JPH0618803A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンドリカルミラーを用い、しかも複雑な
形状のレンズを用いることのない光走査装置を実現す
る。 【構成】 ポリゴンミラー２８によって偏向したレーザ
ビームは、球面レンズとしての第１のレンズ７５₁ を通
過し、次に平凸シリンドリカルレンズとしての第２のレ
ンズ７５₂ を通過する。これらのレンズ７５₁ 、７５₂
はｆθレンズ系を構成している。これらを通過したレー
ザビームは、シリンドリカルミラー７７によって反射さ
れ、感光体ドラム１５の走査面に到達する。第２のレン
ズ７５₂ は平凸シリンドリカルレンズなので、製造時の
無駄がない。この装置は、副走査方向の面内において、
第１のレンズ７５₁ とシリンドリカルミラー７７とによ
って、ポリゴンミラー２８と感光体ドラム１５が光学的
な共役関係となっており、倒れ補正光学系を実現してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はある種の複写機あるいは
レーザプリンタのようにレーザビームを走査して画像の
記録や表示を行うための光走査装置に係わり、詳細に
は、ポリゴンミラー等の偏向手段で偏向した後のレーザ
ビームを感光体等の走査面に結像するための光学系に特
徴をもった光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光走査装置は、例えば感光体に静電潜像
を形成して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１７は、このような装置の一例としての
レーザプリンタの概要を表わしたものである。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、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２
９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
枚ずつ送り出され、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の間を通過して熱または圧力によっ
てトナー像の定着が行なわれる。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つの役割を持っている。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。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、トーリック・レンズについてはその製造が非常に困
難であるという難点がある。

【０００９】そこで、特開昭５５−１２７５１４号公報
ではシリンドリカルミラーを用いた面倒れ補正光学系が
開示されている。また、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特開昭５９−８４２１８
号公報、特開昭６４−４２６２５号公報および特開平３
−１３０７１７号公報にそれぞれ開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１８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
特開昭５９−８４２１８号公報に記載された内容を表わ
したものである。この図で図１７と同一部分には同一の
符号を付し、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走査装置で、ポリゴンミラー２
８から反射されたレーザビームは凹型レンズ素子４１お
よび凸型レンズ素子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ラインごとに走査するようになっ
ている。

【００１１】ここで、（イ）凹型レンズ素子４１、
（ロ）凸型レンズ素子４２および（ハ）凹円柱鏡４３
は、順に（イ）球面単レンズ、（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
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せであってもよい。しかしなが
ら、この図１８に示した光学系では、凸型レンズ素子４
２は形状が複雑なため、生産が容易ではなく、高価とな
るという問題があった。

【００１２】図１９は、特開昭６４−４２６２５号公報
に記載された光走査装置を主走査方向と直角方向の断面
で表わしたものである。この光学系は、ポリゴンミラー
２８から順に、全体として負の焦点距離を有する第１レ
ンズ群５１と、全体として正の焦点距離を有する第２レ
ンズ群５２と、結像面の主走査方向に母線を持ち主走査
直角方向断面が二次曲線を有する凹の光学反射素子５３
とで構成されている。凹の光学反射素子５３を反射した
レーザビームが感光体等の走査面５４の走査を行う。

【００１３】このようにこの光走査装置では、ｆθレン
ズ系を球面系で構成したことにより、これらの製作を容
易にしている。しかしながら、第２レンズ群５２はサイ
ズが大きく、これを円形のレンズから加工する場合には
材料費が大となるという問題がある。

【００１４】図２０は、特開平３−１３０７１７号公報
に記載された光走査装置の要部を表わしたものである。
この装置は、第１シリンドリカルレンズ６１を経たレー
ザビームをポリゴンミラー２８で反射させ、第２シリン
ドリカルレンズ６３、シリンドリカルミラー６４、第３
シリンドリカルレンズ６５および第４シリンドリカルレ
ンズ６６を順に通過させた後、走査面６７を走査させる
ようになっている。

【００１５】この光走査装置では、シリンドリカルレン
ズを多く使用することによって、製造を容易にし、また
材料の無駄を解決した。しかしながら、結像光学系が４
つの要素からなるため、部品点数が多く価格が高価にな
るといった問題があった。

【００１６】一方、このような問題点を解決するため
に、従来使用されたガラスレンズの代わりにプラスチッ
クレンズを使用することが提案されている。しかしなが
ら、このような光走査装置のガラスレンズを単純にプラ
スチックレンズに置き換えると、温度や湿度の変化に対
するレンズの屈折率の変化が結像性能に影響を与える。
したがって、高画質の光走査装置を構成することができ
ないといった問題があった。

