JP2005099336A - 走査光学装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、ＢＤ光束の収差を低減し、ＢＤ光束の回転が生じることによるビームスポット形状の乱れを防止し、ＢＤ検知精度を向上させた走査光学装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明では、副走査断面内斜入射光学系の構成をとる走査光学装置において、同期検出光学系を構成する同期検出光学素子の光学面の光軸と前記同期検知光束の主光線との関係を適切に設定している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光源手段から射出した光束を偏向器の回転軸に垂直な面に対し所定角度で偏向器に光束を入射して偏向させ、ｆθ特性を有した走査光学系により被走査面上を光走査する走査光学装置の走査同期を検知する同期検知光学系に関する。また、この走査光学装置を用いて画像情報を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ービームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置に好適なものである。

従来の技術（特許文献１、２、等）を、図９〜図１１を用いて説明する。

図９はカラー画像をプリントする画像形成装置であり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して独立した像担持体（以下、感光ドラムと表記）を持つ。感光ドラムは導電体に感光層を塗布したもので、走査光学装置から出射されたレーザ光により静電潜像を形成する。２１は図示しない画像読取装置もしくはパーソナルコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいてレーザ光を照射する走査光学装置、１２２は前記感光ドラムに摩擦帯電されたトナーで感光ドラム上にトナー像を形成する現像器、１２３は前記感光ドラム上のトナー像を転写用紙に搬送するための中間転写ベルト、１２４はトナー像を形成する用紙を格納する給紙カセット、１２５は用紙上に転写されたトナー像を熱により用紙に吸着させる定着器、１２６は定着された転写用紙を積載する排紙トレイ、１２７は感光ドラムに残ったトナーを清掃するクリーナーである。

画像形成は、走査光学装置から画像情報に基づいてレーザ発光した光を感光ドラム上に照射することで、帯電器により帯電された感光ドラムに静電潜像を形成する。その後現像器内で摩擦帯電されたトナーを前記静電潜像に付着させることで前記感光ドラム上にトナー像が形成される。前記トナー像は前記感光ドラム上から中間転写ベルト上に転写され、本体下部に設けられた給紙カセットから搬送された用紙にトナー像を再度転写することで画像が用紙に形成される。用紙上に転写された画像は定着器によりトナーを定着され、排紙トレー上に積載される。

図１０は図９の画像形成部を示した図であり、左右対称形状であるため図中の記号は片側のみ示す。図中の走査光学装置は、画像情報に基づいて発光したレーザ光を偏向走査する回転多面鏡１２８（以下、ポリゴンミラー）、レーザ光を等速走査およびドラム上でスポット結像させるｆθレンズ１２９、１３０、ビームを所定の方向へ反射する複数の折り返しミラー１３１ａ〜１３１ｄ、走査光学装置を埃から保護するための防塵ガラス１３２を経て、レーザ光により感光ドラムへ静電潜像を形成する。

走査光学装置は、画像形成装置のコンパクト化に伴い、図１０に示すように、１台のポリゴンモータユニットで４つの感光ドラムを走査露光する方式が使用されるようになってきた。この方式はポリゴンミラーのそれぞれ対向面に複数のレーザ光を照射する２つの走査グループを有している。各走査グループはポリゴンミラーの反射面に、上下に所定距離平行シフトさせた２つのビームを入射させ偏向走査している。またこの上下２光路の光束をそれぞれ感光ドラム上に結像させるためＦθレンズ１２９，１３０を設けている。Ｆθレンズ１２９，１３０はそれぞれ同一レンズ面を上下２段に有する。その製造は、２枚のレンズを張り合わせる、もしくはモールドレンズとして一体成型すればよい。

この上下２段の走査光学系ではそれぞれの光路に対してレーザ光を偏向走査する偏向面が必要で、分厚いポリゴンミラー、もしくは２段構成のポリゴンミラーが使用されている。この方式では大型のポリゴンミラーを駆動するモータの負荷が大きくなる傾向がある、これに対し、ポリゴンミラーを薄型化した使用する斜入射走査光学系を図１１に示す。

図１１では、偏向器（ポリゴンミラー）の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して偏向器に光束を入射させる斜入射走査光学系と呼ばれる方式を上下に配列した２つのレーザに適用したもので、各レーザ光をそれぞれ異なる角度で入射させることでポリゴンミラーを薄型化させている。各レーザ光はポリゴンミラーで偏向走査された後に共通のｆθレンズ１３５、１３６を透過し、それぞれ２枚の折り返しミラーと１枚の凹面ミラー１３４ｂ、１３４ｅを経由して感光ドラムに照射される。

またそのレーザ光の光路の分離は、光路の途中に配置された折り返しミラー１３４ｄで行われる。折り返しミラー１３４ｄで図中下側を偏向走査されるレーザ光を、上側を偏向走査されるレーザ光と交差するように図中上部方向へ反射させ、光学箱上部に配置された複数の折り返しミラー１３４ｃ、１３４ｆで感光ドラムへ導く。このように光束を被走査面に導くため複数の折り返しミラーを使用している。
特許２９８２７４４号公報 特開平１０−７３７７８号公報 特開平１０−６２６８５号公報 特開平１０−７３７７８号公報

