JP4989290B2 - 光走査装置，画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は，光源から出射された光を感光体ドラムの表面等の被走査面に結像させつつ一の直線方向（主走査方向）に走査させる光走査装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は，被走査面（感光体ドラム表面）に静電潜像書き込み用の光をポリゴンミラー等の光走査部によって走査させつつｆθレンズを通じて結像させる光走査装置を備えている。このような光走査装置において，高精度の画像形成（静電潜像の書き込み）を行うには，次の３つの光学特性を充足することが重要である。
即ち，第１の光学特性は，被走査面における像面湾曲が小さいこと（スポット径が揃っていること）である。第２の光学特性は，被走査面上の主走査方向における光の主走査方向の走査速度が一定であること（ｆθ特性が良好であること）である。第３の光学特性は，主走査方向に直交する副走査方向の倍率（副走査倍率）が小さいことである。副走査倍率が小さければ，光走査部の光反射面の角度に多少のばらつきがあっても，有効走査全域に渡って副走査方向のスポット径が揃うからである。この第３の光学特性は，複数の光束を同時に走査させるマルチビーム走査装置において，走査線のピッチ間隔を一定にする上で特に重要である。
さらに，画像形成装置の省スペース化ニーズへの対応のため，光走査装置のコンパクト化が望まれている。
従来，例えば特許文献１には，光束の入射面側にシリンドリカルレンズ面，出射面側にトーリック面を有するガラストーリックレンズとプラスチックトーリックレンズとの組み合わせからなるｆθレンズ系が示されている。
また，特許文献２には，主走査方向にのみパワーを有するホログラフィックｆθレンズと，副走査方向にパワーを有する円柱レンズとを備えた光学系により，ｆθ特性と面倒れ補正及び１次回折光とその他の次数の回折光の分離等を行う技術について示されている。
特開平７−３１８７９６号公報 特開平３−１２５１１１号公報

しかしながら，特許文献１に示されるｆθレンズ系は，１面をシリンドリカル面としているため，収差補正に関して自由度が少なく像面湾曲が大きくなるというという問題点があった。さらに，特許文献１の実施形態１に示されるｆθレンズ系は，被走査面側に配置されるガラストーリックレンズの主走査方向のパワーが，ポリゴンミラー側に配置されるプラスチックトーリックレンズの主走査方向のパワーよりも大きいため，前記ガラストーリックレンズの主走査方向の寸法を比較的大きくする必要があり，装置のコンパクト化に反するという問題点があった。さらに，特許文献１の実施形態２に示されるｆθレンズ系は，前記プラスチックトーリックレンズの副走査方向のパワーと，前記ガラストーリックレンズの副走査方向のパワーとが共に正のパワーであるため，装置のコンパクト化のために両レンズをポリゴンミラー側に近づけると，副走査倍率が大きくなってしまうという問題が生じる。副走査倍率が大きいと，光走査部（ポリゴンミラー等）の反射面のばらつきに対する被走査面における光のスポット径のばらつきが大きくなる。なお，特許文献１には，副走査倍率の均一化について特に記載されていない。
また，特許文献２に示される光学系において，例えば前記円柱レンズの材質がガラスである場合，複数のレンズを組み合わせたｆθレンズよりはコスト的に有利ではあるものの，プラスチックレンズに比べるとやはり高価であるという問題点があった。また，特許文献２に示される光学系において，例えば前記円柱レンズの材質がプラスチックである場合，光束の発振波長の変化や環境変化（特に温度変化）によって副走査方向のピントずれが生じるという問題点があった。また，そのピントずれの発生を回避するために，前記円柱レンズを被走査面に近づけると，その円柱レンズの主走査方向の寸法を大きくする必要が生じる結果，装置のコンパクト化に反するとともに，コストも高くなるという問題点が生じる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，コンパクトな装置構成により，被走査面における像面湾曲，副走査倍率及び主走査方向の光走査速度のばらつきを小さくでき，また，光束の発振波長の変化や環境変化に対し，被走査面上における副走査方向のピント移動量が小さい光走査装置及びそれを具備する画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る光走査装置は，以下の（１）〜（４）に示す各構成要素を具備するものである。
（１）光源から出射された光束を反射面で反射しつつ所定の被走査面（像担持体の表面など）に向けて一の直線方向である主走査方向に走査させる光走査手段（例えば，ポリゴンミラー等）。
（２）前記光走査手段と前記被走査面との間に配置され前記光走査手段により走査される走査光を前記被走査面上に結像させるとともに，その被走査面上での前記走査光の走査速度を略一定化させる結像手段。
（３）前記結像手段が備えるものであり，前記主走査方向に正のパワーを有するとともに前記主走査方向に直交する副走査方向に負のパワーを有する第１のレンズ。
（４）前記結像手段が備えるものであり，前記第１のレンズよりも前記被走査面側に配置され，前記主走査方向に負のパワーを有するとともに前記副走査方向に正のパワーを有する第２のレンズ。
より具体的には，本発明に係る光走査装置が，前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを合わせた前記結像手段の前記主走査方向におけるパワーをφ_tm，前記第１のレンズの前記主走査方向におけるパワーをφ_1m，前記第２のレンズの前記主走査方向におけるパワーをφ_2mとした場合に，少なくとも次の（ａ１）式又は（ａ２）式のいずれかの条件を満たしていることが望ましい。
−１．２０≦φ_2m／φ_tm≦−０．４８ …（ａ１）
１．３２≦φ_1m／φ_tm≦ ２．００ …（ａ２）
また，本発明に係る光走査装置において，前記第１のレンズの前記副走査方向におけるパワーをφ_1s，前記第２のレンズの前記副走査方向におけるパワーをφ_2sとした場合に，次の（ｂ１）式の条件を満たしていることが望ましい。
−２．９８≦φ_1s／φ_2s≦−０．８１ …（ｂ１）
なお，前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは，その加工性（生産性）の高さから，樹脂製のレンズであることが望ましい。

