JP2007322608A

JP2007322608A - 光走査装置、画像形成装置、光走査方法

Info

Publication number: JP2007322608A
Application number: JP2006151306A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shiraishi; 貴志白石
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-13
Also published as: CN100538434C; US7869111B2; CN101082699A; US20070279723A1

Abstract

【課題】光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査する光走査装置において、光学系の配置スペースの削減および走査光の光学特性の向上を実現する。
【解決手段】入射光束を前記主走査方向に走査させる回転偏向器の複数の反射面それぞれの前記回転偏向器の回転軸に対する傾斜角度が、各反射面が対応付けられている感光体に応じた角度に設定されている回転偏向器と、偏向前光学系と、前記回転偏向器における複数の反射面に対応する感光面に導く偏向後光学系とを備え、複数の感光体それぞれに導かれるべき光束に対して、該光束の入射位置に応じて、前記偏向後光学系により前記感光面に導かれる光束が該感光面上において所定の光学特性となるようなパワーを与える前記回転偏向器における複数の反射面それぞれにより反射偏向される光束すべてに作用する滑らかな面を有する共有光学素子を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査する光走査装置に関し、特に、光学系の配置スペースの削減および走査光の光学特性の向上を実現する技術に関するものである。

従来、光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査する光走査技術に関し、光ビームの照射によって感光体に静電潜像等の画像形成を行う画像形成装置において、複数の感光体に対する光ビームの走査を行う回転偏向器における複数の反射面を、回転軸に対して異なる傾斜角度を持つように設定し、この傾斜角度の異なる反射面毎に、異なる感光体の走査を行わせるものが開示されている（例えば、特許文献１および２参照。）

このような構成の上記従来技術では、各反射面の反射角度が異なるポリゴンミラーを使用することで、一つのポリゴンミラーの回転動作にてレーザビームの走査と光路切り替えの両方の走査が行えるため、部品点数の削減、可動部分の削減による低コスト化、制御動作の簡略化による高精度印刷等を実現することができる。

上記従来技術では、偏向前光学系にシリンダレンズが配されたものもあり（特許文献１参照）、偏向器反射面近傍で副走査方向に集光させ、偏向後光学系では、副走査方向に偏向器反射面と像面をほぼ共役な関係として面倒れ補正機能を持たせていると考えられる。一方、偏向前光学系にシリンダレンズを含んでいない構成もあり、このような構成においては偏向後光学系は面倒れ補正機能を持たないと考えられる（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。
特開２０００−２８４６号公報特開平１１−２１８９９１号公報特開昭６３−２７３８１４号公報

従来は、ポリゴンミラーの各反射面に異なる角度をもたせ、それぞれの露光対象部に面倒れ補正機能を持つ偏向後光学系によって光線を結像させる場合、ポリゴンミラーのそれぞれの面で偏向された光線を、それぞれ別の光学部品で結像させていた。この場合、光学部品間に程度の間隔を確保する必要がある分、ポリゴンミラーの各反射面に付与する傾斜角度を大きくする必要があり、光学系の副走査方向における配置スペースを増大させてしまう。

また、上述のように光学部品間に程度の間隔を確保することにより、ポリゴンミラーの各反射面に付与する傾斜角度が大きい際に大きくなってしまう非対称型の波面収差の発生を抑えることが難しくなり、結像特性の劣化につながっていた。

さらに、面倒れ補正機能を偏向後光学系が有していない場合、ポリゴンミラーの各反射面の面倒れ許容量が極めて小さくなり、ポリゴンミラーの製造コストが大幅に上がってしまうという問題がある。また、面倒れ補正機能を持たないレンズに、ポリゴンミラーの各反射面に角度を持たせて共通のレンズを通す構成にした場合には、走査線に曲がりを生じてしまい、高精度な色重ね（レジストレーション）を行うことができない。特に、４つの潜像を形成するために４組のビームによってフルカラー画像を形成するような場合には、色ずれにより、画像を大きく劣化させてしまっていた。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査する光走査装置において、光学系の配置スペースの削減および走査光の光学特性の向上を実現することのできる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る光走査装置は、光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査可能な光走査装置であって、回転方向に前記複数の感光体それぞれに対応して複数配列された反射面によって入射光束を反射偏向させることにより、該入射光束を前記主走査方向に走査させる回転偏向器であって、前記複数の反射面それぞれの前記回転偏向器の回転軸に対する傾斜角度が、各反射面が対応付けられている感光体に応じた角度に設定されている回転偏向器と、光源からの光を所定の断面形状の光束となるように整形して前記回転偏向器に向けて導くとともに、該回転偏向器の反射面近傍で副走査方向に光束を集光させる偏向前光学系と、前記回転偏向器における複数の反射面それぞれにより反射偏向される光束を、各反射面に対応する感光体の感光面に導く偏向後光学系とを備え、前記偏向後光学系は、前記回転偏向器にて反射偏向され前記複数の感光体それぞれに導かれるべき光束に対して、該光束の入射位置に応じて、前記偏向後光学系により前記感光面に導かれる光束が該感光面上において所定の光学特性となるようなパワーを与える共有光学素子を含むことを特徴とするものである。