しかしながら上記のような従来例において以下のような課題を有する。

偏向器の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して偏向器に光束を入射させる斜入射走査光学系では、特許文献１や特許文献２のように、ポリゴンミラーで偏向された光束が湾曲し、コニカルな走査線の軌跡を描く事で走査光学系の軸外光束が回転してしまい、被走査面上でのビームスポットが回転し結像性能が劣化する事が知られている。

特許文献１では、ビームスポットが回転し結像性能が劣化する事情が記載されているが、技術的検討と説明が不十分である。よって以下にビームスポットが回転し結像性能が劣化する事情を図９、図１０を用い詳細に説明する。

図９には偏向器の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して偏向器に光束を入射させ偏向した光束の軌跡を示す。図中、光源１、コリメータレンズ２、シリンダーレンズ４１偏向器（ポリゴンミラー）５である。また２１Ｐ、２２Ｐ、２３Ｐはそれぞれ主光線であり、２１Ｕ、２１Ｌ、２２Ｕ、２２Ｌはメリ方向のマージナル光線を示す。

光源１から発した光束はコリメータレンズ２により略平行光束に変換され、シリンダレンズ４１により偏向器５近傍に線像を形成する。偏向器５の回転軸５１に垂直な断面に対し、入射光束２１Ｐ／２１Ｕ／２１Ｌは所定角度θで入射した斜入射系である。偏向器５の反射面５２で反射された光束のうち、２２Ｐを軸上光束の主光線、２３Ｐを軸外光束の主光線とする。面７１は主光線２２Ｐに対して垂直に設けられた面であり、座標系を図９のように２２Ｐに一致させたＸ軸、これと直交し、マージナル光線２２Ｕ／２２Ｌを結ぶ方向をＹ軸方向、Ｘ，Ｙ軸に直交する方向をＺ軸とする。

偏向器５の回転に伴い、入射光束の主光線２１Ｐが偏向され面７１上に描く軌跡を７２Ｐとする。軌跡７２Ｐが湾曲する理由は、軸上光束２２Ｐと軸外光束２３Ｐそれぞれの偏向器から垂直面７１までの距離が異なることにある。すなわち、回転軸５１に垂直な面に対して同じ角度（Ｚ方向成分）で進行する軸上光束２２Ｐと軸外光束２３Ｐを比べると、偏向器から垂直面７１までの距離が遠い軸外光束２３Ｐの方がよりＺ方向に進む。この結果、垂直面７１上では、軸上光束２２Ｐから画角が大きくなるにつれ、Ｚ方向成分が増加し湾曲した軌跡７２を示すようになる。

主光線と同様、マージナル光線も湾曲した軌跡をとり、軌跡７２にそった軌跡を描く。この結果、軸外光束２３の場合マージナル光線を結ぶ直線は面７１のＹ軸に対して傾く。特許文献１ではマージナル光線を結ぶ直線は面７１のＹ軸に対して傾いたことを“光ビームの座標系が回転した“とし（図１７の段落００３２）、”アナモフィックな走査光学系で被走査面上に結像しても１点に結像されない“としているが説明が不明瞭である。

図１０には模式的に、軸外光束２３Ｐを含み回転軸５１に平行な面（サジタル方向）に軸外マージナル光線２３Ｕ／２３Ｌを投影し、反射面５２と面７１の位置を示した。破線の５２Ｕ／５２Ｌ、７１Ｕ／７１Ｌはそれぞれマージナル光束２３Ｕ／２３Ｌが反射面５２と面７１で交わる位置を示している。軸外光束２３は画角をもって面７１に入射しているため、すなわち、面７１の法線（＝Ｘ軸＝軸上の主光線２２Ｐの進行方向）に対して、軸外の主光線２３Ｐが非平行のために、進行方向に測った距離が異なるので、主光線２３Ｐとマージナル光線２３Ｕ／２３Ｌが反射面５２と面７１で交わる位置がそれぞれ光線方向にズレることになる。また図から分かるように７１Ｕ／７１Ｐ／７１Ｌはこの順番でズレる。

面７１がパワーをもった面であると図１０の２３Ｐ’／２３Ｕ’／２３Ｌ’のように、主光線とマージナル光線はサジタル方向の高さがずれてしまう。この主光線とマージナル光線のサジタル方向（副走査方向）の高さズレによりそれぞれ異なる屈折力を受け、互いにねじれあいながら被走査面（像面）に達する。そして被走査面（像面）での主光線とマージナル光線のサジタル方向（副走査方向）の高さズレの収差となりビームスポット形状の崩れの原因となるとなる。

このような主光線とマージナル光線はサジタル方向の高さズレは、特許文献１では、偏向器で偏向された光束が通過する第１走査レンズ（特許文献１の図２７の符号７１など）において発生している。これを相殺するために、特許文献１では、第２走査レンズを偏心させたり、同期検知レンズを光軸周りに回転させることを提案している。

