(57)【要約】【課題】容易でかつ簡易な方法で走査線湾曲の低減、副走査方向のスポット径の小径化を図ることができる高精細印字に好適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偏向走査する偏向手段５と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面８上に結像する走査光学系６と、を具備する光走査装置において、該走査光学系は回折部を有し、該回折部の副走査方向に対応する子線方向は非球面作用を有すること。【選択図】　　図１
2004070107.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偏向走査する偏向手段と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上に結像する走査光学系と、を具備する光走査装置において、
該走査光学系は回折部を有し、該回折部の副走査方向に対応する子線方向は非球面作用を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記走査光学系の回折部の子線方向の非球面作用は母線方向に対応して軸上から軸外に向け連続的に変化していることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記走査光学系は１つの走査光学素子より成ることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
前記走査光学系は光軸上において副走査方向の温度補償をする作用を有していることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項５】
前記光源手段は独立に変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源を有していることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項６】
副走査断面内において、前記偏向手段と前記被走査面とは共役又は略共役であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６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を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光走査装置を１以上と、前記被走査面に配置された複数の感光体と、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複数の現像器と、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を備えたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項９】
請求項１乃至６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を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
光源手段と、該光源手段からの光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上に結像する走査光学系と、を具備し、該光源手段からの光束は該偏向手段の偏向反射面に対し角度を有し入射し、該偏向反射面と該被走査面は共役又は略共役である光走査装置において、
該走査光学系は回折部を有し、該回折部の副走査方向に対応する子線方向は非球面作用を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
前記走査光学系の回折部の子線方向の非球面作用は母線方向に対応して軸上から軸外に向け連続的に変化していることを特徴とする請求項１０記載の光走査装置。
【請求項１２】
前記走査光学系は１つの走査光学素子より成ることを特徴とする請求項１０記載の光走査装置。
【請求項１３】
前記走査光学系は光軸上において副走査方向の温度補償をする作用を有していることを特徴とする請求項１０記載の光走査装置。
【請求項１４】
前記光源手段は独立に変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源を有していることを特徴とする請求項１０記載の光走査装置。
【請求項１５】
前記走査光学系は前記偏向反射面に対し角度を有して光束を入射させることにより発生する被走査面上の走査線の湾曲が補正されていることを特徴とする請求項１０記載の光走査装置。
【請求項１６】
請求項１０乃至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を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の光走査装置を１以上と、前記被走査面に配置された複数の感光体と、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複数の現像器と、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を備えたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項１８】
