JP3337510B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】等角速度的に偏向する光束を被走査面上
に光スポットとして集光し、被走査面を走査する光走査
装置は、従来から光プリンター等に関連して種々のもの
が知られている。偏向光束を被走査面上に光スポットと
して集光する光学系としてはｆθレンズが一般的である
が、近来、ｆθレンズレンズに代えて、「リニアリティ
補正機能を持つ結像ミラー」を利用することが提案され
ている（例えば、特開平１−２００２２１号公報）。

【０００３】近来、光走査装置には、書き込み画像の像
質を高めるため、高密度記録が求められているが、これ
を実現するためには、被走査面を走査する光スポット径
が像高とともに大きく変動しないことが是非とも必要で
ある。光スポット径は、偏向光束を光スポットとして集
光させる結像系の、主走査対応方向（光源から被走査面
に到る光路を直線状に展開した仮想的な光路上で主走査
方向に平行に対応する方向）および副走査対応方向（上
記仮想的な光路上で副走査方向に平行に対応する方向）
の結像点の軌跡、即ち上記両対応方向における像面湾曲
に影響される。

【０００４】光スポット径の変動を抑えるには、上記両
対応方向において結像系の像面湾曲を０とすれば良いが
実際上不可能であり、現実には主・副走査対応方向にか
なりの像面湾曲が生じてしまう。主走査対応方向の像面
湾曲に伴う光スポット径変動は、「１ドットを書き込む
時間」を電気的に制御することにより、実用上問題とな
らない程度まで補正できるが、副走査対応方向の光スポ
ット径変動は、このような電気的な補正が難しく、従っ
て副走査対応方向に像面湾曲があると、副走査対応方向
の光スポット径は像高により変動してしまう。

【０００５】また、光束を等角速度的に偏向させる光偏
向器に所謂「面倒れ」があると、光スポットが走査する
主走査ラインの位置が副走査方向に変動して、所謂「ピ
ッチむら」を発生してしまう。上記光スポット径変動の
問題やピッチむら発生の問題は、結像系として上記結像
ミラーを用いる場合にも問題となる。

【０００６】さらに、結像ミラーを用いる場合、結像ミ
ラーの結像作用を受けた光束は、結像ミラーへの入射光
束と同じ側へ反射されるため、入射光束の光路と反射光
束の光路とを互いに分離する手段が必要であり、この光
路分離に伴い「主走査ラインが曲がる」という、結像ミ
ラー使用に固有の問題もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、結像ミラーを用いる
光走査装置において像面湾曲に伴う光スポット径変動を
有効に軽減させた新規な光走査装置の提供を目的とす
る。

【０００８】この発明の他の目的は、結像ミラーを用い
る光走査装置において、上記光スポット径変動を有効に
軽減するとともに、光偏向器の面倒れに伴うピッチむら
の発生を有効に防止できる新規な光走査装置を提供する
ことである。

【０００９】この発明の別の目的は、結像ミラーを用い
る光走査装置において上記光スポット径変動を有効に軽
減し、ピッチむらの発生を有効に防止し、さらに光路分
離に伴う主走査線の曲がりを有効に補正できる新規な光
走査装置の提供にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】光走査装置は、光源と、
カップリングレンズと、光偏向器と、結像ミラーと、光
路分離手段と、長尺シリンダー結像素子とを有する。
「光源」は、光走査用の光束を放射する。光源としては
半導体レーザーや発光ダイオードを利用することができ
る。「カップリングレンズ」は、光源から放射される光
束を、集光光束もしくは発散光束もしくは平行光束とす
る。

【００１１】「光偏向器」は、カップリングレンズから
の光束を等角速度的に偏向させる。光偏向器としては、
「ほぞ型ミラー」やピラミダルミラー、回転多面鏡等を
用いることができる。

【００１２】「結像ミラー」は、光偏向器による偏向光
束を主走査対応方向に関して被走査面上に集光させ、且
つ、光走査を等速化する。結像ミラーの反射面形状は共
軸非球面である。

【００１３】「光路分離手段」は、結像ミラーによる反
射光の光路を、光源から結像ミラーに到る入射光路から
分離する手段である。

【００１４】「長尺シリンダー光学素子」は、長手方向
に直交する方向にのみ正のパワーを持ち、長手方向を主
走査対応方向に平行にして、結像ミラーと被走査面との
間に配備され、結像ミラーと共働して偏向光束を副走査
対応方向において被走査面上に集光する。従って、偏向
光束は、主走査対応方向に関しては結像ミラーにより被
走査面上に集光され、副走査対応方向に関しては結像ミ
ラーと長尺シリンダー光学素子とにより被走査面上に集
光される。

【００１５】長尺シリンダー光学素子は、長尺シリンダ
ーミラーでも良いし、長尺シリンダーレンズでもよい。

【００１６】上記結像ミラーの反射面形状をなす非球面
は、「対称軸に合致させてＸ軸をとり、Ｘ軸と反射面と
の交点を通り、Ｘ軸に直交してＹ軸をとるとき、上記交
点における反射面の曲率半径をＲ、円錐定数をＫとする
とき、−３≦Ｋ≦４の範囲にあるＫにより、実質的に Ｙ^２＝２ＲＫ−（Ｋ＋１）Ｘ^２ （１） により表される曲線を上記対称軸の回りに回転して得ら
れる形状」であることが好ましい。ここに、非球面が上
記（１）式により実質的に決定されるというのは、以下
の如き意味である。即ち、例えば、多項式： Ｘ＝ΣＤ２Ｎ・Ｙ＊＊２Ｎ （和は整数Ｎに就いて１から∞までとる。記号＊＊２Ｎ
は２Ｎ乗を表す）は、係数Ｄ２Ｎと項数を適当に選ぶこ
とにより（１）式で表現される形状にいくらでも近い形
状を実現できる。請求項２において、実質的に（１）式
で与えられる反射面形状には、表現の如何を問わず、偏
向反射面内の形状が上記（１）式で特定されるものと実
質的に同等の結像機能を持つ近似形状が含まれる。

