JP2009063940A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行う。
【解決手段】光源１４、偏向器前光学系、ポリゴンミラー１３、及び走査光学系を備え、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラーとから構成されており、カップリングレンズ１５には、主走査方向に対応する方向に関しては、温度変化に起因する結像位置のずれを補正する効果を、副走査方向に対応する方向に関しては、波長変化に起因する結像位置のずれを補正する効果を、それぞれ有する回折面が形成されている。これにより、加工の容易性及び低コストを確保しつつ光学性能を向上させることができる。従って、高コスト化を招くことなく、安定した光走査が可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光束により被走査面を走査する光走査装置及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

近年、光プリンタ装置、デジタル複写機、及び光プロッタ等の画像形成装置には、低価格化とともに、温度変化に対する高い安定性が求められている。また、これらの画像形成装置は、光源からの光束により被走査面を走査する光走査装置を備えている。

光走査装置への回折レンズの利用は、少ない部品点数で高機能、多機能を実現できるため、光学特性の高精度化はもとより光走査装置の小型化にも大きな効果をもたらすことが予想される。

例えば、特許文献１には、半導体レーザからの光ビームをカップリングレンズにより所望のビーム形態の光ビームに変換した後、アナモフィック光学素子を介して光偏向器に導光し、光偏向器により偏向された光ビームを、走査光学系により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光走査装置であって、走査光学系は１以上の樹脂製レンズを含み、アナモフィック光学素子は、片面がアナモフィックな屈折面で、他方の面が主走査方向の軸を持つ楕円形状のパワー回折面を有するアナモフィックな樹脂製レンズであり、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、パワー回折面のパワーを設定した光走査装置が開示されている。

また、特許文献２には、レーザ光を発するレーザ光源と、入射してきたレーザ光を主走査方向に偏向させる偏向器と、レーザ光源から射出されたレーザ光を主走査方向についてはほぼ平行光にし、副走査方向については偏向器の偏向面近傍で集光させる光源光学系と、偏向器により偏向されたレーザ光を再び集光させる走査光学系と、を備えるレーザ走査装置であって、光源光学系が樹脂で構成された１つの光学素子から成り、その光学素子が、回転対称軸を持たない少なくとも１面の反射面と、２面の透過面（２面とも回折面であり、それら２面の回折面において波長変化時の回折角の変化が互いに逆方向となるように構成されている。）と、を有するレーザ走査装置が開示されている。

特開２００６−１５４７０１号公報 特開２００２−２８７０６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている光走査装置では、主走査方向と副走査方向の位相差関数の係数の比は１：９に及んでおり、非常に扁平率の高い楕円形状であり、加工が難しくコストアップを招くという不都合があった。

また、特許文献２に開示されているレーザ走査装置では、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、製造が容易ではなく、高コスト化を招くという不都合があった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、光源と；前記光源からの光束の光路上に配置され、少なくとも１つの回折光学素子を含む偏向器前光学系と；前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と；前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と；を備え、前記少なくとも１つの回折光学素子は、マルチステップ状の回折面を有し、主走査方向に対応する方向の段数と副走査方向に対応する方向の段数とが異なることを特徴とする光走査装置である。

これによれば、偏向器前光学系が少なくとも１つの回折光学素子を含み、該少なくとも１つの回折光学素子は、主走査方向に対応する方向の段数と副走査方向に対応する方向の段数とが異なるマルチステップ状の回折面を有している。この場合には、加工の容易性及び低コストを確保しつつ光学性能を向上させることができる。

本発明は、第２の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１５に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングブレード１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。

通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した外部機器との双方向の通信を制御する。

感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、図１における矢印方向に回転するようになっている。

帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングブレード１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。

帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。

光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。

現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。

この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングブレード１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。

次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。

この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、反射ミラー１８、ポリゴンミラー１３、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、及び走査制御装置（図示省略）などを備えている。そして、これらは、ハウジング３０の中の所定位置に組み付けられている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、感光体ドラム１０３０の長手方向に沿った方向をＹ軸方向、各走査レンズ（１１ａ、１１ｂ）の光軸に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

