JP5085695B2

JP5085695B2 - 光走査装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP5085695B2
Application number: JP2010179714A
Authority: JP
Inventors: 善紀林; 清三鈴木; 篤川村; 広道厚海; 浩司酒井; 彰久板橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: JP2011018055A

Description

本発明は、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、普通紙ファクシミリ（ＰＰＦ）、デジタル複写機等に用いられる光走査装置及びその光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、光走査装置における走査密度は１２００ｄｐｉ（１インチ当たりのドット数）あるいは２４００ｄｐｉといった高密度が要請されている。光走査の高密度化を達成するには、被走査面上に集光させる光ビームのビーム径を小さくする必要がある。このように光走査装置の高密度化に伴ってビーム小径化の要求がさらに高まってきている一方、低コスト化も要求されている。この低コスト化の要求に対処すべく、走査レンズに樹脂製レンズを採用する場合が多いが、樹脂製レンズにおいては、温度変動に起因して結像位置ズレが大きく、ビーム小径化は困難であった。

このような結像位置ズレを抑制するようにした装置として、特許文献１および特許文献２に記載された装置が知られている。

上記特許文献１のものは、半導体レーザ、コリメータレンズ、及びこれらの構成要素を固定保持する保持部材からなるコリメータ部と、コリメータ部からの偏向手段によって偏向された光束を感光体上に結像する走査結像光学系と、を有し、前記コリメータレンズ、走査結像光学系及び保持部材の線膨張係数、屈折率等を最適化することにより、光学系全系の結像位置ズレを低減するものである。

また、上記特許文献２のものは、光源からの光を線状に結像する第１の結像光学系と、第１の結像光学系の結像位置にその偏向反射面を有する偏向装置で偏向された光ビームを被走査面上に収束させる第２の結像光学系とを有し、前記第１の結像光学系に負のパワーを有する樹脂製レンズ（プラスチックレンズ）を用いることにより、第２の結像光学系で発生する結像位置ズレをキャンセルし、光学系全系の結像位置ズレを低減するものである。

ところで、光走査装置の光走査の高速化に伴いポリゴンスキャナ等の偏向器を高速回転させる必要が生じ、このため高速回転している偏向器から発生する熱に起因して、偏向器近傍の温度と、偏向器から離れた距離の位置近傍の温度とが異なり、光走査装置すなわち光学ハウジング内の温度分布が不均一になる。そのため、光学ハウジング内の温度分布が不均一であるということを前提にして、結像位置ズレを抑制するような対策を講ずる必要がある。

しかしながら、上記各特許文献１、２には、光走査装置内（つまり光学ハウジング内）の温度分布は不均一であるということを前提にして結像位置ズレを抑制する旨は記載されておらず、また示唆もされていない。すなわち、上記各特許文献１、２に記載された光走査装置は、高速回転している偏向器から発生する熱に起因して光学ハウジング内の温度分布が不均一であるということを前提として結像位置ズレを抑制するようにしたものではない。従って、上記各特許文献１、２に記載された光走査装置では、各々の特許文献で記載されているような対策を講じたとしても、光ビームのビーム径やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を劣化させるという問題があった。

また、上記特許文献２の光走査装置では、上述したように第１の結像光学系に負のパワーを有する樹脂製レンズを用いて、第２の結像光学系で発生する結像位置ズレをキャンセルするようにしているが、その結像位置ズレの補正効果を向上させるためには、樹脂製レンズの負のパワーを大きく設定する必要があり、そのため樹脂製レンズの加工が困難になり、しかも波面収差の劣化を招くという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、温度変動によるビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減することのできる光走査装置を提供することである。

第２の目的は、温度変動によるビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減すると共に、良好な波面収差を獲得することによりビーム小径化を実現することのできる光走査装置を提供することである。

第３の目的は、温度変動によるビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減すると共に、ビーム小径化を実現することのできる光走査装置を用いて、粒状度、解像度及び階調性に優れた安定した高画質な画像を出力できる画像形成装置を提供することである。

上記した課題を解決し、第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる光走査装置は、光源からの光束をカップリングするカップリングレンズを有する第１の光学系と、前記第１の光学系からの光束を偏向器に導く第２の光学系と、前記偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光する走査結像素子を有する第３の光学系と、を備え、前記第１の光学系、第２の光学系及び第３の光学系から形成される全光学系の主走査方向の横倍率｜βｍ｜は、副走査方向の横倍率｜βｓ｜よりも大きく設定されていると共に、前記第１の光学系のレンズは、副走査方向に正のパワーを有するカップリングレンズから構成され、前記第２の光学系のレンズは、副走査方向に正のパワーを有するガラス製レンズまたは副走査方向に正のパワーを有する樹脂製レンズから構成され、また、前記第３の光学系は、主走査方向にパワーを有する第１の樹脂製光学素子と、副走査方向にパワーを有する第２の樹脂製光学素子と、を備え、前記偏向器の周りの筐体上であって、かつ前記第１の樹脂製光学素子に隣接してリブが配置され、さらに、前記第１の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ１とし、前記第２の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ２とした場合に、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満足することを特徴とする。

