JP2013174788A - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金型加工が容易で、優れた光学性能を有する走査レンズを備えた光走査装置を提供する。
【解決手段】光走査装置１０４は、レーザーユニット２０と、光線を反射して偏向走査させる偏向面２６Ｒを有するポリゴンミラー２６と、ポリゴンミラー２６に光線を斜方向から入射させる入射光学系と、ポリゴンミラー２６と対向するＲ１面と、ドラム周面１０３Ｓと対向するＲ２面とを有し、偏向走査された光線をドラム周面１０３Ｓに結像させる１枚のＦθレンズ２８とを備える。入射光学系はマイナス方向の像高領域側に配置されている。Ｒ１面の副走査方向断面の曲率は、主走査方向における軸上から軸外に向かうに従って小さくなり、Ｒ２面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向におけるマイナス方向の軸外からプラス側の像高領域に向けて大きくなるように設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、偏向走査された光線を被走査面上に結像させる走査レンズを備えた光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。

例えばレーザープリンターや複写機等に用いられる一般的な光走査装置は、レーザー光を発する光源と、前記レーザー光を反射して偏向走査させるポリゴンミラーと、偏向走査された前記レーザー光を感光体ドラムの周面（被走査面）上に結像させる走査レンズとを含む。前記走査レンズとしては、入射光の角度と像高とが比例関係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有するレンズが用いられる。また、当該走査レンズは、樹脂材料を用いた金型モールド成形にて製造されるのが一般的である。

このような光走査装置において求められる光学特性の一つが、像面湾曲が良好に補正され、前記レーザー光が作るビームのスポット径が像高の全域に亘って揃っていることである。特許文献１には、走査レンズの副走査方向における曲率を軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ、前記曲率の符号を軸上から軸外に向かい反転させることで、スポット径の変化を抑制する技術が記載されている。例えば、軸上ではメニスカス形状を持つ一方で、軸外では両面凸の形状を持つレンズが、走査レンズとして用いられる。

特許第３７０６８５８号公報、段落００７７

しかしながら、上記特許文献１で示されているような走査レンズは、生産が難しいという問題がある。すなわち、当該走査レンズの金型の加工において、副走査方向における曲率の符号を軸上から軸外に向かい反転させる形状を作る必要がある。このような曲率符号の反転部では、金型面に不連続な箇所が発生し易い。従って、金型加工に大きな困難性を伴うことになる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、金型加工が容易で、優れた光学性能を有する走査レンズを備えた光走査装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る光走査装置は、光線を発する光源と、前記光源から発せられる光線を反射して偏向走査させる偏向面を有する偏向体と、前記光源から発せられる光線を前記偏向体に斜方向から入射させる入射光学系と、前記偏向体と対向する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記偏向走査された前記光線を被走査面上に結像させる１枚の走査レンズと、を備え、前記走査レンズの主走査方向断面において、走査範囲について軸上を基準として第１方向の像高領域と、該第１方向とは逆の第２方向の像高領域とに区分するとき、前記入射光学系は前記第１方向の像高領域側に配置され、前記第１面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向における軸上から軸外に向かうに従って小さくなり、前記第２面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向における前記第１方向の軸外から前記第２方向に向けて大きくなるように設定されている。

この構成によれば、前記入射光学系が前記第１方向の像高領域側に配置される斜入射光学系において、前記偏向体と対向する第１面の形状と、前記第１面とは反対側の第２面、つまり被走査面側の第２面の形状とが異なる形状とされる。すなわち、前記第１面は、その副走査方向断面の曲率が、主走査方向における軸上から軸外に向かうに従って小さくなる。一方、前記第２面は、その副走査方向断面の曲率が、主走査方向における前記第１方向の軸外から前記第２方向に向けて大きくなる。

前記第１面において、副走査方向断面の曲率が軸上と軸外とで同じであるとすると、像高に対する走査レンズの副走査方向の焦点距離の変動が大きくなり、光線のスポット径が像高で変化してしまう。前記第１面を上記の構成とすることで、前記スポット径の変化を抑止できる。また、斜入射光学系においては、偏向走査の際に前記偏向面の光軸方向の位置変動が生じ、このことが結像性能に影響を与える。しかし、前記偏向面からの距離が前記第１面よりも遠い前記第２面を上記の構成とすることで、前記偏向面の位置変動を良好に補正することができる。しかも、第１面及び第２面共、副走査方向断面の曲率の符号が反転しないので、金型の加工性も良好である。

