JP2008033036A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】少なくとも１つの光学素子に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。
【解決手段】光源部１の複数の発光部からの光ビームを光偏向器５に導光する第１の光学素子４と、光偏向器５により偏向された光ビームを被走査面７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６とを備えた光走査装置において、第１、第２の光学素子４，６の１以上は樹脂製レンズを含み、樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されている構成とした。これにより温度変動によるビームウエスト位置変動が有効に補正され、常に安定したスポット径で光走査を行うことができる。
【選択図】図１
【解決手段】光源部１の複数の発光部からの光ビームを光偏向器５に導光する第１の光学素子４と、光偏向器５により偏向された光ビームを被走査面７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６とを備えた光走査装置において、第１、第２の光学素子４，６の１以上は樹脂製レンズを含み、樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されている構成とした。これにより温度変動によるビームウエスト位置変動が有効に補正され、常に安定したスポット径で光走査を行うことができる。
【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。
従来から光走査装置は、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関連して広く知られているが、近年、低価格化とともに環境変動の影響を受け難く、高精細な画像を形成できるものが求められている。
そこで、光走査装置に用いられる各種のレンズを樹脂材料で形成することが行われているが、樹脂製レンズは、軽量であり、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ため、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。即ち、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。
そこで、光走査装置に用いられる各種のレンズを樹脂材料で形成することが行われているが、樹脂製レンズは、軽量であり、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ため、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。即ち、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、その反面、良く知られたように、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、被走査面上の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含め、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（「温度変化による波長変化」）があり、また「モードホップ」による波長変化もある。光源における波長変化は、光走査装置に用いられる光学系の色収差による特性変化を惹起し、この特性変化もビームスポット径変動の原因となる。
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とともに、光源における波長変化に伴う光学特性の変化をも考慮した光学設計を行う必要がある。
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とともに、光源における波長変化に伴う光学特性の変化をも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と、光源における波長変化とを考慮し、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）として、特許文献１に記載のものが知られている。
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「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、透過面に回折面を設け、樹脂で構成された１つの光学素子」とした光走査装置が開示されており、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面ずつ回折面を設けた光走査装置」が開示されている。ここで、上記の「回折面」とは、回折によるレンズパワーを持つ回折面である。
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「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、透過面に回折面を設け、樹脂で構成された１つの光学素子」とした光走査装置が開示されており、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面ずつ回折面を設けた光走査装置」が開示されている。ここで、上記の「回折面」とは、回折によるレンズパワーを持つ回折面である。
特許文献１に開示された「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して、なお改善の余地がある。
また、一般に回折面は微細加工の技術が必要な上に、その精度も極めて高いものが要求される。例えば、図１１（ａ）に示すような球面レンズと等価なパワーおよび焦点距離ｆを有する回折面は、図１１（ｂ）に示すような形状である。すなわち、球面を基板に対して均一の高さとなるように折り返した形状である。図１１（ｂ）から明らかなように、この回折面は光軸から離れるに従い溝の間隔が狭くなり加工が飛躍的に難しくなる。更に、バックカットに挟まれた回折面はいずれも球面の一部をなしている必要がある。これを直線として近似することもできるが、この場合には回折効率の低下を免れない。しかし、球面の一部をなすように回折面を形成すると、面形状に粗さが目立ってきて波面収差の劣化でビームスポット径が太ったり、散乱光の発生でゴーストの発生や光の伝達効率の低下などの問題が発生する。
本発明は上述した事情に鑑みなされたものであり、少なくとも１つの光学素子に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の実現と、さらには、かかる光走査装置を用いる画像形成装置の実現を課題（目的）とする。また、これらの装置に搭載される光学素子に採用される回折面の形状精度を高くすることなく、安価で成形しやすいものとすることが本発明の目的である。
上述の目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、複数の発光部からの光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、前記光偏向器により偏向された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、前記被走査面を光走査する第２の光学素子と、を備えた光走査装置において、前記第１、第２の光学素子の１以上は樹脂製レンズを含み、該樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、前記回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されていることを特徴とする。
本発明の第１の手段は、複数の発光部からの光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、前記光偏向器により偏向された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、前記被走査面を光走査する第２の光学素子と、を備えた光走査装置において、前記第１、第２の光学素子の１以上は樹脂製レンズを含み、該樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、前記回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されていることを特徴とする。
