JP2003021802A - 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明では、走査光学系である単レンズ61の
回転偏心により発生する走査線湾曲を微小に抑えること
ができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提
供を目的とする。 【解決手段】 上記課題を解決するために、本発明で
は、走査光学系を単レンズ61とし、単レンズの入射面61
aが主走査方向に平行な軸周りに回転偏心したときに発
生する副走査方向の走査線曲がりの方向と、出射面61b
が主走査方向に平行な軸周りに回転偏心したときに発生
する副走査方向の走査線曲がりの方向とが逆方向になる
ように、単レンズの面形状が設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査光学装置及びそ
れを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から光変
調され出射した光束を光偏向手段としてのポリゴンミラ
ーにより反射偏向させ、走査光学系を介して被走査面上
を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電
子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやデ
ジタル複写機等の装置に好適な走査光学装置に係り、特
に走査光学系を構成する単レンズの回転偏心に対して、
走査線曲がりの敏感度を低減した良好な画像が常に得ら
れる走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関す
るものである。

【０００２】また、複数の走査光学装置を用いて各色に
対応した複数の像担持体から成るカラー画像形成装置に
関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来よりレーザービームプリンター（Ｌ
ＢＰ）等の走査光学装置においては画像信号に応じて光
源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面
鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に
偏向させ、ｆθ特性を有する結像走査光学系によって感
光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束
させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。

【０００４】図２０は従来の走査光学装置の要部概略図
である。

【０００５】同図において光源手段１７１から出射した
発散光束はコリメーターレンズ１７２により略平行光束
に変換され、絞り１７３によって該光束を制限して副走
査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレン
ズ１７４に入射している。シリンドリカルレンズ１７４
に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそ
のままの状態で射出する。また副走査断面内においては
集束してポリゴンミラーから成る光偏向器１７５の偏向
面（反射面）１７５ａにほぼ線像として結像している。

【０００６】そして偏向手段１７５の偏向面１７５ａで
偏向された光束をｆθ特性を有する結像走査光学系７６
を介して被走査面としての感光ドラム面１７８上に導光
し、偏向手段１７５を矢印Ａ方向に回転させることによ
って該感光ドラム面１７８上を矢印Ｂ方向に光走査して
画像情報の記録を行なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この様な走査光学装置
において、高精度な画像情報の記録を行なうためには、
被走査面全域に渡って像面湾曲が良好に補正されている
こと。画角θと像高Ｙとの間に等速性をともなう歪曲特
性（ｆθ特性）を有していること。像面上でのスポット
径が各像高において均一であること等が必要である。こ
の様な光学特性を満足する走査光学装置、もしくは結像
走査光学系は従来より種々提案されている。

【０００８】一方、レーザービームプリンターやデジタ
ル複写機の装置のコンパクト化や低下価格化に伴い、走
査光学装置に対しても、同様の要求がなされている。

【０００９】この様な要望を満足する構成として、結像
走査光学系を１枚のｆθレンズから構成した走査光学装
置が、例えば特開平４−５０９０８号公報や特開平９−
３３８５０号公報等で提案されている。

【００１０】特開平４−５０９０８号公報では、ｆθレ
ンズの主走査方向に高次の非球面を用い、収差特性を比
較的良好に補正しているが、偏向手段と被走査面間の副
走査方向の倍率が一定となっていないために、副走査方
向のスポット径が、像高によって変化してしまう傾向が
あった。

【００１１】一方、特開平９−３３８５０号公報におい
ては、走査光学装置において、ｆθレンズのレンズ面の
うち、少なくとも２つの面において、副走査方向の曲率
が、ｆθレンズの有効部で主走査方向に沿って連続的
に、かつ主走査方向の曲率と独立に変化する事によっ
て、副走査方向の主平面の位置を２つの面のベンディン
グによって制御し、各像高における副走査倍率を一定と
することにより、スポット径を一定にする方法が提案さ
れている。

【００１２】しかしながら、上記提案においては、副走
査倍率を一定とするために、少なくとも２つの面のベン
ディングさせ、主平面の位置を倍率が一定となる様に制
御しているため、主走査と副走査の形状を完全に独立に
設定することが可能であるが、レンズの肉厚を小さく押
さえる等の要望により、主走査方向のレンズ形状が比較
的大きな非球面量を有する場合が多かった。

【００１３】上記の様な主走査方向の非球面量の大きな
レンズでは、各レンズ面、およびレンズの配置誤差によ
り、光学的な性能の劣化が大きく発生する。光学的な性
能の劣化の中で特に副走査方向の走査線曲がりは走査線
高さのずれや走査線の傾き等と異なり、装置本体で配置
するミラー等の調整により補正することができないため
大きな問題点となる。このため走査線湾曲を微小に抑え
る為には各レンズ面、及びレンズの配置を設計値通りに
精度良く配置するか、もしくはレンズに調整機構を設け
て設計上の配置になるように調整する必要が生じる。

【００１４】更に４本の感光体（感光ドラム）を用いて
各々に走査光学装置を配置してレーザー光により潜像を
形成し、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シア
ン），Ｂｋ（ブラック）の各色の原稿の画像を各々対応
する感光体面上に形成するカラー画像形成装置の場合、
各感光体面上に形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色の画
像を紙等の転写体上に重ね合わせるため、各感光体に対
応した走査光学装置の走査線に湾曲が発生していると４
色間での走査線の形状に誤差を生じ、転写体上での画像
において色ずれが生じるため著しい画像性能の劣化を招
くという問題点がある。

