JP4617004B2 - 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、特に光源手段から出射した光束を偏向素子で偏向させ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画像形成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）やデジタル複写機等に用いられる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）より光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子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１４はこの種の従来の走査光学装置に要部概略図である。
【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（光量）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略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡（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はｆθ特性を有する結像手段（ｆθレンズ）９６を介して被走査面としての感光ドラム面９８上に導光され、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方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面９８上に画像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が揃っていること、入射光の角度と像高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】
一方、走査光学素子として非球面を用いた高精度な収差補正、成形による低コストで大量生産等のメリットを有するプラスチックレンズを使用することが主流となっている。
【０００９】
しかしながらプラスチックレンズは使用環境の変化（温度変化）に伴ない屈折率が変化するという性質を持つ為、被走査面上でピントが変動し、高精細印字を行う上で問題となる。このため特に結像倍率が高くピント変動の顕著な副走査方向に関し温度補償をすることが必要となっている。
【００１０】
本出願人は先に提案した特開平8-297256号公報、特開平10-232347号公報等で走査光学素子の少なくとも２面の副走査方向の曲率半径を、主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい変化させることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向Ｆナンバーを画像有効域内において揃えている。
【００１１】
これら公報等では副走査断面内の面形状をベンディングさせることでＦナンバーを揃えているため、走査光学素子の主走査断面内における面形状によっては副走査方向の曲率半径が急激に変化する形状となる。
【００１２】
本発明は、先の提案を更に改良し、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成で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できる、高精細印字に好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。
【００１３】
【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の状態を他の状態に変換する第１の光学系と、前記第１の光学系により変換された光束を主走査方向に長手の線像として偏向手段の偏向面に結像させる第２の光学系と、前記偏向手段で反射偏向された光束を被走査面上に結像させる第３の光学系と、を具備する走査光学装置において、
前記第３の光学系は、プラスチック製の単一の結像光学素子からなり、前記結像光学素子の入射面及び出射面は屈折面であり、更に、前記結像光学素子の屈折面である出射面上に回折面が形成されており、
前記被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの画像有効域内における最大値をＦ max 、最小値をＦ min としたとき、
Ｆ min ／Ｆ max ＞０．９
なる条件を満足するように、前記結像光学素子の屈折面である入射面及び屈折面である出射面の副走査方向の曲率半径は軸上から軸外に向かい変化し、かつ、前記結像光学素子の回折面である出射面の副走査方向の回折パワーは軸上から軸外に向かい変化していることを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第３の光学系を構成する回折面の副走査方向の光軸上のパワーをφＳd、前記第３の光学系を構成する屈折面の副走査方向の光軸上のパワーをφＳrとしたとき、
１．０＜φＳr／φＳd＜２．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記光源手段は、複数の光束を出射することを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明の画像形成装置は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体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器と、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器とを有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明の画像形成装置は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【発明の実施の形態】
［参考例１］
図１は本発明の参考例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。
【００５６】
尚、本明細書においては走査光学素子の光軸と光偏向器により偏向された光束とが形成する面を主走査断面、走査光学素子の光軸を含み主走査断面と直交する面を副走査断面と定義する。
【００５７】
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の光学系としての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（光ビーム）を略平行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の光学系としてのシリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）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５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。
【００５８】
尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４の各要素は入射光学手段の一要素を構成している。
【００５９】
５はシリンドリカルレンズの結像位置近傍に偏向面を有し、入射された光束を主走査方向に反射偏向する偏向素子であり、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。
【００６０】
６は第３の光学系としてのｆθ特性を有する走査光学素子（走査レンズ系）であり、プラスチック製より成る屈折光学素子６１と、少なくとも１面に回折面を有する長尺の回折光学素子６２とを有している。
【００６１】
この走査光学素子６は光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を感光ドラム面８上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。
【００６２】
