JP2015125409A - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤差感度が低い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して、所定の被走査面の一端から他端を走査させる偏向体と、前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、光線を前記被走査面に結像させる第１走査レンズ６及び第２走査レンズとを備える。このうち、前記偏向体に近い第１走査レンズ６の入射面６１及び出射面６２は、主走査方向に正の屈折力を具備する。入射面６１は、該入射面の法線に対する、前記入射面に入射する光線の傾き角が、主走査方向の中央部から端部にかけて増加するように設定された面である。出射面６２は、主走査方向の全域において、光線が前記出射面の法線に略等しい角度で出射するように設定された面である。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源から発せられる光線を、走査レンズを通過させて被走査面上に結像させる構成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等の画像形成装置に用いられる一般的な光走査装置は、レーザー光線を発する光源と、前記レーザー光線を偏向して被走査面を走査させる偏向体と、偏向された前記レーザー光線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。画像形成装置がカラー機である場合、前記光源及び前記感光体ドラムは色毎に複数個具備される。一方、タンデム式のカラー機では、前記偏向体や前記走査レンズを含む結像光学系は、複数のレーザー光線で共用されることがある（特許文献１）。

走査レンズは、当該走査レンズを成型する金型の寸法誤差を非常に小さくしないと、所期の光学特性を得ることができない。特に、複数のレーザー光線が通過する走査レンズ（以下、共用走査レンズともいう）では、誤差感度が高いため、より金型の寸法誤差を小さくする必要がある。このことは、走査レンズの製造を困難にし、またコストアップの誘因となる。

特開２００４−１１７３９０号公報

本発明の目的は、誤差感度が低い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にある。

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して、所定の被走査面の一端から他端を走査させる偏向体と、前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、光線を前記被走査面に結像させる複数の走査レンズと、を備え、前記複数の走査レンズのうち、少なくとも前記偏向体に最も近いレンズにおける光線の入射面及び出射面は、主走査方向に正の屈折力を具備し、前記入射面は、該入射面の法線に対する、前記入射面に入射する光線の傾き角が、主走査方向の中央部から端部にかけて増加するように設定された面であり、前記出射面は、主走査方向の全域において、光線が前記出射面の法線に略等しい角度で出射するように設定された面である。

この構成によれば、前記入射面は光線による被走査面の等速走査を実現する面、つまりｆθ特性を有する面となる。一方、前記出射面は、ｆθ特性をほとんど具備しない面となるが、当該走査レンズの誤差感度を低減させる面として寄与する。すなわち、前記出射面は、主走査方向の全域において、光線が前記出射面の法線に略等しい角度で出射するように設定された面である。このため、レンズ成型の際の誤差により入射面と出射面との対向関係が設計値に対して主走査方向にズレたとしても、その影響を小さくすることができる。

上記の光走査装置において、前記出射面は、主走査方向の全域において、該出射面の法線に対する光線の傾き角の変化量ｄθが次式を満たすことが望ましい。
ｄθ＜｜０．５７｜

この構成によれば、前記入射面と前記出射面との対向関係にズレが生じても、像面湾曲の悪化度合いを抑制することができる。

上記の光走査装置において、前記光源が複数備えられ、前記偏向体は、複数の光源から発せられる各光線を各々偏向して、光線毎に設定された所定の被走査面の一端から他端を走査させる１つの偏向体であり、前記偏向体に最も近いレンズは、前記複数の光源から発せられる各光線の全てが通過する共通走査レンズであることが望ましい。

この構成によれば、前記偏向体に最も近いレンズが誤差感度の高い共通走査レンズとなるが、当該レンズの製造難度を緩和することができる。

上記の光走査装置において、前記共通走査レンズは、副走査方向に正の屈折力を具備し、前記共通走査レンズの副走査断面における、前記入射面に入射する光線と前記出射面から出射する光線との角度差が、主走査方向の中央部から端部にかけて増加するように、前記副走査断面の形状が設定されていることが望ましい。

この構成によれば、走査線の湾曲（Ｂｏｗ）を補正する機能を、前記共通走査レンズに具備させることができる。これにより、他の走査レンズのＢｏｗ補正の機能負担を軽減させることができる。また、前記出射面にＢｏｗ補正を持たせれば、ｆθ特性をほとんど具備しない前記出射面に有意な機能を負担させることになり、有効活用することができる。

上記の光走査装置において、前記複数の走査レンズの少なくとも１つは、副走査方向に正の屈折力を具備し、光線が前記偏向体に作る像の副走査方向幅ａと、該偏向体で反射され前記複数の走査レンズを通過した光線が前記被走査面に作る像の副走査方向幅ｂとで定まる、副走査倍率β＝ｂ／ａが次式を満たすことが望ましい。
０．４＜β＜１．０

この構成によれば、副走査倍率が小さくなり過ぎないので、部品公差や組み立て精度を過度に高くする必要性を回避できる。その一方で、走査レンズに偏向体の面倒れに対する補正機能も具備させることができる。

上記の光走査装置において、前記複数の走査レンズのうち、前記被走査面に最も近い像側走査レンズは、主走査断面における入射面の形状が、前記偏向体に向けて凹の形状を有することが望ましい。

