JP2023012296A - 光走査装置及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 諸収差の良好な補正と高い光利用効率の確保を両立することができる光走査装置及びそれを備える画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 光走査装置１００は、複数の発光点を有する光源１と、光源１からの複数の光束を偏向して被走査面７を主走査方向に走査する偏向器１０と、光源１からの複数の光束を偏向器１０の偏向面１０ａに導光する第１の光学系２０と、偏向器１０からの複数の光束を被走査面７に導光する第２の光学系３０とを備え、主走査断面において、偏向面１０ａにおける複数の光束の夫々の幅は偏向面１０ａの幅よりも小さく、副走査断面における第１の光学系２０の光源側のＦ値は、主走査断面における第１の光学系２０の光源側のＦ値よりも小さい。
【選択図】 図１

Description

本発明は光走査装置に関し、例えば、レーザビームプリンタ（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）等の画像形成装置に好適なものである。

画像形成装置に用いられる光走査装置として、偏向面の幅よりも小さい幅の光束を偏向面に入射させる入射光学系を有するアンダーフィルド型の光走査装置（ＵＦＳ：Ｕｎｄｅｒ Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｃａｎｎｅｒ）が知られている。アンダーフィルド型の光走査装置には、光学系の設計の自由度が高くかつ製造誤差による光学性能の変化が小さいという利点がある。また、複数の光束（マルチビーム）により共通の被走査面を走査することで、画像形成の高速化や高解像度化を図ったマルチビーム光走査装置が知られている。特許文献１には、アンダーフィルド型の光走査装置においてマルチビーム光源を使用した構成が記載されている。

特開２００９－１４９５３号公報

ここで、光走査装置の入射光学系においては、諸収差の良好な補正と高い光利用効率の確保を両立することが求められている。しかしながら、特許文献１にはそれらを両立するための入射光学系の構成について記載されていない。

本発明は、諸収差の良好な補正と高い光利用効率の確保を両立することができる光走査装置及びそれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、複数の発光点を有する光源と、該光源からの複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、前記光源からの前記複数の光束を前記偏向器の偏向面に導光する第１の光学系と、前記偏向器からの前記複数の光束を前記被走査面に導光する第２の光学系とを備え、主走査断面において、前記偏向面における前記複数の光束の夫々の幅は前記偏向面の幅よりも小さく、副走査断面における前記第１の光学系の光源側のＦ値は、主走査断面における前記第１の光学系の光源側のＦ値よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、諸収差の良好な補正と高い光利用効率の確保を両立することができる光走査装置及びそれを備える画像形成装置を提供することが可能になる。

本発明の実施例１に係る光走査装置の主走査断面図 実施例１に係る光走査装置の光源周辺の拡大図 実施例１に係る光走査装置の副走査断面図 実施例１に係る光源から出射する光束の強度分布を示す模式図 実施例１に係る光源から出射する光束のＦＦＰを示す図 本発明の実施例２に係る光走査装置の主走査断面図 実施例２に係る光源から出射する光束のＦＦＰを示す図 本発明の実施例３に係る光走査装置の主走査断面図（光路展開図） 実施例３に係る光走査装置の副走査断面図 本発明の実施形態に係る画像形成装置の模式図

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸（又は揺動軸）と光学系の光軸とに垂直な方向であり、副走査方向とは、偏向器の回転軸に平行な方向である。また、主走査断面とは、光学系の光軸を含み主走査方向に平行な断面（副走査方向に垂直な断面）であり、副走査断面とは、副走査方向に平行な断面（主走査方向に垂直な断面）である。すなわち、主走査方向及び副走査断面は、光学系毎に異なる場合がある。

［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係る光走査装置１００の主走査断面（ＸＹ断面）を示す要部概略図であり、図２は光走査装置１００における光源１の周辺の拡大図である。また、図３は光走査装置１００の光軸を含む副走査断面（ＺＸ断面）を示す要部概略図である。図１及び図３では、便宜的に代表する１本の光束の主光線とマージナル光線のみを示している。なお、ここでの主光線とは、後述する絞りの開口の中心を通る光線のことである。また、図１では、光束が被走査面７の有効領域における軸上像高を走査する様子と両側の最軸外像高を走査する様子とを同時に示している。

光走査装置１００は、光源１と、光源１からの複数の光束を偏向する偏向器１０と、光源１からの複数の光束を偏向器１０の偏向面１０ａに導光する第１の光学系２０と、偏向器１０からの複数の光束を被走査面７に導光する第２の光学系３０とを備えている。第２の光学系３０と被走査面７との間には、装置の内部に塵埃などの異物が侵入することを防ぐための透光部材（防塵ガラス）８が配置されている。

光走査装置１００は、偏向面１０ａの幅よりも小さい幅の光束を偏向面１０ａに入射させるアンダーフィルド型の光走査装置であり、かつ複数の光束により共通の被走査面７を同時に走査するマルチビーム光走査装置である。光走査装置１００によれば、画像形成装置に搭載された場合に、被走査面７としての感光面上に複数の走査線を同時に形成することができるため、画像形成の高速化と高解像度化が可能になる。

本実施例に係る光源１は、第１の発光点１ａ及び第２の発光点１ｂを有する半導体レーザ（マルチビームレーザ）である。図２に示すように、第１の発光点１ａ及び第２の発光点１ｂは主走査方向（ｙ方向）において互いに９０μｍ離間して配置されている。各発光点は互いに独立して変調可能に構成されており、不図示のレーザードライバによって夫々の発光強度や発光タイミングが制御される。光源１は、該光源１の製造時や光走査装置１００の組み立て時に生じる発光点同士の間隔の誤差を補正するために、第１の光学系２０の光軸に平行な軸を中心として回転可能であることが望ましい。なお、光源１における発光点の数は二つに限られるものではなく、三つ以上であってもよい。光源１として垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を採用してもよい。

