JP4653512B2

JP4653512B2 - レーザ走査装置および画像形成装置

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Publication number: JP4653512B2
Application number: JP2005036984A
Authority: JP
Inventors: 健上田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2006221118A

Description

この発明はレーザ走査装置および画像形成装置に関する。

この発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、レーザファクシミリ等の光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置として実施することができる。

近年、デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置において、光走査による画像形成の高密度化が進みつつあり、感光体上での光スポットの小径化が要請されている。また、低コストを狙うべく「光走査装置を構成するレンズ」の樹脂化を押し進めることも望まれている。

光走査装置に用いられる光源としては半導体レーザが一般的であるが「半導体レーザから放射されるレーザ光の波長は温度変化により変動する」ことが知られている。半導体レーザの発光波長が変動すると、光走査装置を構成する光学系の屈折率が波長変動に伴って変動し、結像性能が変化して「被走査面を走査するレーザ光束の集光位置」が被走査面に対してずれ、光スポット径が増大する問題がある。

光走査装置における温度変動はまた、レンズ等の光学素子の光学特性に変動をもたらす、例えば、レンズの場合であると、温度変動はレンズを膨張もしくは収縮させ、それに伴いレンズ面の曲率やレンズ肉厚が変化し、またレンズ材質の屈折率も変化する。このような光学素子の変化もまた光スポット径の増大をもたらす。

このように光スポット径が増大すると、所期の記録密度を達成できない。
上記の問題は、光走査装置を構成する光学素子がガラスレンズである場合にも樹脂レンズである場合にも生じるものであるが、特に、樹脂レンズでは、温度変動による膨張・収縮に伴うレンズ面の曲率やレンズ肉厚変動、レンズ材質の屈折率変動も顕著であり、上記問題も深刻である。

半導体レーザの発光波長の変動に対処する方法として、光偏向器よりも光源側に回折面を配すると共に、偏向光束を被走査面に向かって収束させる走査光学系にも回折面を配し、波長変動に伴う回折角の変化により、「被走査面を走査する光束の集光位置」の変動を軽減・補償する方法が知られている（特許文献１）。

この方法は有効であると考えられるが、「偏向光束を被走査面に向かって収束させる走査光学系」は一般に主走査方向に長い大型のレンズであり、このような大型のレンズの有効走査領域に回折面を形成しようとすると、回折面が大面積になるため、回折面の加工に時間がかかり、回折面を形成したレンズの製造効率が低いためコストアップとなる。

また、半導体レーザから放射される発散性のレーザ光束を平行光束化するコリメートレンズのレンズ面を回折光学面とすることにより、半導体レーザの発光波長変動に伴う「被走査面を走査するレーザ光束の集光位置の変動」を補正することが特許文献２により提案されている。レーザ走査装置では、光源と被走査面との間に配置される光学素子のうちに「主走査方向と副走査方向とで結像作用の異なるアナモルフィック光学素子」が含まれるのが一般的であり、レーザ走査装置における結像作用は主走査方向と副走査方向とで一般に異なる。特許文献２記載の方法では、コリメートレンズに形成される回折光学面が光軸に関して回転対称であるため、半導体レーザの発光波長変動の影響を主走査方向と副走査方向とで独立に補正することができない。

特許第３３９７６８３号明細書特開２０００−１７１７４１

この発明は、上記の如き事情に鑑み、環境温度変化による半導体レーザの発光波長の変動や、樹脂製レンズの光学特性の変動の影響を、回折面により有効に軽減・防止できる新規なレーザ走査装置の実現、およびこのレーザ走査装置を用いて良好な画像形成を可能とした画像形成装置の実現を課題とする。

この発明のレーザ走査装置は、半導体レーザと、カップリング光学系と、第１光学系と、光偏向器と、走査光学系とを有する（請求項１）。
「半導体レーザ」は、光走査のためのレーザ光束を放射する。半導体レーザは通常の半導体レーザであり、その発光波長が、環境温度変化により変動するものである。
「カップリング光学系」は、半導体レーザからの発散性のレーザ光束をカップリングして、以後の光学系に適した光束形態に変換する。

「第１光学系」は、カップリング光学系からの光束を光偏向器に導く光学系である。
「光偏向器」は、第１光学系からのレーザ光束を主走査方向に偏向させる。
「走査光学系」は、光偏向器により偏向されたレーザ光束を、被走査面に向けて集光する。