請求項１０乃至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を備えた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、例えば光源手段から光変調され出射した単一又は複数の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、走査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（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特性を有する走査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９１から出射した発散光束はコリメーターレンズ９２により略平行光束に変換され、絞り９３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９５の偏向反射面（反射面）９５ａにほぼ線像として結像している。
【０００５】
そして偏向手段９５の偏向反射面９５ａで偏向された光束をｆθ特性を有する走査光学系９６を介して被走査面としての感光ドラム面９８上に導光し、偏向手段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９８上を矢印Ｂ方向に光走査して画像情報の記録を行なっている。
【０００６】
またカラー画像形成装置に用いる光走査装置は光源手段を複数有し、一つまたは複数の偏向手段に光束を入射させる。このとき入射する複数の光束は偏向反射面に対し異なる角度を有しており、一つまたは複数の走査光学系を介した後、ミラー等により光束を分離し、それぞれ異なる複数の被走査面上を複数の光スポットで走査させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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なうためには、被走査面上におけるスポット径の小径化が必要となる。スポット小径化にあたっては球面収差等により生じる波面収差を低減することが重要であり、主走査方向に対応する母線方向においては従来より導入されている非球面を用いて収差低減を行っている。近年では副走査方向に対応する子線方向においても特開平１１−２３７５６９号公報や特開平１１−２７１６５８号公報等に開示されているように非球面を用いて収差低減、特に球面収差補正をする試みがなされている。
【０００８】
しかしながら主走査、副走査方向が共に異なる非球面形状であるアナモフィック非球面形状は型加工が非常に難しく、測定、評価も困難であるという問題点があった。
【０００９】
一方、偏向反射面に対し角度を有し光束を入射させる光走査装置（以下「斜入射光走査装置」と呼ぶ）においては、上記問題点に加え偏向時にポリゴンミラー面等よりなる偏向反射面に面出入りを生じ、それに対して角度を有して光束を入射させていることから被走査面上における走査線が湾曲するという問題点がある。
【００１０】
特に４本の感光体を用いて各々に光走査装置を配置してレーザー光により潜像を形成し、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の各色の原稿の画像を各々対応する感光体面上に形成するカラー画像形成装置の場合、各感光体面上に形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色の画像を紙等の転写体上に重ね合わせるため、各感光体に対応した光走査装置の走査線に湾曲が発生していると４色間での走査線の形状に誤差を生じ、転写体上での画像において色ずれが生じるため著しい画像劣化を招くため問題となる。
【００１１】
この問題に対しては特開平７−１９１２７２号公報に開示されているように走査光学系の一部を偏向反射面に垂直な方向に偏心させ走査線湾曲を低減する方法が提言されている。しかしながら斜入射と偏心により走査線湾曲の出方が異なるため画像全域において完全に補正することが困難であること、副走査方向の結像関係が拡大系の走査光学系においては偏心により被走査面上のスポット回転が顕著となるため、実質的に縮小系の走査光学系にしか適用できないという問題点もある。
【００１２】
本発明は副走査方向の結像性能の向上によるスポットの小径化、斜入射光走査装置における走査線湾曲の低減等を図ることができる高精細印字に好適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。さらに本発明は色ずれの少ないカラー画像形成装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の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偏向走査する偏向手段と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上に結像する走査光学系と、を具備する光走査装置において、
該走査光学系は回折部を有し、該回折部の副走査方向に対応する子線方向は非球面作用を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記走査光学系の回折部の子線方向の非球面作用は母線方向に対応して軸上から軸外に向け連続的に変化していることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記走査光学系は１つの走査光学素子より成ることを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は請求項１の発明において、
前記走査光学系は光軸上において副走査方向の温度補償をする作用を有していることを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項１の発明において、
