JPH06265808A - 光ビーム走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ビーム走査光学系のスリットに因る回折の
集束ビーム形状への影響を抑制し、高解像度の画像露光
を実現する。 【構成】 光源１からの光ビーム２３を反射させて偏向
し走査を行う偏向手段４と、この偏向手段４の前後に配
設され、かつ偏向手段以前に収束されている光ビーム２
３を前記偏向手段４を介し被走査面６上に結像させる第
１、第２の結像光学系２、５とスリット３とを備え、前
記第２の結像光学系５の偏向手段側焦点位置近傍に前記
スリット３が配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真方式に
て画像を形成する複写機やファクシミリ、レーザ・ビー
ム・プリンタ等の画像形成装置に利用される光ビーム走
査装置に関し詳しくは光源からの光ビームを反射させて
偏向し走査を行う偏向手段と、この偏向手段の前後に配
設され、かつ偏向手段以前に収束されている光ビームを
前記偏向手段を介し被走査面上に結像される第１、第２
の結像光学系とスリットとを備えた光ビーム走査光学系
とそれを用いた画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、この種の光ビーム走査光学系は、
画像信号に応じた変調を受けて光源から発せられる光ビ
ームを、回転ないし揺動する偏向手段により反射させて
偏向し感光体上を主走査する。これにより感光体は画像
露光を受け、この画像露光中主走査方向と直角な方向に
副走査移動される。

【０００３】これら主走査と副走査とによって、前記画
像信号に対応した静電潜像が感光体上に形成される。

【０００４】ところで前記静電潜像は高精細であり、十
分な解像度の画像露光を達成するには、結像光学系中の
レンズ外形寸法でもって光束を整形し、被走査面上での
集束ビーム形状を制御する必要がある。しかしこれには
限度がある。そこで従来、結像光学系中に前記レンズ外
形寸法に相当する光束整形装置を用いることにより、前
記集束ビーム形状の制御不足を補っている。

【０００５】これを達成するのに、結像光学系中の、特
に、平行光束部に光束整形装置が配設された光ビーム走
査光学系が実用されている。

【０００６】以下に従来の光ビーム走査光学系について
説明する。図７は面倒れ補正機能付きの一般的な光ビー
ム走査光学系を示し、第１の結像光学系ａと第２の結像
光学系ｂとが偏向手段としてのポリゴンミラーｃの両側
に配され、半導体レーザｄからの横断面が楕円形の光ビ
ームｅを、主走査方向と副走査方向とで異なった屈折力
を用いた第１の結像光学系ａと第２の結像光学系ｂとに
よる２段階の結像機能により感光体ｆ上に所定の大きさ
で結像させ、第１の結像光学系ａ中の平行光束部ｇに配
設された光束整形装置ｈでもって感光体ｆ上に所定の大
きさで結像された集束ビーム形状を制御している。

【０００７】そして第１、第２の各結像光学系による結
像光路上の一部に面倒れ補正のためのレンズも設けられ
ている。これによってポリゴンミラーｃの回転軸の振れ
や組立精度の微少誤差が原因して、ポリゴンミラーｃの
各反射面間に生じるいわゆる面倒れの影響を防止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近は、画像
形成を高密度な印字により高精細にすることが望まれて
いる。これを達成するには、結像光学系中の回折の影響
を受けない位置に光束を整形するスリットを配設するこ
とにより、被走査面上での集束ビーム形状を制御するこ
とが好適である。従来例における主走査方向のビーム形
状を図８（ａ）に、副走査方向のビーム形状を図８
（ｂ）に示す。

【０００９】例えばスリットを結像光学系中の平行光束
部に配設させたもの（特開昭５６−１４１６６２号公
報）はスリットの取り付け・位置決めは容易であるが、
結像光学系中に平行光束部を特別に設けなくてはなら
ず、装置の簡素化・信頼性の確保が困難であり、集束ビ
ームの高精細度化に制限がある。

【００１０】スリットを被走査面の直前に配設させたも
の（特開昭５９−２１４０１２号公報）は、スリットを
光源から最も遠くに配設されなければならず、スリット
の取り付け・位置決めが難しいという難点がある。ま
た、装置の小型化にも制限がある。

