JP4612767B2 - 走査光学系及び該走査光学系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、例えばレーザビームプリンターやデジタル複写機に使用可能であり、光源から出射した光束を被走査面上に走査させる走査光学系及び該光学系を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置に使用されている走査光学系は、光源から出射した光束を入射光学手段を介して偏向手段に導き、この偏向手段で偏向した光束を走査光学手段を介して被走査面上にスポット状に結像且つ走査させるよう構成されている。
【０００３】
上記走査光学手段は１つ以上の光学素子より構成されるが、これらの光学素子が偏心を起こした場合、実際の結像位置は本来の結像位置に対して異なり、例えば副走査方向に曲がりなどを発生させて印字の品位の劣化を招く。
【０００４】
また、走査光学系に複数の光源を使用している場合、例えば特開平９−５４２６３号公報に示されているように光源として一個のチップから一直線に並んだ複数本のレーザー光を放射するマルチビームレーザーチップを光源としている場合、光学素子が偏心していると全体としての結像位置がずれるだけではなく各光源の相対的な結像位置の関係もずれるため単数の光源を使用した場合よりもより印字の品位は劣化する。
【０００５】
これを軽減するには光学素子自身の公差並びに製造時に於ける光学素子の取付位置の公差を小さくすれば良い。しかし実際にはそれも限度があり、仮に小さくできたとしても製造は困難になり易く結果歩留まりを悪化させる事になり、一般にコストアップにつながる事が多い。
【０００６】
これを回避するには偏心による影響が現れ難いような形状をレンズに施しておくことが望ましい。より具体的には回転対称な光学面を持つ事が望ましい。このような光学面は光軸回りの回転偏心がある場合でも印字品位に対し一切影響を与えないばかりか主走査方向に対し平行な軸回りに光学面が回転しても副走査方向に対する結像位置のずれは走査範囲全域に渡りほぼ一律であり光学面が回転対称でない場合と比べ印字品位は劣化しにくくなる。
【０００７】
また、これまでにも走査光学手段の光学面に球面または回転対称非球面を用いた走査光学系はいくつか提案されてきたが、これらはいずれも材料を光学ガラスとする事を前提としている。しかしながら一般に走査光学手段を構成する光学素子は他の光学素子と比べ大きく、光学ガラスを用いて製造するとその製造コストはより高くなり易い。これに対し走査光学手段を構成する光学素子に樹脂材料を用いた場合、材料費の点で有利であるばかりではなく、通常成形加工で作られるため研削、研磨して作られることの多い光学ガラスと比べ更にコストの削減を期待でき、また光学ガラスではできなかった複雑な形状を実現できるため光学素子を減らす事が容易になり、よりコストを低減できるようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで光学素子を成形加工する上で、光学素子の光学面の形状をより設計値に近づけ、最終的に像面を平坦化するために型の鏡面の補正が一般に行われている。これは主な原因として型から光学素子を取り出す際に外気と型の温度差より素子が収縮等の変形を生じるためであり、この変形分を補正するために型の鏡面の補正を行う必要がある。この時光学素子の外形が円形ではなく矩形もしくは矩形に近い形状の場合、レンズ長手方向と短手方向では収縮率が異なる。このため、光学素子の光学面を厳密に回転対称形状に成形する場合、型の鏡面に対し、回転対称な基本形状の上にアナモフィックな補正形状を付加した加工を加える必要がある。しかし前者の形状が回転座標系で定義されるのに対し後者が直交座標系で定義されるため両者で座標系が一致せず、最終的に型の鏡面に施したい形状を導出することは困難になる。仮に導出できたとしてもその数式は難解なものになる事は容易に想像され、実施に補正を行う上では誤った加工をする一因になりかねない。
【０００９】
一般に走査光学手段で用いられている光学素子はその外形が矩形もしくは矩形に近い形状であり厳密に回転対称にする事は上記の理由よりかなり困難である。
【００１０】
また、設計を行う上で回転対称な光学面に依存しすぎると、アナモフィックな面を用いる場合と比較し、設計上の拘束条件が増え設計上の走査光学系の性能を劣化させるばかりでなく、場合によっては必要な性能を得るためにレンズの枚数を増やす必要が生じる。これはコスト等の点で好ましくない。特に光源が複数ある場合は互いの結像位置の関係が走査中に変化すると印字品位の劣化を招くので副走査倍率の均一性、像面湾曲の平坦性などの性能に関して、１つの光源しか用いない場合に比べ、必要となるレベルがより高いものになる。仮に副走査倍率が全走査領域に渡り均一になっていない場合は、走査位置によって走査線の間隔が副走査方向に開いたり閉じたりすることになり、像面湾曲が平坦になっていない場合は仮に書き出し位置が各光源で揃っていても走査中に主走査方向の位置関係がずれてしまう。以上のように各光源の結像位置が走査中にずれることにより印字品は劣化してしまう。
【００１１】
本発明は前述してきた事を鑑み、光源が単数の場合はもとより複数の場合に於いても、光学素子の偏心による影響が現れ難くしたことにより印字品位の劣化を軽減し、且つ、低コストな走査光学系並びに前記走査光学系を用いた画像形成装置を提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏心による影響を低減するために、光源手段と、前記光源手段から出射された光束を偏向反射する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向反射された光束を被走査面上に結像させる走査光学手段と、を有する走査光学系であって、
前記走査光学系を構成する樹脂製の結像光学素子の少なくとも１つの光学面は、アナモフィックな回転非対称非球面であり、
副走査断面を前記結像光学素子の母線に対して垂直な断面と定義した場合、
前記アナモフィックな回転非対称非球面の副走査断面内の曲率半径Ｒａは、前記走査光学手段の光軸から主走査方向に離れるに従い変化しており、
前記走査光学手段の光軸を中心にして前記アナモフィックな回転非対称非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面内の曲率半径Ｒｓと前記アナモフィックな回転非対称非球面の副走査断面内の曲率半径Ｒａが有効走査領域全域に渡って、
０．８＜Ｒａ／Ｒｓ＜１．２
−５００≦Ｒｓ≦−３０
を満たし、かつ、
前記走査光学手段の光軸を中心にして前記アナモフィックな回転非対称非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面内の曲率半径Ｒｓの最大値と最小値の比が
１．１≦ｍａｘ｜Ｒｓ｜／ｍｉｎ｜Ｒｓ｜≦３．０
を満たす構成とした。
【００１３】
本発明は、副走査断面曲率半径Ｒａと主走査断面曲率半径に相当する曲率半径Ｒｓが走査有効域内で等しくはないが、あまり異なり過ぎると、被走査面上で偏心による影響が顕著にでるので、その影響を低減するために、所定の値以下し、副走査断面曲率半径Ｒａと主走査断面曲率半径に相当する曲率半径Ｒａが走査有効域内で等しくはないので、光学設計の自由度が向上し、走査光学系の性能を向上させることができるレンズ設計を容易にしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００１５】
同図において、１は例えば半導体レーザよりなる光源である。
【００１６】
２はコリメータレンズであり、後述する開口絞り３を介して光源１から射出した発散光束を収束光束に変換している。
【００１７】
３は開口絞りであり、コリメータレンズ２から射出する光束を所望の最適なビーム形状になるように整形している。
【００１８】
