JP3402010B2

JP3402010B2 - 光学走査装置

Info

Publication number: JP3402010B2
Application number: JP25373095A
Authority: JP
Inventors: 義人関川
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2003-04-28
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: US5694236A; JPH0996773A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機あるいはレ
ーザプリンタなどのようにレーザビームを走査して画像
の記録や表示を行ったり、画像の読み取りを行うための
光学走査装置に係り、詳細には、回転多面鏡（ポリゴン
ミラー）などのような偏向手段で偏向した後のレーザビ
ームを感光体などの走査面に結像するための光学系に特
徴を持った光学走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学走査装置は、感光体に光ビームを用
いて静電潜像を形成することにより画像の記録を行う複
写機やレーザプリンタに広く用いられている。

【０００３】図２は、このような光学走査装置の１例と
してのレーザプリンタの概要を表したものである。この
レーザプリンタ１１は、ワークステーションやコンピュ
ータに代表されるプリンタ制御装置１２とケーブル１３
で接続されており、画像データの供給を受け、画像のプ
リントアウトを行うようになっている。

【０００４】このようなレーザプリンタ１１の多くは一
定の速度で回転する感光体ドラム１５を備えている。感
光体ドラム１５の周囲には、ドラム表面を一様に帯電さ
せるためのチャージコロトロン１６と、静電潜像の現像
を行う現像装置１７と、現像によって得られたトナー像
を記録用紙１８に転写するトランスファコロトロン１９
と、転写後のドラム表面を除電するディスチャージコロ
トロン２１と、ドラム表面に残留したトナーを除去する
ためのクリーニング装置２２が備えられている。半導体
レーザ制御装置２４は画像データに応じて半導体レーザ
２５のオン・オフ制御（変調）を行うようになってい
る。半導体レーザ２５から出力されるレーザビーム２６
は、コリメータレンズ等からなる整形光学系２７を経て
ポリゴンミラー２８に入射し、ここで反射された後、結
像光学系２９を経て感光体ドラム１５上に結像するよう
になっている。

【０００５】ポリゴンミラー２８は、ポリゴンミラー駆
動モータ３１によって高速回転しているので、これから
反射されたレーザビームは偏向され、チャージコロトロ
ン１６と現像装置１７の間のドラム表面をライン単位で
走査することになる。この結果として、感光体ドラム１
５の表面には画像データに対応した静電潜像が形成さ
れ、これが現像装置１７によって現像されることにな
る。

【０００６】半導体レーザ制御装置２４は、このレーザ
プリンタ１１の全体を制御するための装置制御部３３に
よって制御される。このレーザプリンタ１１の給紙系も
同様の制御を受ける。すなわち、カセットトレイ３５に
収容された記録用紙１８は、送りロール３６によって１
枚ずつ送りだされ、点線で示した経路を進行する。そし
て、まず感光体ドラム１５とトランスファコロトロン１
９の間を通ってトナー像の転写を受け、１対のロールか
らなる定着装置３７の間を通過して熱又は圧力によって
トナー像の定着が行われる。このようにして得られた記
録済みの記録用紙は排出ロール３８から排出され、排出
トレイ３９内に排出されるようになっている。

【０００７】結像光学系２９には、従来からｆθレンズ
系が広く使用されている。ｆθレンズ系は、レーザビー
ム２６を感光体ドラム１５等の感光体に光スポットとし
て集光させる役割と、この光スポットを感光体表面で等
速で移動させるという２つの役割を担っている。このよ
うな結像光学系２９はレーザビーム２６の走査される面
と直交する面内において偏向点の位置と感光体上の位置
とがほぼ共役関係になるように構成されることが多く、
ポリゴンミラーの反射面の傾きを光学系で補正するため
の、いわゆる面倒れ補正光学系を構成している。

【０００８】面倒れ補正光学系としては、従来からシリ
ンドリカルレンズやトーリック・レンズを用いたものが
知られている。

【０００９】しかしながら、シリンドリカルレンズを使
用した場合には、良好な結像性能を得ることが困難であ
り、一方、トーリック・レンズについてはその製造が非
常に困難である、という問題が生じる。

【００１０】そこで、特公平４−５６９６２号公報に
は、シリンドリカルミラーとｆθレンズ系を組み合わせ
た光学系が開示されている。

【００１１】図６は、シリンドリカルミラーとｆθレン
ズ系を組み合わせた光学系として特公平４−５６９６２
号公報に記載された内容を表したものである。なお、こ
の図において、図２と同一の部分には、同一の符号を付
してこれらの説明を適宜省略することにする。この公報
に記載された光学走査装置で、ポリゴンミラー２８から
反射されたレーザビームは凹型レンズ素子４１及び凸型
レンズ素子４２を通過した後、凹円柱鏡４３によって反
射されて感光体ドラム１５上に到達し、このドラム表面
を軸方向に１ライン毎に走査するようになっている。

【００１２】ここで、（イ）凹型レンズ素子４１、
（ロ）凸型レンズ素子４２及び（ハ）円柱鏡４３は、順
に、（イ）球面レンズ、（ロ）シリンダ面と球面からな
るレンズ、（ハ）シリンドリカルミラー、の組み合わせ
であってもよいし、（イ）シリンダ面と平面からなるレ
ンズ、（ロ）シリンダ面とこれと直交する方向のパワー
を持つシリンダ面とからなるレンズ、（ハ）シリンドリ
カルミラー、の組み合わせであってもよい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の図６に示した光学系では、いずれの場合も、凸型レ
ンズ素子４２は形状が複雑なため、生産が容易でなく高
価になる、という問題が生じる。

【００１４】また、上記光学系を、ｆθレンズを回転多
面鏡への入射と出射の２回通過する構成（ダブルパス）
で、かつ走査角の中心から回転多面鏡へビームを入射さ
せる構成（正面入射）の方式に適用しようとすると、ｆ
θレンズ及び光学走査装置を偏平にすることができず
（図３（Ａ）、図３（Ｂ））、高価になるばかりでな
く、画像形成装置の大型化もまねくことになる、という
問題が生じる。

