(57)【要約】【課題】環境変動による結像位置ずれを低減し、高精細な画像形成を行うことができる光走査装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】偏向手段と、前記偏向手段に光源からのビームを導光する入射光学系と、前記偏向手段からのビームを主走査方向に走査されるスポットとして被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記結像光学系は、副走査方向に非円弧形状を有する第１の光学面と、前記副走査方向にパワーを有する回折面としての第２の光学面と、を有する。【選択図】図１
2014170108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向手段と、
前記偏向手段に光源からのビームを導光する入射光学系と、
前記偏向手段からのビームを主走査方向に走査されるスポットとして被走査面に集光する結像光学系と、
を有する光走査装置であって、
前記結像光学系は、
副走査方向に非円弧形状を有する第１の光学面と、
前記副走査方向にパワーを有する回折面としての第２の光学面と、
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記ビームはマルチビームである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】
前記第１の光学面は屈折面もしくは反射屈折面ことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記結像光学系は、前記第１の光学面および前記第２の光学面を備える単レンズもしくは複数レンズで構成される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。
【請求項５】
前記結像光学系は、樹脂製のレンズを備えることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記第２の光学面は、ベース屈折面に段差構造を備えるブレーズ型の回折面である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。
【請求項７】
前記ベース屈折面は、副走査断面において円弧状であることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記ベース屈折面は、副走査断面において非円弧状であることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記段差構造において、副走査方向の光路差関数が２次以下で構成されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか1項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記第１の光学面における前記非円弧形状は、副走査断面で４次の非球面係数を含む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。
【請求項１１】
前記第１の光学面の主走査断面は非球面形状であり、主走査方向の各位置における副走査断面に平行な断面内の形状は、光軸に関して非対称であることを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記偏向手段と前記被走査面との光路長を変更する光路長変更手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２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、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、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１２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信号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、を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光走査装置及びこ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ー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）に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザービームプリンタやデジタル複写機の画像形成装置に用いられている光走査装置は、光源から射出されたビーム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。そして、光偏向器により偏向走査されたビーム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集光させ、該ビームで感光ドラム面上を光走査している。
【０００３】
このような光走査装置においては、光源から射出したビームをコリメータレンズで平行ビームに変換し、倒れ補正を行うために平行ビームを、シリンドリカルレンズで光偏向器の偏向面に線像として形成している。光偏向器の偏向面で偏向走査されたビームは、結像光学系（ｆθレンズ系）により、感光ドラム面上を等速走査するスポットとして集光される。
