JPH0772408A

JPH0772408A - 走査光学系

Info

Publication number: JPH0772408A
Application number: JP24624693A
Authority: JP
Inventors: Hideki Wakai; 秀樹若井; Hiroyuki Toyama; 浩之外山
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】［目的］本発明は、レーザープリンタ、レーザーＦＡ
Ｘ等に使用される走査光学系に係わり、特に、走査方向
に対してのみパワーを有する曲面ミラーを採用すること
により、ｆ・θレンズを使用する必要がなく、組立も容
易となる安価で高精度な走査光学系を提供することを目
的とする。［構成］本発明はリレー光学系が、光源部からの光を
回転偏向器に導き、回転偏向器が、リレー光学系からの
光を等角速度で走査面を走査し、主走査方向に対しての
みパワーを有する曲面ミラーを、回転偏向器と走査面の
間に配置する様になっており、リレー光学系が、走査面
に対して所定の角度をなしながら回転偏向器に光を入射
させる様になっている。そしてリレー光学系及び、走査
面と曲面ミラーとの間に、副走査方向にパワーを有する
レンズを設けることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザープリンタ、レー
ザーＦＡＸ等に使用される走査光学系に係わり、特に、
走査方向に対してのみパワーを有する曲面ミラーを採用
することにより、ｆ・θレンズを使用する必要がなく、
組立も容易となる安価で高精度な走査光学系に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザープリンター等のビームス
キャナーに一般的に使用されている走査光学系は、半導
体レーザー等からなる光源と、この光源からの光を等角
速度で走査面に走査するためのポリゴンミラー等からな
る偏光器と、ｆ・θレンズとから構成されていた。

【０００３】ｆ・θレンズは、走査速度差を補正するた
めのものである。もしｆ・θレンズ等を使用しない場合
には、ポリゴンミラー１００により等角速度で走査され
た光は、図７に示す様に、走査面２００までの距離が同
一とならず、主走査方向中心部と両端部では（デルタ
ｚ）の距離の差が生じる。この距離の差により、像面上
の主走査方向中心部から両端部に渡って像面湾曲が生
じ、スポット径の大きさがばらつき、均質な像が得られ
ないことになる。また、この光スポットは偏向反射面近
傍を中心として等角速度で走査されているが、像面上で
の速度は、走査域中心から両端にいく程上昇する走査速
度差が生じてしまう。

【０００４】この像面湾曲及び走査速度差を補正し、走
査面上で光を等速度で走査させるのがｆ・θレンズであ
る。しかしながらｆ・θレンズは、走査速度差の補正、
主走査方向の像面湾曲の補正並びに副走査方向の像面湾
曲の補正を行うため、多数の凸レンズ及び凹レンズを組
み合わせなければならず、研磨面数が増加して加工精度
の向上も困難となり、コスト高となるという問題も生じ
ていた。

【０００５】そこでｆ・θレンズを使用しない走査光学
系が提案されている。例えば図８（ａ）及び図８（ｂ）
に示す様に、２枚のミラー３００、３０１を用意し、こ
のミラー３００、３０１で走査光を多数回反射させるこ
とにより、光路長を延長させて（デルタｚ）を減少させ
る方法が存在していた。

【０００６】また図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す様
に、曲面ミラー４００を採用することにより、ｆ・θレ
ンズを省略するものも存在していた。

【０００７】更に図１０に示す様に、曲面ミラー４００
の副走査方向の曲率中心を走査平面から移動させたもの
や、図１１に示す様に、曲面ミラー４００を副走査方向
に傾けるものが存在していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記図８
（ａ）及び図８（ｂ）に示す様な２枚のミラー３００、
３０１を使用した従来例では、光学系全体が大型化する
上、２枚のミラー３００、３０１で何度も反射するた
め、取付角度の誤差許容値が小さく組立作業が極めて困
難であるという問題点があった。

【０００９】また図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す様
に、曲面ミラー４００を採用した従来例では、曲面ミラ
ー４００への入射走査面と射出走査面とが同一平面にあ
るため、走査面上に光を導くためには、ハーフミラー等
で光を分割する必要がある。このため、光量の低下を避
けることができないという問題点があった。

