JP4174226B2 - 光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を用いることにより、小型で簡易な構成であるにも拘わらずスポット径が均一であり、かつ高画質化に対応できる、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系（及び光走査装置）が種々と提案されている。光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、光偏向器を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと、特に半導体プロセスによって製造されるＳｉ単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること、等の特徴がある。
【０００３】
一方、正弦振動を行う光偏向器によって反射偏向された光束を被走査面上で結像し等速走査させる為には、通常結像光学系（結像レンズ）としてａｒｃｓｉｎレンズを用いることが多い。
【０００４】
このａｒｃｓｉｎレンズを使用し、かつ正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系が、例えば特開平９−２３０２７６号公報、特開平９−２３０２７７号公報、特開平９−２３０２７８号公報、特開平９−２３０２７９号公報等で種々と提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に回転多面鏡を使用した光走査光学系に用いられる結像レンズは、偏向反射面によって等角速度で反射偏向された光束を被走査面上で等速走査に変換する為の所謂ｆθレンズが使用されている。
【０００６】
一方、正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系においては、偏向反射面によって反射偏向された光束が正弦的に角速度が変化してしまう為、結像レンズとして従来のｆθレンズを使用してしまうと、被走査面上において等速走査させることが出来なくなってしまう。よって正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系においては、正弦的に角速度が変化する光束を被走査面上において等速走査に変換する為の所謂ａｒｃｓｉｎレンズという結像レンズが用いられている。
【０００７】
ところが上記ａｒｃｓｉｎレンズには、走査中心に対して走査端部の主走査方向のＦｎｏ(Ｆナンバー)が変化してしまうという特性があり、その為に走査中心と走査端部の被走査面上におけるスポット径が不均一になってしまうという問題点が存在する。
【０００８】
具体的には走査中心部の主走査方向のスポット径に対して走査端部の主走査方向のスポット径が大きくなってしまう。これは正弦的に角速度が変化する光束を被走査面上において等速度に走査させる為に生ずる現象である。
【０００９】
上記従来の正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系におけるこのような現象は、ディスプレイ等の用途に使用する場合においては大きな問題とはならないが、レーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に使用する場合においては、無視することの出来ない大きな問題点となる。
【００１０】
被走査面上においてスポット径にバラツキがあると、ハーフトーンの画像における諧調再現性の劣化・場所による細線の幅の再現性の劣化等といった不具合が生じてしまう。その為、上記従来の正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系を用いた画像形成装置に於いては、高解像度・高品位の画像出力を達成出来なくなってしまう。これは正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系を用いた場合においては避けられない問題点であった。
【００１１】
従って、従来の光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系（及び光走査装置）を用いた画像形成装置は、高品位の画像出力を得ることが非常に困難であるという問題点があった。
【００１２】
本発明は主走査方向のＦｎｏ(Ｆナンバー)の変化を少なくし、小型で簡易な構成であるにも拘わらず被走査面上におけるスポット径が均一であり、かつ高画質化に対応できる光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光走査光学系は、光源から出射した光束の光束状態を変化させて出射させる第１の光学系と、前記第１の光学系から出射した光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、前記光偏向器によって偏向走査された光束を被走査面上に導光する結像光学系と、を有する光走査光学系において、