【００１７】別の光走査装置では上記の構成に加えて、
カップリングレンズと光偏向器との間に「カップリング
レンズからの光束を光偏向器の偏向反射面近傍の位置に
主走査対応方向に長い線像として結像させる線像結像素
子」が設けられ、且つ、結像ミラーと長尺シリンダー光
学素子とによる結像系が「偏向反射面位置と被走査面位
置とを副走査対応方向に関して幾何光学的に略共役な関
係とする」ように構成される。

【００１８】更に他の光走査装置では、上記の光走査装
置において、光路分離手段による光路分離に起因して生
じる主走査ラインの曲がりを補正するために、以下の補
正手段ａ〜ｄ； ａ：結像ミラーを副走査対応方向へずらす、 ｂ：結像ミラーを、主走査対応方向に平行な軸の回りに
回転させて傾ける、 ｃ：長尺シリンダー光学素子を副走査対応方向へずら
す、 ｄ：長尺シリンダー光学素子を、主走査対応方向に平行
な軸の回りに回転させて傾ける、の１以上が実行され
る。

【００１９】請求項１記載の光走査装置は、光源と、カ
ップリングレンズと、光偏向器と、結像ミラーと、光路
分離手段と、長尺トロイダルレンズとを有する。これら
のうち、光源、カップリングレンズ、光偏向器、結像ミ
ラーは、上に説明した光走査装置におけると同じもので
ある。

【００２０】「光路分離手段」は、結像ミラーによる反
射光の光路を、光源から結像ミラーに到る入射光路から
分離する手段である。

【００２１】「長尺トロイダルレンズ」は、長手方向を
主走査対応方向に対応させて用いられる。即ち、光偏向
器により偏向された偏向光束は、偏向に伴い、長尺トロ
イダルレンズへの入射位置が長尺トロイダルレンズの長
手方向へ変位する。長尺トロイダルレンズは、結像ミラ
ーと共働して偏向光束を被走査面上に集光する。従っ
て、偏向光束は、主走査対応方向に関しては結像ミラー
により被走査面上に集光され、副走査対応方向に関して
は結像ミラーと長尺シリンダー光学素子とにより被走査
面上に集光される。また、長尺トロイダルレンズは「副
走査対応方向の曲率半径が光軸を主走査対応方向へ離れ
るに従って小さくなる樽型トロイダル面」を凹レンズ面
として入射側に有すし、かつ、凸レンズ面としてのノー
マルトロイダル面を射出側に有する。 上記結像ミラー
は、副走査対応方向の結像点が、光軸を離れるほど被走
査面から光偏向器側へずれるように像面湾曲を発生させ
るものであり、この副走査対応方向の像面湾曲を、上記
長尺トロイダルレンズの凹の樽型トロイダル面の作用に
より補正する。

【００２２】請求項１記載の光走査装置では、長尺トロ
イダルレンズは「結像ミラーと被走査面との間」に配備
される。この場合、結像ミラーの反射面形状をなす非球
面は、上記光走査装置におけると同じく、「円錐定数：
Ｋが、−３≦Ｋ≦４の範囲にある前記曲線（１）により
実質的に表される曲線を対称軸の回りに回転して得られ
る形状」であることが好ましい（請求項２）。

【００２３】請求項３記載の光走査装置では、長尺トロ
イダルレンズは「光偏向器と結像ミラーとの間」に配備
される。この場合、結像ミラーの反射面形状を実質的に
特定する（１）式中の円錐定数：Ｋは、１≦Ｋ≦４の範
囲にあることが好ましい（請求項４）。

【００２４】請求項５記載の光走査装置では上記請求項
１〜４記載の各構成に加えて、カップリングレンズと光
偏向器との間に「カップリングレンズからの光束を光偏
向器の偏向反射面近傍の位置に主走査対応方向に長い線
像として結像させる線像結像素子」が設けられ、且つ、
結像ミラーと長尺トロイダルレンズとによる結像系が
「偏向反射面位置と被走査面位置とを副走査対応方向に
関して幾何光学的に略共役な関係とする」ように構成さ
れる。

【００２５】更に、請求項６記載の光走査装置では、上
記請求項１〜５記載の各光走査装置において、光路分離
手段による光路分離に起因して生じる主走査ラインの曲
がりを補正するために、以下の補正手段Ａ〜Ｄ； Ａ：結像ミラーを副走査対応方向へずらす、 Ｂ：結像ミラーを、主走査対応方向に平行な軸の回りに
回転させて傾ける、 Ｃ：長尺トロイダルレンズを副走査対応方向へずらす、 Ｄ：長尺トロイダルレンズを、主走査対応方向に平行な
軸の回りに回転させて傾ける、の１以上が実行される。

【００２６】

【作用】上記のように、偏向光束を被走査面上に光スポ
ットとして集光する結像系を共軸非球面の結像ミラーと
長尺シリンダー光学素子により構成すると、副走査対応
方向における結像ミラーの像面湾曲の補正不足部分を長
尺シリンダー光学素子における副走査対応方向のパワー
や、配備位置等により有効に補正することができる。

【００２７】結像ミラーの反射面の非球面形状を特徴づ
ける円錐定数：Ｋを、「−３≦Ｋ≦４」の範囲に設定す
るが、Ｋの値が−３を越えて小さくなると、結像ミラー
と光偏向器との間の距離が小さくなって具体的な光学配
置が難しくなる。またＫの値が４を越えて大きくなる
と、結像ミラーと光偏向器との間の距離が大きくなっ
て、やはり具体的な光学配置が難しくなり、光走査の等
速性即ちリニアリティを良好に補正することも難しい。

【００２８】また、結像系を結像ミラーと長尺シリンダ
ー光学素子とにより構成されるアナモフィックな光学系
とすると、結像ミラーと長尺シリンダー光学素子とによ
り「光偏向器の偏向反射面位置と被走査面位置とを、副
走査対応方向において幾何光学的な共役関係とする」こ
とができ、このようにするとともに光源側からの光束を
光偏向器の偏向反射面位置近傍に「主走査対応方向に長
い線像」として結像させるように線像結像素子を配備す
ることにより、偏向反射面の「面倒れ」を補正できる。

【００２９】また、主走査線の曲がりは、結像ミラーや
長尺シリンダー光学素子に入射する偏向光束の入射位置
の軌跡が、主走査対応方向に平行にならず曲線化するこ
とに起因して生じるので、請求項６記載の発明のような
補正手段ａ〜ｄの１以上を実行することにより、上記入
射位置の軌跡の曲線化を有効に軽減できる。

