JP4139359B2 - 走査結像光学系・光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

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。

レーザプリンタ、デジタル複写装置等の画像形成装置に関連して広く知られた光走査装置は一般に、光源側からの光束を光偏向器により偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面に向けて集光し、被走査面上に光スポットを形成して光走査を行うが、近来、走査結像光学系あるいは「走査結像光学系の一部」としてプラスチック成形により製造される「樹脂レンズ」が一般的に使用されるようになってきている。プラスチック成形による樹脂レンズは大量生産が容易で製造コストも安価であるため、樹脂レンズを走査結像光学系もしくはその一部として使用することにより、走査結像光学系ひいては光走査装置、画像形成装置のコストを有効に低減化できる。

またプラスチック成形による樹脂レンズは「非球面に代表される特殊なレンズ面形状」を容易に形成できるため、走査結像光学系の簡易化（レンズ枚数の少数化）や光学性能の向上に資するところが大きい。

樹脂レンズを使用する際の問題点の１つは「プラスチック成型された樹脂レンズの内部に屈折率の分布が生じる」ことである。プラスチック成形では、熱溶融したプラスチック材料を金型内に射出して成形し、金型内で冷却させるが、金型内で成形されたプラスチックは金型に接している部分から冷却が始まるため、プラスチック中心部は周辺部に比して相対的に冷却が遅い。樹脂は、冷却の速い部分から固化するがこのとき、固化した部分では収縮して体積を減ずる。冷却の遅い部分は樹脂が固化した部分に比して高温で流動性を持つため、流動性により「固化している部分の側」へ移動する。このため、冷却の遅い部分が固化するときには、冷却の速い部分に比して密度が低くなる。

このように、プラスチック成型における冷却のプロセスで、樹脂レンズ内部に「密度の不均一な分布」を生じる。樹脂の屈折率は樹脂の密度と比例関係にあるので、密度の不均一は樹脂レンズ内部の屈折率の不均一となる。形成された樹脂レンズでは、表面部分の密度が中心部の密度よりも高くなるので、樹脂レンズ内に生じる屈折率の分布は一般に「レンズの内奥部で屈折率が低く、レンズ表面に近いほど屈折率が高く」なる。
屈折率の不均一は樹脂レンズの形状にも依存する。例えば、断面形状が両凸の樹脂レンズを考えてみると、この樹脂レンズの肉厚は光軸部分から周辺部に向かって薄くなっている。そうすると、プラスチック成型の冷却プロセス中においては、冷却は周辺部において速く、光軸近傍の部分では相対的に遅い。このような場合には、成形されたレンズ内部の屈折率は、レンズ周辺部で大きく、光軸近傍では小さくなる。

逆に、断面形状が両凹の樹脂レンズでは、光軸部分から周辺部へ向かって肉厚が増大するので、冷却速度は光軸近傍の肉厚の薄い部分で相対的に速く、周辺部では遅い。このため、成形されたレンズ内の屈折率は光軸近傍の部分で大きく周辺部で小さくなる。

樹脂レンズは「内部の屈折率を均一」として設計されるので、レンズ内の屈折率が不均一であると設計通りの性能を発揮できない。樹脂レンズを走査結像光学系もしくはその一部として使用した場合、偏向光束の結像位置が設計上の位置からずれ、像面湾曲が設計上のものから劣化し、それに伴い「光スポットのスポット径増大」等の問題が生じる。

成形後の樹脂を金型もろとも恒温室に入れ、十分な時間（例えば、１０数時間）をかけて冷却を行えば、樹脂レンズ内部の屈折率の分布を実質的に均一にすることができるが、このように冷却時間を長くする方法では樹脂レンズの生産性が悪くなり、生産コストも高くなるので、樹脂レンズのメリットである低コスト性を活かせない。

樹脂レンズ内の屈折率分布を考慮して良好な性能を実現した光走査装置が特許文献１に記載されている。また、光走査装置に用いられる光走査用レンズにおいて樹脂レンズ内部の屈折率分布の許容範囲を提示したものとして特許文献２がある。樹脂レンズ内の屈折率分布を測定する方法は特許文献３に記載されている。

特開２００３−３４４７５６ 特開２０００−３６２６７９ 特開平１１−０４４６４１号公報

この発明は、走査結像光学系内に２以上の樹脂レンズを有する場合において、個々の樹脂レンズが比較的大きな屈折率分布を有しても、光学特性の劣化を少なくすることを課題とする。

