(57)【要約】    【課題】  高精細印刷が可能で、かつ環境安定性の高い走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を得ること。    【解決手段】  光源手段から発せられた波長λ(mm)の光束を偏向する偏向手段と、偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有し、結像光学系のうち少なくとも一つの結像光学素子はガラス材料より成る光学素子と樹脂材料より成る光学素子とが接合されており、樹脂材料より成る光学素子の空気と接する面は非球面形状より成り、結像光学素子の光軸からの距離hに対して非球面形状のサグ量をF(h)、樹脂材料より成る光学素子の厚みをT（h）とするとき、非球面形状のサグ量F(h)がF’(h)＝F(h)+0.005×｛T(h)−T(0)｝で表現されるサグ量F’(h)に形状が変化したとき、樹脂材料より成る光学素子に入射する光束幅D(mm)におけるニュートン本数の変化量が（式１）を満たすこと。【選択図】    図１
2010049060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、前記光源手段から発せられた波長λ(mm)の光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有する走査光学装置において、
前記結像光学系のうち少なくとも一つの結像光学素子は、ガラス材料より成る光学素子と、樹脂材料より成る光学素子とが接合されており、前記樹脂材料より成る光学素子の空気と接する面は非球面形状より成り、
前記結像光学素子の光軸からの距離hに対して前記非球面形状のサグ量をF(h)、前記樹脂材料より成る光学素子の厚みをT（h）とするとき、
前記非球面形状のサグ量F(h)が
F’(h)＝F(h)+0.005×｛T(h)−T(0)｝
で表現されるサグ量F’(h)に形状が変化したとき、前記樹脂材料より成る光学素子に入射する光束幅D(mm)におけるニュートン本数の変化量が下記の（式１）を満たすことを特徴とする走査光学装置。
（ただし、Ｎは樹脂材料より成る光学素子の材料の波長λにおける屈折率、
dF(h)/dhはF(h)のhにおける１階微分、
d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける２階微分を示す。）
【数１】
2010049060.tif 000023
【請求項２】
請求項１に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体の上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
各々が請求項１に記載の走査光学装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項５】
外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴とする請求項４に記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（LBP）やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりレーザービームプリンタ（LBP）やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等には走査光学装置が用いられている。この走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束（光ビーム）を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させている。そして偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１４は従来の走査光学装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段91から出射した発散光束はコリメーターレンズ92により平行光束に変換され、絞り93によって前記光束を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ94に入射している。シリンドリカルレンズ94に入射した平行光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡から成る光偏向器95の偏向面（反射面）95aにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして偏向手段95の偏向面95aで偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系96を介して被走査面としての感光ドラム面98上に導光する。そして、偏向手段95を矢印Ａ方向に回転させることによって感光ドラム面98上を矢印Ｂ方向に光走査して画像情報の記録を行なっている。
【０００６】
上記の走査光学装置においては、感光ドラム面98上を光スポットで走査する前に感光ドラム98面上における画像形成を開始するタイミングを調整するために、光検出器としての同期検出用のＢＤ（beam detector）センサ−99が設けられている。
【０００７】
このＢＤセンサー99は、光偏向器95で反射偏向された光束の一部であるＢＤ光束（同期検出用の光束）、つまり感光ドラム98面上の画像形成領域を走査する前の画像形成領域外の領域を走査している時の光束を受光する。
【０００８】
