JP4401951B2 - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

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、特に光源手段から光変調され出射した光束を偏向手段としての回転多面鏡（ポリゴンミラー）により反射偏向させ、結像光学系を介して被走査面上を光走査して画像情報を高速で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（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）等に好適な光走査装置に関するものである。

従来よりレーザービームプリンタ等の光走査装置においては光源手段から画像信号に応じて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）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有するｆθレンズ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収束させ、該記録媒体面上を光走査して画像記録を行なっている。

図１３は従来の光走査装置の要部概略図である。

同図において光源手段９１から出射した発散光束はコリメーターレンズ９２によって略平行光束もしくは収束光束とされ、開口絞り９３によって該光束（光量）を整形して副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面９５ａ近傍にほぼ線像として結像している。

そして光偏向器９５の偏向面９５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有するｆθレンズ系（走査光学手段）９６を介して被走査面としての感光ドラム面９７上へ導光し、該光偏向器９５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９７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情報の記録を行っている。

上記の光走査装置においては感光ドラム面９７上を光スポットで走査する前に該感光ドラム９７面上における画像形成を開始するタイミングを調整するために、光検出器としてのＢＤ（beam detector）センサ−９９が設けられている。このＢＤセンサー９８は光偏向器９５で反射偏向された光束の一部であるＢＤ光束、即ち感光ドラム面９７上の画像形成領域を走査する前の画像形成領域外の領域を走査している時の光束を受光する。このＢＤ光束はＢＤミラー９８で反射され、ＢＤレンズ（不図示）で集光されてＢＤセンサー９９に入射する。そしてこのＢＤセンサー９９の出力信号からＢＤ信号（同期信号）を検出し、このＢＤ信号に基づいて感光ドラム面９７における画像記録の開始タイミングを調整している。

同図における結像光学系９６は副走査断面内において光偏向器９５の偏向面９５aと感光ドラム面９７とが共役関係となるように構成しており、これより偏向面９５aの面倒れを補正している。

この様な光走査装置において、近年では、さらなる印字の高精度が求められている。最近では青色レーザー(ブルーレーザー)など波長５００（nm）以下の短波長の光束を使うことで、光走査装置が被走査面上に形成するスポットを小径化して印字の高精彩化を図っている（特許文献１参照）。
特開２００２−２７７８０３号公報

従来の光走査装置において、被走査面上における像面深度は一般的に次のように表される。

（像面深度）＝ａ×λ×（Ｆナンバー）²・・・（Ａ）
ただし、ａは比例定数（1.64程度）、λは光源から発振する光束の波長（mm）、Ｆナンバーは結像光学系の射出側のＦナンバー(FNo)である。

波長λが短くなることで関係式（Ａ）より像面深度が小さくなるのは明らかである。最近は光学部品の低コスト化から光学部品は樹脂成形品（プラスチック）を使用することが多くなっている。

樹脂は環境の変動（特に温度変化）によって屈折率などの特性が変わりやすいという問題点があり、印字中に温度変化が起きると像面湾曲が大きく変動してしまう。特に短波長の光束を使用した場合は前述したように像面深度が非常に狭くなるので、像面湾曲が変動することでスポットが急激に肥大して、印字特性を悪化させるという問題点がある。

さらに短波長の光束を用いるときの特有の問題として、波長が変動したときの光学素子の材料の屈折率の変動が赤色光もしくは赤外光を使用したときよりも４〜８倍程度大きいということがある。光源から発振する光束の初期波長誤差や複数の光源を使用した際の光源から発振される光束の各波長のバラツキがあると、屈折率が大きく変動して各光束間で像面上の特性に差が発生してしまう。

本発明は短波長の光束を用いたときであっても、環境変動や波長変動に対して特に主走査方向の像面特性の劣化が少なく、高精彩な画質が得られ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、波長λが４５０ｎｍ以下の光束を発する光源手段と、前記光源手段から発せられた光束を偏向手段に導光する１枚以上の入射光学素子を有する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を被走査面上に結像させる１枚以上の結像光学素子を有する結像光学系と、を具備する光走査装置において、
前記結像光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーであり、
前記入射光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーであり、
前記結像光学系を構成する前記偏向手段側から数えて第ｉ番目の結像光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i、前記第ｉ番目の結像光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の温度変化率を各々ni、dn _i /dt(1/℃)、前記結像光学系の主走査断面内のパワーをφ、前記入射光学系を構成する前記光源手段側から数えて第ｉ番目の入射光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i´、前記第ｉ番目の入射光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の波長変化率を各々ni´、dn _i ´/dλ（1/nm）、前記入射光学系の主走査断面内のパワー、前記入射光学系の主走査断面内の倍率を各々φ´、β´とするとき、

