JP2004020692A

JP2004020692A - 走査装置及びそれを用いた画像形成装置

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Publication number: JP2004020692A
Application number: JP2002172536A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ando; 安藤　利典
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】複数の光束で被走査面上を斜入射ジッタが少なく高精度に光走査することができ、高速で、しかも高画質な画像を容易に得ることができる走査装置及びそれを用いた画像形成装置を得ること。
【解決手段】複数の光束を発生する光源手段と、該複数の光束を偏向させる回転多面鏡と、回転多面鏡によって偏向される複数の光束を被走査面上に副走査方向に分離した位置に導光して主走査方向に走査させる走査光学系とを有し、被走査面は主走査方向を回転軸として傾斜して配置されており、該複数の光束のうち副走査方向において鈍角側に位置する１つの光束をＡ、鋭角側に位置する１つの光束をＢとし、光束Ａ、Ｂの回転多面鏡への入射角度θａ、θｂを適切に設定したこと。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に複数の発光点から出射した複数のレーザ光（光束）を光偏向器としての回転多面鏡（ポリゴンミラー）により反射偏向させ、走査光学系により被走査面上を光走査して画像情報を高速に記録するようにした、例えば電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ、そしてマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ等の発光素子を光源手段とし、これからの光束をポリゴンミラーと呼ばれる回転多面鏡で反射偏向し、さらにこれを走査レンズによって感光体上近傍にビームウエストをもつ光束にし、感光体上を移動する光スポットで走査する走査装置が種々と提案されている。
【０００３】
この走査装置においてはこれを搭載する画像形成装置の高速化、高密度化のため同時に複数の光束で感光体を走査する、いわゆる複数光束の走査装置が多数提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
被走査面（感光体）上において、光スポットの走査の方向を主走査方向と呼び、感光体上でこれとは直交する方向を副走査方向と呼ぶが、感光体からの反射光がレーザ走査光学系の光路を逆行して再びレーザ光源に入射すると光源の発光が不安定になるため、感光体表面は走査面に対し主走査方向とは直交する副走査方向に傾斜して配置するのが一般的である。
【０００５】
しかしながら複数光束を用いた走査装置において走査光を感光体面に傾斜させて入射させた場合、感光体上の複数の光束間で印字巾が異なると言う問題が生じる。これを斜入射ジッタと表現する。
【０００６】
この問題を解決するために特開平５−３３３２８１号公報においては感光体への入射角を所定角以下にし、斜入射ジッタを許容範囲に抑えると言う提案がなされている。
【０００７】
この提案では斜入射ジッタが発生すると言う現象を防止する方法に関して、何ら開示されておらず、また入射角を小さく設定する事による感光体からの戻り光の影響が大きくなると言う課題が残る。
【０００８】
また特開平９−１９７３０８号公報においては結像光学系を偏心させる事によってこの問題を軽減する例が示されているが、実際にはこのような偏心により他の結像性能が悪化し、スポット形状が乱れ、画質を著しく落とすと言う問題が生じる。
【０００９】
本発明は複数の光束で被走査面上を斜入射ジッタが少なく高精度に光走査することができ、高速で、しかも高画質な画像を容易に得ることができる走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査装置は、
複数の光束を発生する光源手段と、該複数の光束を偏向させる回転多面鏡と、回転多面鏡によって偏向される複数の光束を被走査面上に副走査方向に分離した位置に導光して主走査方向に走査させる走査光学系とを有し、被走査面は主走査方向を回転軸として傾斜して配置されており、該複数の光束のうち副走査方向において鈍角側に位置する１つの光束をＡ、鋭角側に位置する１つの光束をＢとし、光束Ａ，Ｂの回転多面鏡への入射角度をそれぞれθａ、θｂとし、前記走査光学系に入射する複数の光束がそれぞれ収束光であるとき、
｜θｂ｜＞｜θａ｜
前記走査光学系に入射する複数の光束がそれぞれ発散光であるとき、
｜θｂ｜＜｜θａ｜
を満足することを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