走査光学素子６の一要素を構成する屈折光学素子６１は主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで互いに異なるパワーを有する単一のトーリックレンズより成り、該トーリックレンズ６１の少なくとも１面の屈折面の副走査方向の曲率半径が主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化するように形成している。トーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径を軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００６３】
回折光学素子６２は入射面６２ａが屈折面、出射面６２ｂが回折面の複合素子より成っている。この回折光学素子６２は主走査方向と副走査方向とで互いに異なる回折パワーを有しており、少なくとも１面の回折面の副走査方向の回折パワーが主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化するように形成している。回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーを軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００６４】
トーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径の変化と、回折光学素子６２の出射面（回折面）６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化とにより、被走査面８に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを画像有効域内で略一定としている。
【００６５】
８は被走査面としての感光ドラム面である。
【００６６】
半導体レーザー１から出射した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限して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に入射した略平行光束のうち主走査断面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して光偏向器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。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束はトーリックレンズ６１と回折光学素子６２とを介して被走査面に配置された感光ドラム面８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８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８上に画像記録を行なっている。
【００６７】
走査光学素子６の屈折面及び回折面の面形状は以下の表現式により表されている。
・屈折面
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、
【００６８】
【数１】
【００６９】
（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、
【００７０】
【数２】
【００７１】
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）
・回折面
主走査方向が６次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表される。
【００７２】
φ＝ｍλ＝ ｂ2Y2＋ｂ4Y4＋ｂ6Y6＋ｂ8Y8＋ｂ10Y10＋（ｄ0＋ｄ1Ｙ＋ｄ2Ｙ2＋ｄ3Ｙ3＋ｄ4Ｙ4）Ｚ2
（但し、φは位相関数、ｍは回折次数、λは使用波長、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ2，ｂ4，ｂ6，ｂ8，ｂ10，ｄ0，ｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4は位相係数、実施形態１〜４では＋１次回折光を使用）なる式で表わされる。
【００７３】
尚、本表現式では非球面の表現式や位相関数における次数を制限して記してあるが、本発明はこれを制限するものではない。
【００７４】
ここで走査光学素子６の副走査方向の機能に関し説明する。
（ａ）副走査方向の像面湾曲、面倒れの補正
光偏向器の偏向面近傍に結像された線像を被走査面近傍に再結像させ、画像有効域内において副走査方向の像面湾曲を補正すると共に、偏向面の倒れ補正を行う。
（ｂ）画像有効域内で副走査方向の結像倍率の一定化
副走査方向の結像倍率を画像有効域内で略一定とすることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆno）を揃え、画像有効域内での副走査方向のスポット径を均一にすると共に後述するマルチビーム走査光学装置においては隣接する走査線の間隔を一定とする。
（ｃ）副走査方向の温度補償
走査光学素子の屈折面と回折面との副走査方向のパワー比を、
１．０＜φＳr／φＳd＜２．６ ‥‥‥（１）
但し、φＳd：走査光学素子の回折面における副走査方向の光軸上のパワー
φＳr：走査光学素子の屈折面における副走査方向の光軸上のパワー
両面とも該当面が複数存在する場合はそのトータルパワー
とすることにより、走査光学装置の環境変動（温度変化）による被走査面上での副走査方向のピント変化を、屈折面と回折面のパワー変化と、半導体レーザーの波長変化で補償する。
【００７５】
条件式（１）は走査光学素子の屈折面における副走査方向の光軸上のパワーと、回折面における副走査方向の光軸上のパワーとの比に関するものであり、条件式（１）の下限値を越えると温度補償が過補正となり、また条件式（１）の上限値を越えると補正不足となるので良くない。
【００７６】
上記（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの機能を画像有効域全域で行うことを特徴としており、そのためには走査光学素子の少なくとも屈折面１面、回折面１面の副走査方向のパワーが主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化していることが必要となる。ここで３つの補正目標に対し自由度を少なくとも２つとしているのは、主走査方向の形状を自由度に加えることができるためであり、さらに屈折もしくは回折の１面の副走査方向のパワーを軸上から軸外に向かい連続的に変化させることが望ましい。
【００７７】
表−１に参考例１における設計データを示す。
表−１において条件式（１）におけるパワーφＳr、φＳdは各々
φＳr＝０．０２５８
φＳd＝０．０１０２
これより
φＳr／φＳd＝２．５２９
である。
【００７８】
【表１】
【００７９】
上述した如くトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径を軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ回折光学素子６２の出射面６２ｂの回折パワーを軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００８０】
図１３はトーリックレンズ６１の出射面６１ｂのみを示した模式図である。図１３において面Ｒ主の曲率半径は非球面の一部より成っている。副走査方向の曲率半径Ｒ側は軸上から軸外にかけて変化している。副走査方向の曲率半径Ｒ副ｓとＲ副ｅは光軸に対して非対称である。（図３参照）。副走査方向の曲率半径Ｒ副ｓとＲ副ｅは光軸から主走査方向（ｙ方向）の距離Ｙに対応して軸上から軸外にかけて変化している。
【００８１】
図３はトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径の変化を示した図、図４は回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化を示した図である。
【００８２】
図３では光軸（Ｙ＝０）から軸外にかけて副走査方向の曲率半径が連続的に減少している。図４では光軸（Ｙ＝０）から軸外にかけて回折パワーが減少している。トーリック面の曲率半径と回折面の回折パワーは光軸（Ｙ＝０）に対して左右非対称と成っている。
【００８３】
