(57)【要約】【課題】ビームウエスト位置変動と副走査ビームスポット位置ずれの両方を良好に補正することができ、高性能で低コストの光走査装置及び多色画像形成装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ２５１とカップリングレンズ２１０を一体に保持した光源装置と、シリンダレンズ２０９の間に、焦点距離が可変可能な焦点距離可変手段２１２と、光ビームを少なくとも副走査方向に偏向可能な光偏向手段２１２とを設ける。半導体レーザ２５１から出たビームはカップリングレンズ２１０で略平行ビームになり、アパーチャ２１１に入射し、所望のビーム形状に整形される。焦点距離可変手段と光偏向手段２１２により、焦点距離と副走査方向のビームスポット位置が可変に制御される。【選択図】図３
2006258838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、焦点距離が可変可能な焦点距離可変手段と、光ビームを少なくとも副走査方向に偏向可能な光偏向手段と、光ビームを走査する光走査手段と、該光走査手段により走査される光ビームを像面に結像する結像レンズと、ビームスポット径を検出もしくは換算もしくは予測可能なビームスポット径検出手段と、少なくとも副走査方向のビームスポット位置を検出もしくは換算もしくは予測可能なビームスポット位置検出手段とを有する光走査装置において、前記ビームスポット径検出手段及びビームスポット位置検出手段による検出結果に基づいて、ビームスポット径及びビームスポット位置の両方を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、前記焦点距離可変手段と光偏向手段は、単一の素子で構成することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２記載の光走査装置において、前記焦点距離可変手段と光偏向手段は、それぞれ電圧を印加することにより液体レンズの曲率及び入射光ビームに対する相対的位置を可変にする手段であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項３記載の光走査装置において、ビームスポット径及びビームスポット位置を制御しないときでも電圧を印加することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項３記載の光走査装置において、前記液体レンズに入射させる光ビームは発散光であることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項３記載の光走査装置において、前記液体レンズを保持する基板もしくはパッケージの一部に入射光ビームに対して負のパワーを持つ面を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１、２または３記載の光走査装置において、前記焦点距離可変手段と光偏向手段は、光源からの光ビームを整形するアパーチャよりも光ビームの進行方向の後側且つ光走査手段よりも光ビームの進行方向の前側に設けることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光走査装置において、画像形成に関与する主走査方向領域における最小のビームスポット径に対して＋１０％以内となる光ビームの進行方向の領域は、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ未満であることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光走査装置において、光ビームの少なくとも副走査方向位置を検出する光検出手段を有し、前記光検出手段による検出結果により、少なくとも副走査方向のビームスポット位置を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置において、光走査方向の複数の箇所に光検出手段を有し、前記複数の光検出手段間の走査時間の検出結果に基づいて、ビームスポット径を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光走査装置において、前記複数の光検出手段の少なくとも１つは、請求項９に記載の光検出手段とし、ビームスポット位置とビームスポット径の両方を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光走査装置において、温度検出手段を有し、光走査装置内の温度を検出し、前記検出結果に基づいて、ビームスポット径及びビームスポット位置の両方を制御することを特徴とする光走査装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の光走査装置において、少なくとも主走査方向に最も大きなパワーを持つ結像レンズの温度を検出することを特徴とする光走査装置。
【請求項１４】
複数の光源と、前記複数の光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系を有する光走査装置において、各々の光源に対応して、その光源と偏向手段との間に、焦点距離可変手段と、少なくとも副走査方向に光路変更手段とを有することにより、複数の光源による副走査方向のビームスポット間隔を切り替え、かつビームスポット径を変化させることを特徴とする光走査装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の光走査装置において、上記焦点距離可変手段と光路変更手段は、単一の液体レンズで構成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の光走査装置において、少なくとも副走査方向のビームスポット位置を検出するためのビームスポット位置検出手段を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の光走査装置において、温度変動によるビームスポット位置変動を補正することを特徴とする光走査装置。
