JP4029640B2

JP4029640B2 - 光走査装置

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Publication number: JP4029640B2
Application number: JP2002076557A
Authority: JP
Inventors: 裕士小野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003270567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のカラープリンタやカラー複写機などに用いられる光走査装置に関する。更に詳しくは、タンデム方式のフルカラー画像形成装置に用いられ、単一の偏向器で複数のレーザビームを走査し、複数の感光体を露光する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オフィスにおいて電子写真方式のカラープリンタやカラー複写機が広く使用されている。電子写真方式によりフルカラー画像を形成する場合、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いて４回の画像形成サイクルを実行したのちに画像出力する方式、所謂４サイクル方式の画像形成装置が用いられることが多い。４サイクル方式は、従来の白黒（単色）用の画像形成プロセスを巧み利用してカラー化を実現しているが、白黒の画像形成装置に対し画像出力スピードが１／４以下に低下するという問題を抱えている。
【０００３】
この問題を解決するため、帯電、露光、現像、転写機能を備えた画像形成部を４色分並列に配置し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成を１パスで行い、フルカラ一画像を白黒（単色）とほぼ同じスピードで形成するタンデム方式と呼ばれる画像形成装置が開発されている。しかし、初期に開発されたタンデム方式のフルカラー画像形成装置は、大型であり、また高価なため、スピードを優先する一部の特定市場への普及にとどまっていた。
【０００４】
ところが、インターネットを中心とするネット環境の整備、普及によって、カラービジネス文書が広く配布、交換されるようになり、また、デジタルカメラが瞬く間に普及した結果、カラー文書、カラー画像が一般オフィスで通常に取扱われるようになった。この結果、カラー原稿の占有率がアップし、４サイクル方式カラー画像形成装置の出力スピードの遅さがオフィスの日常業務におけるストレスとなりつつある。そして、白黒画像形成装置並の設置スペースとオフィスのワークグループ単位に設置可能な価格のフルカラー画像形成装置が強く望まれようになった。
【０００５】
このような要求に応える装置構成として、本出願人による特開２００１−２６４６５５号公報の画像形成装置がある。この画像形成装置は、４つの感光体を水平方向に並列に配置し、その下方に光走査装置を、その上方に中間転写ベルトを配置している。
【０００６】
各感光体の周囲には帯電ロールおよび現像器が設けられ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像信号に応じて変調されたレーザビームの露光により形成された静電潜像が各色に対応したトナーにより現像される。中間転写ベルトが移動すると、現像像はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に中間転写ベルト上に一次転写される。さらに、二次転写ポイントで用紙トレイから送られた用紙上に一括転写され、最後に定着器によって熱定着されてフルカラー画像として排出される。
【０００７】
上記画像形成装置は、従来の白黒画像形成装置並の小型化を実現するために、画像形成装置を構成する各ユニットを小型化するほか、単なるスケールダウンではない方式の変更が行われている。
【０００８】
このうち光走査装置の小型化について説明する。
【０００９】
従来のタンデム型画像形成装置では、複数の感光体に対応して複数の光走査装置を配設していたが、上述した画像形成装置は、１つの偏向器で４本のレーザビームを偏向し、１つの筐体から４本レーザビームを射出する方式を採用している。
【００１０】
これにより、偏向器そのもののスペースが削減されるだけでなく、筐体内部の空間を複数のレーザビームが共有することで光走査装置が小型となり、画像形成装置内の占有スペースを大幅に削減することができる。
【００１１】
ここで複数のレーザビームを単一の偏向器で走査する光路レイアウトについて説明する。
