JP2004205741A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変動まで考慮して、ビームスポット径の小径化を図り、なおかつ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能な低コストな光走査装置と、この光走査装置を適用した高画質な画像出力が可能な画像形成装置を得る。
【解決手段】光源と、光源からの光束を偏向する偏向器と、光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光束を偏向器に導く第１レンズと、偏向器により偏向された光束を被走査面上に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、第１レンズは、第１面と第２面のいずれかの面が主走査方向にパワーを有し、第２面の光軸は、第１面の光軸に対して偏心している。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、デジタル複写機、レーザファックス等に用いられる光走査装置と、この光走査装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＢＰやデジタル複写機等の画像形成装置において、高画質化、高速化、カラー化が進み、ユーザが要求する品質も高まってきている。
高速化の要求に対しては、マルチビーム化が有効である。ただし、その際には複数のビーム間のピッチ調整が必要である。複数のビーム間のピッチ調整の方法としては、マルチビーム光源ユニットを光軸回りに回転する方法や、ピッチ調整用の光学素子を用いる方法がある（たとえば、特許文献１参照。）。
一方、高画質化の要求に対しては、ビームスポット径の小径化が必要であり、これまでもいくつかの方法が提案されている（たとえば、特許文献２，特許文献３，特許文献４参照。）。ただし、ビームスポット径を小径化する際には、特に画像形成装置や光走査装置が定着部やポリゴンスキャナ等多くの熱源を備えていることや、使用環境の温度変動に鑑みて、温度変動まで考慮したビームスポットの小径化が必要である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１３１９２０号公報
【特許文献２】
特開平３−１１６１１２号公報
【特許文献３】
特開平５−１９１９０号公報
【特許文献４】
特開２００１−１６６２３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光源ユニットを光軸回りに回転させる従来例では、光源ユニットそのものを動かすため、電装部品の信頼性が問題になる。また、ピッチ調整用の光学素子を用いる従来例では、ガラス製の高精度な光学素子が必要となるためコストアップにつながる。
一方、ビームスポット径を高精度に初期調整したとしても、温度変動をはじめとする経時変化に伴い、ビームスポット位置ずれが発生してしまう。
【０００５】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、温度変動まで考慮して、ビームスポット径の小径化を図り、なおかつ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能な低コストな光走査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また本発明は、温度変動まで考慮して、ビームスポット径の小径化を図り、なおかつ、高精度なビームピッチ調整が可能な低コストなマルチビーム対応の光走査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
さらに本発明は、初期調整によるビームスポット径の補正が可能で、なおかつ、ビームスポット径の温度変動による変化が小さい光走査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
さらにまた本発明は、上記光走査装置を用いた高画質な画像出力が可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光源と、光源からの光束を偏向する偏向器と、光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光束を偏向器に導く第１レンズと、偏向器により偏向された光束を被走査面上に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、第１レンズは、第１面と第２面のいずれかの面が主走査方向にパワーを有し、第２面の光軸は、第１面の光軸に対して偏心していることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、主走査方向のパワーは、負のパワーであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、第１レンズは、主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転調整可能になっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、第１レンズは、光軸方向に移動調整可能になっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