JP2007047749A - 光走査装置、画像形成装置及びレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの光学特性が良好になるように、主走査方向の軸周りに生じ得る回転によるレンズ面の変動量を低減することができるレンズの取り付け位置を決定することができるようにする。
【解決手段】本発明の光走査装置は、単一の光偏向装置と、光源が出射した光線を光偏向装置に入射させる偏向前光学系と、光偏向装置からの反射光線を被走査面に結像させる偏向後光学系とを備え、偏向後光学系を構成する１又は複数のレンズのうち少なくとも１枚は、レンズを取り付ける光線進行方向の位置決め面が、レンズの最大肉厚長の中点を通る主走査方向線付近にあることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置、画像形成装置に使用される光走査装置、及びレンズに関し、特にポリゴンミラーへの入射光束の主走査方向幅がポリゴンミラーの主走査方向面幅よりも広いオーバーイルミネーション（overillumination）走査光学系に関するものである。

光ビームを用いて静電潜像を形成し、その静電潜像を現像して可視（現像剤）像を得る静電複写方式の画像形成装置であるレーザプリンタ装置やデジタル複写装置等においては、出力すべき画像（元の画像）を、第１の方向と第１の方向に直交する第２の方向とに分解し、分解された第１の方向と第２の方向のいずれかの画像データに基づいて光強度を変化した光ビームを、概ね直線状に、所定の時間間隔で繰り返し出力、すなわち走査する光走査装置が用いられる。なお、１ライン分光ビームと次の１ライン分の光ビームとが走査される間又は１ラインが走査されている間に、記録媒体や潜像保持体を、所定の速度で、走査される光ビームと直交する方向に移動することで、元の画像に対応した画像が得られる。

このような光走査装置において、光ビームが走査される方向すなわち第１の方向は、通常、主走査方向と呼ばれる。また、第１の方向と直交する第２の方向は、通常、副走査方向と呼ばれる。そして、画像形成装置においては、副走査方向は転写材の搬送方向に対応し、主走査方向は転写材面内での搬送方向に垂直な方向に対応する。また、画像形成装置において、像面は転写材面に対応し、また結像面は実際にビームが結像する面に対応する。

上述した画像形成装置及び光走査装置において、一般に、画像プロセス速度（例えば紙等の記録媒体又は潜像保持体が搬送される速度）、画像解像度、モータ回転速度、ポリゴンミラー面数には下記の関係がある。

（１）式より、プロセス速度（すなわち印字速度）と画像解像度は、ポリゴンミラー面数、ポリゴンミラー回転数に比例することが分かる。よって、画像形成装置の高速化や高解像度化を実現するためには、ポリゴンミラー面数を増やしたり、ポリゴンミラー回転数を高めたりすることが必要となる。

今日、多くの画像形成装置で利用されているアンダーイルミネーションタイプ（オーバーイルミネーションタイプと比較する際の総称）の光走査装置においては、ポリゴンミラーに入射する光ビーム（光束）の主走査方向の幅（断面ビーム径であり、主走査方向と副走査方向とで異なる場合は、主走査方向のビーム径）は、ポリゴンミラーの任意の反射面の主走査方向の幅に比べて小さく制限されている。従って、ポリゴンミラーの各反射面に案内された光ビームは、その反射面により全て反射される。

一方、記録媒体又は潜像保持体（像面）に案内された光ビームの断面ビーム径（主走査方向と副走査方向とで異なる場合は、主走査方向のビーム径）は、結像光学系のＦナンバーＦｎに比例する。ここで、ＦナンバーＦｎは、結像光学系の焦点距離をｆ、ポリゴンミラーの任意の反射面での光ビームの主走査方向の径をＤとすると、Ｆｎ＝ｆ／Ｄで表わすことができる。

従って、解像度を高めるためには、走査対象物（像面）すなわち記録媒体又は潜像保持体上での光ビームの断面ビーム径を小さくしようとすると、ポリゴンミラーの各反射面での主走査方向の断面ビーム径を大きくする必要がある。このため、ポリゴンミラーの各反射面の面幅を増大し、さらに反射面の面数を増大すると、ポリゴンミラーが大型になる。また、大型のポリゴンミラーを高速回転させようとすると、そのためのトルクの大きな大型モータが必要であり、モータコストの上昇、騒音及び振動の増大、熱の発生が生じ、これらの対策が必要になる。

