JP2001249293A - 光走査装置・走査光学系・光走査方法・画像形成装置 - Google Patents
光走査装置・走査光学系・光走査方法・画像形成装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光走査の光源として発光波長の短いものを用い
て、光スポット径を小径化し、なおかつ、必要とする焦
点深度を確保する。 【解決手段】光源１側からの光束を、アパーチュア３に
よりビーム整形し、光偏向器５により偏向させ、偏向光
束を走査結像光学系６，７により被走査面８に向けて集
光し、被走査面上に光スポットを形成し、被走査面８を
光走査する光走査装置において、光源１の放射する光束
の波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲にあり、光スポットの所望のスポット径：φと波
長：λとが条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する。
て、光スポット径を小径化し、なおかつ、必要とする焦
点深度を確保する。 【解決手段】光源１側からの光束を、アパーチュア３に
よりビーム整形し、光偏向器５により偏向させ、偏向光
束を走査結像光学系６，７により被走査面８に向けて集
光し、被走査面上に光スポットを形成し、被走査面８を
光走査する光走査装置において、光源１の放射する光束
の波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲にあり、光スポットの所望のスポット径：φと波
長：λとが条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光走査装置・走
査光学系・光走査方法・画像形成装置に関する。
査光学系・光走査方法・画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光走査装置は、デジタル複写機や光プリ
ンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に広く実施さ
れている。近来、画像形成装置の形成する画像の像質に
対する要求が厳しくなり、それに伴ない、光走査装置の
性能向上が求められている。光走査装置による光書込み
で形成される画像の像質を直截に左右する要因の一つに
「書込み密度」がある。書込み密度が高くなるほど、形
成される画像の解像度が高く、鮮明で滑らかな画像を形
成することができる。書込み密度を高めるには、光走査
装置が被走査面上に形成する光スポットのスポット径を
小径化する必要がある。スポット径は理想的には、光ス
ポットを形成する偏向光束のビームスポット径である
が、像面湾曲が存在すると、偏向光束の像面と被走査面
とを完全に合致させることはできず、像面湾曲に応じて
スポット径が像高と伴に変動することになる。従って、
スポット径変動量の小さい「安定した光スポット」を実
現するには走査光学系の像面湾曲を良好に補正する必要
があり、従来、像面湾曲を良好に補正した走査光学系は
多数知られている。光走査装置の光学系を実際に組み立
てる際には、組み立ての精度誤差が不可避的に発生する
ので、設計上で像面湾曲を良好に補正したとしても、走
査光学系の像面は設計通りに被走査面と合致するとは限
らない。組み立て誤差等の影響で、像面と被走査面とが
乖離すると、被走査面上に形成される光スポットのスポ
ット径は一般に、設計上のスポット径よりも大きくな
る。従って、光走査装置の走査光学系を設計するに際し
ては、組み立て誤差や加工誤差に起因する像面と被走査
面との「ある程度の乖離」を前提とし、上記像面が被走
査面とずれても、被走査面上の光スポットのスポット径
変動が「許容範囲」に収まるようにすることが行われ
る。上述したように、走査光束のビームウエスト位置は
像面上にある。従って、ビームウエスト位置と実際の被
走査面とのずれは「デフォーカス」と呼ばれる。デフォ
ーカスによるスポット径変化が許容範囲に収まるデフォ
ーカスの範囲を「深度余裕」と呼び、デフォーカスとス
ポット径との関係を示す特性線図を「深度曲線」と呼ん
でいる。
ンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に広く実施さ
れている。近来、画像形成装置の形成する画像の像質に
対する要求が厳しくなり、それに伴ない、光走査装置の
性能向上が求められている。光走査装置による光書込み
で形成される画像の像質を直截に左右する要因の一つに
「書込み密度」がある。書込み密度が高くなるほど、形
成される画像の解像度が高く、鮮明で滑らかな画像を形
成することができる。書込み密度を高めるには、光走査
装置が被走査面上に形成する光スポットのスポット径を
小径化する必要がある。スポット径は理想的には、光ス
ポットを形成する偏向光束のビームスポット径である
が、像面湾曲が存在すると、偏向光束の像面と被走査面
とを完全に合致させることはできず、像面湾曲に応じて
スポット径が像高と伴に変動することになる。従って、
スポット径変動量の小さい「安定した光スポット」を実
現するには走査光学系の像面湾曲を良好に補正する必要
があり、従来、像面湾曲を良好に補正した走査光学系は
多数知られている。光走査装置の光学系を実際に組み立
てる際には、組み立ての精度誤差が不可避的に発生する
ので、設計上で像面湾曲を良好に補正したとしても、走
査光学系の像面は設計通りに被走査面と合致するとは限
らない。組み立て誤差等の影響で、像面と被走査面とが
乖離すると、被走査面上に形成される光スポットのスポ
ット径は一般に、設計上のスポット径よりも大きくな
る。従って、光走査装置の走査光学系を設計するに際し
ては、組み立て誤差や加工誤差に起因する像面と被走査
面との「ある程度の乖離」を前提とし、上記像面が被走
査面とずれても、被走査面上の光スポットのスポット径
変動が「許容範囲」に収まるようにすることが行われ
る。上述したように、走査光束のビームウエスト位置は
像面上にある。従って、ビームウエスト位置と実際の被
走査面とのずれは「デフォーカス」と呼ばれる。デフォ
ーカスによるスポット径変化が許容範囲に収まるデフォ
ーカスの範囲を「深度余裕」と呼び、デフォーカスとス
ポット径との関係を示す特性線図を「深度曲線」と呼ん
でいる。
【０００３】上述したところに鑑みると、実際的見地か
らした「良好な走査光学系」というのは、その設計上の
光学性能が良好であると共に、組み立てや加工に「過大
な精度」が要求されないように、適度の深度余裕を併せ
持った光学系であるということができる。良好な走査光
学系で、かつ、小径の光スポットを実現したものとし
て、特開平１０−２３２３５８号公報に記載されたもの
が知られている。この光学系は、偏向光束を被走査面に
向かって集光させる走査結像光学系が３〜４枚のレンズ
で構成され、使用波長：７８０ｎｍに対し、３０μｍと
いう極めて小径の光スポットを実現し、深度余裕も１ｍ
ｍを達成している。 深度余裕：略１ｍｍ以上を確保しつつ、光スポットを更
に小径化することは、７００ｎｍ以上の使用波長では極
めて困難であると考えられる。光スポットの小径化に
は、良く知られたように短波長の光束を用いることが有
効である。原理的には、光スポットのスポット径は使用
波長に比例的に小さくできる。光走査装置の光源として
一般的な半導体レーザでも、近来、発光波長は短くなっ
て「４００ｎｍあるいはそれ以下の短波長」も実現され
つつあり、エキシマレーザでは既に２００ｎｍの発光波
長が実現されている。短波長の光源を用いれば原理的に
は光スポットを小径化できるが、単純に光スポットを小
径化すると、それに伴ない深度余裕も狭くなる。従来、
６００ｎｍよりも短い波長の光源を用いて光スポット径
を小径化し、なおかつ「必要とされる深度余裕」を確保
すること、すなわち「短波長による光スポットの小径化
と十分な深度余裕とを両立させる技術」は知られていな
い。
らした「良好な走査光学系」というのは、その設計上の
光学性能が良好であると共に、組み立てや加工に「過大
な精度」が要求されないように、適度の深度余裕を併せ
持った光学系であるということができる。良好な走査光
学系で、かつ、小径の光スポットを実現したものとし
て、特開平１０−２３２３５８号公報に記載されたもの
が知られている。この光学系は、偏向光束を被走査面に
向かって集光させる走査結像光学系が３〜４枚のレンズ
で構成され、使用波長：７８０ｎｍに対し、３０μｍと
いう極めて小径の光スポットを実現し、深度余裕も１ｍ
ｍを達成している。 深度余裕：略１ｍｍ以上を確保しつつ、光スポットを更
に小径化することは、７００ｎｍ以上の使用波長では極
めて困難であると考えられる。光スポットの小径化に
は、良く知られたように短波長の光束を用いることが有
効である。原理的には、光スポットのスポット径は使用
波長に比例的に小さくできる。光走査装置の光源として
一般的な半導体レーザでも、近来、発光波長は短くなっ
て「４００ｎｍあるいはそれ以下の短波長」も実現され
つつあり、エキシマレーザでは既に２００ｎｍの発光波
長が実現されている。短波長の光源を用いれば原理的に
は光スポットを小径化できるが、単純に光スポットを小
径化すると、それに伴ない深度余裕も狭くなる。従来、
６００ｎｍよりも短い波長の光源を用いて光スポット径
を小径化し、なおかつ「必要とされる深度余裕」を確保
すること、すなわち「短波長による光スポットの小径化
と十分な深度余裕とを両立させる技術」は知られていな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、光走査の
光源として発光波長の短いものを用いて、光スポット径
を小径化し、なおかつ、必要とする深度余裕を確保する
ことを課題とする。
光源として発光波長の短いものを用いて、光スポット径
を小径化し、なおかつ、必要とする深度余裕を確保する
ことを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の光走査装置は
「光源側からの光束を、アパーチュアによりビーム整形
し、光偏向器により偏向させ、偏向光束を走査結像光学
系により被走査面に向けて集光し、被走査面上に光スポ
ットを形成し、被走査面を光走査する光走査装置」であ
って、以下の点を特徴とする（請求項１）。即ち、光源
の放射する光束の波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲にあり、光スポットの所望のスポット径：φと波
長：λとが条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する。スポット径：φは、この明細書においては
「光スポットの強度分布の最大値を１に規格化したと
き、強度が１/ｅ2以上となる領域の径」を言う。条件
（２）に基づけば、波長：λ＝６００ｎｍのときスポッ
ト径：φの範囲は１７．３〜６０μｍであり、波長：λ
＝３５０ｎｎのときスポット径：φの範囲は１３．２〜
４６μｍであり、この範囲のスポット径を持つ光スポッ
トを実用的な深度余裕で実現できる。請求項１記載の光
走査装置において、波長：λの範囲を上記の（１）式の
範囲よりも更に狭め、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ とし、光スポットの所望のスポット径：φと波長：λと
が上記（２）式よりも更に狭い条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足するようにし、且つ、射出瞳面上における波面収
差の２乗和平均(ルートミーンスクエア)：ＲＭＳ（波面
収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足するようにする（請求項２）ことにより、「より
小径」で良好な光スポットを実現できる。
「光源側からの光束を、アパーチュアによりビーム整形
し、光偏向器により偏向させ、偏向光束を走査結像光学
系により被走査面に向けて集光し、被走査面上に光スポ
