JP2000147407A - 走査結像レンズおよび光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポリゴンミラーや回転２面鏡等、サグの発生す
る光偏向器を用い、且つ、面倒れ補正を行う光走査装置
において、副走査方向の横倍率を光スポットの像高に拘
らず一定化し、なおかつ像面湾曲を良好に補正し、スポ
ット系の安定した光スポットを実現する。 【解決手段】２枚のレンズ８，９により構成され、光偏
向器６側のレンズ８は、主走査断面内において、光偏向
器側に凹面を向けた正メニスカスレンズで、少なくとも
１面が非円弧形状であり、副走査断面内において少なく
とも１面が主走査断面形状と異なる非収束性の面形状で
あり、被走査面１０側のレンズ９は、副走査断面内の曲
率半径がレンズ光軸から、主走査方向の周辺に行くに従
い変化し、主走査断面内の形状が非円弧形状である特殊
面を１面以上有し、１面以上の特殊面が、副走査断面内
の曲率半径の変化が主走査方向に非対称である１以上の
特殊面：ａと、副走査断面内の曲率半径の変化が主走査
方向で複数の極値を持つ１以上の特殊面：ｂとを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は走査結像レンズお
よび光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ、ＦＡＸ、デジタル複写
機などに関連して広く知られた光走査装置において、走
査結像レンズに入射する光束を偏向するための光偏向器
として広く用いられているポリゴンミラーや回転２面鏡
は、偏向反射面と、その回転中心軸が一致せず、また一
般に上記回転中心軸は走査結像レンズの光軸からずらし
て設置される。このため、ポリゴンミラーや回転２面鏡
の回転に伴い、偏向反射面による偏向光束の反射点位置
が走査結像レンズの光軸に対して変動する、所謂「サ
グ」が発生する。光走査装置では一般に、光偏向器の偏
向反射面の面倒れ（偏向反射面の回転中心軸に対する平
行度誤差）の影響を補正するため、光源側からの光束は
偏向反射面の近傍に主走査方向に長い線像に結像してお
り、従って、走査結像レンズに入射する偏向光束は副走
査方向には発散性であり、走査結像レンズの作用が副走
査方向には有限系となるため、偏向光束の反射点位置が
「サグ」により変動すると、走査結像レンズによる副走
査方向の結像位置が変動する。従って、サグの発生は特
に副走査像面湾曲（この明細書中において「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
査像面湾曲という）の劣化を招来しやすい。副走査像面
湾曲が劣化すると、被走査面上における光スポットの
「副走査方向のスポット径」が光スポットの像高と共に
大きく変動する。このようなスポット系の変動は、光走
査の高密度化に対して大きな支障になる。「サグ」の影
響を補正するため、走査結像レンズを主走査面内で「シ
フトおよび／またはチルト」することが知られている
が、このような補正では、高次の像面湾曲は補正しきれ
ず、高密度化の要求に十分対応できない。そこで走査結
像レンズのレンズ面の副走査断面内の曲率半径を、主走
査方向において「光軸に関して非対称に変化させる」こ
とにより、サグの影響を補正する方法が提案されている
(特開平2-23313号公報、特公平7-69521号公報、特開平7
-113950号公報、特開平8-122635号公報、特開平8-29725
6号公報等）。この補正方式では、光スポットの各像高
毎に、副走査方向の結像位置を調整設定できるため、サ
グも含めて原理的には副走査像面湾曲を完全にゼロにす
ることができる。

