JP5089864B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等に用いられる光走査装置およびこれを用いた上記デジタル複写機などの画像形成装置に関する。

レーザプリンタ等に関連して広く知られた光走査装置は、一般に、光源側からの光ビームを光偏向器により偏向させ、ｆθレンズ等の走査結像光学系により被走査面に向けて集光して被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットで被走査面を光走査する（この走査を「主走査」という）ように構成されている。被走査面の実体をなすものは光導電性の感光体の感光面である。感光体は例えばドラム形状をしていて、この感光体を中心として電子写真プロセスを実行するための各ユニットないしは装置を配置することによって画像形成装置を構成することができる。電子写真プロセスは、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングなどの各プロセスを有してなり、露光プロセスを実行する装置として光走査装置がある。

色成分ごとに分解した画像信号によって色成分ごとの画像を形成し、各画像を重ね合わせることによってフルカラーの画像を得ることができるようにした画像形成装置ある。フルカラー画像形成装置の一例として、４つの感光体を記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体に対応した複数の光源装置から放射された光ビームの光束を偏向手段により偏向走査し、各感光体に対応する複数の走査結像光学系により各感光体に同時に露光して潜像をつくり、これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化したのち、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写し定着することで、カラー画像を得られるように構成されている。このように、光走査装置と感光体の組み合わせを２組以上用いて、２色画像や多色画像、カラー画像等を得るようにした画像形成装置は「タンデム式画像形成装置」として知られている。

このようなタンデム式画像形成装置として、複数の感光体が単一の光偏向器を共用する方式のものがあり、この方式に関しても、次のような各種の方式が提案されている。
（１）偏向器の両側より光束を入射し、光束を振り分けて走査する対向走査方式（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
（２）略平行でかつ副走査方向に離れた複数の光束を偏向器に入射し、複数の光束に対応する複数の走査光学素子を副走査方向に並べて走査する方式（例えば、特許文献３参照）。
（３）偏向器の片側より光束を入射し、走査光学系を３枚のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３で構成し、２枚のレンズＬ１、Ｌ２を異なる被走査面に向かう複数の光束で共用し、レンズＬ３を被走査面毎に設けた方式（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照）。
このように、複数の被走査面に向かう複数の光束で光偏向器を共用するように構成すると、光偏向器の数を減らすことができ、画像形成装置をコンパクト化・低コスト化することが可能になる。

さらに最近では、カラー画像形成装置の光走査装置において、単一の光偏向器として低コスト化を図る手段として、光偏向器の偏向反射面に副走査方向に角度を持って光ビームを入射させる斜め入射光学系が知られている（例えば、特許文献７参照）。この斜め入射光学系は、複数の光ビームがそれぞれ偏向反射面で偏向反射された後にミラーなどで分離され、各々対応する被走査面（感光体）に導かれる。それぞれの光ビームが光偏向器に斜め入射する副走査方向の角度は、上記ミラーで各光束を分離可能な角度に設定されている。この斜め入射光学系を用いると、上記ミラーで各光束を分離できる範囲内において、副走査方向に隣接する光ビームの間隔を狭くすることができ、光偏光器を大型化すなわち副走査方向へのポリゴンミラーの多段化、厚肉化することなく、カラー画像を形成可能な光走査装置を実現することができる。

さらに、上記のような斜め入射光学系によれば、光偏向器として、ポリゴンミラーを用いる場合を考えてみると、通常の入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させることが難しい。なぜなら、副走査方向に角度を持ってポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させた場合、必要な偏向角を確保しようとすると、個々の偏向反射面が極端に大きくなるからである。したがって、斜め入射光学系において通常の入射方式をとると、ポリゴンミラーを小型化することができない。また、所謂「サグ」の発生も大きく、発生するサグは像高：０に対して非対称である。ポリゴンミラーが大きいと、その高速回転に大きなエネルギーを必要とし、高速回転させたときの「風切り音」も大きく、防音手段も大型化せざるを得ない。

これに対し、斜め入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させることが可能であるから、ポリゴンミラーを小径化でき、高速回転させたときの「風切り音」も小さく、従って高速化に適している。ポリゴンミラーを小径化できるのでサグの発生も小さく、発生するサグを像高：０に対して対称化できるので、補正も容易である。

しかし、斜め入射方式には「走査線曲がり」が大きいという問題がある。この走査線曲がり発生量は、前記各光ビームの副走査方向の斜め入射角により異なり、各々の光ビームで描かれた潜像を各色のトナーにより現像して可視化し重ね合わせた際に、色ずれとなって現れてしまう。また、斜め入射することにより、光束が走査レンズにねじれて入射することで、波面収差も増大し、特に周辺の像高で光学性能が著しく劣化し、ビームスポット径が太ってしまい、高画質化を妨げる要因となる。また、斜め入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させるために、主走査方向で走査レンズの光軸と重なる位置に光源を配置した場合、走査レンズとの干渉を避けるために斜め入射角が増大してしまう。

斜め入射方式に固有の「大きな走査線曲がり」を補正する方法として、走査結像光学系に、「副走査断面内におけるレンズ面の固有傾きを、走査線曲がりを補正するように主走査方向へ変化させたレンズ面を有するレンズ」を含める方法（例えば、特許文献８参照）や、走査結像光学系に「副走査断面内における反射面の固有傾きを、走査線曲がりを補正するように主走査方向へ変化させた反射面を有する補正反射面」を含める方法（例えば、特許文献９参照）等が提案されている。また、斜め入射される光束を走査レンズの軸外に通し、走査レンズの子線の非球面量を主走査方向に沿って変化させる面を用いて走査線の位置を揃える方法が提案されている（例えば、特許文献１０参照）。特許文献１０記載の発明においては、１枚の走査レンズによって補正を行う例を挙げている。この例によれば、走査線曲がりの補正は可能であるが、以下に説明する波面収差増大によるビームスポット径の劣化については記述されていない。

斜め入射方式における今１つの問題は、光線スキューにより周辺像高（走査線の両端部近傍）で波面収差の大きな劣化が発生し易いことである。このような波面収差が生じると、周辺像高で光スポットのスポット径が大径化してしまう。この問題を解決できないと、近来強く要請されている「高密度の光走査」を実現することができない。特許文献１０記載の光走査装置では、斜め入射方式に特有の大きな走査線曲がりが極めて良好に補正されているが、上記波面収差の補正は十分といえない。

斜め入射方式の問題点といえる上記「走査線曲がりと波面収差の劣化」を良好に補正できる光走査装置として、走査結像光学系に複数の回転非対称レンズを含め、これら回転非対称レンズのレンズ面の子線頂点を結ぶ母線形状を副走査方向に湾曲させたものが提案されている（例えば、特許文献１１参照）。しかし、上記「子線頂点を結ぶ母線形状を副走査方向に湾曲させたレンズ面」を有するレンズは、母線を湾曲させることで諸問題を解決しており、入射光束に対応した個別の走査レンズが必要となるため、タンデム型の走査光学系に適用する場合、走査レンズの枚数が増大してしまう。

異なる被走査面に向かう複数の光束を同一のレンズに入射させた場合、母線形状を湾曲させることにより、一方の光束に対しては諸問題の解決がなされるが、他方の光束については走査線曲がりや波面収差を低減させることは難しい。また、副走査方向に曲率を持つため、組み付け誤差、加工誤差、環境変動等の影響により、同レンズに入射する光束が副走査方向にシフトした場合、副走査方向のレンズの屈折力の影響を受け、走査線曲がりの形状が変化し、カラー画像における初期の（または設計時の）色ずれ抑制の効果は得られず、色ずれが発生してしまう課題がある。さらに、波面収差補正においても、曲率を持つ面においては入射光束のぶれにより光束のスキュー状態の変化が大きく、良好なビームスポット径を安定して得ることは難しい。

