JP3798619B2 - マルチビーム露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速レーザプリンタ装置、複数ドラム方式カラー複写機あるいはデジタルカラー複写機などの画像形成装置に利用されるマルチビーム光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、複数ドラム方式カラープリンタあるいは複数ドラム方式カラー複写機などの画像形成装置では、色分解された色成分に対応する複数の画像形成部、及び、この画像形成部に、色成分に対応する画像データすなわち複数のレーザビームを提供するレーザ露光装置すなわち光走査装置が利用されている。
【０００３】
光走査装置は、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの断面ビーム径を所定の大きさに絞り込む第１のレンズ群、第１のレンズ群により絞り込まれたレーザビームを記録媒体が搬送される方向と直交する方向に連続的に反射する光偏向装置、光偏向装置により偏向されたレーザビームを記録媒体の所定の位置に結像させる第２のレンズ群などを有している。なお、多くの場合、光偏向装置によりレーザビームが偏向される方向が主走査方向ならびに記録媒体が搬送される方向すなわち主走査方向と直交する方向が副走査方向と示される。
【０００４】
この種の光走査装置としては、適用される画像形成装置に合わせて、各画像形成部のそれぞれに対応して複数の光走査装置が配置される例と、複数のレーザビームを提供可能に形成されたマルチビーム光走査装置が配置される例とが知られている。
【０００５】
ところで、記録媒体に対して、たとえば、Ｎ本のレーザビームにより画像情報を記録できるならば、回転ミラーの回転数および画像周波数は、それぞれ、１／Ｎに低減される。
【０００６】
また、Ｎ本のレーザビームを含む光源を色分解された色成分の数に対応させてＭ群配置することで、カラー画像を形成可能な画像形成装置向けのコンパクトな光走査装置が提供される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｍ群のレーザビームを実質的に１本のレーザビームとみなすことのできる状態で光偏向装置に案内するためには、光偏向装置よりも光源側でＭ群のレーザビームを合成する必要が生じる。この場合、光偏向装置と光源の間の距離を十分に確保するか、光偏向装置の反射面に入射するレーザビームを反射面が回転される方向と直交する方向すなわち副走査方向に距離を置いて入射させる必要がある。
【０００８】
光源と光偏向装置との間の距離を確保するためには、光偏向装置と光源の間の距離を増大させることから、光走査装置が大型化される問題がある。一方、反射面に入射するレーザビームに対して副走査方向の間隔を与えることは、結像特性を劣化させたり、Ｍ群のレーザビームごとの走査方向に対する曲り量の差および同Ｍ群のレーザビームごとの環境変化に起因するレンズ材質の屈折率変化に伴なう像面での断面ビーム径の変動等が増大する問題がある。
【０００９】
また、光走査装置の大きさを低減する目的で、最終のレンズ面と像面との間の距離が拡大されると、Ｍ群のレーザビームごとの走査方向に対する曲り量の差が大きくなる問題がある。この場合、光偏向装置の反射面と最終のレンズ面との間の距離を増大することで、曲り量は低減可能であるが、光走査装置が大型化する問題がある。また、反射面と最終のレンズ面との間の距離が増大されると、有効振り角が狭くなることから、各光源のレーザ素子を駆動する駆動周波数すなわち画像周波数を高くしなければならず、ノイズ対策および駆動装置の周波数特性の点でコストが増大される問題がある。
【００１０】
さらに、副走査方向に距離を置いたＭ群のレーザビームのそれぞれに対して与えられる光学特性を均一化するために各レーザビームが光走査装置の各レンズを通過する位置を最適化する際に、光走査装置の系の光軸から副走査方向に離れた位置を通過されるレーザビームには、残りのレーザビームに比較して異なるコマ収差が生じる問題がある。
【００１１】
また、Ｍ群のレーザビームのそれぞれがＮ本のレーザビームを含む場合、Ｎ本のレーザビームを実質的に１本のレーザビームとみなすことができるよう合成するために複数の半透明鏡であるハーフミラーが利用されるが、各レーザビームがハーフミラーを通過される回数の差が大きな場合、レーザビーム相互間の光量の差、球面収差あるいはコマ収差などに差を生じ、ビーム径に差が生じる問題がある。
【００１２】
さらにまた、Ｍ群のレーザビームがＮ本のレーザビームを含む場合には、各群のレーザビームにＮ本のビーム分の副走査方向の幅が与えられることから、１回の走査により走査されるレーザビームの露光開始位置と露光終了位置との間の主走査方向の傾きが目視可能なレベルまで増大される問題がある。
【００１３】
またさらに、Ｍ群のレーザビームがＮ本のレーザビームを含むことにより、像面に到達されたレーザビームの全ての光強度が合成された時点で、レーザビーム相互の位相の差あるいは波長の変動に起因して、像面の光エネルギーが変動する問題がある。なお、位相差あるいは波長の変動による光エネルギーの変動が所定の大きさを越えた場合には、画像形成装置に組み込まれた際に、画像欠損または未露光部へのトナーの供給の欠損が生じる問題がある。
【００１４】
この発明の目的は、色ずれの少ないカラー画像を形成可能な光走査装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、ΣＮｉ(Ｎ１＋Ｎ２＋・・・＋ＮＭ) (Ｍは１以上の整数、かつ、Ｎｉの少なくとも１つは２以上の整数) の光源と、前記複数の光源から出射された光を、副走査方向に収束させるために副走査方向に正のパワーが与えられたＭ組の光学部材と、Ｍ組の光学部材からのＭ個の光群を第１の方向にほぼ重なる様に反射させるＭ−１個の合成用反射ミラーと、を含む第１の光学手段と、回転可能に形成された反射面を有し、前記光を所定の方向に偏向する偏向手段と、この偏向手段により偏向された前記ΣΝｉ本の光を所定像面に等速で走査するように結像し、前記偏向手段の面倒れを補正する機能を持つレンズを含む第２の光学手段と、前記光による書き出し位置を規定するための水平同期検出器と、を有し、φを前記偏向手段により偏向されるビームの有効画角、Ｗを水平同期信号を検出する領域を含む有効画像領域幅、ｐを副走査方向走査ピッチ、及び、ｋを回転多面鏡面数とするとき、像担持体の進行方向に対して走査線が、δ＝ｔａｎ−１(Ｎｉ×ｐ×ｋ×φ／ (４×π×Ｗ) )だけ直角方向から傾けられており、書き出し位置を規定するための水平方向の同期の基準位置を結んだ直線を、走査線に対して角度δだけ傾けていることを特徴とする光走査装置を提供するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態としてが適用されたマルチカラー光走査装置が組み込まれる４連ドラム式カラー画像形成装置の正面断面図である。
【００２７】
図１に示されるように、画像形成装置１００は、色分解された色成分すなわちＹ＝イエロー，Ｍ＝マゼンタ，Ｃ＝シアンおよびＢ＝ブラックごとに画像を形成する第１ないし第４の画像形成部５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃおよび５０Ｂを有している。
【００２８】
各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、光走査装置１の第３の折返しミラー３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃおよび第１の折返しミラー３３Ｂを介して各色成分画像に対応するレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が出射される位置に対応して、光走査装置１の下方に、５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃおよび５０Ｂの順で直列に配置されている。
【００２９】
それぞれの画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の下方には、各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により形成された画像を搬送する搬送ベルト５２が配置されている。
【００３０】
搬送ベルト５２は、図示しないモータにより矢印の方向に回転されるベルト駆動ローラ５６およびテンションローラ５４に掛け渡され、ベルト駆動ローラ５６が回転される方向に所定の速度で回転される。
【００３１】
各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、それぞれ、円筒ドラム状で、矢印の方向に回転可能に形成され、印字すべき画像情報に対応する静電潜像が形成される感光体ドラム５８Ｙ，５８Ｍ，５８Ｃおよび５８Ｂを有している。
【００３２】
それぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の周囲の所定位置には、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の表面に所定の表面電位を提供する帯電装置６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃおよび６０Ｂ、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の表面に形成された静電潜像を対応する色が与えられているトナーで現像する現像装置６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃおよび６２Ｂ、搬送ベルト５２を感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) との間に介在させた状態で感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に対向され、搬送ベルト５２または搬送ベルト５２を介して搬送される記録用紙Ｐに、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 上のトナー像を転写する転写装置６４Ｙ，６４Ｍ，６４Ｃおよび６４Ｂ、転写装置６４ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を介してトナー像が転写されたあとに感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 表面に残った残存トナーを除去するクリーナ６６Ｙ，６６Ｍ，６６Ｃおよび６６Ｂ、及び、転写装置６４ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を介してトナー像が転写されたあとにそれぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 上に残った残存電位を除去する除電装置６８Ｙ，６８Ｍ，６８Ｃおよび６８Ｂが、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の回転方向に沿って順に配置されている。
【００３３】
なお、光走査装置１の各ミラー３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃおよび３３Ｂにより、感光体ドラム５８に案内される各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、図２および図６を用いて後述するよう、それぞれの感光体上で副走査方向にＮｉ本に分離され、各帯電装置６０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) と各現像装置６２ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) との間に照射される。また、この例では、レーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣは２本 (Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３＝２) に、また、レーザビームＬＢは４本 (Ｎ４＝４) に、それぞれ、分離される。
【００３４】
搬送ベルト５２の下方には、各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により形成された画像が転写されるための記録媒体すなわち用紙Ｐを収容する用紙カセット７０が配置されている。
【００３５】
用紙カセット７０の一端部であって、テンションローラ５４の近傍には、用紙カセット７０に収容されている用紙Ｐを (最上部から) １枚ずつ取り出す半月ローラ (送り出しローラ) ７２が配置されている。送り出しローラ７２とテンションローラ５４との間には、カセット７０から取り出された１枚の用紙Ｐの先端と各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、特に、５０Ｂによりそれぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、特に、５８Ｂに形成されたトナー像の先端とを整合させるためのレジストローラ７４が配置されている。
【００３６】
レジストローラ７４と第１の画像形成部５０Ｙとの間であって、テンションローラ５４の近傍、実質的に、搬送ベルト５２を挟んでテンションローラ５４の外周上には、レジストローラ７２を介して所定のタイミングで搬送される１枚の用紙Ｐに、所定の静電吸着力を提供する吸着ローラ７６が配置されている。なお、吸着ローラ７６の軸線とテンションローラ５４は、平行に配置される。
【００３７】
搬送ベルト５２の一端であって、ベルト駆動ローラ５６の近傍、実質的に、搬送ベルト５２を挟んでベルト駆動ローラ５６の外周上には、搬送ベルト５２あるいは搬送ベルトにより搬送される用紙Ｐ上に形成された画像の位置を検知するためのレジストセンサ７８および８０が、ベルト駆動ローラ５６の軸方向に所定の距離をおいて配置されている (図１は、正面断面図であるから、後方のセンサ８０のみが示されている) 。
【００３８】
ベルト駆動ローラ５６の外周に対応する搬送ベルト５２上には、搬送ベルト５２上に付着したトナーあるいは用紙Ｐの紙かすなどを除去する搬送ベルトクリーナ８２が配置されている。
【００３９】
搬送ベルト５２を介して搬送された用紙Ｐがテンションローラ５６から離脱されてさらに搬送される方向には、用紙Ｐに転写されたトナー像を用紙Ｐに定着する定着装置８４が配置されている。
【００４０】
図２には、図１に示したカラー画像形成装置に利用されるマルチビーム光走査装置が示されている。なお、図１に示したカラー画像形成装置では、通常、Ｙすなわちイエロー、Ｍすなわちマゼンタ、ＣすなわちシアンおよびＢすなわちブラック (黒) の各色成分ごとに色分解された４種類の画像データと、Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢのそれぞれに対応して各色成分ごとに画像を形成するさまざまな装置が４組利用されることから、同様に、各参照符号にＹ，Ｍ，ＣおよびＢを付加することで、色成分ごとの画像データとそれぞれに対応する装置を識別する。
【００４１】
図２に示されるように、マルチビーム光走査装置１は、光源としてのレーザ素子から出射されたレーザビームを、所定の位置に配置された像面すなわち図１に示した第１ないし第４の画像形成部５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃおよび５０Ｂの感光体ドラム５８Ｙ，５８Ｍ，５８Ｃおよび５８Ｂのそれぞれの所定の位置に向かって所定の線速度で偏向する偏向手段としてのただ１つの光偏向装置５を有している。なお、以下、光偏向装置５によりレーザビームが偏向される方向を主走査方向と示す。また、主走査方向と直交する方向であって、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面に平行な方向を副走査方向と示す。
【００４２】
光偏向装置５は、複数、たとえば、８面の平面反射鏡 (面) が正多角形状に配置された多面鏡本体５ａと、多面鏡本体５ａを、主走査方向に所定の速度で回転させる図示しないモータとを有している。多面鏡本体５ａは、たとえば、アルミニウムにより形成される。また、多面鏡５ａの各反射面は、多面鏡本体５ａが回転される方向を含む面すなわち主走査方向と直交する面、すなわち、副走査方向に沿って切り出されたのち、切断面に、たとえば、二酸化ケイ素などの表面保護層が蒸着されることで提供される。
【００４３】
光偏向装置５と像面との間には、光偏向装置５の反射面により所定の方向に偏向されたレーザビームに所定の光学特性を与える第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂからなる２枚組みの偏向後光学系３０、偏向後光学系３０の第２の結像レンズ３０ｂから出射されたそれぞれの合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の個々のビームが、画像が書き込まれる領域より前の所定の位置に到達したことを検知するためのただ１つの水平同期検出器２３、及び、偏向後光学系２１と水平同期検出器２３との間に配置され、偏向後光学系２１の後述する少なくとも一枚のレンズを通過された２＋２＋２＋４本の合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の一部を、水平同期検出器２３に向かって、主走査方向ならびに副走査方向のそれぞれ共に異なる方向へ反射させるただ１組の水平同期用折り返しミラー２５などが配置されている。
【００４４】
次に、光源としてのレーザ素子と光偏向装置５との間の偏向前光学系について詳細に説明する。
【００４５】
光走査装置１は、Ｎｉ (ｉは正の整数) を満たす第１および第２の２つ (Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３＝２) のレーザ素子を含むイエロー，マゼンタおよびシアン用光源３Ｙ，３Ｍおよび３Ｃと、Ｎｉ (ｉは正の整数) を満たす第１ないし第４の４つ (Ｎ４＝４) のレーザ素子を含む第４の光源３Ｂを有している。なお、ビーム群光源の数Ｍ (Ｍは正の整数) は、４で示される。
【００４６】
第１の光源３Ｙは、Ｙすなわちイエロー画像に対応するレーザビームを出射するイエロー第１レーザ３Ｙａおよびイエロー第２レーザ３Ｙｂを有している。それぞれのレーザ３Ｙａおよび３Ｙｂは、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＹａおよびＬＹｂに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００４７】
第２の光源３Ｍは、Ｍすなわちマゼンタ画像に対応するレーザビームを出射するマゼンタ第１レーザ３Ｍａおよびマゼンタ第２レーザ３Ｍｂを有している。なお、それぞれのレーザ３Ｍａおよび３Ｍｂも、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＭａおよびＬＭｂに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００４８】
第３の光源３Ｃは、Ｃすなわちシアン画像に対応するレーザビームを出射するシアン第１レーザ３Ｃａおよびシアン第２レーザ３Ｃｂを有している。この光源３Ｃも、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＣａおよびＬＣｂに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００４９】
第４の光源３Ｂは、Ｂすなわちブラック (黒) 画像に対応するレーザビームを出射する黒第１レーザ３Ｂａ、黒第２レーザ３Ｂｂ、黒第３レーザ３Ｂｃおよび黒第４レーザ３Ｂｄを有している。なお、光源３Ｂは、４つのレーザを含むものの、上述した第１ないし第３の光源３Ｙ，３Ｍおよび３Ｃと同様に、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＢａ，ＬＹｂ，ＬＹｃおよびＬＹｄに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００５０】
これにより、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面には、各反射面上で副走査方向に距離をおいたＮｉ本かつＭ組 (Ｍ＝４) のレーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａ，ＬＣｂ，ＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄが出射される。
【００５１】
それぞれのレーザ素子３Ｙａおよび３Ｙｂ、３Ｍａおよび３Ｍｂ、３Ｃａおよび３Ｃｂ、ならびに、３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄすなわち４群の光源３Ｙ，３Ｍ，３Ｃおよび３Ｂと光偏向装置５との間には、それぞれの光源から出射された２本＋２本＋２本＋４本の合計１０本のレーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａ，ＬＣｂ，ＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄの断面ビームスポット形状を所定の形状に整える４ (Ｍ) 組みの偏向前光学系７ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が配置されている。
【００５２】
イエロー第１レーザ３Ｙａおよびイエロー第２レーザ３Ｙｂのそれぞれと、光偏向装置５の間には、各レーザ３Ｙａおよび３Ｙｂに所定の収束性を与える有限焦点レンズ９Ｙａおよび対応する有限レンズを通過されたレーザビームのビーム断面形状を所定の形状に整える絞り１０Ｙａ、ならびに、同レンズ９Ｙｂおよび同１０Ｙｂが配置されている。なお、各有限レンズ９Ｙａおよび９Ｙｂは、後述する偏向後光学系に利用される結像レンズ群に与えられる光学特性に対して相補的な光学特性を有することが必要であり、結像レンズ群の光学特性に依存して、たとえば、それぞれのレーザビームを平行光に変換するコリメートレンズが利用されてもよい。
【００５３】
それぞれの絞り１０Ｙａ，１０Ｙｂを通過されたレーザビームＬＹａ，ＬＹｂが交差する位置には、それぞれのレーザビームＬＹｂとＬＹａとを、副走査方向から見た状態で実質的に１本のレーザビームＬＹとみなすことのできるよう重ね合わせる半透明鏡であるハーフミラー１２Ｙが配置されている。すなわち、ハーフミラー１２ＹのレーザビームＬＹａが入射される面と反対の面には、レーザビームＬＹａに対して副走査方向に所定のビーム間隔を提供可能に配置されたレーザビームＬＹｂがレーザビームＬＹａに対して副走査方向に所定のビーム間隔で入射される。なお、ハーフミラー１２Ｙは、それぞれのレーザビームＬＹａ，ＬＹｂを、副走査方向から見た状態で実質的に１本のレーザビームＬＹとみなすことのできるよう重ね合わせた状態で光偏向装置５の多面鏡５ａに入射させることのできる所定の角度で配置される。
【００５４】
ハーフミラー１２Ｙと光偏向装置５との間には、ハーフミラー１２Ｙにより重ね合わせられたレーザビームＬＹを、副走査方向にのみ、さらに収束させるハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙ、及び、図８を用いて後述するようにハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙを通過されたレーザビームＬＹを、実質的に１まとまりの光線束として光偏向装置５に案内するための複数の反射面を有するレーザ合成ミラーユニット１３が配置されている。
【００５５】
レーザ合成ミラーユニット１３は、以下に示す他のレーザビームを、実質的に１まとまりの光線束として光偏向装置５に案内する。なお、図２から明らかなように、第１の光源３Ｙにより出射された第１および第２のイエローレーザビーム３Ｙａおよび３Ｙｂは、図８に示すレーザ合成ミラーユニット１３を通過されて光偏向装置５に案内される。
【００５６】
また、マゼンタ第１レーザ３Ｍａおよびマゼンタ第２レーザ３Ｍｂのそれぞれとレーザ合成ミラーユニット１３との間には、それぞれのレーザ３Ｍａおよび３Ｍｂに対応された有限焦点レンズ９Ｍａおよび絞り１０Ｍａならびに９Ｍｂおよび１０Ｍｂ、ハーフミラー１２Ｍ、及び、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｍが配置されている。
【００５７】
以下、同様に、シアン第１レーザ３Ｃａおよびシアン第２レーザ３Ｃｂのそれぞれとレーザ合成ミラーユニット１３との間には、それぞれのレーザ３Ｃａおよび３Ｃｂに対応された有限焦点レンズ９Ｃａおよび絞り１０Ｃａならびに９Ｃｂおよび１０Ｃｂ、ハーフミラー１２Ｃ、及び、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｃが配置されている。
【００５８】
さらに、黒第１レーザ３Ｂａ、黒第２レーザ３Ｂｂ、黒第３レーザ３Ｂｃおよび黒第４レーザ３Ｂｄのそれぞれとレーザ合成ミラーユニット１３との間には、上述した他の光源に類似した光学特性を提供可能な、第１ないし第４の有限焦点レンズ９Ｂａ，９Ｂｂ，９Ｂｃおよび９Ｂｄ、第１ないし第４の絞り１０Ｂａ，１０Ｂｂ，１０Ｂｃおよび１０Ｂｄ、ハーフミラー１２Ｂ１，１２Ｂ２ならびに１２Ｂ３、及び、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｂが配置されている。
【００５９】
なお、それぞれの光源３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、偏向前光学系７ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、及び、レーザ合成ミラーユニット１３は、例えば、アルミニウム合金によって形成される図示しない保持部材により一体的に保持されている。
【００６０】
次に、偏向前光学系に利用される各レンズおよびハーフミラーの光学特性について詳細に説明する。
【００６１】
有限焦点レンズ９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ａ，９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ｂ，９Ｂｃおよび９Ｂｄには、それぞれ、非球面または球面ガラスレンズの表面に、図示しない紫外線硬化型プラスチック非球面レンズを貼り合わせた単レンズが利用される。
【００６２】
各ビーム群中のレーザ素子の出力を全て同一の値とし、面上でも同一の光強度とするために、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) とハーフミラー１２Ｂ１の反射率と透過率の比は、それぞれ、１：１に設定される。これに対して、ハーフミラー１２Ｂ２および１２Ｂ３の反射率と透過率の比は、それぞれ、２：１および３：１に設定される。
【００６３】
詳細には、第１ないし第３の光源３Ｙ，３Ｍおよび３Ｃのそれぞれは、レーザの個数ＮがΝ１＝Ν２＝Ν３＝２であることから、要求されるハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) の総数は、Ｎｉ−１により管理されるとともに、実質的に、２つの光源からのレーザビームの光量を５０％ずつ合成することが必要となる。従って、反射率と透過率との比は、１：１に設定され、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) を通過された時点で、それぞれのレーザ３Ｙａおよび３Ｙｂ、３Ｍａおよび３Ｍｂ、ならびに、３Ｃａおよび３Ｃｂから出射されたレーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａおよびＬＣｂの光強度は、実質的に等しく規定される。