【０００４】
このような光走査装置において、設計上の面倒れ性能をより向上させることと、副走査方向の像面湾曲を低減させることを両立させる技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の光走査装置では、設計上の面倒れによる結像位置ずれ（マルチビームではピッチむら）を低減する技術が開示されているが、環境変動による結像位置ずれを低減することが考慮されていない。ここで、結像光学系のｆθレンズに樹脂製のレンズが用いられる場合などでは、環境変動（特に温度変化）により、偏向面と被走査面（ドラム面）の共役関係ずれが生じる。従って、面倒れ補正機能が劣化して結像位置ずれが劣化し、画像印字中に画質が劣化してしまうという課題が発生する。
【０００７】
本発明の目的は、環境変動による結像位置ずれを低減し、高精細な画像形成を行うことができる光走査装置及びこれを用いた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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る光走査装置は、偏向手段と、前記偏向手段に光源からのビームを導光する入射光学系と、前記偏向手段からのビームを主走査方向に走査されるスポットとして被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記結像光学系は、副走査方向に非円弧形状を有する第１の光学面と、前記副走査方向にパワーを有する回折面としての第２の光学面と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、環境変動による結像位置ズレを低減し、高精細な画像形成を行うことができる光走査装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態の主走査断面図である。
【図２】第１の実施形態の副走査断面図である。
【図３】第１の実施形態に対する比較例を示す図である。
【図４】第１の実施形態の光学性能を示す図である。
【図５】第１の実施形態の昇温時の光学性能を示す図である。
【図６】第１の実施形態の波動光学的性能を示す図である。
【図７】第１の実施形態の光源配置を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の主走査断面図である。
【図９】第２の実施形態の光学性能を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の波動光学的性能を示す図である。
【図１１】第２の実施形態の昇温時の光学性能を示す図である。
【図１２】第２の実施形態の昇温時の波動光学性能を示す図である。
【図１３】第３の実施形態の光源模式図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１４は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置を示す副走査方向の要部断面図である。図１４において、６０はカラー画像形成装置、１１は光走査装置、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。なお、被走査面に配置された感光体２１乃至２４の近くには、感光体に形成された静電潜像をトナー像として現像する上記現像器の他に、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器を備える。更に、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器を有する。
【００１３】
図において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器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、外部機器５２から入力したコードデータを画像信号に変換して光走査装置に入力せしめる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。
【００１４】
これらの画像データは、それぞれ走査光学装置１１に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が出射され、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。
【００１５】
本実施形態におけるカラー画像形成装置は、１つの光走査装置から、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応した光線を射出し、感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録する。これにより、カラー画像を高速に印字するものである。
【００１６】
本実施形態におけるカラー画像形成装置は、上述の如く１つの光走査装置１１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。そして、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。外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサー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。
【００１７】
（光走査装置）
