JP2005241683A - マルチビーム走査光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 副走査断面における集光点位置を全像高に渡り、ほぼ一致させることができ、これにより高速で高品位の印字が可能なマルチビーム走査光学系を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明では、複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、走査領域全域にわたり副走査断面における各光束の像面位置の差を最大でも３．０８ｍｍ以下とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明はマルチビーム走査光学系に関し、特に光源手段から出射した複数の光束（レーザ光）を光偏向器としてのポリゴンミラーにより偏向反射させ、走査光学手段を介して被走査面上を光走査し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やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。

従来、画像形成装置に使用する走査光学系は光源手段としての光源（発光部）から出射した光束をコリメーターレンズ、シリンドリカルレンズ（シリンダーレンズ）等を有する入射光学手段を介して偏向手段に導き、走査光学手段を介してこの偏向手段で偏向反射した光束を被走査面上にスポット状に結像且つ光走査させるようにしている。

近年では、画像形成装置の高性能化と高機能化が進展するに伴い、走査光学系の高速化の要求も高まっている。そこで高速化の要求に応えるために複数の光源を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１２７１１２号公報 特開平１１−３５２４２６号公報

ところで、偏向手段に対して主走査方向に開き角を持って複数の光束が入射している場合、副走査断面における集光位置が被走査面近傍において一致しなくなる現象が特許文献２で報告されている。これは、各光束の偏向点の位置が一致しないことに起因している。以下、詳細に説明していく。

仮に、図７に示すように光源Ａ、Ｂが主走査方向にθの角度を持って配置されているものとする。この場合、各光源から射出された光束を同一像高に集光させるにはθ／２偏向面の角度を変える必要がある。図７の場合では光源Ａの集光点に光源Ｂの集光点を一致させるためには偏向面を左回りにθ／２偏向面の角度を変える必要がある。この時、偏向手段の回転軸が偏向面上にないと図８に示すように光源Ａ、Ｂの偏向点は離れる。面倒れ補正機能を有する走査光学系の場合、副走査断面において偏向面近傍と被走査面とを共役な関係にしている。ところが光源Ａ、Ｂの偏向点の位置は一致しないため、両者では偏向点から被走査面までの光路長が異なり、副走査断面での集光点位置は、ほとんどの像高で一致しない。

上記の現象を軽減するには面倒れ補正機能をなくす方法が考えられる。しかしながら面倒れによる影響を無視できるほど偏向面の面倒れ量を抑えることは困難なため、この方法はあまり現実的ではない。他の方法としては図７のθを極力小さくする方法が考えられる。しかしながら光源や光源から射出された光束を導く光学素子はある大きさを有しているため、θを小さくするにも限度がある。

本発明は、
・独立した複数の光源を用いている、
・偏向手段に対して主走査方向に開き角を持って複数の光束が入射している、
・偏向面上に回転軸がない、
・面倒れ補正機能を有している、
以上の条件を満たした走査光学系において、
副走査断面における集光点位置を全像高に渡り、ほぼ一致させることで、高速で高品位の印字が可能なマルチビーム走査光学系の提供を目的とする。

本発明の第一の発明は、複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、走査領域全域にわたり副走査断面における各光束の像面位置の差を最大でも３．０８ｍｍ以下にした構成とした。

本発明の第二の発明は、複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、任意の走査像高での副走査断面における各光束の像面位置の差をＸとしたときに、全走査領域にわたり、
ｍａｘ｜Ｘ｜＜（０．４９×ｓ^２）／λ
を満足する構成とした。

本発明の第三の発明は、複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面近傍の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、前記走査光学手段の副走査倍率をβ、任意の走査像高へ向かう光束の進行方向における該各光束の主走査断面内における偏向点位置の差をｐとするときに、全走査領域にわたり、
｜ｐ｜β^２＜０．４９ｓ^２／λ
を満足する構成とした。

