JPH0643370A

JPH0643370A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH0643370A
Application number: JP4198859A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Itabashi; 彰久板橋; Hiromichi Atsumi; 広道厚海
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-02-18
Also published as: US5475522A

Abstract

(57)【要約】【目的】結像ミラー径を用いる光走査装置において、結
像系の製造・組付け誤差に基づく副走査対応方向の光ス
ポット径誤差を有効に軽減させる。【構成】光源装置１，２からの光束をシリンダーレンズ
系３により副走査対応方向にのみ収束させて主走査対応
方向に長い線像として結像させ、光偏向器４により偏向
光束として等角速度的に偏向させ、結像ミラー系６によ
り被走査面７’上に光スポットとして集光させ、光スポ
ットにより等速光走査を行う光走査装置であって、光学
系の製造誤差・組付け誤差に起因する副走査対応方向に
おける結像位置の誤差を、シリンダーレンズ系３の配設
位置を光軸方向への変位調整することにより補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】等角速度的に偏向する光束を被走査面上
に光スポットとして集光し、被走査面を走査する光走査
装置は、従来から光プリンター等に関連して種々のもの
が知られている。偏向光束を被走査面上に光スポットと
して集光するとともに光スポットによる光走査を等速化
する光学系としては「ｆθレンズ」が一般的であるが、
近来、ｆθレンズレンズに代えて「リニアリティ補正機
能を持つ結像ミラー系」を利用することが提案されてい
る（例えば、特開平１−２００２２１号公報）。

【０００３】近来、光走査装置には、書き込み画像の像
質を高めるため高密度記録が求められているが、これを
実現するためには被走査面を走査する光スポット径が像
高とともに大きく変動しないことが是非とも必要であ
る。光スポット径は、偏向光束を被走査面上に光スポッ
トとして集光させる結像系の、主走査対応方向（光源か
ら被走査面に到る光路を直線状に展開した仮想的な光路
上で主走査方向に平行に対応する方向）および副走査対
応方向（上記仮想的な光路上で副走査方向に平行に対応
する方向）の結像点の軌跡、即ち上記両対応方向におけ
る像面湾曲に影響される。

【０００４】光スポット径の変動を抑えるには、上記両
対応方向において結像系の像面湾曲を０とすれば良いが
実際上不可能であり、現実には主・副走査対応方向に像
面湾曲が生じてしまう。これら両対応方向のうち、主走
査対応方向の像面湾曲に伴う光スポット径変動は、１ド
ットを書き込む時間を電気的に制御することにより実用
上問題とならない程度まで補正することができ、従っ
て、主走査対応方向の像面湾曲に就いては比較的許容度
が高い。

【０００５】しかるに副走査対応方向の光スポット径変
動は、このような電気的な補正ができず、副走査対応方
向の像面湾曲が大きいと副走査対応方向の光スポット径
は像高により大きく変動してしまう。このため一般に、
上記結像系は副走査対応方向の像面湾曲が可及的に小さ
くなるように設計される。しかし、結像系を実際に製造
する際にはある程度の製造誤差は避けられず、また結像
系を光走査装置本体に組付ける場合の組付け誤差も不可
避的に発生する。このような、製造上・組付け上の誤差
があると、偏向光束の主・副走査対応方向の結像位置が
設計上の位置からずれ、被走査面上に形成される光スポ
ットの主・副走査対応方向の径も設計上の径と異なるも
のとなる。

【０００６】このような結像系の製造や組付け上の誤差
に基づく「光スポット径誤差」も主走査対応方向のもの
に就いては、前述した、１ドット書き込み時間を電気的
に制御することにより補正が可能であるが、副走査対応
方向のものに就いては電気的な補正が困難である。