【００６４】
一方、黒第１レーザ３ＢａからのレーザビームＬＢａと黒第２レーザ３ＢｂからのレーザビームＬＢｂを合成するハーフミラー１２Ｂ１も２つの光源からのレーザビームの光量を５０％ずつ合成する点で、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) と同一の反射率と透過率とを有する。これに対して、ハーフミラー１２Ｂ２は、ハーフミラー１２Ｂ１により既に合成されたレーザビームＬＢａとレーザビームＬＢｂに対して黒第３レーザ３ＢｃからのレーザビームＬＢｃを合成するものであるから、反射率と透過率との比を２：１とすることにより、レーザビームＬＢａ，ＬＢｂおよびＬＢｃの光強度を等しくすることができる。同様に、ハーフミラー１２Ｂ３は、ハーフミラー１２Ｂ２により既に合成されたレーザビームＬＢｃとレーザビームＬＢａおよびレーザビームＬＢｂとに対して黒第４レーザ３ＢｄからのレーザビームＬＢｄを合成するものであるから、反射率と透過率との比を３：１とすることにより、ハーフミラー１２Ｂ３を通過された時点で、それぞれのレーザ３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄから出射されたレーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄの光強度を、実質的に等しくできる。
【００６５】
ところで、ハイブリッドレンズ１１Ｂに入射される各レーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｂの光強度は、それぞれのレーザ３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよびａ３Ｂｄを出射された時点に比較して、おおむね、２５％に減少されることになる。
【００６６】
これに対して、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) を通過されてハイブリッドレンズ１１ (Ｙ，ＭおよびＣ) に入射される各レーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａおよりＬＣｂの光強度は、それぞれのレーザ３Ｙａ，３Ｙｂ，３Ｍａ，３Ｍｂ，３Ｃａおよび３Ｃｂを出射された時点に比較して、おおむね、５０％に保持される。
【００６７】
このことから、図２に示した例では、各レーザ３Ｙａ，３Ｙｂ，３Ｍａ，３Ｍｂ，３Ｃａおよび３Ｃｂの定格出力を１０ミリワット (以下、ｍＷと示す) に、３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄの定格出力２０ｍＷに、それぞれ設定することにより、異なるビーム数かつ異なる色用のレーザビームを、結像位置において、実質的に等しい光強度に設定できる。
【００６８】
ところで、各現像装置６２ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に使用されるトナーの特性の個体誤差および各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に利用される感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の特性の個体誤差に関連して、像面におけるレーザビームの最適光強度が変動することが知られている。また、各色成分に対応するトナーには、着色剤等の特性あるいは転写方式等に起因して異なる光強度およびビーム径が要求されることもある。しかしながら、同一の色成分に対応される画像形成部５０における光強度およびビーム径は、実質的に均一であることが必要である。
【００６９】
すなわち、画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 相互間でのレーザビーム群ＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢの光強度は、均一である必要はないが、各ビーム群におけるＮｉ本のビーム相互の像面での光強度およびビーム径は、それぞれ、均一であることが要求される。
【００７０】
例えば、イエローレーザビームＬＹａおよびＬＹｂの光強度が同一で、ＬＹａのビーム径がＬＹｂより小さい場合、イエローレーザビームＬＹａにより感光体ドラム５８Ｙに書き込まれる潜像の幅はレーザビームＬＹｂにより感光体ドラム５８Ｙに書き込まれる潜像の幅に対して狭くなる。一例として、２本おきに、主走査方向に線を書き込む場合には、線の太さにばらつきが生じ、むらのある画像となってしまう。
【００７１】
従って、イエローレーザビームＬＹａおよびＬＹｂ、マゼンタレーザビームＬＭａおよびＬＭｂ、シアンレーザビームＬＣａおよびＬＣｂ、ならびに、ブラック (黒) レーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄは、それぞれ、像面での光強度が同一でビーム径も均一であることが要求される。
【００７２】
ところで、一般に、出力の高いすなわち高出力用レーザ素子ほど、そのビーム放射角度が小さくなることから、同一の有限レンズと絞りを使用した場合には、像面でのビーム径が大きくなってしまう。よって、ハーフミラー１２Ｙにより主走査方向にまとめられるそれぞれのレーザビーム用のレーザ素子の定格出力は、互いに等しいことが必要となる。
【００７３】
このことから、この発明の実施の形態では、ハーフミラー１２Ｙにより主走査方向にまとめられるＬＹａおよびＬＹｂを出射するレーザ素子３Ｙａおよび３Ｙｂの定格出力は、それぞれ１０ｍＷに揃えられている。また、ハーフミラー１２Ｍにより主走査方向にまとめられるＬＭａおよびＬＭｂを出射するレーザ素子３Ｍａおよび３Ｍｂの定格出力は、それぞれ１０ｍＷ、同様に、ハーフミラー１２Ｃにより主走査方向にまとめられるＬＣａおよびＬＣｂを出射するレーザ素子３Ｃａおよび３Ｃｂの定格出力は、それぞれ１０ｍＷである。なお、ハーフミラー１２Ｂ１，１２Ｂ２および１２Ｂ３によりまとめられるレーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄを出射するレーザ素子３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄの定格出力は、それぞれ２０ｍＷに揃えられている。
【００７４】
これにより、それぞれのビーム群、すなわち、ＬＹａおよびＬＹｂ、ＬＭａおよびＬＭｂ、ＬＣａおよびＬＣｂならびにＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄの各ビーム群の中での像面のビーム径は、同一の有限レンズおよび絞りによっても、容易に均一とすることができる。
【００７５】
ここで、仮に、図２に示した光学装置において、ハーフミラー１２Ｂ１，１２Ｂ２および１２Ｂ３の透過率と反射率の比を、全て、１：１とすると、像面での光強度を均一とするためには、レーザ素子３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄの定格出力は、それぞれ、４０ｍＷ，４０ｍＷ，２０ｍＷおよび１０ｍＷに設定されなければならない。この場合、上述したレーザビームの放射角の差によって像面でのビーム径にばらつきが生じることとなる。
【００７６】
ここで、各レーザ素子３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄとして定格出力が同一すなわち４０ｍＷのレーザ素子を利用し、実際に使用する際の出力を、それぞれ、４０ｍＷ，４０ｍＷ，２０ｍＷおよび１０ｍＷに制御する方法は容易に着想可能であるが、レーザ素子３Ｂｃおよび３Ｂｄは、オーバースペックとなることは明らかであり、コストが増大される。
【００７７】
また、各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢに対して用意されるハーフミラー１２の個数は、Ｍ組の光源のそれぞれを構成するビーム数ＮのΝｉ−１個（イエロー、マゼンタ、シアンは１、黒は３）であるが、いづれのレーザビームに関しても、ハーフミラー１２を透過される回数は、最大で１回に制限される。
【００７８】
換言すると、レーザビームＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＣｂおよびＬＢａは、ハーフミラー１２により反射されるのみ (透過回数＝０) であり、残りのレーザビームもハーフミラー１２を１回だけ通過する。
【００７９】
このように、それぞれのレーザビームがハーフミラー１２を透過する回数およびビーム相互間の通過回数の差を最小とすることにより、平行光以外の光が平行平板を通過する場合に生じる問題である焦点距離の変動あるいは球面収差の影響を低減できる。なお、ハーフミラー１２を通過されないレーザビームＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＣｂおよびＬＢａのそれぞれを、ハーフミラー１２と等しい屈折率が与えられている平行平板を通過させることにより、ビーム相互間の通過回数の差に起因する光学特性の変動を低減できる。
【００８０】
以下、表１ないし表３に、偏向前光学系７の光学的数値データを示す。
【００８１】
【表１】
【００８２】
【表２】
【００８３】
【表３】
【００８４】
表１ないし表３から明らかなように、それぞれの色成分に対応される有限焦点レンズ９およびハイブリッドシリンダレンズ１１は、単体では、どの色成分に関しても、同一のレンズが利用される。なお、転写ベルトである搬送ベルト５２が回転される方向に関し、最も回転方向上流側と最も回転方向下流側に位置するＹ (イエロー) 画像形成部５８Ｙに対応される偏向前光学系７ＹおよびＢ (ブラック) 画像形成部５８Ｂに対応される偏向前光学系７Ｂは、実質的に、同一のレンズ配置を有する (系の光軸に対して対称となっている) 。また、Ｍ (マゼンタ) に対応される偏向前光学系７ＭおよびＣ (シアン) に対応される偏向前光学系７Ｃは、偏向前光学系７Ｙおよび７Ｂに比較して、有限焦点レンズ９とハイブリッドシリンダレンズ１１との間隔が広げられている。
【００８５】
一方、ハイブリッドシリンダレンズ１１と光偏向装置５の反射面との間の距離は、両端のレーザビーム、すなわち、レーザビームＬＹおよびレーザビームＬＢに関して最大に規定される。このことは、図２から明らかなように、複数の光源のそれぞれを複数のレーザにより構成する際に、各レーザ３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ａ，３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ｂ，黒第３レーザ３Ｂｃおよび黒第４レーザ３Ｂｄと、それぞれに対応する有限焦点レンズ９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ａ、９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ｂ，黒第３レーザ用有限焦点レンズ９Ｂｃおよび黒第４レーザ用有限焦点レンズ９Ｂｄの配列に関する制約 (実装面) を低減できる。
【００８６】
次に、図３を用いて、各光源から光偏向装置に向かうレーザビームに作用する偏向前光学系の機能について説明する。なお、各光源と光偏向装置との間に配置される各レンズおよびハーフミラーの作用は実質的に同一であるから、イエロー第１レーザ３Ｙａから光偏向装置５の多面鏡５ａに向かうレーザビームＬＹａを代表させて説明する。
【００８７】
図３に示されるように、イエロー第１レーザ３Ｙａを出射されたレーザビームＬＹａは、有限焦点レンズ９Ｙａにより所定の収束性が与えられたのち絞り１０Ｙａを通過されて、断面ビーム形状が所定の形状に整えられる。
【００８８】
ハーフミラー１２Ｙにより、後述するイエロー第２レーザ３ＹｂからのレーザビームＬＹｂ (図３では示されていない) に対して、副走査方向に所定の距離を置いた実質的に１本のレーザビームにまとめられたレーザビームＬＹ (ＬＹａ＋ＬＹｂ) は、図８を用いて後述するレーザ合成ミラーユニット１３の非反射領域を通過されて、副走査方向から見た状態で他の３群のレーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢと実質的に１まとまりにまとめられて光偏向装置５に案内される。
【００８９】
ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙは、空気と接する面すなわち入射面が実質的に円筒面に形成され、副走査方向に対して実質的に等しい曲率が与えられた第１のシリンダレンズ１７Ｙと第２のシリンダレンズ１９Ｙとが、シリンダレンズ１７Ｙの出射面とシリンダレンズ１９Ｙの入射面との間の接着により、または、図示しない位置決め部材に向かって所定の方向から押圧されることで、一体に形成される。第１のシリンダレンズ１７Ｙは、プラスチック、たとえば、ＰＭＭＡ (ポリメチルメタクリル) により形成される。第２のシリンダレンズ１９Ｙは、ガラス、たとえば、ＴａＳＦ２１により形成される。なお、それぞれのシリンダレンズ１７Ｙおよび１９Ｙは、保持部材１５と一体に形成された図示しない位置決め機構を介して、有限焦点レンズ９Ｙａあるいは９Ｙｂのそれぞれと正確な間隔で固定される。
【００９０】
ところで、レーザビームＬＹａは、第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂを通過する際に生じるコマ収差を打ち消すよう (図３において、１７ａで示されるシリンダレンズの入射面から延出された一点鎖線である) ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙの光軸に偏心および傾きを伴なって入射される。
【００９１】
また、図示しないレーザビームＬＹｂは、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙの光軸に対してレーザビームＬＹａと非対称に入射される。なお、レーザビームＬＹｂは、図３と同一の条件で表示すると、実質的にレーザビームＬＹｂと重なり合うよう、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙに入射される。
【００９２】
表４および表５は、表１ないし表３に示した偏向前光学系と組み合わせて利用される偏向後光学系の光学的数値データを示している。
【００９３】
【表４】
【００９４】
【表５】
【００９５】
表４および表５に示した偏向後光学系を利用すれば、光偏向装置５の各反射面の面倒れの最大値を１分とした場合であっても、像面でのビームの位置ズレは、４μｍに抑えられる。
【００９６】
すなわち、表４に示した偏向後光学系は、光偏向装置５の各反射面の面倒れに対して１／４８倍の面倒れ補正機能を有する。なお、偏向後光学系が面倒れ補正機能を持たない場合、ジッタが目視により知覚されない程度まで光偏向装置５の各反射面相互の面倒れを低減しようとすれば、光偏向装置５の各反射面の倒れを２秒程度まで低減しなければならないことから、多面鏡本体５ａが非常に高価なものとなってしまう。
【００９７】
また、光偏向装置５により偏向されるビームの有効画角φは、１．０１２３７ラジアン (以下、ｒａｄと示す) であり、水平同期信号検出領域を含む有効画像領域幅Ｗは、３２０ミリメートル（以下、ｍｍと示す）、光偏向装置５の各反射面の反射点と像面との間の距離ＬＴは、３２９．７９７ｍｍである。ここで、
１．０１２３７＝φ ＞ Ｗ／ＬＴ＝０．９７
となるよう、ビームの有効画角φ、有効画像領域幅Ｗおよび反射点と像面との間の距離ＬＴを最適化することにより、マルチビームに必要な結像特性および走査線曲がり等が環境の変化によって劣化されることを低減する一方で、光源に利用されるレーザ素子を駆動するレーザ駆動周波数を低くすることができる。これにより、光走査装置の大きさも低減できる。また、偏向後光学系に、プラスチックレンズを使用しても、温湿度の変化に対して色ズレの少ない光学ユニットを提供できる。
【００９８】
なお、φ ＞ Ｗ／ＬＴは、有効画角φ、Ｗ／ＬＴ (有効画像領域幅／反射点と像面との間の距離) すなわちを最適化設計の変数としてシミュレーションした結果得られたものである。ここで、φ ＜ Ｗ／ＬＴの領域では、温湿度変化に対して走査線曲がりおよび結像特性の劣化が大きくなることが確認されている。また、製造公差も、厳しくなることが確認された。その一方で、φ ＞ １．２（Ｗ／ＬＴ）の領域では、温湿度の変化に対して走査線曲がりが大きくなることが確認されている。
【００９９】
従って、ビームの有効画角φは、好ましくは、
１．２（Ｗ／ＬＴ） ＞ φ ＞ Ｗ／ＬＴ
の範囲内から選択される。なお、ビームの有効画角φを評価する際に、図４に示す評価関数を用いている。ここで、図４を参照すれば、φが１付近で全体的に評価関数が小さくなるが、φ＝１．１（Ｗ／ＬＴ）近傍でも評価関数が小さくなることが確認できる。
【０１００】
図５には、図３および表１ないし表３に示した偏向前光学系７ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) のそれぞれを、光偏向装置５の反射面の回転軸に直交する方向（副走査方向）のそれぞれのレーザ合成ミラーの反射面１３Ｙ，１３Ｍおよび１３Ｃから光偏向装置５に向かうレーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣが示されている (ＬＹはＬＹａとＬＹｂ、ＬＭはＬＭａとＬＭｂ、ＬＣはＬＣａとＬＣｂから成っている) 。ここで、図５中の各ビームＬＢ，ＬＣ，ＬＭ，ＬＹに各々記載されている一点鎖線は、それぞれのビームの主光線を表している。また、ビームＬＭとＬＣの主光線の間に記載されている一点鎖線は、本願の４本ビームによる光学系の系全体の光軸を表している。
【０１０１】
図５から明らかなように、それぞれのレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、光偏向装置５の反射面の回転軸と平行な方向に、相互に異なる間隔で、光偏向装置５に案内される。ここで、図１および図５に示したように、レーザビームＬＢを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｂは、レーザビームＬＣを光偏向装置５に反射するためのミラー１３ＣおよびレーザビームＬＭを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｍよりも光偏向装置５に近い位置に配置されている。また、レーザビームＬＣを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｃは、レーザビームＬＭを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｍよりも光偏向装置５に近い位置に配置される。また、レーザビームＬＭおよびＬＣは、光偏向装置５の反射面の回転軸と直交するとともに反射面の副走査方向の中心を含む面、すなわち、光走査装置１の系の光軸を含む面を挟んで非対称に、光偏向装置５の各反射面に案内される。なお、光偏向装置５の各反射面上でのレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢ相互のそれぞれの主光線相互の間隔は、ＬＹ−ＬＭ間で２．２６ｍｍ、ＬＭ−ＬＣ間で１．７１ｍｍ、及び、ＬＣ−ＬＢ間で１．４５ｍｍである。このように、レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣ，ＬＢをそれぞれ光偏向装置５側に反射するミラーのうち、最も光偏向装置５に近い位置に配置されているミラー１３Ｂにより反射されるビームＬＢの主光線と、ミラー１３Ｂに隣接するミラー１３Ｃにより反射されるビームＬＣの主光線との距離（１．４５ｍｍ）は、ビームＬＣの主光線と、ミラー１３Ｃに対して光偏向装置５から遠ざかる方向で隣接するミラー１３Ｍにより反射されるビームＬＭの主光線との距離（１．７ｍｍ）より小さい値となっている。すなわち、光偏向装置５から遠いミラーで反射されるビームほど、隣接するビームとの間隔が広くなっていくように配置されている。これは、複数のビームのビーム径の像面での大きさを同じ大きさに合わせるためには、光偏向装置５の偏向面で反射されるビームのビーム径を同じ大きさにしておかなければならないために、ビームの収束特性が同じ場合には、偏向面からより近い位置にいるほど、ビーム径は、小さくなることを利用したもので、ビーム径が小さいビームを反射するために用いるミラーは、反射面を小さくすることによって、ビームの間隔を狭くし、ひいてはビーム全体（４本全体）が 占める幅を狭くするようにしたものである。
【０１０２】
図６には、光走査装置１の光偏向装置５から各感光体ドラム５８すなわち像面までの間に配置される光学部材に関し、光偏向装置５の偏向角が０°の位置で副走査方向から見た状態が示されている。
【０１０３】
図６に示されるように、偏向後光学系３０の第２の結像レンズ３０ｂと像面との間には、レンズ３０ｂを通過された２＋２＋２＋４＝１０本のレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を像面に向かって折り曲げる第１の折り返しミラー３３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、第１の折り返しミラー３３Ｙ，３３Ｍおよび３３Ｃにより折り曲げられたレーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣを、さらに折り返す第２および第３の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃならびに３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃが配置されている。なお、図６から明らかなように、Ｂ (ブラック) 画像に対応するレーザビームＬＢは、第１の折り返しミラー３３Ｂにより折り返されたのち、他のミラーを経由せずに、像面に案内される。
【０１０４】
第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂ、第１の折り返しミラー３３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、及び、第２の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃは、それぞれ、光走査装置１の中間ベース１ａに、たとえば、一体成型により形成された図示しない複数の固定部材に、接着などにより固定される。
【０１０５】
また、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃは、図１６を用いて後述する固定用リブと傾き調整機構を介して、ミラー面と垂直方向に関連した少なくとも１方向に関し、移動可能に配置される。
【０１０６】
第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃおよび第１の折り返しミラー３３Ｂと像面との間であって、それぞれのミラー３３Ｂ、３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃを介して反射された２＋２＋２＋４＝１０本のレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が光走査装置１から出射される位置には、さらに、光走査装置１内部を防塵するための防塵ガラス３９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が配置されている。
【０１０７】
次に、ハイブリッドシリンダレンズと偏向後光学系との間の光学特性について詳細に説明する。
【０１０８】
偏向後光学系３０すなわち２枚組みの第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂは、プラスチック、たとえば、ＰＭＭＡにより形成されることから、周辺温度が、たとえば、０°Ｃから５０°Ｃの間で変化することで、屈折率ｎが、１．４８７６から１．４７８９まで変化することが知られている。この場合、第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂを通過されたレーザビームが実際に集光される結像面、すなわち、副走査方向における結像位置は、±４ｍｍ程度変動してしまう。
【０１０９】
これに対して、図３に示した偏向前光学系７に、偏向後光学系３０に利用されるレンズの材質と同一の材質のレンズを、曲率を最適化した状態で組み込むことで、温度変化による屈折率ｎの変動に伴って発生する結像面の変動を、±０．５ｍｍ程度に抑えることができる。すなわち、偏向前光学系７がガラスレンズで、偏向後光学系３０がプラスチックレンズにより構成される従来の光学系に比較して、偏向後光学系３０のレンズの温度変化による屈折率の変化に起因して発生する副走査方向の色収差が補正できる。
【０１１０】
しかしながら、補正可能な色収差の補正量は、プラスチックシリンダレンズのパワーに比例する。すなわち、補正可能な色収差の量は、プラスチックシリンダレンズの入射面曲率と出射面曲率との差に応じて決まることから、プラスチックシリンダレンズの入射面を平面とすれば、このことにより、ガラスシリンダレンズの曲率が特定される。従って、ガラスシリンダレンズに利用される材料が特定されるとハイブリッドシリンダレンズの焦点距離が決定される。
【０１１１】
このことから、偏向後光学系の光学特性が特定された場合には、副走査方向のビームの最小径は、ハイブリッドシリンダレンズの焦点距離のみによって、設定可能となる。この場合、設計自由度が確保できなくなり、目標とするビーム径を得ることと色消しとが両立しなくなる虞れがある。
【０１１２】
なお、ガラス材料を変更することにより屈折率を変えてガラスシリンダレンズの焦点距離を調整することで、ハイブリッドシリンダレンズとしての焦点距離を設定する方法もあるが、ガラスの材質によっては、研削性、保管あるいは運送に際して必ずしも有益とは限らず、自由度が低くなることは避けられない。
【０１１３】
また、ガラスシリンダレンズの入射面および出射面のそれぞれに曲率を与え、プラスチックシリンダレンズのパワーと、ハイブリッドシリンダレンズのパワーを独立の関数とする方法もことも可能である。
【０１１４】
しかしながら、成型により作成するプラスチックシリンダレンズの両側に曲率を与え、プラスチックシリンダレンズのパワーとハイブリッドシリンダレンズのパワーを独立の関数とする上記方法により最もコストを低減できる。また、上記方法によれば、加工精度および形状精度を容易に確保できる。
【０１１５】
図７には、図６に示した光偏向装置５と像面との間を通過する第１ないし第４の合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) と光走査装置１の副走査方向の系の光軸との関係を示す光路図である。
【０１１６】
図７に示されるように、光偏向装置５の反射面で反射された第１ないし第４の合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、それぞれ、第１の結像レンズ３０ａと第２の結像レンズ３０ｂとの間で、副走査方向に関し、系の光軸と交差して、像面に案内される。
【０１１７】
図８には、第１ないし第４の合成されたレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを、１つの束のレーザビームとして光偏向装置５の各反射面に案内すレーザ合成ミラーユニット１３が示されている。
