JP2635604B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザプリンタ等において用いられ、光ビ
ームによる走査を行わせるための光走査装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

光ビームを用いた光走査装置において、光ビームの偏
向装置として、回転多面鏡等その反射面が回転軸に対し
て倒れ得るものを用いる場合には、この反射面の倒れ
（以下、面倒れという）によって光ビームが走査方向と
垂直な方向にずれ、走査線のピッチむらを生じる。

尚、以下において、光ビームの走査方向を主走査方
向、光ビームの走査方向に対し垂直な方向を副走査方向
と呼ぶことにする。更にまた、偏向装置により偏向され
た光ビームが偏向に伴って経時的に形成する面を走査面
と呼び、これに対し、感光ドラム等、被走査媒体上の面
を被走査面と呼ぶことにする。

さて、上記の様な面倒れを補正するために、副走査方
向断面（即ち、主走査方向に対し垂直な断面において、
上記偏向装置の反射面と被走査面（例えば、感光ドラム
面等）とが共役な関係（即ち、反射面にて光ビームが集
束する場合には必ず被走査面においても光ビームが集束
するような関係）となるような特性を有した結像光学系
を用いることは、例えば、特公昭52−28666号公報等に
より、よく知られている。

また、上記結像光学系には、その他にも、主走査方向
断面において、光ビームが被走査面上を等速度で走査す
るよう、歪曲収差を補正するような特性、いわゆるｆ・
θ特性を有すると共に、被走査面上の光ビームの大きさ
が操作位置によらず均一となるよう、主走査方向の像面
湾曲（以下、主走査方向像面湾曲という）を補正するよ
うな特性を有することが要求される。

このように、主走査方向断面の特性（即ち、歪曲収差
及び主走査方向像面湾曲を補正する特性）と副走査方向
断面の特性（即ち、面倒れを補正する特性）とを同時に
実現するためには、両断面でパワーの異なる光学系が必
要であり、多くの場合、シリンドリカルレンズ等が用い
られる。

一方、光走査装置全体をコンパクトにするためには、
上記結像光学系のレンズ枚数を少なくすると共に、光ビ
ームの偏向角を大きくすることが望ましい。

上記のように、面倒れを補正しつつ、レンズ枚数を少
なくシンプルにした光学系としては、母線が互いに直交
するように配置した２つのシリンドリカルレンズで構成
したもの（特開昭55−1513号公報）や、球面単レンズと
長尺シリンドリカルレンズの２つのレンズで構成したも
の（特開昭58−93021号公報）等が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の光走査装置は、簡易な構成ではあ
るが、偏向角が±20度〜±25度程度の比較的小さいもの
であった。

そこで、さらに偏向角を大きく±40度〜±50度程度と
して、装置全体をコンパクトなものにするためには、従
来の光走査装置においては次のような問題があった。

すなわち、偏向角が増大すると、歪曲収差，像面湾曲
が増大し、前述した結像光学系により充分に補正できな
くなって、等速度走査（リニアリティ）や解像度の性能
が著しく劣化するという問題である。

上記結像光学系に要求される特性の内、従来技術にお
いては、主走査方向像面湾曲と歪曲収差は単レンズ又は
１つの組レンズで補正し、面倒れの補正は、走査面の垂
直な断面でパワーを持つシリンドリカルレンズにより行
なわれている。

従来技術において、まず、面倒れ補正を行うシリンド
リカルレンズでは、副走査方向の断面内での、光ビーム
の集束位置が、走査の端に向かうに従い被走査面上から
離れる量、即ち、像面湾曲（以下、副走査方向像面湾曲
という）が大きくなり、偏向角の増大と共に急激に増大
し、許容できない量となる。

例えば、上記シリンドリカルレンズを被走査面から20
mm程度の距離に配置すると、偏向角±20度では副走査方
向像面湾曲は約2mmであるが、±45度では約10mmとな
る。副走査方向像面湾曲量の許容値は±2mm程度と言わ
れており、10mmもの湾曲は解像度を著しく劣化させ許容
できない量である。

第14図はこのシリンドリカルレンズによる副走査方向
像面湾曲の様子を概念的に示した斜視図である。

第14図に示すように走査範囲の中央に入射する光ビー
ム90（レンズに垂直入射）に対し走査の端に入射する光
ビーム91はシリンドリカルレンズ92に対し角度θ_０を成
しているため、シリンドリカルレンズ92から被走査面ま
での距離が実質的に長くなると共に、光ビームがシリン
ドリカル面を斜めに通過するため見かけの曲率が大きく
なり、パワーが強くなるため、光ビームの収束点の位置
が被走査面から大きく離れたものとなり、大きな像面湾
曲93が発生することになる。

