JP2003279874A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充分な光量および所要のビームスポット径
を得るとともに、複数ビームの被走査面上における主走
査方向のドット位置ずれ、並びに開口絞りおよびシリン
ドリカルレンズ等の線像形成光学系の光学素子の反射に
よるゴースト光の影響を低減して、高画質に対応させ
る。 【解決手段】 光走査装置は、複数の発光点を有する
半導体レーザアレイ１から射出される光束をカップリン
グレンズ２で収束光束に変換して、ポリゴンミラー７で
偏向走査するとともに、偏向光束を走査レンズ８および
９を介して被走査面１２上に導く。カップリングレンズ
２とポリゴンミラー７との間に、少なくとも主走査方向
について負の屈折力を有する線像形成レンズ４を配設
し、且つ半導体レーザアレイ１とポリゴンミラー７の間
に開口絞り３を配設する。半導体レーザアレイ１および
カップリングレンズ２は、一体化された部材に固定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
ディジタル複写機およびＰＰＦ（普通紙ファクシミリ）
等に用いられる光走査装置の改良に係り、特に高速化お
よび高画質化を図った光走査装置およびそれを用いた画
像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタ、ディジタル複写機およ
びＰＰＦ（普通紙ファクシミリ）等に用いられる光走査
装置において、被走査面上を複数の光源により走査する
ことによって、高速化および高密度化を実現する方法は
既に広く知られている。例えば、特開２００１−２２８
４２２号公報には、複数の光源を用いるマルチビーム光
走査装置において、平行・収束光束におけるアパーチ
ャ、つまり開口絞りをコリメータレンズと光偏向器との
間に配置した構成が示されている。すなわち、特開２０
０１−２２８４２２号公報においては、複数の光源とな
るマルチビーム半導体レーザから射出された複数の発散
光束は、コリメータレンズによりほぼ平行光束もしくは
収束光束に変換されて、シリンドリカルレンズに入射す
る。シリンドリカルレンズに入射した光束は、主走査断
面内においてはそのままの状態で射出され、開口絞りに
よってその光束断面の大きさが制限され、また、副走査
断面内においては収束され、該開口絞りによってその光
束断面の大きさが制限される。

【０００３】開口絞りによって制限された光束は、光偏
向器（ポリゴンミラー）の偏向面に主走査方向に長いほ
ぼ線像として結像する。そして光偏向器の偏向面で反射
偏向された複数の光束はｆθレンズ系により感光ドラム
面上にスポット状に結像され、該光偏向器を所定方向に
回転させることによって、該感光ドラム面上を主走査方
向に等速度で光走査する。これによって、記録媒体であ
る感光ドラム面上に画像記録を行なう。また、特開平１
０−２４６８６０号公報には、複数光源を用いるマルチ
ビーム光走査装置において、収束光束における開口絞り
（アパーチャ）をコリメータレンズ近傍に配置した構成
が示されている。

【０００４】すなわち、特開平１０−２４６８６０号公
報においては、マルチビーム半導体レーザより射出され
た複数の光束はコリメータレンズによりほぼ平行光束に
変換され、該コリメータレンズの近傍の開口絞りによっ
て光束を制限してシリンドリカルレンズに入射する。シ
リンドリカルレンズに入射した複数の平行光束は、主走
査断面内においてはそのまま平行光束の状態で射出さ
れ、また副走査断面内においては収束されて光偏向器の
偏向面に主走査方向に長いほぼ線像として結像する。そ
して、光偏向器の偏向面で偏向反射された複数の光束は
主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折力を有す
るｆθレンズ系を介して感光ドラム面上の互いに異なる
領域に導光され、該光偏向器を所定方向に回転させるこ
とによって、該感光ドラム面上を複数の光束で主走査方
向に同時に光走査する。これによって、記録媒体である
感光ドラム面上に画像記録を行なう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速化
と高画質化とを一層効果的に両立させるためには、次の
ような課題を達成する必要がある。 〔１〕温度変化に対するビームスポット径の変動を低減
する。 〔２〕高速化のために充分な光量を確保する。 〔３〕狙い通りのビームスポット径を獲得する。 〔４〕複数ビームの被走査面上における相対的主走査方
向のドット位置ずれおよびポリゴンミラーからなる光偏
向器による光ビーム走査部、すなわちポリゴンスキャ
ナ、における反射点のばらつきに起因する主走査方向の
ドット位置ずれを低減する。 〔５〕開口絞り、すなわちアパーチャ、およびシリンド
リカルレンズ等の線像形成光学系の光学素子で反射した
ゴースト光の影響を低減する。

【０００６】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、上述した課題を解決し、温度変化に対するビー
ムスポット径の変動を低減し、高速化に充分な光量を確
保し、狙い通りのビームスポット径を獲得して、複数ビ
ームの被走査面上における相対的主走査方向のドット位
置ずれおよび光偏向器による光ビーム走査における反射
点のばらつきに起因する主走査方向のドット位置ずれを
低減するとともに、開絞りおよびシリンドリカルレンズ
等の線像形成光学系（第２光学系）の光学素子で反射し
たゴースト光の影響を低減して、高画質に対応すること
を可能とする光走査装置および画像形成装置を提供する
ことを目的としている。本発明の請求項１の目的は、特
に、光利用効率の向上、複数のビーム間の相対的な主走
査書き込み位置ずれの低減、および温度変動に対する主
走査方向のビームウエスト位置変化の低減を達成すると
ともに、複数ビームの使用による光偏向器の回転数の低
減を可能とし、高耐久、低消費電力、低騒音、および低
振動を実現することを可能とする光走査装置を提供する
ことにある。