この請求項１に記載の発明によれば、温度変動に起因するビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減することができる。

請求項２に記載の発明にかかる光走査装置は、請求項１の光走査装置において、前記第１の樹脂製光学素子は主走査方向に正のパワーを有し、前記第２の樹脂製光学素子は副走査方向に正のパワーを有することを特徴とする。

さらに、第３の目的を達成するため、請求項３に記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１または２に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする。

この請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の光走査装置を用いることにより、粒状度、解像度、階調性に優れた安定した高画質な画像を出力できる。

また、第２の目的を達成するため、他の形態の発明にかかる光走査装置は、光源からの光束をカップリングするカップリングレンズを有する第１の光学系と、偏向器に前記光束を主走査方向に長い線像として結像させる第２の光学系と、前記偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光する走査結像素子を有する第３の光学系と、を備え、前記第１の光学系、第２の光学系及び第３の光学系から形成される全光学系の主走査方向の横倍率｜βｍ｜は、副走査方向の横倍率｜βｓ｜よりも大きく設定されていると共に、前記第２の光学系は、副走査方向に正のパワーを有するガラス製レンズ及び副走査方向に負のパワーを有する樹脂製レンズから形成されており、また、前記第３の光学系は、主に主走査方向に正のパワーを有する第１の樹脂製光学素子と、主に副走査方向に正のパワーを有する第２の樹脂製光学素子と、を備え、さらに、前記第１の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ１とし、前記第２の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ２とした場合に、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満足させる温度分布発生手段を、更に備えたことを特徴とする。

この発明によれば、第２の光学系は、副走査方向に負のパワーを有する樹脂製レンズと、副走査方向に正のパワーを有するガラス製レンズとを含むものとしているため、温度変動によるビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減し、なおかつ、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たすことにより、樹脂レンズの副走査方向負のパワーを小さくすることができる。

他の形態の発明にかかる光走査装置は、前記第２の光学系は、樹脂製レンズと複数のガラス製レンズとを含み、前記樹脂製レンズは主走査方向及び副走査方向ともに負のパワーを有し、前記複数のガラス製レンズのうち少なくとも１つは副走査方向に正のパワーを有することを特徴とする。

この発明によれば、第２の光学系は、主走査方向及び副走査方向ともに負のパワーを有する樹脂製レンズと、少なくとも１つは副走査方向に正のパワーを有する複数のガラス製レンズとを含むものとしているため、温度変動によるビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減し、なおかつ、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たすことにより、樹脂レンズの副走査方向負のパワーを小さくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、温度変動に起因するビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減することができ、マルチビーム化が容易となる。これにより、ポリゴンスキャナ等の偏向器の回転数を低減することができ、よって高耐久、低騒音及び低消費電力を実現した光走査装置を提供することができる。

また、本発明によれば、粒状度、解像度、階調性に優れた安定した高画質な画像を出力する画像形成装置を提供することができる。

また、他の発明によれば、光源からの光束をカップリングするカップリングレンズを有する第１の光学系と、偏向器に前記光束を主走査方向に長い線像として結像させる第２の光学系と、前記偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光する走査結像素子を有する第３の光学系と、を備え、前記第１の光学系、第２の光学系及び第３の光学系から形成される全光学系の主走査方向の横倍率｜βｍ｜は副走査方向の横倍率｜βｓ｜よりも大きく設定されていると共に、前記第２の光学系は、副走査方向に正のパワーを有するガラス製レンズ及び副走査方向に負のパワーを有する樹脂製レンズから形成されており、また、前記第３の光学系は、主に主走査方向に正のパワーを有する第１の樹脂製光学素子と、主に副走査方向に正のパワーを有する第２の樹脂製光学素子と、を備え、さらに、前記第１の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ１とし、前記第２の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ２とした場合に、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満足させる温度分布発生手段を、更に備えたため、温度変動によるビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減し、なおかつ、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たすことにより、樹脂レンズの副走査方向負のパワーを小さくすることができ、しかも良好な波面収差を獲得することによりビーム小径化を実現することができる。

また、他の発明によれば、第２の光学系は、主走査方向及び副走査方向ともに負のパワーを有する樹脂製レンズと、少なくとも１つは副走査方向に正のパワーを有する複数のガラス製レンズとを含むものとしているため、温度変動によるビーム径変動やマルチビームの副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減し、なおかつ、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満たすことにより、樹脂レンズの副走査方向負のパワーを小さくすることができ、しかも良好な波面収差を獲得することによりビーム小径化を実現することができる。