【０００７】また、光束を等角速度的に偏向させる光偏
向器に所謂「面倒れ」があると、光スポットが走査する
主走査ラインの位置が副走査方向に変動して、所謂ジタ
ーを発生してしまう。上記の光スポット径変動の問題や
ジター発生の問題は、結像系として上記結像ミラー系を
用いる場合にも問題となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、結像ミラー系を用い
る光走査装置において、結像系の製造・組付け誤差に基
づく副走査対応方向の光スポット径誤差を有効に軽減さ
せ得る新規な光走査装置の提供を目的とする。この発明
の他の目的は、結像ミラーを用いる光走査装置において
上記光スポット径誤差を有効に軽減するとともに、光偏
向器の面倒れに伴うジターの発生を有効に防止できる新
規な光走査装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置
は、光源装置と、シリンダーレンズ系と、光偏向器と、
結像ミラー系と、調整機構とを有する（請求項１）。
「光源装置」は、光走査用の光束を放射する。光源装置
は、半導体レーザーや発光ダイオード等の光源、あるい
はこれら光源とカップリングレンズとにより構成でき
る。「シリンダーレンズ系」は、光源装置からの光束を
副走査対応方向にのみ収束させ、主走査対応方向に長い
線像として結像させる。シリンダーレンズ系は１枚以上
のシリンダーレンズにより構成される。「光偏向器」
は、シリンダーレンズ系からの光束を偏向反射面により
反射し、偏向光束として等角速度的に偏向させる。「結
像ミラー系」は、偏向光束を被走査面上に光スポットと
して集光させ、且つ光スポットによる光走査を等速化す
る。「調整機構」は、シリンダーレンズ系の光軸方向の
位置を変位調整する機構である。

【００１０】請求項１記載の光走査装置においては、シ
リンダーレンズ系による「主走査対応方向に長い線像の
結像位置」は、原理的にはシリンダーレンズ系から結像
ミラー系に到る光路上領域の任意の位置でよい。

【００１１】光偏向器としては、回転多面鏡やピラミダ
ルミラー、回転単面鏡等を用いることができるが、請求
項１の光走査装置は偏向反射面の面倒れを補正する機能
を持たない場合もあるので、このような場合には、面倒
れが実際上殆ど問題とならないピラミダルミラーや回転
単面鏡を光偏向器として用いるのが良い。

【００１２】請求項２記載の光走査装置は、請求項１記
載の上記構成において「主走査対応方向に長い線像が光
偏向器の偏向反射面近傍に結像するようにシリンダーレ
ンズ系の位置が設定され、結像ミラー系が、副走査対応
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ように構成されている」こ
とを特徴とする。

【００１３】この請求項２記載の光走査装置は面倒れ補
正機能を持つので、光偏向器として回転多面鏡等、面倒
れを有するものを自由に用いることができる。なお、請
求項２記載の光走査装置において、シリンダーレンズ系
の位置が「主走査対応方向に長い線像が光偏向器の偏向
反射面近傍に結像するように設定される」とは、シリン
ダーレンズを設置する基準位置が、上記のように設定さ
れることを意味し、このように設定された基準位置の近
傍において、シリンダーレンズを光軸方向へ変位させて
位置調整を行うことができるのである。

【００１４】結像ミラー系は種々の構成が可能であり、
例えば、凹球面鏡と長尺の凹シリンダーミラーの組合せ
によって構成することもできるが、「非球面の反射面形
状を有するアナモフィックな単一の凹面鏡」として構成
しても良い（請求項３）。

【００１５】さらに、上記請求項１または２または３記
載の光走査装置において、光偏向器の偏向反射面に入射
する光束は、「主走査対応方向において収束性」であっ
ても良いし（請求項４）、「主走査対応方向において発
散性」でもよく（請求項５）、あるいは、「光源装置か
ら射出する光束を平行光束とする」ことにより、偏向反
射面へ入射する光束が主走査対応方向に関して平行であ
るようにしても良い（請求項６）。

【００１６】

【作用】この発明の光走査装置では、光源装置からの光
束はシリンダーレンズ系により主走査対応方向に長い線
像として結像され、偏向光束は結像ミラー系により被走
査面上に光スポットとして集光される。従って副走査対
応方向に就いて見ると、光スポットは、上記「線像」を
物点とする、結像ミラー系による像である。

