JPH0736063B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はレーザービームによって感光体上に静電潜像を
形成する画像形成装置の特にレーザービームの走査光学
系に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来レーザービームプリンタ等の画像形成装置におい
て、感光体上に記録画像を形成するために半導体レーザ
ー等によってビームを発生させるのであるが、このビー
ムの放射タイミングは、この半導体レーザーの放射側前
段に設けられた回転するポリゴンミラーの反射面に前記
ビームを射出し、感光体に向けてほぼ扇形に偏向走査し
たビームの側端部のビームを検出してタイミングを計っ
ている。このビームの検出にはビームを反射する水平同
期信号用折り返しミラーに前記ビームの側端部をあて
て、この水平同期信号用折り返しミラーからのビームを
水平同期信号検知素子に導いてタイミングを計ってい
る。

しかしながら、前記水平同期信号検知素子までの光路長
は従来感光体までの光路長とほぼ同距離を保つようにし
ていたために、適当な位置に水平同期信号検知素子を設
けることができないという問題があった。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、水平同
期信号検知素子までの距離と感光体までの距離が異なっ
た距離であっても任意の位置に水平同期信号検知素子を
設けることのできる画像形成装置の提供を目的とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するための本発明の概要は、感光体表面
に静電潜像を形成すべくレーザビームを発生する半導体
レーザと、この半導体レーザからのレーザビームを平行
化するコリメータレンズと、このコリメータレンズから
のレーザビームを偏平化する偏平化手段と、この偏平化
手段からのレーザビームを主走査方向に偏向走査する走
査手段と、この走査手段からのレーザビームを前記感光
体表面上で等速度で移動すべく光路修正する修正レンズ
と、この修正レンズからのレーザビームの走査端部に、
特定偏向角のレーザビームを受光して水平同期信号を検
知する検知手段とを有する画像形成装置において、前記
検知手段のビーム受光面前段側に主走査方向のみにパワ
ーを有するシリンダレンズと、レーザビームの主走査方
向と直交する走査方向にのみパワーを有するシリンダレ
ンズとを具備したものである。

［発明の実施例］ 以下図面を参照しながら本発明に係る画像形成装置につ
いて説明する。

第１図は画像形成装置の概略断面図である。

同図において画像形成装置は、図示本装置の底部に設け
られた記録用紙（以下用紙ともいう）３を収納する用紙
収納部81と、この用紙収納部81に収納されている用紙３
を取出し搬送する給紙ローラ１が前記用紙収納部81の図
示左上方に設けられており、この給紙ローラ１によって
本装置本体内に１枚づつ搬送取出しされるようになって
いる。尚、図中２で示すものは用紙３の押圧部材であ
り、この用紙収納部81に収納されている用紙３を図示上
方に押圧して給紙ローラ１により用紙３が取出し搬送が
容易に行われるようにするものである。この給紙ローラ
１の後段には、前記用紙３の搬送路を挾持するように１
組の搬送ローラ４と、この搬送ローラ４の後段には同様
に１組のレジストローラ５が設けられている。このレジ
ストローラはストップスイッチ６が取り付けられて、前
記用紙収納部81より搬送されてくる用紙３のタイミング
を計測するようになっている。

このレジストローラ５の後段には感光体７と、この感光
体７に現像剤を供給する現像剤担持体11と、前記現像剤
を保持すべく前記感光体７に電荷を与える帯電器９と、
感光体７上に保持された現像剤を搬送された用紙３上に
転写するために感光体７との間で電界を生じさせる転写
器12と、前記感光体７上の残留電荷を除去する除電ラン
プ８と、前記感光体７上の残留現像剤を除去するクリナ
ー13とが設けられている。又前記感光体７には、レーザ
ー光10を発生するレーザー走査ユニット20により発生さ
れたレーザー光10が照射されて情報を現像剤の粉体画像
として記録するようになっている。前記感光体７の後段
には、この感光体７から情報を転写された用紙３の転写
情報をこの用紙３上に定着させる定着器14と、その後方
に排紙ローラ15,排紙ガイド16,排紙スイッチ17,排紙ロ
ーラ18及び排出された用紙３を受ける排紙トレー19が設
けられている。

このように構成された画像形成装置の作用について説明
する。

前記用紙収納部81に収納されている用紙３は給紙ローラ
１によって１枚づつ取出し搬送されて、後段に設けられ
ている搬送ローラ４に挾持されることになる。この搬送
ローラ４によって挾持された用紙３は、さらに後段に設
けられたレジストローラ５に搬送され、ここでこのレジ
ストローラ５の直前に取り付けられている。ストップス
イッチ６の接点をON状態とする。このストップスイッチ
６は搬送される用紙３が正常に搬送されているか否かを
判断するためのもので、予め設定された時間内に接点が
ON状態とならない際には、本装置内で用紙３が紙づまり
の状態になったと判断して、前記感光体７へのレーザー
光10の照射を停止するようになっている。次に、レジス
トローラ５に挾持された用紙３は、前記感光体７と同期
をとりつつこの感光体７の下部に搬送される。この時、
前記感光体７の表面は帯電器９によって一様に帯電され
た後、この表面に図示しない制御部の信号に基づいてレ
ーザー走査ユニット20から照射されるレーザー光によっ
て情報が静電潜像として形成されており、ここに前記現
像剤担持体11から供給される現像剤がその情報に対応し
て付着されているものである。このように感光体７表面
に形成されている情報を、感光体７の下部に設けた定着
器12と前記感光体７との間で電界を形成しその作用によ
って、この転写器12と感光体７の間を搬送する用紙３上
に情報を転写するようになっている。尚、感光体７はそ
の表面周辺に設けられたクリーナー13によって表面に付
着した現像剤を除去された後、除電ランプ８によって残
留電荷を除去され、その後前記帯電器９によって表面を
一様に帯電されて次の転写動作に備えるようになってい
る。

