(57)【要約】【課題】  本発明は４５０ｎｍ以下の短波長光源を使用した光走査装置において、環境温度変化が生じても常に微小なスポット径を達成した光走査装置を提供することを目的とする。【解決手段】  短波長光源（４５０ｎｍ以下）を用いた光走査装置において、結像光学系に少なくとも１枚のプラスチックレンズを有し、光源手段と偏向手段の間の光路にプラスチックレンズと同符号のパワーの回折光学素子又はプラスチックレンズと異符号のパワーのプラスチックレンズに設けることで、環境温度変動に伴う主走査方向のピント移動を補償している。【選択図】  図１
2006171419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、
該光源手段から発せられた光束を偏向する偏向手段と、
該光源手段から出射された発散光束を該偏向手段に向かって集光する第１の光学系と、
該偏向手段により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、を具備する光走査装置において、
前記光源手段から発せられる光束の波長は４５０ｎｍ以下であり、
前記第２の光学系に少なくとも１枚のプラスチック製の第１の屈折光学素子を有し、
前記第１の光学系の光路内に回折面を備えた第１の回折光学素子を有しており、
該第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと該第１の回折光学素子の回折面の主走査方向のパワーは同符号であることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと前記第１の回折光学素子の主走査方向のパワーのパワー比は、温度変動に伴う該第１の屈折光学素子の屈折率変化による該第１の屈折光学素子のパワー変化及び温度変動に伴う前記光源手段の波長変化による該第１の屈折光学素子のパワー変化が原因で起こるピント変化を温度変動に伴う該光源手段の波長変化による該第１の回折光学素子のパワー変化が原因で起こるピント変化で補償するように設定されている請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
更に、前記第２の光学系の光路内に回折面を備えた第２の回折光学素子を具備し、該第２の回折光学素子の回折面の主走査方向のパワーと該第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーは同符号である請求項１又は２記載の光走査装置。
【請求項４】
光源手段と、
該光源手段から発せられた光束を偏向する偏向手段と、
該光源手段から出射された発散光束を該偏向手段に向かって集光する少なくとも１枚のレンズを備えた第２の屈折光学素子を有する第１の光学系と、
該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に結像させる少なくとも１枚のプラスチック製の第１の屈折光学素子を有する第２の光学系と、を具備する光走査装置において、
前記光源手段から発せられる光束の波長は４５０ｎｍ以下であり、
前記第１の光学系の光路内に回折面を備えた第１の回折光学素子が具備されており、
該第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと該第１の回折光学素子の回折面の主走査方向のパワーは同符号であり、
該第１の光学系の主走査方向の合成パワーをφ、該第２の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズのパワーをφｉ、該第２の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率をｎｉ、該第２の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｉ／ｄλ、前記第１の回折光学素子の回折面の主走査方向のパワーをφｄｏ、前記光走査装置の主走査方向の結像倍率をβ、前記第２の光学系の主走査方向の射出ＦナンバーをＦＮｏ．、とするとき、
【数１】
2006171419.tif 000013
を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
前記第２の屈折光学素子の平均アッベ数νが２５＜ν＜５５を満足す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の屈折光学素子は、前記光源手段から発せられた発散光束を平行光束又は収束光束に変換するコリメータレンズである請求項４又は５記載の光走査装置。
【請求項７】
光源手段と、
該光源手段から発せられた光束を偏向する偏向手段と、
該光源手段から出射された発散光束を該偏向手段に向かって集光する第１の光学系と、
該偏向手段により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、を具備する光走査装置において、
前記光源手段から発せられる光束の波長は４５０ｎｍ以下であり、
前記第２の光学系に少なくとも１枚のプラスチック製の第１の屈折光学素子を有し、
前記第１の光学系の光路内にプラスチック製の第２の屈折光学素子を有しており、
該第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと該第２の屈折光学素子の主走査方向のパワーは異符号であることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
前記第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと前記第２の屈折光学素子の主走査方向のパワーのパワー比は、温度変動に伴う該第１の屈折光学素子の屈折率変化による該第１の屈折光学素子のパワー変化及び温度変動に伴う前記光源手段の波長変化による該第１の屈折光学素子のパワー変化が原因で起こるピント変化を温度変動に伴う該第２の屈折光学素子の屈折率変化による該第２の屈折光学素子のパワー変化及び温度変動に伴う前記光源手段の波長変化による該第２の屈折光学素子のパワー変化が原因で起こるピント変化で補償するように設定されている請求項７記載の光走査装置。
【請求項９】
光源手段と、
該光源手段から発せられた光束を偏向する偏向手段と、
該光源手段から出射された発散光束を該偏向手段に向かって集光する少なくとも１枚のレンズを備えた第３の屈折光学素子を有する第１の光学系と、
該偏向手段により偏向された光束を被走査面上に結像させる少なくとも１枚のプラスチック製の第１の屈折光学素子を有する第２の光学系と、を具備する光走査装置において、
前記光源手段から発せられる光束の波長は４５０ｎｍ以下であり、
前記第１の光学系の光路内にプラスチック製の第２の屈折光学素子を有しており、
該第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと該第２の屈折光学素子の主走査方向のパワーは異符号であり、
該第１の光学系の主走査方向の合成パワーをφ、該第３の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズのパワーをφｉ、該第３の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率をｎｉ、該第３の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｉ／ｄλ、該第２の屈折光学素子を構成するｋ番目のレンズの主走査方向のパワーをφｋ´、第２の屈折光学素子を構成するｋ番目のレンズの屈折率をｎｋ、第２の屈折光学素子を構成するｋ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｋ／ｄλ、前記光走査装置の主走査方向の結像倍率をβ、前記第２の光学系の主走査方向の射出ＦナンバーをＦＮｏ．、とするとき、
【数２】
2006171419.tif 000014
を満足する請求項７又は８記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記第３の屈折光学素子の平均アッベ数νが５０＜ν＜８５を満足する請求項９記載の光走査装置。
【請求項１１】