回転多面鏡の偏向点から入射光束の像点までの距離をＬとし、像点が実像の場合は距離Ｌを正、虚像の場合は距離Ｌを負とし、走査レンズのＫθ係数をＫとし、被走査面上への光の主走査方向の印字巾における最大画角をαｙ、被走査面上への光の副走査方向の斜入射角をαｚ、複数の光束のうち副走査方向の両端にある走査線の間隔をＰｚとし、回転多面鏡の内接円半径をＲｐ、印字半巾における回転多面鏡の回転角をθｓとし、回転多面鏡による印字開始端における光束の反射角をφｓ、同じく印字終了端における光束の反射角をφｅ、前記副走査方向両端にある走査線に向かう光束の回転多面鏡へ入射角の差をεとし、
ΔＷａ＝２×Ｐｚ×ｓｉｎ（αｚ）×ｔａｎ（αｙ）　　（式１）
【００１２】
【数２】

【００１３】
とするとき
｜（ΔＷａ−ΔＷｂ）｜≦２０μｍ
を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は請求項２の発明において、
｜ｋ／Ｌ｜＞２であることを特徴としている。
【００１５】
請求項４の発明は請求項１又は２の発明において、
前記光源手段は複数の発光素子を有する事を特徴としている。
【００１６】
請求項５の発明は請求項１又は２の発明において、
前記光源手段は複数の発光部を有する光源部を少なくとも１つ有している事を特徴としている。
【００１７】
請求項６の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至５の何れか１項の走査装置と、被走査面に配置された感光体と、該走査装置で走査された光束によって該感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、該現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器と、外部機器から入力されたコードデータを画像信号に変換して該走査装置に出力せしめるプリンタコントローラと、を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項７の発明のレーザービームプリンタは、
請求項１乃至５の何れか１項の走査装置を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の走査装置の実施形態１の上面概略図（主走査断面）である。
【００２０】
図１において１０ａ、１０ｂは弱収束、あるいは弱発散光等、非平行な光束を発生する第１及び第２の光源部（光源手段）であり、それぞれ第１、第２のレーザ光源１ａ，１ｂ、第１、第２のコリメータレンズ２ａ、２ｂそして各々の光束の外形を制限する第１、第２のアパーチャ３ａ、３ｂを有している。
【００２１】
第１、第２の光源部１０ａ、１０ｂからは１本の光束が放射されているが、各々複数の光束が放射される光源部を用いても良い。
【００２２】
４は複数の光束を合成するビーム合成手段であり、第１の光源部１０ａからの光束Ａの透過光と、光源部１０ｂからの光束の反射光Ｂとを角度差εとなるよう合成して後述する回転多面鏡（光偏向器）であるところのポリゴンミラー５に導光している。
【００２３】
２０は光源部１０ａ、１０ｂ及び光束合成手段４によって構成されている複数の光束を発生する光源手段としての複数光束発生部である。
【００２４】
９はポリゴンミラー５のミラー面の面倒れによる走査線位置の副走査方向の変位を軽微にするいわゆる「倒れ補正機能」のために設けられたシリンドリカルレンズである。
【００２５】
５は回転多面鏡であるところのポリゴンミラーであり、図示しないモータなどの駆動機構により回転中心Ｃのまわりを矢印Ａ方向に等角速度で回転している。
【００２６】
６は走査光学系であるところの走査レンズであり、二枚のレンズ６ａ、６ｂによって構成されている。７は被走査面であるところの感光体表面である。走査レンズは６はポリゴンミラー５によって偏向され、画角θ［ｒａｄ］で入射する光束を、像面上（被走査面７上）で、光軸Ｏａからの高さをＹ、定数をｋとするとき、Ｙ＝ｋ×θ［ｍｍ］の位置に結像するｋθ特性を有している。
【００２７】
これによりポリゴンミラー５により等角速度で偏向される光束を感光体７上で等速で移動するスポットに変換する事ができる。
【００２８】
走査装置からの光線は感光体表面７の印字巾（走査幅）Ｗｓｃａｎのなかで、所定の性能を満たすように設計されており、印字巾の両端部で光束は走査面７内でそれぞれほぼ等しい角度（入射角度）αｙで入射している。
【００２９】
次に感光体７からの戻り光防止配置について説明する。
【００３０】
図２（Ａ）は図１の光走査装置を副走査方向からみた概略図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の１部分の拡大図である。
【００３１】
