JPH09105859A - 走査光学系 - Google Patents
走査光学系Info
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- JPH09105859A JPH09105859A JP7261650A JP26165095A JPH09105859A JP H09105859 A JPH09105859 A JP H09105859A JP 7261650 A JP7261650 A JP 7261650A JP 26165095 A JP26165095 A JP 26165095A JP H09105859 A JPH09105859 A JP H09105859A
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- Japan
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- axis
- scanning direction
- optical system
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザープリンタ等の走査光学系を構成する
一枚構成のｆθレンズを、スポット径の微小化及びリニ
アリティの向上によって高解像度化する。 【解決手段】 次の非球面式でｆθレンズを設計する。 【数５】 但し、ｆθレンズと光軸の交点を原点、光軸方向をＺ
軸、主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸に取り、
Ｒx、Ｒy、Ｋ、Ａn、Ｂmを任意係数とする。
一枚構成のｆθレンズを、スポット径の微小化及びリニ
アリティの向上によって高解像度化する。 【解決手段】 次の非球面式でｆθレンズを設計する。 【数５】 但し、ｆθレンズと光軸の交点を原点、光軸方向をＺ
軸、主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸に取り、
Ｒx、Ｒy、Ｋ、Ａn、Ｂmを任意係数とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は走査光学系用のｆ
θレンズに関する。
θレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザープリンタ、複写機、ファクシミ
リ等の印字ユニットに使用される走査光学系Ａは、一般
に、図８に示すような構成を有する。
リ等の印字ユニットに使用される走査光学系Ａは、一般
に、図８に示すような構成を有する。
【０００３】図８において、１は半導体レーザ等を内蔵
したＬＤユニットで、細く絞ったビーム光２を出射す
る。３は第１光学系で、ビーム光２を副走査方向（感光
ドラムの回転方向）にのみ収束する。４はポリゴンミラ
ーで、回転することによってビーム光を主走査方向に振
り分ける。５はｆθレンズからなる第２光学系で、主走
査方向（感光ドラムの軸方向）と副走査方向の収束を行
ない、感光ドラム等の感光体６上に、収束した結像によ
って静電潜像を形成する。
したＬＤユニットで、細く絞ったビーム光２を出射す
る。３は第１光学系で、ビーム光２を副走査方向（感光
ドラムの回転方向）にのみ収束する。４はポリゴンミラ
ーで、回転することによってビーム光を主走査方向に振
り分ける。５はｆθレンズからなる第２光学系で、主走
査方向（感光ドラムの軸方向）と副走査方向の収束を行
ない、感光ドラム等の感光体６上に、収束した結像によ
って静電潜像を形成する。
【０００４】ここで、上記第２光学系５は、上記収束作
用の他に、ｆθ補正（ポリゴンミラーの回転角速度と感
光ドラム上の結像の走査速度を一致させるための補正）
の機能を持つ必要がある。このため、通常は２枚乃至３
枚のレンズを組み合わせることが多い。
用の他に、ｆθ補正（ポリゴンミラーの回転角速度と感
光ドラム上の結像の走査速度を一致させるための補正）
の機能を持つ必要がある。このため、通常は２枚乃至３
枚のレンズを組み合わせることが多い。
【０００５】これに対し、部品点数を少なくし小型・軽
