(57)【要約】【課題】装置のコンパクト化と、良好な温度補償を実現する走査光学装置を提供する。【解決手段】光源（半導体レーザ１）と、光源からの光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段（ポリゴンミラー５）と、光源と偏向手段の間に設けられ光源からの光ビームを主走査方向には略平行光とし、副走査方向には偏向手段近傍で結像させる入射光学系１１と、偏向手段により偏向された光ビームを被走査面９Ａ上に点状に結像させる走査レンズ（ｆθレンズ６）とを備えた走査光学装置１０である。入射光学系１１は、回折面と屈折面とをそれぞれ少なくとも１面ずつ備えた少なくとも１つのレンズからなり、副走査方向の屈折パワーをφｎＳ、回折パワーをφｄＳとして、  φｎＳ／φｄＳ＜０を満たす。【選択図】図１
2013072949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、前記光源と前記偏向手段の間に設けられ前記光源からの光ビームを主走査方向には略平行光とし、副走査方向には偏向手段近傍で結像させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に点状に結像させる走査レンズとを備えた走査光学装置であって、
前記入射光学系は、
回折面と屈折面とをそれぞれ少なくとも１面ずつ備えた少なくとも１つのレンズからなり、
副走査方向の屈折パワーをφｎＳ、回折パワーをφｄＳとして、
φｎＳ／φｄＳ＜０
を満たすことを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記回折面を有するレンズは、樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
温度変化に伴う主走査方向と副走査方向の結像点の前記被走査面に対する変位が、主走査方向の屈折パワーをφｎＭ、回折パワーをφｄＭとして、φｎＭ／φｄＭおよびφｎＳ／φｄＳの値の調整により補償されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置などに用いられる走査光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に用いられる走査光学装置においては、光源からの光ビームを感光体ドラムなどの被走査面上に点状に結像させ、この像を感光体ドラムの軸方向（主走査方向）に走査させる。この走査光学装置は、主走査方向に光ビームを偏向させる偏向器を有し、偏向器の前段には、入射光学系が設けられ、後段には、走査光学系が設けられる。入射光学系は、偏向器の近傍において光ビームを副走査方向に結像させるとともに、主走査方向には光ビームを略平行光にしている。一方、走査光学系は、偏向器からの光ビームを被走査面上に点状に結像させる機能を有する。
【０００３】
ところで、走査光学装置が用いられる環境温度が変化すると、各部の寸法変化や、光学素子の性能の変化などにより結像点が被走査面から前後（光ビームの進行方向）にずれるという問題がある。この問題は、特に、コストダウンのために入射光学系に樹脂レンズを用いると顕著になる。この問題の解決のため、従来、特許文献１のように入射光学系に屈折面と回折面を設けて、温度変化による結像点のずれ（像面シフト）を抑える（温度補償する）ことがなされている。例えば、特許文献１においては、屈折ユニットの屈折パワーφｒと回折ユニットの回折パワーφｄの比φｒ／φｄが０．６＜φｒ／φｄ＜０．９などの条件を満たすのが良いとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７５０９３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、画像形成装置は小型化が求められており、小型化しつつも上述したような温度補償を考慮した高精度な露光ができる走査光学装置が求められている。
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みて創案されたもので、装置のコンパクト化と、良好な温度補償を実現する走査光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決する本発明は、光源と、光源からの光ビームを主走査方向に偏向する偏向手段と、光源と偏向手段の間に設けられ光源からの光ビームを主走査方向には略平行光とし、副走査方向には偏向手段近傍で結像させる入射光学系と、偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に点状に結像させる走査レンズとを備えた走査光学装置である。
そして、入射光学系は、回折面と屈折面とをそれぞれ少なくとも１面ずつ備えた少なくとも１つのレンズからなり、副走査方向の屈折パワーをφｎＳ、回折パワーをφｄＳとして、
