JP2001125028A - 走査光学系および光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シングルビーム方式、マルチビーム方式を問わ
ずバック長を確保しつつ、小径の光スポットを実現でき
る走査光学系を実現する。 【解決手段】光偏向器５により偏向されるビームを被走
査面９上に光スポットとして集光させる走査光学系であ
って、２枚のレンズ６，７により構成され、光偏向器側
のレンズ６は、主走査方向に正の屈折力、副走査方向に
負の屈折力を有し、被走査面側のレンズ７は、主走査方
向に負の屈折力、副走査方向に正の屈折力を有し、レン
ズ６の少なくとも１つのレンズ面においては主走査断面
内の形状が非円弧形状であり、レンズ７の少なくとも１
つのレンズ面においては主走査断面内の形状が非円弧形
状であり、レンズ６の少なくとも１つのレンズ面におい
ては主・副走査方向の曲率半径が異なり、レンズ７の少
なくとも１つのレンズ面においては、主・副走査方向の
曲率半径が異なることを特徴とする。

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、デジタル複写機やレーザ
プリンタ、ファクシミリ、レーザプロッタ、レーザ製版
装置等の画像形成装置に関連して広く知られている。そ
してこの光走査装置に用いられる走査光学系は、光偏向
器により偏向するビームを被走査面上に走査用の光スポ
ットとして集光する光学系である。そして画像形成装置
においては、例えば感光性の像担持体の被走査面に対し
て光走査装置による走査を行って画像書込みを行い潜像
を形成し、該潜像を現像手段で可視化して可視画像を形
成し、その可視画像を記録用紙等の記録媒体に転写して
画像を得ている。近来、このような光走査装置に対して
走査の高密度化や高速化が要請されている。また、光走
査装置を用いる画像形成装置のレイアウト上の理由等に
より、走査光学系に「長いバック長」が要請されること
が多い。この「バック長」とは、走査光学系を構成する
結像素子（レンズや凹面鏡等）のうちで、最も被走査面
側に配備されるものから被走査面に至る距離である。

【０００３】光走査装置を用いる画像形成装置では、一
般に感光性の像担持体、例えば光導電性の感光体を用
い、この感光体を帯電手段により均一に帯電した後、光
走査装置による光走査で画像書込みを行って静電潜像を
形成し、この静電潜像を現像手段により現像してトナー
画像とし、このトナー画像を記録媒体上に転写し、定着
して所望の記録画像を得ている。このような画像形成装
置で、帯電手段や現像手段、転写手段といった画像形成
プロセス上必要な機械装置は、その機械的な構成により
感光体に対する機械的な位置関係が限定されているの
で、その配備位置の自由度が少ない。これに対して光走
査装置の光学系は、光源から被走査面（実体的には上記
感光体の感光面）に至る光学配置に相当の自由度があ
り、画像形成装置における帯電手段や現像手段等のレイ
アウトに対応して光学設計を行うことが可能であるた
め、レイアウト上の要請により、上記のような「バック
長の長い走査光学系」が求められることも多い。

【０００４】近来、光走査装置における「走査密度」も
１２００ｄｐｉ（１インチ当りのドット数）或いは２４
００ｄｐｉといった高密度が要請されている。光走査の
高密度化を達成するには、被走査面上に集光させる光ス
ポットのスポット径を小さくする必要がある。光スポッ
トのスポット径を小径化するには、走査光学系に入射す
るビームのビーム径を大きくする必要がある。このよう
に走査光学系に入射するビーム径が大きくなると、走査
光学系の像面湾曲や結像倍率といった幾何光学的な特性
を良好にするのみでは足らず、波動光学的な波面収差を
光スポットの像高に拘わらず一定に設定することが重要
となる。

【０００５】光走査装置による光走査を高速化できる方
法として、被走査面の複数走査線を同時走査する「マル
チビーム方式」が注目され、モノリシックな半導体レー
ザアレイの発光源を１列に並べたＬＤアレイ方式や、複
数の半導体レーザからのビームを合成するビーム合成方
式の光源を用いるマルチビーム方式の光走査装置が実現
されつつある。このようなＬＤアレイ方式やビーム合成
方式の光源を用いると、シングルビーム方式の光走査装
置の場合と同様、光源から被走査面に至る光路上の光学
系を複数ビームで共通化して使用できるので、機械的変
動に対して安定性の高いマルチビーム方式の光走査装置
が可能になる。

【０００６】１２００ｄｐｉ或いは２４００ｄｐｉとい
った高密度の光走査をマルチビーム方式の光走査装置で
実現するには、光源における発光源の間隔（ＬＤアレイ
方式では、ＬＤアレイにおける各発光源の間隔、ビーム
合成方式では、合成されたビームの仮想的な発光源間
隔）を小さくする必要がある。例えば複数ビームで同時
走査する際の複数走査線のピッチが１走査線分である場
合、即ち、いわゆる隣接走査の場合で２４００ｄｐｉの
走査密度を実現しようとすると、光源における発光源間
隔は一般に１０μｍよりも小さいものになる。

【０００７】光源としてモノリシックな半導体レーザア
レイを用いる場合を考えると、モノリシックな半導体レ
ーザアレイでは、発光源の間隔が１０μｍよりも小さく
なると、１つの発光源の点滅が隣接する発光源の点滅に
「熱的・電気的」に影響するようになり、個々の発光源
を独立して変調制御することが難しくなる。また、光源
としてビーム合成方式のものを用いる場合であると、合
成されたビームの仮想的な発光源の副走査方向の間隔を
極めて小さくする必要があり、しかも、その間隔を精度
よく調整する必要があり、ビーム合成に伴う調整に手間
がかかる。

【０００８】そこで光源における発光源の間隔をある程
度大きくして、尚且つ高密度のマルチビーム走査を実現
するには、隣接ビームが被走査面上で１走査線分以上の
間隔を開けて走査を行う、いわゆる「飛び越し走査」を
行えばよい。しかし、隣接ビームが飛び越す走査線数
（飛び越し次数）が大きくなると、「ビームが走査光学
系を通過する位置」が、ビーム毎に副走査方向に大きく
異なるようになる。そのようになると、走査光学系の光
学作用がビーム毎に同じにならず、特に、副走査方向の
倍率が光スポットの像高と共に変動し、走査線ピッチが
「像高と共に大きく変動する」ことになる。従って、飛
び越し走査における飛び越し次数は、あまり大きくない
「適正な次数」であることが必要である。

【０００９】高密度の光走査を実現するには、マルチビ
ーム走査方式においても、被走査面上に結像する個々の
光スポット径を小さくすることは当然であり、このため
に走査光学系における、波動光学的な波面収差を小さく
抑えることが必要であることは、シングルビーム方式の
場合と何ら変わらない。また、１２００ｄｐｉや２４０
０ｄｐｉといった高密度の光走査をマルチビーム方式の
光走査装置で実現するには、上述の飛び越し走査を行う
ことにより、光源における発光源間隔が極端に狭くなら
ないようにしつつ、飛び越し次数を適当にし、走査線ピ
ッチの像高による大きな変動を抑えるのがよい。さら
に、マルチビーム方式、シングルビーム方式を問わず、
走査光学系はバック長が長いものであることが好まし
い。また、マルチビーム方式では、光源と光偏向器間に
配備される光学系を複数ビームに対して共通とすること
が、機械的変動に対する光走査の安定性の観点から望ま
しい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、シングル
ビーム方式とマルチビーム方式とを問わず、バック長を
確保しつつ、小径の光スポットを実現できる走査光学系
を実現することを課題とする。この発明はまた、上記走
査光学系を使用することにより、高密度化に適応できる
シングルビーム方式及びマルチビーム方式の光走査装置
を実現し、さらには、このような光走査装置を用いて良
好な画像形成を行うことができる画像形成装置を実現す
ることを他の課題とする。

【００１１】

【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ビームを被走査面上に光ス
ポットとして集光させる光学系」であって、以下の如き
特徴を有する（請求項１）。即ち、走査光学系は、２枚
のレンズにより構成される。この２枚のレンズのうち、
光偏向器側のレンズは「主走査方向に正の屈折力、副走
査方向に負の屈折力を有する」ものであり、被走査面側
のレンズは「主走査方向に負の屈折力、副走査方向に正
の屈折力を有する」ものである。更に、上記光偏向器側
のレンズの少なくとも１つのレンズ面においては、「主
走査断面内の形状が非円弧形状」であり、上記被走査面
側のレンズの少なくとも１つのレンズ面においては、
「主走査断面内の形状が非円弧形状」である。更に、上
記光偏向器側のレンズの少なくとも１つのレンズ面にお
いては、「主・副走査方向の曲率半径が異なる」もので
あり、上記被走査面側のレンズの少なくとも１つのレン
ズ面においては、「主・副走査方向の曲率半径が異な
る」ものである。ここで上記「主走査断面」は、レンズ
面近傍において、理想的な偏向光束の主光線が掃引する
平面、即ち主走査方向に平行な平面に合致した仮想的な
平断面をいう。また、レンズ面近傍において主走査方向
に直交する仮想的な平断面を「副走査断面」と呼ぶこと
にする。

【００１２】この請求項１記載の走査光学系において、
「光偏向器側のレンズ及び、被走査面側のレンズの主走
査断面内の形状を、光偏向器側に凹面を向けたメニスカ
ス形状とする」ことができる（請求項２）。この請求項
２記載の走査光学系において、上記２枚のレンズの４つ
のレンズ面のうち、少なくとも１つのレンズ面は、有効
書込範囲内において、そのレンズ面に入射する主光線の
方向ベクトル：Ｉと、そのレンズ面に入射する主光線の
入射位置でのレンズ面の放線ベクトル：Ｊが、条件： （１） ０．９＜｜Ｉ・Ｊ｜≦１．０ を満足することが好ましい（請求項３）。

