JP2012013754A - 光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の感光体への光路の配置自由度が高く、カートリッジ容量を拡大してもカラー画像形成装置の大型化を招かない光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置を得ること。
【解決手段】光走査装置は、複数の光源手段と、光源手段から出射された複数の光束を異なる２つの偏向面によって偏向する偏向手段と、偏向手段を中心にして両側に配置され、偏向手段の偏向面で偏向された光束を該複数の光束に対応する複数の被走査面上に結像させる２つの結像光学系を有し、該偏向面の偏向点から被走査面までの光路長は、該偏向手段を中心にして両側に配置された該２つの結像光学系の間で互いに異なり、該偏向点から該被走査面までの光路長が長い側の結像光学系のｆθ係数は、該光路長が短い側の結像光学系のｆθ係数よりも大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は光走査装置及びそれを用いたカラー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、マルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等のカラー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）等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出射した光束を光変調し、光変調された光束を例えばポリゴンミラーから成る光偏向器により周期的に偏向させている。そして、ｆθ特性を有する結像光学系によって像担持体としての感光体上にスポット状に集光させ光走査して画像記録を行っている。

また近年のカラー画像形成装置においては、装置の小型化の要求に応じる為、これまで４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対して偏向手段が一対一で設けられていたが、一つの偏向手段を４色で共用している。つまりは結像光学系を光偏向器の回転軸を中心として対称的に両側に２つずつ振り分けて配置する、所謂対向光走査装置となっている。そして夫々の光路中に複数の反射ミラーを用いて光路を折り返すことによって光束を夫々の像担持体としての感光体上に導いている。またこれらの光走査装置を搭載したカラー画像形成装置として、感光ドラムや現像手段を一体化し、一括して交換可能な、所謂カートリッジを備えたタイプのものも製造されている。
このような光走査装置は従来から種々提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１で提案されている光走査装置では、偏向器を挟んで両側に配置された結像光学系の光路の反射ミラーによる配置が、偏向器を挟んだ左右の結像光学系間で異なるように構成されている。この構成により光路の配置の自由度を上げ、様々なカラー画像形成装置に適した光走査装置のサイズに光路を折りたたむことが可能となり、カラー画像形成装置の小型化を可能とする効果を得ている。

特開２００５−０９１９６６号公報

ところで、カラー画像形成装置はカラー画像が形成される頻度に対してブラックトナーのみの使用による単色画像が形成される頻度が高いことから、ブラックのトナー切れやブラックの感光ドラムの寿命により、ブラックのカートリッジの交換回数のみが増大する問題がある。

そこで、ブラックのカートリッジのトナー容量を拡大させる、又はブラックの感光ドラム径を拡大させることでブラックのカートリッジの交換頻度を低下させることが出来る。しかしながらカートリッジの拡大に応じて設計した光走査装置は光路長が長くなってしまうため、光路を配置するために用いる反射ミラーを最小点数で構成しようとすると光走査装置が大型になるという課題を有していた。

また各色のカートリッジ外形の共通化といった観点から、感光ドラムへの光束の入射角度は同じでなければならず、光走査装置内の光路配置の自由度には大幅な制限がある。更には各色の感光ドラムと搬送ベルトとの接触面は副走査断面内において直線上に配置されなければならない。よって、ブラックのカートリッジ容量のみを拡大させるためには、感光ドラムは並列配置させたままでカートリッジを感光ドラムの並列方向か垂直方向に拡大させることとなる。

特許文献１においては、ブラックのカートリッジを４色あるカートリッジの内、最端部に配置し、カートリッジ容量を感光ドラムの並列方向に拡大させた場合はブラックの感光ドラムが偏向手段から更に離れるため、感光ドラムに光束が達しないという問題が発生する。偏向手段をブラックの感光ドラム側に寄せることで感光ドラムに光束を到達させることも考えられるが、偏向手段が光走査装置の中心に配置されないことで結像光学系の結像レンズと反射ミラーで折り返された光束とが干渉し易くなってしまうため良くない。更には、偏向手段を挟んだ左右でサーマルシフトの影響が非対称に発生してしまうため良くない。

また、ブラックのカートリッジ容量を感光ドラムの垂直方向に拡大させた場合はブラックのカートリッジが光走査装置に食い込む形となり光路と光走査装置の壁面が干渉してしまうという問題が発生する。若しくはカートリッジ容量の拡大に応じて光路長を伸ばしてもブラック以外のカートリッジと光走査装置との間に無駄なスペースが発生してしまい、カラー画像形成装置の大型化を招いてしまう。

そこで本発明は複数の感光体への光路の配置に対する自由度が高く、カートリッジ容量を拡大してもカラー画像形成装置の大型化を招かない光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置の提供を目的とする。

本発明の光走査装置は、
複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射された複数の光束を異なる２つの偏向面によって偏向する偏向手段と、該偏向手段を中心にして両側に配置され該偏向手段の偏向面で偏向された光束を該複数の光束に対応する複数の被走査面上に結像させる２つの結像光学系と、を有し、該偏向面の偏向点から被走査面までの光路長は、該偏向手段を中心にして両側に配置された該２つの結像光学系の間で互いに異なり、該偏向点から該被走査面までの光路長が長い側の結像光学系のｆθ係数は、該光路長が短い側の結像光学系のｆθ係数よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば複数の感光体への光路の配置に対する自由度が高く、カートリッジ容量を拡大してもカラー画像形成装置の大型化を招かない光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置を提供することができる。