この構成によれば、像側走査レンズの主走査方向の中心付近での主点の位置を、被走査面により近づけることができる。これにより、走査レンズの焦点距離を短くすることができ、光源のオンオフ応答性が良好となる、光量を抑制できる等のメリットがある。

上記の光走査装置において、前記像側走査レンズの主走査断面における出射面は、該出射面の法線に対する、前記出射面から出射する光線の傾き角が、主走査方向の中央部から一端側及び中央部から他端側の各々の領域において極値を少なくとも１つ持つように変化する形状に設定されていることが望ましい。

この構成によれば、前記像側走査レンズの主走査方向端部付近において光線の角度変化を抑制でき、収差の低減に寄与できる。

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複数の像担持体と、前記複数の像担持体の周面を前記被走査面として各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、誤差感度が低い走査レンズを備えた光走査装置、及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るカラープリンターの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の内部構造を示す断面図である。 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。 前記光走査装置で用いられる第１走査レンズの、主走査方向における法線に対する主光線の入射及び出射角度を示す模式図である。 前記第１走査レンズの出射面における、法線に対する出射光線の傾き角の変化量を説明するための図である。 法線に対する出射光線の傾き角の変化量と像面湾曲の変動量との関係を示すグラフである。 走査レンズの入射面と出射面との面ズレを説明するための図である。 実施例１で用いた第１走査レンズの入射面及び出射面における、法線に対する光線角度を示すグラフである。 前記第１走査レンズの出射面における、法線に対する光線の傾き角の変化量を示すグラフである。 実施例１に係る光走査装置の像面湾曲を示すグラフである。 実施例１に係る光走査装置において、入射面と出射面とに面ズレが生じた場合の像面湾曲を示すグラフである。 比較例に係る光走査装置の像面湾曲を示すグラフである。 比較例に係る光走査装置において、入射面と出射面とに面ズレが生じた場合の像面湾曲を示すグラフである。 第１走査レンズの副走査方向における、入射光線と出射光線との光線角度差を示すグラフである。 第２走査レンズの出射面における、法線に対する光線角度を示すグラフである。 実施例２で用いた第１走査レンズの入射面及び出射面における、法線に対する光線角度を示すグラフである。 前記第１走査レンズの出射面における、法線に対する光線の傾き角の変化量を示すグラフである。 実施例２に係る光走査装置の像面湾曲を示すグラフである。 実施例２に係る光走査装置において、入射面と出射面とに面ズレが生じた場合の像面湾曲を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳述する。図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の内部構造を示す概略断面図である。画像形成装置１は、カラープリンターであって、略直方体のハウジングからなる本体ハウジング１０を含む。

本体ハウジング１０は、シートに対して画像形成処理を行う複数の処理ユニットを内部に収容する。本実施形態では、処理ユニットとして、画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｂｋ、光走査装置２３、中間転写ユニット２８及び定着装置３０を含む。本体ハウジング１０の上面には排紙トレイ１１が備えられている。排紙トレイ１１に対向して、シート排出口１２が開口している。本体ハウジング１０の側壁には、手差し給紙トレイ１３が開閉自在に取り付けられている。本体ハウジング１０の下部には、画像形成処理が施されるシートを収容する給紙カセット１４が、着脱自在に装着されている。

画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー像を、コンピューター等の外部機器から伝送された画像情報に基づき形成するもので、水平方向に所定の間隔でタンデムに配置されている。各画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｂｋは、静電潜像及びトナー像を担持する感光体ドラム２１（像担持体）、感光体ドラム２１の周面を帯電させる帯電器２２、前記静電潜像に現像剤を付着させてトナー像を形成する現像器２４、この現像器２４に各色のトナーを供給するイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各トナーコンテナ２５Ｙ、２５Ｃ、２５Ｍ、２５Ｂｋ、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を一次転写させる一次転写ローラー２６、及び感光体ドラム２１の周面の残留トナーを除去するクリーニング装置２７を含む。

光走査装置２３は、各色の感光体ドラム２１の周面上に静電潜像を形成する。本実施形態の光走査装置２３は、１つの筐体内に各色用に準備された複数の光源と、これら光源から発せられた光線を各色の感光体ドラム２１の周面に結像及び走査させる結像光学系とを含む。各色の結像光学系は互いに独立した光学系ではなく、一部の光学系が共用されている。この光走査装置２３については、後記で詳述する。

中間転写ユニット２８は、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を一次転写させる。中間転写ユニット２８は、各感光体ドラム２１の周面に接触しつつ周回する転写ベルト２８１と、転写ベルト２８１が架け渡される駆動ローラー２８２および従動ローラー２８３とを含む。転写ベルト２８１は、一次転写ローラー２６によって各感光体ドラム２１の周面に押し付けられている。各色の感光体ドラム２１上のトナー像は転写ベルト２８１上の同一箇所に重ね合わせて一次転写される。これにより、フルカラーのトナー像が転写ベルト２８１上に形成される。

駆動ローラー２８２に対向して、転写ベルト２８１を挟んで二次転写ニップ部Ｔを形成する二次転写ローラー２９が配置されている。転写ベルト２８１上のフルカラートナー像は、前記二次転写ニップ部Ｔにおいてシート上に二次転写される。シート上に転写されずに転写ベルト２８１の周面に残留したトナーは、従動ローラー２８３に対向して配置されたベルトクリーニング装置２８４によって回収される。