なる条件を満足することを特徴としている。

請求項２の発明の光走査装置は、波長λが４５０ｎｍ以下の光束を発する光源手段と、前記光源手段から発せられた光束を偏向手段に導光する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する１枚以上の結像光学素子を有する結像光学系と、を具備する光走査装置において、
前記結像光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーであり、
前記結像光学系を構成する結像光学素子のうち少なくとも１つは樹脂材料より成り、
前記結像光学系を構成する前記偏向手段側から数えて第ｉ番目の結像光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i、前記第ｉ番目の結像光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の温度変化率を各々ni、dni/dt(1/℃)、前記結像光学系の主走査断面内のパワーをφ、前記樹脂材料より成る結像光学素子の全系の主走査断面内のパワーをφ_Pとするとき、

なる条件を満足することを特徴としている。

請求項３の発明は請求項２の発明において、前記入射光学系を構成する前記光源手段側から数えて第ｉ番目の入射光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i´、前記第ｉ番目の入射光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の波長変化率を各々ni´、dn _i ´/dλ（1/nm）、前記入射光学系の主走査断面内のパワー、前記入射光学系の主走査断面内の倍率を各々φ´、β´とするとき、

但し、前記入射光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーである
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記偏向手段の偏向面に入射する光束は、前記偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射していることを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記結像光学系は、屈折光学素子と曲面ミラーの両方を含むことを特徴としている。

請求項６の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか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ビーム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。

請求項７の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか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。

本発明によれば短波長の光束で像面深度が浅くても、環境変動や波長変動に対して特に主走査方向の像面特性の劣化やピッチムラが少なく、高精彩な画質を得ることが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。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。

ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向（偏向手段で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）を示し、副走査方向とは偏向手段の回転軸と平行な方向を示す。また主走査断面とは主走査方向に平行で結像光学系の光軸を含む平面を示す。また副走査断面とは主走査断面と垂直な断面を示す。

同図において１は光源手段であり、例えば光源手段１から発せられる光束の波長λが４５０ｎｍ以下（本実施例では４０５ｎｍ）の半導体レーザー（短波長レーザー）より成っている。

２は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。

３は球面レンズ（コリメーターレンズ）であり、光源手段１から発せられた光束を平行光束又は略平行光束（弱収束光束、もしくは弱発散光束）に変換している。

９は貼り合わせレンズ部であり、負（凹）のパワー（屈折力）を有するレンズ９ａと正（凸）のパワー（屈折力）を有するレンズ９ｂの２枚のレンズを貼り合わせている。

４はレンズ系（シリンドリカルレンズ）であり、副走査断面内にのみ所定のパワーを有しており、貼り合わせレンズ部９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にほぼ線像として結像させている。

尚、開口絞り２、球面レンズ３、貼り合わせレンズ部９、そしてシリンドリカルレンズ４等の各要素は入射光学系ＬＡの一要素を構成している。入射光学系ＬＡは１枚以上の入射光学素子を有し各入射光学素子の材料は全てガラス材である。

球面レンズ３、貼り合わせレンズ部９、そしてシリンドリカルレンズ４は、屈折光学素子を意味する。

５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば８面構成の回転多面鏡（ポリゴンミラー）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は集光機能とｆθ特性とを有する結像光学系（ｆθレンズ系）であり、ガラス材料より成る第１の走査レンズ(球面レンズ)６ａと、同じくガラス材料より成る第２の走査レンズ(トーリックレンズ)６ｂの２枚のレンズより成り、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被走査面としての感光ドラム面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と感光ドラム面８との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能（面倒れ補正光学系）を有している。

第１の走査レンズ(球面レンズ)６ａと第２の走査レンズ(トーリックレンズ)６ｂは、屈折光学素子を意味する。

８は被走査面としての感光ドラム面である。

本実施例において半導体レーザー１から出射した光束は開口絞り２によって該光束（光量）が制限され、球面レンズ３により略平行光束に変換され、貼り合わせレンズ部９を通過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近傍にほぼ線像（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で反射偏向された光束は第１、第２の走査レンズ６ａ，６ｂを介して感光ドラム面８上にスポット状に結像され、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（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としての感光ドラム面８上に画像記録を行なっている。

本実施例において、結像光学系６の主走査断面内のパワーをφとすると、環境変動（特に温度変化）により主走査断面内のパワーφがΔφだけ変化したとき、像面(被走査面)の主走査方向の変動量（移動量）Δｓ₁は、Δφ≪φであるので、近軸で考えると、

で表すことができる。温度変化による屈折率の変化率、即ち温度が１℃変化することによって走査レンズの材質の屈折率ｎがdn/dt(1/℃)(屈折率の温度変化率)だけ変化すると、パワー変化Δφは