これに対して、オーバーイルミネーションタイプの光走査装置は、ポリゴンミラーの各反射面に照射される光ビームの主走査方向の幅が、ポリゴンミラーの個々の反射面の主走査方向の幅よりも大きく設定されているので、各反射面の全面で光ビームを反射させることができる。従って、ポリゴンミラーの大きさ、特に直径を、必要以上に増大することなく、ポリゴンミラーの反射面の数を増やすことができ、画像形成速度及び画像解像度を高めることができる。また、オーバーイルミネーションタイプの光走査装置は、ポリゴンミラー自体の全径を小さくでき、かつ反射面数を増やすことができる。そのため、ポリゴンミラーの形状は円形に近づき、空気抵抗が小さくなるので、オーバーイルミネーションタイプの光走査装置は、アンダーイルミネーションタイプに比べて、ポリゴンモータの負荷低減、騒音及び振動を抑え、熱の発生も抑制できる。さらに、騒音や振動を低減させるためのガラス等の対策部品をなくしたり、又は減少させたりすることができるので、この点について、オーバーイルミネーションタイプの光走査装置はコストダウンの効果もある。また、高デューティーサイクル（duty cycle）が可能となる。このオーバーイルミネーション走査光学系に関しては、例えば非特許文献１に記述されている。
Leo Beiser著，"Laser Scanning Notebook"，SPIE OPTICAL ENGINEERING PRESS，（米国），1992年，LSNNo．8-11/91，p．8

ところで、光走査装置における結像レンズ（通常、ｆθレンズという）を１枚にすると、肉厚変動が大きくなる。そして、結像レンズの取り付け誤差がある場合、主走査軸周りの回転が発生すると、レンズ面までの距離が長いため、レンズ面の変動量が大きくなり、結像レンズの光学特性が大きく悪くなるという問題がある。

本発明は、レンズの光学特性が良好になるように、主走査方向の軸周りに生じ得る回転によるレンズ面の変動量を低減することができるレンズの取り付け位置を決定することを目的とする。

かかる課題を解決するために、第１の本発明の光走査装置は、単一の光偏向装置と、光源が出射した光線を光偏向装置に入射させる偏向前光学系と、光偏向装置からの反射光線を被走査面に結像させる偏向後光学系とを備え、偏向後光学系を構成する１又は複数のレンズのうち少なくとも１枚は、レンズを取り付ける光線進行方向の位置決め面が、レンズの最大肉厚長の中点を通る主走査方向線付近にあることを特徴とする。

第２の本発明の画像形成装置は、光走査装置と、光走査装置により走査された光線により像が形成される感光体と、感光体に形成された像を現像する現像装置とを備え、光走査装置が、単一の光偏向装置と、光源が出射した光線を光偏向装置に入射させる偏向前光学系と、光偏向装置からの反射光線を被走査面に結像させる偏向後光学系とを有し、偏向後光学系を構成する１又は複数のレンズのうち少なくとも１枚は、レンズを取り付ける光線進行方向の位置決め面が、レンズの最大肉厚長の中点を通る主走査方向線付近にあることを特徴とする。

第３の本発明のレンズは、光走査装置の偏向後光学系を構成するものであり、レンズを取り付ける位置決め面が、レンズの最大肉厚長の中点を通る主走査方向線付近にあることを特徴とするレンズ。

本発明によれば、レンズの光学特性が良好になるように、主走査方向の軸周りに生じ得る回転によるレンズ面の変動量を低減することができるレンズの取り付け位置を決定することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、この発明の実施の形態である光走査装置を有する画像形成装置としてのデジタル複写機を示すものである。

図１に示されるように、デジタル複写装置１は、例えば画像読取手段としてのスキャナ部１０と、画像形成手段としてのプリンタ部２０と、を有している。

スキャナ部１０は、矢印の方向に移動可能に形成された第１キャリッジ１１、第１キャリッジ１１に従動して移動される第２キャリッジ１２、第２キャリッジ１２からの光に所定の結像特性を与える光学レンズ１３、光学レンズ１３により所定の結像特性が与えられた光を光電変換して電気信号を出力する光電変換素子１４、原稿Ｄを保持する原稿台１５、原稿台１５に原稿Ｄを押しつける原稿固定カバー１６等を有している。

第１キャリッジ１１には、原稿Ｄを照明する光源１７、光源１７が放射する光で照明されて原稿Ｄから反射された反射光を、第２キャリッジ１２に向けて反射するミラー１８ａが設けられている。

