JP3150320B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、レーザプリンタ等の装置に用いられる走
査式光学装置、特に、半導体レーザからの光ビームを、
レンズ群及び光偏向装置を介して走査対象物へ導く結像
光学装置の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、レーザプリンタなどの装置に組込まれる走査
式光学装置では、光ビームを集束させる第一結像光学系
（レンズ群）、第一結像光学系からの光ビームを第二結
像光学系（ｆθレンズなど）に向かって等角速度で反射
させる光偏向装置及び光偏向装置で反射された光ビーム
を感光体などの走査対象物に対して結像させる第二結像
光学系を備えている。

光源から発生された光ビームは第一結像光学系によっ
て集束され、その集束された光ビームは光偏向装置によ
って第二結像光学系に向かって等角速度で反射され、第
二結像光学系によって感光体などの走査対象物に対して
結像される。

非球面ガラスレンズ、プラスチックレンズなどが組合
わせられている前記第一結像光学系は、発散性である光
ビームを平行光或いは集束光に変換する。

所定の方向に回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）
である前記光偏向装置は、前記平行化または集束された
光ビームを等角速度で反射し、第二結像光学系を介して
走査対象物の面上に走査する。

ｆθレンズ等で構成され回転多面鏡と走査対象物の間
に配置された第二結像光学系は、回転多面鏡によって反
射された等角速度で走査されている光ビームを走査対象
物の面上に結像させる。

特開昭55−13008号には、回転多面鏡よりも光源側に
光偏向素子を配置し、反射面が凸状に構成された回転多
面鏡を用いた例が開示されている（プレオブジェクト型
光偏向装置）。また、特開昭52−49851号には、反射面
が凸状でしかもｆθ特性の改善のために非球面円筒面状
に構成された回転多面鏡が用いた例が開示されている。
さらに、特開昭60−123414号及び特開昭61−156020号に
は、反射面が凸状で少なくとも偏向点から走査対象物ま
での距離の1/2よりも大きな曲率半径を有する円筒或い
は球面によって構成された像面湾曲補正機能を備えた回
転多面鏡が用いた例が開示されている（ポストオブジェ
クト型光偏向装置）。

（発明が解決しようとする課題） 上述特開昭55−13008号の発明によれば、光偏向素子
が回転多面鏡よりも光源側に配置されるためレンズ構成
が複雑になるとともにレンズの口径が大きくなる。ま
た、特開昭52−49851号の発明では、像面湾曲の補正が
できないため走査対象物の面上でのビームスポットの変
動が大きくなる。さらに、特開昭60−123414号及び特開
昭61−156020号の発明による回転多面鏡では像面湾曲補
正のみがなされるので、ｆθ特性或いは光強度に関して
は他の付加的補正手段を配置する必要がある。

以上に説明したように、これまでに用いられている走
査式光学装置においては、一枚のレンズでｆθ特性の改
善、像面湾曲及び面倒れ補正における補正のすべてを実
行することは不可能であり付加的補正手段を用いて補正
する必要があるという問題が見られる。

この発明は、簡単な構成でｆθ特性、像面湾曲及び面
倒れ補正を同時に補正する走査式光学装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、光
ビームを発光する光源と、凸状の反射面を有し、この凸
状の反射面にて前記光源から発光された光ビームを反射
し、走査対象物に向けて前記光ビームを走査する回転多
面鏡と、トーリック面を有し、前記回転多面鏡にて走査
された光ビームを前記走査対象物上に結像する結像レン
ズとを具備し、 前記回転多面鏡の反射面から前記走査対象物間での距
離をＺ（mm）、 前記結像レンズのトーリック面側のレンズ面の主走査
方向での光軸中心における曲率をＣとしたとき、 0.6≦|C・Z|≦0.85 を満たすように構成したことを特徴とする光学装置を提
供するものである。

（作用） この発明によれば、反射面が主走査方向には凸状に、
副走査方向には平面に構成される回転多面鏡と、トーリ
ック面を有する歪曲収差を補正する一種のｆθレンズが
組合せられて用いられることから像面湾曲及び面倒れを
同時に補正できる。さらに、回転多面鏡の反射面が円筒
形に形成されることで、偏向後の結像光学系は、一枚の
レンズのみによって形成することが出来、また、画角を
大きくすることが可能となる。従って、結像光学系全体
が小形化されるとともに、レンズの加工方法が簡素化さ
れコストが低減される。

