JP2000028944A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】デジタル複写装置等に利用可能な、光ビームを
偏向走査する偏向装置のポリゴンミラーの直径およびポ
リゴンミラーの各反射面の大きさ（長さ）を小さく（短
く）でき、しかもレンズコストを低減可能な光学装置を
提供する。 【解決手段】この発明の光学装置２１は、シリンドリカ
ル面を有するガラスシリンドリカルレンズ４３ｇと、ガ
ラス以外の材質により形成され、シリンドリカル面を有
するレンズ４３ｐを一体化したシリンドリカルレンズ４
３を含み、副走査方向に関してレンズ面の肉厚の変化が
少ない領域にレーザビームＬを通過させる。また、光偏
向装置４５のポリゴンミラー４５ａの直径を小さくした
場合にミラーの各反射面のケラレによりレーザビームの
光強度および断面ビーム径が変動するために、画像光と
して利用できない領域のレーザビームを用いて水平同期
信号のタイミングを得る。これにより、光学装置のコス
トが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ビームを用い
て静電像を形成し、その静電像を現像して可視像を得る
画像形成装置であるレーザプリンタ装置およびデジタル
複写装置等に利用可能な、光ビームを露光走査する光学
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、光ビームを用いて静電像を形成
し、その静電像を現像して可視像を得る画像形成装置で
あるレーザプリンタ装置およびデジタル複写装置等に利
用可能な、光ビームを露光走査する光学装置としては、
画像データに対応する光ビームを放射する半導体レーザ
素子、半導体レーザ素子から放射された光ビームの断面
ビーム径を所定の大きさおよび形状に絞り込む第１のレ
ンズ群、第１のレンズ群により所定の大きさおよび形状
に絞り込まれた光ビームを可視像を保持する記録媒体が
搬送される方向と直交する方向に連続的に反射して偏向
する偏向装置および偏向装置により偏向された光ビーム
を記録媒体の所定位置に結像させる第２のレンズ群など
を有している。

【０００３】上述した光学装置においては、第１のレン
ズ群は、例えば半導体レーザ素子の近傍に位置されたコ
リメートレンズおよびコリメートレンズを通過した平行
な光ビームに所定の断面ビーム径および形状を与えるシ
リンドリカルレンズ等からなる。

【０００４】また、第２のレンズ群は、偏向装置により
所定の方向に連続して反射される光ビームに関し、偏向
角に対して異なる収束性を与えるとともに、連続して反
射されることにより定義される偏向方向と直交する方向
において、結像位置のビーム径を最適な大きさに設定す
る２枚のレンズを含む。

【０００５】なお、第１および第２のレンズ群には、同
一の材質のレンズが用いられることで、第１のレンズ群
に用いられる全てのレンズの材質がガラスで第２のレン
ズ群に用いられる全てのレンズの材質がプラスチック、
例えばＰＭＭＡである場合に、温度が０°Ｃから５０°
Ｃの間で変化すると、屈折率ｎが、１．４８７６から
１．４７８９まで変化することにより第２のレンズ群を
通過された光ビームが実際に集光される結像位置が±１
２ｍｍ程度変動する光学装置に比較して、温度の変化に
よる屈折率ｎの変動に伴って発生する結像位置の変動
を、±０．５ｍｍ程度に抑えることのできるレンズが組
み込まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した光
学装置においては、偏向装置により生じる振動あるいは
騒音を低減するとともに偏向装置を構成するモータおよ
びポリゴンミラーに要求されるコストを低減するため
に、ポリゴンミラーの直径およびポリゴンミラーの各反
射面の大きさ（長さ）を小さく（短く）する方法が提案
されている。

【０００７】しかしながら、ポリゴンミラーの各反射面
の大きさ（長さ）を小さく（短く）することにより、各
反射面の接続部分あるいはその近傍で反射される光ビー
ムも画像形成に寄与することになるため、画像形成ユニ
ット内の感光体ドラムに照射される際の光ビームの断面
ビーム径が変動する問題がある。

【０００８】また、上述したように、第１のレンズ群と
第２のレンズ群のそれぞれに同一の材質のレンズを組み
込むために、多くの場合、シリンドリカルレンズに、プ
ラスチックレンズとガラスレンズを組み合わせた複合レ
ンズを用いる方法が提案されているが、例えばガラスレ
ンズのレンズ面にプラスチックレンズを一体成形する方
法を用いた場合、プラスチックレンズの成形誤差が大き
く、均一な光学特性が得られない問題がある。

