JP6234085B2 - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。

従来、レーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられている光走査装置は、光源手段から射出された光束を入射光学系により偏向手段としての光偏向器に導光している。光偏向器により偏向走査された光束を結像光学系により被走査面である感光ドラム面上にスポット状に結像させ、該光束で感光ドラム面上を光走査している。

このような光走査装置においては、光源手段から出射した光束をコリメータレンズで平行光束に変換し、シリンドリカルレンズで光偏向器の偏向面上に線像として集光している。光偏向器の偏向面で偏向された光束は、結像レンズ系により感光ドラム面上にスポット像として集光され、感光ドラム面上を等速走査する。

このような光走査装置において、光源手段の発光点（発光部）の数を増やすことにより高速化や高い解像度を達成することができる。

光源手段の発光部の数を増加させた場合の、入射光学系の像面湾曲に起因するビーム間のスポット径差を低減する手法が従来より種々提案されている（特許文献１、２参照）。

特許文献１ではマルチビーム光源を有する光走査装置において、非円弧な面を有するコリメータレンズを用いて入射光学系の像面湾曲を低減する技術が開示されている。特許文献２ではマルチビーム光源を有する画像形成装置において、入射光学系において発生する主走査方向の像面湾曲を低減するために、主走査方向において非円弧な光学面を有するレンズを入射光学系に用いる技術が開示されている。

特許３７６７１６７号明細書 特開２０１０−１３４４３０号明細書

光学技術シリーズ１ レンズ設計法 松居吉哉著 共立出版 １９７２

従来の光走査装置は入射光学系の光軸から遠い位置に配置された発光点を有するマルチビームレーザを光源手段に用いた場合、マルチビームレーザから出射した各ビームの被走査面上でのピント位置がずれてビーム間のスポット径差が生じ、画像が劣化するという課題が生じる。

従来の光走査装置においては非球面レンズを用いて入射光学系で発生する収差（像面湾曲）を補正し、被走査面上におけるマルチビームの各発光点間のピント差（スポット径差）を低減していた。

しかし、非球面レンズをモールド成形で製造する場合には高価な金型を用いる必要があるため、特に小ロットの場合には製造コストが課題となり、研削で製造する場合には、部品の加工時間が長く生産性が低いという課題が生じる。（第１の課題）

仮にコリメータレンズの光軸からの距離が離れた複数の発光点を有する光源手段を用いた場合、コリメータレンズを含む入射光学系に像面湾曲があると、２つの発光点からの光束の被走査面または偏向面での集光位置（ピント位置）は異なる。そうすると被走査面上での２つの光束のスポット径が互いに異なるため、２つの発光点に基づく画像の画質に差が生じる。これを補正するために非球面なコリメータレンズを使用する場合には、製造工程において製造誤差が発生しやすく、特にモールド成形では顕著である。このような設計形状に対する製造誤差は、発光点間でのピント差の原因となるため画質を劣化させるという課題が生じる。（第２の課題）

そこで、本発明は、入射光学系の像面湾曲を低減し、高精細で安価かつコンパクトであ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。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、複数の発光部を有する光源と、該光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、前記光源からの光を前記偏向器に入射させる入射光学系と、を備える光走査装置であって、前記入射光学系は、前記光源からの光束の収束度を変換する第１光学系と、主走査方向及び副走査方向のうち前記発光部の配置間隔が広い方である第１方向において前記第１光学系からの光束の幅を制限する絞りと、を有し、前記第１光学系は、非球面を含まない光学素子で構成される、前記光源の側から順に配置された第１光学素子群と第２光学素子群とを有し、前記第２光学素子群の前記偏向器に最も近い光学面から前記絞りまでの距離をＬ、前記第１方向と光軸方向とに平行な第１断面内における前記入射光学系の焦点距離をｆ、とするとき、０．５＜｜Ｌ｜／ｆ＜２、なる条件を満足する、ことを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。

本発明によれば、入射光学系の像面湾曲を低減し、高精細で安価かつコンパクトである光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供することができる。

実施例１の光走査装置の主走査断面図 実施例１の光走査装置の副走査断面図 実施例１の光走査装置の入射光学系の主走査断面拡大図 実施例１の光走査装置の光源手段の模式図 実施例１の光走査装置の第２コリメータレンズ群の偏向器側の面から主走査方向に対する絞りまでの距離と像面湾曲収差を示す図 入射光学系の像面湾曲を説明するための模式図 実施例１の光走査装置の入射光学系の主走査方向像面湾曲を示す図 光走査装置の入射光学系の主走査方向像面湾曲の比較例を示す図 実施例２の光走査装置の第２コリメータレンズ群の偏向器側の面から主走査方向に対する絞りまでの距離と像面湾曲収差を示す図 実施例２の光走査装置の入射光学系の主走査方向像面湾曲を示す図 本発明の光走査装置を適用したモノクロ画像形成装置の要部概略図 本発明の光走査装置を適用したカラー画像形成装置の要部概略図

