JP2013174789A - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査レンズの光学性能の安定化を図る。
【解決手段】光走査装置は、レーザー光Ｂを発する半導体レーザー２２と、レーザー光Ｂを反射して偏向走査させるポリゴンミラー２６と、レーザー光Ｂをポリゴンミラー２６に入射させるコリメータレンズ２３及びシリンドリカルレンズ２４と、入射面２８１及び出射面２８２とを有し、偏向走査されたレーザー光Ｂを被走査面１０３Ｓ上に結像させる１枚のｆθレンズ２８とを備える。入射面２８１の主走査方向断面の曲率半径をＲ１、出射面２８２の主走査方向断面の曲率半径をＲ２、ｆθレンズ２８の主走査方向の中心における光軸方向のレンズ厚さをｄ、ｆθレンズ２８の屈折率をｎとするとき、次の（１）式及び（２）式を満たす。
０＜Ｒ２＜Ｒ１ ・・・（１）
０＞Ｒ２−Ｒ１＞−（ｎ−１）ｄ／ｎ ・・・（２）
【選択図】図３

Description

本発明は、偏向走査された光線を被走査面上に結像させる走査レンズ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。

例えばレーザープリンターや複写機等に用いられる一般的な光走査装置は、レーザー光を発する光源と、前記レーザー光を反射して偏向走査させるポリゴンミラーと、偏向走査された前記レーザー光を感光体ドラムの周面（被走査面）上に結像させる走査レンズとを含む。前記走査レンズとしては、ｆθ特性を有するレンズが用いられる。また、当該走査レンズは、樹脂材料を用いた金型モールド成形にて製造されるのが一般的である。

前記走査レンズは、複数枚のレンズで構成される場合もあるが、装置のコンパクト化や低コスト化等の目的で、１枚のレンズで構成される場合もある。特許文献１には、走査レンズが１枚で構成される光走査装置において、当該走査レンズの主走査方向断面における入射面と出射面との曲率半径の関係を規定した設計技術が開示されている。具体的には、前記走査レンズが、ポリゴンミラーと対向する前記入射面の光軸近傍の曲率半径をＲ１、前記出射面の光軸近傍の曲率半径をＲ２とするとき、０＜Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たす、ポリゴンミラー側に凸のメニスカスレンズにて構成されている。

特開平０８−０７６０１１号公報

しかしながら、上記特許文献１の光走査装置の走査レンズを用いた場合、光学性能が安定しない、若しくは生産性が悪いという問題が生じる。すなわち、走査レンズが０＜Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たすものとすると、走査レンズの光軸方向の厚みが、主走査方向の中心部から端部に向かうにつれ薄くなってしまう。このような薄肉部を有する走査レンズをモールド成形で製造すると、成形毎に形状が微小に変動し易くなる。このため、成形された走査レンズ間で光学性能が安定しなくなる。この問題は、モールド成形において、注型時間及び冷却時間を長くすることで解消可能である。しかしながら、当然に生産性が悪化するという問題が生じる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、走査レンズの光学性能の安定化を図ることができる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る光走査装置は、光線を発する光源と、前記光源から発せられる光線を反射して偏向走査させる偏向体と、前記光源から発せられる光線を前記偏向体に入射させる入射光学系と、前記偏向体と対向する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記偏向走査された前記光線を被走査面上に結像させる１枚の走査レンズと、を備え、前記第１面の主走査方向断面の曲率半径をＲ１、前記第２面の主走査方向断面の曲率半径をＲ２、前記走査レンズの主走査方向の中心における光軸方向のレンズ厚さをｄ、前記走査レンズの屈折率をｎとするとき、下記（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とする。
０＜Ｒ２＜Ｒ１ ・・・（１）
０＞Ｒ２−Ｒ１＞−（ｎ−１）ｄ／ｎ ・・・（２）

この構成によれば、上記（１）式を満たすことにより、走査レンズの光軸方向の厚みが、主走査方向の中心部から端部に向かうにつれ薄くなることを防止できる。また、上記（１）式及び（２）式を満たす走査レンズは、０＜Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たす従来の走査レンズに比べて焦点距離を長くすることができる。焦点距離を長く設定できるということは、走査レンズの光学的パワーを低減できることを意味する。このことは、走査レンズの光軸方向の厚みを、主走査方向において大きく変化させずに済むということに繋がる。つまり、走査レンズの厚みを主走査方向において略均一化できるようになる。従って、走査レンズを安定的に成形できるようになり、光学性能のロッド間ばらつきを低減できるようになる。

