JP2003043393A - 光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主走査方向のＦｎｏの変化を少なくし、また
小型で簡易な構成であるにも拘わらず、スポット径が均
一で高画質化に対応することが可能な光走査光学系及び
それを用いた画像形成装置を得ること。 【解決手段】 光源から出射した光束の状態を集光レン
ズで他の状態に変換する第１の光学系、該変換された光
束を主走査方向に偏向走査する光偏向器、該光偏向器に
よって偏向走査された光束が被走査面上にスポット状に
結像され走査される光走査光学系において、該光偏向器
は正弦振動を行うものであって、該光偏向器の正弦振動
の振動中心軸は偏向反射面以外に存在し、かつ条件式
（２）を満足させること。

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、特に光偏向器として正
弦振動を行う光偏向器を用いた、小型でかつ簡易な構成
の例えばレーザービームプリンタやデジタル複写機等の
画像形成装置に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から光偏向器として正弦振動を行う
光偏向器を使用した光走査光学系が種々と提案されてい
る。正弦振動を行う光偏向器によって偏向反射された光
束を被走査面上で結像し等速走査させる為には、通常結
像レンズとしてarcsinレンズを用いることが多い。

【０００３】また光偏向器として正弦振動を行う光偏向
器を使用して、その光偏向器の偏向反射面（偏向面）を
凸面とすることによって上記arcsinレンズを省略した形
態の光走査光学系も種々提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記arcsinレンズは構
成が複雑であり、装置の小型・低コストを達成すること
は困難であった。またarcsinレンズを使用した光走査光
学系は、走査中心に対して走査端部の主走査方向のＦｎ
ｏ（Ｆナンバー）が変化してしまうという特性があり、
その為に走査中心と走査端部の被走査面上における主走
査方向のスポット径が不均一になってしまうという問題
点が存在する。

【０００５】その為、従来の光偏向器として正弦振動を
行う光偏向器を使用した光走査光学系（光走査装置）を
用いた画像形成装置は、高品位の画像出力を得ることが
非常に困難であった。

【０００６】また上記arcsinレンズを省略した形態の光
走査光学系においては、小型・低コストに対しては有利
であるが、やはり走査中心に対して走査端部の主走査方
向のＦｎｏが変化してしまうという特性があり、その為
に走査中心と走査端部の被走査面上における主走査方向
のスポット径が不均一になってしまうという問題点が存
在する。

【０００７】さらにarcsinレンズを省略した形態の光走
査光学系においては、被走査面上における等速性を良好
に保つ為に、光偏向器の正弦振動の最大振幅が制限され
てしまうという問題点があり、光学系の配置の自由度が
少ないという問題点も存在していた。

【０００８】本発明は光偏向器として正弦振動を行う光
偏向器を使用した光走査光学系において、光学系の主走
査方向のＦｎｏの変化を少なくし、かつ小型で簡易な構
成であるにも拘わらずスポット径が均一である光走査光
学系の提供を目的とする。

【０００９】また上記arcsinレンズ等を省略可能で、か
つ光偏向器の最大振幅に自由度を持たせることにより、
光学系の配置の制限が少ない光走査光学系及びそれを用
いた画像形成装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光走査
光学系は、光源から出射した光束の状態を集光レンズで
他の状態に変換する第１の光学系、該変換された光束を
主走査方向に偏向走査する光偏向器、該光偏向器によっ
て偏向走査された光束が被走査面上にスポット状に結像
され走査される光走査光学系において、該光偏向器は正
弦振動を行うものであって、該光偏向器の正弦振動の振
動中心軸は偏向反射面以外に存在し、該光偏向器によっ
て偏向反射された光束が、該被走査面上の走査中心点に
向かうときの偏向反射点から該被走査面上の走査中心点
までの距離をｌ、該光偏向器によって偏向反射された光
束が、該被走査面上の走査中心点に向かうときの該偏向
反射面に入射する光束の主走査方向の光束幅をＤ、該光
偏向器によって偏向反射された光束が、該被走査面上の
走査中心以外の任意の点に向かうときの該偏向反射点か
ら該被走査面上の光束到達点までの距離をｌ′、該光偏
向器によって偏向反射された光束が、該被走査面上の走
査中心以外の任意の点に向かうときの該偏向反射面に入
射する光束の主走査方向の光束幅をＤ′、該光偏向器に
よって偏向反射された光束の主光線が、該被走査面上の
走査中心以外の任意の点に向かうときの主走査断面にお
ける被走査面の法線との成す角度をαとしたとき、

【００１１】

【数４】

【００１２】なる条件を満足することを特徴としてい
る。

【００１３】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記光偏向器の偏向反射面は主走査断面内において
凸面形状であることを特徴としている。

