JP2014016404A - 光走査装置およびカラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射位置変動が製造公差に対して鈍感となるように内面反射素子を用い、副走査方向の高さを低く抑えることができる光走査装置およびカラー画像形成装置を提供する。
【解決手段】第１の被走査面に導く第１の結像光学系と、より遠い第２の被走査面に導く第２の結像光学系と、を備え、第１の結像光学系は、偏向面で反射された光束を入射光束として入射させるとき第１の被走査面から遠ざかる方向に内面反射させる第１面と、更に入射光束の入射方向に対して戻す方向に内面反射させる第２面とを含む内面反射素子と、第１の被走査面に向って反射させる第１の反射部材とを有し、第１の反射部材と第１の被走査面とは、偏向面で反射され内面反射素子に至る光束の光路を挟んで互いに反対側に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は光走査装置および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）等のカラー画像形成装置における光走査装置においては、画像信号に応じて光源手段から放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）に対して一対一で設けられていた偏向手段を各色で共用している。

即ち、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、夫々の光路中に設けられる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。このような光走査装置は特許文献１、特許文献２に提案されている。

特許文献１では、並列配置された４つの感光ドラムのうち外側２つの感光ドラムには、反射ミラー１枚で、内側の２つの感光ドラムには、反射ミラー２枚で光路を折り曲げ、装置全体の低コスト化と小型化を図っている。そして、内側の感光ドラムに向かう光束は、光偏向器と反射ミラーの間に配置された第１の走査レンズを通過し、反射ミラーで折り返された後、２枚目の反射ミラーとの間に配置された第２の走査レンズを通過するように構成されている。ここで、第１の走査レンズを、内側の感光ドラムに向かう光束と外側の感光ドラムに向かう光束とで共用させることで、部品点数の削減および光走査装置の小型化を図っている。

更に、特許文献２で提案されている光走査装置では、反射ミラーの代替手段として２つの内面反射面を備える内面反射素子（折り返しプリズム）を用いて、光束を感光ドラムに導いている。具体的には、偏向器により偏向された光束が、結像光学素子を通過した後、２つの内面反射面を有する内面反射素子、および再び結像光学素子を通過し、シリンドリカルミラーで反射された後、感光ドラムに到達するように構成されている。

特開２００８−７６５８６号公報 特開２００１−５１２２１号公報

しかしながら、特許文献１では、内側の感光ドラムに向かう光束を２枚の反射ミラーで折り返す際、光学部品と光束との干渉を避けるように光学部品を配置するため、外側の感光ドラムへ向かう光路よりも光走査装置の高さが大幅に増してしまう。

また、特許文献２では、単色対応のため、カラー対応とするためには、複数台を併設せねばならず、装置の巨大化を招いてしまう。また、内面反射素子の入射面から入射された光束を最初に反射する第１の反射面は、被走査面と同じ側に光束を内面反射し、光路の折り返しを行うことなく、反射ミラーで光路を被走査面に向けるため、光走査装置の高さ方向の更なる小型化が望まれる。

本発明の目的は、照射位置変動が製造公差に対して鈍感となるように内面反射素子を用い、副走査方向の高さを低く抑えることができる光走査装置およびカラー画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光走査装置の代表的な構成は、第１の光源手段、第２の光源手段の各々から出射した２つの光束を同一の偏向面によって主走査断面内において偏向走査する偏向手段と、前記第１の光源手段から出射し、前記同一の偏向面で反射された光束を、第１の被走査面に導く第１の結像光学系と、前記第２の光源手段から出射し、前記同一の偏向面で反射された光束を、前記偏向手段からの距離が前記第１の被走査面よりも遠い前記第２の被走査面に導く第２の結像光学系と、を備える光走査装置であって、前記第１の結像光学系は、前記同一の偏向面で反射された光束を入射光束として入射させるとき前記第１の被走査面から遠ざかる方向に内面反射させる第１面と、更に前記入射光束の入射方向に対して戻す方向に内面反射させる第２面とを含む内面反射素子と、該内面反射素子から出射した光束を前記第１の被走査面に向って反射させる第１の反射部材とを有しており、前記第２の結像光学系は、前記同一の偏向面で反射された光束を、前記内面反射素子を介さずに、前記第２の被走査面に向って反射させる第２の反射部材を有しており、前記第１の反射部材と前記第１の被走査面とは、前記同一の偏向面で反射され前記内面反射素子に至る光束の光路を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とする。