以下、図面を用いて本発明の光走査装置の実施例を説明する。

＜光走査装置全体の構成＞
図１に本発明の実施例１に係る光走査装置の要部の主走査方向断面図（主走査断面図）を示す。図２に要部の副走査方向断面図（副走査断面図）を示す。図１、２に示すように、本発明の光走査装置は、光源側から順に、光源手段１、図３に拡大図で示す入射光学系ＬＡ（２〜６）、偏向手段としての光偏向器１０である回転多面鏡、結像光学系２０を有する。

尚、以下の説明において、主走査方向（Ｙ軸方向）とは回転多面鏡の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向（回転多面鏡で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。副走査方向（Ｚ軸方向）とは回転多面鏡の回転軸と平行な方向である。また主走査断面とは主走査方向と結像光学系の光軸を含む平面（副走査方向に垂直な断面）である。また副走査断面とは、結像光学系２０の光軸を含み主走査断面に垂直な断面である。

＜光源手段＞
光源手段１は、複数の発光点（発光部）を有する半導体レーザ（マルチビーム光源）より構成される。半導体レーザ１は複数の発光点のうち、少なくとも１つの発光点は、後述する第１コリメータレンズ群３の光軸からの距離が他の１つの発光点の光軸からの距離と異なっている。本実施例では図４に示すように発光点が一次元状に配列し、３２個の発光点から成る面発光レーザで構成されている。面発光レーザはアレイ化が容易であり、軸上もしくはその近傍の発光点ＬＤ１６、主走査方向の最軸外の発光点ＬＤ１及びＬＤ３２を含む、発光点が主走査方向の位置を異にする３２ビーム並んだ１次元アレイ構造をなす。これは、３２ビームレーザを使用することにより高速化、高精細化が達成するためである。各々の発光点は独立変調可能に構成されており、不図示のレーザドライバーにより発光強度やタイミングが制御される。またレーザ光源の組み立て時の取り付け誤差により発生するビーム間隔誤差を抑制するために、入射光学系ＬＡの光軸と平行な軸を中心に回転可能に保持されている。
なお、実施例においては、光源手段は、１次元で配列した構造からなるものとして例示するが、本発明は、これに限定されることはなく、２次元状に配列した構造を有する光源手段も同様に適用することができる。

＜入射光学系＞
本実施例の入射光学系ＬＡは、光源側から順に、第１の絞り２、コリメータ光学系３及び４、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ５、第２の絞り６、光束の一部を分割して反射するプリズム７を含む。

第１の絞り２は、副走査方向の通過光束の光束幅を制限してビーム形状を整形する。第１の絞り２をコリメータレンズ３の近傍に配置し、副走査方向の射出瞳位置を後述する結像光学系２０のｆθレンズ２０ｂ近傍に位置させ、３２ビームの主光線がｆθレンズ２０ｂ近傍で副走査方向の同一位置を通過するようにする。

コリメータ光学系は、光源側から順に、凸のパワーを有する第１光学素子群（第１コリメータレンズ群）３と、第１コリメータレンズ群より凸のパワーが弱い第２光学素子群（第２コリメータレンズ群）４とで構成され、光源手段１から出射した発散光束を平行光束に変換する光学系である。本発明のコリメータ光学系は、非球面を含まないことを特徴とする。なお、本明細書においては、平面は半径無限大の球面であり非球面には含まれないものとする。第１コリメータレンズ群３は、光源側から順に、凹レンズと凸レンズとの貼り合せレンズ（ガラス製の集光レンズ）で構成される。これによって複数の発光点からの光束の被走査面または偏向面での集光位置（ピント位置）を略同一にして被走査面での複数光束のスポット径を略同一にすることができる。すなわち、特許文献２のような、凸レンズのみで入射光学系を構成した場合の、軸上色収差が補正できず、複数ビーム間の初期波長差に起因するピント差も補正できず、結果として画質を劣化させてしまうことが回避できる。第２コリメータレンズ４は、ガラス製の凸球面レンズであり、被走査面でのスポット径を調整するためのレンズである。第１コリメータレンズ３と第２コリメータレンズ４は、光源手段１からの発散光束を平行光に変換するとともに、発光点間のスポット径差を低減する。