【００１３】上記請求項１または２または３記載の走査
光学系においては、中心像高における副走査方向の横倍
率：β₂が、条件： （２） ０．５≦｜β₂｜≦２．０ を満足することが好ましい（請求項４）。尚、光偏向器
以後に配備される「走査光学系の副走査方向の横倍率」
は、この明細書中では、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
の像点との横倍率と定義する。この副走査方向の横倍率
のうちで、中心像高における横倍率が上記の「β₂」で
あり、任意像高：ｈにおける横倍率が後述の「β_h」で
ある。

【００１４】上記請求項１〜４の何れか１つに記載の走
査光学系において、「偏向反射面近傍と被走査面位置と
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」とすることができ
る（請求項５）。この請求項５記載の走査光学系におい
て、「上記２枚のレンズの４つのレンズ面の全てにおい
て、主・副走査方向の曲率半径を異ならせる」ことがで
きる（請求項６）。上記請求項１〜６の何れか１つに記
載の走査光学系において、上記２枚のレンズの４つのレ
ンズ面のうち、少なくとも２つのレンズ面は、「特殊ト
ロイダル面」とすることができる（請求項７）。ここ
で、「特殊トロイダル面」は、「副走査方向の曲率半径
が主走査方向に変化する面」である。また、「副走査方
向の曲率半径」は、レンズ面を副走査断面で切断したと
き、副走査断面におけるレンズ面の曲率半径をいう。従
って、上記「副走査方向の曲率半径が主走査方向に変化
する」とは、上記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
曲率半径が変化することを意味する。

【００１５】上記請求項７記載の走査光学系において、
上記特殊トロイダル面である少なくとも２つのレンズ面
は、有効書込範囲内において、副走査方向の曲率半径の
最大値：｜ｒ｜_maxと、副走査方向の曲率半径の最小
値：｜ｒ｜_minが、条件： （３） ０．５＜｜ｒ｜_min／｜ｒ｜_max≦１．０ を満足することが好ましい。更に、上記特殊トロイダル
面である少なくとも２つのレンズ面が、「面間に空気間
隔を有する」ことが好ましい（請求項９）。更に、上記
特殊トロイダル面である少なくとも２つのレンズ面のう
ち、少なくとも１つのレンズ面は、「副走査方向の曲率
半径の変化が主走査方向に非対称である」ことが好まし
い（請求項１０）。

【００１６】上記請求項１〜１０の何れか１つに記載の
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と、任意像高における副走査方向の横倍率：
β_hが、条件： （４） ０．９≦｜β_h／β₂｜≦１．１ を満足することが好ましい（請求項１１）。更に、上記
請求項１〜１１の何れか１つに記載の走査光学系におい
て、有効書込幅：Ｗと、有効書込幅における副走査像面
湾曲の幅：Ｆ_Sが、条件： （５） Ｆ_S／Ｗ＜０．００５ を満足することが好ましい（請求項１２）。

【００１７】上記請求項１〜１２の何れか１つに記載の
走査光学系において、上記２枚のレンズのレンズ面のう
ち、少なくとも１つのレンズ面は、「副非円弧面」とす
ることができる（請求項１３）。上記「副非円弧面」
は、「副走査断面内の形状が非円弧形状」である。この
請求項１３記載の走査光学系において、上記副非円弧面
は、「その非円弧形状が、主走査方向における副走査断
面の位置に応じて変化する面」とすることができる（請
求項１４）。尚、走査光学系における副非円弧面の形状
は、被走査面上の各走査位置（光スポットの集光位置）
における波面収差を補正するように定められている。こ
れにより、被走査面上の各走査位置毎に、最良の波面収
差を設定することができる。

【００１８】上記請求項１〜１４の何れか１つに記載の
走査光学系において、小径光スポットのスポット径とし
ては、被走査面上の光スポットのスポット径を、その光
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強度で定義するとき、そのスポット径
が、主・副走査方向とも有効書込範囲内において５０μ
ｍ以下となる範囲を有するように走査光学系の結像性能
を設定することができる（請求項１５）。上記「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たとき、主走査方向及び副走査
方向の座標をＹ，Ｚとして、光スポットの光強度分布を
ｆ（Ｙ，Ｚ）とするとき、Ｚ方向のラインスプレッド関
数：ＬＳＺは、 （６） 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：ＬＳ
Ｙは、 （７） 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。

【００１９】このように定義されるラインスプレッド関
数：ＬＳＺ（Ｚ），ＬＳＹ（Ｙ）は、一般に略ガウス分
布型の形状であるので、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），ＬＳ
Ｙ（Ｙ）が、その最大値の１／ｅ²以上となる領域の
Ｙ，Ｚ方向の幅で与えられる。上記請求項１５において
述べられている内容は、このように定義されるＹ，Ｚ方
向のスポット径が有効書込範囲内において、光スポット
が５０μｍ以下になる範囲を有するということである。
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。従来の技術では、５０μ
ｍ以下のスポット径を持つ良好な光スポットを形成する
ことは容易でないが、この発明のように、走査光学系内
に、副非円弧面を１面以上用い、その面形状を「波面収
差を良好に補正する形状」とすることにより、５０μｍ
以下のスポット径を持つ良好な光スポットをも確実に形
成することができる。

【００２０】上記請求項１３または１４または１５記載
の走査光学系において、副非円弧面の、副走査断面内に
おける非円弧形状の「非円弧量」を、主走査方向に非対
称に変化させることができる（請求項１６）。ここで、
「非円弧量」は、円弧（近軸曲率半径）からのずれ量で
ある。上記請求項１〜１６の何れか１つに記載の走査光
学系は勿論、シングルビーム方式の光走査装置に使用で
きるが、「光偏向器により同時に偏向される複数ビーム
を、被走査面上に複数の光スポットとして集光する」た
めに用いることもできる（請求項１７）。

【００２１】請求項１８記載の光走査装置は、シングル
ビーム方式の光走査装置である。即ち、この光走査装置
は、「光源からのビームを、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ビ
ーム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、偏向ビームを走査光学
系により、被走査面上に光スポットとして集光させ、上
記被走査面を走査するシングルビーム方式の光走査装置
において、上記走査光学系として、請求項１〜１６の何
れか１つに記載の走査光学系を用いた」ことを特徴とす
る。

【００２２】請求項１９記載の光走査装置は、マルチビ
ーム方式の光走査装置である。即ち、この光走査装置
は、「複数の発光源からのビームを、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
された複数ビームを共通の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、各偏向ビームを共通
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
ポットにより複数の走査線を同時に走査するマルチビー
ム方式の光走査装置において、複数の偏向ビームに共通
の走査光学系として、請求項１７記載の走査光学系を用
いた」ことを特徴とする。尚、上記カップリングレンズ
は、複数ビームに対して、個別的としても共通化しても
よい。この請求項１９記載のマルチビーム方式の光走査
装置においては、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２０）。この場合、上記半導体レ
ーザアレイの発光源の間隔は「１０μｍ以上」であるこ
とが好ましい（請求項２１）。

【００２３】この発明に係る画像形成装置は、「感光性
の像担持体の被走査面に対して光走査手段による走査を
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」であり、上記像担持体の被走査
面の走査を行う光走査手段として、請求項１８〜２１の
何れか１つに記載の光走査装置を用いたことを特徴とす
る（請求項２２）。ここで、上記感光性の像担持体とし
ては、例えば光導電性の感光体を用いることができ、こ
の感光体を帯電手段で均一帯電した後、請求項１８〜２
１の何れか１つに記載の光走査装置を用いて感光体上に
画像書込を行い、静電潜像を形成し、この静電潜像を例
えばトナーを用いた現像手段により可視化する。そし
て、感光体上に形成されたトナー画像を記録媒体（記録
用紙やオーバーヘッドプロジェクタ用のプラスチックシ
ート等）に転写手段で転写した後、定着手段で定着する
ことにより、記録媒体上に固着画像を得ることができ
る。このような画像形成装置は、いわゆる電子写真方式
の画像形成装置であり、例えばデジタル複写機やファク
シミリ、レーザプリンタ、レーザプロッタ等として実施
できる。また、上記感光性の像担持体としては、例えば
銀塩写真フィルム等を用いることもできる。この場合、
光走査装置による光走査によりフィルム上に形成された
潜像は通常の銀塩写真プロセスの現像手段で可視化でき
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。

【００２４】次に本発明による走査光学系及び光走査装
置の特徴及び作用についてより詳細に説明する。シング
ルビーム方式でも、マルチビーム方式でも、光偏向器以
後に配備される走査光学系の副走査方向の横倍率：｜β
₂｜は、｜β₂｜≧０．５が「実用的に使える範囲」であ
る。即ち、｜β₂｜が０．５より小さいと、一般に被走
査面側のレンズが被走査面に近づきすぎ、そのレンズの
主走査方向の全長が長くなるため、加工が困難になり、
レンズの製造コストも高くなる。また、「長いバック長
の確保」も難しい。また、光学系が著しく拡大倍率（｜
β₂｜＞２）となると、環境変動や走査光学系の取り付
け誤差による像面位置変動が大きくなりやすく、光スポ
ットの小径化は、「副非円弧面」を用いても困難とな
る。即ち、走査光学系は、請求項４記載の発明のよう
に、副走査方向の倍率：β₂が、条件: （２） ０．５≦｜β₂｜≦２．０ を満足することが望ましい。

