(57)【要約】【課題】高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行う。【解決手段】光源１、カップリングレンズ２、回折レンズ４、ポリゴンミラー５、及び走査光学系を備えている。そして、走査光学系は、走査光学系における主走査対応方向のパワーを担う第１走査レンズ６ａと、第１走査レンズ６ａを介した光束が入射され、副走査対応方向のパワーを担う第２走査レンズ６ｂを含んでいる。また、回折レンズ４の回折面は、感光体ドラム５１１の表面に集光される光束の温度変化によるピントずれを補正するためのパワーを有し、該パワーは、装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときに、残存する副走査対応方向のピントずれ量が、主走査対応方向のピントずれ量よりも大きくなるパワーに設定されている。【選択図】図１４
2010122272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
光源と；
前記光源からの光束の光路上に配置され、少なくとも１つの面に回折面を有する少なくとも１つの回折光学素子を含む偏向器前光学系と；
前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と；
第１走査レンズ及び該第１走査レンズを介した光束が入射される第２走査レンズを含み、主走査方向及び該主走査方向に直交する副走査方向にパワーを有し、前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と；を備え、
前記第１走査レンズは前記走査光学系における主走査方向のパワーを担い、前記第２走査レンズは前記走査光学系における副走査方向のパワーを担っており、
前記回折面は、前記被走査面上に集光される光束の温度変化による合焦位置のずれを補正するためのパワーを有し、該パワーは、装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときに、副走査方向に関して残存する合焦位置のずれ量が、主走査方向に関して残存する合焦位置のずれ量よりも大きくなるパワーに設定されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記回折面は、隣り合う領域との境界が楕円形状である複数の領域を有し、各楕円形状の中心が略同一であり、
前記各楕円形状の「長軸の長さ／短軸の長さ」は、装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときに、残存する合焦位置のずれ量が主走査方向及び副走査方向のいずれに関しても略０となるように設定された回折面における各楕円形状の「長軸の長さ／短軸の長さ」よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記回折面の形状は、マルチステップ状であ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。
【請求項４】
前記偏向器前光学系は、前記光源からの光束を後続の光学系にカップリングするカップリング光学系と、該カップリング光学系を介した光束を主走査方向に長い線像として前記偏向器に集光する線像形成レンズとを含み、
前記少なくとも１つの回折光学素子は、前記線像形成レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの回折光学素子は、樹脂製であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記偏向器は、ポリゴンミラーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項７】
少なくとも１つの像担持体と；
前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を走査する少なくとも１つの請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
【請求項８】
前記画像情報は、多色のカラー画像情報であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光束により被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光プリンタ装置、デジタル複写機、及び光プロッタ等の画像形成装置には、低価格化とともに、温度変化に対する高い安定性が求められている。また、これらの画像形成装置は、光源からの光束により被走査面を走査する光走査装置を備えている。
【０００３】
高精度加工技術の進歩に伴い、高い安定性、低価格化、部品点数の低減を実現する方法として、微細な形状を有する光学素子（回折レンズ、位相シフタ、サブ波長構造（ＳＷＳ：ＳｕｂＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）素子等）の利用が考えられる。
【０００４】
光走査装置への回折レンズの利用は、少ない部品点数で高機能、多機能を実現できるため、光学特性の高精度化はもとより光走査装置の小型化にも大きな効果をもたらすことが予想される（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５８３９２号公報
【特許文献２】特開２００２−２８７０６２号公報
