JP2001021824A

JP2001021824A - 光走査装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2001021824A
Application number: JP11196448A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Atsumi; 広道厚海; Seizo Suzuki; 清三鈴木; Masakane Aoki; 真金青木; Koji Sakai; 浩司酒井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-01-26
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: US6388792B1; JP3850589B2

Abstract

(57)【要約】【課題】走査結像光学系における像面湾曲や光学倍率と
ともに瞳上の波面収差を良好に補正することにより、安
定した良好な光スポットを実現する。【解決手段】光源１側からの１以上の光束を光偏向手段
４により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系５，６に
より被走査面７上に光スポットとして集光させ、被走査
面の光走査を行う装置であって、走査結像光学系は、レ
ンズを含む１以上の光学素子により構成され、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、走査結像光学系を透
過する偏向光束の光束径が、副走査面内において最も大
きくなるレンズに副非円弧面が形成されている。

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、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光プ
リンタ、光製版装置やファクシミリ装置等の「画像形成
装置」に関連して広く知られ、また実施されている。光
走査装置の書き込み密度は高密度化の一途をたどり、１
２００ｄｐｉ．１６００ｄｐｉ、あるいはそれ以上の書
き込み密度の実現が意図されている。このような高密度
書き込みを実現するには、光スポット径の小さい光スポ
ットを形成する必要があることは当然であるが、光スポ
ットの良質性や安定性も欠くことができない。光スポッ
トの安定性は「被走査面上における光スポット径の像高
による変化」が極めて小さく安定していることを言い、
光スポットの良質性は「光スポットの光強度分布が単純
な一山形状で、複雑な裾野形状を持たない」ことをい
う。このような、良質で安定性のよい光スポットを実現
するためには、偏向光束を被走査面上に光スポットとし
て結象させる走査結像光学系が高性能であることを要す
る。光スポット径を変動させる要因としては、周知の如
く「走査結像光学系における像面湾曲」があり、像面湾
曲を良好に補正した走査結像光学系は従来から多数のも
のが提案されている。また、走査結像光学系における光
学倍率が、光スポットの像高に対して一定していること
も重要である。しかし、安定した良質な光スポットを形
成するためには、像面湾曲や光学倍率といった幾何光学
的な光学性能の補正のみでは不充分であり、波動光学的
な波面収差を「各像高間で一定に設定する」ことが重要
となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は光走査装置
において、走査結像光学系における像面湾曲や光学倍率
とともに「瞳上の波面収差」を良好に補正することによ
り、安定した良好な光スポットによる高密度で良好な光
走査を実現することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置は
「光源側からの１以上の光束を光偏向手段により偏向さ
せ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に光ス
ポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う装置」
である。光源側からは１以上の光束が放射されるので、
この発明の光走査装置は、単一の光スポットで光走査を
行うシングルビーム方式の光走査装置として実施するこ
ともできるし、複数の光スポットにより複数走査線を同
時走査するマルチビーム方式の光走査装置として実施す
ることもできる。走査結像光学系は、レンズを含む１以
上の光学素子により構成される。従って、走査結像光学
系は、レンズのほかに「結像作用のある鏡面を持つ反射
面素子」を含むことができる。そして、走査結像光学系
に含まれるレンズの少なくとも１面は、副非円弧面であ
る。「副非円弧面」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面であ
る。「主走査面」は、レンズ面の近傍において、レンズ
光軸を含み、主走査方向に平行な面をいう。「副走査
面」は、レンズ面の近傍において、主走査方向に直行す
る面をいう。

【０００５】請求項１記載の光走査装置は、副非円弧面
が「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が、副
走査面内において最も大きくなるレンズ」に形成されて
いることを特徴とする。すなわち、走査結像光学系が
「１面の副非円弧面」を有する場合には、この副非円弧
面は、上記「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束
径が、副走査面内において最も大きくなるレンズ」に形
成されるのであり、走査結像光学系が副非円弧面を２面
以上有する場合には、少なくともそのうちの１面が上記
「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が、副走
査面内において最も大きくなるレンズ」に設けられるの
である。この場合、当該レンズの両面を副非円弧面とす
ることもできる。請求項１記載の光走査装置において
は、「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が、
副走査面内において最も大きくなるレンズ」のレンズ面
のうち、「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径
が副走査面内において最も大きくなるレンズ面」に副非
円弧面を形成することができる（請求項２）。

【０００６】請求項３記載の光走査装置は、副非円弧面
が「主走査面内において最も大きな有効径を持つレン
ズ」に形成されていることを特徴とする。この場合にお
いて、副非円弧面を「主走査面内において最も大きな有
効径を持つレンズ面」に形成することができる（請求項
４）。波面収差の劣化は波面が大きくなるほど生じやす
い。従って、波面収差を補正する面としては「波面が大
きくなる部分」で行うのがよく、波面収差を補正する副
非円弧面の位置として上記の各位置が適当である。ま
た、このような波面の大きい部分では副非円弧面自体も
大きくなり、その形成が容易である。

