JP3287945B2 - 走査光学装置 - Google Patents

走査光学装置

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JP3287945B2
JP3287945B2 JP05608094A JP5608094A JP3287945B2 JP 3287945 B2 JP3287945 B2 JP 3287945B2 JP 05608094 A JP05608094 A JP 05608094A JP 5608094 A JP5608094 A JP 5608094A JP 3287945 B2 JP3287945 B2 JP 3287945B2
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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、デジ
タル複写機、レーザファクシミリ等の画像形成装置の書
き込み部等に用いられる走査光学装置に関し、特に、倍
率誤差補正手段を備えた走査光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ等の光源から射出した光ビ
ームをポリゴンミラー等の光偏向器及び結像素子を介し
て感光体等の被走査面上に導光し、該光ビームで被走査
面上を光走査する走査光学装置が知られており、レーザ
プリンタ、デジタル複写機、レーザファクシミリ等の画
像形成装置の書き込み部に応用されている。このような
走査光学装置において、走査中に走査速度の変動が生じ
た場合、各走査線の信号終了位置にずれが生じて所謂ジ
ッタエラーが発生する。そこで、走査毎の光ビームの走
査速度の周期的変動を測定する測定手段を設け、該測定
手段によって得られた測定結果に応じて同期用のクロッ
クを変化させることで短周期ジッタ(高周波ジッタ)を
補正する手段を備えた走査光学装置が提案されている
(特開平3−110512号)。ところで、走査光学装
置においては、結像素子の加工誤差や、組付誤差、温
度、湿度等の環境変動などによって倍率誤差が発生し、
これにより光ビームの走査幅が変化し、走査速度が変動
する場合がある。このため、上記と同様に走査毎の光ビ
ーム走査時間を測定し、ページ毎にクロックを倍率誤差
が最小になるように変化させ、倍率誤差を補正する手段
が考えられる。しかしながら、倍率誤差による走査速度
の変動は大きく、クロックの変化量が大きいと対応に限
界があり、クロックを変化させる方法では、電装系の負
担が大きくなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであって、その目的とするところは、
倍率誤差の補正手段として、走査毎の光ビーム走査時間
を検知し、クロックに負担をかけずに、ページ毎の倍率
誤差を最小に補正できるように光路長を変動させ、倍率
誤差による変動が大きくても対応できるようにした走査
光学装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、光源手段から射出した光ビーム
を光偏向器を介して被走査面上に導光し、該光ビームで
被走査面上を光走査する走査光学装置において、被走査
面の有効露光域外の走査開始部と終端部に光ビーム検出
器を設け、該光ビーム検出器の検出信号から光ビームの
走査時間を測定する測定手段を設け、該測定手段によっ
て得られた測定結果に応じて、偏向器後の光ビーム結像
素子と被走査面との間に設けた光路変更ミラーを前記光
ビーム結像素子の光軸方向に変位させることを特徴とし
ている。
【0005】請求項2の発明は、請求項1の走査光学装
置において、光ビーム結像素子がプラスチックからなる
ことを特徴としている。請求項3の発明は、請求項1の
走査光学装置において、光路変更ミラーがプラスチック
からなることを特徴としている。請求項4の発明は、請
求項1,2または3の走査光学装置において、光路変更
ミラーが副走査方向に傾き変位することを特徴としてい
る。請求項5の発明は、請求項1〜4の何れか一つの走
査光学装置において、光路変更ミラー後に光ビーム検出
器が設けられ、走査時間が一定となるように光路変更ミ
ラーの変位を制御することを特徴としている。