【００１７】結像ミラー系による副走査対応方向の結像
の横倍率をβとすると、上記線像の結像位置が光路上で
「Δ」だけ変位すると、結像ミラー系による副走査対応
方向の結像位置は「β²・Δ」だけ変位する。従って、シ
リンダーレンズ系の配備位置を光軸方向へ変位させて結
像ミラーによる副走査対応方向の結像位置を被走査面に
直交する方向へずらすことが可能である。またシリンダ
ーレンズ系を光軸方向へ変位させても、結像ミラー系に
よる主走査対応方向の結像状態は変化しない。

【００１８】請求項２記載の光走査装置では、線像の結
像位置が偏向反射面近傍となることにより、光スポット
の副走査対応方向の位置が、偏向反射面の面倒れに実質
的に影響されない。

【００１９】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００２０】図１（Ａ）において、光源１としての半導
体レーザーからの発散性の光束はカップリングレンズ２
を透過する。カップリングレンズ２は、透過光束を集光
光束としてもよいし、発散性の光束としてもよく、ある
いは実質的な平行光束としてもよいが、ここでは具体性
のため、カップリングレンズ２を透過した光束は実質的
な平行光束となっているものとする。光源１とカップリ
ングレンズ２とは「光源装置」を構成している。

【００２１】光源装置から射出した光束は続いて線像結
像素子としてのシリンダーレンズ３を透過して副走査対
応方向にのみ収束し、回転単面鏡である光偏向器４の偏
向反射面近傍に主走査対応方向に長い線像として結像す
る。偏向反射面により反射された光束は結像ミラー系６
に反射され、さらに長尺ミラー５により反射され、被走
査面の主走査ラインＬに母線を合致させて配備された光
導電性の感光体７上に光スポットとして集光し、光偏向
器４により等角速度的に偏向されるに従い感光体７を等
速的に光走査する。なお、長尺ミラー５は光路を折り曲
げるためのもので屈折力を持たず、従って結像ミラー系
を構成しない。

【００２２】結像ミラー系６の結像作用を主・副走査対
応方向のそれぞれに就いて見ると、以下のようになる。
即ち、主走査対応方向においては、カップリングレンズ
２を透過した平行光束が結像ミラー系６により感光体７
上に光スポットとして集光する。副走査対応方向に就い
ては前述のように、シリンダーレンズ３により結像され
た主走査対応方向に長い線像を物点とする、結像ミラー
系６による像が感光体７上の光スポットである。この実
施例では、線像は偏向反射面近傍に結像するので、副走
査対応方向に就いては、結像ミラー系６が偏向反射面位
置と被走査面位置とを幾何光学的に略共役な関係として
いる。

【００２３】この状態を図１（Ｂ）に示す。符号４’は
光偏向器４の偏向反射面、符号７’は被走査面を示す。
図１（Ｃ）は、結像ミラー系６の製造誤差や組付け誤差
により、結像ミラー系６による副走査対応方向の結像位
置が被走査面７’に直交する方向へΔ’だけずれた状態
を示している。この場合、結像ミラー系６の副走査対応
方向の結像の横倍率をβとして、関係「Δ’＝β²・Δ」
を満足する距離：Δだけ、シリンダーレンズ系３を偏向
反射面４’側へ繰り出せば、図１（Ｄ）に示すように、
線像の結像位置も「Δ」だけ繰り出され、結像ミラー系
６による副走査対応方向の結像位置を設計通りに被走査
面７’に合致させることができる。

【００２４】結像ミラー系を用いる光走査装置では、結
像ミラー系により偏向光束が入射側に反射されるので、
反射光束の光路を入射光束の光路から分離する必要があ
る。光路分離の方法は種々のものが可能であるが、図２
に代表的な３例を挙げる。図２（Ａ）（Ｂ）は、結像ミ
ラー系６に入射する光束が副走査対応方向（図の上下方
向）に傾くようにした光路分離方式であり、（Ａ）は結
像ミラー系６による反射光束が直接に感光体７に入射す
るようにしたもの、（Ｂ）は反射光束をの光路を長尺ミ
ラー５により折り曲げて感光体７に導くようにしたもの
で、図１の光走査装置で採用されている。また（Ｃ）
は、長尺のハーフミラー８を用いて光路分離を行う方式
を示している。

