JP2012141544A - 光走査装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各発光点から出射された光が被走査面に形成する走査線を適切なビームピッチ及びビームスポット径となるように制御することができ、かつ温度変動に対しても安定した補正が可能な光走査装置、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 光偏向手段前光学系と、走査光学系とを備えた光走査装置において、前記光偏向手段前光学系は、第１光学素子１１と、偏向走査方向及び偏向走査垂直方向にアナモフィックな負の屈折力を有し、偏向走査方向の屈折力よりも偏向走査垂直方向の屈折力が大きい樹脂製の第２光学素子１３と、偏向走査方向には屈折力が無く、偏向走査垂直方向に正の屈折力を有するガラス製の第３光学素子１４とを備え、第２及び第３光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸方向の変位により、被走査面上に形成される走査線の間隔が調整される光走査装置、及び該光走査装置を備えた画像形成装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、光走査装置及び、その光走査装置を備えた複写機、ファクシミリ装置、プリンタ、或いはこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ装置、レーザプリンタ、複合機を含む画像形成装置は、高速化、高解像度化、書込み幅の広幅化により、走査光学系に用いられる走査ビーム本数が増加傾向にある。また、複数ビームを用いた光走査装置を複数備えたカラー画像形成装置も一般的となっている。

光走査装置に搭載される複数ビーム用の光源としては、発光点が１次元に所定の間隔で配置された半導体レーザアレイ（以下「ＬＤアレイ」と称する）、発光点が２次元に所定の間隔で配置された面発光レーザアレイ（以下、「ＶＣＳＥＬ」と称する）等が知られている。このうち前者のレーザアレイとしては、複数のＬＤアレイから発した光束を、ビーム合成プリズム等を用いて合成することにより、ビーム数を増加させる方式もあり、これは後者のＶＣＳＥＬ同様に発光点が２次元に配置された光源とみなすことができる。

一方、光源のビーム数を増加させていくにつれて、被走査面上に形成される走査線の走査線間隔誤差や走査位置間の走査線間隔偏差の許容レベルは一般的に厳しくなっていく。これらの誤差や偏差が大きくなると、横線画像やハーフトーン画像のような周期的画像において、周期的なスジや濃淡ムラ（バンディングと称される）が目立ちやすくなり、画質劣化の要因となる。また、カラー画像形成装置においては、各色の色ずれ（レジずれ）の原因となり画質が劣化する。

これに対し、光の被走査面に形成される走査線間隔（ビームピッチ）が目標の間隔となるように、シリンダレンズの光軸方向に移動或いは光軸周りに回転することで、被走査面である感光体上に形成されるビームピッチとビーム径を良好に保つことができる調整手段が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

一般に、複数ビーム光学系は、光源の間隔を狭めて配置することにより、像面上のビーム間隔も密に配列できるため、高密度書込に好適である。しかしながら、実際には、光源間隔が狭くなるほど、発熱による寿命劣化や、熱的・電気的クロストークの影響を受けやすいため、光源間隔を狭めるには限界がある。
特許文献１〜３のビーム間隔とビーム径を良好に保つ調整手段において、温度変動の影響に対する調整に関しては開示されていない。