図１、図２は、それぞれ本発明の実施形態に係る光走査装置の主走査方向要部断面図（主走査断面図）、副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。尚、以下の説明において、主走査方向とは、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である。副走査断面とは、結像光学系の光軸を含み主走査断面と垂直な断面である。
【００１８】
本実施形態では、以下に述べるように、記録媒体である感光ドラム面上において、副走査方向に複数の走査線が同時に形成されて、画像記録が行われる。
【００１９】
１）マルチビーム光源
図１で、１は光源手段としての半導体レーザーであり、複数の発光点（発光部）を有するマルチビーム光源となっている。具体的には、図７に示すように、発光部が主走査方向から角度α（α＝９．２度）傾いた状態で、８ビームが５０μｍピッチで一次元に配列される（１ａは軸上もしくはその近傍の発光点、１ｂは主走査方向の最軸外の発光点）。
【００２０】
即ち、半導体レーザー１の複数の発光点のうち、少なくとも１つの発光点は、後述する入射光学系の光軸からの副走査方向の距離が他の１つの発光点の光軸からの副走査方向の距離と異なっている。各々の発光点は、独立変調可能に構成されており、不図示のレーザー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、レーザー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調整するために、光軸と平行な軸を中心に回転可能に入射光学系ＬＡに保持されている。
【００２１】
２）入射光学系
図１で、第１の絞り２、コリメータレンズ３、シリンドリカルレンズ４、そして第２の絞り５の各要素は、光源からのビームを導光する入射光学系ＬＡの一要素を構成している。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している。
【００２２】
本実施形態のコリメータレンズ３は、モールディングプロセスで作製されたガラス製の集光レンズで、偏向手段側の面が回転対称な非円弧（非球面）になっている。これにより、半導体レーザー１から出射された発散光束を平行光束に変換すると共に、発光点間のスポット径差を低減している。また、コリメータレンズ３は、レンズ光軸から周辺部に向かい凸のパワーが弱くなる非球面が付加された非球面形状を有している。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。
【００２３】
シリンドリカルレンズ４は、副走査断面内（副走査方向）にのみパワーを有し、コリメータレンズ３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器１０の偏向面（反射面）１０ａに線像として結像させている。
【００２４】
本実施形態において、コリメータレンズ３の光偏向器１０側に配置されている第２の絞り５は、主走査方向の光束幅を制限してビーム形状を整形するとともに、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。これにより、、マルチビーム時に発生する縦線ゆらぎを低減できる。
【００２５】
尚、コリメータレンズ３とシリンドリカルレンズ４を１つの光学素子より構成しても良い。
【００２６】
３）偏向手段
図１で、１０は偏向手段としての光偏向器であり、本実施形態では５面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中の矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００２７】
４）結像光学系（ｆθレンズ６ａ、６ｂ）
図１で、６は集光機能とｆθ特性とを有する結像光学系（ｆθレンズ系）であり、第１、第２の結像レンズであるｆθレンズ６ａ、６ｂより成り、共に主走査面内で非球面形状のアナモフィックレンズより形成されている。結像光学系６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７上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器１０の偏向面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、面倒れ補正を行っている。
【００２８】
なお、本実施形態では、図２に示す折り返しミラー８ａ、８ｂ、８ｃを用いることにより、光走査装置の光路をコンパクトに折りたたむことができ、画像形成装置を小型化できる。即ち、図２で、光偏向器１０の偏向面１０ａで反射偏向された複数の光束は、各々主に主走査方向に凸のパワーを有するｆθレンズ６ａに入射し、折り返しミラー（平面ミラー）８ａ、８ｂで反射される。そして、主に副走査に凸のパワーを有するｆθレンズ６ｂを通過した光束は、折り返しミラー８ｃで反射し、感光ドラム面７上にスポット状に結像される。
【００２９】
また、上記折り返しミラーを偏向手段と被走査面との光路長を変更する光路長変更手段として用いることができる。
【００３０】
（本実施形態における作用・機能）
本実施形態におけるｆθレンズ６ｂの出射面は、副走査断面の形状が非円弧の屈折面であり、その非円弧量をｆθレンズ６ｂの長手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、ｆθレンズ６ｂの入射面を、副走査方向にパワーを有する回折面で構成することにより、環境変動時に光偏向器１０の偏向面１０ａと被走査面としての感光ドラム面７の共役関係ずれによる結像位置ずれ（マルチビームではピッチむら）を低減している。