４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向のみに所定の屈折力を有し、コリメータレンズ２から射出した光束を後述する偏向手段５の偏向面５ａ上付近に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）する。
【００１９】
またコリメータレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４を持って本実施形態では入射光学系手段を形成している。
【００２０】
５は回転多面鏡よりなる偏向手段であり、図示しないモーター等の駆動手段により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２１】
６はｆθ特性を有するｆθレンズ系６ａ、６ｂよりなる走査光学手段である。
【００２２】
本走査光学手段は副走査方向において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００２３】
本実施形態において半導体レーザー１より射出した発散光束は、開口絞り３によって所望のビーム形状に整形され、コレメータレンズ２により収束光束に変換される。更に該光束はシリンドリカルレンズ４により偏向手段５の偏向面５ａ付近に副走査方向に関して結像（主走査断面においては長手の線像）される。その後、偏向面５ａにより反射偏向された光束は、走査光学手段６により被走査面７（感光ドラム面）上にスポット形状に結像され、該偏向手段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７上を矢印Ｂ方向に等速度で光走査される。
【００２４】
本実施形態における走査光学手段６を構成する第１光学素子６ａ、及び第２光学素子６ｂの非球面の形状は各光学面と光軸（面頂点を通り、光学面に垂直な軸）との交点を原点とし、本光軸方向軸をＸ軸、主走査断面内において光軸に垂直な方向軸をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に対し垂直な方向軸をＺ軸とすると、それぞれ次のように表せる。
【００２５】
主走査断面での非球面形状は以下の関数で表現される。
【００２６】
【外１】
但しＲはＹ＝０での主走査断面曲率半径、ｋ、Ｂ2i（ｉ＝２，３，４，…）は非球面係数（係数に添字ｌが付く場合、走査開始側ｕが付く場合、走査終了側）
【００２７】
副走査断面（母線に対し垂直な断面）での曲率半径がＹ軸方向に連続的に変化する球面形状は以下の関数で表現される。
【００２８】
ｒ′＝ｒ（１＋ΣＤ2iＹ2i）
但しｒはＹ＝０での副走査断面曲率半径、Ｄ2i（ｉ＝１，２，３，…）は係数（係数に添字ｌが付く場合、走査開始側ｕが付く場合、走査終了側）、母線：主走査断面と光学面との成す曲線
【００２９】
表１に本実施形態１における光学配置を、表２に各面の非球面係数を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
表１〜４において、Ｒは曲率半径（但し、シリンダーのみＲは副走査断面曲率半径を示し、主走査断面に関しては平面である）、Ｒ１は光束入射面、Ｒ２は光束出射面、Ｇ１は第１光学素子６ａ（レンズ）、Ｇ２は第２光学素子６ｂ（レンズ）、Ｄは各部材面間の距離、Ｎは屈折率を示す。
【００３３】
本実施形態においては走査光学手段の第１光学素子６ａの偏向手段５側及び被走査面７側の両面を偏心による影響を受け難いアナモフィックな光学非球面にしている。また、本実施形態における光学性能を図４及び図５に示す。ちなみに図４は主走査（図中のＭ）及び副走査（図中のＳ）の像面湾曲を示しており、図５は歪曲収差を示している。
【００３４】
図２（Ｇ１Ｒ１面）及び図３（Ｇ１Ｒ２面）に各面における主走査方向に対するＲａ（上記関数のｒ′）とＲｓ（上記関数で定義される主走査断面を光軸回りに回転させたと仮定した場合に得られる回転対称非球面の副走査断面曲率半径）の比を示す。図２（Ｇ１Ｒ１面）及び図３（Ｇ１Ｒ２面）より各位置におけるＲａとＲｓの比は０．８から１．２の間にあり、特に光軸近傍ではほぼ１．０である事が分かる。なお各面の有効領域は偏向手段側の面が±３４ｍｍ、非走査面側の面が±３６ｍｍである。この様な形状を第１光学素子６ａの各光学面に施す事により、設計値において十分な性能を有し（図２、３参照）且つ材料に樹脂を用いる事でコストの軽減を図りながら成形加工をする上で不可欠な型の補正を容易にしつつ、図６から図９に示すように偏心の影響を受け難い走査光学系を構成可能にした。各図は設計値に対するずれ量を示しており図６Ａ〜図６Ｆは主走査像面、図７Ａ〜図７Ｆは副走査像面、図８Ａ〜図８ＦはＹ方向の像面位置、図９Ａ〜図９ＣはＺ方向の像面位置に関するものであり、図中ＸはＸ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＹはＹ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＺはＺ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ｋｘはＸ軸回りの偏心（偏心量２′）、ｋｙはＹ軸回りの偏心（偏心量５′）、ｋｚはＺ軸回りの偏心（偏心量２′）を示している。図９において偏心の種類が３つしかないのは他の偏心が生じても全く影響が無い為である。
【００３５】
本実施形態のＲｓ（回転対称面を想定したときの副走査方向の曲率半径）は以下のとおりです。
【００３６】
Ｇ１Ｒ１面：−３８１．１≦Ｒｓ≦−２９７．１
Ｇ１Ｒ２面：−１７０．８≦Ｒｓ≦−１４６．１
【００３７】
本実施形態では、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓの最大値及び最小値の比が以下の数値範囲内を満たすことが好ましい。
【００３８】
１．１≦ｍａｘ｜Ｒｓ｜／ｍｉｎ｜Ｒｓ｜≦３．０
【００３９】
その理由は、面形状が大きく変化するレンズ上式で３．０を超える場合）はたとえ回転対称非球面に近い形状をしていても、偏心が発生したときの影響をおさえることは難しくなり、逆にほとんど変化しないレンズ（上の式で１．１を下回る場合）は性能向上に寄与しにくくなるため、必要な性能が得られない場合があるためである。
【００４０】
また、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓは以下の範囲内であることが好ましい。
【００４１】
−５００≦Ｒｓ≦−３０
【００４２】
更により好ましくは以下の範囲内であることが好ましい。
【００４３】
−４００≦Ｒｓ≦−６０
【００４４】
その理由は、この範囲から外れると、性能を向上しつつ偏心の影響を軽減することが難しくなるためである。
【００４５】
仮に本実施形態のような面形状を施さない場合は、１）主走査断面と副走査断面の形状が０．８＜Ｒａ／Ｒｓ＜１．２の関係を満たさない場合は偏心の影響を受け易くなり、２）回転対称非球面の場合は少ないレンズ枚数では十分な光学性能を持たせることが困難になるばかりでなく、型補正を行う事が難しくなる。また、軸上近傍において副走査断面曲率半径を主走査の曲率半径とほぼ一致させているが、これは両者をほぼ一致させることでコントロールの難しい周辺部の副走査断面曲率半径が有効走査領域全域に渡って０．８＜Ｒａ／Ｒｓ＜１．２を満たす事を可能にしている。光学素子としてミラー等を用いた場合、必要な面精度はレンズの場合の倍の精度が必要になり好ましくない。更に光学素子の材料に樹脂をではなくガラス等を用いると研削では面に複雑な形状を施せなくなるため光学性能を出し難くするばかりではなく、コスト的に不利になりやはり好ましくない。
【００４６】
