JP2003279879A - 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】 小型で簡易な構成であるにも拘わらず被走査
面上におけるスポット径が均一であり、かつ高画質化に
対応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１から出射した光束の光束状態を変
化させて出射させる第１の光学系２と、該第１の光学系
から出射した光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器
５と、該光偏向器によって偏向走査された光束を被走査
面７上に導光する結像光学系６と、を有する光走査光学
系において、該光偏向器は互いに異なる振動周期の正弦
振動を行う少なくとも２枚の偏向反射面５１，５２を有
すること。

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ることにより、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り、か
つ高画質化に対応できる、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やデジタル複写機やマルチ
ファンクションプリンタ（多機能プリンタ）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（及び光走査装置）が
種々と提案されている。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は、ポリゴンミラー等
の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、光偏向
器を大幅に小型化することが可能であること、消費電力
が少ないこと、特に半導体プロセスによって製造される
Ｓｉ単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐
久性にも優れていること、等の特徴がある。

【０００３】一方、正弦振動を行う光偏向器によって反
射偏向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、通常結像光学系（結像レンズ）としてａｒｃｓ
ｉｎレンズを用いることが多い。

【０００４】このａｒｃｓｉｎレンズを使用し、かつ正
弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系が、例え
ば特開平９−２３０２７６号公報、特開平９−２３０２
７７号公報、特開平９−２３０２７８号公報、特開平９
−２３０２７９号公報等で種々と提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に回転多面鏡を使
用した光走査光学系に用いられる結像レンズは、偏向反
射面によって等角速度で反射偏向された光束を被走査面
上で等速走査に変換する為の所謂ｆθレンズが使用され
ている。

【０００６】一方、正弦振動を行う光偏向器を使用する
光走査光学系においては、偏向反射面によって反射偏向
された光束が正弦的に角速度が変化してしまう為、結像
レンズとして従来のｆθレンズを使用してしまうと、被
走査面上において等速走査させることが出来なくなって
しまう。よって正弦振動を行う光偏向器を使用する光走
査光学系においては、正弦的に角速度が変化する光束を
被走査面上において等速走査に変換する為の所謂ａｒｃ
ｓｉｎレンズという結像レンズが用いられている。

【０００７】ところが上記ａｒｃｓｉｎレンズには、走
査中心に対して走査端部の主走査方向のＦｎｏ(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。

【０００８】具体的には走査中心部の主走査方向のスポ
ット径に対して走査端部の主走査方向のスポット径が大
きくなってしまう。これは正弦的に角速度が変化する光
束を被走査面上において等速度に走査させる為に生ずる
現象である。

【０００９】上記従来の正弦振動を行う光偏向器を使用
する光走査光学系におけるこのような現象は、ディスプ
レイ等の用途に使用する場合においては大きな問題とは
ならないが、レーザービームプリンタやデジタル複写機
やマルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に使
用する場合においては、無視することの出来ない大きな
問題点となる。

【００１０】被走査面上においてスポット径にバラツキ
があると、ハーフトーンの画像における諧調再現性の劣
化・場所による細線の幅の再現性の劣化等といった不具
合が生じてしまう。その為、上記従来の正弦振動を行う
光偏向器を使用する光走査光学系を用いた画像形成装置
に於いては、高解像度・高品位の画像出力を達成出来な
くなってしまう。これは正弦振動を行う光偏向器を使用
する光走査光学系を用いた場合においては避けられない
問題点であった。

【００１１】従って、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（及び光走査装
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るという問題点があった。

【００１２】本発明は主走査方向のＦｎｏ(Ｆナンバー)
の変化を少なくし、小型で簡易な構成であるにも拘わら
ず被走査面上におけるスポット径が均一であり、かつ高
画質化に対応できる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。

【００１３】

【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光束状態を変化させ
て出射させる第１の光学系と、該第１の光学系から出射
した光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、該光
偏向器によって偏向走査された光束を被走査面上に導光
する結像光学系と、を有する光走査光学系において、該
光偏向器は互いに異なる振動周期の正弦振動を行う少な
くとも２枚の偏向反射面を有することを特徴としてい
る。

【００１４】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記少なくとも２枚の偏向反射面は、正弦振動の最
大振幅がそれぞれ異なっており、該少なくとも２枚の偏
向反射面によって反射偏向された光束の角速度が略等角
速度で略１次元方向に偏向走査される領域を有すること
を特徴としている。