【０１１８】
レーザ合成ミラーユニット１３は、画像形成可能な色成分の数 (色分解された色の数) よりも「１」だけ少ない数だけ配置される第１ないし第３のミラー１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂと、それぞれのミラー１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂを保持する第１ないし第３のミラー保持部１３α，１３βおよび１３γならびにそれぞれの保持部１３α，１３βおよび１３γを支持するベース１３ａにより構成される。なお、ベース１３ａならびにそれぞれの保持部１３α，１３βおよび１３γは、熱膨脹率が小さい、たとえば、アルミニウム合金などにより一体的に形成されている。
【０１１９】
このとき、光源３Ｙすなわちイエロー第１レーザ３Ｙａおよびイエロー第２レーザ３ＹｂからのレーザビームＬＹは、既に説明したように、光偏向装置５の各反射面に直接案内される。この場合、レーザビームＬＹは、光走査装置１の系の光軸よりもベース１３ａ側すなわち第１の保持部１３αに固定されるミラー１３Ｍとベース１３ａとの間を通過される。
【０１２０】
次に、図８に示した合成ミラー１３のそれぞれのミラー１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂにより反射されて光偏向装置５に案内される各レーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢならびに光偏向装置５に直接案内されるレーザビームＬＹの光強度 (光量) について考察する。
【０１２１】
レーザ合成ミラーユニット１３によれば、それぞれのレーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、光偏向装置５の各反射面に入射する前段の各レーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢが副走査方向に分離している領域で、通常のミラー (１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂ) によって折り返される。従って、各反射面 (１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂ) で反射されたのち多面鏡本体５ａに向けて供給される各レーザビームＬ (Ｍ，ＣおよびＢ) の光量は、各ハイブリッドシリンダレンズ１１からの出射光量のおおむね９０％以上に維持できる。各レーザ素子の出力を低減できるばかりでなく、傾いた平行平板による収差が発生しないため、像面に到達される光の収差を均一に補正できる。これにより、それぞれのレーザビームのビーム径を小さく絞ることが可能となり、結果として、高精細化への対応を可能とする。なお、Ｙ (イエロー) に対応するレーザ素子３Ｙは、合成ミラー１３のいづれのミラーにも関与されることなく、直接、光偏向装置５の各反射面に案内されることから、レーザの出力容量が低減できるばかりでなく、 (合成ミラーにより反射される他のレーザビームに生じる虞れのある) ミラー (１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂ) で反射されることによる各反射面への入射角の誤差が除去される。
【０１２２】
次に、図２および図６を参照して、光偏向装置の各反射面で反射されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) と偏向後光学系３０を通って光走査装置１から外部へ出射される各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢの傾きと折り返しミラー３３Ｂ，３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃとの関係について説明する。
【０１２３】
既に説明したように、光偏向装置５の多面鏡５ａで反射され、第１ないし第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂにより所定の収差特性が与えられた各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、それぞれ、第１の折り返しミラー３３Ｙ，３３Ｍ，３３Ｃおよび３３Ｂを介して所定の方向に折り返される。
【０１２４】
このとき、レーザビームＬＢは、第１の折り返しミラー３３Ｂで反射されたのち、そのまま防塵ガラス３９Ｂを通って感光体ドラム５８ｂに案内される。これに対し、残りのレーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣは、それぞれ、第２の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃに案内され、第２の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃによって、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃに向かって反射され、さらに、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃで反射されたのち、それぞれ、防塵ガラス３９Ｙ，３９Ｍおよび３９Ｃにより、おおむね等間隔でそれぞれの感光体ドラムに結像される。この場合、第１の折り返しミラー３３Ｂで出射されたレーザビームＬＢとレーザビームＬＢに隣り合うレーザビームＬＣも、おおむね等間隔で感光体ドラム５８Ｂおよび５８Ｃのそれぞれに結像される。
【０１２５】
ところで、レーザビームＬＢは、多面鏡５ａの各反射面で偏向された後は、折り返しミラー３３Ｂで反射されるのみで、光走査装置１から感光体ドラム５８に向かって出射される。
【０１２６】
このレーザビームＬＢは、光路中に複数のミラーが存在する場合に、ミラーの数に従って増大 (逓倍) される結像面での像のさまざまな収差特性の変動あるいは主走査線曲がりなどに関し、残りのレーザビームＬ (Ｙ，ＭおよびＣ) を相対的に補正する際の基準光線として有益である。
【０１２７】
なお、光路中に複数のミラーが存在する場合には、それぞれのレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢごとに利用されるミラーの枚数を奇数または偶数に揃えることが好ましい。すなわち、図５に示されるように、レーザビームＬＢに関与する偏向後光学系内のミラーの枚数は、光偏向装置５の多面鏡５ａを除いて１枚 (奇数) で、レーザビームＬＣ，ＬＭおよびＬＹに関与する偏向後光学系内のミラーの枚数は、それぞれ、多面鏡５ａを除いて３枚 (奇数) である。ここで、いづれか１つのレーザビームＬＣ，ＬＭおよびＬＹに関し、第２のミラー３５が省略されたと仮定すれば、第２のミラー３５が省略された光路 (ミラーの枚数は偶数) を通るレーザビームのレンズなどの傾きなどによる主走査線曲がりの方向は、他のレーザビームすなわちミラーの枚数が奇数のレンズなど傾きなどによる主走査線曲がりの方向と逆になり、所定の色を再現する際に有害な問題である色ズレを引き起こす。
【０１２８】
従って、２＋２＋２＋４＝１０本のレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを重ねて所定の色を再現する際には、各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢの偏光後光学系３０の光路中に配置されるミラーの枚数は、実質的に、奇数または偶数に統一される。
【０１２９】
図９には、偏向後光学系の系の光軸と一方の端の走査線の間の距離Ｌ１、偏向後光学系の系の光軸と他方の端の走査線の間の距離Ｌｍ、及び、両端の走査線間の系の光軸に平行な方向の距離ΔＬｍａｘの関係が示されている。
【０１３０】
これらの値 (Ｌ１，ＬｍおよびΔＬｍａｘ) は、最終のレンズ面と像面と間の距離Ｌｏと、Ｍ＝４群で示されるビーム相互の間隔により、その最大値が設定される。しかしながら、最終のレンズ面と像面と間の距離Ｌｏを優先させて設定すると、光学系に対する要求が厳しくなり、結像特性、走査線の曲がり、環境変化による諸特性の変動が無視できないレベルに達してしまう問題がある。
【０１３１】
このため、多くの光走査装置を設計して光学部材の実装を繰り返した結果、光走査装置の光学性能を維持可能であって、感光体ドラム相互の間隔および光走査装置と各感光体ドラムとの間の距離を確保できる条件を見出だすことができた。
【０１３２】
すなわち、上述した各距離Ｌ１，ＬｍおよびΔＬｍａｘとＬｏとの間には、
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／１．８ ＞ Ｌｏ
Ｌｏ ＞ (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／ ２
が満足されることを条件に、光走査装置の光学性能を維持可能であって、感光体ドラム相互の間隔および光走査装置と各感光体ドラムとの間の距離を確保できることが確認された。
【０１３３】
詳細には、最終レンズ (第２の結像レンズ３０ｂ) を通過したビームは、傾きを無視することで、図１０に示されるように、偏向後光学系３０の２つのレンズ３０ａおよび３０ｂの光軸を結ぶ線と平行に出射するものと近似できる。
【０１３４】
また、一番レンズ側に近い位置で分離されるビームの第１および第２のミラーによる反射を１回の反射で近似し、この反射点を (ｘ，ｙ) ＝ (０，０) と置くとともに、感光体ドラムを光軸の上側 (紙面の上方) とみなす (従って、ここでの座標系は、他の図面の座標系と異なる) 。さらに、第３のミラーによる反射点を (ｘ１，ｙ１) 、像面の座標を (ｘ２，ｙ２) 、及び、折り返しミラーを１つだけ通るビームの像面の座標を (ｘ３，ｙ３) と置く。
【０１３５】
この時、プロセス関係の部品を実装可能な容積を最大にするには、ｙ１が正の場合には、図１０ (ａ) に示されるように、 (ｘ３，ｙ３) 、 (ｘ２，ｙ２) 、 (ｘ１，ｙ１) および (ｘ３，ｙ１) で囲まれる面積Ｓ１を最大にすればよい。また、ｙ１が負の場合には、 (ｘ３，ｙ３) 、 (ｘ２，ｙ２) 、 (ｘ１，０) および (ｘ３，０) で囲まれる面積Ｓ２を最大にすればよい。
【０１３６】
以下、面積Ｓ１あるいは面積Ｓ２を最大にするためには、第２のミラーにより反射されたビームと偏向後光学系の光軸との角度をΨ、第２のミラーでの反射点と第３のミラーでの反射点との距離をｌ １と置くと、ｙ１，ｘ１は、それぞれ、
【数３】
【０１３７】
【数４】
【０１３８】
で示される。
【０１３９】
第２のミラーによる反射点から像面までの光路長をｌ ２と置き、第３のミラーでの反射後のビームが偏向後光学系の光軸と垂直である (このような場合にＳ１あるいはＳ２が最大となる) と近似して像面の座標を (ｘ２，ｙ２) と置くと、
ｘ２ ＝ ｘ１ (ａ−３)
ｙ２ ＝ ｙ１＋ｌ ２−ｌ １ (ａ−４)
と表される。
【０１４０】
一方、最もレンズ側に近い位置で分離されるビームと、最後に第１のミラーで反射されるビームの距離をｙ４と置くと、
ｘ３ ＝ − (ｌ ２−ｙ４−ｙ２) (ａ−５)
ｙ３ ＝ ｙ２ (ａ−６)
が満足される。
【０１４１】
従って、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ、
Ｓ１ ＝ (ｙ２−ｙ１) (ｘ２−ｘ３) (ａ−７)
Ｓ２ ＝ｙ２ (ｘ２−ｘ３) (ａ−８)
と示される。
【０１４２】
ところで、ｙ４は、少なくとも、ビームが重ならない位置で３つのビームを分離できる距離に設定されることから、それぞれのビームの像面に等間隔に位置される場合、像面からそれぞれの分離点までの光路長は、
ｌ ２、
(ｌ ２− ((ｘ２−ｘ３) ／３) ／２) 及び、
( ｌ ２− ２ ((ｘ２−ｘ３) ／３) ／２)
で表される。
【０１４３】
一方、像面でのビーム半径をω ０ とすると、その広がり角は、ξλ／（πω ０ ）で表される。ここで、ξは、偏向前光学系の絞りによる回折の影響を含む係数とする。この場合、広がり角ξλ／π／ω ０ 内に、光の伝播を遮るものが有ると像面でのビーム径が大きくなってしまう。像面から分離点までの距離に、この広がり角を掛けたものが、分離点でのビーム半径となる為、分離点では、反射する光線については、その主光線は、少なくともビーム半径分は折り返しミラー側、折り返しミラーで折り返されないものについては、その主光線は、少なくとも分離位置でのビーム半径分は折り返しミラー端部から離れている必要が有る。即ち、広がり角ξλ／π／ω ０ に、像面から分離点までの距離を掛けたもの２倍だけ、その箇所での主光線位置がずれている必要が有る。それぞれの分離点は、像面からの距離が、先に述べた様に、ｌ ２ ， ( ｌ ２ − (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ )) ／２ ) 及び、ｌ ２ − ２ (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ ) ／２ ) であるから、それぞれの主光線が概ね平行であると近似している為、これに２ξλ／π／ω ０ を掛けた距離だけ、第１の分離点での主光線間隔を確保する必要がある。この為、一番初めに分離される光線と、最後に折り返されるビームの主光線は、これらの和の分だけ離れている必要があることになる。最初の分離点の座標を原点として考えているため、ｙ４は、
ｙ４＝ξ２λ／π／ω ０ （ｌ ２＋ ( ｌ ２ − (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ ) ／２ )
＋ｌ ２ − ２ (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ ) ／２ ) ・・・（ａ−９）
【０１４４】
で示される。
【０１４５】
なお、ζは、像面におけるビーム径をωｏとするために、一般に、ｌ．４に設定される。また、ζは、特に、第１のミラー (分離ミラー) に関し、隣接ビームの回析の影響を除去するためには、２．８程度に規定される。
【０１４６】
(ａ−９) 式を、（ａ−１），（ａ−２），（ａ−３），（ａ−４），（ａ−５）および（ａ−６）式を使って、ｘ ２ ，ｘ ３ を消去し、これをｙ４について解くと、
【数５】
【０１４７】
が得られる。
【０１４８】
ここで、 (ａ−10) 式および (ａ−１) 式ないし (ａ−６) 式を (ａ−７) 式および (ａ−８) 式に代入し、Ｓ１およびＳ２の小さい方の値を縦軸にプロットすると図１１が得られる。なお、図１１では、ζ＝１．４，ｌ ２＝１７５，λ＝０．０００６８およびωｏ＝０．０２５の条件下で、横軸をΨを−πからπまで、奥行き方向の軸をｌ １を、０から１７５までとしている。
【０１４９】
図１１から明らかなように、Ｓ１およびＳ２の小さい方の値が最大になる条件は、
Ψ ＝ ０ (ａ−11)
である。
【０１５０】
以下、Ｓ１をｌ １で微分して０が得られる解を求めると、
【数６】
【０１５１】
となる。
【０１５２】
ここで、実際には、ｌ ２に、最終のレンズ面と第１の折り返しミラーの距離を加えた数値がＬｏであるが、ｌ ２ ＝ Ｌｏと近似すると、
【０１５３】
に変形される。
【０１５４】
従って、 (ａ−13) 式を、（ａ−１）ないし（ａ−６）、（ａ− 10 ）および (ａ−11) 式を代入使って、ｘ １ −ｘ ３ を消去して簡素化すると、
【数７】
【０１５５】
が導かれる。
【０１５６】
以下、現在、実用可能と考えられる範囲の組み合わせであるλ＝０．０００６３に対して、横軸に、ζを１．４１４２から２．８まで、奥行き方向の軸に、ωｏを０．０２＝から０．０６までとした (ａ−14) 式の値を図１２に示す。同様に、λ＝０．０００８に対して、横軸に、ζを１．４１４２から２．８まで、奥行き方向の軸に、ωｏを０．０２から０．０６までとした (ａ−14) 式の値を図１３に示す。これらの縦軸の値が（ａ− 14 ）式の値の範囲であり、（ａ− 14 ）式は、１．８〜２の間の値を取ることがわかる。
【０１５７】
以上のことから、１．８ ＜ （ΔＬ ｍａｘ ＋Ｌ Ｍ ＋Ｌ １ ）／Ｌ ０ ） ＜ ２であり、Ｌ ０ は、正の値であることを考えて、Ｌ ０ に対する式に直すと、
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／１．８ ＞ Ｌｏ
Ｌｏ ＞ (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／ ２
が満足されることを条件に、光走査装置の光学性能を維持可能であって、感光体ドラム相互の間隔および光走査装置と各感光体ドラムとの間の距離を確保できることすなわちプロセス関係の部品を実装可能な容積がＳ１に対して最大になることが認められる。
【０１５８】
なお、上述した説明においては、それぞれの感光体ドラム間隔を一定とみなしたが、たとえば、折り返しが１回だけのビームが案内される感光体ドラムの直径が他の感光体ドラムよりもΔＤだけ大きい場合、ＬｍをΔＤだけ小さくし、ΔＬｍａｘをΔＤだけ大きくすることで、転写位置の高さを一定に維持できる。このことから、 (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) の値は、感光体ドラムの直径が不均一であっても同一となる。従って、 (ａ−15) 式は、感光体ドラム相互の間隔および感光体ドラムの径のいづれかが不均一に設定された画像形成装置に対しても有効である。
【０１５９】
なお、この条件を確認するために、図２ないし図９ならびに図１４ないし図１６に示した光走査装置に上記条件を適用すると、
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／１．８
＝ １８７．２５ｍｍ
Ｌｏ ＝ １７５ｍｍ
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／２
＝ １６８．５２７
であるから、上記条件が満足されることが認められる。
【０１６０】
このことから、偏向後光学系の全体およびレンズの大きさを適正に設定できるとともに、Ｍ個のビーム群の環境変化による曲がり発生量の差を抑止することが可能となる。なお、同時に、光走査装置の大きさが不所望に大型化されることが抑制される。また、大きさが実質的に等しい光走査装置に比較して、画角を増大可能であることから、画像周波数を低く設定できる。
【０１６１】
図１４は、像面に案内されたレーザビームの位置関係を示す概略図である。
【０１６２】
図１４ (ａ) は、それぞれ、２本のレーザビームが一まとめにまとめられたレーザビームＬＭおよびＬＣを示し、図１４ (ｂ) は、４本のレーザビームが一まとめにまとめられたレーザビームＬＢの例を示している。
【０１６３】
図１４ (ａ) および図１４ (ｂ) においてハッチング部分は、レーザビームの光強度が、１／ｅ２以上となる領域に対応される。なお、ビームの断面形状は、主走査方向の１／ｅ２直径が、隣接するビーム相互間距離 (ピッチ) の０．８〜１．２倍、副走査方向の１／ｅ２直径が、ピッチの１．２〜ｌ．６倍程度となるよう設定される。また、隣接するそれぞれのビームは、相互に (ＬＢについては４本のそれぞれが) 像面で隣り合う走査線を走査するよう設定されるとともに、１／ｅ２直径が重なることのないよう、走査方向に１／ｅ２直径以上ずらされている。
【０１６４】
すなわち、２本以上のレーザビームが一まとめにまとめられたレーザビームを用いて画像を露光する場合に、それぞれのレーザビームの光強度が１／ｅ２以上となる１／ｅ２直径がレーザビーム相互間で重なりあうと、ビーム相互の干渉によるビーム形状が生じる問題があるが、図１４ (ａ) および図１４ (ｂ) に示されるように、それぞれのビーム間隔および走査方向位置を僅かにシフトすることで、ビーム相互の干渉によるビーム形状の変化が生じることを防止できる。
【０１６５】
図１５には、水平同期用折り返しミラーが詳細に示されている。
【０１６６】
図１５によれば、水平同期用折り返しミラー２５は、それぞれの合成されたレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを、主走査方向には水平同期検出器２３に異なるタイミングで反射させるとともに、副走査方向には水平同期検出器２３上で実質的に同一の高さを提供できるよう、主走査方向および副走査方向ともに異なる角度に形成された第１ないし第４の折り返しミラー面２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃおよび２５Ｂ、及び、それぞれのミラー２５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を一体に保持するミラーブロック２５ａを有している。
【０１６７】
ミラーブロック２５ａは、たとえば、ガラス入りＰＣ (ポリカーボネイト) などにより成型される。また、各ミラー２５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、所定の角度で成型されたブロック２５ａの対応する位置に、たとえば、アルミニウムなどの金属が蒸着されて形成される。
【０１６８】
このようにして、光偏向装置５で偏向された各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを、１つの検出器２３の同一の検出位置に入射させることが可能となるばかりでなく、たとえば、検出器が複数個配置される際に問題となる各検出器の感度あるいは位置ずれに起因する水平同期信号のずれが除去できる。なお、水平同期検出器２３には、水平同期用折り返しミラー２５により主走査方向１ラインあたりレーザビーム群ＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢが合計４回入射され１つのビームにつきＮｉ回づつ (ＬＹ，ＬＭおよびＬＣについては２回、ＬＢについては４回) の水平同期信号が得られることはいうまでもない。また、ミラーブロック２５ａは、型のミラー面が１つにブロックから切削加工により作成可能に設計され、アンダーカットを必要とせずに、型から抜けるよう工夫されている。
【０１６９】
図１６は、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃの支持機構を示す概略斜視図である。
【０１７０】
図１６によれば、第３の折り返しミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) は、それぞれ、光走査装置１の中間ベース１ａの所定の位置に、中間ベース１ａと一体的に形成された固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) 、及び、固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) に対し、対応するミラーを挟んで対向されるミラー押さえ板ばね４３ (Ｙ，ＭおよびＣ) により保持される。
【０１７１】
固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) は、各ミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) の両端部 (主走査方向) に一対形成されている。
【０１７２】
一方の固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) には、それぞれ、ミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) を２点で保持するための２つの突起４５ (Ｙ，ＭおよびＣ) が形成されている。また、他の一方の固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) には、突起４５ (Ｙ，ＭおよびＣ) で保持されているミラーを垂直方向または光軸に沿って移動可能に支持する止めねじ４７ (Ｙ，ＭおよびＣ) が配置されている。
【０１７３】
図１６に示されるように、それぞれのミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) は、止めねじ４７ (Ｙ，ＭおよびＣ) が所定の方向に移動されることで、突起４５ (Ｙ，ＭおよびＣ) を支点として、ミラー面に垂直方向または光軸方向に移動されるので、主走査方向の傾きすなわち主走査線の曲りが補正される。
【０１７４】
図１７は、像面へのレーザビームの露光すなわち感光体ドラムに潜像を形成する状態を示す概略図である。なお、図１７では、黒レーザビームすなわち光源３Ｂから出射される４本のレーザビームを例に説明する。
【０１７５】
図１７によれば、実線で書かれている領域は光偏向装置５の多面鏡５ａのある反射面で作像 (画像形成のためのレーザビームが偏向) される領域であり、中央部分の領域が有効画像領域に対応される。また、他の部分は、無効領域として、作像に寄与しないレーザビームが偏向される領域である。なお、一点鎖線部は、多面鏡５ａの次の反射面で作像される領域を示している。
【０１７６】
図１７ (ａ) は、光偏向装置５の多面鏡５ａのある反射面で偏向されたΝ＝４本のレーザビームを所定像面に等速で走査するように結像した場合、ｐを副走査方向のビーム間距離 (ビームピッチ) およびｋを多面鏡５ａの反射面の数とするとき、走査線と感光体ドラムが回転される方向とのなす角、すなわち、走査線が副走査方向に対して傾く量δを示している。なお、このとき、水平方向の同期の基準となる信号を出す場所を結んだ直線を基準位置として定義する。
【０１７７】
ここで、傾きδは、
δ＝ｔａｎ−１[(Ｎ×ｐ×ｋ×φ) ／ (４×π×Ｗ)]
により求められる。なお、Ｎはレーザビームの数、φは有効画角及びＷは有効画像領域幅を示す。また、傾きδは、感光体ドラムの回転方向に対して遅れ (−) となる。
【０１７８】
図１７ (ｂ) は、図１７ (ａ) により求められる傾きδを補正する例を示し、走査線と感光体ドラムの回転方向すなわち副走査方向との間に傾きδを設定することで、走査線が感光体ドラムの回転方向と平行になる (走査線と感光体ドラムの軸線とが平行になる) ことを示している。この場合、傾きδは、図１７ (ａ) に示した角度に一致される。なお、傾きδは、感光体ドラムの回転方向に対して進み (＋) に設定されることはいうまでもない。また、傾きδは、光走査装置１のユニット全体あるいは少なくとも光偏向装置により反射されたレーザビームが感光体ドラムに向けて案内される間に関与する光学部材の全てに与えられる (光走査装置１が画像形成装置１００に配置される際に、光偏向装置５と各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) とを結ぶ軸線が各感光体ドラム５８の軸線に対してδだけ傾くよう配置される) 。なお、各ビーム群に対し、傾き角δｉを最適に設定するには、折り返しミラー３５と３７に対し、主走査方向に、δｉ−δだけ傾ければよい。
【０１７９】
図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）に示した方法により、感光体ドラムの回転方向と平行に補正された走査線の４本のビームによる書き出し位置を示している。図１７（ｃ）に示されるように、４本のレーザビームの水平同期の基準位置を、走査線に対して角度δ傾けることで、書き出し位置を、感光体ドラムの回転方向と直交するよう改善できる。
【０１８０】
ところで、プロセススピードをｖ (ｍｍ／ｓ) 、光偏向装置５の回転多面鏡５ａの回転数をＮｐ (ｒｐｍ) とすると、回転多面鏡５ａの１反射面によりレーザビームが露光される時間に対して感光体ドラムの表面が移動される距離は、６０ｖ／ (ＮｐＮ) ＝Ｑ (ｍｍ) となる。すなわち、Ｑは、プロセススピードの関数であり、走査線の傾きδは、
