JP4564620B2 - 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から光変調され出射した光束を回転多面鏡等より成る偏向素子で反射偏向（偏向走査）させた後、ｆθ特性を有する結像素子を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）等の走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１３は従来の走査光学装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段９１から出射した発散光束はコリメーターレンズ９２により略平行光束とされ、絞り９３によって該光束を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては集束してポリゴンミラーから成る光偏向器９５の偏向面（反射面）９５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器９５の偏向面９５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレンズ系）９６を介して被走査面としての感光ドラム面９８上に導光し、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム面９８上を矢印Ｂ方向に光走査して画像情報の記録を行なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種の走査光学装置においては高精度な画像情報の記録を行なうには被走査面全域にわたって像面湾曲が補正されスポット径が揃っていること、そして入射光の角度と像高とが比例関係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有していることが必要である。
【０００７】
しかしながら近年では高精細印字を可能にするためこれに加え、
(1) 画像有効域（走査有効域）内での副走査方向のスポット径を揃えること
(2) マルチビーム走査において画像有効域内での隣接ピッチ間隔を揃えること、
等が重要となっており、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆｎｏ）を画像有効域内において揃えることが必要となっている。
【０００８】
本出願人は先に提案した特開平８−２９７２５６号公報で結像光学系（第３の光学素子）を構成するレンズの少なくとも２つのレンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向かい変化させ、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏを画像有効域内において揃えている。
【０００９】
本発明は第３の光学素子を２枚以上のレンズより構成し、該２枚以上のレンズのうち少なくとも１つのレンズのレンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、該レンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を１０％以下とし、該レンズ面を有するレンズの主走査方向の形状を走査有効域内で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが略一定となるように形成することにより、走査有効域内での副走査方向のスポット径を揃えることができ、またマルチビーム走査において走査有効域内での隣接ピッチ間隔を揃えることができる、コンパクトで高精細な画像記録に最適な走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査光学装置は、光源手段と、前記光源手段から出射された光束を主走査方向に偏向する光偏向器と、前記光偏向器の偏向面にて偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する走査光学装置であって、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束の主走査方向の幅は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅よりも長く、
前記結像光学系は、２枚以上の結像レンズを備え、前記２枚以上の結像レンズのうち１つのレンズ面のみの副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しており、
且つ、前記副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しているレンズ面に入射する光束の前記レンズ面上での一光束内での副走査方向の曲率変化率は１０％以下に設定されており、
且つ、前記２枚以上の結像レンズのレンズ面のうち副走査方向のパワーが最も大きいレンズ面の主走査断面内の形状は、前記光偏向器側に曲率中心を有していることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１に記載の走査光学装置と、前記走査光学装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラム上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段と、を備えたことを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の走査光学装置の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は図１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００４４】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２は第１の光学素子としての変換素子（コリメーターレンズ）であり、光源手段１から出射された発散光束を弱発散光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器（偏向素子）５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。
【００４５】
５は偏向素子としての例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００４６】
１２は第３の光学素子としてのｆθ特性を有するｆθレンズ系（結像光学系）であり、光偏向器５側から順に後述する形状より成る凹球面レンズ６１、凸シリンダーレンズ（凸シリンドリカルレンズ）６２、そしてプラスチック成形により製作された長尺シリンダーレンズ（長尺シリンドリカルレンズ）６３の３枚の結像レンズを有しており、全系では主走査方向と副走査方向とで互いに異なる所定の屈折力を有しており、光偏向器５によって反射偏向（偏向走査）された画像情報に基づく光束を被走査面６上に結像させ、かつ光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。
【００４７】
本実施形態では長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６の副走査方向の曲率半径を主走査方向（像高方向）において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、その出射面Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率が１０％以下となるように設定している。さらに長尺シリンダーレンズ６３の主走査方向の形状を走査有効域内で被走査面６に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆｎｏ）が一定となるように形成している。
【００４８】
６は被走査面としての感光ドラム面である。
【００４９】
