JP2008158415A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は光学部品の配置敏感度や面精度敏感度を低くでき、また装置全体の小型化を図ることができ、また高速で高画質な画像を得ることができること。
【解決手段】 光源手段から出射した光束を偏向手段に入射させる入射光学系と偏向走査された光束を被走査面上に結像させる透過型の結像光学素子を備えた結像光学系と結像光学素子と被走査面との間に少なくとも１枚の反射型光学素子とを有し、少なくとも１枚の透過型の結像光学素子には偏向走査された光束が透過型の結像光学素子の第一の透過面及び透過型の第二の透過面の順で通過し、反射型光学素子にて反射された後、透過型の結像光学素子の第二の透過面及び透過型の第一の透過面の順で再通過しており、光束が再通過する透過型の結像光学素子の主走査断面内の軸上合成パワーφと反射型光学素子の主走査断面内の軸上合成パワーφＭが｜φＭ／φ｜＜０．１なる条件を満足すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（LBP）やデジタル複写機や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。

従来よりレーザービームプリンタ（LBP）やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等には光走査装置が用いられている。この光走査装置においては画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束（光ビーム）を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させている。そして偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。

また従来から装置全体のコンパクト化を目的として結像光学系を１枚の結像レンズで構成した光走査装置が種々と提案されている（特許文献１から５参照）。

図３５は結像光学系を１枚の結像レンズで構成した従来の光走査装置の要部概略図である。図３６は図３５の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。

図３５、図３６において光源手段１から出射した単一又は複数の発散光束はコリメータレンズ３により平行光束に変換され、絞り２によって該光束を制限して副走査方向にのみ特定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した平行光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては集束してポリゴンミラーから成る光偏向器５の偏向面（反射面）５ａに線像として結像している。

そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束をｆθ特性を有する結像レンズ６を介して被走査面としての感光ドラム面８上に導光する。そして光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、単一又は複数の光束で感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情報の記録を行っている。尚、図３５において１８は同期検出用のミラー、１９は同期検出用のセンサー、図３６において９はモータ、１０はモータ基板、１１は光学箱、１２は光走査装置である。

特許文献４には結像光学系として１枚の結像レンズの一つの面を反射面としたインミラーレンズを用いた光走査装置が開示されている。このインミラーレンズは、レンズ肉厚（透過面と反射面との距離）を小さくすることで、厚肉レンズ成形時に発生する問題（内部歪みや成形時間の増大）を改善している。また光路を折り曲げることで装置全体の小型化を図っている。

特許文献５には光偏向器後の光学系に、それぞれ自由曲面の透過面と反射面を備え、透過面を透過した光偏向器からの光束を反射面で反射して、透過面を再透過させた光走査装置が開示されている。
特開平８−２４８３０８号公報 特開平１０−４８５５２号公報 特開平１０−２８８７４５号公報 特開平９−６８６６４号公報 特開平２００３−２８７６９５号公報

従来から提案されている１枚の結像レンズを用いた光走査装置には次に挙げる課題が存在する。

一般に１枚の結像レンズを用いてｆθ補正と像面湾曲の補正を両立させようとすると、設計自由度の少なさから偏向手段（光偏向器）から被走査面までの距離が長くなる傾向がある。

光走査装置自体をよりコンパクトにするためには、
(1)偏向手段から被走査面までの光学的な距離を短くする、
(2)画像形成装置本体の配置に合うように光路をミラー等で折りたたむ、
などの方法がある。

上記方法(１)では通常、偏向手段としてのポリゴンミラーの面数を少なくし、走査画角を広げて光路を短くする光学系が考えられる。このような光学系で問題となるのは画像端部での主走査方向の焦点深度である。主走査断面内において画像端部に入射する光束の主光線と被走査面に垂直な面とのなす角度をα（°）とするとき、焦点深度はｃｏｓ^３αに比例して減少する。

一般に角度αが４０°より大きくなると、結像レンズの製造誤差によるピントのバラツキや、光走査装置と感光ドラムとの間の距離のバラツキなどを焦点深度内に抑えることが困難となる。

また、このような光学系をマルチビームレーザー光源を用いて使用した場合、感光ドラム面に斜め方向から複数の光束が入射することにより発生する主走査方向のジッターが大きく発生することになる。さらにはポリゴンミラーの面数を少なくしてしまうと、高速化の観点から不利になってしまう。

また結像光学系のレンズ枚数を増やして設計自由度を上げ、角度αを抑えつつ光路長を短縮する方法も考えられる。しかしながら、レンズが増えた分、重量が重くなり、かつ大型化になってしまう。

さらに偏向手段に入射する光束を平行光束から収束光束にすることで光路長を短くすることも考えられる。しかしながら、強い収束度をもつ光束を偏向手段に入射させてしまうと、偏向面の偏心誤差により発生する主走査方向のジッターが問題となる。よって、収束度が強い光束を入射させた光走査装置では、ポリゴンミラー等の光偏向器の加工精度を上げる必要があり、製造上、難しくなってしまう。

上記方法(2)では、上述した焦点深度や主走査方向のジッターの問題を回避することができる。しかしながら、反射ミラーの数が増えれば増えるほどその分、装置全体が複雑化になってしまう。またミラーの面精度や配置誤差によるピントズレ、ミラーの振動によるピッチムラなどの画像劣化の問題が生じる。よって、この場合においても、画質やサイズを全て満たす光走査装置を製造することは非常に困難となっている。

特許文献４のインミラーレンズは１枚で構成されており、装置全体をコンパクトに構成できるが、主走査方向のパワー（屈折力）が主に反射面に付いているため、該インミラーレンズの配置敏感度や特に反射面の面精度敏感度や配置敏感度が非常に高くなる傾向にあった。

特許文献５においては特許文献４と同様に主走査方向のパワーが主に反射面に付いているため、該反射面の面精度敏感度や配置敏感度が非常に高くなるという問題点があった。

尚、特許文献４、５の他にも曲面ミラーを用いて光路を折り畳み、装置全体をコンパクトにした光走査装置が従来より種々と提案されているが、これらは全て曲面ミラーに主走査方向のパワーが集中しており、実現するのに困難を伴うものばかりであった。

また一般に光走査装置においては、副走査断面内において光偏向器の偏向面に対し斜め方向から光束を入射させると、偏向面のシフト偏心誤差により副走査方向にピッチムラが発生してしまう。よって、ポリゴンミラー等の光偏向器の加工精度を上げる必要が生じてくる。

本発明は光学部品の配置敏感度や面精度敏感度を低くでき、また装置全体の小型化を図ることができ、さらには高速で高画質な画像を得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。

請求項１の発明の光走査装置は、
光源手段と、偏向手段と、前記光源手段から出射した光束を前記偏向手段に入射させる入射光学系と、
前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束を被走査面上に結像させる透過型の結像光学素子を備えた結像光学系と、前記透過型の結像光学素子と前記被走査面との間の光路中に少なくとも１枚の反射型光学素子と、を有する光走査装置であって、
前記少なくとも１枚の透過型の結像光学素子には、前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束が前記透過型の結像光学素子の第一の透過面及び前記透過型の結像光学素子の第二の透過面の順で前記透過型の結像光学素子を通過し、前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面にて反射された後、前記透過型の結像光学素子の第三の透過面及び前記透過型の結像光学素子の第四の透過面の順で前記透過型の結像光学素子を再通過しており、
前記光束が再通過する少なくとも１枚の透過型の結像光学素子の主走査断面内の軸上合成パワーをφ、前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面の主走査断面内の軸上合成パワーをφＭとするとき、
｜φＭ／φ｜＜０．１
なる条件を満足することを特徴としている。

