(57)【要約】【課題】温度変動まで考慮して、ビームスポット径の小径化を図り、尚且つ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能な低コストな光走査装置を実現する。【解決手段】本発明は、光源１１と、光源からの光ビーム２１を偏向する偏向器１４と、光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズ１２と、カップリングレンズからの光ビームを偏向器１４に導く第一光学系と、偏向器により偏向された光ビームを被走査面１６に導く走査光学系１５と、光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子４３とを有する光走査装置において、上記第一光学系は、少なくとも、[1]副走査方向に正パワーの面、[2]主走査方向に正パワーの面、を有するレンズ１３，２２から構成されることを特徴とする。【選択図】図１
2005202038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、
上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、
上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、
上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子と、
を有する光走査装置において、
上記第一光学系は、少なくとも、
[1]副走査方向に正パワーの面、
[2]主走査方向に正パワーの面、
を有する光学素子から構成され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、
上記第一光学系は、少なくとも２つの光学素子から構成されることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１記載の光走査装置において、
上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動調整可能であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１記載の光走査装置において、
上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも１つは樹脂製であることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１記載の光走査装置において、
上記第一光学系を構成する光学素子の１つの少なくとも１面は、共軸（回転対称）であることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項５記載の光走査装置において、
上記共軸（回転対称）である面は、非球面形状であることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１記載の光走査装置において、
上記液晶素子による位相変調にて、該液晶素子に入射した光ビームの光路を偏向することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
複数の光源と、
上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、
上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、
上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、
上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子と、
を有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、
上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも１つに上記液晶素子を配設し、少なくとも２つの光ビームが共通の被走査面に導かれることを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項９】
複数の光源と、
上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、
上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、
上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、
上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子と、
を有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、
上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも１つに上記液晶素子を配設し、複数の光ビームの少なくとも１つは、他の光ビームとは異なる被走査面に導かれることを特徴とするマルチビーム光走査装置。
【請求項１０】
像担持体と、該像担持体に光ビームを露光して潜像を形成する露光手段と、上記像担持体上に形成した潜像を現像して顕像化する現像手段と、上記像担持体上で顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
