JP6123706B2 - 走査光学装置、画像形成装置および走査レンズの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、走査光学装置および走査光学装置に用いられる走査レンズの製造方法ならびに走査光学装置を用いた画像形成装置に関する。

光源から出射された光束をポリゴンミラーにより偏向して、単一の走査レンズにより被走査面上に結像させる走査光学装置においては、像高、すなわち主走査方向位置によるＦ値の変化（ばらつき）を抑えるようにしたものが知られている（特許文献１）。

特開２００３−３０２５９３号公報

しかしながら、従来の走査光学装置においては、副走査方向の焦点のずれについて考慮していなかった。そのため、像高によって光束の結像特性がばらつくという問題があった。

そこで、本発明は、副走査方向の焦点深度の中心位置のばらつきを抑えた走査光学装置およびこの走査光学装置に用いられる走査レンズの製造方法ならびに走査光学装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するための本発明の走査光学装置は、光束を出射する光源と、光源から出射した光束を主走査方向に偏向する反射面を有する光偏向器と、光偏向器で偏向された光束を被走査面上に結像させる単一の走査レンズとを備える走査光学装置である。
走査レンズは、主走査方向に直交する副走査方向において、反射面と被走査面とが共役である。
そして、走査光学装置は、被走査面の位置を０とし、走査レンズから遠い側を正として、副走査方向についての近軸焦点位置の最大値をＢｍａｘ、最小値をＢｍｉｎ、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとしたとき、
Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
かつ
Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
を満たす。

このように、被走査面に対して近軸焦点位置をデフォーカス方向（像面と直交する方向）の一方側にずらすことで、副走査方向について、近軸焦点位置よりも、光束の焦点深度の中心位置を被走査面に近く分布させることができ、副走査方向の焦点深度の中心位置のばらつきを抑えることができる。

前記した走査光学装置においては、
｜（Ｂｍａｘ＋Ｂｍｉｎ）／２｜＞｜（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２｜
を満たすように構成することができる。

また、走査光学装置は、
Ｂｍａｘ＜０
かつ
Ｂｍｉｎ＜０
を満たす構成とすることができる。

また、前記した走査光学装置において、
Ｄｍｉｎ＞Ｂｍａｘ
を満たす構成とすることができる。

また、走査光学装置は、
｜Ｄｍａｘ｜＜１［ｍｍ］
かつ
｜Ｄｍｉｎ｜＜１［ｍｍ］
を満たすことが望ましい。

さらに、走査光学装置は、副走査方向のＦ値の最大値をＦｍａｘ、最小値をＦｍｉｎ、平均をＦａｖｅとしたとき、
（Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／Ｆａｖｅ＜０．０５
を満たすことが望ましい。すなわち、Ｆ値の平均に対するばらつき幅が５％より小さいことが望ましい。

走査レンズは、入射面および出射面の少なくとも一方、または、これらがともにトーリック面であり、光軸方向をｚ軸、主走査面内においてｚ軸と直交する軸をｙ軸としたとき、前記トーリック面のｙ軸方向の母線は、光軸上の主走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｙとして、

（ｃｃ，Ａ₄，・・・，Ａ₁₂は定数）
なる式で表わされ、座標ｙにおける副走査方向の曲率半径ｒ′（ｙ）は、光軸上の副走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｘとして
ｒ′（ｙ）＝１／Ｃ_ｘ（１＋Ｂ₂ｙ²＋Ｂ₄ｙ⁴＋Ｂ₆ｙ⁶＋Ｂ₈ｙ⁸＋Ｂ₁₀ｙ¹⁰＋Ｂ₁₂ｙ¹²）
（Ｂ₂，・・・，Ｂ₁₂は定数）
なる式で表わされる構成とすることができる。

前記した入射面および出射面がともに上述したトーリック面である場合において、入射面および出射面は、ともに、副走査方向の曲率が、主走査方向の有効範囲の全体にわたって正負の符号が変化せず、曲率の絶対値が光軸上から軸外へ向かって減少するように構成することができる。別の言い方をすると、
｜ｙ１｜＜｜ｙ２｜のとき、
ｒ′（ｙ１）＜ｒ′（ｙ２）
を満たす構成とすることができる。

走査レンズは、副走査面内において、入射面が被走査面側に凹む形状をしており、出射面が被走査面側に突出する形状であってもよい。

光偏向器は、複数の反射面を有するポリゴンミラーとすることができる。そして、走査レンズは、入射面および出射面がともに、主走査方向に対称とするのが望ましい。このように、入射面および出射面がともに、主走査方向に対称であることで走査レンズを成形する型や走査レンズの製造および検査が容易となる。そして、出射面の光軸は入射面の光軸に対して主走査面内で傾くとともに、出射面の光軸と出射面との交点は、入射面の光軸に対して主走査方向にシフトした構成とすることができる。このように、出射面の光軸を入射面の光軸に対して傾かせ、主走査方向にシフトさせることで、ポリゴンミラーを用いた、光束を反射する反射面が回転軸から離れている形態において、単一のレンズにより走査レンズを構成する場合においても像高によって焦点深度の中心位置がずれることを抑制することができる。

前記した各走査光学装置において、光束の光軸が、走査レンズの光軸を通る主走査方向断面から副走査方向にずれた位置を通過するように構成することができる。また、光源は、互いに副走査方向にずれた複数の光束を出射するように構成することができる。

