JP3850589B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光走査装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光走査装置は、デジタル複写装置や光プリンタ、光製版装置やファクシミリ装置等の「画像形成装置」に関連して広く知られ、また実施されている。光走査装置の書き込み密度は高密度化の一途をたどり、１２００ｄｐｉ．１６００ｄｐｉ、あるいはそれ以上の書き込み密度の実現が意図されている。
このような高密度書き込みを実現するには、光スポット径の小さい光スポットを形成する必要があることは当然であるが、光スポットの良質性や安定性も欠くことができない。光スポットの安定性は「被走査面上における光スポット径の像高による変化」が極めて小さく安定していることを言い、光スポットの良質性は「光スポットの光強度分布が単純な一山形状で、複雑な裾野形状を持たない」ことをいう。
このような、良質で安定性のよい光スポットを実現するためには、偏向光束を被走査面上に光スポットとして結象させる走査結像光学系が高性能であることを要する。光スポット径を変動させる要因としては、周知の如く「走査結像光学系における像面湾曲」があり、像面湾曲を良好に補正した走査結像光学系は従来から多数のものが提案されている。また、走査結像光学系における光学倍率が、光スポットの像高に対して一定していることも重要である。
しかし、安定した良質な光スポットを形成するためには、像面湾曲や光学倍率といった幾何光学的な光学性能の補正のみでは不充分であり、波動光学的な波面収差を「各像高間で一定に設定する」ことが重要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は光走査装置において、走査結像光学系における像面湾曲や光学倍率とともに「瞳上の波面収差」を良好に補正することにより、安定した良好な光スポットによる高密度で良好な光走査を実現することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の光走査装置は「光源側からの１以上の光束を光偏向手段により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に１ / ｅ ² 径で３０μｍ程度の光スポットとして集光させ、被走査面の光走査を行う装置」である。
光源側からは１以上の光束が放射されるので、この発明の光走査装置は、単一の光スポットで光走査を行うシングルビーム方式の光走査装置として実施することもできるし、複数の光スポットにより複数走査線を同時走査するマルチビーム方式の光走査装置として実施することもできる。
走査結像光学系は、２枚のレンズにより構成される。
走査結像光学系を構成する２枚のレンズの各面は「副走査方向の曲率が主走査方向に沿って変化し、主走査方向と副走査方向とで独立に形状を設定されたアナモフィック面」であり、かつ、そのうちの２面は「副走査方向の曲率が主走査方向に沿って非対称に変化」する。
そして、走査結像光学系を構成する２枚のレンズのレンズ面のうち１面は副非円弧面である。
「副非円弧面」は、主走査面内の形状が非円弧で、副走査面内の形状が非円弧形状である面である。
「主走査面」は、レンズ面の近傍において、レンズ光軸を含み、主走査方向に平行な面をいう。
「副走査面」は、レンズ面の近傍において、主走査方向に直行する面をいう。
【０００５】
副非円弧面は「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が、副走査面内において最も大きくなるレンズ」に形成されることができる。
すなわち、副非円弧面は、「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が、副走査面内において最も大きくなるレンズ」に形成されることができる。
「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が、副走査面内において最も大きくなるレンズ」のレンズ面のうち、「走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が副走査面内において最も大きくなるレンズ面」に副非円弧面を形成することもできる。
【０００６】
副非円弧面は「主走査面内において最も大きな有効径を持つレンズ」に形成することもできる。この場合において、副非円弧面を「主走査面内において最も大きな有効径を持つレンズ面」に形成することができる。
波面収差の劣化は波面が大きくなるほど生じやすい。従って、波面収差を補正する面としては「波面が大きくなる部分」で行うのがよく、波面収差を補正する副非円弧面の位置として上記の各位置が適当である。また、このような波面の大きい部分では副非円弧面自体も大きくなり、その形成が容易である。
【０００７】
副非円弧面はまた「走査結像光学系のレンズのうち、レンズ各面に入射する偏向光束の主光線の入射角がレンズ有効域全域において２５度以下である面を持つもの」に形成されることができる。