第２キャリッジ１２には、第１キャリッジ１１のミラー１８ａから伝達された光を９０゜折り曲げるミラー１８ｂ、ミラー１８ｂで折り曲げられた光をさらに９０゜折り曲げるミラー１８ｃを有している。

原稿台１５に載置された原稿Ｄは、光源１７によって照明され、画像の有無に対応する光の明暗が分布する反射光を反射する。この原稿Ｄの反射光は、原稿Ｄの画像情報として、ミラー１８ａ，１８ｂ及び１８ｃを経由して、光学レンズ１３に入射される。

光学レンズ１３に案内された原稿Ｄからの反射光は、光学レンズ１３により、光電変換素子（ＣＣＤセンサ）１４の受光面に集光される。

以下、図示しない操作パネル又は外部装置から画像形成の開始が入力されると、図示しないキャリッジ駆動用モータの駆動により第１キャリッジ１１と第２キャリッジ１２が原稿台１５に対して所定の位置関係となるよう定められているホーム位置に一旦移動されたのち、原稿台１５に沿って所定の速度で移動されることで、原稿Ｄの画像情報すなわち原稿Ｄから反射された画像光が、ミラー１８ａが延出されている方向すなわち主走査方向に沿った所定の幅で切り出されて、ミラー１８ｂに向けて反射されるとともに、ミラー１８ａが延出されている方向と直交する方向すなわち副走査方向に関してミラー１８ａにより切り出された幅を単位として、順次取り出され、原稿Ｄの全ての画像情報がＣＣＤセンサ１４に案内される。なお、ＣＣＤセンサ１４から出力される電気信号はアナログ信号であり、図示しないＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換されて、画像信号として図示しない画像メモリに、一時的に記憶される。

以上のようにして、原稿台１５上に載置された原稿Ｄの画像は、ＣＣＤセンサ１４により、ミラー１８ａが延出されている第１の方向に沿った１ライン毎に図示しない画像処理部において画像の濃淡を示す例えば８ビットのデジタル画像信号に変換される。

プリンタ部２０は、図２及び図３を用いて後段に説明する露光装置としての光走査装置２１及び被画像形成媒体である記録用紙Ｐ上に画像形成が可能な電子写真方式の画像形成部２２を有している。

画像形成部２２は、図３を用いて説明するメインモータにより外周面が所定の速度で移動するよう回転され、光走査装置２１からレーザビームＬが照射されることで画像データすなわち原稿Ｄの画像に対応する静電潜像が形成されるドラム状の感光体（以下、感光体ドラムと示す）２３、感光体ドラム２３の表面に所定極性の表面電位を与える帯電装置２４、感光体ドラム２３に光走査装置により形成された静電潜像に可視化材としてのトナーを選択的に供給して現像する現像装置２５、現像装置２５により感光体ドラム２３の外周に形成されたトナー像に所定の電界を与えて記録用紙Ｐに転写する転写装置２６、転写装置でトナー像が転写された記録用紙Ｐ及び記録用紙Ｐと感光体ドラム２３との間のトナーを、感光体ドラム２３との静電吸着から解放して（感光体ドラム２３から）分離する分離装置２７及び感光体ドラム２３の外周面に残った転写残りトナーを除去し、感光体ドラム２３の電位分布を帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態に戻すクリーニング装置２８等を有している。なお、帯電装置２４、現像装置２５、転写装置２６、分離装置２７及びクリーニング装置２８は、感光体ドラム２３が回転される矢印方向に沿って、順に配列されている。また、光走査装置２１からのレーザビームＬは、帯電装置２４と現像装置２５と間の感光体ドラム２３上の所定位置Ｘに照射される。

スキャナ部１０で原稿Ｄから読み取られた画像信号は、図示しない画像処理部において、例えば輪郭補正あるいは中間調表示のための階調処理等の処理により印字信号に変換され、さらに光走査装置２１の後述する半導体レーザ素子から放射されるレーザビームの光強度を、帯電装置２４により所定の表面電位が与えられている感光体ドラム２３の外周に、静電潜像を記録可能な強度と潜像を記録しない強度とのいずれかに変化させるためのレーザ変調信号に変換される。

光走査装置２１の後述するそれぞれの半導体レーザ素子は、上述したレーザ変調信号に従って強度変調され、所定の画像データに対応して感光体ドラム２３の所定位置に静電潜像を記録するよう、発光する。この半導体レーザ素子からの光は、光走査装置２１内の後述する偏向装置によりスキャナ部１０の読み取りラインと同一の方向である第１の方向に偏向されて、感光体ドラム２３の外周上の所定位置Ｘに、照射される。

