JP4659277B2 - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光走査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特性を有する結像光学系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）等の光走査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１１は従来の光走査装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段７１から出射した発散光東はコリメーターレンズ７２により略平行光束とされ、絞り７３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７４に入射している。シリンドリカルレンズ７４に人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７５の偏向面（反射面）７５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器７５の偏向面７５ａ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）７６を介して被走査面としての感光ドラム面７８上に導光し、該光偏向器７５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７８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】
この様な光走査装置において、高精度な画像情報の記録を行なうためには、被走査面全域に渡って像面湾曲が良好に補正されていること、走査角θと像高Ｙとの間に等速性をともなう歪曲特性（ｆθ特性）を有していること、像面上でのスポット径が各像高において均一であること等が必要である。この様な光学特性を満足する光走査装置、もしくはその補正光学系（ｆθレンズ）は従来より種々提案されている。
【０００７】
一方、レーザービームプリンターやデジタル複写機の装置のコンパクト化や低下価格化に伴い、光走査装置に対しても、同様の要求がなされている。
【０００８】
この様な要望を満足する構成として、ｆθレンズを１枚から構成した光走査装置が、例えば特開平４−５０９０８号公報や特開平９−３３８５０号公報等で提案されている。
【０００９】
特開平４−５０９０８号公報では、ｆθレンズの主走査方向に高次の非球面を用い、収差特性を比較的良好に補止しているが、光偏向器と被走査面間の副走査方向の倍率が一定となっていないために、副走査方向のスポット径が、像高によって変化してしまう傾向があった。
【００１０】
一方、特開平９−３３８５０号公報においては、光走査装置において、ｆθレンズのレンズ面のうち、少なくとも２つの面において、副走査方向の曲率が、結像レンズの有効部で主走査方向に沿って連続的に、かつ主走査方向の曲率と独立に変化する事によって、副走査方向の主平面の位置を２つの面のベンディングによって制御し、各像高における副走査倍率を一定とすることにより、スポット怪を一定にする方法が提案されている。
【００１１】
しかしながら、上記提案においては、副走査倍率を一定とするために、少なくとも２つの面のベンディングさせ、主平面の位置を倍率が一定となる様に制御しているため、主走査と副走査の形状を完全に独立に設定することが可能であるが、レンズの肉厚を小さく押さえる等の要望により、主走査方向のレンズ形状が比較的大きな非球面量を有する場合が多かった。
【００１２】
上記の様な主走査方向の非球面量の大きなレンズでは、各レンズ面、およびレンズの配置誤差により、光学的な性能の劣化が大きく発生する。光学的な性能の劣化の中で特に副走査方向の走査線湾曲は走査線高さのずれや走査線の傾き等と異なり、装置本体で配置するミラー等の調整により補止することができないため大きな問題点となる。このため走査線湾曲を微小に抑える為には各レンズ面、及びレンズの配置を設計値通りに精度良く配置するか、もしくはレンズに調整機構を設けて設計上の配置になるように調整する必要が生じる。
【００１３】
図１３は特開平９−３３８５０号公報の第１の実施例（図１２）として開示されている走査レンズについて、各面及びレンズブロックをＺ方向（光軸及び主走査方向と直交する方向）に５０μｍ偏心させた場合の走査線湾曲量を光軸を原点にとり、各像高ごとにプロットしたものである。また、図１４は各面及びレンズブロックをそれぞれの面頂点（レンズブロックはレンズの入射側の面頂点）を通り主走査方向と平行な直線を回転軸として３′チルトさせた場合の走査線湾曲量である。
【００１４】
主走査方向に大きな非球面量を持ち、且つ副走査方向のパワーを両面に持つこのタイプの走査レンズにおいては、Ｚ方向の偏心により非常に大きな走査線湾曲が発生する。また、チルトによる走査線湾曲敏威度も大きく、設計上性能が補償されていても、実際にレンズを加工し、筐体へ組み付けた場合、全く使用できるレベルではないことが分かる。
【００１５】
更に４本の感光体（感光ドラム）を用いて各々に光走査装置を配置してレーザー光により潜像を形成し、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の各色の原稿の画像を各々対応する感光体面上に形成するカラー画像形成装置の場合、各感光体面上に形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色の画像を紙等の転写体上に重ね合わせるため、各感光体に対応した光走査装置の走査線に湾曲が発生していると４色間での走査線の形状に誤差を生じ、転写体上での画像において色ずれが生じるため著しい画像性能の劣化を招くという問題点がある。
【００１６】
本発明は、この様な問題点を解決するものであり、ｆθレンズを１枚のレンズにより構成し、光学系の特性である像面湾曲特性、等速走査を行なうためのｆθ特性、波面収差を良好に補正し、ｆθレンズを適切な形状にすることにより、レンズの配置誤差により発生する走査線湾曲を微小に抑えることができる光走査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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためには、光源手段と、前記光源手段から射出された複数の光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面により偏向走査された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記結像光学系は、モールドプロセスで成形された単レンズからなり、
前記単レンズの入射面及び出射面の主走査断面の形状は、非円弧であり、前記結像光学系の全系の副走査方向のパワーをφｓ、前記単レンズの出射面の副走査方向のパワーをφｓ２としたとき、前記単レンズの副走査方向のパワーは、０．９５≦φｓ２／φｓ≦１．０５を満足しており、
前記単レンズの入射面の副走査方向の曲率半径が軸上から軸外に向って変化しておらず、かつ、前記単レンズの出射面の副走査方向の曲率半径が軸上から軸外に向って変化しており、
軸上における前記偏向手段から前記単レンズの出射面までの空気換算距離をＬ_ａ０、軸上における前記単レンズの出射面から前記被走査面までの距離をＬ_ｂ０とし、軸外における前記偏向手段から前記単レンズの出射面までの空気換算距離をＬ_ａθ、軸外における前記単レンズの出射面から前記被走査面までの距離をＬ_ｂθとしたとき、前記単レンズの出射面の主走査断面の形状は、
【外１】

