JP2000098288A - 光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置

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JP2000098288A JP10283427A JP28342798A JP2000098288A JP 2000098288 A JP2000098288 A JP 2000098288A JP 10283427 A JP10283427 A JP 10283427A JP 28342798 A JP28342798 A JP 28342798A JP 2000098288 A JP2000098288 A JP 2000098288A
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optical
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scanning
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Keiichiro Ishihara
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    • G02B26/12Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/125Details of the optical system between the polygonal mirror and the image plane

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オーバーフィルド光学系を用いた光走査光学
系において、ポリゴンミラーの回転によって、特に主走
査方向に瞳位置の移動があった場合でも、像面湾曲及び
歪曲収差(fθ特性)を良好に補正することができる光
走査光学系及びそれを用いた画像形成装置を得ること。 【解決手段】 光源手段から出射した光束を第1の光学
系により光偏向器51の偏向面に該偏向面の主走査方向
の幅より広い状態で入射させ、該光偏向器で偏向反射さ
れた光束を第2の光学系61により被走査面71上にス
ポット状に結像させて、該被走査面上を光走査する光走
査光学系において、該第2の光学系は複数枚のレンズを
有し、該複数枚のレンズのうち少なくとも1枚のレンズ
は主走査方向と対応する母線が非円弧である面を有して
いること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光走査光学系及びそ
れを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から出射
した光束を光偏向器としてのポリゴンミラーにより偏向
反射させ、結像光学系を介して被走査面上を光走査して
画像情報を記録するようにした、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ーやデジタル複写機
等の装置に好適な光走査光学系に係り、特にポリゴンミ
ラーの偏向面の回転方向の幅よりも該ポリゴンミラーに
入射する光束の主走査方向に対応する方向の幅の方が大
きいオーバーフィルド光学系を用いた場合において、主
走査方向及び副走査方向の像面湾曲を良好に補正し、且
つピッチムラのない良好なる画像が常に得られる光走査
光学系及びそれを用いた画像形成装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の光走査光学系には図9に示すよう
に光偏向器としてのポリゴンミラー95の偏向面(偏向
反射面)95aに入射する光束の主走査方向に対応する
方向の幅(以下「入射光束の主走査光束幅」とも称
す。)よりもポリゴンミラー95の偏向面95aの回転
方向の幅(以下「ポリゴンミラーのファセット幅」とも
称す。)の方が大きいアンダーフィルド光学系が一般的
に使用されている。この走査光学系ではポリゴンミラー
95の偏向面95aの幅は、この偏向面95aに対して
所定の方向からどの角度で入射した光束をも完全に反射
できるような大きさに設定されている。
【0003】尚、同図において光源手段91から光変調
され出射した光束はコリメーターレンズ92により略平
行光束に変換され、開口絞り(スリット)93によって
該光束(光量)を制限して副走査断面内にのみ所定の屈
折力を有するシリンドリカルレンズ94に入射する。シ
リンドリカルレンズ94に入射した略平行光束のうち主
走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出
する。副走査断面内においては収束してポリゴンミラー
95の偏向面(偏向反射面)95aにほぼ線像として結
像する。そして光偏向器で偏向反射された光束はfθ特
性を有する結像光学系96を介して被走査面(感光ドラ
ム面)97上に導光され、該光偏向器95を図中矢印A
方向に回転させることによって、該被走査面97上を図
中矢印B方向に光走査して画像情報の記録を行なってい
る。
【0004】ところで光走査光学系を使用したレーザー
ビームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置に
は、近年、高速化及び高精細化の要求が高まってきてお
り、上述のアンダーフィルド光学系において高速化及び
高精細化の要求に応えるためにはポリゴンミラーの回転
速度を上げ、光束が感光ドラム面上を1ライン走査する
のに要する時間を短縮することが考えられる。
【0005】しかしながらポリゴンミラーを回転駆動さ
せる駆動モータの回転数は現在のところボールベアリン
グを使用した場合で25000 〜30000 rpm、大幅なコス
トアップを招いてしまうエアーベアリング等の流体軸受
を使用した場合でも35000 〜40000 rpmが限界であ
る。従ってポリゴンミラーの回転数を上げることによっ
て画像形成装置の高速化及び高精細化を図るには限界が
ある。
【0006】またポリゴンミラーの偏向面の数を増やし
てポリゴンミラーの単位回転当たりの走査回数を増加さ
せ、画像形成装置の高速化及び高精細化を図ることも考
えられる。しかしながらアンダーフィルド光学系では同
一のスポット径を得るために同一の幅の光束を網羅し、
反射できる大きさの偏向面を有している必要がある。そ