また、上記光走査装置を有するカラー画像形成装置も本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、照射位置変動が製造公差に対して鈍感となるように内面反射素子を用い、副走査方向の高さを低く抑えることができる。

（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図、（Ｂ）は光走査装置の副走査要部断面図である。 （Ａ）は本発明の第１の実施形態の光走査装置で偏向手段から物理的に遠い側の被走査面への光路を示す主走査断面図、（Ｂ）は偏向手段から物理的に近い側の被走査面への光路を示す主走査断面図である。 （Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の第１の実施形態の結像光学系の光学性能を示す図である。 （Ａ）は本発明の第１の実施形態に係るカラー画像形成装置の副走査断面図、（Ｂ）は比較例のカラー画像形成装置の副走査断面図である。 （Ａ）は本発明の第１の実施形態の副走査矢視図および断面図、（Ｂ）は比較例の副走査矢視図および断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の副走査要部断面図である。 （Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の第２の実施形態の結像光学系の光学性能を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光走査装置および画像形成装置の副走査断面図である。 （Ａ）は本発明の第３の実施形態の光走査装置で偏向手段から物理的に遠い側の被走査面への光路を示す主走査断面図、（Ｂ）は偏向手段から物理的に近い側の被走査面への光路を示す主走査断面図である。 （Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の第３の実施形態の結像光学系の光学性能を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光走査装置および画像形成装置の副走査断面図である。 本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の要部概略図である。

《第１の実施形態》
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

（カラー画像形成装置）
図１２は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置により４ビームを走査して各々並行の配置となる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１２において、６０はカラー画像形成装置、１１は光走査装置である。光走査装置１１は、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、感光ドラム２１、２２、２３、２４に応じた光量に設定される。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１２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（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、光走査装置１１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。

本実施形態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。そして各々平行な光路にて感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に画像信号（画像情報）を光記録し、カラー画像を高速に印字している。

本実施形態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。

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。

（光走査装置）
図１（Ａ）は、本実施形態に係る光走査装置の副走査断面図である。図１（Ｂ）は、内面反射素子７１の周辺の副走査断面の要部拡大図である。図２は、光走査装置の主走査断面の展開図である。

ここで、以下の説明において、結像光学系の光軸または軸上とは、被走査面の中心を通り、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。

また、光学基準軸Ｃ０とは、入射光学系を出射した光束の主光線が偏向手段の偏向面で偏向されて被走査面中心に入射するとき、副走査断面内において、光束の主光線の偏向面への入射位置を通り、偏向面に対して垂直な軸をいう。

図２中、１は夫々少なくとも１本の光束を出射する光源手段（第１の光源手段、第２の光源手段）であり、例えば半導体レーザ等より成っている。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。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ように変換している。なお、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との計２枚の構成としても良い。

ここで、一対の光源手段１、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）ＬＡ、ＬＢ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。

ＳＡは結像光学系（第２の結像光学系）であり、ｆθ特性を有する結像光学素子としての第一の結像レンズ６１、第二の結像レンズ６２を有している。またＳＢも結像光学系（第１の結像光学系）であり、第一の結像レンズ６１、第二の結像レンズ６２と、更に光束を分離且つ光路を折り曲げる反射部材としての内面反射素子７１を有している。結像光学系ＳＡ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面８Ａ上にスポット状に結像させている。

また、結像光学系ＳＡ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８Ａ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、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。また結像光学系ＳＢにおいても同様の構成で同様の効果を得ている。

本実施形態において、画像情報に応じて半導体レーザ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の光軸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（偏向面５ａの法線に対して３°）を持って斜入射している。即ち、光偏向器５の偏向面５ａに対して、副走査断面内において斜め上方から入射した入射光学系ＬＡからの一方の光束ＲＡは、斜め下方に反射され、また斜め下方から入射した入射光学系ＬＢからの他方の光束ＲＢは、斜め上方へと反射される。