請求項１記載のレーザ走査装置は以下の如き特徴を有する。
即ち、カップリング光学系が「主走査方向と副走査方向に同じ正のパワーを持つ回折面と、正のパワーを持つ屈折面とを有する樹脂製レンズを有する。
また、第１光学系は「副走査方向のみにパワーを有する回折面と、少なくとも副走査方向に負のパワーを持つアナモルフィックな屈折面」を有する樹脂製レンズを含む。
上記カップリング光学系および第１光学系が有する回折面は「環境温度変化に起因する、被走査面に対するピント位置の変動を補正する形状」を有する。
カップリング光学系に上記回折面を配するには、例えば、カップリング光学系を構成するレンズの少なくとも１枚が「主走査方向と副走査方向に同じ正のパワーを持つ回折面」を有するようにすればよく、第１光学系に上記回折面を配するには、例えば、第１光学系を構成するレンズの少なくとも１枚が「副走査方向のみにパワーを有する回折面」を有するようにすればよい。

請求項１記載のレーザ走査装置におけるカップリング光学系のカップリング作用は、これをコリメート作用とし、カップリング光学系から「略平行光が射出する」ようにすることができる（請求項２）。

請求項１記載のレーザ走査装置のカップリング光学系は「主走査方向と副走査方向に同じ正のパワーを持つ回折面と、正のパワーを持つ屈折面と」を有する。即ち、この場合、カップリング光学系内に「主走査方向と副走査方向が同じ正のパワーを持つ回折面」と「正のパワーを持つ屈折面」とが含まれることになる。

請求項１または２記載のレーザ走査装置におけるカップリング光学系は「主走査方向と副走査方向に同じ正のパワーを持つ回折面と、正のパワーを持つ屈折面とを有する樹脂製レンズ」を有するが、カップリング光学系をレンズ系として構成する場合、カップリングレンズを単一のレンズあるいは複数枚のレンズとして構成することができる。

請求項１または２記載のレーザ走査装置における第１光学系も、これをレンズ系として構成する場合には、単一のレンズもしくは複数枚のレンズで構成することができる。

請求項１または２記載のレーザ走査装置の第１光学系は上記の如く「副走査方向のみにパワーを有する回折面と、少なくとも副走査方向に負のパワーを持つアナモルフィックな屈折面」を有する。

請求項１または２記載のレーザ走査装置は「半導体レーザとカップリング光学系を保持する第１保持部材」を有し、カップリング光学系が、少なくとも光軸方向に位置調整されたのちに第１保持部材に固定されるようにできる。

この場合「少なくとも第１保持部材と第１光学系を保持する第２保持部材」を有し、カップリング光学系が第１保持部材に固定された後に、第１光学系が、少なくとも光軸方向に調整された後に第２保持部材に固定されるようにするのが良い。

請求項１または２記載のレーザ走査装置は、カップリング光学系の有する回折面が「光軸に関して回転対称」であり、第１光学系の有する回折面が「副走査方向に格子が並んだ回折面」であることができる（請求項３）。

請求項１記載のレーザ走査装置は上記の如く「走査光学系が少なくとも１枚の樹脂製レンズを含む」構成であるが、光源である半導体レーザから被走査面に至る光路上に配置される屈折性の光学素子は、一部をガラスレンズ、残りを樹脂レンズとすることも、全てを樹脂レンズとすることもできる。

請求項１〜３記載のレーザ装置は、シングルビーム方式の走査装置として実施することもできるし、光源に２以上のレーザ発光部を有する半導体レーザ（半導体レーザアレイや複数個の半導体レーザ）を用い「マルチビーム走査方式の走査装置」として実施することもできる。

この発明の画像形成装置は、請求項１〜３の任意の１に記載のレーザ走査装置を用いることを特徴とする（請求項４）。このような画像形成装置は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリやレーザプロッタ等として実施することができる。

また、画像形成装置はモノクロ画像を形成するものとして実施することもできるし、多色もしくはカラー画像を形成できるように構成することもできる。即ち、画像形成装置の構成としては従来から知られた種々の方式のものを利用できる。

上記の如く、この発明のレーザ走査装置は、半導体レーザの発光波長変動を補正するための回折面を、レンズ面積の大きい走査光学系中に設けないので、走査光学系に回折面を設ける場合に比して低コストで実現できる。

また、請求項１のレーザ走査装置では、カップリング光学系が「主走査方向と副走査方向に同じパワーを持つ回折面」を有し、第１光学系が「副走査方向のみにパワーを有する回折面」を有するので、半導体レーザの発光波長変動の影響を、主走査方向と副走査方向で独立に補正することが可能である。

また、回折面は波長変動に対して極めて敏感であるが、第１光学系を構成するレンズが「副走査方向にのみにパワーを有する回折面と、少なくとも副走査方向に負のパワーを持つ屈折面」を有する構成とすることにより、第１光学系の作用を「屈折面と回折面とに分担」させることができ、回折面の補正作用が過剰になることを有効に回避できる。