この場合において、副非円弧面を「走査結像光学系のレンズのうち、レンズ各面に入射する偏向光束の主光線の入射角がレンズ有効域全域において２５度以下であるレンズ面」に形成することができる。
入射角が２５度よりも大きい面では、当該面における主走査面内での屈折角も大きくなる。このような面に副非円弧面を形成する場合、副走査方向に置ける波面収差補正の効果と主走査方向の特性補正とを両立させることが必ずしも容易でない。したがって、副非円弧面を形成する面は「偏向光束の主光線の入射角がレンズ有効域全域において２５度以下である面」とするのが良い。
【０００８】
請求項１記載の光走査装置は、主走査方向の座標を「Ｙ」、副走査方向の座標を「Ｚ」、光軸近傍における主走査方向の近軸曲率を「Ｃｍ」、光軸近傍の副走査方向の近軸曲率を「Ｃｓ(０)」、主走査方向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の曲率を「Ｃｓ(Ｙ)」、光軸上における主走査面内の２次曲線の円錐定数を「Ｋ」、主走査方向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の２次曲線の円錐定数を「Ｋｚ(Ｙ)」、非球面の高次補正量を「ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)」とするとき、Ｘ(Ｙ，Ｚ)で表される副非円弧面が、次式：
Ｘ(Ｙ，Ｚ)＝ＣｍＹ²／［１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃｍ²Ｙ²}］＋ΣＡ_nＹⁿ
＋Ｃｓ(Ｙ)Ｚ²／［１＋√｛１−(１＋Ｋｚ(Ｙ))Ｃｓ²(Ｙ)Ｚ²｝］
＋ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ) （１）
で表されることを特徴とする。
右辺第２項の和は、ｎについてｎ＝１から所望の次数：ｎ＝ｐまで取る。
上記曲率：Ｃｓ ( Ｙ ) は、光軸近傍における副走査面内の近軸曲率：Ｒｓ(０)と定数係数：Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，．．．を用いて、次式：
Ｃｓ(Ｙ)＝{１／Ｒｓ(０)}＋Ｂ₁Ｙ＋Ｂ₂Ｙ²＋Ｂ₃Ｙ³＋Ｂ₄Ｙ⁴＋．．．（２）
で表され、
上記円錐定数：Ｋｚ ( Ｙ ) は、定数係数：Ｃ₀，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，．．．を用いて、次式：
Ｋｚ(Ｙ)＝Ｃ₀＋Ｃ₁Ｙ＋Ｃ₂Ｙ²＋Ｃ₃Ｙ³＋Ｃ₄Ｙ⁴＋．．（３）
で表される。
上記高次補正量：ｆ _SAG ( Ｙ，Ｚ ) は、定数係数：ｄ_j，_hを用いて、次式：
ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)＝Σ（Σｄ_j，_hＹ^h）Ｚ^j （４）
で表されるが、この式（４）の右辺はＺの４次および６次の項を含み、Ｙの奇数次の項を含む。
右辺の和は、ｈについては、ｈ＝０から所望の次数：ｈ＝ｑまで取り、ｊについては、ｊ＝１から所望の次数：ｊ＝ｒ（≧３）まで取る。
【０００９】
上記請求項１記載の光走査装置においては、光偏向手段を「光源側からの光束を等角速度的に偏向させるもの（ポリゴンミラー、回転単面鏡、回転２面鏡等）」とし、走査結像光学系を「等角速度的に偏向される光束による光走査を等速化する機能を有する」ものにできる（請求項２）。
また、請求項１または２記載の光走査装置において、走査結像光学系における副非円弧面を有するレンズを「プラスチック材料」で形成することができる（請求項３）。副非円弧面のような複雑な形状の面を持つレンズの作成にはプラスチック材料による成形が適しており、コスト的にも安い。
上記請求項１〜３の任意の１に記載の光走査装置は「光源側からの光束が複数光束で、走査結像光学系により被走査面上に複数の光スポットとして集光され、被走査面の複数走査線を同時走査するマルチビーム走査方式のもの」とすることができる（請求項４）。
上記請求項１〜３の任意の１に記載の光走査装置はまた「光源側からの光束が単一光束で、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れ、被走査面の１走査線を走査するシングルビーム走査方式のもの」とすることもできる（請求項５）。
上記請求項４記載のマルチビーム走査方式の光走査装置は「光源側からの複数の光束をカップリングレンズによりカップリングしたのち、各光束に共通の線像結像光学系により、光偏向手段の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として結象させ、光偏向手段により等角速度的に偏向させて共通の走査結像光学系によリ、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光し、被走査面の複数走査線を同時走査するように構成できる（請求項６）。
