(57)【要約】【課題】レンズ１枚構成でありながら、幾何光学的な収差のみならず波動光学的な収差も良好に補正可能である新規な走査光学系を実現する。【解決手段】光偏向器５により偏向される光束を被走査面８上に光スポットとして集光させる走査光学系６であって、１枚のレンズにより構成され、主走査方向に両凸形状、副走査方向に両凸形状を有し、両面共にアナモフィックな面であり、少なくとも１面は、副走査断面内の曲率が主走査方向に一定な曲率一定面である。【選択図】　　図１
2004004154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光させる走査光学系であって、
１枚のレンズにより構成され、
主走査方向に両凸形状、副走査方向に両凸形状を有し、両面共にアナモフィックな面であり、少なくとも１面は、副走査断面内の曲率が主走査方向に一定な曲率一定面であることを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
請求項１記載の走査光学系において、
一方の面が曲率一定面であり、他方の面は、副走査断面内の曲率が主走査方向に連続的に変化する特殊面であることを特徴とする走査光学系。
【請求項３】
請求項２記載の走査光学系において、
特殊面における副走査断面内の曲率が、主走査方向において、光軸に関して非対称に変化することを特徴とする走査光学系。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の走査光学系において、
少なくとも１面の、主走査断面内の形状が非円弧形状であることを特徴とする走査光学系。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の走査光学系において、
中心像高における副走査方向の横倍率：β２が、条件：
（１）　０．５≦｜β２｜≦３．０
を満足することを特徴とする走査光学系。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の走査光学系において、
中心像高における副走査方向の横倍率：β２、任意像高における副走査方向の横倍率：βｈが、条件：
（２）　０．９≦｜βｈ／β２｜≦１．１
を満足することを特徴とする走査光学系。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の走査光学系において、
有効書込幅：Ｗ、有効書込幅内における副走査像面湾曲の幅：ＦＳが条件：
（３）　ＦＳ／Ｗ＜０．００１
を満足することを特徴とする走査光学系。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の走査光学系において、
主走査方向における、入射面の曲率半径：Ｒｍ１、射出面の曲率半径：Ｒｍ２が、条件：
（４）　｜Ｒｍ１｜＞｜Ｒｍ２｜
を満足することを特徴とする走査光学系。
【請求項９】
請求項１〜８の任意の１に記載の走査光学系において、
副走査方向における、入射面の曲率半径：Ｒｓ１、射出面の曲率半径：Ｒｓ２が、条件：
（５）　　｜Ｒｓ１｜＞｜Ｒｓ２｜
を満足することを特徴とする走査光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９の任意の１に記載の走査光学系において、
光偏向器により偏向され、主走査方向に収束性の光束を入射されることを特徴とする走査光学系。
【請求項１１】
請求項１〜１０の任意の１に記載の走査光学系において、
主走査方向において、被走査面上の光スポットを等速的に光走査させる機能を有し、副走査方向において光偏向器の面倒れを補正する機能を有することを特徴とする走査光学系。
【請求項１２】
請求項１〜１１の任意の１に記載の走査光学系において、
樹脂で成形されたことを特徴とする走査光学系。
【請求項１３】
請求項１〜１２の任意の１に記載の走査光学系において、
同時に偏向される複数ビームを、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光することを特徴とする走査光学系。
【請求項１４】
光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を、線像結像光学系により光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、上記光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面を光走査するシングルビーム方式の光走査装置において、
走査光学系として、請求項１〜１２の任意の１に記載の走査光学系を用いたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１５】
複数の発光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、上記光偏向器により同時に等角速度的に偏向させ、複数の偏向光束を共通の走査光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査するマルチビーム方式の光走査装置において、
共通の走査光学系として請求項１３記載の走査光学系を用いたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の光走査装置において、
複数の発光源が１列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイを、光源として用いたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１７】
感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、該潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成装置において、
像担持体の光走査を行う光走査装置として請求項１４〜１６の任意の１に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査光学系および光走査装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光走査装置は、デジタル複写装置やレーザプリンタに関連して広く知られている。走査光学系は光走査装置に用いられ、光偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光する光学系である。
