JP2017016144A

JP2017016144A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置

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Publication number: JP2017016144A
Application number: JP2016182890A
Authority: JP
Inventors: 和幸石原; Kazuyuki Ishihara; 雄一富岡; Yuichi Tomioka; 周一黒川; Shuichi Kurokawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: JP6188899B2

Abstract

【課題】結像光学系の良好な結像性能を達成しつつ、低コスト化及び小型化を実現することが可能な光走査装置及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】光源１からの光束を偏向して被走査面７を主走査方向に走査する偏向器５と、偏向器５により偏向された光束を被走査面７に導光する結像光学系６と、結像光学系６の部分倍率ずれに基づいて光源１の発光を制御する制御部と、を備え、結像光学系６の光軸上における結像係数をＫとし、偏向器５により走査角度θで偏向された光束が入射する、被走査面７での主走査方向における像高ＹをＹ＝（Ｋ／Ｂ）×ｔａｎ（Ｂ×θ）なる式で表すとき、走査角度θが最大となるときの像高Ｙにおいて０．３≦Ｂ≦０．６なる条件を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は光走査装置に関し、例えば、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機、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、光走査装置及びそれを用いた画像形成装置においては、装置の低コスト化及び小型化が求められている。特許文献１では、光走査装置が備える結像光学系のコストを低減するために、結像光学系を１枚の結像レンズ（結像光学素子）のみで構成することが提案されている。また、特許文献２では、１枚の結像レンズのみを備える光走査装置において、被走査面上での走査速度が非等速になるように構成することにより、結像レンズの肉厚を従来よりも薄くしつつ、像面湾曲を補正して良好な結像性能を達成することが提案されている。

特開２０１１−８１３８２号公報特開２００７−１５６１７４号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の光走査装置においては、良好な結像性能を達成するために、結像レンズを偏向器から十分に離して配置する必要が有るため、結像レンズの幅が大きくなってしまう。そのため、光走査装置を十分に小型化できず、また結像レンズ１枚当たりの製造コストが高くなってしまう。

そこで本発明の目的は、結像光学系の良好な結像性能を達成しつつ、低コスト化及び小型化を実現することが可能な光走査装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系と、該結像光学系の部分倍率ずれに基づいて前記光源の発光を制御する制御部と、を備え、前記結像光学系の光軸上における結像係数をＫとし、前記偏向器により走査角度θで偏向された光束が入射する、前記被走査面での主走査方向における像高ＹをＹ＝（Ｋ／Ｂ）×ｔａｎ（Ｂ×θ）なる式で表すとき、前記走査角度θが最大となるときの前記像高Ｙにおいて０．３≦Ｂ≦０．６なる条件を満足することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。

本発明によれば、結像光学系の良好な結像性能を達成しつつ、低コスト化及び小型化を実現することが可能な光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

実施例１に係る光走査装置の要部断面図。実施例１におけるＹ＝Ｋθに対する部分倍率ずれを示す図。実施例１における電気補正後の部分倍率ずれを示す図。実施例１における各像高でのスポットプロファイルを示す図。実施例１における各像高での主走査方向のＬＳＦ径を示す図。実施例１における被走査面上での像面湾曲を示す図。実施例１における収束度と結像性能との関係を説明するための図。実施例２におけるＹ＝Ｋθに対する部分倍率ずれを示す図。実施例２における電気補正後の部分倍率ずれを示す図。実施例２における各像高での主走査方向のＬＳＦ径を示す図。実施例２における被走査面上での像面湾曲を示す図。実施例３に係る光走査装置の要部断面図。実施例３におけるＹ＝Ｋθに対する部分倍率ずれを示す図。実施例３における電気補正後の部分倍率ずれを示す図。実施例３における各像高での主走査方向のＬＳＦ径を示す図。実施例３における被走査面上での像面湾曲を示す図。実施例４におけるＹ＝Ｋθに対する部分倍率ずれを示す図。実施例４における電気補正後の部分倍率ずれを示す図。実施例４における各像高での主走査方向のＬＳＦ径を示す図。実施例４における被走査面上での像面湾曲を示す図。実施例５におけるＹ＝Ｋθに対する部分倍率ずれを示す図。実施例５における電気補正後の部分倍率ずれを示す図。実施例５における各像高での主走査方向のＬＳＦ径を示す図。実施例５における被走査面上での像面湾曲を示す図。比較例に係る光走査装置の要部断面図。本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部概略図。

以下に、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

なお、以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸と結像光学系の光軸とに垂直な方向（偏向器により光束が偏向される方向）であり、副走査方向とは、偏向器の回転軸に平行な方向である。また、主走査断面とは、主走査方向と結像光学系の光軸方向とを含む断面（副走査方向に垂直な断面）であり、副走査断面とは、主走査方向に垂直な断面である。

［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る光走査装置について詳細に説明する。図１は、本実施例に係る光走査装置の要部断面図であり、図１（ａ）は主走査断面を、図１（ｂ）は副走査断面を、それぞれ示している。

本実施例において、光源１から出射した光束は、開口絞り２によって楕円形状に整形されてカップリングレンズ３に入射する。カップリングレンズ３を通過した光束は、略平行光に変換されて、アナモフィックレンズ４に入射する。なお、略平行光とは、弱収束光及び弱発散光を含むものである。アナモフィックレンズ４は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、入射する光束を主走査断面内において収束光に変換している。また、アナモフィックレンズ４は、副走査断面内において偏向器５の偏向面５ａの近傍に光束を集光しており、主走査方向に長い線像を形成している。

