JPH07107582B2 - 光走査装置 - Google Patents
光走査装置Info
- Publication number
- JPH07107582B2 JPH07107582B2 JP61058661A JP5866186A JPH07107582B2 JP H07107582 B2 JPH07107582 B2 JP H07107582B2 JP 61058661 A JP61058661 A JP 61058661A JP 5866186 A JP5866186 A JP 5866186A JP H07107582 B2 JPH07107582 B2 JP H07107582B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- scanning
- mirror
- optical scanning
- scanning device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Landscapes
- Lenses (AREA)
- Dot-Matrix Printers And Others (AREA)
- Laser Beam Printer (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザービームプリンタに用いられる光走査装
置に関する。さらに詳しくは走査レンズ系に関する。
置に関する。さらに詳しくは走査レンズ系に関する。
レーザービームを高速に偏向走査して画像情報を記録す
るレーザービームプリンタは、高速、高解像度、低騒音
という優れた特徴を有しており、小型化低価格化が進む
につれ急速にその需要を増してきている。そこで、その
重要な構成要素である光書き込みヘッドとして、光走査
装置に対しても小型化低価格化の要求は大きい。光走査
装置は大きくわけて光源と偏向器との結像レンズ系とか
ら成る。中でも結像レンズ系の単純化は小型化低価格化
に有効である。
るレーザービームプリンタは、高速、高解像度、低騒音
という優れた特徴を有しており、小型化低価格化が進む
につれ急速にその需要を増してきている。そこで、その
重要な構成要素である光書き込みヘッドとして、光走査
装置に対しても小型化低価格化の要求は大きい。光走査
装置は大きくわけて光源と偏向器との結像レンズ系とか
ら成る。中でも結像レンズ系の単純化は小型化低価格化
に有効である。
従来、レーザービームプリンタの光走査装置は第４図に
示すように偏向鏡13と、被走査平面Slの間に結像レンズ
11が配されたプリオブジエクテイブ型の走査光学系がほ
とんどである。プリオブジエクテイブ型の走査光学系は
像面湾曲収差を補正できること、走査速度の補正を光学
的に行なえること等の利点を有するが、広い画角をカバ
ーする必要上、レーザービームの径はきわめて小さいに
も拘らず結像レンズ11が大口径となつてしまう。
示すように偏向鏡13と、被走査平面Slの間に結像レンズ
11が配されたプリオブジエクテイブ型の走査光学系がほ
とんどである。プリオブジエクテイブ型の走査光学系は
像面湾曲収差を補正できること、走査速度の補正を光学
的に行なえること等の利点を有するが、広い画角をカバ
ーする必要上、レーザービームの径はきわめて小さいに
も拘らず結像レンズ11が大口径となつてしまう。
一方第５図に示すように光源と偏向鏡13の間に結像レン
ズ11が配されたポストオブジエクテイブ型の走査光学系
は、結像レンズ11が小口径でよく低価格化が可能であ
る。この場合に問題となる像面湾曲収差（第５図に示さ
れるように結像面SGは円弧状になる。）の問題は、像側
のビーム開口角が小さいため焦点深度が深いことを利用
して、焦点深度と結像面SGの曲率とのかねあいで解決す
ることができる。また走査速度の補正は光源の点灯周期
を電気的に補正することによつて行える。また光源であ
るレーザーダイオードから出射される光束は発散光束で
あるから、プリオブジエクテイブ型の走査光学系では、
光源12と偏向鏡13の間にコリメートレンズ16が必要であ
るのに対し、ポストオブジエクテイブ型では光源12から
出射した発散光束をそのまま結像用レンズ11に入射させ
ることができ、コリメートレンズが必要となる。
ズ11が配されたポストオブジエクテイブ型の走査光学系
は、結像レンズ11が小口径でよく低価格化が可能であ
る。この場合に問題となる像面湾曲収差（第５図に示さ
れるように結像面SGは円弧状になる。）の問題は、像側
のビーム開口角が小さいため焦点深度が深いことを利用
して、焦点深度と結像面SGの曲率とのかねあいで解決す
ることができる。また走査速度の補正は光源の点灯周期
を電気的に補正することによつて行える。また光源であ
るレーザーダイオードから出射される光束は発散光束で
あるから、プリオブジエクテイブ型の走査光学系では、
