JP2014048563A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の樹脂製レンズを用い、低コスト及びコンパクト性を達成し、かつ、色ずれ、色ムラを抑制して良好な画像を形成できる光走査装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数の光源手段と、光源手段の夫々から出射した光束に対応する夫々の入射光学系であって、互いに並べて配置され正の屈折力を備えるレンズを夫々が有する入射光学系と、入射光学系を介した光束を夫々主走査方向に偏向走査する偏向手段と、偏向手段で偏向走査された夫々の光束に対応して夫々の被走査面に光束を夫々結像する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記レンズは夫々ゲート部を備えた樹脂製レンズであり、夫々の前記レンズの光軸の周りの部分的な角度領域であって、主走査方向または副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に、ゲート部を設ける。
【選択図】図１

Description

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、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（ＬＢＰ）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。

従来から、光走査装置及びそれを用いた画像形成装置において、装置の低コスト化、小型化が求められており、これを達成するための様々な方法が提案されている。

特許文献１では、偏向手段としての回転多面鏡、結像光学系の一部のレンズ、副走査方向に屈折力を備えるシリンドリカルレンズなどの光学素子を、複数の被走査面に至る複数光学系で共通化する。これにより、光走査装置を低コスト化すると共に、装置のサイズを小さく抑えている。そして、特許文献１では、光学素子を共通化するために、複数の光学系に対応する複数のガラス製コリメータレンズを上下左右に並べて配置することで各光学系の光束同士を隣接させている。

また、特許文献２では、コリメータレンズを低コスト化する方法として、コリメータレンズを樹脂製レンズで構成している。特許文献２では、コリメータレンズは光軸に対して回転対称なレンズ面形状を有する回転対称レンズであり、その外形は略円筒形状とすることで必要な有効径を確保しつつ、かつ極力体積を抑えてレンズ材料コストを低減している。

特開２０１０−２２４５５２号公報 特開２００８−６４８０２号公報

しかしながら、上述した従来の光走査装置においては、以下に示す課題を有する。樹脂製レンズは、レンズ成形用金型のゲート部から樹脂を流し込み、射出成形するのが一般的であり、その際金型を樹脂に流し込む方向すなわちゲート部の方向に依存した複屈折分布が樹脂製レンズに生じる。このため、ゲート部を有する樹脂製レンズを光走査装置に採用する場合、樹脂製レンズのゲート部の方向は光走査装置の光学特性に影響を与えるため、回転対称形状のレンズであってもゲート部の方向を考慮する必要がある。

しかし特許文献１では、回転対称形状のガラス製コリメータレンズを保持する際、コリメータレンズの回転方向を考慮していない。また特許文献２では、コリメータレンズは回転対称形状の樹脂製レンズであり、射出成形した場合は外形部にゲート部を有するにも係らず、ゲート部の方向及びそれに依存する複屈折分布の異方性を考慮せずにコリメータレンズを保持している。

このため、特許文献１の光走査装置をさらに低コスト化するために、ガラス製コリメータを特許文献２の樹脂製コリメータレンズに置き換えると、複数のコリメータレンズ毎にゲート部の方向が異なり、各光学系の光学特性に差が生じてしまうという課題がある。即ち、従来の光走査装置では、各コリメータレンズのゲート部の方向を考慮していないため、ゲート部の方向がバラバラになっている。このため、各コリメータレンズの複屈折の異方性に起因する被走査面上の照度分布ずれやスポットの肥大といった光学特性のずれが、各光路同士で異なってしまう。

以上のように、従来の光走査装置をカラー画像形成装置に用いた場合は、さらなるコストの低減と良好な画像を両立できないという問題があった。

本発明の目的は、複数の樹脂製レンズを用い、低コスト及びコンパクト性を達成し、かつ、色ずれ、色ムラを抑制して良好な画像を形成できる光走査装置および画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る光走査装置は、複数の光源手段と、前記光源手段の夫々から出射した光束に対応する夫々の入射光学系であって、互いに並べて配置され正の屈折力を備えるレンズを夫々が有する入射光学系と、前記入射光学系を介した光束を夫々主走査方向に偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段で偏向走査された夫々の光束に対応して夫々の被走査面に光束を夫々結像する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記レンズは夫々ゲート部を備えた樹脂製レンズであり、夫々の前記レンズの光軸の周りの部分的な角度領域であって、前記主走査方向または副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に、前記ゲート部を設けたことを特徴とする。

