JP2010185935A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 入射光学系における光学素子の調整敏感度を抑え、初期調整における被走査面上のピントずれを簡易な構成で高精度に補正すること。
【解決手段】 光源手段からの光束を偏向手段に入射させる入射光学系と、偏向手段により偏向走査された光束を被走査面に結像させる結像光学系とを有し、入射光学系は第１、第２の光学系とを有し、第１の光学系は正のパワーを有する回転対称の第１、第２の光学素子を有し、光源手段は第１の光学素子の前側焦点位置よりも短い距離に位置し、かつ第１の光学素子はユニットで一体化されており、第２の光学素子、第１の光学系のパワーΦ２、Φ、全系の主走査、副走査断面内の倍率βｍ、βｓ、第２の光学素子を光軸方向に単一量変移したときの被走査面における主走査、副走査断面内のピント移動量Δｄｍ、Δｄｓを適切に設定し、各条件式(1)〜(3)を満足させること。
【選択図】 図１

Description

本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機、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。

従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）やデジタル複写機の光走査装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器（偏向手段）により周期的に偏向させている。そして偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。

この種の光走査装置において、被走査面上のピント位置を調整するには、入射光学系を構成する少なくとも一部のレンズを光軸上、移動させて行っている。このような光走査装置は、従来から種々と提案されている（特許文献１、２参照）。

入射光学系にピント位置を調整するレンズを備える課題としては、高解像度を目的とした走査光学系、つまり被走査面上に小スポットを形成する光学系は、良好なるスポットが得られる焦点範囲、つまり焦点深度が小さいことが挙げられる。

ピント位置がずれる要因として、
（１）走査光学系を組立てた時の部品の位置精度や光学部品の面精度による初期のピンとずれ、
（２）温度変化による構成部品の位置ずれや光学部品の物性変化によるピントずれ
の２つがある。焦点深度が小さいと上記（１）、（２）の要因でピントがずれ被走査面が焦点深度から外れてしまう。

このような課題に対して、例えば特許文献１の第５実施例（図８、図７）に開示されている構成を図８、図９に示す。

特許文献１では、温度変化によりピントずれが生じる要因としては光源手段に半導体レーザを用いた場合、温度により波長が変動しレンズの色収差でピント位置がずれること指摘している。また、初期のピントずれ要因として被走査面（感光ドラム）と光走査装置の位置ずれ、光学部品の加工精度（面精度）を指摘している。

これらの対策として、特許文献１では、光源手段側から順に正レンズと負レンズの２枚の負のパワーの貼り合せレンズ２、１枚の正のパワーの非球面レンズ４を配置し、３枚２群構成として変換光学系（コリメータ光学系）Ｌａを構成している。３枚目のレンズ４を非球面レンズとすることにより球面収差を一層抑えることができ良好なるコリメータ光学系Ｌａを構成している。

一般に複数枚のレンズで構成されるコリメータ光学系は球面収差の補正の観点から正と負のパワーを有するレンズ群で構成されるのが通常である。特許文献１では温度変化によりレーザ光源(光源手段）１から発振されるレーザ光が波長シフトし、レンズの色収差でピントがずれる。このため、貼り合せレンズ２は色消しを過補正にする作用をもたせ、結像光学系６で生じる色収差を打ち消すように作用させている。

また、光源手段側の貼り合せレンズ２は光軸方向に調整可能な構成とし、被走査面（感光ドラム）７と光走査装置間の位置ずれや走査レンズ６の加工誤差による設計値からの一様なピントずれを補正して焦点深度中心にピント位置を合わせている。

なお、調整レンズとしての貼り合せレンズ２のパワーと２群３枚全系のパワーの比は−０．２と小さいため調整敏感度が低く調整を容易にしている。

一方、特許文献２では、コリメータ光学系を１枚のコリメータレンズと１枚の調整レンズで構成し、調整レンズを光軸方向に移動させることでピント調整の敏感度を低減するする方法を提案している。