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の結像光学系６１の光学性能を示す図 本発明の実施例１の結像光学系６２の光学性能を示す図 本発明の実施例１の光走査装置の副走査断面図 画像データ制御回路のブロック図の１例を示す図 データクロック発生回路のブロック図の１例を示す図 位相同期回路（ＰＬＬ）のブロック図の１例を示す図 光路長の異なる走査ユニットにおける変調方法を説明するタイミングチャート 本発明の実施例２の結像光学系６３の光学性能を示す図 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３の結像光学系６４の光学性能を示す図 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４の光走査装置の副走査断面図 本発明の実施例５の光走査装置の副走査断面図 本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図

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の画像形成装置が有する光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）であり、光路を展開して図示している。
尚、以下の説明において、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、副走査方向（偏向手段の回転軸と平行な方向）を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。

本発明の画像形成装置は、第１の走査ユニットＵ１、第２の走査ユニットＵ２，及び、第１及び第２の走査ユニットで供用して使用される偏向手段５を有する。第１の走査ユニットＵ１は、Ｙ（イエロー）及びＭ（マゼンタ）色に対応し、第２の走査ユニットＵ２は、Ｃ（シアン）及びＫ（ブラック）色に対応する。第１の走査ユニットＵ１は第１の入射光学系ＬＡ及び第１の結像光学系を有し、第２の走査ユニットＵ２は第２の入射光学系ＬＢ及び第２の結像光学系を有する。

第１の入射光学系ＬＡ及び第２の入射光学系ＬＢはそれぞれ、半導体レーザより成る光源手段１ａ，１ｂ、開口絞り２ａ，２ｂ、集光レンズ（アナモフィックレンズ）３ａ，３ｂを有する。半導体レーザはレーザドライブ回路が含まれたレーザユニット（不図示）により駆動される。開口絞り２ａ，２ｂは、複数の光源手段１ａ，１ｂから出射された複数の発散光束を特定のビーム形状に成形する。集光レンズ（アナモフィックレンズ）３ａ，３ｂは、主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで異なる屈折力（パワー）を有し、これにより、開口絞り２ａ，２ｂを通過した発散光束を主走査方向では平行光束、副走査方向では収束光束に変換する。

入射光学系ＬＡ、ＬＢは、複数の光源手段１ａ、１ｂから出射した複数の光束を副走査断面内において互いに異なる角度をもって後述する偏向手段である光偏向器５の異なる偏向面５ａ、５ｂに導光している。尚、集光レンズ３ａないしは３ｂを２つの光学素子(コリメータレンズとシリンダーレンズ)より構成しても良い。また、集光レンズ３ａ、３ｂは一体化していても良い。

偏向手段としての光偏向器５は、外接円の直径３４ｍｍで５面構成の光偏向器であり、モータより成る駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度（等角速度）で回転している。結像光学系６１及び６２（第１の結像光学系６１及び第２の結像光学系６２）は、結像手段としての集光機能と後述するｆθ特性とを有する。本実施例における結像光学系６１、６２は、主走査方向（主走査断面内）と副走査方向（副走査断面内）とで異なるパワーを有する結像光学素子である第１、第２の結像レンズ（走査レンズ）６ａ、６ｂ及び６ｃ、６ｄをそれぞれ有している。

本実施例における第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂ及び６ｃ、６ｄはプラスチック材料（樹脂）より成っている。そして光偏向器５の異なる偏向面５ａ、５ｂによって偏向された画像情報に基づく複数の光束をそれぞれ、対応する互いに異なる被走査面としての感光ドラム面７ａ，７ｂ上（被走査面上）に結像させている。且つ、第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂ及び６ｃ、６ｄは副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａ、５ｂと感光ドラム面７ａ，７ｂ、７ｃ、７ｄとの間を共役関係にすることにより、偏向面５ａ、５ｂの面倒れ補償を行っている。第１の結像レンズ６ａ、６ｃは、該第１の結像レンズの光軸上では主走査断面内及び副走査断面内において正のパワーを有している。第２の結像レンズ６ｂ、６ｄは、該第２の結像レンズの光軸上では主走査断面内において負のパワーを有し、副走査断面内において正のパワーを有している。

ここで、上記ｆθ特性とは画角（走査角）θで入射する光束を、像面上（被走査面７ａ，７ｂ、７ｃ、７ｄ上）で、光軸からの高さをＹ、定数をｆとするとき、Ｙ＝ｆ×θの位置に結像する関係を有していることである。つまりは単位画角あたりに走査される走査幅（走査速度）が走査面上全域にわたって等しくなるような特性（等速走査）である。そして定数ｆをｆθ係数と呼ぶ。また結像光学系６１、６２への入射光束が平行光束である場合、定数ｆは結像光学系６１、６２の近軸焦点距離ｆと同じ値となる。７ａ，７ｂ、７ｃ、７ｄは各々被走査面としての感光ドラム面（感光ドラム）である。
尚、図１においては光路を折り曲げる反射ミラー(平面ミラー)を省略して示している。

