JP6021407B2 - 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、光走査装置及びそれを備える画像形成装置に関し、特に、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等のカラー画像形成装置に適用可能なものである。

従来、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等には光走査装置が用いられている。この光走査装置においては、画像信号に応じて、光源手段から光変調され出射した光束（光ビーム）を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により、周期的に偏向させている。そして、偏向された光束を、ｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。

また、カラー画像形成装置用の光走査装置において、装置全体のコンパクト化を目的として偏向手段としての光偏向器を複数の光束で共用し、光偏向器に対し副走査方向斜めから光束を入射させた所謂副走査斜入射光学系を用いることが知られる（図１２（Ａ））。副走査斜入射光学系の利点は、光偏向器の偏向反射面の副走査方向のサイズを大きく取らずに、偏向反射した光束の分離を可能とする点である。

副走査斜入射光学系の光走査装置として、特許文献１では、結像光学系の内、感光ドラム面に近いレンズの両レンズ面への入射スポット位置が、レンズ面の中心基準位置を通り主走査方向に延びるレンズ中心線（母線）を跨る走査軌跡を描くことが開示されている。また、特許文献２では、副走査断面内において、各レンズ面の面法線を傾け、副走査方向への傾き角が主走査方向に変化させることが開示されている。

特開２００７−１７８７４８号公報 特開２００４−３６１９４１号公報

ところで、光走査装置に用いられるｆθ特性を有する結像光学系の結像レンズ（特に、光学的に最も被走査面に近い結像レンズ）をプラスチックモールド成形する場合、以下の製造方法が用いられる。即ち、レンズ設計値と同じ形状の金型を成形するステップ、レンズ材料の収縮により設計値から外れる可能性のある前記結像レンズのレンズ面に対し、光学性能評価を行なうステップ、光学性能評価の結果に基づき金型を補正するステップ、を順に有するものである。

上記プラスチックモールド成形に関し、モノクロの画像形成装置に用いられる光走査装置では、副走査斜入射光学系が採用されないために、形状測定からシミュレーションされる光学性能と実際の光学測定結果が良く一致していた。しかしながら、カラー画像形成装置用の光走査装置では、副走査斜入射系を採用することが多く、形状測定からシミュレーションされる光学性能と実際の光学測定結果の一致が良くなかった。

これは、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）に示すように、被走査面に光学的に近い結像レンズ７Ａにおいて、各レンズ面のレンズ面形状を決定する副走査方向の原点位置ＣＬから離間した位置をビームが通過していたためである。なお、図１３に示すように、ビームは結像レンズ７Ａのレンズの母線方向に関し、大きく湾曲した走査軌跡で結像レンズ７Ａを通過する。

図１２（Ｃ）で、各レンズ面のレンズ面形状を決定する副走査方向の原点位置ＣＬは、光偏向器５の偏向面５ａの副走査方向の中心を通り回転軸に直交する平面Ｐ０内に設定される。図１２（Ｂ）はシフト偏心（偏心量ΔＺ）、図１２（Ｃ）はチルト偏心された結像レンズ７Ａを示すが、平面内の原点位置ＣＬから離間した位置をビームが通過していると、以下に示すようにレンズ面形状精度を高めることが難しかった。

即ち、レンズ母線形状と副走査曲率半径（子線曲率半径）、また、子線チルト面を入れている場合はチルト量、更に副走査非円弧量（子線非円弧量）を入れている場合は子線非円弧量を正しく測定し合成しなければない。このように複数の項目を正しく測定して初めてビーム通過位置での主走査形状評価が可能となるため、金型の補正精度が良くなく、補正回数が増えるなどの弊害が生じていた。

本発明は、結像光学系の結像レンズ（特に、光学的に最も被走査面に近い結像レンズ）を型を用いて成形する場合に、レンズ面形状精度を高めることができる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を目的とする。