そして、アナモフィックレンズ４を通過した光束は、偏向器５の偏向面５ａにて反射偏向され、結像光学素子としての結像レンズ６に入射する。本実施例においては、単一の結像光学素子（結像レンズ６）のみで結像光学系が構成されている。結像レンズ６を通過した光束は、被走査面（感光面）７上に導光される。この時、結像レンズ６は、主走査断面内及び副走査断面内の両方において、被走査面７の近傍にスポット状の像を形成している。本実施例に係る光走査装置は、偏向器５を不図示の駆動部により矢印Ａ方向に一定速度で回転させ、被走査面７上を主走査方向に光走査することにより、被走査面７上に静電潜像を形成している。

光源１としては、例えば半導体レーザーを用いることができ、その発光部は１個でも複数個でもよい。本実施例では、開口絞り２として楕円絞りを採用しているが、これに限らず矩形絞り等を採用してもよい。また、本実施例においては、入射光学系を構成するカップリングレンズ３とアナモフィックレンズ４とを個別に設けているが、それぞれの光学的機能を統合した単一の光学素子により入射光学系を構成してもよい。なお、本実施例では、偏向器５として４つの偏向面を有する回転多面鏡（ポリゴンミラー）を採用しているが、偏向面の数を５つ以上にしてもよい。

結像レンズ６は、入射面（第１面）６ａ及び出射面（第２面）６ｂの２つの光学面（レンズ面）を有しており、主走査断面内において、偏向面５ａにて偏向された光束が被走査面７上を所望の走査特性で走査するように構成されている。また、結像レンズ６は、副走査断面内においては、偏向面５ａの近傍と被走査面７の近傍とを共役の関係にすることで、面倒れ補償（偏向面５ａが倒れた際の被走査面７上での副走査方向の走査位置ずれを低減すること）を行っている。

なお、本実施例に係る結像レンズ６は、射出成形によって形成されたプラスチックモールドレンズであるが、結像レンズ６としてガラスモールドレンズを採用してもよい。モールドレンズは、非球面形状の成形が容易であり、かつ大量生産に適しているため、結像レンズ６としてモールドレンズを採用することで、その生産性及び光学性能の向上を図ることができる。

本実施例に係る光走査装置の構成を表１に示す。

本実施例に係る結像レンズ６のレンズ面の形状ｘは、レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向の軸をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をＺ軸、とするとき、以下の式によって定義される。
ｘ＝Ｘ＋Ｓ・・・（１）

なお、式（２）は、主走査断面（ＸＹ断面）内でのレンズ面の形状（母線形状）を示し、式（３）は、任意の像高Ｙにおける副走査断面（ＺＸ断面）内でのレンズ面の形状（子線形状）を示している。この時、式（４）に示したように、レンズ面の子線形状の曲率半径ｒ’はＹの値に応じて変化している。式（２）及び式（４）においては、Ｙ≧０の場合をｕｐｐｅｒ、Ｙ≦０の場合をｌｏｗｅｒ、として各々の非球面係数を設定しており、ｕｐｐｅｒがｉ＝ｕ、ｌｏｗｅｒがｉ＝ｌ、として各非球面係数を表１に示している。

次に、本発明の効果を説明するための比較例として、従来の光走査装置について説明する。

図２５は、比較例に係る光走査装置の要部断面図であり、図２５（ａ）は主走査断面を、図２５（ｂ）は副走査断面を、それぞれ示している。比較例の本実施例に対して異なる点は、結像レンズ６の配置及び構成と、カップリングレンズ３とアナモフィックレンズ４とが一体化されて成るアナモフィックレンズ８を備えている点と、である。ただし、カップリングレンズ３とアナモフィックレンズ４とを一体化するか否かは本発明には影響しないため、以下、結像レンズ６の配置及び構成についてのみ説明する。

比較例において、等速（等角速度）で回転する偏向器５によって偏向された光束は、結像レンズ６を通過して被走査面７上を等速度で走査している。ここで、比較例においては、被走査面７上での光束の等速性（リニアリティ）と結像性能とを両立するために、結像レンズ６を偏向器５の偏向面５ａから十分に離間して配置している。さらに、比較例では、アナモフィックレンズ８により、光源１からの光束を主走査断面内において強い収束光に変換することで、偏向器５から被走査面７までの距離を短くしている。

しかしながら、比較例では、結像レンズ６を偏向器５から十分に離間させる必要があるため、結像レンズ６の肉厚や主走査方向の幅が増大してしまう。ここで、被走査面７上での光束の等速性と結像性能とを両立するために、結像レンズ６を偏向器５の偏向面５ａから十分に離間させることの必要性について説明する。

単一の結像レンズ６のみを用いて、被走査面７上において良好に像を形成しつつ等速性を確保するためには、主走査断面内でのレンズ面の形状を、比較例のように軸上像高（Ｙ＝０）と軸外像高（Ｙ≠０）とで大きく異ならせる必要がある。この結像レンズ６を偏向器５に近づけて配置した場合、結像レンズ６を通過する光束の瞳内において、主走査断面内での面形状変化がより急峻になる。そのため、比較例において、等速性を確保しつつ結像レンズ６を偏向器５に近づけた場合、主走査断面内でのコマ収差が増大し、結像性能の劣化を引き起こしてしまう。