但し、前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の主走査断面内の軸上合成パワーは、前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束が入射する前記第一の透過面及び前記第一の透過面を通過した光束が入射する前記第二の透過面及び前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面にて反射された光束が再入射する前記第三の透過面及び前記第三の透過面を通過した光束が再入射する前記第四の透過面の４つの光学面の合成パワーである。

請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記反射型光学素子は、全て平面ミラーで構成されていることを特徴としている。

請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記被走査面上における主走査方向の画像の有効幅をＷ（mm）、前記被走査面から光学的に最も遠い反射型光学素子から前記被走査面までの軸上光束に沿った距離をＬ（mm）、主走査断面内において前記被走査面上の画像端部に入射する光束の主光線と前記被走査面に垂直な法線とのなす角度をα（°）とするとき、
２０°＜α・Ｗ／Ｌ＜１００°
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項４の発明は請求項１乃至３の何れか一項の発明において、
前記光束が再通過する透過型の結像光学素子は１枚であることを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか一項の発明において、
前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の前記偏向手段側の面は、前記偏向面で偏向された光束が通過する位置と、前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面にて反射された光束が通過する位置とで、副走査断面内のパワーが異なる形状より成ることを特徴としている。

請求項６の発明は請求項１乃至５の何れか一項の発明において、
前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の前記第一の透過面及び前記第三の透過面の主走査断面の形状は一つの関数で定義される形状より成り、前記第二の透過面及び前記第四の透過面の主走査断面の形状も一つの関数で定義される形状より成ることを特徴としている。

請求項７の発明は請求項４乃至６の何れか一項の発明において、
前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の第一の透過面及び第二の透過面の主走査断面内の軸上合成パワーをφＬ、前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の第一の透過面の主走査断面内の軸上パワーをφ１とするとき、
−２．０＜φ１／φＬ＜０．５
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項８の発明は請求項１乃至７の何れか一項の発明において、
前記光束が再通過する透過型の結像光学素子は、主走査断面内の曲率の符号が有効径内において、反転する面を有していることを特徴としている。

請求項９の発明は請求項８の発明において、
前記反転する面の軸上の形状は、前記偏向手段側に凹形状であることを特徴としている。

請求項１０の発明は請求項１乃至９の何れか一項の発明において、
主走査断面内における前記結像光学系の後側主平面から前記被走査面までの距離をＳｋ（ｍｍ）、前記結像光学系の主走査断面内の焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、
ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ
とおくとき、
−０．１＜ｍ＜０．５
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項１１の発明は請求項１乃至１０の何れか一項の発明において、
副走査断面内において、前記入射光学系から出射した光束は、前記偏向手段の偏向面に垂直に入射していることを特徴としている。

請求項１２の発明は請求項１乃至１１の何れか一項の発明において、
光学的な距離が前記光束が再通過する透過型の結像光学素子から遠い位置に配置されている反射型光学素子の反射面と該偏向手段の回転軸とが成す副走査断面内における角度をβ（°）とするとき、
２°≦β≦１０°
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項１３の発明は請求項１乃至３の何れか一項の発明において、
主走査断面内において、前記偏向手段の偏向面に入射する光束の主光線と前記結像光学系の光軸とのなす角度をγ（°）とするとき、
６０°≦γ≦９０°
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項１４の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至１３の何れか一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している。

請求項１５の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至１３の何れか一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している。

本発明によれば光学部品の配置敏感度や面精度敏感度を低くでき、また装置全体の小型化を図ることができ、さらには高速で高画質な画像を得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）である。

尚、以下の本実施例の説明において、結像光学系の光軸または軸上とは被走査面の中心で被走査面に垂直方向の軸のことである。言い方を換えれば、光軸または軸上とは結像光学素子のレンズ面頂点を通り被走査面に垂直方向の軸のことである。

主走査方向（Ｙ方向）とは偏向手段の回転軸及び結像光学系の光軸（Ｘ方向）に垂直な方向（偏向手段で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。副走査方向（Ｚ方向）とは偏向手段の回転軸と平行な方向である。

主走査断面とは光軸と主走査方向とを含む平面である。副走査断面とは主走査断面に垂直な断面である。

図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。３は集光レンズ(コリメータレンズ)であり、光源手段１から出射された発散光束を弱収束光束に変換している。尚、集光レンズ３は入射光束を収束光束に限らず、平行光束もしくは発散光束に変換しても良い。２は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。

４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）にのみ特定のパワーを有しており、開口絞り２を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（反射面）５ａに線像として結像させている。

尚、集光レンズ３とシリンドリカルレンズ４を１つの光学素子（アナモフィックレンズ）として一体的に構成しても良い。また集光レンズ３、開口絞り２、そしてシリンドリカルレンズ４等の各要素は入射光学系（集光光学系）ＬＡの一要素を構成している。

５は偏向手段としての光偏向器（ポリゴンミラー）であり、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。

ＬＢは結像光学系であり、ｆθ特性を有する透過型の結像光学素子としての１枚の結像レンズ（プラスチックレンズ）６と反射型光学素子としての1枚のミラー７を有している。透過型の結像光学素子としては、屈折光学素子と回折光学素子等を含むが、本実施例では全て屈折光学素子で構成されている。

本実施例におけるミラー７は主走査方向及び副走査方向ともにノンパワーの平面ミラーより成っている。

結像光学系ＬＢを複数の透過型の結像光学素子と複数の反射型光学素子を有するように構成しても良い。

結像光学系ＬＢは、光偏向器５によって偏向走査された画像情報に基づく光束を主走査断面内(主走査方向)において被走査面としての感光ドラム面８上にスポットに結像させている。また副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａと感光ドラム面８との間を光学的に共役関係にすることにより、面倒れ補正を行っている。

通常、ポリゴンミラーなどの複数の偏向面が存在する光偏向器の場合、偏向面毎に副走査方向への偏向面の倒れ角が異なるため、面倒れ補正光学系を採用することが一般的である。

８は被走査面としての感光ドラム面、９はモータ、１０はモータ基板、１１は光学箱、１２は光走査装置である。

本実施例において半導体レーザー１から出射した発散光束は、集光レンズ３により弱収束光束に変換され、開口絞り２によって該光束（光量）が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出し、光偏向器５の偏向面５ａに入射する。このとき偏向面５ａに入射する光束を結像レンズ６の光軸と該光束の主光線とのなす角度γがγ＝７８°となるように入射させている。

また副走査断面内においては更に収束して光偏向器５の偏向面５ａに線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。このとき偏向面５ａに入射する光束を光偏向器５の偏向面５ａに対して垂直方向から入射させている。

そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は結像レンズ６を通過し、平面ミラー７で反射されて、再度結像レンズ６を入射方向とは逆方向から入射している。

そして結像レンズ６を通過した光束は、感光ドラム面８上にスポット状に結像され、該光偏向器５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８上を矢印Ｂ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としての感光ドラム面８上に画像記録を行なっている。

本実施例においては上記の如く光偏向器５の偏向面５ａで偏向された光束が結像レンズ６を１度通過した後、平面ミラー7で折り返され、再度入射方向とは逆方向から結像レンズ６を通過している。このように構成することにより、本実施例では装置全体のコンパクト化を図っている。

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）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

