JP4750259B2 - 光走査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】
本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、光源手段から出射した光束を第１結像光学系によって集光し、該集光した光束を偏向手段としてのポリゴンミラーにより反射偏向させ、第２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光走査装置に係り、特に環境温度変化や光源手段からの光の初期使用の波長の変化があった場合においても被走査面上におけるピント移動量を少なく抑え、光束のスポット径の変動を小さく抑えることができ、良好な画像が常に得られる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の光走査装置における光走査光学系の要部概略図である。
【０００３】
図５に示す従来の光走査装置において、光源手段１から画像情報に基づいて変調され出射した光束は、コリメータレンズ２と絞り３とシリンドリカルレンズ４とで構成される第１結像光学系Ｌ1へ入射する。
【０００４】
ここでは光源手段１からの光束を、コリメータレンズ２により略平行光束に変換し、開口絞り３によって該光束を制限して副走査断面内にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射させている。
【０００５】
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内においてはそのまま略平行光束の状態で出射する。
【０００６】
副走査断面内においては収束してポリゴンミラー５（偏向手段）の偏向反射面５ａにほぼ線像として結像する。そしてポリゴンミラー５で反射偏向された光束はｆθ特性を有する第２結像光学系Ｌ2を介して被走査面７（感光体ドラム面）上に導光され、該ポリゴンミラー５を回転させることによって該被走査面７（感光体ドラム面）上を光走査して画像情報の記録を行っている。
【０００７】
図５に示す構成の光走査光学系において、その光学系の一部に回折光学素子を応用して被走査面７上におけるピント移動を補正したものが、例えば特開平０６−１１８３４６号公報で提案されている。
【０００８】
同公報では樹脂性の集光レンズの焦点距離を、レーザーダイオードの発振波長の変動によるフレネルレンズの焦点距離の変化と、温度変化に伴うフレネルレンズの焦点距離変化とを相殺可能な値に設定している。
【０００９】
また、特開平１０−３３３０７０号公報では、光源手段から射出した光束を偏向手段へ導光する第１の光学系と、偏向手段で偏向された光束を被走査面上に結像させる第２の光学系とを有し、第１，第２の光学系のうち少なくとも一方の光学系の一部に回折光学素子を設けて、環境変動（温度変動）によって生じる光走査光学系の副走査方向の収差変動が、回折光学素子のパワー変化と光源手段の波長変動により補正されるようにしている。
【００１０】
どちらの場合も、使用波長によってパワーが大きく変化する回折光学素子の特性を利用して、回折光学素子以外の光学素子によって生じたピント移動を、回折光学素子のパワー変化で相殺している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被走査面上におけるピント移動を引き起こす要因としては例えば光源手段からの光の発振波長のバラツキや変動及び環境温度の変化が挙げられるが、両者のピント変動のメカニズムは大きく異なる。
【００１２】
前者は、まさしく使用波長が変動することによって起こる光学系のパワー変化のみが影響するのに対し、後者は環境温度が変化することにより、光学素子の材質の屈折率変化や位置変動、光源手段からの光の発振波長の変化等が組み合わさって起こるピント変動である。
【００１３】
これらは独立に成立するため、前述した提案ではこれらの要因に対して必ずしも満足できるものではなかった。
具体的には、特開平０６−１１８３４６号公報における光走査光学系では、環境変動によって生じるピント移動について考慮されていないものがある。例えばコリメータレンズの位置変動によるピント移動や光源手段からの光の発振波長が変化することによりコリメータレンズ、シリンドリカルレンズ、ｆθレンズ等の屈折力が変化して生じるピント移動である。そのため、環境温度が変化したときにピント移動量を必ずしも良好に補正するものではなかった。
【００１４】
また、使用波長は実用する光源手段によって大きなバラツキがあり、使用波長によって光学系のパワーが大きく変化する回折光学素子を用いた光走査光学系においては、使用波長の変化によって生じるピント移動量を無視することはできない。しかし、同公報においては、これを考慮するものではなかった。
【００１５】
特開平１０−３３３０７０号公報においては、環境温度変化によって生じるピント移動に関しては、上記のピント移動の要因まで含めて考慮されているが、光源手段の使用波長（初期波長）のバラツキを考慮するものではなかった。
【００１６】
本発明は、前述した問題を解決すべく、光源手段からの光の発振波長のバラツキや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系の材質の屈折率変化が同時に発生した場合においてもピント移動量を低減し、被走査面上における光束のスポット径の変動が小さく抑えられた常に良質なる画像を形成す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の提供を目的とする。
【００１７】
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された光束を偏向手段へ導光する第１の光学系と、前記偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に結像させる第２の光学系を備え、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系の中に少なくとも１つのプラスチック材料からなる屈折光学素子と少なくとも１つの回折光学素子を有する光走査装置であって、
前記光源手段から出射された光束の初期状態の発振波長が１５ｎｍ変化したときの前記プラスチック材料からなる屈折光学素子による前記被走査面における副走査方向のピント移動を前記回折光学素子の副走査方向のパワー変化で相殺できるときの前記回折光学素子の副走査方向のパワーを第１パワーとし、環境温度が２５℃変化したときに前記プラスチック材料からなる屈折光学素子によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動を前記回折光学素子の副走査方向のパワー変化で相殺できるときの前記回折光学素子の副走査方向のパワーを第２パワーとし、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系が有する回折光学素子の副走査方向のパワーを第３のパワーとするとき、前記第３のパワーは前記第１のパワーと前記第２のパワーとの間に設定されており、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーが第３のパワーのときのピント移動量の標準偏差は第１、第２のパワーのときのピント移動量の標準偏差に比べて小さく、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第１パワーとしたときの環境温度変化により生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳλ＿Ｔとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第２パワーとしたときの前記光源手段の初期状態の使用波長の変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳＴ＿λとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第３パワーとしたときの環境温度変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳ＿Ｔとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第３パワーとしたときの前記光源手段の初期状態の使用波長の変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳ＿λとしたとき、次式を満足することを特徴としている。
｜ｄΔＳＴ＿λ｜≧｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜ならば ｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≧｜ｄΔＳ＿λ｜
｜ｄΔＳＴ＿λ｜＜｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜ならば ｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≦｜ｄΔＳ＿λ｜
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記回折光学素子は、前記第１の光学系に設けられていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記第１の光学系は、副走査方向にパワーを有するプラスチック材料からなる屈折光学素子を有し、前記屈折光学素子の面上に前記副走査方向にパワーを有する回折光学素子が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項３の発明において、前記第２の光学系の副走査方向の縦倍率をαｓ（倍）としたとき、前記第１の光学系を構成する副走査方向にパワーを有するプラスチック材料からなる屈折光学素子の焦点距離ｆｃｌ（ｍｍ）は、次式を満足することを特徴としている。
ｆｃｌ≦５００／αｓ
【００２２】