本発明に係る光走査装置の代表的な構成は、光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、光束を前記偏向手段の偏向面に斜入射させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系と、を備える光走査装置であって、前記結像光学系は、入射面及び出射面の少なくとも一方が光軸を含む副走査断面内において偏心した第１の結像光学素子を有し、前記入射面及び出射面の各副走査断面内における形状を定義する非球面式の原点は、夫々を前記光軸に垂直な平面に投影したとき、主走査方向に伸びた第１及び第２の直線の夫々の上に位置しており、前記入射面及び出射面の少なくとも一方は、前記光軸に垂直な平面内における前記第１及び第２の直線のうち対応する直線が、前記偏向手段により偏向された光束のマージナル光線同士の間に存在するように偏心していることを特徴とする。

更に、上記光走査装置を有する画像形成装置も本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、結像光学系の結像レンズ（特に、光学的に最も被走査面に近い結像レンズ）を型を用いて成形する場合に、レンズ面形状精度を高めることができる。

（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の副走査方向の断面図、（Ｂ）は主走査方向の展開図、（Ｃ）は結像レンズ７Ａの入射面の副走査断面拡大図、（Ｄ）は結像レンズ７Ａの出射面の副走査断面拡大図、（Ｅ）は、偏向手段に斜め入射する入射光学系を示す図である。である。 （Ａ）は結像レンズ７Ａの入射面上での光束の走査軌跡を説明する図、（Ｂ）は結像レンズ７Ａの出射面上での光束の走査軌跡を説明する図である。 結像レンズ７Ａの出射面に入れた子線非円弧量を説明する図である。 第１の実施形態の光学系の副走査方向コマ収差を説明する図である。 結像レンズ７Ａの入出射面での子線チルト変化を説明する図である。 第１の実施形態のスポット形状を説明する図である。 （Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の副走査方向の断面図、（Ｂ）は主走査方向の展開図、（Ｃ）は結像レンズ７Ａ、７Ｂの入射面の副走査断面拡大図、（Ｄ）は結像レンズ７Ａ、７Ｂの出射面の副走査断面拡大図である。 （Ａ）は結像レンズ７Ａ、７Ｂの入射面上での光束の走査軌跡を説明する図、（Ｂ）は結像レンズ７Ａ、７Ｂの出射面上での光束の走査軌跡を説明する図である。 結像レンズ７Ａの入出射面での子線チルト変化を説明する図である。 結像レンズ６Ａの副走査パワー変化を説明する図である。 カラー画像形成装置の要部概略図である。 （Ａ）は従来の斜入射光学系の副走査方向の断面図、（Ｂ）は従来の斜入射光学系の結像レンズ７Ａ周辺の拡大図、（Ｃ）は従来の斜入射光学系の結像レンズ７Ａ周辺の拡大図である。 従来の斜入射光学系のレンズ面上での光束の走査軌跡を説明する図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（カラー画像形成装置）
図１１は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の要部概略図である。本画像形成装置は、光走査装置（光結像光学系）を各々並行して４個並べ、像担持体である感光ドラム面上に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１１において、６０はカラー画像形成装置、１２は光走査装置、２１、２２、２３、２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１、３２、３３、３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、本画像形成装置は、現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。

図１１において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。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、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１２に入力される。そして、これらの光走査装置１２からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２１、２２、２３、２４の感光面が主走査方向に走査される。

本実施形態におけるカラー画像形成装置は光走査装置１２からＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応した走査光を出射している。そして各々平行して感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。

本カラー画像形成装置は、上述の如く光走査装置１２により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて、各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。

外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。尚、光走査装置の上方に感光ドラムを配置した構成のカラー画像形成装置としてもよい。その場合においても同様にカラー画像形成装置のコンパクト化を達成することが可能である。

（光走査装置）
図１（Ａ）は、本実施形態に係る光走査装置の副走査断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）で示した光学系の主走査断面展開図である。図１（Ｃ）、図１（Ｄ）は、被走査面に光学的に最も近い結像レンズ７Ａ近傍の夫々入射レンズ面、出射レンズ面の副走査断面拡大図である。被走査面に光学的に最も近いとは、光路を展開して光学系を描いた際に、被走査面に最も近い事を意味する。図１（Ｅ）は、偏向手段に斜め入射する入射光学系を示す。