ットを形成し、被走査面を光走査する光走査装置」であ
って、以下の点を特徴とする（請求項１）。即ち、光源
の放射する光束の波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲にあり、光スポットの所望のスポット径：φと波
長：λとが条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する。スポット径：φは、この明細書においては
「光スポットの強度分布の最大値を１に規格化したと
き、強度が１/ｅ2以上となる領域の径」を言う。条件
（２）に基づけば、波長：λ＝６００ｎｍのときスポッ
ト径：φの範囲は１７．３〜６０μｍであり、波長：λ
＝３５０ｎｎのときスポット径：φの範囲は１３．２〜
４６μｍであり、この範囲のスポット径を持つ光スポッ
トを実用的な深度余裕で実現できる。請求項１記載の光
走査装置において、波長：λの範囲を上記の（１）式の
範囲よりも更に狭め、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ とし、光スポットの所望のスポット径：φと波長：λと
が上記（２）式よりも更に狭い条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足するようにし、且つ、射出瞳面上における波面収
差の２乗和平均(ルートミーンスクエア)：ＲＭＳ（波面
収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足するようにする（請求項２）ことにより、「より
小径」で良好な光スポットを実現できる。
【０００６】なお「射出瞳面」は、アパーチュアよりも
被走査面側にある光学系によるアパーチュアの像(開口
形状の像)の位置である。また、射出瞳面上における波
面収差の２乗和平均：ＲＭＳ（波面収差）は、上記射出
瞳面位置における光束の波面を、互いに面積（微小面
積）の等しいＮ個の「面積素」に分割し、ｉ番目の面積
素における最大波面収差：Ｗｉ（ｉ＝１，２，
３，．．．，Ｎ）から、周知のルートミーンスクエアの
定義に従って算出されるものである。波面を面積素に分
割する方法は、碁盤の目のように桝目状に分割する方法
や、互いに面積の等しい同心円状や同心楕円状に分割す
る方法があり、その何れでもよいが、分割数：Ｎは１０
０以上であることが好ましい。この程度に分割数：Ｎが
大きくなると、ＲＭＳ（波面収差）は、面積素への分割
の仕方に実質的に依存しなくなる。上記請求項１または
２に記載の光走査装置においては、主走査面（理想的に
偏向された偏向光束の主光線が掃引する平面）内におけ
る被走査面法線と走査光束とのなす角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足することが好ましい。なお、アパーチュアにおけ
る開口形状は「矩形形状」を基本とするが、矩形形状の
４隅を滑らかに曲線化した小判型形状や、６角形状、８
角形状、円形や楕円形状等も許容される。上記請求項１
または２または３記載の光走査装置において、光源とし
て「半導体レーザ」を用いることができる（請求項
４）。この場合、光源から放射される発散性の光束をカ
ップリング光学系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光束をアパーチュアによりビー
ム整形するように構成できる（請求項５）。上記カップ
リング光学系としては、カップリングミラーを用いるこ
ともできるが、カップリングレンズや回折光子を用いる
こともできる。カップリング光学系の作用は、半導体レ
ーザからの発散性の光束を「発散性を弱めた発散光束」
とする作用でもよいし、「平行光束」に変換する作用で
もよく、さらには「集束光束」とする作用でも良い。
被走査面側にある光学系によるアパーチュアの像(開口
形状の像)の位置である。また、射出瞳面上における波
面収差の２乗和平均：ＲＭＳ（波面収差）は、上記射出
瞳面位置における光束の波面を、互いに面積（微小面
積）の等しいＮ個の「面積素」に分割し、ｉ番目の面積
素における最大波面収差：Ｗｉ（ｉ＝１，２，
３，．．．，Ｎ）から、周知のルートミーンスクエアの
定義に従って算出されるものである。波面を面積素に分
割する方法は、碁盤の目のように桝目状に分割する方法
や、互いに面積の等しい同心円状や同心楕円状に分割す
る方法があり、その何れでもよいが、分割数：Ｎは１０
０以上であることが好ましい。この程度に分割数：Ｎが
大きくなると、ＲＭＳ（波面収差）は、面積素への分割
の仕方に実質的に依存しなくなる。上記請求項１または
２に記載の光走査装置においては、主走査面（理想的に
偏向された偏向光束の主光線が掃引する平面）内におけ
る被走査面法線と走査光束とのなす角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足することが好ましい。なお、アパーチュアにおけ
る開口形状は「矩形形状」を基本とするが、矩形形状の
４隅を滑らかに曲線化した小判型形状や、６角形状、８
角形状、円形や楕円形状等も許容される。上記請求項１
または２または３記載の光走査装置において、光源とし
て「半導体レーザ」を用いることができる（請求項
４）。この場合、光源から放射される発散性の光束をカ
ップリング光学系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光束をアパーチュアによりビー
ム整形するように構成できる（請求項５）。上記カップ
リング光学系としては、カップリングミラーを用いるこ
ともできるが、カップリングレンズや回折光子を用いる
こともできる。カップリング光学系の作用は、半導体レ
ーザからの発散性の光束を「発散性を弱めた発散光束」
とする作用でもよいし、「平行光束」に変換する作用で
もよく、さらには「集束光束」とする作用でも良い。
【０００７】上記請求項５記載の光走査装置では、カッ
プリング光学系をカップリングレンズとし、カップリン
グ作用をコリメート作用とすることができる（請求項
６）。また、上記請求項５または６記載の光走査装置に
おいて、光偏向器を「偏向反射面を有する回転鏡（回転
単面鏡、回転２面鏡、回転多面鏡）」とし、カップリン
グされた光束を偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線
像に結像させる線像結像光学系を有することができる
（請求項７）。光源としては、上記半導体レーザ以外
に、例えば前述のエキシマレーザや各種のガスレーザ・
個体レーザ、ＬＥＤ等を用いることができる。上記「線
像結像光学系」としては、凸のシリンドリカルレンズや
凹のシリンドリカルミラーを用いることができる。光偏
向器としても、上記回転鏡以外に「ガルバノミラー等の
揺動鏡」を用いることができる。光偏向器により偏向さ
れた偏向光束を被走査面に向けて集光させる「走査結像
光学系」は、１枚以上のレンズで構成することもできる
し、結像機能を有する１面以上の結像ミラーで構成する
こともでき、また、１枚以上のレンズと１面以上の結像
ミラーの混成系として構成することもできる。この発明
の走査光学系は「光源側からの光束を、アパーチュアに
よりビーム整形し、光偏向器により偏向させ、偏向光束
を走査結像光学系により被走査面に向けて集光し、被走
査面上に光スポットを形成し、上記被走査面を光走査す
る光走査装置において、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲内の所定波長：λの光を放射する光源からの光束
を、被走査面に導光して光スポットを形成する光学系」
であって、少なくとも、アパーチュアと、光偏向器と、
走査結像光学系とを有する（請求項８）。これら、アパ
ーチュア、光偏向器、走査結像光学系は、前述した如き
ものである。上記アパーチュアよりも被走査面側にある
光学系の射出瞳（該光学系による開口形状の像）から、
走査結像光学系の像面（理想的な場合には被走査面と合
致する）までの距離をｆ、アパーチュアの「射出瞳面上
の径」を２ａとするとき、所定波長：λ、ｆ、ａが、光
スポットの所望のスポット径：φに対し、条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ （７） φ＝０．７λ／（ｆ/ａ） を満足する。
プリング光学系をカップリングレンズとし、カップリン
グ作用をコリメート作用とすることができる（請求項
６）。また、上記請求項５または６記載の光走査装置に
おいて、光偏向器を「偏向反射面を有する回転鏡（回転
単面鏡、回転２面鏡、回転多面鏡）」とし、カップリン
グされた光束を偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線
像に結像させる線像結像光学系を有することができる
（請求項７）。光源としては、上記半導体レーザ以外
に、例えば前述のエキシマレーザや各種のガスレーザ・
個体レーザ、ＬＥＤ等を用いることができる。上記「線
像結像光学系」としては、凸のシリンドリカルレンズや
凹のシリンドリカルミラーを用いることができる。光偏
向器としても、上記回転鏡以外に「ガルバノミラー等の
揺動鏡」を用いることができる。光偏向器により偏向さ
れた偏向光束を被走査面に向けて集光させる「走査結像
光学系」は、１枚以上のレンズで構成することもできる
し、結像機能を有する１面以上の結像ミラーで構成する
こともでき、また、１枚以上のレンズと１面以上の結像
ミラーの混成系として構成することもできる。この発明
の走査光学系は「光源側からの光束を、アパーチュアに
よりビーム整形し、光偏向器により偏向させ、偏向光束
を走査結像光学系により被走査面に向けて集光し、被走
査面上に光スポットを形成し、上記被走査面を光走査す
る光走査装置において、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲内の所定波長：λの光を放射する光源からの光束
を、被走査面に導光して光スポットを形成する光学系」
であって、少なくとも、アパーチュアと、光偏向器と、
走査結像光学系とを有する（請求項８）。これら、アパ
ーチュア、光偏向器、走査結像光学系は、前述した如き
ものである。上記アパーチュアよりも被走査面側にある
光学系の射出瞳（該光学系による開口形状の像）から、
走査結像光学系の像面（理想的な場合には被走査面と合
致する）までの距離をｆ、アパーチュアの「射出瞳面上
の径」を２ａとするとき、所定波長：λ、ｆ、ａが、光
スポットの所望のスポット径：φに対し、条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ （７） φ＝０．７λ／（ｆ/ａ） を満足する。
【０００８】この請求項８記載の走査光学系において、
所定波長：λの範囲を、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ とし、光スポットの所望のスポット径：φと上記所定波
長：λとが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、上記射出瞳面上における波面収差の２
乗和平均：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足するように構成することができる（請求項９）。
上記請求項８または９に記載の走査光学系において、主
走査面（理想的に偏向された偏向光束の主光線が掃引す
る平面）内における被走査面法線と走査光束とのなす
角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足するように、走査結像光学系の画角を設定するこ
とが好ましい（請求項１０）。上記請求項８または９ま
たは１０記載の走査光学系は「半導体レーザからの光束
を被走査面へ導光して被走査面上に光スポットを形成す
る」ように構成することができ、その場合、光源として
の半導体レーザから放射される発散性の光束を以後の光
学系にカップリングするためのカップリング光学系を設