請求項４または６記載のマルチビーム走査方式の光走査装置においては、複数光束を放射する光源として「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）。
【００１０】
この発明の画像形成装置は「潜像担持体に光走査により潜像を形成し、形成された潜像を現像して所望の画像を得る画像形成装置」であって、潜像担持体の光走査を行う光走査装置として、請求項１〜７の任意の１に記載の光走査装置を用いることを特徴とする（請求項８）。
この場合において、潜像担持体として光導電性の感光体を用い、形成された潜像をトナー画像として可視化し、トナー画像を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）に定着して所望の画像を得るように、画像形成装置を構成することができる（請求項９）。
請求項８記載の画像形成装置において、像担持体としては、例えば銀塩写真フィルムを用いることができる。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９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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明の光走査装置の実施の１形態を示す。
光源１から放射された光束はカップリングレンズ２により、以後の光学系に適した光束形態（平行光束や収束光束、発散光束等）に変換され、アパーチュア２Ａによりビーム整形され、「線像結像光学系」としてのシリンドリカルレンズ３により副走査方向（図面に直行する方）に収束されて「光偏向手段」としてのポリゴンミラー４の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像する。
偏向反射面による反射光束は、ポリゴンミラー４の等速回転に伴い等角速度的に偏向され（図はポリゴンミラー４の回転に伴う偏向反射面の回転状況と、各偏向反射面位置における偏向光束とを示している）、走査結像光学系を構成するレンズ５，６を透過し、レンズ５，６の作用により、被走査面７（実態的には光導電性の感光体の感光面等）上に光スポットとして集光し、被走査面７を光走査する。
図７に、実施の別形態を、図１に倣って示す。この実施の形態においては、走査結像光学系は２枚のレンズ８，９により構成されている。
【００１２】
図１及び図７において、光源１としては「単一の発光源を持つ半導体レーザ」や、前述の「半導体レーザアレイ」を好適に用いることができる。光源１として、半導体レーザを用いるときは、その発光源がカップリングレンズ２の光軸上に位置するようにする。半導体レーザアレイを光源として用いる場合には、複数光源を、主走査方向（図面に平行な方向）に対して「直交させる」か「傾け」、被走査面７上に形成される複数の光スポットが副走査方向に所望の間隔で分離するようにする。この場合、複数の発光源は、カップリングレンズ２の光軸に対して対称的となるようにする。
【００１３】
【実施例】
以下に、図１及び図７に示す実施の形態に対する実施例を１例ずつ挙げる。 実施例１は、図１に示す実施の形態の具体例であり、実施例２は図７に示す実施の形態の具体例である。実施例１，２とも、光源１からポリゴンミラー４までは共通しているので、これら「共通部分のデータ」を先に挙げる。
光源１は「半導体レーザアレイ」で発光源数：４、発光源の配列ピッチ：１４μｍ、各発光源の発光波長：７８０ｎｍである。光源としての半導体レーザアレイは、図１及び図７において、４個の発光源が図面に直交する方向（副走査方向）に配列し、かつ、４個の発光源がカップリングレンズ２の光軸に関して対称的となるように配備される。
カップリングレンズ２は焦点距離：２７ｍｍのもので、光源１からの４光束をそれぞれ「平行光束」に変換する「コリメート作用」を有する。従って、カップリングレンズ２によりカップリングされた４光束は何れも平行光束となる。
シリンドリカルレンズ３は、副走査方向の焦点距離：５８．６９ｍｍのものである。
ポリゴンミラー４は偏向反射面数：５、 内接円半径：２０ｍｍで、光源側からの光束の主光線と走査結像光学系の光軸の主走査面への射影がなす角：６０度である。なお、シリンドリカルレンズ３は、偏向光束が「副走査方向から見て」走査結像光学系の光軸と平行になるときの偏向の基点位置から、光源方向へ「５８．６９ｍｍ」の位置に配備される。
光走査は４光束によるマルチビーム走査方式による「隣接走査」で、書き込み密度：１２００ｄｐｉである。
【００１４】
つぎに、レンズ面の形状特定を説明する。副非円弧面の形状を特定するにあたっては、前述の式（１）〜（４）に準拠する。すなわち、副非円弧面については、式（１）における「Ｃｍ（主走査方向の近軸曲率）」、「Ｃｓ(０)（ 光軸近傍の副走査方向の近軸曲率）」等を与える。