【請求項１８】
請求項１４記載の光走査装置において、ビームスポット径を検出するためのビームスポット径検出手段を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の光走査装置において、温度変動によるビームスポット径変動を補正することを特徴とする光走査装置。
【請求項２０】
請求項１４記載の光走査装置において、少なくとも副走査方向のビームスポット位置を検出するためのビームスポット位置検出手段と、ビームスポット径を検出するためのビームスポット径検出手段を備えることを特徴とする光走査装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の光走査装置において、温度変動によるビームスポット位置変動、およびビームスポット径変動を補正することを特徴とする光走査装置。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光走査装置を有し、前記光走査装置により像担持体上に形成された静電像をトナーで顕像化する現像手段と、紙などの媒体に転写する転写手段とを有して画像を出力することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光走査装置を複数有し、前記光走査装置により像担持体上に形成された静電像を各色トナーで顕像化する現像手段と、前記像担持体上に顕像化された各色画像を重ね合わせて、紙などの媒体に転写する転写手段と、を有してカラー画像を出力することを特徴とする多色画像形成装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の多色画像形成装置において、ビームスポット径は、各色それぞれに対応する光走査装置ごとに制御を行い、ビームスポット位置は、副走査方向の画像書き出し位置の各色間での相対的なずれを補正するように制御することを特徴とする多色画像形成装置。
【請求項２５】
請求項２３または２４記載の多色画像形成装置において、ビームスポット径及びビームスポット位置の補正は、連続プリント中における紙間で行うことを特徴とする多色画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等に用いられる光走査装置、及び光走査装置を用いた多色画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ等に関連して広く知られた光走査装置は一般に、半導体レーザ等の光源からの光ビームを、ポリゴンミラーやガルバノミラー等の光偏向器により偏向し、ｆθレンズ等の結像光学系により被走査面に向けて集光して被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットで被走査面を光走査するように構成されている（光走査の方向を主走査方向という）。被走査面の実体をなすものは光導電性の感光体等である感光媒体の感光面である。
【０００３】
以上のような光走査装置に求められる性能として、以下のようなことが挙げられる。
１．被走査面上での画像形成領域におけるビームスポット径の均一性
２．被走査面上での走査速度の等速性（ｆθ特性）
光走査装置の光偏向器としては、ポリゴンミラーが広く用いられているが、ポリゴンミラーを用いて光走査を行うと、画像形成領域の端部の方が中央部よりも走査速度が速くなりｆθ特性が実現できず、また、画像形成領域の端部と中央部では光路長が異なるため、像面湾曲が生じ、ビームスポット径の均一性が保たれない。ｆθ特性及び像面湾曲を補正するのがｆθレンズであり、ｆθレンズにより上記１、２の性能が満たされる。
【０００４】
また、ｆθレンズの更なる性能向上、及び低コスト化のため、樹脂を用いて非球面化されている。そのため、温度変動によりビームウエスト位置変動が生じやすく、被走査面上におけるビームスポット径の太りが発生しやすくなる。ビームスポット径の太りは出力画像の大きな品質劣化を招く。温度変動によるビームウエスト位置変動が発生しても、ビーム径の太りができるだけ小さくなるようにｆθレンズ及び光走査装置が設計されているが、温度変動によって光走査装置の性能が劣化する。また、上記したようにｆθレンズ及び光走査装置を設計しているため、ｆθレンズの大型化を招くと共に、ｆθレンズ製造誤差やｆθレンズを含むその他の光学部品の組み付け誤差が大きい。これらの理由により、光走査装置のより一層の高性能化と低コスト化を難しくしている。
【０００５】
温度変動による光走査装置の性能劣化は、ビームウエスト位置の変動のみならず、光走査装置全体（ハウジング）の変形によって副走査方向のビームスポット位置もずれる。これが、多色画像形成装置の出力画像に色ずれとして表れる。この色ずれは、アルミダイキャストを用いたハウジングでは緩和されるが、許容値まで低減できず、樹脂ハウジングに比べてコストが高く、生産性も悪い。
【０００６】
温度変動によるビームウエスト位置変動の補正方法としては、例えば、特許文献１に記載のように、ｆθレンズの一部の面に回折面を設け、回折面の特徴である逆分散特性を利用して温度変動によるビームウエスト位置変動を補正する方法がある。温度上昇時には屈折面の焦点距離が増加するが、温度上昇によって増加した半導体レーザの波長の影響により回折面の焦点距離は減少する（逆分散特性）。つまり、温度上昇時における屈折面の焦点距離の増加を回折面の焦点距離の減少で打ち消し、温度変動によるビームウエスト位置変動を補正している。上記のような回折面（回折光学素子）は樹脂により作製するが、微細な形状を転写しなければならないため、作製に多大な時間を要しコストがかかる。また、回折面を用いた補正では、屈折面の温度（ｆθレンズだけでなく、その他の光学素子の屈折面も含む）と光源（半導体レーザ）の温度が等しい（もしくは温度関係が設計どおりになっている）ことが前提条件であるため、全ての設置環境で補正ができるものではない。
【０００７】