【０００９】この発明の目的は、光ビームを用いて静電
像を形成し、その静電像を現像して可視像を得る画像形
成装置であるレーザプリンタ装置およびデジタル複写装
置等に利用可能な、光ビームを露光走査する光学装置に
おいて、光ビームを偏向走査する偏向装置のポリゴンミ
ラーの直径およびポリゴンミラーの各反射面の大きさ
（長さ）を小さく（短く）でき、しかもレンズ面の形状
誤差の管理幅が広くレンズコストを低減可能な光学装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、光源から出射された光ビ
ームに対して所定の光学特性を与える第１の光学部材
と、この第１の光学部材によって所定の光学特性が与え
られた光ビームをそれぞれ第１の方向に集束させる第２
の光学部材と、回転可能に形成された反射面を有し、こ
の反射面を回転させることで光ビームを走査する走査手
段と、この走査手段で走査された光ビームを通過させて
走査対象物に結像させる結像手段と、を有する光学装置
において、前記第１の光学部材は、光ビームを第１の方
向および第１の方向と直交する第２の方向のそれぞれに
概ね等しいパワーを持つ第１のレンズと、第１のレンズ
を通過した光ビームの第１の方向または第２の方向のい
づれかの方向にのみ収束性を与える第２のレンズと、第
１および第２のレンズの間に、第１のレンズを通過した
光ビームが第２のレンズにより収束性が与えられる方向
と直交する方向に関して非対称となるよう配置され、第
２のレンズに向かう光ビームの光強度を任意の割合に設
定する光量設定部材とを有し、且つ前記走査手段の反射
面でのビーム径は、反射面よりも小さいことを特徴とす
る光学装置を提供するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を詳細に説明する。図１は、この発明の実施
の形態である光学装置を有する画像形成装置としてのデ
ジタル複写機を示すものである。

【００１２】図１に示されるように、デジタル複写装置
１は、例えば画像読みとり手段としての１０と画像形成
手段としてのプリンタ部２０を有している。スキャナ部
１０は、矢印の方向に移動可能に形成された第１キャリ
ッジ１１、第１キャリッジ１１に従動して移動される第
２キャリッジ１２、第２キャリッジ１２からの光に所定
の結像特性を与える光学レンズ１３、光学レンズ１３に
より所定の結像特性が与えられた光を光電変換して電気
信号を出力する光電変換素子１４、原稿Ｄを保持する原
稿台１５、原稿台１５に原稿Ｄを押しつける原稿固定カ
バー１６等を有している。

【００１３】第１キャリッジ１１には、原稿Ｄを照明す
る光源１７、光源１７が放射する光で照明されて原稿Ｄ
から反射された反射光を、第２キャリッジ１２に向けて
反射するミラー１８ａが設けられている。

【００１４】第２キャリッジ１２には、第１キャリッジ
１１のミラー１８ａから伝達された光を９０゜折り曲げ
るミラー１８ｂ、ミラー１８ｂで折り曲げられた光をさ
らに９０゜折り曲げるミラー１８ｃを有している。

【００１５】原稿台１５に載置された原稿Ｄは、光源１
７によって照明され、画像の有無に対応する光の明暗が
分布する反射光を反射する。この原稿Ｄの反射光は、原
稿Ｄの画像情報として、ミラー１８ａ，１８ｂおよび１
８ｃを経由して、光学レンズ１３に入射される。

【００１６】光学レンズ１３に案内された原稿Ｄからの
反射光は、光学レンズ１３により、光電変換素子（ＣＣ
Ｄセンサ）１４の受光面に集光される。以下、図示しな
い操作パネルまたは外部装置から画像形成の開始が入力
されると、図示しないキャリッジ駆動用モータの駆動に
より第１キャリッジ１１と第２キャリッジ１２が原稿台
１５に対して所定の位置関係となるよう定められている
ホーム位置に一旦移動されたのち、原稿台１５に沿って
所定の速度で移動されることで、原稿Ｄの画像情報すな
わち原稿Ｄから反射された画像光が、ミラー１８ａが延
出されている方向すなわち主走査方向に沿った所定の幅
で切り出されて、ミラー１８ｂに向けて反射されるとと
もに、ミラー１８ａが延出されている方向と直交する方
向すなわち副走査方向に関してミラー１８ａにより切り
出された幅を単位として、順次取り出され、原稿Ｄの全
ての画像情報がＣＣＤセンサ１４に案内される。なお、
ＣＣＤセンサ１４から出力される電気信号はアナログ信
号であり、図示しないＡ／Ｄコンバータによりデジタル
信号に変換されて、画像信号として図示しない画像メモ
リに、一時的に記憶される。

【００１７】以上のようにして、原稿台１５上に載置さ
れた原稿Ｄの画像は、ＣＣＤセンサ１４により、ミラー
１８ａが延出されている第１の方向に沿った１ラインご
とに図示しない画像処理部において画像の濃淡を示す例
えば８ビットのデジタル画像信号に変換される。

【００１８】プリンタ部２０は、図２および図３を用い
て後段に説明する露光装置としての光学装置２１および
被画像形成媒体である記録用紙Ｐ上に画像形成が可能な
電子写真方式の画像形成部２２を有している。