上記構成において、前記第２面の副走査方向断面の曲率が、前記第２方向の軸外以外の像高領域内に極値を持つことが望ましい。この構成によれば、前記第２面による光学特性の補正効果を一層良好にすることができる。

上記構成において、前記第１面の曲率が、次式を満たすように設定されていることが望ましい。この構成によれば、前記第１面による光学特性の補正効果を一層良好にすることができる。

但し、Ｒ_{_１ｉ}；主走査方向の任意像高における前記第１面の副走査方向断面の曲率、
Ｒ_{_１Ｃ}；主走査方向の軸上における前記第１面の副走査方向断面の曲率、
Ａｉ；任意像高における前記偏向面から前記走査レンズの副走査方向の前記偏向面側の主点までの距離、
Ｂｉ；任意像高における前記走査レンズの副走査方向の前記被走査面面側の主点から前記被走査面までの距離、
Ａｃ；軸上における前記偏向面から前記走査レンズの副走査方向の前記偏向面側の主点までの距離、
Ｂｃ；軸上における前記走査レンズの副走査方向の前記被走査面面側の主点から前記被走査面までの距離である。

上記構成において、前記偏向体として、前記偏向面となる多面鏡の中心に回転軸が取り付けられたポリゴンミラーを用いることができる。このようなポリゴンミラーでは、偏向面と、該偏向面を回転させる回転軸との位置が異なるため前記偏向面の光軸方向の位置変動が比較的大きい。従って、本発明を適用する効果が大きい。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体の周面を前記被走査面として光線を照射する上記の光走査装置とを備える。

本発明によれば、金型加工が容易で、優れた光学性能を有する走査レンズを備えた光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る光走査装置の内部構造を示す斜視図である。 前記光走査装置の主走査断面の構成を示す光路図である。 マルチビーム方式の光源を用いた場合の、感光体ドラムの露光態様を説明するための模式的な斜視図である。 本発明を適用しない場合における、像高に対する走査レンズの副走査方向の焦点距離の変動を示すグラフである。 走査レンズの副走査方向の主点と偏向面及び被走査面との距離を説明するための図である。 像高と副走査方向の結像位置との関係を示すグラフである。 ポリゴンミラーの偏向面の位置変動要因を説明するための図である。 像高による結像位置の変動を説明するための模式図である。 （Ａ）は軸上、（Ｂ）は軸外の副走査方向断面の光路図である。 走査レンズの第１面及び第２面における副走査方向の曲率変化を示すグラフである。 走査レンズの第１面の副走査方向の曲率変化と条件式との関係を示すグラフである。 実施例の光学系を備えた光走査装置の光学特性を示すグラフである。 実施例の光学系を備えた光走査装置の光学特性を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る光走査装置について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプリンター１（画像形成装置の一例）の概略構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は、プリンター１に限られず、複写機、ファクシミリ、複合機等であってもよい。プリンター１は、箱状の筐体１０１と、この筐体内に収容された画像形成部１００、光走査装置１０４、及び給紙カセット２１０，２２０とを含む。給紙カセット２１０，２２０は、プリンター１の下部に、着脱自在に装着されている。

画像形成部１００は、シートにトナー画像を形成する処理を行うもので、帯電装置１０２、感光体ドラム１０３（像担持体）、現像装置１０５、転写ローラー１０６、クリーニング装置１０７、及び定着ユニット１０８を備えている。

感光体ドラム１０３は、円筒状の部材であり、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。感光体ドラム１０３は、図略のモーターからの駆動力を受けて、図１において矢印Ａで示す時計回りの方向に回転される。帯電装置１０２は、感光体ドラム１０３の表面を略一様に帯電する。

現像装置１０５は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０３の周面にトナーを供給してトナー像を形成する。現像装置１０５は、トナーを担持する現像ローラーやトナーを攪拌搬送するスクリューを含む。感光体ドラム１０３に形成されたトナー像は、給紙カセット２１０，２２０から繰り出され搬送路３００を搬送されるシートに転写される。この現像装置１０５には、図略のトナーコンテナからトナーが補給される。

転写ローラー１０６は、感光体ドラム１０３の側方に対向して配設され、両者によって転写ニップ部が形成されている。転写ローラー１０６は、導電性を有するゴム材料等で構成されると共に転写バイアスが与えられ、感光体ドラム１０３に形成されたトナー像を前記シートに転写させる。クリーニング装置１０７は、トナー像が転写された後の感光体ドラム１０３の周面を清掃する。