【００１０】更に図１０及び図１１に示す従来例は、ハ
ーフミラーを省略することはできるが、光学素子を主走
査方向及び副走査方向の両方に関して、正確に位置決め
しなればならず、角度及び位置の調整が面倒であり、組
立が困難となるという問題点があった。特に図１１に示
す曲面ミラー４００を副走査方向に傾ける方法は、像面
上における走査線が弓なりに湾曲してしまう。この湾曲
を補正して走査面上に走査させるためには、２枚以上の
曲面ミラー４００、４０１に入射する光の方向及び位置
を調整する必要があり、取付調整が更に複雑化し困難と
なるという深刻な問題点があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、光源部と、この光源部からの光を回
転偏向器に導くためのリレー光学系と、このリレー光学
系からの光を等角速度で走査面を走査するための回転偏
向器と、この回転偏向器と該走査面の間に配置された曲
面ミラーとから構成されており、前記リレー光学系は、
走査面に対して所定の角度をなしながら前記回転偏向器
に光を入射させ、前記曲面ミラーは、主走査方向に対し
てのみパワーを有する様に構成されている。

【００１２】また本発明は、前記リレー光学系及び、前
記走査面と前記曲面ミラーとの間には、副走査方向にパ
ワーを有するレンズを設けることもできる。

【００１３】更に本発明は、曲面ミラーの反射面が、非
球面とすることもできる。

【００１４】

【作用】以上の様に構成された本発明は、リレー光学系
が、光源部からの光を回転偏向器に導き、回転偏向器
が、リレー光学系からの光を等角速度で走査面を走査
し、曲面ミラーを、回転偏向器と走査面の間に配置する
様になっており、リレー光学系が、走査面に対して所定
の角度をなしながら回転偏向器に光を入射させ、曲面ミ
ラーは、主走査方向に対してのみパワーを有する様にな
っている。

【００１５】そして本発明は、リレー光学系及び、走査
面と曲面ミラーとの間に、副走査方向にパワーを有する
レンズを設けることもできる。

【００１６】更に本発明は、曲面ミラーの反射面を非球
面にすることもできる。

【００１７】

【実施例】

【００１８】本発明の走査光学系の実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００１９】本実施例の走査光学系は、レーザープリン
タ、レーザーＦＡＸ、ディジタルコピー等に使用される
ビームスキャナー装置であり、何れもｆ・θレンズを省
略することのできる走査光学系である。

【００２０】「第１実施例」

【００２１】図１は、第１実施例の走査光学系を示すも
のであり、半導体レーザー１と、集光レンズ２と、ポリ
ゴンミラー３と、曲面ミラー４と、走査面５とから構成
されている。

【００２２】半導体レーザー１は光源部に該当するもの
で、レーザー光を照射するためのものである。半導体レ
ーザー１は適宜の駆動手段に接続されており、半導体レ
ーザー１を強度変調させることにより、画像情報等を載
せた発散光束を照射させることができる。なお光源部は
半導体レーザー１に限ることなく、他のレーザー発生手
段や点光源等を採用することもできる。

【００２３】集光レンズ２は、半導体レーザー１からの
光をポリゴンミラー３に導くためのリレー光学系に該当
するものであり、半導体レーザー１からの発散光束を集
束光束にすることができる。そして集光レンズ２は、こ
の集束光束を走査面に対して所定の角度をなしながらポ
リゴンミラー３に入射させる様に構成されている。

【００２４】ポリゴンミラー３は回転偏向器に該当する
もので、曲面ミラー４と組み合わせることにより、走査
面５上で光スポットを等速走査させることができる。こ
のポリゴンミラー３の支軸には、適宜のモータ等からな
る回転駆動手段が連結されている。この回転駆動手段に
よりポリゴンミラー３は、等角速度で回転される。なお
回転偏向器はポリゴンミラー３に限ることなく、光束を
一平面に走査させることができるものであれば、何れの
ものを採用することができる。

【００２５】曲面ミラー４は図１及び図２に示す様に、
ポリゴンミラー３からの偏向光束を反射して走査面５上
に集光させるためのものである。曲面ミラー４は、ポリ
ゴンミラー３と走査面５の間に配置されており、反射面
４１は非球面となっている。そして曲面ミラー４は、主
走査方向に対してのみパワーを有し、副走査方向にはパ
ワーを有しない様に構成されている。なお主走査方向と
は、ポリゴンミラー３により走査される方向であり、副
走査方向とは、主走査方向に直交する方向である。なお
一般に副走査方向は、走査面５がドラム状である場合に
は、ドラムの駆動方向となる。

