JP4434547B2 - 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から出射した光束を偏向素子で偏向させｆθ特性を持った走査光学素子を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、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】
従来よりレーザービームプリンタ等の走査光学装置においては光源手段から画像信号に応じて光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に収束させ、該記録媒体面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１６は従来の走査光学装置の要部概略図である。同図において光源手段９１から出射した発散光束はコリメーターレンズ９２によって略平行光束もしくは収束光束とされ、開口絞り９３によって該光束（光量）を整形して副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面（ポリゴンミラー面）９５ａ近傍にほぼ線像として結像している。
【０００４】
そして光偏向器９５の偏向面９５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有するｆθレンズ系（走査光学素子）９６を介して被走査面９８としての感光ドラム面上へ導光し、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム面９８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情報の記録を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような走査光学装置において、副走査断面内における光偏向器の面倒れを光学的に補正するためには、該光偏向器の偏向面近傍と被走査面とを光学的に共役関係（結像関係）にする必要がある。
【０００６】
図１７は偏向面から被走査面までの副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。このように偏向面９５ａと被走査面９８とが完全に共役関係になっている場合、走査光学素子９６の球面収差が小さく、かつ偏向面の倒れ量が小さいという条件下において、点線で示すように面倒れを有する偏向面９５ａで偏向された光束は必ず光軸上に戻り、被走査面９８上で副走査方向に変位を持たない。
【０００７】
しかしながら図１８に示すように偏向面が回転中心から離れているポリゴンミラーのような光偏向器では、偏向する画角によって偏向面が前後に移動するため、全画角において被走査面上に副走査断面内の光束を結像させようとすると、全画角において偏向面９５ａと被走査面９８とを完全に共役関係にすることは困難であった。尚、同図において図１６に示した要素と同一要素には同符番を付しており、７１はシリンドリカルレンズ９４による線像、８１は光軸上の光束を偏向するポリゴンミラー面、８２は反光源手段側の最軸外の光束を偏向するポリゴンミラー面、８３は光源手段側の最軸外光束を偏向するポリゴンミラー面である。
【０００８】
したがってシリンドリカルレンズ９４による線像７１と偏向面とが一致する像高においては完全に共役関係になっているため面倒れによる照射位置ずれは発生しないが、線像７１から偏向面までの距離が大きい光軸上近傍と、最軸外近傍では面倒れによる照射位置変動が大きい。この面倒れによる照射位置変動はポリゴンミラー面数周期の副走査方向のピッチムラとなり、高精度に画像情報を記録する上で問題となる。
【０００９】
一方、近年高速化、高精細化に対応すべくマルチビーム光源から出射された複数の光束を同時に走査するマルチビーム走査光学装置が提案されているが、同装置ではもともと複数の光束間にある量のピッチ誤差が残存しているため、面倒れによる照射位置ずれが画像に与える影響が大きいという問題点がある。
【００１０】
さらにカラー機の高速化のため４本の感光体（感光ドラム）を用いて各々に走査光学装置を配置してレーザー光により潜像を形成し、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の各色の原稿の画像を各々対応する感光体面上に形成するカラー画像形成装置が提案されているが、同装置では用いられる網点パターンの線数、スクリーン角が多彩であり、一部のパターンでは上記面倒れによる照射位置ずれがモアレパターンとして画像に現れ画像品位を著しく劣化させるという問題点がある。
【００１１】
本発明は容易でかつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向素子の偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査光学装置は、光源手段から出射された光束の状態を他の状態に変換する第１の光学素子と、該第１の光学素子から射出された光束を主走査方向に長手の線像に変換する第２の光学素子と、該第２の光学素子から射出された光束を偏向走査する回転多面鏡と、該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上にスポット状に結像させる走査光学素子と、を具備し、
主走査断面内において、該回転多面鏡に入射する光束は、該走査光学素子の光軸に対して斜入射しており、
副走査断面内で該回転多面鏡の偏向面と該被走査面とが略共役である走査光学装置において、
該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束のうち、前記走査光学素子の光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置が該被走査面より該回転多面鏡側に位置し、
且つ、該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束のうち、前記走査光学素子の光軸に対して斜入射してくる回転多面鏡に入射する光束側の最軸外の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置が前記被走査面より前記反回転多面鏡側に位置していることを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記走査光学素子の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
１≦｜βｓ｜≦３．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記被走査面から前記光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が
最も小さくなる位置までの距離をｄＳ０、前記光軸上の光束の偏向点から前記第２の光学素子の副走査断面内の結像位置までの距離をＨＳ０、前記走査光学素子の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
ＨＳ０×βｓ2≦ｄＳ０＜０．１ＨＳ０×βｓ2
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記光源手段は複数の発光点を有することを特徴としている。
【００１６】
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、前記走査光学素子は単一の光学素子より成ることを特徴としている。
【００１７】
請求項６の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束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を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項７の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は図１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００２６】
尚、本明細書において偏向素子５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、走査光学素子６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。
【００２７】
図中、１は光源手段であり、複数(本実施形態では２つ)の発光点を有するマルチビーム半導体レーザー（マルチビーム光源）より成っている。３は開口絞りであり、光源手段１から出射された２つの光束（光量）を制限している。２は第１の光学素子としてのコリメーターレンズであり、開口絞り３で制限された２つの光束を略平行光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）に変換している。４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、コリメーターレンズ２を通過した２つの光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（ポリゴンミラー面）５ａにほぼ線像として結像させている。
