JPH11183837A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で低コストな光走査装置を提供する。 【解決手段】 図２（Ｂ）に示すように、光走査装置３
０では、構造が複雑で高価な光学系を用いることなく、
９０°の相対角度を成すミラー対１４が回転多面鏡１６
からｆθレンズ１７までの光路上に配置され、且つ９０
°の相対角度を成すミラー対１９がｆθレンズ１７から
感光ドラム２０までの光路上に配置されている。このよ
うに９０°の相対角度を成すミラー対１４、１９を光路
上に配置したことで、光走査装置３０の高さを抑制しな
がら、実装上の光路長を、展開した状態の約半分に縮め
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光走査装置に係
り、より詳しくは、光ビームを回転多面鏡によって所定
の主走査方向に偏向し、偏向された光ビームで被走査面
を走査する光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりデジタル複写機やレーザビーム
プリンタ等の画像形成装置に使用される光走査装置とし
ては、形成される画像のデジタル画像データに基づき変
調された光ビームを、例えば回転多面鏡等の反射型の偏
向器により反射して偏向した後、例えばｆθレンズ等の
結像レンズにより被走査面上にスポットとして集光させ
て画像書き込みを行うものが広く用いられている。な
お、ｆθレンズとは、回転多面鏡により等角速度で偏向
された光ビームを、被走査面上に等速度で走査させるべ
く屈折させるレンズである。

【０００３】従来の具体的な構成としては、６〜１０面
の回転多面鏡を、回転数が８０００〜２００００ｒｐｍ
（＝回転数／分）のモータにより駆動するものが一般的
であるが、近年、画像形成装置には、高画質でしかも高
速なアウトプットが強く求められており、上記の回転多
面鏡及びモータの構成では対応しきれなくなっている。

【０００４】ところで、高画質化を実現するには、高密
度での書き込み（高解像度化）が最も有効な手段である
が、書き込み画像を高密度化するには、光ビームが被走
査面を走査する主走査方向では、デジタル画像データに
基づく光ビームの変調速度を高速化し、副走査方向で
は、単位時間に書き込む本数を増やすことが必要とな
る。

【０００５】また、高速なアウトプットを実現するに
は、画像形成装置のプロセススピード（一般には用紙を
搬送する速度）を上げることが有効な手段となる。但
し、プロセススピードが上がると光走査装置からみて被
走査媒体（例えば感光体ドラム等）の周速が上がるた
め、プロセススピードにほぼ比例して、光走査装置の書
き込み速度を上げる必要がある。

【０００６】すなわち、高画質で且つ高速なアウトプッ
トという要求を満足するには、光走査装置は単位時間当
たりの書き込みライン数を急激に増加させなければなら
ない。例えば、書き込み密度が１．５倍（４００ｄｐｉ
→６００ｄｐｉ）、アウトプットスピードが１．５倍に
なると、光走査装置の書き込み速度（＝書き込み本数／
時間）は、２．２５倍（＝１．５×１．５）必要とな
る。

【０００７】これに対し、光走査装置の書き込み速度を
上げる方法としては、回転多面鏡を駆動するモータの回
転数を増す、回転多面鏡の面数を増やす、光ビームをマ
ルチ化するなどの方法が従来より提案されている。

【０００８】ところが、回転多面鏡駆動用モータの回転
数を過度に上げると、モータの負荷が大きくなり、消費
電力の増加だけでなく故障率の増大という問題（１）を
引き起こす。

【０００９】また、回転多面鏡の面数を増やすと、回転
多面鏡が大型化するためモータの負荷が増大し、上記と
同様に消費電力の増加及び故障率の増加という問題
（２）を引き起こす。なお、回転多面鏡の大型化は、回
転多面鏡へ入射する光ビームを、回転多面鏡の回転角に
よらず反射面からはみだすことなく偏向するという制約
によって、回転多面鏡の各面の面幅が決定されるために
生じる。

【００１０】更に、光ビームのマルチ化は、複数の発光
点を有する光源又は複数の光源から発せられる光ビーム
を高精度に合成する複雑な光学系が必要となり、装置が
高価になるという問題（３）がある。

【００１１】上記（１）〜（３）の問題を解決するもの
として、特開平８−１７１０６９号公報に示す技術が知
られており、図８はこの公報に開示された光走査装置７
４の概略構成図である。

【００１２】この図８に示す光走査装置７４では、回転
多面鏡７６の反射面７６Ａの主走査方向面幅より広い幅
のレーザビームを反射面７６Ａに照射するオーバーフィ
ルド（Ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄ）方式の光学系を採用する
ことで、回転多面鏡７６の回転数を上げることなく、か
つ回転多面鏡７６を大径化することなく、高解像度化お
よび高速化を実現している。

【００１３】また、回転多面鏡７６に光ビームを入射す
るための第１の光学系を、コリメータレンズ７８、シリ
ンドリカルレンズ８０、凸レンズ８２の順に配置し、光
源８４をコリメータレンズ７８の焦点位置より内側に配
置して発散光とすることにより、光源８４から回転多面
鏡７６までの光路長を短縮するとともに、偏向角を±１
５°より大きくとることにより、これ以前に提案された
オーバーフィルド方式の光学系を含む光走査装置に比べ
て装置の小型化を実現している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転多
面鏡による光ビームの偏向角は回転多面鏡の面数に大き
く依存し、有効走査率（回転多面鏡が偏向可能な最大角
度に対する、画像書き込みに使用する角度の比率）を上
げても、回転多面鏡の多面化とともに結像光学系の焦点
距離が長くなることは避け難い。