のためポリゴンミラーの面数を増やすことによって該ポ
リゴンミラーの大径化を招き、通常の駆動モータでは逆
に回転数を落とすことになってしまい、高速化及び高精
細化を図ることが困難となる。
【0007】そこでポリゴンミラーの偏向面の回転方向
の幅よりも広い主走査対応方向の光束幅を有する入射光
束をポリゴンミラーに照射し、所定の偏向面で偏向反射
された光束のみを被走査面上に光走査するオーバーフィ
ルド光学系を使用した光走査光学系が、例えば特開平8-
171069号公報に開示されている。このオーバーフィルド
光学系は偏向面の数を増加させたとしてもポリゴンミラ
ーの大径化を免れることができ、回転数を減少させるこ
となく単位回転当たりの走査回数を増加させることがで
きる。
【0008】また高精細な画像を得るためには感光ドラ
ム面上に結像されるスポット径が小さく絞られている必
要がある。スポット径Dspはトランケーションファク
ターk及びfθ係数f、開口絞りの大きさDapと使用
する光束の波長λによって次式のように決定される。
【0009】Dsp=k×f/Dap×λ オーバーフィルド光学系の場合、ポリゴンミラーのファ
セット幅が主走査方向の絞りとなるため、ポリゴンミラ
ーを大径化することなく被走査面上に結像されるスポッ
ト径を小さくすることができる。そのためオーバーフィ
ルド光学系は画像形成装置の高速化及び高精細化に非常
に有利な光学系である。
【0010】高精細化を進めていく上で被走査面上に結
像されるスポット径が小さく絞られるのだが、それに伴
って焦点深度(像面深度)は浅くなる。このことから像
面湾曲は良好に補正されていることが望ましい。
【0011】またポリゴンミラーによって偏向走査され
る光束がfθ特性を有する結像レンズ(結像光学系)に
よって被走査面上にスポットとして結像されながら、等
速に走査されるために歪曲収差(fθ特性)は十分に補
正されていなければならない。
【0012】しかしながら上記特開平8-171069号公報の
光走査光学系は主走査方向に所定のパワーを有するシリ
ンドリカルレンズ2枚と副走査方向に所定のパワーを有
するシリンドリカルミラー1枚によって構成された光学
系であって、主走査平面内から斜入射させることによっ
て生じる像面湾曲や歪曲収差等の非対称性は十分に補正
できていないという問題点がある。
【0013】またポリゴンミラーの回転によって偏向面
が主走査対応方向に移動するが、該ポリゴンミラーのフ
ァセット幅より広い主走査光束幅を有する入射光束をポ
リゴンミラーに照射させているオーバーフィルド光学系
においては、これが瞳位置の移動という現象になって現
れる。この瞳位置の移動によって像面湾曲や特に歪曲収
差を補正することが難しいことが問題点となっている。
【0014】また偏向走査面から所定の角度を持たせて
入射させた場合においても、被走査面近傍に副走査方向
に所定のパワーを有するシリンドリカルミラーを配置し
た場合には、副走査方向の像面湾曲を補正できる折返し
角度は一義的に決定さてしまい、配置の自由度を持たな
いという問題点がある。また長尺のガラスミラーでは加
工費及び蒸着の費用等コスト的なデメリットも大きい。
【0015】またfθ特性を有する結像光学系の一部を
反射光学素子で構成する光走査光学系の例も考えられる
が、反射光学素子故にその面形状は透過光学素子である
レンズ面の約4倍の精度を必要とする。パワーを有する
ミラーをプラスチックで成形する場合においては成形性
を安定して得ることが難しく、像面湾曲や歪曲収差等が
発生してしまう恐れがあり問題となる。また反射面には
アルミニウム等の蒸着が必要となり、コスト的にも大き
なデメリットがある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明はオーバーフィ
ルド光学系を用いた光走査光学系において、特に第2の
光学系を構成する複数枚のレンズの形状を各々適切に形
成することにより、ポリゴンミラーの回転によって、特
に主走査方向に瞳位置の移動があった場合でも像面湾曲
や歪曲収差(fθ特性)等が良好に補正された簡易な構
成の光走査光学系の提供を目的とし、更にはピッチムラ
がなく常に良質なる画像を形成することができる画像形
成装置の提供を目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の光走査光学系
は、 (1) 光源手段から出射した光束を第1の光学系により光
偏向器の偏向面に該偏向面の主走査方向の幅より広い状
態で入射させ、該光偏向器で偏向反射された光束を第2
の光学系により被走査面上にスポット状に結像させて、
該被走査面上を光走査する光走査光学系において、該第
2の光学系は複数枚のレンズを有し、該複数枚のレンズ
のうち少なくとも1枚のレンズは主走査方向と対応する
母線が非円弧である面を有していることを特徴としてい
る。
【0018】特に(1-1) 前記光源手段から出射した光束
は副走査断面内において前記光偏向器の偏向面に対して
所定の角度で入射し、かつ主走査断面内において該光偏
向器の偏向角の略中央から入射することや、(1-2) 前記
第2の光学系の副走査方向の結像倍率は1以下であるこ
とや、(1-3) 前記母線が非円弧である面を有したレンズ
は他のレンズに比べて前記被走査面に最も近くに配置さ
れていることや、(1-4) 前記第2の光学系を構成する複
数枚のレンズのうち少なくとも1枚のレンズは前記第1
の光学系の一部をも構成していることや、(1-5) 前記第
2の光学系を構成する複数枚のレンズのうち少なくとも
1枚のレンズは該レンズの一方の周辺部の一部が切除さ
れていること、等を特徴としている。
【0019】(2) 光源手段から出射した光束を第1の光
学系により光偏向器の偏向面に該偏向面の主走査方向の
幅より広い状態で入射させ、該光偏向器で偏向反射され
た光束を第2の光学系により被走査面上にスポット状に
結像させて、該被走査面上を光走査する光走査光学系に
おいて、該第2の光学系は複数枚のレンズを有し、該複
数枚のレンズのうち少なくとも1枚のレンズは副走査方
向の曲率半径が主走査方向において、それと対応する母
線とは相関なく変化していることを特徴としている。
【0020】特に(2-1) 前記光源手段から出射した光束
は副走査断面内において前記光偏向器の偏向面に対して
所定の角度で入射し、かつ主走査断面内において該光偏
向器の偏向角の略中央から入射することや、(2-2) 前記
第2の光学系の副走査方向の結像倍率は1以下であるこ
とや、(2-3) 前記副走査方向の曲率半径が主走査方向に
