JP2006154823A - 走査結像光学系および光走査装置および画像形成装置、走査結像光学系の製造方法および光走査装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源側からの光束を偏向反射面に、その回転軸に斜めに入射させて等角速度的に偏向させ、光源側から偏向反射面への入射方向と回転軸とを含む平面に対して対称的に光走査を行わせるような光走査装置において走査線曲がりを有効に補正する。
【解決手段】走査結像光学系は、光走査装置の設計段階において、走査線曲がりを補正する補正屈折面の作用を考慮せずに走査結像光学系の設計を行って設計された光走査装置の光走査装置固有の走査線曲がりを設計値として求め、求められた光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための１以上の補正屈折面の固有傾きを、１以上の補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに設計値として求め、補正屈折面の作用を考慮せずに設計された走査結像光学系のデータと、設計値として求められた１以上の補正屈折面の固有傾きとに基づき設計される。
【選択図】図１

Description

この発明は、走査結像光学系および光走査装置および画像形成装置、走査結像光学系の製造方法および光走査装置の製造方法に関する。

光源側からの光束を光偏向器により等角速度的に偏向させ、走査結像光学系により偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させて光走査を行う光走査装置は各種プリンタ等の画像形成装置に関連して広く知られている。
従来このような光走査装置は一般的に、光源側からの光束と、偏向光束が偏向掃引する面とが同一平面上にあるように光学配置が設定されており、このような光学配置のために以下の如き問題がある。

即ち、第１に「光走査装置の床面積」が大きくなる。
第２に、光偏向器としては回転多面鏡が最も一般的であるが、回転多面鏡の回転軸は偏向反射面から離れているため、光源側からの光束の偏向反射面への入射位置が、偏向反射面の回転に伴い偏向反射面に対して変位し、偏向光束の偏向の起点が変動する、所謂「サグ」が発生するが、光走査の基準になる「光スポットの像高：０を実現する偏向光束の方向」と「光源側から偏向反射面への入射光束の方向」とが例えば６０度程度の角をなすので、光走査領域の上記像高：０の両側に上記サグが非対称に発生し、良好な光走査のためには、像面湾曲や「ｆθ特性等の等速特性」を上記非対称に応じて補正する必要が生じ、走査結像光学系の設計が難しくなる。

このような問題を一挙に解決できる光学配置として、光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、光源側から偏向反射面への入射方向と上記回転軸とを含む平面に対して対称的に光走査を行わせるような光学配置が提案されている（特許文献１）。

このようにすると、光源から光偏向器に至る光学系部分と、光偏向器以後の光学系部分とを上下に重ねるようにレイアウトできるので、光走査装置の床面積を小さくして光走査装置のコンパクト化を図ることができる。また、光源側から偏向反射面への入射方向と上記回転軸とを含む平面に対して対称的に光走査が行われるので、サグは発生するにしても像高：０に対称的に発生するので、等速特性や像面湾曲の補正が容易である。

しかしながら反面、このような光学配置には以下の如き問題がある。
即ち、光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、偏向反射面の回転軸に斜めに交わるように入射させるため、偏向光束は円錐面を掃引するように偏向し、このため、偏向光束が「以後の光学系に入射する位置」が、偏向に伴い副走査対応方向（光源から被走査面に至る光路上で副走査方向と対応する方向）において少なからず変動する。このため、被走査面上における光スポットの軌跡が直線にならず所謂「走査線曲がり」が発生してしまうのである。

特許文献１には、単一の球面レンズとして構成された走査結像光学系を「副走査対応方向に平行な面内で傾ける」ことにより、走査線曲がりを補正することが記載されているが、走査線曲がりがどの程度有効に補正されるかは必ずしも明らかではない。

