JP2014164292A - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造用金型の加工を容易化することができるレンズ面形状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。
【解決手段】光走査装置は、光線を発するレーザーユニットと、前記光線を偏向すると共に、前記光線で感光体ドラムの周面を主走査方向に走査させるポリゴンミラーと、１枚のｆθレンズ２８とを備える。ｆθレンズ２８は、ポリゴンミラーと対向する第１面Ｒ１と、第１面Ｒ１とは反対側の第２面Ｒ２とを有し、前記偏向された光線を前記周面に結像させる。第１面Ｒ１の副走査方向断面における形状が、近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線ｔＡと光軸ＯＡとのなす角をＡ、光軸ＯＡから距離Ｘの部分における面の接線ｔＢと光軸ＯＡとのなす角をＢ、とするとき、
Ａ＜Ｂ
の関係を有する形状とされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、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、前記レーザー光を偏向及び走査させるポリゴンミラーと、この偏向及び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。

前記走査レンズは、複数枚のレンズで構成される場合もあるが、装置のコンパクト化や低コスト化等の目的で、１枚の走査レンズで構成される場合もある。例えば特許文献１には、１枚の走査レンズで構成される光走査装置において、当該走査レンズの副走査方向の曲率を、主走査方向に沿って連続的に変化させる設計技術が開示されている。このように特殊な面形状を含む走査レンズの製造には、面加工や鏡面仕上げ等において、非常に高精度に加工した金型が要求される。当然、高精度な金型加工には相当の時間を要することになる。特に、１枚の走査レンズでの構成の場合、レンズ倍率を高くしなければならない傾向があり、これにはレンズ面の曲率半径を小さくする必要がある。このようなレンズ設計、例えば、副走査方向の曲率半径が小さい曲面のレンズ設計が与えられた走査レンズの金型加工においては、先端部が小さい工具を用いた加工作業を要するため、より一層、長い加工時間を要することになる。

特開平０９−３３８５０号公報

金型加工時間が長くなると、加工開始時と加工終了時とで環境温度の変化や、被加工金型の温度変化による熱膨張の影響等により、被加工金型の寸法が微小に変化することがある。これに伴い、金型の加工精度が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、製造用金型の加工を容易化することができるレンズ面形状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偏向すると共に、前記光線で被走査面上を主走査方向に走査させる偏向体と、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、前記偏向された前記光線を前記被走査面上に結像させる１枚の走査レンズと、を備え、前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の面であって、前記主走査方向と直交する副走査方向に光学的パワーを有する屈折面の、前記副走査方向断面における形状が、近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線と光軸とのなす角をＡ、近軸以外の面の接線と光軸とのなす角をＢ、とするとき、
Ａ＜Ｂ
の関係を有する形状である。

この構成によれば、近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線と光軸とのなす角Ａよりも、近軸以外の面の接線と光軸とのなす角Ｂの方が大きいので、走査レンズの副走査方向端部付近のレンズ形状が鋭利化することを抑止できる。従って、金型の加工時間を短縮することが可能となり、加工精度の低下を抑制することができる。また、上記Ａ＜Ｂの関係を具備させることで、結果として当該走査レンズの副走査方向におけるレンズ倍率が下がることになる。これにより、走査レンズのハウジングへの据え付けの際における誤差感度を低減することができる。

上記構成において、前記屈折面は、前記副走査方向断面において、前記被走査面上に結像される光線が通過する第１領域と、前記被走査面上に結像される光線が通過しない第２領域とに区画され、前記近軸以外の面は、前記第２領域内の面であることが望ましい。

この構成によれば、被走査面上に結像される光線が通過する第１領域と、光線が通過しない第２領域、つまり当該走査レンズの結像光学特性に影響を与えない領域とにおいて、上記のＡ＜Ｂの関係が具備される。従って、走査レンズ本来の性能を低下させることなく、走査レンズの前記第２領域内でレンズ形状が鋭利化することを防止できる。つまり、走査レンズの副走査方向の中心付近（第１領域）では必要な光学的パワーを得ることができる一方で、副走査方向の端部付近（第２領域）では曲率を小さくし、倍率を下げることができる。