【００１２】
レーザビーム光路の基点（光源）および終点（感光体）では、各色に対応するものがそれぞれ距離を隔てて配置されるため、光路レイアウトは各光源からの射出されたレーザビームを合成して単一の偏向器近傍に集め、偏向後は各感光体へ振り分けるべく分離しなければならない。
【００１３】
この合成と分離を実現するため、上述した光走査装置は、２本のレーザビームを副走査方向に角度差をもたせて偏向器へ入射させている。そして、２本のレーザビームを偏向器の近傍で交差させ、２本のレーザビーム間隙が大きくなる偏向器前後の位置で、折返しミラーを使った選択反射により光路の合成と分離を行っている。
【００１４】
また、筐体中央部に配置した偏向器から上方に煽って偏向されたレーザビームを共通の折返しミラーで偏向器方向に戻したあと、それぞれのレーザビームに対応して配設された折返しミラーにより１本づつ折返すことで光路を分離し、異なる感光体へレーザビームを導いている。
【００１５】
２本のレーザビームに角度差をもたせる光路レイアウトのもうひとつの目的は、光学部品の共通使用である。分離に必要なビーム間隙は光路レイアウトによらずに決まる寸法であるから、合成、分離の中間でビーム光路を交差させれば、偏向器付近での２ビーム間隔を最小化し、偏向器の厚さ低減とｆθレンズの２ビーム共用が可能となる。
【００１６】
図８は、副走査方向に角度差を持たせた２本のレーザビームを単一の偏向器の偏向面に入射させたときの光路レイアウトを説明するための副走査断面図である。
【００１７】
Ａ、Ｂはそれぞれ２本のレーザビームの主光線を表している。Ｏは光学系の光路光軸（光学系基準面）を表し、偏向器７５の回転軸は偏向面の光路光軸Ｏと直交している。２本のレーザビームＡ、Ｂは、光路光軸Ｏに対して、αおよびβの角度をなして入射している（｜β｜＞｜α｜＞０）。｜α｜＞０となるのは、偏向器７５への入射ビームと偏向ビームがともにｆθレンズ７７を透過するダブルパス方式を想定しているためである。
【００１８】
なお、図８は副走査方向で光路を展開して表現しているが、２本のレーザビームが実際にとる光路は、破線で示したａ、ｂ方向からｆθレンズ７７を透過して偏向面Ｐ４に入射し、分離折返しミラー７９へ到るものとなる。
【００１９】
レーザビームの進行順に従って、光路レイアウトを説明する。
【００２０】
図示せぬ光源から射出されたレーザビームＡ，Ｂは、光路合成位置Ｐ１において、レーザビームＢのみが合成折返しミラー８１により反射され、レーザビームＡと副走査方向に近接するように合成される。
【００２１】
合成された２本のレーザビームＡ、Ｂは、偏向面Ｐ４の手前の位置Ρ３で交差する。偏向面Ｐ４上で僅かに間隙をもつレーザビームＡ、Ｂは、再び間隙を増しながら進み、光路分離位置Ｐ５においてレーザビームＡのみが分離折返しミラー７９により反射されて、図示せぬ感光体へ向かうレーザビームＡとレーザービームＢに光路分離される。
【００２２】
なお、ＰｌからΡ５までの間に２ビームの相互関係を変えない別の光学部品が存在することがある。
【００２３】
また、２本のレーザビームの交差位置を偏向器の偏向面よりも光源側とするのは、２本のレーザビームの角度差を最小にし結像特性を均一化するためである。例えば、図８に示した構成では、α＝１．２°、β＝２．４°で光学特性の均一性と光路合成分離可能なレイアウトを両立できる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図８に示した、副走査方向に角度差をもたせた２本のレーザビームを双方向に走査する光走査装置は、光走査装置の小型化と、部品共通使用による低コスト化、４本のレーザビームの光学特性の均一化を実現しているが、ｆθレンズが２セット必要であり、同期検知は最低２ビーム行う必要があるなど、更なる低コスト化には限界がある。
【００２５】
さらに、偏向器の対向する２面で双方向に走査するため、偏向器を挟んだ２本づつのレーザビームが逆方向走査となり、画像データの反転処理が必要となる。また、フルカラー画像形成装置として重要なカラーレジストレーションを考えた場合、温度変動によるずれ、制御誤差、各種ばらつきの影響などが２本づつ逆方向に現れ、同方向走査では同一挙動のため無視できたレジストレーションずれを考慮しなければならず構成が複雑になるという問題がある。
【００２６】
これらを解決するために、同一の偏向面で全てのレーザビームを偏向し、複数の感光体を露光することで、同一性、共通性を向上することが考えられる。しかし、前述した通り、複数ビームの合成と分離、および光学特性均一化の両立に関してはより問題が複雑化する。
