JP6047598B2 - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光線を発する光源と、これら光線を反射して被走査面を走査させる偏向体とを備えた光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。

カラーレーザープリンター等に用いられる光走査装置は、複数のレーザー光源と、これらレーザー光源が発する光線を反射して感光体ドラムの周面を走査させる偏向体と、前記光線を前記周面に結像させる走査レンズとを備える。このような光走査装置として、レーザー光源を副走査方向に並べて配置し、１枚の走査レンズに複数の光線を入射させるように構成されたものがある。この場合、走査レンズには、各々の光線の結像のために、副走査方向に並ぶ複数の独立した光学面が形成される（特許文献１）。

特開平１１−８４２８５号公報

しかしながら、複数の独立した光学面を有する走査レンズが用いられる光走査装置においては、像面湾曲性能などの光学特性を良好なものとするのは困難である。とりわけ、光線をドラム周面に結像させる機能を有するレンズが上記の走査レンズのみである１枚走査レンズ構成の光学系では、良好な光学性能を得ることは難しくなる。

本発明の目的は、複数の独立した光学面を有する走査レンズが用いられる光走査装置及び画像形成装置において、良好な光学性能を得ることにある。

本発明の一の局面に係る光走査装置は、被走査面に照射される第１光線及び第２光線を発する光源と、前記第１光線及び第２光線のための入射光学系とを含み、前記第１光線と前記第２光線とが副走査方向に並び、且つ、その副走査方向の間隔が前記被走査面に向かう方向において拡大するように、前記副走査方向に直交する基準線に対して傾きを持たせて前記第１光線及び前記第２光線を発する光源ユニットと、前記光源ユニットから発せられる前記第１光線及び前記第２光線を反射して、前記被走査面を主走査方向に走査させる偏向体と、前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、光線の入射面と出射面とを有し、前記第１光線及び前記第２光線を前記被走査面上に結像させる走査レンズと、を備え、前記入射面及び前記出射面の双方は、前記第１光線が通過する第１屈折面と、前記第２光線が通過する第２屈折面とが、前記副走査方向に並んで配置された光学屈折面であり、前記入射面の前記第１屈折面が有する第１母線と、前記入射面の前記第２屈折面が有する第２母線との前記副走査方向における間隔が、前記主走査方向の中央部から端部に向かうに連れて大きくなり、前記出射面の前記第１屈折面が有する第３母線と、前記出射面の前記第２屈折面が有する第４母線との前記副走査方向における間隔が、前記主走査方向の中央部から端部に向かうに連れて大きくなり、前記走査レンズの前記副走査方向における中央部をレンズ中央部とするとき、前記第１母線の前記副走査方向における位置は前記第３母線よりもレンズ中央部側であり、前記第２母線の前記副走査方向における位置は前記第４母線よりもレンズ中央部側であることを特徴とする。

上記の光走査装置によれば、第１光線が第１屈折面を通過し、第２光線が第２屈折面を通過することで、これら光線が被走査面上に結像される。前記第１光線及び前記第２光線は、その副走査方向の間隔が前記被走査面に向かう方向において拡大するので、各光線をミラー等で反射させて独立的に所望の被走査面に向かわせ易くなる。この利点を得るため、前記第１光線及び前記第２光線は前記基準線に対して傾きを持たせて発せられるため、前記第１屈折面及び第２屈折面に対して、副走査方向において斜入射することになる。しかし、前記第１屈折面及び前記第２屈折面は、第１母線と第２母線との前記副走査方向における間隔、及び第３母線と第４母線との前記副走査方向における間隔が、主走査方向の中央部から端部に向かうに連れて大きくなる屈折面であるため、光走査装置の光学性能を良好なものとすることができる。

上記の光走査装置において、前記光学屈折面が、前記入射面及び前記出射面の双方に形成されていることが望ましい。この構成によれば、２つの光学屈折面によって、光走査装置の光学性能を一層良好なものとすることができる。

上記の光走査装置において、前記第１光線及び前記第２光線を前記被走査面上に結像させる機能を有するレンズが、前記走査レンズの１枚のみである構成とすることができる。本発明に係る走査レンズによれば、当該走査レンズ単体にて良好な光学性能を達成することができるので、上記の構成を採用することで、部品点数の削減、光走査装置のコンパクト化を図ることができる。

上記の光走査装置において、前記走査レンズの前記副走査方向における端部をレンズ端部とし、前記第１屈折面及び前記第２屈折面の前記副走査方向における中央部をそれぞれ第１中央部及び第２中央部とするとき、前記第１母線、第３母線の前記副走査方向における位置は、前記主走査方向の中央部においては、前記第１中央部よりも前記レンズ中央部側であり、前記主走査方向の端部においては、前記第１中央部よりも前記レンズ端部側であり、前記第２母線、第４母線の前記副走査方向における位置は、前記主走査方向の中央部においては、前記第２中央部よりも前記レンズ中央部側であり、前記主走査方向の端部においては、前記第２中央部よりも前記レンズ端部側であることが望ましい。