このＢＤ光束は同期検出用のＢＤミラー97で反射され、同期検出用のＢＤレンズ（不図示）で集光されてＢＤセンサー99に入射する。そして、このＢＤセンサー99の出力信号からＢＤ信号（同期信号）を検出し、このＢＤ信号に基づいて感光ドラム98面における画像記録の開始タイミングを調整している。
【０００９】
同図における結像光学系96は副走査断面内において光偏向器95の偏向面95aと感光ドラム面98とが共役関係となるように構成しており、これより偏向面95aの面倒れを補正している。
【００１０】
この様な走査光学装置において、近年POD（Print On Demand）などの軽印刷業界向けに高精細な印字が可能である走査光学装置が求められている。高精細な印字を行うために、波長が短いレーザー（例えば赤色レーザーや青色レーザー）を用いてスポット径を小径化することが考えられる。ここで、像面深度は一般的に次のように表される。
【００１１】
（像面深度）＝ａ×λ×（Fナンバー）2・・・（式A）
ただし、ａは比例定数、λは光源の波長(mm)、Fナンバーは結像光学系の射出側のFナンバー（ＦＮｏ）である。
【００１２】
波長が短くなることで（式Ａ）より像面深度が小さくなるのは明らかである。温度変化等の環境変動により光学系の屈折率が変化して主走査方向の像面湾曲が変動した場合、前述したように像面深度が非常に狭いので像面湾曲が変動することでスポットが急激に肥大して、印字特性を劣化させるという問題点がある。
【００１３】
したがって、主走査方向のパワー(屈折力）が強い光学系は環境変動に対して屈折率の変化が少なくなるように、従来はガラスレンズを使用していた。
【００１４】
ところで、高精細な印字を行うためには、結像光学系には
(1)像面湾曲がほとんどないこと、
(2)ｆθ特性（部分倍率）が良好であること、
といったことが求められる。この要求を満足するためには例えばレンズ形状を非球面にすることが考えられる。
【００１５】
しかしながら、ガラスレンズの場合、面形状を非球面にするには特殊な研磨加工が必要であり量産性にあまり向かないため、球面もしくはシリンドリカル形状をもつガラスレンズの枚数を増やすことで対応していた（特許文献１参照）。
【００１６】
近年になって、ガラスレンズに紫外線硬化性を持つ樹脂を塗布し、非球面形状をもつ型で樹脂を押さえながらレンズに紫外線を照射することで、比較的簡易で球面ガラスレンズに非球面効果をもたらすことができる技術（レプリカ成形）が知られている。（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平３−４３７０８号公報
【特許文献２】特開２００１−９１８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、この製造方法を走査光学装置用の結像光学系に用いる場合には、下記の懸念点が挙げられる。
【００１８】
紫外線硬化樹脂は光学レンズに用いられる樹脂（アクリル樹脂（PMMA）、オレフィン系樹脂など）に比べて吸水率が高いため、吸湿による形状変化が樹脂成形レンズより大きくなるので光学性能への影響を考慮する必要ある。したがって、塗布する紫外線硬化樹脂の形状を最適化する必要がある。
【００１９】
本発明は高精細印刷が可能で、かつ環境安定性の高い走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１の発明の走査光学装置は、
光源手段と、前記光源手段から発せられた波長λ(mm)の光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有する走査光学装置において、
前記結像光学系のうち少なくとも一つの結像光学素子は、ガラス材料より成る光学素子と、樹脂材料より成る光学素子とが接合されており、前記樹脂材料より成る光学素子の空気と接する面は非球面形状より成り、
前記結像光学素子の光軸からの距離hに対して前記非球面形状のサグ量をF(h)、前記樹脂材料より成る光学素子の厚みをT（h）とするとき、
前記非球面形状のサグ量F(h)が
F’(h)＝F(h)+0.005×｛T(h)−T(0)｝
で表現されるサグ量F’(h)に形状が変化したとき、前記樹脂材料より成る光学素子に入射する光束幅D(mm)におけるニュートン本数の変化量が下記の（式１）を満たすことを特徴としている。
【００２１】
（ただし、Ｎは樹脂材料より成る光学素子の材料の波長λにおける屈折率、
dF(h)/dhはF(h)のhにおける１階微分、
d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける２階微分を示す。）
【００２２】
【数１】
2010049060.tif 000003
【００２３】
請求項２の発明の画像形成装置は、
請求項１に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体の上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴としている。
【００２４】
請求項３の発明の画像形成装置は、
請求項１に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
【００２５】
請求項４の発明のカラー画像形成装置は、
各々が請求項１に記載の走査光学装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴としている。
【００２６】
請求項５の発明は請求項４の発明において、
