(57)【要約】【課題】パワー回折面を用いた光走査装置及びこれを用いた画像形成装置において、光学素子に採用される回折面の形状精度を高くしなくても安定したビームスポット径で光走査を行うことができるようにして、回折面を安価で成形しやすいものとする。【解決手段】半導体レーザ１からの光ビームの断面形態を整形する第１の光学素子２、第１の光学素子２を透過した光ビームを光偏向器５に導光する第２の光学素子４、光偏向器により偏向された光ビームを被走査面８上に集光させて光スポットを形成し被走査面を光走査する第３の光学素子６を備える。第１、第２、第３の光学素子の少なくとも一つは樹脂製レンズを含み、樹脂製レンズの少なくとも１つは回折光学素子であり、回折光学素子は、一方の面形状が平面基板に形成されたアナモフィックなパワー回折面であり、反対側の面形状が回転対称な面である。【選択図】図１
2007248670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザからの光ビームの断面形態を所望の形態に変換する第１の光学素子、第１の光学素子を透過した光ビームを光偏向器に導光する第２の光学素子、光偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に集光させて光スポットを形成し、被走査面を光走査する第３の光学素子を備えている光走査装置であって、
上記第１、第２、第３の光学素子の少なくとも一つは樹脂製レンズを含み、
樹脂製レンズの少なくとも１つは回折光学素子であり、
上記回折光学素子は、一方の面形状が平面基板に形成されたアナモフィックなパワー回折面であり、反対側の面形状が回転対称な面である光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、回折光学素子の一方の面は平面基板に複数の平行な直線状の溝が形成されたパワー回折面であり、回折光学素子の反対側の面は平面である光走査装置。
【請求項３】
請求項２記載の光走査装置において、回折光学素子は、第２の光学素子として採用されており、少なくとも副走査方向に正のパワーを有していて、光ビーム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機能を有している光走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置において、パワー回折面は、半導体レーザにおけるモードホップや温度変化に起因する、主走査方向および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動を略０とするように設定されている光走査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置において、回折光学素子は、光軸方向に沿って調整可能である光走査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置において、回折光学素子は、光軸周りに調整可能である光走査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置において、第１、第２、第３の光学素子の全てが樹脂製レンズである光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置において、半導体レーザは、複数の発光部を有する半導体レーザアレイである光走査装置。
【請求項９】
感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を有する画像形成装置であって、
光走査手段は、請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置である画像形成装置。
【請求項１０】
感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を有する画像形成装置であって、
像担持体は複数配置され、
光走査手段は請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置であって各像担持体に対応した光ビームで走査することができ、
各光ビームは色成分に対応した画像信号で変調されることにより各像担持体にその色成分に対応した潜像が形成され、
現像手段は各潜像をそれに対応した色のトナーで可視化する、カラー対応の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機や光プリンタなどの画像形成装置において画像書き込み装置として用いられる光走査装置およびこれを用いた上記のような画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光走査装置は、従来から、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ等の画像形成装置における画像書き込み装置として広く知られているが、近時、低価格化とともに環境変動の影響を受け難く、精細度の高い画像を形成できるものが求められている。
光走査装置は各種レンズなどの光学部品を備えている。光走査装置に用いられる各種のレンズを樹脂材料で形成すると、樹脂製レンズは、軽量であり、低コストで形成できるとともに、非球面に代表される特殊な面形状の形成が容易であるため、樹脂製レンズに特殊面を採用することにより、光学的な特性を向上させるとともに、光学系を構成するレンズ枚数を低減させることができる。すなわち、樹脂製レンズを採用することによって、光走査装置のコンパクト化・軽量化・低コスト化に資するところが大きい。