図１は、実施の形態１の光走査装置の構成を示す構成図である。図２は、図１におけるＦ−Ｆ線断面を示す断面図である。図３は、図１に示した光走査装置の光学系を説明するための図である。図４は、図３の光学系において光軸に対し垂直な面（紙面に対し垂直な面）の断面図である。図５は、実施の形態１の他の光走査装置の構成を示す構成図である。図６は、図５の光学系において光軸に対し垂直な面（紙面に対し垂直な面）の断面図である。図７は、図５に示した第２の光学系を構成する各レンズの形状、配置関係を拡大した拡大図である。図８は、実施の形態２にかかる画像形成装置の構成を示す要部構成図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光走査装置及び画像形成装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１はこの発明の実施の形態１である光走査装置の構成を示す構成図であり、図２は図１におけるＦ−Ｆ線断面を示す断面図である。

図１に示すように、光源１から射出した光束は、カップリングレンズ２によって所望の光束状態にカップリングされる。ここでは、略平行光束にカップリングされる。光源１としては、半導体レーザや複数の発光点を持つ半導体レーザアレイ、または、半導体レーザからの光ビームをプリズム等で合成するビーム合成方式の光源を用いるマルチビーム等を使用できる。カップリングレンズ２は単玉の非球面レンズである。カップリングレンズ２単独での波面収差は良好に補正されている。カップリングレンズ２から射出した光束は、副走査方向にパワーを有するレンズ３に入射し、偏向器４の偏向反射面近傍で主走査方向に長く略線状に集光する。

偏向器４の偏向反射面により偏向された光束は、偏向器４の等速回転に伴い等角度的に偏向しつつ、主に主走査方向にパワーを有する第１走査レンズ５、及び主に副走査方向にパワーを有する第２走査レンズ６を透過する。この透過する光束は、第１走査レンズ５及び第２走査レンズ６を介して主走査方向、副走査方向それぞれの像面湾曲及びｆθ特性等光学特性が補正されつつ、折り曲げミラー７により光路を折り曲げられ、図２に示すようにウインドウ８を介して像担持体９の被走査面９ａ上に結像する。

なお、ビームは光走査に先立ってミラー１０に入射し、レンズ１１により受光素子１２に集光される。そして受光素子１２の出力に基づき、光走査の書込タイミングが決定される。また、上述した符号１〜７で示される光学部品（光学素子）は筐体１３内に収容されている。筐体１３はカバー１４で覆われており、その内部は略密閉状態になっている。

図１中の符号２０Ａ、２０Ｂは、偏向器４から発生する熱が第２走査レンズ６側へ伝達されるのを阻止するためのリブである。リブ２０Ａ、２０Ｂは、熱の伝達を完全に阻止するのではなく、第１走査レンズ５近傍における雰囲気での温度Ｔ１が、第２走査レンズ６近傍における雰囲気での温度Ｔ２よりも高くなるような形状で形成されている。つまり、リブ２０Ａ、２０Ｂは、温度Ｔ１＞温度Ｔ２の関係が満足するように温度分布を発生させる。これらリブ２０Ａ、２０Ｂは、特許請求の範囲で記載された温度分布発生手段に対応するものである。

この実施の形態１にかかる光走査装置の光学系について図３を参照して説明する。図３は、図１に示した光走査装置の光学系を説明するための図である。同図３において、光源１からカップリングレンズ２までを第１の光学系２１とし、レンズ３は第２の光学系２２とし、第１及び第２走査レンズ５、６で構成される光学系を第３の光学系２３とする。第１走査レンズ５は特許請求の範囲に記載された第１の樹脂製光学素子に対応し、第２走査レンズ６は特許請求の範囲に記載された第２の樹脂製光学素子に対応する。

ところで、周知のように偏向器４は高速回転するので熱源となるが、この実施の形態１では、その熱源を積極的に利用すべく、リブ２０Ａ、２０Ｂを図１に示したように第１走査レンズ５近傍に設けることで、安定した状態において「温度Ｔ１＞温度Ｔ２」の関係が成立するような温度分布を発生させている。

具体的には、第１〜第３の光学系においては次のような温度分布としている。
第１の光学系２１における温度Ｔ０１＝４５℃
第２の光学系２２における温度Ｔ０２＝４５℃
第１走査レンズ５近傍での温度Ｔ１＝４５℃
第２走査レンズ６近傍での温度Ｔ２＝３５℃

