JP3386164B2 - 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
して集光するとともに光スポットによる光走査を等速化
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
能を持つ結像反射鏡」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】このような結像反射鏡を用いる光走査装置
では、本来直線であるべき光スポットの移動軌跡、即ち
走査線が曲線になり易い。走査線が曲線になることを
「走査線の曲がり」と呼んでいる。

【０００４】上記結像反射鏡を用いる光走査装置では、
結像反射鏡へ入射する偏向光束と、結像反射鏡により反
射された偏向光束とが、結像反射鏡に関して同じ側にあ
るため、これらを相互に分離し、反射された偏向光束が
光源側へ戻らずに被走査面側へ導かれるような光学配置
を行う必要があり、光学配置によっては必然的に走査線
の曲がりを生じてしまう場合もある。

【０００５】このような、光学配置により発生する走査
線の曲がりは、結像反射鏡の設計条件として、結像反射
鏡の位置を副走査対応方向にずらす「ずらし量」や、結
像反射鏡の「傾け角」を設定することにより、実用上問
題とならない程度に補正することが可能である。しか
し、この補正を設計通りに行うためには、光源から被走
査面に到る光路上に配備される各光学素子の配置の精度
を極めて高くしなければならず、光学素子配置精度の誤
差が累積すると、走査線に極めて大きな曲がりが発生し
てしまう。

【０００６】このような走査線の曲がりは、例えば、各
色情報ごとに別個の光走査による書き込みを行う２色プ
リンター等では大きな問題となる。例えば、図６におい
て、走査線Ｌを理想上の走査線とするとき、２色の各色
情報を書き込むための走査線Ｌ_１，Ｌ_２が図のように互
いに逆向きに曲がる場合がある。このような場合、光走
査領域の両端部では、書き込まれる各色情報間に、最大
（ｄ_１＋ｄ_２）のずれが発生し、所謂「色ずれ」が顕著
に現れてしまう。

【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、結像反射鏡を用いる
光走査装置において、光学素子配置誤差に基づく走査線
の曲がりを有効に軽減させ得る新規な光走査装置の提供
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置
は、光源装置と、線像結像光学系と、光偏向器と、光ス
ポット結像光学系と、調整機構とを有する。「光源装
置」は、光走査用の光束を放射する。

【０００９】光源装置は、半導体レーザーや発光ダイオ
ード等の光源、あるいはこれら光源とカップリングレン
ズとにより構成できる。「線像結像光学系」は、光源装
置からの光束を主走査対応方向に長い線像として結像さ
せる。線像結像光学系としては後述するシリンダーレン
ズの他、シリンダーミラー等、副走査対応方向にのみ正
のパワーを持つ光学系を用いることができ、主走査対応
方向にもパワーを持つものを用いることもできる。「主
走査対応方向」とは、光源から被走査面に到る光路を直
線的に展開した仮想的な光路上において、主走査方向と
平行的に対応する方向を言い、「副走査対応方向」は、
上記仮想的な光路上において副走査方向と平行的に対応
する方向を言う。

【００１０】「光偏向器」は、線像結像光学系からの光
束を偏向反射面により反射し、偏向光束として等角速度
的に偏向させる。ここに、偏向光束の偏向が等角速度的
であるとは、偏向反射面の回転軸に直交する面に偏向光
束を射影したときの射影の偏向が等角速度的であること
を意味する。光偏向器により「理想的」に偏向された偏
向光束の主光線により掃引される仮想的な平面を「偏向
走査面」と呼ぶ。「光スポット結像光学系」は、偏向光
束を被走査面へ導き、被走査面上に光スポットとして集
光させる機能を持つ光学系であり、光偏向器から被走査
面に到る光路上に配備される各種光学素子で構成され
る。

【００１１】この光スポット結像光学系には「結像反射
鏡」が含まれる。結像反射鏡は「少なくとも主走査対応
方向において、偏向光束を被走査面上に集光させ、且
つ、光走査を等速化する」機能を持ち、副走査対応方向
において凹の形状を持つ。

【００１２】光スポット結像光学系は、結像反射鏡のほ
かに、副走査方向の像面湾曲を補正するために被走査面
近傍に配備される長尺シリンダーレンズや長尺トロイダ
ルレンズあるいは、これらと等価な長尺の凹面鏡を含む
ことができ、更に、必要に応じて、結像反射鏡への入射
偏向光束の光路と結像反射鏡による反射偏向光束の光路
を分離するための各種光学素子を含むことができる（請
求項１０，１２等）。「調整機構」は、前記走査線の曲
がりを補正するための機構である。

【００１３】請求項１記載の光走査装置は、調整機構が
「結像反射鏡を、偏向走査面に平行で光軸と直交する軸
の回りに揺動調整を行い、光学配置の誤差により発生す
る走査線の曲がりを、上記誤差に応じて軽減させる補正
を行う」ものであることを特徴とする。「揺動調整」と
は、結像反射鏡の偏向走査面に対する傾き角を、上記軸
の回りの正逆方向の回転角で調整する調整方式である。

【００１４】

【００１５】請求項２記載の光走査装置は、上記調整機
構が、「結像反射鏡を偏向走査面に平行で光軸と直交す
る軸の回りの揺動調整と、上記偏向直交面と直交する方
向への移動調整とを行い、光学配置の誤差により発生す
る走査線の曲がりを、上記誤差に応じて軽減させる補正
を行う」ものであることを特徴とする。

【００１６】上記請求項１または２記載の光走査装置に
おいて、結像反射鏡の反射面形状は「非球面形状」とす
ることができ（請求項３）、この場合の光源としては半
導体レーザーが好適である（請求項８）。

【００１７】また、光偏向器の偏向反射面の面倒れを補
正するために、「主走査対応方向に長い線像が光偏向器
の偏向反射面近傍に結像するように線像結像光学系の位
置を設定し、光スポット結像光学系により、副走査対応
方向に関して、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する」ように構成してもよい
（請求項４）。