を用い、光軸上の副走査曲率半径：Ｒｓ(０)及び係数：Ｂ₁，Ｂ₂等を与える。 （６）式において、Ｙの奇数乗係数のＢ₁，Ｂ₃，Ｂ₅，Ｂ₇，・・の何れか０以外の値を取ると、副走査曲率は主走査方向に非対称となる。
【００１５】
また、非球面の高次補正量：ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)については、これを、

と展開し、定数係数：Ｆ₀，Ｆ₁，．．．等（式（４）の定数係数：ｄ_j，_h）を与えて特定する。
【００１６】
主走査面内における非円弧形状の表現としては、光軸における主走査面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐常数：Ｋ、高次の係数をＡ₁，Ａ₂，Ａ₃,．．．とし、光軸方向のデプスをXとして次の多項式で表す。
【００１７】

この式で、奇数次の係数が一つでも０でなければ、非円弧形状は主走査方向に非対称となる。なお、式（５）は、式（１）の右辺第１項及び第２項を書き直したものである。
【００１８】
実施例１
図１において、ポリゴンミラー４から被走査面７に至る光路上の光学素子のデータは以下のとおりである。

「Ｘ」は、図１においてＤ１〜Ｄ５として示した距離であり、「Ｙ」はシフト量（偏向反射面により、像高:０の方向へ反射された光束の主光線の主走査面への射影を基準として図１で上方を正とする）、ｎは屈折率を表す。レンズ５，６の面形状を特定するための各係数を、表１〜表３に挙げる。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
ここで、図６を参照して、副非円弧面の形状を説明する。
前述の式（１）の右辺第１項と第２項とは「主走査方向の形状」を表す部分であり、第３項と第４項とが「副走査方向の形状」を表す。図６に示す副非円弧面：ａは式（１）第３項の形状で２次曲面を表している。光スポット径として３０μｍ程度を実現しようとする場合、上記第３項のみでは波面収差が取りきれず、光スポット径を絞りきれない場合がある。このような場合には「高次補正量」として、式（１）の右辺第４項：ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）を加えることにより、波面収差をより良好に補正して、光スポットの小径化を図ることが出来る。図６に示した副非円弧：ｂが、第３項に第４項を加えた形状で、△がｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）で表された高次補正量である。
図６に示した非円弧量（△＋△’）が座標：Ｙによらず一定になるように構成することもできる。
【００２３】
実施例１で、光スポットの小径化として、被走査面上で「１/ｅ²径で３０μｍ程度」を狙ったときの「深度曲線」を図２に示す。（ａ）は主走査方向、（ｂ）は副走査方向に関するものである。主・副走査方向とも非円弧とする面を有することにより、良好な深度が得られている。
実施例１における「副走査方向の光束幅（像高０に向かう光束）」の光路に沿った変化を図３に示す。同光束幅はレンズ６上で最も大きい。従って、レンズ６に副非円弧面を採用することで波面収差を補正し、小径光スポットを得ることが可能となる。上記副走査方向の光束幅はレンズ６の射出側面（レンズ面６ｂ）において最大となる。従って、副非円弧面をレンズ面６ｂに採用することにより、波面収差補正の機能を有効に生かすことができる。
図１に示すように、レンズ６はまた、主走査面内において「最大の有効径」を持ち、レンズ面６ｂは上記有効径が最大となる面である。従って、主走査面内において最も大きい有効径を持つ走査レンズ６のレンズ面６ｂに副非円弧面を採用することで波面収差を有効に補正し、小径の光スポットを得ることが可能となる。
図４に、レンズ５と６の各面に入射する偏向光束の主光線の「入射角と像高との関係」を示す。５ａ面では、周辺像高において入射角が３０度を越えているが、５ｂ面，６ａ面，６ｂ面では有効画像域全域で２５度以下である。入射角が２５度以下であるレンズの面に副非円弧面を採用することで波面収差を補正し、小径の光スポットを得ることが可能となる。
【００２４】
表１〜３に示したように、レンズ５，６とも主走査面内の形状は、（５）式における奇数次の係数：Ａ₁，Ａ₃，．.等が０であることから明らかなように、光軸に対して対称的である。レンズ面５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂとも副走査方向の曲率が主走査方向に沿って変化し、レンズ面５ｂと６ａとは副走査方向の曲率が主走査方向に非対称に変化している。レンズ面６ｂは「副非円弧面」である。副非円弧面であるレンズ面６ｂは、表３に示すように、副非円弧量：Δ'（Ｃ₀,Ｃ₁,Ｃ₂．・・で定まる）を持つとともに、ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)による副非円弧量：Δ（Ｉ₀，Ｉ₁，．．Ｋ₀，Ｋ₁．．．等で定まる）を有している。