【００２６】走査面５は、集光された光スポットが等速
走査される面である。半導体レーザー１が、画像信号に
より変調された光ビームを照射している場合には、走査
面５には画像が形成される。

【００２７】以上の様に構成された第１実施例は、半導
体レーザー１から発散光束が照射されると、集光レンズ
２により集束光束に変換され、この集束光束をポリゴン
ミラー３に導く様になっている。この集束光束は図３に
示す様に、走査面に対して所定の角度をなしながらポリ
ゴンミラー３に入射させる様になっている。

【００２８】そして等角速度回転されたポリゴンミラー
３により、光ビームは、曲面ミラー４に向けて走査され
る。曲面ミラー４上では、走査された光ビームに走査速
度差が生じている。しかしながら曲面ミラー４には、主
走査方向に対してパワーを備えているので、走査速度差
及び像面湾曲を補正する様に光ビームを走査面５に反射
させることができる。

【００２９】この結果、ポリゴンミラー３により走査さ
れた光ビームは、曲面ミラー４で反射され、走査速度差
を補正されて走査面５で等速走査される様になってい
る。

【００３０】以上の様に第１実施例は、ｆ・θレンズを
使用することなく、曲面ミラー４を使用することで、走
査面５上で等速走査を行うことができるという効果があ
る。そして図７及び図８に見られる様な像面湾曲（デル
タｚ）も補正されるので、高精細な画像を形成すること
ができる。同時に回転偏向器の回転軸と、リレー光学系
による入射光の光軸とが垂直でない故に生じる副走査面
内での走査線の湾曲も、副走査方向に対しパワーのない
曲面ミラー４により補正される為、副走査方向への位置
調整が不要となるという効果がある。また曲面ミラー４
は、主走査方向に対してのみパワーを有する様に構成さ
れているので、反射面形状が単純化される。これらのこ
とから、組立の手間が少なく、各光学部品の加工費用を
安価にすることができるという効果がある。

【００３１】「第２実施例」

【００３２】図４は、第２実施例の走査光学系を示すも
のであり、半導体レーザー１と、集光レンズ２と、第１
の円柱レンズ２１と、ポリゴンミラー３と、曲面ミラー
４と、走査面５と、第２の円柱レンズ６とから構成され
ている。

【００３３】集光レンズ２と第１の円柱レンズ２１と
は、半導体レーザー１からの光をポリゴンミラー３に導
くためのリレー光学系に該当するものである。第１の円
柱レンズ２１は、主走査方向に対して長い線像とするた
めのレンズである。第２の円柱レンズ６は、曲面ミラー
４と走査面５との間に挿入されている。この第２の円柱
レンズ６は、ポリゴンミラー３と走査面５とを略共役と
するためのものである。第１の円柱レンズ２１と第２の
円柱レンズ６とにより、面倒れの補正を行うことができ
る。なお、第１の円柱レンズ２１と第２の円柱レンズ６
とが、副走査方向にパワーを有するレンズに該当する。

【００３４】以上の様に構成された第２実施例は、第２
実施例は、ｆ・θレンズを使用することなく、曲面ミラ
ー４を使用することで、走査面５上で等速走査を行うこ
とができると共に、面倒れ補正を行うことができるとい
う卓越した効果がある。なおその他の構成・作用は、第
１実施例と同様であるから説明を省略する。

【００３５】「曲面ミラー４について」

【００３６】曲面ミラー４の反射面４１は、非球面とす
ることもでき、この場合には、以下の式を満たす曲面と
することができる。

【００３７】

【数１】

【００３８】更に曲面ミラー４の反射面４１を２次曲面
とすることもでき、この場合には、以下の式を満たす曲
面とすることができる。

【００３９】

【数２】

【００４０】ここでｋはコーニック係数であり、ｋ≧−
１を満たす様になっている。

【００４１】「第１実施例の具体例」

【００４２】次に第１実施例の具体例を表１に示し、そ
の特性データを図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、
図５（ｄ）に示すことにする。

【００４３】

【表１】

【００４４】図５（ａ）は、歪曲収差を示すものであ
り、横軸が主走査方向の走査位置、縦軸が歪曲度となっ
ている。図５（ｂ）は、副走査方向の走査位置を示すも
のであり、走査線の位置ずれである走査線の曲がりを表
している。横軸が主走査方向の走査位置となっており、
縦軸は副走査方向の集光位置となっている。図５（ｃ）
は主走査方向の像面湾曲を示すものであり、横軸が主走
査方向の走査位置、縦軸が湾曲度を表している。図５
（ｄ）は副走査方向の像面湾曲を示すものであり、横軸
が主走査方向の走査位置、縦軸が湾曲度を表している。