【００１５】本発明は、この様な問題点を解決するもの
であり、ｆθレンズを１枚のレンズにより構成し、光学
系の特性である像面湾曲特性、等速走査を行なうための
ｆθ特性、波面収差を良好に補正し、ｆθレンズを適切
な形状にすることにより、１枚のレンズの回転偏心によ
り発生する走査線曲がりを微小に抑えることができる走
査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】その問題を解決するため
に、光源手段と、該光源手段から出射した光束を偏向す
る偏向手段と、偏向光束を被走査面上にスポット上の結
像する走査光学系と、を具備する走査光学装置におい
て、前記走査光学系は単レンズであり、該単レンズの入
射面が主走査方向に平行な軸周りに回転偏心したときに
発生する副走査方向の走査線曲がりの方向と、該単レン
ズの出射面が主走査方向に平行な軸周りに回転偏心した
ときに発生する副走査方向の走査線曲がりの方向とが逆
方向になるように、該単レンズの面形状が設定されてい
る構成をとる。

【００１７】更に、前記単レンズの入射面が主走査方向
に平行な軸周りに回転偏心したときに発生する副走査方
向の走査線曲がりと、該単レンズの出射面が主走査方向
に平行な軸周りに回転偏心したときに発生する副走査方
向の走査線曲がりとが相殺される構成をとる。

【００１８】更に、該走査光学系の全系の副走査方向の
パワーをφs、該単レンズの出射面の副走査方向のパワ
ーをφs2としたとき、該単レンズの出射面の副走査方向
のパワーは、０．９≦φs2／φs≦１．１を満足してい
る構成をとる。

【００１９】更に、該単レンズの出射面の副走査方向の
パワーは、０．９５≦φs2／φs≦１．０５を満足して
いる構成をとる。

【００２０】更に、光軸上における前記偏向手段から前
記単レンズの出射面までの空気換算距離をＬ_ａｏ、前記
単レンズの出射面から前記被走査面までの距離をＬ_ｂｏ
とし、軸外における前記偏向手段から該単レンズの出射
面までの空気換算距離をＬ_{ａ θ}、前記単レンズの出射面
から前記被走査面までの距離をＬ_ｂθとしたとき、該単
レンズの出射面の主走査方向の形状は、

【外４】

【００２１】を満足している構成をとる。

【００２２】更に、該単レンズの出射面の主走査方向の
形状は、

【外５】

【００２３】を満足している構成をとる。

【００２４】更に、前記偏向手段には、主走査方向に長
手の線像が形成された光束が入射する構成をとる。

【００２５】更に、前記単レンズがモールドプロセスで
成形されている構成をとる。

【００２６】更に、前記出射面の副走査方向のパワー又
は／及び前記入射面の副走査方向のパワーが主走査方向
の形状に相関無く変化している構成をとる。

【００２７】更に、前記出射面の副走査方向の曲率半径
が軸上から軸外に向って変化している構成をとる。

【００２８】更に、前記入射面及び前記出射面がアナモ
フィック面である構成をとる。

【００２９】更に、前記単レンズの出射面の形状が円弧
である構成をとる。

【００３０】更に、前記単レンズの出射面の形状が非円
弧である構成をとる。

【００３１】更に、前記走査光学系の副走査方向結像倍
率の画像有効域内における差が１０％以内である構成を
とる。

【００３２】更に、前記単レンズの出射面の主走査方向
の形状は、前記偏向手段側に曲率中心を有する略円弧形
状である構成をとる。

【００３３】更に、前記単レンズが次式を満足する構成
をとる。

【外６】

【００３４】但し、 ΔX₂ ： レンズ出射面6bのデビエーション Rx_o ： 光軸上におけるレンズ出射面から子線曲率中心
までの光軸方向に沿った距離 Rx_θ ： 画角θにおけるレンズ出射面から子線曲率中心
までの光軸方向に沿った距離 L_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面から被走査面まで
の距離 L_2θ ： 画角θにおけるレンズ出射面から被走査面ま
での距離 fs_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面の副走査方向の焦
点距離 fs_2θ ： 画角θにおけるレンズ出射面の副走査方向の
焦点距離 N ： レンズの屈折率 d_o ： 光軸上におけるレンズの入射面と出射面との距離 d_θ ： 画角θにおけるレンズ6の入射面6aと出射面との
距離 fs_2o： 光軸上におけるレンズ出射面の副走査方向の焦
点距離 fs_2θ： 画角θにおけるレンズ出射面の副走査方向の焦
点距離 L_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面から被走査面まで
の距離 L_2θ： 画角θにおけるレンズ出射面から被走査面まで
の距離 φ ： 画角θにおける主走査方向の入射面出射後の光線
の傾き 更に、前記光源手段は独立に変調可能な複数の発光点を
有するマルチビーム光源である構成をとる。

【００３５】更に、本発明の画像形成装置は、本発明の
走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、
前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体
上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像
器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転
写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定
着器とから成る構成をとる。

【００３６】更に、本発明の画像形成装置は、本発明の
走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを
画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプ
リンタコントローラとから成る構成をとる。

【００３７】更に、本発明の画像形成装置は、本発明の
走査光学装置から成る複数の走査光学装置と、各々の走
査光学装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の
画像を形成する複数の像担持体とから成る構成をとる。

【００３８】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１(A)は、本発
明の実施形態１における走査光学装置の主走査断面図で
あり、図1(B)は副走査断面図である。