上記の光走査装置によれば、前記第１母線及び第２母線、また前記第３母線及び第４母線が上記の通りに配置されるので、走査レンズの副走査方向の幅を抑制することができる。従って、走査レンズの生産性を向上させることができる。

上記の光走査装置において、前記走査レンズは、前記主走査方向と平行な平面からなり、前記第１屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第１端面と、前記第２屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第２端面とを備え、前記第１屈折面を通過する前記第１光線の光線中心と前記第１端面との間の距離をＷ１、前記第２屈折面を通過する前記第２光線の光線中心と前記第２端面との間の距離をＷ２、前記第１端面と前記第２端面との間の距離をＷとするとき、次式（１）を満足することが望ましい。
（Ｗ１＋Ｗ２）×２＞Ｗ ・・・（１）

或いは、上記の光走査装置において、前記走査レンズは、前記主走査方向と平行な平面からなり、前記第１屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第１端面と、前記第２屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第２端面とを備え、前記第１屈折面を通過する前記第１光線の光線中心と前記第１端面との間の距離をＷ１、前記第２屈折面を通過する前記第２光線の光線中心と前記第２端面との間の距離をＷ２、前記第１光線の光線中心と前記第２光線の光線中心との間の距離をｄとするとき、次式（２）を満足することが望ましい。
Ｗ１＋Ｗ２＞ｄ ・・・（２）

上記の式（１）若しくは式（２）を満足する光走査装置によれば、走査レンズの副走査方向の幅を抑制することができる。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体の周面を前記被走査面として光線を照射する上記の光走査装置とを備える。

本発明によれば、複数の独立した光学面を有する走査レンズが用いられる光走査装置及び画像形成装置において、良好な光学性能を得ることができる。従って、高品質の静電潜像及びトナー像を形成する光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 光走査装置の主走査断面の構成を概略的に示す光路図である。 光走査装置の副走査断面の構成を概略的に示す光路図である。 走査レンズの副走査断面及び光線の通過状況を示す図である。 走査レンズの斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 入射面の平面図であり、（Ａ）は比較例に係る入射面、（Ｂ）は本発明の実施形態に係る入射面を示す。 走査レンズの副走査断面及び光線の通過状況を示す図である。 実施例１に係る走査レンズの入射面の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。 実施例１に係る走査レンズの出射面の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。 実施例１に係る走査レンズを用いた光走査装置の像面湾曲性能を示すグラフである。 実施例２に係る走査レンズの入射面の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。 実施例２に係る走査レンズの出射面の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。 実施例２に係る走査レンズを用いた光走査装置の像面湾曲性能を示すグラフである。 実施例３に係る走査レンズの入射面の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。 実施例３に係る走査レンズの出射面の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。 実施例３に係る走査レンズを用いた光走査装置の像面湾曲性能を示すグラフである。 比較例に係る走査レンズを用いた光走査装置の像面湾曲性能を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳述する。図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の内部構造を示す概略断面図である。画像形成装置１は、カラープリンターであって、略直方体のハウジングからなる本体ハウジング１０を含む。

本体ハウジング１０は、シートに対して画像形成処理を行う複数の処理ユニットを内部に収容する。本実施形態では、処理ユニットとして、画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｂｋ、光走査装置２３、中間転写ユニット２８及び定着装置３００を含む。本体ハウジング１０の上面には排紙トレイ１１が備えられている。排紙トレイ１１に対向して、シート排出口１２が開口している。本体ハウジング１０の側壁には、手差し給紙トレイ１３が開閉自在に取り付けられている。本体ハウジング１０の下部には、画像形成処理が施されるシートを収容する給紙カセット１４が、着脱自在に装着されている。

画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー像を、コンピューター等の外部機器から伝送された画像情報に基づき形成するもので、水平方向に所定の間隔でタンデムに配置されている。各画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｂｋは、静電潜像及びトナー像を担持する感光体ドラム２１（像担持体）、感光体ドラム２１の周面を帯電させる帯電器２２、前記静電潜像に現像剤を付着させてトナー像を形成する現像器２４、この現像器２４に各色のトナーを供給するイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各トナーコンテナ２５Ｙ、２５Ｃ、２５Ｍ、２５Ｂｋ、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を一次転写させる一次転写ローラー２６、及び感光体ドラム２１の周面の残留トナーを除去するクリーニング装置２７を含む。

光走査装置２３は、各色の感光体ドラム２１の周面上に静電潜像を形成する。本実施形態の光走査装置２３は、１つの筐体内に各色用に準備された複数の光源と、これら光源から発せられた光線を各色の感光体ドラム２１の周面２１Ｓ（被走査面）に結像及び走査させる結像光学系とを含む。各色の結像光学系は互いに独立した光学系ではなく、一部の光学系が共用されている。この光走査装置２３については、後記で詳述する。