おいて、それと対応する母線とは相関なく変化している
レンズは、他のレンズに比べて前記被走査面に最も近く
に配置されていることや、(2-4) 前記第2の光学系を構
成する複数枚のレンズのうち少なくとも1枚のレンズは
前記第1の光学系の一部をも構成していることや、(2-
5) 前記第2の光学系を構成する複数枚のレンズのうち
少なくとも1枚のレンズは該レンズの一方の周辺部の一
部が切除されていること、等を特徴としている。
【0021】(3) 光源手段から出射した光束を第1の光
学系により光偏向器の偏向面に該偏向面の主走査方向の
幅より広い状態で入射させ、該光偏向器で偏向反射され
た光束を第2の光学系により被走査面上にスポット状に
結像させて、該被走査面上を光走査する光走査光学系に
おいて、該第2の光学系は複数枚のレンズを有し、該複
数枚のレンズのうち少なくとも1枚のレンズは主走査方
向と対応する母線が非円弧である面を有し、かつ副走査
方向の曲率半径が主走査方向において、それと対応する
母線とは相関なく変化していることを特徴としている。
【0022】特に(3-1) 前記光源手段から出射した光束
は副走査断面内において前記光偏向器の偏向面に対して
所定の角度で入射し、かつ主走査断面内において該光偏
向器の偏向角の略中央から入射することや、(3-2) 前記
第2の光学系の副走査方向の結像倍率は1以下であるこ
とや、(3-3) 前記主走査方向と対応する母線が非円弧で
ある面を有し、かつ副走査方向の曲率半径が主走査方向
において、それと対応する母線とは相関なく変化してい
るレンズは、他のレンズに比べて前記被走査面に最も近
くに配置されていることや、(3-4) 前記第2の光学系を
構成する複数枚のレンズのうち少なくとも1枚のレンズ
は前記第1の光学系の一部をも構成していることや、(3
-5) 前記第2の光学系を構成する複数枚のレンズのうち
少なくとも1枚のレンズは該レンズの一方の周辺部の一
部が切除されていること、等を特徴としている。
【0023】本発明の画像形成装置は、 (4) 上記(1),(1-1) 〜(1-5),(2),(2-1) 〜(2-5),(3),(3
-1) 〜(3-5) のいずれか1項記載の走査光学系を用いて
画像形成を行なうことを特徴としている。
【0024】
【発明の実施の形態】[実施形態1]図1(A)は本発
明の実施形態1の光走査光学系をレーザービームプリン
タやデジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの
主走査方向の要部断面図(主走査断面図)、図1(B)
は図1(A)の副走査方向の要部断面図(副走査断面
図)である。
【0025】同図において51は光偏向器(偏向手段)
としてのポリゴンミラーであり、モーター等の駆動手段
(不図示)により矢印A方向(主走査方向)に一定速度
で回転している。61はfθ特性を有する第2の光学系
であり、ポリゴンミラー51側から順に主走査対応方向
に正のパワーを有する第1のレンズ(シリンドリカルレ
ンズ)61a、そして光束に沿って正のパワーを有する
第2のレンズ(非球面レンズ)61bの2枚のレンズを
有し、後述する形状より成っている。本実施形態におけ
る第1のレンズ61aは後述する第1の光学系の機能
(一部)をも兼ねており、第2のレンズ61bは他のレ
ンズに比べて被走査面71に最も近くに配置されてい
る。本実施形態では第2の光学系61の副走査方向の結
像倍率が1以下となるように設定している。71は被走
査面としての感光ドラム面である。
【0026】同図においては不図示であるが光源手段は
半導体レーザーより成っている。また入射面が凸、出射
面が平面の平凸レンズより成る集光レンズ(コリメータ
ーレンズ)、通過光束を規制してビーム形状を整形する
開口絞り(スリット)、副走査対応方向にパワーを有す
る入射系のシリンドリカルレンズ、そして上記の第1の
レンズ61aで第1の光学系を構成している。尚、主走
査断面内においては集光レンズと第1のレンズ61aと
の2枚のレンズでコリメーター系を構成している。
【0027】尚、本明細書において主走査方向とは光偏
向器によって光束が走査される方向を言い、副走査方向
とは光偏向器によって光束が反射されたときの光束の進
む方向と主走査方向との両方向とに直交する方向を言
う。この場合、特に走査有効領域の中心へ向かう光束が
光偏向器によって偏向反射されたときの方向を示す。ま
た主走査及び副走査対応方向とは光源手段から被走査面
に至る光路を走査有効領域の中心へ向かう光束に沿って
直線的に展開した仮想的な光路上で、それぞれ主走査及
び副走査方向と平行な方向に対応する方向を言う。また
曲率半径及び曲率の符号は光束が進む方向を正とする。
そのため後述するように第2の光学系においてはその面
形状の曲率中心がその面頂点よりも光偏向器側にある場
合は負、被走査面側にある場合は正となる。曲率とは曲
率半径の逆数である。
【0028】本実施形態において不図示の半導体レーザ
ーから光変調され出射した光束は集光レンズにより発散
光束に変換され、開口絞りによって光束を制限して入射
系のシリンドリカルレンズに入射している。このシリン
ドリカルレンズに入射した光束のうち副走査断面内にお
ける光束は収束して第1のレンズ61aを介して光偏向
器51の偏向面(偏向反射面)51aに入射し、該偏向
面51a近傍にほぼ線像(主走査方向に長手の線像)と
して結像している。このとき偏向面51aに入射する光
束はポリゴンミラー51の回転軸と第2の光学系61の
光軸を含む副走査断面内から、該ポリゴンミラー51の
回転軸と垂直な平面(ポリゴンミラー51の回転平面)
に対して斜入射角α=1°という小さな角度で入射して
いる。また主走査断面内における光束は発散された状態
で第1のレンズ61aを介することによって略平行光束
に変換され、光偏向器51の偏向角の略中央から偏向面
51aに入射している。このときの略平行光束の光束幅
は主走査方向において光偏向器51の偏向面51aのフ
ァセット幅に対し十分広くなるように設定している。そ
して光偏向器51で偏向反射された光束は第2の光学系
61を介して感光ドラム面71上に導光され、該光偏向
器51を図中矢印A方向に回転させることによって、該
感光ドラム面71上を矢印B方向(主走査方向)に光走
査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面
71上に画像記録を行なっている。
【0029】本実施形態における第2の光学系61を構