本発明の第２の手段は、第１の手段の光走査装置において、前記回折面の面形状は、階段構造でかつほぼノンパワーとなっていることを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の光走査装置において、前記回折面は、発光部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とするように設定されていることを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の光走査装置において、前記回折面は、発光部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とするように設定されていることを特徴とする。
本発明の第４の手段は、第１乃至第３のいずれか１つの手段の光走査装置において、前記回折面は前記第１の光学素子に採用されており、線対称な階段構造であることを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第４の手段の光走査装置において、前記第１の光学素子は、主走査方向にノンパワーであり、副走査方向に正のパワーを有するレンズであることを特徴とする。
さらに本発明の第６の手段は、第４または第５の手段の光走査装置において、前記第１の光学素子は、射出面側に回折面を有していることを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第４の手段の光走査装置において、前記第１の光学素子は、主走査方向にノンパワーであり、副走査方向に正のパワーを有するレンズであることを特徴とする。
さらに本発明の第６の手段は、第４または第５の手段の光走査装置において、前記第１の光学素子は、射出面側に回折面を有していることを特徴とする。
本発明の第７の手段は、第１乃至第６のいずれか１つの手段の光走査装置において、前記第１の光学素子は、光軸方向に沿って調整可能であることを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、第１乃至第７のいずれか１つの手段の光走査装置において、前記複数の発光部は、１つの半導体レーザに複数の発光部を有する半導体レーザアレイであり、該半導体レーザアレイに対応して設けられたカップリング用光学素子としてのガラス製のカップリングレンズを有していることを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、第１乃至第７のいずれか１つの手段の光走査装置において、前記複数の発光部は、１つの半導体レーザに複数の発光部を有する半導体レーザアレイであり、該半導体レーザアレイに対応して設けられたカップリング用光学素子としてのガラス製のカップリングレンズを有していることを特徴とする。
本発明の第９の手段は、第１乃至第７のいずれか１つの手段の光走査装置において、前記複数の発光部は、複数の半導体レーザを組み合わせて構成されており、該半導体レーザの各々に対応して設けられたカップリング用光学素子としての樹脂製カップリングレンズを有しており、更に該カップリングレンズの少なくとも１面は回折面を有していることを特徴とする。
また、本発明の第１０の手段は、第９の手段の光走査装置において、前記カップリングレンズの回折面は、回転対称な階段構造であることを特徴とする。
また、本発明の第１０の手段は、第９の手段の光走査装置において、前記カップリングレンズの回折面は、回転対称な階段構造であることを特徴とする。
本発明の第１１の手段は、第１０の手段の光走査装置において、前記カップリング用光学素子は、入射面側に回折面を有していることを特徴とする。
また、本発明の第１２の手段は、第１０または第１１の手段の光走査装置において、前記カップリング用光学素子の回折面と反対側の面は、回転対称な非球面であることを特徴とする。
また、本発明の第１２の手段は、第１０または第１１の手段の光走査装置において、前記カップリング用光学素子の回折面と反対側の面は、回転対称な非球面であることを特徴とする。
本発明の第１３の手段は、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、該潜像を現像手段で可視像化して画像を得る画像形成装置において、前記像担持体の光走査を行う光走査手段として、第１乃至第１２のいずれか１つの手段の光走査装置を用いたことを特徴とする。
本発明の第１４の手段は、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、該潜像を現像手段で可視像化して画像を得る画像形成部を１以上有する画像形成装置において、前記像担持体の光走査を行う光走査手段として、第１乃至第１２のいずれか１つの手段の光走査装置を１以上用いたことを特徴とする。
本発明では、複数の発光部からの光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、前記光偏向器により偏向された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、前記被走査面を光走査する第２の光学素子と、を備えた光走査装置において、前記第１、第２の光学素子の１以上は樹脂製レンズを含み、該樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、前記回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されていることを特徴としており、発光部（例えば半導体レーザ）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、温度変動のみならずモードホップによる発光波長変動に対してもビームウエスト位置の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。そして、この光走査装置を、像担持体の光走査を行う光走査手段として用いることにより、安定した画像形成が可能な画像形成装置を実現することができる。
以下、本発明の構成、動作および作用効果を詳細に説明する。
本発明の光走査装置は「複数の発光部からの光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、該光偏向器により偏向された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、前記被走査面を光走査する第２の光学素子と、を備えた光走査装置」であり、以下のごとき特徴を有する。
即ち、第１、第２の光学素子の１以上は樹脂製レンズを含む。また、「該樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、前記回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されて」いる。
本発明の光走査装置は「複数の発光部からの光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、該光偏向器により偏向された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、前記被走査面を光走査する第２の光学素子と、を備えた光走査装置」であり、以下のごとき特徴を有する。
即ち、第１、第２の光学素子の１以上は樹脂製レンズを含む。また、「該樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、前記回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されて」いる。
この回折面の面形状は、「階段構造でかつほぼノンパワーとなっている」ことが好ましい。
そして、この回折面は、半導体レーザ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」ように設定される。ここで、「回折面」は前述の如く、レンズ作用と同等な回折機能を有する回折面である。
そして、この回折面は、半導体レーザ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」ように設定される。ここで、「回折面」は前述の如く、レンズ作用と同等な回折機能を有する回折面である。
上記の構成の光走査装置において、「回折面」は、第１の光学素子に採用されており、線対称な階段構造とすることができる。
また、この光走査装置において「第１の光学素子は、主走査方向にノンパワーであり、副走査方向に正のパワーを有するレンズ」であることが好ましい。
さらに、この光走査装置において、「第１の光学素子は、射出面側に回折面を有して」いることが好ましい。
また、この光走査装置において「第１の光学素子は、主走査方向にノンパワーであり、副走査方向に正のパワーを有するレンズ」であることが好ましい。
さらに、この光走査装置において、「第１の光学素子は、射出面側に回折面を有して」いることが好ましい。