【００３１】
本実施形態では、上述のような副走査方向にパワーを有する回折面と、副走査断面の形状が非円弧の屈折面と、を併せ持つ結像光学系を構成するが、この作用・機能については以下に説明する。
【００３２】
１）設計上の結像位置ずれの低減化［副走査方向像面湾曲の補正］
本実施形態における、設計上の結像位置ずれ（マルチビームではピッチむら）の低減化として、先ず副走査方向像面湾曲の補正について説明する。一般に、偏向手段であるポリゴンミラーは、ポリゴン面の加工誤差や組み立て誤差によって、反射面の副走査方向の角度が所望の値からずれる（所謂面倒れ）と呼ばれる誤差を有している。面倒れは、加工精度や組み立て精度を向上させることによって倒れ量を小さくすることが可能であるが、倒れをなくす（面倒れゼロ）ことは困難である。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、一般的な光走査装置は、副走査方向の結像位置（ガウス像面）が被走査面とほぼ一致するように設計されている。つまり、ｆθレンズの副走査方向の結像関係は、偏向面近傍に線上に結像している焦線と、被走査面が共役になるような構成になっている。このような構成では、偏向反射面のサグ（出入り）により、面倒れが生じると被走査面上の副走査方向の光線到達位置がずれてしまい、所謂、面倒れによる結像位置ずれが発生する（図３（ｂ））。
【００３４】
本実施形態では、ｆθレンズの副走査方向の結像関係として、走査全域で偏向反射面と被走査面が共役になるように構成し、面倒れが発生しても、設計上の結像位置がずれないようにしている（図３（ｃ））。
【００３５】
しかし、一般的に、反射面と被走査面とを共役にすると、焦線との結像関係が崩れているため、副走査方向のガウス像面が主走査方向の位置により異なる、所謂、副走査方向像面湾曲が発生する（図３（ｄ））。
【００３６】
そこで、本実施形態では、副走査方向像面湾曲を補正するために、副走査方向に４次の非球面を導入し、波面収差を低減することにより、ガウス像面は湾曲させたまま、波動光学的像面位置を非走査面と一致させる構成にしている（図３（ｅ））。ここで、ガウス像面とは、レンズの光軸近傍の形状から幾何光学的に決まる像面位置を示し、波動光学的像面位置とは、波面収差が最小になる像面位置を示す。
【００３７】
２）温度変動による結像位置ずれの低減化
次に、環境変動による結像位置ずれ（マルチビームではピッチむら）の低減化について説明する。前述したような構成で、偏向反射面と被走査面を設計上光学的に共役にしても、装置使用時に光走査装置内の温度が変化すれば、共役関係はずれてしまう。共役関係がずれると、前述したように面倒れが劣化して結像位置ずれが発生し、高精細な光走査装置を提供できなくなる（図３（ｆ））。そこで、本実施形態では、温度変化が生じても、結像光学系（走査光学系）の副走査方向の共役関係を崩さないようにするために、回折素子を用いている。
【００３８】
一般に、光走査装置内部の温度が変化した場合、以下のａ）、ｂ）、ｃ）が発生する。
【００３９】
ａ） 温度変化で光源波長が変化して生じる屈折系の色収差：ｄＮ／ｄλ（Ｔ）
ｂ） 温度変化によるレンズ自身の屈折率変化：ｄＮ／ｄＴ
ｃ） 光源波長が変化することによる回折素子の色収差：ｄφ／ｄλ（Ｔ）
そこで、本実施形態では、ｃ）における回折素子の色収差で発生する共役点ずれの方向が、ａ）ｂ）における共役点ずれの方向が異なることを利用し、副走査方向の共役点ずれ量を低減させている。
【００４０】
（結像光学系のレンズ構成）
以下、結像光学系のレンズ構成として、先ずｆθレンズ６ａの入射面、出射面の形状、
次にｆθレンズ６ｂの出射面の形状、次に入射面として回折面の説明をする。
【００４１】
（ｆθレンズ６ａの入射面、出射面）
本実施形態において、ｆθレンズ６ａは、入射面であるＲ１面を屈折面、出射面であるＲ２面を屈折面とし、表１に具体的な数値データを示す。
【００４２】
１）主走査断面の形状
ｆθレンズ６ａの光学面（屈折面）であるＲ１面（入射面）、Ｒ２面（出射面）は、主走査断面において、共に非球面形状を有する。即ち、ｆθレンズ６ａと光軸との交点を原点とし、光軸をｘ軸、主走査断面内において光軸と直交する方向（主走査方向）をｙ軸、副走査断面内で光軸と直交する方向（偏向器の回転軸方向）をｚ軸とする。すると、主走査断面においては、走査開始側が以下の関数（ａ）、走査終了側が以下の関数（ｂ）でそれぞれ表される。
【００４３】
【数１】
2014170108.tif 000003
【００４４】
【数２】
2014170108.tif 000004
【００４５】
但し、Ｒは軸上位置の主走査方向の曲率半径、Ｋ、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ１０は主走査方向の非球面係数である。本実施形態では、主走査方向の形状を光軸に対し、対称に構成している、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。
【００４６】
２）副走査断面およびこれに平行な主走査方向の各位置における断面の形状
また、ｆθレンズ６ａの光学面（屈折面）であるＲ１面（入射面）、Ｒ２面（出射面）は、副走査断面において、共に円弧形状を有する。そして、副走査断面（光軸を含み主走査断面と直交する面）内の中心位置での曲率１／ｒに対し、副走査断面に平行な断面内の中心位置での曲率１／ｒ’は、以下の式（ｃ）（ｄ）に対応する関係となる。
【００４７】