上記構成において、前記入射光学系はコリメータレンズを含み、前記コリメータレンズは、該コリメータレンズからの出射光を収束光とする光学的パワーを有することが望ましい。

上記（１）式を満たす走査レンズの場合、前記第２面から出射される光線は収束性が比較的弱いものとなる。従って、コリメータレンズに収束光を作る光学的パワーを具備させることで、光路長の短縮化を図ることができる。

この場合、前記コリメータレンズのバックフォーカスをＣｏｆｂ、前記走査レンズの主走査方向の焦点距離をｆｍとするとき、下記（３）式を満たすことが望ましい。
１．０＜ｆｍ／Ｃｏｆｂ＜３．２ ・・・（３）

上記（３）式を満たすことで、前記コリメータレンズに光学的パワーを付与した場合にあっても、結像性能を良好にして収差を抑制できる一方で、主走査方向の結像点位置ズレも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、走査レンズの生産性が良好で、しかも走査レンズの光学性能の安定化を図ることができ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プリンターの概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る光走査装置の内部構造を示す斜視図である。 前記光走査装置の主走査断面の構成を示す光路図である。 走査レンズの比較例を示す平面図である。 実施例１の光学系を備えた光走査装置の光学特性を示すグラフである。 第２実施形態に係る光走査装置の主走査断面の構成を示す光路図である。 前記光走査装置の副走査断面の光路図である。 第２実施形態に係る光走査装置の光学特性を示すグラフである。 第２実施形態に係る光走査装置の光学特性を示すグラフである。 第２実施形態に係る光走査装置の光学特性を示すグラフである。 実施例２の光学系を備えた光走査装置の光学特性を示すグラフである。 実施例２の光学系を備えた光走査装置の光学特性を示すグラフである。 実施例２の光学系を備えた光走査装置の光学特性を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る光走査装置について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプリンター１（画像形成装置の一例）の概略構成を示す断面図である。なお、画像形成装置は、プリンター１に限られず、複写機、ファクシミリ、複合機等であってもよい。プリンター１は、箱状の筐体１０１と、この筐体内に収容された画像形成部１００、光走査装置１０４、及び給紙カセット２１０，２２０とを含む。給紙カセット２１０，２２０は、プリンター１の下部に、着脱自在に装着されている。

筐体１０１の右側面には右カバー１１１が設けられ、筐体１０１の左側面には左カバー１１３が設けられている。右カバー１１１は、その下側端部に設けられた軸１１２によって軸支され、軸回りに回動することによって開閉可能である。同様に左カバー１１３は、その下側端部に設けられた軸１１４によって軸支され、軸回りに回動することによって開閉可能である。ユーザーは、これらカバー１１１、１１３を開放することで、ジャム処置、消耗品の交換、或いはメンテナンスなどを行うことができる。

画像形成部１００は、シートにトナー画像を形成する処理を行うもので、帯電装置１０２、感光体ドラム１０３（像担持体）、現像装置１０５、転写ローラー１０６、クリーニング装置１０７、及び定着ユニット１０８を備えている。

感光体ドラム１０３は、円筒状の部材であり、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。感光体ドラム１０３は、図略のモーターからの駆動力を受けて、図１において矢印Ａで示す時計回りの方向に回転される。帯電装置１０２は、感光体ドラム１０３の表面を略一様に帯電する。

現像装置１０５は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０３の周面にトナーを供給してトナー像を形成する。現像装置１０５は、トナーを担持する現像ローラーやトナーを攪拌搬送するスクリューを含む。感光体ドラム１０３に形成されたトナー像は、給紙カセット２１０，２２０から繰り出され搬送路３００を搬送されるシートに転写される。この現像装置１０５には、図略のトナーコンテナからトナーが補給される。

転写ローラー１０６は、感光体ドラム１０３の側方に対向して配設され、両者によって転写ニップ部が形成されている。転写ローラー１０６は、導電性を有するゴム材料等で構成されると共に転写バイアスが与えられ、感光体ドラム１０３に形成されたトナー像を前記シートに転写させる。クリーニング装置１０７は、トナー像が転写された後の感光体ドラム１０３の周面を清掃する。

定着ユニット１０８は、ヒーターを内蔵する定着ローラーと、該定着ローラーと対向する位置に設けられた加圧ローラーとを備える。定着ユニット１０８は、トナー像が形成されたシートを前記ローラーによって加熱しつつ搬送することにより、シートに転写されたトナー像を当該シートへ定着させる。