定着ユニット１０８は、ヒーターを内蔵する定着ローラーと、該定着ローラーと対向する位置に設けられた加圧ローラーとを備える。定着ユニット１０８は、トナー像が形成されたシートを前記ローラーによって加熱しつつ搬送することにより、シートに転写されたトナー像を当該シートへ定着させる。

光走査装置１０４は、帯電装置１０２によって略一様に帯電された感光体ドラム１０３の周面（被走査面）に対して、パーソナルコンピューター等の外部装置から入力される画像データに応じたレーザー光を照射して、静電潜像を形成する。この光走査装置１０４については、後記で詳述する。

給紙カセット２１０，２２０は、画像形成に供される複数枚のシートＰを収容する。給紙カセット２１０，２２０と画像形成部１００との間には、シート搬送用の搬送路３００が配設されている。搬送路３００には、給紙ローラー対２１３，２２３、搬送ローラー対２１４，２２４、及びレジストローラー対２１５が設けられている。また、定着ユニット１０８の下流側には、搬送ローラー対１０９と、排紙トレイ１１９にシートを排出する排出ローラー対１１０とが配置されている。

次に、プリンター１の画像形成動作について簡単に説明する。先ず、帯電装置１０２により感光体ドラム１０３の周面が略均一に帯電される。帯電された感光体ドラム１０３の周面が、光走査装置１０４から発せられるレーザー光により露光され、シートＰに形成する画像の静電潜像が感光体ドラム１０３の周面に形成される。この静電潜像が、現像装置１０５から感光体ドラム１０３の周面にトナーが供給されることにより、トナー像として顕在化される。一方、給紙カセット２１０、２２０からは、ピックアップローラー２１２，２２２によってシートＰが搬送路３００に繰り出され、搬送ローラー対２１４，２２４によって搬送される。その後、シートＰは、レジストローラー対２１５によって一旦停止され、所定のタイミングで転写ローラー１０６と感光体ドラム１０３との間の転写ニップ部へ送られる。前記トナー像は、前記転写ニップ部をシートＰが通過することにより、当該シートＰに転写される。この転写動作が行われた後、シートＰは定着ユニット１０８に搬送され、シートＰにトナー像が固着される。しかる後、シートＰは搬送ローラー対１０９及び排出ローラー対１１０によって、排紙トレイ１１９に排出される。

続いて、本実施形態に係る光走査装置１０４の詳細構造について説明する。図２は、光走査装置１０４の内部構造を示す斜視図、図３は、光走査装置１０４の主走査断面の構成を示す光路図である。光走査装置１０４は、ハウジング１０４Ｈと、このハウジング１０４Ｈ内に収容されたレーザーユニット２０（光源）、コリメータレンズ２３（入射光学系の一部）、シリンドリカルレンズ２４（入射光学系の一部）、ポリゴンミラー２６（偏向体）、及びｆθレンズ２８（走査レンズ）とを含む。図２に付記している方向表示において、左右方向が主走査方向である。本実施形態の光走査装置１０４は、走査レンズが１枚のレンズ（ｆθレンズ２８）のみで構成される光走査装置である。

ハウジング１０４Ｈは、各種の部材が載置されるベース部材となる底板１４１と、この底板１４１の周縁から略垂直に立設された側板１４２と、側板１４２の上方を塞ぐ蓋体とを含む。なお図２では、前記蓋体が取り外された状態を示しているので、該蓋体は描かれていない。ハウジング１０４Ｈは、上面視で略四角形の形状を有する。側板１４２は、光走査装置１０４がプリンター１に取り付けられた場合に感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓと対向する前側板１４２Ｆ、この前側板１４２Ｆと対向する後側板１４２Ｂ、これらの両側部を繋ぐ右側板１４２Ｒ及び左側板１４２Ｌからなる。

底板１４１には、後側板１４２Ｂに隣接する箇所に、高さが周囲よりも低い凹所１４３が備えられている。凹所１４３にポリゴンミラー２６が配置され、底板１４１の凹所１４３以外の領域にレーザーユニット２０、コリメータレンズ２３、シリンドリカルレンズ２４及びｆθレンズ２８が配置されている。前側板１４２Ｆには、当該前側板１４２Ｆを上縁から中間部付近まで切り欠いて形成された窓部１４４が設けられている。図略の前記蓋体が装着された状態においても、当該窓部１４４はハウジング１０４Ｈの開口部となる。また、底板１４１の上面であって左側板１４２Ｌの近傍には、第１保持部材１４５及び第２保持部材１４６が備えられている。左側板１４２Ｌと第１保持部材１４５との間、及び左側板１４２Ｌと第２保持部材１４６との間には、それぞれ微小な隙間が設けられている。

