JP3072061B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光走査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】デジタル複写機や各種光プリンタに関連
して広く知られた光走査装置において、光束の偏向を行
なう光偏向器としてはポリゴンミラーが一般的である
が、ポリゴンミラーは、その回転中心が偏向反射面と合
致していないため、光源側から入射する光束の、偏向反
射面による反射位置が、ポリゴンミラーの回転に伴い変
動する所謂「サグ」が発生する。

【０００３】この「サグ」を考慮しないで光走査装置の
光学系を設計すると、実際の光走査装置では、サグの影
響により像面湾曲等の性能が劣化して、設計通りの性能
を実現することができない。

【０００４】サグは、ポリゴンミラーにより偏向される
偏向光束の主光線が被走査面に直交になるときの主光線
の方向を基準線とすると、この基準線の両側の偏向光束
に対して「非対称」に発生する。そこで、偏向光束を被
走査面上に結像させる走査結像レンズの形状を、上記基
準線に対して非対称にして、サグの影響を補正すること
が提案されている（特開平６−２３０３０８号公報）
が、形状対称性を持たない走査結像レンズを製造するこ
とは加工上難しく、低コストでの実現は極めて難しい。

【０００５】また、特開平４−１１０８１８号公報に
は、入射側面をトロイダル面、射出側面を球面としたレ
ンズの、トロイダル面と球面とに相対的なずれ（シフ
ト）を与えることにより、像面湾曲・歪曲収差の非対称
性を軽減させることが記載されている。

【０００６】この方法は、像面湾曲や歪曲収差の非対称
性を軽減させるのには有効であるが、レンズ面がノーマ
ルトロイダル面と球面で構成されているため、像面湾曲
の補正の自由度が少ない。

【０００７】また、光走査装置は高速光走査を目して、
光利用効率の高いものの実現が意図されている。光利用
効率が高くなり被走査面上に形成される光スポットの光
強度が大きくなることに伴い、一旦、光スポットとして
被走査面に照射された偏向光束が、被走査面により反射
されてポリゴンミラーに戻り、偏向反射面により再度反
射されて「ゴースト光」となって被走査面を照射するこ
とが問題となってきている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、加工が比
較的容易な、形状対称性を有する走査結像素子系を用
い、非対称的なサグの影響を有効に軽減させ、ゴースト
光の影響を除去した光走査装置の実現を課題とする。

【０００９】この発明はまた、形状が非対称であるが、
加工が比較的容易な走査結像レンズを用い、非対称的な
サグの影響を有効に軽減させた光走査装置の実現を別の
課題とする。

【００１０】この発明はさらに、上記加工が比較的容易
な形状非対称の走査結像レンズを用いて非対称的なサグ
の影響を有効に軽減させ、且つ、ゴースト光の影響を除
去した光走査装置の実現を他の課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の光
走査装置は、光源と、第１光学系と、ポリゴンミラー
と、第２光学系とを有する。「光源」としては半導体レ
ーザや発光ダイオードを好適に利用できる。「第１光学
系」は、光源からの光束をカップリングするカップリン
グレンズを含む。カップリングレンズによるカップリン
グ作用は、光源からの光束を平行光束にするコリメート
機能でも良いし、光源からの光束を弱い発散性もしくは
弱い収束性の光束にするような機能でもよい。

【００１２】「ポリゴンミラー」は、第１光学系からの
光束を等角速度的に偏向させる。

【００１３】「第２光学系」は、ポリゴンミラーにより
偏向された偏向光束を被走査面に向けて集光させ、被走
査面を略等速的に走査する「走査結像素子系」を含む。

【００１４】ポリゴンミラーの偏向反射面数をＮ、内接
円半径をＲ、ポリゴンミラーにより偏向される偏向光束
の主光線が「被走査面と直交する方向」になるときの上
記主光線（以下、「基準偏向主光線」と呼ぶ）と第１光
学系の光軸とのなす角をα、被走査面上における「有効
書込み幅に対応する画角幅」をθ、ポリゴンミラーの回
転中心と第１光学系の光軸との距離をｈとするとき、こ
れらＮ，Ｒ，α，θ，ｈは条件： （１） θ／２＜α＜（４π/Ｎ）−（θ/２） （２） Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０３＜ｈ＜Ｒ・ｓ
ｉｎ(α/２)・１．１ を満足する。

【００１５】条件（１）の下限は、第１光学系の光軸
を、走査結像素子系に入射する偏向光束の有効偏向領域
外に位置させるための条件である。条件（１）の上限
は、前記ゴースト光が被走査面に戻るとき、その戻り位
置が有効書込み幅外となって、有効書込み幅内の光走査
に影響を与えないための条件である。

【００１６】条件（２）は、光学系の配置が条件（１）
を満足するとき、サグを、前記「基準偏向主光線」の両
側の偏向光束に対して「対称に近い状態」にするための
条件である。この明細書において、「サグ」は、偏向光
束の主光線が基準偏向主光線となるときの偏向反射面の
態位において、第１光学系の「最も偏向反射面に近い
面」から「偏向反射面による偏向光束の主光線の反射
点」に至る距離をＬ₀ とし、偏向光束の主光線が上記基
準偏向主光線と成す「画角：Θ（上記画角幅：θ内の角
として定義される）」が０でないときの上記距離をＬ
(Θ)とするとき、距離:Ｌ₀とＬ(Θ)の差：Ｌ(Θ)−Ｌ₀
をもって定量的に定義される。

【００１７】条件（２）の範囲を外れると、基準偏向主
光線の両側の光束に対してサグの発生が著しく非対称的
となり、形状対称な走査結像素子系を用いた場合、像面
湾曲や等速特性等の補正が困難になる。

