JP3784591B2 - 走査結像光学系・光走査装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査結像光学系・光走査装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの１以上のビームを光偏向器により偏向させ、１以上の偏向ビームを走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う光走査装置は、デジタル複写装置やレーザプリンタ、レーザプロッタ、レーザ製版装置等の画像形成装置に関連して広く知られている。
近来、このような光走査装置に対して走査の高密度化が要請され、光スポットの小径化と安定化の要求が益々高まってきている。
光走査装置における光偏向器としては「回転多面鏡」が一般的である。回転多面鏡は偏向反射面とその回転中心とが合致していない。このため、光源側からのビームを偏向させる際、偏向反射面の回転に伴い、偏向ビームの偏向の起点（偏向反射面による反射点）が変動する「光学的サグ」が不可避的に発生する。
【０００３】
上記回転中心は、走査結像光学系の光軸に対して、主走査方向にずれて配備されることが多い。このような場合には、上記光学的サグの発生が、走査結像光学系の光軸に対して非対称的になる。このような非対称的な光学的サグは、光軸対称に設計された走査結像光学系に対しては、像面湾曲や光学倍率、ｆθ特性等の等速度特性を劣化させる原因となる。
スポット径の安定した良好な光スポットで良好な光走査を実現するには、上記非対称な光学的サグを考慮して設計された走査結像光学系が必要となる。
また、スポット径の小さい良好な光スポットを実現するには、像面湾曲や光学倍率等の幾何光学的な光学性能とともに、波動光学的な波面収差を各像高間で一定に設定することが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して、走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置において、走査結像光学系の、像面湾曲や光学倍率を良好に補正し、安定性のよい光スポットを実現することを課題とする。
この発明はまた、上記光走査装置において、スポット径の小さい良好な光スポットの実現を別の課題とする。
そして、この発明は上記光走査装置を用いる画像形成装置において、良好な画像形成を実現することを他の課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の走査結像光学系は「光源からの１以上のビームを光偏向器により偏向させ、１以上の偏向ビームを走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行い、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置」における走査結像光学系であって、１以上のレンズを含む結像光学素子により構成される。
光源からのビームは１以上であるから、走査結像光学系が用いられる光走査装置としてはシングルビーム式のものもマルチビーム式のものも可能である。
光偏向器は、上記の如く「光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離」したものである。このような光偏向器としては「回転多面鏡」をはじめ、「偏向反射面が回転中心軸とずれている回転２面鏡や回転単面鏡」を挙げることができる。光偏向器の回転中心は、走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されるが、主走査方向において「走査結像光学系の光軸」に対し、光源側からのビームが光偏向器に入射する側を「走査結像光学系の光軸の＋側」とする。したがって、上記「走査結像光学系の光軸から−側」は、主走査方向において、光源側からのビームが光偏向器に入射する側と反対側である。
また、走査結像光学系は「１以上のレンズを含む結像光学素子」により構成されるから、最小限１枚のレンズで構成することができ、２枚以上のレンズで構成することもできるし、１枚以上のレンズと結像作用を持つミラー（凹面鏡や凸面鏡、凹や凸のシリンダミラー）の組み合わせにより構成することもできる。
走査結像光学系の結像光学素子は、後述する実施例におけるように、シフトを与えられて配備されることもある。上記「走査結像光学系の光軸」は、このような場合、シフト量を０と考えたときに、走査結像光学系の光軸が配備されるべき「基準的な光軸」を言う。
【０００６】
以下の説明において、主走査断面、複走査断面は以下の如く定義される。
「主走査断面」は、レンズ光軸を含み、主走査方向に平行な仮想的な平断面を言う。
「副走査断面」は、レンズ面の近傍において、主走査方向に直交する仮想的な平断面をいう。なお、「光軸」は、各レンズ面において、主走査断面と副走査断面の交線に平行な方向で、レンズ面形状を解析表現するときの主・副走査方向の原点を通る軸を言う。
【０００７】
また、走査結像光学系の像面において、上に説明した「走査結像光学系の光軸の＋側」を「＋像高側」、「走査結像光学系の光軸の−側」を「−像高側」と言う。
このとき、主走査方向の座標：Ｙに応じて、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値を｜ｒ ( Ｙ＋ ) ｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値を｜ｒ ( ０ ) ｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値を｜ｒ ( Ｙ− ) ｜とする。
請求項１記載の走査結像光学系は、以下の如き特徴を有する。即ち、上記１以上のレンズのレンズ面中に、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の、近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の、近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での、副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面を有する。
請求項１記載の走査結像光学系においては、１以上のレンズの、レンズ面中の少なくとも1面を、主走査断面内が円弧または非円弧で、副走査断面内が非円弧形状である「副非円弧面」とすることができる（請求項２）。この場合、副非円弧面の、副走査断面内の非円弧形状を、主走査方向の座標：Ｙに応じて変化させることができる（請求項３）。
上記請求項１〜３の任意の１に記載の走査結像光学系は、同時に偏向される複数の偏向ビームを、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光するものであることができる（請求項４）。
【０００８】
請求項５記載の光走査装置は「光源からの単一のビームを、カップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされたビームを線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向ビームを走査結像光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させて被走査面を光走査し、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたシングルビーム方式の光走査装置」であって、走査結像光学系として、上記請求項１〜３の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする。
請求項６記載の光走査装置は「複数の発光源からのビームをカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数ビームを共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器により同時に等角速度的に偏向させ、複数の偏向ビームを共通の走査結像光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査し、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたマルチビーム方式の光走査装置」であって、複数の偏向ビームに対する共通の走査結像光学系として、請求項４記載のものを用いたことを特徴とする。
請求項６記載の光走査装置においては、光源として、複数の発光源が１列に配列された「モノリシックな半導体レーザアレイ」を用いることができる（請求項７）。この場合、光源としての半導体レーザアレイの、発光源の間隔は、１０μｍ以上であることが好ましい（請求項８）。
【０００９】
この発明の画像形成装置は「感光媒体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を可視化して画像を得る画像形成装置」であって、感光媒体の感光面の光走査を行う光走査装置として、請求項５〜８の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする（請求項９）。
この場合において、感光媒体として光導電性の感光体を用い、感光面の均一帯電と光走査装置の光走査とにより形成される静電潜像を、トナー画像として可視化するように構成することができる（請求項１０）。トナー画像は、シート状の記録媒体（転写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート）に定着される。
請求項９記載の画像形成装置において、感光媒体として、例えば銀塩写真フィルムを用いることもできる。この場合、光走査装置による光走査により形成された潜像は通常の銀塩写真プロセスの現像手法で可視化できる。このような画像形成装置は例えば「光製版装置」として実施できる。
また請求項１０記載の画像形成装置は、具体的にはレーザプリンタやレーザプロッタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置等として実施できる。
【００１０】
「副走査方向の屈折力が主走査方向に非対称的である面」を用いることにより、副走査方向における像面湾曲や光学倍率に対する、前述の「非対称的な光学的サグ」の影響を有効に補正することができる。また、主走査断面内の形状を非円弧形状とすることにより、ｆθ特性等の等速度特性や主走査方向の像面湾曲等を良好に設定することが可能である。
【００１１】
また、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向に非対称に変化するレンズ面で、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜と走査レンズの光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜の関係で、｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する面を含むことで、副走査方向の像面湾曲の補正、及び副走査方向横倍率を、像高間で一定に補正することが可能となる。
