JP2008003386A - 光走査装置・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】査線湾曲が少なく、ビームスポット径のばらつきが小さく、ビームスポット位置ずれの小さい光走査を実現でき、低コストで高速、高画質な光走査装置（マルチビーム方式を含む）を提供する。
【解決手段】光走査装置は、光源１０４と、光偏向手段１０３と、光偏向手段１０３に光束を入射させる入射光学系１００と、光束を被走査面１０２上に結像する走査光学系１０１を有している。走査光学系１０１は、合成樹脂製の走査レンズＬ１と走査レンズＬ２を備えている。走査光学系１０１に含まれる光学面のうち少なくとも一つの光学面は主走査方向に略直交する副走査方向の曲率Ｃｓ（ｈ）が主走査方向レンズ高さｈに関して変化し、上記光学面の主走査断面内の形状は、主走査方向に対して極値をｎ（ｎ≧３）個有し、上記曲率Ｃｓ（ｈ）の極値の数がｎに等しい特殊光学面である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光束により被走査面を走査する光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらのうちの少なくとも２つの機能を有する複合機、プロッタ等の画像形成装置に関する。

現在の光走査装置、およびそれを用いた画像形成装置においては、フルカラー化、高画質化、高速化、低コスト化といった要求が高まってきている。
高画質化の要求を満たすために従来の光走査装置において課題となっているのは、走査線の湾曲の低減や、ビームスポット径の像面上でのばらつきを低減する、また等速特性を向上し、ビームスポットの位置ずれを低減するといった点である。
高速化に対しては、走査線を同時に複数走査することのできるマルチビーム方式の走査装置が近年市場投入されてきているが、現在の方式は光源となる発光点が副走査方向に光軸からある程度の距離を持つため、走査線の湾曲形状が異なり、複数色に対応する被走査面を異なる走査光学系によって走査し重ね合わせるフルカラー対応方式の画像形成装置、例えばタンデム型画像形成装置おいては副走査方向に色ずれを起こして画像品質が低減するといった問題がある。

走査線の湾曲により間隔が像高ごとに異なってしまうと、画像の濃淡の差が発生するために画質劣化を引き起こす。
低コスト化については、走査光学系のコストのうち多くを占めている走査レンズの薄肉化という課題がある。薄肉化を行うと光学設計の自由度が減少するため、上記各光学性能を維持、向上することが困難になってくる。
低コスト化達成にはガラスレンズを用いることは困難であるため、量産性が高く安価に製造できる樹脂製の走査レンズの使用が必須となるが、樹脂は吸湿や温度変化による光学特性の変化がガラスに比較して大幅に高いため、走査品質、画像品質の維持がさらに困難となる。

そのため、上述の性能上の課題を達成しつつ、薄肉化走査レンズを用いることによってさらに低コスト化を行う技術が求められている。
上記課題に対して、例えば以下に示すような様々な技術が提案されている。

特許文献１には、走査光学装置において、レンズ面の副走査方向の曲率を主走査方向に連続的に変化させることで副走査方向のＦナンバーの変化を抑えることによって、走査光学装置のｆθ特性（等速特性）を良好にし、スポット径の変化を抑える技術が開示されている。
特許文献２には、２枚構成の走査光学系において副走査曲率が、光軸から主走査方向の周辺に行くに従い変化する特殊面を少なくとも１面有し、副走査曲率の変化が主走査方向に非対称で、且つ、上記曲率が２つ以上の極値を有する走査レンズを用いることで、サグ（光偏向手段上で反射点の位置が変化すること）の影響による像面湾曲を低減し、副走査横倍率を一定にすることでビームスポット径ばらつきを低減する技術が開示されている。

特許第３４４５０５０号公報 特開２０００−８１５６７号公報

特許文献１に記載の方式では、副走査方向の横倍率の変化やＦナンバーの変化はまだまだ残存しており、ビームスポット径のばらつきは抑えきれないのが実情である。
また従って、光源数がさらに増加していった時、すなわち光源が光軸からさらに離れていくような走査光学系の場合には上述のような色ずれが大きく発生し、高速化と高画質化を達成することは困難である。
特許文献２に記載の方式では、副走査横倍率の像高毎の差は低減できているが、走査レンズは１８ｍｍと厚いものを用いており、低コスト化には向かない。レンズの薄肉化を進めたときに必要となる、さらなる倍率差の低減に対する具体的な技術開示は無く、またさらに多ビーム化したときの走査線湾曲の発生の低減は不十分となり、画質の劣化は避けられない。