【０００３】
従来、レンズ系として構成された走査光学系のレンズ構成枚数は、１枚から複数枚まで様々である。コスト的には１枚構成のものが有利であるが、レンズ１枚で構成される走査光学系は、設計パラメータ数が複数枚構成のものに比して極端に少なく、単純なレンズ面形状では「良好な収差補正」が難しい。
【０００４】
レンズ１枚構成の走査光学系における収差や等速度特性を、特殊なレンズ面形状の採用によって良好に補正することが提案されている（特開平９−３３８５０号公報、特開平１０−９０６２０号公報、特開平１０−１４８７５５号公報）。
【０００５】
光走査装置は近来、光走査の高密度化が強く要請され、それに応えるべく、光スポットの小径化・安定化が追求されている。このような光スポットの小径化・安定化は、幾何光学的な収差補正のみでは足らず、波動光学的な収差の補正が重要である。上記各公報には、このような波動光学的な収差補正に関しては言及されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述したところに鑑み、レンズ１枚構成でありながら、幾何光学的な収差のみならず波動光学的な収差も良好に補正可能である新規な走査光学系、かかる走査光学系を有する光走査装置、画像形成装置の実現を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の走査光学系は「光偏向器により偏向される光束を、被走査面上に光スポットとして集光させる走査光学系」であって、以下の特徴を有する（請求項１）。
【０００８】
即ち、走査光学系は１枚のレンズにより構成され、主走査方向に両凸形状、副走査方向に両凸形状を有し、両面共にアナモフィックな面であり、少なくとも１面は、曲率一定面である。
【０００９】
「曲率一定面」は、副走査断面内の曲率が主走査方向に一定、即ち、副走査断面内の曲率が主走査方向の位置により変化しないレンズ面である。
【００１０】
「副走査断面」は、走査光学系のレンズの、主走査方向の任意の位置で、主走査方向に直交する仮想的な平断面である。また、レンズ光軸を通り、主走査方向に平行な仮想的な平断面を「主走査断面」と呼ぶ。
【００１１】
請求項１記載の走査光学系は「一方の面が曲率一定面で、他方の面が特殊面」であることができる（請求項２）。
【００１２】
「特殊面」は、副走査断面内の曲率が主走査方向に連続的に変化するレンズ面である。即ち、副走査断面の位置を主走査方向に変化させたとき、副走査断面の位置に応じて、副走査方向の曲率が変化するレンズ面である。
【００１３】
請求項２記載の走査光学系の「特殊面」は、「副走査断面内の曲率が、主走査方向において、光軸に関して非対称に変化する」ものであることができる（請求項３）。
【００１４】
請求項１〜３の任意の１に記載の走査光学系は「少なくとも１面の、主走査断面内の形状が非円弧形状である」ことができる（請求項４）
請求項１〜４の任意の１に記載の走査光学系は、中心像高における副走査方向の横倍率：β２が、条件：
（１）　０．５≦｜β２｜≦３．０
を満足することが好ましい（請求項５）。
【００１５】
「走査光学系の副走査方向の横倍率：β」は、この明細書において、副走査方向において、被走査面近傍の像点に共役な走査光学系の物点と、被走査面近傍像点との横倍率と定義される。
【００１６】
上記請求項１〜５記載の走査光学系において、中心像高における副走査方向の横倍率：β２と、任意像高における副走査方向の横倍率：βｈは、条件：
（２）　０．９≦｜βｈ／β２｜≦１．１
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００１７】
上記請求項１〜６の任意の１に記載の走査光学系において、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅内における、副走査像面湾曲の幅：ＦＳは、条件：
（３）　ＦＳ／Ｗ＜０．００１
を満足することが好ましい（請求項７）。「有効書込幅」は光走査により画像書込みを有効に行いうる光走査領域を言う。「副走査像面湾曲」は、副走査方向の像面湾曲を言う。また、主走査方向の像面湾曲を「主走査像面湾曲」と言う。
【００１８】
また、請求項１〜７の任意の１に記載の走査光学系は、主走査方向における、入射面の曲率半径：Ｒｍ１、射出面の曲率半径：Ｒｍ２が、条件：
（４）　｜Ｒｍ１｜＞｜Ｒｍ２｜
を満足することが好ましく（請求項８）、請求項１〜８の任意の１に記載の走査光学系は、副走査方向における、入射面の曲率半径：Ｒｓ１、射出面の曲率半径：Ｒｓ２が、条件：
（５）　　｜Ｒｓ１｜＞｜Ｒｓ２｜
を満足することが好ましい（請求項９）。
【００１９】
上記請求項１〜９の任意の１に記載の走査光学系は「光偏向器により偏向され、主走査方向に収束性の光束」を入射されることができる（請求項１０）。
【００２０】
請求項１〜１０の任意の１に記載の走査光学系は「主走査方向において被走査面上の光スポットを等速的に光走査させる機能を有し、副走査方向において光偏向器の面倒れを補正する機能を有する」ことが好ましい（請求項１１）。
【００２１】
上記請求項１〜１１の任意の１に記載の走査光学系は「樹脂で成形」されたものであることができる（請求項１２）。
【００２２】
請求項１〜１２の任意の１に記載の走査光学系は、「同時に偏向される複数光束を、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光するもの」であることができる（請求項１３）。即ち、この発明の走査光学系はマルチビーム方式の光走査装置の走査光学系として用いることができる。
【００２３】
請求項１４記載の光走査装置は「光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を、線像結像光学系により光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面を光走査するシングルビーム方式の光走査装置」であって、走査光学系として請求項１〜１２の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする。
【００２４】
