(57)【要約】【課題】加工性に優れた走査レンズ形状とすることができ、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得る。【解決手段】光源１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２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５からの光束を被走査面１０に導く走査光学系とを有し、走査光学系は、走査レンズ７、８からなり、偏向反射面１０に近い走査レンズ７の偏向手段に近い側の面は、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半径が変化する特殊トーリック面であり、走査光学系の、被走査面１０に向かう光束の副走査方向のＦナンバーは、有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方を大きくした。【選択図】  図１
2005003948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
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と、
線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、
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、走査レンズからなり、偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面は、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半径が変化する特殊トーリック面であり、
また、上記走査光学系は、被走査面に向かう光束の副走査方向のＦナンバーが有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方が大きいことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向反射面から遠い側の面は、光軸を中心とした回転対称非球面であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
走査レンズの全ての面は、光軸を中心とした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のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
光源と、
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と、
線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、
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、
前記走査光学系は、複数の走査レンズからなり、かつ、
ａ．有効書込幅の最周辺の入射光束が走査レンズの偏向手段に近い側の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こと、
ｂ．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こと、
ｃ．偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の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こと、
ｄ．偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は副走査方向に正のパワーを有していること、
を特徴とする光走査装置。
【請求項５】
光源と、
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と、
線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、
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、
前記走査光学系は複数の走査レンズからなり、かつ、
ａ．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こと、
ｂ．偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の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半径が減少し、極値を境として副走査曲率半径が増加する特殊トーリック面からなること、
ｃ．偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は主走査方向において偏向手段側に凸形状をしていること、
ｄ．偏向手段から最も遠い走査レンズは主走査方向において負のパワーを有すること、
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紙に画像を形成する画像形成装置であって、上記露光プロセスを実行する装置として請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を有する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】
本発明は、光走査装置および画像形成装置に関するもので、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ（ＰＰＦ）等に用いることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザービームプリンタ等の画像形成装置は形成される画像の高密度化が加速してきている。形成画像の高密度化を図るには、感光体など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。
ビームスポット小径化のために、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
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、以下のような未解決の課題があった。
・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。
