(57)【要約】【課題】環境温度変動と半導体レーザーの波長変動に強い、高精細印字に適したコンパクトな光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を得ること。【解決手段】光源手段１と、該光源手段からの光束を光偏向手段５に導光する光学手段２と、該光偏向手段からの光束を被走査面７に導光する結像光学系６と、を有し、該光偏向手段の回動動作に基いて該被走査面を光走査する光走査装置において、該光学手段は１以上の面に回折部を有しており、各条件式を満足させること。【選択図】　　　　図１
2004126192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段からの光束を光偏向手段に導光する光学手段と、該光偏向手段からの光束を被走査面に導光する結像光学系と、を有し、該光偏向手段の回動動作に基いて該被走査面を光走査する光走査装置において、
該光学手段は１以上の面に回折部を有しており、
【外１】
2004126192.tif 000040
とするとき、
【外２】
2004126192.tif 000041
なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
光源手段と、該光源手段からの光束を光偏向手段に導光する光学手段と、
該光源手段と該光学手段とを一体的に保持する保持手段と、
該光偏向手段からの光束を被走査面に導光する結像光学系と、を有し、該光偏向手段の回動動作に基いて該被走査面を光走査する光走査装置において、
該光学手段は１以上の面に回折部を有しており、
【外３】
2004126192.tif 000042
とするとき、
【外４】
2004126192.tif 000043
なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２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していることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、特に光源として半導体レーザーを使用し、安価な材料でコリメータレンズを構成したにも拘わらず、耐環境特性に優れた、高精細印字に適した、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）等の画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンタやデジタル複写機等に用いられる光走査装置においては光源手段から画像信号に応じて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ｆθレンズ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収束させ、該記録媒体面上を光走査して画像記録を行なっている。
【０００３】
図５は従来の光走査装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において半導体レーザーより成る光源手段９１から出射した光束はコリメータレンズ９２によって略平行光束とされ、開口絞り９３によって該光束（光量）を整形して副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４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出射し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面９５ａ近傍にほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして光偏向器９５の偏向面９５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有するｆθレンズ系（走査光学手段）９６を介して被走査面９７としての感光ドラム面上へ導光し、該光偏向器９５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９７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）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及び画像形成装置においては、近年、低価格化、小型化の要求と同時に高精細印字の要求も高まってきている。
【０００７】
これらの要求を満たすものとして、例えば、光源である半導体レーザーのモードホッピングによってコリメータレンズで発生する色収差（パワー変化）を、回折光学素子で相殺させる例がある（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
同文献１においては、通常の光学材料の分散特性とは異なり、負の分散値を示す異常な分散特性を有する回折光学素子を利用することにより、コリメータレンズで発生する色収差（パワー変化）を回折光学素子で相殺している。それにより、最終的な被走査面上での、半導体レーザーのモードホッピングによる波長変化によって発生する色収差（パワー変化）、即ちピントずれを良好に補正することを可能としている。
【特許文献１】
特開２０００‐１７１７４１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら文献１においては、コリメータレンズの分散値によって生じる色収差（パワー変化）のみを考慮している為、分散値による色収差（パワー変化）に比べて、屈折率の温度依存性によって生じる色収差（パワー変化）の方がはるかに大きなプラスチックレンズをコリメータレンズとして使用することは難しい。
【００１０】
光走査装置に用いられる光走査光学系においては、コリメータレンズのパワー変化によって発生するピントずれが被走査面上において何倍にも拡大される点、また、ピックアップレンズ等で行なわれているオートフォーカス機構も、コリメータレンズのピントずれと被走査面上におけるピントずれとが大きく異なる為にオートフォーカス精度の劣化やフィードバックが複雑である点、等の理由により、耐環境特性に劣るプラスチックをコリメータレンズの材料として実用化するには到っていない。
【００１１】
光学材料として光学硝子を使用する場合には、その特性上、屈折率の温度依存係数は比較的小さい為、通常は分散によるパワー変化のみを補正するだけで良い。
【００１２】
しかしながら、コリメータレンズの材料として安価なプラスチックレンズを使用する場合には、屈折率の温度依存係数は分散よりも大きい為に両者を補正する必要があるのだが、回折光学素子を使用して両者を同時に補正することは難しい。
【００１３】
本発明は環境温度変動と半導体レーザーの波長変動に強い、高精細印字に適したコンパクトな光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光走査装置は、
光源手段と、該光源手段からの光束を光偏向手段に導光する光学手段と、該光偏向手段からの光束を被走査面に導光する結像光学系と、を有し、該光偏向手段の回動動作に基いて該被走査面を光走査する光走査装置において、
該光学手段は１以上の面に回折部を有しており、
【００１５】
【外５】
2004126192.tif 000003
【００１６】
とするとき、
【００１７】
【外６】
2004126192.tif 000004
【００１８】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１９】