【０００３】近来、光走査の高密度化がいっそう加速
し、「光スポットのスポット径の小径化と安定化」の要
求が高まってきた。こうした要求に応えるためには、像
面湾曲のみならず走査結像レンズの光学倍率を「光スポ
ットの像高に拘らず一定に設定する」ことが重要とな
る。上記光学倍率が変動すると、偏向光束のウエスト径
が「横倍率に略比例して変動する」ため、仮令像面湾曲
が完全に補正されていたとしても、スポット径の安定し
た光スポットを得ることができない。前記各公報に記載
されている走査結像レンズはいずれも、レンズ面の副走
査断面内の曲率半径が主走査方向に単調に変化してお
り、倍率の均一化と像面湾曲補正を共に満足させること
は困難である。また、副走査断面内の曲率半径が主走査
方向に単調に変化するレンズ面のみで走査結像レンズを
構成した場合、走査結像レンズのレンズ枚数が増えた
り、偏肉度が大きく、プラスチックなどで射出成形しに
くいレンズ形状となる等の不具合を生ずる。走査結像レ
ンズは、面倒れ許容量を大きく設定するために、偏向反
射面近傍と被走査面とを共役関係にするように配置され
るが、この時の横倍率（副走査方向の横倍率）が「負で
小さな値」であるほど、部品公差、組み付け公差、温度
変動等に鈍感になり、組み付け易く、温度変動の影響を
受けにくい光学系とすることができる。ところで、光走
査装置が用いられる画像形成装置で、被走査面の実体は
光導電性の感光体であるが、感光体を帯電させる帯電手
段や静電潜像を現像する現像手段は、その機械的な構成
のため、感光体に対する機械的な位置関係が限定され、
その配備位置の自由度は少ない。これに対して光走査装
置の光学系には、光源から被走査面に至る光学配置に相
当の自由度があるため、帯電手段や現像装置のレイアウ
トに合わせて光学設計が行われることが多い。近来、ト
ナーカートリッジ等、感光体近傍に配備される機械的な
部品の配置の都合により、走査結像レンズの最も被走査
面側のレンズから被走査面に至る距離（以下、バック長
と呼ぶ）の大きな走査結像レンズが要請されることが多
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、ポリゴンミラーや回転２面鏡等、サグの発生
する光偏向器を用い、且つ、面倒れ補正を行う光走査装
置において、副走査方向の横倍率を負で小さな値とする
とともに、光スポットの像高に拘らず一定化し、なおか
つ像面湾曲を良好に補正し、スポット径の安定した光ス
ポットの実現を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の走査結像レン
ズは「主走査方向に長い線像に結像された光束を、線像
の結像位置近傍に偏向反射面をもつ光偏向器により等角
速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像レンズにより被
走査面上に光スポットとして集光せしめて被走査面の等
速的な光走査を行ない、光偏向器における偏向反射面の
回転軸が走査結像レンズの光軸からずれている光走査装
置における走査結像レンズ」であって、以下の如き特徴
を有する（請求項１）。即ち、走査結像レンズは、２枚
のレンズにより構成される。光偏向器側のレンズは、主
走査断面内において、光偏向器側に凹面を向けた正メニ
スカスレンズで、少なくとも１面が非円弧形状であり、
副走査断面内において少なくとも１面が主走査断面形状
と異なる非収束性の面形状である。被走査面側のレンズ
は、副走査断面内の曲率半径がレンズ光軸から、主走査
方向の周辺に行くに従い変化し、主走査断面内の形状が
非円弧形状である特殊面を１面以上有する。上記１面以
上の特殊面は、１以上の特殊面：ａと、１以上の特殊
面：ｂとを有する。 特殊面：ａは、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の
変化が、主走査方向において非対称な面である。 特殊面：ｂは、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の
変化が、複数の極値を持つ面である。 上において、「主走査断面」は、レンズ面の近傍におい
て、光軸を含み、主走査方向に平行な平断面を言い、こ
の平断面内におけるレンズ面の断面形状が「主走査断面
形状」である。また、「副走査断面」は、レンズ面の近
傍において、主走査方向に直交する平断面を言う。被走
査面側のレンズにつき「副走査断面内の曲率半径がレン
ズ光軸から、主走査方向の周辺に行くに従い変化する」
とは、主走査方向における座標：Ｙに於ける副走査断面
内のレンズ面形状の曲率半径が座標：Ｙにより変化する
ことを意味する。特殊面：ａでは、副走査断面内の曲率
半径が主走査方向において対称的でないので、この面に
つき、対称軸としての光軸は存在しないが、特殊面ａの
形状を座標：Ｙの関数として表すとき、レンズ中心近傍
に設定されるＹ座標の原点を通り、主走査方向と副走査
方向に直交する軸を光軸とする。特殊面：ａにおいて
「副走査断面内の曲率半径が主走査方向において非対
称」であるとは、副走査断面内の曲率半径が、座標：Ｙ
について、Ｙ座標の原点に関して非対称に変化すること
を意味する。上記「極値」は、主走査方向のレンズ高さ
による、副走査断面内の曲率半径の１階微分が０となる
レンズ高さにおいて、その前後で１階微分の符号が変わ
る点(極大値又は極小値を取る)である。即ち、極値を境
にして、副走査断面内の曲率半径は増加から減少、また
は減少から増加へ変化する。上記特殊面：ａと特殊面：
ｂとは、互いに異なる面であることもできるが、これら
が互いに同一の面であることもできる（請求項２）。即
ち、１つのレンズ面が、特殊面：ａであり、且つ、特殊
面：ｂであることができる。従って、被走査面側のレン
ズは、一方の面が特殊面：ａで他方の面が特殊面：ｂで
あることもできるし、一方もしくは双方の面が、特殊
面：ａで且つ特殊面：ｂであることもできる。また、光
偏向器側のレンズに関して、「副走査断面内において非
収束性の面形状」は、この面が副走査方向において正の
屈折力を持たないことを意味する。

【０００６】請求項１または２記載の走査結像レンズに
おいて、２枚のレンズにより構成される走査結像レンズ
の副走査方向の焦点距離を「ｆ」、偏向反射面と被走査
面とを共役としたときの副走査方向の横倍率を「ｍ」、
被走査面側のレンズの、被走査面側のレンズ面と被走査
面との光軸上の距離（前述の「バック長」）を「Ｌ」と
するとき、これらｆ，ｍ，Ｌが条件： （１） ｆ（１−ｍ）／Ｌ＜１．０ を満足することが好ましい（請求項３）。また、請求項
１または２または３記載の走査結像レンズにおいて、
「特殊面：ｂにおける、副走査断面内の曲率半径の主走
査方向における変化」が、光軸近傍に極値を持つことが
好ましい（請求項４）。上記請求項１または２または３
または４記載の走査結像レンズにおいて、副走査方向に
関し、光学系光軸上の横倍率を「β₀」、任意像高の横
倍率を「βh」とするとき、これらが、条件： （２） ０．８＜｜βh／β₀｜＜１．２ を満足することが好ましい（請求項５）。また、請求項
１または２または３または４または５記載の走査結像レ
ンズにおいて、有効書込幅を「Ｗ」、その範囲内の副走
査像面湾曲の幅を「Ｆｓ」とするとき、これらが条件： （３） Ｆｓ／Ｗ＜０．０３ を満足することが好ましい（請求項６）。上記請求項１
〜６の任意の１に記載の走査結像レンズは、２枚のレン
ズのうちの少なくとも１枚を「光学樹脂を材料とし、成
形法により製造」することができる（請求項７）。この
発明の光走査装置は「主走査方向に長い線像に結像され
た光束を、線像の結像位置近傍に偏向反射面をもつ光偏
向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像
レンズにより被走査面上に光スポットとして集光せしめ
て被走査面の等速的な光走査を行ない、光偏向器におけ
る偏向反射面の回転軸が走査結像レンズの光軸からずれ
ている光走査装置」であって、走査結像レンズとして、
上記請求項１〜７の任意の１に記載の走査結像レンズを
用いたことを特徴とする（請求項８）。この請求項８記
載の光走査装置において「光源側からの光束が、収束性
の光束であって、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れ
る」ものであることができる（請求項９）。この発明の
光走査装置は「光偏向器における偏向反射面の回転軸が
走査結像レンズの光軸からずれている」ので、前述の
「サグ」が発生する。