【００４５】「第２実施例の具体例」

【００４６】次に第２実施例の具体例を表２に示し、特
性データを図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６
（ｄ）に示すことにする。なお図の表示方法は、図５
（ａ）〜図５（ｄ）と同様である。

【００４７】

【表２】

【００４８】

【効果】以上の様に構成された本発明は、光源部と、こ
の光源部からの光を回転偏向器に導くためのリレー光学
系と、このリレー光学系からの光を等角速度で走査面を
走査するための回転偏向器と、この回転偏向器と該走査
面の間に配置された曲面ミラーとから構成されており、
前記リレー光学系は、走査面に対して所定の角度をなし
ながら前記回転偏向器に光を入射させ、前記曲面ミラー
は、主走査方向に対してのみパワーを有する様に構成さ
れているので、ｆ・θレンズを使用することなく、曲面
ミラー４を使用することで、走査面５上で等速走査を行
うことができるという効果がある。そして曲面ミラー
は、主走査方向に対してのみパワーを有し、副走査方向
にはパワーを有しない様に構成されているので加工及び
組立が容易でコストの削減を実現することができ、安価
で高精細な走査光学ユニットを提供することができると
いう効果がある。

【００４９】更に本発明は、図７及び図８に見られる様
な像面湾曲（デルタｚ）も補正されるので、高精細な画
像を形成することができる。同時に回転偏向器の回転軸
と、リレー光学系による入射光の光軸とが垂直でない故
に生じる走査線の湾曲も、曲面ミラーにより補正される
為、副走査方向への位置調整が不要となるという効果が
ある。また曲面ミラーは、主走査方向に対してのみパワ
ーを有する様に構成されているので、反射面形状が単純
化される。これらのことから、組立の手間が少なく、各
光学部品の加工費用を高精細ながら安価にすることがで
きるという卓越した効果がある。

【００５０】更に本発明のリレー光学系及び、前記走査
面と前記曲面ミラーとの間には、副走査方向にパワーを
有するレンズが設けることもできるので、面倒れ補正を
行うことも可能である。

【００５１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】本第１実施例の構成を示す図である。

【図３】本第１実施例の構成を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例の構成を示す斜視図であ
る。

【図５（ａ）】本第１実施例の特性データを示す図であ
る。

【図５（ｂ）】本第１実施例の特性データを示す図であ
る。

【図５（ｃ）】本第１実施例の特性データを示す図であ
る。

【図５（ｄ）】本第１実施例の特性データを示す図であ
る。

【図６（ａ）】本第２実施例の特性データを示す図であ
る。

【図６（ｂ）】本第２実施例の特性データを示す図であ
る。

【図６（ｃ）】本第２実施例の特性データを示す図であ
る。

【図６（ｄ）】本第２実施例の特性データを示す図であ
る。

【図７】従来技術をを説明する図である。

【図８（ａ）】従来技術をを説明する図である。

【図８（ｂ）】従来技術をを説明する図である。

【図９（ａ）】従来技術をを説明する図である。

【図９（ｂ）】従来技術をを説明する図である。

【図１０】従来技術をを説明する図である。

【図１１】従来技術をを説明する図である。

【符号の説明】

１半導体レーザー２集光レンズ２１第１の円柱レンズ３ポリゴンミラー４曲面ミラー４１反射面５走査面６第２の円柱レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源部と、この光源部からの光を回転偏
向器に導くためのリレー光学系と、このリレー光学系か
らの光を等角速度で走査面を走査するための回転偏向器
と、この回転偏向器と該走査面の間に配置された曲面ミ
ラーとから構成されており、前記リレー光学系は、走査
面に対して所定の角度をなしながら前記回転偏向器に光
を入射させ、前記曲面ミラーは、主走査方向に対しての
みパワーを有する様に構成されていることを特徴とする
走査光学系。
【請求項２】前記リレー光学系及び、前記走査面と前
記曲面ミラーとの間には、副走査方向にパワーを有する
レンズが設けられている請求項１記載の走査光学系。
【請求項３】曲面ミラーの反射面が、非球面となって
いる請求項１〜２記載の走査光学系。