請求項１５記載の光走査装置は「複数の発光源からの光束をカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器により同時に等角速度的に偏向させた複数の偏向光束を共通の走査光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査するマルチビーム方式の光走査装置」であって、共通の走査光学系として請求項１３記載のものを用いたことを特徴とする。
【００２５】
「カップリングレンズ」は、複数光束に対して、個別的としても良いし、共通化してもよい。
【００２６】
この請求項１５記載の光走査装置における光源として「複数の発光源が１列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイ」を用いることができる（請求項１６）。
【００２７】
この発明の画像形成装置は「感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成装置」であって、像担持体の光走査を行う光走査装置として請求項１４〜１６の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする（請求項１７）。
【００２８】
「感光性の像担持体」としては種々のものの使用が可能である。例えば、像担持体として「銀塩フィルム」を用いることができる。この場合、光走査による書込みで潜像が形成されるが、この潜像は通常の銀塩写真プロセスによる処理で可視化することができる。このような画像形成装置は「光製版装置」や、ＣＴスキャン画像等を描画する「光描画装置」として実施できる。
【００２９】
感光性の像担持体としてはまた「光走査の際に光スポットの熱エネルギにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）」を用いることもでき、この場合には、光走査により直接に可視画像を形成できる。
【００３０】
感光性の像担持体としてはまた「光導電性の感光体」を用いることができる。光導電性の感光体としては、酸化亜鉛紙のようにシート状のものを用いることもできるし、セレン感光体や有機光半導体等「ドラム状あるいはベルト状で繰り返し使用されるもの」を用いることができる。
【００３１】
光導電性の感光体を像担持体として用いる場合には、感光体の均一帯電と、光走査装置による光走査により静電潜像が形成される。静電潜像は現像によりトナー画像として可視化される。トナー画像は、感光体が酸化亜鉛紙のようにシート状のものである場合は感光体上に直接的に定着され、感光体が繰り返し使用可能なものである場合には、転写紙やＯＨＰシート（オーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート）等のシート状記録媒体に転写・定着される。
【００３２】
光導電性の感光体からシート状記録媒体へのトナー画像の転写は、感光体からシート状記録媒体へ直接的に転写（直接転写方式）しても良いし、感光体から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、この中間転写媒体からシート状記録媒体へ転写（中間転写方式）するようにしてもよい。
このような画像形成装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写装置等として実施できる。
【００３３】
また、この発明の画像形成装置は、上記感光体を複数個、シート状記録媒体の搬送路に沿って配置し、複数の光走査装置を用いて感光体ごとに静電潜像を形成し、これらを可視化して得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体に転写・定着して合成的にカラー画像や多色画像を得る「タンデム式の画像形成装置」として実施することができる。
【００３４】
若干説明を補足する。
この発明の、レンズ１枚構成の走査光学系は、主走査・副走査方向ともに「両凸形状」となっているので、走査光学系の有するべき主走査・副走査方向の正のパワーを入射側と射出側の各レンズ面に分配することで「波面収差の劣化」を抑えることが可能になる。
【００３５】
このように波面収差の劣化を抑制できるため、被走査面上の光スポットのスポット径を小径化することが可能となり、高密度書込への対応が可能となる。
波面収差の劣化を有効に抑えるには、入射面の曲率半径を、射出面の曲率半径に対して大きくするのが好ましく、上記条件（４）および／または（５）を満足することにより波面収差の劣化を有効に抑えることが可能になる。
【００３６】
光スポットのスポット径を小径化するには波面収差の劣化を抑える必要があるが、これを走査光学系だけで行うには限界がある。この場合、走査光学系に入射する「光束の形態」も波面収差補正のパラメータとすることにより、波面収差の劣化を容易に規制できるようになる。請求項１０記載の走査光学系のように、走査光学系に入射する光束を「主走査方向に収束性」とすると、走査光学系の主走査方向の曲率を小さくすることができるため、波面収差の劣化を抑えつつ等速度特性を良好にするというバランスを取り易くなる。
【００３７】
中心像高における副走査方向の横倍率：β２は、概略、｜β２｜＝（走査光学系の射出側レンズ面から被走査面までの距離）／（光偏向器の偏向の起点から走査光学系の入射側レンズ面までの距離）で表すことができるが、条件（１）の下限値：０．５を超えて小さくなると、走査光学系は被走査面側に近づき、走査光学系が大きくなりコスト増加につながる。
【００３８】
逆に上限値：３．０を超えて大きくなると、走査光学系は光偏向器側に近づき、これを樹脂の成形品とした場合（請求項１２）、光偏向器の発熱の影響を受け易く、変形したりして光学性能を劣化させ易い。また、偏向光束の結像位置が被走査面に対してずれやすく、スポット径が変動し易くなるため、部品の加工精度、取付精度が厳しくなる。
【００３９】
この発明の走査光学系は、両レンズ面ともアナモフィックな面であるので、主走査方向においてｆθ特性等の「等速度特性」を確保しつつ、副走査方向において「光偏向器の面倒れ」を補正する機能を実現することが可能になる（請求項１１）。
【００４０】
ところで、マルチビーム方式の光走査においては「同時に光走査される走査線のピッチ（走査線ピッチという）の偏差」を小さく抑えることが重要である。
【００４１】
「走査線ピッチの偏差」は、「隣接する走査線ピッチの像高間の最大値と最小値の差」として定義される。
