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発明の名称 レーザー走査装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−75037(P2001−75037A)
公開日 平成13年3月23日(2001.3.23)
出願番号 特願2000−170074(P2000−170074)
出願日 平成12年6月7日(2000.6.7)
代理人 【識別番号】100085501
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫 (外1名)
発明者 稲垣 義弘
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 光源から射出されたレーザー光を偏向器で偏向して被走査面上を走査するとともに、光路上に配置された走査光学系にて該被走査面上に結像させるレーザー走査装置において、前記走査光学系は、ネジレ形状を持つ面を光路中に2面備え、少なくとも一方が反射面である事を特徴とするレーザー走査装置。
【請求項2】 前記ネジレ形状を持つ面は2面とも反射面である事を特徴とする請求項1に記載のレーザー走査装置。
【請求項3】 前記ネジレ形状を持つ他方の面は、レンズに設けられた屈折面である事を特徴とする請求項1に記載のレーザー走査装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザープリンター等に応用されるレーザー走査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、このようなレーザー走査装置の分野では、例えばUSP5353047号公報に記載されている如く、いわゆるトロイダルミラーを用いて、走査面上を略一定の速度で走査するレーザー走査光学系を構成する技術が提案されている。また、例えば特開平8−220440号公報に記載されている如く、回転対称なミラーを2枚用いて、小型,低コストでありながら高解像度を実現するレーザー走査光学系を構成する技術が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来のレーザー走査装置の構成では、光路分離に伴う副走査方向の非対称性を吸収するための自由度として、回転対称な面の移動と回転しかなく、副走査方向の非対称性に起因するいわゆるボウとビーム崩れを、同時に解消する事が困難であるという問題がある。本発明は、このような問題点に鑑み、ミラーを用いながら、より良好な結像性能を有するレーザー走査装置を提供する事を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明では、光源から射出されたレーザー光を偏向器で偏向して被走査面上を走査するとともに、光路上に配置された走査光学系にてその被走査面上に結像させるレーザー走査装置において、前記走査光学系は、ネジレ形状を持つ面を光路中に2面備え、少なくとも一方が反射面である事を特徴とする。
【0005】また、前記ネジレ形状を持つ面は2面とも反射面である事を特徴とする。
【0006】また、前記ネジレ形状を持つ他方の面は、レンズに設けられた屈折面である事を特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明のレーザー走査装置の第1の実施形態の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、レーザー光源1から出たレーザービーム2は、コリメータレンズ3を通過して平行光となった後、シリンダレンズ4を通過してポリゴンミラー5の反射面5a近傍で副走査方向のみ集光される。
【0008】さらに、矢印のように回転軸5bの周りを回転するポリゴンミラー5によって偏向され、続いて走査ミラー6の第1ミラー6a及び第2ミラー6bによって反射され、筒形の感光体7上の像面7aに集光し、潜像を形成する。ポリゴンミラー5が回転する事によって各反射面5aが回転し、回転する感光体7上の像面7aをレーザービーム2が走査して潜像を描いてゆく。
【0009】図2は、本発明の第1の実施形態における走査光学系の形状を示す図である。同図(a)は平面図、同図(b)は側面図を表している。同図に示すように、光軸X(偏向角0の時のポリゴンミラー5からの反射光、以下同様)をx軸、主走査方向をy軸、副走査方向をz軸に取っている。ここでは、同図(a)の矢印Aで示す方向より、レーザービーム2がポリゴンミラー5の反射面5aに入射する。尚、ここでの反射面5aと光軸Xとが交わる点を原点とする。また表1は、この走査光学系の各面の面座標を表している。同表では、第1ミラー6a,第2ミラー6b,感光体7上の像面7a(評価面)の位置と向きを、各面のローカルな座標系の原点,x軸ベクトル,y軸ベクトルの形で表している。長さに関する数値の単位はmmである。
【0010】
【表1】

【0011】これらの面の面形状は、次式によって表される。
【数1】

但し、座標系は、上述したように、光軸をx軸、主走査方向をy軸、副走査方向をz軸に取っている。上式において、zが0次の項は、主に主走査方向の像面湾曲とディストーションを決定し、zが2次の項は、主に副走査方向の像面湾曲を決定する。また、zが1次の項は、主にボウを決定する。このzが1次の項は、xz平面と平行な平面による断面形状について、z=0近傍の傾きを表し、副走査方向に非対称な形状を表現する事ができる。また、このzが1次の項は、yの多項式の形を成しているため、各係数をコントロールする事によって、任意のyに対して適当な傾きを与える事が可能となる。この結果、ボウがコントロールされる。
【0012】上記のz=0近傍の傾きを表す副走査方向に非対称な形状について、さらに詳細に説明する。一般に、面が関数x=f(y,z)で表現されている時、面上の一点(y,z)=(y0,z0)における接平面の法線をxz平面に射影したベクトルとx軸のなす角度をθとすれば、fをzで偏微分したものにy=y0,z=z0を代入したものが、tanθに等しい。従って、上記実施例のミラー面について、z=0におけるθをyの関数として表せば、【数2】