上記構成において、前記屈折面は、前記副走査方向断面において、前記被走査面上に結像される光線が通過する第１領域と、前記被走査面上に結像される光線が通過しない第２領域とに区画され、前記屈折面は、前記第２領域内に変曲点を有していることが望ましい。例えば、前記屈折面が、近軸の曲面が凹面であり、前記第２領域内に凸面を有している構成、或いは、前記屈折面が、近軸の曲面が凸面であり、前記第２領域内に凹面を有している構成とすることができる。

この構成によれば、前記第２領域内に変曲点を設けることで、当該第２領域内の面の接線角（なす角Ｂ）を、容易に前記第１領域内の曲面の接線角（なす角Ａ）よりも大きくすることができる。

上記構成において、前記屈折面の前記副走査方向の近軸の曲面が、前記主走査方向において凸面から凹面又は平面に変化し、これに追従して前記第２領域内の面が凹面から凸面又は平面に変化していることが望ましい。

若しくは、前記屈折面の前記副走査方向の近軸の曲面が、前記主走査方向において凹面から凸面又は平面に変化し、これに追従して前記第２領域内の面が凸面から凹面又は平面に変化していることが望ましい。

これらの構成によれば、前記屈折面の前記副走査方向の近軸の曲面形状が、主走査方向において変化している場合でも、これに合わせて前記第２領域における前記屈折面の形状も変化する。従って、主走査方向の全長に亘って、金型加工の精度を向上させることができる。

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、製造用金型の加工を容易化することができるレンズ面形状を有する走査レンズが実現される。従って、当該走査レンズを備えた光走査装置及び画像形成装置は、高画質の画像を形成することができる。

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。 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。 一実施形態に係る走査レンズの、副走査方向の断面図である。 他の実施形態に係る走査レンズの、副走査方向の断面図である。 他の実施形態に係る走査レンズの、副走査方向の断面図である。 他の実施形態に係る走査レンズの、副走査方向の断面図である。 （Ａ）は他の実施形態に係る走査レンズの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＶIIIＢ−ＶIIIＢ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＶIIIＣ−ＶIIIＣ線断面図である。 （Ａ）は他の実施形態に係る走査レンズの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＩＸＣ−ＩＸＣ線断面図である。

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Ｘ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Ｙ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、シリンドリカルレンズ２４、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Ｙ（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Ｙ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Ｙ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、台座部２５を介して、底板１４１に接着剤で固定されている。

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。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Ｙ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。

ここで、シリンドリカルレンズ２４は、その入射面又は出射面のうちの少なくとも１つの面に、光学回折面が設けられていることが望ましい。一例として、入射面に弧状に湾曲したシリンドリカル面（屈折部）を備え、出射面に回折面が形成されたシリンドリカルレンズを用いることができる。前記光学回折面は、フレネルな回折格子であって、主走査方向にはパワーを持たない形状とされることが望ましい。これにより、温度変動に起因する回折効果の変化が主走査方向に影響することを防止できる。

ポリゴンミラー２６は、正六角形の各辺に沿って反射面２６Ｒ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の駆動によって、回転軸２７Ｓの軸回りに回転する。この回転を行いつつ、ポリゴンミラー２６は、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Ｙを反射面２６Ｒで反射して偏向すると共に、このレーザー光Ｙで感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓ上を主走査方向に走査させる。

ｆθレンズ２８は、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Ｙ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。

図３を参照して、ｆθレンズ２８は、ポリゴンミラー２６と対向しレーザー光Ｙが入射される入射面２８１（第１面Ｒ１）と、入射面２８１と反対側の面であってレーザー光Ｙが出射される出射面２８２（第２面Ｒ２）とを備える。レーザーユニット２０から発せられたレーザー光Ｙは、上述のコリメータレンズ２３及びシリンドリカルレンズ２４からなる入射光学系を経てポリゴンミラー２６の反射面２６Ｒで反射（偏向）された後、ｆθレンズ２８の第１面Ｒ１に入射する。その後、レーザー光Ｙは、第２面Ｒ２から出射し、ドラム周面１０３Ｓに向かう。ポリゴンミラー２６の回転に伴い、レーザー光Ｙは、走査領域におけるマイナス（−）方向の軸外から、プラス（＋）方向の軸外に向けて、ドラム周面１０３Ｓ上を走査する。

