JP4642627B2 - 走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンターやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタに好適な走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。

従来よりレーザビームプリンタ、複写機、等の走査光学装置は、画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を回転多面鏡（ポリゴンミラー）により周期的に偏向走査させ、記録媒体（感光ドラム）面上に光束を導光している。

また、回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束はｆθレンズ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集束させ、その記録媒体面上を光走査して画像記録を行っている。

図１０は、従来の走査光学装置の要部概略図である。

図１０において、光源１から出射した発散光束はコリメータレンズ２により平行光束に変換され、絞り３によって該光束の光束幅を制限して副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射している。

そして、シリンドリカルレンズ４に入射した平行光束のうち主走査断面内においてはそのままの平行光束で射出する。

また、副走査断面内においては集束して回転多面鏡５の偏向面（反射面）５ａに線像として結像している。

そして回転多面鏡５の偏向面５ａで偏向走査された光束をｆθレンズ６を介して被走査面としての感光ドラム面８上に導光し、偏向素子５を矢印Ａ方向に回転させることによって感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向に光走査して画像情報の記録を行っている（特許文献１、２参照）。
特開平０４−３２１３７０号公報 特開２００２−４０３５０号公報 特開平０５−３０３１４号公報

一般的に走査光学装置の光源手段として直接変調可能な半導体レーザが用いられている。

半導体レーザは自身の発熱や環境変化（例えば、環境温度変化）によりその発光光量に変化を生じる。

そのため、その発光光量を逐次検出し、常に、光源手段の発光部から出射される光束が一定光量となるようオートパワーコントロールし使用することが一般的である。

半導体レーザのオートパワーコントロールは様々な手法が開示され実施されている。

最も一般的な第１の手法は、半導体レーザの画像描画用光束とは反対側に放射するリア光束（半導体基板の裏側から出射される光束）を検出し光量制御する方法である。

画像描画用光束とは、感光ドラム面の画像有効域にドットを形成する光束を意味する。

第１の手法は、光源手段を備えたレーザ光源のパッケージ内に光量検出手段であるフォトセンサを内蔵可能なため、比較的コンパクト、かつ容易に光源手段の光量制御が可能であるという特徴を持っている。

その反面、画像描画用光束以外の光束をフォトセンサでモニタしていること、光源手段の発熱の影響を受けやすいことから高精度な光量制御（オートパワーコントロール）が行えない問題点を抱えている。

また、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｃｓｅｌ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）のようなリア光束を放射しないタイプの光源手段に適用することが困難であるという問題点を有する。

近年、従来の端面発光型レーザと比較し、格段に発光点数の増加、２次元並列集積化、発光点のレイアウトが容易であるという特徴を有する垂直共振器型面発光レーザが走査光学装置の光源手段として注目されている。

垂直共振器型面発光レーザは、半導体基板と垂直方向に光が出射する構成のため原理的にリア光束が放射せず、これをモニタする光量制御手法の実施は困難である。

一方、特許文献１には、半導体レーザから放射される光束の内、開口絞りで蹴られる部分の光束を用いて光量制御する第２の手法が開示されている。

特許文献１は、光源手段の発熱の影響を受けずに光量制御（オートパワーコントロール）が可能である。

しかし、その反面、画像描画用光束の利用効率の高めていくと、それに反比例して、オートパワーコントロールに用いる光量が少なくなる。

また、第１の手法でオートパワーコントロールに使用されるリア光束ではないものの本来の画像描画光束とは異なる蹴られ光束を用いるため高精度な光量制御が難しいという問題が残る。

更に、特許文献２には、光源手段から偏向手段に至る光束の一部をハーフミラーで分離し受光素子（フォトセンサ）に導光し光量制御（オートパワーコントロール）する第３の手法が開示されている。

特許文献２は、実際の画像描画用光束の一部を分離しているため高精度なオートパワーコントロールが可能である。

しかし、その反面、画像描画用光束の一部の分離による画像描画用光束光量損失が大きい問題ある。

また、画像描画用光束の一部の分離するためのハーフミラー等の高価な光学素子が必要となる等の問題がある。

特に、前述の垂直共振器型面発光レーザの場合、端面発光型レーザに比べて原理的に高出力発光が難しので、画像描画用光束の一部を分離素子し、受光素子で検知した場合、画像描画用光束の光量損失は大きな問題となる。

端面発光型レーザの出力は、数十ミリワットに対し、現状、垂直共振器型面発光レーザの出力は数ミリワットに満たない。よって、垂直共振器型面発光レーザの場合、画像描画用光束の光量損失は大きな問題となる。

本発明は、このような状況の下、上記問題を解決することにより、安価かつ容易な方法で画像描画用光束の光量損失なく光量制御を可能とするオートパワーコントロールを提供することを目的とする。

