JP4404667B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置に関する。特に、複数の光ビームを１つの光偏向手段で偏向した後、光路を分離して複数の被走査媒体上を走査するもの、例えばタンデム方式のカラー画像形成システムなどに好適な光走査装置に関する。

従来、プリンタ、デジタル複写機などの画像形成システムにおいて、光偏向手段により偏向されたビームを単玉プラスチックｆθレンズを用いた結像光学系で走査する光走査装置が用いられている。
このような光走査装置として、光偏向手段の前段において光源を配置し易くするために、入射光束が主走査方向に平行である、いわゆる平行光束としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この光走査装置は、半導体レーザから射出した光束が、コリメートレンズによって平行光束とされ、シリンドリカルレンズによって球欠方向である副走査方向にのみ収束して光偏向手段として用いられる回転多面曲偏向器もしくはポリゴンミラーの付近に結像し、単玉の走査用レンズによって感光体ドラムの軸方向に等速走査されるように構成されている。

また、単玉プラスチックｆθレンズの製作を容易にするために、光源から収束光束を射出することで単玉プラスチックｆθレンズに必要なパワーを低減したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この光走査装置は、光源から射出した光束を集光して光偏向手段の偏向面に設けられた偏向点に向けて出射する第１光学系と、１枚のレンズで構成されたｆθレンズで構成された第２光学系を有する走査光学系を有している。これにより、量産コストの低いプラスチックレンズを採用することができると共にレンズの肉厚を薄くし、製作が容易であるレンズを採用することができる。
特許第２６２１８３８号公報（図１、図１３） 特公平７−１１１５０１号公報（図１、３、４）

しかしながら、上記従来の光走査装置には、以下の問題が残されている。すなわち、前者の光走査装置では、単玉の走査用レンズのみによって主走査方向の結像に必要とするパワーが実現されているので、走査用レンズのパワーを大きくする必要がある。これにより、走査用レンズの形状が、中心で厚く、端部で薄い偏肉型となり、レンズ成形時に、内部歪が発生し易いという問題がある。
また、後者の光走査装置では、収束光をｆθレンズに入射しており、レンズの成形性は上述した前者の光走査装置より良好だが、光源から感光体までの光路を長くすると、倍率が非常に大きくなるため、光源部の組み立て調整精度が厳しくなり、組み立ての生産性が劣化するという問題がある。また、コリメートレンズの外径を大きくする必要があることから、部品コストが高くなり、さらに温度変化などの環境変動に対する性能変化も大きくなるという問題がある。近年、タンデム方式カラープリンタ用走査光学系として、コストの高い偏向器を４ビーム共通にした安価な走査光学系が求められているが、偏向器を共通にした場合、４つのビームの光路を合成する光路合成部と、合成した４つの光路を再び分割する光路分割部とが必要となり、光路全長が長くなる傾向があり、後者の光走査装置では、採用が困難である。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、製作が容易で安価なｆθレンズを用いることができ、しかも調整精度を緩めることができる光走査装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の光走査装置は、収束光を走査線上に繰り返し走査する光走査装置であって、少なくとも２つの平行光束を射出するマルチビーム光源と、該光源から射出された各々の平行光束を副走査方向に各々集光する少なくとも２つの第１集光素子と、前記各々の平行光束を主走査方向に各々集光する少なくとも２つの第２集光素子と、該第１及び第２集光素子により集光された光束を主走査方向に偏向する光偏向手段と、前記第１集光素子と前記第２集光素子との間に配置され、各々の第１集光素子の出射光を反射して前記光偏向手段に照射される光の各々の経路を変更するために、２軸方向の傾斜角度調整手段を各々備える第１及び第２調整ミラーを有する光路変更手段と、前記光偏向手段により偏向された各々の光束を前記走査線上に各々収束させる少なくとも２つの単玉プラスチックｆθレンズと、を備え、前記光源は、半導体レーザ、コリメートレンズ及びこれらを保持する保持部材によって構成され、温度変化時において、前記保持部材の熱収縮によって発生する半導体レーザの出射面とコリメートレンズ間との距離変動による焦点ずれ量は、前記半導体レーザの波長変化による焦点ずれ量と、前記第２集光素子の焦点距離変化による焦点ずれ量と、前記単玉プラスチックｆθレンズの焦点距離変化による焦点ずれ量とで互いに反対符号の値によって相殺され、温度変化時において、前記半導体レーザの波長変化による焦点ずれ量と、前記保持部材の熱収縮による焦点ずれ量と、前記第２集光素子の焦点距離変化による焦点ずれ量と、前記単玉プラスチックｆθレンズの焦点距離変化による焦点ずれ量とのすべてを加算した量が、±２ｍｍ以内であることを特徴とする。