前記第３の屈折光学素子は、前記光源手段から発せられた発散光束を平行光束又は収束光束に変換するコリメータレンズである請求項９又は１０記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記コリメータレンズは、アッベ数νが異なる硝材からなる色消しレンズであることを特徴とする請求項１１に記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記光源手段から発せられる光束の波長の温度特性が０．０３（ｎｍ／℃）＜ｄλ／ｄｔ＜０．１０（ｎｍ／℃）である請求項１乃至１２のいずれか１項記載の光走査装置。
【請求項１４】
前記光源手段は複数の発光点を有する請求項１乃至１３のいずれか１項記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記光源手段は複数の発光点を持つモノリシックマルチビーム光源を複数個合成したマルチビーム光源であることを特徴とする請求項１４記載の光走査装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一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上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、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とから成る画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一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から成る画像形成装置。
【請求項１８】
各々が請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光走査装置から成る複数の光走査装置と、該複数の光走査装置の被走査面位置に配置され、夫々異なった色の画像を形成する複数の像担持体とから成るカラー画像形成装置。
【請求項１９】
更に、外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを備えた請求項１８記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から光変調され出射した光束を偏向手段としてのポリゴンミラーにより反射偏向させ、結像光学系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ービームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）等の光走査装置においては画像信号に応じて光源手段から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）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する結像光学系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集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１６は従来の光走査装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において光源手段１から出射した発散光束はコリメーターレンズ３により略平行光束に変換され、絞り２によって該光束を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有する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集束してポリゴンミラーから成る偏向手段５の偏向面（反射面）５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして偏向手段５の偏向面５ａで偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系６を介して被走査面としての感光ドラム面８上に導光し、偏向手段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方向に光走査して画像情報の記録を行っている。
【０００６】
このような光走査装置において、特許文献１に開示されているように、プラスチックレンズをポリゴンミラーと感光ドラム面の間に備えた光走査装置の温度変動に伴う倍率変化及びピント変化をポリゴンミラーと感光ドラム面の間に配置されたプラスチックレンズと回折部とのパワー変化と半導体レーザーの波長変動により補正する方法が提案されている。
【０００７】
また、従来光源として使用される半導体レーザーは赤外レーザー（７８０ｎｍ）または赤色レーザー（６７５ｎｍ）であったが、高解像度化の要求から発振波長が４５０ｎｍ以下の短波長レーザーを用い、微小スポット形状が得られる光走査装置の開発が進められている。短波長レーザーを用いる利点は、結像光学系の射出Ｆナンバーを従来並に保ったまま、従来の赤外レーザーを使用した光走査装置に比べて、約半分の微小なスポット径を達成できる点である。短波長レーザーを使用した光走査装置は、例えば、特許文献２などに開示されている。
【０００８】
特許文献１には、光走査装置に４５０ｎｍ以下の短波長レーザーを用いる開示ない。
【０００９】
特許文献４には、５００ｎｍ以下の短波長光源を用いた光走査装置において、ポリゴンミラーと感光ドラム面の間に設けられた結像光学系を構成する少なくとも１枚のプラスチックレンズと少なくとも１つの回折面の主走査方向のパワー配置を最適化することにより、波長変動による主走査方向の結像位置ずれ（倍率色収差）を抑えることが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−６８９０３号公報
【特許文献２】特開平１１−２８１９１１号公報
【特許文献３】特公平６−８２１７２号公報
【特許文献４】特開２００２−３０３８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この様な光走査装置において、高精度な画像情報の記録を行うためには、被走査面全域に渡って像面湾曲が良好に補正されていること、画角θと像高Ｙとの間に等速性をともなう歪曲特性（ｆθ特性）を有していること、像面上でのスポット径が各像高において均一であること等が必要である。
【００１１】
４５０ｎｍ以下の短波長光源を用い従来の約半分のスポット径を達成した光走査装置においては、以下に述べる課題がある。
【００１２】
図１７は光源（不図示）に窒化ガリウム系青紫色レーザー（波長λ＝４０５ｎｍ）を使用した光走査装置の主走査断面図を示している。同図に示した２枚のレンズはそれぞれプラスチック材料からなる非球面レンズで構成されている。
【００１３】
従来の赤外レーザーを用いて、主走査方向のスポット径を６０μｍ、副走査方向のスポット径を７０μｍとした光走査装置の焦点深度は、スライスレベルを主走査７５μｍ、副走査８５μｍと設定すると図１８、図１９のようなグラフになる。主走査方向の全像高において７５μｍ以下のスポットを達成する像面上のディフォーカス方向の距離は約±２．５ｍｍになっている。同様に、副走査方向の全像高において８５μｍ以下のスポットを達成する像面上のディフォーカス方向の距離は約±４．２ｍｍになっている。
【００１４】
しかし、４０５ｎｍの短波長レーザーを用いて、主走査方向のスポット径を３０μｍ、副走査方向のスポット径を３７．５μｍとした光走査装置においては、スライスレベルをそれぞれ主走査方向を３７．５μｍ、副走査方向を４２．５μｍとすると、図２０、図２１のように深度は主走査方向は約±１．３ｍｍ、副走査方向は約±２．２ｍｍとなる。これは、焦点深度が波長に比例するためである。
【００１５】
一方、結像光学系に用いられる走査レンズ（プラスチックレンズ）は低コストで且つ形状の自由度が高いプラスチックレンズが多用されている。プラスチックレンズはガラスレンズと比較すると屈折率の温度変化率が高く、ポリゴンモーターや回路基板等からの発熱により屈折率が低下し、それに伴いピント位置が被走査面でシフトする。図１７に示した従来の光走査装置においては、例えば２５℃の環境温度変化に対して、走査レンズ（プラスチックレンズ）のピントシフトだけでも画像中央で主走査方向のピント変化量は０．９ｍｍ、副走査方向のピント変化量は１．３ｍｍ発生していた。図２２で示したグラフは、２５℃昇温した場合の走査レンズ（プラスチックレンズ）で発生するピントシフトを各像高でプロットしたものである。