そして、光偏向器５の偏向面５ａで偏向走査された光束ＲＡ、ＲＢは、第一の結像レンズ６１、第二の結像レンズ６２を通過する。ここで、光偏向器５から物理的に最も遠い感光ドラム８Ａ（第２の被走査面）に向かう一方の光束ＲＡは、内面反射素子７１を透過せしない。そして、反射素子としての反射ミラー９ａ（第２の反射部材）で折り曲げられる光路（第２の光路）により、感光ドラム８Ａ（第２の被走査面）に到達する。

また、光偏向器５から物理的に近い光偏向器５側の感光ドラム８Ｂに向かう他方の光束ＲＢは、内面反射素子７１の第１の透過面（入射面）７Ａを透過する。そして、感光ドラム８Ａ（第１の被走査面）から遠ざかる方向に内面反射させる第１面である第１の反射面７Ｂで内面反射する。そして、更に内面反射素子７１への入射光束の入射方向に対して戻す方向に内面反射させる第２面である第２の反射面７Ｃで内面反射して、第２の透過面（出射面）７Ｄを透過する。

その後、光束は、反射ミラー９ｂにより感光ドラム８Ａに向かって反射する。即ち、光束は、反射ミラー９ｂ（第１の反射部材）で折り曲げられるような光路（第１の光路）により、感光ドラム８Ｂ（第１の被走査面）に到達する。

ここで、反射ミラー９ｂと感光ドラム８Ｂとは、同一の偏向面で反射され内面反射素子７１に至る光束の光路を挟んで互いに反対側に配置されている。即ち、第１の反射部材と第１の被走査面とは、主走査断面と垂直な副走査断面内において、同一の偏向面の中心を通り当該同一の偏向面と垂直な直線を挟んで反対側に配置されている。即ち、図１（Ａ）に示すように、副走査断面内において、光学基準軸Ｃ０で分けられた感光ドラム８Ｂと反対側の領域に反射ミラー９ｂが配置されている。

光束ＲＡ、ＲＢは、感光ドラム面８Ａ、８Ｂ上にスポット状に結像され、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８Ａ、８Ｂ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８Ａ、８Ｂ上に画像記録を行っている。

内面反射素子７１の第１の反射面７Ｂ、第２の反射面７Ｃには、アルミなどの金属物質を蒸着しても良いが、本実施形態のようにプラスチック材料の全反射面とすると、低コスト化の点で有利である。本実施形態においては、光束ＲＢと全反射面７Ｂ、７Ｃの面法線との副走査方向のなす角は４５°である。内面反射素子７１は、屈折率１．５２３９７２のプラスチック材料で形成されているため、反射面への入射角４１．０１°以上であると全反射を起こす。

また、第１の透過面７Ａ、第２の透過面７Ｄは、独立した鏡面として構成することも可能であるが、本実施形態のように１つの鏡面（平面）として構成することもできる。１つの鏡面としたときには、金型の構成が簡素化されるため、低コスト化の点で有利である。

図１において、Ｕ１は、入射光学系ＬＡ、ＬＢ、光偏向器５、結像光学系ＳＡ、ＳＢからなる第１の走査ユニット(光走査装置)である。また、Ｕ２は、第１の走査ユニットの入射光学系ＬＡ、ＬＢと結像光学系ＳＡ、ＳＢを光偏向器５の回転軸を通り主走査方向と平行な軸に対して対象に配置した第２の走査ユニット（光走査装置）である。第１の走査ユニットＵ１は、Ｋ（ブラック）、Ｃ（シアン）色用の２つのステーションＳＴ１、ＳＴ２より成り、第２の走査ユニットＵ２はＭ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）色用の２つのステーションＳＴ３、ＳＴ４より成っている。

なお、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。
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、各々記録媒体としての感光ドラム（被走査面）であり、各々順にＫ（ブラック）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）色用の記録媒体としての感光ドラムである。

