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JP2956169B2 - 走査光学装置 - Google Patents

走査光学装置

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JP2956169B2
JP2956169B2 JP22946890A JP22946890A JP2956169B2 JP 2956169 B2 JP2956169 B2 JP 2956169B2 JP 22946890 A JP22946890 A JP 22946890A JP 22946890 A JP22946890 A JP 22946890A JP 2956169 B2 JP2956169 B2 JP 2956169B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (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。
(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。
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が提案されている。また、米国
特許第4639072号には走査面近傍にシリンドリカルレン
ズを配置することにより面倒れの悪影響を緩和した走査
光学系が提案されている。
第7図は従来の走査光学装置の要部概略図である。
第7図に於いて半導体レーザー等から成る光源部1よ
り出射した光束をコリメータレンズ2により平行光束と
し絞り3を介し副走査方向にのみ屈折力を持つシリンド
リカルレンズ4で集光し回転多面鏡等から成る偏向器5
の偏向反射面5aへ線状に入射させている。
該偏向反射面5aで反射偏向させた光束を球面より成る
負の屈折力のレンズ9と直交する2方向で屈折力が異な
るトーリック面を有するトーリックレンズ7aとによって
構成される走査レンズ系97により集光し被走査面8上に
導光しスポットを形成する。そして前記偏向器5を回転
軸11を中心に矢印12方向に回転させることにより、被走
査面8上を光走査する。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、第7図に示すようなトーリックレンズ
を用いた走査光学装置では、光学性能を維持する上での
収差補正の為に、トーリックレンズの主走査断面内にお
ける形状が平凸レンズに近いものになってくる。又トー
リックレンズと回転多面鏡との間に配置される球面より
成る負の屈折力のレンズの形状が平凹又は両凹に近いも
のとなってくる。このようなレンズ形状においては走査
角度の広画角化には自ずと限界が生じてくる。この為光
学性能を良好に維持しつつ走査角度の広画角化を達成し
ようとすると、必然的に走査レンズ系のレンズ厚が厚く
なり装置が大型化してくるという問題点があった。
また上記従来例のように回転多面鏡側より順に凹レン
ズと凸レンズを配置する構成においては、全系の屈折力
に対するトーリックレンズ7aの屈折力が強くなること
と、レンズの光軸方向の厚みが厚い為に、レンズをプラ
スチックで成形した場合温度や湿度の環境変動によるレ
ンズの屈折力変化の影響が無視できず被走査面上でピン
トがずれてくる等の問題点が生じてくる。
この他従来の走査光学装置で被走査面近傍にシリンド
リカルレンズを配置する装置においては、前述の環境変
動の影響による問題は少ないものの、例えば電子写真方
式を用いるレーザービームプリンタ等では、現像器、ク
リーナ等のプロセス的装置が感光体ドラムに密着して配
置されている為に、こうした感光体ドラム近傍にシリン
ドリカルレンズなどの光学素子を配置するのは構成上好
ましくない。また、感光体ドラム近傍にこうしたシリン
ドリカルレンズを配置すると、トナーによる汚れ、熱、
オゾン等による悪影響を多く受け光学性能が低下してく
るという問題点が生じてくる。
本発明は走査レンズ系のレンズ構成を適切に設定する
ことにより良好なる光学性能を維持しつつ走査角度の広
画角化を図りつつ被走査面上を高精度に光走査すること
ができる走査光学装置の提供を目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明の走査光学装置は、光源部より出射した光束を
結像光学系を介し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を
介して被走査面上に導光して走査する走査光学装置にお
いて、該走査レンズ系はトーリック面を有する複数のレ
ンズを有していることを特徴としている。