本実施例に係る第１の光学系（入射光学系）２０は、光源側（入射側）から順に配置された第１の絞り２、第１の光学素子３、第２の光学素子４、及び第２の絞り５を有している。第１の絞り２は、副走査方向における光束幅を制限するための部材（副走査絞り）であり、開口又はスリットが設けられた遮光部材で構成されている。第１の絞り２を第１の光学素子３よりも光源側に配置することで、第１の光学素子３よりも被走査面側（出射側）に配置する場合と比較して第１の絞り２を第１の光学素子３に近づけることができる。これにより、副走査断面における第２の光学系３０の射出瞳の位置を後述する第２の結像素子６ｂに近づけることができ、被走査面７における光束同士の間隔や光学性能のばらつきを低減することが可能になる。

第１の光学素子３は、光束の収束度を変換するためのレンズ（コリメータレンズ）である。本実施例に係る第１の光学素子３は、光源１から出射した発散光束を主走査断面及び副走査断面において平行光束に変換する集光レンズである。ただし、ここでの平行光束とは、厳密な平行光束だけでなく、弱収束光束や弱発散光束などの略平行光束を含むものである。必要に応じて、第１の光学素子３を、光源１から出射した発散光束をより発散度の強い発散光束に変換するレンズとしたり、収束光束に変換するレンズとしたりしてもよい。

本実施例に係る第２の光学素子４は、副走査断面においてのみ屈折力（パワー）を有するレンズ（シリンドリカルレンズ）である。第２の光学素子４は、第１の光学素子３からの光束を副走査断面においてのみ集光することで、偏向器５の偏向面１０ａの上又はその近傍に主走査方向に長い線像を形成している。ただし、必要に応じて、第２の光学素子４を主走査断面においてもパワーを有するレンズとしてもよい。その場合、第２の光学素子４を、主走査断面と副走査断面とでパワーが異なるレンズ（アナモフィックレンズ）とすることが望ましい。

本実施例においては、第２の光学素子４を第１の光学素子３よりも被走査面側に配置することで、第１の光学素子３よりも光源側に配置する場合と比較して第１の光学素子３を光源１に近づけることができる。これにより、光走査装置１００の製造時において、第１の光学素子３と光源１との相対位置を調整して固定することが容易になる。よって、主走査断面及び副走査断面における光束の収束度（平行度）の誤差を低減することができる。ただし、装置全体の更なる小型化及び低コスト化のために、第１の光学素子３及び第２の光学素子４を一体化して一つの光学素子としてもよい。

また、本実施例に係る第２の光学素子４の被走査面側の光学面（出射面）は、ブレーズ型の回折格子を含む回折面である。第２の光学素子４に回折面を設けることで、温度変化などの環境変動に起因する光源１の発振波長の変化や各光学素子の屈折率の変化などによる焦線の位置ずれを低減させることができる。

ここで、第１の光学系２０に対応するローカル座標系としてｘｙｚ座標系を定める。ｘｙｚ座標系において、ｘ軸は第１の光学系２０の光軸（各光学面の頂点における法線方向の軸）に平行な軸、ｚ軸は偏向器１０の回転軸に平行な軸、ｙ軸はｘ軸及びｚ軸に直交する軸である。このとき、第２の光学素子４における回折格子は以下の光路差関数φ（ｙ，ｚ）で表される。ただし、ｘｙｚ座標系の原点を光学面の頂点とし、回折次数をｍ，基準波長をλ、主走査断面に関する位相係数をＥ_１～Ｅ_１０、副走査断面に関する位相係数をＦ_０～Ｆ_１０としている。

表１に、本実施例に係る第２の光学素子４の回折面に関する各数値を示す。「Ｅ±＊」は「×１０^±＊」を示している。

第２の絞り５は、主走査方向における光束幅を制限するための部材（主走査絞り）であり、第１の絞り２と同様に開口又はスリットが設けられた遮光部材で構成されている。本実施例においては、第２の絞り５を第１の光学素子３よりも被走査面側に配置することで、第１の光学素子３よりも光源側に配置する場合と比較して第２の絞り５を偏向器１０に近づけることができる。これにより、各発光点からの光束の被走査面７における主走査方向での集光位置のずれ（主走査ジッタ）を低減することができる。

なお、必要に応じて、第１の絞り２に主走査方向における光束幅を制限する機能を持たせたり、第２の絞り５に副走査方向における光束幅を制限する機能を持たせたりしてもよい。このとき、第１の絞り２及び第２の絞り５を一体化して一つの絞りとしてもよい。その場合、例えば矩形の開口が設けられた矩形絞りや楕円形状の開口が設けられた楕円絞り等を採用することができる。ただし、上述したように、主走査絞り及び副走査絞りの夫々を適切な位置に配置するためには、本実施例のように第１の絞り２及び第２の絞り５を別体とすることが望ましい。また、各絞りを複数の遮光部材で構成してもよい。例えば、二つの遮光部材を副走査方向に並べて第１の絞り２を構成したり、二つの遮光部材を主走査方向に並べて第２の絞り５を構成したりすることができる。

偏向器１０は、不図示の駆動部（モータ等）により図中の矢印Ａの方向に一定速度（等角速度）で回転させられ、偏向面１０ａにて第１の光学系２０からの光束を偏向している。これにより、偏向器１０は被走査面７における有効領域を主走査方向（矢印Ｂの方向）に走査することができる。本実施例に係る偏向器１０は四つの偏向面１０ａを有する回転多面鏡（ポリゴンミラー）であるが、偏向面１０ａの数はこれに限られるものではなく、三つあるいは五つ以上であってもよい。また、偏向器１０として、一つ又は二つの偏向面が揺動軸まわりに揺動する揺動ミラー（ガルバノミラー）を採用してもよい。