上記の構成の光走査装置において、「第１の光学素子は、光軸方向に沿って調整可能である」ことが好ましい。このとき、後述するカップリング用光学素子は半導体レーザからの光ビームを「所望のビーム形態の光ビーム」に変換するが、この場合ではその作用を「コリメート作用」とするのが好ましい。更に、第１の光学素子は「主走査方向にパワーを持たない」ようにすることが好ましい。第１の光学素子が「主走査方向にパワーを持たない」ようになっていると、光学系の初期の組付け時における加工誤差や、組み付け誤差などが発生した場合の副走査方向のビームウエスト位置変動を、第１の光学素子を光軸方向へ変位させることにより「主走査方向の光学特性に影響を与えることなく」調整することができる。従って、この第１の光学素子に採用される回折面の形状精度を高いレベルで要求しなくても、加工誤差で生じるパワーの変動は、この調整で吸収することが可能である。特に、主走査方向の光学特性に影響を与えることなく調整できれば、主走査方向についてはカップリング用光学素子で、副走査方向については第１の光学素子で独立に調整することができるので、調整作業は飛躍的に簡便になる。
尚、上記「第１の光学素子のパワー」は、屈折面によるパワーと回折面によるパワーとを合成したパワーである。
尚、上記「第１の光学素子のパワー」は、屈折面によるパワーと回折面によるパワーとを合成したパワーである。
更に、上記の構成の光走査装置において、複数の発光部の光源として用いられる半導体レーザは通常のものを１つ用いてシングルビーム走査方式を行うように構成することもできるが、半導体レーザアレイや、２以上の半導体レーザを用いることにより「マルチビーム走査方式」を実行するように構成することもできる。
もし、発光部に半導体レーザアレイを使用する場合には、「半導体レーザアレイに対応して設けられたカップリング用光学素子としてのカップリングレンズ」はガラス製であることが好ましい。
もし、発光部に半導体レーザアレイを使用する場合には、「半導体レーザアレイに対応して設けられたカップリング用光学素子としてのカップリングレンズ」はガラス製であることが好ましい。
その一方で、もし発光部に２以上の半導体レーザを使用する場合には、「該半導体レーザの各々に対応して設けられたカップリング用光学素子としてのカップリングレンズ」は回折面を有する樹脂製とすることができる。このとき、該カップリングレンズの少なくとも１面は回折面を有していることが好ましい。
尚、上記の構成の光走査装置において、上記「回折面」は回転対称な階段構造とすることができる。
このとき、「上記カップリング用光学素子は、入射面側に回折面を有して」いることが好ましい。
さらに上記の構成の光走査装置において、「上記カップリング用光学素子の回折面と反対側の面は回転対称な非球面」であることが好ましい。
このとき、「上記カップリング用光学素子は、入射面側に回折面を有して」いることが好ましい。
さらに上記の構成の光走査装置において、「上記カップリング用光学素子の回折面と反対側の面は回転対称な非球面」であることが好ましい。
本発明の画像形成装置は、「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装置」であり、像担持体の光走査を行う光走査手段として、上述の構成の光走査装置を用いたことを特徴としている。
また、本発明の画像形成装置は、「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１以上有する画像形成装置」であり、像担持体の光走査を行う光走査手段として、上述の構成の光走査装置を１以上用いたことを特徴としている。
また、本発明の画像形成装置は、「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１以上有する画像形成装置」であり、像担持体の光走査を行う光走査手段として、上述の構成の光走査装置を１以上用いたことを特徴としている。
ここで、画像形成部を１以上とした場合には、１つの画像形成部により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、２以上の画像形成部にして２色画像や多色画像、さらには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。この場合、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、あるいは特許文献２等により知られたように、光学要素の一部、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。
また、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、所謂タンデム式のカラー画像形成装置のように、転写材あるいは中間転写体の搬送方向に配列させた複数の像担持体の個々に対して個別の画像形成部を設定することもできる。
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」のビームウエスト位置の変動を簡単に考察する。
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「樹脂製レンズの屈折率自体の変化」、「樹脂製レンズの形状変化」、「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。
「樹脂製レンズの屈折率自体」は温度上昇に伴う膨張による低密度化により減少する。「樹脂製レンズの形状」は、温度上昇に伴う膨張によりレンズ面の曲率が減少する。
「樹脂製レンズの屈折率自体」は温度上昇に伴う膨張による低密度化により減少する。「樹脂製レンズの形状」は、温度上昇に伴う膨張によりレンズ面の曲率が減少する。
「半導体レーザの発光波長」は、一般に温度上昇とともに長波長側へずれる。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。
即ち、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、回折面の「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。
即ち、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、回折面の「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、本発明におけるアナモフィック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。従って、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。このとき、
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。
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することができる。
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することができる。
ところで、前述したように光源である半導体レーザの発光波長の変化は、温度変化によるもののみではなく、モードホップによる波長変化もある。モードホップによる発光波長変化は微視的な物理現象によって引き起こされるため予測が極めて困難である。
モードホップによる発光波長変化は温度変化とは無関係であり、「基準温度からの温度変化がない状態」でモードホップによる発光波長変化が起こると、上記ＡとＢは０であるから、ビームウエスト位置変動量は、
Ｃ−Ｄ＜０
となって補正されず、ビームウエスト位置は大きく変化する。
モードホップによる発光波長変化は温度変化とは無関係であり、「基準温度からの温度変化がない状態」でモードホップによる発光波長変化が起こると、上記ＡとＢは０であるから、ビームウエスト位置変動量は、
Ｃ−Ｄ＜０
となって補正されず、ビームウエスト位置は大きく変化する。
このように、光走査装置に回折面を採用した場合、温度変動によるビームウエスト位置変動を補正するだけでなく、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を低減するようにしないと、常に安定したビームスポット径を得ることはできない。
温度変動によるビームウエスト位置変動を補正するだけでなく、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を低減するには、回折面の「回折部」に与えるパワーを適切に設定する必要がある。回折面の「回折部」に余り大きなパワーを与えてしまうと、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を増大させてしまう。
温度変動によるビームウエスト位置変動を補正するだけでなく、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を低減するには、回折面の「回折部」に与えるパワーを適切に設定する必要がある。回折面の「回折部」に余り大きなパワーを与えてしまうと、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を増大させてしまう。
以上を鑑み、本発明の光走査装置では、半導体レーザにおけるモードホップや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、光学素子の回折面の「回折部」のパワーを設定するのである。
