JP2005165083A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副走査ビームピッチなど光学特性の劣化を抑制し、線像光学系の焦点距離を短く、光束相互の開き角を小さくしても、光学素子のレイアウトが容易で、安定したビームスポット径が得られる光走査装置および画像形成装置を得る。
【解決手段】複数の光源１，５からの光束をカップリングする光学系２，６と、カップリング光学系からの光束を主走査対応方向に長く線状に集光する線像光学系４，８と、線状集光部の近傍において偏向反射面により光束を偏向する光偏向器９と、光偏向器による複数の偏向光束をそれぞれに対応する被走査面１２上に光スポットとして集光する複数の走査光学系１００，１１０とを有し、異なる被走査面に導かれる光偏向器に向かう複数の光束が偏向回転面内において互いに開き角θを有する光走査装置であって、線像光学系４，８のうち少なくとも１つは、光束に対して主走査平面内でずらして配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーデジタル複写機、カラーレーザプリンタ等の画像形成装置の書き込み系に用いることができ、複数の光ビームにより感光体表面などからなる複数の被走査面上を同時に走査して書き込み速度を著しく向上させた、マルチビーム方式の光走査装置、および、これを用いた画像形成装置に関するものである。

図９は従来のマルチビーム方式光走査装置の構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は副走査方向の断面図である。図９において、半導体レーザなどからなる複数の光源１、５から射出した光束は、カップリングレンズ２、６によって略平行光束にカップリングされ、アパーチャ３，７によって横断面形状が整形された後、シリンドリカルレンズ４、８に入射するようになっている。シリンドリカルレンズ４、８を透過した２本の光束は、主走査対応方向に長く略線状に集光しつつ、主走査方向に相互の開き角θをもって共通の回転軸を持つ光偏向器９の上段かまたは下段の偏向反射面に入射する。２本の光束は光偏向器９が回転駆動されることによって主走査方向に偏向され、走査レンズ１０、１１を介して各々別の被走査面１２を走査するように構成されている。図９に示す例では、上記のように構成された光走査装置が、単一の光偏向器９を挟んで対称形に配置されているが、説明を簡略化するために、片方の光走査装置のみの構成について説明している。

上記２本の光束の開き角θは出来るだけ小さい方が望ましい。開き角θが大きいと、光偏向器９のサグの影響で、特に副走査方向の像面湾曲が劣化し、ビームスポット径を小径化することが困難になる。しかし、開き角θを小さくすると、シリンドリカルレンズ４，８が物理的に干渉し、シリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが困難になる。

また、光源の組み付け誤差等によって走査レンズに入射する高さがずれると、被走査面１２上での走査位置がずれるが、このずれを小さくするためには光学系全系の副走査方向の倍率を小さくすることが望ましいので、シリンドリカルレンズ４，８の焦点距離を小さくすることが有効である。しかし、シリンドリカルレンズの焦点距離を小さくすると、シリンドリカルレンズが光偏向器に近づくため、この場合もシリンドリカルレンズ４，８が干渉しレイアウトが困難になるという問題がある。

ところで、近年、カラーデジタル複写機、カラーレーザプリンタ等の画像形成装置の書き込み系において、書き込み速度を高めるため複数の被走査面に同時にそれぞれ異なる色の画像を形成し、これらの画像を転写媒体上に順次重ねて転写することによってカラー画像を形成する、いわゆるタンデム型カラー画像形成装置が広く用いられるようになってきている。タンデム型カラー画像形成装置においても、単一の光偏向器を挟んで左右に走査光学系を配し、４つの感光体の表面を被走査面として光走査を行う光走査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、記録速度を高めるため、光源をマルチビーム化することも行われており、マルチビーム走査装置において、２つの光源を光偏向器にある開き角を持って入射させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、形成されるカラー画像がより一層高画質であることが要求されるのに伴って、ビームスポット径の小径化が進んでいる。

上記特許文献１記載の発明においては、複数の光源からの光束が光偏向器に向かって偏向面内においてある開き角を持って光偏向器に入射するため、走査光学系の光軸に対する平均入射角が異なる。すると、光偏向器におけるサグの影響によって、光学特性、特に副走査方向の像面湾曲が劣化し、ビームスポット径の小径化が困難になるという問題がある。すでに述べたとおり、上記開き角はなるべく小さくする方が望ましい。しかしながら、上記複数の光束相互の開き角を小さくすると、光源と光偏向器の間に配置されるシリンドリカルレンズ等からなる線像を形成するための光学系が互いに干渉しやすくなり、シリンドリカルレンズなどの光学素子のレイアウトが困難になるという問題がある。

また、上記特許文献１に開示されている光走査装置を高速化するために、特許文献２に開示されているように、また前述の従来例のように、２つの光源からの各光束を、ある開き角を持って光偏向器に入射させることでマルチビーム化することが考えられる。特許文献１記載の発明においては、被走査面を走査する光束を、２つの光源から放射される光束相互間にある開き角を持たせて光偏向器に入射させることで、マルチビーム化している。しかし、既に述べたとおり、光源の組み付け誤差等によって被走査面上で副走査方向のビームピッチ変動が発生する。副走査方向のビームピッチ変動をなるべく小さくするためには、光学系全系の副走査方向の倍率を小さくすることが望ましい。それには線像光学系の焦点距離もできるだけ小さくする方が望ましいが、そうすると線像光学系を構成するシリンドリカルレンズなどの光学素子相互が干渉しやすくなり、光学素子のレイアウトが困難になるという問題がある。
特開２００２−９０６７２号公報 特開２０００−３３００４５号公報