【００１６】
以上のように、短波長レーザー（４５０ｎｍ以下）を使用した光走査装置は、製造誤差によるピントシフトまで考慮すると、昇温した環境下では焦点深度を超えるピントシフトが発生してしまい、スポットを絞った効果が全く無くなってしまう。よって、短波長レーザーを使用した光走査装置は、従来以上に部品精度や組立て精度を向上させると共に、環境安定性に優れていなければならない。
【００１７】
特許文献２は上記課題に対して何ら言及されておらず、ここに開示されている光走査装置は、常に一定温度に保たれた特殊な環境下のみで成立するものであり、実現性に乏しかった。
【００１８】
また、特許文献１に開示されている光走査装置は、環境温度変化によるピントシフトを温度補償するためにポリゴンミラーと感光ドラム面の間に回折部を設けている。
【００１９】
回折部は走査レンズ（プラスチックレンズ）と比較すると色収差が大きく発生するので、温度補償以外にも色収差まで含めた光学設計をする必要がある。
【００２０】
また、特許文献１には、光源手段とポリゴンミラーの間の光路中に回折面を設ける開示あるが、特許文献１の光走査装置に短波長レーザー（４５０ｎｍ以下）を使用する開示ない。
【００２１】
つまり、ポリゴンミラーと感光ドラム面の間に設けられた走査レンズ（プラスチックレンズ）の環境温度変化によるピント変化を補償するために回折部をポリゴンミラーと感光ドラム面の間に設けると、色収差が大きく発生する問題が新たに起こる。
【００２２】
短波長レーザー（４５０ｎｍ以下）を使用した特許文献４の光走査装置では、ポリゴンミラーと感光ドラム面の間に回折面を設け、走査レンズ（プラスチックレンズ）で発生する倍率色収差を補償する構成をとっているので、走査レンズ（プラスチックレンズ）の環境温度変化によるピント変化を補償できない。
【００２３】
また、特許文献４では、光源手段とポリゴンミラーとの間に回折面を設ける開示ない。
【００２４】
また、レーザー光束を略平行光に変換するコリメータレンズについても、短波長化するに従いレンズ材質の分散特性が悪化し色収差が問題となってくる。
【００２５】
更に、高速化の要望から光源（若しくは発光点）の数を増やしたマルチビーム光走査装置においては、各光源間の波長が一致していないと、一方の光源にピントを合わせたとしても、他方の光源のピントがずれるといった問題があった。これは従来の赤外レーザーの場合と同じ波長差となるように光源を選別したとしても、短波長領域ではレンズ材質の分散特性が悪いので、大きな色収差を発生させるものであった。
【００２６】
また、マルチビーム光走査装置は、特許文献３などに開示されているような偏光ビームスプリッターを使用したものの他、発光点が複数存在するモノリシックマルチビーム光源を利用したものが一般的に知られている。
【００２７】
上記記載の従来技術（特許文献１や特許文献２）は、光源を短波長化した際のこれらの課題に対して何ら開示はなかった。
【００２８】
本発明は４５０ｎｍ以下の短波長光源を使用した光走査装置において、環境温度変化が生じても常に微小なスポット径を達成すると共に、レーザー波長のバラツキや環境温度変化によるレーザーの波長変動などで発生する色収差を低減した光走査装置を提供することを目的とする。また、その光走査装置を用いた高品位・高画質・環境安定性が高い画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前記課題を解決するために、
第一の発明の光走査装置は、光源手段と、該光源手段から発せられた光束を偏向する偏向手段と、該光源手段から出射された発散光束を該偏向手段に向かって集光する第１の光学系と、該偏向手段により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、を具備する光走査装置において、前記光源手段から発せられる光束の波長は４５０ｎｍ以下であり、前記第２の光学系に少なくとも１枚のプラスチック製の第１の屈折光学素子を有し、前記第１の光学系の光路内に回折面を備えた第１の回折光学素子を具備し、該第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと該第１の回折光学素子の回折面の主走査方向のパワーは同符号である構成をとる。
【００３０】
そして、第一の発明において、前記第１の光学系は、少なくとも１枚のレンズを備えた第２の屈折光学素子を有し、該第２の屈折光学素子の全系の主走査方向のパワーは正であり、第１の光学系の主走査方向の合成パワーをφ、該第２の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズのパワーをφｉ、該第２の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率をｎｉ、該第２の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｉ／ｄλ、前記第１の回折光学素子の回折面の主走査方向のパワーをφｄｏ、前記光走査装置の主走査方向の結像倍率をβ、前記第２の光学系の主走査方向の射出ＦナンバーをＦＮｏ．、とするとき、
【００３１】
【数１】
2006171419.tif 000003
【００３２】
を満足する構成をとる。
【００３３】
第二の発明の光走査装置は、光源手段と、該光源手段から発せられた光束を偏向する偏向手段と、該光源手段から出射された発散光束を該偏向手段に向かって集光する第１の光学系と、該偏向手段により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、を具備する光走査装置において、前記光源手段から発せられる光束の波長は４５０ｎｍ以下であり、前記第２の光学系に少なくとも１枚のプラスチック製の第１の屈折光学素子を有し、前記第１の光学系の光路内にプラスチック製の第２の屈折光学素子を具備し、該第１の屈折光学素子の主走査方向のパワーと該第２の屈折光学素子の主走査方向のパワーは異符号である構成をとる。
【００３４】
そして、第二の発明において、前記第１の光学系は、少なくとも１枚のレンズを備えた第３の屈折光学素子を有し、該第３の屈折光学素子の全系の主走査方向のパワーは正であり、該第１の光学系の主走査方向の合成パワーをφ、該第３の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズのパワーをφｉ、該第３の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率をｎｉ、該第３の屈折光学素子を構成するｉ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｉ／ｄλ、該第２の屈折光学素子を構成するｋ番目のレンズの主走査方向のパワーをφｋ´、第２の屈折光学素子を構成するｋ番目のレンズの屈折率をｎｋ、第２の屈折光学素子を構成するｋ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｋ／ｄλ、前記光走査装置の主走査方向の結像倍率をβ、前記第２の光学系の主走査方向の射出ＦナンバーをＦＮｏ．、とするとき、
【００３５】
【数２】
2006171419.tif 000004
【００３６】
を満足する構成をとる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の効果は、短波長光源（４５０ｎｍ以下）を用いた光走査装置において、結像光学系に少なくとも１枚のプラスチックレンズを有し、光源手段と偏向手段の間の光路にプラスチックレンズと同符号のパワーの回折光学素子又はプラスチックレンズと異符号のパワーのプラスチックレンズを設けることで、環境温度変動に伴う主走査方向のピント移動を補償している。
【００３８】
よって、レーザー波長のバラツキや環境変動によるレーザーの波長変動などが生じても、常に微小なスポット径を保つ高品位・高画質・安定性の高い光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を安価に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における光走査装置の主走査断面図である。
【００４０】
ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸に垂直な方向であり、偏向手段で走査される走査線の方向を示す。副走査方向とは偏向手段の回転軸と平行な方向を示す。