【００１９】画像形成部２２は、図３を用いて説明する
メインモータにより外周面が所定の速度で移動するよう
回転され、光学装置２１からレーザビームＬが照射され
ることで画像データすなわち原稿Ｄの画像に対応する静
電潜像が形成されるドラム状の感光体（以下、感光体ド
ラムと示す）２３、感光体ドラム２３の表面に所定極性
の表面電位を与える帯電装置２４、感光体ドラム２３に
光学装置により形成された静電潜像に可視化材としての
トナーを選択的に供給して現像する現像装置２５、現像
装置２５により感光体ドラム２３の外周に形成されたト
ナー像に所定の電界を与えて記録用紙Ｐに転写する転写
装置２６、転写装置でトナー像が転写された記録用紙Ｐ
および記録用紙Ｐと感光体ドラム２３との間のトナー
を、感光体ドラム２３との静電吸着から解放して（感光
体ドラム２３から）分離する分離装置２７および感光体
ドラム２３の外周面に残った転写残りトナーを除去し、
感光体ドラム２３の電位分布を帯電装置２４により表面
電位が供給される以前の状態に戻すクリーニング装置２
８等を有している。なお、帯電装置２４、現像装置２
５、転写装置２６、分離装置２７およびクリーニング装
置２８は、感光体ドラム２３が回転される矢印方向に沿
って、順に配列されている。また、光学装置２１からの
レーザビームＬは、帯電装置２４と現像装置２５と間の
感光体ドラム２３上の所定位置Ｘに照射される。

【００２０】スキャナ部１０で原稿Ｄから読み取られた
画像信号は、図示しない画像処理部において、例えば輪
郭補正あるいは中間調表示のための階調処理等の処理に
より印字信号に変換され、さらに光学装置２１の以下に
説明する半導体レーザ素子から放射されるレーザビーム
の光強度を、帯電装置２４により所定の表面電位が与え
られている感光体ドラム２３の外周に静電潜像を記録可
能な強度と静電潜像を記録しない強度とのいづれかに変
化させるためのレーザ変調信号に変換される。

【００２１】光学装置２１の以下に示すそれぞれの半導
本レーザ素子は、上述したレーザ変調信号に従って強度
変調され、所定の画像データに対応して感光体ドラム２
３の所定位置に静電潜像を記録するよう、発光する。こ
の半導本レーザ素子からの光は、光学装置２１内の以下
に説明する偏向装置によりスキャナ部１０の読み取りラ
インと同一の方向である第１の方向に偏向されて、感光
体ドラム２３の外周上の所定位置Ｘに、照射される。

【００２２】以下、感光体ドラム２３が所定速度で矢印
方向に回転されることで、スキャナ部１０の第１キャリ
ッジ１１および第２キャリッジ１２が原稿台７に沿って
移動されると同様に、偏向装置により順次偏向される半
導体レーザ素子からのレーザビームが１ライン毎に、感
光体ドラム２３上の外周に所定間隔で露光される。

【００２３】このようにして、感光体ドラム２３の外周
上に、画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光体
ドラム２３の外周に形成ざれた静電潜像は、現像装置２
５からのトナーにより現像され、感光体ドラム２３の回
転により転写装置２６と対向する位置に搬送され、用紙
カセット２９から、給紙ローラ３０および分離ローラ３
１により１枚取り出され、アライニングローラ３２でタ
イミングが整合されて供給される記録用紙Ｐ上に、転写
装置２６からの電界によって転写される。

【００２４】トナー像が転写された記録用紙Ｐは、分離
装置２７によりトナーとともに分離され、搬送装置３３
により定着装置３４に案内される。定着装置３４に案内
された記録用紙Ｐは、定着装置３４からの熱と圧力によ
りトナー（トナー像）が定着されたのち、排紙ローラ３
５によりトレイ３６に排出される。

【００２５】一方、転写装置２６によりトナー像（トナ
ー）を記録用紙Ｐに転写させた後の感光体ドラム２３
は、引き続く回転の結果、クリーニング装置２８と対向
され、外周に残っている転写残りトナー（残留トナー）
が除去されて、さらに帯電装置２４により表面電位が供
給される以前の状態に初期状態に戻され、次の画像形成
が可能となる。

【００２６】以上のプロセスが繰り返されることで、連
続した画像形成動作が可能となる。このように、原稿台
１５にセットされた原稿Ｄは、スキャナ部１０で画像情
報が読み取られ、読み取られた画像情報がプリンタ部２
０でトナー像に変換されて記録用紙Ｐに出力されること
で、複写される。