本発明は、このような現状に鑑み、走査線湾曲が少なく、ビームスポット径のばらつきが小さく、ビームスポット位置ずれの小さい光走査を実現でき、低コストで高速、高画質な光走査装置（マルチビーム方式を含む）、該光走査装置を有する画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、光束を発生させる光源と、該光束を主走査方向に反射偏向する光偏向手段と、該光偏向手段に上記光束を入射させる入射光学系と、上記光束を被走査面上に結像する走査光学系とを有する光走査装置において、上記走査光学系に含まれる光学面のうち少なくとも一つの光学面は主走査方向に略直交する副走査方向の曲率Ｃｓ（ｈ）が主走査方向レンズ高さｈに関して変化し、上記光学面の主走査断面内の形状は、主走査方向に対して極値をｎ（ｎ≧３）個有し、上記曲率Ｃｓ（ｈ）の極値の数がｎに等しい特殊光学面であることを特徴とする。
ここでは、走査光学系の光学特性を良好にすること、特に等速特性向上及び走査線間隔のばらつき低減を目的としている。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、上記特殊光学面を２つ有することを特徴とする。
ここでは、特に、走査線間隔のばらつき低減、及び像面湾曲の低減による、ビームスポット径の安定化を目的としている。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の光走査装置において、上記走査光学系は走査レンズを少なくとも２つ有し、上記光偏向手段に最も近い走査レンズＬ１はＣｓ（ｈ）がｈに依らず一定な光学面Ｓ１、Ｃｓ（ｈ）の極値の数がｎ個に等しい光学面Ｓ２をそれぞれ一つずつ有し、上記被走査面に最も近い走査レンズＬ２はＣｓ（ｈ）が極値を１つのみ有する光学面Ｓ３、上記特殊光学面Ｓ４をそれぞれ一つずつ有することを特徴とする。
ここでは、特に、走査線湾曲の低減を行うことができ、走査線間隔を安定化することを目的としている。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の光走査装置において、上記２つの光学面Ｓ２、Ｓ４は、上記走査レンズの光学基準軸上近傍でＣｓ（ｈ）が共に極大値か、または共に極小値を持つことを特徴とする。
ここでは、請求項３記載の発明と同様の目的を達成するために、さらに最適化された光学系を提供することを目的としている。
請求項５に記載の発明では、請求項１又は２に記載の光走査装置において、上記走査光学系は走査レンズを少なくとも２つ有し、上記被走査面に近い方の走査レンズは入射面及び射出面が２面共上記特殊光学面であることを特徴とする。
ここでは、請求項３記載の発明と同様の目的を達成するために、さらに最適化された光学系を提供することを目的としている。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の光走査装置において、上記２つの特殊光学面は、上記走査レンズの光学基準軸上近傍でＣｓ（ｈ）が共に極大値か、又は共に極小値を持つことを特徴とする。
ここでは、請求項３記載の発明と同様の目的を達成するために、さらに最適化された光学系を提供することを目的としている。

請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のいずれかに記載の光走査装置において、上記被走査面上での副走査方向の横倍率の変化Δβが１％以下であることを特徴とする。
ここでは、特に、走査線間隔のばらつきを低減することを目的としている。
請求項８に記載の発明では、請求項３〜７のいずれかに記載の光走査装置において、上記被走査面に最も近い走査レンズは副走査方向に正のパワーを有し、上記被走査面に最も近い走査レンズの副走査方向に平行な方向に副走査方向の曲率中心を移動するように変形させる光学素子変形手段を有することを特徴とする。
ここでは、特に、走査線の湾曲を低減することを目的としている。
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の光走査装置において、上記光学素子変形手段は、光学素子の主走査方向において両端と略中央の位置に圧力を加えることができることを特徴とする。
ここでは、特に、走査線の湾曲を低減することを目的としている。

請求項１０に記載の発明では、請求項１〜９のいずれかに記載の光走査装置において、上記光源は複数光束を発生するマルチビーム方式であることを特徴とする。
ここでは、特に、高速化を達成することを目的としている。
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の光走査装置において、上記光源は面発光型半導体レーザーアレイであることを特徴とする。
ここでは、特に、低コストで多数のマルチビームを走査する光走査装置を提供することを目的としている。
請求項１２に記載の発明では、請求項１０に記載の光走査装置において、上記光源は端面発光型半導体レーザーアレイであることを特徴とする。
ここでは、特に、高速化を達成し、光量的にも安定した光走査を行うことを目的としている。

請求項１３に記載の発明では、請求項１１に記載の光走査装置において、上記面発光型半導体レーザー上の各発光部の開口部は、副走査方向の直径が３≦ａ≦５μｍの円形又は矩形の形状を有していることを特徴とする。
ここでは、特に、光学特性の向上（シェーディング、主走査ビームスポット位置ずれの低減、高解像度化のためにビームスポット径の小径化）を図ることを目的としている。
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の光走査装置において、上記入射光学系と上記走査光学系を合わせた光学系全系の副走査方向の横倍率βと、発光領域直径aと、副走査方向の上記被走査面上のビームスポット径ｗｓとは、以下の条件、ａβ／ｗｓ＜０．２を満たすことを特徴とする。
ここでは、特に、ビームスポット径のばらつきを低減し、安定したビームスポット径を得ることを目的としている。

