JP3607255B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ、ディジタル複写機およびＰＰＦ（普通紙ファクシミリ）等に用いられる光走査装置の改良に係り、特に高速化および高画質化を図った光走査装置およびそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタ、ディジタル複写機およびＰＰＦ（普通紙ファクシミリ）等に用いられる光走査装置において、被走査面上を複数の光源により走査することによって、高速化および高密度化を実現する方法は既に広く知られている。
例えば、特開２００１−２２８４２２号公報には、複数の光源を用いるマルチビーム光走査装置において、平行・収束光束におけるアパーチャ、つまり開口絞りをコリメータレンズと光偏向器との間に配置した構成が示されている。すなわち、特開２００１−２２８４２２号公報においては、複数の光源となるマルチビーム半導体レーザから射出された複数の発散光束は、コリメータレンズによりほぼ平行光束もしくは収束光束に変換されて、シリンドリカルレンズに入射する。シリンドリカルレンズに入射した光束は、主走査断面内においてはそのままの状態で射出され、開口絞りによってその光束断面の大きさが制限され、また、副走査断面内においては収束され、該開口絞りによってその光束断面の大きさが制限される。
【０００３】
開口絞りによって制限された光束は、光偏向器（ポリゴンミラー）の偏向面に主走査方向に長いほぼ線像として結像する。そして光偏向器の偏向面で反射偏向された複数の光束はｆθレンズ系により感光ドラム面上にスポット状に結像され、該光偏向器を所定方向に回転させることによって、該感光ドラム面上を主走査方向に等速度で光走査する。これによって、記録媒体である感光ドラム面上に画像記録を行なう。
また、特開平１０−２４６８６０号公報には、複数光源を用いるマルチビーム光走査装置において、収束光束における開口絞り（アパーチャ）をコリメータレンズ近傍に配置した構成が示されている。
【０００４】
すなわち、特開平１０−２４６８６０号公報においては、マルチビーム半導体レーザより射出された複数の光束はコリメータレンズによりほぼ平行光束に変換され、該コリメータレンズの近傍の開口絞りによって光束を制限してシリンドリカルレンズに入射する。シリンドリカルレンズに入射した複数の平行光束は、主走査断面内においてはそのまま平行光束の状態で射出され、また副走査断面内においては収束されて光偏向器の偏向面に主走査方向に長いほぼ線像として結像する。そして、光偏向器の偏向面で偏向反射された複数の光束は主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折力を有するｆθレンズ系を介して感光ドラム面上の互いに異なる領域に導光され、該光偏向器を所定方向に回転させることによって、該感光ドラム面上を複数の光束で主走査方向に同時に光走査する。これによって、記録媒体である感光ドラム面上に画像記録を行なう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高速化と高画質化とを一層効果的に両立させるためには、次のような課題を達成する必要がある。
〔１〕温度変化に対するビームスポット径の変動を低減する。
〔２〕高速化のために充分な光量を確保する。
〔３〕狙い通りのビームスポット径を獲得する。
〔４〕複数ビームの被走査面上における相対的主走査方向のドット位置ずれおよびポリゴンミラーからなる光偏向器による光ビーム走査部、すなわちポリゴンスキャナ、における反射点のばらつきに起因する主走査方向のドット位置ずれを低減する。
〔５〕開口絞り、すなわちアパーチャ、およびシリンドリカルレンズ等の線像形成光学系の光学素子で反射したゴースト光の影響を低減する。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、上述した課題を解決し、温度変化に対するビームスポット径の変動を低減し、高速化に充分な光量を確保し、狙い通りのビームスポット径を獲得して、複数ビームの被走査面上における相対的主走査方向のドット位置ずれおよび光偏向器による光ビーム走査における反射点のばらつきに起因する主走査方向のドット位置ずれを低減するとともに、開口絞りおよびシリンドリカルレンズ等の線像形成光学系（第２光学系）の光学素子で反射したゴースト光の影響を低減して、高画質に対応することを可能とする光走査装置および画像形成装置を提供することを目的としている。
本発明の請求項１の目的は、特に、光利用効率の向上、複数のビーム間の相対的な主走査書き込み位置ずれの低減、および温度変動に対する主走査方向のビームウエスト位置変化の低減を達成するとともに、複数ビームの使用による光偏向器の回転数の低減を可能とし、高耐久、低消費電力、低騒音、および低振動を実現することを可能とする光走査装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の請求項２の目的は、特に、所望の画素密度に合わせて走査線間隔を設定して、光量の確保を可能とするとともに、光学設計の自由度を向上させ得る光走査装置を提供することにある。
本発明の請求項３の目的は、特に、低コスト化および面形状の自由度の増大を可能とする光走査装置を提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、特に、複数のビーム間の相対的な主走査書き込み位置ずれを低減することを可能とする光走査装置を提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、特に、安定したビームスポット径を確保することができ、ゴースト光の影響を低減することを可能とする光走査装置を提供することにある。
本発明の請求項６の目的は、特に、安定したビームスポット径を確保することを可能とするとともに、副走査方向のビームスポット径深度幅を拡大し、さらに、走査線の間隔を像高によって均一とすることを可能とする光走査装置を提供することにある。