走査結像素子つまり走査光学系を構成するレンズのレンズ面形状の表現は以下の式による。

（主走査断面内における非円弧形状）
レンズ面の主走査断面内における面形状は非円弧形状をなしており、この非円弧形状は、主走査断面内の近軸曲率半径をＲｍ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐定数をＫ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、・・・とするときの光軸方向のデプスをＸとして、次の多項式（１）で表される。
Ｘ＝（Ｙ²／Ｒｍ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）²｝
＋Ａ１・Ｙ＋Ａ２・Ｙ²＋Ａ３・Ｙ³＋Ａ４・Ｙ⁴
＋Ａ５・Ｙ⁵＋Ａ６・Ｙ⁶・・・・・（１）

ここで、式（１）において、奇数次の係数Ａ１、Ａ３、Ａ５、・・・にゼロ以外の数値を代入したときに、非円弧形状は主走査方向に非対称形状となる。なお、実施の形態１においては、式（１）において偶数次のみを用いているので、非円弧形状は主走査方向に対称形状となる。

（副走査断面内における曲率半径）
レンズ面の副走査断面内における曲率半径は、副走査断面内で曲率半径が主走査方向（光軸を原点とする座標（座標値Ｙ）で表す）に変化する場合、次の多項式（２）で表される。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／Ｒｓ（０）＋Ｂ１・Ｙ＋Ｂ２・Ｙ²＋Ｂ３・Ｙ³
＋Ｂ４・Ｙ⁴＋Ｂ５・Ｙ⁵＋・・・・・（２）

ここで、Ｒｓ（０）は副走査断面内における光軸上（Ｙ＝０）の曲率半径を表し、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、・・・は高次の係数である。また、式（２）において、Ｙの奇数次の係数Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、・・・にゼロ以外の数値を代入したとき、副走査断面内の曲率半径の変化が主走査方向に非対称となる。

（副非円弧面）
副非円弧面は、次の数１で表される。

この数１の第４項の式を、次の数２のように定義する。

この数２は、次の数３に示すように分解することができる。

ここで、数１〜数３において、Ｙは副走査断面の主走査方向の位置（光軸位置を原点とする座標）を表し、Ｚは副走査方向の座標を表し、Ｃｍあるいは１／Ｒｍは光軸近傍の主走査対応方向の近軸曲率を表し、Ｃｓ（０）あるいは１／Ｒｓ（０）は光軸近傍の副走査対応方向の近軸曲率を表し、Ｃｓ（Ｙ）は主走査対応方向Ｙにおける副走査対応方向の近軸曲率を表し、Ｋｚ（Ｙ）は主走査対応方向Ｙにおける副走査対応方向の二次曲面を表す円錐定数を表し、ｆ_SAG(Ｙ，Ｚ）は非球面高次補正量を表す。

副走査対応方向の近軸曲率Ｃｓは次の多項式（３）で表され、副走査対応方向の二次曲面を表す円錐定数Ｋｚは次の多項式（４）で表される。
Ｃｓ＝１／Ｒｓ（０）＋Ｂ１・Ｙ＋Ｂ２・Ｙ²＋Ｂ３・Ｙ³
＋Ｂ４・Ｙ⁴＋Ｂ５・Ｙ⁵＋・・・・・（３）
Ｋｚ＝Ｃ０＋Ｃ１・Ｙ＋Ｃ２・Ｙ²＋Ｃ３・Ｙ³
＋Ｃ４・Ｙ⁴＋Ｃ５・Ｙ⁵＋・・・・・（４）

ここで、式（３）において、Ｙの奇数次の係数Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、・・・にゼロ以外の数値を代入したとき、副走査断面内の曲率半径の変化が主走査方向に非対称となる。

また、同様に、Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・、Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５、・・・、Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５、・・・等の非円弧量を表すＹの奇数次の係数にゼロ以外の数値を代入したとき、副走査断面内の非円弧量の変化が主走査方向に非対称となる。

（実施例１）
この実施例１の光走査装置における光学系の各構成要素のサイズ及び配置関係を、図３及び図４を参照して説明する。図４は、図３に示した光学系において光軸に対し垂直な面（紙面に対し垂直な面）の断面図である。

光源１は波長が７８０ｎｍのレーザ光を発振する。カップリングレンズ２は焦点距離が２７ｍｍで、カップリング作用としてはコリメート作用を有する。カップリングレンズ２及び光源１の図示しない取り付け部（ベース部材）の線膨張係数は「２．３１×１０^-5」である。

偏向器４はポリゴンミラーから構成され、その偏向反射面数は５、内接円半径は１８ｍｍ、光源１側からのビームの入射方向と走査光学系（第１及び第２走査レンズ５、６）の光軸とがなす角の角度は６０度である（図３参照）。

