(57)【要約】【課題】加工性に優れ、薄肉で小型な走査レンズを用いながらビームスポットの小径化を実現することができる光走査装置を提供する。【解決手段】本発明の光走査装置は、光源１と、光源からの光束をカップリングするカップリング光学系２と、カップリング光学系からの光束を主走査方向に長い線像とする線像光学系４と、線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段５と、偏向手段からの光束を被走査面に導く走査光学系とを有し、走査光学系は、複数の走査レンズ７，８からなり、「少なくとも1つの走査レンズは、回転対称非球面と、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面からなる」、「全ての走査レンズの面の中で光軸に垂直な面に対する有効範囲内での傾斜角が最も大きい領域を有する面は回転対称非球面である」という条件を満足する構成とした。【選択図】図１
2005140833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、
該カップリング光学系からの光束を主走査方向に長い線像とする線像光学系と、
該線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、
該偏向手段からの光束を被走査面に導く走査光学系とを有し、
前記走査光学系は、複数の走査レンズからなり、
・少なくとも1つの走査レンズは、回転対称非球面と、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面からなる、
・全ての走査レンズの面の中で光軸に垂直な面に対する有効範囲内での傾斜角が最も大きい領域を有する面は回転対称非球面である、
という条件を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
前記走査光学系の全ての走査レンズの面は、回転対称非球面、または、前記特殊トーリック面から構成されることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の光走査装置において、
前記走査光学系の全ての走査レンズの面の中で主走査方向の有効幅が最も大きい面は、前記特殊トーリック面であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記走査光学系の全ての走査レンズは、光軸に垂直な面に対する有効範囲内でのレンズ面の傾斜角が３０度以下であり、
全ての走査レンズは主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を有し、該特殊トーリック面は主走査方向レンズ高さ１ｍｍ当りの副走査曲率の変化量が１．５×１０-４（１／ｍｍ）より小さいことを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の光走査装置において、
前記走査光学系は２つの走査レンズからなり、
・有効書込幅の最周辺の光束が２つの走査レンズの第１面の法線に対し、偏向回転面内において同じ方向に傾いている、
・偏向手段に最も近い走査レンズは、主走査方向について偏向手段側に凹のメニスカス形状である、
・偏向手段に最も近い走査レンズの第１面は副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率が変化する特殊トーリック面からなる、
・偏向手段から最も遠い走査レンズの第１面は副走査方向に正のパワーを有している、
という条件を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
帯電、露光、現像、転写の各プロセスを実行することにより転写材に画像を形成する画像形成装置において、
前記露光プロセスを実行する手段として、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光走査装置を具備することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び、それを用いたレーザープリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ、レーザープロッタ等の電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置では、形成される画像の高密度化が加速してきており、形成画像の高密度化を図るには、感光体などの像担持体の画像形成面上において光走査するビームスポットの小径化を実現する必要があり、これを実現するための光走査装置が要求されている。
そこで、ビームスポットの小径化のために、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査断面内の曲率半径が非対称に変化する特殊トーリック面を用いるとともに、走査レンズの全面を特殊トーリック面で構成した２枚玉走査レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、波面収差を良好に補正して安定した良好な光スポットを実現するために、走査結像光学系に含まれるレンズの少なくとも１面は、主走査面内の形状が円弧または非円弧で、副走査面内の形状が非円弧形状である副非円弧面であり、この副非円弧面を、走査結像光学系のレンズのうち、レンズ各面に入射する偏向光束の主光線の、レンズ面の法線に対する入射角がレンズ有効領域全域において２５度以下になるように形成してなる光走査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２４６８９号公報