コリメータ光学系の、第１コリメータレンズ群と第２コリメータレンズ群の合成の焦点距離は、レーザ光の取り込み量などで決定される。主走査方向及び副走査方向のうち前記発光部の配置間隔が広い方向を含む、主走査断面及び副走査断面のいずれかにおいて、第１コリメータレンズ群の焦点距離ｆ_col1と第２コリメータレンズ群の焦点距離ｆ_col2は、
０．１ ＜ ｆ_col1／ｆ_col2 ＜ １／３ （１）
を満たすことが望ましい。これにより、第２コリメータレンズ群の本体内で光軸方向に移動によるピント変化敏感度が適切に設定され、第２コリメータレンズ群を本体内で光軸方向に移動させることにより製造誤差に起因する主走査方向のピント位置を適切に調整することを可能とする。

シリンドリカルレンズ５は、副走査断面内（副走査方向）にのみパワーを有している。シリンドリカルレンズ５は、コリメータ光学系を通過した光束を光偏向器１０の偏向面（反射面）１０ａ上で主走査平面内において略線像として結像させる。第２の絞り６は、主走査方向の通過光束の光束幅を制限してビーム形状を整形する。本発明における第２の絞り６は、第２コリメータレンズ４よりも光偏向器１０側に配置される。

本発明の光走査装置は、Ｌを第２光学素子群（第２コリメータレンズ群）の出射面（「偏向器側のレンズ面（出射面）」、尚、第２コリメータレンズ群が複数のレンズで構成される場合は「光路上で最も偏向器に近いレンズの出射面（最も偏向器に近いレンズ面）」を指すものとする）から第２の絞りまでの距離、ｆ_colを入射光学系の主走査断面内での焦点距離とするとき、
０．５＜｜Ｌ｜／ｆ_col＜２ （２）
を満足する。この構成により像面湾曲を低減させている。さらに、光軸から最軸外発光点までの距離が０．５ｍｍ以上離れている光学系を用いる場合には、より好ましくは、
０．５＜｜Ｌ｜／ｆ_col＜１．５ （２ａ）
を満足すると像面湾曲をより良好に低減する。式（２）が満たされないと像面湾曲量が大きくなりビーム間のスポット径差が大きくなるので高解像化が困難になる。

＜ＡＰＣ光学系＞
面発光レーザは端面発光型のレーザと異なり、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサを素子内に配置できないので、レーザの外部に光量検知センサ（ＡＰＣ用センサ）９を有する。ＡＰＣセンサ９は光量を検知する光量検知センサであって、光源手段１である面発光レーザの各ビームが所望の光量となるように面発光レーザを発光させるために光量をフィードバックする。プリズム７、集光レンズ８、光量検知センサ９は、ＡＰＣ光学系を構成する。光源手段１である面発光レーザから出射した光束は、第２の絞り６を通過した後、プリズム７の入射面で一部が反射され、反射光は集光レンズ８で集光され、光量検知センサ９で光量が検知される。この検知された光量に基づいて、光源手段１の面発光レーザの発光光量を制御する。

主走査方向（主走査断面）においてくさび形状を有するプリズム７（ウェッジプリズム）は、第２の絞り６とプリズム７の入射面が一致するように配置されている。出射面からの反射光が後述する光量検知センサ９に入射しないようにするため、プリズム７の入射面と出射面は主走査断面において４°の角度を有している。集光レンズ８は、プリズム７の入射面で反射した光束を光量検知センサ９に集光するためのレンズである。

また、偏向器１０近傍に配置されている第２の絞り６は、主走査方向の光束幅を制限するとともに、偏向面上での各発光点からの光束の主光線を近接させることができるので、マルチビーム時に発生する縦線ゆらぎを低減できる。

＜光偏向器＞
偏向手段としての光偏向器１０は、５面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）よりなり、モータ等で構成される駆動手段（不図示）により、副走査方向に平行な回転軸周りに図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。入射光学系から反射面に入射した光束は、前記のポリゴンミラーの回転により主走査面内において一方向に偏向される。

＜結像光学系＞
結像光学系（ｆθレンズ系）２０は、第１の結像レンズ２０ａと第２の結像レンズ（ｆθレンズ）２０ｂとにより構成され、集光機能とｆθ特性とを有する。第１の結像レンズ２０ａはガラス製の平凸球面レンズ、第２の結像レンズ２０ｂは主走査面内で非球面形状のアナモフィックレンズである。結像光学系２０は光偏向器１０によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査面としての感光ドラム面３０上に導光し、スポット状に結像させる。また、副走査断面内において光偏向器１０の反射面１０ａと感光ドラム面７との間を共役関係にすることにより、面倒れ補正光学系を構成している。

