JP3451473B2 - マルチビーム走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はマルチビーム走査
装置および画像形成装置に関する。この発明は、デジタ
ル複写装置、ファクシミリやレーザプリンタ等に利用で
きる。

【０００２】

【従来の技術】デジタル複写装置やレーザプリンタ等の
画像形成装置に関連して広く知られた光走査装置は一般
に、光源を第１光学系で以後の光学系にカップリング
し、第１光学系からのビームを、第２光学系により、主
走査方向（光源から被走査面における光路の屈曲を無視
して、被走査面上における主走査方向と対応する方向を
言う、副走査方向についても同様である）に長く略線状
に集光させ、この線状の集光部の近傍に偏向反射面を有
する偏向器で偏向させ、偏向ビームを第３光学系により
被走査面上に集光させて、被走査面の走査を行うように
なっている。近来、光走査の高速化を目して「被走査面
を複数ビームで同時走査するマルチビーム走査装置」の
実用化が意図されている。マルチビーム走査装置では複
数の光源が用いられるが、これら複数の光源からの複数
のビームを被走査面上で近接して集光させるために、偏
光を利用したビーム合成部品を用いて複数ビームを合成
することが提案されている（例えば、特開平８−３０４
７２２号公報）。このビーム合成方法はビーム合成部品
が高価であるため、マルチビーム走査装置のコスト引い
ては画像形成装置のコストが高くつくと言う問題があ
る。これに対し、上記「高価なビーム合成部品」を用い
ることなくマルチビーム走査を可能にしたものとして、
複数のビームに偏向回転面（偏向反射面の回転軸に直交
する平面）内で「開き角（上記複数ビームを偏向回転面
に射影したときの各ビームの射影のなす角）」を持たせ
る方式のマルチビーム走査装置が提案されている（特開
平９−１４６０２４号公報）。しかし、この場合「偏向
反射面とその回転軸が一定距離離れている偏向器」を用
いると、開き角を有する複数のビームで「サグ量（各ビ
ームの線状の集光部と偏向反射面との相対的な位置関係
が偏向反射面の回転に伴いずれる、ずれ量）」が異な
り、全てのビームについて良好な光学特性（ビームスポ
ット径、ビームピッチ等）を得るには、ビームごとにサ
グ量が異なるという事実に立脚した光学設計が必要にな
る。また、偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像を集
光させるための第２光学系（シリンダレンズや凹シリン
ダミラー）を複数のビームに共通化して使用すると第２
光学系の光軸を中心とするチルト誤差により、ビームピ
ッチに「ばらつき」が発生する問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、マルチビ
ーム走査装置及びこれを用いる画像形成装置において、
偏光を利用した高価なビーム合成部品を用いずに複数の
ビームで被走査面を走査し、なおかつ、全てのビームに
ついてビームスポット径・ビームピッチ等の光学特性を
良好にし、高速化・高画質化を可能にすることを課題と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明のマルチビーム
走査装置は、複数の光源と、第１光学系と、第２光学系
と、偏向器と、第３光学系とを有する。「複数の光源」
は光走査用のビームをそれぞれ独立して放射する。これ
ら光源としては半導体レーザ（ＬＤ）が好適である。
「第１光学系」は、これら複数の光源をそれぞれカップ
リングする複数のカップリングレンズにより構成され
る。カップリングレンズは、各光源に１対１に対応させ
て設けても良いし、１つのカップリングレンズが２以上
の光源をカップリングするようにしてもよい。カップリ
ングされたビームは「平行ビーム」となってもよいし
「弱い収束ビームもしくは弱い発散ビーム」となっても
よい。「第２光学系」は、第１光学系からの各ビームを
主走査方向に長く略線状に集光させる光学系であり、シ
リンダレンズや凹シリンダミラーを好適に利用すること
ができる。この第２光学系は、各光源からのビームごと
に、即ち、光源と同数設けても良いが、複数光源に共通
して配備してもよい。「偏向器」は、第２光学系による
各ビームの略線状の集光部の近傍に偏向反射面を有し、
第２光学系からの複数ビームを等角速度的に偏向させ
る。偏向器は、偏向反射面とその回転軸とが一定距離：
Ａだけ離れている。即ち、偏向器は、複数の光源からの
各ビームに共通して用いられ、複数の光源からのビーム
は、共通の偏向反射面により偏向される。かかる偏向器
としては、回転多面鏡や回転２面鏡を好適に用いること
ができるが、偏向反射面とその回転軸の離れた「回転単
面鏡」を用いることもできる。「第３光学系」は、偏向
器により偏向された複数の偏向ビームを被走査面に向け
て集光させ、被走査面を略等速的に走査する「走査結像
素子」を含む。第３光学系は、光学系のレイアウトに応
じ、偏向ビームの光路を屈曲させる折り返しミラー等、
パワーを持たない光学素子を含むことができる。「走査
結像素子」は１枚あるいは２枚以上のレンズ、または１
以上の結像ミラーにより構成することができ、更には１
以上のレンズと１以上の結像ミラーの複合系として構成
することもできる。第２光学系からの複数のビームのう
ち少なくとも２つは偏向回転面内で開き角を有する。
「偏向回転面」は、前述のように「偏向反射面の回転軸
に直交する平面」であり、「開き角」は上記２つのビー
ムを「偏向回転面に射影した状態」において「各ビーム
が偏向反射面の側から第２光学系の側へ向かって開くよ
うになす角」を言う。上記開き角のうち最大のものを
「θ(ｒａｄ)」とする。