【００２８】
尚、開口絞り３、コリメーターレンズ２、シリンドリカルレンズ４等の各要素は入射光学系９の一要素を構成している。
【００２９】
５は偏向素子としての、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００３０】
６はｆθ特性を有する走査光学素子であり、ポリゴンミラーの回転軸と被走査面の中点より該ポリゴンミラー５側にプラスチックトーリックレンズ（屈折素子）６１、被走査面側に複合光学素子（回折素子）６２を有している。複合光学素子６２は入射側の面が主走査方向のみパワーをもつ非球面（副走査方向は平面）、出射側が平面上に回折格子を付加した面から成っている。ここで格子形状は例えば表面切削による鋸歯状の回折格子からなるフレネル状格子形状や、フォトエッチングによる階段状回折格子形状などが適している。また本実施形態では複合光学素子６２は射出成形により製作されたプラスチック製であるがガラス基盤の上にレプリカで回折格子を製作しても同等の効果が得られる。これらの光学素子６１，６２は共に主走査方向と副走査方向に異なるパワーをもっており、ポリゴンミラー５からの偏向光束を被走査面８上にスポット状に結像させるとともに、該ポリゴンミラー５の偏向面の倒れを補正している。ここで偏向面５ａと被走査面８とは略共役となっている。
【００３１】
８は被走査面としての感光ドラム面である。
【００３２】
本実施形態において画像情報に応じてマルチビーム半導体レーザー１から光変調され出射した２本の発散光束（同図では１本の光束のみ図示）は開口絞り３によって該光束を制限して（光束の光量を制限して）、コリメーターレンズ２によって略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束を制限して（光束の光量を制限して）シリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した２本の略平行光束のうち主走査断面内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（ポリゴンミラー）５の偏向面５ａ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。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された２本の光束はプラスチックトーリックレンズ６１と複合光学素子６２とを介して感光ドラム面８上にスポット状に結像され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８上に画像記録を行っている。
【００３３】
本発明における屈折面の面形状は以下の形状表現式により表されている。
【００３４】
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、主走査方向と対応する母線方向が、
【００３５】
【数１】
【００３６】
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ4、Ｂ6、Ｂ8、Ｂ10は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００３７】
【数２】
【００３８】
ここで ｒ’＝ｒ0（１＋Ｄ2Ｙ2＋Ｄ4Ｙ4＋Ｄ6Ｙ6＋Ｄ8Ｙ8＋Ｄ10Ｙ10）（但し、ｒ0は光軸上の子線曲率半径、Ｄ2、Ｄ4、Ｄ6、Ｄ8、Ｄ10は係数）
尚、光軸外の子線曲率半径ｒ’は各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義されている。
【００３９】
本発明における回折面の形状は、主走査方向が１０次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表される以下の位相表現式により表されている。
【００４０】
φ＝ｍλ＝ｂ2Ｙ2＋ｂ4Ｙ4＋ｂ6Ｙ6＋ｂ8Ｙ8＋ｂ10Ｙ10＋（ｄ0＋ｄ1Ｙ＋ｄ2Ｙ2＋ｄ3Ｙ3＋ｄ4Ｙ4）Ｚ2
（但し、ｍは回折次数：実施形態１，２，３では＋１次回折光を使用）
尚、形状表現式、位相表現式とも多項式を特定の次数までの関数で表現しているが、次数はこれ以上でも以下でも差し支えない。
【００４１】
図３は本実施形態におけるポリゴンミラー５近傍の拡大図であり、ポリゴンミラー５の回転動作に伴うポリゴンミラー面の動きを示している。同図においてポリゴンミラー面８１は走査光学素子６の光軸上に向かう光束のミラー面、ポリゴンミラー面８２、８３はそれぞれ最軸外に向かう光束のミラー面であり、光束の偏向角により偏向（反射）点が異なっていることを示している。またシリンドリカルレンズ４による線像７１はミラー面８１とミラー面８３の間に位置しており、副走査断面内の波面収差が最小となる面（以下ベスト像面）が被走査面上にある場合、線像とミラー面が重なったときに偏向される像高においてミラー面と被走査面とが完全に共役関係となる。
【００４２】
表−１に本実施形態における走査光学装置の諸数値を示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
図４に本実施形態の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。尚、同図における像面位置は近軸結像点ではなく波面収差が最も少なくなる結像点を示しており、この結像点はベストスポット径の１．２倍のスライスレベルで深度を定義したときの深度中心とほぼ一致する点となる。
【００４５】
本実施形態では同図に示すように光軸（走査光学素子６の光軸）上、もしくはその近傍における光束（以下「光軸上光束」とも称す。）の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置（結像点）を被走査面８より光偏向器５側（像面位置が負）にしている。
【００４６】
図５は本実施形態の光軸上の副走査方向の模式的な要部断面図であり、実線は実際の光束を、点線はポリゴンミラー面からの共役関係を示している。同図には副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面上におかず被走査面より光偏向器側においたことにより、光軸上へ向かう光束を偏向するポリゴンミラー面８１と被走査面８の関係がより完全な共役関係に近づくことが示されている。
【００４７】
図６に比較例として副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面上においた一般的な設計例の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。同図と前記図４とを比較することにより、本実施形態のポリゴンミラー面の倒れ補正効果が大きい、つまり面倒れ時の照射位置変動が小さいことが分かる。
【００４８】
本実施形態においては走査光学素子６の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
１≦｜βｓ｜≦３．５
なる条件を満足させている。
【００４９】
また本実施形態では被走査面８から光軸上光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置までの距離をｄＳ０、光軸上光束の偏向点（ポリゴンミラー面８１の位置）からシリンドリカルレンズ４の副走査断面内の結像位置７１までの距離をＨＳ０、走査光学素子６の副走査断面内の横倍率をβｓとした場合、次式を満足するよう各要素を設定している。
【００５０】
ＨＳ０×βｓ2≦ｄＳ０＜０．１ＨＳ０×βｓ2 ‥‥（１）
上記条件式（１）を満足させるように距離ｄＳ０を設定することによりデフォーカスによる結像性能の劣化を最小限に抑えつつ、ポリゴンミラー面の倒れ補正効果を向上させることが可能となる。
【００５１】
上記条件式（１）の上限値を越えると副走査断面内の像面湾曲が悪化し良くない。また条件式（１）の下限値を越えるとポリゴンミラー面の倒れ補正の改善効果が低くなり良くない。
【００５２】
本実施形態では、βｓ＝−２．７６、ＨＳ０＝−０．６２であるため、
−４．７２≦ｄＳ０＜−０．４７
となり、
ｄＳ０＝−０．９１ｍｍ
と設定することにより、上記条件式（１）を満足させている。
【００５３】
本実施形態において更に好ましくは上記条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５４】
ＨＳ０×βｓ2≦ｄＳ０＜０．１５ＨＳ０×βｓ2 ‥‥（１ａ）
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きい走査光学装置において、容易かつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した装置を提供することが可能となる。
【００５５】
尚、本実施形態では光源手段を２つの発光点を有するマルチビーム光源より構成したが、これに限らず、例えば単一のシングルビーム光源、もしくは３つ以上の発光点を有するマルチビーム光源より構成しても本発明は前述の実施形態１と同様な効果が得られる。