け、アパーチュアを「カップリング光学系よりも被走査
面側」に配置することができる（請求項１１）。この場
合、カップリング光学系をカップリングレンズとし、そ
のカップリング作用を「コリメート作用」とすることが
できる（請求項１２）。請求項１１または１２記載の光
走査装置は、光偏向器を「偏向反射面を有する回転鏡」
とし、カップリングされた光束を偏向反射面近傍に、主
走査方向に長い線像に結像させる線像結像光学系を有す
ることが出来る（請求項１３）。この線像結像光学系
は、凹のシリンドリカルミラーで構成することもできる
が「凸のシリンドリカルレンズ」として構成することが
できる（請求項１４）。
所定波長：λの範囲を、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ とし、光スポットの所望のスポット径：φと上記所定波
長：λとが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、上記射出瞳面上における波面収差の２
乗和平均：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足するように構成することができる（請求項９）。
上記請求項８または９に記載の走査光学系において、主
走査面（理想的に偏向された偏向光束の主光線が掃引す
る平面）内における被走査面法線と走査光束とのなす
角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足するように、走査結像光学系の画角を設定するこ
とが好ましい（請求項１０）。上記請求項８または９ま
たは１０記載の走査光学系は「半導体レーザからの光束
を被走査面へ導光して被走査面上に光スポットを形成す
る」ように構成することができ、その場合、光源として
の半導体レーザから放射される発散性の光束を以後の光
学系にカップリングするためのカップリング光学系を設
け、アパーチュアを「カップリング光学系よりも被走査
面側」に配置することができる（請求項１１）。この場
合、カップリング光学系をカップリングレンズとし、そ
のカップリング作用を「コリメート作用」とすることが
できる（請求項１２）。請求項１１または１２記載の光
走査装置は、光偏向器を「偏向反射面を有する回転鏡」
とし、カップリングされた光束を偏向反射面近傍に、主
走査方向に長い線像に結像させる線像結像光学系を有す
ることが出来る（請求項１３）。この線像結像光学系
は、凹のシリンドリカルミラーで構成することもできる
が「凸のシリンドリカルレンズ」として構成することが
できる（請求項１４）。
【０００９】請求項１１〜１４の任意の１に記載の走査
光学系において、走査結像光学系を「レンズのみ」で構
成することができ（請求項１５）、この場合、走査結像
光学系を「２枚のレンズ」で構成することができる（請
求項１６）。この請求項１６記載の走査光学系におい
て、カップリング光学系をカップリングレンズとし、そ
のカップリング作用をコリメート作用とし、走査結像光
学系を構成する２枚のレンズの１面以上に「主走査断面
内の形状が非円弧で、副走査断面内の形状が、非円弧で
且つ主走査方向に形状変化する特殊トロイダル面」を有
する構成とすることができる（請求項１７）。この発明
の光走査方法は「光源側からの光束を、アパーチュアに
よりビーム整形し、光偏向器により偏向させ、偏向光束
を走査結像光学系により被走査面に向けて集光し、被走
査面上に光スポットを形成し、被走査面を光走査する光
走査方法」であり、請求項１〜７の任意の１に記載の光
走査装置を用いて行うことを特徴とする（請求項１
８）。この発明の画像形成装置は「感光媒体の感光面に
光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、上記潜
像を可視化して画像を得る画像形成装置」であって、感
光媒体の感光面の走査を行う光走査装置として、請求項
１〜７の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とす
る（請求項１９）。この請求項１９記載の画像形成装置
において、感光媒体を光導電性の感光体とし、感光面の
均一帯電と光走査装置の光走査とにより形成される静電
潜像を「トナー画像」として可視化するように構成でき
る(請求項２０)。トナー画像は、シート状の記録媒体
（転写紙や「ＯＨＰシート（オーバヘッドプロジェクタ
用のプラスチックシート」等）に定着される。請求項１
９記載の画像形成装置において、感光媒体として例えば
「銀塩写真フィルム」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」あるいは
「光描画装置」として実施できる。請求項２０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、デジタル複写装置、ファクシミリ装置等として実
施できる。
光学系において、走査結像光学系を「レンズのみ」で構
成することができ（請求項１５）、この場合、走査結像
光学系を「２枚のレンズ」で構成することができる（請
求項１６）。この請求項１６記載の走査光学系におい
て、カップリング光学系をカップリングレンズとし、そ
のカップリング作用をコリメート作用とし、走査結像光
学系を構成する２枚のレンズの１面以上に「主走査断面
内の形状が非円弧で、副走査断面内の形状が、非円弧で
且つ主走査方向に形状変化する特殊トロイダル面」を有
する構成とすることができる（請求項１７）。この発明
の光走査方法は「光源側からの光束を、アパーチュアに
よりビーム整形し、光偏向器により偏向させ、偏向光束
を走査結像光学系により被走査面に向けて集光し、被走
査面上に光スポットを形成し、被走査面を光走査する光
走査方法」であり、請求項１〜７の任意の１に記載の光
走査装置を用いて行うことを特徴とする（請求項１
８）。この発明の画像形成装置は「感光媒体の感光面に
光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、上記潜
像を可視化して画像を得る画像形成装置」であって、感
光媒体の感光面の走査を行う光走査装置として、請求項
１〜７の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とす
る（請求項１９）。この請求項１９記載の画像形成装置
において、感光媒体を光導電性の感光体とし、感光面の
均一帯電と光走査装置の光走査とにより形成される静電
潜像を「トナー画像」として可視化するように構成でき
る(請求項２０)。トナー画像は、シート状の記録媒体
（転写紙や「ＯＨＰシート（オーバヘッドプロジェクタ
用のプラスチックシート」等）に定着される。請求項１
９記載の画像形成装置において、感光媒体として例えば
「銀塩写真フィルム」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」あるいは
「光描画装置」として実施できる。請求項２０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、デジタル複写装置、ファクシミリ装置等として実
施できる。
【００１０】ところで、波長：λの光束を放射する光源
を使ったときの、解像度：Ｒと焦点深度：Ｄは良く知ら
れたレイリーの式により、以下の如く表すことができる
（雑誌：Ｏ plus Ｅ No.182、P.93）。 Ｒ＝ｋ１・λ／（ＮＡ） （１Ａ） Ｄ＝ｋ２・λ／（ＮＡ）2 （２Ａ） ここに、ｋ１，ｋ２は、結像系の用途や周囲の条件で決
まる比例定数である。「幅：２ａの矩形開口」による回
折像の強度分布：Ｉ(Ｘ)は、最大強度を１に正規化し
て、以下のように表される。 Ｉ(Ｘ)＝{sin(aX)/(aX)｝2 （３Ａ） Ｘが０に近づくとき、I（Ｘ）は１に近づく。図２は
（３Ａ）式を表している。横軸は「ａＸ/π」であり、
縦軸は（３Ａ）式の右辺である。結像系の射出瞳面から
像面までの距離を「ｆ」とすると、Ｘ＝２πｘ/(λ・
ｆ)である。「Ｘ」は「長さの逆数」の次元をもつから
「ｘ」は長さの次元を持つ。図２に示すように（３Ａ）
式は、ａＸ＝πのとき第１極小値：Ｉ＝０になる。従っ
て、 ａＸ＝ａ・２πｘ／(λ・ｆ)＝π ｘ＝λ・ｆ/(２ａ)＝（λ/２）・（ｆ/ａ） となるが、（ｆ/ａ）は開口数：ＮＡに等しいから、 ｘ＝（λ/２）・ＮＡ＝（１/２）・λ/（ＮＡ） となる。上の式における「ｘ」の値は、図２に示す強度
分布の中心から第１極小に至る距離であるから、第１極
小値間としてのビーム径：φ0は、 φ0＝２ｘ＝λ/(ＮＡ） となる。これは（１Ａ）式で「ｋ１＝１」とした場合で
ある。走査光学系では、中心強度の「１/ｅ2」でスポッ
ト径を表すのが通例であるから、「Ｉ(Ｘ)＝１/ｅ2」の
右辺を（３Ａ）式の左辺に代入して、aXについて解くと
「aX≒０．７π」となるから、「１/ｅ2」で表されるス
ポット径：φは φ＝０．７・λ/(ＮＡ) （４Ａ） となる。即ち、光源の発光波長：λと、走査光学系によ
り形成される光スポットのスポット径：φと、アパーチ
ュアより被走査面側にある光学系の開口数：ＮＡとは
（４Ａ）式を満足する。
を使ったときの、解像度：Ｒと焦点深度：Ｄは良く知ら
れたレイリーの式により、以下の如く表すことができる
（雑誌：Ｏ plus Ｅ No.182、P.93）。 Ｒ＝ｋ１・λ／（ＮＡ） （１Ａ） Ｄ＝ｋ２・λ／（ＮＡ）2 （２Ａ） ここに、ｋ１，ｋ２は、結像系の用途や周囲の条件で決
まる比例定数である。「幅：２ａの矩形開口」による回
折像の強度分布：Ｉ(Ｘ)は、最大強度を１に正規化し
て、以下のように表される。 Ｉ(Ｘ)＝{sin(aX)/(aX)｝2 （３Ａ） Ｘが０に近づくとき、I（Ｘ）は１に近づく。図２は
（３Ａ）式を表している。横軸は「ａＸ/π」であり、
縦軸は（３Ａ）式の右辺である。結像系の射出瞳面から
像面までの距離を「ｆ」とすると、Ｘ＝２πｘ/(λ・
ｆ)である。「Ｘ」は「長さの逆数」の次元をもつから
「ｘ」は長さの次元を持つ。図２に示すように（３Ａ）
式は、ａＸ＝πのとき第１極小値：Ｉ＝０になる。従っ
て、 ａＸ＝ａ・２πｘ／(λ・ｆ)＝π ｘ＝λ・ｆ/(２ａ)＝（λ/２）・（ｆ/ａ） となるが、（ｆ/ａ）は開口数：ＮＡに等しいから、 ｘ＝（λ/２）・ＮＡ＝（１/２）・λ/（ＮＡ） となる。上の式における「ｘ」の値は、図２に示す強度
分布の中心から第１極小に至る距離であるから、第１極
小値間としてのビーム径：φ0は、 φ0＝２ｘ＝λ/(ＮＡ） となる。これは（１Ａ）式で「ｋ１＝１」とした場合で
ある。走査光学系では、中心強度の「１/ｅ2」でスポッ
ト径を表すのが通例であるから、「Ｉ(Ｘ)＝１/ｅ2」の
右辺を（３Ａ）式の左辺に代入して、aXについて解くと
「aX≒０．７π」となるから、「１/ｅ2」で表されるス
ポット径：φは φ＝０．７・λ/(ＮＡ) （４Ａ） となる。即ち、光源の発光波長：λと、走査光学系によ
り形成される光スポットのスポット径：φと、アパーチ
ュアより被走査面側にある光学系の開口数：ＮＡとは
（４Ａ）式を満足する。
【００１１】上記（２Ａ）式では「狙いのスポット径
（スポット径の設計中央値）」に対して「スポット径変
動の許容範囲」をどのように設定するかに応じ、ｋ２、
従って焦点深度：Ｄが変化する。波面収差を略０に良好
に補正し、スポット径のばらつきを小さく押さえる場
合、ｋ２の範囲は「ｋ２＝０．７〜１．０」である。即
ち、狙いのスポット径：φに対する「スポット径の変動
の許容範囲」は一般に、±５％以内〜±２０％以内であ
る。許容範囲として「φ（１±０．０５）」とすると
「ｋ２＝０．７」となるし、許容範囲を「φ（１±０．
２）」とすれば「ｋ２＝１．０」となる。上記焦点深
度：Ｄは、スポット径の変動範囲が「φ（１±０．０
５）〜φ（１±０．２）」の範囲にあるときのデフォー
カスの範囲を与えるから、前述の「深度余裕」に相当す
る。そこで、以下では、焦点深度：Ｄを「深度余裕：
Ｄ」と称する。深度余裕：Ｄは、Ｄ＜０．７ｍｍでは、
部品や組み付けに極めて高い精度や調整が要求され、被