偏向面５ａに入射する光束（偏向光束）は主走査断面内においては上記の如く角度γ＝７８°で入射するが、副走査断面内においては偏向面５ａに対して垂直方向から入射する。偏向面５ａに垂直方向から光束が入射することで、該偏向面５ａのシフト偏心によるピッチムラは原理的に発生しない。

また本実施例では図２に示すように平面ミラー7を光偏向器５の回転軸に対して副走査方向にβ＝４°傾けて配置している。これにより平面ミラー7で反射された光束が光偏向器５に干渉することなく、被走査面８に導くことができる。

次に本実施例におけるレンズ面形状及び光学配置を表１に示す。

結像レンズ６の光偏向器５側にあるレンズ入射面601、平面ミラー７側にあるレンズ出射面602の母線形状は、10次までの関数として表せる非球面形状により構成している。結像レンズ６のそれぞれのレンズ面と結像レンズ６の光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、

（但し、Rは母線曲率半径，K，B₄，B₆，B₈，B₁₀，は非球面係数）
なる式で表されるものである。

非球面係数B₄，B₆，B₈，B₁₀は光走査装置の半導体レーザー１が配置されている側（B_4s，B_{6 s}，B_{8 s}，B_{10 s}）と半導体レーザー１が配置されていない側（B_4e，B_{6 e}，B_{8 e}，B_{10 e}）とで数値を異ならせることで、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。

また、子線頂点を連ねた母線が以下に定義された関数で湾曲している。但し、Ｚの原点は偏向面５ａと入射光束の主光線との交点としている。

また、副走査方向と対応する子線方向が、

なる式で表されるものである。Sは母線方向の各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義される子線形状である。

ここで主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）Rs*が、

（但し、Rsは光軸上の子線曲率半径，D₂，D₄，D₆，D₈，D₁₀は子線変化係数）
なる式で表されるものである。

こちらも主走査形状と同様に、非球面係数Ｄ₂，Ｄ₄，D₆，D₈，D₁₀は光走査装置の半導体レーザー１が配置されている側（D_2s，D_4s，D_{6 s}，D_{8 s}，D_{10 s}）と半導体レーザー１が配置されていない側（D_2e，D_4e，D_{6 e}，D_{8 e}，D_{10 e}）とで数値を異ならせることで、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。

本実施例では、表１に示した通り結像レンズ６の光偏向器５側にあるレンズ入射面601、平面ミラー７側にあるレンズ出射面602の主走査方向における形状を、それぞれ上記に示した一つの関数からなる形状より形成している。

本実施例では、結像レンズ６の光偏向器５側にあるレンズ入射面601は、第一の透過面及び第四の透過面より構成される。また、平面ミラー７側にあるレンズ出射面602は、第二の透過面及び第三の透過面より構成される。

本実施例では、レンズ入射面601を構成する第一の透過面、レンズ出射面602を構成する第二の透過面、レンズ入射面602を構成する第三の透過面（レンズ再入射面）、レンズ出射面601を構成する第四の透過面（レンズ再出射面）の４つのレンズ面で光束が屈折されることになる。

本発明では、４つの面（レンズ入射面（第一の透過面）601、レンズ出射面（第二の透過面）602、レンズ再入射面（第三の透過面）602、レンズ再出射面（第四の透過面）601）を夫々を独立に定義した面で構成しても良い。そうすると光偏向器５側にあるレンズ出射面601及び平面ミラー７側にあるレンズ出射面602に大きな段差が生じる場合がある。特に主走査方向の形状を個別に最適化してしまうと、大きな段差が生じることが予想される。よって、本実施例は少なくとも主走査方向においては、係数を含めて一つの関数からなるレンズ形状を採用している。

尚、本実施例では面形状を上記定義式により関数を定義したが、本発明の権利の範囲はこれを制限するものではない。

本実施例では光束の発振波長λがλ＝７９０ｎｍの赤外光源を光源手段１として用いている。また像高Ｙと偏向反射角θとの比例係数κ（Ｙ＝κθ）はκ＝１２０（rad／mm）である。

図３は本発明の実施例１の主走査方向と副走査方向の像面湾曲を表すグラフである。図３においてｄｍが主走査方向の像面湾曲、ｄｓが副走査方向の像面湾曲を示している。画像の有効幅（Ｗ＝２２０ｍｍ）において、主走査方向の像面湾曲は０．４２ｍｍ、副走査方向の像面湾曲は０．４３ｍｍであり、ともに良好に低減されていることが分かる。

図４は本発明の実施例１のｆθ特性を表すグラフである。図４においては実際に光束が到達する位置から理想像高を引いた差分を示している。最大で０．３９６ｍｍのズレが生じている。このままで使用するには多少大きい値であるが、画像クロックを各像高に合わせて変化させることで、ｆθ特性を低減させることは可能である。ただ、ｆθ特性のズレが大きくなりすぎると、主走査方向のスポット径自体が変化してしまう。

本実施例では潜像の深さに影響を及ぼすスポット径に対しては十分問題ないレベルのｆθ特性を示している。

図５は各像高におけるスポットの断面形状を示した説明図である。図５においては各像高におけるスポットのピーク光量の２％、５％、１０％、１３．５％、３６．８％、５０％のスライスで切った断面を示している。

通常、副走査断面内において斜め方向から光束を入射させる光走査装置では、波面収差の捩れによりスポットが回転する現象が見られる。本実施例においては各面のパワー配置、レンズのチルト量、シフト量及び母線の副走査方向への湾曲量を最適化することで波面収差の捩れを低減している。

結像レンズ６のチルト量に関しては、偏向面５ａと入射光束の主光線との交点を原点としたとき、座標（16.130，0.000，1.500）を中心に副走査方向へ図２に示す矢印方向へδ＝３．５°チルトさせている。

図６は本発明の実施例１の被走査面に到達する走査線湾曲を表すグラフである。通常、モノクロの画像形成装置においては走査線湾曲は０．２ｍｍ以内に抑える必要がある。本実施例においては走査線湾曲を０．１０６ｍｍに抑えており、問題ないレベルとなっている。

このように本実施例では上記の如く結像レンズ６を通過した光束を平面ミラー７で折り返し、再度結像レンズ６を通過させることで、光走査装置全体をコンパクトにしている。光走査装置全体をコンパクトにするとは図１に示す光学箱１１の端部から被走査面８までの距離Ｌｂを短くすることである。

本実施例では距離Ｌｂ＝１１４．８ｍｍであり、非常にコンパクトな光走査装置を実現している。従来は光偏向器の駆動モーター９や駆動モーター基板１０が光路外へ出っ張る為、距離Ｌｂが短くならなかった（図３６参照のこと）。本実施例はそのようなメカ部品を光路の内側に配置することができるので、従来より大幅にコンパクトにすることが可能となる。

本実施例において結像レンズ６の主走査断面内の軸上合成パワーをφ、平面ミラー７の主走査断面内の軸上パワーをφＭとするとき、
｜φＭ／φ｜＜０．１ ・・・（１）
なる条件を満足させている。

但し、結像レンズ６の主走査断面内の軸上合成パワーは、光偏向器５の偏向面にて偏向走査された光束が入射する第一の透過面及び第一の透過面を通過した光束が入射する第二の透過面及び平面ミラー7の反射面にて反射された光束が再入射する第三の透過面602及び第三の透過面602を通過した光束が再入射する第四の透過面601の４つの光学面の合成パワーである。