その弊害として、特許文献１の段落００５０にも述べられたように“同期レンズが傾いている場合、同期センサー上をビームスポットが走査する方向も同じ角度だけ傾く”とされており、対策として特許文献１では同期検知センサも光軸周りに回転させて配置させざるを得ず、複雑な構成となっている。

特許文献１の図１や図２７のように、同期レンズや同期検知センサーを光軸周りに回転させるとその分高さ方向のスペースが必要となる。また傾けて保持するためにケーシングの保持部に傾斜を設けなければならず、ケーシングの製造が難しくなる。さらに、同期検知センサーに配置上の制約が生じることで設計自由度が減少する。

本発明は以上のような問題点を解決するものであり、複雑な構成を取らなくても、ＢＤ光学系（同期検出光学系）の結像性能を向上させ、ＢＤ検知精度を向上させ、被走査面上での走査光束の書き出し位置を揃えることを実現した走査光学装置とそれを用いた画像形成装置を提供する事を目的としている。

上記課題を解決するために以下の構成を提案する。

本発明の請求項１では、光源手段から出射された少なくとも１つ以上の光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段にて偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、前記偏向手段にて偏向された同期検知光束を前記走査光学系の画像走査光束を結像させる光学面を通過させることなく同期検知手段に導く同期検知光学系と、を有する走査光学装置において、
前記少なくとも１つ以上の光束は、前記偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して前記偏向手段の偏向面に入射しており、
前記同期検知光学系の光軸と前記走査光学系の光軸は異なっており、
前記同期検知光学系は、主走査方向と副走査方向のパワーが異なる光学素子を有し、前記光学素子の光学面の子線を含む副走査断面が前記偏向手段の回転軸に対して平行であり、且つ、前記光学素子の光学面の光軸は、前記同期検知光束の主光線と一致する構成とする。

本発明の請求項２では、光源手段から出射された少なくとも１つ以上の光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段にて偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、前記偏向手段にて偏向された同期検知光束を前記走査光学系の画像走査光束を結像させる光学面を通過させることなく同期検知手段に導く同期検知光学系と、を有する走査光学装置において、
前記少なくとも１つ以上の光束は、前記偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して前記偏向手段の偏向面に入射しており、
前記同期検知光学系の光軸と前記走査光学系の光軸は異なっており、
前記同期検知光学系は、前記同期検知光学系の光軸に対して回転対称な光学面により構成され、前記同期検知光学系の光軸は、前記同期検知光束の主光線と一致している構成とする。

本発明の請求項３では、光源手段から出射された少なくとも１つ以上の光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段にて偏向された光束を被走査面上に導く走査光学系と、前記偏向手段にて偏向された同期検知光束を第１の同期検知光学素子と第２の同期検知光学素子を介して同期検知手段に導く同期検知光学系と、を有する走査光学装置において、
前記少なくとも１つ以上の光束は、前記偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して前記偏向手段の偏向面に入射しており、
第１の同期検知光学素子の光軸と第２の同期検知光学素子の光軸は異なっており、
前記偏向手段の回転軸に垂直な面に投影した場合、第１の同期検知光学素子の光学面の法線と第２の同期検知光学素子の光学面の法線が、前記同期検知光束の主光線に対して互いに逆方向に傾いている構成とする。

本発明の請求項４では、請求項３において、第１の同期検知光学素子が前記走査光学系の一部を兼ねている構成とする。

本発明の請求項５では、請求項１〜４において、前記光源手段は、少なくとも２つ以上の光束を出射する構成とする。

本発明の請求項６では、請求項１乃至４の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学系で走査された光束によって前記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、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を有する構成をとる。

本発明の請求項７では、請求項１乃至４の何れか１項に記載の走査光学装置を複数個有し、前記複数個の走査光学装置に対応した被走査面の夫々に配置された複数の感光体と、前記走査光学系で走査された光束によって前記各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、各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と、各転写器で転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有する構成をとる。

本発明の請求項８では、請求項７において、前記複数の走査光学装置の夫々の光源手段は、少なくとも２つ以上の光束を出射する構成をとる。

本発明の請求項９では、請求項１乃至８の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有している構成をとる。

本発明では、副走査断面内斜入射光学系の構成をとる走査光学装置において、同期検出光学系を構成する同期検出光学素子の光学面の光軸と前記同期検知光束の主光線との関係を適切に設定することで、ＢＤ光束の収差を低減し、ＢＤ光束の回転が生じることによるビームスポット形状の乱れを防止し、ＢＤ検知精度を向上させた走査光学装置を提供している。

以下に本発明の実施例を示す。本発明は、本実施例に限定されず、本発明の効果を満たす形態を全て含む。

図１〜３に本発明の実施例１における走査光学装置を示す。

図１では偏向器から被走査面までの走査光学系の副走査断面図、図２では同期検知光学系の斜視図を示している。本実施例で使用する走査光学装置は一つののポリゴンミラーに対して異なる２つの偏向反射面にそれぞれ２本ずつのレーザ光束を入射させ、各々の感光ドラム８を走査ビームＥ１〜Ｅ４で露光している。