本発明に係る光走査装置において，前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを備えた前記結像手段が，ｆθレンズ系を構成している。
一般に，２つのレンズからなるｆθレンズ系において，光進行方向下流側（前記被走査面に近い側）の第２のレンズを前記被走査面に近づけること，即ち，副走査方向における光束の幅がより広い位置に前記第２のレンズを配置することにより，被走査面における走査光の副走査倍率を下げることができるが，そうすると，主走査方向における前記第２のレンズの寸法を大きくする必要が生じ，装置のコンパクト化に反することになる。
これに対し，本発明では，前記結像手段において，副走査方向のパワーが負である前記第１のレンズにより，その第１のレンズを通過後の走査光の副走査方向における幅が従来（前記第１のレンズのパワーが正）よりも広がる。このため，前記被走査面から遠い位置（前記光走査手段の反射面に近い位置）に前記第２のレンズを配置しても，前記被走査面における走査光の副走査倍率を小さくすることができる。また，前記光走査手段に近い位置では，光の走査範囲が比較的狭いため，その位置に配置される前記第２のレンズの主走査方向の寸法は小さくて済む。従って，本発明によれば，装置のコンパクト化を図りつつ，前記被走査面における副走査方向の像面湾曲も小さくできる。
なお，前記第１及び第２のレンズの位置を前記被走査面から遠ざけると，走査光を前記被走査面に結像（収束）させるためにそのレンズ形状を回転対称非球面とする必要があるが，前記第１のレンズ及び前記第２のレンズとして樹脂製のレンズを採用することにより，前記第２のレンズを比較的容易に製造（加工）することができる。さらに，前記第１のレンズの副走査方向のパワーが負であるため，前記第２のレンズの副走査方向の寸法（高さ）が若干大きくなるが，それよりも前記第２のレンズの主走査方向の寸法（幅）を小さくできることの方が，装置のコンパクト化への寄与が大きい。

また，前記結像手段において，主走査方向における走査光の集光は前記第１のレンズのみによって担われることになり，そのために前記第１のレンズの曲率及び厚みが大きくなる。しかしながら，主走査方向の寸法（幅）が小さな前記第１のレンズの曲率及び厚みが大きくなっても，集光の一部を主走査方向の寸法が大きな前記第２のレンズに担わせる（第２のレンズの主走査方向のパワーを正にする）よりも，装置全体をコンパクトにできる。
また，主として走査光の焦点距離を調整する前記第２のレンズが，曲率が小さく薄いレンズとなる（パワーが負である）ため，前記被走査面における主走査方向の像面湾曲を小さく抑えやすい。
例えば，前記第１のレンズ及び前記第２のレンズそれぞれの主走査方向のパワーが，前述した（ａ１）式又は（ａ２）式の条件を満たせば，前記被走査面における主走査方向の像面湾曲及び走査光の走査速度のばらつきを，その走査光により静電潜像の書き込みを行った場合の画像品質が十分な水準となる程度に小さく抑えることができる。
同様に，前記第１のレンズ及び前記第２のレンズそれぞれの副走査方向のパワーが，前述した（ｂ１）式の条件を満たせば，前記被走査面における副走査方向の像面湾曲を，その走査光により静電潜像の書き込みを行った場合の画像品質が十分な水準となる程度に小さく抑えることができる。
また，本発明に係る光走査装置が，前記光源と前記光走査手段との間の前記光束の進路において前記光源側から順に配置されたコリメータレンズ，アパーチャ及びシリンドリカルレンズとを備え，さらに，前記光束が前記コリメータレンズを通過してから前記光走査手段に至るまでの光路に配置された回折光学素子を備えればなお好適である。例えば，前記回折光学素子が，前記シリンドリカルレンズの表面に設けられることが考えられる。
これにより，前記光源から出射される光の発振波長の変動や環境温度の変動が生じた場合に，その変動による被走査面における走査光のピント移動（ピントのずれ）を打ち消す方向に，前記回折光学素子によって前記シリンドリカルレンズの焦点距離を変化させることができる。特に，前記第１のレンズ及び前記第２のレンズが，樹脂製のレンズである場合，ガラス製のレンズに比べ，環境温度の変動による走査光のピント移動が比較的大きいため，前記回折光学素子によって顕著なピント補正効果が得られる。
また，本発明は，以上に示した本発明に係る光走査装置により，像担持体（感光体ドラムがその典型例）の表面に静電潜像書き込み用の光を走査させる画像形成装置として捉えることもできる。