本実施例においては、画像情報に応じて２つの光源手段１ａ、１ｂから光変調され出射した２本の発散光束が対応する開口絞り２ａ、２ｂにより規制され、集光レンズ３a、３ｂに入射する。集光レンズ３a、３ｂに入射した光束は、主走査断面内においては平行光束となって出射する。また副走査断面内においては収束して互いに異なる角度をもって光偏向器５の異なる偏向面５ａ、５ｂに線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そして光偏向器５の偏向面５ａ、５ｂで偏向された２本の光束は第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂ及び６ｃ、６ｄを介して互いに異なった感光ドラム面７ａ，７ｂ、７ｃ、７ｄ上にスポット状に結像する。
尚、光偏向器５の偏向面５ａ、５ｂに対して、副走査断面内において斜め上方から入射した光源手段１ａからの光束は斜め下方に反射され、また斜め下方から入射した光源手段１ｂからの光束は斜め上方へと反射される。

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、感光ドラム面７ａ，７ｂ、７ｃ、７ｄ上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面７ａ，７ｂ、７ｃ、７ｄ上に画像記録を行っている。
尚、本実施例ではＡ３サイズ相当の印字幅を走査することを想定し、被走査面７における有効走査幅は３１０ｍｍとして光学系を構成している。しかしこれに限ったものではなく、これより大きいサイズ、小さいサイズについても対応可能である。

本実施例における第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの屈折面の形状は以下の形状表現式により表されている。光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査面内において光軸と直交する軸をＺ軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、

（但し、Ｒは光軸上の母線曲率半径、Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０は非球面係数）
なる式で表される。

また、副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向は、

なる式で表される。

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）ｒ’が、
ｒ’＝ｒ_０（１＋Ｄ_２Ｙ^２＋Ｄ_４Ｙ^４＋Ｄ_６Ｙ^６＋Ｄ_８Ｙ^８＋Ｄ_１０Ｙ^１０）
（但し、ｒ_０は光軸上の子線曲率半径、Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０は係数）
なる式で表される。

なお光軸外の子線曲率半径ｒ’は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ている。また形状表現式における多項式は１０次までの関数で表現しているが、次数はこれ以上でも以下でも差し支えない。また面の形状を表現する式自体も同等の面を表現する自由度を有した表現式であれば、問題無く本発明の効果を得ることが可能である。

表１、表２に本実施例における実施例１の結像光学系６１の光学素子の光学配置及び結像光学素子（結像レンズ）の面形状の数値を示す。
ここで非球面係数Ｂ４ｕからＢ１０ｕ、Ｄ２ｕからＤ１０ｕは主走査断面内と副走査断面内においてレンズ面の光軸を挟んで反光源手段１側の形状を特定する係数である。また非球面係数Ｂ４ｌからＢ１０ｌ、Ｄ２ｌからＤ１０ｌは主走査断面内と副走査断面内においてレンズ面の光軸を挟んで光源手段１側の形状を特定する係数である。

本実施例では光源手段１ａ、1ｂから出射した光束が主走査断面内において、結像光学系６１の光軸に対して角度をもって光偏向器５の偏向面５ａに入射しているため、光偏向器５の回転に伴う偏向面の出入り(サグ)が、走査開始側と終了側で非対称に発生する。
この非対称なサグにより像面湾曲、スポット径の変動が光軸に対して主走査方向に非対称に変化するのを良好に補償する為に、第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂは共に副走査方向の曲率半径が光軸に対して主走査方向に沿って非対称に変化する面を有している。
また第２面、第３面、第４面においては副走査断面内の非球面係数Ｄ２ｕからＤ１０ｕとＤ２ｌからＤ１０ｌは異なっており、副走査面内の曲率がレンズ面の有効径内において軸上から軸外に向かい光軸を中心として非対称に変化していることがわかる。

本実施例において、第１の結像レンズ６ａの入射面及び出射面は主走査断面内（主走査方向）では１０次までの関数で表現される非球面形状（非円弧形状）で形成されている。また副走査断面内（副走査方向）では入射面は球面形状、出射面は主走査方向に向かって曲率の変化する球面形状で形成されている。

第２の結像レンズ６ｂの入射面及び出射面は主走査断面内が１０次までの関数で表現される非球面形状（非円弧形状）で形成されている。また副走査断面内（副走査方向）では入射面、出射面共に主走査方向に向かって曲率の変化する球面形状で形成されている。そして副走査断面内のパワーが主走査方向で軸上から軸外に向かって減少していることにより、副走査方向の像面湾曲を良好に調整している。

本実施例では上述の如く第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂの材料をプラスチック材料（樹脂）より形成したが、材料はプラスチック材料に限らず、ガラス材料であってもよい。

図２は本実施例における結像光学系６１の幾何収差を示した図である。図２より各収差とも実用上問題のないレベルまで調整されていることが分かる。また各像高による副走査倍率の変化も２％以下に抑えられていることが分かる。このことにより各像高による副走査方向のスポット形状の変化が抑えられ良好な結像性能を得られる。尚、像高による副走査倍率の変化は１０％以下が良い。さらに望ましくは５％以下が良い。

以上、説明した結像光学系６１に対して偏向点から被走査面までの光路長を２０ｍｍ長く設計した結像光学系６２について以下に述べる。
結像光学系６１と異なる点はｆθ係数、最大偏向角、第二の結像レンズの出射面〜被走査面距離、第一の結像レンズの出射面の主走査断面内の形状、第二の結像レンズの出射面の副走査断面内の形状である。その他の面形状、及び面間隔は結像光学系６１と同じである。
表３、表４に本実施例の結像光学系６２の光学素子の光学配置及び結像光学素子（結像レンズ）の面形状の数値を示す。

図３は本実施例における結像光学系６２の幾何収差を示した図である。図３より各収差とも実用上問題のないレベルまで調整されていることが分かる。また各像高による副走査倍率の変化も２％以下に抑えられていることが分かる。

