JP4489852B2 - 露光装置ならびに画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単色の高速レーザプリンタ、単色の高速デジタル複写機等に使用され、複数の光ビームを走査するマルチビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一色の画像データを複数の光ビームで並列に露光することで、露光速度すなわち画像形成速度を高速化する提案がある。この方法によれば、偏向装置の反射面の回転数を増大させる場合であっても、その回転数を、光ビームの本数分の１に低減できる。従って、モータのコストおよび画像周波数の低減が可能となる。
【０００３】
上述した露光装置は、複数の半導体レーザ素子、それぞれの半導体レーザ素子を放射された光ビームの断面ビーム径を所定の大きさおよび形状に絞り込む第１のレンズ群、第１のレンズ群により所定の大きさおよび形状に絞り込まれた複数の光ビームを、光ビームにより形成される画像を保持する記録媒体が搬送される方向（補助走査方向）と直交する方向（すなわち走査方向）に連続的に反射することで偏向すなわち走査する偏向装置、偏向装置により走査されたそれぞれの光ビームを記録媒体の所定の位置に偏向装置の回転量と偏向装置により走査された距離が比例するよう、等速度で結像させる第２のレンズ群などを有している。なお、第２のレンズ群としては、これまでのところ、少なくとも２枚のｆθレンズが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した露光装置においては、第２のレンズ群のレンズ枚数が２枚以上であることから、複数の光ビームを入射させる場合には、補助走査方向の各光ビームが各レンズを通過する位置を正確に維持する必要がある。このことから、レンズの形状および加工精度、およびレンズの組み付け精度として、高い精度が要求され、結果としてコストが増大する問題がある。
【０００５】
また、コストの問題を無視したとしても、現在実用化されている露光装置では、例えば、走査方向ビーム径のばらつきにより、中間調画像の画像濃度が不均一となったり、補助走査方向において、ジッタが生じて画質が劣化する問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、光ビーム相互間の結像位置のずれ、解像度の低下あるいはビーム径の変動等による画質の劣化の少ない複数のビームを走査する露光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記した問題点に基づきなされたもので、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数６】
ｘは光軸方向局部座標、ｙは前記第１の方向、ｚは、ｘ、ｙに直交する方向の座標、ａ ｍｎ は、ｍの奇数項で０でない係数を含む、
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ １ とする時、
０．３ ≦ Ｌ １ ／Ｌ ≦ ０．６５
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１１】
また、この発明は、複数の発光源と、この発光源からのそれぞれの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からのそれぞれの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向されたそれぞれの光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数７】
ｘは光軸方向局部座標、ｙは前記第１の方向、ｚは、ｘ、ｙに直交する方向の座標、ａ ｍｎ は、ｍの奇数項で０でない係数を含む、
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記それぞれの光が前記偏向器により偏向される角度をΦとする時、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１２】
またさらに、この発明は、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数８】
ｘは光軸方向局部座標、ｙは前記第１の方向、ｚは、ｘ、ｙに直交する方向の座標、ａ ｍｎ は、ｍの奇数項で０でない係数を含む、
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３とする時、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦０．２３
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１４】
またさらに、この発明は、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数９】
ｘは光軸方向局部座標、ｙは前記第１の方向、ｚは、ｘ、ｙに直交する方向の座標、ａ ｍｎ は、ｍの奇数項で０でない係数を含む、
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズと交わる近傍での前記レンズの前記第１の方向と垂直方向の第２の方向の近軸焦点距離をＦ、前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記光が前記偏向器により偏向される角度をΦ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、とするとき、
Ｆ／Ｌ≦０．２５、 ０．３５ ≦ Ｌ３／Ｌ ≦ ０．６５、
０．１５ ≦ Ｌ１×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７、
０．３ ≦ Ｌ１／Ｌ ≦ ０．６５、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦ ０．２３、および
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ３ ≦ ０．００９
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１７】
さらにまた、この発明は、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数１０】
ｘは光軸方向局部座標、ｙは前記第１の方向、ｚは、ｘ、ｙに直交する方向の座標、ａ ｍｎ は、ｍの奇数項で０でない係数を含む、
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズと交わる近傍での前記レンズの前記第１の方向と垂直方向の第２の方向の近軸焦点距離をＦ、前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記光が前記偏向器により偏向される角度をΦ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、とするとき、
Ｆ／Ｌ≦０．２５、
０．３５ ≦ Ｌ３／Ｌ ≦ ０．６５、
０．１５ ≦ Ｌ１×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７、
０．３ ≦ Ｌ１／Ｌ ≦ ０．６５、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦ ０．２３、および
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ３ ≦ ０．００９
が満足されることを特徴とする露光装置と、この露光装置により像担持体に形成された潜像を現像する現像装置と、この現像装置により現像された現像剤像を被転写材に転写する転写装置と、を有することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
【００１８】
【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詳細に説明する。
【００１９】
図１に示されるように、画像形成装置１００は、露光対象に向かって複数の光ビームを同時に出力する露光装置１と、この露光装置１から出力された光ビームに対応する画像を形成して記録用紙に出力する画像形成部５１を有している。
【００２０】
露光装置１は、図２に示されるように、所定の波長の光ビーム（レーザビーム）を放射する発光源としての半導体レーザ素子３、回転可能な反射面を有し、この反射面を所定の速度で回転することで、半導体レーザ素子３を放射されたレーザビームを、所定の位置に配置された像面Ｓすなわち画像形成部５１の後段に詳述する像担持体としての感光体ドラムの所定位置に向かって所定の線速度で偏向（走査）する偏向装置７を有している。なお、偏向装置７と半導体レーザ素子３との間には、レーザ素子３から出射されたレーザビームの断面ビーム形状を所定の大きさかつ所定の形状に整える偏向前光学系５が配置されている。また、偏向装置７と像面Ｓとの間には、偏向装置７の反射面の回転によって偏向されたレーザビームを、反射面の回転に応じて規定される反射角と像面上の距離が比例するよう、等速度で結像させる偏向後光学系９が配置されている。なお、以下、偏向装置７によりレーザビームが偏向される方向を主走査方向（後段に詳述する感光体ドラムの軸方向）、主走査方向と直交する方向（同感光体ドラムが回転される方向）を副走査方向と示す。
【００２１】
半導体レーザ素子３は、図３に示すように、第１のレーザビームＡを出射する第１の発光点３ａと第２のレーザビームＢを出射する第２の発光点３ｂが所定の間隔で同一の素子上に配列されたレーザ素子であって、組立時には、それぞれの発光点を放射されたレーザビームＡおよびＢが、副走査方向に所定の間隔となるよう、図示しないハウジングに固定される。
【００２２】
偏向前光学系５は、レーザ素子３の第１および第２の発光点３ａ，３ｂのそれぞれを出射されたレーザビームＡ，Ｂに所定の収束性を与える有限焦点レンズ１１、有限焦点レンズ１１の後ろ側焦点位置に配置され、有限焦点レンズ１１により所定の収束性が与えられたレーザビームＡおよびＢのそれぞれの断面ビーム形状を所定の形状に整える絞り１３、絞り１３を通過されたレーザビームＡ，Ｂのそれぞれに、副走査方向に対してのみ、さらに所定の収束性を与えるシリンダレンズ１５からなり、各発光点３ａ，３ｂを出射された第１および第２のレーザビームＡ，Ｂのそれぞれに所定の収束性および断面ビーム形状を与えて、偏向装置７の反射面（多面鏡７ａ）に案内する。なお、図２（ａ）に示されるように、それぞれのレーザビームＡ，Ｂは、主走査方向に関して、実質的に重なり合っている。また、副走査方向についても、半導体レーザ素子３を出射された時点では、２本であるが絞り１３を通過した付近から、実質的に１本のレーザビームとみなすことができる。
【００２３】
有限焦点レンズ１１は、例えば非球面ガラスレンズもしくは球面ガラスレンズのレーザ入射面および出射面の少なくとも一方の面に、例えばＵＶ（Ｕｒｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ＝紫外線）硬化型の図示しないプラスチックレンズを貼り合わせた（または図示しないプラスチックレンズを一体成形した）レンズが利用される。
【００２４】
絞り１３は、図３に示したように、有限焦点レンズ９の後ろ側焦点位置に位置される。これにより、２つの発光点３ａ，３ｂのそれぞれから出射された２本のレーザビームの光量の変動が最小に抑えられる。
【００２５】