を満足していることを特徴とする。
【００５７】
【発明の実施の形態】
（作用）
前記課題を解決するためには、
・画像有効域内における走査レンズの副走査倍率を略一定とすること、
・走査レンズの入射面、及び出射面の副走査倍率を略一定とすること、
が重要となる。
光学箱（筐休）へのレンズ組み付け誤差、レンズ自体の製造誤差により走査レンズ全体が走査面と垂直な方向（Ｚ方向）へ偏心した場合、走査レンズの副走査倍率を略一定とすることで被走査面上における走査線は一律シフトし偏心による走査線曲がりを無くすことが可能となる。
【００５８】
また特にモールドレンズにおいて型内の組み付け精度不足により入射面に対する出射面のＺ方向偏心が生じた場合、走査レンズの各面における副走査倍率を略一定とすることで、同様に被走査面における偏心による走査線曲がりを無くすことが可能となる。
【００５９】
これらを達成するための具体的な手法として本発明では走査レンズを単レンズから構成し、
・走査レンズの出射面に副走査方向のほぼ全てのパワーを配すること、
・走査レンズの出射面の主走査方向の形状を画像有効域内で副走査倍率が略一定となるよう決定すること、
を特徴とする。
【００６０】
副走査倍率が一定となるような主走査形状とは図１５で示すように、ポリゴン偏向面から走査レンズ出射面までの空気換算距離（レンズ内部は実距離／屈折率で換算）と出射面から被走査面までの距離との比が両像有効域内で略一定（Ｌ_ｂ０／Ｌ_ａ０≒Ｌ_ｂθ／Ｌ_ａθ）となるような面形状であり、偏向器側に曲率中心を有する略円形状の光学面となる。そして同面に副走査方向のほぼ全てのパワーを配することによって走査レンズの副走査倍率を画像有効域内で略一定とするとともに、入射面、出射面における副走査倍率も略一定となる。
【００６１】
これにより走査レンズ全体、及び各面の偏心が生じても走査線曲がりを生じない走査光学系を単玉レンズを使用し安価に実現することが可能となる。また本光走査装置は特にこれを複数用いたカラー画像形成装置における走査光学系に好適であり、同装置に適用した場合、走査線の曲がり調整をすることなく走査線の曲がりによる色ずれの少ない面像を得ることができる。
【００６２】
以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００６３】
（第１の実施例）
図１は本発明の特徴を最もよく表わす光走査装置の要部断面図である。光源である半導体レーザー１からの発散光をコリメータレンズ２により略平行な光ビームに変換した後、絞り３により所望のスポット径が得られるように光束径が制限される。５は光源手段からの光ビームを被走査面に向かって走査する回転多面鏡（ポリゴンミラー）であり、ポリゴンミラーからの反射光を走査結像レンズ６により、全走査域にわたって微小な光スポットが形成される。また、走査結像レンズ６はポリゴンミラーで偏向される等角速度な光ビームを等速度な光ビームに変換するｆθ特性を持たせることが必要とされる。更に、シリンドリカルレンズ４により平行な光ビームを一旦ポリゴンミラー上で副走査方向に集光させ、且つ副走査断面においてポリゴンミラーと被走査面を光学的共役関係にすることで、ボリゴンミラーの面倒れを補正することが可能となる。
【００６４】
ここで、使用している走査結像レンズ６について詳しく述べる。走査結像レンズ６は光学樹脂であるＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８Ｒ（日本ゼオン社製）からなるプラスチックレンズである。
【００６５】
本実施例では、走査結像レンズ６は、モールドプロセスで成形されている。
【００６６】
