JP2817454B2 - 走査光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査光学装置に関し、特
に感光体や静電記録体等の像担持体である被走査面上を
光変調された光束で走査することにより画像形成するよ
うにした例えば電子写真プロセスを有するレーザービー
ムプリンタやカラーレーザービームプリンター、マルチ
カラーレーザービームプリンター等の装置に好適な走査
光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の走査光学装置において
は、例えば特公昭６２−３６２１０号等に記載されてい
るように光源手段から光変調された光束を光偏向器とし
ての回転多面鏡の反射面で偏向反射させた後、走査レン
ズ系を介して被走査面上に導光して光走査している。こ
のときの回転多面鏡の各反射面が回転軸に対して平行で
なく傾いた角度誤差（所謂面倒れ）があると被走査面上
の光束の走査位置が変位して最終的な画像出力に悪影響
を与える。

【０００３】そこで同公報ではこのときの面倒れによる
悪影響を除去する為に、走査レンズ系にトーリックレン
ズを用いて回転多面鏡の反射面と被走査面（被照射体
面）とを光学的な共役関係に置くことを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に回転多面鏡の反
射面の面倒れを良好に補正する為には走査レンズ系を用
いて回転多面鏡の反射点と被走査面との光学的共役関係
を高精度に維持することが必要となってくる。

【０００５】この為従来は、光源手段から出射される光
ビームが精度よく、回転多面鏡の基準位置に入射する様
に光源手段から回転多面鏡に至る光路を調整することが
できる調整手段を設けたり、又個々の部品の精度を上げ
たり、また、経時的変化に強い構造にして行っていた。
この為装置全体が複雑化及び大型化してくる傾向があっ
た。

【０００６】図５は従来の光源手段とコリメーターレン
ズを含むユニット５０において光源手段５１から出射す
る光ビームの出射方向を調整する構造を示す概略図であ
る。

【０００７】同図において５１は半導体レーザー、Ｓは
その発光点である。５２は半導体レーザー５１の取り付
け基台、５３はコリメーターレンズ、５４はコリメータ
ーレンズの鏡筒、５５は鏡筒を支持する為のホルダーで
ある。鏡筒５４とホルダー５５は同図のＡ方向に調整で
きる様になっており、Ｄ方向に平行光束が出射するよう
に調整した後、即ちピント調整を行った後に双方を固定
している。

【０００８】又、図５の全体のユニット５０は回転多面
鏡に対して位置出しができる様に基準面Ｅに対して取り
付く構造になっている。ここで基準面Ｅに対してコリメ
ーターレンズ５４から射出する平行光束が常に一定方向
へ出射すれば良いが、半導体レーザー５１の取付け基準
に対して、発光点Ｓは製造的に例えば３０μｍ〜１００
μｍの誤差を有してくる。

【０００９】又、コリメーターレンズ５３や鏡筒５４に
もカン合のガタがあり、コリメーターレンズ５３に対す
る発光点Ｓの位置精度は通常７０μｍ程度ある。

【００１０】今、仮りにコリメーターレンズ５３の焦点
距離を１０ｍｍとして、発光点Ｓとコリメーターレンズ
５３の光軸誤差（光軸と直交する誤差）を７０μｍとす
ると、絞り５３ａより出射する光束の傾きは２４．１´
となる。又、絞り５３ａより回転多面鏡の反射点までの
距離を７０ｍｍとすると、反射点でのずれは０．４９ｍ
ｍとなる。例えば特公昭６２−３６２１０号公報で提案
している走査光学装置における面倒れの補正系では回転
多面鏡の反射点が基準値よりずれると、共役関係がくず
れてきて面倒れ補正の効果が減少したり、被走査面上に
おいて像面湾曲等の収差の変化が増大してくる。

【００１１】図５において基台５２とホルダー５５をＢ
方向及びＣ方向（Ｂ方向と直交する方向）の２次元方向
に調整する事によって基準面Ｅに対してＤ方向に出射す
る光ビームの出射方向を一定にしている。

【００１２】しかしながらこの方法は、基台５２とホル
ダー５５の微妙な調整を必要とし、又基台５２とホルダ
ー５５はそれぞれ剛性の高い材料で作る必要がある為、
構成が複雑化してくるといった問題点があった。