図１における複数光束発生部２０からの光束は同図シリンドリカルレンズ９によって回転多面鏡５の一反射面５ａ近傍に副走査方向に僅かにずれた主走査方向に細い焦線ＳＡ、ＳＢとして結像している。本実施形態においては光源１ｂからの光束Ｂが一反射面５ａの上部に焦線ＳＢとして、又光束１ａからの光束が一反射面５ａの下部に焦点ＳＡとして位置するよう各部材を配置している。これは図１において光源部１０ａあるいは１０ｂを副走査方向に僅かに傾斜させる事によって、あるいはコリメータレンズ２ａあるいは２ｂを僅かに副走査方向に平行偏心させる事などによって行っている。
【００３２】
これらの一反射面５ａに形成された焦線ＳＡ、ＳＢは走査レンズ系６によって被走査面７に再度結像され、上下の位置関係が逆転する。すなわち図２（Ａ）において感光体７面の上部に光束Ａによる走査線ＬＡが位置し、下部に光束Ｂによる走査線ＬＢが位置している。
【００３３】
また感光体の表面７は入射する光束Ａ、Ｂに対し所定角αｚだけ傾斜して構成している。
【００３４】
光束Ａ、Ｂと表面７との交点Ｏａａに立てた法線７ｈと光束Ａ、Ｂとのなす角度がαＺとなる。
【００３５】
即ち複数の光束Ａ、Ｂは副走査断面内において、角度をもって入射している。これにより光束Ａ、Ｂのうち上部の光束Ａ側で感光体表面７と光束は鈍角となり、Ｂ光束側で鋭角となっている。
【００３６】
これは感光体表面７で反射したレーザ光が再び光走査装置に入射し、光路を逆にたどってレーザ光源１に戻った場合、レーザ光源１の発光が不安定になると言う問題が生じるためである。角度αｚは以下のようにして決定される。
【００３７】
今図１０に示すように走査装置の副走査方向のスポットの半径（１／ｅ２半径）ωｚは、波長λのレーザ光を用い、光束の副走査方向の強度分布がほぼ一定として
ωｚ＝０．４１λ／Ｎ．Ａ．　　　　（式３）
で表わされる。
【００３８】
このＮ．Ａ．は図１１で示すように、収束しながら感光体へ向かう光束の副走査方向の最外部の光線（マージナル光線）の収束角θａの半角の正弦
【００３９】
【数３】

【００４０】
であり、このマージナル光線が感光体で反射し、再び光路を逆行しないためには感光体はこの角度以上傾斜させる必要がある。また、種々の公差を考慮すれば少なくともこれに１度以上は余裕を持たせて感光体の傾斜を設定することが望ましい。
【００４１】
さらに、感光体が円筒の場合は入射位置が円筒方向にずれた場合に入射角度が変動する。感光体半径をＲｄとすると円周方向（副走査方向）にｅだけ印字位置がずれた場合の入射角度の変化は
ｔａｎ^−１（ｅ／Ｒｄ）　　　　　　（式５）
となるので、角度αｚの設定においては、この角度変動が生じた場合にも光線の戻りが生じないように考慮する必要がある。
【００４２】
本実施例では波長λを７８０ｎｍ、スポット直径（２×ωＺ）を６０μｍとしているため（式３）よりＮ．Ａ．を求めると
Ｎ．Ａ．＝０．４１×０．７８／３０＝０．０１０６６
これより光束の副走査方向の半角は約０．０１１ＲＡＤＩＡＮ（０．６度）である。
【００４３】
光束の副走査方向の端部光線が感光体で反射して、光路を逆行しないためには感光体はこの角度以上傾斜させる必要がある。種々の公差を考慮すれば少なくともこれに１度以上は余裕を持たせて感光体傾斜を設定する。
【００４４】
本実施例では感光体の半径Ｒｄは１５ｍｍであり、種々の公差により感光体上の副走査方向の印字位置変動ｅは±１ｍｍ程度である。この時の角度差は（式５）を用いて
ｔａｎ^−１（１／１５）＝３．８度
以上から感光体への副走査断面内の入射角αｚの設定値は余裕を１．６度とり
αｚ＝０．６＋３．８＋２．６＝７度
となる。
【００４５】
また、角度αｙはレンズ設計の結果２８度となった。
【００４６】
次に光線入射角の設定について説明する。
【００４７】
図３はポリゴンでの光束の入射、射出角度を表わすものである。図３において５ａはポリゴンミラー反射面のうちの一面、矢印Ａはポリゴンミラーの回転方向である。９はシリンドリカルレンズである。３１は光源部からポリゴンミラーへ入射する光束の中心線である。
【００４８】
３２はポリゴンミラーにより反射され　同期検知手段に向かう光束、３３は印字開始における光束、３４は印字終了端に向かい光束のそれぞれ方向を表している。３４は印字領域中央に達する光束の方向であり、実施例の説明の為、光線角度の基準として用いる。
【００４９】
光源部からポリゴンミラーへ入射する光束、及び走査方向の同期検知のためのＢＤ光束は、ポリゴンミラーから印字領域に向かう反射偏向光束とは空間的に分離されなくてはならない。
【００５０】
本実施例においては印字開始位置における光束３３の角度θｓｔａｒｔを−４２度、印字終了端に向かう光束３４の角度θｅｎｄを４２度とし、光線入射角θｉｎを６０度に、ＢＤ光束偏向角θｂｄを−５０度に設定している。
【００５１】
角度の基準は感光体上の走査巾の中央に向かう光束を基準とし、時計まわりを＋、半時計まわりを負とする。
【００５２】
以上の配置によりそれぞれの走査角においてポリゴンミラー面における光束の反射角はＢＤ光束において
φｂｄ＝（θｉｎ−θｂｄ）／２＝（６０＋５０）／２＝５５度
走査開始端において
