JP2931181B2 - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JP2931181B2
JP2931181B2 JP17073993A JP17073993A JP2931181B2 JP 2931181 B2 JP2931181 B2 JP 2931181B2 JP 17073993 A JP17073993 A JP 17073993A JP 17073993 A JP17073993 A JP 17073993A JP 2931181 B2 JP2931181 B2 JP 2931181B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、レー
ザファクシミリ、デジタル複写機等に利用するレーザ光
を使用した光走査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、簡易で高品質な印刷方法として電
子写真法が開発され、これを実現するものとしては光走
査装置が知られている。この光走査装置とは、外周部に
多数の反射面を連設したポリゴンミラーを駆動装置の回
転軸に取付けてレーザ光源の出射光路上に配置し、前記
ポリゴンミラーの反射面の反射光路上に感光面が相対的
に副走査移動する感光部材を位置させたものである。
【0003】そして、本出願人は特開平1-177011号公報
及び特開平1-177512号公報において、面倒れ補正用のシ
リンドリカルレンズの光入射面を主走査方向に平行な回
転軸と同回転軸に垂直でポリゴンミラーの回転軸を含む
対称面とを有する非円筒の回転対称曲面で形成し、この
シリンドリカルレンズの光出射面を前記光入射面の回転
軸と同一の対称面を有する主走査方向にパワーを有する
曲面で形成し、これを上記構造のポリゴンミラーに組合
わせることで、より良好に像面湾曲とfθ誤差とを補正
することも提案した。
【0004】そこで、ここでは特開平1-177011号公報の
光走査装置を先行技術として図7ないし図10に基づい
て説明する。まず、この光走査装置3では、図7に例示
するように、コリメータレンズ4と結像レンズ5とを光
軸6上に順次配置したレーザ光源である半導体レーザ発
振器7が、駆動モータ8の回転軸9で回転自在に軸支し
た走査鏡であるポリゴンミラー10の負のパワーを有す
る反射面11に斜め下方から対向している。そして、こ
の反射面11から斜め上方に形成した反射光路上には、
補正レンズ12を介して回転自在な感光ドラム13の被
走査面を配置し、この光走査装置3は回転する反射面1
1に対して入射光と出射光との光軸6が傾斜したスキュ
ー光学系を形成している。
【0005】なお、図8に例示するように、前記ポリゴ
ンミラー10は、断面形状が半径a,bの楕円形となる
楕円筒面として形成した反射面11を、半径cの内接円
上に六つに連設した形状となっている。そして、前記結
像レンズ5等は、入射するビーム光をポリゴンミラー1
0の反射面11より後方の仮想収束点S上に収束するよ
うになっている。
【0006】また、この光走査装置3では、前記ポリゴ
ンミラー10に対向する前記補正レンズ12の光入射面
は、主走査方向に平行な回転軸14が前記感光ドラム1
3の被走査面との間に位置する回転対称曲面で形成し、
前記感光ドラム13の被走査面に対向する前記補正レン
ズ12の光出射面は、主走査方向と副走査方向とに直交
する回転軸15が主走査領域の中央に位置する回転対称
曲面で形成している。
【0007】より詳細には、図9に例示するように、補
正レンズ12の光入射面16の中央点O1 上に主走査方
向と平行な基準軸X1 を設定すると共に主走査方向と副
走査方向とに直交する基準軸Y1 を設定すると、この光
入射面16の副走査方向と直交する断面形状の包絡線を
111 座標上で形成する八次の高次曲線の多項式
は、 Y1 =α21 2+α41 4+α61 6+α81 8−e1 となっている。同様に、補正レンズ12の光出射面17
の中央点O2 上に主走査方向と副走査方向とに直交する