【００２７】
同一の偏向面で全てのレーザビームを偏向して、複数の感光体を走査するものとしては、特開２０００−３４７１１６号公報、特開平７−２５６９２６号公報、特開２００１−４９４８号公報、特開２００１−２８１５７５号公報などがある。
【００２８】
図９は、特開２０００−３４７１１６号公報に記載された光走査装置の構成図である。４つの独立した光源６０から射出したレーザビームがポリゴンミラー６２の反射面６２Ａの近傍に集められて偏向される。偏向されたレーザビームは、シリンドリカルレシズ６４で平行とされたのち、ｆθレンズ６６を透過し、独立の折返しミラー６８でそれぞれの感光体７０へ導かれる。
【００２９】
この構成では、ポリゴンミラー６２の反射面上で４本のレーザビームが集まるため、ポリゴンミラー６２の反射面６２Ａの副走査方向有効径は最小幅となり、ポリゴンミラーの薄型化によるポリゴンモータへの負荷軽減では優れるが、図１０の模式図に示すように、４本のレーザビームが副走査方向になす角度差は大きくなり、４本のレーザビームの結像特性を均一化することは，非常に難しい。
【００３０】
図１１は、特開平７−２５６９２６号公報に記載された光走査装置の光路展開図を示した図である。結像光学系の光軸に対し副走査方向にそれぞれ異なる角度をなす４本のレーザビームを、主光線が収束する状態で偏向器の偏向面７２に入射させる。４本のレーザビームは偏向器を通過したあとで交差するため、レンズに入射するレーザビームの副走査方向の入射角差が大きくなり、４本のレーザビームの結像特性を均一化するために、大型の非球面レンズ７４を使用するなどの対応が必要となる。
【００３１】
図１２は、特開２００１−４９４８号公報に記載された光走査装置の副走査断面を示す図である。独立した４つの光源から射出したレーザビームをプリズムにより４本の平行なレーザビームに光路合成し、副走査方向に平行な状態でポリゴンミラー７６へ入射させる。４本のレーザビームを相互に角度差なく結像レンズ７８へ入射できるので、光学特性の均一性を確保するには有利であるが、図１３に示すように、ビーム間隙がポリゴンミラー上と光路分離位置（ミラー８０、８２、８４の位置）とで同じであるため、ポリゴンミラー７６の反射面７６Ａの副走査方向有効径が大きくなり非常に厚肉なポリゴンミラーが必要となる。
【００３２】
この構成では、ポリゴンモータへの負荷を増大するとともに、反射面全域の平面度を確保するため加工が難しくなるという問題がある。ポリゴンモータへの負荷増大は、振動、騒音、発熱などの信頼性に問題を及ぼすばかりでなく、高速化（回転数アップ）適用性に限界を与えてしまう。
【００３３】
図１４に示すように、特開２００１−２８１５７５号公報に記載の光走査装置では、半導体レーザアレイから射出した４本レーザビームを伝達光学系により平行化した状態でポリゴンミラー８６へ入射させる。４本の偏向ビームは、第一の分離手段８８で２本ずつに分離された後、折返しミラー９０、９４で更に分離されて４つの感光体９２へ導かれる。この構成も特開２００１−４９４８号公報に記載された光走査装置と同じく、ポリゴンモータへの負荷を増大するとともに、反射面全域の平面度を確保するため加工が難しくなるという問題がある。また、半導体レーザアレイを使用することで、４ビームの変動が揃って起きるという相対的な維持性は向上するが、高価になるという問題がある。
【００３４】
本発明は、上記事情を鑑み、偏向器への負荷を軽減でき、高速適用性に優れるとともに、複数ビームの光学性能が均一な同一面による複数ビーム偏向型のフルカラー画像形成装置用の光走査装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光走査装置は、複数の独立した光源から射出された４本以上のレーザビームを、偏向器の同一の偏向面で偏向し、複数の感光体を露光走査する光走査装置において、前記偏向面へ入射する平行となる２本のレーザビームを２組とした４本のレーザビームの副走査方向の主光線間隔が最小となる位置を、前記光源と前記偏向面の間にし、且つ前記偏向面へ入射する前記４本のレーザビームのうち、２本のレーザビームが該偏向面上における副走査断面上で交差せず、該偏向面で偏向された後に副走査断面上で交差することを特徴としている。
【００３６】
上記構成は、光学特性を均一化するための条件である。複数のレーザビームがもっとも集まる位置を偏向面よりも光源側とすることで、ｆθレンズへ入射するレーザビームが副走査方向において相互になす角度差を小さくして、感光体上での結像特性を均一にすることができる。
【００３８】