前記した課題を解決する本発明は、画像形成装置として構成することができる。この画像形成装置は、光束を出射する光源と、光源から出射した光束を主走査方向に偏向する反射面を有する光偏向器と、光偏向器で偏向された光束を被走査面上に結像させる単一の走査レンズと、走査レンズを通過した光束により露光される感光体と、感光体上に現像剤を供給する現像部材とを備える。
走査レンズは、主走査方向に直交する副走査方向において、反射面と被走査面とが共役である。そして、走査レンズは、被走査面の位置を０とし、走査レンズから遠い側を正として、副走査方向についての近軸焦点位置の最大値をＢｍａｘ、最小値をＢｍｉｎ、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとしたとき、
Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
かつ
Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
を満たすことを特徴とする。

前記した課題を解決する本発明は、光束を出射する光源と、光源から出射した光束を主走査方向に偏向する反射面を有する光偏向器と、光偏向器で偏向された光束を被走査面上に結像させる単一の走査レンズとを備え、走査レンズは、主走査方向に直交する副走査方向において、反射面と被走査面とが共役である走査光学装置に用いられる前記走査レンズの製造方法である。
この製造方法は、走査レンズの入射面に対応する入射面成形面を有する第１成形型と、走査レンズの出射面に対応する出射面成形面を有する第２成形型を準備する準備工程と、第１成形型と第２成形型を用いて走査レンズを成形する成形工程とを有する。
そして、準備工程において、入射面成形面および出射面成形面を、被走査面の位置を０とし、走査レンズから遠い側を正として、副走査方向についての近軸焦点位置の最大値をＢｍａｘ、最小値をＢｍｉｎ、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとしたとき、
Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
かつ
Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
を満たすように形成する。

このように、入射面成形面および出射面成形面を形成する段階において、被走査面に対して近軸焦点位置を光束の進行方向の一方側にずらすことで、第１成形型と第２成形型を用いて成形された走査レンズは、副走査方向について、近軸焦点位置よりも、光束の焦点深度の中心位置を被走査面に近く分布させることができ、副走査方向の焦点深度の中心位置のばらつきを抑えることができる。

本発明の走査光学装置およびこの走査光学装置に用いられる走査レンズの製造方法ならびに走査光学装置を用いた画像形成装置によれば、副走査方向の焦点深度の中心位置のばらつきを抑えることができる。

一実施形態に係る画像形成装置の断面図である。 走査光学装置の主走査断面図である。 光学系の副走査断面を示す図である。 レンズ面に対する主走査方向と副走査方向を説明する斜視図である。 走査レンズの製造方法を説明する図であり、（ａ）準備工程と、（ｂ）成形工程を示す。 実施例における光学系のパラメータである。 実施例の光学特性を示すグラフである。 実施例におけるデフォーカス方向位置に対する副走査方向のビーム径を示すグラフである。 実施例における主走査方向の座標に対する副走査方向の曲率を示すグラフである。 実施例における像高に対するＦ値を示すグラフである。 補正前の比較例における光学系のパラメータである。 補正前の比較例の光学特性を示すグラフである。 補正前の比較例におけるデフォーカス方向位置に対する副走査方向のビーム径を示すグラフである。 補正前の比較例における像高に対するＦ値を示すグラフである。 補正後の比較例における光学系のパラメータである。 補正後の比較例の光学特性を示すグラフである。 補正後の比較例におけるデフォーカス方向位置に対する副走査方向のビーム径を示すグラフである。 補正後の比較例における像高に対するＦ値を示すグラフである。 実施例、補正前の比較例および補正後の比較例の各値などを比較する表である。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明においては、まず、画像形成装置の一例としてのレーザプリンタ１００の概略構成について図１を参照して説明した後、走査光学装置１０の詳細構成を説明する。

図１に示すように、レーザプリンタ１００は、用紙Ｓを給紙するためのフィーダ部２０や、用紙Ｓに画像を形成するための画像形成部８０などを本体ケーシング３０内に備えている。ここで、画像形成部８０は、走査光学装置１０、現像部および転写部を構成するプロセスカートリッジ５０、定着部６０などで構成されている。なお、以下の説明においては、図１の紙面の左方向を「後」、右方向を「前」、上下方向を「上下」、手前方向を「左」、奥方向を「右」とする。

フィーダ部２０は、フロントカバー３３を開くことで形成される給紙トレイ２１と、給紙トレイ２１上に配置された用紙押圧板２２と、給紙トレイ２１の後方に配置された給紙ローラ２３Ａを含む給紙機構２３とを備えている。給紙機構２３は、給紙トレイ２１内に収容された用紙Ｓを用紙押圧板２２によって給紙ローラ２３Ａ側に寄せ、給紙ローラ２３Ａを回転させて用紙Ｓを搬送し、図示しない搬送ガイドによって上方へ向けて画像形成部８０に供給する。

プロセスカートリッジ５０は、給紙トレイ２１の上方で本体ケーシング３０内の後部に配置され、本体ケーシング３０に対して着脱自在に装着されるように構成されている。プロセスカートリッジ５０は、感光体の一例としての感光体ドラム５１、現像部材の一例としての現像ローラ５２および転写ローラ５３を備えている。感光体ドラム５１は、図示しない帯電器によりその表面が正に帯電され、走査光学装置１０により露光されることで、表面に静電潜像が形成されるようになっている。現像ローラ５２は、プロセスカートリッジ５０内に収容された現像剤であるトナーを担持して、感光体ドラム５１の静電潜像に供給する部材である。転写ローラ５３は、感光体ドラム５１との間に転写バイアスがかけられることで、感光体ドラム５１上のトナー像を感光体ドラム５１との間で搬送される用紙Ｓに転写する部材である。