【特許文献３】特開２００４−１２６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温度補償機能を有する回折レンズは、温度変化が発生したとき、（１）光源の波長変動による回折レンズの負分散特性と、（２）全ての光学素子の熱膨張による合焦位置のずれとを、バランスさせることによりその機能を実現させている。特に、上記（２）に関して支配的なものは、走査光学系に含まれる走査レンズの熱膨張である。従って回折レンズの温度補償機能設計は、負分散特性と走査光学系の温度変化分のバランシングによってなされると言って良い。
【０００７】
ところで、実際の光走査装置においては、温度変化は装置内において均一に発生しない。これは、（Ａ）光源の駆動による発熱、（Ｂ）偏向器の駆動による発熱、（Ｃ）光走査装置外の熱源による発熱、のように、発熱源が独立しているためである。
【０００８】
特に、上記（Ｂ）は、偏向器が高速で駆動するために発生する熱であり、光走査装置内の温度に関して最も支配的な熱である。上記（Ａ）は一般的に電気回路の駆動による発熱であるため、上記（Ｂ）の発熱量に対しては極めて小さい。
【０００９】
このように、独立した熱源と、その熱量の差から、光走査装置の駆動中に装置内に不均一な温度分布が生じる。現実的には、最も発熱量が大きい偏向器を中心とし、光走査装置内に熱が拡散するような温度分布となる。このような温度分布は、筐体の形状や気流に関係する複雑な現象であり、光学設計時に予め想定するのは極めて困難である。従って、温度補償機能を有する回折レンズを設計する際には、「光走査装置内が均一に温度変化した場合」に立脚する等、特定のパターンを想定するしかないのが現状である。
【００１０】
上述した不均一な温度分布の発生とは、偏向器近傍が高温、そこから遠い光学素子は低温というような温度差が生じることを意味する。従来の温度補償機能を有する回折レンズは、光源の波長変化と走査光学系の温度による変化とがバランスされることを想定して設計されているため、不均一な温度分布の発生はそのバランスを崩してしまう。
【００１１】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、高コスト化を招くことなく、安定した光走査ができる光走査装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、光源と；前記光源からの光束の光路上に配置され、少なくとも１つの面に回折面を有する少なくとも１つの回折光学素子を含む偏向器前光学系と；前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と；第１走査レンズ及び前記第１走査レンズを介した光束が入射される第２走査レンズを含み、主走査方向及び該主走査方向に直交する副走査方向にパワーを有し、前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と；を備え、前記第１走査レンズは前記走査光学系における主走査方向のパワーを担い、前記第２走査レンズは前記走査光学系における副走査方向のパワーを担っており、前記回折面は、前記被走査面上に集光される光束の温度変化による合焦位置のずれを補正するためのパワーを有し、該パワーは、装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときに、副走査方向に関して残存する合焦位置のずれ量が、主走査方向に関して残存する合焦位置のずれ量よりも大きくなるパワーに設定されていることを特徴とする光走査装置である。
【００１４】
これによれば、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明は、第２の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報に応じて変調された光束を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。
【００１６】
これによれば、本発明の光走査装置を備えているために、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１９に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ５００の概略構成が示されている。
【００１８】
このレーザプリンタ５００は、感光体ドラム５１１、帯電ローラ５１２、現像装置５１３、転写ローラ５１４、クリーニング装置５１５、定着装置５１６、光走査装置９００、カセット５１８、レジストローラ対５１９、給紙コロ５２０、排紙ローラ対５２２、及びトレイ５２３などを備えている。
【００１９】
感光体ドラム５１１は、像担持体であり、その表面には光導電性を有する感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム５１１の表面が被走査面である。
【００２０】
帯電ローラ５１２、現像装置５１３、転写ローラ５１４及びクリーニング装置５１５は、それぞれ感光体ドラム５１１の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム５１１の回転方向（図１における矢印方向）に沿って、帯電ローラ５１２→現像装置５１３→転写ローラ５１４→クリーニング装置５１５の順に配置されている。
【００２１】
帯電ローラ５１２は、感光体ドラム５１１の表面を均一に帯電させる帯電手段である。この帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。
【００２２】