前記光源手段は独立に変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源を有していることを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか一項の発明において、
副走査断面内において、前記偏向手段と前記被走査面とは共役又は略共役であることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６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を備えたことを特徴としている。
【００２０】
請求項８の発明のカラー画像形成装置は、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光走査装置を１以上と、前記被走査面に配置された複数の感光体と、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複数の現像器と、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を備えたことを特徴としている。
【００２１】
請求項９の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至６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を備えたことを特徴としている。
【００２２】
請求項１０の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偏向走査する偏向手段と、該偏向手段で偏向した光束を被走査面上に結像する走査光学系と、を具備し、該光源手段からの光束は該偏向手段の偏向反射面に対し角度を有し入射し、該偏向反射面と該被走査面は共役又は略共役である光走査装置において、
該走査光学系は回折部を有し、該回折部の副走査方向に対応する子線方向は非球面作用を有することを特徴としている。
【００２３】
請求項１１の発明は請求項１０の発明において、
前記走査光学系の回折部の子線方向の非球面作用は母線方向に対応して軸上から軸外に向け連続的に変化していることを特徴としている。
【００２４】
請求項１２の発明は請求項１０の発明において、
前記走査光学系は１つの走査光学素子より成ることを特徴としている。
【００２５】
請求項１３の発明は請求項１０の発明において、
前記走査光学系は光軸上において副走査方向の温度補償をする作用を有していることを特徴としている。
【００２６】
請求項１４の発明は請求項１０の発明において、
前記光源手段は独立に変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源を有していることを特徴としている。
【００２７】
請求項１５の発明は請求項１０の発明において、
前記走査光学系は前記偏向反射面に対し角度を有して光束を入射させることにより発生する被走査面上の走査線の湾曲が補正されていることを特徴としている。
【００２８】
請求項１６の発明の画像形成装置は、
請求項１０乃至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を備えたことを特徴としている。
【００２９】
請求項１７の発明のカラー画像形成装置は、
請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の光走査装置を１以上と、前記被走査面に配置された複数の感光体と、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複数の現像器と、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を備えたことを特徴としている。
【００３０】
請求項１８の発明の画像形成装置は、
請求項１０乃至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を備えたことを特徴としている。
【００３１】
【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における光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は本発明の実施形態１における光走査装置の副走査方向の光路を展開したときの要部断面図（副走査断面図）である。
【００３２】
ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸及び走査光学素子の光軸に垂直な方向（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走査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。
【００３３】
図１、図２において１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。２はコリメーターレンズ（第１の光学素子）である。３は絞りであり、光束（光量）を制限している。４はシリンドリカルレンズ（第２の光学素子）である。５は光偏向器（偏向手段）でポリゴンミラーより成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により回転軸５ｇを中心に矢印Ａ方向に回転している。６はｆθ特性を有する走査光学系であり、実施形態１では単一の走査光学素子で構成されている。８は被走査面である感光ドラム面である。
【００３４】