【０００７】請求項１の走査結像レンズは、上記の如
く、光偏向器側のレンズ（以下、第１レンズという）
が、副走査断面内において少なくとも１面が「主走査断
面形状と異なる非収束性の面形状」であるため、第１レ
ンズの副走査方向のパワーを大きな正の値にするのを避
けることができ、収束作用を主に被走査面側のレンズ
（以下、第２レンズという）に持たせることが出来る。
この結果、副走査方向の横倍率が「負で小さな値」にな
り、部品や組付けの公差に対する許容量を増大させるこ
とができる。また、第１レンズは主走査断面内において
「光偏向器側に凹面を向けた正メニスカスレンズ」であ
るので、中央と周辺部、特に主走査対応方向における中
央部と周辺部の肉厚差を有効に軽減する均肉化が可能で
あり、プラスチック等の樹脂で成形加工により作製する
際のヒケやウネリといった変形を有効に防止できる。請
求項１記載の走査結像レンズは、上記の如く、主走査断
面内において、少なくとも２面が「非円弧形状」である
から、これらの非円弧形状を最適化することにより、主
走査像面湾曲や、ｆθ特性等の「等速化特性」を良好に
補正することが可能となる。また、副走査断面内におい
ては、第２レンズの少なくとも１面において「副走査断
面内の曲率半径を主走査対応方向に変化させる」ので、
この曲率半径の変化を最適化することにより副走査像面
湾曲を有効に補正することができる。

【０００８】光偏向器における回転中心軸は、走査光学
系の光軸からずれて設置される。このため、偏向に従い
偏向反射面での反射点が変化し、光学的なサグが発生す
る。そこで、請求項１記載の走査結像レンズでは、副走
査断面内の曲率半径が主走査方向に変化する特殊面を設
け、上記曲率半径の主走査方向の変化が「主走査方向に
非対称」である１以上の特殊面：ａと、上記曲率半径の
主走査方向の変化が「複数の極値を持つ」１以上の特殊
面：ｂを有することにより、特に副走査像面湾曲を良好
に補正しつつ、光学倍率を「光スポットの像高に拘りな
く略一定に保ち」、スポット径の安定した光スポットを
得ることが可能となる。特殊面：ｂは、副走査断面内の
曲率半径の主走査方向の変化が複数の極値を持つ。一般
に、倍率を一定に保とうとすると、高次曲線状の像面湾
曲が発生し易く、特に、レンズ枚数が少ない光学系で
は、「ａＨ²＋ｂＨ⁴（ａ，ｂは係数，Ｈは像高）」で表
されるサジタル像面湾曲が発生しやすい。この発明で
は、特殊面：ｂにおける副走査断面内の曲率半径の主走
査方向の変化に、複数個の極値を持たせ、該レンズ面で
のパワーを高次的に変化させることにより上記高次曲線
状の像面湾曲を補正する。この発明の走査結像レンズが
用いられる光走査装置では、光学的なサグが発生し、こ
のサグは副走査像面湾曲を劣化させる原因になる、サグ
により発生する副走査像面湾曲は、主に奇数次(ａＨ＋
ｂＨ³＋．． )の像面湾曲劣化を発生しやすいので、副
走査断面内の曲率半径の主走査方向に極値を持たせる
（特殊面：ｂ）と共に、主走査方向に非対称にする（特
殊面：ａ）ことにより、上記奇数次成分の像面湾曲も補
正することができる。なお、特殊面：ａ，ｂの表現とし
ては種々のものが可能であり、後述の実施例の式に限定
したものではなく、副走査断面内の形状を「非円弧形
状」としても上記と同様な効果が得られる。

【０００９】次ぎに、前記条件式（１）に付き説明す
る。光走査装置を用いる画像形成装置において、前述の
如く、トナーカートリッジや、帯電器等のプロセス機器
をレイアウトするため、バック長：Ｌは、ある程度大き
い事が望まれるが、このようにすると、副走査方向の横
倍率を「負で小さな値」にすることが困難になりがちで
ある。条件式（１）は「走査結像レンズの副走査方向の
後側主点位置を極力被走査面側に設定」して、この困難
を回避するための条件式である。