【００１４】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、前記凸面形状は、円弧形状であることを特徴として
いる。

【００１５】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、前記凸面形状は、非円弧形状であることを特徴とし
ている。

【００１６】請求項５の発明は請求項２の発明におい
て、前記円弧形状の曲率半径をＲ、前記光偏向器の振動
中心軸と偏向反射面との中心までの距離をｄ、前記光偏
向器の正弦振動の最大振幅をφｍａｘ、角振動数をω、
時間をｔとするとき、

【００１７】

【数５】

【００１８】なる条件を満足することを特徴としてい
る。

【００１９】請求項６の発明は請求項４の発明におい
て、前記非円弧形状の近軸曲率半径をＲ₀、前記光偏向
器の振動中心軸と偏向反射面との中心までの距離をｄ、
前記光偏向器の正弦振動の最大振幅をφｍａｘ、角振動
数をω、時間をｔとするとき、

【００２０】

【数６】

【００２１】なる条件を満足することを特徴としてい
る。

【００２２】請求項７の発明は請求項５又は６の発明に
おいて、前記光偏向器からの反射光束が直接、前記被走
査面に入射することを特徴としている。

【００２３】請求項８の発明は請求項７の発明におい
て、前記光偏向器の偏向反射面は副走査断面内において
凸面形状であることを特徴としている。

【００２４】請求項９の発明は請求項８の発明におい
て、前記凸面形状は、円弧形状であることを特徴として
いる。

【００２５】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、前記円弧形状の曲率半径は、走査中心位置から走査
端部にかけて連続的に変化していることを特徴としてい
る。

【００２６】請求項１１の発明は請求項８の発明におい
て、前記凸面形状は、非円弧形状であることを特徴とし
ている。

【００２７】請求項１２の発明は請求項１１の発明にお
いて、前記非円弧形状の近軸曲率半径は、走査中心位置
から走査端部にかけて連続的に変化していることを特徴
としている。

【００２８】請求項１３の発明は請求項１乃至１２の何
れか１項の発明において、前記光源から出射する光束の
波長が５００ｎｍ以下であることを特徴としている。

【００２９】請求項１４の発明の光走査装置は、請求項
１乃至１３の何れか１項に記載の光走査光学系を用い、
レーザーの発光基板と共に１つの筐体に収めユニットと
したことを特徴としている。

【００３０】請求項１５の発明の画像形成装置は、請求
項１４記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された
感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前
記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像
する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写す
る転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させ
る定着器とを有することを特徴としている。

【００３１】請求項１６の発明の画像形成装置は、請求
項１４記載の光走査装置と、外部機器から入力したコー
ドデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せ
しめるプリンタコントローラとを有していることを特徴
としている。

【００３２】

【発明の実施の形態】［実施形態１］図１は本発明の実
施形態１の光走査光学系の主走査方向の要部断面図（主
走査断面図）である。

【００３３】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偏向走査される方向を称し、副走査
方向とは補正レンズの光軸（中心軸）を含み主走査方向
とに直交する方向を称す。

【００３４】図中、１は光源手段（光源）であり、例え
ば半導体レーザーより成っている。２は第１の光学系と
しての集光レンズ（コリメーターレンズ）であり、光源
手段１から出射された発散光束を収束光束もしくは平行
光束に変換している。３はシリンドリカルレンズであ
り、副走査方向のみに所定の屈折力を有している。５は
開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。
尚、集光レンズ２、シリンドリカルレンズ３、開口絞り
５等の各要素は入射光学系１１の一要素を構成してい
る。

【００３５】４は往復型の光偏向器であり、例えばガル
バノミラー（振動ミラー）より成っている。この光偏向
器４は振動の中心軸６を中心に最大振幅±φmaxの範囲
で主走査方向に往復振動しており、その振動角φが角振
動数ω、時間ｔによって、 φ＝φmax・sinωｔ で表わされる正弦振動を行っている。光偏向器４の偏向
反射面４ａは図１に示す如く、その振動の中心軸６から
距離ｄだけオフセットして配置されている。

【００３６】また図２に示すように光偏向器４の偏向反
射面４ａの主走査断面内の形状は凸面形状（円弧形状）
より成り、該偏向反射面４ａで偏向走査された光束は主
走査方向の収束度合いを弱めて被走査面８上に集光し走
査される。

【００３７】７は補正レンズであり、副走査断面内にの
み所定の屈折力を有している。本実施形態ではこの補正
レンズ７により副走査断面内においては偏向反射面４ａ
と被走査面８とが略共役関係とされ、該偏向反射面４ａ
で偏向走査された光束が副走査断面内においても被走査
面８上に集光される。

