JP2022138794A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置に搭載した際に画質の低下を抑制しつつトナー容量を増大させることができる光走査装置を提供する。【解決手段】本発明に係る光走査装置１００は、光束を偏向して被走査面７０６を主走査方向に走査する偏向器７０４と、偏向器７０４によって偏向された光束を被走査面７０６に導光する結像光学系７０９とを備え、結像光学系７０９は、偏向器７０４によって偏向された光束を反射する内面反射面９０４と、当該光束が通過する互いに光学的に不連続な第１及び第２の透過面９０３及び９０５とを有する光学素子９０１を含み、第１及び第２の透過面９０３及び９０５は、副走査断面において屈折力を有する一方、主走査断面においては屈折力を有さないことを特徴とする。【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、デジタル複写機及びマルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に好適なものである。

従来、光走査装置が搭載される画像形成装置においては、本体の小型化とトナー容量の増大との両立を低コストで図ることが求められている。
特許文献１は、偏向器によって偏向された光束を被走査面へ向けて反射させる際に表面反射素子の代わりに内面反射素子を用いることによって、搭載される画像形成装置において本体の小型化を維持しつつトナー容器が配置される空間を広げることで、トナー容量の増大を図った光走査装置を開示している。

特開２０１８－３６４３８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている光走査装置に設けられている内面反射素子は、被走査面に近接して配置されていると共に、全て平面で形成されている光学面から構成されている。
そのため、光走査装置を画像形成装置に搭載すると、回転ドラム等の部材の駆動に伴って発生する振動が伝搬することによって内面反射素子が偏心することで、被走査面上において走査線間隔のばらつきを引き起こし、画質が低下してしまう。

そこで本発明は、画像形成装置に搭載した際に画質の低下を抑制しつつトナー容量を増大させることができる光走査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光走査装置は、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、偏向器によって偏向された光束を被走査面に導光する結像光学系とを備え、結像光学系は、偏向器によって偏向された光束を反射する内面反射面と、当該光束が通過する互いに光学的に不連続な第１及び第２の透過面とを有する光学素子を含み、第１及び第２の透過面は、副走査断面において屈折力を有する一方、主走査断面においては屈折力を有さないことを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置に搭載した際に画質の低下を抑制しつつトナー容量を増大させることができる光走査装置を提供することができる。

本実施形態に係る光走査装置の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図。 本実施形態に係る光走査装置に設けられている内面反射素子の模式的副走査断面図。 本実施形態に係る光走査装置における各像高での部分倍率のずれを示した図。 本実施形態に係る光走査装置における各像高でのＬＳＦスポット径及びＬＳＦ深度中心位置を示した図。 本実施形態に係る光走査装置における各像高での副走査方向照射位置及び面倒れ一分におけるそのずれを示した図。 本実施形態に係る光走査装置に設けられている内面反射素子の模式的副走査断面図。 本実施形態に係る光走査装置において内面反射素子が偏心したときの各像高での副走査方向照射位置のずれを示した図。 実施形態に係るモノクロ画像形成装置の要部副走査断面図。

以下、本実施形態に係る光走査装置について添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
また以下の説明において、主走査方向とは、偏向手段の回転軸及び光学系の光軸に垂直な方向（偏向手段によって光束が偏向走査される方向）である。副走査方向とは、偏向手段の回転軸に平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向に垂直な断面である。副走査断面とは、主走査方向に垂直な断面である。
従って、以下の説明において、主走査方向及び副走査断面は、入射光学系と結像光学系とで異なることに注意されたい。

図１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る光走査装置１００の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図を示している。

本実施形態に係る光走査装置１００は、光源７０１、アナモフィックレンズ７０２、副走査絞り７０３ｓ、主走査絞り７０３ｍ、偏向手段７０４（偏向器）、第１結像光学素子７０５（結像光学素子）及び内面反射素子９０１（光学素子）を備えている。
光源７０１は、少なくとも一個の発光点を有する、例えば半導体レーザーを用いることができ、副走査絞り７０３ｓに向けて光束を射出する。
副走査絞り７０３ｓは、矩形状の開口部を有しており、光源７０１から出射した光束の副走査方向における光束径を整形する。なお主走査方向については、実際に使用する光束径よりも広いラフアパーチャとしている。

アナモフィックレンズ７０２は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、副走査絞り７０３ｓを通過した光束を主走査断面内において平行光束に変換している。なおここで、平行光束とは厳密な平行光束だけでなく、弱発散光束や弱収束光束等の略平行光束も含むものとする。
なお本実施形態に係る光走査装置１００では、アナモフィックレンズ７０２によって副走査絞り７０３ｓを通過した光束を主走査断面内において弱収束光束に変換することで、結像光学系７０９に必要な屈折力を低減している。
またアナモフィックレンズ７０２は、副走査断面内において正の屈折力を有しており、入射した光束を偏向手段７０４の偏向面７０４ａの近傍に集光することで、主走査方向に長い線像を形成している。

主走査絞り７０３ｍは、矩形状の開口部を有しており、アナモフィックレンズ７０２を通過した光束の主走査方向における光束径を整形する。なお副走査方向については、実際に使用する光束径よりも広いラフアパーチャとしている。
本実施形態に係る光走査装置１００では、上記に示した副走査絞り７０３ｓ、アナモフィックレンズ７０２及び主走査絞り７０３ｍによって入射光学系７０８が構成される。

