JP2003156703A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 折り返しミラーを配置する際の自由度を高
め、また副走査横倍率の絶対値を低下させ、ピッチムラ
の少ない高性能でコンパクトな光走査装置及びそれを用
いた画像形成装置を得ること。 【解決手段】 光源手段１から出射した光束を他の光束
に変換する第１の光学系２と、該第１の光学系２を通過
した光束を偏向手段５の偏向面上に主走査方向へ長い線
像として結像させる第２の光学系３と、該偏向手段５か
らの光束を被走査面上に導光する第３の光学系６と、を
有する光走査装置において、該第３の光学系６は１枚以
上の光学素子を有し、該偏向手段５の偏向点から被走査
面７までの光軸上の距離をＴ、該偏向手段５の偏向点か
ら最も被走査面側の光学素子面までの光軸上の距離を
Ｓ、該第３の光学系の副走査断面内の横倍率をβｓ（β
ｓ≦０）とするとき、Ｓ／Ｔ≦０.３、｜βｓ｜≦３な
る条件を満たすこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光走査装置及びそれ
を用いた画像形成装置に関し、特に折り返しミラーを配
置する際の自由度を高め、また副走査方向の横倍率の絶
対値を低下させ、ピッチムラ（面倒れによる走査線の直
線性の劣化）の少ない、高性能でコンパクトな、例えば
レーザープリンタやデジタル複写機やマルチファンクシ
ョンプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からレーザービームプリンタやデジ
タル複写機やマルチファンクションプリンタ等に用いら
れる光走査装置においては、画像信号に応じて光源から
出射された光束（光ビーム）を回転多面鏡等の光偏向器
で周期的に偏向させ、fθ特性を有する走査レンズを用
い、被走査面である感光ドラム面上を略等速に走査しな
がらスポットを形成している。これにより記録媒体とし
ての感光ドラム面上に画像情報の記録を行っている。

【０００３】図１０は従来の光走査装置の主走査方向の
要部断面図（主走査断面図）、図１１は従来の光走査装
置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。

【０００４】図１０、図１１において光源手段９１から
出射した発散光束は集光レンズ（コリメーターレンズ）
９２により略平行光束もしくは収束光束とされ、絞り９
３によって光束を制限して副走査方向に屈折力を有する
シリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリ
カルレンズ９４に入射した略平行光束は副走査方向にの
み結像されるため、主走査方向に長い線像として光偏向
器９５の偏向面９５ａにほぼ結像する。そして光偏向器
９５の偏向面９５ａで偏向された光束はfθ特性を有す
る走査レンズ系（結像光学系）９６を介して被走査面で
ある感光ドラム面９７上を走査して画像記録を行ってい
る。

【０００５】この種の光走査装置において、高精細な画
像の記録を行うには、(アー1)被走査面全域にわたって像
面湾曲が良好に補正されていることと、(アー2)被走査面
でのスポット径及びスポット形状が良好であること、(ア
ー3)光偏向器の偏向面が倒れた場合でも走査線の位置ズ
レが生じないように補正する倒れ補正機能を有している
こと、(アー4)歪曲収差が良好に補正されていること、等
が必要である。

【０００６】更に近年、画像形成装置の小型化に伴い、
光走査装置も小型化しなければならず、走査レンズもコ
ンパクトなレンズ形状が要求されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】走査レンズ系をコンパ
クト化するためには該走査レンズ系の焦点距離を短縮す
る、つまり光偏向器の偏向点から被走査面までの距離を
短縮する必要があるが、一般には走査レンズ系の焦点距
離を短縮すると、最も被走査面側の走査レンズのレンズ
面から被走査面までの距離(レンズバック)が短くなり、
最も被走査面側の走査レンズ面と被走査面との間の光路
内に折り返しミラー等を配置する場合、その自由度が少
なくなるという問題点が生じる。

【０００８】また、たとえ、レンズバックをある程度確
保できたとしても、副走査方向の横倍率（副走査倍率）
が高くなり、面倒れによる走査線の劣化(ピッチムラ)が
大きくなり、高精細な画像形成装置やカラー出力可能な
カラー画像形成装置には適用できないという問題点があ
る。

【０００９】このように近年、コンパクトな光走査装置
が要求される中でレンズバックを確保し、かつ副走査倍
率を低減させ、所望の光学性能を得ることは困難であっ
た。

【００１０】本発明はレンズバックを確保し、かつピッ
チムラを低減し、像面湾曲、歪曲収差、ビーム径の像高
によるバラツキ等を良好に補正することのできるコンパ
クトでレンズバックの長い高品質な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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光走査
装置は、光源手段から出射した光束を他の光束に変換す
る第１の光学系と、該第１の光学系を通過した光束を偏
向手段の偏向面上に主走査方向へ長い線像として結像さ
せる第２の光学系と、該偏向手段からの光束を被走査面
上に導光する第３の光学系と、を有する光走査装置にお
いて、該第３の光学系は１枚以上の光学素子を有し、該
偏向手段の偏向点から被走査面までの光軸上の距離を
Ｔ、該偏向手段の偏向点から最も被走査面側の光学素子
面までの光軸上の距離をＳ、該第３の光学系の副走査断
面内の横倍率をβｓ（βｓ≦０）とするとき、 Ｓ／Ｔ≦０.３ ｜βｓ｜≦３ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００１２】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記１枚以上の光学素子のうち、１枚の光学素子は
主走査断面内において非球面を有していることを特徴と
している。