第２の光学系（結像光学系）３０は、偏向器１０にて偏向された光束を被走査面７に導光しつつ集光する機能とｆθ特性とを有しており、被走査面７の上又はその近傍に光源１の各発光点の像（スポット像）を形成している。このスポット像は、第２の光学系３０のｆθ特性によって被走査面７の上を等速で移動する。また、第２の光学系３０は、偏向面１０ａ又はその近傍と被走査面７又はその近傍とを副走査断面において共役関係にすることで、副走査断面において偏向面１０ａが傾いた際の被走査面７での走査位置ずれの低減（面倒れ補正）を行っている。

本実施例に係る第２の光学系３０は、光源側から順に配置された第１の結像素子（結像レンズ）６ａ及び第２の結像素子６ｂを有している。各結像素子は、樹脂材料で構成されたプラスティックレンズである。各結像素子を樹脂材料で構成することで、各結像素子を軽量化できるとともに、各結像素子の加工難易度を下げて設計自由度を向上させることが可能になる。ただし、各結像素子の材料は樹脂材料に限られず、必要に応じて各結像素子をガラス材料で構成することで耐環境性を向上させてもよい。

本実施例に係る各結像素子は、（トーリックレンズ）である。第１の結像素子６ａは、主走査断面では光軸上において正のパワーを有しており、副走査断面内では光軸上においてパワーを有していない。また、各結像素子は、主走査断面において非円弧形状である非球面を含んでいる。なお、各結像素子は、温度変化によるピント変動を補償するための回折面を含んでいてもよい。本実施例では第２の光学系３０を２枚の結像素子で構成しているが、必要に応じて１枚もしくは３枚以上の結像素子で構成してもよい。

本実施例に係る第１の結像素子６ａ及び第２の結像素子６ｂの各光学面（レンズ面）の主走査断面における形状（母線形状）は、以下の式で表される。ここでは、各光学面と光軸との交点を原点とし、光軸方向の軸をＸ軸、主走査断面においてＸ軸と直交する軸をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に直交する軸をＺ軸としている。また、ここでの光学面とは、各結像素子において結像に寄与する有効光束が通過する有効領域のことを指す。

Ｒは光軸上における主走査断面での曲率半径（母線曲率半径）であり、Ｋ，Ｂ_４，Ｂ_６，Ｂ_８，Ｂ_１０は主走査断面での非球面係数である。本実施例においては、光軸の両側（Ｙ方向におけるプラス側とマイナス側）で非球面係数Ｂ_４～Ｂ_１０の値を互いに等しくすることで、母線形状を光軸に対して主走査方向に対称な形状としている。ただし、光軸の両側で各非球面係数の値を互いに異ならせることで、母線形状を光軸に対して主走査方向に非対称な形状としてもよい。

また、主走査方向の各位置（各像高）における副走査断面での各光学面の形状（子線形状）は、以下の式で表される。

ｒ´は位置Ｙにおける副走査断面での曲率半径（子線曲率半径）、ｒは光軸上（Ｙ＝０）における子線曲率半径、Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｄ_８，Ｄ_１０は子線変化係数である。また、Ｍ_ｊｋは副走査断面での非球面係数である。例えば、Ｍ_ｊ１はＺの１次項であり、副走査断面での光学面の傾き（子線チルト）を示す。本実施例では、第２の結像素子６ｂの光学面の子線曲率半径を主走査方向において連続的に変化させている。なお、各光学面の子線形状は光軸に対して対称となっているが、必要に応じて非対称にしてもよい。また、本実施例では０、２、４、６、８、１０次の係数を用いて、主走査方向において子線チルト量を変化させている。

表２に、本実施例に係る結像素子の各光学面の形状データを示す。なお、表２おける各係数について、添え字ｌは各光学面の面頂点（光軸）に対して光源１と同じ側（Ｌｏｗｅｒ側、－Ｙ側）を示し、添字ｕは各光学面の面頂点に対して光源１とは反対側（Ｕｐｐｅｒ側、＋Ｙ側）を示している。添え字ｕ及びｌが付いていない係数は、Ｕｐｐｅｒ側とＬｏｗｅｒ側とで共通の係数である。

表３に、光走査装置１００に関する各数値を示す。表３における光学素子４の出射面の曲率半径は、回折格子が設けられるベース面の曲率半径を示しており、回折面であることを示すために「＊」を付している。表３における「基準光線の角度」は、第１の光学系２０の光軸上に配置された仮想発光点から出射して軸上像高に到達する軸上光束の主光線（基準光線）と、第２の光学系３０の光軸との成す角度を示している。なお、本実施例に係る各発光点は第１の光学系２０の光軸からずれて配置されているため、各発光点からの軸上光束の主光線と第２の光学系３０の光軸との成す角度は「基準光線の角度」とは異なる値となる。また、表３における距離データは各部材同士の光軸上における距離を示している。

図４は、本実施例の光源１における一つの発光点から出射する光束の強度分布を示す模式図である。図４では、発光点の位置における光束の分布を示すニアフィールドパターン（ＮＦＰ：Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を５０１としている。一般的な半導体レーザのＮＦＰの大きさは数μｍである。また、発光点から数ｃｍ離れた位置における光束の分布を示すファーフィールドパターン（ＦＦＰ：Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）での垂直方向拡がり角（θ⊥）を５０２、水平方向拡がり角（θ／／）を５０３としている。図４に示すように、光源１においては水平方向拡がり角よりも垂直方向拡がり角５０２の方が大きい。そして、本実施例に係る光源１は、垂直方向拡がり角の方向が副走査方向に対応し、水平方向拡がり角の方向が主走査方向に対応するように配置されている。

