(57)【要約】【課題】  小径なビームスポットが得られ、且つ、高速書込が可能で、低コストで、しかも環境温度が変化しても画像劣化の発生しないレーザ走査装置、画像形成装置、レーザ走査方法及び画像形成方法を提供する。【解決手段】  光源からの光束を偏向手段に導く光学系が少なくとも一つの回折光学面と、少なくとも一枚の樹脂レンズとを有することにより、小径なビームスポットが得られ、且つ、高速書込が可能で、低コストで、しかも環境温度が変化しても画像劣化が発生しない。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光束を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からの光束を主走査方向に偏向させる偏向器と、該偏向器により偏向された光束を集光させる走査光学系と、を備えたレーザ走査装置であって、
前記光源の波長が500nm以下であり、前記カップリング光学系からの光束を前記偏向器に導く第１光学系は少なくとも一つの回折光学面と、少なくとも一枚の樹脂レンズとを有することを特徴とするレーザ走査装置。
【請求項２】
前記回折光学面は、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
【請求項３】
前記回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、
0＜Δ／d＜0.165
を満たすことを特徴とする請求項２記載のレーザ走査装置。
【請求項４】
前記回折光学面を有する光学素子は、成形加工品であることを特徴とする請求項２または３記載のレーザ走査装置。
【請求項５】
光源と、該光源からの光束を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からの光束を偏向器に導く第1光学系と第1光学系からの光束を主走査方向に偏向させる偏向器と、前記偏向器により偏向された光束を集光させる走査光学系と、を備えたレーザ走査装置であって、
前記光源の波長は500nm以下であり、
前記走査光学系は、主走査方向に正のパワーを持つ少なくとも一枚の樹脂レンズと、
光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなり、且つ、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する少なくとも１つの光学機能部とを有することを特徴とするレーザ走査装置。
【請求項６】
前記光学機能部は、回折光学面であることを特徴とする請求項５記載のレーザ走査装置。
【請求項７】
前記回折光学面の回折効率は、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って減少することを特徴とする請求項６記載のレーザ走査装置。
【請求項８】
前記回折光学面は、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成ることを特徴とする請求項７記載のレーザ走査装置。
【請求項９】
前記回折光学面のバックカット面は、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って、光線入射方向に対する角度が大きくなるようにしたことを特徴とする請求項８記載のレーザ走査装置。
【請求項１０】
前記回折光学面を有するレンズは、成形加工品であることを特徴とする請求項９記載のレーザ走査装置。
【請求項１１】
前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う像面位置ずれを補正するようにしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ走査装置。
【請求項１２】
前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う倍率変化を補正するようにしたことを特徴とする請求項５記載のレーザ走査装置。
【請求項１３】
前記光源は、複数の光束を出射するようにしたことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載のレーザ走査装置。
【請求項１４】
前記各光学系はオーバーフィルド光学系であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載のレーザ走査装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項記載のレーザ走査装置を１つ以上用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
光源からの光束をカップリング光学系でカップリングし、該カップリング光学系からの光束を偏向器で主走査方向に偏向させ、偏向された光束を走査光学系で集光させるレーザ走査方法であって、
前記光源の波長を500nm以下とし、少なくとも一つの回折光学面と少なくとも一枚の樹脂レンズとを有する第１光学系で前記カップリング光学系からの光束を前記偏向器に導くことを特徴とするレーザ走査方法。
【請求項１７】
平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成る回折光学面を用いることを特徴とする請求項１６記載のレーザ走査方法。
【請求項１８】
前記回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、
0＜Δ／d＜0.165
を満たすことを特徴とする請求項１６記載のレーザ走査方法。
【請求項１９】
前記回折光学面を有する光学素子として成形加工品を用いることを特徴とする請求項１７または１８記載のレーザ走査方法。
【請求項２０】
光源からの光束をカップリング光学系でカップリングし、該カップリング光学系からの光束を偏向器で主走査方向に偏向させ、偏向された光束を走査光学系で集光させるレーザ走査方法であって、
前記光源の波長を500nm以下とし、
主走査方向に正のパワーを持つ少なくとも一枚の樹脂レンズと、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなり、且つ、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する少なくとも１つの光学機能部とを有する前記走査光学系を用いることを特徴とするレーザ走査方法。
【請求項２１】
前記光学機能部として回折光学面を用いることを特徴とする請求項２０記載のレーザ走査方法。
【請求項２２】
前記回折光学面の回折効率を、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って減少させることを特徴とする請求項２１記載のレーザ走査方法。
【請求項２３】
前記回折光学面として平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸を用いることを特徴とする請求項２２記載のレーザ走査方法。
【請求項２４】
前記回折光学面のバックカット面を、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って、光線入射方向に対する角度が大きくなるようにすることを特徴とする請求項２３記載のレーザ走査方法。
【請求項２５】
前記回折光学面を有するレンズとして成形加工品を用いることを特徴とする請求項２４記載のレーザ走査方法。
【請求項２６】
前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う像面位置ずれを補正することを特徴とする請求項１６から２５のいずれか１項記載のレーザ走査方法。
【請求項２７】
前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う倍率変化を補正することを特徴とする請求項２０記載のレーザ走査方法。
【請求項２８】
前記光源が複数の光束を出射することを特徴とする請求項１６から２７のいずれか１項記載のレーザ走査方法。
【請求項２９】