【０００７】請求項５記載の光走査装置は、副非円弧面
が「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入射角がレンズ有効域全域にお
いて２５度以下である面を持つもの」に形成されている
ことを特徴する。この場合において、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
向光束の主光線の入射角がレンズ有効域全域において２
５度以下であるレンズ面」に形成することができる（請
求項６）。入射角が２５度よりも大きい面では、当該面
における主走査面内での屈折角も大きくなる。このよう
な面に副非円弧面を形成する場合、副走査方向に置ける
波面収差補正の効果と主走査方向の特性補正とを両立さ
せることが必ずしも容易でない。したがって、副非円弧
面を形成する面は「偏向光束の主光線の入射角がレンズ
有効域全域において２５度以下である面」とするのが良
い。

【０００８】請求項７記載の光走査装置は、主走査方向
の座標を「Ｙ」、副走査方向の座標を「Ｚ」、光軸近傍
における主走査方向の近軸曲率を「Ｃｍ」、光軸近傍の
副走査方向の近軸曲率を「Ｃｓ(０)」、主走査方向の座
標位置：Ｙにおける副走査面内の曲率を「Ｃｓ(Ｙ)」、
光軸上における主走査面内の２次曲線の円錐定数を
「Ｋ」、主走査方向の座標位置：Ｙにおける副走査面内
の２次曲線の円錐定数を「Ｋｚ(Ｙ)」、非球面の高次補
正量を「ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)」とするとき、Ｘ(Ｙ，Ｚ)で表
される副非円弧面が、次式：Ｘ(Ｙ，Ｚ)＝ＣｍＹ²／［１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃｍ²Ｙ²｝］＋ΣＡ_nＹⁿ ＋Ｃｓ(Ｙ)Ｚ²／［１＋√｛１−(１＋Ｋｚ(Ｙ))Ｃｓ²(Ｙ)Ｚ²｝］＋ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ) （１）で表されることを特徴とする。右辺第２項の和は、ｎに
ついてｎ＝１から所望の次数：ｎ＝ｐまで取る。この請
求項７記載の光走査装置において、上記曲率：Ｃｓ(Ｙ)
を、光軸近傍における副走査面内の近軸曲率：Ｒｓ(０)
と定数係数：Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，．．．を用いて、次式：Ｃｓ(Ｙ)＝{１／Ｒｓ(０)}＋Ｂ₁Ｙ＋Ｂ₂Ｙ²＋Ｂ₃Ｙ³＋Ｂ₄Ｙ⁴＋．．．（２）で表すことができる（請求項８）。上記請求項７または
８記載の光走査装置においては、上記円錐定数：Ｋｚ
(Ｙ)を、定数係数：Ｃ₀，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，．．．を用
いて、次式：Ｋｚ(Ｙ)＝Ｃ₀＋Ｃ₁Ｙ＋Ｃ₂Ｙ²＋Ｃ₃Ｙ³＋Ｃ₄Ｙ⁴＋．．（３）で表すことができる（請求項９）。上記請求項７または
８または９記載の光走査装置においては、上記高次補正
量：ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)を、定数係数：ｄ_j，_hを用いて、次
式：ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)＝Σ（Σｄ_j，_hＹ^h）Ｚ^j （４）で表すことができる（請求項１０）。右辺の和は、ｈに
ついては、ｈ＝０から所望の次数：ｈ＝ｑまで取り、ｊ
については、ｊ＝１から所望の次数：ｊ＝ｒまで取る。

【０００９】上記請求項１〜１０の任意の１に記載の光
走査装置においては、光偏向手段を「光源側からの光束
を等角速度的に偏向させるもの（ポリゴンミラー、回転
単面鏡、回転２面鏡等）」とし、走査結像光学系を「等
角速度的に偏向される光束による光走査を等速化する機
能を有する」ものにできる（請求項１１）。また、請求
項１〜１１の任意の１に記載の光走査装置において、走
査結像光学系における副非円弧面を有するレンズを「プ
ラスチック材料」で形成することができる（請求項１
２）。副非円弧面のような複雑な形状の面を持つレンズ
の作成にはプラスチック材料による成形が適しており、
コスト的にも安い。上記請求項１〜１２の任意の１に記
載の光走査装置は「光源側からの光束が複数光束で、走
査結像光学系により被走査面上に複数の光スポットとし
て集光され、被走査面の複数走査線を同時走査するマル
チビーム走査方式のもの」とすることができる（請求項
１３）。上記請求項１〜１２の任意の１に記載の光走査
装置はまた「光源側からの光束が単一光束で、走査結像
光学系により被走査面上に光スポットとして集光され、
被走査面の１走査線を走査するシングルビーム走査方式
のもの」とすることもできる（請求項１４）。上記請求
項１３記載のマルチビーム走査方式の光走査装置は「光
源側からの複数の光束をカップリングレンズによりカッ
プリングしたのち、各光束に共通の線像結像光学系によ
り、光偏向手段の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い
線像として結象させ、光偏向手段により等角速度的に偏
向させて共通の走査結像光学系によリ、副走査方向に分
離した複数の光スポットとして集光し、被走査面の複数
走査線を同時走査するように構成できる（請求項１
５）。請求項１３または１５記載のマルチビーム走査方
式の光走査装置においては、複数光束を放射する光源と
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１
６）。

