JP2012128085A - 光走査装置及びそれを有する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系全体の小型化及び光路の自由度を向上させることができる光走査装置を得る。
【解決手段】光束を出射する光源手段１と、該光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段５と、該偏向手段によって偏向された光束を被走査面上８Ｂに結像させる結像光学系ＳＢを有し、該結像光学系ＳＢは結像レンズ６１、６２Ｂと、内面反射素子７Ｂを有する光走査装置であって、該内面反射素子７Ｂは副走査断面において対称軸を有し、該内面反射素子の入射面と第一内面反射面の成す角度θａ、第一内面反射面と第二内面反射面の成す角度θｂ、第二内面反射面と出射面の成す角度θｃ、前記被走査面８Ｂの走査中心を走査する光束の主光線の、該内面反射素子の入射方向ベクトルに対して該内面反射素子の出射方向ベクトルの成す角度φ（−１８０°＜φ≦１８０°）を各々適切に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光走査装置及びそれを有する画像形成装置に関し、特に、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やマルチファンクションプリンタ、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）よりな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（走査光学系）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。

近年、光走査装置では、走査光学系の小型化や組み立ての容易化が求められている。その中で、走査光学系で用いる反射面の配置の自由度を増し、全系の小型化を図った光走査装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１は内面反射素子を用いている。そして被走査面の走査中心を走査する光束、すなわち軸上光束の主光線において、内面反射素子の入射面への入射方向ベクトルに対して内面反射素子の出射面からの出射方向ベクトルの成す角度φがφ＝１８０°となるように構成している。このことにより、内面反射素子の前後の光路及びそれに付随する光学素子を並列に配置することができるようにして、光学系の小型化を図っている。以後、上記の特徴を持つような内面反射素子を、特許文献１で開示されている内面反射素子に限定せず、「１８０°内面反射素子」と定義する。

特開２００１−５１２２１号公報

内面反射素子を用いた光走査装置では、内面反射面の近傍だけでなく、光学系全体が小型でしかも各部材の組み立てが容易であることが強く要望されている。更に光路が自由に変更できること等が要望されている。そうすると内面反射素子への光束の入出射前後の光路を正対方向に限定される１８０°内面反射素子の使用が必ずしも十分でない場合が生じてくる。このため光走査装置においては、前述の角度φがφ≠１８０°となる内面反射素子が必要となってくる。

しかしながら、φ≠１８０°となる内面反射素子の形状及び配置は様々存在し、場合によって問題が生じることがある。例えば、内面反射素子の形状を、副走査断面において非対称とした場合、成形時の冷却過程に非対称性が生じ、その非対称性により、副走査方向の反りが発生し、走査線湾曲が悪化してくる。また、内面反射素子の形状及び配置を、光束が入射した際、副走査断面において入射面又は出射面又はその両方で屈折が生じるようにした場合、屈折後の光束は副走査断面内でコマ収差が変化する。

内面反射素子の通過前後において、副走査断面内で光束のコマ収差が変化すると、像面においてＬＳＦスポット径が増大し、光学性能が悪化してくることがある。これらのことから、φ≠１８０°となる内面反射素子を用いる場合には、光学性能の悪化を極力避けた形状及び配置をとることが重要になってくる。

本発明は、光走査装置の一部にφ≠１８０°の内面反射素子を適切な形状及び配置とすることにより光学性能の悪化を軽減しつつ、光学系全体の小型化及び光路の自由度を向上させることができる光走査装置及びそれを有する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、光束を出射する光源手段と、該光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有し、
該結像光学系は結像レンズと、入射面から入射した光束を第一、第二内面反射面で反射させた後、出射面から出射させる内面反射素子を有する光走査装置であって、
該内面反射素子は副走査断面において対称軸を有し、
該内面反射素子の入射面と第一内面反射面の成す角度をθａ、第一内面反射面と第二内面反射面の成す角度をθｂ、第二内面反射面と出射面の成す角度をθｃ、
前記被走査面の走査中心を走査する光束の主光線の、該内面反射素子の入射方向ベクトルに対して該内面反射素子の出射方向ベクトルの成す角度をφ（−１８０°＜φ≦１８０°）とするとき、
１５４°≦｜φ｜≦１７７°
｜θａ−θｂ＋θｃ｜≦８°
を満たすことを特徴としている。

本発明によれば、光走査装置の一部に適切な形状及び配置のφ≠１８０°の内面反射素子を用いることにより光学性能の悪化を軽減しつつ、光学系全体の小型化及び光路の自由度を向上させることができる光走査装置が得られる。