他の補正方法としては、例えば特許文献２に記載のように、液晶偏向素子を用いて光ビームを副走査方向に偏向し、副走査ビームスポット位置ずれを補正する方法がある。さらに、特許文献３に記載のように、くさび形プリズムを光軸回りに回動させることにより光ビームを副走査方向に偏向し、副走査ビームスポット位置ずれを補正する方法もある。
【０００８】
上記した特許文献１〜３は、温度変動時に生じる、ビームウエスト位置変動と副走査ビームスポット位置ずれのいずれかを補正するもので、その両方を補正するものではない。高性能な光走査装置の実現には、ビームウエスト位置変動と副走査ビームスポット位置ずれの両方を補正する必要がある。
【０００９】
ところで、デジタル複写機やレーザプリンタ等の記録装置に用いられている光走査装置において、記録速度を向上させる方法として、偏向手段としての回転多面鏡（ポリゴンミラー）の回転速度を上げる方法がある。しかし、この方法ではモータの耐久性や騒音、熱、振動の発生といった問題が発生し、記録速度の向上には限界がある。そこで、一度に複数の光ビームを走査して複数ラインを同時に記録することにより、記録速度を向上させたマルチビーム光走査装置が数多く提案されている。
【００１０】
マルチビーム光走査装置には２つの方式があり、１つは複数個の半導体レーザ光源からの光ビームをビームスプリッタなどによって合成する方法、他の１つは複数の発光点をもつ半導体レーザアレイ光源を用いる方法である。後者は、光源が近接しているためクロストークが発生しやすく、光量制御が難しく、高コストである。
【００１１】
マルチビーム光走査装置は、偏向手段の回転速度を上げずに記録速度を向上することができ、騒音、熱の発生の点からみても環境面に良い。また、同じ記録速度を維持したまま、偏向手段の回転速度をビーム数に応じて、１／２、１／３．．．と低減できる。
【００１２】
上記した前者の方法を用いた光走査装置は、汎用の半導体レーザを使用し、安価であるが、複数の光ビームを高い位置精度で合成する必要がある。
【００１３】
近年、記録装置のマルチファンクション化が進み、用途に合わせて記録密度を選択できる機能が盛り込まれ、上記マルチビーム光走査装置の記録密度を可変にするには、ポリゴンモータや半導体レーザの変調速度を可変にし、あるいは副走査方向のビームスポット間隔を可変にする必要がある。
【００１４】
また、記録密度を可変にする記録装置では、通常、ビームスポット位置を制御することにより記録密度を可変にしているが、より良好な画像を得るためには、記録密度に応じてビームスポット径も可変にする必要がある。
【００１５】
ビームスポット間隔を可変にする方法として、例えば特許文献４に記載された方法がある。この方法は、半導体レーザが固定された支持部材の回転によって副走査方向のビームスポット間隔を決定しているが、機構が複雑で、またメカ的な回転角度の精度を維持することが難しく、調整も難しい。さらに、ビームスポット間隔の切り替えにはステッピングモータが使用され、装置が大型化する。
【００１６】
このように、光源を移動することにより光路を変更させる方法の他に、三角プリズム等の光学素子や液晶偏向素子などの光学素子によって光路を変更する方法も提案されている。
【００１７】
ビームスポット径を可変にする方法として、例えば特許文献５に記載された方法がある。この方法は、光ビーム発生手段から回転多面鏡の間の少なくとも１枚のレンズを光軸上で移動させることによってビームスポット径を可変にしているが、レンズを移動させる機構が必要となり、またそのメカ的な位置精度を維持することが難しく、その調整も難しい。ビームスポット径を可変にする他の方法として、アパーチャ径を変更する方法やレンズを交換する方法もある。
【００１８】
【特許文献１】特許第３５５４１５７号公報
【特許文献２】特開２００３−２４１１３０号公報
【特許文献３】特開２００４−１０９７００号公報
【特許文献４】特開平１１−２３９８８号公報
【特許文献５】特開平１０−２０６７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記した特許文献１〜３では、温度変動時に生じるビームウエスト位置変動と副走査ビームスポット位置ずれの両方を補正することができない。また、上記した特許文献４、５では、ビームスポット間隔とビームスポット径の調整が難しい。
【００２０】
本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、ビームウエスト位置変動と副走査ビームスポット位置ずれの両方を良好に補正することができ、高性能で低コストの光走査装置及び多色画像形成装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、複雑な機構を持たず、メカ的な調整を行うことなく、ビームスポット間隔を切り替えると同時にビームスポットを変化させることが可能な光走査装置を実現し、さらに環境変化や経時変化にも適応できる光走査装置を提供することにある。また、この光走査装置を用いることにより、良好な画像が得られる記録密度切り替え可能な記録装置（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】
【００２２】
本発明は、光源と、焦点距離が可変可能な焦点距離可変手段と、光ビームを少なくとも副走査方向に偏向可能な光偏向手段と、光ビームを走査する光走査手段と、光走査手段により走査される光ビームを像面に結像する結像レンズと、ビームスポット径を検出もしくは換算もしくは予測可能なビームスポット径検出手段と、少なくとも副走査方向のビームスポット位置を検出もしくは換算もしくは予測可能なビームスポット位置検出手段と、を有する光走査装置において、前記ビームスポット径検出手段及びビームスポット位置検出手段による検出結果に基づいて、ビームスポット径及びビームスポット位置の両方を制御することを主要な特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、複数の光源と、前記複数の光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、偏向手段によって偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系を有する光走査装置において、各々の光源に対応して、その光源と偏向手段との間に、焦点距離可変手段と、少なくとも副走査方向に光路変更手段とを有することにより、複数の光源による副走査方向のビームスポット間隔を切り替え、かつビームスポット径を変化させることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、温度変動が発生してもビームウエスト位置及びビームスポット位置を初期状態（工場出荷時）と同等に補正することができ、設置環境によらず高品質な画像を提供することができる。
