JP6494212B2 - 光走査装置及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）等の画像形成装置が備える光走査装置に関する。

画像形成装置が備える光走査装置として、１つの偏向器により複数の感光体の感光面（被走査面）を同時に光走査することができるものが知られている。特許文献１には、偏向器から各被走査面に至る光路の夫々にミラーを配置することにより、各光路を折り曲げて小型化を図った光走査装置が記載されている。また、特許文献２には、複数のレンズ面を副走査方向に重ねて一体化した多段レンズを採用することで、レンズ枚数を削減した光操作装置が記載されている。さらに、特許文献３には、多段レンズを通過した後の光束を折り返すミラーの配置を工夫することにより、ミラー枚数を削減した光走査装置が記載されている。

特開２０１３−６４８５７号公報 特開２０１４−４８５６３号公報 特開２００７−１５５８３８号公報

しかしながら、特許文献１乃至３に記載の光走査装置は、各被走査面に対する光路長が互いに等しい構成であるため、各光学部品の配置自由度が小さく、装置全体を小型化しつつ光束と結像レンズとの干渉を回避することが困難となる。

特許文献１に記載の光走査装置では、偏向器に近い側の感光体に対応する光路において２枚のミラーの間に結像レンズが配置されているため、光束との干渉を避けるように各部材を配置すると、装置全体の更なる薄型化が困難となってしまう。また、特許文献２に記載の光走査装置では、偏向器に近い側の感光体に対応する光路において、多段レンズと光束との干渉を避けるために３枚のミラーが配置されているため、装置全体での部品点数の削減が困難である。さらに、特許文献３に記載の光走査装置では、偏向器に近い側の感光体に対応する光路において、多段レンズと光束との干渉を避けるためにミラーの反射角度が大きく設定されているため、２枚のミラー同士の間隔が大きくなり装置が大型化してしまう。

本発明の目的は、部品点数を削減しつつ、副走査方向の高さを十分に低減した光走査装置及びそれを備える画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、第１及び第２の光源と、該第１及び第２の光源から出射した第１及び第２の光束の夫々を第１の偏向面で偏向して第１及び第２の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された前記第１及び第２の光束の夫々を前記第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系とを備え、前記第１及び第２の結像光学系は、前記第１及び第２の光束の夫々が入射する副走査方向に配列された第１及び第２の光学面を含む共通の多段レンズを有し、前記第２の被走査面は、前記第１の被走査面よりも前記偏向器に近い位置に配置されており、前記第１の偏向面から前記第１の被走査面に至る第１の光路長よりも、前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る第２の光路長の方が長く、前記第２の光学面を通過した前記第２の光束を反射する第１のミラーと、該第１のミラーにより反射された前記第２の光束を反射する第２のミラーとを備え、前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る光路において、前記第２の光束が反射される回数は２回であり、前記第２の光束の前記第１のミラーにおける第１の反射点及び前記第２のミラーにおける第２の反射点は、副走査方向において前記多段レンズの外形中心位置に対して同じ側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、部品点数を削減しつつ、副走査方向の高さを十分に低減した光走査装置及びそれを備える画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る光走査装置の要部概略図（副走査断面図） 本発明の実施例１に係る光走査装置の要部概略図（主走査断面図） 本発明の実施例１に係る入射光学系の要部概略図（副走査断面図） 本発明の実施例１に係る主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示す図 本発明の実施例１に係るｆθ特性を示す図 本発明の実施例１に係る走査線曲がりを示す図 本発明の実施例１に係る各像高におけるスポット形状を示す図 本発明の実施例１に係る主走査ジッターを示す図 本発明の実施例１に係る多段レンズの多段レンズ面の模式図 本発明の実施例１に係る結像レンズ７の形状を示す図 本発明の実施例２に係る光走査装置の要部概略図（副走査断面図） 本発明の実施例２に係る光走査装置の要部概略図（主走査断面図） 本発明の実施例２に係る入射光学系の要部概略図（副走査断面図） 本発明の実施例２に係る主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示す図 本発明の実施例２に係るｆθ特性を示す図 本発明の実施例２に係る走査線曲がりを示す図 本発明の実施例２に係る各像高におけるスポット形状を示す図 本発明の実施例２に係る主走査ジッターを示す図 本発明の実施例２に係る結像レンズ７の形状を示す図 本発明の実施例３に係る光走査装置の要部概略図（副走査断面図） 本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部概略図（副走査断面図）

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。以下の説明において、主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向器の回転軸（又は揺動軸）と光軸方向（Ｘ方向）とに垂直な方向（偏向器により被走査面が走査される方向）であり、副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向器の回転軸（又は揺動軸）に平行な方向である。また、主走査断面（ＸＹ断面）とは、副走査方向に垂直な断面（主走査方向と光軸とを含む断面）であり、副走査断面（ＺＸ断面）とは、主走査方向に垂直な断面（副走査方向と光軸とを含む断面）である。

［実施例１］
図１〜図３は、本発明の実施例１に係る光走査装置１００の要部概略図であり、図１はＺＸ断面図（副走査断面図）を、図２はＸＹ断面図（主走査断面図）を、図３はＹＺ断面図を、夫々示している。なお、図２では、ミラーにより折り返された光路を展開し、ミラーを省略している。また、各図では、光走査装置１００の要部を拡大して示しており、その他の部材を省略している。

本実施例に係る光走査装置１００は、４つの異なる色相（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）に対応する画像情報を、４つの異なる被走査面（感光面）８Ａ〜８Ｄの夫々に同時に記録するタンデム型の光走査装置である。光走査装置１００は、光源１Ａ〜１Ｄと、入射光学系ＬＡ〜ＬＤと、偏向器５と、結像光学系ＳＲ，ＳＬと、ミラーＭ１〜Ｍ´３と、を備える。本実施形態において、光走査装置１００を構成する各部材は、偏向器５を挟んで左右に対称的に配置されており、左右の構成及び光学的作用は互いに同じであるため、以下、偏向器５の右側（＋Ｘ側）の構成（走査ユニット）を中心に説明する。

図３に示すように、第１の光源１Ａから出射した第１の光束Ｒａ及び第２の光源１Ｂから出射した第２の光束Ｒｂは、入射光学系ＬＡ，ＬＢにより偏向器５に導光される。このとき、光束Ｒａ，Ｒｂは、偏向器５が有する複数の偏向面のうちの１つの偏向面（第１の偏向面）５ａにて偏向される。ここで、図中のＣ０は、軸上光束の主光線が偏向されるときの偏向点（基準点）であり、Ｐ０は、偏向点Ｃ０を通り偏向器５の回転軸に垂直な面（基準面）である。偏向面５ａに入射した光束Ｒａ，Ｒｂは、副走査断面内で偏向点Ｃ０にて交差して偏向される。以下、偏向点Ｃ０から各被走査面に至る光路の長さを、偏向面５ａから各被走査面に至る光路長とする。

図１に示すように、結像光学系ＳＲは結像レンズ６，７を有しており、夫々が光束Ｒａ，Ｒｂに対して共用されている。本実施例において、光路中で偏向器５に最も近い結像レンズ６は、基準面Ｐ０に対して副走査方向に対称な形状（光束Ｒａ，Ｒｂに対して同一形状）となっている。一方で、光路中で被走査面に最も近い結像レンズ７は、基準面Ｐ０に対して副走査方向に非対称な形状であり、基準面Ｐ０に対する上側の形状と下側の形状とが主走査断面内及び副走査断面内の両方で異なっている。

具体的に、結像レンズ７は、第１の光学面を含む第１の結像部７Ａと第２の光学面を含む第２の結像部とが副走査方向に配列されて成る多段レンズである。このような多段レンズを採用することで、結像光学系ＳＲを構成する結像レンズの枚数を削減し、光走査装置１００の小型化とローコスト化を達成している。以下、結像光学系ＳＲのうち光束Ｒａに対応する部分を第１の結像光学系ＳＡとし、光束Ｒｂに対応する部分を第２の結像光学系ＳＢとする。

偏向器５により偏向された光束Ｒａは、結像レンズ６及び第１の結像部７Ａにより集光され、ミラーＭ３により折り返されて第１の被走査面８Ａ（Ｋ）に導かれる。また、偏向器５により偏向された光束Ｒｂは、結像レンズ６及び第２の結像部７Ｂにより集光され、ミラーＭ１（第１のミラー）及びミラーＭ２（第２のミラー）により折り返されて第２の被走査面８Ｂ（Ｃ）に導かれる。本実施例では、偏向面５ａから被走査面８Ｂに至る光路において、第１及び第２のミラー以外（ミラーＭ１及びミラーＭ２以外）のミラーが配置されていない。