本発明の光走査装置の副走査断面図 図１のステーションＳ２に係る光束ＲＢの主走査断面図（展開図） 図１の内面反射素子７Ｂ近傍の副走査光路図 図３の内面反射素子７Ｂの副走査展開光路図 Δ変化時の軸上光束の副走査断面内のコマ収差 内面反射素子の光路変化の具体例模式図 本発明のカラー画像形成装置の要部概略図

以下に本発明の好ましい実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の光走査装置は、光束を出射する光源手段と、光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段（回転多面鏡）と、偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に結像させるｆθ特性を有する結像光学系を有する。結像光学系は結像レンズと、平面よりなる入射面から入射した光束をいずれも平面よりなる第一、第二内面反射面で鏡面反射又は全反射させた後、平面よりなる出射面から出射させる樹脂よりなる内面反射素子を有する。

［実施例１］
図１は本発明の光走査装置の実施例１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１はタンデ型のカラー画像形成装置に用いる光走査装置を示している。尚、以下の説明において、結像光学系の光軸または軸上と表現した場合は、被走査面の
中心（走査中心）で被走査面に垂直方向の軸のことである。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、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。

本実施例の走査光学装置は偏向手段５を挟み走査ユニットＳＲ，ＳＬを２つ備え、１つの偏向手段５により４本の光束ＲＡ、ＲＢ、ＲＡ´、ＲＢ´を偏向走査する。そして対応する被走査面としての感光ドラム８Ａ（ブラック），８Ｂ（シアン），８Ｄ（イエロー），８Ｃ（マゼンタ）の面を走査する。

ここで走査ユニットＳＲにおいて、偏向手段である光偏向器（４面回転多面鏡）５の偏向面５ａで偏向反射した偏向光束ＲＡは、結像レンズ６１、６２を通過後、反射プリズム７Ａにより反射され、被走査面である感光ドラム８Ａに導かれる（ステーションＳ１）。また、光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射した偏向光束ＲＢは、結像レンズ６１、６２を通過後、内面反射素子７Ｂ、反射ミラー１０Ｂで反射されて被走査面である感光ドラム８Ｂに導かれる（ステーションＳ２）。

一方、走査ユニットＳＬにおいて、光偏向器５の偏向面５´ａで偏向反射した偏向光束ＲＡ´は結像レンズ６１´、６２´を通過後、反射プリズム７Ｄにより反射され、被走査面である感光ドラム８Ｄに導かれる（ステーションＳ４）。また、光偏向器５の偏向面５´ａで偏向反射した偏向光束ＲＢ´は結像レンズ６１´、６２´を通過後、内面反射素子７Ｂ´、反射ミラー１０Ｃで反射されて被走査面である感光ドラム８Ｃに導かれる（ステーションＳ３）。

このように本実施例では、光偏向器５の回転軸に対向した２つの偏向面に、それぞれ複数の光源手段から出射した複数の光束が入射している。そして、１つの偏向面で、同じ方向に偏向反射された複数の光束を用いて、光偏向器５の回転軸を挟んで対向配置した複数の被走査面を走査している。

本発明の光走査装置の実施例１のステーションＳ２の構成を説明する。図２は図１のステーションＳ２の感光ドラム８Ｂへ向かう光束ＲＢに関する主走査断面内の展開図である。図２において、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。光源手段１は光束の発振波長λがλ＝７９０ｎｍの赤外光源である。２は開口絞りであり、通過光束を制限して光束形状を整形している。

３はアナモフィックレンズであり、光源手段１から出射された発散光束を主走査断面内において平行光若しくは略平行光に変換し、副走査断面内において後述する光偏向器５の偏向面５ａに主走査方向を長手の線像として結像させる屈折力を有している。尚、アナモフィックレンズ３を主走査断面内及び副走査断面内において平行光若しくは略平行光に変換するコリメータレンズと副走査方向のみにパワーを有するシリンドリカルレンズの２つのレンズで構成しても良い。また、開口絞り２、アナモフィックレンズ３の各要素は、入射光学系（集光光学系）ＬＢの一部を構成している。

５は偏向手段としての光偏向器であり、外接円直径２０ｍｍの４面より成るポリゴンミラーより成っている。この光偏向器５は、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。ＳＢは結像光学系であり、ｆθ特性を有し、２つの結像レンズ（樹脂レンズ）６１、６２Ｂと、光路を折り曲げる内面反射素子７Ｂと折り返しミラー１０Ｂとを有している。結像光学系ＳＢ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において被走査面としての感光ドラム８Ｂの面上にスポット状に結像させている。