前記光偏向器は互いに異なる振動周期の正弦振動を行う少なくとも２枚の偏向反射面を有し、前記少なくとも２枚の偏向反射面は、正弦振動の最大振幅がそれぞれ異なっており、前記少なくとも２枚の偏向反射面によって反射偏向された光束の角速度が略等角速度で略１次元方向に偏向走査される領域を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記結像光学系は、前記光偏向器によって略等角速度で略１次元に偏向走査された光束を前記被走査面上において略等速度に変換していることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記光源から出射する光束の変調周波数を前記光偏向器で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変化させることを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記結像光学系は、前記光偏向器の略等角速度から生ずる被走査面上における等速誤差と逆方向の等速誤差を含んだｆθ特性を有していることを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記被走査面上の走査中心以外の任意の位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφｍ₁、走査中心位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφｍ₀とするとき、０．８×φｍ₀≦φｍ₁≦１．２×φｍ₀の条件式を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記光源は、２つ以上の発光点を有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記結像光学系の走査中心以外の任意の走査角における副走査方向の横倍率をβｓ₁、走査中心位置における副走査方向の横倍率をβｓ₀とするとき、−０．２５≦（βｓ₁−βｓ₀）／βｓ₀≦０．２５の条件式を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項８の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記光源から出射する光束の波長が３５０〜５００ｎｍの範囲であることを特徴としている。
【００２１】
請求項９の発明の画像形成装置は請求項１乃至８の何れか１項の光走査光学系と、被走査面に配置された感光体と、前記光走査光学系で走査された光ビームによって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器と、外部機器から入力されたコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に出力せしめるプリンタコントローラと、を有することを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の光走査光学系の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００２５】
尚、本明細書において光偏向器によって光束が反射偏向（偏向走査）される方向を主走査方向、結像光学系の光軸及び主走査方向と直交する方向を副走査方向と定義する。
【００２６】
同図において１は光源であり、例えば半導体レーザー等より成っている。２は第１の光学系としてのコリメーターレンズであり、光源１から出射された光束を略平行光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）に変換している。３は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定のパワーを有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の第１の偏向反射面５１と第２の偏向反射面５２の中間位置近傍にほぼ線像として結像させている。尚、コリメーターレンズ２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４等の各要素は入射光学手段８の一要素を構成している。
【００２７】
５は光偏向器であり、互いに異なる振動周期の正弦振動を行う第１、第２の２枚の偏向反射面５１、５２を有している。本実施形態における第１、第２の偏向反射面５１、５２は、正弦振動の最大振幅がそれぞれ異なっており、該第１、第２の偏向反射面５１、５２によって反射偏向された光束の角速度が略等角速度で略１次元方向に偏向走査される領域を有している。
【００２８】
６は結像光学系（ｆθレンズ）であり、第１、第２の２枚の結像レンズ６１，６２を有している。本実施形態における結像光学系６は光偏向器５によって略等角速度で略１次元に偏向走査された光束を被走査面７上において略等速度に変換している。
【００２９】
７は被走査面としての感光ドラム面である。
【００３０】
本実施形態において半導体レーザー１から出射した光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の第１の偏向反射面５１と第２の偏向反射面５２の中間位置近傍にほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして第１、第２の偏向反射面５１、５２で主走査方向に反射偏向された光束は第１、第２の結像レンズ６１，６２により感光ドラム面７上にスポット状に結像され、略等角速度で略１次元に偏向走査される。これにより記録媒体としての感光ドラム面７上に画像記録を行っている。
【００３１】
本実施形態における光偏向器５は前述の如く第1、第２の２枚の偏向反射面５１、５２から構成されており、共に正弦振動をしている。更に第1、第２の偏向反射面５１、５２は、その正弦振動の最大振幅と振動周期がそれぞれ異なっている。
【００３２】
第１の偏向反射面５１は、最大振幅±φ_1maxの範囲で主走査方向に往復振動しており、その振動角φ₁が角振動数ω₁、時間ｔによって、