走査面の実体をなす感光媒体等の周辺部材の位置精度も
厳しくなる。また、環境変化による像面位置の変動も小
さく押さえる必要があり、走査光学系に温・湿度による
特性変化の少ないガラス材料を使用するとか、プラスチ
ック材料を使用した場合には変動をうち消す工夫を導入
する必要があり、小径で変動の少ない良好な光スポット
を実現できるものの、製造コストが上昇する。深度余
裕：Ｄが、０．７≦Ｄ≦１０ｍｍの範囲では、部品精
度、位置精度、周辺部材の配置精度を緩和でき、環境変
化による特性変動の残存誤差をある程度許容できる。従
って、コストダウンを実現でき、極めて実用的である。
深度余裕：Ｄが１０ｍｍを越えて大きくなると、部品精
度、位置精度等の許容幅は大きいが、光スポットを小径
化することができない。
（スポット径の設計中央値）」に対して「スポット径変
動の許容範囲」をどのように設定するかに応じ、ｋ２、
従って焦点深度：Ｄが変化する。波面収差を略０に良好
に補正し、スポット径のばらつきを小さく押さえる場
合、ｋ２の範囲は「ｋ２＝０．７〜１．０」である。即
ち、狙いのスポット径：φに対する「スポット径の変動
の許容範囲」は一般に、±５％以内〜±２０％以内であ
る。許容範囲として「φ（１±０．０５）」とすると
「ｋ２＝０．７」となるし、許容範囲を「φ（１±０．
２）」とすれば「ｋ２＝１．０」となる。上記焦点深
度：Ｄは、スポット径の変動範囲が「φ（１±０．０
５）〜φ（１±０．２）」の範囲にあるときのデフォー
カスの範囲を与えるから、前述の「深度余裕」に相当す
る。そこで、以下では、焦点深度：Ｄを「深度余裕：
Ｄ」と称する。深度余裕：Ｄは、Ｄ＜０．７ｍｍでは、
部品や組み付けに極めて高い精度や調整が要求され、被
走査面の実体をなす感光媒体等の周辺部材の位置精度も
厳しくなる。また、環境変化による像面位置の変動も小
さく押さえる必要があり、走査光学系に温・湿度による
特性変化の少ないガラス材料を使用するとか、プラスチ
ック材料を使用した場合には変動をうち消す工夫を導入
する必要があり、小径で変動の少ない良好な光スポット
を実現できるものの、製造コストが上昇する。深度余
裕：Ｄが、０．７≦Ｄ≦１０ｍｍの範囲では、部品精
度、位置精度、周辺部材の配置精度を緩和でき、環境変
化による特性変動の残存誤差をある程度許容できる。従
って、コストダウンを実現でき、極めて実用的である。
深度余裕：Ｄが１０ｍｍを越えて大きくなると、部品精
度、位置精度等の許容幅は大きいが、光スポットを小径
化することができない。
【００１２】そこで、この発明においては、深度余裕：
Ｄを０．７≦Ｄ≦１０ｍｍの範囲とし、短波長（３５０
ｎｍ〜６００ｎｎ）の光源を使用し、小径の安定した光
スポット形成を実現する。条件式（２）は、このための
条件であり、下限値の０．５ｍｍを越えると、光学素子
材料、部品加工、位置精度等に要求されるコストが過大
となって光走査装置もしくは走査光学系の実用化が困難
である。即ち、下限値を越えると、形成される光スポッ
トのスポット径は（波長：３５０ｎｍに対して）１３μ
ｍよりも小さく小径化されるが、スポット径変動の許容
範囲を「φ（１±０．２）」に設定しても、深度余裕は
０．５ｍｍ以下となって、０．７ｍｍを大きく下回るた
めコストアップなしに光走査装置や走査光学系を実現で
きない。また、条件式（２）の上限値を越えると、深度
余裕は大きくなるが、得られる光スポットのスポット径
は、波長：λ＝３５０ｎｎとしても４６μｍよりも大き
く、短波長の光源を用いて光スポットを小径化する意義
に乏しい。また、光源の発光波長：λの範囲：３５０〜
６００ｎｍ（条件式（１））における下限値：３５０ｎ
ｍを越えると、走査結像光学系にプラスチックレンズを
用いる場合、該プラスチックレンズの透過率が悪化す
る。また、光学ガラスを用いたレンズの場合でも「短波
長の透過率の良好な材料」を使う必要があり、コストア
ップにつながる。また、光偏向器より光源側に配される
光学系の材料も限定される。波長：λが上限の６００ｎ
ｍを越えるときは、光スポットの小径化に十分な効果が
得られない。上記条件式（１）、（２）を満足すること
により、従来「小径」といわれているスポット径（例え
ば３０μｍ）を容易且つ確実に達成でき、良好な値の深
度余裕（０．７ｍｍ以上）を確保できる。
Ｄを０．７≦Ｄ≦１０ｍｍの範囲とし、短波長（３５０
ｎｍ〜６００ｎｎ）の光源を使用し、小径の安定した光
スポット形成を実現する。条件式（２）は、このための
条件であり、下限値の０．５ｍｍを越えると、光学素子
材料、部品加工、位置精度等に要求されるコストが過大
となって光走査装置もしくは走査光学系の実用化が困難
である。即ち、下限値を越えると、形成される光スポッ
トのスポット径は（波長：３５０ｎｍに対して）１３μ
ｍよりも小さく小径化されるが、スポット径変動の許容
範囲を「φ（１±０．２）」に設定しても、深度余裕は
０．５ｍｍ以下となって、０．７ｍｍを大きく下回るた
めコストアップなしに光走査装置や走査光学系を実現で
きない。また、条件式（２）の上限値を越えると、深度
余裕は大きくなるが、得られる光スポットのスポット径
は、波長：λ＝３５０ｎｎとしても４６μｍよりも大き
く、短波長の光源を用いて光スポットを小径化する意義
に乏しい。また、光源の発光波長：λの範囲：３５０〜
６００ｎｍ（条件式（１））における下限値：３５０ｎ
ｍを越えると、走査結像光学系にプラスチックレンズを
用いる場合、該プラスチックレンズの透過率が悪化す
る。また、光学ガラスを用いたレンズの場合でも「短波
長の透過率の良好な材料」を使う必要があり、コストア
ップにつながる。また、光偏向器より光源側に配される
光学系の材料も限定される。波長：λが上限の６００ｎ
ｍを越えるときは、光スポットの小径化に十分な効果が
得られない。上記条件式（１）、（２）を満足すること
により、従来「小径」といわれているスポット径（例え
ば３０μｍ）を容易且つ確実に達成でき、良好な値の深
度余裕（０．７ｍｍ以上）を確保できる。
【００１３】上記のものよりも「更に小さいスポット
径」をもった光スポットを実現するには、光源の発光波
長の範囲、パラメータ：φ2/λの範囲と共に、波面収差
の影響をも考慮する必要がある。例えば、スポット径：
１５μｍを実現する場合なら、光源の波長範囲を「３５
０ｎｍ〜５００ｎｍ：条件式（３）」とし、「φ2/λ」
の範囲を「０．５ｍｍ〜３ｍｍ：条件式（４）」とし、
なおかつ、ＲＭＳ（波面収差）を「０．２以下：条件式
（５）」とするのが好ましい。即ち、スポット径を小径
化しようとすると、開口数：ＮＡを大きくして「走査結
像光学系へ入射する光束の光束径」を大きくしなければ
ならないが、このようにすると、光スポットの結像に波
面収差が影響しやすくなるため、波面収差を小さく抑え
る必要がある。１例として、発光波長：λ＝５００ｎｍ
の半導体レーザを光源として用い、光スポットの「主走
査方向のスポット径」のデフォーカスによる変化を、
「ＲＭＳ（波面収差）をパラメータとして計算した」も
のを一覧にすると、以下の如くになる。
径」をもった光スポットを実現するには、光源の発光波
長の範囲、パラメータ：φ2/λの範囲と共に、波面収差
の影響をも考慮する必要がある。例えば、スポット径：
１５μｍを実現する場合なら、光源の波長範囲を「３５
０ｎｍ〜５００ｎｍ：条件式（３）」とし、「φ2/λ」
の範囲を「０．５ｍｍ〜３ｍｍ：条件式（４）」とし、
なおかつ、ＲＭＳ（波面収差）を「０．２以下：条件式
（５）」とするのが好ましい。即ち、スポット径を小径
化しようとすると、開口数：ＮＡを大きくして「走査結
像光学系へ入射する光束の光束径」を大きくしなければ
ならないが、このようにすると、光スポットの結像に波
面収差が影響しやすくなるため、波面収差を小さく抑え
る必要がある。１例として、発光波長：λ＝５００ｎｍ
の半導体レーザを光源として用い、光スポットの「主走
査方向のスポット径」のデフォーカスによる変化を、
「ＲＭＳ（波面収差）をパラメータとして計算した」も
のを一覧にすると、以下の如くになる。
【００１４】 ＲＭＳ（波面収差） 0.011 0.098 0.125 0.163 0.207 デフォーカス（ｍｍ） スポット径（μｍ） -1.20 47.41 48.65 48.42 48.43 50.37 -1.05 44.73 46.99 46.78 46.65 49.40 -0.90 41.70 45.10 44.46 43.80 48.27 -0.75 36.81 41.38 22.68 22.59 45.69 -0.60 23.06 24.16 22.14 22.28 23.42 -0.45 21.67 21.57 21.95 22.22 23.52 -0.30 20.78 21.08 21.54 22.32 23.41 -0.15 20.25 21.06 21.82 22.49 23.93 0.00 20.01 21.27 22.29 22.87 24.22 0.15 20.03 21.50 24.92 23.42 24.32 0.30 20.33 22.50 24.01 24.85 26.11 0.45 20.97 23.45 26.05 26.75 27.55 0.60 22.08 26.08 28.12 29.89 29.45 0.76 36.38 28.87 31.27 33.24 32.89 0.90 41.57 34.29 35.44 36.43 37.04 1.06 44.30 40.66 44.23 45.24 42.04 1.20 46.58 47.98 46.68 48.43 50.24 この結果を図に示したのが図３である。
【００１５】この例で、λ＝５００ｎｍ、狙いとするス
ポット径：φ＝２０μｍ、φ2/λ＝０．８である。ＲＭ
Ｓ（波面収差）≦ ０．２であれば、スポット径変動の
許容範囲を例えば（φ（１±０．１２５）：許容される
最大スポット径：２２．５μｍ）としても、略０．９ｍ
ｍ以上のデフォーカス範囲（深度余裕）を見込むことが
できる。ＲＭＳ（波面収差）が０．２を越えると、スポ
ット径変動が大きくなるほか、スポット径とデフォーカ
スの関係を表す「深度曲線」が、デフォーカスの正負で
大きく非対称になるなど、深度余裕の低下が発生する。
ポット径：φ＝２０μｍ、φ2/λ＝０．８である。ＲＭ
Ｓ（波面収差）≦ ０．２であれば、スポット径変動の
許容範囲を例えば（φ（１±０．１２５）：許容される
最大スポット径：２２．５μｍ）としても、略０．９ｍ
ｍ以上のデフォーカス範囲（深度余裕）を見込むことが
できる。ＲＭＳ（波面収差）が０．２を越えると、スポ
ット径変動が大きくなるほか、スポット径とデフォーカ
スの関係を表す「深度曲線」が、デフォーカスの正負で
大きく非対称になるなど、深度余裕の低下が発生する。
【００１６】条件式（６）につき説明する。先に説明し
た（２Ａ）式は「θ＝０，ｃｏｓθ＝１」において成り
立つ関係式である。副走査方向に関しては、全走査域に
おいて被走査面と走査光束が直交する（θ＝０）ように
設定できるが、主走査方向では光学素子をコンパクトに
するなどの理由で、θ＝０にしないことが多い。このと
き、主走査方向の深度は上記条件式（２）式と「ｃｏｓ
θの累乗」との積になって深度余裕が低減する。従っ
て、走査角、光学素子のパワー配分や大きさ等を適切に
決定し、上記条件式（６）を満足させることが望まし
い。
た（２Ａ）式は「θ＝０，ｃｏｓθ＝１」において成り
立つ関係式である。副走査方向に関しては、全走査域に
おいて被走査面と走査光束が直交する（θ＝０）ように
設定できるが、主走査方向では光学素子をコンパクトに
するなどの理由で、θ＝０にしないことが多い。このと
き、主走査方向の深度は上記条件式（２）式と「ｃｏｓ
θの累乗」との積になって深度余裕が低減する。従っ
て、走査角、光学素子のパワー配分や大きさ等を適切に
決定し、上記条件式（６）を満足させることが望まし
い。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の光走査装置の
光学配置を説明図的に示している。「光源」としての半