上記露光手段として、請求項１〜７のいずれか一つに記載の光走査装置、あるいは請求項８または9記載のマルチビーム光走査装置を用い、上記像担持体上に潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ書込光学系等に用いられる光走査装置やマルチビーム光走査装置、及びその光走査装置やマルチビーム光走査装置を用いたレーザプリンタ、デジタル複写機、レーザファクシミリ、レーザプロッタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置において、高画質化、高速化、カラー化が進み、ユーザが要求する品質も高まってきている。
高速化の要求に対しては、光走査装置のマルチビーム化が有効である。ただし、その際には複数のビーム間のピッチ調整が必要である。複数のビーム間のピッチ調整の方法としては、マルチビーム光源ユニットを光軸回りに回転する方法や、ピッチ調整用の光学素子を用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
一方、高画質化の要求に対しては、ビームスポット径の小径化が必要であり、これまでも幾つかの方法が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。ただし、ビームスポット径を小径化する際には、特に画像形成装置や光走査装置が定着部やポリゴンスキャナ等の多くの熱源を備えていることや、使用環境の温度変動に鑑みて、温度変動まで考慮したビームスポットの小径化が必要である。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３１９２０号公報
【特許文献２】特開平３−１１６１１２号公報
【特許文献３】特開平５−１９１９０号公報
【特許文献４】特開２００１−１６６２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光源ユニットを光軸回りに回転させる従来例では、光源ユニットそのものを動かすため、電装部品の信頼性が問題になる。また、ピッチ調整用の光学素子を用いる従来例では、ガラス製の高精度な光学素子が必要となるためコストアップにつながる。
一方、ビームスポット径を高精度に初期調整したとしても、温度変動を始めとする経時変化に伴い、ビームスポット位置ずれが発生してしまう。
そこで、ピッチ調整手段として、電気信号にて駆動される「液晶素子」が提案されている。この液晶素子は、低電圧駆動、無発熱、無騒音、無振動、小型・軽量等の特徴を有するビームピッチ調整手段である。
【０００５】
液晶素子は、数［μｍ］〜数十［μｍ］程度の液晶層を、２枚のガラス基板で密封したセル構造となっている。そのため周囲の温度が変化した場合、雰囲気温度の変化に伴い、比較的膨張率の高い液晶層が熱膨張し、液晶素子の中央部が膨らみ、結果としてレンズ効果（正パワー）を発生する恐れがあった。それにより、ビームウェスト位置が変化し、ビームスポット径が劣化する（増大する）恐れがあった。
【０００６】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、温度変動まで考慮して、ビームスポット径の小径化を図り、尚且つ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能な低コストな光走査装置やマルチビーム光走査装置を提供することを目的（課題）とする。
さらに本発明は、上記光走査装置またはマルチビーム光走査装置を用いた高画質な画像出力が可能な画像形成装置を提供することを目的（課題）とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明は以下のような特徴を有している。
（１）：光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有する光走査装置において、上記第一光学系は、少なくとも、
[1]副走査方向に正パワーの面、
[2]主走査方向に正パワーの面、
を有する光学素子から構成されることを特徴とする。
【０００８】
（２）：（１）に記載の光走査装置において、上記第一光学系は、少なくとも２つの光学素子から構成されることを特徴とする。
（３）：（１）に記載の光走査装置において、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動調整可能であることを特徴とする。
（４）：（１）に記載の光走査装置において、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも１つは樹脂製であることを特徴とする。
（５）：（１）に記載の光走査装置において、上記第一光学系を構成する光学素子の１つの少なくとも１面は、共軸（回転対称）であることを特徴とする。
（６）：（５）に記載の光走査装置において、上記共軸（回転対称）である面は、非球面形状であることを特徴とする。
（７）：（１）に記載の光走査装置において、上記液晶素子による位相変調にて、該液晶素子に入射した光ビームの光路を偏向することを特徴とする。
【０００９】
（８）：複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも１つに上記液晶素子を配設し、少なくとも２つの光ビームが共通の被走査面に導かれることを特徴とする。
【００１０】
（９）：複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも１つに上記液晶素子を配設し、複数の光ビームの少なくとも１つは、他の光ビームとは異なる被走査面に導かれることを特徴とする。