【００２５】請求項１記載の走査光学系は、副走査方向
においては、光偏向器側から順に「負・正の屈折力配
分」とすることにより、いわゆる「レトロフォーカス
型」としている。このため、実際のレンズ配置における
よりも被走査面側に「副走査方向の後側主点」を配備す
ることができるので、バック長を長くとることが可能と
なり、走査光学系の副走査方向の横倍率：｜β₂｜を上
記条件（２）の範囲とすることにより、被走査面側のレ
ンズの「主走査方向のレンズ全長の長大化」及び、「環
境変動や走査光学系の取付誤差による像面位置変動」を
有効に抑えることができる。また、請求項１記載の走査
光学系は、上記の如く「副走査方向においてレトロフォ
ーカス型」であるため、「Ｆナンバ」を小さくできる。

【００２６】更に、請求項１記載の走査光学系は、主走
査方向においては、光偏向器側から順に「正・負の屈折
力配分」とし、且つ、「それぞれのレンズの少なくとも
１面を、主走査断面内の形状が非円弧形状」とすること
で、ｆθ特性等の「等速度特性」を確保している。特
に、被走査面側のレンズを負パワーとすると、レンズの
肉厚が主走査方向に亘って均一になりやすく、加工上有
利である。また、環境変動による光学特性の劣化をキャ
ンセルでき、安定な走査光学系を得ることができる。更
にまた、請求項１記載の走査光学系は、「それぞれのレ
ンズの少なくとも１面において、主・副走査方向の曲率
半径を異ならせる」ことにより、主・副走査方向の光学
特性を独立に制御することができる。

【００２７】更に、請求項２記載の走査光学系のよう
に、「それぞれのレンズの主走査断面内の形状を、光偏
向器側に凹面を向けたメニスカス形状」とすることによ
り、主走査方向のコマ収差を抑えることができ、主走査
方向の波面収差を良好に補正することができる。また、
請求項３記載の走査光学系のように、２枚のレンズの４
つのレンズ面のうち、少なくとも１つのレンズ面は、有
効書込範囲内において、そのレンズ面に入射する主光線
の方向ベクトル：Ｉと、そのレンズ面に入射する主光線
の入射位置でのレンズ面の放線ベクトル：Ｊが、条件： （１） ０．９＜｜Ｉ・Ｊ｜≦１．０ を満足するようにすると、主走査方向の波面収差の補正
はより効果的になる。勿論、上記４つのレンズ面のう
ち、条件（１）を満足するレンズ面が多ければ多いほ
ど、主走査方向の波面収差の低減は、より一層効果的で
ある。

【００２８】更に、請求項５記載の発明のように、走査
光学系を「アナモフィックな光学系」とすることによ
り、光偏向器における面倒れを補正することが可能とな
る。また、請求項６記載の発明のように、走査光学系の
２枚のレンズの４つのレンズ面のうち、全てのレンズ面
について、主・副走査方向の曲率半径を異ならせること
により、走査線曲がりを小さく抑えることが可能とな
る。

【００２９】ところで、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が重要
である。このことは高密度の光走査では特に重要になっ
てくる。「被走査面上の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が像高により大きく変化しな
いことが必要である。また、走査光学系の副走査方向の
横倍率の、像高による変動は、マルチビーム走査方式に
おいては「同時に走査される走査線のピッチ（走査線ピ
ッチと言う）が像高と共に変化する」問題となって現れ
る。

【００３０】従って、マルチビーム方式の光走査におい
て、走査線のピッチの「像高による変動」を抑えるには
「マルチビーム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。そしてこの
ことは、走査光学系を構成する２枚のレンズの４つのレ
ンズ面のうちの少なくとも２つのレンズ面を「特殊トロ
イダル面」とし、副走査方向のベンディングにより「副
走査方向の主点位置を像高に応じて調整する」ことによ
り実現できる（請求項７）。

【００３１】上記請求項７記載のマルチビーム走査光学
系のように、少なくとも２つのレンズ面を「特殊トロイ
ダル面」とし、副走査方向でベンディングさせて「副走
査方向の主点位置を調整する」場合、これら少なくとも
２つの「特殊トロイダル面」のレンズ面の面間隔が広い
ほうが、主点位置の変化量を大きくとることができ、ベ
ンディングにより副走査方向の横倍率を調整できる範囲
が広くなる。このため、請求項９記載の発明では、走査
光学系の中で、上記少なくとも２つの「特殊トロイダル
面」のレンズ面の間隔を大きくとれるように、これらの
少なくとも２つの「特殊トロイダル面」のレンズ面間に
空気間隔を有するようにした。

【００３２】また、「特殊トロイダル面」は、上記で定
義したように「副走査方向の曲率半径が主走査方向に変
化する面」であるが、この副走査方向の曲率半径の変化
が大きいと、次のような課題が発生する。即ち、そのよ
うなレンズを切削加工する際に、切削圧が大きく変化す
るため、面精度の確保が難しくなる。また、プラスチッ
ク成形の際に、曲率半径の小さい部分と曲率半径の大き
い部分の肉厚差が大きくなるため、ヒケや内部歪を生じ
易くなる。更に、曲率半径の公差によるパワー変動の影
響が、曲率半径の小さい部分と曲率半径の大きい部分で
大きく異なり、副走査方向の像面湾曲の変動が大きくな
る。そこで請求項８記載の発明では、上記「特殊トロイ
ダル面」である少なくとも２つのレンズ面は、有効書込
範囲内において、副走査方向の曲率半径の最大値：｜ｒ
｜_maxと、副走査方向の曲率半径の最小値：｜ｒ｜
_minが、条件： （３） ０．５＜｜ｒ｜_min／｜ｒ｜_max≦１．０ を満足するようにすることにより、上記の課題を解決し
ている。

【００３３】また、光偏向器としてポリゴンミラーを用
いる場合、ポリゴンミラーの回転中心は、走査光学系の
光軸からずらして設置されるため、ビーム偏向に伴って
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。そしてこの
「光学的なサグ」が存在すると、走査光学系の光軸の＋
像高側と−像高側とで、光束の通る経路が異なることに
なる。このため、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。この非対称な横倍率変化
は、上記「特殊トロイダル面」である少なくとも２つの
レンズ面のうちの、少なくとも１つのレンズ面を「副走
査方向の曲率半径の変化が主走査方向に非対称な面」と
することで補正できる（請求項１０）。

【００３４】ここで言う「副走査方向の曲率半径の変化
が主走査方向に非対称な面」とは、例えば、（ａ）副走
査方向の曲率半径の変化が、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、（ｂ）副走査方
向の曲率半径の変化が、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、（ｃ）副走査方向の
曲率半径の変化の極値が、光軸外にある、（ｄ）副走査
方向の曲率半径の変化が、＋像高側から−像高側に向っ
て単調増加する、（ｅ）副走査方向の曲率半径の変化
が、＋像高側から−像高側に向って単調減少する、
（ｆ）副走査方向の曲率半径の変化が、極値を２以上有
する、等、様々な面が考えられるが、このような「光軸
として一般的な回転対称軸を持たない」全ての面を指
す。

【００３５】そして、これらのどれが「副走査方向の曲
率半径の変化が主走査方向に非対称な面」として採用さ
れるかは、設計条件により左右される。尚、このような
非対称形状のレンズに関して「光軸」というとき、この
明細書中では、レンズ面形状を決定する基準座標系にお
ける「主・副走査方向に直交的な基準軸」を言うものと
する。

【００３６】このとき、シングルビーム方式でもマルチ
ビーム方式でも、有効走査領域内における「副走査方向
の横倍率変化」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。請求項１１記載の発明で
は、上記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：β_hが、条件： （４） ０．９≦β_h／β₂≦１．１ を満足するようにすることにより、上記１０％以下の副
走査方向横倍率変化を実現している。

【００３７】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、「１
２００ｄｐｉで７次飛び越し走査」を行う場合でも、同
時に走査する複数走査線の走査線ピッチ１４８．１９μ
ｍに対してピッチ変動は１０．３７μｍとなり、１２０
０ｄｐｉでの隣接ピッチ：２１．１７μｍの略半分に抑
えられる。飛び越し走査の場合、ピッチ変動が「隣接ピ
ッチの略半分」であることは、走査線ピッチ変動に対す
る許容限界であり、５次飛び越しや3次飛び越しなら
ば、更にピッチ変動を小さく抑えることができる。

【００３８】良好な光走査を行うには、被走査面上の光
スポットの副走査方向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。また、
「被走査面上の光スポットの副走査方向のビームウェス
ト位置が、像高によって大きくばらつかない」ために
は、走査光学系の副走査方向の像面湾曲量が像高により
大きく変化しないことが必要である。請求項１２記載の
発明では、上記走査光学系において、有効書込幅：Ｗ
と、有効書込幅における副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Sが、
条件： （５） Ｆ_S／Ｗ＜０．００５ を満足するようにすることにより、副走査方向の像面湾
曲量が像高により変動することを抑えている。

【００３９】尚、前述の条件（４）を満足しつつ上記の
条件（５）を満足するには、副走査方向の像面湾曲につ
いても「光学的なサグ」を考慮しなければならない。こ
の「光学的なサグ」の影響は、一般に「走査光学系の副
走査方向横倍率の変化」に与える影響とは必ずしも一致
しない。従って、「副走査方向の曲率半径の変化が主走
査方向に非対称な面」は、横倍率変化の非対称性を補正
するため、及び副走査方向の像面湾曲の非対称性を補正
するために、走査光学系の２枚のレンズの４つのレンズ
面のうち、少なくとも２つのレンズ面に導入することが
好ましい。

【００４０】請求項１３記載の走査光学系は、前述した
ように上記２枚のレンズのレンズ面のうち、少なくとも
１つのレンズ面を「副非円弧面」としているため、光ス
ポットのスポット径を「より小さく絞る」ことができ、
光走査の高密度化に容易に対応することができる。光走
査の有効書込範囲内に亘って光スポットのスポット径を
「より小さく絞る」ためには、請求項１４記載の発明の
ように「副非円弧面の形状を、主走査方向における副走
査断面の位置に応じて変化させる」ことが好ましい。ま
た、「光学的なサグ」の影響により、発生する波面収差
量も光スポットの像高に応じて非対称に異なることにな
るが、請求項１６記載の走査光学系のように、副非円弧
面の非円弧量を、主走査方向に非対称とすることによ
り、上記サグによる非対称な波面収差を補正し、各像高
ごとに最良の波面収差を設定することができる。

