JP2007233000A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回折面を用いた光走査装置において、温度変動によるビームスポット径変動を低減し、より安定したビームスポット径で光走査を行う。
【解決手段】複数の発光部を有する光源部１と、発光部からの複数の光ビームを光偏向器５に導光する第１の光学素子と、光偏向器５により偏向された複数の光ビームを被走査面８上に集光させて光スポットを形成し被走査面８を光走査する第２の光学素子６と、を有する。第１の光学素子は、少なくとも片面が回折面からなる回折光学素子４であり、回折光学素子４の光軸を含む平面であって光偏向器５の回転方向と平行な平面に対する入射角度を回折光学素子４への複数の光ビームの入射角度と定義すると、この入射角度が、どの光ビームについても５度以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置および画像形成装置に関するもので、特に、高密度画像を得るために、光源部から光偏向器に至るまでの光学素子の構成に特徴を有するものである。

光走査装置は、従来から、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ等の画像形成装置に関連して広く用いられているが、近時、低価格化とともに、温湿度などの環境変動の影響を受け難く、高密度で、精細度の高い画像を形成できるものが求められている。

光走査装置には各種のレンズが用いられ、このレンズの材料として樹脂材料が広く用いられている。樹脂製レンズは、軽量であり、金型による一体成形が可能であるため、低コストで形成できるとともに、非球面に代表される特殊な面形状の形成が容易である。したがって、樹脂製レンズに特殊面を採用することにより、光学的な特性を向上させるとともに、光学系を構成するレンズ枚数を低減させることができる。すなわち、樹脂製レンズの採用は、光走査装置のコンパクト化・軽量化・低コスト化に資するところが大きい。しかし、反面において、良く知られているように、樹脂製レンズは、環境変化、特に温度変化に伴って、形状が変化したり、屈折率が変化したりするので、光学特性、特にパワーが設計値から変化し、被走査面上における光スポットの径である「ビームスポット径」が環境変動により変動する問題がある。

温度変化に伴う樹脂製レンズのパワー変動は、正レンズと負レンズとで互いに逆に発生するので、光走査装置の光学系内に、正と負の樹脂製レンズを組み込み、これら正・負の樹脂製レンズにおいて発生する「環境変化に起因する光学特性変化」を互いに相殺させる方法が良く知られている。

また、光走査装置の光源として一般的な半導体レーザは、温度が上昇すると発光波長が長波長側へずれるという性質、すなわち、温度変化による波長変化がある。したがって、光学系内に樹脂製レンズを含み、光源に半導体レーザを用いる光走査装置では、温度変化に伴う光学特性の変化を考慮した光学設計を行う必要がある。

温度変化に伴う光学特性の変化を考慮し、パワー回折面を採用して光学特性を安定させた光走査装置（レーザ走査装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、レーザ光源から射出されたレーザ光を、主走査方向には平行光とし副走査方向には光偏向器の偏向反射面近傍に集光させる光源光学系を有する光走査装置が開示されている。そして、上記光源光学系は、「回転対称軸を持たない１面以上の反射面と、２面の透過面とを有し、透過面にパワー回折面を設け、樹脂で構成された１つの光学素子」としている。また、比較例として「半導体レーザからの光ビームをコリメートする樹脂製のコリメータレンズと、コリメートされた光ビームを副走査方向に集束させる樹脂製のシリンダレンズの各々に１面ずつパワー回折面を設けた光走査装置」が開示されている。「パワー回折面」は、回折によってレンズパワーを持つ回折面である。

特開２００２−２８７０６２号公報

特許文献１に開示されている「回転対称軸を持たない１面以上の反射面と、２面の透過面とを有し、透過面にパワー回折面を設け、樹脂で構成された１つの光学素子」による光源光学系は、１つの光学素子内に透過面と反射面とを形成しなければならず、曲面形状の反射面が含まれるため、製造が必ずしも容易ではなく、光走査装置の低コスト化の面から見て、なお改善の余地がある。また、特許文献１では、マルチビーム化への対応は言及されていない。

