JP2006285218A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポリゴンミラー径が必要以上に小さくならない範囲で、主走査方向のスポット径を小さくすると共に、装置全体の小型化を実現するようにした光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】 １つ以上の発光部を有する光源手段１から出射した光束を回転多面鏡６に、該回転多面鏡の偏向面の主走査方向の幅より広い状態で入射させる第１の光学系１１と、該回転多面鏡で偏向された光束を被走査面９上に導光する第２の光学系７８と、を有し、該回転多面鏡の回転動作によって被走査面上を主走査方向に光束で走査する光走査装置において、該回転多面鏡の偏向面の数を１０面以下とし、かつ各条件式を満足すること。
【選択図】 図１

Description

本発明はオーバーフィルドスキャナ（ＯＦＳ）タイプの光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。

特に、光源手段から出射した光束（レーザ光束）を光偏向器としての回転多面鏡により反射偏向させ、結像光学系を介して被走査面上を光束で走査して画像情報を記録するようにした画像形成装置に好適なものである。

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。

光走査装置は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等の走査光学系として広く応用されており、近年これらの装置が普及するに伴ってさらなる高精細化及び高速化の要求が高まっている。

この高精細化及び高速化の２つの要求を満たす装置としてオーバーフィルド（ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）タイプの光学系（以下「ＯＦＳ」とも称す。）がある。

ＯＦＳは回転多面鏡（ポリゴンミラー）を大型化せずに偏向面の数、即ち面数を増やすことができるのが特徴である。なおレーザ光源（光源手段）にＭ本の光束を出射するマルチビーム光源を用いれば、さらにＭ倍の高速化が期待できる。

ところで回転多面鏡の面数をＮ、被走査面上の有効走査幅をＷ、結像光学系の焦点距離をｆ、走査効率をｄｕｔｙとするとき、次の関係式が成り立つ。
ｆ＝ＷＮ／（４π・ｄｕｔｙ）
上記関係式より焦点距離ｆは回転多面鏡の面数Ｎに比例して大きくなるため結果として面数の増加は光学系を大型化してしまうという問題点がある。

この問題点を解決した光走査装置が種々と提案されている（特許文献１、２参照）。
特許文献１の光走査装置はＯＦＳにおいて回転多面鏡に収束光束を入射させ、結像光学系の焦点距離よりも短い位置に結像させることにより装置全体の小型化を実現している。

具体的にはＡ３サイズの用紙（原稿）の短手方向の幅を走査する走査光学系（有効走査幅２９７ｍｍ）で回転多面鏡の面数１２面、走査角２５．６度において、偏向面に収束光束を入射させている。
よって、該偏向面から被走査面までの距離を４３７ｍｍから３０５ｍｍに短縮し、６８％の短縮率を達成している。また特許文献１ではｆθ性能の誤差を０．５％まで許容し、主走査方向の印字位置精度を割り切って装置全体の小型化を実現している。

特許文献２の光走査装置は回転多面鏡と被走査面との間に１対のハの字ミラーを配置して光路を副走査方向へ折り曲げ、実装上の光路長を展開光路長の約半分に短縮している。
特開２０００−２６７０３０号公報 特開平１１−１８３８３７号公報

特許文献１の光走査装置では回転多面鏡に収束光束を入射させるため収束ジッタが発生するという問題点が生じ、また光路長の短縮量には原理的に光学性能の劣化が伴うという問題点がある。

特許文献２の光走査装置は装置の高さ方向へ光路を折り曲げるために副走査方向への実装高さが高くなるとともにミラー部品の増加により装置全体が複雑化（コスト高）するという問題点がある。

ＯＦＳの特徴は回転多面鏡の大きさを小型（小径）に保ちつつ面数を増やせることである。またＯＦＳは偏向面（反射面）の幅で偏向光束の光束径が決まるため、小径でありながら主走査方向のスポット径を小さく絞るのに適している。

