JP2007240590A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査線の湾曲発生が小さく、また走査線曲がりの補正がしやすく、小型化を図ることができる構成の走査光学系を有する光走査装置を提供する。
【解決手段】第２走査レンズは副走査方向に屈折力を有するものであり、また第２走査レンズの副走査方向における曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化する光学素子変形手段を備える。しかも、走査レンズにおける前記光学素子変形手段によって変形される走査レンズ副走査方向における曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）を、レンズ第一面において鏡面範囲内で唯一つしか極値を有さないように設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、走査線の湾曲を抑制する手段を備えた光走査装置、および、その光走査装置を搭載する画像形成装置に関するものである。

図１に光走査装置における走査光学系の一般的な構成例を示す。

図１において、光源１からレーザビームＬが出射され、レーザビームＬは、カップリングレンズ２とシリンドリカルレンズ３とアパーチャ４からなるカップリング光学系によってカップリングされて成形される。またカップリングされた後に、レーザビームＬは回転多面鏡５によって偏向反射され、主走査方向に走査されて、結像光学系である第１走査レンズ６ａ，第２走査レンズ６ｂによって像面である被走査面８上、本例では円柱状の像担持体である円柱状の感光体１０上に、走査線９として結像される。感光体１０は、中心軸を中心に周方向に回転し、像形成面が主走査方向とは垂直の方向に移動し、レーザビームＬにより光走査が行われ、感光されて潜像が形成される。

なお、図１における７ａ〜７ｃは第２走査レンズ６ｂからのレーザビームＬを被走査面８へ偏向させる折り返しミラーである。

従来の技術では、前記走査光学系において、例えば第２走査レンズ６ｂに光学素子変形手段（図示せず）を設けることにより、光走査装置の製造誤差、例えば光学素子の寸法誤差，光学面の偏心，取り付け誤差などといった要因があったときにも、走査線の湾曲を補正することができるようにした構成のものが提案されている。

特許文献１には、走査レンズを支持する位置を光軸方向に移動可能にし、走査レンズの光軸を、走査光学系の光軸に対して副走査方向に傾ける機構を設けることが記載されているが、走査線湾曲については依然大きく残る。

特許文献２には、板金からなるレンズ形状保持手段を設けて、経時の温度変化による走査線曲がりの発生を低減すること、また走査レンズに走査線曲がり補正手段および傾き補正手段を設けることを示す記載がある。

特許文献３には、長尺の走査レンズに対して押圧部材を設け、レンズの挟持部材ごとに走査レンズを変形させる手段を設けることによって、調整の余裕度を向上させ、製造初期調整での走査線曲がりの補正を行うようにした構成が記載されている。

特許文献４には、複数の光束が副走査方向に異なる角度を持って入射する、所謂、斜入射走査光学系において、走査線曲がり調整部材を備え、走査線曲がりを低減する技術が記載されている。しかし、光学素子の特徴に関しては、副走査方向における屈折力が軸外において小さいとするものであり、この条件だけでは、走査線曲がりの発生を抑えることはまだ不十分であり、また斜入射走査光学系に関する記載しかされていない。

そのため、走査光学系において一般的に発生する製造誤差による走査線曲がりに対しての解決策が必要となる。
特開２００２−１３１６７４号公報 特開２００４−１０９７６１号公報 特開２００４−２８７３８０号公報 特開２００５−６２８３４号公報

近年、フルカラー対応の画像形成装置の高画質化のために、この種の画像形成装置に用いられる光走査装置においては、ビームスポット径の小径化による画像の再現性の向上もさることながら、各色のドットを所望の位置に重ね合わせる際に生じるずれ、所謂、色ずれを低減することが求められている。

像面湾曲の補正や副走査横倍率の低減、あるいは光スポットの小径化といった光学性能への要求は、高画質化が求められる現在ではさらに高まっており、走査光学系において副走査方向の自由度を低減させることは、高画質化を図る上で障害となる。

しかし、副走査方向に強い屈折力を有するレンズにおいては、向かい合う光学面の偏心が走査線湾曲発生の最も大きな要因となる。また、２枚の走査レンズで構成される走査光学系においては、被走査面に近いレンズに副走査方向の屈折力を担わせる構成が一般的である。そのため、この副走査方向の屈折力を有する走査レンズに、走査線湾曲を補正するための走査線曲がり補正手段を適用することが従来から提案されていた（例えば特許文献２，３参照）。

しかしながら、走査線の形状によっては補正が困難なものとなるため、走査線の湾曲の発生を補正することが容易な形状となるような光学系を備えることによって、より高画質化を達成できる光走査装置が必要である。

また、走査線曲がり補正手段を非常に高精度なものとした場合には、走査線湾曲を有効に低減することはできるが構成が複雑になり、部品点数の増加、またそれによる生産性の低下，歩留の悪化が装置自体の高価格化を招き、また装置自体も大型化してしまう。