【００３８】８は被走査面としての感光ドラム面であ
る。

【００３９】本実施形態において画像情報に応じて半導
体レーザー１から光変調され出射した発散光束は集光レ
ンズ２によって収束光束もしくは平行光束に変換され、
シリンドリカルレンズ３を介して、開口絞り５によって
光量が制限され、主走査断面内においては光偏向器４の
振動角（偏向角）の略中央から偏向反射面５ａに入射
（正面入射）する。また副走査断面内においては偏向反
射面５ａに対し副走査方向に角度を持って入射（斜入
射）する。

【００４０】そして光偏向器４の偏向反射面４ａで偏向
反射された光束は補正レンズ７を介して感光ドラム面８
上に導光され、該光偏向器４の偏向反射面４ａを往復運
動させることによって、該感光ドラム面８上を所定方向
（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８上に画像記録を行っている。

【００４１】図３は本実施形態において偏向反射面４ａ
で偏向走査された光束が、被走査面８上の走査中心位置
Ｑと走査中心以外の任意の位置Ｓに到達するときの光束
中心線（主光線）Ｒｓ及び偏向反射面４ａに入射する収
束光束のマージナル光線を示した図である。同図におい
て図１に示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。

【００４２】本実施形態において光偏向器４の正弦振動
の振動中心軸６は偏向反射面４ａ以外に存在し、該光偏
向器４の偏向反射面４ａで偏向反射された反射光束が走
査中心位置Ｑに到達するときの偏向反射面４ａ−１と反
射光束との交点Ｐから走査中心位置Ｑまでの距離をｌ、
反射光束が走査中心以外の任意の位置Ｓに到達するとき
の偏向反射面４ａ−２と光束との交点Ｒから任意の位置
Ｓまでの距離をｌ′とする。

【００４３】また図３や図４に示すように光束が光偏向
器４の偏向反射面４ａ−１に入射するときの主走査方向
の光束幅をＤ、光偏向器４の偏向反射面４ａ−２に入射
するときの主走査方向の光束幅をＤ′とし、主走査断面
内における主光線ＲＳと被走査面８との法線８ａとの成
す角度をαとする。

【００４４】このとき走査中心位置Ｑにおける主走査方
向のＦｎｏをＦ、走査中心以外の任意の位置Ｓにおける
主走査方向のＦｎｏをＦ′とすると、図４より Ｆ ＝ｌ／Ｄ、 Ｆ′＝ｌ′／Ｄ′ であるから

【００４５】

【数７】

【００４６】で表わすことができる。

【００４７】即ち、走査中心以外の任意の位置Ｓにおけ
る主走査方向のスポット径は走査中心位置Ｑにおける主
走査方向のスポット径の［（ｌ′／ｌ）×（Ｄ／
Ｄ′）］倍になることが理解できる。

【００４８】但し、上記スポット径は光束の進行方向に
対して垂直な断面で観測したときのスポット径である。
走査中心以外の任意の位置Ｓにおいては、光束と被走査
面８の法線はの角度を有している為、走査中心以外の任
意の位置Ｓにおいて被走査面８に垂直に観測した主走査
方向のスポット径は、さらに（１／cosα）倍だけ大き
く観測されることとなる。

【００４９】従って走査中心位置Ｑにおける主走査方向
のスポット径δと走査中心以外の任意の位置Ｓにおける
主走査方向のスポット径δ′とは、 Ｆ′／Ｆ＝δ′／δ より δ′＝δ×（Ｆ′／Ｆ） であるから、

【００５０】

【数８】

【００５１】なる関係で表わされる。

【００５２】本実施形態においては光偏向器４の偏向反
射面４ａは図３に示す如く、その振動の中心軸６から距
離ｄだけオフセットして配置されている為、偏向反射面
４ａと振動の中心軸６とが一致しているときに比べて、
（ｌ′／ｌ）の値を小さくすることを可能としている。

【００５３】さらに光偏向器４の偏向反射面４ａに入射
する光束を収束光束としていることにより、図３から明
らかに（Ｄ／Ｄ′）の値を１以下にすることができる。

【００５４】それによって上記（１）式における係数、
〔（ｌ′／ｌ）×（Ｄ／Ｄ′）×（１／cosα）〕の値
を従来よりも小さな値とすることができ、主走査方向の
スポット径の均一性を向上させることが可能となる。