【００３９】ここで、主走査方向とは光走査により光束
が走査される方向を示し、副走査方向とは光軸と主走査
方向とに直交した方向を示す。

【００４０】光源手段である半導体レーザー1からの発
散光を第1光学系を構成する1枚のコリメーターレンズ2
により略平行光束に変換した後、絞り3により所望のス
ポット径が得られるように光束幅が制限される。

【００４１】第2光学系は副走査方向のみに所定の屈折
力を有した1枚のシリンドリカルレンズ4で構成され、後
述する偏向手段5の偏向面5ａ近傍に主走査方向に長手の
線像として結像させている。

【００４２】5は例えば4面構成のポリゴンミラー（回転
多面鏡）から成る偏向手段であり、モーターの駆動手段
（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転して
いる。

【００４３】61はｆθ特性を有する第3光学系（走査光
学系）であって、偏向手段5によって反射偏向された光
束を被走査面としての感光体ドラム面7上に結像させ、
且つ該偏向手段5の偏向面5ａの面倒れを補正している。
このとき、偏向手段5の偏向面5ａで反射偏向された2本
の光束は第3光学系61を介して感光体ドラム面７上に導
光され、ポリゴンミラー5を矢印Ａ方向に回転させるこ
とによって該感光体ドラム面7上を矢印Ｂ方向に同時に
光走査している。これにより感光体ドラム面上に走査線
を形成し、画像記録を行っている。

【００４４】ここで、第3光学系（結像走査光学系）61
を構成する1枚のｆθレンズについて説明する。

【００４５】ｆθレンズ61は、モールドプロセスで成形
された光学樹脂であるZEONEX E48R（日本ゼオン社製）
からなるプラスチックレンズであって、副走査方向のパ
ワー（屈折力）を出射面61bにのみ持たせ、且つ副走査
倍率が略一定となるように主走査方向形状（母線形状）
をポリゴンミラー5側に曲率中心を有した円弧形状に定
めている。

【００４６】ここで、副走査倍率が一定となるような主
走査方向形状（母線形状）とは、図２に示したように、
ポリゴンミラー5の偏向面5aから走査レンズ61の出射面6
1bまでの空気換算距離（レンズ内部は実距離／屈折率で
換算）と出射面61bから被走査面7までの距離との比が画
像有効域内で略一定

【外７】

【００４７】となるような形状であり、ポリゴンミラー
5側に曲率中心を有する略円弧形状となる。

【００４８】また、副走査方向のパワーを出射面61bの
みに持たせ、曲率半径は光軸から軸外へ掛けて徐々に大
きくなる形状とすることにより、副走査方向の像面湾曲
ならびに副走査倍率の均一性（副走査倍率一定）を補正
している。

【００４９】主走査方向においては、出射面61bが副走
査倍率を一定とする円弧形状に定められており、入射面
61aが残存する主走査方向の像面湾曲ならびにｆθ特性
を補正するような非円弧形状としている。

【００５０】図３に本実施形態における設計データを示
す。

【００５１】本発明における屈折面の面形状は、以下の
形状表現式により表されている。

【００５２】光軸との交点を原点とし、光軸方向をX
軸、主走査面内において光軸と直交する軸をY軸、副走
査面内において光軸と直交する軸をZ軸としたとき、主
走査方向と対応する母線方向が、

【外８】

【００５３】副走査方向（光軸を含み主走査方向に対し
て直交する方向）と対応する子線方向が、

【外９】

【００５４】尚、光軸外の子線曲率半径r'は各々の位置
における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義
されている。また形状表現式における多項式は１０次ま
での関数で表現しているが、次数はこれ以上でも以下で
も差し支えない。

【００５５】また、図４に本実施形態における走査光学
装置の収差図を示す。

【００５６】同図より、主走査方向及び副走査方向の像
面湾曲は共に±０.５mm以下、副走査倍率の均一性は２.
５％以下であり良好に補正されている。画像有効域内に
おける副走査倍率の差は走査光学装置としての実用上、
10％以下、望ましくは5％以下に抑えることが必要であ
る。

【００５７】このとき、本実施形態の単玉ｆθレンズ61
のように画像有効域内で副走査倍率を一定とした構成に
より、光学箱（筐体）へのレンズ組み付け誤差、レンズ
自体の製造誤差により走査レンズ6全体が副走査方向（Z
方向）へ偏心した場合において走査線が一律シフトし、
走査線曲がりを無くすことを可能とした。

【００５８】また、本実施形態の単玉ｆθレンズ61は、
入射面61aは副走査方向にノンパワーであり、出射面61b
にのみパワーを有した構成としたので単玉ｆθレンズ61
の入射面61a及び出射面61b夫々の面においても副走査倍
率を一定としている。

【００５９】この構成により、特にモールドレンズにお
いて型内の組み付け精度不足により入射面61aに対する
出射面61bの副走査方向の偏心が生じた場合においても
走査線が一律シフトし、走査線曲がりを無くすことを可
能とした。

【００６０】続いて、単玉ｆθレンズ61の入射面61a及
び出射面61bが主走査方向と平行な軸を中心とした回転
偏心が生じた場合における走査線曲がりについて説明す
る。

【００６１】出射面61bが主走査方向と平行な軸を中心
に回転角γだけ回転偏心した場合において、光軸上の光
線が被走査面上に到達する高さをZ_2o、画角θの光線が
被走査面7上に到達する高さをZ_2θとしたとき、走査線
曲がり量ΔZ₂は次式から計算できる。

