(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの発散光束をカップリングする第１光学系と、
カップリングされた光束を、光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させる第２光学系と、
上記光偏向器により偏向された光束を、被走査面上に光スポットとして集光する第３光学系とを有する光走査装置において、
上記第３光学系が、主走査方向および／または副走査方向に正のパワーを持つ１以上の樹脂製レンズを有し、
上記第２光学系が、負のパワーを有する樹脂製レンズを１枚以上有し、
上記第１〜第３光学系、光源、光偏向器を収容するハウジング内部において、第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３が、条件：
ΔＴ１＞ΔＴ３および／またはΔＴ２＞ΔＴ３
を満足するように温度分布を発生させる温度分布発生手段を有し、
この温度分布発生手段が、ハウジング内部において第１光学系および第２光学系を第３光学系から分離する隔壁と、この隔壁により分離された第１および第２光学系側で発熱する発熱手段と、を有し、
隔壁が、光偏向器を第３光学系から分離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、
第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ１、副走査結像位置変動をΔｓ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ２、副走査結像位置変動をΔｓ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ３、副走査結像位置変動をΔｓ３とするとき、これらΔＴ１〜ΔＴ３、Δｍ１〜Δｍ３、Δｓ１〜Δｓ３が条件：
｜Δｍ１/ΔＴ１+Δｍ２/ΔＴ２+Δｍ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
および
｜Δｓ１/ΔＴ１+Δｓ２/ΔＴ２+Δｓ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
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または２記載の光走査装置において、
発熱手段が、光源および光偏向器であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
光源からの発散光束をカップリングする第１光学系と、
カップリングされた光束を、光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させる第２光学系と、
上記光偏向器により偏向された光束を、被走査面上に光スポットとして集光する第３光学系とを有する光走査装置において、
上記第３光学系が、主走査方向および／または副走査方向に正のパワーを持つ１以上の樹脂製レンズを有し、
上記第２光学系が、負のパワーを有する樹脂製レンズを１枚以上有し、
上記第１〜第３光学系、光源、光偏向器を収容するハウジング内部において、第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３が、条件：
ΔＴ１＞ΔＴ３および／またはΔＴ２＞ΔＴ３
を満足するように温度分布を発生させる温度分布発生手段を有し、
上記温度分布発生手段が、ハウジング内部において第１光学系および第２光学系と第３光学系との間に配された隔壁と、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化を小さくする熱交換手段とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項４記載の光走査装置において、
第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ１、副走査結像位置変動をΔｓ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ２、副走査結像位置変動をΔｓ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ３、副走査結像位置変動をΔｓ３とするとき、これらΔＴ１〜ΔＴ３、Δｍ１〜Δｍ３、Δｓ１〜Δｓ３が条件：
｜Δｍ１/ΔＴ１+Δｍ２/ΔＴ２+Δｍ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
および
｜Δｓ１/ΔＴ１+Δｓ２/ΔＴ２+Δｓ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の光走査装置において、
熱交換手段が、空冷ファンもしくはペルチエ素子であることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項４または５または６記載の光走査装置において、
発熱手段が、光源および光偏向器であることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の光走査装置において、
光源が半導体レーザであり、光偏向器が回転多面鏡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の任意の１に記載の光走査装置において、
第１光学系のカップリングレンズがガラス製レンズであることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