基準軸Y2 を設定すると共に距離e2 の位置に主走査方
向と平行な基準軸X2 を設定すると、この光出射面17
の副走査方向と直交する断面形状の包絡線を形成する八
次の高次曲線の多項式は、 Y2 =β22 2+β42 4+β62 6+β82 8−e2 となっている。
【0008】このようにすることで、この光走査装置3
では、前記補正レンズ12の光入射面は副走査方向に正
のパワーを有すると共に主走査方向に負のパワーを有
し、前記補正レンズ12の光出射面は中央部では主走査
方向に負のパワーを有し、周辺部では正のパワーを有し
ている。なお、ここで云うパワーとは、光学面の屈折力
や結像力を意味している。
【0009】このような構成において、この光走査装置
3の各パラメータを設定して光学特性をシミュレーショ
ンで検討したところ、fθ誤差や像面湾曲等の光学収差
を良好に補正できることを確認できた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述のような形状に補
正レンズ12等を形成することで、光学特性が良好な光
走査装置3等を得ることができる。
【0011】しかし、本出願人が上述のような光走査装
置3の光学特性を詳細に検討したところ、補正レンズ1
2の光入射面16の影響によってビーム光にコマ収差が
発生するため、各像面湾曲をビーム光の各走査方向の両
端の変位で評価する従来の方法では、実際のスポット光
の形状と一致しないことが判明した。つまり、二本の主
走査周辺ビームは補正レンズ12の光入射面16のコマ
収差によって主走査方向と副走査方向とに共に湾曲し、
特に主走査領域の外方ではスポット光が変形して面積が
増大していることが判明した。
【0012】さらに、上述のような光走査装置3のシミ
ュレーションでは、一般的に補正レンズ12を透過した
ビーム光の光学特性のみを評価しているが、実際には補
正レンズ12の光入射面16から入射したビーム光の一
部を光出射面17が反射し、これを光入射面16が反射
してから光出射面17が透過するなどしている。そし
て、このように二度の内部反射で光出射面17が出射す
る迷光のうち、補正レンズ12の周辺部の迷光は、中央
部から90(mm)弱の位置に停滞してしまう上に主走査線と
重複するので、感光ドラム13の潜像担持体に悪影響が
生じる懸念がある。
【0013】そこで、本出願人が上述のような課題を考
慮して行なった光走査装置3のシミュレーションについ
て、最初にパラメータを表1に例示し、つぎに、このよ
うなパラメータに従って算定した各種の光学特性を図1
0に基づいて説明する。なお、同表中の数値の単位は、
長さでは(mm)で角度では(°)となっている。
【0014】
【表1】
【0015】そして、上述のようなパラメータを光走査
装置3に設定して光学特性を算定したところ、図10
(b)に例示する主走査像面湾曲は十分に小さいが、同
図(c)に例示する副走査像面湾曲と同図(d)に例示
する走査線湾曲とが極めて大きいので、その光学特性が
劣悪で画像品質が低下することが判明した。なお、同図
(c)の副走査像面湾曲は、その最大値が18.38(mm) と
過大であるため、これは同図の表示範囲から逸脱してい
る。また、同図(a)に例示するfθ誤差も過大となっ
ているが、これは半導体レーザ発振器7の動作タイミン
グで簡易に補正できるので重要な課題ではない。
【0016】さらに、このような光走査装置3に関し
て、前述したように補正レンズ12の二度の内部反射で
光出射面17から放射される迷光の光学特性を調査した
ところ、これは本来の走査光と同様に主走査方向に偏向
されて副走査方向の変位は微少であることが判明した。
つまり、この光走査装置3では、上述のような迷光は本
来の走査光と略同一の位置に出射されて感光ドラム13
に入射するので、この対策が極めて困難で画像品質が低
下することになる。
【0017】本発明は、光学特性が良好な光走査装置を
得るものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】レーザ光源の出射光がス