【０００７】本発明の請求項２の目的は、特に、所望の
画素密度に合わせて走査線間隔を設定して、光量の確保
を可能とするとともに、光学設計の自由度を向上させ得
る光走査装置を提供することにある。本発明の請求項３
の目的は、特に、低コスト化および面形状の自由度の増
大を可能とする光走査装置を提供することにある。本発
明の請求項４の目的は、特に、複数のビーム間の相対的
な主走査書き込み位置ずれを低減することを可能とする
光走査装置を提供することにある。本発明の請求項５の
目的は、特に、安定したビームスポット径を確保するこ
とができ、ゴースト光の影響を低減することを可能とす
る光走査装置を提供することにある。本発明の請求項６
の目的は、特に、安定したビームスポット径を確保する
ことを可能とするとともに、副走査方向のビームスポッ
ト径深度幅を拡大し、さらに、走査線の間隔を像高によ
って均一とすることを可能とする光走査装置を提供する
ことにある。本発明の請求項７の目的は、特に、温度変
動に対する主走査方向のビームウエスト位置変化を低減
することを可能とする光走査装置を提供することにあ
る。本発明の請求項８の目的は、特に、高速で且つ高画
質に対応し得る画像形成装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明に係る光走査装置は、上述した目的を達成するため
に、複数の発光点を有する光源と、前記光源と共に一体
化された部材に固定された光学素子からなり、前記光源
の各発光点から射出される光束を収束光束に変換する第
１光学系と、前記第１光学系から射出された光束を偏向
走査する偏向走査手段と、前記偏向走査手段からの偏向
光束を被走査面上に導く走査光学系と、前記第１光学系
と前記偏向走査手段の間に配設され、少なくとも主走査
方向について負のパワーを有する第２光学系と、前記光
源と前記偏向走査手段の間に配設される開口絞りとを具
備することを特徴としている。

【０００９】また、請求項２に記載した本発明に係る光
走査装置は、前記光源が、前記複数の発光点を主走査方
向について所定の間隔を存して配置してなることを特徴
としている。請求項３に記載した本発明に係る光走査装
置は、前記走査光学系が、主走査方向にパワーを有する
プラスチック製の走査結像素子を含むことを特徴として
いる。請求項４に記載した本発明に係る光走査装置は、
前記第２光学系が、前記第２光学系から射出される光束
を少なくとも主走査方向についてほぼ平行光束とするこ
とを特徴としている。請求項５に記載した本発明に係る
光走査装置は、前記開口絞りが、前記第１光学系におけ
る最終の光学素子と、前記第２光学系における最初の光
学素子との間に配置されることを特徴としている。

【００１０】請求項６に記載した本発明に係る光走査装
置は、前記第１光学系における最終の光学素子から前記
開口絞りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞りから前記
第２光学系における最初の光学素子までの距離Ｌ２が、 Ｌ１＜Ｌ２ なる式を満足することを特徴としている。請求項７に記
載した本発明に係る光走査装置は、前記第２光学系が、
プラスチック材料で形成され且つ主走査方向に負のパワ
ーを有する光学素子を含むことを特徴としている。請求
項８に記載した本発明に係る画像形成装置は、上述した
目的を達成するために、上記請求項１〜請求項７のうち
のいずれか１項に記載された光走査装置を有し、前記光
走査装置により感光媒体を光走査により露光して、その
露光分布に応じた静電潜像を前記感光媒体上に形成する
手段と、記録媒体上に前記静電潜像に従ってトナーを担
持させる手段とを具備することを特徴としている。

【００１１】

【作用】すなわち、本発明の請求項１による光走査装置
は、複数の発光点を有する光源、前記光源の各発光点か
ら射出される光束を収束光束に変換する第１光学系、前
記第１光学系から射出された光束を偏向走査する偏向走
査手段と、前記偏向走査手段からの偏向光束を被走査面
上に導く走査光学系、前記第１光学系と前記偏向走査手
段との間に配設され、少なくとも主走査方向について負
の屈折力（パワー）を有する第２光学系、および前記光
源と前記偏向走査手段の間に配設される開口絞りを具備
し、前記光源および前記第１光学系を構成する光学素子
が、一体化された部材に固定されている。

【００１２】このような構成により、温度変化に対する
ビームスポット径の変動を低減し、高速化に充分な光量
を確保し、狙い通りのビームスポット径を獲得して、複
数ビームの被走査面上における相対的主走査方向のドッ
ト位置ずれおよび光偏向器による光ビーム走査における
反射点のばらつきに起因する主走査方向のドット位置ず
れを低減するとともに、開口絞りおよびシリンドリカル
レンズ等の第２光学系の光学素子で反射したゴースト光
の影響を低減して、高画質に対応することが可能とな
り、特に、光利用効率の向上、複数のビーム間の相対的
な主走査書き込み位置ずれの低減、および温度変動に対
する主走査方向のビームウエスト位置変化の低減を達成
するとともに、複数ビームの使用による光偏向器の回転
数の低減を可能とし、高耐久、低消費電力、低騒音、お
よび低振動を実現することが可能となる。

【００１３】また、本発明の請求項２による光走査装置
は、前記光源が、前記複数の発光点を主走査方向につい
て所定の間隔を存して配置している。このような構成に
より、特に、所望の画素密度に合わせて走査線間隔を設
定して、光量の確保が可能となるとともに、光学設計の
自由度を向上させることができる。本発明の請求項３に
よる光走査装置は、前記走査光学系が、主走査方向に屈
折力（パワー）を有するプラスチック製の走査結像素子
を含んでいる。このような構成により、特に、低コスト
化および面形状の自由度の増大が可能となる。本発明の
請求項４による光走査装置は、前記第２光学系が、前記
第２光学系から射出される光束を少なくとも主走査方向
についてほぼ平行光束としている。このような構成によ
り、特に、複数のビーム間の相対的な主走査書き込み位
置ずれを低減することが可能となる。