本発明では、実際に描画する画像描画用光束で光量制御を行うことで、垂直共振器型面発光レーザの低発光出力光源の使用を可能としている。

また、本発明では、実際に描画する画像描画用光束で光量制御を行うことで、高精度な光量制御を実現するものである。これにより高速、高精細対応可能な走査光学装置及び画像形成装置の小型、低価格化を実現するものである。

本発明では、上記の課題を解決するために、光束を出射する光源手段と、前記光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面で偏向走査した光束の強度を検出する光量検出手段と、前記偏向手段の偏向面で偏向走査した光束を被走査面上に結像させる結像光学手段と、前記偏向手段の偏向面で偏向走査した光束を前記光量検出手段に導光させる光量検出光学手段と、を有する走査光学装置において、
主走査断面内において、前記光量検出光学手段により前記偏向手段の偏向面と前記光量検出手段の受光面とを光学的に共役関係としている。

本発明では、走査光学装置の光源手段の光量の制御を行うにあたり、主走査断面内において、光量検出光学手段により偏向手段の偏向面と光量検出手段の受光面とを光学的に共役関係としている。

よって、光量検出手段における光束の蓄積時間を長くとれ、光源手段の発熱や環境変化（例えば、環境温度変化）により発生する光源手段の発光光量の変化を精度良く検知できる。

従って、常に光源手段の発光部から出射される光束の発光量を一定光量とできる効果得られる。

以下に本発明で使用されるオートパワーコントロール（通称：ＡＰＣ）の定義を示す。

オートパワーコントロール（光量制御）は、感光ドラム面をラスタスキャンにより走査して静電潜像を形成するための光束（レーザビーム）の出力を、温度変化に対して安定化するために、光源手段の発光部から出射される光束（レーザビーム）の出力を光量検知手段により検出し（例えば、１水平走査に１度）、この出力信号をレーザ駆動回路にフィードバックし、光束（レーザビーム）の強度（光量）を制御して、光束（レーザビーム）の出力が所定の設定値と常に等しくなるようにする制御方法である（例えば、特許文献３参照）。

（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例における走査光学装置の主走査方向の断面図である。

図２は、第１実施例における走査光学装置の入射光学系、光量検出光学系の主走査方向の断面図、図３は、第１実施例における走査光学装置の入射光学系、光量検出光学系の副走査方向断面図である。

ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸に垂直な方向（光束の走査方向）を示し、副走査方向とは偏向手段の回転軸と平行な方向（像担持体の移動方向）を示す。

光源手段である半導体レーザ１は垂直共振器型面発光レーザであり、４つの発光点を有している。

これらの４つの発光部は、図１の如く、直線上に整列され、かつ、その直線は主走査方向（Ｙ方向）、副走査方向（Ｘ方向）に対しある所定の角度を有するよう配列されている。

図１には、簡略化のため１本の光束（レーザービーム）のみ図示している。

半導体レーザ１から出射された４本の発散光束は、絞り３により主走査方向及び副走査方向の光束幅を制限された後、共通のコリメータレンズ２により４本の平行光束に変換される。

その後、４本の光束は、副走査方向のみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射し、副走査方向は偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５の偏向面５ａに一旦結像、主走査方向は平行光束のままポリゴンミラーの反射面に入射する。

回転多面鏡（ポリゴンミラー）５の偏向面５ａと感光体ドラム面は、結像光学系６により、副走査断面内において、光学的に共役関係としている。つまり、本実施例の走査光学装置は、面倒れ補正系としている。

偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５はモーター等の駆動手段（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。

回転多面鏡（ポリゴンミラー）５により偏向走査された４本の光束はｆθ特性を有する結像光学系６に入射する。

本実施例において、結像光学系６は２枚のプラスチック製トーリックレンズ６１、６２により構成されている。

結像光学系６によりｆθ特性、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲が補正された４本の光束は被走査面である感光体ドラム８に向け導光される。

回転多面鏡（ポリゴンミラー）５を矢印Ａ方向に回転させることによって感光体ドラム面８上をプラスＹ方向に光走査している。

これにより感光体ドラム面上に走査線を形成し画像記録を行っている。

偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５により偏向された光束の内、画像有効域外へ向かう光束の一部は同期検出用光学素子７１を介して同期検出センサ７２に導光される。

同期検出センサ７２は、画像書き出しのタイミングを取るための同期検出信号（ＢＤ信号）を出力する。

同様に偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５により偏向された光束の内、画像有効域外へ向かう光束の一部は光量検出用光学素子９１を介して光量検出手段である光量検出センサ９２に導光される。

そして、光量検出センサ９２は光源手段の光量を制御するための信号を出力する（オートパワーコントロール）。

このように本発明では、偏向手段により光束を偏向した後、その光束を用いて光源手段１の光量制御を行っており、以下の特徴を有する。
（１）リア光束を用いず、実際の画像描画用光束と等価な光束で光量検出しているため、環境変動（例えば、環境温度変化）によるファーフィールドパターン変化（ＦＦＰ変化）、等のレーザ特性変化を含め、高精度に光量制御できる
（２）光量検出のために、ハーフミラー、等の分離素子により、画像描画用光束の一部を光束分離していないため、光量検出に伴う光量損失がない
次に、本実施例における光源手段の説明する。