光源12と偏向鏡13の間にコリメートレンズ16が必要であ
るのに対し、ポストオブジエクテイブ型では光源12から
出射した発散光束をそのまま結像用レンズ11に入射させ
ることができ、コリメートレンズが必要となる。
ところで、レーザービームプリンタにこのような結像レ
ンズを用いた場合、像面でのビームスポツト径と光波長
から決まる像側の開口角は非常に小さくなるが、レーザ
ーダイオードの出射ビームが拡がり角によつて決まる光
源側の開口角はかなり大きい。従つて結像レンズは開口
数の大きなものを用いねばならず、球面収差を良好に補
正することが必要となるため、従来このようなレンズは
複数枚で構成されていた。
ンズを用いた場合、像面でのビームスポツト径と光波長
から決まる像側の開口角は非常に小さくなるが、レーザ
ーダイオードの出射ビームが拡がり角によつて決まる光
源側の開口角はかなり大きい。従つて結像レンズは開口
数の大きなものを用いねばならず、球面収差を良好に補
正することが必要となるため、従来このようなレンズは
複数枚で構成されていた。
上述の如く、プリオブジエクテイブ型の走査光学系では
結像レンズが大口径であり、ポストオブジエクテイブ型
の走査光学系ではレーザーダイオードから出射した発散
光束を結像させるために複数枚構成の結像レンズを必要
とする。レーザー光学系は一般に高い面精度が必要であ
るから上述の走査光学系による光走査装置は高価なもの
にならざるを得ないという欠点を有していた。
結像レンズが大口径であり、ポストオブジエクテイブ型
の走査光学系ではレーザーダイオードから出射した発散
光束を結像させるために複数枚構成の結像レンズを必要
とする。レーザー光学系は一般に高い面精度が必要であ
るから上述の走査光学系による光走査装置は高価なもの
にならざるを得ないという欠点を有していた。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、小型低価格、高性能なレーザプリンタ用
光走査装置を提供することにある。
するところは、小型低価格、高性能なレーザプリンタ用
光走査装置を提供することにある。
本発明の光走査装置は、発散光束を出射する光源と、該
光束を偏向走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡によ
り偏向された前記光束を結像する感光体とを備え光走査
をおこなう光走査装置において、前記光源と前記回転鏡
偏向装置との間に非球面レンズを配置し、前記箇所に非
球面レンズを備えた光学系が、 f:単玉非球面レンズの焦点距離 r1：単玉非球面レンズの第１面頂点の曲率半径 s1：光源と単玉非球面レンズの第１主平面との距離 s2：結像面と単玉非球面レンズの第２主平面との距離 l1：回転鏡偏向装置の回転多面鏡の偏向鏡面と結像面と
の距離 l2：有効走査幅 としたとき、 （ｉ）0.689＜r1/f＜2.377 （ii）l2 2s1 2/l1s2 2＜1.0×10-2mm の条件を満たすことを特徴とする。
光束を偏向走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡によ
り偏向された前記光束を結像する感光体とを備え光走査
をおこなう光走査装置において、前記光源と前記回転鏡
偏向装置との間に非球面レンズを配置し、前記箇所に非
球面レンズを備えた光学系が、 f:単玉非球面レンズの焦点距離 r1：単玉非球面レンズの第１面頂点の曲率半径 s1：光源と単玉非球面レンズの第１主平面との距離 s2：結像面と単玉非球面レンズの第２主平面との距離 l1：回転鏡偏向装置の回転多面鏡の偏向鏡面と結像面と
の距離 l2：有効走査幅 としたとき、 （ｉ）0.689＜r1/f＜2.377 （ii）l2 2s1 2/l1s2 2＜1.0×10-2mm の条件を満たすことを特徴とする。
以下、本発明の光走査装置を構成する走査光学系を詳し
く説明する。走査光学系の説明に入る前に第１図を用い
て本発明の光走査装置の全体像を説明する。レーザーダ
イオード２から出射したレーザービームは単玉非球面結
像レンズ１で感光ドラム５上の被走査面全体が焦点深度
範囲内に入るよう集光される。レーザービームは回転多
面鏡偏向器４の偏向鏡３によつて偏向走査される。この
時被走査平面上でのレーザースポツトの走査速度は等速
とならないが、レーザーダイオード２の発光タイミング
を走査速度にあわせて補正することによつて等ピツチの
走査を行う。この走査１回につき感光ドラムが１ピツチ
だけ回転してそれが繰返されることによつて感光ドラム
上に潜像が形成される。
く説明する。走査光学系の説明に入る前に第１図を用い
て本発明の光走査装置の全体像を説明する。レーザーダ
イオード２から出射したレーザービームは単玉非球面結
像レンズ１で感光ドラム５上の被走査面全体が焦点深度
範囲内に入るよう集光される。レーザービームは回転多