この発明の走査結像光学系は「光偏向器により偏向される光束を被走査面に向かって集束させ、被走査面上に光走査のための光スポットを形成する走査結像光学系」であって、以下のごとき特徴を有する（請求項１）。
即ち、走査結像光学系は「２枚以上の走査レンズ」を有し、これら走査レンズのうちの２枚がプッラスチック成形により作製される樹脂レンズである。
そして、これら２枚の樹脂レンズのうちの一方の樹脂レンズは、副走査方向の有効幅よりも光軸方向の肉厚が大きく、他方の樹脂レンズは、副走査方向の有効幅よりも光軸方向の肉厚が小さい。
「走査レンズ」は、走査結像光学系に含まれ、偏光光束にレンズ作用を作用させるレンズである。走査結像光学系は「走査レンズのみによるレンズ系」として構成することもできるし、「走査レンズと結像ミラー系との複合系」として構成することもできる。勿論、走査結像光学系は、偏向光束を被走査面に導光する光路上に光路屈曲用のミラーを適宜に有することができる。

これら樹脂レンズの、光軸を含む副走査方向の断面において、副走査方向の位置座標：Ｘに対する屈折率分布をΔｎ（Ｘ）とし、Ｘについての２次式で近似するときの、Ｘの２乗の項の係数：Δｎの符号が「走査結像光学系に含まれる２枚の樹脂レンズ」について同一でない。
主走査方向における光軸以外の位置での副走査方向の断面について、上記Δｎと同様に定義される屈折率分布の係数の符号が、上記２枚の樹脂レンズのそれぞれにおいて、これら２枚の樹脂レンズにおける上記Δｎと同符号である。
なお、屈折率分布は偏向光束に対して作用するものであるから、上の説明に於いて屈折率分布：Δｎ（Ｘ）は「レンズ内の偏向光束が通過する部分」の分布である。屈折率分布：Δｎ（Ｘ）については後述する。

上記走査結像光学系において「少なくとも副走査方向の屈折率分布の符号を全ての樹脂レンズについて同一としないことにより、各樹脂レンズに存在するレンズ内屈折率分布に起因する、副走査方向の像面湾曲の劣化を軽減する」ことができる。

請求項１記載の走査結像光学系は、走査結像光学系に含まれる２枚の樹脂レンズの、副走査方向の屈折率分布：Δｎ（Ｘ）の係数：Δｎの符号が互いに逆であるが、この場合、一方の樹脂レンズは「副走査断面内の断面形状が、少なくとも副走査方向において光軸から周辺へ向かうに従って増大する屈折率分布が、プラスチック成型に際して形成される形状」であり、他方の樹脂レンズは「副走査断面内の断面形状が、少なくとも副走査方向において光軸から周辺へ向かうに従って減少する屈折率分布が、プラスチック成型に際して形成される形状」であることができる。

請求項１記載の走査結像光学系における、一方の樹脂レンズは「副走査方向の有効幅よりも光軸方向の肉厚が大き」く、他方の樹脂レンズは「副走査方向の有効幅よりも光軸方向の肉厚が小さい」が、他方の樹脂レンズは「少なくとも副走査方向の光束通過領域外にリブを有し、このリブの光軸方向の幅が、光軸方向の肉厚よりも大きい形状」とすることができる（請求項２）。

この発明の光走査装置は「光源からの光束を光偏向器により偏向させ、偏向される光束を走査結像光学系により被走査面に向けて集光させて被走査面上に光スポットを形成し、光走査を行う光走査装置」であって、走査結像光学系として、請求項１または２記載のものを用いることを特徴とする（請求項３）。請求項３記載の光走査装置は「光偏向器として回転多面鏡を用い、光源からの光束を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し、走査結像光学系として、偏向反射面位置と被走査面位置とを副走査方向に関して略共役関係とするアナモフィックな結像光学系を用いる構成」とすることができる（請求項４）。

この発明の画像形成装置は「感光性媒体に対して、光走査装置による光走査を行って画像を形成する装置」であって、光走査装置として請求項３または４記載のものを用いることを特徴とする（請求項５）。この場合、感光性媒体は「光導電性の感光体」であることができる（請求項６）。

補足すると、請求項１において「主走査方向もしくは副走査方向の位置座標：Ｘに対する屈折率分布：Δｎ（Ｘ）」は、特開平１１−０４４６４１号公報（特許文献３）に記載された測定方法により測定されるものである。