前記各光学系としてオーバーフィルド光学系を用いることを特徴とする請求項１６から２８のいずれか１項記載のレーザ走査方法。
【請求項３０】
請求項１６から２９のいずれか１項記載のレーザ走査方法を用いることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ走査装置、画像形成装置、レーザ走査方法及び画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ走査装置や画像形成装置に必要な技術として回折光学素子、走査光学装置及び良好な光スポットが挙げられる。
回折光学素子や走査光学装置としては、軸外における回折効率の低下を低減し、被走査面上における像面照度の均一性を高め、諸変動による収差変化が少なく高精細印字に適した回折光学素子及びそれを用いた走査光学装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、光スポットについては、スポット径の変動を軽減し、なおかつ小径で良好な光スポットを実現した走査結像光学系・光走査装置及び画像形成装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
従来、上述した走査装置の光源として、発振波長が赤外（例えば780nm）や赤色（例えば650nm）の半導体レーザが用いられていたが、高解像度化の要求から発振波長が500nm以下の青色レーザを用いて、さらに小径ビームスポットが得られる光走査装置の開発が進められている。
この様な短波長のレーザを用いる利点は同じNAでより小径なビームスポットが得られるからである。NAを大きくするにはレンズの有効径を大きくしなければならず、製造コストが増大する。また、低コストを狙う為に構成レンズの樹脂化を押し進めることが望まれている。
【特許文献１】特許第３５５９７１０号公報
【特許文献２】特許第３４８３１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、樹脂製レンズは環境温度の変化によるレンズの面曲率、厚さ、屈折率の変動、光源である半導体レーザの波長変化による屈折率の変動がガラスレンズに比して大きく、環境温度の変化により像面位置や倍率が変化して画像劣化の原因となる。
特に、光源波長500nm以下では、樹脂製レンズの波長変化による屈折率の変動が赤外光や赤色の光源で使うよりも大きく、その影響は無視できない（図１）。
ここで、図１は樹脂製レンズにおける波長と屈折率との関係を示す図であり、横軸が波長を示し、縦軸が屈折率を示す。
【０００５】
また、光源波長500nm以下では、樹脂製レンズによる内部吸収がそれ以上の波長に比べて大きく、レンズ厚みの差による透過光量の差がシェーディングを悪化させる。また、回折光学素子をレーザ光の干渉縞を記録することにより製造しようとした場合、大量生産に向かず、高価なものとなる。また、ポリゴン面を小さくし、ポリゴン面数増やすことにより、高速書込が可能なオーバーフィルド光学系を用いることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、発振波長が500nm以上で小径ビームスポットを得るためにはポリゴン面を大きくせねばならず前述のメリットが得られない。また、逆に書込スピードを従来並にすれば、相対的にポリゴン回転数を落とすことが出来る共に省エネルギー効果が得られる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、小径なビームスポットが得られ、且つ、高速書込が可能で、低コストで、しかも環境温度が変化しても画像劣化の発生しないレーザ走査装置、画像形成装置、レーザ走査方法及び画像形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、光源と、該光源からの光束を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からの光束を主走査方向に偏向させる偏向器と、該偏向器により偏向された光束を集光させる走査光学系と、を備えたレーザ走査装置であって、前記光源の波長が500nm以下であり、前記カップリング光学系からの光束を前記偏向器に導く第１光学系は少なくとも一つの回折光学面と、少なくとも一枚の樹脂レンズとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、第１光学系に回折光学面を用いることにより、環境温度変化による像面位置変動を補償することが出来る。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回折光学面は、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成ることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、回折光学面を凹凸形状とし、成型加工品とすることで低コストでの大量生産が可能になる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、0＜Δ／d＜0.165を満たすことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスの差をΔとした時に、Δ／d＜0.165を満たすことにより、十分な光量を得ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記回折光学面を有する光学素子は、成形加工品であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、光源と、該光源からの光束を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からの光束を偏向器に導く第1光学系と第1光学系からの光束を主走査方向に偏向させる偏向器と、前記偏向器により偏向された光束を集光させる走査光学系と、を備えたレーザ走査装置であって、前記光源の波長は500nm以下であり、前記走査光学系は、主走査方向に正のパワーを持つ少なくとも一枚の樹脂レンズと、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなり、且つ、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する少なくとも１つの光学機能部とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、走査光学系が、光源波長が伸びるに従ってパワーが強くなり、且つ、光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する光学機能部分を有するにより、環境温度変化による倍率変動の補償と、シェーディングの低減とを実現することが出来る。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記光学機能部は、回折光学面であることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、光学機能部が回折光学面であることにより、環境温度変化による像面位置変動を補償することが出来る。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記回折光学面の回折効率は、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って減少することを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って減少することにより、環境温度変化による倍率変動の補償と、シェーディングの低減とを実現することが出来る。