【外１０】

【００６２】但し、 ΔX₂ ： レンズ出射面6bのデビエーション Rx_o ： 光軸上におけるレンズ出射面6bから子線曲率中
心までの光軸方向に沿った距離 Rx_θ ： 画角θにおけるレンズ出射面6bから子線曲率中
心までの光軸方向に沿った距離 L_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面6bから被走査面7
までの距離 L_2θ ： 画角θにおけるレンズ出射面6bから被走査面7
までの距離 fs_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面6bの副走査方向の
焦点距離 fs_2θ ： 画角θにおけるレンズ出射面6bの副走査方向
の焦点距離 ここで、デビエーションとは、あるレンズ面位置におけ
る光軸上のレンズ面位置に対する光軸方向のサグ量であ
る。また、本実施形態では、子線は母線に対して垂直な
方向に形成されているので、Rx_θを算出する場合はレン
ズ出射面位置における子線曲率半径Rs_θに母線の傾斜角
ηを用いて Rx_θ＝Rs_θ×cosη ・・・(4) から求められる。

【００６３】また、入射面61aが主走査方向と平行な軸
を中心に回転角γだけ回転偏心した場合において、光軸
上の光線が被走査面上に到達する高さをZ_1o、画角θの
光線が被走査面7上に到達する高さをZ_1θとしたとき、
走査線曲がり量ΔZ₁は次式から計算できる。

【外１１】

【００６４】但し、 N ： 走査レンズ61の屈折率 d_o ： 光軸上におけるｆθレンズ61の入射面61aと出射
面61bとの距離 d_θ ： 画角θにおけるｆθレンズ61の入射面61aと出射
面61bとの距離 fs_2o： 光軸上におけるレンズ出射面61bの副走査方向の
焦点距離 fs_2θ： 画角θにおけるレンズ出射面61bの副走査方向
の焦点距離 L_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面61bから被走査面7
までの距離 L_2θ： 画角θにおけるレンズ出射面61bから被走査面7
までの距離 φ ： 画角θにおける主走査方向の入射面61a出射後の
光線の傾き 単玉ｆθレンズ61が主走査方向と平行な軸周りに回転偏
心した場合の走査線曲がりΔZlは、入射面61a及び出射
面61bで発生した走査線曲がりの和で求めることができ
る。 ΔZ_l＝ΔZ_１＋ΔZ_２ ・・・(8) ここで、近似的に走査線曲り量を求める方法について説
明する。

【００６５】本実施形態では副走査方向のパワーを出射
面61bに集中させていて、且つ副走査倍率を一定として
いるので、出射面61bから被走査面までの距離Lと出射面
61bの副走査方向の焦点距離fs2の比 L2 / fs2 は画角θ
によらず一定値となる。よって、光軸上の L2o / fs2o
を代表として全ての画角においてこの値を用いる。

【００６６】また、 ΔX_２＞＞Rx_２−Rx_ｏ ・・・(9) なる関係にあることから、Rx（レンズ出射面61bから子
線曲率中心までの光軸方向に沿った距離）の成分を削除
することができる。よって、光軸上と画角θの場合で異
なるパラメーター（走査線曲がりを発生させる要因）が
ΔX₂だけとなり、出射面61bが主走査方向と平行な軸を
中心に回転角γだけ回転偏心した場合における走査線曲
がり量ΔZ₂は、

【外１２】

【００６７】と簡素な式にて計算できる。

【００６８】また、入射面61aが主走査方向に平行な軸
周りに回転偏心した場合の走査線曲がり量ΔZ1について
は、光軸上と画角θの場合で異なるパラメーター（走査
線曲がりを発生させる要因）が３つあり、d(ｆθレンズ
61の入射面61aと出射面61bとの距離)、L₂（レンズ出射
面61bから被走査面7までの距離）、φ（主走査方向の入
射面61a出射後の光線の傾き）である。

【００６９】そこで、各パラメーターについて、発生さ
せる走査線曲がり量を計算し、その和をｆθレンズが主
走査方向と平行な軸周りに回転偏心したときに生じる走
査線曲がり量とする。また、

【外１３】

【００７０】となる。

【００７１】このとき、ｆθレンズ61が主走査方向と平
行な軸周りに3分（γ= 8.727E−4rad）回転偏心した場
合の走査線曲がりが40μｍ、望ましくは20μｍ以下とす
るのが良い。よって、(8)式より

【外１４】

【００７２】を満足するように単玉ｆθレンズ61の各面
の形状を構成すればよい。

【００７３】(15)式の範囲を越えると、走査線曲がりに
よる画像劣化が目立ち、特に複数の走査光学装置を用い
たカラー画像形成装置においては、色ずれが問題とな
る。

【００７４】本実施形態の走査光学装置において、θma
x＝±40.9(deg)、ΔX₂＝−12.81(mm)、L_2o＝147.28(m
m)、L_2θ＝170.74(mm)、fs_2o＝44.95(mm)、N＝1.5242、
φ＝23.7(deg)、d_o＝17.90(mm) 、d_θ＝3.47(mm)であっ
て、単玉ｆθレンズ61が主走査方向と平行な軸周りに３
分（γ= 0.0008727 rad）回転偏心した場合に生じる走
査線曲がり量ΔZ_lは、上記（１０）〜（１４）式より、 ΔZ₁＝+ 0.036 (mm) ΔZ₂＝−0.037 (mm) ΔZ_l＝−0.001 (mm) であって、（１５）式を満足する構成であって回転偏心
に対して走査線曲がりの敏感度を低減された単玉ｆθレ
ンズであることが分かる。