【００１１】
（１０）：像担持体と、該像担持体に光ビームを露光して潜像を形成する露光手段と、上記像担持体上に形成した潜像を現像して顕像化する現像手段と、上記像担持体上で顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、上記露光手段として、（１）〜（７）のいずれか一つに記載の光走査装置、あるいは（８）または（９）に記載のマルチビーム光走査装置を用い、上記像担持体上に潜像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記解決手段の（１）の構成では、光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有する光走査装置において、上記第一光学系は、少なくとも、
[1]副走査方向に正パワーの面、
[2]主走査方向に正パワーの面、
を有する光学素子から構成されるので、光走査装置の組立時にビームウェスト位置の調整を行うことが可能であり、且つ被走査面上のビームスポット位置を可変できるので、ビームスポット径の小径化を図り、尚且つ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能な低コストな光走査装置を実現することができる。
【００１３】
（２）の構成では、上記（１）の構成及び効果に加え、上記第一光学系は、少なくとも２つの光学素子から構成されるので、光走査装置の組立時のビームウェスト位置調整の機能と、光走査装置内部の温度変化に伴うビームウェスト位置補正の機能を、分離することができる。
（３）の構成では、上記（１）の構成及び効果に加え、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも１つは、光軸方向に移動調整可能であるので、光走査装置の組立時に、ビームウェスト位置の調整を行うことができる。
（４）の構成では、上記（１）の構成及び効果に加え、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも１つは樹脂製であるので、光走査装置内部の温度変化に伴うビームウェスト位置変動を低減することができる。
（５）の構成では、上記（１）の構成及び効果に加え、上記第一光学系を構成する光学素子の１つの少なくとも１面は、共軸（回転対称）であるので、面形状を高精度に加工することができる。
（６）の構成では、上記（５）の構成及び効果に加え、上記共軸（回転対称）である面は、非球面形状であるので、発生する収差の低減を図ることができる。
（７）の構成では、上記（１）の構成及び効果に加え、液晶素子による位相変調にて、該液晶素子に入射した光ビームの光路を偏向するので、被走査面上のビームスポット位置を可変することができる。
【００１４】
上記解決手段の（８）の構成では、複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも１つに上記液晶素子を配設し、少なくとも２つの光ビームが共通の被走査面に導かれるので、一つの被走査面上を走査する複数のビームスポットの間隔（走査線間隔）を補正することができるマルチビーム光走査装置を実現することができ、これを画像形成装置の露光手段として用いることで、高速・高密度なプリント出力画像を獲得することができる。
【００１５】
上記解決手段の（９）の構成では、複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも１つに上記液晶素子を配設し、複数の光ビームの少なくとも１つは、他の光ビームとは異なる被走査面に導かれるので、複数の被走査面上を走査する複数のビームスポット間の相対的な位置を補正することができるマルチビーム走査装置を実現することができ、これをタンデム式のカラー画像形成装置の露光手段として用いることで、像担持体（被走査面）間の色ずれの少ないプリント出力画像を獲得することができる。
【００１６】
上記解決手段の（１０）の構成では、像担持体と、該像担持体に光ビームを露光して潜像を形成する露光手段と、上記像担持体上に形成した潜像を現像して顕像化する現像手段と、上記像担持体上で顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、上記露光手段として、（１）〜（７）のいずれか一つに記載の光走査装置、あるいは（８）または（９）に記載のマルチビーム光走査装置を用い、上記像担持体上に潜像を形成するので、被走査面（像担持体）上の所望の位置にビームスポットを走査することができ、高速・高密度・高品質なプリント出力画像を獲得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の構成、動作を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
［実施例１］
まず、液晶素子による副走査ビームスポット位置の調整可能な光走査装置について説明する。
図１は、画像形成装置の露光手段に用いられる「光走査装置」の一例を示す図である。図１において、符号１１は光源、１２はカップリングレンズ、１３はシリンドリカルレンズ、１４は偏向器の一例であるポリゴンミラー、１５は第１走査レンズ１５−１と第２走査レンズ１５−２からなる走査光学系、１６は被走査面（例えば感光体ドラム）、２２は補正用レンズ、４３は液晶素子である。
【００１９】