レンズ３は、副走査方向に正のパワーを有するガラス製レンズで形成されている。このレンズ３としてのガラス製レンズの屈折率は２５℃時において「１．５１１１９」、４５℃時において「１．５１１１３」であり、このガラス製レンズの線膨張係数は「７．５×１０^-6」である。レンズ３の厚さ（光軸上における面３ａと面３ｂとの間の距離）ｄ５＝３ｍｍ、光軸上におけるレンズ３の面３ｂと偏向器４の反射面との間の距離ｄ６＝４４．８ｍｍである（図４参照）。レンズ３の面３ａの曲率半径は、主走査方向が「∞」、副走査方向が「２３ｍｍ」であり、その面３ｂの曲率半径は「∞（平面）」である。

第１走査レンズ５として樹脂製走査レンズ、第２走査レンズ６として樹脂製走査レンズをそれぞれ使用している。第１及び第２走査レンズ５、６としての樹脂製走査レンズの屈折率は、２５℃時において「１．５２３９７８」であり、３５℃時において「１．５２３０８８」であり、４５℃時において「１．５２２１９７」である。また、第１及び第２走査レンズ５、６としての樹脂製走査レンズの線膨張係数は「７×１０^-5」である。

光軸上における偏向器４の反射面と第１走査レンズ５の面５ａ（入射面）との間の距離ｄ７＝７１．６ｍｍ、第１走査レンズ５の厚さ（光軸上における面５ａと面５ｂとの間の距離）ｄ８＝３０ｍｍ、光軸上における第１走査レンズ５の面５ｂ（射出面）と第２走査レンズ６の面６ａ（入射面）との間の距離ｄ９＝６６．３ｍｍ、第２走査レンズ６の厚さ（光軸上における面６ａと面６ｂとの間の距離）ｄ１０＝８．５ｍｍ、光軸上における第２走査レンズ６の面６ｂ（射出面）と被走査面９ａとの間の距離ｄ１１＝１５９．３ｍｍ、距離ｄ１２＝０．２ｍｍ、距離ｄ１３＝０．２ｍｍである（図４参照）。なお、距離ｄ１２及びｄ１３は、光軸に対して、第１及び第２走査レンズ５、６の光軸を主走査方向に平行に移動することにより与えられるシフト量である。

ここで、第１走査レンズ５の面５ａ、面５ｂ、及び第２走査レンズ６の面６ａ、面６ｂの主走査方向と副走査方向の係数を、それぞれ表１〜表４に挙げる。なお、表１〜表４において、Ｒｍは主走査方向の曲率半径を表し、またＲｓは副走査方向の曲率半径を表す。また、「Ｅ＋０２」は１０²を表し、また「Ｅ−０８」は１０^-8を表し、これらの数値が直前の数値にかかる。

この実施例１では、高速回転を行う偏向器４の熱源により以下のような温度分布としている。Ｔ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝４５℃、Ｔ２＝３５℃としている。ここで、Ｔ０１は第１の光学系２１における温度、Ｔ０２は第２の光学系２２における温度Ｔ０２、Ｔ１は第１走査レンズ５近傍における雰囲気での温度、及びＴ２は第２走査レンズ６近傍における雰囲気での温度をそれぞれ表す。なお、これらＴ０１、Ｔ０２、Ｔ１、Ｔ２の定義内容は後述する実施例２〜４においても同様であるものとする。

さて、上述したような温度分布の下において、上述した第１乃至第３の光学系２１、２２、２３で発生する像面湾曲変動の結果例を、表５に示す。

この実施例１では、第１の光学系２１、第２の光学系２２及び第３の光学系２３から形成される全光学系の横倍率は、主走査方向の横倍率βｍ＝８．４５であり、副走査方向の横倍率βｓ＝１．５５である。表５において、対策前ではＴ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝Ｔ２＝４５℃であるので、光学ハウジング内に温度分布は発生していない。

第１の光学系２１において、光源１とカップリングレンズ２が装着されるベース部材が膨張するため、温度上昇時に主走査方向、副走査方向とも像面湾曲はマイナス側に変動するが、上記全光学系の横倍率が｜βｍ｜＞｜βｓ｜の関係が成立するように設定されているので、第１の光学系２１による像面湾曲の補正量は主走査方向の場合の方が副走査方向の場合よりも大きい。従って、第３の光学系２３で発生する像面湾曲変動は副走査方向を抑える必要がある。そこで、上述したようにＴ１（４５℃）＞Ｔ２（３５℃）とすることで、上記全光学系の像湾曲変動を抑制することができる。

上述したように、実施例１によれば、第１〜第３の光学系２１、２２、２３の温度変動に起因する像面湾曲変化を低減することができ、これにより、ビームの小径化及び安定化が実現でき、しかも、光源１にマルチビームを用いた場合であっても、副走査方向の像面湾曲変動が小さいため、副走査ビームピッチのピッチ偏差を低減することができる。