本実施形態において半導体レーザー１から光変調され出射した発散光束はコリメーターレンズ２によって弱発散光束に変換され、開口絞り３によって光量が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。ここでシリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち副走査断面内においては光束は収束され、凸シリンダーレンズ６２、凹球面レンズ６１とを透過して光偏向器５の偏向面５ａに入射し、該偏向面５ａ近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。
このとき偏向面５ａに入射する光束は光偏向器５の回転軸とｆθレンズ系１２の光軸を含む副走査断面内において、該回転軸と垂直な平面（光偏向器の回転平面）に対して所定の角度で入射している（斜入射光学系）。即ちシリンドリカルレンズ４からの光束は副走査断面内において偏向面５ａに対し斜め方向から入射している。
【００５０】
他方の主走査断面内においては光束はそのままの状態（弱発散光束の状態）で凸シリンダーレンズ６２、凹球面レンズ６１を透過することによって略平行光束に変換され、光偏向器５の偏向角の略中央から偏向面に入射している（正面入射）。このときの略平行光束の光束幅は主走査方向において光偏向器５の偏向面５ａのファセット幅に対し十分広くなる（複数の偏向面にまたがる）ように設定している（オーバーフィルド走査光学系）。
【００５１】
そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は凹球面レンズ６１、凸シリンダーレンズ６２、そして長尺シリンダーレンズ６３を介して感光ドラム面６上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面６上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面６上に画像記録を行なっている。
【００５２】
本実施形態において非球面を有するレンズ（光学素子）は以下に示す形状表現式により表わされる。そのレンズ形状は例えばレンズと光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、
【００５３】
【数１】
【００５４】
（但し、R は曲率半径、K 、B4、B6、B8、B10 は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００５５】
【数２】
【００５６】
ここでr'=r0(1+D2Y2+D4Y4+D6Y6+D8Y8+D10Y10)
（但し、r0は光軸上の子線曲率半径、D2、D4、D6、D8、D10 は非球面係数）
なる式で表わされる。
【００５７】
本実施形態では前述の如くｆθレンズ系１２の一要素を構成する長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６のみの副走査方向の曲率半径を主走査方向（像高方向）において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、他のレンズ面には非球面成分を盛り込んでいない。
【００５８】
ここでレンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化について説明する。被走査面上において副走査方向の入射Ｆｎｏを揃えたり、副走査方向の結像性能を満足させるためには、該レンズの副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させる必要がある。しかしながらレンズ面上の一光束内で副走査方向の曲率半径を急激に変化させすぎると、コマ収差等により波面収差が悪化し焦点深度の減少を引き起こす。
【００５９】
図３は比較例として本実施形態と同等のレンズ構成において長尺シリンダーレンズ６３の出射面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を振ったときのスポットプロファイル（スポットの等高線）を示した説明図である。
【００６０】
同図より良好なるスポット形状を得るためには、レンズ面上の一光束内の副走査方向の曲率変化率を１０％以下、望ましくは５％以下に抑える必要があることが読みとれる。
【００６１】
図４は本実施形態における長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６の副走査方向の曲率半径のレンズＹ座標依存性を示す説明図である。
【００６２】
本実施形態では長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６における主走査方向のビーム径は４ｍｍで、このビーム径内での副走査方向の曲率変化率の最大変化率は１．２％であり、１ビーム径内での副走査方向の曲率変化率は微小であるため被走査面６上で良好なるスポット形状を得ることができる。
【００６３】
一方、長尺シリンダーレンズ６３の主走査方向の形状は両レンズ面Ｒ５，Ｒ６ともに光偏向器５側に曲率中心をもつ面形状としている。これはｆθレンズ系１２の中で副走査方向のパワーが最も大きいレンズの形状を光偏向器５側に湾曲させることで、各像高における副走査方向の主平面を最適な位置に配置するためである。
【００６４】
図５は本実施形態における被走査面上での副走査方向のＦｎｏを示す説明図である。同図より走査有効域内（画像有効域内）において被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏが略一定であり、ｆθレンズ系全体の副走査方向の結像倍率が揃い副走査方向のスポット径が均一となっていることが読みとれる。即ち、本実施形態では副走査方向における結像倍率が走査有効域内において略一定となるように設定している。
【００６５】
このように本実施形態では上述の如くｆθレンズ系１２を構成する３枚のレンズのうち、長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６のみの副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、その出射面Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を１０％以下となるように設定し、かつ長尺シリンダーレンズ６３の主走査方向の形状を最適化することにより、副走査方向の曲率半径を急激に変化させることなく、走査有効域内での副走査方向の結像性能と結像倍率の一様性を満足させることが可能となり、これにより波面収差が良好で走査有効域内で副走査方向のスポット径の揃った高精細な画像記録に最適な走査光学装置の実現を可能としている。
【００６６】
［実施形態２］
図６は本発明の走査光学装置の実施形態２の光学系の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６７】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、長尺シリンダーレンズ７３の両レンズ面Ｒ５，Ｒ６とも副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させた点であり、その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６８】
即ち、本実施形態では長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５と出射面Ｒ６との両レンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、その両レンズ面Ｒ５，Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を各々１０％以下となるように設定している。
【００６９】
図７は本実施形態における長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５と出射面Ｒ６の両レンズ面の副走査方向の曲率半径のレンズＹ座標依存性を示す説明図である。
【００７０】
本実施形態では長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５上と出射面Ｒ６上との一光束内での副走査方向の曲率変化率の最大変化率は、入射面Ｒ５で０．６％（ビーム幅４ｍｍ）、出射面Ｒ６で０．７％（ビーム幅４ｍｍ）であり、１ビーム径内での副走査方向の曲率変化率は微小であるため被走査面６上で良好なるスポット形状を得ることができる。