一方、主走査方向像面湾曲及び歪曲収差は走査面内で
パワーを持つレンズにより補正することが可能であり、
従来のように小さい偏向角ではこれを球面単レンズで構
成することもできたが、しかし、偏向角が大きくなる
と、大きくなるに従い収差が増大し、±45度〜50度程度
の偏向角になると、球面単レンズで主走査方向像面湾曲
及び歪曲収差を補正することは不可能となる。

このように、従来技術では、レンズ枚数を極力低減し
た簡易な構成のまま偏向角を大きくすることは困難であ
った。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決
し、結像光学系を簡易な構成で実現でき、しかも光ビー
ムの大きな偏向角度に対しても像面わん曲と歪曲収差を
小さく補正することを可能となすと共に、走査線の曲が
りを良好に補正して、コンパクトで実用的な光学系を実
現することのできる光走査装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的を達成するために、本発明では、光ビー
ムを発生する光ビーム発生手段と、発生した該光ビーム
を回転駆動される反射面により反射して走査方向に偏向
させる偏向手段と、被走査面と、前記偏向手段により走
査方向に偏向された前記光ビームを前記被走査面上に結
像されるｆ・θ特性（歪曲収差を補正する特性）を有す
る第１の光学系と、から成る光走査装置において、 前記光ビーム発生手段と前記偏向手段との間に、前記
光ビーム発生手段から発生する前記光ビームの光軸に対
して直交する面内で互いに直交する第１の方向と第２の
方向においてそれぞれパワーが異なる第２の光学系を設
けることにより、前記偏向手段の反射面上に走査方向に
横長のスポットを形成し、 前記第１の光学系は、球面単レンズと、前記走査方向
の曲率半径が前記走査方向に直交する方向の曲率半径よ
りも大きい反射面を持つ凹面反射鏡と、から構成され、
かつ、 前記偏向手段により偏向される光ビームの軌跡によっ
て形成される走査面に対し、前記反射鏡をその光軸が該
走査面に直交する面内において角度θだけ傾くよう配置
し、その角度θは、 −0.3/S＜sinθ＜0.3/S なる式を満足するように設定したものである。

R;前記反射鏡の反射面における走査方向の曲率半径（m
m）、 l;前記反射鏡の反射面における走査方向の円弧状断面の
弦の長さの1/2（mm）、 である。

〔作用〕

本構成において、上記第１の光学系を構成する球面単
レンズと凹面反射鏡のうち、球面単レンズは光ビームを
収束させ走査平面方向の像面わん曲を補正する作用を行
う。上記凹面反射鏡は、走査平面と平行な断面内では歪
曲収差を補正し、走査平面と垂直な断面内では上記偏向
手段の面倒れ補正と共に像面わん曲の発生なしに光ビー
ムを被走査面（感光ドラム面）上に収束させる作用を行
なう。さらに、上記凹面反射鏡は、その光軸を光りビー
ム走査の軌跡で形成される走査面に直交する面内におい
て上記式で示す角度θだけ傾けて設置することにより、
走査線の曲がりを許容値以下に保ちつつ光ビームを被走
査面（感光ドラム面）に入射させる作用を行う。上記作
用によって、大きな偏向角度でコンパクトな走査光学系
を実現可能としている。

尚前記凹面反射鏡は、プラスチック等を材料とし、射
出成形等により製造すれば、製造も容易となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明するわけである
が、その前に本発明の実施例の理解に役立つ光学系の第
１の構成例について説明する。

第１図（ａ）は本発明の実施例の理解に役立つ光学系
の第１の構成例を示す斜視図、第１図（ｂ）は第１図
（ａ）の偏向装置から感光ドラムまでの主要部における
副走査方向の断面を示す断面図、である。

まず、本構成例の構成について説明する。

本構成例は、光軸方向（白ぬき矢印の方向）に移動す
べく支持ケース５内に設置された、光源1,結合レンズ2,
スリット3,シリンドリカルレンズ４から成る光ビーム発
生部と、モータ７に取付けられた偏向装置６と、球面単
レンズ８と、反射面がトーリック形状を成す反射鏡（以
下、トーリック面反射鏡と言う）９と、感光ドラム10
と、により構成されている。

次に、本構成例の動作について説明する。

第１図（ａ）に示す様に、光源１から発散された光ビ
ームは結合レンズ２により大略平行光束と成るよう形成
され、スリット３を介してのちにシリンドリカルレンズ
４により偏向装置６の反射面12上に線像を結ぶ。反射面
12で反射された光ビームは、球面単レンズ8,トーリック
面反射鏡９の順に通過し、感光ドラム10の表面上で１点
に集束される。