となる。関係式（１）と関係式（２）より温度変化によって結像光学系を構成するそれぞれの走査レンズの材質の屈折率ｎが変化することによる像面の主走査方向の移動量（ピント移動量）Δs₁は

となる。

ここでφ_iは結像光学系６を構成する偏向手段側から数えて第ｉ番目の結像光学素子の主走査断面内のパワー、n_i、dni/dt(1/℃)は各々結像光学系６を構成する光偏向器５側から数えて第ｉ番目の結像光学素子の材質の屈折率と、該屈折率の温度変化率である。

像面深度は1.64×λ×（Ｆナンバー）²で表されるので関係式（３）より

となる。

光学部材の変形や取付け位置誤差を考慮すると、２５℃昇温したときの像面湾曲の変動量を像面深度に対して１/１０となるのが望ましいので、４５０（nm）以下の波長で考えると条件式（４）は、

となる。

条件式（５）を満足させるためには、φ_i×dn_i/dtを小さくすればよい。すなわちパワーφ_iが大きい光学素子を温度変化率dn_i/dtが小さい硝材（例えばガラス等）を選ぶことによって像面の主走査方向の変動量を小さくすることができる。

さらに望ましくは上記条件式（５）を次の如く設定するのが良い。

本実施例の結像光学系６は上記の如く球面レンズ６ａとトーリックレンズ６ｂから構成されている。

表１に結像光学系６の各レンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０^−ｘ」を示している。

本実施例において球面レンズ６ａ、トーリックレンズ６ｂの主走査断面内のパワーは表１よりそれぞれ0.0035、0.0003である。

本実施例ではトーリックレンズ６ｂの硝材は商品名s-BAL41(（株）HOYA製)を使用しており、温度変化率dn/dtが3.4E-6と非常に小さい。したがって主走査断面内のパワーが大きくても像面の変化が非常に小さい。

この系での主走査方向のデフォーカスとスポット径との関係を図２に示す。同図に示すように許容スポット径を３５μｍとすると像面深度は±１．４mmである。２０℃昇温したとき主走査方向の像面の移動量は０．０８mmと非常に小さく、変動量が像面深度以下なのでスポット径を悪化させることがない。

尚、本実施例において入射光学系ＬＡの各光学素子はガラス材より成るので、温度変化による屈折率の変化は少ないので温度変化によるピント移動量（Δｓ_４）を無視することができる。

本実施例において主走査断面内における結像光学系６のパワーは0.0030なので表１の値を関係式（３）に代入すると、ΔＳ_１＝0.002となる。これは条件式（５）を十分に満足している。

次に、入射光学系ＬＡの主走査断面内のパワーがΔφ´だけ変わることによる主走査方向の像面湾曲の変動量Δs₂は、該入射光学系ＬＡの主走査断面内のパワーと主走査断面内の横倍率（主走査倍率）を各々φ´、β´とするとき、

で表すことができる。

波長変化による光学素子の材質の屈折率の変化率（複数の発光部を有するときは各発光部から発振される光束内の波長差による屈折率の差も含む）即ち、レーザー波長が1nm変化することによって入射光学系ＬＡの光学素子の材質の屈折率ｎ´が波長変化、即ち入射光学系の率dn´/dλ(1/nm)(屈折率の波長変化率)だけ変化すると、Δφ´は、

となる。関係式（６）と関係式（７）より波長差（基準波長との波長差、もしくは複数の発光部（光源）間の波長差）によって入射光学系ＬＡを構成するそれぞれの入射光学系ＬＡの光学素子の材質の屈折率が変化することによる像面の主走査方向の移動量Δs₂は

となる。

ここでφ_i´は入射光学系ＬＡを構成する光源手段側から数えて第ｉ番目の入射光学素子の主走査断面内のパワー、n_i´、dn_i´/dλは各々入射光学系ＬＡを構成する光源手段１側から数えて第ｉ番目の光学素子の材質の屈折率と、該屈折率の波長変化率である。

また、レーザー波長が1nm変化することによって結像光学系6の結像光学素子の材質の屈折率が波長変化率dn/dλだけ変化すると、結像光学系６における主走査断面内のパワー変動量Δφ₃は、

となる。条件式（１）と関係式（９）より温度変化によって結像光学系６を構成するそれぞれの走査レンズの材質の屈折率が変化することによる像面の主走査方向の移動量Δs₃は、条件式(1)のΔφの代わりに関係式（９）のΔφ₃を代入すると、