本発明は、以上説明した従来技術の事情に鑑み、パワー回折面を用いた光走査装置において、温度変動によるビームスポット径変動を低減し、より安定したビームスポット径で光走査を行い得る光走査装置を実現することを目的とする。
本発明はまた、上記の目的を達成した光走査装置を用いて画像形成装置を得ることを目的とする。特に、光源部をマルチビームとし、形成される画像の高密度化要求に対応した光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、請求項１に記載されているように、複数の発光部を有する光源部と、この発光部からの複数の光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、光偏向器により偏向された複数の光ビームを被走査面上に集光させて光スポットを形成し被走査面を光走査する第２の光学素子と、を有する光走査装置であって、上記第１の光学素子は、少なくとも片面が回折面からなる回折光学素子であり、上記回折光学素子の光軸を含む平面であって光偏向器の回転方向と平行な平面に対する入射角度を上記回折光学素子への上記複数の光ビームの入射角度と定義すると、この入射角度が、どの光ビームについても５度以下であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、回折光学素子は少なくとも副走査方向にパワーを有し、かつ回折面の副走査方向断面形状が主走査方向の位置にかかわりなく同一であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、回折光学素子の回折面は、主走査方向に平行な溝を有してなることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、回折光学素子は少なくとも副走査方向にパワーを有し、かつ回折面の形状は、副走査方向に短軸を有する楕円形状であることを特徴とする。

請求項５記載の発明のように、複数の発光部を有する光源部と、この発光部からの複数の光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、光偏向器により偏向された複数の光ビームを被走査面上に集光させて光スポットを形成し被走査面を光走査する第２の光学素子と、を有する光走査装置であって、上記第１の光学素子は、少なくとも片面が回折面からなる回折光学素子であり、上記回折光学素子は、少なくとも副走査方向にパワーを有し、かつ回折面の副走査方向断面形状が主走査方向の位置にかかわりなく同一である構成としてもよい。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、回折光学素子の回折面は、主走査方向に平行な溝を有してなることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、回折光学素子の光軸を含む平面であって光偏向器の回転方向と平行な平面に対する入射角度を上記回折光学素子への上記複数の光ビームの入射角度と定義すると、この入射角度が、どの光ビームについても５度以下であることを特徴とする。

あるいは、請求項８記載の発明のように、回折光学素子に入射する光ビームの入射角度を、回折光学素子の光軸に対して一方側を＋角度、反対側を−角度と定義すると、＋角度の最大値を有する光ビームと−角度の最小値を有する光ビームの入射角度の絶対値がほぼ等しく設定してもよい。
請求項９記載の発明のように、請求項８記載の発明において、＋角度の最大値をθｍａｘ、−角度の最小値をθｍｉｎとしたとき、θｍａｘ＋θｍｉｎ＜５度を満足するように構成するとよい。
さらに、請求項１０記載の発明のように、請求項１乃至９のいずれかに記載の光走査装置において、回折光学素子の、回折面におけるバックカットの勾配が、主走査方向についてθｍａｘの領域とθｍｉｎの領域の２つの領域を有しているとよい。

請求項１１記載の発明のように、請求１０記載の発明において、回折光学素子の回折面は、入射面側に形成してもよい。
請求項１２記載の発明のように、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、第１の光学素子および第２の光学素子は、これを樹脂で成形するとよい。
請求項１３記載の発明のように、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明において、光源部は、これを半導体レーザアレイで構成するとよい。
請求項１４記載の発明のように、請求項１３記載の発明において、光源部はガラス製の光学素子を有していてもよい。

請求項１５記載の発明のように、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明において、光源部はシングルレーザの半導体を複数個組み合わせて構成するとよい。
請求項１６記載の発明のように、請求項１５記載の発明において、光源部は樹脂製の光学素子を有しており、この光学素子は、その入出射方向の少なくとも片側が同心円の溝形状として形成された回折面を有している回折光学素子とするとよい。

請求項１７記載の発明は、感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を有する画像形成装置であって、像担持体に対して光走査を行う光走査手段が、請求項１〜１６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。

請求項１８記載の発明は、感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を複数有するカラー画像形成可能な画像形成装置であって、像担持体に対して光走査を行う光走査手段は、請求項１〜１６のいずれかに記載の光走査装置であって色成分ごとの画像信号で変調された複数のレーザビームで光走査を行うことを特徴とする。