さて、このようにしてパワーを設定された回折面は、一般に様々な形状をとりうるが、先にも述べたように、回折面の形成には微細加工の技術が必要である。更に、その精度も極めて高いものが要求される。この精度が確保できないと、回折効率の低下、波面収差の劣化、散乱光の発生等、好ましくない現象が多岐に渡り発生する。また、このような精度を確保するためには、非常に優れた計測技術も不可欠である。しかし、球面を基本形状とした回折面ですらその計測には困難を伴い、高い品質の回折面が得られていないのが実情である。
そこで、本発明の光学素子における回折面は、階段構造でかつほぼノンパワーとすることを最大の特徴としている。階段構造とするためには、回折面の「回折部」のパワーと「屈折部」のパワーを、絶対値が等しく異符号のものとすればよい。このとき得られる回折面は必然的に階段構造となる。このような構造を取ると、回折面とバックカットの関係はどこでもほぼ直角となり、計測が容易になるばかりでなく、加工も非常にしやすいという利点がある。
さらに、得られた回折面はノンパワーであるから、反対側の面に対する面間偏心があってもそれによる影響が極めて少ないため、加工精度に対する要求も抑えることが可能となる。また、階段構造であれば、シェーパー加工のような加工痕を発生させないような形成方法が採用でき、加工時間の短縮化も図ることができる。加工時間の短縮化は、加工時の熱の発生の低減など副次的なメリットも派生し、高精度の回折面を得るのに好ましい。
また、レンズそのもののパワーは入射面と射出面のパワーの合成として与えられるが、一方の面がノンパワーでも反対側のパワーを適切に設定することで、所望のレンズパワーを得ることができる。従って、このような階段構造の回折面は、いかなるパワーのレンズにも採用することができるのである。
もちろん、回折面の面精度も局所的に非平面であるところがないため、非常に滑らかに仕上げることができるので、散乱光の発生やビームスポット径太りの発生も殆どない。
もちろん、回折面の面精度も局所的に非平面であるところがないため、非常に滑らかに仕上げることができるので、散乱光の発生やビームスポット径太りの発生も殆どない。
さらに、この階段構造の回折面をマルチビーム光源を用いた光走査装置に展開した場合には、この光学素子による光軸方向の回転による、被走査面上の走査線ピッチの変動が起こりにくい、というメリットもある。
以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す図であって、光走査装置の光学系の配置例を示している。符号１は光源部、符号２は光源部１に一体に組み込まれたカップリング光学素子（例えばカップリングレンズ）、符号３はアパーチュア、符号４は第１の光学素子としてのアナモフィック光学素子、符号５は光偏向器であるポリゴンスキャナのポリゴンミラー（回転多面鏡）、符号６は第２の光学素子としての走査レンズ、符号７は被走査面をそれぞれ示している。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は図１の光学系を収納するハウジングの偏向光ビームの射出部に設けられた防塵ガラスを示している。
図１は、本発明の一実施例を示す図であって、光走査装置の光学系の配置例を示している。符号１は光源部、符号２は光源部１に一体に組み込まれたカップリング光学素子（例えばカップリングレンズ）、符号３はアパーチュア、符号４は第１の光学素子としてのアナモフィック光学素子、符号５は光偏向器であるポリゴンスキャナのポリゴンミラー（回転多面鏡）、符号６は第２の光学素子としての走査レンズ、符号７は被走査面をそれぞれ示している。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は図１の光学系を収納するハウジングの偏向光ビームの射出部に設けられた防塵ガラスを示している。
光源部１内には複数の発光部（例えば半導体レーザアレイ、あるいは複数の半導体レーザ）が設けられており、複数の発光部から放射された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２により所望の形態の光ビームに変換され、アパーチュア３によりビーム整形されてアナモフィック光学素子４に入射する。アナモフィック光学素子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」として結像し、偏向反射面に反射されると、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、この走査レンズ６を透過した光ビームは防塵ガラスＧ２を介して被走査面７に入射し、走査レンズ６の作用により被走査面７上に光スポットを形成する。
走査レンズ６は、１枚のレンズにより構成され、この走査レンズ６を透過した光ビームは防塵ガラスＧ２を介して被走査面７に入射し、走査レンズ６の作用により被走査面７上に光スポットを形成する。
ポリゴンミラー５が等速回転すると、偏向反射面により反射された光ビームは等角速度的に偏向する。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７上において主走査方向（図の紙面の上下方向）へ等速的に移動するようにするｆθ特性を有しており、光スポットは、被走査面７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７は、実体的には「感光性媒体からなる像担持体の感光面」である。
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７は、実体的には「感光性媒体からなる像担持体の感光面」である。
次に、光源部１の詳細構造について説明する。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。
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、アパーチュア３−１、３−２により「ビーム整形」され、ビーム合成プリズム１０３に入射する。ビーム合成プリズム１０３は、反射面と、偏光分離膜１０３ａと１／２波長板１０３ｂとを有する。光源１−２からのビームは１／２波長板１０３ｂにより偏光面を９０度旋回され、ビーム合成プリズム１０３の反射面で反射され、さらに偏光分離膜１０３ａで反射されてビーム合成プリズム１０３を射出する。また、光源１−１からのビームは、偏光分離膜１０３ａを透過してビーム合成プリズム１０３から射出する。このようにして、２ビームが合成される。
光源１−１とカップリングレンズ２−１はＬＤベース１０１−１に接着等により固定されており、光源１−２とカップリングレンズ２−２はＬＤベース１０１−２に接着等により固定されている。また、ＬＤベース１０１−１とＬＤベース１０１−２はフランジ１０２にネジ止めされている。そして、フランジ１０２とホルダ１０４とで、アパーチュア３−１、３−２とビーム合成プリズム１０３を挟み込むようにして組み付けることにより、光源部１が構成される。
また、上記の組み付けの際に、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微小角をなしている。
また、上記の組み付けの際に、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微小角をなしている。
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および図４のような構成とすることもできる。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。
光源１−１、１−２とカップリングレンズ２−１、２−２は、一つのＬＤベース２０１に接着等で固定されており、このＬＤベース２０１はホルダ２０２にネジ２０３等で固定されている。また、ホルダ２０２には円筒状の光出射部２０２ａが設けられており、この円筒状の光出射部２０２ａを、光走査装置のハウジングのフレーム２０４に設けた穴２０４ａに嵌合することにより、光源部２００がフレーム２０４に支持される。
図３，４に示す構成の光源部では、カップリングレンズ２−１、２−２の光軸はポリゴンミラーの偏向反射面２０５上の一点Ｐ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Ｂ１，Ｂ２はこの光軸に沿って伝播される。このような構成にすると、図２に示した光源部で用いたビーム合成プリズム１０３や１／２波長板１０３ｂ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、図２や、図３，４に示した光源部に代えて、図５に示すような複数の発光点を有する半導体レーザアレイ（ＬＤアレイ）を用いることもできる。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によっては、被走査面上で所望のビームピッチを達成するために、図５に示すように、光軸を中心に主走査方向に角度θ傾けて用いてもよい。
ここで、光源部について、図２や、図３，４に示したような、複数の光源１−１、１−２とカップリングレンズ２−１，２−２を用いる場合を考える。このときには、カップリングレンズ２−１，２−２を樹脂化し、更に同心円の溝形状として形成された回折面形状を有した回折光学素子としてもよい。