【００４１】
また、主走査断面とは主走査方向に平行で結像光学系６１及び６２の光軸を含む平面で定義される（偏向手段の回転軸を法線とする平面でもある）。
【００４２】
また、副走査断面は、主走査断面に直交し、トーリックレンズ（プラスチック製）６１、６２を含む結像光学系の光軸を含む平面で定義される。
【００４３】
結像光学系の主走査方向の全系のパワーは正である。また、結像光学系の副走査方向の全系のパワーは正である。
【００４４】
トーリックレンズ６１（プラスチック製）の主走査方向のパワー及び副走査方向のパワーは共に正であり、トーリックレンズ６２（プラスチック製）の第１面の主走査方向のパワーは負であり、トーリックレンズ６２（プラスチック製）の第１面の副走査方向のパワーはノンパワーである。
【００４５】
結像光学系を構成する２枚のプラスチックレンズ６１、６２の合成の主走査方向のパワーは正である。
【００４６】
第１の光学系（光源手段１から偏向器５に至る光学系）の主走査方向の合成のパワーは正である。
【００４７】
光源手段である半導体レーザー１（発光部は１つ）からの出射した１本の発散光である光束をコリメーターレンズ３により平行光束に変換した後、絞り２により所望のスポット径が得られるように光束幅を制限している。５は例えば４面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）から成る偏向手段であり、モーターの駆動手段（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。
【００４８】
７１は副走査方向に所定の屈折力を有したプラスチック製のモールドレンズ（屈折光学素子）であり、ポリゴンミラーの偏向面（反射面）５ａ上に副走査方向に一旦結像させている。また、７１は環境変動によるプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の主走査方向のピントシフトを補償するための温度補償光学素子も兼ねており、入射面は主走査方向の曲率半径が−１２３．４７３ｍｍ、副走査方向の曲率半径が１２８．５９１ｍｍの鞍型面、出射面は平面上に楕円状の回折格子が形成された回折面で構成されている。
【００４９】
ｆθ特性を有する２枚のプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２によって構成される結像光学系であって、偏向手段５によって反射偏向された１本の偏向光束を被走査面としての感光体ドラム面８上に結像させ、且つ該偏向手段５の偏向面５ａの面倒れを補正している。このとき、偏向手段５の偏向面５ａで反射偏向された偏向光束はプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２を介して感光体ドラム面８上に導光され、ポリゴンミラー５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光体ドラム面８上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより感光体ドラム面上に走査線を形成し、画像記録を行っている。
【００５０】
ここで、本実施例における光学配置及び面形状を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2006171419.tif 000005
【００５２】
ｆθレンズ６１及び６２の入射面、出射面の母線形状は、１０次までの関数として表せる非球面形状により構成している。ｆθレンズ６１、６２と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、
【００５３】
【数３】
2006171419.tif 000006
【００５４】
（但し、Ｒは母線曲率半径，Ｋ，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８，Ｂ１０，は非球面係数）
なる式で表されるものである。
【００５５】
また、副走査方向と対応する子線方向が、
【００５６】
【数４】
2006171419.tif 000007
【００５７】
なる式で表されるものである。Ｓは母線方向の各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義される子線形状である。
【００５８】
ここで主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）Ｒｓ＊が、
Ｒｓ＊＝Ｒｓ×（１＋Ｄ２×Ｙ２＋Ｄ４×Ｙ４＋Ｄ６×Ｙ６＋Ｄ８×Ｙ８＋Ｄ１０×Ｙ１０）
（但し、Ｒｓは光軸上の子線曲率半径，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８，Ｄ１０は子線変化係数）
なる式で表されるものである。
【００５９】
また、回折面は主走査方向が１０次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表現される以下の式を用いている。
φ＝２πｍ／λ｛ｂ２Ｙ２＋ｂ４Ｙ４＋ｂ６Ｙ６＋ｂ８Ｙ８＋ｂ１０Ｙ１０＋（ｄ０＋ｄ１Ｙ＋ｄ２Ｙ２＋ｄ３Ｙ３＋ｄ４Ｙ４＋ｄ５Ｙ５＋ｄ６Ｙ６）Ｚ２｝
【００６０】
ここで、φは位相関数、ｍは回折次数（実施例１〜４では＋１次回折光を使用）、λは使用波長（４０５ｎｍ）、Ｙはレンズ光軸からの高さ、ｂ２，ｂ４，ｂ６，ｂ８，ｂ１０、ｄ０，ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６は位相係数である。
【００６１】
なお、本実施例では面形状を上記数式にて定義したが、本発明の権利の範囲はこれを制限するものではない。
【００６２】
本実施例では、λ＝４０５ｎｍの短波長光源を用い、有効走査領域全域において主走査方向のスポット径が３０μｍ、副走査方向のスポット径が３５μｍとなっている。
（ここで、スポット径とは、ピーク光量の１／ｅ２でスライスした直径を表している。）
【００６３】
本実施例の結像光学系は、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の出射面６２ａを平面とし、その平面上に回折格子を形成したものであり、主走査方向で倍率色収差補償を、副走査方向で環境変動によるピント補償（温度補償）を行っている。
【００６４】
回折面６２は、主走査方向のパワー及び副走査方向のパワーが共に正であり、結像光学系の全系の主走査方向のパワーと回折面６２の主走査方向のパワーは同符号である。
【００６５】
走査レンズ６１、６２は日本ゼオン社製ＺｅｏｎｅｘＥ４８Ｒからなるプラスチックレンズであるので、昇温時プラスチック材料の屈折率の低下でピントシフトが発生する。このピントシフト量をレーザーの波長温度特性により発生する回折格子の色収差でキャンセルさせるようにしている。本実施例で使用した光源手段１は窒化ガリウム系青紫半導体レーザーであり、波長の温度特性はｄλ／ｄｔ＝０．０４ｎｍ／℃である。この値は主に半導体材料の物性から決まるものであり、青紫色半導体レーザーで使用される窒化ガリウムにおいては、０．０３（ｎｍ／℃）＜ｄλ／ｄｔ＜０．１０（ｎｍ／℃）の範囲を想定して光学系設計しておけば、実用上問題となることはない。
【００６６】
図２は、結像光学系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフトをプロットしたものである。上述したように副走査方向には温度補償を行っているため、ピントシフトが殆ど発生していないが、主走査方向は倍率色収差補償を行うためだけの弱い回折パワーであるため、温度補償が殆どされていないことが分かる。
【００６７】
ここで、主走査方向にも温度補償するように回折格子６２ａのパワーを設定すると、倍率色収差が超過補正となる。
【００６８】
本実施例１では、半導体レーザ１（発光部は１つ）から出射される光束は１本であるが、発光部を２つ以上備えたマルチビーム半導体レーザにも本発明は適用できる。
【００６９】
例えば、２つの発光部を備えたマルチビーム光源を備えた光走査装置においては、一方の光束と他方の光束の結像倍率（ｆθ特性）がずれてしまう問題が発生する。
【００７０】
通常、製造誤差、等でマルチビーム光源から発光する光束の波長は±３ｎｍの範囲で波長差が生じることがあり、複数の光束間の波長差による倍率色収差が問題となる。