本発明の目的は、それぞれ対応する被走査面に向かう複数の光束が、共通の回転軸を持つ光偏向器に対し開き角をもって入射する光走査装置において、線像光学系の焦点距離を短くすることで、副走査ビームピッチなどの光学特性の劣化を抑制することができ、また線像光学系の焦点距離を短くし、光束相互の開き角を小さくしても、光学素子のレイアウトを容易にした光走査装置および画像形成装置を提供することにある。また、光学素子の加工精度や組み付け誤差による結像位置ずれを調整することを可能にして、安定したビームスポット径を得ることができ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する。

請求項ごとの目的は以下のとおりである。
請求項１記載の発明は、線像光学系のうち少なくとも１つの光学素子を、光束に対して主走査平面内でずらして配置することで、線像光学系の焦点距離を短くしても、光学素子のレイアウトを容易にすることができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項２、３記載の発明は、所定の条件式を満たすことで、光学素子のレイアウトを容易にし、また副走査ビームピッチ変動等の光学特性の劣化を防止することができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項４、５記載の発明は、走査レンズ等の加工誤差や組み付け誤差による副走査方向の結像位置のずれを調整可能として、走査レンズ等の加工精度や組み付け精度の許容範囲を広げることができ、低コストを実現することができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項６記載の発明は、同一の被走査面に導かれる光束が複数からなり、そのうち少なくとも２つの光束は、偏向回転面内において開き角δで光偏向器に向かうようにマルチビームを構成することで、光走査の高速化、ひいては書き込みの高速化、画像形成の高速化を実現することができる光走査装置を提供することを目的とする。
請求項７記載の発明は、光源を、複数の発光点を持つ半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）で構成することで、高速化を実現することができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項８記載の発明は、異なる被走査面に導かれる光束であって光偏向器に向かう複数の光束が、偏向回転面内において互いに開き角φを有し、上記複数の光束のうちの一つはミラーによって光路が曲げられて光偏向器に向かう光走査装置において、線像光学系のうち少なくとも１つの光学素子を、光束に対して主走査平面内でずらして配置することで、線像光学系の焦点距離を短くしても光学素子のレイアウトを容易にすることができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項９、１０記載の発明は、請求項８記載の発明において、所定の条件式を満たすことで、レイアウトを容易にし、また副走査ビームピッチ変動等の光学特性の劣化を防止することができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項１１、１２記載の発明は、請求項８記載の発明において、走査レンズ等の加工誤差や組み付け誤差による副走査方向の結像位置のずれを調整することを可能にすることにより、走査レンズ等の加工精度や組み付け精度の許容範囲を広げることを可能にし、低コストを実現することができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項１３記載の発明は、請求項８乃至１２のいずれかに記載の発明において、同一の被走査面に導かれる光束が複数からなり、そのうち少なくとも２つの光束は、偏向回転面内において開き角δで光偏向器に向かうようにマルチビームを構成することで、光走査の高速化、ひいては書き込みの高速化、画像形成の高速化を実現することができる光走査装置を提供することを目的とする。
請求項１４記載の発明は、請求項８乃至１３のいずれかに記載の発明において、光源を複数の発光点を持つＬＤＡで構成することで、光走査の高速化、ひいては書き込みの高速化、画像形成の高速化を実現することができる光走査装置を提供することを目的とする。

請求項１５記載の発明は、画像形成装置の露光プロセスを実行する手段として、請求項８乃至１４のいずれかに記載の、高品位な画像再現性が確保できる光走査装置を用いることにより、高品位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を目的とする。

本発明は、光束を放射する複数の光源と、この複数の光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、カップリング光学系からの光束を主走査対応方向に長く線状に集光する線像光学系と、この線状集光部の近傍において共通の回転軸を中心として回転する偏向反射面を有しこの偏向反射面により光束を偏向する光偏向器と、この光偏向器による複数の偏向光束をそれぞれの偏向光束に対応する被走査面上に光スポットとして集光する複数の走査光学系とを有し、異なる被走査面に導かれる上記光偏向器に向かう複数の光束が偏向回転面内において互いに開き角θを有する光走査装置であって、上記線像光学系のうち少なくとも１つの光学素子は、光束に対して主走査平面内でずらして配置されていることを最も主要な特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、各被走査面に向かう複数の光束が共通の回転軸を持つ光偏向器に対して互いに開き角をもって入射する光走査装置において、線像光学系のうち少なくとも１つの光学素子を、光束に対して主走査平面内でずらして配置することにより、線像光学系の焦点距離を短くしても、光学素子のレイアウトを容易にすることができる。

請求項２、３記載の発明によれば、所定の条件式を満たすことで、光学素子のレイアウトを容易にし、また副走査方向のビームピッチ変動等の光学特性の劣化を防止することができる。

請求項４、５記載の発明によれば、走査ンズ等の加工誤差や組み付け誤差による副走査方向の結像位置のずれを調整することができるので、走査レンズ等の加工精度や組み付け精度の許容範囲を拡げることができ、光走査装置の低コスト化を実現することができる。