光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面近傍に、主走査対応方向（光源から被走査面に至る光路上で主走査方向に対応する方向）に長い線像とし、偏向光束に対する結像光学系を「主・副走査対応方向のパワーの異なるアナモフィックな光学系」とし、偏向反射面位置と被走査面位置とを「副走査対応方向において略共役な関係にする」ことは、光偏向器における「偏向反射面の面倒れ」を補正する方法として広く行われており、上記共役関係が完全であれば、上記走査線曲がりも自動的に補正されることになるが、面倒れ補正の場合の「偏向光束の副走査対応方向への変動」は微少であることが前提であり、上記のように「偏向光束が円錐面を掃引するように偏向することに起因する大きな走査線曲がり」を上記「共役関係」で補正することは難しく、無理にそのような補正を行おうとすれば像面湾曲等、走査結像光学系に求められる他の光学性能が犠牲になりかねない。

特開昭６２−１４８９１７号公報

この発明は、光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、光源側から偏向反射面への入射方向と上記回転軸とを含む平面に対して対称的に光走査を行わせるような光走査装置において、上記走査線曲がりを有効に補正することを課題とする。

この発明の走査結像光学系は「光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、光源側からの光束の偏向反射面への入射方向と回転軸とを含む面に対して対称的に光走査を行う光走査装置において、光源側からの光束を被走査面上に光スポットとして集光する走査結像光学系」であって、１以上のレンズを有して構成され、上記レンズにおける１以上の面として、走査線の曲がりを補正する補正屈折面を有する。

上記「光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させる」とは、光源側からの入射する光束の主光線と、偏向反射面の回転軸が「同一面」に含まれ、上記主光線が回転軸と「直角でない角」をなすことを意味する。上記主光線と回転軸とが成す角は、光走査装置の光学配置に応じて定まるが「７０〜８９度程度」が適当である。

「光偏向器」としては、回転多面鏡を初め、回転単面鏡や回転２面鏡を用いることができる。光偏向器が回転多面鏡であるときは、偏向反射面の回転軸は偏向反射面と分離するが、光偏向器として回転単面鏡を用いれば、偏向反射面の回転軸が偏向反射面にあるようにすることができる。

「走査結像光学系が、光源側からの光束を被走査面上に光スポットとして集光する」とは、走査結像光学系の機能が、光偏向器への直前の入射光束および偏向光束に対して作用する場合、および偏向光束にのみ作用する場合を含む。

特開平６−７５１６２号公報には、偏向反射面に一体化され、偏向反射面への入射面と、反射光束が射出する射出面とを屈折面とした「回転レンズ鏡」が開示されており、このような回転レンズ鏡は、その機能が「光偏向器への直前の入射光束および偏向光束に対して作用する」ものである。

この発明における「走査結像光学系」は、このような回転レンズ鏡により構成することも、あるいは上記回転レンズ鏡を含んで構成することもでき、そのような場合上記「入射面および／または射出面」は「補正屈折面」であることができる。

補正屈折面は、走査結像光学系に含まれるレンズの一つの面として形成しても良いし、２以上の面として形成し、２以上の面のそれぞれによる補正効果を合わせて所望の走査線曲がり補正を実現するようにしても良い。

「副走査断面」は、光偏向器よりも被走査面側に位置するレンズに関しては、主走査対応方向に直交する平断面を意味する。また、走査結像光学系が前記回転レンズ鏡である場合や、回転レンズ鏡が走査結像光学系に含まれる場合、回転レンズ鏡の入射面に関しては、光源側からの入射光束の主光線と副走査対応方向とに平行な平断面を副走査断面とし、射出側面に関しては、射出光束における主光線と副走査対応方向とに平行な平断面を副走査断面とする。

「光走査装置固有の走査線曲がり」は、走査結像光学系に「補正屈折面による走査線曲がり補正機能」を持たせずに光走査装置を設計した場合に、設計上で生じる走査線曲がりを言う。即ち、光走査装置固有の走査線曲がりは、光走査装置の設計により決定されるものであり、それゆえに、このような走査線曲がりを補正するような補正屈折面を設計的に決定できるのである。

請求項１記載の走査結像光学系は以下の如き特徴を有する。
即ち、光走査装置の設計段階において、補正屈折面の作用を考慮せずに走査結像光学系の設計（以下「１次設計」という。）を行って設計された光走査装置の「光走査装置固有の走査線曲がり」を設計値として求める。