【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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、加工性に優れた走査レンズ形状とすることができ、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、シェーディング特性が良好であり、ゴースト光が発生しにくい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、薄肉で、小型の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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の光走査装置は、光源と、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と、線像光学系からの光束を偏向走査する偏向手段と、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、走査レンズからなり、偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面は、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半径が変化する特殊トーリック面であり、また、上記走査光学系の、被走査面に向かう光束の副走査方向のＦナンバーは、有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方を大きくした。
【０００９】
偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面を特殊トーリック面とすることにより、以下の効果を得ることができる。
・設計上の波面収差を低減することができる。
・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することができ、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差を低減することができる。また、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。
【００１０】
偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面が、副走査方向に負のパワーを有することにより、偏向面と被走査面間の副走査横倍率の絶対値を低減することができ、これによって、光学部品の取り付け誤差、あるいは形状誤差による副走査方向のビームウェスト位置変動を低減することができる。
走査光学系の、被走査面に向かう光束の副走査方向のＦナンバーは、有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方を大きくしたことにより、中央値での波面収差を低減することができるとともに、偏心に対して許容度の大きい光走査装置を提供することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向反射面から遠い側の面は、光軸を中心とした回転対称非球面であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、走査レンズの全ての面は、光軸を中心とした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のいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の光走査装置は、走査光学系は、複数の走査レンズからなり、かつ、ａ．有効書込幅の最周辺の入射光束が走査レンズの偏向手段に近い側の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こと、ｂ．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こと、ｃ．偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の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こと、ｄ．偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は副走査方向に正のパワーを有していることを特徴とする。
【００１３】
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向けて凹のメニスカス形状となっていることにより、走査レンズを薄肉化することができ、かつ、走査レンズの面に入射する光束とレンズ面の法線の開き角を小さくすることができるので、波面収差を補正することができる。走査レンズの、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、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を用いることで、波面収差および被走査面上での副走査方向のＦナンバーの差を低減することができ、像高による副走査ビームスポット径偏差を低減することができる。なおかつ、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することができる。
【００１４】
偏向手段に最も近い走査レンズが主走査方向について偏向手段のほうに向けて凹のメニスカス形状となっている場合、次の第２走査レンズの第１面で反射したゴースト光が再び第１走査レンズの第１面または第２面で反射して再び被走査面に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上でのゴースト光の強度が大きくなる可能性がある。しかし、第２走査レンズの第１面を偏向器側に向けて主走査方向について凸形状にすることで、第１走査レンズに戻るゴースト光を低減することができ、形成される画像品質の問題はなくなる。
【００１５】