この光走査装置は一つの光源（例えば、半導体レーザ）１１から出射する1本のレーザビームを被走査面上に走査する光走査装置であるが、複数の光源（例えば、半導体レーザアレイ）から出射する複数本のレーザビームを同時に走査する「マルチビーム光走査装置」に応用することも可能である。
半導体レーザ１１から発射されカップリングレンズ１２を出射したレーザビーム２１は、シリンドリカルレンズ１３の作用により偏向器であるポリゴンミラー１４の偏向反射面上に（副走査方向に結像し、主走査方向に長い）線像として結像され、走査光学系（第１、第２走査レンズ）１５により、被走査面（感光体ドラム）１６上をビームスポットとして走査される。
このような、光源部から出射された光ビームを被走査面１６上にビームスポットとして走査する装置を、「光走査装置」２０と呼ぶことにする。
【００２０】
なお、通常「主走査方向」及び「副走査方向」とは、被走査面でビームスポットが走査される方向とその直交方向を意味するが、本文では、光路の各場所で、(被走査面の)主走査方向と副走査方向に対応する方向を（広い意味で）各々「主走査方向」、「副走査方向」と呼んでいる。
【００２１】
光走査装置、特にマルチビーム走査装置においては、被走査面上のビームスポット位置の初期調整、及び環境/経時変動の補正のため、「光ビーム位置補正手段」が具備されることが多い。
光ビーム位置調整手段の基本構成としては、
・折返しミラーを回転する、
・シリンドリカルレンズをシフト／回転する、
・プリズムをシフト／回転する、
・電気光学素子、ＡＯＭを利用する、
・半導体レーザとカップリングレンズの間に配設された平行平板を回転する、
等、光路を偏向する（レーザビームを微小角度だけ偏向する）「光路偏向手段」の構成が従来より提案されている。しかし、従来の方法では装置が大型化する、消費電力／発熱／騒音が大きい、等の問題があった。
【００２２】
そのため本発明では、図１に示すように、光路偏向手段として、小型／軽量化／省エネルギー対応可能、無騒音／無発熱である等の特徴を有する「液晶素子」４３を採用した。
液晶素子４３のもつ「位相を変調する」機能により、液晶素子に入射するレーザビームの位相を変化させることができる。また、外部から与えられる電気信号により液晶層内の位相を副走査方向に勾配を形成するような液晶素子を構成することができる。このような液晶素子は、レーザビームを微小角度偏向する光路偏向手段、すなわち「偏向素子」として使用することができる（解決手段の（７）の構成）。図１記載の液晶素子４３を偏向素子として用いることにより、被走査面（感光体ドラム面）１６におけるビームスポット位置を副走査方向に移動することができる。
【００２３】
次に、補正用レンズ２２によるビームウェスト位置の補正（組立時；初期調整）について説明する。
半導体レーザ１１を発射したレーザ光は、以降の光学系の特性に応じて、カップリングレンズ１２により、平行光束又は弱い発散光束又は弱い収束光束にカップリングされる。半導体レーザ１１とカップリングレンズ１２の位置合わせを高精度に行い、カップリングレンズ１２を出射するレーザビームの「平行度合」を最適に（設計値通りに）調整した場合でも、組み合わされる光学系の部品ばらつき、組み付けばらつきの影響により、被走査面付近のビームウェスト位置がずれてしまうことが多い。また、本実施例１のようにセル構造をもつ液晶素子４３が付加されている場合には、液晶層を２枚のガラス基板間に封入する際の圧力のばらつき、あるいは液晶層を一定層厚に維持するためのスペーサ部材の寸法ばらつき等の影響により、液晶素子の中央部付近が凸形状又は凹形状になりレンズ効果を生じる恐れがある。このようなビームウェスト位置ずれを補正する手段として、下記の補正用レンズ２２を付加することができる。
【００２４】
図１に示す光走査装置２０においては、液晶素子４３とシリンドリカルレンズ１３との間に、下記の特徴を有する補正用レンズ２２を配設した。なお、補正用レンズ２２とシリンドリカルレンズ１３により第一光学系が構成される（解決手段の（２）の構成）。また、前述の解決手段の（１）の構成のように、第一光学系は、少なくとも、[1]副走査方向に正パワーの面を有する光学素子（レンズ等）、及び、[2]主走査方向に正パワーの面を有する光学素子（レンズ等）、から構成される。
【００２５】
本実施例１においては、「[1]副走査方向に正パワーの面を有する光学素子」は、シリンドリカルレンズ１３（及び補正用レンズ２２）であり、ポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍にて、主走査方向に長い（副走査方向に結像した）線像を形成する。
一方、「[2]主走査方向に正パワーの面を有する光学素子」は、補正用レンズ２２である。画像形成装置用の光走査装置の場合、レーザビーム（ビームスポット）が主走査方向に移動しながら被走査面（感光体表面）を露光するので、主走査方向の露光ビームは静止時の主走査ビームスポット径よりも太くなる。従って静止時のビームスポット径は、副走査方向より主走査方向を小さく設定する必要がある。そこで「主走査方向に正パワーの面を有するレンズ」により、優先的に主走査方向のビームウェスト位置を補正することが望ましい。具体的には、第一光学系を構成する光学素子の少なくとも１つ（例えば、補正用レンズ２２）を、光軸方向に移動調整可能に設けておけば、光走査装置の組立時に、ビームウェスト位置の調整を行うことができる（解決手段の（３）の構成）。
【００２６】