量化を図るため、１枚構成のｆθレンズも考えられてい
る（特開平５−３２３２２３号公報）。このｆθレンズ
は、
量化を図るため、１枚構成のｆθレンズも考えられてい
る（特開平５−３２３２２３号公報）。このｆθレンズ
は、
【数２】
【０００６】というトーリック面を表す式を用いて設計
されている。また、この公報の発明は、ｆθレンズの直
前に、主走査方向に延びるスリット状の絞りを設け、副
走査方向のＦ値がスポットの位置によらず一定になるよ
うにしている。
されている。また、この公報の発明は、ｆθレンズの直
前に、主走査方向に延びるスリット状の絞りを設け、副
走査方向のＦ値がスポットの位置によらず一定になるよ
うにしている。
【０００７】この非球面レンズによる１枚構成のｆθレ
ンズを用いた場合、その走査光学系の光学性能は、同公
報によれば感光体上のスポット径が１２０μｍ以上とな
っている。
ンズを用いた場合、その走査光学系の光学性能は、同公
報によれば感光体上のスポット径が１２０μｍ以上とな
っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の設計式を用
いたｆθレンズにおいて、非球面式は主走査方向のみに
対応する。副走査方向は単純形状のトーリック面とし、
上記スリット状の絞りとの組み合わせによりＦ値の一定
化を図っている。しかし、この従来構成では、高解像度
化に必要な性能、特にスポット径の微小化が困難な問題
があった。
いたｆθレンズにおいて、非球面式は主走査方向のみに
対応する。副走査方向は単純形状のトーリック面とし、
上記スリット状の絞りとの組み合わせによりＦ値の一定
化を図っている。しかし、この従来構成では、高解像度
化に必要な性能、特にスポット径の微小化が困難な問題
があった。
【０００９】そこで、この発明は、設計に用いる非球面
式に工夫をすることにより、スリットを設けることな
く、１枚構成であっても高解像度化が容易に可能となる
ｆθレンズを提供することを目的とする。
式に工夫をすることにより、スリットを設けることな
く、１枚構成であっても高解像度化が容易に可能となる
ｆθレンズを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、光源から発し
たビーム光を、回転するポリゴンミラーで反射して感光
体上に走査・結像させる走査光学系において、
たビーム光を、回転するポリゴンミラーで反射して感光
体上に走査・結像させる走査光学系において、
【００１１】ポリゴンミラーと結像面の間に配置され
て、ｆθ補正を行う１枚構成のｆθレンズを、主走査方
向（Ｘ軸）と副走査方向（Ｙ軸）の夫々を非球面とし、
さらに各非球面を決定する複数項を奇数項と偶数項を含
む８以上の項から定義した非球面式によって設計したこ
とを特徴とする。
て、ｆθ補正を行う１枚構成のｆθレンズを、主走査方
向（Ｘ軸）と副走査方向（Ｙ軸）の夫々を非球面とし、
さらに各非球面を決定する複数項を奇数項と偶数項を含
む８以上の項から定義した非球面式によって設計したこ
とを特徴とする。
【００１２】この非球面式は、具体的には、次のように
なる。
なる。
【００１３】ｆθレンズと光軸の交点を原点とし、光軸
方向をＺ軸、主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸とし
たとき（図３に、Ｘ、Ｙ、Ｚの各座標軸とレンズ形状の
関係を示す。）、
方向をＺ軸、主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸とし
たとき（図３に、Ｘ、Ｙ、Ｚの各座標軸とレンズ形状の
関係を示す。）、
【数３】 但し、Ｒx、Ｒy、Ｋ、Ａn、Ｂmは任意係数を表す。
【００１４】上記走査光学系において、図１に示すよう
に、光源から出たビーム光が、ｆθレンズの光軸に対し
主走査方向に角度をもってポリゴンミラーに入射する場
合は、ポリゴンミラーから感光体を見たｆθレンズの走
査方向の左右の形状を、上記非球面式を個別に適用し異
なる係数を持つものとして別々に設計し、左右非対称と
することができる。
に、光源から出たビーム光が、ｆθレンズの光軸に対し
主走査方向に角度をもってポリゴンミラーに入射する場