【００１０】請求項１または２または３記載の走査結像
レンズにおいて、高次の副走査像面湾曲を補正したため
にかえって、光軸付近の副走査像面湾曲が劣化する場合
がある。請求項４記載の走査結像レンズでは、特殊面：
ｂにおける副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化
において「レンズ光軸近傍」にも極値を持たせることに
より全像高にわたって良好な像面湾曲を得ることができ
る。請求項１〜４記載の走査結像レンズにおいて、偏向
光束のビームウェスト径は横倍率の変動に略比例してば
らつくため、スポット径の安定した光スポットを得るた
めには、前述の如く、光スポットの像高に拘り無く、横
倍率を一定にすることが重要である。

【００１１】請求項５記載の走査結像レンズでは、条件
式（２）を満足することにより「副走査方向のスポット
径」の倍率変動による変動を有効に軽減し、安定した光
スポットを実現する。請求項６記載の走査結像レンズで
は、条件式（３）を満足することにより、副走査像面湾
曲の変動を抑えることにより「副走査方向のスポット
径」の副走査像面湾曲による変動を有効に軽減し、安定
した光スポットを実現する。請求項７記載の走査結像レ
ンズのように、プラスチックレンズとして構成した場
合、環境変動による像面湾曲の劣化が懸念されるが、予
め十分に小さい像面湾曲に設定しておくことにより、光
スポット径の深度が増大し、環境変動による影響を許容
することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の光走査装置の
実施の１形態を示している。光源としての半導体レーザ
１からの光束は、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。カップリングされた光束
は、平行光束となることも、弱い発散性の光束となるこ
とも、収束性の光束となることもできる。カップリング
された光束は、アパーチュア３を通過する際に光束周辺
部を遮断されてビーム整形され、線像結像光学系である
シリンダレンズ４により副走査方向（図面に直行する方
向）に収束され、ミラー５により光路を屈曲され、光偏
向器であるポリゴンミラー６の偏向反射面７の近傍に主
走査方向に長い線像として結像する。偏向反射面７によ
る反射光束は、ポリゴンミラー６の等速回転に伴い、等
角速度的に偏向する偏向光束となってレンズ８，９を透
過する。２枚のレンズ８，９は、走査結像レンズを構成
し、偏向光束を被走査面（実体的には光導電性の感光
体）１０上に光スポットとして集光し、被走査面１０を
等速的に光走査する。光偏向器であるポリゴンミラー６
の回転中心軸ＡＸは、走査結像レンズの光軸ａｘから図
のように、「Δ」だけずれている。また、「Ｗ」は有効
書込み幅である。即ち、図１に示す光走査装置は、主走
査方向に長い線像に結像された光束を、線像の結像位置
近傍に偏向反射面７をもつ光偏向器６により等角速度的
に偏向させ、偏向光束を走査結像レンズ８，９により被
走査面１０上に光スポットとして集光せしめて被走査面
１０の等速的な光走査を行ない、光偏向器６における偏
向反射面７の回転軸ＡＸが走査結像レンズの光軸ａｘか
らずれている光走査装置である。そして実施例に示すよ
うに、走査結像レンズは、請求項１〜７の任意の１に記
載の走査結像レンズである（請求項８）。

【００１３】

【実施例】図１に示した光走査装置に関する具体的な実
施例を２例あげる。以下にあげる実施例１，２におい
て、光源である半導体レーザ１から、光偏向器６まで
は、共通であり、これらは以下の如くである。 半導体レーザ１：発振波長：λ＝６７５ｎｍ カップリングレンズ２：ｆ(焦点距離)＝１５ｍｍの共軸
非球面レンズ シリンダレンズ４：ｆｚ(副走査方向の焦点距離)＝４
６．４ｍｍの平凸レンズ ポリゴンミラー５：偏向反射面数：６面、内接円半径：
１８ｍｍ ポリゴンミラーへの入射角度（図１の各：θ）：６０度 カップリングレンズ２を射出した光は、１ｍ先に集光す
る収束光である（請求項９）。また、ポリゴンミラーへ
の入射光束は、副走査方向は集光され、全体としてはＹ
軸方向に長い線像になって偏向反射面近傍に結像してい
る。カップリングレンズ２を射出した光束を収束光束と
しているので、走査結像レンズは、主走査方向の正の屈
折力を小さくでき、主走査像面湾曲を補正し易い。また
副走査方向においては偏向光束の発散性が大きくなるの
で、バック長を大きくし易い。以下に挙る実施例１，２
において、走査結像レンズを構成する第１，第２レンズ
は、波長：６７５ｎｍの光に対する屈折率：ｎ（６７
５）＝１．５２７０６の光学樹脂であり、第１，第２レ
ンズとも成形により形成される（請求項７）。また、有
効書込み幅：Ｗは２１６ｍｍである。