【００４１】波面収差は、前述したように「特殊トロイ
ダル面」の組み合わせによりある程度までは小さく抑え
ることが可能である。しかし、より高密度の書込が要請
されると、「特殊トロイダル面」の組み合わせによる波
面収差の低減では所望の小径の光スポットを得ることが
難しくなる。そこで、更なる波面収差の低減のために、
上記「副非円弧面」が非常に有効な手段となる。尚、上
記「副非円弧面」は、被走査面上の各走査位置（光スポ
ットの集光位置）における波面収差を補正するように定
められる。これにより、被走査面上の各走査位置毎に、
最良の波面収差を設定することができる。

【００４２】また、「副非円弧面」には、次のような機
能もある。すなわち、走査光学系によっては、被走査面
上における光スポットの移動速度を等速化する等速化特
性等、他の光学特性の良好性も要求されるから、像面湾
曲の補正も他の光学特性の補正とのバランスの取れたも
のでなければならず、像面湾曲のみを良好にしようとす
ると、他の光学特性が劣化したりする問題がある。ま
た、被走査面の実体の一例である光導電性の感光体と光
走査装置の組み付けの公差を考慮すると、走査光学系に
おける像面湾曲が設計上いくら良好に補正されても、被
走査面位置が上記公差により設計上の位置からずれた場
合に、設計上の良好な像面湾曲を実現できない場合もあ
る。

【００４３】その場合には、上記「副非円弧面」に「副
走査方向の像面湾曲によるビームウェストの被走査面に
対する位置ずれを補正する」機能を持たせることで上記
の問題点を解決することができる。つまり、副走査方向
の像面湾曲により、副走査方向の近軸結像点（近軸光線
束による結像位置）が被走査面に対して像高毎にばらつ
いているにも拘わらず、全光線束に対応するビームのビ
ームウェストを被走査面に近付ける補正を「副非円弧
面」を用いることで達成することができ、この補正によ
り副走査方向の光スポット径の変動を有効に補正するこ
とができる。

【００４４】また、請求項１９記載のマルチビーム方式
の光走査装置のように、カップリングされた各ビームに
つき、線像結像光学系から走査光学系までを、複数ビー
ム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することがで
き、機械的変動に対し、極めて安定性の高いマルチビー
ム走査装置を実現することができる。マルチビーム方式
の光走査装置の場合、光源としては、ＬＤアレイ方式の
ものでも、ビーム合成方式のものでも利用できる。ＬＤ
アレイ方式の光源を用いる場合、請求項２１記載の発明
のように、半導体レーザアレイの発光源の間隔を１０μ
ｍ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走査を行うこと
が可能になる。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の構成・動作を図
面を参照して詳細に説明する。図２２に、この発明に係
る光走査装置の実施の１形態を要部のみ示す。図２２に
示す光走査装置は、シングルビーム方式のものである。
図２２において、半導体レーザである光源１から放射さ
れたビームは発散性の光束で、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
されたビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ
て、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。カップリングレンズ
２を透過したビームは、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、入射してくるビーム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集
光させる。ポリゴンミラー５の偏向反射面により反射さ
れたビームは、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２枚のレン
ズ６，７を透過し、折り曲げミラー８により光路を折り
曲げられ、「被走査面」の実体をなす光導電性の感光体
９上に光スポットとして集光し、被走査面を光走査す
る。尚、ビームは光走査に先立ってミラー１０に入射
し、レンズ１１により受光素子１２に集光される。そし
て受光素子１２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。

【００４６】「走査光学系」は、光偏向器５により偏向
されるビームを、被走査面９上に光スポットとして集光
させる光学系であって、２枚のレンズ６，７により構成
される。光偏向器５側のレンズ６は、主走査方向に正の
屈折力、副走査方向に負の屈折力を有し、少なくとも１
つのレンズ面においては、主走査断面内の形状が非円弧
形状であり、主・副走査方向の曲率半径が異なり、被走
査面９側のレンズ７は、主走査方向に負の屈折力、副走
査方向に正の屈折力を有し、少なくとも１つのレンズ面
においては、主走査断面内の形状が非円弧形状であり、
主・副走査方向の曲率半径が異なる（請求項１）。ま
た、レンズ６，７は、主走査断面内の形状が、光偏向器
５側に凹面を向けたメニスカス形状である（請求項
２）。また、上記２枚のレンズ６，７の４つのレンズ面
のうち、少なくとも１つのレンズ面は、有効書込範囲内
において、そのレンズ面に入射する主光線の方向ベクト
ル：Ｉと、そのレンズ面に入射する主光線の入射位置で
のレンズ面の放線ベクトル：Ｊが、条件： （１） ０．９＜｜Ｉ・Ｊ｜≦１．０ を満足することが好ましい（請求項３）。

【００４７】この「走査光学系」は、中心像高の副走査
方向倍率：β₂が、条件： （２） ０．５≦｜β₂｜≦２．０ を満足する（請求項４）。また、この実施の形態におい
て、レンズ６，７は、偏向反射面近傍と被走査面９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（請求項５）。
また、この実施の形態において、レンズ６，７の各面
は、全て主・副走査方向の曲率半径が異なる面である
（請求項６）。更に、この実施の形態において、レンズ
６，７の４つのレンズ面のうち、少なくとも２つのレン
ズ面は「特殊トロイダル面」であり、この少なくとも２
つの「特殊トロイダル面」のレンズ面間に空気間隔を有
する（請求項７，９）。また、上記２つの「特殊トロイ
ダル面」のレンズ面のうちの少なくとも１つのレンズ面
は、副走査方向の曲率半径変化が主走査方向に非対称
で、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：β_hが、条件： （４） ０．９≦｜β_h／β₂｜≦１．１ を満足し（請求項１１）、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅
における副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Sが、条件： （５） Ｆ_S／Ｗ＜０．００５ を満足する（請求項１２）。

【００４８】更に、この実施の形態において、レンズ
６，７の４つのレンズ面のうち、少なくとも１つのレン
ズ面は、副走査断面内の形状が非円弧形状である副非円
弧面であり、その非円弧面形状は、被走査面上の各走査
位置における波面収差を補正するように、主走査方向に
おける副走査断面の位置に応じて変化する面である（請
求項１３，１４）。また、この実施の形態において、レ
ンズ６，７は、被走査面上の光スポットのスポット径
を、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強度で定義するとき、そのスポッ
ト径を主・副走査方向とも、有効書込範囲内に５０μｍ
以下となる範囲を有するような結像性能を持つ光学系で
ある（請求項１５）。また、この実施の形態において、
レンズ６，７の４つのレンズ面のうち、上記副非円弧面
は、副走査断面内における非円弧形状の、円弧からのず
れ量である非円弧量を、主走査方向に非対称に変化させ
る（請求項１６）。

【００４９】図２２に実施の形態を示すシングルビーム
方式の光走査装置は、光源からのビームをカップリング
レンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップ
リングされたビームを線像結像光学系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、偏向ビ
ームを走査光学系６，７により、被走査面９上に光スポ
ットとして集光し、被走査面９を光走査する光走査装置
であって、走査光学系６，７として、請求項１〜１６記
載の走査光学系を用いたものである（請求項１８）。

【００５０】図２３に、この発明に係るマルチビーム方
式の光走査装置の実施の１形態を示す。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２２に
おけるものと同一の符号を付した。図２３において、光
源１Ａは複数の発光源を有する半導体レーザアレイであ
って、図示の例では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、４つの発光
源ｃｈ１〜ｃｈ４を副走査方向に配列した実施形態を示
しているが、勿論、半導体レーザアレイを傾け、発光源
の配列方向が副走査方向に対して主走査方向側に傾くよ
うにしてもよい。尚、発光源ｃｈ１〜ｃｈ４の相互の間
隔は、１０μｍ以上である（請求項２１）。

【００５１】半導体レーザアレイ１Ａの４つの発光源ｃ
ｈ１〜ｃｈ４から放射された４ビームは、図に示すよう
に「楕円形のファーフィールドパターン」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ビームに
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ビームの形態
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。カップリングレンズ２を透過した４ビーム
は、アパーチャ３により「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。ポリゴンミラー５の偏向反射面により
反射された４ビームは、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２
枚のレンズ６，７を透過し、折り曲げミラー８により光
路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす光導電性
の感光体９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、被走査面上の４走査線を同時に光走査
する。尚、ビームの１つは、光走査に先立ってミラー１
０に入射し、レンズ１１により受光素子１２に集光され
る。そして受光素子１２の出力に基づき、４ビームの光
走査の書込開始タイミングが決定される。

【００５２】「走査光学系」は、光偏向器５により同時
に偏向される４ビームを、被走査面９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、２枚のレンズ
６，７により構成される。これらのレンズ６，７は、図
２２に即して説明したものと同様の構成のものであり、
中心像高の副走査方向倍率：β₂が、条件： （２） ０．５≦｜β₂｜≦２．０ を満足する（請求項４）。また、図２２の実施の形態と
同様、レンズ６，７の４つのレンズ面のうち、少なくと
も２つのレンズ面は「特殊トロイダル面」であり、この
少なくとも２つの「特殊トロイダル面」のレンズ面間に
空気間隔を有する（請求項７，９）。また、上記２つの
「特殊トロイダル面」のレンズ面のうちの少なくとも１
つのレンズ面は、副走査方向の曲率半径変化が主走査方
向に非対称で、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：β_hが、
条件： （４） ０．９≦｜β_h／β₂｜≦１．１ を満足し（請求項１１）、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅
における副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Sが、条件： （５） Ｆ_S／Ｗ＜０．００５ を満足する（請求項１２）。