【００１５】本発明は上記事実を考慮し、副走査方向の
面倒れが高精度で補正されると共に、生産がきわめて容
易で小型化可能な光学走査装置を提供することを目的と
する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、光源からの光ビームの径を整形
して主走査方向と対応する方向に長い線像として結像さ
せるビーム径整形光学系と、前記線像の結像位置または
該結像位置の近傍に反射面を持ち、入射された光ビーム
を主走査方向と対応する方向に等角速度で偏向させる偏
向手段と、前記偏向手段の光ビーム反射側に配置され、
前記主走査方向と直交する副走査方向にのみ光ビームを
収束させるパワーを有しかつ被走査面上に光ビームを収
束させるシリンドリカルミラーと、前記偏向手段と前記
シリンドリカルミラーとの間に配置され、主走査方向に
のみ光ビームを収束させるパワーを有しかつ光スポット
が等速度で走査されるように入射された光ビームを前記
シリンドリカルミラーを介して前記被走査面上に収束さ
せるｆθレンズと、を備え、前記偏向手段へ入射する光
ビームと前記偏向手段によって反射偏向された光ビーム
とが共に前記ｆθレンズを透過するように配置し、かつ
反射偏向された光ビームが成す走査角の中心から前記偏
向手段へ光ビームを入射させるようにしたことを特徴と
している。

【００１７】請求項１の発明では、光源から光ビームが
射出されると、ビーム径整形光学系によって光ビームの
径が整形され、該光ビームは走査角の中心方向すなわち
正面からｆθレンズに入射する。ｆθレンズを通過した
光ビームは、偏向手段の有する反射面または反射面の近
傍において主走査方向と対応する方向に長い線像として
結像し、偏向手段の反射面で反射してから再びｆθレン
ズを通過する。ｆθレンズを通過した光ビームは、ｆθ
レンズによって被走査面上で等速度で走査されると共
に、ｆθレンズの主走査方向のみのパワーにより被走査
面上で主走査方向にのみ収束されるように作用され、シ
リンドリカルミラーに至る。シリンドリカルミラーに至
った光ビームは、該シリンドリカルミラーによって被走
査面上へ反射される。ここで、シリンドリカルミラーの
副走査方向のみのパワーによって、被走査面上に収束さ
れる光スポットは、偏向手段の反射面の倒れに起因して
生じる副走査方向の位置ずれが小さくなるように補正さ
れる。このように本発明に係る光学走査装置は、ｆθレ
ンズに主走査方向にのみパワーを有するレンズを使用し
ても被走査面上に照射される光スポットの位置ずれを小
さく補正することを可能にしている。これによって、ｆ
θレンズを製造する時に副走査方向にパワーを有するよ
うに加工する必要はなくなり、レンズの形状を単純にで
きるためｆθレンズの製造がきわめて容易となる。ま
た、ｆθレンズは副走査方向にパワーを有しないので、
通過した光ビームは副走査方向に屈折されることなく進
行する。これによって、偏向手段を小型化できると共
に、光源をｆθレンズの光軸に近い位置に配置すること
ができるので、装置全体を偏平化することができる。ま
た、ｆθレンズを副走査方向に偏平な形状にすることが
でき、ｆθレンズも小型化できる。さらに、光ビームが
ｆθレンズに正面から入射する構成としたので、光学系
の対称性が確保される。

【００１８】請求項２の発明は、請求項１の前記ｆθレ
ンズを、各々一方の面が平面でかつ他方の面が主走査方
向にのみ光ビームを収束させるパワーを有する面で形成
された２枚のレンズで構成したことを特徴とする。

【００１９】請求項２の発明では、ｆθレンズの一方の
面のみが主走査方向にパワーを有し、他方の面が平面と
なるように構成されており、しかも単純な２枚構成なの
で、ｆθレンズの製造をさらに容易にすることができ
る。特に、請求項２の発明のｆθレンズを、２枚のレン
ズの平面同士が対向するように構成することにより、ｆ
θレンズを最も小型に形成することができる。

【００２０】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、前記シリンドリカルミラーの反射面と
前記被走査面との間の光学距離を、前記偏向手段の反射
面と前記シリンドリカルミラーの反射面との間の光学距
離で除算した値を前記副走査方向の倍率Ｍとしたとき、０．２＜Ｍ＜０．６であるように設定されていることを特徴とする。

【００２１】請求項１及び請求項２の発明では、像面歪
曲を小さく抑えることと副走査方向の面倒れの補正能力
とを同時に満たすために副走査方向の倍率Ｍが請求項３
に記載の上記不等式を満たすことが特に好ましい。

【００２２】すなわち、シリンドリカルミラーの曲率半
径の公差が±1 ｍｍ、光学系そのものが持っているセン
ターとサイドの共役点のずれが１ｍｍ程度であるとして
両者を加味すると、センター若しくはサイドで倒れ補正
の共役点は±２ｍｍ程度ずれることから、Ｍ≦０．２と
した場合、副走査方向の位置ずれが人間の目の分解能で
視認できる最小間隔である６μｍを越えて、画質上のハ
ンディングが許容レベルでなくなってしまうからであ
る。

【００２３】一方、Ｍ≧０．６とした場合、副走査方向
の像面湾曲が２ｍｍを越えるという問題が生じる。ある
走査角の場合であるが、現在は感光体上のビーム径は５
０μｍ程度が主流であるため、深度は±２ｍｍ程度しか
確保できず、部品の公差及び調整上の公差を考えると、
かかる場合にはビーム径の太りを１５μｍ程度に収める
ことが困難となり、画質へのインパクト（細線の太りな
ど）が発生してしまうからである。