また、結像光学系ＳＢは、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８Ｂとの間を光学的に共役関係にすることにより、光偏向器５の偏向面５ａの面倒れ補正を行っている。通常、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良い。４は同期検出用の同期検知レンズであり、同期検出用センサー（同期検出素子）９の近傍に設けたスリット９ａの面上に同期検出用光束を結像させている。

本実施例では、同期検出用センサー９からの出力信号を検知して得られた同期信号を用いて感光ドラム面８Ｂ上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。尚、同期検出用レンズ４、そして、同期検出用センサー９の各要素は、同期位置検出光学系の一要素を構成している。同期位置検出光学系は、４つの感光ドラム８Ａ〜８Ｄに対応する４つの光束ごとに設けても良い。または本実施例のように感光ドラム８Ｂに向かう光束ＲＢのみに設け、残りの光束の走査開始位置を制御するようにしても良い。

本実施例において画像情報に応じて半導体レーザー１から出射された光束は、主走査断面内において結像光学系ＳＢの光軸ＳＢａに対し直交方向から偏向面５ａに入射している。また、副走査断面内においては、偏向面５ａに対し副走査方向に所定の角度（ｘ軸に対して、ｘ軸からｚ軸に向けて回転する方向を正として３°）を持って斜入射している。そして、光偏向器５の偏向面（ポリゴンミラー面）５ａで偏向走査された光束は結像レンズ６１、６２Ｂを通過し、内面反射素子７Ｂとミラー１０Ｂにより、光路が折り曲げられ、感光ドラム８Ｂに到達している。

このとき、結像レンズ６１、６２Ｂを通過した光束は、感光ドラム面８Ｂ上にスポット状に結像されており、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８Ｂの面上を矢印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８Ｂ上に画像記録を行っている。このとき、感光ドラム８Ｂの面における像高Ｙと光偏向器５の偏向反射角θとの比例係数κ（Ｙ＝κθ）はκ＝１１９（ｒａｄ／ｍｍ）である。

ここで、本実施例では、ステーションＳ２の結像光学系ＳＢとステーションＳ１の結像光学系ＳＡで結像レンズ６１を共用している。結像レンズ６２に関しては、結像光学系ＳＢと結像光学系ＳＡにおいて、異なる形状（結像レンズ６２Ｂ、結像レンズ６２Ａ）としており、面頂点を異ならせた２つのトーリックレンズを重ねた多段トーリックレンズより構成している。

図３は本実施例の内面反射素子７Ｂ近傍における、光束ＲＢの被走査面８Ｂの走査中心を走査する軸上光束主光線ＲＢａの副走査断面光路図である。

本実施例の内面反射素子７Ｂは副走査断面において副走査対称軸を有している。内面反射素子７Ｂの入射面としての第一透過面７ＢＴ１と第一内面反射面７ＢＲ１の成す角度をθａとする。第一内面反射面７ＢＲ１と第二内面反射面７ＢＲ２の成す角度をθｂとする。第二内面反射面７ＢＲ２と出射面としての第二透過面７ＢＴ２の成す角度をθｃとする。被走査面の走査中心を走査する軸上光束の主光線の、内面反射素子７Ｂの入射方向ベクトルに対して内面反射素子７Ｂの出射方向ベクトルの成す角度をφ（−１８０°＜φ≦１８０°）とする。

このとき、
１５４°≦｜φ｜≦１７７° ・・・（１）
｜θａ−θｂ＋θｃ｜≦８° ・・・（２）
を満たす。

本実施例では軸上光束主光線において、内面反射素子７Ｂへの入射方向ベクトルに対して内面反射素子７Ｂからの出射方向ベクトルの成す角度φがφ≠１８０°となる内面反射素子を用いている。

次にφ＝１８０°の内面反射素子とφ≠１８０°の内面反射素子の比較について具体的な例を挙げて、説明する。図６（ａ）は、特許文献１の図３（Ｂ）の内面反射素子３３近傍の光学素子を模式的に示している。図中の記号の定義は、特許文献１と同じであり、３４はシリンドリカルレンズ、３３は内面反射素子、３５はシリンドリカルミラー、４０は被走査面である。

この光学系においては、内面反射素子３３を用いることで、内面反射素子３３反射面後部の各部材のレイアウト制約を緩和している。しかしながら、シリンドリカルレンズ３４と内面反射素子３３の間隔ｄが狭く、組み立てが容易でない。そこで、組み立てが容易となるように光学系に変形すると、図６（ｂ）のようになる。

