JP4827279B2 - 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、特に光源手段から出射した光束を偏向手段としての回転多面鏡により反射偏向させ、結像レンズ（ｆθレンズ）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プリンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザプリンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられる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）より成る偏向手段により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像レンズ（ｆθレンズ）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、記録媒体面上を光走査して画像記録を行なっている。
【０００３】
図７は従来の光走査装置の要部概要図である。同図において光源手段７１から出射した発散光束はコリメーターレンズ７２によって略平行光束とされ、絞り７３によって該光束（光量）を制限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７４に入射している。シリンドリカルレンズ７４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し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡から成る偏向手段７５の偏向面７５ａにほぼ線像として結像している。
【０００４】
そして偏向手段７５の偏向面７５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有する結像レンズ（ｆθレンズ）７６を介して被走査面としての感光ドラム面７７上へ導光し、該偏向手段７５の矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面７７上を光走査して画像情報の記録を行っている。
【０００５】
尚、本明細書において回転多面鏡の回転軸に沿った方向をｚ軸方向（副走査方向）、偏向光束の光軸方向をｘ軸方向、該ｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向（主走査方向）とする。
【０００６】
近年、このような光走査装置においては小型化、高性能化のため、走査光学系に非球面レンズを用いることが一般的であり、このために形状自由度の高い樹脂製のレンズ（プラスチックレンズ）が多用されている。これにより走査光学系の結像位置、すなわち像面湾曲が微少に抑えられ、より焦点深度の浅い、微少な結像スポットを感光ドラム面上に形成できるようになっている。
【０００７】
またプラスチック非球面の利用に加え、回折格子（回折光学素子）を用いて光学性能の安定性を更に図る光走査装置が提案されている。これは装置内の温度変化によるプラスチックの屈折率変化がガラスよりも数段大きく、これによるピント変動、像高変動等の結像位置の変化を同時に発生する光源の波長変動と回折格子とによって補正しようとするものである。
【０００８】
この種の光走査装置が、例えば特開平１１−２２３７８３号公報で提案されている。同公報においてはプラスチックレンズの表面に回折格子を形成した光学素子を用いて温度変化に伴なう収差変化を該光学素子の屈折部と回折部とのパワー変化と、半導体レーザの波長変動により補正している。また特開平６−１１８３４６号公報ではアナモフィックなフレネルレンズを用いて、温度変化に伴なう光源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及び温度変化に伴なうフレネルレンズの形状変化による焦点距離の変化を補正している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、温度変化による光源の波長変動を利用しているが、光源毎の固体差による波長変動に関しては考慮されていない。
【００１０】
一般に光源としての半導体レーザの波長は固体毎に±１５ｎｍ程度ばらつき、この量は例えば昇温によって生じる波長変化が２０度で６ｎｍ程度であることを考えると非常に大きい。
【００１１】
このため従来では温度変化（特に昇温）による結像位置変化を補償できても、装置の組み立て時に発生する光源の固体差による波長変動が大きいため十分な結像性能が補償できないといった問題点があった。また結像位置の変動を抑えるためには半導体レーザの波長のバラツキを小さく抑える必要が有り、選別コストなどのコストアップを引き起こすことになる。
【００１２】
本発明は回折光学素子を有する光走査装置において、装置の組立時や使用時に調整手段により光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することにより、初期から良好なる結像性能を得ることができる高性能で高安定な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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光束を偏向手段に導光する第１の光学系と、前記偏向手段の偏向面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の光学系と、を有する光走査装置であって、
前記第１の光学系は、前記半導体レーザから出射された光束を前記偏向手段の偏向面に副走査断面内において結像させるための第１のプラスチックレンズを有しており、かつ、前記第１の光学系及び前記第２の光学系のうち前記第１の光学系のみに回折光学素子が設けられており、かつ、
前記第１の光学系を構成するレンズのうち前記第１のプラスチックレンズのみに前記回折光学素子が形成されており、かつ、
前記第１のプラスチックレンズは、副走査方向のみに正の屈折パワー及び正の回折パワーを有しており、かつ、
前記第２の光学系は、主走査方向及び副走査方向にパワーを有する第２のプラスチックレンズを有しており、かつ、
前記第１のプラスチックレンズは、前記半導体レーザの固体差による波長の差に基づく前記被走査面上での結像点位置の差を補正するために光軸方向に変位可能で前記半導体レーザと一体で交換可能に構成されており、前記第１の光学系を構成する前記第１のプラスチックレンズ以外のレンズ及び前記第２の光学系を構成するレンズは、前記半導体レーザの固体差による波長の差に基づく前記被走査面上での結像点位置の差を補正するために光軸方向に変位しないことを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１に記載の光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラムの上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の光走査装置の実施形態１の要部概略図である。
【００２１】
図中、１は光源であり、例えば半導体レーザより成っている。２はコリメーターレンズであり、光源１から出射された光束を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。
【００２２】
４はプラスチック材より成るシリンドリカルレンズ（第１のプラスチックレンズ）（アナモフィックなレンズ）であり、主走査方向より副走査方向に大きなパワーを有し、出射面に主走査方向より副走査方向に大きなパワーを有する回折光学素子（回折格子）９を形成しており、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（反射面）５ａ近傍にほぼ線像として結像させている。本実施形態におけるシリンドリカルレンズ４は後述する調整手段の一要素として、例えば装置の組立時や使用時に光軸方向に変位可能となるように構成されており、また光源１と一体で交換可能となるように構成されている。
【００２３】
１０は調整手段であり、光源１の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差（像面変動）を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補正（調整）している。この調整手段１０は回折光学素子９の主走査方向と副走査方向とのパワーのうち、絶対値の大きいパワーの方向（副走査方向）の結像位置、及びプラスチックレンズ（シリンドリカルレンズ）４の主走査方向と副走査方向とのパワーのうち、大きいパワーの方向（副走査方向）の結像位置を調整している。