このような従来の課題を解決し、本発明は、製造のときの組付けや各部品の形状にばらつきをもった光走査装置においても、走査線の湾曲発生が小さく、また発生したとしても走査線曲がりの補正がしやすく、小型化を図ることができる走査光学系を有する光走査装置を提供すること、また、この光走査装置を用い、高画質な画像形成を行える画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、前記光学素子が有する光学面のうち少なくとも１面の該光学素子の母線上における副走査方向曲率の主走査方向座標ｙの関数Ｃｓ（ｙ）が、該光学素子の鏡面範囲内で極値を唯一つ有するように設定したことを特徴とし、この構成によって、製造誤差があったとしても走査線湾曲が補正しやすい形状に発生するため走査線湾曲を良好に補正することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、光学素子は透過型光学素子であり、該透過型光学素子が有する２つの光学面において、関数Ｃｓ（ｙ）が該光学素子の鏡面範囲内で極値を唯一つ有するように設定したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の光走査装置において、関数Ｃｓ（ｙ）がｙの２次多項式で表現される光学面を有する透過型光学素子を少なくとも１つ有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、前記光学素子が有する光学面のうち少なくとも１面の該光学素子の母線上における副走査方向曲率の主走査方向座標ｙの関数Ｃｓ（ｙ）が、該光学素子の鏡面範囲内で極値を三つ有し、該光学素子の主走査方向の鏡面範囲をＬとし、前記極値のうち鏡面範囲の両端それぞれに最も近い二つの極値の主走査方向距離をＤとしたとき、下式（１）を満たすように設定したことを特徴とする。
１＞Ｄ／Ｌ＞０．８２‥‥（１）
この構成によって、製造誤差があったとしても走査線湾曲が補正しやすい形状に発生するため走査線湾曲を良好に補正することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の光走査装置において、光学素子は透過型光学素子であり、該透過型光学素子が有する２つの光学面において、関数Ｃｓ（ｙ）が極値を三つ有し、前記（１）式を満たすように設定したことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５記載の光走査装置において、光学素子の光学面のうち少なくとも１面が下式（２）をも満たすように設定したことを特徴とする。
１＞Ｄ／Ｌ＞０．９０‥‥（２）
請求項７に記載の発明は、光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、前記光学素子の有する光学面のうち少なくとも１面における該光学素子の母線上の副走査方向曲率の主走査方向座標ｙの関数Ｃｓ（ｙ）が、該光学素子の鏡面範囲内で下式（３）または下式（３）の近似式を満たすように設定したことを特徴とする。
Ｃｓ（ｙ）＝Ａ＋ｂ_１・ｙ＋ｂ_２・ｙ^２＋ｂ_３・ｙ^３＋ｂ_４・ｙ^４＋．．．．‥‥（３）
ただし、係数ｂ_ｘ（ｘ＝１〜ｎの整数）のうち、ｂ_ｘ＝０でないｂｘについて、ｌｏｇ（｜ｂ_ｘ／ｂ_２｜）＜２（２−ｘ）を満足する。

この構成によって、製造誤差があったとしても走査線湾曲が補正しやすい形状に発生するため走査線湾曲を良好に補正することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７記載の光走査装置において、光学素子は透過型光学素子であり、該透過型光学素子の有する２つの光学面において、関数Ｃｓ（ｙ）が前記（３）式を満たすように設定したことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、前記光学素子が光学面を２つ有する透過型光学素子であり、該光学面のうち一方が他方に対して副走査方向へ相対的に平行移動偏心したときに、前記被走査面上に光スポットによって形成される走査線が極値を唯一つ有するように設定したことを特徴とし、この構成によって、製造誤差があったとしても走査線湾曲が補正しやすい形状に発生するため走査線湾曲を良好に補正することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９いずれか１項記載の光走査装置において、光学素子の少なくとも１面が、鏡面範囲内で関数Ｃｓ（ｙ）のとる値が５．０×１０^−３であるように設定したことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０記載の光走査装置において、光学素子の少なくとも１面が、鏡面範囲内で関数Ｃｓ（ｙ）のとる値が４．６×１０^−３でもあるように設定したことを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１いずれか１項記載の光走査装置において、光学素子が、走査光学系内で副走査方向の屈折力が最も大きくなるように設定したことを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２いずれか１項記載の光走査装置において、光学素子変形手段に、主走査方向において前記光学素子の関数Ｃｓ（ｙ）の極値の座標近傍にて副走査方向へ力を加える加圧部を少なくとも1つ設けたことを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１，４，７または９記載の光走査装置において、光源を複数設置したことを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項１，４，７，９または１４記載の光走査装置において、光源が複数の光束を出射する構成であることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項１，４，７，９，１４または１５記載の光走査装置において、光源が面発光レーザであることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、少なくとも１つの画像担持体と、該画像担持体に対応させて設けられる光走査装置とを備え、前記画像担持体に対して光走査を行うことにより画像形成を行う画像形成装置において、前記光走査装置として、請求項１〜１６いずれか１項記載の光走査装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、色ずれの少ない高画質なフルカラーの画像形成を行える複数色対応の画像形成装置の提供が可能になる。