【００１３】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記第３の光学系は、主走査断面内又は／及び
副走査断面内において回折作用を有する回折面を有して
いることを特徴としている。

【００１４】請求項４の発明は請求項１、２又は３の発
明において、前記第３の光学系は、副走査断面内におい
て負の屈折力を有する光学素子を有していることを特徴
としている。

【００１５】請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか
１項の発明において、前記第３の光学系は、副走査断面
内において前記偏向面側に凸面を向けた光学素子を有し
ていることを特徴としている。

【００１６】請求項６の発明は請求項１乃至５の何れか
１項の発明において、前記１枚以上の光学素子は、最大
有効径をＹmaxとするとき、 Ｙmax≦６０ｍｍ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００１７】請求項７の発明は請求項１乃至６の何れか
１項の発明において、前記光源手段は複数の発光部を有
することを特徴としている。

【００１８】請求項８の発明は請求項１乃至７の何れか
１項の発明において、副走査断面内において前記被走査
面上での有効Ｆ値をＦＳｎｏとするとき、有効走査域全
域において、 ＦＳｎｏ≦６５ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００１９】請求項９の発明は請求項１乃至８の何れか
１項の発明において、主走査断面内において、前記被走
査面上での有効Ｆ値をＦＭｎｏとするとき、有効走査域
全域において、 ＦＭｎｏ≦５５ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００２０】請求項１０の発明の光走査装置は、光源手
段から出射した光束を他の光束に変換する第１の光学系
と、該第１の光学系を通過した光束を偏向手段の偏向面
上に主走査方向へ長い線像として結像させる第２の光学
系と、該偏向手段からの光束を被走査面上に導光する第
３の光学系と、を有する光走査装置において、該第３の
光学系は２枚以上の光学素子を有し、該２枚以上の光学
素子のうち、２つの光学素子間の距離をＵ、該偏向手段
の偏向点から最も被走査面側の光学素子面までの距離を
Ｓ、該第３の光学系の副走査断面内の横倍率をβｓ（β
ｓ≦０）とするとき、 Ｕ／Ｓ≦０.６ ｜βｓ｜≦３ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００２１】請求項１１の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記２枚以上の光学素子のうち、少なくとも１枚
の光学素子は主走査断面内において非球面を有している
ことを特徴としている。

【００２２】請求項１２の発明は請求項１０又は１１の
発明において、前記第３の光学系は、主走査断面内又は
／及び副走査断面内において回折作用を有する回折面を
有していることを特徴としている。

【００２３】請求項１３の発明は請求項１１又は１２の
発明において、前記第３の光学系は、副走査断面内にお
いて負の屈折力を有する光学素子を有していることを特
徴としている。

【００２４】請求項１４の発明は請求項１０乃至１３の
何れか１項の発明において、前記第３の光学系は、副走
査断面内において前記偏向面側に凸面を向けた光学素子
を有していることを特徴としている。

【００２５】請求項１５の発明は請求項１０乃至１４の
何れか１項の発明において、前記２枚以上の光学素子
は、最大有効径をＹmaxとするとき、 Ｙmax≦６０ｍｍ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００２６】請求項１６の発明は請求項１０乃至１５の
何れか１項の発明において、前記光源手段は複数の発光
部を有することを特徴としている。

【００２７】請求項１７の発明は請求項１０乃至１６の
何れか１項の発明において、副走査断面内において前記
被走査面上での有効Ｆ値をＦＳｎｏとするとき、有効走
査域全域において、 ＦＳｎｏ≦６５ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００２８】請求項１８の発明は請求項１０乃至１７の
何れか１項の発明において、主走査断面内において、前
記被走査面上での有効Ｆ値をＦＭｎｏとするとき、有効
走査域全域において、 ＦＭｎｏ≦５５ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００２９】請求項１９の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記２枚以上の光学素子のうち、１枚の光学素子
はミラーであり、前記偏向手段の偏向点から該ミラーま
での光軸上の距離をＰ、該ミラーから前記被走査面まで
の距離をＱとするとき、 １．５≦Ｑ／Ｐ なる条件を満たすことを特徴としている。

【００３０】請求項２０の発明は請求項１９の発明にお
いて、前記ミラーは、主走査断面内又は／及び副走査断
面内において屈折力を有していることを特徴としてい
る。

【００３１】請求項２１の発明の画像形成装置は、請求
項１乃至２０の何れか１項に記載の光走査装置と、前記
被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査
された光ビーム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、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を有することを特
徴としている。

【００３２】請求項２２の発明の画像形成装置は、請求
項１乃至２０の何れか１項に記載の光走査装置と、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
記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを
有していることを特徴としている。

【００３３】請求項２３の発明のレーザービームプリン
タは、請求項１乃至２０の何れか１項の光走査装置を用
いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光
することを特徴としている。

【００３４】

【発明の実施の形態】［実施形態１］図１は本発明の実
施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、
図２は本発明の実施形態１の副走査方向の要部断面図
（副走査断面図）である。

【００３５】尚、本明細書においては走査レンズ系の光
軸と光偏向器により偏向された光束とが形成する面を主
走査断面、走査レンズ系の光軸を含み主走査断面と直交
する面を副走査断面と定義する。