、主走査方向にパワーを有する面は、共軸であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、主走査方向にパワーを有する面は、非球面形状であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、第１レンズまたは走査結像光学系に含まれる少なくとも１枚の走査光学素子は樹脂製であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、複数の光源と、複数の光源からの光束を偏向する偏向器と、光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光束を偏向器に導く第１レンズと、偏向器からの光束を被走査面に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、複数の光源からの光束は、主走査方向に離れて第１レンズに入射し、第１レンズは、主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転調整可能であり、第１レンズの第１面と第２面のいずれかの面がパワーを有する共軸面であり、第１レンズが主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転したとき、共軸面でない他方の面は、複数の光源からの光束が通過する面の法線の副走査方向における開き角が相対的に変化することを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、パワーは負のパワーであり、第１レンズは樹脂製であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項８または９記載の発明において、共軸面でない他方の面は、法線が互いに異なる２つの平面により形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、２つの平面の法線は、偏向面内において、偏向器側に進むにしたがい互いに近づくことを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載の発明は、光源と、光源からの光束を偏向する偏向器と、光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光束を偏向器に導く第１レンズと、偏向器からの光束を被走査面に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、第１レンズは、光軸方向に調整可能であり、第１レンズは、負のパワーを有する共軸非球面レンズであり、第１レンズは、樹脂製レンズであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１３記載の発明は、光走査装置から像担持体に光書込みを行い、電子写真法により、像担持体上に静電潜像を形成する装置であって、光書込装置は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の光走査装置であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置及び画像形成装置の実施の形態について説明する。
先ず、本発明にかかる光走査装置について説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図である。
符号１は光源である半導体レーザ、６は半導体レーザ１からの光束を偏向する偏向器であるポリゴンミラー、２はカップリングレンズ、３はカップリングレンズ２からの光束をポリゴンミラー６に導く第１レンズ、４はシリンドリカルレンズ、５は防音ガラス、９は防塵ガラス、１０は被走査面である感光体の表面、７と８はポリゴンミラー６からの光束を被走査面１０に集光する走査結像光学系を構成する光学素子であるところの第１走査レンズと第２走査レンズ、１１はアパーチャ、１２は同期検知手段、を示している。
【００２４】
半導体レーザ１は、画像信号に基づき変調駆動され、発散光束を射出する。図１には、半導体レーザ１は１ビームのみしか示していないが、本発明において、光源はモノリシックな半導体レーザアレイであっても良いし、複数の半導体レーザを合成して構成するようにしてもよい。
半導体レーザ１から射出された発散光束は、カップリングレンズ２により、以後の光学系に適したビーム形態にカップリングされる。なお、カップリングされた各光束は、同じビーム形態であり、「平行ビーム」とすることも「収束性もしくは発散性のビーム」とすることもできる。
【００２５】
カップリングレンズ２を通過した光束は、被走査面１０上でのビームスポット径を設定するためのアパーチャ１１を介して第１レンズ３を通過する。第１レンズ３を通過した光束は、光束幅を規制され、シリンドリカルレンズ４によりポリゴンミラー６の偏向反射面近傍にて主走査方向の線像として結像する。
【００２６】
ポリゴンミラー６は、図中の矢印方向に、図示しない駆動機構により略等速に回転していて、入射光束を等角速度的に偏向する。
半導体レーザ１から射出されてポリゴンミラー６で偏向された光束は、第１走査レンズ７と第２走査レンズ８を通過して被走査面１０近傍に集光され、略等速的に被走査面１０上を、図１の紙面上側から下に向かって光走査される。