【００１８】なお、一般的に、カップリングレンズから
ポリゴンミラーの偏向反射面に至る光路上には、光スポ
ットの形状を成形するために、周辺光束部分を遮光する
アパーチュアが配備される。

【００１９】ポリゴンミラーにより偏向される偏向光束
の主光線が、画角幅：θの一方の画角端部に位置すると
き、被走査面に直交する方向（基準偏向主光線に平行な
方向）となす角をθ₁、画角幅：θの他方の画角端部に
位置するとき、被走査面に直交する方向となす角をθ₂
とするとき（θ＝θ₁＋θ₂）、θ₁＝θ₂とすることもで
きるが、請求項１記載の光走査装置では、θ₁≠θ₂とす
る。

【００２０】請求項２記載の光走査装置は、光源と、第
１光学系と、ポリゴンミラーと、第２光学系とを有す
る。これらは、請求項１記載の光走査装置におけると同
様のものである。請求項２記載の光走査装置は、上述し
た請求項１記載の光走査装置と同様、上記Ｎ，Ｒ，α，
θ，ｈが、前記条件（１）、（２）を満足する。そし
て、走査結像素子系を構成する少なくとも１つの光学素
子に対して、主走査対応方向（光源から被走査面に至る
光路を光軸に沿って直線的に展開した仮想的な光路上で
主走査方向に平行的に対応する方向を言い、上記仮想的
な光路上で副走査方向と平行的に対応する方向を副走査
対応方向と言う）におけるシフト：Δおよび／または偏
向面内におけるチルト：βが与えられている。上記「偏
向面」は、ポリゴンミラーにより理想的に偏向された偏
向光束の主光線が掃引する平面を言う。

【００２１】請求項３記載の光走査装置は、請求項１記
載の光走査装置におけると同様の、光源と、第１光学系
と、ポリゴンミラーと、第２光学系とを有し、上記Ｎ，
Ｒ，α，θ，ｈが、前記条件（１）、（２）を満足す
る。そして、走査結像素子系は「単玉の走査結像レン
ズ」として構成され、この単玉の走査結像レンズの少な
くとも一方の面を「偏向直交面内の曲率中心を連ねる線
が非直線である特殊トーリック面」とされている。「偏
向直交面」は、前記偏向面と被走査面とに直交する平面
を言う。このような、単玉の走査結像レンズは、プラス
チックを用いた成形加工により低コストで製造すること
もできる。

【００２２】上記請求項１，２記載の光走査装置におけ
る「走査結像素子系」は、複数の光学素子、例えば、複
数枚のレンズやレンズとミラーの組合せとして構成して
も良いし、「結像作用を持つ凹面鏡」として実現しても
良い。また第２光学系は、走査結像素子系の他に、光路
屈曲用のミラーや、面倒れ補正用の長尺レンズや長尺ミ
ラー等を含むことができる。

【００２３】上記請求項１または２または３記載の光走
査装置において、第１光学系はこれを「カップリングレ
ンズのみ」で構成することもできるが、第１光学系を
「カップリングレンズとシリンダレンズや凹シリンダミ
ラー等との組み合わせ」で構成し、第１光学系が「ポリ
ゴンミラーの偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い線
像として結像させる機能」を持つようにし、第２光学系
が「偏向反射面位置と被走査面位置とを副走査対応方向
に関して略共役な関係とする機能」を持つようにして光
走査装置が「面倒れ補正機能」を有するようにしても良
い（請求項４）。

【００２４】請求項５記載の発明の光走査装置は、光源
と、第１光学系と、ポリゴンミラーと、第２光学系とを
有する。これらのうち、光源および第１光学系と、ポリ
ゴンミラーとは請求項１記載の発明のものと同様のもの
である。「第２光学系」は、ポリゴンミラーにより偏向
された偏向光束を被走査面に向けて集光させ、被走査面
を略等速的に走査する走査結像レンズを含む。「走査結
像レンズ」は１枚以上のレンズで構成され、少なくとも
１面は偏向面内における形状が「非円弧形状」であり、
且つ、少なくとも１枚は、入射側の面と射出側の面との
間に「主走査対応方向におけるシフト：Δ’および／ま
たは偏向面内におけるチルト：β’」が与えられてい
る。請求項５記載の発明における走査結像レンズの少な
くとも１枚は、上記のように、その両面が、主走査方向
に互いにシフトしたり、あるいは偏向面内で一方が他方
に対してチルトしたりしているのである。このため、こ
のレンズは、レンズ自体としては形状対称にならない
が、シフトしたりチルトしたりしている面自体は形状対
称性を有するので、例えばプラスチック材料の成形によ
り形成するような場合、駒型の各面をシフトさせたりチ
ルトさせたりすればよいから、形状非対称にも拘らず加
工は容易である。

【００２５】そして、ポリゴンミラーの偏向反射面数：
Ｎ、内接円半径：Ｒ、ポリゴンミラーにより偏向される
偏向光束の主光線が被走査面と直交する方向になるとき
の上記主光線と第１光学系の光軸とのなす角：α、被走
査面上における有効書込み幅に対応する画角幅：θ、ポ
リゴンミラーの回転中心と上記第１光学系の光軸との距
離：ｈが、請求項１記載の発明におけるのと同じ条件
（１），（２）を満足する。

【００２６】請求項１記載の発明におけると同じく、条
件（１）は、第１光学系の光軸を走査結像素子系に入射
する偏向光束の有効偏向領域外に位置させ、ゴースト光
が有効書込み幅内の光走査に影響を与えないための条件
であり、条件（２）は、サグを「基準偏向主光線の両側
の偏向光束に対して対称に近い状態」にするための条件
である。