また、上記光走査装置を用いた画像形成装置も本発明の他の一側面を構成する。

（作用）
本発明においては、射出成型された樹脂レンズの有する複屈折の異方性と、ゲート部の位置、更には偏向手段への入射光（レーザ光）の偏光との関係に着目し、ゲート部の合わせ方によって、複数の被走査面間の光学性能差を低減させる。

本発明によれば、複数の樹脂製レンズを用い、低コスト及びコンパクト性を達成し、かつ、色ずれ、色ムラを抑制して良好な画像を形成できる光走査装置および画像形成装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、（ｂ）は副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。 第１の実施形態の入射光学系の要部断面図（副走査断面図）である。 第１の実施形態の樹脂製コリメータレンズ３の外形形状である。 第１の実施形態の樹脂製コリメータレンズ３の複屈折分布の説明図である。 第１の実施形態の樹脂製コリメータレンズ３のゲート部の方向の説明図である。 第１の実施形態の結像光学レンズ７２の要部断面図（副走査断面図）である。 第２の実施形態の樹脂製コリメータレンズ３のゲート部の方向の説明図である。 第３の実施形態の樹脂製コリメータレンズ３のゲート部の方向の説明図である。 本発明の実施形態のカラー画像形成装置の要部概略図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明において、主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段の回転軸（または揺動軸）及び結像光学系の光軸方向（Ｘ方向）に垂直な方向（回転多面鏡で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向手段の回転軸（または揺動軸）と平行な方向である。また、主走査断面とは、主走査方向と結像光学系の光軸を含む平面（図５の基準面Ｇ）、副走査断面（子線断面）とは、主走査方向に垂直な断面（図５の基準面Ｆ等）である。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図９は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置であって、光走査装置により４ビームを走査して各々並行して像担持体である感光体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の要部概略図である。６０はカラー画像形成装置、１００は後に詳述する光走査装置である。２１、２２、２３、２４は各々互いに異なった色の画像を形成する像担持体としての感光ドラム、３１、３２、３３、３４は各々現像器、４１、４２、４３、４４は光ビーム、５１は搬送ベルトである。

図９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、入力したコードデータがＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、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、光走査装置１００に入力される。そして、光走査装置１００からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、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。

本実施形態におけるカラー画像形成装置６０では、光走査装置１００により４ビームを走査するが、各々のビームがＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして、各々平行して設けられる感光ドラム２１、２２、２３、２４の各ドラム面上に、画像信号（画像情報）に対応した潜像に応じたトナー像が現像器３１、３２、３３、３４により各々形成される。

このように本実施形態では、光走査装置１００および各現像器３１、３２、３３、３４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静電潜像に応じたトナー像を各々対応する感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に高速印字している。その後、トナー像を被転写材である記録材に転写する転写器、更に転写されたトナー像を被転写材に定着する定着器により、記録材に多重転写された１枚のフルカラー画像を形成している。

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。

（光走査装置）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１（ｂ）は副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図２は、本発明の第１の実施形態の入射光学系の要部断面図（副走査断面図）である。図１（ａ）、図１（ｂ）、図２において、各光源１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからそれぞれ被走査面上１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに向かう光路を、光路ａ、光路ｂ、光路ｃ、光路ｄとする。これら各光路の構成および光学的作用は全て同じであり、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２において、同様の働きをしている各光路の各光学素子は同一の符号で表している。

（光源手段および入射光学系）
ここで、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２の各光学素子の光学的作用について述べる。図１（ａ）、図１（ｂ）、図２において、１ａ、１ｂは第１の対の光源手段、１ｃ、１ｄは第２の対の光源手段であり、夫々発光部（発光点）を有する半導体レーザより成っている。２ａ、２ｂは第１の対のアパーチャー（開口絞り）、２ｃ、２ｄは第２の対のアパーチャー（開口絞り）である。また、３ａ、３ｂは第１の対のコリメータレンズ、３ｃ、３ｄは第２の対のコリメータレンズで、夫々入射する光束を所望の最適なビーム形状に形成している。

コリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに入射した光束は、平行光束に変換されて副走査方向にのみ正の屈折力を備えるシリンドリカルレンズ４に入射する。これらは、第１の対のコリメータレンズを含む第１の対の入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、第２の対のコリメータレンズを含む第２の対の入射光学系Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄを構成する。

シリンドリカルレンズ４は、第１の対の入射光学系、第２の対の入射光学系に兼用され、
副走査方向にのみ屈折力を有する。そして、シリンドリカルレンズ４から出射する４つの光束は、主走査断面内において平行光束、副走査断面内において偏向面６近傍で集光する収束光束として、回転多面鏡５の偏向面６へ入射する。そして、回転多面鏡５の偏向面６上で主走査方向に長手の線像として結像される。

