JP2014132307A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路長を可変とする光反射手段を変位させる影響で走査光学系が大型化したり、印字位置精度が劣化したりすることを抑制し、高精細な画像形成を行う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する。
【解決手段】光源から出射した光束を主走査断面で主走査方向に偏向走査する偏向手段と、光路長を可変とする光反射手段を備え、前記偏向手段で偏向走査された走査光束を集光し被走査面に前記光源の像を結像させる第１の結像光学系と、前記第１の結像光学系を介した光束を検知する光検知手段と、前記第１の結像光学系と前記光検知手段の間の光路に設けられる第２の結像光学系と、を有し、前記光検知手段が設けられる位置が、前記主走査断面で前記第２の結像光学系による前記光反射手段と光学的に共役な位置を含み該位置と前記第２の結像光学系との間である。
【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）などに好適なものである。

従来、レーザービームプリンタやデジタル複写機の画像形成装置に用いられている光走査装置は、光源手段から射出された光束を入射光学系により偏向手段としての光偏向器に導光している。そして、光偏向器により偏向走査された光束を結像光学系により被走査面である感光ドラム面上にスポット状に結像させ、該光束で感光ドラム面上を光走査している。

このような光走査装置においては、光源から射出した光束をコリメータレンズ等で略平行光に変換し、倒れ補正を行うために略平行光に変換された光束を、シリンドリカルレンズで偏向面近傍に線像を形成している。偏向器の偏向面で偏向された光束は、走査レンズで感光体ドラム面上を略等速走査し、スポットを形成する。

図８は従来の光走査装置の要部概略図である。図８において、９０１は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。９０２はコリメータレンズであり、半導体レーザー１から出射された発散光束を略平光束に変換している。９０３はシリンドリカルレンズであり、副走査方向のみに所定の屈折力を有しており、コリメータレンズ９０２を通過した光束を副走査断面内で偏向手段９０５の偏向面（偏向反射面）９０５ａにほぼ線像として結像させている。

９０４は絞り（スリット部材）であり、シリンドリカルレンズ９０３通過後の通過光束を制限している。なお、光源手段９０１、コリメータレンズ９０２、シリンドリカルレンズ９０３、絞り９０４の各要素は、入射光学系の一要素を構成している。偏向手段９０５は、複数の偏向面を有する光偏向器であり、例えば回転多面鏡よりなり、モーター等の不図示の駆動手段により回転している。

９０６はｆθレンズ群であり、主に主走査方向に屈力を有する第１レンズ群９０６ａと、主に副走査方向に屈折力を有する第２レンズ群９０６ｂより成っている。ｆθレンズ群９０６は、光偏向器９０５からの偏向光束を被走査面９０７にスポット像として形成する。そして、ｆθレンズ群９０６については、副走査断面内で偏向面９０５ａと被走査面９０７とを略共役関係に設定しており、面倒れ補正光学系として偏向面の倒れ（面倒れ）による結像位置ずれを低減している。

このような光走査装置において、偏向器と被走査面の間に不図示の折り返しミラーを配置し、光走査装置を小型化することが知られている。そして、その折り返しミラーを面法線方向に変位させ、走査線の傾きを調整させる技術が開示されている（特許文献１）。

また、光走査装置における書き出し位置検知光学系（ＢＤ光学系）の高精度化に関する技術も開示されている（特許文献２）。

特開２００９−１４９５３号公報 特開２００２−１３１６６４号公報

しかしながら、特許文献１の光走査装置では、折り返しミラーで被走査面の光学性能（走査線傾き）を調整し所望の性能を確保できるが、折り返しミラーを変位させた場合のＢＤ光学系の性能劣化に関しては開示されていない。また、特許文献２の光走査装置では、ＢＤ光学系の高精度化に関する開示はあるが、折り返しミラーを調整することとの関連においてＢＤ光学系の高精度化を図ることは開示されていない。

本件発明者は、被走査面へ向かう光束を折り返す折り返しミラーを面法線方向に変位させ光学性能を向上させる光走査装置において、折り返しミラーを変位させる影響で走査光学系が大型化したり、印字位置精度が劣化したりするという課題を見出した。

本発明の目的は、光路長を可変とする光反射手段を変位させる影響で走査光学系が大型化したり、印字位置精度が劣化したりすることを抑制し、高精細な画像形成を行う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は、光源から出射した光束を主走査断面で主走査方向に偏向走査する偏向手段と、光路長を可変とする光反射手段を備え、前記偏向手段で偏向走査された走査光束を集光し被走査面に前記光源の像を結像させる第１の結像光学系と、前記第１の結像光学系を介した光束を検知する光検知手段と、前記第１の結像光学系と前記光検知手段の間の光路に設けられる第２の結像光学系と、を有し、前記光検知手段が設けられる位置が、前記主走査断面で前記第２の結像光学系による前記光反射手段と光学的に共役な位置を含み該位置と前記第２の結像光学系との間であることを特徴とする。