次いで、求められた光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための「１以上の補正屈折面の固有傾き」を、１以上の補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに設計値として求める。そして、補正屈折面の作用を考慮せずに設計された「１次設計の走査結像光学系のデータ」と、設計値として求められた１以上の補正屈折面の固有傾きとに基づき設計（以下、「２次設計」という。）される。

請求項１記載の走査結像光学系は、単一のレンズにより構成され、光偏向器と被走査面との間の光路上に配備されることができる（請求項２）。この場合において、補正屈折面は、走査結像光学系をなす単玉のレンズの一方の面および／または他方の面であることができる。

請求項１または２記載の走査結像光学系は「最も被走査面側に位置するレンズ面が補正屈折面である構成」とすることができる（請求項３）。このようにすると、補正屈折面よりも被走査面側の光路上に屈折面が無いので、補正屈折面の設計が容易となる。

光走査装置では、光書込みによる各ドットが主走査方向に可及的に等間隔となるようにする必要があり、これを実現するのに、偏向光束を変調するタイミングを電気的に調整する方法と、光走査が等速的になされるように「走査結像光学系自体の光学的な特性（ｆθ特性等）を設定」する方法、あるいは上記電気的な補正と光学的な補正を共用する方法がある。
電気的な調整では高度の等速性補正は難しく、記録画像に高品質が要求されるような場合には、請求項１または２または３記載の走査結像光学系は「等角速度的に偏向する偏向光束による光走査を等速化する機能」を有することが好ましい（請求項４）。
請求項１〜４の任意の１に記載の走査結像光学系は「レンズのみにより構成される」ことができる（請求項５）。

前述したように、光偏向器としては回転単面鏡を用いることもでき、このような光偏向器には「回転多面鏡におけるような偏向反射面の面倒れ」が無く、従って面倒れ補正機能を持たせる必要は無いが、光偏向器として回転多面鏡のように複数の偏向反射面を持つものが用いられる場合には、面倒れを補正する機能が必要となる。
請求項１〜５の任意の１に記載の走査結像光学系は「光偏向器による偏向の起点近傍と被走査面位置とを、副走査対応方向において幾何光学的に略共役関係とする機能」を有することができ（請求項６）、このようにすることにより光偏向器における偏向反射面の「面倒れ」を補正することができる。この機能は、これを徹底させれば、前述のように「走査線の曲がり」は発生しなくなるのであるが、実際には、前記等速特性や像面湾曲等を良好に補正するとの前提のもとでは、共役関係の完全な実現は困難であり、ここでは走査結像光学系に必要とされる光学特性との兼ね合いにおいて実現され、面倒れを補正できるような共役関係をいう。

また、この請求項６記載の走査結像光学系の場合、光偏向器として回転多面鏡を用い、光束を等角速度的に偏向させる場合には、請求項４に記載の「等角速度的に偏向する偏向光束による光走査を等速化する機能」を有する走査結像光学系を用いるのがよい。

この発明の光走査装置は「光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、上記光源側からの光束の偏向反射面への入射方向と上記回転軸とを含む面に対して対称的に光走査を行う光走査装置」であって、走査結像光学系として請求項１〜６の任意の１に記載のものを用いることを特徴とする（請求項７）。

請求項７記載の光走査装置は「光源からの光束を、光偏向器である回転多面鏡の偏向反射面に、この回転多面鏡の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて、偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い線像として結像させるとともに、回転多面鏡により等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、光源側からの光束の入射方向と上記回転軸とを含む面に対して対称的に光走査を行う光走査装置」として構成し、等速化機能（請求項４）と「光偏向器による偏向の起点近傍と被走査面位置とを、副走査対応方向において幾何光学的に略共役関係とする機能（請求項５）」とを有する走査結像光学系を用いることができる。

この発明の画像形成装置は、請求項７記載の光走査装置を用いることを特徴とする（請求項８）。

この発明の走査結像装置の製造方法は「光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて光走査を行う光走査装置に用いる走査結像光学系を製造する方法」であって以下の如き特徴を有する（請求項９）。