図５は、光源１からの光束の副走査断面及び主走査断面におけるＦＦＰを示す図である。図５において、横軸は光束の放射角度［ｄｅｇ．］を示し、縦軸は規格化された光束の強度を示している。また、副走査断面におけるＦＦＰ（ＦＦＰｓ）を破線の曲線で示し、主走査断面におけるＦＦＰ（ＦＦＰｍ）を実線の曲線で示している。ここで、垂直方向拡がり角及び水平方向拡がり角は、各々ＦＦＰｓ及びＦＦＰｍのピーク強度の１／２（強度０．５）における放射角度の幅に相当する。よって、本実施例では、垂直方向拡がり角５０２はθ⊥＝３０°（±１５°）、水平方向拡がり角５０３はθ／／＝１２°（±６°）である。

図５から明らかなように、同じ放射角度の範囲内における光束の強度の積分値は、主走査断面よりも副走査断面の方において大きくなる。すなわち、仮に主走査断面と副走査断面とで第１の光学系２０の光源側のＦ値を等しくした場合、第１の光学系２０が取り込める光束の光量は主走査断面よりも副走査断面の方において多くなる。よって、第１の光学系２０がより多くの光を取り込むためには、主走査断面における光源側のＦ値を小さくするよりも副走査断面における光源側のＦ値を小さくする方が効率的であるということがわかる。

上述したように、光走査装置１００は主走査方向において被走査面７を走査する構成であるため、被走査面７における光束の径（スポット径）は主走査方向では画像形成装置の印字性能に影響しない。すなわち、光量が同じであるならば主走査方向のスポット径よりも副走査方向のスポット径を大きくする方が好ましい。そこで本実施例では、副走査断面における第２の光学系３０の被走査面側のＦ値を、主走査断面における第２の光学系３０の被走査面側のＦ値よりも大きくしている。具体的には、副走査断面では第２の光学系３０の被走査面側のＦ値を６９とすることでスポット径を８５μｍとし、主走査断面では第２の光学系３０の被走査面側のＦ値を５７とすることでスポット径を７５μｍとしている。

ここで、第１の光学系２０及び第２の光学系３０を合わせた全系の横倍率は、第１の光学系２０の光源側のＦ値に対する第２の光学系３０の被走査面側のＦ値の比率である。よって、副走査方向でのスポット径が主走査方向でのスポット径よりも大きい構成において、主走査断面での第１の光学系２０の光源側のＦ値を小さくすると、全系の横倍率が主走査断面よりも副走査断面の方で大きくなりすぎてしまう。この場合、第１の光学素子３や各発光点の位置ずれにより生じる非点収差（アス）が増大し、被走査面７における主走査断面と副走査断面でのピントの変化量に大きな差が生じてしまうため好ましくない。

以上より、第１の光学系２０の光利用効率を向上させるためには、主走査断面よりも副走査断面における光源側のＦ値を小さくすべきであるということを発明者が見出した。そこで本実施例では、副走査断面における第１の光学系２０の光源側のＦ値を、主走査断面における第１の光学系２０の光源側のＦ値よりも小さくしている。言い換えると、副走査断面における第１の光学系２０の光源側のＦ値をＦｎｏｓ、主走査断面における第１の光学系２０の光源側のＦ値をＦｎｏｍとするとき、本実施例に係る第１の光学系２０は以下の条件式（１）を満たしている。
１．０＜Ｆｎｏｍ／Ｆｎｏｓ （１）

条件式（１）を満たすことで、上述したような非点収差の発生を抑制しつつ、第１の光学系２０の光利用効率を向上させることができる。本実施例では、主走査断面においては第１の光学素子３の焦点距離を３７．０ｍｍ、第２の絞り５の開口径を３．３１ｍｍとすることで、第１の光学系２０の光源側のＦ値をＦｎｏｍ＝１１．１としている。また、副走査断面においては第１の絞り２の開口径を２．９３ｍｍとすることで、第１の光学系２０の光源側のＦ値をＦｎｏｓ＝１０．２としている。すなわち、本実施例ではＦｎｏｍ／Ｆｎｏｓ＝１．０９である。

図５において、Ｆｎｏｓ＝１０．２に相当する放射角度を破線の直線で示し、Ｆｎｏｍ＝１１．１に相当する放射角度を破線の直線で示す。図５から明らかなように、Ｆｎｏｍに相当する放射角度の範囲よりもＦｎｏｓに相当する放射角度の範囲の方が広くなっている。すなわち、拡がり角がより大きい副走査断面における第１の光学系２０の光束の取り込み角が大きくなっており、効率的に光利用効率を向上できていることがわかる。

また、以下の条件式（１ａ）を満たすことが好ましい。条件式（１ａ）の上限を上回ると、主走査断面において第２の絞り５の開口の端部を通過する光束の光量が低下しすぎてしまうおそれがある。さらに、条件式（１ｂ）を満たすことがより好ましい。
１．０＜Ｆｎｏｍ／Ｆｎｏｓ＜２．５ （１ａ）
１．０＜Ｆｎｏｍ／Ｆｎｏｓ＜２．０ （１ｂ）

また、全系の主走査断面における横倍率をβｍ、全系の副走査断面における横倍率をβｓとするとき、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
０．５＜｜βｓ／βｍ｜＜２．０ （２）

条件式（２）を満たすことで、主走査断面及び副走査断面における横倍率の差を小さくし、第１の光学素子３や各発光点の位置ずれが生じた際に第１の光学素子３の非点収差が印字性能に与える影響を低減することができる。条件式（２）を満たさない場合、主走査断面に対して副走査断面における横倍率が大きくなりすぎてしまい、上述した非点収差が印字性能に与える影響の増大を抑制することが難しくなるため好ましくない。本実施例では、｜βｓ｜＝６．７６、｜βｍ｜＝５．１３、｜βｓ／βｍ｜＝１．３２である。