請求項１５に記載の発明では、画像形成装置において、請求項１〜１４のいずれかに記載の光走査装置を少なくとも一つ有していることを特徴とする。
ここでは、低コストで、省エネルギ−、ドット径ばらつきの少ない、ドット位置ずれの少ない、濃度ムラの少ない、なおかつ高速で画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、極値を３つ以上有する主走査断面形状にすることで、等速特性の向上、特に走査範囲の周辺の等速特性の向上を達成することを容易にし、なおかつ副走査方向の横倍率のばらつきを低減することができるため、製造誤差により光源の位置がばらついたとしても、走査線の湾曲を低減し、走査線間隔のばらつきを低減することができ、走査品質の安定化を図ることができる。
また、製造工程における歩留が向上し、不良率を低減することができ、より安価な光走査装置を提供することができる。
請求項２に記載の発明によれば、副走査方向の横倍率をさらに有効に均一にし、走査線間隔のばらつきを低減することができ、さらに像面湾曲を低減することができ、走査光スポットの安定化を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、面Ｓ１の形状は副走査方向曲率が一定なために偏心によって走査線が曲がることが無く、したがって製造誤差で走査レンズＬ１の２つの面の間で相対的に副走査方向に平行移動偏心をしたとしてもその影響を最小限に抑えることができる。
また、面Ｓ３の形状によっても、副走査方向偏心による影響を低減できるため、走査線湾曲を低減することができ、走査線間隔のばらつきをさらに低減することができる。
請求項４に記載の発明では、光学基準軸とは、光学面形状ＹとＺの関数によって表現したとき、Ｙ＝Ｚ＝０の座標を通る軸である。請求項４記載の条件を満たすことで、光学特性をより最適化でき、走査線湾曲の低減を行うことができ、走査線間隔のばらつきを低減することが良好にできる。

請求項５に記載の発明では、一般的に２枚構成以上の走査光学系においては被走査面に最も近い走査レンズは副走査方向に強いパワーを持っており、このレンズに特殊光学面を２面適用することによって光学性能の最適化はより行いやすくなり、走査線間隔のばらつきを低減することができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項７に記載の発明によれば、横倍率の変化を上記のように設定することで、製造誤差による走査線間隔のばらつきを低減でき、複数光源のマルチビーム型光走査装置とした場合には、各発光部からの各ビームの間隔を像高間で一定に保つことができる。ばらつきが１％以下であれば、走査線の間隔およびビームスポット径の間隔に対して十分に小さい変化と言うことができるため、画像の劣化としては人間の目には知覚されにくい。

請求項８に記載の発明によれば、光学素子変形手段によって副走査方向にパワーを有する光学素子を、走査線湾曲を低減する方向にわずかに変形して調整することにより、走査線湾曲を有効に低減することができる。
請求項９に記載の発明では、走査レンズの両端を押え走査レンズの中央の位置に圧力を加えることで、走査レンズの母線（副走査方向の曲率中心をつないだ線）は変形される。
このときの変形の様態は、ほぼ２次関数の形状になる。一方、製造誤差などで発生する走査線の湾曲は２次関数の形状に近い形で発生することを見出した。従って、力を加えて変形させて調整することで、製造誤差などで発生した２次関数状の走査線湾曲は略補正することができ、走査線間隔のばらつきの少ない、走査線湾曲の小さい光走査を行うことができる。

請求項１０に記載の発明によれば、光源を複数用いることで、高速な光走査を行うことができる。
請求項１１に記載の発明では、面発光型半導体レーザー、所謂ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）技術は、半導体プロセスによって同一基板上にレーザー発光素子を配列して形成することができる技術である。
同一基板上に同一条件によって素子を形成するため、素子間の光学特性、駆動特性のばらつきが小さく、安定した複数光束の光源である。共振器長が発光波長程度（波長の整数倍、１波長共振器もある）であるため、モード間の間隔が大きく開き、モードホッピングが原理的に存在しない。そのため、波長が急激に変化することによる光学系の倍率変化が起こらず、複数の光走査装置を合わせて用いる場合にでもビームの位置ずれが発生しない。また発振波長温度依存性も小さいため、環境の変化による像面位置ずれが発生しづらく、安定した光走査を行うことができる。また、二次元状に自由に配列をすることができ、半導体プロセスであるために発光部同士の間隔制御も非常に正確に制御でき、発光部を密集させることで、光源の集積化を行うことができるため多ビーム化を行ったとしても装置の大型化を招かない。
従来のマルチビーム走査方式においては半導体レーザー（ＬＤ）を複数合成する方式が用いられているが、これに比較するとＬＤ制御基板を複数設ける必要も、それぞれのＬＤを合成するまでの光路を確保する必要もないため、装置の小型化を行うことができる。また、一般的なＬＤに比較してＶＣＳＥＬは発散角が小さいため、光量の損失を押えることができるので効率がよいことと、低電流による駆動ができるため、電力の省エネルギー化を図ることができる。閾値電流が低いために、駆動用のドライバの設計を容易にすることができる。