中間転写ユニット２８は、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を一次転写させる。中間転写ユニット２８は、各感光体ドラム２１の周面に接触しつつ周回する転写ベルト２８１と、転写ベルト２８１が架け渡される駆動ローラー２８２および従動ローラー２８３とを含む。転写ベルト２８１は、一次転写ローラー２６によって各感光体ドラム２１の周面に押し付けられている。各色の感光体ドラム２１上のトナー像は転写ベルト２８１上の同一箇所に重ね合わせて一次転写される。これにより、フルカラーのトナー像が転写ベルト２８１上に形成される。

駆動ローラー２８２に対向して、転写ベルト２８１を挟んで二次転写ニップ部Ｔを形成する二次転写ローラー２９が配置されている。転写ベルト２８１上のフルカラートナー像は、二次転写ニップ部Ｔにおいてシート上に二次転写される。シート上に転写されずに転写ベルト２８１の周面に残留したトナーは、従動ローラー２８３に対向して配置されたベルトクリーニング装置２８４によって回収される。

定着装置３００は、熱源が内蔵された定着ローラー３０１と、定着ローラー３０１と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラー３０２とを含む。定着装置３００は、二次転写ニップ部Ｔにおいてトナー像が転写されたシートを、定着ニップ部Ｎにおいて加熱及び加圧することで、トナーをシートに溶着させる定着処理を施す。定着処理が施されたシートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１に向けて排出される。

本体ハウジング１０の内部には、シートを搬送するためのシート搬送路が設けられている。シート搬送路は、本体ハウジング１０の下部付近から上部付近まで、二次転写ニップ部Ｔ及び定着装置３００を経由して、上下方向に延びるメイン搬送路Ｐ１を含む。メイン搬送路Ｐ１の下流端は、シート排出口１２に接続されている。両面印刷の際にシートを反転搬送する反転搬送路Ｐ２が、メイン搬送路Ｐ１の最下流端から上流端付近まで延設されている。また、手差しトレイ１３からメイン搬送路Ｐ１に至る手差しシート用搬送路Ｐ３が、給紙カセット１４の上方に配置されている。

給紙カセット１４は、シートの束を収容するシート収容部を備える。給紙カセット１４の右上付近には、シート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すピックアップローラー１５１と、そのシートをメイン搬送路Ｐ１の上流端に送り出す給紙ローラー対１５２とが備えられている。手差しトレイ１３に載置されたシートも、手差しシート用搬送路Ｐ３を通して、メイン搬送路Ｐ１の上流端に送り出される。メイン搬送路Ｐ１の二次転写ニップ部Ｔよりも上流側には、所定のタイミングでシートを転写ニップ部に送り出すレジストローラー対１５３が配置されている。

シートに片面印刷（画像形成）処理が行われる場合、給紙カセット１４又は手差しトレイ１３からシートがメイン搬送路Ｐ１に送り出され、該シートに二次転写ニップ部Ｔにおいてトナー像の転写処理が、定着装置３０において転写されたトナーをシートに定着させる定着処理が、各々施される。その後、該シートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１上に排紙される。一方、シートに両面印刷処理が行われる場合、シートの片面に対して転写処理及び定着処理が施された後、該シートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１上に一部が排紙される。その後、該シートはスイッチバック搬送され、反転搬送路Ｐ２を経て、メイン搬送路Ｐ１の上流端付近に戻される。しかる後、シートの他面に対して転写処理及び定着処理が施され、該シートは、シート排出口１２から排紙トレイ１１上に排紙される。

続いて、光走査装置２３の詳細について説明する。図３は、光走査装置２３の主走査断面の構成を示す図、図４は、その副走査断面の構成を示す図である。光走査装置２３は、ハウジング（図略）と、このハウジング内に収容された各色用のレーザーユニット３０（光源；光源ユニットの一部）と、走査光学系とを含む。前記走査光学系は、コリメータレンズ３１及びシリンドリカルレンズ３２を含む入射光学系（光源ユニットの一部）と、ポリゴンミラー３３（偏向体）と、１枚の走査レンズ４０とを含む。

本実施形態では、イエロー及びシアン用の走査光学系と、マゼンタ及びブラック用の走査光学系とが、主走査平面においてポリゴンミラー３３を挟んで対向して配置されている。つまり、本実施形態の光走査装置２３は、１つのポリゴンミラー３３を、互いに対向して配置された２つの走査光学系で共用する対向走査方式の装置である。図２では、この２つの走査光学系のうちの一方の主走査断面の構成だけを示している。さらに、各走査光学系において、ポリゴンミラー３３だけでなく走査レンズ４０も、２色の走査光学系で共用されている。図３では、イエロー及びシアン用の走査光学系についての副走査断面の構成を示している。

図２を参照して、レーザーユニット３０は、感光体ドラム２１の周面２１Ｓ（被走査面）に照射されるレーザー光線Ｌを発する。レーザー光線Ｌは、コリメータレンズ３１及びシリンドリカルレンズ３２を順次通過した後、ポリゴンミラー３３の反射面３３Ｒで反射され、走査レンズ４０を通過して周面２１Ｓに照射される。本実施形態では斜入射の光学系が採用されている。軸上のレーザー光線が周面２１Ｓに照射される軸上点ＬＡを基準として、ポリゴンミラー３３の回転方向（図２に矢印で表示）の上流側の方向をマイナス側の像高領域と、下流側の方向をプラス側と区分するとき、レーザーユニット３０と、レーザー光線Ｌのためのコリメータレンズ３１及びシリンドリカルレンズ３２を含む入射光学系とは、マイナス側の像高領域の側に配置されている。