となる。

入射光学系LAの変動量Δs₂と結像光学系６の変動量Δs₃を合計すると波長変動に伴う全系の変動量となる。ここで、Δs₂がβ´²に依存しているのに対してΔs₃は1に依存している。結像光学系６の主走査倍率βは5〜20程度であり、入射光学系LAの変動が結像光学系６に対して非常に大きくなるので入射光学系LAのパワー変動を抑えることが重要である。ここで結像光学系6による移動量Δｓ₃は小さいので無視することができる。

像面深度は1.64×λ×（Ｆナンバー）²で表わされるので関係式（８）より

となる。

現在製品化されているブルーレーザーの波長バラツキは1nm以上あり、光学部材の変形や取付け位置誤差を考慮すると、波長バラツキ（基準波長とのバラツキ、もしくは複数の発光部（光源）間のバラツキ）１nmに対して像面湾曲の変動量は像面深度に対して１/１０となるのが望ましいので、４５０nm以下の波長で考えると条件式（１１）は、

となる。

さらに望ましくは上記条件式（１２）を次の如く設定するのが良い。

表２に入射光学系ＬＡのレンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０^−ｘ」を示している。

本実施例において、球面レンズ３、レンズ９ａ（凹），９ｂ（凸）、入射光学系LA全体の主走査断面内のパワーはそれぞれ0.024、−0.030、0.049、0.048である。表2より明らかなように、波長変化率dn/ｄλが大きいレンズ９ａ（凹）に負のパワーを持たせることで、球面レンズ３で発生する色収差を打ち消している。

光源手段(単一もしくは複数の発光部を有する光源)において１nmの波長差があった場合、波長の差によって像面の位置が0.05ｍｍほど変化する。本実施例の主走査方向の像面深度は許容スポット径を35μｍとすると±1.1ｍｍであるので、この差は非常に小さい。

本実施例において入射光学系ＬＡ全体における主走査倍率β´が１２．２０であるので、表２の条件を条件式（８）に代入すると-0.003となる。これは条件式（１２）を十分に満足している。

尚、入射光学系は曲面ミラーを含ませて構成しても良い。

図３は本発明の実施例２の主走査断面図である。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。

本実施例において前述の実施例１と特に異なる点は、結像光学系１６をガラス材料より成るガラスレンズ(トーリックレンズ)１６ａと樹脂材料より成る樹脂レンズ（アナモフィックレンズ)１６ｂで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例1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

結像光学系のレンズ構成が、ガラスレンズのみだと、図４に示す曲線（ａ）のように副走査方向の像面湾曲が残ってしまう。そこで本実施例は樹脂成形によってレンズ面形状を非球面にすることでパワーが最も大きいガラスレンズのみでは取りきれなかった副走査方向の像面湾曲を図４に示す曲線(b)のように良好に補正している。

ただし、樹脂レンズ１６ｂは環境変動によって、その材質の屈折率が変わりやすいので、該樹脂レンズ１６ｂのパワーを考慮する必要がある。

前記条件式（５）を満足させるためには、前述のようにφ_i×dn_i/dtを小さくすればよい。すなわち、樹脂より成る光学素子の主走査断面内のパワー(樹脂より成る光学素子が複数あるときには、その合計のパワー)φ_Pを結像光学系１６の主走査断面内のパワーφに対して、
｜φ_P／φ｜≦0.3・・・（１３）
なる条件を満たすようなパワー配置にすることが望ましい。

更に望ましくは上記条件式（１３）を次の如く設定するのが良い。

0.01≦｜φ_P／φ｜≦0.25・・・（１３ａ）
本実施例の結像光学系１６は上記の如くトーリックレンズ１６ａとアナモフィック面を有するアナモフィックレンズ１６ｂから構成されている。アナモフィック面とは主走査断面内と副走査断面内において異なる結像特性(パワー)をもっている面である。

表３に結像光学系１６の各レンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０^−ｘ」を示している。

アナモフィックレンズ6bを図3に示すように非球面形状にすることで、図4に示すように副走査方向の像面湾曲を曲線(a)の状態から曲線(b)の状態へと良好に補正することができる。ただし、樹脂レンズは環境変動によってその材質の屈折率が変わりやすいので樹脂レンズの主走査断面内のパワーはガラスレンズに対して小さくするのが良い。

本実施例において、トーリックレンズ１６ａ、アナモフィックレンズ１６ｂ、結像光学系１６全体の主走査断面内のパワーは表３よりそれぞれ0.0043、0.0014、0.0056である。

トーリックレンズ１６ａ、アナモフィックレンズ１６ｂは、屈折光学素子を意味する。

本実施例ではトーリックレンズ6aの硝材を、例えば商品名BSL7((株)HOYA製)を使用しており、温度変化率dn/dtが3.3E-6と非常に小さい。アナモフィックレンズ１6bの硝材は、例えば商品名ＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８Rなどであり、温度変化率dn/dtが7.9E-5とトーリックレンズ１６ａに対して温度変化による屈折率変動が10倍以上敏感であるが、主走査断面内のパワーを全系の１／4以下に抑えることによって温度変化による全系におけるパワーの変動量を小さくしている。