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記回折光学面は、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成ることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、回折光学面を凹凸形状とし、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記回折光学面のバックカット面は、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って、光線入射方向に対する角度が大きくなるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明によれば、回折光学面のバックカット面が、光軸上から軸外へ向かうに従って光線入射方向に対する角度を大きくすることにより、シェーディングの低減を実現することが出来る。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記回折光学面を有するレンズは、成形加工品であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０記載の発明によれば、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の発明において、前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う像面位置ずれを補正するようにしたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１１記載の発明によれば、温度変動に伴う像面位置ずれを補正するようにしたことにより、レーザ走査の精度が向上する。
【００３０】
請求項１２記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う倍率変化を補正するようにしたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１２記載の発明によれば、温度変動に伴う倍率変化を補正するようにしたことにより、レーザ走査の精度が向上する。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１から１２のいずれか１項記載の発明において、前記光源は、複数の光束を出射するようにしたことを特徴とする。
【００３３】
請求項１３記載の発明によれば、複数の光束を出射するようにしたことにより、書込みの高速化を実現することが出来る。
【００３４】
請求項１４記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１項記載の発明において、前記各光学系はオーバーフィルド光学系であることを特徴とする。
【００３５】
請求項１４記載の発明によれば、オーバーフィルド光学系を用いることにより、ポリゴン面を小さくすることができ、ポリゴン面数増やすことにより、高速書込が可能でありながら小径ビームスポットを得ることができる。
【００３６】
請求項１５記載の発明は、請求項１から１４のいずれか１項記載のレーザ走査装置を１つ以上用いたことを特徴とする。
【００３７】
請求項１５記載の発明によれば、高速の書込を精度良く行うことができる。
【００３８】
請求項１６記載の発明は、光源からの光束をカップリング光学系でカップリングし、該カップリング光学系からの光束を偏向器で主走査方向に偏向させ、偏向された光束を走査光学系で集光させるレーザ走査方法であって、前記光源の波長を500nm以下とし、少なくとも一つの回折光学面と少なくとも一枚の樹脂レンズとを有する第１光学系で前記カップリング光学系からの光束を前記偏向器に導くことを特徴とする。
【００３９】
請求項１６記載の発明によれば、第１光学系に回折光学面を用いることにより、環境温度変化による像面位置変動を補償することが出来る。
【００４０】
請求項１７記載の発明は、請求項１６記載の発明において、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成る回折光学面を用いることを特徴とする。
【００４１】
請求項１７記載の発明によれば、回折光学面を凹凸形状とし、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
【００４２】
請求項１８記載の発明は、請求項１６記載の発明において、前記回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、0＜Δ／d＜0.165を満たすことを特徴とする。
【００４３】
請求項１８記載の発明によれば、回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、Δ／d＜0.165を満たすことにより、十分な光量を得ることができる。
【００４４】
請求項１９記載の発明は、請求項１７または１８記載の発明において、前記回折光学面を有する光学素子として成形加工品を用いることを特徴とする。
【００４５】
請求項１９記載の発明によれば、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
【００４６】
請求項２０記載の発明は、光源からの光束をカップリング光学系でカップリングし、該カップリング光学系からの光束を偏向器で主走査方向に偏向させ、偏向された光束を走査光学系で集光させるレーザ走査方法であって、前記光源の波長を500nm以下とし、主走査方向に正のパワーを持つ少なくとも一枚の樹脂レンズと、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなり、且つ、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する少なくとも１つの光学機能部とを有する前記走査光学系を用いることを特徴とする。
【００４７】
請求項２０記載の発明によれば、走査光学系が、光源波長が伸びるに従ってパワーが強くなり、且つ、光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する光学機能部分を有するにより、環境温度変化による倍率変動の補償と、シェーディングの低減とを実現することが出来る。
【００４８】
請求項２１記載の発明は、請求項２０記載の発明において、前記光学機能部として回折光学面を用いることを特徴とする。
【００４９】
請求項２１記載の発明によれば、回折光学面を用いることにより、環境温度変化による像面位置変動を補償することが出来る。
【００５０】
請求項２２記載の発明は、請求項２１記載の発明において、前記回折光学面の回折効率を、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って減少させることを特徴とする。
【００５１】
請求項２２記載の発明によれば、環境温度変化による倍率変動の補償と、シェーディングの低減とを実現することが出来る。
【００５２】
請求項２３記載の発明は、請求項２２記載の発明において、前記回折光学面として平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸を用いることを特徴とする。
【００５３】
請求項２３記載の発明によれば、回折光学面を凹凸形状とし、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
【００５４】
請求項２４記載の発明は、請求項２３記載の発明において、前記回折光学面のバックカット面を、前記偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って、光線入射方向に対する角度が大きくなるようにすることを特徴とする。
【００５５】
請求項２４記載の発明によれば、回折光学面のバックカット面の光軸上から軸外へ向かうに従って光線入射方向に対する角度を大きくすることにより、シェーディングの低減を実現することが出来る。
【００５６】
請求項２５記載の発明は、請求項２４記載の発明において、前記回折光学面を有するレンズとして成形加工品を用いることを特徴とする。
【００５７】
請求項２５記載の発明によれば、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
【００５８】