前述のとおり本実施例の光源は４つの近接した発光点を有する垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｃｓｅｌ）である。

この垂直共振器型面発光レーザは、半導体基板と垂直方向に光が出射する構成のため、従来の端面発光型と比較し格段に発光点数の増加、２次元並列集積化、発光点のレイアウトが容易である。

しかしながら、面発光レーザは、１発光点あたりの発光光量が端面発光レーザと比較して小さく、かつ、端面発光レーザのようなリア光束も無いため、光量制御が難しいという問題がある。

したがって、面発光レーザを用いる場合、本発明の光量制御手法（オートパワーコントロールの手法）は、工夫が必要となる。

ここで、光量制御手段９３（オートパワーコントロール手段）の役割と必要な光量検出光学系について、同期検出光学系と対比して説明する。

同期検出を行うためには、同期検出センサ７２上を光が高速に走査し、かつ、同期検出センサ７２、もしくは、その前方に置かれたＢＤスリット７３上において少なくとも主走査方向において光束が結像していることが望ましい。

そのため、同期検出用光学素子７１は、主走査方向において回転多面鏡（ポリゴンミラー）からの平行光束を同期検出センサ７２もしくはその前方に置かれたスリット上７３に結像させる働きを担っている。

副走査方向においては、同期検出という目的からするとさほど重要ではなく回転多面鏡（ポリゴンミラー）からの発散光が全て同期検出センサ７２の受光面内に入射するよう同期検出用光学素子７１のパワーを配せば良い。

一方、光源手段の光量制御を行うためには、光量検出センサ９２における蓄積時間が一定時間以上必要であり、その間、光量検出センサ９２上で光束が静止していることが望ましい。

このため、本実施例においては、偏向手段５の偏向面と光量検出センサ９２の受光面を主走査方向において光学的に共役関係となるような光量検出用光学素子９１を配している。

図２において実線は、実際の光束を示し、破線は共役（結像）関係を示している。

主走査方向において、偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）からの平行光束は、光量検出用光学素子９１により光量検出用光学素子９１と光量検出センサ９２の間で一旦集光した後、発散光の状態で光量検出センサ９２に入射する。

このとき、前述のとおり、偏向手段の偏向面と受光面は、主走査方向において、光学的に共役であるため、偏向手段の偏向面が回動しても光束が光量検出用光学素子９１を外れない限り光量検出センサ９２に入射する光束は静止したままである。

つまり、主走査方向において、光束が光量検出用光学素子９１に入射している間は、光束は、光量検出センサ９２の受光面上で静止した状態を保っている。

副走査方向に関しては、回転多面鏡５（ポリゴンミラー）から発散光束が出射しているため、主走査方向と同様に偏向面と光量検出センサ９２の受光面とを共役関係とし、光束は受光面上に集光させている。

したがって、光量検出センサ９２の受光面上の光束は、回転多面鏡５の偏向面上と同様、主走査方向に長い線像となる。

光量検出センサ９２の受光面で光束の強度（光量）を検知し、光量検出センサ９２は強度信号を光量制御手段９３（オートパワーコントロール回路）に出力される。

そして、光量制御手段９３（オートパワーコントロール回路）から光源手段１の４つの発光部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの夫々に４つの発光部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの夫々の光束の強度（光量）を所定の設定値と常に等しくなるように光束の強度補正信号が面発光レーザである光源手段１に出力される。

本実施例においては、シリンドリカルレンズ４、光量検出用光学素子９１、同期検出用光学素子７１はプラスチック製であり、射出成形法により一体に形成されている。

さらに、半導体レーザ１、光量検出センサ９２、同期検出センサ７２は同一基板上に配置されており、小型かつ安価な手法で光源手段の光量制御を可能としている。なお光量検出用光学素子はこれらの他、コリメータレンズや絞り部材との一体化を図っても良い。

表１に本実施例における光源手段から偏向手段を介し光量検出手段までの光学設計値を示す。

上述の構成により、近軸的には光量検出センサ９２上で光束を完全に静止できる。

しかしながら、光量検出用光学素子９１が球面レンズであると、主走査断面内において、実際には光量検出用光学素子９１の球面収差により、若干の光束移動が発生する。

本実施例では、この若干の光束移動を低減するため、光量検出用光学素子９１の入射面を回転対称非球面とし球面収差を補正している。

光量検出用光学素子９１の入射面形状は、入射面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ、それに垂直な径方向をｈとしたとき、以下の式で定義される。

なお安定した光量検出のために、光量検出センサ９２の主走査方向の長さは、光量検出センサ９２上の主走査方向の光束の光束径より長いことが必須である。

光量検出センサ９２の受光面上で主走査方向の光束移動が残存する場合には、その量も加味して決定する必要があるため、光量検出用光学素子９１の球面収差の補正は、光量検出センサ９２のサイズ低減の面からも重要となる。