φｓ＝（θｉｎ−θＳｔａｒｔ）／２＝（６０＋４２）／２＝５１度
走査終了端において
φｅ＝（θｉｎ−θｅｎｄ）／２＝（６０−４２）／２＝９度
となる。
【００５３】
なお本発明においては光線入射角は複数の光束ごとに微小に異なるが、上式のθｉｎはその平均値を表わすものである。
【００５４】
次にポリゴンへの入射光束の主走査方向の収束度の設定について説明する。
【００５５】
本実施例では、感光体７に斜入射による複数光束間の倍率誤差を補正するために、ポリゴンへの入射光束を非平行とする事を特徴としている。
【００５６】
しかしながらポリゴン５への入射光束を非平行とした場合、ポリゴン５の各面（反射面）の入射位置がポリゴン半径方向に変動した場合、これに応じて走査方向の印字位置が変動し、縦線揺らぎや印字ドットの配列誤差等いわゆるジッタが発生し画質を劣化させる事がたとえば特開平９−４３５２２号公報で知られている。
【００５７】
複数光束のポリゴン各面の入射位置の誤差は、ポリゴンミラーの加工精度、特に回転軸の位置精度、また、これを駆動するモータの歳差、軸の勘合精度などによって発生し、その量を例えば３０μｍ以下にする事は困難で、できるならば５０μｍ程度の誤差が有っても画像上問題ないようにする事が望ましい。われわれの検討においてはジッタ量は２０μｍ以下、できれば１０μｍ以下が望ましい。この値を超えると、特に副走査に連続する印字を行った場合、これがポリゴンの一回転に対応する間隔で変動するいわゆるジッタが目視でも認識され印字品位を低下させる。また周期的な網点によって濃度変化を表現しようとした場合、網点の周期とこのジッタの周期がビートを起こし、より低周波で目立ちやすいむらを発生させる。
【００５８】
図４は偏向点位置に差が生じた場合を表わした図である。
【００５９】
図４においてＰｉｎはポリゴンヘの入射収束光線であり、ポリゴン面法線に対しφなる角度で入射している。５ａはポリゴン反射面であり、反射面５ａで反射した光束は点Ｐで結像する様に収束している。
【００６０】
ポリゴン面５ａがｄだけ反射面法線方向にシフトし５ａ’となった場合を考える。シフト前後で反射光線の方向は変らないとする。
【００６１】
図４により、反射光束は反射後進行方向とは垂直にｓだけ変位し、点Ｐ’に集光する。
【００６２】
その値は
ｓ＝ｄ×ｓｉｎ（２×φ）／ｃｏｓ（φ）　　　　　　　（式６）
となる。
【００６３】
第１の収束点Ｐが走査レンズによって像高Ｙａに結像しているとすると、第２の収束点Ｐ’はＰがポリゴン回転によってＰ’に移動した場合の像高とほぼ等しい位置に結像する。ＡＢ間の距離はｓに略等しいからＡをＢに移動させるための偏向角変化Δθは反射点からＡまでの距離Ｌを用いて
Δθ＝ｓ／Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式７）
となる。
【００６４】
走査レンズは入射角と像高が比例関係を持つように設計されており、比例定数がＫであるから、結果、Δθによる像高変化ΔＹは上式で与えられる。
【００６５】
ΔＹ＝ｓ×Ｋ／Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式８）
ｓあるいはΔθがポリゴンの回転角によらず一定であれば、ＢＤ光束含み全域に渡って同一方向に同量の印字位置変化が発生するため、ＢＤ光束で同期信号を取る事でジッタは発生しない。しかしながらｓはポリゴンの反射角の関数であり、画角によって変動する。すなわちＢＤ光束の像高ずれと、印字領域の任意の位置の像高ずれとは同一とならず、その差分だけジッタとなって発生する。この値は、走査終了端でもっとも大きくなる。
【００６６】
ＢＤ検出時の光線の反射角をφＢＤ、走査終了端での反射角をφＥｎｄとすると、走査終了端における像高ずれΔＹは
ΔＹ＝ｄ×（ｓｉｎ（２×φＢＤ）／ｃｏｓ（φＢＤ）−ｓｉｎ（２×φｅｎｄ）／ｃｏｓ（φＥｎｄ））×Ｋ／Ｌ　　　　　　　（式９）
となる。
【００６７】
同様の現象は走査開始端でも同量生じ、その結果光束Ａによる印字巾Ｗａは光束Ｂによる印字巾Ｗｂよりも
ΔＷａ＝２×ΔＹ
＝２×Ｐｚ×ｓｉｎ（αｚ）×ｔａｎ（αｙ）　　　　　（式１０）
だけ増加する。
【００６８】
ΔＹの値は１０μｍ以下、できれば５μｍ以下が望ましい。前述した如くこの値を超えると、特に副走査に連続する印字を行った場合、これがポリゴン一回転に対応する間隔で変動するいわゆるジッタが目視でも認識され印字品位を低下させる。また周期的な網点によって濃度変化を表現しようとした場合、網点の周期とこのジッタの周期がビートを起こし、より低周波で目立ちやすいむらを発生させる。
【００６９】
一般的にポリゴンでの走査角はＢＤ光束を含めて半画角で３０度から５０度であり、ポリゴンヘの入射角は、偏向光束との干渉を避けるため、さらに１０度以上の角度を付ける。この時ポリゴンでの反射角は半画角３０度において５度から３５度、半画角５０度において５度から５５度である。この角度を上式のφＢＤ、φｅｎｄとして算出すると