請求項１２に記載の発明では、端面発光型半導体レーザーアレイ（ＬＤＡ）は、従来のＬＤを一次元状に並べた構造であるため、ＶＣＳＥＬに比較して一つの発光部あたりの共振器長が長く、従って光源の高出力化を行うことができる。特に光源の出力を段階的に変化させて書込を行う多値書込においては、その高出力の利点を生かしてコントラストの高い多値書込を行うことができる。ＶＣＳＥＬでは、出力はＬＤＡに比較して低いために、多値の書込には不利である。

請求項１３に記載の発明では、ＶＣＳＥＬは、上述の通り共振器長が短く出力が低いという特徴がある。従って、レーザー光を外部に取り出す開口部（発光領域に略相当する）を大きくすることで、高出力化することができる。一方、開口部を大きくしすぎると、マルチモード発振をしてしまい、波長と偏光状態に差のある光が混在し、走査光学系の光源とした場合には反射率、透過率、屈折率が変化、ばらつきを起こし、光量むらが発生し、所謂シェーディングが劣化する。
また、屈折率変化によって主走査方向、副走査方向の倍率が変化するため、主走査ビームスポット径位置ずれ、像面湾曲の劣化が発生し走査品質が著しく劣化してしまう。発光領域の大きさつまり開口部の大きさを適切に設定することでこれらの不具合を防ぐことができる。さらに、発光領域の形状は、そのまま光学系の倍率をもって被走査面上に投影されるため、ビームスポット径の増大の原因となる。端面発光型のＬＤでは、発光部はほとんど点光源とみなせるものであったので、この課題はＶＣＳＥＬ特有である。
ａ（矩形であれば一辺の長さ、円形であれば円の直径）を３μｍ以上５μｍ以下に設定することで上記品質劣化を防ぐことができ、ビームスポット径の増大も許容範囲内に抑えることができ、なおかつ電子写真方式にとって十分な光量を提供することができる。

請求項１４に記載の発明では、上述の通り、ＶＣＳＥＬを光源として持つ光走査装置においては発光領域の大きさと光学系の倍率はビームスポット径に直接的に影響する。ａβ／ｗｓ＜０．２とすることで、副走査方向に対して、設計上狙いとするビームスポット径に対して発光領域径の影響は小さく抑えることができ、ばらつきの少ないビームスポットを得ることができる。
さらに詳しくは、この条件によって、ＶＣＳＥＬ上の複数の開口部の大きさａが製造工程でばらつきを生じても、その影響は被走査面上には現れなくなる。従って、歩留を向上することができ、なおかつ高品質なマルチビーム走査を行うことができる。
請求項１５に記載の発明によれば、低コストで高品位な光走査を行うことができるので、低コスト、省エネルギーで高速高画質な画像形成を行うことができる。特に、複数色を用いてフルカラー対応の多色画像形成装置を構成する場合には、主走査方向にも副走査方向にも色ずれが少ない画像を形成することができる。

以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図７に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る光走査装置の光学レイアウトを示しており、（ａ）は主走査断面形状を、（ｂ）は副走査断面形状を示している。
光走査装置は、光束を発生させる光源１０４と、光束を主走査方向に反射偏向する光偏向手段１０３と、光偏向手段１０３に光束を入射させる入射光学系１００と、光束を被走査面１０２上に結像する走査光学系１０１を有している。
入射光学系１００は、カップリングレンズ１０５と、アパーチャ１０６と、線像形成レンズ１０７と、入射ミラー１０８を備えている。走査光学系１０１は、樹脂製の走査レンズＬ１と走査レンズＬ２を備えている。

光学面形状の表現式は式１、式２のとおりであり、Ｘは光軸方向の座標（図１で横軸に平行な方向）、Ｙは主走査方向座標（図１で縦軸に平行な方向）を示す。Ｃｍ０は中央（Ｙ＝０）の主走査方向曲率を示し、曲率半径Ｒｍの逆数であり、ａ００、ａ０１、ａ０２、・・・は主走査形状の非球面係数である。
Ｃｓ（Ｙ）はＹに関する副走査方向の曲率であり、Ｃｓ（ｈ）と同義である。Ｒｓ０は副走査方向の光軸上の曲率を示し、ｂ００、ｂ０１、ｂ０２、・・・は副走査方向の非球面係数である。
図２は、走査レンズＬ１、Ｌ２のレンズ形状データを示している。
図３は副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（ｈ）を示しており、図中凡例のＲ１、Ｒ２はそれぞれ入射面、射出面を示している。
図４はレンズの主走査断面内の形状を示しており、上側が射出面Ｒ２、下側が入射面Ｒ１の形状を示している。縦軸は光軸方向の座標Ｘ、横軸はレンズ高さである。光軸とは、特に断らない限りは、式１において、Ｙ＝０としたときの副走査方向において中央の点を通る軸をいう。
図４（ｂ）のＬ２Ｒ１、Ｌ２Ｒ２に示したように、主走査断面内で極値を３つ持つ形状である。また、図３（ｂ）のＬ２Ｒ１に示したように、Ｃｓ（ｈ）が鏡面内で極値を３つ持っている。
ここで、走査レンズＬ２の入射面Ｒ１が特殊光学面となっている。