【０００３】
しかし、良く知られているように、樹脂製レンズは、環境変化、特に温度変化に伴って形状が変化し、かつ、屈折率が変化するので、光学特性、特にパワー（屈折度）が設計値から変化し、被走査面上の光スポットの径である「ビームスポット径」が環境変動により変動するという問題がある。温度変化に伴う樹脂製レンズのパワー変動は、正レンズと負レンズとで互いに逆に発生するので、光走査装置の光学系内に、正と負の樹脂製レンズを配置し、これら正と負の樹脂製レンズにおいて発生する環境変化に起因する光学特性変化を互いに相殺させる方法は良く知られている。
【０００４】
また、光走査装置の光源として一般的な半導体レーザは、温度が上昇すると発光波長が長波長側へずれるという性質（この性質を「温度変化による波長変化」という）があり、また「モードホップ」による波長変化もある。光源における波長変化は、光走査装置に用いられる光学系の色収差による特性変化を惹起し、この特性変化もビームスポット径変動の原因となる。
したがって、光学系内に樹脂製レンズを含み、光源に半導体レーザを用いる光走査装置では、温度変化に伴う光学特性の変化とともに、光源における波長変化に伴う光学特性の変化をも考慮した光学設計を行う必要がある。
【０００５】
温度変化に伴う光学特性の変化と、光源における波長変化とを考慮し、パワー回折面を採用して光学特性を安定させた光走査装置（レーザ走査装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、レーザ光源から射出されたレーザ光を主走査方向には平行光とし副走査方向には光偏向器の偏向反射面近傍に集光させる光源光学系を、回転対称軸を持たない１面以上の反射面と、２面の透過面とを有し、透過面にパワー回折面を設け、樹脂で構成された１つの光学素子とした光走査装置が開示されている。また、比較例として、半導体レーザからの光ビームをコリメートする樹脂製のコリメータレンズと、コリメートされた光ビームを副走査方向に集束させる樹脂製のシリンダレンズの各々に、１面ずつパワー回折面を設けた光走査装置が開示されている。上記「パワー回折面」は、回折によるレンズパワーを持つ回折面である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８７０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された「回転対称軸を持たない１面以上の反射面と、２面の透過面とを有し、透過面にパワー回折面を設け、樹脂で構成された１つの光学素子」による光源光学系は、１つの光学素子内に透過面と反射面とを形成しなければならず、曲面形状の反射面が含まれるため、製造が必ずしも容易ではなく、光走査装置の低コスト化の面からなお改善の余地がある。また、一般に、パワー回折面を形成するには微細加工技術が必要な上に、その精度も極めて高いものが要求される。例えば、図６（ｂ）に示すような球面レンズと等価なパワーを有するパワー回折面を図示すると、図６（ａ）に示すような形状になる。すなわち、球面レンズの球面を等高線に沿って分割し、分割した球面を平坦な基盤上に均一の高さとなるように配置することによって断面を波型にした形状である。さらに換言すれば、光が屈折する傾斜面のみを同心円状に並べた形状である。図６（ｂ）から明らかなように、このパワー回折面は光軸から離れるに従い円弧を描く傾斜面の立ち上がり角度が大きくなって、溝の間隔すなわち隣り合う傾斜面間隔が狭くなる。特にパワー回折面に与えようとするパワーが大きくなればなるほどその傾向は飛躍的に大きくなる。ここで問題になるのは、入射面と射出面の面間相互の偏心である。特に、光軸中心に対する回転の偏心は波面収差を著しく劣化させ、被走査面上のビームスポット径を太らせる原因になる。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、パワー回折面を用いた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のみならず、モードホップによる発振波長の変化によるビームスポット径変動をも低減し、より安定したビームスポット径で光走査を行い得る光走査装置を実現すること、さらには、かかる光走査装置を用いた画像形成装置を実現することを目的とする。
本発明はまた、光走査装置や画像形成装置に搭載される光学素子に採用される回折面の形状精度を高くしなくても安定したビームスポット径で光走査を行うことができるようにして、回折面を安価で成形しやすいものとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、請求項１に記載されているように、半導体レーザからの光ビームの断面形態を所望の形態に変換する第１の光学素子、第１の光学素子を透過した光ビームを光偏向器に導光する第２の光学素子、光偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に集光させて光スポットを形成し被走査面を光走査する第３の光学素子を備えている光走査装置であって、以下のように構成されることを特徴とする。
上記第１、第２、第３の光学素子の少なくとも一つは樹脂製レンズを含む。
樹脂製レンズの少なくとも１つは回折光学素子である。