ここで、副走査断面に平行な断面は、主走査方向（ｙ方向）に軸上位置からずれた主走査方向の軸外位置における副走査断面に平行な断面を意味する。なお、式（ｃ）は走査開始側、式（ｄ）は走査終了側を示している。また、Ｓは、副走査断面に平行な断面内におけるｚ方向の位置に応じたｘ方向の位置を示す関数である。
【００４８】
【数３】
2014170108.tif 000005
【００４９】
【数４】
2014170108.tif 000006
【００５０】
（ｄ）
（ｆθレンズ６ｂの入射面、出射面）
本実施形態において、ｆθレンズ６ｂは、入射面であるＲ３面を回折面、出射面であるＲ４面を屈折面とし、表１に具体的な数値データを示す。
【００５１】
３）出射面であるＲ４面(第１の光学面)の主走査断面の形状
ｆθレンズ６ｂの光学面（屈折面）であるＲ４面（出射面）は、主走査断面において、上述した式ａ）ｂ）と同様の非球面形状を有するため、詳細な説明は割愛する。
【００５２】
４）出射面であるＲ４面の副走査断面およびこれに平行な主走査方向の各位置における断面の形状
本実施形態におけるｆθレンズ６ｂのＲ４面（出射面）は、副走査方向において、非円弧形状を有する。これについて説明するが、先ず副走査断面（光軸を含み主走査断面と直交する面）内の中心位置での曲率１／ｒに対し、副走査断面に平行な断面内の中心位置での曲率１／ｒ’は、以下の式（ｅ）の右側部分に対応する関係となる。ここで、副走査断面に平行な断面は、主走査方向（ｙ方向）に軸上位置からずれた主走査方向の軸外位置における副走査断面に平行な断面を意味する。
【００５３】
ここで、以下の式（ｅ）の左側部分に示すように、副走査断面に平行な断面内におけるｚ方向の位置に応じたｘ方向の位置は、ｚの４次項を有する関数で表される。このように、本実施形態におけるｆθレンズ６ｂのＲ４面（出射面）は、副走査方向において、ｚの４次項を有する非円弧形状となっている。
【００５４】
【数５】
2014170108.tif 000007
【００５５】
（ｅ）
（ｒ’は副走査方向曲率半径、Ｄｊは曲率変化係数、Ｍｉは子線非球面係数）
なお、本実施形態では、表１に示すように、走査開始側と走査終了側で、主走査断面では光軸に対称、副走査断面では光軸に非対称な形状となっている。
【００５６】
５）入射面であるＲ３面の主走査断面の形状
本実施形態におけるｆθレンズ６ｂのＲ３面（入射面）は、回折面を構成し、ベース屈折面の上に段差構造を備える。Ｒ１面、Ｒ２面、Ｒ４面は、上述したように主走査断面において非球面の形状を備えたが、ベース屈折面としてのＲ３面は表１に示すように球面の形状を備える。回折面の段差構造の具体的な構成は、表１の位相係数で示されるが、これについては後述する。
【００５７】
６）入射面であるＲ３面の副走査断面およびこれに平行な主走査方向の各位置における断面の形状
本実施形態におけるｆθレンズ６ｂのＲ３面（入射面）は、副走査断面において表１に示すように円弧状のベース屈折面の上に上述した段差構造を備える。なお、この回折面のベースとなるベース屈折面は、上述したように母線方向が円弧であって、子線方向の曲率半径は母線方向に沿って変化する面を用いている。
【００５８】
７）入射面であるＲ３面(第２の光学面)における回折面の具体的な構成
本実施形態におけるｆθレンズ６ｂの入射面（Ｒ３面）は、以下の式（ｆ）に示す光路差関数で表される段差構造を備えたブレーズ型の回折面を構成し、副走査方向にパワーを有する。本実施形態における回折面は、ｚの２次項つまりｒ成分のみで構成されており、非球面項は有していない。
【００５９】
【数６】
2014170108.tif 000008
【００６０】
（ｆ）
（ｍは回折次数、Ｅ１からＥ１０、Ｆ０からＦ１０は位相係数）
本実施形態における回折面は、上述した環境変動（温度変化）による光源の発振波長変化と、主にプラスティックレンズの屈折率変化による共役点位置ずれを低減させる効果を有する面として構成されている。
【００６１】
（光学性能）
図４乃至図６に、本実施形態の光学性能を示す。図４（ａ）は、副走査方向の近軸像面（ガウス像面）を示している。前述したように、偏向反射点と被走査面を全像高で共役にしているため、副走査方向の近軸像面は湾曲している。このように全像高で共役にすることによって、図４（ｃ）に示すように面倒れが発生してもピッチむらが発生しない構成にしている。
【００６２】
また、副走査方向に近軸前述したように走査光学系に回折素子を用いることによって、図５（ｂ）に示すように副走査方向の光学性能において、温度変化が生じても、設計初期の共役関係が維持されるため、ピッチムラの劣化を低減できる。
【００６３】
最後に、光源波長ばらつきによるピッチむら劣化の低減化について説明する。ＶＣＳＥＬレーザー光源を用いる光走査装置においては、レーザー製造工程において、材料であるウエハーの膜厚がばらつくことにより生じる発振波長ばらつきを考慮した走査光学系の設計を行う必要がある。素子作製時に、同一ウエハー内の膜厚ばらつきは小さく抑えることができるため、同一レーザー素子の複数ビーム間の発振波長ばらつきは１．５ｎｍ程度と小さい。
【００６４】
しかし、異なるウエハーから作製されたレーザー素子間の発振波長ばらつきは５〜１０ｎｍ程度発生することが知られている。一般的に、波長が変化した場合に発生するピッチムラを低減させるためには、走査光学系の副走査方向の軸上色収差を低減させればよい。しかし、本実施形態では、前述したように温度変化時の共役関係ずれを低減するために、軸上色収差を過補正にしており、光学的手法で波長ばらつきによる共役点ずれを補正できない。従って、光走査装置組み立て時に波長ばらつきによる共役点位置ずれを測定し、偏向面と非走査面の光路長を変化させる手段を有している。
【００６５】
