JP3188053B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ラスタスキャン方式
の画像形成装置に係り、特に、レーザビームプリンタな
どに使用されるレーザビームを走査する光走査装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスが利用されているレー
ザビームプリンタ装置では、画像データに基づいて画像
が形成される感光体ドラム、感光体ドラムに画像データ
に基づく画像を露光する光走査装置、感光体ドラムに形
成された画像を現像する現像装置、及び、感光体ドラム
上で現像された画像を用紙に転写して出力する用紙搬送
装置などを含んでいる。

【０００３】感光体ドラムは、例えば、反転現像方式の
レーザビームプリンタ装置では、概ね−５００ないし−
７００ボルトに帯電される。この帯電された感光体ドラ
ムに光走査装置を介して画像データに基づくレーザビー
ムが照射されることで、レーザビームが照射された領域
に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置か
ら供給されるトナーによって現像される。

【０００４】光走査装置は、光源としての半導体レー
ザ、半導体レーザからのレーザビームのビーム径を所定
の大きさに絞り込む光源側 (偏向前) 光学系、所定の大
きさに絞り込まれたレーザビームを感光体ドラムの軸線
に沿って偏向させる偏向装置、及び、偏向装置を介して
偏向されたレーザビームを感光体ドラムの軸線方向の距
離に拘りなく概ね一定のビーム径に整えるとともに感光
体ドラム上に概ね直線に結像させる結像 (偏向後) 光学
系などを有している。

【０００５】偏向前光学系は、ガラス或いはプラスチッ
クによって形成されたコリメートレンズ (或いは有限レ
ンズ) などを含み、レーザからの発散性のレーザビーム
に集束性を与え、平行レーザビーム、或いは、僅かに集
束性を有する集束レーザビームを提供する。

【０００６】偏向装置は、回転可能に形成された反射面
を有し、偏向前光学系を通過されたレーザビームを感光
体ドラムの軸線と平行な方向即ち主走査方向に偏向させ
る。偏向後光学系は、プラスチック (希にガラス) によ
って形成されたｆθレンズ(トロイダルレンズの一種)
を含み、偏向装置の反射面の回転角に応じて連続的に変
化される反射面の反射点と感光体ドラム上の結像位置と
の間の距離に拘りなく、概ね一定のビーム径に整えると
ともに感光体ドラム上に概ね直線に結像させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】レーザビームプリンタ
装置に組み込まれる光走査装置では、感光体ドラムに到
達されたレーザビームのビーム径及びレーザビームが到
達される位置が温度及び湿度の変化によって変動しない
ことが好ましい。従って、光走査装置に利用されるレン
ズの多くは、光学ガラスによって形成される。その一方
で、ガラスレンズは、重量及び複雑な形状の加工が困難
であることなどからプラスチックレンズに比較して製造
コストが高くなることが知られている。

【０００８】ところで、プラスチックレンズが利用され
た場合には、温度或いは湿度の変化によって感光体ドラ
ムに到達されるレーザビームのビーム径が大きく変化す
ることが知られている。

【０００９】このことから、例えば、特開平第４−１１
０８１８号には、偏向前光学系にコリメータレンズを、
及び、偏向後光学系にプラスチックレンズを、利用した
例が開示されている。この方法は、コリメータレンズと
半導体レーザとの距離を、鏡筒の熱膨張などを利用して
補正するものである。しかしながら、この方法では、温
度変化に起因する主走査方向及び副走査方向のレーザビ
ームの到達位置の変動を同時に抑止することができない
問題がある。また、この方法では、吸湿による膨張或い
は屈折率の変化などについては考慮されていない。

【００１０】これとは別に、プラスチックレンズは、多
くの場合、非球面レンズ或いは非対称レンズに形成され
る。また、非球面レンズを光軸に対して偏位させる方法
も提案されている。

【００１１】しかしながら、非球面レンズ或いは非対称
レンズを利用することは、レンズが固定される場合の位
置精度、入射面及び出射面の単体としての加工精度、及
び、入射面と出射面との位置の偏位などに高い精度が要
求される問題がある。また、温度或いは湿度が変化した
場合に主走査方向の結像位置が変動しないよう、有限レ
ンズが利用された場合には、回転多面鏡の回転にともな
う偏向点の移動により像面湾曲の非対称性が増大され
る。

【００１２】例えば、上記特開平第４−１１０８１８号
では、球面ミラーが利用された偏向装置と入射面と出射
面が主走査方向に偏心したトーリック面を含むレンズが
組み込まれた偏向後光学系とが利用されている。この例
では、温度変化による結像面の変動が考慮されていない
ことからコリメートレンズが利用されているが、有限レ
ンズが利用される場合には、主走査方向の偏心のみで像
面湾曲を補正することは困難である。また。特開平第４
−１１０８１９号には、球面ミラーと、球面とトーリッ
ク面からなるレンズが組み込まれた光学系において、球
面ミラーが副走査方向に、レンズの球面がトーリック面
に対して副走査方向に、それぞれ偏心して配置された例
が開示されている。しかしながら、この方法は、球面ミ
ラーからの反射光とレンズへ向かうレーザビームとを分
離することを目的としており、プラスチックレンズを使
用して軸対称の非球面レンズの中心をレーザビームが通
らないようにしつつ、直線性を保つためには、偏心のみ
での補正は補正力不足となる。

【００１３】一方、プラスチックレンズでは、線膨脹係
数が大きいため、コーティング材との温度による膨脹の
度合いの差が大きく、反射防止コーティングが難しいこ
と、レンズ面が軸対称に形成される場合に、型を製作す
るための旋盤の切削速度の影響により、軸中心付近で表
面粗さが増大するとともに中心部に突起生じることなど
が知られている。この場合、反射防止コーティングに際
しては、特別な塗布技巧が必要であることからコストが
増大される問題がある。また、レンズ面をポリシングな
どにより研磨することは、複雑な形状によって提供され
る光学特性が変化されることで、感光体ドラムに結像さ
れるレーザビームのビーム径、ビーム形状、或いは直線
性などを、新たに劣化させる問題がある。

【００１４】尚、偏向装置は、反射鏡を回転させるモー
タの回転数が限界に達した場合であっても、反射面の数
を増やすことにより印字スピードを向上可能であるが、
反射面の数が増大されることは、レーザビームを偏向で
きる角度 (偏向角) を制限することから、結果として光
路長が増大され、光走査装置の大きさを増大させるとい
う新たな問題がある。

【００１５】この発明の目的は、加工精度が高く、しか
も、温度或いは湿度によりビームが到達される位置及び
ビーム径が変動が少なく、また、軸対称の中心部に突起
を残した状態かつ各面における反射防止コーティングを
必要としない低コストのレンズが利用が可能な光走査装
置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述問題点
に基づきなされたもので、光を発生する光源と、上記光
源からの光を被走査面に向かって偏向する偏向手段と、
この偏向手段と上記光源との間に配置され、上記光源か
らの光の断面形状を所定の形状に変換する偏向前光学手
段と、上記偏向手段と上記被走査面との間に配置され、
母線の形状が光軸に対して非対称に形成された少なくと
も１面のトーリック面を含む少なくとも２枚のプラスチ
ックレンズから構成され、上記偏向手段を介して偏向さ
れた光を上記被走査面近傍に結像させる偏向後光学手段
とを有する光走査装置を提供するものである。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【作用】この発明によれば、第２のｆθレンズのトーリ
ック面の母線の形状を光軸に対して非対称に変えるとと
もに、第１のｆθレンズ及び第２のｆθレンズの入射面
の光軸に対して出射面の光軸を偏心させたうえで傾ける
ことで、偏向装置の反射点の非対称性に起因する主走査
方向の像面湾曲の非対称性が低減される。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】また、偏向装置と第１のｆθレンズとの間
に折り返しミラーが挿入されることで、偏向装置と結像
面との距離がさらに低減される。