本発明に係る光走査装置によれば、製造誤差があったとしても走査線湾曲が補正しやすい形状に発生するため走査線湾曲を良好に補正でき、歩留がよく、低コストの光走査装置が実現する。

また、本発明に係る画像形成装置によれば、小型で、低コストで、歩留がよく、さらに、複数色対応の画像形成装置においても、色ずれの少ない高画質なフルカラーの画像形成が可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、実施形態の光走査装置は、基本的には図１にて説明した走査光学系を具備する光走査装置と同様の構成であって、既に説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

図２は本発明の実施形態１における走査光学系の透過型光学素子である第１走査レンズ（Ｌ１）６ａ，第２走査レンズ（Ｌ２）６ｂのレンズ形状データであって、それぞれの第一面，第二面の４つの光学面は全て、下記（数１），（数２）の式に従う特殊トロイダル面（Ｙはレンズ高さ）である。Ｘ（Ｙ）は主走査方向の座標（レンズ高さ）Ｙにおける光軸方向座標を示している。

本実施形態において、図１に示す光源１の波長は６５５ｎｍ、偏向手段である回転多面鏡５は内接円半径１８ｍｍの鏡面数６面、両走査レンズ６ａ，６ｂは屈折率１．５２７３、回転多面鏡５へのレーザビームＬの入射光束は、走査レンズ６ａ，６ｂの光軸とのなす角が５８度であり、回転多面鏡５近傍でレーザビームＬの光束は、副走査方向に結像し、主走査方向には平行となっている。

回転多面鏡５の回転中心軸から最も近い第１走査レンズ６ａまでの距離は５６．７５ｍｍ、第１走査レンズ６ａの肉厚は８．４ｍｍ、第１走査レンズ６ａから第２走査レンズ６ｂまでの距離は９８．６ｍｍ、第２走査レンズ６ｂの肉厚は３．８ｍｍ、第２走査レンズ６ｂから被走査面８までは１４７．２ｍｍである。

本実施形態では、第２走査レンズ６ｂは副走査方向に屈折力を有し、また、第２走査レンズ６ｂの副走査方向における曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように、後述する図８，図９に示すような光学素子変形手段を備えている。

実施形態１における第２走査レンズ６ｂは、光学素子変形手段によって変形される走査レンズ副走査方向における曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）を、図３に示すように（ここではレンズが光学面として加工される範囲である鏡面範囲についてのみ示している）、レンズ第一面において鏡面範囲内で唯一つしか極値を有さないように設定してある。

実施形態１の構成によれば、走査線湾曲が、図４に示すように最大値で１０．３μｍとなり、後述する比較例と比較して低減される。

また、実施形態１においては、図３に示すように、第２走査レンズ６ｂの光学面を２面とも関数Ｃｓ（ｙ）が極値一つのみを有するように設定しており、このことによって、走査線湾曲がより低減される。図２のレンズ形状データから分るように、走査レンズ６ｂは２次関数の表現式をもって表現されてもよい。

比較のために、図５に示した従来のレンズ形状データの構成を採用した比較例により走査線の湾曲の評価を行った。本比較例では、第２走査レンズ６ｂの第一面，第二面の光学面は前記（数１），（数２）の式に従う特殊トロイダル面である。光源波長，回転多面鏡，走査レンズの屈折率，各面間距離は実施形態１と等しく設定した。また、走査レンズ６ｂは副走査方向に屈折力を有し、走査レンズ６ｂの副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように、実施形態１と同様の光学素子変形手段を設けた。

光走査装置を製造するに当って発生する誤差を考慮すると走査線湾曲が発生し、この走査線湾曲を光学素子変形手段によって走査線湾曲の補正を行ったとき、補正後の走査線湾曲は図６に示すようになることが想定され、図示のように走査線湾曲の最大値は１７．８μｍとなった。これに温度や湿度などの環境変動が発生した場合には、走査線湾曲はさらに増大してしまい、フルカラー対応の画像形成装置、特に高速化を達成できる４連タンデム方式においては、光走査装置を複数用いることが一般的であるために、それぞれの光走査装置の走査線湾曲が重なり、出力される画像としては画質が劣化する。

本比較例において、光学素子変形手段によって変形される走査レンズＬ２の副走査方向の曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）は図７に示すようになっていた。なお、ここではレンズが光学面として加工される範囲である鏡面範囲についてのみ示している。

本比較例との比較にて分るように、比較例の走査線湾曲が１７．８μｍであるのに対して、実施形態１では最大値で１０．３μｍとなり、比較例に比較して走査線湾曲が顕著に低減することが分かる。