また、本発明に係る画像形成装置は、上述のような構成の光走査装置と、前記光走査装置によって走査される光束により静電潜像が形成される感光体と、前記感光体上に形成された静電潜像を顕像化させる現像部とを備えてなることを特徴とするものである。

また、本発明に係る光走査方法は、光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査する光走査方法であって、光源からの光を所定の断面形状の光束となるように整形して回転偏向器に向けて導くとともに、該回転偏向器の反射面近傍で副走査方向に光束を集光させ、回転方向に前記複数の感光体それぞれに対応して複数の反射面が配列された回転偏向器における該複数の反射面それぞれの前記回転偏向器の回転軸に対する傾斜角度が、各反射面が対応付けられている感光体に応じた角度に設定されている回転偏向器によって入射光束を反射偏向させることにより、該入射光束を前記主走査方向に走査させ、前記回転偏向器にて反射偏向され前記複数の感光体それぞれに導かれるべき光束に対して、該光束の入射位置に応じて、前記感光面に導かれる光束が該感光面上において所定の光学特性となるようなパワーを共有光学素子によって与え、該共有光学素子によりパワーが与えられた光束を各反射面に対応する感光体の感光面に導くことを特徴とするものである。

以上に詳述したように本発明によれば、光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査する光走査装置において、光学系の配置スペースの削減および走査光の光学特性の向上を実現することのできる技術を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態による光走査装置の光学系の構成を折り返しミラーによる折り返しを展開した状態で示す平面図であり、図２は本実施の形態による光走査装置を備えた画像形成装置９００の概略構成を示す副走査方向断面図であり、図３は本実施の形態による光走査装置における光学系での光路を示す図であり、図４および図５は本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路をミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した副走査方向断面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態による光走査装置１は、偏向前光学系７、ポリゴンミラー（回転偏向器）８０および偏向後光学系Ａを備えてなる構成となっている。

光走査装置１は、光源からの光束を複数の感光体４０１ｙ〜４０１ｋそれぞれの感光面に対して主走査方向に走査する役割を有しており、光走査装置１により
走査される光束により感光体４０１ｙ〜４０１ｋの感光面に静電潜像が形成される。各感光体上に形成された静電潜像は、現像部５０１ｙ〜５０１ｋにより各感光体に対応する色の現像剤で顕像化される。

以下、本実施の形態による光走査装置１の詳細について説明する。

ポリゴンミラー８０は、回転方向に複数の感光体４０１ｙ〜４０１ｋそれぞれに対応して複数配列された反射面８０ｙ〜８０ｋによって入射光束を反射偏向させることにより、該入射光束を主走査方向に走査させる。また、ポリゴンミラー８０の複数の反射面８０ｙ〜８０ｋそれぞれのポリゴンミラー８０の回転軸に対する傾斜角度は、各反射面が対応付けられている感光体に応じた角度に設定されている。このような構成において、ポリゴンミラー８０の反射面の数は、色数の倍数となる。ここでは、イエロー（４０１ｙ）、マゼンダ（４０１ｍ）、シアン（４０１ｃ）およびブラック（４０１ｋ）の４色を使用するため、ポリゴンミラー８０の反射面の数は４の倍数（４、８、１２、・・・）となる。

偏向前光学系７は、主走査方向と直交する副走査方向（ポリゴンミラーの回転軸方向）において互いに異なる位置に配置されるとともに、それぞれが独立に点滅可能な４つの光源をもつＬＤアレイからなる光源７１、光源７１からの発散光を収束光、平行光もしくは緩い拡散光とする有限レンズ（またはコリメータレンズ）７２、アパーチャ７３および光束をポリゴンミラー８０近傍で集光させるシリンダレンズ７４を備えてなる。

偏向前光学系７は、このような構成により、光源７１からの光を例えば主走査方向に長い所定の断面形状の光束となるように整形してポリゴンミラー８０に向けて導くとともに、ポリゴンミラー８０の反射面近傍で副走査方向に光束を集光させる。