請求項５の発明の画像形成装置は、請求項１乃至４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、前記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から成ることを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明の画像形成装置は、請求項１乃至４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データ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から成ることを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１（Ａ）は本発明の実施形態１の光走査装置を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適用したときの主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の一部分の副走査方向の要部断面図（副走査断面）である。
【００３０】
同図において、光源手段である半導体レーザ１から出射された光束は、コリメータレンズ２と絞り３そしてシリンドリカルレンズ４とを含む第１結像光学系（第１の光学系）によって偏向手段５に入射している。ここで半導体レーザ１からの光束は、コリメータレンズ２により平行光束とされ、絞り３で光束を制限されてシリンドリカルレンズ４へ入射し、主走査方向はそのまま平行光束として透過し、副走査方向は収束光束とされて主走査方向に長手の線像として偏向手段５の偏向面５ａに結像される。
【００３１】
偏向手段５はポリゴンミラーより成り、回転軸５ｂを回転中心として等速回転することにより、半導体レーザ１から発せられた光束を反射偏向している。該ポリゴンミラー５で反射偏向された光束は第１ｆθレンズ６ａと第２ｆθレンズ６ｂの２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂで構成させるｆθ特性を有する第２結像光学系（第２の光学系）６によって主走査・副走査方向共に集光され、被走査面である感光体ドラム面７上を光走査している。
【００３２】
本実施形態では、屈折光学素子であるシリンドリカルレンズ４と２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂは共に屈折光学素子であるトーリックレンズであり、プラスチック材料で形成されており、シリンドリカルレンズ４の半導体レーザ１側の面には副走査方向のみに曲率（Ｒ）をつけたシリンドリカル面を形成し、ポリゴンミラー５側の面は平面より成り、その平面上に副走査方向のみにパワー（屈折力）を有する回折格子を形成し、回折光学素子８としている。
【００３３】
本実施形態における光走査光学系の構成の諸数値を表１に示す。入射側の面をＲ１面、射出側の面をＲ２面としている。
【００３４】
【表１】
【００３５】
シリンドリカルレンズ４のＲ２面に形成された回折格子の形状は、位相関数をφ（ｙ，ｚ）として、光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査平面内において光軸と直交する軸をｙ軸、副走査平面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、次式▲１▼で表現され表２に位相項の形状を示す。
【００３６】
【数１】
【００３７】
Ｃ1〜Ｃ3：位相多項式係数，λ＝７８０ｎｍ
【００３８】
【表２】
【００３９】
次に、半導体レーザ１の発振波長の変化及び環境温度変化に伴う被走査面７上におけるピント移動の補正について説明する。
【００４０】
まず本実施形態における副走査方向のピント移動の補正の原理を図２を用いて説明する。図２は本実施形態の光走査光学系の副走査方向の光路を展開したときの要部断面図であり、基準状態（実線）とピント補正時（破線）の結像関係の様子を示している。
【００４１】
例えば光走査光学系に環境温度の上昇があったと仮定する。シリンドリカルレンズ４及びｆθレンズ６ａ，６ｂはプラスチック材料で形成されているが、一般にプラスチック材料は温度が上昇すると屈折率が低下する特性を有している。このため、全系の屈折力は減少し、副走査方向のピント位置は図中の点Ｐから点Ｑへ被走査面７から遠方へ移動し、ピントずれを起こしてしまう。
【００４２】
ところが、半導体レーザ１は温度が上昇すると、その発振波長が長くなる特性を有している。発振波長が長くなると回折光学素子８で回折される角度が大きくなるために、本来ポリゴンミラー５の偏向反射面５ａ近傍の点Ｒに位置していた線像が、半導体レーザ１側の点Ｓの位置に変動することになる。
【００４３】
そうすると、主にシリンドリカルレンズ４及びｆθレンズ６ａ，６ｂの屈折率の低下によって点Ｑへ移動していたピント位置が再度点Ｐへ戻されることになる。即ち、これにより温度補償をしている。
【００４４】
また、半導体レーザ１には初期状態において発振波長にバラツキがあり、使用する半導体レーザの個々によって使用波長が異なる。
【００４５】
例えば半導体レーザ１の初期波長に変化があり、使用波長が基準波長よりも長くなったと仮定する。コリメータレンズ２やシリンドリカルレンズ４、及びｆθレンズ６ａ，６ｂ等のレンズは、使用波長が長くなると屈折率が低下する特性があり、副走査方向のピント位置は点Ｐから点Ｑの位置へ移動し、ピントずれを起こす。
【００４６】
ところが、使用波長が長くなると回折光学素子８で回折される回折角が大きくなり、回折光学素子のパワーが強くなって、前述した通り点Ｑに移動していたピント位置が点Ｐの位置へ戻されることになる。即ち、色補償をしている。
【００４７】
以上のような原理に基づき、本実施形態においては副走査方向の回折光学素子８のパワーを最適に設定することによって、独立に生じる環境温度変化によるピント移動と光源手段の発振波長の初期波長変化によるピント移動とをバランス良く補正している。
【００４８】
次に具体的な数値を用いて説明する。
【００４９】
本実施形態におけるシリンドリカルレンズ４の焦点距離（副走査断面内）をｆｃｌ＝３５．８１ｍｍ、レンズバックをＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとし、光源手段１の初期波長変動は±１５ｎｍとし、環境温度変化を±２５℃としたときのピント変動を回折光学素子のタイプ別に比較する。
【００５０】
このとき、光源手段である半導体レーザの波長変化の温度係数は０．２５５ｎｍ／℃であり、環境温度変化＋２５℃における波長変化は＋６．３７５ｎｍであり、シリンドリカルレンズ４及びｆθレンズ６ａ，６ｂの環境温度変化＋２５℃における屈折率変化は−０．００１９８であり、波長変化＋６．３７５ｎｍにおける屈折率変化は−０．０００１４である。
【００５１】
また、コリメータレンズ２の鏡筒は２種類の樹脂で形成されており、１つはノリルであり線膨張係数２．３、もう一つはポリサルフォンであり線膨張係数５．６であって、環境温度変化＋２５℃でコリメータレンズの位置が１９．４μｍポリゴンミラー側へ移動する。
【００５２】
そこで、各光学素子によって生じるピント移動量を以下の様に定義する。光源手段１の環境温度変化による波長変化が６．３７５ｎｍ生じたときのコリメータレンズ２によるピント移動量をＣｏｌ λ１、シリンドリカルレンズ４の屈折面によるピント移動量をＣＬ Ｒ λ１、シリンドリカルレンズ４の回折面によるピント移動量をＣＬ
ＤＯＥ λ１、ｆθレンズ６によるピント移動量をｆθ λ１とし、環境温度が２５℃変化し屈折率変化が生じたときのシリンドリカルレンズ４の屈折面によるピント移動量をＣＬ ＲＮ、ｆθレンズ６によるピント移動量をｆθ Ｎとする。
【００５３】
また、半導体レーザ１の初期波長変化が１５ｎｍ生じたときのコリメータレンズ２によるピント移動量をＣｏｌ λ２、シリンドリカルレンズ４の屈折面によるピント移動量をＣＬ Ｒ λ２、シリンドリカルレンズ４の回折面によるピント移動量をＣＬ ＤＯＥ λ２、ｆθレンズ６によるピント移動量をｆθ λ２とする。
【００５４】
但し、半導体レーザ１とコリメータレンズ２を光源ユニットに組込む際、コリメータレンズ２のピント調整を行うため、半導体レーザ１の初期波長変化が生じたときのコリメータレンズ２によるピント移動量Ｃｏｌ λ２はキャンセルさせる。
【００５５】
本実施形態では以下、光源手段１の発振波長が基準波長から変化していてもピント移動がないように回折光学素子８のパワー（第１パワー）を定めたタイプを色消しタイプとする。
【００５６】
色消しタイプのときの各成分におけるピント移動量を表３に示す。
【００５７】
【表３】
【００５８】
色消しタイプでは環境温度変化におけるピント移動量が大きく、性能の劣化が大きい。さらに、環境温度変化は光源手段の発振波長のバラツキとは異なり、どの光走査装置においても起こり得る現象であるため、比較的小さな値に設定しておく事が望ましい。
【００５９】
また、シリンドリカルレンズ４のレンズバックを同じＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとし、環境温度変化があったときにピント移動がないように回折光学素子のパワー（第２パワー）を定めたタイプを全系温度補償タイプとする。
【００６０】
全系温度補償タイプのときの各成分におけるピント移動量を表４に示す。
【００６１】
【表４】
【００６２】
全系温度補償タイプでは、光源手段の初期波長のバラツキによるピント移動量があまりにも大きすぎるため、設計深度の大半を占拠してしまうことになり、光走査装置の良品率を著しく低下させることになり、コストアップを招くので問題である。
【００６３】
そこで、回折光学素子のパワーを色消しタイプと全系温度補償タイプの間に位置するタイプ（このときの回折光学素子のパワーを第３パワーとする。）に設定し、光源手段からの光の初期波長変化によるピント移動量と環境温度変化によるピント移動量をバランスさせて、被走査面上でのピント移動量が少なくなるようにしている。
【００６４】
即ち、これによってスポット径の変動が少ない光走査装置を実現している。
【００６５】
本実施形態ではシリンドリカルレンズ４のみに回折格子を形成させているために、環境温度変化によるシリンドリカルレンズ４のレンズバックの変動量を求めることにより、回折光学素子のパワーのタイプ（色消しタイプ、又は全系温度補償タイプ又はそれらの間のタイプ）を区別することができる。
【００６６】
回折光学素子のパワーのタイプと被走査面におけるピント移動量の関係を表５に示してある。
【００６７】
【表５】
【００６８】
色消しタイプでは、環境温度＋２５℃変化でシリンドリカルレンズのレンズバック変動量はΔＳｋ＿ｃｌ＝＋０．１２ｍｍとなり、全系温度補償系ではΔＳｋ＿ｃｌ＝−０．１６となる。つまり、環境温度＋２５℃変化でシリンドリカルレンズのレンズバックの変動をΔＳｋ−ｃｌ＝＋０．１２〜−０．１６の間に設定することで光源手段の初期波長変化によるピント移動量と環境温度変化によるピント移動量をバランスさせることができる。
【００６９】