画像形成部を１つとしてモノクロームの画像形成を行うようにすることもできるし、請求項１８記載の発明のように、２以上の画像形成部を設けて、２色画像や多色画像、さらにはフルカラー画像を形成するように画像形成装置を構成することもできる。フルカラー画像を形成可能な画像形成装置の場合、各画像形成部において光走査を行う光走査装置は、画像形成部ごとに別個のものであってもよいし、例えば、特開２００４−２８００５６号公報等によって知られているように、光学的な構成要素の一部、例えば光偏向器や走査光学系の一部を、複数の走査光学系で共有するようにしてもよい。画像形成部が２以上ある場合、２以上の画像形成部を同一の像担持体に対して異なる位置に設定することもできるし、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置のように、複数の像担持体を平行に配列し、個々の像担持体を中心として個別の画像形成部を設けることもできる。

ここで、光走査装置の光学系に樹脂製レンズが含まれる場合に、環境条件の変動や波長変化に対して、被走査面に向かって集光される光ビームの位置変動、すなわちビームウエスト位置の変動について簡単に考察する。先ず、温度変動によるビームウエスト位置変動の原因となるのは、温度変動に伴う、
ａ．樹脂製レンズの屈折率自体の変化、
ｂ．樹脂製レンズの形状変化、
ｃ．半導体レーザの波長変化による樹脂製レンズの屈折率変化（色収差）
が考えられる。
温度変動に伴う、樹脂製レンズの屈折率自体の変化は、温度上昇に伴ってレンズが膨張し低密度化することによって屈折率が減少する現象として現れる。
温度変動に伴う、樹脂製レンズの形状変化は、温度上昇に伴ってレンズが膨張することによりレンズ面の曲率が減少する現象として現れる。
温度変動に伴う、半導体レーザの発光波長変化による樹脂製レンズの屈折率変化は、一般に温度上昇とともに長波長側へずれる現象として現れる。波長が長波長側へずれると、樹脂製レンズの屈折率は、一般に、減少する側へずれる。
このように、樹脂製レンズは、正レンズであるか負レンズであるかに拘わらず、温度上昇とともに、そのパワーの絶対値が減少するように変化する。

一方、回折光学素子の回折面の回折部によるパワーは、回折角が波長に比例するところから、回折部のパワーは、それが正であっても負であっても、パワーの絶対値は、波長が長くなると大きくなる傾向を持つ。従って、例えば、光走査装置の光学系における樹脂製レンズの合成パワーが正（または負）である場合には、回折面の回折部のパワーを正（または負）とすることにより、樹脂製レンズにおける温度変動に伴うパワー変化を、回折面の回折部における温度変動に伴うパワー変化で相殺することが可能になる。

ここで、回折面の「回折部」と言っているのは、以下の理由による。一般の回折光学素子の回折面は、必ずしも平面に形成されたものではなく、球面やシリンドリカル面に形成されたものを含んでいるので、回折面を形成している基板に当たる部分にもパワーを有することになる。この基板に当たる部分のパワーを除いた回折面のみのパワーという意味で、本明細書中ではこれを回折面の「回折部」と呼ぶ。

いま少し具体的に説明するために、光学系内に含まれる樹脂製レンズのパワーと、回折面の「回折部」のパワーがともに正である場合に、環境温度が上昇した場合を考える。
樹脂製レンズの屈折率の変化によるビームウエスト位置変動量：Ａ
樹脂製レンズの形状変化によるビームウエスト位置変動量：Ｂ
半導体レーザの発光波長変化に起因する樹脂製レンズの屈折率変化によるビームウエスト位置変動量：Ｃ
半導体レーザの発光波長変化に起因する回折面の「回折部」のパワー変化によるビームウエスト位置変動量：Ｄ
とすると、Ａ＞０、Ｂ＞０、Ｃ＞０で、Ｄ＜０（光偏向器から離れる向きの変化を正としている。）である。そして、この温度変化に伴うトータルのビームウエスト位置変動量は、Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄである。Ａ〜Ｃは、樹脂製レンズを含む光学系が定まれば定まるので、ビームウエスト位置変動量が０となる条件：Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ＝０を満たすように回折面の「回折部」のパワーを設定することにより、温度変化に伴うビームウエスト位置変動を良好に補正できる。