よって、本発明の課題は、複数の発光点からの光を被走査面で同時に走査させるマルチビーム走査装置において、各発光点から出射された光が被走査面に形成する走査線を適切なビームピッチ及びビームスポット径となるように制御することができ、かつ温度変動に対しても安定した補正が可能な光走査装置、及び該光走査装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る光走査装置、及び画像形成装置は、以下のとおりである。
〔１〕 複数の発光点を有する光源と、
前記光源から出射された複数の光束を偏向走査する光偏向手段と、
前記光源から出射した複数の光束を整形し前記光偏向手段の略偏向面位置に偏向走査方向に長い線像として結像させる光偏向手段前光学系と、
前記光偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を備えた光走査装置において、
前記光偏向手段前光学系は、前記光源側より順に、前記光源から出射した複数の光束を整形する第１光学素子と、偏向走査方向及び偏向走査垂直方向にアナモフィックな負の屈折力を有し、偏向走査方向の屈折力よりも偏向走査垂直方向の屈折力が大きい樹脂製の第２光学素子と、偏向走査方向には屈折力が無く、偏向走査垂直方向に正の屈折力を有するガラス製の第３光学素子とを備え、
前記第２光学素子及び前記第３光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸方向における変位により、前記被走査面上に形成される走査線の間隔が調整されることを特徴とする光走査装置である。
〔２〕 前記第１光学素子の焦点距離をｆc、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成焦点距離をｆcy、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成作動距離をｆcy_b、前記走査光学系の偏光走査垂直方向横倍率をβｓとするとき、下記式（１）及び式（２）を満たすことを特徴とする前記〔１〕に記載の光走査装置である。
ｆcy_b／ｆcy≧１．０７ ・・・式（１）
１．５≧｜βｓ×ｆcy／ｆc｜≧１．０ ・・・式（２）
（ただし、ｆcy_bは、前記第２光学素子及び前記第３光学素子を１つの光学素子群としたときの作動距離である。）
〔３〕 前記第２光学素子の前記光源側の入射面が凹面であることを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載の光走査装置である。
〔４〕 前記光源は、複数の発光点が所定の間隔で１次元に配列された発光点列を、所定の間隔で複数列配置した２次元アレイ光源であることを特徴とする前記〔１〕から〔３〕のいずれかに記載の光走査装置である。
〔５〕 前記２次元アレイ光源が、面発光レーザアレイであることを特徴とする前記〔４〕に記載の光走査装置である。
〔６〕 感光体と、該感光体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む現像ユニットと、前記感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
前記光走査手段として、前記〔１〕から〔５〕のいずれかに記載の光走査装置を設けたことを特徴とする画像形成装置である。
〔７〕 感光体と、該感光体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む現像ユニットを複数備え、前記感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
前記光走査手段として、前記〔１〕から〔５〕のいずれかに記載の光走査装置を設けたことを特徴とする画像形成装置である。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、複数の発光点を有する光源と、前記光源から出射された複数の光束を偏向走査する光偏向手段と、前記光源から出射した複数の光束を整形し前記光偏向手段の略偏向面位置に偏向走査方向に長い線像として結像させる光偏向手段前光学系と、前記光偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を備えた光走査装置において、前記光偏向手段前光学系は、前記光源側より順に、前記光源から出射した複数の光束を整形する第１光学素子と、偏向走査方向及び偏向走査垂直方向にアナモフィックな負の屈折力を有し、偏向走査方向の屈折力よりも偏向走査垂直方向の屈折力が大きい樹脂製の第２光学素子と、偏向走査方向には屈折力が無く、偏向走査垂直方向に正の屈折力を有するガラス製の第３光学素子とを備え、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸方向における変位により、前記被走査面上に形成される走査線の間隔が調整される光走査装置であるため、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の組み付け時に、負の屈折力と正の屈折力とを調整することができ、各発光点から出射された光が被走査面に形成する走査線を所望の値のビームピッチに近付けるとともに、ビームスポット径を補正することができ、さらに、前記第２光学素子を樹脂製、前記第３光学素子をガラス製とすることにより、ＬＳＵ（レーザ走査ユニット）周辺の温度変動に対する焦点位置の変動を補正することができる。すなわち、ビームピッチ調整機能と温度補正機能を２つの光学素子に集約化することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の光走査装置において、前記第１光学素子の焦点距離をｆc、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成焦点距離をｆcy、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成作動距離をｆcy_b、前記走査光学系の偏光走査垂直方向横倍率をβｓとするとき、
ｆcy_b／ｆcy≧１．０７ ・・・式（１）
１．５≧｜βｓ×ｆcy／ｆc｜≧１．０ ・・・式（２）
（ただし、ｆcy_bは、前記第２光学素子及び前記第３光学素子を１つの光学素子群としたときの作動距離である。）を満たすため、所謂、レトロフォーカスのパワー配置となり主点位置を後ろに下げられるため、短い焦点距離でありながら、長い作動距離を確保することができレイアウト性に優れるとともに、光学系全系の横倍率を最適に設定することができる。
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載の光走査装置において、前記第２光学素子の前記光源側の入射面が凹面であるため、戻り光が強く収束され、反射戻り光によるレーザの発振状態が不安定になるのを抑制することができる。
請求項４の発明によれば、請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置において、前記光源は、複数の発光点が所定の間隔で１次元に配列された発光点列を、所定の間隔で複数列配置した２次元アレイ光源であるため、レンズの配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差の拡大、及び走査位置間の走査線間隔偏差の増大を抑制できるとともに、光学系組立時の調整項目の削減、及び光学系組立工数の低減を図ることができる。
請求項５の発明によれば、請求項４に記載の光走査装置において、前記２次元アレイ光源が、面発光レーザアレイであるため、レンズの配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差の拡大、及び走査位置間の走査線間隔偏差の増大を抑制できるとともに、光学系組立時の調整項目の削減、及び光学系組立工数の低減を図ることができる。
請求項６の発明によれば、感光体と、該感光体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む現像ユニットと、前記感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、前記光走査手段として、請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を設けた画像形成装置であるため、形成される画像の高画質化を図ることができる。
請求項７の発明によれば、感光体と、該感光体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む現像ユニットを複数備え、前記感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、前記光走査手段として、請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を設けた画像形成装置であるため、カラー画像の形成において、各色の色ずれを低減することができ、高画質化を図ることができる。