定着装置３０は、熱源が内蔵された定着ローラー３１と、定着ローラー３１と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラー３２とを含む。定着装置３０は、二次転写ニップ部Ｔにおいてトナー像が転写されたシートを、定着ニップ部Ｎにおいて加熱及び加圧することで、トナーをシートに溶着させる定着処理を施す。定着処理が施されたシートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１に向けて排出される。この定着装置３０については、後記で詳述する。

本体ハウジング１０の内部には、シートを搬送するためのシート搬送路が設けられている。シート搬送路は、本体ハウジング１０の下部付近から上部付近まで、二次転写ニップ部Ｔ及び定着装置３０を経由して、上下方向に延びるメイン搬送路Ｐ１を含む。メイン搬送路Ｐ１の下流端は、シート排出口１２に接続されている。両面印刷の際にシートを反転搬送する反転搬送路Ｐ２が、メイン搬送路Ｐ１の最下流端から上流端付近まで延設されている。また、手差しトレイ１３からメイン搬送路Ｐ１に至る手差しシート用搬送路Ｐ３が、給紙カセット１４の上方に配置されている。

給紙カセット１４は、シートの束を収容するシート収容部を備える。給紙カセット１４の右上付近には、シート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すピックアップローラー１５１と、そのシートをメイン搬送路Ｐ１の上流端に送り出す給紙ローラー対１５２とが備えられている。手差しトレイ１３に載置されたシートも、手差しシート用搬送路Ｐ３を通して、メイン搬送路Ｐ１の上流端に送り出される。メイン搬送路Ｐ１の二次転写ニップ部Ｔよりも上流側には、所定のタイミングでシートを転写ニップ部に送り出すレジストローラー対１５３が配置されている。

シートに片面印刷（画像形成）処理が行われる場合、給紙カセット１４又は手差しトレイ１３からシートがメイン搬送路Ｐ１に送り出され、該シートに二次転写ニップ部Ｔにおいてトナー像の転写処理が、定着装置３０において転写されたトナーをシートに定着させる定着処理が、各々施される。その後、該シートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１上に排紙される。一方、シートに両面印刷処理が行われる場合、シートの片面に対して転写処理及び定着処理が施された後、該シートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１上に一部が排紙される。その後、該シートはスイッチバック搬送され、反転搬送路Ｐ２を経て、メイン搬送路Ｐ１の上流端付近に戻される。しかる後、シートの他面に対して転写処理及び定着処理が施され、該シートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１上に排紙される。

続いて、光走査装置２３の詳細について説明する。図２は、光走査装置２３の内部構造を示す断面図、図３は、光走査装置２３の主走査断面の構成を示す平面図である。光走査装置２３は、ハウジング２３１と、このハウジング２３１内に収容された各色用のレーザーユニット４（光源／複数の光源）と、１つの偏向体５と、結像光学系とを含む。この結像光学系は、コリメータレンズ４１、シリンドリカルレンズ４２、第１走査レンズ６（偏向体に最も近いレンズ／共通走査レンズ）、各色用の第２走査レンズ７（７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｂｋ；像側走査レンズ）及び複数の反射ミラーを含む。

レーザーユニット４は、単一波長のレーザー光線を発する半導体レーザーを含む。レーザーユニット４は、図２では記載が省かれ、図３では１個が記載されているが、イエローＹ、シアンＣ、マゼンタＭ及びブラックＢｋの各色用に、４個がハウジング２３１内に収容されている。各レーザーユニット４は、図２に示すように、イエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのレーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋをそれぞれ発する。これらレーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋは、各色の感光体ドラム２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋの周面（光線毎に設定された所定の被走査面）に対して、各ドラムに対向するようハウジング２３１に設けられた窓部２３２、２３３、２３４、２３５を通して、各々照射される。なお、レーザーユニット４として、２個〜４個の半導体レーザーがモジュール化されたマルチビームタイプのレーザーユニット、或いはモノリシックタイプのレーザーユニットを用いるようにしても良い。

偏向体５は、各色用のレーザーユニット４から発せられる各レーザー光線を各々偏向して、各色の感光体ドラム２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋの周面において予め設定された走査範囲の、一端から他端を走査させる。偏向体５は、ポリゴンミラー５１と、これを回転させるポリゴンモーター５２とを含む。ポリゴンミラー５１は、正六角形の各辺に沿って偏向面が形成された多面鏡である。ポリゴンミラー５１の中心位置には、ポリゴンモーター５２の回転軸が連結されている。ポリゴンミラー５１は、ポリゴンモーター５２が回転駆動されることによって前記回転軸回りに回転しつつ、レーザーユニット４から発せられた各レーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋを偏向し、これらレーザー光線にて各ドラムの前記周面を各々走査させる。

第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７（複数の走査レンズ）は、光路上において偏向体５と感光体ドラム２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋとの間に配置され、各レーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋを各ドラムの前記周面に結像させる。第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７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。これら走査レンズ７、８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。なお、変形実施形態に係る光走査装置では、走査レンズを３枚乃至はそれ以上含む構成としても良い。

