JP2002328323A

JP2002328323A - 光走査装置

Info

Publication number: JP2002328323A
Application number: JP2001133335A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamaguchi; 雅夫山口; Takashi Shiraishi; 貴志白石
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15
Also published as: US20030020801A1; US6667757B2

Abstract

(57)【要約】【目的】オーバーイルミネーションタイプの光走査装置
において、感光体ドラムに結像されたレーザビームの断
面ビーム径のばらつきを抑え、画像の画質を向上させ
る。【解決手段】この発明の光走査装置において、結像光学
系６０は、ポリゴンミラー５０の各反射面と感光体ドラ
ム２３との間の光軸を光束が通過する位置を境界点とし
て第１の方向に非対称な面を少なくとも１面有した結像
レンズ６１を有する。

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、例えば、レーザ
プリンタやデジタル複写機等に使用される光走査装置に
関し、特にポリゴンミラーへ入射する光束の主走査方向
（ポリゴンミラーの回転方向に沿う方向）の幅が、ポリ
ゴンミラーにおける反射面の主走査方向の面の幅よりも
広いオーバーイルミネーションタイプの光走査装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光ビームを用いて静電潜像を形成し、そ
の静電潜像を現像して可視（現像剤）像を得る静電複写
方式の画像形成装置であるレーザプリンタ装置やデジタ
ル複写装置等においては、出力すべき画像（元の画像）
を、第１の方向と第１の方向に直交する第２の方向に分
解し、分解された第１の方向と第２の方向のいずれかの
方向の画像データに基づいて光強度を変化した光ビーム
を、概ね直線状に、所定の時間間隔で繰り返し出力すな
わち走査する光走査装置が用いられる。なお、１ライン
分の光ビームと次の１ライン分の光ビームが走査される
間または１ラインが走査されている間に、記録媒体や潜
像保持体を、所定の速度で、走査される光ビームと直交
する方向に移動することで、元の画像に対応した画像が
得られる。

【０００３】このような光走査装置においては、光ビー
ムが走査される方向すなわち第１の方向は、通常、主走
査方向と呼ばれる。また、第１の方向と直交する第２の
方向は、通常、副走査方向と呼ばれる。

【０００４】光走査装置は、光ビーム（レーザビーム）
を出射する光源である半導体レーザ素子、半導体レーザ
素子から出射された光ビームの断面ビーム径および断面
形状を所定の大きさおよび形状に整える第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整
えられた光ビームを、記録媒体または潜像保持体が移動
される方向と直交する方向に連続的に反射して偏向（走
査）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、記録媒体または潜像保持体の所定位置に結像さ
せる第２のレンズ群等を含む。

【０００５】画像形成装置は、像（潜像）を保持する記
録媒体または潜像保持体、記録媒体または潜像保持体
を、光走査装置により１ライン分の画像データが照射さ
れる毎に１ライン分だけ移動させて、１ライン分の画像
が１ライン分の画像と直交する方向に、順に整列された
画像を形成する。なお、画像形成装置は、潜像を可視化
する方法および潜像を記録媒体に直接形成するか否かに
応じて、湿式（液体式）と乾式および直接式と転写式
（間接式）に分類可能である。

【０００６】上述した画像形成装置および光走査装置に
おいては、プロセス速度（記録媒体または潜像保持体が
移動される速度）、画像解像度（単位長さ当たりのドッ
トの数、一般に１インチ当たりのドット数）、偏向装置
のポリゴンミラーモータの回転速度（回転数）ならびに
偏向装置のポリゴンミラーの面数との間には、Ｐ（ｍｍ
／ｓ）をプロセス速度、Ｒ（ｄｐｉ）を画像解像度（１
インチ当たりのドット数）、Ｖｒ（ｒｐｍ）をポリゴン
ミラーモータの回転数、およびＮをポリゴンミラーの面
数、とするとき、Ｐ×Ｒ＝２５．４×Ｖｒ×Ｎ／６０・・・（１）の関係がある。

【０００７】（１）式より、画像形成速度と画像解像度
は、ポリゴンミラーの回転数（通常は、ポリゴンミラー
モータの回転数と同一）とポリゴンミラーの面数に比例
することが認められる。よって、画像形成装置の高速化
（単位時間あたりの画像形成速度の増大）や高解像度化
（画像解像度の向上）のためには、ポリゴンミラーの面
数を増やすか、ポリゴンミラーの回転数を高める必要が
ある。

【０００８】今日、多くの画像形成装置で利用されてい
るアンダーイルミネーションタイプ（オーバーイルミネ
ーションタイプと比較する際の総称）の光走査装置にお
いては、ポリゴンミラーに入射する光ビーム（光束）の
主走査方向の幅（断面ビーム径であり、主走査方向と副
走査方向とで異なる場合は、主走査方向のビーム径）
は、ポリゴンミラーの任意の反射面の主走査方向の幅に
比べて小さく制限されている。従って、ポリゴンミラー
の各反射面に案内された光ビームは、その反射面によ
り、全て反射される。

【０００９】一方、記録媒体または潜像保持体（像面）
に案内された光ビームの断面ビーム径（主走査方向と副
走査方向とで異なる場合は、主走査方向のビーム径）
は、第２のレンズ群（結像光学系）のＦナンバーＦｎに
比例する。ＦナンバーＦｎは、結像光学系の焦点距離を
ｆ、およびポリゴンミラーにおける任意の反射面での光
ビームの主走査方向の径をＤ、とすると、Ｆｎ＝ｆ／Ｄで表される。従って、解像度を高めるために、走査対象
物（像面）すなわち記録媒体または潜像保持体（感光
体）上での光ビームの断面ビーム径を小さくしようとす
ると、ポリゴンミラーの各反射面上での主走査方向の断
面ビーム径を、大きくする必要がある。このため、ポリ
ゴンミラーの各反射面の面幅を増大し、さらに反射面の
面数を増大すると、ポリゴンミラーの大きさが大型にな
る。

【００１０】しかしながら、大型のポリゴンミラーを高
速で回転させるためには、トルクの大きな大型のモータ
が要求される。この場合、当然、モータコストが上昇す
る。同時に、騒音や振動も増大され、さらに多くの熱が
発生するため、これらの対策が必要になる。

【００１１】この対策として、オーバーイルミネーショ
ンタイプの光走査装置がある。オーバーイルミネーショ
ンを用いた光走査装置の原理は、例えばLaser Scanning
Notebook （Leo Beiser 著, SPIE OPTICAL ENGINEERIN
G PRESS）等に開示されている。

【００１２】オーバーイルミネーションタイプの光走査
装置では、ポリゴンミラーの各反射面に照射される光ビ
ームの主走査方向の幅が、ポリゴンミラーの個々の反射
面の主走査方向の幅よりも大きく設定されることから、
各反射面の全面で光ビームを反射させることができる。
従って、ポリゴンミラーの大きさ、特に直径を、必要以
上に増大することなく、画像形成速度および解像度を高
めるために、ポリゴンミラーの反射面の数を増やすこと
ができる。

【００１３】このように、ポリゴンミラーに照射される
光ビームの断面ビーム径とポリゴンミラーにおける各反
射面の主走査方向の幅との関係にオーバーイルミネーシ
ョンを適用することにより、ポリゴンモータにかかる負
荷の大きさが低減され、ポリゴンミラーを高速で回転さ
せたとしても、発熱も抑制される。これにより、ポリゴ
ンモータのコストも低減される。また、ポリゴンミラー
の反射面の面数が増大されることで、ポリゴンミラーの
主走査面の形状が真円に近づくため、騒音、特に風切り
音や振動が低減できる。なお、騒音や振動があるレベル
まで低減されることにより、防音および気密のために必
要とされる防塵ガラス等の部品点数も減少されることか
ら、一層、コストが低減されるメリットも期待できる。
また、高デューティーサイクル（duty cycle）が可能と
なる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したオーバーイル
ミネーションタイプの光走査装置においては、アンダー
イルミネーションタイプの光走査装置では、ポリゴンミ
ラーにより偏向された光ビームの主走査方向の幅は、走
査角度（位置角度）に拘わりなく、一定であるに対し、
走査角度によって変動する問題がある。