ここで、被走査面１０上を光束が走査する方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。
【００２７】
ポリゴンミラー６及びこれを回転駆動するモータモータはケースに収納され、ケースに設けられた窓孔に防音ガラス５が配置されている。防音ガラス５は、ポリゴンミラー６による騒音を防止するために配備し、また、防塵ガラス９は、プラスチックケースなどに収納されて密封された光走査装置内に埃が入り込むのを防ぐために配備する。
【００２８】
ポリゴンミラー６で偏向された光束は、被走査面１０への入射に先立って、同期検知手段１２により検出される。同期検知手段１２は、光束を検知すると信号を発し、この信号が図示しない同期検知回路によって演算処理され、あるタイミングの後に、書込開始信号が発信される。「あるタイミング」とは、光束が同期検知手段１２の検知位置から書込開始位置に至るまでの時間である。
【００２９】
以下、半導体レーザ１とポリゴンミラー６との間に配備された第１レンズ３の特徴について説明する。
【００３０】
先ず、第１レンズ３は、第１面と第２面のいずれかの面が主走査方向にパワーを有している。第１面とは、半導体レーザ１からの光束の入射面であり、第２面とは、半導体レーザ１からの光束の出射面である。ここでは、第１面が主走査方向にパワーを有し、第２面が平面とする。
また、第２面の光軸は、第１面の光軸に対して偏心、つまり傾いている。ここで、第２面が平面の場合には、その光軸は平面の法線と平行とする。
【００３１】
第２面の光軸を、第１面の光軸に対して偏心させることで、以下の効果を得ることができる。
（１）第１レンズ３の第２面で反射された光束が、図４に示すように半導体レーザ１に戻らないので、第１レンズ３の戻り光（ゴースト光Ｑ）により半導体レーザ１の出力が不安定にならない。
（２）回転調整により、ビームスポット位置調整が可能となる。
【００３２】
また、第１レンズ３が主走査方向にパワーを有していることで、以下の効果を得ることができる。
（１）第１レンズ３を光軸方向、つまり図１の矢印方向に移動することで、光走査装置全系で主走査方向ビームウエスト位置調整が可能になり、他の光学素子の部品公差、取り付け公差を緩和することができる。
（２）主走査方向について安定した小径ビームスポットを獲得することができる。
（３）光利用効率を向上させ、あるいはビーム整形をすることも可能である。
【００３３】
主走査方向にパワーを有する第１レンズ３の第１面は、光軸回りの回転方向の配置誤差や、主走査方向・副走査方向に略平行な軸回りに回転調整することによる光軸回りの回転方向の傾きに起因して生ずるビームスポット径の劣化を防止するため、共軸面であることが望ましい。ここで、共軸面とは、光軸を中心としてある軌跡を回転することにより得ることができる面のことである。
ただし、本発明においては、主走査方向にパワーを有する面が、必ずしも共軸でなくともよい。
【００３４】
また、光走査装置内の温度が上昇すると、第１レンズ３が主走査方向に負のパワーを有するため、第１レンズ３により、主走査方向のビームウエスト位置は被走査面近傍から偏向反射面側にずれる。しかしながら、走査光学系により、主走査方向のビームウエスト位置は被走査面近傍から偏向反射面と反対側にずれる。すなわち、第１レンズ３によるビームウエスト位置のずれと、走査結像光学系によるビームウエスト位置のずれとが相殺され、主走査方向について安定した小径のビームスポットを獲得することができる。
【００３５】
ここで、画像形成装置用の光走査装置では、ビーム（光束）が主走査方向に移動しながら被走査面１０を露光するので、主走査方向の露光ビームは静止時の主走査ビームスポット径よりも太る。したがって、静止時のビームスポット径は副走査方向よりも主走査方向を小さく設定する必要があり、副走査方向に比べて、より温度変化によるビームウエスト位置変化の低減を図る必要がある。
また、近年、低コスト化や形状の自由度の広さから、走査結像光学系を構成する走査光学素子に樹脂製の光学素子を用いることが多く、そのため、温度上昇時のビームウエスト位置ずれが非常に大きくなる。
【００３６】
このとき、少なくとも一面に負のパワーを有する第１レンズ３を樹脂製とすれば、温度補正効果が大きくなり、走査結像光学系に樹脂製の光学素子を用いても、安定した小径ビームスポットを獲得することができる。
また、第１レンズ３は、第２面の光軸が第１面の光軸に対して偏心しており、第１レンズ３を機械加工により１個ずつ研削・研磨して製作するのは困難である。そこで、第１レンズ３を樹脂製とすれば、成型用金型を製作しておき、あとは成形するだけでよいから、低コストで大量の生産が可能となる。
【００３７】
図２は、第１レンズ３の断面図であり、（ａ）は光軸に平行な主走査断面図、（ｂ）は光軸に垂直な副走査断面図である。
【００３８】
第１レンズ３は、図２（ａ）に示すように、第１面の光軸Ａ１と第２面の光軸Ａ２が偏心している。したがって、第１レンズ３を主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転調整可能とすることで、光軸の副走査方向の出射方向が変化する。ここで、「主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸」とは、たとえば主走査方向及び副走査方向に垂直な軸から±２０ｄｅｇの範囲内にあればよい。また、「調整可能」とは、部品（光学素子）を固定する際に突き当て等の基準が無いことを指す。
【００３９】