また、上記光走査装置を用いた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、光路長を可変とする光反射手段を変位させる影響で走査光学系が大型化したり、印字位置精度が劣化したりすることを抑制し、高精細な画像形成を行う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提供できる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の主走査断面図、（ｂ）は折り返しミラーを用いた組立時の光路長補正を示す主走査断面における概念図、（ｃ）は書き出し検知のずれ抑制を示す主走査断面における概念図である。 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である。 第１の実施形態に係る光走査装置のＢＤ光学系を示す主走査断面図である。 第１の実施形態に係る光走査装置のレーザー発光タイミングに関し、（ａ）は画像領域が書き終わり側にシフトする方向に折り返しミラーが傾いて調整された場合、（ｂ)は折り返しミラーが傾いていない場合、（ｃ）は画像領域が書き始め側にシフトする方向に折り返しミラーが傾いて調整された場合を示す図である。 第１の実施形態に係る光走査装置の光源を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図である。 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模式図である。 従来の光走査装置の主走査断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明において、主走査方向とは回転多面鏡の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向（回転多面鏡で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）、副走査方向とは回転多面鏡の回転軸と平行な方向である。また、主走査断面とは主走査方向と結像光学系の光軸を含む平面、副走査断面とは結像光学系の光軸を含み主走査断面と垂直な断面である。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図７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模式図で、副走査方向の要部断面を示す。図７において、６０はカラー画像形成装置、７１、７２、７３、７４は後に詳述する光走査装置、１２１、１２２、１２３、１２４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７１、７２、７３、７４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が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４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、入力したコードデータがＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、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、光走査装置７１、７２、７３、７４に入力される。

そして、光走査装置７１、７２、７３、７４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１２１、１２２、１２３、１２４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６０では、光走査装置７１、７２、７３、７４により４ビームを走査するが、各々のビームがＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして、各々平行して設けられる感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４の各ドラム面上に、画像信号（画像情報）に対応した潜像に応じたトナー像が現像器３１、３２、３３、３４により各々形成される。

このように本実施形態では、各光走査装置および各現像器により、各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の静電潜像に応じたトナー像を各々対応する感光ドラム面上に高速印字している。その後、トナー像を被転写材である記録材に転写する転写器、更に転写されたトナー像を被転写材に定着する定着器により、記録材に多重転写された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、本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の主走査断面図、図２は副走査断面図である。図中、１は光源手段であり、複数の発光点（発光部）を有する半導体レーザー（マルチビーム光源）より成っている。

光源手段１は、複数の発光点のうち、少なくとも１つの発光点の第１の光学手段としてのコリメータレンズ３の光軸からの距離が、他の１つの発光点の同光軸からの距離と異なっている。ここで、コリメータレンズ３は、モールディングプロセスで作製されたガラス製の集光レンズである。本実施形態では、光源手段１は図５に示すように発光点が一次元状に配列して３２個の発光点から成る面発光レーザーで構成されている。これは、３２ビームレーザーを使用することにより高速化、高精細化が達成されるためである。

２は第１の絞りであり、副走査方向の通過光束の光束幅を制限してビーム形状を整形している。これは、第１の絞り２をコリメータレンズ３近傍に配置し、副走査方向の射出瞳位置をｆΘレンズ２０ｂ近傍に配置し、各ビームの主光線がｆΘレンズ２０ｂ近傍で副走査方向の同一位置を通過するようにするためである。コリメータレンズ３は、偏向手段１０側の面が回転対称な非円弧（非球面）になっており、後述する発光点間のスポット径差を低減するとともに、光源手段１から出射された発散光束を平行光束に変換している。

４は、ガラス製の凸球面レンズであり、非走査面でのスポット径を調整ためのレンズである。５は、シリンドリカルレンズであり、副走査断面内（副走査方向）にのみパワーを有している。シリンドリカルレンズ５は、コリメータレンズ３、球面レンズ４を通過した光束を副走査断面内で集光（収束）させ、光偏向器１０の偏向面（反射面）１０ａに光源手段１の発光点の像を線像として結像させている。６は第２の絞りであり、主走査方向の通過光束の光束幅を制限してビーム形状を整形している。本実施形態における第２の絞り６は、コリメータレンズ３の光偏向器１０側に配置されている。

７は、主走査方向にくさび形状を有するウェッジプリズムであり、第２の絞り６とプリズム７の入射面が一致するように配置されている。プリズム７の入射面と出射面は、主走査方向に５°の角度を有している。これは、出射面からの反射光がＡＰＣセンサー９に入射しないようにするためである。８は結像レンズであり、プリズム７の入射面で反射した光束を光量検知センサーであるＡＰＣセンサー９に集光するためのレンズである。