【００１５】このように、オーバーイルミネーションタ
イプの光走査装置においては、ポリゴンミラーの任意の
反射面に案内された光ビームがポリゴンミラーの任意の
反射面で反射される角度すなわち走査角度が変化するこ
とにともなって、ＦナンバーＦｎが変化することから、
感光体（像面）に到達した光ビームの断面ビーム径のう
ちの主走査方向については、ばらつき（偏差）が発生す
る。特に、ポリゴンミラーに入射する光ビームが、主走
査平面において、結像光学系の光軸と角度を持つ場合
（斜めから入射する場合）、断面ビーム径のばらつき
は、主走査方向に関し、結像光学系の光軸中心に対して
左右非対称となる問題がある。

【００１６】なお、像面（感光体）での光ビームの断面
ビーム径のばらつきを低減するために、ポリゴンミラー
の任意の反射面に、主走査方向の正面（近傍）から光ビ
ームを入射させると、ポリゴンミラーの個々の反射面で
反射（偏向）された光ビームが、第２のレンズ群で反射
されてポリゴンミラーの任意の反射面に戻され、もう一
度第２のレンズ群に向けて反射されることがある。この
第２のレンズ群とポリゴンミラーの任意の反射面との間
を往復した光ビームが、感光体の画像領域内に結像され
ると、画像の画質が劣化する問題がある。

【００１７】また、第２のレンズ群に含まれるレンズの
レンズ面に、反射防止膜（光透過率を向上させるコーテ
ィング）を設けることで、第２のレンズ群とポリゴンミ
ラーの各反射面との間を往復する光ビームの発生を抑止
することができるが、当然、レンズ単体のコストが上昇
する問題がある。なお、反射防止膜は、ガラス転移温度
が低いレンズのレンズ面に設ける場合に、レンズ表面の
面精度が低下して光学特性が悪化する虞れがある。

【００１８】この発明の目的は、感光体に光ビームを結
像するための結像用レンズのレンズ面で反射された光ビ
ームが再び結像用レンズを通じて感光体に走査されるこ
とに起因する画質の劣化を防止可能で、装置の大きさを
低減可能なオーバーイルミネーションタイプの光走査装
置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述の目的
を達成するためになされたもので、光源からの光束を整
形して第１の方向に長い線像として結像させる偏向前光
学系と、前記光束を走査対象物の所定の位置に走査する
光走査手段と、前記光走査手段で走査された光束を走査
対象物に結像させる結像光学系とを備え、前記光走査手
段に入射する前記光束が前記光走査手段の単一の反射面
の前記第１の方向の幅より広い光走査装置において、前
記結像光学系は、光軸中心に対して前記第１の方向に非
対称な面を少なくとも１面有する光学部品を含むことを
特徴とする光走査装置を提供するものである。

【００２０】またこの発明は、光源からの光束を整形し
て第１の方向に長い線像として結像させる偏向前光学系
と、前記光束を走査対象物の所定の位置に走査する光走
査手段と、前記光走査手段で走査された前記光束を走査
対象物に結像させる結像光学系とを備え、前記光走査手
段に入射する前記光束が前記光走査手段の単一の反射面
の前記第１の方向の幅より広い光走査装置において、前
記結像光学系は、光軸に対して、前記第１の方向に、自
身の中心が長手方向の中心が偏心されているか、あるい
は前記光軸と交差する位置で、前記第１の方向と直交す
る第２の方向の軸周りに回転されている面の回転中心に
対して、所定量回転されている面を少なくとも１面有す
ることを特徴とする光走査装置を提供するものである。

【００２１】さらにこの発明は、光源からの光束を整形
して第１の方向に長い線像として結像させる偏向前光学
系と、前記光束を走査対象物の所定の位置に走査する光
走査手段と、前記光走査手段で走査された前記光束を走
査対象物に結像させる結像光学系とを備え、前記光走査
手段に入射する前記光束が前記光走査手段の単一の反射
面の前記第１の方向の幅より広い光走査装置において、
前記結像光学系は、少なくとも１つのパワーを有する面
を有する光学部品を含み、前記光学部品のうちの前記少
なくとも１面のパワーを有する面の形状の前記第１の方
向をｙ軸、前記第１の方向と直交する第２の方向をｚ
軸、前記光束の進行する方向をｘ軸とするとき、前記少
なくとも１面のパワーを有する面の形状の非球面項は、
Ａ_ｍΣｙ^ｍ（ｍ＝０，１，２，３，…）またはＡ_ｍｎΣ
ｙ^ｍｚ^ｎ（ｍ＝０，１，２，３，…，ｎ＝０，１，２，
３，…）とすると、ｍ＝２×ｋ＋１（ｋ＝０，１，２，
３…）のときに、Ａ_ｍ≠０またはＡ_ｍｎ≠０である項を
含むことを特徴とする光走査装置を提供するものであ
る。

【００２２】またさらにこの発明は、光源からの光束を
整形して第１の方向に長い線像として結像させる偏向前
光学系と、前記光束を走査対象物の所定の位置に走査す
る光走査手段と、前記光走査手段で走査された前記光束
を走査対象物に結像させる結像光学系とを備え、前記光
走査手段に入射する前記光束が前記光走査手段の単一の
反射面の前記第１の方向の幅より広い光走査装置におい
て、前記結像光学系は、パワーを有するレンズを含み、
前記パワーを有するレンズは、前記光束が入射する際の
反射を抑止する表面処理をともなわない面を少なくとも
１面有し、前記光走査手段への入射光と前記結像光学系
の光軸とが主走査平面または副走査平面で角度を有する
ことを特徴とする光走査装置を提供するものである。

【００２３】さらにまたこの発明は、光源からの光束を
整形して第１の方向に長い線像として結像させる偏向前
光学系と、前記光束を走査対象物の所定の位置に走査す
る光走査手段と、前記光走査手段で走査された前記光束
を走査対象物に結像させる結像光学系とを備え、前記光
走査手段に入射する前記光束が前記光走査手段の単一の
反射面の前記第１の方向の幅より広い光走査装置におい
て、前記結像光学系は、複数の光学部品を含み、複数の
光学部品のうちのパワーを有する光学部品は、２以下で
あることを特徴とする光走査装置を提供するものであ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について詳細に説明する。

【００２５】図１は、この発明の実施の形態である光走
査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。

【００２６】図１に示されるように、デジタル複写装置
１は、例えば画像読取手段としてのスキャナ部１０と、
画像形成手段としてのプリンタ部２０と、を有してい
る。

【００２７】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１
４、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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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１
８ｂ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。

【００３３】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。

【００３４】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走査装置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。

【００３５】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、光走査装置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
に光走査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２８等を有している。なお、帯電装置２４、現像装置
２５、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、光走査装置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。

【００３６】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、さらに光走査装置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。

【００３７】光走査装置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
２３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、光走査装置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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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２５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３１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。

【００４１】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。

【００４２】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３５によりトレイ３６に
排出される。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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２０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。

【００４６】なお、上述した画像形成装置の説明は、デ
ジタル複写機を例としたが、例えば画像読取部が存在し
ないプリンタ装置でもかまわない。

【００４７】図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１に示
した光走査装置の構成を説明する概略図である。なお、
図２（ａ）は、光走査装置に含まれる光源（半導体レー
ザ素子）と感光体ドラム（走査対象物）との間に配列さ
れる光学要素を、光偏向装置（ポリゴンミラー）から感
光体ドラムに向かう光ビームが光偏向装置により走査さ
れる方向と平行な方向である主走査方向（第１の方向）
と直交する方向から見るとともにミラーによる折り返し
を展開して説明した概略平面図で、図２（ｂ）は、図２
（ａ）に示した方向すなわち主走査方向と直交する副走
査方向（第２の方向）が平面となるように示した概略断
面図である。