この発明によれば、平行光束を主走査方向に収束することによって、単玉プラスチックｆθレンズに必要なパワーが小さくなる。したがって、単玉プラスチックレンズの形状を均肉型とすることができ、偏肉型と比較して成形性が向上する。
また、光学系の倍率を小さくすることによって、物体側の調整精度を緩めることができ、組み立ての生産性が向上する。
さらに、副走査方向と主走査方向とで独立して集光する第１及び第２集光素子を用いることによって、副走査方向または主走査方向単独での走査方向に対する焦点位置の調整が容易となる。

なお、本発明において相対的な方向を簡潔に示すため、誤解の恐れのない場合には、慣用により副走査方向、主走査方向を広義の意味で用いる。
すなわち、副走査方向は、被走査面（記録媒体）上で走査線と直交する方向を意味する場合と、光路方向に直交する方向の１つであってこの光路に沿って走査線上に至るときに走査線と直交する方向を意味する場合とがある。
また、主走査方向は、走査線の方向を意味する場合と、光路方向に直交する方向において副走査方向と直交する方向を意味する場合と、光ビームが偏向される平面内で光学系の光軸と直交する方向を意味する場合とがある。

また、本発明の光走査装置は、前記第１集光素子がガラスレンズであると共に、前記第２集光素子がプラスチックレンズであることが好ましい。
この発明によれば、第２集光素子にプラスチックレンズを用いることでコストの低減が図れる。

また、本発明にかかる光走査装置では、前記光源は、半導体レーザ、コリメートレンズ及びこれらを保持する保持部材によって構成され、温度変化時において、前記半導体レーザの波長変化による焦点ずれ量と、前記保持部材の熱収縮による焦点ずれ量と、前記第２集光素子の焦点距離変化による焦点ずれ量と、前記単玉プラスチックｆθレンズの焦点距離変化による焦点ずれ量とのすべてを加算した量が、±２ｍｍ以内であることが好ましい。
この発明によれば、プリンタに使用される光走査装置のスポット径は、通常６０〜７０μｍ程度であるが、焦点ずれ量が±２ｍｍ以内であれば、感光体上のスポット径変化を焦点深度内に収まり、性能上大きな問題とならない。

また、本発明にかかる光走査装置では、前記光偏向手段１つに対して、前記光源と、前記第１及び第２集光素子とがそれぞれ複数設けられることにより、複数光束を異なる走査線上に同時に走査することが好ましい。
この発明によれば、１つの光偏向手段に対して複数光源と第１及び第２集光素子とが複数設けられることによって、いわゆるタンデム型走査光学系の小型化及び低コスト化が図れる。

本発明の光走査装置によれば、平行光束を主走査方向に独立して収束することによって、単玉プラスチックｆθレンズに求められるパワーが小さくなる。これにより、単玉プラスチックレンズの曲率半径を大きくすることができ、単玉プラスチックレンズの形状を均肉型とすることができ、偏肉型と比較して成形性が向上する。
また、光学系の倍率を小さくすることで物体側の調整誤差に対する許容量を大きくすることができ、光学系の組み立てが容易となって生産性が向上する。
さらに、第１及び第２集光素子が、副走査方向または主走査方向で独立して集光するので、副走査方向または主走査方向単独で走査方向に対する焦点位置の調整ができる。

以下に、本発明にかかる光走査装置の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態にかかる光走査装置の概略構成について説明するための平面視説明図である。また、図２（ａ）は、同じくその正面視説明図である。そして、図２（ｂ）は、同じく副走査方向断面における光路の一部を説明するための模式説明図である。
本実施形態によるレーザ走査ユニット１（光走査装置）は、いわゆるタンデムカラープリンタに用いられる光走査光学系であって、複数のレーザビームをそれぞれ異なる走査線上で所定のスポット径に結像し、一定方向に反復走査するものである。

レーザ走査ユニット１は、平行光を射出するマルチビーム光源２と、マルチビーム光源２からの入射光を副走査方向に結像する第１シリンドリカルレンズ（第１集光素子）３Ａ、３Ｂと、第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂの出射光を主走査方向に結像する第２シリンドリカルレンズ（第２集光素子）５Ａ、５Ｂと、第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂ及び第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂの間に配置されて第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂの出射光を折り返してポリゴンミラー（光偏向手段）６に照射する光路を変更する光路変更手段７と、ポリゴンミラー６の出射光を分離する光路分離光学系８と、単玉プラスチックｆθレンズ（以下、ｆθレンズと省略する）１０ａ〜１０ｄと、折り返しミラー１１と、同期センサユニット１２とを備えており、これらは筐体１３内に配置されている。