シリンダレンズ１５は、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリル）等によって形成されたプラスチックシリンダレンズ１５ｐと例えばＬＡＨ７８等によって形成されたガラスシリンダレンズ１５ｇとが一体的に設けられたもので、両レンズの接合面側のレンズ面の曲率が実質的に同一に形成され、それぞれが、例えば接着によって貼り合わせられている。なお、シリンダレンズ１５は、有限レンズ１１を保持する図示しない保持部材と一体に形成された位置決め部により、有限焦点レンズ１１と正確な間隔で固定される。
【００２６】
また、プラスチックシリンダレンズ１５ｐの空気と接する面は、円筒面の一部に形成され、副走査方向にパワーが与えられている。なお、シリンダレンズ１５は、ガラスシリンダレンズ１５ｇとＰＭＭＡのシリンダレンズ１５ｐとが、図示しない位置決め部材に向けて、所定の方向から押圧されることで、一体に形成されてもよい。また、シリンダレンズ１５は、ガラスシリンダレンズ１５ｇの入射面に、プラスチックシリンダレンズ１５ｐを一体に成型することによっても提供可能である。
【００２７】
偏向装置７は、例えば６面の平面反射鏡（面）が正多角形状に配置された多面鏡７ａと、多面鏡７ａを主走査方向に沿って所定の速度で回転させるモータ７ｂとを有している。多面鏡７ａは、例えばアルミニウムにより形成される。また、多面鏡７ａの各反射面は、多面鏡７ａ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モータ７ｂの軸方向に平行な副走査方向に沿って切り出されたのち、切断面に、例えばＳｉＯ2 などの表面保護層兼高輝反射層が蒸着されることで提供される。
【００２８】
偏向後光学系９は、周知のｆθレンズに類似した形状および特性が与えられた１枚のみの結像レンズ２１と、レンズ２１を通過されて所定の結像特性が与えられたレーザビームＬＡ，ＬＢを以下に説明する画像形成部５１の感光体ドラムに向けて折り曲げる出射ミラー２３と、出射ミラー２３と感光体ドラムの間に位置され、露光装置１を気密にする防塵ガラス２５を含み、偏向装置７により所定の速度で偏向されたレーザビームＬＡ，ＬＢを、感光体ドラムの軸線方向に、等速度で結像させる。
【００２９】
偏向後光学系のレンズ面形状は、
【数１】
【００３０】
で表される形状を有している。
【００３１】
なお、（Ａ）式において、「ａｍｎ」のｍ項が奇数である場合は、主走査方向が非対称であることを表すもので、これにより、偏向装置７の多面鏡７ａの回転により生じる偏向点が移動することの影響を補正することができる。なお、最適化の結果、表１の実施例１に示すように、「ａｍｎ」のｍ項が全て「０」の際には、主走査方向のデフォーカス量、副走査方向のデフォーカス量、複数のレーザビームを用いる場合の副走査方向のレーザビームの位置のずれに関して、特性の劣化がみられる。また、副走査方向断面を円弧形状からずらす働きを持つ「ａｍｎ」のｎ項が「０」以外である場合には、副走査方向の集光状態が劣化し、レーザビームのビーム径を小さく絞ることができないが、“この項”を入れることにより、レーザビームの最小ビーム径を、従来の露光装置に比較して、小さなビーム径に絞ることができる。
【００３２】
また、結像レンズ２１のレンズ面の形状を（Ａ）式に示されるように回転対称軸を持たない形状に設定することで、複数のレーザビームの副走査方法の間隔を全ての走査領域において一定に保つという条件で、回転対称軸を持つトーリックレンズもしくは回転対称非球面レンズでは結像レンズを１枚にしようとした際に、波面収差を完全に除去できなかった従来の光学系に比較して、最小ビーム径を、５０μｍ程度まで絞ることができることが、シミュレーションにより確認されている。
【００３３】
再び、図１を参照すれば、画像形成部５１は、露光装置１の出射ミラー２３により折り曲げられ、防塵ガラス２５を通過されたレーザビームＬＡ，ＬＢが出射される位置に、円筒ドラム状で、矢印の方向に回転可能に形成され、画像に対応する静電潜像が形成される感光体ドラム５３を有している。
【００３４】
感光体ドラム５３の周囲には、感光体ドラム５３の表面に所定の電位を提供する帯電装置５５、感光体ドラム５３の表面に、露光装置１からのレーザビームＬＡ，ＬＢが照射されて形成された静電潜像にトナーを供給することで可視化する現像装置５７、記録媒体すなわち記録用紙Ｐを感光体ドラム５３との間に介在させた状態で感光体ドラム５３に対向され、図示しない搬送機構により搬送される用紙Ｐに感光体ドラム５３上のトナー像（トナー）を転写する転写装置５９、転写装置５９によりトナーが転写されたあとに感光体ドラム５３上に残った残存トナーを除去するクリーナ６１、および転写装置５９によりトナー像が転写されたあとの感光体ドラム５３上に残った残存電位を除去する除電装置６３が、感光体ドラム５３の回転方向に沿って順に配置されている。
【００３５】
感光体ドラム５３の下方には、画像形成部５１により形成された画像が転写されるための用紙Ｐを収容する用紙カセット６５が配置されている。なお、用紙Ｐは、用紙カセット６５の一端に設けられた断面形状が概ね半円状の送り出しローラ６７により最上部から１枚ずつ取り出され、レジストローラ６９により用紙Ｐの先端と感光体ドラム５３に形成される画像の先端とが整合されて、所定のタイミングで、転写装置５９と感光体ドラム５３との間の転写領域に、給送される。
【００３６】
また、トナー（トナー像）が転写された用紙Ｐは、搬送ベルト７１により定着装置７３に向けて搬送され、定着装置７１により、トナーが定着される。
【００３７】
次に、結像レンズ２１の光学（形状）特性と、図２に示した露光装置１内でのレンズ２１の位置関係について説明する。
【００３８】
図４ないし図１１に、
Ｌを、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点とそれぞれのレーザビームＬＡ，ＬＢが所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離、
Ｌ1 を、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点と所定像面の有効領域中心を通るレーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズ２１へ入射する点との間の距離、
Ｌ3 を、所定像面の有効領域中心を通るレーザビームが結像レンズ２１を出射する点と所定像面との間の距離、
Ｆを、所定像面の有効領域中心を通る光線が結像レンズ２１と交わる近傍でのレンズの副走査方向の近軸焦点距離、
Φを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間でレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向装置７の多面鏡７ａにより偏向される角度［ｒａｄ］、
Ｗを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間の距離、
と、それぞれ定義し、各パラメータを最適化した場合に得られる光学特性、すなわち、
偏向装置７の多面鏡７ａの各反射面が回転軸に対して非平行となる限度量すなわち面倒れが１分である場合のレーザビームＬＡ，ＬＢの副走査方向の結像位置のずれ量（１）、すなわち
Ｆ／Ｌ （Ｃ−１）、
副走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量（２）、すなわち
Ｌ3 ／Ｌ （Ｃ−２）、
主走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量（３）、すなわち
Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌ （Ｃ−３）、
各レーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズを通る際に、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示す主走査方向のレーザビームのばらつきの範囲（４）、すなわち
Ｌ1 ／Ｌ （Ｃ−４）、
各発光源から放射されるレーザビームＬＡ，ＬＢの波長が１００ｎｍ変動した場合のときの主走査方向の結像位置のずれ量（５）、すなわち
ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）／Φ （Ｃ−５）、
各レーザビームＬＡ，ＬＢに対する主走査方向のｆθ特性（６）、すなわち
Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 （Ｃ−６）、および
レンズ２１の透過率の偏差による影響（７）すなわち
φ×（Ｌ／Ｗ）Ｌ3 （Ｃ−７）
のそれぞれについてシミュレーションして得られた最適化データを示す。なお、図４ないし図１１は、実施例１ないし６２について、一連のデータを示すもので、全ての実施例について、図４に示した条件が適用されるものである。また、図４ないし図１１のそれぞれにおいては、偏向前光学系５の配置および近軸特性、同レンズ２１を用いた場合に、像面においてレーザビームＬＡ，ＬＢ相互の間隔を３ドットとすることのできる第１の発光点３ａおよび第２の発光点３ｂの副走査方向の距離も、同時に示している。
【００３９】
図１２ないし図１９は、図４ないし図１１に示した光学特性において、条件式（Ｃ−１）ないし（Ｃ−７）と対応するそれぞれの条件の相関の程度、すなわち各条件式の有意性を評価するためのグラフである。
【００４０】
図１２は、面倒れが１分である場合の各レーザビームの結像位置のずれ量と条件式（Ｃ−１）との関係を示すグラフであり、Ｆ／Ｌと同ずれ量との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同ずれ量を３μｍ以下にするためには、
Ｆ／Ｌ≦０．２５ （Ｂ−１）
を満足するようＦ／Ｌを設定する必要がある。
【００４１】
図１３は、副走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量と条件式（Ｃ−２）との関係を示すグラフであり、Ｌ3 ／Ｌと副走査方向のデフォーカス量との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同デフォーカス量を２ｍｍ以下にするためには、
０．３５ ≦ Ｌ3 ／Ｌ ≦ ０．６５ （Ｂ−２）
を満足するよう、Ｌ3 ／Ｌを設定することが必要である。
【００４２】
図１４は、主走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量と条件式（Ｃ−３）との関係を示すグラフであり、Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌと主走査方向のデフォーカス量との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、主走査方向デフォーカス量２ｍｍ以下にするためには、
０．１５ ≦ Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７ （Ｂ−３）
を満足するようＬ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌを設定することが必要である。
【００４３】
図１５は、結像レンズを通る全てのレーザビームが、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示す主走査方向のレーザビームのばらつきの範囲と条件式（Ｃ−４）との関係を示すグラフであり、Ｌ1 ／Ｌと同ばらつきとの間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同ばらつきの範囲を２０μｍ以下にするためには、