特開平１１−１５７１２８号公報 特開平９−１２７４４３号公報 特開平９−５４２６３号公報 特開２００１−４９４８号公報 特開２００１−１０１０７号公報 特開２００１−３３７２０号公報 特開２００３−５１１４号公報 特開平１１−１４９３２号公報 特開平１１−３８３４８号公報 特開２００４−７０１０９号公報 特開平１０−７３７７８号公報

本発明は、上記従来の技術的課題にかんがみてなされたもので、その目的は以下のとおりである。
（１）低コスト、低消費電力、小型化に適した、斜め入射方式の光走査装置における、走査線曲がりと波面収差の劣化を有効に補正できる新規な光走査装置を実現すること。
（２）温度変動時においても色ずれ発生が小さい、新規な光走査装置を実現すること。
（３）斜め入射方式の光走査装置における走査線曲がりと波面収差の劣化を有効に補正し、温度変動時においても色ずれ発生が小さい新規な画像形成装置を実現すること。

本発明は、光源装置からの光ビームを偏向走査する光偏向器と、光偏向器と被走査面の間に配置され主走査方向および副走査方向に屈折力を持つ第１光学系と、第１光学系と被走査面の間に配置され、光源装置からの光ビームの入射面と射出面のうち一方の面が平面で他方の面が主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面である、第２光学系を具備し、光偏向器により偏向された光ビームは、第１光学系によりまたは第１光学系と第２光学系により被走査面に集光される光走査装置において、光源装置からの光ビームは、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持ち、第２光学系は、通過する光ビームの副走査方向の射出角を主走査方向のレンズ高さに応じて異ならせることを特徴とする。

光源装置はこれを複数設け、光偏向器は各光源装置からの光ビームを偏向走査する単一の光偏向器とし、光源装置からの光ビームの少なくとも１つが、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つように構成してもよい。

光源装置からの光ビームは、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持ち、第２光学系の少なくとも１面は、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面とすることで、被走査面における走査線曲がりを良好に補正することができ、高品質な画像を得ることができる。特に、光走査装置の小型化などを目的として、光源側からの光束を走査レンズの光軸近傍から走査レンズに干渉されないように光偏向器に斜め入射させる場合、斜め入射の角度が大きくなり、発生する走査線曲がりが大きくなるため、出力画像の湾曲も大きくなりがちであるが、本発明にかかる光走査装置によれば、走査線曲がりを良好に補正することができる。

また、異なる被走査面を持つタンデム型カラー画像形成装置の光走査装置においては、光偏向器に入射する副走査方向の角度（斜め入射の角度）やその方向が各色で異なるため、各被走査面毎に異なる量の走査線曲がりが発生する。各色の走査線で形成された画像を重ねてなるカラー画像形成装置では、上記走査線曲がりを原因とする「色ずれ」という新規な課題が生じ、画像品質の低下はより目立って現れるため、走査線曲がりに対する要求仕様はより高くなる。本発明によれば、走査線曲がりを良好に補正することによって、色ずれを大幅に低減することができ、高品質な画像を形成することができる光走査装置を提供することができる。

第２光学系の特殊面は、非対称形状とすることで、より良好に走査線曲がりを補正することができる。
さらに、第１光学系の少なくとも１面は、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面とすることで、波面収差を良好に補正可能となり、ビームスポット径の小径化が可能な光走査装置および高品質の画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。
また、複数の光源装置より射出された光ビームは、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つ光ビームとすることで、光走査装置の小型化を達成することができる。
この結果、光偏向器であるポリゴンミラーの風損の影響を低減することができ、消費電力の低減など、環境を考慮した光走査装置および画像形成装置を得ることができる。

第１光学系の少なくとも１面は、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向の曲率半径が変化する面とすることで、像面湾曲を良好に補正することができる。
また、第２光学系は主走査方向に屈折力を持たないことで、均肉となって成形がしやすくなり、さらにタンデムカラー画像形成装置に対応した光走査装置においては、各ステージョンが有する第２光学系相互間の温度分布の影響を低減することができ、形成されるカラー画像の色ずれを小さく抑えることができる。
以上の効果を得ることができる光走査装置を画像形成装置に適用することによって、品質の高い画像を形成することができる画像形成装置を得ることができる。

以下、本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１は、光走査装置の実施例１を説明するための図である。図１（ａ）を参照すると、光源としての半導体レーザ１から放射された発散性の光束はカップリングレンズ２により以後の光学系に適した光束形態に変換される。カップリングレンズ２により変換された光束形態は、平行光束であることも、弱い発散性あるいは弱い集束性の光束であることもできる。カップリングレンズ２からの光束はシリンドリカルレンズ３により副走査方向に集光され、光偏光器であるポリゴンミラー４の偏向反射面に入射し、この偏向反射面の近傍に、主走査方向に長い線像が結ばれる。光源側からの光束は、ポリゴンミラー４の偏向反射面の回転軸に直交する平面Ａに対して傾いて入射する。従って、図１（ｂ）に示すように、偏向反射面により反射された光束も、平面Ａに対して傾いている。光ビームをポリゴンミラー４の回転軸に直交する平面に対し角度をつけて（傾けて）入射させるためには、半導体レーザ１を含む光源装置、カップリング光学系またはシリンドリカルレンズ３を所望の角度に傾けて配置してもよいし、ミラーを用いて角度をつけてもよい。また、シリンドリカルレンズ３の光軸を副走査方向にシフトすることで、偏向反射面に向かう光ビームに角度をつけても構わない。

偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー４の等速回転とともに等角速度的に偏向され、走査結像光学系を構成する第１光学系２１と第２光学系２２を透過して、被走査面２３上に到達する。第１光学系２１により、もしくは第１光学系２１と第２光学系２２により、偏向光束を被走査面２３に向けて集光する。これにより、偏向光束は被走査面２３上に光スポットを形成し、被走査面２３上を光走査する。

斜め入射光学系の特徴について、タンデム型のカラー画像形成装置の光走査装置を例に挙げ説明する。図２（ａ）は、偏向手段としてのポリゴンミラー４の偏向反射面で反射される複数の光源装置からの光ビームの少なくとも一つを、ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に角度を持つ光ビームすなわち副走査方向に角度を持つ光ビームとしたものを示している。このような構成にすることで、光走査装置を構成する部品でコスト比率の高いポリゴンミラー４の軸方向の厚さを小さくすることができ、そのコストを下げ、また、小型化によって、消費電力や騒音を低減可能な、環境を考慮した光走査装置を提供することができる。

ポリゴンミラー４の片側からのみ光ビームを入射して片側にのみ偏向反射する片側走査方式の場合、図２（ｂ）に示すような、全ての光ビームがポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し水平であった従来の光走査装置においては、良好な光学性能が得られる反面、各光源装置から互いに異なる被走査面に導かれる光ビーム相互の間隔は、光ビームごとに分離するのに必要な間隔（図中△ｄ）にする必要があり、通常３ｍｍから５ｍｍの間隔を持たせている。そのため、偏向手段であるポリゴンミラー４の高さ（副走査方向の高さ）ｈが高くなり、空気との接触面積が増大して、風損の影響による消費電力の増大、騒音の増大、コストの高騰などの問題が生じていた。特に、光走査装置の構成部品で偏向手段の占めるコスト比率は高く、コスト面での課題が大きかった。