【００１１】そこで本発明は、従来知られる光ビーム走
査光学系のうち、図１に示すように光源１からの光ビー
ム２３を反射させ偏向する偏向手段４の前後に配設され
る第１、第２の結像光学系２、５が前記光ビーム２３を
偏向手段を介して被走査面６上に結像させるようにし
た、いわゆるポストオブジェクティブ型の光ビーム走査
光学系の場合、結像光学系中の光束整形装置としてスリ
ット３を選択し、特に第２の結像光学系の偏向手段側焦
点位置にスリット３を配設することにより、被走査面６
上に回折の影響をほとんど受けることなく、簡易的で、
高精度に集束ビーム形状を制御することができ、かつ高
精細度に結像させることができる点に着目し、この種の
光学系を改良することにより前記の問題を解消すると同
時に、低価格で小型かつ高解像度の光ビーム走査光学系
を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、本願第１の発明は、光源からの光ビームを反
射させて偏向し走査を行う偏向手段と、この偏向手段の
前後に配設され、かつ偏向手段以前に収束されている光
ビームを前記偏向手段を介し被走査面上に結像させる第
１、第２の結像光学系とスリットとを備えた光ビーム走
査光学系であって、前記第２の結像光学系の偏向手段側
焦点位置近傍に前記スリットが配設されていることを特
徴とするものである。

【００１３】本願第２の発明は、第１の発明においてさ
らに、第２の結像光学系が単レンズであることを特徴と
するものである。

【００１４】本願第３の発明は、第２の発明においてさ
らに、第２の結像光学系が、偏向手段側にトーリック
面、被走査面側に４次以上の高次展開項を有するトーリ
ック非球面または非円柱面であることを特徴とするもの
である。

【００１５】本願第４の発明は、第１〜３のいずれかの
発明においてさらに偏向手段の反射面の形状が円筒面、
球面のいずれかであることを特徴とするものである。

【００１６】本願第５の発明は、第１〜４のいずれかの
発明においてさらに被走査面上への結像方法がポストオ
ブジェクティブ型であることを特徴とするものである。

【００１７】本願第６の発明は、第１〜５のいずれかの
発明においてさらに第１の結像光学系が単レンズである
ことを特徴とするものである。

【００１８】本願第７の発明は、第１〜６のいずれかの
発明においてさらに面倒れを補正する面倒れ補正手段を
備えることを特徴とするものである。

【００１９】本願第８の発明は、第１〜７のいずれかの
発明の光ビーム走査光学系を用いたことを特徴とする画
像形成装置である。

【００２０】

【作用】本願第１の発明の上記構成によれば、光源から
の光ビームを反射させて偏向し走査を行う偏向手段と、
この偏向手段の前後に配設され、かつ偏向手段以前に収
束されている光ビームを前記偏向手段を介し被走査面上
に結像させる第１、第２の結像光学系とスリットとを備
えた光ビーム走査光学系であって、前記第２の結像光学
系の偏向手段側焦点位置近傍に前記スリットを配設する
ことにより、被走査面上に回折の影響をほとんど受ける
ことなく、簡易的で、高精度に集束ビーム形状を制御す
ることができ、かつ高精細度に結像させることができ
る。また結像光学系中に特別に平行光束部を設ける必要
がないため、装置の簡素化・信頼性の確保が容易であ
り、スリットが光源に近い分スリットの取り付け・位置
決めも簡易である。従って、低価格で小型かつ高解像度
の光ビーム走査光学系を容易に実現することができる。

【００２１】本願第２の発明の上記構成によれば、第１
の発明においてさらに、第２の結像光学系が単レンズで
あることによって、部品点数を削減し、装置を簡素化す
ることができる。

【００２２】本願第３の発明の上記構成によれば、第２
の発明においてさらに、第２の結像光学系が、偏向手段
側にトーリック面、被走査面側に４次以上の高次展開項
を有するトーリック非球面または非円柱面であることに
よって、副走査方向の像面湾曲を十分に補正すると同時
に、ｆθの特性を持たせることができる。