図６（ｂ）では、内面反射素子３３の第二反射面を変化させ（内面反射素子３３’）、シリンドリカルミラー３５を下方に移動させることで、光路長を保ったまま間隔ｄを間隔ｄ’へ広げている。間隔ｄを広げることにより、シリンドリカルレンズ３４と内面反射素子３３’の接触を気にする必要がなくなり、組み立て容易性が向上する。このように、組み立て容易化や光学系全体の小型化を考えたときに、φ＝１８０°の内面反射素子（１８０°内面反射素子）よりもφ≠１８０°の内面反射素子を使用した方が適している場合がある。また光路の自由度が向上する。

しかし、角度φ≠１８０°となる内面反射素子の角度φをある値に決定しても、取りうる内面反射素子の形状や配置は様々存在する。例えば、図６（ｂ）に示すような光学系では、内面反射素子３３の第二反射面の形状を変化させて、φ＝−１５５°を達成した内面反射素子３３’を挙げている。しかし、このような形状では前述したように、走査線湾曲や副走査断面内のコマ収差が多く発生して光学性能が悪化してくる。そこで本実施例では、内面反射素子を条件式（１）、（２）を満足するように構成している。

図３に示すように、軸上光束主光線ＲＢａは、内面反射素子７Ｂの第一透過面である入射面７ＢＴ１を透過した後、第一内面反射面７ＢＲ１と第二内面反射面７ＢＲ２とで反射し光路を折り曲げられ、第二透過面である出射面７ＢＴ２を透過し、射出する。

ここで、内面反射素子７Ｂは、屈折率ｎ＝１．５２３９７の樹脂材料により成形されている。また、第一内面反射面７ＢＲ１及び第二内面反射面７ＢＲ２での反射として、樹脂材料の全反射を利用している。本実施例のように樹脂の全反射を利用する構成は、アルミ膜等の反射膜コーティングによる鏡面反射を利用する構成と比較して、製造が容易になる。尚、鏡面反射を利用しても良い。

軸上光束主光線ＲＢａは、ｘ軸からｚ軸方向への回転を正として、ｘ軸に対して、副走査方向に１°の角度を持って、内面反射素子７Ｂの入射面７ＢＴ１に入射している。図１に示したようなタンデム型のカラー画像形成装置に用いる光走査装置において各色の光路を分離するために、走査光束の副走査方向の角度を各色毎に変化させている。このとき、内面反射素子７Ｂの入射面７ＢＴ１に対する軸上光束主光線ＲＢａの入射角度θｉｎＴ１＝２．５°となるように内面反射素子７Ｂを構成している。

軸上光束主光線ＲＢａは内面反射素子７Ｂ出射後、ｘ方向に対して、−１７４°の角度を持ってミラー１０Ｂに入射している。このとき、軸上光束主光線ＲＢａの、内面反射素子７Ｂへの入射方向ベクトルに対して内面反射素子７Ｂからの出射方向ベクトルの成す角度φは、ｘ軸からｚ軸に向けて回転する方向を正として、
φ＝−１７４°−１°＝−１７５°
となる。このとき、
−１７７°≦φ＝−１７５°≦−１５４°
となり、条件式（１）を満足する。

ここで、内面反射素子７Ｂは、全ての面が主走査方向に一様な平面で構成されている。入射面７ＢＴ１と、第一反射面７ＢＲ１とが成す副走査方向の角度θａ＝４３．７５°である。第一反射面７ＢＲ１と第二反射面７ＢＲ２とが成す副走査方向の角度θｂ＝８７．５°である。第二反射面７ＢＲ２と出射面７ＢＴ２が成す副走査方向の角度θｃ＝４３．７５°である。

また、図３に示すように、入射面７ＢＴ１、第一反射面７ＢＲ１、第二反射面７ＢＲ２、出射面７ＢＴ２の各面の成す交点をＡ、Ｂ、Ｃとする。このとき、頂点Ａ，Ｃの中点とＡＣ頂点Ｂとをつないだ線を副走査対称軸として、副走査断面形状に対称な形状となっている。つまり、副走査断面において、対称軸を持っている。ここで、内面反射素子７Ｂが三角形でなく六角形になった理由は、鋭角形状では、成形の冷却過程において温度の非対称分布が生じやすく、その起因で副走査方向に反りが発生してしまう可能性があるからである。