【００３０】請求項１記載の発明では、偏向光束を被走
査面上に光スポットとして集光する結像系が「共軸非球
面の結像ミラーと長尺トロイダルレンズと」により構成
されるので、副走査対応方向における結像ミラーの像面
湾曲の補正不足部分を長尺トロイダルレンズにおける副
走査対応方向のパワーや、配備位置等により有効に補正
することができる。

【００３１】即ち、共軸非球面を反射面形状とする結像
ミラーのみで光スポットを形成する場合、一般に「副走
査対応方向における結像点が、光軸を離れるほど被走査
面から光偏向器側へずれる」ように副走査対応方向の像
面湾曲が発生するが、この発明の長尺トロイダルレンズ
は凹レンズ面として前述の「樽型トロイダル面」を含ん
でいるため、長尺トロイダルレンズの副走査対応方向に
おける正のパワーは、光軸を主走査対応方向に離れるほ
ど小さくなり、長尺トロイダルレンズと結像ミラーとに
よる副走査対応方向の結像位置を、光軸を主走査方向に
離れるほど被走査面側へ移動させるように作用し、上記
副走査対応方向の像面湾曲を有効に補正するのである。

【００３２】請求項１記載の光走査装置においては、長
尺トロイダルレンズが「結像ミラーと被走査面との間」
に配備されるので、副走査対応方向の像面湾曲を補正す
る効果が極めて良好に発揮される。また、結像ミラーと
被走査面との間隔が長い場合にも有効に像面湾曲補正が
可能であるため、結像ミラーを光偏向器に近付けること
も可能であり、このように結像ミラーを光偏向器近傍に
配することにより、結像ミラーの小型化が可能になる。

【００３３】請求項２記載の発明では、結像ミラーの反
射面の非球面形状を特徴づける円錐定数：Ｋが「−３≦
Ｋ≦４」の範囲に設定される。Ｋの値が−３を越えて小
さくなると、像面湾曲の十分な補正が困難になる。ま
た、Ｋの値が４を越えて大きくなると、結像ミラーと被
走査面との間の距離が小さくなり、結像ミラーと被走査
面との間に長尺トロイダルレンズを配備するのが具体的
に困難である。

【００３４】請求項３記載の光走査装置においては、長
尺トロイダルレンズが、光偏向器と結像ミラーとの間に
配備されるので、長尺トロイダルレンズと被走査面との
間の距離が長くなり、副走査対応方向における像面での
深度が深くなり、像高変化に伴う副走査対応方向の光ス
ポット径の変動が有効に軽減される。

【００３５】請求項４記載の発明では、結像ミラーの反
射面の非球面形状を特徴づける円錐定数：Ｋが「１≦Ｋ
≦４」の範囲に設定される。Ｋの値が１を越えて小さく
なると、結像ミラーと被走査面との間の距離が大きくな
りすぎ、必然的に長尺トロイダルレンズと被走査面との
間の距離も長くなり、副走査対応方向における結像の横
倍率が大きくなり、光学系の組立て精度が厳しくなる。
また、Ｋの値が４を越えて大きくなると、結像ミラーと
被走査面との間の距離が極端に小さくなり、主走査対応
方向の像面湾曲を有効に補正することができず、主走査
対応方向における光スポット径の変動を電気的に補正し
きれなくなる。

【００３６】請求項１〜４記載の発明でも、結像系が結
像ミラーと長尺トロイダルレンズとにより構成されるア
ナモフィックな光学系であるので、結像ミラーと長尺ト
ロイダルレンズとにより「光偏向器の偏向反射面位置と
被走査面位置とを、副走査対応方向において幾何光学的
な共役関係とする」ことができ、このようにするととも
に光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面位置近傍に
「主走査対応方向に長い線像」として結像させるように
線像結像素子を配備することにより、偏向反射面の「面
倒れ」を補正できる（請求項５）。

【００３７】また、主走査線の曲がりは、結像ミラーや
長尺トロイダルレンズに入射する偏向光束の入射位置の
軌跡が、主走査対応方向に平行にならず曲線化すること
に起因して生じるので、請求項６記載の発明のような補
正手段Ａ〜Ｄの１以上を実行することにより、上記入射
位置の軌跡の曲線化を有効に軽減できる。

【００３８】

【実施例】図１に示す実施例において、光源１としての
半導体レーザーからの発散性の光束はカップリングレン
ズ２を透過する。カップリングレンズ２は透過光束を集
光光束としてもよいし、発散性の光束としてもよく、あ
るいは実質的な平行光束としてもよいが、ここでは具体
性のため、カップリングレンズ２を透過した光束は弱い
発散性の光束となっているものとする。

【００３９】カップリングレンズ２を透過して発散性と
なった光束は、続いて線像結像素子としてのシリンダー
レンズ３を透過し、副走査対応方向にのみ収束し、ほぞ
型ミラーである光偏向器４の偏向反射面近傍に主走査対
応方向に長い線像として結像する。偏向反射面により反
射された光束は、結像ミラー５および長尺シリンダーミ
ラー６により順次反射され、被走査面の主走査ラインに
母線を合致させて配備された光導電性の感光体７上に光
スポットとして集光する。

【００４０】結像ミラー５と長尺シリンダーミラー６に
より構成される結像系の結像作用を主・副走査対応方向
のそれぞれに就いて見ると、以下のようになる。即ち、
主走査対応方向においては、カップリングレンズ２を透
過した光束の発散起点（カップリングレンズ２以降の発
散光束を、カップリングレンズがないものとして逆に辿
ったときの発散の開始点で、仮想的な点である）を物点
とする結像ミラー５による像が感光体７上の光スポット
である。

【００４１】また、副走査対応方向に就いてみると、シ
リンダーレンズ３により結像された主走査対応方向に長
い線像を物点とする、結像ミラー５と長尺シリンダーミ
ラー６とによる像が感光体７上の光スポットである。即
ち、副走査対応方向に就いては結像ミラー５と長尺シリ
ンダーミラー６とが、偏向反射面位置と被走査面位置と
を幾何光学的に略共役な関係としている。