【００１８】光スポット結像光学系は「主走査対応方向
に平行な軸の回りに回転可能な反射鏡を有する」ことが
できる（請求項５）。

【００１９】結像反射鏡の反射面形状を「非球面」とす
る場合、その形状は「共軸非球面」でもよいし（請求項
６）、「主走査対応方向と副走査対応方向において結像
機能の異なるアナモフィックな凹面鏡」を非球面形状と
して採用しても良い（請求項１０）。

【００２０】上記請求項１または２記載の光走査装置に
おいて、光偏向器の偏向反射面へ光源装置側から入射す
る光束は「主走査対応方向」において、「発散光束」で
も良いし（請求項７）、「収束光束」でもよく（請求項
９）、略「平行光束」でもよい（請求項１５）。

【００２１】前述したように、光スポット結像光学系は
「光偏向器により偏向された光束と結像反射鏡により反
射された光束を分離する」ために、光偏向器と結像反射
鏡との間に「光路分離用の光学素子」を有することがで
きる。

【００２２】請求項１０記載の光走査装置の場合、光路
分離用の光学素子として、「ハーフミラーもしくはガラ
ス板の一部に鏡面を蒸着形成したもの」や（請求項１
１）、「プリズム」（請求項１２）、あるいは、「偏向
走査面に対して傾けて配備される透明な平行平板」を用
いることができる（請求項１４）。

【００２３】前記請求項４記載の光走査装置において
は、光偏向器として、回転多面鏡もしくはピラミダルミ
ラーもしくは回転単面鏡を好適に利用できる（請求項１
３）。

【００２４】

【作用】図１は、この発明を適用できる光走査装置の１
例を示している。図において、光源１としての半導体レ
ーザーからの発散性の光束は集光レンズ２を透過する。
集光レンズ２は透過光束を収束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、集光レンズ２を透
過した光束は実質的な平行光束となっているものとす
る。光源１と集光レンズ２とは「光源装置」を構成して
いる。

【００２５】光源装置から射出した光束は続いて「線像
結像光学系」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、回転単面鏡である光偏向器
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。

【００２６】偏向反射面により反射された光束は結像反
射鏡６に反射され、さらに長尺ミラー５により反射さ
れ、被走査面の主走査ラインＬ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
し、光偏向器４により等角速度的に偏向されるに従い感
光体７を等速的に光走査する。長尺ミラー５は光路を折
り曲げるためのもので屈折力を持たないが、結像反射鏡
６とともに光スポット結像光学系を構成する。

【００２７】結像反射鏡系６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、集光レンズ２を透過
した平行光束が結像ミラー系６により感光体７上に光ス
ポットとして集光する。副走査対応方向に就いては前述
のように、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、結像ミラー系６によ
る像が感光体７上の光スポットである。この例では、線
像は偏向反射面近傍に結像するので、副走査対応方向に
就いては、結像ミラー系６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。即ち結
像反射鏡６はアナモフィックである。

【００２８】結像反射鏡６を用いる光走査装置では、結
像反射鏡により偏向光束が入射側に反射されるので、反
射光束の光路を入射光束の光路から分離する必要があ
る。光路分離の方法は種々のものが可能であるが、図２
に代表的な３例を挙げる。

【００２９】図２（ａ）（ｂ）は、結像反射鏡６に入射
する光束が副走査対応方向（図の上下方向）に傾くよう
にした光路分離方式であり、（ａ）は結像反射鏡６によ
る反射光束が直接に感光体７に入射するようにしたも
の、（ｂ）は反射光束をの光路を長尺ミラー５により折
り曲げて感光体７に導くようにしたもので、図１の光走
査装置で採用されている。また（ｃ）は、長尺のハーフ
ミラー８を用いて光路分離を行う方式を示している。

【００３０】ここで、図２の各光束分離方式と前述の
「偏向走査面」との関係を説明すると、図２に示した光
束分離方式において、原理的に、偏向光束が理想的に偏
向される場合とは、図２（ｃ）に示す場合であり、同図
（ａ），（ｂ）の場合は、偏向される光束の主光線の掃
引する面は平面にはならない。偏向走査面とは、本来図
２（ｃ）の光束分離方式の場合に定義される平面である
が、図２（ａ），（ｂ）の分離方式の場合にも定義を拡
大し、図２(ａ)，(ｂ)のように、偏向光束が偏向反射面
の回転軸に直交する面から傾いている場合には、所定像
高を与える偏向光束に対応する、入射光束の偏向反射面
への入射位置を通り、偏向反射面の回転軸（理想上の回
転軸）に直交する平面をもって「偏向走査面」と呼ぶの
である。

【００３１】図２の（ａ）や（ｂ）の光路分離方式で
は、偏向光束の結像ミラー系６への入射位置の軌跡が、
主走査対応方向（図２の図面に直交する方向）に平行に
ならず曲線状となる。このため、このような光路分離方
式では「走査線の曲がり」が原理的に発生するが、この
ような曲がりは、結像反射鏡系６の光軸を偏向走査面に
対して傾けたり、あるいは偏向走査面に直交する方向へ
若干平行移動させて位置設定したり、これら「平行移
動」と「傾け」とを組み合わせることにより実用上問題
とならない程度に小さくすることが可能である。

【００３２】このような走査線の曲がり補正は、設計条
件として決定できるが、実際に設計通りの補正を行うに
は、光学配置を設計通りに行わねばならず、光学配置に
誤差があれば、たとえ設計上は走査線曲がりを補正でき
ても、現実には無視できない走査線の曲がりが発生す
る。

【００３３】この発明においては、光学配置の誤差に伴
う走査線の曲がりを調整機構６０による「揺動調整」や
「移動調整」により補正するのである。

【００３４】結像反射鏡の反射面形状は、共軸対称な球
面とすることもできるが、請求項４記載の光走査装置に
おけるように、非球面とすると、走査の等速性を良好な
らしめる反射面形状を実現できる。