図４は、図３の内面反射素子７Ｂの副走査断面内の展開光路図である。ここで、入射面７ＢＴ１と、出射面７ＢＴ２面を展開した展開出射面７ＢＴ２’との関係について説明する。図４に示すように、頂点Ａと頂点Ｃを展開した頂点Ｃ’を直線で結び、角度θ１、θ２、θ３を定義する。これらを用いて、錯角を考えると、入射面７ＢＴ１の法線方向ベクトルＮｉｎと光線に対して、展開出射面７ＢＴ２’の法線方向ベクトルＮｏｕｔが成す角度Δは
Δ＝θａ＋θａ＋θ２＋θ３＋θｃ＋θｃ−１８０°
となる。但し、図４に示したＮｉｎ、Ｎｏｕｔ、Δの説明図は、わかりやすさのためデフォルメしており、本実施例の実際の値と対応していない。

ここで、
θ２＋θ３＝１８０°−θ１
θ１＝θａ＋θｂ＋θｃ
∴θ２＋θ３＝１８０°−（θａ＋θｂ＋θｃ）
より、
Δ＝θａ＋θａ＋θ２＋θ３＋θｃ＋θｃ−１８０°
＝θａ＋θａ＋１８０°−（θａ＋θｂ＋θｃ）＋θｃ＋θｃ−１８０°
＝θａ−θｂ＋θｃ
となる。

本実施系では、θａ＝４３．７５°、θｂ＝８７．５°、θｃ＝４３．７５°より、
Δ＝θａ−θｂ＋θｃ
＝４３．７５°−８７．５°＋４３．７５°
＝０°
このことから、入射面７ＢＴ１と展開出射面７ＢＴ２’が平行であることがわかる。つまり、条件式（２）を達成している。

本実施例において、内面反射を使用している効果について説明する。本実施例では、内面反射素子７Ｂを用いることで、外面反射を用いるミラーと比較して、反射素子の持つ反射面後部の厚みが存在しないので、反射面の近傍の配置において制約が少なくなるという効果を得ている。具体的には、図１から明らかのように、内面反射面７ＢＲ１を光路ＲＡの近傍まで近づけることが出来る。この結果、光路の取り回しが容易となり、光学系の小型化が容易になる。

以下、本発明に係る内面反射素子の形状、及び配置について説明する。まず条件式（１）をとることの効果を説明する。本実施例では、軸上光束主光線は、内面反射素子７Ｂの入射面７ＢＴ１への入射方向ベクトルに対して、出射面７ＢＴ２からの出射方向ベクトルの成す角度φ＝−１７５°となる構成を取っている。このことにより、結像レンズ６１と折り返しミラー１０Ｂを極力近づけて配置することができ、光学箱１１の高さを低くすることができるという、光走査装置の光学系全体を考慮したときの小型化効果を得ている。

光走査装置の小型化を図るには、１８０°内面反射素子は適さない。自由度の高い光路の取り回しが必要な場合には、本実施例のように角度φを適した値となるような内面反射素子の形状、及び配置を設定するのが良い。条件式（１）を満たすことで、１８０°内面反射素子では達成できない、光学系全体の小型化が容易になる。

本実施例の内面反射素子は、副走査断面において、対称軸を有することの効果を説明する。副走査断面において、対称軸が存在しない場合、成形時の冷却過程で非対称性が生じ、副走査方向の反りが発生しやすくなってしまう。副走査方向の反りが発生した場合、走査線湾曲の悪化を生じる。これに対して本実施例のように対称軸を持つように構成することで、副走査方向の反りを低減し、走査線湾曲の悪化を軽減することができる。

次に条件式（２）をとることの効果を説明する。条件式（２）は、内面反射素子７Ｂを通過する光束の光路を内面反射面７ＢＲ１、７ＢＲ２を軸に対称に展開したとき、入射面である第一透過面７ＢＴ１と展開出射面である第二透過面７ＢＴ２’が平行又は略平行となっているということを意味する。

つまり、平行平板と同じ構成となる。このような構成では、軸上光束主光線ＲＢａの、入射面７ＢＴ１への入射角度と、出射面７ＢＴ２からの出射角度が略等しくなるため、入射面７ＢＴ１で発生した副走査コマ収差は、出射面７ＢＴ２で発生したコマ収差により略キャンセルされる。そのため、本構成とすることで、副走査コマ収差が発生するのを防止でき、光学性能の悪化を防ぐことができる。

以上のように本実施例によれば、反射面近傍の各部材の配置の自由度が増し、且つ、走査線湾曲や副走査コマ収差という光学性能の悪化を招くことなく、角度φ＝−１７５°という自由度の高い光路で光学系の小型化を図ることができる。