キュー入射する反射面を具備した走査鏡を回転自在に軸
支し、この走査鏡の反射面を主走査方向に負のパワーを
有する曲面で形成し、この走査鏡の主走査光路上に補正
レンズと被走査面とを順次配置し、この被走査面を主走
査光路に対して副走査方向に相対移動自在に位置させ、
補正レンズの光入射面を主走査方向に平行な回転軸が主
走査光路の中央から副走査方向に変位して包絡線が偶数
次の高次曲線となる回転対称曲面で形成し、補正レンズ
の光出射面を主走査方向と副走査方向とに直交する回転
軸が主走査光路の中央に位置して包絡線が偶数次の高次
曲線となる回転対称曲面で形成した。
【0019】
【作用】各種の光学収差を低減することができると共に
迷光の出射方向を主走査光路から離反させることができ
るので、光学特性が良好な光走査装置を得ることができ
る。
【0020】
【実施例】本発明の実施例を図1ないし図6に基づいて
説明する。まず、このポストオブジェクティブ型の光走
査装置18では、図1ないし図3に例示するように、平
板状のベース19上に三個のネジ20でハウジング21
を装着し、このハウジング21の上部に光出射ユニット
22を下方に傾斜させて装着している。ここで、この光
出射ユニット22は、基板23に実装したレーザ光源で
ある半導体レーザ発振器24を金属製のヒートシンク2
5に固定し、このヒートシンク25にスライド自在に装
着してから接着等で固定した円筒形のコリメータ鏡筒2
6にコリメータレンズ27を固定した構造となってい
る。
【0021】そして、この光走査装置18では、上面に
二つの凸部28と二つのネジ孔29とを形成した内部フ
レーム30の下部にシリンドリカルレンズ31と平凸レ
ンズ32と反射ミラー33とを下方に傾斜させて固定
し、前記内部フレーム30を前記ハウジング21の上部
下面の二つの凹部34の位置に二個のネジ35で装着す
ることで、前記光出射ユニット22の光軸上に前記シリ
ンドリカルレンズ31と前記平凸レンズ32と前記反射
ミラー33とを順次配置している。
【0022】さらに、この光走査装置18では、前記ベ
ース19上にスペーサ36を介して四個のネジ37で装
着した前記基板38を一部としてスキャナモータ39を
形成し、このスキャナモータ39の垂直な回転軸40で
走査鏡であるポリゴンミラー41を水平方向に回転自在
に軸支している。そして、このポリゴンミラー41の四
つの反射面42には前記反射ミラー33の反射光路が水
平より微小に上方から入射するようになっているので、
これは回転する反射面42に対して入射光と出射光との
光軸が傾斜したスキュー光学系となっている。なお、こ
のポリゴンミラー41は、四つの反射面42の各々が断
面形状が楕円形となる楕円筒面となっており、前記レン
ズ31,32等は、入射するビーム光を前記ポリゴンミ
ラー41の前記反射面42より後方の仮想収束点上に収
束するようになっている。
【0023】そこで、この光走査装置18では、前記ハ
ウジング18の前面に形成した長方形の貫通孔43に二
個のネジ44で補正レンズ45を下方に傾斜させて装着
することで、図1に例示するように、この補正レンズ4
5を前記ポリゴンミラー41の反射面42から斜め下方
に位置する走査光路上に配置している。なお、この光走
査装置18の前記補正レンズ45は極めて特殊な形状で
本発明の特徴部分であるので、これは詳細に後述するも
のとする。
【0024】そして、この光走査装置18では、図1な
いし図3に例示したように、外部フレーム46の前面両
側に形成した開口凹部47に、主走査方向に細長い反射
ミラー48を両端部で弾発的に装着すると共に、前記外
部フレーム46の下部に形成した円形の貫通孔49に、
主走査方向に細長い反射ミラー50を両端の円筒部材5
1で副走査方向に回動自在に装着してから接着等で固定
している。ここで、この円筒部材51は前記反射ミラー
50の両端に別体として固定しており、その外側面には
マイナスドライバ(図示せず)での調節作業用の角度調
整溝52を形成している。また、前記外部フレーム46