その後用紙３は、その表面に転写された粉体情報を定着
器14によって定着された後、排紙ローラ15,排紙ガイド1
6,排紙ローラ18等を介して排紙トレー19上に排出され
る。尚、前記排紙ローラ18の直前には排紙スイッチ17が
取り付けられており、予め設定された時間内にこの接点
がON状態とならない際には、搬送路上で用紙３が紙づま
りの状態となったと判断して装置全体を停止するように
なっている。

第３図はレーザー走査ユニット20の平面図を示すもので
ある。

このレーザー走査ユニット20は、平行化されたレーザー
光（以下レーザービームともいう）を発生するコリメー
タレンズユニット21と、このコリメータレンズユニット
21から放射されたレーザー光を反射しつつ高速回転する
走査手段であるポリゴンミラー22と、このポリゴンミラ
ー22によって反射されたレーザー光を集光する第１走査
レンズ24と、この集光されたレーザー光を前記感光体７
上に導くべく反射させる第１反射ミラー25,第２反射ミ
ラー26とを有し、この第１反射ミラー25,第２反射ミラ
ー26を介して導かれたレーザー光は前記感光体７に近接
する位置に設けられた第２走査レンズ43（第４図参照）
と、水平同期信号用折返しレンズ65と水平同期信号反射
ミラー27と、この水平同期信号用折返レンズ65及び平同
期信号反射ミラー27からの水平同期信号を受信する水平
同期信号受信器28とから構成されている。

前記第１走査レンズ24は、その詳細を第２図（ａ），
（ｂ）に示すように、迷光カット用スリット45（第５図
参照）を有する第１走査レンズ固定板30と、前記第１走
査レンズ24を位置決めする位置決め部材35,36とによっ
て第１走査レンズ固定板30に固定されて光軸等が位置決
めされるようになっている。又この第１走査レンズ固定
板30は、固定ねじ34によって光学ユニット筐体23に固定
されている。又、この第１走査レンズ固定板30には第１
走査レンズ固定用水平ばね32が水平ばね固定ねじ33によ
って付勢されており、第１走査レンズ支持部31に向って
押圧されるようになっている。さらに光学ユニット筐体
23には、垂直ばね固定ねじ38により固定された２つの第
１走査レンズ固定用垂直ばね37によって、ポリゴンミラ
ー22に向って第１走査レンズを押圧固定している。又固
定用垂直ばね37の中央部分は第２図（ａ）に破線で示す
ように切欠部を有し、レーザービームを遮らないように
なっている。尚、この固定用垂直ばね37の第１走査レン
ズ24の押圧力は垂直ばね移動ねじ39によって調整されて
いるようになっている。

このように構成された経路を経て、前記感光体７上にレ
ーザー光によって情報を静電潜像として記録するのであ
る。

前述した前記感光体７上に照射されるレーザービームの
変調は、このレーザービームの照射の開始点における水
平同期信号を基準として行われるものである。この水平
同期信号を得るために、前記ポリゴンミラー22から反射
されたレーザービームの照射幅端部に、前記水平同期信
号用折返しレンズ65及び水平同期信号用反射ミラー27が
設けられ、この水平同期信号用反射ミラー27によって反
射されたレーザービームは水平同期信号用折返しレンズ
65を介して水平同期信号検知部82に入射される。

第４図はレーザービーム走査光学系を説明するための断
面図である。

同図において第２走査レンズ43について説明する。第２
走査レンズ43は、光学ユニット筐体23の基準面である下
部に、この第２走査レンズ43の変形を吸収すべく弾性ゴ
ム42,ホコリ等を防止すべく防塵ガラス41を介して棒状
レンズ固定板44により押圧され、固定板固定ねじ46によ
って固定されている。

第５図は第４図において矢印Ａ方向から見た棒状レンズ
固定板44の外観図である。この棒状レンズ固定板44の中
央部にはほぼ長方形の迷光カット用スリット45が設けら
れている。この部分に前記第２走査レンズが設けられて
いるのであるが、この第２走査レンズ43は前述したよう
に、弾性ゴム42を介して押圧固定されているので、プラ
スチックの材質からなるものであっても、当該レンズに
局所的な応力を発生させることなく、この第２走査レン
ズ43を光学ユニット筐体23の前記基準面に押圧固定し、
また、このレンズに残留応力による変形がある際にも、
このプラスチック特有の変形を矯正するように取り付け
ることが可能である。

第６図は光学ユニット筐体23に設けた第２走査レンズ43
を装入するための切欠部に、前記第２走査レンズ43を装
着した状態を示す。

同図に示すように、第２走査レンズ43には第１走査レン
ズ24の光軸に対応する部分に凸部47が設けられている。
この凸部47は、前記光学ユニット筐体23に設けられてい
るこの凸部が嵌合する凹部に嵌入させて、第２走査レン
ズ43の位置決めを行うためのものである。このように固
定することにより第２走査レンズ43の熱膨張による影響
を光軸に対して対称に分散することができるために、従
来方式であるレンズの一端を固定する方式に比較して像
面のたとえばｆ・θ特性等の像特性を向上させることが
できる。