本実施形態においては、環境温度が＋２５℃変化したときのシリンドリカルレンズのレンズバックの変動量をΔＳｋ＿ｃｌ＝０．００とすることで両者をバランスさせている。
【００７０】
実施形態１の表１、表２の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０１８１３となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．０１０１７となる。よってパワー比はφ２／φ１＝０．５６１となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【００７１】
以下の表Ａに比較例である色消しタイプと全系温度補償タイプのパワー比を示す。
【００７２】
色消しタイプと全系温度補償タイプのＣ２とＣ３は位相多項式係数で、表２と同様にゼロである。
【００７３】
以下の表Ａより、色消しタイプ（第１のパワー）のφ２＜実施形態１のφ２（第３のパワー）＜全系温度補償タイプのφ２（第２のパワ−）の関係を満たす。
【００７４】
【表６】
【００７５】
本実施形態の回折光学素子のパワーを第３のパワーとした回折光学素子のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント移動量を表６に示す。
【００７６】
【表７】
【００７７】
このとき、光源手段の初期波長変化＋１５ｎｍによって生じるピント移動量はｄΔＳ＝−２．０１２ｍｍであり、環境温度変化＋２５℃で生じるピント移動量はｄΔＳ＝＋１．６５２ｍｍとなっており、両者のピント移動量をバランスさせている。ここで、光源手段の初期波長変化及び環境温度変化は共に逆方向へ変化する場合もあるのでピント移動量はその絶対値で考えている。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.652mm 2 +2.012mm 2 )/2} (1/2) ＝1.841mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【００７８】
本実施形態ではこれによって、シリンドリカルレンズ４を光軸方向のピント調整なしで配置することができ、組立て時間の短縮、工具の削減等コスト的にもメリットがある。
【００７９】
［実施形態２］
実施形態２における実施形態１との主たる相違点は、シリンドリカルレンズ４のレンズバックを同じＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとしたまま、回折光学素子のパワーのタイプを変更した点にある。
【００８０】
回折光学素子のパワーのタイプは、環境温度＋２５℃変化におけるシリンドリカルレンズのレンズバック変動量をΔＳｋ＿ｃｌ＝＋０．０２ｍｍとなるように設定した。
【００８１】
ここで、表３記載の回折光学素子のパワーを色消しタイプに設定した光走査光学系において、環境温度が２５℃変化したときのピント変動量をｄΔＳλ＿Ｔとし、表４記載の全系温度補償タイプに設定した光走査光学系において、光源手段１からの光の初期波長が１５ｎｍ変化したときのピント変動量をｄΔＳＴ＿λとし、回折光学素子をあるタイプに設定した光走査光学系において、光源手段からの光の初期波長が１５ｎｍ変化したときのピント変動量をｄΔＳ＿λ、環境温度が２５℃変化したときのピント変動量をｄΔＳ＿Ｔとしたとき、本実施形態においては、
｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜＜｜ｄΔＳＴ＿λ｜
なので、
｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≧｜ｄΔＳ＿λ｜
の範囲内に設定している。
【００８２】
本実施形態のシリンドリカルレンズ４の構成を表７に示す。
【００８３】
【表８】
【００８４】
また、回折光学素子のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント変動量を表８に示す。
【００８５】
【表９】
【００８６】
本実施形態では、環境温度変化によるピント移動量はｄΔＳ＿Ｔ＝１．８６１ｍｍであり、光源手段の初期波長変化によるピント移動量ｄΔＳ＿λ＝１．６７９ｍｍであって、２つの要因によるピント移動量をバランスさせ、且つピント移動量の合計を３．５４０ｍｍと小さく抑えている。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.861mm 2 +1.679mm 2 )/2} (1/2) ＝1.772mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【００８７】
実施形態２の表７、表８の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０１９３５となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．００８８５となる。よってパワー比はφ２／φ１＝０．４５７となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【００８８】
以下の表Ｂに比較例である色消しタイプと全系温度補償タイプのパワー比を示す。
【００８９】
表Ａと以下の表Ｂより、色消しタイプ（第１のパワー）のφ２＜実施形態２のφ２（第３のパワー）＜全系温度補償タイプのφ２（第２のパワ−）の関係を満たす。
【００９０】
【表１０】
【００９１】
これにより、環境温度変化や初期波長変化があっても被走査面上のスポット径の変動を低減でき、常に良好なる画像を提供することができる光走査装置を構成できる。
【００９２】
［実施形態３］
本実施形態３における実施形態１との主たる相違点は、初期波長のバラツキが±５ｎｍと少ない光源手段１を使用した点と、シリンドリカルレンズ４のレンズバックを同じＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとしたまま、回折光学素子８のパワーのタイプを変更した点にある。
【００９３】
回折光学素子８のパワーのタイプは、環境温度＋２５℃変化におけるシリンドリカルレンズ４のレンズバック変動量をΔＳｋ＿ｃｌ＝−０．１０ｍｍとなるように設定した。
【００９４】
本実施形態のシリンドリカルレンズ４は、表９に示した構成である。
【００９５】
【表１１】
【００９６】
表１０に回折光学素子８のパワーのタイプと被走査面７におけるピント移動量の関係を示してある。
【００９７】
【表１２】
【００９８】
前述の条件では、回折光学素子８のパワーを色消しタイプ（Δ Ｓｋ＿ｃｌ＝０．１２ｍｍ）に設定した光走査光学系において、環境温度が２５℃変化したときのピント移動量ｄΔＳλ＿Ｔ＝２．９１０ｍｍであり、全系温度補償タイプ（ΔＳｋ＿ｃｌ＝−０．１６ｍｍ）に設定した光走査光学系において、光源手段１の初期波長が５ｎｍ変化したときのピント移動量ｄΔＳＴ＿λ＝１．５４２ｍｍである。
【００９９】
実施形態３の表９の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０１１８７となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．０１６８３となる。よってパワー比はφ２／φ１＝１．４１８となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【０１００】
表Ａと以下の表Ｃより、色消しタイプ（第１のパワー）のφ２＜実施形態３のφ２（第３のパワー）＜全系温度補償タイプのφ２（第２のパワ−）の関係を満たす。
【０１０１】
【表１３】
【０１０２】
本実施形態では、
｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜＞｜ｄΔＳＴ＿λ｜
なので、
｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≦｜ｄΔＳ＿λ｜
の範囲内に設定している。
【０１０３】
本実施形態の回折光学素子８のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント移動量を表１１に示す。
【０１０４】
【表１４】
【０１０５】
本実施形態では、環境温度変化によるピント移動量はｄΔＳ＿Ｔ＝０．５９４ｍｍであり、光源手段１の初期波長変化によるピント変化量ｄΔＳ＿λ＝−１．２３０ｍｍであって、２つの要因によるピント移動量をバランスさせている。また、光源手段１の初期波長が基準波長のλ0＝７８０ｎｍからΔλ＝−５ｎｍ変化し、使用波長がλ＝７７５ｍｍの光走査光学系において、常温のＴ0＝２５℃からΔＴ＝＋２５℃変化して環境温度がＴ＝５０℃となった場合、光源手段１の初期波長変化によるピント移動と環境温度変化によるピント変化の方向が光源手段から遠ざかる方向に一致するので、ピント移動の合計も小さくすることでスポット径の変動を抑えることが出来、本実施形態では、これを実現している。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.91mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.06mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +1.542mm 2 )/2} (1/2) ＝1.09mm
第三パワー（本発明）：{(0.594mm 2 +1.230mm 2 )/2} (1/2) ＝0.966mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【０１０６】
更に、図３に本実施形態３における光走査装置の主走査方向の断面図を示した。
【０１０７】
本実施形態の光走査光学系では走査の同期信号を検出するための第３の結像光学系９を備えており、ポリゴンミラー５で偏向された光束を同期検出手段１０へ導光する結像レンズ９を有している。結像レンズ９をプラスチック材料で形成し、シリンドリカルレンズ４と一体化することで部品点数を削減し、光走査装置のコストダウンを図ることができる。
【０１０８】
［実施形態４］
本実施形態４と実施形態１との主たる相違点は、シリンドリカルレンズ４のレンズバックをＳｋ＿ｃｌ＝２０．００ｍｍとした点にある。
【０１０９】
回折光学素子のタイプは実施形態１と同じであり、環境温度が＋２５℃変化したときのシリンドリカルレンズのレンズバックの変動量はΔＳｋ＿ｃｌ＝０．００である。
【０１１０】
本実施形態のシリンドリカルレンズの構成を表１２に示す。
【０１１１】
【表１５】
【０１１２】