【００７１】
一方、長尺シリンダーレンズ７３の主走査方向の形状は両レンズ面Ｒ５，Ｒ６ともに光偏向器５側に曲率中心をもつ面形状としている。これはｆθレンズ系１２の中で副走査方向のパワーが最も大きいレンズの形状を光偏向器５側に湾曲させることで、各像高における副走査方向の主平面を最適な位置に配置するためである。
【００７２】
図８は本実施形態における被走査面上での副走査方向のＦｎｏを示す説明図である。同図より走査有効域内において被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏが略一定であり、ｆθレンズ系全体の副走査方向の結像倍率が揃い副走査方向のスポット径が均一となっていることが読みとれる。即ち、本実施形態では副走査方向における結像倍率が走査有効域内において略一定となるように設定している。
【００７３】
このように本実施形態では上述の如く第３の光学素子としてのｆθレンズ系１４を構成する３枚のレンズのうち、長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５と出射面Ｒ６との副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、その入射面Ｒ５及び出射面Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を各々１０％以下となるように設定し、かつ長尺シリンダーレンズ７３の主走査方向の形状を最適化することにより、副走査方向の曲率半径を急激に変化させることなく走査有効域内での副走査方向の結像性能と結像倍率の一様性を満足させることが可能となり、これにより波面収差が良好で走査有効域内で副走査方向のスポット径の揃った高精細な画像記録に最適な走査光学装置の実現を可能としている。
【００７４】
尚、上述した各実施形態１，２においては走査光学装置をオーバーフィルド走査光学系より構成したが、これに限らず、例えばアンダーフィルド走査光学系により構成しても本発明は前述の実施形態１，２と同様に適用することができる。
【００７５】
［参考例１］
図９は本発明の走査光学装置の参考例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００７６】
参考例１において前述の実施形態１と異なる点は、光源手段に複数の発光部を有するマルチビームレーザー３１を用いた点、第３の光学素子１６を２枚のレンズから構成した点、主走査断面内において光偏向器５の偏向面に対して斜め方向から光束を入射させた点、そして光偏向器５へ入射する光束の主走査方向の光束幅を主走査方向の偏向面より小さくした、所謂アンダーフィルド走査光学系より構成した点であり、その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７７】
即ち、同図において３１は光源手段であり、複数の発光部を有する例えばマルチビームレーザー（マルチ半導体レーザー）より成っている。
【００７８】
１６は第３の光学素子としてのｆθ特性を有するｆθレンズ系（結像光学系）であり、光偏向器５側から順に共にプラスチック成形により製作された第１のトーリックレンズ（トーリックレンズ）６４と第２のトーリックレンズ（長尺トーリックレンズ）６５の２枚のレンズを有しており、全系では主走査方向と副走査方向とで互いに異なる所定の屈折力を有しており、光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査面６上に結像させ、かつ光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。
【００７９】
参考例１では第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の各々の出射面Ｒ２，Ｒ４の副走査方向の曲率半径を主走査方向（像高方向）において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、各出射面Ｒ２，Ｒ４上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を各々１０％以下となるように設定している。
【００８０】
参考例１においてマルチ半導体レーザー３１から光変調され出射した複数の発散光束はコリメーターレンズ２によって略平行光束に変換され、開口絞り３によって光量が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束され光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。
【００８１】
そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された複数の光束は第１のトーリックレンズ６４と第２のトーリックレンズ６５を介して感光ドラム面６上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面６上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に各々光走査（マルチ走査）している。これにより記録媒体としての感光ドラム面６上に画像記録を行なっている。
【００８２】
図１０は参考例１における第１のトーリックレンズ６４の出射面Ｒ２と第２のトーリックレンズ６５の出射面Ｒ４との副走査方向の曲率半径のレンズＹ座標依存性を示す説明図である。
【００８３】
参考例１において第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の出射面Ｒ２，Ｒ４上の一光束内での副走査方向の曲率変化率の最大変化率は第１のトーリックレンズ６４の出射面Ｒ２で６．４％（ビーム幅５ｍｍ）、第２のトーリックレンズ６５の出射面Ｒ４で１．７％（ビーム幅４ｍｍ）であり、１ビーム径内での副走査方向の曲率変化率は微小であるため被走査面６上で良好なるスポット形状を得ることができる。
【００８４】
一方、第２のトーリックレンズ６５の出射面Ｒ４の主走査方向の形状は光偏向器５側に曲率中心をもつ面形状としている。これはｆθレンズ系１６の中で副走査方向のパワーが最も大きいレンズ面形状を光偏向器５側に湾曲させることで、各像高における副走査方向の主平面を最適な位置に配置するためである。
【００８５】
図１１は参考例１における被走査面上での副走査方向のＦｎｏを示す説明図である。同図より走査有効域内において被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏが略一定であり、ｆθレンズ系全体の副走査方向のスポット径が均一となっていることが読みとれる。尚、副走査方向の結像倍率も走査有効域内で略一定であるため、被走査面上での複数光束の副走査方向の間隔も一定とすることが可能となる。
【００８６】
このように参考例１では上述の如く第３の光学素子としてのｆθレンズ系１６を構成する第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の各々の出射面Ｒ２，Ｒ４の副走査方向の曲率半径を各々主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、その出射面Ｒ２，Ｒ４上の一光束内での副走査方向の曲率変化率が各々１０％以下となるように設定し、かつ第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の主走査方向の形状を最適化することにより、副走査方向の曲率半径を急激に変化させることなく走査有効域内での副走査方向の結像性能と結像倍率の一様性を満足させることが可能となり、これにより波面収差が良好で走査有効域内で副走査方向のスポット径の揃った高精細な画像記録に最適な走査光学装置の実現を可能としている。
【００８７】
さらに参考例１の固有の特徴として被走査面における複数光束間の副走査方向の間隔（隣接ピッチ間隔）も一定とすることが可能となり、ピッチムラの少ない高品位な画像形成が可能となる。
【００８８】
尚、参考例１では光源手段をマルチ半導体レーザーより構成したが、これに限らず、もちろんシングルビームレーザーより構成しても本発明は前述の実施形態３と同様に適用することができる。
【００８９】
［各実施形態における条件式］