本実施例での主走査方向の像面深度は許容スポット径を35μｍとすると±1.2mmである。2５℃昇温したとき主走査方向の像面の移動量は0.25mmと小さく、変動量が像面深度以下なのでスポット径を悪化させることがない。

本実施例において、表３の値を条件式(3)に代入すると7.63E-3となる。これは条件式(5)を十分に満足している。

図５(A),(B)は各々本発明の実施例３の光走査装置の要部断面図であり、同図(A)は主走査断面図、同図(B)は副走査断面図である。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は光学系をオーバーフィルド光学系（ＯＦＳ光学系）より構成したことである。その他の構成および光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、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によりなっている。

９´は貼り合わせレンズ部であり、負（凹）のパワー（屈折力）を有するレンズ９ａ´（凹）と正（凸）のパワー（屈折力）を有するレンズ９ｂ´（凸）の２枚のレンズを有しており、光源手段１´から出射した光束を略平行光束に変換している。本実施例では貼り合わせレンズ部９´を光軸方向に移動させることにより、主走査方向の結像位置を調整している。

３´は負の屈折率を有する球面レンズであり、貼り合わせレンズ部９´で略平行光束に変換された光束を略発散光に変換している。本実施例では球面レンズ３´を光軸方向に移動させることにより、主走査方向の結像位置を調整している。また球面レンズ３´の取付け座面は後述する入射光学系の光軸と平行な平面に加工された形状より成っている。

２´は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。

４´は副走査断面内に正の屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、開口絞り２´を通過した光束を副走査断面内で光偏向器５´の偏向面５a´にほぼ線像として結像させている。本実施例ではシリンドリカルレンズ４´を光軸方向に移動させることにより、副走査方向の結像位置を調整している。またシリンドリカルレンズ４´の取付け座面は後述する入射光学系の光軸と平行な平面に加工された形状よりなっている。

尚、貼り合わせレンズ部９´、球面レンズ３´、開口絞り２´、シリンドリカルレンズ４´、そして後述する第１、第２の走査レンズ６a´、６b´の各要素は入射光学系（第１の光学系）を構成している。また主走査断面内においては球面レンズ３´、シリンドリカルレンズ４´と第１の走査レンズ６a´、６b´との４枚のレンズでアフォーカル系を構成している。

５´は光偏向器としてのポリゴンミラーであり、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（第２の光学系）であり、第１、第２、第３の走査レンズ６a´,６b´、６ｃ´のレンズより成っている。第１、第２の走査レンズ６a´,６b´はガラスレンズであり、主走査方向の像面湾曲とｆθ特性とを両立させている。また第３の走査レンズ６c´はプラスチックレンズであり、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有するアナモフィックレンズにすることで副走査方向の像面湾曲を満足させている。また第１、第２のレンズ６a´,６b´は入射光学系の一部をも構成している。

８´は被走査面としての感光ドラム面である。

本実施例において、半導体レーザー１´から光変調され出射した光束は貼り合わせレンズ部９´によって略平行光束に変換され、球面レンズ３´によって発散光束に変換され、開口絞り２´によって光束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´に入射した光束のうち副走査断面内における光束は収束して第２、第１の走査レンズ６b´、６a´を通過して光偏向器５´の偏向面５a´に入射し、該偏向面５a´近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。このとき偏向面５a´に入射する光束を光偏向器５´の回転軸と結像光学系６´の光軸を含む副走査断面から、該光偏向器５´の回転軸と垂直な平面（光偏向器５´の回転平面）に対して斜入射角度θ／２＝度という小さな角度で入射させ、入射光束と偏向光束とを分離している（斜入射光学系）。

また主走査断面内における光束は発散して第２、第１の走査レンズ６b´、６a´を通過することによって略平行光束に変換され、光偏向器５´の偏向角の略中央から偏向面５a´に入射している（正面入射）。このときの略平行光束の光束幅は主走査方向において光偏向器５´の偏向面５a´のファセット幅に対して十分広くなるように設定している（オーバーフィル光学系）。そして、光偏向器５´の偏向面５a´で偏向反射された光束は第１、第２、第３の走査レンズ６a´,６b´,６c´を介して感光ドラム面８´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（主走査方向）に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面８´上に画像記録を行っている。

本実施例の結像光学系６´は球面レンズ６a´、主走査断面内のみにパワーをもつシリンドリカルレンズ６ｂ´、そして主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーをもつアナモフィックレンズ６ｃ´から構成されている。