実施形態１において光源手段である半導体レーザー１から出射した発散光束Ｌｉはコリメーターレンズ２によって略平行光束（収斂光束または発散光束であっても良い。）に変換される。この光束は絞り３によって光量を制限され、リンドリカルレンズ４に入射する。このうち主走査方向の光束はそのまま光偏向器であるポリゴンミラー５に入射するが、副走査方向の光束はシリンドリカルレンズ４によりポリゴンミラー５の偏向反射面５ａ付近に結像される。したがってポリゴンミラー５に入射する光束は主走査方向に長手の線像となる。
【００３５】
このポリゴンミラー５に入射する光束は偏向反射面５ａに対し角度γを有し入射されており、モ−タ−（不図示）によるポリゴンミラー５の矢印Ａ方向の回動によって走査光学系６に向け偏向走査され、ｆθ特性を有する走査光学系６に入射される。走査光学系６は主走査方向と副走査方向に異なる屈折力を持つ１枚のトーリックレンズ（走査光学素子）を有し、ポリゴンミラー５からの偏向光束Ｌｄを被走査面８にスポット状に結像させるとともにポリゴンミラー５の偏向反射面５ａの倒れを補正している。また走査光学系６は少なくとも１面に回折部を有し、該回折部は少なくとも副走査方向に対応する子線方向に非球面作用を有している。走査光学系６に入射した光束は、該走査光学系６により感光ドラム等からなる被走査面８に結像し、その面上を該光束で光走査する。
【００３６】
実施形態１における走査光学系６の屈折面６ａ，６ｂの面形状は以下の形状表現式により表されている。
【００３７】
図３に示すように光軸Ｌａとの交点を原点Ｏ１とし、光軸方向をｘ軸、主走査面内において光軸Ｌａと直交する軸をｙ軸、副走査面内において光軸Ｌａと直交する軸をｚ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、
【００３８】
【数１】
2004070107.tif 000003
【００３９】
（但し、Ｒは近軸母線曲率半径、Ｋ、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ１０は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００４０】
【数２】
2004070107.tif 000004
【００４１】
ここでＲｓ’＝Ｒｓ（１＋Ｄ２Ｙ２＋Ｄ４Ｙ４＋Ｄ６Ｙ６＋Ｄ８Ｙ８＋Ｄ１０Ｙ１０）
（但し、Ｒｓは光軸上の子線曲率半径、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ１０は係数）
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断面（ＸＹ面）と垂直な面内に定義される子線形状である。また形状表現式における多項式は１０次までの関数で表現しているが、次数はこれ以上でも以下でも差し支えない。
【００４２】
実施形態１における回折面は上記ベース屈折面上に以下の位相関数で表される回折格子を付加した形状で表されるものである。
【００４３】
φ＝ｍλ＝ｂ２Ｙ２＋ｂ４Ｙ４＋ｂ６Ｙ６＋ｂ８Ｙ８＋ｂ１０Ｙ１０＋（ｄ０＋ｄ２Ｙ２＋ｄ４Ｙ４）Ｚ２＋（ｅ０＋ｅ２Ｙ２＋ｅ４Ｙ４）Ｚ４
（但し、ｍは回折次数：実施形態１〜３では＋１次回折光を使用）
なお本表現式では非球面表現式や位相関数における次数を制限して記してあるが、実施形態１の回折面はこれを制限するものではなく、次数を上げるほど設計自由度が増し収差が少なくなる。
【００４４】
図４は実施形態１におけるポリゴンミラー５から被走査面８までの副走査方向の拡大図、表１に実施形態１の設計値を示す。
【００４５】
【表１】
2004070107.tif 000005
【００４６】
実施形態１において光源手段１から発せられた入射光束Ｌｉは図２に示すように主走査断面に対して副走査方向に角度γ＝３（ｄｅｇ）を有して偏向手段５の偏向反射面５ａに入射している。また偏向光束Ｌｄも主走査断面に対して副走査方向に角度γ′＝３（ｄｅｇ）を有して走査光学系６へ入射している。その為、偏向光束Ｌｄの主光線（二点鎖線）が走査光学系６の入射面６ａならびに出射面６ｂ上に到達する位置は、子線光軸（もしくは母線）から大きく離れた位置を通過する。レンズ面６ａ，６ｂの通過位置Ｚａ，Ｚｂの光軸Ｌａからの距離Ｚｌｅｎｓは、母線位置（Ｚｌｅｎｓ＝０）よりも上方であり、Ｚｌｅｎｓ＞＞０となる。走査光学系６を通過した偏向光束Ｌｄは走査光学系６の集光作用により被走査面８上の光軸からの距離Ｚｉｍａｇｅの点Ｚｏに結像される。
【００４７】
このように母線（もしくは子線光軸）Ｌａから離れた位置を偏向光束Ｌｄの主光線が通過する場合、走査光学系６を通過した光束はレンズのパワー（屈折力）により下方へと向きを変えられ、被走査面８上の手前で子線光軸Ｌａと交差して被走査面８上では主走査断面よりも下方の位置に到達する。ここで、偏向光束Ｌｄが被走査面８上に到達する副走査方向の位置のことを照射位置Ｚｏと呼ぶこととする。
【００４８】
一般には走査光学系６の入射面６ａ及び出射面６ｂに到達する偏向光束Ｌｄの副走査方向の位置ならびに走査光学系６を通過した偏向光束Ｌｄを下方へと向きを変えるパワー（屈折力）が像高によって異なることにより、照射位置Ｚｏが同一に揃わず、走査線曲がりの問題が発生する。
【００４９】
そこで実施形態１では走査光学系６を構成する１枚の走査光学素子の入射面６ａを母線方向が非球面のトーリック面、出射面６ｂをトーリック面とし、この出射面６ｂ上に子線方向に非球面作用（非球面項）を有する回折部（回折格子）を形成している。実施形態１における回折格子は子線方向にのみパワーを有するものであり、走査光学系６の母線方向に沿って光軸Ｌａから離れるに従って非球面量を変化させたものである。
【００５０】