面鏡偏向器４の偏向鏡３によつて偏向走査される。この
時被走査平面上でのレーザースポツトの走査速度は等速
とならないが、レーザーダイオード２の発光タイミング
を走査速度にあわせて補正することによつて等ピツチの
走査を行う。この走査１回につき感光ドラムが１ピツチ
だけ回転してそれが繰返されることによつて感光ドラム
上に潜像が形成される。
本発明の光学系は、レーザーダイオードからかなり大き
い拡がり角で出射したレーザービームを所望のスポツト
サイズに結像する機能と、回転多面鏡によつて偏向され
たレーザービームが像面上で形成するスポツトのスポツ
トサイズを像面上のいたるところで均一にする機能に分
けて考えることができる。
い拡がり角で出射したレーザービームを所望のスポツト
サイズに結像する機能と、回転多面鏡によつて偏向され
たレーザービームが像面上で形成するスポツトのスポツ
トサイズを像面上のいたるところで均一にする機能に分
けて考えることができる。
第２図は前者の機能を説明するための図で、光軸上の一
点POにあるレーザーダイオード２の出射点から出射した
レーザービームは単玉結像レンズ１によつて同じく光軸
上の一点PIに結像される。従つて単玉結像レンズ１は球
面収差のみを考慮すればよく、レンズの第１面S1または
第２面S2のいずれかを非球面化することによつてほぼ無
収差の結像光学系が構成できる。ただし組立誤差等によ
り出射点が光軸からずれることを許容するとすればコマ
収差の発生も考えてS1，S2の両面を非球面化する必要が
ある。
点POにあるレーザーダイオード２の出射点から出射した
レーザービームは単玉結像レンズ１によつて同じく光軸
上の一点PIに結像される。従つて単玉結像レンズ１は球
面収差のみを考慮すればよく、レンズの第１面S1または
第２面S2のいずれかを非球面化することによつてほぼ無
収差の結像光学系が構成できる。ただし組立誤差等によ
り出射点が光軸からずれることを許容するとすればコマ
収差の発生も考えてS1，S2の両面を非球面化する必要が
ある。
さて、上述の非球面形状を、入射高ｙの面上の点と面頂
点の接平面SPからの距離をｘとして、 と表現する。このようにy10の項まで考慮すればほぼ無
収差の結像系が得られる。このような非球面形状はプラ
スチツク成形加工、またはガラス成形加工を用いて安価
に得ることができる。
点の接平面SPからの距離をｘとして、 と表現する。このようにy10の項まで考慮すればほぼ無
収差の結像系が得られる。このような非球面形状はプラ
スチツク成形加工、またはガラス成形加工を用いて安価
に得ることができる。
第２図においてSMは偏向鏡３の鏡面を表しており、レー
ザービームは紙面上のSMを回転軸として紙面から離れる
方向に回転して走査されるわけである。第３図は前述の
後者の走査機能を説明するための図である。偏向鏡３を
通過した後のレーザービームは開口角が非常に小さいた
め、球面収差、コマ収差を考慮する必要がなく、またレ
ーザービームの主光線は結像レンズ１の中心を通過して
いるため非点収差も考慮しなくてよい。さらに歪曲収差
はレーザーダイオードの点灯周期によつて補正可能であ
る。従つて像面湾曲のみを考えればよい。即ち第３図に
示すようにレーザービームの焦点深度をδとして２δの
幅を持つ円弧帯が被走査平面SI全体を含むようにするこ
とによつて走査方向全体にわたつて均一なスポツトサイ
ズを得ることができるわけである。
ザービームは紙面上のSMを回転軸として紙面から離れる
方向に回転して走査されるわけである。第３図は前述の
後者の走査機能を説明するための図である。偏向鏡３を
通過した後のレーザービームは開口角が非常に小さいた
め、球面収差、コマ収差を考慮する必要がなく、またレ
ーザービームの主光線は結像レンズ１の中心を通過して
いるため非点収差も考慮しなくてよい。さらに歪曲収差
はレーザーダイオードの点灯周期によつて補正可能であ
る。従つて像面湾曲のみを考えればよい。即ち第３図に
示すようにレーザービームの焦点深度をδとして２δの
幅を持つ円弧帯が被走査平面SI全体を含むようにするこ
とによつて走査方向全体にわたつて均一なスポツトサイ
ズを得ることができるわけである。
さて本発明の光学系は特許請求の範囲に記載された
（ｉ）（ii）の条件を満足しているわけであるが、これ
について説明する。（ｉ）はレーザーダイオードの出力
の利用効率を悪化させない、即ちレンズの開口径を大き
くとるための条件である。（ｉ）よりもr1/fが小さけれ
ば第１面の曲率が強すぎ、（ｉ）よりもr1/fが大きけれ
ば第２面の曲率が強すぎてレンズ口径を大きくできず、
通常のレーザーダイオードのビーム拡がり角のもとでは
光出力の利用効率を90％以上にできないことが、種々の
検討の結果判明した。
（ｉ）（ii）の条件を満足しているわけであるが、これ
について説明する。（ｉ）はレーザーダイオードの出力