【０００５】請求項１記載のマルチビーム走査装置は、
以下の如き特徴を有する。即ち、上記最大の開き角：θ
を、開き角として有する２ビームが通過する２つのカッ
プリングレンズの有効径をφ1，φ2、これら２つのカッ
プリングレンズと偏向反射面との距離のうち短い方をL
1、偏向反射面と被走査面の間にある第３光学系の副走
査方向の横倍率をβ、偏向反射面から被走査面に至る距
離をＬとするとき、これらは、条件： （１） θ²×β²×Ａ／Ｌ＜0.0005 （２） θ＞tan~¹[(φ1+φ2)／２L1] を満足する。請求項２記載のマルチビーム走査装置は、
以下の如き特徴を有する。即ち、上記最大の開き角：θ
を開き角として有する２ビームが共に通過する第２光学
系が、少なくとも１つのシリンダレンズを有し、角：θ
を開き角として有する上記２ビームが通過する２つのカ
ップリングレンズの有効径をφ1，φ2、シリンダレンズ
と偏向面の距離をL2、上記２ビームが通過する２つのカ
ップリングレンズと偏向面の距離のうち短い方をL1、偏
向反射面と被走査面の間にある第３光学系の副走査横倍
率をβとするとき、これらは、条件： （３） L2×θ×｜β｜/L1＜ 0.03 （２） θ＞tan~¹[(φ1+φ2)／２L1] を満足する。上記請求項１または２記載のマルチビーム
走査装置において、複数の光源からのビームのうち１つ
のビームの両最周辺像高での副走査方向の結像位置をS1
(+)，S1(-)、上記１つのビームとは異なる他の１つのビ
ームの両最周辺像高での副走査方向の結像位置をS2
(+)，S2(-)とするとき、これらは条件： （４） (S1(+)-S1(-))×(S2(+)-S2(-))＜0 を満足することが好ましい（請求項３）。また、上記請
求項１または２または３記載のマルチビーム走査装置に
おいて、複数の光源からのビームのうち１つのビームの
両最周辺像高での主走査方向の結像位置をM1(+)，M1
(-)、上記１つのビームとは異なる他の１つのビームの
両最周辺像高での主走査方向の結像位置をM2(+)，M2(-)
とするとき、これらは条件： （５） (M1(+)-M1(-))×(M2(+)-M2(-))＜0 を満足することが好ましい。

【０００６】上記請求項１〜４の任意の１に記載のマル
チビーム走査装置において、光源の数を２とすることが
できる（請求項５）。また、請求項１〜３の任意の１に
記載のマルチビーム走査装置において、第３光学系の走
査結像素子を「１枚のレンズで構成」する（請求項６）
ことも、「２枚のレンズで構成」することもできる（請
求項７）。これら請求項６または７記載のマルチビーム
走査装置において、第３光学系の走査結像素子を構成す
るレンズの１以上を、偏向回転面内でシフトおよび／ま
たはチルトして配備することができる（請求項８）。こ
の発明の画像形成装置は、光導電性の感光体を均一に帯
電したのち、光走査により静電潜像の書込みを行い、書
込みにより形成された静電潜像を現像してトナー像とし
て可視化する方式の画像形成装置において、感光体に対
する光走査を上記請求項１〜８の任意の１に記載のマル
チビーム走査装置により行うこと特徴とする（請求項
９）。上記の条件（１）を満足することにより、偏向器
のサグによる複数ビーム間の光学特性の差を低減でき、
各ビームについて、良好な像面湾曲特性（小径で安定し
たビームスポット径）及び等速性が得ることが可能にな
る。また、条件（２）を満足することにより、偏光プリ
ズム等の合成光学素子を用いずに、複数のビームで被走
査面を走査することが可能になる。条件（３）を満足す
ることにより、光学素子の取り付け誤差によるビームピ
ッチ変動を低減でき、高画質を実現できる。条件（４）
および／または（５）を満足することにより、低コスト
に少ない部品点数で、複数のビームにつき、良好な像面
湾曲特性（小径で安定したビームスポット径）を実現で
きる。