また、後述するＬＤアレイ（半導体レーザアレイ）２１Ａ、２１Ｂから放射されたレーザビーム１５ａ〜１５ｄは、筐体に設けられた保護ガラス１６から出射し、フルカラー画像形成システム（図示略）におけるそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナーで現像するための静電潜像が形成される感光体ドラム１７ａ〜１７ｄに照射されるように構成されている。

マルチビーム光源２は、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂと、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂを駆動するＬＤ駆動回路基板２２と、２つのコリメートレンズ２３Ａ、２３Ｂと、アパーチャ２５Ａ、２５Ｂと、これらを保持する保持部材２７とを備えている。

ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂは、２ビームのＬＤアレイ素子であり、それぞれ副走査方向に距離ｈだけ離間した２つの発光部を有している。そして、それぞれの発光部からレーザビーム１５ａ、１５ｂ及びレーザビーム１５ｃ、１５ｄを放射する。これらＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂは、ベース２６上に主走査方向に距離Ｗだけ離間して取り付けられている。
この距離Ｗは、ＬＤアレイ２１Ａ２１Ｂなどの配置スペースを確保し、相互に熱的影響を受けにくい距離とされる。
また、距離ｈは、本実施形態のようにフルカラー画像システムに用いる場合は、各部材の配置スペース、ポリゴンミラー６の反射面の大きさなどを考慮して、なるべく近接するように適宜決めればよい。一方、例えばマルチビーム走査に用いる場合には、走査線の副走査ピッチを正確な値とする必要があるので、走査線の副走査ピッチが所望の印字密度に一致するように、光学系の副走査方向の倍率に基づいて距離を決める。

ベース２６は、熱伝導率の高い適宜の金属板からなり、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂの放熱が促進され、ＬＤアレイ素子を高寿命化できるという利点がある。また、温度の均一化が測られるため、ＬＤアレイ素子間で発光量が異なっても、温度特性による波長変化量にずれが生じ、各レーザビームごとの走査領域が変動する色収差による倍率ずれが生じず、画像形成システムに用いられた場合の画質劣化を防止できるようになっている。

ＬＤ駆動回路基板２２は、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂと電気的に接続されており、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの発光部に外部から入力される変調信号に基づいて変調駆動するための駆動回路が形成されている。

コリメートレンズ２３Ａ、２３Ｂは、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂの発光部の前方に配置され、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂから放射されるレーザビーム１５ａ〜１５ｄを平行光束とするレンズまたはレンズ群である。
アパーチャ２５Ａ、２５Ｂは、コリメートレンズ２３Ａ、２３Ｂから出射した平行光束を所定の光束径に整形するための光規制部材であり、主走査方向に長径が延ばされたほぼ楕円形状の開口を有する金属板で構成されている。

保持部材２７は、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂ、ＬＤ駆動回路基板２２、コリメートレンズ２３Ａ、２３Ｂ及びアパーチャ２５Ａ、２５Ｂが搭載され、筐体１３に対して着脱可能に取り付けられている。なお、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂ、ＬＤ駆動回路基板２２、コリメートレンズ２３Ａ、２３Ｂ及びアパーチャ２５Ａ、２５Ｂは、必要に応じて各部材間の位置調整を施しておくことが好ましい。これにより、筐体１３に精度よく設けられた取り付け面（図示略）などに取り付けた状態で、所定の位置、方向に所定の光束径に整形された４本の平行光束を射出することができる。そして、同様に調整された他の光源ユニットと無調整で交換することができる。
ここで、保持部材２７の温度変化時の焦点ずれは、第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂ及びｆθレンズ１０ａ〜１０ｄの温度変化時の焦点ずれとそのずれ方向が互いに異なるように構成されている。
なお、保持部材２７は、ベース２６と同一の材料で形成されてもよく、このようにすることで、部品点数を削減できる。

第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂは、副走査方向のみのパワーを有するガラスレンズであって、マルチビーム光源２から射出されたレーザビーム１５ａ〜１５ｄを副走査方向に結像し、それぞれ主走査方向に延びるほぼ線状の光束とする光学素子である。
第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂは、主走査方向のみのパワーを有するプラスチックレンズであって、レーザビーム１５ａ〜１５ｄを主走査方向に収束化し、それぞれスポット状の光束とする光学素子である。

ポリゴンミラー６は、レーザビーム１５ａ〜１５ｄを結像位置近傍において主走査方向に偏向するためのものであり、副走査方向と直交する平面内（以下、ビーム走査面とも称する）で、例えば、正８角形などとされた回転多面鏡である。そして、レーザ走査ユニット１の外部から駆動信号を受けて所定速度で回転するモータ（図示略）により、図１に示す矢印Ｚ１方向に一定角速度で回転するものである。レーザビーム１５ａ〜１５ｄは、図２には副走査方向の幅を誇張して示しているが、主走査方向に延びるほぼ線状のスポットとされる。そして、副走査方向のピッチは、距離ａ、ｂ、ａ（ここで、ａ＋ｂ＝ｈ）とされる。

