JP2010096957A - 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 走査範囲の全領域において偏向面と被走査面を共役関係にしたときに結像光学系に入射する光束の光線高さがずれて、光束のスポット形状がくずれるのを効果的に抑えることができ良好な画像形成ができる走査光学装置を得ること。
【解決手段】 光源手段と、
前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
前記回転多面鏡で偏向走査された光束を被走査面上に結像するとともに副走査断面において回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする１枚以上の結像レンズからなる結像光学系と、
を有する走査光学装置において、
前記結像光学系の少なくとも１つの結像レンズは副走査断面の面が非球面形状で、
保持部材に移動可能に保持されていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は走査光学装置およびそれを用いた画像形成装置に関し、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。
従来より電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）用の走査光学装置が種々と提案されている（特許文献１参照）。
図８は従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図９は図８の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
図８、図９において、１は光源手段であり、１つの発光部（発光点）から構成される半導体レーザより成っている。
同図において光源手段１から射出した光束は開口絞り３で整形され、コリメータレンズ２によって平行光束とされ、シリンドリカルレンズ４によって副走査方向にのみ収束される。
そしてシリンドリカルレンズ４によって副走査方向にのみ収束された光束は、偏向手段である光偏向器（回転多面鏡）５の偏向面５ａ又はその近傍において主走査方向に長く延びた焦線状（線状）に結像される。
コリメータレンズ２とシリンドリカルレンズ４の各要素は入射光学系ＬＡの一要素を構成している。
さらに図中矢印５ｂ方向に一定角速度で回転している回転多面鏡５によって偏向走査された光束は、結像光学系６を構成する結像レンズ６ａによって感光ドラム等から成る被走査面７上にスポット状に集光される。そして被走査面７上をスポット状の光束で矢印７ｂ方向に一定速度で走査する。
回転多面鏡５を構成する複数の偏向面５ａは主走査方向に対して垂直な角度で形成される。しかしながらが、加工誤差等によって副走査方向に倒れを生じると、それによって被走査面７上に結像するスポットが副走査方向に変動してしまう。
それを補正する為に、結像光学系６として、副走査断面内において偏向面５ａ近傍と被走査面７とを共役な関係とする、アナモフィック系より成る所謂面倒れ補正光学系を用いている。このような面倒れ補正光学系を用いた走査光学装置が知られている（特許文献１）。
特開２００３−２４１１２６号公報
面倒れ補正光学系は被走査面とこれに平行な偏向面近傍の平面とを副走査断面において共役な関係にしている。
ところが、回転多面鏡は偏向面が回転軸上にないため回転走査とともに偏向面の位置は光軸方向に変位する。
すなわち回転多面鏡の偏向面が被走査面の共役点と共役となる（一致する）のは回転多面鏡の所定の回転角のときだけである。入射光束と偏向面の交点は、回転多面鏡の回転に伴って被走査面から離れる方向に変位し、走査中心で最も離れ、さらに回転すると走査面に近づく方向に変位する。
偏向面の位置は主走査像高に対して２次関数的な変化をする。このため通常、共役関係が走査領域の両端部の２点となるように設計する。この結果、共役関係以外の走査領域では原理的に面倒れを抑えることができない。
一方、面倒れ性能を重視して走査領域全域で共役関係に設定することはできるが、このような設計を行うと被走査面７における副走査方向の光束のスポットの結像位置が像高によって大きく湾曲してしまい基本性能が劣化してくる。
ところで、共役関係は結像光学系の近軸性能（物点位置、レンズ焦点距離）で一義的に決まってしまう。それに対して、スポットの最良結像位置（ピント位置）は結像光学系の球面収差量によりある程度制御可能である。
全像高で偏向面と被走査面上を共役関係となるように近軸性能を決定し、ピント位置の制御を結像光学系の副走査断面の面形状を４次以上の非球面係数を用いれば良い。
そうすれば、球面収差の発生量を主走査中心と主走査方向の端部で異ならせることができる。
それにより全像高で偏向面の位置を被走査面７上に一致させることができる。すなわち、主走査中心の位置においては、結像光学系の副走査方向の周辺部の曲率半径を副走査中心部の曲率半径よりも大きくなるような非球面形状とする。
主走査方向の端部位置においては、結像光学系の副走査方向の周辺部のレンズ面の曲率半径を副走査中心部の曲率半径よりも小さくなり、かつレンズ面を非球面形状とする。
非球面効果により曲率半径を副走査方向に変化させる関係は、アンダーフィルド型の走査光学系の場合は上記の関係になる。しかしながら、オーバーフィルド型の走査光学系の場合は主走査中心と主走査端部におけるこの関係は逆転する。
すなわち、主走査中心位置においては、結像光学系の副走査方向周辺部の面の曲率半径を副走査中心部の面の曲率半径よりも小さくなるようにし、かつレンズ面を非球面形状とする。主走査端部位置においては、結像光学系の副走査方向周辺部の面の曲率半径を副走査中心部の面の曲率半径よりも大きくなるようにし、かつレンズ面を非球面形状とする。