請求項６記載の発明によれば、同一の被走査面に導かれる光束が複数の光束からなり、そのうち少なくとも２つの光束は、偏向回転面内において開き角δで光偏向器に向かうように構成することで、光走査の高速化、ひいては書き込みの高速化、画像形成の高速化を実現することができる。
請求項７記載の発明によれば、光源を複数の発光点を持つＬＤＡで構成することで、光走査の高速化、ひいては書き込みの高速化、画像形成の高速化を実現することができる。

請求項８記載の発明によれば、互いに異なる被走査面に導かれる光束であって上記光偏向器に向かう複数の光束が偏向回転面内において互いに開き角φを有し、上記複数の光束のうちの一つはミラーによって光路が曲げられて光偏向器に向かう光走査装置であって、上記線像光学系のうち少なくとも１つの光学素子は、光束に対して主走査平面内でずらして配置されていることで、線像光学系の焦点距離を短くしても、光学素子の」レイアウトを容易にすることができる。

請求項９、１０記載の発明によれば、請求項８記載の発明において、所定の条件式を満たすことで、光学素子のレイアウトを容易にし、また副走査方向のビームピッチ変動等の光学特性の劣化を防止することができる。

請求項１１、１２記載の発明によれば、走査レンズ等の加工誤差や組み付け誤差による副走査方向の結像位置のずれを調整することができるので、走査レンズ等の加工精度や組み付け精度の許容範囲を広くすることができ、光走査装置の低コスト化を実現することができる。

請求項１２記載の発明によれば、走査レンズ等の加工誤差や組み付け誤差による副走査方向の結像位置のずれを調整することができるので、走査レンズ等の加工精度や組み付け精度の許容範囲を広めることができ、光走査装置の低コスト化を実現することができる。

請求項１３記載の発明によれば、同一の被走査面に導かれる光束が複数からなり、そのうち少なくとも２つの光束は、偏向回転面内において開き角δで光偏向器に向かうようにマルチビームを構成することで、光走査の高速化、ひいては書き込みの高速化、画像形成の高速化を実現することができる。
請求項１４記載の発明によれば、光源を複数の発光点を持つＬＤＡで構成することで、光走査の高速化、ひいては書き込みの高速化、画像形成の高速化を実現することができる。

請求項１５記載の発明によれば、高品位な画像再現性を確保することができる光走査装置を用いることによって、高画質の画像を形成することができる画像形成装置を実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例について説明する。

図１に本発明にかかる光走査装置の一実施例を示す。光走査装置は光偏向器９を挟んで対称形に配置されるが、説明を簡単にするために、光偏向器９に対して右側の光学系のみを示している。また、部材ないしは部品などに付する符号は、誤解のない範囲で同じ前記従来例と共通の符号を用いている。図１に示すように、半導体レーザなどからなる複数の光源１及び光源５から放射される光束は、カップリングレンズ２、６によって略平行光束にカップリングされ、アパーチャ３，７によって横断面形状が整形された後、シリンドリカルレンズ４、８に入射するように構成されている。シリンドリカルレンズ４、８を透過した２本の光束は、主走査対応方向に長く略線状に集光しつつ、主走査方向に相互の開き角θをもって共通の回転軸を持つ光偏向器９の偏向反射面に入射する。２本の光束は光偏向器９が回転駆動されることによって主走査方向に偏向され、走査レンズ１００、１１０を介して各々別の被走査面１２を走査するように構成されている。

上記シリンドリカルレンズ４、８は線状光学系を構成していて、この線状光学系による線状集光部の近傍に、共通の回転軸を中心として回転する光偏向器９の偏向反射面が位置している。光偏向器９はその偏向反射面が一定の速度で回転駆動されることにより、偏向反射面が上記各光束を等角速度的に偏向する。走査レンズ１００、１１０は走査光学系を構成していて、上記光偏向器９による複数の偏向光束をそれぞれの偏向光束に対応する被走査面１２上に光スポットとして集光するとともに、等角速度的に偏向走査される上記光スポットを被走査面１２上において等速度的に走査させるｆθ機能を有している。

この実施例が前述の従来例と異なる点は、光束が通る位置に対してシリンドリカルレンズ４，８の外形中心を主走査方向（長手方向）にずらして配置している点である。こうすることで、シリンドリカルレンズ４，８の焦点距離を小さくしても、シリンドリカルレンズ４，８相互が物理的に干渉することなく、シリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが可能になるとともにレイアウトが容易になる。図１からも分かるように、シリンドリカルレンズ３，８の外形中心を光束からずらして配置すると、シリンドリカルレンズ４，８の長手方向において使用範囲（有効範囲）以外の領域ができる。当然使用範囲外の領域を切断して長手方向の外形寸法を短くすることもできるが、短くすると光軸に平行な回転軸周りの偏心が発生しやすくなり、被走査面１２上におけるビームスポット径が劣化してしまう。特にビームスポット径を小径にした場合にはその影響が顕著になるため、シリンドリカルレンズ４，８の長手方向の長さを短くするのは望ましくない。

上記実施例において、シリンドリカルレンズ４，８の焦点距離をｆ、光源１または５から光偏向器９までの距離をＬとしたとき、次の条件式
０．２＜ｆ／Ｌ＜０．８
を満足することが望ましい。こうすることによって、以下の不具合を改善することができる。
ｆ／Ｌが０．２より小さくなると実質的にシリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが困難になる。また、ｆ／Ｌが０．８より大きくなると、光学系全系の副走査方向の倍率が大きくなり、被走査面１２上で走査位置ずれが発生しやすくなる。また、走査レンズ１００，１１０上で光束が副走査方向にずれる量も大きくなり、被走査面１２上でのビームスポット径が劣化しやすくなる。