９ａ，９ｂは、反射手段としての反射ミラーであり、平面ミラーより成り、第１、第２の結像レンズ６１、６２を通過した光束を、対応する感光ドラム８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄへと向けるよう、光路を折り返している。なお、反射ミラー９ａ、９ｂ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。また、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。

次に、本実施形態におけるレンズ面形状及び光学配置を、表１（Ａ）、表１（Ｂ）に示す。表１（Ａ）は、結像光学系ＳＡに関するものであり、表１（Ｂ）は結像光学系ＳＢに関するものである。

また、本実施形態の第一の結像レンズ６１、第二の結像レンズ６２の入射面、出射面の母線形状は、１２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以下に述べる非球面式から定義される。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，B₄，B₆，B₈，B₁₀，B₁₂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、以下の式で表される。

但し、ｒは光軸上の子線曲率半径，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｄ_８，Ｄ_１０，Ｄ_１２は子線変化係数である。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。本実施形態では、主走査方向に０、２、４、６、８、１０、１２、１４、１６次の係数を使って子線チルト量を変化させている。

また、表１Ａ及び表１Ｂに示した各係数には、添え字ｕ及びｌが付いている。各々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。

本実施形態では、図１に示した如く、感光ドラム８Ａ，８Ｂに到達する光路で第一の結像レンズ６１、及び第二の結像レンズ６２を共用している。また、図１（Ｂ）にあるように、結像レンズ６２の入射面、及び出射面に関しては、副走査断面内において２つのトーリック面を重ねたことを特徴とする多段トーリック面より成っている。本実施形態では、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＝１１９(rad／mm)である。

図３（Ａ）は、本実施形態の光走査装置の主走査方向の像面湾曲ｄｍを示し、図３（Ｂ）は、副走査方向の像面湾曲ｄｓを示す。外側の感光ドラム８Ａへ向かう光束ＲＡが通過する結像光学系ＳＡ、および内側の感光ドラム８Ｂへ向かう光束ＲＢが通過する結像光学系ＳＢ、は重ね書きされている。結像光学系ＳＡ、ＳＢとしての結像レンズ６１、６２は同じ形状のものであるが、結像光学系ＳＢのみが内面反射素子７１を通過するため、像面湾曲の形が異なる。有効画像領域の有効走査幅（Ｗ＝２２０ｍｍ）において、主走査方向の像面湾曲は、結像光学系ＳＢで多少大きい値ではあるが、焦点深度幅が十分に確保されているため使用上問題にはならない。

図３（Ｃ）は、本実施形態のｆθ特性を表すグラフである。図３（Ｃ）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。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。本実施形態では、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３（Ｄ）は、本実施形態の走査線湾曲を表すグラフである。結像光学系ＳＢについて、カラー画像形成装置として使用する場合において多少大きい値ではあるが、電気的に容易に補正可能であるため問題とはならない。また、図３（Ｅ）は、本実施形態の副走査方向の結像倍率の一様性を表すグラフである。結像光学系ＳＡ、ＳＢ共に３％以内に抑えられており、問題ないレベルにまで補正されている。

次に本実施形態の目的を達成するための手段と効果について、図１、図４、図５を用いて説明する。本実施形態において、光偏向器５の偏向面５ａから物理的に近い被走査面８Ｂに到達する光束ＲＢは、以下の光路をとる。即ち、第一の結像レンズ６１、第二の結像レンズ６２を通過後、内面反射素子７１の第一の透過面７Ａを透過、第一の反射面７Ｂ、第二の反射面７Ｃを反射、第二の透過面７Ｄを透過する光路である。その後、光束ＲＢは反射素子としての反射ミラー９ｂで反射され、光束ＲＡと交差した後、被走査面８Ｂに到達する。

ここで、第二の結像レンズ６２を出射した光束ＲＢは、内面反射素子７１の第一の反射面７Ｂにより、副走査断面内において光学基準軸Ｃ０に対して被走査面８Ｂとは反対側に折り返される。即ち、内面反射素子７１の第二の透過面７Ｄを出射した光束ＲＢを折り返す反射ミラー９ｂも、副走査断面内において光学基準軸Ｃ０に対して被走査面とは反対側に配置される。これにより、反射ミラー９ｂが光学箱内において第一の結像レンズ６１より上部に配置される。なお、反射ミラー９ｂが光路ＲＢの光路中において最下流に配置される光学素子であるため、光学素子の中で主走査方向に最も長尺となっている。