０．３ ≦ Ｌ1 ／Ｌ ≦ ０．６５ （Ｂ−４）
を満足するよう、Ｌ1 ／Ｌを設定する必要である。
【００４４】
図１６は、条件式（Ｃ−４）と副走査方向のレーザビーム相互の間隔の中心値を４２．３μｍとした際の走査範囲内全域での副走査方向の各レーザビーム相互の間隔の変動量を示すグラフである。図１６によれば、Ｌ1 ／Ｌは、副走査方向の各レーザビームの間隔の変動量に対しても図１５に示したばらつきに類似した相関を示す。なお、図１６に示したばらつきの範囲が２０μｍ以下となる場合、すなわち式（Ｂ−４）を満足する範囲では、同副走査方向のレーザビーム相互の間隔のずれは、３μｍ以下である。
【００４５】
図１７は、半導体レーザ素子３の発光源３ａ，３ｂのそれぞれから放射されるレーザビームＬＡ，ＬＢの波長が１００ｎｍ変動した場合のときの主走査方向の結像位置のずれ量と条件式（Ｃ−５）との関係を示すグラフであり、主走査方向位置ずれ量と、ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）／Φとの間に、強い相関が認められる。
【００４６】
ところで、半導体レーザ素子は、発光点（パッケージおよびマウントを含む）の温度が変化すると放射するレーザビームの発光波長が変動するとともにモードホッピング現象により、任意の温度において、例えば０．１°Ｃ程度の温度変化に対して発光波長が３ｎｍ程度変動することが知られている。このため、半導体レーザ素子の各発光点から放射されるレーザビームの発光波長のみならず、任意に用いられる半導体レーザ素子から放射される全ての波長を均一にすることは、困難である。従って、ある条件下で発光波長を一致できたとしても、温度条件を含む全ての条件においては、発光波長にばらつきが生じることになる。
【００４７】
なお、用紙Ｐ上でレーザビーム相互の副走査方向のずれを識別できない許容値は、１５μｍ以下であることから、発光波長の変動量を３ｎｍ程度に抑えることで、モードホッピングにより発光波長が変動しても、用紙Ｐ上で識別しにくくなることになる。このことから、図１７において、主走査方向の位置ずれ量を０．５ｍｍ以下にできる条件を、条件式（Ｃ−５）に当てはめると、一般的な半導体レーザで生じることのあるモードホッピングの大きさが３ｎｍとすると、主走査方向位置ずれ量は、図１７に示したずれ量の約３／１００であり、３ｎｍの波長変動が生じた場合であっても、用紙上でのずれ量を１５μｍ以下とするためには、１００ｎｍの波長変動（図１７の条件）において、０．５ｍｍ以下となるよう、範囲を特定すればよいことになる。
【００４８】
従って、
０．８ ≦ ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）Φ ≦ １．３ （Ｂ−５）
を満たすよう、（Ｗ／Ｌ）Φを設定すればよいことになる。
【００４９】
図１８は、ｆθ特性と条件式（Ｃ−６）との関係を示すグラフであり、ｆθ特性とＬ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同特性の変化量の最大値を０．４％程度に抑えるためには、
０．１７ ≦ Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 ≦ ０．２３ （Ｂ−６）
を満足するよう、Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 を設定する必要である。
【００５０】
図１９は、レンズ２１の透過率の偏差による影響と条件式（Ｃ−７）との関係を示すグラフであり、透過率の偏差（ばらつき）とφ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 との間には、強い相関があることが認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、透過率の偏差（ばらつき）を１０％以下とするためには、
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 ≦０．００９ （Ｂ−７）
とすることが好ましい。
【００５１】
なお、上述した図１２ないし図１９において、×印で示されているデータは、図４ないし図１１に示した実施例１ないし実施例６２のうちの実施例１すなわち（Ａ）式において、「a mn」のｍ項が全て「０」の場合を示しており、図１２〜図１９を用いて設定した上記最適化条件すなわち（Ｂ−１）ないし（Ｂ−７）を満足するよう図４に示した多くのパラメータを変更した例である実施例２ないし実施例２５に比較して、主走査方向のデフォーカス量、副走査方向のデフォーカス量、複数のレーザビームを用いる場合の副走査方向のレーザビームの位置のずれに関して、特性の劣化がみられる。
【００５２】
従って、結像レンズ２１のレンズ面の形状を（Ａ）式に示されるように回転対称軸を持たない形状に設定し、
Ｌを、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点とそれぞれのレーザビームＬＡ，ＬＢが所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離、
Ｌ1 を、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点と所定像面の有効領域中心を通るレーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズ２１へ入射する点との間の距離、
Ｌ3 を、所定像面の有効領域中心を通るレーザビームが結像レンズ２１を出射する点と所定像面との間の距離、
Ｆを、所定像面の有効領域中心を通る光線が結像レンズ２１と交わる近傍でのレンズの副走査方向の近軸焦点距離、
Φを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間でレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向装置７の多面鏡７ａにより偏向される角度［ｒａｄ］、
Ｗを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間の距離、
と、それぞれ定義し、
条件式（Ｃ−１）に基づいて、面倒れを１分とした時に各レーザビームが結像される位置のずれ量を３μｍ以下とするよう、Ｆ／Ｌの範囲を
Ｆ／Ｌ≦０．２５
に、
条件式（Ｃ−２）に基づいて、副走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下とするよう、Ｌ3 ／Ｌの範囲を
０．３５ ≦ Ｌ3 ／Ｌ ≦ ０．６５
に、
条件式（Ｃ−３）に基づいて、主走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下とするよう、Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌの範囲を
０．１５ ≦ Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７
に、
条件式（Ｃ−４）に基づいて、主走査方向において、各レーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズ２１を通る際に、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示すばらつきの範囲を２０μｍ以下とするよう、Ｌ1 ／Ｌの範囲を
０．３ ≦ Ｌ1 ／Ｌ ≦ ０．６５
に、
条件式（Ｃ−５）に基づいて、モードホッピングが３ｎｍである場合に用紙Ｐ上での主走査方向の結像位置のずれを１５μｍ以下とするよう、ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）Φの範囲を
０．８ ≦ ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）Φ ≦ １．３
に、
条件式（Ｃ−６）に基づいて、ｆθ特性の変化量の最大値を０．４％以下とするよう、Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 の範囲を
０．１７ ≦ Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 ≦ ０．２３
に、および
条件式（Ｃ−７）に基づいて、透過率の偏差（ばらつき）を１０％以下とするよう、φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 の範囲を
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 ≦ ０．００９
に、それぞれ設定することで、結像レンズ２１を１枚のみとし、最小ビーム径を、５０μｍ程度まで絞ることができる。
【００５３】
図２０ないし図３２は、（Ａ）式に示した「a mn 」のｍ項を全て「０」とせず、すなわちｍ項に奇数項を含ませた図４ないし図１１の実施例２ないし実施例２５のそれぞれの結像レンズ２１の入射面および出射面の形状を、数値データにより示したものである。
【００５４】
上述した、実施例２ないし実施例２５は、
面倒れを１分とした時の各レーザビームの結像位置のずれ量を３μｍ以下に、
副走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下に、
主走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下に、
レーザビームが結像レンズ２１を通る際の主走査方向の像面Ｓ上の通過位置のばらつきの範囲を２０μｍ以下に、
半導体レーザ素子に３ｎｍのモードホッピングが生じた場合でも用紙Ｐ上での主走査方向の結像位置のずれを１５μｍ以下に、
ｆθ特性の変化量の最大値を０．４％以下に、かつ
透過率の偏差（ばらつき）を１０％以下に
設定可能な１枚のみの結像レンズ２１を提供できる。なお、図４ないし図１１に示した実施例２６ないし実施例６２のレンズ面の形状に関する詳細な説明は省略する。
【００５５】
図３３は、図２に示した露光装置１において、偏向前光学系５の光源３を複数の半導体レーザ素子１０３ａおよび１０３ｂにより構成した例を示す概略図である。なお、この場合、有限焦点レンズ１１１ａ，１１１ｂと、両レンズにより所定の収束性が与えられた第１および第２のレーザビームＬＡ，ＬＢを合成するハーフミラー１１７により、図２に示したと同様の露光装置を提供可能である。
【００５６】
図３３に示す例では、半導体レーザ素子１０３ａ，１０３ｂに、汎用のコストの低いレーザ素子を使用可能であり、しかも一方のレーザ素子の発光が停止した場合もしくはモードホッピングの程度が大きな場合等において、該当するレーザ素子のみを交換可能とすることから、露光装置全体のコストを低減できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の露光装置によれば、１枚の結像レンズのみにより、偏向装置で所定の速度で偏向された複数のレーザビームを、感光体ドラムの軸線方向に等速度で結像させることができる。
【００５８】
また、結像レンズは、
【数２】
【００５９】
で表される光入射面および光出射面を除いた任意の一面が、前記光入射面および前記光出射面のそれぞれと交わる交線が非対称となる対称面に形成された回転対称軸を持たないレンズであって、１枚のみであるにも拘わらず、主走査方向のデフォーカス量、副走査方向のデフォーカス量、複数のレーザビームを用いる場合の副走査方向のレーザビームの位置のずれのそれぞれを所定の範囲内に設定し、しかも、像面における最小ビーム径を５０μｍ程度に収束できる。