となり、プロセススピードの関数となる。
【０１８１】
以上説明したように、Ｍ群のレーザビームがＮ本のビームを含む場合、Ｎｉ本のビームが各感光体ドラムに案内される際に生じる傾きと反対方向に、光走査装置全体あるいは光偏向装置により反射されたレーザビームが感光体ドラムに向けて案内される間に関与する光学部材の全てを、傾けることにより、走査線の傾きを補正することが出来る。これにより、１群あたりのビーム数Ｎを増加した場合であっても、出力画像の水平線が傾くことが防止できる。
【０１８２】
次に、図１８ないし図２２を用いて、Ｎｉ本のレーザビームの各ビーム間の位相差について説明する。なお、ここでは、ビームが２本の場合を例に説明するが、３本以上の場合でも同様である。
【０１８３】
図１８ (ａ) は、隣接するビームの位相差が０度の場合の強度分布が、図１８ (ｂ) には、同位相差が１８０度の場合の強度分布がそれぞれ示されている。なお、以下、βｐをビームの主走査方向のｅ−２直径 (ｐは、ビームピッチ) 、αｐを同副走査方向のｅ−２直径、ζを各感光体ドラムの半減露光量／平均露光エネルギー、ηを２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点における一方のビームのピーク強度に対する他の一方のビームの相対強度とする。また、以下、α＝１．２、β＝０．８、ζ＝０．２５、η＝０．２１１およびｐ＝０．０４２ｍｍとする。なお、上記条件は、ビーム中心位置が、副走査方向に、０．０４２ｍｍ、主走査方向に、０．００９６ｍｍ、それぞれ、ずれていることを示す。
【０１８４】
図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) から明らかなように、１群あたりのビーム数がＮｉである光源のＮｉ個のレーザ素子によりＮｉ本のレーザビームを同時に照射することで、各感光体ドラムに到達されるレーザビームの強度分布が、位相差による干渉の影響を受けた結果として変化することが認められる。すなわち、図１８ (ａ) に示されるように位相差が０度であれば、２つのビームの間の強度分布は、露光量として強め合うよう増加され、位相差が１８０度であれば (図１８ (ｂ) ) 、２つのビームの間に強度分布の谷が生じることが認められる。
【０１８５】
図１９ (ａ) ならびに図１９ (ｂ) は、それぞれ、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) に示した感光体ドラム上の強度分布を平均露光エネルギーで正規化、すなわち、ｙ方向に対して積分して得られる結果を、１つのビームのみの場合の強度分布をｙ方向に対して積分して得られた結果をｐで割り算して得られるグラフである。なお、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) と同様に、図１９ (ａ) が位相差が０度に、また、図１９ (ｂ) が位相差が１８０度に、それぞれ、対応される。
【０１８６】
図１９ (ａ) を参照すれば、２つのビームの中間においても、半減露光量 (このグラフでは、平均露光エネルギーを１としているため、 半減露光量 ＝ 半減露光量／平均露光エネルギー×平均露光エネルギー ＝ ζ×平均露光エネルギーとなる) を示す０．２５より大きな光強度が確保されることが認めれる。
【０１８７】
これに対して、図１９ (ｂ) では、強度分布の谷において、半減露光量を満足する光強度が得られなくなることが確認できる。
【０１８８】
このことは、２つのビームの位相差が１８０度である場合に生じる強度分布の谷は、それぞれのビームの中心部とは逆に、正規現像の場合、未露光部にもかかわらず、潜像として現像されることを示している。また、反転現像の場合には、露光部であるにもかかわらず、現像されないすなわち画像欠損を生じさせることとなる。なお、レーザ素子から出射されるレーザビームの波長が全く同一でなければ、２つのビームの位相差は、時間とともに変動することとなる。
【０１８９】
図２０ (ａ) および図２０ (ｂ) は、図２ないし図１２に示したこの発明の実施の形態が組み込まれる光走査装置のある１群のレーザビーム (２本) に対し、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) に示したと同様にして強度分布を求めた結果を示している。ここで、α，β，ζ，ηおよびｐを、それぞれ、α＝１．２、β＝０．８、ζ＝０．２５、η＝０．１３５およびｐ＝０．０４２ｍｍとする。なお、上記条件は、ビーム中心位置が、副走査方向に、０．０４２ｍｍ、主走査方向に、０．０１８７ｍｍ、それぞれ、ずれていることを示す。また、位相差は、０度および１８０度である。
【０１９０】
図２０ (ａ) および図２０ (ｂ) から明らかなように、２本のレーザビームが各感光体ドラムに到達されたことによるレーザビームの強度分布は、位相差が０度であれば (図２０ (ａ) ) 、２つのビームの間の強度分布は、露光量として強め合う方向に増加される一方で、位相差が１８０度であれば (図２０ (ｂ) ) 、２つのビームの間に強度分布の谷が生じることが認められる。
【０１９１】
図２１ (ａ) ならびに図２１ (ｂ) は、それぞれ、図２０ (ａ) および図２０ (ｂ) に示した感光体ドラム上の強度分布を、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) と同様に、平均露光エネルギーで正規化した結果が示されている。なお、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) と同様に、図２１ (ａ) が位相差が０度に、また、図２１ (ｂ) が位相差が１８０度に、それぞれ、対応される。
【０１９２】
図２１ (ａ) および図２１ (ｂ) から明らかなように、図２ないし図９に示したこの発明の実施の形態が組み込まれる光走査装置においては、隣接するビームの位相差が０度であっても１８０度であっても、正規化された半減露光量の０．２５より大きな光強度が確保されることが認められる。
【０１９３】
次に、２つのビームの位相差が１８０度であっても、感光体ドラムの半減露光量より大きな光強度を提供できる条件について説明する。
【０１９４】
既に説明したように、副走査方向のビーム間隔すなわちビームピッチがｐ、ビームの主走査方向のｅ−２直径がβｐ，副走査方向のｅ−２直径がαｐ，感光体の半減露光量／平均露光エネルギーがζ、２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での１つのビームのピーク強度に対する相対強度がηで示されるとき、副走査方向をｚ、主走査方向をｙとし、１つのビームが、座標 (ｙ，ｚ) ＝ (０，０) にあり、他のビームが、座標 (ｙ，ｚ) ＝ (δｙ，ｐ) にあるとする。
【０１９５】
このとき、２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での相対強度ηは．
η ＝ ｅｘｐ (−２χ) (ｃ−１)
と示される。
【０１９６】
このとき、χは、
【数１０】
【０１９７】
で表される。
【０１９８】
これに対して、２つの隣り合うビームの中心を結んだ線の中点での相対強度ηを与えるδｙは、 (ｃ−１) 式および (ｃ−２) 式をδｙについて解くことにより、
【数１１】
【０１９９】
ここに、χ＝−０．５ｌｎ (η) である；
により求められる。
【０２００】
従って、ビームの主走査方向のｅ−２直径がβｐならびに副走査方向のｅ−２直径がαｐとなる座標 (ｙ，ｚ) ＝ (０，０) と、座標 (ｙ，ｚ) ＝ (δｙ，ｐ) にピーク強度を持つビームの電界分布は、それぞれ、
【数１２】
【０２０１】
および
【数１３】
【０２０２】
で示される。
【０２０３】
なお、 (ｃ−４) 式および (ｃ−５) 式のｒｚおよびｒｙは、それぞれ、
ｒｚ ＝ αｐ／２ (ｃ−６)
ｒｙ ＝ βｐ／２ (ｃ−７)
と示される。
【０２０４】
次に、強度分布を正規化するために必要な、平均強度を計算する。
【０２０５】
まず、 (ｃ−５) 式を、主走査方向すなわちｙ方向に積分すると、
【数１４】
【０２０６】
が求められる。なお、 (ｃ−８) 式における＊は、複素共役数を表す。
【０２０７】
次に、 (ｃ−８) 式を副走査方向すなわちｚ方向へ積分して、ビームピッチｐでこれを割り算すると、
【数１５】
【０２０８】
から平均強度が求められる。
【０２０９】
ここで、第１のレーザならびに第２のレーザの双方を点灯すると、ある場所で受けるエネルギーは、ビームが主走査方向に走査されているため、強度を主走査方向すなわちｙ方向に対し積分した値に比例する。
【０２１０】
このとき、最もエネルギーが小さくなる特定の場所において、感光体ドラムの半減露光量よりも大きなエネルギーが与えられることにより、２つのレーザからのレーザビームの位相差が１８０度であっても、画像欠損が生じたり未露光部にトナーが供給されることを防止できる。なお、最もエネルギーが小さくなる場所の位置は、２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点のｚ方向の座標であるから、
ｚ ＝ ｐ／２ (ｃ−10)
により求められる。
【０２１１】
このとき、 (ｃ−10) 式により求められる場所での電界は、ｅ１−ｅ２で表される。なお、光強度を、主走査方向すなわちｙ方向に対し積分した値を平均露光エネルギーで正規化した値は、
【数１６】
【０２１２】
により示される。なお、 (ｃ−11) 式において、ｅ１−ｅ２は、 (ｃ−４) 式および (ｃ−５) 式より、実数であることから (ｅ１−ｅ２) ＊× (ｅ１−ｅ２) ＝ (ｅ１−ｅ２) ２ ) で近似される。
【０２１３】
(ｃ−11) 式に示した数値が感光体ドラムの半減露光量／平均露光エネルギーよりも大きくなることは、
ｉ２ ≧ ζ (ｃ−12)
により表される。
【０２１４】
このようにして求められた (ｃ−12) 式に、 (ｃ−11) 式を代入すると、
【数１７】
【０２１５】
が導かれる。
【０２１６】
従って、
【数１８】
【０２１７】
が満足されるよう、ηを設定することで、２本以上のレーザビームが１まとめにまとめられた１群のレーザビームを利用する際に、隣接するレーザビームの位相差を考慮する必要がなくなる。
【０２１８】
なお、図２ないし図１２に示したこの発明の実施の形態が組み込まれる光走査装置においては、 (ｃ−１３) 式により、η＜０．１５５３５４が導き出される。
【０２１９】
ここで、図２０および図２１に示した例ではη＝０．１３５であり、図１８および図１９に示した例ではη＝０．２１１となる。従って、 (ｃ−１３) 式が有益であることが認められる。
【０２２０】
図２２は、一般に用いられることのあるαとζに対し、その限界となるηが取り得る値を示すグラフである。すなわち、ηを、図２２におけるハッチング領域よりも下方の範囲となるよう、光走査装置の各要素を設定することで、隣接するレーザビームの位相差を考慮する必要がなくなる。
【０２２１】
次に、図１および図２３を参照して画像形成装置１００の動作について説明する。
【０２２２】
図示しない操作パネルあるいはホストコンピュータから画像形成開始信号が供給されることで、主制御装置１０１の制御により各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) がウォームアップされるとともに、画像制御ＣＰＵ１１１の制御により光走査装置１の光偏向装置５の多面鏡５ａが所定の回転速度で回転される。
【０２２３】
続いて、主制御装置１０１の制御により、外部記憶装置あるいはホストコンピュータもしくはスキャナ (画像読取装置) からプリントすべき画像データがＲＡＭ１０２に取り込まれる。ＲＡＭ１０２に取り込まれた画像データの一部 (あるいは全部) は、画像制御部１１０の画像制御ＣＰＵ１１１の制御により、各画像メモリ１１４ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に収納される。
【０２２４】
また、主制御装置１０１の制御により、所定のタイミング、たとえば、タイミング制御部１１３からの垂直同期信号などを基準として送り出しローラ７２が付勢され、用紙カセット７０から１枚の用紙Ｐが取り出される。この取り出された用紙Ｐは、レジストローラ７２により各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) による画像形成動作により提供されるＹ，Ｍ，ＣおよびＢの各トナー像とタイミングが整合され、吸着ローラ７４により搬送ベルト５２に密着されて、搬送ベルト５２の回転にともなって、各画像形成部５０に向かって案内される。
【０２２５】
一方、用紙Ｐの給送および搬送動作と平行してあるいは同時に、タイミング設定装置 (クロック回路) １１８により出力されるクロック信号ＣＬＫに基づいて各レーザ駆動部１１６ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が付勢されるとともに、各データ制御部１１５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の制御により、ＲＡＭ１０２に保持されている画像データＤＡＴが各光源３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に供給される。これにより、主走査方向の有効印字幅の所定位置から順に、１ライン分のレーザビームが各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に照射される。
【０２２６】
このようにして、各データ制御部１１５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の制御により各レーザ駆動部１１６ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に対し、各光源３から出射される各レーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の強度を変化するために画像データが転送され、各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に、レーザビームの１回の走査において、一定のクロック長の画像クロックにより、ずれのない画像が形成される。
【０２２７】
第１ないし第４の画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) のそれぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に結像された第１ないし第４の各レーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、予め所定の電位に帯電されている各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の電位を、画像データに基づいて変化させることで、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に、画像データに対応する静電潜像を形成する。
【０２２８】
この静電潜像は、各現像装置６２ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により、対応する色を有するトナーにより現像され、トナー像に変換される。
【０２２９】
各トナー像は、それぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の回転にともなって搬送ベルト５２により搬送されている用紙Ｐに向かって移動され、予め決められたタイミングにより、転写装置６４により、搬送ベルト５２上の用紙Ｐに、所定のタイミングで転写される。
【０２３０】
これにより、用紙Ｐ上で互いに正確に重なりあった４色のトナー像が用紙Ｐに形成される。なお、トナー像が用紙Ｐに転写されたあとに、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に残った残存トナーは、クリーナ６６ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により除去され、また、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に残った残存電位は、除電ランプ６８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により除電されて、引き続く画像形成に利用される。
【０２３１】
４色のトナー像を静電的に保持した用紙Ｐは、搬送ベルト５２の回転にともなってさらに搬送され、ベルト駆動ローラ５６の曲率と用紙Ｐの直進性との差によって搬送ベルト５２から分離されて、定着装置８４へ案内される。定着装置８４へ導かれた用紙Ｐは、定着装置８４によりそれぞれのトナーが溶融されることにより、カラー画像としてのトナー像が定着されたのち、図示しない排出トレイに排出される。
【０２３２】
一方、用紙Ｐを定着装置８４に供給したあとの搬送ベルト５２はさらに回転されつつ、ベルトクリーナ８２により、表面に残った不所望なトナーが除去され、再び、カセット７０から給送される用紙Ｐの搬送に利用される。
【０２３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光走査装置によれば、Ｍ個のビーム群が偏向手段の反射面に、一端からビーム群間の間隔が単調に増加する様に入射され、このビーム群間の間隔の最も小さい一端のビーム群が偏向装置によって偏向されたビームと交差するように入射される。これにより、ビーム群の結像特性のばらつきおよびビーム群間の走査線の曲りが低減される。従って、画質の劣化が防止できる。なお、光走査装置の大きさも低減される。
【０２３４】
また、この発明の光走査装置によれば、Ｌ１を第２の光学手段の系の光軸と一方の端の走査線の間の距離、Ｌｍを第２の光学手段の系の光軸と他方の端の走査線の間の距離およびΔＬｍａｘを両端の走査線間の系の光軸に平行方向の距離とするとき、最終のレンズ面と像面間の距離Ｌｏが (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／ｌ．８ ＞ Ｌｏ ＞ (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／２ の範囲内に設定される。これにより、ビーム群間の走査線の曲りが低減される。なお、レンズの大きさおよび光走査装置の大きさが不所望に大型化されることが防止できる。
【０２３６】
またさらに、この発明の光走査装置によれば、副走査方向にのみ正のパワーが与えられたＭ組の光学部材への入射角および位置が、その光学部材の光軸に対して非対称に設定されることから、系の光軸に対して副走査方向に距離を置いた位置を通過されるレーザビームに対して生じるコマ収差の影響を低減できる。これにより、画像の解像度が低下することが防止できる。
【０２３７】
さらにまた、この発明の光走査装置によれば、各ビームが半透明鏡を透過する回数が１または０回であることから、収束性のレーザビームが平行平板に入射される際に生じるさまざまな収差のビーム群間のばらつきが生じにくくなり、画質が劣化することが防止できる。
【０２３８】
またさらに、この発明の光走査装置によれば、ｐを副走査方向走査ピッチ、及び、ｋを回転多面鏡面数とするとき、像担持体の進行方向に対して走査線が、 δ＝ｔａｎ−１ (Ｎｉ×ｐ×ｋ×φ／ (４×π×Ｗ) ) だけ直角方向から傾けられていることから、走査線が感光体ドラムの軸線すなわち副走査方向に対して傾きを持つことが防止できる。
【０２３９】
さらにまた、この発明の光走査装置によれば、ｐを副走査方向のビームのピッチ、αをビームの副走査方向のｅ−２直径／ｐ、ζを感光体の半減露光量／平均露光エネルギー、及び、ηを２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点でのｌつのビームのピーク強度に対する相対強度とするとき、
【数８】
【０２４０】
が満足される。これにより、Ｎｉ本のレーザビームを近接して像面に照射することにより生じる干渉の影響により、画像が欠損したり、未露光部にトナーが付着されることが防止される。また、Ｎｉ本のレーザビームの各レーザビームの位相差の影響を考慮する必要がなくなることから、装置のコストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例であるマルチビーム光走査装置が利用される画像形成装置の概略断面図。
【図２】図１に示した画像形成装置に組み込まれる光走査装置の光学部材の配置を示す概略平面図。
【図３】図２に示した光走査装置を第１の光源と光偏向装置との間の系の光軸に沿って切断した部分断面図。
【図４】図２に示した光走査装置におけるビームの有効画角を評価する評価関数を示すグラフ。
【図５】図２に示した光走査装置の副走査方向部分断面であって、光偏向装置に向かう第１ないし第４のレーザビームの状態を示す概略図。
【図６】図２に示した光走査装置を光偏向装置の偏向角が０°の位置で切断した概略断面図。
【図７】図２に示した光走査装置の偏向後光学系の各光学部材が配置される状態を示す概略平面図。
【図８】図２に示した光走査装置のレーザ合成ミラーユニットを示す平面図および側面図
【図９】図２に示した光走査装置を用いた場合に、画像形成装置に組み込まれる感光体ドラムを配置可能な領域を示す概略図。
【図１０】図２に示した光走査装置に用いられるプロセス関係の部品を実装可能な容積を規定する方法を示す概略図。
【図１１】図１０に示したプロセス関係の部品を実装可能な領域を示すグラフ。
【図１２】実用可能と考えられるλ＝０．０００６３に対する偏向前光学系の絞りによる回析の影響を含む係数ζおよび２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での１つのビームのピーク強度に対する相対強度ηの範囲を示すグラフ。
【図１３】実用可能と考えられるλ＝０．０００８に対する偏向前光学系の絞りによる回析の影響を含む係数ζおよび２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での１つのビームのピーク強度に対する相対強度ηの範囲を示すグラフ。
【図１４】図２に示した光走査装置を用いた場合に、像面における複数のレーザビームの位置関係を示す概略図。
【図１５】図２に示した光走査装置の水平同期検出用折り返しミラーの概略斜視図。
【図１６】図２に示した光走査装置の出射ミラーの調整機構を示す概略斜視図。
【図１７】図２ないし図９ならびに図１４ないし図１６に示した光走査装置により感光体ドラムに照射されるレーザビームのビーム位置を示す概略図。
【図１８】感光体ドラムに照射されるレーザビームの位相差と強度分布の関係を説明するグラフ。
【図１９】図１８に示した強度分布を、平均露光エネルギーで正規化したグラフ。
【図２０】図２ないし図９ならびに図１４ないし図１６に示した光走査装置により感光体ドラムに照射されるレーザビームの位相差と強度分布の関係を、図１８と同一の条件で示したグラフ。
【図２１】図１８に示した強度分布を、図１９と同一の条件で示したグラフ。
【図２２】２本以上のレーザビームが１まとめにまとめられた１群のレーザビームを利用する際に、隣接するレーザビームの位相差の影響を除去できる光走査装置の要素の設定例を示すグラフ。
【図２３】図１に示した画像形成装置の画像制御部のブロック図。
【符号の説明】
１…マルチビーム光走査装置、
３ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …光源、
３Ｙａ…イエロー第１レーザ、
３Ｙｂ…イエロー第２レーザ、
３Ｍａ…マゼンタ第１レーザ、
３Ｍｂ…マゼンタ第２レーザ、
３Ｃａ…シアン第１レーザ、
３Ｃｂ…シアン第２レーザ、
３Ｂａ…黒第１レーザ、
３Ｂｂ…黒第２レーザ、
３Ｂｃ…黒第３レーザ、
３Ｂｄ…黒第４レーザ、
５…光偏向装置、
７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …偏向前光学系
９ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …有限焦点レンズ
１１ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …ハイブリッドシリンダレンズ、
１２ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …ハーフミラー (半透明鏡) 、
１３…レーザ合成ミラーユニット、
１５…保持部材、
１７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …プラスチックシリンダレンズ、
１９ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …ガラスシリンダレンズ、
２３…水平同期検出器、
２５…水平同期用折り返しミラー、
３０…偏向後光学系、
３０ａ…第１の結像レンズ、
３０ｂ…第２の結像レンズ、
３３ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …第１の折り返しミラー、
３５ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …第２の折り返しミラー、
３７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …第３の折り返しミラー、
３９ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …防塵ガラス、
４１ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …ミラー固定部、
４３ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …ミラー押さえ板ばね、
４５ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …突起、
４７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …止めねじ、
５０ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …画像形成部、
５２…搬送ベルト、
５４…ベルト駆動ローラ、
５６…テンションローラ、
５８ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …感光体ドラム、
６０ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …帯電装置、
６２ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …現像装置、
６４ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …転写装置、
６６ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …クリーナ、
６８ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …除電装置、
７０…用紙カセット、
７２…送り出しローラ、
７４…レジストローラ、
７６…吸着ローラ、
７８…レジストセンサ、
８０…レジストセンサ、
８２…搬送ベルトクリーナ、
８４…定着装置、
１００…画像形成装置、
１０１…主制御装置、
１０２…ＲＡＭ、
１０３…不揮発性メモリ、
１１０…画像制御部、
１１１…画像制御ＣＰＵ、
１１２…バスライン、
１１３…タイミング制御部、
１１４ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …画像メモリ、