【００２３】本願第４の発明の上記構成によれば、第１
〜３のいずれかの発明においてさらに偏向手段の反射面
の形状が円筒面、球面のいずれかであることによって、
走査画角を広くすることができ、また他のレンズの作用
を偏向手段が兼ね備えるため、部品点数を削減し、装置
を簡素化すると同時に、主走査方向の像面湾曲を十分に
補正することができる。

【００２４】本願第５の発明の上記構成によれば、第１
〜４のいずれかの発明においてさらに被走査面上への結
像方法がポストオブジェクティブ型であることによっ
て、第２の結像光学系の構成が簡素になり、部品点数を
削減し、装置を簡素化することができる。

【００２５】本願第６の発明の上記構成によれば、第１
〜５のいずれかの発明においてさらに第１の結像光学系
が単レンズであることによって、部品点数を削減し、装
置を簡素化することができる。

【００２６】本願第７の発明の上記構成によれば、第１
〜６のいずれかの発明においてさらに面倒れを補正する
面倒れ補正手段を備えることによって、偏向手段の回転
軸の振れ、各反射面の傾き、組立精度等に起因した面倒
れに影響なく適正位置に十分精度よく結像することがで
きる。

【００２７】本願第８の発明の上記構成によれば、第１
〜７のいずれかの発明の光ビーム走査光学系を用いたこ
とにより、低価格で小型かつ高解像度の画像形成装置を
容易に実現することができる。

【００２８】

【実施例】以下本発明の一実施例のポストオブジェクテ
ィブ型走査光学系について、図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の一実施例におけるポストオブジェク
ティブ型走査光学系の構成を示すものである。本発明に
おいては、偏向手段としてのポリゴンミラーの反射面近
傍で副走査方向についてビームが集束されているため、
反射面の形状が円筒面、球面いずれの場合も副走査方向
の屈折力には変化が少ないので動作原理の差異はない。
本実施例は反射面が円筒面の場合である。

【００２９】図１において、１は半導体レーザ、２は集
束レンズ、３は被走査面上に集束されるビーム形状を制
御するスリット、４は円筒面ポリゴン、５は図３
（ａ）、（ｂ）に示した形状の補正レンズ、６は感光ド
ラム、７はポリゴンの回転中心軸である。図３（ａ）は
補正レンズ５の水平方向の形状を示した上面図、図３
（ｂ）は補正レンズ５の垂直方向の形状を示した側面図
を示すものである。図３（ａ）において、８は主走査方
向に平行で光軸を含む面内にあり主走査方向に平行な回
転対称軸、９は光軸上の点、１０は光軸上の点９を中心
とする前記主走査方向に平行な面内に存在する半径Ｒ１
の円弧を回転対称軸８を中心に回転した形状のトーリッ
ク面、１１は図３において示されたＸ−Ｙ−Ｚ座標系に
おいて面の頂点からのサグ量で示すと、数１の式

【００３０】

【数１】

【００３１】で示される非円柱面である。また、図３
（ｂ）において、Ｒ３はトーリック面１０の光軸上にお
ける回転対称軸８までの距離、ＴＨはレンズの中心肉厚
である。

【００３２】具体的数値例を表１、表２、表３、表４に
示す。ただし、Ｙ０は有効走査幅、Ｌは円筒反射面から
感光ドラム６までの距離、Ｒは反射面の曲率、ｒはポリ
ゴンの回転中心から円筒反射面の頂点までの距離、ｄは
補正レンズ５の出射面から感光ドラム６までの距離、ｌ
は補正レンズ５の入射面からスリット３までの距離、Ｒ
１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ＴＨは図３（ａ）、（ｂ）にそれ
ぞれ示したものである。Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは数１の式
で示した非球面係数である。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】以上のように構成されたポストオブジェク
ティブ型走査光学系について、以下、図４の（ａ）、
（ｂ）を用いてその動作を説明する。図４（ａ）は主走
査方向面内における光路図、図４（ｂ）は副走査方向面
内における光路図を示したものであって、半導体レーザ
１からの光束は集束レンズ２によって主走査方向・副走
査方向それぞれ異なった焦点位置をもつ集束光になり、
副走査方向については円筒面ポリゴン４の反射面近傍に
集束する。円筒面ポリゴン４は回転中心軸７を中心とし
て回転し、入射したレーザ光束を偏向し、補正レンズ５
によって感光ドラム６上に集束し走査される。その際、
補正レンズ５の副走査方向の偏向手段側焦点位置近傍に
スリットを設け、開口部４１の大きさを調整することに
より、被走査面上に集束される副走査方向のビームを所
定の大きさに制御するとともに、ビームの形状の乱れを
補正する。また、補正レンズ５は偏向点と感光ドラム６
上の被走査面とを、副走査方向で幾何光学的に共役にな
るように配置され、円筒面ポリゴン４の面倒れを補正す
るとともに、副走査方向の屈折力が主走査方向において
中心部から周辺部に行くに従って小さくなることで副走
査方向の像面湾曲を補正している。さらに、出射面を４
次以上の高次展開項を有する非円柱面にすることで、被
走査面上における主走査方向の結像位置にｆθの特性を
持たせている。