導体レーザ１から放射される発散性の光束は、「カップ
リング光学系」としてのカップリングレンズ２により、
以下の光学系にカップリングされ、以後の光学系に適し
た光束（平行光束や発散光束あるいは収束光束）に変換
される。カップリングレンズ２を透過した光束は、アパ
ーチュア３の開口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」としての凸のシ
リンドリカルレンズ４により副走査方向に収束され、
「光偏向器」としての回転多面鏡５の偏向反射面近傍の
位置に「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、回転多面鏡５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、「走査結
像光学系」を構成する２枚のレンズ６，７を順次に透過
し、レンズ６，７の作用により、被走査面８（実体的に
は光導電性の感光体等の感光面）に向かって集光し、被
走査面８上に光スポットを形成し、被走査面８を光走査
する。光源としての半導体レーザ１は、放射する光束の
波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲のものである。被走査面上に形成するべき光スポ
ットの所望のスポット径：φと上記波長：λとは条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する。
光学配置を説明図的に示している。「光源」としての半
導体レーザ１から放射される発散性の光束は、「カップ
リング光学系」としてのカップリングレンズ２により、
以下の光学系にカップリングされ、以後の光学系に適し
た光束（平行光束や発散光束あるいは収束光束）に変換
される。カップリングレンズ２を透過した光束は、アパ
ーチュア３の開口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」としての凸のシ
リンドリカルレンズ４により副走査方向に収束され、
「光偏向器」としての回転多面鏡５の偏向反射面近傍の
位置に「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、回転多面鏡５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、「走査結
像光学系」を構成する２枚のレンズ６，７を順次に透過
し、レンズ６，７の作用により、被走査面８（実体的に
は光導電性の感光体等の感光面）に向かって集光し、被
走査面８上に光スポットを形成し、被走査面８を光走査
する。光源としての半導体レーザ１は、放射する光束の
波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲のものである。被走査面上に形成するべき光スポ
ットの所望のスポット径：φと上記波長：λとは条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する。
【００１８】
【実施例】以下、図１に示す実施の形態に関する具体的
な実施例に即して説明する。以下に挙げる実施例１，２
は、アパーチュア３を除いて同一である。即ち、実施例
１と２とは、アパーチュア３と被走査面との間にある光
学素子（シリンドリカルレンズ４およびレンズ６，７）
による開口数：ＮＡのみが互いに異なる。なお、実施例
１，２とも、アパーチュアの開口形状は「矩形形状」で
ある。実施例１，２に共通する部分のデータは、以下の
通りである。 光源１：半導体レーザ 発光波長：４００ｎｍ カップリングレンズ２ 焦点距離：２７ｍｍ カップリング作用：コリメート作用（カップリングされ
た光束は平行光束となる） シリンドリカルレンズ４ 光源側に凸面を向けた平凸レンズ（副走査方向にのみ正
のパワーを持つ） 焦点距離：６６ｍｍ（偏向反射面位置から光源側に６６
ｍｍ離れた位置に配置される） 回転多面鏡５ 偏向反射面数：５ 内接円半径：２０ｍｍ 偏向光束の主光線がレンズ６，７の光軸と平行になると
きの、同主光線と、偏向反射面へ入射する光束の主光線
のなす角：６０度 回転中心と、偏向の起点（上記偏向光束の主光線がレン
ズ６，７の光軸と平行になるときの、偏向反射面へ入射
する光束の主光線と偏向反射面との交点）とのずれ量：
−１８．４７５ｍｍ（主走査方向）、−８ｍｍ（レンズ
６，７の光軸に平行な方向） 有効走査幅：３００ｍｍ 主走査面内における被走査面法線と走査光束とのなす角
の有効走査領域内の最大値：θの余弦値：ｃｏｓθ≧
０．９５ 走査結像光学系を構成するレンズ６，７のレンズ面形状
は、以下の式で表す。ただし、この発明の内容は以下の
表現式に限定されるものではない。レンズ面を表現する
にあたり、レンズ面近傍における主走査方向の座標を
Ｙ、副走査方向の座標をＺとし、これらの原点を通るＸ
軸（Ｙ，Ｚ方向に直交する）方向を光軸に取る。 レンズ面の一般式を、 f(Y,Z)=fm(Y)+fs(Y,Z) (８) とする。ここに、右辺第１項のfm(Y)は「主走査断面
（ＸＹ面）内の形状」を表し、第２項のfs(Y,Z)は、主
走査方向における座標：Ｙの位置における副走査断面内
における形状を表す。以下では、上記主走査断面（ＸＹ
面）内の形状：fm(Y)として、周知の非円弧形状の式、
即ち、光軸における主走査断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：ａ4，ａ6，ａ8，ａ10， ・・を用い、光軸方向
のデプス：Ｘを次の多項式で表す。 また、上記fs(Y,Z)は、以下のように表す。 fs(Y,Z)＝(Ｙ2・Ｃs)/[1+√｛1-(1+Ｋs)(Ｙ・Ｃs)2｝+ +(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 +(ｋ0+ｋ1・Ｙ+ｋ2・Ｙ2+ｋ3・Ｙ3+ｋ4・Ｙ4+・・)・Ｚ5・・・(１０) ここに、 Ｃs=(1/Ｒs0)+ｂ1・Ｙ+ｂ2・Ｙ2+ｂ3・Ｙ3+ｂ4・Ｙ4+ｂ5・Ｙ5+・・(１１) Ｋs=ｃ0+ｃ1・Ｙ+ｃ2・Ｙ2+ｃ3・Ｙ3+ｃ4・Ｙ4+ｃ5・Ｙ5+・・ (１２) であり、「Ｒs0」は、光軸を含む副走査断面（ＸＺ面に
平行な平断面）内における近軸曲率半径である。(１０)
〜（１２）式で表されるような曲面を「特殊トロイダル
面」と呼ぶ。レンズ６，７に関するデータを以下に挙げ
る。最初に挙げるデータにおいて、回転多面鏡の側から
数えて第ｉ番目のレンズ面の近軸曲率半径を主走査断面
内につき「Ｒmi」、光軸を含む副走査断面内につき「Ｒ
si」とする。また、第ｉ番目のレンズ面と第ｉ＋１番目
のレンズ面との面間隔を「Ｄi」とする。「Ｄ0」は、偏
向の起点からレンズ６の入射側面までの距離であり、
「Ｄ4」は、レンズ７の射出側面から被走査面に至る距
離である。また、回転多面鏡側から数えて、第ｊ板目の
レンズの材質の屈折率（波長：４００ｎｍに対するも
の）を、「Ｎj」とする。 ｉ Ｒmi Ｒsi Ｄi ｊ Ｎj ０ 72.7 １ 2000. -55.5 35.0 1 1.547 ２ -151.6 -174.4 65.0 ３ 379.0 -86.85 13.7 2 1.547 ４ 800.0 -30.2 157.0 以下、各レンズ面の形状を特定する上記式（９）〜（１
２）の係数を挙げる。 第１面（レンズ６の入射側面） 主走査断面内の形状 K= 470.6, a4= 2.13E-08, a6= 9.24E-13, a8= 9.29E-17, a10= 3.32E-21 第１面 副走査断面内の形状 b1=-4.29E-06， b2=-1.94E-06， b3=-3.12E-09， b4=-6.88E-10， b5= 9.26E-13， b6= 6.14E-14， b7= 1.45E-16， b8= 2.61E-17， b9=-8.82E-20， b10= 1.71E-21， b11= 8.41E-24， b12=-7.56E-25 上記表記において、例えば「E-06」は「10-6」を意味
し、この数値が直前の数値にかかる。レンズ６の入射側
面の形状は、主走査断面内においては「光軸対称な非円
弧形状」である。副走査断面内の形状は「円弧形状」
で、その曲率半径は、光軸上の値：１/Rs(0)を基準と
し、主走査方向（Ｙ方向）に非対称に変化する。
な実施例に即して説明する。以下に挙げる実施例１，２
は、アパーチュア３を除いて同一である。即ち、実施例
１と２とは、アパーチュア３と被走査面との間にある光
学素子（シリンドリカルレンズ４およびレンズ６，７）
による開口数：ＮＡのみが互いに異なる。なお、実施例
１，２とも、アパーチュアの開口形状は「矩形形状」で
ある。実施例１，２に共通する部分のデータは、以下の
通りである。 光源１：半導体レーザ 発光波長：４００ｎｍ カップリングレンズ２ 焦点距離：２７ｍｍ カップリング作用：コリメート作用（カップリングされ
た光束は平行光束となる） シリンドリカルレンズ４ 光源側に凸面を向けた平凸レンズ（副走査方向にのみ正
のパワーを持つ） 焦点距離：６６ｍｍ（偏向反射面位置から光源側に６６
ｍｍ離れた位置に配置される） 回転多面鏡５ 偏向反射面数：５ 内接円半径：２０ｍｍ 偏向光束の主光線がレンズ６，７の光軸と平行になると
きの、同主光線と、偏向反射面へ入射する光束の主光線
のなす角：６０度 回転中心と、偏向の起点（上記偏向光束の主光線がレン
ズ６，７の光軸と平行になるときの、偏向反射面へ入射
する光束の主光線と偏向反射面との交点）とのずれ量：
−１８．４７５ｍｍ（主走査方向）、−８ｍｍ（レンズ
６，７の光軸に平行な方向） 有効走査幅：３００ｍｍ 主走査面内における被走査面法線と走査光束とのなす角
の有効走査領域内の最大値：θの余弦値：ｃｏｓθ≧
０．９５ 走査結像光学系を構成するレンズ６，７のレンズ面形状
は、以下の式で表す。ただし、この発明の内容は以下の
表現式に限定されるものではない。レンズ面を表現する
にあたり、レンズ面近傍における主走査方向の座標を
Ｙ、副走査方向の座標をＺとし、これらの原点を通るＸ
軸（Ｙ，Ｚ方向に直交する）方向を光軸に取る。 レンズ面の一般式を、 f(Y,Z)=fm(Y)+fs(Y,Z) (８) とする。ここに、右辺第１項のfm(Y)は「主走査断面
（ＸＹ面）内の形状」を表し、第２項のfs(Y,Z)は、主
走査方向における座標：Ｙの位置における副走査断面内
における形状を表す。以下では、上記主走査断面（ＸＹ
面）内の形状：fm(Y)として、周知の非円弧形状の式、
即ち、光軸における主走査断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：ａ4，ａ6，ａ8，ａ10， ・・を用い、光軸方向
のデプス：Ｘを次の多項式で表す。 また、上記fs(Y,Z)は、以下のように表す。 fs(Y,Z)＝(Ｙ2・Ｃs)/[1+√｛1-(1+Ｋs)(Ｙ・Ｃs)2｝+ +(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 +(ｋ0+ｋ1・Ｙ+ｋ2・Ｙ2+ｋ3・Ｙ3+ｋ4・Ｙ4+・・)・Ｚ5・・・(１０) ここに、 Ｃs=(1/Ｒs0)+ｂ1・Ｙ+ｂ2・Ｙ2+ｂ3・Ｙ3+ｂ4・Ｙ4+ｂ5・Ｙ5+・・(１１) Ｋs=ｃ0+ｃ1・Ｙ+ｃ2・Ｙ2+ｃ3・Ｙ3+ｃ4・Ｙ4+ｃ5・Ｙ5+・・ (１２) であり、「Ｒs0」は、光軸を含む副走査断面（ＸＺ面に
平行な平断面）内における近軸曲率半径である。(１０)
〜（１２）式で表されるような曲面を「特殊トロイダル
面」と呼ぶ。レンズ６，７に関するデータを以下に挙げ
る。最初に挙げるデータにおいて、回転多面鏡の側から
数えて第ｉ番目のレンズ面の近軸曲率半径を主走査断面
内につき「Ｒmi」、光軸を含む副走査断面内につき「Ｒ
si」とする。また、第ｉ番目のレンズ面と第ｉ＋１番目
のレンズ面との面間隔を「Ｄi」とする。「Ｄ0」は、偏
向の起点からレンズ６の入射側面までの距離であり、
「Ｄ4」は、レンズ７の射出側面から被走査面に至る距
離である。また、回転多面鏡側から数えて、第ｊ板目の