このように結像光学系の面の非球面形状を決定すれば全像高での共役関係を維持しつつピント合わせができる。
副走査断面においてレンズ面の形状を非球面形状として上記の設計を行うと次のような課題が生じてくる。
結像光学系を構成する光学部品の製造誤差や組立誤差により、結像光学系に入射する光線高さが上下方向にずれて入射する場合を考える。入射光束は結像光学系が副走査断面において、光軸から離れた位置を通過するため、光束の上端と下端は光軸から非対称な位置を通る。
すなわち光束の上端と下端は断面形状の面法線に対して非対称な入射角となりコマ収差が多く発生する要因となる。断面形状が非球面になると光軸から副走査方向に離れるにつれて曲率半径も変化することになり、従来の球面レンズを用いた場合に比べてコマ収差が大きくなり、スポットのサイドローブが大きくなって良好な画像形成ができなくなるという問題がある。
本発明は、走査範囲の全領域において偏向面と被走査面を共役関係にしたときに結像光学系に入射する光束の光線高さがずれて、光束のスポット形状がくずれるのを効果的に抑えることができ良好な画像形成ができる走査光学装置の提供を目的とする。
本発明の走査光学装置は、
・光源手段と、
前記光源手段から出射した光束を偏向走査する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
前記回転多面鏡で偏向走査された光束を被走査面上に結像するとともに副走査断面において回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする少なくとも１枚の結像レンズを有する結像光学系と、
を有する走査光学装置において、
前記結像光学系の少なくとも１枚の結像レンズは、副走査断面のレンズ面が非円弧形状であり、かつ、
前記副走査断面のレンズ面が非円弧形状である結像レンズは、副走査方向のシフトと前記結像光学系の光軸の回りの回転方向の少なくとも一方で移動可能であることを特徴としている。
・光源手段と
前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
前記回転多面鏡と被走査面との間に前記回転多面鏡側から順に第１の結像レンズ、ミラー、第２の結像レンズを有し、副走査断面において前記回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする結像光学系と、
を有する走査光学装置において、
前記第２の結像レンズは、副走査断面のレンズ面が非円弧形状であり、
前記ミラーは主走査方向と平行な軸回りに回転可能であることを特徴としている。
・光源手段と
前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
前記回転多面鏡と被走査面との間に前記回転多面鏡側から順に第１の結像レンズ、ミラー、第２の結像レンズを有し、副走査断面において前記回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする結像光学系と、
を有する走査光学装置において、
前記第２の結像レンズは、副走査断面のレンズ面が非円弧形状であり、
前記第２の結像レンズは、前記結像光学系の光軸回りに回転可能であることを特徴としている。
・光源手段と
前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
前記回転多面鏡で偏向走査された光束を被走査面上に結像するとともに副走査断面において回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする少なくとも１枚の結像レンズからなる結像光学系と、
を有する走査光学装置において、
前記結像光学系のうち少なくとも１つの結像レンズは、長方形状で副走査方向に高さが調整でき、
さらに、前記結像光学系の光軸回りに回転できる調整機構と、
長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には、入射光束の位置を検出する検出素子が設けられており、前記検出素子からの出力信号に基づいて前記結像レンズの位置が調整されていることを特徴としている。
・光源手段と
前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
前記回転多面鏡と被走査面との間に前記回転多面鏡側から順に第１の結像レンズ、ミラー、第２の結像レンズを有し、副走査断面において前記回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする結像光学系と、
を有する走査光学装置において、
前記ミラーは、主走査方向と平行な軸周りに回転できる調整機構が設けられており、前記第２の結像レンズは、長方形状で光軸回りに回転させる調整機構と、
前記第２の結像レンズの長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には検出素子が設けられており、前記検出素子の出力信号に基づいて前記ミラーと第２の結像レンズの少なくとも一方の位置が調整されていることを特徴としている。
本発明によれば、走査範囲の全領域において偏向面と被走査面を共役関係にしたときに結像光学系に入射する光束の光線高さがずれて、光束のスポット形状がくずれるのを効果的に抑えることができ良好な画像形成ができる走査光学装置が得られる。
本発明の走査光学装置は、
光源手段と、
光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
光源手段から出射した光束を回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、を有している。