この回折格子の有する非球面成分により走査光学系６を通過した偏向光束Ｌｄを下方へと向きを変えるパワーを変化させることが可能となり、被走査面８上の照射位置Ｚｏを制御することができる。そして母線方向に沿って非球面量を変化させることにより像高毎の照射位置Ｚｏを揃える、つまり偏向反射面に対し角度を有して光束を入射させることにより発生する被走査面８上の走査線の湾曲が補正されている。
【００５１】
図５に実施形態１の収差図を示す。上から像面湾曲、歪曲収差、走査線湾曲を示しており、走査線湾曲グラフ中の破線は実施形態１から子線方向の非球面成分を除去した比較例である。同図より主走査、副走査の像面湾曲、歪曲収差（ｆθ特性）を良好に保ちつつ走査線湾曲がりが比較例に対し良好に補正されていることが分かる。
【００５２】
次に走査光学系６の製法について説明する。
【００５３】
実施形態１においては高精度に加工された非球面金型上にダイヤモンドバイトで回折格子を切削加工し、この金型を用いてプラスチック射出成形を行っており、容易に製作することを可能としている。また子線方向の非球面成分を回折格子に分担させることにより、ベース屈折面において母線、子線が共に非球面となることを防ぎ、加工、測定、評価を容易にしている。
【００５４】
図６に実施形態１及び比較例における副走査方向の球面収差を示す。走査線湾曲を補正するために付加した回折素子の副走査方向の非球面成分は、副走査方向の球面収差を補正する効果をも有する。図中の実線は主走査方向の光軸上における副走査方向の球面収差、点線は同様に主走査方向の７割位置、一点鎖線は主走査方向の１０割像高における副走査方向の球面収差である。子線方向の非球面成分を除去した比較例と比べ、主走査方向のいずれの像高においても球面収差が補正されていることが読み取れる。
【００５５】
なお実施形態１は１枚の走査光学素子により構成した走査光学系を例に挙げたが、これに限ったものではなく、例えばレンズや結像ミラーなどの走査光学素子を複数枚用いて構成された走査光学系であっても良く、該走査光学素子のうち少なくとも１面に回折部を用い子線非球面量を変化させることで、走査線曲がりを良好に補正することができる。また実施形態１では１本の光束を光走査する光走査装置を例に挙げたが、これに限ったものではなく、例えば光源手段に独立に変調可能な複数の発光点を有するマルチビーム光源を用いて２本、３本、４本…と複数の光束を同時に光走査するマルチビーム型の光走査装置においても実施形態１と同等の効果を得ることができる。
【００５６】
以上、実施形態１では走査光学系６の少なくとも１面に回折部を有し、該回折部が少なくとも副走査方向に対応する子線方向に非球面作用（非球面項）を有することにより、自由曲面のような複雑な形状を用いることなく、容易かつ安価な方法で斜入射方式の光走査装置における走査線湾曲の低減を行い、高精細印字に好適な光走査装置を実現することが可能となる。
【００５７】
［実施形態２］
図７は本発明の実施形態２の光走査装置の主走査断面図、図８は副走査断面図である。実施形態２において実施形態１と異なる点は、ポリゴンミラー５に入射する光束を偏向反射面内（主走査断面図内）から入射させた点、副走査方向の収差を補正し小スポット化を行った点、回折部を用いて副走査方向の温度補償を行った点、さらにこの光走査装置を画像形成装置に搭載した点であり、他は実施形態１と同様である。
【００５８】
表２に実施形態２における設計値を示す。
【００５９】
【表２】
2004070107.tif 000006
【００６０】
実施形態２ではポリゴンミラー５に入射する光束を偏向反射面（ＸＹ面）内から入射させており、偏向光束は走査光学系１６の子線光軸Ｌａ上を通り被走査面８に到達する。走査光学系１６は実施形態１と同様、入射面１６ａを母線方向が非球面のトーリック面、出射面１６ｂをトーリック面とし、この出射面１６ｂ上に子線方向に非球面作用（非球面項）を有する回折部（回折格子）を形成している。実施形態２における回折部は子線方向にのみパワーを有するものであり、回折部の母線方向に沿って光軸から離れるに従って非球面量を変化させたものである。
【００６１】
実施形態２においては実施形態１と比較し回折格子の子線方向のパワーをより強く設定している。これは走査光学系１６の屈折部と回折部のパワーを最適化することにより、光走査装置全体に温度変化が生じた場合、レーザーからの光の波長変化に伴う副走査方向のピント変化とプラスチック製の走査光学系１６の材質の屈折率変化に伴う副走査方向のピント変化を相殺させるためである。通常走査光学系の屈折部の副走査方向パワーをφＬｓ、回折部の副走査方向パワーをφＤｓとしたとき、
１．０＜φＬｓ／φＤｓ＜２．６
の範囲内でパワー配分することにより、副走査方向のピントに対する温度補償を行うことが可能となる。
【００６２】
図９に実施形態２の収差図を示す。上から像面湾曲、歪曲収差、走査線湾曲を示しており、像面湾曲中の一点鎖線は光走査装置の周辺温度が＋２５℃昇温したときの副走査方向の像面湾曲を示している。同図より主走査、副走査の像面湾曲、歪曲収差（ｆθ特性）を良好に保ちつつ、昇温時のピント変動も殆ど発生しないことが読み取れる。
【００６３】
なお実施形態２においてはこの副走査方向の非球面効果により光走査装置の副走査方向の収差補正を行い、被走査面８上におけるスポット径の小径化を行っている。図１０に実施形態２の副走査方向の球面収差を示す。同図より回折素子の非球面効果により球面収差が補正されていることが分かり、この収差補正により副走査方向のスポット径を４０μｍ程度まで微小化することが可能となる。なお実施形態２ではポリゴンミラー５に入射する光束を偏向反射面内から入射しているため原理的に走査線湾曲は発生しない。
【００６４】
［画像形成装置］