また、以下の条件式（２ａ）を満たすことが好ましく、条件式（２ｂ）を満たすことがより好ましい。特に、１．０＜｜βｓ／βｍ｜すなわち｜βｍ｜＜｜βｓ｜を満たすことにより、条件式（１）を満たすように第１の光学系２０の光源側のＦ値を設定することが容易になる。
０．８＜｜βｓ／βｍ｜＜１．８ （２ａ）
１．０＜｜βｓ／βｍ｜＜１．６ （２ｂ）

光源１が複数の発光点を有する場合、そのうち少なくとも一つは第１の光学系２０の光軸からずれて配置されることになる。そのため、光軸からずれて配置された発光点からの光束は、第１の光学素子３の軸外球面収差（ハロ）の影響で、光軸上に配置された仮想発光点からの光束とは異なる発散角に変換される。図２に示したように、本実施例においては第１の発光点１ａ及び第２の発光点１ｂを光軸に対して対称に配置しているため、各発光点からの光束の発散角には差が生じていない。しかし、製造誤差などにより少なくとも一方の発光点が設計位置（理想位置）からずれた場合、各発光点からの光束の発散角に差が生じてしまい、被走査面７における各光束の集光位置（ピント位置）がずれてしまう。

そこで、第１の光学素子３の主走査断面における焦点距離をｆｃｏｌ、第１の光学素子３から第２の絞り５までの光軸上における距離をＬとするとき、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
１．０＜Ｌ／ｆｃｏｌ＜３．０ （３）

条件式（３）を満たすことにより、第１の光学素子３の軸外球面収差が各光束の集光位置に与える影響を低減することができる。条件式（３）の上限を上回ると、第１の光学素子３から第２の絞り５までの距離が長くなりすぎてしまい、第１の光学系２０の光利用効率を高くすることが難しくなるため好ましくない。条件式（３）の下限を下回ると、第１の光学素子３の焦点距離が長くなりすぎてしまい、各光束の集光位置のずれを抑制することが難しくなるため好ましくない。本実施例では、Ｌ＝７４．２ｍｍ、ｆｃｏｌ＝３７．０ｍｍ、Ｌ／ｆｃｏｌ＝２．０である。さらに、以下の条件式（３ａ）、（３ｂ）を順に満たすことがより好ましい。
１．２＜Ｌ／ｆｃｏｌ＜２．８ （３ａ）
１．５＜Ｌ／ｆｃｏｌ＜２．５ （３ｂ）

また、以下の条件式（４）を満たすように第１の光学素子３を構成することが望ましい。
２０ｍｍ≦ｆｃｏｌ≦８０ｍｍ （４）

条件式（４）の上限を上回ると、第１の光学素子３の焦点距離が長くなりすぎてしまい、光源１から偏向面１０ａに至る光路長が長くなりすぎて装置全体が大型化してしまう可能性があるため好ましくない。条件式（４）の下限を下回ると、第１の光学素子３の焦点距離が短くなりすぎてしまい、諸収差の補正が難しくなる可能性があるため好ましくない。さらに、以下の条件式（４ａ）、（４ｂ）を順に満たすことがより好ましい。
２５ｍｍ≦ｆｃｏｌ≦６０ｍｍ （４ａ）
２８ｍｍ≦ｆｃｏｌ≦４７ｍｍ （４ｂ）

また、第２の光学素子４の副走査断面における焦点距離をｆｃｙｌとするとき、以下の条件式（５）を満たすように第２の光学素子４を構成することが望ましい。
６０ｍｍ≦ｆｃｙｌ≦１５０ｍｍ （５）

条件式（５）の上限を上回ると、第２の光学素子４の焦点距離が長くなりすぎて第２の光学素子４の各光学面の製造難易度（要求される面精度）が高くなる可能性があるため好ましくない。条件式（５）の下限を下回ると、第２の絞り２０を第２の光学素子４と偏向面１０ａとの間に配置することが難しくなる可能性があるため好ましくない。さらに、以下の条件式（５ａ）、（５ｂ）を順に満たすことがより好ましい。
８０ｍｍ≦ｆｃｙｌ≦１４０ｍｍ （５ａ）
１００ｍｍ≦ｆｃｙｌ≦１３３ｍｍ （５ｂ）

本実施例のようにコリメータレンズとしての第１の光学素子３とシリンドリカルレンズとしての第２の光学素子４を別体としている構成においては、各光学素子の焦点距離の関係を適切に設定することが必要になる。一般的に、Ａ３サイズ（２９７×４２０ｍｍ）の用紙に対応する画像形成装置においては、結像光学系の光軸に対して主走査方向における両側（±Ｙ側）のサイズがそれぞれ８０ｍｍ～１８０ｍｍ程度である。よって、光走査装置１００がＡ３サイズの用紙に対応する場合、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
８０ｍｍ≦ｆｃｏｌ＋ｆｃｙｌ≦１８０ｍｍ （６）

条件式（６）の上限を上回ると、光走査装置１００を画像形成装置に適用した場合に、光源１から偏向面１０ａに至る光路長が長くなりすぎて装置全体が大型化してしまう可能性があるため好ましくない。条件式（６）の下限を下回ると、第１の光学系２０の各部材を互いに干渉することなく配置することが難しくなる可能性があるため好ましくない。なお、本実施例においては第１の光学素子３の焦点距離が主走査断面と副走査断面とで互いに等しいため、条件式（６）においてはｆｃｏｌをパラメータとしている。一方、第１の光学素子３の焦点距離が主走査断面と副走査断面とで互い異なる場合は、条件式（６）におけるｆｃｏｌを第１の光学素子３の副走査断面における焦点距離に置き換えればよい。