そして、光源７０１から出射し入射光学系７０８を通過した光束は、偏向手段７０４の偏向面７０４ａによって偏向された後、第１結像光学素子７０５に入射する。
第１結像光学素子７０５は、入射面及び出射面の二つの光学面（レンズ面）を有しており、偏向手段７０４の偏向面７０４ａによって偏向された光束が被走査面７０６上を主走査方向に所望の走査特性で走査するように構成されている。
また第１結像光学素子７０５は、副走査断面内においては、偏向手段７０４の偏向面７０４ａの近傍と被走査面７０６の近傍とを互いに共役にすることで、面倒れ補償、すなわち偏向面７０４ａが倒れた際の被走査面７０６上における副走査方向の走査位置ずれの低減を行っている。

そして、第１結像光学素子７０５を通過した光束は、詳細に後述する内面反射素子９０１によって反射された後、被走査面（感光面）７０６上に導光される。
このとき第１結像光学素子７０５及び内面反射素子９０１は、主走査断面内及び副走査断面内の双方において、被走査面７０６の近傍にスポット状の像を形成している。
本実施形態に係る光走査装置１００では、上記に示した第１結像光学素子７０５及び内面反射素子９０１によって結像光学系７０９が構成される。

本実施形態に係る光走査装置１００では、偏向手段７０４を不図示の駆動部によって図中矢印Ｂ方向に一定速度で回転させることで被走査面７０６上を図中矢印Ｃ方向に沿って主走査方向に走査することによって、被走査面７０６上に静電潜像が形成される。
また、偏向手段７０４によって所定の偏向角度に偏向された光束は、不図示の同期検知光学系によって不図示の同期検知センサへ導光されることで、同期検知信号が取得される。
そして、取得された同期検知信号に基づいて、偏向手段７０４の回転が一定速度に制御されると共に、光源７０１の発光タイミングが制御される。

なお、本実施形態に係る光走査装置１００では、入射光学系７０８においてアナモフィックレンズ７０２を用いているが、代わりにその光学的機能を複数の光学素子、例えばカップリングレンズ及びシリンドリカルレンズに分けて構成してもよい。
また、本実施形態に係る光走査装置１００では、偏向手段７０４として四つの偏向面７０４ａを有する回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いているが、これに限らず四つ以上の偏向面７０４ａを有する回転多面鏡を用いてもよい。

また、本実施形態に係る光走査装置１００では、アナモフィックレンズ７０２及び第１結像光学素子７０５において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を用いているが、これに限らずガラスモールドレンズを用いてもよい。
このとき、モールドレンズは非球面形状の成形が容易であると共に、大量生産に適しているため、アナモフィックレンズ７０２及び第１結像光学素子７０５においてガラスモールドレンズを用いても生産性及び光学性能の向上を図ることができる。

本実施形態に係る光走査装置１００が画像形成装置に搭載されると、図１（ａ）及び（ｂ）に示されている結像光学系７０９の右側（＋Ｘ側）に不図示のカートリッジ（ＣＲＧ）トナー容器が配置される。
そのため、結像光学系７０９における走査光束の光路の折り返し点を被走査面７０６に非常に近接した位置に設定すると共に、当該折り返し点における走査光束の折り返し角度を鋭角に設定することで、ＣＲＧトナー容器の容量を増大することができる。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、図１（ｂ）に示されているように、結像光学系７０９における走査光束の光路の折り返し点（点７３０Ｂ等）を被走査面７０６に非常に近接した位置に設定すると共に、当該折り返し点における走査光束の折り返し角度を鋭角に設定している。
これにより、本実施形態に係る光走査装置１００では、画像形成装置に搭載した際に本体の小型化を維持しつつＣＲＧトナー容器が配置される空間を十分に確保することで、大容量且つ長寿命のＣＲＧトナーを提供することができる。

そして、結像光学系７０９を上記のように設計したとき、走査光束の光路を折り返すためにガラス板上に反射膜が蒸着された一般的な折り返しミラーである表面反射素子を用いると、折り返し点に対して偏向手段７０４から離間する方向（＋Ｘ方向）に表面反射素子がその厚みの分だけ出っ張ってしまう。
これにより、光走査装置１００を画像形成装置に搭載した際に、表面反射素子とＣＲＧトナー容器の部品や画像形成装置本体の部品との間における機械的な干渉の発生を抑制するために、画像形成装置の本体が大きくなってしまう。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、走査光束の光路を折り返すために結像光学系７０９の光路内に内面反射素子９０１を設けることで、画像形成装置に搭載した際にＣＲＧトナー容量の増大と本体の小型化とを両立している。

図２は、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている内面反射素子９０１の模式的副走査断面図を示している。

図２に示されているように、内面反射素子９０１は、入射面９０３（第１の透過面）、内面反射面９０４及び出射面９０５（第２の透過面）を有している。
そして内面反射素子９０１では、結像光学系７０９における走査光束の光路の折り返し角度を鋭角にすると共に、光学面を最小限で構成することで射出成形のための金型のコストや製造コストを低減するために、副走査断面内において入射面９０３と出射面９０５とが互いに角度をなすように設定している。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置１００では、入射面９０３及び出射面９０５それぞれにおいて、結像光学系７０９の光軸と被走査面７０６との交点（以下、軸上像高と称する。）へ向かう光束（以下、軸上光束と称する。）の主光線（以下、軸上主光線と称する。）の通過位置での面法線が互いに非平行になるように内面反射素子９０１を設計している。