φ₁＝φ_1maxｓｉｎ（ω₁ｔ）
で表わされる正弦振動を行っている。
【００３３】
第２の偏向反射面５２は、最大振幅±φ_2maxの範囲で主走査方向に往復振動しており、その振動角φ₂が角振動数ω₂、時間ｔによって、
φ₂＝φ_2maxｓｉｎ（ω₂ｔ）
で表わされる正弦振動を行っている。
【００３４】
ここで第１、第２の偏向反射面５１、５２で反射偏向される光束について説明する。まず第１の偏向反射面５１で反射偏向された光束は、該第１の偏向反射面５１の振動角φ₁の２倍の角度で反射偏向される。その偏向反射角θ₁は時間ｔの関数として表され、
θ₁＝２φ₁＝２φ_1maxｓｉｎ（ω₁ｔ）
となる。
【００３５】
次に上記偏向反射角θ₁で反射偏向された光束は第２の偏向反射面５２によってさらに該第２の偏向反射面５２の振動角φ₂の２倍の角度で反射偏向される。第２の偏向反射面５２のみよって偏向される偏向反射角θ₂は時間ｔの関数として、
θ₂＝２φ₂＝２φ_2maxｓｉｎ（ω₂ｔ）
と書き表されるから、第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θは時間ｔの関数として、
θ＝θ₁＋θ₂＝２φ_1maxｓｉｎ（ω₁ｔ）＋２φ_2maxｓｉｎ（ω₂ｔ）
と書き表される。
【００３６】
ここで、上記φ_1max、φ_2max、ω₁、ω₂の各値を適当に選択すると、第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角は、その１周期のうちの、ある一部分において、実質的に、
θ＝ｋｔ＋α（ｋ、αは定数）
と近似することが可能となる。即ち、略等角速度で反射偏向される。
【００３７】
図２は光偏向器によって反射偏向された光束の偏向角度を説明する図である。図２の曲線ａは第１の偏向反射面５１によって反射偏向された光束の偏向反射角θ₁を、横軸を時間ｔとして、該第１の偏向反射面５１の角振動数ω₁の振動周期０〜２πの範囲に相当する時間で表したグラフである。
【００３８】
図２の曲線ｂは第２の偏向反射面５２のみによって反射偏向された光束の偏向反射角θ₂を、横軸を時間ｔとして、第１の偏向反射面５１の角振動数ω₁の振動周期０〜２πの範囲に相当する時間で表したグラフである。
【００３９】
ここにおいて第１の偏向反射面５１の最大振幅φ_1maxは±３６．６６３度、第２の偏向反射面５２の最大振幅φ_2maxは±５．３９１度、該第２の偏向反射面５２の角振動数ω₂はω₂＝２ω₁と設定する。
【００４０】
図２の曲線ｃはこのようにφ_1max、φ_2max、ω₁、ω₂の各値を設定した場合の第１、第２の２枚の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角を、横軸を時間ｔとして、第１の偏向反射面５１の角振動数ω₁の振動周期０〜２πの範囲に相当する時間で表したグラフである。
【００４１】
同グラフから明らかに時間ｔ＝０．６５π〜１．３５πの間において、実質的にθ＝ｋｔ＋α（ｋ、αは定数）とみなして構わない部分（等角速度の領域）が存在することが理解できる。
【００４２】
上記の如く偏向反射角θがθ＝ｋｔ＋αとみなせるということは、即ち、共に正弦振動を行っている第１、第２の偏向反射面５１、５２によって反射偏向された光束が略等角速度で反射偏向されているということを意味している。
【００４３】
また光偏向器５と被走査面７との間には、結像手段である結像光学系６が配置されている。第１、第２の偏向反射面５１、５２によって上記の如く略等角速度で反射偏向された光束は、結像光学系６によって被走査面７上にスポット状に結像され、略等速度で走査される。
【００４４】
このような構成をとった場合、結像レンズとして、前述のａｒｃｓｉｎレンズを使用する必要はなく、ｆθレンズを使用することが可能となることは容易に理解出来よう。即ち、本実施形態においては、正弦振動を行う光偏向器を使用しているにも拘わらず結像レンズとしてｆθレンズを使用することが可能となり、その結果として、走査中心と走査端部の被走査面７上における主走査方向のスポット径が不均一になってしまうという従来のａｒｃｓｉｎレンズを使用した場合の問題点を完全に解消することが可能となっている。
【００４５】
上記の如く結像レンズとしてｆθレンズを使用した場合は、理論的に主走査方向のスポット径を均一ならしめることが可能であるが、第1、第２の２枚の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θ（θ＝θ₁＋θ₂＝２φ_1maxｓｉｎω₁ｔ＋２φ_2maxｓｉｎω₂ｔ）のθ＝ｋｔ＋αに対する誤差分、即ち等角速度誤差分に相当する分だけ、被走査面７上を走査するスポットに等速度誤差（即ち、ｆθ誤差）が発生することになる。
【００４６】
このｆθ誤差が許容範囲に収まらない場合は、前記図２における時間ｔ＝０．６５π〜１．３５πの時間を短く設定して、φ_1max、φ_2max、ω₁、ω₂の各値を、短く設定した上記時間に合わせて再度適当な値に設定することによってｆθ誤差を小さくすることが可能である。但し、その場合は、φ_1max、φ_2maxの値を比較的大きく設定する必要が生じる。
【００４７】
しかしながら正弦振動を行う光偏向器５においては、その最大振幅φ_1maxと角振動数ω₁とはトレードオフの関係にあり、走査スピードが遅くなってしまう。このような場合、ｆθ誤差が許容範囲に収まるよう、光源１から出射する光束の変調周波数を光偏向器５で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変化させることが好ましい。