【００１５】また、特開平８−１７１０６９号公報に開
示された光走査装置の第２の結像光学系は、２枚のレン
ズを組み合わせたｆθレンズとシリンドリカルミラーに
より構成されているため、光学部品が高価であるととも
に、回転多面鏡から被走査面までの光路上でシリンドリ
カルミラーを配置する位置とシリンドリカルミラーによ
る折り返し角度（副走査断面での入射角）とが結像性能
に直接影響するため、光路のレイアウト自由度は低いと
いわざるを得ない。

【００１６】本発明は、上記問題点を解消するために成
されたものであり、高速・高画質を実現し、且つ小型で
低コストな光走査装置を提供することを第１の目的とす
る。また、本発明は、光路を複数回折り返した光走査装
置において、加工誤差、組み立て誤差による性能劣化を
最小化することができる光走査装置を提供することを第
２の目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１記載の光走査装置は、光源と、所定
の回転軸の回りを略等角速度で回転し且つ前記回転軸に
平行な複数の反射面が外周に形成され、入射された光ビ
ームを前記反射面により偏向させる回転多面鏡と、光源
から射出された光ビームを、前記回転軸に平行な副走査
方向に収束させて前記反射面上に前記副走査方向に垂直
な主走査方向に沿った線像として結像させる第１の結像
光学系と、前記副走査方向に沿った断面内で前記反射面
と被走査面とを略共役な結像関係とするとともに、前記
反射面により偏向された光ビームを、等速度で前記被走
査面を走査するスポットとして結像させる第２の結像光
学系と、前記回転多面鏡から前記第２の結像光学系に至
る光路上に配置され且つ前記副走査方向に沿った断面で
９０°の相対角度を成す第１のミラー対と、前記第２の
結像光学系から前記被走査面に至る光路上に配置され且
つ前記副走査方向に沿った断面で９０°の相対角度を成
す第２のミラー対と、を有することを特徴とする。

【００１８】また、請求項２記載の光走査装置では、請
求項１記載の光走査装置において、前記第１のミラー対
は、前記第１の結像光学系からの光ビームが入射し、該
第１のミラー対で折り返されて所定の平面ミラーで反射
し、反射した光ビームが再度該第一のミラー対に第一回
目と逆方向に入射し、該第１のミラー対で折り返されて
前記回転多面鏡の反射面に入射するように、配置される
ことを特徴とする。

【００１９】また、請求項３記載の光走査装置では、請
求項２記載の光走査装置において、前記光ビームは、前
記回転多面鏡の反射面に、該反射面の主走査方向に沿っ
た面幅より広い光ビ−ムとして入射することを特徴とす
る。

【００２０】上記第２の目的を達成するために、請求項
４記載の光走査装置では、請求項２又は請求項３に記載
の光走査装置において、前記平面ミラーは、前記回転多
面鏡の回転軸と平行な所定の軸の回りに回転可能であ
り、且つ前記所定の軸と前記回転多面鏡の反射面の法線
とを含む平面内で、前記所定の軸回りの回転と独立に回
転可能に設けられていることを特徴とする。

【００２１】また、請求項５記載の光走査装置では、請
求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の光走査装置に
おいて、前記光源は、射出される光ビームの光軸に直交
する平面内で、前記主走査方向に対応する方向及び前記
副走査方向に対応する方向にそれぞれ独立に移動可能に
設けられていることを特徴とする。

【００２２】また、請求項６記載の光走査装置では、請
求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光走査装置に
おいて、前記第２のミラー対は、前記副走査方向に沿っ
た断面内で回転可能及び平行移動可能に設けられること
を特徴とする。

【００２３】また、請求項７記載の光走査装置では、請
求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の光走査装置に
おいて、前記第２のミラー対は、該第２のミラー対の各
ミラーの反射面を延長した平面同士が交わって形成され
る直線上の固定点で固定されることを特徴とする。

【００２４】また、請求項８記載の光走査装置では、請
求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の光走査装置に
おいて、前記第２の結像光学系は単玉のプラスチック非
球面レンズにより構成されており、前記副走査方向に沿
った断面内での前記反射面と前記被走査面との結像関係
に係る共役倍率βが、１．５＜β＜３．５を満足するこ
とを特徴とする。

【００２５】上記請求項１記載の光走査装置では、光源
から射出された光ビームは第１の結像光学系に入射さ
れ、第１の結像光学系は、光ビームを副走査方向に収束
させて回転多面鏡の反射面上に副走査方向に垂直な主走
査方向に沿った線像として結像させる。回転多面鏡は、
所定の回転軸の回りを略等角速度で回転し、外周に形成
された反射面により光ビームを偏向させる。そして、回
転多面鏡により偏向された光ビームは第２の結像光学系
に入射される。この第２の結像光学系は、副走査方向に
沿った断面内で回転多面鏡の反射面と被走査面とを略共
役な結像関係とするとともに、入射してきた光ビーム
（＝主走査方向に沿った線像として回転多面鏡の反射面
に結像し該反射面で偏向された光ビーム）を、等速度で
被走査面を走査するスポットとして被走査面に結像させ
る。

