JPH08211314A - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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Publication number
JPH08211314A
JPH08211314A JP1669795A JP1669795A JPH08211314A JP H08211314 A JPH08211314 A JP H08211314A JP 1669795 A JP1669795 A JP 1669795A JP 1669795 A JP1669795 A JP 1669795A JP H08211314 A JPH08211314 A JP H08211314A
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JP
Japan
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scanning
lens
reflector
center
scanning lens
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Application number
JP1669795A
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English (en)
Inventor
Tomonori Ikumi
智則 伊久美
Kazunori Murakami
和則 村上
Masayuki Satomi
真幸 里美
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TEC CORP
Original Assignee
TEC CORP
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非球面形状の走査レンズを備えた光走査装置
において、fθ電気補正回路を用いることなく、fθ誤
差を低下させる。 【構成】 非球面形状の走査レンズ16の入射面の母線
を表わす非球面一般式を 【数15】 とし、走査レンズ16の出射面の母線を表わす非球面一
般式を 【数16】 とするとき、これらの非球面一般式における各係数や走
査レンズ16の配置位置等を、fθ誤差が小さくなるよ
うに反射体15の走査角に応じて適宜設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ、レー
ザファックス、デジタル複写機等で使用するレーザ光を
用いた光走査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にレーザプリンタでは、半導体レー
ザからのレーザ光に記録情報を載せ、そのレーザ光を光
学系により偏向走査させて結像面である帯電した感光体
面に集光させ、露光してその感光体上に静電潜像を形成
し、その後トナーにより現像し、転写部で用紙に転写す
る。
【0003】このような装置で使用する光走査装置とし
ては、例えば、ポリゴンミラーを回転させてレーザ光を
偏向走査させるものが知られており、このような光走査
装置では、一般に、ポリゴンミラーの偏向点と走査面と
を共役な位置関係に配置し、ポリゴンミラーの面毎の回
転軸に対する角度ずれ(いわゆる、面倒れ)の影響を無
くす面倒れ補正光学系を採用している。
【0004】また、特開平5−346551号公報に開
示されたように、偏向器としてポリゴンミラーではなく
回転軸に対して45゜に傾斜した偏向面を持つ直角プリ
ズム状の走査ミラーを使用する方式の光走査装置が知ら
れており、この光走査装置を図4に基づいて説明する。
この光走査装置では、スキャナモータ1の回転軸2の上
端部に45゜に傾斜した二つの偏向面3aを有する直角
プリズム状の走査ミラー3を固定し、これらのスキャナ
モータ1や走査ミラー3の上方を覆うハウジング4が設
けてある。そして、このハウジング4には、レーザ光を
出射する半導体レーザ5、半導体レーザ5からのレーザ
光を略発散する光束に変換する集束レンズ6、集束レン
ズ6を通過したレーザ光を円形に整形するスリット7、
スリット7で整形したレーザ光を直角に反射させて前記
偏向面3aに照射させる反射ミラー8、偏向面3aで反
射されると共に偏向走査されるレーザ光を感光体等の結
像面に集光させる凸のメニスカスレンズ9が取り付けて
ある。
【0005】なお、このメニスカスレンズ9は、入射側
の面より出射側の面の曲率半径を小さく設定しており、
これによって、結像面上の各位置でのビーム径を均一に
することが可能となっている。また、この方式は、結像
面上の走査速度の均一性、いわゆる、fθ誤差は純光学
的には補正しきれておらず、印字データのパルス幅を変