ΔＹ＝１〜１．５×ｄ×Ｋ／Ｌ
であり、ポリゴン反射面各面の回転中心からずれ量の巾ｄ＝５０μｍ，ΔＹを２０μｍ以下とするには、Ｌは少なくともＫの２．５倍以上、できれば３．７５倍以上である事が望ましい。本実施例においてはポリゴンヘの入射光束の収束度は、ポリゴン反射面から収束点までの距離ＬをＫ２１２．７ｍｍの４．４倍の９４０ｍｍとしている。
【００７０】
次に光束の副走査斜入射による複数光束間の像高差について説明する。
【００７１】
従来例に於いて説明したように副走査方向に離間した複数光束で副走査方向に傾斜した感光体面を走査した場合、複数光束間で感光体上で主走査方向の走査巾に差が生じ、これが斜入射ジッタとなる。
【００７２】
以下、図５に従って感光ドラム７に入射するそれぞれの光束と感光ドラム表面７の法線７ｈとが副走査方向に所定の入射角αＺをなして配置した場合にそれぞれのスポットの結像位置が主走査方向にずれる原理を説明する。
【００７３】
理解を簡単にする為に、ここでは光源の数を２つと仮定して説明する。
【００７４】
図５は、感光ドラム７に２本の走査線を形成する光束Ａ、Ｂが平行して入射する様子を表わした斜視図である。この図において、主走査方向をＹ軸とし、副走査方向、即ち感光ドラムが移動する方向をＺ軸とし、感光ドラムの法線方向をＸ軸とする直交座標系を考える。
【００７５】
図１に示した様に、最大走査画角θのときにおける光束の主光線ＲＳと第３の光学系であるｆθレンズ６の光軸Ｏａとのなす角をαｙとし、ＸＹ平面（主走査断面内）と感光ドラム７に入射する光束が形成する平面とのなす角度をαｚとする。
【００７６】
このとき、２本の光束（走査線）はＸ方向に光路長差が発生し、その光路長差δＸは、感光ドラム上を同時に走査される各走査線の副走査方向の間隔をＰとするとき、
δＸ＝Ｐ×ｓｉｎ（αｚ）
で表わすことが出来る。
【００７７】
さらに、上記Ｘ方向の光路長差δＸが発生することにより、感光ドラムに入射する２本の光束の主光線は主走査方向（Ｙ方向）にも位置ずれが発生してしまい、その位置ずれ量δＹ１は、図５のＹ方向の端部（走査幅の大きくなる方向をプラスにとって）
δＹ＝δＸ×ｔａｎ（αｙ）＝Ｐ×ｓｉｎ（αＺ）×ｔａｎ（αｙ）
で表わすことが出来る。
【００７８】
図５は感光体上の複数光束の状態を表わしたものであり、７は感光体表面であり、走査線近傍においては曲率は無視できるため図では平面で表わしている。
【００７９】
複数の光束Ａ，Ｂは感光体に対し副走査方向にαｚなる角度で、且つその感光体上の間隔がＰとなるように入射している。
【００８０】
感光体に角度αｚで入射し感光体上で間隔Ｐとなる２光線の光路差ΔＸは図より
ΔＸ＝Ｐ×Ｓｉｎ（αｚ）
となる。
【００８１】
一方、主走査方向においては図１で示したとおり、それぞれの光束は画像端部にαｙなる角度をもって入射するため、結果この２光束の間には
ΔＹ＝Ｐ×Ｓｉｎ（αｚ）×Ｔａｎ（αｙ）
なる像高ずれが印字巾両端部にそれぞれ発生する。
【００８２】
実施例１の場合、間隔Ｐは、解像力が６００ＤＰＩ、すなわちスポット径が４２．３μｍであり、角度αｙは２８度、角度αｚは７度であるからこの値ΔＹは２．７μｍとなる。
【００８３】
前述したポリゴンの偏心によるジッタは、その周期がポリゴン一回転に等しいため比較的周期が長いが、斜入射によるジッタはポリゴン各面の周期になり、さらに少なく抑える事が要求される。できれば２μｍ以下にする事が望ましい。
【００８４】
次に複数光束のポリゴンへの入射角差について説明する。
【００８５】
本実施形態においては複数光束のポリゴン５ヘの入射角を適宜に設定する事により、前述斜入射によるジッタをキャンセルしている。
【００８６】
図６、図７はこの原理を説明するものである。
【００８７】
図６は走査開始端におけるポリゴン上５の反射面５ａでの光束の反射の挙動を示すものである。図６において反射光束のうち実線の光束は光束Ａであり、破線の光束は光束Ｂである。
【００８８】
光束Ａがポリゴンに入射する角度をθＡ、光束Ｂがポリゴンに入射する角度をθＢとする。以下の議論では角度は時計まわりを正とする。
【００８９】
光束Ｂは光束Ａに対してレンズ光軸Ｏａからみて大きい角度でポリゴン５の反射面５ａに入射しており、その差はεである。反射面５ａにおける光束Ａの反射角をφｓとする。
【００９０】
このため反射面５ａでの光束Ｂの反射光の方向を光束Ａと平行にするためにポリゴンが光束Ａを反射した角度よりもさらにε／２だけまわし、反射光がこの入射時の角度差εを打ち消すようにする場合を考える。
【００９１】
しかしながら同図で明らかなようにこのε／２の回転により光束Ｂの偏向位置はポリゴンの反射面５ａの法線方向にｄ、光線の進行方向とは垂直方向にＳｓだけ変位する。この量はポリゴン５の反射面５ａの中心Ｃａから反射点までの距離をＬｓ（負）として
【００９２】
【数４】

【００９３】
で表わされる。
【００９４】