成する第1、第2のレンズ61a,61bの形状は、レ
ンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主
走査断面内において光軸と直交する軸をY軸、副走査断
面内において光軸と直交する軸をZ軸としたとき、主走
査方向と対応する母線方向が、
【0030】
【数1】 但し、Rは曲率半径、K、B4 、B6 、B8 、B10は非
球面係数副走査方向と対応する子線方向が、
【0031】
【数2】 ここで、1/r'=D2Y2+D4Y4+D6Y6+D8Y8+D10Y10 なる式で表わせるものである。表−1、表−2に本実施
形態における光学配置と第1、第2のレンズ61a,6
1bの非球面係数を示す。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】 本実施形態における第1のレンズ61aの光軸は入射系
のシリンドリカルレンズ(不図示)によってポリゴンミ
ラー51近傍に結像される線像を含むポリゴンミラー5
1の回転軸と直交する回転平面内にあり、第2のレンズ
61bの光軸はポリゴンミラー51の回転平面と平行で
あり、その平面と直交する方向に3mm上方に平行シフ
トして配置されている。また第1、第2のレンズ61
a,61bの光軸は被走査面71の走査有効領域の中央
へ向かう光束の主光線と同一の副走査断面内に配置され
ている。
【0034】第1のレンズ61aは上述の如く主走査対
応方向に正のパワーを有し、ガラス材(ガラスレンズ)
より成り、ポリゴンミラー51側に凹面を向けたメニス
カスな形状より成っている。
【0035】第2のレンズ61bは上述の如く光束に沿
って正のパワーを有し、プラスチック材(プラスチック
レンズ)より成っている。第2のレンズ61bの主走査
方向と対応する母線は両面とも主走査方向に沿う曲率半
径が軸上から該軸上と周辺部との中間付近に向かうにつ
れて大きくなり、その中間付近で曲率の符号が正から負
へ反転し、周辺部へ向かうにつれてその絶対値が小さく
なり、その符号が負である非円弧な形状より成ってい
る。これを曲率の観点から見ると第2のレンズ61bの
主走査方向に沿う曲率が軸上から周辺部に向かうにつれ
て小さくなり、その中間付近で曲率の符号が正から負へ
反転する。この形状は特に第1のレンズ61aで補正し
きれない歪曲収差を補正する効果を有している。また入
射面及び出射面の曲率の大小関係が入れ替わることなく
常に出射面に対して入射面が大であるため、両面の曲率
の符号が反転したとしても各画角の光束に対して常に正
のパワーを有しており、これにより主走査方向の像面湾
曲を補正する効果をも兼ねることができる。
【0036】また第2のレンズ61bの副走査方向と対
応する子線は入射側の入射面が平面、出射面側の出射面
は曲率半径がレンズの周辺部へ向かうにつれ負に大きく
なり、軸上と周辺部との中間付近で一度極値をとり、今
度は負に小さくなり、7割付近で再び極値を取って周辺
部まで負に大きくなる形状より成っている。この子線の
曲率半径の変化によって、本実施形態では副走査方向の
像面湾曲を補正すると共に、主走査方向の像面湾曲の補
正にも寄与している。即ちこれは入射光束をポリゴンミ
ラー51の偏向面に対して1°の角度を持たせて入射さ
せているため、走査画角によって光束が第2のレンズ6
1bへ到達する高さが異なり、主走査方向への屈折は母
線の形状のみで決定されるものではなく、母線からレン
ズの高さ方向(副走査方向)へ張り出した子線の形状に
よって形成される光線到達位置での主走査方向の曲率半
径に大きく起因するためである。よって主走査及び副走
査方向とも第1、第2のレンズ61a,61bへの光線
到達位置での入射角度が所望の結像位置に結像されるよ
うに、その面形状が決定されている。言い換えればオー
バーフィルド光学系のように瞳の移動が大きく発生する
光学系においても、像面湾曲と歪曲収差とを両方同時に
補正する面形状を母線の非円弧と子線の曲率変化とによ
って形成している。このときの像面湾曲及び歪曲収差の
収差図を図2に示す。同図に示すように全画角範囲にわ
たり像面湾曲と歪曲収差とが良好に補正されていること
が解る。
【0037】また本実施形態では第2のレンズ61bの
後方に平面より成る折り返しミラー(不図示)を配置し
ている。この折返しミラーによって第2の光学系61を
通過後の光束を被走査面71まで自由に取り回すことが
できる。更にこの折返しミラーは光束入射角度がきつく
なるほど反射率が高くなる反射率特性を有している。前
述の通りオーバーフィルド光学系ではポリゴンミラー5
1の偏向面51aが主走査方向の絞りとなっているた
め、該ポリゴンミラー51の回転によって偏向面51a
の法線が入射光束に対してθだけ傾くと、該偏向面51
aで反射された光束の光束幅はCOSθだけ狭くなる。
これは反射された光束の光強度が減少することを示す。
またもともと入射光束内の光量分布は均一ではなく、光
軸から周辺部へ向かうにつれて光強度は弱くなってい
る。またプラスチックレンズには反射防止膜が塗布され
ておらず、光束の入射角度によって第2のレンズ61b
の透過率が変化してしまう。そこで本実施形態では折返
しミラーの反射率特性を利用して、周辺部の光強度を持
ち上げ、全体とてほぼ均一の光強度分布になるように設
定している。
【0038】光源手段から出射した光束を光偏向器(ポ
リゴンミラー)の偏向面の主走査方向の幅より広い状態
で該偏向面に入射させることによって、該光偏向器を多
面でかつ小さく設定することが可能となるのだが、該光
偏向器の偏向面が主走査方向の絞りとなり、かつ瞳であ
るため該光偏向器の回転によって瞳位置が主走査方向に
移動してしまう。走査画角による瞳位置の移動が大きい
場合、像面湾曲や歪曲収差等が所望の値となるレンズ面
の形状は軸上の曲率半径で得られる球面ではなく、その
球面から所望の値だけ変位した非円弧な形状を有するレ
ンズ面となる。
【0039】そこで本実施形態では上述の如く第2の光
学系61を構成する複数枚のレンズのうち少なくとも1
枚のレンズに主走査方向と対応する母線が非円弧である
面を有するように構成している。これにより走査画角に
よって瞳位置が移動しても、光線の到達位置によって基
準となる円弧から所望の量だけ変位した非円弧な面が、
その面形状の曲率と傾きにより像面湾曲及び歪曲収差を
所望の値に補正し、常に良好なる画質が得られるように
している。
【0040】また非円弧な面を複数形成することにより
像面湾曲及び歪曲収差をほぼ0にすることができる。ま