本発明の光走査装置の光学系の光源から被走査面までの全体概略図である。 面発光レーザの発光点配列を示す説明図である。 本発明の光走査装置の第２光学素子及び第３光学素子の構成の一例を説明するための図である。 本発明の光走査装置の光偏向手段前光学系における構成及び配置を説明する図である。 本発明の光走査装置の光学系においてレンズ部の調整および組付け方法を説明するための図である。 本発明の光走査装置を搭載した画像形成装置の概略構成例を説明するための図である。 本発明の光走査装置を複数搭載したカラー画像形成装置の概略構成例を説明するための図である。 本発明の光走査装置を複数搭載したカラー画像形成装置における、光源から感光ドラムまでの全体概略構成例を説明するための図である。 本発明の光走査装置の光偏向手段前光学系光学素子のレンズデータを示した表である。 走査光学系の走査レンズＬ１及びＬ２のレンズデータを示した表である。 第２光学素子及び第３光学素子の補正前後におけるビームウェスト位置、ビームピッチの変化を示した表である。 線膨張率、屈折率の温度、波長依存性のデータを示した表である。 ＬＳＵ温度が２５℃変化した場合の特性値の変動を示した表である。

以下、本発明に係る光走査装置、及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

図１は、本発明の光走査装置の光学系の光源から被走査面までの全体概略図である。
本発明の光走査装置は、複数の発光点を有する光源１０と、光源１０から出射された複数の光束を偏向走査する光偏向手段と、光源１０から出射した複数の光束を整形し前記光偏向手段の略偏向面位置に偏向走査方向に長い線像として結像させる光偏向手段前光学系と、前記光偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査光学系とを備える。
前記光偏向手段前光学系は、光源１０側より順に、第１光学素子のカップリングレンズ１１、第２光学素子のアナモフィック樹脂レンズ１３、第３光学素子のガラス製のシリンドリカルレンズ１４を備える。第１〜第３光学素子のレンズデータの例を図９に、走査光学系の走査レンズＬ１及びＬ２のレンズデータの例を図１０に示す。

光源１０としては、複数の発光点が２次元に配置された２次元アレイ光源として面発光型レーザ（以下、「ＶＣＳＥＬ」と称する）を用いた例を示している。なお、光源波長は７８２ｎｍである。
なお、光源はＶＣＳＥＬに限らず、図５に示すように発光点が１次元に配列された端面発光型半導体レーザアレイ（以下、「ＬＤアレイ」と称する）から発した光束を、ビーム合成プリズム等を用いて合成させた光源であっても良い。或いは、ＬＤアレイを単体で用いても良い。