【００２４】
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等の各要素は第１の光学系２１の一要素を構成している。
【００２５】
５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば４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。
【００２６】
６は第２の光学系としてのプラスチック材より成る単一の結像レンズ（ｆθレンズ）（第２のプラスチックレンズ）であり、主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する非球面レンズより成っている。結像レンズ６は光偏向器５で反射偏向される光束が張る平面（走査面）において被走査面上、入射光の入射角に比例する像高にスポットを結像する、所謂ｆθ特性を有しており、また走査面に直交する断面内（副走査断面内）においては第１の光学系１１によって形成される焦線の像を被走査面８上に結像する、所謂倒れ補正機能（偏向面と被走査面とを光学的に略共役関係にする）を有している。尚、第２の光学系６を複数枚のレンズより構成しても良い。
【００２７】
７は折り返しミラーであり、結像レンズ６を通過した光束を感光ドラム面８側に折り返している。８は被走査面としての感光ドラム面、８ａは走査線である。
【００２８】
本実施形態において半導体レーザ１から出射した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）が制限され、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結像レンズ６により折り返しミラー７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。
【００２９】
図２は調整手段の一要素としてのシリンドリカルレンズ４の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００３０】
同図において４は上述の如く出射面に回折光学素子が形成されたシリンドリカルレンズであり、４ａはシリンドリカルレンズ面、４ｂは回折素子面である。シリンドリカルレンズ面４ａは、その面の形状により、入射光束内のそれぞれの位置で、異なる角度に屈折させることにより、所望の発散、収束度の光束を作るものであり、回折素子面４ｂは、その格子のピッチが入射光束内で、異なることにより、入射光束内のそれぞれの位置で異なる角度に回折させ、所望の発散、収束度の光束を作るものである。
【００３１】
尚、シリンドリカルレンズ４はガラス材で形成しても良いが、前述の如く、より安価で、且つ格子面を成形などで簡易に形成できるプラスチック材（樹脂）で形成することが望ましい。例えば図３で示すようにシリンドリカルレンズ４の周囲に座面、あるいは工具保持部材などを同一に形成することにより、後述する位置調整が容易になるという利点がある。
【００３２】
次に本実施形態の光走査装置の数値例について説明する。
【００３３】
本装置は例えば原稿のサイズがＡ４巾の走査を行うものであり、走査線８ａの長さ及び走査巾は２１０ｍｍである。回転多面鏡５は正４面体より成り、一面当たり回転角４０度の範囲で光束を反射偏向し、これにより反射光の偏向角は８０度となる。第２の光学系６は前述の如く入射光の画角に比例した像高を走査するｆθ特性を有する結像レンズ（ｆθレンズ）であり、その走査面内（主走査方向）の焦点距離は１５０ｍｍである。
【００３４】
結像レンズ６としてのｆθレンズは
像高ｈ＝光線入射角θ（ｒａｄ）×ｆθレンズの焦点距離ｆ ‥‥（１）
であることから導かれる。
【００３５】
また本装置において回転多面鏡５の偏向点から被走査面８までの距離は１９０ｍｍである。結像レンズ６は前述の如く主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有するアナモフィックな光学特性を有しており、被走査面８と直交する方向（副走査方向）の焦点距離は５２ｍｍである。また結像レンズ６は前述の如く主走査断面内では第１の光学系２１から回転多面鏡５を経て入射する略平行な光束を被走査面８に結像する機能を有し、副走査断面内では第１の光学系２１による回転多面鏡５近傍にある結像点を被走査面８に再結像する、いわゆる倒れ補正特性を有している。
【００３６】
結像レンズ６の副走査方向の結像倍率（横倍率）の絶対値は約２．５倍である。被走査面８上に結像するスポット形状は副走査方向に長い楕円形状であり、そのスポット形状の１／ｅ２の直径は主走査方向が６０μｍ、副走査方向が７５μｍである。スポット径とこれを形成する光束のＦ値には、ほぼ以下の関係式が成り立つ。
【００３７】
スポット径＝１．６４４×Ｆ値×波長 ‥‥（２）
また半導体レーザ１の波長は７８０ｎｍを中心として分布している。このことから結像レンズ６の主走査方向のＦ値は４６．８である。結像レンズ６の主走査方向の焦点距離が１５０ｍｍであるから、該結像レンズ６に入射する光束の主走査方向の巾は１５０／４６．８＝３．２（ｍｍ）となり、これにより第１の光学系２１において開口絞り３で制限する光束の巾を３．２ｍｍと設定している。
【００３８】
副走査方向に関しては結像レンズ６の結像倍率が前述の如く２．５倍であるので、光偏向器５近傍に位置するシリンドリカルレンズ４による副走査方向の光束の１／ｅ２巾（スポット径）は７５μｍ／２．５＝３０μｍとなる。
【００３９】
シリンドリカルレンズ４の位置は偏向光束の光路をけらないように回転多面鏡５からの距離が設定されており、本実施形態ではシリンドリカルレンズ４の副走査方向の焦点距離が５０ｍｍ、主走査方向にはパワーを持たない構成となっている。即ち副走査方向のみに正の屈折パワー及び正の回折パワーを有している。シリンドリカルレンズ４で光偏向器５近傍に形成される副走査方向のスポット径が３０μｍであるから、この方向におけるシリンドリカルレンズ４からの射出光束のＦ値は前述の関係式（２）から２３．４である。シリンドリカルレンズ４の副走査方向の焦点距離が５０ｍｍであるから、該シリンドリカルレンズ４に入射する光束の副走査方向の光束径は５０ｍｍ／２３．４＝２．１３ｍｍである。
【００４０】
コリメーターレンズ２を一般的に簡単なガラス球面の一枚レンズで構成するにはＦ値が４．５以上であることが望ましく、これ以上小さなＦ値では球面収差が大きく、また偏心時のコマ収差が悪化し、全体の結像性能に影響するので良くない。本実施形態ではコリメーターレンズ２に一枚の平凸レンズを用いＦ値を５としている。結像レンズ６に入射する光束の主走査方向の巾を３．２ｍｍとすることから、コリメーターレンズ２の焦点距離は１６ｍｍである。副走査方向のコリメーターレンズ２のＦ値は１６／２．１３＝７．５となる。
【００４１】
レンズの焦点距離、パワーの計算は面形状（面曲率）、回折格子形状によって発生する各面のパワーと、レンズ厚み、屈折率、波長の関数となるが、厚みの影響は全体のパワーに比べると小さいので、ここでは簡単のために厚みの影響を無視して本実施形態の動作を説明する。また熱膨張による面曲率の変形、格子ピッチの変化もレンズパワーに影響を及ぼすが、これも厚み同様に扱う。
【００４２】
レンズのパワーは、そのレンズの焦点距離の逆数で表わされ、本実施形態においてはシリンドリカルレンズ４の副走査方向のパワーは１／５０［ｍｍ-1］であり、その６割が通常のシリンドリカル面４ａの曲率によるものであり、残り４割がシリンドリカルレンズ４の出射面に形成された回折格子９によるものである。即ちシリンドリカルレンズ４は副走査方向のみ正の屈折パワー及び正の回折パワーを有している。
【００４３】
本実施形態においてはシリンドリカルレンズ４及び結像レンズ６が共にプラスチック材で形成されており、常温における屈折率は１．４９１、昇温による屈折率変化により常温＋２０度で１．４８９となる。面の曲率によるレンズパワーは屈折率をＮとすると（Ｎ−１）に比例して変化するから、この変化は曲率によるパワーが０．４％の減少することを示している。屈折率には依存しない回折格子９のパワーと合わせると、シリンドリカルレンズ４の副走査方向のパワーは
（０．６＊０．９９６＋０．４）＝０．９９７６（倍）
となり、副走査方向の焦点距離は
５０／０．９９７６＝５０．１２２５（ｍｍ）
となり、約０．１２３ｍｍのびる。
【００４４】
結像レンズ６の副走査方向の横倍率は２．５倍であるから、光軸方向の像点移動と、物点移動の倍率、すなわち縦倍率は