【００４２】
また、良好な光走査を行うには、被走査面上の光スポットの径（主走査方向の径は、信号の電気的な補正である程度対処できるが、副走査方向の径はこのような補正ができないので、特に副走査方向のスポット径）が、像高によって大きく変化しないことも重要で、高密度の光走査では特に重要である。
【００４３】
「被走査面上で、光スポットの副走査方向の径が、像高によって大きく変化しない」ためには、走査光学系の副走査方向の横倍率：βが、像高により大きく変化しないことが必要である。
【００４４】
また、副走査方向の横倍率：βの像高による変動は、マルチビーム方式の光走査においては、「同時に光走査される走査線の走査線ピッチが像高と共に変化する」問題を生じる。従って、マルチビーム方式の光走査において「走査線ピッチの像高による変動」を抑えるには「走査光学系の副走査方向の横倍率を、像高間で一定に補正する」ことが必要である。
【００４５】
このことは、少なくとも１面に特殊面を採用することで達成できる。また、光偏向器として一般的なポリゴンミラーは、その回転中心が走査光学系の光軸からずらして設置されるため、光束偏向に伴って偏向反射面での反射点が変位し、偏向光束の偏向の起点が変動する「光学的なサグ」が発生する。サグが存在すると、走査光学系光軸に関して＋像高側と−像高側とで、光束の通る経路が異なり、副走査方向の横倍率は「主走査方向において非対称に変化」する。
【００４６】
この非対称な横倍率変化は、上記「特殊面」を「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に関して非対称な面」とすることで補正できる。
【００４７】
「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に関して非対称な面」は、例えば
（ａ）副走査断面内の曲率半径が、光軸から主走査方向に離れるにつれて左右非対称に単調増加する面
（ｂ）副走査断面内の曲率半径が、光軸から主走査方向に離れるにつれて左右非対称に単調減少する面
（ｃ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化の極値が、光軸外にある面
（ｄ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、＋像高側から−像高側に向かって単調増加する面
（ｅ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、＋像高側から−像高側に向かって単調減少する面
（ｆ）副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、極値を２以上有する面
等、種々の面が考えられるが、これらのような「光軸として一般的な回転対称軸を持たない」すべての面を指す。これらのどれが「曲率の変化が非対称な面」として採用されるかは設計条件により定まる。
【００４８】
なお、このような非対称形状のレンズにおける「光軸」は、この明細書においては、レンズ面形状を決定する基準座標系における「主走査・副走査方向に直交的な基準軸」をいうものとする。
【００４９】
光走査がシングルビーム方式である場合でもマルチビーム方式である場合でも、有効書込幅内における「副走査方向の横倍率：βの絶対値：｜β｜の変化」は１０％以下であることが好ましく、より好ましくは７％以下がよい。
【００５０】
即ち、中心像高における前記横倍率：β２と、任意像高における横倍率：βｈとの比の絶対値：｜βｈ／β２｜は条件（２）を満足することが好ましく、より好ましくは、
０．９３≦｜βｈ／β２｜≦１．０７
を満足することが好ましい。
【００５１】
特に、マルチビーム方式での光走査の場合、副走査方向の横倍率変化が７％以下であれば、「１２００ｄｐｉで７次飛び越し光走査」を行う場合でも、同時走査線ピッチ１４８．１９μｍに対し１０．３７μｍのピッチ変動となり、１２００ｄｐｉでの隣接ピッチ：２１．１７μｍの略半分に抑えられる。
【００５２】
良好な光走査を行うには、被走査面上に光スポットを形成する偏向光束のビームウェスト位置が、像高によって大きくばらつかないことも重要である。特に副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面に対して、像高によって大きくばらつかないためには、走査光学系の副走査像面湾曲が像高により大きく変化しないことが必要である。
【００５３】
即ち、有効書込幅：Ｗ内における副走査像面湾曲の（変化）幅：ＦＳは、条件（３）を満足することが好ましい。
【００５４】
条件（２）を満足しつつ条件（３）を満足するには、副走査像面湾曲についても「光学的なサグ」を考慮する必要がある。この「光学的なサグ」の影響は、一般に「走査光学系の、副走査方向の横倍率の変化」に与える影響とは必ずしも一致しないが、被走査面上のスポット径の狙いをどの程度にするか、また走査光学系をどのように配置するかで、副走査像面湾曲の補正と横倍率の変化の補正にある関連を持たせることが可能である。
【００５５】
このような場合、「特殊面」を１面だけに採用し、その反対側の面を主走査方向に沿って副走査断面の曲率が一定な「曲率一定面」とするのが好ましい（請求項２）。
【００５６】
「特殊面」はその形状が複雑であり、また特に「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化を、主走査方向に非対称」とすると、光軸位置を見出し難いため、両面共に「特殊面」とすると走査光学系の性能保持が困難となる。そのため、「特殊面」の採用は最低限とすることが、走査光学系の性能確保の面からも、加工コストの低廉化の面からも好ましい。請求項２においては、上記事項を考慮して「特殊面」を１面のみに採用した。
【００５７】
特殊面の反対側の面を「曲率一定面」とすると、主走査断面内のレンズ面形状が「副走査方向の高さによらず維持される」ため、取付精度などにより副走査方向にレンズがずれたとしても、光学性能上は全く問題にならないという点で有利である。更に、主走査方向の位置によらず副走査断面内の曲率が一定であるので、走査光学系の評価がしやすいというメリットもある。
【００５８】
