JP2009186624A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行う。
【解決手段】カップリング光学系１５は、正のパワーを有するガラス製の第１のレンズ１５ａと負のパワーを有する樹脂製の第２のレンズ１５ｂとから構成されている。第１のレンズ１５ａは入射面が平面、射出面が球面であり、第２のレンズ１５ｂは射出面において、主走査対応方向に関して、断面形状が非円弧形状である。この場合、第１のレンズ１５ａは、表面形状が単純であるため、ガラス製であっても容易に、しかも高精度に加工することができる。また、第２のレンズ１５ｂは、樹脂製であるため、複雑な表面形状であっても、通常の成形方法（例えば射出成形等）によって、容易に、高精度にしかも安価に製造することができる。従って、第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂとして、いずれも安価で高精度のレンズを用いることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光束により被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

近年、レーザプリンタやデジタル複写機などの画像形成装置では、低コスト化の要求が高まってきている。この低コスト化に対応する１手段として、光走査装置における走査レンズの樹脂化がある。しかし、樹脂は吸湿や温度変化による光学特性の変化がガラスに比較して大きいため、使用環境の変化によって被走査面上での光スポットのスポット径が変化するおそれがある。

そこで、樹脂製の光学素子を含み、温度・湿度等の環境変動に起因するスポット径の変動の軽減を図った光走査装置が提案された（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許第３４８３１４１号公報 特許第３４８３１２９号号公報 特開２００２−２７７７８３号公報

しかしながら、特許文献１〜３に開示されている光走査装置では、複数のレンズを高精度で位置決めしなければならない、あるいはレンズ以外の部品点数が多くなるという不都合があり、今後更に要求される走査精度の向上と低コスト化とを両立させるのは困難であると予想される。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うことができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、光源と；正のパワーを有するガラス製の第１レンズと負のパワーを有する樹脂製の第２レンズとを含み、前記光源からの光束をカップリングする第１の光学系と；前記第１の光学系からの光束を前記被走査面上に集光するとともに、前記被走査面上の光スポットを前記主走査方向に移動させる第２の光学系と；を備え、前記第１レンズは、入射面及び射出面の一方が球面、他方が球面又は平面であり、前記第２レンズは、入射面及び射出面の少なくとも一方において、前記主走査方向に対応する第１の方向及び前記主走査方向に直交する副走査方向に対応する第２の方向のいずれかに関して、断面形状が非円弧形状であることを特徴とする光走査装置である。

これによれば、光源からの光束をカップリングする第１の光学系は、正のパワーを有するガラス製の第１レンズと負のパワーを有する樹脂製の第２レンズとを含んでいる。そして、第１レンズは、入射面及び射出面の一方が球面、他方が球面又は平面であり、第２レンズは、入射面及び射出面の少なくとも一方において、主走査方向に対応する方向及び副走査方向に対応する方向のいずれかに関して、断面形状が非円弧形状である。この場合、第１レンズは、表面形状が単純であるため、ガラス製であっても容易に、しかも高精度に加工することができる。また、第２レンズは、樹脂製であるため、複雑な表面形状であっても、通常の成形方法（例えば射出成形等）によって、容易に、高精度にしかも安価に製造することができる。従って、第１レンズ及び第２レンズとして、いずれも安価で高精度のレンズを用いることができる。そこで、結果として、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うことが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２０に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングユニット１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。

通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、図１における矢印方向に回転するようになっている。

帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングユニット１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングユニット１０３５の順に配置されている。

帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。

光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。

現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。

この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングユニット１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。

この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、光源１４、カップリング光学系１５、開口板１６、シリンドリカルレンズ１７、反射ミラー１８、ポリゴンミラー１３、該ポリゴンミラー１３を回転させる不図示のポリゴンモータ、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、走査制御装置（図示省略）及び上記構成部品を収容するほぼ直方体状のハウジング（図示省略）などを備えている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、感光体ドラム１０３０の長手方向に沿った方向をＹ軸方向、各走査レンズ（１１ａ、１１ｂ）の光軸に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源１４は、一例として図３に示されるように、同一基板上に２次元的に配列された４０個の発光部を有している。各発光部は、いずれも発振波長が７８０ｎｍの垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、光源１４は面発光レーザアレイ１００を有している。ここでは、各発光部は、いずれもＸ軸方向に光束を射出するものとする。なお、面発光レーザは、発振波長の温度変動が小さく、原理的に波長の不連続な変化（いわゆる波長飛び）が発生しないという特徴を有している。