【００５５】主走査方向のスポット径の均一性は有効走
査領域全域において±２０％以下にすることが望まし
い。そこで本実施形態においては、以下の条件式（２）

【００５６】

【数９】

【００５７】を満足するように各パラメータを設定して
いる。

【００５８】次に被走査面８上における走査結像点の等
速性について考察する。

【００５９】図３を参照すると走査中心位置Ｑから正弦
振動を行っている偏向反射面４ａ−２によって偏向反射
された光束が走査中心以外の任意の位置Ｓまでの距離
ｙ′は、 ｙ′＝ｌ′sinα で表される。

【００６０】一方、主走査断面内において偏向反射面４
ａの曲率半径Ｒ及びオフセットｄを有する偏向反射面４
ａが角振動数ωで等角速度で回転していると仮定し、理
想的なｆθレンズによって被走査面上を等速走査された
場合の理想像高ｙは、

【００６１】

【数１０】

【００６２】で表される。

【００６３】ここで、上記距離ｙ′の距離ｙに対する差
分がｆθ特性として定義される。

【００６４】本実施形態においてはｆθ特性を０．５％
以下に押さえる為に、以下の条件式（３）

【００６５】

【数１１】

【００６６】を満足するように各パラメーターＲ、Ｄ、
φmaxを最適な値に設定している。

【００６７】従来においては最大振幅φmaxの値のみで
ｆθ特性が決定されていたのに対して、本実施形態にお
いては偏向反射面４ａの主走査断面内における曲率半径
Ｒ、及びオフセットｄの値を最適化することによって、
従来よりもより良好なｆθ特性を実現することを可能と
している。

【００６８】本実施形態において偏向反射面４ａの主走
査断面内の形状は上記の如く凸面の円弧形状であり、副
走査断面内の形状は平面である。補正レンズ７の第１面
（偏向反射面４ａ側の面）７ａの主走査断面内の形状は
円弧形状であり、副走査断面内の形状は平面である。補
正レンズ７の第２面（被走査面８側の面）７ｂの主走査
断面内の形状は円弧形状であり、副走査断面内の形状は
各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
に、主走査方向のレンズ面座標がｙであるところの曲率
半径ｒ′が、

【００６９】

【数１２】

【００７０】なる式で表わされる。

【００７１】尚、ｒは光軸上における曲率半径、Ｄ₂〜
Ｄ₁₀は各係数であり、Ｄ₂〜Ｄ₁₀の値に従って副走査断
面内の曲率半径が、走査中心位置から走査端部にかけて
連続的に変化している形状となっている。

【００７２】図５に本実施形態における各像高毎の
〔（ｌ′／ｌ）×（Ｄ／Ｄ′）×（１／cosα）〕の値
のグラフを示す。前述の如く上記条件式（２）を満足し
ていることが解る。

【００７３】即ち、被走査面上における主走査方向のス
ポット径の不均一が良好に押さえられており、高品位の
画像出力を得るのに好適な光走査光学系を提供すること
を可能としている。

【００７４】図６に本実施形態における各像高毎の

【００７５】

【数１３】

【００７６】の値のグラフを示す。前述の如く上記条件
式（３）を満足していることが解る。

【００７７】即ち、ｆθ特性が良好に補正されており、
高品位の画像出力を得るのに好適な光走査光学系を提供
することを可能としている。

【００７８】図７に本実施形態における主走査方向及び
副走査方向の像面湾曲特性を示す。

【００７９】同図に示すように主走査方向及び副走査方
向の像面湾曲が良好に補正されていることが解る。

【００８０】表−１に本発明の実施形態１の光走査光学
系の諸特性を示す。

【００８１】

【表１】

【００８２】尚、本実施形態の光走査光学系はレーザー
の発光基板と共に１つの筐体に収められ、ユニット（光
走査装置）として構成されている。

【００８３】［実施形態２］図８は本発明の実施形態２
の光走査光学系の主走査方向の要部断面図（主走査断面
図）である。同図において図１に示した要素と同一要素
には同符番を付している。

【００８４】本実施形態において前述の実施形態１と異
なる点は光偏向器の偏向反射面の主走査断面内の形状を
凸面の非円弧形状から形成した点と、光偏向器の回転中
心から被走査面までの距離を短くしてコンパクトに構成
した点と、光源手段を発振波長が３９０ｎｍの短波長の
光源を使用した点である。その他の構成及び光学的作用
は実施形態１と略同様であり，これにより同様な効果を
得ている。

【００８５】即ち、本実施形態において光偏向器の偏向
反射面の主走査断面内の形状は、凸面の非円弧形状から
成り、その形状は各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軸としたときに、