ＶＣＳＥＬ等の２次元配列光源を用いる場合、光源部を光軸まわりに回転することにより、発光点列は理想的な２次元配置に調整される。
ＶＣＳＥＬから放射されるレーザ光の偏光は直線方向であり、後述する光偏向手段によりレーザ光が偏向走査される方向と直交する方向である偏向走査垂直方向（以下、「副走査方向」ともいう）に平行な方向である。光源のＶＣＳＥＬからは４０ビームを射出し、被走査面上での最も離れた走査線の副走査方向の間隔はおよそ０．４ｍｍである。
図２は、ＶＣＳＥＬの発光点配列を示す図である。ＶＣＳＥＬはモノリシックなレーザアレイ素子である。

λ／４板は光源からの直線偏光の光束を円偏光に変換する。
第１光学素子のガラス製のカップリングレンズ１１は、光源からの光束を略平行光に変換する。アパーチャは、平行光を整形してビームスポット径を設定する役割を持つ。

光源１０側より順に、次は、偏向走査方向（主走査方向）及び偏向走査垂直方向（副走査方向）にアナモフィックな負の屈折力を有する第２光学素子のアナモフィック樹脂レンズ１３と、偏向走査垂直方向（副走査方向）のみに正の屈折力を有する第３光学素子のシリンドリカルレンズ１４とのレンズ群で構成される。
該レンズ群を構成する第２光学素子１３及び第３光学素子１４を、光軸方向において変位させることにより、前記被走査面上に形成される走査線の間隔が調整され、所望の値に近づけることができ、また被走査面上のビームスポット径を良好に補正することができる。これにより、特に多ビームで課題となる画像濃度むら（所謂バンディング）の発生を抑えることができる。変位させる方法については後述する。

さらに、第２光学素子１３を樹脂製、第３光学素子１４をガラス製とすることで、ＬＳＵ周辺の温度変動に起因する焦点位置の変動を補正することができる。また、温度変化が起きた場合に、ビームウェスト位置の変動を低減させる効果を有し、ビームスポット径のばらつきを抑制することができる。
このように、本発明の構成により、ビームピッチ調整機能と温度補正機能を、第２光学素子と第３光学素子の２つの光学素子に集約させることができる。

図３、図４、及び図５に、第２光学素子１３と第３光学素子１４の形状と配置関係の詳細を示す。
第２光学素子１３と第３光学素子１４は、ビームスポット径及びビームピッチの調整のために、光偏向手段前光学系の光軸方向（図５記載の座標系のＸ軸方向）、光軸垂直方向（同、Ｚ軸方向）、光軸周り方向（同、Ｚ軸回り方向）に調整してから光学ハウジング部１７に固定される。
第２光学素子１３と第３光学素子１４の固定方法は、紫外線硬化型樹脂、接着剤等の接着手段１６により接着する場合も含むものとする。なお、ここでの「調整」とは、光学素子を光軸方向に規定する位置決め手段が無く、ハウジング部１７が、光学素子の移動が可能な形状になっていれば実質的に調整しているとみなすことができる。

また、第２光学素子１３と第３光学素子１４は、共に光源１０からの光の入射面に曲面側が配置されている。この配置により、入射面から光源１０側への反射戻り光が、副走査方向に発散光束になるため、仮にＶＣＳＥＬ側に反射光が戻ったとしても発振状態が不安定になるのを抑制することができる。

図１に示した全体構成図において、光偏向手段前光学系以降の構成は以下の通りである。
防音ガラスは、ポリゴンミラーの回転中心から３１ｍｍの位置に、主走査方向に１０．２ｄｅｇ、副走査方向に２．５ｄｅｇの角度を有して配置されている。光源１０からの光束は、被走査面の法線に対して６４ｄｅｇの角度を有してポリゴンミラーに入射し、内接円半径２５ｍｍ、偏向反射面数６のポリゴンミラーによって偏向され、走査レンズＬ１、Ｌ２によって等速的に被走査面に結像される。
走査レンズの各面の形状は、いずれも下記式３、式４によって表され、各係数は図１０の表に示した通りである。
なお、下記式（３）及び式（４）のＸは光軸方向（光束の射出方向）、Ｙは主走査方向、Ｃｍ０＝１／Ｒｍ０は主走査方向曲率、Ｃｓ（Ｙ）はＹにおける副走査方向の曲率である。