【００１７】そこで本発明の目的は、複雑な形状のレン
ズを用いることなくｆθ特性をもったレンズ系を有する
光走査装置を提供することにある。

【００１８】本発明の他の目的は、面倒れ補正光学系を
構成することのできる光走査装置を提供することにあ
る。

【００１９】本発明の更に他の目的は、プラスチックレ
ンズを使用してしかもその屈折率の変化に対して安定し
た性能を持つと共にコストダウンを図った光走査装置を
提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、画像信号によって変調されたレーザビームを入射し
これを画像信号の１ラインごとに繰り返し偏向するポリ
ゴンミラー等の偏向手段と、この偏向手段によって偏向
したレーザビームを入射する球面単レンズと、レーザビ
ームの偏向する主走査方向のみにパワーを有し凸側を被
走査側に向け前記した球面単レンズを通過したレーザビ
ームを入射する平凸シリンドリカルレンズと、主走査方
向と直交する方向にのみパワーを有し平凸シリンドリカ
ルレンズを通過したレーザビームを画像形成のための感
光体ドラム等の走査面に向けて反射させる凹形状シリン
ドリカルミラーとを光走査装置に具備させる。

【００２１】すなわち請求項１記載の発明では、球面単
レンズと平凸シリンドリカルレンズとによりｆθ特性を
持たせると共に、主走査方向の像面わん曲を良好に補正
することができる。しかも、形状が単純な平凸シリンド
リカルレンズを使用しており、材料が有効に活用される
ことになる。

【００２２】請求項２記載の発明では、副走査方向の面
内において主として球面単レンズとシリンドリカルミラ
ーとによりポリゴンミラー等の偏向手段と感光体等の走
査面とを光学的に共役な関係に保つことで、倒れ補正光
学系を実現すると共に、副走査方向の像面わん曲を良好
に補正することができる。

【００２３】請求項３記載の発明では、画像信号によっ
て変調されたレーザビームを入射しこれを画像信号の１
ラインごとに繰り返し偏向するポリゴンミラー等の偏向
手段と、この偏向手段によって偏向したレーザビームを
入射する比較的パワーの弱いプラスチック製の単レンズ
と、このプラスチック製の単レンズを通過したレーザビ
ームを入射しレーザビームの偏向する主走査方向のみに
パワーを有し凸側を被走査側に向けている比較的パワー
の強いガラス製の平凸シリンドリカルレンズと、主走査
方向と直交する方向にのみパワーを有し平凸シリンドリ
カルレンズを通過したレーザビームを画像形成のための
走査面に向けて反射させる凹形状シリンドリカルミラー
とを光走査装置に具備させる。

【００２４】すなわち請求項３記載の発明では、プラス
チック製の単レンズとガラス製の平凸シリンドリカルレ
ンズとによってｆθ特性を持たせると共に、主走査方向
における像面わん曲を良好に補正することができる。前
者の単レンズはプラスチック製であるが、パワーの弱い
レンズとしているため屈折率の変化の影響を受けにく
い。後者のレンズの方は、主走査方向に強いパワーを持
たせているので、プラスチック製とするには適さない
が、簡単な平凸シリンドリカルレンズであるため、ガラ
スでも安価に製造することができる。

【００２５】請求項４記載の発明では、更に屈折率の変
化自体が影響しない凹形状シリンドリカルミラーをプラ
スチック製として光走査装置を安価に製造できるように
している。

【００２６】請求項５記載の発明では、偏向手段の前段
に配置され副走査方向にのみ正のパワーを有するシリン
ドリカルレンズについても、倒れ補正光学系についての
共役関係を保つための倍率が低くてよいことを利用して
プラスチック製とし、光走査装置のコストダウンを図っ
ている。

【００２７】請求項６記載の発明では、副走査方向の面
内においてプラスチック製の単レンズとシリンドリカル
ミラーとによりポリゴンミラー等の偏向手段と感光体等
の走査面とを光学的に共役な関係に保つことで、倒れ補
正光学系を実現すると共に、副走査方向の像面わん曲を
良好に補正するようにしている。

【００２８】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００２９】図１は本発明の一実施例における光走査装
置を表わしたものである。図１７と同一部分には同一の
符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この
光走査装置で、半導体レーザ２５は図示しない変調手段
によって画像信号に応じてオン・オフ制御されるように
なっている。半導体レーザ２５から、このようにして画
像信号に応じて射出された発散光束としてのレーザビー
ムは、コリメータレンズ７１によりほぼ平行な光束とな
り、開口絞り７２によって整形される。整形後のレーザ
ビームは、シリンドリカルレンズ７３を通過し、第１の
平板ミラー７４によって反射された後、ポリゴンミラー
２８に入射するようになっている。ポリゴンミラー２８
は矢印方向に等角速度で回転しており、レーザビームを
画像信号のそれぞれのラインに対応させて繰り返し偏向
するようになっている。