【００４８】図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるよ
うに、光走査装置２１は、例えば、７８０ｎｍのレーザ
ビーム（光ビーム）Ｌを出射する半導体レーザ素子（光
源）４１、半導体レーザ素子４１から出射されたレーザ
ビームＬの断面ビーム形状を所定の形状および大きさに
整える有限焦点レンズまたはコリメートレンズ４２、有
限焦点レンズまたはコリメートレンズ４２を通過された
レーザビームＬの光量（光束幅）を、所定の大きさに制
限するアパーチャ４３、アパーチャ４３により光量が制
限されたレーザビームＬの断面形状を、所定の断面ビー
ム形状に整えるために、副走査方向のみに正のパワーが
与えられたシリンドリカルレンズ４４、および有限焦点
レンズもしくはコリメートレンズ４２、アパーチャ４
３、およびシリンドリカルレンズ４４により断面形状が
所定の断面ビーム形状に整えられた半導体レーザ素子４
１からのレーザビームＬを、所定の方向に折り曲げるミ
ラー４５等を有する偏向前光学系４０を有している。

【００４９】偏向前光学系４０により所定の断面ビーム
形状が与えられたレーザビームＬが進行する方向には、
所定の速度で回転するポリゴンミラーモータ５０Ａと一
体に形成され、シリンドリカルレンズ４４により、断面
ビーム形状が所定の形状に整えられたレーザビームＬ
を、後段に位置される感光体ドラム（被走査面）２３に
向けて走査するポリゴンミラー（光偏向装置）５０が設
けられている。

【００５０】ポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３と
の間には、ポリゴンミラー５０の各反射面で連続して反
射されたレーザビームＬを、感光体ドラム２３の軸線方
向に沿って、概ね直線状に結像する結像光学系６０が設
けられている。

【００５１】結像光学系６０は、ポリゴンミラー５０の
個々の反射面で連続して反射されるレーザビームＬを、
感光体ドラム２３に照射される際の感光体ドラム２３上
での位置とポリゴンミラー５０の各反射面の回転角とを
比例させながら図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）方向の一端から他端に照射
し、感光体ドラム２３上の長手方向のどの位置において
も、所定の断面ビーム径となるように、ポリゴンミラー
５０が回転される角度に基づいて、所定の関係が与えら
れた収束性を提供可能な結像レンズ（通常、ｆθレンズ
と呼ばれる）６１と、画像形成部２２内を浮遊するトナ
ー、塵あるいは紙粉等が光走査装置２１の図示しないハ
ウジング内に回り込むことを防止する防塵ガラス６２等
からなる。

【００５２】なお、光走査装置２１内の半導体レーザ素
子４１から感光体ドラム２３までのレーザビームＬの光
路は、図示しない複数のミラー等により、光走査装置２
１の図示しないハウジング内で折り曲げられている。ま
た、結像レンズ６１の主走査方向および副走査方向の曲
率およびポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間
の光路が最適化されることで、結像レンズ６１と図示し
ないミラーの少なくとも１つが一体に形成されてもよ
い。

【００５３】また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示し
た光走査装置においては、ポリゴンミラー５０の各反射
面に向けられる入射レーザビームの主光線が沿う軸Ｏ_Ｉ
と結像光学系６０の光軸Ｏ_Ｒを、それぞれ主走査平面に
投影したときの両者のなす角度αは、α＝５°である。
また、同光走査装置を副走査断面から見た状態で、入射
レーザビームと結像光学系の光軸Ｏ_Ｒとのなす角度は、
２°である。

【００５４】図３は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示
した光走査装置を含むデジタル複写装置の駆動回路の一
例を示す概略ブロック図である。

【００５５】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ＲＯ
Ｍ（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
ＲＡＭ１０４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。

【００５６】ＣＰＵ１０１にはまた、光走査装置２１の
半導体レーザ素子４１を発光させるレーザドライバ１２
１、ポリゴンミラー５０を回転するポリゴンモータ５０
Ａ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や、付随する用紙（被転写材）の搬送機
構等を駆動するメインモータ２３Ａを駆動するためのメ
インモータドライバ１２３等が接続されている。

【００５７】図２（ａ）および図２（ｂ）に示した光走
査装置２１では、半導体レーザ素子４１を放射された発
散性のレーザビームＬは、有限焦点レンズまたはコリメ
ートレンズ４２により、断面ビーム形状が収束性にもし
くは実質的に平行に変換される（希に、発散性のことも
ある）。

【００５８】断面ビーム形状が所定形状に変換されたレ
ーザビームＬは、アパーチャ４３により通過されて光束
幅および光量が最適に設定されるとともに、シリンドリ
カルレンズ４４により、副走査方向にのみ所定の収束性
が与えられる。これにより、レーザビームＬは、ポリゴ
ンミラー５０の各反射面上で主走査方向に延びた線状と
なる。

【００５９】ポリゴンミラー５０は、例えば正１２面体
であり、その内接円直径Ｄｐが２９ｍｍに形成されてい
る。ポリゴンミラー５０の各反射面（１２面）の主走査
方向の幅Ｗｐは、ポリゴンミラー５０の反射面の数をＮ
とすると、Ｗｐ＝ｔａｎ（π／Ｎ）×Ｄｐから求めることができ、この例では、Ｗｐ＝ｔａｎ（π／１２）×２９＝７．７７ｍｍである。

【００６０】これに対し、ポリゴンミラー５０の各反射
面に照射されるレーザビームＬの主走査方向のビーム幅
Ｄ_Ｌは、概ね３２ｍｍであり、ポリゴンミラー５０の個
々の反射面の主走査方向の幅Ｗｐ＝７．７７ｍｍに比較
して、広く設定されている。

【００６１】ポリゴンミラー５０の各反射面に案内さ
れ、ポリゴンミラー５０が回転されることにより連続し
て反射されることで直線状に走査（偏向）されたレーザ
ビームＬは、結像光学系６０の結像レンズ６１によっ
て、感光体ドラム２３（像面）上で、断面ビーム径が少
なくとも主走査方向に関して、概ね均一になるように所
定の結像特性が与えられ、感光体ドラム２３の表面に、
概ね直線状に結像される。また、結像レンズ６１によ
り、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角度と感
光体ドラム２３上に結像された光ビームの結像位置すな
わち走査位置が、比例関係を持つように補正される。従
って、結像レンズ６１により、感光体ドラム２３上に、
直線状に走査される光ビームの速度は、全走査域で一定
となる。なお、結像レンズ６１は、ポリゴンミラー５０
の各反射面が副走査方向に対して個々に非平行であるす
なわち各反射面に倒れが生じている影響による副走査方
向の走査位置のずれも補正できる曲率（副走査方向曲
率）が与えられている。結像レンズ６１は、さらに副走
査方向の像面湾曲も補正している。これら副走査方向の
光学特性を補正するために、副走査方向の曲率は、走査
位置により変化させている。

【００６２】結像レンズ６１のレンズ面の形状は、

【表１】

【００６３】および

【数１】により定義されている。

【００６４】また、結像レンズ６１の材質は、アクリル
（ＰＭＭＡ）であり、屈折率ｎは、波長が７８０ｎｍの
レーザビームに関し、ｎ＝１．４８３９８７である。ま
た、結像レンズ６１の厚さは、光軸（レーザビームが進
行する方向）上のデフォーカス方向で２４ｍｍ、副走査
方向の高さは、２５ｍｍである。

【００６５】このような結像レンズ６１を用いること
で、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角θと感
光体ドラム２３上に結像されるレーザビームＬの位置と
が概ね比例されるので、レーザビームＬが感光体ドラム
２３上に結像される際の位置が補正可能となる。