即ち、光走査の走査線曲がりを補正する補正屈折面の設計段階において、補正屈折面の作用を考慮せずに走査結像光学系の設計を行う設計ステップと、この設計ステップで設計された光走査装置に固有の走査線曲がりを求める走査線曲がり特定ステップと、この走査線曲がり特定ステップにより求められた光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための上記補正屈折面の固有傾きを、補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに求める固有傾き決定ステップと、この固有傾き決定ステップにより求められた補正屈折面の固有傾きと設計ステップの結果に基づき、補正屈折面の形状を決定するステップを有する。

この発明の光走査装置の製造方法は「光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて光走査を行う光走査装置を製造する方法」であって以下のごとき特徴を有する（請求項１０）。

即ち、光走査の走査線曲がりを補正する補正屈折面の設計段階において、補正屈折面の作用を考慮せずに走査結像光学系の設計を行う設計ステップと、この設計ステップで設計された光走査装置に固有の走査線曲がりを求める走査線曲がり特定ステップと、求められた光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための上記補正屈折面の固有傾きを、補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに求める固有傾き決定ステップと、この固有傾き決定ステップにより求められた補正屈折面の固有傾きを反映させた位置に、補正屈折面を配置するステップを有する。

以上に説明したように、この発明の走査結像光学系は、光走査装置の設計段階において補正屈折面の作用を考慮せずに１次設計され、１次設計で設計された光走査装置の「光走査装置固有の走査線曲がり」を設計値として求め、光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための「１以上の補正屈折面の固有傾き」を、１以上の補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに設計値として求め、「１次設計の走査結像光学系のデータ」と設計値として求められた１以上の補正屈折面の固有傾きとに基づき２次設計されるので、光走査の等速性や、像面湾曲等の基本的な性能を１次設計で求め、２次設計で補正屈折面の固有傾きを考慮することにより、走査線曲がりを極めて良好に補正できるとともに、走査結像光学系としても優れた性能を実現でき、有効な光走査を実現することができる。

図１は、この発明の走査結像光学系および光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
図１（ａ）は「光源から被走査面に至る光学配置を主走査対応方向から見た状態」を示している。半導体レーザである光源１０からの発散性の光束はカップリングレンズ１５により以後の光学系にカップリングされる。カップリング後の光束は、平行光束となることもできるし、弱い発散性もしくは弱い集束性の光束となってもよい。カップリングされた光束は、次いでアパーチュア２０を通過することにより光束周辺部部を遮光により除去され、所謂「ビーム整形」される。
ビーム整形された光束は、副走査対応方向（図１（ａ）の面内で、光源１０からの光束の主光線に直交する方向）にのみ正のパワーを持つシリンダレンズ２５を透過し、同レンズ２５の作用により副走査対応方向に集光しつつ「光源側からの光束」として、回転多面鏡である光偏向器３０の偏向反射面３１に入射し、偏向反射面３１の近傍に主走査対応方向（図面に直交する方向）に長い線像として結像する。
偏向反射面３１により反射された光束は走査結像光学系４１に入射し、走査結像光学系４１の作用により被走査面５０上に光スポットとして集光する。反射光束は、光偏向器３０の等速回転に伴い等角速度的に偏向し、光スポットは被走査面５０（実体的には、この位置に配備される光導電性の感光体の感光面）を光走査する。

図１（ａ）において、光源１０からの光束の主光線と、光偏向器３０の偏向反射面３１の回転軸３０Ａｘ（回転多面鏡３０自体の回転軸）とは同一平面内にある。
図１（ｂ）は図１（ａ）の、光偏向器３０から被走査面に至る光学配置を、光偏向器３０における偏向反射面３１の回転軸３０Ａｘの方向から見た図である。

前述のように、光源１０からの光束の主光線と、光偏向器３０の偏向反射面３１の回転軸３０Ａｘ（回転多面鏡３０自体の回転軸）とは同一平面内にあるが、図１（ｂ）では、この同一平面を平面ＰＬで示す。このように「回転軸３０Ａｘと、光源側からの偏向反射面３１への入射光束の主光線が平面ＰＬ内にある」ため光走査は平面ＰＬに対称的に行われることになる。