【００５６】
また本実施形態においてはコリメーターレンズ２やシリンドリカルレンズ４等を用いずに、光源手段１からの光束を直接光偏向器５に導光しても良い。
【００５７】
（実施形態２）
図７（ａ），（ｂ）は各々本発明の主要部分の走査光学装置の実施形態２の副走査方向の模式的な要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５８】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、走査光学素子６に入射する光束のうち光源手段側の最軸外の光束（以下「最軸外光束」とも称す。）（ポリゴンミラー８３面で反射される光束）の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側にした点であり、その他の構成及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。
【００５９】
即ち、同図において（ａ）は光軸上光束を、（ｂ）は光源手段側の最軸外光束を示しており、光軸上光束では前述の実施形態１と同様に副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置（結像点）を被走査面８より光偏向器５側（像面位置が負）にすることにより、光軸上の面倒れ補正効果を向上させている。
【００６０】
本実施形態ではさらに最軸外光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側におくことにより、最軸外光束においてもポリゴンミラー面８３と被走査面８との関係がより完全共役関係に近づくようにしている。これにより光軸上光束のみならず、最軸外光束近傍においても面倒れ補正効果を向上させることが可能となる。
【００６１】
表−２に本実施形態における走査光学装置の諸数値を示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
図８に本実施形態の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。同図と前記図６に示した比較例の結果と比較することにより、光軸上、最軸外とも本実施形態のポリゴンミラー面の倒れ補正効果が大きい、つまり面倒れ時の照射位置変動が小さいことが分かる。
【００６４】
尚、本実施形態においては反光源手段１側の最軸外光束（ポリゴンミラー８２面で反射される光束）の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側にしても良く、これによっても前述した実施形態２と同様な効果が得られる。
【００６５】
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きい走査光学装置において、容易かつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置を提供することが可能となる。
【００６６】
（実施形態３）
図９は本発明の走査光学装置の実施形態３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１０は図９の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図９、図１０において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６７】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は走査光学素子１６に単一の光学素子（単玉レンズ）６３を用いている点、走査光学素子１６に入射する光束のうち光源手段側の最軸外光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側にした点であり、その他の構成及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。
【００６８】
即ち、図９、図１０において１６は走査光学素子であり、単玉レンズ６３より成っている。
本実施形態においても前述の実施形態１と同様に光軸上光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置（結像点）を被走査面８より光偏向器５側（像面位置が負）にすることにより、光軸上の面倒れ補正効果を向上させている。さらに最軸外光束は副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側におくことにより、最軸外光束においてもポリゴンミラー面５ａと被走査面８の関係がより完全共役関係に近づくようにしている。これにより光軸上光束のみならず、最軸外光束近傍においても面倒れ補正効果を向上させることが可能となる。
【００６９】
表−３に本実施形態における走査光学装置の諸数値を示す。
【００７０】
【表３】
【００７１】
図１１に本実施形態の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。同図と図６に示した比較例の結果と比較することにより、光軸上、最軸外とも本実施形態のポリゴンミラー面の倒れ補正効果が大きい、つまり面倒れ時の照射位置変動が小さいことが分かる。
【００７２】
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きい走査光学装置において、容易かつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置を提供することが可能となる。
【００７３】
また本実施形態では走査光学素子を単玉レンズより構成することによって、より簡易な構成の走査光学装置を提供することが可能となる。
【００７４】
尚、各実施形態においては走査光学素子を屈折素子と回折素子の２枚、もしくは単一の光学素子（単玉レンズ）より構成したが、これに限らず、屈折素子のみ、もしくは回折素子を含む３枚以上の光学素子より構成しても良い。
【００７５】
［画像形成装置］
図１２は、前述した実施形態１、２又は３の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査断面内における要部断面図である。図１２において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、各実施形態１、２、３で示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット（走査光学装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調された複数の光ビーム（光束）１０３が射出され、この複数の光束１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【００７６】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光束１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される複数の光束１０３が照射されるようになっている。
【００７７】
先に説明したように、複数の光束１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この複数の光束１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記複数の光束１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転断面内における下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【００７８】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ（転写器）１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図１２において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００７９】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１２において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から撒送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【００８０】
図１２においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００８１】
［カラー画像形成装置］
図１３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、走査光学装置（マルチビーム光走査装置）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１３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又は３に示したいずれかの構成を有する走査光学装置、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。