なお、本実施形態では、シリンドリカルレンズ４を、各光路ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応した４つの入射面と、４つの出射面とを一体成型した、樹脂製の４眼シリンドリカルレンズにて構成しているが、４つの個別のシリンドリカルレンズで構成してもよい。

（偏向手段および結像光学系）
５は入射した光束を偏向走査させる偏向手段であり、本実施形態では偏向面６を複数備え、図１（ａ）中の矢印Ａ方向に一定の速度で回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）で構成している。

第１の対の結像光学系Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、第２の対の結像光学系Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄは、夫々集光機能とｆθ特性とを備え、主走査断面内に正のパワー（屈折力）、副走査断面内に主走査断面内の正のパワーとは異なる正のパワーを有している。ここで、第１の対の結像光学系Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、第２の対の結像光学系Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄは、夫々結像レンズ７１、７２を備える。

結像光学系Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄは、回転多面鏡５によって偏向走査された画像情報に基づく光束を主走査断面内において感光ドラム面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ上に各々スポット結像させている。なお、結像レンズ７１、７２は、副走査断面内において回転多面鏡５の偏向面６と感光ドラム面１０との間を光学的に共役関係にすることにより、偏向面６の面倒れ補償を行っている。

第１の対の結像光学系Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、第２の対の結像光学系Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄに関し、図１（ｂ）中の８１、８２、８３、８４は、結像レンズ７２からの光束の光路を折り曲げるための平面ミラーであり、結像性能に影響を与えていない。図１（ａ）においては、説明を分かりやすくするために、平面ミラー８１、８２、８３、８４を不図示とし、折り返される光路を展開した図にしている。なお、９は、光走査装置内に塵埃が入るのを防ぐための防塵ガラスであり、平面ガラスで構成されている。

本実施形態において、画像情報に応じて半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄから光変調され出射した光束は、入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄにより回転多面鏡５の偏向面６へ入射する。そして、結像光学系Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄにより、感光ドラム面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ上へ導光される。そして、回転多面鏡５を駆動手段（不図示）により矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査することで画像情報の記録を行っている。

図１で、感光ドラム面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、カラー画像を形成するために夫々イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色に対応して設けられる。なお、１２は同期検知系であって、同期検知光学系１１を介して回転多面鏡５の回転速度を検知し、制御手段（不図示）により、回転多面鏡５が等速度で回転するように制御している。

（入射光学系における副走査方向斜め入射）
本実施形態においては、図２から分かるように、２対の入射光学系は、偏向手段としての回転多面鏡５の偏向面６への入射光束を上下対称に配置される。即ち、１対の入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｄは、副走査断面内において基準面Ｇ（主走査方向（Ｙ方向）と結像光学系の光軸方向（Ｘ方向）を含む平面）に対して上向きに配置される。一方、別の一対の入射光学系Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは、副走査断面内において基準面Ｇ（主走査方向（Ｙ方向）と結像光学系の光軸方向（Ｘ方向）を含む平面）に対して下向きに配置される。以下、副走査方向斜め入射といい、基準面Ｇに対する角度を副走査方向斜め入射角度という。

更に図１（ａ）から分かるように、回転多面鏡を挟んで、上下に並べて配置された第１の対の入射光学系Ｌ１ａとＬ１ｂと、第２の対の入射光学系Ｌ１ｃとＬ１ｄとを、基準面Ｆ（副走査断面で偏向手段の回転軸を含む面）を挟んで左右対称に配置している。

即ち、本実施形態においては、コリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを含む入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄを上下対称かつ左右対称に並べて配置している。このように第１の対のコリメータレンズ３ａ、３ｂ、第２の対のコリメータレンズ３ｃ、３ｄを隣接して配置することで、コリメータレンズ通過後の各光束同士を隣接させることができる。これにより、シリンドリカルレンズ４、回転多面鏡５、結像光学レンズ７１、７２を複数の光路で共有することができ、光走査装置の低コスト化、小型化を達成できる。

（入射光学系における第１の対および第２の対のコリメータレンズ）
１）樹脂製のコリメータレンズ
本実施形態では、光学面が光軸に対して回転対称な形状を有するコリメータレンズ３は、ガラス製レンズに比べて材料コスト及び成形コストが安い、樹脂製レンズで構成している。図３は、本実施形態のコリメータレンズ３の外形形状を表した説明図であるが、コリメータレンズ３の外形を円筒形状とすることで、必要な有効径を確保しつつ、かつ極力体積を抑えてレンズ材料コストを低減している。