【００１５】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、前記結像光学系は、前記光偏向器によって略等角速
度で略１次元に偏向走査された光束を前記被走査面上に
おいて略等速度に変換していることを特徴としている。

【００１６】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、前記光源から出射する光束の変調周波数を前記光偏
向器で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変
化させることを特徴としている。

【００１７】請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか
１項の発明において、前記結像光学系は、前記光偏向器
の略等角速度から生ずる被走査面上における等速誤差と
逆方向の等速誤差を含んだｆθ特性を有していることを
特徴としている。

【００１８】請求項６の発明は請求項１乃至５の何れか
１項の発明において、前記被走査面上の走査中心以外の
任意の位置における主走査方向の光束の結像スポット径
をφｍ₁、走査中心位置における主走査方向の光束の結
像スポット径をφｍ₀とするとき、 ０．８×φｍ₀≦φｍ₁≦１．２×φｍ₀ の条件式を満足することを特徴としている。

【００１９】請求項７の発明は請求項１乃至６の何れか
１項の発明において、前記光源は、２つ以上の発光点を
有していることを特徴としている。

【００２０】請求項８の発明は請求項１乃至７の何れか
１項の発明において、前記結像光学系の走査中心以外の
任意の走査角における副走査方向の横倍率をβｓ₁、走
査中心位置における副走査方向の横倍率をβｓ₀とする
とき、 −０．２５≦（βｓ₁−βｓ₀）／βｓ₀≦０．２５ の条件式を満足することを特徴としている。

【００２１】請求項９の発明は請求項１乃至８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３５０〜５００ｎｍの範囲であることを特徴としてい
る。

【００２２】請求項１０の発明の画像形成装置は、請求
項１乃至９の何れか１項の光走査光学系と、被走査面に
配置された感光体と、該光走査光学系で走査された光ビ
ームによって該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、該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、外部機器から入力されたコ
ードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に出力
せしめるプリンタコントローラと、を有することを特徴
としている。

【００２３】請求項１１の発明のレーザービームプリン
タは、請求項１乃至９の何れか１項の光走査光学系を用
いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光
する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は本発明の光
走査光学系の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主
走査断面図）である。

【００２５】尚、本明細書において光偏向器によって光
束が反射偏向（偏向走査）される方向を主走査方向、結
像光学系の光軸及び主走査方向と直交する方向を副走査
方向と定義する。

【００２６】同図において１は光源であり、例えば半導
体レーザー等より成っている。２は第１の光学系として
のコリメーターレンズであり、光源１から出射された光
束を略平行光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）
に変換している。３は開口絞りであり、通過光束を制限
してビーム形状を整形している。４はシリンドリカルレ
ンズであり、副走査方向にのみ所定のパワーを有してお
り、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述す
る光偏向器５の第１の偏向反射面５１と第２の偏向反射
面５２の中間位置近傍にほぼ線像として結像させてい
る。尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、そしてシ
リンドリカルレンズ４等の各要素は入射光学手段８の一
要素を構成している。

【００２７】５は光偏向器であり、互いに異なる振動周
期の正弦振動を行う第１、第２の２枚の偏向反射面５
１、５２を有している。本実施形態における第１、第２
の偏向反射面５１、５２は、正弦振動の最大振幅がそれ
ぞれ異なっており、該第１、第２の偏向反射面５１、５
２によって反射偏向された光束の角速度が略等角速度で
略１次元方向に偏向走査される領域を有している。

【００２８】６は結像光学系（ｆθレンズ）であり、第
１、第２の２枚の結像レンズ６１，６２を有している。
本実施形態における結像光学系６は光偏向器５によって
略等角速度で略１次元に偏向走査された光束を被走査面
７上において略等速度に変換している。

【００２９】７は被走査面としての感光ドラム面であ
る。

【００３０】本実施形態において半導体レーザー１から
出射した光束はコリメーターレンズ２により略平行光束
に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）が制限
され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリン
ドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断
面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断
面内においては収束して光偏向器５の第１の偏向反射面
５１と第２の偏向反射面５２の中間位置近傍にほぼ線像
（主走査方向に長手の線像）として結像している。そし
て第１、第２の偏向反射面５１、５２で主走査方向に反
射偏向された光束は第１、第２の結像レンズ６１，６２
により感光ドラム面７上にスポット状に結像され、略等
角速度で略１次元に偏向走査される。これにより記録媒
体としての感光ドラム面７上に画像記録を行っている。