【００６０】
従って、低いコストで、高速、小型で、画質の高い露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態である露光装置が組み込まれる画像形成装置を示す概略図。
【図２】図１に示した画像形成装置に組み込まれる露光装置の光学部材の配置の一例を示す概略図。
【図３】図２に示した露光装置に組み込まれる半導体レーザ素子（光源）を示す概略図。
【図４】図２に示した結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図５】図４に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図６】図５に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図７】図６に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図８】図７に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図９】図８に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図１０】図９に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図１１】図１０に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図１２】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、偏向装置７の多面鏡７ａの各反射面が回転軸に対して非平行となる限度量すなわち面倒れが１分である場合のレーザビームＬＡ，ＬＢの副走査方向の結像位置のずれ量とその最適化条件（Ｃ−１）との関係を示すグラフ。
【図１３】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、副走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量とその最適化条件（Ｃ−２）との関係を示すグラフ。
【図１４】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、主走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量とその最適化条件（Ｃ−３）との関係を示すグラフ。
【図１５】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、各レーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズを通る際に、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示す主走査方向のレーザビームのばらつきの範囲とその最適化条件（Ｃ−４）との関係を示すグラフ。
【図１６】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、図１５から得られた最適化条件に対応する副走査方向のレーザビーム相互の間隔の変動量を、中心値を４２．３μｍとして走査範囲内全域について求めたグラフ。
【図１７】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、各発光源から放射されるレーザビームＬＡ，ＬＢの波長が１００ｎｍ変動した場合のときの主走査方向の結像位置のずれ量とその最適化条件（Ｃ−５）との関係を示すグラフ。
【図１８】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、各レーザビームＬＡ，ＬＢに対する主走査方向のｆθ特性とその最適化条件（Ｃ−６）との関係を示すグラフ。
【図１９】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、レンズ２１の透過率の偏差による影響とその最適化条件（Ｃ−７）との関係を示すグラフ。
【図２０】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２および実施例３に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２１】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例４および実施例５に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２２】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例６および実施例７に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２３】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例８および実施例９に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２４】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１０および実施例１１に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２５】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１２および実施例１３に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２６】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１４および実施例１５に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２７】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１６および実施例１７に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２８】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１８および実施例１９に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２９】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２０および実施例２１に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３０】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２２および実施例２３に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３１】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２４および実施例２５に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３２】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２６に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３３】図２に示した露光装置の別の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
１ ・・・マルチビーム露光装置、
３ ・・・光源、
３ａ・・・第１の発光点、
３ｂ・・・第２の発光点、
５ ・・・偏向前光学系、
７ ・・・偏向装置、
７ａ・・・多面鏡、
９ ・・・偏向後光学系、
１１ ・・・有限焦点レンズ、
１３ ・・・絞り、
１５ ・・・シリンダレンズ、
１５ｇ・・・ガラスシリンダレンズ、
１５ｐ・・・プラスチックシリンダレンズ、
２１ ・・・結像レンズ、
２３ ・・・ミラー、
２５ ・・・防塵ガラス、
５１ ・・・画像形成部、
１００ ・・・画像形成装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、単色の高速レーザプリンタ、単色の高速デジタル複写機等に使用され、複数の光ビームを走査するマルチビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一色の画像データを複数の光ビームで並列に露光することで、露光速度すなわち画像形成速度を高速化する提案がある。この方法によれば、偏向装置の反射面の回転数を増大させる場合であっても、その回転数を、光ビームの本数分の１に低減できる。従って、モータのコストおよび画像周波数の低減が可能となる。
【０００３】
上述した露光装置は、複数の半導体レーザ素子、それぞれの半導体レーザ素子を放射された光ビームの断面ビーム径を所定の大きさおよび形状に絞り込む第１のレンズ群、第１のレンズ群により所定の大きさおよび形状に絞り込まれた複数の光ビームを、光ビームにより形成される画像を保持する記録媒体が搬送される方向（補助走査方向）と直交する方向（すなわち走査方向）に連続的に反射することで偏向すなわち走査する偏向装置、偏向装置により走査されたそれぞれの光ビームを記録媒体の所定の位置に偏向装置の回転量と偏向装置により走査された距離が比例するよう、等速度で結像させる第２のレンズ群などを有している。なお、第２のレンズ群としては、これまでのところ、少なくとも２枚のｆθレンズが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した露光装置においては、第２のレンズ群のレンズ枚数が２枚以上であることから、複数の光ビームを入射させる場合には、補助走査方向の各光ビームが各レンズを通過する位置を正確に維持する必要がある。このことから、レンズの形状および加工精度、およびレンズの組み付け精度として、高い精度が要求され、結果としてコストが増大する問題がある。
【０００５】
また、コストの問題を無視したとしても、現在実用化されている露光装置では、例えば、走査方向ビーム径のばらつきにより、中間調画像の画像濃度が不均一となったり、補助走査方向において、ジッタが生じて画質が劣化する問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、光ビーム相互間の結像位置のずれ、解像度の低下あるいはビーム径の変動等による画質の劣化の少ない複数のビームを走査する露光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記した問題点に基づきなされたもので、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数６】
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ １ とする時、
０．３ ≦ Ｌ １ ／Ｌ ≦ ０．６５
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１１】