光量検知センサーであるＡＰＣセンサー９は、面発光レーザー１の各ビームが所望の光量で発光させるために設けられる。面発光レーザーは端面発光型のレーザーと異なり、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサーを素子内に配置できないので、レーザーの外部にＡＰＣセンサー９を有している。

なお、コリメータレンズ３とシリンドリカルレンズ５を１つの光学素子より構成しても良い。第１の絞り２、コリメータレンズ３、球面レンズ４、シリンドリカルレンズ５、そして第２の絞り６の各要素は、入射光学系ＬＡの一要素を構成し、プリズム７、結像レンズ８、光量検知センサー９は、ＡＰＣ光学系の一要素を構成している。

コリメータレンズ３は、上述したように光偏向器１０側の面が回転対称な非円弧（非球面）になっており、レンズ光軸から周辺部に向かい凸のパワーが弱くなる非球面が付加された非球面形状を有している。これによって、複数の発光点からの光束の被走査面または偏向面での集光位置（ピント位置）を略同一にして、被走査面での複数光束のスポット径を略同一にすることができる。

また、光偏向器１０近傍に配置されている第２の絞り６は、主走査方向の光束幅を制限するとともに、偏向面上での各発光点からの光束の主光線を近接させることができるので、マルチビーム時に発生する縦線ゆらぎを低減できる。

光偏向器１０は、５面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っており、モーターの駆動手段（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。

２０は集光機能とｆθ特性とを有するｆΘレンズ系であり、第１、第２の結像レンズであるｆΘレンズ２０ａ、２０ｂを含む（本実施形態ではこの２枚のレンズより成る）。ｆΘレンズ系２０は、後述する折り返しミラー１１、１２と共に、第１の結像光学系を構成する。第１の結像レンズ２０ａはガラス製のレンズ（平凸球面レンズ）で形成される一方、第２の結像レンズ２０ｂは樹脂製のレンズ（主走査面内で非球面形状のアナモフィックレンズ）より形成されている。

結像光学系２０は、光偏向器１０によって反射偏向された画像情報に基づく光束を集光（収束）させ、被走査面としての感光ドラム面３０上に光源手段１の発光点の像を結像させている。また、この結像光学系２０は、副走査断面内において光偏向器１０の反射面１０ａと感光ドラム面７との間を共役関係にすることにより、面倒れ補正を行う。

本実施形態のｆΘレンズ２０ｂの出射面は副走査断面の形状が非円弧であり、その非円弧量をｆΘレンズ２０ｂの長手方向に変化させることにより、副走査方向の波面収差量を変化させ、副走査方向の波動光学的な像面湾曲を低減させている。また、ｆΘレンズ群２０の副走査方向の近軸像面湾曲を適切に発生させることにより、面倒れが発生した場合の被走査面における副走査スポット位置ずれを低減させ、ピッチムラを低減している。なお、３０は被走査面としての感光ドラム面である。

本実施形態において、画像情報に応じて光源手段１から光変調され出射した複数（本実施形態では３２本もしくは８本）の光束は第１の絞り２により副走査方向の光束幅が制限される。そして、コリメータレンズ３と球面レンズ４により平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ５に入射する。シリンドリカルレンズ５に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射して、第２の絞り６により主走査方向の光束幅が制限される。また副走査断面内においては、収束して第２の絞り６を通過し（主走査方向の光束幅が制限される）、光偏向器１０の偏向面１０ａ近傍に線像（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１０の偏向面１０ａで反射偏向された複数の光束は、各々主に主走査方向に凸のパワーを有する結像光学系２０ａに入射し、感光ドラム面３０上にスポット状に結像する。つまり、結像光学系は、偏向面を介した光束を用いて、被走査面である感光ドラム面上にスポット状の光（ビーム）を照射する（光源の像を結ぶ）。光偏向器１０を矢印Ａ方向に回転させることによって、感光ドラム面３０上を矢印３０ａ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより，記録媒体である感光ドラム面上に複数の走査線を同時に形成し、画像記録を行っている。本実施形態の走査光学系の設計パラメータを表１に示す。

本実施形態において、ｆΘレンズ２０ｂの形状は、それぞれ結像レンズと光軸との交点をを原点とする。そして、図１に示すように光軸に対して走査開始側と走査終了側で、光軸をＸ軸、主走査面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査面内で光軸と直交する方向をＺ軸とすると、以下の関数で表せる。

但し、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ１０は非球面係数である。本実施形態では主走査方向の形状を光軸に対し、対称に構成している、つまり走査開始側と走査終了側の非球面係数を一致させている。