（本光学系のその他の情報）
・カップリングレンズ１０５は焦点距離１４．５ｍｍで、光束を略平行光にする。
・線像形成レンズ１０７は焦点距離１２５ｍｍで、偏向反射面近傍に副走査方向において光束を結像する。
・アパーチャ１０６は主走査方向及び副走査方向について光束を制限し、ビームスポット径を調整する。
・光偏向手段１０３は内接円半径７ｍｍの４面鏡であり、副走査方向に平行な軸の周りに等速回転する。
・使用波長は７８０ｎｍである。
・走査レンズＬ１の中心（光軸上）肉厚は８ｍｍ、Ｌ２は３．５ｍｍである。
・光学系全系の副走査横倍率は２．３倍、走査光学系のみでは−０．９６倍である。
・書込の幅は±１６１．５ｍｍである。
・ビームスポット径の狙いとしては主走査方向、副走査方向で５５μｍである。
・走査レンズＬ１射出面から走査レンズＬ２入射面までの距離は１０１．８７ｍｍ、走査レンズＬ２射出面から被走査面１０２までの距離は１４１．１５５ｍｍである。

ここで、鏡面内とは、光学的に機能を有している鏡面加工された面の範囲のことをいい、通常は製造誤差を見込んで幅に余裕を持たせて形成されている。別の言い方をすれば、式１、式２によって表現される面である範囲をいう。
極値を持つとは、上又は下に凸型（極大値又は極小値）の形状の、傾きゼロの点があることを言う。

本構成をとった時の像面湾曲を図５に、副走査横倍率偏差を図６に示す。
図５から、副走査方向について、非常に良く像面が揃っており、上記のように走査レンズの肉厚を低減しているにもかかわらず、ビームスポット径のばらつきが非常に小さくなることが分かる。
また、図６から、倍率の差は０．１％程度に抑えられ、略一定ということができる。
走査レンズＬ２の入射面Ｒ１のような特殊光学面を合計で２面用いることが望ましく、またその面は走査レンズＬ２の入射面Ｒ１と、走査レンズＬ２の射出面Ｒ２であるとなおよい。このようにすることでより良好に横倍率の差を低減することができる。

また、本実施例では図３に示すように、走査レンズＬ１においてはＣｓ（ｈ）が一定な面Ｓ１と極値が３つの面Ｓ２、走査レンズＬ２においては特殊光学面Ｓ４とＣｓ（ｈ）が極値１つの面Ｓ３を有している。
Ｃｓ（ｈ）を一定とすることで、光学面が副走査方向について偏心して成形された、又は組み立てられた時にでも走査線の湾曲は発生しにくくなる。
走査レンズＬ２については、Ｃｓ（ｈ）の極値を１つとすることで、偏心に対して安定でありなおかつ副走査横倍率の変化が小さい面とすることができる。
上記光学面に関しては、面Ｓ２と特殊光学面Ｓ４の光軸近傍でのＣｓ（ｈ）の形状は、凸となる方向が同じ（２面とも極大値を持つか２面とも極小値を持つ）とすることが望ましい。

図６では、副走査横倍率の像高間の差（偏差）Δβを０．１％程度と非常に良好に補正できていることを示しているが、低コスト化を進める上で適正な値としては、１％以下であることが望ましい。
例えば４０ビームの複数光束を用いたマルチビーム走査装置の場合、２４００ｄｐｉではドット間隔はおよそ１０．６μｍとなるので、４０ビーム×１０．６μｍ＝４２３μｍを同時に走査する。
１％の倍率の差であれば最大でも４．２μｍの走査線間隔ばらつきとなり、走査線間隔平均値の半分に満たないため、画質の劣化を引き起こしにくい。
但し、実際には、環境要因や製造誤差によりさらにばらつきが発生するため、Δβを１％以下に抑えることは高画質化のためには必要となる。
特殊光学面を１つまたは２つ用いることで、この倍率調整が行えるため、過剰に補正して他の光学性能を劣化させたり低コスト化を妨げたりといった問題点を回避することができる。
本実施形態でのビームスポット径をプロットしたものを、図７に示す。ビームスポット径のばらつきを有効に低減し、略一定の径で走査できることが分かる。