【００２４】

【００２５】

【００２６】請求項４の発明は、請求項１の前記ｆθレ
ンズの光軸が前記偏向手段の反射面と垂直な面に対して
所定の角度αを成し、かつ前記ｆθレンズに入射する光
ビームの入射角度が小さくなる方向に傾けて前記ｆθレ
ンズを配置すると共に、前記ｆθレンズに入射する光ビ
ームが前記偏向手段の反射面と垂直な面に対して成す角
度をβとしたとき、 α ＞ β を満足するようにしたことを特徴とする。

【００２７】請求項４の発明では、ｆθレンズに光ビー
ムが入射すると、１部の光ビームがｆθレンズの各構成
面上で反射されるが、ｆθレンズはα＞βとなるように
傾けられているので、反射光は被走査面上に至ることは
ない。これにより、反射光による画質への悪影響が回避
される。

【００２８】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、 α ＜５β をさらに満足するようにしたことを特徴とする。

【００２９】請求項４の発明では、αの上限として、請
求項５に記載の上記不等式を満たすことが特に好まし
い。

【００３０】すなわち、α≧５βとした場合、１例とし
て、センターとサイドで倒れ補正の共役点が２ｍｍ以上
ずれることとなり、被走査面上の全エリアで良好な画質
（バンディングが良い）を保つことができなくなるから
である。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態を説明する。

【００３７】図１に示すように、第１の実施の形態に係
る光学走査装置は、光ビームの偏向手段としてのポリゴ
ンミラー２８と、該ポリゴンミラー２８によって反射偏
向された光ビームが照射される画像記録用の感光体が塗
布された感光体ドラム１５と、光源として用いられるレ
ーザダイオードアセンブリ７０とを含んで構成されてい
る。

【００３８】ポリゴンミラー２８は、正多角柱の形状を
有しており、その側面部を形成する各々の偏向面２８Ａ
は平面のミラー面で形成され、略鉛直方向の回転軸Ｏを
中心として図示しないモータ等の駆動手段によって所定
の角速度で矢印Ｐ方向に回転され、光源からの光ビーム
が等角速度で偏向されるように構成されている。

【００３９】なお、以下では、このポリゴンミラー２８
によって反射偏向された光ビームによって形成される面
を主走査面、該主走査面と後述する感光体ドラムとが交
わって形成される方向を主走査方向、該主走査面に直交
する方向を副走査方向とする。また、ポリゴンミラー２
８のすべての偏向面２８Ａに略直角に交わる面上にあっ
て、走査された光ビームが成す走査角の中心部を通過す
る軸を当該装置の光軸４９とする。

【００４０】感光体ドラム１５は、光ビームに感光する
感光材料がその表面に塗布された細長い略円柱状の形状
を有しており、図示しない光学走査装置の筐体のポリゴ
ンミラー２８と反対側の端部において矢印７９によって
示された走査方向が該感光体ドラム１５の長手方向に略
一致するように配置されている。この感光体ドラム１５
は、回転軸を中心として図示しない駆動手段によって予
め定められた一定の回転速度で矢印Ｑ方向に回転するよ
うに構成されている。

【００４１】レーザダイオードアセンブリ７０は、本光
学走査装置の側部に配置され、主走査方向に対応する方
向における拡がり角が副走査方向に対応する方向におけ
る拡がり角よりも大きい拡散光である発散光束を射出す
る半導体レーザ２５と、該半導体レーザ２５から射出さ
れた光束を整形するためのコリメータレンズ１４と、ビ
ーム成形用の開口絞り７２とから構成されている。な
お、この半導体レーザ２５は、図示しない変調手段によ
り画像信号に応じてオン・オフ制御されるようになって
おり、コリメータレンズ７１の焦点位置よりも内側に配
置されている。

【００４２】また、開口絞り７２の射出側で隣接する位
置には、透過した光ビームをｆθレンズ系７５を介して
副走査方向に対応する方向においてのみポリゴンミラー
２８の偏向面２８Ａまたはその近傍で収束させることに
より、主走査方向と対応する方向に細長い線像として結
像させるためのシリンドリカルレンズ７３が配置されて
いる。

【００４３】また、レーザダイオードアセンブリ７０か
ら放出される光ビームの軸上であって、本光学走査装置
の底部には、該光ビームをポリゴンミラー２８に正面か
ら入射させるための平面ミラー７４が配置されている。

【００４４】また、この平面ミラー７４とポリゴンミラ
ー２８との間には、ポリゴンミラー２８によって反射偏
向された光ビームを感光体ドラム１５に光スポットとし
て集光させて結像させると共に、該光スポットを感光体
ドラム１５の表面で等速で移動させるためのｆθレンズ
系７５が配置されている。このｆθレンズ系７５は、平
面ミラー７４によってポリゴンミラー２８に正面から入
射された光ビーム及びポリゴンミラー２８によって反射
偏向された光ビームが共に入射するように配置されてい
る。すなわち、ポリゴンミラー２８による反射偏向の前
後２回、光ビームがこのｆθレンズ系７５を通過するよ
うになっており、本光学系は全体として、いわゆる正面
入射／ダブルパス光学系を形成している。

【００４５】ここで、正面入射／ダブルパス光学系の利
点を説明するために、ポリゴンミラー２８の反射側の光
学系の側面図と上面図とを、各々図４（Ａ）と図４
（Ｂ）に概略的に示す。

【００４６】図４（Ａ）に示されるように、半導体レー
ザ２５から射出された光ビーム及びポリゴンミラー２８
によって反射された光ビームが共にｆθレンズ系７５を
通過する。これにより、ｆθレンズ系７５と比較したポ
リゴンミラー２８を小型化できることがわかる。また、
図４（Ｂ）に示されるように、ｆθレンズ系７５へ正面
から光ビームが入射するので、光学性能の左右対称性が
確保されることがわかる。