従って、この発明のレーザ走査装置は、半導体レーザの発光波長変動の影響を有効に補正することができ、且つ、低コストで実現できる。そして、かかるレーザ走査装置を用いる画像形成装置は、環境変動に対して安定な画像形成を実現できる。

以下、発明の実施の形態を説明するが、初めに、温度変化の影響により、被走査面を走査するレーザ光束の集光位置が被走査面に対してどの程度ずれるかを、一般的な光学構成に対して説明する。

図１に示すのは、レーザ走査装置の光学構成として一般的なものである。
図１において、符号１は光源として用いられる半導体レーザ、符号２はカップリングレンズ、符号３はビーム整形用のアパーチャ、符号４は「第１光学系」であるアナモルフィックレンズ、符号５は「光偏向器」であるポリゴンミラー、符号６、７は「走査光学系」を構成する走査レンズ、符号８は防塵ガラス、符号９は被走査面であり実態的には一般に光導電性の感光体の感光面である。符号１０は防音ガラスである。

この説明例において、半導体レーザ１は厚さ：０．３ｍｍのカバーガラスを有し、このカバーガラスを介して発散性のレーザ光束を放射する。半導体レーザ１から放射されたレーザ光束はカップリングレンズ２により発散性を抑制され、「弱い発散性のレーザ光束」となり、アパーチャ３により光束周辺を遮断されてビーム成形され、アナモルフィックレンズ４により「主走査方向には平行光束」とされ、副走査方向には「ポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に線状に集束する光束」とされる。

ポリゴンミラー５の偏向反射面により反射されたレーザ光束は、ポリゴンミラー５の等速回転により等角速度的に偏向する偏向レーザ光束となり、走査光学系をなす走査レンズ６、７を透過し、防塵ガラス８を介して被走査面９に導光され、走査レンズ６、７の結像作用により被走査面９上に光スポットとして集光し、被走査面９を走査する。

このようなレーザ走査装置の具体例を以下に挙げる。
半導体レーザ１
発光波長：７８０．１ｎｍ（２５℃）、７８６．５ｎｍ（４５℃）
カップリングレンズ２
入射側面形状：次式(１)で表される共軸非球面
x＝(h²/R)/[1+√{1-(1+K)(h/R)²}]+A4・h⁴+A6・h⁶+A8・h⁸+A10・h¹⁰ ・・(１)
ここに、ｈ：光軸からの距離、Ｒ：近軸曲率半径、Ｋ：円錐定数、A4，A6，A8，A10：高次の係数、ｘ：光軸方向のデプスである。

Ｒ、Ｋ、A4、A6、A8、A10の値
R＝ 86.09118
K＝ 361.987634
A4＝-0.827025E-04
A6＝-0.413360E-05
A8＝ 0.942600E-06
A10＝-0.936986E-07
上の表記に於いて、例えば「-0.936986E-07」は「-0.936986×10^-7」を表す。以下においても同様である。

射出側面：前記式(１)で表される共軸非球面
Ｒ、Ｋ、A4、A6、A8、A10の値
R＝-8.71000
K＝-0.310240
A4＝ 0.592273E-04
A6＝ 0.250465E-06
A8＝ 0.119847E-06
A10＝-0.563217E-08 。

アナモルフィックレンズ４
入射側面形状：次式(２)で表されるアナモルフィック面
x＝{(1/Rm)・y²+(1/Rs)・z²}/[1+√{1- (y/Rm)²-(z/Rs)²}] ・・(２)
ここに、ｙ：光軸からの主走査方向距離、ｚ：副走査方向距離、Ｒｍ：主走査方向の曲率半径、Ｒｓ：副走査方向の曲率半径、ｘ：光軸方向のデプスである。

Ｒｍ、Ｒｓの値
Rm＝ 500
Rs＝ 35.83
射出側面形状：平面。

走査レンズ６
入射側面形状：前記式（１）で表される共軸非球面
Ｒ、Ｋ、A4、A6、A8、A10の値
R＝-312.6
K＝ 2.667
A4＝ 1.79E-07
A6＝-1.08E-12
A8＝-3.18E-14
A10＝ 3.74E-18 。

射出側面形状：前記式（１）で表される共軸非球面
Ｒ、Ｋ、A4、A6、A8、A10の値
R＝-83.0
K＝ 0.02
A4＝ 2.50E-07
A6＝ 9.61E-12
A8＝ 4.54E-15
A10＝-3.03E-18
走査レンズ６の両面の頂点は、図１の主光線に対して、図の上方へ１．１６ｍｍずれている。