レンズの材質の屈折率（波長：４００ｎｍに対するも
の）を、「Ｎj」とする。 ｉ Ｒmi Ｒsi Ｄi ｊ Ｎj ０ 72.7 １ 2000. -55.5 35.0 1 1.547 ２ -151.6 -174.4 65.0 ３ 379.0 -86.85 13.7 2 1.547 ４ 800.0 -30.2 157.0 以下、各レンズ面の形状を特定する上記式（９）〜（１
２）の係数を挙げる。 第１面（レンズ６の入射側面） 主走査断面内の形状 K= 470.6, a4= 2.13E-08, a6= 9.24E-13, a8= 9.29E-17, a10= 3.32E-21 第１面 副走査断面内の形状 b1=-4.29E-06， b2=-1.94E-06， b3=-3.12E-09， b4=-6.88E-10， b5= 9.26E-13， b6= 6.14E-14， b7= 1.45E-16， b8= 2.61E-17， b9=-8.82E-20， b10= 1.71E-21， b11= 8.41E-24， b12=-7.56E-25 上記表記において、例えば「E-06」は「10-6」を意味
し、この数値が直前の数値にかかる。レンズ６の入射側
面の形状は、主走査断面内においては「光軸対称な非円
弧形状」である。副走査断面内の形状は「円弧形状」
で、その曲率半径は、光軸上の値：１/Rs(0)を基準と
し、主走査方向（Ｙ方向）に非対称に変化する。
【００１９】 第２面（レンズ６の射出側面） 主走査断面内の形状 K=-0.117， a4= 1.84E-08， a6= 1.43E-12， a8= 1.92E-16， a10= 3.88E-20 第２面 副走査断面内の形状 b2=-4.26E-06， b4=-1.54E-10， b6= 1.16E-14， b8=-3.16E-18， b10=-3.61E-22， b12= 2.34E-25 レンズ６の射出側面の形状は、主走査断面内においては
「光軸対称な非円弧形状」である。副走査断面内の形状
は「円弧形状」で、その曲率半径は、光軸上の値：１/R
s(0)を基準とし、主走査方向（Ｙ方向）に対称に変化す
る。 第３面（レンズ７の入射側面） 主走査断面内の形状 K=-20.0， a4=-5.33E-09， a6=-1.00E-13， a8= 1.80E-17， a10= 1.40E-21， a12= 4.26E-26， a14= 1.83E-30 第３面 副走査断面内の形状 b2=-2.05E-07， b4= 2.71E-11， b6=-9.93E-16， b8= 1.60E-20， b10= 1.07E-24， b12=-2.18E-28 レンズ７の入射側面の形状は、主走査断面内においては
「光軸対称な非円弧形状」である。副走査断面内の形状
は「円弧形状」で、その曲率半径は、光軸上の値：１/R
s(0)を基準とし、主走査方向（Ｙ方向）に対称に変化す
る。
「光軸対称な非円弧形状」である。副走査断面内の形状
は「円弧形状」で、その曲率半径は、光軸上の値：１/R
s(0)を基準とし、主走査方向（Ｙ方向）に対称に変化す
る。 第３面（レンズ７の入射側面） 主走査断面内の形状 K=-20.0， a4=-5.33E-09， a6=-1.00E-13， a8= 1.80E-17， a10= 1.40E-21， a12= 4.26E-26， a14= 1.83E-30 第３面 副走査断面内の形状 b2=-2.05E-07， b4= 2.71E-11， b6=-9.93E-16， b8= 1.60E-20， b10= 1.07E-24， b12=-2.18E-28 レンズ７の入射側面の形状は、主走査断面内においては
「光軸対称な非円弧形状」である。副走査断面内の形状
は「円弧形状」で、その曲率半径は、光軸上の値：１/R
s(0)を基準とし、主走査方向（Ｙ方向）に対称に変化す
る。
【００２０】 第４面（レンズ７の射出側面） 主走査断面内の形状 K=-122.1， a4=-1.57E-08， a6= 2.82E-13， a8= 2.73E-17， a10= 1.19E-22， a12= 4.67E-26， a14= 4.81E-30 第４面 副走査断面内の形状 b1=-6.58E-07， b2= 5.00E-07， b3=-1.23E-10， b4=-3.03E-11， b5= 1.83E-14， b6= 1.47E-15， b7=-7.73E-19， b8= 1.54E-20， b9=-1.445E-22， b10=-1.57E-24， b11= 1.12E-26， b12=-1.61E-28 c0=-26.66， i0=-1.16E-06， i1= 1.27E-08， i2= 5.34E-09， i3= 2.07E-12， i4=-1.25E-13， i5=-3.48E-15， i6=-1.73E-17， i7= 6.88E-20， i8=-4.06E-22， i9= 9.94E-23， i10= 1.01E-25， i11=-7.46E-27， i12= 1.38E-30， k0= 1.36E-06， k1=-4.49E-09， k2=-1.08E-10， k3= 1.46E-12， k4=-2.73E-14， k5= 6.03E-17，k6= 1.56E-18， k7=-9.83E-21， k8= 5.66E-22， k9=-6.89E-24，k10=-2.26E-26， k11= 6.13E-28， k12=-1.67E-30 レンズ７の射出側面の形状は、主走査断面内においては
「光軸対称な非円弧形状」である。副走査断面内の形状
は「副走査方向に非円弧形状」で、その非円弧形状が主
走査方向（Ｙ方向）に非対称に形状変化する「特殊トロ
イダル面」である。なお、レンズ６は、偏向光束の主光
線がレンズ６の光軸と平行となる状況において、上記主
光線に対し、主走査方向へ０．０９ｍｍの平行移動偏心
（シフト）を持って配置される。
「光軸対称な非円弧形状」である。副走査断面内の形状
は「副走査方向に非円弧形状」で、その非円弧形状が主
走査方向（Ｙ方向）に非対称に形状変化する「特殊トロ
イダル面」である。なお、レンズ６は、偏向光束の主光
線がレンズ６の光軸と平行となる状況において、上記主
光線に対し、主走査方向へ０．０９ｍｍの平行移動偏心
（シフト）を持って配置される。
【００２１】実施例１ 有効走査幅：３００ｍｍ 狙いとするスポット径：３０μｍ 開口数：ＮＡ＝０．００９３ ＲＭＳ（波面収差）＝０．０１ 像高：０と±１５０ｍｍでの深度曲線（デフォーカスと
スポット径の関係）を主走査方向につき図４（ａ）、副
走査方向につき図４（ｂ）に示す。狙いとするスポット
径：φは「主・副走査方向とも３０μｍ」であるが、主
・副走査方向とも、スポット径の許容範囲を±１０％と
して、深度余裕：４ｍｍ程度と、極めて大きな深度余裕
を達成できている。狙いとするスポット径：φ＝３０μ
ｍで、波長：λ＝４００ｎｍであるから、φ2/λ＝２．
２５ｍｍで、条件式（２）、（４）が満足されている。
ＲＭＳ（波面収差）＝０．０１であり、条件式ｍ（５）
が満足されている。 実施例２ 有効走査幅：３００ｍｍ 狙いとするスポット径：１５μｍ 開口数：ＮＡ＝０．０１８７ ＲＭＳ（波面収差）＝０．０１９ 像高：０と±１５０ｍｍでの深度曲線（デフォーカスと
スポット径の関係）を主走査方向につき図５（ａ）、副
走査方向につき図５（ｂ）に示す。狙いとするスポット
径：φは「主・副走査方向とも１５μｍ」であるが、主
・副走査方向とも、スポット径の許容範囲を±２０％と
して、深度余裕：０．７ｍｍ以上と「スポット径に対し
て極めて大きな深度余裕」を達成できている。狙いとす
るスポット径：φ＝１５μｍで、波長：λ＝４００ｎｍ
であるから、φ2/λ＝０．５６ｍｍで、条件式（２）、
（４）が満足されている。また、ＲＭＳ（波面収差）＝
０．０２で条件式（５）を満足している。
スポット径の関係）を主走査方向につき図４（ａ）、副
走査方向につき図４（ｂ）に示す。狙いとするスポット
径：φは「主・副走査方向とも３０μｍ」であるが、主
・副走査方向とも、スポット径の許容範囲を±１０％と
して、深度余裕：４ｍｍ程度と、極めて大きな深度余裕
を達成できている。狙いとするスポット径：φ＝３０μ
ｍで、波長：λ＝４００ｎｍであるから、φ2/λ＝２．
２５ｍｍで、条件式（２）、（４）が満足されている。
ＲＭＳ（波面収差）＝０．０１であり、条件式ｍ（５）
が満足されている。 実施例２ 有効走査幅：３００ｍｍ 狙いとするスポット径：１５μｍ 開口数：ＮＡ＝０．０１８７ ＲＭＳ（波面収差）＝０．０１９ 像高：０と±１５０ｍｍでの深度曲線（デフォーカスと
スポット径の関係）を主走査方向につき図５（ａ）、副
走査方向につき図５（ｂ）に示す。狙いとするスポット
径：φは「主・副走査方向とも１５μｍ」であるが、主
・副走査方向とも、スポット径の許容範囲を±２０％と
して、深度余裕：０．７ｍｍ以上と「スポット径に対し
て極めて大きな深度余裕」を達成できている。狙いとす
るスポット径：φ＝１５μｍで、波長：λ＝４００ｎｍ
であるから、φ2/λ＝０．５６ｍｍで、条件式（２）、
（４）が満足されている。また、ＲＭＳ（波面収差）＝
０．０２で条件式（５）を満足している。
【００２２】最後に、図６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、感光媒体
１１１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。感光媒体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
１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。帯
電手段としては周知の「コロナチャージャ」を用いるこ
ともできる。また、レーザ光束ＬＢによる光走査装置１
１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３と
の間で「光書き込による露光」を行うようになってい
る。図７において、符号１１６は定着装置、符号１１８
はカセット、符号１１９はレジストローラ対、符号１２
０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。画像形成を行うときは、光導
電性の感光体である感光媒体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のレーザ光束ＬＢの光書き込によ
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１１１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１
２０により給紙される。給紙された転写紙Ｐは先端部を
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後の像担持体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。なお、転写紙に
代えて前述のＯＨＰシートを用いることもでき、トナー
画像の転写は、中間転写ベルト等の「中間転写媒体」を
介して行うようにすることもできる。光走査装置１１７
として、実施例の走査結像光学系を用いる図１の如き光
走査装置を用いることにより、良好な画像形成を実行す
ることができる。
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、感光媒体
１１１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。感光媒体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
１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。帯
電手段としては周知の「コロナチャージャ」を用いるこ
ともできる。また、レーザ光束ＬＢによる光走査装置１
１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３と