（高さ低減効果）
次に、本発明の第１の特徴部分である、内面反射素子７１を用いた光走査装置の高さ低減効果についての説明を行う。光走査装置の高さを低減させるためには、内側の感光ドラム８Ｂ、８Ｃ上方において、光束ＲＢを副走査方向に密集させる必要がある。しかし、特許文献１のように、これまで２枚の反射ミラーで光路を折り返していた光走査装置では、反射ミラーで折り返された光束は副走査方向斜めに反射されるため、感光ドラム８Ｂ、８Ｃ上方における光路の占有領域が大きかった。

これを避けるためには、光路をコの字状、即ち反射ミラーによる第二の結像レンズ６２を出射した光束の折り返し回数を２回とすれば良い。第１、第２の反射面により、第二の結像レンズ６２を出射した方向とほぼ逆向きに光路を折り返した後、第３の反射面により光束を被走査面側に折り返す光路とする。そして、本実施形態のように第１、第２の反射面として内面反射素子７１の内面反射面を用いることにより、更なる光走査装置の薄型化を達成することができる。

即ち、偏向面で反射された光束を入射光束として入射させるとき被走査面から遠ざかる方向に内面反射させ、更に入射光束の入射方向に対して戻す方向に内面反射させる、そして第３の反射面により光束を被走査面側に折り返すという薄型化した構成となる。

反射ミラーは、反射面が撓まないように剛性を持たせて所望の面精度を保つために反射面の面法線方向に少なくとも５ｍｍ程度の厚みを有する必要があり、その厚みの分だけ、光走査装置内でスペースを必要としてしまう。しかしながら内面反射素子は、素子の内面で光束を反射するため、光走査装置の薄型化を達成することができる。

図４（Ａ）は本実施形態の光走査装置をカラー画像形成装置に搭載した副走査断面図であり、図４（Ｂ）は比較例である。記録媒体５３は、定着器５２によりカラー画像が転写され搬送ローラにより排紙部５４に送られる。光偏向器５の偏向面５ａ、５ｂから物理的に遠い被走査面８Ａ、８Ｄに到達する光束ＲＡは、第一の結像レンズ６１、第二の結像レンズ６２を通過後、反射ミラー９ａで反射される。なお、被走査面８Ａ及び８Ｄに到達する光束の光路は、副走査断面内において光学基準軸Ｃ０より下方を通過している。

このことにより、本実施形態の光走査装置を図４のような感光ドラムの上方から露光するカラー画像形成装置に搭載した場合に、光走査装置１１を排紙部５４に沿った形の外形とすることができる。そして、排紙部のスペースを確保しつつ無駄なスペースを無くすることが可能となる。これに対し、副走査断面内において光学基準軸Ｃ０より上方を通過している光束ＲＢを被走査面８Ａ及び８Ｄに導こうとすると、光学箱を図４（Ｂ）のように直方体の形状にする必要があり、カラー画像形成装置の高さがｈだけ高くなってしまう。

（照射位置敏感度低減効果）
次に本発明の第２の特徴部分である内面反射素子７１を用いた照射位置敏感度低減効果についての説明を行う。本実施形態において、内面反射素子７１の第一の反射面７Ｂ及び第二の反射面７Ｃは一体的に成形されている。これにより、内面反射素子７１が副走査方向にチルトしても出射する光束の角度は変わらない。よって、内面反射素子７１を使用した光走査装置は、傾き偏心に対して照射位置変動しにくいものになっている。

一方、従来のように第一の反射面及び第二の反射面として個別に２枚の反射ミラーを用いると、内面反射素子７１のように一体的にチルトしないため出射する光束の角度は変化してしまう。よって、２枚の反射ミラーを使用した光走査装置は、傾き偏心に対して照射位置変動しやすいものになってしまう。