上記の如くトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径Ｒ副の変化と、回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化を走査光学素子６の光軸に対して共に非対称に変化させている。
【００８４】
被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの画像有効域内における最大値をＦmax、最小値をＦminとしたとき、
Ｆmin／Ｆmax＞０．９ ‥‥‥（２）
なる条件を満足させている。
【００８５】
条件式（２）は被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの画像有効域内における最大値と最小値との比に関するものであり、条件式（２）を外れると副走査方向のスポット径の均一化を図るのが難しくなってくるので良くない。
【００８６】
本参考例では
Ｆmax＝４８．１７
Ｆmin＝４７．９９
であり、上記条件式（２）を満足させている。
【００８７】
図５は被走査面８上での副走査方向のＦナンバーを示した図である。同図より画像有効域内において被走査面８に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが略一定であり、走査光学素子６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。
【００８８】
図６は本参考例における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面位置変化）を示した図である。同図において実線は初期（常温）状態における副走査方向の像面湾曲であり、良好に補正されていることが分かる。また破線は昇温（常温から＋25℃）での副走査方向の像面湾曲であり、本実施形態では屈折面と回折面における副走査方向のパワー比を前記条件式（１）を満足するように、
φＳr／φＳd＝２．５２
と適当な値に設定しているため、ほぼ常温時と同等の値を示していることが読みとれる。
【００８９】
このように本参考例では上記の如く走査光学素子６の屈折面と回折面それぞれ１面の副走査方向のパワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成（安価な方法）で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを揃えることを可能にしている。これにより画像有効域全域での副走査方向のスポット径が均一となり、高精細印字に好適な走査光学装置を実現することができる。
【００９０】
尚、屈折光学素子６１を１枚のトーリックレンズより構成したが、これに限らず、複数枚のレンズより構成しても良い。
【００９１】
［参考例２］
次に本発明の参考例２について説明する。
【００９２】
本参考例において前述の参考例１と異なる点は、光源手段を複数の発光点を有するマルチビームレーザーより構成した点、さらに軸上から軸外に向かい曲率半径が連続的に変化する面を１面追加した点である。その他の構成及び光学的作用は参考例１と略同様であり、これにより同様は効果を得ている。
【００９３】
表−２に本参考例における設計データを示す。
【００９４】
【表２】
【００９５】
即ち、本参考例においてはトーリックレンズ６１の入射面６１ａ、及び出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ回折光学素子６２の出射面６２ｂの回折パワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００９６】
尚、本参考例ではトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径の変化と、回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化を走査光学素子６の光軸に対して非対称に変化させている。
【００９７】
本参考例においても前述の参考例１と同様、画像有効域内において被走査面８に入射する光束の副走査方向Ｆナンバーが略一定であり、走査光学素子６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る。
【００９８】
さらに本参考例では光源手段として独立に光変調された２つの光束を出射するマルチビーム光源を使用しており、被走査面上を所定量離れた２本の走査線で走査している。
【００９９】
図７は本参考例を副走査方向の走査線密度６００dpiで使用した場合における被走査走面８上での走査線間隔を示した図である。同図により副走査方向の結像倍率が揃っていることから、画像有効域内で走査線間隔が略一定となっているのが読みとれる。
【０１００】
図８は本参考例における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面位置変化）を示した図である。同図において実線は初期（常温）状態における副走査方向の像面湾曲であり、良好に補正されていることが分かる。また破線は昇温（常温から＋25℃）での副走査方向の像面湾曲であり、本実施形態では屈折面と回折面における副走査方向のパワー比を前記条件式（１）を満足するように、
φＳr／φＳd＝２．５５
と適当な値に設定しているため、ほぼ常温時と同等の値を示していることが読みとれる。
【０１０１】
尚、本参考例では副走査方向のパワーが連続的に変化する面を３面としているため、主走査方向の面形状に相関なく、より高精度に副走査方向の目標を補正することが可能である。
【０１０２】
このように本参考例では上述の如く光源手段をマルチビームレーザーより構成すると共に走査光学素子の屈折面２面と、回折面１面の副走査方向のパワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを揃えることを可能としている。これにより画像有効域全域での副走査方向のスポット径が均一となり、さらにマルチビームレーザーから出射された２本の光束による走査線間隔も画像有効域内で略一定となり、ピッチムラの少ない高精細印字に好適な走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）を実現することができる。
【０１０３】
［実施形態１］
図９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。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。
【０１０４】
本実施形態において前述の参考例１と異なる点は、走査光学素子１６を回折面を有するトーリックレンズ１枚で構成した点、それに伴い軸上から軸外に向かい曲率半径が連続的に変化する面を変更した点である。その他の構成及び光学的作用は参考例１と略同様であり、これにより同様の効果を得ている。
【０１０５】
表−３に本実施形態における設計データを示す。
【０１０６】
【表３】
【０１０７】
即ち、本実施形態においては回折面を有するトーリックレンズ６３の入射面６３ａをトーリック面形状、出射面６３ｂをトーリック面上に２次元の回折格子を形成している。そのうち入射面６３ａの副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ出射面６３ｂの回折パワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【０１０８】
尚、本実施形態ではトーリックレンズ６３の入射面６３ａの副走査方向の曲率半径の変化と、出射面６３ｂの副走査方向の回折パワーの変化を走査光学素子１６の光軸に対して共に非対称に変化させている。
【０１０９】
図１０は本実施形態における被走査面８上での副走査方向のＦナンバーを示した図である。同図より画像有効域内において被走査面８に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが略一定であり、走査光学素子１６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。
【０１１０】
図１１は本実施形態における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面位置変化）を示した図である。同図において実線は初期（常温）状態における副走査方向の像面湾曲であり、良好に補正されていることが分かる。また破線は昇温（常温から＋25℃）での副走査方向の像面湾曲であり、本実施形態では屈折面と回折面における副走査方向のパワー比を前記条件式（１）を満足するように、