光走査装置１０４は、帯電装置１０２によって略一様に帯電された感光体ドラム１０３の周面（被走査面）に対して、パーソナルコンピューター等の外部装置から入力される画像データに応じたレーザー光を照射して、静電潜像を形成する。この光走査装置１０４については、後記で詳述する。

給紙カセット２１０，２２０は、画像形成に供される複数枚のシートＰを収容する。給紙カセット２１０，２２０と画像形成部１００との間には、シート搬送用の搬送路３００が配設されている。搬送路３００には、給紙ローラー対２１３，２２３、搬送ローラー対２１４，２２４、及びレジストローラー対２１５が設けられている。また、定着ユニット１０８の下流側には、搬送ローラー対１０９と、排紙トレイ１１９にシートを排出する排出ローラー対１１０とが配置されている。

次に、プリンター１の画像形成動作について簡単に説明する。先ず、帯電装置１０２により感光体ドラム１０３の周面が略均一に帯電される。帯電された感光体ドラム１０３の周面が、光走査装置１０４から発せられるレーザー光により露光され、シートＰに形成する画像の静電潜像が感光体ドラム１０３の周面に形成される。この静電潜像が、現像装置１０５から感光体ドラム１０３の周面にトナーが供給されることにより、トナー像として顕在化される。一方、給紙カセット２１０、２２０からは、ピックアップローラー２１２，２２２によってシートＰが搬送路３００に繰り出され、搬送ローラー対２１４，２２４によって搬送される。その後、シートＰは、レジストローラー対２１５によって一旦停止され、所定のタイミングで転写ローラー１０６と感光体ドラム１０３との間の転写ニップ部へ送られる。前記トナー像は、前記転写ニップ部をシートＰが通過することにより、当該シートＰに転写される。この転写動作が行われた後、シートＰは定着ユニット１０８に搬送され、シートＰにトナー像が固着される。しかる後、シートＰは搬送ローラー対１０９及び排出ローラー対１１０によって、排紙トレイ１１９に排出される。

＜光走査装置の第１実施形態＞
続いて、第１実施形態に係る光走査装置１０４の詳細構造について説明する。図２は、光走査装置１０４の内部構造を示す斜視図、図３は、光走査装置１０４の主走査断面の構成を示す光路図である。なお、図３では、実際は屈曲光路であるものを、直線光路に簡略化して記載している。光走査装置１０４は、ハウジング１０４Ｈと、このハウジング１０４Ｈ内に収容されたレーザーユニット２０（光源）、コリメータレンズ２３（入射光学系の一部）、シリンドリカルレンズ２４（入射光学系の一部）、ポリゴンミラー２６（偏向体）、及びｆθレンズ２８（走査レンズ）とを含む。図２に付記している方向表示において、左右方向が主走査方向である。本実施形態の光走査装置１０４は、走査レンズが１枚のレンズ（ｆθレンズ２８）のみで構成される光走査装置である。

ハウジング１０４Ｈは、各種の部材が載置されるベース部材となる底板１４１と、この底板１４１の周縁から略垂直に立設された側板１４２と、側板１４２の上方を塞ぐ蓋体とを含む。なお図２では、前記蓋体が取り外された状態を示しているので、該蓋体は描かれていない。ハウジング１０４Ｈは、上面視で略四角形の形状を有する。側板１４２は、光走査装置１０４がプリンター１に取り付けられた場合に感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓと対向する前側板１４２Ｆ、この前側板１４２Ｆと対向する後側板１４２Ｂ、これらの両側部を繋ぐ右側板１４２Ｒ及び左側板１４２Ｌからなる。

底板１４１には、後側板１４２Ｂに隣接する箇所に、高さが周囲よりも低い凹所１４３が備えられている。凹所１４３にポリゴンミラー２６が配置され、底板１４１の凹所１４３以外の領域にレーザーユニット２０、コリメータレンズ２３、シリンドリカルレンズ２４及びｆθレンズ２８が配置されている。前側板１４２Ｆには、当該前側板１４２Ｆを上縁から中間部付近まで切り欠いて形成された窓部１４４が設けられている。図略の前記蓋体が装着された状態においても、当該窓部１４４はハウジング１０４Ｈの開口部となる。また、底板１４１の上面であって左側板１４２Ｌの近傍には、第１保持部材１４５及び第２保持部材１４６が備えられている。左側板１４２Ｌと第１保持部材１４５との間、及び左側板１４２Ｌと第２保持部材１４６との間には、それぞれ微小な隙間が設けられている。