副走査方向のパワーを出射面側にのみ持たせ、且つ副走査倍率を一定とするように主走査方向の非球面形状を定めることで、成形時によるＺ方向の面偏心による走査線湾曲が発生しない光学系となっている。
【００６７】
ここでは、特に重要な出射面側の主走査方向の形状決定方法について具体的に述べる。
【００６８】
本実施例においては、副走査方向のパワーを出射面側にのみ持たせたため、先の従来例で述べたように、副走査方向の主平面の位置を２つの面のベンディングによって制御し、各像高における副走査倍率を一定とすることができない。それゆえ、主走査方向の非球面形状は以下に記載する副走査倍率一定の関係式を満足するように定めなければならない。
（以下の説明に使われている記号は図２を参照のこと。）
副走査倍率一定 Ｌ_３（θ）／{Ｌ_ｌ（θ）＋Ｌ_２（θ）／ｎ}＝ｃｏｎｓｔ＝｜β｜・・・（１）
θ：偏向角
Ｌ_１（θ）：偏向角θに対する偏向点からレンズ入射面までの距離
Ｌ_２（θ）：偏向角θに対するレンズ入射面から出射面までの距離
Ｌ_３（θ）：偏向角θに対するレンズ出射面から被走査面までの距離
ｎ：レンズ屈折率
β：副走査倍率
このように主走査方向の形状により副走査倍率を一定にさせると、副走査のパワーを集中させた出射面側の主走査形状が偏向器側に大きく湾曲した凸形状となる。
【００６９】
それゆえ、出射側の面では走査ビームが大きく屈折せず、ｆθ特性は主に入射側の面により補正されることになる。その形状は光軸方向に大きな湾曲量を持たず、出射面の非球面形状を決定する上では直線と近似してもかまわない。
【００７０】
ｆθ特性 Ｌ_ｌ（０）・ｔａｎθ＋{Ｌ_２（０）＋Ｌ_３（０）}・ｔａｎθ′＝ｆθ・・・（２）
Ｌ_ｌ（０）：光軸上の偏向点からレンズ入射面までの距離
Ｌ_２（０）：光軸上のレンズ入射面から出射面までの距離（レンズの肉厚）
Ｌ_３（０）：光軸上のレンズ出射面から被走査面までの距離
ｆ：走査レンズの主走査方向の焦点距離
θ′：レンズ入射面により屈折された光線とレンズ光軸とのなす角
Ｌ_１（０）、Ｌ_２（０）、β、を決定すると、式（１）よりＬ_３（０）が求まる。また、レンズの主走査方向の焦点距離ｆを与えると、各偏向角θに対するθ′が以下のように求まる。
【００７１】
θ′＝ｔａｎ^−１［{ｆθ−Ｌ_１（０）・ｔａｎθ}／｛Ｌ_２（０）＋Ｌ_３（０）}]・・・（３）
次に、Ｌ_２（θ）＝ｍ（θ）・Ｌ_２３（θ）、Ｌ_３（θ）＝{１−ｍ（θ）}・Ｌ_２３（θ）と置くと、式（１）は以下の様に変形でき、式（３）で求まったθ′を代入することで、出射面側の主走査非球面形状を求めることができる。
【００７２】
ｍ（θ）＝｛Ｌ_２３（θ）−｜β｜・Ｌ_１（θ）｝／／｛Ｌ_２３（θ）・（１＋｜β｜／ｎ）｝・・・（４） Ｌ_１（θ）＝Ｌ_ｌ（０）／ｃｏｓ（θ）・・・（５）
Ｌ_２３（θ）＝Ｌ_２３（０）／ｃｏｓ（θ′）＝{Ｌ_２（０）＋Ｌ_３（０）}／ｃｏｓ（θ′）・・・（６）
以上の手順により求まった解を元に、副走査倍率一定の条作を崩さずに、像面湾曲補正などの最適化を行ったものが表１〜表５に示した実施例である。ここでは、以下で説明する通常用いられる非球面の式で展開したものが示してある。
【００７３】
本実施形態の表１〜表５における走査結像レンズ６を構成するアナモフィック形状は各々、主走査方向が１０次までの関数で表せる非球面形状、光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をｙ軸、副走査断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、
【００７４】
【外９】