【特許文献２】特開２００１−２１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されているような、従来の特殊トーリック面を用いた走査レンズは、両面ともにアナモフィック面からなる走査レンズとなっており、
・偏心によりビームスポット径太りが発生する、
・傾斜角の大きい面に前記特殊トーリック面を用いると、加工精度が劣化し、うねり等の形状誤差によるビームスポット径太り、縦筋等の画像不良が発生する、
という未解決の課題があった。
【０００６】
また、特許文献１、特許文献２に記載されているような、従来の特殊トーリック面を用いた走査レンズは、レンズが厚肉であり、これをプラスチックの成形品としても成形時間が長くなるとともに部品コストが高くなるという課題があった。また、シェーディングやゴースト光については考慮されていない。
さらに、特許文献１、特許文献２に記載されている走査レンズは、いずれも副走査曲率半径が主走査方向に非対称となる面を採用しているが、回転対称非球面は用いていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、加工性に優れ、ビームスポットの小径化を実現することができる光走査装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、薄肉で、小型な走査レンズを用いながら、ビームスポットの小径化を実現することができる光走査装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、粒状度が細かく高密度で、階調性に優れた画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するための手段として、以下のような構成を採用する。
本発明の第１の構成は、光走査装置であって、光源と、該光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、該カップリング光学系からの光束を主走査方向に長い線像とする線像光学系と、該線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段からの光束を被走査面に導く走査光学系とを有し、前記走査光学系は、複数の走査レンズからなり、
・少なくとも1つの走査レンズは、回転対称非球面と、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面からなる、
・全ての走査レンズの面の中で光軸に垂直な面に対する有効範囲内での傾斜角が最も大きい領域を有する面は回転対称非球面である、
という条件を満足することを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
本発明の第２の構成は、第１の構成の光走査装置において、前記走査光学系の全ての走査レンズの面は、回転対称非球面、または、前記特殊トーリック面から構成されることを特徴とする（請求項２）。
また、本発明の第３の構成は、第１または第２の構成の光走査装置において、前記走査光学系の全ての走査レンズの面の中で主走査方向の有効幅が最も大きい面は、前記特殊トーリック面であることを特徴とする（請求項３）。
【００１０】
本発明の第４の構成は、第１乃至第３のいずれか一つの構成の光走査装置において、前記走査光学系の全ての走査レンズは、光軸に垂直な面に対する有効範囲内でのレンズ面の傾斜角が３０度（deg）以下であり、全ての走査レンズは主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を有し、該特殊トーリック面は主走査方向レンズ高さ１ｍｍ当りの副走査曲率の変化量が１．５×１０-４（１／ｍｍ）より小さいことを特徴とする（請求項４）。
【００１１】
本発明の第５の構成は、第１乃至第４のいずれか一つの構成の光走査装置において、前記走査光学系は２つの走査レンズからなり、
・有効書込幅の最周辺の光束が２つの走査レンズの第１面の法線に対し、偏向回転面内において同じ方向に傾いている、
・偏向手段に最も近い走査レンズは、主走査方向について偏向手段側に凹のメニスカス形状である、
・偏向手段に最も近い走査レンズの第１面は副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率が変化する特殊トーリック面からなる、
・偏向手段から最も遠い走査レンズの第１面は副走査方向に正のパワーを有している、
という条件を満足することを特徴とする（請求項５）。
【００１２】
本発明の第６の構成は、帯電、露光、現像、転写の各プロセスを実行することにより転写材に画像を形成する画像形成装置において、前記露光プロセスを実行する手段として、第１乃至第５のいずれか一つの構成の光走査装置を具備することを特徴とする（請求項６）。
【発明の効果】
【００１３】
第１の構成の光走査装置では、走査光学系の少なくとも1つの走査レンズに、特殊トーリック面と回転対称非球面の組み合わせにより加工性に優れた走査レンズを用いるので、偏心に対する許容度が大きく、ビームスポットの小径化を実現することができる。また、マルチビーム化に対しても有効であり、ポリゴンスキャナ等の偏向手段の回転数を低減でき、低消費電力化、低騒音化、高耐久化が実現できる。
【００１４】
第２の構成の光走査装置では、第１の構成の効果に加え、全ての面を特殊トーリック面と回転対称非球面により構成することにより、加工性に優れ、偏心に対する許容度が大きく、光学特性に優れた光走査装置を提供することができる。
また、第３の構成の光走査装置では、第１または第２の構成の効果に加え、主走査方向の有効幅が最も長い面は走査レンズの第2面であり、ここに前記特殊トーリック面を用いることにより、副走査方向の像面湾曲を細かく補正することができる。