光路変更手段７は、第１調整ミラー３１Ａ、３１Ｂ及び第２調整ミラー３２Ａ、３２Ｂによって構成されている。
第１調整ミラー３１Ａ、３１Ｂ及び第２調整ミラー３２Ａ、３２Ｂは、第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂを透過したレーザビーム１５ａ〜１５ｄをミラー面で反射して、主として主走査方向に沿う平面内でほぼＺ字状に折りたたむためのミラーである。
これら第１調整ミラー３１Ａ、３１Ｂ及び第２調整ミラー３２Ａ、３２Ｂは、それぞれ例えば、付勢手段とミラー本体を押圧する調整ネジとの組み合わせなどから構成される２軸方向の傾斜角度調整手段（図示略）を備えている。これにより、それぞれのミラー面の姿勢が可変となる。
なお、本実施形態では、この２軸方向は、副走査方向軸回りの回動と、それに直交する主走査方向軸回りの回動とし、それぞれの回動中心を光学系の軸上主光線上に設ける。
そして、第１調整ミラー３１Ａ及び第２調整ミラー３２Ａ、並びに第１調整ミラー３１Ｂ及び第２調整ミラー３２Ｂは、それぞれの調整の中立位置において、第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂから結像位置に向かう軸上主光線を第２調整ミラー３２Ａ、３２Ｂから結像位置までの間で、副走査方向に沿う平面上に整列させ、かつそれらが互いに平行となるような位置に配置されている。

光路分離光学系８は、ポリゴンミラー６により変更されるレーザビーム１５ａ〜１５ｄの光路を分離し、最終的に走査線がドラム間ピッチｄで平行に走査されるようにする光学系であり、１０箇所に設けられた分離反射ミラー４０〜４９によって構成されている。これら分離反射ミラー４０〜４９は、それぞれ主走査方向に所定の長さに延ばされ、副走査方向に対して傾斜角を有する表面反射ミラーで構成されている。

分離反射ミラー４０は、レーザビーム１５ｄをほぼ副走査方向に向けて折り返して、分離反射ミラー４０とほぼ平行に配置された分離反射ミラー４１に導くものである。そして、分離反射ミラー４１は、レーザビーム１５ｄが副走査方向と直交する平面内で走査されるように配置されている。
分離反射ミラー４２は、レーザビーム１５ｃをほぼ副走査方向に向けて折り返して、光路を副走査方向の断面でほぼ三角形状に折りたたむように配置された分離反射ミラー４３、４４に導き、この分離反射ミラー４３、４４によりレーザビーム１５ｃがレーザビーム１５ｄと平行な平面内で走査されるように配置されている。
分離反射ミラー４５は、レーザビーム１５ｂをほぼ副走査方向に向けて折り返して、光路を副走査方向の断面でほぼ三角形状に折りたたむように配置された分離反射ミラー４６、４７に導き、この分離反射ミラー４６、４７によりレーザビーム１５ｂがレーザビーム１５ｃ、１５ｄと平行な平面内で走査されるように配置されている。
分離反射ミラー４８は、レーザビーム１５ａをほぼ副走査方向に向けて折り返して、分離反射ミラー４８とほぼ平行に配置された分離反射ミラー４９に導くものである。そして、分離反射ミラー４９は、レーザビーム１５ａをレーザビーム１５ｂ〜１５ｄと平行な平面内で走査されるように配置されている。

そして、分離反射ミラー４０、４２、４５、４８はそれぞれ同時に出射されたレーザビーム１５ａ〜１５ｄの光路をけることなく分離できるように光軸方向及び副走査方向に位置をずらして配置される。レーザビーム１５ａ〜１５ｄの副走査方向のピッチが近接しすぎて分離できない場合には、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂを回転調整して所定のピッチが得られるようにする。

ｆθレンズ１０ａ〜１０ｄは、単玉のプラスチックレンズであって、光路分離光学系８により互いに平行な平面内を走査されるレーザビーム１５ａ〜１５ｄをそれぞれ感光体ドラム１７ａ〜１７ｄ上の走査線位置で所定の光束径となるように結像すると共に、主走査方向の走査速度をほぼ等速とするためのｆθ特性を備えたレンズまたはレンズ群である。
そして、副走査方向において、ｆθレンズ１０の結像位置と第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂ及び第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂの結像位置とは光学的に共役の関係となっている。それにより、ポリゴンミラー６の面倒れによる走査線の副走査方向のずれが著しく低減される面倒れ補正光学系を構成している。