以上より、比較例において等速性と結像性能とを両立するためには、結像レンズ６を偏向器５から十分に離間して配置する必要があり、結果として結像レンズ６を十分に小型化できなくなってしまう。

以下、本実施例に係る結像レンズ６の配置及び構成について詳細に説明する。

本実施例に係る結像レンズ６は、それを通過する光束が被走査面７上で等速性を持たないような走査特性を有している。結像レンズ６にこのような走査特性を持たせることで、結像レンズ６を偏向器５に近接して配置することを可能にし、かつ、結像レンズ６の小径化及び光走査装置の小型化を実現している。

本実施例に係る結像レンズ６の走査特性は、以下の式（５）で表される。

ただし、式（５）においては、偏向器５による走査角度（走査画角）をθ、走査角度θで偏向された光束の被走査面７上での主走査方向の集光位置（像高）をＹ［ｍｍ］、軸上像高における結像係数をＫ［ｍｍ］、としている。なお、本実施例において、軸上像高は、光軸上の像高（Ｙ＝０）を指し、走査角度θ＝０に対応する。また、軸外像高は、光軸外の像高（Ｙ≠０）を指し、走査角度θ≠０に対応している。さらに、最軸外像高とは、走査角度θが最大（最大走査画角）となる時の像高を指す。

ここで、結像係数Ｋは、結像レンズ６に平行光が入射する場合の走査特性（ｆθ特性）Ｙ＝ｆθにおけるｆに相当する係数である。すなわち、結像係数Ｋは、結像レンズ６に平行光以外の光束が入射する場合にも、ｆθ特性と同様に集光位置Ｙと走査角度θとを比例関係にするための係数であり、結像レンズ６に平行光が入射する場合は、Ｋ＝ｆとなる。表１に示したように、本実施例においては、軸上像高における結像係数Ｋ＝１０５である。

なお、式（５）におけるＢは、本実施例にかかる結像レンズ６の走査特性を決定するための係数（以下、走査特性係数と称する）であり、表１に示したように、本実施例においては、Ｂ＝０．５８８である。例えば、Ｂ＝０のときの式（５）は、Ｙ＝Ｋθとなるため、従来の光走査装置に用いられる結像レンズの走査特性Ｙ＝ｆθに相当する。また、Ｂ＝１のときの式（５）は、Ｙ＝Ｋｔａｎθとなるため、撮像装置（カメラ）などに用いられるレンズの射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθに相当する。すなわち、式（５）において、走査特性係数Ｂを０≦Ｂ≦１の範囲で設定することで、射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθとｆθ特性Ｙ＝ｆθとの間の走査特性を得ることができる。

ここで、式（５）を走査角度θで微分すると、次式（６）に示すように走査角度θに対する被走査面７上での光束の走査速度が得られる。

さらに、式（６）を軸上像高における速度ｄＹ／ｄθ＝Ｋで除すると、次式（７）に示すようになる。

式（７）は、軸上像高に対する各軸外像高での等速性のずれ量、すなわち軸上像高での部分倍率に対する軸外像高での部分倍率のずれ量（部分倍率ずれ）を表している。本実施例に係る光走査装置は部分倍率を有するため、Ｂ＝０の場合以外においては、軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なっていることになる。すなわち、軸外像高における走査位置（単位時間あたりの走査距離）は部分倍率ずれに応じて間延びしてしまうため、この部分倍率ずれを考慮せずに被走査面を走査した場合は、画像形成装置が形成する画像の劣化（印字性能の劣化）を招いてしまう。

そこで、本実施例においては、不図示の制御部により、Ｂ≠０の場合に部分倍率ずれに応じて光源１の変調タイミング（発光タイミング）を制御し、電気的に走査位置を補正することで、等速性が確保できている場合と同様に良好な印字性能を得ている。

また、式（７）の右辺すなわち部分倍率ずれをｄＢＹ、最大走査角度をθ_Ｍａｘ、とする時、次式（８）を満たすように結像レンズ６を構成することが望ましい。

式（８）の下限値を下回った場合は、部分倍率ずれが小さくなり過ぎてしまい、結像レンズ６を偏向面５ａに近づけた際に、良好な結像性能を確保できなくなる。また、式（８）の上限値を上回った場合は、部分倍率ずれが大きくなり過ぎてしまい、電気的な走査位置の補正が困難になってしまう。本実施例においては、表１に示したように最大画角θ_Ｍａｘ＝５２．６°であるので、部分倍率ずれｄＢＹ＝０．３６となり、式（８）を満足している。なお、部分倍率ずれｄＢＹ＝０．３６の時は、最軸外像高における走査速度が、軸上像高における走査速度よりも、軸上像高における走査速度の３６％だけ速くなる。

また、被走査面７上での光束の結像性能の向上を図る上で、結像レンズ６に入射する光束の種類（収束光、発散光、又は平行光）、すなわち結像レンズ６に入射する光束の収束度を適切に選択することが重要となる。以下、結像レンズ６の光軸上における、主走査方向の焦点距離をｆｍ、結像レンズ６の出射面６ｂから被走査面７までの距離をＳｋ、として定義した収束度Ｓｋ／ｆｍについて詳細に説明する。