請求項５記載の光走査装置は、走査光学系は複数の走査レンズからなり、かつ、ａ．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こと、ｂ．偏向手段に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の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半径が減少し、極値を境として副走査曲率半径が増加する特殊トーリック面からなること、ｃ．偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は主走査方向において偏向手段側に凸形状をしていること、ｄ．偏向手段から最も遠い走査レンズは主走査方向において負のパワーを有すること、を特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の光走査装置によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、偏向手段から最も遠い走査レンズに、光軸での主走査方向において負のパワーをもたせることにより、上記走査レンズを薄肉にすることができ、また、温度による主走査方向の像面湾曲変動を低減することができ、安定したビームスポット径を得ることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、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紙に画像を形成する画像形成装置であって、上記露光プロセスを実行する装置として請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を有することを特徴とする。
請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を用いて画像形成装置を構成することにより、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差、像面湾曲変動等を低減して安定したビームスポット径による光走査を実現して、高品質の画像を形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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実施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は光源を示している。光源１は半導体レーザからなり、例えば、複数の発光源を等間隔に配列したマルチビーム光源であってもよい。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し、平行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、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。
【００１９】
ポリゴンミラー５は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、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。
【００２０】
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。なお、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。
【００２１】
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。なお、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。偏向反射面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半径が変化する特殊トーリック面となっている。偏向反射面と被走査面１０間の副走査横倍率の絶対値を低減するために、上記のように走査レンズ７の第１面を負のパワーとしている。副走査横倍率の絶対値を低減することにより、光学部品の取り付け誤差、形状誤差による副走査方向のビームウェスト位置変動を低減することができる。
【００２２】
図１に示す光走査装置の実施の形態において、走査光学系を構成する第２の走査レンズ８すなわち偏向手段から遠い側の走査レンズは、図３に示すようにかなり均肉かつ薄肉であり、かかる形状の第２の走査レンズ８を有するものにおいて波面収差を補正することは、通常は困難である。また、波面収差を補正しようとすると、第１走査レンズ７の第１面の副走査曲率が中心から周辺に行くに従い大きくなる。しかしながら、このとき、被走査面１０上での副走査方向のＦナンバーを像高により一定にしようとすると、第２の走査レンズ８が、偏向回転面内において偏向器側に向かい凸に大きく湾曲した形状となってしまう。このとき、設計中央値での特性は確保することができるが、偏心によるビームスポット径太りが大きくなり、トータルとして光走査性能は劣化してしまう。
【００２３】
そこで、この実施の形態では、像高による副走査方向ビームスポット径偏差や、光源をマルチビーム化したときの像高によるビームピッチ偏差が問題とならない程度に、被走査面１０に向かう光束の副走査方向のＦナンバーが有効走査幅の中央よりも有効走査幅の最周辺部のほうで大きくなるように走査光学系を構成した。これにより、中央値での波面収差を低減することができるとともに、偏心に対して許容度の大きい光走査装置を提供することができる。
【００２４】
副走査方向のＦナンバーに関してさらに付言する。走査レンズの、副走査方向の横倍率の絶対値を低減し、なおかつ、波面収差を補正するためには、偏向手段側の走査レンズ７の、第１面の副走査方向のパワーを負にし、加えて、中心部から主走査方向周辺に行くに従い、パワーを大きく、すなわち曲率を大きくして負のパワーを小さくする必要がある。図１において、１点鎖線で示す光束は中心部の光束を、点線で示す光束は最周辺部の光束を示している。また、図２は偏向反射面から被走査面１０に至る光束の副走査断面における変化を示すもので、図２（ａ）は中心部の光束を、図２（ｂ）は最周辺部の光束をモデル的に示している。図２（ａ）、図２（ｂ）からわかるように、走査レンズ７の、第１面の副走査方向のパワーは、中心部に比べて周辺部の方が大きいので、被走査面１０でスポット状に収束する光束の中心部における収束角度をθ１、最周辺部における収束角度をθ２としたとき、θ１＞θ２となっている。したがって、被走査面１０における副走査方向のＦナンバーは、最周辺部の方が中心部よりも大きくなっている。換言すれば、被走査面１０における副走査方向のＦナンバーを上記のような関係にすることにより、波面収差を良好に補正することができることになる。
【００２５】
上記実施の形態において、偏向反射面に最も近い走査レンズ７の偏向手段から遠い側の面（第２面）は、光軸を中心とした回転対称非球面にするとよい。回転対称非球面は比較的作りやすい利点がある。
走査レンズの全ての面を、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してもよい。
また、通常、偏向手段に最も近い走査レンズの偏向反射面から遠い側の面は傾斜角（光軸に垂直な面に対するレンズ面の傾き角）が大きくなり、加工上の課題が非常に大きい。このような面に回転対称非球面を用いることは、光学特性面、加工面で有効である。また、片側の面を回転対称非球面とすると、面間の相対的な偏心によるビームスポット径太りを低減することができ、その点でも有利である。
【００２６】
