JP4240777B2 - 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から出射した１つ以上の光束を偏向素子で偏向させｆθ特性を有する結像素子を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、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ーやデジタル複写機等の画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）やデジタル複写機等に用いられる走査光学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、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子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。
【０００３】
図５はこの種の従来の走査光学装置に要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段５１から放射した発散光束はコリメーターレンズ５２により略平行光束とされ、絞り５３によって該光束（光量）を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンダーレンズ（シリンドリカルレンズ）５４に入射している。シリンダーレンズ５４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器５５の偏向面（反射面）５５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器５５の偏向面５５ａで反射偏向された光束はｆθ特性を有する結像手段（ｆθレンズ）５６を介して被走査面としての感光ドラム面５８上に導光し、該光偏向器５５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面５８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面５８上に画像記録を行なっている。
【０００６】
近年、ＬＢＰ本体の高速化、高解像化の流れから、光源として複数のレーザー光源（発光部）を有するマルチビームレーザーを採用し、複数の光束で記録媒体面上を同時に走査するようにした走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）も種々と提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さらに電子写真プロセスを有する画像形成装置の高速化、高解像化と共に高速のカラー画像形成に対応できるカラー画像形成装置も種々と提案されている。図６は上述の走査光学装置を複数個同時に使用し、それぞれ異なる感光ドラム面上に各色毎の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の要部概略図である。
【０００８】
同図におけるカラー画像形成装置は図５に示す構成の走査光学装置（６１，６２，６３，６４）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、各々並行して感光ドラム（７１，７２，７３，７４）面上に画像信号を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０００９】
このカラー画像形成装置に用いられる走査光学装置は生産性やコストも重要であり、例えば結像手段（ｆθレンズ）をプラスチック成形により製作し、安価なｆθレンズを用いることが主流となっている。
【００１０】
プラスチックレンズを用いた走査光学装置は、
・複数のレーザー光源間の初期波長ズレ
・環境変化に伴う半導体レーザーのモードホッピングによる波長ズレ
・環境変化によるプラスチックレンズの屈折率変動
等によりピント位置のズレや倍率色収差による結像位置のズレが生じる。ピント位置のズレはビームスポットの肥大化につながり画像劣化の原因となる。倍率色収差による結像位置のズレは記録画像の倍率変化につながり、特にタンデムタイプのカラー画像形成装置では各色毎の走査光学装置間の倍率変化の差が各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を引き起こし画像劣化の原因となる。
【００１１】
これを解決するカラー画像形成装置が、例えば特開平１１−２２３７８４号公報で提案されている。同公報では屈折光学素子と回折光学素子とを適時組合せて結像手段を構成することにより倍率色収差の補正とピントの温度補償を達成している。
【００１２】
一般に屈折光学素子と回折光学素子とを含む結像手段を有したカラー画像形成装置において、
（ア−１）結像手段の副走査方向の倍率（副走査倍率）を適時低減するためには光偏向器より遠い側に配置された回折光学素子自体のパワーを大きくする必要がある。収差補正のために屈折光学素子と回折光学素子とのパワー比は所望の比率が望ましく、大きいパワーの回折格子の格子ピッチは狭くなり製造しにくくなる。副走査倍率が大きいとポリゴンミラーの偏向面の加工誤差や装置の振動等により走査線が所望の位置に対して変動し、所謂ジッターが発生しやすくなる。ジッターはカラー画像形成装置での各色毎のレジストレーションずれ（色ずれ）の原因となるので設計上重要なファクターである。
【００１３】
（ア−２）屈折光学素子や回折光学素子などの光学素子を走査光学装置に取り付けて製造、組み立てを行う際、例えば製造誤差で屈折光学素子と回折光学素子とが偏心配置されてしまうと走査光学装置のレーザースポットの軌跡、いわゆる走査線が湾曲してしまう。例えば図５に示された従来例ではトーリックレンズ５６ａが通常のメカ精度で紙面に対し垂直方向に０．１ｍｍずれて配置されると走査線の湾曲が約２９μｍも発生する。特にタンデムタイプのカラー画像形成装置では各色毎の走査光学装置間の走査線湾曲の差は各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を引き起こし画像劣化の原因となる。
【００１４】
本発明は結像手段の一要素を構成する回折光学素子の副走査断面内における形状を適切に形成し、該結像手段の副走査倍率を低減させることにより、走査光学装置のジッター等の性能を向上させ、画質の向上を図ることができる走査光学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。
【００１５】
また本発明は回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍に屈折光学素子を配置することにより、走査線の湾曲を低減することができる走査光学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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の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された光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束を被走査面に結像させる結像手段と、を有する走査光学装置であって、
前記偏向手段に入射する光束は、前記偏向手段の偏向点を含む主走査断面内から前記偏向手段の偏向面に入射しており、かつ、
前記結像手段は、前記偏向手段から順に、プラスチック製の屈折光学素子、前記回折光学素子を有しており、かつ、
前記屈折光学素子及び前記回折光学素子は、副走査断面内のパワーを有しており、かつ、
前記屈折光学素子の副走査断面のパワーと前記回折光学素子の副走査断面のパワーの比は、環境変動に伴う前記被走査面上の副走査方向のピント変化を補償するように設定されており、かつ、
前記屈折光学素子の主走査断面内の形状は、前記偏向手段側に凹面を向けたメニスカス形状であり、かつ、
前記回折光学素子は、入射面の副走査断面内の形状が凸形状であり、かつ、出射面の副走査断面内の形状が平面形状であり、かつ、前記出射面上に回折格子が形成されており、かつ、
前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に前記屈折光学素子を配置され、かつ、