偏向後光学系Ａは、プラスチック等の樹脂材料から形成され、連続的にパワーが変化するようなパワー分布の自由曲面を有するｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２と、各感光体４０１ｙ〜４０１ｋに対応して共有光学素子と各感光体との間の光路上に設けられ、入射面側が凸面となっている正のパワーを有するシリンダレンズ１２０ｙ〜１２０ｋ（複数の光学素子）と、光走査装置内へのゴミや塵が入り込むことを防ぐためのカバーガラス１３０とからなっている。

このような構成により、偏向後光学系Ａは、ポリゴンミラー８０における複数の反射面８０ｙ〜８０ｋそれぞれにより反射偏向される光束Ｌｙ〜Ｌｋを、それぞれ異なる光路で、各反射面に対応する感光体４０１ｙ〜４０１ｋの感光面に導く。本実施の形態では、ポリゴンミラー８０の反射面が８面であるため、ポリゴンミラーに入射される光束が１本の場合、ポリゴンミラー８０が１回転することで４色の色情報を各感光体に２回書き込むことができる。ここでは光源７１が、それぞれが独立に感光面に静電潜像を形成する４本の光束を出射する、いわゆる「マルチビーム光学系」を採用しているため、ポリゴンミラー８０が１回転することで４色の色情報を一度に４ライン分×２の８ライン分を各感光体に書き込むことができる。

また、１つのアレイにまとめられた光源を各感光体に対応する原色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）の画像形成処理に兼用することにより、光学部品の数を減らし、コストダウンを図るとともに配置スペースの削減を実現することができる。感光体毎に光源を１つずつ設ける構成の場合、４色分の潜像を形成するためには、ポリゴンミラーの回転数、ＬＤの駆動周波数を４倍にする必要があり、画像形成処理の高速化や画像の高精細化が困難であったが、本実施の形態ではマルチビーム光学系を採用することにより、ポリゴンミラーの回転数やＬＤの駆動周波数を過剰に上昇させずとも、感光体ドラムへの静電潜像の形成速度を高速化することができる。また、複数のＬＥＤ等の光源を異なる位置にそれぞれ配置する場合に比べ、光源の配置位置の調整誤差等の発生を回避することができ、光学特性の向上にも寄与することができる。

ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２は、主走査方向と副走査方向の二方向において独立に曲率が変化している。ここでのｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２は、共有光学素子に相当するものである。ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２それぞれのパワー分布は、ポリゴンミラー８０にて反射偏向され複数の感光体４０１ｙ〜４０１ｋそれぞれに導かれるべき全ての光束（複数の反射面それぞれにより反射偏向される全ての光束）Ｌｙ〜Ｌｋに対して、該光束の入射位置に応じて、各個別の感光体に導かれる光線に作用する光学素子１２０と協働し、偏向後光学系Ａにより感光面に導かれる光束が該感光面上において所定の光学特性（例えば、光束のビーム径、走査線の曲がり方の度合、走査範囲に対する光束の位置などについての所定条件を満たす特性）となるようなパワーを与えるパワー分布に設定されている。このように、共有光学素子は、ポリゴンミラー８０における複数の反射面それぞれにより反射偏向される光束すべてに作用する滑らかなレンズ面を有している。

このように、従来感光体毎に独立に設けられていた光学素子の一部を共有光学素子にまとめて、複数の感光体に導かれるべき全ての光束に対して該共有光学素子によってパワーを与えることで、副走査方向における光学部品の配置スペースの削減に寄与することができる。また、配置すべき光学部品の点数を削減することができるため、各光学部品の配置誤差等に起因する光学特性の劣化を回避することができるとともに、低コスト化にも寄与することができる。

また、感光体毎に独立に設けられていた光学素子の一部を共有光学素子にまとめることで、ポリゴンミラーの各反射面の傾斜角度を小さい角度に設定することが可能となり、光学系の副走査方向における配置スペースを小さくすることができる。また、ポリゴンミラーの反射面の傾斜角度が大きい場合に大きくなってしまう非対称型の波面収差の発生を抑制することができ、ひいては結像特性の改善も実現することができる。さらに、このような構成の光走査装置を画像形成装置に適用することにより、画像形成装置のコンパクト化および画像形成処理における画質の安定化に寄与することが可能となる。