【0006】尚、請求項1または4の走査光学装置にお
いて、被走査面が副走査方向に曲率を有する構成とし
てもよい
【0007】請求項の発明は、光源手段から射出した
光ビームを光偏向器を介して被走査面上に導光し、該光
ビームで被走査面上を光走査する走査光学装置におい
て、被走査面の有効露光域外の走査開始部と終端部に光
ビーム検出器を設け、該光ビーム検出器の検出信号から
光ビームの走査時間を測定する測定手段が設けられ、該
測定手段によって得られた測定結果に応じて、光源手段
と偏向器と光ビーム結像素子と光路変更ミラーが取付け
られたハウジング部が、ハウジングの一端を支点として
副走査方向に変位することを特徴としている。
【0008】請求項の発明は、請求項1または3の走
査光学装置において、前記測定手段の測定結果に応じて
光路変更ミラーの曲率を変化することを特徴としてい
る。請求項の発明は、請求項の走査光学装置におい
て、光路変更ミラーが走査方向に長く、副走査方向に短
い有効径を有し、背面部に副走査方向に対する補強構造
を有していることを特徴としている。請求項の発明
は、請求項の走査光学装置において、光路変更ミラー
があらかじめ曲率を有していることを特徴としている。
【0009】
【作用】請求項1の走査光学装置においては、走査毎の
光ビーム走査時間を検知し、ページ毎の倍率誤差を最小
に補正できるよう、光路変更ミラーを光ビーム結像素子
の光軸方向に変位させて光路長を変動させることによ
り、倍率誤差の変動が大きくても対応することが可能と
なり、クロックに負担をかけずに倍率誤差を補正するこ
とが可能となる。請求項2の走査光学装置においては、
光ビーム結像素子に、倍率誤差変動が大きいプラスチッ
ク材料を用いても、請求項1の構成を採用することによ
り倍率誤差の補正が可能となるため、使用光学部品のコ
ストの低減を図ることが可能となる。請求項3の走査光
学装置においては、光路変更ミラーの変位駆動時の負荷
を低減するため、光路変更ミラーにプラスチック材料を
用いることでミラーを軽量化し、負荷を低減することが
可能となる。請求項4の走査光学装置においては、光路
変更ミラーを副走査方向に傾き変位させることにより、
光路変更ミラーの変位量を光軸方向に変位させる場合よ
り小さくでき、駆動の負荷低減を行なうと共に、倍率誤
差を低減することが可能となる。請求項5の走査光学装
置においては、光路変更ミラー後に光ビーム検出器を設
け、走査時間が一定となるように光路変更ミラーの変位
を制御することにより、光路変更ミラーの変位量を検出
でき、倍率誤差を精度良く低減することが可能となる。
【0010】請求項6の走査光学装置においては、ハウ
ジングを変位することにより、ハウジングにより発生す
る倍率誤差を低減することが可能となる。請求項の走
査光学装置においては、光路変更ミラーを変形させるこ
とにより、レンズ効果を持たせ、倍率誤差を低減するこ
とが可能となる。請求項の走査光学装置においては、
光路変更ミラーが走査方向に長く、副走査方向に短い有
効径を有し、背面部に副走査方向に対する補強構造を有
していることにより、副走査方向に光路変更ミラーの変
形が発生しないようにし、主走査方向における倍率誤差
を低減することが可能となる。請求項の走査光学装置
においては、光路変更ミラーがあらかじめ曲率を有して
おり、ミラーにあらかじめレンズ効果を持たせること
で、ミラーの加工精度を低減すると共に、倍率誤差を低
減することが可能となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。図1は本発明の一実施例を示す走査光学装
置の概略構成図であって、光源手段から被走査面に到る
光路を主走査方向の平面(偏向走査面)上に展開した状
態を表わす図である。図1において、符号1は半導体レ
ーザ等の光源手段、2はコリメータレンズ、3はシリン
ダレンズ、4はポリゴンミラー(光偏向器)、4aはポ
リゴンミラーの偏向反射面、5はfθレンズや面倒れ補
正光学系等の光ビーム結像素子、6は感光体、6aは感
光体の被走査面上の走査位置、7,7’は同期検出用シ
リンダレンズ、8,8’は光ビーム検出器、9は光ビー
ムの走査時間を測定する測定手段、10は光路変更ミラ
ー、Aの矢印はポリゴンミラーの回転方向、Oはポリゴ