【０００７】また、請求項８記載のマルチビーム走査装
置のように、第３光学系の走査結像素子を構成するレン
ズの１以上に、偏向回転面内でシフトおよび／またはチ
ルトを与えることにより、サグの影響を有効に軽減させ
ることが可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に示す実施の形態において、
「複数の光源」であるＬＤ１、ＬＤ２から出射された各
ビームは、「第１光学系」を構成するカップリングレン
ズ３，４によりカップリングされ、「第２光学系」をな
すシリンダレンズ５によりそれぞれ、回転多面鏡である
偏向器７の偏向反射面７Ｂの近傍で主走査方向に長い略
線状に集光する。２ビームとも、偏向器７の偏向反射面
７Ｂにより反射されて等角速度的に偏向され、「第３光
学系の走査結像素子」をなす走査レンズ１１、１２によ
り被走査面２０の近傍にビームを結像させ、被走査面２
０上に形成されるビームスポットにより被走査面２０を
略等速に走査する。各ビームスポットは被走査面上で副
走査方向に所定の間隔をもって分離する。従って、該間
隔で離れた２本の走査ラインが同時に走査される。この
とき、第２光学系であるシリンダレンズ５を出射した２
ビームは、偏向回転面（図１の図面に平行な面）内で開
き角：θを有し、偏向器７の「偏向反射面７Ｂとその回
転軸７Ａは一定距離：Ａだけ離れ」ている。被走査面２
０は実体的には光導電性の感光体である。この感光体は
円筒状やベルト状に形成されて感光面を走行させ、均一
に帯電されたのち、ＬＤ１，ＬＤ２からのビームで走査
されて静電潜像を書き込まれる。書き込まれた静電潜像
は現像されてトナー像として可視化される。トナー像は
記録シート（転写紙やオーバヘッドプロジェクタ用のプ
ラスチックシート等）に直接もしくは中間転写ベルトの
如き中間転写媒体を介して転写される。多色画像やカラ
ー画像を形成する場合には、上記のプロセスがトナーの
色の種類だけ繰り返され、各色トナー画像が記録シート
上で重ね合わせられて多色画像もしくはカラー画像が形
成される。記録シート上に転写されたトナー像は記録シ
ート上に定着されて記録画像となる。

【０００９】

【実施例】以下に、具体的な例を２例、実施例１，２と
して挙げる。 実施例１ 図１に示す構成において、光源であるＬＤ１、ＬＤ２か
ら出射するビームをそれぞれ第１ビーム、第２ビームと
する。第１，第２ビームは、第１光学系をなすカップリ
ングレンズ３，４で個別的にカップリング作用を受け、
共通の第２光学系であるシリンダレンズ５を介して偏向
器７の偏向反射面７Ｂに入射する。図１において、第１
ビームが偏向反射面７Ｂにより反射されたのち、その主
光線が被走査面２０に直交する状態となる（走査結像素
子１１，１２の作用は考慮しない）とき、この反射ビー
ムの主光線を第１基準線と呼び、図中に符号Ｌ１０で示
す。同様に、第２ビームが偏向反射面７Ｂにより反射さ
れたのち、その主光線が被走査面２０に直交する状態と
なるとき、この反射ビームの主光線を第２基準線と呼
び、図中に符号Ｌ２０で示す。実施例１において、ＬＤ
１から出射する第１ビームと第１基準線Ｌ１０とのなす
角は６０度、ＬＤ２から出射する第２ビームと第２基準
線Ｌ２０とのなす角は６３．６度である。従って、第
１，第２ビームの開き角：θは３．６度で、ラジアン単
位ではθ＝０．０６２８ｒａｄである。第１，第２ビー
ムとも、カップリングレンズからは弱い収束性のビーム
となって射出する。これらの収束性のビームが、他の光
学系の影響を受けないとしたときに、自らの収束性によ
り集光する位置を「自然集光点」と呼ぶが、実施例１に
おいて第１，第２ビームの自然集光点はそれぞれ、偏向
器７の偏向反射面７Ｂから、第１，第２基準線Ｌ１０，
Ｌ２０にそって被走査面側へ１８６０ｍｍの位置にあ
る。偏向器７は、偏向反射面を６面有する回転多面鏡
で、回転中心７Ａから偏向反射面までの距離（偏向反射
面の内接円半径）Ａは１８ｍｍである。第１ビームが第
１基準線Ｌ１０の方向へ反射されるとき、偏向反射面７
Ｂへの第１ビームの入射角は３０度、第２ビームが第２
基準線Ｌ２０の方向へ反射されるとき、偏向反射面７Ｂ
への第２ビームの入射角は３１．８度である。第２光学
系としてのシリンダレンズ５は、第１，第２ビームに共
通に用いられるものである。 第１面（入射側）：副走査方向にのみ正のパワーを持つシリンダ面 曲率半径：Ｒ（シリンダ面）＝２４ｍｍ 第２面（射出側）：平面 中心肉厚＝３ｍｍ 使用波長での屈折率＝１．５１３７５ 第１ビームの偏向器７による反射ビームの主光線が第１
基準線Ｌ１０と一致するとき、第１ビームのシリンダレ
ンズ５から偏向反射面７Ｂまでの距離： L2＝４３．６ｍｍ 第２ビームの偏向器７による反射ビームの主光線が第２
基準線Ｌ２０と一致するとき、第２ビームのシリンダレ
ンズ５から偏向反射面７Ｂまでの距離： L2＝４３．６ｍｍ シリンダレンズ５の光軸は、偏向反射面７Ｂに向かう第
１，第２ビームに対して共に１．８度傾き、第１，第２
ビームに対して共通に用いることができる。即ち、第
１，第２ビームは、シリンダレンズ５の光軸を対称軸と
して、図１の面内で互いに逆の方向へ１．８度傾いてい
る。

【００１０】第３光学系の走査結像素子は、走査レンズ
１１，１２により構成されるが、走査レンズ１１の第１
面（入射側面）は「共軸非球面」であり、光軸方向の座
標をＸ、頂点からの距離をr、近軸曲率半径をＲ1、高次
の係数をR1A3、R1A4、R1A5、R1A6、…として以下のよう
に表現できる。