また、本実施例では、結像光学系ＳＲの光路中において、最も被走査面に近い結像レンズ７を全てのミラーよりも偏向器５側に配置している。言い換えると、光路中で結像レンズ７よりも被走査面側には他の結像レンズが配置されておらず、かつ最も偏向器５に近いミラーＭ１よりも被走査面側には結像レンズが配置されていない構成を採っている。これにより、結像レンズ７の主走査方向の長さを短くすることができ、光走査装置１００の小型化が可能になる。

本実施例のように、全てのミラーを全ての結像レンズの後に配置し、全ての結像レンズを通過した後に光束を折り返す構成を採る場合は、折り返された各光束と各結像レンズとの干渉を回避する必要がある。しかし、上述した先行技術文献においては、各被走査面に対する光路長が互いに等しい構成であるため、装置全体の大型化及びミラー枚数の増加が問題となっていた。

そこで、本実施例においては、偏向器５から空間的に最も遠い被走査面８Ａまでの第１の光路長よりも、偏向器５から空間的に最も近い被走査面８Ｂまでの第２の光路長の方が長くなるように、光走査装置１００を構成している。これにより、各光路長が同一である場合と比較して、各結像レンズと各光束との干渉を回避するために必要なミラーＭ１の反射角度（ミラーＭ１により反射された光束Ｒｂと基準面Ｐ０とのなす角度）を小さくすることができる。よって、本実施例では、結像レンズ７からの光束Ｒｂを、各結像レンズとの干渉を避けつつミラーＭ１及びミラーＭ２のみで被走査面８Ｂに導光することができ、光走査装置１００を構成する部品点数を削減することが可能になる。

また、図１に示すように、本実施例に係るミラーＭ１は、副走査方向において結像レンズ７の外形中心位置に対して上方に配置されており、結像レンズ７からの光束Ｒｂを結像レンズ７の上方に向けて反射している。さらに、本実施例に係るミラーＭ２は、副走査方向において結像レンズ７の外形中心位置に対して上方に配置されており、ミラーＭ１からの光束Ｒｂを、結像レンズ６と結像レンズ７との間を通るように反射して被走査面８Ｂに導光している。このように、第２の光路長を第１の光路長よりも長くしたことにより、光束ＲｂのミラーＭ１における第１の反射点とミラーＭ２における第２の反射点とが、副走査方向において結像レンズ７の外形中心位置に対して同じ側に位置するように構成することができる。よって、ミラーＭ２をより基準面Ｐ０に近い位置に配置することができ、光走査装置１００の副走査方向の高さを十分に低減することが可能になる。

なお、本実施例では、ミラーＭ２により反射された光束Ｒｂが結像レンズ６と結像レンズ７との間を通るように構成されているが、これに限られるものではない。すなわち、偏向器５から結像レンズ７に至る光路とミラーＭ２から被走査面８Ｂに至る光路とが、副走査断面内において互いに交差するように構成しさえすれよい。この構成によれば、各結像レンズの下方を通過する光束が存在しなくなるため、各光学部品を保持する光学箱の構成を簡素化することができる。

図２Ａは、光源１Ａから被走査面８Ａに至る光路を展開した主走査断面図であり、図２Ｂは、光源１Ｂから被走査面８Ｂに至る光路を展開した主走査断面図である。これらの図に示すように、本実施例では、結像光学系ＳＡ及びＳＢの夫々に対応する光路長を互いに異ならせることで、各光学部品の配置自由度を高めている。ここで、短い方の光路長をＴ１、長い方の光路長をＴ２、とするとき、以下の条件式（１）を満足するように構成することが望ましい。
２５≦Ｔ２−Ｔ１≦６５ （１）

条件式（１）の下限値を下回ると、光束Ｒｂと結像レンズ７との干渉を回避しつつ光走査装置１００の高さを抑えることが困難になってしまう。また、条件式（１）の上限値を上回ると、結像レンズ７における第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの形状差を大きくすることが必要となり、夫々を一体成型することが困難となってしまう。さらに、部品点数を削減しつつ光走査装置１００の高さを抑えるには、以下の条件式（１ａ）を満足することがより好ましい。
３０＜Ｔ２−Ｔ１＜５０ （１ａ）

本実施例では、結像光学系ＳＡに対応する光路長Ｔａ＝Ｔ１＝１５５．７３３ｍｍ、結像光学系ＳＢに対応する光路長をＴｂ＝Ｔ２＝１９７．０００ｍｍ、であり、Ｔ２−Ｔ１＝４１．２６７ｍｍとなるため、条件式（１）及び（１ａ）を満たしている。

このように、各光路長を互いに異ならせつつ、結像レンズ７における第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの形状差を小さくするためには、偏向面５ａに入射する各光束の主走査断面内での収束度（結像光学系の収束度）を適切に設定することが望ましい。主走査断面内において、結像光学系の後側主平面から被走査面までの光学的な距離（光路長）をＳｋ（ｍｍ）、結像光学系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、結像光学系の収束度はｍ＝１−Ｓｋ／ｆとして表される。偏向面５ａに入射する光束の主走査断面内での状態は、この収束度に応じて異なり、ｍ＝０のときは平行光束、ｍ＜０のときは発散光束、ｍ＞０のときは収束光束、となる。

ここで、短い方の光路に対応する結像光学系の収束度をｍ１、長い方の光路に対応する結像光学系の収束度をｍ２、とするとき、以下の条件式（２）を満足するように構成することが望ましい。
０．１５＜ｍ１−ｍ２＜０．５０ （２）

条件式（２）の下限値を下回ると、光路長差を生じさせるために第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの形状差を大きくすることが必要となり、夫々を一体成型することが困難となってしまう。また、条件式（２）の上限値を上回ると、収束度ｍ１及びｍ２のいずれか一方の絶対値が大きくなり、偏向器５が有する各偏向面の面偏心（シフト偏心誤差）に起因する主走査方向のジッター（主走査ジッター）が大きく発生してしまう。さらに、部品点数を削減しつつ光走査装置１００の高さを抑えるには、以下の条件式（２ａ）を満足することがより好ましい。
０．２０＜ｍ１−ｍ２＜０．４０ （２ａ）

ここで、主走査断面内において、結像光学系ＳＡの後側主平面から被走査面８Ａまでの光路長をＳｋ１（ｍｍ）、結像光学系ＳＡの焦点距離をｆ１（ｍｍ）、とする。また、主走査断面内において、結像光学系ＳＢの後側主平面から被走査面８Ｂまでの光路長をＳｋ２（ｍｍ）、結像光学系ＳＢの焦点距離をｆ２（ｍｍ）、とする。そして、結像光学系ＳＡの第１の収束度をｍ１＝１−Ｓｋ１／ｆ１、結像光学系ＳＢの第２の収束度をｍ２＝１−Ｓｋ２／ｆ２、と定義する。このとき、本実施例においては、結像光学系ＳＡの収束度ｍａ＝ｍ１＝０．０４７、結像光学系ＳＢの収束度ｍｂ＝ｍ２＝−０．２５４、であり、ｍ１−ｍ２＝０．３０となるため、条件式（２）及び（２ａ）を満たしている。また、｜ｍ１｜及び｜ｍ２｜のうち大きい方をｍとするとき、以下の条件式（３）を満足するように構成することが望ましい。
０．２＜ｍ＜０．５ （３）

条件式（３）の下限値を下回ると、光路長差を生じさせるために第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの形状差を大きくすることが必要となり、夫々を一体成型することが困難となってしまう。また、条件式（３）の上限値を上回ると、偏向器５が有する各偏向面のシフト偏心誤差に起因する主走査ジッターが大きく発生してしまう。さらに、以下の条件式（３ａ）を満足することがより好ましい。
０．２２＜ｍ＜０．４ （３ａ）

本実施例では、ｍ＝｜ｍ２｜＝０．２５４であるため、条件式（３）及び（３ａ）を満たしている。

また、走査像高をＹ（ｍｍ）、その走査像高Ｙに対応する走査画角をθ（ｒａｄ）、とするとき、結像光学系ＳＲの走査特性（Ｋθ特性）はＹ＝Ｋθなる式で表される。このとき、走査像高Ｙに対する走査画角θの比である係数ＫをＫθ係数とする。ここで、短い方の光路に対応する結像光学系のＫθ係数をＫ１、長い方の光路に対応する結像光学系のＫθ係数をＫ２、とするとき、以下の条件式（４）を満足するように構成することが望ましい。
０．６５＜Ｋ１／Ｋ２＜０．８５ （４）