実施例１記載の補正用レンズ２２は、第一面が共軸面（回転対称面）となっているが、このような共軸面とすることにより、面の加工を容易化することができ、また、光走査装置への組付時の（回転軸方向の）取付公差を緩和することが可能となる（解決手段の（５）の構成）。なお、上述のように補正用レンズの機能として、少なくとも主走査方向のビームウェスト位置の補正を行えればよいため、補正用レンズ２２は少なくとも主走査方向に正パワーの面を有すればよい。
【００２７】
補正用レンズ２２を付加することにより、下記のような効果を得ることができる。
[1]補正レンズを光軸方向に移動することで、光走査装置全系でビームウェスト位置調整が可能となり、他の光学素子の部品公差／取付公差を緩和することが可能となる。
[2]安定した小径ビームスポットを得ることができる。
[3]ビーム整形が可能。
以上のことから、液晶素子（偏向素子）４３と補正用レンズ２２を付加することにより、被走査面１６における走査線間隔の高精度化と小径ビームスポット化を達成することが可能となる。
【００２８】
次に温度変化時のビームウェスト位置補正について説明する。
光走査装置のポリゴンミラー前光学系の光路図を示した図５及び図６を用いて、液晶素子近傍の温度が変化した場合のビームウェスト位置の挙動について検討する。なお、図５及び図６において、Ｘ方向は光路（光軸）に沿った方向、Ｙ方向は主走査（対応）方向、Ｚ方向は副走査（対応）方向である。また、（主）はポリゴンミラー前光学系の主走査方向の断面（主走査断面）、（副）はポリゴンミラー前光学系の副走査方向の断面（副走査断面）を示している。
【００２９】
<<従来例>>補正用レンズを付加していない光学系の場合：
図５は従来例として、補正用レンズ２２を付加していない場合の例を示す。
図５(b)に示す常温の場合、カップリングレンズ１２により平行光束に変換されたレーザビーム（光束）は、液晶素子４３を通過し、シリンドリカルレンズ１３に平行光束の状態で入射する。従ってポリゴンミラー１４に入射するレーザビーム（光束）は、主走査方向では平行光束であり、副走査方向ではシリンドリカルレンズ１３の作用により（主走査方向に長い）線像として結像することになる。
【００３０】
ところが、前述の「発明が解決しようとする課題」で述べたように、液晶素子４３は、数［μｍ］〜数十［μｍ］程度の液晶層を２枚のガラス基板で密封したセル構造となっている。そのため光走査装置内の液晶素子４３近傍の温度が上昇した場合（図５(a)）、液晶素子４３の中央部が膨らみ、結果としてレンズ効果（正パワー）を発生する恐れがある。これに伴い主走査方向ではポリゴンミラー１４に入射するレーザビーム（光束）は収束光束となり、副走査方向ではポリゴンミラー１４よりシリンドリカルレンズ１３側にて線像が形成される。その結果として、被走査面１６付近のビームウェスト位置は、主走査方向／副走査方向共にポリゴンミラー１４側にずれてしまうことになる。
液晶素子４３近傍が低温になった場合（図５(c)）には、液晶素子４３が負パワーのレンズ効果を示すため、図５(a)の場合とは逆に、被走査面１６付近のビームウェスト位置はポリゴンミラー１４から遠ざかる向きにずれることになる。
【００３１】
<<本発明の実施例>>補正用レンズ（樹脂製）２２を付加した光学系の場合：
次に、熱膨張率の大きい樹脂から構成され、正パワーを有する補正用レンズ２２を付加した場合について、図６を用いて説明する。
図６(b)に示す常温の場合には、カップリングレンズ１２によりカップリングされたレーザビーム（光束）は、弱い発散光束にカップリングされている。このレーザビームは正パワーを有する補正用レンズ２２の作用により主走査方向／副走査方向共に平行光束に変換された後、シリンドリカルレンズ１３に入射する。従ってポリゴンミラー１４に入射するレーザビーム（光束）は、主走査方向では平行光束であり、副走査方向ではシリンドリカルレンズ１３の作用により（主走査方向に長い）線像として結像することになる。
【００３２】
液晶素子４３及び補正用レンズ２２の近傍が高温になった場合（図６(a)）、液晶素子４３は正パワーを発生することになり、液晶素子４３を出射するレーザビーム（光束）の「発散度合い」は弱くなる（平行光束に近くなる）。ところが、（入射面に正パワーを有する）補正用レンズ２２の入射面の曲率半径は、温度上昇に伴い大きくなるため、補正用レンズ２２の正パワーは弱くなり、補正用レンズ２２を出射するレーザビームは常温の場合と同様に平行光束に変換することができる。従ってポリゴンミラー１４に入射するレーザビームの特性（光束の平行度合い）は常温の場合と同様の状態とすることができるので、被走査面１６付近のビームウェスト位置ずれの発生を抑制することができる。すなわち、温度上昇時には、「液晶素子４３にて正パワーが発生すること」と「補正用レンズ２２の正パワーが弱くなること」の効果が相殺され、被走査面１６付近のビームウェスト位置ずれの発生を抑制し、安定した小径ビームスポットを獲得することができる（解決手段の（４）の構成）。
また、液晶素子４３及び補正用レンズ２２の近傍が低温になった場合（図６(c)）には、液晶素子４３が負パワーのレンズ効果を示すが、補正用レンズ２２の正パワーは強くなる。そのため両者の効果が相殺され、被走査面１６付近のビームウェスト位置ずれの発生を抑制することができる。
【００３３】
なお、補正用レンズ２２を樹脂製とする別のメリットとして、成型用金型を用いて低コストにて大量生産が可能であることが挙げられる。成型用金型を用いる場合には、非球面形状を創成することも容易である。一方、材質がガラスである場合には、補正用レンズを１個ずつ機械加工により研削／研磨する必要があり、大量生産には不向きである。
【００３４】
[数値例]
本実施例１の光走査装置において、補正用レンズ２２によるビームウェスト位置の補正（組立時；初期調整）について、図１を参照しながら具体的な光学系データを示して説明する。