【００８６】

【数１４】

【００８７】なる式であらわされる。

【００８８】なお、Ｒ₀は近軸曲率半径、ｋ、Ｂ₄〜Ｂ₁₀
は非球面係数である。

【００８９】本実施形態においても実施形態１と同様に
被走査面８上における走査結像点の等速性が定義され
る。

【００９０】本実施形態においては、前記条件式（３）
における偏向反射面の曲率半径Ｒを、近軸曲率半径Ｒ₀
に置き換えた、下記の条件式（４）

【００９１】

【数１５】

【００９２】を満足するように各パラメーターＲ₀、
Ｄ、φmaxを最適な値に設定することによってｆθ特性
を０．５％以下に押さえている。

【００９３】また本実施形態においては光源の波長とし
て３９０ｎｍという短波長の光源を使用している為、同
一スポット径を得る為のＦｎｏを大きく設定することが
可能となる。その結果として光偏向器の偏向反射面の有
効面積を小さくすることができる為、光偏向器の振動周
波数を上げることが可能となり、高速化に対して非常に
有利な形態とすることができる。

【００９４】図９に本実施形態における各像高毎の
〔（ｌ′／ｌ）×（Ｄ／Ｄ′）×（１／cosα）〕の値
のグラフを示す。前述の如く上記条件式（２）を満足し
ていることが解る。

【００９５】即ち、被走査面上における主走査方向のス
ポット径の不均一が良好に押さえられており、高品位の
画像出力を得るのに好適な光走査光学系を提供すること
を可能としている。

【００９６】図１０に本実施形態における、各像高毎の

【００９７】

【数１６】

【００９８】の値のグラフを示す。前述の如く上記条件
式（４）を満足していることが解る。

【００９９】即ち、ｆθ特性が良好に補正されており、
高品位の画像出力を得るのに好適な光走査光学系を提供
することを可能としている。

【０１００】図１１に本実施形態における主走査方向及
び副走査方向の像面湾曲特性を示す。

【０１０１】同図に示すように主走査方向及び副走査方
向の像面湾曲が良好に補正されていることが解る。

【０１０２】表−２に本発明の実施形態２の光走査光学
系の諸特性を示す。

【０１０３】

【表２】

【０１０４】［実施形態３］図１２は本発明の実施形態
３の光走査光学系の主走査方向の要部断面図（主走査断
面図）である。同図において図１に示した要素と同一要
素には同符番を付している。

【０１０５】本実施形態において前述の実施形態２と異
なる点は、入射系のシリンドリカルレンズ及び補正レン
ズを用いずに構成した点と、光偏向器４の偏向反射面４
ａの主走査断面内及び副走査断面内の断面形状を凸面の
円弧形状より構成した点である。その他の構成及び光学
的作用は実施形態２と略同様であり，これにより同様な
効果を得ている。

【０１０６】即ち，本実施形態においては集光レンズ２
によって収束光束に変換された光束がシリンドリカルレ
ンズ３を介することなく光偏向器４の偏向反射面４ａに
入射し、かつ偏向反射面４ａで反射された光束が直接、
被走査面に入射するようにしている。

【０１０７】本実施形態における光偏向器４の偏向反射
面４ａの主走査断面内及び副走査断面内の断面形状は凸
面の円弧形状をしており、該偏向反射面４ａで偏向走査
された光束は主走査方向及び副走査方向の収束度合いを
弱められて被走査面８上に集光し走査される。

【０１０８】光偏向器４の偏向反射面４ａの副走査断面
内の形状は各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
したときに、主走査方向のレンズ面座標がｙであるとこ
ろの曲率半径ｒ′が、

【０１０９】

【数１７】

【０１１０】なる式で表わされる。

【０１１１】なお、ｒは光軸上における曲率半径、Ｄ₂
〜Ｄ₁₀は各係数であり、Ｄ₂〜Ｄ₁₀の値に従って副走査
断面内の曲率半径が、走査中心位置から走査端部にかけ
て連続的に変化している形状となっている。

【０１１２】図２は偏向反射面４ａの副走査断面内の曲
率半径が走査中心から走査端部にかけて連続的に変化し
ている様子を示した説明図である。

【０１１３】本実施形態においては補正レンズを省略し
た形態となっている。光偏向器として偏向反射面が複数
ある回転多面鏡を用いずに、偏向反射面が１面のみであ
る往復振動型の光偏向器を用いる場合は反射面間の面倒
れ誤差を補正する必要が無い為、補正レンズを省略する
ことが可能となる。但し、その場合において偏向反射面
の副走査断面内の形状を前記実施形態１及び実施形態２
の如き平面形状から構成すると、被走査面上において副
走査方向が集光しない為、本実施形態においては偏向反
射面の副走査断面内の形状を凸面の円弧形状とすること
によって、副走査方向においても被走査面上にスポット
状に集光するようにしている。