このようなｆθレンズ２８において、本実施形態では、副走査方向の断面形状に工夫を施し、当該ｆθレンズ２８を成形するための金型の加工精度を低下させないようにしている。この点を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係るｆθレンズ２８の、副走査方向の断面図である。この実施形態では、第１面Ｒ１及び第２面Ｒ２の双方の面が、副走査方向に光学的パワーを有する屈折面である。これら屈折面のうち、第１面Ｒ１の副走査方向断面における形状が、光軸ＯＡの近傍の近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線ｔＡと光軸ＯＡとのなす角をＡ、光軸ＯＡから副走査方向に距離Ｘだけ離れたポイントの面（近軸以外の面）の接線ｔＢと光軸ＯＡとのなす角をＢとするとき、
Ａ＜Ｂ
の関係を有する形状とされている。ここで、図４中、直線Ｌは、光軸ＯＡと平行な直線である。また、レーザー光Ｙの進行方向を、白抜きの矢印で示している（これらは、以下の図５〜図７でも同じ）。なお、第２面Ｒ２は、周面１０３Ｓに向けて凸の曲面である。

このような第１面Ｒ１の面形状を有するｆθレンズ２８によれば、近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線ｔＡと光軸ＯＡとのなす角Ａよりも、副走査方向の端部に近い部分の面の接線ｔＢと光軸ＯＡとのなす角Ｂの方が大きいことによって、ｆθレンズ２８の副走査方向端部付近のレンズ形状が鋭利化することを抑止できる。第１面Ｒ１の近軸付近の面は、１枚のｆθレンズ２８の構成であることに鑑み、所定の結像性能を確保するため、相応の小さい曲率半径を有する曲面とする必要がある。しかし、第１面Ｒ１の副走査方向全長に亘って、近軸付近の曲面が有する曲率半径を具備させたならば、図４中において点線で示す仮想面Ｒ１１のような面形状となる。この場合、副走査方向端部のエッジ部Ｅ０は鋭利な形状となる。これは、ｆθレンズ２８の副走査方向側面Ｒ３を、ｆθレンズ２８のハウジング１０４Ｈへの据え付け性を良好とする観点から、水平な面とする要請にも依る。

鋭利なエッジ部Ｅ０を備えたｆθレンズの成形金型の加工には、一般に長い加工時間を要する。すなわち、先端部が小さい工具を用いた金型加工の作業を要するため、その加工に手間が掛かるためである。金型加工時間が長くなると、加工開始時の環境温度と加工終了時の環境温度との相違や、被加工金型自身の温度変化による熱膨張の影響等により、被加工金型の寸法が微小に変化することがある。これに伴い、金型の加工精度が低下するという問題が生じる。ｆθレンズの成形金型には、本来的に非常に高い精度が求められるので、上述のような寸法変化が生じてしまうと、所望のレンズ面形状、つまりは所望の光学特性が得られない場合がある。

これに対し、上記Ａ＜Ｂの関係を具備させることで、当該ｆθレンズ２８の副走査方向端部のエッジ部Ｅは、比較的緩いエッジ形状となる。従って、金型の加工時間を短縮することが可能となり、金型加工精度の低下を抑制することができる。また、上記Ａ＜Ｂの関係を具備させることで、ｆθレンズ２８の副走査方向端部付近の面の曲率が小さくなり、結果として当該端部付近のレンズ倍率が下がることになる。これにより、ｆθレンズ２８のハウジング１０４Ｈへの据え付けの際における誤差感度を低減することができる。