【００７５】
（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、
【００７６】
【外１０】

【００７７】
ここで
ｒ′＝ｒ０（１＋Ｄ２Ｙ^２＋Ｄ４Ｙ^４＋Ｄ６Ｙ^６＋Ｄ８Ｙ^８＋Ｄ１０Ｙ^１０）
（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）
と表現される。
【００７８】
詳しい説明は避けるが、近軸領域において、主走査方向の像面湾曲とｆθの特性を良好に補正するためには、偏向点から被走査面までの距離が走査レンズの焦点距離の１．３８倍にする必要がある。但し、この値は主走査方向に非球面に用いた場合には、必ずしも満足させる必要はない。即ち、入射面及び出射面の両方に非球面を用いることで、そうでないものと比較して偏向点から被走査面までの距離を短くすることが可能となる。特に、出射面側の主走査形状が大きく湾曲している本実施例のようなレンズでは、その面が円弧形状であるとレンズの肉厚が厚くなり、レンズのコストアップになってしまう。また、両面を非球面にすることで、設計自由度が増し、像面湾曲とｆθ特性を更に良好に補正することが可能となる。装置の小型化（低コスト化）及び性能向上の為には、両面の主走査形状を非球面とすることが望ましい。
【００７９】
また、本数値実施例においては、副走査形状を主走査形状と相関なく変化させた面を採用している。これには次に述べる理由がある。
【００８０】
副走査形状と主走査形状が相関している面の例として、偏向面内に含まれ主走査方向と平行な直線を中心に、母線形状を回転させた面がある。このような面を本数値実施例の出射面に適用した場合、副走査の曲率半径は光軸で最も大きく、光軸から離れるに従い小さくなっていく。そのため、走査端では副走査のパワーが強すぎ、像面湾曲がアンダーに発生してしまう。よって、本実施例のように副走査形状を主走査形状と相関なく変化させ、光軸から周辺に行くに従い、副走査の曲率半径を大きくすることで、像面湾曲を良好に補正することが可能となる。
【００８１】
また、主走査方向に沿って副走査曲率が変化する面は、パワーの集中した出射側の面が好ましく、副走査倍率を一定にするためには１面のみを変化させれば十分である。更に、通常副走査方向の光束幅は狭いため、副走査断面形状は複雑な非球面形状を用いずとも円弧形状で十分な収差補正効果を持つ。
【００８２】
副走査断面形状に非球面を用いることは、レンズの加工を難しくするばかりか、レンズの配置誤差等による性能劣化も激しくなるので、避けるほうが良い。
【００８３】
本発明では、副走査面内における入射面及び出射面の両面の形状が非円弧でないため、レンズの配置誤差、モールドレンズにおいて型内の組み付け精度不足により入射面に対する出射面のＺ方向偏心による性能劣化を低減できることができる。
【００８４】
また、表６には表１に示した実施例における、理論式（１）〜（６）より求まった各項目の値と、実形状をトレースして得られた結果と、両者との誤差を表している。
【００８５】
更に、図３に理論式より求まる主走査形状と、表１に示した実形状とを、光軸に対して片側だけを重ねて描いている。
これらにより、実際の形状が式（１）及び（２）を満足していることが分かる。
【００８６】
副走査倍率は好ましくは５％以内の誤差に収めることが望ましいとされるが、１０％程度の誤差を持ったとしても、画像上視認されるレベルとはならない。そのため、上述した理論計算から求まる主走査形状より多少の誤差を持った非球面形状であっても、その効果は十分発揮される。例えば、副走査倍率誤差がα％あった場合の主走査形状は、理論式（１）〜（６）より求まる形状から面法線方向にΔｈのズレを生じる。
（１＋α／１００）・｜β｜＝{Ｌ３（θ）＋Δｈ}／［Ｌ１（θ）＋{Ｌ２（θ）−Δｈ}／ｎ］
Δｈ＝Ｌ３（θ）・α／１００・｛１＋（１＋α／１００）・｜β｜／ｎ｝
α＝１０（％）であれば、上式は
Δｈ＝０．１Ｌ３（θ）／（１＋１．１・｜β｜／ｎ）
となる。
【００８７】
表１記載の数値実施例はレンズの肉厚が１６ｍｍと比較的厚いため、プラスチック成形などの製造工程を考えると更に肉厚を薄く抑えた方が好ましい。副走査倍率が一定となる主走査非球面形状を保ったまま、肉厚を更に薄くしていったものが、表２〜表３に記載の数値実施例である。更に、副走査倍率一定と走査線湾曲敏感度を低減する効果を保ったまま、入射面側の副走査方向にパワーを持たせたものが、表４〜表５に記載の数値実施例である。表４においては、入射面側の副走査方向のパワーを負とし、表５においては、入射面側の副走査方向のパワーを正としている。
【００８８】
表において、単レンズ６の全系の副走査方向のパワーをφｓ、該出射面６ｂの副走査方向のパワーをφｓ２としている。
【００８９】
表１記載の数値実施例における光走査装置では、光軸上におけるポリゴンミラーの偏向面５ａから単玉レンズ出射面６ｂまでの空気換算距離（レンズ中は実距離／屈折率）Ｌはａ０＝５５．５８ｍｍ、前記単玉レンズ出射面６ｂから前記被走査面７までの距離はＬｂ０＝１４６．７７ｍｍであり、軸外におけるポリゴンミラーの偏向面５ａから前記単玉レンズ出射面６ｂまでの空気換算距離はＬａθ＝６２．６８ｍｍ、前記単玉レンズ出射面６ｂから前記被走査面８までの距離はＬｂθ＝１６９．４４ｍｍであって、
【００９０】
【外１１】