本発明の請求項７の目的は、特に、温度変動に対する主走査方向のビームウエスト位置変化を低減することを可能とする光走査装置を提供することにある。
本発明の請求項８の目的は、特に、高速で且つ高画質に対応し得る画像形成装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係る光走査装置は、上述した目的を達成するために、
複数の発光点を有する光源と、
前記光源と共に一体化された部材に固定された光学素子からなり、前記光源の各発光点から射出される光束を収束光束に変換する第１光学系と、
前記第１光学系から射出された光束を偏向走査する偏向走査手段と、
前記偏向走査手段からの偏向光束を被走査面上に導く走査光学系とを有する光走査装置において、
前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される光学系は、少なくとも主走査方向について負のパワーを有し、
前記第１光学系と、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系と、の間に被走査面上の主走査ビームスポット径を設定するために配設される開口絞りを具備することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載した本発明に係る光走査装置は、前記光源が、前記複数の発光点を主走査方向について所定の間隔を存して配置してなることを特徴としている。
請求項３に記載した本発明に係る光走査装置は、前記走査光学系が、主走査方向にパワーを有するプラスチック製の走査結像素子を含むことを特徴としている。
請求項４に記載した本発明に係る光走査装置は、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系が、自らの光学系から射出される光束を少なくとも主走査方向についてほぼ平行光束とすることを特徴としている。
請求項５に記載した本発明に係る光走査装置は、前記開口絞りが、前記第１光学系における最終の光学素子と、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子との間に配置されることを特徴としている。
【００１０】
請求項６に記載した本発明に係る光走査装置は、前記第１光学系における最終の光学素子から前記開口絞りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞りから前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子までの距離Ｌ２が、
Ｌ１＜Ｌ２
なる式を満足することを特徴としている。
請求項７に記載した本発明に係る光走査装置は、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系が、プラスチック材料で形成され且つ主走査方向に負のパワーを有する光学素子を含むことを特徴としている。
請求項８に記載した本発明に係る画像形成装置は、上述した目的を達成するために、
上記請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載された光走査装置を有し、前記光走査装置により感光媒体を光走査により露光して、その露光分布に応じた静電潜像を前記感光媒体上に形成する手段と、
記録媒体上に前記静電潜像に従ってトナーを担持させる手段と
を具備することを特徴としている。
【００１１】
【作用】
すなわち、本発明の請求項１による光走査装置は、複数の発光点を有する光源、前記光源の各発光点から射出される光束を収束光束に変換する第１光学系、前記第１光学系から射出された光束を偏向走査する偏向走査手段と、前記偏向走査手段からの偏向光束を被走査面上に導く走査光学系とを有する光学装置において、前記第１光学系と前記偏向走査手段との間に配設される光学系は、少なくとも主走査方向について負の屈折力（パワー）を有し、前記第１光学系と、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系と、の間に被走査面上の主走査ビームスポット径を設定するために配設される開口絞りを具備し、前記光源および前記第１光学系を構成する光学素子が、一体化された部材に固定されている。
【００１２】
このような構成により、温度変化に対するビームスポット径の変動を低減し、高速化に充分な光量を確保し、狙い通りのビームスポット径を獲得して、複数ビームの被走査面上における相対的主走査方向のドット位置ずれおよび光偏向器による光ビーム走査における反射点のばらつきに起因する主走査方向のドット位置ずれを低減するとともに、開口絞りおよび第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設されるシリンドリカルレンズ等の光学系の光学素子で反射したゴースト光の影響を低減して、高画質に対応することが可能となり、特に、光利用効率の向上、複数のビーム間の相対的な主走査書き込み位置ずれの低減、および温度変動に対する主走査方向のビームウエスト位置変化の低減を達成するとともに、複数ビームの使用による光偏向器の回転数の低減を可能とし、高耐久、低消費電力、低騒音、および低振動を実現することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の請求項２による光走査装置は、前記光源が、前記複数の発光点を主走査方向について所定の間隔を存して配置している。
このような構成により、特に、所望の画素密度に合わせて走査線間隔を設定して、光量の確保が可能となるとともに、光学設計の自由度を向上させることができる。
本発明の請求項３による光走査装置は、前記走査光学系が、主走査方向に屈折力（パワー）を有するプラスチック製の走査結像素子を含んでいる。