また、図２（ｂ）に示すように、第１レンズ３の側面の一部を円筒形状とし、第１レンズ３をハウジング３０のＶ字型の受け部（Ｖ溝）３０ｖに配備し、Ｖ溝３０ｖをガイドとして第１レンズ３の円筒形状部分を移動させて調整し、回転調整後に接着することにより、高精度なビームスポット位置調整が可能となる。すなわち、たとえば、同期検知手段１２に入る光束の高さ調整に用いることも可能であり、また、走査光学素子に入射する高さが変化することによるビームスポット径劣化を補正することもできる。
【００４０】
さらに、マルチビーム光学系においては、複数の光源からの光束のそれぞれに第１レンズ３を挿入することで、被走査面におけるマルチビーム間の走査線のピッチ調整が可能になる。
【００４１】
さらにまた、前述したように、副走査方向よりも主走査方向のビームスポット径を小さくする必要があるが、初期状態において、主走査ビームウエスト位置を最適に設定することは非常に重要である。
従来、シリンドリカルレンズ４を光軸方向に移動して副走査ビームウエスト位置を調整することは行われているが、主走査方向については、通常、光源ユニット単体（半導体レーザ１とカップリングレンズ２が一体化されたユニット単位）でピント位置調整するのが一般的であり、走査結像光学系等、光源ユニット以外で発生したビームウエスト位置を調整することはできない。
そこで、図２（ｂ）に示すように、第１レンズ３をＶ溝３０ｖに沿って光軸方向に移動調整可能となっているため、主走査方向のビームウエスト位置の最適化が可能になる。
【００４２】
本発明に係る光走査装置について、以下、光学系データを示して説明する。
ここでは、半導体レーザ１の発振波長を６５５ｎｍ、カップリングレンズ２の焦点距離ｆを２７ｍｍとする。ただし、第２面は共軸非球面であり、数値は示さないがカップリングレンズ２による波面収差は良好に補正されている。
カップリングレンズ２から射出した光束は収束光束とし、カップリングレンズ２の第２面から被走査面側に３０４ｍｍ離れた位置に自然集光する。カップリングレンズ２の第２面から第１レンズ３の第１面までの距離は２０ｍｍである。
【００４３】
第１レンズ３から被走査面１０までの光学系データを図１１に示す。図中、主走査方向の曲率半径をＲｍ、副走査方向の曲率半径をＲｓ、使用波長での屈折率をＮとする。ここで、第１レンズ３の入射側と出射側を面番号１，面番号２、シリンドリカルレンズ４の入射側と出射側を面番号３，面番号４、ポリゴンミラー６の偏向反射面を面番号５、第１走査レンズ７の入射側と出射側を面番号６，面番号７、第２走査レンズ８の入射側と出射側を面番号８，面番号９、被走査面を面番号１０とする。
なお、図１１には、防音ガラス５と防塵ガラス９が示されていないが、実際には図１に示した位置に配備される。防音ガラス５と防塵ガラス９は、屈折率が１．５１４で、厚さが１．９ｍｍである。
また、ポリゴンミラー６に対する平均入射角（有効書き込み幅相当のポリゴンミラー６の回転角最大値、回転角最小値の中間の回転角のときのポリゴンミラー６への入射角）は、２９．２２５ｄｅｇである。
さらに、偏向面内において、第１レンズ３の第２面の光軸は、第１面の光軸に対して、１ｄｅｇほど傾いている。
【００４４】
図１１中、「＊」で示される面は共軸非球面であり、下式で示される。
Ｘ＝｛（Ｙ＾２）／Ｒ｝／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）＊（Ｙ／Ｒ）＾２｝］＋Ａ・Ｙ＾４＋Ｂ・Ｙ＾６＋Ｃ・Ｙ＾８＋Ｄ・Ｙ＾１０ （式１）
ここで、Ｘは光軸方向の座標、Ｙは主走査方向の座標、Ｒは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは高次の係数である。
【００４５】
面番号６の面の光学系データは、以下の通りである。
Ｋ＝２．６６７
Ａ＝１．７９Ｅ−０７
Ｂ＝−１.０８Ｅ−１２
Ｃ＝−３．１８Ｅ−１４
Ｄ＝３．７４Ｅ−１８
【００４６】
面番号７の面の光学系データは、以下の通りである。
Ｋ＝０.０２
Ａ＝２．５０Ｅ−０７
Ｂ＝９．６１Ｅ−１２
Ｃ＝４．５４Ｅ−１５
Ｄ＝−３．０３Ｅ−１８
【００４７】
図１１中、「＊＊」で示される面（面番号８）は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径はレンズ高さにより連続的変化する。主走査形状は、（式１）で表すことができる。
【００４８】
面番号８の面の光学系データは、以下の通りである。
Ｋ＝−７１．７３
Ａ＝４．３３Ｅ−０８
Ｂ＝−５．９７Ｅ−１３
Ｃ＝−１．２８Ｅ−１６
Ｄ＝５．７３Ｅ−２１
【００４９】
副走査方向の曲率半径Ｒｓ（Ｙ）は、次式で表すことができる。
Ｒｓ（Ｙ）＝Ｒｓ（０）＋Σｂｊ・Ｙ＾ｊ （ｊ＝２，３，・・・１２）
ただし、
ＲＳ（０）＝−４７．６８
ｂ２＝１．６０Ｅ−０３
ｂ４＝−２.３２Ｅ−０７
ｂ６＝１．６０Ｅ−１１
ｂ８＝−５．６１Ｅ−１６
ｂ１０＝２．１８Ｅ−２０
ｂ１２＝−１．２５Ｅ−２４
である。
【００５０】
ここで、奇数項は全て「０」であるが、当然、奇数項を用いてサグによる副走査像面湾曲をさらに補正してもかまわない。
第１レンズ３を主走査方向及び副走査方向に垂直な軸を中心に回転させると、以下に示すように被走査面１０上における副走査方向のビームスポット位置が回転角に対してほぼ線形に変化する。したがって、高精度なビームスポット位置調整が可能になり、マルチビーム光学系においては高精度な走査線のピッチ間隔調整が可能になる。
【００５１】