外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば高精細印刷が可能で、かつ環境安定性の高い走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の走査光学装置は、光源手段と、光源手段から発せられた波長λ(mm)の光束を偏向する偏向手段と、偏向手段により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有している。
【００２９】
そして結像光学系のうち少なくとも一つの結像光学素子は、ガラス材料より成る光学素子と、樹脂材料より成る光学素子とが接合されており、樹脂材料より成る光学素子の空気と接する面は非球面形状より成っている。
【００３０】
そして結像光学素子の光軸からの距離hに対して非球面形状のサグ量をF(h)、樹脂材料より成る光学素子の厚みをT（h）とする。このとき、
樹脂材料より成る光学素子の非球面形状のサグ量F(h)が
F’(h)＝F(h)+0.005×｛T(h)−T(0)｝
で表現されるサグ量F’(h)に形状が変化したとき、樹脂材料より成る光学素子に入射する光束幅D(mm)におけるニュートン本数の変化量が下記の（式１）を満たすようにしている。
【００３１】
（ただし、Ｎは樹脂材料より成る光学素子の材料の波長λにおける屈折率、
dF(h)/dhはF(h)のhにおける１階微分、
d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける２階微分を示す。）
【００３２】
【数２】
2010049060.tif 000004
【００３３】
また、上記接合される光学素子のうち、非球面である光学素子は樹脂材料、他方はガラス材料より成っている。
【００３４】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は本発明の実施例１における走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００３６】
尚、以下の説明において、副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向（偏向手段の回転軸と平行な方向）を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。
【００３７】
同図において、１は光源手段であり、例えば半導体レーザーによりなっている。
【００３８】
３は正の屈折力(パワー）を有するコリメータレンズ（平凸レンズ）であり、光源手段１から出射した光を平行光束に変換している。本実施例では、コリメータレンズ３を光軸方向に移動させることにより、主走査方向の結像位置を調整している。
【００３９】
７は負の屈折力を有する球面レンズであり、コリメータレンズ３で平行光束に変換された光束を発散光束に変換している。本実施例では、球面レンズ７を光軸方向に移動させることにより、主走査方向の結像位置を調整している。また、球面レンズ７の取付け座面は後述する入射光学系の光軸と平行な平面に加工された形状よりなっている。
【００４０】
２は開口絞りであり、通過光束を規制してビーム形状を整形している。
【００４１】
４は副走査方向に正の屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、開口絞り２を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。本実施例では、シリンドリカルレンズ４を光軸方向に移動させることにより、副走査方向の結像位置を調整している。また、シリンドリカルレンズ４の取付け座面は後述する入射光学系の光軸と平行な平面に加工された形状よりなっている。
【００４２】
尚、コリメータレンズ３、球面レンズ７、開口絞り２、シリンドリカルレンズ４、そして後述する第１の結像レンズ６１の各要素は入射光学系ＬＡの一要素を構成している。
【００４３】
また、主走査断面内においては球面レンズ７、シリンドリカルレンズ４、そして後述する第１の結像レンズ６１とでアフォーカル系を構成している。また、入射光学系ＬＡは反射ミラー１０によって光路を折り曲げることで走査光学装置（走査光学系）をコンパクトにしている。
【００４４】
５は偏向手段としての光偏向器（ポリゴンミラー）であり、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００４５】
６はｆθ特性を有する結像光学系であり、結像光学素子としての第１、第２の結像レンズ６１，６２を有している。
【００４６】
第１の結像レンズ６１はガラス材料より成る光学素子としての球面レンズ６ａと、樹脂材料より成る光学素子としてのレンズ(以下、「レプリカレンズ」称す。）６ｂとが接合された接合レンズ(以下、「レプリカ非球面レンズ」と称す。）より成っている。
【００４７】
本実施例のレプリカレンズ６ｂの空気と接する面は非球面形状より成っている。第１の結像レンズ６１は、主に主走査方向の像面湾曲を補正すると共にｆθ特性を良好に維持している。
【００４８】
また、第１の結像レンズ６１は上述した如く入射光学系ＬＡの一部をも構成している。
【００４９】
第２の結像レンズ６２はプラスチックレンズであり、主走査方向と副走査方向とで異なるパワーをもつアナモフィックレンズより成っており、主に副走査方向の像面湾曲を補正している。
【００５０】
８は被走査面としての感光ドラム面、９は防塵ガラスである。
【００５１】