１１５ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …データ制御部、
１１６ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …レーザ駆動部、
１１８ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …タイミング設定装置、
１２１…水平同期信号発生回路、
Ｐ…用紙。
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速レーザプリンタ装置、複数ドラム方式カラー複写機あるいはデジタルカラー複写機などの画像形成装置に利用されるマルチビーム光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、複数ドラム方式カラープリンタあるいは複数ドラム方式カラー複写機などの画像形成装置では、色分解された色成分に対応する複数の画像形成部、及び、この画像形成部に、色成分に対応する画像データすなわち複数のレーザビームを提供するレーザ露光装置すなわち光走査装置が利用されている。
【０００３】
光走査装置は、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの断面ビーム径を所定の大きさに絞り込む第１のレンズ群、第１のレンズ群により絞り込まれたレーザビームを記録媒体が搬送される方向と直交する方向に連続的に反射する光偏向装置、光偏向装置により偏向されたレーザビームを記録媒体の所定の位置に結像させる第２のレンズ群などを有している。なお、多くの場合、光偏向装置によりレーザビームが偏向される方向が主走査方向ならびに記録媒体が搬送される方向すなわち主走査方向と直交する方向が副走査方向と示される。
【０００４】
この種の光走査装置としては、適用される画像形成装置に合わせて、各画像形成部のそれぞれに対応して複数の光走査装置が配置される例と、複数のレーザビームを提供可能に形成されたマルチビーム光走査装置が配置される例とが知られている。
【０００５】
ところで、記録媒体に対して、たとえば、Ｎ本のレーザビームにより画像情報を記録できるならば、回転ミラーの回転数および画像周波数は、それぞれ、１／Ｎに低減される。
【０００６】
また、Ｎ本のレーザビームを含む光源を色分解された色成分の数に対応させてＭ群配置することで、カラー画像を形成可能な画像形成装置向けのコンパクトな光走査装置が提供される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｍ群のレーザビームを実質的に１本のレーザビームとみなすことのできる状態で光偏向装置に案内するためには、光偏向装置よりも光源側でＭ群のレーザビームを合成する必要が生じる。この場合、光偏向装置と光源の間の距離を十分に確保するか、光偏向装置の反射面に入射するレーザビームを反射面が回転される方向と直交する方向すなわち副走査方向に距離を置いて入射させる必要がある。
【０００８】
光源と光偏向装置との間の距離を確保するためには、光偏向装置と光源の間の距離を増大させることから、光走査装置が大型化される問題がある。一方、反射面に入射するレーザビームに対して副走査方向の間隔を与えることは、結像特性を劣化させたり、Ｍ群のレーザビームごとの走査方向に対する曲り量の差および同Ｍ群のレーザビームごとの環境変化に起因するレンズ材質の屈折率変化に伴なう像面での断面ビーム径の変動等が増大する問題がある。
【０００９】
また、光走査装置の大きさを低減する目的で、最終のレンズ面と像面との間の距離が拡大されると、Ｍ群のレーザビームごとの走査方向に対する曲り量の差が大きくなる問題がある。この場合、光偏向装置の反射面と最終のレンズ面との間の距離を増大することで、曲り量は低減可能であるが、光走査装置が大型化する問題がある。また、反射面と最終のレンズ面との間の距離が増大されると、有効振り角が狭くなることから、各光源のレーザ素子を駆動する駆動周波数すなわち画像周波数を高くしなければならず、ノイズ対策および駆動装置の周波数特性の点でコストが増大される問題がある。
【００１０】
さらに、副走査方向に距離を置いたＭ群のレーザビームのそれぞれに対して与えられる光学特性を均一化するために各レーザビームが光走査装置の各レンズを通過する位置を最適化する際に、光走査装置の系の光軸から副走査方向に離れた位置を通過されるレーザビームには、残りのレーザビームに比較して異なるコマ収差が生じる問題がある。
【００１１】
また、Ｍ群のレーザビームのそれぞれがＮ本のレーザビームを含む場合、Ｎ本のレーザビームを実質的に１本のレーザビームとみなすことができるよう合成するために複数の半透明鏡であるハーフミラーが利用されるが、各レーザビームがハーフミラーを通過される回数の差が大きな場合、レーザビーム相互間の光量の差、球面収差あるいはコマ収差などに差を生じ、ビーム径に差が生じる問題がある。
【００１２】
さらにまた、Ｍ群のレーザビームがＮ本のレーザビームを含む場合には、各群のレーザビームにＮ本のビーム分の副走査方向の幅が与えられることから、１回の走査により走査されるレーザビームの露光開始位置と露光終了位置との間の主走査方向の傾きが目視可能なレベルまで増大される問題がある。
【００１３】
またさらに、Ｍ群のレーザビームがＮ本のレーザビームを含むことにより、像面に到達されたレーザビームの全ての光強度が合成された時点で、レーザビーム相互の位相の差あるいは波長の変動に起因して、像面の光エネルギーが変動する問題がある。なお、位相差あるいは波長の変動による光エネルギーの変動が所定の大きさを越えた場合には、画像形成装置に組み込まれた際に、画像欠損または未露光部へのトナーの供給の欠損が生じる問題がある。
【００１４】
この発明の目的は、色ずれの少ないカラー画像を形成可能な光走査装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、ΣＮｉ(Ｎ１＋Ｎ２＋・・・＋ＮＭ) (Ｍは１以上の整数、かつ、Ｎｉの少なくとも１つは２以上の整数) の光源と、前記複数の光源から出射された光を、副走査方向に収束させるために副走査方向に正のパワーが与えられたＭ組の光学部材と、Ｍ組の光学部材からのＭ個の光群を第１の方向にほぼ重なる様に反射させるＭ−１個の合成用反射ミラーと、を含む第１の光学手段と、回転可能に形成された反射面を有し、前記光を所定の方向に偏向する偏向手段と、この偏向手段により偏向された前記ΣΝｉ本の光を所定像面に等速で走査するように結像し、前記偏向手段の面倒れを補正する機能を持つレンズを含む第２の光学手段と、前記光による書き出し位置を規定するための水平同期検出器と、を有し、φを前記偏向手段により偏向されるビームの有効画角、Ｗを水平同期信号を検出する領域を含む有効画像領域幅、ｐを副走査方向走査ピッチ、及び、ｋを回転多面鏡面数とするとき、像担持体の進行方向に対して走査線が、δ＝ｔａｎ−１(Ｎｉ×ｐ×ｋ×φ／ (４×π×Ｗ) )だけ直角方向から傾けられており、書き出し位置を規定するための水平方向の同期の基準位置を結んだ直線を、走査線に対して角度δだけ傾けていることを特徴とする光走査装置を提供するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態としてが適用されたマルチカラー光走査装置が組み込まれる４連ドラム式カラー画像形成装置の正面断面図である。
【００２７】
図１に示されるように、画像形成装置１００は、色分解された色成分すなわちＹ＝イエロー，Ｍ＝マゼンタ，Ｃ＝シアンおよびＢ＝ブラックごとに画像を形成する第１ないし第４の画像形成部５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃおよび５０Ｂを有している。
【００２８】
各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、光走査装置１の第３の折返しミラー３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃおよび第１の折返しミラー３３Ｂを介して各色成分画像に対応するレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が出射される位置に対応して、光走査装置１の下方に、５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃおよび５０Ｂの順で直列に配置されている。
【００２９】
それぞれの画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の下方には、各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により形成された画像を搬送する搬送ベルト５２が配置されている。
【００３０】
搬送ベルト５２は、図示しないモータにより矢印の方向に回転されるベルト駆動ローラ５６およびテンションローラ５４に掛け渡され、ベルト駆動ローラ５６が回転される方向に所定の速度で回転される。
【００３１】
各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、それぞれ、円筒ドラム状で、矢印の方向に回転可能に形成され、印字すべき画像情報に対応する静電潜像が形成される感光体ドラム５８Ｙ，５８Ｍ，５８Ｃおよび５８Ｂを有している。
【００３２】
それぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の周囲の所定位置には、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の表面に所定の表面電位を提供する帯電装置６０Ｙ，６０Ｍ，６０Ｃおよび６０Ｂ、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の表面に形成された静電潜像を対応する色が与えられているトナーで現像する現像装置６２Ｙ，６２Ｍ，６２Ｃおよび６２Ｂ、搬送ベルト５２を感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) との間に介在させた状態で感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に対向され、搬送ベルト５２または搬送ベルト５２を介して搬送される記録用紙Ｐに、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 上のトナー像を転写する転写装置６４Ｙ，６４Ｍ，６４Ｃおよび６４Ｂ、転写装置６４ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を介してトナー像が転写されたあとに感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 表面に残った残存トナーを除去するクリーナ６６Ｙ，６６Ｍ，６６Ｃおよび６６Ｂ、及び、転写装置６４ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を介してトナー像が転写されたあとにそれぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 上に残った残存電位を除去する除電装置６８Ｙ，６８Ｍ，６８Ｃおよび６８Ｂが、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の回転方向に沿って順に配置されている。
【００３３】
なお、光走査装置１の各ミラー３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃおよび３３Ｂにより、感光体ドラム５８に案内される各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、図２および図６を用いて後述するよう、それぞれの感光体上で副走査方向にＮｉ本に分離され、各帯電装置６０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) と各現像装置６２ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) との間に照射される。また、この例では、レーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣは２本 (Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３＝２) に、また、レーザビームＬＢは４本 (Ｎ４＝４) に、それぞれ、分離される。
【００３４】
搬送ベルト５２の下方には、各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により形成された画像が転写されるための記録媒体すなわち用紙Ｐを収容する用紙カセット７０が配置されている。
【００３５】
用紙カセット７０の一端部であって、テンションローラ５４の近傍には、用紙カセット７０に収容されている用紙Ｐを (最上部から) １枚ずつ取り出す半月ローラ (送り出しローラ) ７２が配置されている。送り出しローラ７２とテンションローラ５４との間には、カセット７０から取り出された１枚の用紙Ｐの先端と各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、特に、５０Ｂによりそれぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、特に、５８Ｂに形成されたトナー像の先端とを整合させるためのレジストローラ７４が配置されている。
【００３６】
レジストローラ７４と第１の画像形成部５０Ｙとの間であって、テンションローラ５４の近傍、実質的に、搬送ベルト５２を挟んでテンションローラ５４の外周上には、レジストローラ７２を介して所定のタイミングで搬送される１枚の用紙Ｐに、所定の静電吸着力を提供する吸着ローラ７６が配置されている。なお、吸着ローラ７６の軸線とテンションローラ５４は、平行に配置される。
【００３７】
搬送ベルト５２の一端であって、ベルト駆動ローラ５６の近傍、実質的に、搬送ベルト５２を挟んでベルト駆動ローラ５６の外周上には、搬送ベルト５２あるいは搬送ベルトにより搬送される用紙Ｐ上に形成された画像の位置を検知するためのレジストセンサ７８および８０が、ベルト駆動ローラ５６の軸方向に所定の距離をおいて配置されている (図１は、正面断面図であるから、後方のセンサ８０のみが示されている) 。
【００３８】
ベルト駆動ローラ５６の外周に対応する搬送ベルト５２上には、搬送ベルト５２上に付着したトナーあるいは用紙Ｐの紙かすなどを除去する搬送ベルトクリーナ８２が配置されている。
【００３９】
搬送ベルト５２を介して搬送された用紙Ｐがテンションローラ５６から離脱されてさらに搬送される方向には、用紙Ｐに転写されたトナー像を用紙Ｐに定着する定着装置８４が配置されている。
【００４０】
図２には、図１に示したカラー画像形成装置に利用されるマルチビーム光走査装置が示されている。なお、図１に示したカラー画像形成装置では、通常、Ｙすなわちイエロー、Ｍすなわちマゼンタ、ＣすなわちシアンおよびＢすなわちブラック (黒) の各色成分ごとに色分解された４種類の画像データと、Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢのそれぞれに対応して各色成分ごとに画像を形成するさまざまな装置が４組利用されることから、同様に、各参照符号にＹ，Ｍ，ＣおよびＢを付加することで、色成分ごとの画像データとそれぞれに対応する装置を識別する。
【００４１】
図２に示されるように、マルチビーム光走査装置１は、光源としてのレーザ素子から出射されたレーザビームを、所定の位置に配置された像面すなわち図１に示した第１ないし第４の画像形成部５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃおよび５０Ｂの感光体ドラム５８Ｙ，５８Ｍ，５８Ｃおよび５８Ｂのそれぞれの所定の位置に向かって所定の線速度で偏向する偏向手段としてのただ１つの光偏向装置５を有している。なお、以下、光偏向装置５によりレーザビームが偏向される方向を主走査方向と示す。また、主走査方向と直交する方向であって、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面に平行な方向を副走査方向と示す。
【００４２】
光偏向装置５は、複数、たとえば、８面の平面反射鏡 (面) が正多角形状に配置された多面鏡本体５ａと、多面鏡本体５ａを、主走査方向に所定の速度で回転させる図示しないモータとを有している。多面鏡本体５ａは、たとえば、アルミニウムにより形成される。また、多面鏡５ａの各反射面は、多面鏡本体５ａが回転される方向を含む面すなわち主走査方向と直交する面、すなわち、副走査方向に沿って切り出されたのち、切断面に、たとえば、二酸化ケイ素などの表面保護層が蒸着されることで提供される。
【００４３】
光偏向装置５と像面との間には、光偏向装置５の反射面により所定の方向に偏向されたレーザビームに所定の光学特性を与える第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂからなる２枚組みの偏向後光学系３０、偏向後光学系３０の第２の結像レンズ３０ｂから出射されたそれぞれの合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の個々のビームが、画像が書き込まれる領域より前の所定の位置に到達したことを検知するためのただ１つの水平同期検出器２３、及び、偏向後光学系２１と水平同期検出器２３との間に配置され、偏向後光学系２１の後述する少なくとも一枚のレンズを通過された２＋２＋２＋４本の合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の一部を、水平同期検出器２３に向かって、主走査方向ならびに副走査方向のそれぞれ共に異なる方向へ反射させるただ１組の水平同期用折り返しミラー２５などが配置されている。
【００４４】
次に、光源としてのレーザ素子と光偏向装置５との間の偏向前光学系について詳細に説明する。
【００４５】
光走査装置１は、Ｎｉ (ｉは正の整数) を満たす第１および第２の２つ (Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３＝２) のレーザ素子を含むイエロー，マゼンタおよびシアン用光源３Ｙ，３Ｍおよび３Ｃと、Ｎｉ (ｉは正の整数) を満たす第１ないし第４の４つ (Ｎ４＝４) のレーザ素子を含む第４の光源３Ｂを有している。なお、ビーム群光源の数Ｍ (Ｍは正の整数) は、４で示される。
【００４６】
第１の光源３Ｙは、Ｙすなわちイエロー画像に対応するレーザビームを出射するイエロー第１レーザ３Ｙａおよびイエロー第２レーザ３Ｙｂを有している。それぞれのレーザ３Ｙａおよび３Ｙｂは、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＹａおよびＬＹｂに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００４７】
第２の光源３Ｍは、Ｍすなわちマゼンタ画像に対応するレーザビームを出射するマゼンタ第１レーザ３Ｍａおよびマゼンタ第２レーザ３Ｍｂを有している。なお、それぞれのレーザ３Ｍａおよび３Ｍｂも、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＭａおよびＬＭｂに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００４８】
第３の光源３Ｃは、Ｃすなわちシアン画像に対応するレーザビームを出射するシアン第１レーザ３Ｃａおよびシアン第２レーザ３Ｃｂを有している。この光源３Ｃも、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＣａおよびＬＣｂに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００４９】
第４の光源３Ｂは、Ｂすなわちブラック (黒) 画像に対応するレーザビームを出射する黒第１レーザ３Ｂａ、黒第２レーザ３Ｂｂ、黒第３レーザ３Ｂｃおよび黒第４レーザ３Ｂｄを有している。なお、光源３Ｂは、４つのレーザを含むものの、上述した第１ないし第３の光源３Ｙ，３Ｍおよび３Ｃと同様に、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面上で、それぞれから出射されたレーザビームＬＢａ，ＬＹｂ，ＬＹｃおよびＬＹｄに、副走査方向に所定の距離を提供可能に配置されている。
【００５０】
これにより、光偏向装置５の多面鏡５ａの各反射面には、各反射面上で副走査方向に距離をおいたＮｉ本かつＭ組 (Ｍ＝４) のレーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａ，ＬＣｂ，ＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄが出射される。
【００５１】
それぞれのレーザ素子３Ｙａおよび３Ｙｂ、３Ｍａおよび３Ｍｂ、３Ｃａおよび３Ｃｂ、ならびに、３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄすなわち４群の光源３Ｙ，３Ｍ，３Ｃおよび３Ｂと光偏向装置５との間には、それぞれの光源から出射された２本＋２本＋２本＋４本の合計１０本のレーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａ，ＬＣｂ，ＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄの断面ビームスポット形状を所定の形状に整える４ (Ｍ) 組みの偏向前光学系７ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が配置されている。
【００５２】
イエロー第１レーザ３Ｙａおよびイエロー第２レーザ３Ｙｂのそれぞれと、光偏向装置５の間には、各レーザ３Ｙａおよび３Ｙｂに所定の収束性を与える有限焦点レンズ９Ｙａおよび対応する有限レンズを通過されたレーザビームのビーム断面形状を所定の形状に整える絞り１０Ｙａ、ならびに、同レンズ９Ｙｂおよび同１０Ｙｂが配置されている。なお、各有限レンズ９Ｙａおよび９Ｙｂは、後述する偏向後光学系に利用される結像レンズ群に与えられる光学特性に対して相補的な光学特性を有することが必要であり、結像レンズ群の光学特性に依存して、たとえば、それぞれのレーザビームを平行光に変換するコリメートレンズが利用されてもよい。
【００５３】
それぞれの絞り１０Ｙａ，１０Ｙｂを通過されたレーザビームＬＹａ，ＬＹｂが交差する位置には、それぞれのレーザビームＬＹｂとＬＹａとを、副走査方向から見た状態で実質的に１本のレーザビームＬＹとみなすことのできるよう重ね合わせる半透明鏡であるハーフミラー１２Ｙが配置されている。すなわち、ハーフミラー１２ＹのレーザビームＬＹａが入射される面と反対の面には、レーザビームＬＹａに対して副走査方向に所定のビーム間隔を提供可能に配置されたレーザビームＬＹｂがレーザビームＬＹａに対して副走査方向に所定のビーム間隔で入射される。なお、ハーフミラー１２Ｙは、それぞれのレーザビームＬＹａ，ＬＹｂを、副走査方向から見た状態で実質的に１本のレーザビームＬＹとみなすことのできるよう重ね合わせた状態で光偏向装置５の多面鏡５ａに入射させることのできる所定の角度で配置される。
【００５４】
ハーフミラー１２Ｙと光偏向装置５との間には、ハーフミラー１２Ｙにより重ね合わせられたレーザビームＬＹを、副走査方向にのみ、さらに収束させるハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙ、及び、図８を用いて後述するようにハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙを通過されたレーザビームＬＹを、実質的に１まとまりの光線束として光偏向装置５に案内するための複数の反射面を有するレーザ合成ミラーユニット１３が配置されている。
【００５５】
レーザ合成ミラーユニット１３は、以下に示す他のレーザビームを、実質的に１まとまりの光線束として光偏向装置５に案内する。なお、図２から明らかなように、第１の光源３Ｙにより出射された第１および第２のイエローレーザビーム３Ｙａおよび３Ｙｂは、図８に示すレーザ合成ミラーユニット１３を通過されて光偏向装置５に案内される。
【００５６】
また、マゼンタ第１レーザ３Ｍａおよびマゼンタ第２レーザ３Ｍｂのそれぞれとレーザ合成ミラーユニット１３との間には、それぞれのレーザ３Ｍａおよび３Ｍｂに対応された有限焦点レンズ９Ｍａおよび絞り１０Ｍａならびに９Ｍｂおよび１０Ｍｂ、ハーフミラー１２Ｍ、及び、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｍが配置されている。
【００５７】
以下、同様に、シアン第１レーザ３Ｃａおよびシアン第２レーザ３Ｃｂのそれぞれとレーザ合成ミラーユニット１３との間には、それぞれのレーザ３Ｃａおよび３Ｃｂに対応された有限焦点レンズ９Ｃａおよび絞り１０Ｃａならびに９Ｃｂおよび１０Ｃｂ、ハーフミラー１２Ｃ、及び、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｃが配置されている。
【００５８】
さらに、黒第１レーザ３Ｂａ、黒第２レーザ３Ｂｂ、黒第３レーザ３Ｂｃおよび黒第４レーザ３Ｂｄのそれぞれとレーザ合成ミラーユニット１３との間には、上述した他の光源に類似した光学特性を提供可能な、第１ないし第４の有限焦点レンズ９Ｂａ，９Ｂｂ，９Ｂｃおよび９Ｂｄ、第１ないし第４の絞り１０Ｂａ，１０Ｂｂ，１０Ｂｃおよび１０Ｂｄ、ハーフミラー１２Ｂ１，１２Ｂ２ならびに１２Ｂ３、及び、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｂが配置されている。
【００５９】
なお、それぞれの光源３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、偏向前光学系７ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、及び、レーザ合成ミラーユニット１３は、例えば、アルミニウム合金によって形成される図示しない保持部材により一体的に保持されている。
【００６０】
次に、偏向前光学系に利用される各レンズおよびハーフミラーの光学特性について詳細に説明する。
【００６１】
有限焦点レンズ９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ａ，９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ｂ，９Ｂｃおよび９Ｂｄには、それぞれ、非球面または球面ガラスレンズの表面に、図示しない紫外線硬化型プラスチック非球面レンズを貼り合わせた単レンズが利用される。
【００６２】
各ビーム群中のレーザ素子の出力を全て同一の値とし、面上でも同一の光強度とするために、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) とハーフミラー１２Ｂ１の反射率と透過率の比は、それぞれ、１：１に設定される。これに対して、ハーフミラー１２Ｂ２および１２Ｂ３の反射率と透過率の比は、それぞれ、２：１および３：１に設定される。
【００６３】
詳細には、第１ないし第３の光源３Ｙ，３Ｍおよび３Ｃのそれぞれは、レーザの個数ＮがΝ１＝Ν２＝Ν３＝２であることから、要求されるハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) の総数は、Ｎｉ−１により管理されるとともに、実質的に、２つの光源からのレーザビームの光量を５０％ずつ合成することが必要となる。従って、反射率と透過率との比は、１：１に設定され、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) を通過された時点で、それぞれのレーザ３Ｙａおよび３Ｙｂ、３Ｍａおよび３Ｍｂ、ならびに、３Ｃａおよび３Ｃｂから出射されたレーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａおよびＬＣｂの光強度は、実質的に等しく規定される。