【００３８】本実施例におけるスリットの構成図を図５
に、主走査方向のビーム形状を図６（ａ）に、副走査方
向のビーム形状を図６（ｂ）に示した。

【００３９】以上のように本実施例によれば、補正レン
ズ５の副走査方向の偏向手段側焦点位置近傍にスリット
を配設し、開口部の大きさの調整により、被走査面上に
集束される副走査方向のビームの大きさを制御するとと
もに、ビーム形状の乱れを補正することができる。な
お、図２は上記実施例の走査光学系を画像形成装置に用
いた場合の構成を示すものである。図２において、３１
は感光ドラム、３２は上記実施例の走査光学系、３３は
一次帯電器、３４は現像器、３５は転写帯電器、３６は
クリーナー、３７は前露光ランプ、３８は定着装置、３
９は給紙カセットである。

【００４０】また本発明はポストオブジェクティブ型走
査光学系のみならずプレオブジェクティブ型走査光学系
にも用いることができ、一方その効果は副走査方向に限
らず主走査方向にも十分適用することができる。

【００４１】なお、図１の実施例では、第１、第２の結
像光学系２、５が各々単レンズであるが、少なくとも一
方が複数のレンズから構成されていてもよく、さらに偏
向手段４の反射面形状が円筒面であるが球面でも差し支
えない。

【００４２】

【発明の効果】本発明は上記実施例から明らかなように
以下に示す効果を有する。

【００４３】本願第１の発明によれば、光源からの光ビ
ームを反射させて偏向し走査を行う偏向手段と、この偏
向手段の前後に配設され、かつ偏向手段以前に収束され
ている光ビームを前記偏向手段を介し被走査面上に結像
させる第１、第２の結像光学系とスリットとを備えた光
ビーム走査光学系であって、前記第２の結像光学系の偏
向手段側焦点位置近傍に前記スリットを配設することに
より、被走査面上に回折の影響をほとんど受けることな
く、簡易的で、高精度に集束ビーム形状を制御すること
ができ、かつ高精細度に結像させることができる。また
結像光学系中に特別に平行光束部を設ける必要がないた
め、装置の簡素化・信頼性の確保が容易であり、スリッ
トが光源に近い分スリットの取り付け・位置決めも簡易
である。従って、低価格で小型かつ高解像度の光ビーム
走査光学系を容易に実現することができる。

【００４４】本願第２の発明によれば、第１の発明にお
いてさらに、第２の結像光学系が単レンズであることに
よって、部品点数を削減し、装置を簡素化することがで
きるので、装置の組立・調整の簡素化、高信頼性の確
保、小型化、低価格化を容易に実現することができる。

【００４５】本願第３の発明によれば、第２の発明にお
いてさらに、第２の結像光学系が、偏向手段側にトーリ
ック面、被走査面側に４次以上の高次展開項を有するト
ーリック非球面または非円柱面であることによって、副
走査方向の像面湾曲を十分に補正することができるの
で、副走査方向の集束ビームを十分に均一化した高解像
度化を容易に実現することができると同時に、ｆθの特
性をも容易に実現することができる。