上述した各実施形態１、２において、更に好ましくは下記に示す各条件式（１）〜（３）のうち少なくとも１つの条件式を満足させるのが良い。即ち、副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しているレンズＬａの主走査方向のパワーをφｍＬ、副走査方向のパワーをφｓＬとしたとき、
φｍＬ＜φｓＬ ‥‥‥‥（１）
なる条件を満足させることである。
【００９０】
また上記レンズＬａの主走査方向のパワーをφｍＬ、ｆθレンズ系全体の主走査方向のパワーをφｍｆとしたとき、
φｍＬ／φｍｆ＜０．５ ‥‥‥‥（２）
なる条件を満足させることである。
【００９１】
さらに上記レンズＬａの副走査方向のパワーをφｓＬ、ｆθレンズ系全体の副主走査方向のパワーをφｓｆとしたとき、
０．５＜φｓＬ／φｓｆ ‥‥‥‥（３）
なる条件を満足させることである。
【００９２】
尚、副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しているレンズは、第３の光学素子を構成する２枚以上のレンズのうち、被走査面６に最も近い位置に配置されており、さらに実施形態１、２では光偏向器５の偏向点と被走査面６との中点よりも、該被走査面６側に配置されている。
【００９３】
［画像形成装置］
図１２は本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置である電子写真プリンタの構成例を示す副走査方向の要部断面図である。
【００９４】
図中、１００は先に説明した本発明の実施形態１、２のいずれかの走査光学装置を示す。１０１は静電潜像担持体たる感光ドラム（感光体）であり、該感光ドラム１０１の上方には該感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が該表面に当接している。該帯電ローラ１０２の当接位置よりも下方の上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側の帯電された表面には、走査光学装置１００によって走査される光ビーム（光束）１０３が照射されるようになっている。
【００９５】
光ビーム１０３は、画像データ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上記感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。該静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側で該感光ドラム１０１に当接するように配設された現像手段としての現像装置１０７によってトナー像として現像される。該トナー像は、上記感光ドラム１０１の下方で該感光ドラム１０１に対向するように配設された転写手段としての転写ローラ１０８によって転写材たる用紙１１２上に転写される。該用紙１１２は上記感光ドラム１０１の前方（図９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。該用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、該用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００９６】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図９において左側）の定着手段としての定着器へと搬送される。
該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と該定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１２を上記定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４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せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２をプリンタの外に排出する。
【００９７】
［バックグランドタイプの画像形成装置］
また上記の画像形成装置は、例えば被走査面上に結像されたスポットによって露光されない部分が画像として現像される、所謂バックグランド露光方式の画像形成装置に対しても好適である。
【００９８】
このようなバックグラウンドタイプの画像形成装置は一般的に被走査面上でスポット径が変化すると画像上でスジむらが目立ちやすい。したがって副走査方向のスポット径が均一である本実施形態の走査光学装置との組合せは同画像形成装置のスジむら低減に有効である。
【００９９】
［数値実施例］
次に上述した各実施形態１、２と参考例１における光偏向器の構成及び第３の光学素子（ｆθレンズ系）の数値実施例１〜３を表−１〜４に示す。また前述の各条件式（２），（３）と数値実施例における諸数値との関係を表−５に示す。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
【表３】
【０１０３】
【表４】
【０１０４】
【表５】
【０１０５】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く第３の光学素子を２枚以上のレンズより構成し、そのうちの少なくとも１つのレンズのレンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、該レンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を１０％以下とし、該レンズ面を有するレンズの主走査方向の形状を走査有効域内で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが一定となるよう形成することにより、走査有効域内での副走査方向のスポット径を揃えることができ、またマルチビーム走査において走査有効域内での隣接ピッチ間隔を揃えることができ、これによりコンパクトで高精細な画像記録に最適な走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の副走査方向の要部断面図
【図３】 比較例におけるレンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率によるスポットプロファイル（スポットの等高線）を示す図
【図４】 本発明の実施形態１の長尺シリンダーレンズの出射面の副走査方向の曲率半径を示す図
【図５】 本発明の実施形態１における被走査面上での副走査方向のＦナンバーを示す図
【図６】 本発明の実施形態２の主走査方向の要部断面図
【図７】 本発明の実施形態２の長尺シリンダーレンズの入射面、出射面の副走査方向の曲率半径を示す図
【図８】 本発明の実施形態２における被走査面上での副走査方向のＦナンバーを示す図
【図９】 本発明の参考例１の主走査方向の要部断面図
【図１０】 本発明の参考例１の第１、第２のトーリックレンズの出射面の副走査方向の曲率半径を示す図
【図１１】 本発明の参考例１における被走査面上での副走査方向のＦナンバーを示す図
【図１２】 バックグラウンド露光タイプの画像形成装置の副走査方向の要部断面図
【図１３】 従来の走査光学装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ 第１の光学素子（コリメーターレンズ）
３ 開口絞り
４ 第２の光学素子（シリンドリカルレンズ）
５ 偏向素子（光偏向器）
１２，１４，１６ 第３の光学素子
３１ 光源手段（マルチ半導体レーザー）
６１ 凹球面レンズ
６２ 凸シリンダーレンズ
６３，７３ 長尺シリンダーレンズ
６４ トーリックレンズ
６５ 長尺トーリックレンズ
６ 被走査面（感光体ドラム）