上記回折光学素子は、一方の面形状が平面基板に形成されたアナモフィックなパワー回折面であり、反対側の面形状が回転対称な面である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、回折光学素子の一方の面は平面基板に複数の平行な直線状の溝が形成されたパワー回折面であり、回折光学素子の反対側の面は平面であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光走査装置において、回折光学素子は、第２の光学素子として採用されており、少なくとも副走査方向に正のパワーを有していて、光ビーム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機能を有していることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置において、パワー回折面は、半導体レーザにおけるモードホップや温度変化に起因する、主走査方向および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動を略０とするように設定されていることを特徴とする。
上記「パワー回折面」は、前述のとおり、レンズ作用と同等な回折機能を有する回折面である。「モードホップや温度変化に起因する」とは、「モードホップおよび／または温度変化に起因する」との意味である。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置において、回折光学素子は、光軸方向に沿って調整可能であることを特徴とする。
請求項５記載の発明において、第１の光学素子は、光源である半導体レーザからの光ビームを所望の断面形態の光ビームに変換するが、請求項５記載の発明では、第１の光学素子の作用をコリメート作用とするのが好ましい。さらに、第２の光学素子は、主走査方向にパワーを持たないようにすることが好ましい。第２の光学素子が主走査方向のパワーを持たなければ、光学系の初期の組付け時における加工誤差や、組み付け誤差などが発生した場合の副走査方向のビームウエスト位置変動を、第２の光学素子を光軸方向へ変位させることにより、主走査方向の光学特性に影響を与えることなく調整することができる。従って、第２の光学素子に採用される回折面の形状精度を高いレベルで要求しなくても、加工誤差で生じるパワーの変動は、上記第２の光学素子の光軸方向への調整で吸収（低減）することができる。特に、主走査方向の光学特性に影響を与えることなく調整できれば、主走査方向については第１の光学素子で、副走査方向については第２の光学素子で、それぞれ独立に調整することができるので、調整作業は飛躍的に簡便になる。なお、上記「第２の光学素子のパワー」とは、屈折面によるパワーとパワー回折面によるパワーとを合成したパワーである。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置において、回折光学素子は、光軸周りに調整可能であることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置において、第１、第２、第３の光学素子の全てが樹脂製レンズであることを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置において、半導体レーザは、複数の発光部を有する半導体レーザアレイであることを特徴とする。
光源として用いられる半導体レーザは、通常のものを１つ用いてシングルビーム走査方式を行うように構成することもできるが、請求項８記載の発明のように、複数の発光部を有する半導体レーザアレイを用いることにより、あるいは複数の半導体レーザを用いることにより、マルチビーム走査方式の光走査装置を構成することができる。半導体レーザアレイは、複数の半導体レーザを用いるよりも組付け安定性に優れており、またアナモフィック光学素子に対してほぼ同じように光ビームが入射するため、複数の光ビーム間で光学特性のばらつきを低減することができる。よって、請求項８記載の光走査装置は好ましい形態である。
【００１５】
請求項９記載の発明は、感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を有する画像形成装置であって、光走査手段は、請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置であることを特徴とする。
画像形成部を１つとしてモノクロームの画像形成を行うようにすることもできるし、２以上の画像形成部にして２色画像や多色画像、さらにはカラー画像を形成するように画像形成装置を構成することもできる。２以上の画像形成部を備える場合、各画像形成部において光走査を行う光走査装置は、画像形成部ごとに別個のものであってもよいし、例えば、特開２００４−２８００５６号公報等により知られているように、光学要素の一部、例えば光偏向器や走査光学系の一部を、複数の走査光学系で共用するようにしてもよい。