【００４７】さて、ｆθレンズ系７５は、レンズ７５−
１及びレンズ７５−２という２群２枚のレンズから構成
されている。このうち、レンズ７５−１は、ポリゴンミ
ラー２８に近い側の面が主走査方向にのみパワーを有す
る凹状の面であって、かつ他方の面が平面となるように
成形されている。また、一方のレンズ７５−２は、ポリ
ゴンミラー２８に遠い側の面が主走査方向にのみパワー
を有する凸状の面であって、かつ他方の面が平面となる
ように成形されている。後述するように、これらのレン
ズ７５−１及びレンズ７５−２は、きわめて偏平なレン
ズとして構成されている。

【００４８】また、ポリゴンミラー２８によって反射偏
向された光ビームが走査される主走査面において当該ラ
インの走査開始位置（Start Of Scan ；以下「ＳＯＳ」
と略す）に収束する光ビームをｆθレンズ系７５の光軸
と直交する方向に反射する平面ミラー８２がｆθレンズ
系７５を挟んでレーザダイオードアセンブリ７０とは反
対側に配置されている。

【００４９】そして、平面ミラー８２によって反射され
たＳＯＳビームの光路上であって、光ビームが走査され
る領域の外側には、ＳＯＳビームを検出するＳＯＳセン
サー８１が配置されている。このＳＯＳセンサー８１
は、図示しない制御装置に接続されており、ＳＯＳビー
ムが検出されると、所定時間経過後に当該ラインにおけ
る画像信号の変調が開始されるようになっている。すな
わち、ＳＯＳセンサー８１の検出信号は、各々のライン
における走査開始のタイミングを決定する。

【００５０】また、ポリゴンミラー２８の反射方向であ
ってｆθレンズ系７５の光ビーム出射側には、主走査方
向に細長い矩形上の平面ミラー７６が副走査方向に光ビ
ームを反射させるように斜めに傾けられて配置されてい
る。

【００５１】この平面ミラー７６によって反射された光
ビームの光路上には、副走査方向にのみパワーを有する
細長いシリンドリカルミラー７７がその長手方向が主走
査方向に略一致するように配置されている。ここで、シ
リンドリカルミラー７７の主走査方向のパワーＦｍは次
式を満たすように設定されている。

【００５２】Ｆｍ＝｛Ｒ × ｃｏｓ（θ／２）｝／２・・・・・（１）但し、Ｒはシリンドリカルミラー７７の曲率半径、θは
シリンドリカルミラー７７に入射する光ビームと該シリ
ンドリカルミラー７７によって反射された光ビームとが
成す角度である。

【００５３】ここで、ポリゴンミラー２８の反射側の概
略的な光学系を図７に示す。図７において、ｄ₀はポリ
ゴンミラー２８の基準位置（例えば光軸４９と偏向面２
８Ａとが垂直になった位置）とレンズ７５−１との光軸
上の間隔、ｔ₁はレンズ７５−１の光軸上における厚
さ、ｄ₁はレンズ７５−１とレンズ７５−２との光軸上
の間隔、ｔ₂はレンズ７５−１の光軸上における厚さ、
ｄ₂はレンズ７５−２とシリンドリカルミラー７７の光
軸上の間隔、Ｌ₁はポリゴンミラー２８とシリンドリカ
ルミラー７７との光軸上の間隔、Ｌ₂はシリンドリカル
ミラー７７と感光体ドラム１５の表面との光学距離を示
している。

【００５４】図７に示されたように、シリンドリカルミ
ラー７７は、その副走査方向のパワーによって、ポリゴ
ンミラー２８の偏向面２８Ａの面倒れに起因する光ビー
ムの感光体ドラム１５上での位置ずれを小さく補正でき
る位置に配置されている。また、この面倒れの補正能力
と像面湾曲を少なくさせることとを同時に満足させるよ
うに、副走査方向の共役倍率Ｍが設定されている。

【００５５】ここで、副走査方向の共役倍率Ｍは、ポリ
ゴンミラー２８とシリンドリカルミラー７７との光学距
離をＬ₁’とすれば次式で表される。

【００５６】Ｍ＝Ｌ₂ ／Ｌ₁’ ・・・・・（２）また、光学距離Ｌ₁’は、レンズ７５−１及びレンズ７
５−２の屈折率を各々ｎ₁、ｎ₂とすれば次式で表され
る。

【００５７】Ｌ₁’ ＝Ｌ₁−（ｔ₁（１−１／ｎ₁）＋ｔ₂（１−１／ｎ₂））・・・・・（３）なお、図７より、ポリゴンミラー２８とシリンドリカル
ミラー７７との間隔Ｌ ₁は次式で表される。

【００５８】Ｌ₁ ＝ｄ₀＋ｔ₁＋ｄ₁＋ｔ₂＋ｄ₂ ・・・・・（４）このシリンドリカルミラー７７は、主走査方向にのみパ
ワーを有するｆθレンズ系７５と共にポリゴンミラー２
８の偏向面２８Ａと感光体ドラム１５における走査面と
を光学的に共役な関係に保たせる役割を有している。

【００５９】次に、本実施の形態における作用について
説明する。半導体レーザ２５は、主走査方向に対応する
方向における拡がり角が副走査方向に対応する方向にお
ける拡がり角よりも大きい拡散光である光ビームを照射
する。この半導体レーザ２５はコリメータレンズ７１の
焦点位置よりも内側に配置されているため、光ビームは
コリメータレンズ７１によって、副走査方向に対応する
方向に略平行に進むと共に、主走査方向に対応する方向
に緩く発散する発散光とされる。発散光とされた光ビー
ムは、開口絞り７２によって副走査方向に対応する方向
のビーム幅が制限される。