特に前記走査光学系は該偏向器側よりトーリック面を
有する第1レンズと同じくトーリック面を有する第2レ
ンズの2つのレンズより構成し、該第1,第2レンズの主
走査方向と副走査方向の屈折力やレンズ形状等を後述す
るように適切に設定していることを特徴としている。
(実施例) 第1,第2図は各々本発明の一実施例の主走査断面とそ
れと垂直で光軸を含む副走査断面の要部概略図、第3図
は本発明に係る走査レンズ系の数値実施例1の像面湾曲
の性能を示す説明図、第4図は走査レンズ系の数値実施
例1のf−θ特性を示す説明図である。
第1,第2図において、1は半導体レーザー等から成る
光源部であり、該光源部1から出射された光束はコリメ
ータレンズ2により略平行光とされ、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
関しては屈折力を持ち主走査断面に関しては屈折力を持
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で、副走査断面ではほぼ線
状に結像されて偏向器としての回転多面鏡5に入射す
る。回転多面鏡5は矢印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に主走査断面と副走査断面において共
に正の屈折力を有したトーリック面を有する第1レンズ
6と同じくトーリック面を有する第2レンズ7の2つの
レンズより成っている。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8面上に結像されてその面
上を略等速度直線運動で光走査する。
尚、第2図においてPは回転多面鏡5の反射面の反射
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。
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
反射面の面倒れ補正系を構成している。
次に本実施例の走査レンズ系67を構成する第1,第2レ
ンズ6,7のレンズ構成の特徴について説明する。
該第1,第2レンズ6,7はいずれも主走査断面内と副走
査断面内において互いに異なる正の屈折力を持ってい
る。これによりメリジオナル方向及びサジタル方向の収
差を各々単独に補正することができるようにし、特に高
次の像面湾曲を良好に補正している。
又、走査レンズ系67全体の正の屈折力を第1,第2レン
ズ6,7の2枚のレンズに配分することにより各レンズの
中心厚を薄くしている。更に主走査断面における各レン
ズ面を偏向器側に凹面を向けて配置することにより更な
るメリジオナル像面湾曲の補正を良好に行い、又走査レ
ンズ系を通過する光束の通過率の違いによる差、即ち走
査角度の違いによる差を少なくし透過率の均一化を図っ
ている。そして第1レンズ6と第2レンズ7のレンズ形
状や各レンズ面の屈折力等を少なくとも次の1つの条件
を満足するように設定して被走査面上に良好なる光学性
能を維持しつつ走査するようにしている。
(イ)前記第1レンズ6と前記第2レンズ7の主走査断
面内の焦点距離を各々f1a,f2aとしたとき、 なる条件を満足するようにしている。
条件式(1)は該走査レンズ系67を構成する該第1、
第2レンズ6,7の主走査断面内の屈折力の配分に関する
ものであり、即ち第1レンズ6の主走査断面内の焦点距
離f1aと第2レンズ7の主走査断面内の焦点距離f2aとの
比を適切に設定することにより主にメリジオナル像面湾
曲を良好に補正しつつ第1,第2レンズのレンズ径を小さ
くかつレンズ厚を薄くする為のものである。
第1,第2レンズのレンズ径を小さく薄くするには、f1
<f2とすれば良いが条件式(1)の範囲を外れて屈折力
を配分するとメリジオナル像面湾曲が増す為良くない。
(ロ)前記第1レンズ6と前記第2レンズ7の副走査断
面内の焦点距離を各々f1b,f2bとしたとき、 なる条件を満足するようにしている。
条件式(2)では、該走査レンズ系67を構成する該第
1、第2レンズの副走査断面内の屈折力の配分に関する
ものであり、即ち第1レンズ6の副走査断面内の焦点距
離f1bと第2レンズ7の副走査断面内の焦点距離f2bとの
比を適切に設定することにより主にサジタル像面湾曲を
良好に補正しつつ第1,第2レンズのレンズ厚を薄くする
為のものである。本実施例において副走査断面内の屈折
力は主走査断面内の屈折力と比べ大きいので、第1,第2
レンズの屈折力を略等しくすると双方のレンズ厚を薄く
することができる。しかしながら条件式(2)の範囲を
外れて屈折力を配分するとサジタル像面湾曲が増すので
良くない。
(ハ)前記第1レンズ6の主走査断面内と副走査断面内