φｎＳ／φｄＳ＜０
を満たす。
【０００８】
このような構成によると、温度補償をすることができ、しかも、入射光学系と偏向手段の距離を小さくすることができて、走査光学装置の大きさを小さくしうる。
【０００９】
前記した走査光学装置においては、回折面を有するレンズは、樹脂からなることが望ましい。
【００１０】
回折面を有するレンズを樹脂レンズとすることで製造を容易にすることができるとともに、このようなレンズを採用した場合に、温度補償の効果を有効に利用することができる。
【００１１】
前記した走査光学装置においては、各装置の寸法や、光学素子の性能に合わせて、温度変化に伴う主走査方向と副走査方向の結像点の被走査面に対する変位が、主走査方向の屈折パワーをφｎＭ、回折パワーをφｄＭとして、φｎＭ／φｄＭおよびφｎＳ／φｄＳの値の調整により補償するのが望ましい。
【００１２】
φｎＭ／φｄＭおよびφｎＳ／φｄＳの値の調整により、温度補償をすることで、走査光学装置が使用される環境温度によらず、高精度な露光が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、走査光学装置のコンパクト化と、良好な温度補償の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る走査光学装置の主走査断面図である。
【図２】温度補償された状態での倍率比ｍＭ／ｍＳに対するφｎ／φｄの値を示すグラフである。
【図３】光学系のデータである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、一実施形態に係る走査光学装置１０は、光源の一例としての半導体レーザ１、入射光学系１１、偏向手段の一例としてのポリゴンミラー５、走査レンズの一例としてのｆθレンズ６を有し、これらにより、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を感光体ドラム９の被走査面９Ａに点状に集光し、走査するように構成されている。これらの半導体レーザ１、入射光学系１１、ポリゴンミラー５およびｆθレンズ６は、図示しない樹脂製または金属製の筐体に固定されて配置されている。
【００１６】
半導体レーザ１は、やや発散性のレーザ光（光ビーム）を発する装置である。半導体レーザ１の発光素子は、図示しない制御装置により、感光体ドラム９の被走査面９Ａに露光すべき画像に対応して明滅される。
【００１７】
入射光学系１１は、半導体レーザ１とポリゴンミラー５の間に設けられ、半導体レーザ１から出射した光ビームを、主走査方向（光ビームの進行方向に対して図１の紙面内のような左右に振れる方向であり、ポリゴンミラー５により偏向される方向）には略平行光とし、副走査方向（主走査方向に直交する方向で、図１の紙面奥行き方向）にはポリゴンミラー５のミラー面５Ａの近傍で結像させる光学系である。このため、本実施形態では、入射光学系１１は、一例としてコリメートレンズ２と、開口絞り３と、シリンドリカルレンズ４とを備えている。
【００１８】
コリメートレンズ２は、半導体レーザ１から出射されたやや発散性のレーザ光を収斂しておよそ平行な光ビームに変換するレンズである。
【００１９】
開口絞り３は、コリメートレンズ２を通過した光ビームの副走査方向の大きさを規定する開口を有する部材である。
【００２０】
シリンドリカルレンズ４は、コリメートレンズ２および開口絞り３を通過した光ビームをポリゴンミラー５のミラー面５Ａの近傍において、主走査方向に長手の線状に結像させるレンズである。
【００２１】
コリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ４が有するレンズ面のうち、一部のレンズ面は回折面であり、他のレンズ面は屈折面である。いずれのレンズ面を回折面または屈折面とするかは任意であるが、回折面と屈折面は、それぞれ少なくとも１面ずつは設けられる。また、本実施形態では、入射光学系１１に２枚のレンズを設けているが、１枚のレンズにより構成しても構わない。また、製造コストの観点からは、回折面を有するレンズは、樹脂からなることが望ましく、そのような場合に温度補償の効果を有効に利用することができる。
【００２２】
入射光学系１１は、主走査方向の屈折パワーをφｎＭ、回折パワーをφｄＭ、副走査方向の屈折パワーをφｎＳ、回折パワーをφｄＳとして、
φｎＭ／φｄＭ＞０
φｎＳ／φｄＳ＜０
を満たす。
なお、上記の記号においてＭは主走査方向、Ｓは副走査方向を示すものとする。また、屈折パワー、回折パワーは、ともに、コリメートレンズ２とシリンドリカルレンズ４の屈折パワー、回折パワーを合わせた入射光学系１１の全体の屈折パワーおよび回折パワーのことである。
【００２３】
ポリゴンミラー５は、複数のミラー面５Ａが、回転軸５Ｂから等距離に配置された部材であり、図１では、６面のポリゴンミラーを例示している。ポリゴンミラー５は、回転軸５Ｂを中心に一定速度で回転され、開口絞り３を通過した光ビームを主走査方向に偏向する。