【００９１】
式Ａにイコール（＝）がない！となり、
【００９２】
【外１２】

【００９３】
なる条件を満足するように両面６ａ・６ｂ（特に出射面６ｂ）の主走査方向形状（母線形状）を決定している。これにより、単玉レンズ６の副走査方向のパワーを出射面６ｂに集中させ、且つ主走査方向に光軸から離れるに従って子線曲率半径を連続的に変化させる構成をとるだけで、副走査方向の像面湾曲ならびに副走査倍率を被走査面８上の走査有効全域における均一性（副走査倍率一定）の両方を同時に且つ良好に補正することができる。
【００９４】
同様に表２〜表５に記載の数値実施例では、順に０．９７１、０．９６２、０．９６１、０．９７４となり、全ての数値実施例において式Ｂを満足している。
【００９５】
また、本実施例の特徴である、面偏心による走査線湾曲の低減効果について、図４−１〜図４−５を用いて説明する。図４−１〜図４−５は各面及びレンズブロックがＺ方向に５０μｍ偏心した場合の走査線湾曲を表している。従来例である図１３と比較して２桁程度小さくなっていることがわかる。これにより型内の組み付け精度不足により入射面に対する出射面のＺ方向偏心が生じた場合でも走査線湾曲が発生せず、高品位な画像を描画することが可能となる。さらに、本実施例においては、主走査方向を回転軸とした面チルトに対する走査線湾曲も低減することが可能となる。
【００９６】
つまり、図４の結果から、光学箱（筐体）へのレンズ組み付け誤差、レンズ自体の製造誤差により走査レンズ全体が走査面と垂直な方向（Ｚ方向）へ偏心した場合でも、走査レンズの副走査倍率を略一定とすることで被走査面上における走査線は一律シフトし偏心による走査線曲がりを無くすことが可能であることが判る。
【００９７】
また、図４の結果から、特にモールドレンズにおいて型内の組み付け精度不足により入射面に対する出射面のＺ方向偏心が生じた場合でも、走査レンズの各面における副走査倍率を略一定とすることで、同様に被走査面における偏心による走査線曲がりを無くすことが可能であることが判る。
【００９８】
図５−１〜図５−５はレンズ各面及びレンズブロックが各面頂点を通る（レンズブロックは入射側の面頂点を通る〕主走査方向に平行な直線を回転軸とし、３′チルトさせた場合の走査線湾曲量をプロットしたものである。従来例である図１４と比較して各面の敏感度が１／５程度程小さくなり、且つブロックでチルトさせた場合、全く問題ならないレベルの湾曲量となっていることが分かる。
【００９９】
以上のことにより、レンズの成形および、筐体への組み付けの精度を格段に緩和することができ、低コスト且つ高品位な光走査装置を提供することが可能となる。
【０１００】
また、図６−１〜図６−５に各実施例における像面湾曲を、図７−１〜図７−５に各偏向角における被走査面上での結像点のｆθ特性からのズレを、図８−１〜図８−５に副走査倍率の一様性のグラフを示す。主走査方向の像面湾曲が光軸非対称に傾いているが、これは主走査形状を光軸に対して非対称としたり、主走査方向にシフトしたり、またレンズを主走査方向にチルトさせることで補正可能である。像面湾曲の傾きの量自体も特に問題となるレベルではなく、本発明の効果（走査線湾曲の低減〕を損ねるものではない。
【０１０１】
また、偏向点から被走査面までの距離が走査レンズの焦点距離ｆの１．２〜１．４５倍の範囲内であれば、上記方法により走査線湾曲敏感度の低減と像面湾曲の補正が両立する。下限値を上回ると、像面湾曲が大きく発生するため、全像高において微小なスポットで走査することが困難となる。また上限を超えると、レンズ自体が大きくなり、またプラスチックレンズにおいては成形タクトが長くなり、低コストな走査レンズを提供しずらくなる。
【０１０２】
また、副走査方向のパワーは出射面側により集中させた方が、走査線湾曲敏感度の低減効果は高いが、入射面側に出射面側の１０％程度のパワーを、より好ましくは５％のパワーを持たせても、十分その効果はある。
【０１０３】
また、マルチビーム走査装置に本発明を適用した場合、複数のビーム間隔が全像高において均一となり、高速且つ低コストで製造敏感度が低減された光走査装置を提供できる。
【０１０４】
また、本実施形態においては特にプラスチックレンズで顕著な環境変動時のピント移動を補償する為に走査結像レンズ６のうち少なくとも一方の面に回折格子面を設けて形成しても良い。
【０１０５】
マルチビームのビーム本数は、２本でも３本以上でも良い。
【０１０６】
本実施形態における走査光学素子である単レンズ６１はモールドプロセスで成形されたガラスレンズでも良い。
【０１０７】
但し、本発明は、モールドレンズに限定される発明ではなく、研磨により成形したレンズにも適用できる。
【０１０８】
（第２の実施例）