各構成要素の構成及び動作について更に詳しく説明す
る。

光源１は、本構成例の場合、半導体レーザ光源であ
り、光ビームは発散されるように放射される。

結合レンズ２は、光源１から発散される光ビームをコ
リメートし、大略平行光束とすると共に、光源１に対す
るこの結合レンズ２の光軸方向位置を調節することによ
り、走査面内で感光ドラム10の被走査面上に光ビームが
集束されるようピント合わせを行なう。

スリット３は、副走査方向に光ビームを制限し得るも
ので、その制限幅の調節と支持ケース５の位置（白ぬき
矢印方向での位置）の調節とによって、副走査方向の断
面内で、感光ドラム10の被走査面上に光ビームが集束さ
れるようピント合わせを行なうと共に、そのビーム径を
任意の大きさに可変し得るよう動作する。

シリンドリカルレンズ４は、副走査方向の断面内での
みパワーを有して光ビームを集束し、偏向装置６の反射
面12上で線像を形成させるものである。

偏向装置６は、多面鏡であり、モータ７により矢印方
向に等速度で回転し、反射面12と入射光ビームとの成す
角が変わることにより光ビームを偏向する。そして、１
つの反射面に光ビームが当たっている間に、１回走査が
行なわれ、偏向装置６の１回転の間に反射面の数だけの
走査が行なわれる。本構成例の光ビームの偏向角は全幅
96度であり、被走査面の走査幅の中央に当る光ビームを
基準として、±48度となる。

また、偏向装置６の反射面12は、偏向装置６の回転軸
に平行であり、そして、光源１からシリンドリカルレン
ズ４まではその光軸が偏向装置６の回転軸に垂直な平面
内にあるよう配置されている。また、光ビームが順次偏
向されるに従い形成される面（走査面）は偏向装置６の
回転軸にほぼ垂直な面となる。

球面単レンズ８は、その形状がトーリック面反射鏡９
側に凸のメニスカス形状をしており、その光軸が、走査
面内では被走査面の走査範囲の中央に向かう光ビームの
進行方向と一致する方向に向き、偏向装置６からの光ビ
ームをほぼ集束させると共に、主走査方向像面湾曲と歪
曲収差を大略補正する。

トーリック面反射鏡９は、球面単レンズ８を通過した
光ビームをさらに集束し感光ドラム10の被走査面上に一
点として集束させる。

第２図は第１図におけるトーリック面反射鏡の反射面
の一具体例を示す斜視図である。

第２図に示す様に、トーリック面反射鏡９の反射面の
形状は、先ず、その光軸（即ち、ｚ軸）上の或る点を中
心として主走査方向ａに沿って半径R₃の円弧を形成し、
次に、この円弧を母線として、この円弧と光軸（ｚ軸）
との交点から距離R₄の所に位置する主走査方向ａに平行
な軸（即ち、ｙ軸）を回転軸として回転させてできあが
るいわば樽形のトーリック面である。即ち、主走査方向
ａに沿った断面は、曲率半径R₃の円弧状を成し、副走査
方向ｂに沿った断面は、曲率半径R₄の円弧状を成すこと
になる。しかも、曲率半径R₃は曲率半径R₄に比べかなり
大きい値となっている。

この様な反射面をもったトーリック面反射鏡９は、球
面単レンズ８によって補正されなかった残留の歪曲収
差，主走査方向像面湾曲を補正すると共に、副走査面で
の曲率半径R₄を最適な値に設定することで、偏向装置６
の反射面12と感光ドラム10の被走査面を光学的に共役な
関係にして、反射面12の倒れ（即ち、面倒れ）による被
走査面上での光ビームの副走査方向の振れを防止してい
る。

感光ドラム10は、円柱状をしており、走査面と平行に
配置した軸を中心にして矢印の方向に回転する。この回
転によって、感光ドラム10のドラム面は、光ビームの照
射により帯電するとその帯電状態を維持したまま、転写
手段（図示せず）の在る位置まで移動する。

次に、球面単レンズ８とトーリック面反射鏡９による
像面湾曲及び歪曲収差の補正作用について詳しく説明す
る。

まず、主走査方向像面湾曲と歪曲収差の補正作用につ
いて述べる。

第３図は、第１図の球面単レンズとトーリック面反射
鏡による主走査方向像面湾曲及び歪曲収差の補正作用を
説明するための説明図である。

第３図において、縦軸は主走査方向像面湾曲の大きさ
を示し、横軸は歪曲収差の大きさを示している。また、
座標原点近傍の小さい四角形で囲まれた領域26は許容範
囲を示しており、主走査方向像面湾曲は±2mm,歪曲収差
は±0.3mmである。