【００３２】

【００３３】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。

【００３４】図１には、この発明の実施例が組み込まれ
る画像形成装置即ちレーザビームプリンタの概略が示さ
れている。

【００３５】レーザビームプリンタ２は、画像データに
基づいて画像を形成するプロセスユニット (画像形成手
段) 10、プロセスユニット10の後述する感光体ドラムに
画像データを露光する光走査装置30、プロセスユニット
10に向かって記録用紙 (被転写材) を給送し、プロセス
ユニット10を介して形成された画像を印字出力 (ハード
コピー) として出力するプリンタ本体50を有している。

【００３６】プロセスユニット10は、矢印の方向に回転
可能であって、光走査装置30を介して画像データが露光
される感光体ドラム (像担持体) 12を、概ね中心に含ん
でいる。感光体ドラム12の周囲には、感光体ドラム12が
回転される方向に沿って、感光体ドラム12に所定の電位
を提供する帯電装置14、光走査装置30によって感光体ド
ラム12に露光された画像データを現像する現像装置16、
現像装置16を介して現像された画像が後述する転写装置
を介して用紙に転写された後の感光体ドラム12の表面を
清掃するクリーニング装置18、及び、 (現像装置16を介
して現像された画像が転写されたのち) 感光体ドラム12
に残っている電位を消去する除電装置20が、順に、配置
されている。尚、プロセスユニット10は、プリンタ本体
50に、着脱可能に形成されている。

【００３７】光走査装置30は、光源としての半導体レー
ザ、半導体レーザのレーザビームに所定のビーム形状を
与える光源側 (偏向前) 光学系、光源側光学系を介して
所定のビーム形状に整えられたレーザビームをプロセス
ユニット10の感光体ドラム12の軸線に沿って規定される
主走査方向に偏向させる偏向装置、及び、偏向装置を介
して偏向されたレーザビームを感光体ドラム12に順に結
像させる結像面側 (偏向後) 光学系などを含んでいる。
尚、光走査装置30については、後段にて、詳細に説明す
る。

【００３８】プリンタ本体50には、感光体ドラム12を介
して形成された画像が転写されるための用紙を収容する
とともに、プリンタ本体50に着脱可能に形成された第１
及び第２の用紙カセット52ａ及び52ｂ、それぞれのカセ
ット52ａ及び52ｂに対応して配置され、カセット52ａ及
び52ｂから用紙を引き出す第１及び第２の給紙ローラ54
ａ及び54ｂ、それぞれの給紙ローラ54ａ及び54ｂを介し
て引出された用紙をプロセスユニット10に向かって搬送
する第１及び第２の搬送ローラ56ａ及び56ｂ、プロセス
ユニット10に向かって搬送される用紙をガイドする用紙
ガイド58ａ，58ｂ及び58ｃ、及び、用紙の傾きを補正す
るとともに、感光体ドラム12上に形成された画像の先端
と用紙の先端とを整合させるアライニングローラ60など
が配置されている。

【００３９】プリンタ本体50は、また、プロセスユニッ
ト10の感光体ドラム12の近傍であって、感光体ドラム12
が回転される方向に沿って現像装置16の下流に配置さ
れ、アライニングローラ60が回転することにより搬送さ
れる用紙を感光体ドラム12へ向かわせる転写前ローラ6
2、さらに、下流に配置され、感光体ドラム12に形成さ
れた画像を用紙に転写させる転写装置64、転写装置64を
介して画像が転写された用紙を加熱及び加圧すること
で、用紙に画像を定着させる定着装置66、及び、定着装
置66を介して画像が定着された用紙を装置外部の所定の
位置に排出する排出装置68などを含んでいる。

【００４０】プリンタ本体50は、さらに、プロセスユニ
ット10、光走査装置30、及び、プリンタ本体50を制御す
る制御部70、画像形成開始を指示する図示しない制御信
号入力部 (操作パネル) 、画像データが入力される図示
しない外部入力接続装置 (データ入力端) 、及び、図示
しない電源装置などを含んでいる。

【００４１】次に、この発明のレーザプリンタ装置２の
動作を説明する。

【００４２】図示しないメインスイッチがオンされるこ
とで、所定のプログラムに沿ってイニシャライズされ、
画像データに基づいて画像を形成可能な待機状態が規定
される。外部装置例えばワードプロセッサ或いはホスト
コンピュータから供給された画像データは、図示しない
画像メモリに、順次記憶される。

【００４３】画像メモリに入力された画像データは、パ
ラレルデータに変換され、さらに、シリアルデータに変
換されたのち、制御部70を介してタイミングが整合され
て、光走査装置30へ供給される。

【００４４】一方、画像データが入力されることで、感
光体ドラム12が所望の回転速度で回転され、帯電装置20
を介して所望の電位が与えられる。同時に、画像データ
に基づく画像がプリント出力されるサイズの用紙Ｐが収
容されている用紙カセットが選択され、選択されたカセ
ットに収容されている用紙Ｐが、それぞれのカセットに
対応された給紙ローラを介して取出され、搬送ローラ及
び用紙ガイドを介してアライニングローラ60まで搬送さ
れる。

【００４５】シリアルデータに変換された画像データ
は、図示しない垂直同期制御回路からの垂直同期信号に
応じて光走査装置装置30に供給され、レーザから発生さ
れるレーザビームの強度を、データに応じて連続的に変
化させる。画像データに応じて強度が連続的に変化され
たレーザビームは、次々と感光体ドラム12に伝達されて
静電潜像に変換される。感光体ドラム12上で潜像に変換
された画像は、感光体ドラム12の移動とともに、現像装
置16と対向された現像領域へ導かれ、現像装置16を介し
て潜像に選択的にトナーが供給されて現像され、感光体
ドラム12の回転にともなって搬送されて、転写装置64と
対向された転写領域へ搬送される。

【００４６】アライニングローラ60で一時的に停止され
ている用紙Ｐは、図示しない垂直同期回路からの垂直同
期信号に応じて画像の先端と用紙Ｐの先端が整合され、
感光体ドラム12へ向かって給送される。従って、感光体
ドラム12上のトナー像と用紙Ｐは、所定のタイミングで
感光体ドラム12に残っている電荷によって感光体ドラム
12へ吸着 (密着) される。この後、感光体ドラム12及び
用紙Ｐに対して、既に(潜像形成のために) 感光体ドラ
ム12へ与えられている電荷と同極性の電荷が転写装置64
から感光体ドラム12へ供給され、感光体ドラム12上のト
ナー像は、用紙Ｐへ転写される。

【００４７】トナー像を載せた用紙Ｐは、定着装置66へ
導かれ、熱溶融性であるトナーが溶融されて、トナー像
が用紙Ｐに定着 (固着) される。

【００４８】一方、用紙Ｐ及びトナー像が分離された感
光体ドラム12は、さらに回転され、クリーニング装置18
及び除電装置20によって、表面の電荷分布が初期状態に
戻されて、次の画像形成に用いられる。

【００４９】上述した一連の画像形成プロセスによって
画像データが出力された用紙Ｐは、排出装置68を介して
装置２の外部へ排出される。

【００５０】図２には、図１に示されている光走査装置
30の折り返しミラー及びカバーガラスなどを取り除いた
状態の展開図が示されている。

【００５１】光走査装置30は、例えば、６００ [ｄｐｉ
＝ドット・パー・インチ] の記録密度を提供できるよう
形成され、レーザビームを発生する半導体レーザ 102、
レーザ 102から出射されたレーザビームを、感光体ドラ
ム12 (レーザビームが結像される位置のみが仮想的にＳ
で示されている) の図示しない軸線と概ね平行な方向即
ち主走査方向に偏向する偏向装置 104、半導体レーザ 1
02と偏向装置 104との間に配置され、レーザ 102から出
射されたレーザビームのビーム径を所定の大きさに整え
る光源側 (偏向前) 光学系 106、及び、偏向装置 104と
感光体ドラムＳとの間に配置され、偏向装置 104を介し
て偏向されたレーザビームを感光体ドラムＳに沿ったど
の位置にも概ね等しい条件で結像させる像面側 (偏向
後) 光学系108を含んでいる。