次に、本発明にかかる光走査装置の別の実施形態について説明する。光源１から被走査面１０に至る光学素子の配置は、外観上図１に示す実施形態とほぼ同じであるから、図１を参照しながら説明する。この実施の形態も走査光学系の構成に特徴があるので、走査光学系の構成を重点的に説明する。走査光学系は、複数の走査レンズ７、８からなり、かつ、有効書込幅の最周辺の入射光束が走査レンズ７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。また、偏向手段に最も近い上記走査レンズ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り、かつ、上記走査レンズ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。そして、偏向手段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。
【００２７】
第１の走査レンズ７は、主走査方向について、偏向手段であるポリゴンミラー５のほうに向けて凹のメニスカス形状となっていることにより、走査レンズを薄肉化することができ、なおかつ、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を小さくすることができるので、波面収差を良好に補正することができる。また、第１の走査レンズ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変化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することができ、像高による副走査ビームスポット径偏差を低減することができる。なおかつ、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することもできる。
【００２８】
しかしながら、偏向手段に最も近い第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９に示すように、走査光学系における最周辺光束は、第１の走査レンズ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。
【００２９】
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、上記実施の形態では、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。
【００３０】
また、第１走査レンズ７が、図１０に２点差線で示すように、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１０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。なお、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。
【００３１】
本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を説明する。この実施形態も、外観上は図１、図９に示すものと同じである。走査光学系は複数の走査レンズ７、８からなり、かつ、偏向手段に最も近い第１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となっている。また、偏向手段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半径が減少し、極値を境として副走査曲率半径が増加する特殊トーリック面からなっている。さらに、偏向手段から最も遠い第２走査レンズ８の第１面は主走査方向において偏向手段側に凸形状をしており、偏向手段から最も遠い上記第２走査レンズ８は主走査方向において負のパワーを有している。
【００３２】
前記実施の形態と同様に、第１走査レンズ７の第１面は前述の特殊トーリック面であり、なおかつ偏向反射面と被走査面１０間の副走査横倍率の絶対値を低減するために負のパワーとしている。副走査横倍率の絶対値を低減することにより、光学部品の取り付け誤差、形状誤差による副走査ビームウェスト位置変動を低減できる。また、本実施の形態における走査レンズ、より具体的には第２の操作レンズ８はかなり均肉かつ薄肉であり、通常は波面収差を補正することが困難である。波面収差を補正するためには、第１走査レンズ７の第１面の副走査曲率半径を中心から周辺に行くに従い大きくする。このとき、第１走査レンズ８を偏向器側に向かい主走査方向について凸形状にすることで、被走査面１０上での副走査方向のＦナンバーを像高により一定にすることができる。
【００３３】
また、前述したように、第１走査レンズ７が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、再び走査レンズ７の第１面または第２面で反射されて再び被走査面１０に至り、ゴースト像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上でのゴースト光の強度が大きくなる可能性がある。しかし、本実施の形態のように、第２走査レンズ８の第１面を偏向器側に向けて主走査方向について凸形状にすることで、走査レンズ７に戻るゴースト光を低減することができ、画像品質上問題なくなる。また、前記実施の形態と同様に、第２走査レンズ８の第１面の、副走査方向のパワーを正にすると、その効果がさらに大きくなる。
【００３４】
既に説明したとおり、第２走査レンズ８を、図１０に鎖線で示すように偏向手段に向けて凹形状とするとゴースト光が非常に発生し易くなる。その点上記実施の形態によれば、既に説明したとおりゴースト光が発生しにくい構成となっている。
また、第２走査レンズ８を薄肉にするためには、光軸での主走査方向のパワーを負とし、中央から周辺に行くに従い肉厚が大きくなり、極値を境とし、さらに周辺に行くに従い肉厚が小さくなるようにするのが良い。また、第２走査レンズ８の主走査方向を負のパワーとすることにより、温度による主走査方向の像面湾曲変動を低減することができ、安定したビームスポット径を得ることができる。
【００３５】
【実施例】
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。
＜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
【００３６】
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面および第２走査レンズ８の両面は、式（１）、（２）で表現される。
【００３７】
［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。
2005003948.tif 000003