レーザーユニット２０は、基板２１と、該基板の一方面に搭載された略円筒形状の半導体レーザー２２とを含む。半導体レーザー２２は、所定の波長のレーザー光Ｂ（光線）を発する光源である。基板２１には、半導体レーザー２２及び該半導体レーザー２２を駆動する駆動回路部品がマウントされている。レーザーユニット２０は、基板２１が、第１保持部材１４５及び第２保持部材１４６と左側板１４２Ｌとの間に存在する前記隙間に挟み込まれるように、かつ半導体レーザー２２が第１保持部材１４５及び第２保持部材１４６の間に嵌り込むように、底板１４１の上面に取り付けられている。基板２１の前記隙間への嵌り込み位置を調整することで、レーザー光Ｂの照射位置の調整を行うことができる。

コリメータレンズ２３は、半導体レーザー２２から発せられ拡散するレーザー光Ｂを平行光若しくは平行に近い光に変換する。コリメータレンズ２３は、スライド板２５上に取り付けられ、このスライド板２５は底板１４１上において光軸方向に移動可能とされている。コリメータレンズ２３の取り付け位置は、スライド板２５を移動させることにより、調節可能である。

シリンドリカルレンズ２４は、前記平行光を主走査方向に長い線状光に変換してポリゴンミラー２６の反射面に結像させる。

ポリゴンミラー２６は、正六角形の各辺に沿って偏向面２６Ｓが形成された多面鏡である。ポリゴンミラー２６の中心位置には、ポリゴンモーター２７の回転軸２７Ｓが連結されている。ポリゴンミラー２６は、ポリゴンモーター２７が回転駆動されることによって、回転軸２７Ｓの軸回りに回転しつつ、半導体レーザー２２から発せられ、コリメータレンズ２３及びシリンドリカルレンズ２４を経て結像されたレーザー光Ｂを偏向走査する。

コリメータレンズ２３及びシリンドリカルレンズ２４は、ポリゴンミラー２６へレーザー光Ｂを入射させる入射光学系であって、本実施形態では斜入射の光学系の構成とされている。図３を参照して、主走査方向断面において、走査範囲について軸上の光線が被走査面（周面１０３Ｓ）に当たる軸上点ＢＡを基準として、ポリゴンミラー２６の回転方向（図３に矢印で表示）の上流側の方向（第１方向）をマイナス側の像高領域と、下流側の方向（第２方向）をプラス側と区分する。このような区分において、前記入射光学系は、マイナス側の像高領域の側に配置されている。

ｆθレンズ２８は、入射光の角度と像高とが比例関係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有するレンズであって、主走査方向に長尺のレンズである。ｆθレンズ２８は、窓部１４４とポリゴンミラー２６との間に配設され、ポリゴンミラー２６によって反射されたレーザー光Ｂを集光し、ハウジング１０４Ｈの窓部１４４を通して感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓに結像させる。ｆθレンズ２８は、透光性樹脂材料を用いた金型モールド成形にて製造されている。ｆθレンズ２８は、ポリゴンミラー２６と対向しレーザー光Ｂが入射される入射面２８１（第１面、以下「Ｒ１面」という）と、入射面２８１と反対側の面であってレーザー光Ｂが出射される出射面２８２（第２面、以下、「Ｒ２面」という）とを備える。

図４は、光源としてマルチビーム方式のレーザーユニット２０Ａを用いた場合の、感光体ドラム１０３の露光態様を説明するための模式的な斜視図である。ここでは、４本のレーザービームＬＢ−１〜ＬＢ−４を出射するレーザーユニット２０Ａを例示している。レーザーユニット２０Ａは、一定間隔をおいて直線状に配列された４個の半導体レーザー（図略）を備える。