走査光学装置１０は、プロセスカートリッジ５０の前方に配置されており、感光体ドラム５１の表面に画像データにしたがって明滅するレーザ光を照射するように構成されている。走査光学装置１０の詳細な構成は後述する。

定着部６０は、熱源を有する加熱ローラ６１と、この加熱ローラ６１との間に用紙Ｓを挟んで押圧する加圧ローラ６２とを備えている。定着部６０は、プロセスカートリッジ５０の上方に配置され、プロセスカートリッジ５０から排出された用紙Ｓ上のトナー像を熱定着する。定着部６０の前方には、排紙ローラ７１が設けられており、排紙ローラ７１は、定着部６０で熱定着された用紙Ｓを、本体ケーシング３０の上面の前部に設けられた排紙トレイ７２上に排出する。

図２に示すように、走査光学装置１０は、光源の一例としての光源装置１４、光偏向器の一例としてのポリゴンミラー５、および単一の走査レンズ６を有し、これらにより、光源装置１４から出射された光束ＬＢ１，ＬＢ２（レーザ光）を感光体ドラム５１の被走査面５１Ａに結像し、走査するように構成されている。

光源装置１４は、半導体レーザ１、カップリングレンズ２、開口絞り３およびシリンドリカルレンズ４を備えて構成されている。

図３に示すように、半導体レーザ１は、発散性のレーザ光を出射する部材であり、本実施形態では、副走査方向にずれた位置に複数、例えば、２つの発光素子が配置されて、副走査方向にずれた２つのレーザ光を出射するように構成されている。

カップリングレンズ２は、半導体レーザ１から出射した２つのレーザ光を光束ＬＢ１，ＬＢ２に変換するレンズである。本実施形態では、カップリングレンズ２を通過した光束ＬＢ１，ＬＢ２は、所定の自然収束点で収束する光束である。

開口絞り３は、カップリングレンズ２を通過した光束ＬＢ１，ＬＢ２の径を規定する開口を有する部材である。

シリンドリカルレンズ４は、カップリングレンズ２および開口絞り３を通過した光束ＬＢ１，ＬＢ２を副走査方向に収束し、ポリゴンミラー５の反射面５Ａ上またはその近傍において、主走査方向に長手の線状に結像させるレンズである。
各光束ＬＢ１，ＬＢ２の光軸Ｃ１，Ｃ２は、走査レンズ６を通過するときに、走査レンズ６の光軸ＣＬに対して副走査方向にずれた位置を通過するように配置されている。なお、副走査方向にずれて配置される複数の発光素子は、必要に応じ、主走査方向にも多少ずらして配置することができる。

図２に示すように、ポリゴンミラー５は、複数の反射面５Ａが、回転軸５Ｂから等距離に配置された部材であり、図２では、４つの反射面５Ａを有するものを例示している。ポリゴンミラー５は、回転軸５Ｂを中心に一定速度で回転され、シリンドリカルレンズ４を通過した光束ＬＢ１，ＬＢ２を主走査方向に偏向する。ここで、シリンドリカルレンズ４を通過した光束ＬＢ１，ＬＢ２と、基準出射線ＤＬとのなす角をポリゴンミラーへの入射角度をαとする。基準出射線ＤＬは、副走査方向から見て、被走査面５１Ａに垂直にレーザ光が入射する光路である。なお、この光束ＬＢ１，ＬＢ２が偏向される方向が主走査方向である。

走査レンズ６は、走査光学装置１０に１つのみ設けられている。走査レンズ６は、ポリゴンミラー５で反射されることで偏向された光束ＬＢ１，ＬＢ２を被走査面５１Ａ上にスポット状に結像させ、かつ、ポリゴンミラー５の反射面５Ａの面倒れを補正している。すなわち、走査光学装置１０は、副走査方向において反射面５Ａと被走査面５１Ａとが共役である（図３参照）。
走査レンズ６は、ポリゴンミラー５により等角速度で偏向された光束ＬＢ１，ＬＢ２を、被走査面５１Ａ上に等速で走査させるようなｆθ特性を有している。走査レンズ６は、対向する一対の入射側（ポリゴンミラー５側）のレンズ面である入射面Ｌ１と出射側（被走査面５１Ａ側）のレンズ面である出射面Ｌ２を有している。走査レンズ６は、副走査面内において、入射面Ｌ１が被走査面５１Ａ側に凹む形状をしており、出射面Ｌ２が被走査面５１Ａ側に突出する形状（メニスカス形状）をしている。

走査レンズ６は、入射面Ｌ１および出射面Ｌ２が、ともにトーリック面であり、光軸方向をｚ軸、主走査面内においてｚ軸と直交する軸をｙ軸としたとき、前記トーリック面のｙ軸方向の母線は、例えば、光軸（入射面Ｌ１の第１光軸Ａ１、出射面Ｌ２の第２光軸Ａ２）上の主走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｙとして、