図５に、実施例１の像面湾曲（実線は副走査方向、破線は主走査方向）と等速特性（実線はリニアリテイ、破線はｆθ特性）を示す。共に極めて良好である。
【００２５】
実施例２
図７において、ポリゴンミラー４から被走査面７に至る光路上の光学素子のデータは以下のとおりである。

レンズ８，９の面形状を特定するための、各係数を、表４〜表６に挙げる。
【００２６】
【表４】

【００２７】
【表５】

【００２８】
【表６】

【００２９】
実施例２で、光スポットの小径化として、被走査面上で「１/ｅ²径で３０μｍ程度」を狙ったときの「深度曲線」を、図２に倣って図１１に示す。主・副走査方向とも非円弧とする面を有することにより、良好な深度が得られている。
実施例２における「副走査方向の光束幅（像高０に向かう光束）」の光路に沿った変化を図９に示す。光束幅はレンズ９上で最も大きく、レンズ面９ｂにおいて最大である。従って、レンズ９のレンズ゛面９ｂに副非円弧面を採用することで有効に波面収差を補正し、小径の光スポットを得ることが可能となる。
レンズ９はまた、主走査面内において最大の有効径を持ち、レンズ面９ｂは上記有効径が最大となる面である。従って、主走査断面内において最も大きい有効径を持つ走査レンズ９、とくにレンズ面９ｂに副非円弧面を採用することで波面収差を有効に補正し、小径の光スポットを得ることが可能となる。
図１０に、レンズ８と９の各面に入射する偏向光束の主光線の入射角と像高との関係を示す。８ａ，８ｂ面では、周辺像高において入射角が３０度を越えているが、９ａ，９ｂ面では有効画像域全域で２５度以下である。入射角が２５度以下であるレンズの面に副非円弧面を採用することで波面収差を補正し、小径の光スポットを得ることが可能となる。
【００３０】
表４〜６に示したように、レンズ８，９とも主走査面内の形状は、式（５）における奇数次の係数：Ａ₁，Ａ₃，．．等が０であることから明らかなように、光軸に対して対称的である。レンズ面８ａ、８ｂ、９ａ，９ｂとも副走査方向の曲率が主走査方向に沿って変化し、レンズ面８ａ面と９ｂ面とは、副走査方向の曲率が主走査方向に非対称に変化している。レンズ面９ｂは副非円弧面であり、表６に示すように副非円弧量:Δ'（Ｃ₀,Ｃ₁,Ｃ₂．．．.等で定まる）を持つとともに、ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）による副非円弧量：Δ（Ｉ₀，Ｉ₁，．．Ｋ₀，Ｋ₁．．．等で定まる）を有している。
図８に、実施例２の像面湾曲（実線は副走査方向、破線は主走査方向）と等速特性（実線はリニアリテイ、破線はｆθ特性）を示す。ともに、極めて良好である。
上に説明したように、実施例１，２において、光源は発光源を４個有する半導体レーザアレイであり、４つの発光源は隣接間隔が１４μｍで、カップリングレンズ２の光軸に対して対称的となるように副走査方向へ配列しているので、４個の発光源のうち２個は、上記光軸から７μｍの位置にあり、他の２個は上記光軸から２１μｍの位置にある。
図２〜図５及び図８〜図１１に示す各特性は、上記発光源のうち、カップリングレンズ２の「光軸から２１μｍの位置にある発光源」から放射された光束に関するものであるが、実施例１，２とも、４つの発光源から放射された４光束の全てにつき、波面収差や像面湾曲・光学倍率、等速特性等が良好に補正されるように設計されている。したがって、図２や図１１に示す「深度曲線」や、図５や図８に示す「像面湾曲や等速特性」は、４光束の全てにつき、これらの図と実質的に同等のものとなる。
【００３１】
要約すると、上に説明した実施例１，２は、光源１側からの１以上の光束を光偏向手段４により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系５，６（８，９）により被走査面７上に１ / ｅ ² 径で３０μｍ程度の光スポットとして集光させ、被走査面７の光走査を行う装置であって、走査結像光学系はレンズ５，６（８，９）を含む２以上の光学素子により構成され、走査結像光学系を構成する２枚のレンズの各面５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）は「副走査方向の曲率が主走査方向に沿って変化し、主走査方向と副走査方向とで独立に形状を設定されたアナモフィック面」であり、かつ、そのうちの２面５ｂ、６ａ（８ａ、９ｂ）「は「副走査方向の曲率が主走査方向に沿って非対称に変化」する。走査結像光学系に含まれるレンズの１面６ｂ（９ｂ）は、主走査面内の形状が非円弧で、副走査面内の形状が非円弧形状である副非円弧面であり、走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が副走査面内において最も大きくなるレンズ６（９）に、副非円弧面が形成されている（請求項１）。