走査結像光学系４１は「単一のレンズ」として構成され、光スポットによる光走査を等速化する機能と、偏向反射面３１の位置と被走査面５０の位置とを副走査対応方向において幾何光学的に略共役な関係とする機能とを有し、補正屈折面４１Ｂを有する。

以上を要約すると、図１に示す実施の形態は「光走査装置」の形態としては、光源１０側からの光束を光偏向器３０の偏向反射面３１に、偏向反射面３１の回転軸３０Ａｘに斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面５０上に光スポットとして集光させ、光源１０側からの光束の偏向反射面３１への入射方向と回転軸３０Ａｘとを含む面ＰＬに対して対称的に光走査を行う光走査装置であり（請求項７）、なお且つ、光偏向器３０は「回転多面鏡」であって、偏向反射面３１へは、回転多面鏡３０の回転軸３０Ａｘに斜めに交わる方向から入射させて、偏向反射面３０近傍に主走査対応方向に長い線像として結像させるとともに、回転多面鏡３０により等角速度的に偏向させ、偏向光束を光スポットとして集光させ、光源１０側からの光束の入射方向と回転軸３０
Ａｘとを含む面ＰＬに対して対称的且つ等速的に光走査を行う光走査装置である。

そして、走査結像光学系は「偏向反射面の回転軸３０Ａｘに斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、光源１０側からの光束の偏向反射面３１への入射方向と回転軸３０Ａｘとを含む面に対して対称的に光走査を行う光走査装置」において、光源１０側からの光束を被走査面５０上に光スポットとして集光する走査結像光学系であって、単一のレンズ４１で構成され（請求項１，２）、走査線の曲がりを補正する補正屈折面４１Ｂを有し（請求項１，２）、この補正屈折面４１Ｂは「最も被走査面５０側に位置するレンズ面」である（請求項３）。
そして、走査結像光学系４１は前述のように、等角速度的に偏向する偏向光束による光走査を等速化する機能を有する（請求項４）とともに、光偏向器３０の偏向の起点近傍と被走査面５０の位置とを、副走査対応方向において幾何光学的に略共役関係とする機能を有する（請求項６）。走査結像光学系４１はまたレンズのみにより構成されている（請求項５）。

補正屈折面４１Ｂは、補正屈折面４１Ｂへの偏向光束の入射位置における副走査断面内の固有傾き：β₄₁が「光走査装置固有の走査線曲がりを補正する」ように、上記入射位置に応じて定められている。

以下、具体的な実施例を挙げる。
光源１０としては、発光波長７８０ｎｍの半導体レーザを用いた。光源から被走査面に至る光路上において、光源から数えて第ｉ番目の面（各レンズのレンズ面の他、半導体レーザユニットのカバーガラスおよび偏向反射面を含む）の、主・副走査対応方向の曲率半径（非円弧形状にあっては近軸曲率半径）をそれぞれ、Ｒmi，Ｒsi、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との面間隔をＤi、屈折面を有する光学部材の材質の屈折率をＮで表す。
i Ｒmi Ｒsi Ｄi Ｚ Ｎ 光学部材
０ 4.45 -3.40 1.511 半導体レーザ
１ ∞ ∞ 0.30 カバーガラス
２ ∞ ∞ 2.00
３ ∞ ∞ 2.50 1.675 カップリングレンズ
４ -5.3856 -5.3856 14.00
５ ∞ 45.995 3.0 1.519 シリンダレンズ
６ ∞ ∞
７ ∞ ∞ 38.21 偏向反射面
８ 199.5 -40.03 18.00 1.519 走査結像光学系
９ -212 -15.85 17.00 。

光源側からの光束の主光線は、図１（ａ）に示すように、光偏向器３０の回転軸３０Ａｘに直交する平面ＳＦに対して「３度の角」をなすように入射する。従って、上記入射主光線と回転軸３０Ａｘとの成す角は８７度である。