請求項２６記載の発明は、請求項１６から２５のいずれか１項記載の発明において、前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う像面位置ずれを補正することを特徴とする。
【００５９】
請求項２６記載の発明によれば、温度変動に伴う像面位置ずれを補正することにより、レーザ走査の精度が向上する。
【００６０】
請求項２７記載の発明は、請求項２０記載の発明において、前記光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う倍率変化を補正することを特徴とする。
【００６１】
請求項２７記載の発明によれば、温度変動に伴う像面位置ずれを補正することにより、レーザ走査の精度が向上する。
【００６２】
請求項２８記載の発明は、請求項１６から２７のいずれか１項記載の発明において、前記光源が複数の光束を出射することを特徴とする。
【００６３】
請求項２８記載の発明によれば、複数の光束を出射することにより、高速の書込を実現することができる。
【００６４】
請求項２９記載の発明は、請求項１６から２８のいずれか１項記載の発明において、前記各光学系としてオーバーフィルド光学系を用いることを特徴とする。
【００６５】
請求項２９記載の発明によれば、オーバーフィルド光学系を用いることにより、、ポリゴン面を小さくすることができ、ポリゴン面数増やすことにより、高速書込が可能でありながら小径ビームスポットを得ることができる。
【００６６】
請求項３０記載の発明は、請求項１６から２９のいずれか１項記載のレーザ走査方法を用いることを特徴とする。
【００６７】
請求項３０記載の発明によれば、精度よく高速書込を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００６８】
光源からの光束を偏向手段に導く光学系が少なくとも一つの回折光学面と、少なくとも一枚の樹脂レンズとを有することにより、小径なビームスポットが得られ、且つ、高速書込が可能で、低コストで、しかも環境温度が変化しても画像劣化が発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
本実施形態のレーザ走査装置は、光源と、光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、カップリング光学系からの光束を主走査方向に偏向させる偏向器と、偏向器により偏向された光束を集光させる走査光学系と、を備えたレーザ走査装置であって、光源の波長が500nm以下であり、カップリング光学系からの光束を偏向器に導く第１光学系は少なくとも一つの回折光学面と、少なくとも一枚の樹脂レンズとを有することを特徴とする。
ここで、光源の波長の下限は、紫外線領域までであるのが好ましい。これは、波長変化に対する屈折率変化が急峻になる位置が存在するためである（図１参照）。
【００７０】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、回折光学面は、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成るのが好ましく、回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、0＜Δ／d＜0.165を満たすのが好ましい。
ここで、0＜Δ／d＜0.165とするのは、回折効率が80％を切らない限度であり、これ以上回折効率が低下すると像面での光量が不足し、感光体への十分な書込ができなくなるためである。
【００７１】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、回折光学面を有する光学素子は、成形加工品であるのが好ましい。
【００７２】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、光源と、光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、カップリング光学系からの光束を偏向器に導く第1光学系と第1光学系からの光束を主走査方向に偏向させる偏向器と、偏向器により偏向された光束を集光させる走査光学系と、を備えたレーザ走査装置であって、光源の波長は500nm以下であり、走査光学系は、主走査方向に正のパワーを持つ少なくとも一枚の樹脂レンズと、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなり、且つ、偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する少なくとも１つの光学機能部とを有することを特徴とする。
【００７３】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、光学機能部は、回折光学面であるのが好ましく、回折光学面の回折効率は、偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って減少するのが好ましい。
【００７４】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、回折光学面は、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成るのが好ましく、回折光学面のバックカット面は、偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って、光線入射方向に対する角度が大きくなるようにするのが好ましい。
【００７５】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、回折光学面を有するレンズは、成形加工品であることが好ましく、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う像面位置ずれを補正するのが好ましい。
【００７６】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う倍率変化を補正するのが好ましく、光源は、複数の光束を出射するのが好ましい。
ここで、複数の光束を出射することにより、書込の高速化が出来るが、これは、複数の光束を射出すれば１回の走査で出射光束数倍の書込が一度に出来るためである。
【００７７】
本実施形態のレーザ走査装置は、上記構成に加え、各光学系はオーバーフィルド光学系であることが好ましい。
ここで、オーバーフィルド光学系を用いることにより、ポリゴン面を小さくすることができ、ポリゴン面数増やすことにより、高速書込が可能でありながら小径ビームスポットが得られる。
オーバーフィールド光学系とは、ポリゴン面の主走査方向の幅が主走査方向の光束幅より小さいものをいい、ビームスポット径は光束幅に比例し波長に反比例することが理論的に証明されている。
これに対して、アンダーフィールド系とは、入射光束よりも反射面の主走査方向幅が広いので、ポリゴン反射面の前段にアパーチャを備えることにより、反射後の光束の主走査方向の幅が規定される。
従って、光源の波長は500nm以下に短波長化すれば光束幅は小さくなり、必然的にポリゴン面の主走査方向の幅も狭くせざるを得なくなる。このようにすれば、ポリゴン面数も増え、ポリゴン１回転での走査数も増えるので高速化が可能となる。
【００７８】
本実施形態の画像形成装置は、上記いずれかの構成のレーザ走査装置を１つ以上用いたことを特徴とする。
【００７９】
本実施形態のレーザ走査方法は、光源からの光束をカップリング光学系でカップリングし、該カップリング光学系からの光束を偏向器で主走査方向に偏向させ、偏向された光束を走査光学系で集光させるレーザ走査方法であって、前記光源の波長を500nm以下とし、少なくとも一つの回折光学面と少なくとも一枚の樹脂レンズとを有する第１光学系で前記カップリング光学系からの光束を前記偏向器に導くことを特徴とする。
【００８０】
本実施形態のレーザ走査方法は、上記構成に加え、平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸から成る回折光学面を用いるのが好ましく、回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、0＜Δ／d＜0.165を満たすことが好ましく、回折光学面を有する光学素子として成形加工品を用いるのが好ましい。