レーザーユニット２０は、基板２１と、該基板の一方面に搭載された略円筒形状の半導体レーザー２２とを含む。半導体レーザー２２は、所定の波長のレーザー光（光線）を発する光源である。基板２１には、半導体レーザー２２及び該半導体レーザー２２を駆動する駆動回路部品がマウントされている。レーザーユニット２０は、基板２１が、第１保持部材１４５及び第２保持部材１４６と左側板１４２Ｌとの間に存在する前記隙間に挟み込まれるように、かつ半導体レーザー２２が第１保持部材１４５及び第２保持部材１４６の間に嵌り込むように、底板１４１の上面に取り付けられている。基板２１の前記隙間への嵌り込み位置を調整することで、レーザー光Ｂの照射位置の調整を行うことができる。

コリメータレンズ２３は、半導体レーザー２２から発せられ拡散するレーザー光Ｂを平行光若しくは平行に近い光に変換する。コリメータレンズ２３は、台座部２５を介して、底板１４１に接着剤で固定されている。

シリンドリカルレンズ２４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２６の反射面に結像させる。コリメータレンズ２３及びシリンドリカルレンズ２４は、ポリゴンミラー２６へレーザー光Ｂを入射させる入射光学系であって、本実施形態では斜入射の光学系の構成とされている。

ポリゴンミラー２６は、正六角形の各辺に沿って反射面が形成された多面鏡である。ポリゴンミラー２６の中心位置には、ポリゴンモーター２７の回転軸が連結されている。ポリゴンミラー２６は、ポリゴンモーター２７が回転駆動されることによって、前記回転軸の軸回りに回転しつつ、半導体レーザー２２から発せられ、コリメータレンズ２３及びシリンドリカルレンズ２４を経て結像されたレーザー光Ｂを偏向走査する。

ｆθレンズ２８は、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。ｆθレンズ２８は、窓部１４４とポリゴンミラー２６との間に配設され、ポリゴンミラー２６によって反射されたレーザー光Ｂを集光し、ハウジング１０４Ｈの窓部１４４を通して感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓに結像させる。ｆθレンズ２８は、透光性樹脂材料を用いた金型モールド成形にて製造されている。

図３を参照して、ｆθレンズ２８は、ポリゴンミラー２６と対向しレーザー光Ｂが入射される入射面２８１（第１面）と、入射面２８１と反対側の面であってレーザー光Ｂが出射される出射面２８２（第２面）とを備える。なお、図３では、ｆθレンズ２８を簡略化して描いている。

ｆθレンズ２８は、次のようなレンズ形状を有している。すなわち、入射面２８１の主走査方向断面における光軸ＡＸ近傍の曲率半径をＲ１、出射面２８２の主走査方向断面における光軸ＡＸ近傍の曲率半径をＲ２とするとき、下記（１）式の条件を満たすレンズ形状とされている。
０＜Ｒ２＜Ｒ１ ・・・（１）

上記（１）式を満たすことにより、ｆθレンズ２８の光軸ＡＸ方向の厚みが、主走査方向の中心部から端部に向かうにつれ薄くなることを防止できる。従って、モールド成形によるｆθレンズ２８の生産性を良好なものとしつつ、ｆθレンズ２８の光学性能を安定させ易くなる。

図４は、比較のために示すｆθレンズ２８Ａの主走査断面図である。このｆθレンズ２８Ａは、入射面２８１Ａの主走査方向断面における光軸ＡＸ近傍の曲率半径Ｒ１が、出射面２８２Ａの主走査方向断面における光軸ＡＸ近傍の曲率半径Ｒ２より小さいものとされている。このため、ｆθレンズ２８Ａの光軸ＡＸ方向の厚みが、主走査方向の中心部から端部に向かうにつれ薄くなっている。このように両端部が薄肉となるｆθレンズ２８Ａをモールド成形で製造すると、成形毎に両端部の形状が微小に変動し易くなる。このため、成形されたｆθレンズ２８Ａ間で光学性能が安定しなくなる。この問題は、モールド成形において、注型時間及び冷却時間を長くすることで解消可能である。しかしながら、当然に生産性が悪化するという問題が生じる。本実施形態のｆθレンズ２８においては、このような問題を解消することができる。