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１６ 排紙ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から光変調され出射した光束を回転多面鏡等より成る偏向素子で反射偏向（偏向走査）させた後、ｆθ特性を有する結像素子を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）等の走査光学装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１３は従来の走査光学装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段９１から出射した発散光束はコリメーターレンズ９２により略平行光束とされ、絞り９３によって該光束を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては集束してポリゴンミラーから成る光偏向器９５の偏向面（反射面）９５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器９５の偏向面９５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレンズ系）９６を介して被走査面としての感光ドラム面９８上に導光し、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム面９８上を矢印Ｂ方向に光走査して画像情報の記録を行なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種の走査光学装置においては高精度な画像情報の記録を行なうには被走査面全域にわたって像面湾曲が補正されスポット径が揃っていること、そして入射光の角度と像高とが比例関係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有していることが必要である。
【０００７】
しかしながら近年では高精細印字を可能にするためこれに加え、
(1) 画像有効域（走査有効域）内での副走査方向のスポット径を揃えること
(2) マルチビーム走査において画像有効域内での隣接ピッチ間隔を揃えること、
等が重要となっており、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆｎｏ）を画像有効域内において揃えることが必要となっている。
【０００８】
本出願人は先に提案した特開平８−２９７２５６号公報で結像光学系（第３の光学素子）を構成するレンズの少なくとも２つのレンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向かい変化させ、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏを画像有効域内において揃えている。
【０００９】
本発明は第３の光学素子を２枚以上のレンズより構成し、該２枚以上のレンズのうち少なくとも１つのレンズのレンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、該レンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を１０％以下とし、該レンズ面を有するレンズの主走査方向の形状を走査有効域内で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが略一定となるように形成することにより、走査有効域内での副走査方向のスポット径を揃えることができ、またマルチビーム走査において走査有効域内での隣接ピッチ間隔を揃えることができる、コンパクトで高精細な画像記録に最適な走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査光学装置は、光源手段と、前記光源手段から出射された光束を主走査方向に偏向する光偏向器と、前記光偏向器の偏向面にて偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する走査光学装置であって、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束の主走査方向の幅は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅よりも長く、
前記結像光学系は、２枚以上の結像レンズを備え、前記２枚以上の結像レンズのうち１つのレンズ面のみの副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しており、
且つ、前記副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しているレンズ面に入射する光束の前記レンズ面上での一光束内での副走査方向の曲率変化率は１０％以下に設定されており、
且つ、前記２枚以上の結像レンズのレンズ面のうち副走査方向のパワーが最も大きいレンズ面の主走査断面内の形状は、前記光偏向器側に曲率中心を有していることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１に記載の走査光学装置と、前記走査光学装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラム上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段と、を備えたことを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の走査光学装置の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は図１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００４４】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２は第１の光学素子としての変換素子（コリメーターレンズ）であり、光源手段１から出射された発散光束を弱発散光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器（偏向素子）５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。
【００４５】
５は偏向素子としての例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００４６】
１２は第３の光学素子としてのｆθ特性を有するｆθレンズ系（結像光学系）であり、光偏向器５側から順に後述する形状より成る凹球面レンズ６１、凸シリンダーレンズ（凸シリンドリカルレンズ）６２、そしてプラスチック成形により製作された長尺シリンダーレンズ（長尺シリンドリカルレンズ）６３の３枚の結像レンズを有しており、全系では主走査方向と副走査方向とで互いに異なる所定の屈折力を有しており、光偏向器５によって反射偏向（偏向走査）された画像情報に基づく光束を被走査面６上に結像させ、かつ光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。
【００４７】
本実施形態では長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６の副走査方向の曲率半径を主走査方向（像高方向）において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、その出射面Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率が１０％以下となるように設定している。さらに長尺シリンダーレンズ６３の主走査方向の形状を走査有効域内で被走査面６に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆｎｏ）が一定となるように形成している。
【００４８】
６は被走査面としての感光ドラム面である。
【００４９】
本実施形態において半導体レーザー１から光変調され出射した発散光束はコリメーターレンズ２によって弱発散光束に変換され、開口絞り３によって光量が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。ここでシリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち副走査断面内においては光束は収束され、凸シリンダーレンズ６２、凹球面レンズ６１とを透過して光偏向器５の偏向面５ａに入射し、該偏向面５ａ近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。