２．５＊２．５＝６．２５（倍）
となり、その結果、副走査断面内において
０．１２３×６．２５＝０．７７（ｍｍ）
の像面移動が発生する。
【００４５】
また結像レンズ６の副走査方向の焦点距離も同様に屈折率変化で増加し、その値は５２ｍｍから５２．２ｍｍとなり、これにより副走査断面内において像面は２．６ｍｍ移動する。即ち２０度昇温による屈折率変動分のみで副走査断面内における像面は
２．６ｍｍ＋０．７７ｍｍ＝３．３ｍｍ
以上移動することとなる。シリンドリカルレンズ４が回折格子９を持たず、パワーが全てレンズ面（屈折面）の曲率で構成される場合は、シリンドリカルレンズ４の焦点距離変化が更に大きくなるため、この移動量も更に大きくなる。
【００４６】
昇温２０度が光源としての半導体レーザ１にも影響を与え、同時に波長の変動が生じた場合を考えると、該半導体レーザ１の温度による波長変化は０．３ｎｍ／ｄｅｇ程度であり、２０度の昇温で６ｎｍの変化を生じる。回折格子９のパワーは波長に反比例するからシリンドリカルレンズ４の副走査方向のパワーφは
φ＝１／５０×（０．６＋０．４×７８６／７８０）
となり、逆数を取って焦点距離とすると０．１５ｍｍ短くなる。これに結像レンズ６の副走査方向の縦倍率を考慮すると−０．９６ｍｍの像面移動となる。即ち２０度の昇温によって屈折率変動で生じた３．３ｍｍの副走査断面内の像面移動を回折格子９によって約１ｍｍ補償することになる。
【００４７】
昇温時はレンズの屈折率が低下し、レンズ面で生じるパワーの絶対値が減少するが、同時に半導体レーザ１の波長は延び、回折面で生じるパワーの絶対値は増加する。そこでレンズ面（屈折面）によるパワーと、回折面によるパワーは同符号となるよう構成し、この両者を相殺する形で用いるのが、走査光学系で回折格子を用いる利点である。
【００４８】
より精度の高い補正を行うには上記の説明で無視したレンズ厚み、レンズ面、回折面の熱変形、各レンズを保持する部材の膨張、光学部品の波長による屈折率変動を考慮して回折面のパワーを設定する。または実験によって像面移動量を測定し、補正量が少なすぎる場合は回折のパワーを増し、補正量が大きすぎる場合は、これを小さくするなど、所望の補正となるよう設計変更を行っていけば良い。
【００４９】
しかしながら半導体レーザ１の波長は従来の問題点においても説明した如く固体毎に±１５ｎｍ程度のバラツキを持っており、この波長のバラツキによる像面の移動は回折光学素子の影響だけでも±２．５ｍｍ発生してしまう。その為従来ではスポット径を大きく設定し、あるいは各光学部品の精度を向上させ、この波長差による像面移動があっても副走査断面内においては焦点深度内に収まるように構成していた。
【００５０】
本実施形態では装置の組立時、あるいは使用時に調整手段により光源１の固体差による波長変動によって生じる像面（結像位置）の移動量が小さくなるように、使用する光源毎にシリンドリカルレンズ４の光軸方向の位置を調整している。例えば光源毎に波長を測定し、その測定結果に基づいてシリンドリカルレンズ４を所定の位置から移動させて固定する。例えば設計波長が７８０ｎｍであり、組み込もうとする半導体レーザ１の波長が７９５ｎｍであれば、これによる副走査断面内における像面の設計値からの変位量は感光ドラム面８で走査光学系側に２．５ｍｍ移動する。結像レンズ６の副走査方向の縦倍率は前述の如く６．２５倍であるから、シリンドリカルレンズ４を図１における矢印Ｃ方向（回転多面鏡５に近づける方向）に
２．５ｍｍ／６．２５＝０．４ｍｍ
だけ設計値からずらした状態で配置すれば、この像面移動を補正することができる。
【００５１】
このとき組立作業の効率を上げるために、例えば予め半導体レーザ１、あるいはこれを組み込んだ光源ユニット等に波長を示すマークをつけ、装置を組み立てる際に、このマークにしたがった位置にシリンドリカルレンズ４を配置する。
【００５２】
波長は、ある波長範囲毎にグループ化されて、そのグループ内の半導体レーザに関しては同じシリンドリカルレンズ位置となるように調整すれば、さらに組立作業は容易になる。また半導体レーザの波長を前もって測定すること無く、例えば組立時に感光ドラム面の相当位置の走査巾内の数箇所において副走査断面内での像面のピント位置を測定し、該測定結果に基づいてシリンドリカルレンズを所望の位置に移動させるように調整しても良い。
【００５３】
また本装置を用いた複写機やレーザービームプリンター等において、本体に副走査方向のピントを検知する検知機構、ステッピングモータなどを用いたシリンドリカルレンズ移動機構、及びそれらの制御部を具備することにより、例えば装置上で光源を含むユニットの破損が生じて新しい光源と交換することになっても、光源の波長が変わることによる副走査方向の結像性能の変化を測定、補正することが可能である。
【００５４】
このように本実施形態においては上述の如く回折光学素子を有する光走査装置において、装置の組立時や使用時に調整手段により光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することにより、初期から良好なる結像性能を得ることができ、また上述の如く温度変化による走査光学系の結像位置変化をも補正でき、常に良好なる結像性能を維持することができる。
【００５５】
更に本実施形態においては変位可能な光学部材（シリンドリカルレンズ）４を光源１と一体で交換可能と成るように構成したことにより、光源１が破損した場合も、該光源１を含むユニットのみの交換で対応でき、多くの他の構成部品を、そのまま利用することができるといったメリットがある。
【００５６】
尚、本実施形態においてはシリンドリカルレンズ４を光軸上移動させて光源１の固体差による波長変動によって生じる像面変動の調整を行ったが、結像レンズ６を光軸方向に移動させて調整しても良く、もしくはシリンドリカルレンズ４と結像レンズ６とを相対的に光軸方向に移動させて調整しても良い。また調整手段１０は主走査方向よりパワーの強い副走査方向の結像位置の変動を調整しているが、もちろん変動量の少ない主走査方向の結像位置の変動をも調整できることはいうまでもない。
【００５７】
［参考例１］
図４は本発明の参考例１の光走査装置の第１の光学系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。
【００５８】
本参考例において前述の実施形態１と特に異なる点は回折光学素子１５とシリンドリカルレンズ１４とを各々独立に配置し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。
【００５９】
即ち、同図において１１は光源としての半導体レーザであり、ホルダ４１に圧入されて保持されており、さらに装置の光学箱４０に組み付けられている。１２はコリメーターレンズであり、レンズ鏡筒（レンズホルダー）４２に取り付けられており、光源１から出射された光束を略平行光束に変換している。１３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。１５は調整手段の一要素としての回折光学素子であり、主走査方向より副走査方向に大きなパワーを有し、コリメーターレンズ１２の直後に配され、レンズ鏡筒４２と一体的に構成されている。１４はプラスチック材より成るシリンドリカルレンズ（アナモフィックなレンズ）であり、副走査方向に所定のパワーを有し、光学箱４０に組み付けられている。
【００６０】
コリメーターレンズ１２、開口絞り１３、回折光学素子１５はすべてレンズ鏡筒４２に取り付けられており、更にレンズ鏡筒４２はホルダ４１に接着剤等を用いて固定されている。以下、ホルダ４１、レンズ鏡筒４２及びこれらに保持されている部品を含めて、レーザユニットと称する。
【００６１】
本参考例においてレーザユニットは光学箱４０に組み込まれる以前に、その位置関係が調整されており、まず主走査方向（紙面とは垂直な方向）の光束が所望の発散度になるようレンズ鏡筒４２を光軸方向に、所望の射出方向になるように光軸とは垂直な面内でその位置をきめ、その後接着剤等で固定する。次に回折光学素子１５を光軸方向に移動させ、副走査方向の光束が所望の発散度になるよう調整し、同じく接着剤等で固定する。このように回折光学素子１５を含んだ状態でレーザユニットを調整手段により調整することにより、半導体レーザ１１の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することができる。
【００６２】