た本実施形態では第2の光学系61を複数枚のレンズで
構成したことによって配置の自由度が増し、また透過光
学素子故に面精度も反射光学素子と比較して約1/4し
か必要とせず、またコストダウンも図れるという大きな
メリットも合わせ持っている。
【0041】また本実施形態では第2の光学系61を構
成する複数枚のレンズのうち少なくとも1枚のレンズに
副走査方向の曲率半径が主走査方向において、それと対
応する母線とは相関なく変化するように構成している。
これにより走査画角によって瞳位置が移動しても、副走
査方向の像面湾曲を良好に補正することができる。また
母線の形状と相関なく独立に子線の形状を決定している
ため、主走査及び副走査方向の像面湾曲を同時に補正す
るレンズの面形状を設定することができる。また副走査
方向の曲率半径が変化する面を複数形成した場合には、
より良好に像面湾曲を補正することができる。
【0042】また本実施形態では前述の如く光源手段か
ら出射した光束を副走査断面内において光偏向器51の
偏向面51aに対して所定の角度で入射させ、また第2
の光学系61の副走査方向の結像倍率を1以下と成るよ
うに設定している。
【0043】オーバーフィルド光学系では光偏向器の偏
向面が主走査方向の絞りとなっている為、スポット径の
主走査方向の大きさは光偏向器の偏向面の回転方向の幅
によって決定される。このとき偏向面内から所定の角度
で斜入射させて光束を光偏向器に入射させた場合、該光
偏向器によって偏向反射された光束の幅は画角によって
非対称に大きく異なり、画質に悪影響を及ぼす恐れがあ
る。
【0044】そこで本実施形態ではスポット径の走査画
角による非対称性と大きさの変化を抑えるため、光偏向
器51への入射光束の主光線が第2の光学系61の光軸
と該光偏向器51の回転軸を含む平面内にくるように第
1のレンズ61aを偏向面51aからある角度を持たせ
て配置している。このとき第2の光学系61を複数枚の
レンズで構成しているので偏向面51aに対する光束の
入射角度を小さく設定できる。
【0045】本実施形態では前述の如く第1の光学系6
1を光源手段から出射した光束を略平行な光束として光
偏向器を入射させる少なくとも1枚のレンズから成るコ
リメーター系、副走査対応方向に所定のパワーを有し、
光偏向器の偏向面近傍で主走査対応方向に長手の線像を
結像する少なくとも1枚のレンズから成るシリンドリカ
ルレンズ系、そして副走査方向のスポット径の大きさを
決定する開口絞りより構成している。
【0046】第2の光学系61は光偏向器51の偏向面
51aと被走査面71とを共役関係に結ぶ第2のレンズ
としての倒れ補正レンズを該光偏向器51と該被走査面
71との中間点よりも該被走査面71側に配置してい
る。このとき入射光束は偏向面に対して所望の角度を持
たせて入射させているため、光偏向器の嵌合ガタや回転
軸の倒れ等により、偏向面の倒れが発生し、光束が被走
査面上に到達する副走査方向の位置が変わり、画像上ピ
ッチムラとなって現われてしまう。
【0047】そこで本実施形態では第2の光学系61の
副走査方向の結像倍率βを1以下となるように設定する
ことにより、光束が被走査面71上に到達する副走査方
向の位置ズレ量を減少させ、画像上問題とならないレベ
ルに抑えている。
【0048】入射光束は光偏向器51の偏向面51aに
対して所定の角度を持たせて入射させているため、該光
偏向器51で偏向反射された光束は疑似的にはコニカル
に走査される。そのため走査画角によって光束が倒れ補
正レンズに到達する副走査方向の高さが異なる。そこで
本実施形態では前述の如く偏向面51aと被走査面71
とを共役関係に結ぶために偏向面のジッタ量、光束のレ
ンズ到達位置、そして像面位置の関係を満足するように
倒れ補正レンズ(第2のレンズ)の子線の曲率を走査画
角によって変化させている。これによりオーバフィルド
光学系を使用し、偏向面に対して所定の角度を持たせて
光束を入射させた場合において特有の瞳の移動による収
差の劣化を補正することができ、また主走査方向及び副
走査方向ともに像面湾曲がなく歪曲収差も小さく抑えら
れ、更にはピッチムラが目立たない、常に良好なる画質
が得られる光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置
を提供することができる。
【0049】また本実施形態では第2の光学系61にシ
リンドリカルレンズミラーを使用しないで、プラスチッ
ク材より成る長尺レンズ(第2のレンズ)を使用してい
るのでコスト的なメリットも大きい。
【0050】尚、第1の光学系のシリンドリカルレンズ
と光偏向器との間の光路内に光路折り曲げミラーを設け
て、光路を適切に折り曲げ構成しても良い。これにより
入射光学系の小型化を図ることができる。
【0051】[実施形態2]図3(A)は本発明の実施
形態2の光走査光学系をレーザービームプリンタやデジ
タル複写機等の画像形成装置に適用したときの主走査方
向の要部断面図(主走査断面図)、図3(B)は図3
(A)の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)であ
る。同図において図1(A),(B)に示した要素と同
一要素には同符番を付している。
【0052】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点は第2の光学系を構成する第1のレンズの下部を
切除し、該第1のレンズに第2の光学系の機能のみを持
たせると共に、第1、第2のレンズの形状を各々異なら
せて構成したことである。その他の構成及び光学的作用
は前述の実施形態1と略同様であり、これにより同様な
効果を得ている。
【0053】即ち、同図において63は第2の光学系で
あり、ポリゴンミラー51側から順に下部の一部が切除
された主走査対応方向に正のパワーを有する第1のレン
ズ(シリンドリカルレンズ)63a、そして正のパワー
を有する第2のレンズ(非球面レンズ)63bの2枚の
レンズを有し、後述する形状より成っている。第2のレ
ンズ63bは他のレンズに比べて被走査面71に最も近
くに配置されている。
【0054】表−3、表−4に本実施形態における光学
配置と第1、第2のレンズ63a,63bの非球面係数
を示す。
【0055】
【表3】
【0056】
【表4】 本実施形態において偏向面51aに入射する第1の光学
系からの光束(略平行光束)はポリゴンミラー51の回
転軸と第2の光学系63の光軸を含む副走査断面内か
ら、該ポリゴンミラー51の回転軸と垂直な平面(ポリ