以下、感光体ドラム２３が所定速度で矢印方向に回転されることで、スキャナ部１０の第１キャリッジ１１及び第２キャリッジ１２が原稿台７に沿って移動されると同様に、偏向装置により順次偏向される半導体レーザ素子からのレーザビームが１ライン毎に、感光体ドラム２３上の外周に所定間隔で露光される。

このようにして、感光体ドラム２３の外周上に、画像信号に応じた静電潜像が形成される。

感光体ドラム２３の外周に形成された静電潜像は、現像装置２５からのトナーにより現像され、感光体ドラム２３の回転により転写装置２６と対向する位置に搬送され、用紙カセット２９から、給紙ローラ３０及び分離ローラ３１により１枚取り出され、アライニングローラ３２でタイミングが整合されて供給される記録用紙Ｐ上に、転写装置２６からの電界によって転写される。

トナー像が転写された記録用紙Ｐは、分離装置２７によりトナーとともに分離され、搬送装置３３により定着装置３４に案内される。

定着装置３４に案内された記録用紙Ｐは、定着装置３４からの熱と圧力によりトナー（トナー像）が定着されたのち、排紙ローラ３５によりトレイ３６に排出される。

一方、転写装置２６によりトナー像（トナー）を記録用紙Ｐに転写させた後の感光体ドラム２３は、引き続く回転の結果、クリーニング装置２８と対向され、外周に残っている転写残りトナー（残留トナー）が除去されて、さらに帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態に初期状態に戻され、次の画像形成が可能となる。

以上のプロセスが繰り返されることで、連続した画像形成動作が可能となる。

このように、原稿台１５にセットされた原稿Ｄは、スキャナ部１０で画像情報が読み取られ、読み取られた画像情報がプリンタ部２０でトナー像に変換されて記録用紙Ｐに出力されることで、複写される。

なお、上述した画像形成装置の説明は、デジタル複写機を例としたが、例えば画像読取部が存在しないプリンタ装置でもかまわない。

次に、図１に示した光走査装置２１の詳細な構成について図２を参照して説明する。

図２は、図１に示した光走査装置２１の構成を説明する概略図である。なお、図２Ａは、光走査装置２１に含まれる光源（半導体レーザ素子）と感光体ドラム（走査対象物）との間に配列される光学要素を、光偏向装置（ポリゴンミラー）から感光体ドラムに向かう光ビームが光偏向装置により走査される方向と平行な方向である主走査方向（第１の方向）と直交する方向から見るとともにミラーによる折り返しを展開して説明した概略平面図で、図２Ｂは、図２Ａに示した方向すなわち主走査方向と直交する副走査方向（第２の方向）が平面となるように示した概略断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、光走査装置２１は、例えば、７８０ｎｍのレーザビーム（光ビーム）Ｌを出射する半導体レーザ素子（光源）４１、半導体レーザ素子４１から出射されたレーザビームＬの断面ビーム形状を集束光又は平行光又は発散光に変換するレンズ４２、レンズ４２を通過されたレーザビームＬの光量（光束幅）を、所定の大きさに制限するアパーチャ４３、アパーチャ４３により光量が制限されたレーザビームＬの断面形状を、所定の断面ビーム形状に整えるために副走査方向のみに正のパワーが与えられたシリンドリカルレンズ４４、及び有限焦点レンズ若しくはコリメートレンズ４２、アパーチャ４３、及びシリンドリカルレンズ４４により断面形状が所定の断面ビーム形状に整えられた半導体レーザ素子４１からのレーザビームＬを、所定の方向に折り曲げるミラー４５等を有する偏向前光学系４０を有している。

偏向前光学系４０により所定の断面ビーム形状が与えられたレーザビームＬが進行する方向には、所定の速度で回転するポリゴンミラーモータ５０Ａと一体に形成され、シリンドリカルレンズ４４により、断面ビーム形状が所定の形状に整えられたレーザビームＬを、後段に位置される感光体ドラム（被走査面）２３に向けて走査するポリゴンミラー（光偏向装置）５０が設けられている。

ポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間には、ポリゴンミラー５０の各反射面で連続して反射されたレーザビームＬを、感光体ドラム２３の軸線方向に沿って、概ね直線状に結像する結像光学系６０が設けられている。