この発明にかかる光走査装置では、マルチビーム光源における温度変化に起因する、主走査方向および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動を略０とするように、回折面のパワーを設定するので、温度変動に対してビームウエスト位置変動が有効に補正され、常に安定したビームスポット径で光走査を行うことができる。この光走査装置を用いることによりこの発明にかかる画像形成装置は安定した画像を形成することができる。

以下、本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、光走査装置の一実施例を示す光学配置図である。図１において、符号１は光源部、符号３はアパーチュア、符号４は光学素子としての回折光学素子、符号５は光偏向器である回転多面鏡のポリゴンミラー、符号６は光学素子としての走査レンズ、符号８は被走査面をそれぞれ示す。また、符号Ｇ１はポリゴンミラー５を収納する防音ハウジング（図示されず）の窓を塞ぐ防音ガラスを示し、符号Ｇ２は光走査装置の光学系を収納するハウジングの偏向光ビーム射出部に設けられた防塵ガラスを示している。光源部１からの光ビームをポリゴンミラー５に導光する光学素子、すなわち、後述のカップリングレンズ、アパーチャ３、回折光学素子４を含む部分を第１の光学素子とする。これに対して、ポリゴンミラー５で偏向された光ビームを被走査面８上に集光させて光スポットを形成し被走査面８を光走査する走査レンズ３を第２の光学素子とする。

光源部１から放射された光ビームは、アパーチュア３によりビーム整形されて回折光学素子４に入射する。回折光学素子４を透過した光ビームは、副走査方向に集束しつつ防音ガラスＧ１を透過して、光偏向器であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として結像される。ポリゴンミラー５は図示されないモータによって一定速度で回転駆動され、その偏向反射面によって光ビームが等角速度的に偏向反射され、偏向ビームが防音ガラスＧ１を透過して走査レンズ６に入射する。走査レンズ６は、１枚のレンズにより構成され、このレンズを透過した光ビームは防塵ガラスＧ２を介して被走査面８に入射し、走査レンズ６の作用により被走査面８上に光スポットを形成する。

走査レンズ６は、等角速度的に偏向しつつ入射してくる光ビームによる光スポットが、被走査面８上において主走査方向（図の上下方向）へ等速的に移動するようにする等速特性を有しており、光スポットは、被走査面８を等速的に光走査する。走査レンズ６はアナモフィックな光学素子であり、副走査方向においてはポリゴンミラー５の偏向反射面位置と被走査面位置とを幾何光学的な共役関係としており、これによりポリゴンミラー５の面倒れを補正している。被走査面８は、実体的には像担持体としての感光性媒体の感光面である。

次に、光源部１の構造の例について詳細に説明する。光源部１はマルチビーム用光源であり、１パッケージ中に複数の発光点を有する半導体レーザアレイを用いることもできるし、１パッケージ中に１つの発光点を有する通常の半導体レーザを複数個組み合わせて用いることもできる。半導体レーザを複数個組み合わせて用いる場合、図２に示すような構成とすることができる。すなわち、光源１−１、１−２は半導体レーザであって、それぞれ単一の発光点を持つ。光源１−１、１−２から放射された各ビームは、カップリングレンズ２−１、２−２によりカップリングされる。カップリングされた各ビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。

カップリングレンズ２−１、２−２を透過した各ビームは、アパーチャ３−１、３−２によりビームの断面形状が整形され、ビーム合成プリズム２０に入射する。ビーム合成プリズム２０は、反射面と、偏光分離膜と１／２波長板とを有する。光源１−２からのビームは、ビーム合成プリズム２０の反射面と、偏光分離膜とに反射されてビーム合成プリズム２０から射出される。光源１−１からのビームは１／２波長板により偏光面を９０度旋回され、偏光分離膜を透過してビーム合成プリズム２０から射出される。このようにして、２つのビームが合成される。カップリングレンズ２−１、２−２の光軸に対する光源１−１、１−２の発光部の位置関係の調整により、ビーム合成された２ビームは互いに副走査方向に僅かに傾いて、基準となる光軸に対し微小角をなしている。光源１−１、１−２はそれぞれ個別のベース５−１，５−２に嵌め込まれて保持され、各ベース５−１，５−２にはまた、光源１−１、１−２の嵌合面とは反対側から、光源１−１、１−２に対向させてカップリングレンズ２−１、２−２が位置決めされて保持されている。各ベース５−１，５−２は１個のフランジ４０の一面側から位置決めされて固定され、フランジ４０の他面側には、上記アパーチャ３−１、３−２を構成する１枚のアパーチャ板３０が位置決めされて固定されている。上記フランジ４０、ビーム合成プリズム２０をホルダー５０で保持することにより、光源部１をユニット化している。