その点、前述の本発明にかかる光走査装置の実施例は、偏向手段としてのポリゴンミラー４の偏向反射面で反射される複数の光源装置からの光ビームは、ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し角度を持つ（副走査方向に角度を持つ）光ビームを含む構成とし、上記偏向反射面で偏向反射される光ビームが、偏向反射面の法線に対し角度を持つ光ビームを含みこれらの光ビームを上記走査レンズに入射させる構成になっている。かかる構成の実施例によれば、図２（ａ）（ｃ）に示すように、ポリゴンミラー４の高さｈを大幅に低減することが可能となり、前述の課題を解決することができる。

図２（ａ）に示す例では、ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し水平な光ビームと、上記法泉に対し角度を持つ（斜め入射する）光ビームを有するものにおいて、走査レンズの入射面で、副走査方向周辺側（外側）の二つの光ビームは互いに広がり、副走査方向中間部の二つの光ビームは互いに平行かつポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し水平な光ビームとしている。この例によれば、図２（ｃ）に示す例のような全ての光ビームを斜入射させる方式に比べて、斜め入射する光ビームの副走査方向の角度を小さく設定することが可能となる。

従来の、水平入射に対し副走査方向に斜め入射させる方式では、走査レンズに副走査方向に角度を持って入射することにより、諸収差量が増大し光学性能が劣化することは公知である。本発明では、後述する特殊面を用い、前記光学性能の劣化を補正しているが、ポリゴンミラーの偏向反射面の法線に対する角度（副走査方向に斜入射する角度）を小さくすることで、光学性能の劣化を小さく抑えることが可能となり、良好な光学性能を実現することができる。この結果、安定したビームスポット径を得ることが可能となり、ビームスポット径の小径化による画質向上にも有利となる。

また、図２（ａ）の構成の片側走査方式の光走査装置においては、ポリゴンミラー４の偏向反射面を形成する多面体は所定のレーザビームを偏向するのに十分な軸方向寸法（副走査方向の厚み）を有しておればよく、副走査方向に所定の間隔を持つ光ビームは、異なる反射面であることが望ましい。図１（ｂ）に示す例の如く、偏向反射面を形成する多面体を副走査方向に分割し、２段化することで、偏向反射面の軸方向の寸法（副走査方向の厚み）を小さくすることができ、回転体としての慣性力を小さくして起動時間すなわち起動から一定速度に達するまでの時間を短くすることができる。

図３は対向走査方式の光走査装置の例を示しており、（ａ）は光走査装置全体を、（ｂ）はその光源部と光偏向器と走査結像光学系の一部を示す。図３において、４つの光源部１−１、１−２、１−３、１−４は、２つの光源部１−１、１−２と別の２つの光源部１−３、１−４に分けられ、２つの光源部１−１、１−２から放射されるレーザビームは光偏向器としてのポリゴンミラー４を挟んで右側からポリゴンミラー４の偏向反射面に入射され、別の２つの光源部１−３、１−４から放射されるレーザビームは光偏向器としてのポリゴンミラー４を挟んで左側からポリゴンミラー４の偏向反射面に入射されるようになっている。光源部１−１からのレーザビームは、ポリゴンミラー４の偏向反射面で偏向反射されたあと、走査結像光学系を構成する第１光学系２１−１、第２光学系２２−１を通り、適宜のミラーで反射されて、被走査面としての感光体ドラム３Ｙの表面に導かれるように構成されている。光源部１−２からのレーザビームは、ポリゴンミラー４の偏向反射面で偏向反射されたあと、走査結像光学系を構成する第１光学系２１−１、第２光学系２２−２を通り、適宜のミラーで反射されて、被走査面としての感光体ドラム３Ｍの表面に導かれるように構成されている。光源部１−３からのレーザビームは、ポリゴンミラー４の偏向反射面で偏向反射されたあと、走査結像光学系を構成する第１光学系２１−２、第２光学系２２−３を通り、適宜のミラーで反射されて、被走査面としての感光体ドラム３Ｃの表面に導かれるように構成されている。光源部１−４からのレーザビームは、ポリゴンミラー４の偏向反射面で偏向反射されたあと、走査結像光学系を構成する第１光学系２１−２、第２光学系２２−４を通り、適宜のミラーで反射されて、被走査面としての感光体ドラム３Ｋの表面に導かれるように構成されている。

一組の光源部１−１，１−２は、ポリゴンミラー４で偏向されるレーザビームの偏向面に平行な方向すなわち主走査方向にずらして配置されるとともに、上記偏向面直交する方向すなわち副走査方向にずらして配置され、光源部１−１からのレーザビームはポリゴンミラー４の偏向反射面に向けて、光源部１−２からのレーザビームはミラーに反射されたあとポリゴンミラー４の偏向反射面に向けて入射するようになっている。２つの光源部１−１、１−２からのレーザビームは上記偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度をもってすなわち斜めに入射するように構成されている。他の一組の光源部１−３、１−４も、ポリゴンミラー４を挟んで一組の上記光源部１−１，１−２と対称に配置され、光源部１−３，１−４からのレーザビームは上記偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度をもってすなわち斜めに入射するように構成されている。

図３に示すような対向走査方式の光走査装置においては、ポリゴンミラー４の偏向反射面において、複数の光ビームを副走査方向に所定の間隔を持たせる必要がない。つまり、左右共に２つずつの被走査面（感光体）に向かう光ビームをそれぞれポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持たせ斜め入射させることで、ポリゴンミラー４の偏向反射面を形成する多面体を一段で構成することができ、かつ、副走査方向の厚みを低減することができ、回転体としての慣性力を小さくでき起動時間を短くすることができる。また、従来の対向走査方式における２段化されたポリゴンミラーに対し、コストダウンが可能である。図３に示す例では、ポリゴンミラー４の偏向反射面が上下２段になっているが、上記のように１段で足り、その厚さも薄くすることができる。

ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対する光ビームの副走査方向の角度は、図４（ｂ）に示すように、斜め入射を用いる光学系としては最も小さく設定可能である。図４（ａ）は、斜め入射させない従来の水平入射方式のレイアウトであり、分離に必要な間隔Ｚを得るために、２段化されたポリゴンミラー４を使用している。図４（ｂ）は、斜め入射を用いた例で、前述した片側走査方式での光線レイアウトを波線で示す。斜め入射角をβｓ２とすると、対向走査方式では、実線で示す如く斜入射角をβｓ１と小さく設定することができる。対向走査方式等の片側で２つの異なる被走査面に対応する光学系においては、全ての光ビーム、すなわち２つの異なる被走査面に向かう全ての光ビームを、ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し角度を持つようにすることで、ポリゴンミラー４のコストを大幅に低減可能となる。

以上、タンデム方式のカラー画像形成装置対応の光走査装置について例をあげ説明したが、異なる被走査面を持たない例えばモノクロ画像形成装置などの光走査装置においても、斜め入射光学系を用いることで、光ビームを、走査レンズに干渉されることなく、走査レンズの下方もしくは上方よりポリゴンミラーに入射することができるため、光走査装置の小型化が可能となる。

従来の水平入射に対し、副走査方向に斜め入射させる本方式では、光束が走査レンズにねじれて入射することで波面収差が増大し、特に周辺の像高で光学性能が著しく劣化し、ビームスポット径が太ってしまい、高画質化を妨げる要因となる。ビームスポット径や走査線曲がりは、走査レンズを副走査方向にシフトし、あるいは副走査方向にチルトさせて配置することにより、像高間でのバランスを取ることは可能であるが、例えば走査線曲がりを良好に補正することはできない。

そこで本発明においては、走査レンズの少なくとも１面の副走査方向の形状を、曲率を持たない平面形状とし、かつ、レンズ長手方向（主走査方向）のレンズ高さに応じてレンズ短手方向（副走査方向）のチルト量（偏芯角度）が異なる特殊面とすることで、走査線曲がりの補正を実施している。上記特殊面の「チルト量（偏芯角度）」とは、光学素子の光軸（中心軸）に直交する面に対する短手方向の傾き角を言う。チルト量が０であるときには光軸に対し直交する面となる。