またｆΘレンズ２０ｂは、入射面が副走査断面形状が円弧形状であり、出射面は副走査方向断面形状がＺの４次項を有する非円弧形状である。出射面は、非円弧量が長手方向に変化している。さらに、ｆΘレンズ２０ｂの副走査方向の形状は、光軸に対して走査開始側と走査終了側で入射面の副走査断面（光軸を含み主走査面と直交する面）内の曲率１／ｒと、４次の非球面係数をＹの関数とし、レンズの有効部内において連続的に変化させている。

副走査方向の形状は、走査開始側と走査終了側で光軸をＸ軸、主走査面内において光軸と直交する方向をＹ軸、副走査面内で光軸と直交する方向をＺ軸とし、ｒ３、ｒ４面の副走査方向関数は以下の連続関数で表せる。

（ｒ’は副走査方向曲率半径、Ｄｊは曲率変化係数、Ｍｉは子線非球面係数）
Ｙのプラス側とマイナス側で係数が異なる場合は、サフィックスｓは走査開始側、ｅは走査終了側を表している。また、副走査方向の曲率半径とは主走査方向の形状（母線）に直交する断面内における曲率半径である。

（組立時の光路長補正）
図１（ａ）で、レーザの製造上のばらつきのためレーザ波長が変化する場合、光偏向器１０の偏向面と被走査面３０の副走査方向の共役関係がずれ、偏向面の倒れ（面倒れ）によって副走査方向の照射位置が変化する（これによりピッチむらが発生する）。具体的には、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を光源として用いる光走査装置において、レーザー製造工程において、材料であるウエハーの膜厚がばらつくことにより、発振波長のばらつきが生じる。素子作製時には同一ウエハー内の膜厚ばらつきは小さく抑えることができるため、同一レーザー素子の複数ビーム間の発振波長ばらつきは１．５ｎｍ程度と小さい。

しかし、異なるウエハーから作製されたレーザー素子間の発振波長ばらつきは、５〜１０ｎｍ程度発生することが知られている。従って、波長変化で発生するピッチムラを低減させる必要がある。

また面倒れによるピッチむらの劣化が、ｆΘレンズ２０や折り返しミラー１１、１２が、光学箱に取り付けられる際に傾いて取りつけられる等、光学素子の配置誤差によっても生じる。

このように組立時において、波長によるピッチむらと、光学素子の配置誤差によるピッチむらの両方を低減させる必要が生ずる。なお、波長変化で発生するピッチムラを低減させるためには、走査光学系の副走査方向の軸上色収差を低減させればよいが、このためには、ガラスレンズを複数枚用いたり、回折光学素子を使用したりする必要があり、コストアップを招いてしまう。

本実施形態では、光走査装置組み立て時の波長ばらつきにより発生する偏向面１０ａと被走査面３０の副走査方向の共役関係のずれ量（共役点位置ずれ）を測定し、偏向面と被走査面の光路長を変化させる。このとき、光学素子の配置誤差によるピッチむらを考慮して、図２に示すように光路長を可変とする光反射手段としての折り返しミラー１２を反射面の法線方向（１２ａの方向）に書き始め側と書き終わり側で独立に１２ａの方向に変位させる。すると、図１（ｂ）に示すように調整後の折り返しミラー１２’は主走査断面で傾いた状態となる。

折り返しミラー１２’が主走査断面で傾くと、後に図３を用いて詳述するが、折り返しミラー１２’の反射面の法線ベクトルが主走査断面で回転するため、書き出し検知光が主走査断面で折り返しミラー１２’の反射面位置にて回転変位する。なお、この回転変位の方向は、画像領域の走査光、書き終わりも検知する場合の書き終わり検知光についても同様である。

このように、一般的にはＢＤセンサ面で書き出し検知光が主走査方向にずれてしまうところ、本実施形態では、このような書き出し検知のずれを抑制するために、図１（ｃ）に示すような光学配置を採用する。即ち、折り返しミラー１２’のＢＤレンズ２１による共役位置２３を含み、ＢＤレンズ２１に近づく側の許容範囲内に書き出し検知用のＢＤセンサ２２を設定する。

ＢＤセンサ２２をＢＤレンズ２１に近づく側に設定する理由は、ＢＤセンサ２２が被走査面（感光体ドラム面）３０の等価位置から余りずれるとボケにより書き出し検知精度が劣化するところ、該等価位置が共役位置２３よりＢＤレンズ２１側にあるためである。

このような被走査面３０の等価位置（ｆΘレンズ２０およびＢＤレンズ２１による光偏向器１０で偏向された走査光束である平行光束の結像位置）が、折り返しミラー１２’の共役位置２３よりもＢＤレンズ２１側の位置となることに関しては、後に詳述する。