しかし、図５に示すような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。というのは、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はガラスの方がよく、安定した画像を提供することができる。
また、図５において、半導体レーザアレイではなくＶＣＳＥＬを用いた場合は、各発光点から放射される光ビームの波長ばらつきは殆どないため、カップリングレンズを樹脂製回折光学素子にすることが可能である。
また、図５において、半導体レーザアレイではなくＶＣＳＥＬを用いた場合は、各発光点から放射される光ビームの波長ばらつきは殆どないため、カップリングレンズを樹脂製回折光学素子にすることが可能である。
［実施例１］
以下、上記の構成例に関するより具体的な実施例を挙げる。
尚、以下に示す実施例の効果そのものは、図２〜図５で説明した光源部の構成によらないので、議論を簡単にするためにシングルビームの光源として説明する。
この実施例において用いるガラス材料（ガラス１と称する）および樹脂材料（樹脂１と称する）のデータを下記の表１に示す。
以下、上記の構成例に関するより具体的な実施例を挙げる。
尚、以下に示す実施例の効果そのものは、図２〜図５で説明した光源部の構成によらないので、議論を簡単にするためにシングルビームの光源として説明する。
この実施例において用いるガラス材料（ガラス１と称する）および樹脂材料（樹脂１と称する）のデータを下記の表１に示す。
表１において「中央値」とあるのは、基準温度：２５℃における使用波長に対する屈折率、「波長飛び」とあるのは、モードホップにより波長飛びを生じたときの屈折率、「温度変動」とあるのは、温度が基準温度から２０度上昇したときの屈折率である。モードホップによる「波長飛び」は、余裕を見て０．８ｎｍの波長変化を想定している。また、下記の表２に、光偏向器以降の光学系データを示す。
上の表記においてＲｍは「主走査方向の近軸曲率」、Ｒｓは「副走査方向の近軸曲率」であり、Ｄｘ、Ｄｙは「各光学素子の原点から次の光学素子の原点までの相対距離」を表している。単位はｍｍである。
例えば、光偏向器に対するＤｘ、Ｄｙについてみると、光偏向器（ポリゴンミラー５）の回転軸から見て、走査レンズ６の入射面の原点（入射側面の光軸位置）は、光軸方向（ｘ方向、図１の左右方向）に４２．９９ｍｍ離れ、主走査方向（ｙ方向、図１の上下方向）に６．９１ｍｍ離れている。
例えば、光偏向器に対するＤｘ、Ｄｙについてみると、光偏向器（ポリゴンミラー５）の回転軸から見て、走査レンズ６の入射面の原点（入射側面の光軸位置）は、光軸方向（ｘ方向、図１の左右方向）に４２．９９ｍｍ離れ、主走査方向（ｙ方向、図１の上下方向）に６．９１ｍｍ離れている。
また、走査レンズ６の光軸上の肉厚は１３．５ｍｍ、走査レンズ６から被走査面７までの距離は１７６ｍｍである。なお、走査レンズ６と被走査面７の間には、図１に示すようにガラス１を材質とする厚さ：１．９ｍｍの防塵ガラスＧ２が配置されている。
走査レンズ６の各面は非球面であり、各面ともに主走査方向には「下記の式１で与えられる非円弧形状」で、副走査断面（光軸と副走査方向とに平行な仮想的断面）内の曲率が主走査方向に「下記の式２に従って変化」する特殊面である。
走査レンズ６の各面は非球面であり、各面ともに主走査方向には「下記の式１で与えられる非円弧形状」で、副走査断面（光軸と副走査方向とに平行な仮想的断面）内の曲率が主走査方向に「下記の式２に従って変化」する特殊面である。
「非円弧形状」
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、・・・、光軸方向のデプス：Ｘとして次の式１で表現される。
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、・・・、光軸方向のデプス：Ｘとして次の式１で表現される。
「副走査断面における曲率の変化」
副走査断面内の曲率：Ｃｓ(Ｙ)（Ｙ：光軸位置を原点とする主走査方向の座標）が主走査方向に変化する状態を表現する式は、光軸を含む副走査断面内の曲率半径：Ｒｓ（０）、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・を係数として次の式２の通りである。
副走査断面内の曲率：Ｃｓ(Ｙ)（Ｙ：光軸位置を原点とする主走査方向の座標）が主走査方向に変化する状態を表現する式は、光軸を含む副走査断面内の曲率半径：Ｒｓ（０）、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・を係数として次の式２の通りである。
走査レンズ６の入射側面（特殊面）の係数を下記の表３に示す。また、走査レンズ６の射出側面（共軸非球面）の係数を下記の表４に示す。
次にカップリング用光学素子としてのカップリングレンズ２に本発明の回折面を採用した例を示す。
カップリングレンズ１は「片面が階段形状の同心円状の回折面、他方の面は回転対称非球面を有する樹脂製レンズ」である。
図６はカップリングレンズ２の形状を説明図的に示しており、図６（ａ）の左右方向が主走査方向、上下方向が副走査方向である。図６（ａ）において符号２によりカップリングレンズを示す部分は光軸方向から見た状態であり、図６（ｂ）はカップリングレンズの断面を示している。このカップリングレンズ２の片側の面には図示の如く「階段形状に構成された同心円状の溝の集合」による「同心円状の回折面」が形成されており、他方の面には図示の如く「回転対称非球面形状の屈折面」が形成されている。
カップリングレンズ１は「片面が階段形状の同心円状の回折面、他方の面は回転対称非球面を有する樹脂製レンズ」である。
図６はカップリングレンズ２の形状を説明図的に示しており、図６（ａ）の左右方向が主走査方向、上下方向が副走査方向である。図６（ａ）において符号２によりカップリングレンズを示す部分は光軸方向から見た状態であり、図６（ｂ）はカップリングレンズの断面を示している。このカップリングレンズ２の片側の面には図示の如く「階段形状に構成された同心円状の溝の集合」による「同心円状の回折面」が形成されており、他方の面には図示の如く「回転対称非球面形状の屈折面」が形成されている。
図６（ｂ）はカップリングレンズ２の「副走査方向と光軸方向とに平行な仮想的切断面」における断面図であるが、カップリングレンズ２の「主走査方向と光軸方向とに平行な仮想的切断面」における断面も同様な形状である。この断面図に示されたように、カップリングレンズ２の片面は階段形状に構成された同心円状の回折面、他方の面は回転対称非球面形状に形成された屈折面を有するレンズになっている。
光源側からカップリングレンズ２に入射する光ビーム（発散光ビーム）は、カップリングレンズ２を透過すると、所望の形態の光ビームに変換され、第１の光学素子４に導光される。
回折面のパワーは、光源部（発光部：半導体レーザ）１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とするように設定される。
回折面のパワーは、光源部（発光部：半導体レーザ）１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とするように設定される。
尚、このときのカップリングレンズ２の回折面は入射面側に用いる。これは、階段形状の回折面の場合、回折部は光軸に対し垂直な面を有することになるので、もしそこに平行光束を入射させると回折部で強い反射を起こし、それが逆光路を辿って半導体レーザに戻り、干渉を誘発してしまうからである。カップリングレンズ２の場合、入射面に入射する光束は発散性であり、それを平行光束に変換して射出面から射出させるケースが多く、このことから階段形状の回折面は入射面側に設定するのが好ましいのである。
次に光走査装置の光学系の各要素を以下に示す。
「光源」
光源部１に用いる半導体レーザは設計上の発光波長：７８５ｎｍで、標準温度：２５℃に対して温度が１℃上昇すると、発光波長が０．２５ｎｍ、長波長側へずれる。モードホップは上記の如く０．８ｎｍの波長変化を想定している。
「光源」
光源部１に用いる半導体レーザは設計上の発光波長：７８５ｎｍで、標準温度：２５℃に対して温度が１℃上昇すると、発光波長が０．２５ｎｍ、長波長側へずれる。モードホップは上記の如く０．８ｎｍの波長変化を想定している。
「カップリングレンズ」
カップリングレンズ２は、上述したような回折面を有する樹脂製レンズであり、焦点距離：１３．９５２ｍｍで弱い発散性の光ビームに変換する機能を有するように配置される。カップリングレンズ２の片側の面には非球面が用いられ、カップリングされた光ビームの波面収差を非球面により十分に補正している。
カップリングレンズ２は、上述したような回折面を有する樹脂製レンズであり、焦点距離：１３．９５２ｍｍで弱い発散性の光ビームに変換する機能を有するように配置される。カップリングレンズ２の片側の面には非球面が用いられ、カップリングされた光ビームの波面収差を非球面により十分に補正している。