さらに、「特殊面」について説明を加える。特殊面の面形状は、以下の形状式１による。ただし、この発明の内容は以下の形状式に限定されるものではなく、同一の面形状を別の形状式を用いて特定することも可能である。光軸を含み、主走査方向に平行な平断面である「主走査断面」内の近軸曲率半径をＲＹ、光軸から主走査方向の距離をＹ、高次係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・とし、主走査断面に直交する「副走査断面」内の近軸曲率半径をＲＺとする。
式１

但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、 Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺ とする。
（Ｆ０＋Ｆ１・Ｙ＋Ｆ２・Ｙ＾２＋Ｆ３・Ｙ＾３＋Ｆ４・Ｙ＾４＋・・）Ｚは、チルト量を表す部分であり、チルト量を持たないとき、Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２，・・は全て０である。Ｆ１，Ｆ２，・・が０でないとき、チルト量は、主走査方向に変化することになる。

基準軸とは、レンズの光軸、もしくはシリンダーレンズの如く光軸を持たないレンズや平行平板状の光学素子の場合、入射面もしくは射出面のいずれかの面形状を式で表す際の原点と光偏向器の偏向反射面の法線を含む線である。第一面が特殊面（主形状は非円弧形状）、第２面がアナモフィック面（主形状は非円弧形状、副走査方向は曲率を持つ面）の場合、基準軸とは、第１面と第２面の形状を表す式の原点を結ぶ線となる。

次に、走査線曲がりの発生について説明する。例えば、走査結像光学系の第１光学系を構成する走査レンズ入射面の主走査方向の形状が、偏向反射面の光ビームの反射点を中心とする円弧形状でない限り、主走査方向のレンズ高さにより光偏向器の偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離は異なる。通常、走査レンズを上記形状にすることは、光学性能を維持する上で困難である。つまり、図１の如く、通常の光ビームは、ポリゴンミラー４により偏向走査され、各像高にて主走査断面において、走査結像光学系を更生するレンズ面に対し垂直入射することはなく、主走査方向にある入射角を持って入射する。

副走査方向に角度を持っている（斜め入射されているため）ことにより、ポリゴンミラーにより偏向反射された光ビームは、像高によりポリゴンミラーの偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離は異なり、走査レンズへの副走査方向の入射高さが周辺に行くほど中心より高い位置、もしくは低い位置（光ビームの副走査方向にもつ角度の方向により異なる）に入射される。この結果、副走査方向に屈折力を持つ面を通過する際に、副走査方向に受ける屈折力が異なり、走査線曲がりが発生してしまう。通常の水平入射であれば、偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離が異なっても、光ビームは走査レンズに対し水平に進行するため、走査レンズ上での副走査方向の入射位置が異なることはなく、走査線曲がりの発生が生じない。

本発明によれば、第１光学系と被走査面の間に配置された副走査方向に曲率を持たない第２光学系の少なくとも一面に、前記特殊面を用いることで、第２光学系の主走査方向の高さ毎に光ビームの副走査方向の角度を補正（副走査方向の射出角を偏向）し、走査線曲がりを補正している。

第１光学系と被走査面の間の第２光学系に上記特殊面を採用するのは、光束が被走査面に近づくほど絞られており、第２光学系の特殊面の影響を光束内の光ビームに及ぼさないためである。特に、光束が主走査方向に絞られていない場所で走査線曲がり補正用の特殊面を用いた場合、光束内の光ビームの副走査方向の角度も変化してしまい、光束がねじれて波面収差を劣化させてしまう。そこで、主走査方向に光束が絞られている場所、つまり被走査面に近い位置に特殊面を用い、光束のねじれを発生させることなく、走査線曲がりを補正することで、波面収差を劣化させることなく、走査線曲がり補正が可能となる。

また、被走査面に近い位置では、各像高に向かう光ビームがより広く分離されており、隣り合う光ビームの重なりが小さい。このため、前記特殊面の偏心量を細かく設定可能で、走査線曲がりを良好に補正することが可能となる。

第２光学系は副走査方向に屈折力を持たないため、所望のビームスポット径を得る場合における、副走査倍率を小さくし過ぎることなく、走査線曲がりを補正することが可能となる。複数枚の走査レンズにおいては、副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズを被走査面に近づけ、副走査方向の倍率を等倍から縮小倍率とし、加工、組み付け誤差の影響を低減することが一般的である。しかし、被走査面側に最も近く副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズを、特に主走査方向の光束が十分絞られている位置に配置するため、被走査面に近づけ過ぎると、倍率が低くなりすぎ、所望のビームスポット径を得るための絞り径が小さくなり光量が不足する。特に、近年の画像形成装置の高速化には適さない光走査装置となってしまう。対策として、光源の光量を上げ、あるいはマルチビーム化する、などが考えられるが、大幅なコストアップとなってしまう。

このため本発明のように、走査線曲がり補正のための特殊面は、副走査方向に屈折力を持たせず、被走査面に近づけて配置することが望ましい。つまり、第１光学系と被走査面の間に第２光学系を設け、そこに特殊面を形成することで、前記課題は解決される。このように、走査線曲がりを良好に補正することで高品質な画像を得ることができる。特に、先に述べた被走査面を複数持たない光走査装置においては、装置の小型化などを目的として、光ビームを走査レンズで干渉されないように走査レンズ光軸近傍から光偏向器に斜め入射させる場合、斜め入射の角度は大きくなり、発生する走査線曲がりは大きくなるため、出力される画像の湾曲も大きくなり、画像品質を著しく低下させる。

また、異なる被走査面を持つタンデム型カラー画像形成装置の光走査装置においては、光偏向器に入射する副走査方向の角度（斜め入射の角度）やその方向が各色で異なるため、被走査面毎に異なる量の走査線曲がりが発生してしまう。各色の走査線を重ねて画像形成するカラー画像形成装置においては、前記画像品質の他に「色ずれ」という新規な課題が生じ、画像品質の低下はより目立って現れてしまう。このため、走査線曲がりに対する要求仕様はより高くなる。本発明における特殊面を採用することにより、色ずれを大幅に低減可能となり、高品質な画像を得ることができる光走査装置の提供が可能となる。

偏向反射面への斜め入射による波面収差劣化について説明する。先の説明の如く、第１光学系を構成する走査レンズ入射面の主走査方向の形状が、偏向反射面の光ビームの反射点を中心とする円弧形状でない限り、像高により光偏向器の偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離は異なる。通常、走査レンズを前記形状にすることは、光学性能を維持する上で困難である。つまり、通常の光ビームは、光偏向器により偏向走査され、各像高にて主走査断面において、レンズ面に対し垂直入射することはなく、主走査方向にある入射角を持って入射する。

光偏向器により偏向反射された光ビームの光束は、主走査方向にある幅を持っており、光束内で主走査方向の両端の光ビームは、光偏向器の偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離が異なり、副走査方向に角度を持っている（斜め入射されているため）ことにより、走査レンズにねじれた状態で入射することになる。この結果、波面収差が著しく劣化し、被走査面でのビームスポット径が太る。図１に示すように、主走査方向の入射角は、周辺像高に行くほど大きく、光束のねじれも大きくなり、周辺に行くほど波面収差の劣化によるビームスポット径の太りが大きくなる。走査レンズを副走査方向にシフトさせ、あるいは副走査方向にチルトさせて配置することで、ビームスポット径の像高間の偏差を小さくすることは可能であるが、バランスを取る程度に過ぎず、高画質化のためにビームスポット径の小径化を狙う場合、波面収差の補正は必須となる。