折り返しミラー１１は、ポリゴンミラー６で変更されたレーザビーム１５ａ〜１５ｄのうち、非画像領域の走査開始側の光束を光軸に交差する方向に折り曲げ、同期センサユニット１２に導くための光学素子である。
同期センサユニット１２は、光束を適宜形状に集光・整形して、光検知のＳ／Ｎ比を向上させる同期検知用レンズ５１と、同期検知用レンズ５１を透過して集光された光束を検知する水平同期センサ５２とからなる。水平同期センサ５２は、例えばＰＩＮフォトダイオードなどの光束応答性を有する光検出センサなどからなる。水平同期センサ５２には、光検知出力の発生タイミングを信号化する電気回路を接続され、レーザ走査ユニット１の外部に水平同期信号を出力できるように構成されている。なお、このような電気回路はＩＣ化され、水平同期センサ５２の近傍に一体に形成されていてもよい。

次に、以上の構成からなる本実施形態の光走査装置の動作について説明する。
まず、レーザ走査ユニット１の外部からポリゴンミラー６を回転駆動する駆動信号を入力し、ポリゴンミラー６を等速回転する。そして、少なくともＬＤアレイ２１Ｂにより、レーザビーム１５ｄがＤＣ点灯する。

そして、レーザビーム１５ｄは、ＬＤアレイ２１Ｂから発散光として出射された後、コリメートレンズ２３Ｂ、アパーチャ２５Ｂと透過して、所定の光束径を有する平行光束となり、第１シリンドリカルレンズ３Ｂに入射する。
第１シリンドリカルレンズ３Ｂに入射したレーザビーム１５ｄは、第１シリンドリカルレンズ３Ｂにより、副走査方向に集光され、第１調整ミラー３１Ｂ、第２調整ミラー３２Ｂにより光路をＺ字状に折り返されて第２シリンドリカルレンズ５Ｂに入射する。
第２シリンドリカルレンズ５Ｂに入射したレーザビーム１５ｄは、第２シリンドリカルレンズ５Ｂにより、主走査方向に集光され、ポリゴンミラー６の反射面近傍で副走査方向に結像され、主走査方向に延びるほぼ線状の光束となる。そして、ポリゴンミラー６により主走査方向に偏向される。

ポリゴンミラー６により偏向されたレーザビーム１５ｄは、分離反射ミラー４０、４１により光路を折りたたまれてｆθレンズ１０ｄに入射する。ｆθレンズ１０ｄに入射するとその結像作用により、感光体ドラム１７ｄの走査線上に結像する。そして、偏向角が等速で増大すると共に、ｆθレンズ１０ｄのｆθ特性により、走査線上で図１の矢印Ｚ２方向に等速で走査される。

ここで、レーザビーム１５ｄは、走査開始側において折り返しミラー１１により折り返されて同期センサユニット１２に入射する。そして、同期センサユニット１２は、所定の位置にレーザビーム１５ｄが到達したとき、水平同期信号を出力すると共に、レーザビーム１５ｄを一時的に消灯する。そして所定の遅延の後、この水平同期信号からＬＤアレイ２１Ｂを変調する変調信号が入力され、レーザビーム１５ｄはこの変調信号に従って変調される。

このようにして、ポリゴンミラー６の１反射面による偏向走査が終了すると、次の反射面で同一の走査が行われ、画像信号に応じて変調されたレーザビーム１５ｄが走査線上に繰り返し走査される。一方、感光体ドラム１７ｄは、副走査方向に一定線速で回転される。そのため、感光体ドラム１７ｄ上をレーザビーム１５ｄが２次元スキャンすることになり、感光体ドラム１７ｄ上に潜像が形成される。
画像形成システムが、黒色印字を行うモードであれば、上記により作像が進められ、モノクロ画像が形成される。

一方、上述と同様にレーザビーム１５ａ〜１５ｃは、光路分離光学径８における光路が異なるだけでほぼ同様にして、感光体ドラム１７ａ〜１７ｃ上を走査することができる。
そして、レーザビーム１５ａ〜１５ｃは、ポリゴンミラー６の反射面に入射する直前の光路が第１調整ミラー３１Ａ、３１Ｂ及び第２調整ミラー３２Ａ、３２Ｂの作用により、副走査方向に沿う平面上に平行に整列されるため、ポリゴンミラー６に対する入射角が同一となる。そして、ｆθレンズ１０ａ〜１０ｄに対する走査画角も同一となる。その結果、レーザビーム１５ａ〜１５ｃは、光路分離光学系８、ｆθレンズ１０ａ〜１０ｄなどの製作誤差、配置誤差などによる相違を除いてほぼ同一の走査特性、有効走査領域を備えるものとなる。