図４は、本実施例における回転多面鏡５（ポリゴンミラー）の回転に伴う光量検出センサ９２上での光線の動きを示している。

参考として、図５に同期検出センサ７２上での光線（光束）の動きを示す。

なお、図４、図５において、一点鎖線は光線の主光線を示し、実線は主走査方向のマージナル光線を示している。

図４の２本の主走査方向のマージナル光線は、ｕｐｐｅｒ光線とｌｏｗｅｒ光線を示している。

図４、図５の横軸は、光束の偏向角度（光量検出センサ９２の位置基準）、縦軸は光束の到達位置（光量検出センサ９２の位置基準）を表している。

光量検出センサ９２の位置基準とは、主走査断面内において、光量検出用光学系の光軸（光量検出用光学素子９１の光軸）を光束到達位置の基準（ゼロ）としている。

そして、図１において、光量検出用光学系の光軸（光量検出用光学素子９１の光軸）を光束到達位置の基準（ゼロ）として、時計周り（光束が受光面上を走査される方向）に光束が移動した値をマイナス値とし、反時計周り（主走査断面内において結像光学系６に近づく方向）に光束が移動した値をプラス値としている。

主走査断面内において、偏向面と受光面とを光学的に共役関係にしているので、受光面上である光束幅を持つものの回転多面鏡（ポリゴンミラー）の偏向角度が変化しても受光面上で光束の主走査方向の到達位置が殆ど変化しない。

一方、同期検出光学系においては、主走査断面内において、同期検出センサ７２の受光面上で光束の主光線と光束の最軸外光線が重なっている。つまり、主走査断面内において、同期検出センサ７２の受光面上で光束は結像している。

しかしながら、主走査断面内において、回転多面鏡５の偏向面と同期検出センサ７２の受光面とを光学的に共役関係にしていない。

よって、回転多面鏡５の偏向角度の変化に従い、同期検出光学素子７１に光束が入射している間、同期検出センサ７２の受光面上で光束の主走査方向の光束到達位置が大きく変化している。

光量検出光学系における光量検出センサ９２上の走査角速度Ｖａｐｃは、
Ｖａｐｃ＜ｆ／１０
ｆ：走査光学装置のｆθ係数（ｍｍ／ｒａｄ）
を満足することが望ましい。

本パラメータが上限を超えると、光量検出センサ９２の主走査方向の受光面が長くなり、小型かつ安価な光量検出光学系の実現が困難となる。

本実施例においてはＶａｐｃ＝３．２（ｍｍ／ｒａｄ）、ｆ＝１５０（ｍｍ／ｒａｄ）であり本条件を充分満足するものである。

本実施例では、主走査断面内において、結像光学系６に入射する光束は、平行光束なので、走査光学装置のｆθ係数ｆは、結像光学系６の焦点距離と同一になる。

ｆθ係数とは、回転多面鏡５における光束の単位偏向角あたりの、被走査面上における光束の移動距離であり、走査光学装置の走査角速度を示すものである。

光量検出用光学素子９１による偏向手段の偏向面と光量検出センサ９２の受光面間の主走査方向の結像倍率βａｍは、
０．０５＜｜βａｍ｜＜１．５
を満足することが望ましい。

本パラメータが上限を超えると光量検出センサ９２の受光面が大きくなり、小型かつ安価な光量検出光学系の実現が困難となる。

また、下限を超えると光量検出用光学系のＦｎｏが明るくなり、光量検出用光学系の収差補正が難しく、光量検出センサ９２上で光束を静止させることが困難となる。

本実施例においては｜βａｍ｜＝１．２７であり本条件を充分満足するものである。

本実施例１では、走査光学装置の光源手段の光量の制御（光束の強度の制御）を行うにあたり、主走査断面内において、光量検出光学手段により偏向手段の偏向面と光量検出センサ９２の受光面とを光学的に共役関係としている。

よって、光量検出光学素子９１に偏向面で偏向走査られた光束が入射している間は、光量検出センサ９２の受光面に入射する光束を受光面上で光学的に静止させている。

よって、光量検出手段における光束の蓄積時間を長くとれ、光源手段自身の発熱や環境変化（例えば、環境温度変化）により発生する光源手段の発光光量（光束の強度の制御）の変化を精度良く検知できる。

従って、常に光源手段の発光部から出射される光束の発光量を一定光量とできる効果得られる。

次に、複数光束の光量制御手法に関し説明する。

上述の構成により光量検出センサ９２の受光面上で光束を静止させることができる時間は、最大でも偏向手段により偏向された光束が光量検出用光学素子９１に入射している間に限られる。

したがって、光源手段の発光部が多くなると、一走査中に全発光部を時分割で点灯させ光量制御することは困難となる。

そこで、本実施例においては、４つの発光部を一走査につき１発光部ずつ順次点灯させ光量制御し、４走査で全発光部の光量制御（光束の強度の制御）が完了するようにしている。