【００６０】次に、開口絞り７２を通過した光ビームは
シリンドリカルレンズ７３によって、副走査方向に対応
する方向においてのみ収束する収束光とされる。シリン
ドリカルレンズ１６を通過した光ビームは平面ミラー７
４により反射されてｆθレンズ系７５のレンズ７５−
２、次いでレンズ７５−１に入射する。ここで、ｆθレ
ンズ系７５を通過した光ビームは、ｆθレンズ系７５が
主走査方向にのみパワーを有するため、副走査方向には
屈折されずに直進し、ポリゴンミラー２８の偏向面２８
Ａに入射する。偏向面２８Ａに入射された光ビームは、
副走査方向に対応する方向において該偏向面２８Ａの表
面近傍に収束する。この時、各偏向面２８Ａの面幅は、
収束光とされた光ビームよりも小さいため、該光ビーム
は、複数の偏向面２８Ａにまたがる主走査方向に長い線
像として結像する。

【００６１】この結像された光ビームは、複数の偏向面
２８Ａで反射偏向されて再びｆθレンズ系７５に入射す
る。ｆθレンズ系７５に入射した光ビームは、該ｆθレ
ンズ系７５の主走査方向のみのパワーによって、主走査
方向において感光体ドラム１５の表面近傍に収束するよ
うに収束される。そして、ｆθレンズ系７５を通過する
と、光ビームは平面ミラー７６によって反射された後、
シリンドリカルミラー７７に至って反射される。

【００６２】シリンドリカルミラー７７によって反射さ
れた光ビームは、感光体ドラム１５の表面に照射され
る。この時、光ビームは、副走査方向においてはシリン
ドリカルレンズ７３による作用、主走査方向においては
ｆθレンズ系７５の作用、の各々によって感光体ドラム
１５の表面近傍に収束し、感光体ドラム１５の表面１５
上に所定の照射ビーム径Ｋの略円形の光スポットとして
照射されると共に主走査方向に等速度で走査される。

【００６３】ここで、シリンドリカルミラー７７は副走
査方向にのみパワーを有しているので、図７に示された
ように、ポリゴンミラー２８の面倒れによって生じた感
光体ドラム１５上での光スポットの副走査方向の位置ず
れを小さくできる。

【００６４】また、ポリゴンミラー２８は矢印Ｐ方向に
略等角速度で回転していることから、偏向面２８Ａで反
射される光ビームの進行方向は変動し、これに伴い感光
体ドラム１５の表面上に照射される光スポットの位置も
変動する。この時、該光スポットは、ｆθレンズ系の作
用によって感光体ドラム１５の表面を矢印７９の方向
（主走査方向）に略等速度でライン単位に走査される。

【００６５】そして、既に述べたように感光体ドラム１
５は、軸Ｗを中心として矢印Ｑ方向に予め定められた一
定の回転速度で回転しているため、この感光体ドラム１
５の一定の回転速度での回転及び光スポットの矢印７９
方向への略等速度での移動によって、感光体ドラム１５
の表面が所定の走査速度で走査されることになる。な
お、各々のライン単位の画像信号の変調は、ＳＯＳセン
サー８１がＳＯＳビームを検出した時から所定時間経過
後に開始される。

【００６６】ところで、上記構成の光学走査装置では、
ポリゴンミラー２８の面倒れを補正する能力と、副走査
方向の像面湾曲を補正する能力を同時に満たすために
は、副走査方向の倍率Ｍが０．２＜Ｍ＜０．６・・・・・（５）であることが好ましい。

【００６７】（５）式が成立する理由として次のことが
挙げられる。なお、この理由の説明において主走査方向
にのみパワーを有するｆθレンズ系７５とシリンドリカ
ルミラー７７より構成された走査光学系をダブルパス／
正面入射方式の構成に適用した場合を想定している。

【００６８】すなわち、Ｍ≦０．２とした場合、ポリゴ
ンミラー２８の現状の総合面倒れの実力値を前提とし、
シリンドリカルミラー７７の曲率半径の公差（±1 ｍ
ｍ）を鑑み、光学系そのものが持っているセンターとサ
イドの共役点のずれ（１ｍｍ程度）を加味すると、セン
ター若しくはサイドで倒れ補正の共役点は±２ｍｍ程度
ずれることから、ポリゴンミラー２８が１回転する毎に
発生する副走査方向の位置ずれが６μｍを越えて、画質
上のハンディングが許容レベルでなくなるという問題が
生じる。

【００６９】一方、Ｍ≧０．６の場合、副走査方向の像
面湾曲が２ｍｍを越えるという問題が生じる。ある走査
角の場合であるが、現在は感光体上のビーム径は５０μ
ｍ程度が主流であるため、深度は±２ｍｍ程度しか確保
できず、部品の公差及び調整上の公差を考えると、ビー
ム径の太りを１５μｍ程度に収めることが困難となり、
画質へのインパクト（細線の太りなど）が発生する。参
考のため図５に、焦点位置から離れるにつれてビーム径
が太くなる様子を、３つの異なるビーム径を有する光ビ
ームの各々について示した。

【００７０】このように本実施の形態に係る光学走査装
置では、ｆθレンズ系７５に主走査方向にのみパワーを
有するレンズを使用しても感光体ドラム１５上に照射さ
れる光スポットの位置ずれを小さく補正することを可能
にしている。

【００７１】これによって、次のような利点が生じる。
すなわち、正面入射／ダブルパス光学系においては、図
３（Ａ）に示されるように、従来の副走査方向にもパワ
ーを有するレンズ４１及びレンズ４２からなるｆθレン
ズ系を用いた場合、光ビームが副走査方向にも屈折され
るので、半導体レーザ２５をｆθレンズ系の光軸から比
較的離れた位置に配置しなければならない。これに対
し、本実施の形態においては、レンズ７５−１及びレン
ズ７５−２が副走査方向にパワーを有していないので、
図３（Ｂ）に示されるように光ビームは副走査方向に屈
折されることなく直進する。従って、図３（Ａ）の従来
例よりも半導体レーザ２５等をレンズ光軸に近い位置に
配置することができる。これによって、ｆθレンズ系７
５及び光学走査装置を偏平にすることができ、これを用
いた画像形成装置等の装置全体の小型化、低価格化に寄
与することができる。特に、本実施の形態では、ｆθレ
ンズ系７５を、２枚のレンズの平面同士が対向するよう
に構成したので、ｆθレンズ系７５を最も小型に形成す
ることができる。