感光体ドラム１０３の矢印Ｄ１方向（副走査方向Ｄ１）への回転及びポリゴンミラー２６の回転軸２７Ｓ回りの回転に伴い、４本のレーザービームＬＢ−１〜ＬＢ−４は、ポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒで反射され、感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓ（被走査面）を主走査方向Ｄ２に沿って走査する。これにより、周面１０３Ｓには、４本の走査ラインＳＬが描画される。レーザービームＬＢ−１〜ＬＢ−４は、画像データに応じて変調されているので、画像データに応じた静電潜像が感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓに形成されることになる。

ここで、４本のレーザービームＬＢ−１〜ＬＢ−４は、副走査方向Ｄ１にレーザービームＬＢ−１、ＬＢ−２、ＬＢ−３、ＬＢ−４の順番で並べられた状態で、主走査方向Ｄ２に４本の走査ラインＳＬを描画する。これは、前述の通り、４個の半導体レーザーが一定間隔をおいて直線状に配列されているからである。この、レーザービームＬＢ−１〜ＬＢ−４の副走査方向のビームピッチは、描画する画像の解像度（ｄｐｉ）を決定する。従って、光走査装置１０４が備える走査光学系は、前記ビームピッチが像高によって変化しないように、レーザービームＬＢ−１〜ＬＢ−４を周面１０３Ｓに結像させることが重要となる。

以上説明した光走査装置１０４において、ポリゴンミラー２６と感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓとの間隔を短くし、光走査装置１０４自体の小型化を図りたいという要請がある。この場合、ｆθレンズ２８の焦点距離を短くする必要がある。焦点距離の短いｆθレンズ２８を用いて、同じ走査幅を走査しようとすると、ポリゴンミラー２６による光線の振り角α（図３参照）を大きくせねばならない。そうすると、ｆθレンズ２８の軸上光線の光路長と、軸外光線の光路長との差が大きくなる。つまり、ポリゴンミラー２６により偏向された光線が被走査面の軸上点ＢＡに至る光路長に比べて、マイナス側及びプラス側の像高領域の端部に至る光路長が著しく長くなる。

ここで、任意像高におけるポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒから、ｆθレンズ２８のＲ１面側の副走査方向における主点までの距離をＡｉ、任意像高におけるｆθレンズ２８のＲ２面側の副走査方向における主点から周面１０３Ｓ（像面）までの距離をＢｉ、任意像高におけるｆθレンズ２８の焦点距離をｆｓｉとするとき、これらの関係は下記（１）式で表すことができる。

ここで、ｆθレンズ２８のＲ１面及びＲ２面の副走査方向断面の曲率が、軸上と軸外とで同じであるとすると、上記（１）式におけるｆｓｉは大きく変動することになる。図５は、このような場合における、像高に対するｆθレンズ２８の副走査方向の焦点距離の関係を示すグラフである。図５から明かな通り、１／ｆｓｉの値は、軸上と軸外との間で０．０５１〜０．０２９の範囲の値を取っており、両者の相違が大きいことが判る。このような状態であると、レーザー光Ｂのスポット径が像高によって均一ではなくなる。また、光源として図４に示したマルチビーム方式のレーザーユニット２０Ａを用いた場合には、前記ビームピッチが像高によって変化することになる。従って、画像品質が低下することになる。

本実施形態では、上記のスポット径やマルチビームのビームピッチが全像高において可及的に均一化を図れるよう、ｆθレンズ２８のＲ１面及びＲ２面の面形状に工夫を加える。まず、Ｒ１面については、当該Ｒ１面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向における軸上から軸外に向けて小さくなるように設定される。

図６（Ａ）は、ｆθレンズ２８の副走査方向の主点と偏向面２６Ｒとの距離、図６（Ｂ）は、ｆθレンズ２８の副走査方向の主点と周面１０３Ｓ（被走査面）との距離を説明するための図である。これらの図を参照して、軸上におけるポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒから、ｆθレンズ２８のＲ１面側の副走査方向における主点Ｈ１までの距離をＡｃ、軸上におけるＲ２面側の副走査方向における主点Ｈ２から周面１０３Ｓ（像面）までの距離をＢｃ、軸上におけるｆθレンズ２８の焦点距離をｆｓｃとする。また、任意像高におけるＲ１面の曲率をＲ_{_１ｉ}、軸上におけるＲ１面の曲率をＲ_{_１ｃ}とする。

一般に、レンズの曲率Ｒと曲率半径ｒとの関係は下記（２）式で表される。また、レンズの焦点距離ｆと、空気中の屈折率ｎ及びレンズ屈折率ｎ′との関係は、下記（３）式で表される。