本発明によれば，ｆθレンズ系を構成する２つのレンズにおいて，被走査面側のレンズ（前記第２のレンズ）を走査光の進行方向におけるより上流側に配置することができ，また，レンズの曲率及び厚みが大きくなる正のパワーが主走査方向の寸法が小さい前記第１のレンズのみによって担われるため，装置全体をコンパクトにできる。さらに，ｆθレンズ系を構成する２つのレンズのパワーが前述した各式の条件を満たすことにより，被走査面における像面湾曲，副走査倍率及び主走査方向の光走査速度のばらつきを小さくでき，さらに，前記回折光学素子の作用により，光束の発振波長の変化や環境変化に対し，被走査面上における副走査方向のピント移動量（ピントのずれ）を小さくできる。その結果，本発明に係る光走査装置により走査される光によって静電潜像の書き込みを行った場合に，高精度の画像形成を行うことができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施形態に係る光走査装置Ｙを備えた画像形成装置Ｘの主要部（画像形成部）の概略構成図，図２は副走査方向から見た光走査装置Ｙ及びビーム光の光路の概略図，図３は主走査方向から見た光走査装置Ｙの断面及び走査光の光路の概略図，図４は光走査装置Ｙの実施条件の一例を示す図，図５は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図６は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件の変更主走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図７は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件の変更副走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図８は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図９は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件の変更主走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図１０は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件の変更副走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図１１は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図１２は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更主走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図１３は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更副走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ，図１４は光走査装置Ｙによる走査光のスポットダイアグラム，図１５〜図１８は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム，図１９〜図２２は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム，図２３〜図２６は光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラムである。

まず，図１に示す概略構成図を参照しつつ，本発明の実施形態に係る光走査装置Ｙを備えた画像形成装置Ｘの主要部の構成について説明する。
画像形成装置Ｘは，トナーを用いて画像形成を行う複写機，プリンタ，ファクシミリ装置等の電子写真方式の画像形成装置である。
画像形成装置Ｘは，トナー像を形成して記録紙に画像形成を行う画像形成部（図１に示す部分）や，その記録紙を前記画像形成部に供給する給紙部（不図示）及び画像形成の行われた記録紙の排出がなされる排紙部（不図示）等を備えている。
図１に示すように，画像形成装置Ｘは，トナー像を担持する感光体ドラム１（像担持体），その感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる帯電装置３，前記感光体ドラム１表面にビーム光を走査させ，その走査光によって露光することにより静電潜像を書き込む光走査装置Ｙ，その静電潜像にトナーを供給することによりトナー像として現像する現像装置２，そのトナー像を記録紙に転写させる転写ローラ４，トナー像を記録紙に転写後の前記感光体ドラム１表面の除電を行う除電装置５等を備えて概略構成される。
前記帯電装置３は，前記感光体ドラム１の表面をその軸方向に沿って一様に帯電させるものである。
前記現像装置２は，前記感光体ドラム１にトナーを供給する現像ローラを備え，その感光体ドラム１上の静電潜像をトナーにより顕像化するものである。前記現像ローラに印加された電位（現像バイアス電位）と前記感光体ドラム１表面の電位との電位ギャップに応じて，前記現像ローラ上のトナーが前記感光体ドラム１の面上に引き寄せられ，前記静電潜像がトナー像として顕像化される。
なお，画像形成装置Ｘは，一般的な電子写真方式の画像形成装置が備える他の周知の構成要素も備えているが，ここでは説明を省略する。