φＳr／φＳd＝１．４２
と適当な値に設定しているため、ほぼ常温時と同等の値を示していることが読みとれる。
【０１１１】
このように本実施形態では上述の如く１枚のトーリックレンズで構成した走査光学素子においても、屈折面と回折面それぞれ１面の副走査方向のパワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを揃えることを可能にしている。これにより画像有効域全域での副走査方向のスポット径が均一となり、高精細印字に好適な走査光学装置を実現することができる。
【０１１２】
［実施形態２］
次に本発明の実施形態２について説明する。
【０１１３】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、光源手段を複数の発光点を有するマルチビームレーザーより構成した点である。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。
【０１１４】
即ち、本実施形態では光源手段をマルチビームレーザーより構成すると共に前述の実施形態３と同様にトーリックレンズの入射面の副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ出射面の回折パワーを該トーリックレンズの主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【０１１５】
このようにマルチビームレーザーを用いたマルチビーム走査光学装置においても前述の参考例２と同様にマルチビームレーザーから出射された２本の光束による走査線間隔を画像有効域内で略一定とすることができ、これによりピッチムラの少ない高精細印字に好適な走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）を実現することができる。
【０１１６】
［画像形成装置］
図１２は、前述した実施形態１、２のいずれかの走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図１２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、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（走査光学装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム（光束）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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。ここで用いられるトナー粒子は、例えば帯電ローラ１０２によって帯電された電荷とは逆符号を持つものが用いられる。そして、感光ドラムの非露光部にトナーが付着する部分（画線部）となる。つまり、本実施形態においては、所謂正規現像が行われる。尚、本実施形態において感光ドラムの露光部にトナーが付着する反転現像を行うようにしても良い。
【０１１９】
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１４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。
【０１２０】
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１２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、転写部から撒送されてきた用紙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。
【０１２１】
図１２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、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明によれば、前述の如く走査光学素子を屈折面と回折面から構成し、そのうちの少なくとも１面の屈折面の副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ少なくとも１面の回折面の副走査方向の回折パワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆno）を画像有効域内で略一定とすることができ、これにより副走査方向の像面湾曲、面倒れ補正効果、温度補償効果等を保ったまま、画像有効域全域で副走査方向のスポット径を均一にすることができ、またマルチビーム光源を有する走査光学装置においては、該マルチビーム光源から出射された複数の光束による走査線間隔を被走査面上で略一定とすることができ、これによりピッチムラの少ない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】 本発明の参考例１の主走査断面図
【図２】 本発明の参考例１の副走査断面図
【図３】 本発明の参考例１のトーリックレンズの出射面における副走査方向の曲率半径の変化を示す図
【図４】 本発明の参考例１の回折光学素子の出射面における副走査方向の回折パワーの変化を示す図
【図５】 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Ｆnoを示す図
【図６】 本発明の参考例１における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面変化）を示す図
【図７】 本発明の参考例２における被走査面上での走査線間隔を示す図
【図８】 本発明の参考例２における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面変化）を示す図
【図９】 本発明の実施形態１の主走査断面図
【図１０】 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Ｆnoを示す図
【図１１】 本発明の実施形態１における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面変化）を示す図
【図１２】 本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（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
【図１３】 本発明の参考例１のトーリックレンズの出射面のみを示した模式図
【図１４】 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の光学系（コリメーターレンズ）
３ 開口絞り
４ 第２の光学系（シリンドリカルレンズ）
５ 偏向素子（光偏向器）
６，１６ 第３の光学系（走査光学素子）
６１ 屈折光学素子（トーリックレンズ）
６２ 回折光学素子
６３ 光学素子（トーリックレンズ）
８ 被走査面（感光ドラム面）
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像装置
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 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器
【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、特に光源手段から出射した光束を偏向素子で偏向させ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画像形成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）やデジタル複写機等に用いられる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）より光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子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１４はこの種の従来の走査光学装置に要部概略図である。