次に、光学素子変形手段である光学素子変形装置について説明する。

図８は本実施形態における光学素子変形手段である光学素子変形装置を示す斜視図であり、長尺の第２走査レンズ（以下、走査レンズと略す）６ｂは、下部（本例では３箇所）が支持部材１２に対して押圧ばね１３により押圧されることにより支持されている。

各押圧ばね１３に対向する支持部材１２の上部には、円柱状をなすコロからなる押圧部材１４が走査レンズ６ｂの上部に当接するように設けられている。押圧部材１４は、軸線方向が走査レンズ６ｂの光軸方向Ｃと平行となるように配置されている。各押圧部材１４の上方には、ブラケット１５にテーパーピン１６が支持されて設置されており、このテーパーピン１６は走査レンズ６ｂの長手方向（主走査方向）にねじ機構により調整移動可能になっており、テーパーピン１６を移動させて、該テーパ部にて押圧部材１４を介して走査レンズ６ｂを押圧あるいは押圧加除することにより走査レンズ６ｂを変形させる。

走査レンズ６ｂは押圧されることにより撓むため、この部位での副走査方向の曲率中心の位置は副走査方向に略平行に移動する。押圧される部位以外の部位でも、副走査曲率中心は副走査方向に略平行に移動する。また、テーパーピン１６が押圧加除する方向へ調整されて、押圧部材１４が走査レンズ６ｂから遠ざかる方向に移動したときには、押圧ばね１３の上圧力によって走査レンズ６ｂが変形することになる。

このように、走査レンズ６ｂにおける副走査方向の曲率中心が副走査方向に調整移動されるため、被走査面８上の結像点も副走査方向に移動し、走査線湾曲を低減するように調整することができる。

図８に示す例では、押圧部材１４とブラケット１５とテーパーピン１６からなる押圧手段１７を３箇所に設けてあり、高精度に走査線湾曲を低減するように調整することができる。また、支持部材１２の一端部側を支持する板ばね１８と、支持部材１２の他端部側に設けられ、駆動軸部１９を上下駆動させて板ばね１８を変位させることにより走査レンズ６ｂの走査線傾きを補正するステッピングモータ２０からなる走査線傾き補正手段によって、走査レンズ６ｂを光軸Ｃに平行な軸の周りに回転させ、傾き調整を行うことが可能になっており、これにより走査線の傾きも補正することができる。

光学素子変形手段の別の例としては、図９に示すような構成のものを用いることができる。図９に示す変形例では図８にて説明した部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。図８に示す押圧手段１７は３箇所に設けられているのに対して、図９に示す例では、押圧手段１７を走査レンズ６ｂの略中心に１箇所のみ設けた構成にしてある。このように押圧する箇所が１箇所の場合には、走査線湾曲の調整時に走査レンズ６ｂは放物線（２次曲線）の形状に近似される変形を示す。

本実施形態の光走査装置では、製造誤差で走査線の湾曲が発生したとしても、放物線に近い形状に走査線が湾曲するため、図９に示すような１点のみの調整で走査線湾曲を補正しやすい光学系とすることができる。このような図９の１点調整方式であっても、図８に示すような３点調整方式に比較して、走査線の湾曲が略同等に補正することができる。また図９に示す構成によれば、部品点数を削減し、調整箇所を減らすことができるため、低コスト化することができる。

図１０は本発明の実施形態２における走査レンズのレンズ形状データであって、光学面形状の表現式（数１），（数２）、および光源波長，回転多面鏡，走査レンズの屈折率，各面間距離は実施形態１と等しく設定してある。実施形態２において、走査レンズ６ｂは副走査方向に屈折力を有し、また、走査レンズ６ｂの副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように前記光学素子変形手段が設けられている。

図１１に示すように、実施形態２においては、走査レンズ６ｂの第一面について関数Ｃｓ（ｙ）は３つの極値を有するように設定されている。その極値のうち、鏡面範囲の端に位置する二つの極値の主走査方向の距離をＤとすると、極値の座標は−７０および７０となるためＤ＝１４０、鏡面範囲Ｌは±８４ｍｍで１６８、ゆえにＤ／Ｌ＝０．８３３となり、
１＞Ｄ／Ｌ＞０．８２‥‥（１）
を満たす。

また、走査レンズ６ｂの第二面に関してはＤ＝１５６であり、したがって、Ｄ／Ｌ＝０．９２９となっており、前記光学素子変形手段が設けられる走査レンズ６ｂの光学面である第一面と第二面について、前記（１）式の条件を満たしている。

また同時に、走査レンズ６ｂの第二面については、
１＞Ｄ／Ｌ＞０．９０‥‥（２）
の条件も満たす。

実施形態２の構成によれば、走査線湾曲が、図１２に示すように最大値で１５．１μｍとなり、前記比較例が１７．８μｍであるのに比較して、走査線湾曲が低減される。

図１３は本発明の実施形態３における走査レンズのレンズ形状データであって、光学面形状の表現式（数１），（数２）、および光源波長，回転多面鏡，走査レンズの屈折率，各面間距離は実施形態１と等しく設定してある。実施形態３において、走査レンズ６ｂは副走査方向に屈折力を有し、また、走査レンズ６ｂの副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように前記光学素子変形手段が設けられている。