【００１４】本発明の請求項５による光走査装置は、前
記開口絞りが、前記第１光学系における最終の光学素子
と、前記第２光学系における最初の光学素子との間に配
置される。このような構成により、特に、安定したビー
ムスポット径を確保することができ、ゴースト光の影響
を低減することが可能となる。本発明の請求項６による
光走査装置は、前記第１光学系における最終の光学素子
から前記開口絞りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞り
から前記第２光学系における最初の光学素子までの距離
Ｌ２が、 Ｌ１＜Ｌ２ なる式を満足する。このような構成により、特に、安定
したビームスポット径を確保することを可能とするとと
もに、副走査方向のビームスポット径深度幅を拡大し、
さらに、走査線の間隔を像高によって均一とすることが
可能となる。

【００１５】本発明の請求項７による光走査装置は、前
記第２光学系が、プラスチック材料で形成され且つ主走
査方向に負の屈折力（パワー）を有する光学素子を含ん
でいる。このような構成により、特に、温度変動に対す
る主走査方向のビームウエスト位置変化を低減すること
が可能となる。本発明の請求項８による画像形成装置
は、上記請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記
載された光走査装置を有し、前記光走査装置により感光
媒体を光走査により露光して、その露光分布に応じた静
電潜像を前記感光媒体上に形成する手段と、記録媒体上
に前記静電潜像に従ってトナーを担持させる手段とを具
備する。このような構成により、特に、高速で且つ高画
質に対応させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づ
き、図面を参照して本発明の光走査装置および画像形成
装置を詳細に説明する。図１および図２は、本発明の第
１の実施の形態に係る光走査装置の要部の構成を示して
いる。図１は、光走査装置の主として光学系に係る要部
の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図、
そして（ｂ）はその正面図である。図２は、図１に示す
半導体レーザアレイの詳細な配置構成を示す模式図であ
る。図１に示す光走査装置は、光源としての半導体レー
ザアレイ１、第１光学系としてのカップリングレンズ
２、開口絞り３、第２光学系としての線像形成レンズ
４、ミラー５、防音ガラス６、偏光走査手段としてのポ
リゴンミラー７、走査光学系としての第１の走査レンズ
８、第２の走査レンズ９、ミラー１０、同期検知手段１
１、および被走査面１２を具備している。

【００１７】半導体レーザアレイ１は、ＬＤ（レーザダ
イオード）アレイ等とも称され、複数の発光点を有する
マルチビーム光源であり、詳細な構成は図２に模式的に
示している。カップリングレンズ２は、コリメータレン
ズであり、半導体レーザアレイ１から射出される複数の
発散光束を、例えば収束光束に変換する。開口絞り３
は、カップリングレンズ２の射出光束を制限する。第２
光学系としての線像形成レンズ４は、例えばシリンドリ
カルレンズを用いて構成され、主走査方向に負のパワ
ー、すなわち負の屈折力を有し、副走査方向に正のパワ
ー、すなわち正の屈折力を有する。ミラー５は、第２光
学系としての線像形成レンズ４の射出光を反射偏向す
る。光偏向器を構成する回転多面鏡、すなわちこの場
合、ポリゴンミラー７は、図示していないポリゴンモー
タ等の回転駆動手段により均一の速度にて回転駆動され
る。結像光学系としての第２光学系を構成する第１の走
査レンズ８および第２の走査レンズ９は、いわゆるｆθ
レンズであり、副走査断面内においてポリゴンミラー７
の偏向反射面と被走査面１２とをほぼ共役な関係とし
て、ポリゴンミラー７によって反射偏向された画像情報
に基づく光束を被走査面１２上に結像させる。

【００１８】被走査面１２は、典型的には画像担体（画
像担持体）としての感光ドラムの外周面である。ミラー
５とポリゴンミラー７との間からポリゴンミラー７と第
１の走査レンズ８との間にかけて防音ガラス６が配置さ
れており、ポリゴンミラー７およびポリゴンモータ等を
収容する図示しない収容部を、この防音ガラス６により
封止して、ポリゴンミラー７の回転動作等に伴う騒音を
封じ込めるようにしている。上述したポリゴンミラー
７、第１の走査レンズ８および第２の走査レンズ９によ
り走査結像手段を構成している。ミラー１０は、ポリゴ
ンミラー７の反射偏向による走査範囲の一端外部に対応
して配設されており、反射偏向走査に同期した光ビーム
を取り出して同期検知手段１１に導き走査同期信号を得
るようにしている。

【００１９】図２に示すように、複数の発光点を有する
半導体レーザアレイ１から射出された光束は、カップリ
ングレンズ２により、収束光束となる。この光束は、被
走査面１２上で所望のビームスポット径を得るために光
束径を制限する開口絞り３を通過した後、主走査方向に
負の屈折力を有し且つ副走査方向に正の屈折力を有する
線像形成レンズ４を通過し、ポリゴンミラー７近傍で主
走査方向に長い線像を形成する。ポリゴンミラー７で走
査された光束は、第１および第２の走査レンズ８および
９を通過し、被走査面１２上をほぼ等速に走査する。こ
のとき、有効書き込み幅の露光に先立ちミラー１０を介
して同期検知手段１１にて同期検知を行い、同期検知か
ら一定時間の後に書き込みを開始する。このとき、複数
ビームの書き込み開始位置を一致させる必要があるた
め、同期検知手段１１を構成する同期検知素子上におい
て光束は少なくとも主走査方向に集光されるのことが望
ましい。

【００２０】〈請求項１〜請求項４に関して〉複数の発
光点を有する多チャンネルの半導体レーザアレイ１は、
図２に模式的に示すように一直線状に並んだ複数の発光
点を光軸に垂直な平面内において副走査方向に対して傾
斜を持たせている（請求項２に対応する） 半導体レーザアレイ１の発光点、つまり光源の間隔を長
くすることは、一般に可能であるが、熱的なクロストー
ク等の影響をなくすためには、光源の間隔は１０数μｍ
程度までしか短くできない。一方、被走査面１２上では
走査線の間隔を画素密度に応じた値に設定する必要があ
る。ここで、副走査方向における発光点間隔をＰｌｓ、
被走査面１２上での走査線の間隔をＰｓ、そして光源と
被走査面１２の間の副走査方向の横倍率をβとすると、
走査線間隔Ｐｓは、 Ｐｓ＝Ｐｌｓ×β で設定される。