【０１１４】一方、偏向反射面を、例えば主走査方向と
副走査方向の曲率半径が同一の凸面、即ち凸球面として
構成すると、走査中央部においては主走査方向及び副走
査方向共に被走査面上においてスポット状に集光させる
ことができるが、走査中央部以外においては副走査方向
の像面湾曲がマイナス側に大きく発生してしまい、走査
中央部以外においては副走査方向を正常に集光すること
ができなくなってしまう。

【０１１５】そこで本実施形態においては、上記問題点
を解決する為に光偏向器４の偏向反射面４ａの副走査断
面内の曲率半径を走査中心位置から走査端部にかけて連
続的に変化する形状としている。この様な形状を採用す
ることによって全有効走査域全域において副走査方向の
像面湾曲を補正し、被走査面８上において良好なる集光
状態を得ることを可能としている。

【０１１６】図１３に本実施形態における各像高毎の
〔（ｌ′／ｌ）×（Ｄ／Ｄ′）×（１／cosα）〕の値
のグラフを示す。前述の如く上記条件式（２）を満足し
ていることが解る。

【０１１７】即ち、被走査面８上における主走査方向の
スポット径の不均一が良好に押さえられており、高品位
の画像出力を得るのに好適な光走査光学系を提供するこ
とを可能としている。

【０１１８】図１４に本実施形態における各像高毎の

【０１１９】

【数１８】

【０１２０】の値のグラフを示す。前述の如く上記条件
式（３）を満足していることが解る。

【０１２１】即ち、ｆθ特性が良好に補正されており、
高品位の画像出力を得るのに好適な光走査光学系を提供
することを可能としている。

【０１２２】図１５に本実施形態における主走査方向及
び副走査方向の像面湾曲特性を示す。

【０１２３】前述の如く光偏向器の偏向反射面の副走査
断面内の曲率半径を走査中心位置から走査端部にかけて
連続的に変化する形状としている為に副走査方向の像面
湾曲も非常に良好に補正されていることが解る。

【０１２４】表−３に本発明の実施形態３の光走査光学
系の諸特性を示す。

【０１２５】

【表３】

【０１２６】［実施形態４］図１６は本発明の実施形態
４の光走査光学系の主走査方向の要部断面図（主走査断
面図）である。同図において図１に示した要素と同一要
素には同符番を付している。

【０１２７】本実施形態において前述の実施形態３と異
なる点は、光偏向器４の偏向反射面４ａの副走査断面内
の形状を凸面の非円弧形状より形成している点である。
その他の構成及び光学的作用は実施形態３と略同様であ
り，これにより同様な効果を得ている。

【０１２８】即ち、光偏向器４の偏向反射面４ａの形状
は各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
に、

【０１２９】

【数１９】

【０１３０】なる式で表される。

【０１３１】なお、ｒ₀は近軸曲率半径、ｋ、Ｂ₄〜Ｂ₁₀
は非球面係数である。

【０１３２】且つ、各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軸としたときに、主走査方向のレンズ面座標がｙで
あるところの副走査断面内の近軸曲率半径ｒ₀′が、

【０１３３】

【数２０】

【０１３４】なる式で表わされる形状をしている。

【０１３５】なお、r₀は光軸上における近軸曲率半径、
Ｄ₂〜Ｄ₁₀は各係数であり、Ｄ₂〜Ｄ ₁₀の値に従って副走
査断面内の近軸曲率半径が、走査中心位置から走査端部
にかけて連続的に変化している形状となっている。

【０１３６】前述の実施形態３のように光偏向器の偏向
反射面の副走査断面内の曲率半径を走査中心位置から走
査端部にかけて連続的に変化する形状とすると、全有効
走査域全域において副走査像面湾曲を補正し、被走査面
上において良好な集光状態を得ることができるが、主走
査断面と副走査断面の中間のアジムスにおける波面収差
が劣化しやすくなる。

【０１３７】そこで本実施形態においては光偏向器４の
偏向反射面４ａの副走査断面の形状を非円弧形状とする
ことによって、主走査断面と副走査断面の中間のアジム
スにおける波面収差を良好に補正している。

【０１３８】本実施形態における各像高毎の（Ｌ′／
Ｌ）×（Ｄ／Ｄ′）×（１／cosα）の値、各像高毎の

【０１３９】

【数２１】

【０１４０】の値、及び主走査方向・副走査方向の像面
湾曲特性は実施形態３と同様であり、被走査面８上にお
ける主走査方向のスポット径の不均一及びｆθ特性も良
好に補正されており、高品位の画像出力を得るのに好適
な光走査光学系を提供することを可能としている。