請求項１記載の発明のように「副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面を有する」ように構成することで、副走査方向の像面湾曲の補正、及び副走査方向の横倍率を、像高間で一定に補正することが可能となる。
【００１２】
請求項２、３記載の発明のように、１以上のレンズの、レンズ面中の少なくとも１面を「副非円弧面」とすることにより、特に、副非円弧面の、副走査断面内の非円弧形状を主走査方向の座標：Ｙに応じて変化させることにより、被走査面上の波面収差を良好に補正することができ、光スポットの各像高毎に、主・副走査方向共に像面湾曲を良好に補正しつつ、各像高毎で瞳（副非円弧面における偏向ビームのビーム断面）上の波面収差を確実に補正できるため、小径で安定した光スポットを得ることが可能となる。
また、この発明の走査結像光学系を用いるマルチビーム方式の光走査装置において、ＬＤアレイ方式の光源を用いる場合（請求項７）、発光源間における熱的・電気的な相互作用の影響を除去するには、発光源間隔をある程度大きく取ることが必要である。請求項８記載の発明のように、半導体レーザアレイの発光源の間隔を１０μｍ以上とすることにより、発光源間の熱的・電気的な影響を有効に軽減して良好なマルチビーム方式の走査を行うことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１５に、この発明の「マルチビーム方式の光走査装置」の、実施の１形態を示す。光源１は半導体レーザアレイであって、４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を等間隔で１列に配列したものである。この実施の形態では４つの発光源は、副走査方向に配列しているが、半導体レーザアレイ１を傾け、発光源の配列方向が主走査方向に対して傾くようにしてもよい。
４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４から放射された４ビームは、図に示すように「楕円形のファーフィールドパターン」の長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束であるが、４ビームに共通のカップリングレンズ２により、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされたビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
カップリングレンズ２を透過した４ビームは、アパーチャ３により「ビーム整形」され、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により、それぞれ副走査方向に集束され、「光偏向器」である回転多面鏡５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
偏向反射面により等角速度的に偏向された４ビームは「走査結像光学系」をなす２枚のレンズ６、７を透過し、折り曲げミラー８により光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体９上に、副走査方向に分離した４つの光スポットとして集光し、被走査面の４走査線を同時に光走査する。
４ビームのうちの１つは、光走査に先立ってミラー１０に入射し、レンズ１１により受光素子１２に集光される。受光素子１２の出力に基づき、４ビームの書込開始タイミングが決定される。
「走査結像光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される４ビームを、被走査面９上に４つの光スポットとして集光させる光学系であって、２枚のレンズ６、７により構成される。
【００１４】
図１６に、マルチビーム方式の光走査装置の、実施の別形態を示す。この光走査装置は、光源としてビーム合成方式のものを用いるものである。
光源１−１、１−２は半導体レーザで、それぞれ単一の発光源を持つ。光源１−１、１−２から放射された各ビームは、カップリングレンズ２−１、２−２によりカップリングされる。カップリングされた各ビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
カップリングレンズ２−１、２−２を透過した各ビームはアパーチャ３−１、３−２により「ビーム整形」され、ビーム合成プリズム２０に入射する。ビーム合成プリズム２０は反射面と偏光分離膜と１／２波長板とを有する。光源１−２からのビームは、ビーム合成プリズム２０の反射面と、偏光分離膜とに反射されてビーム合成プリズム２０を射出する。光源１−１からのビームは１／２波長板により偏光面を９０度旋回され、偏光分離膜を透過してビーム合成プリズム２０から射出する。このようにして２ビームが合成される。カップリングレンズ２−１、２−２の光軸に対する光源１−１、１−２の「発光部の位置関係の調整」により、ビーム合成された２ビームは互いに副走査方向に微小角をなしている。 ビーム合成プリズム２０の射出部にはビーム整形用のアパーチャが配備されて、各ビームをビーム整形する。
ビーム合成された２ビームは「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により「光偏向器」である回転多面鏡５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として互いに副走査方向に分離して結像する。
偏向反射面により等角速度的に偏向された２ビームは「走査光学系」をなす２枚のレンズ６、７を透過し、折り曲げミラー８により光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体９上に、副走査方向に分離した２つの光スポットとして集光し、被走査面の２走査線を同時に光走査する。
【００１５】
ミラー８により反射されたビームの１つは、光走査に先立って受光素子１２に集光される。受光素子１２の出力に基づき、２ビームの光走査の書込開始タイミングが決定される。このようにするかわりに、２つのビームを主走査方向にも分離し、各ビームを光走査に先立って受光素子１２に集光し、受光素子１２の出力に基づき、２ビームの書込開始タイミングを各々個別に決定するようにしてもよい。
「走査結像光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される２ビームを、被走査面９上に２つの光スポットとして集光させる光学系であって、２枚のレンズ６、７により構成される。
【００１６】
【実施例】
以下、具体的な例として、参考例を２例と実施例を１例、具体例として挙げる。以下の各例において、レンズ面形状の表現は以下の式による。
「主走査断面内における非円弧形状」
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・、光軸方向のデプス：Ｘを用いて次の周知の多項式（１）で表す。
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒｍ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）２｝］
＋Ａ１Ｙ＋Ａ２Ｙ２＋Ａ３Ｙ３＋Ａ４Ｙ４＋Ａ５Ｙ５＋Ａ６Ｙ６・・ （１）
式（１）において、奇数次の係数：Ａ１、Ａ３、Ａ５、・・が０以外の値を持つと非円弧形状は「主走査方向に非対称形状」となる。
「副走査断面内における曲率」
副走査断面内で曲率（非円弧形状では近軸曲率）が主走査方向（光軸位置を原点とする座標：Ｙで表す）に変化する場合、次の式（２）で表す。
ＣＳ（Ｙ）＝｛１／ＲＳ（０）｝
＋Ｂ１Ｙ＋Ｂ２Ｙ２＋Ｂ３Ｙ３＋Ｂ４Ｙ４＋Ｂ５Ｙ５＋Ｂ６Ｙ６＋・・（２）
ＲＳ（０）は、「副走査断面内における光軸上（Ｙ＝０）」おける曲率半径を表す。
式（２）において、Ｙの奇数次係数：Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、・・が０以外の値を持つと、副走査断面内の曲率の、主走査方向の変化は非対称である。勿論、「座標：Ｙで特定される副走査断面」内における曲率半径（非円弧形状では近軸曲率半径）は、式（２）の左辺：ＣＳ（Ｙ）の逆数である。
【００１７】
「副非円弧面」
副走査断面の主走査方向の位置（光軸位置を原点とする座標）：Ｙ、副走査方向の座標：Ｚを用い、（３）で表す。
式（３）における「ＣS」は、式（２）で定義されたＣS(Ｙ)である。また、「ＫS」は、次の式（４）で定義される。
ＫS(Ｙ)＝C0(０)＋Ｃ1Ｙ＋Ｃ2Ｙ2＋Ｃ3Ｙ3＋Ｃ4Ｙ4＋Ｃ5Ｙ5＋・・（４）
式（３）において、Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5、…、Ｇ1、Ｇ3、Ｇ5、…等が０以外の値を持つと、副走査断面内の非円弧量が主走査方向に非対称となる。
すなわち、副非円弧面を表す一般式（３）において、右辺第１〜２行は、主走査方向の座標：Ｙのみの関数で「主走査断面内の形状」を表す。右辺の第３行以下は、副走査断面のＹ座標が決まるとＺの各次数の項の係数が一義的に決まり、座標：Ｙにおける「副走査断面内の非円弧形状」が定まる。
図１１は、ある座標：Ｙにおける副走査断面内における円弧である「副円弧」と、２種の非円弧形状である副非円弧ａ，ｂを示している。式（３）の右辺第３行目が副非円弧ａを示し、２次曲面を表す。また、非球面高次補正量として、式（３）の右辺第４行以下を加えたものが副非円弧ｂである。
図中の「Δ’」と「Δ＋Δ’」とは、上記副非円弧ａ，ｂにおける「非円弧量」である。これら非円弧量は、座標：Ｙに応じて変化するように設定することも、座標：Ｙにかかわらず一定であるように設定することも可能である。
なお、副非円弧面等の解析的表現は、上に挙げたものに限らず種々のものが可能であり、この発明における副非円弧面等の形状が上記式による表現に限定されるものではない。
【００１８】
具体例１〜３は、図１５に即して実施の形態を説明したマルチビーム方式の光走査装置に用いられる走査結像光学系の具体的な例である。これらの例の「光源１から被走査面９に至る光学配置」を図１に示す。光源１は何れも半導体レーザアレイであり、発光源は図１の図面に直交する方向へ配列される。
図示の如く、走査結像光学系を構成する２枚のレンズ６，７において、レンズ６の入射側面を面６ａ、射出側面を面６ｂ、レンズ７の入射側面を面７ａ、射出側面を面７ｂとし、偏向反射面以後の面間隔を図示の如く、Ｄ１〜Ｄ５とする。
【００１９】
具体例１（参考例）
光源１：半導体レーザアレイ
発光源数：４、発光源の間隔：１４μｍ、波長：７８０ｎｍ
カップリングレンズ２
焦点距離：２７ｍｍ、カップリング作用：コリメート作用
アパーチャ３：開口形状：矩形
主走査方向開口幅：９．０ｍｍ、副走査方向開口幅：１．９ｍｍ
シリンドリカルレンズ４
副走査方向の焦点距離：５８．６９ｍｍ
回転多面鏡５
偏向反射面数：５、内接円半径：２０ｍｍ
光源側からのビームの入射角（副走査方向に直交する面への射影状態における入射方向と走査光学系の光軸とがなす角）：６０度
走査方法：１２００ｄｐｉ、隣接走査
「回転多面鏡と被走査面との間にある光学系のデータ」