次に本実施例の目的を達成するための手段と効果について図４を用いて説明する。
図４は図１に示した光走査装置に反射ミラーを配置した副走査方向の要部断面図（副走査断面図）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。
図４において、１１は光走査装置であり、Ｕ１は入射光学系ＬＡ、光偏向器５、結像光学系６１を有する第１の走査ユニット(光走査装置)、Ｕ２は入射光学系ＬＢ、光偏向器５、結像光学系６２を有する第２の走査ユニットである。さらに、第１の走査ユニットＵ１はＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）色用の２つのステーションＳＴ１、ＳＴ２を含み、第２の走査ユニットＵ２はＣ（シアン）、Ｋ（ブラック）色用の２つのステーションＳＴ３、ＳＴ４を含む。
尚、第１、第２の走査ユニットＵ１、Ｕ２の構成は異なるが光学的作用は同一のため、以下、第１の走査ユニットＵ１を中心に述べる。そして第２の走査ユニットＵ２の各部材のうち第１の走査ユニットＵ１と同じ部材については同一番号を付して示す。

記録媒体としての感光ドラム（被走査面）７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、各々順にＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）色用の記録媒体としての感光ドラムである。光束反射手段としての反射ミラー８ａ，８ｂ，８ｃは、平面ミラーより成り、第１、第２の結像レンズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを通過した光束を対応する感光ドラム７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄへと向かうよう折り返している。尚、反射ミラー８ａ，８ｂ，８ｃは各々主走査断面内又は副走査断面内においてパワーを有していても良い。又、感光ドラムの配列に対して適切な光路長を設定することにより、イエローとブラックの感光ドラムに走査光束を導くための反射ミラーをそれぞれ１枚のみとしており、光走査装置の小型化及び低コスト化に寄与している。

５は偏向手段としての光偏向器（回転多面鏡）であり、第１、第２、第３、第４のステーションＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３，ＳＴ４で共用している。ステーションを光偏向器５の回転軸を中心として対称的に両側に２つずつ振り分けて配置する、所謂対向光走査装置となっている。これにより４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のカラー画像形成装置に搭載可能な光走査装置の構成としている。
Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナーカートリッジ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、それぞれ感光ドラム７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、及び帯電手段、現像手段、クリーニング手段（それぞれ不図示）を有している。これらはカートリッジ容器に一体的に組み込んでカートリッジ化し、カラー画像形成装置に対して着脱可能となっている。また現像手段はトナーを含んでおり、このトナーが空になると新品のトナーカートリッジと交換することになる。

本実施例のカラー画像形成装置はブラックのトナーカートリッジ交換サイクルを長くする為、ブラックのトナーカートリッジのトナー容量を他の色のトナーカートリッジに対して図４中にハッチングで示した部分だけ寸法が拡大している。そのためブラックの感光ドラムはより偏向器より遠い位置（並列配置された中の端）に配置され、隣接する感光ドラムとの間隔は他の感光ドラム間の間隔に対して広くなっている。そこで本実施例ではブラック側の第二の走査ユニットＵ２の偏向点から被走査面までの光路長を第一の走査ユニットＵ１に対して２０ｍｍ長く設計している。これにより偏向器を光走査装置の中心から偏心させることなくブラックの感光体まで光束を導くことが出来る。尚、シアンの光路についても２０ｍｍ長くなっているが、反射ミラーでの光路の取り回しを適切に設定することで光走査装置の大型化を招くことがないため問題は無い。

尚、本実施例においては走査ユニット毎に結像光学系のｆθ係数を変えて光路長を異ならせているため、第一の走査ユニットＵ１と第二の走査ユニットＵ２とでは被走査面上での光束の走査速度も異なる。そのため画像クロックの周波数を走査ユニット毎に異ならせることにより、被走査面上での主走査方向の色ズレが発生しないようにしている。
被走査面上での画素（ドット）の同期を与えるための、光源手段からの出射タイミングの基準となるデータクロックを発生させるデータクロック発生回路の一例を説明する。この回路は、後述のカラー画像形成装置のプリンタコントローラ５３に設けられる。

図５は、画像形成装置の画像データ制御回路（制御手段）のブロック図、図６は、前記制御回路のデータクロック発生回路のブロック図、図７は、データクロック発生回路の可変周波数クロック発生回路を構成する位相同期回路（ＰＬＬ）のブロック図の一例を示すものである。

前記データクロック発生回路の１例は、固定周波数のクロックを発生させる固定クロック発生回路と可変周波数のクロックを発生させる可変周波数クロック発生回路と、これらのクロック発生回路からのクロック信号を周波数混合する混合器よりなり、前記固定周波数クロック発生回路から発生するクロックの周波数を半導体レーザから感光ドラムに至る光路長に対応させる必要がある。

前述のデータクロック発生回路は、固定周波数のクロック信号と可変周波数のクロック信号を周波数混合したクロック信号を生成する。半導体レーザから感光ドラムまでの光路長が長くなると、前記固定周波数のクロック信号の周波数も高くなり、可変周波数のクロック信号の周波数を変化させて、感光ドラム面上を走査する1ラインの走査長の調整を行うものである。