本実施例の第２の結像レンズ（ｆθレンズ）２０ｂの出射面は副走査断面の形状は非円弧であり、その非円弧量を第２の結像レンズ（ｆθレンズ）２０ｂの長手方向（主走査方向）に変化させることにより、副走査方向の波面収差量を変化させ、副走査方向の波動光学的な像面湾曲を低減させている。又、結像光学系（ｆθレンズ系）２０の副走査近軸像面湾曲を適切に発生させることにより、面倒れが発生した場合の被走査面における副走査スポット位置ずれを低減させ、ピッチムラを低減している。

第１の結像レンズ２０ａをガラス製の平凸球面レンズで構成することにより温度変化に対する安定性を向上させている。また、第２の結像レンズ（ｆθレンズ）２０ｂを光透過性のパワーを有するプラスティックレンズで構成し、非球面設計に対し自由度の高い構成を有する。尚、結像光学系２０の結像光学素子２０ａ，２０ｂは両方ともプラスティック製であってもよく、更に回折のパワーを有する結像光学素子であってもよい。結像光学系２０を回折面で構成した場合は、より温度変化に対する特性に優れた光走査装置を提供することが可能となる。

また本実施例では結像光学系を２枚の結像光学素子で構成しているが、本発明はこれに限定されることはなく、１枚もしくは３枚以上で構成しても上記の実施例と同様の効果を得ることができる。

本実施例の光走査装置において、画像情報に応じて光変調され光源手段１から出射した複数（本実施例では３２本）の光束は第１の絞り２により副走査方向の光束幅が制限され、コリメータ光学系３及び４により平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ５に入射する。シリンドリカルレンズ５に入射した光束は、主走査断面内においてはそのままの状態で出射し、第２の絞り６により主走査方向の光束幅が制限される。シリンドリカルレンズ５に入射した光束は、副走査断面内においては収束して第２の絞り６を通過し（主走査方向の光束幅が制限される）光偏向器１０の偏向面１０ａ近傍に線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。

そして光偏向器１０の偏向面１０ａで反射偏向された複数の光束は各々凸のパワーを有する結像光学系２０に入射し、感光ドラム面３０上にスポット状に結像する。光偏向器１０を矢印Ａ方向に回転させることによって感光ドラム面３０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である感光ドラム面上に複数の走査線を同時に形成し、画像記録を行う。

本実施例における光走査装置の数値データを表１〜４に示す。本実施例において、結像光学系（ｆθレンズ系）２０の形状は、結像レンズと光軸との交点を原点とし、図１に示すように光軸に対して走査開始側と走査終了側それぞれについて、光軸をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査断面内で光軸と直交する方向をＺ軸とし、以下の関数で表せる。

走査開始側

走査終了側

但し、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ₄、Ｂ₆、Ｂ₈、Ｂ₁₀は非球面係数である。添字ｓは走査開始側、添字ｅは走査終了側を表す。

本実施例では、第１の結像レンズ２０ａは、入射面（Ｒ１面）及び出射面（Ｒ２面）の主走査方向の形状を光軸に対し対称となるように構成している。つまり走査開始側と走査終了側の非球面係数を一致させている（表４）。

また、第２の結像レンズ（ｆθレンズ）２０ｂは、入射面（表４中のＲ３面）の副走査断面形状が円弧形状であり、出射面（表４中のＲ４面）は副走査方向断面形状がＺの４次項を有する非円弧形状である。出射面は、非円弧量が長手方向に変化している。さらに、第２の結像レンズ２０ｂの副走査方向の形状は、光軸に対して走査開始側と走査終了側で入射面の副走査断面（光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率１／ｒと、４次の非球面係数をＹの関数とし、レンズの有効部内において連続的に変化させている。

副走査方向の形状は光軸に対して走査開始側と走査終了側で光軸をＸ軸、主走査面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査面内で光軸と直交する方向をＺ軸とし、第２の結像レンズ２０ｂ入射面（Ｒ３面）及び出射面（Ｒ４面）の副走査方向の形状は以下の連続関数で表せる。

走査開始側

走査終了側

ここで、ｒは光軸位置（ｙ＝０）における副走査断面における曲率半径、ｒ’は主走査方向の位置ｙにおける副走査断面での曲率半径、Ｄｊは曲率変化係数、Ｍｉは子線非球面係数を表す。Ｙのプラス側とマイナス側で係数が異なる場合は、添字ｓは走査開始側、添字ｅは走査終了側を表している。また、副走査断面の曲率半径とは主走査方向の形状（母線）に直交する断面内における曲率半径である。

表１：実施例１の光走査装置の数値データ

表２：実施例１の偏向手段の回転中心座標

表３：実施例１の入射光学系の数値データ

表４：実施例１における結像光学系の数値データ

（像面湾曲低減について）
本実施例の入射光学系ＬＡの展開図を図３に示す。
本実施例のコリメータ光学系は、合成の焦点距離ｆ＝７５ｍｍである。また、第１コリメータレンズ群の焦点距離ｆ_col1は８８．６ｍｍであり、第２コリメータレンズ群の焦点距離は３３５．１ｍｍなので、パワー比は１／８８．６：１／３３５．１≒４：１、であり、式（１）を満たす。また、第１コリメータレンズ群を貼り合わせレンズで構成することにより、第１コリメータレンズ群を独立した複数のレンズの設置位置を調整する必要がある場合に比べて、調整、固定時の保持を容易に行えるようにしている。