【００７１】
つまり、２つ以上備えたマルチビーム半導体レーザの場合、半導体レーザから出射される１本の光束の初期波長変動による倍率色収差と共に異なる発光部から出射した光束間の波長差による倍率色収差も考慮しなければならない。
【００７２】
よって、主走査方向の温度補償は結像光学系６１、６２以外で行う必要がある。
【００７３】
そこで、光源手段１から偏向器５に至る光路中に環境温度変動による結像光学系の主走査方向のピントシフトを補償するための温度補償光学素子７１を導入する。温度補償光学素子７１（回折光学素子）の入射面７１ａは前述したように鞍型面をした屈折面であり、入射面７１ａは主走査方向及び副走査方向にパワーを備え、出射面７１ｂは主走査方向及び副走査方向でパワーの異なる回折格子が形成された回折面で構成されている。このように構成することで、主走査方向はノンパワーで且つ副走査方向は偏向面５ａ近傍に主走査方向に線像を形成するようなパワーを与えている。
【００７４】
回折面７１ｂの主走査方向のパワーは正であり、環境温度変動による結像光学系の主走査方向のピントシフトを補償する機能を備えている。
【００７５】
結像光学系を構成する２枚のプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の合成の主走査方向のパワーは正なので、環境温度変動による結像光学系の主走査方向のピントシフトを補償するために、回折面７１ｂの主走査方向のパワーも正としている。よって、２枚のプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の合成の主走査方向のパワーと回折面７１ｂの主走査方向のパワーは同符号となる。
【００７６】
仮に、回折面７１ｂの主走査方向のパワーが負であると、環境温度変動による光走査装置の主走査方向のピントシフト量が増大してしまい、補償方向とならない。
【００７７】
本実施例の温度補償光学素子７１は走査レンズ６１、６２と同じ材質（プラスチック）からなっているため、温度補償光学素子７１自身の昇温によるピントシフトも補償しなければならない。そこで、温度補償光学素子７１の副走査方向にも回折パワーを与え、昇温時のプラスチック材料の屈折率の低下で発生するピントシフトをレーザーの波長温度特性により発生する回折格子の色収差でキャンセルさせている。
【００７８】
図３はコリメータレンズ３、温度補償光学素子７１、結像光学系を構成する走査レンズ６１、６２を含んだ走査光学系の全系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフトをプロットしたものである。
【００７９】
言い換えれば、光源手段１から被走査面８までの光路中に存在する光学素子の全系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフトをプロットしたものである。上述したように温度補償光学素子７１を導入したことにより、主走査方向、副走査方向共にピントシフトが殆ど発生していないことが分かる。
【００８０】
プラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の合成の主走査方向のパワーと回折光学素子７１の回折面７１ｂの主走査方向のパワーのパワー比は、温度変動に伴うプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の屈折率変化によるプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２のパワー変化及び温度変動に伴う光源手段（半導体レーザ）１の波長変化によるプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２のパワー変化が原因で起こるピント変化を温度変動に伴う光源手段（半導体レーザ）１の波長変化による回折光学素子の回折面７１ｂのパワー変化が原因で起こるピント変化で補償するように設定されている。
【００８１】
本実施例において、温度補償系とは、図３の如く、走査光学系の全系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフト量が０．５ｍｍ以内に抑えられている系と定義される。
【００８２】
ｄｍは、主走査方向の像面変化量（ピント移動量）で、ｄｓは、副走査方向の像面変化量（ピント移動量）である。Ｍはメリジオナル方向、Ｓはサジタル方向である。
【００８３】
図２、図３、図４において、横軸の像高とは、スポットの主走査方向の結像位置を示す。像高の単位はｍｍであり、縦軸の像面変化量の単位もｍｍである。
【００８４】
以上説明したように、環境変動による結像光学系の副走査方向のピントシフトは結像光学系に形成した回折面を有する回折光学素子６２で補償し、結像光学系の主走査方向のピントシフトは光源から偏向器に至る光路中に形成した回折面を有する回折光学素子７１で補償している。また、温度補償光学素子７１自身の昇温による副走査方向のピントシフトは温度補償光学素子７１に副走査方向にも正パワーを与えた回折光学素子で補償している。
【００８５】
このようにすることで、結像光学系にプラスチックレンズ（屈折光学素子）６１、６２を使用しても環境変動によるピントシフトが発生しない光学系を構成することができ、且つプラスチックレンズを使用しているので安価な光走査装置を達成できる。
【００８６】
また、本実施例は式（１）を満足する光走査装置である。
【００８７】
【数５】
2006171419.tif 000008
【００８８】
ここで、光源から偏向器に至る光学系（第１の光学系）の主走査方向の合成パワーをφ光源手段１からの発散光束を略平行光束に変換するコリメータレンズ３を構成するｉ番目のレンズのパワーをφｉ、コリメータレンズ３を構成するｉ番目のレンズの屈折率をｎｉ、コリメータレンズ３を構成するｉ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｉ／ｄλ、第１の光学系に導入した回折光学素子面の主走査パワーをφｄｏ、光走査装置の主走査方向の結像倍率をβ、結像光学系の主走査方向の射出ＦナンバーをＦＮｏ．としている。
【００８９】
本実施例１では、コリメータレンズ１は１枚のガラスレンズで構成されているが、本発明は、１枚に限定されない。複数枚のレンズの組合せでコリメータレンズ３が構成されていても良いので、ｉ番目のレンズと表記した。つまり、ｉ≧１であれば良いので、ｉ＝２、３、４・・の値をとることになる。
【００９０】
本実施例では、φ＝０．０２２４４、φ１＝０．０２２８９、ｎ１＝１．７９９０８、ｄｎ１／ｄλ＝−２．６０Ｅ−４、φｄｏ＝０．００４３４、β＝４．２４、ＦＮｏ．＝４３．０であるので、（左辺）＝０．１１７、（右辺）＝０．３７５、となり（式１）を満足する。
【００９１】
（式１）の左辺は、光源から偏向器に至る光学系（第１の光学系）で発生する色収差に比例した量で、左辺第１項はコリメータレンズ部で発生する色収差を、左辺第２項は回折光学素子面で発生する色収差を表している。また、右辺は結像光学系の焦点深度に比例した量である。これらが（式１）を満たすように構成することで、昇温によるピントシフトを補償するために導入した回折光学素子で発生する色収差をコリメータレンズで発生する色収差で補正し、レーザー波長のバラツキや環境変動によるレーザーの波長変動などが生じても常に微小なスポット径を保つ高品位・高画質・安定性の高い光走査装置を達成することができる。それゆえ、走査レンズ６１、６２で発生する主走査方向のピントシフトを補正するための温度補償光学素子７１として回折光学素子を選んだ場合、コリメータレンズ３の平均アッベ数は小さいことが望ましく、２５＜ν＜５５の範囲内から硝材を選択するとよい。
【００９２】
（式１）の左辺の導出は以下の手順で行った。
【００９３】
第１の光学系（光源手段１から偏向器５に至る光学系）の主走査方向の合成焦点距離をｆ（ｆ＞０）、１℃昇温した時の合成焦点距離をｆ’とすると、１℃昇温した場合の第１の光学系の主走査方向のピントズレ量（軸上色収差量）△ｘ（ｍｍ／℃）は以下のようになる。
△ｘ＝ｆ’−ｆ
＝１／φ’−１／φ
≒−（１／φ２）・△φ（ｍｍ／℃）・・・式Ａ
ここで、△φは１℃昇温した場合の第１の光学系の主走査方向のパワーの変化量を示している。
【００９４】
また、△φ（１／（ｍｍ・℃））は次のように結像光学系のパワーφｉと回折光学素子７１のパワーφｄｏに分解して書くことができる。