ここでは、半導体レーザ１１の発振波長を６５５ｎｍ、カップリングレンズ１２の焦点距離ｆCOLを１５ｍｍとする。ただし、カップリングレンズ１２の第１面及び第２面は共軸非球面であり、数値は示さないがカップリングレンズ１２による波面収差は良好に補正されている。カップリングレンズ１２から射出した光束は発散光束とし、カップリングレンズ１２の第２面から発光点側（被走査面とは反対側）に１８９．８ｍｍ離れた位置に自然集光する。
【００３５】
カップリングレンズ１２を出射したレーザビームは、図示しないアパーチャ（開口）によりビーム整形され、液晶素子４３を透過した後、補正用レンズ２２に入射する。カップリングレンズ１２の第２面からアパーチャまでの距離は１０．９ｍｍ、アパーチャから液晶素子４３までの距離は１．０ｍｍ、液晶素子４３から補正用レンズ２２の第１面までの距離は２４ｍｍとした。なお、アパーチャ（開口）は、主走査×副走査：３．５４ｍｍ×１．４４ｍｍの矩形形状である。
【００３６】
次に、補正用レンズ２２から被走査面１６までの光学系データを表１に示す。表１中、主走査方向の曲率半径をＲｍ、副走査方向の曲率半径をＲｓ、使用波長での屈折率をＮとする。ここで、補正用レンズ２２の入射側と出射側を面番号１、面番号２とし、シリンドリカルレンズ１３の入射側と出射側を面番号３、面番号４とし、ポリゴンミラー１４の偏向反射面を面番号５とし、第１走査レンズ１５−１の入射側と出射側を面番号６、面番号７とし、第２走査レンズ１５−２の入射側と出射側を面番号８、面番号９とし、被走査面１６を面番号１０とする。なお、像高Ｈ＝０に至るレーザビームの、ポリゴンミラー１４に対する入射角と反射角のなす角度は６０°である。また、表１において「＊」が付された面は、非球面形状であることを示している。
【００３７】
【表１】
2005202038.tif 000003
【００３８】
補正用レンズ２２を光軸方向に移動すると、被走査面１６付近での主走査ビームウエスト位置は、下記の表２に示すように補正用レンズ２２の移動量に対してほぼ直線的に移動する。したがって、高精度な主走査ビームウエスト位置調整が可能になり、小径かつ安定したビームスポット径が確保できる。なお、ここでは、補正レンズ２２をポリゴンミラーに近づける方向に移動させている。主走査ウェスト位置変化量の符号のマイナスは、ビームウェスト位置がポリゴンミラー側に移動することを示している。また、副走査方向のビームウェスト位置も、補正用レンズ２２の移動に伴い変化する。これを補正する必要がある場合には、シリンドリカルレンズ１３を光軸方向に移動可能な構成とすれば、副走査ビームウェスト位置の補正を独立して行うことができる。
【００３９】
【表２】
2005202038.tif 000004
【００４０】
補正用レンズ２２の第１面（面番号１）は表１に記載の通り球面形状としたが、これにより波面収差が劣化する恐れがある。これを回避するため、非球面成分を付加しても構わない（解決手段の（６）の構成）。この場合、成型用金型を用いて成型加工することにより、非球面形状であっても低コストで大量生産が可能である。
【００４１】
次に温度変化時のビームウェスト位置補正について説明する。
光走査装置内部の熱源（ポリゴンミラー１４を回転するポリゴンモータ等）や外部の熱源（後述の定着器等）の影響により、光走査装置内の温度は変化することが多い。光走査装置内の温度が、２５℃から４５℃に変化したときのビームウエスト位置変化を以下に示す。本検討においては、光走査装置内の液晶素子４３及び補正用レンズ２２近傍のみが温度変化したことを想定している。
【００４２】
液晶素子４３は、液晶層を２枚のガラス基板で密封したセル構造であり、温度上昇に伴い中央部が膨れ正パワーのレンズ効果を生じる。例えば実験的には、縦×横：１６×１６［ｍｍ］（厚さ：０．３［ｍｍ］）の２枚のガラス基板で、層厚：数１０［μｍ］の液晶層を密封した液晶素子の場合、２０℃の温度上昇（２５℃→４５℃）にて、λ／０．４（λ＝６５５ｎｍ）相当の透過波面収差が発生した。この影響により、補正用レンズ２２を付加しない場合には、主走査方向ビームウェスト位置が、ポリゴンミラー側に移動する。なお、補正用レンズ２２を付加しない場合は、カップリングレンズ１２を出射するレーザビーム２１は略平行光束にカップリングされており、また、アパーチャ（開口）は、主走査方向×副走査方向：４．０［ｎｍ］×１．６４［ｎｍ］の矩形形状とした。
【００４３】
下記の表３は、中央像高付近における温度２５℃でのビームウェスト位置を基準として、４５℃でのビームウェスト位置の変化量を、下記の補正用レンズ２２を付加した場合と比較して示したものである。
ここで、補正用レンズ２２を付加した場合のビームウェスト位置補正について考える。補正用レンズ２２（樹脂製）の線膨張係数は７．０Ｅ−０５［１／℃］（Ｅ−０５は×１０-５）であり、第一面（共軸面）の曲率半径ＲはＲ＝１２０［ｍｍ］なので、温度上昇（温度差２０℃）に伴い、第一面の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝１２０×（１＋７．０Ｅ−０５×２０）＝１２０．１６８［ｍｍ］
に変化する。その結果、補正用レンズ２２の正パワーは小さくなる。すなわち、補正用レンズ２２の効果により、主走査ビームウェスト位置はポリゴンミラー１４から遠ざかる向きに移動することになる。
すなわち、温度上昇に伴い液晶素子４３がレンズ効果を示しても、液晶素子４３と補正用レンズ２２のパワー変化が相殺され、主走査ビームウェスト位置変化の発生を低減することが可能となる。