【００３６】図１、図２において１は光源手段であり、
同一のチップに複数の発光部を備えた、モノリシックな
マルチビーム光源より成っている。２は第１の光学系と
しての集光レンズ（コリメーターレンズ）であり、光源
手段１から出射された複数の発散光束を略平行光束もし
くは収束光束に変換している。３は第２の光学系として
のシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定
のパワーを有しており、集光レンズ２で変換された光束
を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（反射
面）５ａにほぼ線像として結像させている。４は開口絞
りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形してい
る。尚、コリメーターレンズ２、シリンドリカルレンズ
３、そして開口絞り４等の各要素は入射光学手段の一要
素を構成している。

【００３７】５は偏向手段としての光偏向器であり、例
えば４面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っ
ており、モーター等の駆動手段（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。

【００３８】６は集光機能とｆθ特性とを有する第３の
光学系としての走査レンズ系（ｆθレンズ系）であり、
光偏向器５側より順にプラスチック材より成る第１、第
２の２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂと折り返しミラー８と
を有し、光偏向器５によって反射偏向された画像情報に
基づく光束を被走査面としての感光ドラム面７上にスポ
ット状に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器
５の偏向面５ａと感光ドラム面７との間を共役関係にす
ることにより、倒れ補正機能を有している。

【００３９】本実施形態においては走査レンズ系６を構
成する２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂのうち、少なくとも
１枚のｆθレンズは主走査断面内において非球面（トー
リック面）を有している。また走査レンズ系６は副走査
断面内において、負の屈折力を有するｆθレンズを有
し、さらに偏向面側に凸面を向けたｆθレンズを有して
いる。

【００４０】７は被走査面としての感光ドラム面であ
る。８は折り返しミラーであり、平面ミラーより成って
いる。尚、折り返しミラー８は主走査断面内又は／及び
副走査断面内において屈折力を有していても良い。

【００４１】本実施形態においてマルチビーム光源１か
ら出射した複数の発散光束は集光レンズ２により略平行
光束もしくは収束光束に変換され、シリンドリカルレン
ズ３に入射する。シリンドリカルレンズ３に入射した光
束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射
して開口絞り４を通過する（一部遮光される）。また副
走査断面内においては収束して開口絞り４を通過し（一
部遮光される）光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主
走査方向に長手の線像）として結像する。そして光偏向
器５の偏向面５ａで反射偏向された複数の光束は第１、
第２のｆθレンズ６ａ，６ｂにより折り返しミラー８を
介して感光ドラム面７上にスポット状に結像され、該光
偏向器５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７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で
光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラ
ム面７上に画像記録を行なっている。

【００４２】本実施形態において、走査レンズ系６を構
成する第１、第２のｆθレンズ６ａ，６ｂの形状は次式
の関数で表わされる。

【００４３】例えば第１、第２のｆθレンズ６ａ，６ｂ
と光軸との交点を原点とし、図１に示すように光軸に対
して走査開始側７ａと走査終了側７ｂでの主走査断面内
の面形状は、光軸をＸ軸、主走査断面内において光軸と
直交する方向をＹ軸、副走査断面内で光軸と直交する方
向をＺ軸としたとき、走査開始側７ａの面形状は

【００４４】

【数１】

【００４５】走査終了側７ｂの面形状は、

【００４６】

【数２】

【００４７】で表される。

【００４８】但し，Ｒは曲率半径、Ｋ，Ｂ₄、Ｂ₆、
Ｂ₈、Ｂ₁₀は非球面係数である。係数のサフィックスsは
走査開始側、サフィックスeは走査終了側を表してい
る。

【００４９】また副走査断面内は光軸に対して走査開始
側と走査終了側で第１、第２のfθレンズ６ａ，６ｂの
うち、少なくとも２面の副走査方向の曲率半径がレンズ
の有効部内において連続的に変化しており、また第１、
第２のfθレンズ６ａ，６ｂの主走査断面内における形
状を光軸に対して対称に形成している。

【００５０】副走査断面内の形状は図２に示すように光
軸に対して走査開始側と走査終了側で、光軸をＸ軸、主
走査断面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査
断面内で光軸と直交する方向をＺ軸としたとき、以下の
連続関数で表せる。

【００５１】走査開始側７ａの面形状は

【００５２】

【数３】

【００５３】走査終了側７ｂの面形状は

【００５４】

【数４】

【００５５】で表される。

【００５６】但し、ｒは副走査方向の曲率半径、Ｄ₂、
Ｄ₄、Ｄ₆、Ｄ₈、Ｄ₁₀は係数である係数のサフィックスs
は走査開始側、eは走査終了側を表している。

【００５７】尚、副走査方向の曲率半径とは主走査方向
の形状(母線)に直交する断面内における曲率半径のこと
である。

【００５８】本実施形態では副走査方向のピント補正
(像面湾曲補正)と走査レンズ系６における副走査方向の
倍率の一様性(スポット径の像高による変動)を補正する
ために、第１のfθレンズ６ａの両レンズ面Ｒ１、Ｒ２
と第２のfθレンズ６ｂの両レンズ面Ｒ３、Ｒ４の副走
査方向の曲率半径をレンズ有効部内で連続的に変化さ
せ、かつ第１のfθレンズ６ａの射出面Ｒ２と第２のfθ
レンズ６ｂの射出面Ｒ４の曲率半径を光軸に対して非対
称に変化させている。

【００５９】次に本発明の目的を達成するための手段と
効果について説明する。

【００６０】本実施形態の光源手段１は前述の如く同一
のチップに複数の発光部を備えたモノリシックなマルチ
ビーム光源で構成されており、第１、第２のfθレンズ
６ａ，６ｂは共にプラスチックレンズで作製されてお
り、成形上有利なように主走査断面内の形状が、光軸に
対して走査開始側と終了側で対称に形成されている。