（ｃｃ，Ａ₄，・・・，Ａ₁₂は定数）
なる式で表わされる。

そして、主走査方向の座標ｙにおける副走査方向の曲率半径ｒ′（ｙ）は、光軸（第１光軸Ａ１、第２光軸Ａ２）上の副走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｘとして、
ｒ′（ｙ）＝１／Ｃ_ｘ（１＋Ｂ₂ｙ²＋Ｂ₄ｙ⁴＋Ｂ₆ｙ⁶＋Ｂ₈ｙ⁸＋Ｂ₁₀ｙ¹⁰＋Ｂ₁₂ｙ¹²）
・・（２）
（Ｂ₂，・・・，Ｂ₁₂は定数）
なる式で表わされる。

そして、入射面Ｌ１および出射面Ｌ２の副走査面（主走査方向に直交する断面）内の曲率半径ｒ′（ｙ）は、有効範囲内（画像形成に用いられる範囲内）において入射面Ｌ１の第１光軸Ａ１または出射面Ｌ２の第２光軸Ａ２の軸上から主走査方向の外側に向って連続的かつ対称に変化している。また、走査レンズ６は、ｙ軸方向の母線は主走査方向に対称である。そのため、入射面Ｌ１は、第１光軸Ａ１を含む副走査面ＰＬ１（図４参照）に関し、対称な形状をしている。また、出射面Ｌ２は、第２光軸Ａ２を含む副走査面ＰＬ２（図４参照）に関し、対称な形状をしている。これにより、入射面Ｌ１および出射面Ｌ２を、容易に製造することができる。入射面Ｌ１および出射面Ｌ２は、例えば、これらの表面形状を反転させた金型を用い、プラスチック射出成形やガラスモールドにより製造できるが、入射面Ｌ１および出射面Ｌ２が第１光軸Ａ１、第２光軸Ａ２を含む副走査面ＰＬ１，ＰＬ２に関し対称であることで、この金型製作の際に行う補正や、金型および製品の形状検査が容易になる。

また、副走査方向の曲率（曲率半径ｒ′（ｙ）の逆数）は、凸面を正、凹面を負として、主走査方向の有効範囲の全体にわたって正負の符号が変化せず、曲率の絶対値が光軸（第１光軸Ａ１、第２光軸Ａ２）上から軸外へ向かって減少している。別の言い方をすると、主走査方向の座標ｙにおける曲率半径ｒ′（ｙ）は、｜ｙ１｜＜｜ｙ２｜であれば、ｒ′（ｙ１）＜ｒ′（ｙ２）を満たしている。

そして、走査レンズ６の副走査方向の形状は、例えば、副走査面ＰＬ１，ＰＬ２内において光軸と直交する軸をｘ軸としたとき、副走査方向の子線を、

なる式で表わすことができる。

そして、走査光学装置１０は、被走査面５１Ａの位置を０とし、走査レンズ６から遠い側を正として、副走査方向についての近軸焦点位置の最大値をＢｍａｘ、最小値をＢｍｉｎ、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとしたとき、
Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
かつ
Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
を満たす。すなわち、近軸焦点位置は、その全体が、被走査面５１Ａの手前側（走査レンズ６側）または奥側（走査レンズ６から遠い側）のいずれか一方にずれていて、副走査方向の焦点深度の中心位置は、最大値Ｄｍａｘおよび最小値Ｄｍｉｎが、被走査面５１Ａの手前側と奥側に振り分けられている。なお、ここでの最大値および最小値は、主走査方向の有効範囲内における各値の分布のうちの最大値および最小値を意味する。

また、この走査光学装置１０では、
｜（Ｂｍａｘ＋Ｂｍｉｎ）／２｜＞｜（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２｜
を満たしている。すなわち、近軸焦点位置の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎの平均値の絶対値は、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値Ｄｍａｘおよび最小値Ｄｍｉｎの平均値の絶対値よりも大きくなっている。

また、走査光学装置１０は、
Ｂｍａｘ＜０
かつ
Ｂｍｉｎ＜０
を満たす構成とすることができる。すなわち、近軸焦点位置を有効範囲の全体に渡って被走査面５１Ａの手前側にした構成とすることができる。

また、近軸焦点位置を有効範囲の全体に渡って被走査面５１Ａの手前側にした構成において、
Ｄｍｉｎ＞Ｂｍａｘ
を満たす構成とすることができる。すなわち、副走査方向の最も被走査面５１Ａに近い近軸焦点位置が、副走査方向の焦点深度の中心のうち最も手前側にあるものよりも手前側にある構成とすることができる。

そして、走査光学装置１０は、
｜Ｄｍａｘ｜＜１［ｍｍ］
かつ
｜Ｄｍｉｎ｜＜１［ｍｍ］
を満たすことが望ましい。この程度に副走査方向の焦点深度の中心位置が被走査面５１Ａの近くに分布していることで、良好な像を得ることができる。

さらに、走査光学装置１０は、副走査方向のＦ値の最大値をＦｍａｘ、最小値をＦｍｉｎ、平均をＦａｖｅとしたとき、
（Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／Ｆａｖｅ＜０．０５
を満たすことが望ましい。すなわち、Ｆ値の平均に対するばらつき幅が５％より小さいことが望ましい。