つまり、各レーザビーム１５ａ〜１５ｃの走査はほぼ同期しているので、例えばフルカラー画像を印字する場合にレーザビーム１５ｄによる水平同期信号を基準としてレーザビーム１５ａ〜１５ｃの書き出しタイミングを正確に決めることができる。すなわち、書き出し開始信号の遅延時間を同一にしても、ポリゴンミラー６の分割精度などによる反射面固有の誤差は各レーザビーム１５ａ〜１５ｄに共通であるから、光路分離光学系８、ｆθレンズ１０ａ〜１０ｄなどに依存する装置固有の位置ずれが生じるだけである。そこで、本実施形態によれば、これは、これらレーザビーム１５ａ〜１５ｄごとに書き出し開始信号の遅延時間を微調整することで容易に補正できるものである。

このように構成されたレーザ走査ユニット１によれば、主走査方向にパワーを有し、ＬＤアレイ２１Ａ、２１Ｂから放射されるレーザビーム１５ａ〜１５ｄを主走査方向に収束する第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂをマルチビーム光源２とポリゴンミラー６との間に設けることによって、ｆθレンズ１０ａ〜１０ｄのパワーを小さくすることができる。したがって、ｆθレンズ１０ａ〜１０ｄの形状を均肉化することができるので、レンズ成形が容易になるとともにコストの低下が図れる。

また、第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂをマルチビーム光源２とポリゴンミラー６との間に設けることによって、光学系の主走査倍率が小さく抑えられている。したがって、走査装置の調整誤差や製造誤差の許容度を大きくすることができる。

また、第１シリンドリカルレンズ３Ａ、３Ｂが副走査方向の光束を、第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂが主走査方向の光束をそれぞれ独立して結像させることにより、主走査方向、副走査方向のそれぞれの焦点位置を独立に調整することができる。
さらに、温度変化に対する保持部材２７の焦点ずれ量と、第２シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂ及びｆθレンズ１０ａ〜１０ｄの焦点ずれ量とが互いに打ち消しあうように構成されているので、環境変動時の性能変化を抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、フルカラー画像形成システムにおいて各色をマルチビーム走査するものに用いてもよく、８つの光源を用いて各色２ビームずつ走査するようにしてもよい。

次に、本発明にかかるレーザ走査ユニット１の温度変化に対する焦点ずれ量を、図３を用いた数値実施例により具体的に説明する。ここで、図３は、本実施例にかかるレーザ走査ユニット１の主走査方向における光路を説明するための説明図である。
以下に、数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。図３に表記されたｒ_ｉ、ｎ_ｉ（ｉは整数）は、下記に示す光学系の構成パラメータのｒ_ｉ、ｎ_ｉにそれぞれ対応する。また、面間隔については２５℃におけるものを表記しており、屈折率については波長７８３ｎｍにおけるものを表記している。また、ポリゴンミラー６における入射角と反射角との和であるαは、６５°としている。

面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 屈折率
1 r₁ = ∞(光源)
2 r₂ = 265 d₁ = 18.87
3 非球面[1] d₂ = 2 n₂₃= 1.576
4 主走査方向r_3a= ∞(平面) d₃ = 22
副走査方向r_3b= 103
5 r₅= ∞(平面) d₄ = 3 n₃ = 1.511
6 主走査方向r_6a= 211 d₅ = 157
副走査方向r_6b= ∞(平面)
7 r₇= ∞(平面) d₆ = 3 n₅ = 1.503
8 r₈= ∞(平面) d₇ = 40.48
9 非球面[2] d₈ = 144.52
10 非球面[3] d₉ = 15 n₁₀= 1.503
11 r₁₁= ∞(平面) d₁₀= 8
12 r₁₂= ∞(平面) d₁₁= 2 n₁₆= 1.511
13 ∞（像面） d₁₂= 156

ここで、本実施例における回転対称非球面を表現するための座標系と、曲面式について説明する。
座標系は、副走査方向をＸ軸、主走査方向をＹ軸、光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）をＺ軸であり、右手直交座標系となっている。
そして、コリメートレンズ２３Ｂの出射面である面番号３の非球面定義式は、式１に示すようになっている。

上記式１において、Ｃは曲率半径の逆数、ｋはコーニック定数（円錐定数）であり、ｒ＝√（ｘ^２＋ｙ^２）である。また、ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
また、ｆθレンズ１０ｄの入射面及び出射面である面番号９、１０の非球面定義式は、式２に示すようになっている。

上記式２において、ｃ_１は主走査方向の曲率半径の逆数、ｃ_２は副走査方向の曲率半径の逆数であり、Ｙ＝√（ｙ^２）である。また、ΣＡ_ｍＹ^ｍは式３、ΣＢ_ｍＹ^ｍは式４に示すようになっている。