入射系を構成する光学系のパワーと屈折率が決定すると、像面湾曲量を表す指標となるペッツバール和Ｐが計算できる。本実施例の入射光学系の主走査方向のペッツバール和は０．６８である。一般的に像面湾曲量は、メリジオナル断面の像面湾曲は収差係数ＩＩＩとペッツバール和Ｐから、３×ＩＩＩ＋Ｐ、で表されるので、ペッツバール和Ｐ（＝０．６８）を打ち消すために必要な収差係数ＩＩＩ（＝−０．２３）を与えると像面湾曲を抑えることができる。しかし、第２の絞りの位置が第２コリメータレンズ群の偏向器側の面に固定する前提のもとでは、コリメータレンズ群を構成する２群３枚の球面レンズの曲率、配置、屈折率のみをパラメータとして、他の収差（波面収差、色収差）と像面湾曲を両立させる解を見出すことは困難である。そこで、本発明では、第２の絞り６の位置を適切に制御することにより、収差係数ＩＩＩの最適解と他の収差変動の適切な抑制とを両立する。

近軸理論によると、像面湾曲量は収差係数ＩＩＩに比例する（非特許文献１）。また、ｈを物体近軸光線の光線高さ，ｈａを瞳近軸光線の光線高さ、φをコリメータレンズのパワー、Ａ及びＢを固有係数としたとき、収差係数ＩＩＩは、
ＩＩＩ＝ｈ²ｈａ²Ａ＋２ｈ²ｈａ²Ｂ＋φ （３）
と表される。従って、光学系のパワー配置及び光学系内の絞り位置を適切に設定することにより、像面湾曲量を低減させることができる。入射光学系のパワー配置は前述したように収差補正以外の要件（光量、ピント調整敏感度）で決まるので、装置の大きさや製造コストの制約の範囲内で、入射光学系内の絞り位置を調整し像面湾曲を補正することができる。

図５に本実施例の絞り位置と近軸像面湾曲量（３ＩＩＩ＋Ｐ）の関係を示す。同図において、横軸は、第２コリメータレンズ群４の偏向器側の面から第２の絞り６までの距離Ｌを示し、縦軸は近軸像面湾曲量を示す。最も近軸像面湾曲量が小さくなる位置は、本実施例では、Ｌ＝１００ｍｍの位置であり、その位置での近軸像面湾曲量はゼロである。本実施例では、他の収差とのバランスを考慮して、第２コリメータレンズ群４の偏向器側の面から第２の絞り６までの距離Ｌは８７ｍｍとし、他の収差とのバランスをとっている。入射光学系の主走査断面内での焦点距離ｆ_colは７５ｍｍなので、
０．５＜８７／７５＝１．１６＜２
０．５＜８７／７５＝１．１６＜１．５
となり、式（２）及び（２ａ）を満足し、像面湾曲を適切に抑制している。

図６に入射光学系の像面湾曲を説明するための模式図を示す。図６（ａ）のΔｍｃｏｌが入射光学系の像面湾曲、すなわち発光点間のピント差（入射光学系の光源位置差に換算されたピント差）を示す。また図６（ｂ）は、発光点間のピント差が生じた場合の被走査面上のスポット径差を示す図であり、横軸がドラム位置を示すデフォーカス量を、縦軸がスポットの光軸からの位置を示す。図６（ｂ）においてドラム位置（横軸＝０）において、ＬＤ１のスポット径α１とＬＤ１６のスポット径α１６が５μｍ異なっていることを示している。

本実施例の光走査装置では、全点光源の像面湾曲のバランスを考慮して、点光源ＬＤ１とＬＤ１６の間の位置において入射光学系の像面湾曲がゼロとなるように、光源手段は配置されている。従って、軸上もしくはその近傍の発光点ＬＤ１６（図４のＬＤ１６と同様）と主走査方向の最軸外発光点ＬＤ１（図４のＬＤ１と同様）では、像面湾曲量の符号が異なる。つまり発光点ＬＤ１６とＬＤ１からの光束はともに、被走査面上でピント方向（Ｘ軸方向、すなわち光軸方向）にずれた位置に結像する。