【００２５】図２の（Ａ）や（Ｂ）の光路分離方式で
は、偏向光束の結像ミラー系６への入射位置の軌跡が、
主走査対応方向（図２の図面に直交する方向）に平行に
ならず曲線状となる。このため、このような光路分離方
式では被走査面上における主走査ラインが曲線になる
が、このような主走査ラインの曲線化は、結像ミラー系
６の光軸を副走査対応方向において若干傾けたり、ある
いは副走査対応方向へ若干平行移動させて位置設定した
り、これら平行移動と傾けとを組み合わせることにより
実用上問題とならない程度に小さくすることができる。

【００２６】図３は、結像ミラー系６の反射面形状を説
明するための図である。結像ミラー系６の反射面は以下
のように特定される。即ち、結像ミラー系６の反射面の
光軸と反射面との交点の位置において反射面の曲率を考
え、最大曲率に対応する曲率半径をＲｓ、最小曲率に対
応する曲率半径をＲｍとする。これら最大曲率および最
小曲率は、反射面の互いに直交する対称面に関連する。
即ち上記２つの対称面は、反射面光軸を含んで互いに直
交するが、一方の対称面（仮に、最大曲率対称面と呼
ぶ）と反射面との交線の曲率半径は、光軸と反射面との
交点において上記Ｒｓであり、他方の対称面（最小曲率
対称面と呼ぶ）と反射面との交線の曲率半径は、光軸と
反射面との交点において上記Ｒｍである。

【００２７】上記最小曲率対称面と反射面との交線（図
３において破線で示す）は、光軸方向の座標をＸ、上記
交点を原点とし最小曲率対称面内で光軸と直交する方向
の座標をＹとするときに、円錐定数をＫとして、一般
式：Ｘ＝Ｙ²／［Ｒｍ＋√｛Ｒｍ²−（１＋Ｋ）Ｙ²｝］（１）で表される曲線である。図３において軸Ａｘ１は、光軸
上で上記交点から曲率半径Ｒｍだけ離れた位置におい
て、最小曲率対称面に直交させた軸である。また軸Ａｘ
２は、最小曲率対称面内において、上記交点から曲率半
径Ｒｓだけ離れた位置で光軸に直交させた軸である。

【００２８】結像ミラー系６の反射面の形状は、（１）
式で表される曲線（図３の破線）を軸Ａｘ２の回りに回
転して得られるアナモフィックな非球面形状（樽型トー
リック面）であり、結像ミラー系６は、軸Ａｘ２の方向
を主走査対応方向に平行にして用いられる。

【００２９】図４はシリンダーレンズ系３を光軸方向に
変位調整する変位調整機構の１例を示している。シリン
ダーレンズ系３は固定手段１３により移動ステージ１４
上に固定されている。移動ステージ１４は支持体１２の
溝１５に嵌まり合い、光軸１６の方向へ変位可能であ
り、装置の不動部材に固定的に設けられた螺子受け１１
に螺装された調整螺子９により光軸１６の方向へ変位調
整されるようになっている。従って、調整螺子９のノブ
１０を回転調整することにより、シリンダーレンズ系３
を光軸方向へ変位調整することができる。

【００３０】以下、上記実施例に関する具体的な光学配
置を４例説明する。図５（光源１から被走査面７’に到
る光路を示す模式図）に示すように、各具体例におい
て、シリンダーレンズ系３の主走査対応方向の曲率半径
を光源側レンズ面に就きＲ_1S、偏向反射面側レンズ面に
就きＲ_2S、副走査対応方向の曲率半径を光源側レンズ面
に就きＲ_1M、偏向反射面側レンズ面に就きＲ_2M、結像ミ
ラー系６の反射面の主走査対応方向に関する光軸上曲率
半径をＲｍ、円錐定数をＫ、副走査対応方向の曲率半径
をＲｓとし、偏向反射面４’から結像ミラー系６の反射
面までの距離をｄ₀、上記反射面から被走査面７’に到
る距離をｄ₁とする。またシリンダーレンズ系３の肉厚
をｄ₂、屈折率をｎとし、シリンダーレンズ系３と偏向
反射面４’との面間隔をｄ₃とする。