実施形態４の表１２の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０３０２９となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．０１７７５となる。よってパワー比はφ２／φ１＝０．５８６となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【０１１３】
【表１６】
【０１１４】
また、回折光学素子のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント変動量を表１３に示す。
【０１１５】
【表１７】
ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.803mm 2 +1.082mm 2 )/2} (1/2) ＝1.487mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【０１１６】
本実施形態においては、実施形態１に対してシリンドリカルレンズのレンズバックを変更した。これを焦点距離で比較すると、実施形態１では焦点距離ｆｃｌ＝３５．８１ｍｍであり、本実施形態では焦点距離ｆｃｌ＝２１．３０ｍｍである。
【０１１７】
これにより、シリンドリカルレンズの焦点距離を短く設定することで、使用波長の変化によるピント移動量を少なく抑えることができる。これは、波長変化によって生じるシリンドリカルレンズ通過後の焦線位置の移動量が少なくなるためであり、焦線位置の移動量に第２結像レンズの副走査方向の縦倍率αｓ＝１１．０４を掛けて計算されるピント移動量が少なくなるためである。
【０１１８】
ここで、回折光学素子を有するシリンドリカルレンズの焦点距離をｆｃｌとし、第２結像光学系６の副走査方向の縦倍率をαｓとしたとき、▲２▼式を満足する範囲内であれば、実用上問題無いレベルで補正することができる。
【０１１９】
【数２】
【０１２０】
［実施形態５］
図４に本実施形態５における光走査装置の副走査方向の断面図を示す。
【０１２１】
本実施形態においては、シリンドリカルレンズ４と２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂは合成樹脂で形成されており、シリンドリカルレンズ４の半導体レーザ１側の面には副走査方向のみに曲率（Ｒ）をつけたシリンドリカル面、ｆθレンズ６ｂはポリゴンミラー５側は平面であって、その平面には副走査方向のみにパワーを有した回折光学素子８を形成している。
【０１２２】
本実施形態の光走査光学系の構成を表１４に示し、第２ｆθレンズ６ｂの入射面に形成された回折光学素子の形状を表１５に示す。
【０１２３】
【表１８】
【０１２４】
【表１９】
【０１２５】
本実施形態における環境温度変化及び光源手段の初期波長変化は実施形態１と同様である。本実施形態における回折光学素子８は第２結像手段側の１つの面に形成されており、回折光学素子８のパワーのタイプはピント移動の向きで定義することができる。
【０１２６】
本実施形態においては、環境温度変化に対するピント移動は補正不足であり、光源手段の初期波長変化に対するピント移動は過補正となるように回折光学素子８のパワーが決定されている。
【０１２７】
つまりは、実施形態１と同様に色消しタイプと全系温度補償タイプの間のパワーに設定されている。
【０１２８】
本実施形態の回折光学素子のタイプの光走査光学系において、光源手段の初期波長変化が生じたときのｆθレンズの回折面におけるピント移動をｆθ ＤＯＥλとしたとき、各成分によるピント移動量は以下の表１６の通りである。
【０１２９】
【表２０】
【０１３０】
本実施形態において、環境温度が２５℃変化したときのピント移動量はｄΔＳ＿Ｔ＝１．９０５ｍｍであり、光源手段の初期波長が１５ｎｍ変化したときのピント移動量はｄΔＳ＿λ＝１．７００ｍｍであって、回折光学素子８が第２結像光学系に配置された場合においても両者のピント移動量をバランス良く補正することができる。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.905mm 2 +1.700mm 2 )/2} (1/2) ＝1.805mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【０１３１】
また、本実施形態の様にｆθレンズに回折光学素子を配置することで、ｆθレンズの設計自由度を向上させることができる。
【０１３２】
前述した各実施形態における光走査装置に関して、第１・第２結像光学系に１つの回折光学素子を用い、そのパワーを最適な値に設定することで、環境温度変化と光源手段の初期波長変化に伴う副走査方向のピント移動をバランス補正する方法について述べてきたが、回折光学素子は１つに限ったものではなく、例えば、第１結像光学系中のシリンドリカルレンズと第２結像光学系中のｆθレンズの両方に構成したり、第１結像光学系中のコリメータレンズと第２結像光学系中の第１ｆθレンズと第２ｆθレンズの３個所に構成してもよい。
【０１３３】
また、本発明の実施形態においては、副走査方向のピント移動について述べてきたが、もちろん主走査方向のピント移動についても主走査方向の回折作用を有する回折光学素子を用いることにより容易に補正することができる。
【０１３４】
［画像形成装置］
次に本発明に適用される画像形成装置の説明を行う。
【０１３５】
図６は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図６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（マルチビーム走査光学装置）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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く各要素を設定することにより、光源手段からの光の発振波長のバラツキや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系の材質の屈折率変化が同時に発生した場合においてもピント移動量を低減し、被走査面上における光束のスポット径の変動が小さく抑えられた常に良質なる画像を形成す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。
【０１４２】
この他、本発明によれば前述の如く、光源手段から偏向手段の間に配置された第１結像光学系と偏向手段から被走査面までの間に配置された第２結像光学系のうち少なくとも一方の光学系に回折光学素子を設けて回折光学素子のパワーを適切に設定することにより、装置の環境温度変化及び、光源手段からの光の初期波長変化によるピント移動をバランスさせることができる。
【０１４３】
また、両者のピント移動量をバランスさせることにより、シリンドリカルレンズの光軸方向の調整を廃止し、組立て時間の短縮や組立て工具の削減等、コスト的にメリットが生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における要部断面図
【図２】本発明の実施形態１における副走査方向のピント移動の補正原理の説明図
【図３】本発明の実施形態３における主走査方向の要部断面図
【図４】本発明の実施形態５における副走査方向の要部断面図
【図５】従来の光走査光学系における要部概略図
【図６】本発明の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）
２ 集光レンズ（コリメータレンズ）
３ 絞り（アパーチャー）
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
６ ｆθレンズ
７ 被走査面（感光体ドラム）
８ 回折光学素子（回折面）
９ 第３結像光学系（結像レンズ）
１０ 同期検知手段（ＢＤ）
Ｌ１ 第１結像光学系
Ｌ２ 第２結像光学系
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
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１６ 排紙ローラ
【発明の属する技術分野】
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、光源手段から出射した光束を第１結像光学系によって集光し、該集光した光束を偏向手段としてのポリゴンミラーにより反射偏向させ、第２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光走査装置に係り、特に環境温度変化や光源手段からの光の初期使用の波長の変化があった場合においても被走査面上におけるピント移動量を少なく抑え、光束のスポット径の変動を小さく抑えることができ、良好な画像が常に得られる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の光走査装置における光走査光学系の要部概略図である。
【０００３】
図５に示す従来の光走査装置において、光源手段１から画像情報に基づいて変調され出射した光束は、コリメータレンズ２と絞り３とシリンドリカルレンズ４とで構成される第１結像光学系Ｌ1へ入射する。
【０００４】
ここでは光源手段１からの光束を、コリメータレンズ２により略平行光束に変換し、開口絞り３によって該光束を制限して副走査断面内にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射させている。
【０００５】
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内においてはそのまま略平行光束の状態で出射する。
【０００６】
副走査断面内においては収束してポリゴンミラー５（偏向手段）の偏向反射面５ａにほぼ線像として結像する。そしてポリゴンミラー５で反射偏向された光束はｆθ特性を有する第２結像光学系Ｌ2を介して被走査面７（感光体ドラム面）上に導光され、該ポリゴンミラー５を回転させることによって該被走査面７（感光体ドラム面）上を光走査して画像情報の記録を行っている。
【０００７】
図５に示す構成の光走査光学系において、その光学系の一部に回折光学素子を応用して被走査面７上におけるピント移動を補正したものが、例えば特開平０６−１１８３４６号公報で提案されている。
【０００８】
同公報では樹脂性の集光レンズの焦点距離を、レーザーダイオードの発振波長の変動によるフレネルレンズの焦点距離の変化と、温度変化に伴うフレネルレンズの焦点距離変化とを相殺可能な値に設定している。