本実施例において主走査方向における発光点ＬＤ１６とＬＤ１の被走査面７上での結像位置差（ピント差）ΔＭは、｜Δｍｃｏｌ｜を同一波長に対する発光点ＬＤ１６（光軸に最も近い軸上発光部）とＬＤ１（光軸から最も離れた軸外発光部）の像面湾曲差、ｆ_fθを結像光学系の主走査断面内での焦点距離、ｆ_colを入射光学系の主走査断面内での焦点距離、としたとき、
ΔＭ＝｜Δｍｃｏｌ｜×（ｆ_fθ／ｆ_col）² （４）
で算出できる。本実施例におけるピント差ΔＭは、
ΔＭ＝０．００１５×（２５０／７５）²＝０．０１７ｍｍ
である。通常、主走査方向のピント差ΔＭは０．５ｍｍ以下であれば問題ない。すなわち、
ΔＭ＝｜Δｍｃｏｌ｜×（ｆ_fθ／ｆ_col）²≦０．５ｍｍ （５）
を満たしていると問題はない。さらに、小スポット高解像度対応光学系では光学素子の製造誤差や取り付け誤差を考慮すると、望ましくは、
ΔＭ＝｜Δｍｃｏｌ｜×（ｆ_fθ／ｆ_col）²≦０．２ｍｍ （５ａ）
さらに望ましくは、
ΔＭ＝｜Δｍｃｏｌ｜×（ｆ_fθ／ｆ_col）²≦０．０５ｍｍ （５ｂ）
を満たすようにすると良い。本実施例では、
｜Δｍｃｏｌ｜＝０．００１５
（ｆ_fθ／ｆ_col）²＝１１．１
なので、
｜Δｍｃｏｌ｜×（ｆ_fθ／ｆ_col）²＝０．０１６７
であり、条件（５）、（５ａ）、（５ｂ）を満足し、発光点間のスポット径のばらつきが小さい高解像の結像光学系を実現している。

本実施例の入射光学系ＬＡの主走査方向像面湾曲を図７に示す。図７において、横軸は光源位置換算のピントずれ量（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は発光点位置（単位：ｍｍ）を示す。また、図８に、入射光学系が条件式（２）を満たさない場合の像面湾曲を比較例として示す。図７からもわかるように本実施例の入射光学系で発生する像面湾曲は、比較例として図８に示す条件式を満足しない入射光学系で構成した光学系の像面湾曲に比べ１／６以下に低減できる。

（色収差低減について）
また、本実施例では、凸レンズと凹レンズを用いることで色収差も補正している。入射光学系に軸上色収差がある場合、レーザ光源の波長のばらつきにより被走査面でスポット径（ピント）がばらつくという問題が生じる。本実施例では、第１コリメータレンズ群を凸レンズと凹レンズの張り合わせレンズとし、凹レンズの分散が他の凸レンズの分散より大きくなる（アッベ数が小さくなる）ように構成している。具体的には、凹レンズのガラス材料としてアッベ数＝２５．６８のｓ−ｔｉｈ１１（ＯＨＡＲＡ社製）を用いている。

本実施例では、複数の光源間でレーザの発振波長が１．５ｎｍ異なった場合の入射光学系の軸上色収差による主走査方向および副走査方向のピント変化ΔＴ（１．５）が０．０００５ｍｍであり、
Δｍｃｏｌ＞ΔＴ（１．５） （６）
を満たすように構成している。これにより、凹レンズを用いない場合に比べ、ピント差が無視できるレベルまで軸上色収差が補正されている。

（入射光学系の調整方法について）
本発明の入射光学系は、光源と第１コリメータレンズ群の張り合わせレンズが同一部材に保持されており、製造工程において光源と第１コリメータレンズ群のレンズ間距離が調整されている。調整後、第１コリメータレンズ群は接着固定されて光源との間隔は固定される。その状態で光源と第１コリメータレンズ群を一体に保持した光源ユニットが走査装置本体に取り付けられる。また、走査装置本体においては、第２コリメータレンズ群の凸レンズを光軸方向に移動させることにより、主走査方向のピント位置を調整している。本実施例では、光軸方向位置ずれによるピント変化が大きい第１コリメータレンズ群と光源を一体の光源ユニットとすることで、より高精度な位置調整を可能としている。また、第２コリメータレンズ群を光走査装置内で独立に移動可能な構成とすることができるので、光源部以外の製造ばらつきで発生するピントずれも補正できる。すなわち、第１コリメーラレンズ群と第２コリメータレン群はそれぞれ独立に光軸方向の位置が調整可能に保持されている。また、入射光学系のレンズの中で主走査方向のパワーが最も弱いレンズである第２コリメータレンズは、光走査装置内で光軸方向に移動可能に保持されている。したがって、光源から第２コリメータレンズ群まで全てを一体的に保持した状態で操作装置本体に設置する場合に比べ、被走査面上のピント位置を高精度に調整できるというメリットを有する。尚、本実施例の副走査方向のピント位置は、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ５を光軸方向に動かすことによって調整している。