表４に結像光学系６´の各レンズの光学配置、形状及び使用した硝材の特性を示している。

本実施例において球面レンズ6a´、シリンドリカルレンズ6b´、アナモフィックレンズ6c´、結像光学系６´全系の主走査断面内のパワーは表４より−0.0025、0.0048、-7.90E-5、0.0029である。

本実施例では球面レンズ6a´およびシリンドリカルレンズ6b´の硝材は商品名s-TIH11および商品名s-BAH27(ともに(株)HOYA製)を使用しており、温度変化率dn/dtがそれぞれ5.3E-6および6.2E-6と非常に小さい。またアナモフィックレンズ6c´の硝材は例えば商品名ＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８Rなどであり、温度変化率dn/dtが7.9E-5とガラスレンズに対して敏感であるが、主走査断面内のパワーが結像光学系６´全系のパワーの１／10以下なので全系におけるパワーの変動量は小さくなっている。

この系での主走査方向のデフォーカスとスポット径の関係を図６に示す。同図に示すように許容スポット径を35μｍとすると像面深度は±1.1ｍｍである。２５℃昇温したとき主走査方向の像面の移動量は0.1ｍｍと非常に小さく、変動量が像面深度以下なのでスポット径を悪化させることがない。

本実施例において、表４の値を条件式(3)に代入すると2.93E-3となる。これは条件式(5)を十分に満足している。

図７は本発明の実施例３の入射光学系の主走査断面図である。同図において図５に示した要素と同一要素には同符番を付している。

同図における入射光学系は貼り合わせレンズ部９´、球面レンズ３´、開口絞り２´、シリンドリカルレンズ4´、第２の走査レンズ（球面レンズ）6ｂ´、第１の走査レンズ(シリンドリカルレンズ)6ａ´で構成されている。尚、主走査断面内においては球面レンズ7´、シリンドリカルレンズ4´と第２、第１の走査レンズ6ｂ´、6ａ´との４枚のレンズでアフォーカル系を構成している。

表５に入射光学系の各レンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０^−ｘ」を示している。

本実施例において、レンズ９ａ´（凹）、９ｂ´（凸）、球面レンズ３´、シリンドリカルレンズ４´、球面レンズ,6ａ´、入射光学系全体の主走査断面内のパワーはそれぞれ0.090、-0.106、-0.009 、0.005、−0.002、0.009である。表５より明らかなように、波長変化率dn/ｄλが大きいレンズ９ａ´（凹）に負のパワーを持たせることで、球面レンズ３´（凸）で発生する色収差を打ち消している。

光源手段(単一もしくは複数の発光部を有する光源)において１nmの波長差があった場合、波長の差によって像面の位置が0.05ｍｍほど変化する。本実施例の主走査方向の像面深度は許容スポット径を35μｍとすると±1.1ｍｍであるので、この差は非常に小さい。

本実施例において入射光学系ＬＡ全体における主走査倍率β´が148.73であるので、表５の条件を条件式(４)に代入すると−0.03となる。これは条件式(12)を十分に満足している。

図８（Ａ）は本発明の実施例４の主走査断面図、図８（Ｂ）は本発明の実施例３の副走査断面図である。同図(A),(B)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。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、結像光学系２６を曲率を有する曲面ミラー（トーリックミラー）２６ａと樹脂材料より成る樹脂レンズ（アナモフィックレンズ）２６ｂとの両方を用いてそれらを組み合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例1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

樹脂レンズ（アナモフィックレンズ）２６ｂは、屈折光学素子を意味する。

曲面ミラー２６ａは環境変動に対して屈折率の変化がないのでガラスレンズよりも有効な結像光学系である。実施例２と同様に曲面ミラー２６ａだけでは主走査方向及び副走査方向の像面湾曲が残ってしまうので、樹脂成形によってレンズ面形状を非球面にすることで、曲面ミラー２６ａでは取りきれなかった像面湾曲を図９に示すように良好に補正している。

ただし、樹脂レンズ２６ｂは環境変動によってその材質の屈折率が変わりやすいので、該樹脂レンズ２６ｂのパワーは曲面ミラー２６ａに対して十分小さくするのが良い。

本実施例の結像光学系２６は上記の如くトーリックミラー２６ａとアナモフィック面を有するアナモフィックレンズ２６ｂから構成されている。アナモフィック面とは上記の如く主走査方向と副走査方向において異なる結像特性をもっている面である。

表６に結像光学系２６の各レンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０^−ｘ」を示している。

本実施例においてトーリックミラー２６ａ、アナモフィックレンズ２６ｂ、結像光学系２６全体の主走査断面内のパワーは表６よりそれぞれ0.0047、−0.00０５、0.0045である。