【００３０】偏向されたレーザビームはｆθレンズ系７
５と第２の平板ミラー７６、シリンドリカルミラー７７
および防塵用ウィンドウ７８を経て感光体ドラム１５上
に結像する。ここでｆθレンズ系７５は、第１のレンズ
７５₁ と第２のレンズ７５₂によって構成されている。
また、防塵用ウィンドウ７８は交換可能な感光体ドラム
１５以外の部分を１つの密閉した筐体（図示せず）内に
収めたことにより必要とされるものであり、レーザビー
ムをこの筐体から感光体ドラム１５へ導くための透明な
ガラス板によって構成されている。防塵用ウィンドウ７
８は偏向されたレーザビームが形成する平面に対して５
ないし６度以上傾けることで、ウィンドウ内でのこのレ
ーザビームの多重干渉を防止することができる。

【００３１】結像により感光体ドラム１５上に生ずるレ
ーザビームのスポットは、ｆθレンズ系７５の作用によ
ってドラム表面を矢印７９で示したようにドラム軸方向
（主走査方向）にほぼ等速で移動する。このようにして
１ライン分の走査が行われたら、ポリゴンミラー２８の
次の面によるレーザビームの偏向により、次の１ライン
分の走査が行われることになる。以下同様である。

【００３２】なお、このような走査が行われる際のこれ
らのラインにおける画像の記録が行われる最初の位置を
設定するために、光走査装置にはＳＯＳ（Start of Sca
n ）センサ８１が配置されている。ＳＯＳセンサ８１に
は、ｆθレンズ系７５を経て第３の平板ミラー８２によ
って反射されたレーザビームが入射するようになってお
り、これから所定時間経過した時点でそれぞれのライン
についての画像信号の変調が開始されるようになってい
る。

【００３３】このような構成の光走査装置では、レーザ
ビームの副走査方向に関してポリゴンミラー２８の反射
面と感光体ドラム１５上とを光学的にほぼ共役関係に設
定することができる。したがって、ポリゴンミラー１５
の反射面の倒れに起因する感光体ドラム１５上のスポッ
トの副走査方向の位置ずれを最小限に抑えることができ
る。

【００３４】図２は図１に示した光走査装置の要部をレ
ーザビームの主走査方向にそって切断した形で表わした
ものである。ｆθレンズ系７５を構成する第１のレンズ
７５ ₁ は球面で構成された単レンズである。第２のレン
ズ７５₂ は、ポリゴンミラー２８側が平面で反対側が凸
のシリンドリカル面からなるレンズである。

【００３５】また、図３はこの光走査装置の要部をレー
ザビームの主走査方向と直角の方向に切断した形で表わ
したものである。図２におけるｄ₁ 、ｒ₁ 等の符号およ
び図３におけるｒ₁ ′、α等の符号については後に説明
する。

【００３６】図２から分かるように、ポリゴンミラー２
８から遠ざかるにしたがってレーザビームが偏向するこ
とによって通過する領域は広がっていく。したがって、
第１のレンズ７５₁ と比べて第２のレンズ７５₂ の方が
必然的に大きなサイズとなる。しかしながら、第２のレ
ンズ７５₂ は平凸形状のシリンドリカルレンズなので、
製作が容易である。

【００３７】図４はこのような平凸形状のレンズの製作
方法を原理的に表わしたものである。すなわち、この場
合には１枚の平凸形状のシリンドリカルレンズ９１を作
成しておき、これを等間隔で輪切りにすることで第２の
レンズ７５₂ を多数作成することができる。これによ
り、１枚当たりの第２のレンズ７５₂ の価格を低減させ
ることができる。

【００３８】図５はこれと対比する意味で、ポリゴンミ
ラーから反射されたレーザビームが２枚の球面レンズを
通過すると仮定した場合の、レンズの加工の様子を表わ
したものである。第２のレンズ７５₂ ′をこのように球
面レンズを切断することによって作成すると、材料の無
駄が無視できなくなる。一方、第１のレンズ７５₁ につ
いては、そのサイズが小さいので、材料の無駄が少な
い。また、現在の生産技術ではシリンドリカル面の加工
よりも球面の加工の方が容易で高精度のものを得やすい
ので、球面レンズを切断したものを使用することにして
いる。

【００３９】次に図２に示したそれぞれの距離に従って
本実施例の光走査装置の具体的な数値例を次に説明す
る。なお、図２で距離ｄ₀ はレーザビームの偏向点Ｐか
ら第１のレンズ７５₁ までの距離であり、距離ｄ₁ 、ｄ
₂ 、ｄ₃ は第１のレンズ７５₁と第２のレンズ７５₂ に
ついてのそれぞれの面間距離である。距離ｄ₄ は、第２
のレンズ７５₂ からシリンドリカルミラー７７までの距
離であり、距離ｄ₅ はシリンドリカルミラー７７から感
光体ドラムの被走査面８５までの距離である。また、半
径ｒ₁ 、ｒ₂ 、ｒ₃ およびｒ₄ は、走査平面内における
第１または第２のレンズ７５₁ 、７５₂ の曲率半径を示
す。