図１０、図１１、図１２は各々特許文献２の実施例１の図１、図１Ａ、図１Ｂとして開示されている光走査装置の要部概略図及び光学系のレンズ断面図である。

特許文献２においては光源手段１の位置をコリメータレンズ２の焦点距離から1ｍｍ近づけて設定している。そしてコリメータレンズ２に入射した光束を通過後に発散光束に変換し、コリメータレンズ２の光偏向器５側に配置した凸(正）のパワーを有する球面レンズ１５で平行光束に変換している。変換された平行光束はシリンドリカルレンズ４と光偏向器５を経由して結像レンズ６によって被走査面（像面）７上にスポットに結像される。コリメータレンズ２の焦点距離ｆは8ｍｍ、球面レンズ１５の焦点距離は172ｍｍ、コリメータレンズ２と球面レンズ１５の間隔は100ｍｍ、結像レンズ６の焦点距離は480ｍｍである。

この構成では被走査面７上でのピントずれ5ｍｍに対応する球面レンズ１５の移動量は0.64ｍｍとなる。球面レンズ１５が無い場合のコリメータレンズ２の移動量は0.0014ｍｍであったから460分の1に調整敏感度を低減したことになる。

特開平０２−１８１７１２号公報 特開平０８−３０４７２４号公報

上記特許文献１、２では光軸方向に調整可能なレンズを移動させたときの副走査断面内での調整敏感度に関しては何ら開示していない。

通常、球面レンズを移動させると像面上のピント位置は主走査方向および副走査方向ともに変化してしまい、本来の主走査方向および副走査方向のピント調整を独立にできないという課題がある。

主走査方向のピント調整したときに副走査方向にピントがずれた量はシリンドリカルレンズを調整すれば副走査方向にピント位置を戻すことができる。しかしながら、主走査方向のピント調整が副走査方向のピントずれを起こし、シリンドリカルレンズの調整量が大きくなる。これはシリンドリカルレンズの調整範囲を長くし、シリンドリカルレンズを調整する姿勢を高精度に長い距離保証する必要があるため座面の高精度の加工が要求される。

特許文献２では球面レンズの代わりに主走査方向にのみパワーをもつシリンドリカルレンズとする場合も開示されているが、シリンドリカルレンズは球面レンズに比べて製造が難しくなるという課題がある。

本発明は入射光学系における光学素子の調整敏感度を抑え、初期調整における被走査面上のピントずれを簡易な構成で高精度に補正できる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１の発明の光走査装置は、
光源手段と、前記光源手段から出射した光束を偏向手段に入射させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向走査された光束を被走査面に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記入射光学系は、前記光源手段から出射した光束を平行光束に変換する第１の光学系と、前記第１の光学系から出射した光束を副走査方向に集光させる第２の光学系とを有し、
前記第１の光学系は、正のパワーを有する回転対称の第１、第２の光学素子を有し、
前記光源手段は、前記第１の光学素子の前側焦点位置よりも短い距離に位置し、かつ、
前記第１の光学素子とユニットで一体化されており、
前記第２の光学素子のパワーをΦ２、前記第１の光学系のパワーをΦ、全系の主走査断面内の倍率をβｍ、全系の副走査断面内の倍率をβｓ、前記第２の光学素子を光軸方向に単一量変移したときの前記被走査面における主走査断面内のピント移動量をΔｄｍ、副走査断面内のピント移動量をΔｄｓとするとき、
０．０４≦Φ２／Φ≦０．１０
Δｄｓ≦０．２×Δｄｍ
５≦（βｍ／βｓ）²≦１５
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項２は請求項１の発明において、
前記第２の光学素子は、光軸方向に調整可能に構成されていることを特徴としている。

請求項３は請求項１又は２の発明において、
前記光源手段はマルチビームレーザより成り、前記第１の光学素子は非球面レンズであることを特徴としている。

請求項４は請求項１、２又は３の発明において、
前記被走査面上のスポット径は主走査断面、副走査断面において、ともに５０μm以下であることを特徴としている。

請求項５は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、
前記第２の光学素子は鏡筒で保持されており、前記鏡筒は光軸方向に変移して、前記被走査面において主走査断面内のピント調整を行うことを特徴としている。

請求項６は請求項２の発明において、
前記被走査面上の主走査断面内および副走査断面内のピント位置を検知する焦点位置検知手段を有し、前記焦点位置検知手段の主走査断面の焦点位置検知信号に基づいて前記第２の光学素子を光軸方向に移動させる駆動機構と、副走査断面の焦点位置検知信号に基づいて前記第２の光学系を光軸方向に移動させる駆動機構とを備えていることを特徴としている。