図５を用いて、画像形成装置の画像データ制御回路の１例について説明する。走査線間のドット位相を合わせるために設けられた光センサ（不図示）からの光ビーム（光束）検知信号ＢＤはデータクロック発生回路１３１に入力され、位相がそろえられたデータクロックＣＬＫが出力される。データクロックＣＬＫは主走査カウンタ１３２に入力され、ドットのアドレスが決定される。主走査シーケンスが主走査シーケンス回路１３３により全体における１ラインの走査の制御が行われる。

また、画像データＤはレシーバドライバ１３４を介してデータ同期回路１３５に入力され、外部装置から同じくレシーバドライバ１３４を介してデータ同期回路１３５に入力される画像クロックＳＣＬＫと同期を取り、ラインバッファメモリ１３６に読み込まれる。データクロックＣＬＫはラインバッファメモリ１３６及びデータ同期回路１３７にも入力され、画像データの書き込み時の同期タイミングを与える。データ同期回路１３７でデータクロックＣＬＫと同期を取って出力された画像データＶＩＤＥＯはレーザドライブ回路１９に与えられる。レーザドライブ回路１９は画像データＶＩＤＥＯに応じて半導体レーザをオン、オフ点灯させる。半導体レーザから発せられた光ビーム（光束）は感光ドラム上に照射され記録画像の潜像を形成する。

上記画像データ制御回路において、データクロック発生回路１３１から出力されるデータクロックＣＬＫの周波数を変化させることにより、主走査方向のドット密度が変化する。即ち、データクロックＣＬＫの周波数で主走査方向の偏向倍率を制御可能である。

図６は前述のデータクロック発生回路１３１の１例を示したものであり、可変周波数クロック発生回路１４１、固定周波数クロック発生回路１４２、これらのクロック発生回路から出力されるクロック信号の周波数を混合したクロック信号を出力する混合器１４３を含む。可変周波数クロック発生回路１４１及び固定周波数クロック発生回路１４２から出力されるクロック信号の周波数をｆｖ、ｆｓとすると、これらのクロック信号が入力される混合器１４３からはｆ＝ｆｖ＋ｆｓの周波数を持ったクロック信号が出力される。
前述の可変周波数クロック発生回路１４１及び固定周波数クロック発生回路１４２は、例えば、水晶発振器やＰＬＬで構成することが可能である。

ＰＬＬの１例は、図７のブロック図に示すような回路構成を有する。発振器（ＯＳＣ）１５１より出力された周波数ｆoscのクロック信号は位相比較器（ＰＤ）１５２に入力されて分周器（ＤＩＶ）１５５を介して入力されるＰＬＬ（１５６）の出力帰還信号ｆｂと位相比較される。ＰＤ（１５２）からの比較出力は、低域通過濾波器（ＬＰＦ）１５３を通り、電圧制御可変発振器（ＶＣＯ）１５４に入力される。ＶＣＯ（１５４）からは上記比較に応じた周波数の発振信号が出力される。ＰＬＬ（１５６）は周波数ｆoscの発振クロック信号とＤＩＶ（１５５）で1/Nに分周された出力帰還信号との周波数、位相差が無くなるように動き、周波数ｆｖ＝ｆosc×Ｎの安定したクロック信号が出力される。ＤＩＶ（１５５）に入力される分周比Ｎは任意に選べるので、出力クロック信号ｆｖも任意の周波数とすることが出来る。
上述により、異なる光路長を有していても、画像クロックの周波数を走査ユニット毎に画像クロック発生回路を設けることにより、異ならせることが可能となる。

図８を参照して光路長の異なる走査ユニットにおける画像クロックの変調方法を説明する。第一の走査ユニットＵ１のｆθ係数をｆ１（第１のｆθ係数）、第二の走査ユニットＵ２のｆθ係数をｆ２（第２のｆθ係数）とした場合、感光ドラム７ａ、７ｂへの１ライン分の画像信号を出力する時間をＴ１、感光ドラム７ｃ、７ｄへの1ライン分の画像信号を出力する時間をＴ２とする。このとき、
Ｔ１／Ｔ２＝ｆ２／ｆ１、
画像信号の画素切り替えタイミングの基準となるクロック周波数を、感光ドラム７aと７bに対してはＷ１（第１のクロック周波数）、感光ドラム７cと７ｄに対してはＷ２（第２のクロック周波数）とすると、
Ｗ１／Ｗ２＝ｆ１／ｆ２
の関係を保つ様に画像クロック信号を補正し、レーザドライブ回路１９への入力信号である画像データＶＩＤＥＯを補正する。

以上の補正により、光路長が異なることによって、感光ドラム7ａ、7ｂ、7ｃ、7ｄ上上の光束の走査速度が異なっても各感光ドラム7ａ、7ｂ、7ｃ、7ｄ上のドット密度（画素密度）を等しく出来る。

また、画像信号の画素切り替えタイミングの基準となるクロック周波数Ｗ１に対する１周期（１画素分の時間）をｔ１、Ｗ２に対する１周期（１画素分の時間）とｔ２とする。感光ドラム７a、７ｂに対する光束の感光ドラム面光量をＰ１、感光ドラム７c、７dに対する光束の感光ドラム面光量をＰ２とすると
Ｐ１×ｔ１＝Ｐ２×ｔ２
の関係を保つ様に光変調器（レーザドライブ回路１９）の出力光量Ｌｐ１及びＬｐ２を設定することにより、各感光ドラム上の１ドットの光束密度（エネルギー）を揃えることが出来る。これにより、電子写真プロセスにおけるドラム上の１ドット当りの潜像量を、各ドラムにおいて等しくすることが可能となる。このとき、半導体レーザの出力光量Ｌｐ１、Ｌｐ２は、レンズの透過率、ミラーの反射率などを考慮し設定される。