データ表記の記号につき説明すると、曲率半径を、主走査方向につき「Ｒｍ」、副走査方向につき「ＲＳ」、屈折率を「ｎ」で表す。
以下のデータで、「Ｒｍ，ＲＳ」は、円弧形状以外については「近軸曲率半径」である。また、Ｘは面間隔（前述のＤ１（ｉ＝０）〜Ｄ５（ｉ＝４））、Ｙはシフト量（回転多面鏡５による偏向ビームの主光線が走査線と直交する状態を基準として、レンズ光軸の「主走査方向におけるずれ量」を言い、図１において上方を正とする）を表す。
ｉ（面番） Ｒｍｉ Ｒｓｉ（０） Ｘ Ｙ ｎ
偏向反射面 0 ∞ ∞ 55.84 0.225
レンズ６ 1（面：６ａ） -309.83 -42.49 30.94 0 1.52398
2（面；６ｂ） -81.44 -3654.71 69.52 0.227
レンズ７ 3（面：７ａ） -129.99 119.29 10.71 0 1.52398
4（面：７ｂ） -151.53 -50.75 149.20 0
面番：０（偏向反射面）のシフト：Ｙ（＝0.225）は、レンズ６の光軸の「基準光軸に対する「＋方向のずれ」であり、面番：２のシフト：Ｙ（＝0.227）は、レンズ７の光軸の基準光軸に対する「＋方向のずれ」を表す。
以下の具体例２，３においても同様である。
レンズ面の主走査方向と副走査方向の係数を表１〜表４に挙げる。なお、表２〜表４の表記は表１にならっている。即ち、左の欄の数値は面番号を表し、中間の列は主走査方向の係数、右の欄は副走査方向の係数を表す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
レンズ７の射出側面（第４面）の副走査方向の係数を表５に挙げる。
【００２５】
【表５】
【００２６】
具体例２（実施例）
具体例２は、請求項１記載の走査結像光学系に関する実施例である。
光源１：半導体レーザアレイ
発光源数：４、発光源の間隔：３０μｍ、波長：６５５ｎｍ
カップリングレンズ２
焦点距離：２２ｍｍ、カップリング作用：コリメート作用
アパーチャ３：開口形状：矩形
主走査方向開口幅：７．７ｍｍ、副走査方向開口幅：２．８ｍｍ
シリンドリカルレンズ４
副走査方向の焦点距離：７０ｍｍ
回転多面鏡５
偏向反射面数：５、内接円半径：２５ｍｍ
光源側からのビームの入射角：６０度
走査方法：１２００ｄｐｉ、５次飛び越し走査
「回転多面鏡と被走査面との間にある光学系のデータ」
ｉ(面番) Ｒｍｉ Ｒｓｉ（０） Ｘ Ｙ ｎ
偏向反射面 0 ∞ ∞ 45.86 0.08
レンズ６ 1（面：６ａ） -253.38 -48.33 35.36 0 1.52716
2（面；６ｂ） -82.35 -61.82 56.40 0.07
レンズ７ 3（面：７ａ） -272.52 -34.63 12.5 0 1.52716
4（面：７ｂ） -272.52 -21.63 166.10 0
レンズ面の主走査方向と副走査方向の係数を、表１〜４にならって、表６〜表９に挙げる。
【００２７】
【表６】
【００２８】
【表７】
【００２９】
【表８】
【００３０】
【表９】
【００３１】
レンズ７の射出側面（第４面）の、副走査方向の係数を表１０に挙げる。
【００３２】
【表１０】
【００３３】
具体例３（参考例）
光源１：半導体レーザアレイ
発光源数：４、発光源の間隔：１４μｍ、波長：７８０ｎｍ
カップリングレンズ２
焦点距離：２７ｍｍ、カップリング作用：コリメート作用
アパーチャ３：開口形状：矩形
主走査方向開口幅：９．０ｍｍ、副走査方向開口幅：１．６ｍｍ
シリンドリカルレンズ４
副走査方向の焦点距離：５８．６９ｍｍ
回転多面鏡５
偏向反射面数：５、内接円半径：２０ｍｍ
光源側からのビームの入射角：６０度
走査方法：１２００ｄｐｉ、隣接走査
「回転多面鏡と被走査面との間にある光学系のデータ」
ｉ（面番） Ｒｍｉ Ｒｓｉ（０） Ｘ Ｙ ｎ
偏向反射面 0 ∞ ∞ 72.56 0.406
レンズ６ 1（面：６ａ） 1616.43 -50.14 35.00 0 1.52398
2（面；６ｂ） -146.51 -199.81 61.93 0.403
レンズ７ 3（面：７ａ） 400.87 -72.03 14.00 0 1.52398
4（面：７ｂ） 824.88 -27.59 158.52 0
レンズ面の主走査方向と副走査方向の係数を、表１〜４にならって、表１１〜表１４に挙げる。
【００３４】
【表１１】
【００３５】
【表１２】
【００３６】
【表１３】
【００３７】
【表１４】
【００３８】
レンズ７の射出側面（第４面）の、副走査方向の係数を表１５に挙げる。
【００３９】
【表１５】
【００４０】
なお、各具体例において、光偏向器である回転多面鏡の回転中心の、走査結像光学系の光軸（上記「基準光軸」）からの−方向の「ずれ量」は、以下の通りである。
具体例番号 具体例１ 具体例２ 具体例３
回転中心のずれ量 ８ｍｍ １０．７ｍｍ ８ｍｍ
図２に具体例１に関する収差図を示す。図１の左図は像面湾曲図であり、実線は副走査方向、破線は主走査方向の像面湾曲を示している。図１の右図は等速度特性であり、実線はリニアリティ、破線はｆθ特性を表している。図から明らかなように、像面湾曲・等速度特性ともに極めて良好である。
副走査方向のスポット径が像高によって大きく変化しないことが高密度の光走査では特に重要になってくるが、「被走査面上の光スポットの副走査方向の径が、像高によって大きく変化しない」ためには、走査光学系の副走査方向の横倍率が像高により大きく変化しないことが必要である。また、走査結像光学系の、副走査方向の横倍率の像高による変動は、マルチビーム走査方式においては「同時に走査される走査線のピッチ（走査線ピッチという）が像高と共に変化する」問題となって現れる。従って、マルチビーム方式において、走査線ピッチの「像高による変動」を抑えるには「マルチビーム走査光学系の副走査方向横倍率を、像高間で一定に補正する」ことが必要である。
図３に示すように、具体例１の副走査方向横倍率比（像高：０における副走査方向の横倍率：β2と像高：ｈにおける横倍率：βhの比）は略１で殆ど変動しない。
具体例２に関する収差図を図７に、副走査方向横倍率の比を図６に示す。
具体例３に関する収差図を図１０に、副走査方向横倍率の比を図９に示す。具体例２，３においても、像面湾曲・等速度特性・副走査光学倍率変化が極めて良好に補正されている。特に、具体例２においては、副走査光学倍率変化が極めて良好に補正され、実質的に無変動である。これは、具体例２が「副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面（面６ｂ、７ａ）を有する」ためである。
【００４１】
図４に、具体例１のレンズ６，７の各面の、近軸曲率半径の主走査方向の変化を示す。面６ａ面及び面７ｂは、副走査断面内の近軸曲率半径が「主走査対応方向に対称に変化」する面であり、面６ｂ及び面７ａが「非対称に変化」する面である。
面６ｂ面は、＋像高側に副走査断面内の曲率半径の極値を持ち、副走査断面内の曲率半径の、主走査方向の変化には｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する。
図５に、具体例２におけるレンズ６，７の各面の、副走査断面内の近軸曲率半径の、主走査方向の変化を示す。面６ａ及び面７ｂは、副走査断面内の近軸曲率半径が主走査対応方向に対称に変化する面であり、面６ｂ及び面７ａ面が非対称に変化する面である。また、面６ｂ及び面７ａの、副走査断面内の曲率半径の、主走査方向の変化には、それぞれ、｜ｒ(Y＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する。
図８に、具体例３に関するレンズ６，７の各面の、近軸曲率半径の主走査方向の変化を示す。面６ａ及び面７ｂは、副走査断面内の近軸曲率半径が主走査対応方向に非対称に変化する面であり、面６ｂ及び面７ａは、対称に変化する面である。また、面６ａ及び面７ｂの、副走査断面内の曲率半径の、主走査方向の変化には、それぞれ｜ｒ(Y＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する。
【００４２】
また、具体例２の走査結像光学系ではレンズ６の面６ｂ及びレンズ７の面７ａが、図５に示すように、副走査断面内の曲率半径は、副走査断面の主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化しており、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、像高：０での近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する。
具体例１で、光スポットの小径化（像面上で１／ｅ２径で３０μｍ程度）を狙ったときの「深度曲線」を図１２に示す。具体例２で、光スポットの小径化（像面上で１／ｅ２径で３０μｍ程度）を狙ったときの深度曲線を図１３に示す。具体例３で、光スポットの小径化（像面上で１／ｅ２径で３０μｍ程度）を狙ったときの深度曲線を図１４に示す。何れの実施例の場合も、主・副走査方向ともに非円弧形状の面を有することにより良好な深度が得られている。
【００４３】
上に挙げた具体例１〜３の走査結像光学系は、光源１からの１以上のビームを光偏向器５により偏向させ、１以上の偏向ビームを走査結像光学系６，７により被走査面９上に光スポットとして集光させ、被走査面９の光走査を行い、且つ、光偏向器５の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置における走査結像光学系であって、１以上のレンズ６，７を含む結像光学素子により構成される。
具体例１の走査結像光学系は、１以上のレンズ６，７の少なくとも1面（面６ｂ）が、主走査断面内が非円弧で、且つ副走査断面内の近軸曲率半径が主走査方向の座標：Ｙに応じて変化し、近軸曲率半径の極値が面の光軸上にない面であり、さらに、１以上のレンズの少なくとも２面（面６ｂ，面７ａ）は、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化する面である。
また、具体例１〜３の走査結像光学系は何れも、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜が、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜に対して、関係：｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜を満足する領域が存在する面（具体例１において面６ｂ，７ａ、実施例２において面６ｂ，７ａ、実施例３において面６ａ，７ｂ）を含む。
具体例２の走査結像光学系は、１以上のレンズのレンズ面中に、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面（面６ｂ，７ａ）を有する（請求項１）。
【００４４】
また、具体例１〜３の走査結像光学系は何れも、１以上のレンズの、レンズ面中の少なくとも1面（面７ｂ）が、主走査断面内非円弧で、副走査断面内が非円弧形状である副非円弧面であり、且つ、これら副非円弧面は何れも、副走査断面内の非円弧形状が、主走査方向の座標：Ｙに応じて変化する。