本発明の第四の発明は、複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面近傍の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、前記走査光学手段の副走査倍率をβ、前記偏向手段の内径の半分をＲ、走査幅をＷ、前記走査光学手段のｆθ係数をｆ、該偏向手段に入射する複数の光束を主走査断面上に投影したときに、角度差が最大になる２つの光束のなす角度をθ、該角度差が最大になる２つの光束の２等分線と前記走査光学手段の光軸とがなす主走査方向の角度をξとするときに、
２Ｒβ^２×ｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）＋｜ξ｜／２｝×ｓｉｎ（｜θ｜／４）＜０．４９ｓ^２／λ
を満足する構成とした。

本発明の第五の発明は、複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面近傍の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、前記走査光学手段の副走査倍率をβ、偏向手段の内径の半分をＲ、走査幅をＷ、前記走査光学手段のｆθ係数をｆ、該偏向手段に入射する複数の光束を主走査断面上に投影したときに、角度差が最大になる２つの光束のなす角度をθとし、該角度差が最大になる２つの光束の２等分線と前記走査光学手段の光軸とが平行に成るように構成しているとき、
２Ｒβ^２×ｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）｝×ｓｉｎ（｜θ｜／４）＜０．４９ｓ^２／λ
を満足する構成とした。

本発明によれば前述の如く条件式を満足するように各要素を設定することにより、副走査断面における集光点位置を全像高に渡り、ほぼ一致させることができ、これにより高速で高品位の印字が可能なマルチビーム走査光学系を達成することができる。

まず本発明の目的を達成する為の原理について説明を記していく。

走査領域全域にわたり、副走査断面における各光束の像面位置の差を極力軽減する方法として、偏向面と回転軸との距離を極力近づける方法が考えられる。なぜならば、このとき偏向面上における各光束の偏向点のズレは小さくなるためである。偏向手段に回転多面鏡を用いている場合は回転多面鏡の径を小さくすれば良い。とはいえ、主走査方向において、偏向後の光束幅を常に一定にしているＵＦＳ（アンダーフィルド走査系）では、十分に小さくすることが出来ない。この理油を図９Ａ、Ｂを用いて説明する。図９Ａは走査開始時の偏向点の位置を、図９Ｂは走査終了時の偏向点の位置を模式的に示したものである。図９Ａでは偏向点が偏向面右下にあるのに対して、図９Ｂでは偏向点は偏向面左上に移動している。つまりＵＦＳにおいては偏向面の大きさは光束幅に加えて偏向点が移動する分を見込んだ大きさが最低限、必要になる。これを踏まえて、本特許では回転多面鏡をより小さくする１つの方法として、ＯＦＳ（オーバーフィルド走査系）を採用した。ＯＦＳの場合、偏向点が移動する分を考慮しなくても良いため、同じ面数で回転多面鏡を構成しても、より径の小さい回転多面鏡で偏向手段を構成する事が可能になる。このため各光源の副走査断面における集光点の位置が被走査面への光束の入射方向に大きくずれることを防ぐことができる。以下、詳細に説明していく。

回転軸を原点、走査光学手段の光軸方向をＸ軸方向、主走査方向をＹ軸方向、回転多面鏡の内半径（内径の半分）をＲ［ｍｍ］とすると、図１０に示すように偏向面の角度がΦの時の偏向面中央の座標は（Ｒｃｏｓ（Φ）、Ｒｓｉｎ（Φ））と書ける。尚、ここでは偏向面の法線がＸ軸方向と一致した場合をΦ＝０としている。このとき主走査断面に斜影した光束Ａ、Ｂが図１０に示すように走査光学手段の光軸に対してそれぞれγ、γ＋θで入射しているものとすると、偏向面８ａで偏向後の光束Ａは２Φ−γの方向へ偏向される。光束Ｂを光束Ａと同一方向へ偏向するには偏向面の角度をΦ＋θ／２にすればよい。このときの偏向面中央の座標は、
（Ｒｃｏｓ（Φ＋θ／２）、Ｒｓｉｎ（Φ＋θ／２））と書ける。尚、ここでは光束Ａに対して光束Ｂが＋Ｙ側から入射している場合をθ＞０、−Ｙ側から入射している場合をθ＜０とする。図１０の場合、θ＞０の状態にある。この時、偏向後の光束の進行方向、つまり２Φ−γの方向に対して偏向面中央位置は、
ｐ＝｛Ｒｃｏｓ（Φ）ｃｏｓ（２Φ−γ）＋Ｒｓｉｎ（Φ）ｓｉｎ（２Φ−γ）｝−｛Ｒｃｏｓ（Φ＋θ／２）ｃｏｓ（２Φ−γ）＋Ｒｓｉｎ（Φ＋θ／２）ｓｉｎ（２Φ−γ）｝
＝Ｒ｛ｃｏｓ（Φ−γ）−ｃｏｓ（Φ−γ−θ／２）｝
＝２Ｒｓｉｎ（γ＋θ／４−Φ）ｓｉｎ（θ／４）
だけずれることになる。仮に光束Ａ、Ｂの２等分線をＸ軸と一致させた場合、つまりγ＝−θ／２とした場合更に上式は簡単に表現でき、
ｐ＝−２Ｒｓｉｎ（Φ＋θ／４）ｓｉｎ（θ／４）
となる。