また内面反射素子９０１では、走査光束の内面反射面９０４への入射角が大きく設定されることによって全反射条件が満たされることで、内面反射面９０４上に反射膜を蒸着せずに走査光束を全反射させることができる。
これにより、内面反射素子９０１の低コスト化を達成することができる。

このとき、ＣＲＧトナー容量を増大するために走査光束の光路の折り返し角度を鋭角にする際に、内面反射素子９０１の内面反射面９０４における反射角だけで当該折り返し角度を達成しようとすると、内面反射面９０４において全反射条件を満たすことは困難である。
そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、図１（ｂ）及び図２に示されているように、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５それぞれにおいて、軸上主光線の入射位置における面法線と入射方向とが互いに角度をなすように設定している。
これにより、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５それぞれにおいて走査光束の光路を積極的に折り曲げることで、内面反射面９０４において全反射条件を満たしつつ、結像光学系７０９において走査光束の光路を鋭角に折り返すことができる。

次に、本実施形態に係る光走査装置１００の諸元値を以下の表１、表２及び表３に示す。
なお表２において、内面反射素子９０１における入射面９０３と内面反射面９０４との間及び内面反射面９０４と出射面９０５との間の面間隔は、それぞれの座標から算出している。
また表３において、各非球面係数は、光線の進行方向を正としたときの値である。

表３に示されているように、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられているアナモフィックレンズ７０２の入射面は、回折格子が形成された回折面としている。
これにより、プラスチック材料を用いた射出成形で形成されているアナモフィックレンズ７０２は、環境変動による屈折力の変化を半導体レーザーから出射する光束の波長の変化に伴う回折パワーの変化によって補償する、所謂温度補償光学系とすることができる。

本実施形態に係る光走査装置１００に設けられているアナモフィックレンズ７０２の入射面に形成されている回折面は、以下の式（１）に表されるような位相関数によって定義される。

ここで、φは位相関数、Ｍは回折次数、λは設計波長である。なお、本実施形態に係る光走査装置１００では、１次回折光（すなわち、回折次数Ｍは１）を用いており、設計波長λは７９０ｎｍとなっている。

また、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている第１結像光学素子７０５の入射面及び出射面の母線形状は、Ｙの１２次までの関数で表すことができる非球面形状によって構成されている。
具体的には、第１結像光学素子７０５の入射面及び出射面それぞれにおいて、第１結像光学素子７０５の光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、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、母線形状が以下の式（２）のように定義される。

ここで、Ｒは母線曲率半径、Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０及びＢ_１２は非球面係数である。
なお、母線形状が主走査方向において非対称である場合には、非球面係数Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０及びＢ_１２はそれぞれ、光源７０１が配置されていない側（Ｙ≧０）ではＢ_４Ｕ、Ｂ_６Ｕ、Ｂ_８Ｕ、Ｂ_１０Ｕ及びＢ_１２Ｕ、光源７０１が配置されている側（Ｙ≦０）ではＢ_４Ｌ、Ｂ_６Ｌ、Ｂ_８Ｌ、Ｂ_１０Ｌ及びＢ_１２Ｌとし、数値を互いに異ならせればよい。

また、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている第１結像光学素子７０５の入射面及び出射面の子線形状は、以下の式（３）のように定義される。

ここで、Ｓは母線方向の各位置における母線の法線を含み主走査断面に垂直な面内に定義される子線形状である。

また、第１結像光学素子７０５の入射面及び出射面それぞれにおける第１結像光学素子７０５の光軸から主走査方向にＹだけ離間した位置での副走査断面内における曲率半径、すなわち子線曲率半径ｒ’は、以下の式（４）のように定義される。

ここで、ｒは光軸上における子線曲率半径、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_４、Ｅ_６、Ｅ_８、Ｅ_１０及びＥ_１２は子線変化係数である。

なお、上記の母線形状と同様に、子線形状が主走査方向において非対称である場合には、子線変化係数Ｅ_１乃至Ｅ_１２はそれぞれ、光源７０１が配置されていない側（Ｙ≧０）ではＥ_１Ｕ乃至Ｅ_１２Ｕ、光源７０１が配置されている側（Ｙ≦０）ではＥ_１Ｌ乃至Ｅ_１２Ｌとし、数値を互いに異ならせればよい。
また本実施形態に係る光走査装置１００では、光学面の形状を上記に示した式によって定義したが、本発明の権利の範囲はこれに制限されるものではない。

以上のように、式（２）は、主走査断面（ＸＹ断面）内における光学面の形状（母線形状）を示しており、式（３）は、任意の像高Ｙにおける副走査断面（ＺＸ断面）内における光学面の形状（子線形状）を示している。
そして、このとき式（４）に示したように、光学面の子線形状における曲率半径ｒ’は、Ｙの値に応じて変化する。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、式（２）及び（４）における各係数において、Ｙ≧０の場合をｕｐｐｅｒ、Ｙ≦０の場合をｌｏｗｅｒと設定している。
そして表３では、ｕｐｐｅｒ、すなわちＹ≧０の場合における非球面係数にはｕの添え字を付すと共に、ｌｏｗｅｒ、すなわちＹ≦０の場合における非球面係数にはｌの添え字を付している。