（ＢＤ光学系）
図３に、本実施形態におけるＢＤ光学系の主走査断面図を示す。光偏向器１０で偏向された走査光束は、ｆΘレンズ２０ａ、２０ｂを通過し、折り返しミラー１１および１２’で反射される。折り返しミラー１２’で反射された光束は、ＢＤレンズ２１を通過しＢＤセンサ２２に向かう。ＢＤセンサ２２を走査光束が横切るタイミングで、ＢＤ信号（書き出しタイミング信号）が生成される。

本実施形態のＢＤセンサ２２の端部は、ナイフエッジになっており、書き出しタイミングを安定化させている。本実施形態では、このようにＢＤセンサから得られるＢＤ信号（ＢＤセンサに入射する光束を検出したタイミングを示す信号）を用いて、走査光束で被走査面（ドラム面）を走査し始める書き出しタイミングを調整している。本実施形態では複数の発光点を持つ光源を用いているため、それらの複数の発光点間の書き出しタイミングを調整する。なお、ＢＤ検知位置にスリットを配置して、スリットの下流にＰＤセンサーを配置しても同様の効果を得ることができる。

図３において、折り返しミラー１２の調整前のＢＤ光束Ｒａと、折り返しミラー１２の調整後の折り返しミラー１２’で反射するＢＤ光束Ｒｂを示す。ＢＤ光束ＲｂがＢＤ光束Ｒａに対して主走査断面（図３の紙面内）で回転するのは、折り返しミラー１２’の反射面の法線ベクトルが主走査断面で回転するためである。

折り返しミラー１２の調整前のＢＤ光束ＲａがＢＤセンサ２２により検知されるタイミングでは、図３に示すように折り返しミラー１２の調整後のＢＤ光束ＲｂはＢＤセンサ２２の検知位置を既に過ぎてしまっている。換言すれば、折り返しミラー１２の調整後のＢＤ光束ＲｂがＢＤセンサ２２の検知位置で検知されるのは手前のタイミングであり、この手前のタイミングでは走査光束は図３のｆΘレンズ２０ａ、２０ｂを図３の通過位置より端部側（図の下側）を通過する。しかし、これではｆΘレンズ２０ａ、２０ｂ、更には光偏向器１０を大型化するといった不都合が生じてしまうこととなる。

そこで、本実施形態では、折り返しミラー１２を調整した場合のＢＤ検知位置の光束ずれΔαを低減するように、ＢＤ検知系の光学配置を設定している。即ち、折り返しミラー１２’のＢＤレンズ２１による共役位置２３を含み、折り返しミラー１２’側の許容範囲内に書き出し検知用のＢＤセンサ２２を設定する。

本実施形態では、折り返しミラー１２を調整した場合のＢＤ検知位置の光束ずれΔαを低減するように、具体的には、以下の条件式（1）、更に好ましくは条件式（１ａ）を満足するようにする。

但し、
Ｌａ：第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）の後側主平面もしくは出射面から、ｆΘレンズ２０より遠ざかる方向（光偏向器から被走査面に向う方向）をプラス方向として、第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）による前記光反射手段の共役位置までの距離
Ｌｂ：第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）の後側主平面もしくは出射面から、ｆΘレンズ２０より遠ざかる方向（光偏向器から被走査面に向う方向）をプラス方向として、光検知手段までの距離
ｆ_ＢＤ：第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）の主走査方向の焦点距離
条件式の上限を超えると、ｆΘレンズ２０ａ、２０ｂ、更には光偏向器１０を大型化することとなり好ましくない。

本実施形態では、上記条件式の右辺＝６×ｆ_ＢＤとしたが、望ましくは３×ｆ_ＢＤ、更に望ましくは２×ｆ_ＢＤにすると、ｆΘレンズ２０や光偏向器１０が小型化でき、光走査装置をコンパクトに構成できる。

なお、光偏向器１０で偏向された主走査方向の平行光束は、ｆΘレンズ２０およびＢＤレンズ２１の合成パワーによって、図１（ｃ）に示すように、被走査面（感光体ドラム面）３０の等価位置（図１（ｃ）の位置２３よりＢＤレンズ２１に近づく側）に結像される。このように被走査面（感光体ドラム面）３０の等価位置が、折り返しミラー１２’のＢＤレンズ２１による共役位置２３よりＢＤレンズ２１に近づく側にあるのは、以下の式より理解される。

−１／Ｌｃ＋１／Ｌａ＝１／ｆ_ＢＤ
−１／Ｌ＋１／Ｌｏ＝１／ｆ_ＢＤ
但し
Ｌｃ：第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）の後側主平面もしくは出射面から、ｆΘレンズ２０より遠ざかる方向（光偏向器から被走査面に向う方向）をプラス方向として、折り返しミラー１２’までの距離
Ｌ：第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）の後側主平面もしくは出射面から、ｆΘレンズ２０より遠ざかる方向（光偏向器から被走査面に向う方向）をプラス方向として、偏向器１０で偏向された平行光束がｆΘレンズ２０のみにより結像される位置までの距離
Ｌｏ：第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）の後側主平面もしくは出射面から、ｆΘレンズ２０より遠ざかる方向をプラス方向として、偏向器１０で偏向された平行光束がｆΘレンズ２０およびＢＤレンズ２１により結像される位置までの距離
上記式より、１／Ｌａ＜１／ｆ_ＢＤ＜１／Ｌｏの大小関係が導かれ、Ｌｏ＜Ｌａとなることが理解される。