次に，図２に示す平面図（副走査方向から見た図）及び図３に示す断面図を参照しつつ，本発明の実施形態に係る光走査装置Ｙの構成について説明する。
図２及び図３に示すように，光走査装置Ｙは，光源１０，入射光調整光学機器２０，ポリゴンミラー３０，結像光学機器４０（ｆθレンズ系）を備えている。
前記光源１０は，静電潜像書き込み用のビーム光（光束）を出射する半導体レーザ等の光源である。
前記入射光調整光学機器２０は，前記光源１０と前記ポリゴンミラー３０との間のビーム光（光束）の進路おいて前記光源１０側から順に配置されたコリメータレンズ２１，アパーチャ２２及びシリンドリカルレンズ２３を備え，これらの光学機器によって光源１０からの出射光（ビーム光）を前記ポリゴンミラー３０への入射前に成形するものである。
前記光源１０から出射されたビーム光は，前記コリメータレンズ２１を通過することにより平行光に変換され，その後前記アパーチャ２２を通過することにより整形され，さらに前記シリンドリカルレンズ２３によって光径が調整された後に前記ポリゴンミラー３０に到達する。
また，前記シリンドリカルレンズ２３の表面には，回折光学素子２４が設けられている。この回折光学素子２４は，ビーム光（光束）が前記コリメータレンズ２１を通過してから前記ポリゴンミラー３０に至るまでの光路であれば，他の位置に配置されてもよい。この回折光学素子２４の作用については後述する。

前記ポリゴンミラー３０は，複数の反射面３０ａを有する回転体であり，光源１０から出射された静電潜像書き込み用のビーム光（光束）をその反射面３０ａで反射しつつ，被走査面である感光体ドラム１の表面に向けて一の直線方向である主走査方向（感光体ドラム１の回転軸１ｇに平行な方向）に走査させるものである（前記光走査手段の一例）。なお，ビーム光の走査手段としては，前記ポリゴンミラー３０の他，ＭＥＭＳミラー等を採用することも考えられる。
前記結像光学機器４０は，前記ポリゴンミラー３０と感光体ドラム１の表面との間に配置され，前記ポリゴンミラー３０により走査されるビーム光（以下，走査光という）を感光体ドラム１の表面に結像させる（所望のスポット径に調整して照射する）とともに，感光体ドラム１表面上での前記走査光の走査速度をほぼ一定化させるいわゆるｆθレンズとして機能するレンズ系である（前記結像手段の一例）。図２及び図３に示すように，前記結像光学機器４０は，走査光の進行方向上流側から順に配置された第１の走査光レンズ４１と第２の走査光レンズ４２とを備えている。
図３は，前記主走査方向の光の走査範囲の中心位置（前記第１の走査光レンズ４１及び前記第２の走査光レンズ４２の主走査方向における中心位置）における断面図である。また，図２に示す走査光の光路は，前記ポリゴンミラー３０による走査光が主走査範囲（主走査方向における全走査範囲）の中心位置にあるときの光路である。

前記第１の走査光レンズ４１は，前記第２の走査光レンズ４２よりも前記ポリゴンミラー３０に近い位置に配置され，走査光を通過させるようその主走査方向に伸びて形成されたレンズである。この第１の走査光レンズ４１は，前記主走査方向に正のパワーを有するとともに前記主走査方向に直交する方向（感光体ドラム１の回転軸１ｇに直行する方向，以下，副走査方向という）に負のパワーを有するレンズである（前記第１のレンズに相当）。
また，前記第２の走査光レンズ４２は，前記第１の走査光レンズ４１よりも感光体ドラム１表面側に配置され，走査光を通過させるようその主走査方向に伸びて形成されたレンズである。前記第２の走査光レンズ４２は，その位置が前記第１の走査光レンズ４１よりも前記ポリゴンミラー３０から遠い分だけ走査光の走査範囲が広いため，前記第１の走査光レンズ４１よりも主走査方向の寸法（幅）が大きい。この第２の走査光レンズ４２は，前記主走査方向に負のパワーを有するとともに前記副走査方向に正のパワーを有するレンズである（前記第２のレンズに相当）。
ここで，前記第１の走査光レンズ４１及び前記第２の走査光レンズ４２は，前記ポリゴンミラー３０の反射面３０ａ及び感光体ドラム１表面の中間位置より前記ポリゴンミラー３０の反射面３０ａに近い側に配置されている。即ち，前記ポリゴンミラー３０の反射面３０ａから感光体ドラム１表面までの距離をＬ，前記ポリゴンミラー３０の反射面３０ａから前記第２の走査光レンズ４２の感光体ドラム１側の面４２ｂまでの距離をｄとした場合，（ｄ＜Ｌ／２）である。