【００４０】また、図３に示したように、半径ｒ₁ ′、
ｒ₂ ′、ｒ₃ ′およびｒ₄ ′を走査平面と直交する面内
における曲率半径とし、、半径ｒ₅ ′をシリンドリカル
ミラー７７の曲率半径とする。更に、第１および第２の
レンズ７５₁ 、７５₂ の屈折率をそれぞれｎ₁ 、ｎ₂ と
し、使用波長をλとする。シリンドリカルミラー７７の
光軸からの傾き角度をαとする。第１および第２のレン
ズ７５₁ 、７５₂ の焦点距離をｆ₁ 、ｆ₂ とし、これら
の合成焦点距離をｆとする。各数値は合成焦点距離ｆを
１００ｍｍとして規格化したときの緒元である。

【００４１】また、シリンドリカルミラー７７の配置に
関しては面間距離ｄ₅ を４０ｍｍ、光軸からの傾き角度
αを４５度に固定したときの例を示している。この値
は、光学系全体のレイアウトの違いによって曲率ｒ₅ ′
とともに適宜変更することができる。実用上は実施例１
において合成焦点距離ｆを３００ｍｍ程度とすれば、Ｂ
３判の用紙の短辺を走査するのに適した光学系を実現す
ることができる。同様に実施例２では、合成焦点距離ｆ
を２９０ｍｍ程度とすればＡ３判の用紙の短辺走査に適
し、実施例３では合成焦点距離ｆを１５０ｍｍ程度とす
ればＡ４判の用紙の短辺走査に適する。実施例４の場合
には合成焦点距離ｆを１８０ｍｍ程度とすればＡ３判の
用紙の短辺走査に適し、実施例５〜実施例７については
それぞれ合成焦点距離ｆを１４０ｍｍ程度とすれば、Ａ
４判の用紙の短辺走査に適した光学系を実現することが
できる。

【００４２】＜実施例１＞

【００４３】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝-112.0523 ｆ₂ ＝59.6694 λ＝632.8 ｎｍ θ＝34.2° ｄ₀ ＝6.225322 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-81.02350 ｄ₁ ＝1.310594 Ｎ₁ ＝1.723086 ｒ₂ 、ｒ₂ ′＝∞ ｄ₂ ＝10.484752 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝5.570025 Ｎ₂ ＝1.723086 ｒ₄ ＝-43.14611 ｄ₄ ＝72.920705 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-79.5

【００４４】＜実施例２＞

【００４５】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝- 93.9121 ｆ₂ ＝55.9053 λ＝780 ｎｍ θ＝30° ｄ₀ ＝5.158075 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-60.86529 ｄ₁ ＝2.750973 Ｎ₁ ＝1.712282 ｒ₂ 、ｒ₂ ′＝-687.74336 ｄ₂ ＝10.316150 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝4.126460 Ｎ₂ ＝1.712282 ｒ₄ ＝-39.82034 ｄ₄ ＝75.430168 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-79.8

【００４６】＜実施例３＞

【００４７】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝10029.67 ｆ₂ ＝110.3308 λ＝780 ｎｍ θ＝40.5° ｄ₀ ＝8.384651 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-30.82737 ｄ₁ ＝8.517657 Ｎ₁ ＝1.511187 ｒ₂ 、ｒ₂ ′＝-33.50715 ｄ₂ ＝5.896840 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝9.172862 Ｎ₂ ＝1.609116 ｒ₄ ＝-67.20432 ｄ₄ ＝69.230787 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-80.7

【００４８】＜実施例４＞

【００４９】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝1391.4946 ｆ₂ ＝115.0471 λ＝780 ｎｍ θ＝46.4° ｄ₀ ＝10.744262 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-33.57804 ｄ₁ ＝7.643781 Ｎ₁ ＝1.511187 ｒ₂ 、ｒ₂ ′＝-34.53351 ｄ₂ ＝6.371255 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝10.373702 Ｎ₂ ＝1.609116 ｒ₄ ＝-70.07709 ｄ₄ ＝66.779246 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-81

【００５０】＜実施例５＞

【００５１】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝1615.9506 ｆ₂ ＝112.8282 λ＝780 ｎｍ θ＝45° ｄ₀ ＝9.453305 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-35.68617 ｄ₁ ＝7.271773 Ｎ₁ ＝1.511187 ｒ₂ 、ｒ₂ ′＝-36.56628 ｄ₂ ＝10.180482 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝10.180482 Ｎ₂ ＝1.511187 ｒ₄ ＝-57.67627 ｄ₄ ＝65.846008 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-81.5