尚、本参考例において回折光学素子１５の配置を調整せず、設計基準位置に配置し固定することも可能である。この場合、レーザユニットの調整は主走査方向の光束の発散度を所望の量に調整するのみで終了し、波長差による発散度のばらつき（光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差）は光学箱４０にレーザユニットを組み込んだ後にシリンドリカルレンズ１４を光軸方向に移動させて調整することによって行なえば良い。尚、回折光学素子１５とシリンドリカルレンズ１４とを相対的に光軸方向に移動させて調整しても良い。
【００６３】
［参考例２］
図５は本発明の参考例２の要部概略図である。同図において
200810031326525780______________________12000143808_____APH_0
に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６４】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は回折光学素子５５を第２の光学系を構成する結像レンズ５６の少なくとも一方のレンズ面に形成したことである。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。
【００６５】
即ち、同図において５４はプラスチック材より成るシリンドリカルレンズ（アナモフィックなレンズ）であり、副走査方向に所定のパワーを有しており、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（反射面）５ａ近傍にほぼ線像として結像させている。本実施形態におけるシリンドリカルレンズ５４は調整手段１０の一要素として、例えば装置の組立時や調整時に光軸方向に変位可能となるように構成されており、また光源１と一体で交換可能となるように構成されている。
【００６６】
５６は第２の光学系としてのプラスチック材より成る単一の結像レンズ（ｆθレンズ）であり、少なくとも一方のレンズ面（入射面）５６ａに副走査方向に所定のパワーを有する回折光学素子５５を設けており、これにより該結像レンズ５６の温度変化による屈折率変化及び形状変化から生じるピント移動、像高変動を補正している。結像レンズ５６が屈折による作用のみを利用したレンズである場合、温度変化が生じた場合、該結像レンズ５６の屈折率が変動し、主走査及び副走査方向の各々の方向で該結像レンズ５６の焦点距離が変動する。このため同時に生じる光源１の波長変動で、これらを補正するような回折面を結像レンズ５６の一面に設ければ温度変化による急激な画像劣化を防止することができる。
【００６７】
本参考例において温度変化を伴わない波長変動、すなわち光源の固体差による波長変動によって生じる結像位置（像面）の変動があった場合は、前述の如く結像性能の劣化が生じる。
【００６８】
そこで本参考例では前述の実施形態１と同様にシリンドリカルレンズ５４を図中矢印Ｃ方向に所定量移動させることにより、光源１の固体差による波長変動があっても初期から良好なる結像性能を維持することができる。
【００６９】
尚、本参考例ではシリンドリカルレンズ５４の位置を調整したが、これに限らず、例えば結像レンズ５６を調整手段の一要素として光軸方向、図中矢印Ｄ方向に移動させて調整を行っても良く、もしくはシリンドリカルレンズ５４と結像レンズ５６とを相対的に光軸方向に移動させて調整しても良い。また本実施形態では回折光学素子５５と結像レンズ５６とを一体的に構成したが、各々独立に構成しても良い。
【００７０】
［画像形成装置］
図６は、本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の一例である、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である。図中、１００は先に説明した本発明の実施形態１〜３のいずれかの光走査装置を示す。１０１は静電潜像担持体たる感光ドラム（感光体）であり、該感光ドラム１０１の上方には該感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が該表面に当接している。該帯電ローラ１０２の当接位置よりも下方の上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側の帯電された表面には、光走査装置１００によって走査される光ビーム（光束）１０３が照射されるようになっている。
【００７１】
光ビーム１０３は、画像データ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上記感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。該静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに上記感光ドラム１０１の回転方向下流側で該感光ドラム１０１に当接するように配設された現像手段としての現像装置１０７によってトナー像として現像される。該トナー像は、上記感光ドラム１０１の下方で該感光ドラム１０１に対向するように配設された転写手段としての転写ローラ１０８によって転写材たる用紙１１２上に転写される。該用紙１１２は上記感光ドラム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。該用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、該用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００７２】
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）の定着手段としての定着器へと搬送される。該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と該定着ローラ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を上記定着ローラ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をプリンタの外に排出せしめる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く回折光学素子を有する光走査装置において、装置の組立時や使用時に調整手段により光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することにより、初期から良好なる結像性能を得ることができる高性能で高安定な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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 本発明の実施形態１のシリンドリカルレンズの副走査断面図
【図３】 本発明の実施形態１の他のシリンドリカルレンズの副走査断面図
【図４】 本発明の参考例１の第１の光学系の要部断面図
【図５】 本発明の参考例２の要部概略図
【図６】 本発明の光走査装置を用いた電子写真プリンタの構成例を示す副走査断図
【図７】 従来の光走査装置の光学系の主走査方向の要部断面図
【符号の説明】
１，１１ 光源手段
２，１２ コリメーターレンズ
３，１３ 開口絞り
４，１４，５４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
６，５６ 第２の光学系（結像レンズ）
７ 折り返しミラー
８ 被走査面（感光ドラム面）
９，１５，５５ 回折光学素子
１０ 調整手段
１１ 第１の光学系
１００ 光走査光学系
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
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、特に光源手段から出射した光束を偏向手段としての回転多面鏡により反射偏向させ、結像レンズ（ｆθレンズ）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プリンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザプリンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられる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）より成る偏向手段により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像レンズ（ｆθレンズ）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、記録媒体面上を光走査して画像記録を行なっている。