の間で「光書き込による露光」を行うようになってい
る。図７において、符号１１６は定着装置、符号１１８
はカセット、符号１１９はレジストローラ対、符号１２
０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。画像形成を行うときは、光導
電性の感光体である感光媒体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のレーザ光束ＬＢの光書き込によ
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１１１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１
２０により給紙される。給紙された転写紙Ｐは先端部を
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後の像担持体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。なお、転写紙に
代えて前述のＯＨＰシートを用いることもでき、トナー
画像の転写は、中間転写ベルト等の「中間転写媒体」を
介して行うようにすることもできる。光走査装置１１７
として、実施例の走査結像光学系を用いる図１の如き光
走査装置を用いることにより、良好な画像形成を実行す
ることができる。
【００２３】上に説明した実施の形態および実施例１，
２の光走査装置は、光源１側からの光束を、矩形開口形
状を持つアパーチュア３によりビーム整形し、光偏向器
５により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系６，７に
より被走査面８に向けて集光し、被走査面上に光スポッ
トを形成し、被走査面８を光走査する光走査装置におい
て、光源１の放射する光束の波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲にあり、光スポットの所望のスポット径：φと波
長：λとが条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する（請求項１）。また、実施例１，２に示した
光走査装置は、波長：λ（４００ｎｍ）が、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ の条件を満足し、光スポットの所望のスポット径：φと
波長：λとが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、射出瞳面上における波面収差の２乗和
平方根：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足する（請求項２）。また、実施例１，２の光走査
装置とも、主走査面内における被走査面法線と走査光束
とのなす角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足（ｃｏｓθ＝０．９５）する（請求項３）。ま
た、光源が半導体レーザ１であり（請求項４）、光源１
から放射される発散性の光束がカップリング光学系２に
より以後の光学系にカップリングされ、カップリングさ
れた光束がアパーチュア３によりビーム整形され（請求
項５）、カップリング光学系がカップリングレンズ２で
あり、カップリング作用がコリメート作用である（請求
項６）。さらに、光偏向器が偏向反射面を有する回転鏡
５であり、カップリングされた光束を偏向反射面近傍
に、主走査方向に長い線像に結像させる線像結像光学系
４を有する（請求項７）。
２の光走査装置は、光源１側からの光束を、矩形開口形
状を持つアパーチュア３によりビーム整形し、光偏向器
５により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系６，７に
より被走査面８に向けて集光し、被走査面上に光スポッ
トを形成し、被走査面８を光走査する光走査装置におい
て、光源１の放射する光束の波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲にあり、光スポットの所望のスポット径：φと波
長：λとが条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足する（請求項１）。また、実施例１，２に示した
光走査装置は、波長：λ（４００ｎｍ）が、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ の条件を満足し、光スポットの所望のスポット径：φと
波長：λとが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、射出瞳面上における波面収差の２乗和
平方根：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足する（請求項２）。また、実施例１，２の光走査
装置とも、主走査面内における被走査面法線と走査光束
とのなす角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足（ｃｏｓθ＝０．９５）する（請求項３）。ま
た、光源が半導体レーザ１であり（請求項４）、光源１
から放射される発散性の光束がカップリング光学系２に
より以後の光学系にカップリングされ、カップリングさ
れた光束がアパーチュア３によりビーム整形され（請求
項５）、カップリング光学系がカップリングレンズ２で
あり、カップリング作用がコリメート作用である（請求
項６）。さらに、光偏向器が偏向反射面を有する回転鏡
５であり、カップリングされた光束を偏向反射面近傍
に、主走査方向に長い線像に結像させる線像結像光学系
４を有する（請求項７）。
【００２４】また、上に実施の形態と実施例を示した光
走査装置は、光源１側からの光束を、矩形開口形状を持
つアパーチュア３によりビーム整形し、光偏向器５によ
り偏向させ、偏向光束を走査結像光学系６，７により被
走査面８に向けて集光し、被走査面上に光スポットを形
成し、被走査面８を光走査する光走査装置において、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲内の所定波長：λの光を放射する光源１からの光
束を、被走査面８に導光して光スポットを形成する光学
系であって、少なくとも、アパーチュア３と、光偏向器
５と、走査結像光学系６，７とを有し、アパーチュア３
よりも被走査面８側にある光学系の射出瞳から走査結像
光学系６，７の像面までの距離：ｆ、アパーチュア３の
射出瞳面上の径：２ａ、所定波長：λが、光スポットの
所望のスポット径：φに対し、条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ （７） φ＝０．７λ／（ｆ/ａ） を満足し(請求項８)、実施例に示した走査光学系は、所
定波長：λの範囲が、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ で、光スポットの所望のスポット径：φと所定波長：λ
とが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、射出瞳面上における波面収差の２乗和
平方根：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足する(請求項９)。また、主走査面内における被走
査面法線と走査光束とのなす角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足するように、走査結像光学系の画角が設定されて
いる(請求項１０)。さらに、半導体レーザからの光束を
被走査面８へ導光して被走査面上に光スポットを形成す
るように構成され、光源としての半導体レーザ１から放
射される発散性の光束を以後の光学系にカップリングす
るためのカップリング光学系２を有し、アパーチュア３
がカップリング光学系２よりも被走査面側に配置され
(請求項１１)、カップリング光学系がカップリングレン
ズ２であり、カップリング作用がコリメート作用である
（請求項１２）。
走査装置は、光源１側からの光束を、矩形開口形状を持
つアパーチュア３によりビーム整形し、光偏向器５によ
り偏向させ、偏向光束を走査結像光学系６，７により被
走査面８に向けて集光し、被走査面上に光スポットを形
成し、被走査面８を光走査する光走査装置において、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲内の所定波長：λの光を放射する光源１からの光
束を、被走査面８に導光して光スポットを形成する光学
系であって、少なくとも、アパーチュア３と、光偏向器
５と、走査結像光学系６，７とを有し、アパーチュア３
よりも被走査面８側にある光学系の射出瞳から走査結像
光学系６，７の像面までの距離：ｆ、アパーチュア３の
射出瞳面上の径：２ａ、所定波長：λが、光スポットの
所望のスポット径：φに対し、条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ （７） φ＝０．７λ／（ｆ/ａ） を満足し(請求項８)、実施例に示した走査光学系は、所
定波長：λの範囲が、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ で、光スポットの所望のスポット径：φと所定波長：λ
とが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、射出瞳面上における波面収差の２乗和
平方根：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足する(請求項９)。また、主走査面内における被走
査面法線と走査光束とのなす角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足するように、走査結像光学系の画角が設定されて
いる(請求項１０)。さらに、半導体レーザからの光束を
被走査面８へ導光して被走査面上に光スポットを形成す
るように構成され、光源としての半導体レーザ１から放
射される発散性の光束を以後の光学系にカップリングす
るためのカップリング光学系２を有し、アパーチュア３
がカップリング光学系２よりも被走査面側に配置され
(請求項１１)、カップリング光学系がカップリングレン
ズ２であり、カップリング作用がコリメート作用である
（請求項１２）。
【００２５】上記光走査装置はまた、光偏向器５が偏向
反射面を有する回転鏡であり、カップリングされた光束
を偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像に結像させ
る線像結像光学系を有し(請求項１３)、線像結像光学系
が凸のシリンドリカルレンズ４であり(請求項１４)、走
査結像光学系がレンズのみで構成され(請求項１５)、走
査結像光学系が、２枚のレンズ６，７で構成されている
(請求項１６)。また、カップリング光学系がカップリン
グレンズ２であり、カップリング作用がコリメート作用
であり、走査結像光学系を構成する２枚のレンズ６，７
の１面以上に、主走査断面内の形状が非円弧であり、副
走査断面内の形状が、非円弧で且つ主走査方向に形状変
化する特殊トロイダル面を有する(請求項１７)。そし
て、上に実施の形態および実施例を示した光走査装置に
より、光源１側からの光束を、矩形開口形状を持つアパ
ーチュア３によりビーム整形し、光偏向器５により偏向
させ、偏向光束を走査結像光学系６，７により被走査面
８に向けて集光し、被走査面上に光スポットを形成し、
被走査面８を光走査する光走査方法が実施される(請求
項１８)。また、上に実施の１形態を説明した画像形成
装置は、感光媒体１１１の感光面に光走査装置による光
走査を行って潜像を形成し、潜像を可視化して画像を得
る画像形成装置であって、感光媒体１１１の感光面の光