光走査装置９００は、帯電ローラ５１２で帯電された感光体ドラム５１１の表面を、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光（走査光）ＬＢで走査する。この光走査装置９００による光走査により、感光体ドラム５１１の表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像（静電潜像）が形成される。この潜像は、いわゆるネガ潜像であり、感光体ドラム５１１の回転に伴って現像装置５１３の方向に移動する。なお、光走査装置９００の構成については後述する。
【００２３】
現像装置５１３は、トナーが格納されているトナーカートリッジを有しており、感光体ドラム５１１の表面における光が照射された部分にだけトナーを付着させる。すなわち、現像装置５１３は、感光体ドラム５１１の表面に形成された潜像にトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像（以下、便宜上「トナー画像」ともいう）は、感光体ドラム５１１の回転に伴って転写ローラ５１４の方向に移動する。
【００２４】
カセット５１８は、レーザプリンタ５００の本体に着脱可能であり、その中には転写対象物としての転写紙Ｐが収納されている。このカセット５１８の近傍には給紙コロ５２０が配置されており、該給紙コロ５２０は、カセット５１８に収納されている転写紙Ｐの最上位の１枚を取り出す。
【００２５】
レジストローラ対５１９は、転写ローラ５１４の近傍に配置され、給紙コロ５２０により取り出された転写紙の先端部を捕捉する。そして、レジストローラ対５１９は、感光体ドラム５１１上のトナー画像が転写位置へ移動するタイミングに合わせて、転写紙を転写ローラ５１４と感光体ドラム５１１との間隙へ送り込む。送り込まれた転写紙は、転写ローラ５１４によりトナー画像と重ね合わされ、トナー画像が静電転写される。
【００２６】
トナー画像が転写された転写紙は、定着装置５１６へ送られ、定着装置５１６にてトナー画像が定着され、搬送路５２１を通り、排紙ローラ対５２２によりトレイ５２３上に排出される。
【００２７】
トナー画像が転写された後の感光体ドラム５１１の表面は、クリーニング装置５１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【００２８】
次に、前記光走査装置９００の構成について説明する。
【００２９】
この光走査装置９００は、一例として図２に示されるように、光源１、カップリングレンズ２、開口板３、回折レンズ４、ポリゴンミラー５、第１走査レンズ６ａ、第２走査レンズ６ｂ、同期ミラー９、同期レンズ１０、及び同期検知センサ１１などを備えている。
【００３０】
そして、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、感光体ドラム５１１の長手方向に沿った方向をＹ軸方向、各走査レンズの光軸に沿った方向をＸ軸方向として説明する。また、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。
【００３１】
光源１は、一例として図３に示されるように、２個の発光部が１つの基板上に形成された半導体レーザアレイ１００を有している。ここでは、発光部間の距離ｄは３０μｍである。なお、本明細書では、「発光部間の距離」とは２つの発光部の中心間距離をいう。
【００３２】
半導体レーザアレイ１００は、設計上の発振波長が６５５ｎｍの端面発光型の半導体レーザアレイである。この半導体レーザアレイ１００は、基準温度（Ｔ０＝２５℃）に対して温度が１℃上昇すると、発振波長が０．２ｎｍだけ長波長側へずれるという特性を有している。なお、光源１からポリゴンミラー５に向かう光束の進行方向を、以下では、便宜上「Ｗ方向」とする。
【００３３】
図２に戻り、カップリングレンズ２は、光源１から射出された光束を略平行光とする。
【００３４】
カップリングレンズ２は、入射面及び射出面のいずれも非球面であり、カップリングされた光束の波面収差を十分に補正している。
【００３５】
カップリングレンズ２は、一例としてガラス製のレンズである。このガラスは、一例として、６５５ｎｍの光に対する基準温度での屈折率が１．５１５１４１であり、温度が基準温度から２０℃上昇したときの屈折率が１．５１５０６２であり、線膨張係数が７．５×１０−６／Ｋの物性を有するガラスである。また、カップリングレンズ２の焦点距離は、約２７ｍｍである。
【００３６】
なお、光源１とカップリングレンズ２は、線膨張係数が２．３×１０−５／Ｋの材料を用いた保持部材（図示省略）に所定の位置関係で保持されている。
【００３７】
開口板３は、一例として、主走査対応方向（ここでは、Ｗ方向及びＺ軸方向のいずれにも直交する方向）の幅が５．２５ｍｍ、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）の幅が１．３４ｍｍの矩形状の開口部を有し、カップリングレンズ２を介した光束を整形し、感光体ドラム５１１上におけるビームスポット径を決定する。なお、開口部の形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、円形状や楕円形状であっても良い。また、開口板３は、光走査装置９００の筐体と一体化されていても良い。
【００３８】
回折レンズ４は、開口板３の開口部を通過した光束をポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関して結像する。すなわち、ポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に線像を形成する。