【００２５】
本発明によれば、小型、低コスト、低光損失な光走査装置を提供することができる。
【００２６】
本発明によれば、応答速度が速く且つ低コストの焦点可変光偏向手段を実現することができ、ビームウエスト位置及びビームスポット位置ずれを高速且つ低コストで制御できる。
【００２７】
本発明によれば、画像形成中においてビームウエスト位置及びビームスポット位置の安定性を高めることができる。
【００２８】
本発明によれば、新たに光学素子を追加することなく簡略且つ低コストの光走査装置を実現できる。
【００２９】
本発明によれば、ビームスポット光量が変化することなく、制御が簡単で、小型な焦点可変偏向手段を有した光走査装置が実現できる。
【００３０】
本発明によれば、どのような環境下においても被走査面上におけるビームスポット径を一定に保つでき、また、ｆθレンズの小型・薄肉化が可能となるため、ｆθレンズの低コスト化、ｆθレンズを含む全ての光学部品の組み付け公差を拡大することができ、さらに調整工程が簡略化されるため、光走査装置の高安定化及び低コスト化が図れる。
【００３１】
本発明によれば、原理的にはリアルタイムで光ビームの副走査方向位置を検出（換算）することができる。
【００３２】
本発明によれば、原理的にはリアルタイムで、光ビームの被走査面上におけるビームスポット径を検出（換算）することができる。
【００３３】
本発明によれば、原理的にはリアルタイムで、光ビームの副走査方向位置及び被走査面上におけるビームスポット径を同時に検出（換算）することができ、さらには、トナー消費量を低減することができ、環境負荷軽減に貢献できる。
【００３４】
本発明によれば、原理的にはリアルタイムで、光ビームの副走査方向位置及び被走査面上におけるビームスポット径を同時に検出（換算）することができる。
【００３５】
本発明によれば、ビームスポット位置ずれとビームスポット径の制御精度を向上させることが可能となる。
【００３６】
本発明によれば、連続出力時においても、色ずれや色味の変化がない高品質なカラー画像を提供することができる。
【００３７】
本発明によれば、ビームスポット位置補正量を低減することができ、高精度で安定した制御が可能となる。
【００３８】
本発明によれば、局所的な画像品質劣化のない高品質なカラー画像を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。
【００４０】
図１は、フルカラー画像形成装置に展開した光走査装置を示す。図１の実施例では、ポリゴンミラー２１３に対して対向する方向に２ステーション分ずつ走査している。また、図１では、説明の簡略化のため、１ステーション分のみを図示している。図２はその断面図である。
【００４１】
４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を転写ベルト１０５の移動方向に沿って配列し、順次異なる色のトナー像を転写することでカラー画像を形成する画像形成装置において、各光走査装置を一体的に構成し、単一のポリゴンミラー２１３の同一面で全ての光ビームを走査する。
【００４２】
また、実施例では、各感光体に対して半導体レーザを対で配備し、副走査方向に記録密度に応じて１ラインピッチ分ずらして走査することにより、２ラインずつ同時に走査するようにしている。各光源ユニットからのビーム２０１は、複数の光源ユニット毎（１つの光源ユニットのみ図示）に射出位置が副走査方向に異なる位置となるよう、また、主走査方向には射出方向がポリゴンミラーの偏向点に向かって放射状となるように配置され、発光点からポリゴンミラーの偏向点に至る光路長は各々同一となるよう設定している。
【００４３】
シリンダレンズ２０９は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、各光ビームは偏向面において副走査方向に線状となるように収束され、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役となるようにして後述するトロイダルレンズとの組み合わせで面倒れ補正光学系をなす。
【００４４】
図示されない半導体レーザから放射された光ビームは、カップリングレンズにより平行光束化され（２０１）、図示されないアパーチュアによりビーム整形された後、シリンダレンズ２０９により副走査方向にのみ集束され、ポリゴンミラー２１３の偏向反射面位置に、主走査方向に長い線像として結像する。
【００４５】
各ステーションからのビームは各々副走査方向に平行に半導体レーザより射出され、平衡状態を保ったままポリゴンミラー反射面へ、反射面に対し垂直に入射される。
【００４６】
ポリゴンミラー２１３は、実施例では、６面ミラーとし、偏向に用いないビーム間の部分にポリゴンミラーの内接円より若干小径となるように溝を設けて風損をより低減した形状とし、１層の厚さは約２ｍｍとしている。
【００４７】
ｆθレンズ２１８１、２１８２、２１８３、２１８４は全て同一形状のレンズであり、各感光体に対し１つのｆθレンズに対応している。２１８１、２１８２（２１８３、２１８４）は副走査方向に重ねて保持されている。ｆθレンズ２１８１は、主走査方向にはポリゴンミラーの回転に伴って各感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、トロイダルレンズ２２０とともにポリゴンミラーの面倒れ補正機能をなし、ｆθレンズ２１８１を通過した後、折り返しミラー２２４で反射され、トロイダルレンズ２２０に入射し、さらに折返しミラー２２７で反射され、感光体ドラム１０２にスポット状に結像し、第１の光走査手段として、例えばイエロー画像を形成する。本実施例では、４つの感光体上を同時に走査し、４色の画像を同時に形成することができる。