【００２１】それゆえ、走査線間隔を高密度画像に対応
できる値、例えば１２００ｄｐｉの画像であれば２１．
２μｍの走査線間隔、にするためには横倍率βを小さく
するか、発光点間隔Ｐｌｓを小さくするしかない。そこ
で、仮に、横倍率βを小さくすると、副走査方向につい
ての開口絞り３の寸法、すなわちアパーチャ径、が小さ
くなるため、光の利用効率が低下し、被走査面１２上で
充分な光量を得ることができなくなる。また、発光点間
隔Ｐｌｓを小さくするためには、上述した半導体レーザ
アレイ１の発光点間隔に限界がある。したがって、図２
に示すように、複数の発光点を光軸が垂直に交わる平面
内で副走査方向に対して傾斜させれば、良い結果が得ら
れると考えられる（請求項２に対応）。しかしながら、
半導体レーザアレイ１を傾斜させると、次のような問題
が発生する。 （１）半導体レーザは、活性層に垂直な方向の発散角θ
⊥と水平、つまり活性層に平行な方向の発散角θ//とが
大きく異なるため、光利用効率が低下する。 （２）複数の発光点が主走査方向についても間隔を持つ
ようになるため、各光源（発光点）間で相対的な主走査
書込位置のずれが発生する（後に詳細に説明する）。

【００２２】次に、（１）に対して図３および図４を参
照して説明する。図３および図４は、両者共に開口絞り
３のエッジと開口絞り３上での１つの発光点からのビー
ムの光量の等高線図を示したものであり、図３が半導体
レーザアレイ１を傾けない場合、そして図４が半導体レ
ーザアレイ１を傾斜させた場合に対応し、発散角が広い
ほうがθ⊥である。両図より、半導体レーザアレイ１を
傾けることによって光利用効率が低減することは図３お
よび図４の両図から明らかである。上述の説明によれ
ば、半導体レーザアレイ１を傾斜させる／傾斜させない
にかかわらず、光利用効率を向上させることが必要であ
り、そのために、カップリングレンズ２から射出される
光束を収束光束としている。偏向器、すなわちポリゴン
ミラー７、に向かう光束の主走査方向についての幅をω
ｉｎ、走査レンズ８および９により構成される走査光学
系の焦点距離をｆ、被走査面１２上の主走査方向につい
てのビームスポット径をωとすると、近似的に次の式が
成立する。

【００２３】 ω＝Ｋ・ｆ／ωｉｎ （Ｋは定数） （１） ここで、ポリゴンミラー７に向かう光束の主走査方向に
ついての幅を変えずに、光利用効率を向上させるために
は第１光学系を構成するカップリングレンズ２からの射
出光束を収束光束とすれば良い。なぜなら、カップリン
グレンズから射出されたときの主走査方向についての光
束径をωｃとすると、 ωｃ＞ωｉｎ （２） となるからである。また、通常の場合、カップリングレ
ンズ２から射出された光束は平行光束に変換されるが、
このとき図５に示すように開口絞り３で反射されたゴー
スト光（反射光）が集光されて発光点に戻るため、射出
される光の強度が不安定になるおそれがある。ところ
が、図６に示すように、カップリングレンズ２から射出
される光束を収束光束とすれば、反射によるゴースト光
は発光点には集光されていないので、射出される光の強
度は安定する。

【００２４】ここで、アパーチャ、すなわち開口絞り
３、を通過した光束は、副走査方向に正の屈折力（パワ
ー）を有する第２光学系の線像形成レンズ４によりポリ
ゴンミラー７の偏向反射面近傍で主走査方向に長い線像
を形成する。ここで、もしも線像形成レンズ４が主走査
方向に負の屈折力を有していなければ、ポリゴンミラー
７に向かう光束が主走査方向に収束する光束となってし
まう。このとき、複数の発光点が主走査方向について所
定の間隔を存していると、各発光点間について相対的な
主走査書き込み位置のずれが発生する。ところが、線像
形成レンズ４が主走査方向について負の屈折力（パワ
ー）を有し、ポリゴンミラー７に向かう光束を平行光束
に近付けると、前述の相対的な主走査書込み位置のずれ
が低減する。

【００２５】このことについて、図７および図８を参照
して説明する。図７は、ポリゴンミラー７に向かう光束
が主走査方向について収束光束である場合のモデル図で
あり、図８は、ポリゴンミラー７に向かう光束が平行光
束である場合（請求項４）のモデル図である。図７およ
び図８の両図において、図示上部の矢印は書き込み開始
時の２つのビームの主光線（実線および破線）が走査光
学系（走査レンズ８および９に相当）を介して、被走査
面１２に向かう様子を示している。図示下部の矢印は書
き込み終了時の２つのビームの主光線（実線および破
線）が走査光学系を介し、被走査面１２に向かう様子を
示している。複数の発光点が主走査方向に所定間隔を存
して配置されているので、ポリゴンミラー７で反射され
た光束は２つのビームの主光線間で主走査方向に間隔Δ
１およびΔ２を有している。図７においては、走査光学
系が収束光束を被走査面１２上で結像するように設計さ
れているので、被走査面１２上で主走査方向において２
ビームの書き込み位置が相対的に異なる（Δ１′、Δ
２′、且つ、Δ１′≠Δ２′）。ところが、図８におい
ては、走査光学系が平行光束を被走査面１２上で結像す
るように設計されているので、被走査面１２上で主走査
方向において２つのビームの書き込み位置が一致する
（請求項４に対応）。