また、本実施形態においては走査光学手段として２枚のレンズを用いているが、これは１枚しか用いない時に比べより光学性能を向上させたためである。更に該アナモフィックな非球面を２枚のレンズの内偏向手段側のレンズ６ａに施しているが、これはレンズ６ｂに対し６ａの方が１）主走査方向に於いてレンズの長さが短く、光軸回りの偏心がより発生しやすく、２）被走査面までの距離が長くより偏心の影響が現れ易く、３）該アナモフィックな非球面を持つ光学面の副走査方向の屈折力は主走査方向の屈折力と殆ど同じであり、副走査方向の屈折力としてはあまり大きくできず、この様な面を被走査面側のレンズに施すと偏向手段側のレンズが副走査方向に大きな屈折力を有する事になり、結果として副走査倍率が高くなりすぎ、わずかな偏心で印字品位の劣化を招き易いためである。また該アナモフィックな非球面を走査光学手段に施す場合は偏向手段側の面に施す事が好ましい。これはレンズが複数枚ある場合の２），３）の理由と同じで偏向器側の面の方が、ａ）被走査面までの距離が長くより偏心の影響が現れ易く、ｂ）該アナモフィックな非球面を持つ光学面の副走査方向の屈折力は主走査方向の屈折力と殆ど同じであり、副走査方向の屈折力としてはあまり大きくできず、この様な面を被走査面側の面に施すと偏向手段側の面が副走査方向に大きな屈折力を有する事になり、結果として副走査倍率が高くなりすぎ、わずかな偏心で印字品位の劣化を招き易いためである。
【００４７】
また本実施形態においては、走査光学手段がないと仮定したときに、被走査面に垂直に入射する、偏向手段から偏向反射された光束に対し該アナモフィックな非球面を有する光学素子の光軸が紙面上側に０．２０ｍｍ偏心している。これは偏向手段として偏向面に回転軸を持たない回転多面鏡を用いているため像面湾曲の発生の仕方が左右で異なる為であり、これを軽減するために光学素子を偏心させている。もちろん該光学面のみを偏心させても同様の効果は得られる。
【００４８】
図１０は本発明の実施形態２及び３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）であり、表３に実施形態２及び３における光学配置を、表４に各面の非球面係数を示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
実施形態２が光源を１つしか持たないのに対し実施形態３は光源を複数（ここでは２つ）持っている点が異なるだけで、他の構成は全く同一である。
【００５１】
（実施形態２）
先ず実施形態２に関して詳細を記していく。
【００５２】
図１０において、図１と同一の部番は同一の部材なので、説明を省略する。
【００５３】
本実施形態においては走査光学手段の第１光学素子６ａの偏向手段５側の光学面を偏心による影響を受け難いアナモフィックな光学非球面にしている。
【００５４】
また、本実施形態における光学性能を図１２及び図１３に示す。
【００５５】
ちなみに図１２は主走査（図中のＭ）及び副走査（図中のＳ）の像面湾曲を、図１３は歪曲収差を示している。
【００５６】
本実施形態に於いても実施形態１のところで述べて理由と同様の理由より、実施形態１で定義した主走査断面及び副走査断面の関数で表される形状を走査光学手段６の各光学面に施しているが、特に偏向手段５側のレンズ６ａの偏向手段側の光学面の副走査断面曲率半径を図１１（Ｇ１Ｒ１面）で示すようにＲａとＲｓの比が有効走査領域全域に渡って０．８から１．２の間におさまる様にすることで設計値において十分な性能を有し（図１２、図１３参照）且つ偏心による影響を軽減している。なお、上記光学面の有効領域は±２５ｍｍである。
【００５７】
図１４から図１７に偏心による影響を示す。各図は設計値に対するずれ量を示しており図１４Ａ〜図１４Ｆは主走査像面、図１５Ａ〜図１５Ｆは副走査像面、図１６Ａ〜図１６ＦはＹ方向の像面位置、図１７Ａ〜図１７ＣはＺ方向の像面位置に関するものであり、図中ＸはＸ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＹはＹ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＺはＺ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ｋｘはＸ軸回りの偏心（偏心量２′）、ｋｙはＹ軸回りの偏心（偏心量５′）、ｋｚはＺ軸回りの偏心（偏心量２′）を示している。図１７において偏心の種類が３つしかないのは他の偏心が生じても全く影響が無い為である。
【００５８】
本実施形態のＲｓ（回転対称面を想定したときの副走査方向の曲率半径）は以下のとおりです。
【００５９】
Ｇ１Ｒ１面：−１７６．５≦Ｒｓ≦−６２．０４
【００６０】
本実施形態では、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓの最大値及び最小値の比が以下の数値範囲内を満たすことが好ましい。
【００６１】
１．１≦ｍａｘ｜Ｒｓ｜／ｍｉｎ｜Ｒｓ｜≦３．０
【００６２】
その理由は、面形状が大きく変化するレンズ上式で３．０を超える場合）はたとえ回転対称非球面に近い形状をしていても、偏心が発生したときの影響をおさえることは難しくなり、逆にほとんど変化しないレンズ（上の式で１．１を下回る場合）は性能向上に寄与しにくくなるため、必要な性能が得られない場合があるためである。
【００６３】
また、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓは以下の範囲内であることが好ましい。
【００６４】
−５００≦Ｒｓ≦−３０
【００６５】
更により好ましくは以下の範囲内であることが好ましい。
【００６６】
−４００≦Ｒｓ≦−６０
【００６７】
その理由は、この範囲から外れると、性能を向上しつつ偏心の影響を軽減することが難しくなるためである。
【００６８】
また本実施形態においては、走査光学手段がないと仮定したときに、被走査面に垂直に入射する、偏光手段から偏向反射された光束に対し該アナモフィックな非球面を有する光学素子の光軸が紙面上側に０．３３ｍｍ偏心している。これは偏向手段として偏向面に回転軸を持たない回転多面鏡を用いているため像面湾曲の発生の仕方が左右で異なる為であり、これを軽減するために光学素子を偏心させている。もちろん該光学面のみを偏心させても同様の効果は得られる。
【００６９】
（実施形態３）
次に実施形態３に関して詳細を記していく。
【００７０】
図１０において、１ａ、１ｂはそれぞれ例えば半導体レーザよりなる光源である。本実施形態においては１ａ、１ｂは９０μｍ離れており、この距離だけ副走査方向に光源を離して配置してしまうと後述する被走査面７で結像点が副走査方向に大きく離れすぎてしまうため、光源を光軸回りに回転させる事により、被走査面上で各光源の結像点が副走査方向に約２１μｍ離れるようにしている。
【００７１】
２はコリメータレンズであり、光源１ａ、１ｂから射出した発散光束を略平行光束に変換している。
【００７２】
本実施形態においては走査光学手段の第１光学素子６ａの偏向手段５側の面を偏心による影響を受け難いアナモフィックな光学非球面にしている。
【００７３】
本実施形態における光学性能は実施形態２と同様である為、像面湾曲及び歪曲収差に関しては省略する。
【００７４】
また、同様の理由より偏心時の性能に関しても既に実施形態２で示したものに関しては省略する。
【００７５】
走査線の副走査方向の間隔を図１８に示す。全域でほぼ均一の幅になっていることが分かる。また、軸上において各光線の主走査方向の位置関係が揃った場合の主走査方向の位置ずれを図２０に示す。±０．５μｍ内と、良好な性能であることが分かる。
【００７６】