図１４に示すように、実施形態３においては、走査レンズ６ｂの第一面について関数Ｃｓ（ｙ）は３つの極値を有する。そのうち、鏡面範囲の端に位置する二つの極値の主走査方向の距離をＤとすると、極値の座標は−７６および７６となるためＤ＝１５２、鏡面範囲Ｌは±８４ｍｍで１６８、ゆえにＤ／Ｌ＝０．９０５となり、前記（２）式を満たす。

また、走査レンズ６ｂの第二面に関してはＤ＝１５６であり、したがって、Ｄ／Ｌ＝０．９２９となっており、前記（２）式の条件を走査レンズ６ｂの光学面である第一面と第二面について満たすように設定している。

実施形態３の構成によれば、走査線湾曲が図１５に示すように最大値で５．５６μｍとなり、前記比較例が１７．８μｍであるのに比較して、走査線湾曲が非常に良好に低減される。

図１６は本発明の実施形態４における走査レンズのレンズ形状データであって、光学面形状の表現式（数１），（数２）、および光源波長，回転多面鏡，走査レンズの屈折率，各面間距離は実施形態１と等しく設定してある。実施形態４において、走査レンズ６ｂは副走査方向に屈折力を有し、また、走査レンズ６ｂの副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように前記光学素子変形手段が設けられている。

実施形態４では、図１７（ｂ）に示すように、走査レンズ６ｂの第２面のレンズ形状データから算出すると、ｙ＝２（２−ｘ）で表される直線以下の領域にｙ＝ｌｏｇ（｜ｂ_ｘ／ｂ_０２｜）でプロットされる点が位置している。ｘ＝２の点だけが直線に一致する。ｂ_ｘは前記（数２）に示したようなｂ_０１，ｂ_０３，ｂ_０４，．．．を示す（ｘ＝１〜ｎの整数）。すなわち、実施形態４の走査レンズ６ｂの第二面は、下式（３）または下式（３）の近似式を満たすように設定している。
Ｃｓ（ｙ）＝Ａ＋ｂ_０１・ｙ＋ｂ_０２・ｙ^２＋ｂ_０３・ｙ^３＋ｂ_０４・ｙ^４＋．．．．‥‥（３）
ただし、係数ｂ_ｘ（ｘ＝１〜ｎの整数）のうち、ｂ_ｘ＝０でないｂｘについて、ｌｏｇ（｜ｂ_ｘ／ｂ_２｜）＜２（２−ｘ）を満足する。ｂ_ｘは前記ｂ_０１，ｂ_０３，ｂ_０４，．．．を指す。

走査レンズ６ｂの第一面については、二次の係数ｂ_０３以外はゼロであるため、実施形態４では、走査レンズ６ｂの光学面２面とも（３）式の条件を満たしている。

実施形態４の構成によれば、走査線湾曲を算出すると図１８に示すようになり、最大値で４．４５μｍとなる。

一方、前記比較例においては図１７（ａ）に示すように、走査レンズ６ｂの第一面のｘ＝８について、また走査レンズ６ｂの第二面のｘ＝１０について、ｌｏｇ（｜ｂ_ｘ／ｂ_２｜）＞２（２−ｘ）となっているため、走査線湾曲は１７．８μｍとなり、補正しきれずに大きく湾曲が残ってしまう。このように、実施形態４が比較例と比較して走査線湾曲が非常に良好に低減されていることが分かる。すなわち、（３）式の条件を少なくとも光学面一面で満足しないと、走査線湾曲を良好に補正することが難しいことが分かる。

図１９は本発明の実施形態５における走査レンズのレンズ形状データであって、光学面形状の表現式（数１），（数２）、および光源波長，回転多面鏡，走査レンズの屈折率，各面間距離は実施形態１と等しく設定してある。実施形態５において、走査レンズ６ｂは副走査方向に屈折力を有し、また、走査レンズ６ｂの副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように前記光学素子変形手段が設けられている。

実施形態５では、走査レンズ６ｂのいずれか一方の光学面を副走査方向に、他方の光学面に対して平行移動偏心したときに走査線の湾曲が、像高に対して極値を唯一つ有するように設定されている。

すなわち、図２０（ｂ）に示すように、下側の曲線は走査レンズ６ｂの第一面が副走査方向に−０．０７ｍｍ偏心したときの走査線であり、上側の曲線は走査レンズ６ｂの第二面が副走査方向に−０．０７ｍｍ偏心したときの走査線を示している。どちらの場合も極値を一つのみ有する走査線湾曲を示す。