【００２６】ところで、この種の光走査装置において、
安定したビームスポット径を得ることは非常に重要であ
り、そのためには温度変化によるビームウエスト位置変
動を低減する必要がある。ここで、第１光学系（カップ
リングレンズ２）から射出される光束を収束光束とし、
線像形成レンズ（第２光学系）４が主走査方向に負の屈
折力を持つようにすれば、全光学系の主走査方向につい
ての倍率が増大する。ここで、光源である半導体レーザ
アレイ１と、第１光学系を構成するカップリングレンズ
２等の光学素子が、一体化された部材に固定されていれ
ば、走査光学系で発生する主走査方向のビームウエスト
位置変動を効果的に低減することができる。例えば、温
度が上昇する場合、走査光学系に関しては、走査光学系
の主走査方向についての焦点距離が増大し、ビームウエ
スト位置が正（プラス）方向、すなわちポリゴンミラー
７から遠くなる方向、にずれる。逆にポリゴンミラー７
以前の光学系に関しては、光源の半導体レーザアレイ１
とカップリングレンズ２との間隔が増大することによ
り、ビームウエスト位置が走査光学系による方向とは逆
方向に移動する（ビームウエスト位置が負（マイナス）
側に戻る）ので、倍率が増大する分、温度補償効果は、
大きくなる。

【００２７】また、走査光学系の走査レンズ８および９
等の結像素子としてプラスチック材からなる結像素子を
用いると、低コスト化、および面形状の自由度の増大等
の大きなメリットがあるが、走査光学系による主走査方
向についてのビームウエスト位置の変動が大きくなる。
このとき、特に、光偏向器であるポリゴンミラー７より
以前の光学系により温度補償を行うことが重要となる
（請求項３に対応する）。すなわち、次の３つの要件を
満たすことにより、高速化に必要な光量を確保すること
ができ、複数の光源間の主走査方向の相対的な書き込み
位置ずれを低減することができ、そして温度変化による
ビームウエスト位置変動を低減することができる。

【００２８】（１）第１光学系（カップリングレンズ
２）から射出される光束が収束光束に変換される。 （２）第２光学系の線像形成レンズ４が少なくとも主走
査方向に負の屈折力（パワー）を有する。 （３）光源（半導体レーザアレイ１）と第１光学系を構
成する光学素子（カップリングレンズ２）とが一体化さ
れた部材に固定される。 また、第２光学系である線像形成レンズ４が主走査方向
に負の屈折力を有しているので、光学素子を光軸方向に
移動して調整を行うことによって、容易に主走査方向の
ビームスポット径の調整を行なうことができる。

【００２９】〈請求項５および請求項６に関して〉図５
は、カップリングレンズ２の直後に開口絞り３が配置さ
れ、且つカップリングレンズ２からの射出光束が平行光
束である場合を示した図である。開口絞り３で反射され
たゴースト光が再び発光点近傍に集光されてもどるた
め、射出光量が変動する可能性がある。図６は、カップ
リングレンズ２の直後に開口絞り３が配置され、且つカ
ップリングレンズ２からの射出光束が収束光束である場
合を示した図である。図示のようにゴースト光は広がっ
た状態で発光点に戻るので、射出光束が変動することは
ない。また、上述した式（１）と同様に被走査面１２上
の主走査方向のビームスポット径をωとすると、近似的
に以下の式が成立する。 ω＝Ｋ′・ｆ／Ａｐ （３） （Ｋ′は定数、開口絞り３の主走査方向の径をＡｐとす
る） ここで、開口径の公差をΔＡｐとするとビームスポット
径のばらつきΔωは、次式で示される。

【００３０】 Δω＝｛Ａｐ／（ＡＰ＋ΔＡｐ）｝×ω （４） 公差ΔＡｐは、開口径にかかわらず同レベルの加工レベ
ルを有するので、ビームスポット径のばらつきを低減す
るためには、主走査方向絞り径Ａｐを大きくする必要が
あり、そのためには第１光学系の最終の光学素子（カッ
プリングレンズ２）と第２光学系の最初の光学素子（線
像形成レンズ４）との間に開口絞り３を配備すると良
い。さらに、カップリングレンズ２、つまり第１光学系
における最終の光学素子、から開口絞り３までの距離Ｌ
１、および開口絞り３から線像形成レンズ４、つまり第
２光学系における最初の光学素子、までの距離Ｌ２が、 Ｌ１＜Ｌ２ （５） を満足するようにすれば、主走査方向絞り径Ａｐを大き
くすることができるのでビームスポット径のばらつきは
さらに低減できる。

【００３１】また、式（５）に従ってＬ１＜Ｌ２とする
と副走査方向における開口絞り３の共役点と被走査面１
２との距離が遠くなる。図９は、副走査方向の断面にお
けるパワー（屈折力）配置とアパーチャ位置をモデル図
として示している。開口絞り３が、式（５）のＬ１＜Ｌ
２を満足する位置Ａに配置された場合と、開口絞り３
が、Ｌ１＞Ｌ２の範囲内の位置Ｂに配置された場合につ
いて検討する。

【００３２】開口絞り３は、それ以降の光学系の入射瞳
として機能するため、複数のビームが開口絞り３の共役
点から互いに角度を有して被走査面１２に向かって進行
する。このとき、位置Ｂに開口絞り３を置いた場合のよ
うに、開口絞り３の共役点が被走査面１２に近いと被走
査面１２に向かう複数のビームが相対的に角度を有して
しまい、副走査方向の像面湾曲の影響により、複数のビ
ームによる走査線間隔が像高毎に異なるという問題が発
生する。また、同様に開口絞り３の共役点が被走査面１
２に近いと回折の影響を大きく受け、副走査方向のビー
ムスポット径の深度余裕が減小する。そこで、図示のよ
うに開口絞り３を、Ｌ１＜Ｌ２の位置Ａに配置すること
により、開口絞り３の副走査方向の共役点と被走査面１
２との間の距離が増大し（Ｂ→Ａ）、複数ビームによる
像高の相違に対しても走査線間隔がほぼ均一になる。加
えて、回折の影響を低減することができ、副走査方向の
ビームスポット径の深度余裕が増大する。