本実施例ではアナモフィックレンズ２６ｂの硝材は、例えば商品名ＺＥＯＮＥＸ Ｅ４８０などであり、温度変化率dn/dtが-7.9E-5とガラスレンズに対して敏感であるが、主走査断面内のパワーが結像光学系全系のパワーに対して１/９程度と小さいので全系におけるパワーの変動量は小さくなっている。

本実施例での主走査方向の像面深度は許容スポット径を３５μｍとすると±１．９ｍｍである。20℃昇温したとき主走査方向の像面の移動量は0.0２ｍｍ以下と非常に小さく、変動量が像面深度以下なのでスポット径を悪化させることがない。

本実施例において主走査断面内における結像光学系のパワーは0.0045であるので、表６の条件を関係式（３）に代入すると1.6Ｅ-3となる。これは条件式（５）を十分に満足している。

図１０は本発明の実施例５の光走査装置（マルチビーム光走査装置）の要部概略図である。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。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は光源手段８１を複数の発光部を有するマルチ半導体レーザーより構成したこと、該複数の発光部から発せられた光束の波長差によるピント変動を入射光学系LAで補正したこと、結像光学系３６は樹脂材料より成る２枚の走査レンズ(光学素子)36a,36bより構成したことである。その他の構成および光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、同図において８１は複数の発光部を有する光源手段である。光源手段８１は波長が４５０（nm）以下（本実施例では４０５（nm））のレーザ光を発振するマルチ半導体レーザー（短波長レーザー）より成っている。尚、本実施例では光源手段を２つの発光部より構成したが、３つ以上であっても良い。

３６は集光機能とｆθ特性とを有する結像光学系（ｆθレンズ系）であり、プラスチック材料より成る第１、第２の２枚の走査レンズ３６ａ，３６ｂより成っている。

本実施例においてマルチ半導体レーザー８１より射出した複数（本実施例では２本）の発散光束は球面レンズ３により略平行光束に変換され、貼り合せレンズ部９を通過し、開口絞り２によって該光束（光量）が制限され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に入射した複数の光束のうち主走査断面内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）として結像する。そして光偏向器５の偏向面５aで反射偏向された複数の光束は第１、第２の２枚のｆθレンズ３６ａ，３６ｂにより感光ドラム面８上にスポット形状に結像され、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上を複数の光束で矢印B方向（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８上に２本の走査線を同時に形成し、画像記録を行っている。

上記の光走査装置においては感光ドラム面８上を光スポットで走査する前に該感光ドラム８面上における画像形成を開始するタイミングを調整するために、光検出器としてのＢＤ（beam detector）センサ−３５が設けられている。このＢＤセンサー３５は光偏向器５で反射偏向された光束の一部であるＢＤ光束、即ち感光ドラム８面上の画像形成領域を走査する前の画像形成領域外の領域を走査している時の光束を受光する。このＢＤ光束はＢＤミラー３０で反射され、ＢＤレンズ（不図示）で集光されてＢＤセンサー３５に入射する。そしてこのＢＤセンサー３５の出力信号からＢＤ信号（同期信号）を検出し、このＢＤ信号に基づいて感光ドラム８面における画像記録の開始タイミングを調整している。

前述の如く現在製品化されているブルーレーザーの波長バラツキは1nm以上あり、光学部材の変形や取付け位置誤差を考慮すると、複数の発光部（光源）の波長バラツキ１nmに対して像面湾曲の変動量は像面深度に対して１/１０となるのが望ましいので、４５０nm以下の波長で考えると条件式（１１）は、

となる。

本実施例における入射光学系ＬＡは球面レンズ３と貼り合わせレンズ部９とシリンドリカルレンズ4から構成されている。

表７に入射光学系LAの各レンズの光学配置、形状および使用した硝材の特性を示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０^−ｘ」を示している。

本実施例において、球面レンズ３、レンズ９ａ（凹），９ｂ（凸）、シリンドリカルレンズ4の主走査断面内のパワーはそれぞれ0.024、−0.030、0.049、0.048である。表７より明らかなように、波長変化率dn/ｄλが大きいレンズ９a（凹）に負のパワーを持たせることで球面レンズ３で発生する色収差を打ち消している。

複数の発光部(光源)において１nmの波長差があった場合、波長の差によって像面の位置が0.05ｍｍほど変化する。本実施例の主走査方向の像面深度は許容スポット径を35μｍとすると±１．1ｍｍであるので、この差は非常に小さい。

本実施例において入射光学系ＬＡ全体における主走査倍率β´が12.20であるので、表７の条件を条件式（８）に代入すると-0.003となる。これは条件式（１４）を十分に満足している。