更に回転多面鏡で偏向走査された光束を被走査面上に結像するとともに副走査断面において回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする結像光学系と、を有している。
ここで結像光学系は、少なくとも１枚の結像レンズから成っている。
このうち少なくとも１枚の結像レンズは、長方形状で副走査断面のレンズ面が非円弧形状（非球面形状）である。更に調整機構により保持部材に移動可能に例えば副走査方向のシフト（副走査方向の高さ調整）と光軸周りの回転方向の少なくとも一方で移動可能に又は副走査方向に高さが調整できるようになっている。
この他、結像光学系は、他の構成として回転多面鏡側から順に第１の結像レンズ、ミラー、長方形状の第２の結像レンズを有している。
このうち第２の結像レンズは副走査断面のレンズ面が非円弧形状である。そして調整機構により第２の結像レンズとミラーの少なくとも一方は保持部材に移動可能に保持されている。
例えばミラーは主走査方向と平行な軸回りに回転可能であり、第２の結像レンズは光軸まわりに回転可能となるように調整されている。
調整手段によるこれらの調整は結像レンズの長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置に設けられた入射光束の位置を検出する検出素子からの出力信号に基づいて行われている。
図１は本発明の実施例１の走査光学装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
尚、以下の説明において、主走査方向（Ｙ方向）とは偏向手段の回転軸及び結像光学系の光軸（Ｘ方向）に垂直な方向（偏向手段で光束が偏向反射（偏向走査）される方向）である。副走査方向（Ｚ方向）とは偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは結像光学系の光軸と主走査方向とを含む平面である。副走査断面とは結像光学系の光軸を含み主走査断面に垂直な断面である。
図１において光源手段１は１つの又は複数の発光部（発光点）から構成される半導体レーザから成っている。
光源手段１から射出した光束は第１の光学素子であるコリメータレンズ２により平行光束に変換され、第２の光学素子であるシリンドリカルレンズ４によって副走査方向にのみ収束される。
なお、本実施例において第１の光学素子２は、入射光束の状態を平行光束に変換したが、これに限らず、発散性を弱めた発散光束もしくは収束光束に変換しても良い。
シリンドリカルレンズ４によって副走査方向にのみ収束された光束は、開口絞り３でその断面形状が整形され、偏向手段である光偏向器（回転多面鏡）５の偏向面５ａ又はその近傍において主走査方向に長く延びた焦線状（線像）に結像される。
上記コリメータレンズ２とシリンドリカルレンズ４の各要素は第１光学系としての入射光学系ＬＡの一要素を構成する。
入射光学系ＬＡは、その光軸ＬＡＸが、光偏向器５の偏向面５ａの偏向軸に垂直な面に対して副走査方向において特定の入射角度（２．５度）を有するように配置されており、光源手段１から出射した光束を光偏向器５の偏向面５ａに導光している。
本実施例における走査光学装置は、入射光学系ＬＡからの光束を、主走査断面内において、光偏向器５の偏向面５ａに該偏向面５ａの幅よりも狭い光束幅で入射させる所謂アンダーフィルド型の走査光学装置である。
光偏向器５は、図中矢印５ｂ方向に一定角速度で回転しており、光偏向器５の偏向面５ａによって偏向された光束は、２枚の第１、第２の結像レンズ（結像光学素子）６１、６２から成る第２光学系としての結像光学系６に入射する。結像光学系６は、入射光束を被走査面（感光ドラム面）７上をスポット状に集光する。さらに光偏向器５の回転によってスポット状に集光された光束で被走査面７上を図中矢印７ｂ方向に一定速度で走査する。
尚、以下、結像レンズ６１を「第１結像レンズ６１」、結像レンズ６２を「第２結像レンズ６２」ともいう。
８は防塵ガラスであり、走査光学装置内部に塵やトナー等が進入するのを防止する為に設けられている。
なお、図１における光偏向器５は、その偏向面５ａのみを図示している。
ここにおいて、結像光学系６は主走査断面内においては、光偏向器５の偏向面５ａで偏向走査された平行光束を被走査面７上にスポット状に結像させる。
さらに結像光学系６は副走査断面内においては、シリンドリカルレンズ４によって偏向面５ａに結像された結像位置（焦線位置）と被走査面７とを共役な関係とする、所謂倒れ補正光学系を構成する。
表１、表２に実施例１における各光学要素の数値例と結像光学系６の数値例を示す。
結像光学系６を構成する第１結像レンズ６１、第２結像レンズ６２の各レンズ面の主走査断面の非球面形状は、各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸とする。さらに主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をＺ軸としたときに、
なる式で表わされる。
なお、Ｒは近軸曲率半径、ｋは離心率、Ｂ４からＢ１６は各々非球面係数である。
ここで、Ｙのプラス側（図の上側）とマイナス側（図の下側）で係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字ｕを附し、マイナス側終了側の係数には添字ｌを附している。
また、第１結像レンズ６１の両レンズ面と第２結像レンズ６２の光偏向器５側のレンズ面の副走査断面の形状は、副走査断面の曲率半径がｒである円弧形状である。
次に第２結像レンズ６２の被走査面７側のレンズ面の副走査断面の形状は４次の項を含む非球面形状（非円弧形状）をしており、
なる式で表される。尚、上式において、ｋｚは離心率である（請求項１）。