の利用効率を悪化させない、即ちレンズの開口径を大き
くとるための条件である。（ｉ）よりもr1/fが小さけれ
ば第１面の曲率が強すぎ、（ｉ）よりもr1/fが大きけれ
ば第２面の曲率が強すぎてレンズ口径を大きくできず、
通常のレーザーダイオードのビーム拡がり角のもとでは
光出力の利用効率を90％以上にできないことが、種々の
検討の結果判明した。
（ii）は、走査方向全体にわたつて均一なスポツトサイ
ズを得るための条件である。スポツトの均一性がl2 2・S
1 2／l1S1 2に比例することは以下のようにして導ける。
すなわち、レーザービームの焦点深度δはビームの像側
開口角θ′の自乗に反比例することが知られている。す
なわち、 δ＝Ａ・1/θ′２ （２） また２δの幅で中央部半径l1の円弧帯がl2の走査幅をお
おう条件 16δl1＜l2 2 （３） とレーザービームの光源側開口角θと像側開口角θ′の
関係 S1θ＝S2θ′ （４） をあわせて となる。種々のl1，l2，S1，S2について実験的にスポツ
トサイズを測定したところ の範囲であれば走査方向のスポツトサイズの変化は10％
以内に収まることが判明した。
ズを得るための条件である。スポツトの均一性がl2 2・S
1 2／l1S1 2に比例することは以下のようにして導ける。
すなわち、レーザービームの焦点深度δはビームの像側
開口角θ′の自乗に反比例することが知られている。す
なわち、 δ＝Ａ・1/θ′２ （２） また２δの幅で中央部半径l1の円弧帯がl2の走査幅をお
おう条件 16δl1＜l2 2 （３） とレーザービームの光源側開口角θと像側開口角θ′の
関係 S1θ＝S2θ′ （４） をあわせて となる。種々のl1，l2，S1，S2について実験的にスポツ
トサイズを測定したところ の範囲であれば走査方向のスポツトサイズの変化は10％
以内に収まることが判明した。
以上、本発明の走査光学系の具体的な実施例を数値で示
す。
す。
（実施例１） ｆ＝4.207mm S1＝4.246mm S2＝450mm l1＝400mm l2＝210mm 結像レンズの形状は、 r1＝3.5mm r2＝−3.686mm ｄ＝3.5mm 第１面は非球面であつて前述の（１）式で表わされる非
球面係数は Ａ＝−2.274×10-5 Ｂ＝−3.014×10-2 Ｃ＝4.971×10-3 Ｄ＝−9.717×10-4 Ｅ＝9.807×10-5 のである。上記数値中、r1，r2はレンズ面S1，S2の頂点
での曲率半径、ｄは光軸上で測つた第１面を第２面間の
距離である。またレンズ媒質の屈折率は1.511である。
球面係数は Ａ＝−2.274×10-5 Ｂ＝−3.014×10-2 Ｃ＝4.971×10-3 Ｄ＝−9.717×10-4 Ｅ＝9.807×10-5 のである。上記数値中、r1，r2はレンズ面S1，S2の頂点
での曲率半径、ｄは光軸上で測つた第１面を第２面間の
距離である。またレンズ媒質の屈折率は1.511である。
この時、条件（ｉ）（ii）は、r1/f＝0.832, l2 2S1 2/l1S2 2＝9.82×10-3mmである。
（実施例２） ｆ＝4.207mm S1＝4.246mm S2＝450mm l1＝400mm l2＝210mm r1＝4.5mm r2＝−3.033mm ｄ＝3.5mm Ａ＝−1.535×10-5 Ｂ＝−3.788×10-2 Ｃ＝6.432×10-3 Ｄ＝−1.652×10-3 Ｅ＝1.852×10-4 r1/f＝1.07 l2 2S1 2/11S2 2＝9.82×10-3mm 第６図は実施例1,2における被走査平面上でのスポツト
サイズを示したグラフである。スポツト直径は120μｍ
±10％となつている。
サイズを示したグラフである。スポツト直径は120μｍ
±10％となつている。
第７図と第８図はそれぞれ実施例1,2の結像レンズの球
面収差（波面収差）を示している。ほぼ無収差のレンズ
ということができる。
面収差（波面収差）を示している。ほぼ無収差のレンズ
ということができる。
以上述べてきたように、本発明によれば、レーザーダイ
オードから出射した光源を像面上に所望のスポツトサイ
ズに結像する結像レンズが、回転多面鏡偏向装置と像面
との間に配置された単玉非球面レンズであつて、所定の
条件を満足するように構成されているので、小口径の単
玉レンズのみで収差の少ない均一なスポツト径が得ら
れ、小型低価格で高性能な光走査装置を提供することが
できる。なお、仮に単玉非球面レンズを回転多面鏡偏向
装置と感光体との間に設置すると、その光学系は本発明
の光学系とは全く異なったものとなるのみならず、走査
幅全体をカバーする大型のレンズが必要になる、そのた
め光走査装置全体が大型化する、収差の少ない均一なス
ポット径を得るのが困難等の不都合を生じ、本発明の光
走査装置がもたらす小型化等の上記効果を奏することは
極めて困難である。