【００８１】
本実施形態のレーザ走査方法は、光源からの光束をカップリング光学系でカップリングし、カップリング光学系からの光束を偏向器で主走査方向に偏向させ、偏向された光束を走査光学系で集光させるレーザ走査方法であって、光源の波長を500nm以下とし、主走査方向に正のパワーを持つ少なくとも一枚の樹脂レンズと、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなり、且つ、偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する少なくとも１つの光学機能部とを有する走査光学系を用いることを特徴とする。
【００８２】
本実施形態のレーザ走査方法は、上記構成に加え、光学機能部として回折光学面を用いるのが好ましく、回折光学面の回折効率を、偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って減少させるのが好ましく、回折光学面として平面又は曲面の光学面に設けられた凹凸を用いるのが好ましい。
【００８３】
本実施形態のレーザ走査方法は、上記構成に加え、回折光学面のバックカット面を、偏向器からの光束が光軸上から軸外へ向かうに従って、光線入射方向に対する角度が大きくなるようにすることが好ましく、回折光学面を有するレンズとして成形加工品を用いることが好ましい。
【００８４】
本実施形態のレーザ走査方法は、上記構成に加え、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う像面位置ずれを補正するのが好ましく、光源波長が伸びるに従って、パワーが強くなる光学素子を用いることにより、温度変動に伴う倍率変化を補正するのが好ましい。
【００８５】
本実施形態のレーザ走査方法は、上記構成に加え、光源が複数の光束を出射するのが好ましく、各光学系としてオーバーフィルド光学系を用いるのが好ましい。
【００８６】
本実施形態の画像形成方法は、上記いずれかの構成のレーザ走査方法を用いることを特徴とする。
【００８７】
本実施形態によれば、光源からの光束を偏向手段に導く光学系が少なくとも一つの回折光学面と、少なくとも一枚の樹脂レンズとを有することにより、小径なビームスポットが得られ、且つ、高速書込が可能で、低コストで、しかも環境温度が変化しても画像劣化が発生しない。
【実施例】
【００８８】
ここで、回折光学素子を用いた環境温度の変化よる像面位置や倍率変化の補正原理を説明する。
〔倍率変化の補正原理〕
１．走査光学系における樹脂レンズの屈折面の温度特性走査光学系に樹脂レンズを用いた場合、温度上昇時に屈折面にて、以下の現象が発生する。
(1)熱膨張による相似変形により、屈折面の曲率半径が大きくなり、光線の偏角が小さくなる。
(2) 温度上昇による屈折率低下により、屈折面ではさらに光線の偏角が小さくなる。
(3) LD（レーザーダイオード）光源では温度上昇によって発振波長が長波長側にシフトする。このため、樹脂レンズの屈折率低下が波長が長くなった分発生するので、屈折面ではさらに光線の偏角が小さくなる。これにより、図２に示すように、λt1＞λt2（温度t1＜t2で、λt1：温度t1での偏角、λt2：温度t2での偏角）となり、主走査方向書込位置が理想位置より周辺にずれる。
ここで、図２は温度変化による主走査方向書き込み位置の変化を示す図である。
【００８９】
２．回折光学素子の特徴回折光学素子では図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光線波長に比例し、光線の偏角が大きくなり、θλ2＞θλ1  （光線波長：λ1＜λ2で、θλ1：光線波長λ1での偏角、θλ2：光線波長λ2での偏角）となる特徴を有する。
ここで、図３（ａ）、（ｂ）は光線波長と偏角との関係を示す図である。
【００９０】
３．走査光学系における樹脂レンズと回折光学素子による書込位置補正効果１．で述べたように、温度上昇によって樹脂レンズの屈折面では偏角が小さくなり、結果として主走査方向書込位置が理想位置より周辺にずれる。それに対し、回折光学素子を用いることで、温度上昇によって発生したLD発振波長の長波長側への波長シフトにより、２．で述べた偏角が小さくなる現象にて、主走査方向書込位置を中央へずらす効果があるため、結果として主走査方向書込位置ずれを補正することができる（図４参照）。
ここで、図４は屈折面及び回折面で生じる書き込み位置変化を示す図である。
【００９１】
〔像面位置変化の補正原理〕
１．樹脂レンズの屈折面の温度特性走査光学系に樹脂レンズを用いた場合、温度上昇時に屈折面にて、以下の現象が発生する。
(1)熱膨張による相似変形により、屈折面の曲率半径が大きくなり、焦点距離が長くなる。
(2) 温度上昇による屈折率低下により、屈折面ではさらに焦点距離が長くなる。
(3) LD光源では温度上昇によって発振波長が長波長側にシフトするため、樹脂レンズの屈折率低下が波長が長くなった分発生するため、屈折面ではさらに焦点距離が長くなる。従って、像面位置は後方に移動する。
【００９２】
２．回折光学素子の特徴回折光学素子では焦点距離が光線波長に反比例する特徴を有する。
【００９３】
３．走査光学系における樹脂レンズと回折光学素子による書込位置補正効果１．で述べたように、温度上昇によって樹脂レンズの屈折面では焦点距離が伸びる。それに対し、回折光学素子を用いることで、温度上昇によって発生したLD発振波長の長波長側への波長シフトにより、２．で述べた焦点距離が光線波長に反比例する現象にて、結果として像面位置ずれを補正することができる。 この場合には樹脂レンズが偏向器前にあっても、偏向器後にあっても、そして回折光学素子を偏向器前に設けても、偏向器後に設けても効果が期待できる。
【００９４】
また、ポリゴン面を小さくし、ポリゴン面数増やすことにより高速書込を可能とする図９に示す様なオーバーフィルド光学系を用いるのが望ましい。
しかし、発振波長が500nm以上で小径ビームスポットを得るためには、走査光学系に入射する光束幅を大きくせねばならず、必然的にポリゴン面も大きくせねばならず前述のメリットが得られない。
従って、オーバーフィルド光学系において、発振波長を500nm以下とすれば小径ビームスポットが得られ、ポリゴン面数増やすことにより高速書込も可能なレーザ走査装置が可能となる。また、発振波長が500nm以下では、光束の樹脂レンズ透過距離に比例して生じる吸収による光量減少の効果が著しい。
【００９５】
一般に主走査断面で生のパワーを持つ走査レンズはレンズの周辺よりも中央が厚くなっているので中央像高の光量に比べて周辺像高での光量過多が著しい。そこで、周辺像高での光透過率を落とす必要がある。しかし、別にNDフィルター等を付加するとコストアップとなる。従って、元々回折面にあるバックカット面の方向を光軸上から軸外へ向かうに従って光線入射方向に対して角度を大きくすれば、バックカットに当たった光は像面以外の方向に屈折あるいは反射し、結像に寄与しないので、レンズ厚みの偏差によって生じる光量偏差を補正できる。
【００９６】
図１０はバックカット面１０と、光線入射方向１１との関係を示す図である。
以下に数値実施例を挙げる。
先ず、レンズが全て樹脂で、回折光学面を用いない従来の走査光学系の例を挙げる。従来の走査光学系の光路図を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図５（ａ）は実体図であり、図５（ｂ）は図５（ｂ）を簡素化した光路図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示した各部材の距離を示す。
【００９７】
光源１は厚さ0.3mmのカバーガラスの付いた半導体レーザである。光源１から射出した光束はカップリングレンズ２により弱い発散光となり、アパーチャ３を経て、第１光学系をなすアナモルフィックレンズ４により主走査方向は平行光、副走査方向はポリゴンミラー５近傍に集束する光束となる。さらにポリゴンミラー５により偏向され、偏向器側走査レンズ６と像面側走査レンズ７により、防塵ガラス８を経て、像面に結像する。