条件式（４）の下限値を下回ると、Ｋθ特性及び主走査方向の像面湾曲の補正を両立することが困難となってしまう。また、条件式（４）の上限値を上回ると、光路長差を生じさせるために第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの形状差を大きくすることが必要となり、夫々を一体成型することが困難となってしまう。第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの形状差を小さくしつつ、良好な結像性能を得るためには、以下の条件式（４ａ）を満足することがより好ましい。
０．７０＜Ｋ１／Ｋ２＜０．８３ （４ａ）

本実施例においては、結像光学系ＳＡのＫθ係数Ｋａ＝Ｋ１＝１３２．０（ｍｍ／ｒａｄ）、結像光学系ＳＢのＫθ係数Ｋｂ＝Ｋ２＝１６７．０（ｍｍ／ｒａｄ）、であり、Ｋ１／Ｋ２＝０．７９となるため、条件式（４）及び（４ａ）を満たしている。

図３に示すように、本実施例に係る入射光学系ＬＡ，ＬＢの夫々は、開口絞り２Ａ，２Ｂと、カップリングレンズ３Ａ，３Ｂと、シリンドリカルレンズ（シリンダレンズ）４Ａ，４Ｂと、を備えている。入射光学系ＬＡ，ＬＢは、副走査断面内において偏向面５ａに対して斜め方向から光束Ｒａ，Ｒｂを入射させる副走査斜入射光学系である。このような副走査斜入射光学系を採用することにより。各偏向面の副走査方向におけるサイズの大型化を抑制しつつ、各光束を分離して偏向することが可能になる。

このとき、基準面Ｐ０に対する斜入射角が大きすぎると、波面収差の捩れによるスポットの崩れを補正することが困難となり、斜入射角が小さすぎると各光路の分離がし難くなる。そこで、本実施例では、入射光学系ＬＡ，ＬＢの斜入射角の夫々をαｓＡ＝−３．０°，αｓＢ＝３．０°とし、斜入射角の絶対値が両方とも３．０°となるように設定することにより、スポット崩れの補正や各光路の分離を容易にしている。

また、本実施例では、光源として半導体レーザーを採用しているため、光源１Ａ，１Ｂから出射する光束Ｒａ，Ｒｂは発散光束であり、入射光学系ＬＡ，ＬＢは、副走査断面内においては光束Ｒａ，Ｒｂを略平行光に変換している。そして、主走査断面内においては、カップリングレンズ３Ａにより光束Ｒａを弱収束光束（ｍ＝０．０４７に設定）に変換し、カップリングレンズ３Ｂにより光束Ｒｂを弱発散光束（ｍ＝−０．２５４に設定）に変換している。このとき、カップリングレンズ３Ａ，３Ｂの夫々の出射面をアナモフィック面とし、夫々の主走査断面内での曲率半径を互いに異ならせることで、各収束度を所望の値に設定している。

開口絞り２Ａ，２Ｂは、夫々に対応する被走査面８Ａ，８Ｂ上でのスポット径（スポットのピーク光量の１／ｅ^２スライス径）が等しくなるように、副走査方向において互いに異なる開口径を有している。また、シリンドリカルレンズ４Ａ，４Ｂは、開口絞り２Ａ，２Ｂにより成形され（光量が制限され）、カップリングレンズ３Ａ，３Ｂにより集光された光束Ｒａ，Ｒｂを、副走査断面内のみにおいて偏向面５ａに集光し、主走査方向に長い線像を形成している。このとき、主走査断面内においては、入射光学系ＬＡ，ＬＢの光軸（又は偏向面５ａに入射する光束Ｒａ，Ｒｂの主光線）と結像光学系ＳＡ，ＳＢの光軸とのなす角度がα＝９０°となっている。

本実施例に係る入射光学系ＬＡ，ＬＢの夫々は、開口絞り２Ａ，２Ｂに設けられた開口の形状及びカップリングレンズ３Ａ，３Ｂの出射面の形状以外は、互いに同じ構成となっており、光源１Ａ，１Ｂから偏向面５ａまでの各光路長も互いに同じである。このように、入射光学系ＬＡ，ＬＢを構成する各光学部品の配置を共通化することにより、各部品を保持する保持部の種類及び組み立て工具の種類を削減し、生産性を向上させることができる。

本実施例に係る偏向器５は、外接円半径２０ｍｍの４つの偏向面を有する回転多面鏡（ポリゴンミラー）であり、不図示の駆動部（モータ）が発生させる駆動力により、各図に示す矢印Ａ方向に一定速度で回転している。図２に示すように、偏向器５の回転により、被走査面８Ａ，８Ｂの夫々を矢印Ｂ方向に光走査することができる。なお、図１に示したように、偏向器５の偏向面５ａにより光束Ｒａ，Ｒｂが偏向されているとき、偏向器５に対して左側（−Ｘ側）の走査ユニットの光源１Ｃ，１Ｄから出射した光束Ｒ´ａ，Ｒ´ｂは、偏向面５ａとは異なる偏向面により偏向される。そして、上述した結像光学系ＳＲと同じ光学的作用を有する結像光学系ＳＬにより、被走査面８Ｃ（Ｍ），８Ｄ（Ｙ）に導かれる。この構成により、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色の画像を同時に形成することが可能になる。

次に、結像光学系の構成について詳細に説明する。なお、結像レンズ７以外については、結像光学系ＳＢの構成は結像光学系ＳＡと同様であるため、以下では結像光学系ＳＡを中心に説明する。結像光学系ＳＡは、偏向器５によって偏向された光束Ｒａを被走査面８Ａ上に集光し、スポット像を形成している。また、結像光学系ＳＡは、副走査断面内において、偏向面５ａと被走査面８Ａとが光学的に共役関係となるように構成されている。すなわち、結像光学系ＳＡは、副走査断面内における各偏向面の倒れ角の相違（面倒れ）による影響の補正（面倒れ補正）を行う面倒れ補正光学系を成している。

以下の表１〜４に、本実施例に係る光走査装置１００の諸元値、光学配置、及び各結像レンズの面形状を示す。表１は、入射光学系ＬＡ及び結像光学系ＳＡの諸元値及びレンズ配置を示し、表２は、入射光学系ＬＡ及び結像光学系ＳＡのレンズ形状を示している。また、表３は、入射光学系ＬＢ及び結像光学系ＳＢの諸元値及びレンズ配置を示し、表４は入射光学系ＬＢ及び結像光学系ＳＢのレンズ形状を示している。なお、表１及び表３の光学配置の欄では、被走査面における主走査方向での画像中心（軸上像高）に向かう光束Ｒａ，Ｒｂの各ミラーでの反射点の座標を示している。

ここで、結像光学系ＳＲの光軸方向において、被走査面８Ｂから第１のミラーＭ１の反射点までの距離をＬＤ１、被走査面８Ａから第１のミラーＭ１の反射点までの距離をＬＤ２、とする。このとき、本実施例ではＬＤ１＞ＬＤ２なる条件を満足するように、具体的にはＬＤ１＝４６．８８６（ｍｍ），ＬＤ２＝２０．１１４（ｍｍ）となるように各部材を配置している。

特許文献１乃至３に記載の光走査装置では、各被走査面に対する光路長を互いに等しくするために、ＬＤ１＜ＬＤ２となるように各部材を配置する必要があったため、光束Ｒｂと結像レンズ７との干渉を回避しつつ装置全体を小型化することが困難であった。対して、本実施例では、結像光学系ＳＢに対応する光路長を結像光学系ＳＡに対応する光路長よりも長くすることで、ＬＤ１＞ＬＤ２となるように構成することができる。すなわち、第１のミラーＭ１での光束Ｒｂの反射点を、被走査面８Ｂよりも被走査面８Ａに近づけることができるため、上記課題を解決することができる。

また、結像光学系ＳＲの光軸方向において、結像レンズ７の出射面から第１のミラーＭ１の反射点までの距離をＬＭ１、第１のミラーＭ１の反射点から被走査面８Ａまでの距離をＬＭ２、とする。このとき、本実施例ではＬＭ１＞ＬＭ２なる条件を満足するように、具体的にはＬＭ１＝３０．５０３（ｍｍ），ＬＭ２＝２０．１１４（ｍｍ）となるように各部材を配置している。これにより、第１ミラーの反射点を結像レンズ７の出射面よりも被走査面８Ａに近づけることができるため、結像レンズ７と光束Ｒｂとの干渉を回避しつつ、装置全体を小型化することが可能になる。