【００４２】光偏向器４が動作すると偏向反射面が回転
し、反射光束は偏向光束となり、光スポットは感光体７
を光走査する。

【００４３】図２は、図１に示す光走査装置の光偏向器
４から感光体７に到る光路を主走査対応方向から見た図
であり、図の上下方向が副走査対応方向になっている。
光源１側からの光束（主光線で示す）は光偏向器４の偏
向反射面に対し、副走査対応方向に各θを持って入射
し、結像ミラー５および長尺シリンダーミラー６とによ
り順次反射されて感光体７に入射する。

【００４４】偏向反射面への入射位置を通り、偏向反射
面の回転軸に直交する面を基準面Ｓとすると、結像ミラ
ー５は基準面Ｓから副走査対応方向上向きにＺ１だけず
れて配設され、長尺シリンダーミラー６は基準面Ｓから
副走査対応方向上向きにＺ２（＞Ｚ１）だけずれて配設
されている。このように、基準面に対して結像ミラー５
と長尺シリンダーミラー６とを副走査対応方向へ互いに
ずらして配設し、偏向反射面への入射光束を基準面Ｓに
対して角：θだけ傾けて設定したことが光路分離手段を
構成している。即ち、Ｚ１，Ｚ２は、基準面より上側へ
とるときを＋とし、θは基準面を０として反時計回りを
＋とし、βは反時計回りを＋とする。

【００４５】また、図２に示すように、偏向反射面によ
る反射光束は結像ミラー５の入射面に、光軸位置（鎖線
で示す）よりも図の上側で入射し、長尺シリンダーミラ
ー６へは光軸（鎖線で示す）よりも下側の位置で入射し
ている。即ち、この実施例においては前記補正手段ａ，
ｃが実行されている。

【００４６】偏向反射面に対する入射光束の入射方向が
副走査対応方向に角：θだけ傾いているため、偏向光束
の主光線の掃引する面は平面でなく円錐面となり、結像
ミラー５への入射位置は偏向角が大きくなるほど図２の
上側へずれる。これに対応して、長尺シリンダーミラー
６への入射位置は偏向角が大きいほど図２の下側へずれ
る。このことを利用し、結像ミラー５による主走査ライ
ンの曲がりと、長尺シリンダーミラーによる主走査ライ
ンの曲がりを互いに逆向きに発生させ、両者を相殺させ
て、主走査ラインの曲がりを実用上問題とならない程度
に小さくするのである。

【００４７】図３は、光路分離手段の別の例を示す光学
配置を、図２に倣って描いたものである。繁雑を避ける
ため同種の機材には図２におけると同一の符号を付し
た。この例でも、光路分離手段は、結像ミラー５と長尺
シリンダーミラー６とを副走査対応方向（図の上下方
向）において基準面Ｓからずらし、且つ、長尺シリンダ
ーミラー６の反射面を主走査対応方向（図面に直交する
方向）に平行な軸の回りに回転させた光学配置とし、偏
向反射面への入射光束の方向を副走査対応方向に角：θ
傾けたことにより構成されている。

【００４８】また主走査ラインの曲がりを補正するため
に、結像ミラー５の光軸位置が、偏向光束の入射位置に
対して副走査対応方向へずらされ、長尺シリンダーミラ
ーが主走査対応方向に平行な軸の回りに回転され、基準
面に対して傾けられている。即ち、前記補正手段ａとｃ
とｄが実行されている。

【００４９】以下、図２，３に示す光学配置の具体例を
３例挙げる。各具体例において、Ｋは結像ミラー５の反
射面の非球面形状を特徴付ける円錐定数、Ｒは上記反射
面とその回転対称軸との交点における曲率半径、Ｒｃは
長尺シリンダーミラー６のパワーを有する方向の曲率半
径を表す、また角：θは、偏向反射面への入射光束の基
準面Ｓに対する傾きを表し、角：βは、図３に示すよう
に長尺シリンダーミラーの基準面Ｓに対する傾き角であ
る。また、Ｌ_０，Ｌ，Ｚ1，Ｚ2は、図２,３に示す各距
離を表す。勿論、光源から偏向反射面に到る光学配置は
図１に即して説明した如くである。

【００５０】さらに、Ｓ₀は、結像ミラー５の結像にお
ける主走査対応方向に関する「物点」の位置を結像ミラー
５の反射面位置から図った光軸上の距離であり、カップ
リングレンズ２から射出する光束が発散光束の場合は前
述の「発散の起点」であり、カップリングレンズ２から
射出する光束が集光光束であるときは、その「自然集光
点」即ち、集光光束が他の光学系の影響を受けず、光路
上で自然に集光する位置である。各具体例とも書き込み
幅（主走査ラインの有効長）＝２１６ｍｍである。

【００５１】具体例１ Ｋ＝−３．０，Ｓ_０＝−７２．４、Ｌ_０＝２９．４，Ｌ＝１００．３， Ｒ＝−１０６．９５，Ｒｃ＝−１５５，θ＝−４度，Ｚ１＝−０．４６ Ｚ２＝５．６ 具体例２ Ｋ＝ １．０，Ｓ_０＝１１２．４、Ｌ_０＝１０４．５，Ｌ＝４１．９， Ｒ＝−３００，Ｒｃ＝−５２．７，θ＝１度，β＝４５度， Ｚ１＝−２４．４，Ｚ２＝−７．５ 具体例３ Ｋ＝ ４．０，Ｓ_０＝６９．９、Ｌ_０＝１０４．９，Ｌ＝２７．６， Ｒ＝−３６３，Ｒｃ＝−４９，θ＝６度，β＝２９度， Ｚ１＝−４６．３，Ｚ２＝−１７．５ 上記具体例１の光学配置は図２の光学配置と同様であ
り、具体例２，３の光学配置は図３の光学配置と同様で
ある。図４〜図６に順次、具体例１〜３に関する像面湾
曲（左端の図、破線が主走査対応方向、実線が副走査対
応方向のものを表す）、走査特性（中央の図）、主走査
ラインの曲がり（右端の図）を示す。