さらに、二つの光束相互の上記開き角をθ、主走査方向の開口径をＡ、としたとき、次の条件式
Ａ／（ｆ×ｓｉｎ（θ／２）×２）＜０．８
を満足することが望ましい。Ａ／（ｆ×ｓｉｎ（θ／２）×２）が０．８を超えると、実質的に、シリンドリカルレンズ４，８などの光学素子のレイアウトが困難になる。

図１に示す実施例において、副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面１２上において略一致するように、線像光学系を構成する上記シリンドリカルレンズ４，８を調整可能な構成にすることが望ましい。このような構成にすることで、走査レンズ１００，１１０等の加工誤差や組み付け誤差による副走査方向の結像位置のずれを調整することができるので、走査レンズ等の加工精度や組み付け精度の許容範囲を広くすることができ、光走査装置の低コスト化を実現することができる。また、上記調整機構を設けるためにはそのスペースを確保する必要があるが、上記実施例にように、光束の位置に対してシリンドリカルレンズ４，８の外形中心を主走査方向（長手方向）でずらして配置することで、シリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが容易になる。

図に示す実施例では、各被走査面１２を走査する光ビームはシングルビームを想定し、各光源もシングルビームを放射することを想定している。しかし、図２に示す実施例では、各被走査面１２を走査する光束は２つのＬＤからそれぞれ放射される２つの光束からなるマルチビームであり、光学系はマルチビーム光学系であり、これら２つの光束は、偏向回転面内において相互に開き角δをもって光偏向器９に向かっている。より具体的には、光源１，光源１’から射出された２つの光束は、カップリングレンズ２、２’によって略平行光束にカップリングされ、アパーチャ３，３’によって所定の横断面形状に整形され、シリンドリカルレンズ４、８に入射する。シリンドリカルレンズ４，８を透過した２つの光束は、主走査対応方向に長く略線状に集光しつつ、相互に主走査方向に開き角δをもって光偏向器９の上段かまたは下段の偏向反射面に入射する。２本の光束は光偏向器９が回転駆動されることによって主走査方向に偏向され、走査レンズ１００、１１０を介して同一の被走査面１２に光スポットとして集光されるとともに被走査面１２上を走査する。光偏向器９を挟んで反対側に配置されている光源から被走査面１２に至る光学系についても同様に説明することができる。

ここで、図２に示すように、一組の光源１，光源１’から射出する光束の、走査レンズ１００，１１０の光軸に対する平均入射角をα、他の一組の光源５，光源５’から射出する光束の、走査レンズ１００，１１０の光軸に対する平均入射角をβとすると、（α−β）が上述の開き角θに相当する。この実施例においても、上記各平均入射角位置に対してシリンドリカルレンズ４，８の外形中心を主走査方向（長手方向）にずらして配置している。こうすることで、シリンドリカルレンズ４，８の焦点距離を短くしても、シリンドリカルレンズ４，８相互が物理的に干渉することがなく、シリンドリカルレンズ４，８およびその他の光学素子のレイアウトが可能になり、かつ、レイアウトが容易になる。また、マルチビーム化することで、光偏向器９の回転数を低減できる。または、記録速度ないしは書き込み速度の高速化を図ることができる。

図１に示す実施例では、各被走査面１２を走査する光ビームはシングルビームを想定し、各光源もシングルビームを放射することを想定している。しかし、それぞれの光源を、図７に示すような複数の発光点を有する半導体レーザアレイ（ＬＤＡ）２０を用いることもできる。図７に示す例では、ＬＤＡ２０が４本のレーザ光束を放射するようになっていて、各レーザ光束がカップリングレンズ２１でほぼ平行光束に変換されて後の光学系にカップリングされるようになっている。各レーザ光束は相互間に所定の開き角度を持ってカップリングレンズ２１から出射していき、被走査面上で副走査方向に所定の間隔をおいて同時に主走査を行うようになっている。このように、ＬＤＡ２０を用いることで、同時に複数の光束で同一の被走査面を同時に操作することができるため、光偏向器の回転数を低減できる。または、記録速度の高速化を図ることができる。

図５は本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施例を示す。説明を簡単にするために光偏向器９に対して右側の光学系のみについて説明する。また、各部品に付す符号は、誤解のない範囲で前記実施例に使用した符号と同じ符号を用いている。図５において、光源１、５から射出した光束は、カップリングレンズ２、６によって略平行光束にカップリングされ、アパーチャ３，７によって整形され、線状光学系をなすシリンドリカルレンズ４、８に入射する。シリンドリカルレンズ４，８から射出した光束は、主走査対応方向に長く略線状に集光しつつ、共通の回転軸を持つ光偏向器９の上段かまたは下段の偏向反射面に入射する。光源１からの光束は、シリンドリカルレンズ４を透過した後ミラー２５により光路が曲げられ光偏向器９に向かうように構成されている。これに対して光源５からの光束は、光路を曲げられることなく光偏向器９に向かうように構成されている。