結像光学系６０は、ポリゴンミラー５０の個々の反射面で連続して反射されるレーザビームＬを、感光体ドラム２３に照射される際の感光体ドラム２３上での位置とポリゴンミラー５０の各反射面の回転角とを比例させながら図１に示した露光位置Ｘにおいて感光体ドラム２３の長手（軸線）方向の一端から他端に照射し、感光体ドラム２３上の長手方向のどの位置においても、所定の断面ビーム径となるように、ポリゴンミラー５０が回転される角度に基づいて、所定の関係が与えられた集束性を提供可能な結像レンズ（通常、ｆθレンズと呼ばれる）６１と、画像形成部２２内を浮遊するトナー、塵あるいは紙粉等が光走査装置２１の図示しないハウジング内に回り込むことを防止する防塵ガラス６２等からなる。

なお、光走査装置２１内の半導体レーザ素子４１から感光体ドラム２３までのレーザビームＬの光路は、図示しない複数のミラー等により、光走査装置２１の図示しないハウジング内で折り曲げられている。また、結像レンズ６１の主走査方向及び副走査方向の曲率及びポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間の光路が最適化されることで、結像レンズ６１と図示しないミラーの少なくとも１つが一体に形成されてもよい。

また、図２Ａに示す光走査装置２１において、ポリゴンミラー５０の各反射面に向けられる入射レーザビームの主光線が沿う軸Ｏ_Ｉと結像光学系６０の光軸Ｏ_Ｒを、それぞれ主走査平面に投影したとき、両者のなす角度αは、α＝５°である。また、走査角度βは、β＝２６．４２６°である。また、図２Ｂにおいて、入射レーザビームの主光線の光軸Ｏ_Ｉと結像光学系６０の光軸Ｏ_Ｒとの副走査断面から見た両者のなす角度は２°である。

また、図２に示した光走査装置２１は、図３に示すようなデジタル複写装置１の駆動回路により駆動される。図３は、図２に示した光走査装置を含むデジタル複写装置の駆動回路の一例を示す概略ブロック図である。

主制御装置としてのＣＰＵ１１０には、所定の動作規則やイニシャルデータが記憶されているＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１０２、入力された制御データを一時的に記憶するＲＡＭ１０３、ＣＣＤセンサ１４からの画像データ又は外部装置から供給される画像データを保持するとともに、以下に示す画像処理回路に対して画像データを出力する共有（画像）ＲＡＭ１０４、バッテリバックアップにより、デジタル複写装置１への通電が遮断された場合であってもそれまでに記憶されたデータを保持するＮＶＭ（不揮発性メモリ）１０５、及び画像ＲＡＭ１０４に記憶されている画像データに所定の画像処理を付加して、以下に説明するレーザドライバに出力する画像処理装置１０６等が接続されている。

ＣＰＵ１１０にはまた、光走査装置２１の半導体レーザ素子４１を発光させるレーザドライバ１２１、ポリゴンミラー５０を回転するポリゴンモータ５０Ａを駆動するポリゴンモータドライバ１２２、及び感光体ドラム２３や、付随する用紙（被転写材）の搬送機構等を駆動するメインモータ２３Ａを駆動するためのメインモータドライバ１２３等が接続されている。

図２に示した光走査装置２１では、図３に示すような駆動回路による駆動制御の下、半導体レーザ素子４１を放射された発散性のレーザビームＬは、レンズ４２により、断面ビーム形状が集束光又は平行光又は発散光に変換される。

断面ビーム形状が所定形状に変換されたレーザビームＬは、アパーチャ４３により通過されて光束幅及び光量が最適に設定されるとともに、シリンドリカルレンズ４４により、副走査方向にのみ所定の収束性が与えられる。これにより、レーザビームＬは、ポリゴンミラー５０の各反射面上で主走査方向に延びた線状となる。

ポリゴンミラー５０は、例えば正１２面体であり、その内接円直径Ｄｐが２９ｍｍに形成されている。ポリゴンミラー５０の各反射面（１２面）の主走査方向の幅Ｗｐは、ポリゴンミラー５０の反射面の数をＮとすると、
Ｗｐ＝ｔａｎ（π／Ｎ）×Ｄｐ （２）
から求めることができ、この例では、
Ｗｐ＝ｔａｎ（π／１２）×２９＝７．７７ｍｍ （３）
である。