【００１４】この発明の走査結像レンズにおけるレンズ
面形状を特定するための、非円弧形状と、特殊面につき
説明する。「非円弧形状」の解析表現において、互いに
直交する軸をＸおよびＨとし、Ｈを独立変数、Ｘを従属
変数とする。ＸＨ面内において、Ｈ＝０の近傍における
非円弧の曲率半径をＲとし、Ｋ，Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄，
Ａ₅，Ａ₆，．．．を定数として、非円弧形状は、式： Ｘ=(Ｈ²/Ｒ)/[1+√｛1-(1+Ｋ)(Ｈ/Ｒ)²｝＋ Ａ₁・Ｈ＋Ａ₂・Ｈ²＋Ａ₃・Ｈ³＋Ａ₄・Ｈ⁴＋Ａ₅・Ｈ⁵＋Ａ₆・Ｈ⁶＋・・ （Ａ） で表される。従って、非円弧形状は、（Ａ）式のＲ，
Ｋ，Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，．．．を与えることにより特定さ
れる。主走査断面内における非円弧形状は、上記式
（Ａ）におけるＸ軸を光軸に合致させ、Ｈ軸を主走査方
向に合致させて表される形状であり、この場合、Ｒは、
主走査断面内における「近軸曲率半径」である。式
（Ａ）の、定数：Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄，Ａ₅，
Ａ₆，．．．における奇数次の定数：Ａ₁，Ａ₃，Ａ
₅ ，．．の１以上が０でないと、非円弧形状は「Ｘ軸に
対して非対称形状」になる。また「共軸非球面」は、上
記式（Ａ）において、Ｈ≧０の部分もしくはＨ≦０の部
分（半曲線という）のみを考え、そのＸ軸を光軸に合致
させ、上記半曲線をＸ軸の回りに回転して得られる「光
軸に回転対称な面形状」である。「特殊面」は、前述の
ように「主走査断面内の形状が非円弧形状（上記式(Ａ)
で表すことができる）」で、副走査断面内の曲率がレン
ズ光軸から、主走査方向の周辺に行くに従い変化する形
状である。「副走査断面内の曲率の、主走査方向におけ
る変化」は以下のように表す。

【００１５】即ち、光軸（形状表現の基準となる軸）を
Ｘ軸とするとき、Ｘ軸を含む副走査断面内における特殊
面の曲率半径を「Ｒｓ₀」、主走査方向の座標をＹとす
るとき、座標：Ｙの位置における副走査断面内の曲率半
径を「Ｒｓ(Ｙ)］とすると、このＲｓ(Ｙ)は、Ａs₁,Ａs
₂,Ａs₃,Ａs₄,Ａs₅・・を係数として、式： Ｒｓ(Ｙ)＝Ｒｓ₀＋Ａs₁・Ｙ＋Ａs₂・Ｙ²＋Ａs₃・Ｙ³＋Ａs₄・Ｙ⁴＋Ａs₅・Ｙ⁵ ＋・・ （Ｂ） で表される。奇数次の係数：Ａs₁，Ａs₃，Ａs₅，・・の
１以上が０でないと、副走査断面内の曲率半径：Ｒｓ
(Ｙ)は「Ｘ軸に関して非対称」となる。図１に示すよう
に、ポリゴンミラー６の偏向反射面７による反射位置か
ら第２レンズ９の被走査面側のレンズ面に至る光軸ａｘ
上の面間隔を、ｄ₀，ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃とする。

【００１６】実施例１ 実施例１において、第１レンズ８，第２レンズ９のレン
ズ面形状は以下の通りである。

【００１７】 第１レンズ８ 第１面（ポリゴンミラー側の面）：共軸非球面 第２面（被走査面側の面）：主走査断面内の形状は非円弧形状 副走査断面内の形状は直線 従って、第１レンズ８の第１面は、主走査断面内および
光軸を含む副走査断面内の形状が非円弧形状である。ま
た、第２面は、主走査断面内において非円弧形状で、副
走査断面内においては「少なくとも主走査断面形状（上
記非円弧形状）と異なる非収束性の面形状」である。な
お、第１レンズの光軸は第１面の共軸非球面における対
称軸（Ｘ軸）であり、第２面における非円弧形状の基準
軸となるＸ軸は、第１面のＸ軸と合致させる。 第２レンズ９ 第３面（ポリゴンミラー側の面）：主走査断面内の形状が非円弧形状で、副走 査断面内の曲率半径は主走査方向に非対称 に変化している（特殊面：ａ かつｂ）。 第４面（被走査面側の面）：主走査断面内の形状は非円弧形状で、副走査断面 内は曲率半径が一定の面である。

【００１８】以下、具体的なデータを挙げる。 d₀=45.57 d₁=22.0 d₂=51.53 d₃= 3.5 第１レンズのシフト量(主走査方向の偏心)：Δ₁=0.73(図１で上方への偏心) 第２レンズのシフト量：Δ₂=-0.11(図１で下方への偏心） 第１レンズ：第１面（共軸非球面 式（Ａ）） R =-174.410 K =-4.296 A₄ = 1.411E-8 A₆ =-3.060E-11 A₈ =-2.698E-13 A₁₀= 4.737E-17 A₁₂= 6.555E-21 第１レンズ：第２面（主走査断面内は非円弧形状、副走査断面内は直線） 主走査断面内（式（Ａ）） 副走査断面内 R = -58.762 Rs（副走査断面内の曲率半径）=∞ K =-0.113 A₄ = 4.977E-7 A₆ =-5.799E-11 A₈ = 1.392E-14 A₁₀=-4.327E-17 。