また、偏向面へ入射する複数のレーザビームのうち、２本のレーザビームを偏向面上における副走査断面上で交差させず、偏向面で偏向された後に副走査断面上で交差させることにより、複数のレーザビームが副走査方向において相互になす角度差を小さくし、光路の合成分離を容易にすることができる。従来のように、４本のレーザビームを交差させた上で合成分離を行おうとすると、どうしてもレーザビーム相互のなす角度差が大きくなり、光学特性の均一化を図ることが困難となる。
【００３９】
そこで、合成分離の間隙を確保する方法として、レーザビーム間の入射角度差とレーザビーム間の隔たりを利用する。すなわち、光路を交差させないことで、角度差を増大させずに合成分離に必要なレーザビーム間の間隙を作りだすことができる。
【００４１】
更に、２本のレーザビームで光路レイアウトの最適なパラメータを維持した上で、その２本のレーザビームにそれぞれに平行となるレーザビームを２本追加することで、同一の偏向面で４本のレーザビームを走査可能としながらレーザビーム相互の角度差は２本のレーザビームと同等として、結像特性の均一化を実現することができる。
【００４２】
請求項２は、前記偏向器の同一の偏向面で偏向されたレーザビームは、副走査方向における主光線間隔がほぼ均一となる位置で、反射鏡により光路分割されることを特徴としている。
【００４３】
上記構成では、複数のレーザビーム間の入射角度差とレーザビーム間の隔たりにより形成した主光線間隙がほぼ均等になった位置に反射鏡を配置して、選択的に反射することで容易に光路分割を行うことができる。
【００４４】
請求項３に記載の光走査装置は、前記複数の独立した光源から射出されたレーザビームは、第一の合成手段により前記光源の数より少ないレーザビーム群とされたのち、第二の合成手段によりー束のレーザビームとされて、前記偏向器の同一の偏向面へ入射することを特徴としている。
【００４５】
上記構成は、光路合成に係わる内容である。複数の独立した光源から射出されたレーザビームの主光線を偏向器近傍に収束させるとき、第一の合成手段と第二の合成手段で二段階の合成を行うことで、それぞれの合成位置での光路合成を容易にすることができる。
【００４６】
請求項４に記載の光走査装置は、前記第一の合成手段が副走査方向の主光線間隙を利用した光路合成であり、前記第二の合成手段が主走査方向の入射角度差を利用した光路合成であり、前記複数ビームの副走査方向の主光線間隔が最小となる位置が、前記第二の合成手段の位置にほぼ一致することを特徴としている。
【００４７】
上記構成は、光路合成のためのレイアウトを最適化するための条件である。第一の光路合成を副走査方向の主光線間隙により、第二の光路合成を主走査方向の入射角度差により行うことで、必要なスペースを拡大させずに光源と合成光学系を実装可能とすることができる。
【００４８】
請求項５に記載の光走査装置は、前記第一の合成手段と前記第二の合成手段がともに平面ミラーであることを特徴としている。
【００４９】
上記構成では、平面ミラーによる選択反射により光路合成することで、構成を簡素化し、低コスト化を実現することができる。
【００５０】
請求項６に記載の光走査装置は、前記偏向器へ入射する一束のレーザビームは、ｆθレンズを透過して前記偏向器の同一の偏向面へ入射し、偏向されたのち再びｆθレンズを透過することを特徴としている。
【００５１】
上記構成は、偏向器への入射方式に関わる内容であり、ｆθレンズを２回透過するダブルパス入射としている。ダブルパスとすることで、走査中心に対する光学特性の対称性を確保しやすく、また偏向器（ポリゴンミラー）の小径化も可能となり、ポリゴンモータへの負荷を軽減できる。さらに、ポリゴンミラーとｆθレンズに近接配置することも可能となり、光学系設計の自由度を増すことができる。
【００５２】
請求項７に記載の光走査装置は、前記第二の合成手段は、前記偏向面から光源側へ戻る位置にあり、偏向面から最初の光路分割位置までの距離の０．６倍から０．９倍の距離、偏向面から離れていることを特徴としている。
【００５３】
上記構成は、ダブルパス入射における折返しミラーの配置に関わる。ダブルバスにおける入射光学系（第二の合成手段）が、偏向されたレーザビームおよび光路分離ミラーと干渉するのを回避し、且つ偏向器の回転軸に直交する面に対して入射するレーザビームが副走査方向になす角度を最小化して、光学特性を最適化するための条件である。
【００５７】
請求項８記載の光走査装置は、前記偏向器の同一の偏向面へ入射する複数のレーザビームは、主走査方向のレーザビーム幅が、偏向面の面幅よりも広いことを特徴としている。