第３図において、各実線21〜４は、それぞれ第１図
（ａ）において、偏向装置６と感光ドラム10の間に球面
単レンズ８のみを配置し（即ち、トーリック面反射鏡９
は除去し）、その球面単レンズ８のパワーを或る一定の
値にして、レンズの形状を変化させた時、即ち、レンズ
をベンディングした時の主走査方向像面湾曲と歪曲収差
の変化を示している。尚、この時の偏向角は±48度であ
る。また、実線21から24に行くに従い、一定にすべきパ
ワーの値が順次小さくなっている。

球面単レンズ８のベンディングは、パワーを一定にし
つつ、球面単レンズ８の両面の曲率C₁,C₂を下記の
（１）式に示すベンディング係数ｂが変わるよう変化さ
せるものである。

第３図からわかるように、各実線21〜24とも許容範囲
である領域26を通ることはなく、従って、球面単レンズ
８のみでは、主走査方向像面湾曲および歪曲収差を補正
することができないことは明らかである。

そこで、トーリック面反射鏡９を第１図（ａ）に示し
たように配置して、更に検討する。

第３図において、破線25は、トーリック面反射鏡９の
主走査方向の曲率半径R₃を変えた時の主走査方向像面湾
曲及び歪曲収差の変化の様子の一例を示している。

第３図において、Ｐ点はトーリック面反射鏡９の主走
査方向の曲率半径R₃が無限大、すなわちトーリック面反
射鏡９の形状がシリンドリカル面になる点であり、この
時の主走査方向像面湾曲及び歪曲収差は球面単レンズ８
のみを配置した場合のそれと一致する。

曲率半径R₃の大きさを小さくするに従い、主走査方向
像面湾曲および歪曲収差は破線25に沿って変化し原点近
傍に達する。すなわち、トーリック面反射鏡９の主走査
方向の曲率半径R₃を最適な値に設定することにより、主
走査方向像面湾曲及び歪曲収差を許容範囲内にすること
ができるものである。

以上のように、トーリック面反射鏡９は主走査方向の
曲率半径R₃を変化させることで、第３図に示すようにほ
ぼ歪曲収差のみを大きく変化させることが出来、球面単
レンズ８のみでは補正し切れない残留収差を自由に補正
し得るものである。

次に、副走査方向像面湾曲について説明する。

走査面と垂直な断面、すなわち副走査方向の断面にお
いては、前記したように、偏向装置６の反射面12の倒れ
による被走査面上での光ビームの移動を補正する（即
ち、面倒れを補正する）ために、上記反射面12と被走査
面を光学的に共役関係にする必要がある。

本構成においては、トーリック面反射鏡９の副走査方
向の曲率半径R₄を最適な値に設定することにより、上記
面倒れ補正を実現している。

このため、副走査方向では、トーリック面反射鏡９が
球面単レンズ８に比べてはるかに大きなパワーを持つこ
とになり、副走査方向像面湾曲はトーリック面反射鏡９
の形状にほぼ依存し、球面単レンズ８ではほとんど変化
しない。

トーリック面反射鏡９の形状は、第２図に示したよう
に走査の両端に行くに従って、副走査方向の曲率半径が
小さくなる。このため、副走査面内ではトーリック面反
射鏡９のパワーが走査の端に行くに従って強くなり、そ
の分、光ビームの集束位置がトーリック面反射鏡９の反
射面に近くなる。

一方、トーリック面反射鏡９の反射面の位置は、その
形状から走査の両端に行くに従って感光ドラム10に近づ
く。

結局、走査の両端においても、前者により光ビームの
集束点が反射面に近くなる分、後者により反射面が感光
ドラム10に近づいて、光ビームの集束点はやはり感光ド
ラム10の被走査面上にあることになる。すなわち、トー
リック面反射鏡９では、従来用いたシリンドリカルレン
ズのような副走査方向像面湾曲はほとんど生じないこと
がわかる。

第４図は、第１図におけるトーリック面反射鏡９の主
走査方向の曲率半径R₃に対する副走査方向像面湾曲の変
化を示す説明図である。

第４図からわかるように、上記の効果はトーリック面
反射鏡９の主走査方向の曲率半径R₃の値にかかわらず作
用し、実線27で示す如く、R₃の値の極めて広い範囲にお
いて、副走査方向像面湾曲は許容範囲28内に保たれる。