２）ゲート部の方向に依存した複屈折分布
コリメータレンズ３は、レンズ成形用金型のゲート部から樹脂を流し込み、射出成形するために、外形の一端にゲート部と呼ばれる突起部（図３）を有する。このような樹脂製のコリメータレンズ３は、成形時の金型に樹脂を流し込む方向、即ちゲート部の方向に依存して複屈折分布を有している。

図４は、実際に本実施形態の樹脂製コリメータレンズ３を成形し複屈折分布を測定した結果に基づく説明用の模式図で、本実施形態の樹脂製コリメータレンズ３の複屈折分布を表す。図４から分かるように、レンズ外形は回転対称であるにもかかわらず、複屈折分布はゲート部の方向に依存して回転非対称についている。複屈折分布は、レンズ成形時あるいはレンズ冷却過程で生じる内部応力が原因と考えられており、本実施形態のコリメータレンズにおいては、成形時の金型内の樹脂の流れによってレンズ外形に対して回転非対称の内部応力が生じたのが原因と考えられる。

３）本実施形態におけるコリメータレンズの光軸周り（回転方向）の配置
３−１）光学的観点
光学的観点から本実施形態においては、上下左右に並べて配置された回転対称形状の樹脂製のコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに関し、複屈折の影響を最も受けにくいように各ゲート部が主走査方向に沿って設けられる。そして、４個のゲート部が全体として主走査方向および副走査方向で対称配置される。

これに対し、従来の光走査装置においては、回転対称形状のレンズに生じるこのような回転非対称な複屈折分布を考慮していないため、回転対称形状のレンズを保持する際に、レンズ回転方向を考慮してレンズを取り付けていない。

このため、従来の光走査装置ではコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの各ゲート部の方向はバラバラであり、各コリメータレンズの複屈折分布に起因する被走査面上の照度分布ずれやスポットの肥大といった光学性能のずれは、各光路同士で異なってしまう。このように各光路同士で光学性能に差が生じると、光走査装置をカラー画像形成装置に用いた場合に、画像ムラや色ずれなどが発生し、良好な画像が形成できないという問題がある。

３−２）メカ的観点
本実施形態では、上下左右に並べて配置された回転対称形状の樹脂製のコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに関し、更に各ゲート部が、各コリメータレンズ光軸に対して他のコリメータレンズと隣接する側と反対側となるように配置される。図５は、本実施形態の図１（ａ）、図２のＡ方向から樹脂製のコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを観察した矢視図であり、本実施形態のコリメータレンズのゲート部の方向を表している。

図５から分かるように、上下左右に並べて配置された回転対称形状の樹脂製のコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのゲート部は、各コリメータレンズ光軸に対して他のコリメータレンズと隣接する側と反対側となるように、回転方向の配置がされている。

１）ゲート部が設置される光軸周りの角度範囲
本実施形態において、ゲート部が設置される光軸周りの角度範囲について説明する。即ち、「各コリメータレンズ光軸に対して他のコリメータレンズと隣接する側と反対側」について、図５を用いて説明する。反対側とは、各コリメータレンズの外周において、他のコリメータレンズと隣接している範囲を取り除いた光軸周りの角度範囲であり、図５においては範囲Ａ、範囲Ｂ、範囲Ｃ、範囲Ｄとして各々表している範囲のことである。

本実施形態では、各々のゲート部が、図５の範囲Ａ、範囲Ｂ、範囲Ｃ、範囲Ｄの範囲内になるように、各々のコリメータレンズを光軸周り（回転方向）に配置している。範囲Ａと範囲Ｂ、範囲Ｄと範囲Ｃは、主走査方向に関して対称的に配置される部分的な角度範囲となり、範囲Ａと範囲Ｄ、範囲Ｂと範囲Ｃは、副走査方向に関して対称的に配置される部分的な角度範囲となる。

本実施形態においては、ゲート部のレンズ光軸周りの許容角度範囲として、主走査方向および副走査方向に対称な角度範囲である範囲Ａ、範囲Ｂ、範囲Ｃ、範囲Ｄを設定し、更にゲート部の位置として主走査方向および副走査方向に対称な位置を選択している。

２）比較例としての従来例との対比
これに対し、従来例では、隣接する２つのコリメータレンズの間には、コリメータレンズ保持部のコリメータレンズ接着面や、各光路間のゴースト光を遮光するリブ、レンズの各鏡筒などのメカ部材が配置されることが多い。従来の光走査装置では、レンズのゲート部と光学箱のメカ部材（ゴースト遮光リブや接着面など）とが、あるいはゲート部同士が干渉してしまい、コリメータレンズの取り付け位置・姿勢が他のコリメータレンズとずれてしまう。