（実施例） 以下、図面を用いてこの発明の一実施例を説明する。

第1A図及び第1B図には、この発明の折返しミラー、鏡
筒及びハウジングを省略したレーザプリンタなどに用い
られる光学装置の展開図が示されている。第1A図は平面
図、第1B図は、副走査方向における偏向角０゜の状態を
示す断面図である。

この走査式光学装置は、光ビームを発生する半導体レ
ーザ素子２、光学ガラスによって製造された鏡筒及び押
え部材への取付用フランジを有するレンズ４、ハウジン
グへの取付用フランジがその周囲に形成され、位置決め
用の突起又は凹みが主走査方向のほぼ中心に形成されて
いるプラスチック例えばPMMA（ポリメチルメタクリル）
によって製造されている第１プラスチックレンズ６及び
第２プラスチックレンズ８を有し、且つ、レンズ４とレ
ンズ６が例えば亜鉛ダイカストによって製造される（図
示しない）鏡筒によって一体的に形成されている第一結
像光学系、プラスチック例えばPMMA（ポリメチルメタク
リル）によって製造される第３プラスチックレンズ12及
び防塵ガラス14を有する第二結像光学系、前記有限レン
ズ４と前記第１プラスチックレンズ６の間に配置される
絞り30、第一結像光学系と第二結像光学系の間に配置さ
れ、ダイレクトベアリング24を有するアキシャルギャッ
プ型のスキャナモータ22のロータ上に配置され、止め輪
28及びばね材49によってロータ上の座面に押付けられる
ことで固定されて所定の方向に回転される偏向反射鏡10
及び水平同期検出用反射ミラー18を備えている。

半導体レーザ素子２（以下LDとする）から放射された
光ビームは、レンズ４によって集束光或いは平行光に変
換され、絞り30によって所定のビームスポットに制限さ
れて、主走査方向へは負のパワーを有し副走査方向へは
僅かに負のパワーを有する第１プラスチックレンズ６へ
導かれる。レンズ６を通過した光ビームは、主走査方向
においては平行光に、また、副走査方向では集束光に変
換され、主走査方向に関しては正のパワーを有し、副走
査方向に対しては負のパワーを有する第２プラスチック
レンズ８へ導かれる。

レンズ８を通過した光ビームは、主走査方向及び副走
査方向ともに集束光に変換され、主走査方向の断面が凸
で半径Ｒの円筒面の一部を反射面として有する４面の回
転多面鏡である偏向反射鏡10へ導かれる。回転多面鏡10
へ導かれた光ビームは、第２結像光学系の面倒れを補正
する一種のｆθレンズである第３プラスチックレンズ12
へ向かって反射される。このレンズ12は、主走査方向へ
は反射面の回転角θに対して像高を比例させたｈ＝ｆθ
を満たす形状で、副走査方向へは主走査方向への偏向角
が大きくなるに連れてパワーが小さくなる曲率が与えら
れた一種のｆθレンズであって、主走査方向においては
前記光ビームの像面湾曲の影響を低減し、且つ、歪曲収
差を適切な値にするとともに、副走査方向では前記光ビ
ームが感光体16に照射される際の感光体のすべての面上
における面倒れ補正面を感光体16上の所定の直線上に一
致させる。

レンズ12を通過した光ビームは、光学系ハウジング
（図示しない）内のレンズなどを密閉するための防塵ガ
ラス14を介して、情報記録媒体即ち感光体16へ導かれ
る。感光体16は図示しない他の駆動源によって駆動され
所定の方向に回転し、その外周面に画像が露光される。
この感光体16に露光された画像は、図示しない顕像手段
によって現像され転写用材料に転写される。

また、一種のｆθレンズ12を通過した光ビームの一部
は、主走査方向におけるスキャン毎に水平同期検出用反
射ミラー18へ導かれ、同期信号検出器20へ向かって反射
されて水平同期が検出される。

第２図には、この発明の一実施例である第３レンズの
光軸がゴースト光防止のためにそのレンズへの入射光の
主光線に対して回転多面鏡へ向かう入射光の側へシフト
された配置を示す第1A図に示した光学装置の副走査方向
における偏向角０゜の状態が示されている。この発明の
光学装置においては、副走査方向を含む面内において第
一結像光学系の光軸と第二結像光学系の光軸とがある角
度を有している。このため、第３レンズ12の光軸が前述
の入射光の側と反対の側へシフトされたならば、ゴース
ト光及び画像情報光を分離するために必要なシフト量を
大きくする必要が生じることから、コマ収差成分が増大
し像面における光ビームにフレアがでやすくなる。従っ
て、第３レンズ12は、第２図に示したように第一結像光
学系から回転多面鏡へ向かう入射光の側へシフトされる
ことが望ましい。