△φ＝ｄφｉ／ｄｔ＋ｄφｄｏ／ｄｔ
＝φｉ・（ｄｎｉ／ｄλ）・（ｄλ／ｄｔ）／（ｎｉ−１）＋φｄｏ・（ｄλ／ｄｔ）／λ
＝｛φｉ・（ｄｎｉ／ｄλ）＋φｄｏ／λ｝・（ｄλ／ｄｔ）（１／（ｍｍ・℃））・・・式Ｂ
【００９５】
ここで、光源手段１に窒化ガリウム系青紫半導体レーザーを使用したとして、ｄλ／ｄｔ＝０．０４（ｎｍ／℃）を式Ｂに代入し、２５℃昇温した場合を想定すると、
△φ・２５＝｛φｉ・（ｄｎｉ／ｄλ）＋φｄｏ／λ｝・０．０４・２５
＝｛φｉ・（ｄｎｉ／ｄλ）＋φｄｏ／λ｝（１／ｍｍ）・・・式Ｃ
となる。
【００９６】
また、光走査装置全体の主走査方向の結像倍率をβとすると、２５℃昇温時の被走査面上でのピントズレ量（軸上色収差量）△Ｘは、式Ａ、式Ｃから
△Ｘ＝△ｘ・２５・β２
＝−（１／φ２）・｛Σφｉ・（ｄｎｉ／ｄλ）＋Σφｄｏ／λ｝・β２（ｍｍ）
となる。
【００９７】
（式１）の右辺は結像光学系６１、６２の焦点深度に比例した量である。
【００９８】
ここで、結像光学系６１、６２の主走査方向の射出ＦナンバーをＦＮｏ、光源手段１の波長をλ（ｎｍ）とすると焦点深度は、ＦＮｏ２・λ・１０−６（ｍｍ）に比例する。
【００９９】
最終的には、光源手段１の波長を４５０ｎｍ以下、光源手段１の波長の温度特性を０．０３＜ｄλ／ｄｔ＜０．１０などを考慮して、（式１）の数値範囲を求めた。この範囲を満たすように構成すれば、回折光学素子７３で発生する色収差をコリメータレンズなどで発生する色収差で補正し、レーザーの波長バラツキや環境変動によるレーザーの波長変動が生じても常に微小なスポット径を保つ高品位・高画質・安定性の高い光走査装置を達成することができる。
【０１００】
因みに、本実施例のコリメータレンズ３はＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＬＡＨ６６（ν＝４９．６）を使用している。
【０１０１】
図４は、波長差０．５ｎｍ与えた時の、軸上色収差を像高毎にプロットしたグラフである。副走査方向は回折光学素子のパワーが強いため、主走査よりも色収差が大きいが、それでも実用上問題ないレベル（焦点深度内）に抑えることができた。
【０１０２】
本実施例では、１本の光束を出射する発光部を１つ備えた半導体レーザ１を使用したが、面発光レーザのような３つ以上の発光部を備えた光源手段を本発明に適用しても良い。
【０１０３】
本実施例１では、結像光学系を構成するレンズは、２枚のプラスチックレンズ６１、６２としたが、主走査方向及び副走査方向のパワーが共に正である１枚のプラスチックレンズ（屈折光学素子）でも良い。また、結像光学系を構成するレンズは、少なくとも１枚のプラスチックレンズを含んでいれば、ガラス製のｆθレンズを１枚以上含んでいても良い。
【０１０４】
ガラス製のｆθレンズは、プラスチックレンズに比べて環境温度変動によりピントシフトが小さいので、本発明をガラス製のｆθレンズを１枚以上含む結像光学系で考える場合、プラスチック製のｆθレンズによる環境温度変動によりピントシフトを問題とすればよい。
【０１０５】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２における光走査装置の主走査断面図である。
【０１０６】
第１の実施例と異なる点は、温度補償光学素子７１を、副走査方向のみにパワーを有するシリンダーレンズ７２と主走査方向の温度補償のみを行う温度補償光学素子７３（回折光学素子）に分けたことである。温度補償光学素子７３は、入射面７３ａが主走査方向に負のパワーをもつシリンダー面、出射面７３ｂは平面上に主走査方向に正のパワーをもつ回折格子が形成された回折面で構成されている。
【０１０７】
結像光学系を構成するプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２は実施例１と同じ役割をするので説明は省略する。また、光源手段１も実施例１と同じ窒化ガリウム系青紫半導体レーザー（ｄλ／ｄｔ＝０．０４ｎｍ／℃）を用いている。
【０１０８】
ここで、本実施例における光学配置及び面形状を表２に示す。
【０１０９】
【表２】
2006171419.tif 000009
【０１１０】
図６は結像光学系のみで発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフトをプロットしたものである。実施例１と同様、結像光学系内で副走査方向に温度補償を行っているため、副走査方向にはピントシフトが全く発生していないが、主走査方向は倍率色収差補正を行うためだけの弱い回折パワーであるため、温度補償が殆どされていないことが分かる。
【０１１１】
図７はコリメータレンズ３、温度補償光学素子７３（回折光学素子）、副走査シリンダーレンズ７２、プラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２を含んだ走査光学系の全系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフトをプロットしたものである。上述したように温度補償光学素子７３を導入したことにより、主走査方向、副走査方向共にピントシフトが殆ど発生していないことが分かる。
【０１１２】
以上説明したように、環境変動による結像光学系の副走査方向のピントシフトは結像光学系に形成した回折光学素子６２で補償し、結像光学系の主走査方向のピントシフトは光源手段１から偏向器５に至る光路中に形成した回折光学素子７３（温度補償光学素子）で補償している。
【０１１３】
このようにすることで、結像光学系にプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２を使用しても環境変動によるピントシフトが発生しない光学系を構成することができ、且つプラスチックレンズを使用しているので安価な光走査装置を達成できる。
【０１１４】
また、本実施例も実施例１と同様式（１）を満足する光走査装置である。
【０１１５】
本実施例２では、φ＝０．０２２４５、φ１＝０．０２２８９、ｎ１＝１．８７３８２、ｄｎ１／ｄλ＝−４．１０Ｅ−４、φｄｏ＝０．００４４９、β＝４．７８、ＦＮｏ．＝４２．９であるので、（左辺）＝０．０１５、（右辺）＝０．３７２、となり（式１）を満足する。本実施例２で使用したコリメータレンズの硝材はＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＬＡＨ６０（ν＝３７．１６）である。
【０１１６】
図８は、波長差０．５ｎｍ与えた時の、軸上色収差を像高毎にプロットしたグラフである。コリメータレンズの材質、回折光学素子のパワー、光走査装置の結像倍率などを適切に設定することにより、温度補償を達成し且つ色収差を実用上問題ないレベル（焦点深度内）に抑えることができた。
【０１１７】
（実施例３）
図９は本発明の実施例３における光走査装置の主走査断面図である。
【０１１８】
第１の実施例と異なる点は、温度補償光学素子７１を、副走査方向のみにパワーを有するシリンダーレンズ７２と主走査方向の温度補償を行う温度補償光学素子７４に分けたことである。温度補償光学素子７４は、入射面７４ａが負の屈折パワーを有する球面、出射面７４ｂは平面でありノンパワーである。結像光学系を構成するプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２と同じ材質のプラスチックで構成されている。本実施例は実施例２と異なり、温度補償光学素子７４の出射面に回折面が形成されていない。また、本実施例はコリメータレンズから出射した光束は収束光であり、温度補償光学素子７４を通過することで主走査方向に略平行な光束を出射するようにしている。
【０１１９】
第１の光学系（光源手段１から偏向器５に至る光学系）の主走査方向の合成のパワーは正である。
【０１２０】
結像光学系を構成するプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２は実施例１と同じ役割をするので説明は省略する。また、光源手段１も実施例１、２と同じ窒化ガリウム系青紫半導体レーザー（ｄλ／ｄｔ＝０．０４ｎｍ／℃）を用いている。
【０１２１】
本実施例３では、半導体レーザ１（発光部は１つ）から出射される光束は１本であるが、発光部を２つ以上備えたマルチビーム半導体レーザにも本発明は適用できる。
【０１２２】
例えば、２つの発光部を備えたマルチビーム光源を備えた光走査装置においては、一方の光束と他方の光束の結像倍率（ｆθ特性）がずれてしまう問題が発生する。