【００１３】本発明は光源手段からの光束を平行光束と
する第１光学系の屈折力や該第１光学系からの光束の径
を調整する絞りの位置及び絞りの開口形状を適切に設定
することにより、調整手段を用いずに又は簡易な調整手
段により光源手段からの光束を回転多面鏡の反射面の所
定位置に高精度に集光させることができ、回転多面鏡の
面倒れを良好に補正し、高精度な光走査を可能とした走
査光学装置の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の走査光学装置は
光源手段からの光束を第１光学系により少なくとも主走
査方向に平行光束とし、絞りと副走査方向に屈折力を有
する第２光学系とを介した後、光偏向器の偏向面に線状
に結像させ、該光偏向器で偏向させた光束を被走査面上
に導光して光走査する際、該第１光学系の主走査方向の
焦点距離をｆ１、該絞りから該偏向面の偏向点までの距
離をＬ、該絞りの主走査方向と副走査方向の開口の長さ
を各々Ｄ１，Ｄ２としたとき １＜Ｌ／ｆ１＜４ ・・・・・・・・（１） ０．１６＜Ｄ２／Ｄ１＜０．７ ・・・（２） なる条件を満足することを特徴としている。

【００１５】この他本発明では、前記第２光学系は副走
査方向にのみ正の屈折力を有した前記光偏向器側に凹面
を向けたメニスカス状のシリンドリカルレンズより成っ
ていることや、前記光源手段と前記第１光学系は１つの
ユニットに固設されていること、そして前記第１光学系
と前記第２光学系を１つのアナモフィック素子より構成
したこと等を特徴としている。又本発明の走査光学装置
は、光源手段からの光束をアナモフィック素子と絞りを
用いて主走査方向に平行光束とし、副走査方向に集光し
て光偏向器の偏向面に線状に結像させ、該光偏向器で偏
向させた光束を被走査面上に導光して光走査する際、該
アナモフィック素子の主走査方向の焦点距離をｆ１、該
絞りから該偏向面の偏向点までの距離をＬ、該絞りの主
走査方向と副走査方向の開口の長さを各々Ｄ１，Ｄ２と
したとき １＜Ｌ／ｆ１＜４ ０．１６＜Ｄ２／Ｄ１＜０．７ なる条件を満足することを特徴としている。

【００１６】

【実施例】図１、図２は各々本発明の実施例１の主走査
断面とそれと垂直で光軸を含む副走査断面の要部概略図
である。

【００１７】図１、図２において、１は半導体レーザー
等から成る光源部（レーザ光源）であり、該光源部１か
ら出射された光束（光ビーム）は第１光学系としての球
面系より成るコリメータレンズ２により略平行光束とさ
れ、開口絞り３によってその断面の大きさが整えられて
第２光学系としてのシリンドリカルレンズ４に入射す
る。シリンドリカルレンズ４は副走査断面に関して屈折
力を持ち主走査断面に関して屈折力を持っていない。こ
の為シリンドリカルレンズ４を通過した光束は主走査断
面では平行光束で、副走査断面ではほぼ線状に結像され
て光偏向器としての回転多面鏡５の反射面（偏向面）５
ａに入射する。

【００１８】回転多面鏡５は矢印１２の方向に等速で高
速回転しており、回転多面鏡５の反射面５ａの点Ｐに入
射した該光束は反射されて主走査断面において偏向走査
され、走査レンズ系６７に入射する。走査レンズ系６７
は主走査断面と副走査断面において異なる屈折力を有し
たトーリック面を有するレンズを含む全体として２つの
レンズ６，７より成っている。走査レンズ系６７は集光
性と主走査断面内においてはｆ−θ特性を有している。

【００１９】走査レンズ系６７を通過した光束は被走査
面である感光ドラム（像担持体）８面上に結像されてそ
の面上を矢印８ａ方向に略等速度直線運動で光走査す
る。

【００２０】尚、図１、図２において点Ｐは回転多面鏡
５の反射面５ａの反射位置（偏向位置）を示しており、
副走査断面における光束は上述した様にシリンドリカル
レンズ４を介し略この反射位置Ｐに集光される。

【００２１】ここで反射位置Ｐと感光ドラム８は光学的
にほぼ共役な関係に設定されているので、例えば反射面
５ａが副走査断面において回転軸１１に対して平行でな
く倒れても（即ち面倒れがあっても）光束は感光ドラム
８上の同一走査線上に結像される。このようにして所謂
回転多面鏡５の反射面５ａの面倒れ補正系を構成してい
る。

【００２２】本実施例における光学系において感光ドラ
ム８面上で、例えば主走査方向に８０μｍ、副走査方向
に１００μｍのスポット径の光束を得る場合の条件につ
いて求めてみる。