第７図（ａ），（ｂ）は本発明の係るコリメータレンズ
ユニット21の構成を示す断面図である。同図においてコ
リメータレンズユニット21は、外観が円筒状を呈し、そ
のほぼ中心に同様に円柱状の中空部を有するコリメータ
レンズホルダー48と、この円柱状の中空部の一端にはレ
ーザービームを発生させる半導体レーザー54と、この半
導体レーザー54をその表面に載置した半導体固定板49が
２個の固定ボルト50によりその中空部の一端を閉じるよ
うに取付られている。さらにこの円柱状の中空部には、
前記半導体レーザー54の他に、この半導体レーザー54で
発生するレーザービームを平行化するコリメータレンズ
51と、このコリメータレンズ51で平行化されたレーザー
ビームを偏平化する第１プリズム56及び第２プリズム57
（この２個のプリズムでビームコンプレッサを形成して
いる）と、この第１プリズム56及び第２プリズム57とが
取付られたブリズムホルダー52が前記中空部内で中心60
を中心として回動自在に取付られている。尚、このプリ
ズムホルダー52は、光軸を挟んで相対峙する位置に２個
の調整ボルト61を設け、この２個の調整ボルト61によっ
て微調整可能となっており、従来、この第1,第２のプリ
ズムに入射するコリメートビームのわずかなズレによっ
ても生じていた偏平化されたビームの射出方向の大きな
ズレを調整することが可能となる。さらにプリズムホル
ダー52の前記第１プリズム56及び第２プリズム57を載置
した面と直交する位置に設けたプリズムホルダー固定ボ
ルト62により任意の位置で確実に固定することができ
る。又コリメータレンズユニット21は、前記第１プリズ
ム56及び第２プリズム57により偏平化されたレーザービ
ーム58を中心として、回動自在に円筒形状を有する絶縁
カバー53に取付けられている。尚、図中59で示すボルト
は、コリメータレンズ51の取付位置の微調整を行うため
に設けられたものであり、この２個のコリメータレンズ
調整ボルト59によりたとえば光軸合せ等を容易に調整可
能としている。

前記半導体レーザー54は半導体固定板49に載置する際、
通常その取付け位置に対して±0.1（mm）程度の取付誤
差が生じる。ここでコリメータレンズ51の焦点距離をf₀
（mm）とし、第１走査レンズ24の焦点をｆとすると、前
記感光体７表面上の像面での取付誤差の影響はf/f₀倍に
拡大されることになる。

ここで、コリメータレンズ51の光軸を進むレーザー光が
集光する位置を理想的な結像位置とすると、この結像位
置に対して±f/f₀×0.1（mm）の結像位置の誤差を生ず
ることになる。同時にこれは、走査されるレーザービー
ムの幅の両端に対しても±f/f₀×0.1（mm）の誤差を生
じてしまうことになる。

そこで本実施例では、感光体７上の有効走査幅を最大記
録幅よりも両端においてそれぞれf/f₀×0.1（mm）つま
りf/f₀×0.2（mm）だけ幅方向を大きくすることによ
り、半導体レーザー54とコリメータレンズ51の光軸合せ
という、コリメータレンズユニット自体を複雑化する構
造を省略できるばかりでなく、そのために必要な微妙な
調整を必要としないコリメータレンズユニットとしてい
る。

以上のように構成されたコリメータレンズユニットの作
用について簡単に説明する。

半導体レーザー54で発生されたレーザービームは、この
半導体レーザー54の照射側前面に取り付けられたコリメ
ータレンズ51で平行化される。この平行化されたレーザ
ービームは、次にビームコンプレッサを形成する第1,第
２のプリズムに入射され、ここで偏平化された後図示し
ないポリゴンミラー22に入射することになる。尚前述し
たように、前記ビームコンプレッサから出たレーザービ
ームを中心としてプリズムホルダー48が回動するように
なっているので、ポリゴンミラー22に入射するレーザー
ビームの偏平方向を任意の方向に調整可能となり、感光
体７上での主走査方向と直交する副走査方向のレーザー
ビームのスポット径を一定にするように調整ができる。

第８図（ａ），（ｂ）はそれぞれ検知部である水平同期
信号検知部82の平面図と断面図とを示すものである。

同図に示す水平同期信号検知部82は、円筒形状を有し、
一部に位置決めのための突起部68を設けた水平同期信号
素子ホルダー28と、この水平同期信号素子ホルダー28の
内部であって、その底部に取り付けられ、一部に水平同
期信号の位置決めのための突起部69を有する水平同期信
号検知素子ケース67の中に水平同期信号検知素子64と、
この水平同期信号検知素子64の前面に副走査方向にのみ
パワーを有するシリンダレンズ66とから構成されてい
る。

このように構成された水平同期信号検知部82の作用につ
いて説明する。

本実施例によると、前述した水平同期信号用反射ミラー
27により反射されたレーザービームは、前記水平同期信
号検知部82に入射されるが、この時水平同期信号用反射
ミラー27から水平同期信号検知部82までの光路長は、感
光体７に至る理想光路長によりも短い光路長となってい
る。しかしながら、前記第３図に示す主走査方向のビー
ム走査に対しては、水平同期信号用反射ミラー27の前面
に主走査方向のみパワーを有する水平同期信号用折返し
レンズ65を具備しているので、水平同期信号検知素子64
に集光するようになっており、又、副走査方向に対して
は第８図（ａ），（ｂ）に示すように、副走査方向のみ
パワーを有するシリンダレンズ66を具備しているので、
例えば副走査方向にレーザービームの振れが生じた際に
も、前記水平同期信号検知素子64にレーザービームが確
実に集光するようになっている。本実施例では、主走査
方向にのみパワーを有する水平同期信号用折返しレンズ
65と、副走査方向にのみパワーを有するシリンダーレン
ズ66とをそれぞれ水平同期信号用反射ミラー27と水平同
期信号検知部82とに設けたが、これらは例えば前記第８
図（ｂ）に示すように副走査方向のみにパワーを有する
シリンダーレンズ66の裏面つまり水平同期信号検知素子
側に主走査方向のみにパワーを有するシリンダーレンズ
（前記水平同期信号用折返しレンズ65に相当するもの）
を配置するようにしてもよい。このように構成すること
により、立上り特性の良好な水平同期信号を得ることが
できるばかりでなく、鮮明な画像を得ることができる。