【００６４】
一方、黒第１レーザ３ＢａからのレーザビームＬＢａと黒第２レーザ３ＢｂからのレーザビームＬＢｂを合成するハーフミラー１２Ｂ１も２つの光源からのレーザビームの光量を５０％ずつ合成する点で、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) と同一の反射率と透過率とを有する。これに対して、ハーフミラー１２Ｂ２は、ハーフミラー１２Ｂ１により既に合成されたレーザビームＬＢａとレーザビームＬＢｂに対して黒第３レーザ３ＢｃからのレーザビームＬＢｃを合成するものであるから、反射率と透過率との比を２：１とすることにより、レーザビームＬＢａ，ＬＢｂおよびＬＢｃの光強度を等しくすることができる。同様に、ハーフミラー１２Ｂ３は、ハーフミラー１２Ｂ２により既に合成されたレーザビームＬＢｃとレーザビームＬＢａおよびレーザビームＬＢｂとに対して黒第４レーザ３ＢｄからのレーザビームＬＢｄを合成するものであるから、反射率と透過率との比を３：１とすることにより、ハーフミラー１２Ｂ３を通過された時点で、それぞれのレーザ３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄから出射されたレーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄの光強度を、実質的に等しくできる。
【００６５】
ところで、ハイブリッドレンズ１１Ｂに入射される各レーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｂの光強度は、それぞれのレーザ３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよびａ３Ｂｄを出射された時点に比較して、おおむね、２５％に減少されることになる。
【００６６】
これに対して、ハーフミラー１２ (Ｙ，ＭおよびＣ) を通過されてハイブリッドレンズ１１ (Ｙ，ＭおよびＣ) に入射される各レーザビームＬＹａ，ＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＭｂ，ＬＣａおよりＬＣｂの光強度は、それぞれのレーザ３Ｙａ，３Ｙｂ，３Ｍａ，３Ｍｂ，３Ｃａおよび３Ｃｂを出射された時点に比較して、おおむね、５０％に保持される。
【００６７】
このことから、図２に示した例では、各レーザ３Ｙａ，３Ｙｂ，３Ｍａ，３Ｍｂ，３Ｃａおよび３Ｃｂの定格出力を１０ミリワット (以下、ｍＷと示す) に、３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄの定格出力２０ｍＷに、それぞれ設定することにより、異なるビーム数かつ異なる色用のレーザビームを、結像位置において、実質的に等しい光強度に設定できる。
【００６８】
ところで、各現像装置６２ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に使用されるトナーの特性の個体誤差および各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に利用される感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の特性の個体誤差に関連して、像面におけるレーザビームの最適光強度が変動することが知られている。また、各色成分に対応するトナーには、着色剤等の特性あるいは転写方式等に起因して異なる光強度およびビーム径が要求されることもある。しかしながら、同一の色成分に対応される画像形成部５０における光強度およびビーム径は、実質的に均一であることが必要である。
【００６９】
すなわち、画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 相互間でのレーザビーム群ＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢの光強度は、均一である必要はないが、各ビーム群におけるＮｉ本のビーム相互の像面での光強度およびビーム径は、それぞれ、均一であることが要求される。
【００７０】
例えば、イエローレーザビームＬＹａおよびＬＹｂの光強度が同一で、ＬＹａのビーム径がＬＹｂより小さい場合、イエローレーザビームＬＹａにより感光体ドラム５８Ｙに書き込まれる潜像の幅はレーザビームＬＹｂにより感光体ドラム５８Ｙに書き込まれる潜像の幅に対して狭くなる。一例として、２本おきに、主走査方向に線を書き込む場合には、線の太さにばらつきが生じ、むらのある画像となってしまう。
【００７１】
従って、イエローレーザビームＬＹａおよびＬＹｂ、マゼンタレーザビームＬＭａおよびＬＭｂ、シアンレーザビームＬＣａおよびＬＣｂ、ならびに、ブラック (黒) レーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄは、それぞれ、像面での光強度が同一でビーム径も均一であることが要求される。
【００７２】
ところで、一般に、出力の高いすなわち高出力用レーザ素子ほど、そのビーム放射角度が小さくなることから、同一の有限レンズと絞りを使用した場合には、像面でのビーム径が大きくなってしまう。よって、ハーフミラー１２Ｙにより主走査方向にまとめられるそれぞれのレーザビーム用のレーザ素子の定格出力は、互いに等しいことが必要となる。
【００７３】
このことから、この発明の実施の形態では、ハーフミラー１２Ｙにより主走査方向にまとめられるＬＹａおよびＬＹｂを出射するレーザ素子３Ｙａおよび３Ｙｂの定格出力は、それぞれ１０ｍＷに揃えられている。また、ハーフミラー１２Ｍにより主走査方向にまとめられるＬＭａおよびＬＭｂを出射するレーザ素子３Ｍａおよび３Ｍｂの定格出力は、それぞれ１０ｍＷ、同様に、ハーフミラー１２Ｃにより主走査方向にまとめられるＬＣａおよびＬＣｂを出射するレーザ素子３Ｃａおよび３Ｃｂの定格出力は、それぞれ１０ｍＷである。なお、ハーフミラー１２Ｂ１，１２Ｂ２および１２Ｂ３によりまとめられるレーザビームＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄを出射するレーザ素子３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄの定格出力は、それぞれ２０ｍＷに揃えられている。
【００７４】
これにより、それぞれのビーム群、すなわち、ＬＹａおよびＬＹｂ、ＬＭａおよびＬＭｂ、ＬＣａおよびＬＣｂならびにＬＢａ，ＬＢｂ，ＬＢｃおよびＬＢｄの各ビーム群の中での像面のビーム径は、同一の有限レンズおよび絞りによっても、容易に均一とすることができる。
【００７５】
ここで、仮に、図２に示した光学装置において、ハーフミラー１２Ｂ１，１２Ｂ２および１２Ｂ３の透過率と反射率の比を、全て、１：１とすると、像面での光強度を均一とするためには、レーザ素子３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄの定格出力は、それぞれ、４０ｍＷ，４０ｍＷ，２０ｍＷおよび１０ｍＷに設定されなければならない。この場合、上述したレーザビームの放射角の差によって像面でのビーム径にばらつきが生じることとなる。
【００７６】
ここで、各レーザ素子３Ｂａ，３Ｂｂ，３Ｂｃおよび３Ｂｄとして定格出力が同一すなわち４０ｍＷのレーザ素子を利用し、実際に使用する際の出力を、それぞれ、４０ｍＷ，４０ｍＷ，２０ｍＷおよび１０ｍＷに制御する方法は容易に着想可能であるが、レーザ素子３Ｂｃおよび３Ｂｄは、オーバースペックとなることは明らかであり、コストが増大される。
【００７７】
また、各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢに対して用意されるハーフミラー１２の個数は、Ｍ組の光源のそれぞれを構成するビーム数ＮのΝｉ−１個（イエロー、マゼンタ、シアンは１、黒は３）であるが、いづれのレーザビームに関しても、ハーフミラー１２を透過される回数は、最大で１回に制限される。
【００７８】
換言すると、レーザビームＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＣｂおよびＬＢａは、ハーフミラー１２により反射されるのみ (透過回数＝０) であり、残りのレーザビームもハーフミラー１２を１回だけ通過する。
【００７９】
このように、それぞれのレーザビームがハーフミラー１２を透過する回数およびビーム相互間の通過回数の差を最小とすることにより、平行光以外の光が平行平板を通過する場合に生じる問題である焦点距離の変動あるいは球面収差の影響を低減できる。なお、ハーフミラー１２を通過されないレーザビームＬＹｂ，ＬＭａ，ＬＣｂおよびＬＢａのそれぞれを、ハーフミラー１２と等しい屈折率が与えられている平行平板を通過させることにより、ビーム相互間の通過回数の差に起因する光学特性の変動を低減できる。
【００８０】
以下、表１ないし表３に、偏向前光学系７の光学的数値データを示す。
【００８１】
【表１】
【表２】
【表３】
表１ないし表３から明らかなように、それぞれの色成分に対応される有限焦点レンズ９およびハイブリッドシリンダレンズ１１は、単体では、どの色成分に関しても、同一のレンズが利用される。なお、転写ベルトである搬送ベルト５２が回転される方向に関し、最も回転方向上流側と最も回転方向下流側に位置するＹ (イエロー) 画像形成部５８Ｙに対応される偏向前光学系７ＹおよびＢ (ブラック) 画像形成部５８Ｂに対応される偏向前光学系７Ｂは、実質的に、同一のレンズ配置を有する (系の光軸に対して対称となっている) 。また、Ｍ (マゼンタ) に対応される偏向前光学系７ＭおよびＣ (シアン) に対応される偏向前光学系７Ｃは、偏向前光学系７Ｙおよび７Ｂに比較して、有限焦点レンズ９とハイブリッドシリンダレンズ１１との間隔が広げられている。
【００８５】
一方、ハイブリッドシリンダレンズ１１と光偏向装置５の反射面との間の距離は、両端のレーザビーム、すなわち、レーザビームＬＹおよびレーザビームＬＢに関して最大に規定される。このことは、図２から明らかなように、複数の光源のそれぞれを複数のレーザにより構成する際に、各レーザ３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ａ，３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ｂ，黒第３レーザ３Ｂｃおよび黒第４レーザ３Ｂｄと、それぞれに対応する有限焦点レンズ９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ａ、９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) ｂ，黒第３レーザ用有限焦点レンズ９Ｂｃおよび黒第４レーザ用有限焦点レンズ９Ｂｄの配列に関する制約 (実装面) を低減できる。
【００８６】
次に、図３を用いて、各光源から光偏向装置に向かうレーザビームに作用する偏向前光学系の機能について説明する。なお、各光源と光偏向装置との間に配置される各レンズおよびハーフミラーの作用は実質的に同一であるから、イエロー第１レーザ３Ｙａから光偏向装置５の多面鏡５ａに向かうレーザビームＬＹａを代表させて説明する。
【００８７】
図３に示されるように、イエロー第１レーザ３Ｙａを出射されたレーザビームＬＹａは、有限焦点レンズ９Ｙａにより所定の収束性が与えられたのち絞り１０Ｙａを通過されて、断面ビーム形状が所定の形状に整えられる。
【００８８】
ハーフミラー１２Ｙにより、後述するイエロー第２レーザ３ＹｂからのレーザビームＬＹｂ (図３では示されていない) に対して、副走査方向に所定の距離を置いた実質的に１本のレーザビームにまとめられたレーザビームＬＹ (ＬＹａ＋ＬＹｂ) は、図８を用いて後述するレーザ合成ミラーユニット１３の非反射領域を通過されて、副走査方向から見た状態で他の３群のレーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢと実質的に１まとまりにまとめられて光偏向装置５に案内される。
【００８９】
ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙは、空気と接する面すなわち入射面が実質的に円筒面に形成され、副走査方向に対して実質的に等しい曲率が与えられた第１のシリンダレンズ１７Ｙと第２のシリンダレンズ１９Ｙとが、シリンダレンズ１７Ｙの出射面とシリンダレンズ１９Ｙの入射面との間の接着により、または、図示しない位置決め部材に向かって所定の方向から押圧されることで、一体に形成される。第１のシリンダレンズ１７Ｙは、プラスチック、たとえば、ＰＭＭＡ (ポリメチルメタクリル) により形成される。第２のシリンダレンズ１９Ｙは、ガラス、たとえば、ＴａＳＦ２１により形成される。なお、それぞれのシリンダレンズ１７Ｙおよび１９Ｙは、保持部材１５と一体に形成された図示しない位置決め機構を介して、有限焦点レンズ９Ｙａあるいは９Ｙｂのそれぞれと正確な間隔で固定される。
【００９０】
ところで、レーザビームＬＹａは、第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂを通過する際に生じるコマ収差を打ち消すよう (図３において、１７ａで示されるシリンダレンズの入射面から延出された一点鎖線である) ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙの光軸に偏心および傾きを伴なって入射される。
【００９１】
また、図示しないレーザビームＬＹｂは、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙの光軸に対してレーザビームＬＹａと非対称に入射される。なお、レーザビームＬＹｂは、図３と同一の条件で表示すると、実質的にレーザビームＬＹｂと重なり合うよう、ハイブリッドシリンダレンズ１１Ｙに入射される。
【００９２】
表４および表５は、表１ないし表３に示した偏向前光学系と組み合わせて利用される偏向後光学系の光学的数値データを示している。
【００９３】
【表４】
【表５】
表４および表５に示した偏向後光学系を利用すれば、光偏向装置５の各反射面の面倒れの最大値を１分とした場合であっても、像面でのビームの位置ズレは、４μｍに抑えられる。
【００９６】
すなわち、表４に示した偏向後光学系は、光偏向装置５の各反射面の面倒れに対して１／４８倍の面倒れ補正機能を有する。なお、偏向後光学系が面倒れ補正機能を持たない場合、ジッタが目視により知覚されない程度まで光偏向装置５の各反射面相互の面倒れを低減しようとすれば、光偏向装置５の各反射面の倒れを２秒程度まで低減しなければならないことから、多面鏡本体５ａが非常に高価なものとなってしまう。
【００９７】
また、光偏向装置５により偏向されるビームの有効画角φは、１．０１２３７ラジアン (以下、ｒａｄと示す) であり、水平同期信号検出領域を含む有効画像領域幅Ｗは、３２０ミリメートル（以下、ｍｍと示す）、光偏向装置５の各反射面の反射点と像面との間の距離ＬＴは、３２９．７９７ｍｍである。ここで、
１．０１２３７＝φ ＞ Ｗ／ＬＴ＝０．９７
となるよう、ビームの有効画角φ、有効画像領域幅Ｗおよび反射点と像面との間の距離ＬＴを最適化することにより、マルチビームに必要な結像特性および走査線曲がり等が環境の変化によって劣化されることを低減する一方で、光源に利用されるレーザ素子を駆動するレーザ駆動周波数を低くすることができる。これにより、光走査装置の大きさも低減できる。また、偏向後光学系に、プラスチックレンズを使用しても、温湿度の変化に対して色ズレの少ない光学ユニットを提供できる。
【００９８】
なお、φ ＞ Ｗ／ＬＴは、有効画角φ、Ｗ／ＬＴ (有効画像領域幅／反射点と像面との間の距離) すなわちを最適化設計の変数としてシミュレーションした結果得られたものである。ここで、φ ＜ Ｗ／ＬＴの領域では、温湿度変化に対して走査線曲がりおよび結像特性の劣化が大きくなることが確認されている。また、製造公差も、厳しくなることが確認された。その一方で、φ ＞ １．２（Ｗ／ＬＴ）の領域では、温湿度の変化に対して走査線曲がりが大きくなることが確認されている。
【００９９】
従って、ビームの有効画角φは、好ましくは、
１．２（Ｗ／ＬＴ） ＞ φ ＞ Ｗ／ＬＴ
の範囲内から選択される。なお、ビームの有効画角φを評価する際に、図４に示す評価関数を用いている。ここで、図４を参照すれば、φが１付近で全体的に評価関数が小さくなるが、φ＝１．１（Ｗ／ＬＴ）近傍でも評価関数が小さくなることが確認できる。
【０１００】
図５には、図３および表１ないし表３に示した偏向前光学系７ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) のそれぞれを、光偏向装置５の反射面の回転軸に直交する方向（副走査方向）のそれぞれのレーザ合成ミラーの反射面１３Ｙ，１３Ｍおよび１３Ｃから光偏向装置５に向かうレーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣが示されている (ＬＹはＬＹａとＬＹｂ、ＬＭはＬＭａとＬＭｂ、ＬＣはＬＣａとＬＣｂから成っている) 。ここで、図５中の各ビームＬＢ，ＬＣ，ＬＭ，ＬＹに各々記載されている一点鎖線は、それぞれのビームの主光線を表している。また、ビームＬＭとＬＣの主光線の間に記載されている一点鎖線は、本願の４本ビームによる光学系の系全体の光軸を表している。
【０１０１】
図５から明らかなように、それぞれのレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、光偏向装置５の反射面の回転軸と平行な方向に、相互に異なる間隔で、光偏向装置５に案内される。ここで、図１および図５に示したように、レーザビームＬＢを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｂは、レーザビームＬＣを光偏向装置５に反射するためのミラー１３ＣおよびレーザビームＬＭを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｍよりも光偏向装置５に近い位置に配置されている。また、レーザビームＬＣを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｃは、レーザビームＬＭを光偏向装置５に反射するためのミラー１３Ｍよりも光偏向装置５に近い位置に配置される。また、レーザビームＬＭおよびＬＣは、光偏向装置５の反射面の回転軸と直交するとともに反射面の副走査方向の中心を含む面、すなわち、光走査装置１の系の光軸を含む面を挟んで非対称に、光偏向装置５の各反射面に案内される。なお、光偏向装置５の各反射面上でのレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢ相互のそれぞれの主光線相互の間隔は、ＬＹ−ＬＭ間で２．２６ｍｍ、ＬＭ−ＬＣ間で１．７１ｍｍ、及び、ＬＣ−ＬＢ間で１．４５ｍｍである。このように、レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣ，ＬＢをそれぞれ光偏向装置５側に反射するミラーのうち、最も光偏向装置５に近い位置に配置されているミラー１３Ｂにより反射されるビームＬＢの主光線と、ミラー１３Ｂに隣接するミラー１３Ｃにより反射されるビームＬＣの主光線との距離（１．４５ｍｍ）は、ビームＬＣの主光線と、ミラー１３Ｃに対して光偏向装置５から遠ざかる方向で隣接するミラー１３Ｍにより反射されるビームＬＭの主光線との距離（１．７ｍｍ）より小さい値となっている。すなわち、光偏向装置５から遠いミラーで反射されるビームほど、隣接するビームとの間隔が広くなっていくように配置されている。これは、複数のビームのビーム径の像面での大きさを同じ大きさに合わせるためには、光偏向装置５の偏向面で反射されるビームのビーム径を同じ大きさにしておかなければならないために、ビームの収束特性が同じ場合には、偏向面からより近い位置にいるほど、ビーム径は、小さくなることを利用したもので、ビーム径が小さいビームを反射するために用いるミラーは、反射面を小さくすることによって、ビームの間隔を狭くし、ひいてはビーム全体（４本全体）が 占める幅を狭くするようにしたものである。
【０１０２】
図６には、光走査装置１の光偏向装置５から各感光体ドラム５８すなわち像面までの間に配置される光学部材に関し、光偏向装置５の偏向角が０°の位置で副走査方向から見た状態が示されている。
【０１０３】
図６に示されるように、偏向後光学系３０の第２の結像レンズ３０ｂと像面との間には、レンズ３０ｂを通過された２＋２＋２＋４＝１０本のレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を像面に向かって折り曲げる第１の折り返しミラー３３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、第１の折り返しミラー３３Ｙ，３３Ｍおよび３３Ｃにより折り曲げられたレーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣを、さらに折り返す第２および第３の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃならびに３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃが配置されている。なお、図６から明らかなように、Ｂ (ブラック) 画像に対応するレーザビームＬＢは、第１の折り返しミラー３３Ｂにより折り返されたのち、他のミラーを経由せずに、像面に案内される。
【０１０４】
第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂ、第１の折り返しミラー３３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) 、及び、第２の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃは、それぞれ、光走査装置１の中間ベース１ａに、たとえば、一体成型により形成された図示しない複数の固定部材に、接着などにより固定される。
【０１０５】
また、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃは、図１６を用いて後述する固定用リブと傾き調整機構を介して、ミラー面と垂直方向に関連した少なくとも１方向に関し、移動可能に配置される。
【０１０６】
第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃおよび第１の折り返しミラー３３Ｂと像面との間であって、それぞれのミラー３３Ｂ、３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃを介して反射された２＋２＋２＋４＝１０本のレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が光走査装置１から出射される位置には、さらに、光走査装置１内部を防塵するための防塵ガラス３９ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が配置されている。
【０１０７】
次に、ハイブリッドシリンダレンズと偏向後光学系との間の光学特性について詳細に説明する。
【０１０８】
偏向後光学系３０すなわち２枚組みの第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂは、プラスチック、たとえば、ＰＭＭＡにより形成されることから、周辺温度が、たとえば、０°Ｃから５０°Ｃの間で変化することで、屈折率ｎが、１．４８７６から１．４７８９まで変化することが知られている。この場合、第１および第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂを通過されたレーザビームが実際に集光される結像面、すなわち、副走査方向における結像位置は、±４ｍｍ程度変動してしまう。
【０１０９】
これに対して、図３に示した偏向前光学系７に、偏向後光学系３０に利用されるレンズの材質と同一の材質のレンズを、曲率を最適化した状態で組み込むことで、温度変化による屈折率ｎの変動に伴って発生する結像面の変動を、±０．５ｍｍ程度に抑えることができる。すなわち、偏向前光学系７がガラスレンズで、偏向後光学系３０がプラスチックレンズにより構成される従来の光学系に比較して、偏向後光学系３０のレンズの温度変化による屈折率の変化に起因して発生する副走査方向の色収差が補正できる。
【０１１０】
しかしながら、補正可能な色収差の補正量は、プラスチックシリンダレンズのパワーに比例する。すなわち、補正可能な色収差の量は、プラスチックシリンダレンズの入射面曲率と出射面曲率との差に応じて決まることから、プラスチックシリンダレンズの入射面を平面とすれば、このことにより、ガラスシリンダレンズの曲率が特定される。従って、ガラスシリンダレンズに利用される材料が特定されるとハイブリッドシリンダレンズの焦点距離が決定される。
【０１１１】
このことから、偏向後光学系の光学特性が特定された場合には、副走査方向のビームの最小径は、ハイブリッドシリンダレンズの焦点距離のみによって、設定可能となる。この場合、設計自由度が確保できなくなり、目標とするビーム径を得ることと色消しとが両立しなくなる虞れがある。
【０１１２】
なお、ガラス材料を変更することにより屈折率を変えてガラスシリンダレンズの焦点距離を調整することで、ハイブリッドシリンダレンズとしての焦点距離を設定する方法もあるが、ガラスの材質によっては、研削性、保管あるいは運送に際して必ずしも有益とは限らず、自由度が低くなることは避けられない。
【０１１３】
また、ガラスシリンダレンズの入射面および出射面のそれぞれに曲率を与え、プラスチックシリンダレンズのパワーと、ハイブリッドシリンダレンズのパワーを独立の関数とする方法もことも可能である。
【０１１４】
しかしながら、成型により作成するプラスチックシリンダレンズの両側に曲率を与え、プラスチックシリンダレンズのパワーとハイブリッドシリンダレンズのパワーを独立の関数とする上記方法により最もコストを低減できる。また、上記方法によれば、加工精度および形状精度を容易に確保できる。
【０１１５】
図７には、図６に示した光偏向装置５と像面との間を通過する第１ないし第４の合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) と光走査装置１の副走査方向の系の光軸との関係を示す光路図である。
【０１１６】
図７に示されるように、光偏向装置５の反射面で反射された第１ないし第４の合成されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、それぞれ、第１の結像レンズ３０ａと第２の結像レンズ３０ｂとの間で、副走査方向に関し、系の光軸と交差して、像面に案内される。
【０１１７】
図８には、第１ないし第４の合成されたレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを、１つの束のレーザビームとして光偏向装置５の各反射面に案内すレーザ合成ミラーユニット１３が示されている。
【０１１８】