【００２７】請求項５記載の光走査装置において、走査
結像レンズは、「単玉レンズ」として構成することがで
き、この単玉の記載の光走査装置において、走査結像レ
ンズの少なくとも１面を「偏向直交面内の曲率中心を連
ねる線が非直線である特殊トーリック面」とすることが
できる（請求項６）、これら請求項５または６に記載の
光走査装置においても、第１光学系が、ポリゴンミラー
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
像させる機能を持ち、第２光学系は、偏向反射面位置と
被走査面位置とを副走査対応方向に関して略共役な関係
とする機能を有するようにできる（請求項７）。

【００２８】もちろん、請求項５または６に記載の光走
査装置においても、カップリングレンズによるカップリ
ング作用は、光源からの光束を平行光束にするコリメー
ト機能でも良いし、光源からの光束を弱い発散性もしく
は弱い収束性の光束にするような機能でもよい。また、
第１光学系をカップリングレンズのみで構成することも
可能である。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１において、「光源」である半
導体レーザ１から放射された光束はカップリングレンズ
２によりカップリングされ、平行光束もしくは弱い発散
性もしくは弱い収束性の光束と成り、図示されないアパ
ーチュアにより周辺光束部分を除去されたのち、カップ
リングレンズ２とともに「第１光学系」をなすシリンダ
レンズ３を透過し、シリンダレンズ３の作用により副走
査対応方向（図面に直交する方向に集光され、ポリゴン
ミラー４の偏向反射面４’近傍の位置に「主走査対応方
向に長い線像」として結像する（請求項４）。

【００３０】ポリゴンミラー４の偏向反射面４’による
反射光束は、ポリゴンミラー４の等速回転に伴い等角速
度的に偏向され、「第２光学系」をなす「走査結像素
子」としての単玉構成の走査結像レンズ５に入射し（請
求項３）、走査結像レンズ５の作用により被走査面６に
向けて集光し、被走査面６上に光スポットを形成し、被
走査面６を略等速的に走査する。即ち、走査結像レンズ
は、ポリゴンミラー６の偏向反射面位置と被走査面位置
とを副走査対応方向に関して略共役な関係とする機能を
持つ（請求項４）。従って、図１の光走査装置は「面倒
れ補正機能」を有する。なお、被走査面６の位置には
「周面を被走査面に合致された光導電性の感光体」が配
備されるので、光スポットは実体的には感光体を光走査
する。

【００３１】ポリゴンミラー６は正多角柱形であって、
その偏向反射面数を「Ｎ」、偏向反射面に内接する内接
円半径を「Ｒ」、ポリゴンミラー４により偏向される偏
向光束の主光線が被走査面と直交する方向になるときの
主光線、即ち基準偏向主光線Ａと第１光学系の光軸Ｂと
のなす角を「α」、被走査面６上における「有効書込み
幅」に対応する画角幅を「θ（＝θ₁＋θ₂）」、ポリゴ
ンミラー６の回転中心Ｐと第１光学系の光軸Ｂとの距離
を「ｈ」とする。

【００３２】これらＮ，Ｒ，α，θ，ｈは前述の条件：
（１），（２）を満足する。前述したように、条件
（１）の下限をこえると、第１光学系の光軸Ｂが前記
「有効書込み幅に対応する画角幅：θ」の範囲内に入り
込んでしまい、条件（１）の上限を越えると、被走査面
６で反射された光束が偏向反射面４’に戻って再反射さ
れたゴースト光が「有効書込み幅」内に再照射されてし
まう。

【００３３】図１に示すように、ポリゴンミラー６によ
り偏向される偏向光束の主光線が、画角幅：θの一方の
画角端部に位置するとき、被走査面に直交する方向とな
す角をθ₁、上記画角幅：θの他方の画角端部に位置す
るとき、上記被走査面に直交する方向となす角をθ₂と
するとき（θ＝θ₁＋θ₂）、角：θ₁とθ₂とは、θ₁＝
θ₂とすることもできるが、請求項１記載の光走査装置
では、θ₁≠θ₂とするのである。

【００３４】走査結像レンズ５には、主走査対応方向に
おけるシフト：Δおよび／または偏向面内におけるチル
ト：βを与えることができる（請求項２）。「シフト」
は、走査結像レンズ５の光軸を基準偏向主光線Ａに平行
にした状態において、基準偏向主光線Ａに対して主走査
対応方向（図１において基準偏向主光線Ａに直交する方
向）へずらすことであり、そのずれ量が「Δ（図１にお
いて上方へのシフトを正とする）」である。「チルト」
は、走査結像レンズ５の光軸を偏向面（図１にの図面に
平行な面）内において、基準偏向主光線Ａに対して傾け
ることであり、その傾き角が「β（反時計回りの傾きを
正とする）」である。

【００３５】第２光学系の走査結像素子を２以上の光学
素子、例えば２枚以上のレンズで構成する場合には、そ
れらの内の１以上に上記シフトおよび／またはチルトを
与えることができる。

【００３６】走査結像レンズ５は、少なくとも一方の面
を「偏向直交面内の曲率中心を連ねる線が非直線である
特殊トーリック面」とすることができる（請求項３）。
図８（ａ）は請求項５〜７記載の発明の光走査装置の実
施の１形態を示している。煩雑を避けるために、混同の
虞れが無いと思われるものに就いては、図１におけると
同一の符号を付した。光走査装置としての構成は図１に
示す実施の形態と殆ど同じで、図８（ａ）の実施の形態
においても、条件（１），（２）が満足される（請求項
５）。

【００３７】図８の実施の形態において特徴部分をな
す、第２光学系の走査結像レンズ５０に就き図８（ｂ）
を参照して説明する。走査結像レンズ５０は、請求項５
記載の走査結像レンズを単玉レンズとして実現した場合
（請求項６）である。図８（ｂ）において、ｘｙ面は
「偏向面」を示している。ｙ方向は「主走査対応方向」
である。走査結像レンズ５０は偏向面内の形状が、第１
面（入射側面：ポリゴンミラー４側の面）および第２面
（射出側面：被走査面６側の面）ともに「非円弧形状」
である。