【００６６】結像レンズ６１は、また、ポリゴンミラー
５０の各反射面相互の副走査方向の傾きの偏差すなわち
面倒れ量のばらつきによって生じる副走査方向の位置ず
れを補正可能である。詳細には、結像レンズ６１のレー
ザビーム入射面（ポリゴンミラー５０側）と出射面（感
光体ドラム２３側）とにおいて、概ね光学的に共役の関
係とすることで、ポリゴンミラー５０の任意の反射面と
ポリゴンミラー５０の回転軸との間に定義される傾きが
（個々の反射面毎に）異なる場合でも、感光体ドラム２
３上に案内されるレーザビームＬの副走査方向の走査位
置のずれを補正することができる。

【００６７】また、副走査方向の像面湾曲、副走査方向
の走査線の曲がりも結像レンズ６１により補正される。
これらを補正するために、結像レンズ６１の副走査方向
の曲率は、走査位置に応じて変化されている。

【００６８】なお、レーザビームＬの断面ビーム径は、
半導体レーザ素子４１が放射する光ビームＬの波長に依
存することから、レーザビームＬの波長を６５０ｎｍま
たは６３０ｎｍ、もしくはより短い波長とすることで、
レーザビームＬの断面ビーム径を、一層、小径化でき
る。

【００６９】図４は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示
したオーバーイルミネーションタイプの光走査装置にお
いて、ポリゴンミラーの個々の反射面と結像レンズとの
間をレーザビームを往復する状態を説明する概略図であ
る。

【００７０】図４に示されるように、ポリゴンミラー６
１の個々の反射面に入射するレーザビームＬが、主走査
平面内で、ポリゴンミラー６１の概ね正面から入射され
る場合、ポリゴンミラー５０の各反射面へ入射するレー
ザビームＬ_１は、ポリゴンミラー５０の任意の反射面で
連続して反射されて、画像レーザビームＬ_２となる。こ
の画像レーザビームＬ_２は、結像レンズ６１のレンズ面
で反射され、反射レーザビームＬ_３となる。

【００７１】結像レンズ６１のレンズ面からの反射レー
ザビームＬ_３は、ポリゴンミラー５０の個々の反射面に
戻され、ポリゴンミラー５０の個々の反射面のうちの反
射光が画像領域に寄与する面で反射されて、結像レンズ
６１に向かう反射レーザビームＬ_４となる。

【００７２】このように、ポリゴンミラー５０の任意の
反射面と結像レンズ６１のレンズ面との間を往復した
後、再びポリゴンミラー５０の反射光が画像領域に寄与
する面で反射された反射レーザビームＬ_４が結像レンズ
６１により感光体ドラム２３上の画像領域へ結像される
と、出力画像の画質が劣化することになる。なお、結像
レンズ６１のレンズ面で反射される反射レーザビームＬ
_３の光強度は、結像レンズ６１のレンズ面に、光透過率
を向上させるコーティング（反射防止膜）が形成されて
いない場合に、特に、顕著になる。また、結像レンズ６
１が、反射防止膜を設けることが可能なガラス製のレン
ズであっても、ガラス転移温度が低い材質で形成されて
いる場合には、反射防止膜を設ける工程で、レンズ表面
の面精度が劣化（変化）しやすく、結果的に、光学特性
が悪化する問題がある。

【００７３】ポリゴンミラー５０の任意の反射面と結像
レンズ６１のレンズ面との間を往復したレーザビーム
（Ｌ_４）により、画像の画質が劣化されないためには、
ポリゴンミラー５０の個々の反射面に入射される入射レ
ーザビームを、主走査断面で結像レンズ６１の光軸に対
して、任意の角度の方向から入射させる必要がある（結
像レンズ６１の光軸とポリゴンミラー５０の個々の反射
面に入射される入射レーザビームとの間に傾きを与える
必要がある）。

【００７４】しかしながら、結像レンズ６１の光軸とポ
リゴンミラー５０の個々の反射面に入射される入射レー
ザビームと間に、上述した傾きがある場合、図５に示す
ように、ポリゴンミラー５０の各反射面で走査されたレ
ーザビームＬ_ａ，Ｌ_ｂ，Ｌ_ｃの主走査方向の幅を、それ
ぞれＤ_ａ，Ｄ_ｂおよびＤ_ｃとすると、各反射レーザビー
ムの主走査方向の幅の大小関係（長短）は、Ｄａ＞
Ｄｂ＞Ｄｃとなる。すなわち、結像光学系６０の全
体の焦点距離をｆ、ポリゴンミラー５０の任意の反射面
で反射された光ビームの主走査方向の径（幅）をＤ_ｘと
すると、ｆ／Ｄ _ｘで定義されるＦナンバーＦｎが、走査
角度により異なることがよく知られている。

【００７５】感光体ドラム２３の所定の位置に結像され
たレーザビームの断面ビーム径は、ＦナンバーＦｎに概
ね比例するので、感光体ドラム２３上におけるビーム径
を、それぞれ、ω_ａ，ω_ｂ，ω_ｃとすると、ω_ａ＜
ω_ｂ＜ ω_ｃとなる。

【００７６】従って、結像レンズ６１の光軸とポリゴン
ミラー５０の各反射面に入射される入射レーザビームと
間に、上述の傾きがある場合、感光体ドラム２３上での
結像位置（走査位置）に起因して、レーザビームの断面
ビーム径にばらつきが生じ、感光体ドラム２３に記録さ
れる画像の画質が悪化することになる。

【００７７】なお、感光体ドラム２３に結像されるレー
ザビームの断面ビーム径ωは、収束角度（レーザビーム
の中心光とレーザビームの外縁とのなす角）をψ、レー
ザビームの波長をλとすると、ω≒λ／（πｔａｎψ）
によっても表すことができるので、断面ビーム径ωのば
らつきを低減するには、レーザビームが感光体ドラム２
３に収束（結像）される際の収束角度ψのばらつきを低
減させる必要がある。

【００７８】図６（ａ）および図６（ｂ）は、上述した
収束角度のばらつきを主走査方向の全走査領域で低減さ
せることにより、感光体ドラムに結像されたレーザビー
ムの断面ビーム径のばらつきの程度を抑えることのでき
る原理、すなわち結像レンズの形状の特徴を説明する概
略図である。

【００７９】図６（ａ）は、ポリゴンミラー５０の個々
の反射面上における断面ビーム径が大きいとき、すなわ
ちＦナンバーＦｎが小さい場合に適用可能な結像レンズ
６１を通過するレーザビームの特性を説明する概略図で
ある。なお、この状態は、図５に示したレーザビームＬ
_ａとポリゴンミラー５０の任意の反射面との関係に相当
する。

【００８０】図６（ａ）に示される通り、結像レンズ６
１の主走査方向に関し、入射レーザビームの径（幅）Ｄ
_１よりも出射レーザビームの径（幅）Ｄ_２が小さくなる
ように結像レンズ６１の特性を設定することで、感光体
ドラム２３（像面）に到達するレーザビームの収束角度
ψが小さくなる。従って、感光体ドラム２３（像面）に
走査された走査線（潜像）の主走査方向の幅（レーザビ
ームのビーム径）は、結像レンズ６１を用いない場合に
比較して、大きくなる。

【００８１】いうまでもなく、図６（ａ）に示したよう
に、出射レーザビームの径Ｄ_２を入射レーザビームの径
Ｄ_１よりも小さくできるためには、結像レンズ６１のそ
の部分の特性、特に入射面の形状は、凸レンズ状とな
る。なお、出射面の形状は、結像光学系６０により提供
される合成焦点位置を、感光体ドラム２３の表面の所定
位置（像面）またはその近傍に一致させることのできる
形状に、定義される。