第１走査レンズ６は、光路上において偏向体５に近い走査レンズであり、全てのレーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋが通過する共通走査レンズである。第１走査レンズ６における光線の入射面及び出射面は、主走査方向及び副走査方向の双方において正の屈折力を具備している。第２走査レンズ７（７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｂｋ）は、光路上において各々の感光体ドラム２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋに近い位置に配置された走査レンズである。第２走査レンズ７は共通ではなく、各第２走査レンズ７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｂｋを、各色のレーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋが個別に通過する。

コリメータレンズ４１及びシリンドリカルレンズ４２は、光路上においてレーザーユニット４と偏向体５との間に配置されている。コリメータレンズ４１は、レーザーユニット４から発せられ拡散するレーザー光線を平行光に変換する。シリンドリカルレンズ４２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５１の偏向面に結像させる。

前記結像光学系が有する複数の反射ミラーは、各色のレーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋを、各々の感光体ドラム２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋの周面に向かわせるように反射する。イエローのレーザー光線ＬＹは、第１走査レンズ６を通過した後、第１反射ミラー４３１で折り返し反射され、第２走査レンズ７Ｙをさらに通過した後、第２反射ミラー４３２で上方に向けて反射され、ハウジング２３１の窓部２３２を通してイエローの感光体ドラム２１Ｙの周面に照射される。

同様に、シアンのレーザー光線ＬＣは、第１走査レンズ６を通過後に第３反射ミラー４４１で反射され、第２走査レンズ７Ｃをさらに通過した後、第４反射ミラー４４２で反射され、窓部２３３を通してシアンの感光体ドラム２１Ｃの周面に照射される。マゼンタのレーザー光線ＬＭは、第１走査レンズ６を通過後に第５及び第６反射ミラー４５１、４５２で折り返し反射され、第２走査レンズ７Ｍをさらに通過した後、第７反射ミラー４５３で反射され、窓部２３４を通してマゼンタの感光体ドラム２１Ｍの周面に照射される。一方、ブラックのレーザー光線ＬＢｋは、第１走査レンズ６を通過後に続いて第２走査レンズ７Ｂｋを通過し、第８反射ミラー４６で上方に向けて反射され、窓部２３５を通してブラックの感光体ドラム２１Ｂｋの周面に照射される。

続いて、第１走査レンズ６について詳述する。図４は、第１走査レンズ６の、主走査方向における法線に対する主光線の入射及び出射角度を示す模式図である。図４では、１つの光線ビームＬＢ単位で、主走査方向におけるレンズ幅方向の異なる位置（像高）において、第１走査レンズ６の入射面６１に入射し、出射面６２から出射する様子をそれぞれ示している。光線ビームＬＢは、当該光線ビームＬＢの中心（図略の絞りの中心）を通る光線である主光線Ｌｍと、光線ビームＬＢの最外光線Ｌｏとを表している。ここでは、入射及び出射角度については、各光線ビームＬＢの主光線Ｌｍを用いて説明する。

第１走査レンズ６の入射面６１は、該入射面６１の面法線に対する、入射面６１に入射する主光線Ｌｍの傾き角θが、第１走査レンズ６の主走査方向の中央部（光軸ＡＸ上）から端部（＋像高及び−像高の端部）にかけて増加するように設定された面である。つまり、入射面６１は、ｆθ特性の機能を有する面である。一方、出射面６２は、主走査方向の全域において、主光線Ｌｍが出射面６２の面法線に略等しい角度で出射するように設定された面である。すなわち、出射面６２は、ｆθ特性の機能をほとんど有していない面である。

第１走査レンズ６を、光軸ＡＸ上において通過する光線ビームＬＢ０、光軸ＡＸから＋像高方向（レンズ幅方向）の中間付近を通過する光線ビームＬＢ１、及び、＋像高方向の端部付近を通過する光線ビームＬＢ２について、各主光線Ｌｍの傾き角θを具体的に説明する。入射面６１において、光線ビームＬＢ０の主光線Ｌｍ０が第１走査レンズ６に入射するポイントＰ１０の面法線をＮ１０で示している。この面法線Ｎ１０に対する主光線Ｌｍ０の傾き角θ１０は実質的にゼロである。次に、光線ビームＬＢ１の主光線Ｌｍ１が第１走査レンズ６に入射するポイントＰ１１の面法線Ｎ１１に対し、主光線Ｌｍ１は傾き角θ１１をなしてポイントＰ１１に入射している。また、光線ビームＬＢ２の主光線Ｌｍ２が第１走査レンズ６に入射するポイントＰ１２の面法線Ｎ１２に対し、主光線Ｌｍ２は傾き角θ１２をなしてポイントＰ１２に入射している。ここで、θ１０＜θ１１＜θ１２である。すなわち、主光線Ｌｍの傾き角θは、光軸ＡＸ上から＋像高端部に向けて徐々に増加している。光軸ＡＸ上から−像高端部に向けても同様である。