また、光源１とカップリングレンズ２は材質がアルミである同一の部材に固定されている。
【００９８】
以下に光学系データを示す。
光源波長は25℃で405.0nmとし、45℃で411.4nmとした。
カップリングレンズ２については以下の通りである。
光源側面形状は、式(1)で表される共軸非球面である。
ｘ＝(h∧2／R)／[1＋√[1−(1＋K)(h／R) ∧2]]＋A4・h∧4＋A6・h∧6＋A8・h∧8
＋A10・h∧10                                                     ……(1)
ここで、光軸からの距離をhとし、近軸曲率半径をRとし、円錐定数をKとし、高次の係数をそれぞれA4、A6、A8、A10とし、光軸方向のデプスをxとする。また、「∧」は乗数を表し、例えばｈ∧２はｈの２乗（ｈ2）を意味する。
【００９９】
係数は以下の通りである。
R  ＝  86.09118
K  ＝  361.987634
A4 ＝−0.827025E−04
A6 ＝−0.413360E−05
A8 ＝  0.942600E−06
A10＝−0.936986E−07
【０１００】
像面側面形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は以下の通りである。
R  ＝−9.13000
K  ＝−0.310240
A4 ＝  0.592273E−04
A6 ＝  0.250465E−06
A8 ＝  0.119847E−06
A10＝−0.563217E−08
【０１０１】
アナモルフィックレンズ４については以下の通りである。
光源側面形状は、式(2)で表されるアナモルフィック面である。
ｘ＝[(1／Rm)・y∧2＋(1／Rs)・z∧2]／[1＋√[1− (y／Rm) ∧2−(z／Rs) ∧]]
……(2)
ここで、光軸からの主走査方向距離をyとし、副走査方向距離をzとし、主走査方向曲率半径をRmとし、副走査方向曲率半径をRsとし、光軸方向のデプスをxとする。係数は以下の通りである。
Rm＝500
Rs＝40.55
【０１０２】
像面側面形状は平面である。 偏向器側走査レンズ６については以下の通りである。光源側面形状は、式(1)で表される共軸非球面である。係数は以下の通りである。
R  ＝−312.6
K  ＝  2.667
A4 ＝  1.79E−07
A6 ＝−1.08E−12
A8 ＝−3.18E−14
A10＝  3.74E−18
【０１０３】
像面側面形状は、式(1)で表される共軸非球面である。係数は以下の通りである。
R  ＝−83.0
K  ＝  0.02
A4 ＝  2.50E−07
A6 ＝  9.61E−12
A8 ＝  4.54E−15
A10＝−3.03E−18
【０１０４】
また、両面の頂点は、図１の主光線に対して、図上方へ1.16mmずれている。 像面側走査レンズ７については以下の通りである。光源側面形状は、主走査方向に関しては式(3)で表される非円弧であり、副走査方向に関しては式(4)で表されるように副走査曲率半径が連続的に変化する。
ｘ＝(y∧2／Rm)／[1＋√[1−(1＋K)(y／Rm) ∧2]]＋A4・y∧4＋A6・y∧6
＋A8・y∧8＋A10・y∧10                                          ……(3)
ここで、光軸からの主走査方向距離をyとし、主走査近軸曲率半径をRmとし、円錐定数をKとし、高次の係数をそれぞれA4、A6、A8、A10とし、光軸方向のデプスをxとする。
【０１０５】
Ｒs(y)＝Ｒs＋Σｂj・y∧j  （ｊ＝1，2，3，…）                     ……(4)
ここで、光軸からの主走査方向距離をyとし、光軸からの主走査方向距離yでの副走査半径をＲs(y)とし、光軸上での副走査半径をＲsとし、高次の係数をｂj  （ｊ＝1，2，3，…）とする。
【０１０６】
係数は以下の通りである。
Rm ＝−500
K  ＝−71.73
A4 ＝  4.33E−08
A6 ＝−5.97E−13
A8 ＝−1.28E−16
A10＝  5.73E−21
Rs ＝−47.7
b2 ＝  1.60E−03
b4 ＝−2.32E−07
b6 ＝  1.60E−11
b8 ＝−5.61E−16
b10＝  2.18E−20
b12＝−1.25E−24
【０１０７】
像面側面形状は、トロイダル面であり、副走査形状は式(5)で表される円弧であり、この円弧の頂点から光軸方向にRm離れた副走査方向に平行な軸を中心に回転させた形状である。
【０１０８】
ｘ＝(z∧2／Rs)／[1＋√[1− (z／Rs) ∧2]]                          ……(5)
ここで、光軸からの主走査方向距離をyとし、副走査近軸曲率半径をRsとし、光軸方向のデプスをｘとする。
【０１０９】
係数は以下の通りである。
Rm＝−1000
Rs＝−23.38
また、両面の頂点は、図１の主光線に対して、図上方へ1.21mmずれている。 面間隔は以下の通りである。
d1 ＝ 12.843
d2 ＝ 3.8
d3 ＝ 102.8
d4 ＝ 3.0
d5 ＝ 69.3
d6 ＝ 51.7
d7 ＝ 31.4
d8 ＝ 78.0
d9 ＝ 3.5
d10＝ 143.62
【０１１０】
なお、本光学系において、厚さ1.9mm(25℃)の防塵ガラス８を挿入し、計算している。また、このガラスの屈折率は、光線波長が405.0nmであり、温度が25℃であるとき1.530174とし、光線波長が411.4nmであり、温度が45℃であるとき1.529378とし、線膨張係数を7.5E−06K∧−1とした。
レンズは全て同一の樹脂材料から成り、屈折率は、光線波長が405.0nmかつ温度が25℃であるとき1.54586とし、光線波長が411.4nmかつ温度が45℃であるとき1.54358とし、線膨張係数を7.0E−05K∧−1とした。
【０１１１】
以上の条件より、温度による光線波長、屈折率、面形状、肉厚の変化を考慮に入れて、像面位置に対する像面位置を算出すると以下の表１に示す結果が得られる。
【表１】
2006301299.tif 000003
【０１１２】
この結果より、環境温度が25℃から45℃に変化すると像面位置が大幅に変化することが分かる。
【０１１３】
次に、回折光学面を設けた、本発明の実施例を挙げる。
本発明に係る走査光学系の光路図の一実施例を図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図６（ａ）は実体図であり、図６（ｂ）は図６（ｂ）を簡素化した光路図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）に示した各部材の距離を示す。
【０１１４】
光源１は厚さ0.3mmのカバーガラスを有する半導体レーザである。この光源１は１つのみの光束を出射する半導体レーザ素子であっても、複数光束を出射する半導体レーザ素子アレイや１つのみの光束を出射する半導体レーザ素子を複数用いて複数光束を出射するようにしても構わない。複数光束を出射する光源であれば高速書込が可能となり、望ましい。
【０１１５】
光源１から射出した光束はカップリング光学系をなすカップリングレンズ１２により略平行光となり、アパーチャ３を経て、第１光学系をなす第１レンズ４により副走査方向のみポリゴンミラー１５近傍に集束する光束となる。さらにポリゴンミラー５により偏向され、偏向器側走査レンズ６と像面側走査レンズ１７とにより、防塵ガラス８を経て、像面に結像する。また、光源１とカップリングレンズ２とは同一の部材に固定されている。
ここで、レンズは全て樹脂製である。
【０１１６】
回折光学素子は通常の屈折面とは波長変化による屈折角の変化方向が逆である。従って、光学系全系の正のパワーの一部を回折光学素子に割り当てることにより、カップリングレンズ２の屈折面で発生する温度変化による像面位置ずれは勿論、本光学系のその他のレンズで発生する温度変化による像面位置ずれも補正出来る。
特に光源波長が500nm以下であり、且つ本光学系は樹脂レンズを含むため、屈折面で発生する温度変化による像面位置ずれが大きく、回折光学素子による補正が必須である。