本実施形態においては実施形態１、２の時とは異なり光源を複数有している。このため実施形態１で考慮していた偏心による影響以外に、各光源の結像位置の相対的な位置ずれが問題になってくる。常に相対的な位置関係が一定であるならば光源間の距離や各光源の発行を開始するタイミングを調整する事によって改善できるが、走査するに従い相対的な位置関係がずれてくる場合は前述の方法では改善できない。よって面形状自体が偏心の影響が現れにくい形状をしている事が好ましい。そしてこの場合も実施形態１と同様に主走査断面近傍に於いて回転対称非球面に相当する形状をしている事が好ましい。但し、完全に回転対称非球面にしてしまうと必要な光学性能を持たせることが困難になるばかりでなく成形加工をするに当たり型補正が困難になってしまうため好ましくない。よって本実施形態に於いても実施形態１で定義した主走査断面及び副走査断面の関数で表される形状を走査光学手段６の各光学面に施しているが、特にレンズ６ａの偏向手段側の面の副走査断面曲率半径を図１１で示すようにＲａとＲｓの比が０．８から１．２の間におさまる様にすることで設計値において十分な性能を有し且つ偏心による影響を図１９、２１に示すように軽減している。図１９Ａ〜図１９Ｆは該アナモフィックな非球面を施したレンズが偏心した場合の設計値に対する走査線の副走査方向の間隔ズレを示し、図２１Ａ〜図２１Ｆは、主走査方向の各光源間の位置ずれを示している。
【００７７】
また本実施形態においては、走査光学手段がないと仮定したときに、被走査面に垂直に入射する、偏向手段から偏向反射された光束に対し該アナモフィックな非球面を有する光学素子の光軸が紙面上側に０．３３ｍｍ偏心している。これは偏向手段として偏向面に回転軸を持たない回転多面鏡を用いているため像面湾曲の発生の仕方が左右で異なる為であり、これを軽減するために光学素子を偏心させている。もちろん該光学面のみを偏心させても同様の効果は得られる。
【００７８】
図２２は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図２２において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置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、実施形態１〜３に示した構成を有する光走査ユニット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。
【００７９】
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、前記光走査ユニット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。
【００８０】
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、上記光ビーム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。
【００８１】
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２２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。
【００８２】
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２２において左側）の定着器へと搬送される。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とこの定着ローラ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を画像形成装置の外に排出せしめる。
【００８３】
図２２においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００８４】
本発明では、光源として、３本以上の複数光源（例えば、４本）にも適用できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単数もしくは複数の光源から出射した光束を入射光学手段を介して偏向手段に導き、該偏向手段で偏向した光束を走査光学手段を介して被走査面上に結像且つ走査させる走査光学系において、走査光学手段を構成する光学素子の光学面のうち少なくとも１面は回転対称ではないアナモフィックな非球面で且つ該非球面の子線の曲率は該非球面を有する光学素子の偏心の影響を受け難い様に定めた事により印字品位の劣化を軽減し、且つ、低コストな走査光学系並びに前記走査光学系を用いた画像形成装置の提供を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】実施形態１のレンズ６ａの偏向手段側の主走査方向に対するＲａとＲｓの比を示す図
【図３】実施形態１のレンズ６ａの被走査面側の主走査方向に対するＲａとＲｓの比を示す図
【図４】実施形態１の像面湾曲を示す図
【図５】実施形態１の歪曲収差を示す図
【図６】実施形態１の主走査像面の位置ずれを示す図
【図７】実施形態１の副走査像面の位置ずれを示す図
【図８】実施形態１のＹ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図９】実施形態１のＺ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図１０】実施形態２及び３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図１１】実施形態２及び３のレンズ６ａの偏向手段側の主走査方向に対するＲａとＲｓの比を示す図
【図１２】実施形態２及び３の像面湾曲を示す図
【図１３】実施形態２及び３の歪曲収差を示す図
【図１４】実施形態２及び３の主走査像面の位置ずれを示す図
【図１５】実施形態２及び３の副走査像面の位置ずれを示す図
【図１６】実施形態２及び３のＹ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図１７】実施形態２及び３のＺ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図１８】実施形態３の走査線の副走査方向の間隔を示す図
【図１９】実施形態３の走査線の副走査方向の間隔ずれを示す図
【図２０】実施形態３の各光源間の主走査方向の位置ずれを示す図
【図２１】実施形態３の偏心時における各光源間の主走査方向の間隔ずれを示す図
【図２２】本発明の光走査光学系を用いた電子写真プリンタの構成例（副走査断面図）
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 光源手段（半導体レーザ）
２ コリメータレンズ
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（回転多面鏡）
５ａ 偏向面
６ 走査光学手段
６ａ 第１光学素子
６ｂ 第２光学素子
７ 被走査面（感光ドラム面）
１００ 光走査ユニット
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像器
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 用紙
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ 排紙ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレーザビームプリンターやデジタル複写機に使用可能であり、光源から出射した光束を被走査面上に走査させる走査光学系及び該光学系を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置に使用されている走査光学系は、光源から出射した光束を入射光学手段を介して偏向手段に導き、この偏向手段で偏向した光束を走査光学手段を介して被走査面上にスポット状に結像且つ走査させるよう構成されている。
【０００３】
上記走査光学手段は１つ以上の光学素子より構成されるが、これらの光学素子が偏心を起こした場合、実際の結像位置は本来の結像位置に対して異なり、例えば副走査方向に曲がりなどを発生させて印字の品位の劣化を招く。