【００２３】このとき感光ドラム面８側の光ビームの有
効ＦナンバーＦ_NOは、一般的なスポット径を求める簡略
式φ＝ｋＦ_NOλ（φ；スポット径、ｋ；定数、Ｆ_NO；有
効Ｆナンバー、λ；使用波長）を使って、今ｋ＝１．６
４、λ＝７８０ｎｍとすると、主走査方向のＦナンバー
は６２．５、副走査方向のＦナンバーは７８．２とな
る。ここで走査レンズ系６７の主走査方向の焦点距離Ｆ
をＦ＝１５０ｍｍ、回転多面鏡５の反射点Ｐと被走査面
８の走査レンズ系６７による副走査方向の横倍率を−３
倍とする。このとき図３に示すように、開口絞り３の主
走査方向の開口の寸法Ｄ１は、Ｄ１＝２．４ｍｍとな
り、シリンドリカルレンズ４の副走査方向の光束による
回転多面鏡５側の有効ＦナンバーＦ_NOは２６．１とな
る。

【００２４】ここで開口絞り３の副走査方向の開口の寸
法Ｄ２を図３の様に楕円の短方向に設定し、Ｄ２＝１．
２ｍｍとしている。この為にシリンドリカルレンズ４の
副走査方向の焦点距離ｆ２をｆ２＝３１．３ｍｍと、開
口絞り３の開口径φをφ＝２．４の円形にした時の半分
にする事が可能となる。

【００２５】又、図２に示すように開口絞り３から回転
多面鏡５の反射点Ｐ（回転多面鏡５の反射面５ａが走査
範囲の中心位置を走査するときの副走査断面内における
光束の反射面５ａ上の集光点）までの距離をＬとしたと
き、シリンドリカルレンズ４を回転多面鏡５側のレンズ
面を凹面としたメニスカス形状より構成することにより
シリンドリカルレンズ４の主平面が開口絞り３側に移動
するようにして、これによりＬ＜ｆ２となるようにして
いる。

【００２６】尚、本実施例では距離ＬをＬ＝３０ｍｍと
している。又コリメータレンズ２の焦点距離ｆ１はｆ１
＝１０ｍｍである。

【００２７】本実施例において前述したように例えばレ
ーザ光源１の発光点Ｓとコリメータレンズ２との光軸ず
れが７０μｍ程度あったとする。そうすると、開口絞り
３より射出される光束は２４．１´の傾きをもち、反射
点Ｐで主走査方向にずれたとすると０．２１ｍｍのずれ
となり、又副走査方向のずれとすると０．２２ｍｍのず
れとなる。このように従来の配置の系に比べると、本実
施例ではずれ量を非常に小さくする事ができる為にレー
ザーユニットのレーザー光源の発光点とコリメーターレ
ンズ２との光軸の調整が不要となり、かつ経時的な変化
にも強く構成することができる。

【００２８】特に前述の条件式（１）、（２）を満足す
るように開口絞りやコリメータレンズ等を特定すること
により組立誤差の緩和を図りつつ感光ドラム面上に良好
なるスポットの光ビームを入射させることができるよう
にしている。

【００２９】次に前述の条件式の技術的意味について説
明する。

【００３０】条件式（１）の上限値を超えると、主走査
方向の光ビームのずれが大きくなりすぎ、又下限値を下
回るとコリメーターレンズの焦点距離ｆ１が長くなりす
ぎ、装置全体が大型化し、又レーザ光源のカップリング
効率が小さくなってくる。

【００３１】この他、本実施例では前述したように条件
式（１）を良好に成り立たせる為にシリンドリカルレン
ズ４を回転多面鏡５側に凹面を向けたメニスカス形状に
する事により、主平面の位置を、レーザ光源側に移動さ
せている。

【００３２】条件式（２）の上限値を越えるとシリンド
リカルレンズ４の焦点距離ｆ２が大きくなる為に主走査
方向のずれを増す要因となり、又下限値を下回ると光学
的な回折の影響や開口絞りの加工精度が厳しくなる為
に、スポット径に悪影響を与えたり、コストアップにな
ってくるので良くない。

【００３３】図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例２の
レーザ光源近傍の主走査断面と副走査断面の要部概略図
である。