以上の、設計上のピッチムラ低減手法と、環境変動時のピッチムラ低減手法を同時に行うことで画像形成装置の稼動初期と稼動中の印字位置ずれによる画像劣化を低減している。以下の表１に、本実施形態の結像光学系の数値データを示す。ここで「Ｅ−ｘ」は「１０−ｘ」を示している。Ｒ１面は結像光学素子６ａの光偏向器１０側の面、Ｒ２面は結像光学素子６ａの被走査面７側の面、Ｒ３面は結像光学素子６ｂの光偏向器１０側の面、Ｒ４面は結像光学素子６ｂの被走査面７側の面である。
【００６６】
【表１】
2014170108.tif 000009
【００６７】
なお、本実施形態の副走査方向の非円弧形状は、Ｚの４次のみで構成したが、６次以上の非円弧を用いてもよい。また、本実施形態の結像光学系６は、結像光学素子（結像レンズ）６ａ、６ｂ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、該結像光学素子の低価格化を達成するとともに、非球面を用いることにより設計上の自由度を向上させることも可能としている。
【００６８】
本実施形態では、２５℃昇温時の屈折率変化を回折素子の色収差でキャンセルさせるように構成している。２５℃昇温時のレーザー波長変化は１．４ｎｍであり、屈折率変化は−０．００２０８である。尚、レーザー近傍の温度と、ｆθレンズ近傍の温度に差がある場合は、倒れ補正低減効果が劣化するが、通常レーザー近傍の温度とｆθレンズ近傍の温度差は１０℃以下なので、無視できる。
【００６９】
本実施形態では、ｆθレンズ６ｂに子線非円弧面（Ｒ４面）と回折面（Ｒ３面）を構成した。ｆθレンズ６ａに用いても同様の効果は得られるが、ｆθレンズ６ａに用いた場合は、副走査倍率が高くなることや、非円弧量が大きくなるので、本実施形態の構成の方がより好ましい。また、本実施形態では子線非円弧を屈折面で構成したが、パワーのある反射面（反射屈折面）で構成しても良い。
【００７０】
又、主に主走査方向のパワーを有するｆθレンズ６ａは、ガラス製であってもよく、ガラス材料で構成した場合は、主走査方向の光学性能も環境特性に優れた光走査装置を提供することが可能となる。
【００７１】
また本実施形態では、結像光学系を２枚の複数レンズで結像光学系を構成しているが、これに限らず、１枚（単レンズ）もしくは３枚以上の複数レンズで構成しても上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
以上のように、ｆθレンズを回折素子で構成し、その副走査方向の光路差関数を２次以下で構成することにより、環境変動によるピッチムラを低減できる。かつ、副走査方向の非球面を用いることにより、高精細な画像形成を行う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提供できる。また、樹脂製のレンズを用いれば、安価な光走査装置を提供できる。
【００７３】
《第２の実施形態》
図８は、本発明の第２の実施形態における光源手段の位置を示した主走査断面図である。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。図９は、本実施形態の光学性能を示す図、図１０は波動光学的性能を示す図、図１１は昇温時の光学性能を示す図、図１２は昇温時の波動光学性能を示す図である。
【００７４】
本実施形態において前述の実施形態と異なる点は、ｆθレンズ６の構成である。その他の構成、及び光学的作用は第１の実施形態と同様であり、これにより同様な効果を得ている。本実施形態の結像レンズ（走査レンズ）は、主走査方向の焦点距離ｆ＝２７２ｍｍであり、第１の実施形態より長くしている。
【００７５】
これは、光路長を長くとり、画像形成装置本体に配置し易くするためである。又、焦点距離を長くすることにより、走査角（画角）を小さくできるので、収差補正が容易になるというメリットも有する。更に、ｆθレンズ６ｂの入射面を子線非円弧屈折面で構成し、出射面を回折面で構成する。なお、本実施形態におけるｆθレンズ６ｂのＲ４面（出射面）は、副走査断面において表２に示すように非円弧状のベース屈折面の上に上述した段差構造を備える回折面となっている。
【００７６】
本実施形態では、出射面を回折面で構成するため、ブレーズド回折格子の成形転写性が向上するので安定してレンズを製造できるというメリットも有する。以下に、本実施形態の光学系の数値データを表２として示す。
【００７７】
【表２】
2014170108.tif 000010
【００７８】
以上のように、ｆθレンズの出射を回折素子で構成することにより、成形安定性を向上でき、ばらつきの少ない光学系を提供でき、高精細な画像形成を行うことができる低価格な光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供できる。
【００７９】
《第３の実施形態》
本実施形態の第２の実施形態と異なる点は、光源を２次元ＶＣＳＥＬにした点である。その他の構成、作用は、第２の実施形態と同様である。図１３に本実施形態の光源配置を示す。主走査、副走査方向ともに±０．７ｍｍの６４ビームレーザーを用いることにより、より高速で高精細な光走査装置を提供できる。
【符号の説明】
【００８０】
６・・結像光学系、７・・被走査面（感光体ドラム）、ＬＡ・・入射光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014170108.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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