【００１１】 X=r²/[R1+R1・√｛1-(1+K1)r²/R1²}]+R1A4・r⁴+R1A6・r⁵+・・・(Ａ) 実施例１において、走査レンズ１１の第１面の各定数は
以下の通りである。 R1 -174.41 K1 -4.30 R1A4 1.410E-08 R1A6 -3.060E-11 R1A8 -2.700E-13 R1A10 4.737E-17 R1A12 6.560E-21 中心肉厚：Ｄ 22.0 使用波長での屈折率：Ｎ 1.52706 上の表記で、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」であ
る。また、例えば「E-08」は「１０~⁸」を意味し、この
数値が直前の数値にかかるのである。以下、同様であ
る。走査レンズ１２の第２面（射出側面）は、主走査断
面（光軸を含み、主走査方向に平行な平断面）内の形状
が非円弧形状であり、副走査断面（光軸と副走査方向と
に平行な平断面）の形状は、副走査断面の各位置におい
て直線（即ち、パワー：０）となっている。主走査断面
の「非円弧形状」は、光軸方向の座標をＸ、頂点からの
主走査方向の距離をＹ、近軸曲率半径をＲ、高次の係数
をA4、A6、…として以下のように表現できる。 X=Y²/[R+R・√｛1-(1+K)Y²/R²}]+A4・Y⁴+A6・Y⁶+A8・Y⁸+… (B) 走査レンズ１１の第２面の主走査断面内の非円弧形状に
おける各定数は以下の通りである。 Ｒ -58.8 Ｋ -0.113 A4 4.977E-07 A6 -5.799E-11 A8 1.392E-14 A10 -4.327E-17 第３光学系の走査レンズ１２は、両面とも主走査断面内
の形状が非円弧形状となっており、前記(Ｂ)式と同様の
表現ができる。また、副走査断面内の曲率半径は、主走
査方向の座標：Ｙの関数として、 rs(Y)=RS0+a1・Y+a2・Y²+a3・Y³+a4・Y⁴+a5・Y⁵+… (C) (RS0はY=0での曲率半径）のように表すことができる。 走査レンズ１２の第１面（入射側面） 主走査断面内の非円弧形状 Ｒ -341.72 Ｋ -88.49 A3 0.000 A4 -1.093E-07 A5 0.000 A6 -1.154E-11 A7 0.000 A8 -1.387E-15 A9 0.000 A10 2.570E-19 副走査断面内の曲率半径の主走査方向に於ける変化 RS0 -37.25 a2 2.868E-03 a3 1.312E-06 a4 -9.056E-07 a5 -2.529E-10 a6 1.309E-11 a7 -1.833E-13 a8 2.564E-14 a9 2.986E-17 a10 -7.083E-18 a11 1.541E-21 a12 5.928E-22 中心肉厚：Ｄ 3.5 使用波長での屈折率：Ｎ 1.52706 走査レンズ１２の第２面（射出側面） 主走査断面内の非円弧形状 Ｒ -680.32 Ｋ -79.39 A3 0.000E A4 -2.376E-07 A5 0.000 A6 -8.612E-12 A7 0.000 A8 -1.278E-16 A9 0.000 A10 1.268E-21 副走査断面内の形状 RS0 -16.62 a1＝a2＝a3＝・・・＝0.0 即ち、副走査断面内の曲率半径は、副走査断面の位置に
よらず一定である。第１基準線Ｌ１０の、偏向反射面で
の反射点と走査レンズ１１の第１面との距離：４５．６
ｍｍ 走査レンズ１１の第２面と走査レンズ１２の第１面との
距離：５１．５ｍｍ 走査レンズ１２の第２面と被走査面との距離：１０６．
９ｍｍ 偏向反射面から被走査面までの距離：Ｌ＝２２９．５ｍ
ｍ なお、上記距離：Ｌは第１基準線Ｌ１０に沿った距離で
ある。図１に示すように、 第１基準線Ｌ１０から走査レンズ１１の第１面頂点まで
の距離：Δ１ 第２基準線Ｌ２０から走査レンズ１１の第１面頂点まで
の距離：Δ２ 第１基準線Ｌ１０から走査レンズ１２の第１面頂点まで
の距離：Δ１’ 第２基準線Ｌ２０から走査レンズ１２の第１面頂点まで
の距離：Δ２’ (全て、偏向器への入射ビーム側をプラス方向とする） 第１，第２基準線Ｌ１０，Ｌ２０に対する走査レンズ１
１の偏向反射面内の傾き角：α、第１，第２基準線Ｌ１
０，Ｌ２０に対する走査レンズ１２の偏向反射面内の傾
き角：α’（ともに反時計回りを正とする）とすると、
これらは、 Δ１＝0.80ｍｍ，Δ２＝0.84ｍｍ，Δ１’＝0.71ｍｍ，
Δ２’＝0.75ｍｍ であり、第１，第２基準線Ｌ１０，Ｌ２０の両方に対し
て、偏向反射面に向かうビーム側にシフトしている。ま
た、α＝-0.04度，α’＝-0.17度となり、走査レンズ１
１、１２とも第１，第２基準線Ｌ１０，Ｌ２０に対して
チルトしている。