【００３１】本実施形態における光偏向器５は前述の如
く第1、第２の２枚の偏向反射面５１、５２から構成さ
れており、共に正弦振動をしている。更に第1、第２の
偏向反射面５１、５２は、その正弦振動の最大振幅と振
動周期がそれぞれ異なっている。

【００３２】第１の偏向反射面５１は、最大振幅±φ
_1maxの範囲で主走査方向に往復振動しており、その振動
角φ₁が角振動数ω₁、時間ｔによって、 φ₁＝φ_1maxｓｉｎ（ω₁ｔ） で表わされる正弦振動を行っている。

【００３３】第２の偏向反射面５２は、最大振幅±φ
_2maxの範囲で主走査方向に往復振動しており、その振動
角φ₂が角振動数ω₂、時間ｔによって、 φ₂＝φ_2maxｓｉｎ（ω₂ｔ） で表わされる正弦振動を行っている。

【００３４】ここで第１、第２の偏向反射面５１、５２
で反射偏向される光束について説明する。まず第１の偏
向反射面５１で反射偏向された光束は、該第１の偏向反
射面５１の振動角φ₁の２倍の角度で反射偏向される。
その偏向反射角θ₁は時間ｔの関数として表され、 θ₁＝２φ₁＝２φ_1maxｓｉｎ（ω₁ｔ） となる。

【００３５】次に上記偏向反射角θ₁で反射偏向された
光束は第２の偏向反射面５２によってさらに該第２の偏
向反射面５２の振動角φ₂の２倍の角度で反射偏向され
る。第２の偏向反射面５２のみよって偏向される偏向反
射角θ₂は時間ｔの関数として、 θ₂＝２φ₂＝２φ_2maxｓｉｎ（ω₂ｔ） と書き表されるから、第１、第２の偏向反射面５１、５
２による合成の偏向反射角θは時間ｔの関数として、 θ＝θ₁＋θ₂＝２φ_1maxｓｉｎ（ω₁ｔ）＋２φ_2maxｓ
ｉｎ（ω₂ｔ） と書き表される。

【００３６】ここで、上記φ_1max、φ_2max、ω₁、ω₂の
各値を適当に選択すると、第１、第２の偏向反射面５
１、５２による合成の偏向反射角は、その１周期のうち
の、ある一部分において、実質的に、 θ＝ｋｔ＋α（ｋ、αは定数） と近似することが可能となる。即ち、略等角速度で反射
偏向される。

【００３７】図２は光偏向器によって反射偏向された光
束の偏向角度を説明する図である。図２の曲線ａは第１
の偏向反射面５１によって反射偏向された光束の偏向反
射角θ₁を、横軸を時間ｔとして、該第１の偏向反射面
５１の角振動数ω₁の振動周期０〜２πの範囲に相当す
る時間で表したグラフである。

【００３８】図２の曲線ｂは第２の偏向反射面５２のみ
によって反射偏向された光束の偏向反射角θ₂を、横軸
を時間ｔとして、第１の偏向反射面５１の角振動数ω₁
の振動周期０〜２πの範囲に相当する時間で表したグラ
フである。

【００３９】ここにおいて第１の偏向反射面５１の最大
振幅φ_1maxは±３６．６６３度、第２の偏向反射面５２
の最大振幅φ_2maxは±５．３９１度、該第２の偏向反射
面５２の角振動数ω₂はω₂＝２ω₁と設定する。

【００４０】図２の曲線ｃはこのようにφ_1max、
φ_2max、ω₁、ω₂の各値を設定した場合の第１、第２の
２枚の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角
を、横軸を時間ｔとして、第１の偏向反射面５１の角振
動数ω₁の振動周期０〜２πの範囲に相当する時間で表
したグラフである。

【００４１】同グラフから明らかに時間ｔ＝０．６５π
〜１．３５πの間において、実質的にθ＝ｋｔ＋α
（ｋ、αは定数）とみなして構わない部分（等角速度の
領域）が存在することが理解できる。

【００４２】上記の如く偏向反射角θがθ＝ｋｔ＋αと
みなせるということは、即ち、共に正弦振動を行ってい
る第１、第２の偏向反射面５１、５２によって反射偏向
された光束が略等角速度で反射偏向されているというこ
とを意味している。

【００４３】また光偏向器５と被走査面７との間には、
結像手段である結像光学系６が配置されている。第１、
第２の偏向反射面５１、５２によって上記の如く略等角
速度で反射偏向された光束は、結像光学系６によって被
走査面７上にスポット状に結像され、略等速度で走査さ
れる。