【００２７】図２は、図１に示した光学装置２１の内部
構造を説明する概略図である。図２に示されるように、
光学装置２１は、所定の波長のレーザビームＬを出射す
る半導体レーザ素子４１、半導体レーザ素子４１から出
射されたレーザビームＬの断面ビーム径すなわちビーム
スポットの大きさを所定の大きさに整えるコリメートレ
ンズ４２、コリメートレンズ４２を通過されたレーザビ
ームＬを、以下に説明する光偏向装置により偏向走査さ
れる走査方向および偏向走査される方向と直交する副走
査方向のそれぞれに関して所定の断面ビーム径に収束す
るシリンドリカルレンズ４３、シリンドリカルレンズ４
３とコリメートレンズ４２の間に配置され、シリンドリ
カルレンズ４３を経由して所定の収束性が与えられるレ
ーザビームＬのビーム断面に所定の特性を与える絞り４
４、回転可能に形成された複数の反射面を有するポリゴ
ンミラーとポリゴンミラーを回転するポリゴンモータ４
５Ａを含み、ポリゴンミラーを回転させながらシリンド
リカルレンズ４３により所定の収束性が与えられたレー
ザビームＬを感光体ドラム２３に向けて連続的に反射す
ることで偏向（走査）する光偏向装置４５、光偏向装置
４５と感光体ドラム２３の間に配置され、光偏向装置４
５により感光体ドラム２３とレーザビームＬとのなす角
θが、ポリゴンミラーが回転される方向すなわち走査方
向に関して連続的に変化されながら感光体ドラム２３の
外周面の所定位置すなわち図１に示した露光位置Ｘにお
いて感光体ドラム２３の長手（軸線）方向の一端から他
の一端に照射されるレーザビームＬを、感光体ドラム２
３上のどの位置においても所定のビームスポットサイズ
となるよう、ポリゴンミラーが回転される角度θと焦点
距離が所定の関数となるような収束性を提供可能な第１
および第２の結像レンズ５１および５２を含む結像光学
系５０、および結像光学系５０を通ったレーザビームＬ
が感光体ドラム２３の露光位置Ｘを感光体ドラム２３の
軸線（長手）方向に延長した位置である等価露光位置上
に配置され、結像光学系５０を通ったレーザビームＬの
一部を受光して光電変換して、水平同期信号を発生する
ためのタイミングを検出する水平同期用光検出器５３、
等を有している。

【００２８】なお、第１および第２の結像レンズ５１，
５２と感光体ドラム２３との間には、必要に応じて、光
学装置２１の平面的な大きさを低減することのできるミ
ラーが配列されてもよい。

【００２９】図３は、図２に示した、光学装置２１を用
いた複写装置１の駆動回路の一例を示す概略ブロック図
である。主制御装置としてのＣＰＵ１０１には、所定の
動作規則やイニシャルデータが記憶されているＲＯＭ
（読み出し専用メモリ）１０２、入力された制御データ
を一時的に記憶するＲＡＭ１０３、ＣＣＤセンサ１４か
らの画像データまたは外部装置から供給される画像デー
タを保持するとともに、以下に示す画像処理回路に対し
て画像データを出力する共有（画像）ＲＡＭ１０４、バ
ッテリバックアップにより、複写装置１への通電が遮断
された場合であってもそれまでに記憶されたデータを保
持するＮＶＭ（不揮発性メモリ）１０５、および画像Ｒ
ＡＭ１０４に記憶されている画像データに所定の画像処
理を付加して、以下に説明するレーザドライバに出力す
る画像処理装置１０６等が接続されている。

【００３０】ＣＰＵ１０１にはまた、光学装置２１の半
導体レーザ素子４１を駆動するレーザドライバ１２１、
光偏向装置４５のポリゴンミラーを回転するポリゴンモ
ータ４５Ａを駆動するポリゴンモータドライバ１２２お
よび感光体ドラム２３と付随する用紙の搬送機構等、を
回転するメインモータ２３Ａを駆動するメインモータド
ライバ１２３等が接続されている。

【００３１】以下に、露光動作について簡単に説明す
る。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０１に保持されているプ
ログラムに基づいて、ポリゴンモータドライバ１２２お
よびメインモータドライバ１２３へ所定の駆動信号、す
なわちポリゴンモータドライバ１２２へは、ポリゴンモ
ータの回転を制御するＰＭＣＬＫ信号およびポリゴンモ
ータの回転を起動し、または停止するＰＭＯＮ信号を、
メインモータドライバ１２３へは、感光体ドラム２３の
回転数を制御する基準クロックＭＭＣＬＫ信号およびモ
ータ２３ＡをＯＮ／ＯＦＦ制御するＭＭＯＮ信号を、そ
れぞれ、送出する。

【００３２】一方、半導体レーザ素子４１は、ＣＰＵ１
０１によりレーザドライバ１２１へ出力されるレーザ駆
動信号に対応してレーザドライバ１２１からレーザ素子
４１に供給されるレーザ駆動電流に応じて、所定のタイ
ミングで、所定強度のレーザビームＬを出射する。な
お、レーザドライバ１２１には、画像処理回路１０６に
おいて例えばビットマップに展開された画像情報に基づ
いて任意の位置でレーザビームの強度を感光体ドラム２
３が静電潜像を形成しない程度まで低減するための図示
しない変調信号も重畳される。従って、光偏向装置４５
のポリゴンミラーにより走査されて感光体ドラム２３の
軸方向に照射されるレーザビームにより、画像情報の有
無に対応する静電潜像が形成される。

【００３３】図４は、図２に示した光学装置２１のうち
の光偏向装置４５のポリゴンミラーと半導体レーザ素子
４１との間に配置される光学素子すなわち偏向前光学系
４０におけるコリメートレンズ４２、絞り４４およびシ
リンドリカルレンズ４３を通過するレーザビームＬの状
態を説明する概略図である。なお、図４は、レーザビー
ムＬを、光偏向装置４５のポリゴンミラーによりレーザ
ビームＬが偏向される（ポリゴンミラーが回転すること
により走査される）方向と直交する副走査方向断面を示
している。