【００２６】上記光走査装置としては、図９に示すオー
バーフィルド走査光学系９０を含む光走査装置を例示す
ることができる。この図９は、単玉のｆθレンズ１７を
含むオーバーフィルド走査光学系９０の平面図（展開
図）である。ここで例えば、回転多面鏡１６は１２個の
反射面を有し内接径が２５ｍｍとされており、該回転多
面鏡１６による走査幅Ｌ１はＡ３の短辺サイズ（２９７
ｍｍ）に対応している。回転多面鏡１６の反射面から回
転多面鏡側レンズ面１７Ａまでの距離は１３５ｍｍ、ｆ
θレンズ１７の中心厚は２０ｍｍ、被走査面側レンズ面
１７Ｂから被走査面２０Ａまでの距離は３６０ｍｍとさ
れている。

【００２７】なお、ｆθレンズ１７は、光学設計上、単
玉で十分な結像性能を得ようとすると大型化する傾向が
あるが、プラスチックレンズの採用により、低コストを
実現できる。また、回転多面鏡１６へ入射する第１の結
像光学系の主光線と第２の結像光学系（ｆθレンズ１
７）の光軸の成す角度は、３５°であり、偏向走査中の
反射面に隣接する反射面へ溢れ出て該隣接する反射面で
反射した光ビームが光源１１に戻らない角度に設定して
ある。

【００２８】上記のような光学系を小型な筐体に実装す
るために、請求項１記載の光走査装置では、副走査方向
に沿った断面で９０°の相対角度を成すミラー対を、回
転多面鏡から第２の結像光学系に至る光路上及び第２の
結像光学系から被走査面に至る光路上のそれぞれに配置
している。なお、回転多面鏡から第２の結像光学系に至
る光路上に配置されたミラー対を第１のミラー対と称
し、第２の結像光学系から被走査面に至る光路上に配置
されたミラー対を第２のミラー対と称する。

【００２９】上記第１のミラー対や第２のミラー対のよ
うに、副走査方向に沿った断面で９０°の相対角度を成
すミラー対は、図１０（Ａ）に示すように、光ビームを
折り曲げることができ、このようなミラー対を光路上に
配置することで、実装上の光路長を、展開した状態の約
半分に縮めることができる。

【００３０】なお、光ビームを折り曲げる構成として
は、図１０（Ｂ）に示すように１枚のミラー９９で折り
曲げる構成も考えられるが、この構成では、図１０
（Ａ）に示すように２枚のミラー（ミラー対）９８で折
り曲げる場合よりも、高さ方向により広い空間が必要と
なり、光走査装置の小型化が困難となるおそれがある。

【００３１】図１０（Ａ）、（Ｂ）の例で、第１の結像
光学系１０６の中心点と回転多面鏡１０４への光ビーム
入射点との高さの差異を比較すると、光ビームをミラー
対９８で折り曲げる場合の高さの差異は１０ｍｍである
のに対し、光ビームをミラー９９で折り曲げる場合の高
さの差異は２７．５ｍｍとなる。即ち、２枚のミラー
（ミラー対）で折り曲げる方が、１枚のミラーで折り曲
げるよりも、光走査装置の小型化には効果がある。な
お、図１０（Ａ）、（Ｂ）の各々に示した隙間Ｊ１は入
射光ビームと出射光ビームとの干渉を防ぐために必要な
隙間を表しており、隙間Ｊ２は第１の結像光学系１０６
と回転多面鏡１０４とを上方から取り付けるために必要
な隙間（約２５ｍｍ）を表している。

【００３２】このように請求項１記載の発明では、構造
が複雑で高価な光学系を用いることなく、９０°の相対
角度を成すミラー対を第２の結像光学系の前後にそれぞ
れ配置したので、回転多面鏡から被走査面に至る光路に
おいて光路の折り畳みが２回行われることになり、実装
上の光路長を一気に短縮することができる。即ち、光走
査装置の高さを抑制しながら、実装上の光路長を一気に
短縮できるので、装置コストの高騰を回避しつつ光走査
装置を小型化することができる。

【００３３】ここで、請求項２記載の発明のように、第
一の結像光学系からの光ビームが第１のミラー対に入射
し、該第１のミラー対で折り返されて所定の平面ミラー
で反射し、そして、反射した光ビームが再度該第１のミ
ラー対に第１回目と逆方向に入射し、該第１のミラー対
で折り返されて回転多面鏡の反射面に入射するように、
第１のミラー対を配置することが好ましい。

【００３４】このように第１の結像光学系から回転多面
鏡までの光路を、折り曲げ且つ光ビームが第１のミラー
対を２回通過するよう構成することで、上記回転多面鏡
より前段の光学系の光路については、実装上の光路長
を、展開した状態の約半分に縮めることができ、部品点
数を増やすことなく比較的簡素な構成で光走査装置をさ
らに小型化することができる。

【００３５】回転多面鏡より後段の光学系の光路（回転
多面鏡から被走査面に至る光路）については、前述した
ように第１のミラー対と第２のミラー対により光路の折
り畳みが２回行われ、実装上の光路長が一気に短縮され
る。

【００３６】よって、請求項２記載の発明によれば、回
転多面鏡より前段の光学系の光路と回転多面鏡より後段
の光学系の光路の両方において、実装上の光路長が短縮
され、光走査装置の小型化をより一層図ることができ
る。

【００３７】なお、請求項３に記載したように、光ビー
ムが回転多面鏡の反射面に該反射面の主走査方向に沿っ
た面幅より広い光ビ−ムとして入射するよう構成された
オーバーフィルド方式では、前述したように有効走査率
を上げても結像光学系の焦点距離が長くなるが、請求項
１や請求項２記載の発明を適用することにより、結像光
学系の光路長が長くなっても実装上の光路長が長くなる
ことを回避し、光走査装置の大型化を回避することがで
きる。