合は、ポリゴンミラーから感光体を見たｆθレンズの走
査方向の左右の形状を、上記非球面式を個別に適用し異
なる係数を持つものとして別々に設計し、左右非対称と
することができる。
【００１５】
【作用】上記非球面式は、主走査方向と副走査方向を同
時に非球面にできること、及びレンズ形状にうねりを生
じさせ、その複合により所望形状を作り出す係数項の数
からもわかるように、設計の自由度が高く、一枚構成の
ｆθレンズであっても、高解像度化に必要な光学性能、
特にスポット径の微小化が容易に達成できる。
時に非球面にできること、及びレンズ形状にうねりを生
じさせ、その複合により所望形状を作り出す係数項の数
からもわかるように、設計の自由度が高く、一枚構成の
ｆθレンズであっても、高解像度化に必要な光学性能、
特にスポット径の微小化が容易に達成できる。
【００１６】また、ポリゴンミラーへのビーム光の入射
が、ｆθレンズの光軸と交差する方向から行われる場合
は、ｆθレンズを左右非対称とし別々に非球面式を立て
ることにより、ポリゴンミラーの反射位置が反射角度に
よって変化することによる結像点のずれの除去を適切に
行なうことができる。
が、ｆθレンズの光軸と交差する方向から行われる場合
は、ｆθレンズを左右非対称とし別々に非球面式を立て
ることにより、ポリゴンミラーの反射位置が反射角度に
よって変化することによる結像点のずれの除去を適切に
行なうことができる。
【００１７】
【実施例】図１に、本発明の一実施例である走査光学系
の全体構成を示す。この実施例には、本発明の非球面式
を用いて設計したｆθレンズが組み込まれている。
の全体構成を示す。この実施例には、本発明の非球面式
を用いて設計したｆθレンズが組み込まれている。
【００１８】図１において、７は光源を内蔵し細く絞っ
たビーム光を作り出すＬＤユニットである。８は第１光
学系で、ビーム光の収束を、主として副走査方向（感光
ドラムの回転方向）に対して行ない、これに比べると小
さな収束率で主走査方向にも行なう。９は光偏光器であ
るポリゴンミラー、１０はｆθレンズからなる第２光学
系、１１は印字ドラム等の感光体を示す。図１を設計例
の諸値が適用される部分を明らかにする等のため書き換
えて図２に示す。
たビーム光を作り出すＬＤユニットである。８は第１光
学系で、ビーム光の収束を、主として副走査方向（感光
ドラムの回転方向）に対して行ない、これに比べると小
さな収束率で主走査方向にも行なう。９は光偏光器であ
るポリゴンミラー、１０はｆθレンズからなる第２光学
系、１１は印字ドラム等の感光体を示す。図１を設計例
の諸値が適用される部分を明らかにする等のため書き換
えて図２に示す。
【００１９】図２に示すように、ＬＤユニット７は、半
導体レーザ１２、レーザー光を平行光に近づける（完全
に平行光化する場合を含む）コリメータレンズ１３、絞
り１４から構成される。また、第１光学系８は、ビーム
光を主走査方向及び副走査方向（感光ドラムの回転方
向）に収束するトロイダルレンズから構成される。
導体レーザ１２、レーザー光を平行光に近づける（完全
に平行光化する場合を含む）コリメータレンズ１３、絞
り１４から構成される。また、第１光学系８は、ビーム
光を主走査方向及び副走査方向（感光ドラムの回転方
向）に収束するトロイダルレンズから構成される。
【００２０】ポリゴンミラー９は、反射面を多角形状に
形成したもので、回転することにより、入射したビーム
光を主走査方向（感光ドラムの軸方向）に振分けるよう
に偏向する。
形成したもので、回転することにより、入射したビーム
光を主走査方向（感光ドラムの軸方向）に振分けるよう
に偏向する。
【００２１】第２光学系１０は、前記本発明の非球面式
を用いて設計したｆθレンズで、主走査方向及び副走
査方向の双方の収束を行なうと同時に、ｆθ補正を行っ
て、収束したビーム光を感光体１１上に走査・結像させ
る。
を用いて設計したｆθレンズで、主走査方向及び副走
査方向の双方の収束を行なうと同時に、ｆθ補正を行っ
て、収束したビーム光を感光体１１上に走査・結像させ
る。
【００２２】次に、上記構成の各部分の具体的設計例を
２つ挙げ、その光学的性能を、各々説明する。