上記構成では、オーバーフィルド光学系により、ポリゴンミラーを小径化、多面化することで、ポリゴンモータの負荷を軽減でき、高速適用性に優れた光走査装置を提供できる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明における第一の実施の形態を示す斜視図である。図２は、本発明における第一の実施形態の展開した光路の副走査断面図である。
【００５９】
図１に示すように、独立した４つの光源１０Ａ１、１０Ａ２、１０Ｂ１、１０Ｂ２から射出したレーザビームは、第一の合成手段である平面ミラー１２、１４により光路合成され、光源の数（本実施例では４つ）よりも少ない２組のレーザビーム群Ａ１Ａ２、Ｂ１Ｂ２となる。
【００６０】
レーザービームＡ１とＡ２の第一の合成は、レーザービームＡ１が平面ミラー１４の上方を通過し、レーザービームＡ２が平面ミラー１４により折返されることにより行われる。レーザービームＢ１とＢ２の第一の合成は、レーザービームＢ１が平面ミラー１２の上方を通過し、レーザービームＢ２が平面ミラー１２により折返されることにより行われる。そして、合成されて２組となったレーザビーム群Ａ１Ａ２、Ｂ１Ｂ２は、共通の折返しミラー１６により主走査方向に折返される。
【００６１】
平面ミラー１６の反射面上では、ポリゴンミラー１８で偏向されるレーザビームからの離れ量が大きいレーザビーム群Ｂ１Ｂ２を（偏向面の光路光軸Ｏから離れ量が大きいレーザビーム群Ｂ１Ｂ２）、平面ミラー１６上のポリゴンミラー１８に近い側（幅の狭い方）へ入射させ、レーザービーム群Ａ１Ａ２を平面ミラー１６上のポリゴンミラー１８から遠い側（幅の広い方）へ入射させる。
【００６２】
これにより、入射するレーザビーム群がポリゴンミラー１８の回転軸と直交する平面となす角度を抑制できるので、入射するレーザービームと偏向されるレーザービームの干渉を回避して光学特性を安定化できる。
【００６３】
また、図１に示すように、第２の合成手段として共通の折返しミラー１６を台形形状とし、偏向したレーザビームと干渉することを防いでいる。また、折返しミラー１６の機能としては、２組のレーザビーム群Ａ１Ａ２、Ｂ１Ｂ２を確実にポリゴンミラー１８側に折り返すことが求められているため、入射するレーザービーム群からミラーエッジまでの距離が十分確保されていれば、ミラーの形状はどのようなものであってもよい。通常使用される矩形形状のミラーを使い、ミラーを実装する筐体（図示せず）に斜めの基準面を設けて取り付けても良い。
【００６４】
折返しミラー１６で折返された２組のレーザビーム群Ａ１Ａ２、Ｂ１Ｂ２は、２枚組のｆθレンズ２０を透過してポリゴンミラー１８の反射面１８Ａに入射する。
【００６５】
共通の折り返しミラー１６からポリゴンミラー１８の反射面１８Ａに至る光路上では、主走査方向における２組のレーザビーム群Ａ１Ａ２、Ｂ２Ｂ１の間隙が徐々に狭まり、ポリゴンミラー１８の反射面１８Ａ上ではレーザービームの主光線が反射面１８Ａのほぼ中央に位置し、副走査方向に並んだ４つのレーザービームとなる。
【００６６】
なお、図１では、光路の合成の様子を説明するため、光学素子を省略しているが、光源からポリゴンミラーへ至る光路上には、光源からの発散光を収束させるコリメータレンズ、レーザビームを副走査方向にのみ収束させるシリンドリカルレンズを含んでおり、ポリゴンミラー１８の反射面１８Ａ上では、レーザービームは主走査方向に伸びた線状結像となっている。２枚組のｆθレンズ２０は、主走査方向にのみパワーを持ち、それぞれ、凹シリンドリカル面と平面、平面と凸シリンドリカル面で構成されている。
【００６７】
上記の構成により、独立した４つの光源１０Ａ１、１０Ａ２、１０Ｂ１、１０Ｂ２から射出されたレーザビームＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、平面ミラー１２、１４、折り返しミラー１６によりポリゴンミラー１８の反射面１８Ａ上に集められる。
【００６８】
ポリゴンミラー１８が回転することで、４本のレーザビームＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は偏向されて同一方向に走査される。偏向された４本のレーザビームＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、再びｆθレンズ２０を透過し、共通の折返しミラー１６の上方を通過して、平面ミラー２２の位置に到達する。平面ミラー２２に到達した時点では、４本のレーザビームＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、ほぼ等間隔を成しており、一番下側のレーザビームＢ１のみが平面ミラー２２で折返されて、感光体へ向かうレーザビームＢ１となり、光路分離が行われる。