これまでＯＦＳは、該ＯＦＳの多面化の特徴を引き出すために従来のＵＦＳ（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）タイプの光学系では困難であった１２面に面数を設定していた。

しかし、前記関係式に示すように焦点距離ｆが面数Ｎに比例して長くなるので装置全体の大型化が免れなかった。かといって面数を減らすと回転多面鏡の小径化が顕著になり、製造が困難になるという問題点が生じてくる。

本発明は回転多面鏡の内接円直径が必要以上に小さくならない範囲で、主走査方向の光束のスポット径を小さくすると共に、装置全体の小型化を実現することができる光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。

本発明の第一の発明は、光源手段と、回転多面鏡と、該光源手段の発光部から出射した光束を主走査断面内において該回転多面鏡の偏向面の幅より広い状態で該偏向面に入射させる入射光学系と、該回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記回転多面鏡の偏向面の数をＮ、前記被走査面上における有効走査幅をＷ（ｍｍ）、前記光源手段から出射する光束の波長をλ（μｍ）、該被走査面上において光束の主走査方向のスポット径をＳ（μｍ）とするとき、
Ｎ≦１０
であり、かつ
３９（ｍｍ）≦（Ｗ×Ｎ×λ）／｛Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝
なる条件を満足する構成としている。

本発明の第二の発明は、光源手段と、回転多面鏡と、該光源手段の発光部から出射した光束を主走査断面内において該回転多面鏡の偏向面の幅より広い状態で該偏向面に入射させる入射光学系と、該回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記回転多面鏡の偏向面の数をＮ、前記被走査面上における有効走査幅をＷ（ｍｍ）、前記光源手段から出射する光束の波長をλ（μｍ）、該回転多面鏡の内接円直径をφ（ｍｍ）とするとき、
Ｎ≦１０
Ｗ≦３１０（ｍｍ）
であり、かつ
（Ｗ×Ｎ×λ）／｛φ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝≦４７５（μｍ）
なる条件を満足する構成としている。

本発明によれば回転多面鏡の面数を１０面以下とし、各条件式を適切に設定している。

よって、光路長の短縮化に伴う光学性能の劣化、光学部品の増加、そして装置全体の複雑化（高コスト化）を防止しつつ装置全体の小型化を実現することができる光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。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は本発明の実施例１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図 但し入射光学系は光路展開図）である。

ここで、主走査方向とは回転多面鏡の回転軸に垂直な方向（図１の矢印Ｂに示す、回転多面鏡で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。

副走査方向とは回転多面鏡の回転軸と平行な方向である。また主走査断面とは主走査方向に平行で結像光学系の光軸を含む平面である。また副走査断面とは結像光学系の光軸に平行で主走査断面と垂直な断面である。

図中、１は光源手段であり、例えば単一の発光部を有する半導体レーザより成っている。
２はレンズ系（シリンドリカルレンズ）であり、副走査断面内（副走査方向）にのみ所定のパワーを有しており、入射光束を副走査断面内で後述する回転多面鏡６の反射面（偏向面）６ａにほぼ線像として結像させている。
４は開口絞り（アパーチャー）であり、通過光束を規制してビーム形状を整形している。
３は集束レンズであり、開口絞り４で規制された光束の状態を他の状態に変換している。

尚、シリンドリカルレンズ２、集束レンズ３を１つの光学素子で構成しても良い。
５は折り返しミラーであり、集束レンズ３を通過した光束を回転多面鏡６側へ反射させている。
６は外接円直径が７．４ｍｍ、面数が８面よりなる光偏向器であり、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Ａ方向に一定速度で回転している。

尚、シリンドリカルレンズ２、開口絞り４、集束レンズ３、折り返しミラー５、そして後述する第１の結像レンズ７等の各要素は第１の光学系１１（入射光学系）の一要素を構成している。

本実施例では光源手段１から出射した光束を第１の光学系１１により主走査断面内において、回転多面鏡６の偏向面６ａの幅よりも広い光束幅で反射面（偏向面）６ａに入射させている（ＯＦＳ（ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ））。