光源として通常の半導体レーザを複数個組み合わせて用いる場合、図３に示すような構成とすることもできる。図３において、光源１−１、１−２は半導体レーザであって、それぞれ単一の発光点を持つ。光源１−１、１−２から放射された各ビームは、カップリングレンズ２−１、２−２によりカップリングされる。カップリングされた各ビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。カップリングレンズ２−１、２−２の光軸はポリゴンミラー上で交差するように主走査方向に微小角をなすように構成され、光源１−１、１−２から放射された光ビームはこの光軸に沿って伝播される。図３において、符号３は光源ホルダー、３ａは光源１−１、１−２の嵌合孔、３ｂはカップリングレンズ２−１、２−２の位置決め部、７は光源ホルダー３が固定され光走査装置のハウジングなど適宜の壁９を貫通して固定されるユニットホルダーをそれぞれ示している。図３に示すような構成にすると、図２に示す例で用いているビーム合成プリズム２０や１／２波長板などが不用になり、光源部のコンパクト化、低コスト化を達成することができる。

また、光源として複数のレーザビームを放射する半導体レーザアレイを用いる場合、光走査装置に搭載される光学素子の構成によっては、図４に示す半導体レーザアレイの例のように、被走査面上で所望のビームピッチを達成するために、複数の（図示の例では４つの）発光点の配列方向を主走査方向に（従って副走査方向にも）傾けて配置してもよい。

図２〜図４に示すような光源部を用いると、図１の光走査装置の例における回折光学素子４に入射する複数の光ビームは、図５に示すように、光軸に対して入射角度を有するようになる。なお、ここで「入射角度」と言っているのは、回折光学素子４の光軸を含む平面であって光偏向器の回転方向と平行な平面に対する入射角度のことである。一般に、回折光学素子に入射する光ビームは、回折面に対して垂直である。しかし、上記のようなマルチビーム用光源の場合、回折面への入射光は角度を有していることが不可避となる。このような構成にすると、温度変動によるビームウエスト位置の変動を補正する機能に関しては、かなり大きな入射角度で光ビームを回折面に入射させても得ることができることが実験的に確認できたが、回折効率の低下による透過率減衰が大きな課題として分かってきた。

通常、ガラス製のシリンドリカルレンズを用いる場合は、その透過率は９８％±２％程度であり、透過率減衰についてはほとんど問題にならない。しかし、回折面を採用した回折光学素子は、一般には樹脂で成形されるため、材質の違いによりその透過率は８７％±２％程度まで減衰する。しかも、回折面を形成している溝形状に加工誤差があると不用な回折光を発生させ、回折光の光エネルギーが減衰して所望の光エネルギーを得ることができなくなる。さらに、仮に溝形状に加工誤差がない場合でも、回折面に対して垂直に入射しなければ、同様に回折効率は低下し、結果として透過率減衰が発生する。したがって、感光体を露光させるためには、半導体レーザの出力を大きくしなければならず、それに伴い大きな発熱が発生し、環境への負荷が大きくなる。

しかし、マルチビームと回折光学素子の組み合わせにおいて、この回折光学素子の透過率の最低条件である８７％±２％を満足させるために、いくつかの方式にすればよいことが分かってきた。その一つの方式は、回折光学素子に入射する光ビームの入射角度を５度以下にすることである。図３に示すような光源部を用いる場合には、カップリングレンズ２−１、２−２の光軸Ｂ１，Ｂ２相互のなす角を１０度以下に設定すればよいことになる。これによって、回折光学素子の透過率は８７％±２％を維持することが可能となり、感光体を露光するのに必要な半導体レーザの出力が、光ビームが垂直に入射する場合に必要な半導体レーザの出力と遜色のないものとなる。