【００４４】
【表３】
2005202038.tif 000005
【００４５】
［実施例２］
次に、マルチビーム光走査装置の一例について説明する。
本発明の構成、動作を説明する一実施例（実施例１）として、１本のレーザビームを走査する「シングルビーム光走査装置」を図１を用いて説明したが、近年、レーザプリンタやデジタル複写機におけるプリント速度の高速化やプリント密度の高密度化の要求が高まり、それを達成する光走査装置として、複数のレーザビームを同時に走査する「マルチビーム光走査装置」が主流になっている。
【００４６】
図２は、その具体例として、２本のレーザビームを同時に走査するマルチビーム走査装置を説明する図である。図１において、符号１１ａ，１１ｂは光源、１２ａ，１２ｂはカップリングレンズ、１３はシリンドリカルレンズ、１４は偏向器の一例であるポリゴンミラー、１５は第１走査レンズ１５−１と第２走査レンズ１５−２からなる走査光学系、１６は被走査面（例えば感光体ドラム）、２２ａ，２２ｂは補正用レンズ、４３ａ，４３ｂは液晶素子である。
【００４７】
マルチビーム光源である２つの半導体レーザ１１ａ，１１ｂから発射され各々カップリングレンズ１２ａ,１２ｂを出射した２本のレーザビーム２１ａ，２１ｂは、共通のシリンドリカルレンズ１３の作用により偏向器であるポリゴンミラー１４の偏向反射面上に（副走査方向に結像し、主走査方向に長い）線像として結像され、走査光学系（第１、第２走査レンズ）１５により、被走査面（感光体ドラム）１６上をビームスポットとして走査される。本マルチビーム光走査装置２０−１においては、２本のレーザビーム２１ａ，２１ｂが、共通の被走査面（感光体ドラム）１６に導かれる構成である（解決手段の（８）の構成）。
【００４８】
このような複数のレーザビームで共通の被走査面を走査する「マルチビーム光走査装置」においては、レーザビームの少なくとも１つの光路中に配設された、偏向機能を有する液晶素子４３ａ，４３ｂを駆動／制御することにより、被走査面上の複数ビームの間隔（走査線間隔）を所定の値に補正することが可能である。これにより高精度に走査線間隔を維持して複数ビームを走査することが可能な「マルチビーム光走査装置」を提供することができる。
また、画像形成装置の露光手段として使用した場合には、オペレータ（使用者）の要求に応じ、走査密度切替（高速化⇔高密度化の切替）に対応することも可能である。
また、液晶素子４３ａ，４３ｂを全て（２本）のレーザビーム２１ａ，２１ｂの光路に配設した図２の実施例の構成とは異なり、必要に応じて液晶素子の使用個数を低減しても構わない。
【００４９】
なお、図２においては、２本のレーザビーム２１ａ，２１ｂは、主走査断面にてポリゴンミラー１４の偏向反射面近傍で互いに交差する構成を採用している。このような構成を採用することにより、ポリゴンミラー１４での反射点の差異に起因する２本のレーザビーム間の光学特性の偏差（結像位置、倍率等）の発生を抑制することが可能となる。
【００５０】
［実施例３］
次に、マルチビーム光走査装置の別の例について説明する。
上述の実施例２の「マルチビーム光走査装置」の場合とは異なり、複数の光源から出射した複数のレーザビームを、互いに異なる被走査面に導く構成を採用することができる（解決手段の（９）の構成）。
以下、図３を用いて実施例３のマルチビーム光走査装置を説明する。図３は「マルチビーム光走査装置」のポリゴンミラー１４から被走査面（例えば、感光体ドラム）１６Ｙ、１６Ｍまでの光学レイアウト（副走査断面）を示す図である。本図においては、図示しない２個の光源から出射された２本のレーザビームが、共通のポリゴンミラー１４により偏向反射された後、共通の第１走査レンズ１５−１を通過し、各々異なる第２走査レンズ１５−２Ｙ，１５−２Ｍを通過し、異なる被走査面（感光体ドラム）１６Ｙ，１６Ｍ上を照射する。
【００５１】
なお、図示していないが、光源からポリゴンミラー１４に至る光路中には、光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光ビームをポリゴンミラー１４に導く第一光学系が配設されており、この第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有している。また、光源を出射した２本のレーザビームの光路の少なくとも一方には、位相変調機能を有する液晶素子（図示せず）が配設されている。被走査面となる感光体１６Ｙ，１６Ｍは図中の矢印の方向（副走査方向に対応）に回転しているが、液晶素子を用いてレーザビームの光路を偏向することで、２つの感光体ドラム１６Ｙ，１６Ｍにおける走査線（レーザビーム照射位置の副走査方向位置）の「相対的な」位置関係を補正することが可能となる。
【００５２】
なお、図３ではポリゴンミラー１４の右側に配置した光学系のみを示しているが、ポリゴンミラーの左側にも対称に同様の光学系を配置し、一つのポリゴンミラーで４本の光ビームを走査して、４つの感光体ドラムにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各潜像を形成する構成にすれば、タンデム式のカラー画像形成装置の露光手段を構成することができ、感光体ドラム（被走査面）間の色ずれの少ないプリント出力画像を獲得することができる。
【００５３】
［実施例４］
次に本発明に係る画像形成装置の実施例について説明する。