オードから出射した光源を像面上に所望のスポツトサイ
ズに結像する結像レンズが、回転多面鏡偏向装置と像面
との間に配置された単玉非球面レンズであつて、所定の
条件を満足するように構成されているので、小口径の単
玉レンズのみで収差の少ない均一なスポツト径が得ら
れ、小型低価格で高性能な光走査装置を提供することが
できる。なお、仮に単玉非球面レンズを回転多面鏡偏向
装置と感光体との間に設置すると、その光学系は本発明
の光学系とは全く異なったものとなるのみならず、走査
幅全体をカバーする大型のレンズが必要になる、そのた
め光走査装置全体が大型化する、収差の少ない均一なス
ポット径を得るのが困難等の不都合を生じ、本発明の光
走査装置がもたらす小型化等の上記効果を奏することは
極めて困難である。
第１図は本発明の光走査装置の全体像を示す斜視図、第
２図、第３図は本発明の光走査装置における走査光学系
を説明するための原理図、第４図、第５図は従来の走査
光学系の代表例を示す図、第６図は本発明の光走査装置
の一実施例におけるスポツトサイズ変化を示す図、第７
図、第８図はそれぞれ本発明の第１第２の実施例におけ
る球面収差を示す図である。 １……結像レンズ、２……レーザーダイオード ３……偏向鏡、５……感光ドラム
２図、第３図は本発明の光走査装置における走査光学系
を説明するための原理図、第４図、第５図は従来の走査
光学系の代表例を示す図、第６図は本発明の光走査装置
の一実施例におけるスポツトサイズ変化を示す図、第７
図、第８図はそれぞれ本発明の第１第２の実施例におけ
る球面収差を示す図である。 １……結像レンズ、２……レーザーダイオード ３……偏向鏡、５……感光ドラム
Claims (1)
- 【請求項１】発散光束を出射する光源と、該光束を偏向
走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により偏向され
た前記光束を結像する感光体とを備え光走査をおこなう
光走査装置において、前記光源と前記回転鏡偏向装置と
の間に非球面レンズを配置し、前記箇所に非球面レンズ
を備えた光学系が、 f:単玉非球面レンズの焦点距離 r1：単玉非球面レンズの第１面頂点の曲率半径 s1：光源と単玉非球面レンズの第１主平面との距離 s2：結像面と単玉非球面レンズの第２主平面との距離 l1：回転鏡偏向装置の回転多面鏡の偏向鏡面と結像面と
の距離 l2：有効走査幅 としたとき、 （ｉ）0.689＜r1/f＜2.377 （ii）l2 2s1 2/l1s2 2＜1.0×10-2mm の条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058661A JPH07107582B2 (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058661A JPH07107582B2 (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 光走査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62215228A JPS62215228A (ja) | 1987-09-21 |
| JPH07107582B2 true JPH07107582B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=13090771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61058661A Expired - Lifetime JPH07107582B2 (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 光走査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107582B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5498627A (en) * | 1978-12-27 | 1979-08-03 | Canon Inc | Optical scanning device |
| JPS6158661A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-25 | 帝人株式会社 | 血液浄化器 |
-
1986
- 1986-03-17 JP JP61058661A patent/JPH07107582B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62215228A (ja) | 1987-09-21 |
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