また、この発明の光走査装置をマルチビーム方式に適用する場合は、カップリングされた各光束につき、線像結像光学系から走査光学系までを「複数光束に共通化」することにより、線像結像光学系以下をシングルビーム方式の光走査装置と同様に構成できるので、機械的変動に対し極めて安定性のよいマルチビーム方式の光走査装置を実現できる。
【００５９】
マルチビーム方式の光走査装置の光源としては、ＬＤアレイ方式のものも「ビーム合成方式のもの」も利用できる。ＬＤアレイ方式の光源を用いる場合、発光源の間隔を１０μｍ以上とすることにより、発光源間の熱的・電気的な影響を有効に軽減して良好なマルチビーム方式の光走査を行うことが可能になる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１は、光走査装置の実施の１形態を要部のみ示している。この光走査装置はシングルビーム方式のものである。
【００６１】
半導体レーザである光源１から放射された発散性の光束はカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングされる。カップリングレンズ２により変換された光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【００６２】
カップリングレンズ２を透過した光束は、アパーチャ３の開口部を通過する際、光束周辺部を遮断されて「ビーム整形」され、「線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持ち、入射してくる光束を副走査方向に集束させ、「光偏向器」であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として集光させる。
【００６３】
偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー５の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、「走査光学系」をなす１枚のレンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折曲げられ、「被走査面」の実体をなす光導電性の感光体８上に光スポットとして集光し、被走査面を光走査する。
【００６４】
偏向光束は感光体８の光走査に先立ってミラー９により反射され、レンズ１０により受光素子１１に集光される。受光素子１１の出力に基づき、光走査の書込開始タイミングが決定される。
【００６５】
「走査光学系」は、光偏向器５により偏向される光束を被走査面８上に光スポットとして集光させる光学系であって、１枚のレンズ６により構成される。レンズ６は、主走査方向、副走査方向共に両凸形状である。
【００６６】
走査光学系は、中心像高の副走査方向横倍率：β２が、条件：
（１）０．５≦｜β２｜≦３．０
を満足するものが用いられる。
【００６７】
また、この実施の形態において、レンズ６は、偏向反射面近傍と被走査面である感光体８とを副走査方向に関して、幾何光学的に共役関係とする機能を有するアナモフィックな光学系である。
【００６８】
この実施の形態では、レンズ６の一方の面に「曲率一定面」、他方の面に「特殊面」を採用しており、特殊面では「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に対して非対称」で、中心像高における副走査方向の横倍率：β２、任意像高における副走査方向の横倍率：βｈが、条件：
（２）　０．９≦｜βｈ／β２｜≦１．１
を満足し、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅：ＦＳが条件：
（３）　ＦＳ／Ｗ＜０．００１
を満足し、また条件（４）、（５）を満足するものが用いられる。
【００６９】
図１に示す「シングルビーム方式の光走査装置」は、光源からの光束をカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた光束を線像結像光学系４により光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器５により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査光学系６により、被走査面８上に光スポットとして集光し、被走査面８を光走査する光走査装置であって、走査光学系６として、請求項１〜１２の任意の１に記載の走査光学系を用いることができる。
【００７０】
図２に実施の形態を示す光走査装置は「マルチビーム方式」のものである。煩雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図１におけると同一の符号を付した。
【００７１】
光源１は半導体レーザアレイであって、４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を等間隔で１列に配列したものである。ここでは、副走査方向に配列した実施例を示している。もちろん、半導体レーザアレイの発光源配列方向を「副走査方向に対して傾け」て用いてもよい。
【００７２】
４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４から放射された４光束は「楕円形のファーフィールドパタン」の長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束であるが、４光束に共通のカップリングレンズ２により、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされた各光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【００７３】
カップリングレンズ２を透過した４光束は、アパーチャ３で「ビーム整形」され、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により、それぞれ副走査方向に集束され、「光偏向器」であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
【００７４】
偏向反射面により等角速度的に偏向された４光束は「走査光学系」をなす１枚のレンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体８上に、副走査方向に分離した４つの光スポットとして集光し、被走査面の４走査線を同時に光走査する。