また図１、図４に示した如く、反射ミラーの反射面は被走査面側を向いており、図４のように光走査装置を感光ドラムの上方から露光するカラー画像形成装置に搭載した場合、
以下のようにできる。即ち、反射ミラーを光学箱に位置決めする際に、反射ミラーの厚み方向において、反射面を光学箱の反射素子保持部が当接し保持するようにできるため、反射ミラーの厚み方向の製造誤差を無視できる。このことにより、反射ミラーの厚み方向の製造誤差により発生する、被走査面上での光線の照射位置のばらつきを抑えることができる。

（光学箱の形状の簡易化）
次に本発明の第３の特徴部分である光学箱を簡易な形状にする効果についての説明を行う。図５（Ａ）は、図１の光偏向器側から反射ミラー９ｂ側を見た時の矢視図と、第一の結像レンズ６１の基準座面を通るＡＡ断面図である。図５（Ｂ）は、従来例の光偏向器側から反射ミラー側を見た時の矢視図と、第一の結像レンズ６１の基準座面を通るＡＡ断面図である。

図５（Ｂ）の従来例では、第一の結像レンズ６１の下部に主走査方向に長尺な反射ミラー９ｂが配置されている。そのため、光学箱に第一の結像レンズ６１の副走査方向の座面を設ける場合に、反射ミラー９ｂに対してオーバーハングしてしまうため、光学箱の成形金型構造が複雑なものとなってしまい、一体成形出来ない可能性が高くなる。また、光学箱の成形が可能であっても、反射ミラー９ｂの取付け時に反射ミラー９ｂが第一の結像レンズ６１に干渉し易くなり、取付けがし辛いという問題点が残る。

一方、図５（Ａ）の本実施形態においては、第一の結像レンズ６１の上部に主走査方向に長尺な反射ミラー９ｂが配置されるため、第一の結像レンズ６１の副走査方向の座面は、オーバーハングすることなく簡易な形状になる。また反射ミラー９ｂの上部には、何も存在しないため、取付けも容易に可能となる。

本実施形態では、副走査断面内において、以下の条件式（１）を満たすようにしている。ここで、内面反射素子の第１の透過面と偏向手段の回転軸との偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離をＬ（ｍｍ）とする。また、被走査面８Ａ上の第１の結像点と、被走査面８Ｂ上の第２の結像点との、偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離をＤｐ（ｍｍ）とする。

０．６×Ｄｐ＜Ｌ＜Ｄｐ ・・・（１）
条件式（１）の下限を超えると、被走査面８Ｂ、８Ｃ上で光束ＲＢを結像させるために反射ミラー９ｂの位置を高くしたり、内面反射素子７１自体の高さを高くしたりしなければならなくなり、結果として光走査装置の大型化を招くため良くない。また条件式（１）の上限を超えると、被走査面８Ｂ、８Ｃ上で光束ＲＢを結像させるために反射ミラー９ｂの位置を低くする必要があり、反射ミラー９ｂが第一の結像レンズ６１と干渉してしまうため良くない。また内面反射素子７１の第２の透過面７Ｄを出射した光束ＲＢが第二の結像レンズ７２と干渉してしまうため良くない。

本実施形態においては、Ｌ＝４５．８（ｍｍ）、Ｄｐ＝６４（ｍｍ）に設定しており、これら値を条件式（１）に当てはめると、条件式（１）を満足している。

本実施形態の内面反射素子７１においては、図１（Ｂ）のように第一の反射面７Ｂと第二の反射面７Ｃは互いに隣接しており、間に光学面を挟んでおらず、反射面の間に光学面を含まないことにより、成形用の金型構造を簡素化することができる。このように本実施形態においては、上述した如く、光走査装置の副走査方向の高さを低く抑え、照射位置変動が製造公差に対して鈍感で、且つ、簡易な光学箱形状である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。

なお、本実施形態では、光源手段１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。また本実施形態では結像光学系ＳＡ、ＳＢ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。