本実施形態に係る光走査装置１００では、表２に示されているように、入射面９０３及び出射面９０５それぞれの原点の座標、換言すると、入射面９０３及び出射面９０５それぞれの副走査断面内における曲率中心の位置が互いに異なる。
また本実施形態に係る光走査装置１００では、表３に示されているように、式（３）及び（４）において定義される子線形状における曲率半径や係数が入射面９０３と出射面９０５とで互いに異なる。
すなわち本実施形態に係る光走査装置１００では、入射面９０３及び出射面９０５は互いに不連続な光学面となるように設計されている。

図３は、本実施形態に係る光走査装置１００における各像高での部分倍率ずれを示している。
なお図３では、電気補正を行う前の部分倍率ずれを示している。

図３から分かるように、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている第１結像光学素子７０５は、通過する走査光束が被走査面７０６上において等速性を有さないような走査特性を有している。
そして、第１結像光学素子７０５がこのような走査特性を有することで、第１結像光学素子７０５を偏向手段７０４に近接して配置することを可能にすると共に、第１結像光学素子７０５の小径化及び光走査装置１００の小型化を実現することができる。

具体的には、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている第１結像光学素子７０５が目標とする走査特性は、以下の式（５）で表される。

ここで、偏向手段７０４による走査角度をθ［ｒａｄ］、走査角度θの方向に偏向された光束の被走査面７０６上での主走査方向における集光位置（像高）をＹ［ｍｍ］、軸上像高における結像係数をＫＫ［ｍｍ／ｒａｄ］としている。

なお、本実施形態に係る光走査装置１００では、軸上像高とは光軸上の像高（Ｙ＝０）を指し、走査角度θ＝０に対応する。
また、軸外像高とは光軸外の像高（Ｙ≠０）、すなわち走査角度θ≠０に対応し、最軸外像高とは走査角度θが最大（最大走査画角）となるときの像高を指す。

また、式（５）における結像係数ＫＫは、第１結像光学素子７０５に完全平行光束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ＫＫは、第１結像光学素子７０５に完全平行光束以外の光束が入射する場合に、ｆθ特性と同様に像高Ｙと走査角度θとを互いに比例関係にするための係数である。
なお本実施形態に係る光走査装置１００では、第１結像光学素子７０５へ入射する光束を主走査方向において弱収束光束に設定しており、それに合わせるように軸上像高における結像係数ＫＫを設定している。

また、式（５）におけるαは、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている第１結像光学素子７０５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に示されているように、正の値に設定されている。
例えばα＝０の場合には、式（５）はＹ＝ＫＫ・θとなることから、従来の光走査装置に用いられる結像光学素子の走査特性であるＹ＝ｆθに対応する。

また、軸上像高に対する各軸外像高における等速性からのずれ量、すなわち軸上像高における部分倍率に対する軸外像高における部分倍率のずれ量（部分倍率ずれ）は、以下の式（６）のように表すことができる。

従って、本実施形態に係る光走査装置１００における各像高での部分倍率ずれは、式（５）及び（６）から以下の式（７）のように表すことができる。

式（７）に示されているように、本実施形態に係る光走査装置１００のようにα＝０を満たさない場合には、軸上像高と軸外像高とで光束による走査速度が互いに異なることとなる。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置１００では、結像光学系７０９は、軸上像高と最軸外像高とで主走査方向における部分倍率が互いに異なるように構成されている。
すなわち、軸外像高における走査位置（単位時間当たりの走査距離）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７０６を走査した場合には、画像形成装置が形成する画像における劣化（印字性能の低下）を招いてしまう。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、不図示の制御部によって部分倍率ずれに応じて光源７０１の変調タイミング（発光タイミング）を制御することによって電気的に走査位置及び印字幅を補正することで、等速性が確保できている場合と同様の印字性能を達成している。
すなわち本実施形態に係る光走査装置１００では、図３に示されているように最大で最軸外像高において生じている約３７％の部分倍率ずれを電気補正することによって、全像高にわたって均一な部分倍率を達成している。

一方、上記のような電気補正を行う場合には、軸外像高において所定の走査距離を走査する際の光源７０１の発光時間は、軸上像高に比べて走査速度の比の分だけ短くなるため、画像濃度が軸上像高に比べて軸外像高の方が薄くなってしまう。
そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、そのような濃度ムラを補正するために、軸上像高と軸外像高との間の走査速度の比の分だけ軸外像高において光源７０１の発光光量を強くするように制御を行っている。
これにより、被走査面７０６上の像高全域にわたって照度分布も均一にしている。

本実施形態に係る光走査装置１００では、このように光源７０１の変調タイミングと発光光量とを制御することで、非等速性に起因する印字性能の低下を抑制している。

図４（ａ）は、本実施形態に係る光走査装置１００における各像高での主走査方向及び副走査方向それぞれのＬＳＦ（Ｌｉｎｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）スポット径を示している。
ここで、主走査方向におけるＬＳＦスポット径（以下、主走査ＬＳＦスポット径と称する。）とは、スポットプロファイルを各像高において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を指す。
また、副走査方向におけるＬＳＦスポット径（以下、副走査ＬＳＦスポット径と称する。）とは、スポットプロファイルを各像高において主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を指す。