副走査断面内において、前記屈折光学素子のレンズ面と前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束の軸外主光線の交わる点は、前記結像手段の光軸方向において前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に対して前記偏向手段側に配置され、前記屈折光学素子のレンズ面と前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束の軸上主光線の交わる点は、前記結像手段の光軸方向において前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に対して前記被走査面側に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１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手段と、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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の主走査断面内の要部断面図（主走査断面図）である。
【００３３】
同図において１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２はコリメーターレンズであり、光源手段１から出射された発散光束（光ビーム）を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。４はシリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）であり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り３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５ａにほぼ線像として結像させている。
【００３４】
尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４の各要素は入射光学手段の一要素を構成している。
【００３５】
５は偏向手段としての、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段（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。
【００３６】
６はｆθ特性を有する結像手段（走査レンズ系）であり、共にプラスチック製より成る屈折光学素子６１と長尺の回折光学素子６２とを有している。
【００３７】
屈折光学素子６１は主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで互いに異なるパワーを有する単一のトーリックレンズより成り、該トーリックレンズ６１の主走査断面内の形状は光偏向器側に凹面を向けたメニスカス形状より成っている。
【００３８】
回折光学素子６２は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有しており、入射面６２ａの副走査断面内における形状を光偏向器５側に凸面を向けた形状（凸形状）より形成しており、該入射面６２ａの主走査断面内における形状を光偏向器５側に凹面を向けた形状（凹形状）より形成しており、また出射面６２ｂは、後述する表１〜表４の４面として示すように∞、即ち平面であり、この面に回折格子を形成している。本実施形態では回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリックレンズ６１を配置している。また本実施形態では意図的にこの回折光学素子６２の位置をチルト調整手段又は／及びシフト調整手段により調整することにより、走査線の傾きずれや走査線の曲がりの補正を行っている。
【００３９】
本実施形態では光偏向器５の回転軸と感光ドラム面（被走査面）８の中点より該光偏向器５側にトーリックレンズ６１、該感光ドラム面８側に回折光学素子６２を配している。結像手段６は光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を感光ドラム面８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の面倒れを補正している。
【００４０】
８は被走査面としての感光ドラム面である。
【００４１】
本実施形態において半導体レーザー１から出射した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。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にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束はトーリックレンズ６１と回折光学素子６２とを介して感光ドラム面８上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８上に画像記録を行なっている。
【００４２】
本実施形態における結像手段６を構成するトーリックレンズ６１と回折光学素子６２との形状は各々、
▲１▼トーリックレンズ．．主走査断面内が１０次までの関数で表せる非球面形状、トーリックレンズの光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、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、
主走査方向と対応する母線方向が、
【００４３】
【数１】
【００４４】
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ4 、Ｂ6 、Ｂ8 、Ｂ10は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで r '＝r0（1+D2Y2+ D4Y4+ D6Y6+ D8Y8+ D10Y10）
（但し、ｒ0は光軸上の子線曲率半径、Ｄ2 、Ｄ4 、Ｄ6 、Ｄ8 、Ｄ10は
非球面係数）
▲２▼回折光学素子．．主走査断面内が１０次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表わされる回折面、
φ＝ｍλ＝ｂ2 Ｙ2 ＋ｂ4 Ｙ4 ＋ｂ6 Ｙ6 ＋ｂ8 Ｙ8 ＋ｂ10 Ｙ10
＋（ｄ0 ＋ｄ1 Ｙ＋ｄ2 Ｙ2 ＋ｄ3 Ｙ3 ＋ｄ4 Ｙ4 ）Ｚ2
（但し、φは位相関数、ｍは回折次数、λは使用波長、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ2 ，ｂ4 ，ｂ6 ，ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は位相係数、実施形態１〜５では＋１次回折光を使用）
なる式で表わされる。
【００４７】
表−１に本実施形態における結像手段６の数値実施例１（設計値）を示す。
【００４８】
尚、表−１においてトーリックレンズ６１の入射面６１ａを第１面、出射面６１ｂを第２面、回折光学素子６２の入射面６２ａを第３面、出射面６２ｂを第４面とする。第０面はポリゴンミラー５の偏向点とする。回折光学素子６２の入射面６２ａの副走査断面内のパワーをｆ１、出射面６２ｂの副走査断面内のパワーをｆ２、ｆ１とｆ２の合成パワーをＦ、結像手段６の副走査断面内の結像倍率をｍ、屈折光学素子６１の光軸上の出射面６１ｂから回折光学素子６２の光軸上の入射面６２ａまでの距離をｅ２、回折光学素子６２の光軸上の入射面６２ａから前側焦点位置までの距離をｓ１とする。
【００４９】
【表１】
【００５０】
本実施形態において、例えばトーリッレンズ６１が通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして＋２．５μｍであり、これは図５に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００５１】
ここで図２を用いて詳細に説明する。図２は本実施形態の副走査断面のパワー配置を示した要部概念図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５２】
本実施形態におけるトーリックレンズ６１は前述の如く主走査断面内においてポリゴンミラー５側（偏向手段側）に凹面を向けたメニスカス形状であるので、副走査断面内のパワー配置は同図に示すように軸上６１Ａに対して軸外６１Ｂはポリゴンミラー５側に寄った位置となる。この状態で例えば組み立て時にトーリックレンズ６１が矢印Ｄ方向（図１で紙面に対して垂直な方向、Ｚ方向）にシフトしたとすると、軸上主光線７０Ａと軸外主光線７０Ｂは同図に示すような光路をたどる。
これは上述した如く回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリックレンズ６１を配置しているためである。