【００１０】この発明の画像形成装置は「潜像担持体に
光走査により潜像を形成し、形成された潜像を現像して
所望の画像を得る画像形成装置」であって、潜像担持体
の光走査を行う光走査装置として、請求項１〜１６の任
意の１に記載の光走査装置を用いることを特徴とする
（請求項１７）。この場合において、潜像担持体として
光導電性の感光体を用い、形成された潜像をトナー画像
として可視化し、トナー画像をシート状の記録媒体（転
写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシー
ト）に定着して所望の画像を得るように、画像形成装置
を構成することができる（請求項１８）。請求項１７記
載の画像形成装置において、像担持体としては、例えば
銀塩写真フィルムを用いることができる。この場合、光
走査装置による光走査により形成された潜像は通常の銀
塩写真プロセスの現像手法で可視化できる。このような
画像形成装置は例えば「光製版装置」として実施でき
る。また請求項１８記載の画像形成装置は、具体的には
レーザプリンタやレーザプロッタ、デジタル複写機、フ
ァクシミリ装置等として実施できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の光走査装置の
実施の１形態を示す。光源１から放射された光束はカッ
プリングレンズ２により、以後の光学系に適した光束形
態（平行光束や収束光束、発散光束等）に変換され、ア
パーチュア２Ａによりビーム整形され、「線像結像光学
系」としてのシリンドリカルレンズ３により副走査方向
（図面に直行する方）に収束されて「光偏向手段」とし
てのポリゴンミラー４の偏向反射面近傍に主走査方向に
長い線像として結像する。偏向反射面による反射光束
は、ポリゴンミラー４の等速回転に伴い等角速度的に偏
向され（図はポリゴンミラー４の回転に伴う偏向反射面
の回転状況と、各偏向反射面位置における偏向光束とを
示している）、走査結像光学系を構成するレンズ５，６
を透過し、レンズ５，６の作用により、被走査面７（実
態的には光導電性の感光体の感光面等）上に光スポット
として集光し、被走査面７を光走査する。図７に、実施
の別形態を、図１に倣って示す。この実施の形態におい
ては、走査結像光学系は２枚のレンズ８，９により構成
されている。

【００１２】図１及び図７において、光源１としては
「単一の発光源を持つ半導体レーザ」や、前述の「半導
体レーザアレイ」を好適に用いることができる。光源１
として、半導体レーザを用いるときは、その発光源がカ
ップリングレンズ２の光軸上に位置するようにする。半
導体レーザアレイを光源として用いる場合には、複数光
源を、主走査方向（図面に平行な方向）に対して「直交
させる」か「傾け」、被走査面７上に形成される複数の
光スポットが副走査方向に所望の間隔で分離するように
する。この場合、複数の発光源は、カップリングレンズ
２の光軸に対して対称的となるようにする。

【００１３】

【実施例】以下に、図１及び図７に示す実施の形態に対
する実施例を１例ずつ挙げる。実施例１は、図１に示す
実施の形態の具体例であり、実施例２は図７に示す実施
の形態の具体例である。実施例１，２とも、光源１から
ポリゴンミラー４までは共通しているので、これら「共
通部分のデータ」を先に挙げる。光源１は「半導体レー
ザアレイ」で発光源数：４、発光源の配列ピッチ：１４
μｍ、各発光源の発光波長：７８０ｎｍである。光源と
しての半導体レーザアレイは、図１及び図７において、
４個の発光源が図面に直交する方向（副走査方向）に配
列し、かつ、４個の発光源がカップリングレンズ２の光
軸に関して対称的となるように配備される。カップリン
グレンズ２は焦点距離：２７ｍｍのもので、光源１から
の４光束をそれぞれ「平行光束」に変換する「コリメー
ト作用」を有する。従って、カップリングレンズ２によ
りカップリングされた４光束は何れも平行光束となる。
シリンドリカルレンズ３は、副走査方向の焦点距離：５
８．６９ｍｍのものである。ポリゴンミラー４は偏向反
射面数：５、内接円半径：２０ｍｍで、光源側からの
光束の主光線と走査結像光学系の光軸の主走査面への射
影がなす角：６０度である。なお、シリンドリカルレン
ズ３は、偏向光束が「副走査方向から見て」走査結像光
学系の光軸と平行になるときの偏向の基点位置から、光
源方向へ「５８．６９ｍｍ」の位置に配備される。光走
査は４光束によるマルチビーム走査方式による「隣接走
査」で、書き込み密度：１２００ｄｐｉである。