【０００９】
また、特開平１０−３３３０７０号公報では、光源手段から射出した光束を偏向手段へ導光する第１の光学系と、偏向手段で偏向された光束を被走査面上に結像させる第２の光学系とを有し、第１，第２の光学系のうち少なくとも一方の光学系の一部に回折光学素子を設けて、環境変動（温度変動）によって生じる光走査光学系の副走査方向の収差変動が、回折光学素子のパワー変化と光源手段の波長変動により補正されるようにしている。
【００１０】
どちらの場合も、使用波長によってパワーが大きく変化する回折光学素子の特性を利用して、回折光学素子以外の光学素子によって生じたピント移動を、回折光学素子のパワー変化で相殺している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被走査面上におけるピント移動を引き起こす要因としては例えば光源手段からの光の発振波長のバラツキや変動及び環境温度の変化が挙げられるが、両者のピント変動のメカニズムは大きく異なる。
【００１２】
前者は、まさしく使用波長が変動することによって起こる光学系のパワー変化のみが影響するのに対し、後者は環境温度が変化することにより、光学素子の材質の屈折率変化や位置変動、光源手段からの光の発振波長の変化等が組み合わさって起こるピント変動である。
【００１３】
これらは独立に成立するため、前述した提案ではこれらの要因に対して必ずしも満足できるものではなかった。
具体的には、特開平０６−１１８３４６号公報における光走査光学系では、環境変動によって生じるピント移動について考慮されていないものがある。例えばコリメータレンズの位置変動によるピント移動や光源手段からの光の発振波長が変化することによりコリメータレンズ、シリンドリカルレンズ、ｆθレンズ等の屈折力が変化して生じるピント移動である。そのため、環境温度が変化したときにピント移動量を必ずしも良好に補正するものではなかった。
【００１４】
また、使用波長は実用する光源手段によって大きなバラツキがあり、使用波長によって光学系のパワーが大きく変化する回折光学素子を用いた光走査光学系においては、使用波長の変化によって生じるピント移動量を無視することはできない。しかし、同公報においては、これを考慮するものではなかった。
【００１５】
特開平１０−３３３０７０号公報においては、環境温度変化によって生じるピント移動に関しては、上記のピント移動の要因まで含めて考慮されているが、光源手段の使用波長（初期波長）のバラツキを考慮するものではなかった。
【００１６】
本発明は、前述した問題を解決すべく、光源手段からの光の発振波長のバラツキや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系の材質の屈折率変化が同時に発生した場合においてもピント移動量を低減し、被走査面上における光束のスポット径の変動が小さく抑えられた常に良質なる画像を形成す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の提供を目的とする。
【００１７】
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された光束を偏向手段へ導光する第１の光学系と、前記偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に結像させる第２の光学系を備え、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系の中に少なくとも１つのプラスチック材料からなる屈折光学素子と少なくとも１つの回折光学素子を有する光走査装置であって、
前記光源手段から出射された光束の初期状態の発振波長が１５ｎｍ変化したときの前記プラスチック材料からなる屈折光学素子による前記被走査面における副走査方向のピント移動を前記回折光学素子の副走査方向のパワー変化で相殺できるときの前記回折光学素子の副走査方向のパワーを第１パワーとし、環境温度が２５℃変化したときに前記プラスチック材料からなる屈折光学素子によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動を前記回折光学素子の副走査方向のパワー変化で相殺できるときの前記回折光学素子の副走査方向のパワーを第２パワーとし、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系が有する回折光学素子の副走査方向のパワーを第３のパワーとするとき、前記第３のパワーは前記第１のパワーと前記第２のパワーとの間に設定されており、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーが第３のパワーのときのピント移動量の標準偏差は第１、第２のパワーのときのピント移動量の標準偏差に比べて小さく、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第１パワーとしたときの環境温度変化により生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳλ＿Ｔとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第２パワーとしたときの前記光源手段の初期状態の使用波長の変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳＴ＿λとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第３パワーとしたときの環境温度変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳ＿Ｔとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第３パワーとしたときの前記光源手段の初期状態の使用波長の変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳ＿λとしたとき、次式を満足することを特徴としている。
｜ｄΔＳＴ＿λ｜≧｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜ならば ｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≧｜ｄΔＳ＿λ｜
｜ｄΔＳＴ＿λ｜＜｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜ならば ｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≦｜ｄΔＳ＿λ｜
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記回折光学素子は、前記第１の光学系に設けられていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記第１の光学系は、副走査方向にパワーを有するプラスチック材料からなる屈折光学素子を有し、前記屈折光学素子の面上に前記副走査方向にパワーを有する回折光学素子が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項３の発明において、前記第２の光学系の副走査方向の縦倍率をαｓ（倍）としたとき、前記第１の光学系を構成する副走査方向にパワーを有するプラスチック材料からなる屈折光学素子の焦点距離ｆｃｌ（ｍｍ）は、次式を満足することを特徴としている。
ｆｃｌ≦５００／αｓ
【００２２】
請求項５の発明の画像形成装置は、請求項１乃至４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、前記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から成ることを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明の画像形成装置は、請求項１乃至４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データ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から成ることを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１（Ａ）は本発明の実施形態１の光走査装置を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適用したときの主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の一部分の副走査方向の要部断面図（副走査断面）である。
【００３０】
同図において、光源手段である半導体レーザ１から出射された光束は、コリメータレンズ２と絞り３そしてシリンドリカルレンズ４とを含む第１結像光学系（第１の光学系）によって偏向手段５に入射している。ここで半導体レーザ１からの光束は、コリメータレンズ２により平行光束とされ、絞り３で光束を制限されてシリンドリカルレンズ４へ入射し、主走査方向はそのまま平行光束として透過し、副走査方向は収束光束とされて主走査方向に長手の線像として偏向手段５の偏向面５ａに結像される。
【００３１】
偏向手段５はポリゴンミラーより成り、回転軸５ｂを回転中心として等速回転することにより、半導体レーザ１から発せられた光束を反射偏向している。該ポリゴンミラー５で反射偏向された光束は第１ｆθレンズ６ａと第２ｆθレンズ６ｂの２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂで構成させるｆθ特性を有する第２結像光学系（第２の光学系）６によって主走査・副走査方向共に集光され、被走査面である感光体ドラム面７上を光走査している。
【００３２】
本実施形態では、屈折光学素子であるシリンドリカルレンズ４と２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂは共に屈折光学素子であるトーリックレンズであり、プラスチック材料で形成されており、シリンドリカルレンズ４の半導体レーザ１側の面には副走査方向のみに曲率（Ｒ）をつけたシリンドリカル面を形成し、ポリゴンミラー５側の面は平面より成り、その平面上に副走査方向のみにパワー（屈折力）を有する回折格子を形成し、回折光学素子８としている。
【００３３】
本実施形態における光走査光学系の構成の諸数値を表１に示す。入射側の面をＲ１面、射出側の面をＲ２面としている。
【００３４】
【表１】