ところで、図２に示すように、反射面５Ａでの反射点から入射面Ｌ１までの距離や、出射面Ｌ２から被走査面５１Ａまでの距離は、被走査面５１Ａ上の像高によって変化する。また、光源装置１４からの光束ＬＢ１，ＬＢ２がポリゴンミラー５の反射面５Ａに当たる位置は偏向方向によって異なるため、被走査面５１Ａ上では、像面湾曲、すなわち主走査位置によるデフォーカスの差が発生する。

主走査位置によるデフォーカスの差を良好に補正するため、本実施形態の走査光学装置１０においては、走査レンズ６が、入射面Ｌ１の第１光軸Ａ１が基準出射線ＤＬに対して主走査面内でなす角をβ１［ｄｅｇ］、第１光軸Ａ１と出射面Ｌ２の第２光軸Ａ２が主走査面内でなす角をβ２［ｄｅｇ］、第１光軸Ａ１と入射面Ｌ１の交点Ｏ１が基準出射線ＤＬに対して主走査面内でシフトするシフト量をＤ１［ｍｍ］、第２光軸Ａ２と出射面Ｌ２の交点Ｏ２が第１光軸Ａ１に対して主走査面内でシフトするシフト量をＤ２［ｍｍ］として、これらのβ１，β２，Ｄ１，Ｄ２がいずれも０でない値となっている。
なお、β１，β２の正の方向は、図２における時計回りの方向であり、Ｄ１，Ｄ２の正の方向は、図２における上方向（基準出射線ＤＬに直交し、半導体レーザ１がある側とは反対の方向）である。

以上のような構成の走査光学装置１０によれば、被走査面５１Ａに対して近軸焦点位置をレーザ光の進行方向の手前側にずらすことで、副走査方向について、近軸焦点位置よりも、レーザ光の焦点深度の中心位置を被走査面５１Ａの近くに分布させることができ、副走査方向の焦点深度の中心位置のばらつきを抑えることができる。このため、レーザプリンタ１００は、被走査面５１Ａにおいてビーム径のばらつきを抑えることができ、良好な画像を形成することができる。

そして、走査レンズ６は、出射面Ｌ２の第２光軸Ａ２が入射面Ｌ１の第１光軸Ａ１に対して角度β２で傾いており、また、主走査方向にＤ２だけシフトいていることで、ポリゴンミラー５を用いた、レーザ光を反射する反射面５Ａが回転軸５Ｂから離れている形態において、単一のレンズにより走査レンズ６を構成する場合においても、被走査面５１Ａ上の像高によって焦点深度の中心がずれることを抑制することができる。

次に、走査光学装置１０における走査レンズ６の製造方法について説明する。
準備工程として、図５（ａ）に示すように、走査レンズ６の入射面Ｌ１に対応する入射面成形面Ｍ１１を有する第１成形型Ｍ１と、走査レンズ６の出射面Ｌ２に対応する出射面成形面Ｍ２１を有する第２成形型Ｍ２を準備する。この準備工程においては、入射面成形面Ｍ１１および出射面成形面Ｍ２１を、前記した各条件を満たすように形成する。すなわち、Ｂｍａｘ，Ｂｍｉｎ，ＤｍａｘおよびＤｍｉｎが、
Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
かつ
Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
を満たすように形成する。
また、
｜（Ｂｍａｘ＋Ｂｍｉｎ）／２｜＞｜（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２｜
を満たすように形成する。

そして、成形工程として、図５（ｂ）に示すように、第１成形型Ｍ１と第２成形型Ｍ２（以下、単に「金型」ともいう。）の間に形成されたキャビティＣＶ内に、走査レンズ６の材料となる樹脂やガラスを入れて走査レンズ６を成形する。

次に、修正工程として、成形した走査レンズ６を検査して、所望の性能を実現できているか確認し、必要があれば金型の入射面成形面Ｍ１１および出射面成形面Ｍ２１を修正する。走査レンズ６の確認は、所定の光学系において、デフォーカスに対するビーム径を測定して行い、このビーム径が所定の値以内となるように、つまり、副走査方向の焦点深度の中心位置が０（被走査面５１Ａ）に近づくように、入射面成形面Ｍ１１および出射面成形面Ｍ２１を修正する。

この製造方法に対する比較例として、仮に、副走査方向の焦点深度の中心よりも近軸焦点位置を被走査面５１Ａに近づけた設計をして、金型の入射面成形面Ｍ１１および出射面成形面Ｍ２１を形成し、その後、所望のビーム径が得られるように金型の入射面成形面Ｍ１１および出射面成形面Ｍ２１を修正していくと、修正の量が多くなる上、Ｆ値の主走査方向におけるばらつきが大きくなる。

しかし、本実施形態においては、上述のように、金型の入射面成形面Ｍ１１および出射面成形面Ｍ２１を形成する段階において、上記のように副走査方向の焦点深度の中心が被走査面５１Ａに近くし、一方、近軸焦点位置を被走査面５１Ａからずらす（本実施形態では、手前側にずらす）ように形成することで、金型の修正を不要にするか、最小限にすることができる。また、副走査方向について、近軸焦点位置よりも、光束ＬＢ１，ＬＢ２の焦点深度の中心位置を被走査面５１Ａの近くに分布させることができ、副走査方向の焦点深度の中心位置のばらつきを抑えることができる。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本発明の趣旨に反しない限り前記した実施形態には限定されないことは当然である。例えば、ポリゴンミラーの面数は４面である場合に限られず、６面であっても構わない。