また、上記具体例１〜３の走査結像光学系は、図１５に示すマルチビーム方式の光走査装置に用いられ、同時に偏向される複数の偏向ビームを、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光する。従って、図１５の光走査装置の走査光学系として上記実施例１〜３の任意のものを用いたものは、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４からのビームをカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数ビームを共通の線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器５により同時に等角速度的に偏向させ、複数の偏向ビームを共通の走査結像光学系６，７により、被走査面９上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査し、且つ、光偏向器５の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系６，７の光軸から−側にずれて配置されたマルチビーム方式の光走査装置において、複数の偏向ビームに対する共通の走査結像光学系として、上記請求項４記載のものを用いたものであり、光源１として、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４が１列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイが用いられ、半導体レーザアレイの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４の間隔は１０μｍ以上である。
【００４５】
また、図１６に実施の形態を示した光走査装置では、光源装置として、２つの発光源を、実施例１〜３の半導体レーザ１における２つの発光源ｃｈ２、ｃｈ３の配列と等価なものとして構成することもでき、このような光源装置の場合に、上記請求項１の走査結像光学系は好適に適用することができる。
また、図１５のマルチビーム方式の光走査装置に、上記具体例２のものを走査結像光学系として用いた場合、光源１における発光源ｃｈ１〜ｃｈ４の任意のものを「単一発光源」に置きかえ得ることは当然であり、このような光走査装置は、光源からの単一のビームを、カップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされたビームを線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向ビームを走査結像光学系６，７により、被走査面９上に光スポットとして集光させて被走査面を光走査し、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたシングルビーム方式の光走査装置で、走査結像光学系として請求項１〜３の何れかに記載のものを用いた光走査装置（請求項５）である。
【００４６】
上記各具体例において、走査光学系の副走査方向のＦナンバは、大きくても２８近傍であり、従来、例えば特開平８−２９７２５６号で提案されたマルチビーム走査光学系のＦナンバ：５２〜７３．５に比して明るく、ビームスポット径を「より小さく絞る」ことができ、高密度化を図れる。
また、上記各実施例では、走査光学系の２枚のレンズ６、７をプラスチック材料で構成しているが、勿論、ガラス材料を使ってもよく、またプラスチック材料とガラス材料を組み合わせてもよい。
【００４７】
図１７は、画像形成装置の実施の１形態を示している。
感光媒体としての光導電性の感光体１００は、円筒状に形成されて矢印方向へ等速回転し、帯電手段（コロナ放電式のものを示しているが、帯電ローラ等の接触式のものとしてもよい）１１２により均一帯電され、光走査装置１１４による書込で静電潜像を形成される。この静電潜像は、現像手段１１６により現像され、現像により得られた可視像は、転写手段（ローラ式のものを示しているが、転写・分離チャージャ式のものとしてもよい）１２０によりシート状の記録媒体（転写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート等）Ｓに転写される。記録媒体Ｓは、転写された可視像を定着手段１２２により定着されて装置外へ排出される。
図１７において、符号１１８は「トナーホッパー」を示す。トナーホッパー１１８は、貯蔵したトナーを、必要に応じて現像手段１１６に補給するようになっており、ホッパーごと交換できるようになっている。
光走査装置１１４は光偏向器１１４１以後が描かれている。光偏向器１１４１により偏向されたビームは、レンズ１１４２を透過し、ミラー１１４４、１１４５により光路を屈曲され、レンズ１１４６を透過して光走査装置１１４から射出して感光体１００を光走査する。この例で、レンズ１１４２、１１４６が走査結像光学系の実体をなし、具体例２におけるレンズ６，７に対応する。図の「バック長」は、レンズ１１４６の感光体１００側の面から感光体１００に至る距離である。
トナーホッパー１１８を交換するユーザの負担を軽減するため、トナーホッパーの貯蔵トナー量を増大させてトナーホッパー交換期間を長くすることが行われており、それに伴いトナーホッパー１１８が大型化し、走査光学系１１４に長いバック長が要求されるが、上記実施例１〜３に示した各走査光学系は、何れも「長いバック長（各実施例における面番４のＸ）」を有するので、長いバック長を要する画像形成装置に有効に用いることができる。
即ち、感光媒体１００の感光面に光走査装置１１４による光走査を行って潜像を形成し、該潜像を可視化して画像を得る画像形成装置であって、感光媒体１００の感光面の走査を行う光走査装置１１４として、前記請求項５〜８の任意の１に記載のものを用いたものであり（請求項９）、感光媒体１００が「光導電性の感光体」であり、感光面の均一帯電と光走査装置の走査とにより形成される静電潜像が、トナー画像として可視化されるものである（請求項１０）。
【００４８】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して、走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置において、走査結像光学系の、像面湾曲や光学倍率を良好に補正し、安定性のよい光スポットを実現することが可能である。
また、この発明の光走査装置によれば、この発明の走査結像光学系を用いることにより、スポット径の小さい良好な光スポットを実現可能であり、この発明の画像形成装置は、この発明の光走査装置を用いることにより、良好な画像形成を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の走査結像光学系を用いる光走査装置の実施例の光学配置を説明するための図である。
【図２】具体例１に関する収差図（像面湾曲と等速度特性）を示す図である。
【図３】具体例１に関する走査結像光学系の、副走査方向の光学倍率（光軸上の倍率で規格化してある）の、像高による変化を示す図である。
【図４】具体例１における走査結像光学系の、各レンズ面の副走査断面内における曲率半径の主走査方向における変化を示す図である。
【図５】具体例２における走査結像光学系の、各レンズ面の副走査断面内における曲率半径の主走査方向における変化を示す図である。
【図６】具体例２に関する走査結像光学系の、副走査方向の光学倍率（光軸上の倍率で規格化してある）の、像高による変化を示す図である。
【図７】具体例２に関する収差図（像面湾曲と等速度特性）を示す図である。
【図８】具体例３における走査結像光学系の、各レンズ面の副走査断面内における曲率半径の主走査方向における変化を示す図である。
【図９】具体例３に関する走査結像光学系の、副走査方向の光学倍率（光軸上の倍率で規格化してある）の、像高による変化を示す図である。
【図１０】具体例３に関する収差図（像面湾曲と等速度特性）を示す図である。
【図１１】副非円弧面を説明するための図である。
【図１２】具体例１で、光スポットの小径化(像面上で1/e2径で３０μｍ程度)を狙ったときの深度曲線である。
【図１３】具体例２で、光スポットの小径化(像面上で1/e2径で３０μｍ程度)を狙ったときの深度曲線である。
【図１４】具体例３で、光スポットの小径化(像面上で1/e2径で30μｍ程度)を狙ったときの深度曲線である。
【図１５】マルチビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図１６】マルチビーム方式の光走査装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図１７】画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光源（半導体レーザアレイ）
２ カップリングレンズ
３ アパーチャ
４ シリンドリカルレンズ（線像結像光学系）
５ 回転多面鏡（光偏向器）
６，７ 走査結像光学系を構成するレンズ
９ 被走査面
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査結像光学系・光走査装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの１以上のビームを光偏向器により偏向させ、１以上の偏向ビームを走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う光走査装置は、デジタル複写装置やレーザプリンタ、レーザプロッタ、レーザ製版装置等の画像形成装置に関連して広く知られている。
近来、このような光走査装置に対して走査の高密度化が要請され、光スポットの小径化と安定化の要求が益々高まってきている。
光走査装置における光偏向器としては「回転多面鏡」が一般的である。回転多面鏡は偏向反射面とその回転中心とが合致していない。このため、光源側からのビームを偏向させる際、偏向反射面の回転に伴い、偏向ビームの偏向の起点（偏向反射面による反射点）が変動する「光学的サグ」が不可避的に発生する。
【０００３】
上記回転中心は、走査結像光学系の光軸に対して、主走査方向にずれて配備されることが多い。このような場合には、上記光学的サグの発生が、走査結像光学系の光軸に対して非対称的になる。このような非対称的な光学的サグは、光軸対称に設計された走査結像光学系に対しては、像面湾曲や光学倍率、ｆθ特性等の等速度特性を劣化させる原因となる。
スポット径の安定した良好な光スポットで良好な光走査を実現するには、上記非対称な光学的サグを考慮して設計された走査結像光学系が必要となる。
また、スポット径の小さい良好な光スポットを実現するには、像面湾曲や光学倍率等の幾何光学的な光学性能とともに、波動光学的な波面収差を各像高間で一定に設定することが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して、走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置において、走査結像光学系の、像面湾曲や光学倍率を良好に補正し、安定性のよい光スポットを実現することを課題とする。
この発明はまた、上記光走査装置において、スポット径の小さい良好な光スポットの実現を別の課題とする。