７８は集光機能とｆθ特性とを有する第２の光学系としての結像光学系（結像レンズ系）であり、第１、第２の結像レンズ７，８を有している。

結像光学系７８は回転多面鏡６によって反射偏向された画像情報に基づく光束を主走査断面内において被走査面としての感光ドラム面９上にスポットに結像させている。

そして、副走査断面内において回転多面鏡６の反射面６ａと感光ドラム面９との間を光学的に共役関係にすることにより、倒れ補正を行っている。

第１の結像レンズ７は主に主走査方向にパワーを有するアナモフィックレンズであり、回転多面鏡６で等角速度で反射偏向された光束を主に主走査方向に結像するとともに被走査面９上を等速速度で走査するようにｆθ特性を有している。

第２の結像レンズ８は第１の結像レンズ７を透過した光束を被走査面９上に主に副走査方向に結像し、偏向面６ａと被走査面９を共役関係とし、回転多面鏡６の偏向面の面倒れ補正を行なっている。

さらに円錐走査されて入射する光束の結像性能及び走査線湾曲の改善、副走査方向の倍率（副走査倍率）を一定にするために子線曲率半径は両面とも主走査方向に変化し、かつ入射光束は子線光軸の上側を通過するように偏心配置している。

９は被走査面としての感光ドラム面であり、その面上をスポットが等速で主走査方向に走査する。

本実施例において半導体レーザ１から出射した光束は、シリンドリカルレンズ２を主走査断面内ではそのまま透過し、副走査面内では平行光束に変換され、開口絞り４を通過して集束レンズ３に入射する。
集束レンズ３は入射光束を主走査面内において弱発散光束に変換する。

そして、変換された弱発散光束は、折り返しミラー５を介して第１の結像レンズ７に入射し、平行光束に変換され、第１の結像レンズ７の光軸上から回転多面鏡６にその反射面６ａの主走査方向の幅より広い光束として入射している（ＯＦＳ）。

一方、集束レンズ３は入射光束を副走査断面において収束光束に変換する。そして変換された収束光束は第１の結像レンズ７を介して回転多面鏡６の反射面近傍に主走査方向に長い線像を形成する。

図２に示すように副走査断面内において半導体レーザ１、シリンドリカルレンズ２、集束レンズ３の光軸Ｌ１は、回転多面鏡６の反射面６ａに垂直な平面に対して３度の角度で斜め方向に傾いている。

よって、該回転多面鏡６に入射する光束が、該回転多面鏡６で反射された光束と干渉しないようにしている（斜入射光学系）。

そして回転多面鏡６の反射面６ａで反射偏向された光束は第１、第２の結像レンズ７、８を介して感光ドラム面９上にスポットに結像されている。

よって、該回転多面鏡６を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面９上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面９上に画像記録を行なっている。

本実施例では回転多面鏡６の偏向面の数をＮ、被走査面９上における有効走査幅をＷ（ｍｍ）、光源手段１から出射する光束の波長（中心波長）をλ（μｍ）、被走査面９上において光束の主走査方向のスポット径をＳ（μｍ）とする。

その場合、
Ｎ≦１０
であり、かつ
３９（ｍｍ）≦（Ｗ×Ｎ×λ）／｛Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝‥‥（１）
なる条件を満足させている。

また本実施例では回転多面鏡６の内接円直径をφ（ｍｍ）とするとき、
（Ｗ×Ｎ×λ）／｛φ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝≦４７５（μｍ）‥‥（２）
なる条件を満足させている。

次に上記条件式（１），（２）の技術的な意味について説明する。

条件式（１）は主走査方向のスポット径及び回転多面鏡の大きさを確保するための条件である。

条件式（１）を逸脱すると回転多面鏡の内接円直径が小さくなりすぎて加工が困難になるとともに反射面の幅も小さくなり、平面度の評価が困難になるなど、実質的に製造が困難になるので良くない。