１個の樹脂レンズが光走査装置内に適正に配置された状態を想定し、この樹脂レンズに関して、光軸方向をｙ方向、副走査方向をｘ方向、主走査方向をｚ方向とする。この状態において、主走査方向の任意の位置：ｚにおいて副走査断面（主走査方向に直交する仮想的な断面）を考え、この副走査断面内における各位置：（ｘ，ｙ）における絶対屈折率：ｎをｎ（ｘ，ｙ）と表す。

絶対屈折率：ｎ（ｘ，ｙ）のｙ軸方向（光軸方向）の平均を、ｘ軸方向（副走査方向）におけるレンズの肉厚をｄ（ｘ）として、演算：
［∫ｎ（ｘ，ｙ）ｄｙ］／ｄ（ｘ）
で定義する。積分は「レンズの肉厚：ｄ（ｘ）（実際的には、光束の通過する領域の幅）」にわたって行う。
上記演算の結果に対し「適当な基準値」を設定し、この設置値と上記演算結果との差を取ると、上記「光軸と副走査方向に平行なｘｙ断面における２次元の絶対屈折率の値をｙ軸方向（光軸方向）に平均化し、ｘ軸方向に対する１次元の相対屈折率として表現したもの」が得られる。これが「屈折率の分布：δｎ（ｘ）」であって、特許文献３の測定方法で測定される。

同様に、主走査断面（光軸を含み主走査方向に平行な仮想的断面）内での絶対屈折率をＮ（ｚ,ｙ）とすると、この主走査断面内での「屈折率の分布：δｎ（ｚ）」は、やはり特許文献３の測定方法で測定され、演算：
［∫Ｎ（ｚ，ｙ）ｄｙ］／ｄ（ｚ＝０）
で定義され、積分は「レンズの肉厚：ｄ（ｚ＝０）」にわたって行われる。
上記屈折率の分布：δｎ（ｘ）、δｎ（ｚ）は、共に２次式で近似することができる。
即ち、
δｎ（ｘ）≒ｎ_０＋Δｎ・ｘ^２
δｎ（ｚ）≒ｎ_０＋Δｍ・ｚ^２
と近似される。ｎ_０は、光軸上における樹脂の設計上の屈折率であり、Δｎは、上記光軸を含む副走査断面における［∫ｎ（ｘ，ｙ）ｄｙ］／ｄ（ｘ）を２次近似で表したときの「２次の係数」で、最小２乗法により決定される。同様にΔｍは、上記光軸を含む主走査断面内における［∫Ｎ（ｚ，ｙ）ｄｙ］／ｄ（ｚ＝０）を２次近似で表したときの「２次の係数」で、最小２乗法により決定される。

請求項１における「屈折率分布：Δｎ（Ｘ）」は、上記ｎ_０の値を０に基準化し、Ｘが副走査方向の座標であるときには、
Δｎ（Ｘ）＝Δｎ・Ｘ^２
で定義され、位置座標：Ｘが主走査方向の座標であるときは、
Δｎ（Ｘ）＝Δｍ・Ｘ^２
で定義されるものである。

従って、請求項１においては、屈折率分布：Δｎ（Ｘ）を上記の如く、Ｘの２次式で近似したときの、Ｘについて２乗の項の係数であるΔｎの符号が、２枚の樹脂レンズにおいて異なる。主走査方向についての係数：Δｍの符号は、２枚の樹脂レンズについて異なっていることができる。

これら２次の係数：Δｎ、Δｍは「レンズパワー」として作用する。
即ち、Δｎが正（負）であることは、レンズ内の屈折率の分布が、副走査方向に光軸を離れるにつれて大きく（小さく）成ることを意味し、Δｍが正（負）であることは、レンズ内の屈折率の分布が、主走査方向に光軸を離れるにつれて大きく（小さく）成ることを意味する。

説明の具体性のために副走査方向について考えると、屈折率分布：Δｎ（Ｘ）＝Δｎ・Ｘ^２において「Δｎが正」であると、光軸を含む副走査断面内において「屈折率は光軸を離れるほど大きく」なる。この場合、樹脂レンズが副走査方向に正（負）のパワーを持っている場合には、屈折率分布：Δｎ（Ｘ）は樹脂レンズにおける副走査方向の正（負）のパワーを弱（強）めるように作用する。

「Δｎが負」であると、光軸を含む副走査断面内において「屈折率は光軸を離れるほど小さく」なるので、樹脂レンズが副走査方向に正（負）のパワーを持っている場合には、屈折率分布：Δｎ（Ｘ）は樹脂レンズにおける副走査方向の正（負）のパワーを強（弱）めるように作用する。