図９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。
【０１０９】
図９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、表１〜５に示した走査結像レンズ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。
【０１１０】
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、帯電ロ一ラ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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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与ローラ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。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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図９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。
【０１１５】
ここで、例えば光走査装置の光源にマルチビームレーザーを用いた場合、２ビーム間の副走査ピッチ間隔を一定に保つことが要求される。そのためには、全走査域において副走査倍率を一定とする事が必須である。従来は２つの面のベンディングにより主平面の位置制御することで対応していた為、成形型組み誤差、及び筐体への組み付けによるレンズ偏心により走査線湾曲が発生し、画像上問題となっていた。本発明では光学設計上からアプローチすることでこの問題を解決することに成功している。
【０１１６】
（第３の実施例）
図１０は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
【０１１７】
図１０において、６０はカラー画像形成装置、１１、１２、１３、１４は各々表１〜５に示したいずれかの走査結像レンズを有する光走査装置、２１、２２、２３、２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１、３２、３３、３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。
【０１１８】
図１０において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリ一ン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１１、１２、１３、１４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム２１、２２、２３、２４の感光面が主走査方向に走査される。
【０１１９】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１、１２、１３、１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０１２０】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１１、１２、１３、１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【０１２１】
前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【０１２２】
本発明では、１つの偏向手段に２つの結像光学系が対応し、各結像光学系に感光体が対応するユニットが２つあるような形態にも適用できる。また、１つの偏向手段に２つの結像光学系が対応し、各結像光学系に２つの感光体が対応する形態にも適用できる。
【０１２３】
ここで、カラー画像形成装置においては特に走査線湾曲を低減させなければならない。なぜならば、各色異なった走査線湾曲が発生した場合、副走査方向のレジをいくら合わせても、色ずれが発生してしまう。人間の視覚特性上、色ずれは画像の直線性より非常に目立つため、単色の画像形成装置より非常に厳しく走査線湾曲を低減することが要求される。この様な要求に対して従来は、成形型の組み付け精度の向上及びレンズの筐体への取り付け精度の向上で対応していたが、木発明では光学設計上からアプローチすることでこの問題を解決することに成功している。
【０１２４】
【表１】