える電気的補正方法を採用している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図4に示し
た光走査装置では、偏向点と走査面とが共役な関係にな
っていない。即ち、面倒れ補正光学系を有していない。
そのため、走査ミラー3では二つの偏向面3aの傾斜角
を厳密に一致させる必要があり、低コスト化の妨げとな
っている。
【0007】そこで、偏向面が一つだけの走査ミラーを
用いると、面倒れの問題は発生しないが、二つの偏向面
3aを有する走査ミラー3を使用した場合と同じ走査周
波数(単位時間当たりの走査の回数で、レーザープリン
タでは印字速度に比例する)を得ようとすれば、スキャ
ナモータ1の回転数を二倍にする必要があり、これに伴
ってfθ電気補正で扱う周波数が高くなり、fθ電気補
正回路が高価になる。
【0008】請求項1ないし3記載の発明は、fθ誤差
の補正を電気的に行なうことなく精度を向上でき、しか
も、コスト低減を図ることができる光走査装置を提供す
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
レーザ光を出射するレーザー光出射手段と、このレーザ
光出射手段からのレーザ光を略発散する光束に変換する
変換手段と、モータの駆動により回転してこの回転中心
に対して45゜に傾斜した偏向面を有する反射体と、前
記偏向面で偏向走査させたレーザ光を結像面に集光させ
る非球面形状の走査レンズとを備えた光走査装置におい
て、前記走査レンズの入射面の母線を表わす非球面一般
式を
【0010】
【数7】
【0011】とし、前記走査レンズの出射面の母線を表
わす非球面一般式を
【0012】
【数8】
【0013】とし、前記反射体の頂点から前記集束レン
ズの集束位置までの集束距離をLcnv、前記反射体の
回転中心と前記集束レンズを通過したレーザ光が前記偏
向面に当たる中心位置までの距離をb、前記走査レンズ
の中心厚み寸法をtl、前記反射体の回転中心から前記
走査レンズの入射面の中心位置までの距離をLy、前記
反射体の回転中心から前記結像面までの距離をLp、前
記反射体の頂点を通る座標線から前記走査レンズのレン
ズ中心までの距離をLz、前記走査レンズの屈折率をn
とし、前記反射体の走査角を70(deg)とすると
き、前記入射面の母線を表わす非球面一般式の各係数
を、Ki=0,Ci=3.9942E−03,A2=
2.9561E−02,A4=−9.3597E−0
6,A6=7.3202E−09,A8=−2.171
7E−12とし、前記出射面の母線を表わす非球面一般
式の各係数を、Ko=0,Co=−4.7266E−0
3,B2=−3.3841E−04,B4=−5.84
43E−06,B6=1.0429E−09、B8=
9.4746E−13とし、Lcnv=316.223
mm,b=2mm,tl=7mm,Ly=32.772
mm,Lp=235.8mm,Lz=1.389mm,
n=1.51922とした。
【0014】請求項2記載の発明は、レーザ光を出射す
るレーザー光出射手段と、このレーザ光出射手段からの
レーザ光を略発散する光束に変換する変換手段と、モー
タの駆動により回転してこの回転中心に対して45゜に
傾斜した偏向面を有する反射体と、前記偏向面で偏向走
査させたレーザ光を結像面に集光させる非球面形状の走
査レンズとを備えた光走査装置において、前記走査レン
ズの入射面の母線を表わす非球面一般式を
【0015】
【数9】
【0016】とし、前記走査レンズの出射面の母線を表
わす非球面一般式を
【0017】
【数10】
【0018】とし、前記反射体の頂点から前記集束レン
ズの集束位置までの集束距離をLcnv、前記反射体の
回転中心と前記集束レンズを通過したレーザ光が前記偏
向面に当たる中心位置までの距離をb、前記走査レンズ
の中心厚み寸法をtl、前記反射体の回転中心から前記
走査レンズの入射面の中心位置までの距離をLy、前記
反射体の回転中心から前記結像面までの距離をLp、前
記反射体の頂点を通る座標線から前記走査レンズのレン
ズ中心までの距離をLz、前記走査レンズの屈折率をn
とし、前記反射体の走査角を80(deg)とすると
き、前記入射面の母線を表わす非球面一般式の各係数
を、Ki=0,Ci=−3.8788E−03,A2=
1.7953E−03,A4=3.1705E−06,
A6=−1.140E−08,A8=4.4828E−
12とし、前記出射面の母線を表わす非球面一般式の各
係数を、Ko=0,Co=−2.2993E−02,B
2=8.8659E−04,B4=3.4023E−0
6,B6=−1.9517E−09、B8=−8.69
89E−12とし、Lcnv=156.357mm,b
=2mm,tl=5mm,Ly=26.086mm,L
p=211.4mm,Lz=0.863mm,n=1.