本発明は、一つのポリゴンミラーに対して異なる２つの偏向反射面にそれぞれ４本ずつのレーザ光束を入射させ、各々の４つの感光ドラム８にそれぞれ２本ずつ走査ビームを露光するタンデムタイプのカラー画像形成装置にも適用できる。

図９において、レーザ光源１ａ，１ｂ、コリメータレンズ２ａ，２ｂ、絞り３ａ，３ｂ、複合シリンダーレンズ４、ポリゴンミラー５、Ｆθレンズ６ａ，６ｂ、折り返しミラー７ａ，７ｂ，７ｃ、感光ドラム８である。感光ドラム８は導電体に感光層を塗布している。ポリゴンミラー５はレーザ光源から入射したビームを偏向走査している。ｆθレンズ６ａ、６ｂはレーザ光を被走査面である感光ドラム８上で等速走査およびスポット結像させている。

また、第一の結像レンズ６ａは主に主走査方向にパワーを有するアナモフィック非球面レンズ（プラスチック製）であり、第２結像レンズ６ｂは主に副走査方向にパワーを持つアナモフィック非球面レンズ（プラスチック製）である。７ａ〜７ｃはビームを所定の方向へ反射する折り返しミラー、９は走査光学装置の各部品を格納する光学ケースである。

本実施例の偏向器以降の光学配置はポリゴンミラー５を中心に、左右対称形状光学部品を配置しているため、まずは右半分の走査ビームＥ１、Ｅ２のグループに対して説明する。

本実施例は、副走査断面内斜入射光学系である。斜入射光学系とは図２に示すよう副走査断面（紙面に対して平行な面）内で、偏向器（薄型ポリゴンミラー）５の回転軸に垂直な面に対し斜めに光束を入射させる光学系である。このように斜め入射させる事で、ポリゴンミラー５を薄く構成する事ができる。

本実施例の走査光学系の作用は以下のようになる。

まず図２のように、光源１ａと１ｂ、コリメータレンズ２ａと２ｂ、絞り３ａと３ｂが副走査断面内で上下に並べられ、偏向反射面上に主断面に対して所望の角度±θとなる光路上に配置されている。それぞれの光路上に設けられたコリメータレンズ２ａ，２ｂは、光源１ａと１ｂから放射されたレーザービームを略平行光束に変換する。それぞれの出射光束は、シリンダーレンズ４ａと４ｂに入射する。シリンダーレンズ４ａと４ｂは副走査断面のみにパワー（焦点距離Ｆｓ）を有するアナモフィックなレンズであり、光軸の間隔が２Ｌ離れて副走査断面内で一体構成され、複合結像素子４としている。シリンダーレンズ４ａと４ｂは入射面がシリンダー形状、出射面が平面形状である。

シリンダーレンズ４ａと４ｂは入射した平行光束を副走査方向に絞って、シリンダーレンズ４ａと４ｂからＸ離れた点Ｓ０で光路をクロスさせ、ポリゴンミラーの偏向面近傍のＳａ、Ｓｂに焦線を形成する。

図２から明らかなようにシリンダーレンズ４ａと４ｂの距離２Ｌはコリメータレンズ２ａと２ｂの距離よりも狭く、４ａと４ｂをそれぞれ独立して配置することが困難である。そこで副走査断面内でシリンダーレンズ４ａと４ｂを一体的に構成した。製造方法は成形型を用いて射出成形等の成形手法で同時に製造される。これにより狭い空間に複数の光学機能部品を高精度配置することが出来る。さらには同時成形によりコストダウンも期待できる。

偏向反射面に入射した光束はそれぞれ主断面に対して角度をもって反射され、偏向走査される。その後、二つの走査光束は共通の第１結像手段である第一結像レンズ６ａの画像走査光束を結像させる光学面に入射する。第１結像レンズ６ａを出射した各光束は、第１反射ミラー７ａにより各光路に分離される。

レーザ１ｂより発したレーザ光束はポリゴンミラー５と第一結像レンズ６ａ以降、第１反射ミラー７ａによって反射され、図１の光束Ｅ２となり、第２結像レンズ６ｂの画像走査光束を結像させる光学面を通過後、第２反射ミラー７ｂによって反射し、自身の光路と交差し感光ドラム８に向かう。またレーザ１ａより発したレーザはポリゴンミラー５と第一結像レンズ６ａ以降，第２結像レンズ６ｂを通過後、第３反射ミラー７ｃによって反射し、光束Ｅ１として感光ドラム８に向かう。

主に主走査方向にパワーを有するアナモフィックの第一結像レンズ６ａは、画像走査光束を結像させるレンズ面形状は既知の関数表現で示すことができる非球面形状である。副走査方向に対してはノンパワーもしくは略ノンパワーであり、例えば両面が副走査方向にフラットなシリンダー形状である。入射した光束に対し主に主走査方向の結像及び等速走査を達成する。

一方の第２結像レンズ６ｂは主に副走査方向にパワーを持つアナモフィックレンズである。こちらもやはり、主走査方向の形状はパワーを有するアナモフィック非球面レンズであり、画像走査光束を結像させるレンズ面形状は既知の関数表現で示すことができる非球面形状である。主走査方向に対しては略ノンパワーである。入射した光束に対し主に副走査方向の結像及び主走査方向の若干の歪曲収差を補正を担当する事になる。第１結像レンズ６ａと第１結像レンズ６ｂによる副走査方向の結像関係は、偏向反射面と被走査面８が略共役関係となる所謂倒れ補正系となっている。