【００４４】このような構成をとった場合、結像レンズ
として、前述のａｒｃｓｉｎレンズを使用する必要はな
く、ｆθレンズを使用することが可能となることは容易
に理解出来よう。即ち、本実施形態においては、正弦振
動を行う光偏向器を使用しているにも拘わらず結像レン
ズとしてｆθレンズを使用することが可能となり、その
結果として、走査中心と走査端部の被走査面７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
う従来のａｒｃｓｉｎレンズを使用した場合の問題点を
完全に解消することが可能となっている。

【００４５】上記の如く結像レンズとしてｆθレンズを
使用した場合は、理論的に主走査方向のスポット径を均
一ならしめることが可能であるが、第1、第２の２枚の
偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θ（θ＝
θ₁＋θ₂＝２φ_1maxｓｉｎω ₁ｔ＋２φ_2maxｓｉｎω
₂ｔ）のθ＝ｋｔ＋αに対する誤差分、即ち等角速度誤
差分に相当する分だけ、被走査面７上を走査するスポッ
トに等速度誤差（即ち、ｆθ誤差）が発生することにな
る。

【００４６】このｆθ誤差が許容範囲に収まらない場合
は、前記図２における時間ｔ＝０．６５π〜１．３５π
の時間を短く設定して、φ_1max、φ_2max、ω₁、ω₂の各
値を、短く設定した上記時間に合わせて再度適当な値に
設定することによってｆθ誤差を小さくすることが可能
である。但し、その場合は、φ_1max、φ_2maxの値を比較
的大きく設定する必要が生じる。

【００４７】しかしながら正弦振動を行う光偏向器５に
おいては、その最大振幅φ_1maxと角振動数ω₁とはトレ
ードオフの関係にあり、走査スピードが遅くなってしま
う。このような場合、ｆθ誤差が許容範囲に収まるよ
う、光源１から出射する光束の変調周波数を光偏向器５
で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変化さ
せることが好ましい。

【００４８】尚、本実施形態においては、正弦振動を行
う偏向反射面を２枚使用することによって反射偏向され
る光束を略等角速度とする構成をとっているが、これに
限定されるものではなく、例えば、正弦振動を行う偏向
反射面を３枚以上使用することによって反射偏向される
光束を略等角速度とする構成としても良い。この場合
は、上記反射偏向された光束の等角速度誤差をさらに小
さくすることが可能となることは言うまでも無い。

【００４９】また本実施形態においてはコリメーターレ
ンズ２とシリンドリカルレンズ４等を用いずに、光源１
からの光束を直接開口絞り３を介して光偏向器５に導光
しても良い。

【００５０】また本実施形態においては結像光学系６を
２枚のレンズより構成したが、これに限らず、例えば単
一もしくは３枚以上のレンズより構成しても良い。

【００５１】［実施形態２］次に本発明の実施形態２に
ついて説明する。

【００５２】図３は本発明の光走査光学系の実施形態２
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。

【００５３】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、第２の２枚の偏向反射面５１、５２によ
って反射偏向された光束の合成の偏向反射角の等角速度
誤差分を考慮して結像光学系６を最適化することによ
り、被走査面７上において略等速度走査を実現したこと
である。その他の構成およ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。

【００５４】図４は図２の曲線ｃに示した第１、第２の
偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角で反射偏
向された光束を、例えば焦点距離１３６．２３６６ｍｍ
の理想的なｆθレンズで走査した場合のｆθ誤差を示し
ている。ここに於いて、横軸は時間であり、ｔ＝０．６
５π〜１．３５πの範囲である。縦軸はｆθ誤差であ
り、単位は％で示している。

【００５５】このｆθ誤差は前述した如く第１、第２の
２枚の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θ
（θ＝θ₁＋θ₂＝２φ_1maxｓｉｎω₁ｔ＋２φ_2maxｓｉ
ｎω₂ｔ）のθ＝ｋｔ＋αに対する誤差に起因して発生
するものである。

【００５６】図５は図４に於ける横軸の時間ｔを、第
１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射
角で表したグラフである。

【００５７】図４、図５から時間ｔ＝０．６５π〜１．
３５πの範囲（光束の偏向反射角にして±５６度相当）
に於けるｆθ誤差は、ほぼ１％以内に収まっていること
が解る。

【００５８】本実施形態に於いては、この第１、第２の
偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θの等角
速度誤差をも含んで、結像光学系６を最適化することに
よって、被走査面７上において略等速度走査を実現して
いる。