図７は、収束度がどのように結像性能に寄与するのかを説明するための図である。図７の光走査装置において、結像レンズは屈折率が１であるとした仮想的なレンズであり、屈折力を有するのはカップリングレンズとアナモフィックレンズのみとなっている。図７の光走査装置において、光源から出射した光束は、カップリングレンズを介して略平行光となり、さらにアナモフィックレンズによって、主走査断面内においては強い収束光に変換され、副走査断面内においては偏向面５ａ近傍に集光される。Ｒｍは偏向面５ａから主走査断面内における光束の集光位置までの距離を、Ｔｃは光軸上における偏向面５ａから被走査面７までの距離を、それぞれ示している。

ここで、偏向面５ａにより偏向される光束は、主走査断面内において収束光となっているため、もしも結像レンズが配置されていない場合は被走査面７の後方のＲｍの位置に集光される。なお、光束が偏向面５ａで偏向されることにより、その集光位置は偏向面５ａを中心とする半径Ｒｍの円弧状に変化している。これは、言い換えると、結像レンズが配置されていない場合は負の像面湾曲が生じるということを示している。そのため、主走査断面内において、被走査面７上の軸上像高から軸外像高までの全像高で像面湾曲を補正するためには、正の像面湾曲を発生させるように結像レンズを構成する必要がある。

結像レンズに像面湾曲を発生させる方法としては、結像レンズの入射面及び出射面のベンディングを行う方法が挙げられる。しかし、結像レンズに入射する光束の収束度合や発散度合が強過ぎる場合には、ベンディングによる補正量が大きくなるため、像面湾曲を十分に補正することができない。また、ベンディングの量が大きくなると、入射面と出射面との相対的な位置ずれによる結像性能の劣化が発生し易くなるため、製造上の観点からも好ましくない。

そこで、前述の収束度Ｓｋ／ｆｍを、次式（９）を満たすように設定することが望ましい。これにより、被走査面７上での像面湾曲を補正することができ、結果として結像性能を向上させることができる。

式（９）の下限値を下回った場合は、結像レンズによって強い正の像面湾曲を発生させる必要があるため、軸上像高に対する屈折力よりも軸外像高に対する屈折力を弱くする必要がある。その結果、式（７）で示した部分倍率ずれが大きくなり、電気的な走査位置の補正量が増大してしまう。また、式（９）の上限値を上回った場合は、結像レンズによって負の像面湾曲を発生させるために、結像レンズ６の主走査断面内での屈折力を強くすることが必要となり、結像レンズ６の薄肉化が困難になってしまう。

さらに、収束度Ｓｋ／ｆｍを、次式（１０）を満たすように設定することがより好ましい。

式（１０）を満たすように収束度Ｓｋ／ｆｍを設定することで、結像レンズのレンズ面のベンディング量をより少なくすることができ、結果としてより良好な結像性能を得ることができる。本実施例においては、表１に示したようにＳｋ＝１０２．２、ｆｍ＝１０９．９８であるため、収束度Ｓｋ／ｆｍ＝０．９３となり、式（９）及び（１０）を満たして良好な結像性能を得ている。

次に、本実施例に係る光走査装置における具体的な結像性能及び印字性能を示す。

図２は、本実施例に係る被走査面７上での走査位置をＹ＝Ｋθの特性でフィッティングした際の、各像高における部分倍率ずれを示している。本実施例においては、式（５）に示した走査特性を結像レンズ６に与えたことで、図２に示したように、軸上像高から軸外像高に向かうにつれて徐々に部分倍率ずれが大きくなっている。その結果、軸外像高における等速性を確保するために、主走査断面内でのレンズ面形状に急峻な変化を与える必要が無くなるため、結像レンズ６に所望の走査特性を与えて良好な結像性能を得ることができる。

図３は、式（５）に示した走査特性に基づいて被走査面７上での走査位置を電気的に補正する前（図２）における軸上像高での部分倍率に対する、電気補正後の部分倍率ずれを示している。一般的に、ｆθ特性を有する結像光学系においては、部分倍率ずれの大きさが全像高で２％以内に収まっていれば、良好な印字性能を確保できる。本実施例では、図３を見てわかるように、電気補正後の部分倍率ずれが全像高において１％程度となっており、良好な印字性能を確保できている。

図４は、本実施例における被走査面７上の各像高でのスポットプロファイルを示している。図４では、Ｙ＝±１０７ｍｍ、±７０ｍｍ、０ｍｍのそれぞれにおいて、被走査面７から結像レンズ６の光軸方向にＸ＝±２ｍｍ、０ｍｍだけデフォーカスした際のスポットプロファイルを示している。ここで、各スポットプロファイルの等高線は、スポットのピーク光量に対して５０％、１３．５％、５％、２％のそれぞれの位置に設定されている。一般的に、サイドローブが１３．５％以上発生すると問題となるが、図４を見てわかるように、本実施例では各像高においてサイドローブの少ない良好なスポットプロファイルが得られていることがわかる。

図５は、式（７）から算出される、各像高における主走査方向の理想的なＬＳＦ（ＬｉｎｅＳｐｒｅａｄＦｕｎｃｔｉｏｎ）径と、本実施例に係るＬＳＦ径とを示している。ここで、主走査方向のＬＳＦ径とは、スポットプロファイルを各像高で副走査方向に積算した光量プロファイルを、その最大値に対して１３．５％の位置でスライスした時の幅のことである。図５より、本実施例では、各像高においてほぼ無収差に近い良好なスポットプロファイルが得られていることが分かる。