【０１４１】図１７は主走査断面と副走査断面の中間の
アジムスにおける波面収差を示す図である。

【０１４２】主走査断面をアジムス０度、副走査断面を
アジムス９０度としたとき、その中間の４５度方向のア
ジムスにおける２本のマージナル光線の波面収差をそれ
ぞれＷＡｕ、ＷＡｌとし、波面収差のコマ成分：ＷＡco
ma＝（ＷＡｕ−ＷＡｌ）／２をプロットしている。

【０１４３】点線は前記実施形態３における波面収差の
コマ成分、実線は本実施形態における波面収差のコマ成
分である。

【０１４４】本実施形態においては光偏向器４の偏向反
射面４ａの副走査断面内の形状を非円弧形状とすること
によって波面収差のコマ成分が補正されていることが解
る。

【０１４５】表−４に本発明の実施形態４の光走査光学
系の諸特性を示す。

【０１４６】

【表４】

【０１４７】［画像形成装置］図１８は、前述した実施
形態１、２、３又は４の光走査装置を用いた画像形成装
置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査断面内
における要部断面図である。図１８において、符号１０
４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４に
は、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコ
ードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、
装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像デ
ータ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像デー
タＤｉは、各実施形態１、２、３、４で示した構成を有
する光走査ユニット１００に入力される。そして、この
光走査ユニット（光走査装置）１００からは、画像デー
タＤｉに応じて変調された光ビーム（光束）１０３が射
出され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１
の感光面が主走査方向に走査される。

【０１４８】静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム
１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させら
れる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の
感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交す
る副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方に
は、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電
ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。
そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラ
ム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって
走査される光ビーム１０３が照射されるようになってい
る。

【０１４９】先に説明したように、光ビーム１０３は、
画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビー
ム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表
面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光
ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１
の回転断面内における下流側で感光ドラム１０１に当接
するように配設された現像器１０７によってトナー像と
して現像される。

【０１５０】現像器１０７によって現像されたトナー像
は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対
向するように配設された転写ローラ（転写器）１０８に
よって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１
１２は感光ドラム１０１の前方（図１８において右側）
の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しで
も給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給
紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９
内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。

【０１５１】以上のようにして、未定着トナー像を転写
された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１
８において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内
部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３
とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加
圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から撒送さ
れてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１
１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙
１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ロ
ーラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されてお
り、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せ
しめる。

【０１５２】図１８においては図示していないが、プリ
ントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換
だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部
や、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制
御を行う。

【０１５３】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く正弦振動を行
う光偏向器の偏向反射面の主走査断面内の形状を凸面形
状とし、光偏向器の正弦振動の振動中心軸と偏向反射面
が同一の位置に存在しないように構成することにより、
主走査方向のＦｎｏの変化を少なくすることができ、ま
た小型で簡易な構成であるにも拘わらずスポット径が均
一で高画質化に対応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の光走査光学系の主走査
方向の要部断面図

【図２】 本発明の実施形態１の光偏向器の偏向反射面
の形状を示す図

【図３】 本発明の実施形態１の光走査光学系を説明す
る図

【図４】 本発明の実施形態１の光走査光学系を説明す
る図

【図５】 本発明の実施形態１の光走査光学系の主走査
方向のスポット径比率を示す図

【図６】 本発明の実施形態１の光走査光学系のｆθ特
性を示す図

【図７】 本発明の実施形態１の光走査光学系の像面湾
曲を示す図

【図８】 本発明の実施形態２の光走査光学系の主走査
方向の要部断面図

【図９】 本発明の実施形態２の光走査光学系の主走査
方向のスポット径比率を示す図

【図１０】 本発明の実施形態２の光走査光学系のｆθ
特性を示す図

【図１１】 本発明の実施形態２の光走査光学系の像面
湾曲を示す図

【図１２】 本発明の実施形態３の光走査光学系の主走
査方向の要部断面図

【図１３】 本発明の実施形態３の光走査光学系の主走
査方向のスポット径比率を示す図

【図１４】 本発明の実施形態３の光走査光学系のｆθ
特性を示す図

【図１５】 本発明の実施形態３の光走査光学系の像面
湾曲を示す図

【図１６】 本発明の実施形態４の光走査光学系の主走
査方向の要部断面図

【図１７】 本発明の実施形態３及び４の光走査光学系
の波面収差を示す図

【図１８】 本発明の走査光学系を用いた画像形成装置
（電子写真プリンタ）の構成例を示す副走査断面図

【符号の説明】

１ 光源（半導体レーザー） ２ 集光レンズ ３ シリンドリカルレンズ ４ 光偏向器 ５ 開口絞り ６ 光偏向器の軸 ７ 補正レンズ ８ 被走査面 １１ 入射光学系 １００ 光走査装置 １０１ 感光ドラム １０２ 帯電ローラ １０３ 光ビーム １０４ 画像形成装置 １０７ 現像装置 １０８ 転写ローラ １０９ 用紙カセット １１０ 給紙ローラ １１１ プリンタコントローラ １１２ 転写材（用紙） １１３ 定着ローラ １１４ 加圧ローラ １１５ モータ １１６ 排紙ローラ １１７ 外部機器