【００３８】また、請求項４記載の発明では、平面ミラ
ーが、回転多面鏡の回転軸と平行な所定の軸の回りに回
転可能で且つ該所定の軸と回転多面鏡の反射面の法線と
を含む平面内で、所定の軸回りの回転とは独立に回転可
能に設けられている。

【００３９】このように２軸方向に回転可能な平面ミラ
ーを、上記のように光源から回転多面鏡に至るまでに光
ビームが２回通過するよう構成された第１のミラー対と
組み合わせて配置することにより、第１のミラー対に入
射する光ビームの入射角等に誤差があっても、組立・調
整時に、光ビームが回転多面鏡の反射面に対し所望の位
置に導光されるように、平面ミラーを２軸方向に回転さ
せて位置調整することができる。

【００４０】また、請求項５記載の発明のように、光源
を、射出される光ビームの光軸に直交する平面内で、主
走査方向に対応する方向（以下、主走査対応方向と称す
る）及び副走査方向に対応する方向（以下、副走査対応
方向と称する）にそれぞれ独立に移動可能に設けること
が望ましい。これにより、組立・調整時に、第１のミラ
ー対に入射する光ビームの入射角等の誤差が小さくなる
ように、光源を、主走査方向に対応する方向及び副走査
方向に対応する方向にそれぞれ適宜移動させて光源位置
を調整することができ、より高精度な光路調整が可能と
なる。

【００４１】また、請求項６記載の発明のように、第２
のミラー対を、副走査方向に沿った断面内で回転可能及
び平行移動可能に設けることが望ましい。これにより、
組立・調整時に被走査面上の走査線の位置や結像倍率等
を補正することができる。

【００４２】次に、請求項７記載の発明では、第２のミ
ラー対は、該第２のミラー対の各ミラーの反射面を延長
した平面同士が交わって形成される直線上の固定点で固
定されている。

【００４３】ここで、第２のミラー対を、各ミラーの反
射面を延長して形成される直線上の固定点で固定するこ
とにより、光路ずれが最小となる理由について説明す
る。

【００４４】図１１は、第２のミラー対１９が誤差によ
り回転したときの光路を示した副走査断面図である。
尚、第２のミラー対１９への入射ビームＩと、第２のミ
ラー対１９からの射出ビームＯは、ともに紙面内にある
ものとする。

【００４５】図１１の破線ＡＣＢは、第２のミラー対１
９が理想的に取り付けられている状態を示しており、光
ビームは、Ｉ→Ａ→Ｂ→Ｏの光路を通る。実線Ａ’Ｃ
Ｂ’は、第２のミラー対１９が、９０°の相対角度を保
ったまま、２つの反射面を延長して交わる直線Ｃの回り
に回転した状態を示しており、光ビームはＩ→Ａ’→
Ｂ’→Ｏの光路を通る。

【００４６】ミラー１９Ａ上の点Ａ’に立てた垂線を
Ａ’Ｅ、ミラー１９Ｂ上の点Ｂ’に立てた垂線をＢ’
Ｆ、２つの垂線の交点をＤとすると、入射する光ビーム
Ｉ、射出する光ビームＯはともに紙面内にあるので、反
射の法則により以下の関係が求められる。

【００４７】 ∠ＩＡ’Ｅ＝∠ＥＡ’Ｂ’ ・・・（１） ∠Ａ’Ｂ’Ｆ＝∠ＦＢ’Ｏ ・・・（２） また、２枚のミラーの相対角度が保たれるとすると、 ∠Ａ’ＣＢ’＝９０° ・・・（３） であり、∠ＥＡ’Ｃ、∠ＣＢ’Ｆはともに９０°を成す
ので、四角形Ａ’ＣＢ’Ｄは長方形となる。

【００４８】この長方形Ａ’ＣＢ’Ｄの対角線Ａ’Ｂ’
と対角線ＣＤの交点を交点Ｇとすると、三角形Ａ’ＧＤ
は二等辺三角形となり、 ∠ＣＤＡ’＝∠ＥＡ’Ｂ’ ・・・（４） となるから、式（１）、（４）より、 ∠ＩＡ’Ｅ＝∠ＣＤＡ’ ・・・（５） が得られ、 ＩＡ’//ＤＣ ・・・（６） となる。即ち、交点Ｇは、点Ｃを通り入射ビームＩＡ’
に平行な直線上に位置する点となる。

【００４９】一方、入射する光ビームと９０°ミラー１
９で反射され射出する光ビームとは、常に平行となるか
ら、 ＩＡ’//Ｂ’Ｏ ・・・（７） となり、結局、 ＩＡ’//ＤＣ//Ｂ’Ｏ ・・・（８） となる。

【００５０】ここで、交点Ｇは、長方形Ａ’ＤＢ’Ｃの
対角線の交点であるから、 Ａ’Ｇ＝ＧＢ’ ・・・（９） なる関係がある。

【００５１】式（８）、（９）より、点Ｇから直線Ｉ
Ａ’までの距離Ｌａと、点Ｇから直線Ｂ’Ｏまでの距離
Ｌｂとは等しくなる。

【００５２】以上のことから、第２のミラー対１９から
射出される光ビームＢ’Ｏは、入射する光ビームＩＡ’
から、点Ｃを通りＩＡ’に平行な直線までの距離の２倍
の位置（点Ｂ’）から、入射光ビームＩＡ’と平行に射
出することになる。

【００５３】このように、９０°の相対角度を成す第２
のミラー対１９が、２つの反射面を延長して交わる直線
を中心として回転する場合、第２のミラー対１９への入
射ビームの位置が変わらなければ、射出ビームの射出位
置は不変となる。