本実施形態では、ＢＤレンズ２１は、主走査方向にのみパワーを有するガラス製のシリンドリカルレンズで構成され、ＢＤ検知位置で副走査方向に光束を広げる（ぼかす）ことによって、ＢＤセンサー上の汚れやごみによる検知エラーを低減している。

本実施形態では、具体的数値として以下の値に設定した。

Ｌａ＝１１１．６ｍｍ
Ｌｂ＝２６．６ｍｍ
ｆ_ＢＤ＝５２．６ｍｍ
ここで、より好ましくは、上述した条件式に加え、以下の条件式（２）、更に好ましくは条件式（２ａ）を満足するようにする。

但し、Ｌｃは、第２の結像光学系（ＢＤレンズ２１）の後側主平面もしくは出射面から、ｆΘレンズ２０より遠ざかる方向をプラス方向として、折り返しミラー１２’までの距離である。

本実施形態では、具体的数値として、Ｌｃ＝−９９．５７ｍｍに設定し、以下に示すように上述した条件式を満足している。

（ＢＤ信号と画像信号のタイミングチャート）
図４に本実施形態のＢＤ信号と画像信号のタイミングチャートを示す。図４（ｂ）は折り返しミラー１２が傾いていない状態（設計称呼状態）を示し、図４（ａ）、図４（ｃ）に折り返しミラー１２が傾いた状態を示す。図４（ａ）は、画像領域が書き終わり側にシフトする方向に折り返しミラー１２が調整された場合（図１（ｂ）に示す折り返しミラー１２’の傾きとなる場合）の発光タイミングチャートを示す。また、図４（ｃ）は、書き始め側に画像領域がシフトする方向に折り返しミラー１２が調整された場合（図１（ｂ）に示す折り返しミラー１２’とは左右逆の傾きとなる場合）を示す。

図４（ｂ）に示すように、光走査装置は、ＢＤ検知位置の少し前にレーザーがＯＮ状態になり、ＢＤ検知位置に走査光束が到達した瞬間にＬＤ出力がＯＦＦになる。そして走査光が画像書き出し位置に到達した瞬間にレーザーがＯＮになり、画像信号に応じて各レーザーがＯＮ，ＯＦＦを繰り返し画像終了端でレーザーはＯＦＦになる。

ここで、折り返しミラー１２ａが前述した調整により画像が書き終わり側にシフトするように傾いて固定された場合は、ＢＤ光束が図３のＲａの状態（折り返しミラーが傾いていない状態）からＲｂの状態（折り返しミラーが傾いた状態）となる。この場合、図４（ａ）のタイミングチャートに示すように、ＢＤ信号と画像開始位置までの相対時間（距離）が長くなる。

即ち、図３の光束Ｒａに対して、ｆΘレンズ２０ａ及び、２０ｂの外側（光軸から遠ざかる位置）を通過する光束がＢＤセンサ２２を通過する光束になるため、ｆΘレンズ２０ａ、２０ｂを大きく（長く）する必要がある。また、光偏向器１０の偏向面を大きくする必要がある。

本実施形態では、上記課題を解決するために、折り返しミラー１２を調整し、画像領域がシフトしても、ＢＤセンサ２２上で光束が動きにくい構成（Δα≒０）にするために、ＢＤレンズ２１の配置と主走査方向のパワーを最適化している。

なお、本実施形態では、光偏向器１０で光束がけられない最も走査後方側にビーム（発光点１ｂ）からの光束のみでＢＤ検知を行っているが、その他のビームでＢＤ検知しても同様の効果が得られる。

（ビームピッチ間隔変化への対応）
ビームピッチ間隔（図５のＬＤ１とＬＤ３２の被走査面の間隔）の変化は、環境変動（昇温）により生じ、画像を劣化させる。具体的には、ビームピッチ間隔変化は、ｆΘレンズの主走査方向のピント位置がずれることにより発生する。本実施形態では、ｆΘレンズ２０ｂが樹脂製のレンズのため、昇温により屈折率が変化し、被走査面で主走査方向のピント変化が生じる。特に、主走査方向に間隔が広い多ビーム光源を用いる場合、主走査のピント変化によるビームピッチ間隔ずれが大きい。