【００５３】図２３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
ビームを、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ビーム
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、各偏向ビームを共通の走査光学系
６，７により、被走査面９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
トにより複数の走査線を同時に走査するマルチビーム方
式の光走査装置であって、複数の偏向ビームに共通の走
査光学系として、請求項１７記載の走査光学系を用いた
ものである（請求項１９）。そして光源として、複数の
発光源ｃｈ１〜ｃｈ４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１Ａを用い（請求項２０）、半導
体レーザアレイ１Ａの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４の相互の間
隔は１０μｍ以上である（請求項２１）。

【００５４】図２４に、この発明に係るマルチビーム方
式の光走査装置の実施の別形態を示す。この光走査装置
は、光源としてビーム合成方式のものを用いるものであ
る。図２４において、光源１−１，１−２は半導体レー
ザであって、それぞれ単一の発光源を持つ。光源１−
１，１−２から放射された各ビームは、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
される。カップリングされた各ビームの形態は、以後の
光学系の光学特性に応じて、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。カップリングレンズ２−１，２−２を透過した各ビ
ームは、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からのビームは、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。また、光源１−１
からのビームは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ビームが合成される。
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ビームは互いに副走査方向に微小角をな
している。

【００５５】ビーム合成プリズム２０によりビーム合成
された２ビームは、「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、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。ポリゴン
ミラー５の偏向反射面により反射された２ビームは、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２枚のレンズ６，７を透過
し、折り曲げミラー８により光路を折り曲げられ、「被
走査面」の実体をなす光導電性の感光体９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
面上の２走査線を同時に光走査する。尚、ビームの１つ
は、光走査に先立ってミラー８により反射されて、受光
素子１２に集光される。そして受光素子１２の出力に基
づき、２ビームの光走査の書込開始タイミングが決定さ
れる。またこのようにする代わりに、２つのビームを主
走査方向にも分離し、各ビームを光走査に先立って受光
素子１２に集光し、受光素子１２の出力に基づき、２ビ
ーム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。

【００５６】「走査光学系」は、光偏向器５により同時
に偏向される２ビームを、被走査面９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、２枚のレンズ
６，７により構成される。これらのレンズ６，７は、図
２２、図２３に即して説明したものと同様の構成のもの
であり、中心像高の副走査方向倍率：β₂が、条件： （２） ０．５≦｜β₂｜≦２．０ を満足する（請求項４）。また、図２２、図２３の実施
の形態と同様、レンズ６，７の４つのレンズ面のうち、
少なくとも２つのレンズ面は「特殊トロイダル面」であ
り、この少なくとも２つの「特殊トロイダル面」のレン
ズ面間に空気間隔を有する（請求項７，９）。また、上
記の２つの「特殊トロイダル面」のレンズ面のうちの少
なくとも１つのレンズ面は、副走査方向の曲率半径変化
が主走査方向に非対称で、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：β_hが、条件： （４） ０．９≦｜β_h／β₂｜≦１．１ を満足し（請求項１１）、有効書込幅：Ｗ、有効書込幅
における副走査像面湾曲の幅：Ｆ_Sが、条件： （５） Ｆ_S／Ｗ＜０．００５ を満足する（請求項１２）。

【００５７】図２４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
ビームを、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
ビームを、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、各偏向ビームを共通の走査
光学系６，７により、被走査面９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の走査線を同時に走査するマルチビ
ーム方式の光走査装置であって、複数の偏向ビームに共
通の走査光学系として、請求項１７記載の走査光学系を
用いたものである（請求項１９）。

【００５８】図２５は、この発明に係る画像形成装置の
実施の１形態を示している。この画像形成装置は、感光
性の像担持体１００の被走査面に対して光走査装置１１
４による走査を行って潜像を形成し、該潜像を現像手段
１１６で可視化して画像を得るものであり、光走査装置
１１４として、請求項１８〜２１の何れか１つに記載の
光走査装置を用いたものである（請求項２２）。尚、こ
の実施形態は、像担持体１００として光導電性の感光体
を用い、感光体上の潜像を現像手段１１６のトナーで可
視化する、いわゆる電子写真方式により画像形成を行う
画像形成装置の例である。

【００５９】図２５において、光導電性の感光体１００
は、円筒状に形成されて矢印方向へ等速回転し、帯電手
段（図には一例としてコロナ放電式のものを示している
が、帯電ローラや帯電ブラシ等の接触式のものとしても
よい）１１２により均一帯電され、光走査装置１１４に
よる書込みで静電潜像が形成される。この静電潜像は、
現像手段１１６により現像され、現像により得られた可
視像は、転写手段（図には一例としてローラ式のものを
示しているが、転写・分離チャージャ式のもの等として
もよい）１２０により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等）Ｓ
に転写される。転写後の記録媒体Ｓは定着手段１２２に
送られ、転写された可視像を定着手段１２２により定着
されて装置外の排紙トレイ等へ排出される。

【００６０】図２５において、符号１１８はトナーホッ
パーを示している。このトナーホッパー１１８は、貯蔵
したトナーを、必要に応じて現像手段１１６に補給する
ようになっており、ホッパーごと交換できるようになっ
ている。光走査装置１１４は光偏向器１１４１以後が描
かれている。光偏向器１１４１により偏向されたビーム
は、レンズ１１４２を透過し、ミラー１１４４，１１４
５により光路を屈曲され、レンズ１１４３を透過して光
走査装置１１４から射出し、感光体１００を光走査す
る。この例でレンズ１１４２，１１４３が走査光学系の
実体をなし、バック長は、レンズ１１４３の感光体１０
０側の面から感光体１００に至る距離である。

【００６１】ところで、トナーホッパー１１８を頻繁に
交換するユーザの負担を軽減するため、トナーホッパー
１１８の貯蔵トナー量を増大させてトナーホッパー交換
期間を長くすることが行われており、それに伴いトナー
ホッパー１１８が大型化するので、光走査装置１１４の
走査光学系に長いバック長が要求されている。しかし、
この画像形成装置においては、光走査装置１１４とし
て、請求項１８〜２１の何れか１つに記載の光走査装置
を用いているので、後述の実施例に示すように走査光学
系は「長いバック長」を有することができ、上記のよう
な長いバック長の要求に応えることができ、良好な画像
形成を実現できる。

【００６２】

【実施例】以下、本発明の具体的な例として３つの実施
例を挙げて説明する。各実施例（実施例１〜３）におい
て、走査光学系を構成するレンズのレンズ面形状の表現
は以下の式による。 「主走査断面内における非円弧形状」レンズ面の主走査
断面内における非円弧形状を、主走査断面内の近軸曲率
半径：Ｒ_m、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，Ａ ₂，Ａ₃，Ａ₄，Ａ₅，Ａ₆，
・・、光軸方向のデプス：Ｘを用いて次の多項式（８）
で表す。 Ｘ＝(Ｙ²／Ｒ_m)／[１＋√{１−(１＋Ｋ_m)(Ｙ／Ｒ_m)²}] ＋Ａ₁Ｙ＋Ａ₂Ｙ²＋Ａ₃Ｙ³＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₅Ｙ⁵＋Ａ₆Ｙ⁶・・ （８） 式（８）において、奇数次の係数：Ａ₁，Ａ₃，Ａ₅，・
・に０以外の数値を代入したとき、非円弧形状は「主走
査方向に非対称形状」となる。

【００６３】「副走査断面内における曲率半径」レンズ
面の副走査断面内における曲率半径は、副走査断面内で
曲率半径が主走査方向（光軸位置を原点とする座標：Ｙ
で表す）に変化する場合、次の多項式（９）で表す。
尚、下記のＣ_S(Ｙ)は、座標：Ｙにおける曲率を表すた
め、曲率半径はＣ_S(Ｙ)の逆数として求める。 Ｃ_S(Ｙ)＝{１／Ｒ_S(０)} ＋Ｂ₁Ｙ＋Ｂ₂Ｙ²＋Ｂ₃Ｙ³＋Ｂ₄Ｙ⁴＋Ｂ₅Ｙ⁵＋Ｂ₆Ｙ⁶・・（９） Ｒ_S(０)は、副走査断面内における光軸上（Ｙ＝０）の
曲率半径を表し、Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，Ｂ₄，Ｂ₅，Ｂ₆，・・
は高次の係数である。式（９）において、Ｙの奇数次の
係数：Ｂ₁，Ｂ₃，Ｂ₅，・・に０以外の数値を代入した
とき、副走査断面内の曲率半径の変化が主走査方向に非
対称となる。