【００４８】
各光走査手段では、ポリゴンミラーから感光体面に至る各光路長が一致するように、また、等間隔で配列された各感光体ドラムに対する入射位置、入射角が等しくなるように複数枚の折り返しミラーが配置される。
【００４９】
上記した実施例では、単一のポリゴンミラーに対して対向する方向に光ビームを走査する「対向走査方式」について説明したが、本発明は上記した走査方式に限定されない。
【００５０】
半導体レーザとカップリングレンズを一体に保持した光源装置２５０とシリンダレンズ２０９の間に、焦点距離が可変可能な焦点距離可変手段と、光ビームを少なくとも副走査方向に偏向可能な光偏向手段とを設ける。その様子を図３に示す。図３は副走査方向の断面図を示す。
【００５１】
図３において、半導体レーザ２５１から出たビームはカップリングレンズ２１０で略平行ビームになり、アパーチャ２１１に入射し、アパーチャ２１１で所望のビーム形状に整形される。焦点距離可変手段と光偏向手段２１２により、焦点距離と少なくとも副走査方向のビームスポット位置を可変にできる。実線は焦点距離可変手段及び光路変更手段２１２がないときを示し、点線は焦点距離可変手段及び光路変更手段２１２があるときを示す。
【００５２】
前述のように、温度変動により出力画像の品質が劣化してしまう２つの大きな要因は、温度変動によるビームウエスト位置変化及びビームスポット位置変化である。本発明では、上記のように焦点可変手段及び光偏向手段２１２を設けることにより、温度変動があってもビームウエスト位置及びビームスポット位置を初期状態（工場出荷時）と同等に補正することができ、設置環境によらず高品質な画像を提供することができる。
【００５３】
図３では、図１におけるポリゴンミラー２１３までの光学系を示したが、この動作原理から図１に適用すれば感光体ドラム１０２上において、少なくとも副走査方向ビームスポット位置変化、及び焦点距離変化に伴うビームスポット径変化が可能であることは明らかである。
【００５４】
上述したように、各感光体に対して半導体レーザを対で配備されており、各々の半導体レーザに対応して、光路変更手段が設けられていることから、１方の半導体レーザによって決まるビームスポット位置を基準として、もう１方の半導体レーザに対応する光路変更手段によってビームスポット位置を変化させることにより、２つの半導体レーザからの光ビームを所望のビームスポット間隔に設定することができる。または両方の半導体レーザからの光ビームを各々所望のビームスポット位置に変化させることにより、所望のビームスポット間隔を得ることもできる。
【００５５】
本発明では、このように各々の光源に対応して、その光源と偏向手段との間に、焦点距離可変手段及び少なくとも副走査方向に光路変更手段を設けることにより、複数の光源からの光ビームを所望の副走査方向のビームスポット間隔に設定することができるとともに、かつ焦点距離変化に伴ってビームスポット径を変化させることができる。
【００５６】
切り替えるべき副走査方向のビームスポット間隔や、設定すべきビームスポット径はあらかじめ光路変更手段や焦点距離可変手段の制御装置に記憶させておくこともでき、画像形成装置からの指示により制御が可能である。たとえば、記録密度が６００ｄｐｉであればビームスポット径を４５μｍ、１２００ｄｐｉであれば３０μｍに制御する。なお、ビームスポット径については、主走査方向および副走査方向に定義することができる。本発明のビームスポット径の制御は、主走査方向のみ、あるいは副走査方向のみでも良いし、主走査方向および副走査方向の両方としてもよい。また、本発明ではピーク強度の１／ｅ２のスレッシュレベルでの径を用いている。
【００５７】
焦点距離可変手段と光偏向手段は、単一の素子により実現するのが良い。別々の２つの素子で構成すると、２つの素子を光ビームが通過するため、光の損失が大きくなり、被走査面上での光量不足に陥る。さらには、２つの別々の素子を必要とすることから、装置の大型化は避けられず、また２つの素子の相対的位置の調整工程等も必要になり、コストアップとなる。焦点距離可変手段と光偏向手段は、単一の素子により実現することにより、上記問題点が解決され、焦点距離可変機能及び光偏向機能をもった光走査装置を、小型且つ低コスト且つ低光損失で実現できる。以下、焦点可変手段と光偏向手段が一体化された素子を焦点可変光偏向手段と呼ぶ。
【００５８】
焦点可変光偏向手段としては、例えば、特開２００３−５０５０３号公報に記載の「調整可能な液状マイクロレンズ」（以下、液体レンズと呼ぶ）を用いるのが良い。液体レンズは電圧を印加することにより、液体レンズの形状を変えることができ焦点距離を制御することができ、また、光軸に対して液体レンズの相対的位置を変更することができビームスポット位置を制御できる。液体レンズについて、図４を用いて説明する。
【００５９】
まず、図４（ａ）よりその構成について説明する。液体レンズは、透明な絶縁層と、その表面上に配置された透明な流体からなる小滴と、小滴から絶縁層により絶縁された複数の電極と、さらには絶縁層と電極を支持する透明基板を有している。また図４（ｂ）は複数の電極の構成を示す上面図である。各電極（電圧Ｖ１〜Ｖ４）と、小滴に接続された小滴電極（電圧Ｖ０）は結合され、これらＶ０〜Ｖ５の電圧差によって、液体レンズを動作させる。
【００６０】
次に、その動作について説明する。小滴と絶縁層がなす接触角θ１は、小滴と絶縁層と空気との相互の界面張力から決定される。そして小滴と電極との間に電圧差が存在しない場合（Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４）には、小滴は、小滴の体積（Ｖｏｌ）と接触角θ１により規定される形状（実線で示される）が維持され、小滴の曲率半径Ｒ１が定まる。また、小滴は電極に対し中心に存在する（図４（ｂ）の実線の位置）。