走査レンズ７
入射側面形状：主走査方向に関しては次式(３)で表される非円弧で、副走査方向に関しては次式(４)で表されるように「副走査方向の曲率半径」が連続的に変化する。

x＝(y²/Rm)/[1+√{1-(1+K)(y/Rm)²}]+A4・y⁴+A6・y⁶+A8・y⁸+A10・y¹⁰ ・・(３)
ここに、ｙ：光軸からの主走査方向距離、Ｒｍ：主走査方向の近軸曲率半径、Ｋ：円錐定数、A4，A6，A8，A10：高次の係数、ｘ：光軸方向のデプスである。

Ｒs(y)＝Ｒs＋Σｂj・y^j （ｊ＝1，2，3，…）・・(４)
ここに、ｙ：光軸からの主走査方向距離、Ｒs(y)：光軸からの主走査方向の距離ｙでの副走査方向の曲率半径、Ｒｓ：光軸上での副走査半径、ｂｊ：次の係数（ｊ＝１，２，３,…）である。

Ｒｍ、Ｒｓ、Ｋ、A4，A6，A8，A10、b2,b4,b6,b8,b10,b12の値
Rm＝-500
K＝-71.73
A4＝ 4.33E-08
A6＝-5.97E-13
A8＝-1.28E-16
A10＝ 5.73E-21
Rs＝-47.7
b2＝ 1.60E-03
b4＝-2.32E-07
b6＝ 1.60E-11
b8＝-5.61E-16
b10＝ 2.18E-20
b12＝-1.25E-24 。

射出側面形状：トロイダル面。副走査方向の形状は次式(５)で表される円弧であり、この円弧の頂点から光軸方向にＲｍだけ離れた「副走査方向に平行な軸」を中心に回転させた形状。

x＝(z²/Rs)/[1+√{1- (z/Rs)²}] ・・(５)
ここに、ｙ：光軸からの主走査方向距離、Ｒｓ：副走査方向の近軸曲率半径、ｘ：光軸方向のデプスである。

Ｒｍ、Ｒｓの値
Rm＝-1000
Rs＝-23.38
また、両面の頂点は、図１の主光線に対して、図の上方へ１．２１ｍｍずれている。

図２の如く（簡単のために、各レンズをブロックとして描いている。）に面間隔を定めると、これら面間隔：ｄ１〜ｄ１０の値は、以下のとおりである。

d1＝12.843
d2＝3.8
d3＝102.8
d4＝3.0
d5＝69.3
d6＝51.7
d7＝31.4
d8＝78.0
d9＝3.5
d10＝143.62 。

説明中の具体例では、図１に示す如く、厚さ：１．９ｍｍ（２５℃）の防塵ガラス８を挿入している。防塵ガラス８の材質の屈折率は、光線波長：７８０．１ｎｍ（温度：２５℃）で１．５１１１６１、光線波長：７８６．５ｎｍ（温度：４５℃）で１．５１１１６１、線膨張係数：７．５Ｅ−０６Ｋ^−１である。なお、この例では防音ガラス１０を用いていない。
半導体レーザ１とカップリングレンズ２とは、アルミニウムによる同一部材に固定されている。この保持部材の線膨張係数は４．０Ｅ−０５Ｋ^−１である。

上記のレンズは全て「同一の樹脂材料」から成り、この樹脂の屈折率は、光線波長：７８０．１ｎｍ（温度：２５℃）で１．５２３９４６、光線波長：７８６．５ｎｍ（温度：４５℃）で１．５２２１０５、線膨張係数：７．０Ｅ−０５Ｋ^−１である。

上記の条件において、発光波長、屈折率、面形状、肉厚の温度変化に伴う変化を考慮に入れて、被走査面９に対するピント位置（レーザ光束の集光位置）を算出すると以下の如くになる。

温度ピント位置
主走査方向副走査方向
２５℃ ０．０ｍｍ０．０ｍｍ
４５℃ １１．６ｍｍ３．３ｍｍ
この結果から分かるように、環境温度が２５℃から４５℃に変化すると、被走査面を走査するレーザ光束の集光位置が被走査面に対して大幅に変化する。

以下に、図１、図２に即して説明した光学構成に対し、この発明を実施した具体的な実施例を挙げる。

実施例１においては、半導体レーザ１の発光波長を、温度：２５℃と４５℃においてそれぞれ６５５ｎｎと６５９ｎｍとした。

カップリングレンズ２
入射側面形状：同心円格子による回折面
この回折面の位相関数：φ(h)は、次式(６)で表される。
φ(h)＝C1・h² ・・(６)
ここに、ｈ：光軸からの距離、Ｃ１：位相係数である。
位相係数：Ｃ１の値
C1＝-1.1270E-02
図３（ａ）にカップリングレンズ２の入射側面の「同心円格子による回折面」を説明図的に示す。この回折面は「正のパワー」を持つ。