画像形成部を２以上配置する場合、２以上の画像形成部を同一の像担持体に対して異なる位置に配置することもできるし、所謂タンデム式のカラー画像形成装置のように、所定の方向に配列させた複数の像担持体それぞれに対して個別に画像形成部を配備することもできる。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、感光性の像担持体に対して光走査手段による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を有する画像形成装置であって、像担持体は複数配置され、光走査手段は請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置であって各像担持体に対応した光ビームで走査することができ、各光ビームは色成分に対応した画像信号で変調されることにより各像担持体にその色成分に対応した潜像が形成され、現像手段は各潜像をそれに対応した色のトナーで可視化する、カラー対応の画像形成装置であることを特徴とする。
【００１７】
ここで、光走査装置の光学系に樹脂製レンズが含まれる場合に、環境変動、例えば温度変動や波長変化に対して、被走査面に向かって集光される光ビームのビームウエスト位置変動に関して簡単に考察する。先ず、温度変動によるビームウエスト位置変動の原因となるのは、温度変動に伴う
１．樹脂製レンズの屈折率自体の変化、
２．樹脂製レンズの形状変化、
３．半導体レーザの波長変化による樹脂製レンズの屈折率変化（色収差）、
が考えられる。
１．の樹脂製レンズの屈折率自体の変化は、温度が上昇すると樹脂が膨張し低密度化することによって、屈折率が減少する現象として現れる。２．の樹脂製レンズの形状変化は、温度が上昇すると樹脂が膨張し、レンズ面の曲率が減少する現象として現れる。３．の半導体レーザの発光波長変化は、一般に温度上昇とともに長波長側へずれる現象として現れる。波長が長波長側へずれると、樹脂製レンズの屈折率は、一般に、減少する側へずれる。すなわち、樹脂製レンズは、正レンズであるか負レンズであるかに拘わらず、温度上昇とともにそのパワーの絶対値が減少するように変化する。
【００１８】
一方、パワー回折面の「回折部」によるパワーは、回折角が波長に比例するところから、パワー回折面の「回折部」のパワーは、それが正であっても負であっても、パワーの絶対値は、波長が長くなると大きくなる傾向を持つ。従って、例えば、光走査装置の光学系における樹脂製レンズの合成パワーが正（または負）である場合には、パワー回折面の「回折部」のパワーを正（または負）とすることにより、樹脂製レンズにおける温度変動に伴うパワー変化を、パワー回折面の「回折部」における温度変動に伴うパワー変化で相殺することが可能になる。
【００１９】
ここで、パワー回折面の「回折部」と言っているのは、本発明におけるアナモフィック光学素子のパワー回折面は、必ずしも平面に形成されているものではなく、球面やシリンドリカル面に形成されたものを含んでいるので、回折面を形成している基板に当たる部分もパワーを有する場合がある。従って、この基板に当たる部分のパワーを除いた回折面のみのパワーという意味で、本明細書中ではこれをパワー回折面の「回折部」と呼ぶ。
【００２０】
いま少し具体的に説明するために、光学系内に含まれる樹脂製レンズのパワーと、パワー回折面の「回折部」のパワーがともに正である場合に、環境温度が上昇した場合を考える。
樹脂製レンズの屈折率の変化によるビームウエスト位置変動量：Ａ
樹脂製レンズの形状変化によるビームウエスト位置変動量：Ｂ
半導体レーザの発光波長変化に起因する樹脂製レンズの屈折率変化によるビームウエスト位置変動量：Ｃ
半導体レーザの発光波長変化に起因するパワー回折面の「回折部」のパワー変化によるビームウエスト位置変動量：Ｄ
とすると、光偏向器から離れる向きの変化を正とした場合、
Ａ＞０、Ｂ＞０、Ｃ＞０で、Ｄ＜０
である。そして、この温度変化に伴うトータルのビームウエスト位置変動量は、Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄである。Ａ〜Ｃは、樹脂製レンズを含む光学系が定まれば定まるので、ビームウエスト位置変動量が０となる条件：Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ＝０を満たすようにパワー回折面の「回折部」のパワーを設定することにより、温度変化に伴うビームウエスト位置変動を良好に補正することができる。
【００２１】
前述したように、光源である半導体レーザの発光波長の変化は、温度変化によるもののみでなく、モードホップによる波長変化もある。モードホップによる発光波長変化は微視的な物理現象によって引き起こされるため予測が極めて困難である。モードホップによる発光波長変化は温度変化とは無関係であり、基準温度からの温度変化がない状態でモードホップによる発光波長変化が起こると、上記ＡとＢは０であるから、ビームウエスト位置変動量は、Ｃ−Ｄ＜０となって補正されず、ビームウエスト位置は大きく変化する。このように、光走査装置にパワー回折面を採用した場合、温度変動によるビームウエスト位置変動を補正するだけでなく、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を低減するようにしないと、常に安定したビームスポット径を得ることはできない。
【００２２】
温度変動によるビームウエスト位置変動を補正するだけでなく、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を低減するには、パワー回折面の「回折部」に与えるパワーを適切に設定する必要がある。パワー回折面の「回折部」にあまりにも大きなパワーを与えてしまうと、モードホップによる発光波長変化によるビームウエスト位置変動を増大させてしまう。
【００２３】