ここで、各条件式（１）、（２）の有効範囲について説明する。まず、条件式（１）について説明する。条件式（１）に示した有効範囲の上限は、１８０°内面反射素子の持つ光路が並列となる利点と、角度φ≠１８０°の内面反射素子の持つ、小型化や組み立てが容易になるとの兼ね合いによって決定される。

前述したように、角度φ＝１８０°内面反射素子を使用した場合、光路が並列になるため、光学素子を並列に配置できるという利点がある。この並列となる利点より、全系が小型化で組み立てが容易となる利点が大きい場合に、自由度の高い、角度φ≠１８０°となる光路を選択する。場合により異なるが、通常、角度φ＝１８０°から少なくとも３°は変化させないと、小型化や組み立てが容易となる利点が並列とする利点を上回ることは無い。

そのため、
｜φ｜≦１７７°
が有効な範囲の上限となる。この範囲を上回ると、１８０°内面反射素子の方が光学系に適したものとなり、角度φ≠１８０°の内面反射素子を用いる意味がなくなってしまう。また、条件式（１）に示した有効範囲の下限は、角度φ≠１８０°の内面反射素子の持つ、配置誤差が生じるという欠点と、全系が小型で組み立てが容易になるという利点との兼ね合いによって決定される。

内面反射素子を配置する場合、その配置誤差を考える必要がある。この配置誤差が生じるという欠点より、全系の小型化や組み立てが容易となる利点が大きい場合に、自由度の高い、角度φ≠１８０°となる光路を選択する。例えば、図６（ｂ）の光学系において、内面反射素子３３´にＺ方向にΔｄだけ配置誤差が生じた場合を考える。このとき、像面４０の位置は変更できないため、シリンドリカルミラー３５位置をＹ方向に調整し、像面での照射位置調整を行う。その調整距離を、Ｍｄとする。調整後の光学系を図６（ｃ）に示す。

このとき、
Ｍｄ≒Δｄ×｜ｔａｎ（φ）｜
となる。製造タクトの観点から、調整距離は極力短い方が良い。配置誤差Δｄに対する調整距離Ｍｄの変化割合である配置誤差敏感度（＝Ｍｄ／Δｄ）は、通常、０．５以下となることが望ましいとされる。そのため、
Ｍｄ／Δｄ≒｜ｔａｎ（φ）｜≦０．５
∴１５４°≦｜φ｜≦１８０°
これが、条件式（１）の有効な範囲の下限となる。この範囲を下回ると、調整タクトが長くなってしまい、製造に支障が出てしまう。これらのことをまとめて、本発明の有効な範囲は
１５４°≦｜φ｜≦１７７°
となる。

次に、条件式（２）について説明する。本実施例では、内面反射素子７Ｂの入射面７ＢＴ１の法線方向ベクトルＮｉｎに対して内面反射素子７Ｂの出射面７ＢＴ２の法線方向ベクトルＮｏｕｔの成す角度Δ＝０°である。角度Δは、面平行からの角度ずれを示す。この角度Δの値が変化したときの副走査断面内のコマ収差の変化量の値が許容範囲外となる時点までを、本発明においては有効な範囲と定める。

そこで、副走査展開光路において、角度Δが０°〜１０°変化したときの軸上主光線の副走査断面内のコマ収差の変化量を考える。ここで、内面反射素子７Ｂの入射面７ＢＴ１への入射角度θｉｎＴ１は２．５°のまま変化させていない。このとき生じる、軸上光束主光線の副走査断面内のコマ収差の変化量を図５に示す。図５より、角度Δが変化するにつれ、副走査断面内のコマ収差が変化していることがわかる。副走査断面内のコマ収差の変化は、感光ドラムでの副走査ＬＳＦスポット径の肥大を招くため、極力小さく抑えることが望ましい。

一般に、副走査断面内のコマ収差の値が０．０１λ以上変化すると、副走査断面内のコマ収差による副走査ＬＳＦスポット径の肥大が無視できない量となる。図５より、
│Δ│≦８°
が本発明において有効な範囲である。この範囲外であれば、軸上光束のコマ収差の変化量が許容量を超えてしまうため、ＬＳＦスポット径の肥大という光学性能の悪化を招いてしまう。

本実施例では、副走査方向において、軸上光束主光線の内面反射素子７Ｂの入射面７ＢＴ１への入射角度θｉｎＴ１＝２．５°≧２°という構成としている。この構成とすることで、内面反射素子７Ｂの入射面７ＢＴ１での反射光が結像レンズ６２へと戻るのを防ぎ、走査光に対してゴースト光が発生するのを軽減している。