光源１からの光束と光源５からの光束は互いに異なる被走査面１２に導かれそれぞれの被走査面１２に書き込みが行われる。互いに異なる被走査面１２に導かれる、前記線像光学系から射出される複数の光束は、偏向回転面内において開き角φを有している。しかし、光源１からの光束はミラー２５で折り曲げられ、光偏向器９への入射方向は光源５からの光束の光偏向器９への入射方向と同じになって（副走査方向に重なって）いる。光源１と光源５からの２本の光束は光偏向器９によって主走査方向に偏向され、走査レンズ１００、１１０を介して各々別の被走査面１２を走査する。

図５に示すように、光源１及び光源５からの光束位置に対してシリンドリカルレンズ４，８の外形中心を主走査方向（長手方向）にずらして配置している。こうすることで、シリンドリカルレンズの焦点距離を小さくしても、シリンドリカルレンズ４，８が干渉することなくシリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが可能になる。図５からも分かるように、シリンドリカルレンズ４，８の外形中心を光束の位置からずらして配置すると、シリンドリカルレンズ４，８の長手方向において使用範囲（有効範囲）以外の領域ができる。当然使用範囲外の領域を切断して長手方向の外形を短くすることもできるが、短くすると光軸に平行な回転軸周りの偏心が発生しやすくなり、被走査面におけるビームスポット径が劣化してしまう。特にビームスポット径を小径にした場合にはその影響が顕著になるため、シリンドリカルレンズ４，８の長手方向の長さを短くするのは望ましくない。

上記実施例において、シリンドリカルレンズ４，８の焦点距離をｆ’、光源１，５から光偏向器９までの距離をＬ’としたとき、次の条件式
０．２＜ｆ’／Ｌ’＜０．８
を満足することが望ましい。ｆ’／Ｌ’が０．２より小さくなると、実質的にシリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが困難になる。また、ｆ’／Ｌ’が０．８より大きくなると、光学系全系の副走査方向の倍率が大きくなり、被走査面１２上で走査位置ずれが発生しやすくなる。また、走査レンズ１００，１１０上で光束が副走査方向にずれる量も大きくなり、被走査面でのビームスポット径が劣化しやすくなる。

上記実施例において、光源１，５からの光束相互の開き角をφ、主走査方向の開口径をＡ’、としたとき、次の条件式
Ａ’／（ｆ’×ｓｉｎ（φ／２）×２）＜０．８
を満足することが望ましい。Ａ’／（ｆ’×ｓｉｎ（φ／２）×２）が０．８を超えると、実質的にシリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが困難になる。

上記実施例において、線像光学系を構成するシリンドリカルレンズ４，８を、副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面１２上で略一致するように調整可能な構成にするとよい。こうすることで、走査レンズ等の加工誤差や組み付け誤差による副走査方向の結像位置のずれを調整することができるので、走査レンズ等の加工精度や組み付け精度の許容範囲を広くすることができ、光走査装置の低コストを実現することができる。また、調整機構を設けるためにはそのスペースを確保する必要があるが、上記実施例のように、光束位置に対するシリンドリカルレンズ４，８の外形中心を主走査方向（長手方向）でずらして配置することで、シリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが容易になる。

図に示す実施例では、各被走査面１２を走査する光ビームの光源としてはシングルビームを想定しているが、図２に示す実施例のように、一つの光源を２つの半導体レーザ（ＬＤ）からなるマルチビーム光学系とし、各被走査面１２を複数の光束で同時に走査するようにしてもよい。一つの光源を構成する２つのＬＤから射出される２つの光束は、偏向回転面内において開き角δ’で光偏向器９に向かっている。上記実施例と同様に、シリンドリカルレンズ４，８の外形中心を主走査方向（長手方向）にずらして配置することで、シリンドリカルレンズ４，８の焦点距離を小さくしても、シリンドリカルレンズ４，８相互が干渉することなくシリンドリカルレンズ４，８のレイアウトが可能になる。また、光源をマルチビーム化することで光偏向器の回転数を低減できる。または、記録速度の高速化を図ることができる。

図６は、図５に示す実施例をさらに変形した別の実施例を示す。図６に示す実施例は図５に示す実施例とほぼ同じで、光源１からの光束はミラー２５で折り曲げられるようになっているのに対し、光源５からの光束は折り曲げられることなく光偏向器９に向かうようになっている。光源１からの光束と光源５からの光束は互いに異なる被走査面１２に導かれそれぞれの被走査面１２に書き込みが行われる。互いに異なる被走査面１２に導かれる、前記線像光学系から射出される複数の光束は、偏向回転面内において開き角φを有している。図６に示す実施例が図５に示す実施例と異なる点は、ミラー２５で折り曲げられた光源１からの光束と、光源５からの光束とが互いにある開き角を持って光偏向器９に入射するようになっている点である。その他は図５に示す実施例と同じであるから、説明を省略する。
図６に示す実施例における各光源１，５として、図７に示すような半導体レーザアレイ２０を用いてもよい。こうすることによって、すでに説明したとおりの作用効果を得ることができる。

本発明にかかる光走査装置を持つ画像形成装置の実施例として、レーザプリンタの例を図８に示す。図８において、レーザプリンタ２００は、潜像担持体１１１として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。潜像担持体１１１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。さらに、レーザビームＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で「光書込による露光」を行うようになっている。上記光走査装置１１７として、これまで説明してきた本発明にかかる光走査装置の実施例の一つを用いることができる。