図６は、本実施例における被走査面７上での像面湾曲を示しており、図６（ａ）は主走査像面湾曲を、図６（ｂ）は副走査像面湾曲を、それぞれ示している。図６より、本実施例では、被走査面７上における主走査像面湾曲及び副走査像面湾曲の両方が良好に補正されていることがわかる。

以上より、本実施例に係る光走査装置は、式（５）に示した走査特性を有することで、良好な結像性能及び印字性能を達成している。

なお、式（５）において、次式（１１）を満たすように走査特性係数Ｂを設定することが望ましい。

式（１１）の下限値を下回った場合は、部分倍率ずれが小さくなり過ぎてしまい、結像レンズ６を偏向面５ａに近づけた際に、良好な結像性能を確保できなくなる。また、式（１１）の上限値を上回った場合は、部分倍率ずれが大きくなり過ぎてしまい、電気的な走査位置の補正が困難になってしまう。

さらに、走査特性係数Ｂを、次式（１２）を満たすように設定することがより好ましい。

式（１２）を満たすように走査特性係数Ｂを設定することで、より良好な結像性能を得ることができる。本実施例においては、前述したようにＢ＝０．５８８としているので、電気的な走査位置の補正が容易となり、かつ良好な結像性能を確保できている。なお、本実施例では、全像高において式（１１）及び式（１２）を満たす構成を採っているが、少なくとも走査角度θが最大となる時の集光位置Ｙ（最軸外像高）において式（１１）又は式（１２）を満たしていれば、本発明の効果を得ることができる。

また、光軸上において、偏向面５ａから結像レンズ６の出射面６ｂまでの距離をＴ２、結像レンズ６の出射面６ｂから被走査面７までの距離をＳｋ、とする時、次式（１３）を満たすように構成することが望ましい。

式（１３）の下限値を下回った場合は、結像レンズ６が偏向面５ａに近づき過ぎてしまい、結像性能及び印字性能を確保することが困難になる。また、式（１３）の上限値を上回った場合は、結像レンズ６が偏向面５ａから離間し過ぎてしまうため、光走査装置が大型化してしまう。

さらに、次式（１４）を満たすように構成することがより好ましい。

式（１４）を満たすように構成することで、より良好な結像性能及び印字性能を確保しつつ、光走査装置の小型化を達成することができる。本実施例においては、表１よりＴ２＝ｄ６＋ｄ＝１７．８であることがわかるため、Ｔ２／Ｓｋ＝０．１７となり、式（１３）及び式（１４）を満たして、結像性能及び印字性能を両立しつつ、光走査装置の小型化を達成している。

さらに、結像レンズ６の光軸上での肉厚ｄと前述の結像係数Ｋとが、次式（１５）を満たすように構成することが望ましい。

式（１５）は、結像係数Ｋと結像レンズ６の肉厚ｄとを関係付ける式である。ここで、結像係数Ｋは、被走査面７上の走査幅（印字領域）の大きさ（Ａ３やＡ４等）に応じて適切に設定する必要があり、走査幅が大きくなるにつれて結像係数Ｋも大きくなる。一般的に、単一の結像レンズのみを有する光走査装置において、Ａ４サイズの印字領域を走査する際の結像係数は９０〜１４０であり、Ａ３サイズの印字領域を走査する際の結像係数は１８０〜２２０である。

すなわち、式（１５）は、走査幅の大きさに応じた適切な肉厚の条件を示していることになる。式（１５）の下限値を下回った場合は、結像レンズ６のコバ厚が小さくなり過ぎてしまい、結像レンズ６の製造が困難になる。また、式（１５）の上限値を上回った場合は、結像レンズ６の肉厚が厚くなり、結像レンズ６の製造コストが上がってしまう。

さらに、次式（１６）を満たすように構成することがより好ましい。

本実施例に係る光走査装置は、Ａ４サイズの印字領域に対応し、ｄ／Ｋ＝０．０６であるため、式（１５）及び式（１６）を満たしており、結像レンズ６の肉厚が印字サイズに合わせて適切に設定されている。

以上、本実施例に係る光走査装置によれば、良好な結像性能及び印字性能を確保しつつ、低コスト化及び小型化を達成することができる。

［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る光走査装置について詳細に説明する。

本実施例に係る光走査装置の構成は、実施例１に係る光走査装置の構成と略同一であるが、主走査断面内おいてアナモフィックレンズ４に負の屈折力を付加することで、結像レンズ６に発散光を入射させているという点で実施例１とは異なる。そして、被走査面７上での正の像面湾曲を補正するために、負の像面湾曲を発生させるように結像レンズ６を構成している。

本実施例に係る光走査装置の構成を表２に示す。

また、実施例１と同様に、本実施例に係る光走査装置における具体的な結像性能及び印字性能を、図８〜図１１に示す。

本実施例においては、軸上像高に対する主走査断面内での屈折力よりも軸外像高に対する主走査断面内での屈折力の方が大きく、実施例１よりも部分倍率ずれが小さい構成を採っている。図８に示したように、本実施例の最軸外像高における部分倍率ずれはｄＢＹ＝０．２６４となっている。また、本実施例においては、表２に示したように、走査特性係数Ｂ＝０．５であるため、式（１１）及び式（１２）を満たしつつ、実施例１よりもｆθ特性に近い走査特性を得ている。そのため、本実施例は、実施例１に比べて電気的な走査位置の補正量が小さくなり、電気補正がより容易な構成となっている。