副走査方向に屈折力を有する走査レンズ６ｂにおいては、製造誤差による光学面の偏心が、走査線湾曲を増大させる大きな要因となっている。中でも、副走査方向への平行移動偏心が最も大きな課題の一つとなる。そこで、製造誤差のこの成分を想定した光学面設定が必要となる。副走査方向への偏心が生じたときに、実施形態５では、図２０（ｂ）に示すように極値を一つ有する走査線湾曲となるように設定することにより、図２１に示すように、光学素子変形手段による走査線湾曲の補正後の値は７．０５μｍとなり、良好に走査線湾曲補正が行える。

一方、比較例では同様な偏心が発生したときには、図２０（ａ）に示すように、走査線は極値を３つ持ち、そのため走査線湾曲は１７．８μｍと大きく残存してしまう。

前記実施形態において光学素子（走査レンズ６ｂ）の光学面の少なくとも１面は、鏡面範囲内の関数Ｃｓ（ｙ）のとる値の範囲（最大値と最小値の差）が、０．０１以下となるように設定することができる。このように範囲を限定することにより、副走査方向の走査レンズ６ｂの屈折力の差を小さくすることができ、光学面の偏心が発生した場合にでも走査線湾曲を補正しやすい程度に抑えることができる。この条件に該当するのは実施形態５であり、走査レンズ６ｂの第一面のＣｓ（ｙ）のとる値の範囲は０．０１であって、このときの走査線湾曲は既述したとおり、７．０５μｍである。

また、鏡面範囲内の関数Ｃｓ（ｙ）のとる値の範囲を０．００５以下に設定することにより、走査線湾曲をさらに低減することができる。この条件に該当するのが実施形態４であり、走査レンズ６ｂの第一面の関数Ｃｓ（ｙ）のとる値の範囲は０．００５と設定されており、走査線湾曲は既述したとおり、４．４５μｍであってさらに低減される。

前記実施形態では、光学素子変形手段が設けられる光学素子（走査レンズ６ｂ）は、走査光学系の中で最も副走査方向の屈折力が大きいものである。副走査方向に屈折力が大きい光学素子に光学素子変形手段を設けて走査線湾曲を補正することにより、より良好に走査線湾曲補正を行うことができる。また、補正のための変形量を少なくすることができるため、温度変化による走査レンズの歪によって発生する環境変動のための光走査の劣化を防止することができる。また、光学素子変形手段も、より簡便な構成にすることができるようになるため、装置の小型化，低コスト化も図ることができる。

また、前記光学素子変形手段は、光学素子に対して、主走査方向における略中央の点に位置する関数Ｃｓ（ｙ）の極値の近傍において副走査方向と平行に力を加えるように構成することができる。この構成の概略図を図２２に示す。

図２２において、矩形状の点線で示した光学素子２１を、例えば図９に示すような構成の光学素子変形手段２２により、矢印で示した加圧点によって副走査方向に平行に加圧し変形する。このとき光学素子２１は放物線状に変形され、実線で示した変形後の光学素子２３のような形状となる。この変形量を調整することによって、前記実施形態のような構成の光走査装置における走査線湾曲を良好に補正することが可能となる。図８のような３箇所に加圧点を有する光学素子変形手段においては、関数Ｃｓ（ｙ）の極値を３つ有する光学素子と組み合わせ、それぞれの加圧点が、この３つの極値の座標近傍に力を加えて変形させるように構成することによって、より走査線湾曲を低減することができる。

光学素子変形の方法には回転方向に変形させる変形手段も考えられるが、そうすると部品点数の増加を招いて装置の複雑化あるいは価格上昇を引き起こし、また装置の大型化の原因となってしまう。また光学面が回転することによって光束の波面が歪み、ビームスポット径が増大し、光学特性が劣化する。光学素子を副走査方向に直線的に加圧するような構成は、回転変形手段よりも構成を簡略化することができ、低コストで走査線湾曲の補正を行うことができる。

図２３は本発明の実施形態６である複数の光源を具備する光走査装置における走査光学系の構成図であり、複数の光源（図示せず）からの光束Ｌを、それぞれカップリングレンズ２によってカップリングし、アパーチュア４によってビーム整形する。その光束Ｌをシリンドリカルレンズ３によって回転多面鏡５の偏向反射面近傍に集光し、第１走査レンズ６ａおよび第２走査レンズ６ｂによって、被走査面８である像面に光走査する構成になっており、複数の光源を有するため、光走査による走査線を高速に形成することができ、画像形成を高速に行うことができる。

しかし、複数の光源を用いた場合には各光源の間での走査線形状の相違が、形成画像において色ずれや濃度の差などとして現れるため、画質の劣化を招く。そのため、複数の光源を用いた場合には特に、走査線湾曲を低減することが高画質化には必要となる。

そこで、図２３に示す走査光学系において、第２走査レンズ６ｂを前記実施形態１〜５によって示した条件を満たす構成にすることにより、走査線湾曲を低減し、高速で良好な光走査を行うことができる。