各発光部から射出される光束の発散角は、半値全幅（ＦＷＨＭ）が主走査対応方向及び副走査対応方向共に６．８±１度である。そして、各発光部のニアフィールドパターン形状は、直径４μｍの円形である。なお、面発光レーザアレイ１００は、パッケージ化されており、面発光レーザアレイ１００の前方には、厚さ０．３ｍｍのカバーガラスが設けられている。

図２に戻り、カップリング光学系１５は、光源１４からの光束を略平行光束とする。

ここでは、カップリング光学系１５は、一例として図４に示されるように、第１のレンズ１５ａと第２のレンズ１５ｂとから構成されている。

第１のレンズ１５ａは、ガラス製で、正のパワーを持つレンズである。ここでは、−Ｘ側の面（入射面）が平面、＋Ｘ側の面（射出面）が球面である。本実施形態では、図５に示されるように、入射面の曲率半径は∞（無限大）であり、射出面の曲率半径は−２２．４ｍｍである。また、屈折率ｎは１．５１１１４６、中心部の厚さ（図４における符号Ｄ１）は３ｍｍ、焦点距離ｆは４３．８２ｍｍである。

第２のレンズ１５ｂは、樹脂製で、負のパワーを持つレンズである。ここでは、−Ｘ側の面（入射面）が平面、＋Ｘ側の面（射出面）が非球面である。本実施形態では、図５に示されるように、入射面の曲率半径は∞（無限大）であり、射出面の曲率半径は１５０ｍｍである。また、屈折率ｎは１．５２３９２３、中心部の厚さ（図４における符号Ｄ３）は２ｍｍ、焦点距離ｆは−２８６．３０ｍｍである。

第２のレンズ１５ｂの射出面は、次の（１）式及び（２）式で表現される非球面である。ここで、ＸはＸ軸方向の座標、ＹはＹ軸方向の座標を示す。また、入射面の中央をＹ＝０とする。Ｃ_ｍ０はＹ＝０における主走査対応方向の曲率を示し、曲率半径Ｒ_ｍ０の逆数である。ａ_００，ａ_０１，ａ_０２，・・・は主走査対応方向の非球面係数である。また、Ｃｓ（Ｙ）はＹに関する副走査対応方向の曲率、Ｒ_ｓ０は副走査対応方向の光軸上の曲率半径、ｂ_００，ｂ_０１，ｂ_０２，・・・は副走査対応方向の非球面係数である。なお、光軸は、Ｙ＝０で副走査対応方向における中央の点を通る軸をいう。

第２のレンズ１５ｂの射出面におけるＲ_ｍ０（単位：ｍｍ）、Ｒ_ｓ０（単位：ｍｍ）及び各非球面係数の値の一例が図６に示されている。すなわち、第２のレンズ１５ｂの射出面は、主走査対応方向に関して断面形状が非円弧形状であり、副走査対応方向に関して断面形状が円弧形状である。

なお、図５に示されるように、第１のレンズ１５ａのパワーＰは０．０２２８１９であり、第２のレンズ１５ｂのパワーＰは−０．００３４９３である。すなわち、第１のレンズ１５ａのパワーは、第２のレンズ１５ｂのパワーの絶対値よりも大きい。

ところで、仮に、図７（Ａ）に示されるように、第２のレンズ１５ｂの入射面を非球面にすると、第２のレンズ１５ｂの射出面で反射された光束が迷光として光源１４に戻り、面発光レーザアレイ１００の発振状態を劣化させるおそれがある。また、迷光が光源１４で反射され、各走査レンズに入射し、画像における濃度変動を引き起こすおそれがある。

本実施形態では、第２のレンズ１５ｂの射出面を非球面にしているため、図７（Ｂ）に示されるように、光源１４に戻る迷光を大幅に減らすことができる。また、これにより、第２のレンズ１５ｂに反射防止のコーティングを施す必要がなくなり、更にコスト低減を図ることが可能となる。