図１中、被走査面は、面の法線が副走査断面内で３ｄｅｇ傾けられており、被走査面からの正反射光が不具合を起こさないようにしている。
「書込幅」と示した被走査面の範囲が、被走査面である感光体に到達して画像情報を書込む範囲であり、「同期像高」と示した像高では、実際には感光体には到達せず、図示しない同期検知手段によって信号を検知され、書込タイミングの決定に用いられる。
書込開始側および終了側の両方で検知を行うことにより、温度の影響などの経時的変動を検出してフィードバック補正することができる。
書込幅は、３２８ｍｍ、同期像高から同期像高までの距離は３５４ｍｍである。

次に第２光学素子１３と第３光学素子１４の調整方法について説明する。
本発明の光走査装置の副走査方向において、第１光学素子１１の焦点距離をｆc、第２光学素子１３及び第３光学素子１４の偏光走査垂直方向の合成焦点距離をｆcy、走査光学系の偏光走査垂直方向横倍率をβｓとするとき、副走査方向の光学系全体倍率の大きさは、｜βｓ×ｆcy／ｆc｜で表わされる。
このとき、レンズ類の部品製造誤差や、部品配置誤差があると、副走査方向の光学系全体倍率が変化するため、被走査面上の走査線間隔の誤差や副走査方向像面位置ずれの原因になる。マルチビーム走査装置では、走査ビーム本数の増加に伴って、許容できる走査線間隔誤差はより厳しくなっており、走査線間隔の微調手段が不可欠である。
そこで、本発明では、従来１枚であったシリンドリカルレンズを分割し、主走査方向及び副走査方向ともに負の屈折力を有するアナモフィック樹脂レンズ（第２光学素子）１３と、副走査方向のみに正の屈折力を有するシリンドリカルレンズ（第３光学素子）１４のレンズ群で構成し、両レンズを光軸方向において変位させて間隔を調整することにより、fcyの値を変化させ、副走査方向全体倍率を調整し、ビームピッチを所望の値に近付ける調整を行う。

図９の表に、光偏光手段前光学系を構成するカップリングレンズ（第１光学素子）１１、アナモフィック樹脂レンズ（第２光学素子）１３、及びシリンドリカルレンズ（第３光学素子）１４のレンズデータの一例（中央値で理想の場合）を示す。

光偏光手段前光学系において、アナモフィック樹脂レンズ（第２光学素子）１３、及びシリンドリカルレンズ（第３光学素子）１４でズームレンズを構成している。レンズ類の部品製造誤差、部品配置誤差による、主走査方向及び副走査方向のビームウェスト位置ずれと副走査方向の光学系全体倍率ずれを補正し、良好なビームスポット径を得るとともに、良好なビームピッチを得るために調整を行う。
本発明の構成では、アナモフィック樹脂レンズ（第２光学素子）１３は、主走査方向及び副走査方向共に負のパワーを有するため、Ｘ軸方向移動により、主走査方向及び副走査方向のビームウェスト位置と光学倍率とが共に変化する。一方、シリンドリカルレンズ（第３光学素子）１４は、副走査方向にのみ屈折力を有するため、主走査方向のビームウェスト位置は変動しない。

したがって、以下のような手順で調整することができる。
先ず、アナモフィック樹脂レンズ（第２光学素子）１３をＸ軸方向に変位させて、主走査方向のビームウェスト位置を補正する。これはビームスポット径測定機などを用い、像面上で最も主走査ビームスポット径が細くなる位置に調整しても良いし、ダブルナイフエッジを用いて直接ビームウェスト位置が像面と一致するように調整しても良い。
次に、シリンドリカルレンズ（第３光学素子）１４をＸ軸方向に変位させ、光学系全体倍率を変えてビームピッチずれを補正する。これは、ＣＣＤなどのセンサーで像面上の複数ビームの各間隔を計測するなどして、ビームピッチが所望の間隔となるよう光学系全体倍率ずれを調整補正する。
また、一実施態様としては、副走査方向のビームウェスト位置は積極的には補正調整せず、あくまで副走査方向の光学倍率をメインに調整することにより、結果的に副走査方向のビームウェスト位置も（調整を行わない状態と比較して）ある程度所望の位置に近づけることができる。