本実施例において、半導体レーザー１から光変調され出射した波長λ(mm)の光束はコリメータレンズ３によって平行光束に変換される。次いで球面レンズ７によって発散光に変換され、開口絞り２によって光束を制限して入射系のシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち副走査断面内における光束は収束して第１の結像レンズ６１を通過して光偏向器５の偏向面５ａに入射し、前記偏向面５ａ近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。このとき偏向面５ａに入射する光束を光偏向器５の回転軸と結像光学系６の光軸を含む副走査断面から、該回転軸と垂直な平面（光偏向器５の回転平面）に対して斜入射角度θ／２＝０．８度で入射させ、入射光束と偏向光束とを分離している。
【００５２】
また、主走査断面内における光束は発散して第１の結像レンズ６１を通過することによって平行光束に変換され、光偏向器５の偏向角の略中央から偏向面５ａに入射している。このときの平行光束の光束幅は主走査方向において光偏向器５の偏向面５ａのファセット幅に対して十分広くなるように設定している(オーバーフィルド光学系）。
【００５３】
そして、光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射された光束は第１、第２の結像レンズ６１、６２、そして防塵ガラス９を介して感光ドラム面８に導光される。そして、光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面８上に画像記録を行っている。
【００５４】
ここで、本発明者は球面レンズ６ａとレプリカレンズ６ｂとが接合されたレプリカ非球面レンズ６１が吸湿によって、形状がどれくらい変化するかについて実験を行った。
【００５５】
レプリカ非球面レンズ（被検レンズ）を60℃、80%の環境下で１日放置した前後での表面形状を測定した結果を図２に示す。図２において、レンズ座標とは光軸からの距離に相当する。以下、各図においても同様である。
【００５６】
またレプリカレンズ(レプリカ樹脂）の厚みを図３に示す。また、レプリカレンズの厚みに対する吸湿時の表面形状の変化量を図４に示す。
【００５７】
各図より、吸湿での形状変化はレプリカレンズの厚みに依存していることが予想される。これは、レプリカレンズの厚みが0.15mm程度と薄く、また球面レンズに密着されているため、径方向への膨張は密着によって拘束され厚み方向にのみ膨張されているからだと考えられる。
【００５８】
また、今回の実験でレプリカレンズの吸湿による厚み方向への変化量の平均はレプリカレンズの厚みに対して0.5％程度であり、樹脂の吸水率（体積膨張率）とほぼ一致していた。
【００５９】
レンズの径方向の距離（レンズ座標）hに対して、球面レンズのレンズ頂点に対するサグ量をS(h)、レプリカレンズの厚みをT(h)、レプリカ非球面レンズの光軸からの距離hに対して非球面形状のサグ量(レンズ頂点に対するサグ量）をF(h)とする。そのとき、サグ量F(h)は以下のように表わすことができる。
【００６０】
F(h)=S(h)+{T(h)−T(0)}・・・（式B）
次に、レプリカレンズが吸水したときのレプリカ非球面レンズのレンズ頂点に対する非球面形状のサグ量の変化F’(h)は、レプリカレンズの吸水による膨張が前述した如く厚み方向のみの変化である。また一般的なレプリカレンズの吸水率が0.5%であることから、以下のように表わすことができる。
【００６１】
F’(h)=S(h)+{T(h)−T(0)}×1.005・・・（式C）
（式B）と（式C）より、F’(h)はF(h)を用いて、以下のように表現できる。
【００６２】
F’(h)=F(h)+0.005×{T(h)−T(0)}・・・（式D）
レプリカ非球面レンズのサグ量がF(h)からF’(h)に変化したときに、座標hにおける局所Rが変化することで座標hにおけるパワーが変化する。レンズを通過する光束幅D(mm)に対するニュートン本数の変化量mは局所Rの変化より以下のように表わすことができる。
【００６３】
ただし、r(h)はhにおけるF(h)の局所R、dF(h)/dhはF(h)のhにおける１階微分、d2F(h)/dh2はF(h)のhにおける２階微分、r’(h)はhにおけるF’(h)の局所Rを示す。さらにdF’(h)/dhはF’(h)のhにおける１階微分、d2F’(h)/dh2はF’(h)のhにおける２階微分を示す（局所Rの計算式は「微分積分」（学術図書出版社）p.55−p.57を参照）。
【００６４】
【数３】
2010049060.tif 000005
【００６５】
レプリカ非球面レンズの局所Rをr(h)、このときの結像光学系の焦点距離をfとし、吸湿によってレプリカ非球面レンズの局所Rがr’(h)になることで結像光学系の焦点距離をf＋Δf、レプリカ樹脂の材料の波長λにおける屈折率をNとする。そのとき、以下の関係が成り立つ。
【００６６】
【数４】
2010049060.tif 000006
【００６７】
Δｆはｆに比べて小さいので、（式F）は次のように書き換えることができる。
【００６８】
【数５】
2010049060.tif 000007
【００６９】
（式G）と（式E）を組み合わせると、局所Rの変化による結像光学系の焦点距離の変動量Δｆは次のように書き換えることができる。
【００７０】
【数６】
2010049060.tif 000008
【００７１】
ポリゴンミラーに対して入射光束が主走査方向に平行に入射する場合、焦点距離の変動量Δｆは主走査のピント変動量と同等であり、ｆ／Dは結像光学系の射出Fナンバー(Fnoと表記する)である。このことから、局所Rの変化による主走査方向のピント変化量ΔMは以下のように表される。
【００７２】
ΔM=4mλ(N−1)×(Fno)2・・・（式I）