射出側面形状：前記式(１)で表される非球面
Ｒ、Ｋ、A4、A6、A8、A10の値
R＝-34.32865 K＝-71.517137
A4＝-0.208422E-03
A6＝ 0.651475E-05
A8＝-0.238199E-06
A10＝ 0.770435E-08
射出側面は正のパワーの屈折面である。
この実施例１においては、カップリングレンズ１は「半導体レーザ１からの発散性のレーザ光束を実質的な平行光束」とする。

第１レンズ４
入射側面形状：主走査方向は無曲率、副走査方向は次式(７)で表される非円弧形状である。

x＝(z²/Rs)/[1+√{1-(1+K)(z/Rs)²}]+B4・z⁴+B6・z⁶+B8・z⁸+B10・z¹⁰ ・・(７)
ここに、ｚ：光軸からの副走査方向の距離、Ｒｓ：副走査方向の近軸曲率半径、Ｋ：円錐定数、B4，B6，B8，B10：高次の係数、ｘ：光軸方向のデプスである。

Ｒｓ、Ｋ、B4，B6，B8，B10の値
Rs＝-54.46507
K＝-0.072542
B4＝ 0.577350E-07
B6＝ 0.474038E-07
B8＝-0.190253E-07
B10＝ 0.247352E-08
第１レンズ４の入射側面は副走査方向にのみ負のパワーを持つ。

射出側面形状：副走査方向に格子を持つ回折面
回折面の位相関数：φ(z)は、次式(８)で表される。
φ(z)＝C1・z² ・・(８)
ここに、ｚ：光軸からの副走査方向の距離、Ｃ１：位相係数である。

位相係数：Ｃ１の値
C1＝-8.8148E-03
図３（ｂ）に第１レンズ４の射出側面に形成された「副走査方向に格子を持つ回折面」を説明図的に示す。この回折面は副走査方向のみに正のパワーを持つ。
従って、第１レンズ４は、カップリングレンズ２側からの平行光束を副走査方向にのみ集束させて、ポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に「主走査方向に長く」集束させる。

走査レンズ６
入射側面形状：主走査面内における面形状は次式(８)で表される非円弧形状をなし、副走査方向の曲率は辞し着（９）に従って主走査方向の距離に応じて変化する。
x＝(y²/Rs)/[1+√{1-(1+K)(y/Rs)²}]+A4・y⁴+A6・y⁶+A8・y⁸+A10・y¹⁰ ・・(８)
ここに、ｙ：光軸からの主走査方向の距離、Ｒｍ：主走査方向の近軸曲率半径、Ｋ：円錐定数、A4，A6，A8，A10・・：高次の係数、ｘ：光軸方向のデプスである。

Cs(Y)＝1/Rs(0)+B1・Y+ B2・Y²+ B3・Y³+ B4・Y⁴+ B5・Y⁵+・・(９)
ここに、Ｙ：光軸からの主走査方向の距離、Ｃｓ(Y)：副走査方向の曲率、Ｋ：円錐定数、B1，B2，B3，B4，B5・・：高次の係数である。

Ｒｍ、Ｒｓ、Ｋ、A4，A6，A8，A10,A12、B1，B2，B3，B4，B5・・の値
Rm＝-279.9、Rs＝-61.
K＝-2.900000E+01
A4＝ 1.755765E-07
A6＝-5.491789E-11
A8＝ 1.087700E-14
A10＝-3.183245E-19
A12＝-2.635276E-24
B1＝-2.066347E-06
B2＝ 5.727737E-06
B3＝ 3.152201E-08
B4＝ 2.280241E-09
B5＝-3.729852E-11
B6＝-3.283274E-12
B7＝ 1.765590E-14
B8＝ 1.372995E-15
B9＝-2.889722E-18
B10＝-1.984531E-19
像面側面形状は、式(９)で表される非球面であり、係数は以下の通りである。