ここで、単レンズの焦点距離は、近軸領域において次の（１１）式で表される。なお、単レンズの光軸方向のレンズ厚さをｄ、屈折率をｎとする。

ｆθレンズ２８は、レーザー光Ｂの光線を感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓに結像させる役目を担うので、ｆθレンズ２８の焦点距離ｆは、次の（１２）式を満たす必要がある。
ｆ＞０ ・・・（１２）

ここで、ｆθレンズ２８の主走査方向の中心における光軸方向のレンズ厚さをｄ、ｆθレンズ２８の屈折率をｎとする。上記（１）式より、Ｒ１及びＲ２の値が共に正の値であることは明らかである。また、一般に光学レンズの材料は屈折率ｎ＞１である。これらの点を考慮すると、上記（１１）式及び（１２）式より、次の（１３）式の関係が成立する。
ｎ（Ｒ２−Ｒ１）＋（ｎ−１）ｄ＞０ ・・・（１３）

上記（１１）式より、焦点距離ｆを長くするには、ｎ（Ｒ２−Ｒ１）＋（ｎ−１）ｄの値を小さくする必要がある。仮に、上記（１）式の関係とは異なり、Ｒ１、Ｒ２の関係が従来技術のように、
０＜Ｒ１＜Ｒ２ ・・・（１）′
であると、ｎ（Ｒ２−Ｒ１）の値は正の値となり、また上述の通りｎ＞１であるので（ｎ−１）ｄの値も正の値となる。このため、ｎ（Ｒ２−Ｒ１）＋（ｎ−１）ｄの値を小さくすることができない。

一方、本実施形態では、上記（１）式の関係を有するので、ｎ（Ｒ２−Ｒ１）の値は負の値となる。従って、ｎ（Ｒ２−Ｒ１）＋（ｎ−１）ｄの値を小さくすることができ、ｆθレンズ２８の焦点距離ｆを従来に比べて長くすることができる。焦点距離ｆを長く設定できるということは、ｆθレンズ２８の光学的パワーを低減できることを意味する。このことは、ｆθレンズ２８の光軸ＡＸ方向の厚みを、主走査方向において大きく変化させずに済むということに繋がる。つまり、ｆθレンズ２８の厚みを主走査方向において略均一化できるようになる。従って、ｆθレンズ２８を安定的に成形できるようになり、光学性能のロッド間ばらつきを低減できるようになる。

上記（１３）式を整理すると、次の（１４）式を得ることができる。
Ｒ１−Ｒ２＞−（ｎ−１）ｄ／ｎ ・・・（１４）
よって、上記（１）式及び（１４）式より、次の（２）式を導くことができる。
０＞Ｒ１−Ｒ２＞−（ｎ−１）ｄ／ｎ ・・・（２）
なお、光学レンズの材料の屈折率ｎは、高くても２であるので、次の（２１）式を導くことができる。
０＞Ｒ１−Ｒ２＞−ｄ／２ ・・・（２１）
さらに、光学レンズの材料の屈折率ｎは、一般的には１．５付近であるので、近似的に次の（２２）式を導くことができる。
０＞Ｒ１−Ｒ２＞−ｄ／２ ・・・（２２）

ところで、上記（１）式を満たすｆθレンズ２８は、出射面２８２から出射される光線の収束性が比較的弱いものとなる。そこで、コリメータレンズ２３に、該コリメータレンズ２３からの出射光を収束光とする光学的パワーを具備させることが望ましい。コリメータレンズ２３に収束光を作る光学的パワーを具備させることで、光路長の短縮化を図ることができる。

＜実施例１＞
次に、第１実施形態に係る光走査装置１０４の要件を満たす結像光学系のコンストラクションデータの一例を、実施例１として示す。実施例１の結像光学系は、図３に示す通り、半導体レーザー２２側から順に、１枚のコリメータレンズ２３、１枚のシリンドリカルレンズ２４及び１枚のｆθレンズ２８が配置された構成である。また、実施例１の各レンズの光学性能及びｆθレンズ２８の面形状は表１の通りである。