このような構成により、特に、低コスト化および面形状の自由度の増大が可能となる。
本発明の請求項４による光走査装置は、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系が、この光学系から射出される光束を少なくとも主走査方向についてほぼ平行光束としている。
このような構成により、特に、複数のビーム間の相対的な主走査書き込み位置ずれを低減することが可能となる。
【００１４】
本発明の請求項５による光走査装置は、前記開口絞りが、前記第１光学系における最終の光学素子と、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子との間に配置される。
このような構成により、特に、安定したビームスポット径を確保することができ、ゴースト光の影響を低減することが可能となる。
本発明の請求項６による光走査装置は、前記第１光学系における最終の光学素子から前記開口絞りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞りから前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子までの距離Ｌ２が、
Ｌ１＜Ｌ２
なる式を満足する。
このような構成により、特に、安定したビームスポット径を確保することを可能とするとともに、副走査方向のビームスポット径深度幅を拡大し、さらに、走査線の間隔を像高によって均一とすることが可能となる。
【００１５】
本発明の請求項７による光走査装置は、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系が、プラスチック材料で形成され且つ主走査方向に負の屈折力（パワー）を有する光学素子を含んでいる。
このような構成により、特に、温度変動に対する主走査方向のビームウエスト位置変化を低減することが可能となる。
本発明の請求項８による画像形成装置は、上記請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載された光走査装置を有し、前記光走査装置により感光媒体を光走査により露光して、その露光分布に応じた静電潜像を前記感光媒体上に形成する手段と、記録媒体上に前記静電潜像に従ってトナーを担持させる手段とを具備する。
このような構成により、特に、高速で且つ高画質に対応させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の光走査装置および画像形成装置を詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光走査装置の要部の構成を示している。図１は、光走査装置の主として光学系に係る要部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はその平面図、そして（ｂ）はその正面図である。図２は、図１に示す半導体レーザアレイの詳細な配置構成を示す模式図である。
図１に示す光走査装置は、光源としての半導体レーザアレイ１、第１光学系としてのカップリングレンズ２、開口絞り３、後述する第２光学系としての線像形成レンズ４、ミラー５、防音ガラス６、偏向走査手段としてのポリゴンミラー７、走査光学系としての第１の走査レンズ８、第２の走査レンズ９、ミラー１０、同期検知手段１１、および被走査面１２を具備している。
【００１７】
半導体レーザアレイ１は、ＬＤ（レーザダイオード）アレイ等とも称され、複数の発光点を有するマルチビーム光源であり、詳細な構成は図２に模式的に示している。カップリングレンズ２は、コリメータレンズであり、半導体レーザアレイ１から射出される複数の発散光束を、例えば収束光束に変換する。開口絞り３は、カップリングレンズ２の射出光束を制限する。第１光学系としてのカップリングレンズ２と偏向走査手段としてのポリゴンミラー７との間に配設される前記光学系（以下「第２光学系」という）としての線像形成レンズ４は、例えばシリンドリカルレンズを用いて構成され、主走査方向に負のパワー、すなわち負の屈折力を有し、副走査方向に正のパワー、すなわち正の屈折力を有する。ミラー５は、第２光学系としての線像形成レンズ４の射出光を反射偏向する。光偏向器を構成する回転多面鏡、すなわちこの場合、ポリゴンミラー７は、図示していないポリゴンモータ等の回転駆動手段により均一の速度にて回転駆動される。結像光学系としての第１の走査レンズ８および第２の走査レンズ９は、いわゆるｆθレンズであり、副走査断面内においてポリゴンミラー７の偏向反射面と被走査面１２とをほぼ共役な関係として、ポリゴンミラー７によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査面１２上に結像させる。
【００１８】
被走査面１２は、典型的には画像担体（画像担持体）としての感光ドラムの外周面である。ミラー５とポリゴンミラー７との間からポリゴンミラー７と第１の走査レンズ８との間にかけて防音ガラス６が配置されており、ポリゴンミラー７およびポリゴンモータ等を収容する図示しない収容部を、この防音ガラス６により封止して、ポリゴンミラー７の回転動作等に伴う騒音を封じ込めるようにしている。上述したポリゴンミラー７、第１の走査レンズ８および第２の走査レンズ９により走査結像手段を構成している。ミラー１０は、ポリゴンミラー７の反射偏向による走査範囲の一端外部に対応して配設されており、反射偏向走査に同期した光ビームを取り出して同期検知手段１１に導き走査同期信号を得るようにしている。
【００１９】
図２に示すように、複数の発光点を有する半導体レーザアレイ１から射出された光束は、カップリングレンズ２により、収束光束となる。この光束は、被走査面１２上で所望のビームスポット径を得るために光束径を制限する開口絞り３を通過した後、主走査方向に負の屈折力を有し且つ副走査方向に正の屈折力を有する線像形成レンズ４を通過し、ポリゴンミラー７近傍で主走査方向に長い線像を形成する。ポリゴンミラー７で走査された光束は、第１および第２の走査レンズ８および９を通過し、被走査面１２上をほぼ等速に走査する。