【００４８】
尚、本実施形態においては、正弦振動を行う偏向反射面を２枚使用することによって反射偏向される光束を略等角速度とする構成をとっているが、これに限定されるものではなく、例えば、正弦振動を行う偏向反射面を３枚以上使用することによって反射偏向される光束を略等角速度とする構成としても良い。この場合は、上記反射偏向された光束の等角速度誤差をさらに小さくすることが可能となることは言うまでも無い。
【００４９】
また本実施形態においてはコリメーターレンズ２とシリンドリカルレンズ４等を用いずに、光源１からの光束を直接開口絞り３を介して光偏向器５に導光しても良い。
【００５０】
また本実施形態においては結像光学系６を２枚のレンズより構成したが、これに限らず、例えば単一もしくは３枚以上のレンズより構成しても良い。
【００５１】
［実施形態２］
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００５２】
図３は本発明の光走査光学系の実施形態２の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５３】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は第１、第２の２枚の偏向反射面５１、５２によって反射偏向された光束の合成の偏向反射角の等角速度誤差分を考慮して結像光学系６を最適化することにより、被走査面７上において略等速度走査を実現したことである。その他の構成および光学的作用は実施形態１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００５４】
図４は図２の曲線ｃに示した第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角で反射偏向された光束を、例えば焦点距離１３６．２３６６ｍｍの理想的なｆθレンズで走査した場合のｆθ誤差を示している。ここに於いて、横軸は時間であり、ｔ＝０．６５π〜１．３５πの範囲である。縦軸はｆθ誤差であり、単位は％で示している。
【００５５】
このｆθ誤差は前述した如く第１、第２の２枚の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θ（θ＝θ₁＋θ₂＝２φ_1maxｓｉｎω₁ｔ＋２φ_2maxｓｉｎω₂ｔ）のθ＝ｋｔ＋αに対する誤差に起因して発生するものである。
【００５６】
図５は図４に於ける横軸の時間ｔを、第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角で表したグラフである。
【００５７】
図４、図５から時間ｔ＝０．６５π〜１．３５πの範囲（光束の偏向反射角にして±５６度相当）に於けるｆθ誤差は、ほぼ１％以内に収まっていることが解る。
【００５８】
本実施形態に於いては、この第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θの等角速度誤差をも含んで、結像光学系６を最適化することによって、被走査面７上において略等速度走査を実現している。
【００５９】
具体的には光偏向器５による反射偏向で等角速度誤差があると、理想的なｆθ特性を有する結像光学系６を用いても被走査面７上において光束の走査に速度差が生じる。
【００６０】
そこで本実施形態では結像光学系６として、このときの被走査面７上において発生する等速誤差と逆方向の等速誤差を発生するｆθ特性を有するようにしている。
【００６１】
即ち、第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θの等角速度誤差分だけ、故意に結像光学系６のｆθ特性をずらしてやることにより、最終的に被走査面７上でのｆθ特性を良好な性能とする訳である。
【００６２】
具体的には第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角θを、θ＝ｋｔ＋αと近似したときにθ_max＝±45.73598度の範囲（時間にしてｔ＝ｔ＝0.71875〜1.28125πの範囲）において上記の如き手法にて各要素の設定を行っている。
【００６３】
表−１に本発明の実施形態２に於ける光走査光学系の諸特性を示す。
【００６４】
【表１】

【００６５】
結像光学系６は、前述の如く第１、第２の２つの結像レンズ（ｆθレンズ）６１、６２から構成され、各レンズのレンズ面形状は、主走査断面内に於いては非球面形状であり、各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をＺ軸としたときに、
【００６６】
【数１】

【００６７】
なる式で表わされる。
【００６８】
尚、Ｒは曲率半径、ｋ、Ｂ₄〜Ｂ₁₀は非球面係数である。
【００６９】
また副走査断面内の形状は、主走査方向のレンズ面座標がＹであるところの、主走査断面内におけるレンズ面の法線を含みＸＹ平面と直行する面内における副走査断面形状が円弧形状であり、その曲率半径が、
【００７０】
【数２】

【００７１】
なる式で表わされる形状をしている。
【００７２】
尚、ｒは光軸上における曲率半径、Ｄ₂〜Ｄ₁₀は各係数である。
【００７３】
図６は本実施形態のｆθ誤差を示す収差図である。先の図４、図５に示した１％程度のｆθ誤差を結像光学系６のｆθ特性を故意にずらすことにより、図６に示すように被走査面７上でのｆθ誤差を０．２％以下という非常に少ない誤差に抑えている。
【００７４】