また、走査光学手段の副走査倍率をβとすると、副走査断面における光束Ａ、Ｂの集光位置は被走査面への入射方向に対して、
Ｘ＝ｐβ＾２
だけずれることになる。（Ｘ：副走査断面における光束Ａ、Ｂの集光位置のズレ量）
特に、｜ｐ｜が最大になるのは、図１１に示すように走査領域の端を走査しているときであるため、この走査域端部における集光位置のズレｐを考察すれば良い。今、走査幅をＷ、走査光学手段のｆθ係数をｆ、Ｘ軸上から光束を偏向手段に入射したときに前記光束が走査領域の中央を走査するときの偏向面の角度をΦ’とすると、偏光方向２Φ−γの最大最小はそれぞれ、
ｍｉｎ（２Φ−γ）＝２Φ’−Ｗ／（２ｆ）
ｍａｘ（２Φ−γ）＝２Φ’＋Ｗ／（２ｆ）
より、
ｍｉｎ（Φ）＝γ／２＋Φ’−Ｗ／（４ｆ）
ｍａｘ（Φ）＝γ／２＋Φ’＋Ｗ／（４ｆ）
よってθ＞０とすると、
ｍａｘ（ｐ）＝２Ｒｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）＋γ／２＋θ／４−Φ’｝ｓｉｎ（θ／４）
ｍｉｎ（ｐ）＝２Ｒｓｉｎ｛−Ｗ／（４ｆ）＋γ／２＋θ／４−Φ’｝ｓｉｎ（θ／４）
ちなみにθ＜０の場合はｍａｘ、ｍｉｎの関係が逆になるだけで、本質的な違いは無い。

Ｗ／（４ｆ）は常に正の値なので、ｐの絶対値が最も大きくなるのは、
γ／２＋θ／４−Φ’＞０の場合はｐが最大に成る場合、逆にγ／２＋θ／４−Φ’＜０の場合はｐが最小に成る場合なので、
ｍａｘ（｜ｐ｜）＝２Ｒｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）＋｜γ／２＋θ／４−Φ’｜｝ｓｉｎ（｜θ｜／４）
となる。

また、光束Ａ、Ｂの２等分線と走査光学手段の光軸とを主走査断面上に斜影したときに成す角度をξとすると、
ξ＝γ＋θ／２
より
ｍａｘ（｜ｐ｜）＝２Ｒｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）＋｜ξ／２−Φ’｜｝ｓｉｎ（｜θ｜／４）
仮に走査領域中央とＸ軸が一致している、つまりΦ’＝０すると、
ｍａｘ（｜ｐ｜）＝２Ｒｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）＋｜ξ｜／２｝ｓｉｎ（｜θ｜／４）
となる。

更に、光束Ａ、Ｂの２等分線がＸ軸と一致している、つまりξ＝０とすると、
ｍａｘ（｜ｐ｜）＝２Ｒｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）｝ｓｉｎ（｜θ｜／４）
と、より簡単に表現できる。