【００６１】
次に、小滴に対して４つの電極に等しい電圧Ｖが加えられた（すなわちＶ０≠Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４）場合には、点線で示される接触角θ２で規定される形状に変化し、接触角はθ１からθ２に減少する。小滴の体積（Ｖｏｌ）は変化していないので、接触角θ２で規定される形状との関係から、小滴の曲率半径Ｒ２が定まる。このとき、電圧Ｖに対して接触角は可逆的に変化し、すなわち曲率半径も可逆的に決定できる。このとき、小滴は電極に対し中心に存在したままである（図４（ｂ）の点線の位置）。
【００６２】
このように、液体レンズは小滴に対して電極に電圧Ｖをかけることによって、曲率半径Ｒを調整することができる、すなわち焦点距離が調整可能である。
【００６３】
続いて、小滴の位置を移動させる動作について説明する。４つの電極に選択的に電圧をかけることにより、小滴の位置を変化させることができる。例えば、Ｖ１とＶ３をＶ０と等しくし、Ｖ２をＶ４より大きくすることにより、小滴はより高い電圧の方向に引かれて、図４（ｃ）に示す矢印の方向に移動する。
【００６４】
このように、液体レンズは電極に選択的に電圧をかけることによって、レンズ位置、すなわち焦点位置が調整可能である。言うまでもないが、これは液体レンズの１つの構成例であって、これに限定されるものではない。
【００６５】
液体レンズを用いた焦点可変手段及び光偏向手段は、液晶を用いた焦点可変手段及び光偏向手段よりも高速応答が可能で低コストである。従って、液体レンズを用いて焦点可変光偏向手段を構成することにより、光偏向手段として液晶を用いたときよりも応答速度の高速化及び低コスト化が図られ、ビームウエスト位置及びビームスポット位置ずれを高速且つ低コストで制御できる。
【００６６】
また、液体レンズは電圧無印加状態では非常に不安定であるので、焦点距離、及びビームスポット位置の調整を行わない場合でも電圧を印加しておくのが良い。このようにすることで、画像形成中においてビームウエスト位置及びビームスポット位置の安定性を高めることができる。
【００６７】
液体レンズの光ビーム射出面（小滴側）は電圧印加の状態に関わらず正のパワーを持つため、液体レンズに入射するビームを略発散光とするか（図５（ａ））、もしくは、液体レンズを保持する基板もしくはパッケージの一部の面を、入射光ビームに対して負のパワーをもつようにするのが良い（図５（ｂ）、（ｃ））。図５（ｂ）、（ｃ）は基板に負のパワーを設けた例であり、図５（ｄ）はパッケージに負のパワーの面を設けた例である。負のパワーを持つ面は複数箇所に設けても良い。これにより、凹レンズ等の新たな光学素子を追加する必要がなくなり、簡略且つ低コストの光走査装置を実現できる。
【００６８】
焦点可変光偏向手段（液体レンズ）の設置位置は、アパーチャよりの光ビームの進行方向後側（被走査面側）且つ光走査手段よりも光ビームの進行方向前側（光源側）に設けるのが良い。上記のように構成することにより、ビームスポット光量が変化することなく、且つ制御が簡単で且つ小型な焦点可変偏向手段を有した光走査装置が実現できる。アパーチャよりも光源側に設けると、ビームスポット位置を可変にしたときにアパーチャによって切り取られるビームの位置が変化し、被走査面上でのビームスポットの光量が変化してしまう。また、ポリゴンよりも被走査面側の場合には、焦点可変光偏向手段の有効径を広く取る必要があり、素子が大型化し、素子の制御が難しくなる。
【００６９】
前述のように、温度変動によりビームウエスト位置が変動するので、被走査面上でのビームウエスト径が増大する。そのため、従来は、ビームウエスト位置変動が生じた場合でも、ビームウエスト径の増大が許容値になるように光走査装置を設計している。光走査装置によって異なるが、温度変動（１０〜４５℃）によって発生するビームウエスト位置変動は少なくとも±１．５ｍｍ（幅で３ｍｍ）程度は発生する。許容値を、最小ビームスポット径の＋１０％とすると、画像形成領域の全域において、最小ビームスポット径＋１０％となる光軸方向の幅は３ｍｍ以上なくてはならないため、その条件を満たすように光走査装置を設計する。そのため、ｆθレンズの大型化を招き、さらにはｆθレンズ製造誤差やｆθレンズを含むその他の光学部品の組み付け誤差が大きくなる。
【００７０】
ビームスポット径の制御機能を設けることで、上記のように設計する必要がなくなる。最小ビームスポット径の＋１０％となる光軸方向の幅が、画像形成領域の全域において、０．５ｍｍ以上３ｍｍ未満とすることで、ｆθレンズで補正すべき他の光学特性（像面湾曲、ｆθ特性、ビームスポット径の像高間での差、等）の補正をさらに良好に行うことができ、光走査装置の高性能化、ｆθレンズの小型化・薄肉化が可能となるため、ｆθレンズの低コスト化及びｆθレンズ製造誤差の低減が実現できる。さらには、ｆθレンズ以外の光学部品においても、組み付け誤差を小さくすることができる。また、調整工程を簡略化できるため、光走査装置の高安定化及び低コスト化が図られる（調整工程が入ると、装置としての安定性は低くなる）。さらには、どのような環境においても、被走査面上でのビームスポット径を一定に保つことができ、温度変動に対して安定な光走査装置を実現できる。
【００７１】
前記光軸方向の幅が０．５ｍｍより小さくなると、ある環境によっては、ビームスポット径の変動に対しビームスポット径の制御が追従できなくなる可能性があり、前記光軸方向の幅が３ｍｍ以上になると、補正の回数が極端に減り、ビームスポット径の制御機能を設けたメリットが少なくなる。
【００７２】
光ビームの副走査方向位置を制御するためには、光ビームの副走査方向位置を検出する必要がある。光ビームの副走査方向位置を検出するためには、光ビームの副走査方向位置を検出可能な光検出手段を用いるのが良い。
【００７３】