【００５９】具体的には光偏向器５による反射偏向で等
角速度誤差があると、理想的なｆθ特性を有する結像光
学系６を用いても被走査面７上において光束の走査に速
度差が生じる。

【００６０】そこで本実施形態では結像光学系６とし
て、このときの被走査面７上において発生する等速誤差
と逆方向の等速誤差を発生するｆθ特性を有するように
している。

【００６１】即ち、第１、第２の偏向反射面５１、５２
による合成の偏向反射角θの等角速度誤差分だけ、故意
に結像光学系６のｆθ特性をずらしてやることにより、
最終的に被走査面７上でのｆθ特性を良好な性能とする
訳である。

【００６２】具体的には第１、第２の偏向反射面５１、
５２による合成の偏向反射角θを、θ＝ｋｔ＋αと近似
したときにθ_max＝±45.73598度の範囲（時間にしてｔ
＝ｔ＝0.71875〜1.28125πの範囲）において上記の如き
手法にて各要素の設定を行っている。

【００６３】表−１に本発明の実施形態２に於ける光走
査光学系の諸特性を示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】結像光学系６は、前述の如く第１、第２の
２つの結像レンズ（ｆθレンズ）６１、６２から構成さ
れ、各レンズのレンズ面形状は、主走査断面内に於いて
は非球面形状であり、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、

【００６６】

【数１】

【００６７】なる式で表わされる。

【００６８】尚、Ｒは曲率半径、ｋ、Ｂ₄〜Ｂ₁₀は非球
面係数である。

【００６９】また副走査断面内の形状は、主走査方向の
レンズ面座標がＹであるところの、主走査断面内におけ
るレンズ面の法線を含みＸＹ平面と直行する面内におけ
る副走査断面形状が円弧形状であり、その曲率半径が、

【００７０】

【数２】

【００７１】なる式で表わされる形状をしている。

【００７２】尚、ｒは光軸上における曲率半径、Ｄ₂〜
Ｄ₁₀は各係数である。

【００７３】図６は本実施形態のｆθ誤差を示す収差図
である。先の図４、図５に示した１％程度のｆθ誤差を
結像光学系６のｆθ特性を故意にずらすことにより、図
６に示すように被走査面７上でのｆθ誤差を０．２％以
下という非常に少ない誤差に抑えている。

【００７４】また図７は本実施形態の主走査方向及び副
走査方向の像面湾曲特性を示す収差図である。

【００７５】図８は本実施形態に於ける被走査面７での
上主走査方向のスポット径の像高依存性を示す図であ
る。

【００７６】上述した如く第１、第２の偏向反射面５
１、５２による合成の偏向反射角を略等角速度となるよ
うにすることで、結像光学系６としてｆθレンズを使用
することが可能となっている為に、走査中心と走査端部
の被走査面７上における主走査方向のスポット径を均一
とすることが可能となっていることが解る。

【００７７】但し、本実施形態においては第１、第２の
偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角の等角速
度誤差分を結像光学系６のｆθ特性を故意にずらして補
正を行っている為に、厳密には被走査面７上における主
走査方向のスポット径が均一にはなっていない。図８か
ら解るように実際には５８μｍ〜６１μｍの範囲で主走
査方向のスポット径が弱冠変化している。

【００７８】この主走査方向のスポット径の変化は、第
１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射
角の等角速度誤差分を、どこまで結像光学系６によって
補正を行うかによって異なってくる。

【００７９】本実施形態においては、第１、第２の偏向
反射面５１、５２による合成の偏向反射角の等角速度誤
差分は約１％程度であり、この１％分を結像光学系６で
補正することによって主走査方向のスポット径の変化は
約５％発生していることになる。

【００８０】一般に被走査面７上においてスポット径に
バラツキがあると、ハーフトーンの諧調再現性の劣化・
場所による細線の幅の再現性の劣化等といった不具合が
生じる。特にスポット径のバラツキが２０％を超える
と、上記不具合が顕著に現われる為、高解像度・高品位
の画像形成装置を達成出来なくなってしまう。

【００８１】そこで本実施形態においては被走査面７上
の走査中心以外の任意の位置における主走査方向の光束
の結像スポット径をφｍ₁、走査中心位置における主走
査方向の光束の結像スポット径をφｍ₀とするとき、 ０．８×φｍ₀≦φｍ₁≦１．２×φｍ₀‥‥‥（１） の条件式（１）を満足するように結像光学系６によって
補正を行うことによって、第１、第２の偏向反射面５
１、５２による合成の偏向反射角の等角速度誤差分を設
定している。