本実施例では、内面反射素子７Ｂの内面反射として全反射を利用している。この構成とすることで、反射膜コーティングによって反射をさせる場合と比較して、構成を簡素化している。本実施例では、内面反射素子７Ｂを樹脂より構成している。この構成とすることで、ガラスで成形した場合と比較して、成形手法が容易になる。本実施例では、内面反射素子７Ｂの第一内面反射面７ＢＲ１と第二内面反射面７ＢＲ２が平面で構成されている。この構成とすることで、曲面の場合と比較して、容易に内面反射面の成形が行えるようにしている。

本実施例では、内面反射素子７Ｂの第一透過面７ＢＴ１及び第二透過面７ＢＴ２が平面で構成されている。この構成とすることで、曲面の場合と比較して容易に内面反射素子の透過面の成形が行えるようにしている。φ≠１８０°という光路の自由度を確保しつつ、走査線湾曲や副走査断面内のコマ収差光学性能の悪化を極力抑えた内面反射素子の形状及び配置している。これにより、反射面近傍のレイアウト制約を緩和し、且つ、光学性能の悪化を招くことなく、光学系の小型化や組み立てを容易にしている。

次に本実施例における入射光学系ＬＢ、結像光学系ＳＢに関する設計データを表１に示す。表１に示したレンズ配置の座標の原点は、図１に示した符番Ｒ０としている。Ｒ０は画像中心を走査する光束の主光線の偏向反射点（基準点）である。光偏向器５の偏向面に対して垂直で且つ基準点Ｒ０を通過する面をＰＲ０としたとき、面ＰＲ０に対し、光束ＲＡ、ＲＢはそれぞれ−３°、＋３°の傾きを持って偏向走査させている。即ち、光偏向器５に入射する入射光学系ＬＡ、ＬＢは面Ｐ０に対してそれぞれ＋３°、−３°副走査方向に傾いて配置させている。

この斜入射角が大きすぎると、波面収差の捩れによりスポットの崩れを補正する事が困難となり、小さすぎると光束の分離がし難くなる。望ましくは２°〜５°の範囲で設定するのがよい。

本実施例のアナモフィックレンズ３の入射面は平面上に回折格子が形成された回折面、出射面は主走査方向と副走査方向で曲率半径の異なるアナモフィックな屈折面としている。アナモフィックレンズ３はプラスチック材料を用いた射出成形で成形されており、環境変動による屈折パワーの変化を半導体レーザーの波長変化による回折パワーの変化で補償する温度補償光学系としている。回折面は以下に表した位相関数により定義される。

φ＝２πｍ／λ（Ｃ_３Ｚ^２＋Ｃ_５Ｙ^２）
ここで、φは位相関数、ｍは回折次数であり、本実施例は、１次回折光（ｍ＝１）を用いている。λは設計波長であり、本実施例ではλ＝７９０ｎｍである。また、本実施例の結像レンズ６１、６２の入射面、出射面の母線形状は、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６１、６２のそれぞれのレンズ面は表１に示した光学配置を原点として表現された以下に述べる非球面式から定義される。例えば、結像レンズ６１のレンズ入射面においては、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１５．８５３、−０．１４４、０．０００）を非球面式の原点としている。そして、各レンズ面の面形状は、各レンズ面の原点を通り、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，Ｂ_４，Ｂ_６，Ｂ_８，Ｂ_１０，は非球面係数）
なる式で表されるものである。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断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）ｒ´は、

（但し、ｒは光軸上の子線曲率半径，Ｅ_２，Ｅ_４，Ｅ_６，Ｅ_８，Ｅ_１０，Ｅ_１２は子線変化係数）
なる式で表される。また、Ｍｊ＿ｋは子線方向の非球面を表す係数である。例えば、Ｍｊ＿１はＺの１次項であり、副走査方向の面の傾き（子線チルト）を表している。また、Ｍｊ＿４はＺの４次項であり、副走査方向の非球面を表している。本実施例では、主走査方向に０，２，４，６，８，１０次の係数を使って子線チルト量を変化させ、主走査方向に０，２，４，６次の係数を使って子線の非球面量を変化させている。