（本実施形態の変形例）
・回折光学素子をカップリングレンズ１０５と線像形成レンズ１０７のうちのいずれか一方又は双方として用いることができる。
・光偏向手段１０３は、回転多面鏡ではなく、ＭＥＭＳ技術によって作られる振動微小ミラーであってもよい。
・ここでは汎用性の高い７８０ｎｍを想定したが、光源波長はあらゆる波長が考えられる。一般的には短波長であるほどビームスポット径が小径化可能なので、例えば４０５ｎｍのＬＤを用いることも可能である。
・本光学系は副走査方向において光軸に平行な方向に光偏向手段１０３に入射させる構成となっているが、副走査方向に傾いた所謂斜入射光学系に対しても、特殊光学面を適用することは有効である。
・光源１０４からの光束を、光偏向手段１０３の前で分割し、異なる偏向反射面に入射して偏向する方式をとることもできる。こうすることで、高価な光源の個数を低減し、低コスト化を図ることができる。

図８に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
本実施形態では、第１の実施形態の光学系に対して、さらに走査線湾曲を補正するために、光学素子変形手段を用いることを特徴としている。走査光学系の構成に関しては、第１の実施形態と同じである。
図８に示すように、被走査面１０２に最も近い走査レンズＬ２に対して、光学素子変形手段２００を適用する。
図２から分かるように、本光学系は走査レンズＬ１が副走査方向において負のパワーを有し、走査レンズＬ２が正のパワーを有している。
光学素子変形手段２００は、副走査方向に平行な方向に副走査方向の曲率中心を移動するように変形させることができ、光学素子の主走査方向において両端と略中央の位置に圧力を加えることができる。

光学素子変形手段２００の構成を具体的に説明する。
長尺レンズとしての走査レンズＬ２は、板バネ２２〜２４を介してブラケット２１に取り付けられている。ブラケット２１は走査レンズＬ２よりも剛性が高い材料で形成されている。
ブラケット２１には、その長手方向に間隔をおいて略垂直に折り曲げられた２つのレンズ受け片（図示せず）が設けられており、これらのレンズ受け片の下面に走査レンズＬ２を当接させて板バネ２２〜２４により走査レンズＬ２をブラケット２１に保持している。板バネ２３、２４はレンズ長手方向の両側に配置されており、図面上裏側に隠れている。
走査レンズＬ２は、その両端部付近で一方の面側を上記レンズ受け片に当接され（規制され）、レンズの長手方向中央部を板バネ２２によってレンズ受け片とは反対側から押圧され、強制的に撓ませた状態でブラケット２１に保持されている。

ブラケット２１には走査線曲がり調整ネジ２５が設けられており、走査線曲がり調整ネジ２５を締めていくことにより、走査レンズＬ２は徐々に初期状態とは反対側に撓んでいくように構成されている。
走査レンズＬ２の撓み量に応じて、走査線曲がりが調整される。走査線曲がり調整は、光走査装置を後述する画像形成装置に搭載した状態で行うことが可能である。
また、ブラケット２１には、走査線傾きを自動調整するための駆動モータ２６、駆動モータホルダ２７、アジャスタ２８、図示しない光学ハウジングの受け部、長尺レンズを固定する板バネ３０〜３３が装着されている。駆動モータホルダ２７は図示しない光学ハウジングに取り付けられる。

光学素子変形手段２００による変形を行うことで、走査レンズＬ２の母線は２次関数でよく近似できる形状に変形する。
極値を１つのみ有するＣｓ（ｈ）の面が副走査方向に正のパワーを持つレンズに付与されている場合には、走査線は極値を１つもつ形状であり２次関数に近似できるような形状に湾曲するため、光学素子変形手段２００によって調整することで、有効に走査線湾曲を低減することができる。
上述のように、光学素子変形手段２００による変形は、走査レンズＬ２の両端部を固定し、略中央位置を押圧することで変形を行うが、変形例として、この押圧部（板バネ２２）の個数を２つ又はそれ以上にすることも、走査線湾曲を補正する上で有効であることがいえる。
特殊光学面はＣｓ（ｈ）が極値を３つ以上持つため、副走査方向偏心の影響は極値の数ｎに対して、ｎ個の極値を持つ走査線湾曲という形で現れると考えられる。そのため、押圧部を増やすことでこの湾曲成分を補正することが可能になる。
図８において符号１４は光路を示している。

図９乃至図１３に基づいて第３の実施形態を説明する。
本実施形態に係る光走査装置は、第１の実施形態と同じ構成の走査光学系において、光源を複数としたマルチビーム型光走査装置である。第１の実施形態と異なるのは、光源部のみである。
本実施形態における光源１１０の配列を図９に示す。図９において符号１１０ａが発光部（発光点）にあたり、主走査方向間隔３０μｍ、副走査方向間隔０．２４μｍで配置された４８００ｄｐｉ想定の４０ビーム用光源である。
本実施形態における走査線の間隔ばらつきを図１０に示す。設計中央値において０．３μｍと非常に良好に補正されており、副走査倍率の変化を低減したことによる効果が現れている。
製造誤差及び環境の変化も想定した場合、走査線間隔の誤差は最大で、図１１に示した形となり、±５μｍに低減されている。５μｍ以上の誤差は、４８００ｄｐｉに対しては１画素分以上の変動となるため、画質劣化を招いてしまう。そのため、本発明の光走査装置に依れば、良好な光走査を高速にて行うことができる。