第８図（ｃ）は、水平同期信号検知素子64の通電状態を
示す説明図である。

同図に示すように、水平同期信号検知素子64の水平同期
信号検知素子ケース67は通電されているために絶縁する
必要がある。そこで、水平同期信号素子ホルダー28の一
部にレンズ面を形成し、水平同期信号素子ホルダー28に
設けた突起部68を、光学ユニット筐体23に嵌合させてシ
リンダレンズの母線の方向を所定の方向に固定すると共
に、シリンダレンズ面と水平同期信号検知素子64との相
対位置を正確に設定できるようになっている。同時に、
水平同期信号素子ホルダー28には、水平同期信号検知素
子ケース67の一部に形成された水平同期信号素子64の位
置決め突起部69を嵌合する凹部を有し、水平同期信号検
知素子64の矩形エッジ部分がレーザビームの主走査方向
に対して直交するように位置決めし、水平同期信号素子
64を通るレーザービームのわずかな副走査方向のビーム
振れに対しても水平同期信号と書き出し位置のズレが生
じないようになっている。

第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本画像形成装置の光学
系の諸特性を示す説明図である。

同図（ａ）は、走査ビームが形成される平面に直交する
方向からの説明図である。同図において、半導体レーザ
ー54から発生したレーザービームは図示されるように、
コリメータレンズ51、第1,第２のプリズム56,57及び第
1,第２の走査レンズ24,43を介して感光体７上に到達す
るようになっている。

ここでコリメータレンズ51の焦点距離f₀＝５（mm），第
１走査レンズ24の焦点距離f₁＝215（mm）と仮定する。
感光体７の近傍に配置された棒状の第２走査レンズ43の
主走査方向の曲率は、像の近さに対して非常に小さいの
で無視することができるので、主走査方向のレーザービ
ームのスポット径は第１走査レンズ24の焦点距離f₁と、
第１走査レンズに入射する偏平化されたコリメートビー
ムの主走査方向幅及び第１走査レンズ24と感光体７との
距離に依存しているといってもよい。さらにここでは便
宜上第1,第２の走査レンズ24,43の前後焦点間の距離は
無視することにする。又、ビームの調整時においては、
第１走査レンズ24に入射する偏平コリメートビーム58の
ビームウェストは、ポリゴンミラー22の反射面に位置
し、第２走査レンズ43の第１走査レンズ24の光軸近傍の
副走査方向焦点距離f₂＝29（mm），第１走査レンズ24と
ポリゴンミラー22の反射面までの距離d₂＝48（mm），第
１走査レンズ24から感光体７までの距離（d₂′＋d₁＋
d₁′）＝211（mm）とし、図中d₁′＝33（mm）としてい
る。このような光学的条件は計算によって求めることが
できるように、ポリゴンミラー22の反射点と感光体７表
面とを互いに共役関係におき、反射点を物点としてと
き、その物点が感光体７上に結像するように配置されて
いる。すなわち第９図（ｂ）においてポリゴンミラー22
が図中71の状態から72で示す状態に傾斜した際において
も、レーザービームは点線で示すように進みポリゴンミ
ラー22が傾斜していないときに結像する感光体７上の位
置に結像するようになっている。これがポリゴンミラー
22の面倒れ補正効果を示すものである。次に、第９図
（ｃ）を参照して感光体７上の主走査方向のビームスポ
ット径ω′を計算する。本実施例においては、第１走査
レンズ24への偏平コリメートビームの半径は主走査方向
がω₂′＝２（mm）（ただし、ここで半径という際には
中央値の1/e²の値の半径を示すものとする），副走査方
向がω₂＝0.2（mm）としている。従って、第１走査レン
ズ24により結像される主走査方向のビームウェスト半径
ω₀′と、その位置Z₀は周知の関係式である 及び で表される。ここで、 δ＝πω₂′²／λ 及び、 λ＝790（mm）（半導体レーザーの波長） である。この関係式に前記仮定に基づいて計算を行う
と、 ω₀′＝0.02（mm） Z₀＝215（mm） となる。つまり感光体７の後方４（mm）の点にビームウ
ェストが形成されることになる。従って、感光体７上で
は、距離Ｚ＝４（mm）におけるビーム半径ω′を前記周
知な関係式より求めることができる。つまり、 ω′²＝ω₀′²｛１＋（λz/πω₀′²）²｝ の関係式より、 ω′＝0.046（mm） となることがわかる。

ところで、感光体７上における副走査方向のレーザービ
ームスポット半径ωを求めるには、第２走査レンズ43の
副走査方向パワー1/f₁も関係を有する。そこで、第１走
査レンズ24のビームウェスト位置をd₂′とし、そこでの
ビームウェスト半径ω₁、第２走査レンズ43のビームウ
ェスト位置d₀′、そこでのビームウェスト半径ω₀とす
ると、前記主走査方向のビーム径と同様に計算を行う
と、 ここで、δ＝πω₂ ²／λとする。

すると、 ω₁＝0.186（mm） d₂′＝69.8（mm） となる。従って第９図（ｃ）において、 d₁＝108.2（mm） となる。ここで再び第２走査レンズ43に対して前述した
計算を行うと、 ここで、δ＝πω₁ ²／λとすると、以上の関係式より、 ω₀＝0.034（mm） d₀′＝31.6（mm） となる。これは感光体７上1.4（mm）手前にビームウェ
イトを有していることになる。従って感光体７上での副
走査方向のビームスポット径ωは、 ω₂＝ω₀ ²｛１＋（λz/πω₀ ²）²｝ で表される。ここで、ｚ＝1.4（mm）を代入すると、 ω₀＝0.035（mm） となる。ところで、副走査方向のビームスポット径は記
録画像に大きな影響を与える要素である。従って、半導
体レーザーの放射面のバラツキによって、第１走査レン
ズ24へ入射する偏平コリメートビームの副走査方向半径
ω₂は0.1乃至0.2（mm）程度の大きさでバラツキを生じ
る。これは前述した関係式より容易に推測できるよう
に、第２走査レンズ43による絞り込み半径ω₀に影響を
及ぼすことになる。そこで、本実施例においては、偏平
コリメートビームの主光線を中心としてコリメータレン
ズユニット21を回動可能として、第１走査レンズ24への
偏平コリメートビームの副走査方向の径２ω₂が常に0.4
（mm）となるように設定して固定している。