【００５４】これにより、第２のミラー対を保持するホ
ルダーを、各ミラーの反射面を延長して形成される直線
上の固定点で固定することにより、光路ずれを最小とす
ることができる。

【００５５】以上説明したように、被走査面への光ビー
ムの入射角度等を調整するために使用可能な第２のミラ
ー対を、各ミラーの反射面を延長して交わる直線上の固
定点で固定することにより、調整完了後のネジ締結時に
発生しうる第２のミラー対の位置ずれによる光ビームの
アライメント変動を最小とし、良好な光学性能を得るこ
とができる。

【００５６】次に、請求項８記載の発明では、第２の結
像光学系は単玉のプラスチック非球面レンズにより構成
されており、副走査方向に沿った断面内での反射面と被
走査面との結像関係に係る共役倍率βが、１．５＜β＜
３．５を満足するよう構成されている。

【００５７】このように、第２の結像光学系を、廉価な
単玉のプラスチック非球面レンズで構成することで、光
走査装置の装置コストを低く抑えることができる。

【００５８】また、副走査方向に沿った断面内での反射
面と被走査面との結像関係に係る共役倍率βが１．５以
下になると、単玉レンズでは十分な結像性能が得られな
いとともに、第２の結像光学系の前後に９０°ミラー対
を配置するスペースの確保が困難となる。また、共役倍
率βが３．５以上になると、第２の結像光学系のレンズ
が大型化するとともに、光走査装置の筐体が大型化す
る。

【００５９】従って、共役倍率βを１．５より大きく且
つ３．５未満（即ち、１．５＜β＜３．５）に設定する
ことにより、第２の結像光学系の前後に９０°ミラー対
を配置するための十分なスペースを確保しつつ単玉レン
ズでも良好な光学性能を得ることができ、第２の結像光
学系のレンズの大型化を回避できる。即ち、高性能で且
つ小型な光走査装置を提供することができる。

【００６０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る各種の実施形
態を説明する。

【００６１】［第１実施形態］まず、上記請求項１〜３
に記載した発明に対応する第１実施形態を説明する。以
下の各実施形態における光走査装置３０の光学系の基本
仕様は、前述した図９の構成と同様である。

【００６２】以下、図９、図１、図２（Ａ）、（Ｂ）を
参照しながら、光ビームの光路に沿って光走査装置３０
の概略構成を説明する。

【００６３】光源としての半導体レーザ１１から射出し
た光ビームは、凸レンズ１２により緩い収束光束とされ
たのち、シリンドリカルレンズ１３により副走査対応方
向に、より強く収束した光束となる。この光束は、９０
°の相対角度を成して筐体１０に固定された第１のミラ
ー対１４（１４Ａ、１４Ｂ）により折り返されて平面ミ
ラー１５に入射する。

【００６４】平面ミラー１５は、反射光束を回転多面鏡
１６に向かわせるべく、回転多面鏡１６の回転軸１６Ａ
と直交する平面（図１に示す平面）内で該平面ミラー１
５の法線Ｈが平面ミラー１５への入射光ビームと角度θ
を成すように、配置されている。平面ミラー１５により
第１のミラー対１４に戻された光束は、再度折り返され
たのち、反射面１６Ｂ近傍で線像となる収束状態で回転
多面鏡１６に入射する。このとき、隣接面からの戻り光
束が光源１１に戻らないように、回転多面鏡１６への入
射光ビームが回転多面鏡１６による偏向中心に対し角度
αを成すよう構成されている。

【００６５】回転多面鏡１６は駆動モータ２２により上
方から見て時計回りに回転し、反射面１６Ｂで偏向され
た走査光ビームは、第１のミラー対１４に再々度入射す
る。ミラー対１４により折り返された走査光ビームは、
回転多面鏡１６に対して筺体１０の裏側に取り付けられ
単玉非球面レンズで構成されたｆθレンズ１７に入射す
る。ｆθレンズ１７から射出した光束は、ホルダー１８
に固定された第２のミラー対１９（１９Ａ、１９Ｂ）に
より折り返されて、感光ドラム２０に至る。

【００６６】なお、走査光ビームのうち走査端に向かう
光ビームは、第２のミラー対１９を通過後にピックアッ
プミラー２１により折り曲げられて、図示しない同期検
出センサー（ＳＯＳセンサー）へ導かれる。

【００６７】このように、９０°折り返しミラー対１４
を第２の結像光学系（ここではｆθレンズ１７）の前に
配置し且つ９０°折り返しミラー対１９を第２の結像光
学系の後に配置することにより、筺体１０の内部を光ビ
ームがほぼ一回半往復し、展開状態では非常に長い光路
長をもつ光学系を高密度実装状態で折り量むことができ
る。その結果、実装状態での占有長さ、すなわち筺体１
０の端面から感光ドラム２０までの距離を展開状態の約
１／２とし、且つ筺体１０の高さが約８０ｍｍというコ
ンパクトな光走査装置３０を実現することができる。

【００６８】また、凸レンズ１２およびシリンドリカル
レンズ１３より成る第１の結像光学系から射出した光ビ
ームも第１のミラー対１４を２回通過するよう構成する
ことにより、光学系全体を小型な筺体内に実装可能とな
る。

【００６９】［第２実施形態］次に、上記請求項４に記
載した発明に対応する第２実施形態を説明する。ここで
は、本発明の第２の目的に係る加工誤差・取り付け誤差
の影響を最小とする調整について説明する。