回転角（ｄｅｇ） 副走査方向ビームスポット位置変化量（μｍ）
１ ２２．４
２ ４４．９
３ ６７．３
４ ８９．７
５ １１２．０
【００５２】
また、第１レンズ３を光軸方向に移動すると、被走査面１０上での主走査ビームウエスト位置は、以下のように第１レンズ３の移動量に対してほぼ線形に移動する。したがって、高精度な主走査ビームウエスト位置調整が可能になり、小径かつ安定したビームスポット径が確保できる。なお、ここでは、第１レンズ３をポリゴンミラー６から遠ざかる方向に移動させている。
【００５３】
第１レンズの移動量（ｍｍ） 主走査ビームウエスト位置変化量（ｍｍ）
０．１ ０．０６
０．２ ０．１１９
０．３ ０．１７９
０．４ ０．２３８
０．５ ０．２９８
【００５４】
温度が、２５℃から４５℃に変化したときのビームウエスト位置変化を以下に示す。なお、半導体レーザ１の波長は、１℃の温度上昇により０．２ｍｍ大きくなる。また、半導体レーザ１とカップリングレンズ２は、線膨張係数２．３Ｅ−０５（１／℃）のアルミ製のホルダにより一体化されている。ここで、カップリングレンズ２、シリンドリカルレンズ３の線膨張係数は、７．５Ｅ−０６（１／℃）、樹脂製レンズの線膨張係数は、７．０Ｅ−０５（１／℃）とする。
【００５５】
また、各光学素子の屈折率は、以下のように変化する。
カップリングレンズ ：１．６８９６ → １．６８９５
シリンドリカルレンズ ：１．５１４４ → １．５１４２
樹脂製レンズ ：１．５２７３ → １．５２５４
【００５６】
このときのビームウエスト位置変化は、以下のようになっている。
像高（ｍｍ） −１５０ ０ １５０
主走査ビームウエスト位置変化（ｍｍ） ０．２０ ０．２０ ０．１８
副走査ビームウエスト位置変化（ｍｍ） ０．９０ １．０１ ０．９１
【００５７】
第１レンズによる温度補償効果を取り除いた場合を比較例として以下に示す。
像高（ｍｍ） −１５０ ０ １５０
主走査ビームウエスト位置変化（ｍｍ） ０．８９ １．０５ ０．８６
副走査ビームウエスト位置変化（ｍｍ） １．２０ １．３６ １．２１
【００５８】
上記の結果に示すように、第１レンズ３により、主走査および副走査ビームスポット位置は、ともに温度補償がなされていることがわかる。特に、主走査方向についての補正効果は大きいが、副走査方向についても補正効果が認められる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかる光走査装置の別の実施の形態について説明する。
先の「第１の実施の形態」で説明したように、本発明にかかる光走査装置は、第１レンズ３の第１面と第２面の少なくともいずれかの面にパワーを持たせることで、前述の、多くの効果を得ることができる。
しかし、第１レンズ３の主走査方向にパワーを有する面を球面形状とすると、波面収差が劣化する。そこで、主走査方向にパワーを有する面を非球面形状とすることで、波面収差が良好になる。
【００６０】
図１１に示した面番号１の面（第１レンズ３の第１面）を、式１に基づき非球面形状とする（非球面化する）。
Ｋ＝２０
Ａ＝−１．５Ｅ−０６
【００６１】
図１２は、主走査方向にパワーを有する面を非球面形状／球面形状とした場合の主走査ビームスポット径及びＲＭＳ波面収差を示す図表である。
図１２に示すように、球面の場合でも、良好な主走査ビームスポット径が得られているが、非球面化することにより、主走査ビームスポット径はさらに小径化されている。
また、ビームスポット径の改善量はそれほど大きくないが、波面収差は約半分に低減しており、光学部品公差、取り付け公差に対する許容度は非常に大きくなり、更なるビームスポット小径化を行うとその差は顕著になる。
【００６２】
上記、ビームスポット径を獲得するためのアパーチャは、
主走査方向：４．５ｍｍ
副走査方向：２ｍｍ
の矩形形状をしており、第1レンズ３に入射する光束の幅もほぼこれに等しい。このとき、各面の主走査方向における光束の最周辺での非球面変位量（球面形状からの非球面形状のずれ量のことで、光束の進む方向を正とする）をΔ１（第１面）、Δ２（第２面）とすると、
Δ１−Δ２＝（−１．９Ｅ−０４）−（０）＝−１．９Ｅ−０４（ｍｍ）＜０
となる。このように、「Δ１−Δ２」を負とすることで、全系の波面収差を良好にすることができる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施の形態について説明する。
図７は、本発明にかかる光走査装置を適用したタンデム対応のカラー画像形成装置の副走査断面図である。
各ステーションは、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンダ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）に対応する。また、各ステーションは、走査レンズ７ｘ，８ｘ、感光体ドラム１０ｘを備える（ｘ＝Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）。なお、ポリゴンスキャナ６は、４つのステーションに共通である。
【００６４】
このような多色対応の画像形成装置に適用する場合、光走査装置は、各感光体面上を露光するためのビームスポット位置を相対的に色間で高精度に合わせる必要がある。しかし、実際には経時的な変化や温度変化により、ビームスポット位置が変化してしまう。