条件式(1)は結像レンズ６の主走査断面内の軸上合成パワーφと平面ミラー７の主走査断面内の軸上合成パワーφＭとの比に関するものである。条件式(1)を外れると平面ミラー７にパワーが付き過ぎてしまい、配置誤差や面精度誤差により、ピントシフト、波面収差の捩れ、及びｆθ特性のズレなどの性能劣化が激しくなるので良くない。よって平面ミラー７の代わりに曲面ミラーを用いたとしても条件式(1)の範囲内に抑えることが製造上重要である。

本実施例におけるミラー7は上述した如く主走査方向及び副走査方向ともにノンパワーの平面ミラーより成っている。よって、
｜φＭ／φ｜＝０
となり、これは条件式(1)を満足している。

さらに望ましくは上記条件式(1)を次の如く設定するのが良い。

｜φＭ／φ｜＜０．０５ ・・・（１ａ）
本実施例においては、結像レンズを通過した光束を平面ミラー７で折り返し、再度結像レンズに入射するレンズの枚数は、１枚であるが、本発明は１枚に限定されない。

本実施例では、結像レンズを通過した光束を平面ミラー７で折り返し、再度結像レンズに入射するレンズの枚数は、２枚以上でも良い。

再度結像レンズに入射するレンズの枚数が２枚以上である場合、条件式(1)のφは以下のように定義されることになる。

主走査断面内の軸上合成パワーφは、「１枚の結像レンズの４つの光学面の合成パワー×再度結像レンズに入射するレンズの枚数」と定義されることになる。

本実施例においては、結像レンズを通過した光束を再度結像レンズに入射させる平面ミラーの枚数は、１枚であるが、本実施例において、平面ミラーの枚数は、１枚に限定されない。

本実施例では、結像レンズを通過した光束を再度結像レンズに入射させる平面ミラーの枚数は、２枚以上でも良い。

結像レンズを通過した光束を再度結像レンズに入射させる平面ミラーの枚数が２枚以上である場合、条件式(1)のφＭは以下のように定義されることになる。

主走査断面内の軸上合成パワーφＭは、「１枚の平面ミラーのパワー×結像レンズを通過した光束を再度結像レンズに入射させる平面ミラーの枚数」と定義されることになる。

また平面ミラー７は厚みが５ｍｍ程度の板ガラスから作製されることが一般的である。Ａ4サイズ程度の板ガラスの表面をアルミやクロムなどの物質で蒸着し、そこから短冊状のミラーを複数枚切り出すなどの方法をとることで製造を容易にしている。よって配置や面精度などの敏感度の低減という観点以外にも、製造面においても平面ミラーを使用することはメリットを有する。

また本実施例においては主走査断面内において画像端部に入射する光束の主光線と被走査面８に垂直な面とのなす角度αが小さくなるように構成している。これにより画像端部での主走査方向の焦点深度幅を確保している。

本実施例においては結像光学系ＬＢを通過した光束により形成される被走査面８上における主走査方向の画像の有効幅をＷ（mm）、被走査面８から光学的に最も遠い平面ミラー７から該被走査面８までの軸上光束に沿った距離をＬ（mm）、主走査断面内において被走査面８の画像端部に入射する光束の主光線と被走査面８に垂直な法線とのなす角度をα（°）とするとき、
２０°＜α・Ｗ／Ｌ＜１００° ・・・（２）
なる条件を満足させている。

尚、本明細書において、「光学的に」とは、「光路を展開したときの状態において」のことである。

条件式(2)は装置全体のコンパクト化を図りつつ画像端部での主走査方向の焦点深度幅を確保するための条件である。条件式(2)の下限値を超えると光走査装置自体がコンパクトになっておらず、そのような大きさの光走査装置なら本実施例の構成をとらなくても達成できるものとなってしまうので良くない。条件式(2)の上限値を超えると光走査装置自体は十分コンパクトになるが、画像端部での深度減少が大きくなるので良くない。前述したように焦点深度幅はｃｏｓ³αに比例するため、条件式(2)の上限値を超えてしまうと、極端に深度幅が減少するようになるので良くない。

本実施例では角度α＝３１．４°、画像の有効幅Ｗ＝２２０ｍｍ、平面ミラー７から被走査面８まで軸上光束に沿った距離Ｌ＝１１６．１ｍｍである。よって、
α・Ｗ／Ｌ＝５９．５°
となり、これは条件式(2)を満足している。

さらに望ましくは上記条件式(2)を次の如く設定するのが良い。

３０°＜α・Ｗ／Ｌ＜９０° ・・・（２ａ）
また本実施例ではコンパクト及び小型化の観点から結像レンズ６を１枚としている。即ち、光束が２度通過する結像レンズ６は１枚からなっている。

従来、本実施例と同じサイズの光走査装置を実現させるには１枚の結像レンズを１度通過させる従来からの結像光学系では実現が難しい。

本実施例は１枚の結像レンズ６であるにもかかわらず、２度光束を通過させることで、２枚の結像レンズからなる結像光学系と同じ設計自由度を確保している。特に中間画像領域から端部画像領域にかけて、光束が１度しか通過しない領域が存在する（図１の点線で囲った領域Ｓ）。

軸上では光束が２度通過するため、１度目の光束と２度目の光束の両方を考慮したレンズ面にしなければならない。しかしながら、領域Ｓのレンズ面は平面ミラー7で折り返された光束のみについて最適化すればよい。これは特に収差補正が難しい中間画像領域から端部画像領域にかけて、２枚の結像レンズと同じ設計自由度を得ていることと同じである。

また２度光束が通過する結像レンズ６の後方に更に長尺のレンズ１枚を加えて構成してもよい。つまり図７に示すように被走査面８と結像レンズ６との間にレンズ６３を配置し、副走査方向のパワーを長尺レンズ63に集中させることで、結像光学系ＬＢの副走査方向の倍率（副走査倍率）を下げることができる。これは光偏向器の面倒れによるピッチムラなどの敏感度を下げる点で有利に作用する。また平面ミラー７は１枚である必要はなく、画像形成装置本体の配置上の制約から図７に示すように平面ミラー71を追加しても構成しても良い。

また本実施例において光偏向器５から測った光学的な距離が結像レンズ６よりも遠い位置に配置されている平面ミラー7の反射面と該光偏向器５の回転軸とが成す副走査断面内における傾き角度をβ（°）とするとき、
２°≦β≦１０° ・・・（５）
なる条件を満足させている。

条件式(5)は上記傾き角度βを規定するための条件である。条件式(5)の下限値を超えてしまうと、平面ミラー7で反射された光束と光偏向器が干渉してしまう可能性があるので良くない。また条件式(5)の上限値を超えてしまうと、結像レンズ６に入射する光束の斜入射角度が大きすぎて、波面収差の捩れに起因するスポットの回転や走査線湾曲等を低減することが難しくなるので良くない。

本実施例において傾き角度βは上記の如くβ＝４°であり、これは条件式(5)を満足している。これにより図２に示したように光束とメカ部品との干渉もなく、また図５に示したように波面収差が低減されたきれいなスポットを可能としている。

また本実施例において主走査断面内における光偏向器５の偏向面５ａに入射する入射光学系ＬＡから出射した光束の主光線と結像光学系ＬＢの光軸とのなす角度をγ（°）とするとき、
６０°≦γ≦９０° ・・・（６）
なる条件を満足させている。

条件式(6)は上記角度γを規定するための条件である。条件式(6)の下限値を超えてしまうと、光偏向器５へ入射する入射光束と結像レンズ６が干渉してしまう可能性があるので良くない。また条件式(6)の上限値を超えてしまうと、光偏向器５で入射光束をけってしまう可能性が出てくるので良くない。