回転多面鏡６の偏向面の数Ｎの下限値は、高速化を考えると、４≦Ｎであることが好ましい。

回転多面鏡の反射面は高精度切削されて形成されるがその面精度は反射面の幅方向（主走査方向）において０．１λ以下のＳＡＧ（サグ）が要求される。

ＳＡＧとは面形状を円筒面で近似したときのＰＶ値である。切削で形成される反射面は、該反射面の主走査方向の両端部に切削時の加工歪みが残りやすく、この量は反射面の大きさによらずほぼ一定である。

面形状を上記ＳＡＧで定義するとき反射面の幅が狭くなると歪みの量がＳＡＧとして大きく影響する。

条件式（１）を満たすことにより主走査方向のスポット径を小さくすることができるとともに製造が困難にならない程度の回転多面鏡の大きさを確保することができる。

条件式（２）は主走査方向のスポット径を６０μｍ以下を目標としたときに回転多面鏡の内接円直径が必要以上に小さくなりすぎないようにするための条件である。

条件式（２）の右辺の数値は、用紙の短手方向の有効走査幅３１０ｍｍ以下、レーザ波長は０．４０５μｍ〜０．７８μｍの範囲において、回転多面鏡の内接円直径５ｍｍ以上を確保し、回転多面鏡の加工の困難さを回避するとともに反射面の幅を確保し平面度の評価が可能になるなど、実質的に製造が容易になる条件である。

回転多面鏡の回転軸直径は約３ｍｍであるから内接円直径５ｍｍはほぼ加工限界といえる。

条件式（２）を満たすことにより主走査方向のスポット径を小さくすることができるとともに製造が困難にならない程度の回転多面鏡の大きさを確保することができる。

次に上記条件式（１）、（２）の導出方法について説明する。

（１−１）回転多面鏡６の内接円直径をΦ（ｍｍ）、結像光学系７８のｆθ係数をｆθ、主走査方向のスポット径をＳ（μｍ）とするとき、
Φ＝ｄ／ｔａｎ（π／Ｎ） ‥‥（ａ）
ｄ＝ｆθ／Ｆｎｏ ‥‥（ｂ）
ｆθ＝ＷＮ／（４π・０．９）＝ＷＮ／３．６π ‥‥（ｃ）
Ｆｎｏ＝Ｓ（ｋλ）＝Ｓ／１．４３λ ‥‥（ｄ）
であり、関係式（ｂ），（ｃ），（ｄ）より
ｄ＝１．４３ＷＮλ／（３．６πＳ） ‥‥（ｅ）
関係式（ｅ）より
７．９Φ＝ＷＮλ（Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ）） ‥‥（ｆ）
となる。我々が検討した結果から、回転多面鏡が容易に製造できる範囲はΦ
４．９（ｍｍ）であるから、
３９（ｍｍ）≦ＷＮλ／（Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ）） ‥‥（１）
となる。

（２−１）上記と同様に回転多面鏡６の内接円直径をΦ（ｍｍ）、結像光学系７８のｆθ係数をｆθ、主走査方向のスポット径をＳ（μｍ）とするとき、
Φ＝ｄ／ｔａｎ（π／Ｎ） ‥‥（ａ）
ｄ＝ｆθ／Ｆｎｏ ‥‥（ｂ）
ｆθ＝ＷＮ／（４π・０．９）＝ＷＮ／３．６π ‥‥（ｃ）
Ｆｎｏ＝Ｓ（ｋλ）＝Ｓ／１．４３λ ‥‥（ｄ）
であり、関係式（ｂ），（ｃ），（ｄ）より
ｄ＝１．４３ＷＮλ／（３．６πＳ） ‥‥（ｅ）
関係式（ｅ）より
Ｓ＝０．１２６４４・ＷＮλ／（Φ・ｔａｎ（π／Ｎ））‥‥（ｇ）
となる。