【００７５】本実施形態における走査光学装置では、光
軸上におけるポリゴンミラーの偏向面5aから走査光学素
子61の出射面61bまでの空気換算距離（レンズ中は 実距
離 /屈折率）はL_ａｏ=63.193mm、前記走査光学系61の出
射面61bから前記被走査面８までの距離はL_ｂｏ=147.283
mmであり、軸外におけるポリゴンミラーの偏向面5aから
走査光学素子61の出射面61bまでの空気換算距離はL_ａθ
=72.843mm、走査光学素子61の出射面61bから前記被走査
面８までの距離はL_ｂθ=170.742mmであって、

【外１５】

【００７６】となり、

【外１６】

【００７７】なる条件を満足するように両面61a、61b
（特に出射面61b）の主走査方向形状（母線形状）を決
定している。

【００７８】図４は各々本実施形態における光走査装置
の近軸収差（像面湾曲、歪曲収差、副走査倍率差）を示
す諸収差図であり、像面湾曲における実線は副走査方
向、点線は主走査方向を示している。この諸収差図から
分かるように本実施形態では近軸収差が良好に補正され
ており、高精細印字に適した良好なる光走査装置を実現
させている。

【００７９】副走査方向のFnoの比は、 Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ＝０．９８２≧０．９ となり、副走査倍率の一定の条件を満足することを示し
ている。

【００８０】前記走査光学系61の光路長をＬ、焦点距離
をｆとしたとき、 １．３５ｆ≦Ｌ＝１．４５≦１．５５ｆ であり、出射面の主走査方向の形状を副走査倍率を一定
とするように決定し、かつ主走査方向の像面湾曲及びf
θ特性も良好に補正する、光路長と焦点距離の関係を満
足している。

【００８１】前記走査光学系の全系の副走査方向のパワ
ーをφs、出射面61b（第２面）の副走査方向のパワーを
φs2としたとき ０．９≦φs2／φs≦１．１ であり、副走査方向のパワーが出射面に集中しているこ
とによって、走査線湾曲の配置敏感度の低い系が実現さ
れている。

【００８２】図５には本実施形態における走査光学装置
において、入射面61a、出射面61b、単玉ｆθレンズ自体
が副走査方向（Z方向）に50μｍシフトした場合の走査
線曲がりを示す。

【００８３】また、図６には本実施形態における走査光
学装置において、入射面61a、出射面61b、単玉ｆθレン
ズ自体が主走査方向に平行な軸周りに３分回転偏心した
場合の走査線曲がりを示す。

【００８４】副走査方向にシフトした偏心に対しては、
レンズとして副走査倍率が揃っていること、及び各面に
ついて副走査倍率が揃っている構成であることから、被
走査面上に到達する高さは変化するものの走査線曲がり
の敏感度が小さく抑えられている。

【００８５】また、主走査方向に平行な軸周りに回転し
た偏心に対しては、上記(10)〜(15)式を満足させて出射
面61bが回転偏心して発生する走査線曲がりとは逆方向
に同量の走査線曲がりが発生する入射面61aの形状を構
成しているので、入射面61aで生じた走査線曲がりと出
射面6bで生じた走査線曲がりとが相殺して、単玉ｆθレ
ンズ自体として回転偏心した場合では走査線曲がりの敏
感度が小さく抑えられている。

【００８６】これにより、本発明の効果を用いて、回転
偏心が生じても走査線曲がりが小さく抑えられた常に良
好なる画像が得られる走査光学装置を提供することがで
きる。

【００８７】また、本実施形態においては特にプラスチ
ックレンズで顕著な環境変動時のピント移動を補償する
為に単玉ｆθレンズ61のうち少なくとも一方の面に回折
格子面を設けて形成しても良い。

【００８８】また、本実施形態においては光源手段をマ
ルチビームレーザーより構成しても前述の実施形態１と
同様に適用することができる。

【００８９】マルチビームのビーム本数は、２本でも3
本以上でも良い。

【００９０】本実施形態における走査光学素子である単
レンズ６１はモールドプロセスで成形されたガラスレン
ズでも良い。

【００９１】（実施形態２）図７(A)は本実施形態にお
ける走査光学装置の主走査断面図であり、図７(B)は副
走査断面図である。

【００９２】本実施形態と実施形態１との相違点は、光
源手段にマルチビームを用いた点、第3光学系を構成す
る単玉ｆθレンズの入射面、出射面の形状を変更した点
でありその他は第1実施形態と同様である。

【００９３】同図において１１は光源手段であるマルチ
ビームレーザーであり、独立に変調された2本の光束を
同時に出射している（図中では１本の光束のみ記載）。

【００９４】また、本実施形態ではこの走査光学装置を
図８に示すカラー画像形成装置に搭載している。同装置
は複数の走査光学装置からの複数の光束をそれぞれ対応
する像担持体上に導光し、異なった色光の画像情報を記
録するカラー画像装置である。

【００９５】図９に本実施形態における設計データを示
す。

【００９６】本実施形態では単玉ｆθレンズ61の入射面
61aは主走査方向が非球面形状、副走査方向が凸面のト
ーリック面であり、出射面61bは主走査方向が非球面形
状、副走査方向が主走査方向とは異なる曲率半径を有し
た円弧形状で且つ主走査方向に対応して曲率半径が変化
する変形トーリック面により構成されている。