【００５３】
即ち、本実施形態では回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍に設けたトーリックレンズ６１のパワー配置が軸上６１Ａと軸外６１Ｂとの間にあるため、軸上主光線７０Ａと軸外主光線７０Ｂは各々図２に示すように回折光学素子６２での到達高さが異なり、該回折光学素子６２を透過後には軸上主光線７０Ａは発散ぎみに、軸外主光線７０Ｂは収束ぎみに進行する。この結果、被走査面８上では軸上主光線７０Ａと軸外主光線７０Ｂはほぼ同じ高さに到達することになる。
【００５４】
一般に走査光学装置における走査線の湾曲の許容量としては±１０μｍ程度であることが知られている。本実施形態では
０．５＜｜ｅ２／ｓ１｜＜１．２ ‥‥（１）
但し、ｅ２：屈折光学素子の光軸上の出射面から回折光学素子の光軸上の入射面までの距離
ｓ１：回折光学素子の光軸上の入射面から該回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置までの距離
なる条件を満足するように各要素を設定している。
【００５５】
条件式（１）は走査線の湾曲の許容量を規定したものであり、条件式（１）の上限値を越えると湾曲量が＋１０μｍを越えてしまい良くない。また条件式（１）の下限値を越えると湾曲量が−１０μｍを越えてしまい良くない。更に条件式（１）の下限値を越えると副走査倍率も３倍以上になり、ポリゴンミラーの反射面の加工誤差や装置の振動等により走査線が所望の位置に対して変動する、いわゆるジッターが発生しやすくなるので良くない。
【００５６】
尚、本実施形態において更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５７】
０．５５＜｜ｅ２／ｓ１｜＜１．１ ‥‥（１ａ）
本実施形態において回折光学素子６２の副走査断面内のパワー配分は上記表−１に示すように入射面６２ａと出射面６２ｂとでほぼ二分している。仮に入射面６２ａ側の副走査断面内のパワーをすべて出射面６２ｂの回折格子に持たせるとしたら、表−１のほぼ２倍の回折格子数が必要となり、精度面から型の加工やレンズの成形工程が厳しくなる。
【００５８】
本実施形態では上述の如く回折光学素子６２の副走査断面内の入射面を凸形状とすることにより適切にパワーを分散させ、２枚構成の結像手段６の後群のパワー配置を大きめに取り、該結像手段６の副走査倍率を低減させ、これにより走査光学装置のジッター等の性能を向上させ、画質の向上を図っている。
【００５９】
またこのように回折光学素子６２の副走査断面内の入射面を凸形状とすることにより設計上の自由度が得られ、例えばトーリックレンズ６１と回折光学素子６２における副走査方向のパワー比を最適にすることにより、環境変動に伴なうプラスチック材料の屈折率変動によるピント変化を、例えば半導体レーザー１の波長変動等を利用して容易に補償することができる。
【００６０】
また本実施形態では上述の如く回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリックレンズ６１を配置することにより、該トーリックレンズ６１の位置精度に対して走査線の敏感度を低減している。
【００６１】
一方、回折光学素子６２の位置精度によって走査線の湾曲等が発生しやすい場合は、該回折光学素子６２の位置（姿勢）をピント調整手段（不図示）により調整すればよい。例えば図１の矢印Ｃに示す如く回折光学素子６２の長手方向に平行な軸を中心に回転調整することにより走査線の湾曲を微調することができる。この他にも回折光学素子６２の位置をシフト調整手段（不図示）により紙面に対して垂直な方向（Ｚ方向）や長手方向にシフトして走査線の湾曲や倍率等も微調できる。また光軸まわりの回転で走査線の傾きを微調することもできる。
【００６２】
また本実施例ではｆθ特性を有する結像手段（走査レンズ系）はプラスチック製より成る屈折光学素子６１と長尺の回折光学素子６２で説明したが必ずしもこの構成に限られるものではない。たとえば、設計仕様上高性能が要求され、収差補正を一段と厳しく行わなければならないときは、屈折光学素子６１と回折光学素子６２のいずれかもしくは両方について、単一素子のパワーを分割して複数の光学素子でレンズ群を成し、走査光学系全系が３枚以上の光学素子で設計される場合でも、回折光学素子の副走査断面内の入射面又は／及び出射面を凸形状とすることにより適切にパワーを分散させればよい。また必ずしもプラスチック製である必要はなく、研磨・切削加工されたガラス材製や、ガラス母材上に樹脂材で回折格子面を構成するハイブリッド材製であっても良い。
【００６３】
［実施形態２］
表−２は本発明の実施形態２の結像手段の数値実施例２である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６４】
【表２】
【００６５】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして＋０．９μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００６６】
［実施形態３］
表−３は本発明の実施形態３の結像手段の数値実施例３である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６７】
【表３】
【００６８】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして−０．６μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００６９】
［実施形態４］
表−４は本発明の実施形態４の結像手段の数値実施例４である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７０】
【表４】
【００７１】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして＋８．３μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００７２】
［実施形態５］
表−５は本発明の実施形態５の結像手段の数値実施例５である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７３】
【表５】
【００７４】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして−７．６μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００７５】
このように各実施形態では上述の如く回折光学素子６２の副走査断面内のパワーを入射面（屈折面）６２ａと出射面（回折面）６２ｂとに分散させることにより、回折面６２ｂは温度補償等のために所望のパワーに設定する一方で屈折面６２ａのパワーを大きく取り、回折光学素子６２のパワーを大きくすることができる。またポリゴンミラー５より遠い側に配置された回折光学素子６２のパワーが大きくなるので結像手段６の副走査倍率を適時低減でき、これにより走査光学装置のジッター等の性能を向上させ、画質の向上を図ることができる。
【００７６】
更に各実施形態では回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリッレンズ６１を配置することにより、該トーリッレンズ６１の製造誤差で該トーリッレンズ６１が偏心配置されても走査線湾曲が発生しにくくできる。また各実施形態では回折光学素子６２の偏心配置を防止する一方で意図的に該回折光学素子６２を偏心調整して、製造誤差で回折光学素子６２以外の光学部品が偏心配置されて発生する走査線湾曲を調整している。これにより走査光学装置の走査線湾曲を低減し、特にタンデムタイプのカラー画像形成装置での各色毎のレジストレーションずれ（色ずれ）を削減し、画像劣化を防止することができる。
【００７７】
尚、各実施形態においては光源手段を単一の光源を有するシングルビームレーザより構成したが、これに限らず、複数の光源を有するマルチビームレーザより構成しても良い。また各実施形態においては結像手段を構成するトーリックレンズと回折光学素子とを共にプラスチック製より形成したが、プラスチック製に限らず、ガラスモールドや、基盤ガラス材上に樹脂材をレプリカプレスしたものなどで代用しても同等の効果が得られる。また光偏向器や光偏向器以前の入射光学手段についても、これに限られるものではない。
【００７８】