【００３５】また、請求項４記載の光走査装置における
ように、線像結像光学系による線像の結像位置を偏向反
射面近傍とし、光スポット結像光学系により副走査対応
方向に関して、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すると、光スポットの集光位置
は、偏向反射面の面倒れに拘らず副走査方向へ変位しな
い。

【００３６】請求項１０記載の光走査装置のように、ア
ナモフィックな結像反射鏡を用いると、前述した長尺の
シリンダーレンズやトロイダルレンズ等を用いずに、副
走査方向の像面湾曲の補正や面倒れ補正が可能になる。

【００３７】

【実施例】以下、実施例を説明する。

【００３８】具体的な実施例を説明するに先立ち、以下
の具体例のいくつかにおいて結像反射鏡の鏡面形状とし
て採用される共軸非球面でない非球面形状を説明する。

【００３９】図４に示すように、結像反射鏡６の反射面
の「光軸と反射面との交点」の位置において反射面の曲
率を考え、最大曲率に対応する曲率半径をＲｓ、最小曲
率に対応する曲率半径をＲｍとする。これら最大および
最小曲率は、反射面の互いに直交する対称面に関連す
る。即ち、上記２つの対称面は反射面光軸を含んで互い
に直交するが、一方の対称面（最大曲率対称面と呼ぶ）
と反射面との交線の曲率半径は、光軸と反射面との交点
において上記Ｒｓであり、他方の対称面（最小曲率対称
面と呼ぶ）と反射面との交線の曲率半径は、光軸と反射
面との交点において上記Ｒｍである。

【００４０】最小曲率対称面と反射面との交線（図４に
おいて破線で示す）は、光軸方向の座標をＸ、上記交点
を原点とし最小曲率対称面内で光軸と直交する方向の座
標をＹとするときに、円錐定数をＫとして、一般式：Ｘ
＝Ｙ^２／［Ｒｍ＋√｛Ｒｍ^２−（１＋Ｋ）Ｙ^２｝］
（１）で表される曲線である。図４において軸ＡＸＭ
は、光軸上で上記交点から曲率半径Ｒｍだけ離れた位置
において、最小曲率対称面に直交させた軸である。また
軸ＡＸＳは、最小曲率対称面内において、上記交点から
曲率半径Ｒｓだけ離れた位置で光軸に直交させた軸であ
る。

【００４１】結像反射鏡６の反射面の形状は、（１）式
で表される曲線（図４の破線）を軸ＡＸＳの回りに回転
して得られるアナモフィックな非球面形状（樽型トーリ
ック面）であり、結像反射鏡６は、軸ＡＸＳの方向を主
走査対応方向に平行にして用いられる。なお、必要に応
じて、上記（１）式にＡＹ^２＋ＢＹ^３＋．．．なる高次
の補正項を付加した曲線を用いても良い。

【００４２】図５は、光源から被走査面に到る光路を、
主走査対応方向が上下方向となるように模式化して描い
たものである。線像結像光学系としてのシリンダーレン
ズ３の、主走査対応方向の曲率半径を光源側レンズ面に
就きＲ_１Ｍ、偏向反射面側レンズ面に就きＲ_２Ｍ、副走
査対応方向の曲率半径を光源側レンズ面に就きＲ_１Ｓ、
偏向反射面側レンズ面に就きＲ_２Ｓとする。また、結像
反射鏡６の反射面の主走査対応方向に関する光軸上曲率
半径をＲｍ、円錐定数をＫ、副走査対応方向の曲率半径
をＲｓとし、偏向反射面４’から結像反射鏡系６の反射
面までの距離をｄ_０、上記反射面から被走査面７’に到
る距離をｄ_１とする。またシリンダーレンズ３の肉厚を
ｄ_２、屈折率をｎとし、シリンダーレンズ３と偏向反射
面４’との面間隔をｄ_３とする。

【００４３】以下の各具体例において、Ｓ_０は結像ミラ
ー系６による主走査対応方向の結像における物点の位置
（反射面からの距離）を表し、この物点が反射面の手前
側（光路上で光源側）にある場合を負とする。また光偏
向器４による偏向角をθ（単位：度）で表す。主走査対
応方向に関する結像反射鏡６の焦点距離：ｆ_Ｍは１００
として規格化する。

【００４４】最初に挙げる実施例では、光走査装置は図
７（ｂ）に示す如き構成となっている。結像反射鏡６に
より反射された偏向光束は、長手方向を主走査方向に平
行にして被走査面近傍に配備された長尺シリンダーレン
ズ１０を介して、被走査面上に光スポットとして集光す
る。長尺シリンダーレンズ１０は偏向反射面の面倒れを
補正する機能を持つ。

【００４５】光偏向器４から被走査面に到る光路を図２
に倣って示したのが図７（ａ）である。図示のように、
光路分離方式としては図２（ａ）の方式が採用されてい
る。この実施例では光源装置から放射される光束が発散
性であり、偏向反射面に入射する光束は主走査対応方向
において発散性である。なお、この実施例において、結
像反射鏡６の鏡面形状は共軸非球面であり、光軸上の曲
率半径：Ｒ（＝Ｒｓ＝Ｒｍ）と、円錐定数：Ｋとにより
形状が特定される。また長尺シリンダーレンズ１０の入
射側のレンズ面の曲率半径を主走査対応方向（長手方
向）に就きＲ_３ｍ、副走査対応方向に就いてＲ_３ｓと
し、射出側のレンズ面の曲率半径を主走査対応方向（長
手方向）に就きＲ_４ｍ、副走査対応方向に就いて
Ｒ_４ｓ、レンズ肉厚をｄ_２’、材料の屈折率をｎ’、射
出側レンズ面と被走査面との距離をｄ_３’とする。