【０１２３】
通常、製造誤差、等でマルチビーム光源から発光する光束の波長は±３ｎｍの範囲で波長差が生じることがあり、複数の光束間の波長差による倍率色収差が問題となる。
【０１２４】
つまり、２つ以上備えたマルチビーム半導体レーザの場合、半導体レーザから出射される１本の光束の初期波長変動による倍率色収差と共に異なる発光部から出射した光束間の波長差による倍率色収差も考慮しなければならない。
【０１２５】
ここで、本実施例における光学配置及び面形状を表３に示す。
【０１２６】
【表３】
2006171419.tif 000010
【０１２７】
本実施例の結像光学系は実施例２と同じであるので、結像光学系のみで発生する昇温時のピントシフトは図６と同じになる。
【０１２８】
図１０はコリメータレンズ３、温度補償光学素子（屈折光学素子）７４、副走査方向にパワーを有するシリンダーレンズ７２、プラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２を含んだ走査光学系の全系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフトをプロットしたものである。よって、これより主走査方向、副走査方向共にピントシフトが殆ど発生していないことが分かる。
【０１２９】
本実施例において、温度補償系とは、図１０の如く、走査光学系の全系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフト量が０．５ｍｍ以内に抑えられている系と定義される。
【０１３０】
ｄｍは、主走査方向の像面変化量（ピント移動量）で、ｄｓは、副走査方向の像面変化量（ピント移動量）である。Ｍはメリジオナル方向、Ｓはサジタル方向である。
【０１３１】
前述したようにプラスチック材料は昇温時に屈折率が低下する。正のパワーをもつプラスチックレンズの場合、昇温でピントがプラス方向（被走査面に向かう方向）にシフトするが、反対に負のパワーをもつプラスチックレンズの場合、昇温でピントがマイナス方向（偏向器に向かう方向）にシフトとする。このことを利用し、主走査方向に正の合成パワーをもつプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２で発生するプラス方向のピントシフトを、温度補償光学素子としての主走査方向に負のパワーをもつプラスチックレンズ７４（屈折光学素子）で補償するようにしている。
【０１３２】
プラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の合成の主走査方向のパワーとプラスチックレンズ７４（温度補償光学素子）の主走査方向のパワーのパワー比は、温度変動に伴うプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２の屈折率変化によるプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２のパワー変化及び温度変動に伴う前記光源手段の波長変化によるプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２のパワー変化が原因で起こるピント変化を、温度変動に伴うプラスチックレンズ７４の屈折率変化によるプラスチックレンズ７４のパワー変化及び温度変動に伴う前記光源手段の波長変化によるプラスチックレンズ７４（温度補償光学素子）のパワー変化が原因で起こるピント変化で補償するように設定されている。
【０１３３】
以上説明したように、環境変動による結像光学系の副走査方向のピントシフトは結像光学系に形成した回折面を有する回折光学素子で補償し、結像光学系の主走査方向のピントシフトは光源手段１から偏向器５に至る光路中に形成した主走査方向に負のパワー（凹面）を有するプラスチックレンズ（温度補償光学素子）７４で補償している。
【０１３４】
このようにすることで、結像光学系にプラスチックレンズ６１、プラスチックレンズのレンズ面に回折格子が形成された回折光学素子６２を使用しても環境変動によるピントシフトが発生しない光学系を構成することができ、且つプラスチックレンズ（屈折光学素子）を使用しているので安価な光走査装置を達成できる。
【０１３５】
また、本実施例は式（２）を満足する光走査装置である。
【０１３６】
【数６】
2006171419.tif 000011
【０１３７】
ここで、光源手段１から偏向器５に至る光学系（第１の光学系）の主走査方向の合成パワーをφ、光源手段１からの発散光束を略平行光束に変換するコリメータレンズ３を構成するｉ番目のレンズのパワーをφｉ、コリメータレンズ３を構成するｉ番目のレンズの屈折率をｎｉ、コリメータレンズを構成するｉ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｉ／ｄλ、温度補償光学素子を構成するｋ番目のレンズの主走査方向のパワーをφｋ´、温度補償光学素子（屈折光学素子）を構成するｋ番目のレンズの屈折率をｎｋ、温度補償光学素子（屈折光学素子）を構成するｋ番目のレンズの屈折率波長変化率をｄｎｋ／ｄλ、光走査装置の主走査方向の結像倍率をβ、結像光学系の主走査方向の射出ＦナンバーをＦＮｏ．としている。
【０１３８】
本実施例では、φ＝０．０２４６０、φ１＝０．０２９０６、ｎ１＝１．５２９７２、ｄｎ１／ｄλ＝−１．２０Ｅ−４、φ１´＝−０．００６８８、β＝５．２５、ＦＮｏ．＝４２．９であるので、（左辺）＝０．２０４、（右辺）＝０．３７２、となり（式２）を満足する。
【０１３９】
（式２）の左辺は、光源手段１から偏向器５に至る光学系（第１の光学系）で発生する色収差に比例した量で、左辺第１項はコリメータレンズ３部で発生する色収差を、左辺第２項は温度補償光学素子７４（主走査方向に負のパワーを有するプラスチックレンズ）で発生する色収差を表している。また、右辺は結像光学系の焦点深度に比例した量である。主走査方向に負のパワー（凹面）を有するプラスチックレンズは回折光学素子と比べると色収差が発生しずらいので、コリメータレンズ３で発生する色収差を小さくすることが、走査光学系の全系の色収差を抑えることになる。
【０１４０】
（式２）の導出については、（式１）の回折光学素子の項を主走査方向に負のパワー（凹面）を有するプラスチックレンズ（屈折光学素子）に置き換えただけで、基本的な考え方は（式１）と同じである。
【０１４１】
本実施例３では、コリメータレンズ３は１枚のガラスレンズで構成されているが、本発明は、１枚に限定されない。複数枚のレンズの組合せでコリメータレンズ３が構成されていても良いので、ｉ番目のレンズと表記した。つまり、ｉ≧１であれば良いので、ｉ＝２、３、４・・の値をとることになる。
【０１４２】
それゆえ、走査レンズ６１、６２で発生する主走査方向のピントシフトを補正するための温度補償光学素子として主走査方向に負のパワー（凹面）を有するプラスチックレンズを選んだ場合、コリメータレンズの平均アッベ数は大きいことが望ましく、５０＜ν＜８５の範囲内から硝材を選択するとよい。因みに、本実施例のコリメータレンズ３はＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＢＳＬ７（ν＝６４．１４）を使用している。
【０１４３】
図１１は、波長差０．５ｎｍ与えた時の、軸上色収差を像高毎にプロットしたグラフである。コリメータレンズの材質、温度補償光学素子のパワー、光走査装置の結像倍率などを適切に設定することにより、温度補償を達成し且つ色収差を実用上問題ないレベル（焦点深度内）に抑えることができた。
【０１４４】
また、本実施例は温度補償光学素子７４（主走査方向に負のパワーを有するプラスチックレンズ）を光軸方向に動かすことで主走査方向のピント調整を行うことができ、副走査方向にパワーを有するシリンダーレンズ７２を光軸方向に動かすことで副走査方向のピント調整を行うことができる。通常は、結像光学系単品の製造誤差や取り付け誤差などで発生する初期のピントずれを調整する目的で行う。また、初期ピントずれ調整のほかに、図１２に示したようなオートフォーカス機構を設け、定期的にピントを調整するようにしてもよい。
【０１４５】
本実施例では、１本の光束を出射する発光部を１つ備えた半導体レーザ１を使用したが、面発光レーザのような３つ以上の発光部を備えた光源手段を本発明に適用しても良い。
【０１４６】