図１１に、上述の調整を行ったことによるビームウェスト位置の補正効果を示す。
図１１の表に示すように、例えば、主走査ビームウェストが＋１ｍｍ、ビームピッチが−１０μｍずれていた場合は、アナモフィック樹脂レンズ（第２光学素子）を１．３４ｍｍ光源側にシフトし、次にシリンドリカルレンズ（第３光学素子）を０．３８ｍｍ光源側にシフトすることにより、主走査ビームウェスト位置とビームピッチは原理的にはゼロに補正できる。
一方、副走査ビームウェスト位置は０．６２ｍｍ像面側に劣化するが、深度余裕内に収まるレベルである。

図１１に示した例では、レンズ設計中央値から主走査ビームウェストを＋１ｍｍ、ビームピッチを−１０μｍずらせた場合の光学シミュレーション値を用いているが、実際には、レンズ類の部品製造誤差や部品配置誤差によって、特に走査レンズの焦点距離が変動する要因が支配的なため、通常はビームピッチ劣化と副走査ビームウェスト位置ずれ劣化は同方向に働く。したがって、走査レンズの焦点距離変動によりビームピッチが−１０μｍずれた場合は、副走査ビームウェスト位置も同時に−０．６ｍｍ程度ずれているため、ビームピッチを補正した際、通常は副走査ビームウェスト位置も同時に所望の位置に近づいているケースが多い。

なお、上述の調整に対し、第２光学素子及び第３光学素子の光軸周りの回転調整による波面収差の補正、及び副走査方向（Ｚ方向）シフトによる像高間のビームピッチ調整を付加することも可能である（図５参照）。

本発明の光走査装置では、第２光学素子及び第３光学素子は、ビームピッチ調整の機能のみならず、光学系全系の温度補償機能を有する。
一般に、ＬＳＵ周りの温度が、ポリゴンスキャナーの発熱や定着ユニットなどの発熱の影響で上昇した場合、走査レンズの焦点距離が伸びてビームウェスト位置も像面方向にずれるため、ビームスポット径が太り、出力画像の１ドット再現性が劣化する。さらに、ビームピッチも広がる方向に変動する。これに対し、第２光学素子を樹脂製、第３光学素子をガラス製とすることで、樹脂とガラスの線膨張係数、屈折率の差を利用し、温度上昇に対して負の屈折力を生じさせ、結果として光学系全系の焦点距離の伸びを補正する方向に作用させることができる。

図１２に、環状ポリオレフィン樹脂、ガラスについて、線膨張係数と、屈折率の温度、波長依存性データを示す。あわせて、光源発振波長の温度依存性と、ＬＳＵハウジング材質のアルミニウムのデータを示す。

また、図１３に、第２光学素子としてガラス製レンズを用いた場合（温度補正なし）と、樹脂製レンズを用いた場合（温度補正あり）についてそれぞれ、環境温度が２５℃変化した場合の光学特性値変動のシミュレーション結果を示す。
樹脂製レンズを用いることにより、主走査ビームウェスト位置変動、副走査ビームウェスト位置変動、及びビームピッチ変動ともに、温度変化に対してロバストな光学系を実現することができる。すなわち、第２光学素子を、アナモフィックレンズを樹脂製で構成することにより、主走査／副走査ビームウェストとビームピッチの初期調整を可能とし、且つＬＳＵ周りの温度変動に対するロバスト性を向上することができる。

本発明の光走査装置は、第１光学素子の焦点距離をｆc、第２光学素子及び前記第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成焦点距離をｆcy、第２光学素子及び第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成作動距離をｆcy_b、走査光学系の偏光走査垂直方向横倍率をβｓとするとき、下記式（１）及び式（２）を満たすことが好ましい。
ｆcy_b／ｆcy≧１．０７ ・・・式（１）
１．５≧｜βｓ×ｆcy／ｆc｜≧１．０ ・・・式（２）
（ただし、ｆcy_bは、第２光学素子及び第３光学素子を１つの光学素子群としたときの作動距離である。）
第２光学素子は負の屈折力を、第３光学素子は正の屈折力を有するため、いわゆるレトロフォーカスのパワー配置となり、主点位置を後ろに下げることができる。そのため、式（１）の関係を満たすことにより、短い焦点距離でありながら、長い作動距離を確保することができる。