また、この発明は、複数の発光源と、この発光源からのそれぞれの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からのそれぞれの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向されたそれぞれの光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数７】
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記それぞれの光が前記偏向器により偏向される角度をΦとする時、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１２】
またさらに、この発明は、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数８】
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３とする時、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦０．２３
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１４】
またさらに、この発明は、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数９】
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズと交わる近傍での前記レンズの前記第１の方向と垂直方向の第２の方向の近軸焦点距離をＦ、前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記光が前記偏向器により偏向される角度をΦ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、とするとき、
Ｆ／Ｌ≦０．２５、 ０．３５ ≦ Ｌ３／Ｌ ≦ ０．６５、
０．１５ ≦ Ｌ１×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７、
０．３ ≦ Ｌ１／Ｌ ≦ ０．６５、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦ ０．２３、および
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ３ ≦ ０．００９
が満足されることを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１７】
さらにまた、この発明は、発光源と、この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、を有する露光装置において、前記レンズのレンズ面は、
【数１０】
により表され、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズと交わる近傍での前記レンズの前記第１の方向と垂直方向の第２の方向の近軸焦点距離をＦ、前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３、前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記光が前記偏向器により偏向される角度をΦ、前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、とするとき、
Ｆ／Ｌ≦０．２５、
０．３５ ≦ Ｌ３／Ｌ ≦ ０．６５、
０．１５ ≦ Ｌ１×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７、
０．３ ≦ Ｌ１／Ｌ ≦ ０．６５、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦ ０．２３、および
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ３ ≦ ０．００９
が満足されることを特徴とする露光装置と、この露光装置により像担持体に形成された潜像を現像する現像装置と、この現像装置により現像された現像剤像を被転写材に転写する転写装置と、を有することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
【００１８】
【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詳細に説明する。
【００１９】
図１に示されるように、画像形成装置１００は、露光対象に向かって複数の光ビームを同時に出力する露光装置１と、この露光装置１から出力された光ビームに対応する画像を形成して記録用紙に出力する画像形成部５１を有している。
【００２０】
露光装置１は、図２に示されるように、所定の波長の光ビーム（レーザビーム）を放射する発光源としての半導体レーザ素子３、回転可能な反射面を有し、この反射面を所定の速度で回転することで、半導体レーザ素子３を放射されたレーザビームを、所定の位置に配置された像面Ｓすなわち画像形成部５１の後段に詳述する像担持体としての感光体ドラムの所定位置に向かって所定の線速度で偏向（走査）する偏向装置７を有している。なお、偏向装置７と半導体レーザ素子３との間には、レーザ素子３から出射されたレーザビームの断面ビーム形状を所定の大きさかつ所定の形状に整える偏向前光学系５が配置されている。また、偏向装置７と像面Ｓとの間には、偏向装置７の反射面の回転によって偏向されたレーザビームを、反射面の回転に応じて規定される反射角と像面上の距離が比例するよう、等速度で結像させる偏向後光学系９が配置されている。なお、以下、偏向装置７によりレーザビームが偏向される方向を主走査方向（後段に詳述する感光体ドラムの軸方向）、主走査方向と直交する方向（同感光体ドラムが回転される方向）を副走査方向と示す。
【００２１】
半導体レーザ素子３は、図３に示すように、第１のレーザビームＡを出射する第１の発光点３ａと第２のレーザビームＢを出射する第２の発光点３ｂが所定の間隔で同一の素子上に配列されたレーザ素子であって、組立時には、それぞれの発光点を放射されたレーザビームＡおよびＢが、副走査方向に所定の間隔となるよう、図示しないハウジングに固定される。
【００２２】
偏向前光学系５は、レーザ素子３の第１および第２の発光点３ａ，３ｂのそれぞれを出射されたレーザビームＡ，Ｂに所定の収束性を与える有限焦点レンズ１１、有限焦点レンズ１１の後ろ側焦点位置に配置され、有限焦点レンズ１１により所定の収束性が与えられたレーザビームＡおよびＢのそれぞれの断面ビーム形状を所定の形状に整える絞り１３、絞り１３を通過されたレーザビームＡ，Ｂのそれぞれに、副走査方向に対してのみ、さらに所定の収束性を与えるシリンダレンズ１５からなり、各発光点３ａ，３ｂを出射された第１および第２のレーザビームＡ，Ｂのそれぞれに所定の収束性および断面ビーム形状を与えて、偏向装置７の反射面（多面鏡７ａ）に案内する。なお、図２（ａ）に示されるように、それぞれのレーザビームＡ，Ｂは、主走査方向に関して、実質的に重なり合っている。また、副走査方向についても、半導体レーザ素子３を出射された時点では、２本であるが絞り１３を通過した付近から、実質的に１本のレーザビームとみなすことができる。
【００２３】
有限焦点レンズ１１は、例えば非球面ガラスレンズもしくは球面ガラスレンズのレーザ入射面および出射面の少なくとも一方の面に、例えばＵＶ（Ｕｒｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ＝紫外線）硬化型の図示しないプラスチックレンズを貼り合わせた（または図示しないプラスチックレンズを一体成形した）レンズが利用される。
【００２４】
絞り１３は、図３に示したように、有限焦点レンズ９の後ろ側焦点位置に位置される。これにより、２つの発光点３ａ，３ｂのそれぞれから出射された２本のレーザビームの光量の変動が最小に抑えられる。
【００２５】
シリンダレンズ１５は、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリル）等によって形成されたプラスチックシリンダレンズ１５ｐと例えばＬＡＨ７８等によって形成されたガラスシリンダレンズ１５ｇとが一体的に設けられたもので、両レンズの接合面側のレンズ面の曲率が実質的に同一に形成され、それぞれが、例えば接着によって貼り合わせられている。なお、シリンダレンズ１５は、有限レンズ１１を保持する図示しない保持部材と一体に形成された位置決め部により、有限焦点レンズ１１と正確な間隔で固定される。
【００２６】
また、プラスチックシリンダレンズ１５ｐの空気と接する面は、円筒面の一部に形成され、副走査方向にパワーが与えられている。なお、シリンダレンズ１５は、ガラスシリンダレンズ１５ｇとＰＭＭＡのシリンダレンズ１５ｐとが、図示しない位置決め部材に向けて、所定の方向から押圧されることで、一体に形成されてもよい。また、シリンダレンズ１５は、ガラスシリンダレンズ１５ｇの入射面に、プラスチックシリンダレンズ１５ｐを一体に成型することによっても提供可能である。
【００２７】
偏向装置７は、例えば６面の平面反射鏡（面）が正多角形状に配置された多面鏡７ａと、多面鏡７ａを主走査方向に沿って所定の速度で回転させるモータ７ｂとを有している。多面鏡７ａは、例えばアルミニウムにより形成される。また、多面鏡７ａの各反射面は、多面鏡７ａ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モータ７ｂの軸方向に平行な副走査方向に沿って切り出されたのち、切断面に、例えばＳｉＯ2 などの表面保護層兼高輝反射層が蒸着されることで提供される。
【００２８】
偏向後光学系９は、周知のｆθレンズに類似した形状および特性が与えられた１枚のみの結像レンズ２１と、レンズ２１を通過されて所定の結像特性が与えられたレーザビームＬＡ，ＬＢを以下に説明する画像形成部５１の感光体ドラムに向けて折り曲げる出射ミラー２３と、出射ミラー２３と感光体ドラムの間に位置され、露光装置１を気密にする防塵ガラス２５を含み、偏向装置７により所定の速度で偏向されたレーザビームＬＡ，ＬＢを、感光体ドラムの軸線方向に、等速度で結像させる。
【００２９】
偏向後光学系のレンズ面形状は、
【数１】
で表される形状を有している。
【００３１】
なお、（Ａ）式において、「ａｍｎ」のｍ項が奇数である場合は、主走査方向が非対称であることを表すもので、これにより、偏向装置７の多面鏡７ａの回転により生じる偏向点が移動することの影響を補正することができる。なお、最適化の結果、表１の実施例１に示すように、「ａｍｎ」のｍ項が全て「０」の際には、主走査方向のデフォーカス量、副走査方向のデフォーカス量、複数のレーザビームを用いる場合の副走査方向のレーザビームの位置のずれに関して、特性の劣化がみられる。また、副走査方向断面を円弧形状からずらす働きを持つ「ａｍｎ」のｎ項が「０」以外である場合には、副走査方向の集光状態が劣化し、レーザビームのビーム径を小さく絞ることができないが、“この項”を入れることにより、レーザビームの最小ビーム径を、従来の露光装置に比較して、小さなビーム径に絞ることができる。
【００３２】
また、結像レンズ２１のレンズ面の形状を（Ａ）式に示されるように回転対称軸を持たない形状に設定することで、複数のレーザビームの副走査方法の間隔を全ての走査領域において一定に保つという条件で、回転対称軸を持つトーリックレンズもしくは回転対称非球面レンズでは結像レンズを１枚にしようとした際に、波面収差を完全に除去できなかった従来の光学系に比較して、最小ビーム径を、５０μｍ程度まで絞ることができることが、シミュレーションにより確認されている。