光源１４とカップリング光学系１５は、一例として図８に示されるように、保持部材２５によって、所定の位置関係で保持され、光源ユニットＬＵとして取り扱われる。

「カップリング光学系の調整」
（１）光源ユニットＬＵを、光源ユニット評価装置ＡＤ１（図９参照）に対して所定位置にセットする。

（２）光源１４の各発光部から光束を射出させ、各光束が光源ユニット評価装置ＡＤ１の評価像面上で集光するように、第１のレンズ１５ａをＸ軸方向に移動する（図９参照）。なお、光源ユニット評価装置ＡＤ１の光学系の焦点距離は２４０ｍｍである。これにより、光源ユニットＬＵから出力される光束の状態は適正な状態となり、光走査装置に用いたときに、被走査面上での結像精度を向上させることができる。すなわち、光学系全体の焦点位置の誤差が所望のレベル以下となる。

（３）光源ユニットＬＵを、光源ユニット評価装置ＡＤ２（図１０参照）に対して所定位置にセットする。

（４）光源１４の各発光部から光束を射出させ、光源ユニット評価装置ＡＤ２の評価像面上でのビームピッチが所望の値となるように、第２のレンズ１５ｂをＸ軸方向に移動する（図１０参照）。なお、光源ユニット評価装置ＡＤ２の光学系の焦点距離は１４７．１５ｍｍである。そのため、光走査装置１０１０における光学系全系の副走査方向に関する所望の横倍率は１．１９倍に対して光源ユニット評価装置ＡＤ２の光学系全系の横倍率は３倍となり、誤差を拡大して測定することが可能となり、より精度の高い調整ができる。例えば、Ｚ軸方向に関して３９３μｍ離れた位置にある２つの発光部から射出された光束が、光源ユニット評価装置ＡＤ２の評価像面上で１１７９μｍのビームピッチとなるように、第２のレンズ１５ｂをＸ軸方向に移動する。これにより、第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂの曲率半径にある程度の誤差（例えば、製造誤差）があっても、カップリング光学系１５の合成焦点距離を所望の値（ここでは、４９．０５ｍｍ）とすることができ、光走査装置に用いたときに、被走査面上での走査線の間隔の誤差を小さくすることができる。すなわち、光学系全体の副走査対応方向に関する横倍率の誤差を所望のレベル以下とすることができる。

なお、第２のレンズ１５ｂの位置を調整する際に、光学系全体の焦点位置が変化することが危惧されるが、第１のレンズ１５ａのパワーが、第２のレンズ１５ｂのパワーの絶対値よりも大きいため、焦点位置の変化は極めて小さい。

（５）第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂを接着剤で保持部材２５に固定する。

なお、例えば、紫外線硬化樹脂を予め第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂの接着面に塗布しておき、位置が決定された後に、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂを保持部材２５に固定しても良い。この場合には、工程を簡略化しても高い位置精度を得ることができる。

ここでは、発光レーザアレイ１００と第１のレンズ１５ａとの距離（図４における符号Ｄ０）は、４９．４５ｍｍであった。また、第１のレンズ１５ａの射出面と第２のレンズ１５ｂの入射面との間の光路長（図４における符号Ｄ２）は、１２ｍｍであった。

このようにして調整された光源ユニットＬＵは、光走査装置１０１０の不図示のハウジング内の所定位置にセットされる。すなわち、他の光学部品が組み付けられる前に、光源１４と第１のレンズ１５ａと第２のレンズ１５ｂの位置関係が、高精度で調整されている。

図２に戻り、開口板１６は、一例として、主走査対応方向（ここでは、Ｙ軸方向）の前幅が５．８ｍｍ、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）の前幅が１．２８ｍｍの矩形形状あるいは楕円形状の開口部を有し、カップリング光学系を介した光束のビーム径を規定する。

シリンドリカルレンズ１７は、開口板１６の開口部を通過した光束を、反射ミラー１８を介してポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍に副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関して結像する。このシリンドリカルレンズ１７の焦点距離は６０．８ｍｍである。