回折光学素子の透過率８７％±２％を維持するための別の方式は、回折光学素子の回折形状のある面すなわち回折面の副走査方向断面形状を、主走査方向の位置にかかわりなく同一とする方式である。図２〜図４に示す光源部の構成例において、光源から放射された光ビームは、主走査方向に角度を有することが極めて特徴的であり、これが回折光学素子に入射すると回折効率が低下する主な原因である。しかし、回折形状の副走査断面形状を主走査方向の位置にかかわらず同一とすると、回折に対する寄与は主走査方向の入射角度に依存しないことになる。図６は、この方式による回折光学素子の例を示す。図６において、回折光学素子４００は片面側が回折面４０１となっており、回折面４０１は、主走査方向に平行な溝形状として形成されている。したがって、この回折面４０１は最も簡単な構成のものとして考えられる。

図６に示す回折光学素子は、温度変動によるビームウエスト位置変動を補正する機能は副走査方向のみにしか有していないが、主走査方向については、光源部の構成を工夫することにより、ビームウエスト位置変動を補正することができる。回折光学素子の力を借りなくてもビームウエスト位置変動を補正することができるので、このような場合でも安定的なビームスポット径を得ることができる。

また、回折光学素子の他の例としては、図７に示す回折光学素子４１０ように、扁平率の大きい楕円の溝形状として形成された回折面４１１を備えることも考えられる。この場合、主走査方向について、光源部の構成を工夫するだけでは、温度変動によるビームウエスト位置変動を充分に補正することができない場合にも、安定的なビームスポット径を得ることができるようになる。このように構成された回折光学素子４１０においても、光ビームの入射角度を５度以下となるように光源部を設定すると、より好ましい。

マルチビーム型の光源と回折光学素子を組み合わせた場合に、もう一つ解決すべき技術課題となるのが、各光ビームの透過エネルギーにばらつきがあるという問題である。確かに、全ての光ビームの入射角度を５度以下にすることで、回折光学素子の透過率を８７％±２％に抑えることはできる。しかし、この範囲の中で各光ビームの透過エネルギーがばらつくと、これらの光ビームで感光体に形成された潜像を現像することによって得られる画像がぼやけてしまう。特に、フルカラー画像形成装置に適用した場合には、色味の違いとして画像に表れてしまうので、好ましくない。

そこで、図８に示すように、回折光学素子の光軸について、一方の側を＋角度、反対側を−角度と定義するとき、＋角度の最大値を有する光ビームと、−角度の最小値を有する光ビームは、その絶対値をほぼ等しくすることによって、各光ビームの透過エネルギーがばらつくという問題は発生しない。あるいは、＋角度の最大値をθｍａｘ、−角度の最小値をθｍｉｎとすると、θｍａｘ＋θｍｉｎ＜５度を満足するように光源部を設定すると、特に品質上問題になるような画像は得られなかった。

また、図９に示すように、回折形状のある面すなわち回折面におけるバックカットの勾配を、主走査方向についてθｍａｘの領域とθｍｉｎの領域の２つの領域を有するように構成しても、各光ビームの透過エネルギーばらつきを抑えることができる。かかる構成において、回折面は、回折光学素子の入射面側に形成することが好ましい。その理由は、仮に、図１０に示すように、射出面側に上記のような条件を充足する回折面を導入すると、回折面を形成する溝の断面が逆波状になり、回折光学素子を樹脂で成形する場合に、金型から取り出すことが困難になるためである。

図２および図３に示す光源部の例についてさらに説明する。図２および図３に示す光源部の例において、カップリングレンズ２−１，２−２を樹脂化し、さらに、回折光学素子は同心円の溝形状として形成された回折面を有する回折光学素子としてもよい。しかし、図４に示す例のように、光源として半導体レーザアレイを用いた場合には、カップリングレンズを回折光学素子としない方が好ましい。その理由は、半導体レーザアレイの場合、各発光点から放射される光ビームの波長は必ずしも同じであるとは限らず、また、モードホップ現象すなわち発振波長が急激に変化する現象も各発光点で全く独立に発生するので、波長のばらつきによる画像劣化が大きくなってしまうからである。このような波長依存性を回避するには、カップリングレンズの素材はガラスの方がよく、カップリングレンズの素材をガラスにすることによって安定した画像を得ることができる。