シリンドリカルレンズ４のＲ２面に形成された回折格子の形状は、位相関数をφ（ｙ，ｚ）として、光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査平面内において光軸と直交する軸をｙ軸、副走査平面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、次式▲１▼で表現され表２に位相項の形状を示す。
【００３６】
【数１】
Ｃ1〜Ｃ3：位相多項式係数，λ＝７８０ｎｍ
【００３８】
【表２】
次に、半導体レーザ１の発振波長の変化及び環境温度変化に伴う被走査面７上におけるピント移動の補正について説明する。
【００４０】
まず本実施形態における副走査方向のピント移動の補正の原理を図２を用いて説明する。図２は本実施形態の光走査光学系の副走査方向の光路を展開したときの要部断面図であり、基準状態（実線）とピント補正時（破線）の結像関係の様子を示している。
【００４１】
例えば光走査光学系に環境温度の上昇があったと仮定する。シリンドリカルレンズ４及びｆθレンズ６ａ，６ｂはプラスチック材料で形成されているが、一般にプラスチック材料は温度が上昇すると屈折率が低下する特性を有している。このため、全系の屈折力は減少し、副走査方向のピント位置は図中の点Ｐから点Ｑへ被走査面７から遠方へ移動し、ピントずれを起こしてしまう。
【００４２】
ところが、半導体レーザ１は温度が上昇すると、その発振波長が長くなる特性を有している。発振波長が長くなると回折光学素子８で回折される角度が大きくなるために、本来ポリゴンミラー５の偏向反射面５ａ近傍の点Ｒに位置していた線像が、半導体レーザ１側の点Ｓの位置に変動することになる。
【００４３】
そうすると、主にシリンドリカルレンズ４及びｆθレンズ６ａ，６ｂの屈折率の低下によって点Ｑへ移動していたピント位置が再度点Ｐへ戻されることになる。即ち、これにより温度補償をしている。
【００４４】
また、半導体レーザ１には初期状態において発振波長にバラツキがあり、使用する半導体レーザの個々によって使用波長が異なる。
【００４５】
例えば半導体レーザ１の初期波長に変化があり、使用波長が基準波長よりも長くなったと仮定する。コリメータレンズ２やシリンドリカルレンズ４、及びｆθレンズ６ａ，６ｂ等のレンズは、使用波長が長くなると屈折率が低下する特性があり、副走査方向のピント位置は点Ｐから点Ｑの位置へ移動し、ピントずれを起こす。
【００４６】
ところが、使用波長が長くなると回折光学素子８で回折される回折角が大きくなり、回折光学素子のパワーが強くなって、前述した通り点Ｑに移動していたピント位置が点Ｐの位置へ戻されることになる。即ち、色補償をしている。
【００４７】
以上のような原理に基づき、本実施形態においては副走査方向の回折光学素子８のパワーを最適に設定することによって、独立に生じる環境温度変化によるピント移動と光源手段の発振波長の初期波長変化によるピント移動とをバランス良く補正している。
【００４８】
次に具体的な数値を用いて説明する。
【００４９】
本実施形態におけるシリンドリカルレンズ４の焦点距離（副走査断面内）をｆｃｌ＝３５．８１ｍｍ、レンズバックをＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとし、光源手段１の初期波長変動は±１５ｎｍとし、環境温度変化を±２５℃としたときのピント変動を回折光学素子のタイプ別に比較する。
【００５０】
このとき、光源手段である半導体レーザの波長変化の温度係数は０．２５５ｎｍ／℃であり、環境温度変化＋２５℃における波長変化は＋６．３７５ｎｍであり、シリンドリカルレンズ４及びｆθレンズ６ａ，６ｂの環境温度変化＋２５℃における屈折率変化は−０．００１９８であり、波長変化＋６．３７５ｎｍにおける屈折率変化は−０．０００１４である。
【００５１】
また、コリメータレンズ２の鏡筒は２種類の樹脂で形成されており、１つはノリルであり線膨張係数２．３、もう一つはポリサルフォンであり線膨張係数５．６であって、環境温度変化＋２５℃でコリメータレンズの位置が１９．４μｍポリゴンミラー側へ移動する。
【００５２】
そこで、各光学素子によって生じるピント移動量を以下の様に定義する。光源手段１の環境温度変化による波長変化が６．３７５ｎｍ生じたときのコリメータレンズ２によるピント移動量をＣｏｌ λ１、シリンドリカルレンズ４の屈折面によるピント移動量をＣＬ Ｒ λ１、シリンドリカルレンズ４の回折面によるピント移動量をＣＬ
ＤＯＥ λ１、ｆθレンズ６によるピント移動量をｆθ λ１とし、環境温度が２５℃変化し屈折率変化が生じたときのシリンドリカルレンズ４の屈折面によるピント移動量をＣＬ ＲＮ、ｆθレンズ６によるピント移動量をｆθ Ｎとする。
【００５３】
また、半導体レーザ１の初期波長変化が１５ｎｍ生じたときのコリメータレンズ２によるピント移動量をＣｏｌ λ２、シリンドリカルレンズ４の屈折面によるピント移動量をＣＬ Ｒ λ２、シリンドリカルレンズ４の回折面によるピント移動量をＣＬ ＤＯＥ λ２、ｆθレンズ６によるピント移動量をｆθ λ２とする。
【００５４】
但し、半導体レーザ１とコリメータレンズ２を光源ユニットに組込む際、コリメータレンズ２のピント調整を行うため、半導体レーザ１の初期波長変化が生じたときのコリメータレンズ２によるピント移動量Ｃｏｌ λ２はキャンセルさせる。
【００５５】
本実施形態では以下、光源手段１の発振波長が基準波長から変化していてもピント移動がないように回折光学素子８のパワー（第１パワー）を定めたタイプを色消しタイプとする。
【００５６】
色消しタイプのときの各成分におけるピント移動量を表３に示す。
【００５７】
【表３】
色消しタイプでは環境温度変化におけるピント移動量が大きく、性能の劣化が大きい。さらに、環境温度変化は光源手段の発振波長のバラツキとは異なり、どの光走査装置においても起こり得る現象であるため、比較的小さな値に設定しておく事が望ましい。
【００５９】
また、シリンドリカルレンズ４のレンズバックを同じＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとし、環境温度変化があったときにピント移動がないように回折光学素子のパワー（第２パワー）を定めたタイプを全系温度補償タイプとする。
【００６０】
全系温度補償タイプのときの各成分におけるピント移動量を表４に示す。
【００６１】
【表４】
全系温度補償タイプでは、光源手段の初期波長のバラツキによるピント移動量があまりにも大きすぎるため、設計深度の大半を占拠してしまうことになり、光走査装置の良品率を著しく低下させることになり、コストアップを招くので問題である。
【００６３】
そこで、回折光学素子のパワーを色消しタイプと全系温度補償タイプの間に位置するタイプ（このときの回折光学素子のパワーを第３パワーとする。）に設定し、光源手段からの光の初期波長変化によるピント移動量と環境温度変化によるピント移動量をバランスさせて、被走査面上でのピント移動量が少なくなるようにしている。
【００６４】
即ち、これによってスポット径の変動が少ない光走査装置を実現している。
【００６５】
本実施形態ではシリンドリカルレンズ４のみに回折格子を形成させているために、環境温度変化によるシリンドリカルレンズ４のレンズバックの変動量を求めることにより、回折光学素子のパワーのタイプ（色消しタイプ、又は全系温度補償タイプ又はそれらの間のタイプ）を区別することができる。
【００６６】
回折光学素子のパワーのタイプと被走査面におけるピント移動量の関係を表５に示してある。
【００６７】
【表５】
色消しタイプでは、環境温度＋２５℃変化でシリンドリカルレンズのレンズバック変動量はΔＳｋ＿ｃｌ＝＋０．１２ｍｍとなり、全系温度補償系ではΔＳｋ＿ｃｌ＝−０．１６となる。つまり、環境温度＋２５℃変化でシリンドリカルレンズのレンズバックの変動をΔＳｋ−ｃｌ＝＋０．１２〜−０．１６の間に設定することで光源手段の初期波長変化によるピント移動量と環境温度変化によるピント移動量をバランスさせることができる。
【００６９】
本実施形態においては、環境温度が＋２５℃変化したときのシリンドリカルレンズのレンズバックの変動量をΔＳｋ＿ｃｌ＝０．００とすることで両者をバランスさせている。
【００７０】
実施形態１の表１、表２の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０１８１３となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．０１０１７となる。よってパワー比はφ２／φ１＝０．５６１となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【００７１】
以下の表Ａに比較例である色消しタイプと全系温度補償タイプのパワー比を示す。
【００７２】
色消しタイプと全系温度補償タイプのＣ２とＣ３は位相多項式係数で、表２と同様にゼロである。
【００７３】
以下の表Ａより、色消しタイプ（第１のパワー）のφ２＜実施形態１のφ２（第３のパワー）＜全系温度補償タイプのφ２（第２のパワ−）の関係を満たす。
【００７４】
【表６】
本実施形態の回折光学素子のパワーを第３のパワーとした回折光学素子のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント移動量を表６に示す。
【００７６】
【表７】
このとき、光源手段の初期波長変化＋１５ｎｍによって生じるピント移動量はｄΔＳ＝−２．０１２ｍｍであり、環境温度変化＋２５℃で生じるピント移動量はｄΔＳ＝＋１．６５２ｍｍとなっており、両者のピント移動量をバランスさせている。ここで、光源手段の初期波長変化及び環境温度変化は共に逆方向へ変化する場合もあるのでピント移動量はその絶対値で考えている。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.652mm 2 +2.012mm 2 )/2} (1/2) ＝1.841mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【００７８】
本実施形態ではこれによって、シリンドリカルレンズ４を光軸方向のピント調整なしで配置することができ、組立て時間の短縮、工具の削減等コスト的にもメリットがある。
【００７９】
［実施形態２］
実施形態２における実施形態１との主たる相違点は、シリンドリカルレンズ４のレンズバックを同じＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとしたまま、回折光学素子のパワーのタイプを変更した点にある。
【００８０】
回折光学素子のパワーのタイプは、環境温度＋２５℃変化におけるシリンドリカルレンズのレンズバック変動量をΔＳｋ＿ｃｌ＝＋０．０２ｍｍとなるように設定した。