図１４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。同図において、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、実施形態に示した構成を有する光走査装置１００に入力される。そして、この光走査装置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。
【００６５】
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、前記光走査装置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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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１４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。
【００６９】
図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、光走査装置内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００７０】
以上、実施形態２では走査光学系１６の少なくとも１面に回折部を有し、該回折部が少なくとも副走査方向に対応する子線方向に非球面作用（非球面項）を有することにより、容易かつ安価な方法で被走査面上における副走査方向のスポット径の小径化を行うことができ、高精細印字に好適な光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を実現することが可能となる。
【００７１】
さらに実施形態２固有の効果として、走査光学系１６の屈折部、回折部における副走査方向のパワーを最適化することにより、走査光学系１６の副走査方向の温度補償を行うことができ、環境変動に強い光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の実現が可能となる。
【００７２】
［実施形態３］
図１１は本発明の実施形態３の光走査装置における主走査断面図、図１２は副走査断面図である。実施形態３において実施形態１と異なる点は、走査光学系の回折部に子線方向だけでなく母線方向にもパワーを持たせた点、これに伴い主走査方向の倍率色収差を補正している点、偏向手段を挟んで２枚の走査光学系６１，６２を対峙させ４個の像担持体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに同時又は時系列的に書き込めるよう構成した点、さらにこの光走査装置をタンデム型のカラー画像形成装置に搭載した点であり、他は実施形態１と同様である。
【００７３】
表３に実施形態３における設計値を示す。
【００７４】
【表３】
2004070107.tif 000007
【００７５】
実施形態３は偏向手段５を挟み走査光学系を２つ（６１、６２）備え、更に夫々の走査光学系６１、６２へ２本の光束を入射させて１つの偏向手段５により同時に４本の光束Ｂｍａ，ＢＭｂ，ＢＭｃ，ＢＭｄを偏向し、夫々に対応した感光ドラム面（被走査面）８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ上を光走査させる光走査装置を示している。
【００７６】
図中、１は光源手段（マルチビームレーザ）であり、夫々１本の光束を出射する４つの半導体レーザー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから成っている。４つの半導体レーザー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから発せられた４本の発散光束は夫々に対応したコリメーターレンズ（第１の光学素子）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにより略平行光束（収斂光束又は発散光束であっても良い。）に変換され、夫々に対応した開口絞り３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって光束幅を制限される。このうち開口絞り３ａ，３ｂを通過した２つの略平行光束は副走査方向のみにパワーを有する第１のシリンドリカルレンズ（第２の光学素子）４ａにより、後述する偏向手段５の偏向反射面５ａ近傍に主走査断面内に長手の線像として結像される。また開口絞り３ｃ，３ｄを通過した２つの略平行光束は副走査方向のみにパワーを有する第２のシリンドリカルレンズ（第２の光学素子）４ｂにより、後述する偏向手段５の偏向反射面５ｂ近傍に主走査断面内に長手の線像として結像される。
【００７７】
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、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定の角速度で回転している。
【００７８】
６１はプラスチック成型により作製されたｆθ特性を有する１枚の走査光学素子（ｆθレンズ）によって構成される第１の走査光学系であり、６２はプラスチック成型により作製されたｆθ特性を有する１枚の走査光学素子（ｆθレンズ）によって構成される第２の走査光学系であって、偏向手段５によって反射偏向された夫々２本の偏向光束ＢＭａ，ＢＭｂ（ＢＭｃ，ＢＭｄ）を被走査面としての感光ドラム面８ａ，８ｂ（８ｃ，８ｄ）上に結像させ、且つ該偏向手段５の偏向反射面５ａ（５ｂ）の面倒れを補正している。このとき偏向手段５の偏向反射面５ａ，５ｂで反射偏向された４本の偏向光束ＢＭａ，ＢＭｂ，ＢＭｃ，ＢＭｄは第１の走査光学系６１および第２の走査光学系６２を介して４本の光束夫々に対応した夫々４つの感光ドラム面８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ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、該感光ドラム面８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ上を矢印Ｂ方向に光走査している。これにより４つの感光ドラム面８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ上に夫々１本ずつの走査線を形成し、画像記録を行っている。