そこで、本発明で用いられる特殊面において光束内での光線のねじれを低減し波面収差を補正するために、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏心量が異なる面を採用している。さらに、基準軸から主走査方向に離れるに従い、チルト偏心量が増加する面形状とすることが望ましい。基準軸から主走査方向に離れるに従い光束のねじれが大きくなることより、チルト偏芯量も基準軸から主走査方向に離れるに従い増加させ、光束のねじれによる波面収差劣化を補正させることで、後述する実施例のように良好な光学性能と、ビームスポット径を得ることができる。

さらに、特殊面の副走査方向の形状を、曲率を持たない平面形状としている理由について説明する。副走査方向に曲率を付けた場合、副走査方向の高さ毎に主走査方向の形状が大きく変化し、温度変動、光学素子の組み付け誤差により副走査方向に光ビームの入射位置がずれた場合に倍率誤差変動が大きく発生し、カラー対応の画像形成装置においては、各色間でのビームスポット位置がずれ、色ずれが発生してしまう。そこで、本発明の如く特殊面の副走査方向の面形状は、曲率を持たない平面形状とすることで、副走査方向の高さ毎に主走査方向の形状誤差を小さくすることができ、副走査方向に光ビームの入射位置がずれた場合の倍率誤差変動を小さくすることができ、色ずれの発生を抑えることができる。

実際には、特殊面を用いることで主走査形状は副走査方向の高さにより変化するが、その量は僅かであり、副走査方向に曲率を付けた場合に比べ主走査方向の形状変化を小さくすることができる。この結果、温度分布発生による光ビーム間での倍率変動の差を小さくすることができ、同期を取ることで書き出し位置と書き終わり位置を各光ビームで一致させたときの中間像高での色ずれを低減することができる。また、入射光線が副走査方向にシフトした場合、特殊面は屈折力を持たないため、光線の進行方向もシフトするのみで、その方向の変化は小さい。図５（ａ）は屈折力をもつ特殊面２２Ｂに入射する光線が符号５−１から５−２にシフトした場合、図５（ｂ）は屈折力を持たない特殊面２２Ａに入射する光線が符号５−１から５−２にシフトした場合の光線の進行方向を示す。図５からわかるように、特殊面は屈折力を持たない場合は光線の進行方向もシフトするのみで、光線の方向の変化が少ないことがわかる。このため、上記特殊面をもつ光学系に続く、副走査方向に強い屈折力を持つレンズ面への入射角の変化は小さく、走査線曲がりの変動は小さく、カラー対応の画像形成装置における色ずれの発生を小さく抑制することが可能となる。

以上、第１光学系と第２光学系に特殊面を採用することで、斜め入射方式において光偏向器の小型化、低消費電力化、低騒音を達成し、光学性能上の課題である波面収差、走査線曲がりを良好に補正し、コストアップなしに高速化が可能な光走査装置を得ることができる。また、カラー化した場合に、部品組み付け誤差等による光ビームの位置変動による走査線曲がり変動を補正することにより、色ずれを低減し、波面収差劣化によるビームスポット径太りを低減することができる光走査装置を得ることができる。

走査結像光学系を構成する第１光学系は、１枚のレンズで構成することが望ましい。走査レンズを１枚構成とすることで、光走査装置の低コスト化、小型化が達成可能となる。走査レンズを１枚構成とした場合、光走査装置のレイアウト、つまり光偏向器から被走査面までの光学素子の配置の自由度が上がる。また、本発明における特殊面を、走査レンズと被走査面の間の平行平板状の光学素子に採用することで、走査レンズを１枚で構成した場合においても、前記説明の如く波面収差補正、走査線曲がり補正を良好に達成することができるとともに、安定した小径のビームスポット径と色ずれの小さい光走査装置を、低コストで、かつ、小型化して提供することができる。副走査方向に屈折力を持つ面の少なくとも１面は、副走査方向の像面湾曲を良好に補正するために、像高に応じて副走査方向の曲率が変化する面を用いることが望ましい。

前記、特殊面は副走査方向に曲率を持たない面であり、副走査方向に集光する作用を持たない。そこで、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向の曲率が変化する面（以下「特殊トロイダル面」という）を用いることで、走査レンズを１枚で構成した場合においても、レンズ枚数を増加させることなく、効率的に各像高における像面湾曲を補正可能となる。

特殊トロイダル面からなるレンズ面の形状は、以下の形状式２による。ただし、この発明の内容は以下の形状式に限定されるものではなく、同一の面形状を別の形状式を用いて特定することも可能である。光軸を含み、主走査方向に平行な平断面である「主走査断面」内の近軸曲率半径をＲＹ、光軸から主走査方向の距離をＹ、高次係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・とし、主走査断面に直交する「副走査断面」内の近軸曲率半径をＲＺとする。

式２

但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、
Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺ＋ａＹ＋ｂＹ＾２＋ｃＹ＾３＋ｄＹ＾４＋ｅＹ＾５
＋ｆＹ＾６＋ｇＹ＾７＋ｈＹ８＋ｉＹ＾９＋ｊＹ＾１０・・・
上記式２における、ａ、ｃ、ｅ、・・・等、奇数次の項を使用することで、光偏向器反射面での「光学的なサグ」の影響（物点位置の変化）による、副走査像面湾曲の非対称性を良好に補正可能となる。

また、第２光学系は、主走査方向にも屈折力を持たないことが望ましい。主走査方向、副走査方向ともに屈折力を持たない平行平板状の光学素子とすることで、光学素子は均肉となり、その材質を樹脂とした場合において成形がしやすく形状精度が向上する。実際には、特殊面を用いているため完全なる均肉とはならないが、特殊面の副走査方向のチルト量は小さく、成形上は平行平板と変わらず均肉であるといえる。

さらに、タンデム式カラー画像形成装置に対応した光走査装置の場合においては、第２光学系は被走査面、つまり感光体に近い位置に配置される。図１（ｂ）からも明らかなように、異なる被走査面に向かう光ビームに対応する第２光学系２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは、光走査装置内で離れた場所に配置され、光走査装置内のポリゴンミラー４や画像形成装置における定着装置など、熱源となる物の近くに配置され、かつ、第２光学系相互間で離れた位置に配置される可能性が非常に高い。したがって、各第２光学系は、異なる被走査面に対応して環境の違いが大きい。具体的に言うと、ポリゴンミラー４や定着装置近傍に配置される第２光学系は発熱の影響を受け、ポリゴンミラー４や定着装置から離れた位置に配置される第２光学系と比較すると高い温度となる。つまり、第２光学系相互間に温度分布が生じる。

この結果、温度変動で第２光学系が膨張、収縮することにより、第２光学系が主走査方向に屈折力を持つ場合、その屈折力に変化が生じ、主走査方向の書込位置が色毎に変化し「色ずれ」が発生してしまう。例えば、書き込み開始位置と終了位置で同期を取ることにより、走査線の主走査方向の長さを一致させることは可能であるが、書き込み開始と終了の中間点においては、各色で書き込み位置を合わせることは難しく、「色ずれ」が生じてしまう。

本発明の如く、第２光学系に主走査方向の屈折力を持たせないことで、上記課題は解決され、主走査方向の書き込み位置変動を小さく抑えることができる。この結果、タンデム式カラー画像形成装置において課題となる「色ずれ」を低減することができる。また、第２光学系は、副走査方向にチルト偏芯して配置されていることが望ましい。例えば、被走査面としての感光体での反射光等により被走査面に外乱光として再度到達してゴースト光とならないように、第２光学系を副走査方向にチルト偏芯させることで、良好な出力画像を得ることが可能である。この時のチルト偏芯の方向は、入射光束に対し、反射光束が走査光学系から離隔する方向が望ましい。また、このような構成にすることで、第２光学系を、光走査装置内にトナーや埃が入り込まないように密閉するために配置される防塵ガラスと共通化することができる。かかる構成にすることで、部品点数を増やすことなく良好な光学性能を有する光走査装置を提供することができる。