ンミラーの回転中心である。
【0012】光源手段1から射出されコリメータレンズ
2で平行光束とされた光ビームは、シリンダレンズ3を
通過した後、ポリゴンミラー4の偏向反射面4aで偏向
走査される。この偏向された光ビームは、fθレンズ等
の光ビーム結像素子5を通って、感光体6の被走査面上
の走査位置6aに微小なスポット光として結像され、被
走査面上を等速走査される。被走査面の有効露光域外の
光ビームの走査開始部と終端部には同期検出用シリンダ
レンズ7,7’及び光ビーム検出器8,8’が設けられ
ており、走査毎の走査開始時には光ビームが走査開始部
の同期検出用シリンダレンズ7を介して光ビーム検出器
8に照射され書込開始の同期信号の検出が行なわれる。
そして感光体6の被走査面上の走査位置6aを等速走査
した後、終端部の同期検出用シリンダレンズ7’を介し
て光ビーム検出器8’により一走査の終了が検出され
る。この時、図4に示すように、基準クロックA
対し、光ビーム検出器8,8’の信号から測定される一
走査の走査時間a は、倍率誤差が一定の時、走査幅
の変化が発生しないため、A−aは一定である。し
かし、倍率誤差が結像素子の加工精度や組付誤差、温
度、湿度等の環境変動などにより発生した場合、図3に
示すように、走査幅がLからL+ΔLに変化し、これに
伴う被走査面上での走査速度の変化によりA−a
変動する。従って、この走査速度の変動の周期及び大き
さから倍率誤差(走査幅変動)の発生を検出することが
できる。尚、図1の9はその変動を測定する測定手段で
ある。
【0013】ここで、請求項1の発明では、上記測定手
段9によって得られた測定結果に応じて、偏向器後の光
ビーム結像素子5と感光体6の被走査面との間に設けた
光路変更ミラー10を光ビーム結像素子5の光軸方向に
変位させて倍率誤差を補正するものである。すなわち、
図2に示すように、A−aの変動を測定した結果、
走査速度が通常より速い場合、倍率誤差が+側に発生す
るため、感光体6の被走査面を結像素子5より離す方向
で、図示しない移動機構により光路変更ミラー10を1
0’の破線で示す位置に移動する。この時の光路変更ミ
ラー10の移動量をΔとすると、結像素子5と被走査面
の距離はΔだけ変化し、その変化により走査幅が変化す
るため倍率誤差が補正される。
【0014】次に、請求項2の発明では、上記光ビーム
結像素子5をプラスチックで形成したものである。光ビ
ーム結像素子5をプラスチックにした場合、図5に示す
ように、所定の環境に対し温度あるいは湿度の変動によ
り、走査幅はL からL に変化する。そのため、図
5のようにyだけ走査位置をずらす必要があるが、これ
を請求項1の実施例のように光路変更ミラー10を変位
させることで行なうことにより、プラスチックを用いた
ことによる倍率変動を低減することができる。したがっ
て、結像素子をプラスチックで形成しても、上記のよう
に倍率誤差の補正を行なうことができ、しかもプラスチ
ック材料は光学ガラスに比べてコストが安く、軽量であ
るというメリットがあるため、低コストで軽量で走査精
度の高い走査光学装置を実現できる。
【0015】次に請求項3の発明は、上記光路変更ミラ
ー10をプラスチックで形成したものである。ミラーは
通常ガラスにより作製されているが、変位するには質量
が大きいため、プラスチックで形成することにより軽量
化を図ることができ、変位時の駆動系の負担を軽減する
ことができる。
【0016】次に請求項4の発明は、光路変更ミラー1
0を副走査方向に傾き変位させるようにしたものであ
る。図6のように、光路変更ミラー10をその一端11
を支点として10’の破線で示す位置に傾けることによ
り、感光体12上の走査位置は12aから12a’に変
化し、光路長が変化する。この傾き量により、倍率誤差
を補正することができる。この方式では、ミラーを光軸
方向に変位させる場合よりミラーの変位量を小さくで
き、駆動機構の負担を軽減することができる。図7は光
路変更ミラー10を傾き変位させるための駆動機構の一
実施例であり、ミラー10の一端側に設けたヒンジ部1
1’を支点として、ミラー10を例えば圧電素子13を
用いて変位させるものである。
【0017】次に請求項5の発明は、図8の実施例に示
すように、光路変更ミラー10の後に光ビーム検出器