上記のデータが光走査装置についての「１次設計」の結果である。

カップリングレンズの作用は「コリメート作用」で、カップリングされた光束は「平行光束」となる。また、上記Ｚは、図１（ａ）で、偏向反射面３１による偏向光束の偏向角が０のとき、即ち、偏向光束の主光線が図１（ｂ）の面ＰＬ内に成る状態において、回転軸３０Ａｘに直交する面ＳＦから下方への「光源発光部」のシフト量（ｍｍ）を表す。
走査結像光学系４１の入射側面４１Ａは以下のように特定される。
即ち、入射側面の「対称軸を含み主走査対応方向に平行な平面内の形状」は、上記対称軸方向にＸ軸、主走査対応方向にＹ軸を取るとき、非球面に関連して広く知られた式、即ち、Ｒmを近軸曲率半径、Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，．．．を定数として、
Ｘ(Ｙ)＝Ｙ²／［Ｒm＋Ｒm√{１−(１＋Ｋ)(Ｙ／Ｒm)²}］
＋Ａ・Ｙ⁴＋Ｂ・Ｙ⁶＋Ｃ・Ｙ⁸＋Ｄ・Ｙ¹⁰＋・・
で表され、近軸曲率半径：Ｒm及び定数：Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・により特定される「非円弧形状」である。

入射側面４１Ａに就き、上記Ｒm，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは以下の通りである。

Ｒm＝−１９９．５，Ｋ＝−３５．１３８，Ａ＝−１．９８Ｅ−７，
Ｂ＝２．１７Ｅ−７，Ｃ＝ １．９Ｅ−１５，Ｄ＝−１．８８Ｅ−１９
この表記において、例えば「−１．８８Ｅ−１９」は「−１．８８×１０^−１９」を意味する。以下においても同様である。

走査結像光学系４１の入射側面４１Ａの「副走査断面」内の曲率:Ｃsは、主走査対応方向の座標：Ｙに応じて、
Ｃs（Ｙ）＝｛１／Ｒs（０）｝＋Σａ_j・Ｙ＊＊２ｊ
で表される式に応じて変化している。ｊは自然数：１，２，３，．．．である。

「Ｙ＊＊２ｊ」は「Ｙの２ｊ乗」を表す。

入射側面４１Ａに就いて、上記Ｒs(０)，ａ_jは以下のとおりである。

Ｒs（０）＝−４０．０３，ａ₁＝７．３１Ｅ−６，ａ₂＝−１．１５Ｅ−８，
ａ₃＝ １．３Ｅ−１１，ａ₄＝−８．２８Ｅ−１５，ａ₅＝ ２．９Ｅ−１８，
ａ₆＝−５．０７Ｅ−２２，ａ₇＝ ３．３６Ｅ−２６
以上のようにして、入射側面４１Ａの形状が特定される。

走査結像光学系４１の射出側面４１Ｂの形状は以下のように特定する。射出側面４１Ｂは前述の通り「補正屈折面」であり、副走査断面内の固有傾き：β₄₁が「光走査装置固有の走査線曲がりを補正する」ように、入射位置に応じて定められている。換言すれば、固有傾き：β₄₁は、主走査対応方向の座標：Ｙの関数：β₄₁(Ｙ)である。

射出側面４１Ｂの形状を特定するのに、先ず、固有傾き：β₄₁(Ｙ)≡０の場合を「設計基準」として考え、この設計基準において、射出側面４１Ｂの対称軸を含み主走査対応方向に平行な面内の形状と副走査断面内の形状とを、入射側面４１Ａの場合と同様、上記式：Ｘ(Ｙ)，曲率：Ｃｓ(Ｙ)を用いて与え（１次設計）、この状態で、固有走査線曲がりを決定し、しかるのち固有傾き：β₄₁を設計値として決定し、１次設計の結果に固有傾き：β₄₁を与えて（２次設計）形状を特定する。

射出側面４１Ｂに就き、設計基準（１次設計）における上記Ｒm，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは以下の通りである。
Ｒm＝−２１２，Ｋ＝ ２．１０６，Ａ＝−３．７１Ｅ−７，
Ｂ＝１．７１Ｅ−１１，Ｃ＝−５．９３Ｅ−１５，Ｄ＝１．４９Ｅ−１８ 。

