JPS63216018A - 光走査装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は１例えばレーザープリンター等に適用可能な光
走査装置に関する。

（従来の技術） レーザー光などの光ビームを走査して情報を記録する装
置、例えばレーザープリンターでは、一般に、結像レン
ズとしてｆＯレンズ、即ち、焦点比ｌｆと偏向角θが像
高ｙに関して正確に比例関係を保つようにした結像レン
ズが用いられている。

そして、光ビームを偏向する目的で回転多面鏡が用いら
れ、これにより一定時間内での走査回数の増加を図って
いる。

しかしながら、これらの装置では、回転多面鏡及びその
駆動モータの微小な加工誤差、これら光学部品の組立調
整誤差等により、ｆＯレンズを介して走査結像されるビ
ームスポットの位置が偏移し、その結果、結像面上での
ピッチむらを発生させ１画像品位を著しく低下させるこ
とになる。

これは主に、回転多面鏡の反射面が回転軸に対して傾い
て加工されたり、回転多面鏡の駆動モータの回転軸が傾
いていたりして所謂面倒れが発生することにより、ビー
ムの反射角０に微小な誤差へ〇が発生するためである。

一般に、結像面上でのビームスポットの偏移量Δｙと上
記反射角の誤差Δθとの関係は次のようになる。

ΔＭ＝２・ｆ・Δθ　　　・・・・（１）この式（１）
で推知できるように、八〇が微小であっても、光走査装
置に結像レンズとして用いられるｆＯレンズの焦点距離
ｆが長いため、ビームスポットの偏移量Δｙは極めて大
きくなる６従って１回転多面鏡の面倒れによる不具合を
補償する必要がある。

いま、仮に光走査装置の分解能を１インチ当たり３００
　ドツトとすれば、１インチ＝２５．４ｍｍであるから
、必要なビームスポット径は０．０８５ｍｍとなる。

ここで、ｆθレンズの焦点距離ｆを２００ｍｍ、許容偏
移量をビームスポット径の約１／４とすればΔｙ＝０．
０２２となり、上記式（１）より反射系の微小誤差ΔＯ
は、 八〇　＝０．０２２／　（２Ｘ　２００）となり、Δθ
＝１１．３　（秒）が算出され、回転多面鏡の反射面の
傾き誤差を１１秒以内に調整することが要求されること
がわかる。しかし１機械的な工作の精度を上げてこのよ
うな微小な誤差範囲内に調整することは極めて困難であ
り、現実的ではない。

そこで、従来の光走査装置では一般に、第１１図。

第１２図にも示されているように、レーザー光源を含む
照射手段からのほぼ平行な光ビーム３１を第１シリンダ
ーレンズ３２により主走査方向にのみ収束させて、図示
されない回転多面鏡の反射面に同回転多面鏡の回転軸に
直交する方向の細線３３を形成させ、上記回転多面鏡に
よる反射光をｆＯレンズでなる結像レンズ３４と第２シ
リンダーレンズ３５によって走査結像面３６に収束させ
るようにすると共に、回転多面鏡の反射面と走査結像面
３６との間で共役関係が成立するように、結像レンズ３
４と合わせで上記シリンダーレンズ３５のパワーを設定
し、もって１回転状態での反射面の傾き誤差を吸収し、
ビームスポットの偏移を抑えるようになっている。

特公昭５２−２８６６６号公報記載のものはその一つで
ある。

また、特開昭５９−１４７３１６号公報に記載されてい
るように、主走査方向に関してｆθレンズを構成し、副
走査方向にのみ収束作用を有し、偏向反射面と走査結像
面との間に共役関係が成立するようにパワーを設定した
特殊な形状の結像レンズ系も提案されている。

さらに、特公昭５ｇ−１５７６７号公報に記載されてい
るように、光束を集束させるための光学系の主走査方向
の焦点距離よりも副走査方向の焦点距離を短＜シ、かつ
、主走査方向及び副走査方向の焦点位置を走査結像面上
で合致させることを特徴とする光走査装置が提案されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 特開昭５２−２８６６６号公報及び特開昭５９−１４７
３１６号公報記載のものは何れも偏向面上にｗｃ橡を形
成するため、 （１）偏向面の傷、汚れ等の影響を受は易い。

（２）レザー光による偏向面の焼き付けが発生し易い。

（３）光学系の副走査方向における入射側の開口数が極
めて小さいため、レーザーエネルギーの利用効率が著し
く低下する。

という問題がある。

また、特公昭５８−１５７６７号公報記載のものによれ
ば、主走査方向と副走査方向の焦点距離が異なるため、
走査結像面上で真円のビームを得るためには式（２）で
示されているように光学系への入射ビームを楕円形状に
する必要がある。