２つ挙げ、その光学的性能を、各々説明する。
【００２３】［設計例１］トロイダルレンズからなる第
１光学系８と、ｆθレンズからなる第２光学系１０は、
夫々１枚構成のものであり、光学系全体でｆθ特性のｆ
は１６０ｍｍ、感光体６上の走査幅Ｌは±１１０ｍｍで
ある。
１光学系８と、ｆθレンズからなる第２光学系１０は、
夫々１枚構成のものであり、光学系全体でｆθ特性のｆ
は１６０ｍｍ、感光体６上の走査幅Ｌは±１１０ｍｍで
ある。
【００２４】ＬＤユニット７は、半導体レーザー１２に
波長７８０ｎｍ（各光学系の屈折率は１.５１８６３と
なる）のものを使用し、これをｆ＝８ｍｍのコリメータ
レンズ１３を使用して収束した後、主走査方向が３.６
ｍｍで副走査方向が２.２ｍｍの楕円形状の絞り１４を
用いて、トランケート比（ＬＤ波形）を主走査方向で
０.４４、副走査方向で０.８４４としている。
波長７８０ｎｍ（各光学系の屈折率は１.５１８６３と
なる）のものを使用し、これをｆ＝８ｍｍのコリメータ
レンズ１３を使用して収束した後、主走査方向が３.６
ｍｍで副走査方向が２.２ｍｍの楕円形状の絞り１４を
用いて、トランケート比（ＬＤ波形）を主走査方向で
０.４４、副走査方向で０.８４４としている。
【００２５】ポリゴンミラー９は、内接円の直径がφ３
４.６で、外周の反射面を６面体としたものである。
４.６で、外周の反射面を６面体としたものである。
【００２６】第１光学系８であるトロイダルレンズは、
図２において、入射面Ｒ1と出射面Ｒ2を、トロイダル形
状としたもので、その形状は、次の曲率半径Ｒ、及び非
球面係数Ａnで定義される。
図２において、入射面Ｒ1と出射面Ｒ2を、トロイダル形
状としたもので、その形状は、次の曲率半径Ｒ、及び非
球面係数Ａnで定義される。
【００２７】 Ｒ1（ＴＲ） Ｘ方向 Ｒ ＝−７８.４１５３６ Ｙ方向 １／Ｒ＝０.１５７８９７７５２２２１０Ｅ−０１ Ｒ2（ＴＲ） Ｘ方向 Ｒ ＝−５９.５９９７６ Ｙ方向 １／Ｒ＝−０.１６１３７６４３５８２３３Ｅ−０１ Ａ4＝０.６８８３５９１４８８６５６Ｅ−０３ Ａ6＝−０.１９９５７１３２２７０１５Ｅ−０３ Ａ8＝−０.１２１１９０８１７３７００Ｅ−０３ Ａ10＝０.１０７８２３３０２２７１９Ｅ−０３ Ｋ＝０
【００２８】上記数値の内で、Ｘ方向とあるのは、図２
において、副走査方向を意味し、第２光学系１０に対し
ては、同図内の表記通りとなるが、第１光学系８で見た
場合は、紙面と平行な光軸と直交する方向となる。
において、副走査方向を意味し、第２光学系１０に対し
ては、同図内の表記通りとなるが、第１光学系８で見た
場合は、紙面と平行な光軸と直交する方向となる。
【００２９】また、出射面Ｒ2のＹ方向の形状は、上記
数値を、次式に適用して得られるものである。
数値を、次式に適用して得られるものである。
【数４】
【００３０】第２光学系１０であるｆθレンズは、ポリ
ゴンミラー９から感光体１１に向かって左右の部分を、
本発明の前記非球面式によって別々に設計し（次の
［表１］［表２］に、非球面式の各係数を示す）、左右
非対称としている。これは、ＬＤユニット７が側方に配
置され、ポリゴンミラー９における反射点が移動するこ
とによる感光体１１上の結像点の位置ずれを吸収補正す
るためである。
ゴンミラー９から感光体１１に向かって左右の部分を、
本発明の前記非球面式によって別々に設計し（次の
［表１］［表２］に、非球面式の各係数を示す）、左右
非対称としている。これは、ＬＤユニット７が側方に配
置され、ポリゴンミラー９における反射点が移動するこ
とによる感光体１１上の結像点の位置ずれを吸収補正す
るためである。
【００３１】次の表で、Ｒ1は入射側、Ｒ2は出射側を示
し、ポリゴンミラー９から感光体１１を見て、マイナス
側は左側、プラス側は右側を意味する（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸と
ｆθレンズの各面との対応関係は図２，図３を参照）。
し、ポリゴンミラー９から感光体１１を見て、マイナス
側は左側、プラス側は右側を意味する（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸と