図９に示すような発光点の配列をとるには、面発光型半導体レーザーアレイ（ＶＣＳＥＬ）を用いることができる。その効果は既に記述した通りである。
また、ＶＣＳＥＬは一般的に発光部が有限の大きさを持っている。上記効果を得るために、発光部の大きさを３≦ａ≦５とすることができる。
図１２の矩形の部分は、ＶＣＳＥＬ上に設けられた開口部であり、円形の部分は発光部（Ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｐａｔｔｅｒｎ）である。
図中ａが直径にあたり、開口部の大きさを制御することで発光部の制御が可能となる。本実施形態では、この開口部の大きさは４μｍとしている。

本実施形態において、光軸上の光束でのビームスポット径をプロットしたものを図１３に示す。ここでは開口部が０μｍと４μｍの時の深度カーブを比較している。本光学系は低倍率であるために、差は像面上で１．４μｍ程度である。
また、開口部（発光領域直径と同義とする）ａは、副走査横倍率をβ、副走査方向のビームスポット径をｗｓとしたとき、
ａβ／ｗｓ＜０．２
の関係にあることが望ましい。本実施形態では、ａ＝４μｍ、β＝２．３倍、ｗｓ＝５５（図７ｂより）であるので、
ａβ／ｗｓ＝０．１６７
であり、条件を満たしている。この条件を満たすように、ビームスポット径、副走査横倍率、開口部を設定することで、図７ｂに示すように、副走査方向においてビームスポット径ばらつきの非常に小さい光走査を行うことができる。

この条件式にあてはまらない例として、
（１）開口部が大きい
（２）倍率が大きい
（３）ビームスポット径が小さい
がある。
（１）のときは、既に述べたように、マルチモード発振してしまう問題がある。（２）のときは、開口部の直径誤差の影響を像面上に大きく投影してしまうので、各ビームの間でビームスポット径がばらつく要因になる。
（３）のときは（２）と同様で、小径化のメリット以上にばらつきによる画質の劣化が目立ってくる。

本実施形態マルチビーム型の変形例としては、単面発光型レーザーアレイ（ＬＤＡ）を用いることもできる。ＬＤＡは、ＶＣＳＥＬのように二次元配列が難しいという問題点がある反面、高い光量を得ることについてはＶＣＳＥＬに対して優位に立っている。
特に、高速で走査を行う場合、光量が律速となることもあるので、必要に応じてこれら光源を使い分けることができる。
また、別の変形例としては、光源１１１における発光部１１１ａの配列を図１４に示すように、同心円状に並べることもできる。このようにすることで、各発光部１１１ａを可能な限り光軸に近づけて配置することができる。

図１５に基づいて、第４の実施形態を説明する。
これまでに述べたような光走査装置、マルチビーム型の光走査装置を用いて、画像形成装置を構成することができる。
複数色対応の画像形成装置において、複数の被走査面を走査露光することで複数色の画像を可視化し、該複数の画像を重ね合わせてカラー画像を形成することができる。
光導電性の感光体１４２ａ〜１４２ｄは、図１５中の矢印に示したように時計回り方向に等速回転する。感光体１４２ａ〜１４２ｄの表面は、帯電装置１４５によって均一に帯電され、光走査装置１４１によって露光走査をされる。

この露光によって静電潜像を書き込まれた感光体１４２は、現像装置１４３によってトナー画像として可視化され、１次転写手段１４６によって複数の感光体１４２ａ〜１４２ｄ上に可視化されたトナー画像が１つの画像として形成されるように順次中間転写ベルト１４８上に転写され、重ねられたフルカラー画像を形成する。
フルカラー画像は２次転写手段１４９によってシート状記録媒体Ｓに転写され、定着手段１４７によって定着されることで画像形成を完了し、装置の外へ排出される。
感光体１４２は、転写しきれずに残留したトナーや紙粉をクリーニング手段１４４によって取り除かれる。その後、再び帯電手段１４５によって帯電される。

図１６に示すように、光走査装置又はマルチビーム型光走査装置を複数用いる方式をとることもできる。このようにすることで、光走査装置を小型化することができ、製造上歩留を向上することができる。
また、符号１４２で示した感光体の対応色は、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＢｋとすることができ、１４２のａ〜ｄとの対応はａｂｃｄ＝ＣＭＹＢｋとすることも、ａｂｃｄ＝ＹＭＢｋＣとすることもでき、自由に選択し最適化することができる。
例えば、走査品質の向上が難しい位置に対応する光走査装置や、調整などの工程を削減したい感光体に対応する光走査装置に対しては、明度の高低や視認性の高低に応じて、対応色を選択することが望ましい。