【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（光量）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略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡（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はｆθ特性を有する結像手段（ｆθレンズ）９６を介して被走査面としての感光ドラム面９８上に導光され、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方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面９８上に画像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が揃っていること、入射光の角度と像高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】
一方、走査光学素子として非球面を用いた高精度な収差補正、成形による低コストで大量生産等のメリットを有するプラスチックレンズを使用することが主流となっている。
【０００９】
しかしながらプラスチックレンズは使用環境の変化（温度変化）に伴ない屈折率が変化するという性質を持つ為、被走査面上でピントが変動し、高精細印字を行う上で問題となる。このため特に結像倍率が高くピント変動の顕著な副走査方向に関し温度補償をすることが必要となっている。
【００１０】
本出願人は先に提案した特開平8-297256号公報、特開平10-232347号公報等で走査光学素子の少なくとも２面の副走査方向の曲率半径を、主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい変化させることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向Ｆナンバーを画像有効域内において揃えている。
【００１１】
これら公報等では副走査断面内の面形状をベンディングさせることでＦナンバーを揃えているため、走査光学素子の主走査断面内における面形状によっては副走査方向の曲率半径が急激に変化する形状となる。
【００１２】
本発明は、先の提案を更に改良し、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成で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できる、高精細印字に好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。
【００１３】
【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の状態を他の状態に変換する第１の光学系と、前記第１の光学系により変換された光束を主走査方向に長手の線像として偏向手段の偏向面に結像させる第２の光学系と、前記偏向手段で反射偏向された光束を被走査面上に結像させる第３の光学系と、を具備する走査光学装置において、
前記第３の光学系は、プラスチック製の単一の結像光学素子からなり、前記結像光学素子の入射面及び出射面は屈折面であり、更に、前記結像光学素子の屈折面である出射面上に回折面が形成されており、
前記被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの画像有効域内における最大値をＦ max 、最小値をＦ min としたとき、
Ｆ min ／Ｆ max ＞０．９
なる条件を満足するように、前記結像光学素子の屈折面である入射面及び屈折面である出射面の副走査方向の曲率半径は軸上から軸外に向かい変化し、かつ、前記結像光学素子の回折面である出射面の副走査方向の回折パワーは軸上から軸外に向かい変化していることを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第３の光学系を構成する回折面の副走査方向の光軸上のパワーをφＳd、前記第３の光学系を構成する屈折面の副走査方向の光軸上のパワーをφＳrとしたとき、
１．０＜φＳr／φＳd＜２．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記光源手段は、複数の光束を出射することを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明の画像形成装置は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体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器と、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器とを有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明の画像形成装置は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【発明の実施の形態】
［参考例１］
図１は本発明の参考例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。
【００５６】
尚、本明細書においては走査光学素子の光軸と光偏向器により偏向された光束とが形成する面を主走査断面、走査光学素子の光軸を含み主走査断面と直交する面を副走査断面と定義する。
【００５７】
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の光学系としての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（光ビーム）を略平行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の光学系としてのシリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）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５の偏向面５ａにほぼ線像として結像させている。
【００５８】
尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４の各要素は入射光学手段の一要素を構成している。
【００５９】
５はシリンドリカルレンズの結像位置近傍に偏向面を有し、入射された光束を主走査方向に反射偏向する偏向素子であり、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。
【００６０】
６は第３の光学系としてのｆθ特性を有する走査光学素子（走査レンズ系）であり、プラスチック製より成る屈折光学素子６１と、少なくとも１面に回折面を有する長尺の回折光学素子６２とを有している。
【００６１】
この走査光学素子６は光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を感光ドラム面８上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａの面倒れを補正している。
【００６２】
走査光学素子６の一要素を構成する屈折光学素子６１は主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで互いに異なるパワーを有する単一のトーリックレンズより成り、該トーリックレンズ６１の少なくとも１面の屈折面の副走査方向の曲率半径が主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化するように形成している。トーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径を軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００６３】
回折光学素子６２は入射面６２ａが屈折面、出射面６２ｂが回折面の複合素子より成っている。この回折光学素子６２は主走査方向と副走査方向とで互いに異なる回折パワーを有しており、少なくとも１面の回折面の副走査方向の回折パワーが主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化するように形成している。回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーを軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００６４】
トーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径の変化と、回折光学素子６２の出射面（回折面）６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化とにより、被走査面８に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを画像有効域内で略一定としている。
【００６５】
８は被走査面としての感光ドラム面である。
【００６６】
半導体レーザー１から出射した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限して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に入射した略平行光束のうち主走査断面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して光偏向器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。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束はトーリックレンズ６１と回折光学素子６２とを介して被走査面に配置された感光ドラム面８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８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８上に画像記録を行なっている。
【００６７】
走査光学素子６の屈折面及び回折面の面形状は以下の表現式により表されている。
・屈折面
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、
【００６８】
【数１】
【００６９】
（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、
【００７０】
【数２】
【００７１】
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）
・回折面
主走査方向が６次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表される。
【００７２】
φ＝ｍλ＝ ｂ2Y2＋ｂ4Y4＋ｂ6Y6＋ｂ8Y8＋ｂ10Y10＋（ｄ0＋ｄ1Ｙ＋ｄ2Ｙ2＋ｄ3Ｙ3＋ｄ4Ｙ4）Ｚ2
（但し、φは位相関数、ｍは回折次数、λは使用波長、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ2，ｂ4，ｂ6，ｂ8，ｂ10，ｄ0，ｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4は位相係数、実施形態１〜４では＋１次回折光を使用）なる式で表わされる。
【００７３】
尚、本表現式では非球面の表現式や位相関数における次数を制限して記してあるが、本発明はこれを制限するものではない。
【００７４】
ここで走査光学素子６の副走査方向の機能に関し説明する。
（ａ）副走査方向の像面湾曲、面倒れの補正
光偏向器の偏向面近傍に結像された線像を被走査面近傍に再結像させ、画像有効域内において副走査方向の像面湾曲を補正すると共に、偏向面の倒れ補正を行う。
（ｂ）画像有効域内で副走査方向の結像倍率の一定化
副走査方向の結像倍率を画像有効域内で略一定とすることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆno）を揃え、画像有効域内での副走査方向のスポット径を均一にすると共に後述するマルチビーム走査光学装置においては隣接する走査線の間隔を一定とする。
（ｃ）副走査方向の温度補償
走査光学素子の屈折面と回折面との副走査方向のパワー比を、
１．０＜φＳr／φＳd＜２．６ ‥‥‥（１）
但し、φＳd：走査光学素子の回折面における副走査方向の光軸上のパワー
φＳr：走査光学素子の屈折面における副走査方向の光軸上のパワー
両面とも該当面が複数存在する場合はそのトータルパワー
とすることにより、走査光学装置の環境変動（温度変化）による被走査面上での副走査方向のピント変化を、屈折面と回折面のパワー変化と、半導体レーザーの波長変化で補償する。
【００７５】
条件式（１）は走査光学素子の屈折面における副走査方向の光軸上のパワーと、回折面における副走査方向の光軸上のパワーとの比に関するものであり、条件式（１）の下限値を越えると温度補償が過補正となり、また条件式（１）の上限値を越えると補正不足となるので良くない。
【００７６】
上記（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの機能を画像有効域全域で行うことを特徴としており、そのためには走査光学素子の少なくとも屈折面１面、回折面１面の副走査方向のパワーが主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化していることが必要となる。ここで３つの補正目標に対し自由度を少なくとも２つとしているのは、主走査方向の形状を自由度に加えることができるためであり、さらに屈折もしくは回折の１面の副走査方向のパワーを軸上から軸外に向かい連続的に変化させることが望ましい。
【００７７】
表−１に参考例１における設計データを示す。
表−１において条件式（１）におけるパワーφＳr、φＳdは各々
φＳr＝０．０２５８
φＳd＝０．０１０２
これより
φＳr／φＳd＝２．５２９
である。
【００７８】
【表１】
【００７９】
上述した如くトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径を軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ回折光学素子６２の出射面６２ｂの回折パワーを軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００８０】
図１３はトーリックレンズ６１の出射面６１ｂのみを示した模式図である。図１３において面Ｒ主の曲率半径は非球面の一部より成っている。副走査方向の曲率半径Ｒ側は軸上から軸外にかけて変化している。副走査方向の曲率半径Ｒ副ｓとＲ副ｅは光軸に対して非対称である。（図３参照）。副走査方向の曲率半径Ｒ副ｓとＲ副ｅは光軸から主走査方向（ｙ方向）の距離Ｙに対応して軸上から軸外にかけて変化している。
【００８１】
図３はトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径の変化を示した図、図４は回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化を示した図である。
【００８２】
図３では光軸（Ｙ＝０）から軸外にかけて副走査方向の曲率半径が連続的に減少している。図４では光軸（Ｙ＝０）から軸外にかけて回折パワーが減少している。トーリック面の曲率半径と回折面の回折パワーは光軸（Ｙ＝０）に対して左右非対称と成っている。
【００８３】
上記の如くトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径Ｒ副の変化と、回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化を走査光学素子６の光軸に対して共に非対称に変化させている。
【００８４】
被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの画像有効域内における最大値をＦmax、最小値をＦminとしたとき、
Ｆmin／Ｆmax＞０．９ ‥‥‥（２）
なる条件を満足させている。
【００８５】
条件式（２）は被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの画像有効域内における最大値と最小値との比に関するものであり、条件式（２）を外れると副走査方向のスポット径の均一化を図るのが難しくなってくるので良くない。
【００８６】
本参考例では
Ｆmax＝４８．１７
Ｆmin＝４７．９９
であり、上記条件式（２）を満足させている。
【００８７】
図５は被走査面８上での副走査方向のＦナンバーを示した図である。同図より画像有効域内において被走査面８に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが略一定であり、走査光学素子６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。