出射面６２において、ポイントＰ１０に入射した主光線Ｌｍ０が、第１走査レンズ６から出射するポイントＰ２０の面法線をＮ２０で示している。この面法線Ｎ１０に対する主光線Ｌｍ０の傾き角は実質的にゼロである。同様に、ポイントＰ１１、Ｐ１２に入射した主光線Ｌｍ１、Ｌｍ２が、第１走査レンズ６から出射するポイントＰ２１、Ｐ２２の面法線を、各々Ｎ２１、Ｎ２２で示している。これら面法線Ｎ２１、Ｎ２２に対する主光線Ｌｍ１、Ｌｍ２の傾き角も、実質的にゼロである。つまり、主光線Ｌｍは、光軸ＡＸ上から＋像高端部に向けて像高が変化しても、出射面６２の面法線と実質的に等しい角度で出射面６２から出射する。光軸ＡＸ上から−像高端部に向けても同様である。

図４に示すように、出射面６２は、主走査方向の全域において、主光線Ｌｍの面法線に対する傾き角θが実質的にゼロであることが望ましい。しかし、前記傾き角θは、小さい範囲で存在していても良く、主光線Ｌｍが面法線と略等しい出射角度で、出射面６２から出射できれば良い。例えば、傾き角θが、０＜θ＜５°、好ましくは０＜θ＜１°となるように、出射面６２の面形状を設定することが望ましい。

このように、出射面６２の面形状は、主光線Ｌｍが面法線に対して僅かな傾き角θを持って出射するように設定されていても良いが、この場合、前記傾き角θの主走査方向における変化量ｄθが、主走査方向の全域において小さいレベルに設定されていることが望ましい。図５は、傾き角θの変化量ｄθを説明するための、出射面６２の主走査方向の模式的な図である。出射面６２において主走査方向に一定間隔を置いたポイントをＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とし、これらポイントＰ１〜Ｐ４から各々出射する主光線を、各々Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４とし、ポイントＰ１〜Ｐ４の面法線をＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４とする。

上述の通り、主光線Ｌ１〜Ｌ４は、ポイントＰ１〜Ｐ４の面法線Ｎ１〜Ｎ４と等しい角度で出射面６２から出射することが最も望ましいが、それぞれ面法線Ｎ１〜Ｎ４に対して僅かな傾き角θ１、θ２、θ３、θ４をなして出射しても良い。しかし、この傾き角θ１〜θ４の主走査方向における変化量ｄθを可及的に小さくすることが、金型誤差が第１走査レンズ６の光学特性に与える影響を抑制できる点で望ましい。

図６は、第１走査レンズ６の出射面６２における、面法線に対する主光線の傾き角の、主走査方向における変化量ｄθと像面湾曲の変動量との関係を示すグラフである。このグラフから明らかな通り、傾き角θの主走査方向における変化量ｄθが大きいほど、像面湾曲の変動量が大きくなることが判る。像面湾曲は、絞り等の結像光学系の配置の調整によりある程度は改善することができるが、調整可能な像面湾曲の変動量は約２ｍｍ程度が限界である。従って、図６より、傾き角θの変化量ｄθは、主走査方向の全域において、次の（１）式の条件を満たすことが望ましい。
ｄθ＜｜０．５７｜ ・・・（１）

図７は、第１走査レンズ６の入射面６１と出射面６２との面ズレを説明するための図である。入射面６１及び出射面６２の面形状は、第１走査レンズ６を成型する金型の精度に依存する。金型には寸法誤差が生じてしまう。この寸法誤差は、前記面形状に影響を与える。例えば、入射面６１及び出射面６２の設計上の面形状では、主光線Ｌｍが、入射面６１のポイントＰｍ１に入射し、出射面６２のポイントＰｍ２から出射すると設定されているものとする。

ここで、金型の誤差により、入射面６１と出射面６２との間に主走査方向において面ズレが生じた場合を考える。例えば、出射面６２が入射面６１に対して像高の中心方向にズレたとすると、入射面６１のポイントＰｍ１に対応する位置は、出射面６２のポイントＰｍ２ではなく、該ポイントＰｍ２の像高端部側に隣接するポイントＰｍ２１となる。逆に、出射面６２が入射面６１に対して像高の端部方向にズレたとすると、入射面６１のポイントＰｍ１に対応する位置は、出射面６２のポイントＰｍ２の像高中心側に隣接するポイントＰｍ２２となる。

出射面６２が、入射面６１と同様に、主光線Ｌｍの面法線に対する傾き角θが像高中心から像高端部に向けて徐々に増加する面であれば、上述のポイントＰｍ２からポイントＰｍ２１、若しくはポイントＰｍ２からポイントＰｍ２２への面ズレは、第１走査レンズ６の像面湾曲等の光学特性に大きな影響を与える。これは、ポイントＰｍ２とポイントＰｍ２１又はＰｍ２２とでは、傾き角θが異なる設計とされるからである。

しかしながら、本実施形態では、出射面６２の面形状が、主光線Ｌｍの面法線に対する傾き角θがゼロ乃至は僅かな角度であると共に、傾き角θの主走査方向の変化量ｄθが上記（１）式の範囲に抑制される面形状とされる。このため、上述のような面ズレが生じたとしても、第１走査レンズ６の光学特性に与える影響は小さい。すなわち、本実施形態によれば、図７に示すように、ポイントＰｍ２から出射する主光線Ｌｍの出射角度は、ポイントＰｍ２の面法線Ｎ０と略等しい。また、ポイントＰｍ２１、Ｐｍ２２から各々出射する主光線Ｌｍの出射角度もまた、ポイントＰｍ２１、Ｐｍ２２の面法線Ｎａ、Ｎｂと略等しい。このため、入射面６１と出射面６２との対向関係にズレが生じたとしても、具体的には入射面６１のポイントＰｍ１に対応する位置が、出射面６２のポイントＰｍ２からポイントＰｍ２１若しくはポイントＰｍ２２にシフトしたとしても、主光線Ｌｍの出射角度に大きな変化はない。従って、面ズレが光学特性に与える影響を小さくすることができる。つまり、出射面６２は、第１走査レンズ６の誤差感度を低減させる面として寄与する。