そして、この発明は上記光走査装置を用いる画像形成装置において、良好な画像形成を実現することを他の課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の走査結像光学系は「光源からの１以上のビームを光偏向器により偏向させ、１以上の偏向ビームを走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行い、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置」における走査結像光学系であって、１以上のレンズを含む結像光学素子により構成される。
光源からのビームは１以上であるから、走査結像光学系が用いられる光走査装置としてはシングルビーム式のものもマルチビーム式のものも可能である。
光偏向器は、上記の如く「光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離」したものである。このような光偏向器としては「回転多面鏡」をはじめ、「偏向反射面が回転中心軸とずれている回転２面鏡や回転単面鏡」を挙げることができる。光偏向器の回転中心は、走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されるが、主走査方向において「走査結像光学系の光軸」に対し、光源側からのビームが光偏向器に入射する側を「走査結像光学系の光軸の＋側」とする。したがって、上記「走査結像光学系の光軸から−側」は、主走査方向において、光源側からのビームが光偏向器に入射する側と反対側である。
また、走査結像光学系は「１以上のレンズを含む結像光学素子」により構成されるから、最小限１枚のレンズで構成することができ、２枚以上のレンズで構成することもできるし、１枚以上のレンズと結像作用を持つミラー（凹面鏡や凸面鏡、凹や凸のシリンダミラー）の組み合わせにより構成することもできる。
走査結像光学系の結像光学素子は、後述する実施例におけるように、シフトを与えられて配備されることもある。上記「走査結像光学系の光軸」は、このような場合、シフト量を０と考えたときに、走査結像光学系の光軸が配備されるべき「基準的な光軸」を言う。
【０００６】
以下の説明において、主走査断面、複走査断面は以下の如く定義される。
「主走査断面」は、レンズ光軸を含み、主走査方向に平行な仮想的な平断面を言う。
「副走査断面」は、レンズ面の近傍において、主走査方向に直交する仮想的な平断面をいう。なお、「光軸」は、各レンズ面において、主走査断面と副走査断面の交線に平行な方向で、レンズ面形状を解析表現するときの主・副走査方向の原点を通る軸を言う。
【０００７】
また、走査結像光学系の像面において、上に説明した「走査結像光学系の光軸の＋側」を「＋像高側」、「走査結像光学系の光軸の−側」を「−像高側」と言う。
このとき、主走査方向の座標：Ｙに応じて、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値を｜ｒ ( Ｙ＋ ) ｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値を｜ｒ ( ０ ) ｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値を｜ｒ ( Ｙ− ) ｜とする。
請求項１記載の走査結像光学系は、以下の如き特徴を有する。即ち、上記１以上のレンズのレンズ面中に、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の、近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の、近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での、副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面を有する。
請求項１記載の走査結像光学系においては、１以上のレンズの、レンズ面中の少なくとも1面を、主走査断面内が円弧または非円弧で、副走査断面内が非円弧形状である「副非円弧面」とすることができる（請求項２）。この場合、副非円弧面の、副走査断面内の非円弧形状を、主走査方向の座標：Ｙに応じて変化させることができる（請求項３）。
上記請求項１〜３の任意の１に記載の走査結像光学系は、同時に偏向される複数の偏向ビームを、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光するものであることができる（請求項４）。
【０００８】
請求項５記載の光走査装置は「光源からの単一のビームを、カップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされたビームを線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向ビームを走査結像光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させて被走査面を光走査し、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたシングルビーム方式の光走査装置」であって、走査結像光学系として、上記請求項１〜３の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする。
請求項６記載の光走査装置は「複数の発光源からのビームをカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数ビームを共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器により同時に等角速度的に偏向させ、複数の偏向ビームを共通の走査結像光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査し、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたマルチビーム方式の光走査装置」であって、複数の偏向ビームに対する共通の走査結像光学系として、請求項４記載のものを用いたことを特徴とする。
請求項６記載の光走査装置においては、光源として、複数の発光源が１列に配列された「モノリシックな半導体レーザアレイ」を用いることができる（請求項７）。この場合、光源としての半導体レーザアレイの、発光源の間隔は、１０μｍ以上であることが好ましい（請求項８）。
【０００９】
この発明の画像形成装置は「感光媒体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を可視化して画像を得る画像形成装置」であって、感光媒体の感光面の光走査を行う光走査装置として、請求項５〜８の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする（請求項９）。
この場合において、感光媒体として光導電性の感光体を用い、感光面の均一帯電と光走査装置の光走査とにより形成される静電潜像を、トナー画像として可視化するように構成することができる（請求項１０）。トナー画像は、シート状の記録媒体（転写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート）に定着される。
請求項９記載の画像形成装置において、感光媒体として、例えば銀塩写真フィルムを用いることもできる。この場合、光走査装置による光走査により形成された潜像は通常の銀塩写真プロセスの現像手法で可視化できる。このような画像形成装置は例えば「光製版装置」として実施できる。
また請求項１０記載の画像形成装置は、具体的にはレーザプリンタやレーザプロッタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置等として実施できる。
【００１０】
「副走査方向の屈折力が主走査方向に非対称的である面」を用いることにより、副走査方向における像面湾曲や光学倍率に対する、前述の「非対称的な光学的サグ」の影響を有効に補正することができる。また、主走査断面内の形状を非円弧形状とすることにより、ｆθ特性等の等速度特性や主走査方向の像面湾曲等を良好に設定することが可能である。
【００１１】
また、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向に非対称に変化するレンズ面で、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜と走査レンズの光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜の関係で、｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する面を含むことで、副走査方向の像面湾曲の補正、及び副走査方向横倍率を、像高間で一定に補正することが可能となる。
請求項１記載の発明のように「副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面を有する」ように構成することで、副走査方向の像面湾曲の補正、及び副走査方向の横倍率を、像高間で一定に補正することが可能となる。
【００１２】
請求項２、３記載の発明のように、１以上のレンズの、レンズ面中の少なくとも１面を「副非円弧面」とすることにより、特に、副非円弧面の、副走査断面内の非円弧形状を主走査方向の座標：Ｙに応じて変化させることにより、被走査面上の波面収差を良好に補正することができ、光スポットの各像高毎に、主・副走査方向共に像面湾曲を良好に補正しつつ、各像高毎で瞳（副非円弧面における偏向ビームのビーム断面）上の波面収差を確実に補正できるため、小径で安定した光スポットを得ることが可能となる。
また、この発明の走査結像光学系を用いるマルチビーム方式の光走査装置において、ＬＤアレイ方式の光源を用いる場合（請求項７）、発光源間における熱的・電気的な相互作用の影響を除去するには、発光源間隔をある程度大きく取ることが必要である。請求項８記載の発明のように、半導体レーザアレイの発光源の間隔を１０μｍ以上とすることにより、発光源間の熱的・電気的な影響を有効に軽減して良好なマルチビーム方式の走査を行うことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１５に、この発明の「マルチビーム方式の光走査装置」の、実施の１形態を示す。光源１は半導体レーザアレイであって、４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を等間隔で１列に配列したものである。この実施の形態では４つの発光源は、副走査方向に配列しているが、半導体レーザアレイ１を傾け、発光源の配列方向が主走査方向に対して傾くようにしてもよい。
４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４から放射された４ビームは、図に示すように「楕円形のファーフィールドパターン」の長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束であるが、４ビームに共通のカップリングレンズ２により、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされたビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