以上のように、本実施例の入射光学系のようにコリメータ光学系を２群で構成し、第２コリメータレンズ群（球面レンズ）のパワー配置と絞り位置を光軸方向に移動させて最適化することにより、マルチビーム間のピント差（スポット径差）を低減でき、高精細かつ高速な光走査装置を提供できる。

上記した本実施例においては、光源手段の複数の発光部の配置間隔の内、主走査方向と副走査方向とで広い方である主走査方向の光束幅を限定する絞りを第２コリメータレンズ群と光偏向器との間に設置し、式（２）を満たすよう構成することで本発明の効果を得た。しかし、本発明は例示した実施例１の構成に限定されることはない。すなわち、光源手段の複数の発光部の配置間隔の内、主走査方向と副走査方向とで広い方向の光束幅を限定する絞りを第２コリメータレンズ群と光偏向器との間に設置し、第２コリメータレンズ群の偏向器側のレンズ面から該絞りまでの距離Ｌ、入射光学系の、主走査方向及び副走査方向のうち前記発光部の配置間隔が広い方向における焦点距離ｆが、
０．５＜｜Ｌ｜／ｆ＜２
を満足するよう構成することにより本発明の効果を得ることができる。

本実施例の光走査装置において実施例１と異なる点は、光源レーザの発光点間隔と、入射光学系の構成である。結像光学系などのその他の構成は実施例１の光走査装置と同様である。

本実施例の入射光学系の概略の構成は図３に示した実施例１の構成と同様である。本実施例の光源は、図４に示した実施例１の光源と同様の光源であるが、実施例１では点光源のピッチが５０μｍであったのに対し、本実施例では２５μｍであることが異なる。このため、実施例１より同一ウエハーから多数のレーザを作成できるので、光源の製造コストを削減できるというメリットを有する。また、発光点間隔が実施例１より狭いため点光源の光軸からの離隔範囲が狭いので、光学系の像面湾曲の影響を受け難い構成としている。また、本実施例の入射光学系は第２の絞り６から第２コリメータレンズ群４の偏向器１０側のレンズ面までの距離を４０ｍｍとし、実施例１に対して入射光学系の光路長を更に短縮し、更なる小型化が可能となる。

図９に近軸像面湾曲を示す。同図において、第２コリメータレンズ群４の偏向器１０側のレンズ面から第２の絞り６までの距離Ｌの絶対値と像面湾曲量を示す収差係数を縦軸に示す。同図からＬ＝４０ｍｍの近傍で近軸像面湾曲量がゼロになる点があり、その前後では線形に像面湾曲係数が増減している。本実施例ではＬ＝３６ｍｍとしている。本実施例では、
｜Δｍｃｏｌ｜＝０．０００１５（ｍｍ）
（ｆ_fθ／ｆ_col）²＝１１．１
なので、
｜Δｍｃｏｌ｜×（ｆ_fθ／ｆ_col）²＝０．０１６７
であるので、条件（５）、（５ａ）、（５ｂ）を満足し、良好に高解像の結像光学系を実現できる。

本実施例の入射光学系ＬＡの主走査方向像面湾曲を図１０に示す。図１０において、横軸は光源位置換算のピントずれ量（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は発光点位置（単位：ｍｍ）を示す。本実施例の入射光学系は、像面湾曲によるスポット径の差が発生し難い構成あり、高解像の結像光学系を実現している。

また、本実施例においても、複数の光源間でレーザの発信波長が１．５ｎｍ異なった場合の入射光学系の軸上色収差による主走査方向および副走査方向のピント変化が０．０００５ｍｍであり、
ΔＭ＞ΔＴ（１．５） （６）
を満たすように構成している。したがって、像面湾曲によるピント差と波長差によるピント変化の和は、
０．１５μｍ＋０．５μｍ＝０．６５μｍ
であり、被走査面でも７．２μｍなので、スポット径の差は問題とならない。

表５に本実施例の入射光学系の数値データを示す。結像光学系等の数値データは実施例１と同様であるので省略する。

表５：実施例２の入射光学系の数値データ

第１コリメータレンズ群と第２コリメータレンズ群の合成の主走査断面内での焦点距離（入射光学系の主走査断面内での焦点距離）は、レーザ光の取り込み量などで決定されており、本実施例では実施例１と同様に、＝７５ｍｍとしている。また第２コリメータレンズ群の焦点距離は、３３５．１ｍｍで第１コリメータレンズ群の焦点距離は８８．５ｍｍなのでパワー比は１／８８．５：１／３３５．１≒４：１になるように構成されている。これは、第２コリメータレンズ群を本体内で光軸方向に移動させることにより、製造誤差で発生する主走査方向のピント位置を調整するためである。また、第１コリメータレンズ群を張り合わせレンズで構成することにより、調整、固定時の保持を容易に行えるようにしている。具体的には、
０．５ ＜ ８７／７５ ＜ ２
とし、式（１）を満足している。