【００７２】また、主走査方向にのみパワーを有するｆ
θレンズ系７５を用いることによって、製造面において
も利点が生じる。すなわち、図９に示されたように、最
初に１枚の平凸形状のレンズをシリンドリカルレンズ９
１を作成しておき、該シリンドリカルレンズ９１を等間
隔で輪切りにすることによってレンズ７５−２を多数製
造することができる。これによって、レンズ１枚毎に副
走査方向にもパワーを有するように製造しなければなら
ない従来と比較し、１枚当たりのレンズ価格を大幅に低
減させることができる。

【００７３】さらに、次のような利点も生じる。図１０
に、ポリゴンミラー２８から反射された光ビームが２枚
のレンズ７５−１’及びレンズ７５−２’を通過する場
合の様子を示す。なお、図１０では、主走査方向にのみ
パワーを有するレンズ７５−１’及びレンズ７５−２’
を実線で、副走査方向にもパワーを有する従来のレンズ
を一点鎖線で表している。図１０に示されたように、従
来のレンズは、副走査方向にもパワーを持たせるため偏
平なレンズとして構成することはできず、球面レンズと
して構成されている。このため、レンズ７５−１’及び
レンズ７５−２は、従来のレンズと比較して、材量を節
約できると共に光学走査装置の小型化に寄与できる。

【００７４】以上のように、主走査方向にのみパワーを
有するｆθレンズ系７５と副走査方向にのみパワーを有
するシリンドリカルミラー７７よりなる走査光学系を採
用すれば、安価で高性能な光学走査装置を提供すること
ができる。

【００７５】（第２の実施の形態）ダブルパス／正面入
射の光学系では、半導体レーザ２５からｆθレンズ系７
５への入射光が反射して感光体ドラム１５上に至り、画
質に悪影響を及ぼすという問題が発生するため、ｆθレ
ンズ系７５の光軸をポリゴンミラー２８の各偏向面２８
Ａに垂直な面に対して傾ける必要がある。これを第２の
実施の形態として以下に開示する。

【００７６】ｆθレンズ系７５を傾けて配置した２通り
の場合のポリゴンミラー２８の反射側の光学系の概略側
面図を各々図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。なお、図
８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、第１の実施の形態と
同一の構成要件には同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００７７】まず、図８（Ａ）に示されたように、レン
ズ７５−１及びレンズ７５−２は、その光軸がポリゴン
ミラー２８のすべての偏向面２８Ａに垂直な面（光軸４
９を含む）に対して所定の角度α（α＞０）をなすよう
に、半導体レーザ２５からの入射ビームのｆθレンズ系
７５への入射角度が小さくなる方向に傾けられて配置さ
れている。ここで、入射ビームが光軸４９に対してなす
角度をβとすれば、αとβとの関係が次式になるように
設定されている。

【００７８】α ＞ β ・・・・・（６）すなわち、光軸４９に対するｆθレンズ系７５の光軸が
なす角度αが光軸４９に対する入射ビームの角度より大
きくなるように設定されている。

【００７９】上記のような光学系の構成で半導体レーザ
２５から入射ビームが射出されると、１部の光ビームは
ｆθレンズ系７５の表面で反射される。反射された反射
光４７は、図の点線で示された光路に沿って進行し、光
学部材１０１に入射することなく、入射ビームを挟んで
感光体ドラム１５と反対側の光路を進行し、感光体ドラ
ム１５に至ることはない。これによって、反射光４７に
よる画質への悪影響が防止される。

【００８０】但し、角度αの上限として次式のように設
定されることが好ましい。 α ＜５β ・・・・・（７）すなわち、α≧５βとした場合、センターとサイドで倒
れ補正の共役点が２ｍｍ以上ずれることとなり、感光体
の全エリアで良好な画質（バンディングが良い）を保つ
ことができなくなるからである。

【００８１】なお、レンズ７５−１とレンズ７５−２の
傾ける角度は、（６）式の条件を満足するのであれば、
各々異なっていても良い。

【００８２】次に、図８（Ａ）のｆθレンズ系７５の傾
けられた方向とは異なる方向にｆθレンズ系７５が傾け
られて配置されている場合の概略側面図を図８（Ｂ）に
示す。

【００８３】図８（Ｂ）に示されるように、レンズ７５
−１及びレンズ７５−２は、その光軸がポリゴンミラー
２８のすべての偏向面２８Ａに垂直な面（光軸４９を含
む）に対して所定の角度αをなすように、入射ビームの
ｆθレンズ系７５への入射角度が大きくなる方向に傾け
られて配置されている。また、ポリゴンミラー２８の反
射方向でｆθレンズ系から最も遠い位置には、副走査方
向のサイズがｚである光学部材１０１が配置されてい
る。この光学部材１０１として、例えば反射ミラーや防
塵用のウィンドウなどがある。

【００８４】そして、図８（Ｂ）に示されたように、ポ
リゴンミラー２８の偏向面２８Ａから光学部材１０１ま
での光学距離を光軸４９上に投影した距離をＬ、偏向面
２８Ａからレンズ７５−２でポリゴンミラー２８から最
も遠い面までの距離をＢとした場合、次式が成立するよ
うに上記光学系が設定されている。

【００８５】ｔａｎ（２α＋β）×Ｌ−ｔａｎβ×（Ｂ＋Ｌ）＞Ｚ／２・・・・・（８）上記のような光学系の構成で半導体レーザ２５から入射
ビームが射出されると、１部の光ビームはｆθレンズ系
７５の表面で反射される。反射された反射光４７は、図
の点線で示された光路に沿って進行し、光学部材１０１
に入射することなく、その下部を通過していく。すなわ
ち、反射光４７は、光学部材１０１を通過して感光体ド
ラム１５の感光体に至ることはない。これによって、反
射光４７による画質への悪影響が防止される。