8,8’を配置し、走査時間が一定となるように光路変
更ミラー10の変位を制御するものである。すなわち、
光路変更ミラー10以後に光ビーム検出器8,8’を配
置することで、光路変更後の光ビームを検知することが
できるため、倍率誤差の変化とミラー位置の変化が同時
に測定可能となる。そのため、倍率誤差の補正精度を向
上することができる。ここで、図9は光ビーム検出器
8,8’の配置位置の一例を示す図であり、感光体6の
両脇に光ビーム検出器8,8’を配置した例である。本
実施例では、光ビーム検出器8,8’の信号測定後、ミ
ラー変位駆動機構に結果をフィードバックすればよく、
精度良く倍率誤差が補正される。
【0018】尚、上述の請求項1〜5の構成とは別の参
考実施例として、上記測定手段9によって得られた測定
結果に応じて、偏向器後の光ビーム結像素子5を光軸方
向に変位させる方法がある。すなわち、図10に示すよ
うに、ミラー10を変位させずに、光ビーム結像素子5
をy方向に変位させても同様な効果が得られる。この場
合、光ビーム結像素子5は光路変更ミラー10より小さ
い光学素子であるため、変位に対し有利であり、駆動機
構の負担を軽減することができる。
【0019】次に請求項1または4の走査光学装置にお
いては、感光体等の被走査面が副走査方向に曲率を有す
る構成とするとよい。図2に示すように、感光体6がド
ラム状で副走査方向に曲率を有する場合、光路変更ミラ
ー10を結像素子の光軸方向に10’の位置まで変位さ
せると、感光体6上の走査位置は6aから6a’に変位
し、ミラー変位量Δに加え、δ分の変位も加わる。その
ため、図3に示すΔ+δの変化に対し、走査幅LはL+
ΔLに変化し、有効に倍率誤差を補正することができ
る。
【0020】次に請求項の発明は、上記測定手段によ
って得られた測定結果に応じて、光源手段1と偏向器4
と光ビーム結像素子5と光路変更ミラー10等が取付け
られたハウジング部14が、ハウジング14の一端1
4’を支点として副走査方向に変位する構成としたもの
である。すなわち、図11の実施例に示すように、ハウ
ジング14の中には、偏向器4と結像素子5と光路変更
ミラー10が有り(光源手段、コリメータレンズ等の図
示は省略した)、ハウジング14の一端部14’に設け
たヒンジを支点として副走査方向に変位し、感光体6と
の距離を変化させるものである。尚、図中の8,8’は
光ビーム検出器であり、ハウジング14の変位による走
査時間の変化を検知することができる。本発明によれ
ば、倍率誤差の補正に加えて、ハウジングの加工誤差に
よる光路長のバラツキも吸収することが可能となる。
【0021】次に請求項の発明は、上記測定手段の測
定結果に応じて光路変更ミラー10の曲率を変化する構
成としたものである。図12に光路変更ミラー10を変
形させ曲率を変化する機構の一例を示す。図中15は光
路変更ミラーの支持点であり、該支持点15はミラー1
0の両端を支えるようにしてハウジング(図示せず)に
固定されている。ミラー10の背面側中央部と図示しな
い支持部材との間には圧電素子13が取り付けられてお
り、圧電素子13を駆動して変位させることでミラー1
0を変形させ、曲率を変化することができる。ここで、
圧電素子13の変位量をΔとすると、曲率Rは、 R=(r+Δ)/2Δ (rは支持点15の間隔の1/2) で近似できる。平面に対し、ミラー10が凸に変形する
と、レンズとして凹レンズのパワーを有するため、走査
幅を拡げる方向となり、ミラー10が凹に変形するとそ
の逆となる。これにより、倍率誤差を補正することがで
きる。
【0022】次に請求項の発明は、光路変更ミラー1
0が走査方向(主走査方向)に長く、副走査方向に短い
有効径を有し、背面部に副走査方向に対する補強構造を
有する構成としたものである。図13に光路変更ミラー
背面部の補強部材16の一例を示す。倍率誤差は走査方
向の変化であるため、ミラーの曲率の変化も走査方向に
なることが望ましい。そのため、ミラー10の副走査方
向の変化を抑える必要があり、ミラー10の背面部に副
走査方向に対する補強部材16を設けることにより副走
査方向の変形が抑えられ、副走査方向の結像性を保つこ
とができる。
【0023】次に請求項の発明は、光路変更ミラー1