請求項７の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査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している。

請求項８の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置と、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光走査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している。

請求項９の発明のカラー画像形成装置は、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴としている。

請求項１０は請求項９の発明において、
外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴としている。

本発明によれば入射光学系における光学素子の調整敏感度を抑え、初期調整における被走査面上のピントずれを簡易な構成で高精度に補正できる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。

本発明の実施例１の主走査断面図 本発明の実施例１の第１の光学系の要部断面図 本発明の実施例１の第２の凸レンズの調整敏感度を示す図 本発明の実施例１の主走査方向の深度幅、被走査面湾曲性能を示す図 本発明の実施例１の副走査方向の深度幅、被走査面湾曲性能を示す図 本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図 本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図 従来の光走査装置の要部断面図 従来の光走査装置の入射光学系のレンズ断面図 従来の光走査装置の要部概略図 従来の光走査装置の光学系のレンズ断面図 従来の光走査装置の光学系のレンズ断面図

本発明の光走査装置は、光源手段と、光源手段から出射した光束を偏向手段に入射させる入射光学系と、偏向手段により偏向走査された光束を被走査面に結像させる結像光学系とを有している。

入射光学系は、光源手段から出射した光束を平行光束に変換する第１の光学系と、第１の光学系から出射した光束を副走査方向に集光させる第２の光学系とを有している。第１の光学系は、正のパワーを有する回転対称の第１、第２の光学素子を有している。光源手段は、第１の光学素子の前側焦点位置よりも短い距離に位置し、かつ第１の光学素子とユニットで一体化されている。

そして第２の光学素子のパワーΦ２、第１の光学系のパワーΦ、全系の主走査断面内の倍率βｍ、全系の副走査断面内の倍率βｓ等を適切に設定している。さらに、第２の光学素子を光軸方向に単一量変移したときの被走査面における主走査断面内のピント移動量Δｄｍと、副走査断面内のピント移動量Δｄｓ等を適切に設定している。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。図２は図１に示した一部分の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。

尚、以下の説明において、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、副走査方向（偏向手段の回転軸と平行な方向）を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。

図中、１は光源手段であり、複数の発光部（発光点）を有し、発振波長の中心波長が670nmのマルチビームレーザより成っており、後述する第１の光学素子２の前側焦点位置（光源手段１側の焦点位置）よりも短い距離に位置している。
本実施例のマルチビームレーザ１はパッケージの出射窓として薄い平行平板のカバーガラス備え、この窓を通して出射される。

ＬＡは入射光学系であり、光源手段１から出射した光束を平行光束に変換する第１の光学系Ｌ１、第１の光学系Ｌ１から出射した光束を副走査方向に集光させる第２の光学系Ｌ２、そして第１、第２の絞り３ａ，３ｂを有している。

また、入射光学系ＬＡは、その光軸が、後述する光偏向器５の回転軸に垂直な平面と平行な面内に配置されており、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。

第１の光学系Ｌ１は、主走査方向と副走査方向に正のパワーを有する回転対称の第１、第２の光学素子２，１０を有している。
第１の光学素子２は、非球面形状のコリメータレンズ（非球面レンズ）（以下、「第１の凸レンズ２」と称す。）より成り、光源手段１から出射された発散光束を平行光束に近い光束に変換している。
また、第１の凸レンズ２と光源手段１は一体化(ユニット化）されて光源ユニット３を構成している。
３ａは第１の絞りであり、第１の凸レンズ２の出射面に備えられ、副走査断面内(副走査方向)の通過光束を制限してビーム形状を整形している。

第２の光学素子１０はコリメータレンズ（以下、「第２の凸レンズ１０」と称す。）よりなり、光軸方向に調整可能に構成されており、第１の絞り３ａで整形され出射した光束を平行光束に変換している。
本実施例における第２の凸レンズ１０は、鏡筒(不図示）で保持されており、鏡筒は駆動機構１２により光軸方向に変移して、被走査面７において主走査断面内(主走査方向)のピント調整を行っている。
第２の光学系Ｌ２は、シリンドリカルレンズ４よりなり、副走査断面内にのみ所定のパワーを有しており、第２の凸レンズ１０を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（反射面）５ａに線像として結像させている。シリンドリカルレンズ４は駆動機構１３で光軸方向に移動可能となっている。