【００８２】
図１３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、それぞれ走査光学装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された複数の光束４１，４２，４３，４４が出射され、これらの複数の光束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。
【００８３】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は走査光学装置（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。
【００８４】
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つの走査光学装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた複数の光束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。
【００８５】
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。
【００８６】
このようなカラー画像形成装置においては用いられる網点パターンの線数、スクリーン角が多彩であり、一部のパターンでは面倒れによる照射位置ずれがモアレパターンとして画像に現れ画像品位を著しく劣化させる。従って本実施形態の走査光学装置と組み合わせることによりモアレの少ない高品位画像を得ることが可能となる。
【００８７】
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きいタンデム型カラー画像形成装置において、容易かつ簡易な方法で走査光学装置の副走査像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位画像記録に適した装置を提供することが可能となる。
【００８８】
［その他のカラー画像形成装置］
尚、本実施形態では上記図１３に示したタンデムタイプのカラー画像形成装置に限らず、例えば図１４に示すように各実施形態に示したいずれかの構成を有する走査光学装置を利用して、独立した２つの光偏向器で偏向された複数の光束を用いて画像を形成しても良く、あるいは図１５に示すように光偏向器を副走査断面内において２段より構成し、各実施形態に示したいずれかの構成を有する走査光学装置を利用して、それぞれの光偏向器５Ａ，５Ｂで偏向された複数の光束を用いて画像を形成しても良い。
【００８９】
即ち、図１４はカラー画像形成装置の要部概略図であり、２つの光偏向器５，５で偏向された複数の光束を用いてフルカラー画像を形成している。同図においてはポリゴンミラー（光偏向器）５，５で反射偏向されて第１の走査レンズ６１ａ、６１ｂ，６１ｃ，６１ｄを通過した後の４つの光束を、折り返しミラー７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄにより各々９０°図面上、下に折り曲げ第２の走査レンズ６２ａ、６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを介し、対応する感光ドラム８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ面上へ導いている。これによりフルカラー画像を形成している。
【００９０】
図１５は他のカラー画像形成装置の要部概略図であり、それぞれの光偏向器５Ａ，５Ｂで偏向された複数の光束を用いてフルカラー画像を形成している。同図において図面上、上段の光偏向器５Ａで反射偏向（走査）される光束は第１の走査レンズ６１ｃ、６１ｄを通過した後、３枚の折り返しミラー７３ｃ、７４ｃ、７５ｃ・７３ｄ，７４ｄ，７５ｄで光路を折り曲げた後、それぞれ対応する感光体ドラム８ｃ，８ｄに導かれる。下段の光偏向器５Ｂで反射偏向（走査）される光束は走査レンズ６１ａ，６１ｂを通過した後、１枚の折り返しミラー７３ａ，７３ｂで光路を折り曲げた後、それぞれ対応する感光体ドラム８ａ，８ｂに導かれる。これによりフルカラー画像を形成している。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面より偏向素子側に設定することにより、容易でかつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置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の主走査方向の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の副走査方向の要部断面図
【図３】 本発明の実施形態１のポリゴンミラー近傍の拡大図
【図４】 本発明の実施形態１の像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図５】 本発明の実施形態１の光軸上の副走査方向の模式的な要部断面図
【図６】 比較例における像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図７】 本発明の実施形態２の走査光学素子の副走査方向の模式的な要部断面図、（Ａ）は光軸上光束、（Ｂ）は最軸外光束を示している。
【図８】 本発明の実施形態２の像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図９】 本発明の実施形態３の主走査方向の要部断面図
【図１０】 本発明の実施形態３の副走査方向の要部断面図
【図１１】 本発明の実施形態３の像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図１２】 本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の構成例を示す副走査方向の要部断面図
【図１３】 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１４】 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１５】 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１６】 従来の走査光学装置の要部概略図
【図１７】 面倒れ補正の原理を示す図
【図１８】 従来の走査光学装置のポリゴンミラー近傍の拡大図
【符号の説明】
１ 光源手段（マルチ半導体レーザー）
２ コリメーターレンズ
３ 絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 光偏向器（ポリゴンミラー）
６ 走査光学素子
６１ プラスチックトーリックレンズ
６２ 複合光学素子
６３ プラスチックトーリックレンズ
８ 被走査面（感光体ドラム）
７１ シリンドリカルレンズによる線像
８１ 光軸上光束を偏向するポリゴンミラー面
８２ 反光源手段側最軸外光束を偏向するポリゴンミラー面
８３ 光源手段側最軸外光束を偏向するポリゴンミラー面
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
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から出射した光束を偏向素子で偏向させｆθ特性を持った走査光学素子を介して被走査面上を光走査して画像情報を記録するようにした、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】
従来よりレーザービームプリンタ等の走査光学装置においては光源手段から画像信号に応じて光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させ、ｆθ特性を有する走査光学素子によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に収束させ、該記録媒体面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
図１６は従来の走査光学装置の要部概略図である。同図において光源手段９１から出射した発散光束はコリメーターレンズ９２によって略平行光束もしくは収束光束とされ、開口絞り９３によって該光束（光量）を整形して副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射している。シリンドリカルレンズ９４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器９５の偏向面（ポリゴンミラー面）９５ａ近傍にほぼ線像として結像している。
【０００４】