【００６１】更に副走査方向の曲率半径は少なくとも２
面がレンズの有効部内において連続的に変化しており、
これにより像面湾曲、波面収差、スポット径の変動を補
正している。

【００６２】本実施形態では光源手段１から出射した光
束が主走査断面内において、光軸に対して角度α(≠０)
で光偏向器５の偏向面５ａに入射しているため、該光偏
向器５の回転に伴う面の出入り(サグ)が、走査開始側と
終了側で非対称に発生する。この非対称なサグにより、
像面湾曲、波面収差、スポット径の変動が光軸に対して
主走査方向に非対称に変化するのを良好に補正するため
に、走査レンズ系６は副走査方向の曲率半径が光軸に対
して主走査方向に沿って非対称に変化する面(以下「副
走査曲率半径非対称面」と称す。)を少なくとも１面有
している。

【００６３】本実施形態では装置全体をコンパクト化す
るために後述する条件式（８）を満足する折り返しミラ
ー８を走査レンズ系６と感光ドラム面７との間の光路内
に配置し、光路を折りたたんで該感光ドラム面７へ光束
を導光している。本実施形態ではこの折り返しミラー８
を最も被走査面７側の第２のfθレンズ６ｂに近づける
ことにより、走査レンズ系６をコンパクトにし、画像形
成装置へ配置する際の自由度を高めている。

【００６４】また本実施形態では副走査曲率半径非対称
面を最も光偏向器５側の第１のfθレンズ６ａに形成す
ることにより、波面収差のサグによる非対称性を良好に
補正している。

【００６５】一方、副走査方向の曲率半径を少なくとも
２面以上変化させないと、像面湾曲とスポット径の変動
の両者を同時に補正できないので良くない。

【００６６】表−１に本実施形態の光学パラメータを示
す。図３に本実施形態の光学特性を示す。

【００６７】

【表１】

【００６８】本実施形態の第１、第２のｆθレンズ６
ａ，６ｂは共に正のメニスカス形状より成り、また第
１，第２のｆθレンズ６a、６bのうち、少なくとも一面
の副走査方向の曲率半径を、該レンズの有効部内におい
て連続的、かつ光軸に対して主走査方向に非対称に変化
させ、像面湾曲の非対称性とスポット径の変動を同時に
補正している。

【００６９】本実施形態では、副走査曲率半径非対称面
が一面で構成されているため、主走査方向の対称軸（ｆ
θレンズの光軸）を被走査面７の垂直二等分線に対して
シフトかつチルトしている。これにより副走査曲率半径
非対称面（副走査方向の曲率半径を光軸に対して主走査
方向に沿って非対称に変化させた面）を追加することと
同様の効果が得られ、該副走査曲率半径非対称面を一面
のみで非対称性を補正することが可能であり、レンズ成
形上有利になるという特徴を有する。

【００７０】尚、本実施形態では走査レンズ系６の光軸
を主走査方向における被走査面の垂直二等分線と一致さ
せている。

【００７１】本実施形態では光偏向器５の偏向点５ｂか
ら被走査面７までの光軸上の距離をＴ、該光偏向器５の
偏向点５ｂから最も被走査面７側の第２のfθレンズ６
ｂのレンズ面までの光軸上の距離をＳ、走査レンズ系６
の副走査断面内の横倍率をβｓ（βｓ≦０）とすると
き、 Ｓ／Ｔ≦０.３ ‥‥（１） ｜βｓ｜≦３ ‥‥（２） なる条件を満たすように各要素を設定している。

【００７２】本実施形態では上記条件式（１）を満たす
ように Ｓ／Ｔ＝０.２５ と各要素を配置し、これによりレンズバックを確保し、
折り返しミラー８の配置自由度を高めると共に、走査レ
ンズ系６のｆθレンズの主走査方向の最大有効径Ｙmax
を小さくして、コンパクト化を達成している。

【００７３】ここでｆθレンズの主走査方向の最大有効
径Ｙmaxとは、図４に示すように、被走査面の走査開始
位置又は走査終了位置に向かう光線が、ｆθレンズと交
わる点の光軸との距離の最大値である。

【００７４】本実施形態ではｆθレンズの主走査方向の
最大有効径Ｙmaxを、 Ｙmax≦６０ｍｍ ‥‥（３） なる条件を満たすように設定している。

【００７５】副走査断面内の横倍率βsは走査レンズ系
６の副走査方向の前側主平面をΔ、後側主平面をΔ'、
第１，第２のｆθレンズ６a、６bの肉厚を各々ｄ₁、
ｄ₂、第１，第２のｆθレンズ６a、６b間の距離（レン
ズ間隔）をＵとするとき、

【００７６】

【数５】

【００７７】と近似できる。そのため上式（４）から副
走査横倍率|βs|を低減し、ピッチムラを小さくするた
めには、(a)走査レンズ系６の副走査方向の前側主平面
及び後側主平面を被走査面７側に配置する、(b)走査レ
ンズ系６の２枚のｆθレンズ６a、６ｂ間の距離Ｕを小
さくする、ことが必要である。