【００８１】
ここで、表３記載の回折光学素子のパワーを色消しタイプに設定した光走査光学系において、環境温度が２５℃変化したときのピント変動量をｄΔＳλ＿Ｔとし、表４記載の全系温度補償タイプに設定した光走査光学系において、光源手段１からの光の初期波長が１５ｎｍ変化したときのピント変動量をｄΔＳＴ＿λとし、回折光学素子をあるタイプに設定した光走査光学系において、光源手段からの光の初期波長が１５ｎｍ変化したときのピント変動量をｄΔＳ＿λ、環境温度が２５℃変化したときのピント変動量をｄΔＳ＿Ｔとしたとき、本実施形態においては、
｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜＜｜ｄΔＳＴ＿λ｜
なので、
｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≧｜ｄΔＳ＿λ｜
の範囲内に設定している。
【００８２】
本実施形態のシリンドリカルレンズ４の構成を表７に示す。
【００８３】
【表８】
また、回折光学素子のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント変動量を表８に示す。
【００８５】
【表９】
本実施形態では、環境温度変化によるピント移動量はｄΔＳ＿Ｔ＝１．８６１ｍｍであり、光源手段の初期波長変化によるピント移動量ｄΔＳ＿λ＝１．６７９ｍｍであって、２つの要因によるピント移動量をバランスさせ、且つピント移動量の合計を３．５４０ｍｍと小さく抑えている。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.861mm 2 +1.679mm 2 )/2} (1/2) ＝1.772mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【００８７】
実施形態２の表７、表８の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０１９３５となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．００８８５となる。よってパワー比はφ２／φ１＝０．４５７となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【００８８】
以下の表Ｂに比較例である色消しタイプと全系温度補償タイプのパワー比を示す。
【００８９】
表Ａと以下の表Ｂより、色消しタイプ（第１のパワー）のφ２＜実施形態２のφ２（第３のパワー）＜全系温度補償タイプのφ２（第２のパワ−）の関係を満たす。
【００９０】
【表１０】
これにより、環境温度変化や初期波長変化があっても被走査面上のスポット径の変動を低減でき、常に良好なる画像を提供することができる光走査装置を構成できる。
【００９２】
［実施形態３］
本実施形態３における実施形態１との主たる相違点は、初期波長のバラツキが±５ｎｍと少ない光源手段１を使用した点と、シリンドリカルレンズ４のレンズバックを同じＳｋ＿ｃｌ＝３４．５０ｍｍとしたまま、回折光学素子８のパワーのタイプを変更した点にある。
【００９３】
回折光学素子８のパワーのタイプは、環境温度＋２５℃変化におけるシリンドリカルレンズ４のレンズバック変動量をΔＳｋ＿ｃｌ＝−０．１０ｍｍとなるように設定した。
【００９４】
本実施形態のシリンドリカルレンズ４は、表９に示した構成である。
【００９５】
【表１１】
表１０に回折光学素子８のパワーのタイプと被走査面７におけるピント移動量の関係を示してある。
【００９７】
【表１２】
前述の条件では、回折光学素子８のパワーを色消しタイプ（Δ Ｓｋ＿ｃｌ＝０．１２ｍｍ）に設定した光走査光学系において、環境温度が２５℃変化したときのピント移動量ｄΔＳλ＿Ｔ＝２．９１０ｍｍであり、全系温度補償タイプ（ΔＳｋ＿ｃｌ＝−０．１６ｍｍ）に設定した光走査光学系において、光源手段１の初期波長が５ｎｍ変化したときのピント移動量ｄΔＳＴ＿λ＝１．５４２ｍｍである。
【００９９】
実施形態３の表９の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０１１８７となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．０１６８３となる。よってパワー比はφ２／φ１＝１．４１８となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【０１００】
表Ａと以下の表Ｃより、色消しタイプ（第１のパワー）のφ２＜実施形態３のφ２（第３のパワー）＜全系温度補償タイプのφ２（第２のパワ−）の関係を満たす。
【０１０１】
【表１３】
本実施形態では、
｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜＞｜ｄΔＳＴ＿λ｜
なので、
｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≦｜ｄΔＳ＿λ｜
の範囲内に設定している。
【０１０３】
本実施形態の回折光学素子８のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント移動量を表１１に示す。
【０１０４】
【表１４】
本実施形態では、環境温度変化によるピント移動量はｄΔＳ＿Ｔ＝０．５９４ｍｍであり、光源手段１の初期波長変化によるピント変化量ｄΔＳ＿λ＝−１．２３０ｍｍであって、２つの要因によるピント移動量をバランスさせている。また、光源手段１の初期波長が基準波長のλ0＝７８０ｎｍからΔλ＝−５ｎｍ変化し、使用波長がλ＝７７５ｍｍの光走査光学系において、常温のＴ0＝２５℃からΔＴ＝＋２５℃変化して環境温度がＴ＝５０℃となった場合、光源手段１の初期波長変化によるピント移動と環境温度変化によるピント変化の方向が光源手段から遠ざかる方向に一致するので、ピント移動の合計も小さくすることでスポット径の変動を抑えることが出来、本実施形態では、これを実現している。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.91mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.06mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +1.542mm 2 )/2} (1/2) ＝1.09mm
第三パワー（本発明）：{(0.594mm 2 +1.230mm 2 )/2} (1/2) ＝0.966mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【０１０６】
更に、図３に本実施形態３における光走査装置の主走査方向の断面図を示した。
【０１０７】
本実施形態の光走査光学系では走査の同期信号を検出するための第３の結像光学系９を備えており、ポリゴンミラー５で偏向された光束を同期検出手段１０へ導光する結像レンズ９を有している。結像レンズ９をプラスチック材料で形成し、シリンドリカルレンズ４と一体化することで部品点数を削減し、光走査装置のコストダウンを図ることができる。
【０１０８】
［実施形態４］
本実施形態４と実施形態１との主たる相違点は、シリンドリカルレンズ４のレンズバックをＳｋ＿ｃｌ＝２０．００ｍｍとした点にある。
【０１０９】
回折光学素子のタイプは実施形態１と同じであり、環境温度が＋２５℃変化したときのシリンドリカルレンズのレンズバックの変動量はΔＳｋ＿ｃｌ＝０．００である。
【０１１０】
本実施形態のシリンドリカルレンズの構成を表１２に示す。
【０１１１】
【表１５】
実施形態４の表１２の結果を計算すると、シリンドリカルレンズＲ１面の屈折力φ１は０．０３０２９となり、シリンドリカルレンズＲ２面の回折力φ２は０．０１７７５となる。よってパワー比はφ２／φ１＝０．５８６となる。ｅ＝ｄ／Ｎで、φ＝１／ｆ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２で、ｆは焦点距離、Ｎはシリンドリカルレンズの屈折率で、ｄはシリンドリカルレンズの面間隔、Ｓｋはレンズバックで、Δ＝Ｓｋ‐ｆである。
【０１１３】
【表１６】
また、回折光学素子のタイプの光走査光学系において、各成分によるピント変動量を表１３に示す。
【０１１５】
【表１７】
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.803mm 2 +1.082mm 2 )/2} (1/2) ＝1.487mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【０１１６】
本実施形態においては、実施形態１に対してシリンドリカルレンズのレンズバックを変更した。これを焦点距離で比較すると、実施形態１では焦点距離ｆｃｌ＝３５．８１ｍｍであり、本実施形態では焦点距離ｆｃｌ＝２１．３０ｍｍである。
【０１１７】
これにより、シリンドリカルレンズの焦点距離を短く設定することで、使用波長の変化によるピント移動量を少なく抑えることができる。これは、波長変化によって生じるシリンドリカルレンズ通過後の焦線位置の移動量が少なくなるためであり、焦線位置の移動量に第２結像レンズの副走査方向の縦倍率αｓ＝１１．０４を掛けて計算されるピント移動量が少なくなるためである。
【０１１８】
ここで、回折光学素子を有するシリンドリカルレンズの焦点距離をｆｃｌとし、第２結像光学系６の副走査方向の縦倍率をαｓとしたとき、▲２▼式を満足する範囲内であれば、実用上問題無いレベルで補正することができる。
【０１１９】
【数２】
［実施形態５］
図４に本実施形態５における光走査装置の副走査方向の断面図を示す。
【０１２１】
本実施形態においては、シリンドリカルレンズ４と２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂは合成樹脂で形成されており、シリンドリカルレンズ４の半導体レーザ１側の面には副走査方向のみに曲率（Ｒ）をつけたシリンドリカル面、ｆθレンズ６ｂはポリゴンミラー５側は平面であって、その平面には副走査方向のみにパワーを有した回折光学素子８を形成している。
【０１２２】
本実施形態の光走査光学系の構成を表１４に示し、第２ｆθレンズ６ｂの入射面に形成された回折光学素子の形状を表１５に示す。
【０１２３】
【表１８】
【表１９】
本実施形態における環境温度変化及び光源手段の初期波長変化は実施形態１と同様である。本実施形態における回折光学素子８は第２結像手段側の１つの面に形成されており、回折光学素子８のパワーのタイプはピント移動の向きで定義することができる。