また各本実施形態においては回折光学素子の入射面６２ａの副走査断面内における形状を光偏向器５側に凸面を向けた形状（凸形状）より形成したが、これに限らず、出射面６２ｂの副走査断面内における形状を感光ドラム面８側に凸面を向けた形状（凸形状）より形成してもよく、また出射面６２ｂの主走査断面内における形状を感光ドラム面８側に凹面を向けた形状（凹形状）より形成しても良い。これによっても前述と同様な効果が得られる。
【００７９】
また各実施形態においては回折光学素子の出射面６２ｂに回折格子を形成したが、これに限らず、入射面６２ａに形成しても良い。また各実施形態では屈折光学素子と回折光学素子とを各々単一より構成したが、複数より構成しても良い。
【００８０】
［画像形成装置］
図３は、本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図３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、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（走査光学装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム（光束）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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。ここで用いられるトナー粒子は、例えば帯電ローラ１０２によって帯電された電荷とは逆符号を持ち、そして、感光ドラムの非露光部にトナーが付着する部分（画線部）となる、所謂正規現像や感光ドラムの露光部にトナーが付着する反転現像を行うようにしても良い。
【００８３】
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３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。
【００８４】
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３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とで構成されており、転写部から撒送されてきた用紙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。
【００８５】
図３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、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００８６】
［カラー画像形成装置］
図４は前述した実施形態１から５のいずれかの走査光学装置を複数個同時に使用し、それぞれ異なる感光ドラム面上に各色毎の画像情報を記録し、カラー画像を形成したタンデムタイプのカラー画像形成装置の要部概略図である。
【００８７】
同図において１１，１２，１３，１４は各々前述した実施形態１から５のいずれかの走査光学装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１は搬送ベルトである。
【００８８】
同図におけるカラー画像形成装置は上記の走査光学装置（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、各々並行して感光ドラム（２１，２２，２３，２４）面上に画像信号を記録し、その後記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を高速に印字するものである。
【００８９】
このように本発明の走査光学装置を複数用いてカラー画像形成装置を構成することにより、高速化を図ることができると同時に各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）の少ない高画質な画像を得ることができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば以下に示す効果を得ることができる走査光学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。
【００９１】
（イ−１）回折光学素子の副走査断面内における入射面の形状を凸形状より形成し、適切にパワーを分散させ、２枚構成の結像手段の後群のパワー配置を大きめに取り、該結像手段の副走査倍率を低減させることにより、走査光学装置のジッターなどの性能を向上させ、画質の向上を図ることができる。
【００９２】
また設計自由度が増すことから、屈折光学素子と回折光学素子とのパワー比を所望の比率に設定することができ、これにより収差補正やピント位置の温度補償などの設計が容易になる。更には回折光学素子のパワーを適時設定することにより、回折格子の格子ピッチを適当に設定することができ、これにより製造がし易くなる。
【００９３】
（イ−２）回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置近傍に屈折光学素子を配置することにより、屈折光学素子と回折光学素子などの光学部品を取り付けて走査光学装置を製造、組み立てを行う際、例えば製造誤差で屈折光学素子と回折光学素子が偏心配置されても走査光学装置のレーザースポットの軌跡、いわゆる走査線の湾曲を低減することができる。特にタンデムタイプのカラー画像形成装置では各色毎の走査光学装置間の走査線湾曲の差の低減は各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を向上させ、画質の向上を図ることができる。
【００９４】
また回折光学素子の長手方向に平行な軸を中心に回転調整するなど、意図的に回折光学素子の位置をチルト調整又は／及びシフト調整することにより、製造誤差で回折光学素子以外の光学部品が偏心配置されて発生する走査線の湾曲などを微調することが可能となり、これによりカラー画像形成装置の各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を更に向上させ、画質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の主走査断面内の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の副走査断面内のパワー配置図
【図３】 本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の構成例を示す副走査方向の要部断面図
【図４】 本発明のタンデムタイプのカラー画像形成装置の要部概略図
【図５】 従来の走査光学装置の要部概略図
【図６】 従来のタンデムタイプのカラー画像形成装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ コリメーターレンズ
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（光偏向器）
６ 結像手段
６１ 屈折光学素子（トーリックレンズ）
６２ 回折光学素子
８ 被走査面（感光ドラム面）
１１，１２，１３，１４ 走査光学装置
２１，２２，２３，２４ 像担持体（感光ドラム）
３１ 搬送ベルト
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
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
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から出射した１つ以上の光束を偏向素子で偏向させｆθ特性を有する結像素子を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、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ーやデジタル複写機等の画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）やデジタル複写機等に用いられる走査光学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、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子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。
【０００３】