従って、例えば、走査結像光学系が２枚の樹脂レンズを含み、これら２枚の樹脂レンズの「副走査方向のパワー」が正と負である場合を考えると、正のパワーを持つ樹脂レンズの副走査方向の「屈折率分布の符号が正」で、負のパワーを持つ樹脂レンズの副走査方向の「屈折率分布の符号が正」である場合には、これら樹脂レンズの屈折率分布は、正のパワーを持つ樹脂レンズの正のパワーを弱め、負のパワーを持つ樹脂レンズの負のパワーを強める。このため、これら２枚の樹脂レンズにおける屈折率分布は、樹脂レンズの合成系におけるパワーを「負の向きに強める」作用を及ぼし、このために走査結像光学系の光学特性は劣化する。

しかしながら、正のパワーを持つ樹脂レンズの屈折率分布の符号が正で、負のパワーを持つ樹脂レンズの屈折率分布の符号が負であるならば、正のパワーを持つ樹脂レンズは屈折率分布の作用で正のパワーが弱まるが、負のパワーを持つ樹脂レンズの負のパワーもまた、負の符号の屈折率分布により弱まるので、これら樹脂レンズにおけるパワーの増減は互いに相殺する方向に作用し、合成系としての光学特性の劣化も軽減される。

正のパワーを持つ樹脂レンズの屈折率分布の符号が負で、負のパワーを持つ樹脂レンズの屈折率分布の符号が正であるならば、正のパワーを持つ樹脂レンズは屈折率分布の作用で正のパワーが強まるが、負のパワーを持つ樹脂レンズの負のパワーもまた、正の符号を持つ屈折率分布により強まるので、これら樹脂レンズにおけるパワーの増減は互いに相殺する方向に作用し、合成系としての光学特性の劣化も軽減される。

走査結像光学系に２枚の樹脂レンズが含まれ、これらの副走査方向のパワーが共に正である場合には「副走査方向の屈折率分布の符号が２枚の樹脂レンズで互いに逆」になれば、一方の樹脂レンズにおける屈折率分布の作用が、他方の樹脂レンズにおける屈折率分布で相殺されるようになるので、やはりこれら樹脂レンズの合成系における光学特性の劣化が軽減される。

以上の説明は、樹脂レンズの枚数が３枚以上となる場合においても容易に敷衍することができる。即ち、３枚以上の樹脂レンズが走査結像光学系に含まれる場合には、各樹脂レンズにおける副走査方向の屈折率分布の符号が同じであると、屈折率分布の作用が、合成系における副走査方向の光学特性の劣化を「加算的に増大させる方向に作用する」が、これら樹脂レンズのうちに「副走査方向の屈折率分布の符号が、他のものと異なるもの」が含まれれば、合成系における光学特性の劣化は有効に軽減される。

上の説明は「主走査方向の屈折率分布」についても当てはまる。また、発明者らが測定したところでは、１枚の樹脂レンズにおいて、副走査方向の屈折率分布の符号は主走査方向を通じて常に同じ符号であり、主走査断面内の屈折率の符号も副走査方向にわたって常に同一の符号である。

上記のように、この発明では、走査結像光学系における２枚の樹脂レンズの少なくとも副走査方向の屈折率分布の係数：Δｎの符号が「２枚の樹脂レンズについて同一ではない」ので、樹脂レンズの合成系に対する屈折率分布の作用が加算的に増大することが無く、「屈折率分布に起因する走査結像光学系の光学特性の劣化」が有効に軽減される。

図１は光走査装置の実施の１形態を略示している。
半導体レーザである光源１から放射された発散性の光束は、カップリングレンズ２により略平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ３により副走査方向へ集束しつつ、ミラーＭにより反射され、光偏向器である回転多面鏡のポリゴンミラー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。偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー４の等速回転に伴い等角速度的に偏向する光束となって、走査レンズ５、６と防塵ガラス１１を透過して被走査面８に導光され、走査レンズ５、６の作用により光スポットとして集光する。走査レンズ５、６は「走査結像光学系」を構成する。符号１０はポリゴンミラーの騒音を遮蔽するために設けられたハウジングの防音ガラスを示す。なお、ミラーＭは装置のレイアウトによっては省略しても良い。
走査レンズ５、６は共に「樹脂レンズ」でプラスチック成型により形成される。
具体的な数値例（設計値）を実施例としてあげる。

光源１（半導体レーザ）
発光波長：６５５ｎｍ
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
ポリゴンミラー４
偏向反射面数：５
内接円半径：１８ｍｍ
光源側からの光束の主光線と走査光学系の光軸とがなす角：５８度 。