0があらかじめ曲率を有している構成としたものであ
る。図14に一実施例を示す。図14に示すように、例
えば光路変更ミラー10をあらかじめ凹ミラーにするこ
とで、プラスチック化することに対し、加工の難度を低
減することができる。図中15は光路変更ミラー10の
支持点であり、ミラー10の両端を支えるようにハウジ
ング(図示せず)に固定されている。ミラー10の背面
側中央部と図示しない支持部材との間には圧電素子13
が取り付けられており、ミラー10を凹ミラーとしたこ
とでミラーの弾性による保持が可能となり、圧電素子1
3を駆動して変位させることでミラー10の反射面の曲
率を、10cの凹面、10c’の平面、10c”の凸面
と変化させることができ、必要に応じて倍率誤差(走査
幅変動)を補正することができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の走査光
学装置においては、光路変更ミラーを光軸方向に変位さ
せて倍率誤差を補正することにより、クロックの変更を
必要としないため、電装系の負荷が低減すると共に、倍
率誤差の補正範囲が拡大し、画像品質を向上することが
できる。請求項2の走査光学装置においては、プラスチ
ックという変動が大きい材料を使用するが、請求項1の
装置構成とすることで倍率誤差の補正ができるため、材
料コストの低減が可能となると共に倍率誤差の小さい画
像を得ることができる。請求項3の走査光学装置におい
ては、光路変更ミラーをプラスチックを用いて作製する
ことで軽量化を実現することができ、変位のための駆動
機構の負荷を軽減することができる。請求項4の走査光
学装置においては、光路変更ミラーを副走査方向に傾き
変位させることにより、光路変更ミラーの変位量を光軸
方向に変位させる場合より小さくでき、変位のための駆
動機構の負荷を低減でき、倍率誤差の低減を図ることが
できる。請求項5の走査光学装置においては、光路変更
ミラーの変位量が走査時間の変化として光ビーム検出器
に表れるため、倍率誤差を精度良く補正することができ
る。
【0025】請求項6の走査光学装置においては、走査
時間の測定結果に応じてハウジングが変位するため、ハ
ウジングの加工精度による倍率誤差をも吸収でき、環境
等の変動があっても倍率誤差を低減することができる。
請求項の走査光学装置においては、走査時間の測定結
果に応じて光路変更ミラーの曲率を変化することによ
り、変位量が小さくても、倍率誤差を充分に補正するこ
とができる。請求項の走査光学装置においては、光路
変更ミラーの背面部に副走査方向に対する補強構造を設
けたことにより、光路変更ミラーが副走査方向に変形し
ないため、光路変更ミラーの曲率を変化して倍率誤差の
補正を行なっても、副走査方向の結像性能が変化しな
い。プラスチック等で成形したミラーの平面精度の管理
は難しいが、請求項の走査光学装置においては、光路
変更ミラーにあらかじめ曲率を持たせているため加工精
度を低減することができ、さらにその曲面形状を変形す
ることにより倍率誤差を充分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す走査光学装置の概略構
成図であって、光源手段から被走査面に到る光路を主走
査方向の平面(偏向走査面)上に展開した状態を表わす
図である。
【図2】本発明の一実施例を示す図であって、光路変更
ミラーの光軸方向の変位により倍率誤差を補正する場合
の説明図である。
【図3】走査幅と走査位置の関係の説明図である。
【図4】基準クロック(A)と、光ビーム検出器の検
出信号及びその信号から測定される走査時間(a)の
関係を示す図である。
【図5】環境変化等による光ビーム結像素子の倍率変動
による走査幅の変化とその補正方法の説明図である。
【図6】本発明の別の実施例を示す図であって、光路変
更ミラーの副走査方向への傾き変位により倍率誤差を補
正する場合の説明図である。
【図7】光路変更ミラーの副走査方向への傾き変位を行
なうための駆動機構の一例を示す図である。
【図8】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、
光ビーム検出器を光路変更ミラーの後に設けた例を示す
図である。
【図9】光ビーム検出器を光路変更ミラーの後に設けた