【００１９】 第２レンズ：第３面（特殊面：ａ 特殊面：ｂ） 主走査断面内（式（Ａ）） 副走査断面内（式（Ｂ）） R = -341.7 Rs₀ =-37.251 K =-88.49 As₂ = 2.868E-3 A₄ =-1.093E-7 As₃ = 1.312E-6 A₆ =-1.154E-11 As₄ =-9.056E-7 A₈ =-1.387E-15 As₅ =-2.529E-10 A₁₀= 2.570E-19 As₆ = 1.309E-11 As₇ =-1.833E-13 As₈ = 2.564E-14 As₉ = 2.986E-17 As₁₀=-7.083E-18 As₁₁= 1.541E-21 As₁₂= 5.928E-22 第２レンズ：第４面（主走査断面内は非円弧形状、副走査断面内は同一曲率） 主走査断面内（式（Ａ）） 副走査断面内 R =-680.2 Rs =-16.616 K =-79.394 A₄ =-2.376E-7 A₆ =-8.612E-12 A₈ =-1.278E-16 A₁₀= 1.267E-21 上記の表記において、例えば、「Ｅ−２１」は「１０~
²¹」を表し、この数値が直前の数値にかかる。実施例２
においても同様である。このように、第２レンズは第
３，第４面とも主走査断面内の非円弧形状がＸ軸に対称
であるので、第２レンズの光軸は、これらの面のＸ軸
（互いに合致させられる）である。図１において、光軸
ａｘは、第１，第２レンズにシフトが与えられていない
ときに、上記の如く定義された各レンズの光軸が配備さ
れる軸であり、シフトは、このような光軸ａｘに対し
て、各レンズの光軸を主走査方向に平行的ににずらすこ
とにより与えられる。条件（１）〜（３）のパラメータ
の値を示す。

【００２０】条件(1)：ｆ（１−ｍ）／Ｌ＝ 0.881 条件(2)：0.986＜｜βｈ／β０｜＜1.005 条件(3)：Ｆｓ／Ｗ ＝ 0.0023 第２レンズのポリゴンミラー側面（第３面）における副
走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化を図４（ａ）
に示す。この図から明らかなように、この第３面におけ
る副走査断面内の曲率半径は、主走査方向に対し、横
軸：Ｘ＝０（光軸）に対して非対称であると共に、３つ
の極値を有する。従って、上記第３面は特殊面：ａであ
るとともに特殊面：ｂでもある。

【００２１】従って、実施例１の走査結像レンズは、２
枚のレンズにより構成され、光偏向器側のレンズ（第１
レンズ）は、主走査断面内において、光偏向器側に凹面
を向けた正メニスカスレンズで、少なくとも１面が非円
弧形状であり、副走査断面内において少なくとも１面
（第２面）が主走査断面形状と異なる非収束性の面形状
であり、被走査面側のレンズ（第２レンズ）は、副走査
断面内の曲率半径がレンズ光軸から主走査方向の周辺に
行くに従い変化し、主走査断面内の形状が非円弧形状で
ある特殊面を１面以上有し、１面以上の特殊面が、副走
査断面内の曲率半径の変化が主走査方向に非対称である
１以上の特殊面：ａと、副走査断面内の曲率半径の変化
が主走査方向で複数の極値を持つ１以上の特殊面：ｂと
を有し（請求項１）、特殊面：ａと特殊面：ｂとが同一
面（第３面）で（請求項２）、条件（１）〜（３）を満
足し（請求項３，５，６）、特殊面：ｂ（第３面）にお
ける、副走査断面内の曲率半径の主走査方向における変
化が、光軸近傍に極値を持つ（請求項４）。

【００２２】実施例２ 実施例１において、第１レンズ８，第２レンズ９のレン
ズ面形状は以下の通りである。

【００２３】 第１レンズ８ 第１面（ポリゴンミラー側の面）：共軸非球面 第２面（被走査面側の面）：主走査断面内の形状は非円弧形状 副走査断面内の形状は直線 従って、第１レンズ８の第１面は、主走査断面内および
光軸を含む副走査断面内の形状が非円弧形状である。ま
た、第２面は、主走査断面内において非円弧形状であ
り、副走査断面内において少なくとも主走査断面形状
（上記非円弧形状）と異なる非収束性の面形状である。
第１レンズの光軸は、第１面の共軸非球面における対称
軸（Ｘ軸）で、第２面における非円弧形状の基準軸とな
るＸ軸は、第１面のＸ軸と合致させる。 第２レンズ９ 第３面（ポリゴンミラー側の面）：主走査断面内の形状が非円弧形状で、副走 査断面内の曲率半径は主走査方向に対称に 変化している（特殊面：ｂ）。 第４面（被走査面側の面）：特殊面：ａ 以下、具体的なデータを挙げる。 d₀ = 45.58 d₁ = 22.0 d₂ = 51.53 d₃ = 3.5 第１レンズのシフト量：Δ₁ = 0.27 （図１の上方へのシフト） 第２レンズのシフト量：Δ₂ =-0.08 （図１の下方へのシフト） 第１レンズ：第１面（共軸非球面 式（Ａ）） R =-174.67 K =-4.389 A₄ = 1.345E-8 A₆ =-3.196E-11 A₈ =-2.698E-13 A₁₀= 4.735E-17 A₁₂= 6.666E-21 第１レンズ：第２面（主走査断面内は非円弧形状、副走査断面内は直線） 主走査断面内（式（Ａ）） 副走査断面内 R = -58.777 Rs = 0.0 K =-0.113 A₄ = 4.949E-7 A₆ =-5.844E-11 A₈ = 1.422E-14 A₁₀=-4.343E-17 。