【００３３】
再び、図１を参照すれば、画像形成部５１は、露光装置１の出射ミラー２３により折り曲げられ、防塵ガラス２５を通過されたレーザビームＬＡ，ＬＢが出射される位置に、円筒ドラム状で、矢印の方向に回転可能に形成され、画像に対応する静電潜像が形成される感光体ドラム５３を有している。
【００３４】
感光体ドラム５３の周囲には、感光体ドラム５３の表面に所定の電位を提供する帯電装置５５、感光体ドラム５３の表面に、露光装置１からのレーザビームＬＡ，ＬＢが照射されて形成された静電潜像にトナーを供給することで可視化する現像装置５７、記録媒体すなわち記録用紙Ｐを感光体ドラム５３との間に介在させた状態で感光体ドラム５３に対向され、図示しない搬送機構により搬送される用紙Ｐに感光体ドラム５３上のトナー像（トナー）を転写する転写装置５９、転写装置５９によりトナーが転写されたあとに感光体ドラム５３上に残った残存トナーを除去するクリーナ６１、および転写装置５９によりトナー像が転写されたあとの感光体ドラム５３上に残った残存電位を除去する除電装置６３が、感光体ドラム５３の回転方向に沿って順に配置されている。
【００３５】
感光体ドラム５３の下方には、画像形成部５１により形成された画像が転写されるための用紙Ｐを収容する用紙カセット６５が配置されている。なお、用紙Ｐは、用紙カセット６５の一端に設けられた断面形状が概ね半円状の送り出しローラ６７により最上部から１枚ずつ取り出され、レジストローラ６９により用紙Ｐの先端と感光体ドラム５３に形成される画像の先端とが整合されて、所定のタイミングで、転写装置５９と感光体ドラム５３との間の転写領域に、給送される。
【００３６】
また、トナー（トナー像）が転写された用紙Ｐは、搬送ベルト７１により定着装置７３に向けて搬送され、定着装置７１により、トナーが定着される。
【００３７】
次に、結像レンズ２１の光学（形状）特性と、図２に示した露光装置１内でのレンズ２１の位置関係について説明する。
【００３８】
図４ないし図１１に、
Ｌを、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点とそれぞれのレーザビームＬＡ，ＬＢが所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離、
Ｌ1 を、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点と所定像面の有効領域中心を通るレーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズ２１へ入射する点との間の距離、
Ｌ3 を、所定像面の有効領域中心を通るレーザビームが結像レンズ２１を出射する点と所定像面との間の距離、
Ｆを、所定像面の有効領域中心を通る光線が結像レンズ２１と交わる近傍でのレンズの副走査方向の近軸焦点距離、
Φを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間でレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向装置７の多面鏡７ａにより偏向される角度［ｒａｄ］、
Ｗを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間の距離、
と、それぞれ定義し、各パラメータを最適化した場合に得られる光学特性、すなわち、
偏向装置７の多面鏡７ａの各反射面が回転軸に対して非平行となる限度量すなわち面倒れが１分である場合のレーザビームＬＡ，ＬＢの副走査方向の結像位置のずれ量（１）、すなわち
Ｆ／Ｌ （Ｃ−１）、
副走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量（２）、すなわち
Ｌ3 ／Ｌ （Ｃ−２）、
主走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量（３）、すなわち
Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌ （Ｃ−３）、
各レーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズを通る際に、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示す主走査方向のレーザビームのばらつきの範囲（４）、すなわち
Ｌ1 ／Ｌ （Ｃ−４）、
各発光源から放射されるレーザビームＬＡ，ＬＢの波長が１００ｎｍ変動した場合のときの主走査方向の結像位置のずれ量（５）、すなわち
ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）／Φ （Ｃ−５）、
各レーザビームＬＡ，ＬＢに対する主走査方向のｆθ特性（６）、すなわち
Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 （Ｃ−６）、および
レンズ２１の透過率の偏差による影響（７）すなわち
φ×（Ｌ／Ｗ）Ｌ3 （Ｃ−７）
のそれぞれについてシミュレーションして得られた最適化データを示す。なお、図４ないし図１１は、実施例１ないし６２について、一連のデータを示すもので、全ての実施例について、図４に示した条件が適用されるものである。また、図４ないし図１１のそれぞれにおいては、偏向前光学系５の配置および近軸特性、同レンズ２１を用いた場合に、像面においてレーザビームＬＡ，ＬＢ相互の間隔を３ドットとすることのできる第１の発光点３ａおよび第２の発光点３ｂの副走査方向の距離も、同時に示している。
【００３９】
図１２ないし図１９は、図４ないし図１１に示した光学特性において、条件式（Ｃ−１）ないし（Ｃ−７）と対応するそれぞれの条件の相関の程度、すなわち各条件式の有意性を評価するためのグラフである。
【００４０】
図１２は、面倒れが１分である場合の各レーザビームの結像位置のずれ量と条件式（Ｃ−１）との関係を示すグラフであり、Ｆ／Ｌと同ずれ量との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同ずれ量を３μｍ以下にするためには、
Ｆ／Ｌ≦０．２５ （Ｂ−１）
を満足するようＦ／Ｌを設定する必要がある。
【００４１】
図１３は、副走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量と条件式（Ｃ−２）との関係を示すグラフであり、Ｌ3 ／Ｌと副走査方向のデフォーカス量との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同デフォーカス量を２ｍｍ以下にするためには、
０．３５ ≦ Ｌ3 ／Ｌ ≦ ０．６５ （Ｂ−２）
を満足するよう、Ｌ3 ／Ｌを設定することが必要である。
【００４２】
図１４は、主走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量と条件式（Ｃ−３）との関係を示すグラフであり、Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌと主走査方向のデフォーカス量との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、主走査方向デフォーカス量２ｍｍ以下にするためには、
０．１５ ≦ Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７ （Ｂ−３）
を満足するようＬ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌを設定することが必要である。
【００４３】
図１５は、結像レンズを通る全てのレーザビームが、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示す主走査方向のレーザビームのばらつきの範囲と条件式（Ｃ−４）との関係を示すグラフであり、Ｌ1 ／Ｌと同ばらつきとの間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同ばらつきの範囲を２０μｍ以下にするためには、
０．３ ≦ Ｌ1 ／Ｌ ≦ ０．６５ （Ｂ−４）
を満足するよう、Ｌ1 ／Ｌを設定する必要である。
【００４４】
図１６は、条件式（Ｃ−４）と副走査方向のレーザビーム相互の間隔の中心値を４２．３μｍとした際の走査範囲内全域での副走査方向の各レーザビーム相互の間隔の変動量を示すグラフである。図１６によれば、Ｌ1 ／Ｌは、副走査方向の各レーザビームの間隔の変動量に対しても図１５に示したばらつきに類似した相関を示す。なお、図１６に示したばらつきの範囲が２０μｍ以下となる場合、すなわち式（Ｂ−４）を満足する範囲では、同副走査方向のレーザビーム相互の間隔のずれは、３μｍ以下である。
【００４５】
図１７は、半導体レーザ素子３の発光源３ａ，３ｂのそれぞれから放射されるレーザビームＬＡ，ＬＢの波長が１００ｎｍ変動した場合のときの主走査方向の結像位置のずれ量と条件式（Ｃ−５）との関係を示すグラフであり、主走査方向位置ずれ量と、ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）／Φとの間に、強い相関が認められる。
【００４６】
ところで、半導体レーザ素子は、発光点（パッケージおよびマウントを含む）の温度が変化すると放射するレーザビームの発光波長が変動するとともにモードホッピング現象により、任意の温度において、例えば０．１°Ｃ程度の温度変化に対して発光波長が３ｎｍ程度変動することが知られている。このため、半導体レーザ素子の各発光点から放射されるレーザビームの発光波長のみならず、任意に用いられる半導体レーザ素子から放射される全ての波長を均一にすることは、困難である。従って、ある条件下で発光波長を一致できたとしても、温度条件を含む全ての条件においては、発光波長にばらつきが生じることになる。
【００４７】
なお、用紙Ｐ上でレーザビーム相互の副走査方向のずれを識別できない許容値は、１５μｍ以下であることから、発光波長の変動量を３ｎｍ程度に抑えることで、モードホッピングにより発光波長が変動しても、用紙Ｐ上で識別しにくくなることになる。このことから、図１７において、主走査方向の位置ずれ量を０．５ｍｍ以下にできる条件を、条件式（Ｃ−５）に当てはめると、一般的な半導体レーザで生じることのあるモードホッピングの大きさが３ｎｍとすると、主走査方向位置ずれ量は、図１７に示したずれ量の約３／１００であり、３ｎｍの波長変動が生じた場合であっても、用紙上でのずれ量を１５μｍ以下とするためには、１００ｎｍの波長変動（図１７の条件）において、０．５ｍｍ以下となるよう、範囲を特定すればよいことになる。
【００４８】
従って、
０．８ ≦ ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）Φ ≦ １．３ （Ｂ−５）
を満たすよう、（Ｗ／Ｌ）Φを設定すればよいことになる。
【００４９】
図１８は、ｆθ特性と条件式（Ｃ−６）との関係を示すグラフであり、ｆθ特性とＬ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 との間には、強い相関が認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、同特性の変化量の最大値を０．４％程度に抑えるためには、
０．１７ ≦ Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 ≦ ０．２３ （Ｂ−６）