そして、副非円弧面は、走査結像光学系を透過する偏向光束の光束径が副走査面内において最も大きくなるレンズ面６ｂ（９ｂ）に形成され、副非円弧面は、主走査面内において最も大きな有効径を持つレンズの「主走査面内において最も大きな有効径を持つレンズ面」に形成され、副非円弧面が、走査結像光学系のレンズのうち、レンズ各面に入射する偏向光束の主光線の入射角がレンズ有効域全域において２５度以下である面を持つものの「レンズ各面に入射する偏向光束の主光線の入射角がレンズ有効域全域において２５度以下である面」に形成されている。
【００３２】
また、副非円弧面の形状：Ｘ(Ｙ，Ｚ)は、主走査方向の座標をＹ、副走査方向の座標をＺ、光軸近傍における主走査方向の近軸曲率をＣｍ、光軸近傍の副走査方向の近軸曲率をＣｓ(０)、主走査方向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の曲率をＣｓ(Ｙ)、光軸上における主走査面内の２次曲線の円錐定数をＫ、主走査方向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の２次曲線の円錐定数をＫｚ(Ｙ)、非球面の高次補正量をｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)とするとき、
Ｘ(Ｙ，Ｚ)＝ＣｍＹ²／［１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃｍ²Ｙ²}］＋ΣＡ_nＹⁿ
＋Ｃｓ(Ｙ)Ｚ²／［１＋√｛１−(１＋Ｋｚ(Ｙ))Ｃｓ²(Ｙ)Ｚ²｝］
＋ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)
で表され、上記曲率：Ｃｓ(Ｙ)は、光軸近傍における副走査面内の近軸曲率：Ｒｓ(０)と定数係数：Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，．．．を用いて、
Ｃｓ(Ｙ)＝｛１／Ｒｓ(０)｝＋Ｂ₁Ｙ＋Ｂ₂Ｙ²＋Ｂ₃Ｙ³＋Ｂ₄Ｙ⁴＋．．．
で表され、円錐定数：Ｋｚ(Ｙ)は 定数係数：Ｃ₀，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，．．．を用いて、
Ｋｚ(Ｙ)＝Ｃ₀＋Ｃ₁Ｙ＋Ｃ₂Ｙ²＋Ｃ₃Ｙ³＋Ｃ₄Ｙ⁴＋．．
で表され、高次補正量：ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)は、定数係数：ｄ_j，_hを用いて
ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)＝Σ（Σｄ_j，_hＹ^h）Ｚ^j
で表され、Ｚの４次および６次の項を含み、Ｙの奇数次の項を含む（請求項１）。
【００３３】
また、上記実施例１，２において、光偏向手段４は「光源側からの光束を等角速度的に偏向させる」もの（ポリゴンミラー）であり、走査結像光学系５，６（８，９）は、等角速度的に偏向される光束による光走査を等速化する機能（図５、図８の等速特性参照）を有する（請求項２）。また、実施例１．２のレンズ５，６，８，９は何れも「プラスチック材料」で形成されている（請求項３）。
また、実施例１，２の光走査装置とも「光源側からの光束が複数光束で、走査結像光学系により被走査面上に複数の光スポットとして集光され、被走査面の複数走査線を同時走査するマルチビーム走査方式のもの」であり（請求項４）、光源１側からの複数（４本）の光束はカップリングレンズ２によりカップリングされたのち、各光束に共通の線像結像光学系３により、光偏向手段４の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として結象され、光偏向手段により等角速度的に偏向され、共通の走査結像光学系５，６（８，９）によリ、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光され、被走査面７の複数走査線を同時走査するものである（請求項６）。
さらに、複数光束を放射する光源１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が用いられている（請求項７）。
【００３４】
最後に、図１２を参照して、画像形成装置の実施の１形態を説明する。
この画像形成装置はレーザプリンタである。
レーザプリンタ１００は像担持体１１１として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体１１１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。またレーザビームＬＢによる光走査装置１１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
光走査装置は、上に実施例１，２に即して説明した如きものである。
図１２において、符号１１６は定着装置、符号１１８はカセット、符号１１９はレジストローラ対、符号１２０は給紙コロ、符号１２１は搬送路、符号１２２は排紙ローラ対、符号１２３はトレイ、符号Ｐは記録媒体としての転写紙を示している。