【００５２】偏向装置 104は、複数の反射面を有する多
面鏡と、例えば、ＤＣブラシレスモータなどによって構
成され、多面鏡が矢印の方向に所定の速度で回転され
る。

【００５３】光源側 (偏向前) 光学系 106は、レーザ 1
02から出射されたレーザビームを、主走査方向及び主走
査方向と直交する方向である副走査方向に関し、それぞ
れ、所定の集束性を与える集光レンズ 110、集光レンズ
110を通過されたレーザビームの放射角度のばらつきの
影響を低減する絞り 112、絞り 112を通過されたレーザ
ビームを副走査方向に関して、さらに、集束性を与える
シリンダレンズ 114などから構成される。

【００５４】像面側 (偏向後) 光学系 108は、偏向装置
104を介して有効偏向角−３０°〜３０°の間で偏向さ
れたレーザビームを感光体ドラム12上に概ね直線かつ概
ね等しいビーム径で結像させ、かつ、多面鏡の個々の面
の倒れの差異によるレーザビームの到達位置の変動即ち
多面鏡の面倒れを補正するための第１及び第２のｆθレ
ンズ 116及び 118から構成される。

【００５５】光走査装置30は、さらに、偏向装置 104を
介して偏向されたレーザビームの水平同期を検出するた
めの水平同期検出センサ 120、及び、後述する迷光が感
光体ドラム12の画像領域に到達することを阻止する遮光
部材 122及び 124を有している。

【００５６】集光レンズ 110は、有限ガラスレンズであ
って、好ましくは、非球面両凸レンズが利用される。ま
た、集光レンズ 110には、後述する第１及び第２のｆθ
レンズ 116及び 118のレンズ面を平面に置き換えた場
合、偏向装置 104によってレーザビームが偏向される点
即ち偏向点と感光体ドラムＳとの間の最短距離Ｌ₁ より
も、偏向点と主走査方向の結像点との間の距離Ｌ₃ (距
離Ｌ₃ を半径とした円弧が点線Ｆで示されている) が、
例えば、５〜６ｍｍ長く規定される一方で、偏向点と感
光体ドラムＳ上の有効領域の端部までの距離Ｌ₂ よりも
短くなるよう規定された焦点距離が与えられている。

【００５７】このように構成することにより、環境によ
る影響を受けやすいプラスチックレンズを含む偏向後光
学系に、歪曲収差及び像面湾曲のような収差補正的な役
割を持たせ、パワーそのものは、環境依存性を小さくす
ることのできる偏向前光学系に受け持たせる。環境によ
る補正量の変化 (即ち環境ごとの) 補正量は、温度に概
略比例するため、補正後と補正前の補正量が小さい程、
偏向後の環境変化の影響を受けやすいプラスチックレン
ズの影響が小さくなる。即ち、偏向点と像面端部との間
の距離と、偏向点と像面最長距離との間に、環境の変化
の少ない偏向前光学系で、偏向点と結像面との間の距離
(即ち結像位置) をおいてやることにより、補正量が小
さくなり、環境変化の影響が小さくなる。絞り 112は、
集光レンズ 110の後側焦点に配置され、感光体ドラムＳ
に結像されるレーザビームのビーム径の半導体レ−ザ 1
02の放射各のばらつきによる影響を低減するために利用
される。

【００５８】シリンダレンズ 114は、絞り 112に面した
側即ちレーザビームが入射される入射面側が凸状に形成
されたガラスシリンダレンズ 132と入射面に貼合わせら
れたＰＭＭＡ (ポリメチルメタクリレート) などのプラ
スチックシリンダレンズ 130から構成される。プラスチ
ックシリンダレンズ 130は、吸湿或いは熱膨張などによ
りガラスレンズ 132から剥離されることを防止するため
に、レーザ 102から出射され、絞り 112を通過されたレ
ーザビームが通過される領域即ち使用領域 (レーザ通過
領域) にのみ配置される。シリンダレンズ 114は、第１
及び第２のｆθレンズ 116及び 118を通過されたのち感
光体ドラムＳに向かうレーザビームに、第１及び第２の
ｆθレンズ 116及び 118によって提供される副走査方向
のビームウエスト位置 (即ちレーザビームが到達される
位置) の変動を抑えつつ、副走査方向のビームウエスト
位置を最適化するために利用される。

【００５９】第１及び第２のｆθレンズ 116及び 118
は、それぞれ、ガラスレンズに比較して加工コストの小
さい樹脂材料、例えば、ＰＭＭＡなどによって形成され
る。それぞれのｆθレンズ 116及び 118は、相互に、後
述する相補的な光学特性が与えられている。

【００６０】第１のｆθレンズ 116は、レーザビームが
入射する入射面及びレーザビームが出射される出射面の
それぞれが非球面であって、ｚがレンズ面光軸とレンズ
面の交点を原点としてレンズ面光軸方向を、ｙがレンズ
面の対称面をｚｙ平面で形成される軸を示し、ｚ＝ｇｉ
(ｙ) ; ｉは面を示す定数、によって、それぞれのレン
ズの入射面及び出射面の母線が規定されるとき、上記ｙ
に対する１次及び２次の微分値のそれぞれの大小関係が
光軸以外の位置でもいれ変わるよう形成される。尚、入
射面及び出射面の光軸には、それぞれ、偏心及び傾きが
与えられるとともに、それぞれの光軸が入射ビームに対
して副走査方向の同方向へ変位されて配置される。

【００６１】これに対して、第２のｆθレンズ 118は、
入射面がトーリック面及び出射面が非球面であって、第
１のｆθレンズ 116と同様に、ｚがレンズ面光軸とレン
ズ面の交点を原点としてレンズ面光軸方向を、ｙがレン
ズ面の対称面をｚｙ平面で形成される軸を示し、ｚ＝ｇ
ｉ (ｙ) ; ｉは面を示す定数、によって、それぞれのレ
ンズの入射面及び出射面の母線が規定されるとき、上記
ｚの上記ｙに対する１次及び２次の微分値の大小関係が
第１のｆθレンズ 116に比較して概ね逆極性に形成され
る。また、入射面及び出射面の光軸には、 (第１のｆθ
レンズ 116と同様に) それぞれ、偏心及び傾きが与えら
れるとともに、出射面の光軸が入射ビームに対して副走
査方向の第１のｆθレンズ 116と同方向へ、入射面の光
軸が逆方向へ、それぞれ、偏位されて配置される (表３
に、それぞれのレンズの形状及び位置が、表４に、それ
ぞれのレンズの光軸を原点とした場合のｙの座標が
“０”を通る光線の通過するｘ方向の領域が示されてい
る) 。尚、表４には、非球面の光軸を同方向にずらした
際の光軸に対するレーザビームの通過ｘが示されている
が、例えば、第２のｆθレンズ 118の出射面のレーザビ
ームの通過ｘが−３．５から−８にされた場合には、直
線に対するｘ方向のズレが、 (出射面を) 同方向にずら
した際の０．０３ｐ−ｐから０．１５ｐ−ｐと悪化して
しまう。従って、トーリック面は、偏心及び傾きが与え
られ、しかも、上記母線がレンズ面の全ての領域で非対
称に形成されることが好ましい。