コリメータレンズ３１は、レーザーユニット３０から発せられ拡散するレーザー光線Ｌを平行光若しくは平行に近い光に変換する。シリンドリカルレンズ３２は、前記平行光を主走査方向に長い線状光に変換してポリゴンミラー３３の反射面３３Ｒに結像させる。

ポリゴンミラー３３は、正六角形の各辺に沿って平坦な反射面３３Ｒが形成された多面鏡である。ポリゴンミラー３３の中心位置には、回転軸３３Ｓが取り付けられている。回転軸３３Ｓには、ポリゴンモーター３４（図３）の出力軸が連結されている。ポリゴンミラー３３は、ポリゴンモーター３４が回転駆動されることによって、回転軸３３Ｓの軸回りに回転しつつ、レーザーユニット３０から発せられ、コリメータレンズ３１及びシリンドリカルレンズ３２を経て結像されたレーザー光線Ｌを反射（偏向）すると共に、該レーザー光線Ｌにて感光体ドラム２１の周面２１Ｓを走査させる。

走査レンズ４０は、ポリゴンミラー３３と周面２１Ｓとの間に配置され、入射光の角度と像高とが比例関係となる歪曲収差（ｆθ特性）を有するレンズであって、主走査方向に長尺のレンズである。走査レンズ４０は、ポリゴンミラー３３によって反射されたレーザー光線Ｌを集光し、周面２１Ｓ上に結像させる。本実施形態では、レーザー光線Ｌを周面２１Ｓ上に結像させる機能を有するレンズが、１枚の走査レンズ４０のみである。従って、光走査装置２３の部品点数の削減、コンパクト化を図ることができる。

図３を参照して、レーザーユニット３０は、所定波長のレーザー光線（第１光線Ｌ１）を発する第１半導体レーザー素子３０Ａと、所定波長のレーザー光線（第２光線Ｌ２）を発する第２半導体レーザー素子３０Ｂとを備えている。第１光線Ｌ１は、シアン（Ｃ）の感光体ドラム２１の周面２１Ｓに、第２光線Ｌ２は、イエロー（Ｙ）の感光体ドラム２１の周面２１Ｓに各々照射される。第１、第２半導体レーザー素子３０Ａ、３０Ｂは、第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２とが副走査方向に並び、且つ、その副走査方向の間隔が各々の周面２１Ｓに向かう方向において拡大するように、光走査装置２３の前記ハウジングに組み付けられている。

ここで、ポリゴンミラー３３の反射面３３Ｒに対して垂直な線を基準線Ｇとする。この基準線Ｇは、副走査方向に直交する線である。第１光線Ｌ１及び第２光線Ｌ２は、基準線Ｇに対して傾きを持って反射面３３Ｒに入射する。第１光線Ｌ１は、基準線Ｇに対して上方に角度θＡの傾き角で反射面３３Ｒに斜入射し、第２光線Ｌ２は、基準線Ｇに対して下方に角度θＢの傾き角で反射面３３Ｒに斜入射する。θＡ＝θＢであり、第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２とは基準線Ｇを挟んで対称な関係にある。第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２とは、反射面３３Ｒに至るまでは徐々に接近するが、反射面３３Ｒで反射された後には徐々に離間する。

なお、図３では第１、第２半導体レーザー素子３０Ａ、３０Ｂの傾きのみで第１光線Ｌ１、第２光線Ｌ２に傾きを持たせている例を示しているが、これら光線の傾きは、第１、第２半導体レーザー素子３０Ａ、３０Ｂ（光源）とコリメータレンズ３１及びシリンドリカルレンズ３２を含む入射光学系とからなる光源ユニットにおいて実現されれば良い。例えば、コリメータレンズ３１及びシリンドリカルレンズ３２の配置によって光線を傾けたり、傾きを発生させる光学素子を入射光学系に追加したり、或いは光源と入射光学系の双方に光線を傾かせるための工夫を施したりすることによって、光線の傾きを実現させても良い。

つまり、第１、第２光線Ｌ１、Ｌ２の副走査方向の間隔が各々の被走査面（周面２１Ｓ）に向かう方向において拡大するので、各光線Ｌ１、Ｌ２をミラーで反射させて独立的に各々の周面２１Ｓに向かわせ易くなる。第１光線Ｌ１の光路上には、第１ミラー３５及び第２ミラー３６が配置されている。反射面３３Ｒで反射され、走査レンズ４０を通過した第１光線Ｌ１は、第１ミラー３５及び第２ミラー３６で反射されて、シアンの感光体ドラム２１の周面２１Ｓに照射される。また、第２光線Ｌ２の光路上には、第３ミラー３７が配置されている。反射面３３Ｒで反射され、走査レンズ４０を通過した第２光線Ｌ２は、第３ミラー３７で反射されて、イエローの感光体ドラム２１の周面２１Ｓに照射される。