以上説明した従来技術の問題点に鑑み、この発明の光走査装置では、半導体レーザにおけるモードホップや、温度変化に起因する、主走査方向および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動を略０とするように、パワー回折面の「回折部」のパワーを設定している。
【００２４】
このようにしてパワーを設定されたパワー回折面は、一般に様々な形状をとりうるが、先にも述べたように、パワー回折面の形成には微細加工の技術が必要である。さらに、その精度も極めて高いものが要求される。この精度が確保できないと、回折効率の低下、波面収差の劣化、散乱光の発生等、好ましくない現象が多岐に渡り発生する。また、このような高い精度を確保するためには、非常に優れた計測技術も不可欠である。しかし、球面を基本形状としたパワー回折面ですらその計測には困難を伴い、高い品質のパワー回折面を得ることができないのが実情である。
【００２５】
そこで、本発明において用いられる回折光学素子のパワー回折面は、基板形状を平面とし、それにアナモフィックな溝形状を構成することでパワー回折面としている。また、回折光学素子の反対側の面形状を、回転対称な形状とすることを最大の特徴としている。基板形状を平面とすると、全ての溝の深さは不変であるので、溝の頂点高さが揃うことになり、形状の計測が容易になるばかりでなく、加工も非常にしやすいという利点がある。
さらに、反対側の面形状が光軸に対して回転対称な形状であるから、パワー回折面との間に偏心があったとしても、それによる影響が極めて少ないため、高度の加工精度が要求されず、にもかかわらず、ビームスポット径の太りを低減させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
上記のように、本発明にかかる光走査装置によれば、光源としての半導体レーザにおけるモードホップや温度変化に起因する、主走査方向および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動を略０とするように、パワー回折面のパワーを設定するので、温度変動のみならずモードホップによる発光波長変動に対してもビームウエスト位置変動が有効に補正され、常に安定したビームスポット径で光走査を行うことができる。また、この光走査装置を用いた本発明にかかる画像形成装置によれば、安定した画像形成が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、光走査装置の実施例の光学配置を示している。図１において、符号１は光源である半導体レーザ、符号２は第１の光学素子としてのカップリングレンズ、符号３はアパーチュア、符号４は第２の光学素子としてのアナモフィック光学素子、符号５は光偏向器であるポリゴンミラー（回転多面鏡）、符号６は第３の光学素子としての走査レンズ、符号８は被走査面をそれぞれ示す。また、符号Ｇ１はポリゴンミラー５を収納する防音ハウジング（図示されず）の窓を塞ぐ防音ガラスを示し、符号Ｇ２は図１に示す光走査装置の光学系を収納するハウジングの偏向光ビームの射出部に設けられた防塵ガラスを示している。
【００２９】
半導体レーザ１から放射された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２により所望の断面形態の光ビームに変換され、アパーチュア３によりビーム整形されてアナモフィック光学素子４に入射する。アナモフィック光学素子４を透過した光ビームは、副走査方向に集束しつつ防音ガラスＧ１を透過してポリゴンミラー５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。光ビームはポリゴンミラー５の偏向反射面に反射され、防音ガラスＧ１を透過して走査レンズ６に入射する。走査レンズ６は１枚のレンズにより構成され、このレンズ６を透過した光ビームは防塵ガラスＧ２を透過して被走査面８に入射し、走査レンズ６の作用により被走査面８上に光スポットを形成する。
【００３０】
ポリゴンミラー５はモータによって等速回転駆動される。ポリゴンミラー５が等速回転すると、偏向反射面により反射された光ビームは等角速度的に偏向する。走査レンズ６は等角速度的に偏向しつつ入射してくる光ビームによる光スポットが、被走査面８上において主走査方向（図１の上下方向）へ等速的に移動するようにするｆθ特性を有しており、光スポットは、被走査面８を等速的に光走査する。走査レンズ６はアナモフィックな光学素子であり、副走査方向においてはポリゴンミラー５の偏向反射面位置と被走査面８の位置とを幾何光学的な共役関係としており、これによりポリゴンミラー５の各偏向反射面の面倒れを補正している。被走査面８は、実体的には感光性媒体例えば感光体ドラムの感光面である。
【００３１】
次に、上記実施例を構成する光学部品の具体的な数値例を挙げる。上記実施例において用いられているガラス材料（「ガラス１」と称する。）および樹脂材料（「樹脂１」と称する。）のデータを表１に挙げる。
表１
2007248670.tif 000003
【００３２】
表１において「中央値」とあるのは、基準温度：２５℃における使用波長に対する屈折率、「波長飛び」とあるのは、モードホップにより波長飛びを生じたときの屈折率、「温度変動」とあるのは、温度が基準温度から２０度上昇したときの屈折率である。モードホップによる「波長飛び」は、余裕を見て０．８ｎｍの波長変化を想定している。
【００３３】