尚、以下の本実施形態の説明において、結像光学系の光軸または軸上とは、被走査面の中心を通り、被走査面に垂直方向の軸のことである。副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。

図１（Ｂ）において、１は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。３はコリメータレンズであり、光源手段１から出射された発散光束を主走査断面内において略平行光に変換し、シリンダーレンズ４を通過させることで副走査断面内において後述する光偏向器５の偏向面５ａに主走査方向に長手の線像として結像させている。

２Ｓは副走査絞り、２Ｍは主走査絞りであり、副走査絞り２Ｓを通過する事で副走査方向のみ光束径を制限し、主走査絞り２Ｍを通過することで更に主走査方向の光束径を制限している。これら２つの絞りを通過させることで、被走査面において所望のスポット形状となるようにしている。また、光束Ｒａに対する絞り２Ｓ、２Ｍ、コリメータレンズ３、シリンダーレンズ４の各要素は、入射光学系ＬＡを構成している。

本実施形態は、光源手段に半導体レーザー１Ａ、１Ｂを使用し、半導体レーザー１Ａ、１Ｂから出射した発散光束をカップリングレンズ３Ａ、３Ｂで平行光束としている。副走査方向においては、カップリングレンズ３Ａ、３Ｂで集光された光束をシリンドリカルレンズ４Ａ、４Ｂで光偏向器５の同一の偏向反射面５ａ近傍に一旦結像させている。また、絞り２Ｓ、２Ｍはそれぞれの被走査面上で所望のスポット径（スポットのピーク光量の１／ｅ^２スライス径）が得られるように光束幅を制限している。光偏向器５を共通化することで、部品の種類を削減し、１部品あたりの生産数を増加させることによる量産効果を達成している。 一方、光束Ｒｂ（図１（Ａ））に対する入射光学系も同じ構成で、光偏向器５への副走査方向の入射の向きが逆になるだけである。光偏向器５は、外接円半径１０ｍｍの４面より成るポリゴンミラーより成っている。この光偏向器５は、駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。

本実施形態の光走査装置は、光偏向器５を挟み結像光学系ＳＲ，ＳＬを２つ備え、１つの光偏向器５により４本の光束Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ´ａ、Ｒ´ｂを偏向走査し、対応する感光ドラム面８Ａ（Ｂｋ）、８Ｂ（Ｃ）、８Ｃ（Ｍ）、８Ｄ（Ｙ）を走査する。

ここで結像光学系ＳＲにおいて、偏向手段である光偏向器（４面ポリゴンミラー）５の偏向反射面５ａで偏向反射した偏向光束Ｒａは、結像レンズ６Ａ、７Ａを通過後、折り返しミラーＭ１により折り返され、被走査面である感光ドラム８Ａ（Ｂｋ）に導かれる。また、光偏向器５の偏向反射面５ａで偏向反射した偏向光束Ｒｂは、結像レンズ６Ａを通過後、反射ミラーＭ２で折り返され、結像レンズ７Ｂを通過する。そして、反射ミラーＭ３により折り返され、結像レンズ６Ａを通過した自分自身の光束と副走査断面内で交差した後、被走査面である感光ドラム８Ｂ（Ｃ）に到達している。

一方、結像光学系ＳＬにおいても結像光学系ＳＲと同じ光路の取り回し方を行っている。光偏向器５の偏向反射面５´ａで偏向反射した偏向光束Ｒ´ａは結像レンズ６´Ａ、７´Ａを通過後、折り返しミラーＭ´１により折り返され、被走査面である感光ドラム８Ｄ（Ｙ）に導かれる。また、光偏向器５の偏向反射面５´ａで偏向反射した偏向光束Ｒ´ｂは結像レンズ６´Ａを通過後折り返しミラーＭ´２で折り返され結像レンズ７´Ｂを通過し、折り返しミラーＭ´３により折り返され、被走査面である感光ドラム８Ｃ（Ｍ）に導かれる。

尚、光偏向器５から遠い被走査面８Ａ、８Ｄに結像する光学系（被走査面を走査する光学系）を結像光学系ＳＡ、ＳＤと称する。また光偏向器５に近い被走査面８Ｂ、８Ｃに結像する光学系（被走査面を走査する光学系）を結像光学系ＳＢ、ＳＣと称す。