＜実施例１＞
次に、上記実施形態に係る光走査装置２３の要件を満たす結像光学系のコンストラクションデータの一例を、実施例１として示す。実施例１の結像光学系は、図３に示す通り、レーザーユニット４側から順に、コリメータレンズ４１、シリンドリカルレンズ４２、偏向体５、各色共通の第１走査レンズ６、色毎の第２走査レンズ７（７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｂｋ）が配置された構成である。表１に、実施例１の結像光学系の面間距離と、第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７の主走査／副走査曲率半径を示す。また、表２に、実施例１の第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７のレンズ面形状を示す。

表１及び表２において、「レンズＩ」は第１走査レンズ６を、「レンズII」は第２走査レンズ７をそれぞれ示す。表２においても、主走査曲率半径をＲｍ０、副走査曲率半径をＲｓ０として表示している。Ｋは主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。

第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７の入射面及び出射面の面形状は、ｘを副走査方向、ｙを主走査方向，ｚを光軸方向とし、面頂点を原点、感光体ドラム２１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）である。

図８は、実施例１で用いた第１走査レンズ６の入射面及び出射面における、法線に対する光線角度を示すグラフである。前記入射面に入射する主光線の面法線に対する傾き角θは、第１走査レンズ６のレンズ幅方向（主走査方向）の中央部ではゼロであるが、前記レンズ幅方向の両端部に向けて線形に増加している。一方、前記出射面では、レンズ幅方向の全域において、主光線が出射面の面法線に略等しい角度で出射している。すなわち、前記傾き角は、レンズ幅方向の全域においてほぼゼロであり、最大でも０．６°程度である。従って、前記入射面はｆθ特性の機能を有する面であり、前記出射面は、ｆθ特性の機能をほとんど有していない面であると言うことができる。

図９は、実施例１の第１走査レンズ６の出射面における、面法線に対する主光線の傾き角θの変化量ｄθを示すグラフである。変化量ｄθは、レンズ幅方向の全域において、上記（１）式を満足する、０．１°以下の低いレベルに抑えられている。

図１０は、実施例１に係る結像光学系の、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示すグラフである。この像面湾曲は、第１走査レンズ６の入射面と出射面との対向関係が設計値通りである場合（面ズレが生じていない場合）を示している。主走査方向及び副走査方向の像面湾曲は、いずれも全像高にわたって０．３ｍｍ程度以下の範囲内であり、良好な光学特性を有している。

図１１は、実施例１に係る結像光学系において、入射面と出射面とに面ズレが生じた場合の像面湾曲を示すグラフである。ここでは、入射面と出射面とが主走査方向に５０μｍだけ偏芯した場合における像面湾曲を示している。５０μｍという偏芯量は、走査レンズを安定的に生産して行く上で、金型の誤差として考慮しておく必要がある量である。図１１から明らかな通り、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲は、ほぼ全像高にわたって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。

上記実施例１との比較のため、出射面における、面法線に対する主光線の傾き角θの変化量ｄθが０．７９となるように面形状が設計された第１走査レンズ６を有する結像光学系を作成した。図１２は、変化量ｄθ＝０．７９の比較例に係る結像光学系の、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示すグラフである。この像面湾曲は、第１走査レンズ６の入射面と出射面とに面ズレが生じていない場合を示している。主走査方向及び副走査方向の像面湾曲は、いずれも全像高にわたって０．５ｍｍ程度以下の範囲内であり、実用上問題が無いレベルである。

一方、図１３は、上記比較例に係る結像光学系において、入射面と出射面とに面ズレが生じた場合の像面湾曲を示すグラフである。入射面と出射面との偏芯量は、主走査方向に５０μｍである。図１３から明らかな通り、像高端部付近では像面湾曲が０．５ｍｍを大きく超過している。このように、変化量ｄθが、上記（１）式の条件を満たさない場合は、面ズレが生じると主走査方向の像面湾曲が悪化し、所要の光学特性が満たせないことが確認された。従って、比較例のような第１走査レンズ６では、面ズレが生じないよう金型の寸法精度を極めてシビアに管理する必要がある。これに対し、実施例１の第１走査レンズ６では、少なくとも５０μｍ程度の偏心量は許容されるので、誤差感度の低減、すなわちレンズ製造難度の緩和を図ることができる。

続いて、実施例１の結像光学系が有する他の利点について説明する。実施例１の結像光学系は、走査レンズが２枚構成（第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７）であり、第１走査レンズ６の入射面は主にｆθ機能を持ち、出射面は主に副走査方向の結像機能を持つ面である（表１に示す通り、レンズＩは入射面及び出射面とも副走査方向に正の屈折力を有するが、屈折力は出射面の方が大きい）。