また図７は本実施形態の主走査方向及び副走査方向の像面湾曲特性を示す収差図である。
【００７５】
図８は本実施形態に於ける被走査面７での上主走査方向のスポット径の像高依存性を示す図である。
【００７６】
上述した如く第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角を略等角速度となるようにすることで、結像光学系６としてｆθレンズを使用することが可能となっている為に、走査中心と走査端部の被走査面７上における主走査方向のスポット径を均一とすることが可能となっていることが解る。
【００７７】
但し、本実施形態においては第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角の等角速度誤差分を結像光学系６のｆθ特性を故意にずらして補正を行っている為に、厳密には被走査面７上における主走査方向のスポット径が均一にはなっていない。図８から解るように実際には５８μｍ〜６１μｍの範囲で主走査方向のスポット径が弱冠変化している。
【００７８】
この主走査方向のスポット径の変化は、第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角の等角速度誤差分を、どこまで結像光学系６によって補正を行うかによって異なってくる。
【００７９】
本実施形態においては、第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角の等角速度誤差分は約１％程度であり、この１％分を結像光学系６で補正することによって主走査方向のスポット径の変化は約５％発生していることになる。
【００８０】
一般に被走査面７上においてスポット径にバラツキがあると、ハーフトーンの諧調再現性の劣化・場所による細線の幅の再現性の劣化等といった不具合が生じる。特にスポット径のバラツキが２０％を超えると、上記不具合が顕著に現われる為、高解像度・高品位の画像形成装置を達成出来なくなってしまう。
【００８１】
そこで本実施形態においては被走査面７上の走査中心以外の任意の位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφｍ₁、走査中心位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφｍ₀とするとき、
０．８×φｍ₀≦φｍ₁≦１．２×φｍ₀‥‥‥（１）
の条件式（１）を満足するように結像光学系６によって補正を行うことによって、第１、第２の偏向反射面５１、５２による合成の偏向反射角の等角速度誤差分を設定している。
【００８２】
本実施形態においては上記φｍ₀が５９．２４８８μｍ、φｍ₁の最大値が６０．７５４１μｍ、φｍ₁の最小値が５８．２６４３μｍ、となっており、上記条件式（１）を十分に満足していることが解る。
【００８３】
尚、各実施形態１、２において、光源１の半導体レーザーを単一の発光点からなるものとして構成しても良いし、複数の発光点から構成されるモノリシックマルチビーム半導体レーザーで構成しても良い。また単一の発光点からなる半導体レーザーを複数使用し、ビーム合成手段等により複数ビーム光源として構成しても良い。
【００８４】
また正弦振動を行う光偏向器を使用する場合は、その偏向反射面が１面しか存在しない為、従来のポリゴンミラーに比べ面数が少ない分、振動周波数を上げる必要が生じる。光源として複数の発光点から成る複数光源を使用することにより、振動周波数を上げずに高速プリントが可能な画像形成装置を達成出来る為、光源としては、少なくとも２つ以上の発光点からなる複数光源で構成されていることが望ましい。
【００８５】
［実施形態３］
そこで本発明の実施形態３としては、光源としてモノリシックなマルチビーム半導体レーザーを使用する構成としている。
【００８６】
本実施形態における光源の発光点数は２つであり、その発光点間隔は８０μｍである。光走査光学系の諸特性は上記表−１に記したものと同一である。
【００８７】
本実施形態における光走査光学系の光源１から被走査面７に至る全系の副走査方向の結像倍率（副走査倍率）は４．９５５０６倍である。従って、被走査面７上において、２つの発光点から出射した光束が副走査方向にピッチ間隔４２．３３μｍ（６００ＤＰＩ）だけ離れて結像するようにモノリシックなマルチビーム半導体レーザーを時計回りに６．１３０５度だけ回転して配置する構成としている。
【００８８】
本実施形態の如く被走査面７上において一度に同時に複数の光束を走査する場合には、結像光学系６の副走査倍率が走査角度の如何に関わらず一定であることが必要である。何故なら結像光学系６の副走査倍率が走査角により異なっていると、走査域全域において所望の副走査方向のピッチ間隔を維持出来ず、高解像度・高品位の画像形成装置を達成出来なくなってしまうからである。
【００８９】
本発明者らの検討によると被走査面７上における複数ビームのピッチ間隔誤差が、所望のピッチ間隔の１／４以上の場合に顕著に画像を劣化させることが判明している。
【００９０】
即ち、解像度６００ＤＰＩであれば所望の副走査方向のピッチ間隔４２．３３μｍに対して、その１／４である１０．６μｍ以上の誤差が発生した場合に出力画像の劣化が顕著となる。
【００９１】
よって本実施形態における結像光学系６は、該結像光学系６の走査中心以外の任意の走査角における副走査方向の横倍率をβｓ₁、走査中心位置における副走査方向の横倍率をβｓ₀とするとき、
−０．２５≦（βｓ₁−βｓ₀）／βｓ₀≦０．２５‥‥‥（２）
の条件式（２）を満足するように各要素を設定している。
【００９２】