また図４（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、本実施形態に係る光走査装置１００における各像高での主走査方向及び副走査方向のＬＳＦ深度中心位置を示している。
ここで、ＬＳＦ深度中心位置とは、被走査面７０６の近傍において結像光学系７０９の光軸方向にデフォーカスを行った際に、ＬＳＦスポット径が所定の大きさ（スライスレベル）以下となる前側ピント許容位置と後側ピント許容位置との間の領域の中心位置のことを指す。

なお本実施形態に係る光走査装置１００では、主走査方向においては像高－８０ｍｍ乃至＋８０ｍｍの範囲内では１００μｍ以下、像高－１０７ｍｍ及び＋１０７ｍｍでは１２０μｍをスライスレベルに設定している。
また、像高－１０７ｍｍ乃至－８０ｍｍ及び＋８０ｍｍ乃至＋１０７ｍｍの範囲内では上記の値に合わせて徐々に変化するようにスライスレベルを設定している。

また副走査方向においては、像高－８０ｍｍ乃至＋８０ｍｍの範囲内では１０５μｍ以下、像高－１０７ｍｍ乃至－８０ｍｍ及び＋８０ｍｍ乃至＋１０７ｍｍの範囲内では１２０μｍをスライスレベルに設定している。

図４（ｂ）及び（ｃ）に示されているように、本実施形態に係る光走査装置１００では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってＬＳＦ深度中心位置は±２ｍｍ以内になっており、良好な像面性能を達成できていることが分かる。

上記のように、本実施形態に係る光走査装置１００では、結像光学系７０９を一枚の結像レンズ、すなわち第１結像光学素子７０５を用いて構成することで低コスト化を図っているが、これに限られない。すなわち、結像光学系７０９が複数の結像光学素子を用いて構成されていても、本実施形態の効果を得ることができる。
ここで、本実施形態に係る光走査装置１００のように結像光学系７０９を一枚の第１結像光学素子７０５を用いて構成した場合、主走査方向のピント、走査特性及び照射位置等を向上するために、第１結像光学素子７０５を偏向手段７０４の近傍に配置する傾向がある。

このとき、副走査断面内において屈折力を有するレンズ、すなわち第１結像光学素子７０５が偏向手段７０４の近傍に配置されることで、結像光学系７０９の副走査方向の倍率（以下、副走査倍率と称する。）が非常に高くなる傾向がある。
そして副走査倍率が高くなると、偏向手段７０４における複数の偏向面７０４ａの倒れによって被走査面７０６上における走査線のピッチムラが大きくなったり、公差に依る結像性能の低下への敏感度が高くなる等の問題が発生する。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１に対して副走査断面内において正の屈折力を付与することによって副走査倍率を低減することで、良好な結像性能を得ている。
すなわち、表３に示されているように内面反射素子９０１に対して副走査断面内において正の屈折力を付与することで、表１に示されるように副走査倍率を十分に低減することができる。

図５（ａ）は、本実施形態に係る光走査装置１００における各像高での副走査方向照射位置を示している。
図５（ａ）に示されているように、本実施形態に係る光走査装置１００では走査線湾曲が十分に小さく抑えられていることが分かる。

また図５（ｂ）は、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている偏向手段７０４において面倒れが１分だけ発生した際の各像高での副走査方向照射位置のずれを示している。
図５（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る光走査装置１００ではピッチムラがピークトゥピークで１０μｍ以下と十分に小さく抑えられていることが分かる。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１において、三つの光学面、すなわち入射面９０３、内面反射面９０４及び出射面９０５がそれぞれ互いに角度をなして構成されている。
このため、射出成形に用いられる型の構造上、いずれかの光学面は型抜き方向に対して角度をなしている。

一般的に、型抜き方向と光学面とが互いになす角度が可能な限り小さい、すなわち開角が小さいほど型の構造も簡易に設計することができるため、成形安定性が得られ易い。
一方、光学面において副走査方向における曲率半径が小さ過ぎる場合には、成形時において型抜き方向に対する開角が大き過ぎる領域が形成されるため、成形する毎に面形状が安定して得られ難いという課題が発生する。
そして、光学素子において入射面及び出射面のいずれか一方のみに副走査断面内における屈折力を付与することで副走査倍率における所望の低減効果を得ようとすると、屈折力が付与された光学面の副走査方向における曲率が強くなり過ぎてしまう。これにより、良好な成形精度を確保することが困難となってしまう。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５をそれぞれ副走査断面内においてのみ屈折力を有する副走査シリンダ面に設定している。
これにより、表３に示されているように、光軸上における副走査方向の曲率半径ｒｓ１及びｒ２ｓを十分大きくすることができるため、簡易な型構造で成形安定性を確保することができると共に、副走査倍率の低減効果を得ることができる。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、ＣＲＧトナー容量を増大するために、結像光学系７０９における最終結像レンズである第１結像光学素子７０５の下流側に内面反射素子９０１を配置している。
そして、このような配置において内面反射素子９０１が走査画角全域をカバーするためには、内面反射素子９０１は長尺にならざるを得ない。

また、内面反射素子９０１の製造コストを削減するために、本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１をガラス等に比べて剛性が弱い樹脂で形成している。
さらに内面反射素子９０１は、回転運動を行う感光ドラム等に近い位置に配置されていることから振動を受けやすい。