【００７０】第１実施形態で述べた図１および図２に示
した構成は、光走査装置の小型化を実現しているが、従
来の光走査装置に比べ、光路上の反射回数が多くなって
いる。反射回数が増えると誤差の累積により、光学性能
が劣化することが懸念される。そこで、第２実施形態で
は、光学部品の加工精度および取り付け精度を厳しくし
コスト高となることを回避しつつ、ある程度の部品加工
誤差、取り付け誤差を許容した上で、光走査装置全体と
して十分な光学性能を得る構成について説明する。

【００７１】具体的には、９０°の相対角度を成すミラ
ー対１４と２軸調整機能をもった平面ミラー１５とを組
み含わせた調整構造について説明する。

【００７２】９０°の相対角度を成すミラー対について
は、筺体の高さ方向のサイズを削減できる利点を既に述
べたが、もうひとつ入射光線と射出光線との平行度を保
存するという特徴がある。

【００７３】図３は、光源１１から平面ミラー１５まで
の光路を示した副走査断面図である。光ビーム、反射鏡
１４Ａ、１４Ｂ、１５に誤差がなければ、ミラー対１４
を２回通過した光ビームは、入射ビームと同じ主走査平
面内に戻る構成となっている。

【００７４】ここで、誤差がある場合について考える。
誤差の要因としては、入射光ビームの位置（高さ）およ
び角度と、光学部品の姿勢（取り付け角度）の二つが考
えられる。

【００７５】図４（Ａ）は、理想の部品取り付けが行わ
れた９０°ミラー対１４および反射ミラー１５に対し、
誤差をもった光ビームが入射したときの光路を示す図で
ある。９０°ミラー対１４を１回目に通過したとき、２
回目に通過したとき、それぞれの過程では入射光ビーム
と射出光ビームの平行度は保たれている。

【００７６】ところが、２回の過程を１つと捉え、９０
°ミラー対１４へ入射する光ビームと、９０°ミラー対
１４から射出した光ビームとを比較すると、角度誤差の
大きさは保存されるが方向が反対となるため、位置とし
ては大きな誤差を生じ、最悪の場合、回転多面鏡１６の
反射面１６Ｂから外れてしまい、調整機構無しでの実使
用は困難である。

【００７７】そこで、第２実施形態では、上記問題に対
し、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す２軸の調整機構を平面ミ
ラー１５に与えることにより、以下のようにして解決し
ている。即ち、平面ミラー１５は、その反射面１５Ａと
同一平面内にある回転軸５２を持つブラケット５１に、
固定ばね５３により取り付けられている。反射面１５Ａ
は、ブラケット５１が回転することにより、主走査面内
で角度調整することができる。

【００７８】一方、反射面１５Ａの上端部付近には、イ
モネジ５４が設けられており、このイモネジ５４で煽り
を加えることにより、反射面１５Ａは、副走査断面内で
角度調整することができる。

【００７９】実際の調整では、例えば、副走査方向につ
いては、回転多面鏡１６Ｂの直前に、光ビームの通過位
置を検出するポジションセンサー（不図示）を設け、こ
のポジションセンサーからの出力を検知しながら、イモ
ネジ５４を煽り反射面１５Ａの角度を調整することがで
きる。調整後の光路の一例を図４（Ｂ）に示す。

【００８０】また、主走査方向についても同様に、設計
値（いわゆるノミナル）からの光路ずれは発生するの
で、回転多面鏡１６Ｂの直前に、光ビームのパワーを検
出するパワーセンサー（不図示）を設け、反射面１６Ｂ
とパワー分布との関係を検知しながらブラケット５２を
回転させて、適切な位置で平面ミラー１５を筺体１０に
固定する。

【００８１】以上のように、９０°の相対角度をもつミ
ラー対１４と２軸調整機能をもつ平面ミラー１５とを組
み合わせ、上記のような主走査方向、副走査方向に関す
る調整を行うことにより、部品の加工・取り付け誤差に
起因する光路ずれを補正することができる。

【００８２】［第３実施形態］次に、上記請求項５〜８
に記載した発明に対応する第３実施形態を説明する。一
般的に、反射回数が多い光学系では、光路中の複数位置
で光路ずれを検知し、調整することがより望ましい。こ
れは、光ビームの位置誤差検出に比べ、角度誤差の検出
が非常に難しいからである。

【００８３】そこで、第３実施形態では、図６（Ａ）、
（Ｂ）を参照して、本発明の構成に適用可能な、光路中
の複数位置で光路ずれを調整する方法を述べる。調整
は、光源１１と平面ミラー１５により行い、光路の位置
検出は、第１のミラー対１４への入射前の位置１０１
と、回転多面鏡１６の直前の位置１０２とで行う。

【００８４】まず、光源１１を主走査対応方向（図６
（Ｂ）の矢印Ｍ１、Ｍ２方向）および副走査対応方向
（図６（Ａ）の矢印Ｓ１、Ｓ２方向）に移動させて、第
１のミラー対１４への入射前の位置１０１での位置ずれ
を調整する。この結果、第１のミラー対１４に入射する
光ビームの誤差は概ね角度成分のみとなる。

【００８５】次に、前述した方法により平面ミラー１５
に対し、イモネジ５４による反射面１５Ａの角度調整、
及びブラケット５２を回転させることによる平面ミラー
１５の位置調整を行うことにより、回転多面鏡１６の直
前の位置１０２での位置ずれを調整する。これにより、
光源１１から回転多面鏡１６までの光路上で、設計値の
光路から大きく外れる部分は無くなる。上記では、距離
を隔てた２点（位置１０１、１０２）で位置ずれを調整
しているので、１点で調整する場合に比べて、第２の結
像光学系へ入射する光ビームの角度誤差も小さくでき、
この点からも光学性能の劣化を抑制できる。