カップリングレンズ２を透過した４ビームは、アパーチャ３により「ビーム整形」され、「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により、それぞれ副走査方向に集束され、「光偏向器」である回転多面鏡５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。
偏向反射面により等角速度的に偏向された４ビームは「走査結像光学系」をなす２枚のレンズ６、７を透過し、折り曲げミラー８により光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体９上に、副走査方向に分離した４つの光スポットとして集光し、被走査面の４走査線を同時に光走査する。
４ビームのうちの１つは、光走査に先立ってミラー１０に入射し、レンズ１１により受光素子１２に集光される。受光素子１２の出力に基づき、４ビームの書込開始タイミングが決定される。
「走査結像光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される４ビームを、被走査面９上に４つの光スポットとして集光させる光学系であって、２枚のレンズ６、７により構成される。
【００１４】
図１６に、マルチビーム方式の光走査装置の、実施の別形態を示す。この光走査装置は、光源としてビーム合成方式のものを用いるものである。
光源１−１、１−２は半導体レーザで、それぞれ単一の発光源を持つ。光源１−１、１−２から放射された各ビームは、カップリングレンズ２−１、２−２によりカップリングされる。カップリングされた各ビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。
カップリングレンズ２−１、２−２を透過した各ビームはアパーチャ３−１、３−２により「ビーム整形」され、ビーム合成プリズム２０に入射する。ビーム合成プリズム２０は反射面と偏光分離膜と１／２波長板とを有する。光源１−２からのビームは、ビーム合成プリズム２０の反射面と、偏光分離膜とに反射されてビーム合成プリズム２０を射出する。光源１−１からのビームは１／２波長板により偏光面を９０度旋回され、偏光分離膜を透過してビーム合成プリズム２０から射出する。このようにして２ビームが合成される。カップリングレンズ２−１、２−２の光軸に対する光源１−１、１−２の「発光部の位置関係の調整」により、ビーム合成された２ビームは互いに副走査方向に微小角をなしている。 ビーム合成プリズム２０の射出部にはビーム整形用のアパーチャが配備されて、各ビームをビーム整形する。
ビーム合成された２ビームは「共通の線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ４の作用により「光偏向器」である回転多面鏡５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として互いに副走査方向に分離して結像する。
偏向反射面により等角速度的に偏向された２ビームは「走査光学系」をなす２枚のレンズ６、７を透過し、折り曲げミラー８により光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす感光体９上に、副走査方向に分離した２つの光スポットとして集光し、被走査面の２走査線を同時に光走査する。
【００１５】
ミラー８により反射されたビームの１つは、光走査に先立って受光素子１２に集光される。受光素子１２の出力に基づき、２ビームの光走査の書込開始タイミングが決定される。このようにするかわりに、２つのビームを主走査方向にも分離し、各ビームを光走査に先立って受光素子１２に集光し、受光素子１２の出力に基づき、２ビームの書込開始タイミングを各々個別に決定するようにしてもよい。
「走査結像光学系」は、光偏向器５により同時に偏向される２ビームを、被走査面９上に２つの光スポットとして集光させる光学系であって、２枚のレンズ６、７により構成される。
【００１６】
【実施例】
以下、具体的な例として、参考例を２例と実施例を１例、具体例として挙げる。以下の各例において、レンズ面形状の表現は以下の式による。
「主走査断面内における非円弧形状」
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・、光軸方向のデプス：Ｘを用いて次の周知の多項式（１）で表す。
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒｍ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）２｝］
＋Ａ１Ｙ＋Ａ２Ｙ２＋Ａ３Ｙ３＋Ａ４Ｙ４＋Ａ５Ｙ５＋Ａ６Ｙ６・・ （１）
式（１）において、奇数次の係数：Ａ１、Ａ３、Ａ５、・・が０以外の値を持つと非円弧形状は「主走査方向に非対称形状」となる。
「副走査断面内における曲率」
副走査断面内で曲率（非円弧形状では近軸曲率）が主走査方向（光軸位置を原点とする座標：Ｙで表す）に変化する場合、次の式（２）で表す。
ＣＳ（Ｙ）＝｛１／ＲＳ（０）｝
＋Ｂ１Ｙ＋Ｂ２Ｙ２＋Ｂ３Ｙ３＋Ｂ４Ｙ４＋Ｂ５Ｙ５＋Ｂ６Ｙ６＋・・（２）
ＲＳ（０）は、「副走査断面内における光軸上（Ｙ＝０）」おける曲率半径を表す。
式（２）において、Ｙの奇数次係数：Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、・・が０以外の値を持つと、副走査断面内の曲率の、主走査方向の変化は非対称である。勿論、「座標：Ｙで特定される副走査断面」内における曲率半径（非円弧形状では近軸曲率半径）は、式（２）の左辺：ＣＳ（Ｙ）の逆数である。
【００１７】
「副非円弧面」
副走査断面の主走査方向の位置（光軸位置を原点とする座標）：Ｙ、副走査方向の座標：Ｚを用い、（３）で表す。
ＫS(Ｙ)＝C0(０)＋Ｃ1Ｙ＋Ｃ2Ｙ2＋Ｃ3Ｙ3＋Ｃ4Ｙ4＋Ｃ5Ｙ5＋・・（４）
式（３）において、Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5、…、Ｇ1、Ｇ3、Ｇ5、…等が０以外の値を持つと、副走査断面内の非円弧量が主走査方向に非対称となる。
すなわち、副非円弧面を表す一般式（３）において、右辺第１〜２行は、主走査方向の座標：Ｙのみの関数で「主走査断面内の形状」を表す。右辺の第３行以下は、副走査断面のＹ座標が決まるとＺの各次数の項の係数が一義的に決まり、座標：Ｙにおける「副走査断面内の非円弧形状」が定まる。
図１１は、ある座標：Ｙにおける副走査断面内における円弧である「副円弧」と、２種の非円弧形状である副非円弧ａ，ｂを示している。式（３）の右辺第３行目が副非円弧ａを示し、２次曲面を表す。また、非球面高次補正量として、式（３）の右辺第４行以下を加えたものが副非円弧ｂである。
図中の「Δ’」と「Δ＋Δ’」とは、上記副非円弧ａ，ｂにおける「非円弧量」である。これら非円弧量は、座標：Ｙに応じて変化するように設定することも、座標：Ｙにかかわらず一定であるように設定することも可能である。
なお、副非円弧面等の解析的表現は、上に挙げたものに限らず種々のものが可能であり、この発明における副非円弧面等の形状が上記式による表現に限定されるものではない。
【００１８】
具体例１〜３は、図１５に即して実施の形態を説明したマルチビーム方式の光走査装置に用いられる走査結像光学系の具体的な例である。これらの例の「光源１から被走査面９に至る光学配置」を図１に示す。光源１は何れも半導体レーザアレイであり、発光源は図１の図面に直交する方向へ配列される。
図示の如く、走査結像光学系を構成する２枚のレンズ６，７において、レンズ６の入射側面を面６ａ、射出側面を面６ｂ、レンズ７の入射側面を面７ａ、射出側面を面７ｂとし、偏向反射面以後の面間隔を図示の如く、Ｄ１〜Ｄ５とする。
【００１９】
具体例１（参考例）
光源１：半導体レーザアレイ
発光源数：４、発光源の間隔：１４μｍ、波長：７８０ｎｍ
カップリングレンズ２
焦点距離：２７ｍｍ、カップリング作用：コリメート作用
アパーチャ３：開口形状：矩形
主走査方向開口幅：９．０ｍｍ、副走査方向開口幅：１．９ｍｍ
シリンドリカルレンズ４
副走査方向の焦点距離：５８．６９ｍｍ
回転多面鏡５
偏向反射面数：５、内接円半径：２０ｍｍ
光源側からのビームの入射角（副走査方向に直交する面への射影状態における入射方向と走査光学系の光軸とがなす角）：６０度
走査方法：１２００ｄｐｉ、隣接走査
「回転多面鏡と被走査面との間にある光学系のデータ」
データ表記の記号につき説明すると、曲率半径を、主走査方向につき「Ｒｍ」、副走査方向につき「ＲＳ」、屈折率を「ｎ」で表す。
以下のデータで、「Ｒｍ，ＲＳ」は、円弧形状以外については「近軸曲率半径」である。また、Ｘは面間隔（前述のＤ１（ｉ＝０）〜Ｄ５（ｉ＝４））、Ｙはシフト量（回転多面鏡５による偏向ビームの主光線が走査線と直交する状態を基準として、レンズ光軸の「主走査方向におけるずれ量」を言い、図１において上方を正とする）を表す。
ｉ（面番） Ｒｍｉ Ｒｓｉ（０） Ｘ Ｙ ｎ
偏向反射面 0 ∞ ∞ 55.84 0.225
レンズ６ 1（面：６ａ） -309.83 -42.49 30.94 0 1.52398
2（面；６ｂ） -81.44 -3654.71 69.52 0.227
レンズ７ 3（面：７ａ） -129.99 119.29 10.71 0 1.52398
4（面：７ｂ） -151.53 -50.75 149.20 0
面番：０（偏向反射面）のシフト：Ｙ（＝0.225）は、レンズ６の光軸の「基準光軸に対する「＋方向のずれ」であり、面番：２のシフト：Ｙ（＝0.227）は、レンズ７の光軸の基準光軸に対する「＋方向のずれ」を表す。
以下の具体例２，３においても同様である。
レンズ面の主走査方向と副走査方向の係数を表１〜表４に挙げる。なお、表２〜表４の表記は表１にならっている。即ち、左の欄の数値は面番号を表し、中間の列は主走査方向の係数、右の欄は副走査方向の係数を表す。
【００２０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
レンズ７の射出側面（第４面）の副走査方向の係数を表５に挙げる。
【００２５】
【表５】
具体例２（実施例）
具体例２は、請求項１記載の走査結像光学系に関する実施例である。
光源１：半導体レーザアレイ
発光源数：４、発光源の間隔：３０μｍ、波長：６５５ｎｍ
カップリングレンズ２
焦点距離：２２ｍｍ、カップリング作用：コリメート作用
アパーチャ３：開口形状：矩形
主走査方向開口幅：７．７ｍｍ、副走査方向開口幅：２．８ｍｍ
シリンドリカルレンズ４
副走査方向の焦点距離：７０ｍｍ
回転多面鏡５
偏向反射面数：５、内接円半径：２５ｍｍ
光源側からのビームの入射角：６０度
走査方法：１２００ｄｐｉ、５次飛び越し走査
「回転多面鏡と被走査面との間にある光学系のデータ」
ｉ(面番) Ｒｍｉ Ｒｓｉ（０） Ｘ Ｙ ｎ
偏向反射面 0 ∞ ∞ 45.86 0.08
レンズ６ 1（面：６ａ） -253.38 -48.33 35.36 0 1.52716