第3A図及び第3B図には、LD2、レンズ４及び絞り30を
固定する手段が示されている。第3A図は、第1A図及び第
1B図に示した走査式光学装置に用いられる、LD2、有限
レンズ４及び絞り30を一つのユニットとする鏡筒部分の
側面図、第3B図は第3A図の線Ａ−Ａにおける断面図であ
る。

LD2は、ねじ40によってLDホルダ32に固定されてい
る。レンズ４は、ウェーブワッシャ36を介して押え部材
38によって鏡筒34へ固定されている。このレンズ４は、
ねじ部を有する押え部材38を回転することで矢印Ｂの方
向の所定の位置に配置される。また、レンズ４は凸状の
フランジを有し押え部材38とは線接触するので、押え部
材38を回転するためのトルクは小さくできる。押え部材
38は、その長さ方向に円筒部とねじ部を有し、円筒部に
よって光軸に対して押え部材自身が傾くことを防止する
ことにより、レンズ４が傾くことを防止している。この
押え部材38は、専用工具のための穴46を有し、この穴46
に専用工具が挿入され、押え部材38が回転されることで
レンズ４の位置を調整する。また、この押え部材のねじ
部は、弾性体（ウェーブワッシャ）36によって常にレン
ズと反対の方向へ力を受けることから、押え部材38及び
鏡筒34のねじ部のねじ山の隙間によってレンズ４にガタ
が生じることが防止できる。絞り30は、鏡筒34における
レンズ４の後側焦点の位置に接着によって固定されてい
る。LDホルダ32は、ばね座金51及び平座金52を介してね
じ50により鏡筒34に所定の圧力で押え付けられるととも
に、鏡筒34に対して矢印Ｃ或いはＤの方向に任意に調整
可能であって、LD2から発生される光ビームの光軸調整
を可能にしている。

第４図には、絞り30の位置によるレンズ４を通過する
光量の関係が示されている。第４図では、LD2の発光点
が仮想的に符合48,49で示されている。絞り30がレンズ
４の後側焦点位置よりも離れた位置、例えば、点線31で
示される位置に配置されたならば、LD2の僅かなズレ即
ち発光点48が49に移動することによって、光ビームの光
量が大きく変化してしまう。絞り30が第４図の31で示さ
れた位置に配置された場合には、光量は、約1/2にな
る。従って、絞り30をレンズ４の後側焦点位置に配置す
ることで、LD2から放射される光ビームの光軸調整時
に、光量がばらつくことを防ぐことができる。上述のよ
うに、レンズ４は簡単な構造の押付け部材によって所定
の位置に配置されるとともに、確実にしかも精度よく鏡
筒34に固定される。

第５図乃至第７図には、この発明による一種のｆθレ
ンズと偏向回転多面鏡を組合わせて用いた像面湾曲或い
はｆθの特性を補正する原理が示されている。一般に、
回転多面鏡10のみを用いて像面湾曲を補正するには、回
転多面鏡の回転角が０のときの偏向点から情報記録媒体
面までの距離Ｚと上記回転角θの間に、Ｒを回転多面鏡
の反射面の曲率を規定する円の半径とし、上記回転角θ
の際の偏向点から情報記録媒体面までの距離Ｚ_θがＺ＝
Ｚ_θで示されるとき、 R/Z ＝｛1/cosθ＋cosθ／（１＋cosθ）−１｝ の関係が成立つ必要がある。

この場合、右辺は、すべてのθに対して0.5以上にな
ってしまう。その結果、 ｆθ特性＝（ｈ−ｆθ）/fθ×100 で示されるｆθ特性は、偏向角θの絶対値が大きくなる
につれて、「−」から「＋」側へ大きくずれてしまう。
これを補正するには、中心部よりも端部で屈折力の大き
な一種のｆθレンズが必要になり、このようなレンズを
挿入すると、偏向角が大きくなるにつれて像面湾曲が回
転多面鏡側へ移動するという問題が生じる。