なお、ここでの「所定の光学特性」とは、感光体の感光面上に静電潜像を形成する上で望ましい光学特性を意味している。また、偏向前光学系からのポリゴンミラーへの入射光束を反射面近傍で集光させる（ポリゴンミラーの反射面上と感光体の感光面上とで副走査方向において共役な関係にする）構成とすることにより、ポリゴンミラーの各反射面の傾斜に起因する副走査方向におけるビーム位置のずれを抑制している（面倒れ補正）。

また、本実施の形態におけるｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２（共有光学素子）は、ポリゴンミラー側の副走査方向における合成焦点位置が、ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２の光軸方向においてポリゴンミラー８０の反射面８０ｙ〜８０ｋよりもポリゴンミラー８０の回転軸が配置されている側に位置するようなパワー配分に設定されている。図４に、ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２のポリゴンミラー側の副走査方向における合成焦点位置を含む焦平面ＦＳを示す。なお、図４および図５において、点線は、偏向前光学系からの光束が入射する側（振り角最小値時）の光線およびその光線に作用するレンズ断面、実線は、走査光の振り角位置が主走査方向における中央位置にあるときの光線およびその光線に作用するレンズ断面、２点鎖線は、走査範囲における偏向前光学系と近接しない側（振り角最大値時）の光線およびその光線に作用するレンズ断面を示している。図５では、ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２近傍を拡大表示している。

ポリゴンミラーの反射面の副走査方向に対する傾斜角度が大きくなると、結像特性が劣化する傾向があることが、最適化の結果判った。このため、小さな傾き角でも、光路分離ミラーで光路を分離するのに十分な副走査方向距離を得る為、ｆθ１レンズおよびｆθ２レンズを通った後の光路下流側でも、副走査方向にそれぞれの光束が離れていくように（共有光学素子を経た光束が拡がりながら進行するように）、上述のような焦点位置としている。このような焦平面位置にｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２のポリゴンミラー側の副走査方向における合成焦点位置を設定することにより、各光線を分離するための折り返しミラー等を配置するスペースを確保することができる。図６はｆθ１レンズ１１１の副走査方向におけるパワー分布の一例を示す図であり、図７はｆθ２レンズ１１２の副走査方向におけるパワー分布の一例を示す図である。

図４に示されているように、シリンダレンズ１２０ｙ〜１２０ｋの光軸は、副走査方向に対して、各光線よりも共有光学素子１１０の光軸側に偏芯するとともに所定の傾きをもつように配置されている。このような配置にすることにより、像面での走査線の曲がりを十分に小さくすることができることが最適化の結果からわかっている。

また、偏向前光学系７は、光源７１からの光を主走査方向に長い断面形状の光束となるように整形してポリゴンミラー８０に向けて導くとともに、ポリゴンミラー８０の反射面８０ｙ〜８０ｋよりも光束進行方向上流側の位置で副走査方向に複数の光源からの光束を交差させるようになっている。

図８〜図１１は、本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源（ここでは第１番目の光源と第４番目の光源）の光束の主光線の間隔（以下、主光線間距離と呼ぶ）（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。図８〜図１１において、位置Ｐはｆθ２レンズ１１２の出射面位置を示し、横軸における「０」はポリゴンミラー８０の反射面位置を示している。ここで、図８は図４における一番上の位置に偏向された光束Ｌｙについて、図９は図４における上から２番目の位置に偏向された光束Ｌｍについて、図１０は図４における上から３番目の位置に偏向された光束Ｌｃについて、図１１は図４における一番下の位置に偏向された光束Ｌｋについて示している。

図８〜図１１に示すように、反射面８０ｙ〜８０ｋよりも光束進行方向上流側の位置で副走査方向に複数の光源からの光束を交差させる構成によれば、ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２を通過した後の主光線間距離は徐々に縮まる方向に変化しており、シリンダレンズと像面との間での主光線間距離の光軸方向に対する変化の割合を低減することができる。図８〜図１１に示すような関係で、ｆθレンズ通過後の主光線間距離をシリンダレンズ上で小さくなるように低減させることにより、感光面上における光束を画像形成に適した光学特性にすることができ、感光体の形状誤差、回転軸のずれ（傾斜、偏心など）、磨耗等により感光面の位置が感光体の回転に伴なって光軸方向に変動してしまう場合でも、感光面上におけるビームピッチの変動を抑制することができる。

光束がｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２を通過した後は、最終シリンダレンズを通って結像した後での、光軸方向に対するビーム間ピッチ変化量が大きくならないよう、光路下流に行くに従って複数のビーム間の間隔が所望のビーム間ピッチに近づくようにしている。これは、カラー機の場合、感光体上での走査線傾き、もしくは、感光体の傾きによる転写像の傾きを補正する為、折り返しミラーに傾き機構を設けて制御したり、感光体径のばらつきの影響により、発生する光路長の変化が起こった際のビーム間ピッチのズレ発生を抑えたりする場合に有効である。