光ビームの副走査方向位置を検出可能な光検出手段としては、例えば、副走査方向に平行な辺縁と非平行な辺縁を持つ非平行ＰＤ（フォトダイオード）モジュールとすることで光ビームの副走査方向を検出することができる。図６（ａ）に実施例を示す。図６（ａ）の非平行ＰＤモジュールでは、副走査方向に平行なＰＤ１と副走査方向に平行でないＰＤ２が同一基板上に実装されている。図６（ａ）に示す構成において、ＰＤ１とＰＤ２の時間差を計測することにより、光ビームの副走査方向の位置を検出することができる。例えば、光ビームの副走査方向位置が丸付き数字１の状態から丸付き数字２の状態に変化したとすると、ＰＤ１とＰＤ２の時間差は短くなり、光ビームの副走査方向位置が丸付き数字１の状態から丸付き数字３の状態に変化したとすると、ＰＤ１とＰＤ２の時間差は長くなる。なお、上記した光検出手段は、図６（ａ）に限定されず、図６（ｂ）のように三角形ＰＤや三角形スリット等を用いても光ビームの副走査方向位置が検出可能である。
【００７４】
また、上記の非平行ＰＤモジュールは、主走査方向の画像領域外で、且つ光源からの光ビームが検出可能な位置に設置するのが良く、それにより、原理的にはリアルタイムで光ビームの副走査方向位置の変動を検出し、補正することができる。
【００７５】
画像形成装置が不安定な場所に設置され、温度・湿度などの環境変動を受ける場合や、画像形成装置の製造時からの経時変化、特に画像形成装置の稼動時における温度変化などを受ける場合においては、初期の設定状態からずれてくる。そのような場合においても検出結果をフィードバックすることにより、良好な状態に調整することができる。
【００７６】
光ビームのビームスポット径を制御するためには、光ビームのビームスポット径を検出する必要がある。ビームスポット径を検出するためには、主走査方向の複数箇所に光検出手段を設け、前記光検出手段間の走査時間を検出することで、ビームスポット径を見積もることができる。図７を用いて説明する。図７では、画像形成領域外の両端にＰＤモジュール１、２を設けている。温度上昇が生じると、結像レンズが膨張するため、焦点距離が長くなり、ビームウエスト位置が光軸方向の後側に変化する。焦点距離が長くなると、図７のような画像形成領域外の両端に設けたＰＤモジュール１、２間の走査時間は短くなる。従って、ＰＤモジュール１、２間の走査時間が短くなれば、焦点距離が長くなっていることになる。ビームウエスト位置（焦点距離）がわかれば、被走査面上でのビームスポット径に容易に換算可能である。
【００７７】
１つの方法としては、あらかじめ光学シミュレーションにより、焦点距離変化と走査時間変化の関係を把握しておき、その焦点距離変化（ビームウエスト位置変化）に対するビームスポット径を算出する方法である。別の方法としては、あらかじめ光走査装置を用いて実験により、走査時間変化と焦点距離変化とビームスポット径変化の対応関係を求めておく方法である。
【００７８】
以上のように、ビームウエスト位置とＰＤモジュール１、２間の走査時間は密接に対応しており、よって、ＰＤモジュール１、２間の走査時間を計測することで、被走査面上におけるビームスポット径を制御（初期状態に補正）することができる。
【００７９】
ＰＤモジュール１、２間の走査時間と焦点距離の関係は比例関係に近いが、比例関係から少し外れている。従って、ＰＤモジュール１、２間の走査時間と焦点距離（もしくは被走査面上でのビームスポット径）との関係を予め調べておき、その結果に基づいてビームスポット径の補正を行うのが良い。
【００８０】
さらに、ＰＤモジュールを主走査方向の画像領域外で、且つ光源からの光ビームが検出可能な位置に設置するのが良く、そうすることで、リアルタイムで光ビームの副走査方向位置の変動を検出し、補正することができる。
【００８１】
画像形成装置が不安定な場所に設置され、温度・湿度などの環境変動を受ける場合や、画像形成装置の製造時からの経時変化、特に画像形成装置の稼動時における温度変化などを受ける場合において、初期の設定状態からずれてくる。
【００８２】
特に、ＰＤモジュール１、２間の走査時間の変動は、主として光走査装置の温度変動により発生する。光走査装置の温度変動は、前述のようにビームウエスト位置の変動だけでなく、光走査装置自体（ハウジング）の変形を誘起し、ビームスポット位置ずれをも発生させる（主に副走査方向）。副走査方向のビームスポット位置ずれと温度変動は対応関係があり、よって、副走査方向のビームスポット位置ずれとＰＤモジュール１、２間の走査時間にも対応関係がある。従って、ＰＤモジュール１、２間の走査時間を検出することで、副走査方向のビームスポット位置ずれを制御（補正）することができる。
【００８３】
図７におけるＰＤモジュール１、２のうちの少なくともどちらか一方を、前述の「光ビームの副走査方向位置を検出可能な光検出手段」（例えば、図６（ａ）、（ｂ）における非平行ＰＤモジュール）とすることで、光ビームの副走査方向位置とビームスポット径を同時に検出することができ、本発明に最も好適である。さらに、トナーマーク等を形成する必要がないため、トナー消費量低減による環境負荷低減に役立つ。
【００８４】
前述のように、副走査方向ビームスポット位置ずれとビームスポット径の変動は、光走査装置内の温度変動により発生するため、光走査装置内の温度を直接検出することによっても、副走査方向ビームスポット位置ずれとビームスポット径の制御が可能である。
【００８５】
温度を検出する箇所としては、結像レンズを複数の結像レンズで構成する際には最も主走査方向のパワーの強い結像レンズ、単一の結像レンズで構成する際にはその結像レンズ自体の温度を計測するのが良い。それにより、ビームスポット位置ずれとビームスポット径の制御精度を向上させることが可能となる。また、光走査装置内に温度分布がある場合には、１箇所での計測では副走査方向ビームスポット位置ずれとビームスポット径の制御誤差が大きくなるため、複数の箇所で光走査装置内の温度を計測し、平均化するのが良い。
【００８６】
このように、光走査装置内の温度を検出する温度検出手段を備え、その検出結果に基づいて少なくとも副走査方向ビームスポット位置または／およびビームスポット径を制御することができる。
【００８７】