第10図はポリゴンミラー22の縦断面図である。

同図においてポリゴンミラー22は、このポリゴンミラー
22を高速回転させるスキャナモータ40上部に設けられて
いるポリゴンミラー取り付け座75に載置すべく、このポ
リゴンミラー取り付け座75の中心に設けられているポリ
ゴンミラー取り付け軸76の上部より挿入され、されにこ
の上からポリゴンミラー押えバネ77及びポリゴンミラー
押えバネ固定リング78によって前記ポリゴンミラー取り
付け軸76に固定されている。

このように構成されたポリゴンミラー22の側面つまり各
反射面は、前記ポリゴンミラー取り付け軸76に対してわ
ずかに傾斜を有している。この傾斜は第１にこのポリゴ
ンミラー22が例えばプラスチックにより形成されてお
り、このポリゴンミラーの成形型からの抜き勾配のため
であり、第２に、前記感光体７からの乱反射戻り光が第
1,第２の走査レンズを通過して再びポリゴンミラー22に
入射することを防止し、ポリゴンミラーへの再入射によ
って生じる例えばその反射光がポリゴンミラーの回転に
関係なく感光体７上に静止したビームスポットを形成し
てしまうという問題を防止することができる。この光は
非常に弱い輝度ではあるが通常のレーザービームが高速
で短時間照射するのに対して極めて長時間例えば数千倍
程度の時間にわたって照射されることが問題であった。
そこで本画像形成装置では、このような問題を解決すべ
くポリゴンミラーの反射面をわずかに傾斜させて、感光
体７からの乱反射戻り光のポリゴンミラーによる感光体
７への反射光の光路を分離するようにしておき、第５図
に示すように迷光カット用スリット45によってカットす
るように成っている。

第11図（ａ），（ｂ）は従来の光学系と本画像形成装置
に係る光学系の比較を説明する説明図である。

同図（ａ）における従来のポリゴンミラーの補正光学系
では、レーザー光79はポリゴンミラーにおいて副走査方
向に一度集光し、これを再び第１走査レンズ24と、第２
走査レンズ43とによって感光体７上つまり像面に集光す
るようになっている。ところが同図に示すように光の反
射点は多面鏡であるため精度上多少前後に移動すること
が避けられず、さらに第１走査レンズ24の光軸と多面鏡
への入射ビームが直交しない場合は特に大きなものとな
る。従って、多面鏡と反射点が図中Δｄまで移動した際
には反射位置M₂の集光位置はP₁からP₂までの距離ｙだけ
移動したように見える。この結果前記像面においては結
像点がQ₂からQ₁までの距離ｙ′だけ移動することにな
る。この関係は、ｙ′＝ｙ（f₂／f₁）で表される。

ところが同図（ｂ）に示す本画像形成装置においては、
反射点である多面鏡への偏平コリメートビーム58は平行
光線であるのでは反射位置がM₁からM₂に移動しても主光
線の位置がP₁からP₂に移動したように見えるだけで両ビ
ームの主光線は平行に進行する。従ってこの場合には、
前記の両ビームとも多面鏡の面倒れがない場合の結像点
Ｑに結像することになる。

第12図は本画像形成装置のレーザー走査光学系の平面図
である。

同図は特に単一レンズの第１走査レンズと第２走査レン
ズの関係を示すもので、図中Ａ−Ｂで示すものは第１走
査レンズ24の光軸である。この光軸における第２走査レ
ンズ43は副走査方向の曲率が1/γ₀であり、感光体７に
面する側が凸状となっている棒状のレンズである。この
第２走査レンズ43のポリゴンミラー22側は副走査方向の
パワーを保持せず、副走査方向の曲率は零となってい
る。ここで、第１走査レンズ24から傾きθ′で射出され
るレーザービームが第２走査レンズ43と交わる点の副走
査方向の曲率を1/γ（θ′）とする。図中Ｃで示すもの
は最大記録幅、Ｄで示すものは有効走査幅で、前述した
ようにこの有効走査幅Ｄは最大記録幅Ｃより（f₂／f₁）
×0.2（mm）だけ大きく設定され、さらに棒状の第２走
査レンズ43のポリゴンミラー22側の形状は主走査方向に
光軸Ａ−Ｂを対象線として大きく湾曲しており、感光体
７上に結像する点の走査ひずみを零とするように光路修
正をするようになっている。

第13図は第12図に示す光学系の詳細な説明図である。

同図は第１走査レンズ24の各種パラメータを示し、R₁＝
−107.5（mm）,d＝７（mm）,n＝1.717とし、ｔは像面湾
曲が適正な値となるように選択している。

第14図は第１走査レンズ24のポリゴンミラー22による光
軸に対する走査角が20°の場合のR₁/fとｆ・θ特性の関
係を示す特性図である。

同図における関係においては従来Distortionが2.3
（％）程度になっている。

第15図は第14図と同様に走査角が20°の場合のR₁/fと像
面湾曲の関係を示す特性図である。同図においては、メ
リディオナル像面湾曲が１（mm）程度，サジタル像面湾
曲が７（mm）程度である。従って同図に示すように、有
効走査角が±32.5°もある場合には単一レンズだけでは
ｆ・θ特性，ビーム径共に使用できる状態にない。そこ
で、従来は第16図（ａ），（ｂ）にその光学系を示すよ
うに単一レンズである第１走査レンズ24に、シリンダレ
ンズ80を第２走査レンズとして用いてカバーしていた。