光源１４とカップリングレンズ１５は、一体化され、光源ユニットを形成しても良い。

図３には、光源ユニットの第１の実施例が示されている。ここでは、光源１４は、２つの半導体レーザ（４０３、４０４）を有している。また、カップリングレンズ１５は、２つのコリメートレンズ（４０８、４０９）からなっている。

各半導体レーザは、各々ベース部材４０５の裏側に形成された不図示の２つの嵌合孔に個別に嵌合されている。各嵌合孔は、主走査方向に対応する方向に所定角度（ここでは約１．５°）微小に傾斜している。そして、各嵌合孔に嵌合された各半導体レーザも主走査方向に対応する方向に所定角度（ここでは約１．５°）傾斜している。また、各半導体レーザの円筒状のヒートシンク部（４０３−１、４０４−１）には、切り欠きが形成されている。そこで、押え部材（４０６、４０７）の中心丸孔に形成された突起（４０６−１、４０７−１）を上記ヒートシンク部の切り欠き部に合わせることによって発光源の配列方向が合わせられている。押え部材（４０６、４０７）はベース部材４０５にその背面側からネジ４１２で固定されることにより、各半導体レーザがベース部材４０５に固定されている。また、コリメートレンズ（４０８、４０９）は各々その外周をベース部材４０５の半円状の取り付けガイド面（４０５−４，４０５−５）に沿わせて光軸方向の調整を行い、発光点から射出した発散ビームが平行光束となるよう位置決めされ接着されている。

なお、本第１の実施例では、各々の半導体レーザからの光線が主走査面内で交差するように設定するため、光線方向に沿って各嵌合孔及び半円状の取り付けガイド面（４０５−４，４０５−５）を傾けて形成している。ベース部材４０５の円筒状係合部４０５−３をホルダ部材４１０に係合し、ネジ４１３を貫通孔４１０−２に通してネジ孔（４０５−６、４０５−７）に螺合することによって、ベース部材４０５がホルダ部材４１０に固定され、光源ユニットを構成している。

上記光源ユニットのホルダ部材４１０は、その円筒部４１０−１が光学ハウジングの取り付け壁４１１に設けた基準孔４１１−１に嵌合され、取り付け壁４１１の表側よりスプリング６１１を挿入してストッパ部材６１２を円筒部突起４１０−３に係合することで、取り付け壁４１１の裏側に密着して保持され、これによって上記光源ユニットが保持されている。スプリング６１１の一端を取り付け壁４１１の突起４１１−２に引っ掛け、スプリング６１１の他端を光源ユニットに引っ掛けることで、光源ユニットに円筒部中心を回転軸とした回転力を発生している。この光源ユニットの回転力を係止するように設けた調節ネジ６１３を具備していて、この調節ネジ６１３により、光軸の周りであるθ方向にユニット全体を回転しピッチを調節することができるように構成されている。光源ユニットの前方には開口部材４１５が配置され、開口部材４１５には半導体レーザ毎に対応したスリットが設けられ、光学ハウジングに取り付けられて光ビームの射出径を規定するように構成されている。

図４（Ａ）には、光源ユニットの第２の実施例が示されている。ここでは、光源１４は、４個の発光源を持つ半導体レーザ７０３を有し、カップリングレンズ１５は、コリメートレンズ７０８となっている。半導体レーザ７０３からの各光ビームは、ビーム合成手段を用いて合成するように構成されている。符号７０６は押え部材、符号７０５はベース部材、符号７１０はホルダ部材をそれぞれ示している。この第２の実施例では光源としての半導体レーザ７０３は１個であり、これに応じて押え部材７０６が１個である点が上記第１の実施例と異なっており、他の構成は基本的に同じである。

図４（Ｂ）には、光源ユニットの第３の実施例の特徴部が示されている。これは、上記第２の実施例に準じる構成のものであって、ここでは、光源１４は、４個の発光源を持つ半導体レーザアレイ８０１を有している。半導体レーザアレイ８０１からの光ビームは、ビーム合成手段を用いて合成される。基本的な構成要素は上記第１の実施例及び第２の実施例と同様であり、ここでは説明を省略する。

また、光源１４は、一例として図５に示されるように、４０個の発光部が１つの基板上に形成された２次元アレイ１００を有していても良い。図５におけるＭ方向は主走査方向に対応する方向（ここでは、Ｙ軸方向と同じ）であり、Ｓ方向は副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）である。また、Ｔ方向はＭ方向からＳ方向に向かって傾斜角α（０°＜α＜９０°）をなす方向である。なお、Ｌｍ＞Ｌｓである。