そこで、図３に示すように、ステッピングモータ３１を用いて、適時、第１レンズ３をレンズホルダ３２に対して回転調整することで、相対的な色ずれの補正が可能となる。このとき、ビームスポット位置の検出は中間転写ベルト７０等の画像をフォトセンサで検出しても良いし、あるいは、光走査装置内で同期検知手段を副走査方向の位置が検出できるように配置して（三角ＰＤや非平行ＰＤを用いる）、その信号に基づいて位置補正を行うようにしてもよい。
【００６５】
なお、図３に示すような装置を図５に示すマルチビーム走査装置に適用して、走査線ピッチの補正を行うようにしてもよい。これにより、より高精度な走査線ピッチ間隔の制御が可能になり、高画質化が実現できる。
【００６６】
（第４の実施の形態）
次に、本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施の形態について説明する。
これまで説明した実施の形態は、１つの光源を用いる場合であったが、本実施の形態は、図８に示すように、複数の光源１，１’を用いる場合である。
カップリングレンズ２，２’を通過した複数の光束は、主走査方向に離れて第１レンズ３ｚに入射する。第１レンズ３ｚは、第１面が主走査方向にパワーを有するレンズ面である。また第２面は、法線が互いに異なる、つまり互いに偏向面内で傾いている２つの平面により形成されている。
【００６７】
第１レンズ３ｚが主走査方向にパワーを有しているので、第１レンズ３ｚを光軸方向に移動することで、光走査装置全系で主走査方向ビームウエスト位置調整が可能になり、他の光学素子の部品公差、取り付け公差を緩和することができ、なおかつ、主走査方向について安定した小径ビームスポットを獲得することができる。
【００６８】
また、パワーを有する共軸面を用いることにより、光利用効率を向上させ、また、ビーム整形をすることも可能である。このとき、第１レンズ３ｚは、主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転調整可能となっており、回転調整することにより、複数の光束が通過する面の法線の副走査方向における開き角が相対的に変化する。このとき、複数の出射光束の副走査方向の開き角が相対的に変化し、半導体レーザ１，１’から射出した光束間の走査線ピッチを高精度に調整することが可能になる。
【００６９】
さらに、パワーを有する面を共軸面とすることにより、回転調整しても、ビームスポット径の劣化をなくすことができる。
【００７０】
さらにまた、マルチビームとすることで、偏向器の回転数を低減することができ、また、低騒音、低消費電力、高耐久を実現することができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、第２面は２つの平面が互いに偏向面内で傾いているが、第２面を副走査方向にパワーを有するシリンドリカル面としても、主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に第１レンズ３ｚを回転したときに、複数光束が通過する面の法線の副走査方向における開き角を相対的に変化させることもできる。
【００７２】
また、第１レンズ３ｚを樹脂製とし、共軸面のパワーを負とすることで、前述のように、温度補償が可能になると共に、本実施の形態で示したような複雑な形状も一体成形により容易に生産することができる。また、共軸面のパワーを負とすることにより、半導体レーザ１，１’間の間隔、及びカップリングレンズ２，２’の間隔を広くとることができ、レイアウトの自由度が増すと共に、第１レンズ３ｚから出射した２光束の開き角を小さくすることができ、有効書き込み幅を広くするだけでなく、２光束の光学特性の差異を少なくすることができ、良好な光学特性を獲得することができる。
【００７３】
さらに、第１レンズ３ｚの２つの平面の法線は、偏向面内において、偏向器側に進むにしたがい互いに近づく。これにより、半導体レーザ１，１’間の間隔、及びカップリングレンズ２，２’の間隔を広くとることができ、レイアウトの自由度が増すと共に、第１レンズ３から出射した２光束の開き角を小さくすることができ、有効書き込み幅を広くするだけでなく、２光束の光学特性の差異を少なくすることができ、良好な光学特性を獲得することができる。
【００７４】
また、第１レンズ３ｚの光軸方向の調整や、図３に示したステッピングモータを用いた走査線ピッチ調整が可能なのは言うまでもなく、これにより、ビームスポット小径化、走査線ピッチの高精度制御が可能である。
さらに、前述したように、共軸面を非球面化することにより、更なるビームスポット小径化が可能である。
【００７５】
以下、光学系データを示して説明する。
第１レンズ３ｚから出射した光束のポリゴンミラー６への平均入射角(有効書き込み幅相当のポリゴンの回転角最大値、回転角最小値の中間の回転角のときのポリゴンミラーへの入射角)は、それぞれ以下の通りである。
ビームＢ１：２９．２２５ｄｅｇ
ビームＢ２：３０．７７５ｄｅｇ
ここで、ビームＢ１，ビームＢ２とは、それぞれ半導体レーザ１，１’から射出された光束を指す。
したがって、ポリゴンミラー６に向かう２光束の開き角は３．１ｄｅｇであり、かつ、２光束はポリゴンミラー６面上近傍で偏向面内において交差する。
【００７６】
第１レンズ３ｚは、第１面が
曲率半径：−１５０ｍｍ
中心肉厚：３ｍｍ
屈折率：１．５２７３
の樹脂製レンズである。