ここで、感光ドラム上におけるスポット径をw０とすると、感光ドラム位置からx離れた位置でのスポット径wは波長をλとして以下のように表現できる。
【００７３】
【数７】
2010049060.tif 000009
【００７４】
ビームウエスト位置でのスポット径の20%までを許容範囲とすると、w≦1.2w0を満たすxの上限値を焦点深度Wとすると、（式J）より
【００７５】
【数８】
2010049060.tif 000010
【００７６】
w0は一般的に、1.64λ×Fnoとなるので（式F）に代入して、焦点深度Wは以下のように表現できる。
【００７７】
【数９】
2010049060.tif 000011
【００７８】
ここで、吸湿による形状変更によって主走査方向のピントが変わった場合でも光学性能に影響を及ぼさないためには、ピント変動量を焦点深度の10％以下に抑える必要がある。したがって、（式I）のピント変化量ΔMが（式L）の焦点深度Wの1/10以下となるようにすると、（式I）および（式L）より光線幅におけるニュートン本数の変化量mは以下の条件を満たさなければならない。
【００７９】
【数１０】
2010049060.tif 000012
【００８０】
（式M）を満足させるためには、レプリカ非球面の面形状は（式E）と組み合わせることにより下記の（式１）を満足させなければならない。
【００８１】
【数１１】
2010049060.tif 000013
【００８２】
以上、（式１）の意味するところは、吸湿により光学素子面の形状に変化があっても光学性能上問題のない面形状、屈折率を規定するものである。
【００８３】
表１に実施例１の光学系における各レンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。
【００８４】
尚、以下に示す各表において、第１面とはレンズ入射面、第２面とはレンズ射出面のことである。
【００８５】
図５に実施例１の光学系での被走査面上の各像高での像面湾曲、図６に実施例１の光学系での各像高でのｆθ特性を示す。また、図７に実施例１の光学系での被走査面上の像高160mm,100mm,0mmでのスポット形状（ピーク光量に対して、5%,10%,13.5%,36.8%,50%の等高線）を示す。また、図８に像面位置をデフォーカスさせたときの主走査方向および副走査方向のスポット径を示す。
【００８６】
【表１】
2010049060.tif 000014
【００８７】
本実施例におけるレプリカ非球面レンズの面形状は以下の形状表現式により表されている。
【００８８】
各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をx軸、半径方向の座標をhとしたときに、光軸を通る平面で切断したときの形状が、
【００８９】
【数１２】
2010049060.tif 000015
【００９０】
（但し、Ｒは曲率半径、ｋ、Ｂ4、Ｂ６、Ｂ8、Ｂ10は非球面係数）
また、アナモフィックレンズの面形状は以下の表現式により表されている。
【００９１】
各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をx軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をｙ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、
【００９２】
【数１３】
2010049060.tif 000016
【００９３】
（但し、Ｒは曲率半径、ｋ、E4、E6、E8、E10は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００９４】
【数１４】
2010049060.tif 000017
【００９５】
ここで
r’＝r0（１＋F2Ｙ2＋F4Ｙ4＋F6Ｙ6＋F8Ｙ8）
（但し、ｒ0は光軸上の子線曲率半径、F2、F4、F6、F8は係数）
尚、光軸外の子線曲率半径r’は各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義されている。表２に本実施例における走査光学装置の諸数値を示す。尚、以下の表中において、「Ｅ−ｘ」は「１０−ｘ」を示している。
【００９６】
【表２】
2010049060.tif 000018
【００９７】
図９にレプリカレンズの各レンズ座標での厚みを示す。
【００９８】
本実施例におけるレプリカレンズの厚みT(h)は以下の数式で定義されている。但し、tはレンズの光軸における厚み(T(0))、G4、G6、G8、G10は非球面係数であり、以下のように表わすことができる。
【００９９】
【数１５】
2010049060.tif 000019
【０１００】
【表３】
2010049060.tif 000020
【０１０１】
図９より明らかなように、軸上から軸外にかけてレプリカレンズの厚みが一様に増加している。このレプリカレンズに吸湿が起きた場合、レプリカ部の厚みの0.5％程度が厚み方向に膨張すると考えられる。図１０に吸湿により形状が変化したときの主走査方向のピント変化を示す。
【０１０２】
図１０より吸湿によって主走査方向のピントが最軸外で最大0.13mm変化している。図８より主走査方向の最小スポット径w0は約44μｍであり、スポット径が最小スポットの1.2倍、つまり53μｍを許容するような像面深度Ｗは±2.34mmである。吸湿によるピント変動量は像面深度の1/10以下に抑えられているため光学性能への影響は少ないと考えられる。
【０１０３】
レプリカレンズのサグ量F(h)、また吸湿後のレプリカレンズのサグ量F’(h)は（式２）と表２および表３から、以下のように表すことができる。