【００６２】水平同期検出センサ 120は、偏向装置 104
を介して偏向されたレーザビームが到達されたことを検
出することで、図示しない水平同期回路に基準位置信号
を出力する。図示しない水平同期回路では、基準位置信
号が入力されることで水平同期信号を発生させ、画像デ
ータを書き込みためのタイミングが整合される。

【００６３】遮光部材 122及び 124は、それぞれ、偏向
装置 104を介して感光体ドラム12に向かって偏向された
レーザビームが第２のｆθレンズ 118の出射面である非
球面と入射面即ちトーリック面を介して反射されること
で、後述する迷光となって感光体ドラム12の画像領域近
傍に回り込むことを阻止するために利用される。

【００６４】図３には、図２に示されている光走査装置
の光源側 (偏向前) 光学系 106の概略光路図が示されて
いる。尚、図３では、半導体レーザ 102は、発光点 102
´で代表されている (表１に、シリンダレンズ 114の形
状、材質及び位置が示されている) 。

【００６５】図２を利用して既に説明したように、集光
レンズ 110を通過されたレーザビームは、シリンダレン
ズ 114に入射される。シリンダレンズ 114は、入射面側
が凸状に形成されたガラスシリンダレンズ 132と、入射
面に貼合わせられたＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレー
ト) などのプラスチックレンズ 130によって形成され
る。尚、プラスチックレンズ 130の入射面即ち絞り 112
に面して配置される面は概ね平面に規定される。また、
シリンダレンズ 114は、ｚ方向に調整作業 (組立時) に
よって移動される。

【００６６】図４には、図３に示されている偏向前光学
系 106が利用された場合の温度変化による像面 (被走査
面即ち感光体ドラム12の表面を想定した設計上のレーザ
ビームの到達位置) でのビーム径の変化が示されてい
る。以下、この発明の光走査装置を評価するための設計
上のレーザビームの到達位置を像面 (点) 、及び、実際
にレーザビームが結像された位置を結像面 (点) と示
す。

【００６７】図４によれば、横軸にはシリンダレンズ 1
14のｚ方向の位置の設計値からのズレ量 (調整量) が、
及び、縦軸には、像面の中心部における副走査方向のビ
ーム径が、それぞれ、示されている。尚、測定 (環境)
条件は、それぞれ、ｎ_d (即ち実線) が、温度３０度及
び湿度０％、ｎ_H (即ち破線) が、温度５０度及び湿度
０％、及び、ｎ_L (即ち一点鎖線) が、温度１０度及び
湿度１００％で、それぞれの条件における屈折率は、ｎ
_d ＝１．４８３２５、ｎ_H ＝１．４７８９、及び、ｎ_L
＝１．４８７６である。

【００６８】図21には、図２に示されている光走査装置
の光源側 (偏向前) 光学系を、従来から利用されている
レンズ配置に置き換えた比較例としての偏向前光学系 6
06の概略光線図が示されている。尚、図３と同様に、レ
ーザ 102は、発光点 102´で代表されている。図21から
明らかなように、レンズ 614は、一般的な、シリンダレ
ンズである。尚、レンズ 614の形状、材質及び位置は、
表２に示されている。図22には、図４と同様の方法によ
って求められたビーム径の変化及び理論結像面における
レーザビームの到達位置の変位が示されている。また、
ｎ_d 、ｎ_L 及びｎ_H は、それぞれ、同一の条件に規定さ
れている。

【００６９】次に、偏向後光学系 108の第１及び第２の
ｆθレンズ 116及び 118の形状及び位置について詳細に
説明する。

【００７０】図５ (ａ) には、偏向装置 104の反射点を
第１のｆθレンズ 116の光軸から見た状態におけるレー
ザビームの進行方向と垂直な走査平面内の図示しない
ｙ′軸に対する座標ｙが、図５ (ｂ) には、同様の状態
におけるレーザビームの進行方向である図示しないｚ′
軸に対する座標ｚが、それぞれ、示されている。尚、そ
れぞれのグラフは、偏向装置 104の多面鏡に内接する円
の半径を１として正規化された状態が示されている。

【００７１】図５ (ａ) 及び図５ (ｂ) によれば、縦軸
には、それぞれ、偏向装置 104の反射鏡の回転角が０°
のときの反射光の向きを−ｚ方向とし、主走査方向をｙ
とした座標系における主光線の反射点の座標ｙ及びｚ
が、横軸には偏向装置 104の入射光軸によって規定され
る偏向後光学系の有効角 (即ち、第１のｆθレンズ 116
の光軸と入射光軸とのなす角の１／２であって、０は正
面入射を、π／４は垂直入射を、それぞれ、示す) が、
及び、奥行き方向の軸には、偏向装置 104の反射面の法
線ベクトルのｙ成分と第１のｆθレンズ 116の光軸の単
位ベクトルのｙ成分とが一致する方向を０として示した
偏向装置 104の回転角が示されている。

【００７２】図５ (ａ) 及び図５ (ｂ) から明らかなよ
うに、偏向装置 104の反射点は、偏向装置の反射面の回
転角のプラス側とマイナス側とで非対称であることか
ら、偏向装置 104に入射されるレーザビームが集束ビー
ムである場合には、結像面に生じる湾曲が非対称になる
ことを示している。

【００７３】このことから、偏向後光学系、即ち、第１
及び第２のｆθレンズ 116及び 118の光学特性が合成さ
れた系は、偏向装置 104の反射点の非対称性に対して、
概ね逆向きの非対称性を有する形状及び非対称性によっ
て生じる収差成分を打消すことのできる位置に配置され
なければならないことが容易に理解される。従って、第
１及び第２のｆθレンズ 116及び 118のそれぞれの入射
面及び出射面には、第１のｆθレンズ 116の入射面の光
軸に対し、それぞれ、異なる傾き及び偏心が与えられる
とともに、第２のｆθレンズ 118の入射面即ちトーリッ
ク面の母線は対称軸を持たない形状 (非対称) に形成さ
れる。

【００７４】表３には、偏向後光学系、即ち、第１及び
第２のｆθレンズ 116及び 118の光学特性が合成された
系を構成する要素の光学特性が示されている (座標系は
右手系である) 。

【００７５】偏向後光学系、即ち、第１及び第２のｆθ
レンズ 116及び 118の光学特性が合成された系の母線の
形状は、それぞれ、曲率をｃ、コーニック係数をcc、レ
ンズ116の入射面、レンズ 116の出射面、レンズ 118の
入射面及びレンズ 118の出射面の非球面係数をそれぞれ
ｄ，ｅ，ｆ及びｇとするとき、

【数４】 で表される。

【００７６】表３において、副走査方向の曲率が「−」
となる面は、対応されるレンズ面の形状が、光軸に関し
て回転された形状であることを示している。また、曲率
が示されている面は、対応されるレンズ面の形状が、面
の局所座標のｚ軸方向に、曲率の逆数分だけ離れたｚ−
ｙ平面内の、ｙ軸に平行な軸を中心として回転された形
状であることを示している。ここで、レーザビームが進
行する方向は、ｚ軸のプラスからマイナスへ向うものと
する。また、絶対座標の原点は、偏向装置 104の反射面
の回転角が０°のときの偏向装置 104の主光線の偏向点
(反射点) であり、−ｚ方向をこのときの反射された主
光線の方向、ｙ方向を主走査方向とした絶対の座標系で
各レンズ面の局所座標原点を示したものであって、光軸
方向は、絶対座標軸とそれ以外の各面の局所座標系の軸
とのなす角を示す。尚、第２のｆθレンズ 118のトーリ
ック面のcc_- ，ｄ_- ，ｅ_- ，ｆ_- 及びｇ_- の添字「−」
は局所座標のｙ座標がマイナスの場合の係数であること
を示し、トーリック面の母線が対称軸を持たないことを
示している。ここで、係数を変えるｙ座標位置では、
ｚ、１次及び２次の微分係数が等しくなる必要がある。
図３に示されている例では、ｙ＝０を境界として非球面
係数を変えているが、