【００３８】図８（ｂ）において、ｘ軸は第１面の非円
弧形状の軸（対称軸）と合致している。第２面の非円弧
形状の軸（対称軸）が、図の如くｘ軸に対して角：β’
をなすとき「第１面と第２面は偏向面内において相互に
チルト：β’を有する」という。「入射側の面と射出側
の面との間に、偏向面内におけるチルト：β’が与えら
れる」とは、このような状況を意味する。レンズ面相互
のチルトも前述の「レンズ自体のチルト」の場合と同じ
く「反時計回りを正」とする。

【００３９】また、第２面の非円弧形状の軸が第２面と
交わる位置：Ｑがｘ軸に対して距離：Δ’だけ「ずれ」
ているとき、第２面は「シフト：Δ’」を有するとい
う。レンズ面のシフトも、レンズ自体のシフトと同様、
図８（ａ）の上側へのずれを正とする。

【００４０】

【実施例】以下、上に説明した光走査装置の光学径に関
する具体例と実施例とを挙げる。 具体例１ 図１に示す構成において、Ｎ＝６、Ｒ＝１８ｍｍ、α＝
６０度とし、画角幅：θ＝８０度で、図１におけるθ₁
＝θ₂＝４０度とする（この点において、θ₁≠θ₂であ
る請求項１記載の光走査装置と異なる）このとき、条件
（１）は、４０度（＝θ／２）＜６０度（＝α）＜８０
度（＝４π／Ｎ−θ／２）となって満足されている。

【００４１】パラメータ：ｋに対してｈ＝Ｒ・ｓｉｎ
（α／２）・ｋとする。ｋ＝１．０３３，１０６７，
１，０８９に対し、ｈと、θ₁＝−４０度，θ₂＝＋４０
度（光源に近い側を負とする）としたときのθ₁，θ₂に
対するサグの大きさ「サグ（−４０度）」、「サグ（＋
４０度）」を算出すると以下のようになる。

【００４２】 ｋ ｈ サグ（−４０度） サグ（＋４０度） １．０３３ ９．３ −１．２２ｍｍ −１．５０ｍｍ １．０６７ ９．６ −１．３４ｍｍ −１．３２ｍｍ １．０８９ ９．８ −１．４２ｍｍ −１．２０ｍｍ 。

【００４３】これから分かるように、条件（１），
（２）が共に満足されるとき、サグの大きさは、有効書
込み幅の両端部に向けて偏向される偏向光束に対して大
略等しく、基準偏向主光線Ａの両側の偏向光束に対して
「サグが対称に近い状態」になるので、第２光学系にお
ける走査結像素子系として「主走査対応方向への形状対
称性を持つ光学系」を用いても、像面湾曲や等速特性、
面倒れ等へのサグの影響が主走査対応方向において基準
偏向主光線に対して略対称的であるため（シフトやチル
トにより）補正が容易である。

【００４４】なお、上記画角幅：θを８８度としても条
件（１）を満足し、ゴースト光の影響を除去できる。

【００４５】具体例２ 図１に示す構成において、Ｎ＝４、Ｒ＝６ｍｍ、α＝９
０度とし、画角幅：θ＝８０度で、図１におけるθ₁＝
θ₂＝４０度とする。このとき、条件（１）は、４０度
（＝θ／２）＜９０度（＝α）＜１４０度（＝４π／Ｎ
−θ／２）となって満足されている。

【００４６】パラメータ：ｋに対してｈ＝Ｒ・ｓｉｎ
（α／２）・ｋとする。ｋ＝１．０４７，１０７１，
１，０９４に対し、ｈと、θ₁＝−４０度，θ₂＝＋４０
度（光源に近い側を負とする）としたときのθ₁，θ₂に
対するサグの大きさ「サグ（−４０度）」、「サグ（＋
４０度）」を算出すると以下のようになる。

【００４７】 ｋ ｈ サグ（−４０度） サグ（＋４０度） １．０４７ ４．４４３ −０．５１ｍｍ −０．６３ｍｍ １．０７１ ４．５４３ −０．５６ｍｍ −０．５１ｍｍ １．０９４ ４．６４３ −０．６１ｍｍ −０．４０ｍｍ 。

【００４８】これから分かるように、条件（１），
（２）が共に満足されるとき、サグの大きさは、有効書
込み幅の両端部に向けて偏向される偏向光束に対して大
略等しく、基準偏向主光線Ａの両側の偏向光束に対して
サグが対称に近い状態になるので、第２光学系における
走査結像素子系として主走査対応方向への形状対称性を
持つ光学系を用いても、像面湾曲や等速特性、面倒れ等
へのサグの影響が主走査対応方向において基準偏向主光
線に対して略対称的であるため（シフトやチルトによ
り）補正が容易である。

【００４９】なお、具体例１，２において、条件
（１）、（２）の効果は、走査結像素子系の副走査対応
方向の横倍率：Ｍが大きいほど大きく、Ｍ＞１のときは
（２）の条件外では、像面湾曲および等速特性の劣化が
著しくなる。この場合、走査結像素子系として主走査方
向に非対称形状のものを用いれば、像面湾曲の補正は可
能であるが、サグが大きくなれば面倒れ補正効果は劣化
してしまう。

【００５０】以下に挙げる実施例１〜４および比較例で
は、図１に示す構成において、カップリングレンズ２の
カップリング作用により、光源１からの光束が「弱い収
束性の光束」になるものとする。