本実施例において角度γは上記の如くγ＝７８°であり、これは条件式(6)を満足している。これにより図１に示したように結像レンズ６との干渉もなく、また従来から使用されている外接円半径１０mmの４面ポリゴンミラーを使用することも可能となる。

また本実施例では光束が２度通過する結像レンズ６の第一の透過面及び第二の透過面の主走査断面内の軸上合成パワーをφＬ、該結像レンズ６の光偏向器５側のレンズ入射面601を構成する第一の透過面の主走査断面内の軸上パワーをφ１とするとき、
−２．０＜φ１／φＬ＜０．５ ・・・（３）
なる条件を満足させている。

図８は表１に示した数値実施例において、各レンズ面位置を固定し、軸上の曲率半径を変化させることでφ１／φＬを変化させ、そのときの３次収差係数Ｖを計算したときの説明図である。

図９は各状態での軸上曲率半径からなる主走査断面図であり、ミラーが無いとした場合での展開図である。同図において状態Ａ〜Ｃは、レンズ面601が凹面、レンズ面602が凸面であり、状態Ｃは設計値の状態を示している。状態Ｄはレンズ面601が平面、レンズ面602が凸面である。状態Ｅはレンズ面601が凸面、レンズ面602が平面である。状態Ｆはレンズ面601が凸面、レンズ面602が凹面である。

図８に示した通り、状態Ａから状態Ｆに行くに従い、３次収差係数Ｖの値が減少している。結像光学系においてはｆθ特性を確保するための理論値として、３次収差係数ＶをＶ＝Ｖ₁＝２／３に設定することが知られている。状態Ｃ（設計値）ではφ１／φＬ＝−０．４６、Ｖ＝０．６７９であり、理論値Ｖ₁に近いことが分かる。φ１／φＬは条件式(3)を満足している。

ｆθ特性は、近年前述した如く電気的な補正技術の発展により、多少のズレを生じても問題なくなってきている。但し、あまりに大きなズレを生じると主走査方向のスポット径が変化してしまうため、理論値に対して下記の条件式(ａ)を満足するように２０％の誤差に抑えておく必要はある。

０．８Ｖ₁＜Ｖ＜１．２Ｖ₁ ・・・（ａ）
上記条件式(3)はそのような状況を鑑みて導き出されたものである。条件式(3)を満たすレンズ形状にしておけば、３次収差係数Ｖの値を理論値に対して±２０％の範囲内に入れることができる。

本実施例において光束が２度通過する透過型の結像光学素子は、主走査断面内の曲率の符号が有効径内において、反転する面を有している。このときの反転する面の軸上の形状は、光偏向器５側に凹形状である。

主走査断面内の曲率の符号を変化させることによって、肉厚を薄くしつつｆθ補正と主走査方向の像面湾曲補正を容易にしている。また、肉厚を薄くしつつｆθ補正と主走査方向の像面湾曲補正を良好に行うためには、主走査断面内の曲率の符号が有効径内において反転する面の軸上の形状は光偏向器５側に凹形状をしていた方が良い。光偏向器５側のレンズ面かその反対側の面のどちらか一方がこのような面になっていれば、肉厚を薄くする効果が発揮される。もちろん、両面ともこのような面にしても構わない。

また本実施例では上述した如くコリメータレンズ３から出射した光束を弱収束光束とすることで光路長の短縮化を図っている。

本実施例において光偏向器５に入射する光束の収束度ｍを以下のように定義する。

ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ
Ｓｋ：主走査断面内において結像光学系ＬＢの後側主平面から被走査面８までの距離（ｍｍ）
ｆ：結像光学系ＬＢの主走査断面内の焦点距離（ｍｍ）
図１０には結像光学系内にミラーが無いとした場合の展開図（主走査断面図）を示している。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

偏向面５ａに平行光束を入射させた場合、Ｓk＝ｆとなり、収束度ｍ＝０なる。０＜ｍの場合は収束光束、ｍ＜０の場合は発散光束、ｍ＝１の場合はいわゆるポストオブジェクト型の光走査装置である。また、１＜ｍの場合は結像光学系ＬＢの焦点距離ｆが負となり、結像光学系ＬＢが無いとした場合の入射光束の集束点が被走査面８よりも光偏向器５側に位置することになる。

収束度ｍを強くすればするほど光路長を短縮することは可能であるが、あまりにも強すぎると、偏向面５ａのシフト偏心誤差により発生する主走査方向のジッターが問題となる。

本実施例では収束度ｍを
−０．１＜ｍ＜０．５ ・・・（４）
なる条件を満足するように設定している。

条件式(4)は収束度ｍを規定するための条件である。条件式(4)の下限値を超えると光路長が長くなり光走査装置自体をコンパクトにすることが難しくなるので良くない。条件式(4)の上限値を超えると偏向面のシフト偏心誤差により発生する主走査ジッターが大きく発生するので良くない。

本実施例における収束度ｍはｍ＝０．１１８であり、これは条件式(4)を満足している。

さらに望ましくは上記条件式(4)を次の如く設定するのが良い。

−０．０５＜ｍ＜０．３ ・・・（４ａ）
図１１は偏向面にシフト偏心誤差を１０μｍ与えたときの主走査方向のジッターを表した説明図である。図１１に示すように主走査方向のジッターは最大でも３．７μｍであり、問題ないレベルまで抑えることができている。

また本実施例では光偏向器として複数の偏向面を有するポリゴンミラー（光偏向器）を使用した場合を説明してきた。しかしながら、最近では一つの偏向面を往復振動させる共振型の光偏向器の開発が盛んである。この共振型光偏向器を用いることで、前述した面倒れによるピッチムラや面偏心による主走査ジッターといった問題を解決することが可能となる。よって本実施例は共振型光偏向器と組み合わせて使用することで、その効果を更に発揮させることが可能となる。

結像光学系ＬＢを構成する透過型の結像光学素子を１つで構成すれば構成が簡素化できる。また結像光学系ＬＢを構成する結像光学素子（透過型と反射型を含む）を２以上設けても良い。そして光束が２度通過する透過型の結像光学素子を２以上としても良い。これによれば収差補正が容易となる。

図１２は本発明の実施例２の主走査方向の要部断面図（主走査要部断面図）、図１３は本実施例の実施例２の副走査方向の要部断面図（副走査要部断面図）である。図１２、図１３において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は走査画角を広げ、さらにコンパクト化を図ったことである。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。

本実施例においても前述の実施例１と同様に主走査断面内において結像レンズ６の光軸と偏向面５ａに入射する光束の主光線との成す角度γがγ＝７８°で入射するように設定している。また図１３に示すように平面ミラー7を光偏向器５の回転軸に対して副走査方向にβ＝４°傾けて配置している。

次に本実施例におけるレンズ面形状及び光学配置を表２に示す。

尚、ここに用いた非球面表現式は前述の実施例１と同様である。

本実施例では、表２に示した通り結像レンズ６の光偏向器５側にあるレンズ入射面601、平面ミラー７側にあるレンズ出射面602の主走査方向における形状を、それぞれ上記に示した一つの関数からなる形状より形成している。これにより前述の実施例１と同様な効果を得ている。

本実施例では前述の実施例1と同様に光束の発振波長λがλ＝７９０ｎｍの赤外光源を光源手段１として用いている。また像高Ｙと偏向反射角θとの比例係数κ（Ｙ＝κθ）はκ＝１００（rad／mm）である。