【００６９】
図１では、レーザビーム間隙の説明のため４本のレーザビームを主走査方向で揃えて描いているが、２組のレーザビームはポリゴンミラー１８の反射面１８Ａに対して主走査面内で角度をなして入射するため、同一タイミングでは、主走査方向に距離を隔てた２組のレーザビームとして走査されるが、そのディレイ量に応じて画像データを制御すればレジずれのないフルカラ―画像を形成できる。
【００７０】
なお、図４（Ａ）に示す、複数のレーザビームがポリゴンミラー１８で偏向された後の光走査装置２４内の光路レイアウト例では、折返しミラー２２で分離させた後、１つの折返しミラー２６で感光体３２上で結像させるようになっているが、図４（Ｂ）に示す光走査装置３４のように、２つの折返しミラー２８、３０で感光体３２上に結像させてもよく、適宜選択できる。
【００７１】
ここで、図２及び図３を参照して光路レイアウトについて詳細に説明する。
４本のレーザビームＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、第二の合成手段としての折返しミラー１６以降（設定位置Ｐ３以降）、レーザビームＡ２とレーザビームＢ２、レーザビームＡ１とレーザビームＢ１がそれぞれ平行な光路となっている。また、レーザビームＡ２とレーザビームＡ１、レーザビームＢ２とレーザビームＢ１のなす角度差は、それぞれ１．６°である。
【００７２】
光路分離位置Ｐ５における（折返しミラー２２における）光路分離に必要なビーム間隙（主光線間隔）を４ｍｍとし、第二の合成手段の中心の位置Ρ３（折返しミラー１６の中心）を、偏向面Ｐ４（反射面１８Ａ）から光源側に戻る方向で、偏向面Ｐ４から光路分離位置Ｐ５までの距離Ｌの０．８倍（１２８ｍｍ）に設定すると、偏向面Ｐ４への入射するレーザービームと偏向されるレーザービームを分離するのに必要な副走査方向の角度は２．７°となる。
【００７３】
そして、図２に示す光路光軸Ｏに対するα、βは、それぞれ２．７°、４．３°となる。
【００７４】
図８に示した２本のレーザビームを偏向するケースのα＝１．２°、β＝２．４°に比べると大きくなるが、角度差の増加分は僅かなため、４本のレーザビームの光学特性の均一性は確保できる。
【００７５】
また、前述のように２枚組のｆθレンズ２０は、主走査方向にのみパワーをもつため、副走査方向に関しては、レーザビームの入射高さによらず同一の結像特性を示すため、光学特性の均一性は確保できる。
【００７６】
なお、αの値が大きくなると、走査線湾曲の増大や走査エリアの両端でのビーム径の太りに影響するが、走査湾曲の増大は光路分離後に湾曲調整手段を設けることで、ビーム径の太りはｆθレンズを主走査方向に平行な軸周りに回転させることで、均一化することができる。また、折り返しミラー１６の中に図示されている黒丸は、図示せぬ平面ミラーにより第一の合成が行われたレーザービーム群が平面ミラー１６により折り返される反射位置を表し、その左側の楕円は、レーザービーム群の組合わせを明示的に示したものである。
【００７７】
次に、第二の合成手段の設定位置Ｐ３とポリゴンミラー１８の厚さ、光学特性の均一化について説明する。
【００７８】
第一の実施の形態では、２組の平行レーザビームを偏向面Ｐ４（反射面１８Ａ）から光路分離位置Ｐ５まで距離Ｌの０．８倍，偏向面Ｐ４から戻った位置でレーザービームを交差させている。この位置を４本のレーザビームの副走査方向の主光線間隔が最小となる位置に一致させている。
【００７９】
すなわち、平行なレーザビームＡ１、Ｂ１ともう一方の平行なレーザービームＡ２、Ｂ２の交差位置と第二の合成手段の位置を一致させることで、光路合成の光学系レイアウトを最適化している。この時、偏向面Ｐ３の位置では、２組の平行なレーザビームの副走査方向の間隙が広がり始めており、偏向面Ｐ３上の主光線間隔は、７．６ｍｍとなる。
【００８０】
これは、図８に示したような、２本のレーザビームが偏向面の上で交差する場合にくらべ広くなるが、４本の平行なレーザビームを偏向する場合に必要な１２ｍｍ（分離に必要な距離＝間隔４ｍｍ×３）に比べれば、十分薄くなっている。
【００８１】
さらに、オーバーフィルド走査方式とすれば、ポリゴンミラーを小径化できるので、ポリゴンモータへの負荷を軽減することができ、高速適用性を確保できる。
【００８２】
次に、比較のためポリゴンミラーの厚さを軽減することを優先した光路レイアウトについて説明する。
【００８３】