これに対し、ポリゴンミラー５０の各反射面に照射されるレーザビームＬの主走査方向のビーム幅Ｄ_Ｌは、概ね３２ｍｍであり、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の主走査方向の幅Ｗｐ＝７．７７ｍｍに比較して、広く設定されている。ビーム幅は主走査方向に広いほど像面での走査端と走査中心との光量ばらつきは低減する。

ポリゴンミラー５０の各反射面に案内され、ポリゴンミラー５０が回転されることにより連続して反射されることで直線状に走査（偏向）されたレーザビームＬは、結像光学系６０の結像レンズ６１によって、感光体ドラム２３（像面）上で、断面ビーム径が少なくとも主走査方向に関して、概ね均一になるように所定の結像特性が与えられ、感光体ドラム２３の表面に、概ね直線状に結像される。

また、結像レンズ６１により、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角度と感光体ドラム２３上に結像された光ビームの結像位置すなわち走査位置が、比例関係を持つように補正される。従って、結像レンズ６１により、感光体ドラム２３上に、直線状に走査される光ビームの速度は、全走査域で一定となる。なお、結像レンズ６１は、ポリゴンミラー５０の各反射面が副走査方向に対して個々に非平行であるすなわち各反射面に倒れが生じている影響による副走査方向の走査位置のずれも補正できる曲率（副走査方向曲率）が与えられている。

さらに、結像レンズ６１は副走査方向の像面湾曲も補正している。これら光学特性を補正するために、副走査方向の曲率は走査位置により変化させている。

ここで、結像レンズ６１のレンズ面の形状は、例えば、表１及び式（４）により定義される。

このような結像レンズ６１を用いることで、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角θと感光体ドラム２３上に結像されるレーザビームＬの位置とが概ね比例されるので、レーザビームＬが感光体ドラム２３上に結像される際の位置が補正可能となる。

また、結像レンズ６１は、ポリゴンミラー５０の各反射面相互の副走査方向の傾きの偏差すなわち面倒れ量のばらつきによって生じる副走査方向の位置ずれを補正可能である。詳細には、結像レンズ６１のレーザビーム入射面（ポリゴンミラー５０側）と出射面（感光体ドラム２３側）とにおいて、概ね光学的に共役の関係とすることで、ポリゴンミラー５０の任意の反射面とポリゴンミラー５０の回転軸との間に定義される傾きが（個々の反射面毎に）異なる場合でも、感光体ドラム２３上に案内されるレーザビームＬの副走査方向の走査位置のずれを補正することができる。

なお、レーザビームＬの断面ビーム径は、半導体レーザ素子４１が放射する光ビームＬの波長に依存することから、レーザビームＬの波長を６５０ｎｍ若しくは６３０ｎｍ、又はより短い波長とすることで、レーザビームＬの断面ビーム径を、一層、小径化できる。

偏向後の折り返しミラーは平面で構成されている。すなわち、面倒れ補正は結像レンズ６１のみで行っている。

結像レンズ面の形状は、主走査軸に対して回転対称軸を持ち走査位置により副走査方向の曲率が異なるレンズ、例えばトーリックレンズであっても良い。結像レンズ６１の材料は環状オレフィン系樹脂を用いている。

図４は、結像レンズ６１の取り付け方法を示す図である。図４において、結像レンズ６１を取り付けるために、結像レンズ６１を取り付けるハウジング部分がある。また、結像レンズ６１は、図４に示すように、長手方向の端面に取り付け面があり、その取り付け面をハウジング部分の接触面にあわせることで、所望の位置関係を保ちながら、所定の位置に結像レンズ６１を配置させることができる。また、図４に示すように、レンズを下から支える部材を設け、その部材で結像レンズ６１を支えている。固定方法は、例えば、板ばねを用いて、その弾性変形力で押し当てたり、或いは接着によって固定したりする方法などがある。

ところで、結像光学系６０における結像レンズ６１を１枚とする場合、結像レンズ６１の肉厚が厚くなるため、結像レンズの変動量が大きくなり、結像レンズ６１の光学特性が悪くなることがある。この点について、図５〜図７を参照して説明する。

図５は、結像光学系６０に従来の各光学部品を配置させた場合の波面収差を示す図である。

図５では、各光学部品に公差ない場合の波面収差（設計値の波面収差量）と、所定の公差を付与した場合に波面収差が増加する量と、その増加した量を設計値の波面収差量に足し合わせた量を示す。

ここで、光学部品に付与する公差量は、結像レンズ面の入射面と出射面の位置精度を２０μｍとし、各光学部品の取り付け誤差を５０μｍとして公差解析を行った。また、公差解析方法としてｒｓｓ法を採用した。