図８において、符号１１６は定着装置、符号１１８はカセット、符号１１９はレジストローラ対、符号１２０は給紙コロ、符号１２１は搬送路、符号１２２は排紙ローラ対、符号１２３はトレイ、符号Ｐは記録媒体としての転写紙を示している。画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２により均一帯電され、光走査装置１１７のレーザビームＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。

この静電潜像は現像装置１１３により反転現像され、像担持体１１１上にトナー画像が形成される。転写紙Ｐを収納したカセット１１８は、画像形成装置１００本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９に捕らえられる。レジストローラ対１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ１１４の作用によりトナー画像が静電転写される。トナー画像が転写された転写紙Ｐは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてトナー画像を定着され、搬送路１２１を通り、排紙ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。

トナー画像が転写された後の像担持体１１１の表面は、クリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。潜像担持体１１１に光走査により潜像を形成し、上記潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、潜像担持体１１１を光走査する光走査装置として、すでに説明した各実施例にかかる光走査装置の一つを用いる。潜像担持体１１１は光導電性の感光体であり、その均一帯電と光走査とにより静電潜像が形成され、形成された静電潜像がトナー画像として可視化される。
上記画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニング、という一連の電子写真プロセスを実行することによって画像を形成するものであり、上記光走査装置は電子写真プロセスの露光プロセスの実行を受け持つことになる。

図８には、１色の画像形成装置の例が示されているが、上記の画像形成ユニットを複数併設し、各ユニットでそれぞれの色に対応した画像を形成し、各画像を転写紙などに重ねて転写することにより、カラー画像を形成することができる。この方式がタンデム方式である。また、像担持体に色に対応した画像を形成して転写紙に転写し、次に別の色に対応した画像を上記像担持体に形成して上記転写紙に重ねて転写する、というように、単一の像担持体を用いるカラー画像形成方式にも適用可能である。

以下に、本発明にかかる光走査装置の数値例を示す。
＜実施例＞
面形状の定義式を以下に示す。
・光源波長：６５５ｎｍ
・カップリングレンズ焦点距離：１５ｍｍ
・カップリング作用：コリメート作用
・主走査方向のアパーチャ径Ａ：５．２５ｍｍ
・副走査方向のアパーチャ径：１．３４ｍｍ
・シリンドリカルレンズの焦点距離ｆ：７０.６ｍｍ
・光源から偏向面までの距離Ｌ：２００ｍｍ
・ポリゴンミラー
・偏向反射面数：６
・内接円半径：１８ｍｍ
・光源１、光源１’と走査光学系の光軸との平均入射角：α＝７３ｄｅｇ
・光源５、光源５’と走査光学系の光軸との平均入射角：β＝５８ｄｅｇ
・開き角θ＝１５ｄｅｇ
・開き角δ＝３.１ｄｅｇ
・ｆ／Ｌ＝０．３５
・Ａ／（ｆ×ｓｉｎ（θ／２）×２）＝０.２８

光偏向器以降のレンズデータを以下に示す。
走査レンズ１００の第１面及び走査レンズ１１０の両面は式（１）、（２）で表現される。
・主走査非円弧式
・主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、光軸における主走査面内の近軸
・曲率半径をＲｍ,光軸からの主走査方向の距離をＹ，円錐常数をＫ，高次の係数をＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，
・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝（Ｙ＾２／Ｒｍ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）＾２｝］＋
Ａ１・Ｙ＋Ａ２・Ｙ＾２＋Ａ３・Ｙ＾３＋Ａ４・Ｙ＾４＋
Ａ５・Ｙ＾５＋Ａ６・Ｙ＾６＋・・ （１）
ここで、奇数次のＡ１，Ａ３，Ａ５・・をゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。

実施例は偶数次のみを用いており、主走査方向に対称系である。
・副走査曲率式
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を（２）で示す。
Ｃｓ（Ｙ）＝１／Ｒｓ（０）＋Ｂ１・Ｙ＋Ｂ２・Ｙ＾２＋
Ｂ３・Ｙ＾３＋Ｂ４・Ｙ＾４＋Ｂ５・Ｙ＾５＋・・ （２）
ここで、Ｙの奇数乗係数のＡｓ１，Ａｓ３，Ａｓ５・・がゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。

また、走査レンズ１００の第２面は共軸非球面であり、以下の式で表現される。
・共軸非球面
光軸における近軸曲率半径をＲ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐常数をＫ、高次の係数をＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，
・・とするとき、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
Ｘ＝（Ｙ＾２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒｍ）＾２｝＋
Ａ１・Ｙ＋Ａ２・Ｙ＾２＋Ａ３・Ｙ＾３＋Ａ４・Ｙ＾４＋
Ａ５・Ｙ＾５＋Ａ６・Ｙ＾６＋・・・ （３）

走査レンズ１００の第１面の形状
Ｒｍ＝−２７９．９、Ｒｓ＝−６１
・Ｋ・・・−２．９０００００ｅ＋０１
・Ａ４・・・１．７５５７６５ｅ−０７
・Ａ６・・−５．４９１７８９ｅ−１１
・Ａ８・・・１．０８７７００ｅ−１４
・Ａ１０・−３．１８３２４５ｅ−１９
・Ａ１２・−２．６３５２７６ｅ−２４
・Ｂ１・・−２．０６６３４７ｅ−０６
・Ｂ２・・・５．７２７７３７ｅ−０６
・Ｂ３・・・３．１５２２０１ｅ−０８
・Ｂ４・・・２．２８０２４１ｅ−０９
・Ｂ５・・−３．７２９８５２ｅ−１１
・Ｂ６・・−３．２８３２７４ｅ−１２
・Ｂ７・・・１．７６５５９０ｅ−１４
・Ｂ８・・・１．３７２９９５ｅ−１５
・Ｂ９・・−２．８８９７２２ｅ−１８
・Ｂ１０・−１．９８４５３１ｅ−１９