走査レンズ４０は、第１光線Ｌ１、第２光線Ｌ２に各々対応して、副走査方向（図３では上下方向）に並ぶ第１レンズ部Ａ１、第２レンズ部Ａ２を備えている。すなわち、第１光線Ｌ１は、第２レンズ部Ａ２を通過し、シアンの感光体ドラム２１の周面２１Ｓに結像される。一方、第２光線Ｌ２は、第１レンズ部Ａ１を通過し、イエローの感光体ドラム２１の周面２１Ｓに結像される。

図４は、走査レンズ４０の副走査断面及びレーザー光線Ｌ（第１、第２光線Ｌ１、Ｌ２）の通過状況を示す図、図５は、走査レンズ４０の斜視図である。走査レンズ４０は、ポリゴンミラー３３と対向しレーザー光線Ｌが入射される入射面Ｒ１と、入射面Ｒ１と反対側の面であってレーザー光線Ｌが出射される出射面Ｒ２とを備えている。なお、図４では簡略化のために、第１、第２光線Ｌ１、Ｌ２の光路を、反射面３３Ｒにおいて副走査方向に離間した反射点で反射され、入射面Ｒ１に分離して進行し、図３とは異なり第１光線Ｌ１が第１レンズ部Ａ１を通過し、第２光線Ｌ２が第２レンズ部Ａ２を通過するように、模式的に描いている（以下の説明では、この光線通過態様に基づき説明する）。実際は、第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２とが反射面３３Ｒの同じ点において反射されたり、反射面３３Ｒで反射後の光路が第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２とで交差したりする場合がある。

本実施形態では、入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２の双方が光学屈折面とされている。入射面Ｒ１は、第１光線Ｌ１が通過する第１屈折面４１と第２光線Ｌ２が通過する第２屈折面４１とが、副走査方向に並んで配置された光学屈折面である。第１屈折面４１及び第２屈折面４２は、副走査断面において凹の曲面である。出射面Ｒ２は、第１光線Ｌ１が通過する第３屈折面４３と第２光線Ｌ２が通過する第４屈折面４４とが、副走査方向に並んで配置された光学屈折面である。第３屈折面４３及び第４屈折面４４は、副走査断面において凸の曲面である。第１屈折面４１と第３屈折面４３とが第１レンズ部Ａ１を構成する屈折面であり、第２屈折面４２と第４屈折面４４とが第２レンズ部Ａ２を構成する屈折面である。他の実施形態では、入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２のいずれか一面に、上記光学屈折面が形成される。

第１屈折面４１及び第２屈折面４２は、主走査方向に延びる凹型のトーリック面であり、第３屈折面４３及び第４屈折面４４は、主走査方向に延びる凸型のトーリック面である。これら第１屈折面４１、第２屈折面４２、第３屈折面４３及び第４屈折面４４は、それぞれ第１母線、第２母線、第３母線及び第４母線を有している。トーリック面は、半円柱型の形状を有し、前記半円柱が延びる方向が母線方向、この母線と直交する方向が子線方向である。子線は、前記半円柱の各断面の曲面を示す線であり、この子線の頂点を結ぶ線が母線である。本実施形態では、第１屈折面４１の第１母線と第２屈折面４２の第２母線との副走査方向における間隔、並びに、図５に示されているように、第３屈折面４３の第３母線４３Ｍと第４屈折面４４の第４母線４４Ｍとの副走査方向における間隔が、走査レンズ４０の主走査方向の中央部から端部に向かうに連れて大きくなるように、各屈折面の形状が設定されている。

図６及び図７に基づき、母線に関して詳述する。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図、図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図６及び図７では、走査レンズ４０の副走査方向における中央部をレンズ中央部Ｃ、及び、副走査方向における端部をレンズ上端部４０１、レンズ下端部４０２として表示している。また、第１レンズ部Ａ１（第１屈折面４１及び第３屈折面４３）の副走査方向における中央部を第１中央部Ｃ１、第２レンズ部Ａ２（第２屈折面４２及び第４屈折面４４）の副走査方向における中央部を第２中央部Ｃ２として表示している。

第１屈折面４１の第１母線４１Ｍの副走査方向における位置は、主走査方向の中央部（図６）においては、第１中央部Ｃ１よりもレンズ中央部Ｃ側の位置であり、主走査方向の端部（図７）においては、第１中央部Ｃ１よりもレンズ上端部４０１側の位置である。第２屈折面４２の第２母線４２Ｍの副走査方向における位置は、主走査方向の中央部においては、第２中央部Ｃ２よりもレンズ中央部Ｃ側の位置であり、主走査方向の端部においては、第２中央部Ｃ２よりもレンズ下端部４０２側の位置である。