図５はこの種の従来の走査光学装置に要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段５１から放射した発散光束はコリメーターレンズ５２により略平行光束とされ、絞り５３によって該光束（光量）を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンダーレンズ（シリンドリカルレンズ）５４に入射している。シリンダーレンズ５４に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器５５の偏向面（反射面）５５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器５５の偏向面５５ａで反射偏向された光束はｆθ特性を有する結像手段（ｆθレンズ）５６を介して被走査面としての感光ドラム面５８上に導光し、該光偏向器５５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面５８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面５８上に画像記録を行なっている。
【０００６】
近年、ＬＢＰ本体の高速化、高解像化の流れから、光源として複数のレーザー光源（発光部）を有するマルチビームレーザーを採用し、複数の光束で記録媒体面上を同時に走査するようにした走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）も種々と提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さらに電子写真プロセスを有する画像形成装置の高速化、高解像化と共に高速のカラー画像形成に対応できるカラー画像形成装置も種々と提案されている。図６は上述の走査光学装置を複数個同時に使用し、それぞれ異なる感光ドラム面上に各色毎の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の要部概略図である。
【０００８】
同図におけるカラー画像形成装置は図５に示す構成の走査光学装置（６１，６２，６３，６４）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、各々並行して感光ドラム（７１，７２，７３，７４）面上に画像信号を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０００９】
このカラー画像形成装置に用いられる走査光学装置は生産性やコストも重要であり、例えば結像手段（ｆθレンズ）をプラスチック成形により製作し、安価なｆθレンズを用いることが主流となっている。
【００１０】
プラスチックレンズを用いた走査光学装置は、
・複数のレーザー光源間の初期波長ズレ
・環境変化に伴う半導体レーザーのモードホッピングによる波長ズレ
・環境変化によるプラスチックレンズの屈折率変動
等によりピント位置のズレや倍率色収差による結像位置のズレが生じる。ピント位置のズレはビームスポットの肥大化につながり画像劣化の原因となる。倍率色収差による結像位置のズレは記録画像の倍率変化につながり、特にタンデムタイプのカラー画像形成装置では各色毎の走査光学装置間の倍率変化の差が各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を引き起こし画像劣化の原因となる。
【００１１】
これを解決するカラー画像形成装置が、例えば特開平１１−２２３７８４号公報で提案されている。同公報では屈折光学素子と回折光学素子とを適時組合せて結像手段を構成することにより倍率色収差の補正とピントの温度補償を達成している。
【００１２】
一般に屈折光学素子と回折光学素子とを含む結像手段を有したカラー画像形成装置において、
（ア−１）結像手段の副走査方向の倍率（副走査倍率）を適時低減するためには光偏向器より遠い側に配置された回折光学素子自体のパワーを大きくする必要がある。収差補正のために屈折光学素子と回折光学素子とのパワー比は所望の比率が望ましく、大きいパワーの回折格子の格子ピッチは狭くなり製造しにくくなる。副走査倍率が大きいとポリゴンミラーの偏向面の加工誤差や装置の振動等により走査線が所望の位置に対して変動し、所謂ジッターが発生しやすくなる。ジッターはカラー画像形成装置での各色毎のレジストレーションずれ（色ずれ）の原因となるので設計上重要なファクターである。
【００１３】
（ア−２）屈折光学素子や回折光学素子などの光学素子を走査光学装置に取り付けて製造、組み立てを行う際、例えば製造誤差で屈折光学素子と回折光学素子とが偏心配置されてしまうと走査光学装置のレーザースポットの軌跡、いわゆる走査線が湾曲してしまう。例えば図５に示された従来例ではトーリックレンズ５６ａが通常のメカ精度で紙面に対し垂直方向に０．１ｍｍずれて配置されると走査線の湾曲が約２９μｍも発生する。特にタンデムタイプのカラー画像形成装置では各色毎の走査光学装置間の走査線湾曲の差は各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を引き起こし画像劣化の原因となる。
【００１４】
本発明は結像手段の一要素を構成する回折光学素子の副走査断面内における形状を適切に形成し、該結像手段の副走査倍率を低減させることにより、走査光学装置のジッター等の性能を向上させ、画質の向上を図ることができる走査光学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。
【００１５】
また本発明は回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍に屈折光学素子を配置することにより、走査線の湾曲を低減することができる走査光学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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の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された光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束を被走査面に結像させる結像手段と、を有する走査光学装置であって、
前記偏向手段に入射する光束は、前記偏向手段の偏向点を含む主走査断面内から前記偏向手段の偏向面に入射しており、かつ、
前記結像手段は、前記偏向手段から順に、プラスチック製の屈折光学素子、前記回折光学素子を有しており、かつ、
前記屈折光学素子及び前記回折光学素子は、副走査断面内のパワーを有しており、かつ、
前記屈折光学素子の副走査断面のパワーと前記回折光学素子の副走査断面のパワーの比は、環境変動に伴う前記被走査面上の副走査方向のピント変化を補償するように設定されており、かつ、
前記屈折光学素子の主走査断面内の形状は、前記偏向手段側に凹面を向けたメニスカス形状であり、かつ、
前記回折光学素子は、入射面の副走査断面内の形状が凸形状であり、かつ、出射面の副走査断面内の形状が平面形状であり、かつ、前記出射面上に回折格子が形成されており、かつ、
前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に前記屈折光学素子を配置され、かつ、
副走査断面内において、前記屈折光学素子のレンズ面と前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束の軸外主光線の交わる点は、前記結像手段の光軸方向において前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に対して前記偏向手段側に配置され、前記屈折光学素子のレンズ面と前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束の軸上主光線の交わる点は、前記結像手段の光軸方向において前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に対して前記被走査面側に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１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手段と、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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の主走査断面内の要部断面図（主走査断面図）である。
【００３３】