ただし、λ：波長、ｆ：焦点距離、 ｄ：入射光の径、Ｗｄ：ビームウェストの径そして、光
学系への入射ビームは式（３）で示される条件を満す必
要がある。

ただし、ｆｙＣ主走査方向の焦点距ｍ。

ｆｘ：副走査方向の焦点距は。

Ｑｙ＝主走査方向のビーム径、 Ｑｘ＝副走査方向のビーム径、 このように、上記公報記載のものによれば、走査結像面
上でのビーム形状を真円にするためには走査用レンズ系
に入射するビーム形状を楕円形にする必要があり、その
ためにコリメートレンズを含む第ルンズ系中にプリズム
又は凸シリンダーレンズと凹シリンダーレンズの組み合
わせよりなるビーム形状補正用の光学系が必要となる。

このため、レンズ系のアライメントが複雑になると共に
、レンズニレメン］−が増大して大幅なコスト上昇をま
ねくことになる。

本発明は、かかる従来の問題点を解消するためになされ
たものであって、光偏向器に照射される光ビームをほぼ
平行光束としながら、光偏向器の所謂面倒れによる副走
査方向へのビームスポットの偏移の補正を可能にし、も
って、偏向反射面でのごみや傷、汚れ等の影響を受動ず
、偏向反射面での焼きつきのない光走査装置を提供する
ことを目的とし、また、走査結像面上での収差補正が容
易な光走査装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１図に示されているように、光源からのビ
ーム１を所定の径のほぼ平行光束として照射する照射手
段と、この照射手段からの光束を偏向する光偏向器２と
、この光偏向器２により偏向された上記光束を結像させ
るための結像レンズ系３と、この結像レンズ系３と走査
結像面との間に配置された凸シリンダーレンズ６とを有
してなる光走査装置であって、その特徴とするところは
、上記結像レンズ系３を複数のレンズエレメントによる
ｆθレンズで構成し、このｆＯレンズの複数のレンズエ
レメントのうちの少なくとも一つの面を主走査方向に曲
率半径が無限大となる曲率無限大面とし、この曲率無限
大面に凹シリンダーレンズ面４を設け、主走査方向の焦
点位１１Ｐｏを上記走査結像面７に一致させると共に、
上記凸シリンダーレンズ６を光軸方向に移動調整して副
走査方向の焦点位置を上記走査結像面７より所定量光軸
方向へずらし、走査結像面７における副走査方向のビー
ム径を主走査方向のビームウェストと略同一にしたこと
にある。

（作　　用） 光偏向器２には所定の径のほぼ平行な光ビーム１が照射
され偏向される。結像レンズ系３を構成する複数のレン
ズエレメントによろｆθレンズは、その少なくとも一つ
のレンズエレメントが主走査方向に関しては曲率半径が
無限大であり、副走査方向に関してのみ凹のシリンダー
面４が形成され、結像レンズ系３と走査結像面７との間
に配置された凸シリンダーレンズ６との合成により副走
査方向に係る合成焦点距離が短焦点化される。

また、主走査方向の焦点位置と副走査方向の焦点位置を
走査結像面７上で合致させるための所定の基準位置に対
し、凸シリンダーレンズ６を光軸方向に移″Ｓ調整して
副走査方向の焦点位置を走査結像面７から前後に変位さ
せることにより、レンズ系３に入射するビーム形状が真
円であるにもかかわらず、走査語ｔｉｔ面７上で略真円
に等しい所定の万解能を有するビーム径を得ることがで
きる。

第１図、第２図はこのような作用を説明するものであっ
て、ＰＯは主走査方向の焦点位１ｉＷ、Ｐ＋は凸シリン
ダーレンズ６を前方に変位させたときの副走査方向の焦
点位置、Ｐ１′　は凸シリンダーレンズ６を後方に変位
させたときの副走査方向の焦点位置を示す。ここで十分
に補正されたｆＯレンズを用いれば、主走査方向の焦点
面上でのビーム径は前記式（２）によって得られる。こ
のとき主走力向の焦点距離ｆｙと副走査方向の焦点距ｍ
ｆｘとの関係はｆｙ）ｆｘであって、主走査方向の焦点
位置Ｐｏにおいては主走査方向のビーム径Ｗｄｙと副走
査方向のビーム径Ｗｄｘとの関係はＷｄｙ＞Ｗｄｘとな
って真円にならない。しかし、本発明では第２図に示さ
れているようにｆＯレンズ系と走査結像面７の間に配に
された凸シリンダーレンズ６を前後に所定の量だけ光軸
方向に変位させることにより、主走査方向の焦点位［Ｐ
ｏは走査結像面７から移動させることなく副走査方向の
焦点位はのみを走査結像面７から移動させることができ
、主走査方向の焦点位置Ｐａがある走査結像面７上にお
いて略真円のビームを得ることができる。