なお、ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２（共有光学素子）の副走査方向における少なくとも光軸位置から複数の光源からの光束の主光線が通過する位置までの範囲（副走査方向における中央付近の範囲）のパワーは、主走査方向における中央位置から外側に離れるほど強くなるように設定されている（図６および図７参照）。

光束進行方向におけるｆθ２レンズ１１２よりも下流側に位置するシリンダレンズ１２０での実効焦点距離は、主走査方向における光束の入射角が大きくなるほど短くなる。よって、１つの潜像を形成するビーム群の像面でのビーム間ピッチを一定に保つため、主走査方向入射角が大きくなる（振り角が大きい）時のｆθレンズでの副走査方向パワーを大きくし、シリンダレンズ１２０での光軸に対する最大高さをできるだけ小さくすることにより、角度変化量を小さくして（シリンドリカルレンズの入射面に入射する光束の副走査方向における位置ずれを低減して）、最終的に像面で一定のビーム間ピッチを保つようにしている。

また、ｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２の副走査方向における少なくとも光軸位置から複数の光源からの光束の主光線が通過する位置までの範囲（副走査方向における中央付近の範囲）のパワーは、副走査方向における中央位置から外側に離れるほど弱くなるように設定されている（図６および図７参照）。

共有光学素子を通過する光束は、共有光学素子を副走査方向におけるどの位置で通過するかにより光路長が異なる。本実施の形態の構成によれば、副走査方向における通過位置が互いに異なる光束が光路の下流側に位置する光学素子に到達する際のビーム径（集光位置）をほぼ同じにすることができ、副走査方向における通過位置に依存する光学特性のばらつきを抑えることができる。図４からもわかるように、外側の光線ほど、副走査方向に傾きが大きくなっており、実質の光路長が長くなっている。

図１２は、カラー画像形成装置に備えられた従来の光走査装置の光学系配置の一例を示す図である。同図に示すような、偏向前光学系を構成する有限レンズ７２Ｊ、アパーチャ７３Ｊ、シリンダレンズ７４Ｊを感光体ドラムの数分だけ配置している従来の光走査装置に比べ、図１に示す本実施の形態による光走査装置の構成が省スペース化および低コスト化に寄与していることがわかる。

なお、本実施の形態では、共有光学素子が２枚のｆθレンズから構成されている例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３枚以上のレンズによって構成することもできる。このように複数のレンズによって上記共有光学素子を構成することにより、一枚のレンズから構成する場合に比して、それぞれのレンズのレンズ面の曲率を緩く設定することができ、加工が容易となり、製造コストの低下および加工精度の向上に寄与することができる。

また、本実施の形態では、共有光学素子を構成するｆθ１レンズおよびｆθ２レンズそれぞれの入射面および出射面の両方について、連続的に変化するパワー分布としているが、必ずしも共有光学素子の全てのレンズ面に対してこのようなパワー分布を設定する必要はない。一般に、このように複数枚のレンズによって共有光学素子を構成する場合には、光束進行方向下流側に位置するレンズの方がサイズが大きい場合が多い。すなわち、光束進行方向下流側のレンズに入射される光束の方が、上流側に位置するレンズに比して、ビーム径が小さく、同じ振り角でも光束の移動距離が大きいため、上記のように連続的に変化するパワー分布とする効果が大きいと考えられる。よって、複数のレンズによって上述のような共有光学素子を構成する場合には、光束進行方向における最も下流側に（すなわち、最も像面に近い側に）位置するレンズの出射面側に上述のような連続的に変化するパワーを付与することが好ましい。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述した第１の実施の形態の変形例であり、特にｆθレンズ付近の構成が第１の実施の形態とは異なっている。以下、第１の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

図１３は本実施の形態による光走査装置における光学系での光路を示す平面図であり、図１４は本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路をミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図であり、図１５は図１４におけるｆθレンズ近傍を拡大した図である。図１４および図１５において、点線は、偏向前光学系からの光束が入射する側（振り角最小値時）の光線およびその光線に作用するレンズ断面、実線は、走査光の振り角位置が主走査方向における中央位置にあるときの光線およびその光線に作用するレンズ断面、２点鎖線は、走査範囲における偏向前光学系と近接しない側（振り角最大値時）の光線およびその光線に作用するレンズ断面を示している。