半導体レーザ１とカップリングレンズ２とは、線膨張係数：７．０×１０−５の材質による保持部材（図２に示すＬＤベース１０１−１．１−１−２や、図４，５に示すＬＤベース２０１等）に固定的に保持されている。
カップリングレンズ２の入射面の回折面は、位相関数：ｗｉｎ
ｗｉｎ＝Ｃ０・ｒ２
で表されるものであり、ｒは、
ｒ２＝Ｙ２＋Ｚ２
であり、Ｙは光軸を原点とする主走査方向の座標、Ｚは光軸を原点とする副走査方向の座標で、係数：Ｃ０は、
Ｃ０＝５．６９３×１０−２
である。この回折部は、曲率半径−８．７８３ｍｍの球面を構成している屈折部に形成される。そのため、出来上がった回折面は階段形状となる。
また、カップリングレンズ２の射出面の屈折面は、回転対称非球面であり、「下記の式３で与えられる非円弧形状」である。
ｗｉｎ＝Ｃ０・ｒ２
で表されるものであり、ｒは、
ｒ２＝Ｙ２＋Ｚ２
であり、Ｙは光軸を原点とする主走査方向の座標、Ｚは光軸を原点とする副走査方向の座標で、係数：Ｃ０は、
Ｃ０＝５．６９３×１０−２
である。この回折部は、曲率半径−８．７８３ｍｍの球面を構成している屈折部に形成される。そのため、出来上がった回折面は階段形状となる。
また、カップリングレンズ２の射出面の屈折面は、回転対称非球面であり、「下記の式３で与えられる非円弧形状」である。
「回転対称非球面」
近軸曲率半径：Ｒ、光軸からの距離：Ｈ、円錐定数：Ｋ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、・・・、光軸方向のデプス：Ｘとして、次の式３で表される。
近軸曲率半径：Ｒ、光軸からの距離：Ｈ、円錐定数：Ｋ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、・・・、光軸方向のデプス：Ｘとして、次の式３で表される。
カップリングレンズ２の射出側面の係数を下記の表５に示す。
「アパーチュア」
アパーチュア３は、主走査方向の開口径：２．７６ｍｍ、副走査方向の開口径：２．３６ｍｍの「長方形形状の開口」を有し、カップリングレンズ２によりカップリングされた光ビームをビーム整形する。
アパーチュア３は、主走査方向の開口径：２．７６ｍｍ、副走査方向の開口径：２．３６ｍｍの「長方形形状の開口」を有し、カップリングレンズ２によりカップリングされた光ビームをビーム整形する。
「アナモフィック光学素子」
第１の光学素子であるアナモフィック光学素子４は、入射側面が「平面に形成された直線状の回折面」で、射出側面は「平面」を形成したものである。
アナモフィック光学素子４の入射面の回折面は、位相関数：ｗｉｎ
ｗｉｎ＝Ｃｚ・Ｚ２
で表されるものである。係数：Ｃｚは、
Ｃｚ＝−１．３２８７×１０−２
である。
第１の光学素子であるアナモフィック光学素子４は、入射側面が「平面に形成された直線状の回折面」で、射出側面は「平面」を形成したものである。
アナモフィック光学素子４の入射面の回折面は、位相関数：ｗｉｎ
ｗｉｎ＝Ｃｚ・Ｚ２
で表されるものである。係数：Ｃｚは、
Ｃｚ＝−１．３２８７×１０−２
である。
「光偏向器」
光偏向器のポリゴンミラー５は反射面数：６面で内接円半径：１３ｍｍのものである。
防音ガラスＧ１はガラス１を材質とし、厚さ：１．９ｍｍで、上記ｙ方向（図１の上下方向）からの傾き角：αは１２度である。
また、光源側から入射する光ビームの進行方向と、偏向反射面により「被走査面７における像高：０の位置へ向けて反射される光ビームの進行方向」のなす角：θは６８度である。
光偏向器のポリゴンミラー５は反射面数：６面で内接円半径：１３ｍｍのものである。
防音ガラスＧ１はガラス１を材質とし、厚さ：１．９ｍｍで、上記ｙ方向（図１の上下方向）からの傾き角：αは１２度である。
また、光源側から入射する光ビームの進行方向と、偏向反射面により「被走査面７における像高：０の位置へ向けて反射される光ビームの進行方向」のなす角：θは６８度である。
実施例１における、主走査方向及び副走査方向のビームウェスト位置の変動は、下記の表６のようになっている。
これに対し、もしカップリングレンズ２に回折面を採用しなければ、ビームウェスト位置の変動は、下記の表７のようになる。回折面の効果で、それぞれのビームウェスト位置変動が低減されていることがわかる。
次に、実施例１の回折面が加工誤差を有している場合について考察する。
例えば、実施例１のアナモフィック光学素子４の入射面側に採用されている「球面に形成された同心円状の回折面」の溝間隔は、光軸から離れるに従い徐々に短くなるが、この溝間隔は本実施例においては最小値としても１００μｍ程度である。これに対して２μｍ、４μｍ、６μｍの加工誤差を有したとする。この加工誤差はアナモフィック光学素子４のパワーを大きく変動させ、そのまま光走査装置に搭載させると光ビームの集光点は被走査面７から大きくずれてしまい、ビームスポット径が大きくなってしまう（図９にデフォーカスとビームスポット径との関係を示す）。このような光走査装置を特にカラー光プリンタなどに展開すると、色再現性が劣化し階調性が失われてしまう。しかし、この光ビームの集光点のずれは、全像高に亘ってほぼ同量であるから、このアナモフィック光学素子４を光軸方向に変移させれば吸収することができる。
例えば、実施例１のアナモフィック光学素子４の入射面側に採用されている「球面に形成された同心円状の回折面」の溝間隔は、光軸から離れるに従い徐々に短くなるが、この溝間隔は本実施例においては最小値としても１００μｍ程度である。これに対して２μｍ、４μｍ、６μｍの加工誤差を有したとする。この加工誤差はアナモフィック光学素子４のパワーを大きく変動させ、そのまま光走査装置に搭載させると光ビームの集光点は被走査面７から大きくずれてしまい、ビームスポット径が大きくなってしまう（図９にデフォーカスとビームスポット径との関係を示す）。このような光走査装置を特にカラー光プリンタなどに展開すると、色再現性が劣化し階調性が失われてしまう。しかし、この光ビームの集光点のずれは、全像高に亘ってほぼ同量であるから、このアナモフィック光学素子４を光軸方向に変移させれば吸収することができる。
図７はそれを示すための模式図である。図７の３００はアナモフィック光学素子、３０１はアナモフィック光学素子を固定するホルダーで、これは光走査装置のハウジングに設けられた突き当て基準ピン３０２とギア３０３によって不図示のバネで反対側から圧力を受けて位置決めされている。ホルダー３０１の側面にはギア３０３と接触する部分にギア３０４があり、ギア３０３と噛み合っている構成をしている。従って、ギア３０３を回転させるとそれに伴ってホルダー３０２が光軸方向に沿って稼動する。このような構成であれば、アナモフィック光学素子３００（４）を光軸方向に変移させることが可能であるので、アナモフィック光学素子に採用されている回折面が加工誤差を有している場合でも、所望のビームスポットを被走査面上に得ることができる。
もちろん、このようなメカニカルな機構ではなく、アナモフィック光学素子４を光走査装置に固定する際に調整を実施し、接着剤で固定するという方式もある。このようにすると調整機構がなくなり不要な部品を光走査装置内に残さない点で有利である。
尚、この方式の前提として、アナモフィック光学素子４に加工誤差があっても、所望の回折効果が得られなければならない。しかし、溝間隔に２μｍ、４μｍ、６μｍの加工誤差があったとしても、設計中央値と全くかわらない回折効果が期待できる。
尚、この方式の前提として、アナモフィック光学素子４に加工誤差があっても、所望の回折効果が得られなければならない。しかし、溝間隔に２μｍ、４μｍ、６μｍの加工誤差があったとしても、設計中央値と全くかわらない回折効果が期待できる。
図８（ａ），（ｂ）はそのことを示すものであるが、温度２５℃から１０℃、４５℃とアナモフィック光学素子の雰囲気温度が変化した場合に、アナモフィック光学素子の焦点距離変動が全く同じであることが理解できる。
［実施例２］
次に別の実施例について示す。光学系の各要素は以下の如くである。
「光源」
光源部１に用いる半導体レーザは設計上の発光波長：７８５ｎｍで、標準温度：２５℃に対して温度が１℃上昇すると、発光波長が０．２５ｎｍ、長波長側へずれる。モードホップは上記の如く０．８ｎｍの波長変化を想定している。
次に別の実施例について示す。光学系の各要素は以下の如くである。
「光源」
光源部１に用いる半導体レーザは設計上の発光波長：７８５ｎｍで、標準温度：２５℃に対して温度が１℃上昇すると、発光波長が０．２５ｎｍ、長波長側へずれる。モードホップは上記の如く０．８ｎｍの波長変化を想定している。
「カップリングレンズ」
カップリングレンズ２は、実施例１で述べたような回折面を有する樹脂製レンズであり、焦点距離：１２．５ｍｍで弱い発散性の光ビームに変換する機能を有するように配置される。カップリングレンズ２の片側の面には非球面が用いられ、カップリングされた光ビームの波面収差を非球面により十分に補正している。
カップリングレンズ２は、実施例１で述べたような回折面を有する樹脂製レンズであり、焦点距離：１２．５ｍｍで弱い発散性の光ビームに変換する機能を有するように配置される。カップリングレンズ２の片側の面には非球面が用いられ、カップリングされた光ビームの波面収差を非球面により十分に補正している。