【００３９】
回折レンズ４は、肉厚が１．９ｍｍの樹脂製のレンズである。この樹脂は、一例として、６５５ｎｍの光に対する基準温度での屈折率が１．５２７２５７であり、温度が基準温度から２０℃上昇したときの屈折率が１．５２５３６８であり、線膨張係数が７．０×１０−５／Ｋの物性を有する樹脂である。また、回折レンズ４の副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関する焦点距離は約７０ｍｍである。
【００４０】
回折レンズ４の入射面は、主走査対応方向の近軸曲率半径が∞、副走査対応方向の近軸曲率半径が３７．１ｍｍのシリンドリカル面である。
【００４１】
回折レンズ４の射出面は、それぞれが段差により分割された光軸に垂直な複数の平面領域を有する回折面である。すなわち、回折レンズ４の射出面は、マルチステップ形状を有している。そして、光軸に平行な方向に沿って回折面を見たとき段差により描かれる図形は楕円形状であり、各段差に対応する複数の楕円形状は、その中心が略同一である（図４参照）。
【００４２】
マルチステップ形状は、一例として図５に示されるように、回折効果を有する面（以下、便宜上「第１の面」ともいう）と屈折効果を有する面（以下、便宜上「第２の面」ともいう）とを合成することによって実現できる。
【００４３】
ここでは、上記第２の面は、凹アナモフィック面である。また、上記第１の面は、第２の面と同じ曲率半径の凸アナモフィック面の形状を適切な段差及びピッチで折り返したフレネルレンズ型形状である。
【００４４】
第１の面のパワーは、波長変動時の負分散によるパワー変動の大きさに相当し、マルチステップ形状における段数によって決定される。そこで、以下では、第１の面のパワーを「温度補償パワー」ともいう。また、温度補償パワーを主走査対応方向と副走査対応方向とで区別する必要があるときには、主走査対応方向の温度補償パワーを「主走査方向の温度補償パワー」、副走査対応方向の温度補償パワーを「副走査方向の温度補償パワー」ともいう。
【００４５】
また、便宜上、第２の面における主走査対応方向の曲率を「主走査方向の基板曲率」といい、第２の面における副走査対応方向の曲率を「副走査方向の基板曲率」という。ここでは、第１の面の曲率と第２の面の曲率とが互いに等しいので、「主走査方向の温度補償パワー」は「主走査方向の基板曲率」に比例し、「副走査方向の温度補償パワー」は「副走査方向の基板曲率」に比例する。
【００４６】
ここでは、回折面は、主走査対応方向の曲率半径が２００ｍｍ、副走査対応方向の曲率半径が１６．１ｍｍである。また、楕円形状の「長軸の長さ／短軸の長さ」は、３．５、マルチステップの段差は１．２４２μｍである。なお、以下では、便宜上、「長軸の長さ／短軸の長さ」を「長軸短軸比」ともいう。
【００４７】
回折面の位相関数φ（ｙ，ｚ）は、次の（１）式で示される。ここで、ｙ及びｚは、主走査対応方向及び副走査対応方向に関する座標位置である。
【００４８】
φ（ｙ，ｚ）＝Ｃ１・ｙ２＋Ｃ２・ｚ２  ……（１）
【００４９】
ここでは、Ｃ１＝−０．０００９７６４、Ｃ２＝−０．０２４４１である。
【００５０】
そこで、回折レンズ４は、いわゆる線像形成レンズの射出面に回折面が形成されたものととらえることができる。
【００５１】
光源１とポリゴンミラー５との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ２と開口板３と回折レンズ４とから構成されている。偏向器前光学系における各光学素子の位置関係の一例が図６に示されている。
【００５２】
ポリゴンミラー５は、一例として、内接円の半径が１３ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面である。
【００５３】
ところで、走査レンズには、主走査対応方向に関しては「被走査面上を等速で走査するという走査特性を確保しつつ全像高に亘ってピントを合わせる」ことが求められる。前記走査特性の確保はポリゴンミラーに近い位置で行われるのが好ましい。仮にポリゴンミラーから遠い位置で走査特性を確保しようとすると、主走査対応方向の強い屈折パワーが必要となり、走査レンズの主走査対応方向に関する形状が湾曲あるいは偏肉になり生産上好ましくない。
【００５４】
一方、副走査対応方向に関しては、ポリゴンミラーで偏向された光束を、全像高に亘って副走査対応方向に集光するだけでよい。そこで、ポリゴンミラーから遠い位置に副走査対応方向に集光パワーを有する走査レンズを設けると、走査レンズの副走査対応方向の横倍率を低減でき、ロバスト性を確保することができる。
【００５５】
従って、走査レンズを２枚構成とする場合、ポリゴンミラーから１枚目の走査レンズに主走査対応方向のパワーを担わせ、２枚目の走査レンズに副走査対応方向のパワーを担わせることが好ましい。
【００５６】
第１走査レンズ６ａは、ポリゴンミラーで偏向された光束の光路上に配置されている。
【００５７】
第１走査レンズ６ａは、一例として、主走査対応方向（ここでは、Ｙ軸方向）の近軸曲率半径Ｒｍが−２７９．８８ｍｍ、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）の近軸曲率半径Ｒｓが−６１ｍｍの入射面と、主走査対応方向の近軸曲率半径Ｒｍが−８３．５９ｍｍ、副走査対応方向の近軸曲率半径Ｒｓが−８３．５９ｍｍの射出面を有している。
【００５８】