上記接線ｔＢと光軸ＯＡとのなす角Ｂは、６０度以上とすることが望ましい。この場合、ｆθレンズ２８の副走査方向端部におけるエッジ形状の鋭利度合いを抑制することができる。また、金型鏡面を高度に平滑化された面（表面粗さが低い面）とする必要がある場合は、前記なす角Ｂは７０度以上とすることが望ましい。この場合、鏡面仕上げの加工が施し易くなる。さらに、一層の高画質、高解像度が求められる画像形成装置に適用されるｆθレンズの場合は、前記なす角Ｂは８０度以上とすることが望ましい。この場合、高精度の金型加工の容易化を図ることができる。

図５は、第２実施形態に係るｆθレンズ２８Ａの、副走査方向の断面図である。この第２実施形態では、第１面Ｒ１（屈折面）に変曲点ＦＰ１が備えられているｆθレンズ２８Ａを例示している。第１面Ｒ１は、周面１０３Ｓに結像される光線（レーザー光Ｙ）が通過する第１領域Ｑ１（有効領域）と、周面１０３Ｓに結像される光線が通過しない第２領域Ｑ２（有効領域外）とに区画される。当然、第１領域Ｑ１は光軸ＯＡを中心として副走査方向に一定に幅を持つ領域であり、二つの第２領域Ｑ２は第１領域Ｑ１の両サイドに各々位置する領域である。

ｆθレンズ２８Ａの本来の役目からすれば、当該レンズの副走査方向の幅は、上記の第１領域Ｑ１に相当する幅で足りることになる。しかしながら、透光性の樹脂材料を用いて金型で成形されるレンズにおいては、成形後の材料の均質性が問題となる。一般に、金型成形された物品は、金型との接触面に近い領域から徐々に冷却されてゆく。このため、物品の表面部と深部とで材料の性質が異なる状態で、成形物品が仕上がることがある。成形対象がレンズであれば、屈折率が表面部と深部とで異なることがある。従って、ｆθレンズ２８Ａの副走査方向の場合、光軸付近と副走査方向端部とで屈折率が異なるように仕上がることがある。金型成形後の冷却に十分な時間を掛ければ問題を解消し得るが、生産性が低下してしまう。そこで、第１領域Ｑ１の両側に、本来的には不必要な第２領域Ｑ２を設け、結像特性に影響を及ぼす第１領域Ｑ１が、安定した屈折率を具備し得るようにしている。

ｆθレンズ２８Ａの第１面Ｒ１に具備されている変曲点ＦＰ１は、結像特性に影響が無い第２領域Ｑ２に配置されている。そして、該変曲点ＦＰ１よりも副走査方向で見て端部側の面は、平面とされている。ｆθレンズ２８Ａの第１面Ｒ１の副走査方向断面における形状は、光軸ＯＡの近傍の近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線ｔＡ１と光軸ＯＡとのなす角をＡ１、変曲点ＦＰ１よりも副走査方向端部寄りの前記平面（近軸以外の面）の接線ｔＢ１と光軸ＯＡとのなす角をＢ１とするとき、Ａ１＜Ｂ１の関係を有する形状とされている。

この構成によれば、被走査面である周面１０３Ｓ上に結像されるレーザー光Ｙが通過する第１領域Ｑ１と、光線が通過しない第２領域Ｑ２、つまり当該ｆθレンズ２８Ａの結像光学特性に影響を与えない領域とにおいて、上記のＡ１＜Ｂ２の関係が具備される。従って、ｆθレンズ２８Ａ本来の性能を低下させることなく、ｆθレンズ２８Ａの第２領域Ｑ２内でレンズ形状が鋭利化することを防止できる。つまり、ｆθレンズ２８Ａの副走査方向の中心付近（第１領域Ｑ１）ではレーザー光Ｙの結像に必要な光学的パワーを得ることができる一方で、副走査方向の端部付近（第２領域Ｑ２）では曲率を小さくし、倍率を下げることができる。また、第２領域Ｑ２内に変曲点ＦＰ１を設けることで、当該第２領域Ｑ２内の面の接線角（なす角Ｂ）を、第１領域Ｑ１内の曲面の接線角（なす角Ａ）よりも容易に大きくすることができる。