ここで、副走査断面の曲率半径ｒ’は、レンズ面のＹ座標により連続的に変化し、
で表される。
ｒは光軸上における副走査断面の曲率半径、Ｄ２からＤ１０は副走査断面の曲率半径の変化係数である。
ここで、Ｙのプラス側（図の上側）とマイナス側（図の下側）で係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字ｕを附し、マイナス側終了側の係数には添字ｌを附している。
また、副走査断面の４次の非球面係数Ｅｊｙｊは、レンズ面のＹ座標により連続的に変化しており、Ｙの１０次関数で表される形状となっている。
但し、表−２において、「Ｅ−ｘ」は、「１０−ｘ」を意味している。
尚、本実施例では６次以上の非球面係数Ｆｋｙｋ、Ｇｌｙｌは０次であるが、有限の値を持っていても良い。
前述したように面倒れ補正光学系は被走査面とこれに平行な偏向面近傍の平面と副走査断面において共役な関係にしている。ところが、回転多面鏡は偏向面が回転軸上にないため回転走査とともに偏向面の位置は光軸方向に変位する。
この結果、共役関係以外の走査領域では原理的に面倒れを抑えることができない。
図１０は、この様子を模式的に示した説明図である。
図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は結像光学系６による偏向面５ａと被走査面７の副走査断面内での共役関係を示している。図１０（ａ）と図１０（ｃ）は主走査方向の走査端部における偏向面５ａの状態、図１０（ｂ）は主走査方向の走査中央部における偏向面５ａの状態を示している。
図１０（ｄ）は横軸に像面上の主走査方向のスポットの位置（像高）、縦軸に面倒れが生じたときのスポットの高さずれを示している。
図１０（ｅ）は横軸に像面上の主走査方向のスポットの位置（像高）、縦軸に副走査方向のスポットのピント位置を示している。
図１０において、５ａは偏向面、６は結像光学系、７は被走査面である。
Ｐ’とＱ’は結像光学系６による偏向面５ａ上の点Ｐ，Ｑの共役点である。Ｄ’，Ｅ’，Ｆ’は結像光学系６による偏向面５ａ近傍に結像した入射光学系ＬＡによる焦線位置Ｄ，Ｅ，Ｆの結像位置である。
すなわち副走査断面内のピント位置である。偏向面５ａは図１０（ａ）→図１０（ｂ）→図１０（ｃ）のように変位するのでその共役点は被走査面７を横切って移動し、図１０（ｄ）に示すように面倒れが０になる完全共役になる像高は主走査方向の両端の２点である。
この場合、副走査方向のピントを重視しているので入射光学系ＬＡの焦線は偏向面５ａが変位する中に位置させ、像面と共役になるよう設計する。したがって図１０（ｅ）に示すように副走査方向のピントズレは、どの像高でもほぼ０である。
一方、面倒れ性能を重視して走査領域全域で共役関係に設定することはできるが、このような設計を行うと被走査面７における副走査方向の光束のスポットの結像位置が像高によって大きく湾曲してしまい基本性能が劣化してくる。
図１１は、この様子を模式的に示した説明図である。図１１（ａ）〜図１１（ｅ）において図１０と同一記号は同じ構成要素である。
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）において回転多面鏡５の回転走査に伴って移動した偏向面５ａ上の点Ｐ，Ｑが結像光学系６によって常に被走査面７上に点Ｐ’，Ｑ’として結像するよう設計したとする。そうすると、入射光学系ＬＡによる焦線Ｄ，Ｅ，Ｆは結像光学系６により点Ｄ’，Ｅ’，Ｆ’のよう結像位置は被走査面７上からずれてピント変動が生じる。
図１１（ｃ），図１１（ｄ）はその様子をグラフ化して示したものである。スポットの結像性能は基本性能でありこれを劣化させることは光学性能を落として設計することになる。設計の深度幅に十分余裕がある場合はこのような設計も可能である。
このように結像光学系のレンズ面の非円弧形状（非球面形状）を決定すれば全像高での共役関係を維持しつつピント合わせができる。
しかしながら副走査断面においてレンズ面の形状を非円弧形状として上記の設計を行うと、従来の球面レンズを用いた場合に比べてコマ収差が大きくなり、スポットのサイドローブが大きくなって良好な画像形成ができなくなってくる。
図１２は副走査断面において非円弧形状のレンズ面を含む結像レンズにおいて、幅２．５ｍｍの入射光束位置が副走査方向に変化した場合のスポット形状を示している。各々のスポットにおいて上下方向が副走査方向、左右方向が主走査方向を示す。
スポット形状はピーク光量のスライス断面による等高線で表示しており、スライスレベルは３７％、１３．５％、１０％、７％、５％、２％である。
図１２（ａ）は設計値で光線入射高さが光軸から０ｍｍである。図１２（ｂ）は光線入射高さが０．１ｍｍである。図１２（ｃ）は０．３ｍｍ、（ｄ）は０．５ｍｍ、（ｅ）は０．７ｍｍの場合である。
横方向は主走査方向の像高位置におけるスポット形状を示しており、左端から像高１５３．５ｍｍ、１１１．７ｍｍ、５５．９ｍｍ、０ｍｍ、−５５．９ｍｍ、−１１１．７ｍｍ、−１５３．５ｍｍである。左端は入射光学系のレーザ光源が偏向面に入射している側の像高である。図において入射光線の高さが大きくなると図１２（ａ）から図１２（ｅ）に示すようにスポット形状は両端部の像高でスポット形状の劣化が顕著になる。０．５ｍｍを越えると急激に劣化することがわかる。
そこで本実施例においては、結像光学系６の少なくとも１つの結像レンズ６２は長方形状で副走査断面のレンズ面が非円弧形状（非球面形状）としている。
ここで非円弧形状は、４次以上の非球面係数を含む非円弧形状からなる。４次以上の非球面係数のうち、４次または４次以上の非球面係数は結像光学系の主走査方向において、結像光学系の中央部から周辺部にいくに従って変化している。