このような結像光学系のレンズ構成において、実施例１では第１走査レンズ６に走査線の湾曲（Ｂｏｗ）を補正する機能を具備させている。図１４は、実施例１の第１走査レンズ６の副走査方向における、入射光線と出射光線との光線角度差を示すグラフである。このグラフは、副走査断面において、入射面へ入射する主光線の入射角度をｄ１、出射面からの出射する主光線の出射角度をｄ２とするとき、その角度差ｄ１−ｄ２を全像高に亘ってプロットしたグラフである。

当該グラフに示される通り、前記角度差ｄ１−ｄ２は、主走査方向の像高中央部から像高端部にかけて増加している。このように、第１走査レンズ６の副走査断面の形状を設定することで、Ｂｏｗ補正の機能を、第１走査レンズ６に付与することができる。これにより、第２走査レンズ７のＢｏｗ補正の機能負担を軽減させることができ、主走査方向に長尺のレンズである第２走査レンズ７の誤差感度の低減に寄与することができる。ここで、第１走査レンズ６の出射面にＢｏｗ補正を持たせれば、ｆθ特性をほとんど具備しない当該出射面に有意な機能を負担させることになり、これを有効活用することができる。

また、一般に、２枚構成の走査レンズを採用した結像光学系においては、偏向体５側の走査レンズには副走査方向のパワーを付与しないのが一般的であるが、実施例１では第１走査レンズ６に副走査方向のパワーを付与している。これにより、副走査倍率が小さくなり過ぎることを防止している。副走査倍率βは、レーザー光線が偏向体５の偏向面に作る像の副走査方向幅をａとし、偏向体５で反射され第１、第２走査レンズ６、７を通過したレーザー光線が感光体ドラム２１の周面（被走査面）に作る像の副走査方向幅をｂとするとき、β＝ｂ／ａで定められる。

副走査倍率βを小さくすることで、偏向体５の偏向面の面倒れに対する補正機能を向上させることができる。反面、光走査装置２３と感光体ドラム２１との位置関係に少しでもズレが生じると、例えば光走査装置２３を構成するユニットの感光体ドラム２１に対する据え付け位置精度が落ちると、前記面倒れの補正機能は大きく悪化してしまう。従って、副走査倍率βは、次の（２）式の条件を満たすことが望ましい。
０．４＜β＜１．０ ・・・（２）

副走査倍率βが０．４倍より小さくなると、光走査装置２３と感光体ドラム２１との位置精度を過度に向上させる必要性が生じる。すなわち、部品公差、光学調整の精度を極めて高いレベルに設定することを要し、製造工数やコストの上昇を招来する。一方、副走査倍率βが１．０倍より大きくなると、前記偏向面の面倒れ補正機能自体が弱くなり、ジッターが発生する等、形成する画像に悪影響が及ぶ。従って、副走査倍率βは、上記の（２）式の範囲とすることが望ましい。なお、本実施例１では、副走査倍率β＝０．５２倍である。

さらに、複数の走査レンズのうち、感光体ドラム２１に近い第２走査レンズ７（像側走査レンズ）は、図３及び表１に示したように、主走査断面における入射面の形状が、偏向体５に向けて凹の形状を有している。このため、第２走査レンズ７の主走査方向の中心付近での主点の位置を、感光体ドラム２１の周面により近づけることができる。これにより、結像光学系（第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７）の焦点距離を短くすることができる。前記焦点距離が長くなると、ドラム周面上におけるレーザー光線の走査速度が上昇し、光源のオンオフ応答時間が画像の書き込み密度に対応出来なくなったり、半導体レーザーの光量を多くする必要性が生じたりする。本実施例１によれば、このようなデメリットを解消することができる。

また、第２走査レンズ７の主走査断面における出射面の形状にも工夫が施されている。図１５は、第２走査レンズ７の出射面における、法線に対する光線角度を示すグラフである。当該グラフに示される通り、第２走査レンズ７の出射面の法線に対する、前記出射面から出射する光線の傾き角が、主走査方向の中央部から一端側及び中央部から他端側の各々の領域において極値を１つずつ持つように、当該出射面の形状が設定されている。具体的には、軸上を基準としてレンズ幅±９５ｍｍ付近に極値を各々有している。これにより、第２走査レンズ７の主走査方向端部付近において光線の角度変化（屈折角）を抑制でき、収差を低減することができる。

＜実施例２＞
次に、上記実施形態に係る光走査装置２３の要件を満たす結像光学系のコンストラクションデータの他の例を、実施例２として示す。実施例２の結像光学系の光学配置は、実施例１と同じ（図３の配置）である。表３に、実施例２の結像光学系の面間距離と、第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７の主走査／副走査曲率半径を示す。また、表４に、実施例２の第１走査レンズ６及び第２走査レンズ７のレンズ面形状を示す。実施例２の結像光学系の副走査倍率β＝０．４１倍であり、上記の（２）式の条件を満たしている。