第１結像レンズ６ａはＥ１，Ｅ２で共用され、第１結像レンズ６ａはＥ１，Ｅ２にそれぞれ別々設けられている。

Ｅ２の光路では、第１反射ミラー７ａは、図１で被走査面である感光ドラム８に向かう光路より右、すなわち、ポリゴンミラー４とは反対の方向に設けられている。さらに第１反射ミラー７ａは図１の上下方向において、ポリゴンミラーよりも被走査面（感光ドラム１）側に設けられている。この第１反射ミラー７ａにより光束Ｅ２は感光ドラムから離れる方向かつ、ポリゴンミラーに近付く方向に反射される。

さらに第２反射ミラー７ｂは図１のようにポリゴンミラーと第１反射ミラー７ａの間に設けられ、入射した光束を感光ドラム１に向けて反射する構成になっている。この構成により、光路を空間的にオーバーラップして利用し、またミラーの使用枚数を減らして、コンパクトな装置構成が可能になる。

更に第１反射ミラー７ａと第２反射ミラー７ｂの間には第２結像レンズ６ｂが設けられている。こうすることで、第１反射ミラー７ａと第２反射ミラー７ｂの間に生じた空間を有効に使いコンパクトにまとめる事ができる。

Ｅ１の光路は、第１結像レンズ６ａを出射した各光束の片方が、第１反射ミラー７ａの脇を通過し、第１反射ミラー７ａで反射されたＥ２と光路分離される。第１反射ミラー７ａの脇を通過した光束Ｅ１は第２結像レンズ６ｂを通過後、第３の反射ミラー７ｃによって反射し感光ドラム８に達する。

図３、４、５を用いて同期検知光学系について詳細に説明する。図中の記号は図９と共通であり、図９に対して、ＢＤレンズ２０とＢＤセンサ１０を明記している。またシリンダレンズ４のうち４ａのみを抜き出して記載している。

図３において、レーザ１より発した光束が、矢印の方向に回転する偏向器５によって偏向走査される。入射光束の主光線２１Ｐとマージナル光線２１Ｕ／２１Ｌが偏向器５１で偏向され、軸外光束の主光線２４Ｐとマージナル光線２４Ｕ／２４Ｌや軸上光線の主光線２２Ｐやマージナル光線２２Ｕ／２２Ｌとなる。このうち軸外光束の主光線２４Ｐとマージナル光線２４Ｕ／２４Ｌを、ＢＤレンズ１００を通じてＢＤスリット（不図示）近傍に集光し、ＢＤセンサー１０に導いている。ＢＤセンサ１０は既知の同期検知センサーであり、被走査面８上での走査光束の書き出しタイミングを決めるために既知の機能を有する。

ＢＤスリット（不図示）は検知精度を向上させる目的で設けるが、例えばＢＤセンサー１０の受光部のエッジ（不図示）の直線性が十分に高精度であるならば、ＢＤスリットは省略する事ができる。

ＢＤレンズ２０は入射面２０１が球面、出射面２０２がシリンダ面のアナモフィックレンズである。先に述べたように偏向器５に入射する光束は主走査方向が略平行、副走査方向が収束光であるので、ＢＤセンサー１０に光束を集光するためには主走査方向と副走査方向のパワーが異なるアナモフィックレンズが必要となる。本実施例ではＢＤセンサー１０の前に設けられたＢＤスリット（不図示）に対しレーザ光束が集光するようなパワーをＢＤレンズ２０に与えている。

ＢＤレンズ２０及びＢＤセンサ１０は必ずしも図３のような位置関係でなくても、例えばＢＤレンズ２０とＢＤセンサー１０を偏向器５側に近づけコンパクトな構成をとっても良いし、逆に偏向器５から離してもよい。また入射面２０１と出射面２０２は球面やシリンダ面に限られるものではなくトーリック形状をはじめとする様々な既知の非球面形状でもよい。

図４を用いて、偏向器５で偏向された、軸外光束の２４Ｐ／２４Ｕ／２４Ｌや軸上光線の２２Ｐ／／２２Ｕ／２２ＬとＢＤレンズ２０と走査レンズ６ａの配置関係を説明する。

面７１は主光線２２Ｐに対して垂直に設けられた面であり、座標系を図４のように２２Ｐに一致させたＸ軸、これと直交し、偏向器の回転軸５１と垂直な面に平行な方向をＹ軸方向、Ｘ，Ｙ軸に直交する方向をＺ軸とする。また、面７３は主光線２４Ｐに対して垂直に設けられた面であり、座標系を図４のように２４Ｐに一致させたＸ’軸、これと直交し、偏向器の回転軸５１と垂直な面に平行な方向をＹ’軸方向、Ｘ’，Ｙ’軸に直交する方向をＺ’軸とする。図から分かるようにＸＹ平面とＸ’Ｙ’平面は非平行である。