【数５】 であることから、全てのレンズ面で、１次及び２次の微
分値を連続にするためには、トーリック面の母線は、曲
率ｃのみを共通にすればよい。尚、レンズデータとして
は、ｙ座標がプラス側とマイナス側のトーリック面のコ
ーニック係数cc及びcc_- 、及び、それぞれの面の非球面
係数ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｄ_- ，ｅ_- ，ｆ_- 及びｇ_- がそろ
って１セットのデータとなる。

【００７７】これとは別に、表３から明らかなように、
それぞれのレンズ面には、ｘ軸方向にも傾き及び偏心が
与えられている。ここで、ｙ＝０を通過されたレーザビ
ームは、非球面部で光軸以外を通過されることで、像面
におけるｘ軸方向のビーム位置の直線性が確保される。

【００７８】ところで、プラスチックレンズが利用され
る場合、コーティング材とプラスチックとの温度による
線膨脹係数の差が大きくなることから、反射防止コーテ
ィングが困難なことが知られている。また、レンズ面が
軸対称に形成される場合に、型を製作するための旋盤の
切削速度の影響により、軸中心付近で表面粗さが増大す
るとともに中心部に突起生じることなどが知られてい
る。

【００７９】このため、多くの光走査装置では、偏向後
光学系の全てのレンズ面を傾けたり中心位置を偏位させ
る技巧が利用されている。しかしながら、いづれの例で
あっても、像面でのビーム径が小さくなるに従って、結
像特性が劣化されることが知られている。

【００８０】これに対して、表４から明らかなように、
この発明の光走査装置では、第２のｆθレンズ 118のト
ーリック面についてのみ、副走査方向においてレーザビ
ームが光軸を通過するよう構成している。即ち、既に説
明したように、第２のｆθレンズ 118の入射面及び出射
面の光軸には、第１のｆθレンズ 116と同様に、それぞ
れ、偏心及び傾きが与えられるとともに、出射面の光軸
が入射ビームに対して副走査方向の第１のｆθレンズ 1
16と同方向へ、入射面の光軸が逆方向へ、それぞれ、偏
位されて配置されることから、これまでの多くの光走査
装置に認められた結像特性の劣化が低減される。

【００８１】図６ないし図９には、第１及び第２のｆθ
レンズ 116及び 118の入射面及び出射面の形状、及び、
それぞれの面の形状に関する１次微分値、２次微分値、
３次微分値、及び、３次微分値の最大許容値が、それぞ
れ示されている。尚、１次微分値、２次微分値、３次微
分値、及び、３次微分値の最大許容値は、それぞれ、主
光線の方向を変える力、レンズパワー、面が偏心した場
合のパワーの変動量にそれぞれ比例する量、及び、偏心
量の公差が５０μｍである場合に、結像面でのビーム径
の変動が１０％になる３次微分値を示している。

【００８２】図６ (ａ) 及び図８ (ａ) によれば、第１
及び第２のｆθレンズ 116及び 118の入射面及び出射面
の主走査方向の長さｙとレーザビームが進行する方向の
長さ(厚さ) ｚの関係、即ち、局所座標系におけるｙの
変化に対するｚの値が、それぞれ示されている。尚、長
さｙは、像面における長さとは異なり、それぞれのレン
ズ 116及び 118の光軸とレンズ面の交点を頂点とし、光
軸方向をｚ、主走査方向をｙとした局所座標系に対する
位置を示している。

【００８３】図６ (ｂ) 及び図６ (ｃ) によれば、第１
のｆθレンズ 116の入射面及び出射面の１次及び２次の
微分値は、光軸以外の位置ａ及びｂで大小関係が逆転さ
れている。また、図８ (ｂ) 及び (ｃ) によれば、第２
のｆθレンズ 118の入射面及び出射面の１次及び２次の
微分値は、同様に、光軸以外の位置ｃ及びｄで大小関係
が逆転されている。また、第１のｆθレンズ 116のそれ
ぞれの面の１次及び２次の微分値と、第２のｆθレンズ
118のそれぞれの面の１次及び２次の微分値とは、同一
の光線が通過されるそれぞれに相対応するｙの値に対し
て、概ね逆の関係に規定されている。

【００８４】即ち、第１のｆθレンズ 116では、光軸中
心に近い位置で、出射面での１次及び２次の微分値が、
入射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増大され
る一方で、周辺部で、入射面の１次及び２次の微分値
が、出射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増大
される。これに対して、第２のｆθレンズ 118では、光
軸中心に近い位置で、入射面での１次及び２次の微分値
が、出射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増大
される一方で、周辺部で、出射面の１次及び２次の微分
値が、入射面の１次及び２次の微分値よりもそれぞれ増
大される。

【００８５】ここで、第１及び第２のｆθレンズ 116及
び 118の１次及び２次の微分値が逆の関係に規定される
理由を説明する。尚、１次微分値は、後述するように、
ｆθ特性を最適化するために利用される。また、２次微
分値は、後述するように、像面湾曲を最適化するために
利用される。

【００８６】図10 (ａ) によれば、空気層から、傾き角
αを有する屈折率ｎの層へ角度θで入射した光は、ｓｉ
ｎθ＝θ、並びに、ｓｉｎα＝α、とそれぞれ近似する
ことにより、 (θ−α) ／ｎ＋αで出射される。一方、
図10 (ｂ) から明らかなように、屈折率ｎの層から、傾
き角βを有する空気層へ角度θ′で入射した光は、同様
の近似から、ｎ (θ′−β) ＋βで出射される。即ち、
傾き角αを有する屈折率ｎの層に入射角θで入射された
レーザビームは、θ＋ (ｎ−１) × (α−β)の角度で
出射される。尚、図10 (ａ) 及び図10 (ｂ) では、α及
びβは、それぞれ、ｙ軸からの傾きを示し、ｚ方向に対
して「−」の値を持つ。

【００８７】ここで、傾き角αが小さいときは、ｔａｎ
α＝αと近似できることから、それぞれの傾き角α及び
βを１次の微分値と置き換えることで、空気層から傾き
角αを有する屈折率ｎの層を通過され、さらに、屈折率
ｎの層から傾き角βを有する空気層を通過されたレーザ
ビームは、入射角に対し、 (ｎ−１) × (α−β) だけ
角度が増大される。この場合、 (ｎ−１) × (α−β)
の値が大きいほど、ｆθ特性に関し、ｆの値を大きくす
るよう作用することから、 (ｎ−１) が変化された場合
には、ｆの値を大きくできる機能は (α−β) に、概
ね、比例される。尚、α−β＜０の場合、ｆの値を小さ
くするよう機能する。

【００８８】このことから、第１のｆθレンズ 116及び
第２のｆθレンズ 118を通過されるレーザビームが実質
的に同一の振り角で通過される位置で、それぞれのレン
ズの(α−β) を逆符号にすることで、屈折率の変化に
対するｆθ特性への影響を、打ち消すことができる。

【００８９】このように、１次の微分値の大小関係が、
光軸以外の位置でもいれ代わることは、ｆθ特性のｆ値
を大きくするために、有益である。ｆθ特性のｆ値が増
大されることは、偏向装置 104を介して偏向されるレー
ザビームの偏向角が小さくとも、主走査面での走査領域
を大きくとることを可能とすることを示している。この
ことから、偏向装置 104と理論結像面との間の距離が低
減可能となり、光走査装置の大きさが低減される。