図６は、第３実施形態に係るｆθレンズ２８Ｂの、副走査方向の断面図である。ｆθレンズ２８Ｂの第１面Ｒ１（屈折面）は非球面形状であって、近軸の曲面が光線の進行方向で見て凹面であり、前記第２領域Ｑ２内に凸面を有している。すなわち、第１面Ｒ１は、第２領域Ｑ２内に変曲点ＦＰ２を備えている。そして、ｆθレンズ２８Ｂの第１面Ｒ１の副走査方向断面における形状は、光軸ＯＡの近傍の近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線ｔＡ２と光軸ＯＡとのなす角をＡ２、変曲点ＦＰ２よりも副走査方向端部寄りの曲面（近軸以外の面）の接線ｔＢ２と光軸ＯＡとのなす角をＢ２とするとき、Ａ２＜Ｂ２の関係を有する形状とされている。

このようなｆθレンズ２８Ｂによれば、凹面から凸面に変化する変曲点ＦＰ２を第２領域Ｑ２に有するので、前記なす角Ｂ２を上述の第１及び第２実施形態に比べて、より一層大きくすることができる。つまり、第１領域Ｑ１における近軸の曲面の曲率半径が小さい凹面の場合でも、第２領域Ｑ２では凸面に変わるので、副走査方向両端部における光線進行方向のレンズ厚みを抑制することができる。換言すると、光線進行方向のレンズ厚みの変動を、近軸と副走査方向両端部との間で小さくすることができる。このことは、ｆθレンズ２８Ｂの成形用金型の加工を容易にすることに繋がる。なお、前記なす角Ｂ２が大きすぎる構成とすると、副走査方向両端部においてレンズ形状に鋭利さが生じるので好ましくない。このため、前記なす角Ｂ２は、１５０度程度以下とすることが望ましい。

図７は、第４実施形態に係るｆθレンズ２８Ｃの、副走査方向の断面図である。ｆθレンズ２８Ｃの第１面Ｒ１（屈折面）は非球面形状であって、近軸の曲面が光線の進行方向で見て凸面であり、前記第２領域Ｑ２内に凹面を有している。すなわち、第１面Ｒ１は、第２領域Ｑ２内に変曲点ＦＰ３を備えている。そして、ｆθレンズ２８Ｃの第１面Ｒ１の副走査方向断面における形状は、光軸ＯＡの近傍の近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線ｔＡ３と光軸ＯＡとのなす角をＡ３、変曲点ＦＰ３よりも副走査方向端部寄りの曲面（近軸以外の面）の接線ｔＢ３と光軸ＯＡとのなす角をＢ３とするとき、Ａ３＜Ｂ３の関係を有する形状とされている。

このようなｆθレンズ２８Ｃによれば、凸面から凹面に変化する変曲点ＦＰ３を第２領域Ｑ２に有するので、前記なす角Ｂ３を上述の第１及び第２実施形態に比べて、より一層大きくすることができる。つまり、第１領域Ｑ１における近軸の曲面の曲率半径が小さい凸面の場合でも、第２領域Ｑ２では凹面に変わるので、副走査方向両端部における光線進行方向のレンズ厚みを抑制することができる。従って、第３実施形態と同様に、光線進行方向のレンズ厚みの変動を、近軸と副走査方向両端部との間で小さくすることができる。なお、前記なす角Ｂ３は、１５０度程度以下とすることが望ましい。

第３及び第４実施形態で示したように、ｆθレンズ２８Ｂ、２８Ｃの、凹面から凸面又は凸面から凹面に変化する変曲点ＦＰ２、ＦＰ３を備えた非球面の第１面Ｒ１の、副走査方向の面形状Ｚｓの設計に際しては、下記のサグ量を示す数式（１）を適用することができる。なお、ｒｓは近軸の副走査方向における曲率半径、Ｘは光軸ＯＡを基準とした副走査方向の高さ位置、Ｋｘはコーニック係数、Ａｉは非球面係数である。