また、第２の絞り５の主走査断面における開口径をＷとするとき、以下の条件式（７）を満たすことが望ましい。
０．５ｍｍ＜Ｗ＜９．８ｍｍ （７）

条件式（７）の上限を上回ると、条件式（１）を満たすように第１の光学系２０の光源側のＦ値を設定することが難しくなるおそれがあるため好ましくない。条件式（７）の下限を下回ると、第２の絞り５の開口を形成することが難しくなるおそれがあるため好ましくない。さらに、以下の条件式（７ａ）、（７ｂ）を順に満たすことがより好ましい。
１．０ｍｍ＜Ｗ＜６．７ｍｍ （７ａ）
１．５ｍｍ＜Ｗ＜５．０ｍｍ （７ｂ）

［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る光走査装置２００について詳細に説明する。

図６は、光走査装置２００の主走査断面を示す要部概略図である。光走査装置２００において実施例１に係る光走査装置１００と異なる点は、光源１及び第１の光学系２０の構成である。それ以外の構成については実施例１と同様であるため説明を省略する。

本実施例に係る第１の光学素子３´は、コリメータレンズ及びシリンドリカルレンズの両方の機能を有するレンズである。具体的には、第１の光学素子３´は主走査断面と副走査断面とでパワーが異なるアナモフィックコリメータレンズである。第１の光学素子３´は、第１の絞り２の開口を通過した発散光束を主走査断面では平行光束に変換し、副走査断面では収束光束に変換している。このように、第１の光学素子３´によれば、主走査断面及び副走査断面の両方において第１の絞り２からの光束の収束度を変換しつつ、主走査方向に長い線像を形成することができる。これにより、本実施例に係る第１の光学系２０においては実施例１のように第２の光学素子を設ける必要がなくなり、装置全体の簡素化を実現することができる。

また、第１の光学素子３´の光源側の光学面（入射面）は、実施例１に係る第２の光学素子４の出射面と同様にブレーズ型の回折格子を含む回折面となっている。表４に、本実施例に係る第１の光学素子３´の回折面に関する各数値を示す。

表５に、光走査装置２００に関する各数値を示す。なお、第１の光学系２０以外に関する数値については表３に示したものと同じであるため省略している。

本実施例では、主走査断面においては第１の光学素子３の焦点距離を３０．０ｍｍ、第２の絞り５の開口径を３．２８ｍｍとすることで、第１の光学系２０の光源側のＦ値をＦｎｏｍ＝９．１としている。また、副走査断面においては第１の絞り２の開口径を３．８２ｍｍとすることで、第１の光学系２０の光源側のＦ値をＦｎｏｓ＝７．４としている。すなわち、本実施例ではＦｎｏｍ／Ｆｎｏｓ＝１．２３であり、条件式（１）を満たしている。

図７は、実施例１と同様に光源１からの光束の副走査断面及び主走査断面におけるＦＦＰを示す図である。本実施例においても実施例１と同様に、垂直方向拡がり角５０２はθ⊥＝３０°（±１５°）、水平方向拡がり角５０３はθ／／＝１２°（±６°）である。図７では、Ｆｎｏｓ＝７．４に相当する放射角度を破線の直線で示し、Ｆｎｏｍ＝９．１に相当する放射角度を破線の直線で示している。図７より、本実施例においても、拡がり角がより大きい副走査断面における第１の光学系２０の光束の取り込み角が大きくなっており、効率的に光利用効率を向上できていることがわかる。

本実施例においても実施例１と同様に、副走査断面では第２の光学系３０の被走査面側のＦ値を６９とすることでスポット径を８５μｍとし、主走査断面では第２の光学系３０の被走査面側のＦ値を５７とすることでスポット径を７５μｍとしている。なお、上述したように、第２の光学系の被走査面側のＦ値は主走査断面よりも副走査断面の方が大きくなるように設定することが望ましいが、必要に応じて主走査断面と副走査断面とで等しくしてもよい。

［実施例３］
以下、本発明の実施例３に係る光走査装置３００について詳細に説明する。

図８は光走査装置３００の主走査断面を示す要部概略図であり、図９は光走査装置３００の光軸を含む副走査断面を示す要部概略図である。ただし、図８においては、後述する反射光学素子によって折り曲げられた光路を展開して示している。光走査装置３００において実施例２に係る光走査装置２００と異なる点は、四つの被走査面７ｙ，７ｍ，７ｃ，７ｋを共通の偏向器１０によって同時に走査可能な点である。

光源１ｙ，１ｍ，１ｃ，１ｋの夫々は、実施例１，２に係る光源１と同様に二つの発光点を有する半導体レーザである。光源１ｙ，１ｍ及び光源１ｃ，１ｋの夫々は副走査方向に配列されており、偏向器１０の側から見たときに各光源が矩形を成すように配置されている。第１の絞り２ｙ，２ｍ，２ｃ，２ｋの夫々は、実施例２に係る第１の絞り２と同様の副走査絞りである。第１の光学素子３´ｙ，３´ｍ，３´ｃ，３´ｋの夫々は、実施例２に係る第１の光学素子３´と同様のアナモフィックレンズである。第２の絞り５ｙ，５ｍ，５ｃ，５ｋの夫々は、実施例２に係る第２の絞り５と同様の主走査絞りである。