【０１１７】
しかし、カップリング光学系の正パワーを回折光学素子だけに担わせると、波長変化に対して敏感になりすぎるので、正パワーを持つ屈折面も有することが望ましい。
カップリングレンズ２の回折光学素子は光軸を中心とした同心円の格子が刻まれている。
回折光学素子を樹脂とし、図９に示す様なレンズ面の凹凸により光束に位相変調与える方式とすれば、金型にこの凹凸の陰画を刻み、射出成形やモールド成形等で製造する成形加工品とすれば、大量生産が可能となり、低コストになるので望ましい。
【０１１８】
図８(a)は平面に回折光学素子を設けた例であり、図８(b)は曲面に設けた例である。 アナモルフィックレンズ４は光源側の面に副走査方向にのみ負のパワーを持つ屈折面が、像側の面に副走査方向のみに正のパワーを持つ回折光学素子が設けられている樹脂製回折光学素子である。主走査方向の温度変化による像面位置ずれに関してはカップリングレンズ２の設けられた回折光学素子で補正可能であるが、副走査方向は主走査方向より光学系全系の正のパワーが強い為、副走査方向に対しても温度変化による像面位置ずれを補正する為には副走査方向にさらに回折光学素子の正のパワーが必要であり、それがアナモルフィックレンズ４に設けられた副走査方向のみにパワーを持つ回折光学素子である。
【０１１９】
ところで、アナモルフィックレンズ４全体のパワーはビームスポット径の目標値から決まっており、その値は副走査方向の温度変化による像面位置ずれを補正する為に必要な回折光学素子の正のパワーより小さい。
【０１２０】
そこで、屈折面は負のパワーとし、回折光学素子の正のパワーを確保しつつ、アナモルフィックレンズ４全体のパワーも適切な値に設定できる。さらに温度上昇により全系の焦点距離が正の方向に伸びるのに対して、凹面は熱膨張で焦点距離が負の方向に伸びるため、これによる温度変化による像面ずれ低減効果もある。アナモルフィックレンズ４の回折光学素子の格子は副走査方向に直線の格子が刻まれている。
【０１２１】
以下に光学系データを示す。
光源波長は25℃で405.0nmとし、45℃で411.4nmとした。 カップリングレンズ２については以下の通りである。
光源側面形状は、同心円格子の回折光学素子である。回折光学素子の位相関数φ(h)は、式(6)で表される。
φ(h)＝C1・h∧2                                                    ……(6)
【０１２２】
ここで、光軸からの距離をhとし、位相係数をC1とする。係数は以下の通りである。
C1＝ −5.9759E−03
像面側面形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は以下の通りである。
R  ＝−22.03721
K  ＝−71.517137
A4 ＝−0.816702E−03
A6 ＝  0.557821E−04
A8 ＝−0.368988E−05
A10＝  0.138591E−06
【０１２３】
アナモルフィックレンズ４については以下の通りである。
光源側面形状は、主走査方向は平面、副走査方向は式(7)で表される非円弧形状である。
ｘ＝(z∧2／Rs)／[1+√[1−(1＋K)(z／Rs) ∧2]]＋B4・z∧4＋B6・z∧6＋B8・z∧8
＋B10・z∧10                                                      ……(7)
ここで、光軸からの副走査方向距離をzとし、副走査方向近軸曲率半径をRsとし、円錐定数をKとし、高次の係数をそれぞれA4、A6、A8、A10とし、光軸方向のデプスをｘとする。
【０１２４】
係数は以下の通りである。
Rs ＝ 378.06921
K  ＝−0.072542
B4 ＝−0.378609E−04
B6 ＝  0.965712E−04
B8 ＝−0.104802E−03
B10＝  0.398851E−04
【０１２５】
像面側面形状は副走査方向に格子を持つ回折光学素子である。回折光学面の位相関数φ(z)は、式(8)で表される。
φ(z)＝C1・z∧2                                                      ……(8)
【０１２６】
ここで、光軸からの副走査方向距離をzとし、位相係数をC1とする。係数は以下の通りである。
C1＝−3.1000E−03
【０１２７】
偏向器側走査レンズ６については以下の通りである。
光源側面形状は、主走査面内における面形状は式(9)で表される非円弧形状をなしている。
ｘ＝(y∧2／Rs)／[1＋√[1−(1＋K)(y／Rs) ∧2]]＋A4・y∧4＋A6・y∧6
＋A8・y∧8＋A10・y∧10                                        ……(9)
【０１２８】
ここで、光軸からの主走査方向距離をyとし、主走査方向近軸曲率半径をRmとし、円錐定数をKとし、高次の係数をそれぞれA4、A6、A8、A10とし、光軸方向のデプスをｘとする。
【０１２９】
副走査曲率は光軸からの主走査方向距離に応じて式(10)で表されるように変化している。
Cs(Y)＝1／Rs(0)＋B1・Y＋B2・Y∧2＋B3・Y∧3＋B4・Y∧4＋ B5・Y∧5   ……(10)
【０１３０】
ここで、光軸からの主走査方向距離をYとし、副走査方向曲率をCsとし、円錐定数をKとし、高次の係数をそれぞれB1、B2、B3、B4、B5とする。係数は以下の通りである。
Rm ＝−279.9
Rs ＝−61.0
K  ＝  2.900000E＋01
A4 ＝  1.755765E−07
A6 ＝−5.491789E−11
A8 ＝  1.087700E−14
A10＝−3.183245E−19
A12＝−2.635276E−24
B1 ＝−2.066347E−06
B2 ＝  5.727737E−06
B3 ＝  3.152201E−08
B4 ＝  2.280241E−09
B5 ＝−3.729852E−11
B6 ＝−3.283274E−12
B7 ＝  1.765590E−14
B8 ＝  1.372995E−15
B9 ＝−2.889722E−18
B10＝−1.984531E−19
【０１３１】
像面側面形状は、式(1)で表される非球面であり、係数は以下の通りである。
R  ＝−83. 6
K  ＝ −0.549157
A4 ＝   2.748446E−07
A6 ＝ −4.502346E−12
A8 ＝ −7.366455E−15
A10＝   1.803003E−18
A12＝   2.727900E−23
【０１３２】
像側走査レンズ７については以下の通りである。
光源側面形状は、主走査面内における面形状は式(9)で表される非円弧形状をなしている。副走査曲率は光軸からの主走査方向距離に応じて式(10)で表されるように変化している。係数は以下の通りである。
Rm ＝ 6950
Rs ＝ 110.9
K  ＝ 0.000000E＋00
A4 ＝ 1.549648E−08
A6 ＝ 1.292741E−14
A8 ＝−8.811446E−18
A10＝−9.182312E−22
B1 ＝−9.593510E−07
B2 ＝−2.135322E−07
B3 ＝−8.079549E−12
B4 ＝  2.390609E−12
B5 ＝  2.881396E−14
B6 ＝  3.693775E−15
B7 ＝−3.258754E−18
B8 ＝  1.814487E−20
B9 ＝  8.722085E−23
B10＝−1.340807E−23
【０１３３】
像側面形状は、主走査面内における面形状は式(9)で表される非円弧形状をなしている。副走査曲率は光軸からの主走査方向距離に応じて式(10)で表されるように変化している。係数は以下の通りである。
Rm ＝  766
Rs ＝−68.22
K  ＝  0.000000E＋00
A4 ＝−1.150396E−07
A6 ＝  1.096926E−11
A8 ＝−6.542135E−16
A10＝  1.984381E−20
A12＝−2.411512E−25
B2 ＝  3.644079E−07
B4 ＝−4.847051E−13
B6 ＝−1.666159E−16