半導体レーザ１とカップリングレンズ２とは、線膨張係数：５．０×１０−５の材質による保持部材（図２に示すＬＤベース１０１−１．１−１−２や、図４，５に示すＬＤベース２０１等）に固定的に保持されている。
カップリングレンズ２の入射面の回折面は、位相関数：ｗｉｎ
ｗｉｎ＝Ｃ０・ｒ２
で表されるものであり、ｒは、
ｒ２＝Ｙ２＋Ｚ２
であり、Ｙは光軸を原点とする主走査方向の座標、Ｚは光軸を原点とする副走査方向の座標で、係数：Ｃ０は、
Ｃ０＝５．４１５×１０−２
である。この回折部は、曲率半径−９．２３４２ｍｍの球面を構成している屈折部に形成される。そのため、出来上がった回折面は階段形状となる。
ｗｉｎ＝Ｃ０・ｒ２
で表されるものであり、ｒは、
ｒ２＝Ｙ２＋Ｚ２
であり、Ｙは光軸を原点とする主走査方向の座標、Ｚは光軸を原点とする副走査方向の座標で、係数：Ｃ０は、
Ｃ０＝５．４１５×１０−２
である。この回折部は、曲率半径−９．２３４２ｍｍの球面を構成している屈折部に形成される。そのため、出来上がった回折面は階段形状となる。
カップリングレンズ２の射出面の屈折面は、回転対称非球面であり、「前述の式３で与えられる非円弧形状」である。
カップリングレンズ２の射出側面の係数を下記の表８に示す。
カップリングレンズ２の射出側面の係数を下記の表８に示す。
「アパーチュア」
アパーチュア３は、主走査方向の開口径：２．７８ｍｍ、副走査方向の開口径：２．４ｍｍの「長方形形状の開口」を有し、カップリングレンズ２によりカップリングされた光ビームをビーム整形する。
アパーチュア３は、主走査方向の開口径：２．７８ｍｍ、副走査方向の開口径：２．４ｍｍの「長方形形状の開口」を有し、カップリングレンズ２によりカップリングされた光ビームをビーム整形する。
「アナモフィック光学素子」
アナモフィック光学素子４は、入射側面が「階段形状の直線状の回折面」で、射出側面は「シリンダー面」を形成したものである。
アナモフィック光学素子４の入射面の回折面は、位相関数：ｗｉｎ
ｗｉｎ＝ＣＺ・ｒ２
で表されるものであり、ｒは、
ｒ２＝Ｙ２＋Ｚ２
であり、Ｙは光軸を原点とする主走査方向の座標、Ｚは光軸を原点とする副走査方向の座標で、係数：Ｃｚは、
Ｃｚ＝２．８２９×１０−２
である。この回折部は、曲率半径１７．６７５ｍｍのシリンダー面を構成している屈折部に形成される。そのため、出来上がった回折面は階段形状となる。また、射出面の屈折面は、曲率半径１９．７２３ｍｍのシリンダー面である。
アナモフィック光学素子４は、入射側面が「階段形状の直線状の回折面」で、射出側面は「シリンダー面」を形成したものである。
アナモフィック光学素子４の入射面の回折面は、位相関数：ｗｉｎ
ｗｉｎ＝ＣＺ・ｒ２
で表されるものであり、ｒは、
ｒ２＝Ｙ２＋Ｚ２
であり、Ｙは光軸を原点とする主走査方向の座標、Ｚは光軸を原点とする副走査方向の座標で、係数：Ｃｚは、
Ｃｚ＝２．８２９×１０−２
である。この回折部は、曲率半径１７．６７５ｍｍのシリンダー面を構成している屈折部に形成される。そのため、出来上がった回折面は階段形状となる。また、射出面の屈折面は、曲率半径１９．７２３ｍｍのシリンダー面である。
「光偏向器」
光偏向器のポリゴンミラー５は反射面数：６面で内接円半径：１３ｍｍのものである。防音ガラスＧ１はガラス１を材質とし、厚さ：１．９ｍｍで、上記ｙ方向（図の上下方向）からの傾き角：αは１２度である。
また、光源側から入射する光ビームの進行方向と、偏向反射面により「被走査面８における像高：０の位置へ向けて反射される光ビームの進行方向」のなす角：θは６８度である。
光偏向器のポリゴンミラー５は反射面数：６面で内接円半径：１３ｍｍのものである。防音ガラスＧ１はガラス１を材質とし、厚さ：１．９ｍｍで、上記ｙ方向（図の上下方向）からの傾き角：αは１２度である。
また、光源側から入射する光ビームの進行方向と、偏向反射面により「被走査面８における像高：０の位置へ向けて反射される光ビームの進行方向」のなす角：θは６８度である。
この実施例２における、主走査方向及び副走査方向のビームウェスト位置変動は、下記の表９のようになっている。回折面の効果で、それぞれのビームウェスト位置変動が低減されていることがわかる。
［実施例３］
図１０は、画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。この画像形成装置は「タンデム型のフルカラー光プリンタ」である。
図１０において、装置下部側には、水平方向に配設された給紙カセット６０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４１が設けられている。この搬送ベルト４１は複数のローラ４２，４３に張架されており、搬送ベルト４１の上部には、像担持体であるイエロー（Ｙ）用の感光体７Ｙ、マゼンタ（Ｍ）用の感光体７Ｍ、シアン（Ｃ）用の感光体７Ｃ、及びブラック（Ｋ）用の感光体７Ｋが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、符号中の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。
図１０は、画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。この画像形成装置は「タンデム型のフルカラー光プリンタ」である。
図１０において、装置下部側には、水平方向に配設された給紙カセット６０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４１が設けられている。この搬送ベルト４１は複数のローラ４２，４３に張架されており、搬送ベルト４１の上部には、像担持体であるイエロー（Ｙ）用の感光体７Ｙ、マゼンタ（Ｍ）用の感光体７Ｍ、シアン（Ｃ）用の感光体７Ｃ、及びブラック（Ｋ）用の感光体７Ｋが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、符号中の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７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ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画像形成を行うプロセス部材が順に配設されている。イエロー用の感光体３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ１０Ｙ、光走査装置２０Ｙ、現像装置３０Ｙ、転写チャージャ４０Ｙ、クリーニング装置５０Ｙ等が順に配設されている。他の感光体７Ｍ、７Ｃ、７Ｋについても同様である。
即ち、この画像形成装置は、感光体７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋが１対１の対応関係で設けられている。
即ち、この画像形成装置は、感光体７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ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、あるいは特許文献２等により提案されている、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６を、感光体７Ｍと７Ｙの光走査に共用するとともに、感光体７Ｋ、７Ｃ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４１の周囲には、感光体７Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ６２と、ベルト帯電チャージャ４４が設けられ、感光体７Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ４５、除電チャージャ４６、ベルトクリーニング装置４７等が設けられている。ベルト分離チャージャ４５よりも搬送方向下流側には定着装置６３が設けられ、排紙トレイ６５に向けて排紙ローラ６４で結ばれている。
このような構成の画像形成装置において、例えば、フルカラーモード時であれば、各感光体７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋに対し、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の画像信号に基づき各光走査装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋによる光走査で静電潜像が形成される。これら静電潜像は対応する現像装置３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの各色のトナーで現像されてトナー画像となり、搬送ベルト４１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る。この転写紙上に重ね合わせて転写された４色のトナー画像は、定着装置６３によりフルカラー画像として定着され、定着後の転写紙は、排紙ローラ６４で排紙トレイ６５上に排紙される。