非球面[1]
曲率半径 r₃ = 12.075
k=-7.6722x10^-1
a= 7.8967x10^-6 b= 1.8077x10^-8 c=-1.2414x10^-9 d= 1.6923x10^-11

非球面[2]
主走査方向
曲率半径 r_9a= 160.449
y＞0のとき
k = 0
A₄ =-1.6004x10^-6 A₆ = 1.6687x10^-9 A₈ =-2.9158x10^-13 A₁₀=-7.9890x10^-17
A₃ =-6.9062x10^-7 A₅ = 1.5387x10^-8 A₇ =-3.5950x10^-11 A₉ = 1.2314x10^-15
B₄ = 0 B₆ = 0 B₈ = 0 B₁₀= 0
B₃ = 0 B₅ = 0 B₇ = 0 B₉ = 0
y≦0のとき
k =0
A₄ = 3.4929x10^-7 A₆ = 7.1298x10^-10 A₈ = 2.1438x10^-13 A₁₀= 3.0461x10^-18
A₃ =-9.6570x10^-6 A₅ =-2.6498x10^-8 A₇ =-1.5641x10^-11 A₉ =-1.4091x10^-15
B₄ = 0 B₆ = 0 B₈ = 0 B₁₀= 0
B₃ = 0 B₅ = 0 B₇ = 0 B₉ = 0

副走査方向
曲率半径 r_9b=-135.335

非球面[3]
主走査方向
曲率半径 r_10a= 257
y＞0のとき
k = 0
A₄ =-1.5010x10^-6 A₆ = 2.0157x10^-9 A₈ =-2.0990x10^-13 A₁₀=-6.8089x10^-17
A₃ =-9.1236x10^-7 A₅ = 4.4772x10^-9 A₇ =-4.0528x10^-11 A₉ = 1.0677x10^-14
B₄ = 8.7154x10^-8 B₆ =-3.0748x10^-10 B₈ = 7.6960x10^-14 B₁₀= 1.0350x10^-17
B₃ =-3.8363x10^-6 B₅ = 6.2140x10^-9 B₇ = 2.8536x10^-12 B₉ =-1.7861x10^-15
y≦0のとき
k = 0
A₄ = 8.7154x10^-8 A₆ =-3.0748x10^-10 A₈ = 7.6960x10^-14 A₁₀= 1.0350x10^-17
A₃ =-3.8363x10^-5 A₅ = 6.2140x10^-9 A₇ = 2.8536x10^-12 A₉ =-1.7861x10^-15
B₄ = 8.6452x10^-8 B₆ =-1.5609x10^-10 B₈ = 8.6804x10^-14 B₁₀= 7.3001x10^-18
B₃ =-3.6210x10^-6 B₅ = 3.7587x10^-9 B₇ =-2.2218x10^-13 B₉ =-1.4269x10^-15

副走査方向
曲率半径 r_10b=-32.021

本実施例における、感光体ドラム１７ｄ上での像高に対するスポット径を図４に、感光体ドラム１７ｄから＋２ｍｍずれた位置での像高に対するスポット径を図５に、感光体ドラム１７ｄから−２ｍｍずれた位置での像高に対するスポット径を図６にそれぞれ示す。この図４から図６より、±２ｍｍの焦点ずれが発生した場合のスポット径の変化は、５μｍ以下であり、十分小さい値であることがわかる。

ここで、レーザ走査ユニット１の温度変化に対する焦点ずれ量は、４つの要素である、ＬＤアレイ２１Ｂの温度変化に対する波長変化量と、保持部材２７の温度変化によるＬＤアレイ２１Ｂの出射面及びコリメートレンズ２３Ｂの距離の変化量と、第２シリンドリカルレンズ５Ｂの温度変化に対する焦点距離の変化量と、ｆθレンズ１０ｄの温度変化に対する焦点距離変化量とを、それぞれ考慮している。また、各要素の変化量は、以下の表１に示すようになっている。
なお、第１シリンドリカルレンズ３Ｂは、ガラスレンズであるため、温度変化に対する焦点距離の変化量が無視できるものとしている。

表１において、ｄ_１は上述したＬＤアレイ２１Ｂの出射面とコリメートレンズ２３Ｂとの距離を、ｆは焦点距離を、ｎは屈折率を、ｄｎ／ｄｔは屈折率の温度係数を、Δｔは温度変化量を、αは熱膨張係数をそれぞれ示している。そして、第２シリンドリカルレンズ５Ｂ及びｆθレンズ１０ｄの焦点距離の変化量を示す第１項は屈折率変化に対する焦点距離のずれ量を、第２項は形状変化に対する焦点距離のずれ量をそれぞれ示している。
ここで、保持部材２７の熱膨張係数を３．７×１０^−５とすると、ＬＤアレイ２１Ｂの出射面とコリメートレンズ２３Ｂとの距離の変化量は、２．４×１０^−２［ｍｍ］となる。また、第２シリンドリカルレンズ５Ｂの主走査方向、ｆθレンズ１０ｄの主走査方向及び副走査方向の数値データは、以下の表２に示すようになっている。