【００１４】つぎに、レンズ面の形状特定を説明する。
副非円弧面の形状を特定するにあたっては、前述の式
（１）〜（４）に準拠する。すなわち、副非円弧面につ
いては、式（１）における「Ｃｍ（主走査方向の近軸曲
率）」、「Ｃｓ(０)（光軸近傍の副走査方向の近軸曲
率）」等を与える。Ｃｓ(Ｙ)は、Ｃｓ(Ｙ)=｛１／Ｒｓ(０)｝+Ｂ₁Ｙ+ Ｂ₂Ｙ²+ Ｂ₃Ｙ³+ Ｂ₄Ｙ⁴+… ……(６) を用い、光軸上の副走査曲率半径：Ｒｓ(０)及び係数：
Ｂ₁，Ｂ₂等を与える。（６）式において、Ｙの奇数乗係
数のＢ₁，Ｂ₃，Ｂ₅，Ｂ₇，・・の何れか０以外の値を取
ると、副走査曲率は主走査方向に非対称となる。

【００１５】また、非球面の高次補正量：ｆ_SAG(Ｙ，
Ｚ)については、これを、ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)＝ (Ｆ₀+Ｆ₁・Ｙ+Ｆ₂・Ｙ²+Ｆ₃・Ｙ³+Ｆ₄・Ｙ⁴+・・)・Ｚ +(Ｇ₀+Ｇ₁・Ｙ+Ｇ₂・Ｙ²+Ｇ₃・Ｙ³+Ｇ₄・Ｙ⁴+・・)・Ｚ² +(Ｈ₀+Ｈ₁・Ｙ+Ｈ₂・Ｙ²+Ｈ₃・Ｙ³+Ｈ₄・Ｙ⁴+・・)・Ｚ³ +(Ｉ₀+Ｉ₁・Ｙ+Ｉ₂・Ｙ²+Ｉ₃・Ｙ³+Ｉ₄・Ｙ⁴+・・)・Ｚ⁴ +(Ｊ₀+Ｊ₁・Ｙ+Ｊ₂・Ｙ²+Ｊ₃・Ｙ³+Ｊ₄・Ｙ⁴+・・)・Ｚ⁵ +・・・と展開し、定数係数：Ｆ₀，Ｆ₁，．．．等（式（４）の
定数係数：ｄ_j，_h）を与えて特定する。

【００１６】主走査面内における非円弧形状の表現とし
ては、光軸における主走査面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、
光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐常数：Ｋ、高次
の係数をＡ₁，Ａ₂，Ａ₃,．．．とし、光軸方向のデプス
をXとして次の多項式で表す。

【００１７】Ｘ=(Ｙ²/Ｒｍ)/[1+√｛1-(1+Ｋ)(Ｙ/Ｒｍ)²｝+ Ａ₁Ｙ+Ａ₂Ｙ²+Ａ₃Ｙ³+Ａ₄Ｙ⁴+Ａ₅Ｙ⁵+・・・・ (５) この式で、奇数次の係数が一つでも０でなければ、非円
弧形状は主走査方向に非対称となる。なお、式（５）
は、式（１）の右辺第１項及び第２項を書き直したもの
である。

【００１８】実施例１図１において、ポリゴンミラー４から被走査面７に至る
光路上の光学素子のデータは以下のとおりである。面番号ＲｍＲｓＸＹｎ偏向反射面０ ∞ ∞ 55.84 レンズ５１ -309.83 -42.49 30.94 0.225 1.52398 ２ -81.44 -3654.71 69.52 レンズ６３ -129.99 119.29 10.71 0.227 1.52398 ４ -151.53 -50.75 149.20 「Ｘ」は、図１においてＤ１〜Ｄ５として示した距離で
あり、「Ｙ」はシフト量（偏向反射面により、像高:０
の方向へ反射された光束の主光線の主走査面への射影を
基準として図１で上方を正とする）、ｎは屈折率を表
す。レンズ５，６の面形状を特定するための各係数を、
表１〜表３に挙げる。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】ここで、図６を参照して、副非円弧面の形
状を説明する。前述の式（１）の右辺第１項と第２項と
は「主走査方向の形状」を表す部分であり、第３項と第
４項とが「副走査方向の形状」を表す。図６に示す副非
円弧面：ａは式（１）第３項の形状で２次曲面を表して
いる。光スポット径として３０μｍ程度を実現しようと
する場合、上記第３項のみでは波面収差が取りきれず、
光スポット径を絞りきれない場合がある。このような場
合には「高次補正量」として、式（１）の右辺第４項：
ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）を加えることにより、波面収差をより良
好に補正して、光スポットの小径化を図ることが出来
る。図６に示した副非円弧：ｂが、第３項に第４項を加
えた形状で、△がｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）で表された高次補正量
である。図６に示した非円弧量（△＋△’）が座標：Ｙ
によらず一定になるように構成することもできる。