以上のような構成、動作の画像形成装置に、実施例１や実施例２で説明した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、高精細な印字に適した画像形成装置をコンパクトで且つ安価に実現することができる。
１：光源部
１−１，１−２：光源（半導体レーザ）
２，２−１，２−２：カップリングレンズ（カップリング光学素子）
３，３−１，３−２：アパーチュア
４：アナモフィック光学素子（第１の光学素子）
５：ポリゴンミラー（光偏向器）
６：走査レンズ（第２の光学素子）
７：被走査面
７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ：感光体（像担持体）
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ：帯電チャージャ
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ：光走査装置
３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ：現像装置
４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋ：転写チャージャ
４１：搬送ベルト
４２，４３：ローラ
４４：ベルト帯電チャージャ
４５：ベルト分離チャージャ
４６：除電チャージャ
４７：ベルトクリーニング装置
５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ：クリーニング装置
６０：給紙カセット
６１：給紙ローラ
６２：レジストローラ
６３：定着装置
６４：排紙ローラ
６５：排紙トレイ
１０１−１，１０１−２：ＬＤベース（保持部材）
１０２：フランジ
１０３：ビーム合成プリズム
１０３ａ：偏光分離膜
１０３ｂ：１／２波長板
１０４：ホルダ
２０１：ＬＤベース
２０２：ホルダ
２０３：ネジ
２０４：ハウジングのフレーム
Ｇ１：防音ガラス
Ｇ２：防塵ガラス
１−１，１−２：光源（半導体レーザ）
２，２−１，２−２：カップリングレンズ（カップリング光学素子）
３，３−１，３−２：アパーチュア
４：アナモフィック光学素子（第１の光学素子）
５：ポリゴンミラー（光偏向器）
６：走査レンズ（第２の光学素子）
７：被走査面
７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ：感光体（像担持体）
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ：帯電チャージャ
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ：光走査装置
３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ：現像装置
４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋ：転写チャージャ
４１：搬送ベルト
４２，４３：ローラ
４４：ベルト帯電チャージャ
４５：ベルト分離チャージャ
４６：除電チャージャ
４７：ベルトクリーニング装置
５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ：クリーニング装置
６０：給紙カセット
６１：給紙ローラ
６２：レジストローラ
６３：定着装置
６４：排紙ローラ
６５：排紙トレイ
１０１−１，１０１−２：ＬＤベース（保持部材）
１０２：フランジ
１０３：ビーム合成プリズム
１０３ａ：偏光分離膜
１０３ｂ：１／２波長板
１０４：ホルダ
２０１：ＬＤベース
２０２：ホルダ
２０３：ネジ
２０４：ハウジングのフレーム
Ｇ１：防音ガラス
Ｇ２：防塵ガラス
Claims (14)
- 複数の発光部からの光ビームを光偏向器に導光する第１の光学素子と、
前記光偏向器により偏向された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、前記被走査面を光走査する第２の光学素子と、
を備えた光走査装置において、
前記第１、第２の光学素子の１以上は樹脂製レンズを含み、
該樹脂製レンズの少なくとも１つは回折面を有しており、
前記回折面の少なくとも１つの面形状は、回折部のパワーと屈折部のパワーが相殺するように設定されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１記載の光走査装置において、
前記回折面の面形状は、階段構造でかつほぼノンパワーとなっていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１または２記載の光走査装置において、
前記回折面は、発光部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とするように設定されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記回折面は前記第１の光学素子に採用されており、線対称な階段構造であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項４記載の光走査装置において、
前記第１の光学素子は、主走査方向にノンパワーであり、副走査方向に正のパワーを有するレンズであることを特徴とする光走査装置。 - 請求項４または５記載の光走査装置において、
前記第１の光学素子は、射出面側に回折面を有していることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記第１の光学素子は、光軸方向に沿って調整可能であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記複数の発光部は、１つの半導体レーザに複数の発光部を有する半導体レーザアレイであり、該半導体レーザアレイに対応して設けられたカップリング用光学素子としてのガラス製のカップリングレンズを有していることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記複数の発光部は、複数の半導体レーザを組み合わせて構成されており、該半導体レーザの各々に対応して設けられたカップリング用光学素子としての樹脂製カップリングレンズを有しており、更に該カップリングレンズの少なくとも１面は回折面を有していることを特徴とする光走査装置。 - 請求項９記載の光走査装置において、
前記カップリングレンズの回折面は、回転対称な階段構造であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１０記載の光走査装置において、
前記カップリング用光学素子は、入射面側に回折面を有していることを特徴とする光走査装置。 - 請求項１０または１１記載の光走査装置において、
前記カップリング用光学素子の回折面と反対側の面は、回転対称な非球面であることを特徴とする光走査装置。 - 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、該潜像を現像手段で可視像化して画像を得る画像形成装置において、
前記像担持体の光走査を行う光走査手段として、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 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、該潜像を現像手段で可視像化して画像を得る画像形成部を１以上有する画像形成装置において、
前記像担持体の光走査を行う光走査手段として、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光走査装置を１以上用いたことを特徴とする画像形成装置。
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| JPH1068903A (ja) * | 1996-08-28 | 1998-03-10 | Canon Inc | 走査光学装置 |
| JP2005258392A (ja) * | 2004-02-12 | 2005-09-22 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置及び画像形成装置 |
| JP2006098737A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置および画像形成装置 |
| JP2006154701A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-06-15 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置および画像形成装置 |
-
2006
- 2006-07-28 JP JP2006206680A patent/JP5332087B2/ja active Active
Patent Citations (4)
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