光走査装置Ｙの前記結像光学機器４０においては，図３に示すように，副走査方向のパワーが負である前記第１の走査光レンズ４１により，その第１の走査光レンズ４１を通過後の走査光の副走査方向における幅が広がる。このため，光走査装置Ｙにおいては，前記感光体ドラム１表面から比較的遠い位置（ポリゴンミラー３０に近い位置）に前記第２の走査光レンズ４２が配置されても，感光体ドラム１表面における走査光の副走査倍率（副走査方向の倍率）を小さくすることができる。また，前記ポリゴンミラー３０に近い位置（ｄ＜Ｌ／２）では，光の走査範囲が比較的狭いため，その位置に配置される前記第２の走査光レンズ４２の主走査方向の寸法は小さくて済む。従って，光走査装置Ｙは，コンパクトであるとともに，感光体ドラム１表面における副走査方向の像面湾曲も小さい。
ここで，前記第１の走査光レンズ４１及び前記第２の走査光レンズ４２の位置を感光体ドラム１表面から遠ざけると，走査光を感光体ドラム１表面に結像（収束）させるためにそれらレンズ４１，４２の形状を回転対称非球面とする必要がある。これに対し，前記第１及び第２の走査光レンズ４１，４２として，樹脂製のレンズを採用することにより，両レンズ４１，４２を比較的容易に製造（加工）することができる。
前記第１の走査光レンズ４１の各面（走査光入射側の面４１ａ及び同出射側の面４１ｂ）及び前記第２の走査光レンズ４２の各面（走査光入射側の面４２ａ及び同出射側の面４２ｂ）の副走査方向の断面形状（回転対称非球面）は，次の（ｃ１）式により表すことができる。

（ｃ１）式において，ｘは走査光（ビーム光）の光軸方向のサグ量，ｙは主走査方向の走査範囲の中心線（二等分線）を基準とする主走査方向の位置，ｚは副走査方向の位置，ｒ_mは走査光（ビーム光）の主走査方向の走査範囲の中心線における主走査方向の断面の曲率，ｒ_s0は走査光（ビーム光）の主走査方向の走査範囲の中心位置における副走査方向の断面の曲率，Ｋ_mはコーニック係数，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ｂ１〜Ｂ４は面ごとに適宜設定される係数（非球面係数）である。
なお，前記第１の走査光レンズ４１の副走査方向のパワーが負であるため，前記第２の走査光レンズ４２の副走査方向の寸法（高さ）が若干大きくなるが，それよりも前記第２の走査光レンズ４２の主走査方向の寸法（幅）を小さくできることの方が，装置のコンパクト化への寄与が大きい。

また，前記結像光学機器４０において，主走査方向における走査光の集光は前記第１の走査光レンズ４１のみによって担われることになり，そのために前記第１の走査光レンズ４１の曲率及び厚みが大きくなる。しかしながら，主走査方向の寸法（幅）が小さな前記第１の走査光レンズ４１の曲率及び厚みが大きくなっても，集光の一部を主走査方向の寸法が大きな前記第２の走査光レンズ４２に担わせる（第２の走査光レンズ４２の主走査方向のパワーを正にする）よりも，装置全体をコンパクトにできる。
また，主として走査光の焦点距離を調整する前記第２の走査光レンズ４２が，曲率が小さく薄いレンズとなる（パワーが負である）ため，感光体ドラム１表面における主走査方向の像面湾曲を小さく抑えやすい。
図４に光走査装置Ｙの実施条件の一例を示す。
なお，図４に示す条件において，光走査光レンズの面番号「１」〜「４」は，それぞれ前記第１の走査光レンズ４１の走査光入射側の面４１ａ，同出射側の面４１ｂ，前記第２の走査光レンズ４２の走査光入射側の面４２ａ及び同出射側の面４２ｂを指す識別番号である。また，非球面係数及びコーニック係数は，前記（ｃ１）式に適用される係数である。