【００８２】本実施形態においては上記φｍ₀が５９．
２４８８μｍ、φｍ₁の最大値が６０．７５４１μｍ、
φｍ₁の最小値が５８．２６４３μｍ、となっており、
上記条件式（１）を十分に満足していることが解る。

【００８３】尚、各実施形態１、２において、光源１の
半導体レーザーを単一の発光点からなるものとして構成
しても良いし、複数の発光点から構成されるモノリシッ
クマルチビーム半導体レーザーで構成しても良い。また
単一の発光点からなる半導体レーザーを複数使用し、ビ
ーム合成手段等により複数ビーム光源として構成しても
良い。

【００８４】また正弦振動を行う光偏向器を使用する場
合は、その偏向反射面が１面しか存在しない為、従来の
ポリゴンミラーに比べ面数が少ない分、振動周波数を上
げる必要が生じる。光源として複数の発光点から成る複
数光源を使用することにより、振動周波数を上げずに高
速プリントが可能な画像形成装置を達成出来る為、光源
としては、少なくとも２つ以上の発光点からなる複数光
源で構成されていることが望ましい。

【００８５】［実施形態３］そこで本発明の実施形態３
としては、光源としてモノリシックなマルチビーム半導
体レーザーを使用する構成としている。

【００８６】本実施形態における光源の発光点数は２つ
であり、その発光点間隔は８０μｍである。光走査光学
系の諸特性は上記表−１に記したものと同一である。

【００８７】本実施形態における光走査光学系の光源１
から被走査面７に至る全系の副走査方向の結像倍率（副
走査倍率）は４．９５５０６倍である。従って、被走査
面７上において、２つの発光点から出射した光束が副走
査方向にピッチ間隔４２．３３μｍ（６００ＤＰＩ）だ
け離れて結像するようにモノリシックなマルチビーム半
導体レーザーを時計回りに６．１３０５度だけ回転して
配置する構成としている。

【００８８】本実施形態の如く被走査面７上において一
度に同時に複数の光束を走査する場合には、結像光学系
６の副走査倍率が走査角度の如何に関わらず一定である
ことが必要である。何故なら結像光学系６の副走査倍率
が走査角により異なっていると、走査域全域において所
望の副走査方向のピッチ間隔を維持出来ず、高解像度・
高品位の画像形成装置を達成出来なくなってしまうから
である。

【００８９】本発明者らの検討によると被走査面７上に
おける複数ビームのピッチ間隔誤差が、所望のピッチ間
隔の１／４以上の場合に顕著に画像を劣化させることが
判明している。

【００９０】即ち、解像度６００ＤＰＩであれば所望の
副走査方向のピッチ間隔４２．３３μｍに対して、その
１／４である１０．６μｍ以上の誤差が発生した場合に
出力画像の劣化が顕著となる。

【００９１】よって本実施形態における結像光学系６
は、該結像光学系６の走査中心以外の任意の走査角にお
ける副走査方向の横倍率をβｓ₁、走査中心位置におけ
る副走査方向の横倍率をβｓ₀とするとき、 −０．２５≦（βｓ₁−βｓ₀）／βｓ₀≦０．２５‥‥‥（２） の条件式（２）を満足するように各要素を設定してい
る。

【００９２】図９に本実施形態における結像光学系６の
上記条件式（２）の各像高に於ける値を示す。図９から
解るように本実施形態に於いては副走査方向の横倍率が
走査角によらず非常に均一に揃っており、複数ビームに
対して好適な構成となっている。

【００９３】尚、本実施形態においては、発光点の数を
２と仮定して説明したが、これに限定されるものでは無
く、むしろ発光点数が３つ以上のときに対してより一層
の効果が期待できるものである。

【００９４】また被走査面７上における結像スポットの
スポット径Φは、以下の式（３）で示されるように走査
光学系のＦｎｏと使用波長とで決定される。

【００９５】Φ＝ｋ×Ｆｎｏ×λ‥‥‥（３） ここにおいて、ｋは定数、λは使用波長である。

【００９６】最近は高解像度・高品位の画像出力の要求
から被走査面７上における結像スポットのスポット径Φ
を小さくすることが求められている。

【００９７】一方、上式（３）から解るようにスポット
径Φを小さくする為には、Ｆｎｏを小さくするか、使用
波長λを短くする必要がある。

【００９８】Ｆｎｏを小さくするということは光束幅を
広くするのと同義であり、これは即ち、正弦振動を行う
光偏向器の偏向反射面を大きくすることを意味する。と
ころが、正弦振動を行う光偏向器に於いては、偏向反射
面の大きさを大きくすると振動周波数を上げることが出
来ず、一般的に高速プリントに対しては不利となる。