【００９７】副走査方向のパワーが集中した出射面61b
は、画像有効域内で副走査倍率が略一定となるように主
走査方向の形状が決定されている。

【００９８】図９を用いて計算すると、φs2／φs＝0.9
32となり、０．９≦φs2／φs≦１．１を満たす。Lbθ
／Laθ＝0.974×Lb0／La0となり、

【外１７】

【００９９】を満たす。

【０１００】図１０は本実施形態における主走査方向及
び副走査方向の像面湾曲、ｆθ特性、単玉ｆθレンズの
副走査倍率を示しており、いずれも良好に補正されてい
る。

【０１０１】図１１は本実施形態における単玉ｆθレン
ズ全体、及び各光学面を副走査方向に50μｍ偏心させた
場合の被走査面上における走査線の副走査方向の移動量
を示す図である。同図より偏心により照射位置は変動す
るものの、走査線曲がりの発生は微量であることが分か
る。

【０１０２】また、図１２は本実施形態における単玉ｆ
θレンズ全体、及び各光学面を主走査方向に平行な軸周
りに3分回転偏心させた場合の被走査面上における走査
線の副走査方向の移動量を示す図である。同様に偏心に
より照射位置は変動するものの、走査線曲がりの発生は
微量であることが分かる。

【０１０３】以上、本実施形態では第3光学系をトーリ
ック面、変形トーリック面からなる単玉ｆθレンズから
構成し、(10)〜(15)式に示した条件を満足し、出射面が
主走査方向と平行な軸周りに回転偏心することにより発
生する走査線曲がりとは逆方向にかつ同量の走査線曲が
りを発生させる入射面を形成したことにより、入射面で
生じる走査線曲がりと出射面で生じる走査線曲がりとを
相殺させて、単玉ｆθレンズが回転偏心した場合に走査
線曲がりを生じない走査光学装置を単玉ｆθレンズを使
用し安価に実現することが可能となる。

【０１０４】更に、本実施形態固有の効果として、画像
有効域内における単玉ｆθレンズの副走査倍率の一定化
により、マルチビームを用いた走査光学装置における複
数光束間の被走査面上での走査線間隔が均一化され、高
精細な画像形成が可能な走査光学装置が実現できる。

【０１０５】また、(10)〜(15)式に示した条件を満足
し、出射面が主走査方向と平行な軸周りに回転偏心する
ことにより発生する走査線曲がりとは逆方向にかつ同量
の走査線曲がりを発生させる入射面を形成したことによ
り、単玉ｆθレンズの組み付け誤差による走査線曲がり
が発生しない、そして走査線曲がり調整を必要としない
色ずれの少ないカラー画像装置の実現が可能となる。

【０１０６】（実施形態３）図１３(A)は本実施形態に
おける走査光学装置の主走査方向の断面図であり、図１
３(B)は副走査方向の断面図である。本実施形態におい
て実施形態１との相違点は、第3光学系を構成する単玉
ｆθレンズ61の入射面61aと出射面61bの副走査方向の形
状を変更した点である。さらに走査光学装置を画像形成
装置に搭載した点であり他は実施形態１と同様である。

【０１０７】図１４に本実施形態における設計データを
示す。

【０１０８】本実施形態では単玉ｆθレンズ61の主走査
方向が非球面形状、副走査方向が凸面のトーリック面、
出射面は主走査方向が円弧形状、副走査方向が主走査方
向とは異なる円弧形状でかつ主走査方向に対応して曲率
半径が変化する変形トーリック面により構成されてい
る。出射面の主走査形状は画像有効域内で副走査倍率が
略一定となるように決定されており、また副走査方向の
屈折力も出射面に集中させている。

【０１０９】図１５は本実施形態における主走査方向及
び副走査方向の像面湾曲、ｆθ特性、単玉ｆθレンズの
副走査倍率を示しており、いずれも良好に補正されてい
る。

【０１１０】ここで、副走査方向において単玉ｆθレン
ズの全系パワーをφs、出射面光軸上のパワーをφs2と
したとき、 φs2／φs＝0.929・・・ (16) であって、 ０．９≦φs2／φs≦１．１ ・・・ (17) なる条件式を満足している。

【０１１１】Lbθ／Laθ＝1.0057×Lb0／La0となり、

【外１８】

【０１１２】を満たす。

【０１１３】本実施形態では単玉ｆθレンズ61の入射面
及び出射面ともに実施形態１と同様の主走査方向の形状
をしており、副走査方向においては入射面に微弱の正の
パワーを有しているが出射面にパワーを略集中させてい
るので条件式(10)〜(15)に示した関係から大きく外れる
ことがない。

【０１１４】入射面61a側のパワー配分は単玉ｆθレン
ズ全体のパワーの１割以下であれば実質上、本発明の効
果を得られる。よって、出射面61bが主走査方向と平行
な軸周りに回転偏心した場合に生じる走査線曲がりと逆
方向に湾曲し、湾曲量が同量の走査線曲がりを発生させ
る入射面形状をとしており、単玉ｆθレンズ61が主走査
方向と平行な軸周りに回転偏心することによる走査線曲
がりの敏感度を低減する構成としている。

【０１１５】図１６は本実施形態における単玉ｆθレン
ズ全体、及び各光学面を副走査方向に50μｍ偏心させた
場合の被走査面上における走査線の副走査方向の移動量
を示す図である。同図より偏心により照射位置は変動す
るものの、走査線曲がりの発生は微量であることが分か
る。

【０１１６】また、図１７には本実施形態における単玉
ｆθレンズ全体、及び各光学面を主走査方向と平行な軸
を中心として3分回転偏心させた場合の走査線の副走査
方向の移動量を示す図である。