51922としたことを特徴とする光走査装置。
【0019】請求項3記載の発明は、レーザ光を出射す
るレーザー光出射手段と、このレーザ光出射手段からの
レーザ光を略発散する光束に変換する変換手段と、モー
タの駆動により回転してこの回転中心に対して45゜に
傾斜した偏向面を有する反射体と、前記偏向面で偏向走
査させたレーザ光を結像面に集光させる非球面形状の走
査レンズとを備えた光走査装置において、前記走査レン
ズの入射面の母線を表わす非球面一般式を
【0020】
【数11】
【0021】とし、前記走査レンズの出射面の母線を表
わす非球面一般式を
【0022】
【数12】
【0023】とし、前記反射体の頂点から前記集束レン
ズの集束位置までの集束距離をLcnv、前記反射体の
回転中心と前記集束レンズを通過したレーザ光が前記偏
向面に当たる中心位置までの距離をb、前記走査レンズ
の中心厚み寸法をtl、前記反射体の回転中心から前記
走査レンズの入射面の中心位置までの距離をLy、前記
反射体の回転中心から前記結像面までの距離をLp、前
記反射体の頂点を通る座標線から前記走査レンズのレン
ズ中心までの距離をLz、前記走査レンズの屈折率をn
とし、前記反射体の走査角を90(deg)とすると
き、前記入射面の母線を表わす非球面一般式の各係数
を、Ki=0,Ci=−7.9932E−03,A2=
2.2867E−03,A4=1.0486E−06,
A6=−1.6186E−09,A8=1.5516E
−12とし、前記出射面の母線を表わす非球面一般式の
各係数を、Ko=0,Co=−2.7338E−02,
B2=5.7500E−04,B4=2.4945E−
06,B6=−1.2804E−09、B8=3.28
14E−12とし、Lcnv=160.571mm,b
=2mm,tl=5mm,Ly=21.49mm,Lp
=179.3mm,Lz=1.321mm,n=1.5
1922とした。
【0024】
【作用】請求項1ないし3記載の発明では、走査レンズ
の形状と屈折率と中心厚み寸法、及び、集束レンズと反
射体と走査レンズと結像面との位置関係を、反射体の走
査角に応じてそれぞれ上述のように設定することによ
り、結像面上での結像性能を損なうことなく、かつ、結
像面上の走査速度の均一性、即ち、fθ誤差をfθ電気
補正回路を用いることなく実用上問題を生じない程度に
まで補正することができる。
【0025】
【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図3に基づい
て説明する。図1に示すように、レーザ光を出射するレ
ーザ光出射手段である半導体レーザ10からのレーザ光
を変換手段である集束レンズ11で略発散する光束に変
換した後、アパーチャ12で円形ビームに整形し、円形
ビームに整形したレーザ光を反射ミラー13で反射させ
て直角に光路を変更させた後、モータであるスキャナモ
ータ14のロータ14aの回転軸14b上に配置してあ
る反射体である直角プリズム状の走査ミラー15の45
゜に傾斜した二つの偏向面15aに照射させるようにな
っている。
【0026】即ち、前記走査ミラー15は、互いに直交
する二つの面を偏向面15aとし、残りの面の中心を前
記回転軸14bの中心に合わせて配置してなるもので、
前記反射ミラー13で反射したレーザ光はスキャナモー
タ14の回転軸14bの中心から所定寸法離れた位置で
回転軸14bに平行に偏向面15aに入射するようにな
っている。
【0027】前記スキャナモータ14は、ロータ14a
にマグネット14cを一体に取り付けている。前記回転
軸14bは、ステータ部材14dにボールベアリング1
4eを介して回転自在に取り付けている。前記ステータ
部材14dは、スペーサ14fを介して回路基板14g