つまり、本実施例においては、４つの発光部を回転多面鏡の１つの偏向面による一走査に付き、１発光部ずつ順次点灯制御させ、光量制御し（光束の強度の制御）、回転多面鏡の１回転で全発光部の光量制御が完了するようにしている。

一走査とは、回転多面鏡の１面で行う走査を意味する。

更に、図１２に基いて詳細に説明する。

図１２は、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）、同期検知（ＢＤ）、感光ドラム面８上の画像有効域に描かれる走査線、の各タイミングチャートを示している。

図１２の如く、偏向手段５（４面のポリゴンミラー）の第１面で走査線１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの４本の走査線が画像有効域内に描かれる前に、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）、同期検知（ＢＤ）の順番で光源手段１の発光部の制御が行われる。

偏向手段５（４面のポリゴンミラー）の第１面では、光束１ａを出射する発光部１ａのみオートパワーコントロール（光量の制御）が行われる。

同期検知（ＢＤ）は、光束１ａのみ同期検出素子７２で検知し、光束１ｂ、１ｃ、１ｄの３本は、光束１ａを検知することで得られた同期検知信号（ＢＤ信号）に基き、感光ドラム面８上の主走査方向の書き出し開始位置（書き出しタイミング）が決定される。もちろん、光束１ａも光束１ａを検知することで得られた同期検知信号（ＢＤ信号）に基き、感光ドラム面８上の主走査方向の書き出し開始位置（書き出しタイミング）が決定される。

次に、偏向手段５（４面のポリゴンミラー）の第２面では、光束１ｂを出射する発光部１ｂのみオートパワーコントロール（光量の制御）が行われる。

そして、偏向手段５（４面のポリゴンミラー）の第３面では、光束１ｃを出射する発光部１ｃのみオートパワーコントロール（光量の制御）が行われる。

最後に、偏向手段５（４面のポリゴンミラー）の第４面では、光束１ｄを出射する発光部１ｄのみオートパワーコントロール（光量の制御）が行われる。

同期検知（ＢＤ）は、第１面から第４面の全ての面において、光束１ａのみ同期検出素子７２で検知し、光束１ｂ、１ｃ、１ｄの３本は、光束１ａを検知することで得られた同期検知信号（ＢＤ信号）に基き、感光ドラム面８上の主走査方向の書き出し開始位置（書き出しタイミング）が決定される。

もちろん、光束１ａも光束１ａを検知することで得られた同期検知信号（ＢＤ信号）に基き、感光ドラム面８上の主走査方向の書き出し開始位置（書き出しタイミング）が決定される。

本発明ではこのようなシーケンスで光量制御を行うことにより発光部が増えた場合の光量制御にも対応できる手法となっている。

なお４つの発光部を２つずつ２走査に分割して光量制御を行っても本発明の効果を得られることは明白であり、本発明の権利を制限するものではない。

（第２実施例）
図１１は、本発明の第２実施例における走査光学装置の主走査方向の断面図である。

図７は、本発明の第２実施例における走査光学装置の入射光学系２、３、４、光量検出光学系９１の主走査方向の断面図である。

図８は、走査光学装置の入射光学系２、３、４、光量検出光学系９１の副走査方向の断面図である。

本実施例において、第１実施例と異なる点は、光源手段１に端面発光型モノリシックマルチレーザを使用した点、光量検出光学系９１の結像倍率を下げた点であり、それ以外は、第１実施例と同様である。

光源手段である半導体レーザ１は端面発光型モノリシックマルチレーザであり、２つの発光部を有している。

これらの２つの発光点は、直線上に整列され、かつ、その２本の直線は、主走査方向及び副走査方向に対しある角度を有するよう配列されている（図１１参照）。

本実施例では、図１１、図７、図８の如く、簡略化のため、１本の光束のみ図示している。

半導体レーザ１の２つの発光物から出射された２本の発散光束は、絞り３により主走査方向及び副走査方向の光束幅を制限された後、共通のコリメータレンズ２により２本の平行光束に変換される。

その後、２本の光束は、副走査方向のみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射し、副走査断面内において、回転多面鏡（ポリゴンミラー）５の反射面５ａに一旦結像している。

２本の光束は、主走査断面内において、平行光束のまま回転多面鏡５（４面ポリゴンミラー）の反射面に入射する。

偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５はモーター等の駆動手段（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。

回転多面鏡（ポリゴンミラー）５により偏向走査された２本の光束は第１実施例と同様にｆθ特性を有する結像光学系６に入射し、被走査面８へ導光され画像記録を行う。

回転多面鏡（ポリゴンミラー）５の偏向面５ａと感光体ドラム面は、結像光学系６により、副走査断面内において、光学的に共役関係としている。つまり、本実施例の走査光学装置は、面倒れ補正系としている。

偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５はモーター等の駆動手段（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。