【００５２】＜実施例６＞

【００５３】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝-7271.6048 ｆ₂ ＝111.3595 λ＝780 ｎｍ θ＝45° ｄ₀ ＝9.453305 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-23.74214 ｄ₁ ＝7.271773 Ｎ₁ ＝1.712282 ｒ₂ 、ｒ₂ ′＝-26.89035 ｄ₂ ＝5.817419 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝8.726128 Ｎ₂ ＝1.712282 ｒ₄ ＝-79.31935 ｄ₄ ＝72.890897 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-81.5

【００５４】＜実施例７＞

【００５５】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝2410.0907 ｆ₂ ＝116.2317 λ＝780 ｎｍ θ＝45° ｄ₀ ＝9.475708 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-27.31711 ｄ₁ ＝9.475708 Ｎ₁ ＝1.511187 ｒ₂ 、ｒ₂ ′＝-29.86035 ｄ₂ ＝1.442535 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝10.933509 Ｎ₂ ＝1.712282 ｒ₄ ＝-82.78976 ｄ₄ ＝71.408996 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-81.0

【００５６】図６から図１２は実施例１から実施例７に
それぞれ対応する収差図を表わしたものである。これら
のうち図（ａ）は像面わん曲を表わし、破線が主走査方
向を、また実線が副走査方向を示している。同図（ｂ）
はｆθ特性を表わしている。この図（ｂ）では、像高を
ｈとするとき、次の（１）式で示す計算結果Ａでｆθ特
性を示している。

【００５７】

【数１】

【００５８】入射光束は主走査面内では平行光束であ
り、副走査方向においては偏向点Ｐから発散光束とな
る。図６から図１２示した収差図では簡便のためにポリ
ゴンミラー２８の反射点の移動に伴う入射瞳の変動の影
響を考慮していないが、これは本発明の有効性を示すの
になんらの妨げとはならない。また、光走査装置を構成
する上では、シリンドリカルミラー７７から感光体ドラ
ムの被走査面８５までの距離ｄ₅ を実用上多少変化させ
て、像面のわん曲やｆθ特性、倒れ補正性能のバランス
を調整したり、レーザビームの偏向点Ｐから第１のレン
ズ７５₁ までの距離ｄ₀ やシリンドリカルミラー７７の
曲率半径ｒ₅ ′を少量変化させて、像面のわん曲や倒れ
補正のバランスを調整することも可能である。

【００５９】変形例

【００６０】この変形例の光走査装置は、図１に示した
光走査装置と同一の構成の装置であるが、図２に示した
ｆθレンズ系７５を構成する第１のレンズ７５₁ はプラ
スチック製の単レンズであり、第２のレンズ７５₂ は、
ポリゴンミラー２８側が平面で反対側が凸のシリンドリ
カル面からなるガラス製のレンズであるという特徴があ
る。この変形例の光走査装置では、図３および図４が同
様に適用される。

【００６１】さて、この変形例では、第１のレンズ７５
₁ がプラスチックレンズであるために、その形状はガラ
スレンズほどの制限がない。また、非球面を導入するこ
とも比較的容易である。また、第１のレンズ７５₁ は第
２のレンズ７５₂ よりもポリゴンミラー２８に接近した
位置に配置されるので、サイズも小さく、より量産性を
確保することができる。

【００６２】次に図２に示したそれぞれの距離に従って
この変形例の光走査装置の具体的な数値例を次に説明す
る。ここで変形例１および変形例２では主走査方向の断
面内におけるｆθレンズ系７５のパワー配置を弱、強正
としたもので、画角が４０度以上の高画角系を実現する
ことができる。第１のレンズ７５₁ のポリゴンミラー２
８側の面は球面とし、第２のレンズ７５₂ 側の面を非球
面としている。変形例１では第１のレンズ７５₁ として
ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を使用してお
り、変形例２ではポリカーボネートを使用している。双
方の材料は、プラスチックレンズに適した代表的なもの
である。

【００６３】また、図３に示したように、この変形例で
も半径ｒ₁ ′、ｒ₂ ′、ｒ₃ ′およびｒ₄ ′を走査平面
と直交する面内における曲率半径とし、、半径ｒ₅ ′を
シリンドリカルミラー７７の曲率半径とする。更に、第
１および第２のレンズ７５₁、７５₂ の屈折率をそれぞ
れｎ₁ 、ｎ₂ とし、使用波長をλとする。シリンドリカ
ルミラー７７の光軸からの傾き角度をαとする。第１お
よび第２のレンズ７５ ₁ 、７５₂ の焦点距離をｆ₁ 、ｆ
₂ とし、これらの合成焦点距離をｆとする。各数値は合
成焦点距離ｆを１００ｍｍとして規格化したときの緒元
である。