また内面反射素子９０１は、通常の表面反射素子における外面反射に比べて原理的に振動に対する照射位置ずれへの敏感度が大きくなるデメリットを有している。
以上のように、本実施形態に係る光走査装置１００では内面反射素子９０１が振動を受けやすいため、振動によって被走査面７０６上における照射位置が振れると、形成された画像上において走査線の間隔のばらつきが発生することで、良好な画像を形成することが困難となる。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５の双方に対して副走査断面内において屈折力を付与することで、偏心に対する照射位置ずれへの敏感度を低減している。

図６は、内面反射素子９０１において偏心に対する照射位置ずれへの敏感度を低減する原理を説明するための模式的副走査断面図を示している。

図６に示されているように、本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５に対して副走査断面内において屈折力を付与している。
このため、内面反射素子９０１が偏心しても、入射面９０３及び出射面９０５それぞれにおいて光束の通過位置が変化することによって光束の屈折角度が変化することで、照射位置ずれを相殺できていることが分かる。

図７は、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている内面反射素子９０１が副走査方向に０．１ｍｍだけ偏心したときの各像高における副走査方向照射位置のずれを示している。

図７に示されているように、本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１における偏心に対する照射位置のずれを十分に小さく低減できていることが分かる。
なお、本実施形態に係る光走査装置１００が搭載された画像形成装置では、特に図６に示されている方向における振動が大きい傾向がある。
そのため、そのような傾向を鑑みて、内面反射素子９０１の当該方向の偏心に対する照射位置のずれを低減するように内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５それぞれの副走査断面内における屈折力を設定している。しかしながら、本実施形態の効果はこの構成に限られない。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、上述のように、内面反射素子９０１は、結像光学系７０９において走査光束の光路を折り返す役割に加えて、結像機能の一部が付与された結像光学素子としての役割も担っている。
光走査装置において用いられる従来の結像光学素子には、一般的に各収差を補正するために主走査断面内においても屈折力が付与される。
しかしながら、そのように結像光学素子に対して主走査断面内において屈折力を付与すると、結像光学素子において主走査方向の位置に応じて副走査断面内における形状が異なってしまう。

一方、上述のように本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている内面反射素子９０１は、互いに対して角度をなす三つの光学面を有している。
そのため、内面反射素子９０１を射出成形するための金型は、一般的な結像レンズを射出成形するための金型に比べて構造上において制約が多くなる。

すなわち、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている内面反射素子９０１に対して主走査断面内においても屈折力を付与すると、金型の構造の複雑化に伴う金型の精度の低下が生じてしまう。
加えて、金型の構造を成立させるために、内面反射素子９０１の大型化ひいては製造するためのコスト増大といったデメリットが生じてしまう。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、表３に示したように内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５をそれぞれ、副走査断面内においてのみ屈折力を有する副走査シリンダ面に設定している。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５はそれぞれ、副走査断面内において屈折力を有する一方、主走査断面内においては屈折力を有さない。
これにより、本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１を射出成形するための金型の構造をシンプルに構成できることによって金型の精度を確保しつつ、内面反射素子９０１を所望の性能が満たされながら最小限のサイズで設計することができる。

次に、上記の構成を内面反射素子９０１の稜部から説明する。図１（ｂ）及び図２に示されているように、内面反射素子９０１は、入射面９０３と内面反射面９０４との間並びに内面反射面９０４と出射面９０５との間それぞれにおいて主走査方向（Ｙ方向）に延在する稜線を有している。
ここで、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５をそれぞれ主走査断面内において屈折力が付与された面に設計すると、上記の稜線は曲線となるため、内面反射素子９０１を射出成形するための金型の構造においてデメリットが生じる。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５をそれぞれ副走査シリンダ面に設定することで、上記の稜線が直線となるように内面反射素子９０１を構成することができる。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５の少なくとも一方は、隣接する面との間に形成される主走査方向に延在する稜線の少なくとも一つが直線であるように構成される。
これにより、上述のデメリットの発生を抑制することができる。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５がそれぞれ副走査断面内において負及び正の屈折力を有するように曲率半径を設定している。
これにより、主点位置を被走査面７０６側へ寄せる効果を効率的に得ることで、副走査倍率を十分に低減することができる。しかしながら当該効果は、上記の構成以外でも得ることができる。

また、内面反射素子９０１の稜線を長手方向（Ｙ方向）において大きく湾曲させた形状に設計すると、偏肉比が大きくなることで内面反射素子９０１を成形した後の変形や屈折率分布が大きくなる等の弊害が発生する。
そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、表３に示したように、内面反射素子９０１を主走査方向において湾曲した光学面を有さない、すなわち主走査断面内において屈折力を有さない構成に設計している。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、低コスト化を図るために結像光学系７０９を一枚の第１結像光学素子７０５及び内面反射素子９０１のみによって構成している。
そのため、本実施形態に係る光走査装置１００では、第１結像光学素子７０５のみを用いて主走査方向における各収差を補正しなければならない。