【００３４】図４に示されるように、レーザ素子４１を
出射されたレーザビームＬは、コリメートレンズ４２に
より、少なくとも副走査方向に関して平行な平行ビーム
に変換される。なお、図２を用いて既に説明したよう
に、レーザビームＬは、ポリゴンミラーが回転される方
向である走査方向に関しても概ね平行な平行ビームに変
換される。

【００３５】コリメートレンズ４２を通過したレーザビ
ームＬは、レーザビームＬの中心に対して副走査方向の
中心がオフセットされている絞り（光量設定部材）４４
を通ってシリンドリカルレンズ４３に入射される。な
お、絞り４４の開口の形状は、感光体ドラム２３にレー
ザビームＬが結像される際に要求されるビーム断面形状
を提供可能な、所定の形状であって、例えば図５（ａ）
または図５（ｂ）のいづれかに示すように、走査方向の
中心に対して非対称な楕円形または、走査方向の中心に
対して非対称な矩形に設定される。また、絞り４４がオ
フセットされる際に通過光量が大きくなるよう設定され
る側は、以下に説明する光偏向装置のポリゴンミラーに
よりレーザビームＬが偏向走査される際に、走査開始端
からの距離が大きくなる側に一致されている。

【００３６】すなわち、光偏向装置による偏向走査に関
連して、レーザビームの断面ビーム径が変動する場合、
絞り４４の開口部の面積を少なくすることで、断面ビー
ム径の変動を抑えることができる。しかしながら、絞り
４４の開口部の面積を少なくすることにより、感光体ド
ラム２３に到達するレーザビームの断面ビーム径が増大
することが知られている。このため、図２を用いて示さ
れるように光偏向装置４５のポリゴンミラーの反射点と
ポリゴンミラーにより反射されて感光体ドラム２３の軸
方向の端部（２カ所）に到達されるレーザビームのそれ
ぞれに関し、ポリゴンミラー面上で、ケラレが発生して
いる場合、ケラレ量の大きい側の絞り開口部を小さく、
ケラレ量の小さい側の絞りの開口部を大きく設定するこ
とで、主走査端でのビーム径の増大を防ぎ、且つビーム
径が均一に大きくならなくなる。感光体ドラム走査端部
を走査する際に、ポリゴンミラー面上で、ケラレが発生
していない場合でも、ポリゴンミラー面上で、反射面端
面側のビームの際外角光と反射面端面の距離が大きい側
を、絞り開口部を大きく、距離が小さい側を、絞り開口
部を小さくしてもよい。

【００３７】シリンドリカルレンズ４３は、ガラスシリ
ンドリカルレンズ４３ｇの半導体レーザ素子４１に面す
る側にプラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐが接合
されて一体化された複合レンズである。なお、プラスチ
ックシリンドリカルレンズ４３ｐの材質は、結像光学系
５０の第１および第２のレンズ５１、５２のそれぞれと
同一の材質で形成されている。これにより、光学装置２
１（複写装置２）が設置される位置で温度および湿度が
変動した場合であっても、レーザビームＬの断面ビーム
径の変動は、最小に制御される。また、シリンドリカル
レンズ４３のガラスシリンドリカルレンズ４３ｇは、副
走査方向に凸に形成され、プラスチックシリンドリカル
レンズ４３ｐは、副走査方向に凹に形成されている。こ
のため、プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐの肉
厚は、副走査方向の中央付近で最小となり、（副走査方
向の）両端部で最大となる。また、プラスチックシリン
ドリカルレンズ４３ｐは、コストの低い成形加工で加工
される。従って、プラスチックシリンドリカルレンズ４
３ｐに生じることのある形状誤差は、通常、副走査方向
に関し、図１０に示すような、Ｗ型になることが知られ
ている。

【００３８】次に、光偏向装置４５のポリゴンミラーの
直径およびポリゴンミラーの複数の反射面のそれぞれの
走査方向長さと結像光学系５０を通るレーザビームＬの
関係について説明する。

【００３９】図６は、光偏向装置４５のポリゴンミラー
４５ａの直径とシリンドリカルレンズ４３を通過したレ
ーザビームＬが反射される状態とを示す概略図である。
図６（ａ）は、一例として反射面が６面で、その反射面
の接続点と外接する円の直径を６６ｍｍとしたポリゴン
ミラー４５ａによりレーザビームＬが反射される状態
を、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したと同様に反射面
を６面とし、その反射面の接続点と外接する円の直径を
４０ｍｍとしたポリゴンミラー４５ａによりレーザビー
ムＬが反射される状態を、それぞれ模式的に示してい
る。

【００４０】図６（ｂ）に示されるように、レーザビー
ムＬの断面ビーム径、光路あるいはポリゴンミラー４５
ａに向かう角度等を同一とした場合、ポリゴンミラー４
５ａの各反射面における走査方法の大きさ（長さ）が小
さく（短く）なることにより、各接続点および隣接する
反射面において反射されたレーザビームＬも結像光学系
５０に案内されることになる。この場合、各反射面の接
続点および隣接する反射面で反射されたレーザビームＬ
は、各反射面の接続点および隣接する反射面でのケラレ
により、結像光学系５０には入射するものの、断面ビー
ム径は大きく変化され、光強度も低下されることにな
る。