図５は、２組の平行なレーザビームＡ１、Ｂ１とレーザビームＡ２、Ｂ２を偏向面Ρ４で交差させた光路レイアウトを示した図である。なお、図中の黒楕円は、レーザービーム群が平面ミラー１６により折り返される反射位置を表したものである。
【００８４】
光路分離位置Ｐ５での光路間隙は、光路レイアウトによらず一定量（４ｍｍ）必要であるから、２組の平行なレーザビームの交差点から光路分離位置Ｐ５までの距離が短くなると２組の平行なレーザビームがなす角度差が大きくなる。
【００８５】
図５に示した例では、副走査方向の角度差が２．９°となる。この時、偏向面Ｐ４から光路上を戻ったビーム合成位置Ｐ３でもレーザビームの主光線距離が大きくなり、図１に示した合成光学系を構成しようとすると、共通の折返しミラー１６が副走査方向に大きなものとなる。更に，第一の合成手段を配置する位置での主光線間隔は更に広がり、光源や合成手段の実装に大きなスペースが必要となり、光走査装置の小型化という本来の目的にそぐわない構成となってしまう。
【００８６】
このように、光路合成系の構成とポリゴンミラーの厚さ、さらに光学特性の均一性を総合的に考慮すると、副走査方向の主光線間隔を最小とする位置は、偏向面から光源側に戻った位置に設定するのが望ましく、特にダブルパス入射方式を用いる場合は、偏向面Ｐ４から光路分離位置Ｐ５までの距離Ｌの０．６から０．９倍の位置に設定するのが望ましい。
【００８７】
また、図２及び図５では、２組の平行なレーザビームの場合について説明したが、完全に平行である必要はないが、２組のそれぞれは交差しないレーザビームであることが望ましい。
【００８８】
ここで、完全に平行である必要がない理由について説明する。
【００８９】
光路分離を平面ミラーで行う場合、走査光学系全体のレイアウトは、図４に示したものが使用できる。図４を見てわかるように、また従来の例を見ても、光路分離は１本づつ繰り返して行うことになる。従って、光路分離に必要な距離（例えば４ｍｍ）は、レーザビームの進行方向にずれた位置で確保すればよく、４本のレーザビームの副走査方向の主光線関係には若干の自由度がある。
【００９０】
しかし、平行関係から大きく逸脱すると、光路分離位置から溯った位置で全てのレーザビームが交差することになり、複数のレーザビームのなす角度差が大きくなって光学特性の均一性が損なわれたり、光路合成が困難になって、大きなスペースを必要とすることになる。したがって、複数のレーザビームは、交差しない２組のレーザビームで構成されていることが望ましい。
【００９１】
ここで、２組の平行なレーザビームを用いる方法とは別の方法との比較により、この方式の有用性を説明する。
【００９２】
図６は、１組の平行なレーザービームＡ１、Ｂ１と角度差を有する１組のレーザビームＡ２、Ｂ２を用いた光路レイアウトを示したものである。平行なレーザビームＡ１、Ｂ１と角度差を有するレーザビームＡ２、Ｂ２の交差点を偏向面Ｐ４から光路分離位置Ｐ５までの距離Ｌの０．８倍だけ、偏向面Ｐ４から溯った位置に設置すると、複数のレーザビームが副走査方向になす角度は、２組の平行なビームを組合わせた場合と同じ大きさになる。また、必要なポリゴンミラーの副走査方の反射面幅も同じ大きさとなる。従って、光学特性の均一性に関しては、同じ性能を得られる。
【００９３】
しかし、光路合成を行うための光源近傍の主光線関係は、近接した関係となっており、平面ミラーを用いた簡素な構成によるビーム合成が困難となる。このように、複数の独立した光源から射出されたレーザビームを合成して単一のポリゴンミラー近傍に集め、偏向後は各感光体へ振り分けて分離するという光路レイアウトの課題に関しては、本発明が有効である。
【００９４】
次に、本発明における第二の実施の形態について説明する。
【００９５】
図７は、主走査平面の走査範囲外側からポリゴンミラーに入射する場合の光路レイアウトを副走査断面で示した図である。ダブルパス入射としないため、複数のレーザビームの中心線Ｏは、ポリゴンミラーの回転軸と直交する平面内にあり、図２に示したαが０となる。
【００９６】
光路分離に必要な距離、第二の合成手段の位置Ｐ３は第一の実施の形態と同一のため、４本のレーザービームの相対関係は変わらず、２組のレーザビームがなす相互の角度差は１．６°、偏向面上の主光線距離は７．６ｍｍとなる。ダブルパス入射と異なる点は、ｆθレンズ２０の高さを最小にできることであるが、主走査方向の光学特性は、光軸に対称とならないため、偏向したレーザビームの光量が偏向角に依存して変化するオーバーフィルド走査系との組み合わせには適さない。走査範囲外から入射する場合も、合成位置での構成を簡略化するために、副走査方向と主走査方向の二段階の光路合成が有効である。