本実施形態における２つの結像光学系ＳＲ、ＳＬの構成及び光学的作用は互いに同じであるので、以下結像光学系ＳＲで説明する。本実施形態における複数の結像光学系ＳＡ，ＳＢは各々複数の結像レンズから構成され、最も偏向手段に近い結像レンズ６Ａは、複数の結像光学系ＳＡ、ＳＢで共用されている。また、被走査面に近い結像レンズ７Ａ、７Ｂは、短手方向（副走査方向）の一端側の肉厚とそれに対向する他端側の肉厚が異なる偏心レンズを採用し、レンズの小型化とローコスト化を達成している。よって、走査ユニットＳＲに用いられる結像レンズ７Ａ、７Ｂと走査ユニットＳＬに用いられる結像レンズ７´Ａ、７´Ｂでは違う形状のレンズとなる。

また、本実施形態では、光偏向器５に近い被走査面８Ｂに結像する結像光学系ＳＢの折り返しミラーの枚数を、必要最低限の２枚にしている。また、結像光学系ＳＡにおいては、結像レンズ７Ａを折り返しミラーＭ１より光偏向器５側に配置している。これにより、結像レンズ７Ａの主走査方向の長さを短くしている。よって、このような光学設計値及び配置にすることで、必要最小限の部品点数で、コストダウンと装置の小型化の両立を図っている。図中、Ｃ０は軸上光束の主光線の偏向反射点（基準点）である。副走査方向においては、光束Ｒａ、Ｒｂは偏向反射点Ｃ０にて交差する。偏向反射点Ｃ０は結像光学系の基準点である。

（副走査方向におけるレンズ面の原点位置とレンズ面の傾き）
図１（Ｃ）は結像レンズ７Ａの入射レンズ面の原点位置（ＣＬ）と面の傾き方向を示した図である。入射面においては、ΔＺ１だけ平面Ｐ０より副走査方向にシフトした位置を非球面式の原点位置ＣＬとし、その位置での面法線を矢印で示した方向に傾かせている。同様に図１Ｄは結像レンズ７Ａの出射レンズ面の原点位置（ＣＬ）と面の傾き方向を示した図である。本実施形態ではΔＺ１＝ΔＺ２＝４．３４８とΔＺ１とΔＺ２とを同じ値としているが、ΔＺ１とΔＺ２とが異なる値であっても良い。

図２（Ａ）は、結像レンズ７Ａの入射面における走査光束の軌跡と、入射レンズ面の母線形状を決定（定義）する非球面式の副走査方向の原点位置ＣＬを通り主走査方向に延長した原点位置線（光軸に垂直な平面に投影したときの主走査方向に伸びた第１の直線）との関係を示した図である。走査軌跡には光束の主光線と副走査方向両端のマージナル光線の３本が描かれている。

同様に図２（Ｂ）には結像レンズ７Ａの出射面における走査光束の軌跡と、出射レンズ面の母線形状を決定（定義）する非球面式の副走査方向の原点位置ＣＬを通り主走査方向に延長した原点位置線（光軸に垂直な平面に投影したときの主走査方向に伸びた第２の直線）との関係を示した。このように、本実施形態では、入射レンズ面及び出射レンズ面ともに副走査方向両端のマージナル光線で挟まれた領域内に原点位置線（第１及び第２の直線）が存在するように設定し、更には主光線を跨ぐ（第１及び第２の直線が偏向手段により偏向された光束の主光線に２点以上で交わる）ように原点位置ＣＬを設定している。

入射レンズ面及び出射レンズ面ともに副走査方向両端のマージナル光線で挟まれた領域内に原点位置線が存在するように設定することで、型を用いて成形する場合に、レンズ面形状精度を高めることができる。更には、主光線を跨ぐように原点位置ＣＬを設定することで、型を用いて成形する場合に、レンズ面形状精度をより高めることができる。

入射レンズ面及び出射レンズ面は、次に述べる非球面式を用いて各光学性能を満足するよう光学設計を行っている。本実施形態における光走査装置の光学配置及びレンズ面形状を表１、表２に示す。