そして少なくとも１つの結像レンズは、副走査方向のシフト（副走査方向の高さ調整）と光軸回りの回転方向の少なくとも一方で移動可能となるように保持部材に保持している。
図２に本実施例において、偏向面５ａが加工誤差によって副走査方向で上向きに５’の倒れ誤差が生じた場合の面倒れによる被走査面７における走査線湾曲を示す。
図３に本実施例における副走査方向の像面湾曲を示す。
図３において、「Ｓｓｌｉｃｅ＋」は副走査方向のスポット径が８５μｍ以下となるプラス側デフォーカス位置、同様に「Ｓｓｌｉｃｅ−」は副走査方向のスポット径が８５μｍ以下となるマイナス側デフォーカス位置を示す。さらに「Ｓｃｅｎｔｅｒ」は「Ｓｓｌｉｃｅ＋」と「Ｓｓｌｉｃｅ−」の中間のデフォーカス位置を示す。
本実施例においては、偏向面５ａが加工誤差によって副走査方向で上向きに５’の倒れ誤差が生じた場合の面倒れによる走査線湾曲の量が有効走査領域内（±１１５ｍｍ）の全域において０．３μｍ以下という良好な性能を実現している。
さらに副走査方向の像面湾曲もＰ−Ｐ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ）０．７ｍｍという良好な光学性能を同時に満足することに成功している。
次に図１の実施例における結像レンズの位置調整方法について説明する。
本実施例では結像レンズ６２の長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には、入射光束の位置を検出する検出素子１８、１９を設けている。
そして、検出素子からの出力信号に基づいて結像レンズ６２の位置を調整している。
結像レンズ６２の調整は結像レンズは、それに入射する主光線が結像レンズ６２の長手方向全域にわたって結像レンズ６２の母線と一致するように調整している。
図１において破線を囲んだ部分９が保持部材に保持され、調整する領域を示す。本実施例では、第２結像レンズ６２を移動可能となるようにしている。
図４は第２結像レンズ６２を模式的にブロックで示し、第２結像レンズ６２の姿勢を調整する調整機構（調整手段）を示している。
第２結像レンズ６２の姿勢を調整する調整機構は光学箱を保持する調整工具（図示せず）に組み込まれており、図４に示す第１の保持部（保持部材）１２、１３、第２の保持部（保持部材）１４、１５、ラインセンサ（検出素子）１８、１９等で構成されている。
座標系は図４に示す様に光軸方向をＸ軸、第２結像レンズ６２の長手方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交する軸をＺ軸とする。図４において、１０、１１は第２結像レンズ６２のＸ軸方向位置を決めるために光学箱に設けられたＸ基準面で、例えば、光学箱のリブ等で形成されるものである。
第２結像レンズ６２は、Ｙ軸方向に離間した２個所を第１の保持部１２、１３で保持し、Ｘ基準１０、１１に当接した状態で保持される。第１の保持部１２、１３はそれぞれＺ軸方向に独立に調整可能な機構を備え、第２結像レンズ６２の姿勢はＸ軸回りの回転およびＺ軸方向にシフト（移動）する方向に調整される。
１６、１７は、第２結像レンズ６２のレンズ面上を走査する光線を示している。
１６は、設計値の状態で第２結像レンズ６２のほぼ中心を走査する光線（基準走査光）を示している。
図４の第２結像レンズ６２の姿勢は、設計値の基準走査光１６に対応した基準状態の状態を示している。
第２結像レンズ６２の調整は、この基準状態から行われる。
１７は、光学部品の加工誤差や組立て誤差等により第２結像レンズ６２のレンズ面上を傾いて走査する光線（傾斜走査光）の状態を示す。
例えば、光偏向器は、回転軸が傾くように組立てられた場合にこのような状態になる。このとき第１の保持部１２、１３をそれぞれＺ軸方向に調整して第２結像レンズ６２と傾斜走査光１７の相対位置が設計値の状態になるように調整をおこなう。
第１の保持部１２、１３の調整を容易にするために、調整工具はＺ軸方向に複数の画素が配列されたラインセンサ（検出素子）１８、１９を第１保持部１２，１３にそれぞれと一体化して備えている。
第１の保持部１２、１３で一旦第２結像レンズ６２が保持されれば、ラインセンサ１８、１９のＺ軸方向に配列した画素と第２結像レンズ６２との相対位置が決まる。
基準状態の位置で第２結像レンズ６２の中心を通過する基準走査光１６が通過する画素を原点として記憶し、傾斜走査光１７がラインセンサ１７，１８の原点を通過するように第１保持部１２，１３を調整すれば調整は容易かつ定量的、高精度に行うことができる。
第２結像レンズ６２を調整した後は、第２結像レンズ６２を光学箱のＸ基準面１０、１１にＵＶ接着固定するなどして固定する。
調整精度はレンズ通過位置における光束径の１／５以下の精度が必要で、本実施例では約２．５ｍｍの光束径に対し０．５ｍｍ以下に調整する精度が必要である。ラインセンサ１８、１９の画素ピッチは７μ程度で十分な分解能を有し、第１の保持部１２、１３と第２結像レンズ６２の位置精度０．０５ｍｍ以下となり、目標の調整精度は達成している。より望ましくは０．１ｍｍ以下に調整を追い込むと図１２に示したようにスポットの劣化をより抑え良好な状態に保つことができる。
図５は傾斜走査光１７に対して第２結像レンズ６２が調整された状態を示す。
傾斜走査光１７では第２結像レンズ６２上で傾いた例を示した。結像レンズ上の走査光の高さが単純に変化した場合（例えば図６のミラーＭ１の紙面内傾き）にも第１の保持部１２、１３を上記調整方法と同様に調整すればよく、光束のスポットの劣化を抑えることができる。
なお、調整機構は第２結像レンズ６２のＹ軸方向の両端部を保持する第２の保持部１４、１５を有し、第２結像レンズ６２のＹ軸方向の位置が調整される。