表１において、Ｆｂはコリメータレンズ２３のバックフォーカスを表す。「ポリゴン−ｆθ距離」は、ｆθレンズ２８の入射面２８１とポリゴンミラー２６の反射面との間の距離を、「ｆθ−像面距離」は、ｆθレンズ２８の出射面２８２と感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓとの間の距離をそれぞれ表している。なお、表中のｆ、Ｆｂ、ｄ、「ポリゴン−ｆθ距離」、「ｆθ−像面距離」の単位はミリメートルである。また、表１において、「Ｒ１」欄は、ｆθレンズ２８の入射面２８１の面形状を、「Ｒ２」欄は出射面２８２の面形状を各々示している。なお、Ｒｍは主走査曲率半径、Ｒｓ０は副走査曲率半径、Ｋｙは主走査コーニック係数、Ｋｘは副走査コーニック係数、Ａｎ及びＢｎ（ｎは整数）は面形状の高次の係数を示している。因みに、本実施例では、ｆθレンズ２８の入射面２８１の主走査曲率半径（Ｒ１）＝２９．９８ｍｍ、出射面２８２の主走査曲率半径（Ｒ２）＝２６．９０ｍｍ、レンズ厚さｄ＝９ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５であり、上記（１）式及び（２）式を満たしている。

入射面２８１及び出射面２８２の面形状は、面頂点を原点、周面１０３Ｓ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）、Ｃｍ＝１／Ｒｍ、Ｃｓ＝１／Ｒｓである。

図５は、実施例１の光学系を備えた光走査装置の光学特性（像面湾曲）を示すグラフである。図５から明らかな通り、主走査方向及び副走査方向の双方共、像面湾曲は０．５ｍｍ以下の範囲内であり、実用上問題が無いレベルであることが確認された。

＜光走査装置の第２実施形態＞
続いて、第２実施形態に係る光走査装置１０４Ａについて説明する。図６は、第２実施形態に係る光走査装置１０４Ａの主走査断面の構成を示す光路図、図７は、光走査装置１０４Ａの副走査断面の光路図である。但し、図７においては、ポリゴンミラー２６及びｆθレンズ２８を光路から除外している。

光走査装置１０４Ａは、第１実施形態の光走査装置１０４と同一の光学素子の配置を備え、レーザーユニット２０（光源）、コリメータレンズ２３（入射光学系の一部）、シリンドリカルレンズ２４（入射光学系の一部）、ポリゴンミラー２６（偏向体）、及び１枚構成のｆθレンズ２８（走査レンズ）とを含む。このｆθレンズ２８は、上記の（１）式及び（２）式を満たすレンズである。

第１実施形態において、コリメータレンズ２３が、収束光を作る光学的パワーを具備することが望ましい旨を説明した。この第２実施形態では、ｆθレンズ２８が上記の（１）式及び（２）式を満たし、コリメータレンズ２３が光学的パワーを有し、さらに、コリメータレンズ２３のバックフォーカスＣｏｆｂとｆθレンズ２８の主走査方向の焦点距離ｆｍとの関係を適正化することで、より一層良好な光学特性を発揮する光走査装置１０４Ａを示す。

図７に示すように、コリメータレンズ２３は、当該コリメータレンズ２３の出射面からの出射光（レーザー光Ｂ）を収束光とする光学的パワーを有している。コリメータレンズ２３のバックフォーカスＣｏｆｂは、コリメータレンズ２３の出射面から、結像面である感光体ドラム１０３の周面１０３Ｓまでの距離であり、ｆθレンズ２８へ入射するレーザー光Ｂの収束度合いを示す。第２実施形態では、ｆθレンズ２８の主走査方向の焦点距離ｆｍとバックフォーカスＣｏｆｂとが、次式（３）を満たすものとされる。
１．０＜ｆｍ／Ｃｏｆｂ＜３．２ ・・・（３）

図８は、上記（３）式のｆｍ／Ｃｏｆｂを横軸に取り、サイドピーク強度［％］を縦軸に取ったグラフである。サイドピーク強度とは、レーザー光Ｂのビーム径と称される領域の周辺領域における光強度をいう。レーザー光Ｂのビーム径は、当該レーザー光Ｂのピーク強度の１／ｅ^２の値（ピーク強度の１３．５％）を有する領域の径で表される。サイドピーク強度は、このようなビーム径を構成する主領域の周辺領域において存在するピーク光の光強度である。一般に、サイドピーク強度が大きいと、レーザー光Ｂのピーク強度を有するメインローブ（main-lobe）の周辺に形成されるサイドローブ（side-lobe）の領域が大きくなる。このことは、レーザー光Ｂの結像性能が悪いことを示す。画像形成装置において、画像に影響を及ぼさないようにするには、およそサイドピーク強度＝９％未満とすることが求められる。