ここで主走査方向のスポット径Ｓを所定の数値以下に設定しないと高精細な画像が得られないこと、ポリゴンミラー径（内接円直径Φ）が小さくなり製造が困難になることから、主走査方向のスポット径ＳはＳ≦６０μｍが適切である。

したがって、
（Ｗ×Ｎ×λ）／｛φ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝≦４７５（μｍ） ‥‥（２）
となる。

また、本実施例では結像光学系７８の副走査断面内における倍率をβｓ、副走査断面内において回転多面鏡６の偏向面に対して斜め方向から入射する光束の斜入射角度をγ（°）、回転多面鏡６が回転する際に発生する回転多面鏡６の偏向面が結像光学系７８の光軸方向に移動する偏心量をδ（μｍ）とするとき、
δ×βｓ×ｔａｎγ≦２．５（μｍ） ‥‥（３）
なる条件を満足させている。

偏心量δ（μｍ）の定義を以下に詳述する。偏心量δ（μｍ）とは、回転軸が回転多面鏡の中心からずれて取り付けられた場合などに生じるものである。

回転多面鏡の各反射面から回転軸までの距離が一定でなくなるため回転多面鏡が回転数すると反射面の位置が径方向に変位する。１回転で生じるこの反射面の変位量の最大値が偏心量δである。

条件式（３）はピッチムラを５μｍ以下にする偏心量を規定するための条件である。被走査面９上のピッチムラをＭ（μｍ）とするとき、
Ｍ＝２δ・βｓ・ｔａｎγ
と表すことができる。

したがって５μｍのピッチムラＭを満たす条件式は、
δ×βｓ×ｔａｎγ≦２．５（μｍ） ‥‥（３）
となる。

ＯＦＳは斜入射光学系で構成されるので面偏心はピッチムラの要因になり、これを規定することは画像劣化を抑えるために重要である。

一般にポリゴンモータユニットの反射面の偏心量δ（μｍ）は、５０μｍ以下程度、高精度な物で２０μｍ以下である。

また、斜入射の角度は光路の配置から決まるがスポットの結像性能の劣化を考えるとせいぜい５ｄｅｇ以下が望ましい。これより上記δとγの設計値が決まったとき、ピッチムラを５μｍに抑えるβｓは上記条件式（３）から必然的にもとまる。

本実施例の光走査装置はＡ４サイズの用紙（原稿）の短手方向を光走査する装置に適用したものである。これにより有効走査幅Ｗを２１４ｍｍ程度に抑えることができ、装置全体を小型化しやすい。

また、所定の主走査方向のスポット径Ｓを得るのに必要な回転多面鏡６の内接円直径φも小さくなり、最も加工限界まで小さくすることができる。

回転多面鏡６は小型化、モータへの負荷低減の観点から、なるべく小さくするのが好ましい。

以下に本実施例のＡ４サイズの用紙の短手方向（Ｗ＝２１４ｍｍ）の走査に適した光走査装置の具体的な数値例を示す。
回転多面鏡の面数Ｎ＝８、
内接円直径φ＝６．８ｍｍ、
結像光学系の焦点距離ｆ＝１５０ｍｍ、
波長λ＝０．７８μｍ、
有効走査幅Ｗ＝２１４ｍｍ、
走査効率ｄｕｔｙ＝０．９
主走査方向のスポット径Ｓ＝６０μｍ
である。

表１に主走査方向のスポット径Ｓ（μｍ）、回転多面鏡の内接円直径φ（ｍｍ）、そして条件式（１）の数値例を示す。

表１から本実施例の条件式（１）の数値は
ＷＮλ／（Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ））＝５３．７３（ｍｍ）
となる。

これは条件式（１）を満たしている。また本実施例の条件式（２）の数値は、
ＷＮλ／（φ・ｔａｎ（π／Ｎ））＝４７４．５（μｍ）
となり、これは条件式（２）を満たしている。