射出側面４１Ｂに就いて、１次設計における上記Ｒs(０)，ａ_jは以下のとおりである。

Ｒs（０）＝−１５．８５，ａ₁＝３．１９Ｅ−６，ａ₂＝−９．１３Ｅ−１０，
ａ₃＝−５．３７Ｅ−１２，ａ₄＝６．４９Ｅ−１５，ａ₅＝−３．４２Ｅ−１８，
ａ₆＝８．４９Ｅ−２２，ａ₇＝−８．０７Ｅ−２６
以上のようにして、入射側面４１Ａの「１次設計」後の形状が特定される。

「固有傾き」の特定を行う前に若干説明を補足する。
図１に示す光学配置を前記データに従って実現すると、走査結像光学系４１が１次設計の状態（固有傾き：β₄₁(Ｙ)≡０の状態）であるときは「走査線の曲がり」が発生する。このように発生する走査線曲がりは、光学配置によるものであり、光学設計の結果として生じるものである。従って、この状態において存在する「走査線曲がり」が「光走査装置固有の走査線曲がり」であり、これを図２に曲線２−２で示す。上記の如く、光走査装置固有の走査線曲がりは、１次設計の結果として設定値として求められる。

固有傾き：β₄₁(Ｙ)は、座標：Ｙの関数として「関数形を解析表現として与える」こともできるが、ここでは、いくつかの代表的なＹ座標値に対するとびとびの値を一覧として与える。

固有傾き：β₄₁(Ｙ)；
Ｙ（ｍｍ） β_４１(Ｙ)（度）
-60 0.25505
-45 0.15855
-30 0.11746
-15 0.04090
0 0.00000
15 0.04090
30 0.11746
45 0.15855
60 0.25505 。

Ｙ座標全域にわたる固有傾き：β₄₁(Ｙ)は上記の「とびとびの値」を滑らかに補完することにより得ることができる。上記の通り、β₄₁(Ｙ)は、Ｙ＝０に関して主走査方向に対称的である。

上記の如く２次設計により固有傾き：β₄₁(Ｙ)を与えると、射出側面４１Ｂ、即ち「補正屈折面」の副走査断面内の曲率中心を主走査方向に連ねた「曲率中心線（設計基準状態では前記対称軸を含み主走査対応方向に平行な面内にある）」は、１平面内に無く、３次元的な曲線になる。

２次設計により上記固有傾きを入れた補正屈折面を入れることにより、走査線曲がりは、図２の曲線２−１のように補正され、走査線の曲がりは実質的に完全に補正され、極めて直線性の良い光走査を実現することができる。図２の「表」は、上記走査線曲がりの数値である。

なお、実施例のような走査結像レンズは、３次元面形状形成装置により各レンズ面に対応する型を作製し、この型を用いたプラスチック成形により容易且つ大量に、従って安価に作製可能である。

以上に説明したように、この発明によれば新規な走査結像光学系および光走査装置を実現できる。
この発明の走査結像光学系は、偏向光束の偏向掃引する面が非平面であることに起因する「光走査装置固有の走査線曲がり」を、補正屈折面により良好に補正でき、主走査を直線化して極めて良好な光走査を実現することができる。
請求項２記載の発明では、走査結像レンズが単玉のレンズであるので、製造コストが安価で、光走査装置のコンパクト化を容易に実現できる。さらに、請求項３記載の発明の走査結像光学系は設計が容易であり、請求項４記載の発明の走査結像光学系は光走査の等速性を容易に実現でき、請求項６記載の発明の走査結像系は、これを用いることにより回転多面鏡の偏向反射面の面倒れを有効に補正できる。

この発明の光走査装置は上記走査結像光学系を用いるので、光源から光偏向器に至る光学系部分と、光偏向器以後の光学系とを上下に重ねるように配備できるので、床面積を小さくしてコンパクトに構成できる。また、光源側から偏向反射面への入射方向と上記回転軸とを含む平面に対して対称的に光走査が行われるので、サグは発生するにしても像高：０に対称的に発生するので、走査結像光学系における等速特性や像面湾曲の補正が容易である。