を満足するよう、Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 を設定する必要である。
【００５０】
図１９は、レンズ２１の透過率の偏差による影響と条件式（Ｃ−７）との関係を示すグラフであり、透過率の偏差（ばらつき）とφ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 との間には、強い相関があることが認められる。なお、実際の製造面の結像レンズ２１、図示しないハウジングおよび半導体レーザ素子３等の個体誤差等を考慮して、透過率の偏差（ばらつき）を１０％以下とするためには、
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 ≦０．００９ （Ｂ−７）
とすることが好ましい。
【００５１】
なお、上述した図１２ないし図１９において、×印で示されているデータは、図４ないし図１１に示した実施例１ないし実施例６２のうちの実施例１すなわち（Ａ）式において、「a mn」のｍ項が全て「０」の場合を示しており、図１２〜図１９を用いて設定した上記最適化条件すなわち（Ｂ−１）ないし（Ｂ−７）を満足するよう図４に示した多くのパラメータを変更した例である実施例２ないし実施例２５に比較して、主走査方向のデフォーカス量、副走査方向のデフォーカス量、複数のレーザビームを用いる場合の副走査方向のレーザビームの位置のずれに関して、特性の劣化がみられる。
【００５２】
従って、結像レンズ２１のレンズ面の形状を（Ａ）式に示されるように回転対称軸を持たない形状に設定し、
Ｌを、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点とそれぞれのレーザビームＬＡ，ＬＢが所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離、
Ｌ1 を、偏向装置７の多面鏡７ａによりレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向される偏向点と所定像面の有効領域中心を通るレーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズ２１へ入射する点との間の距離、
Ｌ3 を、所定像面の有効領域中心を通るレーザビームが結像レンズ２１を出射する点と所定像面との間の距離、
Ｆを、所定像面の有効領域中心を通る光線が結像レンズ２１と交わる近傍でのレンズの副走査方向の近軸焦点距離、
Φを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間でレーザビームＬＡ，ＬＢが偏向装置７の多面鏡７ａにより偏向される角度［ｒａｄ］、
Ｗを、所定像面の有効領域の中心と有効領域の端部との間の距離、
と、それぞれ定義し、
条件式（Ｃ−１）に基づいて、面倒れを１分とした時に各レーザビームが結像される位置のずれ量を３μｍ以下とするよう、Ｆ／Ｌの範囲を
Ｆ／Ｌ≦０．２５
に、
条件式（Ｃ−２）に基づいて、副走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下とするよう、Ｌ3 ／Ｌの範囲を
０．３５ ≦ Ｌ3 ／Ｌ ≦ ０．６５
に、
条件式（Ｃ−３）に基づいて、主走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下とするよう、Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌの範囲を
０．１５ ≦ Ｌ1 ×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７
に、
条件式（Ｃ−４）に基づいて、主走査方向において、各レーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズ２１を通る際に、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示すばらつきの範囲を２０μｍ以下とするよう、Ｌ1 ／Ｌの範囲を
０．３ ≦ Ｌ1 ／Ｌ ≦ ０．６５
に、
条件式（Ｃ−５）に基づいて、モードホッピングが３ｎｍである場合に用紙Ｐ上での主走査方向の結像位置のずれを１５μｍ以下とするよう、ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）Φの範囲を
０．８ ≦ ｔａｎ-1（Ｗ／Ｌ）Φ ≦ １．３
に、
条件式（Ｃ−６）に基づいて、ｆθ特性の変化量の最大値を０．４％以下とするよう、Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 の範囲を
０．１７ ≦ Ｌ1 ×Ｌ3 ／Ｌ2 ≦ ０．２３
に、および
条件式（Ｃ−７）に基づいて、透過率の偏差（ばらつき）を１０％以下とするよう、φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 の範囲を
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ3 ≦ ０．００９
に、それぞれ設定することで、結像レンズ２１を１枚のみとし、最小ビーム径を、５０μｍ程度まで絞ることができる。
【００５３】
図２０ないし図３２は、（Ａ）式に示した「a mn 」のｍ項を全て「０」とせず、すなわちｍ項に奇数項を含ませた図４ないし図１１の実施例２ないし実施例２５のそれぞれの結像レンズ２１の入射面および出射面の形状を、数値データにより示したものである。
【００５４】
上述した、実施例２ないし実施例２５は、
面倒れを１分とした時の各レーザビームの結像位置のずれ量を３μｍ以下に、
副走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下に、
主走査方向のデフォーカス量を２ｍｍ以下に、
レーザビームが結像レンズ２１を通る際の主走査方向の像面Ｓ上の通過位置のばらつきの範囲を２０μｍ以下に、
半導体レーザ素子に３ｎｍのモードホッピングが生じた場合でも用紙Ｐ上での主走査方向の結像位置のずれを１５μｍ以下に、
ｆθ特性の変化量の最大値を０．４％以下に、かつ
透過率の偏差（ばらつき）を１０％以下に
設定可能な１枚のみの結像レンズ２１を提供できる。なお、図４ないし図１１に示した実施例２６ないし実施例６２のレンズ面の形状に関する詳細な説明は省略する。
【００５５】
図３３は、図２に示した露光装置１において、偏向前光学系５の光源３を複数の半導体レーザ素子１０３ａおよび１０３ｂにより構成した例を示す概略図である。なお、この場合、有限焦点レンズ１１１ａ，１１１ｂと、両レンズにより所定の収束性が与えられた第１および第２のレーザビームＬＡ，ＬＢを合成するハーフミラー１１７により、図２に示したと同様の露光装置を提供可能である。
【００５６】
図３３に示す例では、半導体レーザ素子１０３ａ，１０３ｂに、汎用のコストの低いレーザ素子を使用可能であり、しかも一方のレーザ素子の発光が停止した場合もしくはモードホッピングの程度が大きな場合等において、該当するレーザ素子のみを交換可能とすることから、露光装置全体のコストを低減できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の露光装置によれば、１枚の結像レンズのみにより、偏向装置で所定の速度で偏向された複数のレーザビームを、感光体ドラムの軸線方向に等速度で結像させることができる。
【００５８】
また、結像レンズは、
【数２】
で表される光入射面および光出射面を除いた任意の一面が、前記光入射面および前記光出射面のそれぞれと交わる交線が非対称となる対称面に形成された回転対称軸を持たないレンズであって、１枚のみであるにも拘わらず、主走査方向のデフォーカス量、副走査方向のデフォーカス量、複数のレーザビームを用いる場合の副走査方向のレーザビームの位置のずれのそれぞれを所定の範囲内に設定し、しかも、像面における最小ビーム径を５０μｍ程度に収束できる。
【００６０】
従って、低いコストで、高速、小型で、画質の高い露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態である露光装置が組み込まれる画像形成装置を示す概略図。
【図２】図１に示した画像形成装置に組み込まれる露光装置の光学部材の配置の一例を示す概略図。
【図３】図２に示した露光装置に組み込まれる半導体レーザ素子（光源）を示す概略図。
【図４】図２に示した結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図５】図４に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図６】図５に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図７】図６に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図８】図７に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図９】図８に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図１０】図９に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図１１】図１０に示したデータテーブルに引き続く図２の結像レンズ２１の実施の形態を示すデータテーブル。
【図１２】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、偏向装置７の多面鏡７ａの各反射面が回転軸に対して非平行となる限度量すなわち面倒れが１分である場合のレーザビームＬＡ，ＬＢの副走査方向の結像位置のずれ量とその最適化条件（Ｃ−１）との関係を示すグラフ。
【図１３】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、副走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量とその最適化条件（Ｃ−２）との関係を示すグラフ。
【図１４】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、主走査方向のデフォーカス（各レーザビームＬＡ，ＬＢが最小ビーム径となる位置と像面Ｓとのずれ）量とその最適化条件（Ｃ−３）との関係を示すグラフ。
【図１５】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、各レーザビームＬＡ，ＬＢが結像レンズを通る際に、像面Ｓ上で最大どれだけ離れるかを示す主走査方向のレーザビームのばらつきの範囲とその最適化条件（Ｃ−４）との関係を示すグラフ。
【図１６】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、図１５から得られた最適化条件に対応する副走査方向のレーザビーム相互の間隔の変動量を、中心値を４２．３μｍとして走査範囲内全域について求めたグラフ。
【図１７】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、各発光源から放射されるレーザビームＬＡ，ＬＢの波長が１００ｎｍ変動した場合のときの主走査方向の結像位置のずれ量とその最適化条件（Ｃ−５）との関係を示すグラフ。
【図１８】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、各レーザビームＬＡ，ＬＢに対する主走査方向のｆθ特性とその最適化条件（Ｃ−６）との関係を示すグラフ。