【０１２５】
【表２】

【０１２６】
【表３】

【０１２７】
【表４】

【０１２８】
【表５】

【０１２９】
【表６】

【０１３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、副走査方向のパワーを出射面側に略集中させた１枚構成のｆθレンズを使用し、出射面側の主走査方向の形状を副走査倍率一定となるように定めたことにより、成形型の組み付け精度、及びレンズの筐体への組み付けの精度を緩和することができ、走査線湾曲の発生を抑えることを可能とし、特にカラー画像形成装置において、走査線湾曲に起因する色ずれを低減し、高品位で且つ低コストな光走査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光走査装置の要部断面図。
【図２】出射面側の主走査形状を決定するための数式で使用される記号を説明した図。
【図３】理論式より求めた主走査形状と実際の主走査形状。
【図４】表１〜表５に記載の走査レンズのＺ方向のシフトによる曲がり敏感度。
【図５】表１〜表５に記載の走査レンズの主走査と平行な軸を中心とした回転による曲がり敏感度。
【図６】表１〜表５に記載の走査レンズの像面湾曲。
【図７】表１〜表５に記載の走査レンズのｆθ特性。
【図８】表１〜表５に記載の走査レンズの副走査倍率。
【図９】本発明の走査結像レンズを用いた画像形成装置。
【図１０】本発明の走査結像レンズを用いたカラー画像形成装置。
【図１１】従来の光走査装置。
【図１２】従来の１枚系の実施例。
【図１３】術来の走査レンズのＺ方向のシフトによる曲がり敏感度。
【図１４】従来の走査レンズの主走査と平行な軸を中心とした回転による曲がり敏感度。
【図１５】副走査倍率を一定にするための光路長の関係を説明する図。
【符号の説明】
１、７１ 光源
２、７２ コリメ−タレンズ
３、７３ 絞り
４、７４ シリンドリカルレンズ
５、７５ ポリゴンミラー
６、７６ 走査結像レンズ
８、７８ 感光体ドラム
１００ 光走査ユニット
１０１ 感光体ドラム
ｌ０２ 帯電ローラ
ｌ０３ 光ビーム
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 プリントコントローラ
１１２ 用紙
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧口ーラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器
１１、１２、１３、１４ 光走査装置
２１、２２、２３、２４ 感光体ドラム
３１、３２、３３、３４ 現像器
４１、４２、４３、４４ 光ビーム
５１ 搬送ベルト
５２ 外部機器
５３ プリントコントローラ
６０ カラー画像形成装置

Claims (4)

1. 光源手段と、前記光源手段から射出された複数の光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面により偏向走査された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記結像光学系は、モールドプロセスで成形された単レンズからなり、
   前記単レンズの入射面及び出射面の主走査断面の形状は、非円弧であり、前記結像光学系の全系の副走査方向のパワーをφｓ、前記単レンズの出射面の副走査方向のパワーをφｓ２としたとき、前記単レンズの副走査方向のパワーは、０．９５≦φｓ２／φｓ≦１．０５を満足しており、
   前記単レンズの入射面の副走査方向の曲率半径が軸上から軸外に向って変化しておらず、かつ、前記単レンズの出射面の副走査方向の曲率半径が軸上から軸外に向って変化しており、
   軸上における前記偏向手段から前記単レンズの出射面までの空気換算距離をＬ_ａ０、軸上における前記単レンズの出射面から前記被走査面までの距離をＬ_ｂ０とし、軸外における前記偏向手段から前記単レンズの出射面までの空気換算距離をＬ_ａθ、軸外における前記単レンズの出射面から前記被走査面までの距離をＬ_ｂθとしたとき、前記単レンズの出射面の主走査断面の形状は、
   【外１】
   

   

   を満足していることを特徴とする光走査装置。
2. 前記光源手段から射出された複数の光束が前記偏向手段の偏向面により偏向走査される偏向点から前記被走査面までの距離Ｌ、前記結像光学系の主走査方向の焦点距離ｆとしたとき、以下の関係を満足する請求項１に記載の光走査装置。
   １．２ｆ＜Ｌ＜１．４５ｆ
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査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、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、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備えた画像形成装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置と、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光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを備えた画像形成装置。

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