R＝-83. 6
K -0.549157
B4＝ 2.748446E-07
B6＝-4.502346E-12
B8＝-7.366455E-15
B10＝ 1.803003E-18
B12＝ 2.727900E-23 。

走査レンズ７
入射側面形状：
主走査方向は前記式(８)で表される非円弧形状
副走査方向は曲率が光軸からの主走査方向の距離に応じて前記式(９)に従って変化する形状
Ｒｍ、Ｒｓ、Ｋ、A4，A6，A8，A10,・・、B1，B2，B3，B4，B5・・の値
Rm＝6950、Rs＝ 110.9
K＝ 0.000000E+00
A4＝ 1.549648E-08
A6＝ 1.292741E-14
A8＝-8.811446E-18
A10＝-9.182312E-22
B1＝-9.593510E-07
B2＝-2.135322E-07
B3＝-8.079549E-12
B4＝ 2.390609E-12
B5＝ 2.881396E-14
B6＝ 3.693775E-15
B7＝-3.258754E-18
B8＝ 1.814487E-20
B9＝ 8.722085E-23
B10＝-1.340807E-23 。

射出側面形状：主走査面内における面形状は前記式(８)で表される非円弧形状で、副走査方向の曲率は光軸からの主走査方向距離に応じて前記式(９)に従って変化する形状
Ｒｍ、Ｒｓ、Ｋ、A4，A6，A8，A10,・・、B1，B2，B3，B4，B5・・の値
Rm＝766、Rs＝ -68.22
K＝ 0.000000E+00
A4＝-1.150396E-07
A6＝ 1.096926E-11
A8＝-6.542135E-16
A10＝ 1.984381E-20
A12＝-2.411512E-25
B2＝ 3.644079E-07
B4＝-4.847051E-13
B6＝-1.666159E-16
B8＝ 4.534859E-19
B10＝-2.819319E-23 。

図２の如く定められた面間隔：ｄ１〜ｄ１０の値は、以下のとおりである。

d1＝26.07144
d2＝3.8
d3＝102.8
d4＝3.0
d5＝121.7448
d6＝64.00685
d7＝22.6
d8＝75.85
d9＝4.9
d10＝158.71
実施例１では、図１に示す如く、厚さ：１．９ｍｍ（２５℃）の防音ガラス１０と防塵ガラス８を挿入している。これらガラスの屈折率は、光線波長：６５５ｎｍ（温度：２５℃）で１．５１４３７１、光線波長：６５９ｎｍ（温度：４５℃）で１．５１４２９１、線膨張係数：７．５Ｅ−０６Ｋ^−１である。

レンズは全て同一の樹脂材料から成る。この樹脂の屈折率は光線波長：６５５ｎｍ（温度：２５℃）で１．５２７２５７、光線波長：６５９ｎｍ（温度：４５℃）で１．５２５３６８、線膨張係数：７．０Ｅ−０５Ｋ^−１である。

半導体レーザ１とカップリングレンズ２とはアルミニウムによる同一部材（保持部材）に固定されており、この保持部材の線膨張係数は４．０Ｅ−０５Ｋ^−１である。

以上の条件で、温度による発光波長、屈折率、面形状、肉厚の変化を考慮に入れて、被走査面９に対するピント位置（レーザ光束の集光位置）を算出すると以下の如くになる。

温度ピント位置
主走査方向副走査方向
２５℃ ０．０ｍｍ０．０ｍｍ
４５℃ ０．０ｍｍ０．０ｍｍ
この結果から、実施例１のレーザ走査装置では、環境温度が２５℃から４５℃に変化しても、ピント位置の変動が実質上発生しないことが分かる。この効果は、回折面を用いたことによるものである。

上に挙げた実施例１は、シングルビーム方式のレーザ走査装置であるが、複数の半導体レーザからの光束をプリズム等で合成する方式や半導体レーザアレイを用いることにより「マルチビーム方式」とすることも可能である。

上に挙げた実施例１のレーザ走査装置は、半導体レーザ１と、この半導体レーザからの光束をカップリングするカップリング光学系２と、このカップリング光学系からの光束を光偏向器に導く第１光学系４と、この第１光学系からのレーザ光束を主走査方向に偏向させる光偏向器５と、この光偏向器により偏向されたレーザ光束を被走査面９に向けて集光する走査光学系６、７とを備えたレーザ走査装置であって、カップリング光学系２は、主走査方向と副走査方向に同じパワーを持つ回折面（同心円格子による回折面）を有し、第１光学系４は「副走査方向のみにパワーを有する回折面」を有する。

また、カップリング光学系２は略平行光を射出し（請求項２）、正のパワーを持つ屈折面（射出側面）を有し、「主走査方向と副走査方向とに同じ正のパワー」を持つ回折面（入射側面）を有する。

回折面は「通常の屈折面とは波長変化による屈折角の変化方向が逆」である。従って、光学系全系の「正のパワーの一部」を回折面に割り当てることにより、カップリングレンズ２自体が樹脂であるために発生する「温度変化によるピント位置ずれ」は勿論、光学系の別の樹脂レンズによる温度変化によるピント位置ずれも補正出来る。