次に，図５〜図２６を参照しつつ，２つの走査光レンズ４１，４２の適正な条件について説明する。
図１４は，図４に示した実施条件を満たす光走査装置Ｙにおける走査光のスポットダイアグラム（感光体ドラム１表面におけるスポット中心位置のばらつき）を表す。
また，図５〜図７及び図１５〜図１８は，図４に示した実施条件を基準として２つの走査光レンズ４１，４２の主走査方向のパワーに関する後述する条件（以下，第１の主走査方向パワー条件という）を変更したときの走査光のリニアリティ，主走査方向の象面湾曲（主走査象面湾曲），副走査方向の像面湾曲（副走査像面湾曲），スポット中心位置のばらつきを表すグラフである。
また，図８〜図１０及び図１９〜図２２は，図４に示した実施条件を基準として２つの走査光レンズ４１，４２の主走査方向のパワーに関する後述する条件（以下，第２の主走査方向パワー条件という）を変更したときの走査光のリニアリティ，主走査方向の象面湾曲（主走査象面湾曲），副走査方向の像面湾曲（副走査像面湾曲），スポット中心位置のばらつきを表すグラフである。
また，図１１〜図１３及び図２３〜図２６は，図４に示した実施条件を基準として２つの走査光レンズ４１，４２の副走査方向のパワーに関する後述する条件（以下，副走査方向パワー条件という）を変更したときの走査光のリニアリティ（理想像高に対する相対的なズレ），主走査方向の象面湾曲（主走査象面湾曲），副走査方向の像面湾曲（副走査像面湾曲），スポット中心位置のばらつきを表すグラフである。なお，走査光のリニアリティとは，走査光が感光体ドラム１表面において目標とする一定の速度で主走査方向に走査される状態（リニアな状態）を基準とし，その基準状態での走査位置（理想像高）に対する実際の走査位置のズレの大小を表す。
なお，図５〜図１３において，横軸は像高（主走査範囲の中心を基準とする主走査方向の位置）である。また，図５〜図２６において，「ＯＫ範囲」と示される範囲は，その範囲内で潜像書き込み用のビーム光（走査光）の幾何光学収差に理想状態に対するズレが生じた場合でも，目視上問題となる程度の画質悪化につながらない範囲（許容範囲）である。また，図１４〜図２６において，（ａ）「軸上」とは，主走査範囲の中心位置のことであり，（ｂ）「周辺」とは，主走査範囲における走査開始位置（又は走査終了位置）付近の位置のことである。
以下，前記第１の走査光レンズ４１及び前記第２の走査光レンズ４２を合わせた前記結像光学機器４０の主走査方向におけるパワーをφ_tm，前記第１の走査光レンズ４１の主走査方向におけるパワーをφ_1m，前記第２の走査光レンズ４２の主走査方向におけるパワーをφ_2m，前記第１の走査光レンズ４１の副走査方向におけるパワーをφ_1s，前記第２の走査光レンズ４２の副走査方向におけるパワーをφ_2sとする。

以下，前記第１の主走査方向パワー条件の適正範囲について説明する。
前記第１の主走査方向パワー条件は，φ_2m／φ_tmがどのように設定されているかという条件である。
より具体的には，図４に示した実施条件における前記第１の主走査方向パワー条件ｄ１Ｍは，φ_2m／φ_tm＝−０．７５である。また，図５〜図７及び図１５〜図１８には，それ以外の前記第１の主走査方向パワー条件として，（φ_2m／φ_tm）が，−１．２２であるとき（条件ｄ１Ｌ’），−１．２０であるとき（条件ｄ１Ｌ），−０．４８であるとき（条件ｄ１Ｈ），−０．５０であるとき（条件ｄ１Ｈ’）の状態について示している。
図６に示すグラフからわかるように，前記第１の主走査方向パワー条件が（φ_2m／φ_tm＜−１．２０）又は（φ_2m／φ_tm＞−０．４８）となると（条件ｄ１Ｌ’又は条件ｄ１Ｈ’のグラフを参照），感光体ドラム１表面における走査光の主走査方向の象面湾曲が適正範囲（ＯＫ範囲）を超えて大きくなる。
また，図１７及び図１８からわかるように，前記第１の主走査方向パワー条件が（φ_2m／φ_tm＜−１．２０）又は（φ_2m／φ_tm＞−０．４８）となると（条件ｄ１Ｌ’又は条件ｄ１Ｈ’のグラフを参照），感光体ドラム１表面における走査光のスポット位置のばらつきが適正範囲（ＯＫ範囲）を超えて大きくなる。
一方，図５〜図７及び図１４〜図１６に示すグラフからわかるように，前記第１の主走査方向パワー条件が次の（ａ１）式を満たせば，感光体ドラム１表面における走査光のリニアリティ，主走査方向の象面湾曲及び副走査方向の像面湾曲，並びにスポット位置のばらつきが全て適正範囲に収まる。
−１．２０≦φ_2m／φ_tm≦−０．４８ …（ａ１）