【００７５】
偏向光束の１つは、光走査に先立ってミラー９により反射され、レンズ１０により受光素子１１に集光される。受光素子１１の出力に基づき、４光束各々の光走査の書込開始タイミングが決定される。
【００７６】
「走査光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される４光束を、被走査面８上に４つの光スポットとして集光させる光学系であって、１枚のレンズ６により構成される。このレンズ６は、図１に即して説明したものと同様のものであり、中心像高の副走査方向の横倍率：β２が、条件：
（１）　０．５≦｜β２｜≦３．０
を満足するものが用いられる。
【００７７】
図１の実施の形態と同様、レンズ６の一方の面に「曲率一定面」、他方の面に「特殊面」を採用しており、特殊面の「副走査断面内の曲率の主走査方向における変化」が光軸に対して非対称であり、中心像高の副走査方向横倍率：β２、任意像高における副走査方向の横倍率：βｈが、条件：
（２）　０．９≦｜βｈ／β２｜≦１．１
を満足し、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅：ＦＳが条件：
（３）　ＦＳ／Ｗ＜０．００５
を満足し、また条件（４）、（５）を満足するものが用いられる。
【００７８】
図２に実施の形態を示すマルチビーム方式の光走査装置は、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４からの複数の光束を、共通のカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を、共通の線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器５により同時に等角速度的に偏向させ、偏向光束を共通の走査光学系６により、被走査面８上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時光走査するマルチビーム方式の光走査装置であって、共通の走査光学系６として、請求項１３記載の走査光学系を用いたものであり（請求項１５）、光源として、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４が１列に配列したモノリシックな半導体レーザアレイ１を用いている（請求項１６）。
【００７９】
図３に実施の形態を示す光走査装置もマルチビーム方式のものである。この光走査装置では、光源としてビーム合成方式のものが用いられている。
光源１−１、１−２は半導体レーザで、それぞれ単一の発光源を持つ。光源１−１、１−２から放射された各光束は、カップリングレンズ２−１、２−２によりカップリングされる。カップリングされた各光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
【００８０】
カップリングレンズ２−１、２−２を透過した各光束は、アパーチャ３−１、３−２により「ビーム整形」され、ビーム合成プリズム２０に入射する。ビーム合成プリズム２０は、反射面と、偏光分離膜と１／２波長板とを有する。光源１−２からの光束は、ビーム合成プリズム２０の反射面と、偏光分離膜とに反射されてビーム合成プリズム２０を射出する。
【００８１】
光源１−１からの光束は１／２波長板により偏光面を９０度旋回され、偏光分離膜を透過してビーム合成プリズム２０から射出する。このようにして、２光束が合成される。カップリングレンズ２−１、２−２の光軸に対する光源１−１、１−２の発光部の「位置関係の調整」により、ビーム合成された２光束は互いに副走査方向に微小角をなしている。
【００８２】
ビーム合成された２光束は、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により、「光偏向器」であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
【００８３】
偏向反射面により等角速度的に偏向された２光束は、「走査光学系」をなす１枚のレンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体８上に、副走査方向に分離した２つの光スポットとして集光し、被走査面の２走査線を同時に光走査する。
【００８４】
光束の１つは、光走査に先立って受光素子１１に集光され、受光素子１１の出力に基づき、２光束の光走査の書込開始タイミングが決定される。このようにする代わりに、２つの光束の各々を、光走査に先立って受光素子１１に集光させるようにし、受光素子１１の出力に基づき、２光束の光走査の書込開始タイミングを各々個別に決定するようにしてもよい。
【００８５】
「走査光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される２光束を、被走査面８上に２つの光スポットとして集光させる光学系であって、１枚のレンズ６により構成される。このレンズ６は、図１、図２に即して説明したものと同様のものであり、中心像高の副走査方向横倍率：β２が、条件：
（１）　０．５≦｜β２｜≦３．０
を満足するものが用いられる。
【００８６】
また、図１、図２の実施の形態と同様、レンズ６の一方の面に「特殊面」を採用しており、その副走査断面内の曲率の主走査方向における変化が光軸に対して非対称であり、中心像高の副走査方向横倍率：β２、任意像高副走査方向横倍率：βｈが、条件：
（２）　０．９≦｜βｈ／β２｜≦１．１
を満足し、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅：ＦＳが条件：
（３）　ＦＳ／Ｗ＜０．００１
を満足し、さらに条件（４）、（５）を満足するものが用いられる。
【００８７】
図３に実施の形態を示すマルチビーム方式の光走査装置は、複数の発光源１−１、１−２からの光束を、カップリングレンズ２−１、２−２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数光束を、共通の線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器５により同時に等角速度的に偏向させ、偏向光束を共通の走査光学系６により、被走査面８上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時光走査するマルチビーム方式の光走査装置であって、共通の走査光学系６として、請求項１３記載の走査光学系を用いたものである。