【００９０】一方、２次の微分値は、レンズの焦点距離
をｆ、入射面曲率をｃ₁ 、及び、出射面曲率をｃ₂ と
し、薄肉レンズの公式 −１／ｆ ＝ (ｎ−１) × (ｃ₁ −ｃ₂ ) を適用することで説明される。 (左辺の「−」は、レー
ザビームがｚ方向「＋」から「−」進むことを示す) 。

【００９１】既に説明したように、 (２) 式より曲率
は、２次の微分値に置き換えられることから、ｃ₁ 及び
ｃ₂ は、それぞれ、入射面及び出射面の２次の微分値と
書き換えられる。従って、 (ｎ−１) × (ｃ₁ −ｃ₂ )
の値が小さいほど結像点を偏向装置 104側へ移動させる
よう作用することが認められる。このとき、 (ｎ−１)
の変化に対し、結像点を偏向装置 104側へ移動させる作
用は、 (ｃ₁ −ｃ₂ ) に概ね、比例する。即ち、ｃ₁ −
ｃ₂ ＞ ０のときは、偏向装置 104と反対方向へ、ｃ
₁ −ｃ₂ ＜ ０のときは、偏向装置 104側へ結像点が
移動される。このことから、第１及び第２のｆθレンズ
116及び 118を通過されるレーザビームが実質的に同一
の振り角で通過される位置で、それぞれのレンズの (ｃ
₁ −ｃ₂ ) を逆符号にすることで、屈折率の変化に対す
る結像点への影響 (デフォーカスへの影響) を、打ち消
すことができる。

【００９２】このように、２次の微分値の大小関係が、
光軸以外の位置でもいれ代わることは、レンズの肉厚
(厚さ) を薄くできることを示している。このことは、
レンズの肉厚の変化も低減できることから、第１及び第
２のｆθレンズを成形加工するために必要な成形時間も
短縮される。また、同時に、加工精度が向上される。

【００９３】ところで、第１及び第２のｆθレンズ 116
及び 118の入射面及び出射面のそれぞれに、非球面及び
非対称トーリック面が配置されることは、レンズが固定
される場合の位置精度、入射面及び出射面の単体として
の加工精度、及び、入射面と出射面との位置の偏位など
に高い精度が要求されることは、既に説明した通りであ
る。尚、いづれかのレンズ面の位置が設計値から大きく
偏位した場合には、例えば、ビーム径或いはrms opd
（rms opdは、root mean square optical path differe
nceの略であって、光路差の２乗平均と解釈される）が
大きく変動することが知られている。

【００９４】ビーム径が変動した場合には、画素の大き
さが変化し、中間調画像では、画像濃度が変化されるこ
とから、特に、レーザビームプリンタ装置では、ビーム
径の変動は、概ね±１０％以下に抑えられなければなら
ないことが、実験的に、確認されている。

【００９５】rms opd は、組み立て公差の累積量に応じ
て所定の比率で変化することから、組み立て精度を評価
するために利用される。また、rms opd の変化に対する
変化率は、波長をλ、シリンダレンズ 614が光軸の回り
を回転される量 (組み立て誤差、即ち、回転角) をφ
(図21参照) とすると、

【数６】 によって求められ、rms opd ≦ ０．０７λを満足する
ような範囲に、回転角φを収めること好ましい。

【００９６】以下に、ビーム径がガウシアンビーム (レ
ーザビームのビーム断面のエネルギ分布は、一般に、ガ
ウス分布であるとされていることから、このように呼称
される) であると仮定して、ビーム径の変動が１０％以
下になる場合を考察する。

【００９７】ガウシアンビームの伝搬式は、ビームウエ
スト半径がω₀ 、波長がλ、及び、ｋ＝２π／λである
場合に、

【数７】 と示される。

【００９８】従って、ビーム径の比がω／ω₀ となるデ
フォーカス量ｄｚは、

【数８】 で表される。

【００９９】これに対して、レンズ面上で光線が通過さ
れる位置の局所曲率が、ｃからｃ＋δｃへ移行した場合
の結像面の移動量は、

【数１】 となる。

【０１００】ここで、 (６) 式の値が、 (５) 式におい
てビーム径が１．１倍になる量よりも小さくなる条件
は、Δが偏心の公差又は傾き公差を相当する偏心公差に
変換した公差、ｎがレンズ材質の屈折率、ｆ₂ が対象レ
ンズ以降のレンズの合成焦点距離、ｚ₂ が対象レンズと
対象レンズ以降の合成レンズの入射面側主平面との間の
距離、ｚ₃ が対象レンズ以降の合成レンズの出射面側主
平面と理論結像面との間の距離、と、それぞれ規定され
るとき、

【数１０】 から求められる。

【０１０１】尚、 (７) 式の左辺は、 (２) 式、及び、
図７ (ｄ) 及び図９ (ｄ) に示されているｆθレンズの
形状の３次の微分値に一致される。また、図７ (ｅ) 及
び図９ (ｅ) には、 (７) 式に、Δ＝０．０５及びω₀
＝０．０２５を代入することによって得られる３次の微
分値の許容値が示されている。即ち、図７ (ｄ) 及び図
９ (ｄ) に示されているそれぞれのレンズの３次の微分
値の絶対値が、主走査方向における同一位置で、図７
(ｅ) 及び図９ (ｅ) に示されている３次の微分値の許
容値以下である場合には、ビーム径の変動が概ね±１０
％以下になることが示されている。

【０１０２】図11及び図12には、表１に示されている偏
向前光学系と表３に示されている偏向後光学系とが組み
合わせられることで得られる、主走査方向の結像面位置
のズレ、温度或いは湿度の変化により屈折率が変化され
た状態でのｆθ特性、及び、副走査方向の直線性などが
示されている。尚、それぞれのグラフにおける環境条件
は、図６ (ａ) 及び図８ (ａ) と同様に、それぞれ、ｎ
_d (即ち実線) が、温度３０度及び湿度０％、ｎ_H (即
ち破線) が、温度５０度及び湿度０％、及び、ｎ_L (即
ち一点鎖線) が、温度１０度及び湿度１００％である。

【０１０３】図11 (ａ) には、ｆθ特性の変化が、図11
(ｂ) には、主走査方向の結像面位置の変化が、及び、
図11 (ｃ) には、面倒れによるｘ軸方向の結像面位置の
変化が、それぞれ、示されている。また、図12 (ｄ) に
は、ｘ軸方向のずれ、即ち、像面湾曲が、及び、図12
(ｅ) には、副走査方向の直線性に対するｘ軸方向のず
れが、それぞれ、示されている。

【０１０４】図11及び図12から明らかなように、第１及
び第２のｆθレンズ 116及び 118の双方に、プラスチッ
クレンズが利用された場合であっても、それぞれのｆθ
レンズが、図６ないし図９に示めされているような特性
に形成されることで、温度或いは湿度の変化により屈折
率が変化された場合であっても、その影響が概ねキャン
セルされることが認められる。

【０１０５】図13には、第２のｆθレンズ 118を通過さ
れるレーザビームがレンズ 118の出射面で反射されたの
ち、入射面即ちトーリック面で再び反射されて出射され
ることで迷光が生じる原理が示されている。

【０１０６】図13によれば、第２のｆθレンズ 118は、
入射面がトーリック面に形成されていることから、入射
面と出射面との間を往復されるレーザビームの一部が、
結像面即ち感光体ドラムの画像形成領域に向かう虞れの
あることが示されている。

【０１０７】図14には、図13に示されているようにして
生じた迷光が到達される位置が示されている。それぞれ
の線は、図３で、レーザビームが有限レンズ 110を、ｆ
_x ×光源の発光点 102´と有限レンズ 110との間の距離
を通る (ｆ_x ＝0.121013は、光線上限を、また、ｆ_h ＝
−0.121013は、光線下限を、それぞれ、示す) 。