【０１１７】同図において、走査線の照射位置は変動す
るものの、走査線曲がりの発生は微量であることが分か
る。

【０１１８】図１８は、本発明の画像形成装置の実施形
態を示す副走査方向の要部断面図である。図１８におい
て、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装
置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１
１７からコードデータDｃが入力する。このコードデー
タDｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によっ
て、画像データ（ドットデータ）Dｉに変換される。こ
の画像データDｉは、実施形態 〜 に示した構成を有
する光走査ユニット１００に入力される。そして、この
光走査ユニット１００からは、画像データDｉに応じて
変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１
０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に
走査される。

【０１１９】静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム
１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させら
れる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の
感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交す
る副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方に
は、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電
ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。
そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラ
ム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって
走査される光ビーム１０３が照射されるようになってい
る。

【０１２０】先に説明したように、光ビーム１０３は、
画像データDｉに基づいて変調されており、この光ビー
ム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表
面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光
ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１
の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するよう
に配設された現像器１０７によってトナー像として現像
される。

【０１２１】現像器１０７によって現像されたトナー像
は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対
向するように配設された転写ローラ１０８によって被転
写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光
ドラム１０１の前方（図１５において右側）の用紙カセ
ット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可
能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１
１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１
１２を搬送路へ送り込む。

【０１２２】以上のようにして、未定着トナー像を転写
された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１
６において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内
部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３
とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加
圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から搬送さ
れてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１
１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙
１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ロ
ーラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されてお
り、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せ
しめる。

【０１２３】図１６においては図示していないが、プリ
ントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけ
でなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、
後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御
を行う。

【０１２４】図１９は本発明の実施態様のカラー画像形
成装置の要部概略図である。本実施形態は、走査光学装
置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面
上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形
成装置である。図1９において、６０はカラー画像形成
装置、１１，１２，１３，１４は各々実施形態１〜３に
示したいずれかの構成を有する走査光学装置、２１，２
２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３
１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルト
である。

【０１２５】図1９において、カラー画像形成装置６０
には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ
（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号
が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコン
トローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼン
タ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ
（ドットデータ）に変換される。これらの画像データ
は、それぞれ走査光学装置１１，１２，１３，１４に入
力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画
像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４
３，４４が出射され、これらの光ビームによって感光ド
ラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走
査される。

【０１２６】本実施態様におけるカラー画像形成装置は
走査光学装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、
各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロ
ー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感
光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像
情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものであ
る。

【０１２７】本実施態様におけるカラー画像形成装置は
上述の如く４つの走査光学装置１１，１２，１３，１４
により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各
色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，
２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写し
て１枚のフルカラー画像を形成している。

【０１２８】前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤ
センサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良
い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー
画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成さ
れる。

【０１２９】

【発明の効果】本発明の効果は、副走査方向のパワーを
出射面に略集中させ出射面の主走査方向の形状を、画像
有効域内において副走査方向の倍率が揃う形とした単玉
ｆθレンズを用いることで、単玉ｆθレンズが主走査方
向と平行な軸を中心に回転した場合において、走査線曲
がりを低減した走査光学装置を提供することができる。

【０１３０】また、この走査光学装置を複数用いたカラ
ー画像形成装置に搭載した場合においては、各走査光学
装置間の走査線曲がりの差分が小さく抑えられ、難易な
走査線曲がりの調整を必要としない色ずれの少ないカラ
ー画像装置の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１における主走査断面図及び
副走査断面図

【図２】本発明の実施形態１における要部概要図

【図３】本発明の実施形態１における設計データ

【図４】本発明の実施形態１における収差図

【図５】本発明の実施形態１における走査線移動量を示
す図

【図６】本発明の実施形態１における走査線移動量を示
す図

【図７】本発明の実施形態２における主走査断面図及び
副走査断面図

【図８】本発明の実施形態２におけるカラー画像形成装
置の要部概要図

【図９】本発明の実施形態２における設計データ

【図１０】本発明の実施形態２における収差図

【図１１】本発明の実施形態２における走査線移動量を
示す図

【図１２】本発明の実施形態２における走査線移動量を
示す図

【図１３】本発明の実施形態３における主走査断面図及
び副走査断面図

【図１４】本発明の実施形態３における設計データ

【図１５】本発明の実施形態３における収差図

【図１６】本発明の実施形態３における走査線移動量を
示す図

【図１７】本発明の実施形態３における走査線移動量を
示す図

【図１８】本発明の画像形成装置の要部概要図。

【図１９】本発明のカラー画像形成装置の要部概要図

【図２０】従来の走査光学装置における斜視図

【符号の説明】

１ 光源手段（半導体レーザー・半導体レーザーアレ
イ） ２ 第1光学系（コリメーターレンズ） ３ 開口絞り ４ 第2光学系（シリンドリカルレンズ） ５ 偏向手段（ポリゴンミラー） ６、６１ 第3光学系（ｆθレンズ） ７ 被走査面（感光体ドラム）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 学 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 下村 秀和 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C362 BA86 BB14 2H045 AA01 BA22 BA34 CA68 2H087 KA19 LA22 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA08 RA12 RA13