【００６４】また、この変形例でもシリンドリカルミラ
ー７７の配置に関しては面間距離ｄ ₅ を４０ｍｍ、光軸
からの傾き角度αを４５度に固定したときの例を示して
いる。この値は、光学系全体のレイアウトの違いによっ
て曲率ｒ₅ ′とともに適宜変更することができる。実用
上は変形例１および変形例２において合成焦点距離ｆを
１５０ｍｍ程度とすれば、Ａ４判の用紙の短辺を走査す
るのに適した光学系を実現することができる。

【００６５】＜変形例１＞

【００６６】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝7951.5036 ｆ₂ ＝110.5622 λ＝ 780 ｎｍ θ＝40.5° ｄ₀ ＝8.535521 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-34.58776 ｄ₁ ＝9.848678 Ｎ₁ ＝1.485 ｒ₂ ^* 、ｒ₂ ^* ′＝-37.46829 ｄ₂ ＝4.46324 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝9.19210 Ｎ₂ ＝1.609116 ｒ₄ ＝-67.34526 ｄ₄ ＝69.171766 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-80.7

【００６７】ここでアスタリスク^* で示した非球面につ
いては次の（２）式で表現されるものとする。

【００６８】

【数２】

【００６９】ここで符号Ｚは光軸方向の変位ｈは光軸か
らの距離を示し、他の符号はそれぞれ次のような値とな
る。

【００７０】Ｃ＝１／ｒ₂ Ｋ＝-0.054318 Ａ＝0.212924Ｅ-06 Ｂ＝0.218301Ｅ-09 Ｃ＝-0.495744 Ｅ-11 Ｄ＝0.946658Ｅ-14

【００７１】＜変形例２＞

【００７２】 ｆ＝100 ｆ₁ ＝7964.9304 ｆ₂ ＝110.5445 λ＝780 ｎｍ θ＝40.5° ｄ₀ ＝8.205913 ｒ₁ 、ｒ₁ ′＝-32.07496 ｄ₁ ＝8.205913 Ｎ₁ ＝1.572 ｒ₂ ^* 、ｒ₂ ^* ′＝-34.81571 ｄ₂ ＝6.431941 ｒ₃ 、ｒ₃ ′＝∞ ｄ₃ ＝9.190622 Ｎ₂ ＝1.609116 ｒ₄ ＝-67.33444 ｄ₄ ＝69.156565 ｒ₄ ′ ＝∞ ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝40 α＝45° ｒ₅ ′ ＝-80.7

【００７３】ここでアスタリスク^* で示した非球面につ
いては先の（２）式で表現されるものとする。ただし、
符号Ｚは光軸方向の変位ｈは光軸からの距離を示し、他
の符号はそれぞれ次のような値となる。

【００７４】Ｃ＝１／ｒ₂ Ｋ＝-0.096169 Ａ＝0.292833Ｅ-07 Ｂ＝-0.346121 Ｅ-09 Ｃ＝-0.53605Ｅ-11 Ｄ＝0.141395Ｅ-13

【００７５】図１３と図１４は変形例１と変形例２に対
応する収差図を表わしたものである。これらのうち図
（ａ）は像面わん曲を表わし、破線が主走査方向を、ま
た実線が副走査方向を示している。同図（ｂ）はｆθ特
性を表わしている。この図（ｂ）では、像高をｈとする
とき、先の（１）式で示す計算結果Ａでｆθ特性を示し
ている。

【００７６】入射光束は主走査面内では平行光束であ
り、副走査方向においては偏向点Ｐから発散光束とな
る。これらの収差図では簡便のためにポリゴンミラー２
８の反射点の移動に伴う入射瞳の変動の影響を考慮して
いないが、これは本発明の有効性を示すのになんらの妨
げとはならない。また、光走査装置を構成する上では、
シリンドリカルミラー７７から感光体ドラムの被走査面
８５までの距離ｄ₅ を実用上多少変化させて、像面のわ
ん曲やｆθ特性、倒れ補正性能のバランスを調整した
り、レーザビームの偏向点Ｐから第１のレンズ７５₁ ま
での距離ｄ₀ やシリンドリカルミラー７７の曲率半径ｒ
₅ ′を少量変化させて、像面のわん曲や倒れ補正のバラ
ンスを調整することも可能である。

【００７７】さて、変形例１および変形例２では合成焦
点距離ｆと第１のレンズ７５₁ の焦点距離ｆ₁ との比ｆ
／ｆ₁ を０．０１２６とし、第１のレンズ７５₁ が持つ
パワー（焦点距離）を合成パワーの１／１００程度とし
た。このように第１のレンズ７５₁ のパワーを弱くした
ので、これがプラスチック製であっても屈折率の変動に
対する影響が極めて少ない。以下、これを数値で検証す
る。

【００７８】第１のレンズ７５₁ で使用するプラスチッ
クは、温度が１度上昇すると約−１．１／１０⁴ だけ屈
折率が変化する。実用上、温度変化が±２０°Ｃである
とすると、屈折率は±０．００２２の範囲で変化するこ
とになる。