図１６は、実施例２で用いた第１走査レンズ６の入射面及び出射面における、法線に対する光線角度を示すグラフである。前記入射面に入射する主光線の面法線に対する傾き角θは、第１走査レンズ６のレンズ幅方向（主走査方向）の中央部ではゼロであるが、前記レンズ幅方向の両端部に向けて線形に増加している。一方、前記出射面では、レンズ幅方向の全域において、主光線が出射面の面法線に略等しい角度で出射している。すなわち、レンズ幅方向の全域において、最大でも３．５°程度である。従って、前記入射面はｆθ特性の機能を有する面であり、前記出射面は、ｆθ特性の機能をほとんど有していない面である。

図１７は、実施例２の第１走査レンズ６の出射面における、面法線に対する主光線の傾き角θの変化量ｄθを示すグラフである。変化量ｄθは、レンズ幅方向の全域において、上記（１）式を満足する、０．２°以下の低いレベルに抑えられている。

図１８は、実施例２に係る結像光学系の、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示すグラフである。この像面湾曲は、第１走査レンズ６の入射面と出射面との対向関係が設計値通りである場合（面ズレが生じていない場合）を示している。主走査方向及び副走査方向の像面湾曲は、いずれも全像高にわたって０．３ｍｍ程度以下の範囲内であり、良好な光学特性を有している。

図１９は、実施例２に係る結像光学系において、入射面と出射面とに面ズレが生じた場合の像面湾曲を示すグラフである。ここでは、入射面と出射面とが主走査方向に５０μｍだけ偏芯した場合における像面湾曲を示している。図１９から明らかな通り、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲は、主走査方向の最も端部付近を除いて、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。

以上説明した本実施形態に係る光走査装置２３によれば、複数枚の走査レンズが用いられ、少なくとも最も偏向体に近い走査レンズが、複数のレーザー光線によって共用される共用走査レンズである場合において、その共用走査レンズの成型の際の誤差により入射面と出射面との面ズレが主走査方向に生じたとしても、その影響を小さくすることができる。従って、共用走査レンズの製造難度を低下させ得る。

なお、上記実施形態では、偏向体５に最も近い走査レンズである第１走査レンズ６が、全てのレーザー光線ＬＹ、ＬＣ、ＬＭ、ＬＢｋが通過する共通走査レンズである場合を例示した。偏向体５に最も近い走査レンズは、共通走査レンズではなく、一つのレーザー光線だけが通過する走査レンズであっても良い。

１ 画像形成装置
２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｂｋ 画像形成ユニット
２１（２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍ、２１Ｂｋ） 感光体ドラム（像担持体）
２３ 光走査装置
４ レーザーユニット（光源／複数の光源）
５ 偏向体
６ 第１走査レンズ（偏向体に最も近いレンズ／共通走査レンズ）
６１ 入射面
６２ 出射面
７（７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｂｋ） 第２走査レンズ（像側走査レンズ）

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して、所定の被走査面の一端から他端を走査させる偏向体と、
   前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、光線を前記被走査面に結像させる複数の走査レンズと、を備え、
   前記複数の走査レンズのうち、少なくとも前記偏向体に最も近いレンズにおける光線の入射面及び出射面は、主走査方向に正の屈折力を具備し、
   前記入射面は、該入射面の法線に対する、前記入射面に入射する光線の傾き角が、主走査方向の中央部から端部にかけて増加するように設定された面であり、
   前記出射面は、主走査方向の全域において、光線が前記出射面の法線に略等しい角度で出射するように設定された面である、光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記出射面は、主走査方向の全域において、該出射面の法線に対する光線の傾き角の変化量ｄθが次式を満たす、光走査装置。
   ｄθ＜｜０．５７｜
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置において、
   前記光源が複数備えられ、
   前記偏向体は、複数の光源から発せられる各光線を各々偏向して、光線毎に設定された所定の被走査面の一端から他端を走査させる１つの偏向体であり、
   前記偏向体に最も近いレンズは、前記複数の光源から発せられる各光線の全てが通過する共通走査レンズである、光走査装置。
4. 請求項３に記載の光走査装置において、
   前記共通走査レンズは、副走査方向に正の屈折力を具備し、
   前記共通走査レンズの副走査断面における、前記入射面に入射する光線と前記出射面から出射する光線との角度差が、主走査方向の中央部から端部にかけて増加するように、前記副走査断面の形状が設定されている、光走査装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置において、
   前記複数の走査レンズの少なくとも１つは、副走査方向に正の屈折力を具備し、
   光線が前記偏向体に作る像の副走査方向幅ａと、該偏向体で反射され前記複数の走査レンズを通過した光線が前記被走査面に作る像の副走査方向幅ｂとで定まる、副走査倍率β＝ｂ／ａが次式を満たす、光走査装置。
   ０．４＜β＜１．０
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置において、
   前記複数の走査レンズのうち、前記被走査面に最も近い像側走査レンズは、主走査断面における入射面の形状が、前記偏向体に向けて凹の形状を有する、光走査装置。
7. 請求項６に記載の光走査装置において、
   前記像側走査レンズの主走査断面における出射面は、該出射面の法線に対する、前記出射面から出射する光線の傾き角が、主走査方向の中央部から一端側及び中央部から他端側の各々の領域において極値を少なくとも１つ持つように変化する形状に設定されている、光走査装置。
8. 静電潜像を担持する複数の像担持体と、
   前記複数の像担持体の周面を前記被走査面として各光線を照射する、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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