の焦点距離を各々f1a,f1bとしたとき、 なる条件を満足するようにしている。
条件式(3)は第1レンズ6の主走査断面内の焦点距
離と副走査断面内の焦点距離との比率を適切に設定する
ことにより主に第1レンズの肉厚の変化を緩やかにし加
工を容易にすると同時にメリジオナル及びサジタル像面
湾曲のバランスを良好にする為のものである。条件式
(3)を外れるとトーリック面を含むレンズ形状を高精
度に加工するのが難かしくなっている。
(ニ)前記第2レンズ7の主走査断面内と副走査断面内
の焦点距離を各々f2a,f2bとしたとき、 なる条件を満足するようにしている。
条件式(4)は第2レンズ7の主走査断面内の焦点距
離と副走査断面内の焦点距離との比率を適切に設定する
ことにより主に第2レンズの肉厚の変化を緩やかにし加
工を容易にすると同時にメリジオナル及びサジタル像面
湾曲のバランスを良好にする為のものである。条件式
(4)を外れるとトーリック面を含むレンズ形状を高精
度に加工するのが難しくなってくる。
(ホ)前記走査レンズ系の焦点距離をf、偏向器の偏向
点から該走査レンズ系の前記偏向器側のレンズ面までの
距離をとしたとき、 なる条件を満足するようにしている。
条件式(5)は偏向器の反射位置Pから第1レンズの
入射面までの距離と走査レンズ系67の焦点距離との比を
適切に設定することによって広画角の走査範囲内におい
て良好なるf−θ特性を得る為のものである。
このような条件をふまえ走査レンズ系を構成すること
により第1,第2レンズの双方について従来のレンズに比
べてレンズ厚が薄くかつレンズ肉厚の変化が緩やかなレ
ンズを得ている。この為、例えば型成形のプラスチック
レンズの使用を可能としかつ非球面レンズの製造も容易
としている。
後述する数値実施例ではトーリック面の主走査断面内
のレンズ面を非球面とし、非走査面上をスポット径が小
さく、かつ諸収差の少なく良好なる光学性能を有した状
態で走査することを可能としている。
次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例において
回転多面鏡5側より各面の主走査断面内における曲率半
径をR1〜R4、副走査断面内における曲率半径をR1′〜
R4′、各レンズ面間の距離をD1〜D4で示している。又各
レンズの波長780nmでの屈折率は回転多面鏡5側より順
にN1,N3で表わしている。またB,Cは以下に示すx−y平
面上でのレンズ面の高さyと距離xとの関係式 x=y2/R[1+{1−(y/R)1/2]+By4+Cy6 の各次数の非球面係数を示す。(走査断面が非球面形
状) 第5図に主走査断面のレンズ形状を示す。第1図と同
一の要素には同符番を付している。26,27はそれぞれト
ーリックレンズを示す。
第6図に主走査断面のレンズ形状を示す。第1図と同
一の要素には同符番を付している。16,17はそれぞれト
ーリックレンズを示す。
本実施例は走査レンズ系を2枚のレンズより構成した
場合を説明したがトーリック面を有するレンズを少なく
とも2枚有するようにすれば球面レンズを含み2枚以上
何枚で構成してもよい。
(発明の効果) 本発明によれば走査レンズ系を前述の如くトーリック
面を有する少なくとも2枚のレンズを有するように構成
することにより、高精度なレンズ形状のトーリック面を
有したレンズを容易に製作することができ、又高い光学
性能を有しつつ広画角の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】
第1図は本発明の数値実施例1の主走査断面図、第2図
は本発明の数値実施例1の副走査断面図、第3図は本発
明の数値実施例1の像面湾曲の性能を示す図、第4図は
本発明の数値実施例1のf−θ特性を示す図、第5図は
本発明の数値実施例3の主走査断面における要部概略
図、第6図は本発明の数値実施例6の主走査断面におけ
る要部概略図、第7図は従来の走査光学系の主走査断面
における要部概略図。 図中、1は光源部、2はコリメータレンズ、3は絞り、
4はシリンドリカルレンズ、5は偏向器、6は第1レン
ズ、7は第2レンズ、16,26,17,27はトーリックレン
ズ、8は被走査面、11は回転軸、67は走査レンズ系であ
る。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源部より出射した光束を結像光学系を介
    し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を介して被走査面
    上に導光して走査する走査光学装置において、該走査レ
    ンズ系はトーリック面を有する複数のレンズを有し、該
    走査レンズ系は該偏向器側より順にトーリック面を有す