【００８８】
なお、この明細書中に言う「光スポットのスポット径」は、被走査面上の光スポットにおける光強度分布のラインスプレッド関数における１／ｅ２強度で定義される。
【００８９】
「ラインスプレッド関数」は、被走査面上に形成された光スポットの中心座標を基準として主走査方向及び副走査方向の座標：Ｙ、Ｚにより光スポットの光強度分布：ｆ（Ｙ、Ｚ）を定めたとき、Ｚ方向のラインスプレッド関数：ＬＳＺは
ＬＳＺ（Ｚ）＝∫ｆ（Ｙ、Ｚ）ｄＹ　（積分はＹ方向における光スポットの全幅について行う）で定義され、Ｙ方向のラインスプレッド関数：ＬＳＹは、
ＬＳＹ（Ｙ）＝∫ｆ（Ｙ、Ｚ）ｄＺ　（積分はＺ方向における光スポットの全幅について行う）で定義される。
【００９０】
これらラインスプレッド関数：ＬＳＺ（Ｚ）、ＬＳＹ（Ｙ）は、通常、略ガウス分布型の形状であり、Ｙ方向及びＺ方向のスポット径は、これらラインスプレッド関数：ＬＳＺ（Ｚ）、ＬＳＹ（Ｙ）が、その最大値の１／ｅ２以上となる領域のＹ、Ｚ方向幅で与えられる。
【００９１】
ラインスプレッド関数により上記の如く定義されるスポット径は、光スポットをスリットで等速光走査し、スリットを通った光を光検出器で受光し、受光量を積分することにより容易に測定可能であり、このような測定を行う装置も市販されている。
【００９２】
【実施例】
以下、具体的な実施例を１例挙げる。光走査装置としての光学配置は図４の如くである。
【００９３】
レンズ面の形状等は、以下の式による。
「主走査断面内における非円弧形状」
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・、光軸方向のデプス：Ｘを用いて周知の多項式（６）で表す。
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒｍ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋｍ）（Ｙ／Ｒｍ）２｝］
＋Ａ１Ｙ＋Ａ２Ｙ２＋Ａ３Ｙ３＋Ａ４Ｙ４＋Ａ５Ｙ５＋Ａ６Ｙ６＋・・（６）（６）式において、奇数次の係数：Ａ１、Ａ３、Ａ５、・・の１以上が０でないとき、主走査方向に非対称形状となる。
【００９４】
「副走査断面内における曲率」
副走査断面内の曲率（曲率半径の逆数）が主走査方向（光軸位置を原点とする座標：Ｙで示す）において変化する場合、副走査断面内の曲率：ＣＳ（Ｙ）を次の（７）式で表す。ＲＳ（０）は、副走査断面内における「光軸上の曲率半径」を表し、Ｂ１、Ｂ２・・等は高次の係数を表す。
【００９５】
ＣＳ（Ｙ）＝｛１／ＲＳ（０）｝＋Ｂ１Ｙ＋Ｂ２Ｙ２＋Ｂ３Ｙ３＋Ｂ４Ｙ４
＋Ｂ５Ｙ５＋Ｂ６Ｙ６＋・・　　（７）
（７）式において、Ｙの奇数次係数：Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、・・の１以上が０でないとき、副走査断面内の曲率半径の変化は「主走査方向に非対称」となる。Ｙの係数：Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・が全て０であるとき「曲率一定面」となる。
【００９６】
特殊面の解析表現は上に挙げたものに限らず種々のものが可能であり、この発明における面形状が上記式による表現に限定されるものではない。
【００９７】
実施例１
「光源」
波長：６５５ｎｍ
「カップリングレンズ」
焦点距離：１５ｍｍ
カップリング作用：収束作用
自然集光点（カップリングレンズから射出した収束性の光束が、他の光学素子の屈折作用を受けないとした場合に、自然に集光する位置）は、偏向反射面から被走査面側へ向って６８６．７６ｍｍの位置にある。
【００９８】
「シリンドリカルレンズ」
副走査方向の焦点距離：７２ｍｍ
「ポリゴンミラー」
偏向反射面数：６
内接円半径：１６ｍｍ
光源側からの光束の入射角と走査光学系の光軸とがなす角：６０度
「ポリゴンミラーと被走査面との間にある光学系のデータ」
曲率半径を、主走査方向につき「Ｒｍ」、副走査方向につき「Ｒｓ」、屈折率を「ｎ」で表す。尚、以下のデータにおける「Ｒｍ、Ｒｓ」は、「近軸曲率半径」である。
【００９９】
2004004154.tif 000003
上記において、Ｘ、Ｙは、面番号：ｉ〜ｉ＋１における頂点間の光軸方向および主走査方向の距離を表す。例えば、面番号：０（偏向反射面）におけるＸ＝４７．８９、Ｙ＝０．４７は、偏向反射点位置（像高：０を与える反射位置）に対してレンズ６の入射面（面番号：１）の頂点が、光軸方向（Ｘ方向）に４７．８９ｍｍ、主走査方向（Ｙ方向）に０．７４ｍｍ、それぞれ離れていることを意味する。面番号：１におけるＸ＝２０．８１はレンズ６の光軸上の肉厚を与える。
【０１００】
入射面（面番号：ｉ＝１）は「曲率一定面」であり、かつ、主走査断面内の形状は上記（６）式で表される非円弧形状である。
この面の主走査方向の各係数を表１に挙げる。
【０１０１】
【表１】
2004004154.tif 000004
【０１０２】
射出面（面番号：ｉ＝２）は「特殊面」で、主走査断面内の形状は光軸に対称的な非円弧形状である。
この面の主走査方向と副走査方向の係数を表２に挙げる。
【０１０３】
【表２】
2004004154.tif 000005
【０１０４】
実施例１の走査光学系の中心像高における副走査方向の横倍率：β２は、β２＝２．３である。
【０１０５】
図５に、実施例１の像面湾曲（左図　実線は副走査像面湾曲、破線は主走査像面湾曲）と等速度特性（右図　実線はリニアリティ、破線はｆθ特性）を示す。
【０１０６】
主走査方向：１．６６６ｍｍ／２２０ｍｍ
副走査方向：０．２１ｍｍ／２２０ｍｍ
リニアリティ：０．５５５％／２２０ｍｍ
と、像面湾曲・等速度特性ともに極めて良好に補正されている。特に、副走査像面湾曲は条件（３）を満足する。即ち、
（３）　０．２１／２２０＝０．０００９５＜０．００１
図６には、中心像高の副走査方向横倍率：β２に対する、任意像高の副走査方向横倍率：βｈの変化を示す。倍率変化：｜βｈ／β２｜は、
０．９９８≦｜βｈ／β２｜≦１．０１３
と、条件（２）を満足し、極めて良好に補正されている。
【０１０７】
図７は、レンズ６の入射面（図７（ａ））、射出面（図７（ｂ））の曲率変化を示している。本実施例では、入射面を「曲率一定面」としている。