走査レンズ５、６のレンズ面形状
走査レンズ５の入射側面と走査レンズ６の両面は次式（１）、（２）で表現される。

「主走査非円弧式」
主走査断面内における面形状は非円弧形状をなし、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：Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4，Ａ5，Ａ6，・・、光軸方向のデプス：Ｘにより次の多項式（１）で表す。
Ｘ=（Ｙ²/Ｒｍ）/［1+√｛1-（1+Ｋ）（Ｙ/Ｒｍ）²｝］+
+Ａ1・Ｙ+Ａ2・Ｙ²+Ａ3・Ｙ³+ Ａ4・Ｙ⁴+ Ａ5・Ｙ⁵+ Ａ6・Ｙ⁶+・・（１）
奇数次の係数：Ａ1,Ａ3,Ａ5・・に０でないものが含まれると、主走査非円弧形状は主走査方向に関して光軸に対し非対称的になる。実施例では偶数次の係数のみを用いており主走査方向に対称的である。
「副走査曲率式」
主走査方向の座標：Ｙに応じて副走査断面内の曲率：Ｃｓ（Ｙ）が変化する状態を、次式（２）により表す。
Ｃｓ（Ｙ）=｛1/Ｒｓ（0）｝+Ｂ1・Ｙ+Ｂ2・Ｙ²+Ｂ3・Ｙ³+Ｂ4・Ｙ⁴+Ｂ5・Ｙ⁵+・・（２）
（２）式において、変数：Ｙの奇数次の係数のＢ1、Ｂ3、Ｂ5・・の何れか０でないと副走査断面内の曲理は主走査方向に非対称的に変化する。

走査レンズ５の射出側面は「共軸非球面」である。
「共軸非球面」
近軸曲率半径：Ｒ、光軸からの距離：ｒ、円錐常数：ｋ、高次の係数：ａ1、ａ2、ａ3、・・、光軸方向のデプス：Ｚとして次式で表される。
Ｚ=（ｒ²/Ｒ）/［1+√｛1-（1+ｋ）（ｒ/Ｒ）²｝］+
ａ1・ｒ+ａ2・ｒ²+ａ3・ｒ³+ａ4・ｒ⁴+・・（３） 。

走査レンズ５の入射側面の形状
Rm=-279.9、Rs= -61.0
K=-2.900000E+01, A4= 1.755765E-07, A6=-5.491789E-11, A8= 1.087700E-14,
A10=-3.183245E-19, A12=-2.635276E-24
B1=-2.066347E-06, B2= 5.727737E-06, B3= 3.152201E-08, B4= 2.280241E-09,
B5=-3.729852E-11, B6=-3.283274E-12, B7= 1.765590E-14, B8= 1.372995E-15,
B9=-2.889722E-18, B10=-1.984531E-19 。

走査レンズ５の射出側面の形状
R＝-83.6、k=-0.549157
a4= 2.748446E-07, a6=-4.502346E-12, a8=-7.366455E-15, a10= 1.803003E-18,
a12= 2.727900E-23 。

走査レンズ６の入射側面の形状
Rm= 6950 、Rs= 110.9
K= 0.000000E+00, A4= 1.549648E-08, A6= 1.292741E-14, A8=-8.811446E-18,
A10=-9.182312E-22,
B1=-9.593510E-07, B2=-2.135322E-07, B3=-8.079549E-12, B4= 2.390609E-12,
B5= 2.881396E-14, B6= 3.693775E-15, B7=-3.258754E-18, B8= 1.814487E-20,
B9= 8.722085E-23, B10=-1.340807E-23 。

走査レンズ６の射出側面の形状
Rm= 766 、Rs=-68.22
K= 0.000000E+00, A4=-1.150396E-07, A6= 1.096926E-11, A8=-6.542135E-16,
A10= 1.984381E-20, A12=-2.411512E-25,
B2= 3.644079E-07, B4=-4.847051E-13, B6=-1.666159E-16,B8= 4.534859E-19,
B10=-2.819319E-23 。