同図において１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２はコリメーターレンズであり、光源手段１から出射された発散光束（光ビーム）を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束（光量）を制限している。４はシリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）であり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り３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５ａにほぼ線像として結像させている。
【００３４】
尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４の各要素は入射光学手段の一要素を構成している。
【００３５】
５は偏向手段としての、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段（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。
【００３６】
６はｆθ特性を有する結像手段（走査レンズ系）であり、共にプラスチック製より成る屈折光学素子６１と長尺の回折光学素子６２とを有している。
【００３７】
屈折光学素子６１は主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで互いに異なるパワーを有する単一のトーリックレンズより成り、該トーリックレンズ６１の主走査断面内の形状は光偏向器側に凹面を向けたメニスカス形状より成っている。
【００３８】
回折光学素子６２は主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有しており、入射面６２ａの副走査断面内における形状を光偏向器５側に凸面を向けた形状（凸形状）より形成しており、該入射面６２ａの主走査断面内における形状を光偏向器５側に凹面を向けた形状（凹形状）より形成しており、また出射面６２ｂは、後述する表１〜表４の４面として示すように∞、即ち平面であり、この面に回折格子を形成している。本実施形態では回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリックレンズ６１を配置している。また本実施形態では意図的にこの回折光学素子６２の位置をチルト調整手段又は／及びシフト調整手段により調整することにより、走査線の傾きずれや走査線の曲がりの補正を行っている。
【００３９】
本実施形態では光偏向器５の回転軸と感光ドラム面（被走査面）８の中点より該光偏向器５側にトーリックレンズ６１、該感光ドラム面８側に回折光学素子６２を配している。結像手段６は光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を感光ドラム面８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の面倒れを補正している。
【００４０】
８は被走査面としての感光ドラム面である。
【００４１】
本実施形態において半導体レーザー１から出射した発散光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）を制限してシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。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にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束はトーリックレンズ６１と回折光学素子６２とを介して感光ドラム面８上に導光され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８上に画像記録を行なっている。
【００４２】
本実施形態における結像手段６を構成するトーリックレンズ６１と回折光学素子６２との形状は各々、
▲１▼トーリックレンズ．．主走査断面内が１０次までの関数で表せる非球面形状、トーリックレンズの光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、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、
主走査方向と対応する母線方向が、
【００４３】
【数１】
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ4 、Ｂ6 、Ｂ8 、Ｂ10は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００４５】
【数２】
ここで r '＝r0（1+D2Y2+ D4Y4+ D6Y6+ D8Y8+ D10Y10）
（但し、ｒ0は光軸上の子線曲率半径、Ｄ2 、Ｄ4 、Ｄ6 、Ｄ8 、Ｄ10は
非球面係数）
▲２▼回折光学素子．．主走査断面内が１０次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表わされる回折面、
φ＝ｍλ＝ｂ2 Ｙ2 ＋ｂ4 Ｙ4 ＋ｂ6 Ｙ6 ＋ｂ8 Ｙ8 ＋ｂ10 Ｙ10
＋（ｄ0 ＋ｄ1 Ｙ＋ｄ2 Ｙ2 ＋ｄ3 Ｙ3 ＋ｄ4 Ｙ4 ）Ｚ2
（但し、φは位相関数、ｍは回折次数、λは使用波長、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ2 ，ｂ4 ，ｂ6 ，ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 は位相係数、実施形態１〜５では＋１次回折光を使用）
なる式で表わされる。
【００４７】
表−１に本実施形態における結像手段６の数値実施例１（設計値）を示す。
【００４８】
尚、表−１においてトーリックレンズ６１の入射面６１ａを第１面、出射面６１ｂを第２面、回折光学素子６２の入射面６２ａを第３面、出射面６２ｂを第４面とする。第０面はポリゴンミラー５の偏向点とする。回折光学素子６２の入射面６２ａの副走査断面内のパワーをｆ１、出射面６２ｂの副走査断面内のパワーをｆ２、ｆ１とｆ２の合成パワーをＦ、結像手段６の副走査断面内の結像倍率をｍ、屈折光学素子６１の光軸上の出射面６１ｂから回折光学素子６２の光軸上の入射面６２ａまでの距離をｅ２、回折光学素子６２の光軸上の入射面６２ａから前側焦点位置までの距離をｓ１とする。
【００４９】
【表１】
本実施形態において、例えばトーリッレンズ６１が通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして＋２．５μｍであり、これは図５に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００５１】
ここで図２を用いて詳細に説明する。図２は本実施形態の副走査断面のパワー配置を示した要部概念図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５２】
本実施形態におけるトーリックレンズ６１は前述の如く主走査断面内においてポリゴンミラー５側（偏向手段側）に凹面を向けたメニスカス形状であるので、副走査断面内のパワー配置は同図に示すように軸上６１Ａに対して軸外６１Ｂはポリゴンミラー５側に寄った位置となる。この状態で例えば組み立て時にトーリックレンズ６１が矢印Ｄ方向（図１で紙面に対して垂直な方向、Ｚ方向）にシフトしたとすると、軸上主光線７０Ａと軸外主光線７０Ｂは同図に示すような光路をたどる。
これは上述した如く回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリックレンズ６１を配置しているためである。
【００５３】
即ち、本実施形態では回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍に設けたトーリックレンズ６１のパワー配置が軸上６１Ａと軸外６１Ｂとの間にあるため、軸上主光線７０Ａと軸外主光線７０Ｂは各々図２に示すように回折光学素子６２での到達高さが異なり、該回折光学素子６２を透過後には軸上主光線７０Ａは発散ぎみに、軸外主光線７０Ｂは収束ぎみに進行する。この結果、被走査面８上では軸上主光線７０Ａと軸外主光線７０Ｂはほぼ同じ高さに到達することになる。
【００５４】
一般に走査光学装置における走査線の湾曲の許容量としては±１０μｍ程度であることが知られている。本実施形態では
０．５＜｜ｅ２／ｓ１｜＜１．２ ‥‥（１）
但し、ｅ２：屈折光学素子の光軸上の出射面から回折光学素子の光軸上の入射面までの距離
ｓ１：回折光学素子の光軸上の入射面から該回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置までの距離
なる条件を満足するように各要素を設定している。