【００２３】実施例１で、光スポットの小径化として、
被走査面上で「１/ｅ²径で３０μｍ程度」を狙ったとき
の「深度曲線」を図２に示す。（ａ）は主走査方向、
（ｂ）は副走査方向に関するものである。主・副走査方
向とも非円弧とする面を有することにより、良好な深度
が得られている。実施例１における「副走査方向の光束
幅（像高０に向かう光束）」の光路に沿った変化を図３
に示す。同光束幅はレンズ６上で最も大きい。従って、
レンズ６に副非円弧面を採用することで波面収差を補正
し、小径光スポットを得ることが可能となる。上記副走
査方向の光束幅はレンズ６の射出側面（レンズ面６ｂ）
において最大となる。従って、副非円弧面をレンズ面６
ｂに採用することにより、波面収差補正の機能を有効に
生かすことができる。図１に示すように、レンズ６はま
た、主走査面内において「最大の有効径」を持ち、レン
ズ面６ｂは上記有効径が最大となる面である。従って、
主走査面内において最も大きい有効径を持つ走査レンズ
６のレンズ面６ｂに副非円弧面を採用することで波面収
差を有効に補正し、小径の光スポットを得ることが可能
となる。図４に、レンズ５と６の各面に入射する偏向光
束の主光線の「入射角と像高との関係」を示す。５ａ面
では、周辺像高において入射角が３０度を越えている
が、５ｂ面，６ａ面，６ｂ面では有効画像域全域で２５
度以下である。入射角が２５度以下であるレンズの面に
副非円弧面を採用することで波面収差を補正し、小径の
光スポットを得ることが可能となる。

【００２４】表１〜３に示したように、レンズ５，６と
も主走査面内の形状は、（５）式における奇数次の係
数：Ａ₁，Ａ₃，．．等が０であることから明らかなよう
に、光軸に対して対称的である。また、レンズ面５ｂと
６ａとは副走査曲率が主走査方向に非対称に変化してい
る。レンズ面６ｂは「副非円弧面」である。副非円弧面
であるレンズ面６ｂは、表３に示すように、副非円弧
量：Δ′（Ｃ₀,Ｃ₁,Ｃ₂．．．.等で定まる）を持つとと
もに、ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）による副非円弧量：Δ（Ｉ₀，
Ｉ₁，．．Ｋ₀，Ｋ₁．．．等デ定まる）を有している。
図５に、実施例１の像面湾曲（実線は副走査方向、破線
は主走査方向）と等速特性（実線はリニアリテイ、破線
はｆθ特性）を示す。共に極めて良好である。

【００２５】実施例２図７において、ポリゴンミラー４から被走査面７に至る
光路上の光学素子のデータは以下のとおりである。面番号ＲｍＲｓＸＹｎ偏向反射面０ ∞ ∞ 72.56 レンズ８１ 1616.43 -50.14 35.00 0.406 1.52398 ２ -146.51 -199.81 61.93 レンズ９３ 400.87 -72.03 14.00 0.403 1.52398 ４ 824.88 -27.59 158.52 レンズ８，９の面形状を特定するための、各係数を、表
４〜表６に挙げる。

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】

【表６】

【００２９】実施例２で、光スポットの小径化として、
被走査面上で「１/ｅ²径で３０μｍ程度」を狙ったとき
の「深度曲線」を、図２に倣って図１１に示す。主・副
走査方向とも非円弧とする面を有することにより、良好
な深度が得られている。実施例２における「副走査方向
の光束幅（像高０に向かう光束）」の光路に沿った変化
を図９に示す。光束幅はレンズ９上で最も大きく、レン
ズ面９ｂにおいて最大である。従って、レンズ９のレン
ズ゛面９ｂに副非円弧面を採用することで有効に波面収
差を補正し、小径の光スポットを得ることが可能とな
る。レンズ９はまた、主走査面内において最大の有効径
を持ち、レンズ面９ｂは上記有効径が最大となる面であ
る。従って、主走査断面内において最も大きい有効径を
持つ走査レンズ９、とくにレンズ面９ｂに副非円弧面を
採用することで波面収差を有効に補正し、小径の光スポ
ットを得ることが可能となる。図１０に、レンズ８と９
の各面に入射する偏向光束の主光線の入射角と像高との
関係を示す。８ａ，８ｂ面では、周辺像高において入射
角が３０度を越えているが、９ａ，９ｂ面では有効画像
域全域で２５度以下である。入射角が２５度以下である
レンズの面に副非円弧面を採用することで波面収差を補
正し、小径の光スポットを得ることが可能となる。

【００３０】表４〜６に示したように、レンズ８，９と
も主走査面内の形状は、式（５）における奇数次の係
数：Ａ₁，Ａ₃，．．等が０であることから明らかなよう
に、光軸に対して対称的である。また、レンズ面８ａ面
と９ｂ面とは、副走査曲率が主走査方向に非対称に変化
している。レンズ面９ｂは副非円弧面であり、表６に示
すように副非円弧量:Δ′（Ｃ₀,Ｃ₁,Ｃ₂．．．.等で定
まる）を持つとともに、ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）による副非円弧
量：Δ（Ｉ₀，Ｉ₁，．．Ｋ₀，Ｋ₁．．．等で定まる）を
有している。図８に、実施例２の像面湾曲（実線は副走
査方向、破線は主走査方向）と等速特性（実線はリニア
リテイ、破線はｆθ特性）を示す。ともに、極めて良好
である。上に説明したように、実施例１，２において、
光源は発光源を４個有する半導体レーザアレイであり、
４つの発光源は隣接間隔が１４μｍで、カップリングレ
ンズ２の光軸に対して対称的となるように副走査方向へ
配列しているので、４個の発光源のうち２個は、上記光
軸から７μｍの位置にあり、他の２個は上記光軸から２
１μｍの位置にある。図２〜図５及び図８〜図１１に示
す各特性は、上記発光源のうち、カップリングレンズ２
の「光軸から２１μｍの位置にある発光源」から放射さ
れた光束に関するものであるが、実施例１，２とも、４
つの発光源から放射された４光束の全てにつき、波面収
差や像面湾曲・光学倍率、等速特性等が良好に補正され
るように設計されている。したがって、図２や図１１に
示す「深度曲線」や、図５や図８に示す「像面湾曲や等
速特性」は、４光束の全てにつき、これらの図と実質的
に同等のものとなる。