また、光源が３つ以上ある場合は、偏向手段に入射する各光束を主走査断面上に斜影したときの両端の光束をこれまでの光束Ａ、Ｂに当てはめて考えればよい。

次に、被走査面への入射方向における光束Ａ、Ｂの集光位置のズレ量Ｘの許容可能な範囲について考察する。設計上の被走査面近傍における副走査方向の最小スポット径をｓ［ｍｍ］とすると最悪の場合でも被走査面上におけるスポット径は１．６ｓ以下になるようにする必要がある。これを超えるような走査光学系においては印字線の太さが所望の太さから大きくはずれ、印字品位が許容できないレベルになる。

最小スポット径となる位置から被走査面への光束の入射方向にｑ離れた位置におけるスポット径ｓ’は、
ｓ’＝ｓ√［１＋｛（４λｑ）／（πｓ＾２）｝＾２］
と表すことができる。ここでλは光束の波長［ｍｍ］を示している。よって
ｓ’＝１．６ｓとなるｑを求めると、
ｑ≒±０．９８ｓ＾２／λ
となる。よって深度幅ｗ＝１．９６ｓ＾２／λとなる。

光学素子の性能、組立誤差、環境の変化による影響等を考慮すると、光束の集光位置のズレに割り当てられるのは、せいぜい深度幅ｗの１／４程度である。

よって、
ｍａｘ｜Ｘ｜＜ｋ＝０．４９ｓ＾２／λ
の関係を満たせばよい。

今、内半径Ｒ＝３．９７３ｍｍ、光束Ａの入射角度γ＝−６°、開き角θ＝１２°、走査幅Ｗ＝２１４ｍｍ、走査光学手段のｆθ係数ｆ＝１５１ｍｍ、走査領域の中央を走査するときの偏向面の角度φ’＝０とすると、ｍａｘ（ｐ）＝１４４．３μｍ、ｍｉｎ（ｐ）＝−１４４．３μｍとなり、走査光学手段の副走査倍率β＝−２とすると、副走査断面における光束Ａ、Ｂの集光位置のずれは被走査面への入射方向に対してＸ＝ｐβ＾２＝±０．５７７ｍｍの範囲に収まる。尚、符号が正の場合は光束Ｂの集光位置に対して光束Ａの集光位置が偏向手段からより離れた場所に、符号が負の場合は光束Ａの集光位置が偏向手段側に位置していることを示している。

また、副走査方向の最小スポット径ｓをここでは７０μｍ、λ＝７８０ｎｍとするとｋ＝３．０８ｍｍとなり、光束Ａ、Ｂの集光位置のズレＸは実用上問題の無いレベルであることが分かる。また、高画質化のため、仮に副走査方向の最小スポット径ｓを５０μｍに偏向してもｋ＝１．５７ｍｍとなり、この場合でも光束Ａ、Ｂの集光位置のズレＸは実用上問題の無いレベルであることが分かる。

次に、ＵＦＳで構成した場合の光束Ａ、Ｂの集光位置のズレ量を算出し、上記の結果と比較することで、ＯＦＳで構成することの有用性を確認していく。尚、ＯＦＳは走査位置によって偏向後の光束幅は変化するが、以下の考察では極力ＵＦＳでの偏向手段の外径が小さくなるように、ＯＦＳで最も光束幅が狭くなるときの幅３．０５６ｍｍの光束を偏向手段に入射すると仮定して考察する。