この２次元アレイ１００は、Ｔ方向に沿って１０個の発光部が等間隔に配置された発光部列を４列有している。そして、これら４列の発光部列は、Ｓ方向に等間隔に配置されている。すなわち、４０個の発光部は、Ｔ方向とＳ方向とにそれぞれ沿って２次元的に配列されている。ここでは、便宜上、各発光部列は、図５における紙面の上から下に向かって、第１発光部列、第２発光部列、第３発光部列、第４発光部列という。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。

また、各発光部は、設計上の発振波長が６５５ｎｍの垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、２次元アレイ１００は、４０個の発光部を有する面発光レーザアレイである。

以下では、光源１４は、２次元アレイ１００を有し、カップリングレンズ１５は、１つのカップリングレンズであるものとして説明する。そこで、カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光とする。

ここでは、カップリングレンズ１５は、焦点距離が１５ｍｍのガラス製のレンズである。このガラスは、一例として、基準温度（２５℃）において、６５５ｎｍの光に対する屈折率が１．５８０２０５、温度が基準温度から２０℃上昇したときの６５５ｎｍの光に対する屈折率が１．５８０２８１、線膨張係数が７．０×１０^−６／Ｋの物性を有するガラスである。

このカップリングレンズ１５は、射出面に屈折面が用いられている（図６参照）。この屈折面は、曲率半径が８．７ｍｍの回転対称の非球面形状を有している。

また、カップリングレンズ１５は、入射面に回折面が用いられている（図６参照）。そして、この回折面は、一例として図７に示されるように、回折効果を有する面（以下、便宜上「第１の面」ともいう）と屈折効果を有する面（以下、便宜上「第２の面」ともいう）とが合成された面であり、前記第１の面のパワーと前記第２の面のパワーは互いに相殺されるように設定されている。従って、カップリングレンズ１５の回折面は、主走査方向に対応する方向（ここでは、Ｙ軸方向）及び副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）ともにノンパワーとなる。

前記第１の面は、光軸と垂直な面（ここでは、ＹＺ平面）における光軸からの距離をＲとおくと、この第１の面の位相関数φ（Ｒ）は、次の（１）式で示される。なお、光軸上の点をＲ＝０とする。

φ（Ｒ）＝Ｃｙ・Ｙ^２ ＋ Ｃｚ・Ｚ^２ ……（１）

ここでは、Ｃｙ＝−８．２８８６４×１０^−４、Ｃｚ＝−３．６２６２８×１０^−３である。

すなわち、扁平率（Ｃｙ／Ｃｚ）は４．３８であり、加工の容易性及び低コストを確保しつつ光学性能を向上させることができる。なお、扁平率（Ｃｙ／Ｃｚ）が３より小さくなると、波長変化に起因する結像位置のずれ補正が不足し、扁平率（Ｃｙ／Ｃｚ）が５．５より大きくなると、加工が困難となり高コスト化を招くこととなる。そこで、扁平率は、３＜（Ｃｙ／Ｃｚ）＜５．５を満足することが望ましい。

前記第２の面は、主走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒｙ）及び副走査方向に対応する方向の曲率半径（Ｒｚ）が互いに異なる放物面形状である。ここでは、一例として、Ｒｙ＝−３５０ｍｍ、Ｒｚ＝−８０ｍｍとしている。

そこで、カップリングレンズ１５の回折面における複数の回折溝は、光軸を中心とする楕円状で階段状となる（図６参照）。すなわち、カップリングレンズ１５の回折面には、複数の回折溝がマルチステップ状に形成されている。

具体的には、マルチステップ状における段差は１．１２９μｍである。そして、主走査方向に対応する方向に関しては、最小ピッチ（最外輪帯）は１３１．１μｍ、段数は１１段であり、副走査方向に対応する方向に関しては、最小ピッチ（最外輪帯）は３０．２μｍ、段数は４９段である。