【００３１】要約すると、上に説明した実施例１，２
は、光源１側からの１以上の光束を光偏向手段４により
偏向させ、偏向光束を走査結像光学系５，６（８，９）
により被走査面7上に光スポットとして集光させ、被走
査面７の光走査を行う装置であって、走査結像光学系は
レンズ５，６（８，９）を含む１以上の光学素子により
構成され、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、
走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が副走査面
内において最も大きくなるレンズ６（９）に、副非円弧
面が形成されている（請求項１）。そして、副非円弧面
は、走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が副走
査面内において最も大きくなるレンズ面６ｂ（９ｂ）に
形成され（請求項２）、副非円弧面は、主走査面内にお
いて最も大きな有効径を持つレンズの「主走査面内にお
いて最も大きな有効径を持つレンズ面」に形成され（請
求項３、４）、副非円弧面が、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入射
角がレンズ有効域全域において２５度以下である面を持
つものの「レンズ各面に入射する偏向光束の主光線の入
射角がレンズ有効域全域において２５度以下である面」
に形成されている（請求項５，６）。

【００３２】また、副非円弧面の形状：Ｘ(Ｙ，Ｚ)は、
主走査方向の座標をＹ、副走査方向の座標をＺ、光軸近
傍における主走査方向の近軸曲率をＣｍ、光軸近傍の副
走査方向の近軸曲率をＣｓ(０)、主走査方向の座標位
置：Ｙにおける副走査面内の曲率をＣｓ(Ｙ)、光軸上に
おける主走査面内の２次曲線の円錐定数をＫ、主走査方
向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の２次曲線の円錐
定数をＫｚ(Ｙ)、非球面の高次補正量をｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)
とするとき、Ｘ(Ｙ，Ｚ)＝ＣｍＹ²／［１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃｍ
²Ｙ²｝］＋ΣＡ_nＹⁿ＋Ｃｓ(Ｙ)Ｚ²／［１＋√｛１−(１
＋Ｋｚ(Ｙ))Ｃｓ²(Ｙ)Ｚ²｝］＋ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ) で表され（請求項７）、上記曲率：Ｃｓ(Ｙ)は、光軸近
傍における副走査面内の近軸曲率：Ｒｓ(０)と定数係
数：Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，．．．を用いて、Ｃｓ(Ｙ)＝｛１／Ｒｓ(０)｝＋Ｂ₁Ｙ＋Ｂ₂Ｙ²＋Ｂ₃Ｙ³
＋Ｂ₄Ｙ⁴＋．．．で表され（請求項８）、円錐定数：Ｋｚ(Ｙ)は定数係
数：Ｃ₀，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，．．．を用いて、Ｋｚ(Ｙ)＝Ｃ₀＋Ｃ₁Ｙ＋Ｃ₂Ｙ²＋Ｃ₃Ｙ³＋Ｃ₄Ｙ⁴＋．．で表され（請求項９）、高次補正量：ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)
は、定数係数：ｄ_j，_hを用いてｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)＝Σ（Σｄ_j，_hＹ^h）Ｚ^j で表される（請求項１０）。

【００３３】また、上記実施例１，２において、光偏向
手段４は「光源側からの光束を等角速度的に偏向させ
る」もの（ポリゴンミラー）であり、走査結像光学系
５，６（８，９）は、等角速度的に偏向される光束によ
る光走査を等速化する機能（図５、図８の等速特性参
照）を有する（請求項１１）。また、実施例１．２のレ
ンズ５，６，８，９は何れも「プラスチック材料」で形
成されている（請求項１２）。また、実施例１，２の
光走査装置とも「光源側からの光束が複数光束で、走査
結像光学系により被走査面上に複数の光スポットとして
集光され、被走査面の複数走査線を同時走査するマルチ
ビーム走査方式のもの」であり（請求項１３）、光源１
側からの複数（４本）の光束はカップリングレンズ２に
よりカップリングされたのち、各光束に共通の線像結像
光学系３により、光偏向手段４の偏向反射面近傍に、主
走査方向に長い線像として結象され、光偏向手段により
等角速度的に偏向され、共通の走査結像光学系５，６
（８，９）によリ、副走査方向に分離した複数の光スポ
ットとして集光され、被走査面７の複数走査線を同時走
査するものである（請求項１４）。さらに、複数光束を
放射する光源１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が用いられている
（請求項１６）。