この場合、複雑な計算は省略するが、偏向手段の外径は７９．７１１ｍｍ（内半径Ｒ＝３６．５４５ｍｍ）となりＯＦＳの場合と比較し９．３倍と非常に大きな径にする必要がある。このとき、偏向方向における偏向点の最大ズレ量ｍａｘ（｜ｐ｜）＝１．３２５ｍｍとなり、集光位置は５．３ｍｍずれる。これは上記ｋ＝１．５７ｍｍに対して非常に大きく、走査系の仕様としては実用に耐えるものではない。このため、独立した複数の光源を用いてＵＦＳで構成するには、副走査倍率の絶対値を１倍以下にしたり、偏向手段による走査角度の幅（偏向後の光束の角度の振れ幅）を４０°以下にしたり、偏向手段へ入射する各光束の主走査方向における角度の差を１°以下にしたり、若しくはこれらのいくつかを組み合わせることで構成する必要がある。その点、本発明ではそれらの制限を超えて、例えば、副走査倍率の絶対値を２倍以上にしたり、偏向手段による走査角度の幅（偏向後の光束の角度の振れ幅）を８０°（１．３９６ｒａｄ）以上にしたり、偏向手段へ入射する各光束の主走査方向における角度の差を６°以上にしたり、それらの条件を複数組み合わせても各光束の像面の位置ズレを画質に影響を与えるほど大きく乖離しないように構成することは容易である。

次に本発明の各実施形態について説明する。

［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１のマルチビーム走査光学系における主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は同走査光学系の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。尚、図２においてはミラーより光源側の光学素子は省略している。

ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸及び走査光学手段の光軸に垂直な方向（偏向手段で光束が偏向反射（偏向走査）される方向）を示し、副走査方向とは偏向手段の回転軸と平行な方向を示す。また主走査断面とは偏向手段の回転軸に垂直な平面を示す。また副走査断面とは主走査断面と垂直な断面を示す。

同図において１、２は独立した光源であり、本実施形態では光源１から光束Ａを、光源２から光束Ｂを出射している。尚、光源の数は２つに限られない。

３、４はコリメータ−レンズであり、コリメーターレンズ３は光束Ａを、コリメーターレンズ４は光束Ｂを、それぞれ略平行光束に変換している。

５はシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有している。

６はミラーであり、シリンドリカルレンズ５から射出された複数の光束を後述する偏向手段８へ偏向している。

尚、光源１、２、コリメータ−レンズ３、４、シリンドリカルレンズ５、ミラー６の各要素は入射光学手段７の一要素を構成している。

８は偏向手段としての光偏向器であり、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成り、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印ＰＡ方向に一定速度で回転している。本実施形態では光束Ａ、Ｂを主走査断面に射影したときに開き角θを持って光偏向器８の偏向面８ａに入射している。

９はｆθ特性を有する走査光学手段（ｆθレンズ系）であり、第１、第２の２枚の光学素子（ｆθレンズ）９ａ、９ｂを有し、光偏向器８により偏向された２つの光束Ａ、Ｂを被走査面（感光ドラム面）１０上にスポット状に結像させ、２本の走査線を形成している。走査光学手段９は副走査断面内において偏向面８ａもしくはその近傍と感光ドラム面１０もしくはその近傍との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。１０は被走査面としての感光ドラム面である。

本実施形態においては画像情報に応じて光源１から光束Ａが、光源２から光束Ｂが光変調され出射される。光束Ａはコリメーターレンズ３によって、光束Ｂはコリメーターレンズ４によって略平行光束に変換される。その後、シリンドリカルレンズ５に入射した光束Ａ、Ｂは主走査断面内においてはそのままの状態で出射する。また副走査断面内においては収束して光偏向器８の偏向面８ａの近傍でほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。シリンドリカルレンズ５を射出した各光束はミラー６で折り返され、副走査断面に対してある角度を持って偏向面８ａに導光される。このように構成することにより、偏向面８ａで偏向された光束がミラー６と干渉するのを防いでいる。また、偏向面８ａの主走査方向の幅に対して、偏向面８ａに入射する光束の主走査方向の幅を広くすることでＯＦＳを構成している。このような構成にする事で、偏向面に絞りの機能を持たせ主走査方向の光束幅を規制し、各光束を最適なビーム形状に成形している。そして偏向面８ａで偏向反射された２つの光束Ａ、Ｂは走査光学手段９により感光ドラム面１０上にスポット状に結像され、該光偏向器８を矢印ＰＡ方向に回転させることによって、該感光ドラム面１０上を矢印ＳＢ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面１０上に画像記録を行っている。