【００３３】〈請求項７に関して〉図１０は、光源であ
る半導体レーザアレイ１から第２光学系までの光学系を
主走査断面について示したものである。ここで、第２光
学系を構成する線像形成レンズ４は、主走査方向に負の
屈折力を有する樹脂製のレンズ４ａと、副走査方向に正
の屈折力を有するガラス製のレンズ４ｂとを含んでい
る。前述したように、温度変動が発生したとき、光源の
半導体レーザアレイ１とカップリングレンズ２との間隔
の変化による主走査方向のビームウエスト位置の変化
と、走査光学系の走査レンズ８および９における主走査
方向のビームウエスト位置の変化における動作が逆方向
となるが、光源の半導体レーザアレイ１とカップリング
レンズ２の間隔の変化による補正が不充分であることが
多い。ここで、第２光学系としての線像形成レンズ４
が、主走査方向に負の屈折力を有する樹脂製のレンズ４
ａを持てば、走査光学系（走査レンズ８および９）にお
けるビームウエスト位置の変化と逆の方向に変化するの
で温度補償の効果はさらに大きくなる。

【００３４】〈請求項８に関して〉図１１に、上述した
光走査装置を用いて構成した本発明の第２の実施の形態
による画像形成装置の構成を示している。図１１の画像
形成装置は、帯電器１４、現像器１５、転写用帯電器１
６、記録媒体１７、定着器１８、感光体１９、クリーニ
ング器２０、および光走査装置２１を備えている。図１
１において、光走査装置２１は、上述され且つ図１等に
示されたものと同様の光走査装置であり、感光体１９の
「露光」に用いられる。帯電器１４は、感光体１９の
「帯電」に用いられる。現像器１５は、感光体１９の
「現像」に用いられ、転写用帯電器１６は、「転写」に
用いられる。記録媒体１７は、形成された画像をハード
コピーとして記録するための媒体である。定着器１８
は、記録媒体１７に転写された画像を「定着」させる。
感光体１９は、露光により潜像が形成される。クリーニ
ング器２０は、感光体１９の「クニーニング」を行な
う。

【００３５】すなわち、感光体１９が、クリーニング器
２０によりクリーニングされた後、帯電器１４で静電気
が帯電され、光走査装置２１で露光されることにより、
被走査面である感光体１９の外周面上に静電潜像が形成
される。現像器１５は、感光体１９の外周面の潜像を現
像し、転写用帯電器１６によって、記録媒体１７に転写
される。記録媒体１７に転写された画像は、定着器１８
によって定着され排出される。クリーニング器２０は、
転写後の感光体１９をクリーニングして、次の帯電およ
び露光に備える。上述したような、帯電→露光→現像→
転写→定着という工程を通して記録媒体１７上に画像が
形成される。光走査装置２１として上述した光走査装置
（請求項１〜請求項７に対応）を用いることにより、高
速および高画質に対応し得る画像形成装置を構成するこ
とができる。

【００３６】

【実施例】次に、上述した第１の実施の形態における光
走査装置、すなわち第２の実施の形態における画像形成
装置にも適用し得る光走査装置、の光学系の具体的な構
成の一実施例の光学系データについて説明する。光走査
する画像の画素密度を１２００ｄｐｉとし、光源の半導
体レーザアレイ１の発光波長を７８０ｎｍとする。半導
体レーザアレイ１は、４チャンネル、すなわち４個の発
光点を有するレーザダイオードアレイとし、この半導体
レーザアレイ１の隣接する光源発光点間隔は、１４μ
ｍ、副走査方向に対する傾け角（図２に示す角度θ）
は、５９．５°とする。

【００３７】〈ポリゴンミラー７よりも前の部分の光学
系〉まず、光偏向器であるポリゴンミラー７よりも前の
部分の光学系のデータを表１に示す。ここでは、主走査
方向曲率半径をＲｍ、副走査方向曲率半径をＲｓ、使用
波長での屈折率をＮ、そして光軸方向の距離をＸとして
いる。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１において面番号に「＊」印が付されて
示される面は共軸非球面である。ここでは、具体的な数
値は示さないが、カップリングレンズ２の射出光束にお
ける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から射出された光束は収束光束であり、開口絞り
３を通過して、開口絞り３から１０４０ｍｍ離れた位置
に結像する。また、光偏向器を構成するポリゴンミラー
７は、いわゆるＡ寸が１８ｍｍで６面のポリゴンミラー
である。 〈ポリゴンミラー７よりも後の部分の光学系〉ポリゴン
ミラー７よりも後の部分の光学系のデータを表２に示
す。

【００４０】

【表２】 表２において、面番号に「＊」が付して示される面は共
軸非球面であり、次式であらわされる。

【００４１】

【数１】

【００４２】式（６）において、面番号１の面は、 Ｋ＝２．６６７、 Ａ＝１．７９Ｅ−０７、Ｂ
＝−１．０８Ｅ−１２、 Ｃ＝−３．１８Ｅ−１４、Ｄ
＝３．７４Ｅ−１８ である。面番号２の面は、 Ｋ＝０．０２、 Ａ＝２．５０Ｅ−０７、Ｂ
＝９．６１Ｅ−１２、 Ｃ＝４．５４Ｅ−１５、Ｄ＝
−３．０３Ｅ−１８ である。また、表２において面番号に「＊＊」が付して
示される面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、
副走査方向の曲率半径がレンズ高さにより連続的に変化
する。すなわち、面番号３の主走査方向形状は式（６）
であらわされ、 Ｋ＝−７１．７３、 Ａ＝４．３３Ｅ−０８、 Ｂ＝
−５．９７Ｅ−１３、Ｃ＝−１．２８Ｅ−１６、 Ｄ＝
５．７３Ｅ−２１ である。なお、面番号３の面は、主走査に対応する方向
における光軸からの距離Ｙを変数として偏向直交面内の
曲率半径をＲｓ（Ｙ）とした時、このＲｓ（Ｙ）を特定
するのに、次の多項式を用いるものとする。