第２の保持部１４、１５は第２結像レンズ６２をＹ軸方向に調整し片倍率を調整する機構である。ここで片倍率とは被走査面７上を走査する光の画像中心から上流側、下流側の走査時間の対称性である。このような調整を行うことにより光学性能による画像の延びを画像中心に対してバランスさせ、良好な品質の画像を提供することができる。
図６は走査光学装置の走査光学系での調整箇所の構成を示した説明図である。
図６において丸１、丸２は図４で説明した第２結像レンズ６２の第１の保持部１２，１３による姿勢調整を行う調整機構である。丸３は図４の第２の保持部１４，１５によるＹ方向位置の調整手段で、片倍率の調整手段である。丸４は第２結像レンズ６２をＹ軸回りに回転させる機構で走査線曲がりの調整機構である。丸５は光学箱ＢＯＸ全体を光軸Ｘ周りに回転させる機構で走査線傾きの調整機構である。丸６は光学箱ＢＯＸ全体をＺ方向にシフトさせる調整機構で照射位置高さの調整機構である。
被走査面７における光束のスポットの劣化は調整機構丸１、丸２の調整で解決している。さらに走査光学装置としての完成度を上げ、片倍率、走査線曲がり、走査線傾き、照射位置の調整機構を設けることにより、組立てや部品精度で生じた光学性能の劣化を軽減することができ良好な画像を提供することができる。
特にカラー走査光学装置の場合は走査線曲がりと傾きは色ずれの原因となるのでこのような調整機構が必須となる。
以上のように本実施例では、走査範囲の全領域において偏向面と被走査面を共役関係にしたときに結像光学系に入射する光束の光線高さがずれて、光束のスポット形状がくずれるのを効果的に抑えている。これにより良好な画像形成ができる走査光学装置を得ている。
図７は、走査光学装置としての調整に関する実施例２の要部概略図である。
本実施例の結像光学系６は回転多面鏡５と被走査面７との間に回転多面鏡５側から順に第１の結像レンズ６１、長方形状のミラーＭ１、長方形状の第２の結像レンズ６２を有している。そして、副走査断面において回転多面鏡５の偏向面５ａと被走査面７を共役関係としている。
第２の結像レンズ６２は副走査断面の面が非球面形状である。
第２の結像レンズ６２とミラーＭ１の少なくとも一方は保持部材に移動可能に保持されている。
調整機構によりミラーＭ１は主走査方向と平行な軸回りに回転可能であり、第２の結像レンズ６２は光軸回りに回転可能である。
第２の結像レンズ６２又はミラーＭ１のうち調整のために移動可能な少なくとも一方の部材の長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には、入射光束の位置を検出する検出素子が設けられている。
そして検出素子からの出力信号に基づいて移動可能な部材の位置を調整している。
即ちミラーＭ１と第２の結像レンズ６２のうち少なくとも一方の位置を調整している。このときの調整は、結像レンズ６２に入射する主光線が結像レンズ６２の長手方向全域にわたって結像レンズ６２の母線と一致するように調整している。
本実施例は、実施例１と結像レンズ６１、６２の間に移動可能又は回転可能なミラーＭ１を備えた点が異なっている。
図７では図６の調整機構丸１の代わりにミラーＭ１をＹ軸周りに回転させている。そして第２結像レンズ６２のレンズ面上を走査する光の副走査方向の高さ（Ｚ軸方向）を調整し、第２結像レンズ６２の中心と一致させている。調整機構丸２、丸３、丸４、丸５、丸６は図６と同じ調整機構である。
なお、以上の各実施例では結像レンズが副走査断面内において少なくとも１面が非球面形状であり、これにより偏向面の面倒れを全像高で補正する光学系を例にとり説明した。そして、結像レンズのレンズ面上を走査する光線の位置ずれがスポット劣化に顕著になる場合として説明してきた。
図４、図５に示した調整機構で結像レンズのレンズ面上の走査光と結像レンズの位置を合わせ、スポットの劣化を抑える効果は、結像レンズの副走査断面が球面であっても効果がある。
本発明で述べた調整機構は副走査断面は非球面形状であることに限定されるものではなく、副走査断面が球面であっても同様の効果を得ることができる。
以上のように本発明によれば、走査範囲の全領域において偏向面と被走査面を共役関係にしたときに結像光学系に入射する光束の光線高さがずれて光束のスポット形状がくずれるのを効果的に抑えることができる。この結果、良好な画像形成ができる走査光学装置を得ることができる。
本発明は、子線面が非円弧形状の結像レンズを、それに入射する光束の光線高さおよび光束の傾きが結像レンズの母線形状と略一致するように移動可能に調整する事により入射光束を子線面に対して略対称に入射させることができる。これによって、光束のスポット形状の劣化を抑制することができる。
また、結像レンズの子線断面（子線面）が円弧形状の場合に、結像レンズと入射光線の高さおよび傾きがずれると、光束のスポット形状がくずれてくるが、本発明に係る調整を行うことによって光束のスポット径の劣化を抑えることができる。
図１３は、本発明の画像形成装置の実施例を示す要部断面図である。図１３において、符号１０４は画像形成装置を示す。
この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、画像形成装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、実施例１、２に示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ（転写器）１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図１３において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１３において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。