【００５２】「走査特性」は、ｆθレンズにおけるｆθ
特性に対応するものであり、偏向光束の偏向角：αのと
き光走査を等速的に行うための理想的な像高をＨ
（α）、現実の像高をＲ（α）とするとき、 ［｛Ｈ（α）−Ｒ（α）｝／Ｈ（α）］×１００（％） で定義される量である。

【００５３】図７は別の具体例を示す。繁雑を避けるた
め、混同の虞れがないと想われるものについては図１に
おけると同一の符号を用いた。図１に示す実施例との違
いは、この実施例においては長尺シリンダー光学素子と
して、長尺シリンダーミラー６に代えて、「凸平」の長
尺シリンダーレンズ８を用いている点である。

【００５４】図８，９は、図７に示す型の光走査装置に
おける光路分離手段をなす光学配置の２例を示してい
る。図８に示す光学配置では、結像ミラー５は基準面Ｓ
から副走査対応方向上向きにＺ３だけずれて配設され、
長尺シリンダーレンズ８は基準面Ｓから副走査対応方向
上向きにＺ４だけずれて配設されている。このように、
基準面Ｓに対して、結像ミラー５と長尺シリンダーレン
ズ８とを副走査対応方向へ互いにずらして配設し、偏向
反射面への入射光束を基準面Ｓに対して角：θだけ傾け
て設定したことが光路分離手段を構成している。また、
この実施例においては前記補正手段ａ，ｃが実行されて
いる。

【００５５】図９に示す光学配置でも、光路分離手段
は、結像ミラー５と長尺シリンダーレンズ８とを副走査
対応方向（図の上下方向）において基準面Ｓからずら
し、且つ長尺シリンダーレンズ８を主走査対応方向（図
面に直交する方向）に平行な軸の回りに回転させた光学
配置とし、偏向反射面への入射光束の方向を副走査対応
方向に角：θ傾けたことにより構成されている。また主
走査ラインの曲がりを補正するために、結像ミラー５の
光軸位置が偏向光束の入射位置に対して副走査対応方向
へずらされ、長尺シリンダーミラーが主走査対応方向に
平行な軸の回りに回転されて基準面Ｓに対して傾けられ
ている。即ち、前記補正手段ａとｃとｄが実行されてい
る。

【００５６】以下、図８，９に示す光学配置の具体例を
３例挙げる。Ｋ，Ｒ，θ，Ｓ₀の意味するところは上記
具体例１〜３におけると同じである。Ｒｃｌは長尺シリ
ンダーレンズ８（厚み：３ｍｍ、屈折率：１．５１１１
８（波長：７８０ｎｍ））の凸面の、パワーを有する方
向の曲率半径を表す、また角：βは、図９に示すように
長尺シリンダーレンズ８の基準面Ｓに対する傾き角であ
る。Ｌ₀，Ｌ，Ｚ３，Ｚ４は図８，９に示す各距離を表
す。勿論、光源から偏向反射面に到る光学配置は図７に
即して説明した如くである。各具体例とも書き込み幅＝
２１６ｍｍである。

【００５７】具体例４ Ｋ＝−３．０，Ｓ_０＝−７２．４、Ｌ_０＝２９．４，Ｌ＝１８９．３， Ｒ＝−１０６．９５，Ｒｃｌ＝１４．０，θ＝−４度，β＝０， Ｚ３＝−０．４６，Ｚ４＝７．８ 具体例５ Ｋ＝ １．０，Ｓ_０＝１１２．４、Ｌ_０＝１０４．５，Ｌ＝５０， Ｒ＝−３００，Ｒｃｌ＝７．１８，θ＝６度，β＝１５度， Ｚ３＝−４４．３，Ｚ４＝−２５．３ 具体例６ Ｋ＝ ４．０，Ｓ_０＝６９．９、Ｌ_０＝１０４．９，Ｌ＝３０， Ｒ＝−３６３，Ｒｃｌ＝１２．１，θ＝６度，β＝０度， Ｚ３＝−４４．３，Ｚ２＝−１８．３ 上記具体例４の光学配置は図８の光学配置と同様であ
り、具体例５，６の光学配置は図９の光学配置と同様で
ある（但し、具体例６では、長尺シリンダーレンズは、
基準面Ｓに対して傾けられていない）。図１０〜図１２
に順次、具体例４〜６に関する像面湾曲（左端の図、破
線が主走査対応方向、実線が副走査対応方向のものを表
す）、走査特性（中央の図）、主走査ラインの曲がり
（右端の図）を示す。

【００５８】具体例１〜６に関する像面湾曲、走査特
性、主走査ラインの曲がりの図を見ると、何れの例でも
副走査対応方向の像面湾曲（実線）は極めて良好に補正
されている。主走査対応方向の像面湾曲は、具体例によ
ってはある程度大きいものもあるが、そのような場合で
も電気的な補正により主走査方向の光スポット径変動は
十分に補正できる。また各具体例とも、主走査ラインの
曲がりは極めて小さく、走査特性も極めて良好である。

【００５９】図１３（Ａ）に示す実施例は請求項１，
２，５，６記載の発明の実施例である。以下に説明する
各実施例の図においても、繁雑を避けるために、混同の
虞れがないと思われるものについては、図１におけると
同一の符号を用いる。

【００６０】光源１としての半導体レーザーからの発散
性の光束はカップリングレンズ２を透過する。カップリ
ングレンズ２は透過光束を集光光束としてもよいし、発
散性の光束としてもよく、あるいは実質的な平行光束と
してもよいが、ここでも、上記各実施例におけると同じ
く、カップリングレンズ２を透過した光束は弱い発散性
の光束となっているものとする。

【００６１】カップリングレンズ２を透過して発散性と
なった光束は、続いて線像結像素子としてのシリンダー
レンズ３を透過して副走査対応方向にのみ収束し、光偏
向器４の偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い線像と
して結像する。偏向反射面により反射された光束は、結
像ミラー５により反射された後、長尺トロイダルレンズ
６０を透過して被走査面の主走査ラインに母線を合致さ
せて配備された光導電性の感光体７上に光スポットとし
て集光する。