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のほか、実施例２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。
【００３８】
［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Ａｓ１、Ａｓ３、Ａｓ５・・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。
【００３９】
［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）
【００４０】
［第１走査レンズ７の第１面の形状］
Ｒｍ＝−２７９．９、Ｒｓ＝−６１．
Ｋ  −２．９０００００＋０１
Ａ４  １．７５５７６５−０７
Ａ６  −５．４９１７８９−１１
Ａ８  １．０８７７００−１４
Ａ１０  −３．１８３２４５−１９
Ａ１２  −２．６３５２７６−２４
Ｂ１  −２．０６６３４７−０６
Ｂ２  ５．７２７７３７−０６
Ｂ３  ３．１５２２０１−０８
Ｂ４  ２．２８０２４１−０９
Ｂ５  −３．７２９８５２−１１
Ｂ６  −３．２８３２７４−１２
Ｂ７  １．７６５５９０−１４
Ｂ８  １．３７２９９５−１５
Ｂ９  −２．８８９７２２−１８
Ｂ１０  −１．９８４５３１−１９
【００４１】
［第１走査レンズ７の第２面の形状］
Ｒ＝−８３．６
Ｋ  −０．５４９１５７
Ａ４  ２．７４８４４６−０７
Ａ６  −４．５０２３４６−１２
Ａ８  −７．３６６４５５−１５
Ａ１０  １．８０３００３−１８
Ａ１２  ２．７２７９００−２３
【００４２】
［第２走査レンズ８の第１面の形状］
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝１１０．９
Ｋ  ０．００００００＋００
Ａ４  １．５４９６４８−０８
Ａ６  １．２９２７４１−１４
Ａ８  −８．８１１４４６−１８
Ａ１０  −９．１８２３１２−２２
Ｂ１  −９．５９３５１０−０７
Ｂ２  −２．１３５３２２−０７
Ｂ３  −８．０７９５４９−１２
Ｂ４  ２．３９０６０９−１２
Ｂ５  ２．８８１３９６−１４
Ｂ６  ３．６９３７７５−１５
Ｂ７  −３．２５８７５４−１８
Ｂ８  １．８１４４８７−２０
Ｂ９  ８．７２２０８５−２３
Ｂ１０  −１．３４０８０７−２３
【００４３】
［第２走査レンズ８の第２面の形状］
Ｒｍ＝７６６、Ｒｓ＝−６８．２２
Ｋ  ０．００００００＋００
Ａ４  −１．１５０３９６−０７
Ａ６  １．０９６９２６−１１
Ａ８  −６．５４２１３５−１６
Ａ１０  １．９８４３８１−２０
Ａ１２  −２．４１１５１２−２５
Ｂ２  ３．６４４０７９−０７
Ｂ４  −４．８４７０５１−１３
Ｂ６  −１．６６６１５９−１６
Ｂ８  ４．５３４８５９−１９
Ｂ１０  −２．８１９３１９−２３
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
なお、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７の第１面における、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。前に説明した通りとなっている。
図６は、第２走査レンズ８の第１面における、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す。
図７は、第２走査レンズ８の第２面における、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す。
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す。
【００４７】
＜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
【００４８】
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の両面は式（１）、（２）で表現される。
【００４９】
［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・・を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。
【００５０】
［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Ａｓ１、Ａｓ３、Ａｓ５・・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。
【００５１】
［回転対称非球面］
光軸における近軸の曲率半径を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）
【００５２】
［第１走査レンズ７の第１面の形状］
Ｒｍ＝−３０３．５４、Ｒｓ＝−６１．
Ｋ  −２．９０００００＋０１
Ａ４  ２．２８−０７
Ａ６  −６．５７−１１
Ａ８  １．１８−１４
Ａ１０  −２．１０−１９
Ａ１２  ８．００−２４
Ｂ１  −１．００−０６
Ｂ２  ５．２２−０６
Ｂ３  １．７０−０８
Ｂ４  −５．０６−１１
Ｂ５  −６．８０−１２
Ｂ６  −９．４６−１４
Ｂ７  −７．３４−１６
Ｂ８  −２．１０−１７
Ｂ９  −５．０３−１９
Ｂ１０  ７．５１−２１
【００５３】
［第１走査レンズ７の第２面の形状］
Ｒ＝−８５．６
Ｋ  −０．５４９１５７
Ａ４  ２．８３−０７
Ａ６  ６．０４−１２
Ａ８  −１．１８−１４
Ａ１０  ２．２６−１８
Ａ１２  ６．６１−２３
【００５４】
［第２走査レンズ８の第１面の形状］
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝９４．４
Ｋ  ０．００００００＋００
Ａ４  １．１３−０８
Ａ６  ９．２７−１４
Ａ８  −２．１６−１９
Ａ１０  −９．１８−２２
Ｂ１  −４．４１−０７
Ｂ２  −６．９６−０８
Ｂ３  −７．４５−１１
Ｂ４  １．３７−１１
Ｂ５  −６．４４−１６
Ｂ６  −３．８１−１５
Ｂ７  ３．０４−１８
Ｂ８  ４．２１−１９
Ｂ９  −２．３３−２２
Ｂ１０  −１．５５−２３
【００５５】
［第２走査レンズ８の第２面の形状］
Ｒｍ＝７８１．２、Ｒｓ＝−７６．０９
Ｋ  ０．００００００＋００
Ａ４  −１．１４−０７
Ａ６  ９．２５−１２
Ａ８  −３．６５−１６
Ａ１０  ９．５１−２２
Ａ１２  ２．３８−２５
Ｂ２  ４．９１−０７
Ｂ４  −１．６４−１１
Ｂ６  ７．９６−１６
Ｂ８  １．３０−１９
Ｂ１０  １．４７−２３
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。
【００５６】