そして、ポリゴンミラー５の回転中心と第１走査レンズ６ａの入射面の原点（入射面の光軸位置）は、主走査対応方向に６．８３ｍｍ離れている。
【００５９】
また、第１走査レンズ６ａの各面（入射面及び射出面）は、いずれも非球面であり、主走査対応方向には非円弧形状である。さらに、第１走査レンズ６ａの入射面は、いわゆる副走査断面（ここでは、光軸と副走査対応方向とに平行な仮想的断面）内の曲率が主走査対応方向に従って変化する特殊面である。
【００６０】
第２走査レンズ６ｂは、第１走査レンズ６ａを介した光束の光路上に配置されている。
【００６１】
第２走査レンズ６ｂは、一例として、主走査対応方向（ここでは、Ｙ軸方向）の近軸曲率半径Ｒｍが６９．５０ｍｍ、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）の近軸曲率半径Ｒｓが１１０．９０ｍｍの入射面と、主走査対応方向の近軸曲率半径Ｒｍが７６５．９５ｍｍ、副走査対応方向の近軸曲率半径Ｒｓが−６８．２２ｍｍの射出面を有している。
【００６２】
また、第２走査レンズ６ｂの各面（入射面及び射出面）は、いずれも非球面であり、主走査対応方向には非円弧形状である。さらに、第２走査レンズ６ｂの各面（入射面及び射出面）は、いずれも副走査断面内の曲率が主走査対応方向に従って変化する特殊面である。
【００６３】
そして、感光体ドラム５１１における中央像高（像高＝０）の位置に向かう光束に関して、第１走査レンズ６ａの近軸焦点距離は、主走査対応方向が２１７．４ｍｍ、副走査対応方向が６７６．３ｍｍであり、第２走査レンズ６ｂの近軸焦点距離は、主走査対応方向が１６３３．０８ｍｍ、副走査対応方向が８０．８７ｍｍである。
【００６４】
すなわち、第１走査レンズ６ａが主走査対応方向のパワーを担い、第２走査レンズ６ｂが副走査対応方向のパワーを担っている。
【００６５】
第２走査レンズ６ｂを介した光束は、感光体ドラム５１１の表面に照射され、ビームスポットを形成する。このビームスポットは、ポリゴンミラー５の回転に伴って感光体ドラム５１１の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム５１１上を走査する。このときのビームスポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム５１１の回転方向が「副走査方向」である。
【００６６】
ポリゴンミラー５と感光体ドラム５１１との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、第１走査レンズ６ａと第２走査レンズ６ｂとから構成されている。走査光学系における各光学素子の位置関係の一例が図７に示されている。なお、第１走査レンズ６ａと第２走査レンズ６ｂの間の光路上、及び第２走査レンズ６ｂと感光体ドラム５１１の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されても良い。
【００６７】
ところで、光走査装置の温度が上昇すると、一般の屈折レンズは、熱膨張及び光源波長の長波長化による材料分散の影響を受けて焦点距離が長くなる。すなわち、屈折レンズのパワーが減少する。これにより、屈折レンズを含む光学系では、合焦位置のずれ（ピント位置ずれ）が生じる。特に、樹脂製の屈折レンズは、熱膨張による膨張量が大きく、ピント位置のずれ量（以下では、便宜上「ピントずれ量」と略述する）は極めて大きいものとなる。
【００６８】
一方、回折レンズは、光源波長が長波長化すると、焦点距離が短くなるという特性（負分散特性）を有している。
【００６９】
そこで、屈折レンズを含む光学系に回折レンズを導入し、温度上昇時の屈折レンズによるピントずれ量を補償するような回折面を回折レンズに形成すれば、温度変化に対してロバストな光学系を実現することができる。
【００７０】
特に、温度上昇時のピント位置ずれの主な要因は、樹脂製で最も肉厚が厚く、焦点距離が有限の光学素子である走査レンズであることが多い。すなわち、温度補償が成立している光走査装置においては、走査レンズの膨張によるピント位置ずれと回折レンズによる温度補償パワー（補正パワー）とが釣り合わされていると言って良い。
【００７１】
前述したように、光走査装置９００が稼働している時は、ポリゴンミラー５が光走査装置９００内の温度に関して最も支配的な熱源である。ポリゴンミラー５で発生した熱は、主にポリゴンミラー５の回転で生じた気流によって伝導される。そこで、一例として図８に示されるように、光走査装置９００内は、ポリゴンミラー５を中心にして周囲に熱が拡散するような温度分布となる。すなわちポリゴンミラー５に近い光学素子ほど高温になる。一例として図９には、光源１、ポリゴンミラー５、第１走査レンズ６ａ及び第２走査レンズ６ｂの温度変化が示されている。このように、温度変化が飽和しても、不均一な温度分布が残留している。
【００７２】
第２走査レンズ６ｂは、（１）ポリゴンミラー５に対して第１走査レンズ６ａよりも物理的に遠い位置に配置されていること、（２）ポリゴンミラー５から第２走査レンズ６ｂに向かう気流が第１走査レンズ６ａによって遮蔽されることのため、第２走査レンズ６ｂは、第１走査レンズ６ａよりも低い温度で飽和する。すなわち、第１走査レンズ６ａの温度をＴ１とし、第２走査レンズ６ｂの温度をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２が成立する。
【００７３】
そこで、第１走査レンズ６ａの熱膨張量は、第２走査レンズ６ｂの熱膨張量よりも大きくなる。その結果、第１走査レンズ６ａの熱膨張によるピントずれ量は、第２走査レンズ６ｂの熱膨張によるピントずれ量よりも大きくなる。