【０１０８】図14 (ａ) によれば、第１及び第２のｆθ
レンズ 116及び 118のそれぞれの入射面及び出射面との
間を往復された迷光は、露光ビーム (レーザビーム) が
到達される位置に比較してｘ軸方向に比較的離れた、状
態で幅を持って存在する。

【０１０９】これに対して、図14 (ｂ) から明らかなよ
うに、第２のｆθレンズ 118の入射面によって発生され
る迷光は、入射面の形状と偏向装置 104の回転角との影
響によって、一時的に停滞することが知られている。即
ち、露光ビームの位置を横軸に、迷光の位置を縦軸にと
った場合に、迷光が到達される位置を示す曲線には、極
大値及び極小値が現れる。この場合、図14 (ｂ) におい
て迷光の曲線が極大値及び極小値を示す露光ビームによ
って印字される際には、迷光のエネルギが露光ビームの
０．２％程度であるにも拘らず、停滞によってエネルギ
が蓄積されることで、比較的濃度の低い画像、例えば、
ハーフトーン画像などに対して、濃度変化をもたらす虞
れがある。

【０１１０】このことから、図２に示されているよう
に、結像位置 (感光体ドラム) Ｓの両端部付近の画像領
域に影を落とすことのない位置には、遮光部材 122及び
124が配置されるとともに、第２のｆθレンズ 118の入
射面の一次の微分値の分布が、図６ないし図９で既に説
明したように、迷光が停滞される領域が遮光部材 122及
び 124を介して遮られるよう最適化されている。尚、遮
光部材 122及び 124は、感光体ドラムに露光ビームが照
射される際に利用される図示しない露光スリットの形状
が変形されてもよいことは、いうまでもない。

【０１１１】図15には、図３に示されている偏向前光学
系の別の実施例が示されている。図15では、図３の構成
と同一の部材には、同一の符号を譜して詳細な説明を省
略する。尚、表５に、シリンダレンズ 214の形状、材質
及び位置が示されている。また、図３と同様に、レーザ
102は、発光点 102´で代表されている。

【０１１２】図15によれば、偏光前光学系 206は、光源
102´に近い側から順に配置された集光レンズ 110、絞
り 112、及び、シリンダレンズ 214を含んでいる。

【０１１３】シリンダレンズ 214は、例えば、ＢＫ７な
どの光学ガラスによって形成された第１のシリンダレン
ズ 240とＰＭＭＡによって形成された第２のシリンダレ
ンズ242が、シリンダレンズ 240のみが独立に調整可能
に、図示しないハウジングに固定されている。また、偏
向装置 104もシリンダレンズ 214と同一のハウジングに
固定されている。尚、第１のシリンダレンズ 240と第２
のシリンダレンズ 242のいづれか一方もしくは両方に、
光軸を中心として回転する方向への調節機構が配置され
ている。しかしながら、いづれのシリンダレンズに関し
ても、光軸を中心として回転される量 (即ち回転角) φ
が所定値、例えば、１°を越えて回転される場合には、
既に説明したrms opd が劣化することから、組み立て精
度及びレンズ面の加工精度が要求される。

【０１１４】図16には、図15に示されている偏光前光学
系 306の第１のシリンダレンズ 240が偏位したと仮定し
た状態で、図４と同様の方法によって求められたビーム
径の変化及び像面におけるレーザビームの到達位置の変
位が示されている。尚、屈折率の変化を示す、ｎ_d 、ｎ
_L 及びｎ_H は、それぞれ、図４と同一の条件に規定され
ている。

【０１１５】図16と図22から明らかなように、図15に示
されている実施例が利用された場合には、図３に示され
ている第１の実施例に比較してレンズ単体の加工が簡単
なレンズが組み合わせられることで、図４に示されてい
る第１の実施例のビーム径の変化に比較して遜色のない
偏光前光学系が提供される。尚、図15で既に説明したよ
うに、rms opd が劣化することのないよう、それぞれの
レンズの光軸を中心とした回転φを小さくするように調
整することが好ましい。

【０１１６】図17には、図３に示されている偏向前光学
系のさらに別の変形例が示されている。図17では、図３
の構成と同一の部材には、同一の符号を譜して詳細な説
明を省略する。尚、表６に、シリンダレンズ 314の形
状、材質及び位置が示されている。また、図３と同様
に、レーザ 102は、発光点 102´で代表されている。

【０１１７】図17によれば、偏光前光学系 306は、光源
102´に近い側から順に配置された集光レンズ 110、絞
り 112、及び、シリンダレンズ 314を含んでいる。

【０１１８】シリンダレンズ 314は、例えば、ＳＦ１２
などの光学ガラスによって形成された第１のシリンダレ
ンズ 350と、ＰＭＭＡによって形成され、第１のシリン
ダレンズ 350と絶対値が等しい曲率が与えられた第２の
シリンダレンズ 352とが、板ばね 354などを介して相互
に密着されて形成される。尚、それぞれのシリンダレン
ズ 350及び 352は、別々に形成される。また、それぞれ
のシリンダレンズ 350及び 352は、相互に、等しい絶対
値の曲率を有することから、板ばね 354による圧接力に
よって、それぞれのレンズ面の母線が平行に調整されて
固定される。一方、板ばね 354の光軸中心付近には、発
光点 102´からのレーザビームを通過させるための開口
が形成されることはいうまでもない。

【０１１９】図18には、図17に示されている偏向前光学
系の変形例が示されている。

【０１２０】図18によれば、偏光前光学系 406は、光源
102´に近い側から順に配置された集光レンズ 110、絞
り 112、及び、シリンダレンズ 414を含んでいる。

【０１２１】シリンダレンズ 414は、例えば、ＳＦ１２
などの光学ガラスによって形成された第１のシリンダレ
ンズ 460 (実質的に、図17のシリンダレンズ 350に等し
い)と、ＰＭＭＡによって形成され、第１のシリンダレ
ンズ 460と絶対値が等しい曲率が与えられた第２のシリ
ンダレンズ 462 (実質的に、図17の第２のシリンダレン
ズ 352に等しい) とが、ｎ＝１，６８３２５の樹脂接着
剤 464を介して接着されている。

【０１２２】図19には、図17に示されている偏光前光学
系 306の第１及び第２のシリンダレンズ 350及び 352が
一体的に偏位したと仮定した状態で、図４と同様の方法
によって求められたビーム径の変化及び像面におけるレ
ーザビームの到達位置の変位が示されている。尚、屈折
率の変化を示す、ｎ_d 、ｎ_L 及びｎ_H は、それぞれ、図
４と同一の条件に規定されている。

【０１２３】図19と図22から明らかなように、図17に示
されている実施例が利用された場合には、図３に示され
ている第１の実施例に比較してレンズ単体の加工が簡単
なレンズが組み合わせられることで、図４に示されてい
る第１の実施例のビーム径の変化に比較して遜色のない
偏光前光学系が提供される。尚、図18に示されている例
でも、概ね同一の結果が得られている。この場合、評価
に際して、第２のシリンダレンズ 462の厚さは、シリン
ダレンズ 414の厚さから第１のシリンダレンズ460の厚
さと接着剤 464の厚さを引いた値として計算される。