光偏向器としてポリゴンミラーを用い、ポリゴンミラーの偏向反射面に対し副走査方向に角度を持って光ビームを入射させた場合、「サグ」の影響により、各像高に向かう光ビームの上記偏向反射面上における反射位置は、副走査方向に変化する。光ビームの主走査方向への進行方向もずれる。この結果、走査レンズ、特に副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズへの副走査方向の入射高さが変化し、被走査面上の結像位置も像高により副走査方向に変化することとなり、走査線曲がりの発生原因の一つとなる。

本発明によれば先の説明の如く、特殊面の使用により、主走査方向、つまり各像高における像点位置を副走査方向に補正し、前記走査線曲がりの補正を可能としている。走査線曲がり、及び、波面収差の発生を小さくするために、斜め入射角を小さくする場合、光偏向器としてのポリゴンミラーの偏向反射面に入射する光ビームは、走査レンズに干渉させないように主走査方向に角度を持って入射させる。この結果、ポリゴンミラーによる「光学的サグ」の発生は、中心（走査レンズの光軸）に対して左右対称に発生しない。つまり、走査線曲がりの発生も左右非対称に発生することとなる。そこで、基準軸を中心として主走査方向に非対称に偏心量が変化する特殊面を用いることで、上記走査線曲がりを良好に補正可能となる。
先に述べた、走査レンズに干渉させないように走査レンズの上方もしくは下方から斜め入射させる光走査装置においても、走査レンズの光軸からずれればサグの影響を受け、走査線曲がりは非対称な形状となる。

光源部からの光ビームを副走査方向に角度を持って入射させることによる波面収差の劣化は、光軸近傍ではほとんど発生せず、発生しても非常に小さい。光軸近傍では副走査方向に角度を持つ光束が走査レンズにほぼ垂直に入射するために、先に説明した光束のねじれが生じないためである。このため、本発明において用いる特殊面において、光軸上における偏心量はゼロとすることができる。従来、レンズもしくはレンズ面をチルト偏芯させ、波面収差の補正や走査線曲がりを補正する場合、中央像高近傍においては、その性能を劣化させ、周辺像高とのバランスを取っていたが、本発明で用いる特殊面においては、中央像高近傍は副走査方向にチルトさせないことが可能となるため、斜め入射のために波面収差、走査線曲がりが劣化した周辺像高のみ補正すればよく、良好な光学性能の補正が可能となる。

タンデム方式のカラー画像形成に対応した光走査装置において、例えば第１光学系の最も光偏向器に近い走査レンズは、副走査方向に重ねて配置してもよい。ただし、レンズ成形において副走査方向のレンズ高さいっぱいまで面精度を出すことは難しく、光線有効範囲外に光線非通過領域や、レンズの反り防止のためのリブ、走査レンズ組み付け時の基準などを作る必要があり、異なる被走査面に向かう光ビームの間隔を広めにとる必要が生じる。そこで、光偏向器の同一、もしくは同一位相の偏向反射面により一括走査され、異なる被走査面に向かう複数の光ビームに対応する第１光学系としての走査レンズは、図６に符号２１で示すように、一体的に成形することが望ましい。つまり、異なる被走査面に向かう複数の光ビームで共有することが望ましい。

この結果、複数の光ビームのレンズ面での副走査方向の間隔を小さく設定することが可能となり、光ビームの副走査方向の角度、つまり光偏向器の偏向反射面の法線に対する副走査方向の角度を小さく設定することができ、波面収差、走査線曲がりの発生を小さく抑えることができる。波面収差、走査線曲がりの発生量が小さいことで、前記説明の特殊面を用いることで、良好な光学性を得ることが可能となる。

上記副走査方向に屈折力を持つ面は、異なる被走査面に向かう光ビーム毎に個別に設けられることが望ましい。図７に示すように、第１光学系２１の副走査方向に屈折力を持つ面を単一の面で構成すると、各光ビームを収束させることは可能であるが、それぞれの光ビームの主光線も収束されるため、各光ビームを各被走査面へ導くために分離することが難しくなる。本発明では、各光ビームを分離して各被走査面へ導くことができるように、光偏向器の反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つ光ビームを用いているが、上記のように第１光学系２１の副走査方向に屈折力を持つ面を単一の面で構成すると、その副走査方向の角度を大きくする必要が生じ、波面収差劣化や走査線曲がりの補正が不利になる。また、副走査方向に屈折力を持つ面の屈折力も強くする必要が生じるため収差補正、組み付け、加工誤差に対する光学性能の劣化が顕著に現れ、不利となる。また、光偏向器の反射面の法線に水平な光ビームを２本、副走査方向に内側の光ビームとして用いた場合においても、その副走査方向の間隔を大きく設定する必要が生じ、光偏向器としてのポリゴンミラーの大型化、消費電力の増大、騒音の増大などコストアップや環境面での課題が発生してしまう。

そこで、図６、図８に示すように、副走査方向に屈折力を持つ面は、異なる被走査面に向かう光ビーム毎に個別に設けることが望ましい。図８に示す例では、２つの異なる被走査面に向かう２本の光ビームで走査レンズ２１を共有する例をあげている。副走査方向の屈折力を持つ面は被走査面側に凸面を向け、それぞれ透過する光ビームに対応して個別に構成されている。つまり本実施の形態においては、副走査方向に被走査面側に凸の面が副走査方向に２面存在する。本レンズ面の形状は、異なる式で表される面を副走査方向に並べてもよいし、一つの式で表される形状であっても良いが、共用レンズを通過する、異なる被走査面に向かう光ビームの数をｎとしたとき、ｎ+（ｎ-１）の極値を持つこととなる。但し、異なる式で表される面を副走査方向に並べた場合、各面のつなぎ合わせの部分を極値として考えることとする。

第１光学系を構成する走査レンズを一体成形する場合、特殊面はそれぞれの光ビームに対応して設定され、特殊面が副走査方向に並んだ形で一体的に成形される。この時の形状は、光偏向器の偏向反射面の法線に対する光ビームの副走査方向の角度が同じで符号のみ反転した構成であれば、上記偏向反射面の法線と各々の光ビームの副走査方向の中心を含む面に対し鏡面対称とすることが可能となる。

次に、本発明に係る光走査装置を用いた画像形成装置の一実施の形態を、図９を参照しながら説明する。本実施の形態は、本発明に係る光走査装置をタンデム型フルカラーレーザプリンタに適用した例である。図９において、装置内の下部には水平方向に配設された給紙カセット３１から給紙される転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト３２が設けられている。この搬送ベルト３２上にはイエローＹ用の感光体３Ｙ，マゼンタＭ用の感光体３Ｍ，シアンＣ用の感光体３Ｃ及びブラックＫ用の感光体３Ｋが、転写紙の搬送方向上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付けて区別するものとする。これらの感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスにしたがって各プロセスを実行するプロセス部材ないしは装置が順に配設されている。感光体３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ４Ｙ、光走査光学系５Ｙ、現像装置６Ｙ、転写チャージャ７Ｙ、クリーニング装置８Ｙ等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。すなわち、本実施の形態では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの表面を各色毎に設定された被走査面ないしは被照射面とするものであり、各々の感光体に対して光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。但し、走査レンズ２１は、Ｍ，Ｙで共通使用し、また、Ｋ，Ｃで共通使用している。また、搬送ベルト３２の周囲には、感光体５Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ３９と、ベルト帯電チャージャ４０が設けられ、感光体５Ｋよりもベルト３２の回転方向下流側に位置させてベルト分離チャージャ４１、除電チャージャ４２、クリーニング装置４３等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ４１よりも転写紙搬送方向下流側には定着装置４４が設けられ、排紙トレイ４５に向けて排紙ローラ４６で結ばれている。