【００２４】
ｆθレンズ６は、本実施形態では、走査光学装置１０に１つのみ設けられている。ｆθレンズ６は、ポリゴンミラー５で反射されることで偏向された光ビームを被走査面９Ａ上に点状に結像させ、かつ、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａの面倒れを補正している。また、ｆθレンズ６は、ポリゴンミラー５で等角速度で偏向された光ビームを、被走査面９Ａ上に等速で走査するようなｆθ特性を有している。
【００２５】
以上のような構成によると、走査光学装置１０において、環境温度が変化したときの像点シフトの量を小さく抑えて温度補償が可能でありながら、走査光学装置１０をコンパクトにすることが可能である。このことを確認した実施例について以下説明する。
【００２６】
図２は、下記の光学系を有する走査光学装置において、入射光学系１１の主走査方向のパワー比φｎＭ／φｄＭの値を調整して主走査方向の像面シフトの量の最小化を図り、副走査方向についても同様に、副走査方向のパワー比φｎＳ／φｄＳの値を調整して副走査方向の像面シフトの量の最小化を図ったときの、倍率比ｍＭ／ｍＳと、パワー比φｎ／φｄ（主走査方向および副走査方向）の関係を示したグラフである。なお、ｍＭ，ｍＳは、それぞれ、光学系（コリメートレンズ２〜ｆθレンズ６）全体の主走査方向の横倍率と副走査方向の横倍率である。倍率比ｍＭ／ｍＳの値は、シリンドリカルレンズ４の曲率半径を変更することで調整した。
【００２７】
＜光学系＞
半導体レーザの波長                        ７８８［ｎｍ］
温度範囲                              −５〜５５［℃］
半導体レーザの波長変化率                ０．２５［ｎｍ／℃］
半導体レーザ〜入射光学系の間隔を保持する部材の線膨張係数
６．５０×１０−５［１／Ｋ］
光学系を保持するその他の箇所（筐体）の線膨張係数
１．００×１０−５［１／Ｋ］
偏向角度範囲                          ±４７．７［°］
光学系の他のデータは、図３に示す。
【００２８】
主走査方向のパワー比φｎＭ／φｄＭを調整した結果、主像面のシフト量は、室温（２５℃）を基準（シフト量０）としたときに−５〜５５℃の範囲で０．２４８〜０．３０４ｍｍに収まり、副像面のシフト量は、室温を基準としたときに−５〜５５℃の範囲で０．０９２〜０．３１５の範囲に収まった。像面シフトの量は、主走査方向については１ｍｍ以下、副走査方向については４ｍｍ以下であるのが良好とされているので、図２で示したパワー比φｎ／φｄで十分な温度補償が可能であった。
【００２９】
ここで図２を参照すると、パワー比φｎ／φｄの調整により温度補償をしたときに、パワー比φｎ／φｄの値は、主走査方向については倍率比ｍＭ／ｍＳにかかわらずほとんど一定（約１．１）であり、一方、副走査方向については、倍率比ｍＭ／ｍＳが大きくなるにつれ小さくなる傾向があった。具体的には、倍率比ｍＭ／ｍＳが約１．０７を境にそれより小さい範囲では正の値をとり、大きい範囲では負の値をとることが分かった。
【００３０】
倍率比ｍＭ／ｍＳは、シリンドリカルレンズ４の曲率半径に依存しており、値が大きい場合には、シリンドリカルレンズ４からポリゴンミラー５（偏向手段）までの距離が短くなり、値が小さい場合には、シリンドリカルレンズ４からポリゴンミラー５（偏向手段）までの距離が長くなる。そのため、倍率比ｍＭ／ｍＳが大きいほど、走査光学装置１０のコンパクト化を図ることができる。このことから、φｎＳ／φｄＳ＜０の範囲、つまり、屈折面または回折面のいずれかが発散性のパワーを有するときに、走査光学装置１０の温度補償をしつつ、走査光学装置１０のコンパクト化を図ることが可能であることが分かった。
【００３１】
以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００３２】
例えば、本実施形態では、偏向手段としてポリゴンミラー５を例示したが、偏向手段は、振動ミラーであってもよい。
【００３３】
また、走査レンズは、一枚のｆθレンズである必要はなく、複数枚のレンズからなっていてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１      半導体レーザ
２      コリメートレンズ
４      シリンドリカルレンズ
５      ポリゴンミラー
５Ａ    ミラー面
６      ｆθレンズ
９      感光体ドラム
９Ａ    被走査面
１０    走査光学装置
１１    入射光学系
【図１】
2013072949.tif 000003
【図２】
2013072949.tif 000004
【図３】
2013072949.tif 000005