そして光偏向器９５の偏向面９５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有するｆθレンズ系（走査光学素子）９６を介して被走査面９８としての感光ドラム面上へ導光し、該光偏向器９５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム面９８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情報の記録を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような走査光学装置において、副走査断面内における光偏向器の面倒れを光学的に補正するためには、該光偏向器の偏向面近傍と被走査面とを光学的に共役関係（結像関係）にする必要がある。
【０００６】
図１７は偏向面から被走査面までの副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。このように偏向面９５ａと被走査面９８とが完全に共役関係になっている場合、走査光学素子９６の球面収差が小さく、かつ偏向面の倒れ量が小さいという条件下において、点線で示すように面倒れを有する偏向面９５ａで偏向された光束は必ず光軸上に戻り、被走査面９８上で副走査方向に変位を持たない。
【０００７】
しかしながら図１８に示すように偏向面が回転中心から離れているポリゴンミラーのような光偏向器では、偏向する画角によって偏向面が前後に移動するため、全画角において被走査面上に副走査断面内の光束を結像させようとすると、全画角において偏向面９５ａと被走査面９８とを完全に共役関係にすることは困難であった。尚、同図において図１６に示した要素と同一要素には同符番を付しており、７１はシリンドリカルレンズ９４による線像、８１は光軸上の光束を偏向するポリゴンミラー面、８２は反光源手段側の最軸外の光束を偏向するポリゴンミラー面、８３は光源手段側の最軸外光束を偏向するポリゴンミラー面である。
【０００８】
したがってシリンドリカルレンズ９４による線像７１と偏向面とが一致する像高においては完全に共役関係になっているため面倒れによる照射位置ずれは発生しないが、線像７１から偏向面までの距離が大きい光軸上近傍と、最軸外近傍では面倒れによる照射位置変動が大きい。この面倒れによる照射位置変動はポリゴンミラー面数周期の副走査方向のピッチムラとなり、高精度に画像情報を記録する上で問題となる。
【０００９】
一方、近年高速化、高精細化に対応すべくマルチビーム光源から出射された複数の光束を同時に走査するマルチビーム走査光学装置が提案されているが、同装置ではもともと複数の光束間にある量のピッチ誤差が残存しているため、面倒れによる照射位置ずれが画像に与える影響が大きいという問題点がある。
【００１０】
さらにカラー機の高速化のため４本の感光体（感光ドラム）を用いて各々に走査光学装置を配置してレーザー光により潜像を形成し、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の各色の原稿の画像を各々対応する感光体面上に形成するカラー画像形成装置が提案されているが、同装置では用いられる網点パターンの線数、スクリーン角が多彩であり、一部のパターンでは上記面倒れによる照射位置ずれがモアレパターンとして画像に現れ画像品位を著しく劣化させるという問題点がある。
【００１１】
本発明は容易でかつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向素子の偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の走査光学装置は、光源手段から出射された光束の状態を他の状態に変換する第１の光学素子と、該第１の光学素子から射出された光束を主走査方向に長手の線像に変換する第２の光学素子と、該第２の光学素子から射出された光束を偏向走査する回転多面鏡と、該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上にスポット状に結像させる走査光学素子と、を具備し、
主走査断面内において、該回転多面鏡に入射する光束は、該走査光学素子の光軸に対して斜入射しており、
副走査断面内で該回転多面鏡の偏向面と該被走査面とが略共役である走査光学装置において、
該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束のうち、前記走査光学素子の光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置が該被走査面より該回転多面鏡側に位置し、
且つ、該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束のうち、前記走査光学素子の光軸に対して斜入射してくる回転多面鏡に入射する光束側の最軸外の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置が前記被走査面より前記反回転多面鏡側に位置していることを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記走査光学素子の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
１≦｜βｓ｜≦３．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記被走査面から前記光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が
最も小さくなる位置までの距離をｄＳ０、前記光軸上の光束の偏向点から前記第２の光学素子の副走査断面内の結像位置までの距離をＨＳ０、前記走査光学素子の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
ＨＳ０×βｓ2≦ｄＳ０＜０．１ＨＳ０×βｓ2
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記光源手段は複数の発光点を有することを特徴としている。
【００１６】
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、前記走査光学素子は単一の光学素子より成ることを特徴としている。
【００１７】
請求項６の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束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を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項７の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は本発明の走査光学装置（マルチビーム走査光学装置）の実施形態１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図２は図１の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。
【００２６】
尚、本明細書において偏向素子５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、走査光学素子６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。
【００２７】
図中、１は光源手段であり、複数(本実施形態では２つ)の発光点を有するマルチビーム半導体レーザー（マルチビーム光源）より成っている。３は開口絞りであり、光源手段１から出射された２つの光束（光量）を制限している。２は第１の光学素子としてのコリメーターレンズであり、開口絞り３で制限された２つの光束を略平行光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）に変換している。４は第２の光学素子としてのシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、コリメーターレンズ２を通過した２つの光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（ポリゴンミラー面）５ａにほぼ線像として結像させている。
【００２８】
尚、開口絞り３、コリメーターレンズ２、シリンドリカルレンズ４等の各要素は入射光学系９の一要素を構成している。
【００２９】
５は偏向素子としての、例えばポリゴンミラー（回転多面鏡）より成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
【００３０】
６はｆθ特性を有する走査光学素子であり、ポリゴンミラーの回転軸と被走査面の中点より該ポリゴンミラー５側にプラスチックトーリックレンズ（屈折素子）６１、被走査面側に複合光学素子（回折素子）６２を有している。複合光学素子６２は入射側の面が主走査方向のみパワーをもつ非球面（副走査方向は平面）、出射側が平面上に回折格子を付加した面から成っている。ここで格子形状は例えば表面切削による鋸歯状の回折格子からなるフレネル状格子形状や、フォトエッチングによる階段状回折格子形状などが適している。また本実施形態では複合光学素子６２は射出成形により製作されたプラスチック製であるがガラス基盤の上にレプリカで回折格子を製作しても同等の効果が得られる。これらの光学素子６１，６２は共に主走査方向と副走査方向に異なるパワーをもっており、ポリゴンミラー５からの偏向光束を被走査面８上にスポット状に結像させるとともに、該ポリゴンミラー５の偏向面の倒れを補正している。ここで偏向面５ａと被走査面８とは略共役となっている。