【００１５】
第４の構成の光走査装置では、第１乃至第３の構成のいずれかの効果に加え、波面収差を良好にし、かつ、安定したビームスポット径を得ることができ、なおかつ、偏心によるビームスポット径劣化を低減することができる。
また、第５の構成の光走査装置では、第１乃至第４の構成のいずれかの効果に加え、
・波面収差が良好で、安定したビームスポット径である、
・副走査ビームピッチ偏差が小さい、
・ゴースト光が除去できる、
という特徴を有する光走査装置を提供することができる。
【００１６】
第６の構成の画像形成装置では、露光プロセスを実行する手段として、第１乃至第５のいずれか一つの構成の光走査装置を具備することにより、第１乃至第５の構成のいずれかの効果が得られ、粒状度、階調性に優れた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の最良の形態および実施例について説明する。
図１は本発明にかかる光走査装置の一実施形態を示している。図１において、符号１は光源を示しており、この光源１は例えば半導体レーザ（ＬＤ）からなるが、この他、複数の発光源を等間隔に配列したマルチビーム光源（例えば複数のＬＤ、あるいはＬＤアレイ等）であってもよい。光源１から射出される光束は発散性の光束で、カップリング光学系を構成するカップリングレンズ２によって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によりカップリングされた光束は平行光束であってもよいし、弱い発散性の光束または弱い収束性の光束であってもよい。この光束はアパーチャ３によりビーム整形され、シリンドリカルレンズ４の作用によって副走査方向にのみ収束され、折り返しミラー等を介して偏向手段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結像される。
【００１８】
ポリゴンミラー５は図示しないポリゴンモータによって等速度で高速回転駆動され、一つ一つの偏向反射面によって上記の光束の向きを等角速度で偏向走査する。等角速度的に偏向された光束の進路上には走査光学系が配置されている。この実施形態では、２枚の走査レンズ７、８で走査光学系が構成されている。走査レンズ７、８は、ポリゴンミラー５からの光束を、例えば感光体の表面である被走査面１０に導くとともに、被走査面１０にビームスポットとして結像させる機能をもっている。走査レンズ７、８はまた、ポリゴンミラー５によって等角速度的に偏向される光束を、直線的な被走査面１０上において等速度的に走査させるために、周知のとおりｆθ機能を有している。
【００１９】
ここで、「主走査方向」とは、ポリゴンミラー５で偏向走査される光束によって形成される平面に対応する方向のことであり、「副走査方向」とは、主走査方向に直交する方向のことである。尚、図１において符号６は防音ガラスを、符号９は防塵ガラスを示している。ポリゴンミラー５およびポリゴンモータは、高速回転することによって発する騒音が外部に漏れないように防音カバーで覆われていて、このカバーに設けられた防音ガラス６を通して光束が入出射するようになっている。また、光走査装置は一つのユニットとして画像形成装置に設けられた一つのハウジングに組み込まれ、ハウジング内に塵埃が進入しないように密閉され、偏向光束は上記防塵ガラス９を通して外部に出射するように構成されている。
【００２０】
本発明にかかる光走査装置は走査光学系の構成に特徴がある。そこで次に、上記走査光学系の構成を具体的に説明する。尚、走査光学系を構成するレンズの、ポリゴンミラー５すなわち偏向手段に近い側の面を第１面とし、偏向手段から遠い側の面を第２面とする。
【００２１】
（第１の構成）
本発明にかかる光走査装置においては、走査光学系は、複数の走査レンズ７，８からなり、
・少なくとも1つの走査レンズは、回転対称非球面と、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面からなる、
・全ての走査レンズの面の中で光軸に垂直な面に対する有効範囲内での傾斜角が最も大きい領域を有する面は回転対称非球面である、
という条件を満足している。
より具体的には、走査光学系の偏向反射面に最も近い第１走査レンズ７は、第１面がレンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面となっており、第２面が回転対称非球面となっている。ここで、回転対称非球面とはレンズ光軸を対称軸として回転対称な非球面のことである。
【００２２】
このように第１走査レンズ７の第１面に特殊トーリック面を用いることにより、設計上の波面収差を低減でき、尚且つ、被走査面上での副走査方向のＦナンバーの像高による差を低減でき、像高による副走査ビームスポット径の偏差を低減でき、尚且つ、マルチビーム化したときの像高間のビームピッチ偏差を低減することができる。また、全ての走査レンズの中で、光軸に対する最大傾斜角が最も大きい面は第１走査レンズ７の第２面であり、この面に回転対称非球面を用いることにより、各面の相対的な偏心によるビームスポット径太りを低減でき、ビームスポット径の安定化を実現することができる。また、本走査レンズは、切削加工、またはプラスチック等を用いた成形により加工されるが、成形加工されるときの金型はやはり、切削加工により加工される。その際、回転対称非球面であれば、加工時間、加工精度とも向上し、結果的に品質の向上につながる。
【００２３】
（第２の構成）
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系の全ての走査レンズ７，８の面は、回転対称非球面または特殊トーリック面から構成されている。