なお、本実施例に係るシリンドリカルレンズ４Ａ，４Ｂの出射面は、回折格子が形成された回折面となっている。シリンドリカルレンズ４，４Ｂは、プラスチック材料を用いた射出成型により形成されており、環境変動に起因する屈折パワーの変化を半導体レーザーの波長変化に起因する回折パワーの変化により補償する温度補償光学系となっている。ここで、回折次数をＭ、設計波長をλ、とするとき、シリンドリカルレンズ４Ａ，４Ｂの回折面は位相関数φ＝２πＭ／λ（Ｃ３Ｚ^２）により定義される。なお、本実施例では１次回折光を用いているため回折次数Ｍ＝１であり、設計波長λ＝７９０ｎｍであり、Ｚは図３におけるＺ方向の位置、Ｃ３は係数である。

本実施例に係る結像レンズ６，７Ａ，７Ｂの入射面及び出射面の母線形状（主走査断面内での形状）は、いずれも１２次までの関数で表される非球面形状となっている。ここで、各レンズ面（光学面）と各光軸との交点を原点とし、光軸方向の軸をＸ軸、主走査断面内においてＸ軸と直交する軸をＹ軸、とするとき、母線形状Ｘは以下の式で表される。

但し、Ｒは主走査断面内での曲率半径（母線曲率半径）であり、Ｋ，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８，Ｂ１０，Ｂ１２は非球面係数である。なお、非球面係数Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８，Ｂ１０，Ｂ１２は、光走査装置１００における光軸に対して光源とは反対側（図２における＋Ｙ側）と光源側（図２における−Ｙ側）とにおいて、互いに数値を異ならせてもよい。これにより、母線形状を光軸に対して主走査方向に非対称な形状とすることができる。表２及び４では、光軸に対して光源とは反対側での数値をＢ４Ｕ，Ｂ６Ｕ，Ｂ８Ｕ，Ｂ１０Ｕ，Ｂ１２Ｕとし、光軸に対して光源側での数値をＢ４Ｌ，Ｂ６Ｌ，Ｂ８Ｌ，Ｂ１０Ｌ，Ｂ１２Ｌとし、互いに同じ値に設定している。

また、本実施例に係る結像レンズ６，７Ａ，７Ｂの入射面及び出射面の子線形状（副走査断面内での形状）は、以下の式で表される。

なお、子線形状Ｓは、主走査方向における各位置（各像高）での母線上の面法線を含む主走査断面に垂直な断面内での面形状を示しており、式におけるＭｊ＿ｋは非球面係数である。また、ｒ´は、主走査方向において光軸からＹだけ離れた位置における副走査断面内での曲率半径（子線曲率半径）を示しており、以下の式で表される。

但し、ｒは光軸上での子線曲率半径であり、Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６，Ｅ８，Ｅ１０は子線変化係数である。なお、非球面係数Ｅ２〜Ｅ１０を光軸に対して光源側とその反対側とで異ならせることで、子線形状の非球面量を主走査方向において非対称に設定することができる。また、子線形状Ｓの式におけるＺの１次の項は、副走査断面内でのレンズ面のチルト量（子線チルト量）に寄与する項である。よって、非球面係数Ｍ０＿１〜Ｍ１６＿１を、光軸に対して光源とは反対側での数値Ｍ０＿１Ｕ〜Ｍ１６＿１Ｕと光軸に対して光源側での数値Ｍ０＿１Ｌ〜Ｍ１６＿１Ｌとで異ならせることで、子線チルト量を主走査方向において非対称に変化させることができる。

本実施例に係る結像レンズ７については、表２及び４に示したように、母線形状及び子線形状（子線曲率及び子線チルト量）を、第１の結像部７Ａと第２の結像部とで異ならせている。このように、結像レンズ７が有する多段レンズ面を構成する第１の光学面と第２の光学面とに係る非球面係数を互いに異ならせ、それぞれの面形状を最適化することで、光路長が互いに異なる結像光学系ＳＡ，ＳＢの光学特性の夫々を補正することができる。

本実施例では、第１の結像部７Ａが含む第１の光学面と第２の結像部７Ｂが含む第２の光学面とを、表２及び表４に示すように互いに異なる表現式で表される面形状とすることで、結像光学系ＳＡ，ＳＢの夫々において良好な結像性能を得ている。ただし、互いに異なる光路長の夫々に対応させるために、第１の結像部７Ａと第２の結像部との形状差が大きくし過ぎると、夫々を一体成型することが困難になってしまう。

そこで、本実施例では、母線曲率半径Ｒ及び非球面係数Ｋの値を、第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとについて等しくすることで、光軸近傍（光軸上及びその近傍）における主走査方向の形状が同一となるように構成している。これにより、第１の結像部７Ａ及び第２の結像部７Ｂの形状差を低減しつつ、上述した条件式（２）及び（２ａ）を満たすように構成することができ、良好な結像性能を得ることができる。なお、厳密には光軸近傍における主走査方向の形状を同一としなくてもよく、略同一となるように構成すれば同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、各レンズ面の形状を上記の表現式（函数）によりを定義しているが、これに限らず、他の表現式によって定義してもよい。

図４は、本実施例に係る主走査方向及び副走査方向における像面湾曲（デフォーカス特性）を表すグラフであり、図４（ａ）は光束Ｒａに対応し、図４（ｂ）は光束ｂに対応している。なお、本実施例では、画像の有効幅（被走査面における有効走査領域の幅）はＷ＝２１０ｍｍである。図４（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡに係る主走査方向の像面湾曲はｄｍ＝１．８ｍｍ、副走査方向の像面湾曲はｄｓ＝１．１ｍｍである。また、図４（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢに係る主走査方向の像面湾曲はｄｍ＝２．０ｍｍ、副走査方向の像面湾曲はｄｓ＝１．６ｍｍである。これより、結像光学系ＳＡ，ＳＢの両方について像面湾曲が良好に補正されていることが分かる。

図５は、本実施例に係るｆθ特性ｄｙ１を表すグラフであり、図５（ａ）は光束Ｒａに対応し、図５（ｂ）は光束ｂに対応している。ここでのｆθ特性ｄｙ１は、被走査面において実際に光束が到達する位置（像高）とその設計値（理想像高）との差分を示している。図５（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡについては最大で０．２３ｍｍのズレが生じており、図５（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢについては最大で０．２６ｍｍのズレが生じている。そこで、本実施例では、画像クロック（光源の発光タイミング）を各像高に合わせて変化させることにより、ｆθ特性ｄｙ１のズレを低減し、主走査方向の色ずれを抑制している。なお、ｆθ特性の補正不足は画像クロックの変更により電気的に補正が可能ではあるが、ｆθ特性のズレが大きくなりすぎると、主走査方向のスポット径自体が変化してしまう。しかし、図５に示したように、本実施例ではスポット径自体を大きく変化させてしまうほどのｆθ特性のズレは発生していないため、画像の濃度ムラの発生を抑制することができている。

図６は、本実施例に係る走査線曲がりｄｚを表すグラフであり、図６（ａ）は光束Ｒａに対応し、図６（ｂ）は光束ｂに対応している。ここでの走査線曲がりｄｚは、各像高での副走査方向の結像位置と画像中心（軸上像高）での副走査方向の結像位置との差分を示している。図６（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡについては最大で７μｍのズレが発生しており、図６（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢについては最大で６μｍのズレが発生しているが、いずれも形成画像に影響を与えるレベルのものではない。

図７は、本実施例に係る各像高におけるスポットの断面形状を示した図であり、図７（ａ）は光束Ｒａに対応し、図７（ｂ）は光束ｂに対応している。図７では、各像高Ｙにおいて、スポットのピーク光量の２％、５％、１０％、１３．５％、３６．８％、５０％の夫々でスライスした断面でのスポット形状を示している。通常、副走査斜入射光学系を採用した光走査装置では、波面収差の捩れによりスポットが崩れる現象が見られる。しかし、本実施例においては、各レンズ面のパワー配置や結像レンズ７の入射面及び出射面の子線チルト量などを最適化することで、走査線曲がり及び波面収差の捩れの補正を両立している。

これにより、図７に示すように、全像高に渡って崩れの少ない良好なスポット形状を得ることができる。ただし、本実施例では、結像部７Ａと結像部７Ｂとの面形状の差を小さく抑えるために、軸外像高でのコマ収差の発生を画像に対する影響がない範囲で許容している。そのため、図７（ｂ）に示すように、像高Ｙ＝−１０５，−５０，５０，１０５では、主走査方向のサイドローブが大きくなっている。しかし、結像光学系ＳＢに対応する被走査面（感光ドラム）の色相はシアンであるため、ブラックの感光ドラムに対応する結像光学系ＳＡと比較して画像への影響が小さくなっている。