【０１０８】
図８には、実施例１における光スポットの各像高ごとの「スポット径の深度曲線（光スポットのデフォーカスに対するスポット形の変動）」を示す。（ａ）は主走査方向、（ｂ）は副走査方向に関するものである。実施例１では、ラインスプレッド関数の１／ｅ２強度で定義されるスポット径として５０μｍ程度を意図している。図に示されているように、主走査・副走査方向とも良好な深度を有しており、被走査面の位置精度に対する許容度が高い。
【０１０９】
実施例１では、走査光学系をなすレンズ６をプラスチック材料で構成しているが、勿論、ガラス材料を使ってもよい。また、更なるビームスポット径の小径化を狙うために、副走査方向を非円弧形状としてもよい。また、走査光学系を偏心させることで、より好ましく収差補正を行うことが可能であることも付記しておく。
【０１１０】
【発明の実施の形態】
図９に画像形成装置の実施の１形態を示す。
この画像形成装置はレーザプリンタである。
【０１１１】
レーザプリンタ１０００は感光性の像担持体１１１０として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体１１１０の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２１、現像装置１１３１、転写ローラ１１４１、クリーニング装置１１５１が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。
【０１１２】
レーザ光束ＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７１が設けられ、帯電ローラ１１２１と現像装置１１３１との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
【０１１３】
図９において、符号１１６１は定着装置、符号１１８１はカセット、符号１１９１はレジストローラ対、符号１２０１は給紙コロ、符号１２１１は搬送路、符号１２２１は排紙ローラ対、符号１２３１はトレイ、符号Ｐはシート状記録媒体としての転写紙を示している。
【０１１４】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１０が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２１により均一帯電され、光走査装置１１７１のレーザ光束ＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
【０１１５】
この静電潜像は現像装置１１３１により反転現像され、像担持体１１１０上にトナー画像が形成される。転写紙Ｐを収納したカセット１１８１は、画像形成装置１０００本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０１により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９１に銜えられる。レジストローラ対１１９１は、像担持体１１１０上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。
【０１１６】
送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ１１４１の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６１へ送られ、定着装置１１６１においてトナー画像を定着され、搬送路１２１１を通り、排紙ローラ対１２２１によりトレイ１２３１上に排出される。
【０１１７】
トナー画像が転写された後の像担持体１１１０の表面は、クリーニング装置１１５１によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【０１１８】
光走査装置１１７１として「図１、２、３のごとき光走査装置」を用いることにより、極めて良好な画像形成を実行することができる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な、走査光学系および光走査装置および画像形成装置を実現できる。
【０１２０】
この発明の走査光学系は、上記の如く、レンズ１枚構成で安価に作製でき、光走査装置をコンパクト化でき、なおかつ、幾何光学的な収差のみならず波動光学的な収差も良好に補正可能であり、光スポットの小径化に適している。このような走査光学系を用いる走査光学系は、小径化した光スポットによる良好な光走査が可能となり、従って、かかる光走査装置を用いる画像形成装置は、精細な画像の形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】シングルビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】マルチビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図３】マルチビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図４】光走査装置の実施例の光学配置を示す図である。
【図５】実施例の収差図（像面湾曲と等速度特性）である。
【図６】実施例における倍率変化：｜βｈ／β２｜を示す図である。
【図７】実施例の走査光学系の入射側面（曲率一定面）と射出側面（特殊面）の、副走査断面内の曲率の主走査方向における変化を示す図である。
【図８】実施例における光スポットの各像高ごとの「スポット径の深度曲線」を示す図である。
【図９】画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
５　　　光偏向器（ポリゴンミラー）
６　　　走査光学系
【図１】
2004004154.tif 000006
【図２】
2004004154.tif 000007
【図３】
2004004154.tif 000008
【図４】
2004004154.tif 000009
【図５】
2004004154.tif 000010
【図６】
2004004154.tif 000011
【図７】
2004004154.tif 000012
【図８】
2004004154.tif 000013
【図９】
2004004154.tif 000014