前述した回転対称非球面は偏心に対する許容度が大きく加工性に優れた面であり、特殊トーリック面は設計上の収差補正に優れた面である。他にシリンドリカルレンズ面、通常のトーリック面等があるが、いずれも偏心に対する許容度が大きくなく、設計上の収差補正の能力も特殊トーリック面ほど大きくない。従って、走査光学系の全ての走査レンズ７，８の面を特殊トーリック面と回転対称非球面により構成することで、加工性に優れ、偏心に対する許容度が大きく、光学特性に優れた光走査装置を提供することができる。
尚、ここでは、第２走査レンズ８は両面とも前記特殊トーリック面となっており、設計上の波面収差を低減すると共に、被走査面上での副走査方向のＦナンバーの像高による差を低減している。
【００２４】
（第３の構成）
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系の全ての走査レンズ７，８の面の中で主走査方向の有効幅が最も大きい面は、前記特殊トーリック面である。
ここで、走査レンズ７，８の面の中で主走査方向の有効幅が最も長い面は第２走査レンズ８の第２面であり、ここに前記特殊トーリック面を用いることにより、副走査方向の像面湾曲を細かく補正することができる。
【００２５】
（第４の構成）
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系の全ての走査レンズ７，８は、光軸に垂直な面に対する有効範囲内でのレンズ面の傾斜角が３０度（deg）以下であり、全ての走査レンズ７，８は主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率半径が変化する特殊トーリック面を有し、該特殊トーリック面は主走査方向レンズ高さ１ｍｍ当りの副走査曲率の変化量が１．５×１０-４（１／ｍｍ）より小さい。
ここで、走査レンズの加工方法は切削加工と成形加工に大別されるが、成形加工もその金型は切削加工により製作される。有効範囲内におけるレンズ面の傾斜角は切削加工の精度に大きく関連し、うねりを低減するためには全ての走査レンズ７，８の傾斜角を３０度以下にする必要がある。また、本発明では主走査方向のレンズ高さにより副走査曲率が変化する特殊面を用いているが、主走査方向のレンズ高さの変化をできるだけ小さくする必要がある。従って、波面収差を良好にし、尚且つ、安定したビームスポット径を得るためには、前記特殊トーリック面において、主走査方向レンズ高さ１ｍｍ当りの副走査曲率の変化量は１．５×１０-４（１／ｍｍ）より小さくする必要がある。また、主走査方向レンズ高さ１ｍｍ当りの副走査曲率の変化が大きいと、レンズの配置誤差によるビームスポット径劣化が大きい。その点でも本発明は有効である。
【００２６】
（第５の構成）
本発明にかかる光走査装置においては、上記の構成に加え、走査光学系は２つの走査レンズ７，８からなり、
・有効書込幅の最周辺の光束が２つの走査レンズ７，８の第１面の法線に対し、偏向回転面内において同じ方向に傾いている、
・偏向手段であるポリゴンミラー５に最も近い走査レンズ７は、主走査方向について偏向手段側に凹のメニスカス形状である、
・ポリゴンミラー５に最も近い走査レンズ７の第１面は副走査方向に負のパワーを有し、レンズ面の光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率が変化する特殊トーリック面からなる、
・ポリゴンミラー５から最も遠い走査レンズ８の第１面は副走査方向に正のパワーを有している、
という条件を満足している。
【００２７】
ここで、第１走査レンズ７は、主走査方向についてポリゴンミラー５の方に向けて凹のメニスカス形状となっており、これにより第１走査レンズ７が薄肉化でき、尚且つ、第１走査レンズ７の面に入射する光束とレンズ面の法線の開き角が小さくできるので、波面収差を補正できる。また、第１走査レンズ７の第1面の副走査方向のパワーを負とすることで、走査光学系の副走査方向の横倍率の絶対値を小さくすることができ、光学素子の配置誤差、部品誤差の許容度を拡大することができる。また、このとき、光軸から主走査方向の周辺に向かうに従い副走査曲率半径が減少し、極値を境として増加する特殊トーリック面を用いることで、波面収差及び被走査面上での副走査方向のＦナンバーの差を低減でき、像高による副走査ビームスポット径偏差が低減でき、尚且つ、マルチビーム化したときの像高間ビームピッチ偏差を低減できる。
【００２８】
しかしながら、第１走査レンズ７の第１面の副走査方向のパワーが負となる場合、特殊トーリック面を用いても波面収差が残存する。そこで、図１に示すように、走査光学系における最周辺光束は、第１走査レンズ７の第１面、第２走査レンズ８の第１面の法線に対し、同じ方向に傾くように構成した。これにより、第１走査レンズ７、第２走査レンズ８の偏心に対する許容度が大きくなる。尚、前記特許文献２に記載されているように、入射光束と走査レンズとがなす角度を小さくする方法もある。しかし、そうすると走査レンズを偏向回転面内で大きく湾曲させる必要があるため、走査レンズの加工性が低減するばかりでなく、偏心に対する許容度が著しく低減する。そこで、上記の構成では、第２走査レンズ８の第１面の、副走査方向のパワーを正とし、第１走査レンズ７の第１面で発生する波面収差が第２走査レンズ８の第１面で相殺されるようにした。
【００２９】
また、第２走査レンズ８が、図２に１点鎖線で示すように、主走査方向についてポリゴンミラーのほうに向けて凹のメニスカス形状となっている場合、第２走査レンズ８の第１面で反射されたゴースト光が、点線の矢印で示すように再び第１走査レンズ７の第１面または第２面で反射され、これが感光体からなる被走査面１０に至り、ゴースト光が発生する可能性がある。また、第１走査レンズ７の第１面と第２面でのゴースト光が合成されて、被走査面１０上でのゴースト光強度が大きくなる可能性がある。しかし、第２走査レンズ８を、図２に実線で示すように、その第１面の副走査方向のパワーを正とすれば、換言すれば偏向手段側に向かった凸面とすれば、第２走査レンズ８の第１面で反射されたゴースト光は問題無いレベルまで発散する。尚、第１走査レンズ７で反射されポリゴンミラーに戻る光束は、方向が大きく変わるので、通常は問題にならない。