表１に示すように条件式（１）の数値３９（ｍｍ）は、回転多面鏡の内接円直径φ＝４．９３（ｍｍ）となり、ほぼ加工限界の数値となる。

図３はＡ４サイズの用紙を走査する走査光学系における主走査方向のスポット径Ｓと回転多面鏡の内接円直径φとの関係を示した図である。

同図においては面数Ｎが１０面、８面、６面のときを示している。内接円直径φは４．９（ｍｍ）がほぼ加工限界であり、条件式（１）はφ≧４．９で設計できる光学系の構成を示している。

このように、本実施例は上記の如く回転多面鏡６の面数Ｎを１０面以下とすることにより、ＯＦＳとしては広角走査となり、有効走査幅に応じて結像光学系の焦点距離を短くすることができる。

その光路短縮率は従来の１２面ＯＦＳに対して１０面ＯＦＳは８３％、８面ＯＦＳは６７％、６面ＯＦＳは５０％となり大きな効果がある。

また、上記の各条件式を満たすように光学系を構成することにより、回転多面鏡の内接円直径を製造容易な範囲の小径化に留めることが可能となり、光学性能の劣化や部品点数の増加によるコストアップを伴わずに光路長を短くすることができる。

次に本発明の実施例２について説明する。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は有効走査幅ＷがＷ≦３１０ｍｍ（Ａ３用紙）を走査する装置に本発明を適用したことである。

その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、本実施例では回転多面鏡６の偏向面の数をＮ、被走査面９上における有効走査幅をＷ（ｍｍ）、光源手段１から出射する光束の波長（中心波長）をλ（μｍ）、回転多面鏡６の内接円直径をφ（ｍｍ）とするとき、
Ｎ≦１０
Ｗ≦３１０（ｍｍ）
であり、かつ
（Ｗ×Ｎ×λ）／｛φ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝≦４７５（μｍ）‥‥（２）
なる条件を満足させている。

以下に本実施例のＡ３サイズの用紙の短手方向（Ｗ＝３１０ｍｍ）の走査に適した光走査装置の具体的な数値例を示す。
回転多面鏡の面数Ｎ＝８、
内接円直径φ＝９．３４ｍｍ、
結像光学系の焦点距離ｆ＝２１９ｍｍ、
波長λ＝０．７８μｍ、
有効走査幅Ｗ＝３１０ｍｍ、
走査効率ｄｕｔｙ＝０．９
主走査方向のスポット径Ｓ＝６０μｍ
である。

表２に主走査方向のスポット径Ｓ（μｍ）、回転多面鏡の内接円直径φ（ｍｍ）、そして条件式（１）の数値例を示す。

表２から本実施例の条件式（１）の数値は
ＷＮλ／（Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ））＝７７．８３（ｍｍ）
となる。

れは条件式（１）を満たしている。また本実施例の条件式（２）の数値は、
ＷＮλ／（φ・ｔａｎ（π／Ｎ））＝４７４．５（μｍ）
となり、これは条件式（２）を満たしている。

前述の如く条件式（１）の数値３９（ｍｍ）は回転多面鏡の内接円直径φ＝４．９３（ｍｍ）となり、ほぼ加工限界の数値となる。本実施例の回転多面鏡の内接円直径φは表２に示す如くφ＝９．８４（ｍｍ）である。

図４はＡ３サイズの用紙を走査する走査光学系における主走査方向のスポット径Ｓと回転多面鏡の内接円直径φとの関係を示した図である。

同図においては、面数Ｎが１０面、８面、６面のときを示している。内接円直径φは前述の如く４．９（ｍｍ）がほぼ加工限界である。

本実施例では、回転多面鏡の内接円直径がφ＝９．８４（ｍｍ）であり、前記条件式（１）がφ≧４．９で設計できる光学系の構成を示している。

次に本発明の実施例３について説明する。

本実施例において前述の実施例１又は実施例２と異なる点は被走査面上の走査中央に結像する光束のエネルギー（光量）と、走査端部に結像する光束のエネルギー（光量）を調整できる光量補正手段を光路中に設けたことである。