（実施例２）
この実施例２では、光走査装置における光学系は、図３に示した実施例１の光走査装置における光学系の構成において、カップリングレンズ２及び光源１の取り付け部（ベース部材）の線膨張係数を「２．３１×１０^-5」から「３．１×１０^-5」に変更し、第２の光学系２２のレンズ３としてのガラス製レンズを樹脂製レンズに変更した構成になっている。

樹脂製レンズで形成されたレンズ３の面３ａ（入射面）の曲率半径は、主走査方向が「∞」で、副走査方向が「２３．５７ｍｍ」であり、またレンズ３の面３ｂ（射出面）の曲率半径は「∞（平面）」である。また、樹脂製レンズの屈折率は、２５℃時において「１．５２３９７８」であり、４５℃時において「１．５２２１９７」である。さらに、樹脂製レンズの線膨張係数は「７×１０^-5」である。

この実施例２においても、上記実施例１と同様に、高速回転を行う偏向器４の熱源により、Ｔ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝４５℃、Ｔ２＝３５℃のような温度分布としている。このような温度分布の下において、上述した第１乃至第３の光学系２１、２２、２３で発生する像面湾曲変動の結果例を、表６に示す。

この実施例２では、第１の光学系２１、第２の光学系２２及び第３の光学系２３から形成される全光学系の横倍率は、主走査方向の横倍率βｍ＝８．４５であり、副走査方向の横倍率βｓ＝１．５５である。表６において、対策前ではＴ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝Ｔ２＝４５℃であるので、光学ハウジング内に温度分布は発生していない。

第１の光学系２１において、光源１とカップリングレンズ２が装着されるベース部材が膨張するため、温度上昇時に主走査方向、副走査方向とも像面湾曲はマイナス側に変動するが、上記全光学系の横倍率が｜βｍ｜＞｜βｓ｜の関係が成立するように設定されているので、第１の光学系２１による像面湾曲の補正量は主走査方向の場合の方が副走査方向の場合よりも大きく、なおかつ、第２の光学系２２で副走査方向の像面湾曲がプラス方向に移動（像面湾曲変動が０．１８ｍｍである）する。従って、第３の光学系２３で発生する像面湾曲変動については副走査方向を抑える必要がある。そこで、上述したようにＴ１（４５℃）＞Ｔ２（３５℃）とすることで、全光学系の像湾曲変動を抑制することができる。

以上説明したように実施例２によれば、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

（実施例３）
この実施例３の光走査装置の光学系における各構成要素のサイズ及び配置関係を、図５乃至図７を参照して説明する。図５に示した光走査装置の光学系は、図３に示した実施例１の光学系の構成において、第２の光学系２２に、レンズ３１、３２を追加した構成になっている。なお、図５において、図３に示した光走査装置の光学系と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付すものとする。また、図６は、図５の光学系において光軸に対し垂直な面（紙面に対し垂直な面）の断面図である。さらに、図７は、第２の光学系２２のレンズ３、レンズ３１、３２の形状、配置関係を拡大した拡大図である。

図７において、レンズ３１は、副走査方向のみに負のパワーを有する樹脂製レンズで形成されている。レンズ３２は、副走査方向に負のパワーを有するガラス製レンズで形成されている。

レンズ３１の面３１ａの曲率半径は「∞（平面）」であり、その面３１ｂの曲率半径は、主走査方向が「∞」、副走査方向が「１９．８２ｍｍ」である。一方、レンズ３２の面３２ａの曲率半径は「∞」、副走査方向が「−１８．７ｍｍ」であり、その面３２ｂの曲率半径は、主走査方向が「１．０Ｅ＋８」、副走査方向が「１８．０３ｍｍ（副非円弧面）」である。さらに、レンズ３の面３ａの曲率半径は「∞」、副走査方向が「１３．５４ｍｍ」であり、その面３ｂの曲率半径は「∞（平面）」である。

また、レンズ３１としての樹脂製レンズの屈折率は、２５℃時において「１．５２３９７８」、４５℃時において「１．５２２１９７」であり、またレンズ３１としての樹脂製レンズの線膨張係数は「７×１０^-5」である。また、レンズ３２としてのガラス製レンズの屈折率は、２５℃時において「１．５１１１９」、４５℃時において「１．５１１１３」であり、またレンズ３２としてのガラス製レンズの線膨張係数は「７．５×１０^-6」である。さらに、レンズ３としてのガラス製レンズの屈折率は、２５℃時において「１．７３３２７８」、４５℃時において「１．７３３０５８」であり、またレンズ３としてのガラス製レンズの線膨張係数は「５．４×１０^-6」である。