上記（１）式における、曲率半径ｒｓの符号と、コーニック係数Ｋｘ及び非球面係数Ａｉのうちの少なくとも一つの係数の符号とを異符号とすることで、第１面Ｒ１に変曲点を具備させることができる。上記第３実施形態に係るｆθレンズ２８Ｂの第１面Ｒ１は、曲率半径ｒｓの符号が負であり、コーニック係数Ｋｘ及び非球面係数Ａｉのうちの少なくとも一つの符号が正の例を示している。また、上記第４実施形態に係るｆθレンズ２８Ｃの第１面Ｒ１は、曲率半径ｒｓの符号が正であり、コーニック係数Ｋｘ及び非球面係数Ａｉのうちの少なくとも一つの符号が負の例を示している。

ここで、曲率半径ｒｓの符号とは異符号とする係数は、非球面係数Ａｉのうちの、より次数の高い係数とすることが望ましい。例えば、非球面係数Ａｉを１次〜８次まで展開する場合は、例えば６次〜８次の非球面係数の符号の少なくとも一つ（より好ましくは最も高次の係数の符号）を、曲率半径ｒｓの符号と異符号とすれば良い。これにより、結像特性に影響を及ぼさない第２領域Ｑ２にのみに変曲点を設けることができる。この場合、第２領域Ｑ２にのみに寄与する係数Ａｉのうちの少なくとも一つをゼロにしても光学性能に影響は実質的に無いことから、レンズ面形状の光学設計を簡素化できる。

ところで、ｆθレンズの光学設計においては、第１面Ｒ１又は第２面Ｒ２（屈折面）の副走査方向の近軸の曲面が、前記主走査方向において変化する場合がある。続いて、このようなｆθレンズにおける望ましい面形状の例について説明する。

図８（Ａ）は第５実施形態に係るｆθレンズ２８Ｄの平面図（同図の上下方向が主走査方向である）、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＶIIIＢ−ＶIIIＢ線断面図、図８（Ｃ）は図８（Ａ）のＶIIIＣ−ＶIIIＣ線断面図である。ｆθレンズ２８Ｄの、主走査方向の中央付近においては、図８（Ｂ）に示すように、第１面Ｒ１の副走査方向における近軸の曲面は凹面Ｒｃである。一方、ｆθレンズ２８Ｄの、主走査方向の端部付近においては、図８（Ｃ）に示すように、第１面Ｒ１の副走査方向における近軸の曲面が凸面Ｒｖである。つまり、第１面Ｒ１の副走査方向の近軸部分の曲面が、主走査方向の中央から端部にかけて、凹面Ｒｃから凸面Ｒｖに徐々に変化している。

このような近軸の曲面形状の変化に追従して、第１面Ｒ１の副走査方向端部付近（第２領域Ｑ２内）の面形状が、図８（Ｂ）に示すように主走査方向の中央付近では凸面Ｒｖとされ、図８（Ｃ）に示すように主走査方向の端部付近では凹面Ｒｃとされている。なお、前記凹面Ｒｃに代えて、第２領域Ｑ２内の面形状を平面とすることもできる。

図９（Ａ）は第６実施形態に係るｆθレンズ２８Ｅの平面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図、図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＩＸＣ−ＩＸＣ線断面図である。ｆθレンズ２８Ｅの、主走査方向の中央付近においては、図９（Ｂ）に示すように、第１面Ｒ１の副走査方向における近軸の曲面は凸面Ｒｖである。一方、ｆθレンズ２８Ｅの、主走査方向の端部付近においては、図９（Ｃ）に示すように、第１面Ｒ１の副走査方向における近軸部分の曲面が凹面Ｒｃである。つまり、第１面Ｒ１の副走査方向の近軸の曲面が、主走査方向の中央から端部にかけて、凸面Ｒｖから凹面Ｒｃに徐々に変化している。