その他の構成及び光学的作用は実施例１又は実施例２と同様であり、これにより同様な効果を得ている。

光路中に備えた光量補正手段とは、例えば、レーザ１とコリメータレンズを主走査対応方向（図１の紙面内で光軸に垂直方向）に移動させる手段や入射光路中にグラデーションフィルタを挿入する手段である。

また、図１の折り返しミラー５を紙面内で回転させる手段などが考えられる。いずれも偏向面に入射する光束の光量分布を主走査方向に変化させる機能を有する。
これにより偏向走査された光束は走査面上で均一な照度分布が得られる。

さらに、光量補正手段は光路中に備えなくともレーザの発光光量を走査中に可変制御すれば走査面上の照度分布を均一にする手段もある。

即ち、本実施例では被走査面上の走査中央に結像する光束のエネルギー（光量）をＥｃ、被走査面上の走査端部に結像する光束のエネルギー（光量）をＥｅとするとき、
Ｃｏｓ（５．６／Ｎ）≦Ｅｅ／Ｅｃ‥‥（４）
なる条件を満足するように光量補正手段により調整している。

条件式（４）は偏向面が１０面以下の少面数で広角走査することによりＯＦＳ特有の照度分布（被走査面上に結像するスポットのエネルギー分布）が大きくなることを抑制するための条件である。

条件式（４）を逸脱すると被走査面上で適切なる照度分布が得られなくなってくるので良くない。
光量補正手段とはガウシアン分布で近似されるレーザ光束の強度分布を平坦化するための手段である。

例えば第１の光学系の主走査方向のＦナンバーでレーザ光束の中心部を切り出して平坦化する方法、開口絞りの副走査形状を最適化してレーザ光束の強度分布を変換する方法、光学部品のフレネル透過率を最適化して走査光束の照度分布を均一にする方法などがある。

尚、各実施例では結像光学系６を２枚のレンズより構成したが、これに限らず、例えば単一、もしくは３枚以上のレンズより構成しても良い。

また、結像光学系を回折光学素子を含ませて構成しても良い。また本実施例では光源手段を単一の発光部を有する光源より構成したが、これに限らず複数の発光部より構成しても良い。これにより高速化が図れる。

［画像形成装置］
図５は、本発明の画像形成装置の実施例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、実施例１〜３のいずれかに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５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５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とで構成されている。

そして、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５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。

本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。
しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１、２の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図６は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、光走査装置を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６において、６０はカラー画像形成装置、６１，６２，６３，６４は各々実施例１〜３に示したいずれかの構成を有する光走査装置、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。

図６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、それぞれ光走査装置６１，６２，６３，６４に入力される。

そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が出射され、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。

本実施例におけるカラー画像形成装置は光走査装置（６１，６２，６３，６４）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）の各色に対応しており。

光走査装置（６１，６２，６３，６４）の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。

本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置６１，６２，６３，６４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。

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。

本発明の実施例１の光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例１の光走査装置の副走査断面図 本発明の実施例１の主走査スポット径とポリゴン内接円直径の関係を示す図 本発明の実施例２の主走査スポット径とポリゴン内接円直径の関係を示す図 本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図 本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図

符号の説明

１ 光源手段（半導体レーザー・半導体レーザーアレイ）
２ 集光レンズ（コリメーターレンズ）
３ シリンドリカルレンズ
４ 開口絞り
５ 折り返しミラー
６ 回転多面鏡（ポリゴンミラー）
７８ 結像光学系（ｆθレンズ）
７ 第１の結像レンズ
８ 第２の結像レンズ
９ 被走査面（感光ドラム）
６１，６２，６３，６４ 光走査装置
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
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 (15)