    る第1レンズと同じくトーリック面を有する第2レンズ
    の2枚のレンズを有しており、該第1レンズと該第2レ
    ンズの主走査断面内の焦点距離を各々f1a,f2aとしたと
    き、 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】光源部より出射した光束を結像光学系を介
    し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を介して被走査面
    上に導光して走査する走査光学装置において、該走査レ
    ンズ系はトーリック面を有する複数のレンズを有し、該
    走査レンズ系は該偏向器側より順にトーリック面を有す
    る第1レンズと同じくトーリック面を有する第2レンズ
    の2枚のレンズを有しており、該第1レンズと該第2レ
    ンズの副走査断面内の焦点距離を各々f1b,f2bとしたと
    き、 なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。
  3. 【請求項3】光源部より出射した光束を結像光学系を介
    し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を介して被走査面
    上に導光して走査する走査光学装置において、該走査レ
    ンズ系はトーリック面を有する複数のレンズを有し、該
    走査レンズ系は該偏向器側より順にトーリック面を有す
    る第1レンズと同じくトーリック面を有する第2レンズ
    の2枚のレンズを有しており、該第1レンズの主走査断
    面内と副走査断面内の焦点距離を各々f1a,f1bとしたと
    き、 なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。
  4. 【請求項4】光源部より出射した光束を結像光学系を介
    し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を介して被走査面
    上に導光して走査する走査光学装置において、該走査レ
    ンズ系はトーリック面を有する複数のレンズを有し、該
    走査レンズ系は該偏向器側より順にトーリック面を有す
    る第1レンズと同じくトーリック面を有する第2レンズ
    の2枚のレンズを有しており、該第2レンズの主走査断
    面内と副走査断面内の焦点距離を各々f2a,f2bとしたと
    き、 なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。
  5. 【請求項5】光源部より出射した光束を結像光学系を介
    し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を介して被走査面
    上に導光して走査する走査光学装置において、該走査レ
    ンズ系はトーリック面を有する複数のレンズを有し、該
    走査レンズ系は該偏向器側より順にトーリック面を有す
    る第1レンズと同じくトーリック面を有する第2レンズ
    の2枚のレンズを有しており、該第1レンズの副走査断
    面内のレンズ面形状が両凸形状又は平凸形状、該第2レ
    ンズの副走査断面内のレンズ面形状が該偏向器側に凹面
    を向けたメニスカス形状であることを特徴とする走査光
    学装置。
  6. 【請求項6】光源部より出射した光束を結像光学系を介
    し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を介して被走査面
    上に導光して走査する走査光学装置において、該走査レ
    ンズ系はトーリック面を有する複数のレンズを有し、該
    走査レンズ系の焦点距離をf、該偏向器の偏向点から該
    走査レンズ系の該偏向器側のレンズ面までの距離をと
    したとき、 なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。
  7. 【請求項7】光源部より出射した光束を結像光学系を介
    し偏向器で偏向させた後走査レンズ系を介して被走査面
    上に導光して走査する走査光学装置において、該走査レ
    ンズ系はトーリック面を有する複数のレンズを有し、該
    走査レンズ系の複数のレンズのうち少なくとも1つのレ
    ンズの主走査断面内のレンズ面は非球面より成っている
    ことを特徴とする走査光学装置。
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