上記（２）式及び（３）式より、任意像高でのレンズの曲率をＲｉとするとき、上記（１）式の１／ｆｓｉは、下記（４）式に示す通り、Ｒｉと比例する関係となる。また、軸上でのレンズの曲率をＲｃとすると、下記（５）式が成り立つ。

よって、（４）式及び（５）式より、下記（６）式が成り立つ。

Ｒ１面の曲率を上記（６）に基づき設定することで、像高に対するｆθレンズ２８の副走査方向の焦点距離ｆｓの値を均一にすることができる。そして、従来技術のように、Ｒ１面の曲率の符号が軸上から軸外に向かい反転することを回避するには、任意像高でのレンズ曲率Ｒｉをゼロ以上の値とすれば良い。よって、Ｒ１面の曲率を下記（７）式の通りに設定すれば良い。結果的に、Ｒ１面の副走査方向断面の曲率は、主走査方向における軸上から軸外に向けて小さくなる。

次に、Ｒ２面については、当該Ｒ２面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向の走査範囲における前記マイナス方向（第１方向）の像高領域の軸外から前記プラス方向（第２領域）に向けて大きくなるように設定される。好ましくは、プラス方向の軸外以外の像高領域内に前記曲率の極値を持つように、Ｒ２面の曲率が定められる。

光走査装置１０４の小型化を図る場合、ポリゴンミラー２６による光線の振り角を大きくする必要があることは既述の通りである。この場合、ポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒの位置が、光軸方向において比較的大きく変化してしまうことになる。図７は、像高と、偏向面２６Ｒの近傍における副走査方向の結像位置との関係を示すグラフである。図７から明らかな通り、軸上付近及びプラス方向の像高領域ではレーザーユニット２０側寄りに、マイナス方向の像高領域ではドラム周面１０３Ｓ寄りに、各々結像位置が移動していることが判る。このような非対称性は、ポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒと、ポリゴンミラー２６の回転軸２７Ｓとが位置的にズレていることに起因する。

図８は、ポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒの位置変動要因を説明するための模式的な図である。ポリゴンミラー２６は６つの偏向面２６Ｒを有し、各偏向面２６Ｒにおいて１回の走査を行う。図８において実線で示すレーザー光Ｂ１は、１の偏向面２６Ｒの中央点Ｐ２において反射され、ドラム周面１０３Ｓの主走査方向の中心付近に向かう。一方、図８において点線で示すレーザー光Ｂ２は、偏向面２６Ｒの端部付近の点Ｐ２において反射され、マイナス方向の像高領域の軸外付近に向かう。ここで点Ｐ１と点Ｐ２の位置を比較すると、両者の位置が異なることが判る。これが、図７で示した如き、結像位置の移動が生じる要因である

図９は、偏向面２６Ｒの位置を固定的に見た場合の、結像位置の変動を示す模式的な図である。図９（Ａ）は、図７において符号Ｅ１で示す、マイナス方向の像高領域の軸外付近における、レーザー光Ｂの結像状態を示す図、図９（Ｂ）は、図７において符号Ｅ２で示す、像高が＋４０ｍｍ付近（最もレーザーユニット２０側寄りに結像点が移動している領域）における、レーザー光Ｂの結像状態を示す図である。Ｅ１領域においては、理想的な結像位置（この場合、偏向面２６Ｒの位置）から距離ｄ１だけドラム周面１０３Ｓに寄った結像位置ＰＥ１となる。Ｅ２領域においては、理想的な結像位置から距離ｄ２だけレーザーユニット２０に寄った結像位置ＰＥ２となる。図７の例では、ｄ１は約１．３ｍｍ、ｄ２は約−０．５ｍｍである。これらｄ１及びｄ２が、ポリゴンミラー２６による光線の振り角が大きくなるほど、大きくなる傾向がある。

上記のような結像位置の変動を補償のために、Ｒ２面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向の走査範囲におけるマイナス方向の像高領域の軸外からプラス方向に向けて単調に大きくなるように設定される。なお、Ｒ２面を用いて結像位置の変動補償を行うのは、Ｒ１面よりもポリゴンミラー２６から離間しているＲ２面で行う方が、補正効果の点で有利だからである。