【００１２】前述の開き角：θと、偏向反射面と被走査
面間の副走査横倍率：βとは、 θ＝0.0628(ｒａｄ) β＝-0.84 であって、前記Ａ＝18ｍｍ、Ｌ＝229.5ｍｍを用いる
と、θ²×β²×Ａ／Ｌ＝0.00022となり、条件(1)を満足
する。

【００１３】また、カップリングレンズ３，４と偏向反
射面７Ｂとの距離は、２ビームとも140ｍｍであるの
で、前記L1＝140ｍｍである。カップリングレンズ３，
４の有効径は２ビームとも同じで、φ1＝φ2＝4ｍｍで
ある。従って、 tan~¹[(φ1+φ2)/2L1]=0.029(ｒａｄ) となり、条件(２)を満足する(請求項１)。また、 L2×θ×｜β｜／L1＝0.0172 となり、条件(３)を満足する。これにより、シリンダレ
ンズ５に、光軸中心のチルト誤差が多少あってもビーム
ピッチの変動は小さい。第１，第２ビームの発光点位置
をそれぞれ「対応するカップリングレンズの光軸に対
し、副走査方向へ互いに逆向き」に３．９５μｍずらし
たとき、設計上の狙いの走査線ピッチは２１．２μｍ
(１２００ｄｐｉ)となる。このとき、シリンダレンズ５
が光軸中心について３’チルトしても、ビームピッチの
変動は±２μｍ以下となり、十分許容範囲内である。

【００１４】また、シリンダレンズ５につき、L2＝117.
7ｍｍ、第１面（シリンダ面）の副走査方向の曲率半径
を＝６５ｍｍとすると、ビーム１、ビーム２の発光点位
置をそれぞれカップリングレンズ光軸に対し副走査方向
に逆方向に１．５７μｍずらしたとき、設計の狙いのピ
ッチは２１．２μｍ（１２００ｄｐｉ）となる。このと
き、シリンダレンズ５が光軸中心について３’チルトす
ると、走査線ピッチの変動は±5μmとなり、大きな値と
なる。このときL2×θ×｜β｜／L1＝0.044となり、条
件(３)をオーバする。また上記実施例１において、S1
(+)=-0.29，S1(-)=-0.08，S2(+)=-0.01，S2(-)=-0.20で
あって、 (S1(+)-S1(-))×(S2(+)-S2(-))=-0.0399 ＜ 0 であり、条件式(４)を満足する（請求項３)。また、M1
(+)=-0.10，M1(-)=0.00，M2(+)=-0.18，M2(-)=-0.20で
あって、 (M1(+)-M1(-))×(M2(+)-M2(-))=-0.002 ＜ 0 であり、条件式(5)を満足する（請求項４)。図２に、上
記実施例１における第１，第２ビームに関する像面湾曲
（実線は副走査方向、破線は主走査方向）と、等速性
（リニアリティ）の図を示す。像面湾曲および等速性は
第１，第２ビームとも極めて良好であり、良好なマルチ
ビーム走査が可能であることを示している。

【００１５】実施例２ 実施例２では、第３光学系の走査結像素子が１枚の走査
レンズで構成される。図１において、第３光学系を１枚
の走査レンズで置き換えたものを想定し、光源、カップ
リングレンズ、シリンダレンズ、偏向器、第１基準線、
第２基準線等は、実施例１における説明に準じて説明を
行う。