【００３４】最後に、図１２を参照して、画像形成装置
の実施の１形態を説明する。この画像形成装置はレーザ
プリンタである。レーザプリンタ１００は像担持体１１
１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１１１の周囲には、帯電手段として
の帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１
４、クリーニング装置１１５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。またレーザビームＬＢによる光走査装置１１７が設
けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で
「光書込による露光」を行うようになっている。光走査
装置は、上に実施例１，２に即して説明した如きもので
ある。図１２において、符号１１６は定着装置、符号１
１８はカセット、符号１１９はレジストローラ対、符号
１２０は給紙コロ、符号１２１は搬送路、符号１２２は
排紙ローラ対、符号１２３はトレイ、符号Ｐは記録媒体
としての転写紙を示している。

【００３５】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１１１が時計回りに等速回転され、その
表面が帯電ローラ１１２により均一帯電され、光走査装
置１１７のレーザビーム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。この静電潜
像は、現像装置１１３により反転現像され、像担持体１
１１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１１８は、画像形成装置１００本体に着脱可能
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１２０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１１９に銜えられる。レジストローラ対１１９は、
像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するの
にタイミングをあわせて、転写紙Ｐを転写部へ送りこ
む。送りこまれた転写紙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１１４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１１６へ送られ、定着装置１１６にお
いてトナー画像を定着され、搬送路１２１を通り、排紙
ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。ト
ナー画像が転写されたのちの像担持体１１１の表面は、
クリーニング装置１１５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。光走査装置１１７とし
て、実施例１、２の如きもの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。すなわち、
図１２に示す画像形成装置は、潜像担持体１１１に光走
査により潜像を形成し、形成された潜像を現像して所望
の画像を得る画像形成装置において、潜像担持体１１１
の光走査を行う光走査装置として、請求項１〜１７の任
意の１に記載の光走査装置を用いるものであり（請求項
１７）、潜像担持体１１１が光導電性の感光体であり、
形成された潜像がトナー画像として可視化され、トナー
画像がシート状の記録媒体Ｐに定着されるものである
（請求項１８）。なお、マルチビーム走査装置を実施す
るにあたって、カップリングレンズは、複数光束に対し
て実施の形態で示したように共通化してもよいし、光束
ごとに個別的に設けるようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、新規な光走査装置および画像形成装置を実現でき
る。この発明の光走査装置は、上に説明した如く、走査
結像光学系に含まれるレンズに「副非円弧面」を用いる
ことにより、像面湾曲や光学倍率のみならず、波面収差
を良好に補正することにより、安定した良好な光スポッ
トによる高密度で良好な光走査を実現することができ、
またこの発明の画像形成装置は、上記光走査装置を用い
ることにより、良好な画像形成を実現できる。