そして転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
図１３においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。
図１４は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、走査光学装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
図１４において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施例１、２に示したいずれかの構成を有する走査光学装置である。２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラムである。３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。
図１４において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、カラー画像形成装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。
これらの画像データは、それぞれ走査光学装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの走査光学装置１１乃至１４からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。
本実施例におけるカラー画像形成装置は走査光学装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字している。
本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査光学装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
本発明の実施例１の走査光学装置の主走査方向の要部断面図 本発明の実施例１において面倒れによる走査線湾曲を示す図 本発明の実施例１における副走査方向の像面湾曲を示す図。 本発明の実施例１における調整機構を示す図 本発明の実施例１における調整機構を示す図 本発明の実施例１における走査光学装置における調整機構を示す図 本発明の実施例２における走査光学装置における調整機構を示す図 従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図 従来の走査光学装置の副走査方向の要部断面図 子線球面の倒れ補正光学系の説明図 子線非球面の倒れ補正光学系の説明図 結像レンズの光線高さずれとスポットの関係 本発明の画像形成装置の説明図 本発明のカラー画像形成装置の説明図
符号の説明
１：光源手段
２：第１の光学素子（コリメータレンズ）
３：開口絞り
４：第２の光学素子（シリンドリカルレンズ）
５：偏向手段（光偏向器）（回転多面鏡）
５ａ：偏向面
６：結像光学系（ｆθレンズ系）
６１：第１結像レンズ
６２：第２結像レンズ
7：被走査面
８：防塵ガラス
ＬＡ：第１光学系（入射光学系）
１０、１１：Ｘ基準面
１２、１３：第１の保持部
１４、１５：第２の保持部
１６、１７：走査線
１８、１９：検出素子
Ｍ１：ミラー
１１、１２、１３、１４：走査光学装置
２１、２２、２３、２４：像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４：現像器
４１、４２、４３、４４：光ビーム
５１：搬送ベルト
５２：外部機器
５３：プリンタコントローラ
６０：カラー画像形成装置
１００：走査光学装置
１０１：感光ドラム
１０２：帯電ローラ
１０３：光ビーム
１０４：画像形成装置
１０７：現像装置
１０８：転写ローラ
１０９：用紙カセット
１１０：給紙ローラ
１１１：プリンタコントローラ
１１２：転写材（用紙）
１１３：定着ローラ
１１４：加圧ローラ
１１５：モータ
１１６：排紙ローラ
１１７：外部機器

Claims (13)

  1. 光源手段と、
    前記光源手段から出射した光束を偏向走査する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
    前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
    前記回転多面鏡で偏向走査された光束を被走査面上に結像するとともに副走査断面において回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする少なくとも１枚の結像レンズを有する結像光学系と、
    を有する走査光学装置において、
    前記結像光学系の少なくとも１枚の結像レンズは、副走査断面のレンズ面が非円弧形状であり、かつ、
    前記副走査断面のレンズ面が非円弧形状である結像レンズは、副走査方向のシフトと前記結像光学系の光軸の回りの回転方向の少なくとも一方で移動可能であることを特徴とする走査光学装置。
  2. 光源手段と
    前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
    前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
    前記回転多面鏡と被走査面との間に前記回転多面鏡側から順に第１の結像レンズ、ミラー、第２の結像レンズを有し、副走査断面において前記回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする結像光学系と、
    を有する走査光学装置において、