さらに、反射ミラー１８とポリゴンミラー１３との間、及びポリゴンミラー１３と偏向器側走査レンズ１１ａとの間には、防音ガラス２１が配置されている。

光源１４とポリゴンミラー１３との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリング光学系１５と開口板１６とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。

ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が８ｍｍの４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に平行な軸の周りに等速回転し、シリンドリカルレンズ１７からの光束を偏向する。なお、各偏向反射面の有効範囲は７．８×２．０ｍｍである。

偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。

像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ１１ｂを介した光が感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。

偏向器側走査レンズ１１ａ及び像面側走査レンズ１１ｂの各面（−Ｘ側の面（入射面）、＋Ｘ側の面（射出面））は前記（１）式及び（２）式で表現される非球面である。

各走査レンズの各面（入射面、射出面）におけるＲ_ｍ０（単位：ｍｍ）、Ｒ_ｓ０（単位：ｍｍ）及び各非球面係数の値の一例が図１１及び図１２に示されている。

図１１の値を前記（１）式に代入して得られた偏向器側走査レンズ１１ａの形状が図１３に示されている。また、図１２の値を前記（１）式に代入して得られた像面側走査レンズ１１ｂの形状が図１４に示されている。

図１１の値を前記（２）式に代入して得られた偏向器側走査レンズ１１ａの入射面及び射出面におけるＣｓ（Ｙ）が図１５に示されている。また、図１２の値を前記（２）式に代入して得られた像面側走査レンズ１１ｂの入射面及び射出面におけるＣｓ（Ｙ）が図１６に示されている。

偏向器側走査レンズ１１ａの中心（光軸上）肉厚は１３．５ｍｍ、像面側走査レンズ１１ｂの中心（光軸上）肉厚は３．５ｍｍである。

偏向器側走査レンズ１１ａの射出面と像面側走査レンズ１１ｂの入射面との間の光路長は８９．７６ｍｍであり、像面側走査レンズ１１ｂの射出面と感光体ドラム１０３０表面との間の光路長は１４３．５２ｍｍである。

ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。

また、像面側走査レンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０との間には、防塵ガラス２２が配置されている。

走査光学系のいわゆる副走査横倍率は、−０．９７倍である。そして、光学系全系の副走査横倍率は１．１９倍、主走査横倍率は４．８２倍である。また、走査光学系の主走査対応方向に関する焦点距離は２３７．８ｍｍ、副走査対応方向に関する焦点距離は７１．３ｍｍである。

そして、書込の幅（主走査方向に関する有効走査領域の長さ）は、３２３ｍｍである。また、感光体ドラム１０３０の表面での光スポットのスポット径の狙いは、主走査方向で５５μｍ、副走査方向で５５μｍである。

感光体ドラム１０３０の表面に対するデフォーカス量とスポット径との関係が、主走査方向に関して図１７に示され、副走査方向に関して図１８に示されている。これらの図から明らかなように、副走査方向のほうが主走査方向よりも、デフォーカス量に対するスポット径の安定度は高い。

また、環境温度が低温（１０℃）及び高温（６０℃）での、光学系全体を介した光束のビームウエスト位置が、主走査方向に関して図１９に示され、副走査方向に関して図２０に示されている。なお、図１９及び図２０における比較例は、本実施形態に係るカップリング光学系１５に代えて、従来のガラス製のカップリングレンズを１枚用いた場合を示している。

温度変化によるビームウエスト位置の変化量は、主走査方向に関しては図１９から明らかなように、本実施形態のほうが、比較例よりも小さくなっている。一方、副走査方向に関しては図２０から明らかなように、本実施形態は比較例とほぼ同じである。このように、本実施形態では、第２のレンズ１５ｂの射出面の断面形状を、主走査対応方向に関しては非円弧形状とし、副走査対応方向に関しては円弧形状とし、主走査方向に関してのみ温度変化によるビームウエスト位置変化を補正している。これは、前述したように、副走査方向は主走査方向よりも、デフォーカス量に対するスポット径の安定度が高いため、副走査方向に関しては特に補正する必要がないためである。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、カップリング光学系１５は、正のパワーを有するガラス製の第１のレンズ１５ａと負のパワーを有する樹脂製の第２のレンズ１５ｂとから構成されている。第１のレンズ１５ａは入射面が平面、射出面が球面であり、第２のレンズ１５ｂは射出面において、主走査対応方向に関して、断面形状が非円弧形状である。