本実施例のマルチビーム光走査装置の場合、感光ドラム面８への１回の主走査方向の光走査で複数のビームが走査されるため、偏向手段の主走査方向の走査速度を変えることなく、感光ドラムの回転速度を上げることで走査速度を高速化することができるため、画像形成の高速化が達成できる。

尚、本実施例では光源手段を複数の発光部を有する光源より構成したが、これに限らず、例えば単一の光束を発する光源を複数個設けて構成しても良い。

また各実施例においては結像光学系を２枚もしくは３枚の光学素子より構成したが、これに限らず、例えば単一、もしくは４枚以上の光学素子より構成しても良い。

［画像形成装置］
図１１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１〜５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１１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１１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１１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１〜５の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図１２は本発明の実施態様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１２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１〜５に示したいずれかの構成を有する光走査装置、２１，２２，２３，２４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。

図１２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１１，１２，１３，１４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光走査装置（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。

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。

本発明の実施例１の主走査断面図 本発明の実施例１のデフォーカスとスポット径の特性図 本発明の実施例２の主走査断面図 本発明の実施例２における副走査方向の像面湾曲図 本発明の実施例３の主走査断面図および副走査断面図 本発明の実施例３のデフォーカスとスポット径の特性図 本発明の実施例３の主走査断面図 本発明の実施例４の光走査装置の要部概略図 本発明の実施例４における像面湾曲図 本発明の実施例５の光走査装置の要部概略図 本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図 本発明の実施態様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概略図

符号の説明

１ 光源手段（半導体レーザー）
８１ 光源手段（マルチ半導体レーザー）
２ 開口絞り
３ 球面レンズ
９ 貼り合わせレンズ部
４ レンズ系（シリンドリカルレンズ）
５ 偏向手段（回転多面鏡）
６，１６，２６、３６結像光学系
６ａ，１６ａ，２６ａ，３６ａ 第１の走査レンズ
６ｂ，１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ 第２の走査レンズ
８ 被走査面（感光体ドラム）
ＬＡ 入射光学系
１１、１２、１３、１４ 光走査装置
２１、２２、２３、２４ 像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４ 現像器
５１ 搬送ベルト
４１，４２，４３，４４ レーザビーム（光束）
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 (7)

1. 波長λが４５０ｎｍ以下の光束を発する光源手段と、前記光源手段から発せられた光束を偏向手段に導光する１枚以上の入射光学素子を有する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を被走査面上に結像させる１枚以上の結像光学素子を有する結像光学系と、を具備する光走査装置において、
   前記結像光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーであり、
   前記入射光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーであり、
   前記結像光学系を構成する前記偏向手段側から数えて第ｉ番目の結像光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i、前記第ｉ番目の結像光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の温度変化率を各々ni、dn _i /dt(1/℃)、前記結像光学系の主走査断面内のパワーをφ、前記入射光学系を構成する前記光源手段側から数えて第ｉ番目の入射光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i´、前記第ｉ番目の入射光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の波長変化率を各々ni´、dn _i ´/dλ（1/nm）、前記入射光学系の主走査断面内のパワー、前記入射光学系の主走査断面内の倍率を各々φ´、β´とするとき、
   
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 波長λが４５０ｎｍ以下の光束を発する光源手段と、前記光源手段から発せられた光束を偏向手段に導光する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を被走査面上に導光する１枚以上の結像光学素子を有する結像光学系と、を具備する光走査装置において、
   前記結像光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーであり、
   前記結像光学系を構成する結像光学素子のうち少なくとも１つは樹脂材料より成り、
   前記結像光学系を構成する前記偏向手段側から数えて第ｉ番目の結像光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i、前記第ｉ番目の結像光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の温度変化率を各々ni、dni/dt(1/℃)、前記結像光学系の主走査断面内のパワーをφ、前記樹脂材料より成る結像光学素子の全系の主走査断面内のパワーをφ_Pとするとき、
   
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
3. 前記入射光学系を構成する前記光源手段側から数えて第ｉ番目の入射光学素子の主走査断面内のパワーをφ_i´、前記第ｉ番目の入射光学素子の材質の屈折率、前記屈折率の波長変化率を各々ni´、dn _i ´/dλ（1/nm）、前記入射光学系の主走査断面内のパワー、前記入射光学系の主走査断面内の倍率を各々φ´、β´とするとき、
   
   但し、前記入射光学素子は、屈折光学素子又は曲面ミラーである
   なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記偏向手段の偏向面に入射する光束は、前記偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置。
5. 前記結像光学系は、屈折光学素子と曲面ミラーの両方を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光走査装置。
6. 請求項１乃至５の何れか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ビーム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。
7. 請求項１乃至５の何れか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。