このような概略構成において、例えば、フルカラーモード（複数色モード）時であれば、各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対してＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の各色の画像信号に基づき各々の光走査装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋによる光ビームの走査で、各感光体表面に、各色信号に対応した静電潜像が形成される。これらの静電潜像は各々の対応する現像装置で色トナーにより現像されてトナー像となり、搬送ベルト３２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、転写紙上にフルカラー画像が形成される。このフルカラー像は定着装置４４で定着された後、排紙ローラ４６により排紙トレイ４５に排紙される。

上記画像形成装置の光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋを、前述の実施形態に係る光走査装置とすることで、走査線曲がりと波面収差の劣化を有効に補正し、色ずれが無く、高品位な画像再現性が確保できる画像形成装置を実現することができる。

図９に示す画像形成装置は、片側走査方式の光走査装置を採用しているが、例えば、図３に示すような対向走査方式の光走査装置においては、ポリゴンミラー４の偏向反射面において、複数の光ビームに、副走査方向に所定の間隔を持たせる必要がない。つまり、ポリゴンミラー４を挟んで左右から２本ずつポリゴンミラー４の偏向反射面に光ビームを入射させ、左右に２本ずつ光ビームを偏向反射して被走査面（感光体）に向かわせる。被走査面に向かう２本の光ビームをそれぞれポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持たせ斜入射させることで、ポリゴンミラー４の偏向反射面を形成する多面体を一段で、かつ、副走査方向の厚みを薄くして形成することができ、回転体としての慣性力を小さくして起動時間を短くすることができる。また、従来の対向走査方式における２段化されたポリゴンミラーに対し、コストダウンが可能である。

上記実施例にかかる光走査装置において、ポリゴンミラーの偏向反射面の法線に対する光ビームの副走査方向の角度は、図４（ｂ）に示すように、斜め入射を用いる光学系としては最も小さく設定可能である。図４（ａ）は、斜め入射させない従来方式の水平入射方式のレイアウトであり、分離に必要な間隔Ｚを得るために２段化されたポリゴンミラー４を使用している。図４（ｂ）は、斜め入射を用いた例で、前述した片側走査方式での光線レイアウトを波線で示す。この片側走査方式での斜め入射角をβｓ２とすると、対向走査方式では、実線で示すように斜め入射角をβｓ１と、上記片側走査方式での斜め入射角をβｓ２よりも小さく設定することが可能となる。

この結果、前述した本発明の特殊面を用いることで良好な光学性能を低コストで得ることができる。特殊チルト偏芯面の使用方法（採用場所）、効果については、前述した通りである。

数値実施例１
本発明の光走査装置に関する具体的な数値実施例を挙げる。光源として用いられる半導体レーザは発光波長：６５５ｎｍのもので、放射される発散性の光束はカップリングレンズ（焦点距離：１５ｍｍ）により「弱い収束光束」に変換（光源から８７０ｍｍの位置に集光する）され、シリンドリカルレンズ（焦点距離：９６ｍｍ）の作用により、ポリゴンミラーの偏向反射面の位置に「主走査方向に長い線像」として結像する。ポリゴンミラーは、偏向反射面数：６で内接円半径：１６ｍｍのものである。また、ポリゴンミラーの回転軸と偏向反射面は平行に形成されており、偏向反射面に光ビームは副走査方向に２．４°で斜めに入射され、主走査方向においては像高０に向かう光束に対し約６０°で入射されている。カップリングレンズから射出された光束を規制するアパーチャは、主走査方向に２．９ｍｍ、副走査方向に２．７ｍｍの矩形アパーチャを用いる。

表１、表３において、面番号１、２で示されるレンズは、偏向反射面に平行に配置されている。このレンズに光束は２．４°で斜め入射される。面形状は、像高０に向かう光ビームが特殊面を通過する位置、つまり走査レンズの第１面を通過する位置を含み、偏向反射面の法線に水平な線を、レンズ形状を表す式の原点としている。面番号３、４で示される光学素子は、第２光学系を構成するレンズで、偏向反射面に平行に配置され、このレンズに光束は２．４°で斜め入射される。

下記Ｘは、各面がポリゴンミラーの回転軸に垂直な面に投影したときの光軸方向（レンズＬ１の光軸方向になる）の距離を示す。
走査結像光学系のデータを表１に示す。

表１で、＊が付された各面は、特殊面である。第１面は、主走査方向の形状が非円弧形状である。レンズ面形状は、次の式３で与えられる。
式３

但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺとする。
＊＊の面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径は、レンズ高さにより連続的に変化する特殊トロイダル面である。各面形状は、上記式３にて与えられる。但し、Ｃｓ（Ｙ）は、下の式による。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺ＋ａＹ＋ｂＹ＾２＋ｃＹ＾３＋ｄＹ＾４
＋ｅＹ＾５＋ｆＹ＾６＋ｇＹ＾７＋ｈＹ８＋ｉＹ＾９
＋ｊＹ＾１０ ＋ｋＹ＾１１＋ｌＹ＾１２

本実施例の非球面係数は表２の通りである。

なお、本光学系においては、厚さ１．９ｍｍの防音ガラス（屈折率１．５１４３）を挿入し、防音ガラスは８ｄｅｇだけ偏向面内で傾けて配置している。走査レンズは、走査面内で時計回りに０．２６°回転して配置している。本実施の形態では、特殊面の採用により、走査線曲がりが３μｍに補正されている。

図１０は、特殊面による補正後の被走査面上でのビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示す。波面収差が良好に補正され、ビームスポット径が良好に絞られていることがわかる。

図１１は、本発明にかかる光走査装置の実施例における光学特性を示すもので、（ａ）に主走査方向と副走査方向の像面湾曲を、（ｂ）にｆθ特性、リニアリティの収差図を示す。図１１から明らかなように、光学性能は良好に補正されている。

数値実施例２
本発明の光走査装置に関する具体的な別の数値実施例を挙げる。光源として用いられる半導体レーザは発光波長：６５５ｎｍのもので、放射される発散性の光束はカップリングレンズ（焦点距離：８ｍｍ）により「弱い収束光束」に変換（光源から１７０５ｍｍの位置に集光する）され、シリンドリカルレンズ（焦点距離：２５ｍｍ）の作用により、ポリゴンミラーの偏向反射面の位置に「主走査方向に長い線像」として結像する。ポリゴンミラーは、偏向反射面数：６で内接円半径：１８ｍｍのものである。また、ポリゴンミラーの回転軸と偏向反射面は平行に形成されており、偏向反射面に光ビームは副走査方向に３．５°で斜めに入射され、主走査方向においては像高０に向かう光束に対し約６０°で入射されている。カップリングレンズから射出された光束を規制するアパーチャは、主走査方向に１．８ｍｍ、副走査方向に１．１ｍｍの矩形アパーチャを用いる。面番号１、２で示されるレンズは、偏向反射面に平行に配置され（レンズに光束は３．５°で斜め入射される）。面形状は、像高０に向かう光ビームが特殊面を通過する位置、つまり走査レンズの第１面を通過する位置を含み、偏向反射面の法線に水平な線を、レンズ形状を表す式の原点としている。

面番号３、４で示される光学素子は、偏向反射面に平行に配置（レンズに光束は３．５°で斜め入射される）している。
下記Ｘは、各面がポリゴンミラーの回転軸に垂直な面に投影したときの光軸方向（走査レンズの光軸方向になる）の距離を示す。走査結像光学系のデータを表３に示す。