また、表１Ａに示した各係数には添え字ｕ及びｌが付いている。それぞれＵｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側の意味であり、結像光学系の各レンズ面頂点に対し、光源手段１がある側をＬｏｗｅｒ側、光源手段１がある側と反対側をＵｐｐｅｒ側と定義する。添え字Ｕ及びｌが付いていない係数については、Ｕｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側に共通の係数である。なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［カラー画像形成装置］
図７は、本発明の光走査装置を用いたカラー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１００はカラー画像形成装置を示す。このカラー画像形成装置１００には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１０２から色信号としてのコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリントコントローラ１０１によって、Ｙｉ（イエロー）、Ｍｉ（マゼンタ）、Ｃｉ（シアン）、Ｂｋｉ（ブラック）の各色画像データに変換される。そして実施例に示した構成を有する光走査装置１１に入力される。そして、この光走査装置１１からは、画像データＹｉ、Ｍｉ、Ｃｉ、Ｂｋｉに応じて変調された光ビームが出射され、この光ビームによって感光体ドラム２１〜２４の感光面を主走査方向に走査される。

静電潜像担持体（感光体）たる感光体ドラム２１〜２４は、モータ（不図示）によって時計廻り（Ｒ方向）に回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム２１〜２４の感光面が光ビームに対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光体ドラム２１〜２４の上方には、感光体ドラム２１〜２４の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ（不図示）が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラによって帯電された感光体ドラム２１〜２４の表面に、前記走査光学装置１１によって走査される光ビームが照射されるようになっている。

先に説明したように、光ビームは、画像データＹｉ、Ｍｉ、Ｃｉ、Ｂｋｉに基づいて変調されており、この光ビームを照射することによって感光体ドラム２１〜２４の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビームの照射位置よりもさらに感光ドラム２１〜２４の回転方向の下流側で感光体ドラム２１〜２４に当接するように配設された現像器７１〜７４によってトナー像として現像される。

現像器７１〜７４によって現像されたトナー像は、感光ドラム２１〜２４の上方で、感光体ドラム２１〜２４に対向するように配設された中間転写ベルト１０３上で、一旦４色のトナー像が転写されカラー画像として形成される。そして、中間転写ベルト１０３上に形成されたカラートナー画像は転写ローラ（転写器）１０４によって被転写材たる用紙１０８上に転写される。用紙１０８は用紙カセット１０７内に収納されている。

未定着トナー像を転写された用紙１０８はさらに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１０５とこの定着ローラ１０５に圧接するように配設された加圧ローラ１０６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１０８を定着ローラ１０５と加圧ローラ１０６の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１０８上の未定着トナー像を定着せしめる。そして、定着された用紙１０８は画像形成装置の外に排出させられる。

１０９はレジストレーションセンサであり、中間転写ベルト１０３上に形成された、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋのレジストレーションマークを読取る事で、各色の色ずれ量を検知する。その検出結果を走査光学装置１１にフィードバックすることで、色ずれのない高品位なカラー画像を形成することを可能にしている。

図７においては図示していないが、プリントコントローラ１０１は、先に説明したデータの変換だけでなく、画像形成装置内の各部や、走査光学装置内のポリゴンモータなどの制御も行う。

１…光源手段 ３…アナモフィックレンズ ５…光偏向器 ５ａ…偏向面
６１…結像レンズ ６２…結像レンズ ７Ｂ…φ＝−１５５°内面反射素子
８Ｂ…感光ドラム １０Ｂ…折り返しミラー ＬＢ…入射光学系
ＳＢ…結像光学系 ＲＢ…光束

Claims (8)

1. 光束を出射する光源手段と、該光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系を有し、
   該結像光学系は結像レンズと、入射面から入射した光束を第一、第二内面反射面で反射させた後、出射面から出射させる内面反射素子を有する光走査装置であって、
   該内面反射素子は副走査断面において対称軸を有し、
   該内面反射素子の入射面と第一内面反射面の成す角度をθａ、第一内面反射面と第二内面反射面の成す角度をθｂ、第二内面反射面と出射面の成す角度をθｃ、
   前記被走査面の走査中心を走査する光束の主光線の、該内面反射素子の入射方向ベクトルに対して該内面反射素子の出射方向ベクトルの成す角度をφ（−１８０°＜φ≦１８０°）とするとき、
   １５４°≦｜φ｜≦１７７°
   ｜θａ−θｂ＋θｃ｜≦８°
   を満たすことを特徴とする光走査装置。
2. 前記被走査面の走査中心を走査する光束の主光線の、前記内面反射素子の入射面への入射角度をθｉｎＴ１とするとき、
   ２°≦θｉｎＴ１
   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. 前記内面反射素子の第一、第二内面反射面のうち少なくとも１つの面は全反射を利用してい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. 前記内面反射素子は樹脂よりな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. 前記内面反射素子の第一、第二内面反射面は平面であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記内面反射素子の入射面及び出射面は平面であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか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束によって前記感光体の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、前記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を有することを特徴とする画像形成装置。
8. 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するプリントコントローラを備えたことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。