また、前記実施形態において、β１，β２，Ｄ１，Ｄ２がいずれも０でない値としたが、β１，Ｄ１は０であってもよい。また、β２，Ｄ２も０であってもよい。さらに、入射面Ｌ１、出射面Ｌ２は、主走査方向に対称な形状でなくてもよい。

さらに、前記実施形態においては、光偏向器の一例として、ポリゴンミラー５を示したが、光偏向器としては、振動ミラー（ガルバノミラー）を採用することもできる。また、感光体は、感光体ベルトであってもよい。

また、前記実施形態においては、近軸焦点位置を被走査面の手前側にずらしていたが、奥側にずらすように構成してもよい。

また、前記実施形態においては、一つの半導体レーザから２つのレーザ光を出射するように構成していたが、１つのレーザ光を出射する半導体レーザを２つ並べてもよい。さらに、走査レンズ６を通過する光束の数は２つに限られず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

次に、本発明の走査光学装置を構成する走査レンズの一実施例を示す。
実施例の走査レンズの入射面および出射面は、前記実施形態で示した数式（１）〜（３）で表され、各式のパラメータおよび光学系のレイアウトは図６に示す通りである。
この走査レンズによる像の特性は、図７に示すように、近軸焦点位置の全体が負側（手前側）にずれており、副走査方向の焦点深度の中心が０付近に分布している。詳細には、図１９に示すように、近軸焦点位置は、最大値Ｂｍａｘが−０．３３［ｍｍ］、最小値Ｂｍｉｎが−０．９２［ｍｍ］であり、全体が手前側に分布している。一方、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値Ｄｍａｘは０．２６［ｍｍ］で、最小値Ｄｍｉｎは−０．１８［ｍｍ］であり被走査面の手前側と奥側に跨がって分布している

そのため、実施例の走査光学装置は、Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０かつＤｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０を満たす。また、｜（Ｂｍａｘ＋Ｂｍｉｎ）／２｜＞｜（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２｜を満たしている。

さらに、実施例の走査光学装置は、Ｂｍａｘ＜０かつＢｍｉｎ＜０、Ｄｍｉｎ＞Ｂｍａｘのいずれをも満たしている。
また、実施例の走査光学装置は、｜Ｄｍａｘ｜＜１［ｍｍ］かつ｜Ｄｍｉｎ｜＜１［ｍｍ］を満たしており、そのため、図８に示した副走査方向のビーム径の分布から分かるように、レーザ光の進行方向位置が０付近（−０．１８〜０．２６［ｍｍ］）の部分が使われることで、微細な安定したビーム径を実現することができる。

なお、実施例のレンズの主走査方向の座標ｙに対する副走査方向の曲率分布を図示すると、図９のようになっており、入射面および出射面のいずれも、主走査方向の有効範囲の全体にわたって正負の符号が変化せず、曲率の絶対値が光軸上から軸外に向かって減少していることがわかる。すなわち、曲率半径ｒ′（ｙ）でいうと、｜ｙ１｜＜｜ｙ２｜のとき、ｒ′（ｙ１）＜ｒ′（ｙ２）となっている。

実施例の走査光学装置では、Ｆ値の分布は、図１０のようになっている。数値でいえば、最大値Ｆｍａｘが６８．５６で、最小値Ｆｍｉｎが６７．１２で、平均値Ｆａｖｅが６７．８５となっている。そのため、Ｆ値のばらつき（Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／Ｆａｖｅは、０．０２１と良好な値を示し、目標の０．０５未満となっている。

次に、比較例の走査光学装置を示す。比較例の走査光学装置では、走査レンズを、近軸焦点位置が被走査面付近になるように設計（これを「補正前」という。）した後、金型の補正を想定して、副走査方向の焦点深度の中心が被走査面に近づくように一部のパラメータを補正している（これを「補正後」という。）。

比較例の補正前の走査レンズの入射面および出射面は、前記実施形態で示した数式（１）〜（３）で表され、各式のパラメータおよび光学系のレイアウトは図１１に示す通りである。
この走査レンズによる像の特性は、図１２に示すように、近軸焦点位置が０付近に分布しており、副走査方向の焦点深度の中心は、略全体が正側（奥側）にずれて分布している。詳細には、図１９に示すように、近軸焦点位置は、最大値Ｂｍａｘが０．９６［ｍｍ］、最小値Ｂｍｉｎが−０．９４［ｍｍ］であり、被走査面の手前側と奥側に跨がって分布している。一方、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値Ｄｍａｘは１．７３［ｍｍ］で、最小値Ｄｍｉｎは−０．２５［ｍｍ］であり、略全体が奥側に分布している。

そのため、補正前の比較例の走査光学装置は、Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０かつＤｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０を満たさない。また、｜（Ｂｍａｘ＋Ｂｍｉｎ）／２｜＞｜（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２｜を満たさない。

さらに、補正前の比較例の走査光学装置は、Ｂｍａｘ＜０かつＢｍｉｎ＜０、Ｄｍｉｎ＞Ｂｍａｘ、｜Ｄｍａｘ｜＜１［ｍｍ］かつ｜Ｄｍｉｎ｜＜１［ｍｍ］のいずれをも満たしていない。そのため、図１３に示した副走査方向のビーム径の分布から分かるように、レーザ光の進行方向位置が−０．９４〜０．９６［ｍｍ］の部分が使われるので、実施例に比較するとビーム径のばらつきが大きくなる。