ところで、回折面を、屈折面の面形状を適切な段差及びピッチで折り返した形状とすると、レンズの周辺部に向かってピッチが徐々に小さくなるため、回折面を成形するための金型の製作が難しい。しかしながら、互いに反対のパワーを有する第１の面と第２の面とを合成して回折面を作成すると、回折面における折返し部分が鈍角となり、金型製作に有利となる。特に、本実施形態のように、回折面の面形状をマルチステップ状にすると、上記折返し部分の角度が直角となり、光軸に対称な階段状の形状となり、金型製作上の簡便性が更に向上する。

また、本実施形態では、主走査方向に対応する方向に関しては、温度変化に起因する結像位置のずれを補正する効果を、副走査方向に対応する方向に関しては、波長変化に起因する結像位置のずれを補正する効果をもたせている。これにより、副走査方向に対応する方向の回折面に必要な段数を大幅に低減している。

本実施形態のように画像形成装置に用いられる走査光学系では、通常、主走査方向に対応する方向と副走査方向に対応する方向とで光学系の倍率が異なるアナモフィック光学系としている。このため、回折光学素子で温度変化に起因する結像位置のずれ補正を行おうとする場合は、主走査方向に対応する方向と副走査方向に対応する方向とで必要な回折パワーが異なる。

図８には、基板の直径が６ｍｍのときの、基板の曲率半径と段数との関係が示されている。このように基板の曲率半径が小さくなるにつれて指数的に段数が増加する。ここでの基板の曲率半径は、前記第２の面の曲率半径に相当する。

図９には、主走査方向に対応する方向に関する、基板の曲率半径と温度変化（２５℃→４５℃）に起因する結像位置のずれ量との関係が示されている。なお、回折面がないときの結像位置のずれ量を１としている。基板の曲率半径が３５０ｍｍのときに、温度変化に起因する結像位置のずれが良好に補正されている。このときの段数は、約１１段である。

図１０には、副走査方向に対応する方向に関する、基板の曲率半径と温度変化（２５℃→４５℃）に起因する結像位置のずれ量との関係が示されている。なお、回折面がないときの結像位置のずれ量を１としている。基板の曲率半径が９ｍｍのときに、温度変化に起因する結像位置のずれが良好に補正されている。このときの段数は、約５００段である。

このように、温度変化に起因する結像位置のずれ補正に必要な段数は、主走査方向に対応する方向では約１１段であるが、副走査方向に対応する方向では約５００段となる。これは、加工が困難を極め、光走査装置の高コスト化を引き起こすこととなる。

ところで、近年の画像形成装置に対する高速・高密度化の要求に応じるため、複数の発光部を有するマルチビーム光源を用いることが提案されている。しかしながら、発光部の数が多くなると、発光部間の波長のばらつきにより結像位置がビーム間で異なり、画像劣化を引き起こすおそれがあった。

特に、ＶＣＳＥＬでは４０ビームを超えるものも存在し、波長のばらつきによる結像位置のずれが無視できなくなってきている。

図１１には、副走査方向に対応する方向に関する、基板の曲率半径と波長変化（６５５ｎｍ→６６５ｎｍ）に起因する結像位置のずれ量との関係が示されている。なお、回折面がないときの結像位置のずれ量を１としている。基板の曲率半径が８０ｍｍのときに、波長変化に起因する結像位置のずれが良好に補正されている。このときの段数は、約５０段である。

そこで、本実施形態では、回折格子による補正の目的を、主走査方向に対応する方向に関しては温度変化に起因する結像位置のずれ補正とし、副走査方向に対応する方向に関しては波長変化に起因する結像位置のずれ補正とすることで、副走査方向に対応する方向に必要な段数を約５０段に低減した。この場合には、主走査方向に対応する方向の段数と副走査方向に対応する方向の段数の比は１：５程度であり、十分に加工が可能となる。これにより、加工上の難易度と光学性能とコスト面とをバランスさせることができる。すなわち、加工の容易性及び低コストを確保しつつ光学性能を向上させることができる。

これにより、加工上の課題を解決し、かつ高画質化をもたらすことが可能となる。

図２に戻り、開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１７は、開口板１６の開口部を通過した光束を、反射ミラー１８を介してポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍に副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関して結像する。シリンドリカルレンズ１７は、ガラス製であり、基準温度（２５℃）において６５５ｎｍの光に対する屈折率が１．５１４４、線膨張係数が７．５×１０^−６／Ｋの物性を有する。