その結果、各光路同士で、被走査面上に照射される位置やピント位置といった光学性能にずれが生じてしまう。このように各光路同士で光学性能に差が生じると、光走査装置をカラー画像形成装置に用いた場合に、画像ムラや色ずれなどが発生し、良好な画像が形成できないという問題がある。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、図５から分かるように、自らのコリメータレンズのゲート部の方向と隣接するコリメータレンズのゲート部の方向とが、基準面Ｆあるいは基準面Ｇを挟んで対称となるように配置している。ここで本実施形態は、基準面Ｆに対称に２組の走査系を配置した対向走査系で、かつ基準面Ｇを挟んで上下対称配置した斜入射光学系である。

本実施形態では、これに合わせて、コリメータレンズの複屈折分布も基準面Ｆあるいは基準面Ｇを挟んで各光路同士で対称配置にすることで、各光路中のコリメータレンズの複屈折分布の異方性も含めた構成を、光学的に略同一にすることができる。このため本実施形態では、複屈折分布起因の光路間の性能差を低減し、４つの光路全ての光学性能を略同一に保つことができる。

また本実施形態では、上述したようにコリメータレンズを配置することで、コリメータレンズのゲート部と鏡筒のメカ部材との干渉を防ぎ、光路同士の被走査面上での光学性能ずれが生じるのを防いでいる。

更に本実施形態では、図５から分かるように、全てのコリメータレンズは、ゲート部の位置が光軸に対して略主走査方向となるように配置している。一般的に複屈折の主軸は、レンズ成形時の樹脂の流動方向に揃う傾向がある。本実施形態においても、樹脂製コリメータレンズの成形時の樹脂の流動方向、すなわちゲート部とレンズ光軸を結ぶ直線上に主軸が揃う傾向がある。また、レンズの複屈折の主軸と、レンズを通過する光束の偏光方向とが一致していると、最もレンズの複屈折による光束への影響が小さい傾向がある。

そこで本実施形態では、レーザの偏光方向が略主走査方向となるようにレーザを配置し、かつ、全てのコリメータレンズのゲート部の位置が光軸に対して略主走査方向となるように配置している。このように配置することで、コリメータレンズに入射する光束の偏光方向とコリメータレンズの複屈折の主軸とを略一致させ、複屈折分布起因の光学性能の劣化量自体を低減する効果を得ている。

（諸元値）
ここで、本実施形態の光路ａにおける諸元値を表１Ａに、また光路ｂにおける諸元値を表１Ｂに示す。更に、本実施形態の光路ａにおける各光学面の面形状を表２Ａに、また光路ｂにおける各光学面の面形状を表２Ｂに示す。

表１Ａ、表１Ｂに示す通り、光偏向器５の偏向面６に対して垂直で且つ基準点Ｃ０を通過する面を基準面Ｇとしたとき、基準面Ｇに対し、偏向面６への入射光束は、それぞれ−３°、＋３°の傾きを持って偏向走査させている。即ち、光偏向器に入射する入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは基準面Ｇに対してそれぞれ＋３°、−３°副走査方向に傾いて配置させている。この斜入射角が大きすぎると、波面収差の捩れによりスポットの崩れを補正する事が困難となり、小さすぎると光束の分離がし難くなる。望ましくは２°〜５°の範囲で設定するのがよい。

本実施形態では、光束の発振波長λがλ＝７９０ｎｍの赤外光源を光源手段１として用いている。また、像高Ｙと偏向反射角θとの比例係数κ（Ｙ＝κθ）はκ＝１３６（ｒａｄ／ｍｍ）である。

また、表１Ａ、表１Ｂに関し、各光学面の非球面形状は以下の表現式で定義される。本実施形態のコリメータレンズ３の入射面は、平面上に回転対称の回折格子が形成された回折面、出射面は回転対称な凸形状の屈折面としている。また、コリメータレンズ３は、プラスチック材料を用いた射出成形で成形されており、環境変動による屈折パワーの変化を半導体レーザーの波長変化による回折パワーの変化で補償する温度補償光学系としている。

回折面は、以下に表した位相関数により定義される。

φ＝２πｍ／λ（Ｃ₃Ｚ²＋Ｃ₅Ｙ²）
ここで、φは位相関数、ｍは回折次数であり、本実施形態では、１次回折光（ｍ＝１）を用いている。λは設計波長であり、本実施形態ではλ＝７９０ｎｍである。