補正前の比較例の走査光学装置では、Ｆ値の分布は、図１４のようになっている。数値でいえば、最大値Ｆｍａｘが７０．５１で、最小値Ｆｍｉｎが６７．１９で、平均値Ｆａｖｅが６８．４３となっている。そのため、Ｆ値のばらつき（Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／Ｆａｖｅは、０．０４８と、目標の０．０５をかろうじて達成しているものの、実施例に比較して悪くなっている。

比較例の補正後の走査レンズは、入射面のＣ_ｘ，Ｂ２〜Ｂ１２を変更して光学特性を補正した。走査レンズは、前記実施形態で示した数式（１）〜（３）で表され、各式のパラメータおよび光学系のレイアウトは図１５に示す通りである。
この走査レンズによる像の特性は、図１６に示すように、近軸焦点位置の略全体が０付近から負側（手前側）にずれた範囲に分布しており、副走査方向の焦点深度の中心が０付近に分布している。詳細には、図１９に示すように、近軸焦点位置は、最大値Ｂｍａｘが０．２２［ｍｍ］、最小値Ｂｍｉｎが−１．５５［ｍｍ］であり、略全体が被走査面の手前側にずれて分布している。一方、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値Ｄｍａｘは１．１０［ｍｍ］で、最小値Ｄｍｉｎは−０．９１［ｍｍ］であり、被走査面の手前側と奥側に跨がって分布している。

そのため、補正後の比較例の走査光学装置は、Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０かつＤｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０を満たさない。一方、補正により｜（Ｂｍａｘ＋Ｂｍｉｎ）／２｜＞｜（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２｜は満たしている。

さらに、補正後の比較例の走査光学装置は、Ｂｍａｘ＜０かつＢｍｉｎ＜０、Ｄｍｉｎ＞Ｂｍａｘ、｜Ｄｍａｘ｜＜１［ｍｍ］かつ｜Ｄｍｉｎ｜＜１［ｍｍ］のいずれをも満たしていない。そのため、図１７に示した副走査方向のビーム径の分布から分かるように、レーザ光の進行方向位置が−０．９１〜１．１０［ｍｍ］の部分が使われるので、実施例に比較するとビーム径のばらつきが大きくなる。

補正後の比較例の走査光学装置では、Ｆ値の分布は、図１８のようになっている。数値でいえば、最大値Ｆｍａｘが７０．１８で、最小値Ｆｍｉｎが６６．８３で、平均値Ｆａｖｅが６８．０３となっている。そのため、Ｆ値のばらつき（Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／Ｆａｖｅは、０．０４９と、目標の０．０５をかろうじて達成しているものの、実施例に比較して悪くなっている。

したがって、実施例のように当初の金型形成時において、副走査方向の焦点深度の中心が０付近に分布するように構成した方が、最終的なＦ値のばらつきが小さいことが確認でき、このため、副走査方向に複数の光源を配置したマルチビーム方式の走査光学装置では、被走査面５１Ａ上の複数のビームスポットの副走査方向のピッチのばらつきが小さくなり、好ましいことが確認できた。

１ 半導体レーザ
５ ポリゴンミラー
５Ａ 反射面
５Ｂ 回転軸
６ 走査レンズ
１０ 走査光学装置
２０ フィーダ部
３０ 本体ケーシング
５０ プロセスカートリッジ
５１ 感光体ドラム
５１Ａ 被走査面
５２ 現像ローラ
５３ 転写ローラ
６０ 定着部
８０ 画像形成部
１００ レーザプリンタ
Ａ１ 第１光軸
Ａ２ 第２光軸
Ｃ１，Ｃ２，ＣＬ 光軸
ＤＬ 基準出射線
Ｌ１ 入射面
Ｌ２ 出射面
ＬＢ１，ＬＢ２ 光束
Ｍ１ 第１成形型
Ｍ２ 第２成形型
Ｍ１１ 入射面成形面
Ｍ２１ 出射面成形面

Claims (15)

1. 光束を出射する光源と、
   前記光源から出射した光束を主走査方向に偏向する反射面を有する光偏向器と、
   前記光偏向器で偏向された光束を被走査面上に結像させる単一の走査レンズとを備える走査光学装置であって、
   前記走査レンズは、前記主走査方向に直交する副走査方向において、前記反射面と前記被走査面とが共役であり、
   前記被走査面の位置を０とし、前記走査レンズから遠い側を正として、
   前記副走査方向についての近軸焦点位置の最大値をＢｍａｘ、最小値をＢｍｉｎ、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとしたとき、
   Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
   Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
   Ｂｍａｘ＜０
   Ｂｍｉｎ＜０
   をすべて満たすことを特徴とする走査光学装置。
2. ｜（Ｂｍａｘ＋Ｂｍｉｎ）／２｜＞｜（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２｜
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. Ｄｍｉｎ＞Ｂｍａｘ
   を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走査光学装置。
4. ｜Ｄｍａｘ｜＜１［ｍｍ］
   かつ
   ｜Ｄｍｉｎ｜＜１［ｍｍ］
   を満たすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査光学装置。
5. 副走査方向のＦ値の最大値をＦｍａｘ、最小値をＦｍｉｎ、平均をＦａｖｅとしたとき、
   （Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／Ｆａｖｅ＜０．０５
   を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の走査光学装置。
6. 前記走査レンズは、入射面および出射面の少なくとも一方がトーリック面であり、光軸方向をｚ軸、主走査面内においてｚ軸と直交する軸をｙ軸としたとき、前記トーリック面のｙ軸方向の母線は、光軸上の主走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｙとして、
   