表３で、＊が付されて各面は、特殊面である。第１面は、主走査方向の形状が非円弧形状である。レンズ面形状は、次の式４で与えられる。
式４

但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺとする。
＊＊の面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径は、レンズ高さにより連続的に変化する特殊トロイダル面である。各面形状は、上記式にて与えられる。但し、Ｃｓ（Ｙ）は、下の式による。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺ＋ａＹ＋ｂＹ＾２＋ｃＹ＾３＋ｄＹ＾４
＋ｅＹ＾５＋ｆＹ＾６＋ｇＹ＾７＋ｈＹ８＋ｉＹ＾９
＋ｊＹ＾１０ ＋ｋＹ＾１１＋ｌＹ＾１２

本実施例の非球面係数は表４の通りである。

本実施の形態では、特殊面の採用により、走査線曲がりが３μｍに補正されている。図１２は、特殊面による補正後の被走査面上でのビームスポット径を示しており、（ａ）は主走査方向を、（ｂ）は副走査方向を示す。波面収差が良好に補正され、ビームスポット径が良好に絞られていることがわかる。

図１３は、本発明にかかる光走査装置の上記実施例における光学特性を示すもので、（ａ）に主走査方向と副走査方向の像面湾曲を、（ｂ）にｆθ特性、リニアリティの収差図を示す。図１３から明らかなように、光学性能は良好に補正されている。

なお、数値実施例は光偏向器に２．４°または３．５°で斜め入射する走査光学系についてそのレンズデータと光学性能を示している。フルカラー対応のタンデム方式画像形成装置に関しては、対向走査方式、片側走査方式を問わず、これらの走査光学系を複数用いることで実現可能である。

本発明にかかる光走査装置の実施例を示すもので、（ａ）は主走査対応方向から見た平面図、（ｂ）は副走査対応方向から見た側面図である。 光偏向器に入射する光ビームの副走査方向における入射角度の各種例とこれに対応する光偏向器の大きさの例を示す側面図である。 本発明にかかる光走査装置の実施例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は光源部から第１光学系に至る部分の斜視図である。 偏向反射面の法線に対する光ビームの副走査方向の角度の例を示すもので、（ａ）は角度をつけない例を、（ｂ）は角度をつけた例を示す側面図である。 特殊面に入射する光線がシフトした場合の光線の進行方向を模式的に示すもので、（ａ）は屈折力をもつ特殊面に入射する場合、（ｂ）は屈折力を持たない特殊面に入射する場合の側面図である。 異なる被走査面に向かう複数の光ビームに対応する第１光学系としての走査レンズの例を示す側面図である。 異なる被走査面に向かう複数の光ビームに対応する第１光学系としての走査レンズの別の例を示す側面図である。 ２つの異なる被走査面に向かう２本の光ビームで走査レンズを共有する例を示す側面図である。 本発明にかかる光走査装置を適用可能な画像形成装置の例を示す側面図である。 本発明の数値実施例１における特殊面による補正後の被走査面上でのビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示すグラフである。 上記数値実施例１の光学特性を示すもので、（ａ）は主走査方向と副走査方向の像面湾曲を、（ｂ）はｆθ特性、リニアリティを示す収差図である。 本発明の数値実施例２における特殊面による補正後の被走査面上でのビームスポット径を示すもので、（ａ）は主走査方向、（ｂ）は副走査方向のビームスポット径を示すグラフである。 上記数値実施例２の光学特性を示すもので、（ａ）は主走査方向と副走査方向の像面湾曲を、（ｂ）はｆθ特性、リニアリティを示す収差図である。

符号の説明

１ 光源
２ カップリングレンズ
３ シリンドリカルレンズ
４ 光偏向器としてのポリゴンミラー
２１ 第１光学系
２２ 第２光学系
２３ 被走査面

Claims (17)

1. 光源装置と、
   上記光源装置からの光ビームを偏向走査する光偏向器と、
   上記光偏向器と被走査面の間に配置され主走査方向および副走査方向に屈折力を持つ第１光学系と、
   上記第１光学系と上記被走査面の間に配置され、上記光源装置からの光ビームの入射面と射出面のうち一方の面が平面で他方の面が主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面である、第２光学系を具備し、
   上記光偏向器により偏向された光ビームは、上記第１光学系によりまたは上記第１光学系と上記第２光学系により上記被走査面に集光される光走査装置において、
   上記光源装置からの光ビームは、上記光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持ち、
   上記第２光学系は、通過する光ビームの副走査方向の射出角を主走査方向のレンズ高さに応じて異ならせることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、第１光学系の少なくとも１面は、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面であることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１または２記載の光走査装置において、第１光学系の少なくとも１面は、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向の曲率半径が変化する面であることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置において、第２光学系は、主走査方向に屈折力を持たないことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、第２光学系は、入射光束に対し副走査方向に所定の角度でチルト偏芯されて配置されていることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置において、第２光学系における主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面のチルト偏心量は、基準軸に対し非対称に変化していることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の光走査装置において、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面の入射面と射出面の形状を表す式の原点を結ぶ基準軸近傍は、副走査方向のチルト偏芯量がゼロであることを特徴とする光走査装置。
8. 複数の光源装置と、
   上記各光源装置からの光ビームを偏向走査する単一の光偏向器と、
   上記各光源装置に対応し、上記光偏向器と被走査面の間に配置され主走査方向および副走査方向共に屈折力を持つ第１光学系と、
   上記第１光学系と上記被走査面の間に配置され、上記光源装置からの光ビームの入射面と射出面のうち一方の面が平面で他方の面が主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面である、第２光学系を具備し、
   上記光偏向器により偏向された複数の光ビームは、上記第１光学系によりまたは上記第１光学系と上記第２光学系により各々対応する上記被走査面に集光される光走査装置において、
   上記各光源装置からの光ビームの少なくとも１つは、上記光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持ち、
   上記第２光学系は、通過する光ビームの副走査方向の射出角を主走査方向のレンズ高さに応じて異ならせることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項８記載の光走査装置において、複数の光源装置に対応する第１光学系の少なくとも１枚のレンズは一体成形されていることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項９記載の光走査装置において、第１光学系を構成するレンズの少なくとも１面の副走査方向の形状は、複数のレンズ面を複数並べた形状であり、同走査レンズを通過する異なる被走査面へ向かう光ビームの数をｎとしたとき、各面のつなぎ合わせ部分である極値を
    ｎ＋（ｎ−１）
    持つことを特徴とする光走査装置。
11. 請求項８から１０のいずれかに記載の光走査装置において、第１光学系の少なくとも１面は、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面であることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項８から１１のいずれかに記載の光走査装置において、第１光学系の少なくとも１面は、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向の曲率半径が変化する面であることを特徴とする光走査装置。
13. 請求項８から１２のいずれかに記載の光走査装置において、第２光学系は、主走査方向に屈折力を持たないことを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１３記載の光走査装置において、第２光学系は、入射光束に対し副走査方向に所定の角度でチルト偏芯されて配置されていることを特徴とする光走査装置。
15. 請求項８から１４のいずれかに記載の光走査装置において、第２光学系における主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面のチルト偏心量は、基準軸に対し非対称に変化することを特徴とする光走査装置。
16. 請求項８から１５のいずれかに記載の光走査装置において、主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる面の入射面と射出面の形状を表す式の原点を結ぶ基準軸近傍は、副走査方向のチルト偏心量がゼロであることを特徴とする光走査装置。
17. 電子写真プロセスを実行することによって画像を形成する画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する手段として請求項１から１６のいずれかに記載の光走査装置を具備した画像形成装置。

Images