この実施例では、回転多面鏡のみを用いたばあいには
回転角が大きくなるにつれて像面湾曲が回転多面鏡と反
対の側へ移動するようにＲが設定され、その後で一種の
ｆθレンズによって一種のｆθ特性及び像面湾曲が補正
されている。このばあい、回転多面鏡は、 Ｒ＜0.5Z の条件をみたすことによって定義され、この実施例で
は、 Ｒ＝79.65,Z＝187.12 が与えられている。

第５図を用いて、副走査方向における偏向反射面の法
線と入射光のなす角がγであるときの光線の特性を説明
する。

偏向点ｃ（0,0,0）における偏向面の法線をベクトルC
D、入射光をベクトルAC、ベクトルCDとベクトルCEのな
す角がθのときの反射光をベクトルCD（ベクトルCEの長
さ＝ベクトルCFの長さ＝１とする）とするとき、ベクト
ルCBのxz平面への投影像は、（−tanγ,0,−cos2θ）と
なる。従って、ｆθレンズが座標z₃にあるとき、第３レ
ンズとの交点x₃は、 x₃＝−z₃tanγ/cos2θ で現される。即ち、θが大きくなるにつれて（θ＜π/2
では）第３レンズ光軸位置からのズレΔx₃が小さくな
る。（絶対値としては大きくなる。）この結果、主走査
平面（yz平面）と平行な軸を回転対象軸としたトーリッ
ク面を持つレンズにより面倒れを補正するレンズ（ｆθ
レンズ）が用いられる場合には、ｆθレンズをx₃の
「＋」側即ち副走査方向に対して偏向反射面の入射光側
へｆθレンズの光軸をシフトして配置することにより偏
向角の絶対値が大きな領域即ち副走査方向の曲率半径の
小さなレンズの主走査方向における中心付近ではレンズ
への入射光とレンズ光軸の副走査方向（ｘ軸方向）のズ
レ、即ち、ｆθレンズを通過する光ビームの主光線とレ
ンズの光軸の距離の絶対値が小さく（Δx₃が大きく）、
偏向角の絶対値が小さな領域即ち副走査方向の曲率半径
の大きなレンズの主走査方向における両端部分ではズレ
の絶対値が大きく（Δx₃が小さく）なり、ゴースト光を
小さな移動量で、画像情報光線から分離することが出
来、また、光軸をシフトすることによる光ビームの波面
収差の劣化を小さく抑えることが可能となる。

第６図には、第３レンズの光軸に対してある距離分シ
フトされて入射された光ビームの特性が示されている。
ここで、半径ｒで示される反射面の焦点距離ｆは、 ｆ＝r/2 で表される。

第３レンズへ入射する光ビームの副走査方向に対する
入射角は、全域で概ね０゜であると近似でき、第３レン
ズの像面側の副走査方向の断面形状は、概ね平面に近似
できる。従って、レンズの光軸に対して同じズレを有す
る光ビームが入射された場合、s₂面で反射された光ビー
ムはs₁面で再び反射されてゴースト光となって現れる。
ここで、主走査方向の光軸付近、及び、副走査方向の振
り角の大きな領域における光学特性を、それぞれ、ζ,L
を用いて示すと、偏向角の小さい領域に対応するゴース
ト光ｌ_ζ、偏向角の大きい領域に対応するゴースト光ｌ
_Ｌの光ビームの主光線に対する傾きは、それぞれ、2x
_３ζ/r_ζ,2x_3L/r_Lで与えられる。

第６図に示されているように、ゴースト光の傾きはｒ
に反比例するのでｒが小さい領域ではゴースト光ｌ_ζの
傾きが大きく、ｒが大きい領域ではゴースト光l_Lの傾き
が小さくなる。また、傾きは、第３レンズの光軸と光ビ
ームの交点のズレ量Δx₃に比例する。この方向に光軸を
シフトさせた第３レンズでは、偏向角によりΔx₃が変化
するため、ｒの小さい部分では｜Δx₃|が小さく、ｒの
大きい部分では｜Δx₃|が大きくなる。

この結果、第５図に示されている回転多面鏡と第６図
に示されている第３レンズを組み合わせ、光ビームの主
光線とレンズの光軸が距離を持つよう第３レンズを配置
（シフト）することによって、ズレの大きさが小さくと
もゴースト光と光ビームを分離できる。