このとき、有効書き込み幅の露光に先立ちミラー１０を介して同期検知手段１１にて同期検知を行い、同期検知から一定時間の後に書き込みを開始する。このとき、複数ビームの書き込み開始位置を一致させる必要があるため、同期検知手段１１を構成する同期検知素子上において光束は少なくとも主走査方向に集光されるのことが望ましい。
【００２０】
〈請求項１〜請求項４に関して〉
複数の発光点を有する多チャンネルの半導体レーザアレイ１は、図２に模式的に示すように一直線状に並んだ複数の発光点を光軸に垂直な平面内において副走査方向に対して傾斜を持たせている（請求項２に対応する）
半導体レーザアレイ１の発光点、つまり光源の間隔を長くすることは、一般に可能であるが、熱的なクロストーク等の影響をなくすためには、光源の間隔は１０数μｍ程度までしか短くできない。一方、被走査面１２上では走査線の間隔を画素密度に応じた値に設定する必要がある。
ここで、副走査方向における発光点間隔をＰｌｓ、被走査面１２上での走査線の間隔をＰｓ、そして光源と被走査面１２の間の副走査方向の横倍率をβとすると、走査線間隔Ｐｓは、
Ｐｓ＝Ｐｌｓ×β
で設定される。
【００２１】
それゆえ、走査線間隔を高密度画像に対応できる値、例えば１２００ｄｐｉの画像であれば２１．２μｍの走査線間隔、にするためには横倍率βを小さくするか、発光点間隔Ｐｌｓを小さくするしかない。そこで、仮に、横倍率βを小さくすると、副走査方向についての開口絞り３の寸法、すなわちアパーチャ径、が小さくなるため、光の利用効率が低下し、被走査面１２上で充分な光量を得ることができなくなる。また、発光点間隔Ｐｌｓを小さくするためには、上述した半導体レーザアレイ１の発光点間隔に限界がある。したがって、図２に示すように、複数の発光点を光軸が垂直に交わる平面内で副走査方向に対して傾斜させれば、良い結果が得られると考えられる（請求項２に対応）。
しかしながら、半導体レーザアレイ１を傾斜させると、次のような問題が発生する。
（１）半導体レーザは、活性層に垂直な方向の発散角θ⊥と水平、つまり活性層に平行な方向の発散角θ／／とが大きく異なるため、光利用効率が低下する。
（２）複数の発光点が主走査方向についても間隔を持つようになるため、各光源（発光点）間で相対的な主走査書込位置のずれが発生する（後に詳細に説明する）。
【００２２】
次に、（１）に対して図３および図４を参照して説明する。図３および図４は、両者共に開口絞り３のエッジと開口絞り３上での１つの発光点からのビームの光量の等高線図を示したものであり、図３が半導体レーザアレイ１を傾けない場合、そして図４が半導体レーザアレイ１を傾斜させた場合に対応し、発散角が広いほうがθ⊥である。両図より、半導体レーザアレイ１を傾けることによって光利用効率が低減することは図３および図４の両図から明らかである。
上述の説明によれば、半導体レーザアレイ１を傾斜させる／傾斜させないにかかわらず、光利用効率を向上させることが必要であり、そのために、カップリングレンズ２から射出される光束を収束光束としている。
偏向器、すなわちポリゴンミラー７、に向かう光束の主走査方向についての幅をωｉｎ、走査レンズ８および９により構成される走査光学系の焦点距離をｆ、被走査面１２上の主走査方向についてのビームスポット径をωとすると、近似的に次の式が成立する。
【００２３】
ω＝Ｋ・ｆ／ωｉｎ （Ｋは定数） （１）
ここで、ポリゴンミラー７に向かう光束の主走査方向についての幅を変えずに、光利用効率を向上させるためには第１光学系を構成するカップリングレンズ２からの射出光束を収束光束とすれば良い。なぜなら、カップリングレンズから射出されたときの主走査方向についての光束径をωｃとすると、
ωｃ＞ωｉｎ （２）
となるからである。
また、通常の場合、カップリングレンズ２から射出された光束は平行光束に変換されるが、このとき図５に示すように開口絞り３で反射されたゴースト光（反射光）が集光されて発光点に戻るため、射出される光の強度が不安定になるおそれがある。ところが、図６に示すように、カップリングレンズ２から射出される光束を収束光束とすれば、反射によるゴースト光は発光点には集光されていないので、射出される光の強度は安定する。
【００２４】
ここで、アパーチャ、すなわち開口絞り３、を通過した光束は、副走査方向に正の屈折力（パワー）を有する第２光学系の線像形成レンズ４によりポリゴンミラー７の偏向反射面近傍で主走査方向に長い線像を形成する。ここで、もしも線像形成レンズ４が主走査方向に負の屈折力を有していなければ、ポリゴンミラー７に向かう光束が主走査方向に収束する光束となってしまう。
このとき、複数の発光点が主走査方向について所定の間隔を存していると、各発光点間について相対的な主走査書き込み位置のずれが発生する。ところが、線像形成レンズ４が主走査方向について負の屈折力（パワー）を有し、ポリゴンミラー７に向かう光束を平行光束に近付けると、前述の相対的な主走査書込み位置のずれが低減する。
【００２５】
このことについて、図７および図８を参照して説明する。図７は、ポリゴンミラー７に向かう光束が主走査方向について収束光束である場合のモデル図であり、図８は、ポリゴンミラー７に向かう光束が平行光束である場合（請求項４）のモデル図である。
図７および図８の両図において、図示上部の矢印は書き込み開始時の２つのビームの主光線（実線および破線）が走査光学系（走査レンズ８および９に相当）を介して、被走査面１２に向かう様子を示している。図示下部の矢印は書き込み終了時の２つのビームの主光線（実線および破線）が走査光学系を介し、被走査面１２に向かう様子を示している。複数の発光点が主走査方向に所定間隔を存して配置されているので、ポリゴンミラー７で反射された光束は２つのビームの主光線間で主走査方向に間隔Δ１およびΔ２を有している。図７においては、走査光学系が収束光束を被走査面１２上で結像するように設計されているので、被走査面１２上で主走査方向において２ビームの書き込み位置が相対的に異なる（Δ１′、Δ２′、且つ、Δ１′≠Δ２′）。ところが、図８においては、走査光学系が平行光束を被走査面１２上で結像するように設計されているので、被走査面１２上で主走査方向において２つのビームの書き込み位置が一致する（請求項４に対応）。