３ｂは第２の絞りであり、光偏向器５の偏向面５ａ近傍に配置され、主走査断面内の通過光束を制限してビーム形状を整形している。

本実施例においては、第２の絞り３ｂを偏向面５ａ近傍に配置することにより、複数の発光点から出射した光束が偏向面５ａ上で焦線が主走査方向に分離するのを抑制している。この第２の絞り３ｂを偏向面５ａ近傍に配置しないと複数ビームの書き出し位置ずれが大きくなり、焦線のケラレを防止するために偏向面が大きくなってしまうので良くない。

５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば５面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。

６はｆθ特性を有する結像光学系（ｆθレンズ系）であり、第１の結像レンズ６１と、第２の結像レンズ６２とを有している。

結像光学系６は光偏向器５によって偏向走査された画像情報に基づく光束を被走査面としての感光ドラム面７上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａと感光ドラム面７との間を共役関係にすることにより、面倒れ補正を行っている。

尚、以下、結像光学系６を「ｆθレンズ系６」と称し、第１の結像レンズ６１を「第１ｆθレンズ６１」、第２の結像レンズ６２を「第２ｆθレンズ６２」と称す。

８は防塵ガラスであり、光走査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。

７は被走査面としての感光ドラム面（記録媒体面）である。

本実施例において、画像情報に応じて光源手段１から射出した光束は第１の凸レンズ２により平行光束に近い光束に変換される。そして、第１の絞り３ａにより副走査方向の光束径が制限され、更に第２の凸レンズ１０により平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においては、第２の絞り３ｂにより主走査方向の光束径が制限される。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａに線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向走査された光束はｆθレンズ系６により感光ドラム面７上にスポット状に結像され、該光偏向器５を所定方向Ａに回転させることによって、該感光ドラム面７上を主走査方向に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面７上に画像記録を行っている。

表１に本実施例におけるｆθレンズ系６の諸特性を示す。

ｆθレンズ系６を構成する第１ｆθレンズ６１、第２ｆθ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軸としたときに主走査断面形状は、

なる式で表わされる。

なお、Ｒは曲率半径、ｋは離心率、Ｂ_i（i=4,6,8,10・・・）は非球面係数である。

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、ｆθレンズ系６を構成する第１ｆθレンズ６１の入射面、射出面、および第２ｆθレンズ６２の入射面の各レンズ面の副走査断面の非球面形状は、

なる式で表される。Sは母線上の任意の点において母線の面法線を含み主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。

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。

第２ｆθレンズ６２の出射面の副走査断面の非球面形状は、

なる式で表される。Sは母線上の任意の点において母線の面法線を含み主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。

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。

上記数式(b)〜(e)においてｒは光軸上における副走査断面の曲率半径、Ｄ_j（j=2,4,6,8,10・・・）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、副走査断面は球面形状でありレンズ面の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−１において、「Ｅ−ｘ」は、「１０^−ｘ」を意味している。

表２、表３に本実施例における入射光学系の諸特性を示す。表４に主走査断面内及び副走査断面内の被走査面上における光束のスポット径及び全体倍率を示す。表５に第１の凸レンズ２の非球面形状の非球面係数を示す。

第１の凸レンズ２は、その焦点距離fcolが24.90ｍｍの非球面レンズであり、ガラスモード成形により作成されている。

光源手段１と第１の凸レンズ２の入射面までの光軸方向の間隔は表２から
d1＋d2＋d3＝20.942ｍｍ
である。

一方、第１の凸レンズ２の焦点距離fcolは上記の如く24.90ｍｍである。光源手段１の発光点(発光部）は第１の凸レンズ２から平行光束で出射する位置より、該第１の凸レンズ２側へ1.855ｍｍ近づいて保持され、平行光束に近い発散光束を出射する。

本実施例において、第１の凸レンズ２の形状は、光源手段１側が球面、反光源手段１側が光軸に対して回転対称な非球面になっており、４次、６次の非球面項はマルチビームの発光点間の像面湾曲を補正している。

発光点の数は16個、発光点間隔ピッチは50μｍで、発光点の最大間隔は0.75ｍｍと大きい。そのため、光軸近傍の発光点と最軸外の発光点では像面湾曲が大きくピント差が大きくなる。発光点の数は装置の高速化ともに増大するので１ｍｍ程度まで最大発光点間隔が広かることが予想される。