【００８８】
図６は本参考例における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面位置変化）を示した図である。同図において実線は初期（常温）状態における副走査方向の像面湾曲であり、良好に補正されていることが分かる。また破線は昇温（常温から＋25℃）での副走査方向の像面湾曲であり、本実施形態では屈折面と回折面における副走査方向のパワー比を前記条件式（１）を満足するように、
φＳr／φＳd＝２．５２
と適当な値に設定しているため、ほぼ常温時と同等の値を示していることが読みとれる。
【００８９】
このように本参考例では上記の如く走査光学素子６の屈折面と回折面それぞれ１面の副走査方向のパワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成（安価な方法）で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを揃えることを可能にしている。これにより画像有効域全域での副走査方向のスポット径が均一となり、高精細印字に好適な走査光学装置を実現することができる。
【００９０】
尚、屈折光学素子６１を１枚のトーリックレンズより構成したが、これに限らず、複数枚のレンズより構成しても良い。
【００９１】
［参考例２］
次に本発明の参考例２について説明する。
【００９２】
本参考例において前述の参考例１と異なる点は、光源手段を複数の発光点を有するマルチビームレーザーより構成した点、さらに軸上から軸外に向かい曲率半径が連続的に変化する面を１面追加した点である。その他の構成及び光学的作用は参考例１と略同様であり、これにより同様は効果を得ている。
【００９３】
表−２に本参考例における設計データを示す。
【００９４】
【表２】
【００９５】
即ち、本参考例においてはトーリックレンズ６１の入射面６１ａ、及び出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ回折光学素子６２の出射面６２ｂの回折パワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【００９６】
尚、本参考例ではトーリックレンズ６１の出射面６１ｂの副走査方向の曲率半径の変化と、回折光学素子６２の出射面６２ｂの副走査方向の回折パワーの変化を走査光学素子６の光軸に対して非対称に変化させている。
【００９７】
本参考例においても前述の参考例１と同様、画像有効域内において被走査面８に入射する光束の副走査方向Ｆナンバーが略一定であり、走査光学素子６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る。
【００９８】
さらに本参考例では光源手段として独立に光変調された２つの光束を出射するマルチビーム光源を使用しており、被走査面上を所定量離れた２本の走査線で走査している。
【００９９】
図７は本参考例を副走査方向の走査線密度６００dpiで使用した場合における被走査走面８上での走査線間隔を示した図である。同図により副走査方向の結像倍率が揃っていることから、画像有効域内で走査線間隔が略一定となっているのが読みとれる。
【０１００】
図８は本参考例における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面位置変化）を示した図である。同図において実線は初期（常温）状態における副走査方向の像面湾曲であり、良好に補正されていることが分かる。また破線は昇温（常温から＋25℃）での副走査方向の像面湾曲であり、本実施形態では屈折面と回折面における副走査方向のパワー比を前記条件式（１）を満足するように、
φＳr／φＳd＝２．５５
と適当な値に設定しているため、ほぼ常温時と同等の値を示していることが読みとれる。
【０１０１】
尚、本参考例では副走査方向のパワーが連続的に変化する面を３面としているため、主走査方向の面形状に相関なく、より高精度に副走査方向の目標を補正することが可能である。
【０１０２】
このように本参考例では上述の如く光源手段をマルチビームレーザーより構成すると共に走査光学素子の屈折面２面と、回折面１面の副走査方向のパワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを揃えることを可能としている。これにより画像有効域全域での副走査方向のスポット径が均一となり、さらにマルチビームレーザーから出射された２本の光束による走査線間隔も画像有効域内で略一定となり、ピッチムラの少ない高精細印字に好適な走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）を実現することができる。
【０１０３】
［実施形態１］
図９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。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。
【０１０４】
本実施形態において前述の参考例１と異なる点は、走査光学素子１６を回折面を有するトーリックレンズ１枚で構成した点、それに伴い軸上から軸外に向かい曲率半径が連続的に変化する面を変更した点である。その他の構成及び光学的作用は参考例１と略同様であり、これにより同様の効果を得ている。
【０１０５】
表−３に本実施形態における設計データを示す。
【０１０６】
【表３】
【０１０７】
即ち、本実施形態においては回折面を有するトーリックレンズ６３の入射面６３ａをトーリック面形状、出射面６３ｂをトーリック面上に２次元の回折格子を形成している。そのうち入射面６３ａの副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ出射面６３ｂの回折パワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【０１０８】
尚、本実施形態ではトーリックレンズ６３の入射面６３ａの副走査方向の曲率半径の変化と、出射面６３ｂの副走査方向の回折パワーの変化を走査光学素子１６の光軸に対して共に非対称に変化させている。
【０１０９】
図１０は本実施形態における被走査面８上での副走査方向のＦナンバーを示した図である。同図より画像有効域内において被走査面８に入射する光束の副走査方向のＦナンバーが略一定であり、走査光学素子１６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。
【０１１０】
図１１は本実施形態における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面位置変化）を示した図である。同図において実線は初期（常温）状態における副走査方向の像面湾曲であり、良好に補正されていることが分かる。また破線は昇温（常温から＋25℃）での副走査方向の像面湾曲であり、本実施形態では屈折面と回折面における副走査方向のパワー比を前記条件式（１）を満足するように、
φＳr／φＳd＝１．４２
と適当な値に設定しているため、ほぼ常温時と同等の値を示していることが読みとれる。
【０１１１】
このように本実施形態では上述の如く１枚のトーリックレンズで構成した走査光学素子においても、屈折面と回折面それぞれ１面の副走査方向のパワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、環境性能を損なうことなく容易で、かつ簡易な構成で被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーを揃えることを可能にしている。これにより画像有効域全域での副走査方向のスポット径が均一となり、高精細印字に好適な走査光学装置を実現することができる。
【０１１２】
［実施形態２］
次に本発明の実施形態２について説明する。
【０１１３】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、光源手段を複数の発光点を有するマルチビームレーザーより構成した点である。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。
【０１１４】