図９に示したように、本実施例における電気補正後の部分倍率ずれは最大でも１．１％となっており、良好な印字性能を確保できていることがわかる。また、図１０に示したように、理想的なＬＳＦ径と本実施例に係るＬＳＦ径とは各像高において略一致しているため、各像高において良好な結像性能を確保できていることがわかる。さらに、図１１を見てわかるように、本実施例においても、被走査面７上における主走査像面湾曲及び副走査像面湾曲の両方が良好に補正されていることがわかる。

なお、本実施例では、表２に示したように、Ｓｋ＝１０５．５、ｆｍ＝９７．３４であるため、収束度Ｓｋ／ｆｍ＝１．０８となり、式（９）及び（１０）を満たして良好な結像性能を確保しつつ、結像レンズ６の肉厚を薄くすることを可能にしている。また、表２よりＴ２＝ｄ６＋ｄ＝１９．５であることがわかるため、Ｔ２／Ｓｋ＝０．１８となり、式（１３）及び式（１４）を満たして、結像性能及び印字性能を両立しつつ、光走査装置の小型化を達成している。さらに、表２に示したように、ｄ＝７、Ｋ＝１０６であり、ｄ／Ｋ＝０．０６６となるため、本実施例においても式（１５）及び式（１６）を満たしており、結像レンズ６の肉厚が印字サイズに合わせて適切に設定されていることがわかる。

［実施例３］
以下、本発明の実施例３に係る光走査装置について詳細に説明する。図１２は、本実施例に係る光走査装置の要部断面図であり、図１２（ａ）は主走査断面を、図１２（ｂ）は副走査断面を、それぞれ示している。

本実施例に係る光走査装置は、実施例１及び２に係る光走査装置とは異なり、Ａ３サイズの印字領域に対応する光走査装置である。また、本実施例に係るカップリングレンズ３のレンズ面は非球面形状を有しており、カップリングレンズ３で発生する球面収差の除去、及びマルチビーム使用時における像面湾曲の低減を可能にしている。ただし、カップリングレンズ３のレンズ面を非球面としても本発明には影響しないため、実施例１と同様の構成としてもよい。

また、本実施例においては、実施例２と同様に、主走査断面内おいてアナモフィックレンズ４に負の屈折力を付加することで、結像レンズ６に発散光を入射させている。ただし、本実施例に係るアナモフィックレンズ４の負の屈折力は、実施例２に係るアナモフィックレンズ４の負の屈折力よりも大きくなっている。そのため、本実施例においては、被走査面７上での正の像面湾曲を補正するために、実施例２よりも大きな負の像面湾曲を発生させるように結像レンズ６を構成している。

本実施例に係る光走査装置の構成を表３に示す。

また、実施例１と同様に、本実施例に係る光走査装置における具体的な結像性能及び印字性能を、図１３〜図１６に示す。

本実施例の、軸上像高に対する主走査断面内での屈折力と軸外像高に対する主走査断面内での屈折力との差は、実施例２におけるその差よりも大きく、図１３に示したように、最軸外像高における部分倍率ずれはｄＢＹ＝０．１９７となっている。つまり、本実施例では、実施例２よりも部分倍率ずれが小さい構成を採っている。そのため、本実施例は、実施例２に比べて電気的な走査位置の補正量が小さくなり、電気補正がより容易な構成となっている。また、本実施例においては、表３に示したように、走査特性係数Ｂ＝０．５９であるため、式（１１）及び式（１２）を満たし、良好な結像性能及び印字性能を確保している。

図１４に示したように、本実施例における電気補正後の部分倍率ずれは最大でも０．７％となっており、良好な印字性能を確保できていることがわかる。また、図１５に示したように、理想的なＬＳＦ径と本実施例に係るＬＳＦ径とは各像高において略一致しているため、各像高において良好な結像性能を確保できていることがわかる。さらに、図１６を見てわかるように、本実施例においても、被走査面７上における主走査像面湾曲及び副走査像面湾曲の両方が良好に補正されていることがわかる。

なお、本実施例では、表３に示したように、Ｓｋ＝２１３、ｆｍ＝１７９．３７であるため、収束度Ｓｋ／ｆｍ＝１．１９となり、式（９）を満たして良好な結像性能を確保しつつ、結像レンズ６の肉厚を薄くすることを可能にしている。また、表３よりＴ２＝ｄ６＋ｄ＝３７であることがわかるため、Ｔ２／Ｓｋ＝０．１７となり、式（１３）及び式（１４）を満たして、結像性能及び印字性能を両立しつつ、光走査装置の小型化を達成している。さらに、本実施例においては、表３に示したようにｄ＝７、Ｋ＝２０７であるため、ｄ／Ｋ＝０．０３４となり、式（１５）を満たしていることがわかる。本実施例に係る光走査装置では、結像レンズ６の肉厚が印字サイズに合わせて適切に設定されており、かつ実施例１及び２よりも肉厚の薄さを追求した構成を採っている。