本実施形態の主走査方向のピントが１ｍｍずれた場合のビームピッチ間隔変化は、以下の通りとなる。即ち、主走査絞りから偏向面までの距離Ｌ＝２５ｍｍ、発光点の主走査間隔Ｗ＝０．３５ｍｍ、ｆΘ光学系の主走査焦点距離ｆ_ｆΘ＝２５０．０ｍｍ、入射光学系の主走査焦点距離ｆ_ｃｏｌ＝７５ｍｍであり、以下の値となる。

一般的に２４００ｄｐｉの解像度の画像形成装置は、ピント変化１ｍｍで１／１０画素、つまり１μｍ以下の誤差に抑える必要がある。従って、より好ましい形態としては、昇温で主走査方向のピントが変化した場合の被走査面上のピッチ間隔ずれを測定するために、被走査面３０と等価な位置にＢＤセンサ２２を配置する。ＢＤセンサ２２でビームピッチ間隔を検知し、ビームピッチ間隔ずれをキャンセルさせるように各ビームの発光タイミングを変化させることができる。

なお、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、書き始め側と書き終わり側にＢＤセンサ２２、２２’を配置しているので、書き出し側と書き終わりのビームピッチずれを測定して補正している。両側に配置することにより、波長変化による倍率色収差で発生するビームピッチずれも補正できるというメリットを有する。また、装置内の温度ムラにより、書き出し側と書き終わり側で非対称に昇温した場合に発生するビームピッチずれも低減できる。

本実施形態では、ｆΘレンズ２０を２枚の結像光学素子で構成しているが、これに限らず、１枚もしくは３枚以上で構成しても上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。以上のように、折り返しミラー調整を行って副走査方向の印字位置精度を向上させつつ、主走査方向の印字位置精度も向上でき、高精細な画像形成を行うことができる小型で低価格な光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供できる。

《第２の実施形態》
図６は、本発明の第２の実施形態における光走査装置の副走査断面図である。同図において図１（ａ）に示した要素と同一要素には同符番を付している。本実施形態において第１の実施形態と異なる点は、折り返しミラー調整手段とＢＤレンズの主走査パワー配置である。その他の構成、及び光学的作用は、第１の実施形態と同様であり、これにより同様な効果を得ている。

本実施形態の折り返しミラー調整手段は、図６に示すように複数の光反射手段である折り返しミラー１１と１２を連結部材１３で連結させ、三角形１４、１５、１６の底辺１４，１５の垂直２等分線方向１３ａに一体的に変位させている。本実施形態において、折り返しミラー１１と１２を連結させて、垂直二等分線方向に一体的に変位させることにより、ミラー調整によって被走査面上の照射位置変化が発生しないようにしている。

折り返しミラー調整で照射位置ずれが発生すると、装置内の他の部品で光線が蹴られるという問題や、他の照射位置調整手段を有する必要があるという問題が発生し、装置の大型化やコストアップになるのでよくない。

また、本実施形態も第１の実施形態と同様に、書き出し側と書き終わり側で独立に１３ａ方向に調整可能としている。これは、ｆΘレンズ２０による副走査方向の共役点位置調整を高精度化し、面倒れにより発生するピッチムラをより高精度に抑制するためである。

本実施形態のＢＤ光学系は、ミラー１１とミラー１２の中点との主走査方向の共役位置（第１の実施形態における共役位置２３に相当）を含み、ＢＤレンズ２１に近づく側の許容範囲内に書き出し検知用のＢＤセンサ２２を設定する。具体的には、第１の実施形態で述べた条件式を満足するように構成されている。本実施形態では、以下の具体的数値を設定した。

Ｌａ＝１１１．６ｍｍ
Ｌｂ＝２６．６ｍｍ
ｆ_ＢＤ＝３０．０ｍｍ
Ｌｃ＝−１２１．９８ｍｍ
本実施形態では、上述した条件式の右辺＝６×ｆ_ＢＤとしたが、望ましくは、３×ｆ_ＢＤ、更に望ましくは２×ｆ_ＢＤにすると、ｆΘレンズや光偏向器が小型化でき、光走査装置をコンパクトに構成できる。また２枚の折り返しミラーの中点との共役位置が条件式を満足するように構成したが、ミラー１１およびミラー１２との共役位置も条件式を満足するように構成している。

以上のように、２枚の折り返しミラーを同時に調整して、照射位置変動を発生させずに、副走査方向の印字位置精度を向上させつつ、主走査方向の印字位置精度も向上可能な小型で低価格な光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供できる。

《第３の実施形態》
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、ＢＤ光学系の構成である。その他の構成、作用は、第２の実施形態と同様である。本実施形態のＢＤ光学系は、ＢＤレンズの主走査焦点距離を短くし、ＢＤ光学系の光路を短くしている。これにより、装置を小型化できるというメリットを有する。

本実施形態のＢＤ光学系は、第２の実施形態と同様、ミラー１１とミラー１２の中点との主走査方向の共役位置が、ＢＤセンサ近傍に配置されるようにＢＤ光学系を配置している。