【００６４】「副非円弧面」副非円弧面は、副走査断面
の主走査方向の位置（光軸位置を原点とする座標）：
Ｙ、副走査方向の座標：Ｚを用いて次の多項式（１０）
で表す。 Ｘ＝(Ｙ²／Ｒ_m)／[１＋√{１−(１＋Ｋ_m)(Ｙ／Ｒ_m)²}] ＋Ａ₁Ｙ＋Ａ₂Ｙ²＋Ａ₃Ｙ³＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₅Ｙ⁵＋Ａ₆Ｙ⁶・・ ＋(Ｃ_SＺ²)／[１＋√{１−(１＋Ｋ_S)(Ｃ_SＺ)²}] ＋(Ｆ₀＋Ｆ₁Ｙ＋Ｆ₂Ｙ²＋Ｆ₃Ｙ³＋Ｆ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ ＋(Ｇ₀＋Ｇ₁Ｙ＋Ｇ₂Ｙ²＋Ｇ₃Ｙ³＋Ｇ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ² ＋(Ｈ₀＋Ｈ₁Ｙ＋Ｈ₂Ｙ²＋Ｈ₃Ｙ³＋Ｈ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ³ ＋(Ｉ₀＋Ｉ₁Ｙ＋Ｉ₂Ｙ²＋Ｉ₃Ｙ³＋Ｉ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ⁴ ＋(Ｊ₀＋Ｊ₁Ｙ＋Ｊ₂Ｙ²＋Ｊ₃Ｙ³＋Ｊ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ⁵ ＋(Ｋ₀＋Ｋ₁Ｙ＋Ｋ₂Ｙ²＋Ｋ₃Ｙ³＋Ｋ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ⁶ ＋(Ｌ₀＋Ｌ₁Ｙ＋Ｌ₂Ｙ²＋Ｌ₃Ｙ³＋Ｌ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ⁷ ＋(Ｍ₀＋Ｍ₁Ｙ＋Ｍ₂Ｙ²＋Ｍ₃Ｙ³＋Ｍ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ⁸ ＋(Ｎ₀＋Ｎ₁Ｙ＋Ｎ₂Ｙ²＋Ｎ₃Ｙ³＋Ｎ₄Ｙ⁴＋・・)Ｚ⁹ ＋・・ （１０） ここで、式（１０）におけるＣ_Sは、上記の式（９）で
定義されたＣ_S(Ｙ)である。また、Ｋ_Sは、次の式（１
１）で定義される。 Ｋ_S＝Ｋ_S(０)＋Ｃ₁Ｙ＋Ｃ₂Ｙ²＋Ｃ₃Ｙ³＋Ｃ₄Ｙ⁴＋Ｃ₅Ｙ⁵＋・・（１１） 式（１０）において、Ｆ₁，Ｆ₃，Ｆ₅，・・、Ｇ₁，
Ｇ₃，Ｇ₅，・・等の係数に０以外の数値を代入すると、
副走査断面内の非円弧量が主走査方向に非対称となる。
すなわち、副非円弧面は、前述のように「副走査断面内
の形状が非円弧形状で、この副走査断面内の非円弧形状
が、主走査方向における副走査断面の位置に応じて変化
する面」であるが、式（１０）において、右辺の第１〜
２行は主走査方向の座標：Ｙのみの関数で「主走査断面
内の形状」を表す。また、右辺の第３行以下は、副走査
断面のＹ座標が決まると、Ｚの各次数の項の係数が一義
的に決まり、座標：Ｙにおける「副走査断面内の非円弧
形状」が定まる。尚、副非円弧面等の面形状に関する解
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。

【００６５】（実施例１）最初に挙げる実施例１は、図
２３に即して実施の形態を説明したマルチビーム方式の
光走査装置に用いられる走査光学系の具体例である。こ
こで図１に、図２３に示す光走査装置の光源１Ａから被
走査面９に至る光学系の主走査断面上の光学配置を示
す。 ・光源１Ａ：半導体レーザアレイ、発光源数：４、発光
源間隔（発光源ピッチ）：１４μｍ、波長：７８０ｎ
ｍ。 ・カップリングレンズ２：２群３枚構成（第２群は接合
レンズ）、 焦点距離：２２ｍｍ、カップリング作用：コリメート作
用。 ・アパーチャ３：開口形状：矩形。 ・シリンドリカルレンズ４、 副走査方向の焦点距離：１２６．１８ｍｍ。 ・ポリゴンミラー５、 偏向反射面数：５、内接円半径：２５ｍｍ。 ・光源側からの入射ビーム（副走査方向に直交する面へ
の射影状態における入射方向）と走査光学系の光軸がな
す角：６０度。 ・走査方法：１２００ｄｐｉ、５次飛び越し走査。 ・「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」 下記のデータ表記の記号につき説明すると、面番号をｉ
とし、ポリゴンミラーの偏向反射面を第０面（面番号：
ｉ＝０）、走査光学系のポリゴンミラー側のレンズ６の
入射側レンズ面を第１面（ｉ＝１）、出射側レンズ面を
第２面（ｉ＝２）、被走査面側のレンズ７の入射側レン
ズ面を第３面（ｉ＝３）、出射側レンズ面を第４面（ｉ
＝４）とする。また、曲率半径を、主走査方向につき
「Ｒ_m」、副走査方向につき「Ｒ_S」、屈折率を「ｎ」、
レンズの焦点距離を、主走査方向につき「ｆ_m」、副走
査方向につき「ｆ_S」で表す。尚、以下のデータにおけ
る「Ｒ_m、Ｒ_S」は、円弧形状以外については、「近軸曲
率半径」である。また、Ｘは面間隔、Ｙはシフト量（ポ
リゴンミラー５による偏向ビームの主光線が走査線と直
交する状態を基準として、レンズ光軸の「主走査方向に
おけるずれ量」を言い、図１において上方を正とする）
を表す。 i Ｒ_mi Ｒ_Si(0) Ｘ Ｙ ｎ ｆ_m ｆ_S 偏向反射面 0 ∞ ∞ 60.13 0.111 レンズ６ 1 -341.10 -51.33 33.02 0 1.52398 183.434 -1290.62 2 -77.86 -79.45 37.33 0 レンズ７ 3 -119.74 80.00 10.00 0 1.52398 -462.606 77.179 4 -149.50 -79.22 175.72 0

【００６６】上記レンズ６とレンズ７の各レンズ面（面
番号１〜４）の主走査方向と副走査方向の係数を表１〜
表４に挙げる。また、レンズ７の射出面（第４面）の副
走査方向の係数を、表５に挙げる。尚、表５において、
「Ｃ₀」とあるのは、式（１１）の右辺第１項の「Ｋ
_S(０)」を表している。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】

【表３】

【００７０】

【表４】

【００７１】

【表５】

【００７２】実施例１の走査光学系の中心像高の副走査
方向の横倍率：β₂は、 β₂＝１．３２０ であり、前述の条件（２）を満足する。図６に、実施例
１の発光源ｃｈ１（ＬＤアレイの最外発光源）に関する
像面湾曲（左図：実線は副走査方向、破線は主走査方
向）及び、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。 全走査領域：３２３ｍｍに対する、像面湾曲の幅は、 副走査方向：０．０９８ｍｍ／３２３ｍｍ 主走査方向：１．３４０ｍｍ／３２３ｍｍ であり、等速度特性は、 リニアリティ：０．０５０％／３２３ｍｍ であり、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、副走査像面湾曲は前述の条件（５）
を満足する。即ち、 （５） ０．０９８÷３２３＝０．０００３０３＜０．００５ である。

【００７３】図２には、中心像高の副走査方向の横倍
率：β₂に対する、任意像高の副走査方向横倍率：β_hの
変化を示す。 ｜β_h／β₂｜＝１．０００ であり、倍率変化についても前述の条件（４）を満足
し、極めて良好に補正されている。また、図３（ａ）に
はレンズ６の入射面（第１面）の副走査方向の曲率半径
の変化、図３（ｂ）にはレンズ６の射出面（第２面）の
副走査方向の曲率半径の変化、図４（ａ）にはレンズ７
の入射面（第３面）の副走査方向の曲率半径の変化、図
４（ｂ）にはレンズ７の射出面（第４面）の副走査方向
の曲率半径の変化を示す。これらの面のうち、第１面と
第４面は、主走査方向に対称に変化する面、第２面と第
３面は、主走査方向に非対称に変化する面である。

【００７４】図５には、実施例１の各レンズ面におい
て、そのレンズ面に入射する主光線の方向ベクトル：Ｉ
と、そのレンズ面に入射する主光線の入射位置でのレン
ズ面の放線ベクトル：Ｊの内積Ｉ・Ｊの変化を示す。４
つのレンズ面のうち、第２面、第３面、第４面が前述の
条件（１）を満足している。更に図７には、実施例１に
おける発光源ｃｈ１の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
スポット径の変動）」を示す。像高は±１５０ｍｍを等
間隔に分割した全２１像高で示した。（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３０μｍ程度を意図している。図に
示されているように、主・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。また、この実施例１では、走査光学系の副走査方向
の共役長（ポリゴンミラー５の偏向反射面から被走査面
９に至る距離）：３１６．２０ｍｍに対し、その半分の
長さ以上をバック長：１７５．７２ｍｍとしている。

【００７５】（実施例２）次に挙げる実施例２は、図２
３に即して実施の形態を説明したマルチビーム方式の光
走査装置に用いられる走査光学系の別の具体例である。
ここで図８に、図２３に示す光走査装置の光源１Ａから
被走査面９に至る光学系の主走査断面上の光学配置を示
す。 ・光源１Ａ：半導体レーザアレイ、 発光源数：４、発光源間隔（発光源ピッチ）：１４μ
ｍ、波長：７８０ｎｍ。 ・カップリングレンズ２：単レンズ構成、 焦点距離：２７ｍｍ、カップリング作用：コリメート作
用。 ・アパーチャ３：開口形状：矩形。 ・シリンドリカルレンズ４、 副走査方向の焦点距離：５８．６９ｍｍ。 ・ポリゴンミラー５、 偏向反射面数：５、内接円半径：２０ｍｍ。 ・光源側からの入射ビーム（副走査方向に直交する面へ
の射影状態における入射方向）と走査光学系の光軸とが
なす角：６０度。 ・走査方法：１２００ｄｐｉ、隣接走査。 ・「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」 下記のデータ表記の記号の意味は実施例１と同じであ
る。 i Ｒ_mi Ｒ_Si(0) Ｘ Ｙ ｎ ｆ_m ｆ_S 偏向反射面 0 ∞ ∞ 55.84 0.225 レンズ６ 1 -309.83 -42.49 30.94 0 1.52398 200.207 -81.794 2 -81.44 -3654.71 69.52 0.227 レンズ７ 3 -129.99 119.29 10.71 0 1.52398 -2093.66 69.037 4 -151.53 -50.75 149.20 0