【００２６】
ところで、この種の光走査装置において、安定したビームスポット径を得ることは非常に重要であり、そのためには温度変化によるビームウエスト位置変動を低減する必要がある。ここで、第１光学系（カップリングレンズ２）から射出される光束を収束光束とし、線像形成レンズ（第２光学系）４が主走査方向に負の屈折力を持つようにすれば、全光学系の主走査方向についての倍率が増大する。ここで、光源である半導体レーザアレイ１と、第１光学系を構成するカップリングレンズ２等の光学素子が、一体化された部材に固定されていれば、走査光学系で発生する主走査方向のビームウエスト位置変動を効果的に低減することができる。例えば、温度が上昇する場合、走査光学系に関しては、走査光学系の主走査方向についての焦点距離が増大し、ビームウエスト位置が正（プラス）方向、すなわちポリゴンミラー７から遠くなる方向、にずれる。逆にポリゴンミラー７以前の光学系に関しては、光源の半導体レーザアレイ１とカップリングレンズ２との間隔が増大することにより、ビームウエスト位置が走査光学系による方向とは逆方向に移動する（ビームウエスト位置が負（マイナス）側に戻る）ので、倍率が増大する分、温度補償効果は、大きくなる。
【００２７】
また、走査光学系の走査レンズ８および９等の結像素子としてプラスチック材からなる結像素子を用いると、低コスト化、および面形状の自由度の増大等の大きなメリットがあるが、走査光学系による主走査方向についてのビームウエスト位置の変動が大きくなる。このとき、特に、光偏向器であるポリゴンミラー７より以前の光学系により温度補償を行うことが重要となる（請求項３に対応する）。
すなわち、次の３つの要件を満たすことにより、高速化に必要な光量を確保することができ、複数の光源間の主走査方向の相対的な書き込み位置ずれを低減することができ、そして温度変化によるビームウエスト位置変動を低減することができる。
【００２８】
（１）第１光学系（カップリングレンズ２）から射出される光束が収束光束に変換される。
（２）第２光学系の線像形成レンズ４が少なくとも主走査方向に負の屈折力（パワー）を有する。
（３）光源（半導体レーザアレイ１）と第１光学系を構成する光学素子（カップリングレンズ２）とが一体化された部材に固定される。
また、第２光学系である線像形成レンズ４が主走査方向に負の屈折力を有しているので、光学素子を光軸方向に移動して調整を行うことによって、容易に主走査方向のビームスポット径の調整を行なうことができる。
【００２９】
〈請求項５および請求項６に関して〉
図５は、カップリングレンズ２の直後に開口絞り３が配置され、且つカップリングレンズ２からの射出光束が平行光束である場合を示した図である。開口絞り３で反射されたゴースト光が再び発光点近傍に集光されてもどるため、射出光量が変動する可能性がある。図６は、カップリングレンズ２の直後に開口絞り３が配置され、且つカップリングレンズ２からの射出光束が収束光束である場合を示した図である。図示のようにゴースト光は広がった状態で発光点に戻るので、射出光束が変動することはない。
また、上述した式（１）と同様に被走査面１２上の主走査方向のビームスポット径をωとすると、近似的に以下の式が成立する。
ω＝Ｋ′・ｆ／Ａｐ （３）
（Ｋ′は定数、開口絞り３の主走査方向の径をＡｐとする）
ここで、開口径の公差をΔＡｐとするとビームスポット径のばらつきΔωは、次式で示される。
【００３０】
Δω＝｛Ａｐ／（ＡＰ＋ΔＡｐ）｝×ω （４）
公差ΔＡｐは、開口径にかかわらず同レベルの加工レベルを有するので、ビームスポット径のばらつきを低減するためには、主走査方向絞り径Ａｐを大きくする必要があり、そのためには第１光学系の最終の光学素子（カップリングレンズ２）と第２光学系の最初の光学素子（線像形成レンズ４）との間に開口絞り３を配備すると良い。
さらに、カップリングレンズ２、つまり第１光学系における最終の光学素子、から開口絞り３までの距離Ｌ１、および開口絞り３から線像形成レンズ４、つまり第２光学系における最初の光学素子、までの距離Ｌ２が、
Ｌ１＜Ｌ２ （５）
を満足するようにすれば、主走査方向絞り径Ａｐを大きくすることができるのでビームスポット径のばらつきはさらに低減できる。
【００３１】
また、式（５）に従ってＬ１＜Ｌ２とすると副走査方向における開口絞り３の共役点と被走査面１２との距離が遠くなる。
図９は、副走査方向の断面におけるパワー（屈折力）配置とアパーチャ位置をモデル図として示している。
開口絞り３が、式（５）のＬ１＜Ｌ２を満足する位置Ａに配置された場合と、開口絞り３が、Ｌ１＞Ｌ２の範囲内の位置Ｂに配置された場合について検討する。
【００３２】
開口絞り３は、それ以降の光学系の入射瞳として機能するため、複数のビームが開口絞り３の共役点から互いに角度を有して被走査面１２に向かって進行する。このとき、位置Ｂに開口絞り３を置いた場合のように、開口絞り３の共役点が被走査面１２に近いと被走査面１２に向かう複数のビームが相対的に角度を有してしまい、副走査方向の像面湾曲の影響により、複数のビームによる走査線間隔が像高毎に異なるという問題が発生する。また、同様に開口絞り３の共役点が被走査面１２に近いと回折の影響を大きく受け、副走査方向のビームスポット径の深度余裕が減小する。
そこで、図示のように開口絞り３を、Ｌ１＜Ｌ２の位置Ａに配置することにより、開口絞り３の副走査方向の共役点と被走査面１２との間の距離が増大し（Ｂ→Ａ）、複数ビームによる像高の相違に対しても走査線間隔がほぼ均一になる。加えて、回折の影響を低減することができ、副走査方向のビームスポット径の深度余裕が増大する。
【００３３】