【０００３】
図７は従来の光走査装置の要部概要図である。同図において光源手段７１から出射した発散光束はコリメーターレンズ７２によって略平行光束とされ、絞り７３によって該光束（光量）を制限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７４に入射している。シリンドリカルレンズ７４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し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡から成る偏向手段７５の偏向面７５ａにほぼ線像として結像している。
【０００４】
そして偏向手段７５の偏向面７５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有する結像レンズ（ｆθレンズ）７６を介して被走査面としての感光ドラム面７７上へ導光し、該偏向手段７５の矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面７７上を光走査して画像情報の記録を行っている。
【０００５】
尚、本明細書において回転多面鏡の回転軸に沿った方向をｚ軸方向（副走査方向）、偏向光束の光軸方向をｘ軸方向、該ｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向（主走査方向）とする。
【０００６】
近年、このような光走査装置においては小型化、高性能化のため、走査光学系に非球面レンズを用いることが一般的であり、このために形状自由度の高い樹脂製のレンズ（プラスチックレンズ）が多用されている。これにより走査光学系の結像位置、すなわち像面湾曲が微少に抑えられ、より焦点深度の浅い、微少な結像スポットを感光ドラム面上に形成できるようになっている。
【０００７】
またプラスチック非球面の利用に加え、回折格子（回折光学素子）を用いて光学性能の安定性を更に図る光走査装置が提案されている。これは装置内の温度変化によるプラスチックの屈折率変化がガラスよりも数段大きく、これによるピント変動、像高変動等の結像位置の変化を同時に発生する光源の波長変動と回折格子とによって補正しようとするものである。
【０００８】
この種の光走査装置が、例えば特開平１１−２２３７８３号公報で提案されている。同公報においてはプラスチックレンズの表面に回折格子を形成した光学素子を用いて温度変化に伴なう収差変化を該光学素子の屈折部と回折部とのパワー変化と、半導体レーザの波長変動により補正している。また特開平６−１１８３４６号公報ではアナモフィックなフレネルレンズを用いて、温度変化に伴なう光源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及び温度変化に伴なうフレネルレンズの形状変化による焦点距離の変化を補正している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、温度変化による光源の波長変動を利用しているが、光源毎の固体差による波長変動に関しては考慮されていない。
【００１０】
一般に光源としての半導体レーザの波長は固体毎に±１５ｎｍ程度ばらつき、この量は例えば昇温によって生じる波長変化が２０度で６ｎｍ程度であることを考えると非常に大きい。
【００１１】
このため従来では温度変化（特に昇温）による結像位置変化を補償できても、装置の組み立て時に発生する光源の固体差による波長変動が大きいため十分な結像性能が補償できないといった問題点があった。また結像位置の変動を抑えるためには半導体レーザの波長のバラツキを小さく抑える必要が有り、選別コストなどのコストアップを引き起こすことになる。
【００１２】
本発明は回折光学素子を有する光走査装置において、装置の組立時や使用時に調整手段により光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することにより、初期から良好なる結像性能を得ることができる高性能で高安定な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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光束を偏向手段に導光する第１の光学系と、前記偏向手段の偏向面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の光学系と、を有する光走査装置であって、
前記第１の光学系は、前記半導体レーザから出射された光束を前記偏向手段の偏向面に副走査断面内において結像させるための第１のプラスチックレンズを有しており、かつ、前記第１の光学系及び前記第２の光学系のうち前記第１の光学系のみに回折光学素子が設けられており、かつ、
前記第１の光学系を構成するレンズのうち前記第１のプラスチックレンズのみに前記回折光学素子が形成されており、かつ、
前記第１のプラスチックレンズは、副走査方向のみに正の屈折パワー及び正の回折パワーを有しており、かつ、
前記第２の光学系は、主走査方向及び副走査方向にパワーを有する第２のプラスチックレンズを有しており、かつ、
前記第１のプラスチックレンズは、前記半導体レーザの固体差による波長の差に基づく前記被走査面上での結像点位置の差を補正するために光軸方向に変位可能で前記半導体レーザと一体で交換可能に構成されており、前記第１の光学系を構成する前記第１のプラスチックレンズ以外のレンズ及び前記第２の光学系を構成するレンズは、前記半導体レーザの固体差による波長の差に基づく前記被走査面上での結像点位置の差を補正するために光軸方向に変位しないことを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明の画像形成装置は、請求項１に記載の光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラムの上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の光走査装置の実施形態１の要部概略図である。
【００２１】
図中、１は光源であり、例えば半導体レーザより成っている。２はコリメーターレンズであり、光源１から出射された光束を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。
【００２２】
４はプラスチック材より成るシリンドリカルレンズ（第１のプラスチックレンズ）（アナモフィックなレンズ）であり、主走査方向より副走査方向に大きなパワーを有し、出射面に主走査方向より副走査方向に大きなパワーを有する回折光学素子（回折格子）９を形成しており、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（反射面）５ａ近傍にほぼ線像として結像させている。本実施形態におけるシリンドリカルレンズ４は後述する調整手段の一要素として、例えば装置の組立時や使用時に光軸方向に変位可能となるように構成されており、また光源１と一体で交換可能となるように構成されている。
【００２３】
１０は調整手段であり、光源１の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差（像面変動）を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補正（調整）している。この調整手段１０は回折光学素子９の主走査方向と副走査方向とのパワーのうち、絶対値の大きいパワーの方向（副走査方向）の結像位置、及びプラスチックレンズ（シリンドリカルレンズ）４の主走査方向と副走査方向とのパワーのうち、大きいパワーの方向（副走査方向）の結像位置を調整している。
【００２４】
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等の各要素は第１の光学系２１の一要素を構成している。
【００２５】
５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば４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。
【００２６】