【００１６】実施例１におけると同様、ＬＤ１、ＬＤ２
から出射するビームをそれぞれ第１，第２ビームとす
る。 ＬＤ１から出射する第１ビームと第１基準線Ｌ１０のな
す角：６０度 ＬＤ２から出射する第２ビームと第２基準線Ｌ２０のな
す角：６１．６度 である。従って、第１１，第２ビームの開き角θ：０．
０２７９ｒａｄである。カップリングされたビームは、
第１，第２ビームとも弱い収束ビームで、偏向反射面か
ら自然集光点までの距離は、第１，第２ビームとも、１
４７３ｍｍである。 偏向器７は偏向反射面数：６面の回転多面鏡で、回転中
心７Ａから偏向反射面７Ｂまでの距離：Ａは１８ｍｍで
ある。第１ビームが第１基準線Ｌ１０の方向へ反射され
るとき、偏向反射面７Ｂへの第１ビームの入射角は３０
度、第２ビームが第２基準線Ｌ２０の方向へ反射される
とき、偏向反射面７Ｂへの第２ビームの入射角は３０．
８度である。第２光学系としてのシリンダレンズ５は第
１，第２ビームに共通に用いられるものである。 第１面（入射側）：副走査方向にのみ正のパワーを持つシリンダ面 曲率半径：Ｒ（シリンダ面）＝１３．９ｍｍ 第２面（射出側）：平面 中心肉厚＝３ｍｍ 使用波長での屈折率＝１．５２４４ 第１ビームの偏向器７による反射ビームの主光線が第１
基準線Ｌ１０と一致するとき、第１ビームのシリンダレ
ンズ５から偏向反射面７Ｂまでの距離： L2＝２５．０ｍｍ 第２ビームの偏向器７による反射ビームの主光線が第２
基準線Ｌ２０と一致するとき、第２ビームのシリンダレ
ンズ５から偏向反射面７Ｂまでの距離： L2＝２５．０ｍｍ シリンダレンズ５の光軸は、偏向反射面７Ｂに向かう第
１，第２ビームに対して共に０．８度傾き、第１，第２
ビームに対して共通に用いることができる。即ち、第
１，第２ビームは、シリンダレンズ５の光軸を対称軸と
して、図１の面内（偏向回転面内）で互いに逆の方向へ
０．８度傾いている。第３光学系の「走査レンズ」の第
１面は主走査断面が非円弧形状である。この非円弧形状
は、前述の（Ｂ）式で表すことができ、実施例２におけ
る走査レンズ第１面の非円弧形状の各定数は、以下の通
りである。 Ｒ 160.4 Ｋ -59.97 A4 -9.465E-07 A6 3.847E-10 A8 -8.113E-14 A10 1.000E-17 中心肉厚：Ｄ 13.5 使用波長での屈折率：Ｎ 1.5244 実施例２の上記走査レンズの副走査断面内の曲率半径
は、主走査方向の座標：Ｙ関数として、前述の（Ｃ）式
で表され、各定数は以下の通りである。 RS0 -98.8 a1 -1.40E-02 a2 2.98E-02 a3 0.000E-00 a4 -9.91E-05 a5 0.000E-00 a6 2.31E-07 a7 0.000E-00 a8 -3.35E-10 a9 0.000E-00 a10 2.71E-13 a11 0.000E-00 a12 -8.81E-17 走査レンズの第２面（射出側） 主走査断面内の非円弧形状 Ｒ -141.3 Ｋ -4.7 A4 -1.02E-06 A6 2.44E-10 A8 -7.86E-14 A10 2.80E-17 副走査断面内の曲率半径の主走査方向の変化 RS0 -15.25 a1 0.00E-00 a2 -1.92E-03 a3 0.000E-00 a4 3.77E-06 a5 0.000E-00 a6 -3.17E-09 a7 0.000E-00 a8 8.24E-13 a9 0.000E-00 a10 1.09E-15 a11 0.000E-00 a12 -5.91E-19 第１基準線Ｌ１０の、偏向反射面での反射点と走査レン
ズの第１面との距離：３３．２ｍｍ 走査レンズの第１面と第２面の距離（中心肉厚）：１
３．５ｍｍ 走査レンズの第２面と被走査面との距離：１２８．３ｍ
ｍ 偏向面から被走査面までの距離：Ｌ（第１基準線に沿っ
た距離）＝１７５ｍｍ 第１基準線から走査レンズの第１面頂点までの距離をΔ
１ 第２基準線から走査レンズの第１面頂点までの距離をΔ
２ (全て、偏向器への入射ビーム側をプラス方向とする） 第１，第２基準線に対する走査レンズの偏向面内の傾き
角をα（反時計回りを正とする）とすると、 Δ1=0.40ｍｍ，Δ2=0.40ｍｍ となっており、第１，第２基準線の両方に対して偏向反
射面に向かうビーム側にシフトしている。また、α＝-
0.35度となり、走査レンズは基準線に対してチルトして
いる。

【００１７】第１，第２ビームの開き角：θ、偏向反射
面と被走査面との間の第３光学系の副走査横倍率：β
は、それぞれ、 θ＝0.0279 β＝-2.3 であり、Ａ＝１８ｍｍ、Ｌ＝１７５ｍｍを用いると、 θ²×β²×Ａ／Ｌ＝0.00032 となり条件(１)を満足する。また、実施例２において、
カップリングレンズと偏向反射面との距離は、第１，第
２ビームとも２００ｍｍであって、L1＝２００ｍｍであ
り、第１，第２ビームをカップリングする各カップリン
グレンズの有効径は共に４ｍｍであって、φ1＝φ2＝４
ｍｍである。従って tan-1[(φ1+φ2)/2L1]=0.020(ｒａｄ) となり、条件(２)を満足する。さらに、 L2×θ×｜β｜／L1＝0.009 となり、条件(３)を満足する。第１，第２ビームの発光
点位置を、それぞれ対応するカップリングレンズの光軸
に対し、副走査方向に互いに逆方向に１．１０μｍずら
したとき、設計上の走査線ピッチは２１．２μｍ(１２
００ｄｐｉ)となる。このとき、シリンダレンズが光軸
中心について３’チルトしても、走査線ピッチの変動は
±１．７μｍ以下となり、十分許容範囲内である。

【００１８】また実施例２において、S1(+)＝-1.02，S1
(-)＝-0.87，S2(+)＝-0.19，S2(-)＝-2.50となるから、 (S1(+)-S1(-))×(S2(+)-S2(-))=-0.35 ＜ 0 となり条件式(４)を満足する（請求項３)。図３に、実
施例２における第１，第２ビームに関する像面湾曲と等
速性（リニアリティ）の図を、図２に倣って示す。像面
湾曲・等速性は第１，第２ビームとも極めて良好であ
り、良好なマルチビーム走査が可能である。