【００３１】
８は被走査面としての感光ドラム面である。
【００３２】
本実施形態において画像情報に応じてマルチビーム半導体レーザー１から光変調され出射した２本の発散光束（同図では１本の光束のみ図示）は開口絞り３によって該光束を制限して（光束の光量を制限して）、コリメーターレンズ２によって略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束を制限して（光束の光量を制限して）シリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した２本の略平行光束のうち主走査断面内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（ポリゴンミラー）５の偏向面５ａ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。そして光偏向器５の偏向面５ａで偏向された２本の光束はプラスチックトーリックレンズ６１と複合光学素子６２とを介して感光ドラム面８上にスポット状に結像され、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体である感光ドラム面８上に画像記録を行っている。
【００３３】
本発明における屈折面の面形状は以下の形状表現式により表されている。
【００３４】
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、主走査方向と対応する母線方向が、
【００３５】
【数１】
（但し、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ4、Ｂ6、Ｂ8、Ｂ10は非球面係数）
副走査方向（光軸を含み主走査方向に対して直交する方向）と対応する子線方向が、
【００３７】
【数２】
ここで ｒ’＝ｒ0（１＋Ｄ2Ｙ2＋Ｄ4Ｙ4＋Ｄ6Ｙ6＋Ｄ8Ｙ8＋Ｄ10Ｙ10）（但し、ｒ0は光軸上の子線曲率半径、Ｄ2、Ｄ4、Ｄ6、Ｄ8、Ｄ10は係数）
尚、光軸外の子線曲率半径ｒ’は各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義されている。
【００３９】
本発明における回折面の形状は、主走査方向が１０次まで、副走査方向が主走査方向の位置により異なる２次の位相関数で表される以下の位相表現式により表されている。
【００４０】
φ＝ｍλ＝ｂ2Ｙ2＋ｂ4Ｙ4＋ｂ6Ｙ6＋ｂ8Ｙ8＋ｂ10Ｙ10＋（ｄ0＋ｄ1Ｙ＋ｄ2Ｙ2＋ｄ3Ｙ3＋ｄ4Ｙ4）Ｚ2
（但し、ｍは回折次数：実施形態１，２，３では＋１次回折光を使用）
尚、形状表現式、位相表現式とも多項式を特定の次数までの関数で表現しているが、次数はこれ以上でも以下でも差し支えない。
【００４１】
図３は本実施形態におけるポリゴンミラー５近傍の拡大図であり、ポリゴンミラー５の回転動作に伴うポリゴンミラー面の動きを示している。同図においてポリゴンミラー面８１は走査光学素子６の光軸上に向かう光束のミラー面、ポリゴンミラー面８２、８３はそれぞれ最軸外に向かう光束のミラー面であり、光束の偏向角により偏向（反射）点が異なっていることを示している。またシリンドリカルレンズ４による線像７１はミラー面８１とミラー面８３の間に位置しており、副走査断面内の波面収差が最小となる面（以下ベスト像面）が被走査面上にある場合、線像とミラー面が重なったときに偏向される像高においてミラー面と被走査面とが完全に共役関係となる。
【００４２】
表−１に本実施形態における走査光学装置の諸数値を示す。
【００４３】
【表１】
図４に本実施形態の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。尚、同図における像面位置は近軸結像点ではなく波面収差が最も少なくなる結像点を示しており、この結像点はベストスポット径の１．２倍のスライスレベルで深度を定義したときの深度中心とほぼ一致する点となる。
【００４５】
本実施形態では同図に示すように光軸（走査光学素子６の光軸）上、もしくはその近傍における光束（以下「光軸上光束」とも称す。）の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置（結像点）を被走査面８より光偏向器５側（像面位置が負）にしている。
【００４６】
図５は本実施形態の光軸上の副走査方向の模式的な要部断面図であり、実線は実際の光束を、点線はポリゴンミラー面からの共役関係を示している。同図には副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面上におかず被走査面より光偏向器側においたことにより、光軸上へ向かう光束を偏向するポリゴンミラー面８１と被走査面８の関係がより完全な共役関係に近づくことが示されている。
【００４７】
図６に比較例として副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面上においた一般的な設計例の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。同図と前記図４とを比較することにより、本実施形態のポリゴンミラー面の倒れ補正効果が大きい、つまり面倒れ時の照射位置変動が小さいことが分かる。
【００４８】
本実施形態においては走査光学素子６の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
１≦｜βｓ｜≦３．５
なる条件を満足させている。
【００４９】
また本実施形態では被走査面８から光軸上光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置までの距離をｄＳ０、光軸上光束の偏向点（ポリゴンミラー面８１の位置）からシリンドリカルレンズ４の副走査断面内の結像位置７１までの距離をＨＳ０、走査光学素子６の副走査断面内の横倍率をβｓとした場合、次式を満足するよう各要素を設定している。
【００５０】
ＨＳ０×βｓ2≦ｄＳ０＜０．１ＨＳ０×βｓ2 ‥‥（１）
上記条件式（１）を満足させるように距離ｄＳ０を設定することによりデフォーカスによる結像性能の劣化を最小限に抑えつつ、ポリゴンミラー面の倒れ補正効果を向上させることが可能となる。
【００５１】
上記条件式（１）の上限値を越えると副走査断面内の像面湾曲が悪化し良くない。また条件式（１）の下限値を越えるとポリゴンミラー面の倒れ補正の改善効果が低くなり良くない。
【００５２】
本実施形態では、βｓ＝−２．７６、ＨＳ０＝−０．６２であるため、
−４．７２≦ｄＳ０＜−０．４７
となり、
ｄＳ０＝−０．９１ｍｍ
と設定することにより、上記条件式（１）を満足させている。
【００５３】
本実施形態において更に好ましくは上記条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５４】
ＨＳ０×βｓ2≦ｄＳ０＜０．１５ＨＳ０×βｓ2 ‥‥（１ａ）
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きい走査光学装置において、容易かつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した装置を提供することが可能となる。
【００５５】
尚、本実施形態では光源手段を２つの発光点を有するマルチビーム光源より構成したが、これに限らず、例えば単一のシングルビーム光源、もしくは３つ以上の発光点を有するマルチビーム光源より構成しても本発明は前述の実施形態１と同様な効果が得られる。
【００５６】
また本実施形態においてはコリメーターレンズ２やシリンドリカルレンズ４等を用いずに、光源手段１からの光束を直接光偏向器５に導光しても良い。
【００５７】
（実施形態２）
図７（ａ），（ｂ）は各々本発明の主要部分の走査光学装置の実施形態２の副走査方向の模式的な要部断面図である。同図において図３に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５８】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は、走査光学素子６に入射する光束のうち光源手段側の最軸外の光束（以下「最軸外光束」とも称す。）（ポリゴンミラー８３面で反射される光束）の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側にした点であり、その他の構成及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。
【００５９】
即ち、同図において（ａ）は光軸上光束を、（ｂ）は光源手段側の最軸外光束を示しており、光軸上光束では前述の実施形態１と同様に副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置（結像点）を被走査面８より光偏向器５側（像面位置が負）にすることにより、光軸上の面倒れ補正効果を向上させている。