ところで、光ビームの主光線に対して第３レンズの光
軸をシフトする方法として、第一結像光学系から回転多
面鏡へ向かう入射光の側へシフトする方法と、第一結像
光学系から回転多面鏡へ向かう入射光と反対の側へシフ
トする方法が考えられる。しかしながら、この発明の光
学装置においては、副走査方向を含む面内において第一
結像光学系の光軸と第二結像光学系の光軸とがある角度
を有しているため、第３レンズの光軸が前述の入射光の
側と反対の側へシフトされたならば、第３レンズを通過
した光ビーム及びゴースト光を分離するために必要なシ
フト量を大きくする必要が生じることから、像面におけ
る波面収差の劣化の要因となるので、第３レンズは第一
結像光学系から回転多面鏡へ向かう入射光の側へシフト
されることが望ましい。

上述したように、光軸をシフトすることによるゴース
ト光と光ビームの分離角は、ズレの絶対値が大きいほど
大きく曲率半径の絶対値が小さいほど大きくなるので、
像面において同じｘ座標へ結像させるに際して偏向角の
大きな領域、即ち、像高ｈが大きな領域では、第３レン
ズを通過する光ビームの主光線とレンズの光軸の距離を
大きくすることができ、レンズのシフト量が少ないにも
拘らずゴースト光をレンズの周辺部まで除去できる。

第７図は、主走査方向の光学装置に関して薄肉光学系
を考えたものである。ここにｃは第５図における偏向点
と同じ点を表し、第３レンズが12で像面が16で示されて
いる。（ｕは傾きを表し、図示の方向を負とする。ま
た、ｚ軸方向は、第５図と反対方向に示されている。） ここで、薄肉レンズの高さy₃（y₃＞０の場合のみを考
える）の位置での等価パワーφ（y₃）を考えると、薄肉
レンズの式より、 ｕ′（y₃）−ｕ（y₃）＝y₃ψ（y₃） …（１） 即ち、 ｕ′（y₃）＝ｕ（y₃）＋y₃ψ（y₃） …（２） が得られる。これをy₃に対して微分すると、 となる。

また、第３レンズがない場合の結像位置から第３レン
ズの位置までの距離をζ（y₃）、第３レンズがある場合
の結像位置から第３レンズの位置までの距離をζ′
（y₃）とすると、ζ′（y₃）は、y₃の大きさに関係なく
第３レンズと像面間距離となることが望ましく、式
（１），（２）は、 1/ζ′（y₃）＝1/ζ（y₃）＋ψ（y₃） …（４） 即ち、 ψ（y₃）＝1/ζ′（y₃）−1/ζ（y₃） …（５） と変形される。

ところで、第３レンズにｈ＝ｆθの特性を与えるため
には、 ｕ′（y₃）−ｕ（y₃）が、y₃の増加に対して単調増加す
る必要があり、式（３）の左辺は、０より大きくなけれ
ばならない。即ち、 が満たされる必要がある。

ここで、第３レンズの環境依存性を考慮すると、式
（４），（５）において、ψ（y₃）＝０のときにその変
動量が最小になる。従って、第３レンズのパワーψ
（y₃）を、ψ（y₃）≒０とすると、式（６）は、 ∂ψ（y₃）／∂y₃＞０ …（７） と表すことができる。

式（５）において、y₃＝０のとき、ψ（０）≒０とす
ると、 1/ζ′（y₃）−1/ζ（y₃）＝ψ（y₃），ψ（y₃）＞０ が得られ、この結果、 1/ζ′（y₃）＞1/ζ（y₃） ゆえに、 ζ′（y₃）＜ζ（y₃） となる。

この条件は、式（２）においてすべてのθに対し、結
像位置と像面が一致しないことを示すものである。従っ
て、 R/Z＜0.5 の条件も満たすものである。

第８図には、第７図に示した第３レンズ及び像面の配
置がより具体的に示されている。第８図において、回転
多面鏡の反射面の一辺の長さを規定する回転多面鏡に内
接する円の半径をＬ、及び、回転多面鏡の反射面の主走
査方向の曲率を規定する円周を与える円の半径Ｒとする
とき、L/Rを変化するとｕが変化する。