【００４１】このように、反射面の接続点および隣接す
る反射面で反射されたレーザビームＬは、上述したよう
に、ケラレにより、光強度が低下されるとともにビーム
径が変化されることで、感光体ドラム２３に静電潜像を
提供可能な状態を逸脱する。しかしながら、図２に示し
た位置に配置されている水平同期検出用光検出器５３に
対して、水平同期信号に利用されるタイミングを提供す
ることは可能である。

【００４２】この場合、水平同期検出用光検出器５３の
受光感度は、ポリゴンミラー４５ａによるケラレに起因
して拡散している状態のレーザビームＬの光強度および
断面ビーム径に合わせて最適化される。なお、例えばケ
ラレによるビーム径の変化は、図７および図８に示すよ
うに、計測によって容易に求められる。

【００４３】図７および図８は、光偏向装置４５のポリ
ゴンミラー４５ａの反射面を６面とし、感光体ドラム２
３の有効長さをＡ４サイズの用紙の長手方向長さ（２９
７ｍｍ）を許容できるように設定し、結像光学系５０の
第１および第２の結像レンズ５１，５２を通過したレー
ザビームＬの断面ビーム径を、感光体ドラム２３に相当
する位置で計測した結果を示している。

【００４４】図７から明らかなように、走査方向の一端
部においては、断面ビーム径が急激に増大することが認
められる。その一方で、図８に示されるよう、本実施例
の断面ビーム径の変動は、比較的少ない。

【００４５】このことから、水平同期検出用光検出器５
３は、走査方向の所定位置、例えば感光体ドラム２３上
で−１６０ｍｍに対応する位置に配置し、画像領域を−
１５０ｍｍから＋１４７ｍｍにすることで、光偏向装置
４５のポリゴンミラー４５ａの各反射面の接続点による
ケラレの影響を受けることなく、水平同期信号に利用さ
れるレーザビームＬの入射タイミングを検出可能とし、
且つ画像領域では、均一で小さいビーム径が得られ、良
好な画像が得られる。

【００４６】図９は、感光体ドラム２３の結像位置に対
応する位置でのレーザビームＬの光強度の変動の程度を
示す概略図である。図９に示されるように、レーザビー
ムＬの光強度は、走査方向に関連して、両端部、特に、
ポリゴンミラー４５ａによりケラレが生じる−１５５ｍ
ｍから外側の部分で低下することが認められる。しかし
ながら、上述したように、予め水平同期検出用光検出器
５３の感度を最適に設定することで、水平同期信号とし
て用いることのできるレーザビームＬの入射タイミング
を検出可能となる。

【００４７】以上説明したように、光偏向装置４５のポ
リゴンミラー４５ａの直径を小さくした場合であって
も、図７ないし図９に示した特性に合わせて水平同期検
出用光検出器５３の位置（図２に示した位置）および感
度を最適に設定することで、各反射面の接続部でのケラ
レによりレーザビームＬのビーム径および光強度が変動
したとしても、水平同期信号を得るためのレーザビーム
Ｌを検出可能である。すなわち、ポリゴンミラー４５ａ
を小型化できる。これにより、騒音および振動が低減さ
れる。また、ポリゴンミラー４５ａが小型化されること
により、ミラーを回転させるポリゴンミラーモータ４５
Ａの大きさを小型化でき、また出力を低減できる。

【００４８】ところで、図４に示したように、偏向前光
学系４０においてシリンドリカルレンズ４３をレーザビ
ームＬが通過する位置は、副走査方向において概ね中心
に設定されている。以下、シリンドリカルレンズ４３を
通過するレーザビームＬが副走査方向に関して、移動し
た場合について考察する。

【００４９】図１０は、レーザビームＬが、図４に示し
たように、シリンドリカルレンズ４３の副走査方向の概
ね中心を通過した場合に、シリンドリカルレンズ４３の
プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐの形状誤差と
レーザビームＬの通過位置との関係を示すもので、プラ
スチックシリンドリカルレンズ４３ｐの形状誤差が、図
１０の曲線で示される場合に、レーザビームＬが斜線で
示す副走査方向の概ね中央を通る場合には、形状誤差
は、レーザビームＬに対して、副走査方向で概ね対象
に、近似的に円弧に、寄与することになる。この場合、
曲率半径が変わるのみの影響であり、シリンドリカルレ
ンズを光線方向に移動して焦点調整すれば、収差の増大
はなく、感光体ドラム２３の位置におけるビーム形状
は、図１１に示すように、僅かにサイドローブが生じて
いるのみである（図１２に比較のために示す設計値と遜
色がない）ことが認められる。

【００５０】一方、図１０に交差斜線で示すように、レ
ーザビームＬの通過位置がプラスチックシリンドリカル
レンズ４３ｐの中央と異なる位置である場合には、副走
査方向でのレンズ面形状が非対称になるため、副走査方
向ビーム形状におけるサイドローブの程度が図１３に示
すように、大幅に増大することが認められる。