   

   （ｃｃ，Ａ₄，・・・，Ａ₁₂は定数）
   なる式で表わされ、
   座標ｙにおける副走査方向の曲率半径ｒ′（ｙ）は、光軸上の副走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｘとして
   ｒ′（ｙ）＝１／Ｃ_ｘ（１＋Ｂ₂ｙ²＋Ｂ₄ｙ⁴＋Ｂ₆ｙ⁶＋Ｂ₈ｙ⁸＋Ｂ₁₀ｙ¹⁰＋Ｂ₁₂ｙ¹²）
   （Ｂ₂，・・・，Ｂ₁₂は定数）
   なる式で表わされることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の走査光学装置。
7. 前記走査レンズは、入射面および出射面がともにトーリック面であり、光軸方向をｚ軸、主走査面内においてｚ軸と直交する軸をｙ軸としたとき、前記トーリック面のｙ軸方向の母線は、光軸上の主走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｙとして、
   

   

   （ｃｃ，Ａ₄，・・・，Ａ₁₂は定数）
   なる式で表わされ、
   座標ｙにおける副走査方向の曲率半径ｒ′（ｙ）は、光軸上の副走査方向の曲率半径の逆数をＣ_ｘとして、
   ｒ′（ｙ）＝１／Ｃ_ｘ（１＋Ｂ₂ｙ²＋Ｂ₄ｙ⁴＋Ｂ₆ｙ⁶＋Ｂ₈ｙ⁸＋Ｂ₁₀ｙ¹⁰＋Ｂ₁₂ｙ¹²）
   （Ｂ₂，・・・，Ｂ₁₂は定数）
   なる式で表わされることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の走査光学装置。
8. 前記走査レンズは、入射面および出射面がともに、副走査方向の曲率が、主走査方向の有効範囲の全体にわたって正負の符号が変化せず、曲率の絶対値が光軸上から軸外へ向かって減少するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の走査光学装置。
9. ｜ｙ１｜＜｜ｙ２｜のとき、
   ｒ′（ｙ１）＜ｒ′（ｙ２）
   を満たすことを特徴とする請求項７に記載の走査光学装置。
10. 前記走査レンズは、副走査面内において、入射面が被走査面側に凹む形状をしており、出射面が被走査面側に突出する形状をしていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の走査光学装置。
11. 前記光偏向器は、複数の反射面を有するポリゴンミラーであり、
    前記走査レンズは、入射面および出射面がともに、主走査方向に対称であり、
    前記出射面の光軸は入射面の光軸に対して主走査面内で傾くとともに、前記出射面の光軸と前記出射面との交点は、前記入射面の光軸に対して主走査方向にシフトしていることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の走査光学装置。
12. 前記光束の光軸は、前記走査レンズの光軸を通る主走査方向断面から副走査方向にずれた位置を通過することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の走査光学装置。
13. 前記光源は、互いに副走査方向にずれた複数の光束を出射するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の走査光学装置。
14. 光束を出射する光源と、
    前記光源から出射した光束を主走査方向に偏向する反射面を有する光偏向器と、
    前記光偏向器で偏向された光束を被走査面上に結像させる単一の走査レンズと、
    前記走査レンズを通過した光束により露光される感光体と、
    前記感光体上に現像剤を供給する現像部材とを備える画像形成装置であって、
    前記走査レンズは、前記主走査方向に直交する副走査方向において、前記反射面と前記被走査面とが共役であり、
    前記被走査面の位置を０とし、前記走査レンズから遠い側を正として、
    前記副走査方向についての近軸焦点位置の最大値をＢｍａｘ、最小値をＢｍｉｎ、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとしたとき、
    Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
    Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
    Ｂｍａｘ＜０
    Ｂｍｉｎ＜０
    をすべて満たすことを特徴とする画像形成装置。
15. 光束を出射する光源と、前記光源から出射した光束を主走査方向に偏向する反射面を有する光偏向器と、前記光偏向器で偏向された光束を被走査面上に結像させる単一の走査レンズとを備え、前記走査レンズは、前記主走査方向に直交する副走査方向において、前記反射面と前記被走査面とが共役である走査光学装置に用いられる前記走査レンズの製造方法であって、
    前記走査レンズの入射面に対応する入射面成形面を有する第１成形型と、前記走査レンズの出射面に対応する出射面成形面を有する第２成形型を準備する準備工程と、
    前記第１成形型と前記第２成形型を用いて前記走査レンズを成形する成形工程とを有し、
    前記準備工程において、前記入射面成形面および前記出射面成形面を、前記被走査面の位置を０とし、前記走査レンズから遠い側を正として、前記副走査方向についての近軸焦点位置の最大値をＢｍａｘ、最小値をＢｍｉｎ、副走査方向の焦点深度の中心位置の最大値をＤｍａｘ、最小値をＤｍｉｎとしたとき、
    Ｂｍａｘ×Ｂｍｉｎ＞０
    Ｄｍａｘ×Ｄｍｉｎ＜０
    Ｂｍａｘ＜０
    Ｂｍｉｎ＜０
    をすべて満たすように形成することを特徴とする走査レンズの製造方法。

Images