以上のように、本実施例の入射光学系のように２群の球面レンズのパワー配置と絞り位置を最適化することにより、マルチビーム間のピント差（スポット径差）を低減でき、よりコンパクトで高精彩かつ光束な光走査装置を提供できる。

［画像形成装置］
図１１は、本発明の第１又は第２の実施例で示した光走査装置を含む画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータの外部機器１１７からコードデータＤｃが入力される。コードデータＤｃは、画像形成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。画像データＤｉは、実施例１または２に示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。光走査ユニット１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。

静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。

先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面（感光体上）に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。

現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図８において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。

以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１１において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。そして転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。

図８においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内の駆動モータなどの制御を行う。

本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高い画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１または２の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図１２は本発明の第１又は第２の実施例で示した光走査装置を含むカラー画像形成装置の実施例の要部概略図である。本実施例は、光走査装置（光結像光学系）を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１２において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施例１または２に示した構成を有する光走査装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、図１２においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。

図１２において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータの外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。

本実施例におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。

本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。

前記外部機器５２としては、ＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。

１ 光源手段（面発光レーザ）
３ コリメータレンズ
４ シリンドリカルレンズ
５ 第２の絞り
１０ 偏向手段（ポリゴンミラー）
１０ａ 偏向面
２０ 結像光学系（走査光学系）
２０ａ 第１の結像レンズ
２０ｂ 第２の結像レンズ
１１、１２、１３、１４ 光走査装置
１００ 光走査装置

Claims (12)

1. 複数の発光部を有する光源と、該光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、前記光源からの光を前記偏向器に入射させる入射光学系と、を備える光走査装置であって、
   前記入射光学系は、前記光源からの光束の収束度を変換する第１光学系と、主走査方向及び副走査方向のうち前記発光部の配置間隔が広い方である第１方向において前記第１光学系からの光束の幅を制限する絞りと、を有し、
   前記第１光学系は、非球面を含まない光学素子で構成される、前記光源の側から順に配置された第１光学素子群と第２光学素子群とを有し、
   前記第２光学素子群の前記偏向器に最も近い光学面から前記絞りまでの距離をＬ、前記第１方向と光軸方向とに平行な第１断面内における前記入射光学系の焦点距離をｆ、とするとき、
   ０．５＜｜Ｌ｜／ｆ＜２
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１方向は、主走査方向であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１断面内において、前記第１光学素子群は正のパワーを有し、前記第２光学素子群は前記第１光学素子群よりも弱い正のパワーを有し、前記第１光学素子群の焦点距離をｆ_{ｃｏｌ１、}前記第２光学素子群の焦点距離をｆ_{ｃｏｌ２、}とするとき、
   ０．１＜ｆ_ｃｏｌ１／ｆ_ｃｏｌ２＜１／３
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記第１光学素子群は、凸レンズ及び凹レンズを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記第１光学素子群は、前記光源の側から順に配置され、互いに接合された凹レンズ及び凸レンズから成ることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記偏向器からの光束を前記被走査面に導光する結像光学系を備え、前記第１断面において、前記結像光学系の焦点距離をｆ_ｆθ、前記入射光学系の焦点距離をｆ_ｃｏｌ、前記光源における軸上発光部からの第１光束と最軸外発光部からの第２光束との波長が互いに同じであるときの、前記入射光学系の前記第１光束及び前記第２光束に対するピント差をΔｍｃｏｌ、とするとき、
   ｜Δｍｃｏｌ｜×（ｆ_ｆθ／ｆ_ｃｏｌ）^２≦０．５ｍｍ
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 前記第１光学素子群及び前記第２光学素子群は、互いに独立して光軸方向に移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記第１断面内において、前記第１光学素子群の焦点距離をｆ_{ｃｏｌ１、}前記第２光学素子群の焦点距離をｆ_{ｃｏｌ２、}とするとき、
   ０．１＜ｆ_ｃｏｌ１／ｆ_ｃｏｌ２＜１／３
   なる条件を満足することを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記光源と前記第１光学素子群とは、同一の部材により保持されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記入射光学系において、前記第１断面内での光束の収束度を変換する光学素子のうち前記第１断面内でのパワーが最も小さい光学素子は、光軸方向に移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光走査装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって前記被走査面に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光走査装置と、外部機器から出力されたコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力するプリンタコントローラと、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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