シリンドリカルレンズ１７の入射面は、副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）の近軸曲率半径が３６．１ｍｍのシリンドリカル面である。

光源１４とポリゴンミラー１３との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。

反射ミラー１８とポリゴンミラー１３との間、及びポリゴンミラー１３と偏向器側走査レンズ１１ａとの間には、防音ガラス２１が配置されている。

ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が１８ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に平行な軸の周りを等速回転しながら、反射ミラー１８からの光束を偏向する。

偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。

像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。

ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。

ポリゴンミラー１３で偏向された光束は、走査光学系によって感光体ドラム１０３０の表面上に集光される。感光体ドラム１０３０の表面上の光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って、Ｙ軸方向に移動する。

また、像面側走査レンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０との間には、防塵ガラス２２（図２参照）が配置されている。

各走査レンズは、いずれも樹脂製のレンズであり、温度変化による膨張収縮量はガラス製のレンズより大きい。しかし、射出成形により作られるため、面形状の自由度が高く特殊面を用いることが可能である。近年の高画質な画像形成装置に対応した走査光学系には必須である。基準温度（２５℃）において、６５５ｎｍの光に対する屈折率は１．５２７３である。

偏向器側走査レンズ１１ａの入射面（第１面）及び像面側走査レンズ１１ｂの各面（第３面、第４面）は、それぞれ特殊トロイダル面である。各特殊トロイダル面は、主走査方向に対応する方向のレンズ高さに応じて、副走査方向に対応する方向の曲率が変化する面であり、次の（１）式及び（２）式により表現される。

ここで、Ｘは光軸方向のデプス、Ｒ_ｍは主走査方向に対応する方向（ここでは、Ｙ軸方向）の近軸曲率半径、Ｒ_ｓは副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）の近軸曲率半径、Ｙは光軸からの主走査方向に対応する方向の距離、Ｚは光軸からの副走査方向に対応する方向の距離、Ｋは円錐定数、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、…はいずれも係数である。

偏向器側走査レンズ１１ａの入射面（第１面）における各値が図１２に示されている。

像面側走査レンズ１１ｂの入射面（第３面）及び射出面（第４面）における各値が図１３に示されている。

また、偏向器側走査レンズ１１ａの射出面（第２面）は、回転対称の非球面である。ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をＣ、光軸からの高さをＨとするとき、次の（３）式により表現される。

偏向器側走査レンズ１１ａの射出面（第２面）における各値が図１２に示されている。

ところで、ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。また、走査光学系の副走査方向に関する横倍率は−０．９８７９倍である。

なお、感光体ドラム１０３０における有効走査領域の長さ（主走査方向の書込み幅）は３２０ｍｍである。また、半画角は３６．１度である。

ところで、上記各光学素子の位置関係が図１４に示されている。そして、図１４における符号ｄ１〜ｄ１０の具体的な値（単位ｍｍ）の一例が図１５に示されている。

また、反射ミラー１８からポリゴンミラー１３への光束の入射方向と、ポリゴンミラー１３の偏向反射面により感光体ドラム１０３０の表面における像高０の位置（図１４における符号ｐ０の位置）へ向けて反射される光束の進行方向とのなす角（図１４におけるθｒ）は５８．０度である。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源１４、偏向器前光学系、ポリゴンミラー１３、及び走査光学系を備え、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されており、カップリングレンズ１５には、主走査方向に対応する方向に関して、温度変化に起因する結像位置のずれを補正する効果を、副走査方向に対応する方向に関して、波長変化に起因する結像位置のずれを補正する効果を、それぞれ有する回折面が形成されている。これにより、加工の容易性及び低コストを確保しつつ光学性能を向上させることができる。従って、高コスト化を招くことなく、安定した光走査が可能となる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

また、上記実施形態では、光源１４が４０個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態において、前記２次元アレイ１００に代えて、複数の発光部が１次元配列された１次元アレイを用いても良い。

なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

また、多色のカラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。

例えば、図１６に示されるように、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機１５００であっても良い。このタンデムカラー機１５００は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置１０１０Ａと、転写ベルト１５８０と、定着手段１５３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図１６中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置１０１０Ａにより光が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成される。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段１５３０により記録紙に画像が定着される。