本実施形態のシリンダーレンズ４の入射面は副走査方向のみにパワーを持った屈折面、出射面は平面上に回折格子が形成された回折面としている。レンズはプラスチック材料を用いた射出成形で成形されており、環境変動による屈折パワーの変化を半導体レーザーの波長変化による回折パワーの変化で補償する、所謂温度補償光学系としている。

回折面は以下の数式１に表した位相関数により定義される。

（数式１）
φ＝２πＭ／λ（Ｃ_３Ｚ^２＋Ｃ_５Ｙ^２）
ここで、φは位相関数、Ｍは回折次数であり、本実施形態は１次回折光（Ｍ＝１）を用いている。λは設計波長であり、本実施形態ではλ＝７９０ｎｍである。結像レンズ６Ａ、７Ａのレンズ入射面、レンズ出射面の母線形状は共に、１０次までの関数として表せる非球面形状により構成している。結像レンズ６Ａ、７Ａのそれぞれのレンズ面と結像レンズ６Ａ、７Ａの光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、以下の数式２なる式で表される。

（数式２）

（但し、Ｒは母線曲率半径，Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０は非球面係数）
非球面係数Ｂ_４，Ｂ_６，Ｂ_８，Ｂ_１０は光走査装置の半導体レーザー１が配置されている側（Ｂ_４Ｕ、Ｂ_６Ｕ、Ｂ_８Ｕ、Ｂ_１０Ｕ）と半導体レーザー１が配置されていない側（Ｂ_４Ｌ、Ｂ_６Ｌ、Ｂ_８Ｌ、Ｂ_１０Ｌ）とで数値を異ならせることができる。そのことで、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。また、副走査方向と対応する子線方向が、以下の数式３で表されるものである。

（数式３）

Ｓは母線方向の各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義される子線形状である。ここで主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）Ｒｓ^＊が、以下の数式４で表されるものである。

（数式４）
Ｒｓ^＊＝Ｒｓ（１＋Ｄ_２×Ｙ^２＋Ｄ_４×Ｙ^４＋Ｄ_６×Ｙ^６＋Ｄ_８×Ｙ^８＋Ｄ_１０×Ｙ^１０）
（但し、Ｒｓは光軸上の子線曲率半径，Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０は子線変化係数）
こちらも主走査形状と同様に、非球面係数Ｄ_２〜Ｄ_１０は光走査装置の半導体レーザー１が配置されている側（Ｄ_２Ｕ〜Ｄ_１０Ｕ）と半導体レーザー１が配置されていない側（Ｄ_２Ｌ〜Ｄ_１０Ｌ）とで数値を異ならせる。これにより、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。

数式３の第２項はＺの１次の関数からなる子線方向のチルト量を与える項、数式３の第３項はＺの４次の関数からなる子線方向の非円弧量として非円弧形状を与える項である。本実施形態では子線チルト量及び子線非円弧量に関しては、Ｙの奇数次項を与えることで、主走査方向に非対称な形状を表現している。結像レンズ７Ａの入射面及び出射面の両方を子線チルト変化面とし、出射面のみ子線非円弧面（副走査断面内で非円弧面）となっている。尚、本実施形態では面形状を上記定義式により函数を定義したが、本発明の権利の範囲はこれを制限するものではない。

図３は本実施形態で与えた非円弧量を横軸を結像レンズの主走査方向の位置にしてプロットしたグラフである。また、図４は副走査方向のコマ収差（波面収差量、単位λ）を横軸に被走査面の像高位置にしてプロットした。これらより、子線非円弧を導入したとしても、原点位置ＣＬを主走査方向に延長した原点位置線を走査光束の主光線を跨ぐように設定しているため、副走査方向のコマ収差を全像高０．０５λ以下と小さく抑えることが可能となっていることが分かる。

図５は結像レンズ７Ａの入射面と出射面における子線チルト量を横軸を結像レンズの主走査方向の位置にしてプロットしたグラフである。このように、光軸上からチルト量を与え、更にチルト量を主走査方向に変化させる事で、波面収差の捩じれによるスポットの崩れや、被走査面（ドラム面）における走査軌跡の湾曲量（曲がり）を小さく抑えている。