感光媒体を光走査して画像形成を行う画像形成装置において、
感光媒体の光走査に、請求項１〜９の任意の１に記載の光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の画像形成装置において、
感光媒体の光走査により上記感光媒体に潜像が形成され、この潜像が可視化されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の画像形成装置において、  
感光媒体が光導電性の感光体であり、潜像が静電潜像として形成され、トナー画像として可視化され、上記トナー画像がシート状の記録媒体に最終的に担持され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】
この発明は光走査装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光走査装置は、デジタル複写機やレーザプリンタ、ファクシミリ装置、光製版機、光プロッタ等の画像形成装置に関連して広く知られている。
近年、デジタル複写機やレーザプリンタにおいて記録の高密度化が進み、それに伴い、感光媒体上での光スポットのスポット径のさらなる小径化が必要となってきている。また、低コストの観点及び特殊な面形状を実現するために走査結像光学系（偏向光束を感光媒体上に結像させる光学系）に用いられるレンズの樹脂化が進んでいる。
【０００３】
感光媒体上に適正なスポット径の光スポットを形成するには、走査結像光学系による結像の像面が感光媒体に「よりよくフィット」していなければならないが、樹脂製レンズは環境温度の変動等による「曲率半径や屈折率の変動による焦点距離変動」がガラス製レンズに比して大きい。
【０００４】
このため、環境温度が変化すると樹脂製レンズの形状変化や屈折率変化によって像面変動が発生し、感光媒体上に形成される光スポットのスポット径が増大する所謂「スポット径太り」が発生し、記録画像の解像度が低下するなどして記録画像の画質劣化を招来する。
【０００５】
また近来、光走査のマルチビーム化が進んでいるが、上記像面変動はスポット径太りとともに、マルチビーム方式で同時走査される走査線間隔(走査線ピッチ)の不安定をもたらす。
【０００６】
上記の「温度変化に起因する走査光束の結像位置の被走査面に対するずれ」を低減する方法として、光源と被走査面との間にある各光学素子の屈折率や、光学素子を保持する保持部材の線膨張係数等を「光学系全系の結像位置ずれを低減する」ように最適化するものが提案されている（第２７３６９８４号特許公報）が、この方法の場合、温度変動による結像位置ずれを打ち消すパラメータが殆どないため、温度補正効果は必ずしも十分でなく、特に、光スポットを小径化した場合、スポット径の２乗に比例して深度余裕が小さくなるため、温度変動によるスポット径の変動を良好に補償することは難しい。
【０００７】
また、光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像させるための第２光学系に「負のパワーを有する樹脂製レンズ」を用い、偏向光束を被走査面上に結像させる第３光学系の焦点距離変動に起因する結像位置ずれを相殺し、光学系全系の結像位置ずれ変動を低減する方法も提案されている（第２８０４６４７号特許公報）が、この方法で補正効果を向上するためには「負のパワーを有する樹脂レンズ」のパワーを強く設定しなければならず、該樹脂製レンズの曲率半径が小さくなり、かえって波面収差の劣化を招きやすく、光スポットの小径化が困難になる。
【０００８】
光走査装置の光学素子等を収容するハウジング内の温度は、光走査装置に含まれる光偏向器としての回転多面鏡の駆動モータや、光源としての半導体レーザなどの発熱で変動するが、このような温度変動はハウジング内において均一に生ずるものではなく、ハウジング内には温度分布が存在する。発明者らが実験的に調べたところでは、ハウジング内の位置による温度差は２０℃にも達することが分かった。
【０００９】
上述した従来の「温度変化に起因する走査光束の結像位置の被走査面に対するずれを低減する方法」は、ハウジング内部の温度が均一であることを前提として行われるため、ハウジング内部に均一でない温度分布があるときには、かえってスポット径やマルチビーム走査の場合の走査線間隔が劣化しやすい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、光走査装置のハウジング内の「温度の不均一」を積極的に利用して、温度変動に起因するスポット径変動や、マルチビーム走査の場合の「走査線間隔の変動」の低減を図ることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の光走査装置は、光源側からの光束を光偏向器により偏向させ、偏向光束を集光させて被走査面上に光スポットを形成し、被走査面の光走査を行うものであり、光源と被走査面との間に、第１光学系と、第２光学系と、第３光学系とを有し、さらに、温度分布発生手段を有する。
【００１２】
「第１光学系」は、光源からの発散光束をカップリングする光学系である。第１光学系は光学素子として「カップリングレンズ」を有する。カップリングされた光束の形態は「平行光束」であることも「弱い発散性もしくは弱い集束性の光束」であることもできる。
【００１３】
「第２光学系」は、第１光学系によりカップリングされた光束を、光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させる光学系である。