【００７８】そこで本実施形態では上記(a)を達成する
ために、最も光偏向器５側の第１のｆθレンズ６ａの副
走査方向の屈折力φ１、最も被走査面７側の第２のｆθ
レンズ６ｂの副走査方向の屈折力φ２、とするとき、副
走査方向の曲率半径を上記表−１の如く設定し、即ち φ１=−０.０２２＜０ φ２=０.０３９＞０ とし、走査レンズ系６の副走査方向の後側主平面を被走
査面７に近づけるよう配置することにより、副走査横倍
率|βs|を |βs|＝２.８９ として上記条件式（２）を満たしている。

【００７９】また上記(b)を達成するために、第１、第
２のｆθレンズ６a、６ｂのレンズ間の距離をＵ、光偏
向器５の偏向点５ｂから最も被走査面７側の第２のｆθ
レンズ６ｂのレンズ面までの距離をＳとするとき、 Ｕ／Ｓ≦０.６ ‥‥（５） なる条件を満たすように各要素を設定している。本実施
形態では上記条件式（５）を満たすように、 Ｕ／Ｓ＝０.１８ と各要素を配置し、これにより副走査横倍率|βs|を低
減させて、ピッチムラを小さくしている。

【００８０】また第１、第２のｆθレンズ６a、６ｂ間
の距離Ｕを短縮し、最も光偏向器５側の第１のｆθレン
ズ６ａを光偏向器５から遠ざけることにより、該光偏向
器５の回転に伴い発生する発熱や振動がレンズ等の光学
素子に与える影響(例えば、ピント変動)を軽減する効果
をも有する。

【００８１】副走査横倍率|βs|をさらに低減させるた
めには最も被走査面７側のｆθレンズの光偏向器５側の
レンズ面が正の屈折力を有するレンズ面であることが望
ましい。本実施形態では第２のｆθレンズ６ｂの副走査
断面内の入射面Ｒ３を正の屈折力のレンズ面にしてい
る。

【００８２】また高精細な画像形成装置やカラー出力可
能な画像形成装置に用いられる光走査装置においては、
被走査面上でのスポット径を７０μm以下に抑えること
が望ましい。そこで本実施形態では副走査断面内におい
て被走査面７上での有効Ｆ値（有効Ｆナンバー）をＦＳ
ｎｏとするとき、有効走査域全域において、 ＦＳｎｏ≦６５ ‥‥（６） なる条件を満たすように各要素を設定している。

【００８３】また主走査断面内において、被走査面７上
での有効Ｆ値をＦＭｎｏとするとき、有効走査域全域に
おいて、 ＦＭｎｏ≦５５ ‥‥（７） なる条件を満たすように各要素を設定している。

【００８４】また本実施形態では第３の光学系６を構成
する１つの光学素子としての折り返しミラー８の位置を
次の如く設定している。

【００８５】即ち、光偏向器５の偏向点５ｂから折り返
しミラー８までの光軸上の距離をＰ、該折り返しミラー
８から被走査面７までの距離をＱとするとき、 １．５≦Ｑ／Ｐ ‥‥（８） なる条件を満たすように各要素を設定している。

【００８６】一般的に光走査装置は図２に示すように光
路を折り返しミラー等で折り返し、本体（画像形成装
置）に配置されるため、光走査装置を小型化するために
は光偏向器の偏向点から折り返しミラーまでの距離を短
くする必要がある（距離Ｐを小さくする必要があ
る。）。また光走査装置が本体に配置されるときは他の
部材、例えば現像器等を排泄するスペースを確保する必
要があり、ミラーバック（Ｑ）を長くする必要がある。
また折り返しミラーで折り返す角度も鈍角である方が、
よりスペースを確保しやすく、また他部材との距離を確
保でき、光走査装置が昇温の影響を受けづらい等のメリ
ットがある。

【００８７】本実施形態では上記条件式（８）を満たす
ように、 Ｐ＝５３、Ｑ＝１２０、Ｑ／Ｐ＝２．２６ と各要素を配置し、これにより前述した効果を得てい
る。

【００８８】このように本実施形態では上述の如く各条
件式を満足させ、最も被走査面側の第２のｆθレンズ６
ｂを光偏向器５側に近づけることにより、折り返しミラ
ー８を配置する際の自由度を高め、さらに第１、第２の
ｆθレンズ６ａ、６ｂの副走査方向の曲率半径を適切に
設定することにより、副走査横倍率の絶対値を低下さ
せ、ピッチムラの少ない高精細な光走査装置を得てい
る。

【００８９】尚、本実施形態では上記の条件式（１），
（５）のうち少なくとも一方を満たし、かつ条件式
（２）を満たせば所望の効果は得られる。

【００９０】また本実施形態では光源手段１としてモノ
リシックなマルチビーム光源を用いたが、これに限ら
ず、例えば異なる複数の光源から出射した光束をプリズ
ム等で合成した光源手段を用いてもよく、もちろん光源
手段を単一の光源より構成しても良い。

【００９１】また本実施形態では走査レンズ系６を２枚
のレンズ６ａ，６ｂより構成したが、これに限らず、例
えば単一、もしくは３枚以上で構成してもよく、さらに
fθミラーや回折光学素子等の光学素子を用いても全く
同様の効果を得ることができる。

【００９２】尚、走査レンズ系６を１枚のレンズより構
成した場合は、上記条件式（１），（２）を満たせば所
望の効果は得られる。

【００９３】また本実施形態においては集光レンズ２や
シリンドリカルレンズ３等を省略し、光源手段１から出
射した光束を開口絞り４を介して直接光偏向器５の偏向
面５ａに導光してもよい。