【００４６】具体例１ Ｒ_１Ｍ＝∞ Ｒ_１Ｓ＝５０．１１９ ｄ_２＝９．３５１ ｎ＝１．５１１１８ Ｒ_２Ｍ＝∞ Ｒ_２Ｓ＝∞ ｄ_３＝１２３．８９４ ｄ_０＝５４．９８１ Ｒ＝−２００ ｄ_１＝−３５４．０１０ Ｋ＝−３．０ Ｒ_３ｍ＝∞ Ｒ_３ｓ＝−２６．１８１ ｄ_２’＝−５．６１０ ｎ’＝１．５１１１８ Ｒ_４ｍ＝∞ Ｒ_４ｓ＝∞ ｄ_３’＝−５２．３６３ Ｓ_０＝−１３５．４７６ θ＝±４８．６ 光偏向器４の偏向反射面に対する入射光束は、図７
（ａ）に示すように、偏向走査面ＨＳに対して、角：ω
（単位：度，時計回りを正とする）だけ傾いているた
め、原理的に発生する走査線曲がりを補正するため、結
像反射鏡６および長尺シリンダーレンズ１０を、偏向走
査面ＨＳに直交する方向へ、それぞれ偏向走査面ＨＳか
らの距離がＺ３，Ｚ４となるようにずらすように設計さ
れている。距離：Ｚ_１，Ｚ_２は、図７（ａ）において、
偏向走査面ＨＳから上方へ向かう側が正である。

【００４７】ω，Ｚ３，Ｚ４の設計値は以下の通りであ
る。

【００４８】 ω＝４．０ Ｚ３＝−０．８６０ Ｚ４＝１４．５８７ この具体例１を「理想的に実施した場合」の像面湾曲
（実線は副走査方向、破線は主走査方向）、走査特性、
走査線の曲がりを図８に示す。走査特性は、偏向角:θ
に対する理想像高をＨi(θ)、実際の像高をＨr(θ)とす
るとき、[{Hr(θ)/Hi(θ)}-1]×100（％）で定義され、
ｆθレンズに関して定義されるｆθ特性に相当する。走
査線の曲がりは４４μｍ程度存在するが、この程度なら
実用上の問題は生じない。

【００４９】上記具体例１を実施する際に、光学配置の
誤差によりシリンダーレンズ３の位置が副走査対応方向
に＋１．１ｍｍだけずれると、走査線は図９（ａ）に示
すように大きく曲がり、最大偏向角：±４８．６におい
て、１２８μｍの曲がり量が発生する。

【００５０】このとき、結像反射鏡６を、光軸と鏡面の
交点を通り図７（ａ）の図面に直交する軸の回りに、図
７（ａ）において反時計方向へ０．２度回転させるよう
に揺動調整を行うと、走査線の曲がりは図９（ｂ）に示
すように良好に補正され、最大曲がり量：６９μｍとな
る。

【００５１】光学配置に誤差があると、上述のように走
査線の曲がりが発生するのみならず、走査線自体の位置
が被走査面上で副走査方向へずれる。図３はこの状態を
模式的に示している。図中、符号Ｌ_０で示すのは「設計
上の走査線」であり、各光学素子を設計通りの精度で組
み付けたときに実現される理想上の走査線である。光学
配置に誤差があると、走査線は図に符号Ｌ_１で示すよう
に湾曲するのみでなく、理想上の走査線Ｌ_０の位置から
副走査方向へ距離：ｄｈ_１だけずれてしまう。

【００５２】このとき、走査線の曲がりの補正方法によ
っては、走査線は図に符号Ｌ_１で示すように曲がり量が
軽減されて直線に近づくのみならず、走査線の位置も理
想上の走査線Ｌ_０に近づき、両者の隔たりはｄｈ_１’に
縮小される。

【００５３】上記具体例１の場合、光学配置に誤差が生
じた状態（図９（ａ）の場合）における上記ずれ量：ｄ
ｈ_１＝０．３８μｍであった。結像反射鏡６の揺動調整
後（図９（ｂ）の場合）のずれ量：ｄｈ_１’＝３８μｍ
で調整前と変化がなかった。

【００５４】具体例２は、具体例１と同様の光学配置
で、光源装置から射出する光束が収束光束である場合の
例を挙げる。設計上の数値は以下の通りである。尚、各
記号の意味は、具体例１におけるものと同じである。

【００５５】具体例２ Ｒ_１Ｍ＝∞ Ｒ_１Ｓ＝１４．７６６ ｄ_２＝２．７５５ ｎ＝１．５１１１８ Ｒ_２Ｍ＝∞ Ｒ_２Ｓ＝∞ ｄ_３＝２１．４７７ ｄ_０＝５７．７７６ Ｒ＝−２００ ｄ_１＝−１６．５２９ Ｋ＝ ４．０ Ｒ_３ｍ＝∞ Ｒ_３ｓ＝−６．６６７ ｄ_２’＝−１．６５３ ｎ’＝１．５１１１８ Ｒ_４ｍ＝∞ Ｒ_４ｓ＝∞ ｄ_３’＝−１０．７０５ Ｓ_０＝ ３８．５１７ θ＝±４９．６ ω＝−６．０ Ｚ３＝−２４．４１９ Ｚ４＝−１０．０９４ 具体例２を「理想的に実施した場合」の像面湾曲、走査
特性、走査線の曲がりを図１０に示す。走査線の曲がり
は実用上の問題を生じない程度（最大８８μｍ程度）に
小さい。

【００５６】具体例２を実施する際に、光学配置の誤差
により、シリンダーレンズ３の位置が副走査対応方向に
−０．５ｍｍだけずれると、走査線は図１１（ａ）に示
すように大きく曲がり、最大偏向角：±４９．６におい
て、１２２μｍの曲がり量が発生する。また理想の走査
線位置からのずれ量：ｄｈ_１＝−０．０５８ｍｍであ
る。

【００５７】結像反射鏡６を、偏向走査面に直交する方
向へ＋４．１ｍｍ移動させて移動調整を行うと走査線の
曲がりは図１１（ｂ）に示すように、最大４２μｍまで
良好に補正された。このときｄｈ_１’＝＋０．４９２ｍ
ｍと、やや大きいが、単一の光走査装置により光走査を
行う場合には問題とならない。