には、前記反射ミラー48の一方の側方に小型の反射ミ
ラー53を固定し、この反射ミラー53と対向する前記
反射ミラー48の他方の側方にはスタートセンサ54を
装着している。
【0025】そこで、この光走査装置18では、前記外
部フレーム46を前記ハウジング18の前面に二個のネ
ジ55で装着することで、前記ポリゴンミラー41の反
射面42から斜め下方に位置する反射光路上に前記補正
レンズ45を介して前記反射ミラー48,53が位置
し、この反射ミラー53の反射光路上に前記スタートセ
ンサ54が位置すると共に前記反射ミラー48の反射光
路上に前記反射ミラー50が位置するようになってい
る。さらに、この反射ミラー50の反射光路上には、副
走査方向に回転自在に軸支した感光ドラム56の被走査
面が位置している。
【0026】また、この光走査装置18では、図4に例
示するように、前記補正レンズ45の光入射面57は、
主走査方向に平行な回転軸58が主走査光路の中央から
副走査方向に変位して包絡線が偶数次の高次曲線となる
回転対称曲面で形成し、前記補正レンズ45の光出射面
59は、主走査方向と副走査方向とに直交する回転軸6
0が主走査光路の中央に位置して包絡線が偶数次の高次
曲線となる回転対称曲面で形成している。
【0027】より詳細には、この光走査装置18では、
図5に例示するように、前記補正レンズ45の光入射面
57の中央点から副走査方向に変位量△だけ変位した原
点O1 上に主走査方向と平行な基準軸X1 を設定すると
共に主走査方向と副走査方向とに直交する基準軸Y1
設定すると、この光入射面57の副走査方向と直交する
断面形状をY111 座標上で形成する八次の高次曲
線の多項式は、 Y1 =α21 2+α41 4+α61 6+α81 8−e1 となる。
【0028】また、この光走査装置18では、前記補正
レンズ45の光出射面59の中央点O2 上に主走査方向
と副走査方向とに直交する基準軸Y2 を設定すると共に
距離e2 の位置に主走査方向と平行な基準軸X2 を設定
すると、この光出射面59の副走査方向と直交する断面
形状を形成する八次の高次曲線の多項式は、 Y2 =β22 2+β42 4+β62 6+β82 8−e2 となっている。
【0029】このような構成において、この光走査装置
18では、半導体レーザ発振器24が出射するレーザ光
をコリメータレンズ27で平行光束化してからレンズ3
1,32で収束して回転するポリゴンミラー41の反射
面42で主走査方向に偏向走査し、この主走査光を補正
レンズ45で光学補正して回転する感光ドラム56の副
走査移動する被走査面に入射させる。
【0030】このようにすることで、この感光ドラム5
6の被走査面には、光走査による主走査線を副走査方向
に順次形成するので、例えば、この感光ドラム56の被
走査面に帯電器や現像器を対向配置し、帯電器の放電で
帯電した感光ドラム56の被走査面に光走査で静電潜像
を形成し、この静電潜像を現像器から供給するトナーで
現像して記録媒体に転写することで、電子写真法による
画像形成を実行することができる。なお、この光走査装
置18では、ポリゴンミラー41の走査光を反射ミラー
53で反射してスタートセンサ54で受光することで、
このスタートセンサ54の検知タイミングに従って上述
のような画像形成を行うようになっている。
【0031】そして、この光走査装置18では、補正レ
ンズ45の光入射面57の形状中心を副走査方向に変位
量△だけ変位させることで、この補正レンズ45のコマ
収差によるスポット形状の変形や、補正レンズ45の内
部反射による迷光などの影響を軽減し、その画像品質の
向上に寄与するようになっている。
【0032】そこで、このような光走査装置18に関し
て、その光学特性を評価するために本出願人が実行した
シミュレーションの結果を、下記の表2にパラメータを
例示して以下に説明する。なお、同表中の数値の単位
は、長さでは(mm)で角度では(°)となっている。
【0033】
【表2】
【0034】そして、上述のようなパラメータを設定し
てシミュレーションで光走査装置18の各種の光学特性