【０１０４】
【数１６】
2010049060.tif 000021
【０１０５】
【数１７】
2010049060.tif 000022
【０１０６】
走査有効領域±160mmにおいて、レプリカレンズの有効域は±32.7mmである。上記の２式を用いて（式１）の左辺の計算を行った結果を図１１に示す。
【０１０７】
ここで、レプリカレンズを通過する光線の幅D=7.636mm、レプリカレンズの材料の屈折率N=1.512935、光線の波長λ=0.67×10-3mmである。
【０１０８】
図１１より明らかなようにレプリカレンズの有効域における計算結果はすべて0.14以下であり、（式１）を満たしていることがわかる。
【０１０９】
尚、本実施例においてレプリカレンズは回転対称な形状であったが、シリンドリカル形状やアナモフィック形状でも同様の効果が得られる。また、本実施例では結像光学系がオーバーフィルド光学系であったが、アンダーフィルド光学系でも同様の効果が得られる。
【０１１０】
また、本実施例では副走査断面内において斜入射光学系であったが、主走査断面内において斜入射光学系でも同様の効果が得られる。
【０１１１】
また、本実施例では結像光学系を２枚の結像レンズより構成したが、これに限らず、例えば１枚もしくは３枚以上の結像レンズで構成しても良い。
【０１１２】
このように本実施例では、上述した如く条件式(1)を満足するように各要素を設定することにより、環境安定性が良く、常に良好なる画像を得ることができる。
［画像形成装置］
図１２は、本発明の画像形成装置の実施例を示す要部断面図である。図において、符号104は画像形成装置を示す。この画像形成装置104には、パーソナルコンピュータ等の外部機器117からコードデータDcが入力する。このコードデータDcは、装置内のプリンタコントローラ111によって、画像データ（ドットデータ）Diに変換される。この画像データDiは、実施例１に示した構成を有する光走査ユニット（走査光学装置）100に入力される。そして、この光走査ユニット100からは、画像データDiに応じて変調された光ビーム103が出射され、この光ビーム103によって感光ドラム101の感光面が主走査方向に走査される。
【０１１３】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム101は、モータ115によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム101の感光面が光ビーム103に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム101の上方には、感光ドラム101の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ102が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ102によって帯電された感光ドラム101の表面に、光走査ユニット100によって走査される光ビーム103が照射されるようになっている。
【０１１４】
先に説明したように、光ビーム103は、画像データDiに基づいて変調されており、この光ビーム103を照射することによって感光ドラム101の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、光ビーム103の照射位置よりもさらに感光ドラム101の回転方向の下流側で感光ドラム101に当接するように配設された現像器107によってトナー像として現像される。
【０１１５】
現像器107によって現像されたトナー像は、感光ドラム101の下方で、感光ドラム101に対向するように配設された転写器の一要素を構成する転写ローラ108によって被転写材たる用紙112上に転写される。用紙112は感光ドラム101の前方（図１２において右側）の用紙カセット109内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット109端部には、給紙ローラ110が配設されており、用紙カセット109内の用紙112を搬送路へ送り込む。
【０１１６】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙112はさらに感光ドラム101後方（図１２において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ113とこの定着ローラ113に圧接するように配設された加圧ローラ114とで構成されている。そして転写部から搬送されてきた用紙112を定着ローラ113と加圧ローラ114の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙112上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ113の後方には排紙ローラ116が配設されており、定着された用紙112を画像形成装置の外に排出せしめる。
【０１１７】
図１２においては図示していないが、プリントコントローラ111は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ115を始め画像形成装置内の各部や、光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【０１１８】
本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１の構成はより効果を発揮する。
［カラー画像形成装置］