更に、
前記光学手段は、プラスチック材より成ることを特徴としている。
【００２０】
本発明の光走査装置は、、
光源手段と、該光源手段からの光束を光偏向手段に導光する光学手段と、該光偏向手段からの光束を被走査面に導光する結像光学系と、を有し、該光偏向手段の回動動作に基いて該被走査面を光走査する光走査装置において、
該光学手段は１以上の面に回折部を有しており、
【００２１】
【外７】
2004126192.tif 000005
【００２２】
とするとき、
【００２３】
【外８】
2004126192.tif 000006
【００２４】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２５】
更に、
前記光学手段は、プラスチック材より成ることを特徴としている。
【００２６】
本発明の光走査装置は、
光源手段と、該光源手段からの光束を光偏向手段に導光する光学手段と、
該光源手段と該光学手段とを一体的に保持する保持手段と、
該光偏向手段からの光束を被走査面に導光する結像光学系と、を有し、該光偏向手段の回動動作に基いて該被走査面を光走査する光走査装置において、
該光学手段は１以上の面に回折部を有しており、
【００２７】
【外９】
2004126192.tif 000007
【００２８】
とするとき、
【００２９】
【外１０】
2004126192.tif 000008
【００３０】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００３１】
更に、
前記光学手段は、プラスチック材より成ることを特徴としている。
【００３２】
本発明の光走査装置は、
光源手段と、該光源手段からの光束を光偏向手段に導光する光学手段と、
該光源手段と該光学手段とを一体的に保持する保持手段と、
該光偏向手段からの光束を被走査面に導光する結像光学系と、を有し、該光偏向手段の回動動作に基いて該被走査面を光走査する光走査装置において、
該光学手段は１以上の面に回折部を有しており、
【００３３】
【外１１】
2004126192.tif 000009
【００３４】
とするとき、
【００３５】
【外１２】
2004126192.tif 000010
【００３６】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００３７】
更に、
前記光学手段は、プラスチック材より成ることを特徴としている。
【００３８】
本発明の画像形成装置は、
上記の光走査装置と、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ビーム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、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を有することを特徴としている。
【００３９】
本発明の画像形成装置は、
上記の光走査装置と、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していることを特徴としている。
【００４０】
本発明のカラー画像形成装置は、
各々が上記の光走査装置から成る複数の光走査装置と、各々の光走査装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴としている。
【００４１】
更に、本発明のカラー画像形成装置は、
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有していることを特徴としている。
【００４２】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００４３】
ここで、主走査方向とは光偏向手段の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向（光偏向手段で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）を示し、副走査方向とは光偏向手段の回転軸と平行な方向を示す。また主走査断面とは主走査方向に平行で結像光学系の光軸を含む平面を示す。また副走査断面とは主走査断面と垂直な断面を示す。
【００４４】
同図において１は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。２は光学手段としてのコリメータレンズ（集光レンズ）であり、半導体レーザー１から放射された光束を略平行光束（もしくは略発散光束もしくは略収束光束）に変換している。コリメータレンズ２の材料は、プラスチック材料で構成されており、半導体レーザー１側の面に回折光学素子２ａが付加されており、被走査面７側の面は通常の屈折レンズ面から構成されている。
【００４５】
３は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。４はシリンドリカルレンズ（レンズ系）であり、副走査方向にのみ所定のパワー（屈折力）を有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（反射面）５ａにほぼ線像として結像させている。
【００４６】
５は光偏向手段としての光偏向器であり、例えば６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）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００４７】
６は集光機能とｆθ特性とを有する結像光学系としてのｆθレンズ系であり、第１、第２の２枚のｆθレンズ６ａ，６ｂを有し、光偏向器５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５の偏向面５ａと感光ドラム面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。
【００４８】
７は被走査面としての感光ドラム面である。
【００４９】
本実施形態１において半導体レーザー１から出射した光束はコリメータレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）が制限され、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収束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は第１、第２のｆθレンズ６ａ，６ｂを介して感光ドラム面７上にスポット状に結像され、該光偏向器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７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。
【００５０】
本実施形態１の光走査装置におけるコリメータレンズ２は、半導体レーザー１側の面に付加された回折光学素子２ａによって、プラスチック材料の屈折率の波長依存特性によって発生するコリメータレンズ２の屈折部のパワー変化と屈折率の温度依存特性によって発生するコリメータレンズ２の屈折部のパワー変化とを同時に両立して補正するように、コリメータレンズ２の回折光学素子部（回折部）と屈折部の合成としてのトータルの焦点距離と、回折光学素子部のパワーと屈折部のパワーの比率、結像光学系であるｆθレンズ系６の焦点距離、等が適切な関係になるように定められている。
【００５１】