【００２４】 第２レンズ：第３面（主走査断面内の形状が非円弧形状で、副走査断面内の曲 率半径は主走査方向に対称に変化している。特殊面：ｂ） 主走査断面内（式（Ａ）） 副走査断面内（式（Ｂ）） R = -341.72 Rs =-37.246 K =-88.66 As₂ = 2.828E-3 A₄ =-1.104E-7 As₄ =-9.134E-7 A₆ =-1.166E-11 As₆ = 1.126E-11 A₈ =-1.399E-15 As₈ = 2.587E-14 A₁₀= 2.570E-19 As₁₀=-7.308E-18 As₁₂= 5.664E-22 第２レンズ：第４面（被走査面側の面）：特殊面：ａ 主走査断面内（式（Ａ）） 副走査断面内（式（Ｂ）） R = -688.41 Rs =-16.616 K =-93.01 As₂ =-1.299E-5 A₄ =-2.392E-7 As₃ = 9.053E-8 A₆ =-8.674E-12 As₄ =-1.565E-9 A₈ =-1.413E-16 As₅ = 7.690E-12 A₁₀= 2.280E-22 As₆ =-4.618E-13 As₇ = 1.139E-15 As₈ =-9.447E-17 As₉ = 4.161E-19 As₁₀=-8.511E-21 As₁₁=-2.589E-22 As₁₂= 1.604E-24 このように、第２レンズは第３，第４面とも主走査断面
内の非円弧形状がＸ軸に対称であるので、第２レンズの
光軸は、これらの面のＸ軸（互いに合致させられる）で
ある。条件（１）〜（３）におけるパラメータの値を示
す。

【００２５】条件(1)：ｆ（１−ｍ）／Ｌ＝ 0.889 条件(2)：0.984＜｜βｈ／β０｜＜1.007 条件(3)：Ｆｓ／Ｗ ＝ ０．００１４ 第２レンズのポリゴンミラー側面（第３面）における副
走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化を図５（ａ）
に示す。この図から明らかなように、この第３面におけ
る副走査断面内の曲率半径は主走査方向に対し、横軸：
Ｘ＝０（光軸）に対して対称であると共に３つの極値を
有する。即ち、第３面は特殊面：ｂである。従って、実
施例２の走査結像レンズは、２枚のレンズにより構成さ
れ、光偏向器側のレンズ（第１レンズ）は、主走査断面
内において、光偏向器側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズで、少なくとも１面が非円弧形状であり、副走査断
面内において少なくとも１面（第２面）が主走査断面形
状と異なる非収束性の面形状であり、被走査面側のレン
ズ（第２レンズ）は、副走査断面内の曲率半径がレンズ
光軸から、主走査方向の周辺に行くに従い変化し、主走
査断面内の形状が非円弧形状である特殊面を１面以上有
し、１面以上の特殊面が、副走査断面内の曲率半径の変
化が主走査方向に非対称である１以上の特殊面：ａ（第
４面）と、副走査断面内の曲率半径の変化が主走査方向
で複数の極値を持つ１以上の特殊面：ｂ（第３面）とを
有し（請求項１）、条件（１）〜（３）を満足し（請求
項３，５，６）、特殊面：ｂ（第３面）における、副走
査断面内の曲率半径の主走査方向における変化が、光軸
近傍に極値を持つ（請求項４）。

【００２６】図２および図３にそれぞれ、実施例１およ
び実施例２における主走査像面湾曲（破線）と副走査像
面湾曲（実線）、等速化特性としてのｆθ特性とリニア
リティを示す。主・副走査像面湾曲は何れも極めて良好
（０．５ｍｍ以下）である。図１の実施の形態では、光
偏向器によるサグが発生し、副走査像面湾曲は光軸に対
して非対称となるが、実施例１，２では、副走査像面湾
曲も良好に補正されている。更なる改善が必要な場合に
は、走査結像レンズの第１および／または第２レンズを
光軸ａｘを含み主走査方向に平行な面内で「チルト（レ
ンズ光軸方向を光軸ａｘに対して傾ける）」することも
有効である。実施例１，２とも、等速化特性（リニアリ
ティ）が良好（０．３３％以内）であり、主・副走査像
面湾曲が良好に補正されているので、光スポットのスポ
ット径の「像高による変動」が小さく、良好な光走査が
可能である。図４および図５の（ａ）に、それぞれ実施
例１，２における第２レンズのポリゴンミラー側面（第
３面）の副走査断面内の曲率半径が、レンズの高さによ
り変化する様子を示す。共に光軸近傍に極値を有しなが
ら、全部で３個の極値を有している。図４および図５の
（ｂ）に、実施例１，２に関する、各像高のＦｎｏ．比
（軸上のＦｎｏ．で正規化したもの）を示す。Ｆｎｏ．
比の変化は極めて小さく抑えられている。実施例１，２
は、生産の容易な「比較的簡単な特殊面の組合せ」で達
成できることを示したが、更に複雑な特殊面の組合せ
（例えば第１レンズの第２面が凹面）でも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な走査結像レンズおよび光走査装置を実現でき
る。この発明の走査結像レンズはポリゴンミラーや回転
２面鏡等、サグの発生する光偏向器を用い、且つ、面倒
れ補正を行う光走査装置において、副走査方向の横倍率
を負で小さな値とするとともに、光スポットの像高に拘
らず一定化し、なおかつ像面湾曲を良好に補正し、スポ
ット系の安定した光スポットを実現できる。また、請求
項２記載の走査結像レンズは、被走査面側のレンズと被
走査面との距離であるバック長として一定量を確保でき
るので、画像形成装置のレイアウトを容易にすることが
できる。この発明の光走査装置は、上記走査結像レンズ
を用いることにより、高密度化に適した良好な光走査を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明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】実施例１に関する主・副走査像面湾曲と等速化
特性を示す図である。