しかし、カップリング光学系の正パワーを回折面だけに担わせると、波長変化に対して敏感になりすぎるので、正パワーを持つ屈折面も有することが望ましい。また、回折面は光源側の面に主走査方向と副走査方向に同じパワーであるので、カップリングレンズ２の固定時に光軸に対する回転が起こっても性能劣化が起こり難いという利点を有する。

また、第１光学系である第１レンズ４は、副走査方向に正のパワーを持つ回折面（射出側面）を有する樹脂製レンズで、副走査方向に負のパワーを持つ屈折面（入射側面）を有する。

実施例１のレーザ走査装置はまた、半導体レーザ１と、この光源からのレーザ光束をカップリングするカップリング光学系２と、このカップリング光学系からのレーザ光束を光偏向器に導く第１光学系４と、この第１光学系からのレーザ光束を主走査方向に偏向させる光偏向器５と、この光偏向器により偏向されたレーザ光束を被走査面に向けて集光する走査光学系６、７とを備えたレーザ走査装置であって、第１光学系４を構成するレンズが、副走査方向にのみにパワーを有する回折面（射出側面）と、副走査方向に負のパワーを持つ屈折面（入射側面）を有する。

第１光学系としての第１レンズ４は、実施例１では、入射側の面に「副走査方向にのみ負のパワーを持つ屈折面」が形成され、射出側の面には「副走査方向のみに正のパワーを持つ回折面」が設けられている。温度変化による「主走査方向のピント位置ずれ」に関してはカップリングレンズ２に設けられた回折面で補正可能であるが、実施例のレーザ走査装置では、光学系全系の正のパワーは、副走査方向が主走査方向よりも強いので、副走査方向に対しても温度変化によるピント位置ずれを補正するためには、さらに「副走査方向に正のパワーの回折面」が必要であり、実施例１では第１レンズ４の射出側面に設けられた「副走査方向のみにパワーを持つ回折面」である。

第１レンズ４全体のパワーは「光スポットのスポット径に対する目標値」から定まっており、その値は「副走査方向の温度変化によるピント位置ずれを補正するために必要な回折面の正のパワー」より小さい。従って、第１レンズ４の屈折面を負のパワーとし、回折面の正のパワーを確保しつつ、第１レンズ４全体のパワーも適切な値に設定している。

また、温度上昇により全系の焦点距離が正の方向に伸びるのに対し、凹面は熱膨張で焦点距離が負の方向に伸びるため、これによる温度変化によるピントずれ低減効果もある。

実施例１のように、回折面を持つレンズ（カップリングレンズ２、第１レンズ４）を樹脂製にすることにより、予め金型に回折面の格子の陰画を刻み、射出成形や熱転写により格子形状を転写出来、低コストでの大量生産が可能になる。

図４は、カップリングレンズ２と第１レンズ４の位置決め方法を説明するための図である。

光源である半導体レーザ１は第１保持部材１１に圧入等により固定される。次に、カップリングレンズ２を「光軸方向に調整を行った後」に第１保持部材１１に固定する。このようにすると、半導体レーザのケースに対して発光点位置がばらついていても、カップリングレンズ２により「出射光を略平行光束」に変換することが確実に可能になる。

図４の例では、第１保持部材１１は一体で、カップリングレンズ２が接着で固定される場合を示しているが、第１保持部材１１が複数の部材からなっていてもよいし、カップリングレンズ２の固定方法が接着以外であっても良い。

半導体レーザ１とカップリングレンズ２を固定された第１保持部材１１は、第２保持部材１２に固定される。そして、第１レンズ４が、副走査方向のピント位置が所望の位置になるように、少なくとも光軸方向に位置調整され、第２保持部材１２に固定される。第１レンズ４は副走査方向にのみパワーを持っているので、第１レンズ４の光軸方向の調整をしても主走査方向のピント位置は変化せず、主走査方向、副走査方向独立に調整が可能であるので調整が容易である。

実施例１では、また、カップリング光学系２の有する回折面（入射側面）は光軸に関して回転対称であり、第１光学系４の有する回折面（射出側面）は、副走査方向に格子が並んだ回折面である。また、走査光学系（走査レンズ６、７）は少なくとも１枚の樹脂製レンズを含む。