さらに、結像レンズ６１のハウジング取り付け位置はＬｉ／Ｌｏが０．２となるようにして配置させた。

ここで、Ｌｉは、図６に示すように、結像レンズ６１の入射面の頂点からハウジングするための取り付け位置決め面までの距離であり、Ｌｏは、レンズの入射面の頂点から出射面の頂点までの距離である。

このような条件の下、図５の公差解析結果を考察すると、−１６０ｍｍ付近の走査位置において、公差を付与した場合の波面収差量が０．０７７７９λであり、Marechal criterionのＲＭＳ＜λ／１４（＝０．０７１４２λ）以下の条件を満たしていないことが判る。

この原因について、図７を用いて考察する。図７は、結像レンズ６１の取り付け誤差を与えたときの波面収差の増分量をプロットしたグラフである。図７に示すように、結像レンズ６１の主走査軸周りの回転誤差による波面収差への影響度（悪化度）が大きいことが判る。

すなわち、肉厚が大きいレンズをハウジングへ取り付けた場合、主走査軸周りの回転が発生する。その際、レンズの取り付け誤差が生じていると、レンズ面までの距離が長いため、取り付け誤差によるレンズ面の変動量が大きく、レンズの光学特性は大きく悪化するためと考えられる。このことは、結像光学系におけるレンズについて共通し、特に結像レンズを１枚構成とする場合、そのレンズの肉厚を厚くすることになるので問題になる。

そこで、本実施形態では、ハウジングへの取り付け面と最大肉厚部との距離が小さくなるように設けることで、レンズの取り付け誤差の影響を小さくし、これにより主走査軸周りの回転が発生してもレンズ面の変動量を小さく抑えることができ、レンズの光学特性の悪化を低減するようにする。

図８は、結像レンズ６１のＬｉ／Ｌｏの比率を変化させたときの公差解析結果を示すものであり、走査領域±１６０ｍｍの中で公差を付与したときの波面収差の最大値をプロットしたものである。

なお、図８において、Ｌｉ／Ｌｏが０と１は、例えば図９のようにフランジを設けた場合で、フランジの厚みがレンズ肉厚と同じとしたときに、フランジの入射面側の面で位置決めする場合は、Ｌｉ／Ｌｏが０となり出射面側で位置決めする場合はＬｉ／Ｌｏが１になる。

図８の結果から、波面収差がλ／１４（＝０．０７１４２λ）以下となり、Marechal criterionの条件を満たすのは、Ｌｉ／Ｌｏ比が０．３２≦Ｌｉ／Ｌｏ≦０．６２のときである。そして、この比率の範囲でレンズをハウジングする位置決め面を設け、レンズを配置させることで、良好な光学特性を得ることができる。

図１０は、結像レンズ６１の主走査軸周りの回転誤差が生じたときの波面収差の増加量を、Ｌｉ／Ｌｏが０．２（従来例）の場合と０．５（本実施形態）の場合とで比較した図である。図１０に示すように、Ｌｉ／Ｌｏが０．５の場合の結果は、Ｌｉ／Ｌｏが０．２の場合の結果に比べて、波面収差の増加量が小さいことが判る。すなわち、Ｌｉ／Ｌｏが０．５となるように、レンズを配置すると光学特性の悪化を低減することができる。

なお、本実施形態では、レンズ取り付けの位置決め面の位置をＬｉ／Ｌｏ比を変化させることにより求めたが、Ｌｉ／Ｌｏに限らず、例えば、Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｌｏ）比、又はＬｏ／（Ｌｉ＋Ｌｏ）比でもよい。

また、図６では、Ｌｉ、Ｌｏは、入射面又は出射面の頂点から、入射面に近い側の取り付け面までの距離としたが、出射面に近い側の取り付け面を基準として、入射面又は出射面の頂点から、出射面に近い側の取り付け面までの距離としてもよい。

また、本実施形態においては、偏向後光学系に結像レンズ６１を用いたが、これに限られるものではなく、回折光学素子を含んだ構成であって、結像レンズ６１と同様の機能を有する偏向後光学系にしてもよい。