【００９４】［実施形態２］図５は本発明の実施形態２
の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同
図において前記図１に示した要素と同一要素には同符番
を付している。

【００９５】表―２に本実施形態の光学パラメータを示
す。図６に本実施形態の光学特性を示す。

【００９６】

【表２】

【００９７】本実施形態において前述の実施形態１と異
なる点は走査レンズ系１６を構成する第１、第２のｆθ
レンズ１６ａ，１６ｂのレンズ形状を異ならせて形成
し、かつ上記の各条件式を満たすように各要素を設定し
たことであり、その他の構成及び光学的作用は実施形態
１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

【００９８】即ち、本実施形態の第１、第２のfθレン
ズ１６ａ，１６ｂは共にプラスチックレンズで作製され
ており、主走査断面内の形状がサグ(偏向面の出入り)に
よる被走査面７の像面湾曲、fθ特性の非対称性を良好
に補正するために、走査開始側と終了側で光軸(被走査
面の垂直二等分線)に対して非対称に形成されている。

【００９９】また副走査方向の曲率半径は少なくとも２
面がレンズの有効部内において連続的に変化しており、
これにより像面湾曲、スポット径の変動を補正してい
る。

【０１００】また非対称なサグにより像面湾曲、スポッ
ト径の変動が光軸に対して非対称に変化するのを良好に
補正するために、走査レンズ系１６は副走査方向の曲率
半径が光軸に対して主走査方向に沿って非対称に変化す
る面(副走査曲率半径非対称面)を少なくとも１面有して
いる。

【０１０１】さらに本実施形態では前記条件式（１）を
満足するように、 Ｓ／Ｔ＝０.２６ と各要素を配置し、これによりレンズバックを確保し、
折り返しミラー８の配置自由度を高めると共に、走査レ
ンズ系１６のfθレンズの主走査方向の最大有効径Ｙmax
を小さくして、コンパクト化を達成している。

【０１０２】また本実施形態では副走査方向の曲率半径
を上記表-２の如く設定し、即ち φ１=−０.０１４＜０ φ２=０.０２５＞０ とし、走査レンズ系１６の副走査方向の後側主平面を被
走査面７に近づけるよう配置することにより、副走査横
倍率|βs|を |βs|＝２.６９ として上記条件式（２）を満たしている。

【０１０３】また本実施形態では前記条件式（５）を満
たすように、 Ｕ／Ｓ＝０．３４ と各要素を配置し、これにより副走査横倍率|βs|を低
減させて、ピッチムラを小さくしている。

【０１０４】さらに本実施形態では前記条件式（８）を
満たすように、 Ｐ＝８０、Ｑ＝１３１．３５、Ｑ／Ｐ＝１．６４ と各要素を配置し、これにより前述した効果を得てい
る。

【０１０５】本実施形態は副走査曲率半径非対称面（子
線非対称面）が２面で構成されており、レンズ作製上有
利であると共に第２のfθレンズ１６ｂの主走査方向の
対称軸を被走査面７の垂直二等分線に対して対称に構成
しているため、取り付け誤差による性能の劣化を低減で
きるという特徴を有する。

【０１０６】このように本実施形態では上述の如く各条
件式を満足させ、最も被走査面７側の第２のｆθレンズ
１６ｂを光偏向器５側に近づけることにより、折り返し
ミラー８を配置する際の自由度を高め、さらに第１、第
２のｆθレンズ１６ａ、１６ｂの副走査方向の曲率半径
を適切に設定することにより、副走査横倍率の絶対値を
低下させ、ピッチムラの少ない高精細な光走査装置を得
ている。

【０１０７】［実施形態３］図７は本発明の実施形態３
の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同
図において前記図１に示した要素と同一要素には同符番
を付している。

【０１０８】表―３に本実施形態の光学パラメータを示
す。図８に本実施形態の光学特性を示す。

【０１０９】

【表３】

【０１１０】本実施形態において前述の実施形態１、２
と異なる点は走査レンズ系２６の少なくとも一面を主走
査断面内又は／及び副走査断面内において回折作用を有
する回折面より構成し、かつ上記の各条件式を満たすよ
うに各要素を設定したことであり、その他の構成及び光
学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。

【０１１１】即ち、２６は第３の光学系としての走査レ
ンズ系であり、第１、第２の２枚の走査レンズ２６，２
６ｂを有しており、第１の走査レンズ２６ａは両レンズ
面共に屈折面で、非球面形状のトーリック面より成り、
第２の走査レンズ２６bは光偏向器５側が屈折面でトー
リック面より成り、被走査面７側が主走査断面内又は／
及び副走査断面内において回折作用を有する回折面より
成っている。

【０１１２】本実施形態の回折面は、光軸をＸ軸、主走
査断面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査断
面内で光軸と直交する方向をＺ軸とし、以下の連続関数
で表せる。

【０１１３】

【数６】

【０１１４】(φは位相関数、λは波長、ｍは回折次
数、本実施形態ではｍ＝１を使用)本実施形態の第１、
第２のｆθレンズ２６，２６ｂは共にプラスチックレン
ズで作製されており、成形上有利なように主走査断面内
の形状が走査開始側と終了側で光軸に対して対称に構成
されている。

【０１１５】また副走査方向の曲率半径は少なくとも２
面がレンズの有効部内において連続的に変化しており、
これにより像面湾曲、スポット径の変動を補正してい
る。

【０１１６】また本実施形態では回折面の位相関数を走
査開始側と走査終了側で光軸に対して非対称に変化させ
ることで、像面湾曲、スポット径の変動が光軸に対して
非対称性に変化するのを補正している。