【図３】実施例２に関する主・副走査像面湾曲と等速化
特性を示す図である。

【図４】実施例１における特殊面：ｂの副走査断面内の
曲率半径の主走査方向の変化の様子と、Ｆｎｏ．比を示
す図である。

【図５】実施例１における特殊面：ｂの副走査断面内の
曲率半径の主走査方向の変化の様子と、Ｆｎｏ．比を示
す図である。

【符号の説明】

１ 光源（半導体レーザ） ２ カップリングレンズ ３ アパーチュア ４ シリンダレンズ ５ ミラー ６ 光偏向器（ポリゴンミラー） ７ 偏向反射面 ８ 走査結像レンズの第１レンズ ９ 走査結像レンズの第２レンズ １０ 被走査面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 清三 東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2C362 BA86 BB14 2H045 CA04 CA68 2H087 KA19 LA22 PA02 PA17 PB02 QA03 QA07 QA12 QA21 QA32 QA41 RA05 RA06 RA13 UA01 5C072 AA05 BA13 BA15 CA06 DA03 DA04 DA21 HA09 HA13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主走査方向に長い線像に結像された光束
   を、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面をもつ光偏向
   器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像レ
   ンズにより被走査面上に光スポットとして集光せしめて
   上記被走査面の等速的な光走査を行ない、上記光偏向器
   における偏向反射面の回転軸が上記走査結像レンズの光
   軸からずれている光走査装置における走査結像レンズで
   あって、 ２枚のレンズにより構成され、 光偏向器側のレンズは、主走査断面内において、光偏向
   器側に凹面を向けた正メニスカスレンズで、少なくとも
   １面が非円弧形状であり、副走査断面内において少なく
   とも１面が主走査断面形状と異なる非収束性の面形状で
   あり、 被走査面側のレンズは、副走査断面内の曲率半径がレン
   ズ光軸から、主走査方向の周辺に行くに従い変化し、主
   走査断面内の形状が非円弧形状である特殊面を１面以上
   有し、 上記１面以上の特殊面が、副走査断面内の曲率半径の変
   化が主走査方向に非対称である１以上の特殊面：ａと、
   副走査断面内の曲率半径の変化が主走査方向で複数の極
   値を持つ１以上の特殊面：ｂとを有することを特徴とす
   る走査結像レンズ。
2. 【請求項２】請求項１記載の走査結像レンズにおいて、 曲率半径の変化が主走査方向に非対称である１以上の特
   殊面：ａと、曲率半径の変化が主走査方向で複数の極値
   を持つ１以上の特殊面：ｂとが、同一面であることを特
   徴とする走査結像レンズ。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の走査結像レンズに
   おいて、 ｆ：２枚のレンズにより構成される走査結像レンズの副
   走査方向の焦点距離 ｍ：偏向反射面と被走査面とを共役としたときの、副走
   査方向の横倍率 Ｌ：被走査面側のレンズの、被走査面側のレンズ面と被
   走査面との光軸上の距離とするとき、これらｆ，ｍ，Ｌ
   が条件： （１） ｆ（１−ｍ）／Ｌ ＜ １．０ を満足することを特徴とする走査結像レンズ。
4. 【請求項４】請求項１または２または３記載の走査結像
   レンズにおいて、 特殊面：ｂにおける、副走査断面内の曲率半径の主走査
   方向における変化が、光軸近傍に極値を持つことを特徴
   とする走査結像レンズ。
5. 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
   走査結像レンズにおいて、 副走査方向に関し、光学系光軸上の横倍率をβ₀、任意
   像高の横倍率をβhとするとき、これらが、条件： （２） ０．８＜｜βh／β₀｜＜１．２ を満足することを特徴とする走査結像レンズ。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
   ５記載の走査結像レンズにおいて、 有効書込幅をＷ、その範囲内の副走査像面湾曲の幅をＦ
   ｓとするとき、これらが条件： （３） Ｆｓ／Ｗ＜０．０３ を満足することを特徴とする走査結像レンズ。
7. 【請求項７】請求項１〜６の任意の１に記載の走査結像
   レンズにおいて、 少なくとも１枚のレンズが、光学樹脂を材料とし、成形
   法により製造されることを特徴とする走査結像レンズ。
8. 【請求項８】主走査方向に長い線像に結像された光束
   を、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面をもつ光偏向
   器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像レ
   ンズにより被走査面上に光スポットとして集光せしめて
   上記被走査面の等速的な光走査を行ない、上記光偏向器
   における偏向反射面の回転軸が上記走査結像レンズの光
   軸からずれている光走査装置であって、 走査結像レンズとして、請求項１〜７の任意の１に記載
   の走査結像レンズを用いたことを特徴とする光走査装
   置。
9. 【請求項９】請求項８記載の光走査装置において、 光源側からの光束が収束性の光束であって、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れることを特徴とする光走査装
   置。