本実施例では将来の汎用性に備えて光軸から0.5ｍｍ程度まで発光点が分布してもピント差が生じないように構成されている。また、第２の絞り３ｂを偏向面５ａ近傍に配置しているため、発光点間で第１の凸レンズ２の通過位置が大きく異なる。このためそれぞれの発光点に対して最適な結像性能を得るため４次、６次の非球面項を用いて補正している。なお、この非球面係数は通常の球面収差を補正する以上に大きな非球面量を与えている。

非球面の定義式を以下に示す。

非球面形状Ｘは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。Ｘは非球面上の任意の点において光軸を通る断面形状で定義される形状である。

なお、Ｒは曲率半径、ｈは光軸と垂直断面方向の距離、Ai、Biは非球面係数である。

第１の凸レンズ２は光源手段１との相対位置が調整され、一体に保持されたユニット構造になっている。図示しないが、第１の凸レンズ２は光源手段１を保持する部材とレンズを保持する鏡筒の少なくとも２つの部材で構成され、また第１の凸レンズ２は鏡筒に対して３次元（X,Y,Z）方向に位置調整された後にＵＶ接着されて固定される。光源手段１は光軸回りに回転調整され、発光点の副走査方向に射影されたピッチを調整し、被走査面上で所定の解像度になるよう調整される。

第２の凸レンズ１０は表２に示すようにBSL7の硝材（屈折率N3=1.5134)で構成され、光源手段１側が平凸形状の回転対称な凸レンズである。また、第２の凸レンズ１０の焦点距離fcolは332.27ｍｍと長く、第１の凸レンズ２との合成焦点距離は24.76ｍｍである。

第１、第２の凸レンズ２、１０を出射した光束は平行光束に変換され、２枚構成でありながら第１の凸レンズ２との焦点距離の変化はわずか0.16ｍｍである。

本実施例において、第２の凸レンズ１０のパワーをΦ２、第１の光学系Ｌ１のパワーをΦ、全系の主走査断面内の倍率をβｍ、全系の副走査断面内の倍率をβｓとする。また第２の凸レンズ１０を光軸方向に単一量変移したときの被走査面７における主走査断面内のピント移動量をΔｄｍ、副走査断面内のピント移動量をΔｄｓとする。そのとき、
０．０４≦Φ２／Φ≦０．１０ ‥‥(1)
Δｄｓ≦０．２×Δｄｍ ‥‥(2)
５≦（βｍ／βｓ）²≦１５ ‥‥(3)
なる条件を満足させている。
次に上記条件式(1)〜(3)に関する技術的意味について説明する。

図３は本実施例の第２の凸レンズ１０の調整敏感度を示す図である。

図３において、縦軸は第２の凸レンズ１０を光軸方向に１ｍｍ移動したときの被走査面(像面）上でのピント移動量（敏感度）である。縦軸の符号は第２の凸レンズ１０を光源手段側に移動させたときに被走査面上のピントが手前に（負の符号）に移動したことを示している。逆方向に移動させれば符号は反転する。敏感度は符号に関係なく縦軸の絶対値で議論する。横軸は第２の光学系Ｌ２の合成パワーΦに対する第２の凸レンズ１０のパワーΦ２の比Φ２／Φである。

図３は比Φ２／Φが小さくなると調整敏感度は小さくなり、比Φ２／Φが0.10以下になるとピント移動量は１敏感度を１以下にすることができる。

一方で、第２の凸レンズ１０を移動させると被走査面上の副走査断面内(副走査方向）のピントも移動するが、図３に示すように敏感度は低く主走査断面内(主走査方向）の移動量に比して1/10と非常に小さい。

本実施例では第１の光学系Ｌ１のパワーΦに対する第２の凸レンズ１０のパワーΦ２の比は、
Φ２／Φ＝0.075
であり、これは条件式(1)を満足している。

また、本実施例において、被走査面における主走査断面内のピント移動量（敏感度）Δｄｍは、
Δｄｍ＝−0.36ｍｍ、
副走査断面内のピント移動量（敏感度）Δｄｓは、
Δｄｓ＝−0.037
である。これは条件式(2)を満足している。尚、敏感度Δｄｍ、Δｄｓは各々上述した如く符号に関係なく縦軸の絶対値で議論する。