図１４は本発明の実施例２の主走査方向と副走査方向の像面湾曲を表すグラフである。画像の有効幅（Ｗ＝２２０ｍｍ）において、主走査方向の像面湾曲は０．５０ｍｍ、副走査方向の像面湾曲は０．７６ｍｍであり、ともに良好に低減されていることが分かる。

図１５は本発明の実施例２のｆθ特性を表すグラフである。図１５においては実際に光束が到達する位置から理想像高を引いた差分を示している。最大で０．７６１ｍｍのズレが生じている。このままで使用するには多少大きい値であるが、画像クロックを各像高に合わせて変化させることで、ｆθ特性を低減させることは可能である。ただ、ｆθ特性のズレが大きくなりすぎると、主走査方向のスポット径自体が変化してしまう。

本実施例では潜像の深さに影響を及ぼすスポット径に対しては十分問題ないレベルのｆθ特性を示している。

図１６は各像高におけるスポットの断面形状を示した説明図である。図１６においては各像高におけるスポットのピーク光量の２％、５％、１０％、１３．５％、３６．８％、５０％のスライスで切った断面を示している。

通常、副走査断面内において斜め方向から光束を入射させる光走査装置では、波面収差の捩れによりスポットが回転する現象が見られる。本実施例においては各面のパワー配置、レンズのチルト量、シフト量及び母線の副走査方向への湾曲量を最適化することで波面収差の捩れを低減している。

結像レンズ６のチルト量に関しては偏向面５ａと入射光束の主光線との交点を原点としたとき、座標（12.900，0.200，1.350）を中心に副走査方向へ図１３に示す矢印方向へδ＝５．５°チルトさせている。

図１７は本発明の実施例２の被走査面に到達する走査線湾曲を表すグラフである。通常、モノクロの画像形成装置においては走査線湾曲は０．２ｍｍ以内に抑える必要がある。

本実施例においては走査線湾曲を０．４４９ｍｍであり、このままでは使用することが難しい。しかし最近では副走査方向の位置ズレ（走査線傾きや走査線曲がり）においても、像高毎に画像データを副走査方向にずらすことで補正が可能となっている。また反射ミラーなどの光学部品を曲げることでも走査線曲がりを補正することが可能である。

このように本実施例では上記の如く結像レンズ６を通過した光束を平面ミラー７で折り返し、再度結像レンズ６を通過させることで、光走査装置全体をコンパクトにしている。

本実施例では図１２に示す光学箱１１の端部から被走査面８までの距離ＬｂがＬｂ＝８８．９ｍｍであり、前述の実施例1よりさらにコンパクトな光走査装置を実現している。

本実施例におけるミラー7は前述の実施例1と同様に主走査方向及び副走査方向ともにノンパワーの平面ミラーより成っている。よって、
｜φＭ／φ｜＝０
となり、これは条件式(1)を満足している。

また本実施例においては主走査断面内において画像端部に入射する光束の主光線と被走査面８に垂直な面とのなす角度α＝３５．５°、画像の有効幅Ｗ＝２２０ｍｍ、平面ミラー７から被走査面８までの軸上光束に沿った距離Ｌ＝８９．９ｍｍである。よって、
α・Ｗ／Ｌ＝８６．９
となり、これは条件式(2)を満足している。

また本実施例において平面ミラー7の副走査断面内における傾き角度βは上記の如くβ＝４°であり、これは条件式(5)を満足している。これにより図１３に示したように光束とメカ部品との干渉もなく、また図１６に示したように波面収差が低減されたきれいなスポットを可能としている。

また本実施例において入射光学系ＬＡから出射した光束の主光線と結像光学系ＬＢの光軸とのなす角度γは上記の如くγ＝７８°であり、これは条件式(6)を満足している。これにより本実施例では図１２に示したように結像レンズ６との干渉もなく、また従来から使用されている外接円半径１０mmの４面ポリゴンミラーを使用することも可能となる。

また本実施例では前述の実施例1と同様に条件式(3)を満足するように各要素を設定している。

図１８は表２に示した数値実施例において、各レンズ面位置を固定し、軸上の曲率半径を変化させることでφ１／φＬを変化させ、そのときの３次収差係数Ｖを計算したときの説明図である。

図１９は各状態での軸上曲率半径からなる主走査断面図であり、ミラーが無いとした場合での展開図である。同図において状態Ａ〜Ｃは、レンズ面601が凹面、レンズ面602が凸面であり、状態Ｃは設計値の状態を示している。状態Ｄはレンズ面601が平面、レンズ面602が凸面である。状態Ｅはレンズ面601が凸面、レンズ面602が平面である。状態Ｆはレンズ面601が凸面、レンズ面602が凹面である。

図１８に示した通り、状態Ａから状態Ｆに行くに従い、３次収差係数Ｖの値が減少している。結像光学系においては、上述した如くｆθ特性を確保するための理論値として、３次収差係数ＶをＶ＝Ｖ₁＝２／３に設定することが知られている。状態Ｃ（設計値）ではφ１／φＬ＝−０．２７、Ｖ＝０．６７であり、理論値Ｖ₁に近いことが分かる。φ１／φＬは条件式(3)を満足している。

また本実施例では前述の実施例1と同様にコリメータレンズ3から出射した光束を弱収束光束とすることで光路長の短縮化を計っている。

また本実施例における収束度ｍはｍ＝０．２４８であり、これは条件式(4)を満足している。

図２０は偏向面のシフト偏心誤差を１０μｍ与えたときの主走査方向のジッターを表した説明図である。図２０に示すように主走査方向のジッターは最大でも８．７μｍであり、問題ないレベルまで抑えることができている。

図２１は本発明の実施例２の光走査装置を光偏向器（ポリゴンミラー）５を挟んで両側に配置し、カラー画像形成装置に応用したときの副走査断面図である。

図２１において光偏向器５で偏向反射した偏向光束は結像レンズ６を通過後、平面ミラー7Ａにより折り返され、再度逆方向から結像レンズ６を通過する。結像レンズ６を通過した光束は平面ミラー７Ｂにより上側に折り返され、被走査面である感光ドラム８（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ）に導かれる。このように構成することで、感光ドラム８から光走査装置（光学箱１１）までの距離を短縮することが可能であり、更なるコンパクト化が実現できる。

図２２は本発明の実施例３の主走査方向の要部断面図（主走査要部断面図）、図２３は本実施例の実施例３の副走査方向の要部断面図（副走査要部断面図）である。図２２、図２３において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は結像レンズの光偏向器側の面を、偏向面で偏向された光束が通過する位置と、平面ミラーで折り返された光束が通過する位置とで、副走査断面内の屈折力が異なる形状としたことである。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、図中、１６は結像レンズであり、レンズ面601がレンズ入射面601Ａ（第一の透過面）とレンズ再出射面601Ｂ（第四の透過面）とに分けられ、それぞれ副走査断面内の形状が互いに異なる多段トーリック面より成っている。

本実施例においては偏向面５ａに入射する光束（偏向光束）が主走査断面内において結像レンズ１６の光軸と該光束の主光線との成す角度γがγ＝７０°で入射するように設定している。また本実施例では図２３に示すように平面ミラー7を光偏向器５の回転軸に対して副走査方向にβ＝４．５°傾けて配置している。