次に，前記第２の主走査方向パワー条件の適正範囲について説明する。
前記第２の主走査方向パワー条件は，φ_1m／φ_tmがどのように設定されているかという条件である。
より具体的には，図４に示した実施条件における前記第２の主走査方向パワー条件ｄ２Ｍは，φ_1m／φ_tm＝１．６５である。また，図８〜図１０及び図１９〜図２２には，それ以外の前記第２の主走査方向パワー条件として，（φ_1m／φ_tm）が，１．３０であるとき（条件ｄ２Ｌ’），１．３２であるとき（条件ｄ２Ｌ），２．００であるとき（条件ｄ２Ｈ），２．０２であるとき（条件ｄ２Ｈ’）の状態について示している。
図８に示すグラフからわかるように，前記第２の主走査方向パワー条件が（φ_1m／φ_tm＞２．００）となると（条件ｄ２Ｈ’のグラフを参照），感光体ドラム１表面における走査光のリニアリティが適正範囲（ＯＫ範囲）を超えて悪化する。
また，図９に示すグラフからわかるように，前記第２の主走査方向パワー条件が（φ_1m／φ_tm＜１．３２）となると（条件ｄ２Ｌ’のグラフを参照），感光体ドラム１表面における主走査光の主走査方向の象面湾曲が適正範囲（ＯＫ範囲）を超えて大きくなる。
さらに，図２１からわかるように，前記第２の主走査方向パワー条件が（φ_1m／φ_tm＜１．３２）となると（条件ｄ２Ｌ’のグラフを参照），感光体ドラム１表面における走査光のスポット位置のばらつきが適正範囲（ＯＫ範囲）を超えて大きくなる。
一方，図８〜図１０，図１４及び図１９〜図２２に示すグラフからわかるように，前記第２の主走査方向パワー条件が次の（ａ２）式を満たせば，感光体ドラム１表面における走査光のリニアリティ，主走査方向の象面湾曲及び副走査方向の像面湾曲，並びにスポット位置のばらつきが全て適正範囲に収まる。
１．３２≦φ_1m／φ_tm≦ ２．００ …（ａ２）

次に，前記副走査方向パワー条件の適正範囲について説明する。
前記副走査方向パワー条件は，φ_1s／φ_2sがどのように設定されているかという条件である。
より具体的には，図４に示した実施条件における前記副走査方向パワー条件ｄ３Ｍは，φ_1s／φ_2s＝−２．５２である。また，図１１〜図１３及び図２３〜図２６には，それ以外の前記副走査方向パワー条件として，（φ_1s／φ_2s）が，−３．００であるとき（条件ｄ３Ｌ’），−２．９８であるとき（条件ｄ３Ｌ），−０．８１であるとき（条件ｄ３Ｈ），−０．８１であるとき（条件ｄ３Ｈ’）の状態について示している。
図１３に示すグラフからわかるように，前記副走査方向パワー条件が（φ_1s／φ_2s＜−２．９８）又は（φ_1s／φ_2s＞−０．８１）となると（条件ｄ３Ｌ’，条件ｄ３Ｈ’のグラフを参照），感光体ドラム１表面における主走査光の副走査方向の象面湾曲が適正範囲（ＯＫ範囲）を超えて大きくなる。
さらに，図２５及び図２６からわかるように，前記副走査方向パワー条件が（φ_1s／φ_2s＜−２．９８）又は（φ_1s／φ_2s＞−０．８１）となると（条件ｄ３Ｌ’，条件ｄ３Ｈ’のグラフを参照），感光体ドラム１表面における走査光のスポット位置のばらつきが適正範囲（ＯＫ範囲）を超えて大きくなる。
一方，図１１〜図１３，図１４及び図２３〜図２６に示すグラフからわかるように，前記副走査方向パワー条件が次の（ｂ１）式を満たせば，感光体ドラム１表面における走査光のリニアリティ，主走査方向の象面湾曲及び副走査方向の像面湾曲，並びにスポット位置のばらつきが全て適正範囲に収まる。
−２．９８≦φ_1s／φ_2s≦−０．８１ …（ｂ１）
なお，図２４〜図２６におけるスポット中心位置の大きなばらつきは，走査光の収差のばらつきに起因するものである。

以上に示したように，光走査装置Ｙにおいて，前記第１の走査光レンズ４１及び前記第２の走査光レンズ４２それぞれの主走査方向のパワーが，少なくとも前述した（ａ１）式又は（ａ２）式のいずれかの条件を満たせば，感光体ドラム１表面（被走査面）における主走査方向の像面湾曲及び走査光の走査速度のばらつき（リニアリティ）を，その走査光により静電潜像の書き込みを行った場合の画像品質が十分な水準となる程度に小さく抑えることができる。
同様に，前記第１の走査光レンズ４１及び前記第２の走査光レンズ４２それぞれの副走査方向のパワーが，前述した（ｂ１）式の条件を満たせば，感光体ドラム１表面における副走査方向の像面湾曲を，その走査光により静電潜像の書き込みを行った場合の画像品質が十分な水準となる程度に小さく抑えることができる。