図９に本実施形態における結像光学系６の上記条件式（２）の各像高に於ける値を示す。図９から解るように本実施形態に於いては副走査方向の横倍率が走査角によらず非常に均一に揃っており、複数ビームに対して好適な構成となっている。
【００９３】
尚、本実施形態においては、発光点の数を２と仮定して説明したが、これに限定されるものでは無く、むしろ発光点数が３つ以上のときに対してより一層の効果が期待できるものである。
【００９４】
また被走査面７上における結像スポットのスポット径Φは、以下の式（３）で示されるように結像光学系６のＦナンバーＦｎｏと使用波長とで決定される。
【００９５】
Φ＝ｋ×Ｆｎｏ×λ‥‥‥（３）
ここにおいて、ｋは定数、λは使用波長である。
【００９６】
最近は高解像度・高品位の画像出力の要求から被走査面７上における結像スポットのスポット径Φを小さくすることが求められている。
【００９７】
一方、上式（３）から解るようにスポット径Φを小さくする為には、Ｆｎｏを小さくするか、使用波長λを短くする必要がある。
【００９８】
Ｆｎｏを小さくするということは光束幅を広くするのと同義であり、これは即ち、正弦振動を行う光偏向器の偏向反射面を大きくすることを意味する。ところが、正弦振動を行う光偏向器に於いては、偏向反射面の大きさを大きくすると振動周波数を上げることが出来ず、一般的に高速プリントに対しては不利となる。
【００９９】
一方、最近に於いては波長の短い半導体レーザー等の開発が加速され、レーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に十分適用可能な状況になりつつある。さらに被走査面７上における結像スポット径Φを小さくした場合、スポットの深度幅は短くなるが、その幅はＦｎｏの２乗に比例し、波長λの１乗に比例する。即ち、被走査面７上における結像スポットのスポット径Φを小さくする手段としては使用波長を短くすることが好ましい。特に本実施形態のような正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系に於いては偏向反射面を大きくする必要が無く、高速プリントに対して有利であるという理由から、波長の短い光源を用いてスポット径Φを小さくすることによって、高解像度・高品位の画像出力が得られる画像形成装置を達成することが可能となる。
【０１００】
光源の波長としては３５０〜５００ｎｍの範囲の波長の光源を使用することが好ましい。
【０１０１】
［実施形態４］
そこで本発明の実施形態４としては、光源として３５０〜５００ｎｍの範囲の波長のものを使用する。尚、本実施形態では波長５００ｎｍの光源を使用している。
【０１０２】
前述した実施形態２に於ける主走査方向の結像スポット径は図８に示される如く約６０μｍであるが、光源として５００ｎｍの波長のものを使用すれば、光偏向器の偏向反射面の大きさを全く変えることなく４０μｍ以下のスポット径が得られる。４０μｍというスポット径は高解像度・高品位の画像出力に対しては十分な効果が得られるスポット径である。
【０１０３】
またスポットの深度幅に関しては、例えば波長を短くせずＦｎｏを小さくすることによって４０μｍ以下のスポット径を実現した場合、その深度幅はもとの深度幅の４割に減少してしまうのに対し、波長を短くすることによって４０μｍ以下のスポット径を実現した場合、その深度幅はもとの深度幅の６割に減少するだけである。
【０１０４】
これは即ち、波長を短くすることによって４０μｍ以下のスポット径を実現した場合の方がピントずれに対する許容度が大きいということであり、各光学部品の加工精度、走査光学系ユニットの組み立て精度を極端に高精度にしなくても、高解像度・高品位の画像出力が可能な画像形成装置を達成することが可能となる。
【０１０５】
［カラー画像形成装置］
図１０は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置（光走査光学系）を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１０において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施形態１、２、３、４に示したいずれかの構成を有する光走査装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、図１０においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。
【０１０６】
図１０において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。
【０１０７】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０１０８】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【０１０９】
前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【０１１０】