また、図９に示すように、偏向面内の傾き角θ１、θ２はいずれも１ｄｅｇであり、逆方向に傾いている。このとき、カップリングレンズ２，２’から出射する２光束の開き角は５．６ｄｅｇであり、３．１ｄｅｇに比べて大きい。つまり、複数の半導体レーザ間の間隔、及びカップリングレンズの間隔を広くとることができ、レイアウトの自由度が増すと共に、第１レンズから出射した２光束の開き角を小さくすることができ、有効書き込み幅を広くするだけでなく、２光束の光学特性の差異を少なくすることができる。
なお、他の光学系データは、前述の「第１の実施の形態」と同じである。
【００７７】
このとき、第１レンズ３ｚの回転角に対する走査線ピッチの変化量は、回転角に対して線形となり、高精度な走査線のピッチ間隔調整が可能になる。
回転角（ｄｅｇ） 走査線ピッチ変化量（μｍ）
１ ４４．８
２ ８９．８
３ １３４．６
４ １７９．４
５ ２２４．０
【００７８】
また、第１レンズ３ｚの光軸方向の移動量と主走査ビームウエスト位置変化量の関係は、以下に示すように「第１の実施の形態」と同様となり、高精度な主走査ビームウエスト位置調整が可能になり、小径かつ安定したビームスポット径が確保できる。
第１レンズ移動量（ｍｍ） 主走査ビームウエスト位置変化量（ｍｍ）
０．１ ０．０６
０．２ ０．１１９
０．３ ０．１７９
０．４ ０．２３８
０．５ ０．２９８
【００７９】
なお、本発明においては、図８に示す半導体レーザ１，１’が半導体レーザアレイであるような場合には更に効果が大きい。すなわち、仮に、第１レンズ３ｚが無い場合、光源ユニット全体を主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸まわりに光源ユニットを調整する必要がある。このとき、２つの半導体レーザアレイ間のピッチ調整は可能だが、半導体レーザアレイ内のチャンネル間のピッチがずれてしまい、高精度なビームピッチ調整ができなくなる。そこで、第１レンズ３ｚでピッチ調整を行えば、２つの半導体レーザアレイ間のピッチ調整を行うことができ、なおかつ、半導体レーザアレイ内のチャンネル間のピッチはずれないので、高精度な走査線のピッチ調整が可能になる。
【００８０】
（第５の実施の形態）
次に、本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施の形態について説明する。基本的な構成は、前述の「第２の実施の形態」で示した光学系データと同じであるが、図１０に示すように第１レンズ３の第１面の光軸と第２面の光軸とが一致する点が、先に説明した実施の形態と異なる。全光学特性とも、「第１の実施の形態」「第２の実施の形態」で示した光学特性と同じである。
なお、非球面は負のパワーの面に用いる必要はなく、正のパワーの面または近軸のパワーが無い面に用いても良い。
【００８１】
次に、本発明にかかる画像形成装置について説明する。
図６は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。画像形成装置は、光走査装置２１、帯電器２２、現像器２３、転写器２４、定着器２６、感光体１０及びクリーニング部２７を有してなり、光走査装置２１から像担持体である感光体１０に光書込みを行い、電子写真法により、感光体１０上に静電潜像を形成する。
画像形成装置による画像形成の原理は、周知の通りであり、感光体１０は帯電器２２により一様に帯電され、光走査装置２１によって形成される露光分布に応じて電位が低下し、感光体１０上に静電潜像が形成され、現像器２３によりトナーが付着される。感光体１０に付着したトナーは、転写器２４により用紙に転写された後に定着器２６によって用紙に融解固着される。クリーニング部２７は、感光体１０上の残留トナーを除去する。
【００８２】
ここで、光走査装置２１として、これまで説明した本発明にかかる光走査装置を適用することで、前述の効果、すなわち、ビームスポット径の小径化を図り、なおかつ、高精度なビームスポット位置調整やビームピッチ調整が可能、あるいは、初期調整によるビームスポット径の補正が可能で、なおかつ、ビームスポット径の温度変動による変化を小さくすることが可能となるため、高品質の出力画像を得ることができる。
【００８３】
なお、本発明にかかる光走査装置及び画像形成装置を用いれば、以上説明したように、１の部品に多くの機能、すなわち、温度補償、初期調整によるビームスポット安定化、共軸化によるビームスポット径の安定化、ビームスポット位置調整、走査線ピッチ調整、ゴースト防止、複数ビーム時のポリゴンへの入射角低減機能を持たせることができるだけでなく、
（１）部品点数の低減による低コスト化が可能
（２）余計な部品が増えないので、部品誤差による光学特性の劣化を防止
という効果も得ることができ、総合的な光学特性の向上を図ることができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、ビームスポット径の小径化を図り、なおかつ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能である。
【００８５】
また本発明によれば、ビームスポット径の小径化を図り、なおかつ、高精度なビームピッチ調整が可能である。
【００８６】
さらに本発明によれば、初期調整によるビームスポット径の補正が可能で、なおかつ、ビームスポット径の温度変動による変化を小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図である。
【図２】上記光走査装置を構成する第１レンズの（ａ）は光軸に平行な主走査断面図、（ｂ）は光軸に垂直な副走査断面図である。