「第３光学系」は、光偏向器により偏向された光束を、被走査面上に光スポットとして集光する光学系である。「被走査面」は、実体的には、光導電性の感光体等の「感光媒体」の感光面である。
【００１４】
第３光学系は「主走査方向および／または副走査方向に正のパワーを持つ１以上の樹脂製レンズ」を有する。第２光学系は「温度変化による第３光学系のパワー変動を軽減化できる」ように、負のパワーを有する樹脂製レンズを１枚以上有する。
【００１５】
第１〜第３光学系、光源、光偏向器はハウジング内に収容される。「温度分布発生手段」は、このハウジング内部において、第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３が、条件：ΔＴ１＞ΔＴ３および／またはΔＴ２＞ΔＴ３を満足するように温度分布を発生させる手段である。
「温度分布発生手段」は、ハウジング内部において「第１光学系および第２光学系を第３光学系から分離する隔壁」と、この隔壁により分離された第１および第２光学系側で発熱する発熱手段とを有する（請求項１）。
【００１６】
この請求項１記載の光走査装置において、第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ１、副走査結像位置変動をΔｓ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ２、副走査結像位置変動をΔｓ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ３、副走査結像位置変動をΔｓ３とするとき、これらΔＴ１〜ΔＴ３、Δｍ１〜Δｍ３、Δｓ１〜Δｓ３は、条件：
｜Δｍ１/ΔＴ１+Δｍ２/ΔＴ２+Δｍ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
および
｜Δｓ１/ΔＴ１+Δｓ２/ΔＴ２+Δｓ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
を満足することが好ましい（請求項２）。
【００１７】
請求項１、２記載の光走査装置は何れも、上記隔壁により「光偏向器を第３光学系から分離」する。光偏向器を第１及び第２光学系と隔壁の同じ側にすることができる。
【００１８】
発熱手段としては専用のものを用いることもできるが、請求項３記載の光走査装置においては、隔壁の同じ側に光源、光偏向器があるので、これら光源および光偏向器を発熱手段とすることができる（請求項３）。
【００１９】
上記請求項１または２記載の光走査装置における「温度分布発生手段」に代えて、「ハウジング内部において第１光学系および第２光学系と第３光学系との間に配された隔壁と、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化を小さくする熱交換手段とを有する」構成の「温度分布発生手段」とすることができる（請求項４、５）。この場合、「熱交換手段」としては、空冷ファンもしくはペルチエ素子を用いることができる（請求項６）。
【００２０】
上記請求項４または５または６記載の光走査装置においても、発熱手段としては専用のものを用いることもできるが、この場合にも「光源および光偏向器」を発熱手段として用いることが出きる（請求項７）。
【００２１】
上記請求項１〜７の任意の１に記載の光走査装置において、光源は「半導体レーザ」が好適であり、光偏向器としては回転多面鏡が好適である（請求項８）。なお、光源としての半導体レーザは、マルチビーム走査の場合、半導体レーザアレイを含む。また、光源として、複数の半導体レーザからの光束をビーム合成プリズム等でビーム合成してマルチビーム走査用の光源とすることもできる。
【００２２】
上記請求項１〜８の任意の１に記載の光走査装置において、第１光学系のカップリングレンズは「ガラス製レンズ」とすることができる（請求項９）。
【００２３】
上述したところから明らかなように、この発明の光走査装置は、シングルビーム方式のものとして実施することも、マルチビーム方式のものとして実施することもできる。
【００２４】
この発明の画像形成装置は「感光媒体を光走査して画像形成を行う画像形成装置」であって、感光媒体の光走査に上記請求項１〜９の任意の１に記載の光走査装置を用いることを特徴とする（請求項１０）。
【００２５】
「感光媒体」としては公知の種々のものを用いることができる。例えば、熱により発色する発色性印画紙を感光媒体とし、これを光走査し、光スポットによる「熱エネルギ」で発色させて画像形成を行うことができる。
【００２６】
感光媒体によっては、光走査により感光媒体に潜像を形成し、この潜像を可視化することにより画像形成を行うようにすることができる（請求項１１）。この場合、例えば、感光媒体として銀塩フィルムを用いることができる。銀塩フィルムに、光走査により形成された潜像は「通常の銀塩写真のプロセス」に従い、現像・定着を行うことができる。このような画像形成装置は、光製版器や光描画装置として実施することができる。
【００２７】
感光媒体には「光導電性の感光体」を用いることもできる。この場合、潜像は静電潜像として形成され、トナー画像として可視化され、トナー画像は「シート状の記録媒体に最終的に担持」される（請求項１２）。
光導電性の感光体として周知の酸化亜鉛感光紙を用いると、酸化亜鉛感光紙上に形成されたトナー画像をそのまま「酸化亜鉛感光紙をシート状の記録媒体として」定着することができる。
【００２８】
繰り返し使用可能な光導電性の感光体を用いる場合は、感光体上に形成されたトナー画像を、転写紙やＯＨＰシート（オーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート）等のシート状の記録媒体に、直接もしくは中間転写ベルト等の中間転写媒体を介して転写し、定着することにより所望の画像を得ることができる。