【００４３】 Ｒｓ（Ｙ）＝Ｒｓ（０）＋Σｂｊ・Ｙ^ｊ （ｊ＝１，２，３，…） （７） 面番号３の面は、主走査対応方向について光軸対称であ
り、 Ｒｓ（０）＝−４７．７、 ｂ２＝１．６０
Ｅ−０３、ｂ４＝−２．３２Ｅ−０７、 ｂ６＝１．
６０Ｅ−１１、ｂ８＝−５．６１Ｅ−１６、 ｂ１０＝
２．１８Ｅ−２０、ｂ１２＝−１．２５Ｅ−２４ である。なお、この光学系には、図１に示されるように
屈折率１．５１１のガラスを用いた厚さ１．９ｍｍの防
音ガラス６を挿入しており、この防音ガラス６は偏向面
内で８°傾けて配置している。開口絞り３の開口径を
５．２（主走査方向）×１．７（副走査方向）とする
と、次表に示すように、各像高で安定したビームスポッ
ト径を得ることができる。

【００４４】

【表３】

【００４５】また、半導体レーザアレイ１の発散角は、
半値でθ⊥が３１°、θ//が９°となっており、開口絞
り３が収束光束上にあり、そしてＬ１＜Ｌ２を満足する
位置に配備されているので十分な光利用効率が得られ
る。また、この実施例において走査レンズ８および９
は、プラスチック材（アッベ数５５．５、線膨張係数７
Ｅ−０５（１／Ｋ））を用いており、光源の半導体レー
ザアレイ１とカップリングレンズ２は、アルミニウムま
たはアルミニウムと同等の線膨張係数（２．３Ｅ−０
５）を有する樹脂材により一体加工された部材（図示せ
ず）に固定されている。このとき、温度変動による主走
査方向のビームウエスト位置変化は０．４２ｍｍと小さ
くなっている。なお、図１０に示すように、主走査方向
に負の屈折力を有する樹脂製レンズ４ａと副走査方向に
正の屈折力を有するガラス製レンズ４ｂとを組み合わせ
れば温度補償の効果はさらに大きくなる。

【００４６】また、Ｌ１＝１のとき、開口絞り３の共役
点は被走査面から−８０ｍｍの位置にあり、Ｌ１＝６０
のときよりも被走査面１２から３３ｍｍ遠ざかってお
り、複数ビームの走査線間隔の均一化、並びに副走査ビ
ームのスポット径深度幅の拡大を実現することができ
る。上述においては、複数の発光点を有する光源として
は半導体レーザアレイ１を例示したが、これに類似する
光源であれば、他のものとしても良い。また、複数の発
光点を有する光源をさらにプリズム等を用いて合成する
か、または偏向面上で交差させるようにすることにより
発光点数をさらに増大させることも可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、温
度変化に対するビームスポット径の変動を低減し、高速
化に充分な光量を確保し、狙い通りのビームスポット径
を獲得して、複数ビームの被走査面上における相対的主
走査方向のドット位置ずれおよび光偏向器による光ビー
ム走査における反射点のばらつきに起因する主走査方向
のドット位置ずれを低減するとともに、開口絞りおよび
シリンドリカルレンズ等の第２光学系の光学素子で反射
したゴースト光の影響を低減して、高画質に対応するこ
とが可能となる光走査装置および画像形成装置を提供す
ることができる。

【００４８】特に、本発明の請求項１の光走査装置によ
れば、複数の発光点を有する光源、前記光源の各発光点
から射出される光束を収束光束に変換する第１光学系、
前記第１光学系から射出された光束を偏向走査する偏向
走査手段と、前記偏向走査手段からの偏向光束を被走査
面上に導く走査光学系、前記第１光学系と前記偏向走査
手段との間に配設され、少なくとも主走査方向について
負の屈折力（パワー）を有する第２光学系、および前記
光源と前記偏向走査手段の間に配設される開口絞りを具
備し、前記光源および前記第１光学系を構成する光学素
子が、一体化された部材に固定されている構成により、
特に、光利用効率の向上、複数のビーム間の相対的な主
走査書き込み位置ずれの低減、および温度変動に対する
主走査方向のビームウエスト位置変化の低減を達成する
とともに、複数ビームの使用による光偏向器の回転数の
低減を可能とし、高耐久、低消費電力、低騒音、および
低振動を実現することができる。

【００４９】また、本発明の請求項２の光走査装置によ
れば、前記光源が、前記複数の発光点を主走査方向につ
いて所定の間隔を存して配置することにより、特に、所
望の画素密度に合わせて走査線間隔を設定して、光量の
確保が可能となるとともに、光学設計の自由度を向上さ
せることができる。本発明の請求項３の光走査装置によ
れば、前記走査光学系が、主走査方向に屈折力（パワ
ー）を有するプラスチック製の走査結像素子を含むこと
により、特に、低コスト化および面形状の自由度の増大
が可能となる。本発明の請求項４の光走査装置によれ
ば、前記第２光学系が、前記第２光学系から射出される
光束を少なくとも主走査方向についてほぼ平行光束とす
ることにより、特に、複数のビーム間の相対的な主走査
書き込み位置ずれを低減することができる。本発明の請
求項５の光走査装置によれば、前記開口絞りが、前記第
１光学系における最終の光学素子と、前記第２光学系に
おける最初の光学素子との間に配置されることにより、
特に、安定したビームスポット径を確保することがで
き、ゴースト光の影響を低減することが可能となる。