1. 光源手段と、回転多面鏡と、該光源手段の発光部から出射した光束を主走査断面内において該回転多面鏡の偏向面の幅より広い状態で該偏向面に入射させる入射光学系と、該回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記回転多面鏡の偏向面の数をＮ、前記被走査面上における有効走査幅をＷ（ｍｍ）、前記光源手段から出射する光束の波長をλ（μｍ）、該被走査面上において光束の主走査方向のスポット径をＳ（μｍ）とするとき、
   Ｎ≦１０
   であり、かつ
   ３９（ｍｍ）≦（Ｗ×Ｎ×λ）／｛Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 前記有効走査幅Ｗは
   Ｗ≦２１４（ｍｍ）
   であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記回転多面鏡の内接円直径をφ（ｍｍ）とするとき、
   （Ｗ×Ｎ×λ）／｛φ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝≦４７５（μｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記回転多面鏡の偏向面の数をＮ、前記被走査面上の走査中央に結像する光束のエネルギーをＥｃ、該被走査面上の走査端部に結像する光束のエネルギーをＥｅとするとき、
   Ｎ≦１０
   であり、かつ
   Ｃｏｓ（５．６／Ｎ）≦Ｅｅ／Ｅｃ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光走査装置。
5. 前記被走査面上における光束の主走査方向のスポット径Ｓ（μｍ）は、
   Ｓ≦６０（μｍ）
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光走査装置。
6. 前記結像光学系の副走査断面内における倍率をβｓ、副走査断面内において前記回転多面鏡の偏向面に対して斜め方向から入射する光束の角度をγ（°）、該回転多面鏡が回転する際に発生する該回転多面鏡の偏向面が前記結像光学系の光軸方向に移動する偏心量をδ（μｍ）とするとき、
   δ×βｓ×ｔａｎγ≦２．５（μｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光走査装置。
7. 光源手段と、回転多面鏡と、該光源手段の発光部から出射した光束を主走査断面内において該回転多面鏡の偏向面の幅より広い状態で該偏向面に入射させる入射光学系と、該回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記回転多面鏡の偏向面の数をＮ、前記被走査面上における有効走査幅をＷ（ｍｍ）、前記光源手段から出射する光束の波長をλ（μｍ）、該回転多面鏡の内接円直径をφ（ｍｍ）とするとき、
   Ｎ≦１０
   Ｗ≦３１０（ｍｍ）
   であり、かつ
   （Ｗ×Ｎ×λ）／｛φ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝≦４７５（μｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
8. 前記被走査面上において光束の主走査方向のスポット径をＳ（μｍ）とするとき、
   ３９（ｍｍ）≦ＷＮλ／｛Ｓ・ｔａｎ（π／Ｎ）｝
   なる条件を満足することを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記回転多面鏡の偏向面の数をＮ、前記被走査面上の走査中央に結像する光束のエネルギーをＥｃ、該被走査面上の走査端部に結像する光束のエネルギーをＥｅとするとき、
   Ｎ≦１０
   であり、かつ
   Ｃｏｓ（５．６／Ｎ）≦Ｅｅ／Ｅｃ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項７又は８記載の光走査装置。
10. 前記被走査面上における光束の主走査方向のスポット径Ｓ（μｍ）は、
    Ｓ≦６０（μｍ）
    であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の光走査装置。
11. 前記結像光学系の副走査断面内における倍率をβｓ、副走査断面内において前記回転多面鏡の偏向面に対して斜め方向から入射する光束の角度をγ（°）、該回転多面鏡が回転する際に発生する該回転多面鏡の偏向面が前記結像光学系の光軸方向に移動する偏心量をδ（μｍ）とするとき、
    δ×βｓ×ｔａｎγ≦２．５（μｍ）
    なる条件を満足することを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載の光走査装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置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。
13. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光走査装置と、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。
14. 各々が請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光走査装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴とするカラー画像形成装置。
15. 外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴とする請求項１４に記載のカラー画像形成装置。
    

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