図６において、光軸上におけるレンズ３１の厚さ（光軸上における面３１ａと面３１ｂとの間の距離）ｄ１＝３ｍｍ、光軸上におけるレンズ３１の面３１ｂ（射出面）とレンズ３２の面３２ａ（入射面）との間の距離ｄ２＝９．２ｍｍ、レンズ３２の厚さ（光軸上における３２ａと面３２ｂとの間の距離）ｄ３＝３ｍｍ、光軸上におけるレンズ３２の面３２ｂ（射出面）とレンズ３の面３ａ（入射面）との間の距離ｄ４＝８．１５ｍｍ、レンズ３の厚さ（光軸上における面３ａと面３ｂとの間の距離）ｄ５＝６ｍｍ、光軸上におけるレンズ３の面３ｂと偏向器４の反射面との間の距離ｄ６＝１４４ｍｍである。なお図６において、ｄ７〜ｄ１１の各値は、図４に示した実施例１の光学系におけるｄ７〜ｄ１１の各値と同一である。

ここで、レンズ３２の面３２ａの主走査方向と副走査方向の係数を、表７に挙げる。この面３２ａは、ほとんど副走査方向にのみパワーを有する。なお、表７において、Ｒｍは主走査方向の曲率半径を表し、またＲｓは副走査方向の曲率半径を表す。また、「Ｅ＋０１」は１０¹を表し、また「Ｅ−０７」は１０^-7を表し、これらの数値が直前の数値にかかる。

この実施例３においても、上記実施例１と同様に、高速回転を行う偏向器４の熱源により、Ｔ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝４５℃、Ｔ２＝３５℃のような温度分布としている。このような温度分布の下において、上述した第１乃至第３の光学系２１、２２、２３で発生する像面湾曲変動の結果例を、表８に示す。

この実施例３では、第１の光学系２１、第２の光学系２２及び第３の光学系２３から形成される全光学系の横倍率は、主走査方向の横倍率βｍ＝８．４５であり、副走査方向の横倍率βｓ＝１．５５である。表７において、対策前ではＴ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝Ｔ２＝４５℃であるので、光学ハウジング内に温度分布は発生していない。

表８から明らかなように、第２の光学系において、第２の光学系２１に副走査方向に負のパワーを有するレンズ３１として樹脂製レンズを用いることにより、副走査方向の像面湾曲を補正しているが、このままでは補正不足である。しかしこれ以上の補正機能をレンズ３１としての樹脂製レンズに持たせるためには樹脂製レンズの負のパワーをより一層大きくする必要があり、このためその樹脂製レンズの加工上の課題が発生するとともに、波面収差が劣化する。そこで、上述したようにＴ１（４５℃）＞Ｔ２（３５℃）とすることで、上記全光学系の像湾曲変動を抑制することができる。

ここで、この実施例３における各像高でのビームスポット径の一例を、表９に示す。

以上説明したように実施例３によれば、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。また、実施例３では、負のパワーを有するレンズ３１としての樹脂製レンズの副走査方向の曲率半径を小さくする必要がないので、波面収差が劣化せず、表９から明らかなように良好なビームスポット径が得られる。

（実施例４）
この実施例４の光走査装置における光学系は、図５に示した実施例３の光走査装置における光学系の構成において、レンズ３１としての樹脂製レンズに主走査方向に負のパワーを付加し、また、レンズ３２としてのガラス製レンズに主走査方向に正のパワーを付加した構成になっている。

すなわち、レンズ３１としての樹脂製レンズは、主走査方向に負のパワーを有し、また副走査方向に正のパワーを有する。レンズ３２としてのガラス製レンズは、主走査方向及び副走査方向ともに正のパワーを有し、レンズ３としてのガラスレンズは、副走査方向に正のパワーを有する。

レンズ３１の面３１ａの曲率半径は「∞（平面）」であり、その面３１ｂの曲率半径は、主走査方向が「１５０ｍｍ」、副走査方向が「１９．８２ｍｍ」である。レンズ３２の面３２ａの曲率半径は主走査方向が「１５１ｍｍ」、副走査方向が「１５０ｍｍ」である。レンズ３２の面３２ｂの曲率半径、及びレンズ３の面３ａ、面３ｂの曲率半径は実施例３の場合と同様である。また、レンズ３１、３２、及びレンズ３の屈折率及び線膨張係数は実施例３の場合と同様である。さらに、図６においてｄ１〜ｄ１１の各値も実施例３の場合と同様である。

この実施例４においても、上記実施例１と同様に、高速回転を行う偏向器４の熱源により、Ｔ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝４５℃、Ｔ２＝３５℃のような温度分布としている。このような温度分布の下において、上述した第１乃至第３の光学系２１、２２、２３で発生する像面湾曲変動の結果例を、表１０に示す。