【００５１】以上説明したように、副走査方向に形状誤
差を伴うことの多い、プラスチック成形シリンドリカル
レンズ４３ｐを含む偏向前光学系４０を用いる場合、レ
ーザビームＬを、形状誤差が対称で近似的に円弧である
領域すなわち副走査方向の中央付近を通過させることに
より、シリンドリカルレンズの副走査方向の形状誤差の
影響が感光体ドラム上の画像に悪影響を及ぼすことを防
止できる。このことは、換言すると、シリンドリカルレ
ンズのレンズ面の形状誤差の許容値をゆるめたとして
も、レンズを通過するレーザビームＬの位置を最適化す
ることで利用可能なレンズの管理幅を広げることとな
り、成形マージンが広がりレンズのコストを低減できる
ことを示している。なお、シリンドリカルレンズの形状
誤差は、レンズの肉厚の変動率の小さい領域すなわちレ
ンズの副走査方向の概ね中央付近で最小となることか
ら、シリンドリカルレンズ４３を保持する図示しない保
持部材に、例えば副走査方向に位置を調整可能な機構を
設けることで、利用可能なレンズの管理幅を広げて部品
コストを低減することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光学装
置によれば、走査方向の中心に対して非対称な楕円形ま
たは矩形に設定される絞りにより、全走査領域でポリゴ
ンミラー端面で、ビームがケラれることなく、均一で且
つ小さなビーム径が得られる。これにより、感光体ドラ
ムに案内された光ビームの断面ビーム径の変動が低減さ
れる。

【００５３】また、水平同期検出用光検出器を、走査方
向の所定位置、例えば感光体ドラムの軸方向の端部のう
ちの所定の位置で、ビーム径が増大する位置に配置する
ことにより、画像中心領域では、光偏向装置のポリゴン
ミラーの各反射面の接続点によるケラレの影響を受ける
ことなく、水平同期信号に利用されるレーザビームＬの
入射タイミングを検出可能となる。従って、ポリゴンミ
ラーの大きさを低減でき、コストも低く抑えることがで
きる。

【００５４】さらに、副走査方向に形状誤差を伴うこと
の多い、プラスチック成形シリンドリカルレンズを含む
偏向前光学系を用いる場合、レーザビームＬを形状誤差
が少なく、近似的に円弧の少ない領域すなわち副走査方
向の中央付近を通過させることにより、シリンドリカル
レンズの副走査方向の形状誤差の影響が感光体ドラム上
の画像に悪影響を及ぼすことを防止できる。これによ
り、シリンドリカルレンズのレンズ面に必要なレンズ面
の形状誤差の許容値をゆるめたとしても、レンズを通過
するレーザビームＬの位置を最適化することで利用可能
なレンズの管理幅を広げることとなり、レンズのコスト
を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態が適用されるデジタル複
写装置（画像形成装置）を説明する概略図。

【図２】図１に示した複写装置に組み込まれる光学装置
の一例を示す概略図。

【図３】図２に示した光学装置の制御ブロックを説明す
る概略ブロック図。

【図４】図２に示した光学装置のシリンドリカルレンズ
の断面方向でのレーザビームＬの通過位置を示す概略
図。

【図５】図２に示した光学装置の絞りをレーザビームＬ
が進行する方向と直交する方向から見た状態を示す概略
図。

【図６】図２に示した光学装置の光偏向装置のポリゴン
ミラーの直径とレーザビームの反射の状態を説明する概
略図。

【図７】図２に示した光学装置の光偏向装置のポリゴン
ミラーの反射面を６面、外接円の直径を４０ｍｍとし、
感光体ドラムの有効長さをＡ４サイズの用紙の長手方向
長さを許容できるように設定したときの結像光学系の第
１，第２の結像レンズを通過したレーザビームＬの走査
方向の断面ビーム径を、感光体ドラムに相当する位置で
計測した結果を示すグラフ。

【図８】図２に示した光学装置の光偏向装置のポリゴン
ミラーの反射面を６面、外接円の直径を４０ｍｍとし、
感光体ドラムの有効長さをＡ４サイズの用紙の長手方向
長さを許容できるように設定したときの結像光学系の第
１，第２の結像レンズを通過したレーザビームＬの走査
方向の断面ビーム径を、感光体ドラムに相当する位置で
計測した結果を示すグラフ。

【図９】図２に示した光学装置において、図７および図
８に示した断面ビーム径を提供可能な条件において、感
光体ドラムの結像位置に対応する位置でのレーザビーム
Ｌの光強度の変動の程度を示すグラフ。

【図１０】図２に示した光学装置のシリンドリカルレン
ズのプラスチックシリンドリカルレンズの形状誤差とレ
ーザビームＬの通過位置との関係を示すグラフ。

【図１１】図２に示した光学装置においてレーザビーム
Ｌがプラスチックシリンドリカルレンズの副走査方向の
概ね中央を通過した際のビーム径の変動の程度を示すグ
ラフ。