B8 ＝  4.534859E−19
B10＝−2.819319E−23
【０１３４】
面間隔は以下の通りである。
d1 ＝ 26.07144
d2 ＝ 3.8
d3 ＝ 102.8
d4 ＝ 3.0
d5 ＝ 121.7448
d6 ＝ 64.00685
d7 ＝ 22.6
d8 ＝ 75.85
d9 ＝ 4.9
d10＝ 158.71
【０１３５】
本光学系において、厚さ1.9mm(25℃)の防塵ガラス８を挿入し、計算している。なお、このガラスの屈折率は、光線波長が405.0nmで、温度が25℃であるとき1.530174とし、光線波長が411.4nmで、温度が45℃であるとき1.529378とし、線膨張係数を7.5E−06K∧−1とした。レンズは全て同一の樹脂材料から成り、屈折率は、光線波長が405.0nmかつ温度が25℃であるとき1.54586とし、光線波長が411.4nmかつ温度が45℃であるとき1.54358とし、線膨張係数は7.0E−05K∧−1とした。
【０１３６】
以上の条件より、温度による光線波長、屈折率、面形状、肉厚の変化を考慮に入れて、像面位置に対する像面位置を算出すると以下の表２に示す結果が得られる。
【表２】
2006301299.tif 000004
【０１３７】
この結果より、環境温度が25℃から45℃に変化する時の像面位置変化が補正されていることが分かる。また、波長500nm以下の光ではレンズを構成する樹脂材料の吸収による光量不足が問題となる。
【０１３８】
そこで、回折面での回折効率の低下による光量減少を防がなければならない。
ここで、回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスの差をΔとした時に、回折効率とΔ／dとは図１１に示すような関係がある。
図１１は回折効率とΔ／ｄとの関係を示す図であり、横軸がΔ／ｄを示し、縦軸が回折効率を示す。
Δ／dが大きくなるにつれて回折効率が落ちている。すなわち、光量が減少する。ここで、回折効率が80%を下回ると十分な書込光量が得られない。回折効率が80%となるΔ／dは0.165である。従って、0＜Δ／d＜0.165を満たすことが望ましい。さらに本実施例の様に回折面を２面持つ場合には、Δ／d＜0.15であるとより望ましい。なお、実施の形態の光走査装置はシングルビーム方式であるが、光源として複数の半導体レーザからの光束をプリズム等で合成する方式や半導体レーザアレイを用いることにより、光走査をマルチビーム方式で行うことも出来る。
【０１３９】
図７は本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示している。
この画像形成装置は光プリンタであり、感光媒体として円筒状に形成された光導電性の感光体１１１を有し、その周辺に帯電手段１１２（帯電ローラによる接触式のものを示しているが、コロナチャージャや帯電ブラシを用いることもできる）、現像装置１１３、転写手段１１４（転写ローラを示しているがコロナチャージャを用いるものであってもよい）、クリーニング装置１１５を有している。符号１１６は定着装置を示す。また、光走査装置１１７を有し、帯電手段１１２と現像装置１１３との間で光走査による画像書き込みを行うようになっている。
【０１４０】
光走査装置としては、前述の光走査装置の実施形態を用いることができる。画像形成を行うには、感光体１１１が矢印方向へ等速回転され、その表面が帯電手段１１２により均一帯電され、次いで、光走査装置１１７による光走査により画像が書き込まれ、書き込まれた画像に対応する静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」で画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置１１３により反転現像されてトナー画像として可視化される。トナー画像は、転写紙やＯＨＰシート等のシート状記録媒体Ｓ上に転写手段１１４により転写され、定着装置１１６により定着される。トナー画像を定着されたシート状記録媒体Ｓ装置外へ排出され、トナー画像転写後の感光体１１１はクリーニング装置１１５によりクリーニングされて残留トナーや紙粉が除去される。また、光走査装置に複数の光源を設けてマルチビーム化も可能であり、ポリゴン回転数低減が出来、消費電力が低減できる。また、複数の光走査装置と感光体を用いて複数の色の異なるトナー画像を作り、それを重ね合わせてカラー画像を作っても良い。
【０１４１】
〔作用効果〕
具体的には以下の作用、効果を持つ。
１．第１光学系に回折光学面を用いることにより、環境温度変化による像面位置変動を補償することが出来る。
２．回折光学面を凹凸形状とし、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
３．回折光学面の理想のデプスをdとし、実際のデプスと理想のデプスとの差をΔとした時に、Δ／d＜0.165を満たすことにより、十分な光量を得ることができる。
４．走査光学系が、光源波長が伸びるに従ってパワーが強くなり、且つ、光軸上から軸外へ向かうに従って透過光量が低下する光学機能部分を有することにより環境温度変化による倍率変動の補償と、シェーディング低減とを行うことが出来る。
５．光学機能部分は、回折光学面を用いることにより実現することが出来る。
６．回折光学面を凹凸形状とし、成型加工品とすることにより、低コストでの大量生産が可能になる。
７．回折光学面のバックカット面を、光軸上から軸外へ向かうに従って光線入射方向に対する角度を大きくすることにより、シェーディングを低減することが出来る。
８．複数の光束を射出することにより、書込の高速化を図ることができる。
９．オーバーフィルド光学系を用いることにより、ポリゴン面を小さくすることができる。
１０．ポリゴン面数増やすことにより、高速書込が可能となると共に小径ビームスポットを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、スキャナー、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】樹脂製レンズにおける波長と屈折率との関係を示す図である。
【図２】温度変化による主走査方向書き込み位置の変化を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は光線波長と偏角との関係を示す図である。
【図４】屈折面及び回折面で生じる書き込み位置変化を示す図である。
【図５】従来の走査光学系の光路図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は発明に係る走査光学系の光路図の一実施例を示す図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示している。
【図８】(a)は平面に回折光学素子を設けた例であり、(b)は曲面に設けた例である。
【図９】オーバーフィルド光学系を示す図である。
【図１０】バックカット面と光線入射方向との関係を示す図である。
【図１１】回折効率とΔ／dとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１    光源（半導体レーザ）
２    カップリングレンズ
３    アパーチャ
４    アナモルフィックレンズ
５    ポリゴンミラー
６    偏向器側走査レンズ
７    像面側走査レンズ
８    防塵ガラス
９    像面
１０    防音ガラス
【図１】
2006301299.tif 000005
【図２】
2006301299.tif 000006
【図３】
2006301299.tif 000007
【図４】
2006301299.tif 000008
【図５】
2006301299.tif 000009
【図６】
2006301299.tif 000010
【図７】
2006301299.tif 000011
【図８】
2006301299.tif 000012
【図９】
2006301299.tif 000013
【図１０】
2006301299.tif 000014
【図１１】
2006301299.tif 000015