以上の設定により、光路長が異なることによって、感光ドラム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ上の光束の走査速度が異なっても各感光ドラム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ上のドット密度を等しく出来ると共に、各光ビームの光量を調整することにより、１ドット当たりの潜像量も等しくすることが可能となり、画像クロックの違い、走査スピードの差による潜像量の差のよる画像劣化を防止することが可能となる。

本発明では偏向手段を中心にして両側に振り分けて配置された結像光学系同士の偏向点から被走査面までにおける光路長のうち、短い方の光路長をLmin、長い方の光路長をLmaxとする時、
1.03 ≦ Lmax/Lmin ≦ 1.20 ・・・（１）
なる条件を満足するようにしている。

条件式（１）の上限値を超えると、第一の走査ユニットＵ１と第二の走査ユニットＵ２の光路長を異ならせるために結像光学系６１と結像光学系６２とが有する結像レンズの面形状が大幅に異なってしまう。すると結像レンズの偏心敏感度のプロファイルも大幅に異なってしまい、光走査装置の組立て時に偏心公差を極力抑えたとしても、被走査面上で高次の色ズレが残存してしまうため良くない。また条件式（１）の下限値を超えると、特定のカートリッジ容量を拡大させるための対応が出来なくなるため良くない。

本実施例においては、偏向手段を中心にして両側に振り分けて配置された結像光学系同士の偏向点から被走査面までにおける光路長のうち、短い方の光路長Lmin、長い方の光路長Lmaxを以下の如く設定している。
Lmin＝248.6（ｍｍ）
Lmax＝268.6（ｍｍ）
これら値を条件式（１）に当てはめると、
1.03 ≦ 1.08 ≦ 1.20
となり、これは条件式（１）を満足している。
更に好ましくは、条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

1.05 ≦ Lmax/Lmin ≦ 1.10 ・・・（１a）
また、光路長が短い第一の走査ユニットＵ１の最大偏向角±４２．２°に対して、光路長が長い第二の走査ユニットＵ２の最大偏向角は±３８．６°と狭い。そこで図１に示すように第二の走査ユニットＵ２側の空いたスペースに主走査方向の走査同期検知を行うためのＢＤレンズ２０等の光束検知光学系（ＢＤ光学系）を配置することでスペースを有効に活用出来る。

このように本実施例においては上述した如く、複数の感光体への光路の取りまわし自由度が高く、カートリッジ容量を拡大してもカラー画像形成装置の大型化を招かない光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置を得ることができる。
尚、本実施例では光源手段１ａ、１ｂを単一の発光部より構成したが、これに限らず、複数の発光部より構成しても良い。また本実施例では結像光学系６１、６２を２つの結像レンズより構成したが、これに限らず、１つ、若しくは２つ以上の結像レンズより構成しても良い。

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、偏向手段を中心にして両側に振り分けて配置された結像光学系としての結像光学素子の中でも、最も被走査面に近接して配置された結像光学素子同士の面形状を同じとした点である。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
表５に本実施例の第二の走査ユニットＵ３の結像光学系６３を構成する結像光学素子（第１の結像レンズ６ｅ、第２の結像レンズ６ｂ）の面形状の数値を示す。

上記の表５中に示したように、実施例１における第一の走査ユニットＵ１内の最も被走査面に近接して配置した結像光学素子６ｂ（表２）が、本実施例の第一及び第二の走査ユニットＵ１，Ｕ３内において、最も被走査面に近接して配置した結像光学素子として使用されている。

図９は本実施例における結像光学系６３の幾何収差を示した図である。図９より各収差とも実用上問題のないレベルまで調整されていることが分かる。また各像高による副走査倍率の変化も３％以下に抑えられていることが分かる。

図１０は本実施例における光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１０において図４に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例においては第一の走査ユニットＵ１でＳＴ１とＳＴ２、第二の走査ユニットＵ３でＳＴ３、ＳＴ４に走査光束を導いている。そして第一の走査ユニットＵ１、第二の走査ユニットＵ２がそれぞれ有する第二の結像レンズ（被走査面に近接した側の結像レンズ）の面形状を同じく設定した。これによりレンズ成形金型数の削減、及びレンズの種類が減ることにより光学箱への誤組みの低減に繋がる。

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と異なる点は、第二の走査ユニットＵ４の偏向手段に入射する光束を主走査断面内において発散光にした点である。つまりは第一の走査ユニットの偏向手段に入射する光束と第二の走査ユニットの偏向手段に入射する光束との主走査断面内における収束度を異ならせており、その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
ここで収束度をｍとすると、
ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ
Ｓｋ：主走査断面内における結像光学系の後側主平面から被走査面までの距離（ｍｍ）
ｆ：結像光学系の主走査断面内の焦点距離（ｍｍ）
と表すことが出来る。
またｍの値によって、次の３つの場合に分けられる。
ｍ＝０のとき、主走査方向において、偏向手段に平行光が入射。
ｍ＜０のとき、主走査方向において、偏向手段に発散光が入射。
ｍ＞０のとき、主走査方向において、偏向手段に収束光が入射。

本実施例においては第一の走査ユニットの収束度はｍ＝０であるため、偏向手段には平行光が入射し、第二の走査ユニットの収束度はｍ＝０．５６であるため、偏向手段には発散光が入射している。
表６に本実施例の第二の走査ユニットＵ４の結像光学系６４を構成する結像光学素子（第１の結像レンズ６ｆ、第２の結像レンズ６ｇ）の面形状の数値を示す。