走査を行う光走査装置１１７として、請求項１〜７の任
意の１に記載のものを用いたものであり(請求項１９)、
感光媒体１１１が「光導電性の感光体」であり、感光面
の均一帯電と光走査装置の光走査とにより形成される静
電潜像が、トナー画像として可視化されるものである
(請求項２０)。
反射面を有する回転鏡であり、カップリングされた光束
を偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像に結像させ
る線像結像光学系を有し(請求項１３)、線像結像光学系
が凸のシリンドリカルレンズ４であり(請求項１４)、走
査結像光学系がレンズのみで構成され(請求項１５)、走
査結像光学系が、２枚のレンズ６，７で構成されている
(請求項１６)。また、カップリング光学系がカップリン
グレンズ２であり、カップリング作用がコリメート作用
であり、走査結像光学系を構成する２枚のレンズ６，７
の１面以上に、主走査断面内の形状が非円弧であり、副
走査断面内の形状が、非円弧で且つ主走査方向に形状変
化する特殊トロイダル面を有する(請求項１７)。そし
て、上に実施の形態および実施例を示した光走査装置に
より、光源１側からの光束を、矩形開口形状を持つアパ
ーチュア３によりビーム整形し、光偏向器５により偏向
させ、偏向光束を走査結像光学系６，７により被走査面
８に向けて集光し、被走査面上に光スポットを形成し、
被走査面８を光走査する光走査方法が実施される(請求
項１８)。また、上に実施の１形態を説明した画像形成
装置は、感光媒体１１１の感光面に光走査装置による光
走査を行って潜像を形成し、潜像を可視化して画像を得
る画像形成装置であって、感光媒体１１１の感光面の光
走査を行う光走査装置１１７として、請求項１〜７の任
意の１に記載のものを用いたものであり(請求項１９)、
感光媒体１１１が「光導電性の感光体」であり、感光面
の均一帯電と光走査装置の光走査とにより形成される静
電潜像が、トナー画像として可視化されるものである
(請求項２０)。
【００２６】
【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・走査光学系・光走査方法・画像
形成装置を実現できる。この発明の光走査装置は、従来
のものに比して短波長の光束を放射する光源を用いて小
径の光スポットを容易且つ確実に実現し、なおかつ、十
分な深度余裕を実現できる。従って、この発明の光走査
装置や走査光学系は、組み付けも容易で低コストに実現
できる。そして、このような光走査装置を用いる光走査
方法によれば、小径の光スポットによる高密度の光走査
を実現できる。そして、この発明の画像形成装置は、こ
のような光走査装置を用いて潜像の形成を行うことによ
り、解像度に優れた高品質の画像を形成することができ
る。
ば、新規な光走査装置・走査光学系・光走査方法・画像
形成装置を実現できる。この発明の光走査装置は、従来
のものに比して短波長の光束を放射する光源を用いて小
径の光スポットを容易且つ確実に実現し、なおかつ、十
分な深度余裕を実現できる。従って、この発明の光走査
装置や走査光学系は、組み付けも容易で低コストに実現
できる。そして、このような光走査装置を用いる光走査
方法によれば、小径の光スポットによる高密度の光走査
を実現できる。そして、この発明の画像形成装置は、こ
のような光走査装置を用いて潜像の形成を行うことによ
り、解像度に優れた高品質の画像を形成することができ
る。
【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。
るための図である。
【図２】光スポットの光強度分布とスポット径を説明す
るための図である。
るための図である。
【図３】ＲＭＳ(波面収差)が深度余裕に与える影響を説
明するための図である。
明するための図である。
【図４】実施例１に関する深度曲線を示す図である。
【図５】実施例２に関する深度曲線を示す図である。
【図６】画像形成装置の実施の１形態を示す図である。
１ 光源(半導体レーザ) ２ カップリング光学系(カップリングレンズ) ３ アパーチュア ４ 線像結像光学系(凸のシリンドリカルレンズ) ５ 光偏向器(回転多面鏡) ６，７ 走査結像光学系を構成するレンズ ８ 被走査面
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 AA03 AA19 AA40 AA42 BA04 BA86 2H045 AA01 BA01 CA04 CA34 CA55 CA68 CB15 CB24 2H087 KA19 LA22 PA02 PA17 PB02 QA02 QA06 QA14 QA21 QA32 QA41 RA05 RA12 RA13 5C072 AA03 BA04 BA13 DA02 DA18 HA02 HA13 HB10 9A001 HH23 HH35 KK16
Claims (20)
- 【請求項１】光源側からの光束を、アパーチュアにより
ビーム整形し、光偏向器により偏向させ、偏向光束を走
査結像光学系により被走査面に向けて集光し、上記被走
査面上に光スポットを形成し、上記被走査面を光走査す
る光走査装置において、 光源の放射する光束の波長：λが、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲にあり、光スポットの所望のスポット径：φと上
記波長：λとが条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ を満足することを特徴とする光走査装置。 - 【請求項２】請求項１記載の光走査装置において、 波長：λの範囲が、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ であり、光スポットの所望のスポット径：φと上記波
長：λとが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、射出瞳面上における波面収差の２乗和
平均：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足することを特徴とする光走査装置。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の光走査装置にお
いて、 主走査面内における被走査面法線と走査光束とのなす
角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足することを特徴とする光走査装置。 - 【請求項４】請求項１または２または３記載の光走査装
置において、 光源が半導体レーザであることを特徴とする光走査装
置。 - 【請求項５】請求項４記載の光走査装置において、光源
から放射される発散性の光束がカップリング光学系によ
り以後の光学系に カップリングされ、カップリングされた光束がアパーチ
ュアによりビーム整形されることを特徴とする光走査装
置。 - 【請求項６】請求項５記載の光走査装置において、 カップリング光学系がカップリングレンズであり、カッ
プリング作用がコリメート作用であることを特徴とする
光走査装置。 - 【請求項７】請求項５または６記載の光走査装置におい
て、 光偏向器が偏向反射面を有する回転鏡であり、 カップリングされた光束を上記偏向反射面近傍に、主走
査方向に長い線像に結像させる線像結像光学系を有する
ことを特徴とする光走査装置。 - 【請求項８】光源側からの光束を、アパーチュアにより
ビーム整形し、光偏向器により偏向させ、偏向光束を走
査結像光学系により被走査面に向けて集光し、上記被走
査面上に光スポットを形成し、上記被走査面を光走査す
る光走査装置において、 （１） ３５０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ の範囲内の所定波長：λの光を放射する光源からの光束
を、被走査面に導光して光スポットを形成する光学系で
あって、 少なくとも、上記アパーチュアと、光偏向器と、走査結
像光学系とを有し、 上記アパーチュアよりも被走査面側にある光学系の射出
瞳から、上記走査結像光学系の像面までの距離をｆ、上
記アパーチュアの上記射出瞳面上の径を２ａとすると
き、上記所定波長：λ、ｆ、ａが、光スポットの所望の
スポット径：φに対し、条件： （２） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦６ｍｍ （７） φ＝０．７λ／（ｆ/ａ） を満足することを特徴とする走査光学系。 - 【請求項９】請求項８記載の走査光学系において、 所定波長：λの範囲が、 （３） ３５０ｎｍ≦λ≦５００ｎｍ であり、光スポットの所望のスポット径：φと上記所定
波長：λとが条件： （４） ０．５ｍｍ≦φ2／λ≦３ｍｍ を満足し、且つ、射出瞳面上における波面収差の２乗和
平均：ＲＭＳ（波面収差）が、条件： （５） ＲＭＳ（波面収差）≦０．２ を満足することを特徴とする走査光学系。 - 【請求項１０】請求項８または９に記載の走査光学系に
おいて、 主走査面内における被走査面法線と走査光束とのなす
角：θが、条件： （６） ｃｏｓθ≧０．９ を満足するように、走査結像光学系の画角が設定されて
いることを特徴とする走査光学系。 - 【請求項１１】請求項８または９または１０記載の走査
光学系において、 半導体レーザからの光束を被走査面へ導光して被走査面
上に光スポットを形成するように構成され、 光源としての半導体レーザから放射される発散性の光束
を以後の光学系にカップリングするためのカップリング
光学系を有し、 アパーチュアが上記カップリング光学系よりも被走査面
側に配置されることを特徴とする走査光学系。 - 【請求項１２】請求項１１記載の走査光学系において、 カップリング光学系がカップリングレンズであり、カッ
プリング作用がコリメート作用であることを特徴とする
走査光学系。 - 【請求項１３】請求項１１または１２記載の走査光学系
において、 光偏向器が偏向反射面を有する回転鏡であり、 カップリングされた光束を上記偏向反射面近傍に、主走
査方向に長い線像に結像させる線像結像光学系を有する
ことを特徴とする走査光学系。 - 【請求項１４】請求項１３記載の走査光学系において、 線像結像光学系が凸のシリンドリカルレンズであること
を特徴とする走査光学系。 - 【請求項１５】請求項１１〜１４の任意の１に記載の走
査光学系において、 走査結像光学系がレンズのみで構成されていることを特
徴とする走査光学系。 - 【請求項１６】請求項１５記載の走査光学系において、 走査結像光学系が、２枚のレンズで構成されていること
を特徴とする走査光学系。 - 【請求項１７】請求項１６記載の走査光学系において、 カップリング光学系がカップリングレンズであり、カッ
プリング作用がコリメート作用であり、 走査結像光学系を構成する２枚のレンズの１面以上に、
主走査断面内の形状が非円弧であり、副走査断面内の形
状が、非円弧で且つ主走査方向に形状変化する特殊トロ
イダル面を有することを特徴とする走査光学系。 - 【請求項１８】光源側からの光束を、アパーチュアによ
りビーム整形し、光偏向器により偏向させ、偏向光束を
走査結像光学系により被走査面に向けて集光し、上記被
走査面上に光スポットを形成し、上記被走査面を光走査
する光走査方法において、 請求項１〜７の任意の１に記載の光走査装置を用いて行
うことを特徴とする光走査方法。 - 【請求項１９】感光媒体の感光面に光走査装置による光
走査を行って潜像を形成し、上記潜像を可視化して画像
を得る画像形成装置であって、 感光媒体の感光面の光走査を行う光走査装置として、請
求項１〜７の任意の１に記載のものを用いたことを特徴
とする画像形成装置。 - 【請求項２０】請求項１９記載の画像形成装置におい
て、 感光媒体が光導電性の感光体であり、感光面の均一帯電
と光走査装置の光走査とにより形成される静電潜像が、
トナー画像として可視化されることを特徴とする画像形
成装置。
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