を算定したところ、図6(b)に例示する主走査像面湾
曲と同図(c)に例示する副走査像面湾曲と同図(d)
に例示する走査線湾曲との最大値は、図10に例示した
従来の光走査装置3の光学特性に比較して十分に小さい
ことを確認できた。なお、同図(a)に例示するfθ誤
差は従来の光走査装置3等と同様に大きいが、これは半
導体レーザ発振器24の動作タイミングで簡易に補正で
きるので重要な課題ではない。
【0035】さらに、この光走査装置18に関して、本
出願人がビーム光の副走査方向に拡開した光成分による
主走査像面湾曲と、ビーム光の主走査方向に拡開した光
成分による副走査像面湾曲ともシミュレーションで算定
したところ、これは図6(b),(c)の破線に例示する
ように、これらの像面湾曲も極めて小さいことを確認で
きた。
【0036】また、この光走査装置18に関して、本出
願人が補正レンズ45の二度の内部反射で光出射面59
から出射する迷光の光学特性を調査したところ、これは
本来の走査光に比較して副走査方向の変位が大きいこと
を確認できた。つまり、この光走査装置18では、上述
のような迷光を本来の走査光に対して副走査方向に大き
く変位した位置に出射できるので、これが感光ドラム5
6に入射しないように対策を施すことが極めて簡易であ
り、迷光によるノイズ成分を低減して画像品質の向上に
寄与することができる。
【0037】ここで、この光走査装置18の光学系の調
整方法の具体例を組立行程と共に以下に詳述する。ま
ず、基板23に実装した半導体レーザ発振器24を金属
製のヒートシンク25に固定し、コリメータレンズ27
をコリメータ鏡筒26に固定し、このコリメータ鏡筒2
6にヒートシンク25をスライド自在に装着して光出射
ユニット22を仮組する。そこで、この光出射ユニット
22のコリメータレンズ27と半導体レーザ発振器24
との芯出し調整をオートコリメータ(図示せず)で行
い、コリメータ鏡筒26とヒートシンク25とを接着等
で固定して光出射ユニット22の組立てを完成する。
【0038】つぎに、上述のようにして形成した光出射
ユニット22をハウジング21にスライド自在に仮組
し、予めレンズ31,32や反射ミラー33を装着した
内部フレーム30をハウジング21にネジ35で組付け
る。そして、この状態でポリゴンミラー41の反射面4
2の位置に二次元エリアセンサ(図示せず)を配置し、
光出射ユニット22の一次元調整やシリンドリカルレン
ズ31の副走査方向の位置調整などを概略的に行う。
【0039】そして、上述のような調整の終了後にハウ
ジング21から二次元エリアセンサを取外し、予めポリ
ゴンミラー41やスキャナモータ39を組付けたベース
19にハウジング21をネジ20で固定し、このハウジ
ング21に補正レンズ45をネジ44で組付ける。この
時、ハウジング21の前面に外部フレーム46は装着し
ていないので、補正レンズ45の焦点位置にビーム径評
価装置(図示せず)を配置し、このビーム径評価装置で
ビーム径を評価しながら光出射ユニット22の一次元調
整を高精度に行う。
【0040】そして、上述のようにして一次元調整を完
了した光出射ユニット22をハウジング21に固定し、
このハウジング21に予め反射ミラー48,50を装着
した外部フレーム46をネジ55で固定する。そこで、
上述のようにして組立てた光走査装置18をレーザプリ
ンタの装置本体(図示せず)に組付けてマイナスドライ
バ(図示せず)で円筒部51を回動操作し、反射ミラー
50の角度整で走査光を感光ドラム56の所定位置に照
射できるようにしてから円筒部51を接着等で外部フレ
ーム46に固定する。
【0041】このようにすることで、この光走査装置1
8は簡易な調整作業で極めて良好な光学特性を得ること
ができるので、レーザプリンタの生産性と印刷品質との
向上に寄与することができる。
【0042】なお、この光走査装置18では、上述のよ
うな光学特性の補正レンズ45をポリゴンミラー41に
極めて近接した位置に配置することで、補正レンズ45
を主走査方向などに短縮できるので、装置全体の小型軽