【図１２】図２に示した光学装置においてレーザビーム
Ｌがプラスチックシリンドリカルレンズの副走査方向の
概ね中央を通過した際のビーム径の変動の程度であっ
て、設計上の理論値を示すグラフ。

【図１３】図２に示した光学装置においてレーザビーム
Ｌがプラスチックシリンドリカルレンズの副走査方向の
中央付近から所定距離の位置を通過した際のビーム径の
変動の程度を示すグラフ。

【符号の説明】

１ ・・・デジタル複写装置、 １０ ・・・スキャナ部、 １１ ・・・第１キャリッジ、 １４ ・・・ＣＣＤセンサ、 ２０ ・・・プリンタ部、 ２１ ・・・光学装置、 ２２ ・・・画像形成部、 ２３ ・・・感光体ドラム、 ２３Ａ・・・メインモータ、 ３２ ・・・アライニングローラ、 ４０ ・・・偏向前光学系、 ４１ ・・・半導体レーザ素子、 ４２ ・・・コリメートレンズ、 ４３ ・・・シリンドリカルレンズ、 ４４ ・・・絞り、 ４５ ・・・光偏向装置、 ４５Ａ・・・ポリゴンモータ、 ５０ ・・・結像光学系、 ５１ ・・・第１の結像レンズ、 ５２ ・・・第２の結像レンズ、 ５３ ・・・水平同期検出用光検出器、 １０１ ・・・ＣＰＵ、 １０２ ・・・ＲＯＭ、 １０３ ・・・ＲＡＭ、 １０４ ・・・共有（画像）メモリ、 １０５ ・・・ＮＶＭ（不揮発性メモリ）、 １０６ ・・・画像処理装置、 １１１ ・・・基準クロック発生回路、 １２１ ・・・レーザドライバ、 １２２ ・・・ポリゴンモータドライバ、 １２３ ・・・メインモータドライバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福留 康行 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内 Ｆターム(参考） 2H045 CA88 CB01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源から出射された光ビームに対して所定
   の光学特性を与える第１の光学部材と、 この第１の光学部材によって所定の光学特性が与えられ
   た光ビームをそれぞれ第１の方向に集束させる第２の光
   学部材と、 回転可能に形成された反射面を有し、この反射面を回転
   させることで光ビームを走査する走査手段と、 この走査手段で走査された光ビームを通過させて走査対
   象物に結像させる結像手段と、を有する光学装置におい
   て、 前記第１の光学部材は、光ビームを第１の方向および第
   １の方向と直交する第２の方向のそれぞれに概ね等しい
   パワーを持つ第１のレンズと、第１のレンズを通過した
   光ビームの第１の方向または第２の方向のいづれかの方
   向にのみ収束性を与える第２のレンズと、第１および第
   ２のレンズの間に、第１のレンズを通過した光ビームが
   第２のレンズにより収束性が与えられる方向と直交する
   方向に関して非対称となるよう配置され、第２のレンズ
   に向かう光ビームの光強度を任意の割合に設定する光量
   設定部材とを有し、且つ前記走査手段の反射面でのビー
   ム径は、反射面よりも小さいことを特徴とする光学装
   置。
2. 【請求項２】光源から出射された光ビームに対して所定
   の光学特性を与える第１の光学部材と、 この第１の光学部材によって所定の光学特性が与えられ
   た光ビームをそれぞれ第１の方向に集束させる第２の光
   学部材と、 回転可能に形成された反射面を有し、この反射面を回転
   させることで光ビームを走査する走査手段と、 この走査手段で走査された光ビームを通過させて走査対
   象物に結像させる結像手段と、を有し、前記走査手段の
   反射面でのビーム径は、反射面よりも小さい光学装置に
   おいて、 前記第２の光学部材は、前記走査手段により偏向走査さ
   れた光ビームの位置を特定するために光ビームを検出す
   る光検出器を有し、前記走査手段の反射面の端部で反射
   された光ビームを検出することを特徴とする光学装置。
3. 【請求項３】光源から出射された光ビームに対して所定
   の光学特性を与える第１の光学部材と、 この第１の光学部材によって所定の光学特性が与えられ
   た光ビームをそれぞれ第１の方向に集束させる第２の光
   学部材と、 回転可能に形成された反射面を有し、この反射面を回転
   させることで光ビームを走査する走査手段と、 この走査手段で走査された光ビームを通過させて走査対
   象物に結像させる結像手段と、を有する光学装置におい
   て、 前記第１の光学部材は、光ビームを第１の方向および第
   １の方向と直交する第２の方向のそれぞれに概ね等しい
   パワーを持つ第１のレンズと、ガラス製のレンズとプラ
   スチック製のレンズとが一体に形成された複合レンズで
   あって、第１のレンズを通過した光ビームの第１の方向
   または第２の方向のいづれかの方向にのみ収束性を与え
   る第２のレンズと、を含み、 第２のレンズは、第１のレンズを通過した光ビームの第
   １の方向または第２の方向のいづれかの方向に光ビーム
   が収束される方向に関し、光ビームが同方向の中央付近
   を通過可能に配置されることを特徴とする光学装置。