走査レンズ１００の第２面の形状
Ｒ＝−８３．６
・Ｋ・・・−０．５４９１５７ｅ
・Ａ４・・・２．７４８４４６ｅ−０７
・Ａ６・・−４．５０２３４６ｅ−１２
・Ａ８・・−７．３６６４５５ｅ−１５
・Ａ１０・・１．８０３００３ｅ−１８
・Ａ１２・・２．７２７９００ｅ−２３

走査レンズ１１０第１面の形状（５８度入射時）
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝１１０．９
・Ｋ・・・・０．００００００ｅ＋００
・Ａ４・・・１．５４９６４８ｅ−０８
・Ａ６・・・１．２９２７４１ｅ−１４
・Ａ８・・−８．８１１４４６ｅ−１８
・Ａ１０・−９．１８２３１２ｅ−２２
・Ｂ１・・−９．５９３５１０ｅ−０７
・Ｂ２・・−２．１３５３２２ｅ−０７
・Ｂ３・・−８．０７９５４９ｅ−１２
・Ｂ４・・・２．３９０６０９ｅ−１２
・Ｂ５・・・２．８８１３９６ｅ−１４
・Ｂ６・・・３．６９３７７５ｅ−１５
・Ｂ７・・−３．２５８７５４ｅ−１８
・Ｂ８・・・１．８１４４８７ｅ−２０
・Ｂ９・・・８．７２２０８５ｅ−２３
・Ｂ１０・−１．３４０８０７ｅ−２３

走査レンズ１１０第１面の形状（７３度入射時）
Ｒｍ＝６９５０、Ｒｓ＝１１０．９
・Ｋ・・・・０．００００００ｅ＋００
・Ａ４・・・１．５４９６４８ｅ−０８
・Ａ６・・・１．２９２７４１ｅ−１４
・Ａ８・・−８．８１１４４６ｅ−１８
・Ａ１０・−９．１８２３１２ｅ−２２
・Ｂ１・・・９．５９３５１０ｅ−０７
・Ｂ２・・−２．１３５３２２ｅ−０７
・Ｂ３・・・８．０７９５４９ｅ−１２
・Ｂ４・・・２．３９０６０９ｅ−１２
・Ｂ５・・−２．８８１３９６ｅ−１４
・Ｂ６・・・３．６９３７７５ｅ−１５
・Ｂ７・・・３．２５８７５４ｅ−１８
・Ｂ８・・・１．８１４４８７ｅ−２０
・Ｂ９・・−８．７２２０８５ｅ−２３
・Ｂ１０・−１．３４０８０７ｅ−２３

走査レンズ１１０の第２面の形状（５８度入射時、７３度入射時共通）
Ｒｍ＝７６６、Ｒｓ＝−６８．２２
・Ｋ・・・・０．００００００ｅ＋００
・Ａ４・・−１．１５０３９６ｅ−０７
・Ａ６・・・１．０９６９２６ｅ−１１
・Ａ８・・−６．５４２１３５ｅ−１６
・Ａ１０・・１．９８４３８１ｅ−２０
・Ａ１２・−２．４１１５１２ｅ−２５
・Ｂ２・・・３．６４４０７９ｅ−０７
・Ｂ４・・−４．８４７０５１ｅ−１３
・Ｂ６・・−１．６６６１５９ｅ−１６
・Ｂ８・・・４．５３４８５９ｅ−１９
・Ｂ１０・−２．８１９３１９ｅ−２３
ここで、平均入射角７３ｄｅｇ時と、５８ｄｅｇ時で、走査レンズ１１０は光軸を回転中心として１８０ｄｅｇ回転して取り付けている。
また、使用波長における走査レンズの屈折率は全て１．５２７２４である。

以下に光学配置を示す。
・偏向面から走査レンズ１００第１面までの距離ｄ１：６４ｍｍ
・走査レンズ１００の中心肉厚ｄ２：２２．６ｍｍ
・走査レンズ１００第２面から走査レンズ１１０第１面までの距離ｄ３：７５．９ｍｍ
・走査レンズ１１０の中心肉厚ｄ４：４．９ｍｍ
・走査レンズ１１０第２面から被走査面までの距離ｄ５：１５８．７ｍｍ

図３、図４は、上記実施例による被走査面上でのビームスポット径のデータを示すもので、図３は、設計中央値５８ｄｅｇ、図４は、設計中央値７３ｄｅｇの場合を示す。図３、図４において、（ａ）は第１光源による主走査方向、（ｂ）は第１光源による副走査方向、（ｃ）は第２光源による主走査方向、（ｄ）は第２光源による副走査方向のビームスポット径を示す。

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、カラー複写機、カラープリンタ、カラーファクシミリなどの画像形成装置に用いられる光走査装置として有用であり、また、この光走査装置を画像形成装置に適用することによって、副走査ビームピッチなどの光学特性の劣化を抑制することができ、光学素子のレイアウトが容易で、安定したビームスポット径を得ることができる画像形成装置を得ることができる。