次に本実施例におけるレンズ面形状及び光学配置を表３及び表４に示す。

尚、ここに用いた非球面表現式は前述の実施例１と同様である。

本実施例では、表３及び表４に示した通り結像レンズ１６の光偏向器５側にあるレンズ入射面601Ａとレンズ再出射面601Ｂとで副走査断面内の屈折力が異なる形状より形成している。しかしながら、入射面601Ａとレンズ再出射面601Ｂ、両面とも主走査断面内における形状を同じ（屈折力が同じ）にしているため、レンズ面で大きな段差が生じることはない。

結像レンズ１６の平面ミラー７側にあるレンズ出射面602の主走査方向における形状は前述の実施例１、２と同じように上記に示した一つの関数からなる形状より形成している。

本実施例では前述の実施例1と同様に光束の発振波長λがλ＝７９０ｎｍの赤外光源を光源手段１として用いている。また像高Ｙと偏向反射角θとの比例係数κ（Ｙ＝κθ）はκ＝１８０（rad／mm）である。

図２４は本発明の実施例３の主走査方向と副走査方向の像面湾曲を表すグラフである。画像の有効幅（Ｗ＝２２０ｍｍ）において、主走査方向の像面湾曲は０．２９ｍｍ、副走査方向の像面湾曲は０．０７ｍｍであり、ともに良好に低減されていることが分かる。

図２５は本発明の実施例３のｆθ特性を表すグラフである。図２５においては実際に光束が到達する位置から理想像高を引いた差分を示している。最大で０．２４８ｍｍのズレが生じている。このままで使用するには多少大きい値であるが、画像クロックを各像高に合わせて変化させることで、ｆθ特性を低減させることは可能である。ただ、ｆθ特性のズレが大きくなりすぎると、主走査方向のスポット径自体が変化してしまう。

本実施例では潜像の深さに影響を及ぼすスポット径に対しては十分問題ないレベルのｆθ特性を示している。

図２６は各像高におけるスポットの断面形状を示した説明図である。図２６においては各像高におけるスポットのピーク光量の２％、５％、１０％、１３．５％、３６．８％、５０％のスライスで切った断面を示している。

通常、副走査断面内において斜め方向から光束を入射させる光走査装置では、波面収差の捩れによりスポットが回転する現象が見られる。本実施例においては各面のパワー配置、レンズのチルト量を最適化することで波面収差の捩れを低減している。

結像レンズ１６のチルト量に関しては偏向面５ａと入射光束の主光線との交点を原点としたとき、座標（27.150，0.300，0.000）を中心に副走査方向へ図２３に示す矢印方向へδ＝９．７°チルトさせている。

図２７は本発明の実施例３の被走査面に到達する走査線湾曲を表すグラフである。通常、モノクロの画像形成装置においては走査線湾曲は０．２ｍｍ以内に抑える必要がある。

本実施例においては走査線湾曲を０．０２４ｍｍに抑えており、問題ないレベルと成っている。

このように本実施例では上記の如く結像レンズ１６を通過した光束を平面ミラー７で折り返し、再度結像レンズ１６を通過させることで、光走査装置全体をコンパクトにしている。

本実施例では６面ポリゴンミラーを使用しておきながら図２２に示す光学箱１１の端部から被走査面８までの距離ＬｂがＬｂ＝１６３．２ｍｍであり、前述の実施例1と同様に非常にコンパクトな光走査装置を実現している。

本実施例におけるミラー7は前述の実施例1、２と同様に主走査方向及び副走査方向ともにノンパワーの平面ミラーより成っている。よって、
｜φＭ／φ｜＝０
となり、これは条件式(1)を満足している。

また本実施例においては主走査断面内において画像端部に入射する光束の主光線と被走査面８に垂直な面とのなす角度α＝２４．４°、画像の有効幅Ｗ＝２２０ｍｍ、平面ミラー７から被走査面８までの軸上光束に沿った距離Ｌ＝１６５．０ｍｍである。よって、
α・Ｗ／Ｌ＝３２．５
となり、これは条件式(2)を満足している。

また本実施例において平面ミラー7の副走査断面内における傾き角度βは上記の如くβ＝４．５°であり、これは条件式(5)を満足している。これにより図２３に示したように光束とメカ部品との干渉もなく、また図２６に示したように波面収差が低減されたきれいなスポットを可能としている。

また本実施例において入射光学系ＬＡから出射した光束の主光線と結像光学系ＬＢの光軸とのなす角度γは上記の如くγ＝７０°であり、これは条件式(6)を満足している。これにより本実施例では図２２に示したように結像レンズ６との干渉もなく、また従来から使用されている外接円半径２０mmの６面ポリゴンミラーを使用することも可能となる。

また本実施例では前述の実施例1と同様に条件式(3)を満足するように各要素を設定している。

図２８は表３及び表４に示した数値実施例において、各レンズ面位置を固定し、軸上の曲率半径を変化させることでφ１／φＬを変化させ、そのときの３次収差係数Ｖを計算したときの説明図である。

図２９は各状態での軸上曲率半径からなる主走査断面図であり、ミラーが無いとした場合での展開図である。同図において状態Ａ〜Ｃは、レンズ面601が凹面、レンズ面602が凸面であり、状態Ｃは設計値の状態を示している。状態Ｄはレンズ面601が平面、レンズ面602が凸面である。状態Ｅはレンズ面601が凸面、レンズ面602が平面である。状態Ｆはレンズ面601が凸面、レンズ面602が凹面である。

図２８に示した通り、状態Ａから状態Ｆに行くに従い、３次収差係数Ｖの値が減少している。結像光学系においては、上述した如くｆθ特性を確保するための理論値として、３次収差係数ＶをＶ＝Ｖ₁＝２／３に設定することが知られている。状態Ｃ（設計値）ではφ１／φＬ＝−１．４３、Ｖ＝０．７２５であり、理論値Ｖ₁に近いことが分かる。φ１／φＬは条件式(3)を満足している。

また本実施例では前述の実施例1と同様にコリメータレンズ３から出射した光束を弱収束光束とすることで光路長の短縮化を計っている。

また本実施例における収束度ｍはｍ＝０．２３９であり、これは条件式(4)を満足している。

図３０は偏向面のシフト偏心誤差を１０μｍ与えたときの主走査方向のジッターを表した説明図である。図３０に示すように主走査方向のジッターは最大でも５．３μｍであり、問題ないレベルまで抑えることができている。

次に本実施例に使用した多段トーリック面について説明する。

図３１は結像レンズ１６周辺の副走査断面図である。光偏向器（不図示）５側の面601を上下で形状の異なる面601A（第一の透過面）及び601B（第四の透過面）とし、副走査断面内のパワーを601B側に多く配分することで、結像光学系LBの副走査倍率の低減を図っている。

本実施例において平面ミラー７側の面ではなく光偏向器５側の面を多段トーリック面としたのは、図３１に図示している通り、光偏向器５で偏向された光束と平面ミラー７で折り返された光束との距離が離れているからである。

マージナル光線間の副走査方向の距離は１．１６ｍｍであり、レンズ面601Aとレンズ面601Bの境界点からそれぞれ約０．５ｍｍ離れている。光学部品の配置誤差やレンズ面の成形時に発生するクセなどの影響を考えても、０．５ｍｍ程度離間していれば問題はない。しかしながら、平面ミラー７側の面においては、マージナル光線同士の距離が０．５ｍｍ以下であり、こちらの面を多段トーリック面とするには、製造上無理がある。よって、光偏向器５側の面のみを多段トーリック面とし、設計自由度を上げている。

図３２は本発明の実施例３の光走査装置を光偏向器（ポリゴンミラー）５を挟んで両側に配置し、カラー画像形成装置に応用したときの副走査断面図である。図３２において図２１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