【００８６】但し、角度αの上限として次式のように設
定されることが好ましい。 α ＜２β ・・・・・（９）すなわち、α≧２βとした場合、サイドにおける主走査
方向のビーム径が太くなり、実使用レベルでなくなるか
らである。

【００８７】また、ｆθレンズ系が２枚組である場合に
は、ポリゴンミラー２８から遠い側のレンズ７５−２の
反射光が光学部材１０１に入射し易いため、レンズ７５
−２の傾ける角度さえ（８）式の条件を満たせば、ポリ
ゴンミラー２８側のレンズ７５−１を傾ける角度は、必
ずしも同条件を満たす必要はない。

【００８８】なお、通常はｆθレンズ系７５を傾けると
光学性能が劣化する場合が多いが、ｆθレンズの傾け角
度、及びｆθレンズへの入射光の角度にある条件を設け
ることによって一層の光学性能の向上を図ることができ
る。

【００８９】以上が本発明に係る実施の形態であるが、
上記例のみに限定されるものではない。例えば、ダブル
パス／正面入射光学系以外の光学系、例えば図１１に示
されるような光学系にも適用可能である。なお、図１１
では、図１と同様の構成要件については同一の符号を付
して説明を省略する。

【００９０】図１１の光学系では、レーザダイオードア
センブリ７０から射出された光ビームは、光軸４９に対
し、主走査面で所定の角度を成すような方向からｆθレ
ンズ系７５を通過することなく直接ポリゴンミラー２８
に入射するように構成されている。

【００９１】

【実施例】第１の実施の形態に係る光学走査装置の光学
系の実施例として以下のような設計例を示す。

【００９２】ポリゴンミラー２８とレンズ７５−１の間隔；ｄ₀＝１８．５ｍｍレンズ７５−１のポリゴンミラー側の曲率半径（主走査方向のみ）；Ｓ１−Ｒ＝ −１７０．４３ｍｍレンズ７５−１のポリゴンミラー２８から遠い側の曲率；Ｓ２−Ｒ＝ ∞ レンズ７５−１の厚さ；ｔ₁ ＝９ｍｍレンズ７５−１とレンズ７５−２の間隔；ｄ₁ ＝２５．９９８ｍｍレンズ７５−２のポリゴンミラー２８側の曲率Ｓ１−Ｒ＝ ∞ レンズ７５−１のポリゴンミラー２８から遠い側の曲率半径（主走査方向のみ）；Ｓ２−Ｒ＝１２２．６７ｍｍレンズ７５−２の厚さ；ｔ₂ ＝１０ｍｍレンズ７５−２の屈折率；ｎ₂ ＝１．７１２２６８（波長＝７８０ｎｍ）レンズ７５−２とシリンドリカルミラー７７の間隔；ｄ₂＝２９１．８ｍｍシリンドリカルミラー７７の曲率半径（副走査方向のみ）；Ｒ＝ −１６３．９５ｍｍシリンドリカルミラー７７への入出射の角度； θ ＝７１．２４° シリンドリカルミラー７７と感光体ドラム１５の間隔；Ｌ₂ ＝８２．５ｍｍポリゴンミラー２８とシリンドリカルミラー７７の間隔；Ｌ₁ ＝ｄ₀＋ｔ₁＋ｄ₁＋ｔ₂＋ｄ₂＝３５５．２９８ｍｍポリゴンミラー２８とシリンドリカルミラー７７の間の光路長；Ｌ₁’ ＝Ｌ₁−（ｔ₁（１−１／ｎ₁）＋ｔ₂（１−１／ｎ₂））＝３４７．２４ｍｍ副走査方向の共役倍率；Ｍ＝Ｌ₂／Ｌ₁’＝０．２３８上記の構成では、主走査方向のスポットサイズのセンタ
ーとサイドの差を１０μｍ以内、副走査方向の共役点の
センターとサイドの差を０．７ｍｍ、副走査方向の像面
湾曲（センターとサイドの差で見て）を１ｍｍ以内に収
めることができる。

【００９３】次に、第２の実施の形態における光学走査
装置の光学系の設計例を以下に示す。

【００９４】まず、レンズ７５−１及びレンズ７５−２
が、入射ビームのｆθレンズ系７５への入射角度が小さ
くなる方向に傾けられて配置された図８（Ａ）の場合の
設計値を示す。

【００９５】α ＝４° β ＝１．２° これより（６）式と（７）式が同時に成立することとな
るので、反射光による画質への悪影響が防止されると共
に、感光体の全エリアで良好な画質を保つことができ
る。また、上記設計値とすることで、主走査方向の感光
体ドラム１５上の光スポットのサイズのセンターとサイ
ドとの差を２μｍ程度に抑えることができる。

【００９６】次に、レンズ７５−１及びレンズ７５−２
が、入射ビームのｆθレンズ系７５への入射角度が大き
くなる方向に傾けられて配置された図８（Ｂ）の場合の
設計値を以下に示す。

【００９７】Ｂ＝ｄ₀＋ｔ₁＋ｄ₁＋ｔ₂−（ｔ₁
（１−１／ｎ₁）＋ｔ₂（１−１／ｎ₂））＝５５．
４４ｍｍＬ＝２００ｍｍＺ＝１０ｍｍ α ＝１．５° β ＝１．２° （８）式の左辺に上の設計値を代入すれば、ｔａｎ（２
α＋β）×Ｌ−ｔａｎβ×（Ｂ＋Ｌ）＝９．３ｍｍ
が得られる。この値は、（８）式の右辺に上の設計値を
代入して得られたＺ／２＝５ｍｍより大きいので、
（８）式の条件が満たされていることとなる。同様に
（９）式も成立している。