ｆθレンズの各面との対応関係は図２，図３を参照）。
【表１】
【表２】
【００３２】上記設計例１の走査光学系で、得られる光
学性能は、次に示すようになる。
学性能は、次に示すようになる。
【００３３】感光体上に結像するスポット径は、図４に
示すように、主走査方向で６０μｍと一定値を保ち、副
走査方向で６０〜７０μｍとなり、そのバラツキは±５
μｍ以下となる。
示すように、主走査方向で６０μｍと一定値を保ち、副
走査方向で６０〜７０μｍとなり、そのバラツキは±５
μｍ以下となる。
【００３４】ここで、スポット径は最大エネルギーの部
分を１００％としたとき、１／ｅ2≒１３.５％までエネ
ルギー照射量が低下するまでの範囲を取ったものであ
る。
分を１００％としたとき、１／ｅ2≒１３.５％までエネ
ルギー照射量が低下するまでの範囲を取ったものであ
る。
【００３５】このように、スポット径が先に説明した先
行技術の１２０μｍよりも、かなり小さくできることに
より、例えば６００ｄｐｉという高解像度の印字が可能
になる。
行技術の１２０μｍよりも、かなり小さくできることに
より、例えば６００ｄｐｉという高解像度の印字が可能
になる。
【００３６】また、走査幅Ｌ＝−１１０.０４ｍｍ〜＋
１１０.０３ｍｍにおけるリニアリティは、図５に示す
ように、０.１２９ｍｍ以内となり、一枚構成のｆθレ
ンズで高い精度が得られることがわかる。
１１０.０３ｍｍにおけるリニアリティは、図５に示す
ように、０.１２９ｍｍ以内となり、一枚構成のｆθレ
ンズで高い精度が得られることがわかる。
【００３７】［設計例２］これは、設計例１において、
ポリゴンミラー９を、内接円の直径がφ１２ｍｍの４面
体のものに変更し、第２光学系１０の配置を、これに対
応させたものである。他の要素は設計例１と共通する。
ポリゴンミラー９を、内接円の直径がφ１２ｍｍの４面
体のものに変更し、第２光学系１０の配置を、これに対
応させたものである。他の要素は設計例１と共通する。
【００３８】設計例２の走査光学系の光学性能は、次に
示すようになる。感光体上に結像するスポット径は、図
６に示すように、主走査方向で６０〜６５μｍ、副走査
方向で６０〜７０μｍとなり、そのバラツキは±５μｍ
以下となる。また、走査幅Ｌ＝−１０８.３１ｍｍ〜＋
１０７.７７ｍｍにおけるリニアリティは、図７に示す
ように、０.３１ｍｍ以内となっている。
示すようになる。感光体上に結像するスポット径は、図
６に示すように、主走査方向で６０〜６５μｍ、副走査
方向で６０〜７０μｍとなり、そのバラツキは±５μｍ
以下となる。また、走査幅Ｌ＝−１０８.３１ｍｍ〜＋
１０７.７７ｍｍにおけるリニアリティは、図７に示す
ように、０.３１ｍｍ以内となっている。
【００３９】したがって、設計例２も設計例１と同様
に、スポット径が、先に説明した先行技術の１２０μｍ
よりも、小さくできることから、例えば６００ｄｐｉと
いった高解像度の印字が可能になる。
に、スポット径が、先に説明した先行技術の１２０μｍ
よりも、小さくできることから、例えば６００ｄｐｉと
いった高解像度の印字が可能になる。
【００４０】
【発明の効果】本発明は、走査光学系に、設計の自由度
が高い非球面式を用いて設計したｆθレンズを組込むの
で、一枚構成のｆθレンズで、高解像度化に必要なスポ
ット径の微小化及びリニアリティの向上が可能になる。
が高い非球面式を用いて設計したｆθレンズを組込むの
で、一枚構成のｆθレンズで、高解像度化に必要なスポ
ット径の微小化及びリニアリティの向上が可能になる。
【００４１】また、左右非対称の形状とすることによ
り、側方に配置した光源からポリゴンミラーにビーム光
を照射したときの反射点の移動による結像位置のずれを
なくすことができる。
り、側方に配置した光源からポリゴンミラーにビーム光
を照射したときの反射点の移動による結像位置のずれを
なくすことができる。
【図１】本発明の走査光学系の構成例を示す図
【図２】各部の寸法等を明らかにするために図１を書き
直した図
直した図
【図３】本発明で用いる非球面式の座標軸とレンズ形状
の関係を示す図
の関係を示す図
【図４】本発明の設計例１で得られたスポット径を、主