この場合、第１のレンズ１５ａは、表面形状が単純であるため、ガラス製であっても容易に、しかも高精度に加工することができる。また、第２のレンズ１５ｂは、樹脂製であるため、複雑な表面形状であっても、通常の成形方法（例えば射出成形等）によって、容易に、高精度にしかも安価に製造することができる。従って、第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂとして、いずれも安価で高精度のレンズを用いることができる。そこで、結果として、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うことが可能となる。

また、第１のレンズ１５ａのパワーは、第２のレンズ１５ｂのパワーの絶対値よりも大きい。これにより、第２のレンズ１５ｂの成形性を向上させることができる。

さらに、光源１４とカップリング光学系１５は、保持部材２５によって所定の位置関係で保持されている。これにより、組み付け工程を簡素化することができる。また、他の光学部品が組み付けられる前に、光源１４と第１のレンズ１５ａと第２のレンズ１５ｂの位置関係が、高精度で調整されているため、調整工程を簡素化することができる。その結果、製造コストの低減を図ることができる。

また、第２のレンズ１５ｂの射出面の断面形状は、開口板１６の開口部の前幅が大きい方向（ここでは、主走査対応方向）に関して非円弧形状である。すなわち、第２のレンズ１５ｂの射出面は、主走査対応方向及び副主走査対応方向のうち、有効領域の幅が広いほうの方向に関して、断面形状が非円弧形状である。これにより、収差が特に問題となる方向に関して収差補正を行うことができ、光スポットの品質向上及びばらつき低減が可能となる。

また、第２のレンズ１５ｂの射出面の断面形状は、開口板１６の開口部の前幅が小さい方向（ここでは、副走査対応方向）に関して円弧形状である。すなわち、第２のレンズ１５ｂの射出面は、主走査対応方向及び副主走査対応方向のうち、有効領域の幅が狭いほうの方向に関して、断面形状が円弧形状である。これにより、第２のレンズ１５ｂの射出面の成形性を向上させることができる。

また、第２のレンズ１５ｂの入射面及び射出面は、いずれも光軸近傍の曲率半径が主走査対応方向と副走査対応方向について互いに等しい。これにより、第１のレンズ１５ａの光軸と第２のレンズ１５ｂの光軸のずれ（偏心）による影響（感度）を低下させることができる。

また、第１のレンズ１５ａは、入射面が平面、射出面が球面であり、第２のレンズ１５ｂは、入射面が平面、射出面が非球面である。これにより、第２のレンズ１５ｂからの反射光が光源１４に戻るのを抑制することができる。

また、光源１４は、複数の発光部が２次元的に配列された面発光レーザアレイを有し、第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂは、両レンズの合成焦点距離が所望の焦点距離となるように、光束の射出方向に平行な方向に関して位置調整されている。これにより、感光体ドラム１０３０の表面における複数の光スポットのスポット径のばらつき、及び走査線間隔のばらつきを容易に低減することができる。

また、本実施形態によると、第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂは、調整後、保持部材２５に接着されるため、光源ユニットＬＵには、第１のレンズ１５ａ及び第２のレンズ１５ｂの組み付け位置を示す位置決め部は設けられていない。これにより、光源ユニットＬＵを複雑な形状にする必要がなく、低コスト化、省スペース化ができる。また、調整時に作業スペースを広く取れるため、より高精度な調整が可能となる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うことができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、他の光学部品が組み付けられる前に、光源１４と第１のレンズ１５ａと第２のレンズ１５ｂの位置関係が調整される場合について説明したが、これに限らず、他の光学部品が組み付けられた後で、光源１４と第１のレンズ１５ａと第２のレンズ１５ｂの位置関係を調整しても良い。これにより、光学系の加工誤差及び組付け誤差を相殺することができる。