【００３１】また、Ｓ₀は結像ミラー系６による主走査
対応方向の結像における物点の位置（反射面からの距
離）を表し、この物点が反射面の手前側（光路上で光源
側）にある場合を負とする。全具体例を通じて光偏向器
４による偏向角は±５０度であり、主走査対応方向に関
する結像ミラー系６の焦点距離を１００として規格化し
てある。

【００３２】最初に挙げる具体例１では、カップリング
レンズ３を射出した光束が収束性であり、光束は主走査
対応方向に関しては収束性のまま偏向反射面に入射す
る。このとき上記物点は上記収束光束の「自然集光点」
即ち、収束光束が他の光学系の影響を受けずに光路上で
自然に集光する位置であり、具体例１では結像ミラー系
６の後方に位置するため上記Ｓ₀は「正」となる。

【００３３】具体例１Ｒ_1M＝∞ Ｒ_1S＝１９．４６８ｄ₂＝３．６３２ｎ＝１．５１１１８Ｒ_2M＝∞ Ｒ_2S＝∞ ｄ₃＝３２．２２８Ｓ₀＝２８５．７６９ｄ₀＝６０．３８５Ｒｍ＝−２００Ｒｓ＝−６６．８３０ｄ₁＝７４．０７７Ｋ＝−０．４図６に像面湾曲（破線は主走査対応方向、実線は副走査
対応方向）と走査特性の図を示す。走査特性は、偏向
角:θに対する理想像高をＨi(θ)、実際の像高をＨr
(θ)とするとき、[{Hr(θ)/Hi(θ)}-1]×100（％）で定
義され、ｆθレンズに関して定義されるｆθ特性に相当
する。

【００３４】図７は、具体例１における結像ミラー系６
の製造誤差で、Ｒｓの値、−６５．３７７になってしま
った場合の像面湾曲を示している。この製造誤差により
副走査対応方向の結像位置は光軸方向に移動して結像性
能が低下するが、シリンダーレンズ３を光軸方向へ変位
させて線像の結像位置を調整することにより、図８に示
すように、略設計通りの結像性能を実現できる。このと
き、ｄ₃の値は、２９．６８６で、シリンダーレンズ系
３は偏向反射面方向へ２．５９２だけ変位している。

【００３５】具体例２Ｒ_1M＝∞ Ｒ_1S＝２０．６５５ｄ₂＝３．８５４ｎ＝１．５１１１８Ｒ_2M＝∞ Ｒ_2S＝∞ ｄ₃＝３５．３２４Ｓ₀＝４９８．９６０ｄ₀＝６５．９７３Ｒｍ＝−２００Ｒｓ＝−７５．５３０ｄ₁＝８３．３０５Ｋ＝−１．０この具体例でもＳ₀の値から明らかなように、偏向光束
は主走査対応方向に関して収束性である。この例の像面
湾曲と走査特性を図９に示す。

【００３６】具体例３Ｒ_1M＝∞ Ｒ_1S＝２１．２７８ｄ₂＝３．９７０ｎ＝１．５１１１８Ｒ_2M＝∞ Ｒ_2S＝∞ ｄ₃＝３８．９８４Ｓ₀＝∞ ｄ₀＝６３．５１７Ｒｍ=−２００Ｒｓ=−７７．８８８ｄ₁=１００．１２６Ｋ=−０．５この具体例ではＳ₀の値から明らかなように、偏向光束
は主走査対応方向に関して平行である。この例の像面湾
曲と走査特性を図１０に示す。