【００３０】
（第６の構成）
以上に説明した光走査装置は、プリンタ、複写機などの画像形成装置の露光ユニットあるいは書き込み装置として適用することができる。図３に、光走査装置を露光ユニットとして適用した画像形成装置の例を概略的に示す。図３において、画像形成装置１００内には、感光体ドラム１１１を中心としてその周囲に、帯電、露光、現像、転写、クリーニングという、電子写真プロセスを実行するために、帯電ユニット１１２、露光ユニット１１７、現像ユニット１１３、転写ユニット１１４、クリーニングユニット１１５が、感光体ドラム１１１の回転方向にこの順で配置されている。露光ユニット１１７は前記光走査装置を有していて、前述のようにして偏向走査されるレーザ光束ＬＢが、露光ユニット１１７から被走査面である感光体ドラム１１１の表面に向かって射出し、感光体ドラム１１１の表面をレーザのビームスポットが走査するようになっている。
【００３１】
感光体ドラム１１１の表面は予め帯電ユニット１１２によって均一に帯電させられていて、これに画像信号に従って変調されたビームスポットを走査することによって、感光体ドラム１１１の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は現像ユニット１１３からトナーが供給されることによりトナー像として顕像化される。このトナー像は、給紙カセット１１８から給紙ローラ１２０によって、かつ、レジストローラ１１９によってタイミングを取りながら１枚ずつ供給される転写材（転写紙、各種シート）Ｐに、転写ユニット１１４によって転写されるように構成されている。転写後の感光体ドラム１１１の表面は、クリーニングユニット１１５によって除電及びクリーニングされ、再び帯電されるように構成されている。一方、トナー像が転写された転写紙Ｐは、定着ユニット１１６により加熱定着され、排紙通路１２１、排紙コロ１２２を経て排紙トレイ１２３に排出されるようになっている。
【００３２】
以上の構成の画像形成装置では、露光プロセスを実行する手段として、前述した構成の光走査装置を具備することにより、波面収差を良好にし、かつ、安定したビームスポット径を得ることができ、尚且つ、偏心によるビームスポット径劣化を低減することができ、ゴースト光も除去できるので、ビームスポットの小径化を実現することができ、粒状度、階調性に優れた画像形成を行うことができる。
尚、図３では単色画像を形成する画像形成装置の例を示したが、感光体ドラム１１１とその周囲の帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各ユニットを備える構成の作像部を転写材の搬送方向に複数並設した構成（所謂タンデム型の構成）とすることにより、多色やフルカラー画像を形成する画像形成装置とすることができる。また、１つの感光体ドラムに対して複数の色の現像ユニットと中間転写体を備える構成とすれば、１ドラム・中間転写方式のカラー画像形成装置とすることができる。そして、これらのカラー画像形成装置に本発明の光走査装置を用いることにより、粒状度、階調性に優れたカラー画像形成を行うことができる。
【実施例】
【００３３】
次に本発明にかかる光走査装置の具体的な実施例を示す。
【００３４】
（実施例１）
光源から偏向手段としてのポリゴンミラー５までの仕様は次の通りである。
・光源１の波長：６５５ｎｍ
・カップリングレンズ２の焦点距離：２７ｍｍ
・カップリング作用：コリメート作用
・ポリゴンミラー５：偏向反射面数：５
内接円半径：１８ｍｍ
・光源側からのビームの入射角と走査光学系の光軸とがなす角：５８度
【００３５】
偏向手段以降のレンズデータを以下に示す。
第１走査レンズ７の第１面及び第２走査レンズ８の両面は、下記の式(1)、(2)で表現される
【００３６】
［主走査非円弧式］
主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、光軸における主走査面内の近軸曲率半径をＲｍ、光軸からの主走査方向の距離をＹ，円錐常数をＫ、高次の係数をＡ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4，Ａ5，Ａ6，・・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝(Ｙ＾２／Ｒｍ)／[１＋√{１−(１＋Ｋ)(Ｙ／Ｒｍ)＾２}]
＋Ａ1・Ｙ＋Ａ2・Ｙ＾２＋Ａ3・Ｙ＾３＋Ａ4・Ｙ＾４
＋Ａ5・Ｙ＾５＋Ａ6・Ｙ＾６＋・・・                            (1)
ここで奇数次のＡ1、Ａ3、Ａ5・・・にゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。
実施例１においては偶数次のみを用いており、主走査方向に対称な系である。また、後述の実施例２においても偶数次のみを用いており、主走査方向に対称な系である。
【００３７】
［副走査曲率式］
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を(2)で示す。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／Ｒｓ（０）＋Ｂ1・Ｙ＋Ｂ2・Ｙ＾２
＋Ｂ3・Ｙ＾３＋Ｂ4・Ｙ＾４＋Ｂ5・Ｙ＾５＋・・・       (2)
ここでＹの奇数乗係数のＢ1、Ｂ3、Ｂ5・・・にゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