また、光源として、光源単体にて複数の光束を発生することができるものを用いることもできる。それには例えば、半導体レーザアレイを２チャンネル以上配設した光源であってもよいし、より望ましくは、発光素子が高密度に集積可能であって、より多くの光束を発生可能な面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いることがよい。

面発光レーザを用いた場合には、特に副走査方向に発光素子が拡がりをもつため、副走査方向の横倍率を低減して像高間の光スポット位置を均等に保つことと同時に、走査線湾曲の補正に対しては、より厳密な性能が求められる。そのため、前記実施形態１〜５のような構成を採用することにより、走査線湾曲を良好に低減することができ、面発光レーザを用いても良好で、より高速に光走査を行うことができる。

図２４は本発明に係る画像形成装置の実施形態を説明するための概略構成図である。

図２４において、シアン，マゼンタ，イエロー，ブラック等の各色に対応して設置されている光導電性の感光体３０ａ〜３０ｄは、図２４に矢印にて示した時計回りに等速回転する。感光体３０ａ〜３０ｄの表面は、帯電部３１によって均一に帯電され、その後、画像データに基づいて光走査装置３２から出射するレーザ光Ｌを受けて、露光走査される。この露光によって静電潜像が書き込まれた感光体３０ａ〜３０ｄは、現像部３３によって潜像がトナー画像として顕像化され、感光体３０ａ〜３０ｄ上に顕像化されたトナー画像が転写部３４にて中間転写ベルト３５上に順次転写され、フルカラー画像を形成する。このフルカラー画像はシート状記録媒体Ｓに他の転写部３６によって転写され、定着部３７で定着されて装置外へ排出される。

また、感光体３０ａ〜３０ｄは、残留したトナーあるいは紙粉がクリーニング部３８によって取り除かれ、その後、帯電部３１にて再び帯電される。

このような複数色対応の画像形成装置に、前記実施形態１〜５の光走査装置を搭載することにより、走査線湾曲を各色対応の光走査装置ごとに良好に補正することができるため、製造誤差による変動が起きても色ずれの少ない、高速，小型，低コストを達成しながらも、より高画質なフルカラー画像を形成することができる。

本発明は、光学素子における曲率中心の位置を変化させる光学素子変形手段を備えた光走査装置に適用され、プリンタ、複写機、ファックスなどの画像形成装置における光走査装置として有効である。

光走査装置における走査光学系の一般的な構成例を示す斜視図 本発明の実施形態１における走査光学系における走査レンズのレンズ形状データを示す図 実施形態１における走査レンズ副走査方向における曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）を示す図 実施形態１における走査レンズにおける走査線湾曲に関する図 比較例における走査光学系における走査レンズのレンズ形状データを示す図 比較例における走査レンズにおける走査線湾曲に関する図 比較例における走査レンズ副走査方向における曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）を示す図 本実施形態における光学素子変形手段を示す斜視図 本実施形態における光学素子変形手段の変形例を示す斜視図 本発明の実施形態２における走査光学系における走査レンズのレンズ形状データを示す図 実施形態２における走査レンズ副走査方向における曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）を示す図 実施形態２における走査レンズにおける走査線湾曲に関する図 本発明の実施形態３における走査光学系における走査レンズのレンズ形状データを示す図 実施形態３における走査レンズ副走査方向における曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）を示す図 実施形態３における走査レンズにおける走査線湾曲に関する図 本発明の実施形態４における走査光学系における走査レンズのレンズ形状データを示す図 実施形態４と比較例において、ｙ＝２（２−ｘ）で表される直線以下の領域にｙ＝ｌｏｇ（｜ｂ_ｘ／ｂ_０２｜）でプロットされる点に関する説明図 実施形態４における走査レンズにおける走査線湾曲に関する図 本発明の実施形態５における走査光学系における走査レンズのレンズ形状データを示す図 実施形態５と比較例とにおける走査レンズ副走査方向における曲率のレンズ高さに対する関数Ｃｓ（ｙ）を示す図 実施形態５における走査レンズにおける走査線湾曲に関する図 本実施形態における光学素子変形手段による加圧方法の説明図 本実施形態における複数光源の場合の概略構成図 本発明に係る画像形成装置の実施形態の概略構成図

符号の説明

１ 光源
２ カップリングレンズ
３ シリンドリカルレンズ
４ アパーチャ
５ 回転多面鏡
６ａ 第１走査レンズ
６ｂ 第２走査レンズ
８ 被走査面
９ 走査線
１０ 感光体
１２ 支持部材
１３ 押圧ばね
１４ 押圧部材
１５ ブラケット
１６ テーパーピン
１７ 押圧手段
１８ 板ばね
１９ 駆動軸部
２０ ステッピングモータ
３０ａ〜３０ｄ 感光体
３１ 帯電部
３２ 光走査装置
３３ 現像部
３４ 転写部
３５ 中間転写ベルト
３６ 他の転写部
３７ 定着部

Claims (17)