【００５５】
条件式（１）は走査線の湾曲の許容量を規定したものであり、条件式（１）の上限値を越えると湾曲量が＋１０μｍを越えてしまい良くない。また条件式（１）の下限値を越えると湾曲量が−１０μｍを越えてしまい良くない。更に条件式（１）の下限値を越えると副走査倍率も３倍以上になり、ポリゴンミラーの反射面の加工誤差や装置の振動等により走査線が所望の位置に対して変動する、いわゆるジッターが発生しやすくなるので良くない。
【００５６】
尚、本実施形態において更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５７】
０．５５＜｜ｅ２／ｓ１｜＜１．１ ‥‥（１ａ）
本実施形態において回折光学素子６２の副走査断面内のパワー配分は上記表−１に示すように入射面６２ａと出射面６２ｂとでほぼ二分している。仮に入射面６２ａ側の副走査断面内のパワーをすべて出射面６２ｂの回折格子に持たせるとしたら、表−１のほぼ２倍の回折格子数が必要となり、精度面から型の加工やレンズの成形工程が厳しくなる。
【００５８】
本実施形態では上述の如く回折光学素子６２の副走査断面内の入射面を凸形状とすることにより適切にパワーを分散させ、２枚構成の結像手段６の後群のパワー配置を大きめに取り、該結像手段６の副走査倍率を低減させ、これにより走査光学装置のジッター等の性能を向上させ、画質の向上を図っている。
【００５９】
またこのように回折光学素子６２の副走査断面内の入射面を凸形状とすることにより設計上の自由度が得られ、例えばトーリックレンズ６１と回折光学素子６２における副走査方向のパワー比を最適にすることにより、環境変動に伴なうプラスチック材料の屈折率変動によるピント変化を、例えば半導体レーザー１の波長変動等を利用して容易に補償することができる。
【００６０】
また本実施形態では上述の如く回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリックレンズ６１を配置することにより、該トーリックレンズ６１の位置精度に対して走査線の敏感度を低減している。
【００６１】
一方、回折光学素子６２の位置精度によって走査線の湾曲等が発生しやすい場合は、該回折光学素子６２の位置（姿勢）をピント調整手段（不図示）により調整すればよい。例えば図１の矢印Ｃに示す如く回折光学素子６２の長手方向に平行な軸を中心に回転調整することにより走査線の湾曲を微調することができる。この他にも回折光学素子６２の位置をシフト調整手段（不図示）により紙面に対して垂直な方向（Ｚ方向）や長手方向にシフトして走査線の湾曲や倍率等も微調できる。また光軸まわりの回転で走査線の傾きを微調することもできる。
【００６２】
また本実施例ではｆθ特性を有する結像手段（走査レンズ系）はプラスチック製より成る屈折光学素子６１と長尺の回折光学素子６２で説明したが必ずしもこの構成に限られるものではない。たとえば、設計仕様上高性能が要求され、収差補正を一段と厳しく行わなければならないときは、屈折光学素子６１と回折光学素子６２のいずれかもしくは両方について、単一素子のパワーを分割して複数の光学素子でレンズ群を成し、走査光学系全系が３枚以上の光学素子で設計される場合でも、回折光学素子の副走査断面内の入射面又は／及び出射面を凸形状とすることにより適切にパワーを分散させればよい。また必ずしもプラスチック製である必要はなく、研磨・切削加工されたガラス材製や、ガラス母材上に樹脂材で回折格子面を構成するハイブリッド材製であっても良い。
【００６３】
［実施形態２］
表−２は本発明の実施形態２の結像手段の数値実施例２である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６４】
【表２】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして＋０．９μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００６６】
［実施形態３］
表−３は本発明の実施形態３の結像手段の数値実施例３である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６７】
【表３】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして−０．６μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００６９】
［実施形態４］
表−４は本発明の実施形態４の結像手段の数値実施例４である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７０】
【表４】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして＋８．３μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００７２】
［実施形態５］
表−５は本発明の実施形態５の結像手段の数値実施例５である。本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は結像手段の設計値を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７３】
【表５】
本実施形態において、例えばトーリッレンズが通常のメカ配置精度で紙面に対して垂直方向に０．１ｍｍ偏心して組み立てられた場合に生じる走査線の湾曲は偏心方向に凸の走査線湾曲をマイナスとして−７．６μｍであり、これは図４に示した従来例に対して大幅に低減することができる。
【００７５】
このように各実施形態では上述の如く回折光学素子６２の副走査断面内のパワーを入射面（屈折面）６２ａと出射面（回折面）６２ｂとに分散させることにより、回折面６２ｂは温度補償等のために所望のパワーに設定する一方で屈折面６２ａのパワーを大きく取り、回折光学素子６２のパワーを大きくすることができる。またポリゴンミラー５より遠い側に配置された回折光学素子６２のパワーが大きくなるので結像手段６の副走査倍率を適時低減でき、これにより走査光学装置のジッター等の性能を向上させ、画質の向上を図ることができる。
【００７６】
更に各実施形態では回折光学素子６２の副走査断面内における前側焦点位置、もしくはその近傍にトーリッレンズ６１を配置することにより、該トーリッレンズ６１の製造誤差で該トーリッレンズ６１が偏心配置されても走査線湾曲が発生しにくくできる。また各実施形態では回折光学素子６２の偏心配置を防止する一方で意図的に該回折光学素子６２を偏心調整して、製造誤差で回折光学素子６２以外の光学部品が偏心配置されて発生する走査線湾曲を調整している。これにより走査光学装置の走査線湾曲を低減し、特にタンデムタイプのカラー画像形成装置での各色毎のレジストレーションずれ（色ずれ）を削減し、画像劣化を防止することができる。
【００７７】
尚、各実施形態においては光源手段を単一の光源を有するシングルビームレーザより構成したが、これに限らず、複数の光源を有するマルチビームレーザより構成しても良い。また各実施形態においては結像手段を構成するトーリックレンズと回折光学素子とを共にプラスチック製より形成したが、プラスチック製に限らず、ガラスモールドや、基盤ガラス材上に樹脂材をレプリカプレスしたものなどで代用しても同等の効果が得られる。また光偏向器や光偏向器以前の入射光学手段についても、これに限られるものではない。
【００７８】
また各本実施形態においては回折光学素子の入射面６２ａの副走査断面内における形状を光偏向器５側に凸面を向けた形状（凸形状）より形成したが、これに限らず、出射面６２ｂの副走査断面内における形状を感光ドラム面８側に凸面を向けた形状（凸形状）より形成してもよく、また出射面６２ｂの主走査断面内における形状を感光ドラム面８側に凹面を向けた形状（凹形状）より形成しても良い。これによっても前述と同様な効果が得られる。
【００７９】
また各実施形態においては回折光学素子の出射面６２ｂに回折格子を形成したが、これに限らず、入射面６２ａに形成しても良い。また各実施形態では屈折光学素子と回折光学素子とを各々単一より構成したが、複数より構成しても良い。
【００８０】
［画像形成装置］