６は第２の光学系としてのプラスチック材より成る単一の結像レンズ（ｆθレンズ）（第２のプラスチックレンズ）であり、主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する非球面レンズより成っている。結像レンズ６は光偏向器５で反射偏向される光束が張る平面（走査面）において被走査面上、入射光の入射角に比例する像高にスポットを結像する、所謂ｆθ特性を有しており、また走査面に直交する断面内（副走査断面内）においては第１の光学系１１によって形成される焦線の像を被走査面８上に結像する、所謂倒れ補正機能（偏向面と被走査面とを光学的に略共役関係にする）を有している。尚、第２の光学系６を複数枚のレンズより構成しても良い。
【００２７】
７は折り返しミラーであり、結像レンズ６を通過した光束を感光ドラム面８側に折り返している。８は被走査面としての感光ドラム面、８ａは走査線である。
【００２８】
本実施形態において半導体レーザ１から出射した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）が制限され、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結像レンズ６により折り返しミラー７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。
【００２９】
図２は調整手段の一要素としてのシリンドリカルレンズ４の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００３０】
同図において４は上述の如く出射面に回折光学素子が形成されたシリンドリカルレンズであり、４ａはシリンドリカルレンズ面、４ｂは回折素子面である。シリンドリカルレンズ面４ａは、その面の形状により、入射光束内のそれぞれの位置で、異なる角度に屈折させることにより、所望の発散、収束度の光束を作るものであり、回折素子面４ｂは、その格子のピッチが入射光束内で、異なることにより、入射光束内のそれぞれの位置で異なる角度に回折させ、所望の発散、収束度の光束を作るものである。
【００３１】
尚、シリンドリカルレンズ４はガラス材で形成しても良いが、前述の如く、より安価で、且つ格子面を成形などで簡易に形成できるプラスチック材（樹脂）で形成することが望ましい。例えば図３で示すようにシリンドリカルレンズ４の周囲に座面、あるいは工具保持部材などを同一に形成することにより、後述する位置調整が容易になるという利点がある。
【００３２】
次に本実施形態の光走査装置の数値例について説明する。
【００３３】
本装置は例えば原稿のサイズがＡ４巾の走査を行うものであり、走査線８ａの長さ及び走査巾は２１０ｍｍである。回転多面鏡５は正４面体より成り、一面当たり回転角４０度の範囲で光束を反射偏向し、これにより反射光の偏向角は８０度となる。第２の光学系６は前述の如く入射光の画角に比例した像高を走査するｆθ特性を有する結像レンズ（ｆθレンズ）であり、その走査面内（主走査方向）の焦点距離は１５０ｍｍである。
【００３４】
結像レンズ６としてのｆθレンズは
像高ｈ＝光線入射角θ（ｒａｄ）×ｆθレンズの焦点距離ｆ ‥‥（１）
であることから導かれる。
【００３５】
また本装置において回転多面鏡５の偏向点から被走査面８までの距離は１９０ｍｍである。結像レンズ６は前述の如く主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有するアナモフィックな光学特性を有しており、被走査面８と直交する方向（副走査方向）の焦点距離は５２ｍｍである。また結像レンズ６は前述の如く主走査断面内では第１の光学系２１から回転多面鏡５を経て入射する略平行な光束を被走査面８に結像する機能を有し、副走査断面内では第１の光学系２１による回転多面鏡５近傍にある結像点を被走査面８に再結像する、いわゆる倒れ補正特性を有している。
【００３６】
結像レンズ６の副走査方向の結像倍率（横倍率）の絶対値は約２．５倍である。被走査面８上に結像するスポット形状は副走査方向に長い楕円形状であり、そのスポット形状の１／ｅ２の直径は主走査方向が６０μｍ、副走査方向が７５μｍである。スポット径とこれを形成する光束のＦ値には、ほぼ以下の関係式が成り立つ。
【００３７】
スポット径＝１．６４４×Ｆ値×波長 ‥‥（２）
また半導体レーザ１の波長は７８０ｎｍを中心として分布している。このことから結像レンズ６の主走査方向のＦ値は４６．８である。結像レンズ６の主走査方向の焦点距離が１５０ｍｍであるから、該結像レンズ６に入射する光束の主走査方向の巾は１５０／４６．８＝３．２（ｍｍ）となり、これにより第１の光学系２１において開口絞り３で制限する光束の巾を３．２ｍｍと設定している。
【００３８】
副走査方向に関しては結像レンズ６の結像倍率が前述の如く２．５倍であるので、光偏向器５近傍に位置するシリンドリカルレンズ４による副走査方向の光束の１／ｅ２巾（スポット径）は７５μｍ／２．５＝３０μｍとなる。
【００３９】
シリンドリカルレンズ４の位置は偏向光束の光路をけらないように回転多面鏡５からの距離が設定されており、本実施形態ではシリンドリカルレンズ４の副走査方向の焦点距離が５０ｍｍ、主走査方向にはパワーを持たない構成となっている。即ち副走査方向のみに正の屈折パワー及び正の回折パワーを有している。シリンドリカルレンズ４で光偏向器５近傍に形成される副走査方向のスポット径が３０μｍであるから、この方向におけるシリンドリカルレンズ４からの射出光束のＦ値は前述の関係式（２）から２３．４である。シリンドリカルレンズ４の副走査方向の焦点距離が５０ｍｍであるから、該シリンドリカルレンズ４に入射する光束の副走査方向の光束径は５０ｍｍ／２３．４＝２．１３ｍｍである。
【００４０】
コリメーターレンズ２を一般的に簡単なガラス球面の一枚レンズで構成するにはＦ値が４．５以上であることが望ましく、これ以上小さなＦ値では球面収差が大きく、また偏心時のコマ収差が悪化し、全体の結像性能に影響するので良くない。本実施形態ではコリメーターレンズ２に一枚の平凸レンズを用いＦ値を５としている。結像レンズ６に入射する光束の主走査方向の巾を３．２ｍｍとすることから、コリメーターレンズ２の焦点距離は１６ｍｍである。副走査方向のコリメーターレンズ２のＦ値は１６／２．１３＝７．５となる。
【００４１】
レンズの焦点距離、パワーの計算は面形状（面曲率）、回折格子形状によって発生する各面のパワーと、レンズ厚み、屈折率、波長の関数となるが、厚みの影響は全体のパワーに比べると小さいので、ここでは簡単のために厚みの影響を無視して本実施形態の動作を説明する。また熱膨張による面曲率の変形、格子ピッチの変化もレンズパワーに影響を及ぼすが、これも厚み同様に扱う。
【００４２】
レンズのパワーは、そのレンズの焦点距離の逆数で表わされ、本実施形態においてはシリンドリカルレンズ４の副走査方向のパワーは１／５０［ｍｍ-1］であり、その６割が通常のシリンドリカル面４ａの曲率によるものであり、残り４割がシリンドリカルレンズ４の出射面に形成された回折格子９によるものである。即ちシリンドリカルレンズ４は副走査方向のみ正の屈折パワー及び正の回折パワーを有している。
【００４３】
本実施形態においてはシリンドリカルレンズ４及び結像レンズ６が共にプラスチック材で形成されており、常温における屈折率は１．４９１、昇温による屈折率変化により常温＋２０度で１．４８９となる。面の曲率によるレンズパワーは屈折率をＮとすると（Ｎ−１）に比例して変化するから、この変化は曲率によるパワーが０．４％の減少することを示している。屈折率には依存しない回折格子９のパワーと合わせると、シリンドリカルレンズ４の副走査方向のパワーは
（０．６＊０．９９６＋０．４）＝０．９９７６（倍）
となり、副走査方向の焦点距離は
５０／０．９９７６＝５０．１２２５（ｍｍ）
となり、約０．１２３ｍｍのびる。
【００４４】
結像レンズ６の副走査方向の横倍率は２．５倍であるから、光軸方向の像点移動と、物点移動の倍率、すなわち縦倍率は
２．５＊２．５＝６．２５（倍）
となり、その結果、副走査断面内において
０．１２３×６．２５＝０．７７（ｍｍ）
の像面移動が発生する。
【００４５】
また結像レンズ６の副走査方向の焦点距離も同様に屈折率変化で増加し、その値は５２ｍｍから５２．２ｍｍとなり、これにより副走査断面内において像面は２．６ｍｍ移動する。即ち２０度昇温による屈折率変動分のみで副走査断面内における像面は
２．６ｍｍ＋０．７７ｍｍ＝３．３ｍｍ
以上移動することとなる。シリンドリカルレンズ４が回折格子９を持たず、パワーが全てレンズ面（屈折面）の曲率で構成される場合は、シリンドリカルレンズ４の焦点距離変化が更に大きくなるため、この移動量も更に大きくなる。
【００４６】
昇温２０度が光源としての半導体レーザ１にも影響を与え、同時に波長の変動が生じた場合を考えると、該半導体レーザ１の温度による波長変化は０．３ｎｍ／ｄｅｇ程度であり、２０度の昇温で６ｎｍの変化を生じる。回折格子９のパワーは波長に反比例するからシリンドリカルレンズ４の副走査方向のパワーφは