【００７９】図１５は、変形例１でこの屈折率の変化が
生じた場合の収差図を示したものである。図（ａ）は像
面わん曲を表わし、破線が主走査方向を、また実線が副
走査方向を示している。同図（ｂ）はｆθ特性を表わし
ている。これらの図で斜線で示した範囲が変化の幅を表
わしている。このようにプラスチックレンズを使用する
ことによる像面わん曲やｆθ特性に対する変化は少ない
ものであり、実用上問題を発生させない。

【００８０】図１６は、パワーの強い第２のレンズ７５
₂ にプラスチックレンズを使用したと仮定した場合の同
様の収差図を参考として表わしたものであり、図（ａ）
および（ｂ）および斜線で示した範囲は図１５と同様で
ある。このように図１６の場合には特に像面わん曲が屈
折率に対して著しい変化を示し、実用上の問題を発生さ
せる。このように第１のレンズ７５₁ としてパワーの弱
いレンズを採用し、これをプラスチックレンズにするこ
とで、屈折率の変化に対する影響を極めて受けにくくす
ることができることが検証された。なお、変形例２につ
いてはその結果を図示しないが、同様にパワーの弱い第
１のレンズ７５₁ について実用上何らの問題も生じさせ
ない。

【００８１】なお、以上説明した実施例および変形例で
は感光体として感光体ドラムを使用したが、感光体ベル
ト等の他の感光体を使用することも可能である。また、
レーザビームの走査される面は感光体に限らず、ディス
プレイの表示面であってもよい。

【００８２】更に実施例および変形例ではレーザ発振器
として半導体レーザを使用したが、これに限らないこと
はもちろんであり、整形光学系を変更することによって
ガスレーザを光源とすることも可能である。また変形例
では防塵のためにウィンドウを設けたが、これを適宜省
略することができることも当然である。

【００８３】また、変形例ではｆθレンズ系７５のみに
ついてプラスチックレンズを適用したが、図１における
シリンドリカルミラー７７や半導体レーザ２５とポリゴ
ンミラー２８の間に配置されたシリンドリカルレンズ７
３についても同様にプラスチックで構成することができ
る。このうち、シリンドリカルミラー７７についてはレ
ーザビームを反射するものであり、屈折率の影響を受け
るものではないので、特に問題を生じさせない。また、
シリンドリカルレンズ７３については、一般的にシリン
ドリカルミラー７７を使用した倒れ補正光学系では共役
関係の倍率が小さいので、プラスチック製としたことに
よる結像性能の劣化が少なく、実用上問題を生じさせな
い。

【００８４】

【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、球面単レンズと平凸シリンドリカルレンズに
よってｆθ特性を持たせ、しかも偏向手段からより離れ
た位置に平凸シリンドリカルレンズを配置したので、平
凸シリンドリカルレンズの量産効果によって品質の優れ
た光走査装置を安価に製作することができる。

【００８５】また、請求項２記載の発明によれば、副走
査方向の面内では、主として球面単レンズとシリンドリ
カルミラーとによって偏向器と感光体上を光学的に共役
な関係に保つことができ、倒れ補正光学系を実現すると
共に、副走査方向の像面わん曲を良好に補正することが
できるという効果がある。

【００８６】更に請求項３記載の発明によれば、球面単
レンズと平凸シリンドリカルレンズによってｆθ特性を
持たせ、しかも偏向手段からより離れた位置に平凸シリ
ンドリカルレンズを配置したので、平凸シリンドリカル
レンズの量産効果によって品質の優れた光走査装置を安
価に製作することができる。

【００８７】また、請求項４あるいは請求項５記載の発
明によれば、凹形状シリンドリカルミラーあるいは偏向
手段の手前のシリンドリカルレンズをプラスチック製と
したので、光走査装置の軽量化を図ることもできる。

【００８８】更に、請求項６記載の発明によれば、副走
査方向の面内では、主として球面単レンズとシリンドリ
カルミラーとによって偏向器と感光体上を光学的に共役
な関係に保つことができ、倒れ補正光学系を実現すると
共に、副走査方向の像面わん曲を良好に補正することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例における光走査装置の要部
を示した斜視図である。