《第２の実施形態》
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図６は本実施形態２の副走査方向の要部断面図である。本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、第二の結像レンズ６２の光束ＲＢの出射面の子線形状を変更し、第二の結像レンズ６３としたことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と同様であり、これにより同様の効果を得ている。表２に本実施形態の結像光学系ＳＢの結像レンズの面形状の数値を示す。

図７（Ａ）は、本実施形態の主走査方向の像面湾曲ｄｍを示し、図７（Ｂ）は、副走査方向の像面湾曲ｄｓを表すグラフである。図７（Ｃ）は、本実施形態のｆθ特性を表すグラフ、図７（Ｄ）は、本実施形態の走査線湾曲を表すグラフ、図７（Ｅ）は、本実施形態の副走査方向の結像倍率の一様性を表すグラフである。

本実施形態においては、第二の結像レンズの光束ＲＢの出射面６３Ｂ２の子線形状を変更し、第二の結像レンズ６３としている。そのため、第１の実施形態と比較すると、光束ＲＢが通過する結像光学系ＳＢの副走査方向の像面湾曲ｄｓ、走査線湾曲、副走査方向の結像倍率の一様性が十分に補正されており、ステーション毎の結像光学性能差が低減されている。

《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は本実施形態の副走査断面図、図９は光走査装置の主走査断面の展開図である。本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態における第２の結像レンズを光路ＲＡとＲＢで分割し、合計４つを配置した点である。それに伴い、第一の結像レンズ、第二の結像レンズの主走査断面形状、及び副走査断面形状を最適化している。その他の構成及び光学的作用は実施形態１と同様であり、これにより同様の効果を得ている。

本実施形態におけるレンズ面形状及び光学配置を表３（Ａ）、表３（Ｂ）に示す。表３（Ａ）は、結像光学系ＳＡに関するものであり、表３（Ｂ）は結像光学系ＳＢに関するものである。

図１０（Ａ）は、本実施形態の主走査方向の像面湾曲ｄｍを示し、図１０（Ｂ）は、副走査方向の像面湾曲ｄｓを表すグラフである。図１０（Ｃ）は本実施形態のｆθ特性を表すグラフ、図１０（Ｄ）は、本実施形態の走査線湾曲を表すグラフ、図１０（Ｅ）は本実施形態の副走査方向の結像倍率の一様性を表すグラフである。

本実施形態においては、第二の結像レンズ６５、６６が分割され独立しているため、主走査断面及び副走査断面の形状の設計自由度が高く、形状を独立して設定することが可能である。即ち、内面反射素子７２を通過しない光路ＲＡ上に配置される第二の結像レンズ６５と、内面反射素子７２を通過する光路ＲＢ上に配置される第二の結像レンズ６６とは、主走査断面及び副走査断面の形状を異ならせている。

第１の実施形態と比較すると、光束ＲＢが通過する結像光学系ＳＢの主走査方向の像面湾曲ｄｍ、副走査方向の像面湾曲ｄｓ、ｆθ特性、走査線湾曲、副走査方向の結像倍率の一様性が十分に補正されており、ステーション毎の結像性能差が低減されている。本実施形態においては、前述したＬ、ＤｐをＬ＝４５．７（ｍｍ）、Ｄｐ＝６４（ｍｍ）に設定しており、前述の条件式（１）を満足している。

《第４の実施形態》
図１１に第４の実施形態に係る光走査装置の副走査断面を示す。本実施形態は第１の実施形態における反射ミラー９ａ、９ｂの替わりに反射面が1面の内面反射素子１０９ａ、１０９ｂを用いたものである。内面反射素子１０９ａ、１０９ｂは２つの透過部と１つの反射部を有する。
本実施形態によれば、反射ミラーの厚み分、更なる光走査装置の薄型化が可能となる。そして、反射ミラーの厚さ分が無くなることで、図１１の左側の内面反射素子１０９ａの上方の１１の部分を被走査面である８Ｄ側に下げることができ、排紙トレイの占有スペースをより大きく確保することができる。