【００７９】
実施形態３ではシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色に対応した４つの感光体ドラムを有するカラー画像形成装置の例を示している。カラー画像は上述の４色を重ね合わせて形成されており、各色に対応した走査線の印字位置がずれると色ずれが発生し、画質劣化を招く。そこで、各色に対応した走査線の印字位置を合わせる必要がある。
【００８０】
実施形態３では図１２に示すように１つのポリゴンミラー５に対して２つの走査光学系６１，６２を用いて４本の光束を同時に光走査する光走査装置であって、各走査光学系６１、６２の子線光軸より上方に入射した偏向光束ＢＭａ，ＢＭｃを各走査光学系６１、６２に近接した位置で第１もしくは第２の折り返しミラー７ａ，７ｄにより下方へ折り返し、更に第３もしくは第４の折り返しミラー７ｃ，７ｆにより感光体ドラム面８ａ，８ｃへ向けて反射させている。また各走査光学系６１、６２の子線光軸より下方に入射した偏向光束ＢＭｂ，ＢＭｄを各走査光学系６１、６２から離れた位置で第５もしくは第６の折り返しミラー７ｂ，７ｅによって感光体ドラム面８ｂ，８ｄへ向けて反射させている。
【００８１】
この様に折り返しミラーの配置はポリゴンミラーの回転軸に対して略線対称な配置としており、簡単な構成でコンパクトな光走査装置を提供している。
【００８２】
一般に実施形態３のようにポリゴンミラー５の回転軸に対して線対称な折り返しミラーの配置とした場合、各感光体ドラム面上に光走査される走査線の曲がりの方向が逆転し、走査線曲がりの大きな光走査装置を用いると色ずれの問題が顕著に表れる虞があった。また、折り返しミラーの配置を実施形態３とは逆転させて第２の走査光学系６２の子線光軸より下方に入射した偏向光束を奇数枚の折り返しミラーを用いて感光体ドラム面上に導光させ、子線光軸より上方に入射した光束を偶数枚の折り返しミラーを用いて感光ドラム面８上に導光させた場合、走査線曲がりの方向を揃えることができるが、光路の取り回しが複雑となり、光走査装置の大型化や折り返しミラーの枚数が増加してコストアップを招く虞があった。
【００８３】
そこで実施形態３における光走査装置では実施形態１と同様、走査光学系を構成する１枚の走査光学素子６１，６２の入射面６１ａ，６２ａを母線方向が非球面のトーリック面、出射面６１ｂ，６２ｂをトーリック面とし、出射面上に子線方向に非球面作用（非球面項）を有する回折格子を形成している。実施形態２における回折格子は母線方向、子線方向共にパワーを有するものであり、素子の母線方向に沿って光軸から離れるに従って子線方向の非球面量を変化させたものである。
【００８４】
この回折格子の有する非球面成分により走査光学系６１，６２を通過した偏向光束を下方へと向きを変えるパワーを変化させることが可能となり、被走査面８ａ〜８ｄ上の照射位置を制御することができる。そして母線方向に沿って非球面量を変化させることにより像高毎の照射位置を揃える、つまり走査線湾曲を補正することが可能となる。
【００８５】
また実施形態３において回折格子に主走査のパワーを持たせているのは、走査光学系６１，６２で発生する倍率色収差を低減するためである。通常、半導体レーザーは製造誤差により±１０ｎｍ程度の波長ばらつきを有する。実施形態３では上記４つの色光に対応する走査光学系にばらつきを有した光源を使用した場合においても、主走査方向の結像位置（倍率）が揃い色ずれを発生しないよう配慮されている。
【００８６】
図１３に実施形態３の収差図を示す。上から像面湾曲、歪曲収差、走査線湾曲を示している。歪曲収差グラフ中の点線は波長が基準波長より＋１０ｎｍ変化したときの歪曲収差であり、波長変化により歪曲収差が変化しないこと、つまり倍率色収差が補正されていることを示している。走査線湾曲においても回折素子の持つ子線非球面効果により良好に補正されていることが分かる。
【００８７】
尚、実施形態３においても走査光学系を構成する走査光学素子の枚数を１枚としたがこれに限ったものではなく、複数枚としても効果を十分に得ることができる。また実施形態３では各色に対応して感光体ドラム面上に光走査される光束を１本としたがこれに限ったものではなく、例えば８本の光束をポリゴンミラーによって同時に反射偏向し２つの走査光学系夫々に４本ずつの光束を入射させ、各感光体ドラムへ２本ずつの光束を光走査する光走査装置としても同等の効果を得ることができる。
【００８８】
［カラー画像形成装置］
図１５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１５において、８０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、７１は搬送ベルトである。尚、図１８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１５において、カラー画像形成装置８０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器７２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光走査装置１１に入力される。そして光走査装置からは、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上述の如く光走査装置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。