表２に、光偏向器以降に配置されている光学系データを示す。
表２
2007248670.tif 000004
【００３４】
表２において、Ｒｍは「主走査方向の近軸曲率」、Ｒｓは「副走査方向の近軸曲率」であり、Ｄｘ、Ｄｙ（表２では「Ｘ」，「Ｙ」と表記）は「各光学素子の原点から次の光学素子の原点までの相対距離」を表している。単位はｍｍである。例えば、光偏向器に対するそれ以降の光学系のＤｘ、Ｄｙについてみると、光偏向器（ポリゴンミラー５）の回転軸から見て、走査レンズ６の入射面の原点（入射側面の光軸位置）は、光軸方向（Ｘ方向、図１の左右方向）に４２．９９ｍｍ離れ、主走査方向（Ｙ方向、図１の上下方向）に６．９１ｍｍ離れている。また、走査レンズ６の光軸上の肉厚は１３．５ｍｍ、走査レンズ６から被走査面８までの距離は１７６ｍｍである。なお、走査レンズ６と被走査面８の間には、図１に示すようにガラス１を材質とする厚さ：１．９ｍｍの防塵ガラスＧ２が配置されている。走査レンズ６の各面は非球面であり、各面ともに主走査方向には後述の「式１」で与えられる非円弧形状で、副走査断面（光軸と副走査方向とに平行な仮想的断面）内の曲率が主走査方向に後述の「式２」に従って変化する特殊面である。
【００３５】
上記「非円弧形状」は以下のとおりである。
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、…、光軸方向のデプス：Ｘとして次の式１で表現される。
式１
2007248670.tif 000005
【００３６】
上記「副走査断面における曲率の変化」は以下のとおりである。
光軸位置を原点とする主走査方向の座標をＹとすると、副走査断面内の曲率：Ｃｓ（Ｙ）が主走査方向に変化する状態を表現する式は、光軸を含む副走査断面内の曲率半径：Ｒｓ（０）、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、…を係数として次の式２の通りである。
式２
2007248670.tif 000006
【００３７】
走査レンズ６の入射側面（特殊面）の係数を表３に挙げる。
表３
2007248670.tif 000007
【００３８】
走査レンズ６の射出側面（特殊面）の係数を表４に挙げる。
表４
2007248670.tif 000008
【００３９】
次に、第２の光学素子としてのアナモフィック光学素子４に本発明の特徴的な構成であるパワー回折面を採用した例について説明する。アナモフィック光学素子４は、樹脂製レンズであって、一方の面が平面基板に複数の直線状の溝が互いに平行に形成されることによって構成されたパワー回折面であり、反対側の面は平面である。
【００４０】
図２は、アナモフィック光学素子４の説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は副走査方向と光軸方向とに平行な仮想的切断面における断面図、（ｃ）は主走査方向と光軸方向とに平行な仮想的切断における断面図である。図２において、左右方向が主走査方向、上下方向が副走査方向である。図２（ａ）はアナモフィック光学素子４を光軸方向から見た状態を示している。アナモフィック光学素子４の一方の面は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、平面基板に複数の直線状の溝が互いに平行に形成されることによってパワー回折面が構成され、他方の面は、図２（ａ）（ｃ）に示すように「平面」が形成されている。このように、アナモフィック光学素子４の片面は、平面基板に各々平行な複数の直線状の溝が形成されることによって構成されたパワー回折面であり、他方の面は平面からなるレンズになっている。パワー回折面のパワーは、半導体レーザ１におけるモードホップや温度変化に起因する、主走査方向および／または副走査方向のビームウエスト位置の変動を略０とするように設定されている。
【００４１】
図１に示す実施例にかかる光走査装置の光学系を構成する各要素の具体的構成は以下のとおりである。
「光源」
光源である半導体レーザ１は、設計上の発光波長：７８５ｎｍで、標準温度：２５℃に対して温度が１℃上昇すると、発光波長が０．２５ｎｍ、長波長側へずれる。モードホップは上記の如く０．８ｎｍの波長変化を想定している。
「カップリングレンズ」
第１の光学素子としてのカップリングレンズ２は、ガラス製レンズであり、焦点距離：１４．５ｍｍで、弱い発散性の光ビームに変換する機能を有するように配置されている。カップリングレンズ２の片側の面は非球面になっていて、カップリングされた光ビームの波面収差を非球面により十分に補正している。
半導体レーザ１とカップリングレンズ２はともに、線膨張係数：７．０×１０−５の材質による保持部材に固定的に保持されている。カップリングレンズ２の入射面は平面、射出面は回転対称非球面である。
「アパーチュア」
アパーチュア３は、主走査方向の開口径：２．７６ｍｍ、副走査方向の開口径：２．３４ｍｍの長方形形状の開口を有し、カップリングレンズ２によりカップリングされた光ビームの断面形状を所定の形状に整形する。
【００４２】
「アナモフィック光学素子」
第２の光学素子としてのアナモフィック光学素子４は、入射側面が、平面基板に複数の直線状の溝が互いに平行に形成されることによって構成されたパワー回折面となっており、射出側面は平面になっている。入射面側のパワー回折面は、位相関数：ｗｉｎ
ｗｉｎ＝Ｃｚ・Ｚ２
で表されるものである。係数：Ｃｚは、Ｃｚ＝−１．３２８７×１０−２である。
【００４３】