すなわち、この回折光学素子を含んだ偏向後光学系は、感光体ドラム２３（像面）上で断面ビーム径が少なくとも主走査方向に関して概ね均一になるように所定の結像特性を与えて感光体ドラム２３の表面に概ね直線状に結像する機能と、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角度と感光体ドラム２３上に結像された光ビームの結像位置を補正して感光体ドラム２３上に走査される光ビームの速度を全走査域で一定とする機能と、ポリゴンミラー５０の各反射面が副走査方向に対して各反射面に倒れが生じている影響による副走査方向の走査位置のずれを補正する機能と、副走査方向の像面湾曲を補正する機能と、を有するものである。

実施形態の光走査装置を有する画像形成装置の概略断面図である。 実施形態の光走査装置の構成を示す構成図である。 実施形態の画像形成装置の駆動回路の構成例を示すブロック図である。 実施形態の結像レンズの取り付け方法を示す図である。 実施形態の走査位置と波面収差の関係を示す図である。 実施形態の結像レンズの取り付け面の位置を決めるための位置関係を説明する図である。 従来の結像レンズの取り付け誤差を与えたときの波面収差の増分量を示す図である。 実施形態の走査位置と波面収差の関係を示す図である。 実施形態のフランジを示す図である。 本実施形態の結像レンズの取り付け誤差を与えたときの波面収差の増分量を示す図である。

符号の説明

１…デジタル複写機、１０…スキャナ部、２０…プリンタ部、２１…光走査装置、２３…感光体、４０…偏向前光学系、４１…半導体レーザ素子（光源）、４２…レンズ、４３…アパーチャ、４４…シリンドリカルレンズ、４５…ミラー、５０…ポリゴンミラー、５０Ａ…ポリゴンミラーモータ、６０…結像光学系、６１…結像レンズ（回折光学素子）、６２…補正部材。

Claims (12)

1. 単一の光偏向装置と、
   光源が出射した光線を前記光偏向装置に入射させる偏向前光学系と、
   前記光偏向装置からの反射光線を被走査面に結像させる偏向後光学系と
   を備え、
   前記偏向後光学系を構成する１又は複数のレンズのうち少なくとも１枚は、該レンズを取り付ける光線進行方向の位置決め面が、該レンズの最大肉厚長の中点を通る主走査方向線付近にあることを特徴とする光走査装置。
2. 前記レンズを取り付ける位置決め面は、前記各レンズの入射面の頂点から当該位置決め面までの距離をＬｉ、前記各レンズの入射面の頂点から出射面の頂点までの距離をＬoとしたときに、
   ０．３２≦Ｌｉ／Ｌｏ≦０．６２
   となる範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記偏向後光学系を構成する前記各レンズがプラスチックレンズであることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記偏向後光学系を構成する前記レンズが１枚構成であることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記光偏向装置に入射される光線の光束の主走査方向の幅が、前記光偏向装置の単一反射面の主走査方向の幅より広いことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 光走査装置と、前記光走査装置により走査された光線により像が形成される感光体と、前記感光体に形成された像を現像する現像装置とを備え、
   前記光走査装置が、
   単一の光偏向装置と、
   光源が出射した光線を前記光偏向装置に入射させる偏向前光学系と、
   前記光偏向装置からの反射光線を被走査面に結像させる偏向後光学系と
   を有し、
   前記偏向後光学系を構成する１又は複数のレンズのうち少なくとも１枚は、該レンズを取り付ける光線信号方向の位置決め面が、該レンズの最大肉厚長の中点を通る主走査方向線付近にあることを特徴とする画像形成装置。
7. 前記レンズを取り付ける位置決め面は、前記各レンズの入射面の頂点から当該位置決め面までの距離をＬｉ、前記各レンズの入射面の頂点から出射面の頂点までの距離をＬoとしたときに、
   ０．３２≦Ｌｉ／Ｌｏ≦０．６２
   となる範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記偏向後光学系を構成する前記各レンズがプラスチックレンズであることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記偏向後光学系を構成する前記レンズが１枚構成であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記光偏向装置に入射される光線の光束の主走査方向の幅が、前記光偏向装置の単一反射面の主走査方向の幅より広いことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 光走査装置の偏向後光学系を構成するものであり、当該レンズを取り付ける位置決め面が、当該レンズの最大肉厚長の中点を通る主走査方向線付近にあることを特徴とするレンズ。
12. 前記レンズを取り付ける位置決め面は、前記各レンズの入射面の頂点から当該位置決め面までの距離をＬｉ、前記各レンズの入射面の頂点から出射面の頂点までの距離をＬoとしたときに、
    ０．３２≦Ｌｉ／Ｌｏ≦０．６２
    となる位置にある特徴とする請求項１１に記載のレンズ。
    

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