図４は、本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略断面図である。この画像形成装置は、光走査装置２０、帯電器６１、現像器６２、転写器６３、定着器６４、像担持体（例えば、感光体ドラム）１６及びクリーニング部６５を有してなり、露光手段である光走査装置２０から感光体ドラム１６に光書込みを行い、電子写真法により、感光体１６上に静電潜像を形成する。
【００５４】
より詳しく述べると、この画像形成装置による画像形成の原理は周知の通りであり、感光体ドラム１６は帯電器６１により一様に帯電され、光走査装置２０によって形成される露光分布に応じて電位が低下し、感光体ドラム１６上に静電潜像が形成される。感光体ドラム上に形成された静電潜像は現像器６２により現像され、潜像にトナーが付着して顕像化される。感光体ドラム１６に形成されたトナー像は、転写器６３により記録媒体（例えば、記録用紙）に転写された後、記録用紙上のトナー像は定着器６４によって記録用紙に融解固着される。また、クリーニング部６５は、転写後の感光体１６上に残留したトナーを除去する。
【００５５】
なお、図４では、感光体ドラム１６に形成したトナー像を記録用紙に直接転写する構成としたが、この他、感光体ドラム１６に形成したトナー像を一旦、中間転写体（中間転写ベルトや中間転写ドラム等）に転写した後、中間転写体から記録用紙に転写する構成としてもよい。また、中間転写体を用いる場合には、１つの感光体ドラム１６に対して複数色の現像器（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像器）を設けておけば、いわゆる１ドラム−中間転写方式のカラー画像形成装置を構成することができる。さらに、図４に示す構成の画像形成部を記録媒体（または中間転写体）の搬送方向に４つ並設して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部とすれば、タンデム式のカラー画像形成装置を構成することができる。
【００５６】
ここで、以上のような画像形成装置（またはカラー画像形成装置）の光走査装置２０として、これまで説明した本発明にかかる光走査装置（実施例１）又はマルチビーム光走査装置（実施例２）を適用することにより、前述の効果、すなわち、ビームスポット径の小径化を図り、尚且つ、高精度なビームスポット位置調整やビームピッチ調整が可能、あるいは、初期調整によるビームスポット径の補正が可能で、尚且つ、ビームスポット径の温度変動による変化を小さくすることが可能となるため、高品質の出力画像を得ることができる。
【００５７】
なお、本発明に係る光走査装置及び画像形成装置を用いれば、以上に説明したように、１つの部品に多くの機能、すなわち、温度補償、初期調整によるビームスポット安定化、共軸化によるビームスポット径の安定化、ビームスポット位置調整、走査線ピッチ調整、ゴースト防止、複数ビーム時のポリゴンミラーへの入射角低減機能を持たせることができるだけでなく、
[1]部品点数の低減による低コスト化が可能、
[2]余計な部品が増えないので、部品誤差による光学特性の劣化を防止、
という効果も得ることができ、総合的な光学特性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように、本発明に係る光走査装置やマルチビーム光走査装置は、レーザプリンタ、デジタル複写機、レーザファクシミリ、レーザプロッタ等の画像形成装置（またはカラー画像形成装置）のレーザ書込光学系（露光手段）に好適に用いることができ、高品質の出力画像を得ることができる画像形成装置（またはカラー画像形成装置）を実現できる。また、本発明に係る光走査装置やマルチビーム光走査装置は、レーザ走査式の画像表示装置や、レーザ走査式の計測装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施例を示す光走査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施例を示すマルチビーム光走査装置の概略構成図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、マルチビーム光走査装置のポリゴンミラーから被走査面までの光学レイアウト（副走査断面）を示す図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。
【図５】光走査装置のポリゴンミラー前光学系に補正用レンズを付加しない場合の光路の説明図である。
【図６】光走査装置のポリゴンミラー前光学系に補正用レンズを付加した場合の光路の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１，１１ａ，１１ｂ：半導体レーザ
１２，１２ａ，１２ｂ：カップリングレンズ
１３：シリンドリカルレンズ
１４：ポリゴンミラー（偏向器）
１５：走査光学系
１５−１：第１走さレンズ
１５−２，１５−２Ｍ，１５−２Ｙ：第２走査レンズ
１６，１６Ｍ，１６Ｙ：感光体ドラム（被走査面）
２０：光走査装置（露光手段）
２０−１：マルチビーム光走査装置（露光手段）
２１，２１ａ，２１ｂ：レーザビーム（光ビーム）
２２，２２ａ，２２ｂ：補正用レンズ
４３，４３ａ，４３ｂ：液晶素子
６１：帯電器
６２：現像器（現像手段）
６３：転写器（転写手段）
６４：定着器（定着手段）
６５：クリーニング部
【図１】
2005202038.tif 000006
【図２】
2005202038.tif 000007
【図３】
2005202038.tif 000008
【図４】
2005202038.tif 000009
【図５】
2005202038.tif 000010
【図６】
2005202038.tif 000011