ここで、結像光学系７０９の光路長Ｏ５１について以下の定義を行う。図１（ｂ）に示されているように、点７３０Ａは、偏向手段７０４の偏向面７０４ａ上における軸上主光線の偏向点（以下、軸上偏向点と称する。）である。
また点７３０Ｂは、内面反射素子９０１の内面反射面９０４上における軸上主光線の反射点であり、点７３０Ｃは、被走査面７０６上における軸上主光線の到達位置、すなわち軸上像高（到達像高）である。

ここで、軸上主光線の光路上において、点７３０Ａと点７３０Ｂとの間の距離をＰ５１、点７３０Ｂと点７３０Ｃとの間の距離をＱ５１と表すと、結像光学系７０９の光路長Ｏ５１は、距離Ｐ５１と距離Ｑ５１との和で表すことができる。
また、本実施形態に係る光走査装置１００によって被走査面７０６上において走査される幅、すなわち走査幅（走査全幅）をＷ５１としたとき、本実施形態に係る光走査装置１００は、以下の条件式（８）が満たされるように設定されている。

条件式（８）の上限値を上回ると、本実施形態に係る光走査装置１００を画像形成装置に搭載した際に、画像形成装置のＣＲＧ部品や本体の部品と走査光束とが互いに干渉し易くなるため、画像形成装置のサイズを小さくすることが困難となってしまう。
一方、条件式（８）の下限値を下回ると、本実施形態に係る光走査装置１００において所望の光学性能を達成することが困難となるため、画像形成装置に搭載した際に良好な画像を得ることが困難となってしまう。

本実施形態に係る光走査装置１００では、表１に示されているように、走査幅Ｗ５１に対する光路長Ｏ５１の比は、０．５６となっており、条件式（８）が満たされている。
このように結像光学系７０９を短光路長に設定することにより、本実施形態に係る光走査装置１００を画像形成装置に搭載する際に、画像形成装置の本体の大型化を抑制しつつ良好な画質を得ることができる。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、走査幅Ｗ５１に対して光路長Ｏ５１を非常に短く設定することで、光路長Ｏ５１が長い場合に比べて結像光学系７０９における走査光束の光路の取り回しに伴うデッドスペースの発生を抑制している。
これにより、本実施形態に係る光走査装置１００を画像形成装置に搭載した際にＣＲＧトナー容量を増大する効果を得ることができる。

そして、本実施形態に係る光走査装置１００のように、光路長Ｏ５１が走査幅Ｗ５１に対して短い結像光学系７０９において、一枚の第１結像光学素子７０５のみを用いて主走査方向における各収差を補正しようとすると、第１結像光学素子７０５の主走査方向における形状においてうねりが非常に大きくなってしまう。
また第１結像光学素子７０５の偏肉比においても歪が大きい形状に設計する必要が生じるため、偏心に対する敏感度が高くなってしまう。
その結果、本実施形態に係る光走査装置１００を画像形成装置に搭載する際に取りつけ誤差が生じた場合に画像劣化が著しくなるため、良好な画像を形成することが困難となる。

そこで本実施形態に係る光走査装置１００では、結像光学系７０９の走査特性を一般的なｆθ特性から意図的にずらしている。
すなわち、軸上像高及び軸外像高それぞれに対する結像光学系７０９の主走査方向における部分倍率を意図的に互いに異ならせることで、一枚の第１結像光学素子７０５のみを用いて主走査方向におけるピントやコマ収差等の各収差を良好に補正している。

加えて、図１（ａ）及び表３に示されているように、第１結像光学素子７０５を偏肉比が小さい非常に素直な主走査形状で構成している。
また、結像光学系７０９の主走査方向における部分倍率を上述のように設定した分だけ被走査面７０６上における走査速度が非等速になる。
そのため本実施形態に係る光走査装置１００では、各像高においてそのような走査速度の違いを光源７０１の発光タイミングを変化させることによって電気的に補正している。
これにより、本実施形態に係る光走査装置１００では、結像光学系７０９の主走査方向における部分倍率のずれ、すなわち被走査面７０６上における主走査方向での照射位置のずれを良好に補正することができる。

以上のように、本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５をそれぞれ副走査シリンダ面に設定することで、内面反射素子９０１の偏心に伴う走査線間隔のばらつきを抑制すると共に、内面反射素子９０１を射出成形するための金型の構造をシンプルにすることができる。
これにより、本実施形態に係る光走査装置１００を画像形成装置に搭載した際に、良好な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。

なお本実施形態に係る光走査装置１００では、入射面９０３及び出射面９０５がそれぞれ副走査シリンダ面であると共に、互いに不連続な二つの光学面になるように形成されている。
しかしながら、これに限らず、入射面９０３及び出射面９０５を互いにスプライン面で接続することによって構造的に連続な一つの光学面に設計しても本実施形態の効果を十分に得ることができる。
すなわち本実施形態に係る光走査装置１００では、内面反射素子９０１が、内面反射面と互いに光学的に不連続な第１の透過面及び第２の透過面とを有していれば本実施形態の効果を十分に得ることができる。

また本実施形態に係る光走査装置１００は、第１の透過面である入射面９０３を通過した光束が内面反射面９０４によって反射された後、第２の透過面である出射面９０５を通過する構成を有しているが、これに限られない。
すなわち、第１の透過面及び第２の透過面双方が内面反射面９０４より上流側にあっても下流側にあっても本実施形態の効果を十分に得ることができる。