【００８２】図６（ｂ）は、ポリゴンミラー５０の個々
の反射面上における断面ビーム径が大きいとき、すなわ
ちＦナンバーＦｎが小さい場合に適用可能な結像レンズ
６１を通過するレーザビームの特性を説明する概略図で
ある。なお、この状態は、図５に示したレーザビームＬ
_ｃとポリゴンミラー５０の任意の反射面との関係に相当
する。

【００８３】図６（ｂ）に示される通り、結像レンズ６
１の主走査方向に関し、入射レーザビームの径（幅）Ｄ
_１よりも出射レーザビームの径（幅）Ｄ_２が大きくなる
ように結像レンズ６１の特性を設定することで、感光体
ドラム２３（像面）に到達するレーザビームの収束角度
ψが大きくなる。従って、感光体ドラム２３（像面）に
走査された走査線（潜像）の主走査方向の幅（レーザビ
ームのビーム径）は、結像レンズ６１を用いない場合に
比較して、小さくなる。

【００８４】いうまでもなく、図６（ｂ）に示したよう
に、出射レーザビームの径Ｄ_２を入射レーザビームの径
Ｄ_１よりも大きくできるためには、結像レンズ６１のそ
の部分の特性、特に入射面の形状は、凹レンズ状とな
る。なお、出射面の形状は、結像光学系６０により提供
される合成焦点位置を、感光体ドラム２３の表面の所定
位置（像面）またはその近傍に一致させることのできる
形状に、定義される。なお、結像レンズ６１の入射面の
形状が凸レンズ状であっても、その曲率が小さい場合に
は、入射面の形状が凹レンズ状である場合と同じ効果が
得られる。

【００８５】このように、主走査方向において、レーザ
ビームが走査される位置に応じて、結像レンズ６１の入
射面のレンズ形状と出射面のレンズ形状のそれぞれの曲
率を変化させてその比率を変えることにより、感光体ド
ラム２３に走査されたレーザビームの収束角度ψのばら
つきを低減することが可能となる。この結果、感光体ド
ラム２３に走査される走査線の長さ方向の全域におい
て、レーザビームの断面ビーム径を均一にできる。

【００８６】以上説明したように、結像レンズのレンズ
面で反射された反射レーザビームがポリゴンミラーの各
反射面との間を往復して結像レンズに入射されることに
より生じる画質の劣化を回避するために、レーザビーム
を、主走査平面内でポリゴンミラーの個々の反射面に結
像光学系の光軸に対して所定の角度で入射させた場合に
生起されるレーザビームの主走査方向の断面ビーム径の
変化は、結像レンズの主走査方向の各レンズ面形状を、
主走査方向に関して非対称に設定する（レーザビームが
走査される位置に応じて結像レンズ６１の入射面のレン
ズ形状と出射面のレンズ形状のそれぞれの曲率を変化さ
せてその比率を変える）ことにより、概ね、均一化され
る。なお、上述した各レンズ面の形状は、（２）式の非
球面項をｙ^ｍとし、ｍに奇数項を含ませることで、達成
される。

【００８７】このように、結像レンズの入射面と出射面
のそれぞれの面形状を、主走査方向の全での走査領域に
おいて、レーザビームが走査される位置に応じて、それ
ぞれの曲率を変化させてその比率を変えることで、Ｆナ
ンバーＦｎのばらつきを補正することができ、全ての走
査領域で、レーザビームの断面ビーム径を均一にするこ
とができる。また、従来の光走査装置においては、主走
査方向に関して、収束角度を一定に維持するために、パ
ワーを有する多くの光学部品を必要としていたが、本発
明によれば、少ない光学部品で、感光体ドラム２３の所
定の位置に結像されるレーザビームの断面ビーム径を、
主走査方向の長さの全域に亘って、概ね均一に設定でき
る。

【００８８】なお、上述の主走査方向に非対称な形状の
面が定義される光学部品は、レンズに限定されることな
く、パワーのあるミラー面等の光学部品によっても同じ
効果が得られる。また、上述の主走査方向に非対称な形
状の面が定義される光学部品がレンズであり、しかもガ
ラス製であるならば、屈折率が高く、諸特性の補正が容
易である。なお、光学部品をガラス製とすることは、吸
湿や周囲温度の変化の影響を受けにくくなる点で、一層
効果的である。この場合、レンズ面形状が複雑になる
と、切削加工や研磨加工に要求される加工時間が長くな
り、コストが非常に増大するので、成形加工が好まし
い。

【００８９】図７は、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）お
よび図３を用いて説明した光走査装置を用いることによ
り得られる光学特性のうちの主走査方向位置に対する収
束角度ψのばらつきの状態を、感光体ドラム上で、−１
６０ｍｍから１６０ｍｍまでの範囲を画像領域として、
周知の光走査装置と比較した結果を示すグラフである。
なお、図７において、曲線ａは、この発明の実施の形態
を適用した光走査装置により得られる特性を、曲線（一
点鎖線）ｂは、左右対称な結像レンズを用いた周知の光
走査装置により得られる特性を、それぞれ示している。
なお、周知の光走査装置に用いる左右対称形状の結像レ
ンズは、（２）式のｙ^ｍの奇数項の係数が全て「０」で
ある場合に相当する。図７に示されるように、本願発明
の光走査装置においては、ポリゴンミラー５０の各反射
面に入射するレーザビームの主走査方向の入射角度と反
対側の走査端（この場合、「＋」方向）は、前にも説明
したように、ＦナンバーＦｎが大きくなり、収束角度
は、小さくなる。

【００９０】図７から、主走査方向に非対称な形状の面
が定義される本発明の結像レンズ６１を用いることによ
り、曲線ａで示される通り、収束角度ψの振れ幅が減少
していることがわかる。特に、走査端で、効果が高いこ
とが認められる。

【００９１】図８は、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）お
よび図３を用いて説明した光走査装置を用いることによ
り得られる光学特性のうちの感光体ドラムに結像された
レーザビームの断面ビーム径の変動を、感光体ドラム上
で、−１６０ｍｍから１６０ｍｍまでの範囲を画像領域
としたときの周知の光走査装置と比較した結果を示すグ
ラフである。なお、図８において、曲線ａは、この発明
の実施の形態を適用した光走査装置により得られる特性
を、曲線（一点鎖線）ｂは、左右対称な結像レンズを用
いた周知の光走査装置により得られる特性を、それぞれ
示している。

【００９２】図８から、主走査方向に非対称な形状の面
が定義される本発明の結像レンズ６１を用いることによ
り、曲線ａで示される通り、主走査方向の断面ビーム径
のばらつきの程度が抑制されていることがわかる。特
に、走査端で、効果が大きい。

【００９３】図９は、図１、図２（ａ）、図２（ｂ）お
よび図３を用いて説明した光走査装置を用いることによ
り得られる光学特性のうちの感光体ドラム上に結像され
たレーザビームの位置とポリゴンミラーの回転角度との
間の線形性の偏差、すなわちポリゴンミラーの回転角度
と走査位置との間に線形性がある場合の走査位置（目標
位置）と設計値とのずれ量（結像光学系の系の光軸位置
と理論上の主走査方向位置（長さ）と実際にレーザビー
ムが走査された位置との間の距離の差（画像の伸びと縮
み）の偏差）であるｆθ特性を示すグラフである。な
お、図９において、曲線ａは、この発明の実施の形態を
適用した光走査装置により得られる特性を、曲線（一点
鎖線）ｂは、左右対称な結像レンズを用いた周知の光走
査装置により得られる特性を、それぞれ示している。

【００９４】図９から、主走査方向に非対称な形状の面
が定義される本発明の結像レンズ６１を用いることによ
り、曲線ａで示される通り、主走査方向のｆθ特性に関
し、左右の対称性が向上され、全体のバランスも改善さ
れていることが認められる。また、変化量の最大値も小
さく改善されている。