【０１２６】
本実施形態においては、環境温度変化に対するピント移動は補正不足であり、光源手段の初期波長変化に対するピント移動は過補正となるように回折光学素子８のパワーが決定されている。
【０１２７】
つまりは、実施形態１と同様に色消しタイプと全系温度補償タイプの間のパワーに設定されている。
【０１２８】
本実施形態の回折光学素子のタイプの光走査光学系において、光源手段の初期波長変化が生じたときのｆθレンズの回折面におけるピント移動をｆθ ＤＯＥλとしたとき、各成分によるピント移動量は以下の表１６の通りである。
【０１２９】
【表２０】
本実施形態において、環境温度が２５℃変化したときのピント移動量はｄΔＳ＿Ｔ＝１．９０５ｍｍであり、光源手段の初期波長が１５ｎｍ変化したときのピント移動量はｄΔＳ＿λ＝１．７００ｍｍであって、回折光学素子８が第２結像光学系に配置された場合においても両者のピント移動量をバランス良く補正することができる。ここで、環境温度変化と初期波長ずれの公差によるピント移動量の合計値について、その標準偏差を考慮すると、
第一パワー（初期波長ずれ補償）：{(2.910mm 2 +0mm 2 )/2} (1/2) ＝2.058mm
第ニパワー（環境温度変化補償）：{(0mm 2 +4.625mm 2 )/2} (1/2) ＝3.270mm
第三パワー（本発明）：{(1.905mm 2 +1.700mm 2 )/2} (1/2) ＝1.805mm
となり、第三パワーのときが、第一、第二のパワーと比べて最も小さく、両公差に対して敏感度が低いことが分かる。つまり、光源手段からの光の発振波長のバラつきや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系材質の屈折率変化が同時に発生した場合においても、ピント移動量が低減した構成となっていることが分かる。
【０１３１】
また、本実施形態の様にｆθレンズに回折光学素子を配置することで、ｆθレンズの設計自由度を向上させることができる。
【０１３２】
前述した各実施形態における光走査装置に関して、第１・第２結像光学系に１つの回折光学素子を用い、そのパワーを最適な値に設定することで、環境温度変化と光源手段の初期波長変化に伴う副走査方向のピント移動をバランス補正する方法について述べてきたが、回折光学素子は１つに限ったものではなく、例えば、第１結像光学系中のシリンドリカルレンズと第２結像光学系中のｆθレンズの両方に構成したり、第１結像光学系中のコリメータレンズと第２結像光学系中の第１ｆθレンズと第２ｆθレンズの３個所に構成してもよい。
【０１３３】
また、本発明の実施形態においては、副走査方向のピント移動について述べてきたが、もちろん主走査方向のピント移動についても主走査方向の回折作用を有する回折光学素子を用いることにより容易に補正することができる。
【０１３４】
［画像形成装置］
次に本発明に適用される画像形成装置の説明を行う。
【０１３５】
図６は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図６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（マルチビーム走査光学装置）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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く各要素を設定することにより、光源手段からの光の発振波長のバラツキや環境温度変化による光源手段からの光の発振波長の変化、及び環境温度変化による光学系の材質の屈折率変化が同時に発生した場合においてもピント移動量を低減し、被走査面上における光束のスポット径の変動が小さく抑えられた常に良質なる画像を形成す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。
【０１４２】
この他、本発明によれば前述の如く、光源手段から偏向手段の間に配置された第１結像光学系と偏向手段から被走査面までの間に配置された第２結像光学系のうち少なくとも一方の光学系に回折光学素子を設けて回折光学素子のパワーを適切に設定することにより、装置の環境温度変化及び、光源手段からの光の初期波長変化によるピント移動をバランスさせることができる。
【０１４３】
また、両者のピント移動量をバランスさせることにより、シリンドリカルレンズの光軸方向の調整を廃止し、組立て時間の短縮や組立て工具の削減等、コスト的にメリットが生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における要部断面図
【図２】本発明の実施形態１における副走査方向のピント移動の補正原理の説明図
【図３】本発明の実施形態３における主走査方向の要部断面図
【図４】本発明の実施形態５における副走査方向の要部断面図
【図５】従来の光走査光学系における要部概略図
【図６】本発明の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）
２ 集光レンズ（コリメータレンズ）
３ 絞り（アパーチャー）
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
６ ｆθレンズ
７ 被走査面（感光体ドラム）
８ 回折光学素子（回折面）
９ 第３結像光学系（結像レンズ）
１０ 同期検知手段（ＢＤ）
Ｌ１ 第１結像光学系
Ｌ２ 第２結像光学系
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
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１６ 排紙ローラ
Claims (6)
- 光源手段と、前記光源手段から出射された光束を偏向手段へ導光する第１の光学系と、前記偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に結像させる第２の光学系を備え、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系の中に少なくとも１つのプラスチック材料からなる屈折光学素子と少なくとも１つの回折光学素子を有する光走査装置であって、
前記光源手段から出射された光束の初期状態の発振波長が１５ｎｍ変化したときの前記プラスチック材料からなる屈折光学素子による前記被走査面における副走査方向のピント移動を前記回折光学素子の副走査方向のパワー変化で相殺できるときの前記回折光学素子の副走査方向のパワーを第１パワーとし、環境温度が２５℃変化したときに前記プラスチック材料からなる屈折光学素子によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動を前記回折光学素子の副走査方向のパワー変化で相殺できるときの前記回折光学素子の副走査方向のパワーを第２パワーとし、
前記第１の光学系及び前記第２の光学系が有する回折光学素子の副走査方向のパワーを第３のパワーとするとき、前記第３のパワーは前記第１のパワーと前記第２のパワーとの間に設定されており、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーが第３のパワーのときのピント移動量の標準偏差は第１、第２のパワーのときのピント移動量の標準偏差に比べて小さく、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第１パワーとしたときの環境温度変化により生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳλ＿Ｔとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第２パワーとしたときの前記光源手段の初期状態の使用波長の変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳＴ＿λとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第３パワーとしたときの環境温度変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳ＿Ｔとし、
前記回折光学素子の副走査方向のパワーを前記第３パワーとしたときの前記光源手段の初期状態の使用波長の変化によって生じる前記被走査面における副走査方向のピント移動量をｄΔＳ＿λとしたとき、次式を満足することを特徴とする光走査装置。
｜ｄΔＳＴ＿λ｜≧｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜ならば ｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≧｜ｄΔＳ＿λ｜
｜ｄΔＳＴ＿λ｜＜｜ｄΔＳλ＿Ｔ｜ならば ｜ｄΔＳ＿Ｔ｜≦｜ｄΔＳ＿λ｜ - 前記回折光学素子は、前記第１の光学系に設けら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。
- 前記第１の光学系は、副走査方向にパワーを有するプラスチック材料からなる屈折光学素子を有し、前記屈折光学素子の面上に前記副走査方向にパワーを有する回折光学素子が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
- 前記第２の光学系の副走査方向の縦倍率をαｓ（倍）としたとき、前記第１の光学系を構成する副走査方向にパワーを有するプラスチック材料からなる屈折光学素子の焦点距離ｆｃｌ（ｍｍ）は、次式を満足することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
ｆｃｌ≦５００／αｓ - 請求項１乃至４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、前記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から成ることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１乃至４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データ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から成ることを特徴とする画像形成装置。
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