【０１１７】さらに本実施形態では前記条件式（１）を
満たすように、 Ｓ／Ｔ＝０.３０ と各要素を配置し、これによりレンズバックを確保し、
折り返しミラー８の配置自由度を高めると共に、走査レ
ンズ系２６のｆθレンズの主走査方向の最大有効径Ｙma
xを小さくして、コンパクト化を達成している。

【０１１８】また本実施形態では副走査方向の曲率半径
を上記表-３の如く設定し、即ち φ１=−０.００６＜０ φ２= ０.０３０＞０ とし、走査レンズ系２６の副走査方向の後側主平面を被
走査面に近づけるよう配置することにより、副走査横倍
率|βs|を |βs|＝２.６１ として上記条件式（２）を満たしている。

【０１１９】また本実施形態では前記条件式（５）を満
足するように、 Ｕ／Ｓ＝０．５１ と各要素を配置し、これにより副走査横倍率|βs|を低
減させて、ピッチムラを小さくしている。

【０１２０】さらに本実施形態では前記条件式（８）を
満たすように、 Ｐ＝５５．５、Ｑ＝１０４．０、Ｑ／Ｐ＝１．８７ と各要素を配置し、これにより前述した効果を得てい
る。

【０１２１】このように本実施形態では上述の如く各条
件式を満足させ、最も被走査面７側の第２のｆθレンズ
２６ｂを光偏向器５側に近づけることにより、折り返し
ミラー８を配置する際の自由度を高め、さらに第１、第
２のｆθレンズ２６ａ、２６ｂの副走査方向の曲率半径
を適切に設定することにより、副走査横倍率の絶対値を
低下させ、かつ回折光学素子を用いることにより、環境
変化による光学性能の劣化の少ない高性能な光走査装置
を得ることが可能である。

【０１２２】［画像形成装置］図９は、前述した実施形
態１、２又は３の光走査装置を用いた画像形成装置（電
子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査断面内におけ
る要部断面図である。

【０１２３】図９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１１７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、各実施
形態１、２、３で示した構成を有する光走査ユニット１
００に入力される。そして、この光走査ユニット（光走
査装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調さ
れた光ビーム（光束）１０３が射出され、この光ビーム
１０３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。

【０１２４】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。

【０１２５】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
の回転断面内における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。

【０１２６】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（転写器）１０８に
よって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１
１２は感光ドラム１０１の前方（図９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１１０が配設されており、用紙カセット１０９内
の用紙１１２を搬送路へ送り込む。

【０１２７】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９
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、転写部から撒送され
てきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１
４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１
１２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。

【０１２８】図９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、先に説明したデータの変換だ
けでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部
や、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制
御を行う。

【０１２９】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く第３の光学系
（走査レンズ系）を構成する光学素子のうち最も被走査
面側の光学素子を光偏向器側に近づけることにより、折
り返しミラーを配置する際の自由度を高めることがで
き、また光学素子の副走査方向の曲率半径を適切に設定
することにより、副走査横倍率の絶対値を低下させ、ピ
ッチムラの少ない高性能でコンパクトな光走査装置及び
それを用いた画像形成装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の主走査断面図

【図２】 本発明の実施形態１の副走査断面図

【図３】 本発明の実施形態１の光学特性を示す図

【図４】 本発明の実施形態１のＹmaxを示す図

【図５】 本発明の実施形態２の主走査断面図

【図６】 本発明の実施形態２の光学特性を示す図

【図７】 本発明の実施形態３の主走査断面図

【図８】 本発明の実施形態３の光学特性を示す図

【図９】 本発明の光走査装置を用いた画像形成装置
（電子写真プリンタ）の構成例を示す副走査断面図

【図１０】 従来の光走査装置の主走査断面図

【図１１】 従来の光走査装置の副走査断面図

【符号の説明】

１ 光源手段（半導体レーザ） ２ コリメーターレンズ ３ 絞り ４ シリンドリカルレンズ ５ 偏向手段（ポリゴンミラー） ６，１６，２６ 走査レンズ系（ｆθレンズ系） ７ 被走査面 ８ 折り返しミラー １００ 光走査装置 １０１ 感光ドラム １０２ 帯電ローラ １０３ 光ビーム １０４ 画像形成装置 １０７ 現像装置 １０８ 転写ローラ １０９ 用紙カセット １１０ 給紙ローラ １１１ プリンタコントローラ １１２ 転写材（用紙） １１３ 定着ローラ １１４ 加圧ローラ １１５ モータ １１６ 排紙ローラ １１７ 外部機器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ Ｆターム(参考） 2C362 BA86 BA87 BA90 BB14 DA03 DA06 2H045 BA23 CA62 CA68 2H087 KA19 PA02 PA17 PB02 QA03 QA06 QA12 QA21 QA22 QA32 QA37 QA41 RA06 RA34 RA46 UA01 5C051 AA02 CA07 DA02 DB02 DB22 DB24 DB30 DC04 DC07 FA01 5C072 AA03 BA01 BA04 DA02 DA04 DA21 HA02 HA06 HA09 HA13 XA01 XA05