【００５０】本発明の請求項６の光走査装置によれば、
前記第１光学系における最終の光学素子から前記開口絞
りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞りから前記第２光
学系における最初の光学素子までの距離Ｌ２が、 Ｌ１＜Ｌ２ なる式を満足することにより、特に、安定したビームス
ポット径を確保することを可能とするとともに、副走査
方向のビームスポット径深度幅を拡大し、さらに、走査
線の間隔を像高によって均一とすることが可能となる。
本発明の請求項７の光走査装置によれば、前記第２光学
系が、プラスチック材料で形成され且つ主走査方向に負
の屈折力（パワー）を有する光学素子を含むことによ
り、特に、温度変動に対する主走査方向のビームウエス
ト位置変化を低減することができる。

【００５１】本発明の請求項８の画像形成装置によれ
ば、上記請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記
載された光走査装置を有し、前記光走査装置により感光
媒体を光走査により露光して、その露光分布に応じた静
電潜像を前記感光媒体上に形成する手段と、記録媒体上
に前記静電潜像に従ってトナーを担持させる手段とを具
備することにより、特に、高速で且つ高画質に対応させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光走査装置の
主として光学系に係る要部の構成を模式的に示す図であ
り、そのうち（ａ）は、平面図、（ｂ）は正面図であ
る。

【図２】図１の光走査装置において光源として用いる半
導体レーザアレイの詳細な配置構成を示す模式図であ
る。

【図３】図１の光走査装置を説明するための半導体レー
ザアレイを傾けない場合の開口絞りのエッジと開口絞り
上での１つの発光点からのビームの光量の等高線図であ
る。

【図４】図１の光走査装置を説明するための半導体レー
ザアレイを傾斜させた場合の開口絞りのエッジと開口絞
り上での１つの発光点からのビームの光量の等高線図で
ある。

【図５】図１の光走査装置を説明するためのカップリン
グレンズの直後に開口絞りが配置され、且つカップリン
グレンズからの射出光束が平行光束である場合のゴース
ト光を模式的に示す図である。

【図６】図１の光走査装置を説明するためのカップリン
グレンズの直後に開口絞りが配置され、且つカップリン
グレンズからの射出光束が収束光束である場合のゴース
ト光を模式的に示す図である。

【図７】図１の光走査装置を説明するためのポリゴンミ
ラーに向かう光束が主走査方向について収束光束である
場合のモデル図である。

【図８】図１の光走査装置を説明するためのポリゴンミ
ラーに向かう光束が主走査方向について平行光束である
場合のモデル図である。

【図９】図１の光走査装置を説明するための副走査方向
の断面におけるパワー配置とアパーチャ位置を示すモデ
ル図である。

【図１０】図１の光走査装置を説明するための光源であ
る半導体レーザアレイ１から第２光学系までの光学系を
主走査断面について示した模式図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装
置の要部の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザアレイ ２ カップリングレンズ ３ 開口絞り ４ 線像形成レンズ ５ ミラー ６ 防音ガラス ７ ポリゴンミラー ８ 第１の走査レンズ ９ 第２の走査レンズ １０ ミラー １１ 同期検知手段 １２ 被走査面 １４ 帯電器 １５ 現像器 １６ 転写用帯電器 １７ 記録媒体 １８ 定着器 １９ 感光体 ２０ クリーニング器 ２１ 光走査装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 13/18 Ｈ０４Ｎ 1/036 Ａ Ｈ０４Ｎ 1/036 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ 1/113 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４Ａ Ｆターム(参考） 2C362 AA07 AA13 AA42 BA84 2H045 BA23 CA67 CB22 CB24 CB63 2H087 KA19 LA25 LA28 NA08 PA02 PA17 PB02 QA03 QA06 QA12 QA13 QA22 QA37 QA38 QA41 RA05 RA07 RA13 UA01 5C051 AA02 CA07 DA02 DB02 DB22 DB24 DB30 DC04 DC07 FA01 5C072 AA03 BA17 DA02 DA18 HA02 HA06 HA09 HA13 HB10 XA01 XA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光点を有する光源と、 前記光源と共に一体化された部材に固定された光学素子
   からなり、前記光源の各発光点から射出される光束を収
   束光束に変換する第１光学系と、 前記第１光学系から射出された光束を偏向走査する偏向
   走査手段と、 前記偏向走査手段からの偏向光束を被走査面上に導く走
   査光学系と、 前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設され、少
   なくとも主走査方向について負のパワーを有する第２光
   学系と、 前記光源と前記偏向走査手段の間に配設される開口絞り
   とを具備することを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記光源は、前記複数の発光点を主走査
   方向について所定の間隔を存して配置してなることを特
   徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記走査光学系は、主走査方向にパワー
   を有するプラスチック製の走査結像素子を含むことを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記第２光学系は、前記第２光学系から
   射出される光束を少なくとも主走査方向についてほぼ平
   行光束とすることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 前記開口絞りは、前記第１光学系におけ
   る最終の光学素子と、前記第２光学系における最初の光
   学素子との間に配置されることを特徴とする請求項１、
   請求項２および請求項４のうちのいずれか１項の光走査
   装置。
6. 【請求項６】 前記第１光学系における最終の光学素子
   から前記開口絞りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞り
   から前記第２光学系における最初の光学素子までの距離
   Ｌ２は、 Ｌ１＜Ｌ２ なる式を満足することを特徴とする請求項５に記載の光
   走査装置。
7. 【請求項７】 前記第２光学系は、プラスチック材料で
   形成され且つ主走査方向に負のパワーを有する光学素子
   を含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のうちのい
   ずれか１項に記載の光走査装置。
8. 【請求項８】 上記請求項１〜請求項７のうちのいずれ
   か１項に記載された光走査装置を有し、前記光走査装置
   により感光媒体を光走査により露光して、その露光分布
   に応じた静電潜像を前記感光媒体上に形成する手段と、 記録媒体上に前記静電潜像に従ってトナーを担持させる
   手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。