本実施の形態では、第１の実施の形態におけるｆθ１レンズ１１１およびｆθ２レンズ１１２が１つのｆθレンズ１１０’ （共有光学素子）にまとめられている。これにより、第１の実施の形態の構成に比して光学系の部品点数を削減することができ、低コスト化に寄与することができる。

図１６〜図１９は、本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源（ここでは第１番目の光源と第４番目の光源）の光束の主光線の間隔（以下、主光線間距離と呼ぶ）（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。図１６〜図１９において、位置Ｐはｆθレンズ１１０’の出射面位置を示し、横軸における「０」はポリゴンミラー８０の反射面位置を示している。ここで、図１６は図１４における一番上の位置に偏向された光束Ｌｙについて、図１７は図１４における上から２番目の位置に偏向された光束Ｌｍについて、図１８は図１４における上から３番目の位置に偏向された光束Ｌｃについて、図１９は図１４における一番下の位置に偏向された光束Ｌｋについて示している。

図２０は、本実施の形態におけるｆθレンズ１１０’の副走査方向におけるパワー分布を示す図である。図２１は、本実施の形態におけるシリンダレンズ１２０ｙの入射面への副走査方向における光線入射位置を示す図である。同図に示すように、主走査方向におけるプラス側では、走査光の振り角が大きい時のｆθレンズでの副走査方向パワーを大きくすることにより、主走査方向における走査光の振り角に依存するシリンダレンズへの副走査方向における光線入射位置のバラツキを抑えることができていることがわかる。

（第３の実施の形態）
続いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述した第２の実施の形態の変形例であり、特にｆθレンズを通過した後の光束に作用する光学系の構成が第２の実施の形態とは異なっている。以下、第２の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

具体的に、本実施の形態では、第２の実施の形態の構成におけるシリンダレンズ１２０ｙ〜１２０ｋに換えて、入射面側が凹面であるシリンダミラー１４０ｙ〜１４０ｋを採用している。

図２２は本実施の形態による光走査装置の光学系の構成をミラーによる折り返しを展開した状態で示す平面図であり、図２３は本実施の形態による光走査装置を備えた画像形成装置９００’の概略構成を示す図であり、図２４は本実施の形態による光走査装置における光学系での光路をミラーによる折り返しを展開した状態で示す平面図であり、図２５は本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路をミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図であり、図２６は図２５におけるｆθレンズ近傍を拡大した図である。

図２７〜図３０は、本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源（ここでは第１番目の光源と第４番目の光源）の光束の主光線の間隔（以下、主光線間距離と呼ぶ）（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。図２７〜図３０において、位置Ｐはｆθレンズ１１０’の出射面位置を示し、横軸における「０」はポリゴンミラー８０の反射面位置を示している。ここで、図２７は図２６における一番上の位置に偏向された光束Ｌｙについて、図２８は図２６における上から２番目の位置に偏向された光束Ｌｍについて、図２９は図２６における上から３番目の位置に偏向された光束Ｌｃについて、図３０は図２６における一番下の位置に偏向された光束Ｌｋについて示している。第３の実施の形態では、像面近傍ではｆθレンズの主走査方向における中央位置を通過する光線における主光線間距離を示すグラフは右肩上がりとなり、ｆθレンズの主走査方向における両端位置を通過する光束における主光線間距離は右肩下がりとなっている。図２７から図３０に示すように、シリンダミラーと像面との間で、主走査方向中央部では像面に近づくにつれて主光線間距離が増加し、両端部では像面に近づくにつれて主光線間距離が減少するようにバランスさせることにより、像面位置が変動した場合の主光線間隔の変動を、第１および第２の実施の形態よりも更に抑えることができる。図３１は、本実施の形態におけるｆθレンズ１１０’の副走査方向におけるパワー分布を示す図である。

（第４の実施の形態）
続いて、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上述した第１の実施の形態の変形例であり、特にｆθレンズを通過した後の光束に作用する光学系の構成が第１の実施の形態とは異なっている。以下、第１の実施の形態においてすでに述べた部分と同一の部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

具体的に、本実施の形態では、第１の実施の形態の構成におけるシリンダレンズ１２０ｙ〜１２０ｋに換えて、入射面が凹面であるシリンダミラー１４０ｙ〜１４０ｋを採用している。

図３２は本実施の形態による光走査装置における光学系での光路をミラーによる折り返しを展開した状態で示す図であり、図３３は本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路を折り返しミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図であり、図３４は図３３におけるｆθレンズ近傍を拡大した図である。