図８は、偏向面のシフト偏心誤差が１０μｍであるとしたときの主走査ジッターｄｙ２を表した図であり、図８（ａ）は光束Ｒａに対応し、図８（ｂ）は光束ｂに対応している。図８（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡについての主走査ジッターは最大でも０．８μｍであり、図８（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢについての主走査ジッターは最大でも５．１μｍであるため、問題のないレベルまで抑えることができている。

本実施例に係る結像レンズ７は、副走査方向の外形中心位置が基準面Ｐ０面に一致するよう配置されており、その外形中心位置が第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの境界部となるよう構成されている。また、第１の結像部７Ａの光軸を基準面Ｐ０に対して副走査方向下方に２．２４ｍｍだけシフトさせた位置に設定し、第２の結像部７Ｂの光軸を基準面Ｐ０に対して副走査方向上方に２．２４ｍｍだけシフトさせた位置に設定している。この構成により、第１及び第２の光学面を定義する表現式の基準となる各光軸の位置を、光束Ｒａ，Ｒｂの入射位置の近傍に配置することができるため、面形状及び結像性能の対応がとりやすくなり、成型時の面形状の評価を容易にすることができる。

ここで、第１の結像部７Ａ及び第２の結像部７Ｂにおいて、各光軸との交点を面頂点とする。このとき、表１及び表３に示したように、第１の結像部７Ａの入射面及び出射面の各面頂点の位置と第２の結像部７Ｂの入射面及び出射面の各面頂点の位置とは、主走査方向及び光軸方向において互いに一致している。この構成により、第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの光軸近傍における形状差を最小限に抑えることができる。なお、ここでの一致とは、略一致を含んでおり、厳密な一致でなくてもこの同様の効果を得ることができる。

図９は、結像レンズ７の出射面（多段レンズ面）における境界部について説明するための模式図（副走査断面図）である。なお、図９では、説明を分かりやすくするために、実際の縮尺や形状とは異なるもの（拡大及び強調したもの）を示している。本実施例においては、副走査断面内において、第１の結像部７Ａが含む第１の光学面及び第２の結像部７Ｂが含む第２の光学面の形状（副走査断面内での曲率及び子線チルト量）が、主走査方向における有効領域の全域で互いに異なっている。よって、主走査方向における各像高での副走査断面内において、境界部における第１の光学面及び第２の光学面の出入り量は互いに異なり、夫々の境界部は不連続点となる。すなわち、図９に示すように、第１の光学面と第２の光学面とは、境界部において互いに光軸方向（Ｘ方向）にずれており、段差が生じている。

図１０（ａ）は、結像レンズ７が有する第１の光学面の母線形状と第２の光学面の母線形状との差を示した図である。図１０（ａ）において、縦軸は母線形状差を表しており、この形状差の符号が正のときは、光軸方向において第１の結像部７Ａよりも第２の結像部７Ｂの方が偏向器から遠い位置にあることを示している。また、形状差の符号が負のときは、第１の結像部７Ａよりも第２の結像部７Ｂの方が偏向器に近い位置にあることを示している。本実施例では、結像レンズ７の入射面及び出射面を、光軸上及びその近傍において結像部７Ａと結像部７Ｂとの母線形状の差がゼロとなるように、夫々の配置及び面形状を設定している。また、主走査方向において光軸から端部に向かうに従って、光路長が短い側の第１の光学面に対して、光路長が長い側の第２の光学面の母線形状が偏向器５から離れていくように変化させている。

具体的には、第１の結像部７Ａ及び第２の結像部７Ｂの光軸上での形状差をＸ（０）とするとき、入射面の形状差Ｘ（０）＝０（ｍｍ）、出射面の形状差Ｘ（０）＝０（ｍｍ）となるように構成している。次に、主走査方向において光軸から離れた軸外の座標として、例えば−４０，−３０，＋３０，４０（ｍｍ）を考えると、各座標での第１の結像部７Ａ及び第２の結像部７Ｂの形状差は次に示すようになる。すなわち、入射面の各座標での形状差は、Ｘ（−４０）＝９００（ｍｍ），Ｘ（−３０）＝２４５（ｍｍ），Ｘ（＋３０）＝２４５（ｍｍ），Ｘ（＋４０）＝８２５（ｍｍ）となる。また、出射面の各座標での形状差は、Ｘ（−４０）＝１１８９（ｍｍ），Ｘ（−３０）＝３６２（ｍｍ），Ｘ（＋３０）＝３６２（ｍｍ），Ｘ（＋４０）＝１１１０（ｍｍ）となる。

上述したように、本実施例では、光軸上での形状差よりも軸外での形状差の方が大きくなるように、第１の結像部７Ａ及び第２の結像部７Ｂの形状を設定している。このように母線形状の差を変化させることで、光路長の異なる結像光学系ＳＡ，ＳＢの両方について良好な光学性能を得るための母線形状差を最小限に留めることができ、結像レンズ７の成型を容易にしている。なお、厳密には光軸近傍における母線形状の差をゼロとしなくてもよく、略ゼロとなるように構成すれば同様の効果を得ることができる。

ここで、結像レンズ７の光線使用領域（有効領域）の全域において、第１の光学面と第２の光学面との面形状差の最大値をＸｍａｘ（ｍｍ）とするとき、以下の条件式（５）を満足するように構成することが望ましい。
０．１≦｜Ｘｍａｘ｜≦５．０ （５）

条件式（５）の上限値を上回ると、射出成形時に結像レンズ７が副走査断面内において反ってしまい、走査線湾曲や波面収差が劣化してしまう。また、条件式（５）の下限値を下回ると、結像光学系ＳＡと結像光学系ＳＢとの主走査像面やｆθ特性などの結像性能を両立することが困難になる。さらに、以下の条件式（５ａ）を満足することがより好ましい。
０．２≦｜Ｘｍａｘ｜≦３．０ （５ａ）

本実施例では、入射面のＸｍａｘ＝０．９０（ｍｍ），出射面のＸｍａｘ＝１．１９（ｍｍ）であるため、いずれも条件式（５）及び（５ａ）を満たしている。なお、上述したように、結像部７Ａ，７Ｂの光軸近傍での形状を主走査断面内において略一致させた場合でも、被走査面上にピントを合わせられるように、結像光学系ＳＡの収束度ｍａと結像光学系ＳＢの収束度ｍｂとを互いに異ならせている。

図１０（ｂ）は、第１の結像部７Ａの肉厚と第２の結像部７Ｂの肉厚との差を示した図である。ここでの肉厚とは、結像レンズ７の主走査方向の各位置（各像高）での入射面から出射面までの間隔を示している。本実施例では、図１０（ｂ）に示すように、光軸近傍での肉厚差はゼロであり、主走査方向において光軸上から端部に向かうに従って、結像部７Ａの肉厚よりも結像部７Ｂの肉厚の方が厚くなっている。このように肉厚差を変化させることで、主走査方向において光軸上から端部に向かうに従い、結像部７Ｂの負のパワーを結像部７Ａに対して相対的に強くする効果を得ている。この効果により、最小限の形状差を付けるだけで、光路長の異なる結像光学系ＳＡ，ＳＢの両方について主走査方向の像面湾曲を良好に補正することができる。なお、厳密には光軸近傍での肉厚差をゼロとしなくてもよく、略ゼロとなるように構成すれば同様の効果を得ることができる。

また、結像レンズ７の有効領域の全域において、結像部７Ａと結像部７Ｂとの肉厚差の最大値をｄｍａｘ（ｍｍ）とするとき、以下の条件式（６）を満足するように構成することが望ましい。
０．０５≦｜ｄｍａｘ｜≦５．０ （６）

条件式（６）の上限値を上回ると、射出成形時に結像レンズ７が副走査断面内において反ってしまい、走査線湾曲や波面収差が劣化してしまう。また、条件式（６）の下限値を下回ると、結像光学系ＳＡと結像光学系ＳＢとの主走査像面やｆθ特性などの結像性能を両立することが困難になる。さらに、以下の条件式（６ａ）を満足することがより好ましい。
０．１≦｜ｄｍａｘ｜≦４．０ （６ａ）