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
【００５７】
なお、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。
【００５８】
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
【００５９】
図１１は上記実施例の収差図を示す。図１１（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１１（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１２は第１走査レンズ７の第１面の副走査曲率半径を、図１３は第２走査レンズ８の第１面副走査曲率半径を、図１４は第２走査レンズ８の第２面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１５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。
【００６０】
以上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乃至は書き込み装置として適用することができる。図１６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１６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。
【００６１】
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が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紙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。
【００６２】
前記光走査装置の実施例１、実施例２はいずれも、走査光学系を第１走査レンズと第２走査レンズの２枚で構成しているが、３枚、あるいはそれ以上の走査レンズで構成してもよい。その場合、各請求項記載の構成要件を満足することによって、所期の作用効果を得ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１ないし３記載の発明によれば、偏向反射面に最も近い走査レンズの偏向手段に近い側の面を特殊トーリック面とすることにより、設計上の波面収差を低減することができる。また、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することができ、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差を低減することができる。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もできる。
走査光学系の、被走査面に向かう光束の副走査方向のＦナンバーは、有効走査幅の中央部よりも有効走査幅の周辺部の方を大きくしたことにより、中央値での波面収差を低減することができるとともに、偏心に対して許容度の大きい光走査装置を提供することができる。
【００６４】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、偏向手段から最も遠い走査レンズの偏向手段に近い側の面は副走査方向に正のパワーを有していることで、偏向手段に近い側の走査レンズに戻るゴースト光を低減することができ、形成される画像品質をより高めることができる。
【００６５】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるとともに、偏向手段から最も遠い走査レンズに、光軸での主走査方向において負のパワーをもたせることにより、上記走査レンズを薄肉にすることができ、また、温度による主走査方向の像面湾曲変動を低減することができ、安定したビームスポット径を得ることができる。
【００６６】
請求項６記載の発明によれば、請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を用いて画像形成装置を構成することにより、像高による副走査方向のビームスポット径の偏差、像面湾曲変動等を低減して安定したビームスポット径による光走査を実現して、高品質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の１実施形態を主走査対応方向から示す光学配置図である。
【図２】同上実施形態を副走査対応方向から示すもので、（ａ）は中心部の光束を、（ｂ）は最周辺部の光束を示す光学配置図である。
【図３】上記実施形態中の偏向手段から最も遠い走査レンズを拡大して示す平面図である。
【図４】実施例１における収差図を示すもので、（ａ）は像面湾曲を、（ｂ）は等速性を示す。
【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１の波面収差低減効果を説明するための光学配置図で、（ａ）は主走査対応方向の、（ｂ）は副走査対応方向の光学配置図である。
【図１０】実施例１のゴースト低減効果を説明するための光学配置図で、（ａ）は主走査対応方向の、（ｂ）は副走査対応方向の光学配置図である。
【図１１】実施例２における収差図を示すもので、（ａ）は像面湾曲を、（ｂ）は等速性を示す。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】本発明にかかる光走査装置を適用可能な画像形成装置の例を概略的に示す正面図である。
【符号の説明】
１  光源
２  カップリングレンズ
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
７  第１走査レンズ
８  第２走査レンズ
１０  被走査面
【図１】
2005003948.tif 000004
【図２】
2005003948.tif 000005
【図３】
2005003948.tif 000006
【図４】
2005003948.tif 000007
【図５】
2005003948.tif 000008
【図６】
2005003948.tif 000009
【図７】
2005003948.tif 000010
【図８】
2005003948.tif 000011
【図９】
2005003948.tif 000012
【図１０】
2005003948.tif 000013
【図１１】
2005003948.tif 000014
【図１２】
2005003948.tif 000015
【図１３】
2005003948.tif 000016
【図１４】
2005003948.tif 000017
【図１５】
2005003948.tif 000018
【図１６】
2005003948.tif 000019