図１１は本実施例における結像光学系６４の幾何収差を示した図である。図１１より各収差とも実用上問題のないレベルまで調整されていることが分かる。また各像高による副走査倍率の変化も２％以下に抑えられていることが分かる。

図１２は本実施例における光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１２において図４に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例は第一の走査ユニットＵ１の偏向手段の偏向面に入射する光束は平行光である一方、第二の走査ユニットＵ４の偏向手段の偏向面に入射する光束を主走査断面内において発散光としている。これにより第一の走査ユニットの光路長と第二の走査ユニットの光路長との間に２０ｍｍの差を設けていて、ブラックのカートリッジ容量の拡大に対応している。

偏向手段の偏向面に入射する発散光は入射光学系ＬＢの集光レンズの主走査断面内のパワーを弱める事により実現している。
そして結像光学系６１と結像光学系６４のｆθ係数は同じであるため、第一の走査ユニットＵ１と第二の走査ユニットＵ４とでは被走査面上での光束の走査速度も同じである。そのため画像クロックの周波数も走査ユニット毎に異ならせる必要が無い。
尚、本実施例では偏向手段の異なる偏向面への入射光束は平行光と発散光の組合せであったが、光路長を異ならせる目的を達成出来れば、収束光・平行光・発散光のどの組合せでも構わない。

例えば、偏向手段の異なる偏向面への入射光束を発散光と収束光の組合せとしても良い。すると、発散光が入射する偏向点から被走査面までにおける光路長を平行光が入射する場合に対して長く設計出来る一方、収束光が入射する偏向点から被走査面までにおける光路長を平行光が入射する場合に対して短く設計することが出来る。

これにより偏向手段の異なる偏向面への入射光束を強発散・強収束とすることなく十分な光路長差を確保することが出来る。偏向手段の異なる偏向面への入射光束を強発散・強収束にしないことで、偏向手段の偏向面の製造誤差による面の出入りにより発生する被走査面上での書き出し位置ずれの低減に繋がる。

次に本発明の実施例４について説明する。
図１３は本実施例における光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１３において図４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、ブラックのトナーカートリッジのトナー容量を増やすために、ブラックのトナーカートリッジの容量が他のトナーカートリッジに対して感光ドラムが並列する方向に対して垂直な方向に拡大した寸法を有している点である。またそれに対応するため副走査断面内において、前記偏向手段の回転軸を感光ドラムの並列方向に垂直な方向に対して傾かせた点である。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様の効果を得ている。

本実施例においては偏向手段の回転軸を感光ドラムの並列方向に垂直な方向に対して５度傾かせている。また、トナー容量を増やしたブラックのトナーカートリッジが有する感光ドラムに導かれる光束の偏向点から被走査面までにおける光路長（結像光学系６２を経由する光路長）を、マゼンタとイエローの感光ドラムに導かれる光束の光路長（他方の結像光学系である結像光学系６１を経由する光路長）に対して長くしている。これによりブラックのトナーカートリッジを図１３に示すハッチングの部分を拡大させつつ、他の色のトナーカートリッジと光走査装置との間に無駄なスペースを発生させないようにしている。

次に本発明の実施例５について説明する。
図１４は本実施例における光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１４において図４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、偏向手段から最も離間した位置の感光ドラムの径が他の感光ドラムの径より大きい点である。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
本実施例においてはブラックの感光ドラムの径を大きくすることにより、感光ドラムの寿命を延ばしている。しかしブラックの感光ドラムの径が大きくするためにはブラックの感光ドラムへ光束を導く光路長が短い必要がある。
そこで光路長が短い第一の走査ユニットＵ１を感光ドラム径が大きいブラックとシアン側で用いて、光路長が長い第二の走査ユニットＵ２をイエロー、マゼンタ側で使用している。このように感光ドラムの径が異なる場合においても対応可能となっている。

［カラー画像形成装置］
図１５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、光走査装置により４ビームを走査して各々並行して像担持体である感光体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１５において、６０はカラー画像形成装置、１１は実施例１から５に示したいずれかの構成を有する光走査装置であり、半導体レーザ及びそのドライブ回路が含まられるレーザユニット１９を有している。レーザユニット１９は、プリンタコントローラ５３から画像データを受け取り、半導体レーザ（不図示）を駆動し画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、４４を出射する。また、ドライブ回路は各光ビームの光量の設定機能（例えば、可変抵抗等）を有し、像担持体としての感光ドラム２１，２２，２３，２４において同じ潜像量となるような光量に設定されている。半導体レーザのドライブ回路は制御ＩＣとして様々製品化されている（例えば、ソニー社製ＣＸＡ3600Ｒ等）。そして、可変抵抗やＤ/Ａ回路などにより前述の光量に調整される光量調整機能を有している。３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。

図１５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、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各画像データＤ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データＤは、画像クロックと同期を取った画像データＶＩＤＥＯに変換され、光走査装置１１及びレーザユニット１９に入力される。そして、光走査装置１１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１１により４ビームを走査し、各々がＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン）、Ｋ（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している。
本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く光走査装置１１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。

１ａ、１ｂ 光源手段
５ 偏向手段
６ａ、６ｃ 第１の結像レンズ
６ｂ、６ｄ 第２の結像レンズ
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 被走査面
６１、６２ 結像光学系
１１ 光走査装置