「光偏向器」
光偏向器としてのポリゴンミラー５は、反射面数：６面で、内接円半径：１３ｍｍのものである。
防音ガラスＧ１は、前記ガラス１を材質とし、厚さ：１．９ｍｍで、上記ｙ方向（図１において上下方向）の傾き角：αは１２度である。また、光源側から入射する光ビームの進行方向と、ポリゴンミラー５の偏向反射面により被走査面８における像高：０の位置へ向けて反射される光ビームの進行方向とのなす角：θは６８度である。
【００４４】
実施例における、主走査方向及び副走査方向のビームウエスト位置変動は、表６のようになっている。
表６
2007248670.tif 000009
【００４５】
これに対し、仮にアナモフィック光学素子４にパワー回折面を採用しないとすれば、ビームウエスト位置変動は、表７のようになる。
表７
2007248670.tif 000010
これらの表からわかるとおり、アナモフィック光学素子４のパワー回折面の効果で、特に副走査方向のビームウエスト位置変動が低減されていることがわかる。
【００４６】
次に、上記実施例におけるパワー回折面が加工誤差を有している場合について考察する。実施例のアナモフィック光学素子４の入射面側に採用されている、平面基板に複数の直線状の溝が互いに平行に形成されることによって構成されたパワー回折面の上記溝間隔は、光軸から離れるに従い徐々に短くなるが、この溝間隔は本実施例においては最小値としても１００μｍ程度である。これに対して例えば２μｍ、４μｍ、６μｍの加工誤差があるものとする。この加工誤差はアナモフィック光学素子４のパワーを大きく変動させ、このアナモフィック光学素子４をそのまま光走査装置に搭載すると、光ビームの集光点は被走査面８から大きくずれてしまい、ビームスポット径が大きくなってしまう。このような光走査装置を、特にカラー光プリンタなどに展開すると、色再現性が劣化し、階調性が失われてしまう。しかし、この光ビームの集光点のずれは、全像高に亘ってほぼ同量であるから、このアナモフィック光学素子４を光軸方向に変移させれば吸収（低減）することができる。
【００４７】
図３は、上記光ビームの集光点ずれを吸収するための機構を示す模式図である。図６において、符号１００はアナモフィック光学素子、１０１はアナモフィック光学素子を固定するホルダーを示す。ホルダー１０１は、ハウジングに設けられた突き当て基準ピン１０２とギア１０３に、図示されないバネの付勢力で押し当てられることによって位置決めされている。ホルダー１０１の側面にはギア１０３と接触する部分にラック状のギアがあり、このラック状のギアが上記ギア１０３と噛み合っている構成をしている。従って、ギア１０３を回転させるとそれに伴ってホルダー１０２が光軸方向に沿って移動する。このような構成であれば、アナモフィック光学素子４を光軸方向に変移させることが可能であるので、アナモフィック光学素子４に採用されているパワー回折面が加工誤差を有している場合でも、所望のビームスポットを被走査面８上に結ばせることができる。
【００４８】
なお、この方式の前提として、アナモフィック光学素子４に加工誤差があっても、所望の回折効果が得られるものでなければならない。しかし、アナモフィック光学素子４のパワー回折面を構成する溝相互の間隔に例えば２μｍ、４μｍ、６μｍの加工誤差があったとしても、設計中央値と全くかわらない回折効果が期待できる。図４はそのことを示している。図４（ａ）（ｂ）は、光学系の仕様が異なる場合について示しており、図４（ａ）（ｂ）はともに上記溝の加工誤差が２μｍ、４μｍ、６μｍである場合のグラフを示しているが、各グラフはほとんど重なっていて、１本に線のように見える。図４に示すグラフからわかるように、アナモフィック光学素子の雰囲気温度が、２５℃から、１０℃、４５℃と変化した場合に、アナモフィック光学素子の焦点距離変動が全く同じであることが理解できる。
【００４９】
図３は、メカニカルな機構によるアナモフィック光学素子の調整の例について示しているが、アナモフィック光学素子を光走査装置に固定する際にその位置を調整し、調整位置に接着剤で固定するという方式もある。このようにすると調整機構がなくなり、以後、光走査装置の機能として不要な部品を光走査装置内に残さない点で有利である。また、この調整の際に、光軸周りの調整も行えば、アナモフィック光学素子の取り付け誤差によるビームスポット径の太りを低減した状態でアナモフィック光学素子を接着固定することにより、所定のビームスポット径を安定的に得ることが可能となる。
【００５０】
図５は、本発明にかかる光走査装置を用いた画像形成装置の実施例を概略的に示している。この実施例にかかる画像形成装置は、タンデム型フルカラー光プリンタである。図５において、装置下部には、水平方向に配設された給紙カセット３０から給紙される転写紙（図示されず）を略水平方向に搬送する搬送ベルト３２が設けられている。搬送ベルト３２の上面側には、イエローＹ用の感光体７Ｙ、マゼンタＭ用の感光体７Ｍ、シアンＣ用の感光体７Ｃ、及びブラックＫ用の感光体７Ｋが、搬送ベルト３２による転写紙の搬送方向上流側から上記の順に等間隔で配設されている。以下、符号中に付するＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋでイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを区別する。