【００６２】結像ミラー５と長尺トロイダルレンズ６０
により構成される結像系の結像作用を主・副走査対応方
向のそれぞれに就いて見ると、主走査対応方向において
は、カップリングレンズ２を透過した光束の発散起点を
物点とする結像ミラー５による像が感光体７上の光スポ
ットであり、副走査対応方向においては、シリンダーレ
ンズ３により結像された主走査対応方向に長い線像を物
点とする、結像ミラー５と長尺トロイダルレンズ６０と
による像が感光体７上の光スポットである。即ち、副走
査対応方向に就いては結像ミラー５と長尺トロイダルレ
ンズ６０とが、偏向反射面位置と被走査面位置とを幾何
光学的に略共役な関係としている。

【００６３】光偏向器４が動作すると偏向反射面が回転
して反射光束は偏向光束となり、光スポットは感光体７
を光走査する。

【００６４】長尺トロイダルレンズ６０は図１３（Ｂ）
に示すように、凸レンズ面としてノーマルトロイダル面
を持ち、凹レンズ面として樽型トロイダル面を有する。
「樽型トロイダル面」は、主走査対応方向に就いてはノ
ーマルトロイダル面と共通した曲率半径を有するが、副
走査対応方向に関しては曲率半径（破線で示す円の半
径）が光軸を「主走査対応方向（図の左右方向）へ離れ
るほど小さくなる」ようになっており、良く知られた、
所謂「樽形」の外表面の形状となっている。

【００６５】図１４は図１３（Ａ）に示す光走査装置の
光偏向器４から感光体７に到る光路を主走査対応方向か
ら見た図である。光源１側からの光束（主光線で示す）
は光偏向器４の偏向反射面に対し、基準面Ｓに対して
角：θだけ傾いて入射し、結像ミラー５により反射さ
れ、長尺トロイダルレンズ６０を透過して感光体７に入
射する。

【００６６】結像ミラー５は、基準面Ｓから副走査対応
方向上向きにＺ１だけずれて配設され、長尺トロイダル
レンズ６０は基準面Ｓから副走査対応方向上向きにＺ２
（＞Ｚ１）だけずれて配設されている。このように、基
準面Ｓに対して結像ミラー５と長尺トロイダルレンズ６
０とを副走査対応方向へ互いにずらして配設し、偏向反
射面への入射光束を基準面Ｓに対して角：θだけ傾けて
設定したことが「光路分離手段」を構成している。ま
た、図１４に示すように、偏向反射面による反射光束
は、結像ミラー５の入射面に光軸位置（鎖線で示す）よ
りも図の下側で入射し、長尺トロイダルレンズ６０は、
その光軸方向が基準面Ｓに対し角：βだけ傾いている。
即ち、この実施例においては請求項６記載の発明におけ
る補正手段Ａ，Ｃ，Ｄが実行されている。

【００６７】偏向反射面に対する入射光束の入射方向が
基準面Ｓに対して角：θだけ傾いているため、偏向光束
の主光線の掃引する面は平面でなく円錐面となり、結像
ミラー５への入射位置は偏向角が大きくなるほど、図１
４の上側へずれる。これに対応して、長尺トロイダルレ
ンズ６０への入射位置は偏向角が大きいほど、図１４の
下側へずれる。このことを利用し、結像ミラー５による
主走査ラインの曲がりと、長尺トロイダルレンズ６０に
よる主走査ラインの曲がりを互いに逆向きに発生させ、
両者を相殺させて、主走査ラインの曲がりを実用上問題
とならない程度に小さくするのである。

【００６８】以下、図１３，１４に示す光学配置の具体
例を３例挙げる。各具体例において、Ｋは前述の通り、
結像ミラー５の反射面の非球面形状を特徴付ける円錐定
数、Ｒは上記反射面とその回転対称軸との交点における
曲率半径を表す。さらに、長尺トロイダルレンズ６０に
おける入射側および射出側レンズ面の主走査対応方向に
おける曲率半径をそれぞれＲ₁，Ｒ₂、上記各レンズ面の
副走査対応方向における曲率半径をそれぞれｒ₁（光軸
位置における値），ｒ₂、長尺トロイダルレンズ６の光
軸上の肉圧をｄ、屈折率をｎとする。Ｌ₀，Ｌ，Ｌ’は
図１４に示す各距離を表す。勿論、光源から偏向反射面
に到る光学配置は図１３（Ａ）に即して説明した如くで
ある。

【００６９】Ｓ₀は、結像ミラー５の結像における主走
査対応方向に関する「物点」の位置を結像ミラー５の反射
面位置から図った光軸上の距離であり、カップリングレ
ンズ２から射出する光束が発散光束の場合は前述の「発
散の起点」で（−）であり、カップリングレンズ２から
射出する光束が集光光束であるときは、その「自然集光
点」で（＋）である。各具体例とも、書き込み幅（主走
査ラインの有効長）＝２１６ｍｍである。

【００７０】具体例７ Ｋ＝３．０，Ｒ＝−３９４．４，Ｓ_０＝８５．３、Ｌ_０＝１３７．７， Ｌ＝３７．０，ｄ＝３．０，ｎ＝１．５７２１，Ｌ’＝２０．７ Ｒ_１＝−７００，Ｒ_２＝−７００，ｒ_１＝−２１．０，ｒ_２＝−７．５ 。

【００７１】具体例８ Ｋ＝１．０，Ｒ＝−２９８．０，Ｓ_０＝１１２．４、Ｌ_０＝１０４．５， Ｌ＝３８．０，ｄ＝３．０，ｎ＝１．５７２１，Ｌ’＝２４．３ Ｒ_１＝−７００，Ｒ_２＝−７００，ｒ_１＝−２４．８，ｒ_２＝−９．０ 。

【００７２】具体例９ Ｋ＝−３．０，Ｒ＝−１０８．６，Ｓ_０＝−７２．５５、Ｌ_０＝２９．５５， Ｌ＝１７０．０，ｄ＝３．０，ｎ＝１．５７２１，Ｌ’＝４４．１ Ｒ_１＝−７００，Ｒ_２＝−７００，ｒ_１＝−２６．０，ｒ_２＝−１１．８ 。