【００９５】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、図２
（ａ）および図２（ｂ）に示した光走査装置の別の実施
の例を説明する概略図である。なお、図２（ａ）および
図２（ｂ）を用いて既に説明した構成と同一の構成に
は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【００９６】図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す光
走査装置７１は、半導体レーザ素子４１、有限焦点レン
ズまたはコリメートレンズ４２、アパーチャ４３および
シリンドリカルレンズ４４等を有する偏向前光学系７
０、内接円の直径が２５ｍｍで正１２面体であるポリゴ
ンミラー８０および結像レンズ９１と防塵ガラス６２等
を有する結像光学系９０等からなる。

【００９７】図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す光
走査装置７１においては、半導体レーザ素子４１からの
レーザビームは、結像光学系９０の系の光軸Ｏ_Ｒに対し
て主走査面内で所定の角度となる走査領域の外側から、
ポリゴンミラー８０の各反射面に入射される。なお、ポ
リゴンミラー８０に向けられるレーザビームが通過すべ
き入射側の光軸Ｏ_１と結像光学系９０の系の光軸Ｏ_Ｒと
の間の角度αは、例えば４６．４２°で、両者を副走査
断面から見た際の入射レーザビームＬ_０と（光軸Ｏ_Ｒを
含む）走査平面とのなす角度は、０°である。

【００９８】また、結像レンズ９１は、屈折率ｎが、ｎ
＝１．４８３９８７のアクリル製で、光軸上のデフォー
カス方向の肉厚は、１５ｍｍである。なお、レンズ面の
形状は、前に説明した（２）式に、以下に示す

【表２】のデータを適用することで定義される。

【００９９】図１１ないし図１３は、図１０（ａ）およ
び図１０（ｂ）を用いて説明した光走査装置を用いるこ
とにより得られるさまざまな光学特性を説明するグラフ
である。

【０１００】図１１は、主走査方向位置に対する収束角
度ψのばらつきの状態を、感光体ドラム上で、−１６０
ｍｍから１６０ｍｍまでの範囲を画像領域として、周知
の光走査装置と比較した結果を示すグラフである。な
お、図１１において、曲線ａは、この発明の実施の形態
を適用した光走査装置により得られる特性を、曲線（一
点鎖線）ｂは、左右対称な結像レンズを用いた周知の光
走査装置により得られる特性を、それぞれ示している。

【０１０１】図１１から、主走査方向に非対称な形状の
面が定義される本発明の結像レンズ９１を用いることに
より、曲線ａで示される通り、収束角度ψの振れ幅が減
少していることがわかる。特に、走査端で効果が大きい
ことが認められる。

【０１０２】図１２は、感光体ドラムに結像されたレー
ザビームの断面ビーム径の変動を、感光体ドラム上で、
−１６０ｍｍから１６０ｍｍまでの範囲を画像領域とし
たときの周知の光走査装置と比較した結果を示すグラフ
である。なお、図１２において、曲線ａは、この発明の
実施の形態を適用した光走査装置により得られる特性
を、曲線（一点鎖線）ｂは、左右対称な結像レンズを用
いた周知の光走査装置により得られる特性を、それぞれ
示している。

【０１０３】図１２から、主走査方向に非対称な形状の
面が定義される本発明の結像レンズ９１を用いることに
より、曲線ａで示される通り、主走査方向の断面ビーム
径のばらつきの程度が抑制されていることがわかる。

【０１０４】図１３は、感光体ドラム上に結像されたレ
ーザビームの位置とポリゴンミラーの回転角度との間の
線形性の偏差、すなわちポリゴンミラーの回転角度と走
査位置との間に線形性がある場合の走査位置（目標位
置）と設計値とのずれ量（結像光学系の系の光軸位置と
理論上の主走査方向位置（長さ）と実際にレーザビーム
が走査された位置との間の距離の差（画像の伸びと縮
み）の偏差）であるｆθ特性を示すグラフである。な
お、図１３において、曲線ａは、この発明の実施の形態
を適用した光走査装置により得られる特性を、曲線（一
点鎖線）ｂは、左右対称な結像レンズを用いた周知の光
走査装置により得られる特性を、それぞれ示している。

【０１０５】図１３から、主走査方向に非対称な形状の
面が定義される本発明の結像レンズ９１を用いることに
より、曲線ａで示される通り、主走査方向のｆθ特性に
関して左右の対称性が向上され、全体のバランスも改善
されることが認められる。

【０１０６】なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に
示した光走査装置において、（２）式のｍが奇数の場合
の係数を０とし、結像レンズ９１を、主走査方向に０．
３２ｍｍずらしたところ、感光体ドラム２３に結像され
たレーザビームの断面ビーム径のばらつきが低減され、
かつｆθ特性をはじめとした諸光学特性も改善されてい
る。すなわち、パワーを有する光学部品を主走査方向に
シフトするのみでも、感光体ドラム２３に結像されたレ
ーザビームの断面ビーム径のばらつきを低減できる。ま
た、図示しないが結像レンズ９１の１面のみを偏心させ
るだけでも同様の効果が得られる。

【０１０７】また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に
示した光走査装置において、（２）式のｍが奇数の場合
の係数を０とし、結像レンズ９１を、副走査方向の軸周
りに０．２３°傾けたところ、感光体ドラム２３に結像
されたレーザビームのビーム径のばらつきが低減され、
かつｆθ特性をはじめとした諸光学特性も改善されるこ
とが確認された。このように、パワーを持つ光学部品
を、副走査方向の軸周りに回転させることでも、感光体
ドラム２３に結像されたレーザビームの断面ビーム径の
ばらつきを低減できる。また、結像レンズ９１の１面の
み回転させるだけでも同様の効果が得られる。

【０１０８】さらに、結像レンズ９１に、上述した偏心
と回転とを同時に施すことにより、一層、感光体ドラム
２３に結像されたレーザビームの断面ビーム径のばらつ
きを低減できる。また、副走査方向の軸周りのみでな
く、主走査方向の軸周りや光軸周りの回転も組み合わせ
ると、さらに効果がある。

【０１０９】なお、図２（ａ）および図２（ｂ）もしく
は図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示した各光走査装
置において、結像レンズ６１に、複数本のレーザビーム
が入射されるマルチビーム系の場合には、（２）式にお
ける非球面項のｚの次数に奇数項を含ませた

【数２】により、結像レンズ９１のレンズ面を定義することが望
ましい。

【０１１０】以上説明したように、オーバーイルミネー
ションタイプの光走査装置において、ポリゴンミラーの
個々の反射面で反射されて走査されたレーザビームを感
光体ドラムに結像する際に、主走査平面または副走査断
面方向に光軸と角度をずらした結像レンズを用いること
で、ポリゴンミラーの個々の反射面に、結像レンズの第
１面（または第２面）で反射されたレーザビームが戻さ
れることが防止できる。これにより、ポリゴンミラーの
個々の反射面で、結像レンズから戻された反射レーザビ
ームがもう一度感光体ドラムに向けて走査されることが
なくなり、画像の画質が劣化する虞れが除去される。

【０１１１】しかしながら、結像レンズに、主走査方向
で角度を与えた状態でレーザビームを入射させると、走
査開始位置と走査終了位置でＦナンバーの差が大きくな
り、感光体ドラムに結像されたレーザビームの断面ビー
ム径のばらつきが大きくなる。そこで、結像レンズの主
走査方向の入射面または出射面もしくはその両面の形状
を、主走査方向に沿って非対称形状にすることで、ポリ
ゴンミラーの個々の反射面に入射される入射レーザビー
ムとポリゴンミラーの各反射面と感光体ドラムとの間の
系の光軸との間の角度が大きく、しかも入射レーザビー
ムが画像領域外からポリゴンミラーの個々の反射面に入
射される場合でも、感光体ドラムに結像されたレーザビ
ームの断面ビーム径のばらつきを抑え、断面ビーム径を
均一にすることができ、画像の画質が向上される。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、オー
バーイルミネーションタイプの光走査装置において、結
像光学系のパワーを持つ面の形状を主走査方向に非対称
としたので、結像光学系のレンズ面による反射光による
画像悪化を防ぐことができ、且つ画像領域でのビーム径
ばらつきを低減することが可能となり、出力画像の画質
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態である光走査装置が組み
込まれる画像形成装置の一例を示す概略図。