回転多面鏡（ポリゴンミラー）５により偏向走査された２本の光束はｆθ特性を有する結像光学系６に入射する。

本実施例において、結像光学系６は２枚のプラスチック製トーリックレンズ６１、６２により構成されている。

結像光学系６によりｆθ特性、主走査方向及び副走査方向の像面湾曲が補正された２本の光束は被走査面である感光体ドラム８に向け導光される。

回転多面鏡（ポリゴンミラー）５を矢印Ａ方向に回転させることによって感光体ドラム面８上をプラスＹ方向に光走査している。

一方、偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５により偏向された光束の内、画像有効域外へ向かう光束の一部は同期検出用光学素子を介して同期検出センサ７２に導光される。

同期検出センサ７２は、画像書き出しのタイミング（主走査方向の書き出し位置）を取るための信号を出力する。

同様に、偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）５により偏向された光束の内、画像有効域外へ向かう光束の一部は光量検出用光学素子９３を介して光量検出手段である光量検出センサ９２に導光される。

光量検出センサ９２は、光源手段の光量（強度）を制御するための信号を出力する。

このように本実施例においても偏向手段５により光束を偏向した後、その光束を用いて光源手段の光量制御を行っている。

つまり、光量検出センサ９２の受光面で光束の強度（光量）を検知し、光量検出センサ９２は強度信号を光量制御手段９３（オートパワーコントロール回路）に出力する。

そして、光量制御手段９３（オートパワーコントロール回路）から端面発光レーザである光源手段１の２つの発光部１ａ、１ｂの夫々に４つの発光部１ａ、１ｂの夫々の光束の強度（光量）を所定の設定値と常に等しくなるように光束の強度補正信号が光源手段１に出力される。

本実施例における光源手段に関し説明する。

前述のとおり、本実施例の光源手段１は、２つの近接した発光点を有する端面発光型レーザである。

この端面発光型レーザは、基板の端面と垂直方向に光が出射する構成であり、面発光レーザと比較し大出力化が容易である。

また、基板の反対側の端面からもリア光束が発光しており、これを直接モニタして光量制御することが可能である。

しかしながら、実際に画像描画に使用しない光束で光量制御（オートパワーコントロール）を行い、かつ、受光面が端面発光型レーザ自身の発熱による影響を受けやすいため、高精度に光量制御することが困難である。

次に、図７を用い光量検出用光学系の詳細説明を行う。

光量検出用光学素子９１は、光束を光量検出センサ９２上で一定時間静止させるため、偏向手段５の偏向面と光量検出センサ９２の受光面を主走査方向において光学的に共役関係となるように配置されている。

つまり、光量検出光学素子９１に偏向面で偏向走査られた光束が入射している間は、光量検出センサ９２の受光面に入射する光束を受光面上で光学的に静止させている。

よって、光量検出センサ９２における光束の蓄積時間を長くとれ、光源手段１自身の発熱や環境変化（例えば、環境温度変化）により発生する光源手段１の発光光量（光束の強度の制御）の変化を精度良く検知できる。

従って、常に光源手段１の発光部から出射される光束の発光量を一定光量とできる効果得られる。

図７において、実線は、実際の光束を示している。

図７において、偏向面で偏向走査された平行光束は、主走査断面内において、光量検出用光学素子９１と光量検出センサ９２の間で一旦結像し、光量検出センサ９２の受光面に入射している。

破線は、主走査断面内において、回転多面鏡５（ポリゴンミラー）の偏向面と光量検出センサ９２の受光面が光学的に共役関係であることを示している。

主走査方向において、偏向手段である回転多面鏡５（ポリゴンミラー）からの平行光束は光量検出用光学素子９３により光量検出用光学素子９１と光量検出センサ９２間で一旦集光した後、発散光の状態で光量検出センサ９２の受光面に入射する。

回転多面鏡５の偏向面と光量検出センサ９２の受光面が光学的に共役関係であるため、偏向手段の偏向面が回転しても光束が光量検出用光学素子９２を外れない限り、光量検出センサ９２に入射する光束は静止したままである。

副走査方向においても回転多面鏡５から発散光束が出射しているため、回転多面鏡５の偏向面と光量検出センサ９２の受光面が光学的に共役関係にすることにより、光束は受光面上に集光することとなる。

したがって、受光面上の光束は、偏向面上と同様に主走査方向に長い線像となる。

第１実施例と異なり、本実施例においては、シリンドリカルレンズ４、光量検出用光学素子９３を別体で構成している。さらに、半導体レーザ１、光量検出センサ９２もそれぞれ別の基板上に配置させている。

このように配置上の制約を外すことにより、光量検出用光学系９１の設計自由度が上がり、センサ上での光束移動速度の低減や光束径の微小化によるセンササイズの一層の小型化を図ることが可能となる。