【００２９】
これら画像形成装置は、デジタル複写機や光プリンタ、光プロッタ、ファクシミリ装置等として実施できる。なお、画像形成は光走査により行われるから、光走査装置に印加される画像情報は、原稿を読み取ったものでもよいし、コンピュータ等で生成したものでもよく、外部から送信されてくる情報でも良い。
【００３０】
説明を補足すると、光走査装置のハウジング内の温度変化は「急激な変化」ではなく「時間的に緩やかな変化」である。このため、第１〜第３光学系の各光学素子の温度は、実質的に、その光学素子を囲繞する雰囲気の温度と同じであると考えて良い。
【００３１】
具体例として、第１光学系のカップリングレンズがガラス製レンズで、第２光学系に負のパワーの樹脂製レンズが含まれており、第３光学系に正のパワーの樹脂製レンズが含まれている場合を考えて見る。
【００３２】
第１光学系で温度変化があった場合、カップリングレンズ自体の温度変化による焦点距離変化量は小さい。この場合、実質的な焦点距離変化をもたらすのは、カップリングレンズを保持するレンズセル（金属）の熱変形に伴う、光源とカップリングレンズとの距離の変化である。
【００３３】
このとき、第１光学系近傍の雰囲気温度が上昇すると、第１光学系のカップリング作用においては、第１光学系の焦点距離が短くなったのと等価な変化が生じる。また、第２光学系では「負のパワーの樹脂製レンズ」のパワーが減少するので、温度上昇は第２光学系に、その焦点距離を短くする作用を及ぼす。
【００３４】
第３光学系では樹脂製レンズは正のパワーを有するので、その周りの雰囲気温度が上昇すると、第３光学系の焦点距離は長くなる。即ち、温度上昇が焦点距離にもたらす方向は、第１、第２光学系と第３光学系とで互いに逆であり、従って第３光学系における焦点距離変化が、第１、第２光学系の焦点距離変化で相殺される傾向にある。
【００３５】
ところで、第１〜第３光学系は、副走査方向に関しては何れも正のパワーを持つ。副走査方向についてみると、これらのうち焦点距離が最も大きいのは第３光学系であり、第１光学系や第２光学系の焦点距離は相対的に小さい。
【００３６】
従って、第３光学系に樹脂製レンズが含まれる場合、温度変化により発生する焦点距離の変化量も大きい。このため、第３光学系における焦点距離変動を第１、第２光学系の焦点距離変動で有効に相殺しようとすると、第１光学系や、第２光学系における焦点距離変動を大きくする必要があり、たとえば、第２光学系に含まれる負のパワーの樹脂製レンズは、そのレンズ面の曲率を大きくするなどしなければならない。
【００３７】
この発明（請求項１）では、第１および／または第２光学系の近傍の雰囲気温度：ΔＴ１および／またはΔＴ２を、第３光学系近傍の雰囲気温度：ΔＴ３より大きくするような温度分布をハウジング内に実現する。
【００３８】
このようにすると、第１及び／又は第２光学系では、大きな温度変動により大きな焦点距離変動が生じ、第３光学系では小さな温度変動により相対的に小さい焦点距離変動が生じるので、例えば、第２光学系における樹脂製レンズの負のパワーをさほど大きくすることなく、第３光学系で生じる焦点距離変動を第１、第２光学系での焦点距離変動で有効に相殺させることが可能になる。従って、第２光学系の樹脂製負レンズの曲率半径が著しく小さくなることによる「波面収差の劣化」を有効に軽減することができる。
【００３９】
従来の温度変動による結像位置の調整は、ハウジング内の温度変動量：ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３を同一としているから、上記の如き場合、第２光学系の負の樹脂製レンズに強いレンズ面曲率を付与せざるを得ず、しかも、現実にΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３が不均一になると、返って結像位置ずれを増長させる結果となる。
【００４０】
なお、ハウジング内の温度変動は、回転多面鏡の駆動モータ、半導体レーザ光源などの発熱や、画像形成装置における現像、定着などのプロセスで発生する発熱の影響により、装置外部の環境温度よりも高くなり易いから、低温駆動時よりも高温駆動時を補償することが望ましい。
【００４１】
第１光学系のレンズであるカップリングレンズは光軸に対する回転対称形状であり、その焦点距離（バックフォーカス  光源の発光部とカップリングレンズとの距離）をｆ１とすると、ｆ１は、カップリングレンズの形状：Ｒ１（形状を表すパラメータ）、屈折率：Ｎ１により定まる。これら、Ｒ１、Ｎ１は、第１光学系の温度（第１光学系を移入する雰囲気の温度）：Ｔにより変化する。
カップリングレンズのレンズセルにおける「カップリングレンズと光源（半導体レーザ）の発光部との距離：Ｌ１」も上記雰囲気温度により変化する。さらに、温度変化により光源の発光波長：λが変化すると、この波長変化も、バックフォーカス：ｆ１に変化をもたらす。
【００４２】
従って、第１光学系の温度に温度変化：ΔＴ１が生じたとき、第１〜第３光学系による「全系の結像位置のずれ」は近似的に、主走査方向について形式的に、
Δｍ１≒βm２×(∂ｆ1/∂R1・∂R1/∂T+∂f1/∂N1・∂N1/∂T
+∂ｆ1/∂L1・∂L1/∂T+∂ｆ1/∂λ・∂λ/∂T)・ΔＴ１
と書くことができ、副走査方向については形式的に、
Δｓ１≒βs２×(∂ｆ1/∂R1・∂R1/∂T+∂f1/∂N1・∂N1/∂T
+∂ｆ1/∂L1・∂L1/∂T+∂ｆ1/∂λ・∂λ/∂T) ΔＴ1
と書くことができる。
【００４３】