＜実施例＞
次に、上記実施形態に係る光走査装置１０４の要件を満たす走査光学系のコンストラクションデータの一例を、実施例として示す。実施例の結像光学系は、図３に示す通り、半導体レーザー２２側から順に、１枚のコリメータレンズ２３、１枚のシリンドリカルレンズ２４及び１枚のｆθレンズ２８が配置された構成である。また、実施例の各レンズの光学性能及びｆθレンズ２８の面形状は表１の通りである。

表１において、Ｆｂはコリメータレンズ２３のバックフォーカスを表す。「ポリゴン−ｆθ距離」は、ｆθレンズ２８のＲ１面とポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒとの間の距離を、「ｆθ−像面距離」は、ｆθレンズ２８のＲ２面と感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓとの間の距離をそれぞれ表している。なお、表中のｆ、Ｆｂ、ｄ、「ポリゴン−ｆθ距離」、「ｆθ−像面距離」の単位はミリメートルである。また、表１において、「Ｒ１」欄は、ｆθレンズ２８のＲ１面（入射面２８１）の面形状を、「Ｒ２」欄はＲ２面（出射面２８２）の面形状を各々示している。なお、Ｒｍは主走査曲率半径、Ｒｓ０は副走査曲率半径、Ｋｙは主走査コーニック係数、Ｋｘは副走査コーニック係数、Ａｎ及びＢｎ（ｎは整数）は面形状の高次の係数を示している。

Ｒ１面及びＲ２面の面形状は、面頂点を原点、周面１０３Ｓに向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、以下のサグ量を示す数式により定義する。但し、Ｚｍ（主走査方向）、Ｚｓ（副走査方向）は、高さＹの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）、Ｃｍ＝１／Ｒｍ、Ｃｓ＝１／Ｒｓである。

図１０（Ａ）は、実施例で用いたｆθレンズ２８の軸上における副走査方向断面の光路図、図１０（Ｂ）は軸外における副走査方向断面の光路図である。図１１は、実施例で用いたｆθレンズ２８のＲ１面及びＲ２面における副走査方向の曲率変化を示すグラフである。図１２は、Ｒ１面の副走査方向の曲率変化と上記（７）式から得られる曲率との関係を示すグラフである。

図１０〜図１２から明らかな通り、Ｒ１面は、軸上の副走査方向断面が最も曲率が大きく、プラス方向及びマイナス方向の双方の軸外に向かうほど曲率が小さくなっている。軸外の副走査方向断面は、殆ど平面に近い面である。また、図１２に示すように、実施例のＲ１面の曲率は、上記（７）式から得られる曲率の要件を満たしていることが判る。

また、図１１に示されているように、Ｒ２面の曲率は、マイナス方向の軸外からプラス方向の軸外に向けて大きくなり、軸上を基準として＋２５ｍｍ付近に極値Ｒｍａｘを持っている。このように、入射光学系が配置されたマイナス方向の軸外からプラス方向の軸外に向けてＲ２面の曲率を徐々に大きくし、プラス方向の像高領域内に１つの極値を具備させることにより、図７に示したような結像位置の変化を良好に補償することができる。つまり、図７に示す非対称な結像位置の変化、具体的には像高＝０ｍｍではなく像高２０〜４０ｍｍ付近にボトム値を有する結像位置の変化に対応して、Ｒ２面における前記極値Ｒｍａｘの位置を定めることによって、非対称な結像位置の補償を良好に行うことができる。

なお、結像位置の変化分は、図７におけるＥ１領域とＥ２領域とを比較して判る通り、最大で２ｍｍ程度である。これに対し、ポリゴンミラー２６の一つの偏向面２６Ｒからｆθレンズ２８までの距離は光軸に対して対称であり、且つ、軸上の距離に対する端部の距離の差分は１３ｍｍ程度ある。この差分距離が前記結像位置の変化分に対して十分大きいため、プラス方向の像高領域内に極値Ｒｍａｘを持たない態様、つまりＲ２面の曲率がマイナス方向の軸外からプラス方向の軸外に向けて単純に大きくなる態様であっても、結像位置の変化を補償することが可能である。勿論、より良好な結像位置の変化の補償を行うためには、前記極値Ｒｍａｘを具備させることが望ましい。

図１３は、実施例の走査光学系を備えた光走査装置の、副走査方向の像面湾曲を示すグラフである。図１３から明らかな通り、実施例の走査光学系における副走査方向の像面湾曲は全像高にわたって０．５ｍｍ以下の範囲内であり、実用上問題が無いレベルであることが確認された。