［実施例４］
以下、本発明の実施例４に係る光走査装置について詳細に説明する。

本実施例に係る光走査装置の構成は、実施例３に係る光走査装置の構成と略同一であるが、実施例１と同様に主走査断面内おいてアナモフィックレンズ４に正の屈折力を付加することで、結像レンズ６に収束光を入射させているという点で実施例３とは異なる。なお、本実施例に係るアナモフィックレンズ４の正の屈折力は、実施例１に係るアナモフィックレンズ４の正の屈折力よりも大きくなっている。

本実施例に係る光走査装置の構成を表４に示す。

本実施例では、表４に示したように、Ｓｋ＝１９５．５、ｆｍ＝２３９．２０であり、収束度Ｓｋ／ｆｍ＝０．８１７となるため、実施例１よりも収束度が小さい、すなわち収束性の強い光束が結像レンズ６に入射する構成となっている。本実施例においても、式（９）を満たしており、良好な結像性能を確保しつつ、結像レンズ６の肉厚を薄くすることを可能にしている。ここで、本実施例において、結像レンズ６に入射させる光束の収束度を実施例１よりも小さくしている理由を以下に説明する。

本実施例においては、表４よりＴ２＝ｄ６＋ｄ＝５４．５であることがわかるため、Ｔ２／Ｓｋ＝０．２７９となる。つまり、本実施例では、実施例１乃至３と比較して、より被走査面７に近い位置に結像レンズ６が配置されている。これは、結像レンズ６を被走査面７により近づけて配置することで、副走査断面内における結像倍率を下げることが可能となり、結果として主走査像面敏感度と副走査像面敏感度とのバランスをとることができるためである。

この時、収束度Ｓｋ／ｆｍを小さくしないと、被走査面７上の印字領域を走査するための走査角度（最大走査角度）がより大きくなり、結像レンズ６の大径化を招いてしまう。そのため、本実施例においては、他の実施例よりも収束度Ｓｋ／ｆｍを小さくしている。なお、本実施例においても式（１３）を満たしており、結像性能及び印字性能を両立しつつ、光走査装置の小型化を達成している。なお、通常は収束度Ｓｋ／ｆｍを小さくすると部分倍率ずれも大きくなってしまうが、本実施例では結像レンズ６を被走査面７に近づけて配置しているため、部分倍率ずれを小さくすることを可能にしている。

次に、実施例１と同様に、本実施例に係る光走査装置における具体的な結像性能及び印字性能を、図１７〜図２０に示す。

本実施例においては、図１７に示したように、最軸外像高における部分倍率ずれはｄＢＹ＝０．０７２となっている。つまり、本実施例では、他の実施例よりも部分倍率ずれが小さい構成を採っている。そのため、本実施例は、他の実施例に比べて電気的な走査位置の補正量が小さくなり、電気補正がより容易な構成となっている。また、本実施例においては、表４に示したように、走査特性係数Ｂ＝０．３６であるため、式（１１）を満たしつつ、他の実施例よりもｆθ特性に近い走査特性を得ている。そのため、本実施例は、他の実施例に比べて電気的な走査位置の補正量が小さくなり、電気補正がより容易な構成となっている。

図１８に示したように、本実施例における電気補正後の部分倍率ずれは最大でも１．３％となっており、良好な印字性能を確保できていることがわかる。また、図１９に示したように、理想的なＬＳＦ径と本実施例に係るＬＳＦ径とは各像高において略一致しているため、各像高において良好な結像性能を確保できていることがわかる。さらに、図２０を見てわかるように、本実施例においても、被走査面７上における主走査像面湾曲及び副走査像面湾曲の両方が良好に補正されていることがわかる。

なお、本実施例においては、表４に示したように、ｄ＝９．５、Ｋ＝２０９であり、ｄ／Ｋ＝０．０４６となるため、式（１５）及び式（１６）を満たしており、結像レンズ６の肉厚が印字サイズに合わせて適切に設定されていることがわかる。

［実施例５］
以下、本発明の実施例５に係る光走査装置について詳細に説明する。

本実施例に係る光走査装置の構成は、実施例４に係る光走査装置の構成と略同一であり、本実施例においても、実施例４と同様に、主走査断面内おいてアナモフィックレンズ４に正の屈折力を付加することで、結像レンズ６に収束光を入射させている。ただし、本実施例に係るアナモフィックレンズ４の正の屈折力は、実施例４に係るアナモフィックレンズ４の正の屈折力よりも小さくなっている。

本実施例に係る光走査装置の構成を表５に示す。

本実施例では、表５に示したように、Ｓｋ＝１９７．５、ｆｍ＝２３７．２３であり、収束度Ｓｋ／ｆｍ＝０．８３３となるため、実施例４よりも収束度が大きい、すなわち収束性の弱い光束が結像レンズ６に入射する構成となっている。本実施例においても、式（９）を満たしており、良好な結像性能を確保しつつ、結像レンズ６の肉厚を薄くすることを可能にしている。

また、本実施例においては、表５よりＴ２＝ｄ６＋ｄ＝５２．５であることがわかるため、Ｔ２／Ｓｋ＝０．２６６となる。つまり、本実施例では、実施例４よりも偏向面５ａに近く、かつ実施例３よりも被走査面７に近い位置に結像レンズ６が配置されている。そのため、実施例４よりも結像レンズ６が小径化され、かつ実施例３よりも主走査像面敏感度と副走査像面敏感度とのバランスがとれた構成となっている。なお、本実施例においても式（１３）及び式（１４）を満たしており、結像性能及び印字性能を両立しつつ、光走査装置の小型化を達成している。