1. 光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、
   主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、
   前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、
   前記光学素子が有する光学面のうち少なくとも１面の該光学素子の母線上における副走査方向曲率の主走査方向座標ｙの関数Ｃｓ（ｙ）が、該光学素子の鏡面範囲内で極値を唯一つ有するように設定したことを特徴とする光走査装置。
2. 前記光学素子は透過型光学素子であり、該透過型光学素子が有する２つの光学面において、前記関数Ｃｓ（ｙ）が該光学素子の鏡面範囲内で極値を唯一つ有するように設定したことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記関数Ｃｓ（ｙ）がｙの２次多項式で表現される光学面を有する前記透過型光学素子を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
4. 光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、
   主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、
   前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、
   前記光学素子が有する光学面のうち少なくとも１面の該光学素子の母線上における副走査方向曲率の主走査方向座標ｙの関数Ｃｓ（ｙ）が、該光学素子の鏡面範囲内で極値を三つ有し、該光学素子の主走査方向の鏡面範囲をＬとし、前記極値のうち鏡面範囲の両端それぞれに最も近い二つの極値の主走査方向距離をＤとしたとき、下式（１）を満たすように設定したことを特徴とする光走査装置。
   １＞Ｄ／Ｌ＞０．８２‥‥（１）
5. 前記光学素子は透過型光学素子であり、該透過型光学素子が有する２つの光学面において、前記関数Ｃｓ（ｙ）が極値を三つ有し、前記（１）式を満たすように設定したことを特徴とする請求項４記載の光走査装置。
6. 前記光学素子の光学面のうち少なくとも１面が下式（２）をも満たすように設定したことを特徴とする請求項４または５記載の光走査装置。
   １＞Ｄ／Ｌ＞０．９０‥‥（２）
7. 光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、
   主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、
   前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、
   前記光学素子の有する光学面のうち少なくとも１面における該光学素子の母線上の副走査方向曲率の主走査方向座標ｙの関数Ｃｓ（ｙ）が、該光学素子の鏡面範囲内で下式（３）または下式（３）の近似式を満たすように設定したことを特徴とする光走査装置。
   Ｃｓ（ｙ）＝Ａ＋ｂ_１・ｙ＋ｂ_２・ｙ^２＋ｂ_３・ｙ^３＋ｂ_４・ｙ^４＋．．．．‥‥（３）
   ただし、係数ｂ_ｘ（ｘ＝１〜ｎの整数）のうち、ｂ_ｘ＝０でないｂ_ｘについて、ｌｏｇ（｜ｂ_ｘ／ｂ_２｜）＜２（２−ｘ）を満足する。
8. 前記光学素子は透過型光学素子であり、該透過型光学素子の有する２つの光学面において、前記関数Ｃｓ（ｙ）が前記（３）式を満たすように設定したことを特徴とする請求項７記載の光走査装置。
9. 光源からの光束を主走査方向に偏向走査するための偏向手段と、
   主走査方向に直交する副走査方向に屈折力を有する光学素子を少なくとも１つ有し、被走査面上に前記光束を結像する走査光学系と、
   前記光学素子における副走査方向の曲率中心の位置を副走査方向に略平行な方向に変化するように該光学素子を変形させる光学素子変形手段とを備えた光走査装置において、
   前記光学素子が光学面を２つ有する透過型光学素子であり、該光学面のうち一方が他方に対して副走査方向へ相対的に平行移動偏心したときに、前記被走査面上に光スポットによって形成される走査線が極値を唯一つ有するように設定したことを特徴とする光走査装置。
10. 前記光学素子の少なくとも１面が、鏡面範囲内で前記関数Ｃｓ（ｙ）のとる値が５．０×１０^−３であるように設定したことを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載の光走査装置。
11. 前記光学素子の少なくとも１面が、鏡面範囲内で前記関数Ｃｓ（ｙ）のとる値が４．６×１０^−３でもあるように設定したことを特徴とする請求項１０記載の光走査装置。
12. 前記光学素子が、前記走査光学系内で副走査方向の屈折力が最も大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項記載の光走査装置。
13. 前記光学素子変形手段に、主走査方向において前記光学素子の関数Ｃｓ（ｙ）の極値の座標近傍にて副走査方向へ力を加える加圧部を少なくとも1つ設けたことを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項記載の光走査装置。
14. 前記光源を複数設置したことを特徴とする請求項１，４，７または９記載の光走査装置。
15. 前記光源が複数の光束を出射する構成であることを特徴とする請求項１，４，７，９または１４記載の光走査装置。
16. 前記光源が面発光レーザであることを特徴とする請求項１，４，７，９，１４または１５記載の光走査装置。
17. 少なくとも１つの画像担持体と、該画像担持体に対応させて設けられる光走査装置とを備え、前記画像担持体に対して光走査を行うことにより画像形成を行う画像形成装置において、
    前記光走査装置として、請求項１〜１６いずれか１項記載の光走査装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

Images