図６は、ディフォーカスゼロ（被走査面上）の位置でのスポット形状を示している。等高線は外側からピーク光量の２％、５％、１３．５％、５０％である。この図が示す通り波面収差が補正されたきれいなスポット形状をしている。また、被走査面（ドラム面）における走査線曲がりに関しては、図示していないが全像高で最大値と最小値の幅が０．４μｍと非常に小さい値となっている。

このように、各レンズ面の母線形状を決定する非球面式の副走査方向の原点を通り主走査方向に延長した原点位置線を、結像レンズ面上を走査する光束の主光線を跨ぐように設定する。これにより、原点位置線と実際に光束が通過する軌跡をより近づけることにより、型を用いて成形する場合に、レンズ面形状精度をより高めることができ、金型の補正作業の高精度化や補正回数の削減を達成することができる。また、子線非円弧を入れても副走査方向のコマ収差が小さく抑えることができ、良好なスポット形状を得ることができる。

また、走査光束が通過しない無駄な鏡面部を削除した偏心レンズを用いることで、レンズ材料費を削減でき、コンパクトでローコストな結像レンズを達成できる。更に、この結像レンズを用いることで光走査装置としての光路の取り回し自由度を上げ、光走査装置のコンパクト化も達成することができる。尚、本実施形態では結像光学系を２枚の結像レンズより構成したが、これに限らず、３枚以上の結像レンズより構成しても良い。

（製造方法）
結像光学系で光学的に最も被走査面に近い結像レンズ７Ａを形成するステップとして、先ずレンズ設計値と同じ形状の金型を成形するステップを有する。次に、レンズ材料の収縮により設計値から外れる可能性のある前記結像レンズの両レンズ面に対し、以下のステップを有する。即ち、光束を入射させた状態で各レンズ面の母線形状を決定する非球面式の原点を通る原点位置線に対するビーム通過位置での光学性能評価を行なうステップと、前記光学性能評価の結果に基づき前記金型を補正するステップと、を順に有する。

ここで、光学性能評価とは、主走査形状評価に関する。主走査形状評価の前には、レンズ母線形状と副走査曲率半径（子線曲率半径）を正しく測定する。また、子線チルト面を入れている場合はチルト量、更に副走査非円弧量（子線非円弧量）を入れている場合は子線非円弧量を正しく測定し、これら測定結果からビーム通過位置でのレンズ面形状を算出する。その算出されたレンズ面形状から光学シミュレーションされる被走査面（ドラム面）上でのピント位置や走査線曲がり等と、実際に光学測定されたピント位置や走査線曲がり等との一致化を図ることができる。

《第２の実施形態》
図７（Ａ）は、多段レンズを用いた本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）で示した光学系の主走査断面展開図である。図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、被走査面に光学的に最も近い結像レンズ７Ａ及び７Ｂ近傍の副走査断面拡大図である。図からも分かる通り、本実施形態では結像レンズ７Ａと結像レンズ７Ｂをモールド成形により一体で構成した多段レンズとしている。このように一体で成形することで、レンズ点数の削減によりローコスト化を達成している。

第１の実施形態との違いは、被走査面８Ｂ、８Ｃに向かう光路を３枚の折り返しミラーで折り返した点と、前述のレンズを多段化した点であり、それ以外の点は第１の実施形態と同じである。図７（Ｃ）は、結像レンズ７Ａの入射面の母線位置（ＣＬａ）と面の傾き方向、及び結像レンズ７Ｂの入射面の母線位置（ＣＬｂ）と面の傾き方向を示した図である。入射面においては、ΔＺ１だけ前述した平面Ｐ０より副走査方向にシフトした位置を非球面式の原点位置ＣＬａ、ＣＬｂとし、その位置での面法線を矢印で示した方向に傾かせている。

同様に図７Ｄは結像レンズ７Ａの出射面の母線位置（ＣＬａ）と面の傾き方向、及び結像レンズ７Ｂの出射面の母線位置（ＣＬｂ）と面の傾き方向を示した図である。本実施形態ではΔＺ１＝ΔＺ２＝２．２４である。