【００９９】一方、最近に於いては波長の短い半導体レ
ーザー等の開発が加速され、レーザービームプリンタや
デジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等の画
像形成装置に十分適用可能な状況になりつつある。さら
に被走査面７上における結像スポット径Φを小さくした
場合、スポットの深度幅は短くなるが、その幅はＦｎｏ
の２乗に比例し、波長λの１乗に比例する。即ち、被走
査面７上における結像スポットのスポット径Φを小さく
する手段としては使用波長を短くすることが好ましい。
特に本実施形態のような正弦振動を行う光偏向器を使用
する光走査光学系に於いては偏向反射面を大きくする必
要が無く、高速プリントに対して有利であるという理由
から、波長の短い光源を用いてスポット径Φを小さくす
ることによって、高解像度・高品位の画像出力が得られ
る画像形成装置を達成することが可能となる。

【０１００】光源の波長としては３５０〜５００ｎｍの
範囲の波長の光源を使用することが好ましい。

【０１０１】［実施形態４］そこで本発明の実施形態４
としては、光源として３５０〜５００ｎｍの範囲の波長
のものを使用する。尚、本実施形態では波長５００ｎｍ
の光源を使用している。

【０１０２】前述した実施形態２に於ける主走査方向の
結像スポット径は図８に示される如く約６０μｍである
が、光源として５００ｎｍの波長のものを使用すれば、
光偏向器の偏向反射面の大きさを全く変えることなく４
０μｍ以下のスポット径が得られる。４０μｍというス
ポット径は高解像度・高品位の画像出力に対しては十分
な効果が得られるスポット径である。

【０１０３】またスポットの深度幅に関しては、例えば
波長を短くせずＦｎｏを小さくすることによって４０μ
ｍ以下のスポット径を実現した場合、その深度幅はもと
の深度幅の４割に減少してしまうのに対し、波長を短く
することによって４０μｍ以下のスポット径を実現した
場合、その深度幅はもとの深度幅の６割に減少するだけ
である。

【０１０４】これは即ち、波長を短くすることによって
４０μｍ以下のスポット径を実現した場合の方がピント
ずれに対する許容度が大きいということであり、各光学
部品の加工精度、走査光学系ユニットの組み立て精度を
極端に高精度にしなくても、高解像度・高品位の画像出
力が可能な画像形成装置を達成することが可能となる。

【０１０５】［カラー画像形成装置］図１０は本発明の
実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本
実施形態は、光走査装置（光走査光学系）を４個並べ各
々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を
記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
図１０において、６０はカラー画像形成装置、１１，１
２，１３，１４は各々実施形態１、２、３、４に示した
いずれかの構成を有する光走査装置、２１，２２，２
３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３
２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトであ
る。尚、図１０においては現像器で現像されたトナー像
を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写された
トナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを
有している。

【０１０６】図１０において、カラー画像形成装置６０
には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ
（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号
が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコン
トローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼン
タ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ
（ドットデータ）に変換される。これらの画像データ
は、それぞれ光走査装置１１，１２，１３，１４に入力
される。そして、これらの光走査装置からは、各画像デ
ータに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４
４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２
１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査され
る。

【０１０７】本実施態様におけるカラー画像形成装置は
光走査装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各
々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、
Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラ
ム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）
を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。

【０１０８】本実施態様におけるカラー画像形成装置は
上述の如く４つの光走査装置１１，１２，１３，１４に
より各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色
の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２
４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して
１枚のフルカラー画像を形成している。

【０１０９】前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤ
センサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良
い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー
画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成さ
れる。

【０１１０】尚、本発明ではカラー画像形成装置に実施
形態１又は２の光走査装置を適用したが、もちろんモノ
クロ画像形成装置に適用しても良い。

【０１１１】

【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を少なくとも２面使用し、その
正弦振動の最大振幅と振動周期をそれぞれ異ならせるこ
とにより、反射偏向された光束を略等角速度で反射偏向
させ、結像レンズとしてｆθレンズの使用を可能とする
ことにより、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
従来のａｒｃｓｉｎレンズを使用した場合の問題点を完
全に解消することができ、さらに小型で簡易な構成であ
るにも拘わらず被走査面上におけるスポット径が均一で
あり、かつ高画質化に対応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の光走査光学系におけ
る、光偏向器によって反射偏向された光束の偏向角度を
説明する図