これらの式の左辺の、Δｍ１は前述の「主走査結像位置変動」であり、Δｓ１は「副走査結像位置変動」である。
【００４４】
なお、上の式の右辺において、
∂R1/∂T :第１光学系の温度変動によるレンズ形状変動
∂f1/∂R1:第１光学系のレンズ形状変動によるバックフォーカス変動
∂N1/∂T :第１光学系の温度変動による屈折率変動
∂f1/∂N1:第１光学系の屈折率変動によるバックフォーカス変動
∂L1/∂T :第１光学系の温度変動によるカップリングレンズのレンズセルの伸縮による光源とカップリングレンズとの距離の変動
∂f1/∂L1:第１光学系のカップリングレンズの、レンズセルの伸縮によるバックフォーカス変動
∂λ/∂T :光源の温度変動による波長変動
∂f1/∂λ:第１光学系の波長変動によるバックフォーカス変動
βm：光学系全系の主走査方向の横倍率
βs：光学系全系の副走査方向の横倍率
である。
すると、
Δm1/ΔＴ1≒βm２×(∂ｆ1/∂R1・∂R1/∂T+∂f1/∂N1・∂N1/∂T
+∂ｆ1/∂L1・∂L1/∂T+∂ｆ1/∂λ・∂λ/∂T)    （１）
Δs1/ΔＴ1≒βs２×(∂ｆ1/∂R1・∂R1/∂T+∂f1/∂N1・∂N1/∂T
+∂ｆ1/∂L1・∂L1/∂T+∂ｆ1/∂λ・∂λ/∂T)    （２）
は、第１光学系の単位温度変化あたりの主走査結像位置変動、副走査結像位置変動である。
【００４５】
上の式におけるカップリングレンズのレンズセルの伸縮による項：∂ｆ1/∂L1・∂L1/∂Tは他の項に対し逆符号であり、しかも、カップリングレンズがガラスレンズであれば、この項が（１）、（２）式の各右辺中で支配的である。そのため、温度変動による結像位置ずれを相殺する方向に補正できる。
【００４６】
同様に、第２光学系の温度変化：ΔＴ２において、単位温度変化あたりの主走査結像位置変動：Δｍ２／ΔＴ２、副走査結像位置変動：Δｓ２／ΔＴ２は、
∂Rm2/∂T  :第２光学系の温度変動による主走査方向のレンズ形状変動
∂fm2/∂Rm2:第２光学系のレンズ形状変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂Rs2/∂T  :第２光学系の温度変動による副走査方向のレンズ形状変動
∂fs2/∂Rs2:第２光学系のレンズ形状変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂N2/∂T   :第２光学系の温度変動による屈折率変動
∂fm2/∂N2 :第２光学系の屈折率変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂fs2/∂N2 :第２光学系の屈折率変動による副走査方向のバックフォーカス変動
∂λ/∂T  :光源の温度変動による波長変動
∂fm2/∂λ:第２光学系の波長変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂fs2/∂λ:第２光学系の波長変動による副走査方向のバックフォーカス変動
fm3：第３光学系の主走査方向の焦点距離
βs3：第３光学系の副走査方向の横倍率
を用いて、形式的に、
Δm2/ΔT2≒fm3２(∂ｆm2/∂Rm2・∂Rm2/∂T+∂fm2/∂N2・∂N2/∂T
+∂ｆm2/∂λ・∂λ/∂T)          （３）
Δs2/ΔT2≒βs3２(∂ｆs2/∂Rs2・∂Rs2/∂T+∂fs2/∂N2・∂N2/∂T
+∂ｆs2/∂λ・∂λ/∂T)          （４）
と近似できる。
【００４７】
第２光学系に負のパワーを有する樹脂製レンズを用いることにより、上記（３）、（４）式における項：∂ｆm2/∂Rm2・∂Rm2/∂T、∂fm2/∂N2・∂N2/∂T、∂ｆs2/∂Rs2・∂Rs2/∂T、∂fs2/∂N2・∂N2/∂Tを他の項と逆符号とし、且つ、支配的にできる。そのため、温度変動による結像位置ずれを相殺する方向に補正できる。
また、第３光学系の温度変化：ΔＴ３において、単位温度変化あたりの主走査結像位置変動：Δｍ３／ΔＴ３、副走査結像位置変動：Δｓ３／ΔＴ３は、
∂Rm3/∂T  :第３光学系の温度変動による主走査方向のレンズ形状変動
∂fm3/∂Rm3:第３光学系のレンズ形状変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂Rs3/∂T  :第３光学系の温度変動による副走査方向のレンズ形状変動
∂fs3/∂Rs3:第３光学系のレンズ形状変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂N3/∂T   :第３光学系の温度変動による屈折率変動
∂fm3/∂N3 :第３光学系の屈折率変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂fs3/∂N3 :第３光学系の屈折率変動による副走査方向のバックフォーカス変動
∂λ/∂T  :光源の温度変動による波長変動
∂fm3/∂λ:第３光学系の波長変動による主走査方向のバックフォーカス変動
∂fs3/∂λ:第３光学系の波長変動による副走査方向のバックフォーカス変動
を用いて形式的に、
Δm3/ΔT3≒(∂ｆm3/∂Rm3・∂Rm3/∂T+∂fm3/∂N3・∂N3/∂T
+∂ｆm3/∂λ・∂λ/∂T)×ΔＴ3          （５）
Δs3/ΔT3≒(∂ｆs3/∂Rs3・∂Rs3/∂T+∂fs3/∂N3・∂N3/∂T
+∂ｆs3/∂λ・∂λ/∂T)×ΔＴ3          （６）
と近似できる。
【００４８】
（５）、（６）式では、右辺の各項が同じ符号となるので、温度変動に伴う結像位置ずれ：Δｍ３、Δｓ３はかなり大きくなる。特に、第３光学系が全て樹脂製の場合にはΔｍ３、Δｓ３は非常に大きくなる。