このとき偏向面５ａに入射する光束は光偏向器５の回転軸とｆθレンズ系１２の光軸を含む副走査断面内において、該回転軸と垂直な平面（光偏向器の回転平面）に対して所定の角度で入射している（斜入射光学系）。即ちシリンドリカルレンズ４からの光束は副走査断面内において偏向面５ａに対し斜め方向から入射している。
【００５０】
他方の主走査断面内においては光束はそのままの状態（弱発散光束の状態）で凸シリンダーレンズ６２、凹球面レンズ６１を透過することによって略平行光束に変換され、光偏向器５の偏向角の略中央から偏向面に入射している（正面入射）。このときの略平行光束の光束幅は主走査方向において光偏向器５の偏向面５ａのファセット幅に対し十分広くなる（複数の偏向面にまたがる）ように設定している（オーバーフィルド走査光学系）。
【００５１】
そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は凹球面レンズ６１、凸シリンダーレンズ６２、そして長尺シリンダーレンズ６３を介して感光ドラム面６上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面６上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面６上に画像記録を行なっている。
【００５２】
本実施形態において非球面を有するレンズ（光学素子）は以下に示す形状表現式により表わされる。そのレンズ形状は例えばレンズと光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、
【００５３】
【数１】
（但し、R は曲率半径、K 、B4、B6、B8、B10 は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００５５】
【数２】
ここでr'=r0(1+D2Y2+D4Y4+D6Y6+D8Y8+D10Y10)
（但し、r0は光軸上の子線曲率半径、D2、D4、D6、D8、D10 は非球面係数）
なる式で表わされる。
【００５７】
本実施形態では前述の如くｆθレンズ系１２の一要素を構成する長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６のみの副走査方向の曲率半径を主走査方向（像高方向）において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、他のレンズ面には非球面成分を盛り込んでいない。
【００５８】
ここでレンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化について説明する。被走査面上において副走査方向の入射Ｆｎｏを揃えたり、副走査方向の結像性能を満足させるためには、該レンズの副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させる必要がある。しかしながらレンズ面上の一光束内で副走査方向の曲率半径を急激に変化させすぎると、コマ収差等により波面収差が悪化し焦点深度の減少を引き起こす。
【００５９】
図３は比較例として本実施形態と同等のレンズ構成において長尺シリンダーレンズ６３の出射面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を振ったときのスポットプロファイル（スポットの等高線）を示した説明図である。
【００６０】
同図より良好なるスポット形状を得るためには、レンズ面上の一光束内の副走査方向の曲率変化率を１０％以下、望ましくは５％以下に抑える必要があることが読みとれる。
【００６１】
図４は本実施形態における長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６の副走査方向の曲率半径のレンズＹ座標依存性を示す説明図である。
【００６２】
本実施形態では長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６における主走査方向のビーム径は４ｍｍで、このビーム径内での副走査方向の曲率変化率の最大変化率は１．２％であり、１ビーム径内での副走査方向の曲率変化率は微小であるため被走査面６上で良好なるスポット形状を得ることができる。
【００６３】
一方、長尺シリンダーレンズ６３の主走査方向の形状は両レンズ面Ｒ５，Ｒ６ともに光偏向器５側に曲率中心をもつ面形状としている。これはｆθレンズ系１２の中で副走査方向のパワーが最も大きいレンズの形状を光偏向器５側に湾曲させることで、各像高における副走査方向の主平面を最適な位置に配置するためである。
【００６４】
図５は本実施形態における被走査面上での副走査方向のＦｎｏを示す説明図である。同図より走査有効域内（画像有効域内）において被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏが略一定であり、ｆθレンズ系全体の副走査方向の結像倍率が揃い副走査方向のスポット径が均一となっていることが読みとれる。即ち、本実施形態では副走査方向における結像倍率が走査有効域内において略一定となるように設定している。
【００６５】
このように本実施形態では上述の如くｆθレンズ系１２を構成する３枚のレンズのうち、長尺シリンダーレンズ６３の出射面Ｒ６のみの副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、その出射面Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を１０％以下となるように設定し、かつ長尺シリンダーレンズ６３の主走査方向の形状を最適化することにより、副走査方向の曲率半径を急激に変化させることなく、走査有効域内での副走査方向の結像性能と結像倍率の一様性を満足させることが可能となり、これにより波面収差が良好で走査有効域内で副走査方向のスポット径の揃った高精細な画像記録に最適な走査光学装置の実現を可能としている。
【００６６】
［実施形態２］
図６は本発明の走査光学装置の実施形態２の光学系の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６７】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、長尺シリンダーレンズ７３の両レンズ面Ｒ５，Ｒ６とも副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させた点であり、その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６８】
即ち、本実施形態では長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５と出射面Ｒ６との両レンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、その両レンズ面Ｒ５，Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を各々１０％以下となるように設定している。
【００６９】
図７は本実施形態における長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５と出射面Ｒ６の両レンズ面の副走査方向の曲率半径のレンズＹ座標依存性を示す説明図である。
【００７０】
本実施形態では長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５上と出射面Ｒ６上との一光束内での副走査方向の曲率変化率の最大変化率は、入射面Ｒ５で０．６％（ビーム幅４ｍｍ）、出射面Ｒ６で０．７％（ビーム幅４ｍｍ）であり、１ビーム径内での副走査方向の曲率変化率は微小であるため被走査面６上で良好なるスポット形状を得ることができる。
【００７１】
一方、長尺シリンダーレンズ７３の主走査方向の形状は両レンズ面Ｒ５，Ｒ６ともに光偏向器５側に曲率中心をもつ面形状としている。これはｆθレンズ系１２の中で副走査方向のパワーが最も大きいレンズの形状を光偏向器５側に湾曲させることで、各像高における副走査方向の主平面を最適な位置に配置するためである。
【００７２】