【００５８】具体例３は、上記具体例１，２と同じく共
軸非球面を鏡面形状とする結像反射鏡を用いる場合の例
である。この例の光走査装置の光学配置は図１２に示す
如きものである。この例では、図２（ｃ）に示す如き光
路分離方式を採用している。図中符号８ａはビームスプ
リッターである。この光路分離方式では、原理的な走査
線曲がりは発生しない。

【００５９】この例では光源装置から放射される光束は
実質的な平行光束であり結像反射鏡６により反射された
偏向光束は、面倒れ補正用の長尺トーリックレンズ１１
を介して被走査面に集光する。シリンダーレンズ３は光
源装置からの光束を副走査対応方向にのみ収束させて、
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
させる。

【００６０】結像反射鏡６と長尺トーリックレンズ１１
とは副走査対応方向に関して偏向反射面位置と被走査面
位置とを器か光学的な共役関係とし、主走査対応方向に
関しては、結像反射鏡６が偏向光束を被走査面上に集光
する。

【００６１】長尺トーリックレンズのレンズ面形状は、
入射側（結像反射鏡６の側）の面が、図４に即して説明
した「樽型トーリック面」であり、射出側（被走査面の
側）が通常のトーリック面である。上記具体例１，２の
場合にならい、長尺トーリックレンズ１１のレンズ面の
曲率半径を、入射側レンズ面に対しては主走査対応方向
（長手方向）に就きＲ_３ｍ、副走査対応方向に就いてＲ
_３ｓとし、射出側のレンズ面に対しては主走査対応方向
に就きＲ_４ｍ、副走査対応方向に就いてＲ_４ｓ、レンズ
肉厚をｄ_２’、材料の屈折率をｎ’、射出側レンズ面と
被走査面との距離をｄ_３’とする。

【００６２】具体例３ Ｒ_１Ｍ＝∞ Ｒ_１Ｓ＝２１．２７７ ｄ_２＝２．１２８ ｎ＝１．５１１１８ Ｒ_２Ｍ＝∞ Ｒ_２Ｓ＝∞ ｄ_３＝４０．２１３ ｄ_０＝６９．５０４ Ｒ＝−２００ ｄ_１＝−７８．０１４ Ｋ＝−０．３ Ｒ_３ｍ＝４９６．４５４ Ｒ_３ｓ＝１８．０８５ ｄ_２’＝−２．１２８ ｎ’＝１．５７２１０ Ｒ_４ｍ＝４９６．４５４ Ｒ_４ｓ＝６．９５０ ｄ_３’＝−１９．８５８ Ｓ_０＝ ∞（平行光束） θ＝±４５．０ ω＝−６．０ Ｚ３＝−２４．４１９ Ｚ４＝−１０．０９４ 具体例３を「理想的に実施した場合」の像面湾曲、走査
特性を図１３に示す。上述のごとく走査線の曲がりは発
生しない。

【００６３】具体例３を実施する際に、光学配置の誤差
により、シリンダーレンズ３の位置が副走査対応方向へ
＋０．３ｍｍだけずれると、走査線は図１４（ａ）に示
すように曲がり、最大で４０μｍの曲がり量が発生す
る。また理想の走査線位置からのずれ量：ｄｈ_１＝−
０．０４６ｍｍである。

【００６４】結像反射鏡６を、偏向走査面に直交する方
向へ＋０．５１ｍｍ移動させ、同じく長尺トーリックレ
ンズ１１を、偏向走査面（ビームスプリッター８ａによ
り折り曲げられている。このような場合も偏向走査面と
称する）に直交する方向へ、同じく＋０．５１ｍｍだけ
変位させて移動調整を行うと、走査線の曲がりは図１４
（ｂ）に示すように、最大２４μｍまで良好に補正され
た。このときｄｈ_１’＝＋０．５６７ｍｍとなった。

【００６５】結像反射鏡６を、偏向走査面に直交する方
向へ＋０．３ｍｍ移動させ、長尺トーリックレンズ１１
を、偏向走査面に直交する方向へ、同じく＋１．０１ｍ
ｍだけ結像反射鏡６と独立に変位させて移動調整を行う
と、走査線の曲がりは図１４（ｃ）に示すように１．８
μｍまで極めて良好に補正された。このときｄｈ_１’＝
＋１．０５３ｍｍとなった。

【００６６】以下に挙げる具体例４〜７では、結像反射
鏡の鏡面形状として、図４に即して説明した樽型トーリ
ック面を鏡面形状として有する結像反射鏡を用いてい
る。具体例４〜６とも、シリンダーレンズ３による線像
は偏向反射面近傍に結像する。

【００６７】具体例４の光走査装置の光学配置は、図１
２の配置から長尺トーリックレンズを除いた構成となっ
ている。光源装置から射出する光束は収束光束であり、
シリンダーレンズ３による線像は偏向反射面近傍に結像
する。結像反射鏡６はアナモフィックな樽型トーリック
面により、副走査対応方向に関して、偏向反射面位置と
被走査面位置とを幾何光学的な共役関係とする。

【００６８】具体例３の場合と同様、ビームスプリッタ
ー８ａを用いて光路分離を行うから、設計通りの光学配
置では走査線の曲がりは発生しない。

【００６９】具体例４ Ｒ_１Ｍ＝∞ Ｒ_１Ｓ＝１９．４６８ ｄ_２＝３．６３２ ｎ＝１．５１１１８ Ｒ_２Ｍ＝∞ Ｒ_２Ｓ＝∞ ｄ_３＝３２．２２８ ｄ_０＝６０．３８５ Ｒｍ＝−２００．０ Ｒｓ＝−６６．８３０ ｄ_１＝−７４．０７７ Ｋ＝−０．４ Ｓ_０＝ ２８５．７６９ θ＝±５０．０ 具体例４を「理想的に実施した場合」の像面湾曲、走査
特性を図１５に示す。上述のごとく走査線の曲がりは発
生しない。