【０００４】
また、走査光学系に複数の光源を使用している場合、例えば特開平９−５４２６３号公報に示されているように光源として一個のチップから一直線に並んだ複数本のレーザー光を放射するマルチビームレーザーチップを光源としている場合、光学素子が偏心していると全体としての結像位置がずれるだけではなく各光源の相対的な結像位置の関係もずれるため単数の光源を使用した場合よりもより印字の品位は劣化する。
【０００５】
これを軽減するには光学素子自身の公差並びに製造時に於ける光学素子の取付位置の公差を小さくすれば良い。しかし実際にはそれも限度があり、仮に小さくできたとしても製造は困難になり易く結果歩留まりを悪化させる事になり、一般にコストアップにつながる事が多い。
【０００６】
これを回避するには偏心による影響が現れ難いような形状をレンズに施しておくことが望ましい。より具体的には回転対称な光学面を持つ事が望ましい。このような光学面は光軸回りの回転偏心がある場合でも印字品位に対し一切影響を与えないばかりか主走査方向に対し平行な軸回りに光学面が回転しても副走査方向に対する結像位置のずれは走査範囲全域に渡りほぼ一律であり光学面が回転対称でない場合と比べ印字品位は劣化しにくくなる。
【０００７】
また、これまでにも走査光学手段の光学面に球面または回転対称非球面を用いた走査光学系はいくつか提案されてきたが、これらはいずれも材料を光学ガラスとする事を前提としている。しかしながら一般に走査光学手段を構成する光学素子は他の光学素子と比べ大きく、光学ガラスを用いて製造するとその製造コストはより高くなり易い。これに対し走査光学手段を構成する光学素子に樹脂材料を用いた場合、材料費の点で有利であるばかりではなく、通常成形加工で作られるため研削、研磨して作られることの多い光学ガラスと比べ更にコストの削減を期待でき、また光学ガラスではできなかった複雑な形状を実現できるため光学素子を減らす事が容易になり、よりコストを低減できるようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで光学素子を成形加工する上で、光学素子の光学面の形状をより設計値に近づけ、最終的に像面を平坦化するために型の鏡面の補正が一般に行われている。これは主な原因として型から光学素子を取り出す際に外気と型の温度差より素子が収縮等の変形を生じるためであり、この変形分を補正するために型の鏡面の補正を行う必要がある。この時光学素子の外形が円形ではなく矩形もしくは矩形に近い形状の場合、レンズ長手方向と短手方向では収縮率が異なる。このため、光学素子の光学面を厳密に回転対称形状に成形する場合、型の鏡面に対し、回転対称な基本形状の上にアナモフィックな補正形状を付加した加工を加える必要がある。しかし前者の形状が回転座標系で定義されるのに対し後者が直交座標系で定義されるため両者で座標系が一致せず、最終的に型の鏡面に施したい形状を導出することは困難になる。仮に導出できたとしてもその数式は難解なものになる事は容易に想像され、実施に補正を行う上では誤った加工をする一因になりかねない。
【０００９】
一般に走査光学手段で用いられている光学素子はその外形が矩形もしくは矩形に近い形状であり厳密に回転対称にする事は上記の理由よりかなり困難である。
【００１０】
また、設計を行う上で回転対称な光学面に依存しすぎると、アナモフィックな面を用いる場合と比較し、設計上の拘束条件が増え設計上の走査光学系の性能を劣化させるばかりでなく、場合によっては必要な性能を得るためにレンズの枚数を増やす必要が生じる。これはコスト等の点で好ましくない。特に光源が複数ある場合は互いの結像位置の関係が走査中に変化すると印字品位の劣化を招くので副走査倍率の均一性、像面湾曲の平坦性などの性能に関して、１つの光源しか用いない場合に比べ、必要となるレベルがより高いものになる。仮に副走査倍率が全走査領域に渡り均一になっていない場合は、走査位置によって走査線の間隔が副走査方向に開いたり閉じたりすることになり、像面湾曲が平坦になっていない場合は仮に書き出し位置が各光源で揃っていても走査中に主走査方向の位置関係がずれてしまう。以上のように各光源の結像位置が走査中にずれることにより印字品は劣化してしまう。
【００１１】
本発明は前述してきた事を鑑み、光源が単数の場合はもとより複数の場合に於いても、光学素子の偏心による影響が現れ難くしたことにより印字品位の劣化を軽減し、且つ、低コストな走査光学系並びに前記走査光学系を用いた画像形成装置を提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏心による影響を低減するために、光源手段と、前記光源手段から出射された光束を偏向反射する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向反射された光束を被走査面上に結像させる走査光学手段と、を有する走査光学系であって、
前記走査光学系を構成する樹脂製の結像光学素子の少なくとも１つの光学面は、アナモフィックな回転非対称非球面であり、
副走査断面を前記結像光学素子の母線に対して垂直な断面と定義した場合、
前記アナモフィックな回転非対称非球面の副走査断面内の曲率半径Ｒａは、前記走査光学手段の光軸から主走査方向に離れるに従い変化しており、
前記走査光学手段の光軸を中心にして前記アナモフィックな回転非対称非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面内の曲率半径Ｒｓと前記アナモフィックな回転非対称非球面の副走査断面内の曲率半径Ｒａが有効走査領域全域に渡って、
０．８＜Ｒａ／Ｒｓ＜１．２
−５００≦Ｒｓ≦−３０
を満たし、かつ、
前記走査光学手段の光軸を中心にして前記アナモフィックな回転非対称非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面内の曲率半径Ｒｓの最大値と最小値の比が
１．１≦ｍａｘ｜Ｒｓ｜／ｍｉｎ｜Ｒｓ｜≦３．０
を満たす構成とした。
【００１３】
本発明は、副走査断面曲率半径Ｒａと主走査断面曲率半径に相当する曲率半径Ｒｓが走査有効域内で等しくはないが、あまり異なり過ぎると、被走査面上で偏心による影響が顕著にでるので、その影響を低減するために、所定の値以下し、副走査断面曲率半径Ｒａと主走査断面曲率半径に相当する曲率半径Ｒａが走査有効域内で等しくはないので、光学設計の自由度が向上し、走査光学系の性能を向上させることができるレンズ設計を容易にしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００１５】
同図において、１は例えば半導体レーザよりなる光源である。
【００１６】
２はコリメータレンズであり、後述する開口絞り３を介して光源１から射出した発散光束を収束光束に変換している。
【００１７】
３は開口絞りであり、コリメータレンズ２から射出する光束を所望の最適なビーム形状になるように整形している。
【００１８】
４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向のみに所定の屈折力を有し、コリメータレンズ２から射出した光束を後述する偏向手段５の偏向面５ａ上付近に副走査断面内において結像（主走査断面においては長手の線像）する。
【００１９】
またコリメータレンズ２、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４を持って本実施形態では入射光学系手段を形成している。
【００２０】
５は回転多面鏡よりなる偏向手段であり、図示しないモーター等の駆動手段により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２１】
６はｆθ特性を有するｆθレンズ系６ａ、６ｂよりなる走査光学手段である。
【００２２】