【００８６】次に、第２のミラー対１９の固定方法につ
いて述べる。図７（Ａ）、（Ｂ）は、第２のミラー対１
９の保持構造および筺体１０への締結方法を説明するた
めの図である。

【００８７】第２のミラー対１９は、回転および平行移
動により、感光ドラム２０上での走査線の位置、斜め走
査、倍率等を調整する働きを持っている。調整は治具上
で行われるが、調整終了状態を崩すことなく強固に固定
する必要がある。固定方法としては、ネジ締結が一般的
であるが、ネジの締め付けトルクにより、せっかく調整
した位置からずれて固定されてしまい、性能が劣化する
おそれがある。

【００８８】そこで、本実施形態では、図７（Ｂ）に示
すように、第２のミラー対１９を構成するミラー１９
Ａ、１９Ｂの反射面をそれぞれ延長して交わる直線上の
固定点７１で、ホルダー１８を筺体１０に固定してい
る。

【００８９】前述した原理により、各ミラーの反射面を
延長して交わる直線上の固定点７１でホルダー１８を筺
体１０に固定したことで、調整完了後のネジ締結時に発
生しうる第２のミラー対１９の位置ずれによる光ビーム
のアライメント変動を最小とし、良好な光学性能を得る
ことができる。

【００９０】次に、第２の結像光学系（ｆθレンズ１
７）の望ましい構成について説明する。図１には、低コ
スト化を図るために、単玉非球面レンズをｆθレンズ１
７に採用した構成例を示した。また、本発明の適用範囲
としては、単玉非球面レンズに限定されるものではない
が、ほぼ共役関係となっている回転多面鏡１６の反射面
１６Ｂと感光ドラム２０の被走査面との副走査断面にお
ける横倍率（共役倍率）βが、１．５＜β＜３．５を満
足するよう構成されている。

【００９１】よって、前述した理由により、ｆθレンズ
１７の前後に９０°ミラー対１４、１９を配置するため
の十分なスペースを確保しつつ単玉レンズでも良好な光
学性能を得ることができ、ｆθレンズ１７の大型化を回
避できる。このため、高性能で且つ小型な光走査装置３
０を提供することができる。

【００９２】なお、上記各実施形態における光走査装置
３０では、ｆθレンズ１７の前後それぞれに９０°ミラ
ー対を配置した例を示したが、ｆθレンズ１７の前又は
後の何れか一方に９０°ミラー対を配置するだけでも、
光走査装置３０を小型化する効果は得られる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、構造が複雑で高価な光学系を用いることな
く、９０°の相対角度を成すミラー対を第２の結像光学
系の前後にそれぞれ配置したことで、光走査装置の高さ
を抑制しながら、回転多面鏡より後段の光学系における
実装上の光路長を一気に短縮できるので、装置コストの
高騰を回避しつつ光走査装置を小型化することができ
る。

【００９４】また、請求項２記載の発明によれば、第１
の結像光学系から回転多面鏡までの光路を、折り曲げ且
つ光ビームが第１のミラー対を２回通過するよう構成す
ることで、回転多面鏡より前段の光学系の光路における
実装上の光路長を、展開した状態の約半分に縮めること
ができるので、回転多面鏡より前段の光学系の光路と回
転多面鏡より後段の光学系の光路の両方において、実装
上の光路長が短縮され、部品点数を増やすことなく比較
的簡素な構成で光走査装置の小型化をより一層図ること
ができる。

【００９５】また、請求項３記載の発明によれば、結像
光学系の焦点距離が長くなるオーバーフィルド方式にお
いて、結像光学系の光路長が長くなっても実装上の光路
長が長くなることを回避できるので、光走査装置の大型
化を回避することができる。

【００９６】また、請求項４記載の発明によれば、２軸
方向に回転可能な平面ミラーを、光源から回転多面鏡に
至るまでに光ビームが２回通過するよう構成された第１
のミラー対と組み合わせて配置するので、組立・調整時
に、光ビームが回転多面鏡の反射面に対し所望の位置に
導光されるように、平面ミラーを２軸方向に回転させて
位置調整することができる。

【００９７】また、請求項５記載の発明によれば、光源
を、射出される光ビームの光軸に直交する平面内で、主
走査方向に対応する方向及び副走査方向に対応する方向
にそれぞれ独立に移動可能に設けたので、組立・調整時
に、第１のミラー対に入射する光ビームの入射角等の誤
差が小さくなるように、光源を、主走査方向に対応する
方向及び副走査方向に対応する方向にそれぞれ適宜移動
させて光源位置を調整することができ、より高精度な光
路調整が可能となる。

【００９８】また、請求項６記載の発明によれば、第２
のミラー対を、副走査方向に沿った断面内で回転可能及
び平行移動可能に設けたので、組立・調整時に被走査面
上の走査線の位置や結像倍率等を補正することができ
る。

【００９９】また、請求項７記載の発明によれば、第２
のミラー対を、各ミラーの反射面を延長して交わる直線
上の固定点で固定したので、ネジ締結時に発生しうる第
２のミラー対の位置ずれによる光ビームのアライメント
変動を最小とし、良好な光学性能を得ることができる。