図３５〜図３８は、本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源（ここでは第１番目の光源と第４番目の光源）の光束の主光線の間隔（以下、主光線間距離と呼ぶ）（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。図３５〜図３８において、位置Ｐはｆθ２レンズ１１２の出射面位置を示し、横軸における「０」はポリゴンミラー８０の反射面位置を示している。ここで、図３５は図３３における一番上の位置に偏向された光束Ｌｙについて、図３６は図３３における上から２番目の位置に偏向された光束Ｌｍについて、図３７は図３３における上から３番目の位置に偏向された光束Ｌｃについて、図３８は図３３における一番下の位置に偏向された光束Ｌｋについて示している。第４の実施の形態では、像面近傍ではｆθレンズの主走査方向における中央位置を通過する光線における主光線間距離を示すグラフは右肩上がりとなり、ｆθレンズの主走査方向における両端位置を通過する光束における主光線間距離は右肩下がりとなっている。図３５〜図３８に示すように、シリンダミラーと像面との間で、主走査方向中央部では像面に近づくにつれて主光線間距離が増加し、両端部では像面に近づくにつれて主光線間距離が減少するようにバランスさせることにより、像面位置が変動した場合の主光線間隔の変動を、第１および第２の実施の形態よりも更に抑えることができる。図３９は本実施の形態におけるｆθ１レンズ１１１の副走査方向におけるパワー分布を示す図であり、図４０は本実施の形態におけるｆθ２レンズ１１２の副走査方向におけるパワー分布を示す図である。

図４１は、本実施の形態において、ｆθ１レンズおよびｆθ２レンズにおけるどのレンズ面に対して、複数の感光体に導かれる全ての光束に作用するパワーをもつ自由曲面を形成すべきかについての検討結果を示す図である。図４１において、一番上は全部のレンズ面の曲率を変化させた場合を示しており、他は２つのレンズ面の曲率を変化させた場合を示しており、評価関数の小さい順に並べている。評価関数は、各光学特性の、目標とする光学特性からの差に重み掛けた値の二乗の和であり、小さいことが望ましい。同図に示す結果より、本実施の形態にて示すような共有光学素子を採用する場合、２つのレンズ面の曲率を変化させる場合には、ポリゴンミラー側のレンズ面の曲率を変化させる構成が最も良好な光学特性となることがわかる。

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。

本発明の第１の実施の形態による光走査装置の光学系の構成をミラーによる折り返しを展開した状態で示す平面図である。本実施の形態による光走査装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。本実施の形態による光走査装置における光学系での光路を示す図である。本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路をミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図である。本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路をミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図である。ｆθ１レンズ１１１の副走査方向におけるパワー分布の一例を示す図である。ｆθ２レンズ１１２の副走査方向におけるパワー分布の一例を示す図である。複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。カラー画像形成装置に備えられた従来の光走査装置の光学系配置の一例を示す図である。本発明の第２の実施の形態による光走査装置における光学系での光路を示す図である。本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路をミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図である。図１４におけるｆθレンズ近傍を拡大した図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔と、光軸方向における位置との関係を示す図である。本実施の形態におけるｆθレンズ１１０’の副走査方向におけるパワー分布を示す図である。本実施の形態におけるシリンダレンズ１２０ｙの入射面への副走査方向における光線入射位置を示す図である。本発明の第３の実施の形態による光走査装置の光学系の構成をミラーによる折り返しを展開した状態で示す平面図である。本実施の形態による光走査装置を備えた画像形成装置９００の概略構成を示す図である。本実施の形態による光走査装置における光学系での光路をミラーによる折り返しを展開した状態で示す図である。本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路をミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図である。図２５におけるｆθレンズ近傍を拡大した図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態におけるｆθレンズ１１０’の副走査方向におけるパワー分布を示す図である。本発明の第４の実施の形態による光走査装置における光学系での光路をミラーによる折り返しを展開した状態で示す図である。本実施の形態による光走査装置における複数の感光体に導かれる光束の光路を折り返しミラーによる折り返しを展開した状態で副走査方向に拡大して示した図である。図３３におけるｆθレンズ近傍を拡大した図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態における、複数の光源の内の副走査方向における両端に位置する光源の光束の主光線の間隔（縦軸）と、光軸方向における位置（横軸）との関係を示す図である。本実施の形態におけるｆθ１レンズ１１１の副走査方向におけるパワー分布を示す図である。本実施の形態におけるｆθ２レンズ１１２の副走査方向におけるパワー分布を示す図である。ｆθ１レンズおよびｆθ２レンズにおけるどのレンズ面に対して、複数の感光体に導かれる全ての光束に作用するパワーをもつ自由曲面を形成すべきかについての検討結果を示す図である。