図８（Ａ）は比較例に係る走査レンズ４０Ａの入射面Ｒ１Ａを示す平面図、図８（Ｂ）は本実施形態に係る走査レンズ４０の入射面Ｒ１を示す平面図である。比較例の入射面Ｒ１Ａにおいては、第１屈折面４１Ａの第１母線４１０Ｍは、第１レンズ部Ａ１の第１中央部Ｃ１のラインと一致し、また、第２屈折面４２Ａの第２母線４２０Ｍは、第２レンズ部Ａ２の第２中央部Ｃ２のラインと一致している。

これに対し、本実施形態の入射面Ｒ１においては、第１母線４１Ｍ、第２母線４２Ｍは、第１中央部Ｃ１、第２中央部Ｃ２のラインとは一致していない。第１母線４１Ｍ及び第２母線４２Ｍは、主走査方向の中央部Ｂにおいて、第１母線４１Ｍと第２母線４２Ｍとは副走査方向において最も接近し、主走査方向の中央部Ｂから主走査方向の両端に向うに連れて両者の副走査方向の間隔が徐々に広くなるような曲線である。これにより、第１光線Ｌ１及び第２光線Ｌ２が副走査方向において基準線Ｇに対して傾きを持って入射する斜入射光学系において、第１母線４１Ｍ、第２母線４２Ｍが、それぞれ第１光線Ｌ１、第２光線Ｌ２による主走査方向の走査軌跡に沿うようになる。従って、後記の実施例にて実証する通り、光走査装置２３の像面湾曲等の光学性能を良好なものとすることができる。

さらに、第１母線４１Ｍ、第２母線４２Ｍが、主走査方向の中央部Ｂでは第１中央部Ｃ１、第２中央部Ｃ２よりも副走査方向においてレンズ中央部Ｃ側にあり、中程の主走査方向位置において第１中央部Ｃ１、第２中央部Ｃ２をそれぞれ跨ぎ、主走査方向の両端部では副走査方向のレンズ端部側に位置する。すなわち、第１、第２レンズ部Ａ１、Ａ２の副走査幅を有効に利用して、第１、第２母線４１Ｍ、４２Ｍを設定している。このため、走査レンズ４０の副走査方向の幅を抑制しつつ、上述の良好な光学特性を得ることができる。従って、走査レンズ４０の生産性を向上させることができる。

出射面Ｒ２についても同様である。第３屈折面４３の第３母線４３Ｍの副走査方向における位置は、主走査方向の中央部（図６）においては、第１中央部Ｃ１よりもレンズ中央部Ｃ側の位置であり、主走査方向の両端部（図７）においては、第１中央部Ｃ１よりもレンズ上端部４０１側の位置である。第４屈折面４４の第４母線４４Ｍの副走査方向における位置は、主走査方向の中央部においては、第２中央部Ｃ２よりもレンズ中央部Ｃ側の位置であり、主走査方向の両端部においては、第２中央部Ｃ２よりもレンズ下端部４０２側の位置である。従って、出射面Ｒ２も上述の良好な光学特性の達成、並びに、走査レンズ４０の副走査方向の幅の抑制に寄与する。

走査レンズ４０の副走査方向の幅の抑制のための好ましい態様について、図９を参照して説明する。走査レンズ４０の、第１屈折面４１が配置される側の副走査方向の端面であるレンズ上端部４０１（第１端面）と、第２屈折面４２が配置される側の副走査方向の端面であるレンズ下端部４０２（第２端面）とは、主走査方向と平行な平面からなる。第１屈折面４１及び第３屈折面４３を通過する第１光線Ｌ１の光線中心Ｌ１Ａとレンズ上端部４０１との間の距離をＷ１、第２屈折面４２及び第４屈折面４４を通過する第２光線Ｌ２の光線中心Ｌ２Ａとレンズ下端部４０２との間の距離をＷ２、レンズ上端部４０１とレンズ下端部４０２との間の距離をＷとする。なお、本実施形態では斜入射光学系が採用されているので、光線中心Ｌ１Ａ、ＬＡ２は、第１、第２レンズ部Ａ１、Ａ２の光軸ＡＸ１、ＡＸ２とは重なっていない。このような条件下において、走査レンズ４０は、次式（１）を満足することが望ましい。
（Ｗ１＋Ｗ２）×２＞Ｗ ・・・（１）

或いは、上記のＷ１、Ｗ２に加えて、第１光線Ｌ１の光線中心Ｌ１Ａと第２光線Ｌ２の光線中心Ｌ２Ａとの間の距離をｄとするとき、走査レンズ４０は、次式（２）を満足することが望ましい。
Ｗ１＋Ｗ２＞ｄ ・・・（２）

上記の式（１）若しくは式（２）を満足することにより、第１レンズ部Ａ１と第２レンズ部Ａ２とが副走査方向に離間しない構成とすることができる。従って、走査レンズ４０の副走査方向の幅を抑制することができる。