レーザ合成ミラーユニット１３は、画像形成可能な色成分の数 (色分解された色の数) よりも「１」だけ少ない数だけ配置される第１ないし第３のミラー１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂと、それぞれのミラー１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂを保持する第１ないし第３のミラー保持部１３α，１３βおよび１３γならびにそれぞれの保持部１３α，１３βおよび１３γを支持するベース１３ａにより構成される。なお、ベース１３ａならびにそれぞれの保持部１３α，１３βおよび１３γは、熱膨脹率が小さい、たとえば、アルミニウム合金などにより一体的に形成されている。
【０１１９】
このとき、光源３Ｙすなわちイエロー第１レーザ３Ｙａおよびイエロー第２レーザ３ＹｂからのレーザビームＬＹは、既に説明したように、光偏向装置５の各反射面に直接案内される。この場合、レーザビームＬＹは、光走査装置１の系の光軸よりもベース１３ａ側すなわち第１の保持部１３αに固定されるミラー１３Ｍとベース１３ａとの間を通過される。
【０１２０】
次に、図８に示した合成ミラー１３のそれぞれのミラー１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂにより反射されて光偏向装置５に案内される各レーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢならびに光偏向装置５に直接案内されるレーザビームＬＹの光強度 (光量) について考察する。
【０１２１】
レーザ合成ミラーユニット１３によれば、それぞれのレーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、光偏向装置５の各反射面に入射する前段の各レーザビームＬＭ，ＬＣおよびＬＢが副走査方向に分離している領域で、通常のミラー (１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂ) によって折り返される。従って、各反射面 (１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂ) で反射されたのち多面鏡本体５ａに向けて供給される各レーザビームＬ (Ｍ，ＣおよびＢ) の光量は、各ハイブリッドシリンダレンズ１１からの出射光量のおおむね９０％以上に維持できる。各レーザ素子の出力を低減できるばかりでなく、傾いた平行平板による収差が発生しないため、像面に到達される光の収差を均一に補正できる。これにより、それぞれのレーザビームのビーム径を小さく絞ることが可能となり、結果として、高精細化への対応を可能とする。なお、Ｙ (イエロー) に対応するレーザ素子３Ｙは、合成ミラー１３のいづれのミラーにも関与されることなく、直接、光偏向装置５の各反射面に案内されることから、レーザの出力容量が低減できるばかりでなく、 (合成ミラーにより反射される他のレーザビームに生じる虞れのある) ミラー (１３Ｍ，１３Ｃおよび１３Ｂ) で反射されることによる各反射面への入射角の誤差が除去される。
【０１２２】
次に、図２および図６を参照して、光偏向装置の各反射面で反射されたレーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) と偏向後光学系３０を通って光走査装置１から外部へ出射される各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢの傾きと折り返しミラー３３Ｂ，３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃとの関係について説明する。
【０１２３】
既に説明したように、光偏向装置５の多面鏡５ａで反射され、第１ないし第２の結像レンズ３０ａおよび３０ｂにより所定の収差特性が与えられた各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢは、それぞれ、第１の折り返しミラー３３Ｙ，３３Ｍ，３３Ｃおよび３３Ｂを介して所定の方向に折り返される。
【０１２４】
このとき、レーザビームＬＢは、第１の折り返しミラー３３Ｂで反射されたのち、そのまま防塵ガラス３９Ｂを通って感光体ドラム５８ｂに案内される。これに対し、残りのレーザビームＬＹ，ＬＭおよびＬＣは、それぞれ、第２の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃに案内され、第２の折り返しミラー３５Ｙ，３５Ｍおよび３５Ｃによって、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃに向かって反射され、さらに、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃで反射されたのち、それぞれ、防塵ガラス３９Ｙ，３９Ｍおよび３９Ｃにより、おおむね等間隔でそれぞれの感光体ドラムに結像される。この場合、第１の折り返しミラー３３Ｂで出射されたレーザビームＬＢとレーザビームＬＢに隣り合うレーザビームＬＣも、おおむね等間隔で感光体ドラム５８Ｂおよび５８Ｃのそれぞれに結像される。
【０１２５】
ところで、レーザビームＬＢは、多面鏡５ａの各反射面で偏向された後は、折り返しミラー３３Ｂで反射されるのみで、光走査装置１から感光体ドラム５８に向かって出射される。
【０１２６】
このレーザビームＬＢは、光路中に複数のミラーが存在する場合に、ミラーの数に従って増大 (逓倍) される結像面での像のさまざまな収差特性の変動あるいは主走査線曲がりなどに関し、残りのレーザビームＬ (Ｙ，ＭおよびＣ) を相対的に補正する際の基準光線として有益である。
【０１２７】
なお、光路中に複数のミラーが存在する場合には、それぞれのレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢごとに利用されるミラーの枚数を奇数または偶数に揃えることが好ましい。すなわち、図５に示されるように、レーザビームＬＢに関与する偏向後光学系内のミラーの枚数は、光偏向装置５の多面鏡５ａを除いて１枚 (奇数) で、レーザビームＬＣ，ＬＭおよびＬＹに関与する偏向後光学系内のミラーの枚数は、それぞれ、多面鏡５ａを除いて３枚 (奇数) である。ここで、いづれか１つのレーザビームＬＣ，ＬＭおよびＬＹに関し、第２のミラー３５が省略されたと仮定すれば、第２のミラー３５が省略された光路 (ミラーの枚数は偶数) を通るレーザビームのレンズなどの傾きなどによる主走査線曲がりの方向は、他のレーザビームすなわちミラーの枚数が奇数のレンズなど傾きなどによる主走査線曲がりの方向と逆になり、所定の色を再現する際に有害な問題である色ズレを引き起こす。
【０１２８】
従って、２＋２＋２＋４＝１０本のレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを重ねて所定の色を再現する際には、各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢの偏光後光学系３０の光路中に配置されるミラーの枚数は、実質的に、奇数または偶数に統一される。
【０１２９】
図９には、偏向後光学系の系の光軸と一方の端の走査線の間の距離Ｌ１、偏向後光学系の系の光軸と他方の端の走査線の間の距離Ｌｍ、及び、両端の走査線間の系の光軸に平行な方向の距離ΔＬｍａｘの関係が示されている。
【０１３０】
これらの値 (Ｌ１，ＬｍおよびΔＬｍａｘ) は、最終のレンズ面と像面と間の距離Ｌｏと、Ｍ＝４群で示されるビーム相互の間隔により、その最大値が設定される。しかしながら、最終のレンズ面と像面と間の距離Ｌｏを優先させて設定すると、光学系に対する要求が厳しくなり、結像特性、走査線の曲がり、環境変化による諸特性の変動が無視できないレベルに達してしまう問題がある。
【０１３１】
このため、多くの光走査装置を設計して光学部材の実装を繰り返した結果、光走査装置の光学性能を維持可能であって、感光体ドラム相互の間隔および光走査装置と各感光体ドラムとの間の距離を確保できる条件を見出だすことができた。
【０１３２】
すなわち、上述した各距離Ｌ１，ＬｍおよびΔＬｍａｘとＬｏとの間には、
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／１．８ ＞ Ｌｏ
Ｌｏ ＞ (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／ ２
が満足されることを条件に、光走査装置の光学性能を維持可能であって、感光体ドラム相互の間隔および光走査装置と各感光体ドラムとの間の距離を確保できることが確認された。
【０１３３】
詳細には、最終レンズ (第２の結像レンズ３０ｂ) を通過したビームは、傾きを無視することで、図１０に示されるように、偏向後光学系３０の２つのレンズ３０ａおよび３０ｂの光軸を結ぶ線と平行に出射するものと近似できる。
【０１３４】
また、一番レンズ側に近い位置で分離されるビームの第１および第２のミラーによる反射を１回の反射で近似し、この反射点を (ｘ，ｙ) ＝ (０，０) と置くとともに、感光体ドラムを光軸の上側 (紙面の上方) とみなす (従って、ここでの座標系は、他の図面の座標系と異なる) 。さらに、第３のミラーによる反射点を (ｘ１，ｙ１) 、像面の座標を (ｘ２，ｙ２) 、及び、折り返しミラーを１つだけ通るビームの像面の座標を (ｘ３，ｙ３) と置く。
【０１３５】
この時、プロセス関係の部品を実装可能な容積を最大にするには、ｙ１が正の場合には、図１０ (ａ) に示されるように、 (ｘ３，ｙ３) 、 (ｘ２，ｙ２) 、 (ｘ１，ｙ１) および (ｘ３，ｙ１) で囲まれる面積Ｓ１を最大にすればよい。また、ｙ１が負の場合には、 (ｘ３，ｙ３) 、 (ｘ２，ｙ２) 、 (ｘ１，０) および (ｘ３，０) で囲まれる面積Ｓ２を最大にすればよい。
【０１３６】
以下、面積Ｓ１あるいは面積Ｓ２を最大にするためには、第２のミラーにより反射されたビームと偏向後光学系の光軸との角度をΨ、第２のミラーでの反射点と第３のミラーでの反射点との距離をｌ １と置くと、ｙ１，ｘ１は、それぞれ、
【数３】
【数４】
で示される。
【０１３９】
第２のミラーによる反射点から像面までの光路長をｌ ２と置き、第３のミラーでの反射後のビームが偏向後光学系の光軸と垂直である (このような場合にＳ１あるいはＳ２が最大となる) と近似して像面の座標を (ｘ２，ｙ２) と置くと、
ｘ２ ＝ ｘ１ (ａ−３)
ｙ２ ＝ ｙ１＋ｌ ２−ｌ １ (ａ−４)
と表される。
【０１４０】
一方、最もレンズ側に近い位置で分離されるビームと、最後に第１のミラーで反射されるビームの距離をｙ４と置くと、
ｘ３ ＝ − (ｌ ２−ｙ４−ｙ２) (ａ−５)
ｙ３ ＝ ｙ２ (ａ−６)
が満足される。
【０１４１】
従って、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ、
Ｓ１ ＝ (ｙ２−ｙ１) (ｘ２−ｘ３) (ａ−７)
Ｓ２ ＝ｙ２ (ｘ２−ｘ３) (ａ−８)
と示される。
【０１４２】
ところで、ｙ４は、少なくとも、ビームが重ならない位置で３つのビームを分離できる距離に設定されることから、それぞれのビームの像面に等間隔に位置される場合、像面からそれぞれの分離点までの光路長は、
ｌ ２、
(ｌ ２− ((ｘ２−ｘ３) ／３) ／２) 及び、
( ｌ ２− ２ ((ｘ２−ｘ３) ／３) ／２)
で表される。
【０１４３】
一方、像面でのビーム半径をω ０ とすると、その広がり角は、ξλ／（πω ０ ）で表される。ここで、ξは、偏向前光学系の絞りによる回折の影響を含む係数とする。この場合、広がり角ξλ／π／ω ０ 内に、光の伝播を遮るものが有ると像面でのビーム径が大きくなってしまう。像面から分離点までの距離に、この広がり角を掛けたものが、分離点でのビーム半径となる為、分離点では、反射する光線については、その主光線は、少なくともビーム半径分は折り返しミラー側、折り返しミラーで折り返されないものについては、その主光線は、少なくとも分離位置でのビーム半径分は折り返しミラー端部から離れている必要が有る。即ち、広がり角ξλ／π／ω ０ に、像面から分離点までの距離を掛けたもの２倍だけ、その箇所での主光線位置がずれている必要が有る。それぞれの分離点は、像面からの距離が、先に述べた様に、ｌ ２ ， ( ｌ ２ − (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ )) ／２ ) 及び、ｌ ２ − ２ (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ ) ／２ ) であるから、それぞれの主光線が概ね平行であると近似している為、これに２ξλ／π／ω ０ を掛けた距離だけ、第１の分離点での主光線間隔を確保する必要がある。この為、一番初めに分離される光線と、最後に折り返されるビームの主光線は、これらの和の分だけ離れている必要があることになる。最初の分離点の座標を原点として考えているため、ｙ４は、
ｙ４＝ξ２λ／π／ω ０ （ｌ ２＋ ( ｌ ２ − (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ ) ／２ )
＋ｌ ２ − ２ (( ｘ ２ −ｘ ３ ) ／３ ) ／２ ) ・・・（ａ−９）
【０１４４】
で示される。
【０１４５】
なお、ζは、像面におけるビーム径をωｏとするために、一般に、ｌ．４に設定される。また、ζは、特に、第１のミラー (分離ミラー) に関し、隣接ビームの回析の影響を除去するためには、２．８程度に規定される。
【０１４６】
(ａ−９) 式を、（ａ−１），（ａ−２），（ａ−３），（ａ−４），（ａ−５）および（ａ−６）式を使って、ｘ ２ ，ｘ ３ を消去し、これをｙ４について解くと、
【数５】
が得られる。
【０１４８】
ここで、 (ａ−10) 式および (ａ−１) 式ないし (ａ−６) 式を (ａ−７) 式および (ａ−８) 式に代入し、Ｓ１およびＳ２の小さい方の値を縦軸にプロットすると図１１が得られる。なお、図１１では、ζ＝１．４，ｌ ２＝１７５，λ＝０．０００６８およびωｏ＝０．０２５の条件下で、横軸をΨを−πからπまで、奥行き方向の軸をｌ １を、０から１７５までとしている。
【０１４９】
図１１から明らかなように、Ｓ１およびＳ２の小さい方の値が最大になる条件は、
Ψ ＝ ０ (ａ−11)
である。
【０１５０】
以下、Ｓ１をｌ １で微分して０が得られる解を求めると、
【数６】
となる。
【０１５２】
ここで、実際には、ｌ ２に、最終のレンズ面と第１の折り返しミラーの距離を加えた数値がＬｏであるが、ｌ ２ ＝ Ｌｏと近似すると、
に変形される。
【０１５４】
従って、 (ａ−13) 式を、（ａ−１）ないし（ａ−６）、（ａ− 10 ）および (ａ−11) 式を代入使って、ｘ １ −ｘ ３ を消去して簡素化すると、
【数７】
が導かれる。
【０１５６】
以下、現在、実用可能と考えられる範囲の組み合わせであるλ＝０．０００６３に対して、横軸に、ζを１．４１４２から２．８まで、奥行き方向の軸に、ωｏを０．０２＝から０．０６までとした (ａ−14) 式の値を図１２に示す。同様に、λ＝０．０００８に対して、横軸に、ζを１．４１４２から２．８まで、奥行き方向の軸に、ωｏを０．０２から０．０６までとした (ａ−14) 式の値を図１３に示す。これらの縦軸の値が（ａ− 14 ）式の値の範囲であり、（ａ− 14 ）式は、１．８〜２の間の値を取ることがわかる。
【０１５７】
以上のことから、１．８ ＜ （ΔＬ ｍａｘ ＋Ｌ Ｍ ＋Ｌ １ ）／Ｌ ０ ） ＜ ２であり、Ｌ ０ は、正の値であることを考えて、Ｌ ０ に対する式に直すと、
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／１．８ ＞ Ｌｏ
Ｌｏ ＞ (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／ ２
が満足されることを条件に、光走査装置の光学性能を維持可能であって、感光体ドラム相互の間隔および光走査装置と各感光体ドラムとの間の距離を確保できることすなわちプロセス関係の部品を実装可能な容積がＳ１に対して最大になることが認められる。
【０１５８】
なお、上述した説明においては、それぞれの感光体ドラム間隔を一定とみなしたが、たとえば、折り返しが１回だけのビームが案内される感光体ドラムの直径が他の感光体ドラムよりもΔＤだけ大きい場合、ＬｍをΔＤだけ小さくし、ΔＬｍａｘをΔＤだけ大きくすることで、転写位置の高さを一定に維持できる。このことから、 (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) の値は、感光体ドラムの直径が不均一であっても同一となる。従って、 (ａ−15) 式は、感光体ドラム相互の間隔および感光体ドラムの径のいづれかが不均一に設定された画像形成装置に対しても有効である。
【０１５９】
なお、この条件を確認するために、図２ないし図９ならびに図１４ないし図１６に示した光走査装置に上記条件を適用すると、
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／１．８
＝ １８７．２５ｍｍ
Ｌｏ ＝ １７５ｍｍ
(ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／２
＝ １６８．５２７
であるから、上記条件が満足されることが認められる。
【０１６０】
このことから、偏向後光学系の全体およびレンズの大きさを適正に設定できるとともに、Ｍ個のビーム群の環境変化による曲がり発生量の差を抑止することが可能となる。なお、同時に、光走査装置の大きさが不所望に大型化されることが抑制される。また、大きさが実質的に等しい光走査装置に比較して、画角を増大可能であることから、画像周波数を低く設定できる。
【０１６１】
図１４は、像面に案内されたレーザビームの位置関係を示す概略図である。
【０１６２】
図１４ (ａ) は、それぞれ、２本のレーザビームが一まとめにまとめられたレーザビームＬＭおよびＬＣを示し、図１４ (ｂ) は、４本のレーザビームが一まとめにまとめられたレーザビームＬＢの例を示している。
【０１６３】
図１４ (ａ) および図１４ (ｂ) においてハッチング部分は、レーザビームの光強度が、１／ｅ２以上となる領域に対応される。なお、ビームの断面形状は、主走査方向の１／ｅ２直径が、隣接するビーム相互間距離 (ピッチ) の０．８〜１．２倍、副走査方向の１／ｅ２直径が、ピッチの１．２〜ｌ．６倍程度となるよう設定される。また、隣接するそれぞれのビームは、相互に (ＬＢについては４本のそれぞれが) 像面で隣り合う走査線を走査するよう設定されるとともに、１／ｅ２直径が重なることのないよう、走査方向に１／ｅ２直径以上ずらされている。
【０１６４】
すなわち、２本以上のレーザビームが一まとめにまとめられたレーザビームを用いて画像を露光する場合に、それぞれのレーザビームの光強度が１／ｅ２以上となる１／ｅ２直径がレーザビーム相互間で重なりあうと、ビーム相互の干渉によるビーム形状が生じる問題があるが、図１４ (ａ) および図１４ (ｂ) に示されるように、それぞれのビーム間隔および走査方向位置を僅かにシフトすることで、ビーム相互の干渉によるビーム形状の変化が生じることを防止できる。
【０１６５】
図１５には、水平同期用折り返しミラーが詳細に示されている。
【０１６６】
図１５によれば、水平同期用折り返しミラー２５は、それぞれの合成されたレーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを、主走査方向には水平同期検出器２３に異なるタイミングで反射させるとともに、副走査方向には水平同期検出器２３上で実質的に同一の高さを提供できるよう、主走査方向および副走査方向ともに異なる角度に形成された第１ないし第４の折り返しミラー面２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃおよび２５Ｂ、及び、それぞれのミラー２５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) を一体に保持するミラーブロック２５ａを有している。
【０１６７】
ミラーブロック２５ａは、たとえば、ガラス入りＰＣ (ポリカーボネイト) などにより成型される。また、各ミラー２５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、所定の角度で成型されたブロック２５ａの対応する位置に、たとえば、アルミニウムなどの金属が蒸着されて形成される。
【０１６８】
このようにして、光偏向装置５で偏向された各レーザビームＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢを、１つの検出器２３の同一の検出位置に入射させることが可能となるばかりでなく、たとえば、検出器が複数個配置される際に問題となる各検出器の感度あるいは位置ずれに起因する水平同期信号のずれが除去できる。なお、水平同期検出器２３には、水平同期用折り返しミラー２５により主走査方向１ラインあたりレーザビーム群ＬＹ，ＬＭ，ＬＣおよびＬＢが合計４回入射され１つのビームにつきＮｉ回づつ (ＬＹ，ＬＭおよびＬＣについては２回、ＬＢについては４回) の水平同期信号が得られることはいうまでもない。また、ミラーブロック２５ａは、型のミラー面が１つにブロックから切削加工により作成可能に設計され、アンダーカットを必要とせずに、型から抜けるよう工夫されている。
【０１６９】
図１６は、第３の折り返しミラー３７Ｙ，３７Ｍおよび３７Ｃの支持機構を示す概略斜視図である。
【０１７０】
図１６によれば、第３の折り返しミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) は、それぞれ、光走査装置１の中間ベース１ａの所定の位置に、中間ベース１ａと一体的に形成された固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) 、及び、固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) に対し、対応するミラーを挟んで対向されるミラー押さえ板ばね４３ (Ｙ，ＭおよびＣ) により保持される。
【０１７１】
固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) は、各ミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) の両端部 (主走査方向) に一対形成されている。
【０１７２】
一方の固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) には、それぞれ、ミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) を２点で保持するための２つの突起４５ (Ｙ，ＭおよびＣ) が形成されている。また、他の一方の固定部４１ (Ｙ，ＭおよびＣ) には、突起４５ (Ｙ，ＭおよびＣ) で保持されているミラーを垂直方向または光軸に沿って移動可能に支持する止めねじ４７ (Ｙ，ＭおよびＣ) が配置されている。
【０１７３】
図１６に示されるように、それぞれのミラー３７ (Ｙ，ＭおよびＣ) は、止めねじ４７ (Ｙ，ＭおよびＣ) が所定の方向に移動されることで、突起４５ (Ｙ，ＭおよびＣ) を支点として、ミラー面に垂直方向または光軸方向に移動されるので、主走査方向の傾きすなわち主走査線の曲りが補正される。
【０１７４】
図１７は、像面へのレーザビームの露光すなわち感光体ドラムに潜像を形成する状態を示す概略図である。なお、図１７では、黒レーザビームすなわち光源３Ｂから出射される４本のレーザビームを例に説明する。
【０１７５】
図１７によれば、実線で書かれている領域は光偏向装置５の多面鏡５ａのある反射面で作像 (画像形成のためのレーザビームが偏向) される領域であり、中央部分の領域が有効画像領域に対応される。また、他の部分は、無効領域として、作像に寄与しないレーザビームが偏向される領域である。なお、一点鎖線部は、多面鏡５ａの次の反射面で作像される領域を示している。
【０１７６】
図１７ (ａ) は、光偏向装置５の多面鏡５ａのある反射面で偏向されたΝ＝４本のレーザビームを所定像面に等速で走査するように結像した場合、ｐを副走査方向のビーム間距離 (ビームピッチ) およびｋを多面鏡５ａの反射面の数とするとき、走査線と感光体ドラムが回転される方向とのなす角、すなわち、走査線が副走査方向に対して傾く量δを示している。なお、このとき、水平方向の同期の基準となる信号を出す場所を結んだ直線を基準位置として定義する。
【０１７７】
ここで、傾きδは、
δ＝ｔａｎ−１[(Ｎ×ｐ×ｋ×φ) ／ (４×π×Ｗ)]
により求められる。なお、Ｎはレーザビームの数、φは有効画角及びＷは有効画像領域幅を示す。また、傾きδは、感光体ドラムの回転方向に対して遅れ (−) となる。
【０１７８】
図１７ (ｂ) は、図１７ (ａ) により求められる傾きδを補正する例を示し、走査線と感光体ドラムの回転方向すなわち副走査方向との間に傾きδを設定することで、走査線が感光体ドラムの回転方向と平行になる (走査線と感光体ドラムの軸線とが平行になる) ことを示している。この場合、傾きδは、図１７ (ａ) に示した角度に一致される。なお、傾きδは、感光体ドラムの回転方向に対して進み (＋) に設定されることはいうまでもない。また、傾きδは、光走査装置１のユニット全体あるいは少なくとも光偏向装置により反射されたレーザビームが感光体ドラムに向けて案内される間に関与する光学部材の全てに与えられる (光走査装置１が画像形成装置１００に配置される際に、光偏向装置５と各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) とを結ぶ軸線が各感光体ドラム５８の軸線に対してδだけ傾くよう配置される) 。なお、各ビーム群に対し、傾き角δｉを最適に設定するには、折り返しミラー３５と３７に対し、主走査方向に、δｉ−δだけ傾ければよい。
【０１７９】
図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）に示した方法により、感光体ドラムの回転方向と平行に補正された走査線の４本のビームによる書き出し位置を示している。図１７（ｃ）に示されるように、４本のレーザビームの水平同期の基準位置を、走査線に対して角度δ傾けることで、書き出し位置を、感光体ドラムの回転方向と直交するよう改善できる。
【０１８０】
ところで、プロセススピードをｖ (ｍｍ／ｓ) 、光偏向装置５の回転多面鏡５ａの回転数をＮｐ (ｒｐｍ) とすると、回転多面鏡５ａの１反射面によりレーザビームが露光される時間に対して感光体ドラムの表面が移動される距離は、６０ｖ／ (ＮｐＮ) ＝Ｑ (ｍｍ) となる。すなわち、Ｑは、プロセススピードの関数であり、走査線の傾きδは、
【０１８１】
以上説明したように、Ｍ群のレーザビームがＮ本のビームを含む場合、Ｎｉ本のビームが各感光体ドラムに案内される際に生じる傾きと反対方向に、光走査装置全体あるいは光偏向装置により反射されたレーザビームが感光体ドラムに向けて案内される間に関与する光学部材の全てを、傾けることにより、走査線の傾きを補正することが出来る。これにより、１群あたりのビーム数Ｎを増加した場合であっても、出力画像の水平線が傾くことが防止できる。
【０１８２】
次に、図１８ないし図２２を用いて、Ｎｉ本のレーザビームの各ビーム間の位相差について説明する。なお、ここでは、ビームが２本の場合を例に説明するが、３本以上の場合でも同様である。
【０１８３】
図１８ (ａ) は、隣接するビームの位相差が０度の場合の強度分布が、図１８ (ｂ) には、同位相差が１８０度の場合の強度分布がそれぞれ示されている。なお、以下、βｐをビームの主走査方向のｅ−２直径 (ｐは、ビームピッチ) 、αｐを同副走査方向のｅ−２直径、ζを各感光体ドラムの半減露光量／平均露光エネルギー、ηを２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点における一方のビームのピーク強度に対する他の一方のビームの相対強度とする。また、以下、α＝１．２、β＝０．８、ζ＝０．２５、η＝０．２１１およびｐ＝０．０４２ｍｍとする。なお、上記条件は、ビーム中心位置が、副走査方向に、０．０４２ｍｍ、主走査方向に、０．００９６ｍｍ、それぞれ、ずれていることを示す。