【００６０】
本実施形態ではさらに最軸外光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側におくことにより、最軸外光束においてもポリゴンミラー面８３と被走査面８との関係がより完全共役関係に近づくようにしている。これにより光軸上光束のみならず、最軸外光束近傍においても面倒れ補正効果を向上させることが可能となる。
【００６１】
表−２に本実施形態における走査光学装置の諸数値を示す。
【００６２】
【表２】
図８に本実施形態の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。同図と前記図６に示した比較例の結果と比較することにより、光軸上、最軸外とも本実施形態のポリゴンミラー面の倒れ補正効果が大きい、つまり面倒れ時の照射位置変動が小さいことが分かる。
【００６４】
尚、本実施形態においては反光源手段１側の最軸外光束（ポリゴンミラー８２面で反射される光束）の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側にしても良く、これによっても前述した実施形態２と同様な効果が得られる。
【００６５】
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きい走査光学装置において、容易かつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置を提供することが可能となる。
【００６６】
（実施形態３）
図９は本発明の走査光学装置の実施形態３の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、図１０は図９の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図９、図１０において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６７】
本実施形態において前述の実施形態１と異なる点は走査光学素子１６に単一の光学素子（単玉レンズ）６３を用いている点、走査光学素子１６に入射する光束のうち光源手段側の最軸外光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側にした点であり、その他の構成及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。
【００６８】
即ち、図９、図１０において１６は走査光学素子であり、単玉レンズ６３より成っている。
本実施形態においても前述の実施形態１と同様に光軸上光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置（結像点）を被走査面８より光偏向器５側（像面位置が負）にすることにより、光軸上の面倒れ補正効果を向上させている。さらに最軸外光束は副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面８より反光偏向器５側におくことにより、最軸外光束においてもポリゴンミラー面５ａと被走査面８の関係がより完全共役関係に近づくようにしている。これにより光軸上光束のみならず、最軸外光束近傍においても面倒れ補正効果を向上させることが可能となる。
【００６９】
表−３に本実施形態における走査光学装置の諸数値を示す。
【００７０】
【表３】
図１１に本実施形態の像面位置（主走査及び副走査断面内の像面湾曲）、ポリゴンミラー面倒れ時の照射位置を示す。同図と図６に示した比較例の結果と比較することにより、光軸上、最軸外とも本実施形態のポリゴンミラー面の倒れ補正効果が大きい、つまり面倒れ時の照射位置変動が小さいことが分かる。
【００７２】
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きい走査光学装置において、容易かつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置を提供することが可能となる。
【００７３】
また本実施形態では走査光学素子を単玉レンズより構成することによって、より簡易な構成の走査光学装置を提供することが可能となる。
【００７４】
尚、各実施形態においては走査光学素子を屈折素子と回折素子の２枚、もしくは単一の光学素子（単玉レンズ）より構成したが、これに限らず、屈折素子のみ、もしくは回折素子を含む３枚以上の光学素子より構成しても良い。
【００７５】
［画像形成装置］
図１２は、前述した実施形態１、２又は３の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の実施形態を示す副走査断面内における要部断面図である。図１２において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、各実施形態１、２、３で示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット（走査光学装置）１００からは、画像データＤｉに応じて変調された複数の光ビーム（光束）１０３が射出され、この複数の光束１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【００７６】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光束１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される複数の光束１０３が照射されるようになっている。
【００７７】
先に説明したように、複数の光束１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この複数の光束１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記複数の光束１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転断面内における下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【００７８】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ（転写器）１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図１２において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００７９】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１２において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から撒送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【００８０】
図１２においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、光走査ユニット１００内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００８１】
［カラー画像形成装置］
図１３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、走査光学装置（マルチビーム光走査装置）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１３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又は３に示したいずれかの構成を有する走査光学装置、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。
【００８２】
図１３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、それぞれ走査光学装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された複数の光束４１，４２，４３，４４が出射され、これらの複数の光束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。
【００８３】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は走査光学装置（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。
【００８４】
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つの走査光学装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた複数の光束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。
【００８５】