また、上記実施形態における「カップリング光学系の調整」では、焦点位置を調整した後に副走査対応方向に関する横倍率を調整する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、光源ユニット評価装置ＡＤ２の評価像面上でのビームピッチが所望の値となるように、第１のレンズ１５ａと第２のレンズ１５ｂの間隔（図４における符号Ｄ２）を調整（図２１（Ａ）参照）した後、各光束が光源ユニット評価装置ＡＤ１の評価像面上で集光するように、第１のレンズ１５ａと第２のレンズ１５ｂの間隔Ｄ２を上記調整された間隔としたままで、カップリング光学系１５をＸ軸方向に移動（図２１（Ｂ）参照）しても良い。

この場合に、カップリング光学系１５を移動する際に、副走査対応方向に関する横倍率の変化が危惧されるが、第１のレンズ１５ａのパワーが、第２のレンズ１５ｂのパワーの絶対値よりも大きいため、副走査対応方向に関する横倍率の変化は極めて小さい。

また、上記実施形態において、一例として図２２に示されるように、副走査対応方向に関して、偏向反射面に入射する光束の主光線方向が偏向反射面の法線方向に対して傾斜しても良い。これにより、走査レンズからの反射光（迷光）が感光体ドラム１０３０に到達するのを防止できる。

この場合に、次の（３）式及び（４）式で示される光学面形状を有する偏向器側走査レンズ及び像面側走査レンズを用いることができる。ここで、Ｘは光軸方向の座標、Ｙは主走査対応方向の座標を示す。また、Ｃｍは中央（Ｙ＝０）における主走査対応方向の曲率を示し、曲率半径Ｒ_ｎｙの逆数である。また、Ａ_ｎ〜Ｅ_ｎ、Ｆ_２〜Ｆ_１０、ａ_ｎ〜ｆ_ｎは係数である。Ｃｓ（Ｙ）はＹに関する副走査対応方向の曲率である。

各走査レンズの各面（入射面、射出面）におけるＲ_ｎｙ（単位：ｍｍ）、Ｒ_ｎｚ（単位：ｍｍ）及び各係数の値の一例が図２３及び図２４に示されている。

また、上記実施形態では、光源の発光部の数が４０個の場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、第１のレンズ１５ａにおいて、入射面が平面、射出面が球面の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、第１のレンズ１５ａは、入射面及び射出面の一方が球面、他方が球面又は平面であれば良い。

また、上記実施形態では、第２のレンズ１５ｂの射出面において、主走査対応方向に関して、断面形状が非円弧形状である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、開口板１６の開口部の長手方向が副走査対応方向のときに、副走査対応方向に関して、断面形状が非円弧形状であっても良い。

また、上記実施形態では、第２のレンズ１５ｂの射出面の断面形状が、主走査対応方向に関して非円弧形状であり、副走査対応方向に関して円弧形状である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、両方向に関していずれも非円弧形状であっても良い。

また、上記実施形態では、第２のレンズ１５ｂにおいて、入射面が平面、射出面が非球面の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、第２のレンズ１５ｂからの反射光が光源１４に悪影響を及ぼさないときには、入射面が非球面、射出面が平面であっても良い。また、入射面及び射出面がいずれも非球面であっても良い。

また、上記実施形態において、コスト低減のために、各走査レンズを樹脂製レンズとしても良い。但し、このとき環境温度に大きな変化が予想される場合には、温度変化の影響を低減するために、少なくとも１つの光学面に回折格子を設けても良い。

なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能となる。

例えば、前記光走査装置１０１０を備え、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

例えば、図２５に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図２５中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順に帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットがそれぞれ配置されている。各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光が照射され、各感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。

光走査装置２０１０は、前記光源１４と同様な光源、前記偏向器前光学系と同様な偏向器前光学系、及び前記走査光学系と同様な走査光学系を、それぞれ色毎に有している。従って、前記光走査装置１０１０と同様な効果を得ることができる。