本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の光学レイアウト図で、（ａ）は主走査断面形状を示す図、（ｂ）は副走査断面形状を示す図である。 走査レンズのレンズ形状データ図である。 副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（ｈ）を示す図で、（ａ）は走査レンズＬ１についての図、（ｂ）は走査レンズＬ２についての図である。 走査レンズの主走査断面内の形状を示す図で、（ａ）は走査レンズＬ１についての図、（ｂ）は走査レンズＬ２についての図である。 像面湾曲を示す図である。 副走査横倍率偏差を示す図である。 ビームスポット径のプロット図で、（ａ）は主走査方向深度カーブを示す図、（ｂ）は副走査方向深度カーブを示す図である。 第２の実施形態に係る光走査装置の光学素子変形手段の斜視図である。 第３の実施形態に係るマルチビーム型の光走査装置の光源部における発光部（発光点）の配列を示す図である。 走査線の間隔のばらつきを示す図である。 製造誤差を想定した場合の走査線間隔の誤差を示す図である。 ＶＣＳＥＬの発光部の形状を示す図である。 ビームスポット径のプロット図で、開口部の影響を示す図である。 第３の実施形態の変形例に係るマルチビーム型の光走査装置の光源部における発光部（発光点）の配列を示す図である。 第４の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 第４の実施形態の変形例に係る画像形成装置の概要構成図である。

符号の説明

１００ 入射光学系
１０１ 走査光学系
１０３ 光偏光手段
１０４、１１０ 光源
２００ 光学素子変形手段
Ｌ１、Ｌ２ 走査レンズ
Ｒ１ 入射面
Ｒ２ 射出面
Ｓ４ 特殊光学面

Claims (15)

1. 光束を発生させる光源と、該光束を主走査方向に反射偏向する光偏向手段と、該光偏向手段に上記光束を入射させる入射光学系と、上記光束を被走査面上に結像する走査光学系とを有する光走査装置において、
   上記走査光学系に含まれる光学面のうち少なくとも一つの光学面は主走査方向に略直交する副走査方向の曲率Ｃｓ（ｈ）が主走査方向レンズ高さｈに関して変化し、上記光学面の主走査断面内の形状は、主走査方向に対して極値をｎ（ｎ≧３）個有し、上記曲率Ｃｓ（ｈ）の極値の数がｎに等しい特殊光学面であることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   上記特殊光学面を２つ有することを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置において、
   上記走査光学系は走査レンズを少なくとも２つ有し、上記光偏向手段に最も近い走査レンズＬ１はＣｓ（ｈ）がｈに依らず一定な光学面Ｓ１、Ｃｓ（ｈ）の極値の数がｎ個に等しい光学面Ｓ２をそれぞれ一つずつ有し、上記被走査面に最も近い走査レンズＬ２はＣｓ（ｈ）が極値を１つのみ有する光学面Ｓ３、上記特殊光学面Ｓ４をそれぞれ一つずつ有することを特徴とする光走査装置。
4. 請求項３に記載の光走査装置において、
   上記２つの光学面Ｓ２、Ｓ４は、上記走査レンズの光学基準軸上近傍でＣｓ（ｈ）が共に極大値か、または共に極小値を持つことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１又は２に記載の光走査装置において、
   上記走査光学系は走査レンズを少なくとも２つ有し、上記被走査面に近い方の走査レンズは入射面及び射出面が２面共上記特殊光学面であることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項５に記載の光走査装置において、
   上記２つの特殊光学面は、上記走査レンズの光学基準軸上近傍でＣｓ（ｈ）が共に極大値か、又は共に極小値を持つことを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光走査装置において、
   上記被走査面上での副走査方向の横倍率の変化Δβが１％以下であることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項３〜７のいずれかに記載の光走査装置において、
   上記被走査面に最も近い走査レンズは副走査方向に正のパワーを有し、上記被走査面に最も近い走査レンズの副走査方向に平行な方向に副走査方向の曲率中心を移動するように変形させる光学素子変形手段を有することを特徴とする光走査装置。
9. 請求項８に記載の光走査装置において、
   上記光学素子変形手段は、光学素子の主走査方向において両端と略中央の位置に圧力を加えることができることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の光走査装置において、
    上記光源は複数光束を発生するマルチビーム方式であることを特徴とする光走査装置。
11. 請求項１０に記載の光走査装置において、
    上記光源は面発光型半導体レーザーアレイであることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１０に記載の光走査装置において、
    上記光源は端面発光型半導体レーザーアレイであることを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１１に記載の光走査装置において、
    上記面発光型半導体レーザー上の各発光部の開口部は、副走査方向の直径が３≦ａ≦５μｍの円形又は矩形の形状を有していることを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１３に記載の光走査装置において、
    上記入射光学系と上記走査光学系を合わせた光学系全系の副走査方向の横倍率βと、発光領域直径aと、副走査方向の上記被走査面上のビームスポット径ｗｓとは、以下の条件、
    ａβ／ｗｓ＜０．２
    を満たすことを特徴とする光走査装置。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の光走査装置を少なくとも一つ有していることを特徴とする画像形成装置。

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