【００７４】
また、第１走査レンズ６ａは走査光学系における主走査対応方向のパワーを担っており、第２走査レンズ６ｂは走査光学系における副走査対応方向のパワーを担っているため、「主走査方向のピントずれ量」＞「副走査方向のピントずれ量」という関係になる。
【００７５】
しかしながら、光走査装置内の不均一な温度分布は、光走査装置の使用条件や環境等が影響する複雑な現象であり、想定した光走査装置の設計から一意的に仮定することができない。
【００７６】
ここで、従来の温度補償機能をもつ回折レンズ（回折レンズ４´という）について説明する。この回折レンズ４´は、図１０に示されるように、装置全体が均一にΔＴだけ温度上昇し、「装置内の温度分布が均一な状態」となることを仮定して、すなわち「全ての光学素子が同様な温度変化をする」ものとして設計されている。なお、図１０は、わかりやすくするために、各光学素子をＺ軸方向に直交する一の方向に沿って配置したものである。また、図１０では、便宜上、第２走査レンズ６ｂと感光体ドラム５１１との間は縮めて描いている。また、図１３、図１４、図１７に関しても同様に描いている。
【００７７】
図１０では、温度変化ΔＴによって、光源１における波長シフトΔλ、及び各走査レンズ（６ａ、６ｂ）の熱膨張（ΔＦ１、ΔＦ２）が発生し、そのときの第１走査レンズ６ａのパワー減少による副走査方向のピントずれ量をΔｓ（ΔＦ１）、第２走査レンズ６ｂのパワー減少による副走査方向のピントずれ量をΔｓ（ΔＦ２）とし、回折レンズ４´の負分散特性による副走査方向のピントずれ量をΔｓ（ＤＯＥ）としている。なお、第１走査レンズ６ａは副走査対応方向のパワーが小さいため、Δｓ（ΔＦ１）は微小である。
【００７８】
そこで、Δｓ（ΔＦ１）＋Δｓ（ΔＦ２）＋Δｓ（ＤＯＥ）がほぼ０となるように回折レンズ４´を設計すると、各走査レンズの膨張によるピントずれと回折レンズによる温度補償パワー（補正パワー）とが釣り合っていることになり、温度変化に起因するピント位置ずれが抑制された、いわゆる「温度補償」が成立することになる。これが、従来の回折レンズによる温度補償である。
【００７９】
一例として、装置全体が均一に温度上昇し、各光学素子がいずれも４５℃になったときに、図１１に示されるように、主走査対応方向のピントずれ量が＋０．０１ｍｍ、副走査対応方向のピントずれ量が＋０．０９ｍｍとなるようにした、従来の回折レンズ４´の各設計値が図１２に示されている。
【００８０】
しかしながら、この場合に、Ｔ１＞Ｔ２となる不均一な温度分布があると、一例として図１３に示されるように、第２走査レンズ６ｂのパワー減少による副走査対応方向のピントずれ量は、上記Δｓ（ΔＦ２）よりも小さいΔｓ’（ΔＦ２）となる。そして、Δｓ（ΔＦ１）＋Δｓ’（ΔＦ２）＜Δｓ（ＤＯＥ）となり、副走査対応方向のピントずれ量が残存することとなる。
【００８１】
次に、本実施形態の回折レンズ４について説明する。回折レンズ４は、図１４に示されるように、均一な温度変化を仮定したとき、副走査対応方向のピントずれがΔＡｓだけ残るように設定されている。すなわち、回折レンズ４の負分散特性による副走査対応方向のピントずれ量をΔｓ’（ＤＯＥ）とすると、Δｓ（ΔＦ１）＋Δｓ（ΔＦ２）＝Δｓ’（ＤＯＥ）＋ΔＡｓが成立するようにしている。なお、主走査対応方向のピントずれに関しては、ピントずれがΔＡｓよりも小さくなるように設定されている。
【００８２】
すなわち、回折レンズ４は、温度変化によるピントずれを補正するためのパワーを有し、該パワーは、装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときに、残存する副走査対応方向に関するピントずれ量が、主走査対応方向に関するピントずれ量よりも大きくなるパワーである。
【００８３】
このような回折レンズ４による温度補償効果は、均一に温度上昇が生じた状態から考えると「副走査対応方向に補償パワーが不足している」と見ることができる。
【００８４】
一例として、装置全体が均一に温度上昇し、各光学素子がいずれも４５℃になったときに、図１５に示されるように、主走査対応方向のピントずれ量が−０．２８ｍｍ、副走査対応方向のピントずれ量が＋０．６０ｍｍとなるようにした、回折レンズ４の各設計値が、従来の回折レンズ４´の各設計値とともに図１６に示されている。
【００８５】
そこで、Ｔ１＞Ｔ２となる不均一な温度分布があると、一例として図１７に示されるように、Δｓ（ΔＦ１）＋Δｓ’（ΔＦ２）＋Δｓ’（ＤＯＥ）はほぼ０となる。すなわち、副走査対応方向のピントずれ量をほぼ０とすることができる。
【００８６】
具体的に、各光学素子の温度が、図１８に示されるような温度で定常状態となったときのピントずれ量を、本実施形態の回折レンズ４を用いた場合と、従来の回折レンズ４´を用いた場合とで比較した。その計算結果が図１９に示されている。本実施形態の回折レンズ４を用いることにより、主走査対応方向及び副走査対応方向のいずれに関しても、従来の回折レンズ４´よりもピントずれ量を小さくすることができる。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置９００によると、光源１、カップリングレンズ２、回折レンズ４、ポリゴンミラー５、及び走査光学系を備えている。そして、走査光学系は、走査光学系における主走査対応方向のパワーを担う第１走査レンズ６ａと、第１走査レンズ６ａを介した光束が入射され、副走査対応方向のパワーを担う第２走査レンズ６ｂを含んでいる。また、回折レンズ４の回折面は、感光体ドラム５１１の表面に集光される光束の温度変化によるピントずれを補正するためのパワーを有し、該パワーは、装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときに、残存する副走査対応方向のピントずれ量が、主走査対応方向のピントずれ量よりも大きくなるパワーに設定されている。