ここで、主走査方向の焦点位［Ｐｏに対する副走査方向
の焦点位置Ｐ１のずれ量ΔＱは、であり、ｆｙ≠ｆｘで
あるから、 となる。いま仮りに、主走査方向の焦点距離ｆｙ＝１２
５ｍｍ、副走査方向の焦点圧はｆｘ　＝　５０ｍｍ、λ
＝７８０ｎｎ＋とし、印字品質を３００　ＤＰＩとすれ
ば、Ｗｄキ０．０８４ｍ＋ｏφとなり、前記式（２）よ
り８年１．４７８ｍｍとなる。そして１以上の条件を基
にΔＱを求めれば、Δｎ４２．８４ｍｍとなる。従って
、上記ΔＱを得るに必要な量ΔＸだけ凸シリンダーレン
ズ６を光軸方向に前後に移動させればよいことになる。

（実施例） 第３図乃至第５図において、局面に多数の反射面が形成
され、かつ、回転軸を中心に駆動モータによって回転駆
動される回転多面鏡１２の上記反射面には１図示されな
い光源及び照射手段を介して所定のビーム径のほぼ平行
光束１１が照射され、この光束１１を偏向するようにな
っている。上記光束１１は周知のように記録しようとす
る情報信号に応じて変調されている。回転多面ｆｉ１２
による偏向光路上には二つのレンズエレメント１３，１
４でなるｆＯレンズが配置されている。このｆＯレンズ
は結像レンズ系を構成し、走査結像面１６上に結像させ
ろようになっている。この結像レンズ系と走査結像面１
６との間には凸シリンダーレンズ１５が第５図に破線で
示されているように所定の範囲で光軸方向に移動調整可
能に配置され、もって、副走査方向の焦点位置をＰｌと
Ｐ、′　で示されているように主走査方向の焦点位１１
Ｐｏの前後にずらすことができるようになっている。

上記結像レンズ系を構成するｆＯレンズの複数のレンズ
エレメントのうちの一つのエレメント１３は、その光源
側の面が球面で構成され、結像面側が主走査方向に関し
曲率半径が無限大となる無限大面となっており、他方の
レンズエレメント１４は、光源側が凹シリンダー面、結
像側が球面になっている。凸シリンダーレンズ１５は、
光源側が凸シリンダーレンズ面、結像面側が平面になっ
ている。

次に、上記の如き光学配置でなる本発明の実施例を示す
。

実施例１ ν　　Ｒ（主）　　　Ｒ（副）ｄ　　　　　Ｎ１　　　
ｏｏｏｏ１３．０ ２　−６３．３　　−６３．３　　　３．０　　１．４
８２６１３　４７８．２１　　４７８．２１　　１５．
０４　　　ｃｌｌ）−２００，０７，２１，７８５７１
５−６７，９３−６７，９３１８２，６２６Ｃｏ　　　
　　２８．６２　　６．０　　１．５１１１Ｂ７　　　
ｏｏ　　　　　ｏｏ　　　　５０　、　ＯｆＡ　＝　２
００．００４７Ｒ１１１１ｆＢ＝　５０．５０４９ｎｖ
＋ 但し、第１面は偏向反射面を示す。使用波長λは７８０
ｎｙｍである。また、νは面番数、ｆＡは主走査方向の
焦点距離、　ｆＢは副走査方向の焦点距離、Ｒ（主）は
主走査方向の曲率半径、Ｒ（副）は副走査方向の曲率半
径、ｄは各面間の距離、Ｎは波長７８０　ｎ　ｍに対す
る屈折率を示しており、以下同様とする。凸シリンダー
レンズ１５は前述のようにΔＱ４２．８４＋ｎｎｉの範
囲で前後に移動させられるため、ｄ。