図７は走査終了端におけるポリゴン５の反射面５ａ上での光束の反射の挙動を示すものである。反射面５ａへの光束Ａの入射角をφｅとする。
【００９５】
図６と大きく異なるのは、ポリゴンの回転により反射角が異なる事と、反射点が反射面中央に対し反対側に移動している事である。
【００９６】
これによりポリゴンの微小回転ε／２によって生じる光線シフトの量が異なると共に、その符号が異なる。走査終了端における光線シフト量Ｓｅはポリゴン反射面の中心Ｃａから反射点までの距離をＬｅ（正）として
【００９７】
【数５】

【００９８】
φｓ、φｅは同じ符号であり、Ｌｓ、Ｌｅが逆符号となるため、この結果、Ｂ光束の光線シフトは走査開始端、走査終了端で逆方向に発生し、打ち消される事が無い。
【００９９】
参考のため、一般的には複数の光束ＡＢは複数光束の発生部の構成により、ポリゴン反射面で同一の反射点とはならず一定の間隔を有し、結果、反射光束も所定量離間する事となるが、この量は反射角には依存せずに一定のため、本実施形態での課題であるジッタを生じないため、これを考慮する必要はない。
【０１００】
光線のシフトによって生じる像高の変動に関しては前述のポリゴンの偏心によって起きる光線シフトの場合と同様であるためその原理説明は省略するが、その量は以下の式で表わされる。
【０１０１】
【数６】

【０１０２】
Ｂ光束による走査線の印字巾に対するＡ光束の走査線の印字巾の変化ΔＷｂは結果
ΔＷｂ＝（ΔＹｅ−ΔＹｓ）
となり、印字タイミングを制御して、これを走査開始端、走査終了端でほぼ同量となるよう設定する。
【０１０３】
反射点位置の距離Ｌｓ、Ｌｅは走査巾両端の光束がほぼポリゴン反射面の中心に対し、対称な位置で反射する様に設定されるのが一般的であるから、走査半巾に相当するポリゴン回転角をθｓ（正）として
Ｌｓ＝−Ｒｐ×ｔａｎ（θｓ）
Ｌｅ＝Ｒｐ×ｔａｎ（θｓ）
と略表わせる。
【０１０４】
よってＢ光束による走査線の印字巾に対するＡ光束の走査線の印字巾の変化ΔＷｂは結果
【０１０５】
【数７】

【０１０６】
となる。
【０１０７】
本実施形態は以上の様な原理に従い複数の光束のポリゴン５の反射面５ａヘの入射角の差
ε＝θｂ−θａ
を適宜に設定しΔＷｂが前述感光体の斜入射によって生じるΔＷａと符号を同じにするか、出来れば略等しくする事によって複数ビーム間の印字巾の差を縮小し、良好な画像を得るものである。
【０１０８】
ここで、ポリゴンへの光束が収斂光のときは
ε＞０
又、発散光のときは
ε＜０
となる。
【０１０９】
本実施形態では斜入射によって生じる印字巾変化ΔＷａと光源の収束／発散によって生じる印字巾変化ΔＷｂが
Δｗａ−Δｗｂ≦４００μｍ
としている。
【０１１０】
特に好ましくは
Δｗａ−Δｗｂ≦１０μｍ
とするのが良い。
【０１１１】
具体的に本実施例における構成を列挙すれば、
斜入射による印字巾変化ΔＷａ　を引き起こす要素として
被走査面上への主走査方向の最大画角　αｙ＝２８度
戻り光を防止する為の副走査方向の入射角　αｚ＝７度
複数ビームの間隔は　Ｐｚ＝４２．３μｍ
これらから　　ΔＷａ＝５．５μｍ
これを補正するためにとる構成として
印字半巾における回転多面鏡回転角　θｓ＝２１度、
ポリゴンの内接円半径は　Ｒｄ＝２１．６５ｍｍ、
ポリゴン面による　印字開始端における光線反射角反射角　φｓ＝５１度
ポリゴン面による　印字終了端における光線反射角反射角　φｅ＝９度
であり、複数光束のポリゴンへの入射角度差を　ε＝１０分　と設定している。
【０１１２】
光線入射角と像高の関係を表すＫθ係数　Ｋ＝２１２．７ｍｍ／ｒａｄ
ポリゴン偏向点から入射光束の像店までの距離　Ｌ＝＋９４０ｍｍ
とし、これらを式８に代入することにより、
ΔＷｂ＝５．１μｍ
となる。Ｂ光束による印字巾は全体で５．２μｍ印字巾が延び、これをＢＤタイミングを多少ずらす事により画像両端に当分に振り当てることにより斜入射によるＡ光束に対する画像巾の増加ΔＷａをほぼキャンセルする事ができる。
【０１１３】
（実施形態２）
実施形態１においては複数の光源からの光束をそれぞれコリメータレンズによって収束光束とし、これをビーム合成手段で結合して複数の光束を形成していたが、本発明はこれに限らず、一つの素子で複数の発光部を有するたとえばモノリシックマルチ光束レーザなどを用いても良い。
【０１１４】
図８はモノリシックマルチ光束を用いた場合の複数光束発生部を示したものであり、図８において８１は複数の発光部を有する光源素子であり、本実施形態においては４つの発光点１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを有するモノリシックマルチビームレーザ素子である。
【０１１５】
２は光源素子からの４本の光束をそれぞれ略収束系に変換するコリメータレンズであり、３は光束の外形を制限するアパーチャ、９は紙面と垂直方向にパワーを有するシリンドリカルレンズ、５ａはポリゴンミラー５の反射面である。走査レンズ、感光体等の配置、構成は、実施形態１とまったく同一であり、図８中の構成も、実施形態１と同一の番号を打ったものは同じ機能を有している。