本走査光学手段は副走査方向において偏向面５ａと被走査面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００２３】
本実施形態において半導体レーザー１より射出した発散光束は、開口絞り３によって所望のビーム形状に整形され、コレメータレンズ２により収束光束に変換される。更に該光束はシリンドリカルレンズ４により偏向手段５の偏向面５ａ付近に副走査方向に関して結像（主走査断面においては長手の線像）される。その後、偏向面５ａにより反射偏向された光束は、走査光学手段６により被走査面７（感光ドラム面）上にスポット形状に結像され、該偏向手段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７上を矢印Ｂ方向に等速度で光走査される。
【００２４】
本実施形態における走査光学手段６を構成する第１光学素子６ａ、及び第２光学素子６ｂの非球面の形状は各光学面と光軸（面頂点を通り、光学面に垂直な軸）との交点を原点とし、本光軸方向軸をＸ軸、主走査断面内において光軸に垂直な方向軸をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に対し垂直な方向軸をＺ軸とすると、それぞれ次のように表せる。
【００２５】
主走査断面での非球面形状は以下の関数で表現される。
【００２６】
【外１】
【００２７】
副走査断面（母線に対し垂直な断面）での曲率半径がＹ軸方向に連続的に変化する球面形状は以下の関数で表現される。
【００２８】
ｒ′＝ｒ（１＋ΣＤ2iＹ2i）
但しｒはＹ＝０での副走査断面曲率半径、Ｄ2i（ｉ＝１，２，３，…）は係数（係数に添字ｌが付く場合、走査開始側ｕが付く場合、走査終了側）、母線：主走査断面と光学面との成す曲線
【００２９】
表１に本実施形態１における光学配置を、表２に各面の非球面係数を示す。
【００３０】
【表１】
【表２】
表１〜４において、Ｒは曲率半径（但し、シリンダーのみＲは副走査断面曲率半径を示し、主走査断面に関しては平面である）、Ｒ１は光束入射面、Ｒ２は光束出射面、Ｇ１は第１光学素子６ａ（レンズ）、Ｇ２は第２光学素子６ｂ（レンズ）、Ｄは各部材面間の距離、Ｎは屈折率を示す。
【００３３】
本実施形態においては走査光学手段の第１光学素子６ａの偏向手段５側及び被走査面７側の両面を偏心による影響を受け難いアナモフィックな光学非球面にしている。また、本実施形態における光学性能を図４及び図５に示す。ちなみに図４は主走査（図中のＭ）及び副走査（図中のＳ）の像面湾曲を示しており、図５は歪曲収差を示している。
【００３４】
図２（Ｇ１Ｒ１面）及び図３（Ｇ１Ｒ２面）に各面における主走査方向に対するＲａ（上記関数のｒ′）とＲｓ（上記関数で定義される主走査断面を光軸回りに回転させたと仮定した場合に得られる回転対称非球面の副走査断面曲率半径）の比を示す。図２（Ｇ１Ｒ１面）及び図３（Ｇ１Ｒ２面）より各位置におけるＲａとＲｓの比は０．８から１．２の間にあり、特に光軸近傍ではほぼ１．０である事が分かる。なお各面の有効領域は偏向手段側の面が±３４ｍｍ、非走査面側の面が±３６ｍｍである。この様な形状を第１光学素子６ａの各光学面に施す事により、設計値において十分な性能を有し（図２、３参照）且つ材料に樹脂を用いる事でコストの軽減を図りながら成形加工をする上で不可欠な型の補正を容易にしつつ、図６から図９に示すように偏心の影響を受け難い走査光学系を構成可能にした。各図は設計値に対するずれ量を示しており図６Ａ〜図６Ｆは主走査像面、図７Ａ〜図７Ｆは副走査像面、図８Ａ〜図８ＦはＹ方向の像面位置、図９Ａ〜図９ＣはＺ方向の像面位置に関するものであり、図中ＸはＸ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＹはＹ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＺはＺ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ｋｘはＸ軸回りの偏心（偏心量２′）、ｋｙはＹ軸回りの偏心（偏心量５′）、ｋｚはＺ軸回りの偏心（偏心量２′）を示している。図９において偏心の種類が３つしかないのは他の偏心が生じても全く影響が無い為である。
【００３５】
本実施形態のＲｓ（回転対称面を想定したときの副走査方向の曲率半径）は以下のとおりです。
【００３６】
Ｇ１Ｒ１面：−３８１．１≦Ｒｓ≦−２９７．１
Ｇ１Ｒ２面：−１７０．８≦Ｒｓ≦−１４６．１
【００３７】
本実施形態では、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓの最大値及び最小値の比が以下の数値範囲内を満たすことが好ましい。
【００３８】
１．１≦ｍａｘ｜Ｒｓ｜／ｍｉｎ｜Ｒｓ｜≦３．０
【００３９】
その理由は、面形状が大きく変化するレンズ上式で３．０を超える場合）はたとえ回転対称非球面に近い形状をしていても、偏心が発生したときの影響をおさえることは難しくなり、逆にほとんど変化しないレンズ（上の式で１．１を下回る場合）は性能向上に寄与しにくくなるため、必要な性能が得られない場合があるためである。
【００４０】
また、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓは以下の範囲内であることが好ましい。
【００４１】
−５００≦Ｒｓ≦−３０
【００４２】
更により好ましくは以下の範囲内であることが好ましい。
【００４３】
−４００≦Ｒｓ≦−６０
【００４４】
その理由は、この範囲から外れると、性能を向上しつつ偏心の影響を軽減することが難しくなるためである。
【００４５】
仮に本実施形態のような面形状を施さない場合は、１）主走査断面と副走査断面の形状が０．８＜Ｒａ／Ｒｓ＜１．２の関係を満たさない場合は偏心の影響を受け易くなり、２）回転対称非球面の場合は少ないレンズ枚数では十分な光学性能を持たせることが困難になるばかりでなく、型補正を行う事が難しくなる。また、軸上近傍において副走査断面曲率半径を主走査の曲率半径とほぼ一致させているが、これは両者をほぼ一致させることでコントロールの難しい周辺部の副走査断面曲率半径が有効走査領域全域に渡って０．８＜Ｒａ／Ｒｓ＜１．２を満たす事を可能にしている。光学素子としてミラー等を用いた場合、必要な面精度はレンズの場合の倍の精度が必要になり好ましくない。更に光学素子の材料に樹脂をではなくガラス等を用いると研削では面に複雑な形状を施せなくなるため光学性能を出し難くするばかりではなく、コスト的に不利になりやはり好ましくない。
【００４６】
また、本実施形態においては走査光学手段として２枚のレンズを用いているが、これは１枚しか用いない時に比べより光学性能を向上させたためである。更に該アナモフィックな非球面を２枚のレンズの内偏向手段側のレンズ６ａに施しているが、これはレンズ６ｂに対し６ａの方が１）主走査方向に於いてレンズの長さが短く、光軸回りの偏心がより発生しやすく、２）被走査面までの距離が長くより偏心の影響が現れ易く、３）該アナモフィックな非球面を持つ光学面の副走査方向の屈折力は主走査方向の屈折力と殆ど同じであり、副走査方向の屈折力としてはあまり大きくできず、この様な面を被走査面側のレンズに施すと偏向手段側のレンズが副走査方向に大きな屈折力を有する事になり、結果として副走査倍率が高くなりすぎ、わずかな偏心で印字品位の劣化を招き易いためである。また該アナモフィックな非球面を走査光学手段に施す場合は偏向手段側の面に施す事が好ましい。これはレンズが複数枚ある場合の２），３）の理由と同じで偏向器側の面の方が、ａ）被走査面までの距離が長くより偏心の影響が現れ易く、ｂ）該アナモフィックな非球面を持つ光学面の副走査方向の屈折力は主走査方向の屈折力と殆ど同じであり、副走査方向の屈折力としてはあまり大きくできず、この様な面を被走査面側の面に施すと偏向手段側の面が副走査方向に大きな屈折力を有する事になり、結果として副走査倍率が高くなりすぎ、わずかな偏心で印字品位の劣化を招き易いためである。