以下、その詳細を説明する。
【００５２】
【外１３】
2004126192.tif 000011
【００５３】
【外１４】
2004126192.tif 000012
【００５４】
【外１５】
2004126192.tif 000013
【００５５】
【外１６】
2004126192.tif 000014
【００５６】
【外１７】
2004126192.tif 000015
【００５７】
【外１８】
2004126192.tif 000016
【００５８】
【外１９】
2004126192.tif 000017
【００５９】
【外２０】
2004126192.tif 000018
【００６０】
【外２１】
2004126192.tif 000019
【００６１】
【外２２】
2004126192.tif 000020
【００６２】
【外２３】
2004126192.tif 000021
【００６３】
【外２４】
2004126192.tif 000022
【００６４】
【外２５】
2004126192.tif 000023
【００６５】
【外２６】
2004126192.tif 000024
【００６６】
【外２７】
2004126192.tif 000025
【００６７】
【外２８】
2004126192.tif 000026
【００６８】
【外２９】
2004126192.tif 000027
【００６９】
【外３０】
2004126192.tif 000028
【００７０】
【外３１】
2004126192.tif 000029
【００７１】
【外３２】
2004126192.tif 000030
【００７２】
【外３３】
2004126192.tif 000031
【００７３】
【外３４】
2004126192.tif 000032
【００７４】
【外３５】
2004126192.tif 000033
【００７５】
【外３６】
2004126192.tif 000034
【００７６】
【外３７】
2004126192.tif 000035
【００７７】
【外３８】
2004126192.tif 000036
【００７８】
【外３９】
2004126192.tif 000037
【００７９】
【外４０】
2004126192.tif 000038
【００８０】
【外４１】
2004126192.tif 000039
【００８１】
尚、以上は単位を「ｍｍ」で表したが、他の単位、例えば「インチ（ｉｎｃｈ）」であっても同様の式が導き出せる。
【００８２】
［画像形成装置］
図３は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図において、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、実施形態１〜４に示したいずれかの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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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３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。
【００８６】
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３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。
【００８７】
図３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、先に説明した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。
【００８８】
［カラー画像形成装置］
図４は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置（光走査光学系）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４において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施形態１〜４に示したいずれかの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。尚、図４においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。
【００８９】
図４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が射出され、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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く屈折部を含む光学手段（例えば、コリメータレンズ）に回折光学素子を付加し、屈折部と回折部のパワー比率を最適に設定することによって屈折部の材料（例えば、プラスチック材料）の屈折率の温度依存特性によるパワー変化を補正し、かつ半導体レーザーのモードホッピングによって発生する屈折率の波長依存特性に起因する被走査面上でのピントずれを出力画像に劣化の認められない程度に小さく抑える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達成することができる。
【００９４】
さらに本発明によれば光源手段（例えば、半導体レーザー）と屈折部を含む光学手段（例えば、コリメータレンズ）を線膨張係数ρの材質で一体的に保持することにより、保持部材の膨張によっても屈折部の材料の屈折率の温度依存特性によるパワー変化を補正する構成とし、それによって光源手段（例えば、半導体レーザー）のモードホッピングによって発生する屈折率の波長依存特性に起因する被走査面上でのピントずれをより一層効果的に補正することができる。
【００９５】
特に、コリメータレンズとしてプラスチックレンズを使用した場合、環境変動に強く、高精細印字に適したコンパクトな光走査装置及びそれを用いた画像形成装置で顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の光走査装置の主走査断面図
【図２】本発明の実施形態３の光走査装置の主走査断面図
【図３】本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査断面図
【図４】本発明のカラー画像形成装置の実施形態を示す副走査断面図
【図５】従来の光走査装置の主走査断面図
【符号の説明】
１　光源（半導体レーザー）
２　コリメータレンズ
３　開口絞り
４　シリンドリカルレンズ
５　光偏向手段（ポリゴンミラー）
６　ｆθレンズ
７　被走査面（感光ドラム）
１１、１２、１３、１４‥‥光走査装置
２１、２２、２３、２４‥‥像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４‥‥現像器
４１，４２，４３，４４‥‥光ビーム
５１‥‥搬送ベルト４１
５２‥‥外部機器
５３‥‥プリンタコントローラ
６０‥‥カラー画像形成装置
【図１】
2004126192.tif 000044
【図２】
2004126192.tif 000045
【図３】
2004126192.tif 000046
【図４】
2004126192.tif 000047
【図５】
2004126192.tif 000048