本実施形態では偏向手段として偏向面数８面、外径８．６ｍｍの回転多面鏡を用いている。また、光束Ａ、Ｂを主走査断面に射影したときの開き角はθ＝１２°とし、光束Ａ、Ｂの２等分線を主走査断面に斜影したときに前記２等分線がＸ軸と一致するつまりξ＝０となるように構成している。また、走査光学手段のｆθ係数はｆ＝１５１ｍｍ、副走査倍率をβ＝−２倍として構成している。また、走査幅はＷ＝２１４ｍｍとし、走査領域中央はＸ軸上に設けている。また、副走査方向における最小スポット径ｓを５０μｍ、光束の波長λを７８０ｎｍとしている。

このとき、内半径（内径の半分）Ｒは３．９７３ｍｍ、Ｘ軸上から光束を偏向手段に入射したと仮定した場合の前記光束が走査領域の中央を走査するときの偏向面の角度Φ’は０°となる。この結果、偏向方向における光束Ａ、Ｂの偏向点位置のズレの最大値ｍａｘ（｜ｐ｜）は１４４．３μｍとなり、副走査断面における光束Ａ、Ｂの集光位置のズレは被走査面への入射方向に対して±０．５７７ｍｍの範囲に収まる。これは、集光位置のズレの許容量０．４９ｓ＾２／λ＝１．５７ｍｍを十分に下回っており、集光位置のズレによる印字品位の劣化は、ほぼ問題ないレベルに構成できている。

［実施形態２］
図３は本発明の実施形態２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。図３において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施形態において前述の実施形態１と特に異なる点は
（１）偏向手段に偏向面数２０面、外径５２．６ｍｍの回転多面鏡を用いている、
（２）走査光学手段のｆθ係数はｆ＝３７７．５ｍｍ、として構成している、
（３）副走査方向における最小スポット径ｓを７０μｍとしている、
ことである。偏向手段への光束Ａ、Ｂの入射角度、走査光学手段の副走査倍率β、走査幅Ｗ、光束の波長λ等、他の点はほぼ実施形態１と同一である。

実施形態１に対して偏向手段の面数を２０面と増やしたのは、更なる高速化を図るためである。但し、上記の面数にした場合、実施形態１のｆθ係数では走査幅が狭くなってしまうため、ｆθ係数を３７７．５ｍｍと大きくしている。また、面数を増やしたこと、及び主走査方向のスポット径を実施形態１と同程度にするため、偏向面の主走査方向の幅を広げたことより、回転多面鏡の外形は５２．６ｍｍと実施形態１と比較し大きくなっている。また、副走査方向の最小スポット径ｓを大きくしたのは、印字品位を若干損なうものの、深度幅を広げることで副走査方向の集光位置ズレに起因するスポット径のばらつきを軽減するためである。

このとき、内半径Ｒは２５．９７６ｍｍとなり、偏向方向における光束Ａ、Ｂの偏向点位置のズレの最大値ｍａｘ（｜ｐ｜）は３８４．１μｍとなる。この結果、副走査断面における光束Ａ、Ｂの集光位置のズレは被走査面への入射方向に対して±１．５３６ｍｍの範囲に収まる。これは、集光位置のズレの許容量０．４９ｓ＾２／λ＝３．０８ｍｍを十分に下回っており、集光位置のズレによる印字品位の劣化は、ほぼ問題ないレベルに構成できている。

［実施形態３］
図４は本発明の実施形態３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。図４において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施形態において前述の実施形態１と特に異なる点は、
（１）光束Ａ、Ｂの２等分線を主走査断面に斜影したときに前記２等分線がＸ軸に対してξ＝８０°の角度を持つように構成している、
（２）副走査方向における最小スポット径ｓを７０μｍとしている、
（３）入射光学系からミラーをなくしている、
（４）偏向手段への光束の入射角度は偏向手段の回転軸に対してほぼ垂直に入射している、
ことである。偏向手段の偏向面の面数、外径、光束Ａ、Ｂが偏向手段への入射するときの光束の開き角θ、走査光学手段のｆθ係数ｆ、副走査倍率β、走査幅Ｗ、光束の波長λ等、他の点はほぼ実施形態１と同一である。