符号の説明

７偏向前光学系、８０ポリゴンミラー、１１０ｆθレンズ、１１１ｆθ１レンズ、１１２ｆθ２レンズ、１２０ｙ〜１２０ｋシリンダレンズ、１４０ｙ〜１４０ｋシリンダミラー。

Claims

光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査可能な光走査装置であって、
回転方向に前記複数の感光体それぞれに対応して複数配列された反射面によって入射光束を反射偏向させることにより、該入射光束を前記主走査方向に走査させる回転偏向器であって、前記複数の反射面それぞれの前記回転偏向器の回転軸に対する傾斜角度が、各反射面が対応付けられている感光体に応じた角度に設定されている回転偏向器と、
光源からの光を所定の断面形状の光束となるように整形して前記回転偏向器に向けて導くとともに、該回転偏向器の反射面近傍で副走査方向に光束を集光させる偏向前光学系と、
前記回転偏向器における複数の反射面それぞれにより反射偏向される光束を、各反射面に対応する感光体の感光面に導く偏向後光学系とを備え、
前記偏向後光学系は、前記回転偏向器にて反射偏向され前記複数の感光体それぞれに導かれるべき光束に対して、該光束の入射位置に応じて、前記偏向後光学系により前記感光面に導かれる光束が該感光面上において所定の光学特性となるようなパワーを与える共有光学素子を含む光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
所定の光学特性は、光束のビーム径、走査線の曲がり方の度合および走査範囲に対する光束の位置のうち少なくともいずれかである光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
前記共有光学素子の前記回転偏向器側の焦点が、前記共有光学素子の光軸方向において前記回転偏向器の反射面よりも該回転偏向器の回転軸が配置されている側に位置する光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
前記共有光学素子の副走査方向における少なくとも光軸位置から前記複数の光源からの光束の主光線が通過する位置までの範囲のパワーは、主走査方向における中央位置から外側に離れるほど強くなるように設定されている光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
前記共有光学素子の副走査方向におけるパワーは、副走査方向における中央位置から外側に離れるほど弱くなるように設定されている光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
前記共有光学素子は、光軸方向に配列される複数のレンズからなり、
前記複数のレンズのうち少なくともいずれかのレンズにおける、少なくともいずれかのレンズ面が、前記回転偏向器にて反射偏向され前記複数の感光体それぞれに導かれるべき光束に対して、該光束の入射位置に応じて、前記偏向後光学系により前記感光面に導かれる光束が該感光面上において所定の光学特性となるようなパワーを与える光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
前記偏向前光学系は、複数の光源からの光を所定の断面形状の光束になるように整形して前記回転偏向器に向けて導くとともに、該回転偏向器の反射面よりも光束進行方向上流側の位置で副走査方向に前記複数の光源からの光束を交差させる光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、
前記複数の感光体それぞれに対応して前記共有光学素子と各感光体との間の光路上に配置され、それぞれが対応する感光体に応じて設定される正のパワーを有する複数の光学素子を備える光走査装置
請求項８に記載の光走査装置において、
前記複数の光学素子は、入射光に対して、前記共有光学素子の光軸側に偏芯させた位置に配置されている光走査装置。
請求項１乃至請求項９の内いずれか１項に記載の光走査装置と、
前記光走査装置によって走査される光束により静電潜像が形成される感光体と、
前記感光体上に形成された静電潜像を顕像化させる現像部と
を備えてなる画像形成装置。
光源からの光束を複数の感光体それぞれの感光面に対して主走査方向に走査する光走査方法であって、
光源からの光を所定の断面形状の光束となるように整形して回転偏向器に向けて導くとともに、該回転偏向器の反射面近傍で副走査方向に光束を集光させ、
回転方向に前記複数の感光体それぞれに対応して複数の反射面が配列された回転偏向器における該複数の反射面それぞれの前記回転偏向器の回転軸に対する傾斜角度が、各反射面が対応付けられている感光体に応じた角度に設定されている回転偏向器によって入射光束を反射偏向させることにより、該入射光束を前記主走査方向に走査させ、
前記回転偏向器にて反射偏向され前記複数の感光体それぞれに導かれるべき光束に対して、該光束の入射位置に応じて、前記感光面に導かれる光束が該感光面上において所定の光学特性となるようなパワーを共有光学素子によって与え、該共有光学素子によりパワーが与えられた光束を各反射面に対応する感光体の感光面に導く光走査方法。