次に、実施例１と同様に、本実施例に係る光走査装置における具体的な結像性能及び印字性能を、図２１〜図２４に示す。

本実施例においては、図２１に示したように、最軸外像高における部分倍率ずれはｄＢＹ＝０．１２５となっている。つまり、本実施例では、実施例１乃至３よりも部分倍率ずれが小さい構成を採っている。そのため、本実施例は、実施例４よりも結像性能が確保し易く、かつ実施例３よりも電気補正が容易な構成となっている。また、本実施例においては、表５に示したように、走査特性係数Ｂ＝０．４５であるため、式（１１）及び式（１２）を満たし、良好な結像性能及び印字性能を確保している。

図２２に示したように、本実施例における電気補正後の部分倍率ずれは最大でも１．３％となっており、良好な印字性能を確保できていることがわかる。また、図２３に示したように、理想的なＬＳＦ径と本実施例に係るＬＳＦ径とは各像高において略一致しているため、各像高において良好な結像性能を確保できていることがわかる。さらに、図２４を見てわかるように、本実施例においても、被走査面７上における主走査像面湾曲及び副走査像面湾曲の両方が良好に補正されていることがわかる。

なお、本実施例においては、表５に示したように、ｄ＝９．５、Ｋ＝２１０であり、ｄ／Ｋ＝０．０４５となるため、式（１５）及び式（１６）を満たしており、結像レンズ６の肉厚が印字サイズに合わせて適切に設定されていることがわかる。

［画像形成装置］
図２６は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０４の要部概略図（副走査断面図）である。画像形成装置１０４は、上述した各実施例のいずれかにおける光走査装置（光走査ユニット）１００を備えている。

図２６に示すように、画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力される。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像信号（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像信号Ｄｉは、上述した各実施例のいずれかにおける光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット１００からは、画像信号Ｄｉに応じて変調された光束１０３が出射され、この光束１０３によって感光ドラム１０１の感光面（被走査面）が主走査方向に走査される。なお、プリンタコントローラ１１１は、前述したデータの変換だけでなく、後述するモータ１１５などの画像形成装置内の各部の制御を行う。

静電潜像担持体（感光体）としての感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光束１０３に対して副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が感光面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光面上に、光走査ユニット１００からの光束１０３が照射されるように構成されている。

先に説明したように、光束１０３は、画像信号Ｄｉに基づいて変調されており、この光束１０３を照射することによって感光面上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、光束１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光面に当接するように配設された現像器１０７によって、トナー像として現像される。

現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ（転写器）１０８によって、被転写材としての用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図２６において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、これにより用紙カセット１０９内の用紙１１２が搬送路へ送り込まれる。

以上のようにして、未定着トナー像が転写された用紙１１２は、さらに感光ドラム１０１後方（図２６において左側）の定着器へと搬送される。定着器は、内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３と、この定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。この定着器は、転写ローラ１０８から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４との圧接部にて加圧しながら加熱することにより、用紙１１２上の未定着トナー像を定着させる。さらに、定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、トナー像が定着された用紙１１２は画像形成装置１０４の外に排出される。

［変形例］
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。

例えば、上述した各実施例に係る光走査装置において、結像レンズ６と被走査面７との間の光路上に反射部材（反射ミラー）を配置することで、結像レンズ６を通過した光束を折り曲げて被走査面上に導光するように構成してもよい。また、副走査断面内において、光源１からの光束を偏向面５ａに対して斜め方向から入射させるように、入射光学系を構成してもよい。

１光源
５偏向器
６結像光学系
７被走査面

Claims

光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、
該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系と、
該結像光学系の部分倍率ずれに基づいて前記光源の発光を制御する制御部と、を備え、
前記結像光学系の光軸上における結像係数をＫとし、前記偏向器により走査角度θで偏向された光束が入射する、前記被走査面での主走査方向における像高Ｙを
Ｙ＝（Ｋ／Ｂ）×ｔａｎ（Ｂ×θ）
なる式で表すとき、前記走査角度θが最大となるときの前記像高Ｙにおいて
０．３≦Ｂ≦０．６
なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
前記走査角度θが最大となるときの前記像高Ｙにおいて
０．４５≦Ｂ≦０．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記走査角度θが最大となるとき、
０．０７≦ｔａｎ^２（Ｂ×θ）≦０．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
前記制御部は、ｔａｎ^２（Ｂ×θ）に応じて前記光源の発光を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置。
前記制御部は、前記結像光学系の部分倍率ずれが全像高で２％以内になるように、前記光源の発光を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置。
前記結像光学系の光軸上における前記結像光学系から前記被走査面までの距離をＳｋ、前記結像光学系の主走査断面内での焦点距離をｆｍ、とするとき、
０．８≦Ｓｋ／ｆｍ≦１．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光走査装置。
０．９≦Ｓｋ／ｆｍ≦１．１
なる条件を満足することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
請求項１乃至７の何れか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面上に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至７の何れか１項に記載の光走査装置と、外部機器から出力され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するプリンタコントローラと、を備えることを特徴とする画像形成装置。