【図３】レンズホルダに対する回転調整について示す上記第１レンズの光軸に垂直な副走査断面図である。
【図４】上記第１レンズの戻り光について示す上記光走査装置の光学配置図である。
【図５】上記第１レンズを適用したマルチビーム走査装置の光学配置図である。
【図６】本発明にかかる光走査装置を適用した画像形成装置の中央断面図ある。
【図７】本発明にかかる画像形成装置の別の実施の形態を示す中央断面図である。
【図８】本発明にかかる光走査装置の別の実施の形態を示す偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図である。
【図９】図８の光走査装置を構成する第１レンズの光軸に平行な主走査断面図である。
【図１０】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施の形態を示す偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図である。
【図１１】第１の実施の形態における光学系データを示す図表である。
【図１２】第２の実施の形態における光学系データを示す図表である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ（光源）
３ 第１レンズ
６ ポリゴンミラー（偏向器）
７ 第１走査レンズ（走査結像光学系）
８ 第２走査レンズ（走査結像光学系）
１０ 被走査面

Claims (13)

1. 光源と、上記光源からの光束を偏向する偏向器と、上記光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光束を上記偏向器に導く第１レンズと、上記偏向器により偏向された光束を被走査面上に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、
   上記第１レンズは、第１面と第２面のいずれかの面が主走査方向にパワーを有し、
   上記第２面の光軸は、上記第１面の光軸に対して偏心していることを特徴とする光走査装置。
2. 主走査方向のパワーは、負のパワーである請求項１記載の光走査装置。
3. 第１レンズは、主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転調整可能になっている請求項１または２記載の光走査装置。
4. 第１レンズは、光軸方向に移動調整可能になっている請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 主走査方向にパワーを有する面は、共軸である請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 主走査方向にパワーを有する面は、非球面形状である請求項５記載の光走査装置。
7. 第１レンズまたは走査結像光学系に含まれる少なくとも１枚の走査光学素子は樹脂製である請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置。
8. 複数の光源と、上記複数の光源からの光束を偏向する偏向器と、上記光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光束を上記偏向器に導く第１レンズと、上記偏向器からの光束を被走査面に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、
   上記複数の光源からの光束は、主走査方向に離れて上記第１レンズに入射し、
   上記第１レンズは、主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転調整可能であり、
   上記第１レンズの第１面と第２面のいずれかの面がパワーを有する共軸面であり、
   上記第１レンズが主走査方向及び副走査方向に略垂直な軸を中心に回転したとき、上記共軸面でない他方の面は、上記複数の光源からの光束が通過する面の法線の副走査方向における開き角が相対的に変化することを特徴とする光走査装置。
9. パワーは負のパワーであり、第１レンズは樹脂製である請求項８記載の光走査装置。
10. 共軸面でない他方の面は、法線が互いに異なる２つの平面により形成される請求項８または９記載の光走査装置。
11. ２つの平面の法線は、偏向面内において、偏向器側に進むにしたがい互いに近づく請求項１０記載の光走査装置。
12. 光源と、上記光源からの光束を偏向する偏向器と、上記光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光束を上記偏向器に導く第１レンズと、上記偏向器からの光束を被走査面に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、
    上記第１レンズは、光軸方向に調整可能であり、
    上記第１レンズは、負のパワーを有する共軸非球面レンズであり、
    上記第１レンズは、樹脂製レンズであることを特徴とする光走査装置。
13. 光走査装置から像担持体に光書込みを行い、電子写真法により、この像担持体上に静電潜像を形成する装置であって、
    上記光書込装置は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。

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