第17図は第16図（ａ），（ｂ）に示す光学系と同寸法と
した光学系の斜視図である。

シリンダレンズである第１走査レンズ24の光軸に沿って
進む平行レーザー光に対する焦点距離f_C，第１走査レン
ズにθ′の角度で入射する平行レーザー光に対する焦点
距離f_C（θ′），第１走査レンズの屈折率をn_Cとする
と、次のような関係式が成立する。

この関係式より第16図（ｂ）におけるサジタル像面湾曲
量ΔＳ_θは次の関係式によって表される。ここで、 である。

これらの関係式に走査角＝20°，S₀＝25（mm）を代入す
ると、ΔＳ_θ＝−２（mm）程度となる。しかしながら、
走査角が±32.5°程度に大きな値となると、これでもサ
ジタル像面湾曲は大きくなってしまう。さらにサジタル
像面湾曲は第16図（ｂ）に示す感光体上の副走査方向ビ
ームスポット位置ズレΔＰで表わされるように、ポリゴ
ンミラー22の面倒れ補正効果を低下させる原因ともなっ
ている。そこで、本画像形成装置では第12図に示すよう
に、第１走査レンズ24からのレーザービーム射出角θ′
に対応した第１走査レンズの曲率半径γ（θ′）をθ′
の関数として変化させ、その部分における焦点距離f
_C（θ′）を次のように決定している。

f_C（θ′）＝（κ_θ／κ_０ cosθ′）f_C ……（３） つまり前記ΔＳ_θは、この条件を満足するように、副走
査方向曲率γ（θ′）を形成し棒状レンズでは零とな
り、完全なサジタル像面湾曲の改善を実現できる。従っ
て、第16図（ｂ）に示すように、ΔＳ_θが零となればΔ
Ｐは発生せず完全なポリゴンミラー面倒れ補正効果を発
揮することができ、極めて高品質の記録画像を得ること
が可能となる。

前記の関係式において、θ＝０とした時の反射点と像面
との距離をL₀とすると、 κ_０＝１−S₀／L₀ で表される。又θ≠０の時には、 κ_θ＝１−S₀／L₀ で表されるが通常L₀＝Ｌ_θである。したがって、 κ_０＝κ_θと考えてよいので、 f_C（θ′）＝f_C/cosθ′ としてよい。しかし実際には、棒状レンズが無い時の第
１走査レンズのサジタル像面湾曲も多少関係を有するの
で、第１走査レンズの性能を考慮して走査角θにおける
サジタル像面湾曲が零となるようにf_C（θ′）を決定し
ている。

次に、棒状レンズ43のポリゴンミラー22側の面の曲線を
求める。

第18図はその様子を示す説明図である。

同図において、第１走査レンズ24に走査角θで入射した
レーザービームの主光線は、光軸との角度θ′で射出し
ている。この角度θ′で第１走査レンズから射出された
レーザービームは第２走査レンズ43に高さＹ_θで入射す
る。ここで、第２走査レンズ43の第１走査レンズ24光軸
上のビーム入射位置で光軸に直行する面と、前記角度
θ′で第１走査レンズを射出してきたレーザービームの
交点をＹ_θとする。第２走査レンズ43の光軸上の厚さX,
点Ｇにおける曲面の勾配を、 α＝tan^-1（dX_θ/dY_θ） とする。又このレーザービームが第２走査レンズを射出
する位置Ｍでのレーザービームの主光線の屈折前後の角
度β及びγとする。さらにこのレーザービームが走査面
と入射する位置でのその光軸からの高さはｙ_θで表す。
尚、図中Ｉは第２走査レンズ43が無いとき、第１走査レ
ンズ24を角度θ′で射出してきたレーザービームが走査
面の入射する位置で、その光線からの高さはｙ_θ′で表
す。

ここでｙ_θは第１走査レンズ24の焦点距離をf₁とする
と、完全にｆ・θ特性を満足するように第２走査レンズ
43の入射側曲面を形成しているので、ｙ_θ＝f₁・θで表
される。従って、図中Δｙ_θ′＝ｙ_θ′−ｙ_θは、第２
走査レンズ43の光路修正量を示すものである。

ところで本画像形成装置においては、第２走査レンズの
レーザービーム射出面は前述したように、副走査方向に
のみパワーを有し、走査角θに対応してそのレーザービ
ームが通過する点の曲率をサジタル像面湾曲が零になる
ように形成したものであり、その母線は直線でありレー
ザービーム走査面である感光体７と距離S₀を保持してい
る。これらの関係から、前述した完全なｆ・θ特性を達
成するための第２走査レンズ43の入射側の曲面について
説明する。

まず像面に対する関係式は、 ｙ_θ−Ｙ_θ＝Ｘ_θ tanβ＋S₀ tanγ ……（４） で表される。ところで、 Ｙ_θ−Ｙ_θ′＝（X₀−Ｘ_θ）tanθ′ であるから（４）式は、 ｙ_θ−Ｙ_θ′＝（X₀−Ｘ_θ）tanθ′ ＋Ｘ_θ tanβ＋S₀ tanγ ……（５） となる。一方、点Ｍでの屈折の法則より、 n_C sinβ＝sinγ ……（６） で表される。

上記（６）式を（５）式に代入すると、 で表される。上記（７）式において、ｙ_θ,Y_θ′，θ′
は第１走査レンズ24に走査角θのレーザービームを通過
させた際に得られるデータであるから、任意の走査角θ
に対して一意的に決定できる。従って、上記（７）式は
未知数Ｘ_θと角度βとの関係として表される。ここで、
第２走査レンズ43の入射点Ｇにおいては、次の関係式が
成立する。