〈請求項７に関して〉
図１０は、光源である半導体レーザアレイ１から第２光学系までの光学系を主走査断面について示したものである。
ここで、第２光学系を構成する線像形成レンズ４は、主走査方向に負の屈折力を有する樹脂製のレンズ４ａと、副走査方向に正の屈折力を有するガラス製のレンズ４ｂとを含んでいる。前述したように、温度変動が発生したとき、光源の半導体レーザアレイ１とカップリングレンズ２との間隔の変化による主走査方向のビームウエスト位置の変化と、走査光学系の走査レンズ８および９における主走査方向のビームウエスト位置の変化における動作が逆方向となるが、光源の半導体レーザアレイ１とカップリングレンズ２の間隔の変化による補正が不充分であることが多い。ここで、第２光学系としての線像形成レンズ４が、主走査方向に負の屈折力を有する樹脂製のレンズ４ａを持てば、走査光学系（走査レンズ８および９）におけるビームウエスト位置の変化と逆の方向に変化するので温度補償の効果はさらに大きくなる。
【００３４】
〈請求項８に関して〉
図１１に、上述した光走査装置を用いて構成した本発明の第２の実施の形態による画像形成装置の構成を示している。図１１の画像形成装置は、帯電器１４、現像器１５、転写用帯電器１６、記録媒体１７、定着器１８、感光体１９、クリーニング器２０、および光走査装置２１を備えている。
図１１において、光走査装置２１は、上述され且つ図１等に示されたものと同様の光走査装置であり、感光体１９の「露光」に用いられる。帯電器１４は、感光体１９の「帯電」に用いられる。現像器１５は、感光体１９の「現像」に用いられ、転写用帯電器１６は、「転写」に用いられる。記録媒体１７は、形成された画像をハードコピーとして記録するための媒体である。定着器１８は、記録媒体１７に転写された画像を「定着」させる。感光体１９は、露光により潜像が形成される。クリーニング器２０は、感光体１９の「クニーニング」を行なう。
【００３５】
すなわち、感光体１９が、クリーニング器２０によりクリーニングされた後、帯電器１４で静電気が帯電され、光走査装置２１で露光されることにより、被走査面である感光体１９の外周面上に静電潜像が形成される。現像器１５は、感光体１９の外周面の潜像を現像し、転写用帯電器１６によって、記録媒体１７に転写される。記録媒体１７に転写された画像は、定着器１８によって定着され排出される。クリーニング器２０は、転写後の感光体１９をクリーニングして、次の帯電および露光に備える。
上述したような、帯電→露光→現像→転写→定着という工程を通して記録媒体１７上に画像が形成される。光走査装置２１として上述した光走査装置（請求項１〜請求項７に対応）を用いることにより、高速および高画質に対応し得る画像形成装置を構成することができる。
【００３６】
【実施例】
次に、上述した第１の実施の形態における光走査装置、すなわち第２の実施の形態における画像形成装置にも適用し得る光走査装置、の光学系の具体的な構成の一実施例の光学系データについて説明する。
光走査する画像の画素密度を１２００ｄｐｉとし、光源の半導体レーザアレイ１の発光波長を７８０ｎｍとする。半導体レーザアレイ１は、４チャンネル、すなわち４個の発光点を有するレーザダイオードアレイとし、この半導体レーザアレイ１の隣接する光源発光点間隔は、１４μｍ、副走査方向に対する傾け角（図２に示す角度θ）は、５９．５°とする。
【００３７】
〈ポリゴンミラー７よりも前の部分の光学系〉
まず、光偏向器であるポリゴンミラー７よりも前の部分の光学系のデータを表１に示す。ここでは、主走査方向曲率半径をＲｍ、副走査方向曲率半径をＲｓ、使用波長での屈折率をＮ、そして光軸方向の距離をＸとしている。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１において面番号に「＊」印が付されて示される面は共軸非球面である。ここでは、具体的な数値は示さないが、カップリングレンズ２の射出光束における波面収差は良好に補正されている。カップリングレンズ２から射出された光束は収束光束であり、開口絞り３を通過して、開口絞り３から１０４０ｍｍ離れた位置に結像する。また、光偏向器を構成するポリゴンミラー７は、いわゆるＡ寸が１８ｍｍで６面のポリゴンミラーである。
〈ポリゴンミラー７よりも後の部分の光学系〉
ポリゴンミラー７よりも後の部分の光学系のデータを表２に示す。
【００４０】
【表２】

表２において、面番号に「＊」が付して示される面は共軸非球面であり、次式であらわされる。
【００４１】
【数１】

【００４２】
式（６）において、面番号１の面は、
Ｋ＝２．６６７、 Ａ＝１．７９Ｅ−０７、
Ｂ＝−１．０８Ｅ−１２、 Ｃ＝−３．１８Ｅ−１４、
Ｄ＝３．７４Ｅ−１８
である。
面番号２の面は、
Ｋ＝０．０２、 Ａ＝２．５０Ｅ−０７、
Ｂ＝９．６１Ｅ−１２、 Ｃ＝４．５４Ｅ−１５、
Ｄ＝−３．０３Ｅ−１８
である。
また、表２において面番号に「＊＊」が付して示される面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径がレンズ高さにより連続的に変化する。
すなわち、面番号３の主走査方向形状は式（６）であらわされ、
Ｋ＝−７１．７３、 Ａ＝４．３３Ｅ−０８、 Ｂ＝−５．９７Ｅ−１３、
Ｃ＝−１．２８Ｅ−１６、 Ｄ＝５．７３Ｅ−２１
である。
なお、面番号３の面は、主走査に対応する方向における光軸からの距離Ｙを変数として偏向直交面内の曲率半径をＲｓ（Ｙ）とした時、このＲｓ（Ｙ）を特定するのに、次の多項式を用いるものとする。
【００４３】
Ｒｓ（Ｙ）＝Ｒｓ（０）＋Σｂｊ・Ｙ^ｊ （ｊ＝１，２，３，…） （７）
面番号３の面は、主走査対応方向について光軸対称であり、
Ｒｓ（０）＝−４７．７、 ｂ２＝１．６０Ｅ−０３、
ｂ４＝−２．３２Ｅ−０７、 ｂ６＝１．６０Ｅ−１１、
ｂ８＝−５．６１Ｅ−１６、 ｂ１０＝２．１８Ｅ−２０、
ｂ１２＝−１．２５Ｅ−２４
である。