以上の効果により、トーリック面反射鏡９を用いる方
式においては、トーリック面反射鏡９の主走査方向での
曲率半径R₃の値を、副走査方向像面湾曲の補正にとらわ
れることなく、前記した主走査方向像面湾曲及び歪曲収
差を補正するための条件のみから任意に設定でき、設計
マージンが極めて大きくなる。

このことが、本構成により、わずかな面数で良好な性
能の光学系を実現できる大きな理由である。

次に、走査線の曲がりについて説明する。

トーリック面反射鏡９で反射された光ビームを感光ド
ラム10上に入射させるためには、第１図（ｂ）に示す様
に、トーリック面反射鏡９の光軸を、これに入射する光
ビームに対し、走査面に垂直な面内において所定の角度
θ_２傾ける必要がある。

この時、被走査面（感光ドラム10の表面）上で光ビー
ムが走査する軌跡（即ち、走査線）は直線とならず、弓
形の曲線となる（以下、走査線の曲がりという。）この
様に、走査線が弓形に曲がっていると、レーザプリンタ
装置で横の直線が曲がることになり、印字品位を低下さ
せる。尚、走査線の曲がり量の許容値は0.3mm以下と言
われている。

第５図は、走査線の曲がりの発生原因を説明するため
の説明図であり、副走査方向の断面を示している。

第５図において、光ビームの偏向は紙面に垂直な方向
になされている。

第５図に示す様に、トーリック面反射鏡９に入射する
光ビーム31は、走査範囲の中央においては、トーリック
面反射鏡９の光軸36上の点35で反射され、反射後の光ビ
ーム33は感光ドラム10上の点38に入射する。一方、走査
の両端においては、点35から光軸36方向にＳだけ移動し
た点34で反射され、反射後の光ビーム32は感光ドラム10
上の点37に入射する。ここで、反射点の移動量Ｓはトー
リック面反射鏡９の主走査方向の曲率半径R₃のために発
生するものであり、曲率半径R₃が無限大ではＳ＝０であ
る。

走査の両端でのトーリック面反射鏡９の断面39は、前
記面倒れ補正の条件から大略感光ドラム10の表面上に焦
点を持つ凹面鏡と見なすことが出来る。点34で反射され
た光ビーム32は、この凹面鏡の中心41が点35に対して感
光ドラム10のドラム面に沿った方向にずれている量Ｂと
同じ量だけ、点38からずれた点37に入射することにな
る。このＢの大きさは、第５図より、 Ｂ＝Ssinθ_２ ……（２） となることがわかる。即ち、この点37と点38との差Ｂ
が、走査線の曲がり量となる。

この様な走査線の曲がりは、第５図に示すような副走
査方向の断面において、光ビームが走査の両端に向うに
従ってトーリック面反射鏡９への入射角度θ_２を変化さ
せることにより補正が可能である。

そこで、本構成例では、第１図（ｂ）に示す様に、球
面単レンズ８の光軸を副走査方向に角度θ_１だけ傾けて
配置することにより、上記の如く、走査の両端に向うに
従って光ビームのトーリック面反射鏡９への入射角度θ
_２を変化させ、トーリック面反射鏡９による走査線の曲
がりを補正している。尚、角度θ_１の方向は、第１
（ｂ）の断面図に示すようにトーリック面反射鏡の光軸
を反時計回りにθ_２だけ回転させた時には、これと逆に
時計回り方向に傾ける必要があることを見出した。

第６図は、本構成例における走査線曲がりの量を示す
説明図であり、横軸は被走査面上の主走査方向の走査位
置を示し、その原点は走査の中央である。また、縦軸は
走査線曲がり量を示す。

第６図において、実線50は、球面単レンズ８の光軸を
傾けない場合の走査線の曲がりを示しており、実線51
は、球面単レンズ８の光軸を第１図（ｂ）に示す如く傾
けて走査線の曲がりを補正した場合を示している。

第６図から明らかなように、実線51は許容範囲52より
も充分小さい値となっている。

尚、この時、球面単レンズ８の光軸の傾き角θ_１は15
度であり、トーリック面反射鏡の傾き角θ_２は10度と設
定している。

次に、本構成例において、球面単レンズ８及びトーリ
ック面反射鏡９の具体例をいくつか挙げ、各々の具体例
に対する像面湾曲及び歪曲収差の補正効果についてそれ
ぞれ示す。