は上記実施例の１８２．６２を中心として前後に移動す
る。

上記実施例によれば、副走査方向の焦点距離を。

ｆＯレンズを構成する凹シリンダーレンズ１４と、ｆＯ
レンズと走査結像面１６との間に配置した凸シリンダー
レンズ１５とによって短焦点化したので、回転多面鏡の
傾きや軸ずれ等の影響によって発生する走査結像面上で
のビームスポットの偏移が少なくなる。そのため１回転
多面鏡の加工誤差やモータ軸のぶれや傾き及び回転多面
鏡と駆動軸との組立調整精度等を著しく緩和することが
可能となり、大幅なコスト低減を図ることができる。ま
た、回転多面鏡の反射面に入射する光束は平行光束であ
るため、反射面の汚れや傷等の影響を受は鴬く、反射面
の焼きつき現象が緩和されて装置の品質を長時間にわた
って保つことができる。

さらに、ｆＤレンズの設計において、副走査方向のシリ
ンダーレンズのパワーが負のパワーと正のパワーで合成
されるため、収差補正が良好となり、走査結像面での収
束特性の向上を図ることができる。

また、凸シリンダーレンズ１５の焦点位置即ち副走査方
向の焦点位置を、走査結像面１６上にある主走査方向の
焦点位置Ｐａの前後に変位させることにより、結像レン
ズ系への入射光束が略真円状の光束であっても、走査結
像面１６上での光束を略真円状にすることができ、上記
結像レンズ系への入射光束を楕円形にする必要はないか
ら、ビーム形状補正用の光学系は不要であり、レンズ系
のアライメントが簡単でレンズエレメントも少なく、コ
ストの安い光走査装置を提供することができる。さらに
、必要に応じて凸シリンダーレンズ１５を変位させるこ
とにより、副走査方向に長いビーム形状を得ることもで
きる。

また、上記実施例によれば、主走査方向の曲率半径が無
限大の面にシリンダー面を形成してなるレンズニレメン
１へ１４を結像レンズ系に用いたので、結像レンズ系を
構成するレンズエレメントの加工性が向上する。

第９図は上記実施例１の主走査方向の収差図である。

第６図乃至第８図は本発明に係る光走査装置の別の光学
配置例を示す。この例は、結像レンズ系を構成するｆＯ
レンズが、光源側が球面、結像面側が曲率半径無限大面
でなるレンズエレメント１３と、光源側が凹シリンダー
面、結像面側が球面でなるレンズエレメント１４と、こ
れらレンズエレメント１３．１４間に配置されていて、
各面が球面でなるレンズエレメント１３′　　とで構成
されている点が第３図乃至第５図の例と異なっており、
その池のモカ成は第３図乃至第５図の例と同じである。

次に、上記第６図乃至第８図の光学配置例に基づ〈実施
例２及び実施例３を示す。

実施例２ ν　　Ｒ（主）　　　Ｒ（副）ｄ　　　　　Ｎ１　　　
　　ω　　　　　　ｏｏ　　　　　　１２．５２　　　
−２６．８　　　　−２６．８　　　　２．７　　　１
．５１１１８３　　　−６０．５９　　　−６０．５９
　　　６．５２４　　　−７８．２６　　　−７８．２
６　　　７．７１　　１．７８５７１５　　　−４２．
１８　　　−４２．１８　　　０．９８６　　　　　　
ｏｏ−１４６，０７８，７１，７８５７１７−１３０，
３４７−１３０，３４７９５，３３４８ω　　　　　　
３０．０　　　　５．０　　　１．５１２２７ｇ　　　
　　　ｏｏ　　　　　　　ｏｏ　　　　　５０．０００
ｆＡ＝　１２５．０００ｍｍ ｆ１３＝　　５０．６９０８ｍｍ 第１０図は上記実施例２における主走査方向の収差図で
ある。

実施例３ ν　　Ｒ（主）　　　Ｒ（副）ｄ　　　　　ＮＬ　　　
　ｃ−）　　　　　ＣＩ：＋１８．０２　　−３８．５
９　　−３８．５９　　　：１１．８８　１．５１１１
８３　　−８７．２１　　−８７．２１　　９．３８４
　−１１２．６８　−１１２．６８　１１．１　　１．
７８５７１５　　−６０．７３　　−６０．７３　　１
．４３６　　　０１１）　　　−２００，９３１２，５
２１，７８５７１７−１８７，７−１８７，７１６０，
７１１５８００２８，８５，０，１，５１２２７９ω　
　　　００　　　５０．０００ ｆＡ＝１８０．００ｍｎ＋ ｆ［ｌ＝　　５０．４５＋＋ｖ 上記実施例２、実施例３の場合も、前記実施例１につい
て述べたような作用効果を奏する。