具体的には、第１の実施形態で述べた条件式を満足するように構成されている。本実施形態では、以下の具体的数値を設定した。

Ｌａ＝１１９．６ｍｍ
Ｌｂ＝１２．９ｍｍ
ｆ_ＢＤ＝２０．２３ｍｍ
Ｌｃ＝−１１６．３６ｍｍ
本実施形態では、上述した条件式の右辺＝６×ｆ_ＢＤとしたが、望ましくは、３×ｆ_ＢＤ、更に望ましくは２×ｆ_ＢＤにすると、ｆΘレンズや光偏向器が小型化でき、光走査装置をコンパクトに構成できる。また２枚の折り返しミラーの中点との共役位置が条件式を満足するように構成したが、ミラー１１およびミラー１２との共役位置も条件式を満足するように構成している。

以上のように、コンパクトなＢＤ光学系を用いて、副走査方向の印字位置精度を向上させつつ、主走査方向の印字位置精度も向上可能な小型で低価格な光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供できる。

以上、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。

（変形例１）
上述した実施形態では、ＢＤセンサ２２を被走査面３０の等価位置より前方側（ＢＤレンズ２１側）に設定したが、本発明はこれに限らず、ＢＤセンサ２２を被走査面３０の等価位置、あるいは該等価位置より後方側に設定しても良い。この場合、主走査断面でＢＤレンズ２１による折り返しミラーと光学的に共役な位置を含み該位置からＢＤレンズ２１へ近づく側の許容範囲としては、被走査面３０の等価位置までの範囲となる。

ＢＤセンサ２２を被走査面３０の等価位置より後方側に設定する場合、例えばＢＤセンサ２２を被走査面３０の等価位置とＢＤレンズ２１による折り返しミラーと光学的に共役な位置との中間位置に設定することができる。このように該中間位置にＢＤセンサ２２を設定する場合、ＢＤレンズ２１による折り返しミラーと光学的に共役な位置から余りずれないこと、かつ被走査面３０の等価位置から余りずれないことという条件を両方満足することは言うまでもない。

１・・光源手段、１０・・光偏向器、１２・・折り返しミラー、２０・・ｆΘレンズ、２１・・ＢＤレンズ、２２・・ＢＤセンサ

Claims (11)

1. 光源から出射した光束を主走査断面で主走査方向に偏向走査する偏向手段と、光路長を可変とする光反射手段を備え、前記偏向手段で偏向走査された走査光束を集光し被走査面に前記光源の像を結像させる第１の結像光学系と、
   前記第１の結像光学系を介した光束を検知する光検知手段と、
   前記第１の結像光学系と前記光検知手段の間の光路に設けられる第２の結像光学系と、
   を有し、
   前記光検知手段が設けられる位置が、前記主走査断面で前記第２の結像光学系による前記光反射手段と光学的に共役な位置を含み該位置と前記第２の結像光学系との間であることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第２の結像光学系および前記光検知手段は、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   但し、
   Ｌａ：前記第２の結像光学系の後側主平面もしくは出射面から、前記第１の結像光学系より遠ざかる方向をプラス方向として、前記第２の結像光学系による前記光反射手段の共役位置までの距離
   Ｌｂ：前記第２の結像光学系の後側主平面もしくは出射面から、前記第１の結像光学系より遠ざかる方向をプラス方向として、前記光検知手段までの距離
   ｆ_ＢＤ：前記第２の結像光学系の主走査方向の焦点距離
3. 前記第２の結像光学系の後側主平面もしくは出射面から、前記第１の結像光学系より遠ざかる方向をプラス方向として、前記光反射手段までの距離をＬｃとすると、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
   
4. 前記光検知手段が設けられる位置が、前記主走査断面で前記第２の結像光学系による前記光反射手段と光学的に共役な位置と、前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系による前記偏向手段による偏向された光束が結像される位置と、の中間位置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. 前記光反射手段は、前記走査光束の開始側と終了側で独立に光路長が可変であって、前記光検知手段および前記第２の結像光学系を走査開始側、走査終了側の夫々に設け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. 前記第１の結像光学系は樹脂製のレンズを含む一方、前記第２の結像光学系はガラス製のシリンドリカルレンズで構成され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１の結像光学系は、光路を折り曲げるために前記光反射手段を含む複数の光反射手段を有す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. 前記複数の光反射手段は一体的に変位して前記光路長を可変とすることを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記光検知手段が設けられる位置が、前記主走査方向において前記第２の結像光学系による前記複数の光反射手段の中点と光学的に共役な位置と前記第２の結像光学系との間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. 請求項１乃至９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、前記走査光束によって前記感光体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、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１乃至９のいずれか１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備えたことを特徴とする画像形成装置。