【０１１６】
光源素子８１の発光点１ａ、１ｃ、１ｄ、１ｂはこの順に直線状に並んでおり、コリメータレンズの光軸を回転中心に紙面垂直方向に微小角回転して配置されている。この結果各発光点は副走査方向に像高をもち、この結果、感光体面７上においても副走査方向に間隔を空けたスポットとして結像走査される。
【０１１７】
すなわち本実施形態では感光体面７上を４本の光束（走査線）で同時に走査するものであり、それぞれの光束の走査線の間隔は実施形態１と同じく６００ＤＰＩに相当する４２．３μｍである。
【０１１８】
但し、本実施形態では感光体面７上で並ぶ４本の光束による走査線の間隔は実施形態１の３倍の１２７μｍとなり、斜入射による倍率差も３倍となる。
【０１１９】
このため本実施形態ではポリゴンヘの４本の光束のそれぞれ最外部にある光束Ａ、Ｂの二光束の入射角度差εを実施形態１の３倍の３２分としている。
【０１２０】
発光点の間隔は９０μｍであり、発光点１ａ、１ｂの間隔はその３倍の２７０μｍである。
【０１２１】
この発光点からの光束に３２分の角度差を持たせるために本実施形態では、コリメータレンズの焦点距離を２７０μｍ／ｔａｎ（３２分）＝２９ｍｍに設定している。
【０１２２】
（実施形態３）
図９は本発明の実施形態３を示したものであり、実施形態２との差は、複数光束の発生部に２つの発光点をもつ光源を２つ組み合わせて４本の光束を作成しているところである。
【０１２３】
図９において９１は第１の光源であり、発光点９１ａ、９１ｂの２つの発光部を有している、９３は第１の光源９１からの光束を略収束光束とする第１のコリメータレンズである。
【０１２４】
９２は第２の光源であり、発光点９２ａ、９２ｂの２つの発光部を有している、９４は第２の光源からの光束を略収束光束とする第２のコリメータレンズである。
【０１２５】
９５はコリメータレンズ９３、９４からの光束を合成する光束合成手段であり、第１のコリメータ９３からの光束は反射し、第２のコリメータ９４からの光束は透過するように設定し、結果それぞれの光束を角度差εとなるよう合成している。
【０１２６】
以上説明した実施形態は光源部からの光束はすべて収束光であったが、これは発散光で有っても良い。
【０１２７】
発散光であった場合は、ポリゴンで反射した光束は負の距離Ｌの位置に虚像を有する。すなわち式１においてＬが負となると言う事である。この場合前述した配置では光束Ｂの走査巾は逆に短縮されてしまう。
【０１２８】
そこでポリゴンに発散光を入射させる場合はεの符号を逆にする。すなわち複数光束の入射角の大小を入れ替え、走査面上で走査線に対し鋭角側に有り、鈍角側にある光束よりも走査巾が減少する光束をより小さい角度でポリゴンに入射させる方法を用いれば、同様の効果が得られる。
【０１２９】
［カラー画像形成装置］
図１２は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、走査装置（走査光学系）を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１２において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施形態１、２、３に示したいずれかの構成を有する走査装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、図１２においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。
【０１３０】
図１２において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ走査装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。
【０１３１】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は走査装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０１３２】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【０１３３】
前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【０１３４】
尚、本発明ではカラー画像形成装置に実施形態１、２又は３の走査装置を適用したが、もちろんモノクロ画像形成装置に適用しても良い。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば複数の光束で被走査面上を斜入射ジッタが少なく高精度に光走査することができ、高速で、しかも高画質な画像を容易に得ることができる走査装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【０１３６】