若干説明を補足すると、カップリングレンズ２や第１レンズ４に形成される「回折面」は、図５（ａ）に説明図として示すように、回折面の断面形状を「破線で示す平面」に対して回折面を形成してもよいが、図５（ｂ）に示す断面形状のように、破線で示す巨視的な曲面に対して回折面を形成しても良い。このようにすると、破線で示す巨視的な曲面による屈折効果と「回折面による回折効果」とを組合せることができる。

実施例１では、前述の如く、カップリングレンズ２は半導体レーザ１からの発散性のレーザ光束を実質的な平行光束としている。この場合、第１レンズ４の入射側面を平面形状とすると、図６（ａ）に示すように、第１レンズ４の入射側面で反射した反射光成分が半導体レーザ１に戻って発光部に集光し、半導体レーザ１の発光を不安定化することが考えられるが、実施例１のように、第１レンズ４の入射側面を「副走査方向に負のパワーを持った凹面」とすることにより、図６（ｂ）のように、入射側面からの反射光が半導体レーザ１の発光部に集光するのを有効に防止することができる。

図７は、請求項４記載の画像形成装置の実施の１形態を示している。この画像形成装置は光プリンタであり、被走査面の実体をなす感光媒体として円筒状に形成された光導電性の感光体１１１を有し、その周辺に帯電手段１１２（帯電ローラによる接触式のものを示しているが、コロナチャージャや帯電ブラシを用いることもできる）、現像装置１１３、転写手段１１４（転写ローラを示しているがコロナチャージャを用いるものであってもよい）、クリーニング装置１１５を有している。符号１１６は定着装置を示す。

また、光走査装置１１７を有し、帯電手段１１２と現像装置１１３との間で光走査による画像書き込みを行うようになっている。光走査装置としては、前述の実施例１のレーザ走査装置を用いることができる。

画像形成を行うときは感光体１１１が矢印方向へ等速回転され、その表面が帯電手段１１２により均一帯電され、次いで、光走査装置１１７による光走査により画像が書き込まれ、書き込まれた画像に対応する静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」で画像部が露光されている。

この静電潜像は現像装置１１３により反転現像されてトナー画像として可視化される。トナー画像は、転写紙やＯＨＰシート等のシート状記録媒体Ｓ上に転写手段１１４により転写され、定着装置１１６により定着される。トナー画像を定着されたシート状記録媒体Ｓは装置外へ排出され、トナー画像転写後の感光体１１１はクリーニング装置１１５によりクリーニングされて残留トナーや紙粉が除去される。

光走査装置をマルチビーム化することも可能であり、ポリゴン回転数低減が出来、消費電力を低減できる。また、複数のレーザ走査装置と複数の感光体を用いて、複数の「色の異なるトナー画像」を作り、それを重ね合わせてカラー画像を形成するようにすることも勿論できる。

レーザ走査装置の光学配置の１例を説明するための図である。図１の光学配置における各レンズの面間隔を説明するための図である。実施例１における回折面を説明図的に示す図である。カップリングレンズと第１レンズの位置決め方法を説明するための図である。回折面の断面形状を説明するための図である。第１レンズの入射側面を曲面とする効果を説明するための図である。画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２カップリングレンズ
４第１レンズ
５ポリゴンミラー
６、７走査光学系
８防塵ガラス
９被走査面
１０防音ガラス

Claims

放射されるレーザ光の波長が温度変化により変動する半導体レーザと、
この半導体レーザからの光束をカップリングするカップリング光学系と、
このカップリング光学系からの光束を光偏向器に導く第１光学系と、
この第１光学系からのレーザ光束を主走査方向に偏向させる光偏向器と、
この光偏向器により偏向されたレーザ光束を被走査面に向けて集光する走査光学系と、を備えたレーザ走査装置であって、
カップリング光学系は、主走査方向と副走査方向に同じ正のパワーを持つ回折面と、正のパワーを持つ屈折面とを有する樹脂製レンズを有し、
第１光学系は、副走査方向のみにパワーを有する回折面と少なくとも副走査方向に負のパワーを持つアナモルフィックな屈折面とを有する樹脂製レンズを有し、
上記走査光学系が、少なくとも１枚の樹脂製レンズを含み、
上記カップリング光学系および第１光学系が有する回折面が、環境温度変化に起因する、被走査面に対するピント位置の変動を補正する形状を有することを特徴とするレーザ走査装置。
請求項１記載のレーザ走査装置において、
カップリング光学系が、略平行光を射出することを特徴とするレーザ走査装置。
請求項１または２記載のレーザ走査装置において、
カップリング光学系の有する上記回折面は光軸に関して回転対称であり、
第１光学系の有する上記回折面は、副走査方向に格子が並んだ回折面であることを特徴とするレーザ走査装置。
請求項１〜３の任意の１に記載のレーザ走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。