【００９８】以上のように（８）式及び（９）式が同時
に成立しているので、反射光による画質への悪影響が防
止されると共に、サイドにおける主走査方向のビーム径
を一定値以下に抑えて感光体の全エリアで良好な画質を
保つことができる。また、上記設計値とすることで、副
走査方向の倒れ補正の共役点のセンターとサイドとの差
を０．３ｍｍ、副走査方向の像面湾曲のセンターとサイ
ドとの差を０．５ｍｍとすることができる。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、主走査方向にのみパワーを有するｆθレンズを
用いたので、ｆθレンズの形状を単純化かつ小型化でき
るので、生産がきわめて容易となる、という効果が得ら
れる。また、偏向手段への入射と出射の光ビームが共に
ｆθレンズを通過するように配置し、かつ反射偏向され
た光ビームがなす走査角の中心から偏向手段へ光ビーム
を入射させるようにしたので、光学性能を保ちながらｆ
θレンズや装置全体をさらに偏平化、小型化することが
できる、という効果が得られる。

【０１００】請求項２の発明によれば、２枚のｆθレン
ズを一方の面のみが主走査方向にパワーを有し、他方の
面が平面となるように構成したので、ｆθレンズの生産
をさらに容易にすることができる、という効果が得られ
る。

【０１０１】請求項３の発明は、副走査方向の倍率Ｍが
０．２＜Ｍ＜０．６を満たすように光学系を配置したの
で、像面歪曲を小さく抑えることと副走査方向の面倒れ
の補正能力とを同時に満たすことができる、という効果
が得られる。

【０１０２】

【０１０３】請求項４又は請求項５の発明によれば、ｆ
θレンズを所定の角度で傾けて配置するようにしたの
で、ｆθレンズの各構成面上で反射された反射光が被走
査面上に至らず、反射光による画質への悪影響が回避さ
れる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る光学走査装置の構成図
である。

【図２】従来のレーザプリンタの概略的な構成を示した
構成図である。

【図３】（Ａ）は、従来の光学系にダブルパス／正面入
射の方式を適用した場合の側面図、（Ｂ）は、第１の実
施の形態に係る光学系にダブルパス／正面入射の方式を
適用した場合の側面図である。

【図４】ダブルパス／正面入射の方式の利点を説明する
ための第１の実施の形態の光学系の概略図であって、
（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上面図である。

【図５】焦点位置から離れた位置で、ビームサイズが太
くなる様子を説明するためのグラフである。

【図６】従来の光学走査装置における光学系の要部を示
した斜視図である。

【図７】第１の実施の形態の光学パラメータを説明する
ための、ポリゴンミラーの反射側の光学系の概念図であ
る。

【図８】第２の実施の形態に係る光学走査装置の光学系
の概略図であって、（Ａ）は、入射ビームのｆθレンズ
系への入射角度が小さくなる方向に傾けられて配置され
た場合の図、（Ｂ）は、入射ビームのｆθレンズ系への
入射角度が大きくなる方向に傾けられて配置された場合
の図である。

【図９】第１の実施の形態に係るｆθレンズ系を構成す
る平凸のシリンドリカルレンズの製造の様子を原理的に
示した斜視図である。

【図１０】従来の球面レンズをｆθレンズ系に用いた場
合と、本発明に係る主走査方向のみパワーを有する偏平
なレンズをｆθレンズ系に用いた場合とを比較するため
の図である。

【図１１】ダブルパス／正面入射方式以外で本発明を適
用可能な光学系の概略図である。

【符号の説明】

１５感光体ドラム２５半導体レーザ２８ポリゴンミラー７１コリメータレンズ７２開口絞り７３シリンドリカルレンズ７５ｆθレンズ系７７シリンドリカルミラー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光ビームの径を整形して主走
査方向と対応する方向に長い線像として結像させるビー
ム径整形光学系と、前記線像の結像位置または該結像位置の近傍に反射面を
持ち、入射された光ビームを主走査方向と対応する方向
に等角速度で偏向させる偏向手段と、前記偏向手段の光ビーム反射側に配置され、前記主走査
方向と直交する副走査方向にのみ光ビームを収束させる
パワーを有しかつ被走査面上に光ビームを収束させるシ
リンドリカルミラーと、前記偏向手段と前記シリンドリカルミラーとの間に配置
され、主走査方向にのみ光ビームを収束させるパワーを
有しかつ光スポットが等速度で走査されるように入射さ
れた光ビームを前記シリンドリカルミラーを介して前記
被走査面上に収束させるｆθレンズと、を備え、前記偏向手段へ入射する光ビームと前記偏向手段によっ
て反射偏向された光ビームとが共に前記ｆθレンズを透
過するように配置し、かつ反射偏向された光ビームが成
す走査角の中心から前記偏向手段へ光ビームを入射させ
るようにしたことを特徴とする光学走査装置。
【請求項２】前記ｆθレンズは、各々一方の面が平面
でかつ他方の面が主走査方向にのみ光ビームを収束させ
るパワーを有する面で形成された２枚のレンズで構成さ
れていることを特徴とする請求項１の光学走査装置。
【請求項３】前記シリンドリカルミラーの反射面と前
記被走査面との間の光学距離を、前記偏向手段の反射面
と前記シリンドリカルミラーの反射面との間の光学距離
で除算した値を前記副走査方向の倍率Ｍとしたとき、０．２＜Ｍ＜０．６となるように設定したことを特徴とする請求項１又は請
求項２の光学走査装置。
【請求項４】前記ｆθレンズの光軸が前記偏向手段の
反射面と垂直な面に対して所定の角度αを成し、かつ前
記ｆθレンズに入射する光ビームの入射角度が小さくな
る方向に傾けて前記ｆθレンズを配置すると共に、前記ｆθレンズに入射する光ビームが前記偏向手段の反
射面と垂直な面に対して成す角度をβとしたとき、 α ＞ β を満足するようにしたことを特徴とする請求項３の光学
走査装置。
【請求項５】α ＜５β をさらに満足するようにしたことを特徴とする請求項４
の光学走査装置。