JP4051741B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【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７４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±１５°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、を有し、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、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を満足し、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。
【００１８】
一方、請求項２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、を有し、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。
【００２０】
上記第２の目的を達成するために、請求項３記載の光走査装置では、請求項２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４記載の光走査装置では、請求項１乃至請求項３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、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。
【００２５】
上記請求項１及び請求項２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（２９７ｍｍ）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、ｆθ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１７）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及び請求項２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及び請求項２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１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。
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。
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。
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。
また、請求項１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。
一方、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。
【００３８】
また、請求項３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４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５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６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１９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’ＣＢ’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１９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ＩＡ’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。
【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、本発明に係る第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１５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１０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、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、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１９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１９Ａ、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１７）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１７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３０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及び請求項２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１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。
また、請求項１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。
一方、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。
【００９６】
また、請求項３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４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５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６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。
【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 (6)

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、を有し、
   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、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
   を満足し、
   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光走査装置。
2. 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、を有し、
   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光走査装置。
3. 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に記載の光走査装置。
4. 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３の何れか一項に記載の光走査装置。
5. 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４の何れか一項に記載の光走査装置。
6. 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５の何れか一項に記載の光走査装置。

Images