【０１００】また、請求項８記載の発明によれば、第２
の結像光学系を廉価な単玉のプラスチック非球面レンズ
で構成したので、光走査装置の装置コストを低く抑える
ことができる。また、共役倍率βを１．５より大きく且
つ３．５未満に設定したので、第２の結像光学系の前後
に９０°ミラー対を配置するための十分なスペースを確
保しつつ単玉レンズでも良好な光学性能を得ることがで
き、第２の結像光学系のレンズの大型化を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施形態に係る光走査装置の概要を示す
平面図である。

【図２】発明の実施形態に係る光走査装置の概要を示す
側面図であり、（Ａ）は図１のＡ部に関する側面図であ
り、（Ｂ）は図１のＢ部に関する側面図である。

【図３】光源から平面ミラーまでの光路を示す副走査方
向に沿った断面図である。

【図４】光ビームの入射方向に誤差がある場合の９０°
ミラー対の光路を示す図であり、（Ａ）は９０°ミラー
対を調整する前の光路を示す図であり、（Ｂ）は９０°
ミラー対を調整した後の光路を示す図である。

【図５】（Ａ）は２軸調整機構を備えた平面ミラーの構
造を示す平面図であり、（Ｂ）は２軸調整機構を備えた
平面ミラーの構造を示す側面図である。

【図６】（Ａ）は光源から回転多面鏡までの光路を展開
した場合の部材配置を示す側面図であり、（Ｂ）は光源
から回転多面鏡までの光路を展開した場合の部材配置を
示す平面図である。

【図７】（Ａ）は第２のミラー対の保持構造及び筺体へ
の締結方法を示す概要図であり、（Ｂ）は第２のミラー
対に関する副走査方向に沿った断面図である。

【図８】従来の光走査装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図９】単玉ｆθレンズにより構成したオーバーフィル
ド走査光学系を示す平面図である。

【図１０】（Ａ）はミラー対により光ビームの光路を折
り曲げる場合の実装寸法を示す図であり、（Ｂ）は１つ
のミラーにより光ビームの光路を折り曲げる場合の実装
寸法を示す図である。

【図１１】第２のミラー対が誤差により回転した場合の
光路を示す副走査方向に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０ 筺体 １１ 半導体レーザ（光源） １２ 凸レンズ １３ シリンドリカルレンズ １４ 第１のミラー対 １５ 平面ミラー １６ 回転多面鏡 １７ 単玉非球面レンズ １８ ホルダー １９ 第２のミラー対 ２０ 感光ドラム ３０ 光走査装置 ５１ ブラケット ５２ 回転軸 ５４ イモネジ ７１ 固定点

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 所定の回転軸の回りを略等角速度で回転し且つ前記回転
   軸に平行な複数の反射面が外周に形成され、入射された
   光ビームを前記反射面により偏向させる回転多面鏡と、 光源から射出された光ビームを、前記回転軸に平行な副
   走査方向に収束させて前記反射面上に前記副走査方向に
   垂直な主走査方向に沿った線像として結像させる第１の
   結像光学系と、 前記副走査方向に沿った断面内で前記反射面と被走査面
   とを略共役な結像関係とするとともに、前記反射面によ
   り偏向された光ビームを、等速度で前記被走査面を走査
   するスポットとして結像させる第２の結像光学系と、 前記回転多面鏡から前記第２の結像光学系に至る光路上
   に配置され且つ前記副走査方向に沿った断面で９０°の
   相対角度を成す第１のミラー対と、 前記第２の結像光学系から前記被走査面に至る光路上に
   配置され且つ前記副走査方向に沿った断面で９０°の相
   対角度を成す第２のミラー対と、 を有する光走査装置。
2. 【請求項２】 前記第１のミラー対は、 前記第１の結像光学系からの光ビームが入射し、該第１
   のミラー対で折り返されて所定の平面ミラーで反射し、 反射した光ビームが再度該第一のミラー対に第一回目と
   逆方向に入射し、該第１のミラー対で折り返されて前記
   回転多面鏡の反射面に入射するように、 配置されることを特徴とする請求項１記載の光走査装
   置。
3. 【請求項３】 前記光ビームは、前記回転多面鏡の反射
   面に、該反射面の主走査方向に沿った面幅より広い光ビ
   −ムとして入射することを特徴とする請求項２記載の光
   走査装置。
4. 【請求項４】 前記平面ミラーは、前記回転多面鏡の回
   転軸と平行な所定の軸の回りに回転可能であり、且つ前
   記所定の軸と前記回転多面鏡の反射面の法線とを含む平
   面内で、前記所定の軸回りの回転と独立に回転可能に設
   けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に
   記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 前記光源は、射出される光ビームの光軸
   に直交する平面内で、前記主走査方向に対応する方向及
   び前記副走査方向に対応する方向にそれぞれ独立に移動
   可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請
   求項４の何れか一項に記載の光走査装置。
6. 【請求項６】 前記第２のミラー対は、前記副走査方向
   に沿った断面内で回転可能及び平行移動可能に設けられ
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項
   に記載の光走査装置。
7. 【請求項７】 前記第２のミラー対は、該第２のミラー
   対の各ミラーの反射面を延長した平面同士が交わって形
   成される直線上の固定点で固定されることを特徴とする
   請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の光走査装
   置。
8. 【請求項８】 前記第２の結像光学系は単玉のプラスチ
   ック非球面レンズにより構成されており、前記副走査方
   向に沿った断面内での前記反射面と前記被走査面との結
   像関係に係る共役倍率βが、 １．５＜β＜３．５ を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何
   れか一項に記載の光走査装置。