【００５１】シリンダレンズ３の中心肉厚、使用波長で
の屈折率、入射側面の副走査対応方向の曲率半径および
射出側面での曲率半径をそれぞれ、ｄ₁，ｎ₁，ｒ_1S，ｒ
₂、シリンダレンズ３から基準偏向主光線Ａの偏向点ま
での距離をｄ₂、上記偏向点から走査結像レンズ５の入
射側レンズ面までの距離をｄ₃、走査結像レンズ５の中
心肉厚、使用波長での屈折率をそれぞれｄ₄、ｎ₂、走査
結像レンズ５の射出側面から被走査面６に至る距離をｄ
₅、偏向面から「偏向光束の主走査対応方向における自
然集光点（カップリングレンズ２のカップリング作用に
より弱い収束性の光束と成った光束が、走査結像レンズ
５が無いとした場合に、主走査方向において自然に集光
する位置）」までの距離をＳとする。なお「距離の次
元」を持つものの単位は「ｍｍ」である。

【００５２】走査結像レンズ５は、両面とも、偏向面内
における形状（主走査対応方向の形状）が「非円弧形
状」であり、近軸曲率半径：Ｒｎ、円錐定数：Ｋｎ、高
次の係数：Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎ（入射側の面に就き
ｎ＝１、射出側の面に就きｎ＝２）を用いて、光軸方向
の座標：Ｘと光軸直交方向（主走査対応方向）の座標：
Ｙが、 Ｘ＝Ｙ²／［Ｒｎ＋Ｒｎ√｛１−（１＋Ｋｎ）Ｙ²／Ｒｎ²｝］ ＋ＡｎＹ⁴＋ＢｎＹ⁶＋ＣｎＹ⁸＋ＤｎＹ¹⁰＋．．．（３） で表される形状において、Ｒｎ，Ｋｎ，Ａｎ，Ｂｎ，Ｃ
ｎ，Ｄｎを与えて形状を特定する。

【００５３】また、走査結像レンズ５の両面とも前述の
「特殊トーリック面」であり、主走査方向において、光
軸から距離：Ｙの位置における「偏向直交面」内での曲
率半径（副走査対応方向の曲率半径）：Ｒｓｎは、多項
式： Ｒｓｎ＝Ｒｓ０ｎ＋ａｎＹ²＋ｂｎＹ⁴＋ｃｎＹ⁶＋ｄｎＹ⁸＋ｅｎＹ¹⁰ ＋ｆｎＹ¹²＋ｇｎＹ¹⁴＋．．． （４） （入射側の面に就きｎ＝１、射出側の面に就きｎ＝２）
において、Ｒｓ０ｎ，ａｎ，ｂｎ，．．．を与えて形状
を特定する。

【００５４】実施例３ ｄ₁＝３．０，ｎ₁＝１．５１９３３，ｒ_1S＝４４．６８（シリンダ面）， ｒ₂＝∞，ｄ₂＝７０．０，ｄ₃＝４８．１，ｄ₄＝２０．０， ｎ₂＝１．５１９３３，ｄ₅＝１０６．９，Ｓ＝３１１．１ 。

【００５５】偏向面内の形状 ｎ Ｒｎ Ｋｎ Ａｎ Ｂｎ Ｃｎ Ｄｎ １ 199.5 -35.1384 -1.9846E-7 2.1692E-11 1.9018E-15 -1.88E-19 ２ -212.0 2.106 -3.709E-7 1.7132E-11 -5.93E-15 1.494E-18

【００５６】偏向直交面内の形状 ｎ Ｒｓ０ｎ ａｎ ｂｎ ｃｎ ｄｎ ｅｎ １ -40.03 -1.19E-2 1.678E-5 -1.7646E-8 9.9902E-12 -2.8335E-15 ２ -15.973 -8.58E-4 2.072E-7 1.505E-9 -1.77196E-12 9.1971E-16 ｎ ｆn ｇn １ 3.154E-19 0.0 ２ -2.28E-19 2.18171E-23 。

【００５７】上記の数値においてＥとそれに続く数値は
「１０のべき乗」を表す。例えば、Ｅ−２は１０^-2を表
し、この数値がそれの前にある数値にかかるのである。

【００５８】また、実施例１において、Ｎ＝６、Ｒ＝１
８、α＝６０度、θ₁＝４４．２度、θ₂＝４５．７度で
あり、従って画角幅：θ＝θ₁＋θ₂＝８９．９度であ
る。またｈ＝９．６＝Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０６７
となる。従って、条件（１），（２）は共に満足されて
いる。走査結像レンズ５には「シフトおよびチルト」が
与えられており、これらは、Δ＝＋０．７、β＝−０．
６４度である。

【００５９】走査結像レンズ５は、主走査対応方向にお
いて光軸に関して対称な形状を有しているが、図２に示
すように、主・副走査方向の像面湾曲（破線が主走査方
向、実線が副走査方向）および（ｆθ特性の式により算
出した）等速特性およびリニアリティ（破線は等速特
性、実線がリニアリティ）は良好に補正される。

【００６０】比較例として、上記実施例１において、画
角幅：θ＝８９．９度とし、θ₁＝θ₂＝４４．９５度と
すると、主・副走査方向の像面湾曲および等速特性およ
びリニアリティは、図３に示すようになる。図２の場合
と殆ど同様であるが、光走査の開始側（符号３−１で示
す部分）で、副走査方向の像面湾曲量が、２．１７ｍｍ
（図２）から２．４２ｍｍ（図３）に劣化する。このこ
とから、θ₁≠θ₂とすること（請求項１）の効果が理解
されるであろう。