【図２】図１に示した画像形成装置に組み込まれる光走
査装置を説明する概略図。

【図３】図２に示した光走査装置を含むデジタル複写装
置の駆動回路の一例を示す概略ブロック図。

【図４】図２に示したオーバーイルミネーションタイプ
の光走査装置のポリゴンミラーの個々の反射面と結像レ
ンズとの間をレーザビームを往復する状態を説明する概
略図。

【図５】図２に示したオーバーイルミネーションタイプ
の光走査装置のポリゴンミラーの個々の反射面の回転に
より走査されるレーザビームの走査位置とレーザビーム
の主走査方向の光束幅との関係を説明する概略図。

【図６】図２に示したオーバーイルミネーションタイプ
の光走査装置を用い、収束角度のばらつきを主走査方向
の全走査領域で低減させることにより、感光体ドラムに
結像されたレーザビームの断面ビーム径のばらつきの程
度を抑えることのできる原理を説明する概略図。

【図７】図２を用いて説明した光走査装置において、主
走査方向位置に対する収束角度ψのばらつきの状態を、
感光体ドラム上で、−１６０ｍｍから１６０ｍｍまでの
範囲を画像領域として、周知の光走査装置と比較した結
果を示すグラフ。

【図８】図２を用いて説明した光走査装置において、感
光体ドラムに結像されたレーザビームの断面ビーム径の
変動を、感光体ドラム上で、−１６０ｍｍから１６０ｍ
ｍまでの範囲を画像領域として、周知の光走査装置と比
較した結果を示すグラフ。

【図９】図２を用いて説明した光走査装置において、主
走査方向のｆθ特性を、感光体ドラム上で、−１６０ｍ
ｍから１６０ｍｍまでの範囲を画像領域として、周知の
光走査装置と比較した結果を示すグラフ。

【図１０】図２を用いて説明した光走査装置の別の実施
の形態を説明する概略図。

【図１１】図１０を用いて説明した光走査装置におい
て、主走査方向位置に対する収束角度ψのばらつきの状
態を、感光体ドラム上で、−１６０ｍｍから１６０ｍｍ
までの範囲を画像領域として、周知の光走査装置と比較
した結果を示すグラフ。

【図１２】図１０を用いて説明した光走査装置におい
て、感光体ドラムに結像されたレーザビームの断面ビー
ム径の変動を、感光体ドラム上で、−１６０ｍｍから１
６０ｍｍまでの範囲を画像領域として、周知の光走査装
置と比較した結果を示すグラフ。