【００８８】
この場合には、装置内部に不均一な温度分布が発生しても、主走査対応方向及び副走査対応方向のいずれに関してもピントずれ量を従来よりも小さくすることができる。そこで、高コスト化を招くことなく、安定した光走査が可能となる。
【００８９】
ここでは、装置駆動時の温度上昇による光学特性の変化を補正するための回折レンズを設計する際に、均一な温度分布を前提とし、副走査対応方向に関しては敢えて不足な温度補償パワーとすることで、ほぼ確実に発生するがその量の予測が困難である不均一な温度分布（特に各走査レンズ間の温度差）が生じたときに、残存するピントずれ量である「補正残差」を従来よりも低減している。これは、強い熱源であるポリゴンミラーを有する光走査装置の温度に対する安定性を回折レンズにより実現する場合に好適なものである。
【００９０】
また、回折レンズ４の回折面は、隣り合う領域との境界が楕円形状である複数の領域を有し、各楕円形状の中心が略同一であり、各楕円形状の長軸短軸比は、装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときに、残存するピントずれ量が主走査対応方向及び副走査対応方向のいずれに関しても略０となるように設定された従来の回折レンズの回折面における各楕円形状の長軸短軸比よりも小さい（図１６参照）。そこで、回折レンズ４は、従来の回折レンズよりも加工、成形が容易である。
【００９１】
また、本実施形態によると、回折レンズ４の回折面の形状は、マルチステップ状であるため、回折面の転写形状を成形用の金型（あるいは金駒）に容易に精度良く形成することができる。すなわち、回折レンズの加工性及び成形性を向上させることができる。
【００９２】
また、回折レンズ４の回折面をマルチステップ形状とすることで、偏心に対して光学性能が劣化しにくくなり、部品のばらつき、組付誤差に対してもロバストな光走査装置を実現できる。
【００９３】
また、本実施形態によると、回折レンズ４は樹脂製であるため、低コストで高い精度の回折面を得ることができる。
【００９４】
また、本実施形態によると、部品点数を増加させることなく高安定な光走査装置を実現することができる。そのため、光走査装置の生産に関わる材料の使用量を増やす必要がなく、その結果として資源採掘量及びプラスチックゴミ排出量に関して環境負荷の増大を抑制することが可能となる。
【００９５】
また、本実施形態では、半導体レーザアレイ１００が２つの発光部を有しているため、同時に複数の走査が可能となり、画像形成の高速化を図ることができる。
【００９６】
また、本実施形態に係るレーザプリンタ５００によると、光走査装置９００を備えているため、感光体ドラム表面でのビームスポット径の変動を抑えることができる。そこで、出力画像のドット径の変動を抑えることができ、ドット径の揃った高画質な画像を提供することが可能となる。すなわち、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。
【００９７】
また、感光体ドラム表面上におけるビームスポット径が安定化するということは、複数あるプロセス制御条件のうちの１つが安定化するということを意味する。従って、プロセス制御の実行頻度を低減することができ、省エネ等の環境負荷低減が可能となる。
【００９８】
なお、上記実施形態では、回折レンズ４の回折面の形状がマルチステップ形状である場合について説明したが、これに限定されるものではない。但し、回折面の形状がフレネルレンズ型形状の場合には、加工、成形が難しくなる。
【００９９】
また、上記実施形態では、半導体レーザアレイ１００が２つの発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１００】
また、上記実施形態では、半導体レーザアレイ１００が端面発光型の半導体レーザアレイである場合について説明したが、これに限らず、垂直共振器型の面発光レーザアレイであっても良い。
【０１０１】
また、上記実施形態では、光源１が複数の発光部を有する場合について説明したが、これに限らず、光源１が１つの発光部を有していても良い。
【０１０２】
また、上記実施形態では、感光体ドラム５１１から転写紙へのトナー画像の転写が、感光体ドラム５１１から転写紙へ直接的に行われる直接転写方式の場合について説明したが、感光体ドラム５１１から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、この中間転写媒体から転写紙へ転写する中間転写方式であっても良い。
【０１０３】
また、上記実施形態では、像担持体がドラム状の場合について説明したが、これに限らず、シート状やベルト状であっても良い。例えば、シート状の光導電性の感光体として酸化亜鉛紙を用いても良い。
【０１０４】
なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ５００の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光プロッタやデジタル複写装置であっても良い。
【０１０５】
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で転写対象物としての印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