また、本実施形態のシリンドリカルレンズ４は、入射面が副走査方向に凸面形状のシリンドリカル面であり、出射面が平面上に副走査方向にのみ回折格子が形成された回折面である。シリンドリカルレンズ４も、コリメータレンズレンズ３と同様に、プラスチック材料を用いた射出成形で成形されており、環境変動による屈折力（パワー）の変化を半導体レーザーの波長変化による回折パワーの変化で補償する温度補償光学系としている。

また、本実施形態の、結像レンズ７１、７２の入射面、出射面の母線形状は、１２次までの関数として表せる非球面形状により構成している。

シリンドリカルレンズ４の入射面、結像レンズ７１、７２の夫々の光学面は、表１Ａ、表１Ｂに示した各原点および光軸ｘ、主走査方向の基準軸ｙ、副走査方向の基準軸ｚと、表２Ａ、表２Ｂに表現された以下に述べる非球面式から定義される。例えば、結像レンズ７１の入射面においては、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１７．２００、−０．２３７、０．０００）を非球面式の原点、結像レンズ７２の入射面においては、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（３９．２００、−０．２３７、２．２４０）を非球面式の原点とする。

そして、各レンズ面の面形状は、表１Ａ、表１Ｂに示した各光学面の原点を通る光軸Ｘと、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、以下の式で表されるものである。

（但し、Ｒは母線曲率半径、Ｋ、Ｂ₂、Ｂ₄、Ｂ₆、Ｂ₈、Ｂ₁₀、Ｂ₁₂は非球面係数）
また、副走査方向と対応する子線方向は、表１Ａ、表１Ｂに示した副走査方向の基準軸Ｚと定義すると、以下の表現式で定義される、

Ｓは、母線方向の各々の位置における母線の法線を含み、主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。

ここで、主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）ｒ´は、以下の式で表されるものである。

（但し、ｒ₀は光軸上の子線曲率半径、Ｅ₂、Ｅ₄、Ｅ₆、Ｅ₈、Ｅ₁₀、Ｅ₁₂、Ｅ₁₄、Ｅ₁₆、は係数）
また、Ｍｊ＿ｋは子線方向の非球面を表す係数である。例えば、Ｍｊ＿１はＺの１次項であり、副走査方向の面の傾き（子線チルト）を表している。また、Ｍｊ＿４はＺの４次項であり、副走査方向の非球面を表している。本実施形態では、主走査方向に０、２、４、６、８、１０、１２、１４、１６次の係数を使って子線チルト量を変化させている。

また、表２Ａ及び表２Ｂに示した各係数には添え字ｕ及びｌが付いている。それぞれＵｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側の意味であり、結像光学系の各レンズ面頂点に対し、光源手段１がある側をＬｏｗｅｒ側、光源手段１がある側と反対側をＵｐｐｅｒ側と定義する。添え字Ｕ及びｌが付いていない係数については、Ｕｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側に共通の係数である。

図６は、本実施形態の結像レンズ７２の各光学面の原点および光軸の位置関係を表した、副走査方向の要部断面図（副走査断面図）の拡大図である。本実施形態では、表１Ａ、表１Ｂと図６に示した通り、光路ａと光路ｂとで結像レンズ７１、７２を共用している。また、表１Ａ、表１Ｂ、表２Ａ、表２Ｂにあるように、結像レンズ７２の入射面に関しては、入射面Ｔ３ａの面頂点を（３９．２００、−０．２３７、２．２４０）、入射面Ｔ３ｂの面頂点を（３９．２００、−０．２３７、−２．２４０）とした。

このような２つのトーリック面を重ねたことを特徴とする多段トーリック面より成っている。結像レンズ７２の出射面Ｔ４ａ、Ｔ４ｂに関しても同様に多段トーリック面より構成している。なお、本実施形態では面形状を上記定義式により函数を定義したが、本発明の権利の範囲はこれを制限するものではない。

本実施形態では、光路ａと光路ｂとで結像レンズ７１、７２を共用することで部品点数を削減し、光走査装置の低コスト化できている。また、結像レンズ７２を光路ａと光路ｂに各々対応した上下２つのレンズ面を有する多段トーリックレンズで構成することで、一体成形可能とし、低コスト化している。ただし、本発明はこの構成に限らず、結像光学系を光路ａと光路ｂとに対応するそれぞれ別個の結像レンズで構成しても、本発明の効果は得られる。