φ＝１／５０×（０．６＋０．４×７８６／７８０）
となり、逆数を取って焦点距離とすると０．１５ｍｍ短くなる。これに結像レンズ６の副走査方向の縦倍率を考慮すると−０．９６ｍｍの像面移動となる。即ち２０度の昇温によって屈折率変動で生じた３．３ｍｍの副走査断面内の像面移動を回折格子９によって約１ｍｍ補償することになる。
【００４７】
昇温時はレンズの屈折率が低下し、レンズ面で生じるパワーの絶対値が減少するが、同時に半導体レーザ１の波長は延び、回折面で生じるパワーの絶対値は増加する。そこでレンズ面（屈折面）によるパワーと、回折面によるパワーは同符号となるよう構成し、この両者を相殺する形で用いるのが、走査光学系で回折格子を用いる利点である。
【００４８】
より精度の高い補正を行うには上記の説明で無視したレンズ厚み、レンズ面、回折面の熱変形、各レンズを保持する部材の膨張、光学部品の波長による屈折率変動を考慮して回折面のパワーを設定する。または実験によって像面移動量を測定し、補正量が少なすぎる場合は回折のパワーを増し、補正量が大きすぎる場合は、これを小さくするなど、所望の補正となるよう設計変更を行っていけば良い。
【００４９】
しかしながら半導体レーザ１の波長は従来の問題点においても説明した如く固体毎に±１５ｎｍ程度のバラツキを持っており、この波長のバラツキによる像面の移動は回折光学素子の影響だけでも±２．５ｍｍ発生してしまう。その為従来ではスポット径を大きく設定し、あるいは各光学部品の精度を向上させ、この波長差による像面移動があっても副走査断面内においては焦点深度内に収まるように構成していた。
【００５０】
本実施形態では装置の組立時、あるいは使用時に調整手段により光源１の固体差による波長変動によって生じる像面（結像位置）の移動量が小さくなるように、使用する光源毎にシリンドリカルレンズ４の光軸方向の位置を調整している。例えば光源毎に波長を測定し、その測定結果に基づいてシリンドリカルレンズ４を所定の位置から移動させて固定する。例えば設計波長が７８０ｎｍであり、組み込もうとする半導体レーザ１の波長が７９５ｎｍであれば、これによる副走査断面内における像面の設計値からの変位量は感光ドラム面８で走査光学系側に２．５ｍｍ移動する。結像レンズ６の副走査方向の縦倍率は前述の如く６．２５倍であるから、シリンドリカルレンズ４を図１における矢印Ｃ方向（回転多面鏡５に近づける方向）に
２．５ｍｍ／６．２５＝０．４ｍｍ
だけ設計値からずらした状態で配置すれば、この像面移動を補正することができる。
【００５１】
このとき組立作業の効率を上げるために、例えば予め半導体レーザ１、あるいはこれを組み込んだ光源ユニット等に波長を示すマークをつけ、装置を組み立てる際に、このマークにしたがった位置にシリンドリカルレンズ４を配置する。
【００５２】
波長は、ある波長範囲毎にグループ化されて、そのグループ内の半導体レーザに関しては同じシリンドリカルレンズ位置となるように調整すれば、さらに組立作業は容易になる。また半導体レーザの波長を前もって測定すること無く、例えば組立時に感光ドラム面の相当位置の走査巾内の数箇所において副走査断面内での像面のピント位置を測定し、該測定結果に基づいてシリンドリカルレンズを所望の位置に移動させるように調整しても良い。
【００５３】
また本装置を用いた複写機やレーザービームプリンター等において、本体に副走査方向のピントを検知する検知機構、ステッピングモータなどを用いたシリンドリカルレンズ移動機構、及びそれらの制御部を具備することにより、例えば装置上で光源を含むユニットの破損が生じて新しい光源と交換することになっても、光源の波長が変わることによる副走査方向の結像性能の変化を測定、補正することが可能である。
【００５４】
このように本実施形態においては上述の如く回折光学素子を有する光走査装置において、装置の組立時や使用時に調整手段により光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することにより、初期から良好なる結像性能を得ることができ、また上述の如く温度変化による走査光学系の結像位置変化をも補正でき、常に良好なる結像性能を維持することができる。
【００５５】
更に本実施形態においては変位可能な光学部材（シリンドリカルレンズ）４を光源１と一体で交換可能と成るように構成したことにより、光源１が破損した場合も、該光源１を含むユニットのみの交換で対応でき、多くの他の構成部品を、そのまま利用することができるといったメリットがある。
【００５６】
尚、本実施形態においてはシリンドリカルレンズ４を光軸上移動させて光源１の固体差による波長変動によって生じる像面変動の調整を行ったが、結像レンズ６を光軸方向に移動させて調整しても良く、もしくはシリンドリカルレンズ４と結像レンズ６とを相対的に光軸方向に移動させて調整しても良い。また調整手段１０は主走査方向よりパワーの強い副走査方向の結像位置の変動を調整しているが、もちろん変動量の少ない主走査方向の結像位置の変動をも調整できることはいうまでもない。
【００５７】
［参考例１］
図４は本発明の参考例１の光走査装置の第１の光学系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。
【００５８】
本参考例において前述の実施形態１と特に異なる点は回折光学素子１５とシリンドリカルレンズ１４とを各々独立に配置し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。
【００５９】
即ち、同図において１１は光源としての半導体レーザであり、ホルダ４１に圧入されて保持されており、さらに装置の光学箱４０に組み付けられている。１２はコリメーターレンズであり、レンズ鏡筒（レンズホルダー）４２に取り付けられており、光源１から出射された光束を略平行光束に変換している。１３は開口絞りであり、通過光束径を整えている。１５は調整手段の一要素としての回折光学素子であり、主走査方向より副走査方向に大きなパワーを有し、コリメーターレンズ１２の直後に配され、レンズ鏡筒４２と一体的に構成されている。１４はプラスチック材より成るシリンドリカルレンズ（アナモフィックなレンズ）であり、副走査方向に所定のパワーを有し、光学箱４０に組み付けられている。
【００６０】
コリメーターレンズ１２、開口絞り１３、回折光学素子１５はすべてレンズ鏡筒４２に取り付けられており、更にレンズ鏡筒４２はホルダ４１に接着剤等を用いて固定されている。以下、ホルダ４１、レンズ鏡筒４２及びこれらに保持されている部品を含めて、レーザユニットと称する。
【００６１】
本参考例においてレーザユニットは光学箱４０に組み込まれる以前に、その位置関係が調整されており、まず主走査方向（紙面とは垂直な方向）の光束が所望の発散度になるようレンズ鏡筒４２を光軸方向に、所望の射出方向になるように光軸とは垂直な面内でその位置をきめ、その後接着剤等で固定する。次に回折光学素子１５を光軸方向に移動させ、副走査方向の光束が所望の発散度になるよう調整し、同じく接着剤等で固定する。このように回折光学素子１５を含んだ状態でレーザユニットを調整手段により調整することにより、半導体レーザ１１の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することができる。
【００６２】
尚、本参考例において回折光学素子１５の配置を調整せず、設計基準位置に配置し固定することも可能である。この場合、レーザユニットの調整は主走査方向の光束の発散度を所望の量に調整するのみで終了し、波長差による発散度のばらつき（光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差）は光学箱４０にレーザユニットを組み込んだ後にシリンドリカルレンズ１４を光軸方向に移動させて調整することによって行なえば良い。尚、回折光学素子１５とシリンドリカルレンズ１４とを相対的に光軸方向に移動させて調整しても良い。
【００６３】
［参考例２］
図５は本発明の参考例２の要部概略図である。同図において
200810031326525780______________________12000143808_____APH_0
に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６４】
本参考例において前述の実施形態１と異なる点は回折光学素子５５を第２の光学系を構成する結像レンズ５６の少なくとも一方のレンズ面に形成したことである。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。
【００６５】