【００４６】本願第４の発明によれば、第１〜３のいず
れかの発明においてさらに偏向手段の反射面の形状が円
筒面、球面のいずれかであることによって、走査画角を
広くすることができ、また他のレンズの作用を偏向手段
が兼ね備えるため、部品点数を削減し、装置を簡素化す
ると同時に、主走査方向の像面湾曲を十分に補正するこ
とができるので、主走査方向の集束ビームを十分に均一
化した高解像度化と装置の組立・調整の簡素化、高信頼
性の確保、小型化、低価格化を容易に実現することがで
きる。

【００４７】本願第５の発明によれば、第１〜４のいず
れかの発明においてさらに被走査面上への結像方法がポ
ストオブジェクティブ型であることによって、第２の結
像光学系の構成が簡素になり、部品点数を削減し、装置
を簡素化することができるので、装置の組立・調整の簡
素化、高信頼性の確保、小型化、低価格化を容易に実現
することができる。

【００４８】本願第６の発明によれば、第１〜５のいず
れかの発明においてさらに第１の結像光学系が単レンズ
であることによって、部品点数を削減し、装置を簡素化
することができるので、装置の組立・調整の簡素化、高
信頼性の確保、小型化、低価格化を容易に実現すること
ができる。

【００４９】本願第７の発明によれば、第１〜６のいず
れかの発明においてさらに面倒れを補正する面倒れ補正
手段を備えることによって、偏向手段の回転軸の振れ、
各反射面の傾き、組立精度等に起因した面倒れに影響な
く適正位置に十分精度よく結像することができるので、
高解像度化、走査特性の高精細度化と同時に、装置の組
立・調整の簡素化、高信頼性の確保を容易に実現するこ
とができる。

【００５０】本願第８の発明によれば、第１〜７のいず
れかの発明の光ビーム走査光学系を用いたことにより、
低価格で小型かつ高解像度の画像形成装置を容易に実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるポストオブジェクテ
ィブ型走査光学系の構成図

【図２】本発明の一実施例の走査光学系を用いた画像形
成装置の構成図

【図３】本発明の一実施例における補正レンズの形状を
示す構成図

【図４】本発明の一実施例における光束の様子を示す模
式図

【図５】本発明の一実施例におけるスリットの形状を示
す構成図

【図６】本発明の一実施例の走査光学系における集束ビ
ーム形状を示す説明図

【図７】従来例のポストオブジェクティブ型走査光学系
の構成図

【図８】図７に示す従来例の走査光学系における集束ビ
ーム形状を示す説明図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ 集束レンズ ３ スリット ４ 円筒面ポリゴン ５ 補正レンズ ６ 感光ドラム ７ 回転中心軸 ３２ 走査光学系 ３３ 一次帯電器 ３４ 現像器 ３５ 転写帯電器 ３６ クリーナー ３７ 前露光ランプ ３８ 定着装置 ３９ 給紙カセット

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光ビームを反射させて偏向し走
   査を行う偏向手段と、この偏向手段の前後に配設され、
   かつ偏向手段以前に収束されている光ビームを前記偏向
   手段を介し被走査面上に結像させる第１、第２の結像光
   学系とスリットとを備えた光ビーム走査光学系であっ
   て、前記第２の結像光学系の偏向手段側焦点位置近傍に
   前記スリットが配設されていることを特徴とする光ビー
   ム走査光学系。
2. 【請求項２】上記第２の結像光学系が単レンズである請
   求項１記載の光ビーム走査光学系。
3. 【請求項３】上記第２の結像光学系が、偏向手段側にト
   ーリック面、被走査面側に４次以上の高次展開項を有す
   るトーリック非球面または非円柱面である請求項２記載
   の光ビーム走査光学系。
4. 【請求項４】上記偏向手段の反射面の形状が円筒面、球
   面のいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載の光
   ビーム走査光学系。
5. 【請求項５】被走査面上への結像方法がポストオブジェ
   クティブ型である請求項１〜４のいずれかに記載の光ビ
   ーム走査光学系。
6. 【請求項６】上記第１の結像光学系が単レンズである請
   求項１〜５のいずれかに記載の光ビーム走査光学系。
7. 【請求項７】面倒れを補正する面倒れ補正手段を備える
   請求項１〜６のいずれかに記載の光ビーム走査光学系。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の光ビーム
   走査光学系を用いた画像形成装置。