本実施例３では、結像光学系を構成するレンズは、２枚のプラスチックレンズ６１、６２としたが、主走査方向及び副走査方向のパワーが共に正である１枚のプラスチックレンズ（屈折光学素子）でも良い。また、結像光学系を構成するレンズは、少なくとも１枚のプラスチックレンズを含んでいれば、ガラス製のｆθレンズを１枚以上含んでいても良い。
【０１４７】
ガラス製のｆθレンズは、プラスチックレンズに比べて環境温度変動によりピントシフトが小さいので、本発明をガラス製のｆθレンズを１枚以上含む結像光学系で考える場合、プラスチック製のｆθレンズによる環境温度変動によりピントシフトを問題とすればよい。
【０１４８】
（実施例４）
図１３は本発明の実施例４における光走査装置の主走査断面図である。
【０１４９】
実施例３と異なる点は、コリメータレンズを貼り合わせの色消しレンズとしたことである。それ以外の光学部品の作用は実施例３と同じであるため説明を省略する。また、光源１も第１〜第３の実施例と同じ窒化ガリウム系青紫半導体レーザー（ｄλ／ｄｔ＝０．０４ｎｍ／℃）を用いている。
【０１５０】
ここで、本実施例における光学配置及び面形状を表４に示す。
【０１５１】
【表４】
2006171419.tif 000012
【０１５２】
本実施例の結像光学系は実施例２、３と同じであるので、結像光学系のみで発生する昇温時のピントシフトは図６と同じになる。
【０１５３】
図１４は貼り合わせコリメータレンズ３Ａ、３Ｂ、温度補償光学素子７４、副走査方向にパワーを有するシリンダーレンズ７２、プラスチックレンズ６１、６２を含んだ走査光学系の全系で発生する環境変動（△ｔ＝２５℃の昇温）時のピントシフトをプロットしたものである。よって、これより主走査方向のピントシフトが結像光学系のみの場合（図６）と比較して改善していることが分かる。
【０１５４】
また、本実施例は実施例３と同様、式（２）を満足する光走査装置である。
【０１５５】
本実施例では、φ＝０．０２４０２、φ１＝−０．０４７３９、ｎ１＝１．８４２１７、ｄｎ１／ｄλ＝−６．４０Ｅ−４、φ２＝０．０７２８５、ｎ２＝１．７５７５７、ｄｎ２／ｄλ＝−３．６０Ｅ−４、φ１´＝−０．００６８３、β＝５．１２、ＦＮｏ．＝４２．９であるので、（左辺）＝０．１５８、（右辺）＝０．３７２、となり（式２）を満足する。
【０１５６】
コリメータレンズを貼り合わせの色消しレンズとすることで、更なる色収差の改善を図っている。
【０１５７】
因みに、本実施例のコリメータレンズは、コリメータレンズ３ＡにＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＴＩＨ１１（ν＝２５．６８）をコリメータレンズ３ＢにＯＨＡＲＡ社製Ｓ−ＢＡＨ２８（ν＝３７．９５）を使用し、４０５ｎｍ近傍の波長域で色収差を補正している。
【０１５８】
図１５は、波長差０．５ｎｍ与えた時の、軸上色収差を像高毎にプロットしたグラフである。コリメータレンズの材質、温度補償光学素子のパワー、光走査装置の結像倍率などを適切に設定し、コリメータレンズを貼り合わせの色消しレンズとすることで、図１１に比べて主走査方向の色収差を大幅に改善することに成功している。
【０１５９】
（実施例５）
図２３は、本発明の光走査装置を用いた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。図２３において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、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。この画像データＤｉは、実施例１〜４に示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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２３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。
【０１６３】
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２３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とで構成されており、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。
【０１６４】
図２３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ポリゴンモータなどの制御を行う。
【０１６５】
図２４は本発明の光走査装置を用いたカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、光走査装置を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２４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１〜４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。
【０１６６】
図２４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、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。
【０１６７】
本実施態様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、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。
【０１６８】
本実施態様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。
【０１６９】
前記外部機器５２としては、例えば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。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の実施例１の光走査装置の要部断面図
【図２】実施例１の結像光学系の環境変動時のピント移動量
【図３】実施例１の光走査装置全系の環境変動時のピント移動量
【図４】実施例１の光走査装置全系の軸上色収差
【図５】本発明の実施例２の光走査装置の要部断面図
【図６】実施例２の結像光学系の環境変動時のピント移動量
【図７】実施例２の光走査装置全系の環境変動時のピント移動量
【図８】実施例２の光走査装置全系の軸上色収差
【図９】本発明の実施例３の光走査装置の要部断面図
【図１０】実施例３の光走査装置全系の環境変動時のピント移動量
【図１１】実施例３の光走査装置全系の軸上色収差
【図１２】本発明の実施例３のオートフォーカス機構の模式図
【図１３】本発明の実施例４の光走査装置の要部断面図
【図１４】実施例４の光走査装置全系の環境変動時のピント移動量
【図１５】実施例４の光走査装置全系の軸上色収差
【図１６】従来の光走査装置の要部斜視図
【図１７】青紫色半導体レーザーを用いた従来の光走査装置の要部断面図
【図１８】赤外レーザーを使用した場合の主走査方向の焦点深度
【図１９】赤外レーザーを使用した場合の副走査方向の焦点深度
【図２０】青紫色レーザーを使用した場合の主走査方向の焦点深度
【図２１】青紫色レーザーを使用した場合の副走査方向の焦点深度
【図２２】屈折レンズからなる結像光学系の環境変動時のピント移動量
【図２３】画像形成装置の要部断面図
【図２４】カラー画像形成装置の要部断面図
【符号の説明】
【０１７１】
１  光源手段（半導体レーザー・半導体レーザーアレイ）
２  開口絞り
３、３Ａ、３Ｂ  集光レンズ（コリメーターレンズ）
４、７２  シリンドリカルレンズ
７１、７３、７４  温度補償光学素子
５  偏向手段（ポリゴンミラー）
６１  結像光学系（ｆθレンズ）
６２  結像光学系（ｆθレンズ）
８  被走査面（感光体ドラム）
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2006171419.tif 000033
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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