【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における深度曲線を示す図である。

【図３】実施例１における副走査方向の光束径の光路に
沿う変化を示す図である。

【図４】実施例１における各レンズ面への入射角変化を
示す図である。

【図５】実施例１における像面湾曲と等速特性とを示す
図である。

【図６】副非円弧面の形状を説明するための図である。

【図７】この発明の光走査装置の実施の別形態を説明す
るための図である。

【図８】実施例２における像面湾曲と等速特性とを示す
図である。

【図９】実施例２における副走査方向の光束径の光路に
沿う変化を示す図である。

【図１０】実施例２における各レンズ面への入射角変化
を示す図である。

【図１１】実施例２における深度曲線を示す図である。

【図１２】この発明の画像形成装置の実施の１形態を示
す図である。

【符号の説明】

１光源（半導体レーザアレイ）２カップリングレンズ３シリンドリカルレンズ（線像結像光学系）４ポリゴンミラー（光偏向手段）５，６走査結像光学系を構成するレンズ７被走査面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木真金東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内 (72)発明者酒井浩司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 AA13 BA86 BB14 BB22 2H045 AA01 AA54 BA02 BA23 BA32 CA34 CA55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源側からの１以上の光束を光偏向手段に
より偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査
面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走
査を行う装置であって、走査結像光学系は、レンズを含む１以上の光学素子によ
り構成され、上記走査結像光学系に含まれるレンズの少くとも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、上記走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が、副
走査面内において最も大きくなるレンズに、上記副非円
弧面が形成されてい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、副非円弧面が、走査結像光学系を透過する偏向光束の光
束径が副走査面内において最も大きくなるレンズ面に形
成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】光源側からの１以上の光束を光偏向手段に
より偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査
面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走
査を行う装置であって、走査結像光学系は、レンズを含む１以上の光学素子によ
り構成され、上記走査結像光学系に含まれるレンズの少くとも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、該副非円弧面が、主走査面内において最も大きな有効径
を持つレンズに形成されていることを特徴とする光走査
装置。
【請求項４】請求項３記載の光走査装置において、副非円弧面が、主走査面内において最も大きな有効径を
持つレンズ面に形成されていることを特徴とする光走査
装置。
【請求項５】光源側からの１以上の光束を光偏向手段に
より偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査
面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走
査を行う装置であって、走査結像光学系は、レンズを含む１以上の光学素子によ
り構成され、上記走査結像光学系に含まれるレンズの少くとも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、該副非円弧面が、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入射角がレンズ有
効域全域において２５度以下である面を持つものに形成
されていることを特徴する光走査装置。
【請求項６】請求項５記載の光走査装置において、副非円弧面が、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入射角がレンズ有効
域全域において２５度以下であるレンズ面に形成されて
いることを特徴する光走査装置。
【請求項７】光源側からの１以上の光束を光偏向手段に
より偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査
面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走
査を行う装置であって、走査結像光学系は、レンズを含む１以上の光学素子によ
り構成され、上記走査結像光学系に含まれるレンズの少くとも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、主走査方向の座標をＹ、副走査方向の座標をＺ、光軸近
傍における主走査方向の近軸曲率をＣｍ、光軸近傍の副
走査方向の近軸曲率をＣｓ(０)、主走査方向の座標位
置：Ｙにおける副走査面内の曲率をＣｓ(Ｙ)、光軸上に
おける主走査面内の２次曲線の円錐定数をＫ、主走査方
向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の２次曲線の円錐
定数をＫｚ(Ｙ)、非球面の高次補正量をｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)
とするとき、上記副非円弧面：Ｘ(Ｙ，Ｚ)が、Ｘ(Ｙ，Ｚ)＝ＣｍＹ²／［１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃｍ
²Ｙ²｝］＋ΣＡ_nＹⁿ＋Ｃｓ(Ｙ)Ｚ²／［１＋√｛１−(１
＋Ｋｚ(Ｙ))Ｃｓ²(Ｙ)Ｚ²｝］＋ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ) で表されることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】請求項７記載の光走査装置において、曲率：Ｃｓ(Ｙ)が、光軸近傍における副走査面内の近軸
曲率：Ｒｓ(０)と定数係数：Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，．．．を
用いて、Ｃｓ(Ｙ)＝｛１／Ｒｓ(０)｝＋Ｂ₁Ｙ＋Ｂ₂Ｙ²＋Ｂ₃Ｙ³
＋Ｂ₄Ｙ⁴＋．．．で表されることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】請求項７または８記載の光走査装置におい
て、円錐定数：Ｋｚ(Ｙ)が、定数係数：Ｃ₀，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ
₃，．．．を用いて、Ｋｚ(Ｙ)＝Ｃ₀＋Ｃ₁Ｙ＋Ｃ₂Ｙ²＋Ｃ₃Ｙ³＋Ｃ₄Ｙ⁴＋．．
で表されることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】請求項７または８または９記載の光走査
装置において、高次補正量：ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)が、定数係数：ｄ_j，_hを用
いてｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)＝Σ（Σｄ_j，_hＹ^h）Ｚ^j で表されることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】請求項１〜１０の任意の１に記載の光走
査装置において、光偏向手段は、光源側からの光束を等角速度的に偏向さ
せるものであり、走査結像光学系は、等角速度的に偏向される光束による
光走査を等速化する機能を有することを特徴とする光走
査装置。
【請求項１２】請求項１〜１１の任意の１に記載の光走
査装置において、走査結像光学系における副非円弧面を有するレンズが、
プラスチック材料で形成されていることを特徴とする光
走査装置。
【請求項１３】請求項１〜１２の任意の１に記載の光走
査装置において、光源側からの光束が複数光束で、走査結像光学系により
被走査面上に複数の光スポットとして集光され、被走査
面の複数走査線を同時走査するマルチビーム走査方式の
ものであることを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】請求項１〜１２の任意の１に記載の光走
査装置において、光源側からの光束が単一光束で、走査結像光学系により
被走査面上に光スポットとして集光され、被走査面の１
走査線を走査するシングルビーム走査方式のものである
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項１５】請求項１３記載の光走査装置において、光源側からの複数の光束はカップリングレンズによりカ
ップリングされたのち、各光束に共通の線像結像光学系
により、光偏向手段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、上記光偏向手段により等角速
度的に偏向され、共通の走査結像光学系によリ、副走査
方向に分離した複数の光スポットとして集光され、被走
査面の複数走査線を同時走査することを特徴とするマル
チビーム走査方式の光走査装置。
【請求項１６】請求項１３または１５記載のマルチビー
ム走査方式の光走査装置において、複数光束を放射する光源として、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た
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項１７】潜像担持体に光走査により潜像を形成
し、形成された潜像を現像して所望の画像を得る画像形
成装置において、潜像担持体の光走査を行う光走査装置として、請求項１
〜１６の任意の１に記載の光走査装置を用いることを特
徴とする画像形成装置。
【請求項１８】請求項１７記載の画像形成装置におい
て、潜像担持体が光導電性の感光体であり、形成された潜像
がトナー画像として可視化され、上記トナー画像がシー
ト状の記録媒体に定着されることを特徴とする画像形成
装置。