光源１ｙ、第１の絞り２ｙ、第１の光学素子３´ｙ、第２の絞り５ｙにより第１の光学系２０ｙが構成されている。光源１ｍ、第１の絞り２ｍ、第１の光学素子３´ｍ、第２の絞り５ｍにより第１の光学系２０ｍが構成されている。光源１ｃ、第１の絞り２ｃ、第１の光学素子３´ｃ、第２の絞り５ｃにより第１の光学系２０ｃが構成されている。光源１ｋ、第１の絞り２ｋ、第１の光学素子３´ｋ、第２の絞り５ｋにより第１の光学系２０ｋが構成されている。なお、隣接する第１の光学系同士で光学素子や絞りなどの部材を一体化してもよい。例えば、第２の絞り５ｙ，５ｍを一体化することで、一つの開口が設けられた単一の絞りとしてもよい。

光源１ｙ，１ｍから出射した各光束は、第１の絞り２ｙ，２ｍ、第１の光学素子３´ｙ，３´ｍ、及び第２の絞り５ｙ，５ｍの夫々を介して偏向器１０の偏向面１０ａに入射する。光源１ｃ，１ｋから出射した各光束は、第１の絞り２ｃ，２ｋの開口、第１の光学素子３´ｃ，３´ｋ、第２の絞り５ｃ，５ｋの夫々を介して偏向器１０の偏向面１０ａに入射する。このとき、同時刻において光源１ｙ，１ｍからの各光束が入射する偏向面１０ａと光源１ｃ，１ｋからの各光束が入射する偏向面１０ａとは互いに異なる。

第１の光学系２０ｙ，２０ｍの夫々は、副走査断面において偏向面１０ａに対して光束を斜入射させるために、夫々の光軸が主走査断面に対して傾斜するように配置されている。これにより、各光束の光路を分離して対応する被走査面７ｙ，７ｍに導光することができる。本実施例では、各光路における光学性能を等しくするために、第１の光学系２０ｙ，２０ｍの夫々の光軸の主走査断面に対する傾斜角の絶対値が互いに等しくかつ符号が互いに異なるように構成している。ただし、各光軸の傾斜角の絶対値及び符号の少なくとも一方が互い異なっていればよく、必要に応じて絶対値を互いに異ならせたり符号を互いに等しくしたりしてもよい。第１の光学系２０ｃ，２０ｋについても同様である。

第１の結像素子６ａ，６ｃの夫々は、実施例２に係る第１の結像素子６ａと同様のアナモフィックレンズである。第２の結像素子６ｂ，６ｄの夫々は、実施例２に係る第２の結像素子６ｂと同様のアナモフィックレンズが副走査方向に二つ配列されて一体化された構成の多段レンズである。第２の結像素子６ｂ，６ｄの夫々の入射面及び出射面は、副走査方向に配列された二つのトーリック面（アナモフィック面）からなる多段トーリック面となっている。第１の結像素子６ａ及び第２の結像素子６ｂにより第２の光学系３０ｃｋが構成され、第１の結像素子６ｃ及び第２の結像素子６ｄにより第２の光学系３０ｙｍが構成されている。光源１ｙ，１ｍに対して第２の光学系３０ｙｍは共通であり、光源１ｃ，１ｋに対して第２の光学系３０ｃｋは共通である。ただし、必要に応じて光路ごとに個別の光学系（第１及び第２の結像素子）を配置してもよい。

偏向器１０の－Ｘ側（左側）において、第２の結像素子６ｄと被走査面７ｙとの間には反射素子（ミラー）９ｙが配置され、第２の結像素子６ｄと被走査面７ｍとの間には反射素子９ｍａ，９ｍｂ，９ｍｃが配置されている。光源１ｙから出射して偏向面１０ａにより偏向された光束は、第１の結像素子６ｃ、第２の結像素子６ｄ、反射素子９ｙ、防塵ガラス８ｙを順に介して被走査面７ｙに到達する。光源１ｍから出射して偏向面１０ａにより偏向された各光束は、第１の結像素子６ｃ、第２の結像素子６ｄ、反射素子９ｍａ，９ｍｂ，９ｍｃ、防塵ガラス８ｍを順に介して被走査面７ｍに到達する。

偏向器１０の＋Ｘ側（右側）において、第２の結像素子６ｂと被走査面７ｃとの間には反射素子９ｃａ，９ｃｂ，９ｃｃが配置され、第２の結像素子６ｂと被走査面７ｋとの間には反射素子９ｋが配置されている。光源１ｃから出射して偏向面１０ａにより偏向された各光束は、第１の結像素子６ａ、第２の結像素子６ｂ、反射素子９ｃａ，９ｃｂ，９ｃｃ、防塵ガラス８ｃを順に介して被走査面７ｃに到達する。光源１ｋから出射して偏向面１０ａにより偏向された各光束は、第１の結像素子６ａ、第２の結像素子６ｂ、反射素子９ｋ、防塵ガラス８ｋを順に介して被走査面７ｋに到達する。

ここで、偏向器１０の両側の夫々において、空間的（物理的）に偏向器１０から遠い側に配置された被走査面７ｙ，７ｋに至る光路を「外側光路」とし、空間的に偏向器１０に近い側に配置された被走査面７ｍ，７ｃ光路を「内側光路」とする。このとき、外側光路には反射素子が１枚のみ配置され、内側光路には反射素子が３枚配置されている。このように、外側光路と内側光路とで反射素子の枚数を異ならせることで、全ての光路において光路長を合わせつつ、各光学素子と光路との干渉の回避や製造の容易化を実現することができる。ただし、反射素子の枚数はこれに限られるものではなく、各被走査面の間隔や各結像素子の配置等によって適宜決定すればよい。

表６に、実施例１乃至３における各数値をまとめて示す。

［画像形成装置］
図１０は、本発明の実施形態に係る画像形成装置６００の要部概略図（ＺＸ断面図）である。画像形成装置６００は、光走査ユニット５００により並行して四つの感光ドラム（感光体）の感光面（被走査面）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。