【図２】 図１に示した光走査装置をレーザビームの主
走査方向にそって切断した形で表わした要部説明図であ
る。

【図３】 図１に示した光走査装置をレーザビームの主
走査方向と直角の方向に切断した形で表わした要部説明
図である。

【図４】 平凸形状のレンズを複数製造する様子を原理
的に表わした斜視図である。

【図５】 ポリゴンミラーから反射されたレーザビーム
が２枚の球面レンズを通過する場合におけるレンズの製
造の様子を表わした斜視図である。

【図６】 本発明の実施例１における像面わん曲とｆθ
特性とを走査角との関係で表わした収差説明図である。

【図７】 本発明の実施例２における像面わん曲とｆθ
特性とを走査角との関係で表わした収差説明図である。

【図８】 本発明の実施例３における像面わん曲とｆθ
特性とを走査角との関係で表わした収差説明図である。

【図９】 本発明の実施例４における像面わん曲とｆθ
特性とを走査角との関係で表わした収差説明図である。

【図１０】 本発明の実施例５における像面わん曲とｆ
θ特性とを走査角との関係で表わした収差説明図であ
る。

【図１１】 本発明の実施例６における像面わん曲とｆ
θ特性とを走査角との関係で表わした収差説明図であ
る。

【図１２】 本発明の実施例７における像面わん曲とｆ
θ特性とを走査角との関係で表わした収差説明図であ
る。

【図１３】 本発明の変形例１における像面わん曲とｆ
θ特性とを走査角との関係で表わした収差説明図であ
る。

【図１４】 本発明の変形例２における像面わん曲とｆ
θ特性とを走査角との関係で表わした収差説明図であ
る。

【図１５】 本発明の変形例１で第１のレンズについて
屈折率の変化が生じた場合の像面わん曲とｆθ特性とを
走査角との関係で表わした収差説明図である。

【図１６】 本発明の変形例１で第２のレンズについて
屈折率の変化が生じたと仮定した場合の像面わん曲とｆ
θ特性とを走査角との関係で表わした収差説明図であ
る。

【図１７】 従来から用いられているレーザプリンタの
概要を表わした概略構成図である。

【図１８】 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開昭５９−８４２１８号公報
に記載された内容を表わした斜視図である。

【図１９】 特開昭６４−４２６２５号公報に記載され
た光走査装置を主走査方向と直角方向の断面で表わした
断面図である。

【図２０】 特開平３−１３０７１７号公報に記載され
た光走査装置の要部を表わした斜視図である。

【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、３１…ポリゴンミラー駆動モータ、７５…
ｆθレンズ系、７５₁ …第１のレンズ（球面レンズ、プ
ラスチックレンズ）、７５₂ …第２のレンズ（平凸シリ
ンドリカルレンズ、ガラスレンズ）、７６…第２の平板
ミラー、７７…シリンドリカルミラー、７８…防塵用ウ
ィンドウ、８５…感光体ドラムの被走査面、ｒ₁ 、
ｒ₂ 、ｒ₃ 、ｒ₄ …走査平面内におけるレンズ７５₁ 、
７５₂ の曲率半径、ｒ₁ ′、ｒ₂ ′、ｒ₃ ′、ｒ₄ ′…
走査平面と直交する面内におけるレンズ７５₁ 、７５₂
の曲率半径

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号によって変調されたレーザビー
   ムを入射しこれを画像信号の１ラインごとに繰り返し偏
   向する偏向手段と、 この偏向手段によって偏向したレーザビームを入射する
   球面単レンズと、 レーザビームの偏向する主走査方向のみにパワーを有し
   凸側を被走査側に向け前記球面単レンズを通過したレー
   ザビームを入射する平凸シリンドリカルレンズと、 主走査方向と直交する方向にのみパワーを有し前記平凸
   シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを画像形
   成のための走査面に向けて反射させる凹形状シリンドリ
   カルミラーとを具備することを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 副走査方向の面内において前記球面単レ
   ンズとシリンドリカルミラーとにより前記偏向手段と走
   査面とを光学的にほぼ共役な関係に保ったことを特徴と
   する請求項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 画像信号によって変調されたレーザビー
   ムを入射しこれを画像信号の１ラインごとに繰り返し偏
   向する偏向手段と、 この偏向手段によって偏向したレーザビームを入射する
   比較的パワーの弱いプラスチック製の単レンズと、 このプラスチック製の単レンズを通過したレーザビーム
   を入射しレーザビームの偏向する主走査方向のみにパワ
   ーを有し凸側を被走査側に向けている比較的パワーの強
   いガラス製の平凸シリンドリカルレンズと、 主走査方向と直交する方向にのみパワーを有し前記平凸
   シリンドリカルレンズを通過したレーザビームを画像形
   成のための走査面に向けて反射させる凹形状シリンドリ
   カルミラーとを具備することを特徴とする光走査装置。
4. 【請求項４】 前記凹形状シリンドリカルミラーをプラ
   スチック製としたことを特徴とする請求項３記載の光走
   査装置。
5. 【請求項５】 前記偏向手段の前段に配置され副走査方
   向にのみ正のパワーを有するシリンドリカルレンズがプ
   ラスチック製であることを特徴とする請求項３記載の光
   走査装置。
6. 【請求項６】 副走査方向の面内において前記単レンズ
   とシリンドリカルミラーとにより前記偏向手段と走査面
   とを光学的にほぼ共役な関係に保ったことを特徴とする
   請求項３記載の光走査装置。