【００７６】上記レンズ６とレンズ７の各レンズ面（面
番号１〜４）の主走査方向と副走査方向の係数を表６〜
表９に挙げる。また、レンズ７の射出面（第４面）の副
走査方向の係数を、表１０に挙げる。

【００７７】

【表６】

【００７８】

【表７】

【００７９】

【表８】

【００８０】

【表９】

【００８１】

【表１０】

【００８２】実施例２の走査光学系の中心像高の副走査
方向の横倍率：β₂は、 β₂＝０．７０４ であり、前述の条件（２）を満足する。図１３に、実施
例２の発光源ｃｈ１（ＬＤアレイの最外発光源）に関す
る像面湾曲（左図：実線は副走査方向、破線は主走査方
向）及び、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。 全走査領域：３２３ｍｍに対する、像面湾曲の幅は、 副走査方向：０．０６５ｍｍ／３２３ｍｍ 主走査方向：０．１０５ｍｍ／３２３ｍｍ であり、等速度特性は、 リニアリティ：０．０８８％／３２３ｍｍ であり、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、副走査像面湾曲は前述の条件（５）
を満足する。即ち、 （５） ０．０６５÷３２３＝０．０００２０１＜０．００５ である。

【００８３】図９には、中心像高の副走査方向の横倍
率：β₂に対する、任意像高の副走査方向横倍率：β_hの
変化を示す。 ０．９９８≦｜β_h／β₂｜≦１．０００ であり、倍率変化についても前述の条件（４）を満足
し、極めて良好に補正されている。また、図１０（ａ）
にはレンズ６の入射面（第１面）の副走査方向の曲率半
径の変化、図１０（ｂ）にはレンズ６の射出面（第２
面）の副走査方向の曲率半径の変化、図１１（ａ）には
レンズ７の入射面（第３面）の副走査方向の曲率半径の
変化、図１１（ｂ）にはレンズ７の射出面（第４面）の
副走査方向の曲率半径の変化を示す。これらの面のう
ち、第１面と第４面は、主走査方向に対称に変化する
面、第２面と第３面は、主走査方向に非対称に変化する
面である。

【００８４】図１２には、実施例２の各レンズ面におい
て、そのレンズ面に入射する主光線の方向ベクトル：Ｉ
と、そのレンズ面に入射する主光線の入射位置でのレン
ズ面の放線ベクトル：Ｊの内積Ｉ・Ｊの変化を示す。４
つのレンズ面のうち、第２面、第３面、第４面が前述の
条件（１）を満足している。図１４には、実施例２にお
ける発光源ｃｈ１の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
ポット径の変動）」を示す。像高は±１５０ｍｍを等間
隔に分割した全２１像高で示した。（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２
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３０μｍ程度を意図している。図に
示されているように、主・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。また、この実施例２では、走査光学系の副走査方向
の共役長（ポリゴンミラー５の偏向反射面から被走査面
９に至る距離）：３１６．２１ｍｍに対し、その半分近
い長さをバック長：１４９．２０ｍｍとしている。

【００８５】（実施例３）次に挙げる実施例３は、図２
２に即して実施の形態を説明したシングルビーム方式の
光走査装置に用いられる走査光学系の具体例である。こ
こで図１５に、図２２に示す光走査装置の光源１から被
走査面９に至る光学系の主走査断面上の光学配置を示
す。 ・光源１：半導体レーザ、 発光源数：１、波長：６５５ｎｍ。 ・カップリングレンズ２：２群３枚構成（第２群は接合
レンズ）、 焦点距離：２２ｍｍ、カップリング作用：コリメート作
用。 ・アパーチャ３：開口形状：矩形。 ・シリンドリカルレンズ４、 副走査方向の焦点距離：７０ｍｍ。 ・ポリゴンミラー５、 偏向反射面数：５、内接円半径：２５ｍｍ。 ・光源側からの入射ビーム（副走査方向に直交する面へ
の射影状態における入射方向）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」 下記のデータ表記の記号の意味は実施例１と同じであ
る。 i Ｒ_mi Ｒ_Si(0) Ｘ Ｙ ｎ ｆ_m ｆ_S 偏向反射面 0 ∞ ∞ 45.53 0.077 レンズ６ 1 -254.44 -44.08 36.22 0 1.52716 214.376 -729.461 2 -82.10 -63.91 53.34 0.069 レンズ７ 3 -271.24 -35.66 12.50 0 1.52716 -1.783E10 80.972 4 -275.56 -21.78 168.62 0

【００８６】上の表記において、「E10」は、「×１０
¹⁰」を意味する。上記レンズ６とレンズ７の各レンズ面
（面番号１〜４）の主走査方向と副走査方向の係数を表
１１〜表１４に挙げる。また、レンズ７の射出面（第４
面）の副走査方向の係数を、表１５に挙げる。

【００８７】

【表１１】

【００８８】

【表１２】

【００８９】

【表１３】

【００９０】

【表１４】

【００９１】

【表１５】

【００９２】実施例３の走査光学系の中心像高の副走査
方向の横倍率：β₂は、 β₂＝１．１１６ であり、前述の条件（２）を満足する。図２０に、実施
例３に関する像面湾曲（左図：実線は副走査方向、破線
は主走査方向）及び、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。 全走査領域：３２３ｍｍに対する、像面湾曲の幅は、 副走査方向：０．００９ｍｍ／３２３ｍｍ 主走査方向：０．１０４ｍｍ／３２３ｍｍ であり、等速度特性は、 リニアリティ：０．２０７％／３２３ｍｍ であり、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、副走査像面湾曲は前述の条件（５）
を満足する。即ち、 （５） ０．００９÷３２３＝０．００００２８＜０．００５ である。

【００９３】図１６には、中心像高の副走査方向の横倍
率：β₂に対する、任意像高の副走査方向横倍率：β_hの
変化を示す。 ｜β_h／β₂｜＝１．０００ であり、倍率変化についても前述の条件（４）を満足
し、極めて良好に補正されている。また、図１７（ａ）
にはレンズ６の入射面（第１面）の副走査方向の曲率半
径の変化、図１７（ｂ）にはレンズ６の射出面（第２
面）の副走査方向の曲率半径の変化、図１８（ａ）には
レンズ７の入射面（第３面）の副走査方向の曲率半径の
変化、図１８（ｂ）にはレンズ７の射出面（第４面）の
副走査方向の曲率半径の変化を示す。これらの面のう
ち、第１面と第４面は、主走査方向に対称に変化する
面、第２面と第３面は、主走査方向に非対称に変化する
面である。

【００９４】更に、実施例３では、 第１面：｜ｒ｜_min／｜ｒ｜_max＝０．９２３ 第２面：｜ｒ｜_min／｜ｒ｜_max＝０．７０７ 第３面：｜ｒ｜_min／｜ｒ｜_max＝０．８１０ 第４面：｜ｒ｜_min／｜ｒ｜_max＝０．９８１ のように、全ての面において条件（３）を満足する。こ
のため実施例１、実施例２と比較して、曲率半径の公差
によるパワー変動の影響が小さく、副走査像面湾曲変動
が起きにくくなっている。

【００９５】図１９には、実施例３の各レンズ面におい
て、そのレンズ面に入射する主光線の方向ベクトル：Ｉ
と、そのレンズ面に入射する主光線の入射位置でのレン
ズ面の放線ベクトル：Ｊの内積Ｉ・Ｊの変化を示す。４
つのレンズ面のうち、第２面、第３面、第４面が前述の
条件（１）を満足している。図２１には、実施例３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径の変
動）」を示す。像高は±１５０ｍｍを等間隔に分割した
全２１像高で示した。（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３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３０μｍ程度を意図している。図に示されているよ
うに、主・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。また、この実
施例３では、走査光学系の副走査方向の共役長（ポリゴ
ンミラー５の偏向反射面から被走査面９に至る距離）：
３１６．２１ｍｍに対し、その半分の長さ以上をバック
長：１６８．６２ｍｍとしている。

【００９６】尚、上記各実施例において、走査光学系の
副走査方向のＦナンバーは、大きくても２８近傍であ
り、従来技術、例えば特開平８−２９７２５６号公報で
提案されたマルチビーム走査光学系のＦナンバー：５２
〜７３．５に比して明るく、ビームスポット径を「より
小さく絞る」ことができ、高密度化を図れる。また、上
記各実施例では、走査光学系の２枚のレンズ６，７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
使ってもよく、また、プラスチック材料とガラス材料を
組み合わせてもよい。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、新規な走査光学系と光走査装置及び画像形成装置を
実現することができる。この発明の走査光学系は、副走
査方向において光偏向器側から順に、負・正の屈折力分
配とした「レトロフォーカス型」であり、実際のレンズ
配置におけるよりも被走査面側に「副走査方向の後側主
点」を配置できるので、シングルビーム方式とマルチビ
ーム方式とを問わず、長いバック長を確保することがで
きる。また、副非円弧面を採用して波面収差を有効に補
正することにより、５０μｍ程度以下の小径の光スポッ
トを安定して得ることができる。また、この発明の光走
査装置は、上記走査光学系を用いて、小径の安定した光
スポットにより書込密度の高い良好な書込を実現するこ
とができる。そして、このような走査光学系をマルチビ
ーム方式の光走査装置に用いることにより、走査線ピッ
チを機械的変動に対して安定ならしめ、高密度化に適応
できる良好なマルチビーム方式の光走査を実現すること
が可能となる。更に、この発明の画像形成装置は、上記
の性能良好な光走査装置を用いることにより、良好な画
像形成の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の走査光学系に関する光学配置を示す
図である。