また、光源間隔を狭めるには限界があるが、式（２）を満たすように副走査方向の光学系全体倍率の大きさ｜βｓ×ｆcy／ｆc｜を設定することが好ましい。｜βｓ×ｆcy／ｆc｜が上限の１．５を超えると、光源間隔を狭く配列する必要があるため、光源からの発熱による寿命劣化や、熱的・電気的クロストークが課題となる。一方、｜βｓ×ｆcy／ｆc｜が下限の１．０を超えると、第２光学素子及び第３光学素子の副走査方向の焦点距離を短く設定するか、走査レンズの横倍率を小さく設計する必要が生じる。横倍率を小さくし過ぎると、像面湾曲の劣化が顕著になってしまう。
第２光学素子及び第３光学素子の焦点距離を短くした場合は、光偏光手段により近づく位置に配置する必要がある。図１により説明すると、そのような配置にすると、走査レンズＬ１と、第２光学素子１３及び第３光学素子１４とが物理的に干渉しやすくなり、第２光学素子１３及び第３光学素子１４が光偏光手段（ポリゴンミラー）で偏向走査される光束を蹴ってしまうおそれがある。そこで、上記式（１）を同時に満たすことにより、短い焦点距離でありながら、長い作動距離を確保することができ、偏向光束を蹴ったり、レイアウト的に邪魔にならない光学配置を実現することができる。

具体的な数値の例を図３に示す。
ｆcy_b＝５９．６３５
ｆcy＝５２．６８８
ｆcy_b／ｆcy＝１．１３
βｓ＝０．９８
ｆc＝４１．１４３
｜βｓ×ｆcy／ｆc｜＝１．２５
上記の値に設定することにより、偏向走査される光を蹴ることなく、レイアウト上も邪魔にならない光学素子の配置が成立する。

また、第２光学素子の前記光源側の入射面が凹面であることが好ましい。
入射面が平面であると、反射光が光源及び光量検知モニターに戻りやすいため、レーザの発振状態が不安定になり、且つ光量モニターが不正確になる問題を生じやすい。そこで、入射面側に凹の曲面を向けることにより、戻り光が強く収束されて、結果として光源位置では大きく広がり、反射戻り光によるレーザの発振状態が不安定になるのを抑制することができる。

光源１０は、複数の発光点が所定の間隔で１次元に配列された発光点列を、所定の間隔で複数列配置した２次元アレイ光源であることが好ましく、該２次元アレイ光源が、面発光レーザアレイであることが好ましい。
２次元に配列された発光点を有する２次元アレイ光源、例えば、面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬ）を光源の場合に、レンズの配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差（ビームピッチずれ）の増大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減を図ることができる。

〔画像形成装置〕
本発明の画像形成装置は、感光体と、該感光体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む現像ユニットと、前記感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備え、前記光走査手段として、本発明の光走査装置を備えている。前記現像ユニットは複数であってもよい。

図６に、本発明の光走査装置を搭載した画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成を示す。
このレーザプリンタ１０００は、本発明の光走査装置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、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。

被走査面となる感光体ドラム１０３０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。ここでは、感光体ドラム１０３０は、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。

本発明の光走査装置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、パソコン等）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面に画像情報に対応した潜像が形成される。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。

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（トナー像）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枚ずつ取り出し、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。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に対向する位置に戻る。

図６に示す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、本発明の画像形成装置は、これに限定されるものではない。本発明の光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば、画像濃度むら（バンディング）の発生が抑制された高精細な画像を高速で形成することが可能となる。

例えば、本発明の光走査装置１０１０を備え、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、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。
図７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の例を示す。

図７に示すように、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、本発明の光走査装置１０１０Ａと、転写ベルト８０と、定着手段３０とを少なくとも備える。

図８は、光走査装置の光源であるＶＣＳＥＬから感光ドラムまでの全体概略図である（光学系ハウジングは非図示としている）。
図８に示す光走査装置は、図１と同様の構成の走査光学系を４系統備えており、光偏向手段であるポリゴンミラーは２系統ずつ共用して振り分け走査を行っている。
光源としては、ブラック用のＶＣＳＥＬ、シアン用のＶＣＳＥＬ、マゼンタ用のＶＣＳＥＬ、イエロー用のＶＣＳＥＬを有している。各ＶＣＳＥＬの複数の面発光レーザは２次元配列されている。