図８は、上記した光走査装置を複数備えた多色画像形成装置を示す。本画像形成装置は、フルカラー画像をプリント出力する画像形成装置であり、装置内に各色に相当する４つの感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ（以下、符号に対する添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを適宜付け、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの色に対応する部分として区別するものとする）が並設されたタンデム型のカラー画像形成装置である。
【００８８】
装置上部から順に光走査装置１０５、現像装置１０６、感光体２０、中間転写ベルト２１、定着装置１１４、給紙カセット１１１がレイアウトされている。なお、スキャナ装置（図示しない）は光走査装置１０５の上部または分離して別配置されている。
【００８９】
中間転写ベルト２１には各色に対応した感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋが並列順に等間隔で配設されている。感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い部材が順に配設されている。感光体２０Ｙを例に説明すると、帯電チャージャ（図示しない）、光走査装置１０５から画像情報に基づいて出射されたレーザビームＬＹ、現像装置１０６Ｙ、転写チャージャ（図示しない）、クリーニング装置（図示しない）等が順に配設されている。他の感光体２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置１０５からレーザビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫが各々に対応するように設けられている。
【００９０】
帯電チャージャにより一様に帯電された感光体２０Ｙは、矢印Ａ方向に回転することによってレーザビームＬＹを副走査し、感光体２０Ｙ上に静電潜像が形成される。また、光走査装置１０５によるレーザビームＬＹの照射位置よりも感光体の回転方向下流側には、感光体２０Ｙにトナーを供給する現像器１０６Ｙが配設され、イエローのトナーが供給される。現像器１０６Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。各感光体２０Ｙの現像器１０６Ｙの配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト２１が配置されている。中間転写ベルト２１は、複数のローラ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印Ｂ方向に移動搬送されるようになっている。この搬送により、中間転写ベルト２１は順に感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに移動されるようになっている。中間転写ベルト２１は感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト２１上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙トレイ１１１から転写紙が矢印Ｃ方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器１１４により定着処理後、フルカラー画像として排紙される。
【００９１】
上記の光走査装置を用いた多色画像形成装置により、連続出力時においても、色ずれや色味の変化がない高品質なカラー画像を提供することができる。なお、図示しないが、例えばＫ：ブラックのみからなる単色の画像形成装置にも本発明の光走査装置を適用できる。
【００９２】
ビームスポット径は、初期（工場出荷状態）を目標として、各光走査装置ごとに制御を行うのが良い。それに対し、ビームスポット位置は、初期（工場出荷状態）での副走査方向の画像書き出し位置を目標として制御を行うよりも、副走査方向の画像書き出し位置の各色間での相対的なずれを補正するように制御を行う方がよく、そうすることで、制御すべき量を低減することができ、高精度で安定した制御が可能となる。
【００９３】
ビームスポット位置及びビームスポット径の補正を画像形成中に行うと、焦点可変手段及び光偏向手段の動作に伴うわずかなリップル（動作直後におけるビームスポット径及びビームスポット位置の微変動）により画像品質が局所的に劣化する恐れがある。また、画像を１枚出力する程度の時間では、ビームスポット径及びビームスポット位置の変動は少ない。しかし、連続出力中は多色画像形成装置内の環境変動が激しいため、できるだけ短い周期で補正を行う方が望ましい。以上により、ビームスポット径及びビームスポット位置の補正は、連続プリント中の紙間で行うのが良い。また、画像形成装置の立ち上げ時、スリープモードからの回復時、プロセスコントロール時などにも適宜、行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の光走査装置を示す。
【図２】図１の断面図である。
【図３】焦点距離可変手段と光偏向手段とを設けた実施例を示す。
【図４】液体レンズの構成、動作を説明する図である。
【図５】液体レンズに入射するビームを発散光とする例などを示す。
【図６】光ビームの副走査方向の位置を検出する光検出手段を示す。
【図７】ビームスポット径の制御を説明する図である。
【図８】本発明の光走査装置を搭載した多色画像形成装置を示す。
【符号の説明】
【００９５】
１０１〜１０４  感光体ドラム
１０５  転写ベルト
２０９  シリンダレンズ
２１３  ポリゴンミラー
２１８１〜２１８４  ｆθレンズ
２２０  トロイダルレンズ
２５０  光源装置
【図１】
2006258838.tif 000003
【図２】
2006258838.tif 000004
【図３】
2006258838.tif 000005
【図４】
2006258838.tif 000006
【図５】
2006258838.tif 000007
【図６】
2006258838.tif 000008
【図７】
2006258838.tif 000009
【図８】
2006258838.tif 000010