本実施例では、ｄｍａｘ＝０．２９（ｍｍ）であるため、いずれも条件式（６）及び（６ａ）を満たしている。

図１０（ｃ）は、結像部７Ａと結像部７Ｂとの境界部における段差を示した図である。図１０（ｃ）において、縦軸は境界部における段差、すなわち境界部における第１の光学面と第２の光学面との光軸方向でのズレ（出入り量の差）を示している。この段差の符号が正のときは、光軸方向において第１の結像部７Ａよりも第２の結像部７Ｂの方が偏向器から遠い位置にあることを示している。また、段差の符号が負のときは、第１の結像部７Ａよりも第２の結像部７Ｂの方が偏向器に近い位置にあることを示している。図１０（ｃ）に示すように、結像レンズ７の光線使用領域の全域において段差は１４００μｍ以下となっている。よって、結像レンズ７の射出成形時において段差に起因して生じる、段差近傍での熱変形応力によるレンズ面の変形及びクセの発生を、問題のないレベルに抑えることが可能となる。

さらに、本実施例において、長い方の光路に対応する結像光学系の副走査断面内での結像倍率をβｓとするとき、以下の条件式（７）を満足するように構成することが望ましい。
２．５＜｜βｓ｜＜５．０ （７）

条件式（７）の上限値を上回ると、面倒れによるピッチムラの劣化や波面収差の補正不足が発生してしまう。また、条件式（７）の下限値を下回ると、光路中で被走査面に最も近い結像レンズ７が被走査面に近づき過ぎてしまう。よって、結像光学系ＳＡと結像光学系ＳＢとに対応する光路長を互いに異ならせても、光束Ｒｂと結像レンズ７との干渉を回避するのが困難になってしまう。さらに、以下の条件式（７ａ）を満足することがより好ましい。
２．７＜｜βｓ｜＜４．０ （７ａ）

本実施例では、結像光学系ＳＡの副走査断面内での結像倍率βａ＝−２．２９（倍），結像光学系ＳＢの副走査断面内での結像倍率βｂ＝−３．０７（倍）であり、βｓ＝βｂであるため、いずれも条件式（７）及び（７ａ）を満たしている。

以上、本実施例に係る光走査装置１００によれば、部品点数を削減しつつ、副走査方向の高さを十分に低減することができる。

［実施例２］
図１１〜図１３は、本発明の実施例２に係る光走査装置２００の要部概略図であり、図１１はＺＸ断面図（副走査断面図）を、図１２はＸＹ断面図（主走査断面図）を、図１３はＹＺ断面図を、夫々示している。前述した実施例１に係る光走査装置１００では、偏向器５により基準面Ｐ０よりも上側（＋Ｚ側）に偏向反射された光束Ｒｂを被走査面８Ｂに導光していた。対して、本実施例に係る光走査装置２００では、偏向器５により基準面Ｐ０よりも下側（−Ｚ側）に偏向反射された光束Ｒｂを被走査面８Ｂに導光している点で、実施例１に係る光走査装置１００とは異なる。

すなわち、本実施例では、図１１に示すように、副走査方向において結像レンズ７の外形中心位置に対して下方に配置されたミラーＭ１により、結像レンズ７からの光束Ｒｂを結像レンズ７の下方に向けて反射している。さらに、副走査方向において結像レンズ７の外形中心位置に対して下方に配置されたミラーＭ２により、ミラーＭ１からの光束Ｒｂを反射して被走査面８Ｂに導光している。この構成により、本実施例では、結像光学系ＳＡと結像光学系ＳＢとの光路長の差を、実施例１よりも小さくしつつ、光束Ｒｂと結像レンズ７との干渉の回避及び装置の小型化を両立することができる。

本実施例では、結像光学系ＳＡに対応する光路長Ｔａ＝Ｔ１＝１６１．１１４ｍｍ、結像光学系ＳＢに対応する光路長をＴｂ＝Ｔ２＝１９７．０００ｍｍ、であり、Ｔ２−Ｔ１＝３５．８８６ｍｍとなるため、条件式（１）及び（１ａ）を満たしている。また、結像光学系ＳＡの収束度ｍａ＝ｍ１＝０．００８、結像光学系ＳＢの収束度ｍｂ＝ｍ２＝−０．２５４、であり、ｍ１−ｍ２＝０．２６となるため、条件式（２）及び（２ａ）を満たしている。

このように、本実施例では、実施例１と比較して光路長の差が小さいため、収束度の差についても実施例１と比較して小さくすることができる。これにより、結像光学系ＳＡの収束度を０に近い小さな値（ｍａ＝０．００８≒０）とした場合にも、偏向器５に入射する光束を主走査断面内において略平行光束にすることができる。よって、本実施例に係る結像光学系ＳＡによれば、大きな収束度を有することに起因して生じる主走査ジッターを抑制することができる。

また、本実施例では、ｍ＝｜ｍ２｜＝｜ｍｂ｜＝０．２５４であるため、条件式（３）及び（３ａ）を満たしている。さらに、結像光学系ＳＡのＫθ係数Ｋａ＝Ｋ１＝１３６．５（ｍｍ／ｒａｄ）、結像光学系ＳＢのＫθ係数Ｋｂ＝Ｋ２＝１６７．０（ｍｍ／ｒａｄ）、であり、Ｋ１／Ｋ２＝０．８２となるため、条件式（４）及び（４ａ）を満たしている。

実施例１と同様に、以下の表５〜８に、本実施例に係る光走査装置２００の諸元値、光学配置、及び各結像レンズの面形状を示す。

本実施例においても、実施例１と同様に、ＬＤ１＞ＬＤ２なる条件を満足するように、具体的にはＬＤ１＝５８．８７３（ｍｍ），ＬＤ２＝８．１２７（ｍｍ）となるように各部材を配置している。また、ＬＭ１＞ＬＭ２なる条件を満足するように、具体的にはＬＭ１＝４２．４９０（ｍｍ），ＬＭ２＝８．１２７（ｍｍ）となるように各部材を配置している。さらに、表６及び表８に示すように、実施例１と同様に本実施例においても、第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの面形状に対応する非球面係数を互いに異ならせている。

ここで、本実施例においては、光路長差が実施例１と比較して小さいため、結像レンズ７における第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの形状差を、実施例１よりも低減することができる。また、実施例１では、第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとの光軸近傍における主走査方向の形状を略同一としているのに対して、本実施例では、光軸近傍における副走査方向の形状についても、境界部を挟んで略上下対称形状としている。具体的には、母線曲率半径Ｒ、非球面係数Ｋ、及び入射面の子線曲率半径ｒの夫々の値を、第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとについて等しくしている。さらに、光軸上での子線チルト量を示す非球面係数ｍ０＿１を、第１の結像部７Ａと第２の結像部７Ｂとについて絶対値が等しくかつ符号を反転させた値としている。

図１４（ａ）は、本実施例に係る主走査方向及び副走査方向における像面湾曲を表すグラフである。図１４（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡに係る主走査方向の像面湾曲はｄｍ＝１．９ｍｍ、副走査方向の像面湾曲はｄｓ＝１．６ｍｍである。また、図１４（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢに係る主走査方向の像面湾曲はｄｍ＝２．０ｍｍ、副走査方向の像面湾曲はｄｓ＝１．６ｍｍである。これより、結像光学系ＳＡ，ＳＢの両方について像面湾曲が良好に補正されていることが分かる。

図１５は、本実施例に係るｆθ特性ｄｙ１を表すグラフである。図１５（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡについては最大で０．１６ｍｍのズレが生じており、図１５（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢについては最大で０．２６ｍｍのズレが生じている。本実施例においても、スポット径自体を大きく変化させてしまうほどのｆθ特性のズレは発生していないため、画像の濃度ムラの発生を抑制することができる。

図１６は、本実施例に係る走査線曲がりｄｚを表すグラフである。図１６（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡについては最大で７μｍのズレが発生しており、図１６（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢについては最大で６μｍのズレが発生しているが、いずれも形成画像に影響を与えるレベルのものではない。

図１７は、本実施例に係る各像高におけるスポットの断面形状を示した図である。本実施例においても、各レンズ面のパワー配置や結像レンズ７の入射面及び出射面の子線チルト量などを最適化することで、走査線曲がり及び波面収差の捩れの補正を両立している。これにより、全像高に渡って崩れの少ない良好なスポット形状を得ることができる。

図１８は、偏向面のシフト偏心誤差が１０μｍであるとしたときの主走査ジッターｄｙ２を表した図である。図１８（ａ）に示すように、結像光学系ＳＡについての主走査ジッターは最大でも０．８μｍであり、図１８（ｂ）に示すように、結像光学系ＳＢについての主走査ジッターは最大でも５．１μｍであるため、問題のないレベルまで抑えることができている。