図１１は、感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を有する画像形成装置であって、像担持体に対して光走査を行う光走査手段として、これまで説明してきた光走査装置を用いた画像形成装置の実施例を示す。この画像形成装置は、タンデム型フルカラー光プリンタである。図１１において、画像形成装置の下部には、水平方向に配設された給紙カセット１３０から給紙される転写紙（図示されず）を搬送する搬送ベルト１３２が設けられている。搬送ベルト１３２の上部には、イエロー（Ｙ）用の感光体１７Ｙ、マゼンタ（Ｍ）用の感光体１７Ｍ、シアン（Ｃ）用の感光体１７Ｃ、及びブラック（Ｋ）用の感光体１７Ｋが、搬送ベルト１３２による転写紙の搬送方向上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下において、符号中に付したＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋで、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを区別する。

感光体１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋは全て同一径に形成され、その周囲に、電子写真プロセスに従いプロセス部材が順に配設されている。感光体１３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ１４０Ｙ、光走査装置１５０Ｙ、現像装置１６０Ｙ、転写チャージャ１３０Ｙ、クリーニング装置１８０Ｙ等が感光体の回転方向に順に配設されている。他の感光体１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋについても同様である。すなわち、この画像形成装置は、感光体１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋを色毎に設定された被走査面とするものであり、各々の感光体に対して光走査装置１５０Ｙ、１５０Ｍ、１５０Ｃ、１５０Ｋが１対１の対応関係で設けられている。

これら光走査装置は、それぞれが図１に示したような光学配置を有するものを独立に用いることもできるし、例えば、特開２００４−２８００５６号公報等により従来から知られたもののように、光偏向器（回転多面鏡）を共用し、各光走査装置における走査光学系のレンズを、感光体１７Ｍと１７Ｙの光走査に共用するとともに、感光体１７Ｋ、１７Ｃの光走査に共有するものとすることもできる。搬送ベルト１３２の周囲には、感光体１７Ｙよりも転写紙搬送方向上流側にレジストローラ１９と、ベルト帯電チャージャ１１０が設けられ、感光体１７Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ１１１、除電チャージャ１１２、クリーニング装置１１３等が設けられている。ベルト分離チャージャ１１１よりも転写紙搬送方向下流側には定着装置１１４が設けられ、排紙トレイ１１５に向けて排紙ローラ１１６で結ばれている。

このような構成において、例えば、フルカラーモード時であれば、帯電チャージャ１４０Ｙ、１４０Ｍ、１４０Ｃ、１４０Ｋで表面が均一に帯電された各感光体１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋに対し、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の画像信号に基づき各光走査装置１５０Ｙ、１５０Ｍ、１５０Ｃ、１５０Ｋで光走査されることにより上記各感光体に静電潜像が形成される。これら静電潜像はそれぞれ現像装置１６０Ｙ、１６０Ｍ、１６０Ｃ、１６０Ｋで対応する色トナーで現像されてトナー画像となる。各トナー画像は、搬送ベルト１３２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、定着装置１１４によりフルカラー画像として定着された後、排紙トレイ１１５上に排紙される。

かかる画像形成装置の露光手段として、前述の光走査装置を用いることにより、常に安定したビームスポット径を得ることができ、精細度の高い印字ないしは画像を得ることができる画像形成装置を、コンパクトの、かつ、安価に実現することができる。

本発明にかかる光走査装置の実施例を概略的に示す平面図である。 上記実施例に用いることができる光源部の構成例を示す分解斜視図である。 上記実施例に用いることができる光源部の別の構成例を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。 上記実施例に用いることができる光源部のさらに別の構成例を示す斜視図である。 本発明に適用可能な回折光学素子の例とこの回折光学素子への入射角の例を示す断面図である。 本発明に適用可能な回折光学素子の別の例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は上面図である。 本発明に適用可能な回折光学素子のさらに別の例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は上面図である。 本発明に適用可能なさらに別の回折光学素子の例とこの回折光学素子への入射角の例を示す断面図である。 本発明に適用可能なさらに別の回折光学素子の例とこの回折光学素子への入射角の例を示す断面図である。 本発明に適用可能なさらに別の回折光学素子の例とこの回折光学素子への入射角の例を示す断面図である。 本発明かかる画像形成装置の実施例を概略的に示す正面図である。