【００６１】図１において、画角：θ₁，θ₂の方向に向
かう偏向光束の主光線が走査結像レンズ５のレンズ面と
交わる高さ（基準偏向主光線Ａからの主走査対応方向に
おける距離）は、θ₁＝４４．２度，θ₂＝４５．７度の
とき、入射側面に就き、(＋)側で５０．７９ｍｍ、(−)
側で−５０．６５ｍｍ、射出側面に就き、(＋)側で５
３．７３ｍｍ、(−)側で−５３．６３ｍｍであるが、θ
₁＝θ₂＝４４．９５度のとき、入射側面に就き、(＋)側
で５２．２９ｍｍ、(−)側で−４９．３３ｍｍ、射出側
面に就き、(＋)側で５４．９４ｍｍ、(−)側で−５２．
５５ｍｍであり、このことから、走査結像レンズ５にシ
フト・チルトに応じて、θ₁≠θ₂とすることで「走査結
像レンズを小型化できる」ことが分かる。

【００６２】実施例２ ｄ₁＝３．０，ｎ₁＝１．５１９３３，ｒ_1S＝１３．８１（シリンダ面）， ｒ₂＝∞，ｄ₂＝２５．０，ｄ₃＝３３．１，ｄ₄＝１３．５， ｎ₂＝１．５１９３３，ｄ₅＝１２８．４，Ｓ＝１３７２．８

【００６３】偏向面内の形状 ｎ Ｒｎ Ｋｎ Ａｎ Ｂｎ Ｃｎ Ｄｎ １ 160.325 -58.38 -9.22923E-7 3.65515E-10 -8.34355E-14 1.113E-17 ２ -139.26 4.83 -9.71348E-7 2.37E-10 -8.06014E-14 2.65E-17

【００６４】偏向直交面内の形状 ｎ Ｒｓ０ｎ ａｎ ｂｎ ｃｎ ｄｎ ｅｎ １ -108.6 7.803E-2 -3.15051E-4 8.16834E-7 -1.10138E-9 7.352E-13 ２ -15.2 -1.6873E-3 3.41942E-6 -4.2899E-9 5.634E-12 -4.189E-15 ｎ ｆｎ １ -1.8802E-16 ２ 1.2966E-18

【００６５】この実施例２において、Ｎ＝６、Ｒ＝１
８、α＝６０度、θ₁＝４３．６度、θ₂＝４４．４度、
従って、画角幅：θ＝θ₁＋θ₂＝８８度である。またｈ
＝９．３５＝Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０３９となる。
従って、条件（１），（２）は共に満足されている。走
査結像レンズ５には「シフトおよびチルト」が与えられ
ており、これらは、Δ＝＋０．８０、β＝０．１４度で
ある。

【００６６】走査結像レンズ５は、主走査対応方向にお
いて、光軸に関して対称な形状を有しているが、図２に
倣って描かれた図４に示すように、主・副走査方向の像
面湾曲および等速特性およびリニアリティは良好に補正
される。

【００６７】ここで、ポリゴンミラー１２に入射する第
１光学系側からの光束の主走査対応方向の幅を２ｍｍと
し、ポリゴンミラー２における偏向反射面の「面だれ」
を０．２とすると、従来は、偏向光束がポリゴンミラー
でケラれないようにして、偏向角：θ₁，θ₂を対称に近
く、即ち、できるかぎりθ₁≒θ₂として、尚且つ画角
幅：θをできるだけ大きくするような配置が取られてお
り、このような光学配置にすると、ｈ＝１０．３５＝Ｒ
・ｓｉｎ(α/２)・１．１５となり、条件（２）の上限
が満足されず「サグが非対称的」になる。

【００６８】このような場合の１例（比較例）として、
上記実施例２と同じ構成において、例えば、ｈ＝１０．
２＝Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．１３で、Δ＝＋１．３
９、β＝０．１４度とすると、主膜副走査方向の像面湾
曲および等速特性・リニアリティは、図５に示すように
なり主・副走査方向の像面湾曲が大きくなってしまう。

【００６９】実施例３ 上記実施例２において、走査結像レンズ５のシフトをΔ
＝＋０．８０から、Δ＝＋０．７４に変え、チルトをβ
＝０．１４度からβ＝０（チルト無し）に変えた。この
とき、像面湾曲・等速特性・リニアリティは図２に倣っ
て図６に示すように、良好に補正される。

【００７０】実施例４ 上記実施例１において、走査結像レンズ５のシフトをΔ
＝＋０．７からΔ＝０（シフト無し）に変え、チルトを
β＝−０．６４度から−０．２度に変えた。このとき、
像面湾曲・等速特性・リニアリティは図２に倣って図７
に示すように、良好に補正される。

【００７１】以下にあげる実施例５は、請求項５，６，
７記載の発明の実施例である。上記実施例１〜４と同
様、図８（ａ）に示す構成において、カップリングレン
ズ２のカップリング作用により、光源１からの光束が
「弱い収束性の光束」になる。実施例１〜４と同様、ｄ
₁，ｎ₁，ｒ_1S，ｒ₂，ｄ₂，ｄ₃，ｄ₄（走査結像レンズ５
０の中心肉厚）、ｎ₂（走査結像レンズ５０の使用波長
での屈折率）、ｄ₅，Ｓを定める。走査結像レンズ５０
の第１面（入射側面）および第２面（射出側面）の「偏
向面内の形状」は前述の（３）式を用いて形状を特定
し、「副走査対応方向の形状」は前記（４）式を用いて
形状を特定する。

【００７２】実施例５ ｄ₁＝３．０，ｎ₁＝１．５１９３３，ｒ_1S＝１３．８３（シリンダ面）， ｒ₂＝∞，ｄ₂＝２５．０，ｄ₃＝３２．４，ｄ₄＝１４．５， ｎ₂＝１．４９２０５，ｄ₅＝１２８．１，Ｓ＝１１９４．４