2（面；６ｂ） -82.35 -61.82 56.40 0.07
レンズ７ 3（面：７ａ） -272.52 -34.63 12.5 0 1.52716
4（面：７ｂ） -272.52 -21.63 166.10 0
レンズ面の主走査方向と副走査方向の係数を、表１〜４にならって、表６〜表９に挙げる。
【００２７】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
レンズ７の射出側面（第４面）の、副走査方向の係数を表１０に挙げる。
【００３２】
【表１０】
具体例３（参考例）
光源１：半導体レーザアレイ
発光源数：４、発光源の間隔：１４μｍ、波長：７８０ｎｍ
カップリングレンズ２
焦点距離：２７ｍｍ、カップリング作用：コリメート作用
アパーチャ３：開口形状：矩形
主走査方向開口幅：９．０ｍｍ、副走査方向開口幅：１．６ｍｍ
シリンドリカルレンズ４
副走査方向の焦点距離：５８．６９ｍｍ
回転多面鏡５
偏向反射面数：５、内接円半径：２０ｍｍ
光源側からのビームの入射角：６０度
走査方法：１２００ｄｐｉ、隣接走査
「回転多面鏡と被走査面との間にある光学系のデータ」
ｉ（面番） Ｒｍｉ Ｒｓｉ（０） Ｘ Ｙ ｎ
偏向反射面 0 ∞ ∞ 72.56 0.406
レンズ６ 1（面：６ａ） 1616.43 -50.14 35.00 0 1.52398
2（面；６ｂ） -146.51 -199.81 61.93 0.403
レンズ７ 3（面：７ａ） 400.87 -72.03 14.00 0 1.52398
4（面：７ｂ） 824.88 -27.59 158.52 0
レンズ面の主走査方向と副走査方向の係数を、表１〜４にならって、表１１〜表１４に挙げる。
【００３４】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
レンズ７の射出側面（第４面）の、副走査方向の係数を表１５に挙げる。
【００３９】
【表１５】
なお、各具体例において、光偏向器である回転多面鏡の回転中心の、走査結像光学系の光軸（上記「基準光軸」）からの−方向の「ずれ量」は、以下の通りである。
具体例番号 具体例１ 具体例２ 具体例３
回転中心のずれ量 ８ｍｍ １０．７ｍｍ ８ｍｍ
図２に具体例１に関する収差図を示す。図１の左図は像面湾曲図であり、実線は副走査方向、破線は主走査方向の像面湾曲を示している。図１の右図は等速度特性であり、実線はリニアリティ、破線はｆθ特性を表している。図から明らかなように、像面湾曲・等速度特性ともに極めて良好である。
副走査方向のスポット径が像高によって大きく変化しないことが高密度の光走査では特に重要になってくるが、「被走査面上の光スポットの副走査方向の径が、像高によって大きく変化しない」ためには、走査光学系の副走査方向の横倍率が像高により大きく変化しないことが必要である。また、走査結像光学系の、副走査方向の横倍率の像高による変動は、マルチビーム走査方式においては「同時に走査される走査線のピッチ（走査線ピッチという）が像高と共に変化する」問題となって現れる。従って、マルチビーム方式において、走査線ピッチの「像高による変動」を抑えるには「マルチビーム走査光学系の副走査方向横倍率を、像高間で一定に補正する」ことが必要である。
図３に示すように、具体例１の副走査方向横倍率比（像高：０における副走査方向の横倍率：β2と像高：ｈにおける横倍率：βhの比）は略１で殆ど変動しない。
具体例２に関する収差図を図７に、副走査方向横倍率の比を図６に示す。
具体例３に関する収差図を図１０に、副走査方向横倍率の比を図９に示す。具体例２，３においても、像面湾曲・等速度特性・副走査光学倍率変化が極めて良好に補正されている。特に、具体例２においては、副走査光学倍率変化が極めて良好に補正され、実質的に無変動である。これは、具体例２が「副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面（面６ｂ、７ａ）を有する」ためである。
【００４１】
図４に、具体例１のレンズ６，７の各面の、近軸曲率半径の主走査方向の変化を示す。面６ａ面及び面７ｂは、副走査断面内の近軸曲率半径が「主走査対応方向に対称に変化」する面であり、面６ｂ及び面７ａが「非対称に変化」する面である。
面６ｂ面は、＋像高側に副走査断面内の曲率半径の極値を持ち、副走査断面内の曲率半径の、主走査方向の変化には｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する。
図５に、具体例２におけるレンズ６，７の各面の、副走査断面内の近軸曲率半径の、主走査方向の変化を示す。面６ａ及び面７ｂは、副走査断面内の近軸曲率半径が主走査対応方向に対称に変化する面であり、面６ｂ及び面７ａ面が非対称に変化する面である。また、面６ｂ及び面７ａの、副走査断面内の曲率半径の、主走査方向の変化には、それぞれ、｜ｒ(Y＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する。
図８に、具体例３に関するレンズ６，７の各面の、近軸曲率半径の主走査方向の変化を示す。面６ａ及び面７ｂは、副走査断面内の近軸曲率半径が主走査対応方向に非対称に変化する面であり、面６ｂ及び面７ａは、対称に変化する面である。また、面６ａ及び面７ｂの、副走査断面内の曲率半径の、主走査方向の変化には、それぞれ｜ｒ(Y＋)｜＞｜ｒ(０)｜となる領域が存在する。
【００４２】
また、具体例２の走査結像光学系ではレンズ６の面６ｂ及びレンズ７の面７ａが、図５に示すように、副走査断面内の曲率半径は、副走査断面の主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化しており、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、像高：０での近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する。
具体例１で、光スポットの小径化（像面上で１／ｅ２径で３０μｍ程度）を狙ったときの「深度曲線」を図１２に示す。具体例２で、光スポットの小径化（像面上で１／ｅ２径で３０μｍ程度）を狙ったときの深度曲線を図１３に示す。具体例３で、光スポットの小径化（像面上で１／ｅ２径で３０μｍ程度）を狙ったときの深度曲線を図１４に示す。何れの実施例の場合も、主・副走査方向ともに非円弧形状の面を有することにより良好な深度が得られている。
【００４３】
上に挙げた具体例１〜３の走査結像光学系は、光源１からの１以上のビームを光偏向器５により偏向させ、１以上の偏向ビームを走査結像光学系６，７により被走査面９上に光スポットとして集光させ、被走査面９の光走査を行い、且つ、光偏向器５の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置における走査結像光学系であって、１以上のレンズ６，７を含む結像光学素子により構成される。
具体例１の走査結像光学系は、１以上のレンズ６，７の少なくとも1面（面６ｂ）が、主走査断面内が非円弧で、且つ副走査断面内の近軸曲率半径が主走査方向の座標：Ｙに応じて変化し、近軸曲率半径の極値が面の光軸上にない面であり、さらに、１以上のレンズの少なくとも２面（面６ｂ，面７ａ）は、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化する面である。
また、具体例１〜３の走査結像光学系は何れも、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜が、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜に対して、関係：｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜を満足する領域が存在する面（具体例１において面６ｂ，７ａ、実施例２において面６ｂ，７ａ、実施例３において面６ａ，７ｂ）を含む。
具体例２の走査結像光学系は、１以上のレンズのレンズ面中に、副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面（面６ｂ，７ａ）を有する（請求項１）。
【００４４】
また、具体例１〜３の走査結像光学系は何れも、１以上のレンズの、レンズ面中の少なくとも1面（面７ｂ）が、主走査断面内非円弧で、副走査断面内が非円弧形状である副非円弧面であり、且つ、これら副非円弧面は何れも、副走査断面内の非円弧形状が、主走査方向の座標：Ｙに応じて変化する。
また、上記具体例１〜３の走査結像光学系は、図１５に示すマルチビーム方式の光走査装置に用いられ、同時に偏向される複数の偏向ビームを、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光する。従って、図１５の光走査装置の走査光学系として上記実施例１〜３の任意のものを用いたものは、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４からのビームをカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数ビームを共通の線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、光偏向器５により同時に等角速度的に偏向させ、複数の偏向ビームを共通の走査結像光学系６，７により、被走査面９上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査し、且つ、光偏向器５の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系６，７の光軸から−側にずれて配置されたマルチビーム方式の光走査装置において、複数の偏向ビームに対する共通の走査結像光学系として、上記請求項４記載のものを用いたものであり、光源１として、複数の発光源ｃｈ１〜ｃｈ４が１列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイが用いられ、半導体レーザアレイの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４の間隔は１０μｍ以上である。
【００４５】
また、図１６に実施の形態を示した光走査装置では、光源装置として、２つの発光源を、実施例１〜３の半導体レーザ１における２つの発光源ｃｈ２、ｃｈ３の配列と等価なものとして構成することもでき、このような光源装置の場合に、上記請求項１の走査結像光学系は好適に適用することができる。
また、図１５のマルチビーム方式の光走査装置に、上記具体例２のものを走査結像光学系として用いた場合、光源１における発光源ｃｈ１〜ｃｈ４の任意のものを「単一発光源」に置きかえ得ることは当然であり、このような光走査装置は、光源からの単一のビームを、カップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングし、カップリングされたビームを線像結像光学系４により、光偏向器５の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向ビームを走査結像光学系６，７により、被走査面９上に光スポットとして集光させて被走査面を光走査し、且つ、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたシングルビーム方式の光走査装置で、走査結像光学系として請求項１〜３の何れかに記載のものを用いた光走査装置（請求項５）である。