図９は、上記（３）式のｆｍ／Ｃｏｆｂを横軸に取り、ｆθ特性［％］を縦軸に取ったグラフである。ｆθ特性は、実際の像高ｈと理想像高ｈ０との間のズレを示す指標であり、次式で表される。
ｆθ特性＝（（ｈ−ｈ０）／ｈ０）×１００［％］
当然、ｆθ特性＝０［％］が理想であり、値が大きくなるほど、目標とする位置とレーザー光Ｂの照射位置とのズレが大きくなる。画像形成装置において、画像に影響を及ぼさないようにするには、概ねｆθ特性＝２％未満とすることが求められる。

コリメータレンズ２３のバックフォーカスＣｏｆｂを小さく（短く）し、ｆθレンズ２８へ入射するレーザー光Ｂの収束度合いを大きくすると、ｆθレンズ２８の主走査方向の焦点距離ｆｍを大きく（長く）することができる。つまり、ｆθレンズ２８の光学的パワーを低減できる。しかしながら、図９から判る通り、ｆｍ／Ｃｏｆｂの値が３．２を超過するとｆθ特性が２％を越えるようになり、画像に影響を及ぼすレベルとなる。ｆｍ／Ｃｏｆｂの値を小さくすることで、ｆθ特性は改善することができる。しかし、図８から判る通り、ｆｍ／Ｃｏｆｂの値が１．０未満となると、サイドピーク強度が画像に影響を及ぼすレベルに至ってしまう。

図１０を用いて、上記の点をさらに説明する。図１０は、コリメータレンズ２３として、バックフォーカスＣｏｆｂが３８０ｍｍ、３３０ｍｍ及び２８０ｍｍの３種類を用いたときの、中心（像高＝０ｍｍ）に対する結像点位置ズレを示すグラフである。図１０において、像高の負の領域は、図６の周面１０３Ｓ付近に付している「−」の矢印の領域に相当し、像高の正の領域は、「＋」の矢印の領域に相当する。なお、図１０の特性は、ｆθレンズ２８を光学系から取り除いて計測されたものである。

図１０から判るように、コリメータレンズ２３のバックフォーカスＣｏｆｂを小さくし、ｆθレンズ２８へ入射するレーザー光Ｂの収束度合いを大きくするほど、像高端部における結像点の位置ズレが小さくなる。ここでは、Ｃｏｆｂ＝２８０ｍｍが最も結像点の位置ズレが小さい。この結像点の位置ズレを補正する役目を果たすのがｆθレンズ２８なのであるが、バックフォーカスＣｏｆｂが小さいほど上述の通り像高端部の結像点位置ズレが小さいので、その分だけｆθレンズ２８の主走査方向中心と端部との光学パワーの差を小さくすることができる。つまり、ｆθレンズ２８の偏肉差を、主走査方向で低減することができる。しかし、コリメータレンズ２３の光学パワーが大きい分、ｆθレンズ２８の光学パワーも小さくなる。これにより、ｆθレンズ２８の結像性能が落ちることになる。従って、ｆθレンズ２８による収差の補正が不十分となり、サイドピーク強度が大きくなり、またサイドローブの面積が大きくなる傾向が出てしまう。

一方、コリメータレンズ２３のバックフォーカスＣｏｆｂを大きくし、ｆθレンズ２８へ入射するレーザー光Ｂの収束度合いを小さくするほど、像高端部における結像点の位置ズレが大きくなる。この場合、ｆθレンズ２８の主走査方向中心と端部との光学パワーの差を大きくすると共に、ｆθレンズ２８自体の光学パワーも大きくする必要がある。これにより、ｆθレンズ２８による収差の補正は良好になりサイドローブを小さくできるが、ｆθ特性が悪化する傾向が出てしまう。

このように、コリメータレンズ２３のバックフォーカスＣｏｆｂと、ｆθレンズ２８の主走査方向の焦点距離ｆｍとは、一方を他方に対して小さく（大きく）しすぎると、光学特性に悪影響が出る関係にある。従って、光学設計において、上記（３）式の関係を満足するように、バックフォーカスＣｏｆｂ及び焦点距離ｆｍを設定することにより、結像性能が良好で、且つ、主走査方向の結像点位置ズレを抑制することができる光走査装置１０４Ａを提供できる。