使用波長：６５５ｎｍにおける走査レンズ５、６の材質（日本ゼオン社製 ＺＥＯＮＥＸ Ｅ−４８Ｒ）の屈折率（設計上の値）は１.５２７２４である。なお、上記の表記に於いて例えば「−２．８１９３１９Ｅ−２３」は「−２．８１９３１９×１０^−２３」の意味である。
光学配置
偏向反射面から走査レンズ５の入射側面までの距離：ｄ１＝６４ｍｍ
走査レンズ５の中心肉厚：ｄ２＝２２．６ｍｍ
走査レンズ５の副走査方向の高さ（副走査方向のレンズ幅）：６．４ｍｍ
走査レンズ５の副走査方向の有効幅：３．４ｍｍ
走査レンズ５の射出側面から走査レンズ６の入射側面までの距離：ｄ３＝７５．９ｍｍ
走査レンズ５の副走査方向の屈折率分布：Δｎ＝８Ｅ−０６
走査レンズ６の中心肉厚：ｄ４＝４．９ｍｍ
走査レンズ６の副走査方向の高さ：１４．３ｍｍ
走査レンズ６の副走査方向の有効幅：６ｍｍ
走査レンズ６の射出側面から被走査面までの距離：ｄ５＝１５８．７ｍｍ
走査レンズ６の副走査方向の屈折率分布：Δｎ＝−１．８Ｅ−０５
なお、屈折率：１．５１４、厚さ：１．９ｍｍの防音ガラス１０と防塵ガラス１１が図１に示すように配置されており、防音ガラス１０は主走査面内において主走査方向に平行な方向に対し１０ｄｅｇ傾いている。

図２（ａ）に、実施例光学系の設計上の像面湾曲、即ち、走査レンズ５、６に「不均一な屈折率分布がない場合の像面湾曲」を示す。実線は副走査方向の像面湾曲、破線は主走査方向の像面湾曲である。

ここで、走査レンズ５、６の外的形状を説明する。
図４（ａ）に示すように、走査レンズ５は、その主走査方向の長さ：１４４ｍｍ、光軸位置における肉厚：２２．６ｍｍであり、光軸を含む副走査断面内の断面形状を示す図４（ｃ）に示すように副走査方向のレンズ幅：６．４ｍｍである。また、副走査方向の有効幅（偏向光束に対して有効な光学作用を作用できる領域の幅）は３．４ｍｍである。

即ち、走査レンズ５は「光軸方向の厚さ：２２.６ｍｍ＞副走査方向のレンズ幅：６．４ｍｍ」であり、主走査方向は「正」・副走査方向は「負」のパワーを持つ。

走査レンズ６は、図４（ｂ）に示すように、その主走査方向の長さ：２４２ｍｍ、光軸位置における肉厚：４．９ｍｍである。走査レンズ６の「光軸を含む副走査断面内の断面形状」を示す図４（ｄ）のように、走査レンズ６は副走査方向には「両凸レンズ」であり、主走査方向に「正」・副走査方向に「負」のパワーを持つ。
走査レンズ６はまた、副走査方向の光束通過領域外に「リブ」を有し、このリブの光軸方向の幅が、光軸方向の肉厚よりも大きい。

即ち、図４（ｄ）に示すように、走査レンズ６の「副走査方向の高さ」は、リブの部分まで含めて１４.３ｍｍ、リブの部分の厚みは３ｍｍ、リブの光軸方向の幅は９.９ｍｍである。即ち、「光軸位置における肉厚：４．９ｍｍ＜リブ部の光軸方向の幅：９.９ｍｍ」である。

図３（ａ）は、走査レンズ５の「光軸位置における副走査方向の屈折率分布」を示している。この屈折率分布：Δｎ（Ｘ）は、Ｘを「光軸を原点とする副走査方向の座標」として、
Δｎ（Ｘ）＝Δｎ・Ｘ^２
で表され、上記Δｎ＝Δｎ＝８Ｅ−０６を用いると、
Δｎ（Ｘ）＝８×１０^−６・Ｘ^２
である。

走査レンズ５は図４（ａ）、（ｃ）に示す如く、光軸方向に肉厚で、断面形状が略矩形状であり、レンズの成形加工時に、樹脂は（断面形状の）周辺部から冷却されるため「周辺部の密度が高く、中心に向かうに従って密度が低くなる密度分布」が形成され、副走査方向の屈折率分布は上記の如きものとなる。

図３（ｂ）は、走査レンズ６の「光軸位置における副走査方向の屈折率分布」を示している。この屈折率分布：Δｎ（Ｘ）は、Ｘを「光軸を原点とする副走査方向の座標」として、
Δｎ（Ｘ）＝Δｎ・Ｘ^２
で表され、上記Δｎ＝Δｎ＝−１．８Ｅ−０５を用いると、
Δｎ（Ｘ）＝−１．８×１０^−５・Ｘ^２
である。