【００３４】実施例１では第１光学系に球面単レンズ
（コリメータレンズ）、第２光学系に副走査方向のみに
パワーを有するシリンドリカルレンズを使った例を示し
たが、本実施例では第１光学系と第２光学系を双方の機
能を有した１つのアナモフィック素子４１より構成して
いる。

【００３５】図４においてＰは回転多面鏡における光束
の反射点を示している。図４（Ａ）の主走査断面におい
てのアナモフィックレンズ４１の焦点距離ｆａは１０ｍ
ｍであり、この断面においてはレーザ光源の発光点Ｓよ
り発せられた光はアナモフィックレンズ４１を通過し、
絞り３の開口幅Ｄ１＝２．２ｍｍを通過して反射点Ｐへ
平行光束で入射する。即ち主走査断面において第１光学
系の役割をもつ。

【００３６】図４（Ｂ）の副走査断面においてアナモフ
ィックレンズ４１の焦点距離ｆｂは７．５ｍｍであり、
発光点Ｓより射出された光ビームはアナモフィックレン
ズ４１を通過し、絞り３の開口径Ｄ２＝０．４ｍｍを通
過する事によりこの光束幅を決められ、反射面Ｐ上へ結
像される。即ち副走査断面においては第２光学系の役割
をもつ。

【００３７】このように本実施例ではアナモフィックな
光学素子を使うことにより、第１光学系と第２光学系の
役割をもつものを１つの光学素子で達成している。

【００３８】尚、本発明は回転多面鏡の代わりに、回転
一面鏡やカルバノ鏡を用いた系においても同様に適用す
ることができる。又、開口絞りの形状は楕円の他に矩形
や菱形でも同様の効果を得る事が可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば光源手段からの光束を平
行光束とする第１光学系の屈折力や該第１光学系からの
光束の径を調整する絞りの位置及び絞りの開口形状を適
切に設定することにより、調整手段を用いずに、又は簡
易な調整手段により光源手段からの光束を回転多面鏡の
反射面の所定位置に高精度に集光させることができ、回
転多面鏡の面倒れを良好に補正し、高精度な光走査を可
能とした走査光学装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の主走査断面内の要部概略図

【図２】本発明の実施例１の副走査断面内の要部概略図

【図３】図１の開口絞りの説明図

【図４】本発明の実施例２の要部概略図

【図５】従来の走査光学装置における光源手段近傍の説
明図

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 第１光学系 ３ 開口絞り ４ 第２光学系 ５ 光偏向器 ６７ 走査レンズ系 ８ 被走査面 Ｐ 反射点（偏向点）

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段からの光束を第１光学系により
   少なくとも主走査方向に平行光束とし、絞りと副走査方
   向に屈折力を有する第２光学系とを介した後、光偏向器
   の偏向面に線状に結像させ、該光偏向器で偏向させた光
   束を被走査面上に導光して光走査する際、該第１光学系
   の主走査方向の焦点距離をｆ１、該絞りから該偏向面の
   偏向点までの距離をＬ、該絞りの主走査方向と副走査方
   向の開口の長さを各々Ｄ１，Ｄ２としたとき １＜Ｌ／ｆ１＜４ ０．１６＜Ｄ２／Ｄ１＜０．７ なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記第２光学系は副走査方向にのみ正の
   屈折力を有した前記光偏向器側に凹面を向けたメニスカ
   ス状のシリンドリカルレンズより成っていることを特徴
   とする請求項１の走査光学装置。
3. 【請求項３】 前記光源手段と前記第１光学系は１つの
   ユニットに固設されていることを特徴とする請求項１の
   走査光学装置。
4. 【請求項４】 前記第１光学系と前記第２光学系を１つ
   のアナモフィック素子より構成したことを特徴とする請
   求項１の走査光学装置。
5. 【請求項５】 前記第１光学系と第２光学系との間に前
   記絞りを配置したことを特徴とする請求項１の走査光学
   装置。
6. 【請求項６】 光源手段からの光束をアナモフィック素
   子と絞りを用いて主走査方向に平行光束とし、副走査方
   向に集光して光偏向器の偏向面に線状に結像させ、該光
   偏向器で偏向させた光束を被走査面上に導光して光走査
   する際、該アナモフィック素子の主走査方向の焦点距離
   をｆ１、該絞りから該偏向面の偏向点までの距離をＬ、
   該絞りの主走査方向と副走査方向の開口の長さを各々Ｄ
   １，Ｄ２としたとき １＜Ｌ／ｆ１＜４ ０．１６＜Ｄ２／Ｄ１＜０．７ なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。