    前記第２の結像レンズは、副走査断面のレンズ面が非円弧形状であり、
    前記ミラーは主走査方向と平行な軸回りに回転可能であることを特徴とする走査光学装置。
  3. 光源手段と
    前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
    前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
    前記回転多面鏡と被走査面との間に前記回転多面鏡側から順に第１の結像レンズ、ミラー、第２の結像レンズを有し、副走査断面において前記回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする結像光学系と、
    を有する走査光学装置において、
    前記第２の結像レンズは、副走査断面のレンズ面が非円弧形状であり、
    前記第２の結像レンズは、前記結像光学系の光軸回りに回転可能であることを特徴とする走査光学装置。
  4. 前記非円弧形状は、４次以上の非球面係数を含む非円弧形状からなり、該４次以上の非球面係数のうち、４次または４次以上の非球面係数は、前記結像光学系の主走査方向において、前記結像光学系の中央部から周辺部にいくに従って変化していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の走査光学装置。
  5. 前記移動可能な結像レンズは長方形状をしており、前記結像レンズの長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には、入射光束の位置を検出する検出素子が設けられており、前記検出素子からの出力信号に基づいて前記結像レンズの位置が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
  6. 前記結像レンズは、それに入射する主光線が前記結像レンズの長手方向全域にわたって前記結像レンズの母線と一致するように調整されていることを特徴する請求項５に記載の走査光学装置。
  7. 前記第２の結像レンズとミラーは長方形状をしており、
    前記第２の結像レンズ又はミラーのうち移動可能な部材の長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には、入射光束の位置を検出する検出素子が設けられており、前記検出素子からの出力信号に基づいて前記移動可能な部材の位置が調整されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の走査光学装置。
  8. 前記結像レンズは、それに入射する主光線が前記結像レンズの長手方向全域にわたって前記結像レンズの母線と一致するように調整されていることを特徴とする請求項７に記載の走査光学装置。
  9. 光源手段と
    前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
    前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
    前記回転多面鏡で偏向走査された光束を被走査面上に結像するとともに副走査断面において回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする少なくとも１枚の結像レンズからなる結像光学系と、
    を有する走査光学装置において、
    前記結像光学系のうち少なくとも１つの結像レンズは、長方形状で副走査方向に高さが調整でき、
    さらに、前記結像光学系の光軸回りに回転できる調整機構と、
    長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には、入射光束の位置を検出する検出素子が設けられており、前記検出素子からの出力信号に基づいて前記結像レンズの位置が調整されていることを特徴とする走査光学装置。
  10. 光源手段と
    前記光源手段から出射した光束を偏向する複数の偏向面を有する回転多面鏡と
    前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面で主走査方向に長い線像として結像させる入射光学系と、
    前記回転多面鏡と被走査面との間に前記回転多面鏡側から順に第１の結像レンズ、ミラー、第２の結像レンズを有し、副走査断面において前記回転多面鏡の偏向面と被走査面を共役関係とする結像光学系と、
    を有する走査光学装置において、
    前記ミラーは、主走査方向と平行な軸周りに回転できる調整機構が設けられており、前記第２の結像レンズは、長方形状で光軸回りに回転させる調整機構と、
    前記第２の結像レンズの長手方向に離間した少なくとも２箇所以上の位置には検出素子が設けられており、前記検出素子の出力信号に基づいて前記ミラーと第２の結像レンズの少なくとも一方の位置が調整されていることを特徴とする走査光学装置。
  11. 前記結像レンズは、それに入射する主光線が前記結像レンズの長手方向全域にわたって前記結像レンズの母線と一致するように調整されていることを特徴する請求項９又は１０に記載の走査光学装置。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体の上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
  13. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。
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