走査レンズ６は図４（ｂ）、（ｄ）に示す如く、光軸方向の肉厚（＝４.９ｍｍ）が比較的薄く、リブ構造を有することでリブの部分付近が厚肉となるため、成形時に樹脂は、光軸近傍よりもリブの部分に近い方が遅れて冷却され「中心部の密度が高く、リブに向かうに従って密度が低くなる密度分布」が形成され、光束が通過するレンズ領域内における副走査方向の屈折率は、中心部よりも周辺部の方の屈折率が低くなる上記分布となる。

ここで、実施例の光学系において、走査レンズ６は「レンズ内の屈折率が均一」であり、走査レンズ５のみに上記の如き「副走査方向の屈折率分布」がある場合を想定し、シミュレーションによる光線追跡を行って像面湾曲を演算してみると、像面湾曲の様子は図２（ｂ）に示す如くになる。
副走査方向の像面湾曲（実線）が設計上の像面湾曲（図２（ａ））に比して「＋側」へ劣化しているのが分かる。これは、走査レンズ５における屈折率分布の符号が正で「走査レンズ５の負のパワーが強め」られた結果である。

演算に際しては、図３（ａ）に示す屈折率分布（Δｎ（Ｘ）＝８×１０^−６・Ｘ^２）が、走査レンズ５の主走査方向に渡って一様に発生しているものと仮定している。この仮定は実測と実質的に矛盾しない。即ち、実測される副走査方向の屈折率分布は主走査方向において殆ど変化しない。

次に、走査レンズ６に上記の屈折率分布：Δｎ（Ｘ）＝−１．８×１０^−５・Ｘ^２を与えて、シミュレーションによる光線追跡を行って像面湾曲を演算してみると、像面湾曲の様子は図２（ｃ）に示す如くになる。この図から明らかなように、副走査方向の像面湾曲は「設計上の像面湾曲に近づく」ように補正されていることが分かる。この場合の演算においても、図３（ｂ）に示す屈折率分布（Δｎ（Ｘ）＝−１.８×１０^−５・Ｘ^２）が、走査レンズ６の主走査方向に渡って一様に発生しているものと仮定しているが、走査レンズ６においても、実際に測定される副走査方向の屈折率分布は主走査方向において殆ど変化しない。

従って、走査レンズ５、６として、副走査方向の屈折率分布の符号が「互いに逆」のものを組合せることにより、副走査方向の像面湾曲の劣化が有効に軽減され、光スポット径の増大による解像度の低下を有効に軽減することができる。

上記走査レンズ５、６の材料および成形条件を挙げる。
走査レンズ５は上記の如き形状を有し、シクロオレフィンポリマー（ガラス転移点温度：１３８℃）を材料とし、以下の成形条件で「射出成形」した。

成形条件
金型温度：１３６℃
樹脂温度：２８０℃
射出速度：２０ｍｍ／秒
射出圧力：８０ＭＰａ
冷却時間：３００秒 。

走査レンズ６は上記の如き形状を有し、シクロオレフィンポリマー（ガラス転移点温度：１３８℃）を材料とし、以下の成形条件で「射出成形」した。

成形条件
金型温度：１３６℃
樹脂温度：２８０℃
射出速度：３０ｍｍ／秒
射出圧力：８０ＭＰａ
冷却時間：２５０秒 。

上に説明した実施例の走査結像光学系は、光偏向器４により偏向される光束を被走査面８に向かって集束させ、被走査面上に光走査のための光スポットを形成する走査結像光学系であって、２枚の走査レンズ５、６を有し、これら２枚がプッラスチック成形により作製される樹脂レンズ５、６であり、これら樹脂レンズ５、６の、光軸を含む主走査方向もしくは副走査方向の断面において副走査方向の位置座標：Ｘに対する屈折率分布をΔｎ（Ｘ）とするとき、副走査方向における屈折率分布：Δｎ（Ｘ）の係数：Δｎ符号が、走査結像光学系に含まれる全ての樹脂レンズ５、６について同一でない（請求項１）。

また、副走査方向の屈折率分布の符号を全ての樹脂レンズ５、６について同一としないことにより、各樹脂レンズに存在するレンズ内屈折率分布に起因する「副走査方向の像面湾曲の劣化」が軽減されている。

さらに、走査結像光学系に含まれる２枚の樹脂レンズ５、６の副走査方向の屈折率分布：Δｎ（Ｘ）の符号が互いに逆で、一方の樹脂レンズ５は、副走査断面内の断面形状（図４（ｃ）参照）が、少なくとも副走査方向において「光軸から周辺へ向かうに従って増大する屈折率分布が、プラスチック成型に際して形成される形状」であり、他方の樹脂レンズ６は、副走査断面内の断面形状（図４（ｄ）参照）が、少なくとも副走査方向において「光軸から周辺へ向かうに従って減少する屈折率分布が、プラスチック成型に際して形成される形状」である。