【００４９】
上記（１）〜（６）式の各右辺の各項、即ち∂ｆm3/∂Rm3・∂Rm3/∂Tや∂fm3/∂N3・∂N3/∂T等は、何れも設計的に定めることができるものである。そこで、これらを最適化することにより、
条件：
｜Δｍ１/ΔＴ１+Δｍ２/ΔＴ２+Δｍ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
および
｜Δｓ１/ΔＴ１+Δｓ２/ΔＴ２+Δｓ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
を満足するように、光走査光学系の第１〜第３光学系を構成することができる。
【００５０】
第１の条件：
｜Δｍ１/ΔＴ１+Δｍ２/ΔＴ２+Δｍ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
は、第１〜第３光学系が「均等に」１度ずつ温度変化したときの、主走査方向の結像位置ずれが０．０４ｍｍ以下となる条件であり、第２の条件：
｜Δｓ１/ΔＴ１+Δｓ２/ΔＴ２+Δｓ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
は、第１〜第３光学系が「均等に」１度ずつ温度変化したときの、副走査方向の結像位置ずれが０．０４ｍｍ以下となる条件である。
【００５１】
従って、これらの条件を満足する光走査装置において、主走査方向・副走査方向の結像位置ずれの許容範囲を±１ｍｍとすれば、ハウジング内の温度分布を均一と考えた場合に、ハウジング内の温度変動として±２５℃が許容されることになる。
【００５２】
しかし、この発明では、ハウジング内に積極的に温度の不均一を生成し、第３光学系の温度が常に、第１及び／又は第２光学系の温度よりも低くなるようにするので、上記Δｍ３、Δｓ３が、ハウジング内の温度変動が均一である場合よりも小さくなるため、上記よりもさらに広い温度変動が許容されることなる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１は、光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
図１（ａ）において、符号Ｈ１はハウジング本体部を示している。ハウジング本体部Ｈ１は「浅底の箱」状であって、内部に光走査装置の光学系を配置される。即ち、ハウジング本体部Ｈ１内には、光源としての半導体レーザ１、カップリングレンズ２、第２光学系３、光偏向器としての回転多面鏡４、ガラス窓５、第３光学系６、折り返しミラー７、ミラー８、集光レンズ９、受光素子１０等が配備される。
【００５４】
図１（ｂ）に示すように、ハウジング本体部Ｈ１の上部は、ハウジングカバーＨ２により覆われ、これによりハウジング内部は閉ざされる。回転多面鏡４のポリゴンミラー４Ａは、ハウジング本体部Ｈ１の底部に嵌装固定された駆動モータ４Ｂの軸に固定されている。
【００５５】
カップリングレンズ２はガラス製レンズであって、これを保持するレンズセル（図示されず）とともに第１光学系を構成し、レンズセルはカップリングレンズ２と光源としての半導体レーザ１とを一体に保持している。ハウジング内部の温度が設定温度（２５℃）のとき、半導体レーザ１から放射された発散性の光束はカップリングレンズ２によりカップリングされて平行光束となる。
【００５６】
第２光学系３は光源側から入射される平行光束を、副走査方向（図１（ａ）において、図面に直行する方向）に集束させ、ポリゴンミラー４Ａの偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。
【００５７】
偏向反射面による反射光束は、ポリゴンミラー４Ａの等速回転に伴い、等角速度的に偏向する偏向光束となり、ガラス窓１６を透過して第３光学系６に入射し、第３光学系６を透過すると折り返しミラー７により光路を折り返され、図１（ｂ）に示すように、ハウジング本体部Ｈ１の底部に形成された射出孔を塞ぐように設けられた防塵ガラス１１を透過してハウジングから射出し、感光媒体１１０の感光面上に集光して光スポットを形成する。
【００５８】
感光媒体１１０の感光面は「被走査面」の実態をなし、光スポットにより光走査される。なお、偏向光束は、被走査面の光走査に先立ち、図１（ａ）に示すようにミラー８により反射され、集光レンズ９により受光素子１０の受光面に集光される。受光素子１０の受光信号を基準として、光スポットによる被走査面の光走査開始の同期が取られる。
【００５９】
第３光学系６は２枚のレンズ６ａ、６ｂで構成されている。これらレンズ６ａ、６ｂは共に樹脂製レンズであり、第３光学系全体として主・副走査方向に正のパワーを持つ。また、第３光学系は所謂ｆθレンズで、光スポットによる光走査を等速化する機能を持つ。なお、図１の構成で、半導体レーザ１に替えて半導体レーザアレイを用いれば、マルチビーム方式の光走査を実現することができる。
【００６０】
第２光学系３は２枚のレンズ３ａ、３ｂで構成されている。レンズ３ａは樹脂製レンズで、レンズ３ｂはガラス製レンズである。レンズ３ａ、３ｂの合成のパワーは「副走査方向に正」で、前述の如く、光源側から入射する平行光束を副走査方向に集束させて、回転多面鏡４の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させる。
【００６１】
樹脂製のレンズ３ａは、温度変動に起因する第３光学系の主・副走査方向のパワー変動を軽減できるように主・副走査方向に負のパワーを持つ。このため、光源側から平行光束が入射すると、レンズ３ａの作用により、主・副走査方向とも光束に発散性が与えられる。