感光体７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは像担持体としても機能し、全て同一径に形成され、その周囲に、電子写真プロセスに従い画像形成プロセスを実行するためのプロセス部材が順に配設されている。感光体３Ｙを例に採れば、感光体の回転方向である時計方向に、帯電チャージャ４０Ｙ、光走査装置５０Ｙ、現像装置６０Ｙ、転写チャージャ３０Ｙ、クリーニング装置８０Ｙ等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ、３Ｃ、３Ｋについても同様である。すなわち、この画像形成装置は、感光体７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋを色成分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５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋが１対１の対応関係で設けられている。
【００５１】
上記光走査装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、それぞれが図１に示すような光学配置を有する光走査装置を独立に用いることもできる。また、例えば、特開２００４−２８００５６号公報等により従来から知られているもののように、光偏向器（回転多面鏡）を共用し、各光走査装置における走査光学系のレンズ６−１（図３に示す実施例参照）を、感光体７Ｍと７Ｙの光走査に共用するとともに、感光体７Ｋ、７Ｃの光走査に共有するものとすることもできる。
【００５２】
搬送ベルト３２の周囲には、感光体７Ｙよりも転写紙搬送方向上流側に位置させてレジストローラ９と、ベルト帯電チャージャ１０が設けられ、感光体７Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ１１、除電チャージャ１２、クリーニング装置１３等が設けられている。ベルト分離チャージャ１１よりも搬送方向下流側には定着装置１４が設けられ、排紙トレイ１５に向けて排紙ローラ１６で結ばれている。
【００５３】
このような構成において、例えば、フルカラーモード時であれば、帯電チャージャによって均一に帯電された各感光体７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋの表面（すなわち、被走査面）に対し、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の画像信号に基づき各光走査装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋによって光走査すると、上記各感光体表面に静電潜像が形成される。これら静電潜像は、対応する現像装置から対応する色トナーが供給されて現像され、トナー画像となる。これら各色のトナー画像は、搬送ベルト３２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられてフルカラー画像となり、定着装置１４により定着された後、排紙トレイ１５上に排紙される。
【００５４】
かかる画像形成装置の、露光プロセスを実行する光走査装置として、前述の実施例にかかる光走査装置を用いることにより、常に安定したビームスポット径を得ることができ、精細度の高い印字に適した画像形成装置を、コンパクトでかつ安価に実現することができる。
【００５５】
本発明に係る画像形成装置は、像担持体としての感光体を１個備え、これに対応した光走査装置を備えたモノクロ方式の画像形成装置として構成することもできる。
第１、第２、第３の光学素子の少なくとも一つを樹脂製レンズとし、この樹脂製レンズの少なくとも一つにパワー回折面を形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施例を概略的に示す光学配置図である。
【図２】上記実施例においてパワー回折面を採用したレンズの例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）副走査方向断面図、（ｃ）は主走査方向断面図である。
【図３】本発明に適用可能な光ビームの集光点ずれを低減するための機構の例を模式的に示す斜視図である。
【図４】アナモフィック光学素子に加工誤差がありかつ加工誤差が異なる場合の回折効果の違いを示すグラフである。
【図５】本発明にかかる画像形成装置の実施例を示す正面図である。
【図６】パワー回折面に関して説明するための図で、（ａ）と（ｂ）に示すパワー回折面が等価であることを示す光路図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    光源としての半導体レーザ
２    第１の光学素子であるカップリングレンズ
３    アパーチュア
４    第２の光学素子であるアナモフィック光学素子
５    光偏向器としてのポリゴンミラー
６    第３の光学素子
７Ｙ  像担持体としての感光体
７Ｍ  像担持体としての感光体
７ＣＹ  像担持体としての感光体
７Ｋ  像担持体としての感光体
８    被走査面
【図１】
2007248670.tif 000011
【図２】
2007248670.tif 000012
【図３】
2007248670.tif 000013
【図４】
2007248670.tif 000014
【図５】
2007248670.tif 000015
【図６】
2007248670.tif 000016