尚、本発明ではカラー画像形成装置に実施形態１又は２の光走査装置を適用したが、もちろんモノクロ画像形成装置に適用しても良い。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く正弦振動を行う光偏向器の偏向反射面を少なくとも２面使用し、その正弦振動の最大振幅と振動周期をそれぞれ異ならせることにより、反射偏向された光束を略等角速度で反射偏向させ、結像レンズとしてｆθレンズの使用を可能とすることにより、走査中心と走査端部の被走査面上における主走査方向のスポット径が不均一になってしまうという従来のａｒｃｓｉｎレンズを使用した場合の問題点を完全に解消することができ、さらに小型で簡易な構成であるにも拘わらず被走査面上におけるスポット径が均一であり、かつ高画質化に対応できる光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の光走査光学系の主走査方向の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の光走査光学系における、光偏向器によって反射偏向された光束の偏向角度を説明する図
【図３】 本発明の実施形態２の光走査光学系の主走査方向の要部断面図
【図４】 本発明の実施形態２の光走査光学系における、光偏向器によって反射偏向された光束のｆθ誤差を示す図
【図５】 本発明の実施形態２の光走査光学系における、光偏向器
【図６】本発明の実施形態２の光走査光学系のｆθ誤差を示す図
【図７】本発明の実施形態２の光走査光学系の主走査及び副走査の像面湾曲特性を示す図
【図８】本発明の実施形態２の光走査光学系の上主走査方向のスポット径の像高依存性を示す図
【図９】本発明の実施形態３の光走査光学系の、走査結像レンズの副走査方向における横倍率の均一性を示す図
【図１０】本発明のカラー画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図
【符号の説明】
１ 光源（半導体レーザー）
２ コリメータ−レンズ
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 光偏向器
５１ 第１の偏向反射面
５２ 第２の偏向反射面
６ 結像光学系
７ 被走査面
１１、１２、１３、１４‥‥光走査装置
２１、２２、２３、２４‥‥像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４‥‥現像器
４１‥‥搬送ベルト
５１‥‥マルチビームレーザー
５２‥‥外部機器
５３‥‥プリンタコントローラ
６０‥‥カラー画像形成装置

Claims (9)

1. 光源から出射した光束の光束状態を変化させて出射させる第１の光学系と、前記第１の光学系から出射した光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、前記光偏向器によって偏向走査された光束を被走査面上に導光する結像光学系と、を有する光走査光学系において、
   前記光偏向器は互いに異なる振動周期の正弦振動を行う少なくとも２枚の偏向反射面を有し、前記少なくとも２枚の偏向反射面は、正弦振動の最大振幅がそれぞれ異なっており、前記少なくとも２枚の偏向反射面によって反射偏向された光束の角速度が略等角速度で略１次元方向に偏向走査される領域を有することを特徴とする光走査光学系。
2. 前記結像光学系は、前記光偏向器によって略等角速度で略１次元に偏向走査された光束を前記被走査面上において略等速度に変換していることを特徴とする請求項１に記載の光走査光学系。
3. 前記光源から出射する光束の変調周波数を前記光偏向器で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変化させることを特徴とする請求項２に記載の光走査光学系。
4. 前記結像光学系は、前記光偏向器の略等角速度から生ずる被走査面上における等速誤差と逆方向の等速誤差を含んだｆθ特性を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査光学系。
5. 前記被走査面上の走査中心以外の任意の位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφｍ₁、走査中心位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφｍ₀とするとき、０．８×φｍ₀≦φｍ₁≦１．２×φｍ₀の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光走査光学系。
6. 前記光源は、２つ以上の発光点を有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光走査光学系。
7. 前記結像光学系の走査中心以外の任意の走査角における副走査方向の横倍率をβｓ₁、走査中心位置における副走査方向の横倍率をβｓ₀とするとき、−０．２５≦（βｓ₁−βｓ₀）／βｓ₀≦０．２５の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光走査光学系。
8. 前記光源から出射する光束の波長が３５０〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光走査光学系。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の光走査光学系と、被走査面に配置された感光体と、前記光走査光学系で走査された光ビームによって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器と、外部機器から入力されたコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に出力せしめるプリンタコントローラと、を有することを特徴とする画像形成装置。

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