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段と、該光源手段から出射した光
   束を偏向する偏向手段と、偏向光束を被走査面上にスポ
   ット上の結像する走査光学系と、を具備する走査光学装
   置において、 前記走査光学系は単レンズであり、 該単レンズの入射面が主走査方向に平行な軸周りに回転
   偏心したときに発生する副走査方向の走査線曲がりの方
   向と、該単レンズの出射面が主走査方向に平行な軸周り
   に回転偏心したときに発生する副走査方向の走査線曲が
   りの方向とが逆方向になるように、該単レンズの面形状
   が設定されていることを特徴とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記単レンズの入射面が主走査方向に平
   行な軸周りに回転偏心したときに発生する副走査方向の
   走査線曲がりと、該単レンズの出射面が主走査方向に平
   行な軸周りに回転偏心したときに発生する副走査方向の
   走査線曲がりとが相殺されていることを特徴とする請求
   項１に記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 該走査光学系の全系の副走査方向のパワ
   ーをφs、該単レンズの出射面の副走査方向のパワーを
   φs2としたとき、該単レンズの出射面の副走査方向のパ
   ワーは、０．９≦φs2／φs≦１．１を満足しているこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 該単レンズの出射面の副走査方向のパワ
   ーは、０．９５≦φs2／φs≦１．０５を満足している
   ことを特徴とする請求項１〜３のいづれか１項記載の光
   走査装置。
5. 【請求項５】 光軸上における前記偏向手段から前記単
   レンズの出射面までの空気換算距離をＬ_ａｏ、前記単レ
   ンズの出射面から前記被走査面までの距離をＬ_ｂｏと
   し、軸外における前記偏向手段から該単レンズの出射面
   までの空気換算距離をＬ_ａθ、前記単レンズの出射面か
   ら前記被走査面までの距離をＬ_ｂθとしたとき、該単レ
   ンズの出射面の主走査方向の形状は、 【外１】 を満足していることを特徴とする請求項１〜４のいづれ
   か１項に記載の光走査装置。
6. 【請求項６】 該単レンズの出射面の主走査方向の形状
   は、 【外２】 を満足していることを特徴とする請求項４に記載の光走
   査装置。
7. 【請求項７】 前記偏向手段には、主走査方向に長手の
   線像が形成された光束が入射する請求項１〜６のいづれ
   か１項記載の走査光学装置。
8. 【請求項８】 前記単レンズがモールドプロセスで成形
   されている請求項１〜７のいづれか１項記載の走査光学
   装置。
9. 【請求項９】 前記出射面の副走査方向のパワー又は／
   及び前記入射面の副走査方向のパワーが主走査方向の形
   状に相関無く変化していることを特徴とする請求項１〜
   ９のいづれか１項に記載の光走査装置。
10. 【請求項１０】 前記出射面の副走査方向の曲率半径が
    軸上から軸外に向って変化していることを特徴とする請
    求項１〜９のいづれか１項に記載の光走査装置。
11. 【請求項１１】 前記入射面及び前記出射面がアナモフ
    ィック面であることを特徴とする請求項１〜１０のいづ
    れか１項に記載の光走査装置。
12. 【請求項１２】 前記単レンズの出射面の形状が円弧で
    あることを特徴とする請求項１〜１１のいづれか１項に
    記載の光走査装置。
13. 【請求項１３】 前記単レンズの出射面の形状が非円弧
    であることを特徴とする請求項１〜１１のいづれか１項
    に記載の光走査装置。
14. 【請求項１４】 前記走査光学系の副走査方向結像倍率
    の画像有効域内における差が１０％以内であることを特
    徴とする請求項１〜１３のいづれか１項に記載の光走査
    装置。
15. 【請求項１５】 前記単レンズの出射面の主走査方向の
    形状は、前記偏向手段側に曲率中心を有する略円弧形状
    であることを特徴とする請求項１２記載の走査光学装
    置。
16. 【請求項１６】 前記単レンズが次式を満足することを
    特徴とする請求項１〜１５のいづれか１項記載の走査光
    学装置。 【外３】 但し、 ΔX₂ ： レンズ出射面6bのデビエーション Rx_o ： 光軸上におけるレンズ出射面から子線曲率中心
    までの光軸方向に沿った距離 Rx_θ ： 画角θにおけるレンズ出射面から子線曲率中心
    までの光軸方向に沿った距離 L_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面から被走査面まで
    の距離 L_2θ ： 画角θにおけるレンズ出射面から被走査面ま
    での距離 fs_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面の副走査方向の焦
    点距離 fs_2θ ： 画角θにおけるレンズ出射面の副走査方向の
    焦点距離 N ： レンズの屈折率 d_o ： 光軸上におけるレンズの入射面と出射面との距離 d_θ ： 画角θにおけるレンズ6の入射面6aと出射面との
    距離 fs_2o： 光軸上におけるレンズ出射面の副走査方向の焦
    点距離 fs_2θ： 画角θにおけるレンズ出射面の副走査方向の焦
    点距離 L_2o ： 光軸上におけるレンズ出射面から被走査面まで
    の距離 L_2θ： 画角θにおけるレンズ出射面から被走査面まで
    の距離 φ ： 画角θにおける主走査方向の入射面出射後の光線
    の傾き
17. 【請求項１７】 前記光源手段は独立に変調可能な複数
    の発光点を有するマルチビーム光源であることを特徴と
    する請求項１〜１６のいづれか１項記載の走査光学装
    置。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１７のいづれか１項に記載
    の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体
    と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感
    光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する
    現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写す
    る転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させ
    る定着器とから成る画像形成装置。
19. 【請求項１９】 請求項１〜１８のいづれか１項に記載
    の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータ
    を画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめる
    プリンタコントローラとから成る画像形成装置。
20. 【請求項２０】 請求項１〜１９のいづれか１項に記載
    の走査光学装置から成る複数の走査光学装置と、各々の
    走査光学装置の被走査面に配置され、互いに異なった色
    の画像を形成する複数の像担持体とから成る画像形成装
    置。