図３は、本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図３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、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（走査光学装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム（光束）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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。ここで用いられるトナー粒子は、例えば帯電ローラ１０２によって帯電された電荷とは逆符号を持ち、そして、感光ドラムの非露光部にトナーが付着する部分（画線部）となる、所謂正規現像や感光ドラムの露光部にトナーが付着する反転現像を行うようにしても良い。
【００８３】
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３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。
【００８４】
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３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とで構成されており、転写部から撒送されてきた用紙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。
【００８５】
図３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、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００８６】
［カラー画像形成装置］
図４は前述した実施形態１から５のいずれかの走査光学装置を複数個同時に使用し、それぞれ異なる感光ドラム面上に各色毎の画像情報を記録し、カラー画像を形成したタンデムタイプのカラー画像形成装置の要部概略図である。
【００８７】
同図において１１，１２，１３，１４は各々前述した実施形態１から５のいずれかの走査光学装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１は搬送ベルトである。
【００８８】
同図におけるカラー画像形成装置は上記の走査光学装置（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、各々並行して感光ドラム（２１，２２，２３，２４）面上に画像信号を記録し、その後記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を高速に印字するものである。
【００８９】
このように本発明の走査光学装置を複数用いてカラー画像形成装置を構成することにより、高速化を図ることができると同時に各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）の少ない高画質な画像を得ることができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば以下に示す効果を得ることができる走査光学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。
【００９１】
（イ−１）回折光学素子の副走査断面内における入射面の形状を凸形状より形成し、適切にパワーを分散させ、２枚構成の結像手段の後群のパワー配置を大きめに取り、該結像手段の副走査倍率を低減させることにより、走査光学装置のジッターなどの性能を向上させ、画質の向上を図ることができる。
【００９２】
また設計自由度が増すことから、屈折光学素子と回折光学素子とのパワー比を所望の比率に設定することができ、これにより収差補正やピント位置の温度補償などの設計が容易になる。更には回折光学素子のパワーを適時設定することにより、回折格子の格子ピッチを適当に設定することができ、これにより製造がし易くなる。
【００９３】
（イ−２）回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置近傍に屈折光学素子を配置することにより、屈折光学素子と回折光学素子などの光学部品を取り付けて走査光学装置を製造、組み立てを行う際、例えば製造誤差で屈折光学素子と回折光学素子が偏心配置されても走査光学装置のレーザースポットの軌跡、いわゆる走査線の湾曲を低減することができる。特にタンデムタイプのカラー画像形成装置では各色毎の走査光学装置間の走査線湾曲の差の低減は各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を向上させ、画質の向上を図ることができる。
【００９４】
また回折光学素子の長手方向に平行な軸を中心に回転調整するなど、意図的に回折光学素子の位置をチルト調整又は／及びシフト調整することにより、製造誤差で回折光学素子以外の光学部品が偏心配置されて発生する走査線の湾曲などを微調することが可能となり、これによりカラー画像形成装置の各色間のレジストレーションずれ（色ずれ）を更に向上させ、画質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の主走査断面内の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の副走査断面内のパワー配置図
【図３】 本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の構成例を示す副走査方向の要部断面図
【図４】 本発明のタンデムタイプのカラー画像形成装置の要部概略図
【図５】 従来の走査光学装置の要部概略図
【図６】 従来のタンデムタイプのカラー画像形成装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ コリメーターレンズ
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（光偏向器）
６ 結像手段
６１ 屈折光学素子（トーリックレンズ）
６２ 回折光学素子
８ 被走査面（感光ドラム面）
１１，１２，１３，１４ 走査光学装置
２１，２２，２３，２４ 像担持体（感光ドラム）
３１ 搬送ベルト
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
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 (2)
- 光源手段と、前記光源手段から出射された光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束を被走査面に結像させる結像手段と、を有する走査光学装置であって、
前記偏向手段に入射する光束は、前記偏向手段の偏向点を含む主走査断面内から前記偏向手段の偏向面に入射しており、かつ、
前記結像手段は、前記偏向手段から順に、プラスチック製の屈折光学素子、前記回折光学素子を有しており、かつ、
前記屈折光学素子及び前記回折光学素子は、副走査断面内のパワーを有しており、かつ、
前記屈折光学素子の副走査断面のパワーと前記回折光学素子の副走査断面のパワーの比は、環境変動に伴う前記被走査面上の副走査方向のピント変化を補償するように設定されており、かつ、
前記屈折光学素子の主走査断面内の形状は、前記偏向手段側に凹面を向けたメニスカス形状であり、かつ、
前記回折光学素子は、入射面の副走査断面内の形状が凸形状であり、かつ、出射面の副走査断面内の形状が平面形状であり、かつ、前記出射面上に回折格子が形成されており、かつ、
前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に前記屈折光学素子を配置され、かつ、
副走査断面内において、前記屈折光学素子のレンズ面と前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束の軸外主光線の交わる点は、前記結像手段の光軸方向において前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に対して前記偏向手段側に配置され、前記屈折光学素子のレンズ面と前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束の軸上主光線の交わる点は、前記結像手段の光軸方向において前記回折光学素子の副走査断面内における前側焦点位置に対して前記被走査面側に配置されていることを特徴とする走査光学装置。 - 請求項１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手段と、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。
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