上記のように構成を偏向したのは副走査方向に大きな角度をつけて偏向手段に入射することを回避するためである。副走査方向に大きな角度をつけて偏向手段に光束を入射すると一般に走査線が曲がり易くなったり、走査線が偏向面ごとに上下に変動し易くなったりする。よって本実施形態では副走査方向にほとんど角度を付け無いように入射光学系を配置しなおしている。この結果、入射系のミラーは必要なくなるため削除した。スポット径を大きくしたのは実施形態２と同様の理由による。

このとき、偏向方向における光束Ａ、Ｂの偏向点位置のズレの最大値、
ｍａｘ（｜ｐ｜）は３６１．２μｍとなる。この結果、副走査断面における光束Ａ、Ｂの集光位置のズレは被走査面への入射方向に対して±１．４４５ｍｍの範囲に収まる。これは、集光位置のズレの許容量０．４９ｓ＾２／λ＝３．０８ｍｍを十分に下回っており、集光位置のズレによる印字品位の劣化は、ほぼ問題ないレベルに構成できている。

［実施形態４］
図５は本発明の実施形態４の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。図５において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施形態において前述の実施形態１と特に異なる点は、
（１）光源の数を４つに増やしている、
（２）隣接する光束の開き角を６°にしている、
ことである。

（３）各光束はＸ軸に対して対称になるように入射している。
ことである。偏向手段の外径及び偏向面の面数、走査光学手段のｆθ係数ｆ及び副走査倍率β、走査幅Ｗ、副走査方向における最小スポット径ｓ、光束の波長λ等、他の点はほぼ実施形態１と同一である。

また、独立した光源を４つと実施形態１に対して光源の数を増やしたのは更なる高速化のためである。つまり実施形態１で同時に２本の走査線を描画していた所を本実施形態では同時に４本の走査線を描画することで、印字速度を高速化している。

本実施形態のように光源が３つ以上ある場合は、主走査断面上に斜影したときの両端の光束をこれまでの光束Ａ、Ｂに当てはめて考えればよい。このとき、内半径Ｒは３．９７３ｍｍ、光束Ａ、Ｂの２等分線と走査光学手段の光軸とを主走査断面に斜影したときに２本の光束が平行、つまりξ＝０°、光束Ａ、Ｂの開き角θは１８°、Ｘ軸上から光束を偏向手段に入射したと仮定した場合の前記光束が走査領域の中央を走査するときの偏向面の角度Φ’は０°となる。この結果、偏向方向における光束Ａ、Ｂの偏向点位置のズレの最大値ｍａｘ（｜ｐ｜）は２１６．３μｍとなり、副走査断面における光束Ａ、Ｂの集光位置のズレは被走査面への入射方向に対して±０．８６５ｍｍの範囲に収まる。これは、集光位置のズレの許容量、
０．４９ｓ＾２／λ＝１．５７ｍｍを十分に下回っており、集光位置のズレによる印字品位の劣化は、ほぼ問題ないレベルに構成できている。

［画像形成装置］
図６は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図において、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１１１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、実施形態１〜５に示したいずれかの構成を有する光走査ユニット（マルチビーム走査光学系）１００に入力される。そして、この光走査ユニット１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、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、モーター１１５によって時計廻りに回転させられる。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の回転方向の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転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図６において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２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１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図６において左側）の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、転写部から搬送されてきた用紙１１２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１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。

図６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、モーター１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。

本発明の実施形態１の主走査断面図 本発明の実施形態１の副走査断面図 本発明の実施形態２の主走査断面図 本発明の実施形態３の主走査断面図 本発明の実施形態４の主走査断面図 本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査断面図 光源と偏向手段の位置関係を示す略図 偏向点の位置関係を示す図 偏向点の移動を示す図 偏向面近傍の位置関係図 偏光方向における偏向点のズレ量を示すグラフ