【００４７】
また本実施形態においては、走査光学手段がないと仮定したときに、被走査面に垂直に入射する、偏向手段から偏向反射された光束に対し該アナモフィックな非球面を有する光学素子の光軸が紙面上側に０．２０ｍｍ偏心している。これは偏向手段として偏向面に回転軸を持たない回転多面鏡を用いているため像面湾曲の発生の仕方が左右で異なる為であり、これを軽減するために光学素子を偏心させている。もちろん該光学面のみを偏心させても同様の効果は得られる。
【００４８】
図１０は本発明の実施形態２及び３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）であり、表３に実施形態２及び３における光学配置を、表４に各面の非球面係数を示す。
【００４９】
【表３】
【表４】
【００５１】
（実施形態２）
先ず実施形態２に関して詳細を記していく。
【００５２】
図１０において、図１と同一の部番は同一の部材なので、説明を省略する。
【００５３】
本実施形態においては走査光学手段の第１光学素子６ａの偏向手段５側の光学面を偏心による影響を受け難いアナモフィックな光学非球面にしている。
【００５４】
また、本実施形態における光学性能を図１２及び図１３に示す。
【００５５】
ちなみに図１２は主走査（図中のＭ）及び副走査（図中のＳ）の像面湾曲を、図１３は歪曲収差を示している。
【００５６】
本実施形態に於いても実施形態１のところで述べて理由と同様の理由より、実施形態１で定義した主走査断面及び副走査断面の関数で表される形状を走査光学手段６の各光学面に施しているが、特に偏向手段５側のレンズ６ａの偏向手段側の光学面の副走査断面曲率半径を図１１（Ｇ１Ｒ１面）で示すようにＲａとＲｓの比が有効走査領域全域に渡って０．８から１．２の間におさまる様にすることで設計値において十分な性能を有し（図１２、図１３参照）且つ偏心による影響を軽減している。なお、上記光学面の有効領域は±２５ｍｍである。
【００５７】
図１４から図１７に偏心による影響を示す。各図は設計値に対するずれ量を示しており図１４Ａ〜図１４Ｆは主走査像面、図１５Ａ〜図１５Ｆは副走査像面、図１６Ａ〜図１６ＦはＹ方向の像面位置、図１７Ａ〜図１７ＣはＺ方向の像面位置に関するものであり、図中ＸはＸ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＹはＹ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ＺはＺ軸方向の偏心（偏心量０．０５ｍｍ）、ｋｘはＸ軸回りの偏心（偏心量２′）、ｋｙはＹ軸回りの偏心（偏心量５′）、ｋｚはＺ軸回りの偏心（偏心量２′）を示している。図１７において偏心の種類が３つしかないのは他の偏心が生じても全く影響が無い為である。
【００５８】
本実施形態のＲｓ（回転対称面を想定したときの副走査方向の曲率半径）は以下のとおりです。
【００５９】
Ｇ１Ｒ１面：−１７６．５≦Ｒｓ≦−６２．０４
【００６０】
本実施形態では、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓの最大値及び最小値の比が以下の数値範囲内を満たすことが好ましい。
【００６１】
１．１≦ｍａｘ｜Ｒｓ｜／ｍｉｎ｜Ｒｓ｜≦３．０
【００６２】
その理由は、面形状が大きく変化するレンズ上式で３．０を超える場合）はたとえ回転対称非球面に近い形状をしていても、偏心が発生したときの影響をおさえることは難しくなり、逆にほとんど変化しないレンズ（上の式で１．１を下回る場合）は性能向上に寄与しにくくなるため、必要な性能が得られない場合があるためである。
【００６３】
また、回転対称ではないアナモフィックな非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面曲率半径Ｒｓは以下の範囲内であることが好ましい。
【００６４】
−５００≦Ｒｓ≦−３０
【００６５】
更により好ましくは以下の範囲内であることが好ましい。
【００６６】
−４００≦Ｒｓ≦−６０
【００６７】
その理由は、この範囲から外れると、性能を向上しつつ偏心の影響を軽減することが難しくなるためである。
【００６８】
また本実施形態においては、走査光学手段がないと仮定したときに、被走査面に垂直に入射する、偏光手段から偏向反射された光束に対し該アナモフィックな非球面を有する光学素子の光軸が紙面上側に０．３３ｍｍ偏心している。これは偏向手段として偏向面に回転軸を持たない回転多面鏡を用いているため像面湾曲の発生の仕方が左右で異なる為であり、これを軽減するために光学素子を偏心させている。もちろん該光学面のみを偏心させても同様の効果は得られる。
【００６９】
（実施形態３）
次に実施形態３に関して詳細を記していく。
【００７０】
図１０において、１ａ、１ｂはそれぞれ例えば半導体レーザよりなる光源である。本実施形態においては１ａ、１ｂは９０μｍ離れており、この距離だけ副走査方向に光源を離して配置してしまうと後述する被走査面７で結像点が副走査方向に大きく離れすぎてしまうため、光源を光軸回りに回転させる事により、被走査面上で各光源の結像点が副走査方向に約２１μｍ離れるようにしている。
【００７１】
２はコリメータレンズであり、光源１ａ、１ｂから射出した発散光束を略平行光束に変換している。
【００７２】
本実施形態においては走査光学手段の第１光学素子６ａの偏向手段５側の面を偏心による影響を受け難いアナモフィックな光学非球面にしている。
【００７３】
本実施形態における光学性能は実施形態２と同様である為、像面湾曲及び歪曲収差に関しては省略する。
【００７４】
また、同様の理由より偏心時の性能に関しても既に実施形態２で示したものに関しては省略する。
【００７５】
走査線の副走査方向の間隔を図１８に示す。全域でほぼ均一の幅になっていることが分かる。また、軸上において各光線の主走査方向の位置関係が揃った場合の主走査方向の位置ずれを図２０に示す。±０．５μｍ内と、良好な性能であることが分かる。
【００７６】
本実施形態においては実施形態１、２の時とは異なり光源を複数有している。このため実施形態１で考慮していた偏心による影響以外に、各光源の結像位置の相対的な位置ずれが問題になってくる。常に相対的な位置関係が一定であるならば光源間の距離や各光源の発行を開始するタイミングを調整する事によって改善できるが、走査するに従い相対的な位置関係がずれてくる場合は前述の方法では改善できない。よって面形状自体が偏心の影響が現れにくい形状をしている事が好ましい。そしてこの場合も実施形態１と同様に主走査断面近傍に於いて回転対称非球面に相当する形状をしている事が好ましい。但し、完全に回転対称非球面にしてしまうと必要な光学性能を持たせることが困難になるばかりでなく成形加工をするに当たり型補正が困難になってしまうため好ましくない。よって本実施形態に於いても実施形態１で定義した主走査断面及び副走査断面の関数で表される形状を走査光学手段６の各光学面に施しているが、特にレンズ６ａの偏向手段側の面の副走査断面曲率半径を図１１で示すようにＲａとＲｓの比が０．８から１．２の間におさまる様にすることで設計値において十分な性能を有し且つ偏心による影響を図１９、２１に示すように軽減している。図１９Ａ〜図１９Ｆは該アナモフィックな非球面を施したレンズが偏心した場合の設計値に対する走査線の副走査方向の間隔ズレを示し、図２１Ａ〜図２１Ｆは、主走査方向の各光源間の位置ずれを示している。
【００７７】
また本実施形態においては、走査光学手段がないと仮定したときに、被走査面に垂直に入射する、偏向手段から偏向反射された光束に対し該アナモフィックな非球面を有する光学素子の光軸が紙面上側に０．３３ｍｍ偏心している。これは偏向手段として偏向面に回転軸を持たない回転多面鏡を用いているため像面湾曲の発生の仕方が左右で異なる為であり、これを軽減するために光学素子を偏心させている。もちろん該光学面のみを偏心させても同様の効果は得られる。