図１９（ａ）は、結像レンズ７が有する第１の光学面の母線形状と第２の光学面の母線形状との差を示した図である。本実施例においても、結像レンズ７の入射面及び出射面を、光軸上及びその近傍において結像部７Ａと結像部７Ｂとの母線形状の差が略無い状態となるように、夫々の配置及び面形状を設定している。また、主走査方向において光軸から端部に向かうに従って、光路長が短い側の第１の光学面に対して、光路長が長い側の第２の光学面の母線形状が偏向器５から離れていくように変化させている。また、本実施例では、入射面のＸｍａｘ＝０．２８（ｍｍ），出射面のＸｍａｘ＝０．４４（ｍｍ）であるため、いずれも条件式（５）及び（５ａ）を満たしている。

図１９（ｂ）は、第１の結像部７Ａの肉厚と第２の結像部７Ｂの肉厚との差を示した図である。本実施例においても、光軸近傍での肉厚差は略ゼロであり、主走査方向において光軸上から端部に向かうに従って、結像部７Ａの肉厚よりも結像部７Ｂの肉厚の方が厚くなっている。また、本実施例では、ｄｍａｘ＝０．１７（ｍｍ）であるため、いずれも条件式（６）及び（６ａ）を満たしている。

図１９（ｃ）は、結像部７Ａと結像部７Ｂとの境界部における段差を示した図であり、結像レンズ７の光線使用領域の全域において段差は６００μｍ以下となっている。また、本実施例では、結像光学系ＳＡの副走査断面内での結像倍率βａ＝−２．３６（倍），結像光学系ＳＢの副走査断面内での結像倍率βｂ＝−３．０７（倍）であり、βｓ＝βｂであるため、いずれも条件式（７）及び（７ａ）を満たしている。

以上、本実施例に係る光走査装置２００によれば、結像光学系ＳＡと結像光学系ＳＢとに対応する光路長の差を実施例１よりも小さく設定したことにより、良好な光学性能を得るために必要な結像部７Ａと結像部７Ｂとの形状差をより小さくすることができる。そして、図１９に示したように、主走査方向の形状差、肉厚差、境界部の段差の夫々を、実施例１よりも小さくすることができるため、結像レンズ７の形状の上下非対称性に起因するレンズの反りなどの射出成形時の課題をより改善することができる。

［実施例３］
図２０は、本発明の実施例３に係る光走査装置３００のＺＸ断面図（副走査断面図）である。本実施例に係る光走査装置３００は、偏向器５として、各偏向面が上下２つに分かれた多段ポリゴンミラーを採用している点で、実施例１に係る光走査装置１００とは異なる。偏向器５として多段ポリゴンミラーを採用することで、各光源から出射した光束を副走査断面内において角度を付けずに偏向面５ａに入射させることができ、副走査斜入射系を採用した実施例１と比較して、結像レンズ７の面形状を簡素に構成することができる。具体的には、副走査斜入射系に起因する走査線湾曲及び波面収差の捩れを補正するための子線チルトを用いずに、結像レンズ７を設計することが可能である。

［画像形成装置］
図２１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置６０の要部概略図（ＺＸ断面図）である。画像形成装置６０は、上述した各実施例のいずれかに係る光走査装置１００を備え、４つの感光ドラムの感光面上に並行して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。

図２１に示すように、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からは、Ｒ（レッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）の各色信号が出力される。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、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換され、光走査装置１００に入力される。なお、プリンタコントローラ５３は、前述したデータの変換だけでなく、後述するモータなどの画像形成装置６０内の各部の制御を行う。

そして、光走査装置１００は、各画像データに応じて変調された光束４１〜４４により、像担持体としての感光ドラム（感光体）２１〜２４の感光面（被走査面）を主走査方向（Ｙ方向）に走査する。感光ドラム２１〜２４の夫々は、不図示のモータによって時計廻りに回転させられ、この回転に伴って、各感光ドラムの感光面が光束４１〜４４に対して副走査方向（Ｚ方向）に移動する。光束４１〜４４の夫々により、不図示の帯電ローラにより帯電させられた各感光ドラムの各感光面が露光されることで、各感光面上に静電潜像が形成される。

その後、感光ドラム２１〜２４の感光面上に形成された各色の静電潜像は、現像器３１〜３４の夫々によって各色のトナー像として現像される。そして、各色のトナー像は、不図示の転写器によって、搬送ベルト５１により搬送されてきた被転写材に多重転写された後、定着器７０によって定着させられる。以上の工程により、１枚のフルカラー画像が形成される。

なお、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のラインセンサを備えたカラー画像読取装置を、外部機器５２として画像形成装置６０に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。

［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

例えば、上述した各実施例においては、偏向器として複数の偏向面を有するポリゴンミラーを採用しているが、これに限らず、揺動軸を中心に１つの偏向面を往復振動させることにより光束を偏向する共振型の偏向器を採用してもよい。この共振型の偏向器を用いることで、前述した面倒れに起因するピッチムラや面偏心に起因する主走査ジッターなどの発生を抑制することができる。なお、実施例２に係る光走査装置２００における偏向器５を、実施例３に示したような多段ポリゴンミラーとしてもよい。

また、各実施例では、結像レンズ７の多段レンズ面を、第１の光学面と第２の光学面とが境界部で不連続となるように、かつ段差を有するように形成しているが、これに限られるものではない。例えば、境界部付近の領域をスプライン形状で表現（第１の光学面と第２の光学面とをスプライン関数で接続）して連続性を持った境界部を形成してもよいし、多段レンズ面の全域を主走査方向及び副走査方向の冪多項式で表現してもよい。

さらに、各実施例では、結像光学系を２枚の結像レンズにより構成しているが、これに限らず、３枚以上若しくは単一の結像レンズにより構成しても良い。また、各光源の夫々を、複数の発光点を有するモノリシックマルチビームレーザとしてもよい。

５ 偏向器
７ 結像レンズ（多段レンズ）
８Ａ 第１の被走査面
８Ｂ 第２の被走査面
ＳＡ 第１の結像光学系
ＳＢ 第２の結像光学系
Ｍ１ 第１のミラー
Ｍ２ 第２のミラー
１００ 光走査装置

Claims (28)