【００１９】即ち、実施例１，２に示すマルチビーム走
査装置は、複数の光源１，２と、これら複数の光源をそ
れぞれカップリングする複数のカップリングレンズ３，
４により構成される第１光学系と、この第１光学系から
の各ビームを、主走査方向に長く略線状に集光する第２
光学系５と、略線状の集光部の近傍に偏向反射面７Ｂを
有し、第２光学系からの複数のビームを等角速度的に偏
向させ、偏向反射面７Ｂとその回転軸７Ａとが一定距
離：Ａだけ離れている偏向器７と、この偏向器により偏
向された複数の偏向ビームを被走査面に向けて集光さ
せ、被走査面を略等速的に走査する走査結像素子を含む
第３光学系１１，１２（または走査レンズ）とを有し、
第２光学系からの複数のビームのうち少なくとも２つ
は、偏向回転面内で開き角を有し、開き角のうち最大の
ものをθ(ｒａｄ)、この角：θを開き角として有する２
ビームが通過する２つのカップリングレンズ３，４の有
効径を、φ1，φ2、２つのカップリングレンズ３，４と
偏向反射面７Ｂとの距離のうち短い方をL1、偏向反射面
と被走査面の間にある第３光学系の副走査方向の横倍率
をβ、偏向反射面から被走査面に至る距離をＬとすると
き、これらは、条件： （１） θ²×β²×Ａ／Ｌ＜0.0005 （２） θ＞tan~¹[(φ1+φ2)／２Ｌ１］ を満足する（請求項１）。また、最大の開き角：θを有
する２ビームが共に通過する第２光学系が、少なくとも
１つのシリンダレンズ５を有し、このシリンダレンズ５
と偏向面の距離をＬ２、２ビームが通過する２つのカッ
プリングレンズと偏向面の距離のうち短い方をL1、偏向
反射面と被走査面の間にある第３光学系の副走査方向の
横倍率をβとするとき、これらが、条件： （３） L2×θ×｜β｜/L1＜ 0.03 を満足する（請求項２）。また、複数の光源からのビー
ムのうち１つのビームの両最周辺像高での副走査方向の
結像位置をS1(+)，S1(-)、上記１つのビームとは異なる
他の１つのビームの両最周辺像高での副走査方向の結像
位置をS2(+)，S2(-)とするとき、これらが条件： （４） (S1(+)-S1(-))×(S2(+)-S2(-))＜0 を満足する（請求項３）。また、上記請求項１は、複数
の光源からのビームのうち１つのビームの両最周辺像高
での主走査方向の結像位置をM1(+)，M1(-)、上記１つの
ビームとは異なる他の１つのビームの両最周辺像高での
主走査方向の結像位置をM2(+)，M2(-)とするとき、これ
らが条件： （５） (M1(+)-M1(-))×(M2(+)-M2(-))＜0 を満足する（請求項４）。さらに実施例１，２とも、光
源の数が２であり（請求項５）、実施例２では、第３光
学系の走査結像素子が１枚のレンズ（上記走査レンズ）
で構成され（請求項６）、実施例２では、第３光学系の
走査結像素子が２枚のレンズにより構成されている（請
求項７）。また、実施例１，２とも、第３光学系の走査
結像素子を構成するレンズの１以上が、偏向回転面内で
シフトおよび／またはチルトして配備されている（請求
項８）。そして、実施例１，２において、被走査面を光
導電性の感光体の感光面とする画像形成装置は、光導電
性の感光体を均一に帯電したのち、光走査により静電潜
像の書込みを行い、書込みにより形成された静電潜像を
現像してトナー像として可視化する方式の画像形成装置
において、感光体に対する光走査を、請求項１〜８の任
意の１に記載のマルチビーム走査装置により行うこと特
徴とする画像形成装置である（請求項９）。上の実施例
１，２では第３光学系の走査結像素子を１枚または２枚
の走査レンズで構成したが、走査レンズを３枚以上有し
ても差し支えない。また第３光学系が走査ミラーを含ん
でいても良い。また、上記実施例における走査レンズの
光軸は「各面の主走査断面の頂点を結んだ直線」とす
る。条件（２），（３）の充足には、距離：L1を長くす
るのが有利であり、カップリングレンズと偏向反射面と
の間、例えば、カップリングレンズとシリンダレンズと
の間に「折り返しミラー等」を介して、上記距離：L1を
「かせぐ」ようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規なマルチビーム走査装置および画像形成装置を実
現できる。この発明のマルチビーム走査装置は、高価な
ビーム合成部品を用いずに、複数のビームで被走査面を
走査することができ、偏向器のサグによる複数ビーム間
の光学特性の差を低減でき、各ビームごとに、良好な像
面湾曲特性（小径で安定したビームスポット径）及び等
速性が得られる。また、この発明の画像形成装置は、上
記マルチビーム走査装置を用いることにより、高速で良
好な画像形成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の１形態を説明するための図で
ある。

【図２】実施例１における第１，第２ビームの像面湾曲
と等速性とを示す図である。

【図３】実施例２における第１，第２ビームの像面湾曲
と等速性とを示す図である。

【符号の説明】

１，２ 光源としての半導体レーザ ３，４ 第１光学系を構成するカップリングレンズ ５ 第２光学系としてのシリンダレンズ ７ 偏向器としての回転多面鏡 １１，１２ 第３光学系の走査結像素子をなす走査
レンズ ２０ 被走査面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−155279（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−333067（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−218363（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−197308（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−238023（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−77018（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10 B41J 2/44