また、第１走査レンズ７の第２面は回転対称非球面であり、以下の式で表現される。
【００３８】
［回転対称非球面］
光軸における近軸曲率半径をＲ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐常数をＫ、高次の係数をＡ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4、Ａ5、Ａ6、・・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝(Ｙ＾２／Ｒ)／[１＋√{１−(１＋Ｋ)(Ｙ／Ｒｍ)＾２}]
＋Ａ1・Ｙ＋Ａ2・Ｙ＾２＋Ａ3・Ｙ＾３＋Ａ4・Ｙ＾４
＋Ａ5・Ｙ＾５＋Ａ6・Ｙ＾６＋・・・                            (3)
【００３９】
以下に具体的な数値データを示す。尚、以下の数値データにおいては、「×１０+１」を「Ｅ＋０１」、「×１０-７」を「Ｅ−０７」と表記しており、他も同様である。
【００４０】
［第１走査レンズ７の第１面の形状］
Ｒｍ＝−２７９．９、Ｒｓ＝−６１．０
Ｋ＝−２．９０００００Ｅ＋０１
Ａ4＝１．７５５７６５Ｅ−０７
Ａ6＝−５．４９１７８９Ｅ−１１
Ａ8＝１．０８７７００Ｅ−１４
Ａ10＝−３．１８３２４５Ｅ−１９
Ａ12＝−２．６３５２７６Ｅ−２４
Ｂ1＝−２．０６６３４７Ｅ−０６
Ｂ2＝５．７２７７３７Ｅ−０６
Ｂ3＝３．１５２２０１Ｅ−０８
Ｂ4＝２．２８０２４１Ｅ−０９
Ｂ5＝−３．７２９８５２Ｅ−１１
Ｂ6＝−３．２８３２７４Ｅ−１２
Ｂ7＝１．７６５５９０Ｅ−１４
Ｂ8＝１．３７２９９５Ｅ−１５
Ｂ9＝−２．８８９７２２Ｅ−１８
Ｂ10＝−１．９８４５３１Ｅ−１９
【００４１】
［第１走査レンズ７の第２面の形状］
Ｒ＝−８３．６
Ｋ＝−０．５４９１５７
Ａ4＝２．７４８４４６Ｅ−０７
Ａ6＝−４．５０２３４６Ｅ−１２
Ａ8＝−７．３６６４５５Ｅ−１５
Ａ10＝１．８０３００３Ｅ−１８
Ａ12＝２．７２７９００Ｅ−２３
【００４２】
［第２走査レンズ８の第１面の形状］
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝１１０．９
Ｋ＝０．００００００Ｅ＋００
Ａ4＝１．５４９６４８Ｅ−０８
Ａ6＝１．２９２７４１Ｅ−１４
Ａ8＝−８．８１１４４６Ｅ−１８
Ａ10＝−９．１８２３１２Ｅ−２２
Ｂ1＝−９．５９３５１０Ｅ−０７
Ｂ2＝−２．１３５３２２Ｅ−０７
Ｂ3＝−８．０７９５４９Ｅ−１２
Ｂ4＝２．３９０６０９Ｅ−１２
Ｂ5＝２．８８１３９６Ｅ−１４
Ｂ6＝３．６９３７７５Ｅ−１５
Ｂ7＝−３．２５８７５４Ｅ−１８
Ｂ8＝１．８１４４８７Ｅ−２０
Ｂ9＝８．７２２０８５Ｅ−２３
Ｂ10＝−１．３４０８０７Ｅ−２３
【００４３】
［第２走査レンズ８の第２面の形状］
Ｒｍ＝７６６、Ｒｓ＝−６８．２２
Ｋ＝０．００００００Ｅ＋００
Ａ4＝−１．１５０３９６Ｅ−０７
Ａ6＝１．０９６９２６Ｅ−１１
Ａ8＝−６．５４２１３５Ｅ−１６
Ａ10＝１．９８４３８１Ｅ−２０
Ａ12＝−２．４１１５１２Ｅ−２５
Ｂ2＝３．６４４０７９Ｅ−０７
Ｂ4＝−４．８４７０５１Ｅ−１３
Ｂ6＝−１．６６６１５９Ｅ−１６
Ｂ8＝４．５３４８５９Ｅ−１９
Ｂ10＝−２．８１９３１９Ｅ−２３
また、使用波長における走査レンズの屈折率は全て１．５２７２４である。
【００４４】
以下に光学配置の具体的数値を示す。
偏向面から第１走査レンズの第１面までの距離ｄ１：６４ｍｍ
第１走査レンズ７の中心肉厚ｄ２：２２．６ｍｍ
第１走査レンズの第２面から第２走査レンズの第１面までの距離ｄ３：７５．９ｍｍ
第２走査レンズの中心肉厚ｄ４：４．９ｍｍ
第２走査レンズの第２面から被走査面までの距離ｄ５：１５８．７ｍｍ
尚、屈折率１．５１４、厚さ１．９ｍｍの防音ガラス６と防塵ガラス９が図１に示すように配置されており、防音ガラス６は偏向回転面内において主走査方向に平行な方向に対し１０度傾いている。
【００４５】
以下に、走査光学系の最周辺と中央像高での副走査方向のＦナンバーを示す。
像高１５０ｍｍ：４１．５
像高０ｍｍ：４０．４
像高−１５０ｍｍ：４１．０
【００４６】
図４は上記実施例の収差図を示す。図４（ａ）は像面湾曲を示すもので、Ｘ軸はデフォーカス（ｍｍ）、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線は副走査方向の、点線は主走査方向の像面湾曲をそれぞれ示している。図４（ｂ）は等速性を示すもので、Ｘ軸は％、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線はリニアリティを、点線はｆθ特性を示している。
図５は第１走査レンズ（Ｌ１）７の第１面（Ｒ１）における、主走査方向レンズ高さに対する副走査方向の曲率半径を示している。
図６は、第２走査レンズ（Ｌ２）８の第１面（Ｒ１）における、主走査方向レンズ高さに対する副走査方向の曲率半径を示している。
図７は、第２走査レンズ（Ｌ２）８の第２面（Ｒ２）における、主走査方向レンズ高さに対する副走査方向の曲率半径を示している。
図８は、デフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示している。
【００４７】
尚、全てのレンズ面の最大傾斜角は第１走査レンズ７の第２面であり、２８度である。
また、特殊トーリック面となる第１走査レンズ７の第１面、第２走査レンズ８の第１面、第２面において、各面のレンズ高さ１ｍｍ当りの副走査曲率の変化量は順に、
７．９Ｅ−０５（１／ｍｍ）、
７．１Ｅ−０５（１／ｍｍ）、
１．４Ｅ−０４（１／ｍｍ）、
となる。
【００４８】
（実施例２）