となる。このとき、係数ai1がi=0のとき以外すべてゼロならば、θはyの値に関わらず一定となる。また、1以上10以下のiに対して、0でない係数ai1が一つでもあれば、θはyの値が変われば変化する事になる。ここで、θがyの変化に伴って変化する事を、面がネジレ形状をもつ、という。なお、この明細書で使用されるネジレ或いはネジレ形状の語は、この定義に従うものとする。
【0013】また、表2,表3に、それぞれ第1ミラー6a,第2ミラー6bのミラー面について、上記数1で示した面の式における、yがi次でzがj次の係数aijの値が、i行j列の行列で示されている。ここで、表中のEn(nは整数)は、×10nを表す。例えば、E−04は、×10-4となる。
【0014】
【表2】

【0015】
【表3】

【0016】図3は、本実施形態における走査光学系の性能を示す図である。同図(a)は像面湾曲、同図(b)はディストーション、同図(c)は被走査面上光線高さ、同図(d)は副走査方向周辺光線主走査方向ずれを示している。(a)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にデフォーカス量(mm)を取り、副走査方向及び主走査方向について像面湾曲を示している。尚、副走査方向の像面湾曲を曲線aで示し、主走査方向の像面湾曲を曲線bで示している。
【0017】(b)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にディストーション(%)を取り、ディストーションを示している。(c)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸に光線高さ(mm)を取り、副走査方向の被走査面上光線高さを示している。(d)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にずれ量(μm)を取り、副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量を示している。本実施形態では2枚のミラーをそれぞれネジレを持つ面とする事により、いずれの性能においても良好な特性を示しているのが分かる。
【0018】尚、副走査方向の被走査面上光線高さが弓なりに変化している状態の事をいわゆるボウという事から、同図(c)よりボウの補正状態が分かる。また、同図(d)の副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量は、瞳内の上端の光線と下端の光線が像面上で別の位置に到達する事を示しており、これが大きいとビームの結像状態が悪化し、いわゆるビーム崩れが発生する。
【0019】図4は、本発明の第2の実施形態における走査光学系の形状を示す図である。同図(a)は平面図、同図(b)は側面図を表している。同図に示すように、光軸Xをx軸、主走査方向をy軸、副走査方向をz軸に取っている。ここでは、同図(a)の矢印Aで示す方向より、レーザービーム2がポリゴンミラー5の反射面5aに入射する。尚、ここでの反射面5aと光軸Xとが交わる点を原点とする。また、ここでは上述したような二つのミラーの代わりに、走査ミラー6とレンズ8が用いられている。このレンズ8は、自由曲面8a及び平面8bを持つ。
【0020】また表4は、この走査光学系の各面の面座標を表している。同表では、走査ミラー6,レンズ8(屈折率n)の自由曲面8a及び平面8b,感光体7上の像面7a(評価面)の位置と向きを、各面のローカルな座標系の原点,x軸ベクトル,y軸ベクトルの形で表している。長さに関する数値の単位はmmである。
【0021】
【表4】

【0022】また、表5,表6に、それぞれ走査ミラー6のミラー面,レンズ8の自由曲面8a(レンズ面)について、上記数1で示した面の式における、yがi次でzがj次の係数aijの値が、i行j列の行列で示されている。ここで、表中のEn(nは整数)は、×10nを表す。例えば、E−03は、×10-3となる。
【0023】
【表5】