〈第１の具体例〉 （１）球面単レンズ８ 偏向装置６側面の曲率半径R₁ 284.9 mm 感光ドラム10側面の曲率半径R₂ 64.0 mm レンズの厚さTH₂ 17.0 mm レンズ屈折率Ｎ（波長780mm） 1.51118 反射面12と偏向装置６側面の距離TH₁ 34.0 mm 感光ドラム10側面とトーリック面反射鏡９との距離TH
₃ 68.1 mm 光軸の副走査方向への傾き角θ_１ 15.0 度 （２）トーリック面反射鏡９ 走査面方向の曲率半径R₃ 776.0mm 副走査面方向の曲率半径R₄ 93.0mm 感光ドラム10との距離TH₅ 68.5mm 副走査面方向への傾き角θ_２ 10.0度 上記曲率半径R₁〜R₄の符号は、偏向装置６側に凹の場
合を正とする。

第７図（ａ）に本具体例における走査位置に対する像
面湾曲の変化を示す。

第７図（ａ）において、縦軸は走査位置を相対値で示
しており、その原点を走査中央部として片側だけ示して
いる。最大走査位置1.0では±48度、走査幅は±105mmで
ある。

第７図（ａ）の実線60は主走査方向像面湾曲であり、
また、破線61は副走査方向像面湾曲である。図から明ら
かな様に、両者共、許容範囲62内にある。

第７図（ｂ）に本具体例における走査位置に対する歪
曲収差の変化を示す。

第７図（ｂ）において、縦軸は走査位置を示し、第７
図（ａ）の縦軸と同様である。

第７図（ｂ）の実線63は歪曲収差であり、歪曲収差も
また許容範囲64内にある。

第７図（ａ），（ｂ）に示すように、本具体例は像面
湾曲，歪曲収差共、良好に補正されており、簡易な構成
で高い性能を実現している。

次に、第１の具体例とはその形状が異なる第２の構成
例について説明する。

〈第２の具体例〉 （１）球面単レンズ８ 偏向装置６側面の曲率半径R₁ 625.7 mm 感光ドラム10側面の曲率半径R₂ 72.0 mm レンズの厚さTH₂ 17.0 mm レンズ屈折率Ｎ（波長780mm） 1.51118 反射面12と偏向装置６側面の距離TH₁ 32.0 mm 感光ドラム10側面とトーリック面反射鏡９との距離TH
₃ 85.3 mm 光軸の副走査方向への傾き角θ_１ 12.0 度 （２）トーリック面反射鏡９ 走査面方向の曲率半径R₃ 1000.0mm 副走査方向の曲率半径R₄ 62.8mm 感光ドラム10との距離TH₅ 39.3mm 副走査方向への傾き角θ_２ 10.0度 R₁〜R₄の符号は第１の具体例の場合と同じである。

第８図（ａ），（ｂ）に、本具体例における走査位置
に対する像面湾曲，歪曲収差の変化を示す。尚、第８図
（ａ）に示す像面湾曲の変化は第７図（ａ）と同様、実
線が主走査方向像面湾曲であり、破線が副走査方向像面
湾曲である。

次に、トーリック面反射鏡９の反射面の形状が、第１
及び第２の具体例と、特に異なる第３の具体例について
説明する。

〈第３の具体例〉 第９図は第１図におけるトーリック面反射鏡の反射面
の他の具体例を示す斜視図である。

トーリック面反射鏡９の反射面であるトーリック面
は、第２図に示した具体例では、回転軸（即ち、ｙ軸）
が主走査方向ａと平行であり、いわば樽形をしているの
に対し、第９図に示す具体例では回転軸（即ち、ｘ軸）
85が副走査方向（即ち、主走査方向ａと垂直な方向）ｂ
に平行であり、いわばタイヤ形となる。

トーリック面反射鏡９の反射面形状が上記した第９図
のような形状であっても、第２図の具体例とほぼ同様の
効果が得られ、球面単レンズ８との組合せにより、像面
湾曲及び歪曲収差を良好に補正することができる。

では、本具体例における各形状を下記に示す。

（１）球面単レンズ８ 偏向装置６側面の曲率半径R₁ −379.2 mm 感光ドラム10側面の曲率半径R₂ 195.3 mm レンズ厚さTH₂ 17.0 mm レンズ屈折率Ｎ（波長780mm） 1.51118 反射面12と偏向装置６側面の距離TH₁ 30.0 mm 感光ドラム10側面とトーリック面反射鏡９との距離TH
₃ 84.5 mm 光軸の副走査方向への傾き角θ_１ 7.8 度 （２）トーリック面反射鏡９ 走査面方向の曲率半径R₃ 1500 mm 副走査面方向の曲率半径R₄ 60.1mm 感光ドラム10との距離TH₄ 40.0mm 副走査面方向への傾き角θ_２ 10 度 R₁〜R₄の符号は第１及び第２の具体例の場合と同じで
ある。