そして、図７に示すように、ブラック用のＶＣＳＥＬからの光はブラック用の走査光学系を介して被走査面となる感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用のＶＣＳＥＬからの光はシアン用の走査光学系を介して感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用のＶＣＳＥＬからの光はマゼンタ用の走査光学系を介して感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用のＶＣＳＥＬからの光はイエロー用の走査光学系を介して感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。

各感光体ドラムは矢印の方向に回転し、回転方向に沿ってそれぞれ帯電器、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本発明の光走査装置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ようになっている。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、転写ベルト８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。

タンデムカラー機では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合があるが、光走査装置１０１０Ａは、２次元配列された複数の発光部を有しているため、点灯させる発光部を選択することで色ずれの補正精度を高めることができる。

上述のとおり、本発明の光走査装置では、通常のＬＳＵで用いられる１枚玉のシリンダレンズを、第２光学素子の屈折力を負、第３光学素子の屈折力を正に分割することにより、両光学素子の配置位置を組み付け時に調整することにより、被走査面上に形成される走査線の走査線間隔（ビームピッチ）を所望の値に近づけることができ、被走査面上のビームスポット径を良好に補正することができる。これにより、特に多ビームで課題となる画像濃度むら（バンディング）の発生を抑えることができる。
さらに、第２光学素子を負の屈折力の樹脂製、第３光学素子を正の屈折力のガラス製とすることで、環境温度の変動に対して全光学系のデフォーカス位置、及び／又は走査線間隔の変動を低減するように温度補償することができ、ビームピッチ調整機能と温度補正機能を２つの光学素子に集約化することができる。

１０ 光源
１１ 第１光学素子
１２ アパーチャ
１３ 第２光学素子
１４ 第３光学素子
１５ 偏向反射面

特開平４−１０１１１２号公報 特開平８−１５６２５号公報 特開２００８−７６７１２号公報

Claims (7)

1. 複数の発光点を有する光源と、
   前記光源から出射された複数の光束を偏向走査する光偏向手段と、
   前記光源から出射した複数の光束を整形し前記光偏向手段の略偏向面位置に偏向走査方向に長い線像として結像させる光偏向手段前光学系と、
   前記光偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を備えた光走査装置において、
   前記光偏向手段前光学系は、前記光源側より順に、前記光源から出射した複数の光束を整形する第１光学素子と、偏向走査方向及び偏向走査垂直方向にアナモフィックな負の屈折力を有し、偏向走査方向の屈折力よりも偏向走査垂直方向の屈折力が大きい樹脂製の第２光学素子と、偏向走査方向には屈折力が無く、偏向走査垂直方向に正の屈折力を有するガラス製の第３光学素子とを備え、
   前記第２光学素子及び前記第３光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸方向における変位により、前記被走査面上に形成される走査線の間隔が調整されることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１光学素子の焦点距離をｆc、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成焦点距離をｆcy、前記第２光学素子及び前記第３光学素子の偏光走査垂直方向の合成作動距離をｆcy_b、前記走査光学系の偏光走査垂直方向横倍率をβｓとするとき、下記式（１）及び式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   ｆcy_b／ｆcy≧１．０７ ・・・式（１）
   １．５≧｜βｓ×ｆcy／ｆc｜≧１．０ ・・・式（２）
   （ただし、ｆcy_bは、前記第２光学素子及び前記第３光学素子を１つの光学素子群としたときの作動距離である。）
3. 前記第２光学素子の前記光源側の入射面が凹面であることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記光源は、複数の発光点が所定の間隔で１次元に配列された発光点列を、所定の間隔で複数列配置した２次元アレイ光源であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記２次元アレイ光源が、面発光レーザアレイであることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 感光体と、該感光体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む現像ユニットと、前記感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
   前記光走査手段として、請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。
7. 感光体と、該感光体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む現像ユニットを複数備え、前記感光体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
   前記光走査手段として、請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。