【００７３】偏向面内の形状 ｎ Ｒｎ Ｋｎ Ａｎ Ｂｎ Ｃｎ Ｄｎ １ 160.521 -35.157 -1.14699E-6 3.96489E-10 -1.86559E-14 -9.15608E-18 ２ -126.049 4.33282 -5.80254E-7 -8.70609E-11 4.85965E-14 2.13582E-17

【００７４】偏向直交面内の形状 ｎ Ｒｓ０ｎ ａｎ ｂｎ ｃｎ ｄｎ ｅｎ １ -95 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 ２ -14.41 -1.947E-3 4.707E-6 ー8.093E-9 1.0671E-11 -7.2296E-15 ｎ ｆｎ １ 0.0 ２ 1.875E-18

【００７５】これから分かるように、第１面（入射側
面）は、偏向面内において非円弧形状である「特殊トー
リック面」であり、第２面（射出側面）は、偏向面内に
おいて非円弧形状である「特殊トーリック面」である。
Ｎ＝６、Ｒ＝１８、α＝６０度、θ₁＝θ₂＝４４度であ
り、従って、画角幅：θ＝θ₁＋θ₂＝８８度である。ま
たｈ＝９．５５＝Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０６１とな
り、条件（１），（２）は共に満足されている。

【００７６】走査結像レンズ５０の第１面の前記非円弧
形状の軸（図８（ａ）のｘ軸）は基準偏向主光線Ａに合
致している。第２面には第１面に相対的なシフトおよび
チルトが与えられており、これらは、Δ’＝＋０．４、
β＝＋０．５度である。

【００７７】図９に実施例５に関する像面湾曲（破線が
主走査方向、実線が副走査方向）および（ｆθ特性の式
により算出した）等速特性およびリニアリティ（破線は
等速特性、実線がリニアリティ）を示す。主走査方向の
像面湾曲幅は２．３４ｍｍ、副走査方向の像面湾曲幅は
３．１０ｍｍ、リニアリティ幅は０．９３％であり、い
ずれも良好である。

【００７８】なお、非円弧形状の特定に式（３）を用
い、特殊トーリック面の形状特定に式（４）を用いた
が、これらの形状の特定に使用できる解析表現は式
（３）（４）に限らないことを付記しておく。

【００７９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光走査装置を実現できる。この発明の光走査装
置は上記の如き構成となっているので、ゴースト光の影
響を除去しつつ、サグの発生を基準偏向主光線の両側の
光束に対して略対称に近くできるため、主走査対応方向
に対称的な形状の走査結像素子系を用いても、像面湾曲
や等速特性・リニアリティ、さらには面倒れを良好に補
正できる。

【００８０】請求項１記載の発明のように、基準偏向主
光線の両側での画角θ₁とθ₂を異ならせたり、請求項２
記載の発明のように走査結像素子系にシフトやチルトを
与えることによりサグの影響をより一層良好に軽減させ
ることができる。

【００８１】また、請求項３記載の発明のように走査結
像素子系を単玉の走査結像レンズとすることにより、光
走査装置の部品点数を減らして低コスト化を促進させる
ことができ、単玉の走査結像レンズに特殊トーリック面
を用いることにより、副走査方向の像面湾曲を良好に補
正することが可能である。

【００８２】なお、第２光学系の走査結像光学系を主走
査対応方向において非対称形状とする場合にも、この発
明の請求項１〜４記載の発明を適用することは可能であ
り、サグ対策上の効果が大きい。

【００８３】請求項５〜７記載の発明では、走査結像レ
ンズの１枚以上において、入射側と射出側の面の相互間
にチルトおよび／またはチルトを与えるので、このレン
ズはレンズ自体としては非対称形状となるけれども、各
面は、面自体としては対称形状であるので加工が比較的
容易であり、しかもサグの影響を有効に軽減して像面湾
曲や等速特性等を良好に補正できる。

【００８４】また、レンズ自体にシフトやチルトが与え
られているので、レンズをハウジングに取り付ける際に
シフト・チルトの調整を行う必要がなく、走査結像レン
ズの組み付けが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，２，３，４記載の発明の光走査装置
の実施の形態を説明するための図である。

【図２】実施例１に関する像面湾曲および等速特性・リ
ニアリティの図である。

【図３】実施例１の比較例に関する像面湾曲及び等速特
性・リニアリティの図である。

【図４】実施例２に関する像面湾曲および等速特性・リ
ニアリティの図である。

【図５】実施例２の比較例に関する像面湾曲及び等速特
性・リニアリティの図である。

【図６】実施例３に関する像面湾曲および等速特性・リ
ニアリティの図である。

【図７】実施例４に関する像面湾曲および等速特性・リ
ニアリティの図である。

【図８】請求項５，６，７記載の発明の光走査装置の実
施の形態を説明するための図である。

【図９】実施例５に関する像面湾曲および等速特性・リ
ニアリティの図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ カップリングレンズ ３ シリンダレンズ ４ ポリゴンミラー ５ 走査結像素子系 ６ 被走査面 ５０ 走査結像レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−128607（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186492（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−249400（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−11212（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65917（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−129614（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23313（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−149405（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5848（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−181079（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 G02B 13/00 G02B 13/18