従って、上記（７），（８）式より、走査角θにおける
Ｘ_θとαの関係が求められる。

ここで、走査角θを微小量づつ変化させて、これに応じ
た各変数をそれぞれy₀，y₁，y₂，…ｙ_θ…、Y₁′，
Y₁′，Y₂′，…Y_i′…、θ₀′，θ₁′，θ₂′，…θ_i′
…、X₀，X₁，X₂，…X_i…、α₀，α₁，α₂，…α_i…、β
₀，β₁，β₂，…β_i…とする。これによって、前記
（７），（８）式は、 で表される。

である。上記（９），（10）式でy_i，Y_i′，X₀，
θ_i′，S₀，n_Cは既知であるとしてよい。ここで、 tanα_i＝（Y_i−Y_i′−１）／（X_i−X_i-1） とすると、 Y_i−Y_i′＝（X₀−X_i）tanθ_i′ であるから、 （X₀−X_i）tanθ_i′＝Ｉ とすると、 tanα_i＝（Y_i＋Ｉ−Y_i-1）／（X_i−X_i-1） ……（11） となる。上記（９），（10）及び（11）式において初期
値として、X₀，Y₀′＝０とすると（９）式は、X_i，
X_i-1，Y_i-1の関係式となり、X_i-1，Y_i-1が決定される
と、X_iが決定する。このようにして、極めて高い精度の
ｆ・θ特性を実現することができる。

以上詳述したように、第２走査レンズ43の副走査方向の
パワーを、第１走査レンズ及び第２走査レンズの組合せ
レーザービーム走査光学系とした際には、走査角θに対
応した第２走査レンズの位置における入射面又は射出面
の少なくともいづれか一方の副走査方向曲率を変えるこ
とにより、サジタル像面湾曲を無くするように適正化す
ることができる。又、副走査方向のパワーに比較して極
めて小さいパワーを有する主走査方向の曲率及び傾きに
より、完全なｆ・θ特性を実現できる。これは前述した
ように、棒状レンズである第２走査レンズを感光体７近
くに配置し、ポリゴンミラー22の近傍に配置した第１走
査レンズの光学的特性を改善し、これらの協働作用によ
って理想的な走査光学系を形成できるからである。尚、
本画像形成装置においては、第２走査レンズの副走査方
向のパワーが走査角θの定数でない関数として説明した
が、副走査方向のパワーが一定であっても第２走査レン
ズの曲面自体を感光体７の近傍に近づけたり放したりす
ることによってサジタル像面湾曲を改善することも可能
である。また、メリジオナル像面湾曲の改善については
説明していないが、この改善をするには第２走査レンズ
の厚さ及び入射面の曲率つまり主走査方向のパワーをも
考慮して第２走査レンズの形状を形成するようにする。
つまり本画像形成装置においては、感光体７に面してい
る第２走査レンズの射出面を母線が直線の非円柱上面と
したが、この母線も直線ではなく第２走査レンズの厚み
及び主走査方向のパワー，傾きをメリジオナル像面湾曲
を改善するように修正することも可能である。さらに本
画像形成装置においては、入射面のみを湾曲させたが、
これに限定されるわけではなく入射面あるいは出射面の
いづれか一方だけを湾曲させてもよく、又同時に湾曲さ
せてもよい。副走査方向についても同様である。

本発明は前記一実施例に限定されるわけではなく、本発
明の要旨の範囲内で様々に変形して実施することが可能
であることを付記する。

［発明の効果］ 以上詳述したように特許請求の範囲第１項記載の発明に
よれば、折り返しミラーと水平同期検知素子の間に主走
査方向にのみパワーを有するシリンダレンズを有してい
るので、水平同期信号検知素子と偏向器の反射ミラーに
よるレーザービーム反射点までの光路長を前記シリンダ
レンズがないときに比較して近接することができる。さ
らに、水平同期信号検知素子を横切るレーザービームの
主走査方向直径も有効に絞りこみ、立上り特性の良好な
水平同期信号を得ることができる。従って、主走査方向
の感光体へのレーザービーム書き込み位置のばらつきを
減少させることができる。

特許請求の範囲第２項記載の発明によれば、ビームけら
れのないレーザビームの有効走査長を最大記録幅よりも
大きくすることで、レーザ発生源の取付け誤差による走
査ビームの位置ズレが生じた際にも最大記録幅に関して
は確実にレーザ光を走査することができる。さらに、従
来行っていたコリメータレンズに対して光軸と直交する
平面内で半導体レーザを移動してコリメートビームと光
軸を一致させる調整（いわゆる光軸合せ）が不要とな
り、半導体レーザをコリメートレンズユニットに取り付
けるだけでよく、きわめて簡単な構成とすることが可能
となる。

特許請求の範囲第３項記載の発明によれば、半導体レー
ザと、コリメータレンズと、偏平化手段とを一体収納す
るとともに、偏平化手段をコリメータレンズから射出す
るレーザビームと直交する平面で回動自在とするコリメ
ータレンズユニットを有するので、走査レンズに入射す
るビームの径を自在に変化させることができ、ビームス
ポットの主走査方向と直交する方向の径のバラツキを防
止することができる。

特許請求の範囲第４項記載の発明によれば、偏向された
レーザビームを第１及び第２の走査レンズの共働作用に
より、感光体上にレーザビームスポットを集光し、この
レーザビームスポットが感光体上を等速で走査するよう
に光路修正をし、同時にレーザビームの主走査方向と直
交する方向のビーム振れは第２の走査レンズのパワーに
より有効に補正することができる。