【００３５】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２により均一帯電され、光走査装置１１７のレーザビームの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって、画像部が露光されている。
この静電潜像は、現像装置１１３により反転現像され、像担持体１１１上にトナー画像が形成される。
転写紙Ｐを収納したカセット１１８は、画像形成装置１００本体に着脱可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０により給紙され、給紙された転写紙Ｐはその先端部をレジストローラ対１１９に銜えられる。レジストローラ対１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングをあわせて、転写紙Ｐを転写部へ送りこむ。送りこまれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ１１４の作用によりトナー画像を静電転写される。
トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてトナー画像を定着され、搬送路１２１を通り、排紙ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。トナー画像が転写されたのちの像担持体１１１の表面は、クリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
光走査装置１１７として、実施例１、２の如きものを用いることにより、極めて良好な画像形成を実行することができる。
すなわち、図１２に示す画像形成装置は、潜像担持体１１１に光走査により潜像を形成し、形成された潜像を現像して所望の画像を得る画像形成装置において、潜像担持体１１１の光走査を行う光走査装置として、請求項１〜７の任意の１に記載の光走査装置を用いるものであり（請求項８）、潜像担持体１１１が光導電性の感光体であり、形成された潜像がトナー画像として可視化され、トナー画像がシート状の記録媒体Ｐに定着されるものである（請求項９）。
なお、マルチビーム走査装置を実施するにあたって、カップリングレンズは、複数光束に対して実施の形態で示したように共通化してもよいし、光束ごとに個別的に設けるようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な光走査装置および画像形成装置を実現できる。この発明の光走査装置は、上に説明した如く、走査結像光学系に含まれるレンズに「副非円弧面」を用いることにより、像面湾曲や光学倍率のみならず、波面収差を良好に補正することにより、安定した良好な光スポットによる高密度で良好な光走査を実現することができ、またこの発明の画像形成装置は、上記光走査装置を用いることにより、良好な画像形成を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明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２】実施例１における深度曲線を示す図である。
【図３】実施例１における副走査方向の光束径の光路に沿う変化を示す図である。
【図４】実施例１における各レンズ面への入射角変化を示す図である。
【図５】実施例１における像面湾曲と等速特性とを示す図である。
【図６】副非円弧面の形状を説明するための図である。
【図７】この発明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８】実施例２における像面湾曲と等速特性とを示す図である。
【図９】実施例２における副走査方向の光束径の光路に沿う変化を示す図である。
【図１０】実施例２における各レンズ面への入射角変化を示す図である。
【図１１】実施例２における深度曲線を示す図である。
【図１２】この発明の画像形成装置の実施の１形態を示す図である。
【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 シリンドリカルレンズ（線像結像光学系）
４ ポリゴンミラー（光偏向手段）
５，６ 走査結像光学系を構成するレンズ
７ 被走査面

Claims (9)

1. 光源側からの１以上の光束を光偏向手段により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に１ / ｅ ² 径で３０μｍ程度の光スポットとして集光させ、上記被走査面の光走査を行う装置であって、
   走査結像光学系は、２枚のレンズにより構成され、
   上記走査結像光学系を構成する２枚のレンズの各面は、副走査方向の曲率が主走査方向に沿って変化し、主走査方向と副走査方向とで独立に形状を設定されたアナモフィック面であり、かつ、そのうちの２面は、副走査方向の曲率が主走査方向に沿って非対称に変化し、
   上記走査結像光学系を構成する２枚のレンズのレンズ面のうち１面は、主走査面内の形状が非円弧で、副走査面内の形状が非円弧形状である副非円弧面であり、