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段から出射した光束を他の光束に
   変換する第１の光学系と、該第１の光学系を通過した光
   束を偏向手段の偏向面上に主走査方向へ長い線像として
   結像させる第２の光学系と、該偏向手段からの光束を被
   走査面上に導光する第３の光学系と、を有する光走査装
   置において、 該第３の光学系は１枚以上の光学素子を有し、該偏向手
   段の偏向点から被走査面までの光軸上の距離をＴ、該偏
   向手段の偏向点から最も被走査面側の光学素子面までの
   光軸上の距離をＳ、該第３の光学系の副走査断面内の横
   倍率をβｓ（βｓ≦０）とするとき、 Ｓ／Ｔ≦０.３ ｜βｓ｜≦３ なる条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記１枚以上の光学素子のうち、１枚の
   光学素子は主走査断面内において非球面を有しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記第３の光学系は、主走査断面内又は
   ／及び副走査断面内において回折作用を有する回折面を
   有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】 前記第３の光学系は、副走査断面内にお
   いて負の屈折力を有する光学素子を有していることを特
   徴とする請求項１、２又は３記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 前記第３の光学系は、副走査断面内にお
   いて前記偏向面側に凸面を向けた光学素子を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の
   光走査装置。
6. 【請求項６】 前記１枚以上の光学素子は、最大有効径
   をＹmaxとするとき、 Ｙmax≦６０ｍｍ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至５の何
   れか１項に記載の光走査装置。
7. 【請求項７】 前記光源手段は複数の発光部を有するこ
   とを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光
   走査装置。
8. 【請求項８】 副走査断面内において前記被走査面上で
   の有効Ｆ値をＦＳｎｏとするとき、有効走査域全域にお
   いて、 ＦＳｎｏ≦６５ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至７の何
   れか１項に記載の光走査装置。
9. 【請求項９】 主走査断面内において、前記被走査面上
   での有効Ｆ値をＦＭｎｏとするとき、有効走査域全域に
   おいて、 ＦＭｎｏ≦５５ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至８の何
   れか１項に記載の光走査装置。
10. 【請求項１０】 光源手段から出射した光束を他の光束
    に変換する第１の光学系と、該第１の光学系を通過した
    光束を偏向手段の偏向面上に主走査方向へ長い線像とし
    て結像させる第２の光学系と、該偏向手段からの光束を
    被走査面上に導光する第３の光学系と、を有する光走査
    装置において、該第３の光学系は２枚以上の光学素子を
    有し、該２枚以上の光学素子のうち、２つの光学素子間
    の距離をＵ、該偏向手段の偏向点から最も被走査面側の
    光学素子面までの距離をＳ、該第３の光学系の副走査断
    面内の横倍率をβｓ（βｓ≦０）とするとき、 Ｕ／Ｓ≦０.６ ｜βｓ｜≦３ なる条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
11. 【請求項１１】 前記２枚以上の光学素子のうち、少な
    くとも１枚の光学素子は主走査断面内において非球面を
    有していることを特徴とする請求項１０記載の光走査装
    置。
12. 【請求項１２】 前記第３の光学系は、主走査断面内又
    は／及び副走査断面内において回折作用を有する回折面
    を有していることを特徴とする請求項１０又は１１記載
    の光走査装置。
13. 【請求項１３】 前記第３の光学系は、副走査断面内に
    おいて負の屈折力を有する光学素子を有していることを
    特徴とする請求項１０、１１又は１２記載の光走査装
    置。
14. 【請求項１４】 前記第３の光学系は、副走査断面内に
    おいて前記偏向面側に凸面を向けた光学素子を有してい
    ることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか１項に
    記載の光走査装置。
15. 【請求項１５】 前記２枚以上の光学素子は、最大有効
    径をＹmaxとするとき、 Ｙmax≦６０ｍｍ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１０乃至１４
    の何れか１項に記載の光走査装置。
16. 【請求項１６】 前記光源手段は複数の発光部を有する
    ことを特徴とする請求項１０乃至１５の何れか１項に記
    載の光走査装置。
17. 【請求項１７】 副走査断面内において前記被走査面上
    での有効Ｆ値をＦＳｎｏとするとき、有効走査域全域に
    おいて、 ＦＳｎｏ≦６５ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１０乃至１６
    の何れか１項に記載の光走査装置。
18. 【請求項１８】 主走査断面内において、前記被走査面
    上での有効Ｆ値をＦＭｎｏとするとき、有効走査域全域
    において、 ＦＭｎｏ≦５５ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１０乃至１７
    の何れか１項に記載の光走査装置。
19. 【請求項１９】 前記２枚以上の光学素子のうち、１枚
    の光学素子はミラーであり、前記偏向手段の偏向点から
    該ミラーまでの光軸上の距離をＰ、該ミラーから前記被
    走査面までの距離をＱとするとき、 １．５≦Ｑ／Ｐ なる条件を満たすことを特徴とする請求項１０記載の光
    走査装置。
20. 【請求項２０】 前記ミラーは、主走査断面内又は／及
    び副走査断面内において屈折力を有していることを特徴
    とする請求項１９記載の光走査装置。
21. 【請求項２１】 請求項１乃至２０の何れか１項に記載
    の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、
    前記光走査装置で走査された光ビームによって前記感光
    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、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
    器とを有することを特徴とする画像形成装置。
22. 【請求項２２】 請求項１乃至２０の何れか１項に記載
    の光走査装置と、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光走査装置に入力せしめるプリ
    ンタコントローラとを有していることを特徴とする画像
    形成装置。
23. 【請求項２３】 請求項１乃至２０の何れか１項の光走
    査装置を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに
    光束を導光することを特徴とするレーザービームプリン
    タ。