【００７８】
図２２は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図２２において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置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、実施形態１〜３に示した構成を有する光走査ユニット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。
【００７９】
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、前記光走査ユニット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。
【００８０】
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、上記光ビーム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。
【００８１】
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２２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。
【００８２】
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２２において左側）の定着器へと搬送される。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とこの定着ローラ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を画像形成装置の外に排出せしめる。
【００８３】
図２２においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００８４】
本発明では、光源として、３本以上の複数光源（例えば、４本）にも適用できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単数もしくは複数の光源から出射した光束を入射光学手段を介して偏向手段に導き、該偏向手段で偏向した光束を走査光学手段を介して被走査面上に結像且つ走査させる走査光学系において、走査光学手段を構成する光学素子の光学面のうち少なくとも１面は回転対称ではないアナモフィックな非球面で且つ該非球面の子線の曲率は該非球面を有する光学素子の偏心の影響を受け難い様に定めた事により印字品位の劣化を軽減し、且つ、低コストな走査光学系並びに前記走査光学系を用いた画像形成装置の提供を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】実施形態１のレンズ６ａの偏向手段側の主走査方向に対するＲａとＲｓの比を示す図
【図３】実施形態１のレンズ６ａの被走査面側の主走査方向に対するＲａとＲｓの比を示す図
【図４】実施形態１の像面湾曲を示す図
【図５】実施形態１の歪曲収差を示す図
【図６】実施形態１の主走査像面の位置ずれを示す図
【図７】実施形態１の副走査像面の位置ずれを示す図
【図８】実施形態１のＹ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図９】実施形態１のＺ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図１０】実施形態２及び３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）
【図１１】実施形態２及び３のレンズ６ａの偏向手段側の主走査方向に対するＲａとＲｓの比を示す図
【図１２】実施形態２及び３の像面湾曲を示す図
【図１３】実施形態２及び３の歪曲収差を示す図
【図１４】実施形態２及び３の主走査像面の位置ずれを示す図
【図１５】実施形態２及び３の副走査像面の位置ずれを示す図
【図１６】実施形態２及び３のＹ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図１７】実施形態２及び３のＺ方向への結像点の位置ずれを示す図
【図１８】実施形態３の走査線の副走査方向の間隔を示す図
【図１９】実施形態３の走査線の副走査方向の間隔ずれを示す図
【図２０】実施形態３の各光源間の主走査方向の位置ずれを示す図
【図２１】実施形態３の偏心時における各光源間の主走査方向の間隔ずれを示す図
【図２２】本発明の光走査光学系を用いた電子写真プリンタの構成例（副走査断面図）
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 光源手段（半導体レーザ）
２ コリメータレンズ
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（回転多面鏡）
５ａ 偏向面
６ 走査光学手段
６ａ 第１光学素子
６ｂ 第２光学素子
７ 被走査面（感光ドラム面）
１００ 光走査ユニット
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像器
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 用紙
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ 排紙ローラ
Claims (4)
- 光源手段と、前記光源手段から出射された光束を偏向反射する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向反射された光束を被走査面上に結像させる走査光学手段と、を有する走査光学系であって、
前記走査光学系を構成する樹脂製の結像光学素子の少なくとも１つの光学面は、アナモフィックな回転非対称非球面であり、
副走査断面を前記結像光学素子の母線に対して垂直な断面と定義した場合、
前記アナモフィックな回転非対称非球面の副走査断面内の曲率半径Ｒａは、前記走査光学手段の光軸から主走査方向に離れるに従い変化しており、
前記走査光学手段の光軸を中心にして前記アナモフィックな回転非対称非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面内の曲率半径Ｒｓと前記アナモフィックな回転非対称非球面の副走査断面内の曲率半径Ｒａが有効走査領域全域に渡って、
０．８＜Ｒａ／Ｒｓ＜１．２
−５００≦Ｒｓ≦−３０
を満たし、かつ、
前記走査光学手段の光軸を中心にして前記アナモフィックな回転非対称非球面の母線を回転させた回転対称非球面を想定したときの副走査断面内の曲率半径Ｒｓの最大値と最小値の比が
１．１≦ｍａｘ｜Ｒｓ｜／ｍｉｎ｜Ｒｓ｜≦３．０
を満たすことを特徴とする走査光学系。 - 前記走査光学系は、複数の光源手段を有する請求項１に記載の走査光学系。
- 請求項１又は２に記載の走査光学系と、前記被走査面に配置された感光ドラムと、前記走査光学系で走査された光束によって前記感光ドラムの上に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被転写材に転写する転写手段と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着手段とから成る画像形成装置。
- 請求項１又は２に記載の走査光学系と、外部機器から入力したコードデータを画像データに変換して前記走査光学系に入力せしめるプリンタコントローラとから成る画像形成装置。
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