【００４６】
上記各具体例において、走査光学系の副走査方向のＦナンバは、大きくても２８近傍であり、従来、例えば特開平８−２９７２５６号で提案されたマルチビーム走査光学系のＦナンバ：５２〜７３．５に比して明るく、ビームスポット径を「より小さく絞る」ことができ、高密度化を図れる。
また、上記各実施例では、走査光学系の２枚のレンズ６、７をプラスチック材料で構成しているが、勿論、ガラス材料を使ってもよく、またプラスチック材料とガラス材料を組み合わせてもよい。
【００４７】
図１７は、画像形成装置の実施の１形態を示している。
感光媒体としての光導電性の感光体１００は、円筒状に形成されて矢印方向へ等速回転し、帯電手段（コロナ放電式のものを示しているが、帯電ローラ等の接触式のものとしてもよい）１１２により均一帯電され、光走査装置１１４による書込で静電潜像を形成される。この静電潜像は、現像手段１１６により現像され、現像により得られた可視像は、転写手段（ローラ式のものを示しているが、転写・分離チャージャ式のものとしてもよい）１２０によりシート状の記録媒体（転写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート等）Ｓに転写される。記録媒体Ｓは、転写された可視像を定着手段１２２により定着されて装置外へ排出される。
図１７において、符号１１８は「トナーホッパー」を示す。トナーホッパー１１８は、貯蔵したトナーを、必要に応じて現像手段１１６に補給するようになっており、ホッパーごと交換できるようになっている。
光走査装置１１４は光偏向器１１４１以後が描かれている。光偏向器１１４１により偏向されたビームは、レンズ１１４２を透過し、ミラー１１４４、１１４５により光路を屈曲され、レンズ１１４６を透過して光走査装置１１４から射出して感光体１００を光走査する。この例で、レンズ１１４２、１１４６が走査結像光学系の実体をなし、具体例２におけるレンズ６，７に対応する。図の「バック長」は、レンズ１１４６の感光体１００側の面から感光体１００に至る距離である。
トナーホッパー１１８を交換するユーザの負担を軽減するため、トナーホッパーの貯蔵トナー量を増大させてトナーホッパー交換期間を長くすることが行われており、それに伴いトナーホッパー１１８が大型化し、走査光学系１１４に長いバック長が要求されるが、上記実施例１〜３に示した各走査光学系は、何れも「長いバック長（各実施例における面番４のＸ）」を有するので、長いバック長を要する画像形成装置に有効に用いることができる。
即ち、感光媒体１００の感光面に光走査装置１１４による光走査を行って潜像を形成し、該潜像を可視化して画像を得る画像形成装置であって、感光媒体１００の感光面の走査を行う光走査装置１１４として、前記請求項５〜８の任意の１に記載のものを用いたものであり（請求項９）、感光媒体１００が「光導電性の感光体」であり、感光面の均一帯電と光走査装置の走査とにより形成される静電潜像が、トナー画像として可視化されるものである（請求項１０）。
【００４８】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、光偏向器の偏向反射面の回転中心が、偏向反射面と分離して、走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置において、走査結像光学系の、像面湾曲や光学倍率を良好に補正し、安定性のよい光スポットを実現することが可能である。
また、この発明の光走査装置によれば、この発明の走査結像光学系を用いることにより、スポット径の小さい良好な光スポットを実現可能であり、この発明の画像形成装置は、この発明の光走査装置を用いることにより、良好な画像形成を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の走査結像光学系を用いる光走査装置の実施例の光学配置を説明するための図である。
【図２】具体例１に関する収差図（像面湾曲と等速度特性）を示す図である。
【図３】具体例１に関する走査結像光学系の、副走査方向の光学倍率（光軸上の倍率で規格化してある）の、像高による変化を示す図である。
【図４】具体例１における走査結像光学系の、各レンズ面の副走査断面内における曲率半径の主走査方向における変化を示す図である。
【図５】具体例２における走査結像光学系の、各レンズ面の副走査断面内における曲率半径の主走査方向における変化を示す図である。
【図６】具体例２に関する走査結像光学系の、副走査方向の光学倍率（光軸上の倍率で規格化してある）の、像高による変化を示す図である。
【図７】具体例２に関する収差図（像面湾曲と等速度特性）を示す図である。
【図８】具体例３における走査結像光学系の、各レンズ面の副走査断面内における曲率半径の主走査方向における変化を示す図である。
【図９】具体例３に関する走査結像光学系の、副走査方向の光学倍率（光軸上の倍率で規格化してある）の、像高による変化を示す図である。
【図１０】具体例３に関する収差図（像面湾曲と等速度特性）を示す図である。
【図１１】副非円弧面を説明するための図である。
【図１２】具体例１で、光スポットの小径化(像面上で1/e2径で３０μｍ程度)を狙ったときの深度曲線である。
【図１３】具体例２で、光スポットの小径化(像面上で1/e2径で３０μｍ程度)を狙ったときの深度曲線である。
【図１４】具体例３で、光スポットの小径化(像面上で1/e2径で30μｍ程度)を狙ったときの深度曲線である。
【図１５】マルチビーム方式の光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図１６】マルチビーム方式の光走査装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図１７】画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光源（半導体レーザアレイ）
２ カップリングレンズ
３ アパーチャ
４ シリンドリカルレンズ（線像結像光学系）
５ 回転多面鏡（光偏向器）
６，７ 走査結像光学系を構成するレンズ
９ 被走査面
Claims (10)
- 光源からの１以上のビームを光偏向器により偏向させ、１以上の偏向ビームを走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走査を行い、且つ、上記光偏向器の偏向反射面の回転中心が上記偏向反射面と分離して上記走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置された光走査装置における走査結像光学系であって、
１以上のレンズを含む結像光学素子により構成され、
上記１以上のレンズのレンズ面中に、
副走査断面内の近軸曲率半径が、主走査方向の座標：Ｙに応じて非対称に変化し、＋像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ＋)｜、光軸上の副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(０)｜、−像高側での副走査断面内の近軸曲率半径の絶対値：｜ｒ(Ｙ−)｜が、関係：
｜ｒ(Ｙ＋)｜＞｜ｒ(０)｜＞｜ｒ(Ｙ−)｜
を満足する面を有することを特徴とする走査結像光学系。 - 請求項１記載の走査結像光学系において、
１以上のレンズの、レンズ面中の少なくとも１面が、主走査断面内が円弧または非円弧で、副走査断面内が非円弧形状である副非円弧面であることを特徴とする走査結像光学系。 - 請求項２記載の走査結像光学系において、
副非円弧面の、副走査断面内の非円弧形状が、主走査方向の座標：Ｙに応じて変化することを特徴とする走査結像光学系。 - 請求項１〜３の任意の１に記載の走査結像光学系において、
同時に偏向される複数の偏向ビームを、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光することを特徴とする走査結像光学系。 - 光源からの単一のビームを、カップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされたビームを線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、上記光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向ビームを走査結像光学系により、被走査面上に光スポットとして集光させて上記被走査面を光走査し、且つ、上記光偏向器の偏向反射面の回転中心が、上記偏向反射面と分離して上記走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたシングルビーム方式の光走査装置において、
走査結像光学系として、請求項１〜３の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とするシングルビーム方式の光走査装置。 - 複数の発光源からのビームをカップリングレンズにより以後の光学系にカップリングし、カップリングされた複数ビームを共通の線像結像光学系により、光偏向器の偏向反射面位置近傍に主走査方向に長く、副走査方向に分離した複数の線像として結像させ、上記光偏向器により同時に等角速度的に偏向させ、複数の偏向ビームを共通の走査結像光学系により、被走査面上に、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、これら複数の光スポットにより複数走査線を同時に光走査し、且つ、上記光偏向器の偏向反射面の回転中心が、上記偏向反射面と分離して上記走査結像光学系の光軸から−側にずれて配置されたマルチビーム方式の光走査装置において、
複数の偏向ビームに対する共通の走査結像光学系として、請求項４記載のものを用いたことを特徴とするマルチビーム方式の光走査装置。 - 請求項６記載の光走査装置において、
光源として、複数の発光源が１列に配列されたモノリシックな半導体レーザアレイを用いたことを特徴とするマルチビーム方式の光走査装置。 - 請求項７記載の光走査装置において、
半導体レーザアレイの発光源の間隔が、１０μｍ以上であることを特徴とするマルチビーム方式の光走査装置。 - 感光媒体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、上記潜像を可視化して画像を得る画像形成装置であって、
感光媒体の感光面の光走査を行う光走査装置として、請求項５〜８の任意の１に記載のものを用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項９記載の画像形成装置において、
感光媒体が光導電性の感光体であり、感光面の均一帯電と光走査装置の光走査とにより形成される静電潜像が、トナー画像として可視化されることを特徴とする画像形成装置。
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