符号の説明

１ 光源部
１−１ 光源
１−２ 光源
２−１ カップリングレンズ
２−２ カップリングレンズ
３ アパーチャ
４ 回折光学素子
５ 光偏向器としてのポリゴンミラー
６ 第２の光学素子としての走査レンズ
８ 被走査面

Claims (18)

1. 複数の発光部を有する光源部と、この発光部からの複数の光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、光偏向器により偏向された複数の光ビームを被走査面上に集光させて光スポットを形成し被走査面を光走査する第２の光学素子と、を有する光走査装置であって、
   上記第１の光学素子は、少なくとも片面が回折面からなる回折光学素子であり、
   上記回折光学素子の光軸を含む平面であって光偏向器の回転方向と平行な平面に対する入射角度を上記回折光学素子への上記複数の光ビームの入射角度と定義すると、この入射角度が、どの光ビームについても５度以下である光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、回折光学素子は少なくとも副走査方向にパワーを有し、かつ回折面の副走査方向断面形状が主走査方向の位置にかかわりなく同一である光走査装置。
3. 請求項２記載の光走査装置において、回折光学素子の回折面は、主走査方向に平行な溝を有してなる光走査装置。
4. 請求項１記載の光走査装置において、回折光学素子は少なくとも副走査方向にパワーを有し、かつ回折面の形状は、副走査方向に短軸を有する楕円形状である光走査装置。
5. 複数の発光部を有する光源部と、この発光部からの複数の光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、光偏向器により偏向された複数の光ビームを被走査面上に集光させて光スポットを形成し被走査面を光走査する第２の光学素子と、を有する光走査装置であって、
   上記第１の光学素子は、少なくとも片面が回折面からなる回折光学素子であり、
   上記回折光学素子は、少なくとも副走査方向にパワーを有し、かつ回折面の副走査方向断面形状が主走査方向の位置にかかわりなく同一である光走査装置。
6. 請求項５記載の光走査装置において、回折光学素子の回折面は、主走査方向に平行な溝を有してなる光走査装置。
7. 請求項５または６記載の光走査装置において、上記回折光学素子の光軸を含む平面であって光偏向器の回転方向と平行な平面に対する入射角度を上記回折光学素子への上記複数の光ビームの入射角度と定義すると、この入射角度が、どの光ビームについても５度以下である光走査装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置において、回折光学素子に入射する光ビームの入射角度を、回折光学素子の光軸に対して一方側を＋角度、反対側を−角度と定義すると、＋角度の最大値を有する光ビームと−角度の最小値を有する光ビームの入射角度の絶対値がほぼ等しい光走査装置。
9. 請求項８記載の光走査装置において、＋角度の最大値をθｍａｘ、−角度の最小値をθｍｉｎとすると、θｍａｘ＋θｍｉｎ＜５度を満足する光走査装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の光走査装置において、回折光学素子の、回折面におけるバックカットの勾配が、主走査方向についてθｍａｘの領域とθｍｉｎの領域の２つの領域を有している光走査装置。
11. 請求項１０記載の光走査装置において、回折光学素子の回折面は、入射面側である光走査装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の光走査装置において、第１の光学素子および第２の光学素子は樹脂で成形されている光走査装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の光走査装置において、光源部は半導体レーザアレイである光走査装置。
14. 請求項１３記載の光走査装置において、光源部はガラス製の光学素子を有している光走査装置。
15. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の光走査装置において、光源部はシングルレーザの半導体を複数個組み合わせたものである光走査装置。
16. 請求項１５記載の光走査装置において、光源部は樹脂製の光学素子を有しており、この光学素子は、その入出射方向の少なくとも片側が同心円の溝形状として形成された回折面を有している回折光学素子である光走査装置。
17. 感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を有する画像形成装置において、
    像担持体に対して光走査を行う光走査手段が、請求項１〜１６のいずれかに記載の光走査装置である画像形成装置。
18. 感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を複数有するカラー画像形成可能な画像形成装置において、
    像担持体に対して光走査を行う光走査手段は、請求項１〜１６のいずれかに記載の光走査装置であって色成分ごとの画像信号で変調された複数のレーザビームで光走査を行う画像形成装置。

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