＜実施例１＞
次に、上記実施形態に係る光走査装置２３の要件を満たす結像光学系の構成を表１に示す。長さ及び距離の単位はｍｍである。実施例１の結像光学系は、図３に示す通り、レーザーユニット３０側から順に、コリメータレンズ３１、シリンドリカルレンズ３２、ポリゴンミラー３３及び走査レンズ４０が配置された構成である。

走査レンズ４０の入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２の面形状は、ｘを副走査方向、ｙを主走査方向，ｚを光軸方向とし、面頂点を原点、感光体ドラム２１に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、以下のサグ量を示す数式により定義する。但し、Ｚｍ（主走査方向）、Ｚｓ（副走査方向）は、高さｙの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）である。

上記の数式において、Ｙ；主走査方向の位置、Ｘ；副走査方向の位置、Ａｎ及びＢｎ（ｎは整数）；面形状の高次の係数、Ｃｍ；主走査方向の曲率、Ｃｓ；副走査方向の曲率、Ｓｎ；副走査非球面係数、Ｋｘ；副走査コーニック係数、Ｌｘ；母線の湾曲、をそれぞれ示す。

表２に、走査レンズ４０の入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２の面形状を示す。なお、入射面Ｒ１は第１屈折面４１の面形状を、出射面Ｒ２は第３屈折面４３の面形状を示している。第２屈折面４２、第４屈折面４４は、レンズ中央部Ｃを挟んで第１屈折面４１、第３屈折面４３と対称な面である。

図１０は、実施例１に係る走査レンズ４０の入射面Ｒ１の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフ、図１１は、出射面Ｒ２の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。これらグラフに示す通り、母線（第１母線４１Ｍ、第３母線４３Ｍ）のプラス方向の高さは、主走査方向（レンズ長手方向）の中央部が低く、端部に向かうに連れて高くなっている。図示はしていないが、これらのグラフとは対称に、第２屈折面４２、第４屈折面４４の母線（第２母線４２Ｍ、第４母線４４Ｍ）の高さを示すグラフは、マイナス方向に現れる。従って、第１母線４１Ｍと第２母線４２Ｍとの副走査方向における間隔は、主走査方向の中央部から端部に向かうに連れて大きくなっている。

図１２は、実施例１に係る走査レンズ４０を用いた光走査装置２３の像面湾曲性能を示すグラフである。主走査方向及び副走査方向の像面湾曲性能を示す結像深度位置のバラツキは、いずれも全像高にわたって±２ｍｍ以下の範囲内であり、良好な光学特性を有している。

＜実施例２＞
走査レンズ４０が異なる他は実施例１と同じ結像光学系を用い、実施例２に係る光走査装置を作成した。表３に、実施例２で用いた走査レンズ４０の入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２の面形状を示す。同様に、入射面Ｒ１は第１屈折面４１の面形状を、出射面Ｒ２は第３屈折面４３の面形状を示し、第２屈折面４２、第４屈折面４４は、レンズ中央部Ｃを挟んで第１屈折面４１、第３屈折面４３と対称な面である。また、図１３は、実施例２に係る走査レンズ４０の入射面Ｒ１の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフ、図１４は、出射面Ｒ２の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。

図１５は、実施例２に係る走査レンズ４０を用いた光走査装置２３の像面湾曲性能を示すグラフである。主走査方向及び副走査方向の像面湾曲性能を示す結像深度位置のバラツキは、いずれも全像高にわたって±２ｍｍ以下の範囲内であり、良好な光学特性を有している。

＜実施例３＞
走査レンズ４０が異なる他は実施例１と同じ結像光学系を用い、実施例２に係る光走査装置を作成した。表４に、実施例３で用いた走査レンズ４０の入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２の面形状を示す。同様に、入射面Ｒ１は第１屈折面４１の面形状を、出射面Ｒ２は第３屈折面４３の面形状を示し、第２屈折面４２、第４屈折面４４は、レンズ中央部Ｃを挟んで第１屈折面４１、第３屈折面４３と対称な面である。また、図１６は、実施例３に係る走査レンズ４０の入射面Ｒ１の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフ、図１７は、出射面Ｒ２の、主走査方向における母線高さ位置の変化を示すグラフである。なお、実施例１，２とは異なり、この実施例３では出射面Ｒ２において母線は湾曲を持たず、入射面Ｒ１だけが母線湾曲を持っている。

図１８は、実施例３に係る走査レンズ４０を用いた光走査装置２３の像面湾曲性能を示すグラフである。主走査方向及び副走査方向の像面湾曲性能を示す結像深度位置のバラツキは、実施例１、２よりは落ちるものの、いずれも全像高にわたって±２．５ｍｍ程度以下の範囲内であり、良好な光学特性を有している。

＜比較例＞
走査レンズ４０が異なる他は実施例１と同じ結像光学系を用い、比較例に係る光走査装置を作成した。表５に、比較例で用いた走査レンズ４０の入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２の面形状を示す。この比較例では、図８（Ａ）に例示した如く、入射面Ｒ１及び出射面Ｒ２の双方において母線は湾曲を持たない。