一方の樹脂レンズ５は、副走査方向の幅よりも光軸方向の肉厚が大きく、他方の樹脂レンズ６は、副走査方向の幅よりも光軸方向の肉厚が小さく、かつ、少なくとも副走査方向の光束通過領域外にリブを有し、このリブの光軸方向の幅（＝９．９ｍｍ）が、光軸方向の肉厚（４．９ｍｍ）よりも大きい（請求項２）。

上記実施例の走査結像光学系を用いる、図１の光走査装置は、光源１からの光束を光偏向器４により偏向させ、偏向される光束を走査結像光学系５、６により被走査面８に向けて集光させて被走査面８上に光スポットを形成し、光走査を行う光走査装置であって、走査結像光学系として請求項１または請求項２記載のものを用いる光走査装置（請求項３）である。

また、光偏向器４として回転多面鏡が用いられ、光源１からの光束が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れ、走査結像光学系５、６が偏向反射面位置と被走査面位置とを副走査方向に関して共役関係とするアナモフィックな結像光学系である（請求項４）。

従って、図１に示す光走査装置における光学系として上記実施例のものを用い、被走査面８に合致させて「感光性媒体」を配置し、この感光性媒体に対して光走査装置による光走査を行うように構成することにより画像形成装置を実現でき（請求項５）、特に、感光性媒体として例えば「ドラム状の光導電性の感光体」を用い、周知の静電写真プロセスによる画像形成を行うことができる（請求項６）。

光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。 実施例の像面湾曲を示す図であって、（ａ）は設計上の像面湾曲、（ｂ）は走査レンズ５に副走査方向の屈折率分布があるときの像面湾曲、（ｃ）は走査レンズ５と走査レンズ６とに、符号の異なる副走査方向の屈折率分布があるときの像面湾曲を示す。 図１の走査レンズ５と走査レンズ６における副走査方向の屈折率分布を示す図である。 図１の走査レンズ５と走査レンズ６の形状を説明するための図である。

符号の説明

１ 光源
４ 光偏向器
５、６ 走査結像レンズを構成する走査レンズ
８ 被走査面

Claims (6)

1. 光偏向器により偏向される光束を被走査面に向かって集束させ、上記被走査面上に光走査のための光スポットを形成する走査結像光学系であって、
   ２枚以上の走査レンズを有し、これら走査レンズのうちの２枚がプッラスチック成形により作製される樹脂レンズであり、
   一方の樹脂レンズは、副走査方向の有効幅よりも光軸方向の肉厚が大きく、
   他方の樹脂レンズは、副走査方向の有効幅よりも光軸方向の肉厚が小さく、
   これら樹脂レンズの、光軸を含む副走査方向の断面において、副走査方向の位置座標：Ｘに対する屈折率分布：Δｎ（Ｘ）を、Ｘについての２次式で近似するときの、Ｘの２乗の項の係数：Δｎの符号が、上記走査結像光学系に含まれる２枚の樹脂レンズについて同一でなく、
   主走査方向における光軸以外の位置での副走査方向の断面について、上記Δｎと同様に定義される屈折率分布の係数の符号が、上記２枚の樹脂レンズのそれぞれにおいて、これら２枚の樹脂レンズにおける上記Δｎと同符号であることを特徴とする走査結像光学系。
2. 請求項１記載の走査結像光学系において、
   他方の樹脂レンズは、少なくとも副走査方向の光束通過領域外にリブを有し、このリブの光軸方向の幅が、光軸方向の肉厚よりも大きいことを特徴とする走査結像光学系。
3. 光源からの光束を光偏向器により偏向させ、偏向される光束を走査結像光学系により被走査面に向けて集光させて上記被走査面上に光スポットを形成し、光走査を行う光走査装置であって、
   走査結像光学系として、請求項１または２記載のものを用いることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項３記載の光走査装置において、
   光偏向器として回転多面鏡が用いられ、
   光源からの光束が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れ、走査結像光学系が上記偏向反射面位置と被走査面位置とを副走査方向に関して略共役関係とするアナモフィックな結像光学系であることを特徴とする光走査装置。
5. 感光性媒体に対して、光走査装置による光走査を行って画像を形成する装置であって、
   光走査装置として、請求項３または４記載のものを用いることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５記載の画像形成装置において、
   感光性媒体が光導電性の感光体であることを特徴とする画像形成装置。

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