Claims (10)

1. 複数の光源手段と、
   該複数の光源手段から出射された複数の光束を、異なる２つの偏向面によって偏向する偏向手段と、
   該偏向手段を中心にして両側に配置され、該偏向手段の偏向面で偏向された光束を該複数の光束に対応する複数の被走査面上に結像させる２つの結像光学系と、
   を有する光走査装置であって、
   該偏向面の偏向点から該被走査面までの光路長は、該偏向手段を中心にして両側に配置された該２つの結像光学系の間で互いに異なり、
   該偏向点から該被走査面までの光路長が長い側の結像光学系のｆθ係数は、該光路長が短い側の結像光学系のｆθ係数よりも大きい、
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 前記光源手段から出射される画像情報に基づく光束の、画素切り替えタイミング及び出力光量を制御する制御手段をさらに有し、
   前記２つの結像光学系は、第１のｆθ係数を有する第１の結像光学系と、第２のｆθ係数を有する第２の結像光学系からなり、
   該制御手段において、該第１の結像光学系に対応する該光源手段から出射される画像信号に基づく光束の画素切り替えタイミングは、第１のクロック周波数を基準として決定され、該第２の結像光学系に対応する画像信号の画素切り替えタイミングは、第２のクロック周波数を基準として決定され、該第１のクロック周波数をＷ１、該第２のクロック周波数をＷ２、該第１のｆθ係数をｆ１、該第２のｆθ係数をｆ２とおくと、
   Ｗ１／Ｗ２＝ｆ１／ｆ２
   の関係を満たし、
   該第１の結像光学系に対応する画像信号において１画素分を出力する時間をｔ１、該第２の結像光学系に対応する画像信号において１画素分を出力する時間をｔ２、該第１の結像光学系によって導光される光束の感光ドラム面上での光量をＰ１、該第１の結像光学系によって導光される光束の感光ドラム面上での光量をＰ２とおくと、
   Ｐ１×ｔ１＝Ｐ２×ｔ２
   を満たすように、該制御手段は該複数の光源手段の出力光量を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 複数の光源手段と、
   該複数の光源手段から出射された複数の光束を異なる２つの偏向面によって偏向する偏向手段と、
   該偏向手段を中心にして両側に配置され、該偏向手段の偏向面で偏向された光束を該複数の光束に対応する複数の被走査面上に結像させる２つの結像光学系と、
   を有する光走査装置であって、
   該複数の光束により対応する該複数の被走査面は等速走査され、
   該偏向面の偏向点から被走査面までの光路長は、該偏向手段を中心にして両側に配置された該２つの結像光学系において互いに異なり、
   該偏向手段の異なる偏向面に入射する複数の光束のうち、主走査断面内における収束度が小さい光束の偏向点から被走査面までの光路長は、収束度が大きい光束の偏向点から被走査面までの光路長よりも長い、
   ことを特徴とする光走査装置。
4. 前記偏向手段を中心にして両側に配置された前記２つの結像光学系は、それぞれ複数の結像光学素子を含み、
   該２つの結像光学系の該結像光学素子の被走査面に最も近接して配置された結像光学素子は、面の形状が互いに同じである、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記偏向手段を中心にして両側に配置された前記２つの該結像光学系の偏向点から被走査面までの光路長のうち、短い方の光路長をLmin、長い方の光路長をLmaxとする時、
   1.03 ≦ Lmax/Lmin ≦ 1.20
   を満足することを特徴とした請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記２つの結像光学系のうち、前記偏向点から被走査面までの光路長が長い結像光学系の側に、光束検知光学系を有することを特徴とした請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 各々が前記被走査面に対応して配置された複数の感光ドラムと、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置を有するカラー画像形成装置であって、
   該複数の感光ドラムのうち端に配置される一つの感光ドラムと隣り合う感光ドラムとの間隔は、他の感光ドラム間の間隔より長く、
   該光走査装置において、該一つの感光ドラムに光束を導く前記結像光学系を介する偏向点から該感光ドラム上の被走査面までの光路長は、他方の結像光学系を介する偏向点から該被走査面までの光路長より長い、
   カラー画像形成装置。
8. それぞれが感光ドラムを有する並列された複数のトナーカートリッジと、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置を有するカラー画像形成装置であって、
   該並列された複数のトナーカートリッジのうち端に配置された一つのトナーカートリッジは、他のトナーカートリッジに対して該複数のトナーカートリッジが並列する方向と垂直な方向に拡大した寸法を有し、
   該光走査装置において、該拡大した寸法のトナーカートリッジが有する感光ドラムに光束を導く前記結像光学系を介する偏向点から該感光ドラム上の被走査面までの光路長は、他方の結像光学系を介する偏向点から該被走査面までの光路長より長い、
   カラー画像形成装置。
9. 各々が前記被走査面に対応して配置された複数の感光ドラムと、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置を有するカラー画像形成装置であって、
   該並列された複数の感光ドラムのうち、端に配置される一つの感光ドラムの径は、他の感光ドラムの径より大きく、
   該一つの感光ドラムに光束を導く前記結像光学系を介する偏向点から該感光ドラム上の被走査面までの光路長は、他方の結像光学系を介する偏向点から該被走査面までの光路長より短い、
   カラー画像形成装置。
10. 副走査断面内において、前記偏向手段の回転軸は前記感光ドラムが並列する方向と垂直な方向に対して傾いていることを特徴とする請求項８又は９に記載のカラー画像形成装置。

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