そして、各光源から射出された光束は、対応する偏向器前光学系を介して共通のポリゴンミラーで偏向され、対応する走査光学系を介して対応する感光体ドラムに照射される。

従って、カラープリンタ２０００は、前記レーザプリンタ１０００と同様な効果を得ることができる。

なお、このカラープリンタ２０００において、光走査装置を１色毎に設けても良いし、２色毎に設けても良い。

以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を形成するのに適している。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置の概略構成を示す図である。 図２における光源を説明するための図である。 図２におけるカップリング光学系を説明するための図（その１）である。 図２におけるカップリング光学系を説明するための図（その２）である。 図２におけるカップリング光学系を説明するための図（その３）である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ第２のレンズからの迷光の光路を説明するための図である。 保持部材を説明するための図である。 カップリング光学系の調整方法を説明するための図（その１）である。 カップリング光学系の調整方法を説明するための図（その２）である。 図２における偏向器側走査レンズの形状を説明するための図（その１）である。 図２における像面側走査レンズの形状を説明するための図（その１）である。 図２における偏向器側走査レンズの形状を説明するための図（その２）である。 図２における像面側走査レンズの形状を説明するための図（その２）である。 図２における偏向器側走査レンズの形状を説明するための図（その３）である。 図２における像面側走査レンズの形状を説明するための図（その３）である。 主走査方向に関するスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図である。 副走査方向に関するスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図である。 主走査方向に関するビームウエスト位置の温度依存性を説明するための図である。 副走査方向に関するビームウエスト位置の温度依存性を説明するための図である。 図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれカップリング光学系の調整方法の変形例を説明するための図である。 ポリゴンミラーへの斜入射を説明するための図である。 図２２に対応する偏向器側走査レンズの形状の一例を説明するための図である。 図２２に対応する像面側走査レンズの形状の一例を説明するための図である。 カラープリンタの概略構成を示す図である。

符号の説明

１１ａ…偏向器側走査レンズ（第２の光学系の一部）、１１ｂ…像面側走査レンズ（第２の光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（第２の光学系の一部）、１４…光源、１５…カップリング光学系（第１の光学系）、１５ａ…第１のレンズ（第１レンズ）、１５ｂ…第２のレンズ（第２レンズ）、１７…シリンドリカルレンズ（第２の光学系の一部）、２５…保持部材、１００…面発光レーザアレイ、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

Claims (11)

1. 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   光源と；
   正のパワーを有するガラス製の第１レンズと負のパワーを有する樹脂製の第２レンズとを含み、前記光源からの光束をカップリングする第１の光学系と；
   前記第１の光学系からの光束を前記被走査面上に集光するとともに、前記被走査面上の光スポットを前記主走査方向に移動させる第２の光学系と；を備え、
   前記第１レンズは、入射面及び射出面の一方が球面、他方が球面又は平面であり、
   前記第２レンズは、入射面及び射出面の少なくとも一方において、前記主走査方向に対応する第１の方向及び前記主走査方向に直交する副走査方向に対応する第２の方向のいずれかに関して、断面形状が非円弧形状であることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１レンズのパワーは、前記第２レンズのパワーの絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第２レンズは、前記第１の方向及び前記第２の方向のうち、有効領域の幅が広いほうの方向に関して、断面形状が前記非円弧形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記第２レンズは、前記第１の方向及び前記第２の方向のうち、有効領域の幅が狭いほうの方向に関して、断面形状が円弧形状であることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記第２レンズにおける入射面及び射出面では、光軸近傍における曲率半径が、前記第１の方向及び前記第２の方向のいずれに関しても略等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記第１の光学系は、前記光源からの光束を略平行光とし、
   前記第１レンズは、入射面が平面、射出面が球面であり、
   前記第２レンズは、入射面が平面、射出面が非球面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記光源は２次元的に配列された複数の発光部を有し、
   前記第１レンズ及び前記第２レンズの少なくとも一方は、両レンズの合成焦点距離が所望の焦点距離となるように、前記光源からの光束の射出方向に平行な方向に関して、位置調整されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 前記光源は、基板上に前記複数の発光部が形成された面発光レーザアレイを有することを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記光源と前記第１の光学系とを所定の位置関係で保持する保持部材を、更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光走査装置。
10. 少なくとも１つの像担持体と；
    前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも１つの請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
11. 前記画像情報は、多色の画像情報であることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。

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