図３２において前述した図２１に示したカラー画像形成装置と異なる点は、光学箱１１を１つにして部品点数を削減したことである。その他の構成及び光学的作用は図２１に示したカラー画像形成装置と同様であり、これにより同様な効果を得ている。

図３２におけるカラー画像形成装置において光偏向器５で偏向反射した偏向光束は結像レンズ１６を通過後、平面ミラー７Ａにより折り返され、再度入射方向とは逆方向から結像レンズ１６を通過する。結像レンズ１６を通過した光束は平面ミラー７Ｂにより上側に折り返され、被走査面である感光ドラム８（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ）に導かれる。このように構成することで、感光ドラム８から光走査装置（光学箱１１）までの距離を短縮することが可能であり、更なるコンパクト化が実現できる。

［画像形成装置］
図３３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３３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３３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３３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駆動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１〜３の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図３４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（光結像光学系）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３４において、６０はカラー画像形成装置、９１，９２，９３，９４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。尚、図３４においては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（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。

図３４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９１，９２，９３，９４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が射出され、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（９１，９２，９３，９４）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）の各色に対応している。そして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９１，９２，９３，９４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の像面湾曲を表すグラフ 本発明の実施例１のｆθ特性を表すグラフ 本発明の実施例１のスポットプロファイルの説明図 本発明の実施例１の走査線曲がりを表すグラフ 本発明の更にレンズとミラーを１枚追加した場合の副走査断面図 本発明の実施例１のレンズ配置におけるパワー比と３次収差係数Ｖの関係を示すグラフ 図８で用いたパワー比でのレンズ形状の説明図 本発明の実施例１の光走査装置の主走査方向の展開図 本発明の実施例１の主走査ジッターを表すグラフ 本発明の実施例２の光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例２の光走査装置の副走査断面図 本発明の実施例２の像面湾曲グラフ 本発明の実施例２のｆθ特性を表すグラフ 本発明の実施例２のスポットプロファイルの説明図 本発明の実施例２の走査線曲がりを表すグラフ 本発明の実施例２のレンズ配置におけるパワー比と３次収差係数Ｖの関係を示すグラフ 図１８で用いたパワー比でのレンズ形状の説明図 本発明の実施例２の主走査ジッターを表すグラフ 本発明の実施例２の結像光学系を用いたカラー画像形成装置の要部断面図 本発明の実施例３の光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例３の光走査装置の副走査断面図 本発明の実施例３の像面湾曲を表すグラフ 本発明の実施例３のｆθ特性を表すグラフ 本発明の実施例３のスポットプロファイル 本発明の実施例３の走査線曲がりを表すグラフ 本発明の実施例３レンズ配置におけるパワー比と３次収差係数Ｖの関係を示すグラフ 図２８で用いたパワー比でのレンズ形状の説明図 本発明の実施例３の主走査ジッターを表すグラフ 本発明の実施例３の結像レンズ部の副走査断面図 本発明の実施例３の結像光学系を用いたカラー画像形成装置の要部断面図 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 従来の光走査装置の要部斜視図 従来の光走査装置の主走査断面図

符号の説明

１ 光源手段（半導体レーザー）
２ 開口絞り
３ 集光レンズ（コリメータレンズ）
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段
５ａ 偏向面
６、１６ 結像レンズ
７、７Ａ，７Ｂ，７１ ミラー
８ 被走査面（感光ドラム）
９ モーター
１０ モーター基板
１１ 光学箱
１２ 光走査装置
６３ 長尺レンズ
９１，９２，９３，９４ 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、偏向手段と、前記光源手段から出射した光束を前記偏向手段に入射させる入射光学系と、
   前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束を被走査面上に結像させる透過型の結像光学素子を備えた結像光学系と、前記透過型の結像光学素子と前記被走査面との間の光路中に少なくとも１枚の反射型光学素子と、を有する光走査装置であって、
   前記少なくとも１枚の透過型の結像光学素子には、前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束が前記透過型の結像光学素子の第一の透過面及び前記透過型の結像光学素子の第二の透過面の順で前記透過型の結像光学素子を通過し、前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面にて反射された後、前記透過型の結像光学素子の第三の透過面及び前記透過型の結像光学素子の第四の透過面の順で前記透過型の結像光学素子を再通過しており、
   前記光束が再通過する少なくとも１枚の透過型の結像光学素子の主走査断面内の軸上合成パワーをφ、前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面の主走査断面内の軸上合成パワーをφＭとするとき、
   ｜φＭ／φ｜＜０．１
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
   但し、前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の主走査断面内の軸上合成パワーは、前記偏向手段の偏向面にて偏向走査された光束が入射する前記第一の透過面及び前記第一の透過面を通過した光束が入射する前記第二の透過面及び前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面にて反射された光束が再入射する前記第三の透過面及び前記第三の透過面を通過した光束が再入射する前記第四の透過面の４つの光学面の合成パワーである。
2. 前記反射型光学素子は、全て平面ミラーで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記被走査面上における主走査方向の画像の有効幅をＷ（mm）、前記被走査面から光学的に最も遠い反射型光学素子から前記被走査面までの軸上光束に沿った距離をＬ（mm）、主走査断面内において前記被走査面上の画像端部に入射する光束の主光線と前記被走査面に垂直な法線とのなす角度をα（°）とするとき、
   ２０°＜α・Ｗ／Ｌ＜１００°
   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. 前記光束が再通過する透過型の結像光学素子は１枚であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光走査装置。
5. 前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の前記偏向手段側の面は、前記偏向面で偏向された光束が通過する位置と、前記少なくとも１枚の反射型光学素子の反射面にて反射された光束が通過する位置とで、副走査断面内のパワーが異なる形状より成ることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光走査装置。
6. 前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の前記第一の透過面及び前記第三の透過面の主走査断面の形状は一つの関数で定義される形状より成り、前記第二の透過面及び前記第四の透過面の主走査断面の形状も一つの関数で定義される形状より成ることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光走査装置。
7. 前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の第一の透過面及び第二の透過面の主走査断面内の軸上合成パワーをφＬ、前記光束が再通過する透過型の結像光学素子の第一の透過面の主走査断面内の軸上パワーをφ１とするとき、
   −２．０＜φ１／φＬ＜０．５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の光走査装置。
8. 前記光束が再通過する透過型の結像光学素子は、主走査断面内の曲率の符号が有効径内において、反転する面を有していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置。
9. 前記反転する面の軸上の形状は、前記偏向手段側に凹形状であることを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
10. 主走査断面内における前記結像光学系の後側主平面から前記被走査面までの距離をＳｋ（ｍｍ）、前記結像光学系の主走査断面内の焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、
    ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ
    とおくとき、
    −０．１＜ｍ＜０．５
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光走査装置。
11. 副走査断面内において、前記入射光学系から出射した光束は、前記偏向手段の偏向面に垂直に入射していることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光走査装置。
12. 光学的な距離が前記光束が再通過する透過型の結像光学素子から遠い位置に配置されている反射型光学素子の反射面と該偏向手段の回転軸とが成す副走査断面内における角度をβ（°）とするとき、
    ２°≦β≦１０°
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光走査装置。
13. 主走査断面内において、前記偏向手段の偏向面に入射する光束の主光線と前記結像光学系の光軸とのなす角度をγ（°）とするとき、
    ６０°≦γ≦９０°
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の光走査装置。
14. 請求項１乃至１３の何れか一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。
15. 請求項１乃至１３の何れか一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。

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