本実施形態のＢＤレンズ２０は、球面である入射面２０１の光軸をＸ’軸に一致させ、かつアナモフィックなパワーのシリンダー面の出射面２０２の光軸をＸ’軸に一致させている。またシリンダー面の出射面１０２の母線方向はＹ’軸方向に一致させ、子線方向はＺ’軸方向に一致させている。これにより、出射面２０１（アナモフィックな面）の子線を含む副走査断面は、偏向器５の回転軸５１に対して平行、かつ出射面２０２（アナモフィックな面）の光軸は主光線２４Ｐ（同期検知光束の主光線）に対して一致させて設けられたことになる。

このとき、図５には、模式的に、軸外光束２４Ｐを含み回転軸５１に平行な面（サジタル方向）に軸外マージナル光線２４Ｕ／２４Ｌを投影し、反射面５２と入射面２０１の位置を示した。従来例 の図１３と対比させて説明する。破線の５２Ｕ／５２Ｌは、マージナル光束２４Ｕ／２４Ｌが反射面５２と交わる位置を示している。一方入射面２０１では、主光線２４Ｐは２０１Ｐの位置で、またマージナル光線２４Ｕ／２４Ｌは、２０１ＵＬの位置で入射面２０１に入射する。２０１Ｐと２０１ＵＬのズレ量は球面である入射面の曲率によって生じるものであり、図１３で軸外光束２３が画角をもって面７１に入射していたこととは本質的に異なり、ズレ量は非常に小さい。かつ、入射面３０１の光軸と主光線２４Ｐを一致させた事で２４Ｐ／２４Ｕ２４Ｌは高さ方向に関する屈折パワーを受けない。同様に出射面２０２のシリンダー面において、アナモフィックな形状の出射面２０２の光軸と主光線２４Ｐを一致させ母線方向をＹ’軸方向（＝子線方向をＺ’軸方向）に一致させていた事で２４Ｐ／２４Ｕ２４Ｌは高さ方向に関する屈折パワーを受けない。よって２４Ｐ／２４Ｕ２４Ｌは互いにねじれあうことなく、集光することができる。

また、ＢＤレンズ２０を光軸周りに回転させないことから、ＢＤスリット（不図示）を横切るＢＤ光束の進行方向は回転軸５１に対して垂直な方向になり、ＢＤスリットのエッジは回転軸５１の方向に向ければよい。

次に軸上光線２２Ｐ／２２Ｕ／２２Ｌと走査レンズ６ａの関係は、有効走査範囲内のスポット形状が良好かつ走査する走査線の直線性が所望の範囲になるように最適化される。その方法は既知の方法に寄ればよく、例えば特許文献３や特許文献４などに示される手法を用いればよい。

図３ではレーザ１ａに対してのみ同期検知光学系が設けられた構成である。各レーザに対して同期検知光学系をもつ構成に対して、本件では１つレーザ１ａにのみについて同期検知光学系を持ち、他のレーザは１ａとの相対的な時間差分を遅延させて駆動する方法が取られている。このように同期検知光学系を省略する事でコストダウンが可能となる。

本実施例では４つの光源の１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの４つのレーザからはそれぞれ１つずつ計４本のレーザが放射される形態をとっているがこれに限定されるのもではない。たとえば、４つの光源をそれぞれ１チップからｍ本のビームが放射されるモノリシックマルチレーザに置き換えたり、ｎ個のレーザチップとビーム合成系からなる既知のマルチレーザー光源に置き換えたりしてもよい。更に、１チップからｍ本のビームが放射される発光部を２次元状に配置した面発光マルチレーザ光源であっても良い。このような多光源化を図ることで、高速で４色同時に書き込みをする事が可能になる。このとき、光束はトータルで４ｎｍ本になる。ｎ，ｍは自然数である（１以上の整数）。

なお、本実施例でＢＤレンズ２０はアナモフィックなレンズを示したが、両面とも回転対称な面（球面や回転対称非球面）で構成して、主走査方向のみ集光し副走査方向には広がった光束をＢＤスリット上に結像させてもよい。この場合ＢＤレンズ２０の光軸とＢＤ光束の主光線を一致させる事でＢＤ光束の収差が低減し、ビームの回転は生じることによるビームスポット形状の乱れを防止できる。また、ＢＤレンズ２０の光軸周りの偏心敏感度も緩和できる。副走査方向にスポットは伸びてもＢＤスリットのエッジを横切る際にスリットのエッジの方向とビームが伸びる方向が一致するので問題はない。

本実施例では、同期検知光学系は、１枚のレンズより構成されているが、回折光学素子を含む光学素子で置換しても良い。例えば、レンズ表面に回折格子を設けた光学素子でも良い。また、ＢＤレンズの枚数は、２枚以上でも良い。

ＢＤレンズの材質は、樹脂製でもガラス製でも良い。

図６〜７に本発明の実施例２における走査光学装置を示す。図６では本実施例の走査光学系の斜視図を示しており、図７では図６を上方より見た部分図である。

図６〜７の実施例２は、実施例１と同様に斜入射走査光学系である。実施例１の図２のように副走査断面内で、偏向器５の回転軸に垂直な面に対し斜めに光束を入射させる光学系（副走査断面内斜入射光学系）である。このように斜め入射させる事で、偏向器５のポリゴンミラーを薄く構成する事ができる。