【００７３】図１５〜１７は、それぞれ具体例７〜９に
関する像面湾曲（左図、破線が主走査対応方向、実線が
副走査対応方向）、走査特性（右図）を示す。

【００７４】図１８は請求項３，４，５，６記載の発明
の実施例を示す。図１３に示す実施例との違いは、この
実施例においては長尺トロイダルレンズ６ａが、光偏向
器４と結像ミラー５ａの間に配備されている点である。
光路分離手段は、図１３の実施例と同様、光偏向器４へ
の入射光束の入射角を、前述の基準面に対して傾け、結
像ミラー５ａ、長尺トロイダルレンズを、基準面からず
らすことにより構成され、前述の補正手段Ａ〜Ｄの１以
上が実行されて、主走査ラインの曲がりの補正が行われ
る。

【００７５】以下、図１８に示す光学配置の具体例を３
例挙げる。Ｋ，Ｒ，Ｓ₀，Ｒ₁，Ｒ₂，ｒ₁，ｒ₂，ｄ，ｎ
の意味するところは上記具体例７〜９におけると同じで
あり、Ｌ₀’は光偏向器４における偏向の起点と長尺ト
ロイダルレンズ６ａの間の距離、Ｌ’は長尺トロイダル
レンズ６ａと結像ミラー５ａの間の距離、Ｌ’’は、結
像ミラー６ａから感光体７に到る距離を表す。勿論、光
源から偏向反射面に到る光学配置は図１８に即して説明
した如くである。各具体例とも書き込み幅＝２１６ｍｍ
である。

【００７６】具体例１０ Ｋ＝１．０，Ｒ＝−２９８．５，Ｓ_０＝１１２．４，Ｌ_０’＝６１．５， ｄ＝３．０，ｎ＝１．５７２１，Ｌ’＝４０．０，Ｌ’’＝６４．１， Ｒ_１＝−１２０，Ｒ_２＝−１２０，ｒ_１＝−６５．０，ｒ_２＝−２０．１ 具体例１１ Ｋ＝２．１４，Ｒ＝−３８７．６，Ｓ_０＝８２．６，Ｌ_０’＝８１．０， ｄ＝３．０，ｎ＝１．５７２１，Ｌ’＝５３．７，Ｌ’’＝５６．７， Ｒ_１＝−４００，Ｒ_２＝−４００，ｒ_１＝−３５．０，ｒ_２＝−１６．７ 具体例１２ Ｋ＝４．０，Ｒ＝−３６３．０，Ｓ_０＝６９．９，Ｌ_０’＝７４．９， ｄ＝３．０，ｎ＝１．５７２１，Ｌ’＝２７．０，Ｌ’’＝５２．４， Ｒ_１＝−４００，Ｒ_２＝−４００，ｒ_１＝−３９．０，ｒ_２＝−１５．７ 図１９〜２１は、それぞれ、具体例１０〜１２に関する
像面湾曲（左図、破線が主走査対応方向、実線が副走査
対応方向）、走査特性（右図）を示す。

【００７７】上記具体例７〜１２において、主走査ライ
ンの曲がりの補正に関しては触れていないが、請求項６
記載の補正手段Ａ〜Ｄの１以上を用いて、最適化を行え
ばよい。例えば、上記具体例９において、図１４におけ
るＺ１，Ｚ２，θ，βを、それぞれ、Ｚ１＝２．８，Ｚ
２＝１５．８，θ＝−４度，β＝−２．６度として、最
適化したときの主走査ラインの曲がりを図２２に示す。

【００７８】具体例７〜１２に関する像面湾曲、走査特
性の図を見ると、何れの例でも副走査対応方向の像面湾
曲は極めて良好に補正されている。主走査対応方向の像
面湾曲は、具体例によってはある程度大きいものもある
が、そのような場合でも電気的な補正により主走査方向
の光スポット径変動は十分に補正できる。また各具体例
とも、主走査ラインの曲がりは、実質的に問題とならな
い程度に最適化可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
光走査装置を提供できる。偏向光束を被走査面上に光ス
ポットとして集光する結像系を結像ミラーと長尺シリン
ダー光学素子で構成することにより、副走査対応方向に
像面湾曲を良好に補正できる。結像ミラーの反射面を共
軸非球面とすることにより収差を良好に補正できる。

【００８０】請求項１，３記載の光走査装置は、偏向光
束を被走査面上に光スポットとして集光する結像系を樽
型トロイダル面を凹レンズ面として有する長尺トロイダ
ルレンズと結像ミラーとで構成したので特に副走査対応
方向に像面湾曲を良好に補正できる。請求項２，４記載
の光走査装置では、結像ミラーの反射面が共軸非球面で
あるので収差を良好に補正できる。請求項５記載の光走
査装置では偏向反射面の「面倒れ」を自動的に補正でき
る。請求項６記載の光走査装置では、光路分離に伴う主
走査ラインの曲がりを、実用上問題とならない程度に補
正できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光走査装置の１例を示す斜視図である。