＜実施例２＞
次に、第２実施形態に係る光走査装置１０４Ａの要件を満たす結像光学系のコンストラクションデータの一例を、実施例２として示す。実施例１の結像光学系は、図６に示す通り、レーザーユニット２０側から順に、１枚のコリメータレンズ２３、１枚のシリンドリカルレンズ２４及び１枚のｆθレンズ２８が配置された構成である。また、実施例２の各レンズの光学性能及びｆθレンズ２８の面形状は表２の通りである。なお、実施例２において、コリメータレンズ２３のバックフォーカスＣｏｆｂ＝３３０ｍｍ、ｆθレンズ２８の主走査方向の焦点距離ｆｍ＝７０６ｍｍであり、ｆｍ／Ｃｏｆｂ＝２．１である。

表２における記号は、先に表１において説明したものと同じである。因みに、本実施例では、ｆθレンズ２８の入射面２８１の主走査曲率半径（Ｒ１）＝２４．２９ｍｍ、出射面２８２の主走査曲率半径（Ｒ２）＝２２．８４ｍｍ、レンズ厚さｄ＝９ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５であり、上記（１）式及び（２）式も満たしている。

入射面２８１及び出射面２８２の面形状は、面頂点を原点、周面１０３Ｓ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）、Ｃｍ＝１／Ｒｍ、Ｃｓ＝１／Ｒｓである。

図１１は、実施例２の光学系を備えた光走査装置のｆθ特性を示すグラフである。図１１から明らかな通り、当該光学系のｆθ特性は、全像高に亘って低い値であり、画像に影響が生じるｆθ特性＝２％の値を大きく下回っていることが確認された。

また、図１２は、実施例２の光学系が、結像面に作るレーザー光Ｂのスポットのビームプロファイルを示すグラフである。図１３は、図１２のビームプロファイルの要部を、スケールを拡大して示すグラフである。図１２、図１３から明らかな通り、当該光学系のビームプロファイルにおいてサイドローブは、ピーク強度に対して約７％のサイドピーク光を含む程度のものである。すなわち、画像に影響が生じる９％のレベルよりも相当低い値に、サイドピーク光が抑制されていることが確認された。

以上説明した本実施形態に係る光走査装置１０４によれば、上記（１）式及び（２）式を満たすことで、ｆθレンズ２８の光軸方向の厚みを、主走査方向において大きく変化させずに済み、ｆθレンズ２８を安定的に成形できる。従って、ｆθレンズ２８の生産性を良好にし、しかもｆθレンズ２８の光学性能の安定化を図ることができる。また、上記（１）式及び（２）式に加え、上記（３）式を満たすことで、さらにｆθ特性及び結像性能の双方に優れた光走査装置１０４Ａを提供できる。

１ プリンター（画像形成装置）
１０３ 感光体ドラム（像担持体）
１０３ｓ 周面（被走査面）
１０４ 光走査装置
２０ レーザーユニット（光源）
２３ コリメータレンズ（入射光学系の一部）
２４ シリンドリカルレンズ（入射光学系の一部）
２６ ポリゴンミラー（偏向体）
２８ ｆθレンズ（走査レンズ）
２８１ 入射面（第１面）
２８２ 出射面（第２面）

Claims (4)

1. 光線を発する光源と、
   前記光源から発せられる光線を反射して偏向走査させる偏向体と、
   前記光源から発せられる光線を前記偏向体に入射させる入射光学系と、
   前記偏向体と対向する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記偏向走査された前記光線を被走査面上に結像させる１枚の走査レンズと、を備え、
   前記第１面の主走査方向断面の曲率半径をＲ１、前記第２面の主走査方向断面の曲率半径をＲ２、前記走査レンズの主走査方向の中心における光軸方向のレンズ厚さをｄ、前記走査レンズの屈折率をｎとするとき、下記（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とする光走査装置。
   ０＜Ｒ２＜Ｒ１ ・・・（１）
   ０＞Ｒ２−Ｒ１＞−（ｎ−１）ｄ／ｎ ・・・（２）
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記入射光学系はコリメータレンズを含み、
   前記コリメータレンズは、該コリメータレンズからの出射光を収束光とする光学的パワーを有する、光走査装置。
3. 請求項２に記載の光走査装置において、
   前記コリメータレンズのバックフォーカスをＣｏｆｂ、前記走査レンズの主走査方向の焦点距離をｆｍとするとき、下記（３）式を満たす、光走査装置。
   １．０＜ｆｍ／Ｃｏｆｂ＜３．２ ・・・（３）
4. 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１〜３のいずれかに記載の光走査装置と、
   を備える画像形成装置。
   

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