走査方向と副走査方向について示した図
走査方向と副走査方向について示した図
【図５】本発明の設計例１で実測されたリニアリティ特
性図
性図
【図６】本発明の設計例２で得られたスポット径を、主
走査方向と副走査方向について示した図
走査方向と副走査方向について示した図
【図７】本発明の設計例２で実測されたリニアリティ特
性図
性図
【図８】走査光学系の一般的構成を示す図
７ ＬＤユニット ８ 第１光学系 ９ ポリゴンミラー １０ 第２光学系（ｆθレンズ） １１ 感光体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ
Claims (2)
- 【請求項１】 光源から発したビーム光を、回転するポ
リゴンミラーで反射して感光体上に走査・結像させる走
査光学系において、 ポリゴンミラーと感光体の間に配置されて、ビームの収
束とｆθ補正を行うｆθレンズを、 ｆθレンズと光軸の交点を原点とし、光軸方向をＺ軸、
主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸としたとき、 【数１】 但し、Ｒx、Ｒy、Ｋ、Ａn、Ｂmは任意係数を表す。で表
される非球面式により１枚構成で設計したことを特徴と
する走査光学系。 - 【請求項２】光源から出たビーム光が、ｆθレンズの光
軸に対し主走査方向に角度をもってポリゴンミラーに入
射する場合において、 ポリゴンミラーから感光体を見たｆθレンズの走査方向
の左右の形状を、上記非球面式を個別に適用し異なる係
数を持つものとして別々に設計し、左右非対称としたこ
とを特徴とする請求項１記載の走査光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7261650A JPH09105859A (ja) | 1995-10-09 | 1995-10-09 | 走査光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7261650A JPH09105859A (ja) | 1995-10-09 | 1995-10-09 | 走査光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105859A true JPH09105859A (ja) | 1997-04-22 |
Family
ID=17364860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7261650A Pending JPH09105859A (ja) | 1995-10-09 | 1995-10-09 | 走査光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09105859A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004086115A1 (ja) * | 1997-07-30 | 2004-10-07 | Takatoshi Suzuki | 走査光学系 |
| JP2010271722A (ja) * | 1995-02-28 | 2010-12-02 | Canon Inc | マルチビーム走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタ |
-
1995
- 1995-10-09 JP JP7261650A patent/JPH09105859A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010271722A (ja) * | 1995-02-28 | 2010-12-02 | Canon Inc | マルチビーム走査光学装置及びそれを有するレーザービームプリンタ |
| WO2004086115A1 (ja) * | 1997-07-30 | 2004-10-07 | Takatoshi Suzuki | 走査光学系 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050325 |