本発明にかかる光走査装置の一実施例を主走査対応方向から示す光学配置図である。 本発明にかかる光走査装置の別の実施例を主走査対応方向から示す光学配置図である。 上記光走査装置による被走査面でのビームスポット径の実測値を示すグラフで、（ａ）は第１光源による主走査方向、（ｂ）は第１光源による副走査方向、（ｃ）は第２光源による主走査方向、（ｄ）は第２光源による副走査方向のビームスポット径を示す。 同じく上記光走査装置による被走査面でのビームスポット径を、異なる設計中央値で実測した値を示すグラフで、（ａ）は第１光源による主走査方向、（ｂ）は第１光源による副走査方向、（ｃ）は第２光源による主走査方向、（ｄ）は第２光源による副走査方向のビームスポット径を示す。 本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施例を主走査対応方向から示す光学配置図である。 本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施例を主走査対応方向から示す光学配置図である。 本発明に適用可能な光源の例を示す斜視図である。 本発明にかかる画像形成装置の実施例を模式的に示す正面図である。 従来の光走査装置の例を示す（ａ）は主走査対応方向から見た、（ｂ）は副走査対応方向から見た光学配置図である。

符号の説明

１ 光源
２ カップリングレンズ
３ アパーチャ
４ 線像光学系としてのシリンドリカルレンズ
５ 光源
６ カップリングレンズ
７ アパーチャ
８ 線像光学系としてのシリンドリカルレンズ
９ 光偏向器
１００ 走査レンズ
１１０ 走査レンズ

Claims (15)

1. 光束を放射する複数の光源と、
   この複数の光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、
   カップリング光学系からの光束を主走査対応方向に長く線状に集光する線像光学系と、
   上記線状集光部の近傍において共通の回転軸を中心として回転する偏向反射面を有しこの偏向反射面により光束を偏向する光偏向器と、
   上記光偏向器による複数の偏向光束をそれぞれの偏向光束に対応する被走査面上に光スポットとして集光する複数の走査光学系とを有し、
   異なる被走査面に導かれる上記光偏向器に向かう複数の光束が偏向回転面内において互いに開き角θを有する光走査装置であって、
   上記線像光学系のうち少なくとも１つの光学素子は、光束に対して主走査平面内でずらして配置されていることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、上記線像光学系の焦点距離をｆ、光源から偏向反射面までの距離をＬとしたとき、次の条件式
   ０．２＜ｆ／Ｌ＜０．８
   を満足することを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１記載の光走査装置において、主走査方向の開口径をＡ、としたとき、次の条件式
   Ａ／（ｆ×ｓｉｎ（θ／２）×２）＜０．８
   を満足することを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１記載の光走査装置において、上記線像光学系は、副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面上に略一致するように調整可能であることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、上記線像光学系は、副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面上に略一致するように調整されて固定されていることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置において、同一の被走査面に導かれる光束が複数あり、そのうち少なくとも２つの光束は、偏向回転面内において開き角δで前記光偏向器に向かうことを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置において、上記複数の光源は、それぞれ複数の発光点を持つ半導体レーザアレイからなることを特徴とする光走査装置。
8. 光束を放射する複数の光源と、
   この複数の光源からの光束をカップリングするカップリング光学系と、
   カップリング光学系からの光束を主走査対応方向に長く線状に集光する線像光学系と、
   上記線状集光部の近傍において共通の回転軸を中心として回転する偏向反射面を有しこの偏向反射面により光束を偏向する光偏向器と、
   上記光偏向器による複数の偏向光束をそれぞれの偏向光束に対応する被走査面上に光スポットとして集光する複数の走査光学系とを有し、
   異なる被走査面に導かれる光束であって上記光偏向器に向かう複数の光束が偏向回転面内において互いに開き角φを有し、上記複数の光束のうちの一つはミラーによって光路が曲げられて光偏向器に向かう光走査装置であって、
   上記線像光学系のうち少なくとも１つの光学素子は、光束に対して主走査平面内でずらして配置されていることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項８記載の光走査装置において、上記線像光学系の焦点距離をｆ’、光源から偏向反射面までの距離をＬ’としたとき、次の条件式
   ０．２＜ｆ’／Ｌ’＜０．８
   を満足することを特徴とする光走査装置。
10. 請求項８記載の光走査装置において、主走査方向の開口径をＡ’、としたとき、次の条件式
    Ａ’／（ｆ’×ｓｉｎ（φ／２）×２）＜０．８
    を満足することを特徴とする光走査装置。
11. 請求項８記載の光走査装置において、上記線像光学系は、副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面上に略一致するように調整可能であることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１１記載の光走査装置において、上記線像光学系は、副走査方向におけるビームウェスト位置が被走査面上に略一致するように調整されて固定されていることを特徴とする光走査装置。
13. 請求項８乃至１２のいずれかに記載の光走査装置において、同一の被走査面に導かれる光束が複数あり、そのうち少なくとも２つの光束は、偏向回転面内において相互の開き角δ’で前記光偏向器に向かうことを特徴とする光走査装置。
14. 請求項８乃至１３のいずれかに記載の光走査装置において、上記複数の光源は、それぞれ複数の発光点を持つ半導体レーザアレイからなることを特徴とする光走査装置。
15. 電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する画像形成装置であって、電子写真プロセスの中の露光プロセスを実行する手段として請求項１乃至１４のいずれかに記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
    

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