図６において、レーザ光源１、コリメータレンズ２、、シリンダーレンズ４１、ポリゴンミラー５、Ｆθレンズ６ａ’，６ｂ、ＢＤレンズ３０とＢＤセンサ１０である。

第一の結像レンズ６ａ’の画像走査光束を結像させるレンズ面は主に主走査方向にパワーを有するアナモフィック非球面レンズであり、第２結像レンズ６ｂの画像走査光束を結像させるレンズ面は主に副走査方向にパワーを持つアナモフィック非球面レンズである。結像レンズ６ａ’は第１の実施形態の結像レンズ６ａの有効径を若干広げたものである。

図６において、レーザ１より発した光束が、コリメータレンズ２で集光されシリンダレンズ４１で副走査方向に収束されながら偏向器５の変更反射面５２近傍に線像を形成する。さらに回転軸５１まわりの矢印の方向に回転する偏向器５によって偏向走査される。偏向された光束は、ｆθレンズ６ａ、６ｂによって被走査面である被走査面上で等速走査およびスポット結像している。

図６において、偏向器５への入射光束の主光線２１Ｐとマージナル光線２１Ｕ／２１Ｌが偏向器５で偏向され、軸外光束の主光線２４Ｐとマージナル光線２４Ｕ／２４Ｌや軸上光線の主光線２２Ｐやマージナル光線２２Ｕ／２２Ｌとなる。このうち軸外光束の主光線２４Ｐとマージナル光線２４Ｕ／２４Ｌは、結像レンズ６ａ’とＢＤレンズ３０を通じてＢＤスリット（不図示）近傍に集光し、ＢＤセンサー１０に導いている。ＢＤセンサ１０は既知の同期検知センサーであり、走査光束の書き出しタイミングを決めるために既知の機能を有する。

ＢＤスリット（不図示）は検知精度を向上させる目的で設けるが、例えばＢＤセンサー１０の受光部のエッジ（不図示）の直線性が十分に高精度であるならば、ＢＤスリットは省略する事ができる。

ＢＤレンズ３０は入射面３０１が平面、出射面３０２がシリンダ面のアナモフィックレンズである。先に述べたように偏向器５に入射する光束は主走査方向が略平行、副走査方向が収束光であるので、ＢＤセンサー１０に光束を集光するためには主走査方向と副走査方向のパワーが異なるアナモフィックな同期検知光学系が必要となる。本実施例ではＢＤセンサー１０の前に設けられたＢＤスリット（不図示）に対しレーザ光束が集光するようなパワーを結像レンズ６ａ’とＢＤレンズ３０が協働して与えている。

図７を用いて、偏向器５で偏向された、軸外光束の２４Ｐ／２４Ｕ／２４Ｌや軸上光線の２２Ｐ／２２Ｕ／２２ＬとＢＤレンズ３０と結像レンズ６ａ‘の配置関係を説明する。

本実施形態の主光線２４Ｐに対して結像レンズ６ａ’の周辺部の法線６１は図に示すように非平行である。またＢＤレンズ３０は主光線２４Ｐに対して法線３０１は図７に示すように非平行である。

課題のところで述べたように、偏向された光束が画角をもってレンズ面に入射すると主光線とマージナル光線がレンズ面で交わるサジタル方向の高さが異なり、結果として異なる屈折力を受けるために、互いにねじれあいながら被走査面（像面）に達し被走査面で収差となりビームスポット形状の崩れの原因となる。本実施例では、主走査断面に投影した場合、同期検知光学系を構成するふたつのレンズ（ＢＤレンズ３０と結像レンズ６ａ'）を主光線２４Ｐに対して互いに逆方向の画角を持たせることで収差の発生をキャンセルさせている。

よって２４Ｐ／２４Ｕ２４Ｌは互いにねじれあうことなく、被走査面に集光することができる。

よって、ビーム（光束）の回転は生じることによるビームスポット形状の乱れを防止できる。また、ＢＤレンズ３０の光軸周りの偏心敏感度も緩和できる。

図８は本発明の前述した実施形態１〜２の走査光学系を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査断面内における要部断面図である。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して独立した像担持体１０１（以下、感光ドラムと表記）を持つ。

図８において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１８によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、前記各実施形態で示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット（走査光学系）１００からは、画像データＤｉに応じて、各色ごとに変調された光ビーム（光束）１０３が射出され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。

静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、不図示モータによって回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。

先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて各色ごとに変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転断面内における下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。

現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された第１の転写ローラ（転写器）１０８ａによって中間転写体である転写ベルト１０９に転写される。同様に他の３色についても転写ベルト１０９に画像が形成され、４色が合成された画像が転写ベルト１０９に掲載される。更に第２の転写ローラ（転写器）１０８ｂによっての被転写材たる用紙１１０上に転写される。用紙１１０は走査光学装置１００の下方）の用紙カセット１１１内に収納されている。用紙カセット１１１端部には、給紙ローラ１１２が配設されており、用紙カセット１１１内の用紙１１０を搬送路へ送り込む。