第10図（ａ），（ｂ）に、本具体例における走査位置
に対する像面湾曲，歪曲収差の変化を示す。尚、第10図
（ａ）に示す像面湾曲の変化は、前述と同様に、実線が
主走査方向像面湾曲であり、破線が束走査方向像面湾曲
である。図から明らかなように、像面湾曲，歪曲収差
共、良好に補正されている。

次に、本発明の実施例の理解に役立つ光学系の第２の
構成例について説明する。第11図（ａ）は、本発明の実
施例の理解に役立つ光学系の第２の構成例を示す斜視
図、第11図（ｂ）は第11図（ａ）における主要部の副走
査方向の断面を示す断面図、である。

第11図において、第１図と同一の構成要素は同一符号
で示している。その他、11は平面鏡である。

本構成例の特徴は、第１の構成例に対し、球面単レン
ズ８とトーリック面反射鏡９との間に平面鏡11を設けて
いることである。これにより、第１の構成例では光ビー
ムを感光ドラム10の上から入射させていたのに対し、本
構成例では光ビームを感光ドラム10の横側から入射する
ことが出来、更にまた、光路を折曲げることと併せて、
装置全体をよりコンパクトに構成することが出来る。

次に、第12図は本発明の実施例の理解に役立つ光学系
の第３の構成例における主要部の副走査方向の断面を示
す断面図である。

第12図において、第11図（ｂ）と同一の構成要素は同
一符号で示している。

本構成例の特徴は、前述の第２の構成例に対し、平面
鏡11の傾きを逆方向に傾け、トーリック面反射鏡９を逆
側に設けていることである。

本構成例においても、前述の第２の構成例と同様の効
果が得られる。

次に、以上を踏まえて本発明の一実施例について説明
する。第13図（ａ）は本発明の一実施例を示す斜視図、
第13図（ｂ）は第13図（ａ）における主要部の副走査方
向の断面を示す断面図、である。

第13図において、第11図と同一の構成要素は同一符号
で示している。その他、73は平面鏡であり、第11図の平
面鏡11よりも幅が狭くなっている。

本実施例では、第13図（ｂ）に示すように、幅の狭い
平面鏡73を用いているので、第２の構成例と比較して、
トーリック面反射鏡９の光軸の傾き角θ_２を非常に小さ
くすることができ、それにより球面単レンズ８の光軸を
傾けずに入射光ビームの方向と一致させたままで、走査
線の曲がり量を許容範囲内にすることができる。

走査線の曲がり量Ｂは前述したように（２）式で表わ
される。この（２）式からわかるように、トーリック面
反射鏡９の光軸の傾き角θ_２を小さくすると、走査線曲
がり量Ｂは低減する。（２）式において、光ビームの反
射点の差Ｓ（第５図を参照）は、トーリック面反射鏡９
の必要な長さ（走査の両端間の直線距離）をＬ、主走査
方向の曲率半径をR₃とすると、次式により得られる。

従って、 とすれば許容範囲となる。通常は、例えば、上記Ｓの値
が5mm程度とすると、走査線の曲がり量Ｂを許容値0.3mm
以下とするためには、傾き角θ_２を約３度以下とする必
要があり、従って、第１乃至第３の実施例では、トーリ
ック面反射鏡９への入射光ビームと反射光ビームの開き
が小さすぎて、反射鏡ビームを感光ドラム10に入射させ
るような配置は困難となる。

しかし、本実施例の如く、感光ドラム10及び平面鏡73
とトーリック面反射鏡９との距離を充分大きくすれば、
トーリック面反射鏡９の光軸の傾き角θ_２が上記のよう
に３度以下と小さくとも、上記反射ビームを感光ドラム
10に入射させる構造が実現できる。

即ち、本実施例では、第13図（ｂ）に示す様に、トー
リック面反射鏡９の光軸の傾き角θ_２を２度とし、 平面鏡73トーリック面反射鏡９との距離 70mm トーリック面反射鏡９と感光ドラム10との距離 85mm としている。

これによって、平面鏡73での光ビームの開き量72は5m
mとなる。光ビームの幅は約3mmであり両ビームの間隔は
2mm開くことになる。尚、この時の走査線の曲がり量は
0.2mmである。

このように、トーリック面反射鏡９の光軸の傾き角θ
_２を、走査線の曲がり量が許容範囲内にあるような微小
な値に設定して光学系を構成することも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、結像光学系を、
球面単レンズとトーリック面反射鏡という極めて簡易な
構成で実現でき、偏向角を±48度以上と大きくしても、
像面湾曲や歪曲収差を許容範囲内に納めることができる
ので、偏向装置から被走査面までの光路長を従来の1/2
以下にすることが可能となり、措置全体をコンパクトな
ものにすることが出来る。