1. 第１及び第２の光源と、該第１及び第２の光源から出射した第１及び第２の光束の夫々を第１の偏向面で偏向して第１及び第２の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された前記第１及び第２の光束の夫々を前記第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系とを備える光走査装置であって、
   前記第１及び第２の結像光学系は、前記第１及び第２の光束の夫々が入射する副走査方向に配列された第１及び第２の光学面を含む共通の多段レンズを有し、
   前記第２の被走査面は、前記第１の被走査面よりも前記偏向器に近い位置に配置されており、
   前記第１の偏向面から前記第１の被走査面に至る第１の光路長よりも、前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る第２の光路長の方が長く、
   前記第２の光学面を通過した前記第２の光束を反射する第１のミラーと、該第１のミラーにより反射された前記第２の光束を反射する第２のミラーとを備え、
   前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る光路において、前記第２の光束が反射される回数は２回であり、
   前記第２の光束の前記第１のミラーにおける第１の反射点及び前記第２のミラーにおける第２の反射点は、副走査方向において前記多段レンズの外形中心位置に対して同じ側に位置することを特徴とする光走査装置。
2. 光軸方向において、前記第１の反射点から前記第２の被走査面までの距離は、前記第１の反射点から前記第１の被走査面までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 第１及び第２の光源と、該第１及び第２の光源から出射した第１及び第２の光束の夫々を第１の偏向面で偏向して第１及び第２の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された前記第１及び第２の光束の夫々を前記第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系とを備える光走査装置であって、
   前記第１及び第２の結像光学系は、前記第１及び第２の光束の夫々が入射する副走査方向に配列された第１及び第２の光学面を含む共通の多段レンズを有し、
   前記第２の被走査面は、前記第１の被走査面よりも前記偏向器に近い位置に配置されており、
   前記第１の偏向面から前記第１の被走査面に至る第１の光路長よりも、前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る第２の光路長の方が長く、
   前記第２の光学面を通過した前記第２の光束を反射する第１のミラーと、該第１のミラーにより反射された前記第２の光束を反射する第２のミラーとを備え、
   前記第２の光束の前記第１のミラーにおける第１の反射点及び前記第２のミラーにおける第２の反射点は、副走査方向において前記多段レンズの外形中心位置に対して同じ側に位置しており、
   光軸方向において、前記第１の反射点から前記第２の被走査面までの距離は、前記第１の反射点から前記第１の被走査面までの距離よりも長いことを特徴とする光走査装置。
4. 前記第１及び第２の光学面の形状は、副走査方向において互いに非対称であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置。
5. 前記第１及び第２の結像光学系は、前記偏向器と前記多段レンズとの間に配置され、前記第１及び第２の光束が入射する共通の光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光走査装置。
6. 光軸方向において、前記多段レンズの出射面から前記第１の反射点までの距離は、前記第１の反射点から前記第１の被走査面までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光走査装置。
7. 副走査方向において、前記第２の反射点は前記多段レンズよりも前記第２の被走査面から遠い位置に存在することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光走査装置。
8. 前記偏向器から前記多段レンズに至る光路と前記第２のミラーから前記第２の被走査面に至る光路とは、副走査断面内において互いに交差していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光走査装置。
9. 前記第１のミラーから前記第２のミラーに至る光路には、レンズが配置されていないことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の光走査装置。
10. 前記多段レンズから前記第２のミラーに至る光路には、レンズが配置されていないことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光走査装置。
11. 前記第１の光路長をＴ１（ｍｍ）、前記第２の光路長をＴ２（ｍｍ）とするとき、
    ２５≦Ｔ２−Ｔ１≦６５
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光走査装置。
12. 主走査断面内において、前記第１の結像光学系の後側主平面から前記第１の被走査面までの光路長をＳｋ１、前記第１の結像光学系の焦点距離をｆ１、前記第２の結像光学系の後側主平面から前記第２の被走査面までの光路長をＳｋ２、前記第２の結像光学系の焦点距離をｆ２とし、ｍ１＝１−Ｓｋ１／ｆ１、ｍ２＝１−Ｓｋ２／ｆ２とするとき、
    ０．１５＜｜ｍ１−ｍ２｜＜０．５０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光走査装置。
13. 主走査断面内において、前記第１の結像光学系の後側主平面から前記第１の被走査面までの光路長をＳｋ１、前記第１の結像光学系の焦点距離をｆ１、前記第２の結像光学系の後側主平面から前記第２の被走査面までの光路長をＳｋ２、前記第２の結像光学系の焦点距離をｆ２とし、ｍ１＝１−Ｓｋ１／ｆ１、ｍ２＝１−Ｓｋ２／ｆ２とし、該ｍ１及びｍ２のうち絶対値が大きい方をｍとするとき、
    ０．２＜ｍ＜０．５
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光走査装置。
14. 前記第１の結像光学系のＫθ係数をＫ１、前記第２の結像光学系のＫθ係数をＫ２とするとき、
    ０．６５≦Ｋ１／Ｋ２≦０．８５
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光走査装置。
15. 前記第１及び第２の光学面の光軸上における形状は、主走査方向において同一であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の光走査装置。
16. 前記第１の光学面に対する前記第２の光学面の形状差は、主走査方向において光軸上から端部に向かうに従って前記偏向器から離れる方向に増加することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の光走査装置。
17. 前記第１の光学面と前記第２の光学面との形状差の最大値をＸｍａｘ（ｍｍ）とするとき、
    ０．１≦｜Ｘｍａｘ｜≦５．０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光走査装置。
18. 前記第１及び第２の光学面は、境界部において互いに光軸方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の光走査装置。
19. 前記境界部における前記第１の光学面に対する前記第２の光学面の形状差は、主走査方向において光軸上から端部に向かうに従って前記偏向器から離れる方向に増加することを特徴とする請求項１８に記載の光走査装置。
20. 前記多段レンズにおける前記第１の光学面に対応する第１の肉厚と前記第２の光学面に対応する第２の肉厚との差は、主走査方向において光軸上から端部に向かうに従って大きくなることを特徴とする請求項１乃至１９の何れか１項に記載の光走査装置。
21. 前記多段レンズにおける前記第１の光学面に対応する第１の肉厚と前記第２の光学面に対応する第２の肉厚との差の最大値をｄｍａｘ（ｍｍ）とするとき、
    ０．０５≦｜ｄｍａｘ｜≦５．０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至２０の何れか１項に記載の光走査装置。
22. 前記第２の結像光学系の副走査断面内での倍率をβｓとするとき、
    ２．５≦｜βｓ｜＜５．０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至２１の何れか１項に記載の光走査装置。
23. 前記第１及び第２の光学面の面頂点の位置は、主走査方向及び光軸方向において一致していることを特徴とする請求項１乃至２２の何れか１項に記載の光走査装置。
24. 第１及び第２の光源と、該第１及び第２の光源から出射した第１及び第２の光束の夫々を第１の偏向面で偏向して第１及び第２の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された前記第１及び第２の光束の夫々を前記第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系とを備える光走査装置であって、
    前記第１及び第２の結像光学系は、前記第１及び第２の光束の夫々が入射する副走査方向に配列された第１及び第２の光学面を含む共通の多段レンズを有し、
    前記第２の被走査面は、前記第１の被走査面よりも前記偏向器に近い位置に配置されており、
    前記第１の偏向面から前記第１の被走査面に至る第１の光路長よりも、前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る第２の光路長の方が長く、
    前記第２の光学面を通過した前記第２の光束を反射する第１のミラーと、該第１のミラーにより反射された前記第２の光束を反射する第２のミラーとを備え、
    前記第２の光束の前記第１のミラーにおける第１の反射点及び前記第２のミラーにおける第２の反射点は、副走査方向において前記多段レンズの外形中心位置に対して同じ側に位置しており、
    前記第１の結像光学系のＫθ係数をＫ１、前記第２の結像光学系のＫθ係数をＫ２とするとき、
    ０．６５≦Ｋ１／Ｋ２≦０．８５
    なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
25. 第１及び第２の光源と、該第１及び第２の光源から出射した第１及び第２の光束の夫々を第１の偏向面で偏向して第１及び第２の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された前記第１及び第２の光束の夫々を前記第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系とを備える光走査装置であって、
    前記第１及び第２の結像光学系は、前記第１及び第２の光束の夫々が入射する副走査方向に配列された第１及び第２の光学面を含む共通の多段レンズを有し、
    前記第２の被走査面は、前記第１の被走査面よりも前記偏向器に近い位置に配置されており、
    前記第１の偏向面から前記第１の被走査面に至る第１の光路長よりも、前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る第２の光路長の方が長く、
    前記第２の光学面を通過した前記第２の光束を反射する第１のミラーと、該第１のミラーにより反射された前記第２の光束を反射する第２のミラーとを備え、
    前記第２の光束の前記第１のミラーにおける第１の反射点及び前記第２のミラーにおける第２の反射点は、副走査方向において前記多段レンズの外形中心位置に対して同じ側に位置しており、
    前記第１の光学面と前記第２の光学面との形状差の最大値をＸｍａｘ（ｍｍ）とするとき、
    ０．１≦｜Ｘｍａｘ｜≦５．０
    なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
26. 第１及び第２の光源と、該第１及び第２の光源から出射した第１及び第２の光束の夫々を第１の偏向面で偏向して第１及び第２の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された前記第１及び第２の光束の夫々を前記第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系とを備える光走査装置であって、
    前記第１及び第２の結像光学系は、前記第１及び第２の光束の夫々が入射する副走査方向に配列された第１及び第２の光学面を含む共通の多段レンズを有し、
    前記第２の被走査面は、前記第１の被走査面よりも前記偏向器に近い位置に配置されており、
    前記第１の偏向面から前記第１の被走査面に至る第１の光路長よりも、前記第１の偏向面から前記第２の被走査面に至る第２の光路長の方が長く、
    前記第２の光学面を通過した前記第２の光束を反射する第１のミラーと、該第１のミラーにより反射された前記第２の光束を反射する第２のミラーとを備え、
    前記第２の光束の前記第１のミラーにおける第１の反射点及び前記第２のミラーにおける第２の反射点は、副走査方向において前記多段レンズの外形中心位置に対して同じ側に位置しており、
    前記第２の結像光学系の副走査断面内での倍率をβｓとするとき、
    ２．５≦｜βｓ｜＜５．０
    なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
27. 請求項１乃至２６の何れか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記第１及び第２の被走査面上に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器とを備えることを特徴とする画像形成装置。
28. 請求項１乃至２６の何れか１項に記載の光走査装置と、外部機器から出力された色信号を互いに異なる色の画像データに変換して前記光走査装置に入力するプリンタコントローラとを有することを特徴とする画像形成装置。

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