図１３は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、走査光学装置を4個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１３において、60はカラー画像形成装置、11、12、13、14は各々実施例１に示した構成を有する走査光学装置、21、22、23、24は各々像担持体としての感光ドラム、31、32、33、34は各々現像器、51は搬送ベルトである。
【０１１９】
図１３において、カラー画像形成装置60には、パーソナルコンピュータ等の外部機器52からR（レッド）、G（グリーン）、B（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ53によって、C（シアン）、M（マゼンタ）、Y（イエロー）、K（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ走査光学装置11、12、13、14に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム41、42、43、44が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム21、22、23、24の感光面が主走査方向に走査される。
【０１２０】
本実施例におけるカラー画像形成装置は走査光学装置（11、12、13、14）を4個並べ、各々がC（シアン）、M（マゼンタ）、Y（イエロー）、K（ブラック）の互いに異なった各色に対応している。そして、各々平行して複数の感光ドラム21、22、23、24面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０１２１】
本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く4つの走査光学装置11、12、13、14により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム21、22、23、24面上に形成している。その後、記録材に多重転写して1枚のフルカラー画像を形成している。
【０１２２】
前記外部機器52としては、例えばCCDセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置60とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の実施例１における主走査断面図
【図２】レプリカレンズの吸湿実験前後での表面形状を示す図
【図３】吸湿実験に用いたレプリカレンズの厚みを示す図
【図４】レプリカレンズの厚みに対して、吸湿実験によって形状変化した比率を示す図
【図５】本発明の実施例１における像面湾曲を示す図
【図６】本発明の実施例１における歪曲収差を示す図
【図７】本発明の実施例１における被走査面上のスポット形状
【図８】本発明の実施例１におけるスポット径のデフォーカス特性
【図９】本発明の実施例１におけるレプリカレンズの厚み
【図１０】本発明の実施例１における吸湿による主走査方向のピント移動量を示す図
【図１１】本発明の実施例１における（式１）左辺の計算結果
【図１２】本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図
【図１３】本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１４】従来の走査光学装置の要部概略図
【符号の説明】
【０１２４】
１  光源手段
２  開口絞り
３  コリメータレンズ
４  シリンドリカルレンズ
５  偏向手段（回転多面鏡）
６  結像光学系
６１  第1の結像レンズ
６２  第1の結像レンズ
６ａ  球面レンズ
６ｂ  レプリカレンズ
７  球面レンズ
８  被走査面
９  防塵ガラス
１０  反射ミラー
１１、１２、１３、１４    走査光学装置
２１、２２、２３、２４    像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４    現像器
４１、４２、４３、４４    光ビーム
５１    搬送ベルト
５２    外部機器
５３    プリンタコントローラ
６０    カラー画像形成装置
１００  走査光学装置
１０１  感光ドラム
１０２  帯電ローラ
１０３  光ビーム
１０４  画像形成装置
１０７  現像装置
１０８  転写ローラ
１０９  用紙カセット
１１０  給紙ローラ
１１１  プリンタコントローラ
１１２  転写材（用紙）
１１３  定着ローラ
１１４  加圧ローラ
１１５  モータ
１１６  排紙ローラ
１１７  外部機器
【図１】
2010049060.tif 000024
【図２】
2010049060.tif 000025
【図３】
2010049060.tif 000026
【図４】
2010049060.tif 000027
【図５】
2010049060.tif 000028
【図６】
2010049060.tif 000029
【図７】
2010049060.tif 000030
【図８】
2010049060.tif 000031
【図９】
2010049060.tif 000032
【図１０】
2010049060.tif 000033
【図１１】
2010049060.tif 000034
【図１２】
2010049060.tif 000035
【図１３】
2010049060.tif 000036
【図１４】
2010049060.tif 000037