ゴンミラー51の回転平面)に対して斜入射角α=2°
で入射している。
【0057】本実施形態における第1のレンズ63a及
び第2のレンズ63bの光軸は被走査面71の走査有効
領域の中心へ向かう光束の主光線と同一の副走査断面内
で重なるように配置されており、第1のレンズ63aの
下部の一部を切除して入射光束の光路を干渉するのを防
止している。
【0058】第1のレンズ63aは上述の如く主走査対
応方向に正のパワーを有し、プラスチック材(プラスチ
ックレンズ)より成り、ポリゴンミラー51側に凹を向
けたメニスカスな形状より成っている。第1のレンズ6
3aの母線は入射側の入射面は曲率半径が光軸から周辺
部へ向かうにつれてその絶対値が小さくなり、その符号
は負である形状より成り、出射側の出射面は曲率半径が
光軸から周辺部へ向かうにつれてその絶対値が大きくな
り、その符号が負である形状より成っている。両面の相
対的な曲率半径の関係は入射面に対して出射面が常にそ
の絶対値が小さく、その符号は負である。これは第1の
レンズ63aが常に正のパワーを有することを示し、光
軸から周辺部へ向かうにつれて、そのパワーが徐々に弱
くなっていることを示す。これにより第1のレンズ63
aによって瞳の移動を含めた像面湾曲及び歪曲収差の補
正を行うことができる。
【0059】第2のレンズ63bは上述の如く正のパワ
ーを有し、プラスチック材(プラスチックレンズ)より
成り、ポリゴンミラー51側に凹を向けたメニスカスな
形状より成っている。第2のレンズ63bの母線は入射
面、出射面共に曲率半径が光軸から周辺部へ向かうにつ
れて絶対値が小さくなり、その符号が負である形状より
成っている。本実施形態においては両面の曲率半径の差
にほとんど変化が無いため第2のレンズ63bは特に歪
曲収差(fθ特性)の補正に寄与している。
【0060】また第2のレンズ63bの子線はポリゴン
ミラー51側に凹を向けたメニスカスな形状より成り、
両面の曲率半径が共に母線の光軸から周辺部に向けて徐
々に負の大となる値となっている。これにより主に副走
査方向の像面湾曲の補正を行なっている。このときの像
面湾曲及び歪曲収差の収差図を図4に示す。同図に示す
ように全画角範囲にわたり像面湾曲と歪曲収差とが良好
に補正されていることが解る。
【0061】[実施形態3]図5(A)は本発明の実施
形態3の光走査光学系をレーザービームプリンタやデジ
タル複写機等の画像形成装置に適用したときの主走査方
向の要部断面図(主走査断面図)、図5(B)は図5
(A)の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)であ
る。同図において図1(A),(B)に示した要素と同
一要素には同符番を付している。
【0062】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点は第2の光学系を第1、第2、第3の3枚のレン
ズより構成し、該3枚のレンズのうち第1、第2の2つ
のレンズに第1の光学系の機能(一部)をも兼用させる
と共に、該第1、第2、第3のレンズの形状を各々異な
らせて構成したことである。その他の構成及び光学的作
用は前述の実施形態1と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
【0063】即ち、同図において65は第2の光学系で
あり、ポリゴンミラー51側から順に主走査対応方向に
負のパワーを有する第1のレンズ(シリンドリカルレン
ズ)65a、主走査対応方向に正のパワーを有する第2
のレンズ(シリンドリカルレンズ)65b、そして主に
副走査対応方向にパワーを有する第3のレンズ(非球面
レンズ)65cの3枚のレンズを有し、後述する形状よ
り成っている。第3のレンズ65cは他のレンズに比べ
て被走査面71に最も近くに配置されている。
【0064】表−5,表−6に本実施形態における光学
配置と第1、第2、第3のレンズ65a,65b,65
cの非球面係数を示す。
【0065】
【表5】
【0066】
【表6】 本実施形態において偏向面51aに入射する第1の光学
系からの光束(略平行光束)はポリゴンミラー51の回
転軸と第2の光学系65の光軸を含む副走査断面内か
ら、該ポリゴンミラー51の回転軸と垂直な平面(ポリ
ゴンミラー51の回転平面)に対して斜入射角α=1°
で入射している。
【0067】本実施形態における第1、第2、第3のレ
ンズ65a,65b,65cの光軸は被走査面71の走
査有効領域の中心へ向かう光束の主光線と同一の副走査
断面内で重なるように配置されている。
【0068】第1のレンズ65aは上述の如く主走査対
応方向に負のパワーを有し、ガラス材(ガラスレンズ)
より成り、ポリゴンミラー51側に凹を向けたメニスカ
スな形状より成っている。第2のレンズ65bは上述の
如く主走査対応方向に正のパワーを有し、ガラス材(ガ
ラスレンズ)より成っている。第3のレンズ65cは上
述の如く主に副走査対応方向に所定のパワーを有し、プ
ラスチック材(プラスチックレンズ)より成り、被走査
面71近傍に配置された長尺の非球面レンズより成って
いる。
【0069】本実施形態では第1のレンズ65aと第2
のレンズ65bとに主走査方向の主なパワーを持たせ、
環境変化(特に温度変化)によるピント移動を低減させ
ている。
【0070】第3のレンズ65cの子線は入射側の入射
面が平面、出射側の出射面は母線の光軸から周辺部に向
かうにつれて曲率半径の絶対値が大きくなり、その符号
が負である形状より成り、各像高(画角)における副走
査方向の像面湾曲を補正している。また第3のレンズ6
5cの母線は両面の曲率半径の符号が常に負であり、光
軸から周辺部に向かうにつれて一度その絶対値が大きく
なり、その3割付近のレンズ高さで極値を取り、今度は
周辺部へ向けてその絶対値が小さくなる形状より成って
いる。また第3のレンズ65cの各面の曲率半径の差
は、どのレンズ高さにおいてもほとんど変化が無い。こ
の形状を有することにより、母線と該母線から垂直に張
りだす子線とが形成する光束に対しての主走査方向の面
形状により、第1のレンズ65aと第2のレンズ65b
とで補正しきれない歪曲収差を良好に補正することがで
きる。このときの像面湾曲及び歪曲収差の収差図を図6
に示す。同図に示すように全画角範囲にわたり像面湾曲
と歪曲収差とが良好に補正されていることが解る。
【0071】[実施形態4]図7(A)は本発明の実施
形態4の光走査光学系をレーザービームプリンタやデジ