さらに、上記トーリック面反射鏡は、その光軸を光ビ
ーム走査の軌跡で形成される走査面に直交する面内にお
いて −0.3/S＜sinθ＜0.3/S なる式を満足する角度θだけ傾けて設置することによ
り、走査線の曲がりを許容値以下に保ちつつ光ビームを
被走査面（感光ドラム面）に入射させる作用を行う。上
記作用によって、大きな偏向角度でコンパクトな走査光
学系を実現可能としている。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例の理解に役立つ光学系の
第１の構成例を示す斜視図、第１図（ｂ）は第１図
（ａ）における主要部の副走査方向の断面を示す断面
図、第２図は第１図におけるトーリック面反射鏡の反射
面の一具体例を示す斜視図、第３図は第１図の球面単レ
ンズとトーリック面反射鏡による主走査方向像面湾曲及
び歪曲収差の補正作用を説明するための説明図、第４図
は第１図におけるトーリック面反射鏡の主走査方向曲率
半径に対する副走査方向像面湾曲の変化を示す説明図、
第５図は走査線の曲がりの発生原因を説明するための説
明図、第６図は本発明の実施例の理解に役立つ光学系の
第１の構成例における走査線の曲がり量を球面単レンズ
の光軸を傾けた場合と傾けない場合とで比較して示した
説明図、第７図は第１図の球面単レンズ及びトーリック
面反射鏡の第１の具体例における走査位置に対する像面
湾曲及び歪曲収差の変化を示す説明図、第８図は同じく
第２の具体例における走査位置に対する像面湾曲及び歪
曲収差の変化を示す説明図、第９図は第１図におけるト
ーリック面反射鏡の反射面の他の具体例を示す斜視図、
第10図は第１図の球面単レンズ及びトーリック面反射鏡
の第３の具体例における走査位置に対する像面湾曲及び
歪曲収差の変化を示す説明図、第11図（ａ）は本発明の
実施例の理解に役立つ光学系の第２の構成例を示す斜視
図、第11図（ｂ）は第11図（ａ）における主要部の副走
査方向の断面を示す断面図、第12図は本発明の実施例の
理解に役立つ光学系の第３の構成例における主要部の副
走査方向の断面を示す断面図、第13図（ａ）は本発明の
一実施例を示す斜視図、第13図（ｂ）は第13図（ａ）に
おける主要部の副走査方向の断面を示す断面図、第14図
は従来例におけるシリンドリカルレンズによる副走査方
向像面湾曲の様子を概念的に示した斜視図、である。 符号の説明 １……光源、２……結合レンズ、３……スリット、４…
…シリンドリカルレンズ、５……支持ケース、６……偏
向装置、７……モータ、８……球面単レンズ、９……ト
ーリック面反射鏡、10……感光ドラム、12……偏向装置
６の反射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 竹介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者 本間 芳文 茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号 株式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献 特開 昭60−17714（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−27125（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを発生する光ビーム発生手段と、
   発生した該光ビームを回転駆動される反射面により反射
   して走査方向に偏向させる偏向手段と、被走査面と、前
   記偏向手段により走査方向に偏向された前記光ビームを
   前記被走査面上に結像されるｆ・θ特性（歪曲収差を補
   正する特性）を有する第１の光学系と、から成る光走査
   装置において、 前記光ビーム発生手段と前記偏向手段との間に、前記光
   ビーム発生手段から発生する前記光ビームの光軸に対し
   て直交する面内で互いに直交する第１の方向と第２の方
   向においてそれぞれパワーが異なる第２の光学系を設け
   ることにより、前記偏向手段の反射面上に走査方向に横
   長のスポットを形成し、 前記第１の光学系は、球面単レンズと、前記走査方向の
   曲率半径が前記走査方向に直交する方向の曲率半径より
   も大きい反射面を持つ凹面反射鏡と、から構成され、か
   つ、 前記偏向手段により偏向される光ビームの軌跡によって
   形成される走査面に対し、前記反射鏡をその光軸が該走
   査面に直交する面内において角度θだけ傾くよう配置
   し、その角度θは、 −0.3/S＜sinθ＜0.3/S なる式を満足するように設定したことを特徴とする光走
   査装置。 R;前記反射鏡の反射面における走査方向の曲率半径（m
   m）、 l;前記反射鏡の反射面における走査方向の円弧状断面の
   弦の長さの1/2（mm）。