を固定し、この回路基板14gの前記マグネット14c
と対向した部位の裏面側にはコイル14hを取り付けて
いる。
【0028】前記走査ミラー15は、前記スキャナモー
タ14で回転駆動し、前記反射ミラー13で反射したレ
ーザ光を偏向面15aで反射し、回転軸14bに垂直な
平面方向に偏向走査する。そして、前記走査ミラー15
で偏向走査したレーザ光は、この走査ミラー15の近傍
に配置した非球面形状の走査レンズ16に入射するよう
になっている。走査レンズ16を通過したレーザ光は、
感光体17の結像面18(図3に示す)に集光して結像
する。
【0029】なお、前記半導体レーザ10、集束レンズ
11、アパーチャ12、反射ミラー13、走査レンズ1
6は、前記スキャナモータ14及び走査ミラー15を覆
うハウジング19に組み付けている。また、このハウジ
ング19は、ステータ部材14dにネジ止めにより固定
している。
【0030】前記走査レンズ16は、図2に示すように
光軸を回転軸とした回転対称非球面形状をしている。ま
た、この走査レンズ16の形状について、入射面の母線
を表わす非球面一般式を、
【0031】
【数13】
【0032】と表わすことができ、出射面の母線を表わ
す非球面一般式を
【0033】
【数14】
【0034】と表わすことができる。
【0035】つぎに、前記集束レンズ11と前記走査ミ
ラー15と前記走査レンズ16と前記結像面18との位
置関係を図3に基づいて説明する。半導体レーザ10か
ら出射されたレーザ光は集束レンズ11の正のパワーで
発散性の小さいレーザ光に変換され、この時の、走査ミ
ラー15の頂点(原点)から集束レンズ11の集束位置
までの集束距離をLcnvとする。集束レンズ11を通
過したレーザ光は、アパーチャ12によりφaの円形ビ
ームに整形された後に偏向面15aに入射し、偏向面1
5に入射したレーザ光の中心位置と走査ミラー15の回
転中心との距離をbとする。
【0036】走査ミラー15の回転により偏向走査する
レーザ光が入射する走査レンズ16は、走査ミラー15
の回転中心から走査レンズ16の入射面の中心位置まで
の距離がLyとなる位置であって、走査ミラー15の頂
点を通る走査方向の座標線から走査レンズ16の中心ま
での距離がLzとなる位置に配置する。さらに、走査ミ
ラー15の回転中心から結像面18までの距離がLpと
なる位置に感光体17を配置する。なお、走査レンズ1
6の中心厚み寸法をtlとし、走査レンズ16の屈折率
をnとする。
【0037】また、走査ミラー15の走査角(aef)
と偏向走査するレーザ光の主走査方向位置との関係は、
最大走査角の2分の1の時、有効走査幅(Leff)の
端部にレーザ光が来るようになっている。
【0038】つぎに、走査レンズ16の入射面の母線を
表わす非球面一般式と走査レンズ16の出射面の母線を
表わす非球面一般式との各係数、走査角(aef)、集
束距離Lcnv等をパラメータとして光線追跡計算を行
なった結果を表1に示す。
【0039】
【表1】
【0040】この表1に示した光線追跡計算において、
従来例の走査レンズは、入射面及び出射面を表わす非球
面一般式においてCi及びCo以外を全て“0”とした
が、非球面一般式でCi,Co以外が全て“0”の場合
は、曲率半径が1/Ci(1/Co)の球面となること
が式の意味から明らかとなる。即ち、表1において従来
例1〜従来例3に示した走査レンズは、入射面と出射面
とをともに球面としたものである。
【0041】表1に示した計算結果を検討すると、従来
例1ではfθ誤差が2.28mmであるのに対し、本発
明1では0.215mmと大幅に低下した。本発明2,
3でも、従来例2,3に比べてfθ誤差が大幅に低下し
た。
【0042】走査線湾曲については、本発明1では0.