図１９は、比較例に係る走査レンズを用いた光走査装置の像面湾曲性能を示すグラフである。主走査方向及び副走査方向の像面湾曲性能を示す結像深度位置のバラツキは、いずれも±３ｍｍ程度を超過しており、良好な光学特性を有すると言うことはできない。

以上説明した本実施形態に係る光走査装置２３によれば、副走査方向に複数の独立した光学面（第１屈折面４１と第２屈折面４２、第３屈折面４３と第４屈折面４４）を有する走査レンズ４０が用いられる光走査装置２３及び画像形成装置１において、良好な光学性能を得ることができる。従って、高品質の静電潜像及びトナー像を形成する光走査装置２３及び画像形成装置１を提供することができる。

１ 画像形成装置
２１ 感光体ドラム（像担持体）
２１Ｓ 周面（被走査面）
２３ 光走査装置
３０ レーザーユニット（光源）
３１ コリメータレンズ（入射光学系）
３２ シリンドリカルレンズ（入射光学系）
３３ ポリゴンミラー（偏向体）
４０ 走査レンズ
４１ 第１屈折面
４１Ｍ 第１母線
４２ 第２屈折面
４２Ｍ 第２母線
Ｌ１ 第１光線
Ｌ２ 第２光線
Ｒ１ 入射面
Ｒ２ 出射面

Claims (6)

1. 被走査面に照射される第１光線及び第２光線を発する光源と、前記第１光線及び第２光線のための入射光学系とを含み、前記第１光線と前記第２光線とが副走査方向に並び、且つ、その副走査方向の間隔が前記被走査面に向かう方向において拡大するように、前記副走査方向に直交する基準線に対して傾きを持たせて前記第１光線及び前記第２光線を発する光源ユニットと、
   前記光源ユニットから発せられる前記第１光線及び前記第２光線を反射して、前記被走査面を主走査方向に走査させる偏向体と、
   前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、光線の入射面と出射面とを有し、前記第１光線及び前記第２光線を前記被走査面上に結像させる走査レンズと、を備え、
   前記入射面及び前記出射面の双方は、前記第１光線が通過する第１屈折面と、前記第２光線が通過する第２屈折面とが、前記副走査方向に並んで配置された光学屈折面であり、
   前記入射面の前記第１屈折面が有する第１母線と、前記入射面の前記第２屈折面が有する第２母線との前記副走査方向における間隔が、前記主走査方向の中央部から端部に向かうに連れて大きくなり、
   前記出射面の前記第１屈折面が有する第３母線と、前記出射面の前記第２屈折面が有する第４母線との前記副走査方向における間隔が、前記主走査方向の中央部から端部に向かうに連れて大きくなり、
   前記走査レンズの前記副走査方向における中央部をレンズ中央部とするとき、前記第１母線の前記副走査方向における位置は前記第３母線よりもレンズ中央部側であり、前記第２母線の前記副走査方向における位置は前記第４母線よりもレンズ中央部側であることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記第１光線及び前記第２光線を前記被走査面上に結像させる機能を有するレンズが、前記走査レンズの１枚のみである、光走査装置。
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置において、
   前記走査レンズの前記副走査方向における端部をレンズ端部とし、前記第１屈折面及び前記第２屈折面の前記副走査方向における中央部をそれぞれ第１中央部及び第２中央部とするとき、
   前記第１母線、第３母線の前記副走査方向における位置は、
   前記主走査方向の中央部においては、前記第１中央部よりも前記レンズ中央部側であり、前記主走査方向の端部においては、前記第１中央部よりも前記レンズ端部側であり、
   前記第２母線、第４母線の前記副走査方向における位置は、
   前記主走査方向の中央部においては、前記第２中央部よりも前記レンズ中央部側であり、前記主走査方向の端部においては、前記第２中央部よりも前記レンズ端部側である、光走査装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置において、
   前記走査レンズは、前記主走査方向と平行な平面からなり、前記第１屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第１端面と、前記第２屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第２端面とを備え、
   前記第１屈折面を通過する前記第１光線の光線中心と前記第１端面との間の距離をＷ１、前記第２屈折面を通過する前記第２光線の光線中心と前記第２端面との間の距離をＷ２、前記第１端面と前記第２端面との間の距離をＷとするとき、次式（１）を満足する、光走査装置。
   （Ｗ１＋Ｗ２）×２＞Ｗ ・・・（１）
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置において、
   前記走査レンズは、前記主走査方向と平行な平面からなり、前記第１屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第１端面と、前記第２屈折面が配置される側の副走査方向の端面である第２端面とを備え、
   前記第１屈折面を通過する前記第１光線の光線中心と前記第１端面との間の距離をＷ１、前記第２屈折面を通過する前記第２光線の光線中心と前記第２端面との間の距離をＷ２、前記第１光線の光線中心と前記第２光線の光線中心との間の距離をｄとするとき、次式（２）を満足する、光走査装置。
   Ｗ１＋Ｗ２＞ｄ ・・・（２）
6. 静電潜像を担持する像担持体と、
   前記像担持体の周面を前記被走査面として光線を照射する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   を備える画像形成装置。

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