ここで、ビームスポット径の許容値をｄｓとすると、副
走査方向の焦点距離ｆＢは。

１．５／ｄｓ＜ｆＢ＜　６　／ｄｓ とすることが好ましい。上記条件のうちの下限１．５／
ｄｓを越えると副走査方向の結像特性が悪化して解析限
界内に納めることができくなり、上限６／ｄｓを越える
と副走査方向での焦点距離が長くなり、前記（１）式よ
り許容される傾き誤差Δ０が微小となって本来の目的を
達することができなくなる。

（発明の効果） 本発明によれば、結像レンズ系と走査結像面との間の凸
シリンダーレンズを光軸方向に移動調整して、副走査方
向の焦点位置を走査結像面上にある主走査方向の焦点位
置からずらすことにより、結像レンズ系への入射光束が
略真円状の光束であっても、走査結像面上での光束を略
真円状にすることができ、上記結像レンズ系への入射光
束を楕円形にするための補正用光学系は不要であるから
。

レンズ系のアライメントが簡単でレンズエレメントも少
なく、コストの安い光走査装置を提供することができる
。

また、副走査方向の焦点距離を、ｆθシリンダ構成する
凹シリンダーと、ｆθシリンダ走査結像面との間に配置
した凸シリンダーレンズとによって短焦点化できるので
１回転多面鏡の傾きや軸ずれ等の影響によって発生する
走査結像面上でのビームスポットの偏移が少なくなる。

そのため１回転多面鏡の加工誤差やモータ軸のぶれや傾
き及び回転多面鏡と駆動軸との組立調整精度等を著しく
緩和することが可能となり、大幅なコスト低減を図るこ
とができる。また１回転多面鏡の反射面に入射する光束
は平行光束であるため、反射面の汚れや傷等の影響を受
は鴛＜１反射面の焼きつき現象が緩和されて装置の品質
を長時間にわたって保つことができる。

さらに、ｆＯシリンダパワーの設計において。

副走査方向のシリンダーレンズパワーが負のパワーと正
のパワーで合成されるため、収差補正が良好となり、走
査結像面での収束特性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光走査装置の基本構成を示す光学
配置図、第２図は同上要部拡大図、第３図は本発明に係
る光走査装置の一つの光学配置例を示す斜視図、第４図
は同上平面図、第５図は同上正面図、第６図は本発明に
係る光走査装置の別の光学配置例を示す斜視図、第７図
は同上平面図、第８図は同上正面図、第９図は実施例１
の主走査方向の収差図、第１０図は実施例２の主走査方
向の収差図、第１１図は従来の光走査装置の例を示す平
面図、第１２図は同上正面図である。 １．１１・・・・平行光束、２．１２・・・・光偏向器
どしての回転多面鏡、３・・・・結像レンズ系、　１３
．１３’。 １４・・・・レンズエレメント、６．１５・・・・凸シ
リンダーレンズ、７，１６・・・・走査結像面、Ｐｏ・
・・・主走査方向の焦点位置。 （ほか１名） ■７　口 最　３　口 ＳＡ（味面吠動　　ＡＳ（＊魚吠序）　　ｆθ竹Ｊｉｆ
ｔ７　目 軸外力メリルオアｌし力内の横吠え θ７ｔｔｔ　　　　　　　　　　　−／、００口　　　
　　　　　　　　１ りｔシ　４Ｉ 、２ う　４Ｚ口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源からの光ビームを所定の径のほぼ円形の平行光束と
   して照射する照射手段と、この照射手段からの光束を偏
   向する光偏向器と、この光偏向器により偏向された上記
   光束を結像させるための結像レンズ系と、この結像レン
   ズ系と走査結像面との間に配置された凸シリンダーレン
   ズとを有してなる光走査装置であって、上記結像レンズ
   系を複数のレンズエレメントによるｆθレンズで構成し
   、このｆθレンズの複数のレンズエレメントのうちの少
   なくとも一つの面を主走査方向に曲率半径が無限大とな
   る曲率無限大面とし、この曲率無限大面に凹シリンダー
   レンズ面を設け、主走査方向の焦点位置を上記走査結像
   面に一致させると共に、上記凸シリンダーレンズを光軸
   方向に移動調整して副走査方向の焦点位置を上記走査結
   像面より所定量光軸方向へずらし、走査結像面における
   副走査方向のビーム径を主走査方向のビームウェストと
   略同一にしたことを特徴とする光走査装置。