【図１９】図４ないし図１１に示した結像レンズにおいて、レンズ２１の透過率の偏差による影響とその最適化条件（Ｃ−７）との関係を示すグラフ。
【図２０】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２および実施例３に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２１】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例４および実施例５に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２２】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例６および実施例７に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２３】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例８および実施例９に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２４】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１０および実施例１１に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２５】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１２および実施例１３に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２６】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１４および実施例１５に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２７】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１６および実施例１７に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２８】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例１８および実施例１９に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図２９】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２０および実施例２１に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３０】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２２および実施例２３に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３１】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２４および実施例２５に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３２】図１２ないし図１９により得られた最適化条件を図４ないし図１１に示した結像レンズの実施例２６に適用した場合に得られるレンズ面の形状を示すデータテーブル。
【図３３】図２に示した露光装置の別の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
１ ・・・マルチビーム露光装置、
３ ・・・光源、
３ａ・・・第１の発光点、
３ｂ・・・第２の発光点、
５ ・・・偏向前光学系、
７ ・・・偏向装置、
７ａ・・・多面鏡、
９ ・・・偏向後光学系、
１１ ・・・有限焦点レンズ、
１３ ・・・絞り、
１５ ・・・シリンダレンズ、
１５ｇ・・・ガラスシリンダレンズ、
１５ｐ・・・プラスチックシリンダレンズ、
２１ ・・・結像レンズ、
２３ ・・・ミラー、
２５ ・・・防塵ガラス、
５１ ・・・画像形成部、
１００ ・・・画像形成装置。
Claims (6)
- 発光源と、
この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、
この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、
前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、
を有する露光装置において、
前記レンズのレンズ面は、
により表され、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１
とする時、
０．３ ≦ Ｌ１／Ｌ ≦ ０．６５
が満足されることを特徴とする露光装置。 - 複数の発光源と、
この発光源からのそれぞれの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、
この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からのそれぞれの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、
前記回転多面鏡により偏向されたそれぞれの光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、
を有する露光装置において、
前記レンズのレンズ面は、
により表され、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、
前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、
前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記それぞれの光が前記偏向器により偏向される角度をΦ
とする時、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３
が満足されることを特徴とする露光装置。 - 発光源と、
この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、
この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、
前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、
を有する露光装置において、
前記レンズのレンズ面は、
により表され、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、
前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３
とする時、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦０．２３
が満足されることを特徴とする露光装置。 - 発光源と、
この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、
この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、
前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、
を有する露光装置において、
前記レンズのレンズ面は、
により表され、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、
前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズと交わる近傍での前記レンズの前記第１の方向と垂直方向の第２の方向の近軸焦点距離をＦ、
前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、
前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記光が前記偏向器により偏向される角度をΦ、
前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、
とするとき、
Ｆ／Ｌ≦０．２５、
０．３５ ≦ Ｌ３／Ｌ ≦ ０．６５、
０．１５ ≦ Ｌ１×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７、
０．３ ≦ Ｌ１／Ｌ ≦ ０．６５、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦ ０．２３、および
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ３ ≦ ０．００９
が満足されることを特徴とする露光装置。 - 前記発光源は、少なくとも２以上の光源を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいづれかに記載の露光装置。
- 発光源と、
この発光源からの光を第１の方向に概略等角速度で偏向する回転多面鏡を含む偏向器と、
この偏向器と前記発光源との間に配置され、前記光源からの光に所定の特性を持たせながら前記偏向器の前記回転多面鏡へ導く偏向前光学手段と、
前記回転多面鏡により偏向された光を所定の像面に前記回転多面鏡の回転量と前記第１の方向の距離が比例するよう、等速度で結像させる１枚のみで構成されたレンズと、
を有する露光装置において、
前記レンズのレンズ面は、
により表され、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点と前記所定像面の有効領域の中心を通るときの像面間の距離をＬ、
前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズと交わる近傍での前記レンズの前記第１の方向と垂直方向の第２の方向の近軸焦点距離をＦ、
前記所定像面の有効領域中心を通る光が前記レンズを出射する点と前記所定の像面との間の距離をＬ３、
前記回転多面鏡により前記光が偏向される偏向点から前記所定像面の有効領域中心を通る光線が前記レンズへ入射する点との間の距離をＬ１、
前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間で前記光が前記偏向器により偏向される角度をΦ、
前記所定像面の有効領域中心と有効領域端との間の距離をＷ、
とするとき、
Ｆ／Ｌ≦０．２５、
０．３５ ≦ Ｌ３／Ｌ ≦ ０．６５、
０．１５ ≦ Ｌ１×ｓｉｎΦ／Ｌ ≦ ０．２７、
０．３ ≦ Ｌ１／Ｌ ≦ ０．６５、
０．８ ≦ ｔａｎ−１（Ｗ／Ｌ）／Φ ≦ １．３、
０．１７ ≦ Ｌ１×Ｌ３／Ｌ２ ≦ ０．２３、および
φ×（Ｌ／Ｗ）／Ｌ３ ≦ ０．００９
が満足されることを特徴とする露光装置と、
この露光装置により像担持体に形成された潜像を現像する現像装置と、
この現像装置により現像された現像剤像を被転写材に転写する転写装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
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-
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