次に、光走査装置の第２の実施例を示す。
・光源波長：６５５ｎｍ
・カップリングレンズ焦点距離：２７ｍｍ
・カップリング作用：コリメート作用
・ポリゴンミラー：偏向反射面数：５
内接円半径：１８ｍｍ
・光源側からのビームの入射角と走査光学系の光軸とがなす角：５８度
【００４９】
偏向手段以降のレンズデータを以下に示す。
第１走査レンズ７の第１面及び第２走査レンズ８の両面は下記の式(1)、(2)で表現される。
【００５０】
［主走査非円弧式］
主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、光軸における主走査面内の近軸曲率半径をＲｍ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐常数をＫ、高次の係数をＡ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4、Ａ5、Ａ6、・・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝(Ｙ＾２／Ｒｍ)／[１＋√{１−(１＋Ｋ)(Ｙ／Ｒｍ)＾２}]
＋Ａ1・Ｙ＋Ａ2・Ｙ＾２＋Ａ3・Ｙ＾３＋Ａ4・Ｙ＾４
＋Ａ5・Ｙ＾５＋Ａ6・Ｙ＾６＋・・・                            (1)
ここで奇数次のＡ1、Ａ3、Ａ5・・・にゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。
【００５１】
［副走査曲率式］
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を(2)で示す。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／Ｒｓ（０）＋Ｂ1・Ｙ＋Ｂ2・Ｙ＾２
＋Ｂ3・Ｙ＾３＋Ｂ4・Ｙ＾４＋Ｂ5・Ｙ＾５＋・・・       (2)
ここでＹの奇数乗係数のＢ1、Ｂ3、Ｂ5・・・にゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
また、第１走査レンズ７の第２面は回転対称非球面であり、以下の式で表現される。
【００５２】
［回転対称非球面］
光軸における近軸曲率半径をＲ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐常数をＫ、高次の係数をＡ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4、Ａ5、Ａ6、・・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝(Ｙ＾２／Ｒ)／[１＋√{１−(１＋Ｋ)(Ｙ／Ｒｍ)＾２}]
＋Ａ1・Ｙ＋Ａ2・Ｙ＾２＋Ａ3・Ｙ＾３＋Ａ4・Ｙ＾４
＋Ａ5・Ｙ＾５＋Ａ6・Ｙ＾６＋・・・                            (3)
【００５３】
以下に具体的な数値データを示す。尚、以下の数値データにおいては、「×１０+１」を「Ｅ＋０１」、「×１０-７」を「Ｅ−０７」と表記しており、他も同様である。
【００５４】
［第１走査レンズ７の第１面の形状］
Ｒｍ＝−３０３．５４、Ｒｓ＝−６１．０
Ｋ＝−２．９０００００Ｅ＋０１
Ａ4＝２．２８Ｅ−０７
Ａ6＝−６．５７Ｅ−１１
Ａ8＝１．１８Ｅ−１４
Ａ10＝−２．１０Ｅ−１９
Ａ12＝８．００Ｅ−２４
Ｂ1＝−１．００Ｅ−０６
Ｂ2＝５．２２Ｅ−０６
Ｂ3＝１．７０Ｅ−０８
Ｂ4＝−５．０６Ｅ−１１
Ｂ5＝−６．８０Ｅ−１２
Ｂ6＝−９．４６Ｅ−１４
Ｂ7＝−７．３４Ｅ−１６
Ｂ8＝−２．１０Ｅ−１７
Ｂ9＝−５．０３Ｅ−１９
Ｂ10＝７．５１Ｅ−２１
【００５５】
［第１走査レンズ７の第２面の形状］
Ｒ＝−８５．６
Ｋ＝−０．５４９１５７
Ａ4＝２．８３Ｅ−０７
Ａ6＝６．０４Ｅ−１２
Ａ8＝−１．１８Ｅ−１４
Ａ10＝２．２６Ｅ−１８
Ａ12＝６．６１Ｅ−２３
【００５６】
［第２走査レンズ８の第１面の形状］
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝９４．４
Ｋ＝０．００００００Ｅ＋００
Ａ4＝１．１３Ｅ−０８
Ａ6＝９．２７Ｅ−１４
Ａ8＝−２．１６Ｅ−１９
Ａ10＝−９．１８Ｅ−２２
Ｂ1＝−４．４１Ｅ−０７
Ｂ2＝−６．９６Ｅ−０８
Ｂ3＝−７．４５Ｅ−１１
Ｂ4＝１．３７Ｅ−１１
Ｂ5＝−６．４４Ｅ−１６
Ｂ6＝−３．８１Ｅ−１５
Ｂ7＝３．０４Ｅ−１８
Ｂ8＝４．２１Ｅ−１９
Ｂ9＝−２．３３Ｅ−２２
Ｂ10＝−１．５５Ｅ−２３
【００５７】
［第２走査レンズ８の第２面の形状］
Ｒｍ＝７８１．２、Ｒｓ＝−７６．０９
Ｋ＝０．００００００Ｅ＋００
Ａ4＝−１．１４Ｅ−０７
Ａ6＝９．２５Ｅ−１２
Ａ8＝−３．６５Ｅ−１６
Ａ10＝９．５１Ｅ−２２
Ａ12＝２．３８Ｅ−２５
Ｂ2＝４．９１Ｅ−０７
Ｂ4＝−１．６４Ｅ−１１
Ｂ6＝７．９６Ｅ−１６
Ｂ8＝１．３０Ｅ−１９
Ｂ10＝１．４７Ｅ−２３
また、使用波長における走査レンズの屈折率は全て１．５２７２４である。
【００５８】
以下に光学配置の仕様を示す。
偏向面から第１走査レンズ７の第１面までの距離ｄ１：６４．１ｍｍ
第１走査レンズ７1の中心肉厚ｄ２：２２．５ｍｍ
第１走査レンズ第２面から第２走査レンズ第１面までの距離ｄ３：７６ｍｍ
第２走査レンズの中心肉厚ｄ４：４．９ｍｍ
第２走査レンズ第２面から被走査面までの距離ｄ５：１５８．６ｍｍ
【００５９】
尚、屈折率１．５１４、厚さ１．９ｍｍの前記防音ガラス６と防塵ガラス９が図１に示すように配置されており、防音ガラス６は偏向回転面内において主走査方向に平行な方向に対し１０度傾いている。
【００６０】
以下に、走査光学系の最周辺と中央像高での副走査方向のＦナンバーを示す。