【００９１】
前記外部機器７２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８０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【００９２】
以上、実施形態３では走査光学系の少なくとも１面に回折部を有し、該回折部が少なくとも副走査方向に対応する子線方向に非球面作用（非球面項）を有することにより、容易かつ安価な方法で斜入射方式の光走査装置における走査線湾曲の低減を行い、高精細印字に好適な光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を実現することが可能となる。
【００９３】
さらに実施形態３固有の効果として、回折素子に副走査方向のみならず主走査方向においてもパワーを付与することにより、光走査装置の倍率色収差を低減することができ、色ずれの少ない光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を実現することが可能となる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く走査光学系の少なくとも１面に回折部を設け、該回折部は少なくとも副走査方向に対応する子線方向に非球面作用を有することにより、容易でかつ簡易な方法で走査線湾曲の低減、副走査方向のスポット径の小径化を図ることができる高精細印字に好適な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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における光走査装置の主走査方向の断面図
【図２】本発明の実施形態１における光走査装置の副走査方向の断面図
【図３】本発明の実施形態１における面の概念図
【図４】本発明の実施形態１における光走査装置のポリゴンミラーから被走査面までの副走査方向の拡大図
【図５】本発明の実施形態１における幾何収差を示す図
【図６】本発明の実施形態１及び比較例における副走査方向の球面収差を示す図
【図７】本発明の実施形態２における光走査装置の主走査方向の断面図
【図８】本発明の実施形態２における光走査装置の副走査方向の断面図
【図９】本発明の実施形態２における幾何収差を示す図
【図１０】本発明の実施形態２における副走査方向の球面収差を示す図
【図１１】本発明の実施形態３における光走査装置の主走査方向の断面図
【図１２】本発明の実施形態３における光走査装置の副走査方向の断面図
【図１３】本発明の実施形態３における幾何収差を示す図
【図１４】本発明の画像形成装置の要部概要図
【図１５】本発明のカラー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
【図１６】従来の光走査装置における斜視図
【符号の説明】
１　光源手段
２　コリメーターレンズ
３　開口絞り
４　シリンドリカルレンズ
５　偏向手段（ポリゴンミラー）
６　走査光学系（ｆθレンズ）
８　被走査面（感光ドラム面）
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ　光源手段
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ　コリメーターレンズ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ　開口絞り
４ａ，４ｂ　シリンドリカルレンズ
６１，６２　走査光学系（ｆθレンズ）
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ　被走査面（感光ドラム面）
１１　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
７１　搬送ベルト
７２　外部機器
７３　プリンタコントローラ
８０　カラー画像形成装置
１００　光走査装置
１０１　感光ドラム
１０２　帯電ローラ
１０３　光ビーム
１０７　現像装置
１０８　転写ローラ
１０９　用紙カセット
１１０　給紙ローラ
１１１　プリンタコントローラ
１１２　転写材（用紙）
１１３　定着ローラ
１１４　加圧ローラ
１１５　モータ
１１６　排紙ローラ
１１７　外部機器
【図１】
2004070107.tif 000008
【図２】
2004070107.tif 000009
【図３】
2004070107.tif 000010
【図４】
2004070107.tif 000011
【図５】
2004070107.tif 000012
【図６】
2004070107.tif 000013
【図７】
2004070107.tif 000014
【図８】
2004070107.tif 000015
【図９】
2004070107.tif 000016
【図１０】
2004070107.tif 000017
【図１１】
2004070107.tif 000018
【図１２】
2004070107.tif 000019
【図１３】
2004070107.tif 000020
【図１４】
2004070107.tif 000021
【図１５】
2004070107.tif 000022
【図１６】
2004070107.tif 000023