更に、図６、表１Ａ、表１Ｂ、表２Ａ、表２Ｂから分かるように、第２の結像レンズ７２の上側入射面Ｔ３Ａ面と下側入射面Ｔ３Ｂ面とは、基準面Ｇを挟んで面対称形状の多段トーリックレンズより構成している。結像レンズ７２の上側出射面Ｔ４Ａ面と下側出射面Ｔ４Ｂ面に関しても同様に、基準面Ｇを挟んで面対称形状の多段トーリック面より構成している。

本実施形態においては、以上のような構成により、光源手段１から第２の結像レンズ７２の出射面Ｔ４まで、副走査方向に上下対称な光学系で構成している。このため、第２の結像レンズ７２の出射面Ｔ４ＡあるいはＴ４Ｂから出射される光束は、副走査方向に上下対称で、かつ結像性能が互いに同一な走査光束と成る。

なお、本実施形態では面形状を上記定義式により函数を定義したが、本発明の権利の範囲はこれを制限するものではない。

以上、光路ａ、光路ｂにおける光学素子の配置とレンズ面形状を説明した。一方、光路ｄ、光路ｃにおいては、各光学素子は図１（ａ）の基準面Ｆを挟んで光路ａ、光路ｂと面対称に配置されており、光路ｄ、光路ｃの各光学素子のレンズ面形状は、光路ａ、光路ｂのものとそれぞれ同一形状である。よって、本実施形態においては、４つの光路は互いに上下方向および左右方向に対称配置されており、光学的に同一な光学系としている。

本実施形態では、コリメータレンズを光軸方向、主走査方向、副走査方向に移動調整させて、コリメータレンズ鏡筒（不図示）に接着剤固定することで、被走査面上でのピント及び照射位置を調整している。なお、本実施形態の光源手段１は、一つの発光点を有する半導体レーザで構成したが、複数の発光点を有するモノリシックマルチビームレーザで構成しても良い。

夫々のゲート部を主走査方向と一致するように配置した本実施形態では、より好ましい形態として、光源手段である半導体レーザの偏光方向も略主走査方向と一致するように配置している。このような形態では、複屈折分布起因の光学性能の劣化を最も抑制することができる。但し、偏光方向が主走査方向でなくとも、夫々のゲート部を主走査方向と一致するように配置することで、各光路同士の光学性能差を低減する効果は得られる。

《第２の実施形態》
本実施形態は、第１の実施形態に対して、レーザの偏光方向と、全てのコリメータレンズのゲート部の方向を変更したものである。第１の実施形態は、レーザの偏光方向と、全てのコリメータレンズのゲート部の光軸に対する位置を略主走査方向に揃えることで、光束の偏光方向と複屈折の主軸とを略一致させ、複屈折分布起因の光学性能の劣化量自体を低減する効果を得た。

これに対して、本実施形態では、レーザの偏光方向と、全てのコリメータレンズのゲート部の光軸に対する位置を略副走査方向となるように、レーザ及び全てのコリメータレンズを配置した。それ以外の光学素子や諸元値は、第１の実施形態と同一である。

図７は本実施形態の樹脂製コリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのゲート部の方向を表した説明図である。本実施形態では、図７から分かるように、全てのコリメータレンズのゲート部の光軸に対する位置を略副走査方向に配置し、レーザの偏光方向と揃えることで、複屈折分布起因の光学性能の劣化量自体を低減する効果を得ている。

《第３の実施形態》
本実施形態は、第１の実施形態に対して、全てのコリメータレンズのゲート部の方向を変更した実施形態である。第１の実施形態は、全てのコリメータレンズのゲート部の光軸に対する位置を隣接する略主走査方向に揃えたものであった。これに対し、本実施形態では、全てのコリメータレンズのゲート部の光軸に対する位置を、隣接する他のコリメータレンズの反対側で、かつ、ゲート部の位置が光軸に対して略４５度方向となるように配置した。それ以外の光学素子や諸元値は、第１の実施形態と同一である。

図８は、本実施形態の樹脂製コリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのゲート部の方向を表した説明図である。本実施形態では、図８のようにコリメータレンズのゲート部を４５度方向に配置することで、各光路同士の光学性能差を低減する効果を得つつ、かつメカ的な自由度を広げて、コリメータレンズの位置精度及び安定性を高めることができる。