量化にも寄与することができるようになっている。
【0043】また、本実施例の光走査装置18では、補
正レンズ45を透過した走査光を二個の反射ミラー4
8,50で感光ドラム56に偏向することを例示した
が、本発明は上記実施例に限定するものではなく、補正
レンズ45を透過した走査光を一個の反射ミラー(図示
せず)で感光ドラム56に偏向することも実施可能であ
る。
【0044】さらに、本実施例の光走査装置18では、
回転軸58が直線で全体に主走査方向と平行な補正レン
ズ45を例示したが、本発明は上記実施例に限定するも
のではない。つまり、上述のような回転軸の中央部のみ
を主走査方向と平行にして両端部を光軸方向に湾曲させ
ることで、樹脂成形の形状誤差を低減した光走査装置に
も本発明は適用可能である。
【0045】
【発明の効果】本発明は上述のように、レーザ光源の出
射光がスキュー入射する反射面を具備した走査鏡を回転
自在に軸支し、この走査鏡の反射面を主走査方向に負の
パワーを有する曲面で形成し、この走査鏡の主走査光路
上に補正レンズと被走査面とを順次配置し、この被走査
面を主走査光路に対して副走査方向に相対移動自在に位
置させ、補正レンズの光入射面を主走査方向に平行な回
転軸が主走査光路の中央から副走査方向に変位して包絡
線が偶数次の高次曲線となる回転対称曲面で形成し、補
正レンズの光出射面を主走査方向と副走査方向とに直交
する回転軸が主走査光路の中央に位置して包絡線が偶数
次の高次曲線となる回転対称曲面で形成したことによ
り、各種の光学収差を低減することができると共に迷光
の出射方向を主走査光路から離反させることができるの
で、光学特性が良好な光走査装置を得ることができる等
の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の光走査装置の内部構造を示す
縦断側面図である。
【図2】光走査装置のハウジングを一部破断した状態を
示す横断平面図である。
【図3】光走査装置の要部の組立構造を示す分解斜視図
である。
【図4】補正レンズの形状を示す縦断側面図である。
【図5】補正レンズの形状を示し、(a)は平面図、
(b)は縦断側面図である。
【図6】光走査装置の各種の光学収差を示し、(a)は
fθ誤差を示す特性図、(b)は主走査像面湾曲を示す
特性図、(c)は副走査像面湾曲を示す特性図、(d)
は走査線湾曲を示す特性図である。
【図7】本出願人が先に出願した先行技術の光走査装置
を示す斜視図である。
【図8】各部の光学的な関係を示す模式図である。
【図9】補正レンズの形状を示す平面図である。
【図10】光走査装置の各種の光学収差を示し、(a)
はfθ誤差を示す特性図、(b)は主走査像面湾曲を示
す特性図、(c)は副走査像面湾曲を示す特性図、
(d)は走査線湾曲を示す特性図である。
【符号の説明】
18 光走査装置 24 レーザ光源 28 走査鏡 42 反射面 45 補正レンズ 34 光入射面 35,39 回転軸 38 光出射面

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源の出射光がスキュー入射する
    反射面を具備した走査鏡を回転自在に軸支し、この走査
    鏡の反射面を主走査方向に負のパワーを有する曲面で形
    成し、この走査鏡の主走査光路上に補正レンズと被走査
    面とを順次配置し、この被走査面を前記主走査光路に対
    して副走査方向に相対移動自在に位置させ、前記補正レ
    ンズの光入射面を主走査方向に平行な回転軸が前記主走
    査光路の中央から副走査方向に変位して包絡線が偶数次
    の高次曲線となる回転対称曲面で形成し、前記補正レン
    ズの光出射面を主走査方向と副走査方向とに直交する回
    転軸が前記主走査光路の中央に位置して包絡線が偶数次
    の高次曲線となる回転対称曲面で形成したことを特徴と
    する光走査装置。
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