タル複写機等の画像形成装置に適用したときの主走査方
向の要部断面図(主走査断面図)、図7(B)は図7
(A)の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)であ
る。同図において図1(A),(B)に示した要素と同
一要素には同符番を付している。
【0072】本実施形態において前述の実施形態1と異
なる点は第1の光学系、光偏向器、そして第2の光学系
を同一平面(偏向面)内に存在するように構成し、光源
手段から出射された光束を光偏向器の偏向面へ該偏向面
内から所定の角度を持たせて入射させた、所謂偏向入射
系より構成したことと、第2の光学系を構成する第1、
第2のレンズの形状を各々異ならせて構成したことであ
る。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態1と
略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【0073】即ち、同図において67は第2の光学系で
あり、ポリゴンミラー51側から順に主走査対応方向に
正のパワーを有する第1のレンズ(シリンドリカルレン
ズ)67a、そして正のパワーを有する第2のレンズ
(非球面レンズ)67bの2枚のレンズを有し、後述す
る形状より成っている。第2のレンズ67bは他のレン
ズに比べて被走査面71に最も近くに配置されている。
【0074】表−7,表−8に本実施形態における光学
配置と第1、第2のレンズ67a,67bの非球面係数
を示す。
【0075】
【表7】
【0076】
【表8】 本実施形態においては走査有効領域の中心へ向かう光束
の主光線と入射光束とのなす角度(偏向面内入射角)を
40°に設定している。
【0077】本実施形態における第1のレンズ67a及
び第2のレンズ67bの光軸は被走査面71の走査有効
領域の中心へ向かう光束の主光線と同一の副走査断面内
で重なるように配置されている。
【0078】第1のレンズ67a及び第2のレンズ67
bは上述の如く共に正のパワーを有し、プラスチック材
(プラスチックレンズ)より成り、ポリゴンミラー51
側に凹を向けた非球面形状より成り、その非球面形状は
第1、第2のレンズ67a、67bの光軸を境にして入
射光束側(上側入射光束)と反入射光束側(下側入射光
束)とでは非対称となるように形成されている。
【0079】第1のレンズ67aの母線の入射光束側の
曲率半径の符号は常に負であり、その絶対値は入射面、
出射面共に光軸から周辺部へ向かうにつれて一度大きく
なり、その中間付近で極値を取って、今度は周辺部まで
徐々に小さくなる。また反入射光束側の曲率半径の符号
は常に負であり、その絶対値は入射面、出射面共に光軸
から周辺部へ向かうにつれて徐々に小さくなる。このと
き各面を比較すると入射面に対して出射面の曲率半径の
絶対値が常に小さく、どの画角の偏向光束に対しても正
のパワーを有している。また第1のレンズ67aの子線
は入射面、出射面共に平面形状より成る。
【0080】第2のレンズ67bの母線の入射光束側の
曲率半径の絶対値は入射面、出射面共に光軸から周辺部
に向かうにつれて一度小さくなり、その中間付近で極値
を取って今度は大きくなる。その後、7割付近のレンズ
高さで曲率半径の符号が負から正に反転し、周辺部へ向
けて徐々に小さくなる。これを曲率の観点から見ると曲
率は光軸から周辺部に向けて一度小さくなり、その中間
付近で極値を取って今度は徐々に大きくなり、7割付近
のレンズ像高で符号が負から正へ反転する。
【0081】また第2のレンズ67bの母線の反入射光
束側の曲率半径の絶対値は入射面、出射面共に光軸から
周辺部向かうにつれて一度小さくなり、その3割付近の
レンズ高さで極値を取って今度は大きくなる。その後、
5割付近のレンズ高さで曲率半径の符号が負から正に反
転し、周辺部へ向けて徐々に小さくなる。これを曲率の
観点から見ると曲率は光軸から周辺部に向けて一度小さ
くなり、その3割付近のレンズ高さで極値を取って今度
は徐々に大きくなり、5割付近のレンズ像高で符号が負
から正へ反転する。
【0082】また第2のレンズ67bの入射面の子線の
曲率半径は光軸に対して軸対称に変化し、その絶対値が
光軸から周辺部へ向かうにつれて徐々に大きくなり、そ
の符号は負である。出射面の子線の曲率半径は非対称に
変化するが、その絶対値は入射光束側、反入射光束側共
に光軸から周辺部に向かうにつれて一度大きくなり、9
割付近のレンズ高さで極値をとって、今度は周辺部まで
徐々に小さくなる。このとき出射面の子線の曲率半径の
符号は常に負である。
【0083】このように本実施形態では上述の如く第
1、第2のレンズ67a,67bの形状を適切に形成す
ることにより、オーバーフィルドであるが故の瞳の移動
の影響を大きく受けた場合でも、像面湾曲と歪曲収差と
を良好に補正することができる。このときの像面湾曲及
び歪曲収差の収差図を図8に示す。同図に示すように全
画角範囲にわたり像面湾曲と歪曲収差とが良好に補正さ
れていることが解る。
【0084】
【発明の効果】本発明によれば前述の如くオーバーフィ
ルド光学系を用いた光走査光学系において、特に第2の
光学系を構成する複数枚のレンズの形状を各々適切に形
成することにより、ポリゴンミラーの回転によって、特
に主走査方向に瞳位置の移動があった場合でも、母線に
非円弧形状、子線は画角に応じて曲率半径を変化させる
ことにより、主走査及び副走査方向の像面湾曲及び歪曲
収差(fθ特性)を良好に補正することができ、また光
偏向器と被走査面との間に配した結像光学素子をすべて
レンズとしたことで、配置上の自由度を上げ、像面湾曲
に悪影響を及ぼす斜入射角及び結像ミラーの折返し等の
問題を避けることができ、更にはプラスチックレンズを
使用することにより簡易に構成することができる光走査
光学系及びそれを用いた画像形成装置を達成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の主走査方向及び副走査
方向の要部断面図
【図2】 本発明の実施形態1の像面湾曲及び歪曲収差
を示した収差図
【図3】 本発明の実施形態2の主走査方向及び副走査
方向の要部断面図
【図4】 本発明の実施形態2の像面湾曲及び歪曲収差
を示した収差図
【図5】 本発明の実施形態3の主走査方向及び副走査
方向の要部断面図
【図6】 本発明の実施形態3の像面湾曲及び歪曲収差
を示した収差図
【図7】 本発明の実施形態4の主走査方向及び副走査
方向の要部断面図