このような近軸の曲面形状の変化に追従して、第１面Ｒ１の副走査方向端部付近（第２領域Ｑ２内）の面形状が、図９（Ｂ）に示すように主走査方向の中央付近では凹面Ｒｃとされ、図９（Ｃ）に示すように主走査方向の端部付近では凸面Ｒｖとされている。なお、前記凸面Ｒｖに代えて、第２領域Ｑ２内の面形状を平面とすることもできる。

これら第５、第６実施形態に係るｆθレンズ２８Ｄ、２８Ｅによれば、第１面Ｒ１の副走査方向の近軸の曲面形状が、主走査方向において変化しており、これに合わせて第２領域Ｑ２における面形状も変化させている。従って、主走査方向の全長に亘って、第２領域Ｑ２のレンズ形状が鋭利化することはなく、金型加工の精度を向上させることができる。

以上説明した本実施形態に係る光走査装置１０４によれば、製造用金型の加工を容易化することができるレンズ面形状を有するｆθレンズ２８〜２８Ｅ（走査レンズ）が実現される。従って、当該ｆθレンズ２８〜２８Ｅを備えた光走査装置１０４及びプリンター１は、高精度の静電潜像に基づいて、高画質の画像を形成することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、レーザー光Ｙの入射面である第１面Ｒ１を本発明の「屈折面」として説明したが、レーザー光Ｙの出射面である第２面Ｒ２の面形状を、上記第１〜第６実施形態で説明した面形状としても良い。或いは、第１面Ｒ１及び第２面Ｒ２の双方を、上記第１〜第６実施形態で説明した面形状としても良い。

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
２４ シリンドリカルレンズ
２６ ポリゴンミラー（偏向体）
２８ ｆθレンズ（走査レンズ）
２８１（Ｒ１） 入射面（第１面）
２８２（Ｒ２） 出射面（第２面）
Ｑ１ 第１領域
Ｑ２ 第２領域

Claims (8)

1. 光線を発する光源と、
   前記光源から発せられる光線を偏向すると共に、前記光線で被走査面上を主走査方向に走査させる偏向体と、
   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、前記偏向された前記光線を前記被走査面上に結像させる１枚の走査レンズと、を備え、
   前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方の面であって、前記主走査方向と直交する副走査方向に光学的パワーを有する屈折面の、前記副走査方向断面における形状が、
   近軸の曲率半径のみで表される曲面の接線と光軸とのなす角をＡ、
   近軸以外の面の接線と光軸とのなす角をＢ、とするとき、
   Ａ＜Ｂ
   の関係を有する形状である、光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記屈折面は、前記副走査方向断面において、前記被走査面上に結像される光線が通過する第１領域と、前記被走査面上に結像される光線が通過しない第２領域とに区画され、
   前記近軸以外の面は、前記第２領域内の面である、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、
   前記屈折面は、前記副走査方向断面において、前記被走査面上に結像される光線が通過する第１領域と、前記被走査面上に結像される光線が通過しない第２領域とに区画され、
   前記屈折面は、前記第２領域内に変曲点を有している、光走査装置。
4. 請求項３に記載の光走査装置において、
   前記屈折面は、近軸の曲面が凹面であり、前記第２領域内に凸面を有している、光走査装置。
5. 請求項３に記載の光走査装置において、
   前記屈折面は、近軸の曲面が凸面であり、前記第２領域内に凹面を有している、光走査装置。
6. 請求項３に記載の光走査装置において、
   前記屈折面の前記副走査方向の近軸の曲面が、前記主走査方向において凸面から凹面又は平面に変化し、これに追従して前記第２領域内の面が凹面から凸面又は平面に変化している、光走査装置。
7. 請求項３に記載の光走査装置において、
   前記屈折面の前記副走査方向の近軸の曲面が、前記主走査方向において凹面から凸面又は平面に変化し、これに追従して前記第２領域内の面が凸面から凹面又は平面に変化している、光走査装置。
8. 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１〜７のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   を備える画像形成装置。
   

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