像高１５０ｍｍ：４１．８
像高０ｍｍ：４０．８
像高−１５０ｍｍ：４１．１
【００６１】
図９は上記実施例の収差図を示す。図９（ａ）は像面湾曲を示すもので、Ｘ軸はデフォーカス（ｍｍ）、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線は副走査方向の、点線は主走査方向の像面湾曲をそれぞれ示している。図９（ｂ）は等速性を示すもので、Ｘ軸は％、Ｙ軸は像高（ｍｍ）である。実線はリニアリティを、点線はｆθ特性を示している。
図１０は第１走査レンズ（Ｌ１）７の第１面（Ｒ１）の副走査曲率半径を、図１１は第２走査レンズ（Ｌ２）８の第１面（Ｒ１）の副走査曲率半径を、図１２は第２走査レンズ（Ｌ２）８の第２面（Ｒ２）の副走査曲率半径を示しており、上述の通りの形状となっている。
図１３は、デフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示す。
【００６２】
以上に示した実施例においては、光源は一つの半導体レーザ（ＬＤ）の例で示したが、本発明は、光源として複数の半導体レーザ（ＬＤ）や、発光点を複数有するＬＤアレイ等を用いたマルチビーム光学系にも適用可能である。また、走査レンズとして樹脂製のレンズを用いることにより、特殊トーリック面や回転対称非球面を有する走査レンズを型成形により量産することができ、低コスト化が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の光走査装置は、波面収差を良好にし、かつ、安定したビームスポット径を得ることができ、尚且つ、偏心によるビームスポット径劣化を低減することができ、ゴースト光も除去できるので、ビームスポットの小径化を実現することができ、レーザープリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ、レーザープロッタ等の電子写真方式の画像形成装置の露光ユニットや光書込みユニットに利用することにより、粒状度、階調性に優れた画像形成を行うことができる。また、本発明の光走査装置は、上記の画像形成装置の他、走査式の画像表示装置等にも利用可能であり、さらには、被測定物の長さや形状等の測定を行う走査式の計測装置等にも利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態を示す光走査装置の構成説明図であり、（ａ）は主走査対応方向の光学系配置を示す図、（ｂ）は副走査対応方向の光学系配置を示す図である。
【図２】図１と同様の構成の光走査装置におけるゴースト光低減効果を説明するための図であり、（ａ）は主走査対応方向の光学系配置を示す図、（ｂ）は副走査対応方向の光学系配置を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。
【図４】実施例１における収差図を示すものであり、（ａ）は像面湾曲を、（ｂ）は等速性を示す図である。
【図５】実施例１における偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図６】実施例１における偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図７】実施例１における偏向手段から最も遠い走査レンズの第２面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図８】実施例１におけるデフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示すグラフである。
【図９】実施例２における収差図を示すものであり、（ａ）は像面湾曲を、（ｂ）は等速性を示す図である。
【図１０】実施例２における偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図１１】実施例２における偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段側の面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図１２】実施例１における偏向手段から最も遠い走査レンズの第２面の主走査方向レンズ高さに対する曲率半径の変化を示すグラフである。
【図１３】実施例１におけるデフォーカスに対するビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向の、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１      光源
２      カップリングレンズ
３      アパーチャ
４      シリンドリカルレンズ
５      偏向手段であるポリゴンミラー
６      防音ガラス
７      第１走査レンズ
８      第２走査レンズ
９      防塵ガラス
１０    被走査面（感光体面）
【図１】
2005140833.tif 000003
【図２】
2005140833.tif 000004
【図３】
2005140833.tif 000005
【図４】
2005140833.tif 000006
【図５】
2005140833.tif 000007
【図６】
2005140833.tif 000008
【図７】
2005140833.tif 000009
【図８】
2005140833.tif 000010
【図９】
2005140833.tif 000011
【図１０】
2005140833.tif 000012
【図１１】
2005140833.tif 000013
【図１２】
2005140833.tif 000014
【図１３】
2005140833.tif 000015