場合の配置例を示す図である。
【図10】参考実施例を示す図であって、偏向器後の光
ビーム結像素子を光軸方向に変位させて倍率誤差を補正
する場合の説明図である。
【図11】本発明のさらに別の実施例を示す図であっ
て、ハウジングを副走査方向に変位させて倍率誤差を補
正する場合の説明図である。
【図12】本発明のさらに別の実施例を示す図であっ
て、光路変更ミラーの曲率を変化させて倍率誤差を補正
する場合の説明図である。
【図13】本発明のさらに別の実施例を示す図であっ
て、光路変更ミラーの背面部に設けた補強構造の一例を
示す図である。
【図14】本発明のさらに別の実施例を示す図であっ
て、あらかじめ曲率を有する光路変更ミラーの曲率を変
化させて倍率誤差を補正する場合の説明図である。
【符号の説明】
1:光源手段(半導体レーザ等) 2:コリメータレンズ 3:シリンダレンズ 4:光偏向器(ポリゴンミラー等) 4a:偏向反射面 5:光ビーム結像素子 6,12:被走査媒体(感光体) 7,7’:同期検出用シリンダレンズ 8,8’:光ビーム検出器 9:走査時間の測定手段 10:光路変更ミラー 13:変位駆動手段(圧電素子等) 14:ハウジング 16:補強部材

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源手段から射出した光ビームを光偏向器
    を介して被走査面上に導光し、該光ビームで被走査面上
    を光走査する走査光学装置において、 被走査面の有効露光域外の走査開始部と終端部に光ビー
    ム検出器を設け、該光ビーム検出器の検出信号から光ビ
    ームの走査時間を測定する測定手段が設けられ、該測定
    手段によって得られた測定結果に応じて、偏向器後の光
    ビーム結像素子と被走査面との間に設けた光路変更ミラ
    ーが前記光ビーム結像素子の光軸方向に変位することを
    特徴とする走査光学装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の走査光学装置において、光
    ビーム結像素子がプラスチックからなることを特徴とす
    る走査光学装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の走査光学装置において、光
    路変更ミラーがプラスチックからなることを特徴とする
    走査光学装置。
  4. 【請求項4】請求項1,2または3記載の走査光学装置
    において、光路変更ミラーが副走査方向に傾き変位する
    ことを特徴とする走査光学装置。
  5. 【請求項5】請求項1〜4の何れか一つに記載の走査光
    学装置において、光路変更ミラー後に光ビーム検出器が
    設けられ、走査時間が一定となるように光路変更ミラー
    の変位を制御することを特徴とする走査光学装置。
  6. 【請求項6】光源手段から射出した光ビームを光偏向器
    を介して被走査面上に導光し、該光ビームで被走査面上
    を光走査する走査光学装置において、 被走査面の有効露光域外の走査開始部と終端部に光ビー
    ム検出器を設け、該光ビーム検出器の検出信号から光ビ
    ームの走査時間を測定する測定手段が設けられ、該測定
    手段によって得られた測定結果に応じて、光源手段と偏
    向器と光ビーム結像素子と光路変更ミラーが取付けられ
    たハウジング部が、ハウジングの一端を支点として副走
    査方向に変位することを特徴とする走査光学装置。
  7. 【請求項7】請求項1または3記載の走査光学装置にお
    いて、前記測定手段の測定結果に応じて光路変更ミラー
    の曲率を変化することを特徴とする走査光学装置。
  8. 【請求項8】請求項7記載の走査光学装置において、光
    路変更ミラーが走査方向に長く、副走査方向に短い有効
    径を有し、背面部に副走査方向に対する補強構造を有し
    ていることを特徴とする走査光学装置。
  9. 【請求項9】請求項7記載の走査光学装置において、光
    路変更ミラーがあらかじめ曲率を有していることを特徴
    とする走査光学装置。
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