以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１０９はさらに定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から撒送されてきた用紙１０９を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１０９上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着器の後方には排紙ローラ１１５が配設されており、定着された用紙１０９を画像形成装置の外の排紙トレー１１６上に排出せしめる。

図８においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換だけでなく、画像形成装置内の各部や、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御、さらには４色の画像の位置合わせ（レジストレーション）などを行う。

以上説明したように、本実施例の構成を取る事で、複数の光源から放射された複数の光束を少なくとも副走査断面内で異なる角度、さらには主走査方向に並べて、偏向器に入射させ、同時に偏向走査し異なる複数の被走査面を走査する走査光学装置において、同期検出用レンズ（ＢＤレンズ）や同期検知センサーを光軸周りに回転させることなく、複雑な構成を取らなくても、ＢＤ光学系の結像性能を向上させた走査光学装置とそれを用いた画像形成装置を提供する事ができる。

実施形態１の走査光学系の副走査断面図 実施形態１における入射系の副走査断面図 実施形態１における同期検知光学系の斜視図 実施形態１における走査光束の説明図 実施形態１における同期検知光学系の説明図 実施形態２における同期検知光学系の斜視図 実施形態２における同期検知光学系の説明図 実施形態３の画像形成装置 従来例を説明する図 従来例を説明する図 従来例を説明する図 従来例を説明する図 従来例を説明する図

符号の説明

１ レーザ
２ａ−２ｄ コリメータレンズ
３ 絞り
４ 複合結像素子
４ａ〜４ｄ アナモフィックなレンズ
５ 偏向器（ポリゴンミラー）
６ａ 第一結像レンズ（ｆθレンズ）
６ｂ 第二結像レンズ（ｆθレンズ）
７ａ〜７ｄ 折り返しミラー
８ 感光体
９ 光学箱
１０ ＢＤセンサー
２０，３０ ＢＤレンズ
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４ 走査光束

Claims (9)

1. 光源手段から出射された少なくとも１つ以上の光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段にて偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、前記偏向手段にて偏向された同期検知光束を前記走査光学系の画像走査光束を結像させる光学面を通過させることなく同期検知手段に導く同期検知光学系と、を有する走査光学装置において、
   前記少なくとも１つ以上の光束は、前記偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して前記偏向手段の偏向面に入射しており、
   前記同期検知光学系の光軸と前記走査光学系の光軸は異なっており、
   前記同期検知光学系は、主走査方向と副走査方向のパワーが異なる光学素子を有し、前記光学素子の光学面の子線を含む副走査断面が前記偏向手段の回転軸に対して平行であり、且つ、前記光学素子の光学面の光軸は、前記同期検知光束の主光線と一致していることを特徴とする走査光学装置。
2. 光源手段から出射された少なくとも１つ以上の光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段にて偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、前記偏向手段にて偏向された同期検知光束を前記走査光学系の画像走査光束を結像させる光学面を通過させることなく同期検知手段に導く同期検知光学系と、を有する走査光学装置において、
   前記少なくとも１つ以上の光束は、前記偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して前記偏向手段の偏向面に入射しており、
   前記同期検知光学系の光軸と前記走査光学系の光軸は異なっており、
   前記同期検知光学系は、前記同期検知光学系の光軸に対して回転対称な光学面により構成され、前記同期検知光学系の光軸は、前記同期検知光束の主光線と一致していることを特徴とする走査光学装置。
3. 光源手段から出射された少なくとも１つ以上の光束を偏向する偏向手段と、前記偏向手段にて偏向された光束を被走査面上に導く走査光学系と、前記偏向手段にて偏向された同期検知光束を第１の同期検知光学素子と第２の同期検知光学素子を介して同期検知手段に導く同期検知光学系と、を有する走査光学装置において、
   前記少なくとも１つ以上の光束は、前記偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定角度を有して前記偏向手段の偏向面に入射しており、
   第１の同期検知光学素子の光軸と第２の同期検知光学素子の光軸は異なっており、
   前記偏向手段の回転軸に垂直な面に投影した場合、第１の同期検知光学素子の光学面の法線と第２の同期検知光学素子の光学面の法線が、前記同期検知光束の主光線に対して互いに逆方向に傾いていることを特徴とする走査光学装置。
4. 第１の同期検知光学素子又は第２の同期検知光学素子が前記走査光学系の一部を兼ねている請求項３記載の走査光学装置。
5. 前記光源手段は、少なくとも２つ以上の光束を出射する請求項１〜４のいずれか一項記載の走査光学装置。
6. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学系で走査された光束によって前記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、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を有することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の走査光学装置を複数個有し、前記複数個の走査光学装置に対応した被走査面の夫々に配置された複数の感光体と、前記走査光学系で走査された光束によって前記各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、各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と、各転写器で転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
8. 前記複数の走査光学装置の夫々の光源手段は、少なくとも２つ以上の光束を出射する請求項７記載の画像形成装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。

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