【００６２】
ガラス製のレンズ３ｂは、主・副走査方向に正のパワーを持つアナモルフィックなレンズであり、レンズ３ａ側から入射する発散性の光束を、主走査方向においては平行光束に戻し、副走査方向においては集光光束に変換する。
【００６３】
上記第１〜第３光学系は、前述した条件：
｜Δｍ１/ΔＴ１+Δｍ２/ΔＴ２+Δｍ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
｜Δｓ１/ΔＴ１+Δｓ２/ΔＴ２+Δｓ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]
を満足するように構成されている。
【００６４】
図１（ａ）において、符号１５、１６は「隔壁」を示す。
【００６５】
隔壁１５、１６は、ガラス窓５とともにハウジング内部を仕切り、第１光学系２および第２光学系３を第３光学系６から分離している。即ち、ガラス窓５は「ハウジング内部において、第１光学系および第２光学系を第３光学系から分離する隔壁」の一部をなす。
【００６６】
隔壁１５、１６は断熱壁である必要はないが、ハウジング内部が上記の如く仕切られることにより、第１、第２光学系側と第３光学系側との間に空気対流による熱伝達は防止される。
【００６７】
第１光学系と第２光学系とが仕切られた側には、半導体レーザ１と回転多面鏡４の駆動モータ４Ｂがあり、光走査が行なわれる際にはこれらが発熱するので、図１（ａ）における隔壁１５、１６の右側では、半導体レーザ１と駆動モータ４Ｂとを「発熱手段」として内部の雰囲気温度が上昇する。
【００６８】
ハウジングの壁は断熱壁でないので、ハウジング壁を介してハウジング内外で熱交換が生じるから、上記雰囲気温度が無制限に上昇することはない。
一方において、ハウジング内において、隔壁で仕切られた第３光学系６の側には、発熱源となるものが殆どないので、こちら側では雰囲気温度の上昇は小さい。かくして、光走査が行われるに従い、隔壁の両側の雰囲気温度の変化には差が生じ、ΔＴ１＞ ΔＴ３およびΔＴ２＞ΔＴ３の雰囲気状態が保たれることとなり、前述した如くして、主走査結像位置変動、副走査結像位置変動を有効に軽減して、良好な光走査を実現できる。
【００６９】
図２には実施の別の形態を示す。繁雑を避けるため、混同の虞れがないと思われるものについては、図１におけると同一の符号を付した。光走査が行われる様子は、図１の実施の形態と全く同様であるので説明を省略する。
図２において、符号１７、１８は隔壁でハウジング内部（ハウジング本体部Ｈ１と、図１（ｂ）に示す如きハウジングカバーで閉ざされる。）を仕切っているけれども、図１の実施の形態と異なり、ハウジング内部の仕切られた各部間に空気の流通が可能である。
【００７０】
ハウジング本体部Ｈ１は側壁部が開口され、この部分に空冷ファン１９が設けられている。符号２２はエアフィルタを示す。
光走査時には、光源や光偏向器における発熱でハウジング内部の雰囲気温度が上昇するが、このとき例えば、空冷ファン１９によりハウジング内部の空気をハウジング外部へ排出すると、温度上昇した空気がハウジング外部へ流れ、ハウジング内に、ΔＴ１＞ ΔＴ３およびΔＴ２＞ΔＴ３の雰囲気状態が形成される。空冷ファン１９により、ハウジング内部に外部から冷却風を引き込んでも同様である。
【００７１】
このようにして、主走査結像位置変動、副走査結像位置変動を有効に軽減して、良好な光走査を実現できる。
【００７２】
上に、図１、図２に即して実施の形態を説明した光走査装置は、光源１からの発散光束をカップリングする第１光学系２と、カップリングされた光束を、光偏向器４の偏向反射面に主走査方向に長い線像として結像させる第２光学系３と、光偏向器により偏向された光束を、被走査面上に光スポットとして集光する第３光学系６とを有する光走査装置において、第３光学系６が、主走査方向および／または副走査方向に正のパワーを持つ１以上の樹脂製レンズ６ａ、６ｂを有し、第２光学系３が、負のパワーを有する樹脂製レンズを１枚以上（レンズ３ａ）有し、第１〜第３光学系、光源、光偏向器を収容するハウジング内部において、第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３が、条件：ΔＴ１＞ΔＴ３および／またはΔＴ２＞ΔＴ３を満足するように温度分布を発生させる温度分布発生手段１、４Ｂを有するものである。
【００７３】
また、これら光走査装置は、第１光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ１による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ１、副走査結像位置変動をΔｓ１、第２光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ２による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ２、副走査結像位置変動をΔｓ２、第３光学系近傍の雰囲気の温度変化：ΔＴ３による像面上の主走査結像位置変動をΔｍ３、副走査結像位置変動をΔｓ３とするとき、これらΔＴ１〜ΔＴ３、Δｍ１〜Δｍ３、Δｓ１〜Δｓ３が条件：
｜Δｍ１/ΔＴ１+Δｍ２/ΔＴ２+Δｍ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]および
｜Δｓ１/ΔＴ１+Δｓ２/ΔＴ２+Δｓ３/ΔＴ３｜＜０．０４[ｍｍ/℃]を満足する。
【００７４】