即ち、本実施形態では光源手段をマルチビームレーザーより構成すると共に前述の実施形態３と同様にトーリックレンズの入射面の副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ出射面の回折パワーを該トーリックレンズの主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させている。
【０１１５】
このようにマルチビームレーザーを用いたマルチビーム走査光学装置においても前述の参考例２と同様にマルチビームレーザーから出射された２本の光束による走査線間隔を画像有効域内で略一定とすることができ、これによりピッチムラの少ない高精細印字に好適な走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）を実現することができる。
【０１１６】
［画像形成装置］
図１２は、前述した実施形態１、２のいずれかの走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図１２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、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（走査光学装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム（光束）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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。ここで用いられるトナー粒子は、例えば帯電ローラ１０２によって帯電された電荷とは逆符号を持つものが用いられる。そして、感光ドラムの非露光部にトナーが付着する部分（画線部）となる。つまり、本実施形態においては、所謂正規現像が行われる。尚、本実施形態において感光ドラムの露光部にトナーが付着する反転現像を行うようにしても良い。
【０１１９】
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１４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。
【０１２０】
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１２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、転写部から撒送されてきた用紙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。
【０１２１】
図１２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、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明によれば、前述の如く走査光学素子を屈折面と回折面から構成し、そのうちの少なくとも１面の屈折面の副走査方向の曲率半径を主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させ、かつ少なくとも１面の回折面の副走査方向の回折パワーを主走査方向に対応して軸上から軸外に向かい連続的に変化させることにより、被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバー（Ｆno）を画像有効域内で略一定とすることができ、これにより副走査方向の像面湾曲、面倒れ補正効果、温度補償効果等を保ったまま、画像有効域全域で副走査方向のスポット径を均一にすることができ、またマルチビーム光源を有する走査光学装置においては、該マルチビーム光源から出射された複数の光束による走査線間隔を被走査面上で略一定とすることができ、これによりピッチムラの少ない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】 本発明の参考例１の主走査断面図
【図２】 本発明の参考例１の副走査断面図
【図３】 本発明の参考例１のトーリックレンズの出射面における副走査方向の曲率半径の変化を示す図
【図４】 本発明の参考例１の回折光学素子の出射面における副走査方向の回折パワーの変化を示す図
【図５】 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Ｆnoを示す図
【図６】 本発明の参考例１における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面変化）を示す図
【図７】 本発明の参考例２における被走査面上での走査線間隔を示す図
【図８】 本発明の参考例２における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面変化）を示す図
【図９】 本発明の実施形態１の主走査断面図
【図１０】 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Ｆnoを示す図
【図１１】 本発明の実施形態１における副走査方向の像面湾曲及び環境特性（昇温による像面変化）を示す図
【図１２】 本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（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
【図１３】 本発明の参考例１のトーリックレンズの出射面のみを示した模式図
【図１４】 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の光学系（コリメーターレンズ）
３ 開口絞り
４ 第２の光学系（シリンドリカルレンズ）
５ 偏向素子（光偏向器）
６，１６ 第３の光学系（走査光学素子）
６１ 屈折光学素子（トーリックレンズ）
６２ 回折光学素子
６３ 光学素子（トーリックレンズ）
８ 被走査面（感光ドラム面）
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像装置
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 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器
Claims (5)
- 光源手段と、前記光源手段から出射された光束の状態を他の状態に変換する第１の光学系と、前記第１の光学系により変換された光束を主走査方向に長手の線像として偏向手段の偏向面に結像させる第２の光学系と、前記偏向手段で反射偏向された光束を被走査面上に結像させる第３の光学系と、を具備する走査光学装置において、
前記第３の光学系は、プラスチック製の単一の結像光学素子からなり、前記結像光学素子の入射面及び出射面は屈折面であり、更に、前記結像光学素子の屈折面である出射面上に回折面が形成されており、
前記被走査面に入射する光束の副走査方向のＦナンバーの画像有効域内における最大値をＦ max 、最小値をＦ min としたとき、
Ｆ min ／Ｆ max ＞０．９
なる条件を満足するように、前記結像光学素子の屈折面である入射面及び屈折面である出射面の副走査方向の曲率半径は軸上から軸外に向かい変化し、かつ、前記結像光学素子の回折面である出射面の副走査方向の回折パワーは軸上から軸外に向かい変化していることを特徴とする走査光学装置。 - 前記結像光学素子の回折面の副走査方向の光軸上のパワーをφＳd、前記結像光学素子の屈折面の副走査方向の光軸上のパワーをφＳrとしたとき、
１．０＜φＳr／φＳd＜２．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。 - 前記光源手段は、複数の光束を出射することを特徴とする請求項１又は２に記載の走査光学装置。
- 請求項１乃至３の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体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器と、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器とを有することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１乃至３の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。
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