画像形成装置６００は、プリンタコントローラ（制御部）５３０と、光走査ユニット５００と、像担持体としての感光ドラム２１０，２２０，２３０，２４０と、現像器３１０，３２０，３３０，３４０と、搬送ベルト５１０と、定着器５４０とを備えている。光走査ユニット５００としては、上述した実施例１又は２に係る光走査装置を四つ備える構成、あるいは上述した実施例３に係る光走査装置を一つ備える構成を採用することができる。このとき、光走査ユニット５００は、副走査方向が感光ドラム２１０～２４０の夫々の回転方向であるＺ方向に一致するように配置される。

図１０に示すように、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２０からは、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が出力される。各色信号は、プリンタコントローラ５３０によってＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各画像信号（画像データ、ドットデータ）に変換され、光走査ユニット５００に入力される。なお、プリンタコントローラ５３０は、前述した信号の変換だけでなく、後述するモータなどの画像形成装置６００における各部の制御を行う。

光走査ユニット５００は、各画像データに応じて変調された光束４１０，４２０，４３０，４４０の夫々によって、感光ドラム２１０～２４０の各感光面を主走査方向（Ｙ方向）に走査する。感光ドラム２１０～２４０の夫々は、不図示のモータによって時計回りに回転させられ、この回転に伴って各感光面が光束４１０～４４０に対して副走査方向（Ｚ方向）に移動する。光束４１０～４４０の夫々により、不図示の帯電ローラにより帯電させられた各感光面が露光されることで、各感光面上に静電潜像が形成される。

その後、感光ドラム２１０～２４０の各感光面上に形成された各色に対応する静電潜像は、現像器３１０～３４０の夫々によって各色のトナー像として現像される。そして、各色のトナー像は、不図示の転写器によって、搬送ベルト５１０により搬送されてきた被転写材に多重転写された後、定着器５４０によって定着させられる。以上の工程により、１枚のフルカラー画像が形成される。

なお、光走査ユニット５００としては、例えば一つの偏向器により二つの被走査面を同時に走査することができる光走査装置を二つ配列した構成を採用してもよい。また、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のラインセンサを備えたカラー画像読取装置を、外部機器５２０として画像形成装置６００に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

１ 光源
７ 被走査面
１０ 偏向器
１０ａ 偏向面
２０ 第１の光学系
３０ 第２の光学系
１００ 光走査装置

Claims (19)

1. 複数の発光点を有する光源と、
   該光源からの複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、
   前記光源からの前記複数の光束を前記偏向器の偏向面に導光する第１の光学系と、
   前記偏向器からの前記複数の光束を前記被走査面に導光する第２の光学系とを備え、
   主走査断面において、前記偏向面における前記複数の光束の夫々の幅は前記偏向面の幅よりも小さく、
   副走査断面における前記第１の光学系の光源側のＦ値は、主走査断面における前記第１の光学系の光源側のＦ値よりも小さいことを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１及び第２の光学系を合わせた全系の主走査断面における横倍率をβｍ、該全系の副走査断面における横倍率をβｓとするとき、
   ０．５＜｜βｓ／βｍ｜＜２．０
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 副走査断面における前記第２の光学系の被走査面側のＦ値は、主走査断面における前記第２の光学系の被走査面側のＦ値よりも大きい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. 前記第１の光学系は、光束の収束度を変換するための第１の光学素子を有す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. 前記第１の光学素子の主走査断面における焦点距離をｆｃｏｌとするとき、
   ２０ｍｍ≦ｆｃｏｌ≦８０ｍｍ
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記第１の光学系は、副走査方向における光束幅を制限する第１の絞りを有することを特徴とする請求項４又は５に記載の光走査装置。
7. 前記第１の絞りは、前記第１の光学素子よりも光源側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記第１の光学系は、主走査方向における光束幅を制限する第２の絞りを有することを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載の光走査装置。
9. 前記第１の光学素子から前記第２の絞りまでの光軸上における距離をＬ、前記第１の光学素子の主走査断面における焦点距離をｆｃｏｌとするとき、
   １．０＜Ｌ／ｆｃｏｌ＜３．０
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
10. 前記第２の絞りの主走査断面における開口径をＷとするとき、
    ０．５ｍｍ＜Ｗ＜９．８ｍｍ
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項８又は９に記載の光走査装置。
11. 前記第２の絞りは、前記第１の光学素子よりも被走査面側に配置されていることを特徴とする請求項８乃至１０の何れか一項に記載の光走査装置。
12. 前記第１の光学系は、主走査方向に長い線像を形成する第２の光学素子を有することを特徴とする請求項４乃至１１の何れか一項に記載の光走査装置。
13. 前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子よりも被走査面側に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
14. 前記第２の光学素子の副走査断面における焦点距離をｆｃｙｌとするとき、
    ６０ｍｍ≦ｆｃｙｌ≦１５０ｍｍ
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光走査装置。
15. 前記第１の光学素子の副走査断面における焦点距離をｆｃｏｌ、前記第２の光学素子の副走査断面における焦点距離をｆｃｙｌとするとき、
    ８０ｍｍ≦ｆｃｏｌ＋ｆｃｙｌ≦１８０ｍｍ
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の光走査装置。
16. 副走査断面における前記第１の光学系の光源側のＦ値をＦｎｏｓ、主走査断面における前記第１の光学系の光源側のＦ値をＦｎｏｍとするとき、
    １．０＜Ｆｎｏｍ／Ｆｎｏｓ＜２．５
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の光走査装置。
17. 前記複数の発光点は、主走査方向において互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一項に記載の光走査装置。
18. 請求項１乃至１７の何れか一項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面に形成される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ることを特徴とする画像形成装置。
19. 請求項１乃至１７の何れか一項に記載の光走査装置と、外部機器から出力された信号を画像信号に変換して前記光走査装置に入力する制御部とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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