【００７０】具体例４を実施する際に、光学配置の誤差
により、シリンダーレンズ３の位置が副走査対応方向へ
＋０．４ｍｍだけずれると、走査線は図１６（ａ）に示
すように大きく曲がり、最大で９１μｍの曲がり量が発
生する。また理想の走査線位置からのずれ量：ｄｈ_１＝
−０．４３６ｍｍと大きい。

【００７１】結像反射鏡６を、偏向走査面に直交する方
向へ＋０．２７ｍｍ移動させて移動調整を行うと、走査
線の曲がりは図１６（ｂ）に示すように、３．５μｍま
で極めて良好に補正された。このときｄｈ_１’＝＋０．
１６２ｍｍと改善された。

【００７２】具体例５は、図１７に示すように、光路分
離手段として半ミラー５Ａを用いた例であり、光源装置
からの光束は平行光束である。光路分離手段である半ミ
ラー５Ａは図面に直交する方向に長い長方形形状の平行
平板（屈折率：ｎ’）であり、光偏向器４側の面の長手
方向に沿う一方の側にミラー層５Ｍを形成されている。
半ミラー５Ｍは走査偏向面に対して角α度傾けて配備さ
れ、結像反射鏡６の光軸は偏向走査面に平行で、偏向走
査面からΔだけずれている。偏向光束は、半ミラー５Ａ
を透過し、結像反射鏡６により反射され、半ミラー５Ａ
を逆向きに透過してミラー層５Ｍにより反射され図のよ
うに被走査面へ入射する。光走査装置全体の光学配置は
図１に示したものに類似したものになる。

【００７３】光学距離：ｄ_０，ｄ_１’，ｄ_２’，ｄ_３’
を図のようにとると、具体例５の諸元は、以下のように
なる。

【００７４】具体例５ Ｒ_１Ｍ＝∞ Ｒ_１Ｓ＝１５．６１４ ｄ_２＝４．０２４ ｎ＝１．５１１１８ Ｒ_２Ｍ＝∞ Ｒ_２Ｓ＝∞ ｄ_３＝２７．８７９ ｄ_０＝２４．９５０ ｄ_１’＝３．６２２ ｎ’＝１．５１１１８ Ｒｍ＝−２００．０ Ｒｓ＝−７４．８４９ ｄ_２’＝３２．１９３ Ｋ＝−０．９３ ｄ_３’＝６５．８７４ Ｓ_０＝ ∞ θ＝±５０．０ Δ＝＋０．３０６ α＝４５．０ 具体例５を「理想的に実施した場合」の像面湾曲、走査
特性、走査線の曲がりを図１８に示す。走査線の曲がり
は最大で２６μｍである。

【００７５】具体例５を実施する際に、光学配置の誤差
により、シリンダーレンズ３の位置が副走査対応方向へ
＋０．５ｍｍだけずれると、走査線は図１９（ａ）に示
すように曲がり、最大で７７μｍの曲がり量が発生す
る。また理想の走査線位置からのずれ量：ｄｈ_１＝−
０．７９１ｍｍと大きい。

【００７６】結像反射鏡６を、偏向走査面に直交する方
向へ＋０．１６ｍｍ移動させて移動調整を行うと、走査
線の曲がりは図１９（ｂ）に示すように、４０μｍまで
補正された。このときｄｈ_１’＝＋０．３６９ｍｍと改
善された。

【００７７】変形例として、図２０に示すように、半ミ
ラー５Ｂのミラー層５ｍを結像反射鏡６側に形成したも
のや、半ミラーに換えてハーフミラーを用いるものを考
えることができる。

【００７８】次に挙げる具体例６は、図２１に示すよう
に、光路分離手段としてプリズム５Ｃ（屈折率：ｎ’）
を用いた例である。光走査装置全体の光学配置は図２５
に示す如くである。光源装置から放射される光束は発散
性である。図２１において、角：α（度）は、プリズム
５Ｃの入射側面の偏向反射面に直交する方向からの傾き
角を表し、時計方向を＋とする。角：β（度）は、結像
反射鏡６の光軸の偏向反射面に対する傾き角で時計回り
を正とする。

【００７９】光学距離：ｄ_０，ｄ_１’，ｄ_２’，ｄ_３’
を図のようにとると、具体例６の諸元は以下のようにな
る。

【００８０】具体例６ Ｒ_１Ｍ＝∞ Ｒ_１Ｓ＝１２．６０５ ｄ_２＝４．６６９ ｎ＝１．５１１１８ Ｒ_２Ｍ＝∞ Ｒ_２Ｓ＝∞ ｄ_３＝４２．１０７ ｄ_０＝１８．７７５ ｄ_１’＝７．４７０ ｎ’＝１．５１１１８ Ｒｍ＝−２００．０ Ｒｓ＝−１０４．５７５ ｄ_２’＝３５．４８１ Ｋ＝−１．７５ ｄ_３’＝−１６７．６３８ Ｓ_０＝ −２９６．２４７ θ＝±４５．０ α＝＋１０ β＝−３．０ 具体例６を「理想的に実施した場合」の像面湾曲、走査
特性、走査線の曲がりを図２３に示す。走査線の曲がり
は最大で６３μｍである。

【００８１】具体例６を実施する際に、光学配置の誤差
により、シリンダーレンズ３の位置が副走査対応方向へ
＋０．３ｍｍだけずれると、走査線は図２４（ａ）に示
すように大きく曲がり、最大で１４７μｍの曲がり量が
発生する。また理想の走査線位置からのずれ量：ｄｈ_１
＝−０．８３６ｍｍと大きい。

【００８２】結像反射鏡６を、偏向走査面に直交する方
向へ＋０．３４ｍｍ移動させて移動調整を行うと、走査
線の曲がりは図２４（ｂ）に示すように、７０μｍまで
補正された。このときｄｈ_１’＝＋０．２７５ｍｍと改
善された。