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 光源からの光束をカップリングするカップリングレンズ
   を含む第１光学系と、 第１光学系からの光束を等角速度的に偏向させるポリゴ
   ンミラーと、 ポリゴンミラーにより偏向された偏向光束を被走査面に
   向けて集光させ、被走査面を略等速的に走査する走査結
   像素子系を含む第２光学系とを有し、 上記ポリゴンミラーの偏向反射面数をＮ、内接円半径を
   Ｒ、上記ポリゴンミラーにより偏向される偏向光束の主
   光線が被走査面と直交する方向になるときの上記主光線
   と第１光学系の光軸とのなす角をα、上記被走査面上に
   おける有効書込み幅に対応する画角幅をθ、上記ポリゴ
   ンミラーの回転中心と上記第１光学系の光軸との距離を
   ｈとするとき、これらＮ，Ｒ，α，θ，ｈが条件： （１） θ／２＜α＜（４π/Ｎ）−（θ/２） （２） Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０３＜ｈ＜Ｒ・ｓ
   ｉｎ(α/２)・１．１ を満足し、且つ、 ポリゴンミラーにより偏向される偏向光束の主光線が、
   上記画角幅：θの一方の画角端部に位置するとき、被走
   査面に直交する方向となす角をθ₁、上記画角幅：θの
   他方の画角端部に位置するとき、上記被走査面に直交す
   る方向となす角をθ₂とするとき（θ＝θ₁＋θ₂）、θ₁
   ≠θ₂であることを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】光源と、 光源からの光束をカップリングするカップリングレンズ
   を含む第１光学系と、 第１光学系からの光束を等角速度的に偏向させるポリゴ
   ンミラーと、 ポリゴンミラーにより偏向された偏向光束を被走査面に
   向けて集光させ、被走査面を略等速的に走査する走査結
   像素子系を含む第２光学系とを有し、 上記ポリゴンミラーの偏向反射面数をＮ、内接円半径を
   Ｒ、上記ポリゴンミラーにより偏向される偏向光束の主
   光線が被走査面と直交する方向になるときの上記主光線
   と第１光学系の光軸とのなす角をα、上記被走査面上に
   おける有効書込み幅に対応する画角幅をθ、上記ポリゴ
   ンミラーの回転中心と上記第１光学系の光軸との距離を
   ｈとするとき、これらＮ，Ｒ，α，θ，ｈが条件： （１） θ／２＜α＜（４π/Ｎ）−（θ/２） （２） Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０３＜ｈ＜Ｒ・ｓ
   ｉｎ(α/２)・１．１ を満足し、且つ、 走査結像素子系を構成する少なくとも１つの光学素子に
   対して、主走査対応方向におけるシフト：Δおよび／ま
   たは偏向面内におけるチルト：βが与えられていること
   を特徴とする光走査装置。
3. 【請求項３】光源と、 光源からの光束をカップリングするカップリングレンズ
   を含む第１光学系と、 第１光学系からの光束を等角速度的に偏向させるポリゴ
   ンミラーと、 ポリゴンミラーにより偏向された偏向光束を被走査面に
   向けて集光させ、被走査面を略等速的に走査する走査結
   像素子系を含む第２光学系とを有し、 上記ポリゴンミラーの偏向反射面数をＮ、内接円半径を
   Ｒ、上記ポリゴンミラーにより偏向される偏向光束の主
   光線が被走査面と直交する方向になるときの上記主光線
   と第１光学系の光軸とのなす角をα、上記被走査面上に
   おける有効書込み幅に対応する画角幅をθ、上記ポリゴ
   ンミラーの回転中心と上記第１光学系の光軸との距離を
   ｈとするとき、これらＮ，Ｒ，α，θ，ｈが条件： （１） θ／２＜α＜（４π/Ｎ）−（θ/２） （２） Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０３＜ｈ＜Ｒ・ｓ
   ｉｎ(α/２)・１．１ を満足し、且つ、 走査結像素子系が単玉の走査結像レンズであり、少なく
   とも一方の面が、偏向直交面内の曲率中心を連ねる線が
   非直線である特殊トーリック面であることを特徴とする
   光走査装置。
4. 【請求項４】請求項１または２または３記載の光走査装
   置において、 第１光学系は、ポリゴンミラー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させる機能を持ち、第
   ２光学系は、偏向反射面位置と被走査面位置とを副走査
   対応方向に関して略共役な関係とする機能を有すること
   を特徴とする光走査装置。
5. 【請求項５】光源と、 光源からの光束をカップリングするカップリングレンズ
   を含む第１光学系と、 第１光学系からの光束を等角速度的に偏向させるポリゴ
   ンミラーと、 ポリゴンミラーにより偏向された偏向光束を被走査面に
   向けて集光させ、被走査面を略等速的に走査する走査結
   像レンズを含む第２光学系とを有し、 上記走査結像レンズは１枚以上のレンズで構成され、少
   なくとも１面は偏向面内における形状が非円弧形状であ
   り、 かつ、上記走査結像レンズの少なくとも１枚は、入射側
   の面と射出側の面との間に、主走査対応方向におけるシ
   フト：Δ’および／または偏向面内におけるチルト：
   β’が与えられており、 ポリゴンミラーの偏向反射面数をＮ、内接円半径をＲ、
   上記ポリゴンミラーにより偏向される偏向光束の主光線
   が被走査面と直交する方向になるときの上記主光線と第
   １光学系の光軸とのなす角をα、上記被走査面上におけ
   る有効書込み幅に対応する画角幅をθ、上記ポリゴンミ
   ラーの回転中心と上記第１光学系の光軸との距離をｈと
   するとき、これらＮ，Ｒ，α，θ，ｈが条件： （１） θ／２＜α＜（４π/Ｎ）−（θ/２） （２） Ｒ・ｓｉｎ(α/２)・１．０３＜ｈ＜Ｒ・ｓ
   ｉｎ(α/２)・１．１ を満足することを特徴とする光走査装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の光走査装置において、 走査結像レンズが単玉レンズであり、少なくとも１面
   が、偏向直交面内の曲率中心を連ねる線が非直線である
   特殊トーリック面であることを特徴とする光走査装置。
7. 【請求項７】請求項５または６記載の光走査装置におい
   て、 第１光学系は、ポリゴンミラー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させる機能を持ち、第
   ２光学系は、偏向反射面位置と被走査面位置とを副走査
   対応方向に関して略共役な関係とする機能を有すること
   を特徴とする光走査装置。