図８（Ａ）は、結像レンズ７Ａ、７Ｂの入射面における走査光束の軌跡と、原点位置線である母線位置ＣＬａ、ＣＬｂとの関係を示した図である。走査軌跡には、光束の主光線と副走査方向両端のマージナル光線の３本が上下に描かれている。同様に図８（Ｂ）には結像レンズ７Ａ、７Ｂの出射面における走査光束の軌跡と母線位置ＣＬａ、ＣＬｂとの関係を示した。

入射面及び出射面ともに副走査方向両端のマージナル光線で挟まれた領域内に、原点位置線である母線位置ＣＬａ、ＣＬｂを設定して各光学性能を満足するよう光学設計を行っている。次に本実施形態における光走査装置の光学配置及びレンズ面形状を表３、表４に示す。

尚、第１の実施形態と異なり、主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）Ｒｓ^＊は、以下の数式５で表されている。

（数式５）
１／Ｒｓ^＊＝１／Ｒｓ＋Ｅ_２×Ｙ^２＋Ｅ_４×Ｙ^４＋Ｅ_６×Ｙ^６＋Ｅ_８×Ｙ^８＋Ｅ_１０×Ｙ^１０
（但し、Ｒｓは光軸上の子線曲率半径，Ｅ_２，Ｅ_４，Ｅ_６，Ｅ_８，Ｅ_１０は子線変化係数）
また、子線チルト変化量の主走査方向の非対称性は、光走査装置の半導体レーザー１が配置されていない側と配置されている側とで以下のように表現される。即ち、半導体レーザー１が配置されていない側と、半導体レーザー１が配置されてる側とで、非球面係数の数値を異ならせる。子線非円弧量の主走査方向の非対称性も非球面係数をＵｐｐｅｒとＬｏｗｅｒで異ならせることで表現している。

図９は結像レンズ７Ａの入射面と出射面における子線チルト量を横軸を結像レンズの主走査方向の位置にしてプロットしたグラフである。このように、光軸上からチルト量を与え、更にチルト量を主走査方向に変化させることで、波面収差の捩じれによるスポットの崩れや、被走査面（ドラム面）の走査線曲がりを小さく抑えている。走査線曲がりに関しては図示していないが全像高で最大値と最小値の幅が９．１μｍと第１の実施形態に比べ走査画角が広くなっているにも関わらず１０μｍを下回る小さい値となっている。

図１０は、本実施形態における結像レンズ６Ａの副走査方向のパワー変化を、横軸を結像レンズの主走査方向の位置にしてプロットしたグラフである。このように、軸上（Ｙ＝０）での副走査パワーが負の場合、レンズ端部に行くに従い負のパワーを弱めることで、結像レンズ７Ａ上での走査軌跡の湾曲量（曲がり）を小さくすることができる。

具体的には、結像レンズ６Ａの副走査パワーが一定だった場合の結像レンズ７Ａの入射面での走査軌跡は、最大値と最小値の幅が０．９７ｍｍである。これに対し、本実施形態では図８Ａより最大値と最小値の幅が０．７２ｍｍとなるため、副走査パワーが一定だった場合に比べ、レンズ片側で０．２５ｍｍ、上下トータルでは０．５ｍｍ高さを低くすることができている。

また、副走査パワーが正の場合、主走査方向端部に行くに従い正のパワーを強くなるようにすると、結像レンズ７Ａ上での走査軌跡の湾曲量を小さくすることが可能となる。走査軌跡の湾曲量を小さくするということは、母線位置ＣＬａ、ＣＬｂと走査光束の間隔を近づけることになるため、第１の実施形態で述べたコマ収差の発生を小さく抑えることが可能となる。

このように、母線位置ＣＬａ、ＣＬｂを結像レンズ面上を走査する光束の副走査方向両端のマージナル光線で挟まれた領域内に設定して、レンズ面形状を定義する。これにより、レンズ母線位置（原点位置線）と実際に光束が通過する軌跡を近づけることにより、金型の補正作業の高精度化や補正回数の削減を達成することができる。