なお、この光学系には、図１に示されるように屈折率１．５１１のガラスを用いた厚さ１．９ｍｍの防音ガラス６を挿入しており、この防音ガラス６は偏向面内で８°傾けて配置している。
開口絞り３の開口径を５．２（主走査方向）×１．７（副走査方向）とすると、次表に示すように、各像高で安定したビームスポット径を得ることができる。
【００４４】
【表３】

【００４５】
また、半導体レーザアレイ１の発散角は、半値でθ⊥が３１°、θ／／が９°となっており、開口絞り３が収束光束上にあり、そしてＬ１＜Ｌ２を満足する位置に配備されているので十分な光利用効率が得られる。
また、この実施例において走査レンズ８および９は、プラスチック材（アッベ数５５．５、線膨張係数７Ｅ−０５（１／Ｋ））を用いており、光源の半導体レーザアレイ１とカップリングレンズ２は、アルミニウムまたはアルミニウムと同等の線膨張係数（２．３Ｅ−０５）を有する樹脂材により一体加工された部材（図示せず）に固定されている。このとき、温度変動による主走査方向のビームウエスト位置変化は０．４２ｍｍと小さくなっている。
なお、図１０に示すように、主走査方向に負の屈折力を有する樹脂製レンズ４ａと副走査方向に正の屈折力を有するガラス製レンズ４ｂとを組み合わせれば温度補償の効果はさらに大きくなる。
【００４６】
また、Ｌ１＝１のとき、開口絞り３の共役点は被走査面から−８０ｍｍの位置にあり、Ｌ１＝６０のときよりも被走査面１２から３３ｍｍ遠ざかっており、複数ビームの走査線間隔の均一化、並びに副走査ビームのスポット径深度幅の拡大を実現することができる。
上述においては、複数の発光点を有する光源としては半導体レーザアレイ１を例示したが、これに類似する光源であれば、他のものとしても良い。また、複数の発光点を有する光源をさらにプリズム等を用いて合成するか、または偏向面上で交差させるようにすることにより発光点数をさらに増大させることも可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、温度変化に対するビームスポット径の変動を低減し、高速化に充分な光量を確保し、狙い通りのビームスポット径を獲得して、複数ビームの被走査面上における相対的主走査方向のドット位置ずれおよび光偏向器による光ビーム走査における反射点のばらつきに起因する主走査方向のドット位置ずれを低減するとともに、開口絞りおよびシリンドリカルレンズ等の第２光学系の光学素子で反射したゴースト光の影響を低減して、高画質に対応することが可能となる光走査装置および画像形成装置を提供することができる。
【００４８】
特に、本発明の請求項１の光走査装置によれば、複数の発光点を有する光源、前記光源の各発光点から射出される光束を収束光束に変換する第１光学系、前記第１光学系から射出された光束を偏向走査する偏向走査手段と、前記偏向走査手段からの偏向光束を被走査面上に導く走査光学系、前記第１光学系と前記偏向走査手段との間に配設され、少なくとも主走査方向について負の屈折力（パワー）を有する光学系、および前記第１光学系と前記光学系（第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される光学系）との間に被走査面上の主走査ビームスポット径を配設するために配設される開口絞りを具備し、前記光源および前記第１光学系を構成する光学素子が、一体化された部材に固定されている構成により、特に、光利用効率の向上、複数のビーム間の相対的な主走査書き込み位置ずれの低減、および温度変動に対する主走査方向のビームウエスト位置変化の低減を達成するとともに、複数ビームの使用による光偏向器の回転数の低減を可能とし、高耐久、低消費電力、低騒音、および低振動を実現することができる。
【００４９】
また、本発明の請求項２の光走査装置によれば、前記光源が、前記複数の発光点を主走査方向について所定の間隔を存して配置することにより、特に、所望の画素密度に合わせて走査線間隔を設定して、光量の確保が可能となるとともに、光学設計の自由度を向上させることができる。
本発明の請求項３の光走査装置によれば、前記走査光学系が、主走査方向に屈折力（パワー）を有するプラスチック製の走査結像素子を含むことにより、特に、低コスト化および面形状の自由度の増大が可能となる。
本発明の請求項４の光走査装置によれば、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系が、自らの光学系から射出される光束を少なくとも主走査方向についてほぼ平行光束とすることにより、特に、複数のビーム間の相対的な主走査書き込み位置ずれを低減することができる。
本発明の請求項５の光走査装置によれば、前記開口絞りが、前記第１光学系における最終の光学素子と、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子との間に配置されることにより、特に、安定したビームスポット径を確保することができ、ゴースト光の影響を低減することが可能となる。
【００５０】
本発明の請求項６の光走査装置によれば、前記第１光学系における最終の光学素子から前記開口絞りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞りから前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子までの距離Ｌ２が、
Ｌ１＜Ｌ２
なる式を満足することにより、特に、安定したビームスポット径を確保することを可能とするとともに、副走査方向のビームスポット径深度幅を拡大し、さらに、走査線の間隔を像高によって均一とすることが可能となる。
本発明の請求項７の光走査装置によれば、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系が、プラスチック材料で形成され且つ主走査方向に負の屈折力（パワー）を有する光学素子を含むことにより、特に、温度変動に対する主走査方向のビームウエスト位置変化を低減することができる。
【００５１】