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射した光束の状態を集光レン
   ズで他の状態に変換する第１の光学系、該変換された光
   束を主走査方向に偏向走査する光偏向器、該光偏向器に
   よって偏向走査された光束が被走査面上にスポット状に
   結像され走査される光走査光学系において、 該光偏向器は正弦振動を行うものであって、該光偏向器
   の正弦振動の振動中心軸は偏向反射面以外に存在し、該
   光偏向器によって偏向反射された光束が、該被走査面上
   の走査中心点に向かうときの偏向反射点から該被走査面
   上の走査中心点までの距離をｌ、 該光偏向器によって偏向反射された光束が、該被走査面
   上の走査中心点に向かうときの該偏向反射面に入射する
   光束の主走査方向の光束幅をＤ、 該光偏向器によって偏向反射された光束が、該被走査面
   上の走査中心以外の任意の点に向かうときの該偏向反射
   点から該被走査面上の光束到達点までの距離をｌ′、 該光偏向器によって偏向反射された光束が、該被走査面
   上の走査中心以外の任意の点に向かうときの該偏向反射
   面に入射する光束の主走査方向の光束幅をＤ′、 該光偏向器によって偏向反射された光束の主光線が、該
   被走査面上の走査中心以外の任意の点に向かうときの主
   走査断面における被走査面の法線との成す角度をαとし
   たとき、 【数１】 なる条件を満足することを特徴とする光走査光学系。
2. 【請求項２】 前記光偏向器の偏向反射面は主走査断面
   内において凸面形状であ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】 前記凸面形状は、円弧形状であることを
   特徴とする請求項２記載の光走査光学系。
4. 【請求項４】 前記凸面形状は、非円弧形状であること
   を特徴とする請求項２記載の光走査光学系。
5. 【請求項５】 前記円弧形状の曲率半径をＲ、 前記光偏向器の振動中心軸と偏向反射面との中心までの
   距離をｄ、 前記光偏向器の正弦振動の最大振幅をφｍａｘ、角振動
   数をω、時間をｔとするとき、 【数２】 なる条件を満足することを特徴とする請求項３記載の光
   走査光学系。
6. 【請求項６】 前記非円弧形状の近軸曲率半径をＲ₀、 前記光偏向器の振動中心軸と偏向反射面との中心までの
   距離をｄ、 前記光偏向器の正弦振動の最大振幅をφｍａｘ、角振動
   数をω、時間をｔとするとき、 【数３】 なる条件を満足することを特徴とする請求項４記載の光
   走査光学系。
7. 【請求項７】 前記光偏向器からの反射光束が直接、前
   記被走査面に入射することを特徴とする請求項５又は６
   記載の光走査光学系。
8. 【請求項８】 前記光偏向器の偏向反射面は副走査断面
   内において凸面形状であ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】 前記凸面形状は、円弧形状であることを
   特徴とする請求項８記載の光走査光学系。
10. 【請求項１０】 前記円弧形状の曲率半径は、走査中心
    位置から走査端部にかけて連続的に変化していることを
    特徴とする請求項９記載の光走査光学系。
11. 【請求項１１】 前記凸面形状は、非円弧形状であるこ
    とを特徴とする請求項８記載の光走査光学系。
12. 【請求項１２】 前記非円弧形状の近軸曲率半径は、走
    査中心位置から走査端部にかけて連続的に変化している
    ことを特徴とする請求項１１記載の光走査光学系。
13. 【請求項１３】 前記光源から出射する光束の波長が５
    ００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１２
    の何れか１項に記載の光走査光学系。
14. 【請求項１４】 請求項１乃至１３の何れか１項に記載
    の光走査光学系を用い、レーザーの発光基板と共に１つ
    の筐体に収めユニットとしたことを特徴とする光走査装
    置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の光走査装置と、前記
    被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査
    された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像
    をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー
    像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像
    を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴と
    する画像形成装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４記載の光走査装置と、外部
    機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前
    記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを
    有していることを特徴とする画像形成装置。