本実施例においては、比Φ２／Φを０．１以下となるようにすれば副走査断面内のピントずれを気にすることなく主走査断面内のピントを調整できる。また、主走査断面内の調整敏感度も０．１未満にすることができるので、第２の凸レンズ１０の位置誤差や調整精度を0.5ｍｍ程度に緩和できる。

高画質で高精細な画像を得るためには、被走査面上の光束のスポット径を主走査方向及び副走査方向ともに５０μm以下に設定するのが望ましい。
本実施例では、被走査面上の光束のスポット径を主走査方向及び副走査方向ともに４５μｍに設定している。

図４、図５は各々本実施例の本実施例の主走査方向及び副走査方向の焦点深度幅、被走査面湾曲性能を示す図である。

図４、図５に示すように小スポットなると、それぞれの深度、ピント中心（被走査面湾曲）は非常に狭くなり、特に主走査方向の焦点深度幅は走査画の影響により像高に比例して狭くなる。走行端部、162.5ｍｍ位置では約3.5ｍｍの焦点深度幅である。この焦点深度幅に対し、上記第２の凸レンズ１０の調整精度を0.5ｍｍとすると被走査面上での主走査断面内のピント調整誤差は0.18ｍｍとなり、十分許容できる。

なお、比Φ２／Φがあまり小さくなると敏感度はなくなり、ピント調整ができなくなってしまう。調整敏感度（ピント敏感度）0.１以上を確保するには比Φ２／Φは0.04以上である必要がある。

本実施例では、表４に示すように全系の横倍率は主走査方向は副走査方向の3.1倍である。縦倍率の比にすると9.7倍となる。図３に示したように第２の凸レンズ１０の副走査方向の敏感度を小さくするには、縦倍率比を5倍以上、15倍以下が適当である。つまり、上記条件式(3)を満足させるのが良い。

条件式(3)の下限値を下回ると副走査断面内の敏感度が大きくなりすぎるので良くない。また条件式(3)の上限値を上回ると主走査断面内の敏感度が大きくなりすぎるので良くない。通常、主走査方向の全系の縦倍率は10倍〜150倍の範囲に設定される。

本実施例において、第２の凸レンズ１０の出射面の曲率半径はR=-170程度と大きい。このため平面か曲面かの識別が難しく組立て時に間違えやすい。そこで本実施例では平面側の面取部をB0.8以上に大きく設定することで面の方向を特定している。

本実施例において、第２の凸レンズ１０の形状は光軸に対して回転対称の球面レンズであるため、これを光軸方向に調整するために円形の鏡筒の座面がＤカットされた鏡筒に取り付け、鏡筒を光学装置の座面に沿って光軸方向に移動することにより行われる。

また、本実施例において、第２の凸レンズ１０の形状は上記の如く回転対称であるため、レンズ単品では芯取り工程により外形に対するレンズの光軸精度を出しやすい。レンズ単品をＤカットするか、矩形に切出すと、カット面からレンズ光軸までの精度が悪くなり光軸高さを保証するのが難しい。座面との慴動面は鏡筒でレンズを受けて、鏡筒のＤカット部を修道させた方が、最終的にレンズの光軸精度は小さく保証される。

本実施例では第２の凸レンズ１０の主走査断面内の調整敏感度を低減し、かつ副走査断面内の敏感度は無視できる程度に低減できることを説明した。

このような光学構成は装置の初期調整にとどまらず、被走査面上のピント位置を検知し、検知信号から第２の凸レンズ１０およびシリンドリカルレンズ４の移動量と方向を制御するオートフォーカス機構に適用しても有効である。

そこで本実施例では装置内に被走査面上の主走査断面内および副走査断面内のピント位置を検知する焦点位置検知手段１１を設けている。そして、焦点位置検知手段１１からの主走査断面の焦点位置検知信号に基づいて駆動機構１２により第２の凸レンズ１０を光軸方向に移動させて主走査断面内のピント調整を行っている。また、焦点位置検知手段１１からの副走査断面の焦点位置検知信号に基づいて駆動機構１３によりシリンドリカルレンズ４を光軸方向に移動させて副走査断面内のピント調整を行っている。
環境変動に対するピントずれを補正することは、結像レンズをプラスチックレンズで構成し、高精細で小スポット化で焦点深度が狭くなる構成では、必須の技術である。よって、上述した本実施例の構成はアクティブにピントを補正することができる。