この他、本発明による複数光束を用いた走査装置において、ポリゴンへの複数光束の入射角度を適宜に設定する事により、感光体等の被走査面からの戻り光を防止するために被走査面に光束を斜入射する事によって生じるジッタをキャンセルし、結像特性を全く劣化させることなく、被走査面全域における複数のスポットの主走査方向の結像位置のずれをほぼ完全に相殺し補正することによって、高速・高記録密度に適した複数高速の走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のマルチビーム光走査光学系の主走査方向の要部断面図
【図２】本発明の実施形態１のマルチビーム光走査光学系の副走査方向の要部断面図
【図３】本発明の実施形態１のポリゴンと入射光束、反射光束の角度関係を示す説明図
【図４】ｆθレンズに入射する複数の収束光が主走査方向に位置ずれがあったときに、ドラム面上でそれぞれのスポットが主走査方向に位置ずれを起こすことの説明図
【図５】ドラム入射光線とドラム法線とが副走査方向に角度をもったときに発生する複数光束の主走査方向位置ずれを説明図
【図６】走査開始側における複数光束の主光線がポリゴンで反射される状態を説明図
【図７】走査終了側における複数光束の主光線がポリゴンで反射される状態を説明図
【図８】本発明の実施形態２の複数光束走査装置の光源部分を示す説明図
【図９】本発明の実施形態３の複数光束走査装置の光源部分を示す説明図
【図１０】感光体面上に入射する光束の光強度分布の説明図
【図１１】感光体面上に入射する光束のＮＡの説明図
【図１２】本発明の画像形成装置の要部概略図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ　第１及び、第２の光源
２ａ、２ｂ　第１及び第２のコリメータレンズ
４　光束合成手段
５　光偏向器（ポリゴンミラー）
６　走査レンズ
７　感光体
９　シリンドリカルレンズ
１１、１２、１３、１４　走査光学装置
２１、２２、２３、２４　像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４　現像器
４１，４２，４３，４４　光ビーム
５１　搬送ベルト
５２　外部機器
５３　プリンタコントローラ
６０　カラー画像形成装置

Claims

複数の光束を発生する光源手段と、該複数の光束を偏向させる回転多面鏡と、回転多面鏡によって偏向される複数の光束を被走査面上に副走査方向に分離した位置に導光して主走査方向に走査させる走査光学系とを有し、被走査面は主走査方向を回転軸として傾斜して配置されており、該複数の光束のうち副走査方向において鈍角側に位置する１つの光束をＡ、鋭角側に位置する１つの光束をＢとし、光束Ａ、Ｂの回転多面鏡への入射角度をそれぞれθａ、θｂとし、前記走査光学系に入射する複数の光束がそれぞれ収束光であるとき、
｜θｂ｜＞｜θａ｜
前記走査光学系に入射する複数の光束がそれぞれ発散光であるとき、
｜θｂ｜＜｜θａ｜
を満足することを特徴とする走査装置。
回転多面鏡の偏向点から入射光束の像点までの距離をＬとし、像点が実像の場合は距離Ｌを正、虚像の場合は距離Ｌを負とし、走査レンズのＫθ係数をＫとし、被走査面上への光の主走査方向の印字巾における最大画角をαｙ、被走査面上への光の副走査方向の斜入射角をαｚ、複数の光束のうち副走査方向の両端にある走査線の間隔をＰｚとし、回転多面鏡の内接円半径をＲｐ、印字半巾における回転多面鏡の回転角をθｓとし、回転多面鏡による印字開始端における光束の反射角をφｓ、同じく印字終了端における光束の反射角をφｅ、前記副走査方向両端にある走査線に向かう光束の回転多面鏡へ入射角の差をεとし、
ΔＷａ＝２×Ｐｚ×ｓｉｎ（αｚ）×ｔａｎ（αｙ）

とするとき
｜（ΔＷａ−ΔＷｂ）｜≦２０μｍ
を満足することを特徴とする請求項１の走査装置。
｜ｋ／Ｌ｜＞２であることを特徴とする請求項２の走査装置。
前記光源手段は複数の発光素子を有する事を特徴とする請求項１又は２の走査装置。
前記光源手段は複数の発光部を有する光源部を少なくとも１つ有している事を特徴とする請求項１又は２の走査装置。
請求項１乃至５の何れか１項の走査装置と、被走査面に配置された感光体と、該走査装置で走査された光束によって該感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、該現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器と、外部機器から入力されたコードデータを画像信号に変換して該走査装置に出力せしめるプリンタコントローラと、を有することを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至５の何れか１項の走査装置を用いて、前記被走査面上に設けた感光ドラムに光束を導光することを特徴とするレーザービームプリンタ。