【図8】 本発明の実施形態4の像面湾曲及び歪曲収差
を示した収差図
【図9】 従来の光走査光学系の要部概略図
【符号の説明】
51 光偏向器(ポリゴンミラー) 61,63,65,67 第2の光学系 61a,63a,65a,67a 第1のレンズ 61b,63b,65b,67b 第2のレンズ 65c 第3のレンズ 71 被走査面(感光ドラム面)

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源手段から出射した光束を第1の光学
    系により光偏向器の偏向面に該偏向面の主走査方向の幅
    より広い状態で入射させ、該光偏向器で偏向反射された
    光束を第2の光学系により被走査面上にスポット状に結
    像させて、該被走査面上を光走査する光走査光学系にお
    いて、 該第2の光学系は複数枚のレンズを有し、該複数枚のレ
    ンズのうち少なくとも1枚のレンズは主走査方向と対応
    する母線が非円弧である面を有していることを特徴とす
    る光走査光学系。
  2. 【請求項2】 前記光源手段から出射した光束は副走査
    断面内において前記光偏向器の偏向面に対して所定の角
    度で入射し、かつ主走査断面内において該光偏向器の偏
    向角の略中央から入射することを特徴とする請求項1記
    載の光走査光学系。
  3. 【請求項3】 前記第2の光学系の副走査方向の結像倍
    率は1以下であることを特徴とする請求項1又は2記載
    の光走査光学系。
  4. 【請求項4】 前記母線が非円弧である面を有したレン
    ズは他のレンズに比べて前記被走査面に最も近くに配置
    されていることを特徴とする請求項1記載の光走査光学
    系。
  5. 【請求項5】 前記第2の光学系を構成する複数枚のレ
    ンズのうち少なくとも1枚のレンズは前記第1の光学系
    の一部をも構成していることを特徴とする請求項1記載
    の光走査光学系。
  6. 【請求項6】 前記第2の光学系を構成する複数枚のレ
    ンズのうち少なくとも1枚のレンズは該レンズの一方の
    周辺部の一部が切除されていることを特徴とする請求項
    1記載の光走査光学系。
  7. 【請求項7】 光源手段から出射した光束を第1の光学
    系により光偏向器の偏向面に該偏向面の主走査方向の幅
    より広い状態で入射させ、該光偏向器で偏向反射された
    光束を第2の光学系により被走査面上にスポット状に結
    像させて、該被走査面上を光走査する光走査光学系にお
    いて、 該第2の光学系は複数枚のレンズを有し、該複数枚のレ
    ンズのうち少なくとも1枚のレンズは副走査方向の曲率
    半径が主走査方向において、それと対応する母線とは相
    関なく変化していることを特徴とする光走査光学系。
  8. 【請求項8】 前記光源手段から出射した光束は副走査
    断面内において前記光偏向器の偏向面に対して所定の角
    度で入射し、かつ主走査断面内において該光偏向器の偏
    向角の略中央から入射することを特徴とする請求項7記
    載の光走査光学系。
  9. 【請求項9】 前記第2の光学系の副走査方向の結像倍
    率は1以下であることを特徴とする請求項7又は8記載
    の光走査光学系。
  10. 【請求項10】 前記副走査方向の曲率半径が主走査方
    向において、それと対応する母線とは相関なく変化して
    いるレンズは、他のレンズに比べて前記被走査面に最も
    近くに配置されていることを特徴とする請求項7記載の
    光走査光学系。
  11. 【請求項11】 前記第2の光学系を構成する複数枚の
    レンズのうち少なくとも1枚のレンズは前記第1の光学
    系の一部をも構成していることを特徴とする請求項7記
    載の光走査光学系。
  12. 【請求項12】 前記第2の光学系を構成する複数枚の
    レンズのうち少なくとも1枚のレンズは該レンズの一方
    の周辺部の一部が切除されていることを特徴とする請求
    項7記載の光走査光学系。
  13. 【請求項13】 光源手段から出射した光束を第1の光
    学系により光偏向器の偏向面に該偏向面の主走査方向の
    幅より広い状態で入射させ、該光偏向器で偏向反射され
    た光束を第2の光学系により被走査面上にスポット状に
    結像させて、該被走査面上を光走査する光走査光学系に
    おいて、 該第2の光学系は複数枚のレンズを有し、該複数枚のレ
    ンズのうち少なくとも1枚のレンズは主走査方向と対応
    する母線が非円弧である面を有し、 かつ副走査方向の曲率半径が主走査方向において、それ
    と対応する母線とは相関なく変化していることを特徴と
    する光走査光学系。
  14. 【請求項14】 前記光源手段から出射した光束は副走
    査断面内において前記光偏向器の偏向面に対して所定の
    角度で入射し、かつ主走査断面内において該光偏向器の
    偏向角の略中央から入射することを特徴とする請求項1
    3記載の光走査光学系。
  15. 【請求項15】 前記第2の光学系の副走査方向の結像
    倍率は1以下であることを特徴とする請求項13又は1
    4記載の光走査光学系。
  16. 【請求項16】 前記主走査方向と対応する母線が非円
    弧である面を有し、かつ副走査方向の曲率半径が主走査
    方向において、それと対応する母線とは相関なく変化し
    ているレンズは、他のレンズに比べて前記被走査面に最
    も近くに配置されていることを特徴とする請求項13記
    載の光走査光学系。
  17. 【請求項17】 前記第2の光学系を構成する複数枚の
    レンズのうち少なくとも1枚のレンズは前記第1の光学
    系の一部をも構成していることを特徴とする請求項13
    記載の光走査光学系。
  18. 【請求項18】 前記第2の光学系を構成する複数枚の
    レンズのうち少なくとも1枚のレンズは該レンズの一方
    の周辺部の一部が切除されていることを特徴とする請求
    項13記載の光走査光学系。
  19. 【請求項19】 前記請求項1乃至18のいずれか1項
    記載の走査光学系を用いて画像形成を行なうことを特徴
    とする画像形成装置。
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