図８は本実施形態における被走査面上での副走査方向のＦｎｏを示す説明図である。同図より走査有効域内において被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏが略一定であり、ｆθレンズ系全体の副走査方向の結像倍率が揃い副走査方向のスポット径が均一となっていることが読みとれる。即ち、本実施形態では副走査方向における結像倍率が走査有効域内において略一定となるように設定している。
【００７３】
このように本実施形態では上述の如く第３の光学素子としてのｆθレンズ系１４を構成する３枚のレンズのうち、長尺シリンダーレンズ７３の入射面Ｒ５と出射面Ｒ６との副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、その入射面Ｒ５及び出射面Ｒ６上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を各々１０％以下となるように設定し、かつ長尺シリンダーレンズ７３の主走査方向の形状を最適化することにより、副走査方向の曲率半径を急激に変化させることなく走査有効域内での副走査方向の結像性能と結像倍率の一様性を満足させることが可能となり、これにより波面収差が良好で走査有効域内で副走査方向のスポット径の揃った高精細な画像記録に最適な走査光学装置の実現を可能としている。
【００７４】
尚、上述した各実施形態１，２においては走査光学装置をオーバーフィルド走査光学系より構成したが、これに限らず、例えばアンダーフィルド走査光学系により構成しても本発明は前述の実施形態１，２と同様に適用することができる。
【００７５】
［参考例１］
図９は本発明の走査光学装置の参考例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００７６】
参考例１において前述の実施形態１と異なる点は、光源手段に複数の発光部を有するマルチビームレーザー３１を用いた点、第３の光学素子１６を２枚のレンズから構成した点、主走査断面内において光偏向器５の偏向面に対して斜め方向から光束を入射させた点、そして光偏向器５へ入射する光束の主走査方向の光束幅を主走査方向の偏向面より小さくした、所謂アンダーフィルド走査光学系より構成した点であり、その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７７】
即ち、同図において３１は光源手段であり、複数の発光部を有する例えばマルチビームレーザー（マルチ半導体レーザー）より成っている。
【００７８】
１６は第３の光学素子としてのｆθ特性を有するｆθレンズ系（結像光学系）であり、光偏向器５側から順に共にプラスチック成形により製作された第１のトーリックレンズ（トーリックレンズ）６４と第２のトーリックレンズ（長尺トーリックレンズ）６５の２枚のレンズを有しており、全系では主走査方向と副走査方向とで互いに異なる所定の屈折力を有しており、光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査面６上に結像させ、かつ光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。
【００７９】
参考例１では第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の各々の出射面Ｒ２，Ｒ４の副走査方向の曲率半径を主走査方向（像高方向）において軸上から軸外に向けて連続的に変化させており、各出射面Ｒ２，Ｒ４上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を各々１０％以下となるように設定している。
【００８０】
参考例１においてマルチ半導体レーザー３１から光変調され出射した複数の発散光束はコリメーターレンズ２によって略平行光束に変換され、開口絞り３によって光量が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束され光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。
【００８１】
そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された複数の光束は第１のトーリックレンズ６４と第２のトーリックレンズ６５を介して感光ドラム面６上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面６上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に各々光走査（マルチ走査）している。これにより記録媒体としての感光ドラム面６上に画像記録を行なっている。
【００８２】
図１０は参考例１における第１のトーリックレンズ６４の出射面Ｒ２と第２のトーリックレンズ６５の出射面Ｒ４との副走査方向の曲率半径のレンズＹ座標依存性を示す説明図である。
【００８３】
参考例１において第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の出射面Ｒ２，Ｒ４上の一光束内での副走査方向の曲率変化率の最大変化率は第１のトーリックレンズ６４の出射面Ｒ２で６．４％（ビーム幅５ｍｍ）、第２のトーリックレンズ６５の出射面Ｒ４で１．７％（ビーム幅４ｍｍ）であり、１ビーム径内での副走査方向の曲率変化率は微小であるため被走査面６上で良好なるスポット形状を得ることができる。
【００８４】
一方、第２のトーリックレンズ６５の出射面Ｒ４の主走査方向の形状は光偏向器５側に曲率中心をもつ面形状としている。これはｆθレンズ系１６の中で副走査方向のパワーが最も大きいレンズ面形状を光偏向器５側に湾曲させることで、各像高における副走査方向の主平面を最適な位置に配置するためである。
【００８５】
図１１は参考例１における被走査面上での副走査方向のＦｎｏを示す説明図である。同図より走査有効域内において被走査面に入射する光束の副走査方向のＦｎｏが略一定であり、ｆθレンズ系全体の副走査方向のスポット径が均一となっていることが読みとれる。尚、副走査方向の結像倍率も走査有効域内で略一定であるため、被走査面上での複数光束の副走査方向の間隔も一定とすることが可能となる。
【００８６】
このように参考例１では上述の如く第３の光学素子としてのｆθレンズ系１６を構成する第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の各々の出射面Ｒ２，Ｒ４の副走査方向の曲率半径を各々主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、その出射面Ｒ２，Ｒ４上の一光束内での副走査方向の曲率変化率が各々１０％以下となるように設定し、かつ第１、第２のトーリックレンズ６４，６５の主走査方向の形状を最適化することにより、副走査方向の曲率半径を急激に変化させることなく走査有効域内での副走査方向の結像性能と結像倍率の一様性を満足させることが可能となり、これにより波面収差が良好で走査有効域内で副走査方向のスポット径の揃った高精細な画像記録に最適な走査光学装置の実現を可能としている。
【００８７】
さらに参考例１の固有の特徴として被走査面における複数光束間の副走査方向の間隔（隣接ピッチ間隔）も一定とすることが可能となり、ピッチムラの少ない高品位な画像形成が可能となる。
【００８８】
尚、参考例１では光源手段をマルチ半導体レーザーより構成したが、これに限らず、もちろんシングルビームレーザーより構成しても本発明は前述の実施形態３と同様に適用することができる。
【００８９】
［各実施形態における条件式］
上述した各実施形態１、２において、更に好ましくは下記に示す各条件式（１）〜（３）のうち少なくとも１つの条件式を満足させるのが良い。即ち、副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しているレンズＬａの主走査方向のパワーをφｍＬ、副走査方向のパワーをφｓＬとしたとき、
φｍＬ＜φｓＬ ‥‥‥‥（１）
なる条件を満足させることである。
【００９０】
また上記レンズＬａの主走査方向のパワーをφｍＬ、ｆθレンズ系全体の主走査方向のパワーをφｍｆとしたとき、
φｍＬ／φｍｆ＜０．５ ‥‥‥‥（２）
なる条件を満足させることである。
【００９１】
さらに上記レンズＬａの副走査方向のパワーをφｓＬ、ｆθレンズ系全体の副主走査方向のパワーをφｓｆとしたとき、
０．５＜φｓＬ／φｓｆ ‥‥‥‥（３）