ここで、ｆ（２５℃）は、２５℃のときの焦点距離を、ｆ（５５℃）は５５℃のときの焦点距離をそれぞれ示している。
以上より、ＬＤアレイ２１Ｂの波長変化による光学系全体の焦点ずれ量と、ＬＤアレイ２１Ｂの出射面及びコリメートレンズ２３Ｂの距離変動による光学系全体の焦点ずれ量と、第２シリンドリカルレンズ５Ｂの焦点変動による光学系全体の焦点ずれ量と、ｆθレンズ１０ｄの焦点変動による光学系全体の焦点ずれ量とは、それぞれ主走査方向及び副走査方向において以下の表３に示すようになった。
なお、各数値において、＋は上述した軸上主光線であるＺ軸の正方向と同じである。

これより、ｆθレンズ１０ｄの温度変化時の焦点ずれ量は、マルチビーム光源２の温度変化時の焦点ずれ量とそのずれ方向が互いに異なるように構成することで、２５℃から５５℃の温度変化に対する光学系の主走査方向及び副走査方向の焦点ずれ量がそれぞれ±２．０ｍｍの範囲内であることを確認した。したがって、環境変動時の性能変化をより抑制できる。

本発明の一実施形態における光走査装置を示す概略平面説明図である。 本発明の一実施形態における光走査装置を示すもので、（ａ）は正面視説明図、（ｂ）は副走査方向断面における光路の一部を説明するための模式説明図である。 本発明の実施例における光走査装置の主走査方向における光路を説明する説明図である。 本発明の実施例における光走査装置の感光体ドラム上での像高に対するスポット径を示すグラフである。 本発明の実施例における光走査装置の感光体ドラム上から＋２ｍｍずれた位置での像高に対するスポット径を示すグラフである。 本発明の実施例における光走査装置の感光体ドラム上から−２ｍｍずれた位置での像高に対するスポット径を示すグラフである。

符号の説明

１ レーザ走査ユニット（光走査装置）
２ マルチビーム光源
３Ａ、３Ｂ 第１シリンドリカルレンズ（第１集光素子）
５Ａ、５Ｂ 第２シリンドリカルレンズ（第２集光素子）
６ ポリゴンミラー（光偏向手段）
１０ａ〜１０ｄ ｆθレンズ（単玉プラスチックｆθレンズ）
２１Ａ、２１Ｂ ＬＤアレイ（半導体レーザアレイ）
２３Ａ、２３Ｂ コリメートレンズ
２７ 保持部材

Claims (2)

1. 収束光を走査線上に繰り返し走査する光走査装置であって、
   少なくとも２つの平行光束を出射するマルチビーム光源と、
   該光源から出射された各々の平行光束を副走査方向に各々集光する少なくとも２つの第１集光素子と、
   前記各々の平行光束を主走査方向に各々集光する少なくとも２つの第２集光素子と、
   該第１及び第２集光素子により集光された光束を主走査方向に偏向する光偏向手段と、
   前記第１集光素子と前記第２集光素子との間に配置され、各々の第１集光素子の出射光を反射して前記光偏向手段に照射される光の各々の経路を変更するために、２軸方向の傾斜角度調整手段を各々備える第１及び第２調整ミラーを有する光路変更手段と、
   前記光偏向手段により偏向された各々の光束を前記走査線上に各々収束させる少なくとも２つの単玉プラスチックｆθレンズと、を備え、
   前記光源は、半導体レーザ、コリメートレンズ及びこれらを保持する保持部材によって構成され、
   温度変化時において、前記保持部材の熱収縮によって発生する半導体レーザの出射面とコリメートレンズ間との距離変動による焦点ずれ量は、前記半導体レーザの波長変化による焦点ずれ量と、前記第２集光素子の焦点距離変化による焦点ずれ量と、前記単玉プラスチックｆθレンズの焦点距離変化による焦点ずれ量とで互いに反対符号の値によって相殺され、
   温度変化時において、前記半導体レーザの波長変化による焦点ずれ量と、前記保持部材の熱収縮による焦点ずれ量と、前記第２集光素子の焦点距離変化による焦点ずれ量と、前記単玉プラスチックｆθレンズの焦点距離変化による焦点ずれ量とのすべてを加算した量が、±２ｍｍ以内であることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１集光素子がガラスレンズであると共に、
   前記第２集光素子がプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   

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