【図３】 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４】 本発明の実施形態２の光走査光学系におけ
る、光偏向器によって反射偏向された光束のｆθ誤差を
示す図

【図５】 本発明の実施形態２の光走査光学系におけ
る、光偏向器

【図６】本発明の実施形態２の光走査光学系のｆθ誤差
を示す図

【図７】本発明の実施形態２の光走査光学系の主走査及
び副走査の像面湾曲特性を示す図

【図８】本発明の実施形態２の光走査光学系の上主走査
方向のスポット径の像高依存性を示す図

【図９】本発明の実施形態３の光走査光学系の、走査結
像レンズの副走査方向における横倍率の均一性を示す図

【図１０】本発明のカラー画像形成装置の実施形態を示
す副走査方向の要部断面図

【符号の説明】

１ 光源（半導体レーザー） ２ コリメータ−レンズ ３ 開口絞り ４ シリンドリカルレンズ ５ 光偏向器 ５１ 第１の偏向反射面 ５２ 第２の偏向反射面 ６ 結像光学系 ７ 被走査面 １１、１２、１３、１４‥‥光走査装置 ２１、２２、２３、２４‥‥像担持体（感光ドラム） ３１、３２、３３、３４‥‥現像器 ４１‥‥搬送ベルト ５１‥‥マルチビームレーザー ５２‥‥外部機器 ５３‥‥プリンタコントローラ ６０‥‥カラー画像形成装置

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射した光束の光束状態を変化
   させて出射させる第１の光学系と、該第１の光学系から
   出射した光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、
   該光偏向器によって偏向走査された光束を被走査面上に
   導光する結像光学系と、を有する光走査光学系におい
   て、 該光偏向器は互いに異なる振動周期の正弦振動を行う少
   なくとも２枚の偏向反射面を有することを特徴とする光
   走査光学系。
2. 【請求項２】 前記少なくとも２枚の偏向反射面は、正
   弦振動の最大振幅がそれぞれ異なっており、該少なくと
   も２枚の偏向反射面によって反射偏向された光束の角速
   度が略等角速度で略１次元方向に偏向走査される領域を
   有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】 前記結像光学系は、前記光偏向器によっ
   て略等角速度で略１次元に偏向走査された光束を前記被
   走査面上において略等速度に変換していることを特徴と
   する請求項２記載の光走査光学系。
4. 【請求項４】 前記光源から出射する光束の変調周波数
   を前記光偏向器で反射偏向される光束の走査角に応じて
   連続的に変化させることを特徴とする請求項３記載の光
   走査光学系。
5. 【請求項５】 前記結像光学系は、前記光偏向器の略等
   角速度から生ずる被走査面上における等速誤差と逆方向
   の等速誤差を含んだｆθ特性を有していることを特徴と
   する請求項１乃至４の何れか１項に記載の光走査光学
   系。
6. 【請求項６】 前記被走査面上の走査中心以外の任意の
   位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφｍ
   ₁、走査中心位置における主走査方向の光束の結像スポ
   ット径をφｍ₀とするとき、 ０．８×φｍ₀≦φｍ₁≦１．２×φｍ₀ の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の
   何れか１項に記載の光走査光学系。
7. 【請求項７】 前記光源は、２つ以上の発光点を有して
   いることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記
   載の光走査光学系。
8. 【請求項８】 前記結像光学系の走査中心以外の任意の
   走査角における副走査方向の横倍率をβｓ₁、走査中心
   位置における副走査方向の横倍率をβｓ₀とするとき、 −０．２５≦（βｓ₁−βｓ₀）／βｓ₀≦０．２５ の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７の
   何れか１項に記載の光走査光学系。
9. 【請求項９】 前記光源から出射する光束の波長が３５
   ０〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１
   乃至８の何れか１項に記載の光走査光学系。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の何れか１項の光走査
    光学系と、被走査面に配置された感光体と、該光走査光
    学系で走査された光ビームによって該感光体上に形成さ
    れた静電潜像をトナー像として現像する現像器と、該現
    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、外部
    機器から入力されたコードデータを画像信号に変換して
    前記光走査装置に出力せしめるプリンタコントローラ
    と、を有することを特徴とする画像形成装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至９の何れか１項の光走査
    光学系を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに
    光束を導光することを特徴とするレーザービームプリン
    タ。