特許請求の範囲第５項記載の発明によれば、ポリゴンミ
ラーのビームの反射面が、レーザビームの走査平面に対
して傾斜しているので、感光体からの乱反射戻り光は感
光体への入射光と異なる方向に反射されるため感光体か
らの乱反射光がポリゴンミラーに戻り、再び反射されて
前記感光体上に静止スポットを形成するという、いわゆ
る迷光を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像形成装置の概略断面図、第２図（ａ），
（ｂ）は第１走査レンズの取付け方法を示す説明図、第
３図はレーザービーム走査光学系の平面図、第４図はレ
ーザービーム走査光学系の概略断面図、第５図は第２走
査レンズの固定ブラケットの外観図、第６図は第２走査
レンズの平面図、第７図（ａ）はコリメータレンズユニ
ットの断面図、第７図（ｂ）は同図（ａ）に示すコリメ
ータレンズユニットの側面図、第８図（ａ）は水平同期
信号検知素子部の平面図、第８図（ｂ）は同図（ａ）に
示す水平同期信号検知素子部の断面図、第８図（ｃ）は
水平同期信号検知素子部の回路図、第９図（ａ）は主走
査方向ビームの絞り込みと各光学部品の関係を示す説明
図、第９図（ｂ）は副走査方向とポリゴンミラー面倒れ
補正を示す説明図、第９図（ｃ）は主走査及び副走査方
向の各光路におけるビーム径とビーム径修正の原理を示
す説明図、第10図はポリゴンミラー面の傾斜を示す詳細
図、第11図（ａ）は従来のポリゴンミラー面倒れ補正の
原理と補正量を示す説明図、第11図（ｂ）はポリゴンミ
ラー面倒れ補正の原理を示す説明図、第12図は第１及び
第２走査レンズの関係を示す説明図、第13図は第１走査
レンズのパラメータを示す説明図、第14図は第１走査レ
ンズのｆθ特性とR₁/fの関係を示す関係図、第15図は第
１走査レンズの像面湾曲とR₁の関係を示す関係図、第15
図は第１走査レンズの像面湾曲とR₁/fとの関係を示す特
性図、第16図（ａ）は従来のシリンダレンズによるサジ
タル像面湾曲を示す説明図、第16図（ｂ）はサジタル像
面湾曲による面倒れ補正効果を示す説明図、第17図はシ
リンダレンズによるサジタル像面湾曲の詳細を示す斜視
図、第18図は非円柱状棒状レンズによるDistortion修正
の詳細を示す説明図である。 ７……感光体、22……走査手段、24,43……走査レン
ズ、51……コリメータレンズ、54……半導体レーザー、
56,57……偏平化手段、66……シリンダレンズ、82……
検知部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光体表面に静電潜像を形成すべくレーザ
   ビームを発生する半導体レーザと、この半導体レーザか
   らのレーザビームを平行化するコリメータレンズと、こ
   のコリメータレンズからのレーザビームを偏平化する偏
   平化手段と、この偏平化手段からのレーザビームを主走
   査方向に偏向走査する走査手段と、この走査手段からの
   レーザビームを前記感光体表面上で等速度で移動すべく
   光路修正する修正レンズと、この修正レンズからのレー
   ザビームの走査端部に、特定偏向角のレーザビームを受
   光して水平同期信号を検知する検知手段とを有する画像
   形成装置において、前記検知手段のビーム受光面前段側
   に主走査方向のみにパワーを有するシリンダレンズと、
   レーザビームの主走査方向と直交する走査方向にのみパ
   ワーを有するシリンダレンズとを具備したことを特徴と
   する画像形成装置。
2. 【請求項２】感光体表面に静電潜像を形成すべくレーザ
   ビームを発生する半導体レーザと、この半導体レーザか
   ら発生されたレーザビームを平行化する焦点距離f₀（m
   m）のコリメータレンズと、このコリメータレンズから
   のレーザビームを偏向角θで偏向走査する走査手段と、
   この走査手段からのレーザビームを集光する焦点距離ｆ
   （mm）のｆ・θレンズとを有する画像形成装置におい
   て、前記コリメータレンズの光軸と半導体レーザからな
   るレーザビームのずれをｎ（mm）としたときに、このレ
   ーザビームの光量が低下しない範囲で情報を記録する有
   効走査幅を、前記感光体の静電潜像の最大記録幅よりf/
   f₀×2n（mm）大きくしたことを特徴とする画像形成装
   置。
3. 【請求項３】感光体表面に静電潜像を形成すべくレーザ
   ビームを発生する半導体レーザと、この半導体レーザか
   らのレーザビームを平行化するコリメータレンズと、こ
   のコリメータレンズからのレーザビームを偏平化する偏
   平化手段とを有する画像形成装置において、少なくとも
   前記半導体レーザと、前記コリメータレンズと、前記偏
   平化手段とを一体収納し、この偏平化手段をコリメータ
   レンズから射出するレーザビームと直交する平面で回動
   自在に取り付けられたコリメータレンズユニットを有す
   ることを特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】感光体表面に静電潜像を形成すべくレーザ
   ビームを発生する半導体レーザと、この半導体レーザか
   らのレーザビームを平行化するコリメータレンズと、こ
   のコリメータレンズからのレーザビームを偏平化する偏
   平化手段と、この偏平化手段からのレーザビームを主走
   査方向に偏向走査する走査手段と、この走査手段からの
   レーザビームを前記感光体表面上で等速度で移動すべく
   共働で光路修正する第1,第２の走査レンズとを有する画
   像形成装置において、前記第１の走査レンズは前記走査
   手段と前記感光体表面との光路長の中間点より走査手段
   側に配置し、前記第２の走査レンズは主走査方向と直交
   する走査方向にパワーを有することを特徴とする画像形
   成装置。
5. 【請求項５】感光体表面に静電潜像を形成すべくレーザ
   ビームを発生する半導体レーザと、この半導体レーザか
   らのレーザビームを、その回転円周上の反射面により特
   定走査方向に偏向走査するポリゴンミラーとを有する画
   像形成装置において、前記ポリゴンミラーの前記反射面
   を、前記走査平面と直交する平面との間で傾きを持つよ
   うに傾斜させたことを特徴とする画像形成装置。