19mmとなり、従来例1の0.1mmに比べて大きく
なっているが、印字上問題にはならない。
【0043】幾何光学的スポットダイヤグラムで求めた
ビーム径については、本発明と従来例とは略同等の結果
が得られた。
【0044】なお、走査レンズ16を樹脂成形によって
製作すれば、非球面化する事によるコストアップは金型
製作時に発生するだけであり、しかも、球面の走査レン
ズを成形する金型を製作する場合に比べてアップ率は僅
かである。従って、その金型を用いて製作した走査レン
ズ16の個々について考えれば、コストアップはほとん
ど生じない。しかも、fθ誤差をfθ電気補正回路を用
いることなく補正することができるのでコスト低減を図
ることができる。
【0045】
【発明の効果】請求項1ないし3記載の発明によれば、
反射体の偏向面で偏向走査させたレーザ光を結像面に集
束させる非球面形状の走査レンズの形状と屈折率と中心
厚み寸法、及び、集束レンズと反射体と走査レンズと結
像面との位置関係を、反射体の走査角に応じてそれぞれ
上述のように設定することにより、結像面上での結像性
能を損なうことなく、かつ、結像面上の走査速度の均一
性、即ち、fθ誤差の補正を電気的に行なうことなく精
度を向上でき、しかも、コスト低減を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す縦断側面図である。
【図2】走査レンズを示す斜視図である。
【図3】集束レンズと走査ミラーと走査レンズと結像面
との位置関係を示す模式図であり、(a)は側面図、
(b)は平面図である。
【図4】従来例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
10 レーザ光出射手段 11 変換手段 14 モータ 15 反射体 15a 偏向面 16 走査レンズ 18 結像面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を出射するレーザー光出射手段
    と、このレーザ光出射手段からのレーザ光を略発散する
    光束に変換する変換手段と、モータの駆動により回転し
    てこの回転中心に対して45゜に傾斜した偏向面を有す
    る反射体と、前記偏向面で偏向走査させたレーザ光を結
    像面に集光させる非球面形状の走査レンズとを備えた光
    走査装置において、前記走査レンズの入射面の母線を表
    わす非球面一般式を 【数1】 とし、前記走査レンズの出射面の母線を表わす非球面一
    般式を 【数2】 とし、前記反射体の頂点から前記集束レンズの集束位置
    までの集束距離をLcnv、前記反射体の回転中心と前
    記集束レンズを通過したレーザ光が前記偏向面に当たる
    中心位置までの距離をb、前記走査レンズの中心厚み寸
    法をtl、前記反射体の回転中心から前記走査レンズの
    入射面の中心位置までの距離をLy、前記反射体の回転
    中心から前記結像面までの距離をLp、前記反射体の頂
    点を通る座標線から前記走査レンズのレンズ中心までの
    距離をLz、前記走査レンズの屈折率をnとし、前記反
    射体の走査角を70(deg)とするとき、前記入射面
    の母線を表わす非球面一般式の各係数を、Ki=0,C
    i=3.9942E−03,A2=2.9561E−0
    2,A4=−9.3597E−06,A6=7.320
    2E−09,A8=−2.1717E−12とし、前記
    出射面の母線を表わす非球面一般式の各係数を、Ko=
    0,Co=−4.7266E−03,B2=−3.38
    41E−04,B4=−5.8443E−06,B6=
    1.0429E−09、B8=9.4746E−13と
    し、Lcnv=316.223mm,b=2mm,tl
    =7mm,Ly=32.772mm,Lp=235.8
    mm,Lz=1.389mm,n=1.51922とし
    たことを特徴とする光走査装置。
  2. 【請求項2】 レーザ光を出射するレーザー光出射手段
    と、このレーザ光出射手段からのレーザ光を略発散する