この実施例４では、第１の光学系２１、第２の光学系２２及び第３の光学系２３から形成される全光学系の横倍率は、主走査方向の横倍率βｍ＝８．４５であり、副走査方向の横倍率βｓ＝１．５５である。表７において、対策前ではＴ０１＝Ｔ０２＝Ｔ１＝Ｔ２＝４５℃であるので、光ハウジング内に温度分布は発生していない。

表１０から明らかなように、第２の光学系において、第２の光学系２１に副走査方向に負のパワーを有するレンズ３１として樹脂製レンズを用いることにより、副走査方向の像面湾曲を補正しているが、このままでは補正不足である。しかしこれ以上の補正機能をレンズ３１としての樹脂製レンズに持たせるためには樹脂製レンズの負のパワーをより一層大きくする必要があり、このためその樹脂製レンズの加工上の課題が発生するとともに、波面収差が劣化する。そこで、上述したようにＴ１（４５℃）＞Ｔ２（３５℃）とすることで、上記全光学系の像湾曲変動を抑制することができ、かつ、上記全光学系の副走査方向の像面湾曲変動を抑制することができる。

なお、この実施例４では、レンズ３１としての樹脂製レンズは１枚であるが、その樹脂製レンズを２枚としても良い。この場合、２枚の樹脂製レンズは、副走査方向に負のパワーのみを有するレンズと、主走査方向にのみパワーを有するレンズの組み合わせでも良いし、両レンズともに主走査方向及び副走査方向に負のパワーを有しても良い。

以上説明したように実施例４によれば、実施例１の場合と同様の作用効果を奏する。

（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２である画像形成装置の構成を示す要部構成図である。図８に示す画像形成装置においては、像担持体４１の周囲には、帯電器４２、光走査装置４３、現像器４４、転写用帯電器４５、定着器４６、クリーニング器４７が配置されている。光走査装置４３は、例えば、実施の形態１の実施例１乃至４のいずれかの実施例の光走査装置である。

画像を形成するための画像形成プロセスの代表的なものの１つとして、電子写真プロセスがある。この電子写真プロセスにおいては、光走査装置４３からの光スポットを、帯電器４２によって均一に帯電させた像担持体４１としての感光体上に照射することにより潜像を形成し（露光）、現像器４４によってその潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し（現像）、転写用帯電器４５によって記録紙Ｓにそのトナー像を写し（転写）、定着器４６によって圧力や熱をかけて記録紙Ｓに融着させる（定着）という一連のプロセスにより画像を形成する。

以上説明したように実施の形態２によれば、光走査装置を画像形成装置の露光手段として用いることにより、高画質な画像を得ることができる。

１光源
２カップリングレンズ
３レンズ
４偏向器
５第１走査レンズ
６第２走査レンズ
７折り曲げミラー
８ウインドウ
９像担持体
２０Ａ、２０Ｂリブ
２１第１の光学系
２２第２の光学系
２３第３の光学系
３１樹脂製レンズ
３２ガラス製レンズ

特許第２７３６９８４号公報特許第２８０４６４７号公報

Claims

光源からの光束をカップリングするカップリングレンズを有する第１の光学系と、
前記第１の光学系からの光束を偏向器に導く第２の光学系と、
前記偏向器により偏向される光束を被走査面上に光スポットとして集光する走査結像素子を有する第３の光学系と、
を備え、
前記第１の光学系、第２の光学系及び第３の光学系から形成される全光学系の主走査方向の横倍率｜βｍ｜は、副走査方向の横倍率｜βｓ｜よりも大きく設定されていると共に、
前記第１の光学系のレンズは、副走査方向に正のパワーを有するカップリングレンズから構成され、
前記第２の光学系のレンズは、副走査方向に正のパワーを有するガラス製レンズまたは副走査方向に正のパワーを有する樹脂製レンズから構成され、
また、前記第３の光学系は、主走査方向にパワーを有する第１の樹脂製光学素子と、副走査方向にパワーを有する第２の樹脂製光学素子と、を備え、
前記偏向器の周りの筐体上であって、かつ前記第１の樹脂製光学素子に隣接してリブが配置され、
さらに、前記第１の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ１とし、前記第２の樹脂製光学素子近傍における雰囲気での温度をＴ２とした場合に、Ｔ１＞Ｔ２の関係を満足することを特徴とする光走査装置。
前記第１の樹脂製光学素子は主走査方向に正のパワーを有し、前記第２の樹脂製光学素子は副走査方向に正のパワーを有することを特徴とする請求項１の光走査装置。
請求項１または２に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。