（変形例１）
上述した実施形態では、反射ミラー９ａ、９ｂは平面の他、主走査断面内又は副走査断面内においてパワー（屈折力）を有していても良いと既述した。同様に、内面反射素子７１、７２、１０９ａ、１０９ｂの反射面も平面の他、主走査断面内又は副走査断面内においてパワー（屈折力）を有する面としても良い。また、内面反射素子７１、７２、１０９ａ、１０９ｂの入射面、出射面も平面の他、主走査断面内又は副走査断面内においてパワー（屈折力）を有する面としても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、偏向手段は回転軸の周りに回転するものと説明したが、本発明はこれに限らず、揺動軸の周りに揺動するものであっても良い。

１・・光源、５・・偏向手段、８Ａ、８Ｂ・・被走査面、９ａ、９ｂ・・反射ミラー、６１・・第１の結像レンズ、６２・・第２の結像レンズ、７１、７２・・内面反射素子、１０９ａ、１０９ｂ・・内面反射素子

Claims (13)

1. 第１の光源手段、第２の光源手段の各々から出射した２つの光束を同一の偏向面によって主走査断面内において偏向走査する偏向手段と、
   前記第１の光源手段から出射し、前記同一の偏向面で反射された光束を、第１の被走査面に導く第１の結像光学系と、
   前記第２の光源手段から出射し、前記同一の偏向面で反射された光束を、前記偏向手段からの距離が前記第１の被走査面よりも遠い前記第２の被走査面に導く第２の結像光学系と、
   を備える光走査装置であって、
   前記第１の結像光学系は、前記同一の偏向面で反射された光束を入射光束として入射させるとき前記第１の被走査面から遠ざかる方向に内面反射させる第１面と、更に前記入射光束の入射方向に対して戻す方向に内面反射させる第２面とを含む内面反射素子と、該内面反射素子から出射した光束を前記第１の被走査面に向って反射させる第１の反射部材とを有しており、
   前記第２の結像光学系は、前記同一の偏向面で反射された光束を、前記内面反射素子を介さずに、前記第２の被走査面に向って反射させる第２の反射部材を有しており、
   前記第１の反射部材と前記第１の被走査面とは、前記同一の偏向面で反射され前記内面反射素子に至る光束の光路を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第２の反射部材は反射面が1面である内面反射素子で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第２の反射部材は屈折力を備える面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記第１の反射部材は反射面が1面である内面反射素子で構成され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. 前記第１の反射部材は屈折力を備える面を有す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. 前記内面反射素子は屈折力を備える面を備え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. 前記第２の反射部材は、前記偏向手段に入射する光束の主光線が前記偏向手段の前記偏向面で偏向されて被走査面中心に入射するとき、副走査断面内において、前記主光線の前記偏向面への入射位置を通り、前記偏向面に対して垂直な軸に対し、前記第２の被走査面と同じ側に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか1項に記載の光走査装置。
8. 副走査断面内において、前記内面反射素子の入射面と前記偏向手段の回転軸又は揺動軸との前記偏向手段の回転軸又は前記偏向手段の揺動軸に対して垂直な方向における距離をＬ（ｍｍ）、前記第１の被走査面に光束が到達する位置と、前記第２の被走査面に光束が到達する位置との前記偏向手段の回転軸又は揺動軸に対して垂直な方向における距離をＤｐ（ｍｍ）とするとき、
   ０．６×Ｄｐ＜Ｌ＜Ｄｐ
   を満足する請求項１乃至７のいずれか1項に記載の光走査装置。
9. 前記偏向手段で偏向走査された複数の光束は、副走査断面内において、前記偏向手段と、前記内面反射素子の入射面との間の領域のみで交差することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記偏向手段の同一の偏向面で偏向した複数の光束は全て共通の結像光学素子を通過することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光走査装置。
11. 前記第１の反射部材、前記第２の反射部材の少なくとも一方は反射ミラーであり、前記反射ミラーの反射面に当接する光学箱の保持部により前記第１の反射部材、前記第２の反射部材の厚み方向の位置決めが成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光走査装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光走査装置と、複数の被走査面に各々配置された複数の感光体と、を有するカラー画像形成装置。
13. 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１２に記載のカラー画像形成装置。