【０１２４】図20には、図２に示されている光走査装置
とは、異なる光走査装置が示されている。

【０１２５】光走査装置 530は、レーザビームを発生す
る半導体レーザ 502 (発光点 502´で示されている) 、
発光点 502´から出射されたレーザビームを、感光体ド
ラム12 (レーザビームが結像される位置のみが仮想的に
Ｓで示されている) の図示しない軸線と概ね平行な方向
即ち主走査方向に偏向する偏向装置 504、レーザ 502
(発光点 502´) と偏向装置 504との間に配置され、偏
向装置 504に向かうレーザビームのビーム径を所定の大
きさに整える光源側 (偏向前) 光学系 506、偏向装置 5
04と感光体ドラムＳ (12) との間に配置され、偏向装置
504を介して偏向されたレーザビームを感光体ドラムＳ
に向かって折返す平面鏡 520、及び、偏向装置 504を介
して偏向され、平面鏡 520を介して折返されたレーザビ
ームを感光体ドラムＳの図示しない軸線に沿ったどの位
置にも概ね等しい条件で結像させる像面側 (偏向後) 光
学系 508を含んでいる。尚、それぞれの要素 (部材)
は、図２に示されている光走査装置30と実質的に同一で
あるから、詳細な説明は、省略する。

【０１２６】図20に示されている光走査装置 530によれ
ば、平面鏡 520は、偏向装置 504の近傍のビーム走査領
域の幅が狭い領域に配置されることから、図２に示され
ている光走査装置30に比較して、偏向装置 504と感光体
ドラムＳ (12) との間の距離を大幅に短縮できる。従っ
て、よりコンパクト光走査装置が提供される。

【０１２７】

【表１】 表１は、図３に示されている偏向前光学系のレンズデー
タ。

【０１２８】

【表２】 表２は、図21に示されている従来からの偏向前光学系の
レンズデータ。

【０１２９】

【表３】 表３は、偏向後光学系のレンズデータ。

【０１３０】

【表４】 表４は、ｙ＝０を通過される際のレーザビームのｘ座標
デ−タ。

【０１３１】

【表５】 表５は、図15に示されている偏向前光学系のレンズデー
タ。

【０１３２】

【表６】 表６は、図17に示されている偏向前光学系のレンズデー
タ。

【０１３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光走査
装置によれば、第１及び第２のｆθレンズは、相互に協
働し、相補的に作用して、感光体ドラムに到達されるレ
ーザビームの湾曲、ｆθ特性、面倒れ補正、或いは、直
線性などの多くの特性を向上させることができる。

【０１３４】

【０１３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の実施例である光走査装置が
組み込まれる画像形成装置を示す概略断面図。

【図２】図２は、図１に示されている画像形成装置に組
み込まれる光走査装置の一例を示す概略光路展開図。

【図３】図３は、図２に示されている光走査装置の偏向
前光学系の副走査方向のレンズ配置を示す概略光路図。

【図４】図４は、図２に示されている光走査装置が利用
された際の、温度或いは湿度の変化により屈折率が変動
した際の像面 (被走査面) の中心部での副走査方向のビ
ーム径を示すグラフ。

【図５】図５は、偏向装置の反射面の内接円半径を１と
正規化した際の偏向装置における反射点位置を示すグラ
フ。

【図６】図６は、第１のｆθレンズのレンズ面の形状、
レンズ面の１次及び２次の微分値を示すグラフ。

【図７】図７は、第１のｆθレンズのレンズ面の３次の
微分値、及び、３次の微分値の許容値を示すグラフ。

【図８】図８は、第２のｆθレンズのレンズ面の形状、
レンズ面の１次及び２次の微分値を示すグラフ。

【図９】図９は、第２のｆθレンズのレンズ面の３次の
微分値、及び、３次の微分値の許容値を示すグラフ。

【図１０】図10は、レンズ面の１次の微分値とレンズを
通過されるレーザビームとの関係を示す概略光路図。

【図１１】図11は、表１に示されている偏向前光学系と
表３に示されている偏向後光学系とが組み合わせられる
ことで得られる、この発明の光走査装置の光学特性を示
すグラフ。

【図１２】図12は、表１に示されている偏向前光学系と
表３に示されている偏向後光学系とが組み合わせられる
ことで得られる、この発明の光走査装置の光学特性を示
すグラフ。

【図１３】図13は、図２に示されている光走査装置によ
って迷光が発生される原理を示す概略光路図。

【図１４】図14は、図２に示されている光走査装置によ
って迷光が発生される位置を示す座標分布図。

【図１５】図15は、図３に示されている偏向前光学系の
別の実施例を示す光路図。

【図１６】図16は、図２に示されている光走査装置の偏
向前光学系を図15に示されている光学系に置き換えた状
態での温度或いは湿度の変化によるシリンダレンズの位
置ずれと屈折率が変動した際の理論結像面の中心部での
副走査方向のビーム径を示すグラフ。

【図１７】図17は、図３に示されている偏向前光学系の
さらに別の実施例を示す光路図。

【図１８】図18は、図17に示されている偏向前光学系の
変形例を示す光路図。

【図１９】図19は、図２に示されている光走査装置の偏
向前光学系を図17に示されている光学系に置き換えた状
態での温度或いは湿度の変化により屈折率が変動した際
の理論結像面の中心部での副走査方向のビーム径を示す
グラフ。

【図２０】図20は、図２に示されている光走査装置の別
の実施例を示す概略光路展開図。

【図２１】図21は、従来から利用されている偏向前光学
系を図３と同様の方法で示した概略光路図。

【図２２】図22は、図21に示されている従来の光走査装
置が利用された際の、温度或いは湿度の変化によるシリ
ンダレンズの位置ずれと屈折率が変動した際の理論結像
面の中心部での副走査方向のビーム径を示すグラフ。

【符号の説明】

２…プリンタ装置、10…プロセスユニット、12…感光体
ドラム、14…帯電装置、16…現像装置、18…クリーニン
グ装置、20…除電ランプ、30…露光装置、50…プリンタ
本体、52ａ，52ｂ…カセット、54ａ，54ｂ…給紙ロー
ラ、56ａ，56ｂ…搬送ローラ、58ａ，58ｂ，58ｃ…用紙
ガイド、60…アライニングローラ、62…転写前ローラ、
64…転写装置、66…定着装置、68…排出装置、70…制御
部、 102…半導体レーザ、 102´…発光点、 104…偏向
装置、 106…偏向前光学系、 108…偏光後光学系、 110
…有限レンズ、 112…絞り、 114…シリンダレンズ、 1
16…第１のｆθレンズ、 118…第２のｆθレンズ、 120
…水平同期検出器、 122， 124…遮光部材、 206…偏向
前光学系、 214…シリンダレンズ、 240…ガラスシリン
ダレンズ、 242…ＰＭＭＡシリンダレンズ、 306…偏向
前光学系、 314…シリンダレンズ、 350…ガラスシリン
ダレンズ、 352…ＰＭＭＡシリンダレンズ、 354…板ば
ね、 406…偏向前光学系、 414…シリンダレンズ、 460
…ガラスシリンダレンズ、 462…ＰＭＭＡシリンダレン
ズ、 464…樹脂接着剤、 502´…発光点、 504…偏向装
置、 506…偏向前光学系、 508…偏光後光学系、 510…
有限レンズ、 512…絞り、 514…シリンダレンズ、 516
…第１のｆθレンズ、 518…第２のｆθレンズ、 520…
平面鏡、 530…光走査装置。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−19202（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−110819（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−87807（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光を発生する光源と、 上記光源からの光を被走査面に向かって偏向する偏向手
   段と、 この偏向手段と上記光源との間に配置され、上記光源か
   らの光の断面形状を所定の形状に変換する偏向前光学手
   段と、 上記偏向手段と上記被走査面との間に配置され、母線の
   形状が光軸に対して非対称に形成された少なくとも１面
   のトーリック面を含む少なくとも２枚のプラスチックレ
   ンズから構成され、上記偏向手段を介して偏向された光
   を上記被走査面近傍に結像させる偏向後光学手段と、 を、有する光走査装置。