   主走査方向の座標をＹ、副走査方向の座標をＺ、光軸近傍における主走査方向の近軸曲率をＣｍ、光軸近傍の副走査方向の近軸曲率をＣｓ(０)、主走査方向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の曲率をＣｓ(Ｙ)、光軸上における主走査面内の２次曲線の円錐定数をＫ、主走査方向の座標位置：Ｙにおける副走査面内の２次曲線の円錐定数をＫｚ(Ｙ)、非球面の高次補正量をｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)とするとき、上記副非円弧面：Ｘ(Ｙ，Ｚ)が、
   Ｘ(Ｙ，Ｚ)＝ＣｍＹ²／［１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃｍ²Ｙ²｝］＋ΣＡ_nＹⁿ
   ＋Ｃｓ(Ｙ)Ｚ²／［１＋√｛１−(１＋Ｋｚ(Ｙ))Ｃｓ²(Ｙ)Ｚ²｝］
   ＋ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ)
   で表され、
   上記曲率：Ｃｓ ( Ｙ ) が、光軸近傍における副走査面内の近軸曲率：Ｒｓ ( ０ ) と定数係数：Ｂ ₁ ，Ｂ ₂ ，Ｂ ₃ ，．．．を用いて、
   Ｃｓ ( Ｙ ) ＝｛１／Ｒｓ ( ０ ) ｝＋Ｂ ₁ Ｙ＋Ｂ ₂ Ｙ ² ＋Ｂ ₃ Ｙ ³ ＋Ｂ ₄ Ｙ ⁴ ＋．．．
   で表され、
   上記円錐定数：Ｋｚ ( Ｙ ) が、 定数係数：Ｃ ₀ ，Ｃ ₁ ，Ｃ ₂ ，Ｃ ₃ ，．．．を用いて、
   Ｋｚ ( Ｙ ) ＝Ｃ ₀ ＋Ｃ ₁ Ｙ＋Ｃ ₂ Ｙ ² ＋Ｃ ₃ Ｙ ³ ＋Ｃ ₄ Ｙ ⁴ ＋．．
   で表されるとともに、
   高次補正量：ｆ _SAG ( Ｙ，Ｚ ) が、定数係数：ｄ _j ， _h を用いて
   ｆ _SAG ( Ｙ，Ｚ ) ＝Σ（Σｄ _j ， _h Ｙ ^h ）Ｚ ^j
   で表され、且つ、上記高次補正量はＺの４次および６次の項を含み、Ｙの奇数次の項を含むことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   光偏向手段は、光源側からの光束を等角速度的に偏向させるものであり、
   走査結像光学系は、等角速度的に偏向される光束による光走査を等速化する機能を有することを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１または２記載の光走査装置において、
   走査結像光学系における副非円弧面を有するレンズが、プラスチック材料で形成されていることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の光走査装置において、
   光源側からの光束が複数光束で、走査結像光学系により被走査面上に複数の光スポットとして集光され、被走査面の複数走査線を同時走査するマルチビーム走査方式のものであることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の光走査装置において、
   光源側からの光束が単一光束で、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れ、被走査面の１走査線を走査するシングルビーム走査方式のものであることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項４記載の光走査装置において、
   光源側からの複数の光束はカップリングレンズによりカップリングされたのち、各光束に共通の線像結像光学系により、光偏向手段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れ、上記光偏向手段により等角速度的に偏向され、共通の走査結像光学系によリ、副走査方向に分離した複数の光スポットとして集光され、被走査面の複数走査線を同時走査することを特徴とするマルチビーム走査方式の光走査装置。
7. 請求項４または６記載のマルチビーム走査方式の光走査装置において、
   複数光束を放射する光源として、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光走査装置。
8. 潜像担持体に光走査により潜像を形成し、形成された潜像を現像して所望の画像を得る画像形成装置において、
   潜像担持体の光走査を行う光走査装置として、請求項１〜７の任意の１に記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８記載の画像形成装置において、
   潜像担持体が光導電性の感光体であり、形成された潜像がトナー画像として可視化され、上記トナー画像がシート状の記録媒体に定着されることを特徴とする画像形成装置。

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