本実施例においては、２つの発光部を回転多面鏡の１つの偏向面による一走査に付き、１発光部ずつ順次点灯制御させ、光量制御し（光束の強度の制御）、回転多面鏡の１／２回転で２つの発光部の光量制御が完了するようにしている。
表２に本実施例における光源手段１から偏向手段５を介し光量検出センサ９２までの光学設計値を示す。

上述の構成により、主走査方向に関して、近軸的には光量検出センサ９２の受光面上で光束を完全に静止できる。

しかしながら、実際には光量検出用光学素子９１の球面収差により、受光面上で主走査方向に若干の光束移動が発生する。

本実施例においても、受光面上で主走査方向に若干の光束移動を低減するため、光量検出用光学素子９１の入射面を回転対称非球面とし球面収差を補正している。

つまり、主走査断面内において、光量検出用光学素子９１の入射面の形状を非円弧形状としている。

なお安定した光量検出のために、光量検出センサ９２の受光面の主走査方向の長さは、光量検知センサ９２上の光束の主走査方向の光束径より長いことが必要である。

なお、表９において、一点鎖線は光線の主光線を示し、実線は主走査方向のマージナル光線を示している。

表９の２本の主走査方向のマージナル光線は、ｕｐｐｅｒ光線とｌｏｗｅｒ光線を示している。

表９の横軸は、光束の偏向角度（光量検出センサ９２の位置基準）、縦軸は光束の到達位置（光量検出センサ９２の位置基準）を表している。

光量検出センサ９２の位置基準とは、主走査断面内において、光量検出用光学系の光軸（光量検出用光学素子９１の光軸）を光束到達位置の基準（ゼロ）としている。

そして、図１において、光量検出用光学系の光軸（光量検出用光学素子９１の光軸）を光束到達位置の基準（ゼロ）として、時計周り（光束が受光面上を走査される方向）に光束が移動した値をマイナス値とし、反時計周り（主走査断面内において結像光学系６に近づく方向）に光束が移動した値をプラス値としている。

表９より、第１実施例と同様に、回転多面鏡５（ポリゴンミラー）の偏向角度が変化しても光束の到達位置が殆ど変化しない様子が判る。

光量検出光学系における光量検出センサ上の最大走査角速度Ｖａｐｃは、
Ｖａｐｃ＜ｆ／１０
ｆ：走査光学装置のｆθ係数（ｍｍ／ｒａｄ）
を満足することが望ましい。本パラメータが上限を超えると光量検出センサ９２の受光面が大きくなり、小型かつ安価な光量検出光学系９１の実現が困難となる。

本実施例においてはＶａｐｃ＝１．３（ｍｍ／ｒａｄ）、ｆ＝１５０（ｍｍ／ｒａｄ）であり本条件を充分満足するものである。

光量検出用光学素子９１による偏向手段５の偏向面と光量検出センサ９２の受光面間の主走査方向の結像倍率βａｍは、
０．０５＜｜βａｍ｜＜１．５
を満足することが望ましい。

本パラメータが上限を超えると光量検出センサ９２の受光面の主走査方向の長さが大きくなり、小型かつ安価な光量検出光学系の実現が困難となる、
また、下限を超えると光量検出用光学系のＦｎｏが明るくなり光量検出用光学系の収差補正が難しく、光量検出センサ上で光束を静止させることが困難となる。

本実施例においては｜βａｍ｜＝０．７３であり本条件を充分満足するものである。

以上、本実施例１、２では、走査光学装置の光源手段１のオートパワーコントロールを行うにあたり、光量検出用光学素子９１により主走査方向において偏向手段の偏向面と光量検出センサ９２の受光面とを光学的に共役関係としている。

よって、本実施例１、２では、光量検出用光学素子９１に光束が入射している間、主走査方向において、光量検出センサ９２の受光面上で光学的に静止されられる。

その結果、本実施例１、２では、安価かつ容易な方法で光量損失なく光量制御を可能としている。

本実施例１では、垂直共振器型面発光レーザ等の低発光出力光源の使用を可能としている。

本実施例１、２では、実際に描画する画像描画用光束で光量制御を行いることにより環境変動（例えば、環境温度変化）によるレーザ特性変化（例えば、ファーフィールドパターン変化）を含めた高精度な光量制御を可能とする。

また、本実施例１、２では、複数の発光部を有する垂直共振器型面発光レーザ（４ビーム）、複数の発光部を有する端面発光モノリシックマルチレーザ（２ビーム）が用いられたが、本発明はマルチビームレーザに限定されない。

本発明は、光源手段が単一の発光部を有するシングルビームレーザを使用してもマルチビームレーザ使用時と同様に本発明の効果は得られる。

本発明のマルチビームレーザの発光部の数は２つ以上であれば良い。最近は、より高速化が求められているので、本発明の構成をとると、発光部の数が４つ以上の光束を出射するマルチビームレーザがでより顕著に効果を発揮する。