第９図には、第８図におけるL/Rの変化に対するｕの
変化が示されている。

第10A図及び第10B図には、この発明による第３レンズ
と偏向回転多面鏡を組合わせて用いて像面湾曲或いは歪
曲収差を補正した例の一例が示されている。曲線ａは、
回転多面鏡10のみによる像面湾曲及びｆθ特性の補正に
よる効果を、曲線ｂは、回転多面鏡10とｆθレンズ12を
用いた場合の像面湾曲及びｆθ特性の補正による効果を
それぞれ示している。

次に、第３レンズ即ち一種のｆθレンズ12が像面に近
接して配置される場合の像面におけるビームスポットの
大きさについて考慮する。この実施例に示した走査式光
学装置は、レーザプリンタなどに用いられることから、
像面周辺には、画像顕像化手段に用いられるトナー等の
微粉体が存在する。従って、第３レンズが像面に近接し
て配置される場合に、ビームスポットの微小化による極
小さなビームスポットがトナー等の微粉体によって散乱
されたり回折されることのないよう或いはトナーそのも
のによって遮蔽されても（ケラレても）実用上問題のな
い程度のビームスポットが得られるよう第３レンズをあ
る距離だけ像面から遠ざけておく必要がある。

レーザプリンタなどに用いられるトナーの大きさは、
概ね10〜20μｍであるから、ビームがトナーによって散
乱或いは回折されない或いはトナーによって遮蔽されて
も（ケラレても）実用上問題のない程度のビームスポッ
トが得られるためには、1/e²で規定される像面における
ビームスポットのエネルギーの変動を15％以下にするこ
とが好ましい。ビームスポットのエネルギー分布が正規
ガウス分布である場合には、上記エネルギー変動を15％
以下にするためにはそのビームスポット径ｗは概ねトナ
ー径の10倍となり、この実施例では、100μｍ〜200μｍ
が与えられる。

この結果、ζ_０（回転多面鏡の反射面から第３レンズ
前側主点までの距離）を変化することによって第３レン
ズ上でのビーム半径を100μｍ以上にするための第３レ
ンズと像面の距離は、 Ｚ−ζ_０≧πw₀/λ×0.1 で表される。（w₀はビームウエストでの1/e²半径） また、第３レンズの副走査パワーを変化することによ
っても像面におけるビームスポットを制御可能である。
この場合、光軸位置即ち偏向角０゜における副走査方向
光軸上でのパワーをψ_Ｆとするとき、 4/Z＜ψ_Ｆ であるときに、面倒れ補正、主走査方向におけるｆθ特
性、及び、像面湾曲を実用範囲内に収めることが可能で
あることがシミュレーションから確認されている。

ここで、第３レンズの面上におけるビームスポット径
ｗが前記トナー径よりも十分（概ね10倍以上）に大きく
なるためには、 ψ_Ｆ≒1/（Ｚ−ζ_０）＋1/ζ_０ ψ_Ｆ＜（10λ／πw₀）＋1/（Ｚ−w₀/10λ）が満たさ
れる必要がある。

この結果、第３レンズの副走査パワーを変化すること
によって像面におけるビームスポットを制御するために
は、 4/Z＜ψ_Ｆ、 ψ_Ｆ＜（10λ／πw₀）＋1/（Ｚ−πw₀/10λ）且つ、 ζ_０＞Z/2 によって第３レンズの実用可能範囲が規定される。

さらに、第３レンズのトーリック面側の主走査方向で
の光軸中心における曲率Ｃを変化することによっても像
面におけるビームスポット径ｗ、像面湾曲、ｆθ特性及
び面倒れ補正を制御可能である。即ち、トーリック面側
の主走査方向での母線に形状Ｚ′を光軸及びレンズ面の
交点を含む光軸に垂直方向の座標ｙに対応するＺ方向の
位置とするとき、 但し、y²,y⁴,y⁶,y⁸およびy¹⁰は、それぞれ主走査方向の
座標 で表されるレンズを用いた場合、この曲率Ｃ及びＺの積
の絶対値|C・Z|が、所定の範囲に存在する場合には、実
用可能なレンズを規定できることがシミュレーションに
より確認されている。

以下、上記シミュレーションの結果例１乃至例３を表
１乃至表３及び第11A図乃至第11F図に示す。尚、例１乃
至例３における|C・Z|の数値は、次のようになる。

例1:|C・Z|＝0.82, 例2:|C・Z|＝0.673, 例3:|C・Z|＝0.621 第11A図乃至第11F図には、|C・Z|の数値を変化させた
際の回転多面鏡の反射面に集束された光ビームのビーム
スポットの変化及びｆθ特性の変化が示されている。第
11A図、第11C図及び第11E図は、それぞれ、上記例１乃
至３の条件におけるｆθ特性の変化、第11B図、第11D図
及び第11F図は、それぞれ、上記例１乃至例３の条件に
おける周辺光の集光状態の変化を示している。