また、本実施形態に係る光走査装置１００に設けられている内面反射素子９０１においては、偏心に対する照射位置ずれへの敏感度を低減するために入射面９０３及び出射面９０５に対して副走査断面内において屈折力を付与している。
加えて、内面反射素子９０１の入射面９０３及び出射面９０５それぞれの内面反射面９０４との間の稜線を直線にすることで金型の構造がシンプルになるように、入射面９０３及び出射面９０５をそれぞれ副走査シリンダ面に、すなわち主走査方向に湾曲しないようにしている。

このとき、入射面９０３及び出射面９０５それぞれと内面反射面９０４との間においてさらに透過面が設けられている場合には、偏心に対する照射位置ずれへの敏感度を低減するために当該透過面に対して副走査断面内において屈折力を付与してもよい。
そして、金型の構造をシンプルにするために入射面９０３及び出射面９０５を主走査方向に湾曲しないように設計することで上記の構成を分担させることによっても、本実施形態の効果を十分に得ることができる。

なお、本実施形態に係る光走査装置１００では、低コスト化を図るために結像光学系７０９を一枚の第１結像光学素子７０５及び内面反射素子９０１から構成しているが、これに限られない。
すなわち、結像光学系７０９における走査光束の光路内において第２結像光学素子や折り返しミラー等をさらに設けても本実施形態の効果を十分に得ることができる。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、偏向手段７０４によって偏向された光束を反射するために内面反射素子９０１において内面反射面９０４のみを設けているが、これに限らず内面反射素子９０１において複数の内面反射面を設けてもよい。

また本実施形態に係る光走査装置１００では、樹脂材料を射出成形することで内面反射素子９０１を作成することによって、ガラス製の内面反射素子を作成する場合に比べて低コスト化を図ることができると共に、容易に副走査シリンダ面を形成することができる。
しかしながら、これに限らず、ガラス材料を切削したり成形することで内面反射素子９０１を作成しても本実施形態の効果を得ることができる。
また本実施形態に係る光走査装置１００では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおける光束径を制限する機能を分けるように主走査絞り７０３ｍ及び副走査絞り７０３ｓを設けているが、代わりに両方の機能を備えた単一の絞りを設けても構わない。

［画像形成装置］
図８は、本実施形態に係る光走査ユニット１００が搭載されたモノクロ画像形成装置１０４の要部副走査断面図を示している。

モノクロ画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７から出力したコードデータＤｃが入力される。このコードデータＤｃは、画像形成装置１０４内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、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、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。

静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム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の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表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ドラム１０１の表面に、光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。

先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって、感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、光ビーム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ドラム１０１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によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図８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の端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。

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８において左側）の定着器１５０へと搬送される。定着器１５０は、内部に定着ヒータ（不図示）を有する定着ローラ１１３と定着ローラ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。転写部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は定着せしめられる。更に定着器１５０の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２がモノクロ画像形成装置１０４の外部に排出せしめられる。

なお、プリンタコントローラ１１１は、データの変換だけでなく、モータ１１５を始めモノクロ画像形成装置１０４内の各部や、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御も行う。
また、本実施形態に係る光走査装置１００は、モノクロ画像形成装置１０４に限らず、カラー画像形成装置にも用いることができる。

１００ 光走査装置
７０４ 偏向手段（偏向器）
７０６ 被走査面
７０９ 結像光学系
９０１ 内面反射素子（光学素子）
９０３ 入射面（第１の透過面）
９０４ 内面反射面
９０５ 出射面（第２の透過面）

Claims (14)

1. 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、
   該偏向器によって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を備え、
   該結像光学系は、前記偏向器によって偏向された光束を反射する内面反射面と、該光束が通過する互いに光学的に不連続な第１及び第２の透過面とを有する光学素子を含み、
   前記第１及び第２の透過面は、副走査断面において屈折力を有する一方、主走査断面においては屈折力を有さないことを特徴とする光走査装置。
2. 前記光学素子の入射面及び出射面の少なくとも一方が隣接する面との間に形成する主走査方向に延在する稜線の少なくとも一つは、直線であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１及び第２の透過面は、前記光学素子の入射面及び出射面であ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. 前記第１及び第２の透過面の副走査断面における曲率半径は、互いに異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光走査装置。
5. 前記光学素子は、前記偏向器によって偏向された光束を前記内面反射面のみによって反射することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光走査装置。
6. 前記第１及び第２の透過面の少なくとも一方は、副走査断面において正の屈折力を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光走査装置。
7. 前記光学素子は、副走査断面において正の屈折力を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光走査装置。
8. 前記結像光学系は、軸上像高と最軸外像高とで主走査方向における部分倍率が互いに異なるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置。
9. 前記結像光学系は、前記光学素子及び結像光学素子からなることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光走査装置。
10. 前記光学素子は、樹脂で形成されている光学素子であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光走査装置。
11. 軸上光束の主光線の光路上における前記偏向器の偏向面上の偏向点から前記被走査面上の到達像高までの距離をＯ５１、前記被走査面上における走査幅をＷ５１としたとき、
    ０．４≦Ｏ５１／Ｗ５１≦０．８
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光走査装置。
12. 前記内面反射面は、前記第１の透過面を通過した光束を前記第２の透過面へ向けて反射することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光走査装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一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。
14. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の光走査装置と、外部機器から出力された信号を画像データに変換して該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。

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