【図２】実施例１の走査光学系の中心像高の副走査方向
の横倍率：β₂に対する、任意像高の副走査方向の横倍
率:β_hの変化を示す図である。

【図３】実施例１の走査光学系の、第１面及び第２面
の、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化の様子
を示す図である。

【図４】実施例１の走査光学系の、第３面及び第４面
の、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化の様子
を示す図である。

【図５】実施例１の走査光学系の各レンズ面において、
各レンズ面に入射する主光線の方向ベクトル：Ｉと、そ
のレンズ面に入射する主光線の入射位置でのレンズ面の
放線ベクトル：Ｊの内積Ｉ・Ｊの変化を示す図である。

【図６】実施例１の走査光学系に関する像面湾曲と等速
度特性を示す図である。

【図７】実施例１の走査光学系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８】実施例２の走査光学系に関する光学配置を示す
図である。

【図９】実施例２の走査光学系の中心像高の副走査方向
の横倍率：β₂に対する、任意像高の副走査方向の横倍
率:β_hの変化を示す図である。

【図１０】実施例２の走査光学系の、第１面及び第２面
の、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化の様子
を示す図である。

【図１１】実施例２の走査光学系の、第３面及び第４面
の、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化の様子
を示す図である。

【図１２】実施例２の走査光学系の各レンズ面におい
て、各レンズ面に入射する主光線の方向ベクトル：Ｉ
と、そのレンズ面に入射する主光線の入射位置でのレン
ズ面の放線ベクトル：Ｊの内積Ｉ・Ｊの変化を示す図で
ある。

【図１３】実施例２の走査光学系に関する像面湾曲と等
速度特性を示す図である。

【図１４】実施例２の走査光学系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１５】実施例３の走査光学系に関する光学配置を示
す図である。

【図１６】実施例３の走査光学系の中心像高の副走査方
向の横倍率：β₂に対する、任意像高の副走査方向の横
倍率:β_hの変化を示す図である。

【図１７】実施例３の走査光学系の、第１面及び第２面
の、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化の様子
を示す図である。

【図１８】実施例３の走査光学系の、第３面及び第４面
の、副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化の様子
を示す図である。

【図１９】実施例３の走査光学系の各レンズ面におい
て、各レンズ面に入射する主光線の方向ベクトル：Ｉ
と、そのレンズ面に入射する主光線の入射位置でのレン
ズ面の放線ベクトル：Ｊの内積Ｉ・Ｊの変化を示す図で
ある。

【図２０】実施例３の走査光学系に関する像面湾曲と等
速度特性を示す図である。

【図２１】実施例３の走査光学系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２２】シングルビーム方式の光走査装置の実施の１
形態を示す斜視図である。

【図２３】マルチビーム方式の光走査装置の実施の１形
態を示す斜視図である。

【図２４】マルチビーム方式の光走査装置の実施の別形
態を示す斜視図である。

【図２５】画像形成装置の実施の１形態を示す概略要部
構成図である。

【符号の説明】

１ 光源（半導体レーザ） １Ａ 光源（半導体レーザアレイ） ２ カップリングレンズ ３ アパーチャ ４ 線像結像光学系（シリンドリカルレンズ） ５ 光偏向器（ポリゴンミラー） ６，７ 走査光学系を構成するレンズ ９ 被走査面 １００ 像担持体（感光体） １１４ 光走査装置 １１６ 現像手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 厚海 広道 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 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 Ｆターム(参考） 2H045 AA01 BA23 CA04 CA68

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光偏向器により偏向されるビームを被走査
   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、 ２枚のレンズにより構成され、 光偏向器側のレンズは、主走査方向に正の屈折力、副走
   査方向に負の屈折力を有し、 被走査面側のレンズは、主走査方向に負の屈折力、副走
   査方向に正の屈折力を有し、 上記光偏向器側のレンズの少なくとも１つのレンズ面に
   おいては、主走査断面内の形状が非円弧形状であり、 上記被走査面側のレンズの少なくとも１つのレンズ面に
   おいては、主走査断面内の形状が非円弧形状であり、 上記光偏向器側のレンズの少なくとも１つのレンズ面に
   おいては、主・副走査方向の曲率半径が異なり、 上記被走査面側のレンズの少なくとも１つのレンズ面に
   おいては、主・副走査方向の曲率半径が異なることを特
   徴とする走査光学系。
2. 【請求項２】請求項１記載の走査光学系において、 光偏向器側のレンズ及び、被走査面側のレンズの主走査
   断面内の形状が、光偏向器側に凹面を向けたメニスカス
   形状であることを特徴とする走査光学系。
3. 【請求項３】請求項２記載の走査光学系において、 上記２枚のレンズの４つのレンズ面のうち、少なくとも
   １つのレンズ面は、有効書込範囲内において、そのレン
   ズ面に入射する主光線の方向ベクトル：Ｉと、そのレン
   ズ面に入射する主光線の入射位置でのレンズ面の放線ベ
   クトル：Ｊが、条件： （１） ０．９＜｜Ｉ・Ｊ｜≦１．０ を満足することを特徴とする走査光学系。
4. 【請求項４】請求項１または２または３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：β
   ₂が、条件： （２） ０．５≦｜β₂｜≦２．０ を満足することを特徴とする走査光学系。
5. 【請求項５】請求項１〜４の何れか１つに記載の走査光
   学系において、 偏向反射面近傍と被走査面位置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ことを特徴とする走査光学系。
6. 【請求項６】請求項５記載の走査光学系において、 上記２枚のレンズの４つのレンズ面の全てにおいて、主
   ・副走査方向の曲率半径が異なることを特徴とする走査
   光学系。
7. 【請求項７】請求項１〜６の何れか１つに記載の走査光
   学系において、 上記２枚のレンズの４つのレンズ面のうち、少なくとも
   ２つのレンズ面は、副走査方向の曲率半径が主走査方向
   に変化する特殊トロイダル面であることを特徴とする走
   査光学系。
8. 【請求項８】請求項７記載の走査光学系において、 上記特殊トロイダル面である少なくとも２つのレンズ面
   は、有効書込範囲内において、副走査方向の曲率半径の
   最大値：｜ｒ｜_maxと、副走査方向の曲率半径の最小
   値：｜ｒ｜_minが、条件： （３） ０．５＜｜ｒ｜_min／｜ｒ｜_max≦１．０ を満足することを特徴とする走査光学系。
9. 【請求項９】請求項７または８記載の走査光学系におい
   て、 上記特殊トロイダル面である少なくとも２つのレンズ面
   が、面間に空気間隔を有することを特徴とする走査光学
   系。
10. 【請求項１０】請求項７または８または９記載の走査光
    学系において、 上記特殊トロイダル面である少なくとも２つのレンズ面
    のうち、少なくとも１つのレンズ面は、副走査方向の曲
    率半径の変化が主走査方向に非対称であることを特徴と
    する走査光学系。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０の何れか１つに記載の走
    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と、任意の
    像高における副走査方向の横倍率：β_hが、条件： ０．９≦｜β_h／β₂｜≦１．１ を満足することを特徴とする走査光学系。
12. 【請求項１２】請求項１〜１１の何れか１つに記載の走
    査光学系において、 有効書込幅：Ｗと、有効書込幅における副走査像面湾曲
    の幅：Ｆ_Sが、条件： （５） Ｆ_S／Ｗ＜０．００５ を満足することを特徴とする走査光学系。
13. 【請求項１３】請求項１〜１２の何れか１つに記載の走
    査光学系において、 上記２枚のレンズのレンズ面のうち、少なくとも１つの
    レンズ面は、副走査断面内の形状が非円弧形状である副
    非円弧面であることを特徴とする走査光学系。
14. 【請求項１４】請求項１３記載の走査光学系において、 上記副非円弧面は、その非円弧形状が、主走査方向にお
    ける副走査断面の位置に応じて変化する面であることを
    特徴とする走査光学系。
15. 【請求項１５】請求項１〜１４の何れか１つに記載の走
    査光学系において、 被走査面上の光スポットのスポット径を、その光スポッ
    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強度で定義するとき、そのスポット径が、主・
    副走査方向とも有効書込範囲内において５０μｍ以下と
    なる範囲を有するような結像性能を持つことを特徴とす
    る走査光学系。
16. 【請求項１６】請求項１３または１４または１５記載の
    走査光学系において、 副非円弧面の、副走査断面内における非円弧形状の、円
    弧からのずれ量である非円弧量が、主走査方向に非対称
    に変化することを特徴とする走査光学系。
17. 【請求項１７】請求項１〜１６の何れか１つに記載の走
    査光学系において、 光偏向器により同時に偏向される複数ビームを、被走査
    面上に複数の光スポットとして集光するために用いられ
    ることを特徴とする走査光学系。
18. 【請求項１８】光源からのビームを、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
    されたビーム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、偏向ビームを
    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、上記被走査面を走査するシングルビーム方式の光
    走査装置において、 上記走査光学系として、請求項１〜１６の何れか１つに
    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。
19. 【請求項１９】複数の発光源からのビームを、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ビームを共通の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、各偏向ビー
    ム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の走査線を同時に走査するマ
    ルチビーム方式の光走査装置において、 複数の偏向ビームに共通の走査光学系として、請求項１
    ７記載の走査光学系を用いたことを特徴とするマルチビ
    ーム方式の光走査装置。
20. 【請求項２０】請求項１９記載のマルチビーム方式の光
    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マ
    ルチビーム方式の光走査装置。
21. 【請求項２１】請求項２０記載の光走査装置において、 上記半導体レーザアレイの発光源の間隔が１０μｍ以上
    であることを特徴とするマルチビーム方式の光走査装
    置。
22. 【請求項２２】感光性の像担持体の被走査面に対して光
    走査手段による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、 上記像担持体の被走査面の走査を行う光走査手段とし
    て、請求項１８〜２１の何れか１つ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。