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光源と、 これら複数の光源をそれぞれカップリングする複数のカ
   ップリングレンズにより構成される第１光学系と、 この第１光学系からの各ビームを、主走査方向に長く略
   線状に集光する第２光学系と、 上記略線状の集光部の近傍に偏向反射面を有し、上記第
   ２光学系からの複数のビームを等角速度的に偏向させ、
   偏向反射面とその回転軸とが一定距離：Ａだけ離れてい
   る偏向器と、 この偏向器により偏向された複数の偏向ビームを被走査
   面に向けて集光させ、被走査面を略等速的に走査する走
   査結像素子を含む第３光学系とを有し、 上記第２光学系からの複数のビームのうち少なくとも２
   つは偏向回転面内で開き角を有し、上記開き角のうち最
   大のものをθ(ｒａｄ)、この角：θを開き角として有す
   る２ビームが通過する２つのカップリングレンズの有効
   径をφ1，φ2、 上記２つのカップリングレンズと上記偏向反射面との距
   離のうち短い方をL1、偏向反射面と被走査面の間にある
   第３光学系の副走査方向の横倍率をβ、上記偏向反射面
   から被走査面に至る距離をＬとするとき、これらが、条
   件： （１） θ²×β²×Ａ／Ｌ＜0.0005 （２） θ＞tan~¹[(φ1+φ2)／２L1] を満足することを特徴とするマルチビーム走査装置。
2. 【請求項２】複数の光源と、 これら複数の光源をそれぞれカップリングする複数のカ
   ップリングレンズにより構成される第１光学系と、 この第１光学系からの各ビームを主走査方向に長く略線
   状に集光する第２光学系と、 上記略線状の集光部の近傍に偏向反射面を有し、上記第
   ２光学系からの複数のビームを等角速度的に偏向させ、
   偏向反射面とその回転軸とが一定距離：Ａだけ離れてい
   る偏向器と、 この偏向器により偏向された複数の偏向ビームを被走査
   面に向けて集光させ、被走査面を略等速的に走査する走
   査結像素子を含む第３光学系とを有し、 上記第２光学系からの複数のビームのうち少なくとも２
   つは、偏向回転面内で開き角を有し、上記開き角のうち
   最大のものをθ（ｒａｄ）とし、この角：θを開き角と
   して有する２ビームが共に通過する第２光学系が、少な
   くとも１つのシリンダレンズを有し、 上記角：θを開き角として有する２ビームが通過する２
   つのカップリングレンズの有効径をφ1，φ2、シリンダ
   レンズと偏向面の距離をL2、上記２ビームが通過する２
   つのカップリングレンズと偏向面の距離のうち短い方を
   L1、偏向反射面と被走査面の間にある第３光学系の副走
   査方向の横倍率をβとするとき、これらが、条件： （３） L2×θ×｜β｜/L1＜ 0.03 （２） θ＞tan~¹[(φ1+φ2)／２L1] を満足することを特徴とするマルチビーム走査装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のマルチビーム走査
   装置において、 複数の光源からのビームのうち１つのビームの両最周辺
   像高での副走査方向の結像位置をS1(+)，S1(-)、上記１
   つのビームとは異なる他の１つのビームの両最周辺像高
   での副走査方向の結像位置をS2(+)，S2(-)とするとき、
   これらが条件： （４） (S1(+)-S1(-))×(S2(+)-S2(-))＜0 を満足することを特徴とするマルチビーム走査装置。
4. 【請求項４】請求項１または２または３記載のマルチビ
   ーム走査装置において、 複数の光源からのビームのうち１つのビームの両最周辺
   像高での主走査方向の結像位置をM1(+)，M1(-)、上記１
   つのビームとは異なる他の１つのビームの両最周辺像高
   での主走査方向の結像位置をM2(+)，M2(-)とするとき、
   これらが条件： （５） (M1(+)-M1(-))×(M2(+)-M2(-))＜0 を満足することを特徴とするマルチビーム走査装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４の任意の１に記載のマルチビ
   ーム走査装置において、 光源の数が２であることを特徴とするマルチビーム走査
   装置。
6. 【請求項６】請求項１〜３の任意の１に記載のマルチビ
   ーム走査装置において、 第３光学系の走査結像素子が１枚のレンズで構成されて
   いることを特徴とするマルチビーム走査装置。
7. 【請求項７】請求項１〜４の任意の１に記載のマルチビ
   ーム走査装置において、 第３光学系の走査結像素子が２枚のレンズにより構成さ
   れていることを特徴とするマルチビーム走査装置。
8. 【請求項８】請求項６または７記載のマルチビーム走査
   装置において、 第３光学系の走査結像素子を構成するレンズの１以上
   が、偏向回転面内でシフトおよび／またはチルトして配
   備されていることを特徴とするマルチビーム走査装置。
9. 【請求項９】光導電性の感光体を均一に帯電したのち、
   光走査により静電潜像の書込みを行い、書込みにより形
   成された静電潜像を現像してトナー像として可視化する
   方式の画像形成装置において、 感光体に対する光走査を、請求項１〜８の任意の１に記
   載のマルチビーム走査装置により行うこと特徴とする画
   像形成装置。