このように本実施例は上述した如く光源手段１とパワーの大きい第１の凸レンズ２を一体化することにより、光源手段１と第１の凸レンズ２との間隔を第１の凸レンズ２の前側焦点位置よりも短くしている。これにより、位置精度が安定し、初期および温度変化に対するピント変動を抑えることができる。

また、本実施例では上述した如く第２の凸レンズ１０のパワーΦ２を条件式(1)で規定することにより、第２の凸レンズ１０の調整敏感度を抑え、初期調整における被走査面上のピントずれを簡易な構成で高精度に補正している。また、温度変化による被走査面上のピントずれは光走査装置内の温度分布によらず良好に補正することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［画像形成装置］
図６は、本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。図において、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、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、前記光走査ユニット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、上記光ビーム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６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６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６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、先に説明した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。

本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図７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。本実施例は、光走査装置（光走査光学系）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７において、６０はカラー画像形成装置、２１，２２，２３，２４は各々実施例１に示した構成を有する光走査装置、７１，７２，７３，７４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、図７においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。

図７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、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、それぞれ光走査装置２１，２２，２３，２４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム７１，７２，７３，７４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光走査装置（２１，２２，２３，２４）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７１，７２，７３，７４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するものである。

本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置２１，２２，２３，２４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７１，７２，７３，７４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。

前記外部機器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。

１ 光源手段
２ 第１の光学素子
３ａ 第１の絞り
１０ 第２の光学素子
４ シリンドリカルレンズ
３ｂ 第２の絞り
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
６ 結像光学系
７ 被走査面
８ 防塵ガラス
Ｌ１ 第１の光学系
Ｌ２ 第２の光学系
ＬＡ 入射光学系
６１ 第１の結像レンズ
Ｌ２ 第２の結像レンズ
２１，２２，２３，２４ 光走査装置
３１、３２、３３、３４ 現像器
４１、４２、４３、４４ 光ビーム
７１、７２、７３、７４ 像担持体（感光ドラム）
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 光走査装置
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 (10)

1. 光源手段と、前記光源手段から出射した光束を偏向手段に入射させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向走査された光束を被走査面に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記入射光学系は、前記光源手段から出射した光束を平行光束に変換する第１の光学系と、前記第１の光学系から出射した光束を副走査方向に集光させる第２の光学系とを有し、
   前記第１の光学系は、正のパワーを有する回転対称の第１、第２の光学素子を有し、
   前記光源手段は、前記第１の光学素子の前側焦点位置よりも短い距離に位置し、かつ、
   前記第１の光学素子とユニットで一体化されており、
   前記第２の光学素子のパワーをΦ２、前記第１の光学系のパワーをΦ、全系の主走査断面内の倍率をβｍ、全系の副走査断面内の倍率をβｓ、前記第２の光学素子を光軸方向に単一量変移したときの前記被走査面における主走査断面内のピント移動量をΔｄｍ、副走査断面内のピント移動量をΔｄｓとするとき、
   ０．０４≦Φ２／Φ≦０．１０
   Δｄｓ≦０．２×Δｄｍ
   ５≦（βｍ／βｓ）²≦１５
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 前記第２の光学素子は、光軸方向に調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光源手段はマルチビームレーザより成り、前記第１の光学素子は非球面レンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記被走査面上のスポット径は主走査断面、副走査断面において、ともに５０μm以下であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光走査装置。
5. 前記第２の光学素子は鏡筒で保持されており、前記鏡筒は光軸方向に変移して、前記被走査面において主走査断面内のピント調整を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記被走査面上の主走査断面内および副走査断面内のピント位置を検知する焦点位置検知手段を有し、前記焦点位置検知手段の主走査断面の焦点位置検知信号に基づいて前記第２の光学素子を光軸方向に移動させる駆動機構と、副走査断面の焦点位置検知信号に基づいて前記第２の光学系を光軸方向に移動させる駆動機構とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査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。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置と、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光走査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。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴とするカラー画像形成装置。
10. 外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴とする請求項９に記載のカラー画像形成装置。