【図２】上記例の光路分離手段を構成する光学配置を示
す図である。

【図３】光路分離手段を構成する光学配置の別の例を示
す図である。

【図４】図２の光学配置の具体例に関する像面湾曲、ｆ
θ特性、主走査線の曲がりを示す図である。

【図５】図３の光学配置の具体例に関する像面湾曲、ｆ
θ特性、主走査線の曲がりを示す図である。

【図６】図３の光学配置の他の具体例に関する像面湾
曲、ｆθ特性、主走査線の曲がりを示す図である。

【図７】光走査装置の別例を示す斜視図である。

【図８】図７の例の光路分離手段を構成する光学配置を
示す図である。

【図９】図７の例の光路分離手段を構成する光学配置の
別の例を示す図である。

【図１０】図８の光学配置の具体例に関する像面湾曲、
ｆθ特性、主走査線の曲がりを示す図である。

【図１１】図９の光学配置の具体例に関する像面湾曲、
ｆθ特性、主走査線の曲がりを示す図である。

【図１２】図９の光学配置の他の具体例に関する像面湾
曲、ｆθ特性、主走査線の曲がりを示す図である。

【図１３】請求項１記載の発明の１実施例を示す斜視図
である。

【図１４】上記実施例の光路分離手段を構成する光学配
置を示す図である。

【図１５】図１３の光学配置の具体例（具体例７）に関
する像面湾曲、走査特性を示す図である。

【図１６】図１３の光学配置の具体例（具体例８）に関
する像面湾曲、走査特性を示す図である。

【図１７】図１３の光学配置の具体例（具体例９）に関
する像面湾曲、走査特性を示す図である。

【図１８】請求項３記載の発明の実施例を示す斜視図で
ある。

【図１９】図１８の光学配置の具体例（具体例１０）に
関する像面湾曲、走査特性を示す図である。

【図２０】図１８の光学配置の具体例（具体例１１）に
関する像面湾曲、走査特性を示す図である。

【図２１】図１８の光学配置の具体例（具体例１２）に
関する像面湾曲、走査特性を示す図である。

【図２２】図１３の光学配置の具体例９における主主走
査ラインの曲がりを補正したときの、主主走査ラインの
曲がりを示す図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ カップリングレンズ ３ 線像結像素子としてのシリンダーレンズ ４ 光偏向器 ５ 結像ミラー ６ 長尺シリンダーミラー ７ 光導電性の感光体

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−234815（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−123040（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−49850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−72118（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光走査用光束を放射する光源と、 この光源からの光束を、集光光束もしくは発散光束もし
   くは平行光束とするカップリングレンズと、 カップリングレンズからの光束を等角速度的に偏向させ
   る光偏向器と、 この光偏向器による偏向光束を主走査対応方向に関して
   被走査面上に集光させ、且つ、光走査を等速化する結像
   ミラーと、 この結像ミラーによる反射光の光路を、上記光源から結
   像ミラーに到る入射光路から分離する、光路分離手段
   と、 長手方向を主走査対応方向に対応させて、上記結像ミラ
   ーと被走査面との間に配備され、上記結像ミラーと共働
   して上記偏向光束を上記被走査面上に集光する長尺トロ
   イダルレンズとを有し、 上記結像ミラーの反射面形状が共軸非球面であり、 上記長尺トロイダルレンズは、副走査対応方向の曲率半
   径が光軸を主走査対応方向へ離れるに従って小さくなる
   樽型トロイダル面を凹レンズ面として入射側に有し、か
   つ、凸レンズ面としてのノーマルトロイダル面を射出側
   に有し、 上記結像ミラーは、副走査対応方向の結像点が、光軸を
   離れるほど被走査面から光偏向器側へずれるように像面
   湾曲を発生させるものであり、この副走査対応方向の像
   面湾曲を、上記長尺トロイダルレンズの凹の樽型トロイ
   ダル面の作用により補正する ことを特徴とする光走査装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の光走査装置において、 結像ミラーの反射面形状をなす非球面が、対称軸に合致
   させてＸ軸をとり、Ｘ軸と反射面との交点を通り、Ｘ軸
   に直交してＹ軸をとるとき、上記交点における反射面の
   曲率半径をＲ、円錐定数をＫとするとき、−３≦Ｋ≦４
   の範囲にあるＫにより、実質的に Ｙ^２＝２ＲＫ−（Ｋ＋１）Ｘ^２ により表される曲線を上記対称軸の回りに回転して得ら
   れる形状であることを特徴とする光走査装置。
3. 【請求項３】光走査用光束を放射する光源と、 この光源からの光束を、集光光束もしくは発散光束もし
   くは平行光束とするカップリングレンズと、 カップリングレンズからの光束を等角速度的に偏向させ
   る光偏向器と、 この光偏向器による偏向光束を主走査対応方向に関して
   被走査面上に集光させ、且つ、光走査を等速化する結像
   ミラーと、 この結像ミラーによる反射光の光路を、上記光源から結
   像ミラーに到る入射光路から分離する、光路分離手段
   と、 長手方向を主走査対応方向に対応させて、上記光偏向器
   と結像ミラーとの間に配備され、上記結像ミラーと共働
   して上記偏向光束を上記被走査面上に集光する長尺トロ
   イダルレンズとを有し、 上記結像ミラーの反射面形状が共軸非球面であり、 上記長尺トロイダルレンズは、副走査対応方向の曲率半
   径が光軸を主走査対応方向へ離れるに従って小さくなる
   樽型トロイダル面を凹レンズ面として入射側に有し、か
   つ、凸レンズ面としてのノーマルトロイダル面を射出側
   に有し、 上記結像ミラーは、副走査対応方向の結像点が、光軸を
   離れるほど被走査面から光偏向器側へずれるように像面
   湾曲を発生させるものであり、この副走査対応方向の像
   面湾曲を、上記長尺トロイダルレンズの凹の樽型トロイ
   ダル面の作用により補正する ことを特徴とする光走査装
   置。
4. 【請求項４】請求項３記載の光走査装置において、 結像ミラーの反射面形状をなす非球面が、対称軸に合致
   させてＸ軸をとり、Ｘ軸と反射面との交点を通り、Ｘ軸
   に直交してＹ軸をとるとき、上記交点における反射面の
   曲率半径をＲ、円錐定数をＫとするとき、１≦Ｋ≦４の
   範囲にあるＫにより、実質的に Ｙ^２＝２ＲＫ−（Ｋ＋１）Ｘ^２ により表される曲線を上記対称軸の回りに回転して得ら
   れる形状であることを特徴とする光走査装置。
5. 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
   光走査装置において、 カップリングレンズと光偏向器との間に、カップリング
   レンズからの光束を、光偏向器の偏向反射面近傍の位置
   に主走査対応方向に長い線像として結像させる線像結像
   素子を有し、 結像ミラーと長尺トロイダルレンズとが、上記偏向反射
   面位置と被走査面位置とを副走査対応方向に関して幾何
   光学的に略共役な関係とするように構成されたことを特
   徴とする光走査装置。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
   ５記載の光走査装置において、 光路分離手段による光路分離に起因して生じる主走査ラ
   インの曲がりを補正するために、以下の補正手段Ａ〜
   Ｄ； Ａ：結像ミラーを副走査対応方向へずらす、 Ｂ：結像ミラーを、主走査対応方向に平行な軸の回りに
   回転させて傾ける、 Ｃ：長尺トロイダルレンズを副走査対応方向へずらす、 Ｄ：長尺トロイダルレンズを、主走査対応方向に平行な
   軸の回りに回転させて傾ける、 の１以上を実行することを特徴とする光走査装置。