【００３７】具体例４Ｒ_1M＝∞ Ｒ_1S＝２１．９２２ｄ₂＝４．０９０ｎ＝１．５１１１８Ｒ_2M＝∞ Ｒ_2S＝∞ ｄ₃＝４１．１９７Ｓ₀＝−１９５９．１００ｄ₀＝６１．３５０Ｒｍ=−２００Ｒｓ=−７８．２８２ｄ₁=１０５．３７９Ｋ=−０．９この具体例ではＳ₀が負となっていることから明らかな
ように、偏向光束は主走査対応方向に関して発散性であ
り、結像ミラー系６の結像における主走査対応方向に関
する「物点」は、カップリングレンズ２から射出する発散
光束の仮想的な「発散の起点」である。この例の像面湾
曲と走査特性を図１０に示す。

【００３８】これら具体例２〜４の場合にも、製造誤差
や組付け誤差により副走査対応方向の結像位置がずれた
場合には、シリンダーレンズ系３の光軸方向への変位に
より略、図９〜１１に示す設計通りの像面湾曲（結像特
性）を実現できる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
光走査装置を提供できる。請求項１記載の光走査装置は
上記の如き構成であるので、光学系の製造誤差や組付け
誤差に起因する副走査対応方向の光スポット径の誤差を
補正できる。請求項２の装置では上記誤差の補正ととも
に面倒れを補正してジッターの発生を防止できる。請求
項３記載の装置では非球面の使用により収差補正を良好
に行うことができる。請求項４記載の装置では偏向反射
面と結像ミラー系の間隔を短く設定でき、装置のコンパ
クト化が可能であり、請求項５記載の装置では逆に偏向
反射面と結像ミラー系の間隔が大きくなるので光学系の
レイアウトや配設が容易になる。さらに請求項６記載の
装置では、光源装置とシリンダーレンズ系との間隔を自
由に設定でき、装置のレイアウトが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を説明するための図であ
る。

【図２】光偏向器から被走査面にいたる光学配置を３例
示す図である。

【図３】図１の実施例における結像ミラー系６の反射面
の非球面形状を説明するための図である。

【図４】シリンダーレンズ系を変位調整する調整機構の
１例を示す斜視図である。

【図５】上記実施例に関する１具体例を説明するための
図である。

【図６】具体例１に関する像面湾曲と走査特性を示す図
である。

【図７】具体例１において製造誤差が生じたときの像面
湾曲の図である。

【図８】図８の像面湾曲をシリンダーレンズ系の変位で
補正した図である。

【図９】具体例２に関する像面湾曲と走査特性を示す図
である。

【図１０】具体例３に関する像面湾曲と走査特性を示す
図である。

【図１１】具体例４に関する像面湾曲と走査特性を示す
図である。

【符号の説明】

１光源２カップリングレンズ３
シリンダーレンズ系４光偏向器５長尺ミラー６
結像ミラー系７感光体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光走査用の光束を放射する光源装置と、光源装置からの光束を副走査対応方向にのみ収束させ、
主走査対応方向に長い線像として結像させるシリンダー
レンズ系と、このシリンダーレンズ系からの光束を偏向反射面により
反射し、偏向光束として等角速度的に偏向させる光偏向
器と、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、且
つ上記光スポットによる光走査を等速化する結像ミラー
系と、上記シリンダーレンズ系の光軸方向の位置を変位調整す
る調整機構とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】請求項１記載の光走査装置において、主走査対応方向に長い線像が光偏向器の偏向反射面近傍
に結像するようにシリンダーレンズ系の位置が設定さ
れ、結像ミラー系は、副走査対応方向に関して、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
るように構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】請求項１または２記載の光走査装置におい
て、結像ミラー系が、アナモフィックな単一の凹面鏡であ
り、反射面形状が非球面であることを特徴とする光走査
装置。
【請求項４】請求項１または２または３記載の光走査装
置において、光偏向器の偏向反射面に入射する光束が、主走査対応方
向において収束性であることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】請求項１または２または３記載の光走査装
置において、光偏向器の偏向反射面に入射する光束が、主走査対応方
向において発散性であることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】請求項１または２または３記載の光走査装
置において、光源装置から射出する光束が平行光束であることを特徴
とする光偏向装置。