従って、この発明の光走査を用いる画像形成装置はコンパクトで、走査線曲がりのない光走査により良好な画像形成を実現できる。

この発明の実施の１形態を説明するための図である。 実施例における走査線曲がり補正効果を説明するための図である。

符号の説明

１０ 光源
３０ 光偏向器
３１ 偏向反射面
３０Ａｘ 偏向反射面の回転軸
４１ 走査結像光学系
４１Ａ 入射側面
４１Ｂ 射出側面（補正屈折面）
５０ 被走査面

Claims (10)

1. 光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、上記光源側からの光束の偏向反射面への入射方向と上記回転軸とを含む面に対して対称的に光走査を行う光走査装置において、
   光源側からの光束を被走査面上に光スポットとして集光する走査結像光学系であって、
   １以上のレンズを有して構成され、上記レンズにおける１以上の面として、走査線の曲がりを補正する補正屈折面を有し、
   上記光走査装置の設計段階において、上記補正屈折面の作用を考慮せずに走査結像光学系の設計を行って設計された光走査装置の光走査装置固有の走査線曲がりを設計値として求め、
   求められた光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための上記１以上の補正屈折面の固有傾きを、上記１以上の補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに設計値として求め、
   上記補正屈折面の作用を考慮せずに設計された走査結像光学系のデータと、上記設計値として求められた１以上の補正屈折面の固有傾きとに基づき設計されることを特徴とする走査結像光学系。
2. 請求項１記載の走査結像光学系において、
   単一のレンズにより構成され、光偏向器と被走査面との間の光路上に配備されることを特徴とする走査結像光学系。
3. 請求項１または２記載の走査結像光学系において、
   最も被走査面側に位置するレンズ面が補正屈折面であることを特徴とする走査結像光学系。
4. 請求項１または２または３記載の走査結像光学系において、
   等角速度的に偏向する偏向光束による光走査を等速化する機能を有することを特徴とする走査結像光学系。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の走査結像光学系において、
   レンズのみにより構成されることを特徴とする走査結像光学系。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載の走査結像光学系において、
   光偏向器による偏向の起点近傍と被走査面位置とを、副走査対応方向において幾何光学的に略共役関係とする機能を有することを特徴とする走査結像光学系。
7. 光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、上記光源側からの光束の偏向反射面への入射方向と上記回転軸とを含む面に対して対称的に光走査を行う光走査装置であって、
   走査結像光学系として、請求項１〜６の任意の１に記載のものを用いることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項７記載の光走査装置を用いる画像形成装置。
9. 光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて光走査を行う光走査装置に用いる走査結像光学系を製造する方法であって、
   光走査の走査線曲がりを補正する補正屈折面の設計段階において、
   上記補正屈折面の作用を考慮せずに走査結像光学系の設計を行う設計ステップと、
   この設計ステップで設計された光走査装置に固有の走査線曲がりを求める走査線曲がり特定ステップと、
   この走査線曲がり特定ステップにより求められた光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための上記補正屈折面の固有傾きを、補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに求める固有傾き決定ステップと、
   この固有傾き決定ステップにより求められた補正屈折面の固有傾きと上記設計ステップの結果に基づき、補正屈折面の形状を決定するステップを有することを特徴とする走査結像光学系の製造方法。
10. 光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させて光走査を行う光走査装置を製造する方法であって、
    光走査の走査線曲がりを補正する補正屈折面の設計段階において、
    上記補正屈折面の作用を考慮せずに走査結像光学系の設計を行う設計ステップと、
    この設計ステップで設計された光走査装置に固有の走査線曲がりを求める走査線曲がり特定ステップと、
    求められた光走査装置固有の走査線曲がりを補正するための上記補正屈折面の固有傾きを、上記補正屈折面への偏向光束の入射位置ごとに求める固有傾き決定ステップと、
    この固有傾き決定ステップにより求められた補正屈折面の固有傾きを反映させた位置に、補正屈折面を配置するステップを有することを特徴とする光走査装置の製造方法。

Images