【０１８４】
図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) から明らかなように、１群あたりのビーム数がＮｉである光源のＮｉ個のレーザ素子によりＮｉ本のレーザビームを同時に照射することで、各感光体ドラムに到達されるレーザビームの強度分布が、位相差による干渉の影響を受けた結果として変化することが認められる。すなわち、図１８ (ａ) に示されるように位相差が０度であれば、２つのビームの間の強度分布は、露光量として強め合うよう増加され、位相差が１８０度であれば (図１８ (ｂ) ) 、２つのビームの間に強度分布の谷が生じることが認められる。
【０１８５】
図１９ (ａ) ならびに図１９ (ｂ) は、それぞれ、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) に示した感光体ドラム上の強度分布を平均露光エネルギーで正規化、すなわち、ｙ方向に対して積分して得られる結果を、１つのビームのみの場合の強度分布をｙ方向に対して積分して得られた結果をｐで割り算して得られるグラフである。なお、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) と同様に、図１９ (ａ) が位相差が０度に、また、図１９ (ｂ) が位相差が１８０度に、それぞれ、対応される。
【０１８６】
図１９ (ａ) を参照すれば、２つのビームの中間においても、半減露光量 (このグラフでは、平均露光エネルギーを１としているため、 半減露光量 ＝ 半減露光量／平均露光エネルギー×平均露光エネルギー ＝ ζ×平均露光エネルギーとなる) を示す０．２５より大きな光強度が確保されることが認めれる。
【０１８７】
これに対して、図１９ (ｂ) では、強度分布の谷において、半減露光量を満足する光強度が得られなくなることが確認できる。
【０１８８】
このことは、２つのビームの位相差が１８０度である場合に生じる強度分布の谷は、それぞれのビームの中心部とは逆に、正規現像の場合、未露光部にもかかわらず、潜像として現像されることを示している。また、反転現像の場合には、露光部であるにもかかわらず、現像されないすなわち画像欠損を生じさせることとなる。なお、レーザ素子から出射されるレーザビームの波長が全く同一でなければ、２つのビームの位相差は、時間とともに変動することとなる。
【０１８９】
図２０ (ａ) および図２０ (ｂ) は、図２ないし図１２に示したこの発明の実施の形態が組み込まれる光走査装置のある１群のレーザビーム (２本) に対し、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) に示したと同様にして強度分布を求めた結果を示している。ここで、α，β，ζ，ηおよびｐを、それぞれ、α＝１．２、β＝０．８、ζ＝０．２５、η＝０．１３５およびｐ＝０．０４２ｍｍとする。なお、上記条件は、ビーム中心位置が、副走査方向に、０．０４２ｍｍ、主走査方向に、０．０１８７ｍｍ、それぞれ、ずれていることを示す。また、位相差は、０度および１８０度である。
【０１９０】
図２０ (ａ) および図２０ (ｂ) から明らかなように、２本のレーザビームが各感光体ドラムに到達されたことによるレーザビームの強度分布は、位相差が０度であれば (図２０ (ａ) ) 、２つのビームの間の強度分布は、露光量として強め合う方向に増加される一方で、位相差が１８０度であれば (図２０ (ｂ) ) 、２つのビームの間に強度分布の谷が生じることが認められる。
【０１９１】
図２１ (ａ) ならびに図２１ (ｂ) は、それぞれ、図２０ (ａ) および図２０ (ｂ) に示した感光体ドラム上の強度分布を、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) と同様に、平均露光エネルギーで正規化した結果が示されている。なお、図１８ (ａ) および図１８ (ｂ) と同様に、図２１ (ａ) が位相差が０度に、また、図２１ (ｂ) が位相差が１８０度に、それぞれ、対応される。
【０１９２】
図２１ (ａ) および図２１ (ｂ) から明らかなように、図２ないし図９に示したこの発明の実施の形態が組み込まれる光走査装置においては、隣接するビームの位相差が０度であっても１８０度であっても、正規化された半減露光量の０．２５より大きな光強度が確保されることが認められる。
【０１９３】
次に、２つのビームの位相差が１８０度であっても、感光体ドラムの半減露光量より大きな光強度を提供できる条件について説明する。
【０１９４】
既に説明したように、副走査方向のビーム間隔すなわちビームピッチがｐ、ビームの主走査方向のｅ−２直径がβｐ，副走査方向のｅ−２直径がαｐ，感光体の半減露光量／平均露光エネルギーがζ、２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での１つのビームのピーク強度に対する相対強度がηで示されるとき、副走査方向をｚ、主走査方向をｙとし、１つのビームが、座標 (ｙ，ｚ) ＝ (０，０) にあり、他のビームが、座標 (ｙ，ｚ) ＝ (δｙ，ｐ) にあるとする。
【０１９５】
このとき、２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での相対強度ηは．
η ＝ ｅｘｐ (−２χ) (ｃ−１)
と示される。
【０１９６】
このとき、χは、
【数１０】
で表される。
【０１９８】
これに対して、２つの隣り合うビームの中心を結んだ線の中点での相対強度ηを与えるδｙは、 (ｃ−１) 式および (ｃ−２) 式をδｙについて解くことにより、
【数１１】
ここに、χ＝−０．５ｌｎ (η) である；
により求められる。
【０２００】
従って、ビームの主走査方向のｅ−２直径がβｐならびに副走査方向のｅ−２直径がαｐとなる座標 (ｙ，ｚ) ＝ (０，０) と、座標 (ｙ，ｚ) ＝ (δｙ，ｐ) にピーク強度を持つビームの電界分布は、それぞれ、
【数１２】
および
【数１３】
で示される。
【０２０３】
なお、 (ｃ−４) 式および (ｃ−５) 式のｒｚおよびｒｙは、それぞれ、
ｒｚ ＝ αｐ／２ (ｃ−６)
ｒｙ ＝ βｐ／２ (ｃ−７)
と示される。
【０２０４】
次に、強度分布を正規化するために必要な、平均強度を計算する。
【０２０５】
まず、 (ｃ−５) 式を、主走査方向すなわちｙ方向に積分すると、
【数１４】
が求められる。なお、 (ｃ−８) 式における＊は、複素共役数を表す。
【０２０７】
次に、 (ｃ−８) 式を副走査方向すなわちｚ方向へ積分して、ビームピッチｐでこれを割り算すると、
【数１５】
から平均強度が求められる。
【０２０９】
ここで、第１のレーザならびに第２のレーザの双方を点灯すると、ある場所で受けるエネルギーは、ビームが主走査方向に走査されているため、強度を主走査方向すなわちｙ方向に対し積分した値に比例する。
【０２１０】
このとき、最もエネルギーが小さくなる特定の場所において、感光体ドラムの半減露光量よりも大きなエネルギーが与えられることにより、２つのレーザからのレーザビームの位相差が１８０度であっても、画像欠損が生じたり未露光部にトナーが供給されることを防止できる。なお、最もエネルギーが小さくなる場所の位置は、２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点のｚ方向の座標であるから、
ｚ ＝ ｐ／２ (ｃ−10)
により求められる。
【０２１１】
このとき、 (ｃ−10) 式により求められる場所での電界は、ｅ１−ｅ２で表される。なお、光強度を、主走査方向すなわちｙ方向に対し積分した値を平均露光エネルギーで正規化した値は、
【数１６】
により示される。なお、 (ｃ−11) 式において、ｅ１−ｅ２は、 (ｃ−４) 式および (ｃ−５) 式より、実数であることから (ｅ１−ｅ２) ＊× (ｅ１−ｅ２) ＝ (ｅ１−ｅ２) ２ ) で近似される。
【０２１３】
(ｃ−11) 式に示した数値が感光体ドラムの半減露光量／平均露光エネルギーよりも大きくなることは、
ｉ２ ≧ ζ (ｃ−12)
により表される。
【０２１４】
このようにして求められた (ｃ−12) 式に、 (ｃ−11) 式を代入すると、
【数１７】
が導かれる。
【０２１６】
従って、
【数１８】
が満足されるよう、ηを設定することで、２本以上のレーザビームが１まとめにまとめられた１群のレーザビームを利用する際に、隣接するレーザビームの位相差を考慮する必要がなくなる。
【０２１８】
なお、図２ないし図１２に示したこの発明の実施の形態が組み込まれる光走査装置においては、 (ｃ−１３) 式により、η＜０．１５５３５４が導き出される。
【０２１９】
ここで、図２０および図２１に示した例ではη＝０．１３５であり、図１８および図１９に示した例ではη＝０．２１１となる。従って、 (ｃ−１３) 式が有益であることが認められる。
【０２２０】
図２２は、一般に用いられることのあるαとζに対し、その限界となるηが取り得る値を示すグラフである。すなわち、ηを、図２２におけるハッチング領域よりも下方の範囲となるよう、光走査装置の各要素を設定することで、隣接するレーザビームの位相差を考慮する必要がなくなる。
【０２２１】
次に、図１および図２３を参照して画像形成装置１００の動作について説明する。
【０２２２】
図示しない操作パネルあるいはホストコンピュータから画像形成開始信号が供給されることで、主制御装置１０１の制御により各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) がウォームアップされるとともに、画像制御ＣＰＵ１１１の制御により光走査装置１の光偏向装置５の多面鏡５ａが所定の回転速度で回転される。
【０２２３】
続いて、主制御装置１０１の制御により、外部記憶装置あるいはホストコンピュータもしくはスキャナ (画像読取装置) からプリントすべき画像データがＲＡＭ１０２に取り込まれる。ＲＡＭ１０２に取り込まれた画像データの一部 (あるいは全部) は、画像制御部１１０の画像制御ＣＰＵ１１１の制御により、各画像メモリ１１４ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に収納される。
【０２２４】
また、主制御装置１０１の制御により、所定のタイミング、たとえば、タイミング制御部１１３からの垂直同期信号などを基準として送り出しローラ７２が付勢され、用紙カセット７０から１枚の用紙Ｐが取り出される。この取り出された用紙Ｐは、レジストローラ７２により各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) による画像形成動作により提供されるＹ，Ｍ，ＣおよびＢの各トナー像とタイミングが整合され、吸着ローラ７４により搬送ベルト５２に密着されて、搬送ベルト５２の回転にともなって、各画像形成部５０に向かって案内される。
【０２２５】
一方、用紙Ｐの給送および搬送動作と平行してあるいは同時に、タイミング設定装置 (クロック回路) １１８により出力されるクロック信号ＣＬＫに基づいて各レーザ駆動部１１６ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) が付勢されるとともに、各データ制御部１１５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の制御により、ＲＡＭ１０２に保持されている画像データＤＡＴが各光源３ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に供給される。これにより、主走査方向の有効印字幅の所定位置から順に、１ライン分のレーザビームが各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に照射される。
【０２２６】
このようにして、各データ制御部１１５ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の制御により各レーザ駆動部１１６ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に対し、各光源３から出射される各レーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の強度を変化するために画像データが転送され、各画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に、レーザビームの１回の走査において、一定のクロック長の画像クロックにより、ずれのない画像が形成される。
【０２２７】
第１ないし第４の画像形成部５０ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) のそれぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に結像された第１ないし第４の各レーザビームＬ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) は、予め所定の電位に帯電されている各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の電位を、画像データに基づいて変化させることで、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に、画像データに対応する静電潜像を形成する。
【０２２８】
この静電潜像は、各現像装置６２ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により、対応する色を有するトナーにより現像され、トナー像に変換される。
【０２２９】
各トナー像は、それぞれの感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) の回転にともなって搬送ベルト５２により搬送されている用紙Ｐに向かって移動され、予め決められたタイミングにより、転写装置６４により、搬送ベルト５２上の用紙Ｐに、所定のタイミングで転写される。
【０２３０】
これにより、用紙Ｐ上で互いに正確に重なりあった４色のトナー像が用紙Ｐに形成される。なお、トナー像が用紙Ｐに転写されたあとに、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に残った残存トナーは、クリーナ６６ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により除去され、また、各感光体ドラム５８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) に残った残存電位は、除電ランプ６８ (Ｙ，Ｍ，ＣおよびＢ) により除電されて、引き続く画像形成に利用される。
【０２３１】
４色のトナー像を静電的に保持した用紙Ｐは、搬送ベルト５２の回転にともなってさらに搬送され、ベルト駆動ローラ５６の曲率と用紙Ｐの直進性との差によって搬送ベルト５２から分離されて、定着装置８４へ案内される。定着装置８４へ導かれた用紙Ｐは、定着装置８４によりそれぞれのトナーが溶融されることにより、カラー画像としてのトナー像が定着されたのち、図示しない排出トレイに排出される。
【０２３２】
一方、用紙Ｐを定着装置８４に供給したあとの搬送ベルト５２はさらに回転されつつ、ベルトクリーナ８２により、表面に残った不所望なトナーが除去され、再び、カセット７０から給送される用紙Ｐの搬送に利用される。
【０２３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光走査装置によれば、Ｍ個のビーム群が偏向手段の反射面に、一端からビーム群間の間隔が単調に増加する様に入射され、このビーム群間の間隔の最も小さい一端のビーム群が偏向装置によって偏向されたビームと交差するように入射される。これにより、ビーム群の結像特性のばらつきおよびビーム群間の走査線の曲りが低減される。従って、画質の劣化が防止できる。なお、光走査装置の大きさも低減される。
【０２３４】
また、この発明の光走査装置によれば、Ｌ１を第２の光学手段の系の光軸と一方の端の走査線の間の距離、Ｌｍを第２の光学手段の系の光軸と他方の端の走査線の間の距離およびΔＬｍａｘを両端の走査線間の系の光軸に平行方向の距離とするとき、最終のレンズ面と像面間の距離Ｌｏが (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／ｌ．８ ＞ Ｌｏ ＞ (ΔＬｍａｘ＋Ｌｍ＋Ｌ１) ／２ の範囲内に設定される。これにより、ビーム群間の走査線の曲りが低減される。なお、レンズの大きさおよび光走査装置の大きさが不所望に大型化されることが防止できる。
【０２３６】
またさらに、この発明の光走査装置によれば、副走査方向にのみ正のパワーが与えられたＭ組の光学部材への入射角および位置が、その光学部材の光軸に対して非対称に設定されることから、系の光軸に対して副走査方向に距離を置いた位置を通過されるレーザビームに対して生じるコマ収差の影響を低減できる。これにより、画像の解像度が低下することが防止できる。
【０２３７】
さらにまた、この発明の光走査装置によれば、各ビームが半透明鏡を透過する回数が１または０回であることから、収束性のレーザビームが平行平板に入射される際に生じるさまざまな収差のビーム群間のばらつきが生じにくくなり、画質が劣化することが防止できる。
【０２３８】
またさらに、この発明の光走査装置によれば、ｐを副走査方向走査ピッチ、及び、ｋを回転多面鏡面数とするとき、像担持体の進行方向に対して走査線が、 δ＝ｔａｎ−１ (Ｎｉ×ｐ×ｋ×φ／ (４×π×Ｗ) ) だけ直角方向から傾けられていることから、走査線が感光体ドラムの軸線すなわち副走査方向に対して傾きを持つことが防止できる。
【０２３９】
さらにまた、この発明の光走査装置によれば、ｐを副走査方向のビームのピッチ、αをビームの副走査方向のｅ−２直径／ｐ、ζを感光体の半減露光量／平均露光エネルギー、及び、ηを２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点でのｌつのビームのピーク強度に対する相対強度とするとき、
【数８】
が満足される。これにより、Ｎｉ本のレーザビームを近接して像面に照射することにより生じる干渉の影響により、画像が欠損したり、未露光部にトナーが付着されることが防止される。また、Ｎｉ本のレーザビームの各レーザビームの位相差の影響を考慮する必要がなくなることから、装置のコストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例であるマルチビーム光走査装置が利用される画像形成装置の概略断面図。
【図２】図１に示した画像形成装置に組み込まれる光走査装置の光学部材の配置を示す概略平面図。
【図３】図２に示した光走査装置を第１の光源と光偏向装置との間の系の光軸に沿って切断した部分断面図。
【図４】図２に示した光走査装置におけるビームの有効画角を評価する評価関数を示すグラフ。
【図５】図２に示した光走査装置の副走査方向部分断面であって、光偏向装置に向かう第１ないし第４のレーザビームの状態を示す概略図。
【図６】図２に示した光走査装置を光偏向装置の偏向角が０°の位置で切断した概略断面図。
【図７】図２に示した光走査装置の偏向後光学系の各光学部材が配置される状態を示す概略平面図。
【図８】図２に示した光走査装置のレーザ合成ミラーユニットを示す平面図および側面図
【図９】図２に示した光走査装置を用いた場合に、画像形成装置に組み込まれる感光体ドラムを配置可能な領域を示す概略図。
【図１０】図２に示した光走査装置に用いられるプロセス関係の部品を実装可能な容積を規定する方法を示す概略図。
【図１１】図１０に示したプロセス関係の部品を実装可能な領域を示すグラフ。
【図１２】実用可能と考えられるλ＝０．０００６３に対する偏向前光学系の絞りによる回析の影響を含む係数ζおよび２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での１つのビームのピーク強度に対する相対強度ηの範囲を示すグラフ。
【図１３】実用可能と考えられるλ＝０．０００８に対する偏向前光学系の絞りによる回析の影響を含む係数ζおよび２つの隣あうビームの中心を結んだ線の中点での１つのビームのピーク強度に対する相対強度ηの範囲を示すグラフ。
【図１４】図２に示した光走査装置を用いた場合に、像面における複数のレーザビームの位置関係を示す概略図。
【図１５】図２に示した光走査装置の水平同期検出用折り返しミラーの概略斜視図。
【図１６】図２に示した光走査装置の出射ミラーの調整機構を示す概略斜視図。
【図１７】図２ないし図９ならびに図１４ないし図１６に示した光走査装置により感光体ドラムに照射されるレーザビームのビーム位置を示す概略図。
【図１８】感光体ドラムに照射されるレーザビームの位相差と強度分布の関係を説明するグラフ。
【図１９】図１８に示した強度分布を、平均露光エネルギーで正規化したグラフ。
【図２０】図２ないし図９ならびに図１４ないし図１６に示した光走査装置により感光体ドラムに照射されるレーザビームの位相差と強度分布の関係を、図１８と同一の条件で示したグラフ。
【図２１】図１８に示した強度分布を、図１９と同一の条件で示したグラフ。
【図２２】２本以上のレーザビームが１まとめにまとめられた１群のレーザビームを利用する際に、隣接するレーザビームの位相差の影響を除去できる光走査装置の要素の設定例を示すグラフ。
【図２３】図１に示した画像形成装置の画像制御部のブロック図。
【符号の説明】
１…マルチビーム光走査装置、
３ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …光源、
３Ｙａ…イエロー第１レーザ、
３Ｙｂ…イエロー第２レーザ、
３Ｍａ…マゼンタ第１レーザ、
３Ｍｂ…マゼンタ第２レーザ、
３Ｃａ…シアン第１レーザ、
３Ｃｂ…シアン第２レーザ、
３Ｂａ…黒第１レーザ、
３Ｂｂ…黒第２レーザ、
３Ｂｃ…黒第３レーザ、
３Ｂｄ…黒第４レーザ、
５…光偏向装置、
７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …偏向前光学系
９ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …有限焦点レンズ
１１ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …ハイブリッドシリンダレンズ、
１２ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …ハーフミラー (半透明鏡) 、
１３…レーザ合成ミラーユニット、
１５…保持部材、
１７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …プラスチックシリンダレンズ、
１９ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …ガラスシリンダレンズ、
２３…水平同期検出器、
２５…水平同期用折り返しミラー、
３０…偏向後光学系、
３０ａ…第１の結像レンズ、
３０ｂ…第２の結像レンズ、
３３ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …第１の折り返しミラー、
３５ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …第２の折り返しミラー、
３７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …第３の折り返しミラー、
３９ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …防塵ガラス、
４１ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …ミラー固定部、
４３ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …ミラー押さえ板ばね、
４５ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …突起、
４７ (Ｙ，Ｍ，Ｃ) …止めねじ、
５０ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …画像形成部、
５２…搬送ベルト、
５４…ベルト駆動ローラ、
５６…テンションローラ、
５８ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …感光体ドラム、
６０ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …帯電装置、
６２ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …現像装置、
６４ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …転写装置、
６６ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …クリーナ、
６８ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …除電装置、
７０…用紙カセット、
７２…送り出しローラ、
７４…レジストローラ、
７６…吸着ローラ、
７８…レジストセンサ、
８０…レジストセンサ、
８２…搬送ベルトクリーナ、
８４…定着装置、
１００…画像形成装置、
１０１…主制御装置、
１０２…ＲＡＭ、
１０３…不揮発性メモリ、
１１０…画像制御部、
１１１…画像制御ＣＰＵ、
１１２…バスライン、
１１３…タイミング制御部、
１１４ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …画像メモリ、
１１５ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …データ制御部、
１１６ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …レーザ駆動部、
１１８ (Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ) …タイミング設定装置、
１２１…水平同期信号発生回路、
Ｐ…用紙。
Claims (1)
- ΣＮｉ(Ｎ１＋Ｎ２＋・・・＋ＮＭ) (Ｍは１以上の整数、かつ、Ｎｉの少なくとも１つは２以上の整数) の光源と、
前記複数の光源から出射された光を、副走査方向に収束させるために副走査方向に正のパワーが与えられたＭ組の光学部材と、Ｍ組の光学部材からのＭ個の光群を第１の方向にほぼ重なる様に反射させるＭ−１個の合成用反射ミラーと、を含む第１の光学手段と、
回転可能に形成された反射面を有し、前記光を所定の方向に偏向する偏向手段と、
この偏向手段により偏向された前記ΣΝｉ本の光を所定像面に等速で走査するように結像し、前記偏向手段の面倒れを補正する機能を持つレンズを含む第２の光学手段と、
前記光による書き出し位置を規定するための水平同期検出器と、を有し、
φを前記偏向手段により偏向されるビームの有効画角、
Ｗを水平同期信号を検出する領域を含む有効画像領域幅、
ｐを副走査方向走査ピッチ、及び、
ｋを回転多面鏡面数とするとき、
像担持体の進行方向に対して走査線が、
δ＝ｔａｎ−１(Ｎｉ×ｐ×ｋ×φ／ (４×π×Ｗ) )
だけ直角方向から傾けられており、
書き出し位置を規定するための水平方向の同期の基準となる信号を出す場所を結んだ直線を、走査線に対して角度δだけ傾けていることを特徴とする光走査装置。
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