【００８３】変形例として、図２２に示すように、プリ
ズム５Ｃの上下方向を逆転して用いても良い。

【００８４】最後に挙げる具体例７は、図２６に示すよ
うに、光路分離手段として平行平板９（屈折率：ｎ’）
を用いた例である。光走査装置全体の光学配置は図２９
に示す如くであり、光源装置から射出する光束は発散光
束である。図２６において、角：ψ（度）は、平行平板
９の偏向走査面に対する傾き角で時計回りを正とする。
またΔは、結像反射鏡６の光軸（偏向走査面と平行であ
る）の偏向走査面からの距離（ｍｍ）を表す。

【００８５】図２６の如くに光学距離：ｄ _０ ，ｄ _１ ’，
ｄ_２’，ｄ_３’をとり、平行平板９の厚さをｄ _１ ’’と
すると、ｄ _１ ’’＝ｄ _１ ’・ｓｉｎψである。具体的な
諸元は以下の如くになる。

【００８６】具体例７ Ｒ_１Ｍ＝∞ Ｒ_１Ｓ＝１１．４５５ ｄ_２＝４．５７５ ｎ＝１．５１１１８ Ｒ_２Ｍ＝∞ Ｒ_２Ｓ＝∞ ｄ_３＝４１．１７１ ｄ_０＝１８．３９７ ｄ_１’＝１３．７２４ ｎ’＝１．５１１１８ Ｒｍ＝−２００．０ Ｒｓ＝−９９．５４３ ｄ_２’＝２８．３６２ Ｋ＝−１．８９ ｄ_３’＝−１２１．０１７ Ｓ_０＝−２６７．４６５ θ＝±４５．０ ψ＝５６．５０６ Δ＝０．５４９ 具体例７を「理想的に実施した場合」の像面湾曲、走査
特性、走査線の曲がりを図２７に示す。走査線の曲がり
は最大で６０μｍである。

【００８７】具体例７を実施する際に、光学配置の誤差
により、シリンダーレンズ３の位置が副走査対応方向へ
＋０．３ｍｍだけずれると、走査線は図２８（ａ）に示
すように大きく曲がり、最大で１４４μｍの曲がり量が
発生する。また理想の走査線位置からのずれ量：ｄｈ_１
＝−０．７７４ｍｍと大きい。

【００８８】結像反射鏡６を、偏向走査面に直交する方
向へ＋０．３６ｍｍ移動させて移動調整を行うと、走査
線の曲がりは図２８（ｂ）に示すように、６９μｍまで
補正された。このときｄｈ_１’＝＋０．３７５ｍｍと改
善された。

【００８９】各具体例とも、曲がりを補正された後の走
査線と、理想上の走査線との間の距離ｄｈ_１’は補正前
と比べ、「同じ」か改善されている。このような距離ｄ
ｈ_１’の存在は、単一の光走査装置で書き込みを行う場
合には問題とはならないが、２以上の光走査装置で書き
込みを行う２色プリンター等の場合には、走査ラインの
位置ずれが、顕著な色ずれを引き起こす場合もある。

【００９０】このような場合には、例えば、図２（ｂ）
に符号５で示す光路折り曲げミラーを長手方向に平行な
軸の回りに揺動可能とし、反射面を傾け調整することに
より上記距離を０に補正すれば良い。

【００９１】また上には、結像反射鏡を回転調整する場
合と移動調整する場合とを説明したが、回転調整と移動
調整とを行うことにより、より精細な補正が可能であ
る。

【００９２】

【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。この発明の光走査装は上記の
如き構成となっているから、光走査装置を構成する各光
学素子の製造後差や組み付け誤差により発生する走査線
の曲がりを、実用上問題とならない程度まで、容易且つ
確実に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の適用可能な光走査装置の光学配置の
１例を示す図である。