【０１０６】
また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により可視画像を直接、像担持体に形成することができる。
【０１０７】
要するに、上記光走査装置９００を備えた画像形成装置であれば、結果として高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。
【０１０８】
また、例えば、図２０に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。
【０１０９】
このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。
【０１１０】
各感光体ドラムは、図２０中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順に帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットがそれぞれ配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。
【０１１１】
光走査装置２０１０は、前記光走査装置９００の偏向器前光学系及び走査光学系と同様な偏向器前光学系及び走査光学系を色毎に有している。従って、前記光走査装置９００と同様な効果を得ることができる。
【０１１２】
そして、カラープリンタ２０００は、前記レーザプリンタ５００と同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、安定した光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】図１における光走査装置の概略構成を示す図である。
【図３】半導体レーザアレイを説明するための図である。
【図４】回折レンズの回折面を説明するための図である。
【図５】マルチステップ状の回折面を説明するための図である。
【図６】偏向器前光学系における各光学素子の位置関係を説明するための図である。
【図７】走査光学系における各光学素子の位置関係を説明するための図である。
【図８】不均一な温度分布を説明するための図である。
【図９】光源、ポリゴンミラー、第１走査レンズ及び第２走査レンズの温度変化を説明するための図である。
【図１０】装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときの、副走査方向に関する従来の回折レンズの温度補償機能を説明するための図である。
【図１１】従来の回折レンズの設計条件を説明するための図である。
【図１２】従来の回折レンズの各設定値を説明するための図である。
【図１３】装置内部に不均一な温度分布があるときの、副走査方向に関する従来の回折レンズの温度補償機能を説明するための図である。
【図１４】装置全体が均一に温度上昇したと仮定したときの、副走査方向に関する本実施形態の回折レンズの温度補償機能を説明するための図である。
【図１５】本実施形態の回折レンズの設計条件を説明するための図である。
【図１６】本実施形態の回折レンズの各設定値を説明するための図である。
【図１７】装置内部に不均一な温度分布があるときの、副走査方向に関する本実施形態の回折レンズの温度補償機能を説明するための図である。
【図１８】不均一な温度分布の具体例を説明するための図である。
【図１９】本実施形態の回折レンズの効果を説明するための図である。
【図２０】カラープリンタの概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１…光源、２…カップリングレンズ（カップリング光学系）、３…開口板（偏向器前光学系の一部）、４…回折レンズ（回折光学素子、線像形成レンズ）、５…ポリゴンミラー（偏向器）、６ａ…第１走査レンズ、６ｂ…第２走査レンズ、５００…レーザプリンタ（画像形成装置）、５１１…感光体ドラム（像担持体）、９００…光走査装置、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。
【図１】
2010122272.tif 000003
【図２】
2010122272.tif 000004
【図３】
2010122272.tif 000005
【図４】
2010122272.tif 000006
【図５】
2010122272.tif 000007
【図６】
2010122272.tif 000008
【図７】
2010122272.tif 000009
【図９】
2010122272.tif 000010
【図１０】
2010122272.tif 000011
【図１１】
2010122272.tif 000012
【図１２】
2010122272.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
2010122272.tif 000015
【図１５】
2010122272.tif 000016
【図１６】
2010122272.tif 000017
【図１７】
2010122272.tif 000018
【図１８】
2010122272.tif 000019
【図１９】
2010122272.tif 000020
【図２０】
2010122272.tif 000021
【図８】
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