光走査装置１０１０Ａは、ポリゴンミラーと、ブラック用の光源、偏向器前光学系及び走査光学系と、シアン用の光源、偏向器前光学系及び走査光学系と、マゼンタ用の光源、偏向器前光学系及び走査光学系と、イエロー用の光源、偏向器前光学系及び走査光学系と、を備えている。各偏向器前光学系は、前記光走査装置１０１０の偏向器前光学系と同様の偏向器前光学系である。

そして、各光源からの光束は、偏向器前光学系を介してポリゴンミラーで偏向された後、対応する走査光学系を介して対応する感光体ドラム表面で集光される。

光走査装置１０１０Ａの各偏向器前光学系は、いずれも回折レンズを含み、該回折レンズには、主走査方向に対応する方向については温度変化による結像位置ずれを補正する効果を、副走査方向に対応する方向については波長変化による結像位置ずれを補正する効果を、それぞれもつ回折面が形成されている。従って、高コスト化を招くことなく、安定した光走査が可能となる。

タンデムカラー機１５００は、光走査装置１０１０Ａを備えているため、高コスト化を招くことなく、出力画像のドット径の変動を抑えることができ、ドット径の揃った高画質な画像を提供することが可能となる。すなわち、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することができる。

以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成するのに適している。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置を示す概略図である。 光源ユニットの第１の実施例を説明するための図である。 図４（Ａ）は光源ユニットの第２の実施例を説明するための図であり、図４（Ｂ）は光源ユニットの第３の実施例を説明するための図である。 図２における光源に含まれるＶＣＳＥＬの２次元アレイを説明するための図である。 図２におけるカップリングレンズを説明するための図である。 図２におけるカップリングレンズの回折面を説明するための図である。 マルチステップ状の回折面における基板の曲率半径と段数との関係を説明するための図である。 主走査方向に対応する方向に関する、基板の曲率半径と温度変化による結像位置ずれ量との関係を説明するための図である。 副走査方向に対応する方向に関する、基板の曲率半径と温度変化による結像位置ずれ量との関係を説明するための図である。 副走査方向に対応する方向に関する、基板の曲率半径と波長変化による結像位置ずれ量との関係を説明するための図である。 図２における偏向器側走査レンズの光学面形状を説明するための図である。 図２における像面側走査レンズの光学面形状を説明するための図である。 図２の光走査装置における主要な光学素子の位置関係を説明するための図である。 図１４における具体例を説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を示す図である。

符号の説明

１１ａ…偏向器側走査レンズ（走査光学系の一部）、１１ｂ…像面側走査レンズ（走査光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源、１５…カップリングレンズ（回折光学素子）、１６…開口板（偏向器前光学系の一部）、１７…シリンドリカルレンズ（偏向器前光学系の一部）、１００…２次元アレイ（面発光レーザ）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１０Ａ…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、１５００…タンデムカラー機（画像形成装置）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

Claims (10)

1. 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   光源と；
   前記光源からの光束の光路上に配置され、少なくとも１つの回折光学素子を含む偏向器前光学系と；
   前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と；
   前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と；を備え、
   前記少なくとも１つの回折光学素子は、マルチステップ状の回折面を有し、主走査方向に対応する方向の段数と副走査方向に対応する方向の段数とが異なることを特徴とする光走査装置。
2. 前記主走査方向に対応する方向の段数は、前記副走査方向に対応する方向の段数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記少なくとも１つの回折光学素子は、温度変化に起因する結像位置の主走査方向に対応する方向における変化を抑制するとともに、波長変化に起因する結像位置の副走査方向に対応する方向における変化を抑制することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記回折面は、回折効果を有する第１の面と屈折効果を有する第２の面とが合成された面であり、前記第１の面のパワーと前記第２の面のパワーは互いに相殺されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記偏向器前光学系は、前記光源からの光束が入射するカップリング光学系と、該カップリング光学系からの光束を前記偏向器に導く線像形成光学系とを有し、
   前記カップリング光学系が前記少なくとも１つの回折光学素子を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記少なくとも１つの回折光学素子は、ガラス製であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記光源は、複数の発光部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 前記光源は、前記複数の発光部を有する垂直共振器型の面発光レーザアレイを含むことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 少なくとも１つの像担持体と；
   前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも１つの請求項１〜８のいずれか一項に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
10. 前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。

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