以上説明したように例１乃至例３及び多くの実験か
ら、|C・Z|が所定の数値を満たされる範囲において、第
３レンズの実用可能範囲が規定されることが確認されて
いる。しかしながら、例１では、図示しない像面湾曲及
び第11A図に示すｆθ特性に劣化が見られる。即ち、|C
・Z|の数値には上限が存在する。また、例３が利用され
る場合には、第11E図及び第11F図に示したｆθ特性の変
化及び周辺光の集光状態の変化は、例１の第11A図及び
第11B図に示した場合よりも改善されるにも拘わず図示
しない像面湾曲が増大することから、|C・Z|の数値には
同様に下限も存在する。

これらの結果から、 0.6≦|C・Z|≦0.85 の範囲が第３レンズの実用可能範囲として最適である。

（効果） この発明によれば、反射面が主走査方向には凸面状
に、副走査方向には平面状に形成された回転多面鏡と一
枚のトーリックレンズのみが組合わせられることによっ
て、ｆθ特性及び像面湾曲が同時に補正できる。また、
第二結像光学系のレンズが一枚ですみ、しかも、このレ
ンズはプラスチックであって、成形加工によって精度良
く製造できるので大幅なコストの低減が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第1A図は、この発明の折返しミラー、鏡筒及びハウジン
グを省略したレーザプリンタなどに用いられる光学装置
の平面図、第1B図は、第1A図に示した光学装置の副走査
方向における偏向角０゜の状態を示す断面図、第２図
は、第３レンズの光軸がそのレンズへの入射光の主光線
に対して回転多面鏡へ向かう入射光の側へシフトされた
配置を示す第1A図に示した光学装置の副走査方向におけ
る偏向角０゜の状態における断面図、第3A図は、LD、ガ
ラスレンズ及び絞りを固定する構造を示す側面図、第3B
図は、第3A図に示した鏡筒の線Ａ−Ａにおける断面図、
第４図は、絞りをガラスレンズの後側焦点位置に配置す
る詳細を示す概略図、第５図は、回転多面鏡における副
走査方向における偏向反射面の法線と入射光のなす角が
γであるときの光線の特性を示すベクトル図、第６図
は、第３レンズの光軸に対してある距離分ズレて入射さ
れた光ビームの特性を示す概略図、第７図は、この発明
による像面湾曲の補正原理を示す概略図、第８図は、第
７図に示した第３レンズ及び像面の配置をより具体的に
示す概略図、第９図は、第８図におけるL/Rの変化に対
するｕの変化の一例を示すグラフ、第10A図及び第10B図
は、回転多面鏡及び第３レンズによる像面湾曲及びｆθ
特性の補正による効果を示すグラフ、第11A図乃至第11F
図は、|C・Z|の数値を変化させた際の回転多面鏡の反射
面に集束された光ビームのｆθ特性変化及び周辺光の集
光状態の変化を示すグラフである。 ２……半導体レーザ素子、４……ガラスレンズ、６……
第１プラスチックレンズ、８……第２プラスチックレン
ズ、10……回転多面鏡、12……第３プラスチックレン
ズ、14……防塵ガラス、16……感光体、30……絞り、32
……LDホルダ、34……鏡筒、36……ウェーブワッシャ、
38……押え部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 成人 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝柳町工場内 合議体 審判長 田部 元史 審判官 町田 光信 審判官 松本 邦夫 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを発光する光源と、 凸状の反射面を有し、この凸状の反射面にて前記光源か
   ら発光された光ビームを反射し、走査対象物に向けて前
   記光ビームを走査する回転多面鏡と、 トーリック面を有し、前記回転多面鏡にて走査された光
   ビームを前記走査対象物上に結像する結像レンズとを具
   備し、 前記回転多面鏡の反射面から前記走査対象物間での距離
   をＺ（mm）、 前記結像レンズのトーリック面側のレンズ面の主走査方
   向での光軸中心における曲率をＣとしたとき、 0.6≦|C・Z|≦0.85 を満たすように構成したことを特徴とする光学装置。