図１４は、上記実施例で用いたレーザーユニット２０を、マルチビーム方式のレーザーユニット２０Ａ（図４参照）に置き換えた走査光学系について、２つのレーザービームの副走査方向におけるピッチ間変化と像高との関係を示すグラフである。一般に、レーザービームのピッチ間変化の許容値は、概ね±１０％以内である。図１４から明らかな通り、実施例の走査光学系は、ピッチ間変化が全像高に亘って±５％以内に収まっており、良好な光学性能を備えていることが判る。

以上説明した本実施形態に係る光走査装置１０４によれば、ｆθレンズ２８のＲ１面（入射面２８１）は、その副走査方向断面の曲率が、主走査方向における軸上から軸外に向かうに従って小さくなる。一方、Ｒ２面（出射面２８２）は、その副走査方向断面の曲率が、主走査方向におけるマイナス方向の軸外からプラス方向に向けて大きくなる。

Ｒ１面において、副走査方向断面の曲率が軸上と軸外とで同じであるとすると、像高に対するｆθレンズ２８の副走査方向の焦点距離の変動が大きくなり、光線のスポット径が像高で変化してしまう。しかし、Ｒ１面を上記の構成とすることで、前記スポット径の変化を抑止できる。また、斜入射光学系においては、偏向走査の際にポリゴンミラー２６の偏向面２６Ｒ光軸方向の位置変動が生じ、このことが結像性能に影響を与える。しかし、偏向面２６Ｒからの距離がＲ１面よりも遠いＲ２面を上記の構成とすることで、偏向面２６Ｒの位置変動を良好に補正することができる。しかも、Ｒ１面及びＲ２面共、副走査方向断面の曲率の符号が反転しないので、金型の加工性も良好であるという利点がある。

１ プリンター（画像形成装置）
１０３ 感光体ドラム（像担持体）
１０３ｓ 周面（被走査面）
１０４ 光走査装置
２０ レーザーユニット（光源）
２３ コリメータレンズ（入射光学系の一部）
２４ シリンドリカルレンズ（入射光学系の一部）
２６ ポリゴンミラー（偏向体）
２６Ｒ 偏向面
２８ ｆθレンズ（走査レンズ）
２８１ 入射面（Ｒ１面）
２８２ 出射面（Ｒ２面）

Claims (5)

1. 光線を発する光源と、
   前記光源から発せられる光線を反射して偏向走査させる偏向面を有する偏向体と、
   前記光源から発せられる光線を前記偏向体に斜方向から入射させる入射光学系と、
   前記偏向体と対向する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記偏向走査された前記光線を被走査面上に結像させる１枚の走査レンズと、を備え、
   前記走査レンズの主走査方向断面において、走査範囲について軸上を基準として第１方向の像高領域と、該第１方向とは逆の第２方向の像高領域とに区分するとき、前記入射光学系は前記第１方向の像高領域側に配置され、
   前記第１面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向における軸上から軸外に向かうに従って小さくなり、
   前記第２面の副走査方向断面の曲率が、主走査方向における前記第１方向の軸外から前記第２方向に向けて大きくなるように設定されている、光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記第２面の副走査方向断面の曲率が、前記第２方向の軸外以外の像高領域内に極値を持つ、光走査装置。
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置において、
   前記第１面の曲率が、次式を満たすように設定されている、光走査装置。
   

   

   但し、Ｒ_{_１ｉ}；主走査方向の任意像高における前記第１面の副走査方向断面の曲率、
   Ｒ_{_１Ｃ}；主走査方向の軸上における前記第１面の副走査方向断面の曲率、
   Ａｉ；任意像高における前記偏向面から前記走査レンズの副走査方向の前記偏向面側の主点までの距離、
   Ｂｉ；任意像高における前記走査レンズの副走査方向の前記被走査面面側の主点から前記被走査面までの距離、
   Ａｃ；軸上における前記偏向面から前記走査レンズの副走査方向の前記偏向面側の主点までの距離、
   Ｂｃ；軸上における前記走査レンズの副走査方向の前記被走査面面側の主点から前記被走査面までの距離である。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光走査装置において、
   前記偏向体は、前記偏向面となる多面鏡の中心に回転軸が取り付けられたポリゴンミラーである、光走査装置。
5. 静電潜像を担持する像担持体と、
   前記像担持体の周面を前記被走査面として光線を照射する、請求項１〜４のいずれかに記載の光走査装置と、
   を備える画像形成装置。
   
   

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