【図２】結像反射鏡へ向かう偏向光束と結像反射鏡によ
る反射光束の光路分離の３方式を説明するための図であ
る。

【図３】光学配置の誤差に伴う走査線の曲がりと、理想
の走査線とのずれを説明するための図である。

【図４】結像反射鏡の鏡面形状として採用可能な樽型ト
ーリック面を説明するための図である。

【図５】光走査装置の光学配置を説明するための図であ
る。

【図６】走査線の曲がりに伴う問題点を説明するための
図である。

【図７】具体例１の光学配置を説明するための図であ
る。

【図８】具体例１の光走査装置を設計通りに実施したと
きの、像面湾曲と走査特性と走査線の曲がりを示す図で
ある。

【図９】具体例１の光走査装置に光学配置の誤差がある
場合の走査線の曲がりの図（ａ）と、走査線の曲がりを
補正した図（ｂ）である。

【図１０】具体例２の光走査装置を設計通りに実施した
ときの、像面湾曲と走査特性と走査線の曲がりを示す図
である。

【図１１】具体例２の光走査装置に光学配置の誤差があ
る場合の走査線の曲がりの図（ａ）と、走査線の曲がり
を補正した図（ｂ）である。

【図１２】具体例３の光走査装置を説明するための図で
ある。

【図１３】具体例３を設計通りに実施したときの像面湾
曲と走査特性を示す図である。

【図１４】具体例３の光走査装置に光学配置の誤差があ
る場合の、走査線の曲がりの図（ａ）と、走査線の曲が
りを補正した図（ｂ），（ｃ）である。

【図１５】具体例４を設計通りに実施したときの像面湾
曲と走査特性を示す図である。

【図１６】具体例４の光走査装置に光学配置の誤差があ
るときの走査線の曲がりの図（ａ）と走査線の曲がりを
補正した図（ｂ）である。

【図１７】具体例５の光学配置を説明するための図であ
る。

【図１８】具体例５を設計通りに実施したときの像面湾
曲と走査特性を示す図である。

【図１９】具体例５の光走査装置に光学配置の誤差があ
るときの走査線の曲がりの図（ａ）と走査線の曲がりを
補正した図（ｂ）である。

【図２０】具体例５の変形例を示す図である。

【図２１】具体例６の光学配置を説明するための図であ
る。

【図２２】具体例６の変形例を示す図である。

【図２３】具体例６を設計通りに実施したときの像面湾
曲と走査特性を示す図である。

【図２４】具体例６の光走査装置に光学配置の誤差があ
るときの走査線の曲がりの図（ａ）と走査線の曲がりを
補正した図（ｂ）である。

【図２５】具体例６の光走査装置全体の光学配置を示す
図である。

【図２６】具体例７の光学配置を説明するための図であ
る。

【図２７】具体例７を設計通りに実施したときの像面湾
曲と走査特性を示す図である。

【図２８】具体例７の光走査装置に光学配置の誤差があ
るときの走査線の曲がりの図（ａ）と走査線の曲がりを
補正した図（ｂ）である。

【図２９】具体例７の光走査装置全体の光学配置を示す
図である。

【符号の説明】

１ 光源（半導体レーザー） ２ カップリングレンズ ３ 線像結像光学素子 ４ 光偏向器 ５ 長尺ミラー ６ 結像反射鏡 ７ 感光体

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−348310（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−168715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−49152（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−38716（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362610（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光走査用の光束を放射する光源装置と、 光源装置からの光束を主走査対応方向に長い線像として
   結像させる線像結像光学系と、 この線像結像光学系からの光束を偏向反射面により反射
   し、偏向光束として等角速度的に偏向させる光偏向器
   と、 偏向光束を被走査面上へ導き、被走査面上に光スポット
   として集光させる光スポット結像光学系と、 この光スポット結像光学系の態位調整を行う調整機構と
   を有し、 上記光スポット結像光学系が、少なくとも主走査対応方
   向において偏向光束を被走査面上に集光させ、且つ、光
   走査を等速化させる機能を持ち、副走査対応方向におい
   て凹の形状を持つ結像反射鏡を有し、 上記調整機構は、上記結像反射鏡を偏向走査面に平行で
   光軸と直交する軸の回りに揺動調整を行い、光学配置の
   誤差により発生する走査線の曲がりを、上記誤差に応じ
   て軽減させる補正を行うものであることを特徴とする光
   走査装置。
2. 【請求項２】光走査用の光束を放射する光源装置と、 光源装置からの光束を主走査対応方向に長い線像として
   結像させる線像結像光学系と、 この線像結像光学系からの光束を偏向反射面により反射
   し、偏向光束として等角速度的に偏向させる光偏向器
   と、 偏向光束を被走査面上へ導き、被走査面上に光スポット
   として集光させる光スポット結像光学系と、 この光スポット結像光学系の態位調整を行う調整機構と
   を有し、 上記光スポット結像光学系が、少なくとも主走査対応方
   向において偏向光束を被走査面上に集光させ、且つ、光
   走査を等速化させる機能を持ち、副走査対応方向におい
   て凹の形状を持つ結像反射鏡を有し、 上記調整機構は、上記結像反射鏡を偏向走査面に平行で
   光軸と直交する軸の回りの揺動調整と、上記偏向走査面
   に直交する方向への移動調整とを行い、光学配置の誤差
   により発生する走査線の曲がりを、上記誤差に応じて軽
   減させる補正を行うものであることを特徴とする光走査
   装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の光走査装置におい
   て、 結像反射鏡が、非球面の反射面形状を有することを特徴
   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、 主走査対応方向に長い線像が光偏向器の偏向反射面近傍
   に結像するように線像結像光学系の位置が設定され、 光スポット結像光学系は、副走査対応方向に関して、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
   関係とするように構成されてい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記載の光走査装置におい
   て、 光スポット結像光学系が主走査対応方向に平行な軸の回
   りに回転可能な反射鏡を有することを特徴とする光走査
   装置。
6. 【請求項６】請求項３記載の光走査装置において、 結像反射鏡が、共軸非球面反射鏡であることを特徴とす
   る光走査装置。
7. 【請求項７】請求項１または２記載の光走査装置におい
   て、 光偏向器の偏向反射面に入射する光束が主走査対応方向
   において発散光束であることを特徴とする光走査装置。
8. 【請求項８】請求項３記載の光走査装置において、 光源が半導体レーザーであることを特徴とする光走査装
   置。
9. 【請求項９】請求項１または２記載の光走査装置におい
   て、 光偏向器の偏向反射面に入射する光束が主走査対応方向
   において収束光束であることを特徴とする光走査装置。
10. 【請求項１０】請求項４記載の光走査装置において、 結像反射鏡が主走査対応方向と副走査対応方向において
    結像機能の異なるアナモフィックな凹面鏡であることを
    特徴とする光走査装置。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の光走査装置において、 光スポット結像光学系が、光偏向器により偏向された光
    束と結像反射鏡により反射された光束を分離するため
    に、光偏向器と結像反射鏡との間に、光路分離用の光学
    素子を有し、 この光路分離用の光学素子がハーフミラーもしくはガラ
    ス板の一部に鏡面を蒸着形成したものであることを特徴
    とする光走査装置。
12. 【請求項１２】請求項１０記載の光走査装置において、 光スポット結像光学系が、光偏向器により偏向された光
    束と結像反射鏡により反射された光束を分離するため
    に、光偏向器と結像反射鏡との間に、光路分離用の光学
    素子を有し、 この光路分離用の光学素子がプリズムであることを特徴
    とする光走査装置。
13. 【請求項１３】請求項４記載の光走査装置において、 光偏向器が、回転多面鏡もしくはピラミダルミラーもし
    くは回転単面鏡であることを特徴とする光走査装置。
14. 【請求項１４】請求項１０記載の光走査装置において、 光スポット結像光学系が、光偏向器により偏向された光
    束と結像反射鏡により反射された光束を分離するため
    に、光偏向器と結像反射鏡との間に、光路分離用の光学
    素子を有し、 この光路分離用の光学素子が、偏向走査面に対して傾け
    て配備される透明な平行平板であることを特徴とする光
    走査装置。
15. 【請求項１５】請求項１または２記載の光走査装置にお
    いて、 光偏向器の偏向反射面に入射する光束が主走査対応方向
    において略平行光束であることを特徴とする光走査装
    置。