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。
【００８６】
このようなカラー画像形成装置においては用いられる網点パターンの線数、スクリーン角が多彩であり、一部のパターンでは面倒れによる照射位置ずれがモアレパターンとして画像に現れ画像品位を著しく劣化させる。従って本実施形態の走査光学装置と組み合わせることによりモアレの少ない高品位画像を得ることが可能となる。
【００８７】
以上、本実施形態では面倒れによる照射位置変動の影響の大きいタンデム型カラー画像形成装置において、容易かつ簡易な方法で走査光学装置の副走査像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位画像記録に適した装置を提供することが可能となる。
【００８８】
［その他のカラー画像形成装置］
尚、本実施形態では上記図１３に示したタンデムタイプのカラー画像形成装置に限らず、例えば図１４に示すように各実施形態に示したいずれかの構成を有する走査光学装置を利用して、独立した２つの光偏向器で偏向された複数の光束を用いて画像を形成しても良く、あるいは図１５に示すように光偏向器を副走査断面内において２段より構成し、各実施形態に示したいずれかの構成を有する走査光学装置を利用して、それぞれの光偏向器５Ａ，５Ｂで偏向された複数の光束を用いて画像を形成しても良い。
【００８９】
即ち、図１４はカラー画像形成装置の要部概略図であり、２つの光偏向器５，５で偏向された複数の光束を用いてフルカラー画像を形成している。同図においてはポリゴンミラー（光偏向器）５，５で反射偏向されて第１の走査レンズ６１ａ、６１ｂ，６１ｃ，６１ｄを通過した後の４つの光束を、折り返しミラー７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄにより各々９０°図面上、下に折り曲げ第２の走査レンズ６２ａ、６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを介し、対応する感光ドラム８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ面上へ導いている。これによりフルカラー画像を形成している。
【００９０】
図１５は他のカラー画像形成装置の要部概略図であり、それぞれの光偏向器５Ａ，５Ｂで偏向された複数の光束を用いてフルカラー画像を形成している。同図において図面上、上段の光偏向器５Ａで反射偏向（走査）される光束は第１の走査レンズ６１ｃ、６１ｄを通過した後、３枚の折り返しミラー７３ｃ、７４ｃ、７５ｃ・７３ｄ，７４ｄ，７５ｄで光路を折り曲げた後、それぞれ対応する感光体ドラム８ｃ，８ｄに導かれる。下段の光偏向器５Ｂで反射偏向（走査）される光束は走査レンズ６１ａ，６１ｂを通過した後、１枚の折り返しミラー７３ａ，７３ｂで光路を折り曲げた後、それぞれ対応する感光体ドラム８ａ，８ｂに導かれる。これによりフルカラー画像を形成している。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置を被走査面より偏向素子側に設定することにより、容易でかつ簡易な方法で副走査断面内の像面湾曲を満足しつつ面倒れ補正機能を向上させ、偏向面の面倒れによる照射位置ずれの少ない高品位な画像記録に適した走査光学装置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の主走査方向の要部断面図
【図２】 本発明の実施形態１の副走査方向の要部断面図
【図３】 本発明の実施形態１のポリゴンミラー近傍の拡大図
【図４】 本発明の実施形態１の像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図５】 本発明の実施形態１の光軸上の副走査方向の模式的な要部断面図
【図６】 比較例における像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図７】 本発明の実施形態２の走査光学素子の副走査方向の模式的な要部断面図、（Ａ）は光軸上光束、（Ｂ）は最軸外光束を示している。
【図８】 本発明の実施形態２の像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図９】 本発明の実施形態３の主走査方向の要部断面図
【図１０】 本発明の実施形態３の副走査方向の要部断面図
【図１１】 本発明の実施形態３の像面位置、面倒れによる照射位置を示す図
【図１２】 本発明の走査光学装置を用いた画像形成装置（電子写真プリンタ）の構成例を示す副走査方向の要部断面図
【図１３】 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１４】 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１５】 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図
【図１６】 従来の走査光学装置の要部概略図
【図１７】 面倒れ補正の原理を示す図
【図１８】 従来の走査光学装置のポリゴンミラー近傍の拡大図
【符号の説明】
１ 光源手段（マルチ半導体レーザー）
２ コリメーターレンズ
３ 絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 光偏向器（ポリゴンミラー）
６ 走査光学素子
６１ プラスチックトーリックレンズ
６２ 複合光学素子
６３ プラスチックトーリックレンズ
８ 被走査面（感光体ドラム）
７１ シリンドリカルレンズによる線像
８１ 光軸上光束を偏向するポリゴンミラー面
８２ 反光源手段側最軸外光束を偏向するポリゴンミラー面
８３ 光源手段側最軸外光束を偏向するポリゴンミラー面
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
１００ 走査光学装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器
Claims (7)
- 光源手段から出射された光束の状態を他の状態に変換する第１の光学素子と、該第１の光学素子から射出された光束を主走査方向に長手の線像に変換する第２の光学素子と、該第２の光学素子から射出された光束を偏向走査する回転多面鏡と、該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上にスポット状に結像させる走査光学素子と、を具備し、
主走査断面内において、該回転多面鏡に入射する光束は、該走査光学素子の光軸に対して斜入射しており、
副走査断面内で該回転多面鏡の偏向面と該被走査面とが略共役である走査光学装置において、
該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束のうち、前記走査光学素子の光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置が該被走査面より該回転多面鏡側に位置し、
且つ、該回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束のうち、前記走査光学素子の光軸に対して斜入射してくる回転多面鏡に入射する光束側の最軸外の光束の副走査断面内の波面収差が最も小さくなる位置が前記被走査面より前記反回転多面鏡側に位置していることを特徴とする走査光学装置。 - 前記走査光学素子の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
１≦｜βｓ｜≦３．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。 - 前記被走査面から前記光軸上の光束の副走査断面内の波面収差が
最も小さくなる位置までの距離をｄＳ０、前記光軸上の光束の偏向点から前記第２の光学素子の副走査断面内の結像位置までの距離をＨＳ０、前記走査光学素子の副走査断面内の横倍率をβｓとするとき、
ＨＳ０×βｓ2≦ｄＳ０＜０．１ＨＳ０×βｓ2
なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は２記載の走査光学装置。 - 前記光源手段は複数の発光点を有することを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
- 前記走査光学素子は単一の光学素子より成ることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の走査光学装置。
- 請求項１乃至５の何れか１項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記走査光学装置で走査された光束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を有することを特徴とする画像
形成装置。 - 請求項１乃至５の何れか１項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。
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