また、２つの結像レンズを一体化した多段レンズを採用することで、ローコスト化を達成でき、光偏向器に近い結像レンズの副走査パワー変化を適切にすることで、多段レンズのレンズ高さを抑えることで、ローコスト化を達成できる。更に、この高さの抑えられた結像レンズを用いることで光走査装置としての光路の取り回し自由度を上げ、光走査装置のコンパクト化も達成することができる。

本実施形態では被走査面側に光学的に最も近い結像レンズを多段レンズとしたが、これに限られない。即ち、結像レンズの短手方向の一端側の肉厚とそれに対向する他端側の肉厚が異なる偏心レンズとしても、レンズの高さを低くする効果、コマ収差の抑制の効果、型補正の高精度化の効果には変わりはない。尚、本実施形態では結像光学系を２枚の結像レンズより構成したが、これに限らず、３枚以上の結像レンズより構成しても良い。

（変形例１）
上述した実施形態においては、副走査方向における原点位置と走査光束位置の一致化に関し、結像光学系で光学的に最も被走査面に近い結像レンズの入射レンズ面、出射レンズ面の両方を画像中央を走査する光束を含む副走査断面内で傾き偏心（チルト偏心）させた。しかしながら、本発明はこれに限らず、結像光学系で光学的に最も被走査面に近い結像レンズの入射レンズ面、出射レンズ面の少なくとも一方を画像中央を走査する光束を含む副走査断面内で傾き偏心（チルト偏心）させても良い。

（変形例２）
上述した実施形態においては、結像レンズ７Ａの出射面の副走査断面内の形状を非円弧面としたが、少なくとも１面において副走査断面内の形状が非円弧形状であれば良い。

１・・光源手段、５・・光偏向器、７Ａ・・結像レンズ、８・・被走査面、ＬＡ・・入射光学系、ＳＡ・・結像光学系

Claims (11)

1. 光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、光束を前記偏向手段の偏向面に斜入射させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系と、を備える光走査装置であって、
   前記結像光学系は、入射面及び出射面の少なくとも一方が光軸を含む副走査断面内において偏心した第１の結像光学素子を有し、
   前記入射面及び出射面の各副走査断面内における形状を定義する非球面式の原点は、夫々を前記光軸に垂直な平面に投影したとき、主走査方向に伸びた第１及び第２の直線の夫々の上に位置しており、
   前記入射面及び出射面の少なくとも一方は、前記光軸に垂直な平面内における前記第１及び第２の直線のうち対応する直線が、前記偏向手段により偏向された光束のマージナル光線同士の間に存在するように偏心していることを特徴とする光走査装置。
2. 前記結像光学系は、複数の結像光学素子を有しており、前記第１の結像光学素子は、前記複数の結像光学素子の中で光学的に最も前記被走査面に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記入射面及び出射面の少なくとも一方は、前記光軸を含む副走査断面内において傾き偏心しており、前記傾き偏心の傾き角は、前記被走査面での光束の走査軌跡の曲がりが小さくなるように、主走査方向に変化していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記第１の結像光学素子の副走査断面内でのパワーは、前記入射面及び出射面の少なくとも一方における光束の走査軌跡の曲がりが小さくなるように、主走査方向に変化していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記第１の結像光学素子は、副走査断面内において、軸上でのパワーが正である場合は軸外に向かうに従い正のパワーが強くなり、軸上でのパワーが負である場合は軸外に向かうに従い負のパワーが弱くなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記光軸に垂直な平面内において、前記第１及び第２の直線の少なくとも一方は、前記偏向手段により偏向された光束の主光線に２点以上で交わることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 前記入射面及び出射面の少なくとも一方は、副走査断面内において非円弧形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記第１の結像光学素子は、第１及び第２の光束の夫々を第１及び第２の被走査面に導光する第１及び第２のレンズ部を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記第１の結像光学素子の前記入射面から前記出射面までの光軸方向における距離は、副走査方向における一端と他端とで互いに異なることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面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。
11. 請求項１乃至９のいずれか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、を備えることを特徴とする画像形成装置。