例えば、ゲート部を４５度方向に配置することで、各コリメータレンズの主走査方向両脇あるいは副走査方向両脇を、鏡筒との接着部や、コリメータレンズの位置調整する際の工具のコリメータレンズ掴み部に用いることが可能となる。これにより、コリメータレンズ位置精度及び安定性を高められる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、４個の樹脂製レンズの夫々のゲート部の位置を主走査方向および副走査方向に対称に設けたが、本発明はこれに限られない。即ち、４個の樹脂製レンズに関し、図５に示す夫々の樹脂製レンズの光軸の周りの部分的な角度領域であって、主走査方向および副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に、ゲート部の位置を任意に定めるものでも良い。換言すれば、ゲート部の位置を対称に設けるものに限らず、ゲート部の許容範囲としての角度領域を対称に設けるものであれば良い。

（変形例２）
上述した実施形態、上記変形例１では、夫々のゲート部を、夫々の樹脂製レンズが他の樹脂製レンズと互いに隣接する側とは反対側に設けたが、本発明はこれに限られない。即ち、夫々のゲート部を、夫々の樹脂製レンズが他の樹脂製レンズと互いに隣接する側に設けても良く、この場合に夫々のゲート部は主走査方向または副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に設けられる。

（変形例３）
また、樹脂製レンズは、主走査方向および副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に４個設けられるものに限られず、主走査方向または副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に２個設けられるものであっても良い。
この場合、カラー画像を形成するための合計４個の入射光学系の内の２個の入射光学系が該当することとなる。

（変形例４）
上述した実施形態では、入射光学系としてコリメータレンズとシリンドリカルレンズをも独立して設けたが、これを兼用したレンズ（アナモフィックレンズ）として一体化しても良い。

（変形例５）
上述した実施形態では、偏向手段は、夫々の入射光学系に共用されるものであったが、独立に設けられるものであっても良い。また、樹脂製レンズを主走査方向または副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に２個設ける場合に、偏向手段は、入射光学系を介した夫々の光束に対し、共用される同一の偏向面、もしくは互いに異なる偏向面を有するものでも良い。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・光源手段、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ・・樹脂製コリメータレンズ、４・・シリンドリカルレンズ、５・・偏向手段（回転多面鏡）、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄ・・入射光学系、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・結像光学系

Claims (18)

1. 複数の光源手段と、
   前記光源手段の夫々から出射した光束に対応する夫々の入射光学系であって、互いに並べて配置され正の屈折力を備えるレンズを夫々が有する入射光学系と、
   前記入射光学系を介した光束を夫々主走査方向に偏向走査する偏向手段と、
   前記偏向手段で偏向走査された夫々の光束に対応して夫々の被走査面に光束を夫々結像する結像光学系と、
   を有する光走査装置であって、
   前記レンズは夫々ゲート部を備えた樹脂製レンズであり、
   夫々の前記レンズの光軸の周りの部分的な角度領域であって、前記主走査方向または副走査方向に関して互いに対称的な角度領域となる夫々の領域内に、前記ゲート部を設けたことを特徴とする光走査装置。
2. 夫々の前記ゲート部は、夫々の前記レンズが他の前記レンズと互いに隣接する側とは反対側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 夫々の前記ゲート部は、前記副走査方向に関して対称に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記入射光学系を介した光束は、偏光方向が前記主走査方向の光束であることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 夫々の前記ゲート部は、前記主走査方向に関して対称に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
6. 夫々の前記ゲート部は、前記主走査方向および前記副走査方向に対し４５度方向に沿って設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
7. 前記レンズは、前記主走査方向および前記副走査方向に関して対称的に設けられる４個のレンズであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記レンズは、前記主走査方向または前記副走査方向に関して対称的に設けられる２個のレンズであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 夫々の前記入射光学系は、前記レンズとは別に前記副走査方向にのみ正の屈折力を備えるシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記レンズは、光学面が前記光軸に対して回転対称形状を備えることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. 夫々の前記結像光学系は、前記偏向手段を挟んで対向して配置されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光走査装置。
12. 前記入射光学系を介した光束は、前記偏向手段に斜め方向から入射することを特徴とする請求項１１に記載の光走査装置。
13. 前記偏向手段は、夫々の前記入射光学系に共用される、もしくは独立に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
14. 前記偏向手段は、前記入射光学系を介した夫々の光束に対し、共用される同一の偏向面、もしくは互いに異なる偏向面を有することを特徴とする請求項１３に記載の光走査装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか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束によって前記感光体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。
16. 請求項１乃至１４のいずれか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することを特徴とする画像形成装置。
17. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光走査装置の被走査面に配置され、カラー画像を形成するために互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴とする画像形成装置。
18. 外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを有することを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。