【００９７】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、偏向器への負荷を軽減でき、高速化に適用できる。また、複数ビームの光学性能の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態に係る光走査装置を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態に係る光走査装置の光路を展開した副走査断面図である。
【図３】偏向面で４本のレーザビームを偏向させた状態を示す模式図である。
【図４】複数のレーザービームを偏向した後の光走査装置内の光路レイアウト例を示した図である。
【図５】２組の平行なレーザビームを偏向面で交差させた光路レイアウトを示した図である。
【図６】１組の平行なレーザービームと角度差を有する１組のレーザービームの光路レイアウトを示した図である。
【図７】第二の実施形態に係る光走査装置の主走査平面の走査範囲外側から偏向器に入射する場合の光路レイアウトを副走査断面で示した図である。
【図８】副走査方向に角度差を持たせた２本のレーザビームを単一の偏向器に入射させたときの光路レイアウトを説明するための副走査断面の図である。
【図９】特開２０００−３４７１１６号公報に記載された光走査装置の構成図である。
【図１０】偏向面で４本のレーザビームを偏向させた状態を示す模式図である。
【図１１】特開平７−２５６９２６号公報に記載された光走査装置の光路展開図を示した図である。
【図１２】特開２００１−４９４８号公報に記載された光走査装置の副走査断面を示す図である。
【図１３】偏向面で４本のレーザビームを偏向させた状態を示す模式図である。
【図１４】特開２００１−２３１５７５号公報に記載の光走査装置の副走査断面を示す図である。
【符号の説明】
１２平面ミラー（第一の合成手段）
１４平面ミラー（第一の合成手段）
１６折返しミラー（第二の合成手段）
１８ポリゴンミラー（偏向器）
２２平面ミラー（反射鏡）
２０ｆθレンズ

Claims

複数の独立した光源から射出された４本以上のレーザビームを、偏向器の同一の偏向面で偏向し、複数の感光体を露光走査する光走査装置において、
前記偏向面へ入射する平行となる２本のレーザビームを２組とした４本のレーザビームの副走査方向の主光線間隔が最小となる位置を、前記光源と前記偏向面の間にし、且つ前記偏向面へ入射する前記４本のレーザビームのうち、２本のレーザビームが該偏向面上における副走査断面上で交差せず、該偏向面で偏向された後に副走査断面上で交差することを特徴とする光走査装置。
前記偏向器の同一の偏向面で偏向されたレーザビームは、副走査方向における主光線間隔がほぼ均一となる位置で、反射鏡により光路分割されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記複数の独立した光源から射出されたレーザビームは、第一の合成手段により前記光源の数より少ないレーザビーム群とされたのち、第二の合成手段によりー束のレーザビームとされて、前記偏向器の同一の偏向面へ入射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
前記第一の合成手段が副走査方向の主光線間隙を利用した光路合成であり、前記第二の合成手段が主走査方向の入射角度差を利用した光路合成であり、前記複数ビームの副走査方向の主光線間隔が最小となる位置が、前記第二の合成手段の位置にほぼ一致することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
前記第一の合成手段と前記第二の合成手段がともに平面ミラーであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光走査装置。
前記偏向器へ入射する一束のレーザビームは、ｆθレンズを透過して前記偏向器の同一の偏向面へ入射し、偏向されたのち再びｆθレンズを透過することを特徴とする請求項３から請求項５の何れかに記載の光走査装置。
前記第二の合成手段は、前記偏向面から光源側へ戻る位置にあり、偏向面から最初の光路分割位置までの距離の０．６倍から０．９倍の距離、偏向面から離れていることを特徴とする請求項３から請求項６の何れかに記載の光走査装置。
前記偏向器の同一の偏向面へ入射する複数のレーザビームは、主走査方向のレーザビーム幅が、偏向面の面幅よりも広いことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の光走査装置。