図１に示す実施の形態の光走査装置は、「温度分布発生手段」が、ハウジング内部において第１光学系および第２光学系を第３光学系から分離する隔壁５、１５、１６と、この隔壁により分離された第１および第２光学系側で発熱する発熱手段１、４とを有し、隔壁が光偏向器４を第３光学系６から分離し、発熱手段が光源１および光偏向器４である。
【００７５】
また、図２の光走査装置は、温度分布発生手段が、ハウジング内部において、第１光学系および第２光学系と第３光学系との間に配された隔壁１７、１８と、第３光学系６近傍の雰囲気の温度変化を小さくする熱交換手段１９とを有し、熱交換手段が空冷ファン１９で、発熱手段が光源１および光偏向器４である。
【００７６】
図１、図２の光走査装置とも、光源が半導体レーザであり、光偏向器が回転多面鏡であり、第１光学系のカップリングレンズ２がガラス製レンズである。なお、図２の実施形態において、空冷ファン１９に替えて、あるいは空冷ファン１９と共に、熱交換手段としてのペルチエ素子を第３光学系に設けても良く、図１の実施の形態においても、隔壁の第３光学系側に、空冷ファンやペルチエ素子等の熱交換手段を（例えば、図２の実施の形態と同様に）設けることができる。
【００７７】
図３に「画像形成装置」の実施の１形態を示す。この画像形成装置は「レーザプリンタ」である。
【００７８】
「レーザプリンタ」は、感光媒体１１０として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。感光媒体１１０の周囲には、帯電手段１１１（コロナチャージャを例示したが、勿論、接触式の帯電ローラを用いても良い）、現像装置１１３、転写手段１１４（コロナ放電を利用する方式のものを示したが、接触式の転写ローラでも良い）、クリーニング装置１１５が配備されている。
【００７９】
また、レーザ光束ＬＢによる光走査装置１１２が設けられ、帯電ローラ１１１と現像装置１１３との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
図３において、符号１１６は定着装置、符号Ｓは「シート状の記録媒体」としての転写紙を示している。
【００８０】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である感光媒体１１０が時計回りに等速回転され、その表面が帯電手段１１１により均一帯電され、光走査装置１１２のレーザ光束ＬＢの光書込による露光を受けて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」であって画像部が露光されている。
【００８１】
この静電潜像は、現像装置１１３により反転現像され、感光媒体１１０上にトナー画像が形成される。転写紙Ｓは、感光媒体１１０上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて転写部へ送りこまれ、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写手段１１４の作用によりトナー画像を静電転写される。
【００８２】
トナー画像を転写された転写紙Ｓは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてトナー画像を定着されて外部へ排出される。トナー画像が転写された後の感光媒体１１０の表面はクリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等を除去される。なお、転写紙に代えて前述のＯＨＰシートを用いることもでき、トナー画像の転写は、中間転写ベルト等の「中間転写媒体」を介して行うようにすることもできる。
【００８３】
光走査装置１１２として、上に実施の形態を説明した光走査装置を用いることにより、良好な画像形成を実行することができる。
【００８４】
このように、光走査装置１２としてこの発明の光走査装置を用いる図３の画像形成装置は、感光媒体１１０を光走査して画像形成を行う画像形成装置において、感光媒体１１０の光走査に、請求項１〜１０の任意の１に記載の光走査装置を用いるもので、感光媒体１１０の光走査により、感光媒体に潜像が形成され、この潜像が可視化され、感光媒体１１０が光導電性の感光体であり、潜像が静電潜像として形成され、トナー画像として可視化され、トナー画像がシート状の記録媒体Ｓに最終的に担持される。
【００８５】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光走査装置と画像形成装置を実現できる。この発明の光走査装置は、第３光学系に樹脂製の光学素子を用いつつも、ハウジング内の温度分布を有効に利用することにより、雰囲気温度変動に起因する主走査・副走査方向の結像位置の変動を有効に軽減し、安定したスポット径、さらにはマルチビーム方式の場合の安定した走査線間隔を実現できる。
【００８６】
したがって、この光走査装置を用いる画像形成装置は、温度変動に拘わらず、常に良好な画像形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】光走査装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図３】画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１      光源（半導体レーザ）
２      カップリングレンズ
３      第２光学系
４      光偏向器（回転多面鏡）
６      第３光学系
Ｈ１    ハウジング本体部
Ｈ２    ハウジングカバー
【図１】
0004731722.tif 000002
【図２】
0004731722.tif 000003
【図３】
0004731722.tif 000004