符号の説明

Ａ、Ｂ 光束
１、２、１１、１２、１３、１４ 発光点
３、４、１５、１６、１７、１８ 光束変換素子（コリメーターレンズ）
５、１９、２０ レンズ系（シリンドリカルレンズ）
６ ミラー
８ 偏向手段（光偏向器）
８ａ 偏向面
９ 走査光学手段
９ａ 第１の光学素子
９ｂ 第２の光学素子
１０ 被走査面（感光ドラム面）
１００ 光走査装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器

Claims (10)

1. 複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
   該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、走査領域全域にわたり副走査断面における各光束の像面位置の差を最大でも３．０８ｍｍ以下にしたことを特徴とするマルチビーム走査光学系。
2. 走査領域全域にわたり副走査断面における前記走査光学手段の横倍率の絶対値が２倍以上であることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム走査光学系。
3. 前記マルチビーム走査光学系の走査幅をＷ、前記走査光学手段のｆθ係数をｆとするとき、Ｗ／ｆ≧１．３９６を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載のマルチビーム走査光学系。
4. 前記偏向手段に入射する複数の光束を主走査断面上に投影したときに、角度差が最大になる２つの光束のなす角度が６°以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のマルチビーム走査光学系。
5. 複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
   該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、任意の走査像高での副走査断面における各光束の像面位置の差をＸとしたときに、全走査領域にわたり、
   ｍａｘ｜Ｘ｜＜（０．４９×ｓ^２）／λ
   を満足することを特徴とするマルチビーム走査光学系。
6. 複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
   該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面近傍の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、前記走査光学手段の副走査倍率をβ、任意の走査像高へ向かう光束の進行方向における該各光束の主走査断面内における偏向点位置の差をｐとするときに、全走査領域にわたり、
   ｜ｐ｜β^２＜０．４９ｓ^２／λ
   を満足することを特徴とするマルチビーム走査光学系。
7. 複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
   該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面近傍の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、前記走査光学手段の副走査倍率をβ、前記偏向手段の内径の半分をＲ、走査幅をＷ、前記走査光学手段のｆθ係数をｆ、該偏向手段に入射する複数の光束を主走査断面上に投影したときに、角度差が最大になる２つの光束のなす角度をθ、該角度差が最大になる２つの光束の２等分線と前記走査光学手段の光軸とがなす主走査方向の角度をξとするときに、
   ２Ｒβ^２×ｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）＋｜ξ｜／２｝×ｓｉｎ（｜θ｜／４）＜０．４９ｓ^２／λ
   を満足することを特徴とするマルチビーム走査光学系。
8. 複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を偏向手段に導光する入射光学系と、回転中心を偏向面上に有さない偏向手段と、該偏向手段で偏向反射された複数の光束を該被走査面上に導光する走査光学手段とを有し、該複数の光束を偏向手段に入射させる際、主走査断面内において所定の角度差をつけて各光束を偏向手段に入射させるマルチビーム走査光学系において、
   該複数の光源手段から出射した複数の光束を該偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させ、副走査断面における被走査面近傍の最小スポット径をｓ、光束の波長をλ、前記走査光学手段の副走査倍率をβ、前記偏向手段の内径の半分をＲ、走査幅をＷ、前記走査光学手段のｆθ係数をｆ、該偏向手段に入射する複数の光束を主走査断面上に投影したときに、角度差が最大になる２つの光束のなす角度をθとし、該角度差が最大になる２つの光束の２等分線と前記走査光学手段の光軸とが平行に成るように構成しているとき、
   ２Ｒβ^２×ｓｉｎ｛Ｗ／（４ｆ）｝×ｓｉｎ（｜θ｜／４）＜０．４９ｓ^２／λ
   を満足することを特徴とするマルチビーム走査光学系。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のマルチビーム走査光学系と、前記被走査面に配置された感光体と、前記マルチビーム走査光学系で走査された光ビーム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。
10. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のマルチビーム走査光学系と、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光走査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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