    光束に変換する変換手段と、モータの駆動により回転し
    てこの回転中心に対して45゜に傾斜した偏向面を有す
    る反射体と、前記偏向面で偏向走査させたレーザ光を結
    像面に集光させる非球面形状の走査レンズとを備えた光
    走査装置において、前記走査レンズの入射面の母線を表
    わす非球面一般式を 【数3】 とし、前記走査レンズの出射面の母線を表わす非球面一
    般式を 【数4】 とし、前記反射体の頂点から前記集束レンズの集束位置
    までの集束距離をLcnv、前記反射体の回転中心と前
    記集束レンズを通過したレーザ光が前記偏向面に当たる
    中心位置までの距離をb、前記走査レンズの中心厚み寸
    法をtl、前記反射体の回転中心から前記走査レンズの
    入射面の中心位置までの距離をLy、前記反射体の回転
    中心から前記結像面までの距離をLp、前記反射体の頂
    点を通る座標線から前記走査レンズのレンズ中心までの
    距離をLz、前記走査レンズの屈折率をnとし、前記反
    射体の走査角を80(deg)とするとき、前記入射面
    の母線を表わす非球面一般式の各係数を、Ki=0,C
    i=−3.8788E−03,A2=1.7953E−
    03,A4=3.1705E−06,A6=−1.14
    0E−08,A8=4.4828E−12とし、前記出
    射面の母線を表わす非球面一般式の各係数を、Ko=
    0,Co=−2.2993E−02,B2=8.865
    9E−04,B4=3.4023E−06,B6=−
    1.9517E−09、B8=−8.6989E−12
    とし、Lcnv=156.357mm,b=2mm,t
    l=5mm,Ly=26.086mm,Lp=211.
    4mm,Lz=0.863mm,n=1.51922と
    したことを特徴とする光走査装置。
  3. 【請求項3】 レーザ光を出射するレーザー光出射手段
    と、このレーザ光出射手段からのレーザ光を略発散する
    光束に変換する変換手段と、モータの駆動により回転し
    てこの回転中心に対して45゜に傾斜した偏向面を有す
    る反射体と、前記偏向面で偏向走査させたレーザ光を結
    像面に集光させる非球面形状の走査レンズとを備えた光
    走査装置において、前記走査レンズの入射面の母線を表
    わす非球面一般式を 【数5】 とし、前記走査レンズの出射面の母線を表わす非球面一
    般式を 【数6】 とし、前記反射体の頂点から前記集束レンズの集束位置
    までの集束距離をLcnv、前記反射体の回転中心と前
    記集束レンズを通過したレーザ光が前記偏向面に当たる
    中心位置までの距離をb、前記走査レンズの中心厚み寸
    法をtl、前記反射体の回転中心から前記走査レンズの
    入射面の中心位置までの距離をLy、前記反射体の回転
    中心から前記結像面までの距離をLp、前記反射体の頂
    点を通る座標線から前記走査レンズのレンズ中心までの
    距離をLz、前記走査レンズの屈折率をnとし、前記反
    射体の走査角を90(deg)とするとき、前記入射面
    の母線を表わす非球面一般式の各係数を、Ki=0,C
    i=−7.9932E−03,A2=2.2867E−
    03,A4=1.0486E−06,A6=−1.61
    86E−09,A8=1.5516E−12とし、前記
    出射面の母線を表わす非球面一般式の各係数を、Ko=
    0,Co=−2.7338E−02,B2=5.750
    0E−04,B4=2.4945E−06,B6=−
    1.2804E−09、B8=3.2814E−12と
    し、Lcnv=160.571mm,b=2mm,tl
    =5mm,Ly=21.49mm,Lp=179.3m
    m,Lz=1.321mm,n=1.51922とした
    ことを特徴とする光走査装置。
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