【図１３】図１０を用いて説明した光走査装置におい
て、主走査方向のｆθ特性を、感光体ドラム上で、−１
６０ｍｍから１６０ｍｍまでの範囲を画像領域として、
周知の光走査装置と比較した結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１・・・デジタル複写装置、１０・・・スキャナ部、２０・・・プリンタ部、２１・・・光走査装置、２２・・・画像形成部、２３・・・感光体ドラム（像面、被走査面、走査対象
物）、４０・・・偏向前光学系、４１・・・半導体レーザ素子（光源）、４２・・・有限レンズもしくはコリメートレンズ、４３・・・アパーチャ、４４・・・シリンダレンズ、４５・・・ミラー、５０・・・ポリゴンミラー（反射面）、５０Ａ・・・ポリゴンミラーモータ、６０・・・偏向後光学系、６１・・・ポリゴンミラー、６２・・・防塵ガラス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C362 AA03 BA04 BA84 BA86 BB03 BB14 2H045 AA01 CA68 CB63 2H087 KA19 LA01 PA01 PA17 PB01 RA08 RA12 RA13 UA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光束を整形して第１の方向に長
い線像として結像させる偏向前光学系と、前記光束を走
査対象物の所定の位置に走査する光走査手段と、前記光
走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる結
像光学系とを備え、前記光走査手段に入射する前記光束
が前記光走査手段の単一の反射面の前記第１の方向の幅
より広い光走査装置において、前記結像光学系は、光軸中心に対して前記第１の方向に
非対称な面を少なくとも１面有する光学部品を含むこと
を特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記偏向前光学系は、前記第１の方向と前
記第１の方向と直交する第２の方向でパワーの異なるレ
ンズを含むことを特徴とする請求項１記載の光走査装
置。
【請求項３】前記光走査手段への入射光と前記結像光学
系の前記光軸を，それぞれ走査平面に投影したときのそ
れぞれのなす角度をαとするときα≠０であることを特
徴とする請求項１もしくは２記載の光走査装置。
【請求項４】前記光軸の通過位置を境界点として前記第
１の方向に非対称な面を持つ光学部品は、プラスチック
レンズであることを特徴とする請求項１もしくは２記載
の光走査装置。
【請求項５】前記光軸の通過位置を境界点として前記第
１の方向に非対称な面を持つ光学部品は、ミラーである
ことを特徴とする請求項１もしくは２記載の光走査装
置。
【請求項６】前記光軸の通過位置を境界点として前記第
１の方向に非対称な面を持つ光学部品は、ガラスレンズ
であることを特徴とする請求項１もしくは２記載の光走
査装置。
【請求項７】光源からの光束を整形して第１の方向に長
い線像として結像させる偏向前光学系と、前記光束を走
査対象物の所定の位置に走査する光走査手段と、前記光
走査手段で走査された前記光束を走査対象物に結像させ
る結像光学系とを備え、前記光走査手段に入射する前記
光束が前記光走査手段の単一の反射面の前記第１の方向
の幅より広い光走査装置において、前記結像光学系は、光軸に対して、前記第１の方向に、
自身の中心が長手方向の中心が偏心されているか、ある
いは前記光軸と交差する位置で、前記第１の方向と直交
する第２の方向の軸周りに回転されている面の回転中心
に対して、所定量回転されている面を少なくとも１面有
することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】前記結像光学系は、複数のパワーを有する
光学部品を含むことを特徴とする請求項７記載の光走査
装置。
【請求項９】前記偏向前光学系は、前記第１の方向と前
記第１の方向と直交する第２の方向でパワーの異なるレ
ンズを含むことを特徴とする請求項７もしくは８記載の
光走査装置。
【請求項１０】前記光軸に対して、前記第１の方向に、
自身の中心が長手方向の中心が偏心されているか、ある
いは前記光軸と交差する位置で、前記第１の方向と直交
する第２の方向の回転中心に対して、所定量回転されて
いる面は、前記光束を透過する面であることを特徴とす
る請求項７ないし９のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１１】前記光軸に対して、前記第１の方向に、
自身の中心が長手方向の中心が偏心されているか、ある
いは前記光軸と交差する位置で、前記第１の方向と直交
する第２の方向の回転中心に対して、所定量回転されて
いる面は、前記光束を反射する面であることを特徴とす
る請求項７ないし９のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項１２】光源からの光束を整形して第１の方向に
長い線像として結像させる偏向前光学系と、前記光束を
走査対象物の所定の位置に走査する光走査手段と、前記
光走査手段で走査された前記光束を走査対象物に結像さ
せる結像光学系とを備え、前記光走査手段に入射する前
記光束が前記光走査手段の単一の反射面の前記第１の方
向の幅より広い光走査装置において、前記結像光学系は、少なくとも１つのパワーを有する面
を有する光学部品を含み、前記光学部品のうちの前記少
なくとも１面のパワーを有する面の形状の前記第１の方
向をｙ軸、前記第１の方向と直交する第２の方向をｚ
軸、前記光束の進行する方向をｘ軸とするとき、前記少なくとも１面のパワーを有する面の形状の非球面
項は、Ａ_ｍΣｙ^ｍ（ｍ＝０，１，２，３，…）またはＡ_ｍｎΣ
ｙ^ｍｚ^ｎ（ｍ＝０，１，２，３，…，ｎ＝０，１，２，
３，…）とすると、ｍ＝２×ｋ＋１（ｋ＝０，１，２，
３…）のときに、Ａ_ｍ≠０またはＡ_ｍｎ≠０である項を
含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項１３】前記偏向前光学系は、前記第１の方向と
前記第１の方向と直交する第２の方向でパワーの異なる
レンズを含むことを特徴とする請求項１２記載の光走査
装置。
【請求項１４】前記少なくとも１面のパワーを有する面
を含む光学部品は、プラスチックレンズであることを特
徴とする請求項１２もしくは１３記載の光走査装置。
【請求項１５】前記少なくとも１面のパワーを有する面
を含む光学部品は、ミラーであることを特徴とする請求
項１２もしくは１３記載の光走査装置。
【請求項１６】前記少なくとも１面のパワーを有する面
を含む光学部品は、ガラスレンズであることを特徴とす
る請求項１２もしくは１３記載の光走査装置。
【請求項１７】光源からの光束を整形して第１の方向に
長い線像として結像させる偏向前光学系と、前記光束を
走査対象物の所定の位置に走査する光走査手段と、前記
光走査手段で走査された前記光束を走査対象物に結像さ
せる結像光学系とを備え、前記光走査手段に入射する前
記光束が前記光走査手段の単一の反射面の前記第１の方
向の幅より広い光走査装置において、前記結像光学系は、パワーを有するレンズを含み、前記
パワーを有するレンズは、前記光束が入射する際の反射
を抑止する表面処理をともなわない面を少なくとも１面
有し、前記光走査手段への入射光と前記結像光学系の光
軸とが主走査平面または副走査平面で角度を有すること
を特徴とする光走査装置。
【請求項１８】前記偏向前光学系は、前記第１の方向と
前記第１の方向と直交する第２の方向でパワーの異なる
レンズを含むことを特徴とする請求項１７記載の光走査
装置。
【請求項１９】前記結像光学系は、光軸中心に対して前
記第１の方向に非対称な面を少なくとも１面有する光学
部品を含むことを特徴とする請求項１７もしくは１８記
載の光走査装置。
【請求項２０】前記結像光学系は、光軸中心に対して、
前記第１の方向に、自身の中心が長手方向の中心が偏心
されているか、あるいは前記光軸と交差する位置で、前
記第１の方向と直交する第２の方向の軸周りに回転され
ている面の回転中心に対して、所定量回転されている面
を少なくとも１面有する光学部品を含むことを特徴とす
る請求項１７もしくは１８記載の光走査装置。
【請求項２１】光源からの光束を整形して第１の方向に
長い線像として結像させる偏向前光学系と、前記光束を
走査対象物の所定の位置に走査する光走査手段と、前記
光走査手段で走査された前記光束を走査対象物に結像さ
せる結像光学系とを備え、前記光走査手段に入射する前
記光束が前記光走査手段の単一の反射面の前記第１の方
向の幅より広い光走査装置において、前記結像光学系は、複数の光学部品を含み、複数の光学
部品のうちのパワーを有する光学部品は、２以下である
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２２】前記結像光学系は、光軸中心に対して、
前記第１の方向に非対称な面を少なくとも１面有する光
学部品を含むことを特徴とする請求項２１記載の光走査
装置。
【請求項２３】光ビームを受光して像を生成する感光体
と、光源からの光束を整形して第１の方向に長い線像として
結像させる偏向前光学系と、上記光束を前記感光体の所
定の位置に走査する光走査手段と、この光走査手段で走
査された上記光束を前記感光体に結像させる結像光学系
とを備え、上記光走査手段に入射する上記光束が上記光
走査手段の単一の反射面の上記第１の方向の幅より広い
光走査装置であって、上記結像光学系は、光軸中心に対
して上記第１の方向に非対称な面を少なくとも１面有す
る光学部品を含むことを特徴とする光走査装置と、この光走査装置により前記感光体に形成された像を現像
する現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２４】光ビームを受光して像を生成する感光体
と、光源からの光束を整形して第１の方向に長い線像として
結像させる偏向前光学系と、上記光束を前記感光体の所
定の位置に走査する光走査手段と、この光走査手段で走
査された上記光束を前記感光体に結像させる結像光学系
とを備え、上記光走査手段に入射する上記光束が上記光
走査手段の単一の反射面の上記第１の方向の幅より広い
光走査装置であって、上記結像光学系は、光軸に対し
て、上記第１の方向に、自身の中心が長手方向の中心が
偏心されているか、あるいは上記光軸と交差する位置
で、上記第１の方向と直交する第２の方向の軸周りに回
転されている面の回転中心に対して、所定量回転されて
いる面を少なくとも１面有することを特徴とする光走査
装置と、この光走査装置により前記感光体に形成された像を現像
する現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２５】光ビームを受光して像を生成する感光体
と、光源からの光束を整形して第１の方向に長い線像として
結像させる偏向前光学系と、上記光束を前記感光体の所
定の位置に走査する光走査手段と、この光走査手段で走
査された上記光束を前記感光体に結像させる結像光学系
とを備え、上記光走査手段に入射する上記光束が上記光
走査手段の単一の反射面の上記第１の方向の幅より広い
光走査装置であって、上記結像光学系は、少なくとも１
つのパワーを有する面を有する光学部品を含み、この光
学部品のうちの上記少なくとも１面のパワーを有する面
の形状の上記第１の方向をｙ軸、上記第１の方向と直交
する第２の方向をｚ軸、上記光束の進行する方向をｘ軸
とするとき、上記少なくとも１面のパワーを有する面の形状の非球面
項は、Ａ_ｍΣｙ^ｍ（ｍ＝０，１，２，３，…）またはＡ_ｍｎΣ
ｙ^ｍｚ^ｎ（ｍ＝０，１，２，３，…，ｎ＝０，１，２，
３，…）とすると、ｍ＝２×ｋ＋１（ｋ＝０，１，２，３…）のときに、Ａ
_ｍ≠０またはＡ_ｍｎ≠０である項を含むことを特徴とす
る光走査装置と、この光走査装置により前記感光体に形成された像を現像
する現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２６】光ビームを受光して像を生成する感光体
と、光源からの光束を整形して第１の方向に長い線像として
結像させる偏向前光学系と、上記光束を前記感光体の所
定の位置に走査する光走査手段と、この光走査手段で走
査された上記光束を前記感光体に結像させる結像光学系
とを備え、上記光走査手段に入射する上記光束が上記光
走査手段の単一の反射面の上記第１の方向の幅より広い
光走査装置であって、上記結像光学系は、パワーを有す
るレンズを含み、このパワーを有するレンズは、上記光
束が入射する際の反射を抑止する表面処理をともなわな
い面を少なくとも１面有し、上記光走査手段への入射光
と上記結像光学系の光軸とが主走査平面または副走査平
面で角度を有することを特徴とする光走査装置と、この光走査装置により前記感光体に形成された像を現像
する現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２７】光ビームを受光して像を生成する感光体
と、光源からの光束を整形して第１の方向に長い線像として
結像させる偏向前光学系と、上記光束を前記感光体の所
定の位置に走査する光走査手段と、この光走査手段で走
査された上記光束を前記感光体に結像させる結像光学系
とを備え、上記光走査手段に入射する上記光束が上記光
走査手段の単一の反射面の上記第１の方向の幅より広い
光走査装置であって、上記結像光学系は、複数の光学部
品を含み、複数の光学部品のうちのパワーを有する光学
部品は、２以下であることを特徴とする光走査装置と、この光走査装置により前記感光体に形成された像を現像
する現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装
置。