本発明の請求項８の画像形成装置によれば、上記請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載された光走査装置を有し、前記光走査装置により感光媒体を光走査により露光して、その露光分布に応じた静電潜像を前記感光媒体上に形成する手段と、記録媒体上に前記静電潜像に従ってトナーを担持させる手段とを具備することにより、特に、高速で且つ高画質に対応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光走査装置の主として光学系に係る要部の構成を模式的に示す図であり、そのうち（ａ）は、平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】図１の光走査装置において光源として用いる半導体レーザアレイの詳細な配置構成を示す模式図である。
【図３】図１の光走査装置を説明するための半導体レーザアレイを傾けない場合の開口絞りのエッジと開口絞り上での１つの発光点からのビームの光量の等高線図である。
【図４】図１の光走査装置を説明するための半導体レーザアレイを傾斜させた場合の開口絞りのエッジと開口絞り上での１つの発光点からのビームの光量の等高線図である。
【図５】図１の光走査装置を説明するためのカップリングレンズの直後に開口絞りが配置され、且つカップリングレンズからの射出光束が平行光束である場合のゴースト光を模式的に示す図である。
【図６】図１の光走査装置を説明するためのカップリングレンズの直後に開口絞りが配置され、且つカップリングレンズからの射出光束が収束光束である場合のゴースト光を模式的に示す図である。
【図７】図１の光走査装置を説明するためのポリゴンミラーに向かう光束が主走査方向について収束光束である場合のモデル図である。
【図８】図１の光走査装置を説明するためのポリゴンミラーに向かう光束が主走査方向について平行光束である場合のモデル図である。
【図９】図１の光走査装置を説明するための副走査方向の断面におけるパワー配置とアパーチャ位置を示すモデル図である。
【図１０】図１の光走査装置を説明するための光源である半導体レーザアレイ１から第２光学系までの光学系を主走査断面について示した模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の要部の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザアレイ
２ カップリングレンズ
３ 開口絞り
４ 線像形成レンズ
５ ミラー
６ 防音ガラス
７ ポリゴンミラー
８ 第１の走査レンズ
９ 第２の走査レンズ
１０ ミラー
１１ 同期検知手段
１２ 被走査面
１４ 帯電器
１５ 現像器
１６ 転写用帯電器
１７ 記録媒体
１８ 定着器
１９ 感光体
２０ クリーニング器
２１ 光走査装置

Claims (8)

1. 複数の発光点を有する光源と、
   前記光源と共に一体化された部材に固定された光学素子からなり、前記光源の各発光点から射出される光束を収束光束に変換する第１光学系と、
   前記第１光学系から射出された光束を偏向走査する偏向走査手段と、
   前記偏向走査手段からの偏向光束を被走査面上に導く走査光学系とを有する光走査装置において、
   前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される光学系は、少なくとも主走査方向について負のパワーを有し、
   前記第１光学系と、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系と、の間に被走査面上の主走査ビームスポット径を設定するために配設される開口絞りを具備することを特徴とする光走査装置。
2. 前記光源は、前記複数の発光点を主走査方向について所定の間隔を存して配置してなることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記走査光学系は、主走査方向にパワーを有するプラスチック製の走査結像素子を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系は、自らの光学系から射出される光束を少なくとも主走査方向についてほぼ平行光束とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
5. 前記開口絞りは、前記第１光学系における最終の光学素子と、前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子との間に配置されることを特徴とする請求項１、請求項２および請求項４のうちのいずれか１項の光走査装置。
6. 前記第１光学系における最終の光学素子から前記開口絞りまでの距離Ｌ１、および前記開口絞りから前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系における最初の光学素子までの距離Ｌ２は、
   Ｌ１＜Ｌ２
   なる式を満足することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 前記第１光学系と前記偏向走査手段の間に配設される前記光学系は、プラスチック材料で形成され且つ主走査方向に負のパワーを有する光学素子を含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 上記請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載された光走査装置を有し、前記光走査装置により感光媒体を光走査により露光して、その露光分布に応じた静電潜像を前記感光媒体上に形成する手段と、
   記録媒体上に前記静電潜像に従ってトナーを担持させる手段と
   を具備することを特徴とする画像形成装置。

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