即ち、同図において５４はプラスチック材より成るシリンドリカルレンズ（アナモフィックなレンズ）であり、副走査方向に所定のパワーを有しており、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（反射面）５ａ近傍にほぼ線像として結像させている。本実施形態におけるシリンドリカルレンズ５４は調整手段１０の一要素として、例えば装置の組立時や調整時に光軸方向に変位可能となるように構成されており、また光源１と一体で交換可能となるように構成されている。
【００６６】
５６は第２の光学系としてのプラスチック材より成る単一の結像レンズ（ｆθレンズ）であり、少なくとも一方のレンズ面（入射面）５６ａに副走査方向に所定のパワーを有する回折光学素子５５を設けており、これにより該結像レンズ５６の温度変化による屈折率変化及び形状変化から生じるピント移動、像高変動を補正している。結像レンズ５６が屈折による作用のみを利用したレンズである場合、温度変化が生じた場合、該結像レンズ５６の屈折率が変動し、主走査及び副走査方向の各々の方向で該結像レンズ５６の焦点距離が変動する。このため同時に生じる光源１の波長変動で、これらを補正するような回折面を結像レンズ５６の一面に設ければ温度変化による急激な画像劣化を防止することができる。
【００６７】
本参考例において温度変化を伴わない波長変動、すなわち光源の固体差による波長変動によって生じる結像位置（像面）の変動があった場合は、前述の如く結像性能の劣化が生じる。
【００６８】
そこで本参考例では前述の実施形態１と同様にシリンドリカルレンズ５４を図中矢印Ｃ方向に所定量移動させることにより、光源１の固体差による波長変動があっても初期から良好なる結像性能を維持することができる。
【００６９】
尚、本参考例ではシリンドリカルレンズ５４の位置を調整したが、これに限らず、例えば結像レンズ５６を調整手段の一要素として光軸方向、図中矢印Ｄ方向に移動させて調整を行っても良く、もしくはシリンドリカルレンズ５４と結像レンズ５６とを相対的に光軸方向に移動させて調整しても良い。また本実施形態では回折光学素子５５と結像レンズ５６とを一体的に構成したが、各々独立に構成しても良い。
【００７０】
［画像形成装置］
図６は、本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の一例である、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である。図中、１００は先に説明した本発明の実施形態１〜３のいずれかの光走査装置を示す。１０１は静電潜像担持体たる感光ドラム（感光体）であり、該感光ドラム１０１の上方には該感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が該表面に当接している。該帯電ローラ１０２の当接位置よりも下方の上記感光ドラム１０１の回転方向Ａ下流側の帯電された表面には、光走査装置１００によって走査される光ビーム（光束）１０３が照射されるようになっている。
【００７１】
光ビーム１０３は、画像データ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上記感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。該静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに上記感光ドラム１０１の回転方向下流側で該感光ドラム１０１に当接するように配設された現像手段としての現像装置１０７によってトナー像として現像される。該トナー像は、上記感光ドラム１０１の下方で該感光ドラム１０１に対向するように配設された転写手段としての転写ローラ１０８によって転写材たる用紙１１２上に転写される。該用紙１１２は上記感光ドラム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。該用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、該用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００７２】
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）の定着手段としての定着器へと搬送される。該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と該定着ローラ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を上記定着ローラ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をプリンタの外に排出せしめる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く回折光学素子を有する光走査装置において、装置の組立時や使用時に調整手段により光源の固体差による波長の差に基づく結像点位置の差を補正することにより、初期から良好なる結像性能を得ることができる高性能で高安定な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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 本発明の実施形態１のシリンドリカルレンズの副走査断面図
【図３】 本発明の実施形態１の他のシリンドリカルレンズの副走査断面図
【図４】 本発明の参考例１の第１の光学系の要部断面図
【図５】 本発明の参考例２の要部概略図
【図６】 本発明の光走査装置を用いた電子写真プリンタの構成例を示す副走査断図
【図７】 従来の光走査装置の光学系の主走査方向の要部断面図
【符号の説明】
１，１１ 光源手段
２，１２ コリメーターレンズ
３，１３ 開口絞り
４，１４，５４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
６，５６ 第２の光学系（結像レンズ）
７ 折り返しミラー
８ 被走査面（感光ドラム面）
９，１５，５５ 回折光学素子
１０ 調整手段
１１ 第１の光学系
１００ 光走査光学系
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
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 (2)
- 半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光束を偏向手段に導光する第１の光学系と、前記偏向手段の偏向面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の光学系と、を有する光走査装置であって、
前記第１の光学系は、前記半導体レーザから出射された光束を前記偏向手段の偏向面に副走査断面内において結像させるための第１のプラスチックレンズを有しており、かつ、前記第１の光学系及び前記第２の光学系のうち前記第１の光学系のみに回折光学素子が設けられており、かつ、
前記第１の光学系を構成するレンズのうち前記第１のプラスチックレンズのみに前記回折光学素子が形成されており、かつ、
前記第１のプラスチックレンズは、副走査方向のみに正の屈折パワー及び正の回折パワーを有しており、かつ、
前記第２の光学系は、主走査方向及び副走査方向にパワーを有する第２のプラスチックレンズを有しており、かつ、
前記第１のプラスチックレンズは、前記半導体レーザの固体差による波長の差に基づく前記被走査面上での結像点位置の差を補正するために光軸方向に変位可能で前記半導体レーザと一体で交換可能に構成されており、
前記第１の光学系を構成する前記第１のプラスチックレンズ以外のレンズ及び前記第２の光学系を構成するレンズは、前記半導体レーザの固体差による波長の差に基づく前記被走査面上での結像点位置の差を補正するために光軸方向に変位しないことを特徴とする光走査装置。 - 請求項１に記載の光走査装置と、前記光走査装置の被走査面に配置された感光ドラムと、前記感光ドラムの上を光束が走査することによって形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像されたトナー像を用紙に転写する転写手段と、転写されたトナー像を用紙に定着させる定着手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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