なる条件を満足させることである。
【００９２】
尚、副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しているレンズは、第３の光学素子を構成する２枚以上のレンズのうち、被走査面６に最も近い位置に配置されており、さらに実施形態１、２では光偏向器５の偏向点と被走査面６との中点よりも、該被走査面６側に配置されている。
【００９３】
［画像形成装置］
図１２は本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置である電子写真プリンタの構成例を示す副走査方向の要部断面図である。
【００９４】
図中、１００は先に説明した本発明の実施形態１、２のいずれかの走査光学装置を示す。１０１は静電潜像担持体たる感光ドラム（感光体）であり、該感光ドラム１０１の上方には該感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が該表面に当接している。該帯電ローラ１０２の当接位置よりも下方の上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側の帯電された表面には、走査光学装置１００によって走査される光ビーム（光束）１０３が照射されるようになっている。
【００９５】
光ビーム１０３は、画像データ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上記感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。該静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側で該感光ドラム１０１に当接するように配設された現像手段としての現像装置１０７によってトナー像として現像される。該トナー像は、上記感光ドラム１０１の下方で該感光ドラム１０１に対向するように配設された転写手段としての転写ローラ１０８によって転写材たる用紙１１２上に転写される。該用紙１１２は上記感光ドラム１０１の前方（図９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。該用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、該用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００９６】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図９において左側）の定着手段としての定着器へと搬送される。
該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と該定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１２を上記定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４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せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２をプリンタの外に排出する。
【００９７】
［バックグランドタイプの画像形成装置］
また上記の画像形成装置は、例えば被走査面上に結像されたスポットによって露光されない部分が画像として現像される、所謂バックグランド露光方式の画像形成装置に対しても好適である。
【００９８】
このようなバックグラウンドタイプの画像形成装置は一般的に被走査面上でスポット径が変化すると画像上でスジむらが目立ちやすい。したがって副走査方向のスポット径が均一である本実施形態の走査光学装置との組合せは同画像形成装置のスジむら低減に有効である。
【００９９】
［数値実施例］
次に上述した各実施形態１、２と参考例１における光偏向器の構成及び第３の光学素子（ｆθレンズ系）の数値実施例１〜３を表−１〜４に示す。また前述の各条件式（２），（３）と数値実施例における諸数値との関係を表−５に示す。
【０１００】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く第３の光学素子を２枚以上のレンズより構成し、そのうちの少なくとも１つのレンズのレンズ面の副走査方向の曲率半径を主走査方向において軸上から軸外に向けて連続的に変化させ、該レンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率を１０％以下とし、該レンズ面を有するレンズの主走査方向の形状を走査有効域内で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが一定となるよう形成することにより、走査有効域内での副走査方向のスポット径を揃えることができ、またマルチビーム走査において走査有効域内での隣接ピッチ間隔を揃えることができ、これによりコンパクトで高精細な画像記録に最適な走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の副走査方向の要部断面図
【図３】 比較例におけるレンズ面上の一光束内での副走査方向の曲率変化率によるスポットプロファイル（スポットの等高線）を示す図
【図４】 本発明の実施形態１の長尺シリンダーレンズの出射面の副走査方向の曲率半径を示す図
【図５】 本発明の実施形態１における被走査面上での副走査方向のＦナンバーを示す図
【図６】 本発明の実施形態２の主走査方向の要部断面図
【図７】 本発明の実施形態２の長尺シリンダーレンズの入射面、出射面の副走査方向の曲率半径を示す図
【図８】 本発明の実施形態２における被走査面上での副走査方向のＦナンバーを示す図
【図９】 本発明の参考例１の主走査方向の要部断面図
【図１０】 本発明の参考例１の第１、第２のトーリックレンズの出射面の副走査方向の曲率半径を示す図
【図１１】 本発明の参考例１における被走査面上での副走査方向のＦナンバーを示す図
【図１２】 バックグラウンド露光タイプの画像形成装置の副走査方向の要部断面図
【図１３】 従来の走査光学装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ 第１の光学素子（コリメーターレンズ）
３ 開口絞り
４ 第２の光学素子（シリンドリカルレンズ）
５ 偏向素子（光偏向器）
１２，１４，１６ 第３の光学素子
３１ 光源手段（マルチ半導体レーザー）
６１ 凹球面レンズ
６２ 凸シリンダーレンズ
６３，７３ 長尺シリンダーレンズ
６４ トーリックレンズ
６５ 長尺トーリックレンズ
６ 被走査面（感光体ドラム）
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１６ 排紙ローラ
Claims (2)
- 光源手段と、前記光源手段から出射された光束を主走査方向に偏向する光偏向器と、前記光偏向器の偏向面にて偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する走査光学装置であって、
前記光偏向器の偏向面に入射する光束の主走査方向の幅は、前記光偏向器の偏向面の主走査方向の幅よりも長く、
前記結像光学系は、２枚以上の結像レンズを備え、前記２枚以上の結像レンズのうち１つのレンズ面のみの副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しており、
且つ、前記副走査方向の曲率半径が主走査方向において軸上から軸外に向かい連続的に変化しているレンズ面に入射する光束の前記レンズ面上での一光束内での副走査方向の曲率変化率は１０％以下に設定されており、
且つ、前記２枚以上の結像レンズのレンズ面のうち副走査方向のパワーが最も大きいレンズ面の主走査断面内の形状は、前記光偏向器側に曲率中心を有していることを特徴とする走査光学装置。 - 請求項１に記載の走査光学装置と、前記走査光学装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラム上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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