次に，前記回折光学素子２４の作用について説明する。
半導体レーザ等の前記光源１０は，その使用条件によって出射するビーム光の発振波長が変動する。また，前記第１の走査光レンズ４１や前記第２の走査光レンズ４２は，環境温度の変動に応じてその屈折率が無視できない程度に変化する。このため，光走査装置Ｙの使用条件の変動が，感光体ドラム１表面における走査光のピント移動（ピントずれ）のが生じる。
これに対し，前記コリメータレンズ２１からポリゴンミラー３０までの間のビーム光の光路に配置された前記回折光学素子２４は，前記光源１０から出射されるビーム光の発振波長の変動や環境温度の変動が生じた場合に，その変動による走査光のピント移動（ピントのずれ）を打ち消す方向に，前記シリンドリカルレンズ２３を通過したビーム光の焦点距離を変化させることができる。特に，前記第１の走査光レンズ４１及び前記第２の走査光レンズ４２が，樹脂製のレンズであるため，それらがガラス製のレンズである場合に比べ，環境温度の変動による屈折率変化（即ち，走査光のピント移動量）が比較的大きいため，前記回折光学素子２４によって顕著なピント補正効果が得られる。

本発明は，光走査装置及びそれを備えた画像形成装置に利用可能である。

本発明の実施形態に係る光走査装置Ｙを備えた画像形成装置Ｘの主要部（画像形成部）の概略構成図。 副走査方向から見た光走査装置Ｙ及びビーム光の光路の概略図。 主走査方向から見た光走査装置Ｙの断面及び走査光の光路の概略図。 光走査装置Ｙの実施条件の一例を示す図。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件の変更主走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件の変更副走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件の変更主走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件の変更副走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更主走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更副走査方向の象面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフ 光走査装置Ｙによる走査光のスポットダイアグラム。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（１）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（２）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（３）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第１のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（４）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（１）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（２）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（３）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの主走査方向の第２のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（４）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（１）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（２）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（３）。 光走査装置Ｙにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラム（４）。

符号の説明

Ｘ ：本発明の実施形態に係る画像形成装置
Ｙ ：光走査装置
１０：光源
１ ：感光体ドラム
２ ：現像装置
３ ：帯電装置
５ ：除電装置
１０：光源
２０：入射光調整光学機器
２１：コリメータレンズ
２２：アパーチャ
２３：シリンドリカルレンズ
２４：回析光学素子
３０：ポリゴンミラー
４０：結像光学機器
４１：第１の走査光レンズ
４２：第２の走査光レンズ

Claims (7)

1. 光源から出射された光束を反射面で反射しつつ所定の被走査面に向けて一の直線方向である主走査方向に走査させる光走査手段と，該光走査手段と前記被走査面との間に配置され前記光走査手段により走査される走査光を前記被走査面上に結像させるとともに該被走査面上での前記走査光の走査速度を略一定化させる結像手段とを具備する光走査装置であって，
   前記結像手段が，
   前記主走査方向に正のパワーを有するとともに前記主走査方向に直交する副走査方向に負のパワーを有する第１のレンズと，
   前記第１のレンズよりも前記被走査面側に配置され，前記主走査方向に負のパワーを有するとともに前記副走査方向に正のパワーを有する第２のレンズと，
   を具備してなり、
   前記第１のレンズの前記副走査方向におけるパワーをφ _1s ，前記第２のレンズの前記副走査方向におけるパワーをφ _2s とした場合に，−２．９８≦φ _1s ／φ _2s ≦−２．５２の条件を満たしてなることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを合わせた前記結像手段の前記主走査方向におけるパワーをφ_tm，前記第２のレンズの前記主走査方向におけるパワーをφ_2mとした場合に，−１．２≦φ_2m／φ_tm≦−０．４８の条件を満たしてなる請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを合わせた前記結像手段の前記主走査方向におけるパワーをφ_tm，前記第１のレンズの前記主走査方向におけるパワーをφ_1mとした場合に，１．３２≦φ_1m／φ_tm≦２．００の条件を満たしてなる請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光源と前記光走査手段との間の前記光束の進路おいて前記光源側から順に配置されたコリメータレンズ，アパーチャ及びシリンドリカルレンズと，
   前記光束が前記コリメータレンズを通過してから前記光走査手段に至るまでの光路に配置された回折光学素子と，
   を具備してなる請求項１〜３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記回折光学素子が，前記シリンドリカルレンズの表面に設けられてなる請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記第１のレンズ及び前記第２のレンズが樹脂製のレンズである請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置。
7. 像担持体の表面に静電潜像書き込み用の光を走査させる請求項１〜６のいずれかに記載の光走査装置を具備してなることを特徴とする画像形成装置。

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