理由は、垂直共振器型面発光レーザでも端面発光モノリシックマルチレーザでも発光部の数が増えれば増える程、各発光部から出力される光束は低発光出力となるためである。

また、本実施例１、２では、結像光学系６は２枚のトーリックレンズ６１、６２で構成されているが、本発明はそれに限定されない。本発明では、結像光学系６が単一のトーリックレンズで構成されていても良い。また、３枚以上のレンズで結像光学系６が構成されていても良い。更に、本発明では、結像光学系６が曲面ミラーや回折光学素子を有していても良い。

（第３実施例）
図６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。

図６において、１６０はカラー画像形成装置、１１０は各々第１実施例に示した構成を有する走査光学装置、１２１，１２２，１２３，１２４は各々像担持体としての感光ドラム、１３１，１３２，１３３，１３４は各々現像器、１５１は搬送ベルトである。

図６において、カラー画像形成装置１６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１５２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１５３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）１４１、１４２、１４３、１４４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１１０に入力される。

そして、これらの４つの走査光学装置１１０の各々からは、各画像データに応じて変調された４本の光ビームが出射され、これらの４×４本の光ビームによって感光ドラム１２１，１２２，１２３，１２４の感光面が主走査方向に走査される。

本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く走査光学装置１１０からの各々の画像データに基づいた４×４本の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１２１，１２２，１２３，１２４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。

符号１３１、１３２、１３３、１３４は現像器である。

外部機器１５２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１６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。

第１実施例の走査光学装置は、カラーデジタル複写機に限らず、カラーレーザビームプリンタや、モノクロデジタル複写機、モノクロレーザビームプリンタにも適用できる。

第２実施例の走査光学装置もレーザビームプリンタ、デジタル複写機、等の電子写真プロセスを有する画像形成装置に適用できる。

本発明の第１実施例における走査光学装置の主走査方向断面図 本発明の第１実施例における走査光学装置の入射光学手段、光量検出手段における主走査方向断面図 本発明の第１実施例における走査光学装置の入射光学手段、光量検出手段における副走査方向断面図 本発明の第１実施例における偏向手段の回動による光量検出手段上での光線の動きを示す図 本発明の第１実施例における偏向手段の回動による同期検出手段上での光線の動きを示す図 本発明の第１、第２の実施例における画像形成装置 本発明の第２実施例における走査光学装置の入射光学手段、光量検出手段における主走査方向断面図 本発明の第２実施例における走査光学装置の入射光学手段、光量検出手段における副走査方向断面図 本発明の第２実施例における偏向手段の回動による光量検出手段上での光線の動きを示す図 従来の走査光学装置における斜視図 本発明の第２実施例における走査光学装置の主走査方向の断面図 本発明の第１実施例における光量検知のタイムチャート

符号の説明

１ 光源手段
２ コリメータレンズ
３ 絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段
６ 結像光学系
７１ 同期検出用光学素子
７２ 同期検出センサ
８ 被走査面（感光体ドラム）
９１ 光量検出用光学素子
９２ 光量検出センサ
９３ 光量検出用光学素子
ｋ ブラック
ｃ シアン
ｍ マゼンタ
ｙ イエロー

Claims (9)

1. 光束を出射する光源手段と、前記光源手段から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段の偏向面で偏向走査した光束の強度を検出する光量検出手段と、前記偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる結像光学手段と、前記偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を前記光量検出手段に導光させる光量検出光学手段と、前記光量検出手段からの信号により前記光源手段の強度を制御するオートパワーコントロール手段と、を有する走査光学装置において、
   主走査断面内において、前記光量検出光学手段により前記偏向手段の偏向面と前記光量検出手段の受光面とを光学的に共役関係としていることを特徴とする走査光学装置。
2. 前記偏向手段の偏向面と前記光量検出手段の受光面の間の主走査方向の結像倍率βａｍは、
   ０．０５＜｜βａｍ｜＜１．５
   であることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記光量検出手段の受光面の主走査方向の大きさは、前記受光面に導光される光束の主走査方向の光束径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の走査光学装置。
4. 前記光量検出手段の受光面上での走査角速度Ｖａｐｃは、
   Ｖａｐｃ＜ｆ／１０
   ｆ：前記走査光学装置のｆθ係数（ｍｍ／ｒａｄ）
   であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の走査光学装置。
5. 前記光源手段は、複数の発光部を有する面発光レーザであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の走査光学装置。
6. 副走査断面内において、前記光量検出光学手段により前記偏向手段の偏向面と前記光量検出手段の受光面とを光学的に共役関係としていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の走査光学装置。
7. 前記光源手段は、複数の発光部を有するマルチビームレーザであり、前記複数の発光部から出射した複数の光束は、前記偏向手段の同一の偏向面で偏向走査され、前記光量検出光学手段により前記光量検出手段に導光されており、
   且つ、前記同一の偏向面で偏向走査された複数の光束の夫々は所定の間隔を空けて前記光量検出手段に導光されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の走査光学装置。
8. 前記光量検出光学手段は少なくとも１面が主走査断面内において非円弧形状であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の走査光学装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一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から成る画像形成装置。

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