【0024】
【表6】

【0025】図5は、本実施形態における走査光学系の性能を示す図である。同図(a)は像面湾曲、同図(b)はディストーション、同図(c)は被走査面上光線高さ、同図(d)は副走査方向周辺光線主走査方向ずれを示している。(a)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にデフォーカス量(mm)を取り、副走査方向及び主走査方向について像面湾曲を示している。尚、副走査方向の像面湾曲を曲線aで示し、主走査方向の像面湾曲を曲線bで示している。
【0026】(b)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にディストーション(%)を取り、ディストーションを示している。(c)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸に光線高さ(mm)を取り、副走査方向の被走査面上光線高さを示している。(d)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にずれ量(μm)を取り、副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量を示している。本実施形態ではミラー面及びレンズの自由曲面をそれぞれネジレを持つ面とする事により、いずれの性能においても良好な特性を示しているのが分かる。
【0027】図6は、本発明の第3の実施形態における走査光学系の形状を示す図である。同図(a)は平面図、同図(b)は側面図を表している。同図に示すように、光軸Xをx軸、主走査方向をy軸、副走査方向をz軸に取っている。ここでは、同図(a)の矢印Aで示す方向より、レーザービーム2がポリゴンミラー5の反射面5aに入射する。尚、ここでの反射面5aと光軸Xとが交わる点を原点とする。また表7は、この走査光学系の各面の面座標を表している。同表では、第1ミラー6a,第2ミラー6b,感光体7上の像面7a(評価面)の位置と向きを、各面のローカルな座標系の原点,x軸ベクトル,y軸ベクトルの形で表している。長さに関する数値の単位はmmである。
【0028】
【表7】

【0029】また、表8,表9に、それぞれ第1ミラー6a,第2ミラー6bのミラー面について、上記数1で示した面の式における、yがi次でzがj次の係数aijの値が、i行j列の行列で示されている。ここで、表中のEn(nは整数)は、×10nを表す。例えば、E−04は、×10-4となる。
【0030】
【表8】

【0031】
【表9】

【0032】図7は、本実施形態における走査光学系の性能を示す図である。同図(a)は像面湾曲、同図(b)はディストーション、同図(c)は被走査面上光線高さ、同図(d)は副走査方向周辺光線主走査方向ずれを示している。(a)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にデフォーカス量(mm)を取り、副走査方向及び主走査方向について像面湾曲を示している。尚、副走査方向の像面湾曲を曲線aで示し、主走査方向の像面湾曲を曲線bで示している。
【0033】(b)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にディストーション(%)を取り、ディストーションを示している。(c)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸に光線高さ(mm)を取り、副走査方向の被走査面上光線高さを示している。(d)においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸にずれ量(μm)を取り、副走査方向周辺光線の主走査方向ずれ量を示している。本実施形態では2枚のミラーをそれぞれネジレを持つ面とする事により、いずれの性能においても概ね良好な特性を示しているのが分かる。但し、(d)については比較的乱れの多い結果となっている。
【0034】ところで、図8〜図12は、走査光学系のミラー面或いはレンズ面形状を模式的に示す斜視図である。各図においては、上記数1で表される面形状のミラー面或いはレンズ面Sを格子状に示している。まず、図8は、zが0次の面形状を示しており、xz平面に平行な断面がz軸に沿った直線であって、y軸方向に移動するにつれて、その直線がx軸方向に移動するような形状のものである。
【0035】次に、図9は、zが1次の面形状を示しており、xz平面に平行な断面が直線であって、y軸方向に移動するにつれてその直線が回転し、ネジレを持つような形状のものである。さらに、図10は、zが2次の面形状を示しており、xz平面に平行な断面が2次曲線であって、y軸方向に移動するにつれてその2次曲線の形状が変化するものである。
【0036】そして、図11はzが3次の面形状を示しており、xz平面に平行な断面が3次曲線であって、y軸方向に移動するにつれてその3次曲線の形状が変化するものである。最後に、図12は、上記zが0次〜3次の面形状を合成したものである。このようにして、zが各次数を持ち、yの多項式で表される様々な面形状のものが選択,合成され、ミラー面或いはレンズ面の面形状が決定される。
【0037】以下に、ネジレが無いときのボウ発生の様子を説明する。図13は、本発明における走査光学系の例えば二枚のミラー面の内、一枚のネジレを無くした状態で設計しなおした一例の、副走査方向のビームの集光位置を示している。同図においては、横軸に偏向角(deg)、縦軸に副走査集光位置(mm)を取っている。尚、一枚目のミラー面のネジレを無くした場合を曲線aで示し、二枚目のミラー面のネジレを無くした場合を曲線bで示している。同図に示すように、一枚のミラー面のネジレを無くしただけで、副走査集光位置が大きく弓なりに変化し、ボウが発生する事が分かる。
【0038】尚、特許請求の範囲で言う光源は、実施形態におけるレーザー光源に対応しており、以下、偏向器はポリゴンミラーに、被走査面は感光体の像面に、反射面は走査ミラーの第1,第2ミラーに、レンズ面はレンズの自由曲面にそれぞれ対応している。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、走査光学系にネジレを持つ面を2面有する事により、ボウとビーム崩れを解消し、良好な結像性能を有するレーザー走査装置を提供する事ができる。




 

 


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