合の三つ
のパワーのバランスを調整することによって、良好な主
走査方向及び副走査方向の像面湾曲特性と良好な歪曲特
性を得ることができる。本実施例につき、詳述すると、
図２、図３に示すように、第２球面ミラー２５から感光
体３０までの距離Ｄ２と第２球面ミラー２５の曲率半径
Ｒｍ２との関係、ポリゴンミラー１０の偏向点（反射点
）１０ａから第２球面ミラー２５までの距離Ｄ１（ｄ１
＋｜ｄ２｜）と前記距離Ｄ２との関係、第１球面ミラー
２０の曲率半径Ｒｍ１と第２球面ミラー２５の曲率半径
Ｒｍ２との関係について、それぞれ以下の式を満足する
ことが好ましい。

【００１２】 　　　　０．２＜（Ｄ２／Ｒｍ２）＜０．５　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　……■　　　　０
．８＜（Ｄ１／Ｄ２）＜１．３　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　……■　　　　０．３＜（
Ｒｍ２／Ｒｍ１）＜０．５　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　……■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。

【００１３】前記■式の下限を越えると（第２球面ミラ
ー２５の曲率半径が大きくなると）、走査角の増大に従
って正の歪曲が増大すると共に、凸の像面湾曲が増大す
る。また、■式の上限を越えると（第２球面ミラー２５
の曲率半径が小さくなると）、走査角の増大に従って負
の歪曲が増大すると共に、凹の像面湾曲が増大する。前
記■式の下限を越えると、走査角の増大に従って負の歪
曲が増大すると共に、凹の像面湾曲が増大する。また、
■式の上限を越えると、走査角の増大に従って正の歪曲
が増大すると共に、凸の像面湾曲が増大する。

【００１４】前記■式の上限を越えると（第１球面ミラ
ー２０の曲率半径を大きくすると）、走査角の増大に従
って負の歪曲が増大すると共に、主走査方向の凸の像面
湾曲が増大し、副走査方向の凹の像面湾曲が増大する。 また、■式の下限を越えると（第１球面ミラー２０の曲
率半径を小さくすると）、走査角の増大に従って正の歪
曲が増大すると共に、主走査方向の凹の像面湾曲が増大
し、副走査方向の凸の像面湾曲が増大する。

【００１５】ポリゴンミラー１０への光束入射角に関し
ては、本第１実施例において、副走査方向と平行な面上
での入射角θｙは０°であり（従って、図３ではこの入
射角は現れていない）、主走査方向と平行な面上での入
射角θｚ（図２参照）は９０°とされている。次に、球
面ミラー２０，２５の傾きに関して説明する。

【００１６】光束をポリゴンミラー１０で走査した後、
２枚の球面ミラー２０，２５で折り返して感光体３０へ
到達させるには、球面ミラー２０，２５を副走査方向と
平行な面内で傾ける必要がある。しかし、このように球
面ミラー２０，２５を傾けると、走査画角によって球面
ミラーの法線と入射光束とで形成される角度が変化する
ため、光束の反射角度が走査画角によって変化し、感光
体３０上の走査線は円弧状のボウ（Ｂｏｗ）になってし
まう。走査線を直線状にするためには、２枚の球面ミラ
ー２０，２５でボウ（Ｂｏｗ）をそれぞれ逆向きに発生
させ、互いに打ち消すようにしてやればよい。図３にお
いては、第１球面ミラー２０の偏心角度をθｙ１、第２
球面ミラー２５の偏心角度をθｙ２で示す。

【００１７】ここで、第１実施例における実験例１、２
、３での構成データを表１ａ、表１ｂに示し、特性デー
タを図４、図５、図６に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】以上の各実験例１、２、３における感光体
集光面での収差をそれぞれ図４、図５、図６に示す。各
図中（ａ）は、横軸を走査角度、縦軸を歪曲度（歪曲収
差）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（主走査方向の像面湾曲）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（
副走査方向の像面湾曲）を示す。各図中（ｃ）は、横軸
を走査角度、縦軸を副走査方向の集光位置としたグラフ
で、走査線の偏向面に垂直な方向（副走査方向）への位
置ずれ、即ち、走査線の曲がりを示す。

【００２１】［第２実施例、図７〜図１１参照］本第２
実施例はビーム射出位置、即ち半導体レーザ１とコリメ
ータレンズ６とを、ポリゴンミラー１０と第１球面ミラ
ー２０との間に設け、光学系をよりコンパクト化したも
ので、他の構成は前記第１実施例と同様である。第１実
施例と比較すると、ポリゴンミラー１０での入射角と出
射角に角度を持たせるため、副走査方向と平行な面上で
の入射角θｙ（図９参照）は１．５°とされ、主走査方
向と平行な面上での入射角θｚは０°である（従って、
図８ではこの入射角は現れていない）。

【００２２】本第２実施例においても、前記第１実施例
で示した■式、■式、■式を満足することが好ましい。 また、本第２実施例における実験例４、５での構成デー
タを表２ａ、表２ｂに示し、特性データを図１０、図１
１に示す。なお、図１０、図１１は前記図４、図５、図
６に対応するものである。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】［他の実施例］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
てもよい。

【００２６】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
修正しているが、単に略平行光束を修正するだけでもよ
い。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、偏向器で偏向走査された光束を凸の第１球面ミ
ラー及び凹の第２球面ミラーを介して走査媒体上に集光
させるようにしたため、ｆθレンズを使用することなく
、主走査方向の走査速度を均等に補正（歪曲収差補正）
すると共に、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を補
正することができ、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。しかも、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高く、
透明である必要がないことから材質も広く選択でき、プ
ラスチックを用いても温度や湿度の変化に対する性能変
化の影響を受けることが少なく、材料面からの制約がな
くなる。さらに、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。

【図面の簡単な説明】

図１ないし図６は本発明に係る光ビーム走査光学系の第
１実施例を示す。

【図１】光ビーム走査光学系の概略構成を示す斜視図。

【図２】主走査方向と平行な面上での光路図。

【図３】副走査方向と平行な面上での光路図。

【図４】実験例１における集光面での収差図。

【図５】実験例２における集光面での収差図。

【図６】実験例３における集光面での収差図。図７ない
し図１１は本発明に係る光ビーム走査光学系の第２実施
例を示す。

【図７】光ビーム走査光学系の概略構成を示す斜視図。

【図８】主走査方向と平行な面上での光路図。

【図９】副走査方向と平行な面上での光路図。

【図１０】実験例４における集光面での収差図。

【図１１】実験例５における集光面での収差図。

【符号の説明】

１…半導体レーザ ６…コリメータレンズ １０…ポリゴンミラー １０ａ…反射面 ２０…第１球面ミラー ２５…第２球面ミラー ３０…感光体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画像情報に基づいて変調された光束を
   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
   折り返して走査媒体上に集光させる凸の第１球面ミラー
   及び凹の第２球面ミラーと、を備えたことを特徴とする
   光ビーム走査光学系。