JP4663355B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等に用いられる光走査装置およびこれを用いた上記デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

レーザプリンタ等に関連して広く知られている光走査装置は一般に、光源側からの光ビームを光偏向器により偏向させ、ｆθレンズ等の走査結像光学系により被走査面に向けて集光して被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットで被走査面を光走査する（この光走査を「主走査」という）ように構成されている。被走査面の実体をなすものは光導電性の感光体ドラムなどの感光面である。

また、フルカラー画像形成装置の一例として、例えば４つの感光体を記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体に対応した複数の光源装置から放射された光ビームの光束を１つの偏向手段により偏向走査し、各感光体に対応する複数の走査結像光学系により各感光体を同時に露光して潜像をつくり、これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化したのち、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写し定着することで、カラー画像を得られるように構成されたものがある。このように、光走査装置と感光体の組み合わせを２組以上用いて、２色画像や多色画像、カラー画像等を得るようにした画像形成装置は「タンデム式画像形成装置」として知られている。このようなタンデム式画像形成装置として、複数の感光媒体が単一の光偏向器を共用する方式のものが開示されている。以下に、その例を挙げて説明する。

（１）略平行でかつ副走査方向に離れた複数の光束を光偏向器に入射して反射偏向し、複数の光束に対応する複数の走査光学素子を副走査方向に並べて、各走査光学素子に上記各偏向光束を透過させ、各光束を、各光束に対応した感光体面上で走査するように構成したもの（例えば、特許文献１参照）。したがって、一つ一つの光束に対応して独立の走査光学系が配置されている。
（２）３枚の光学素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で走査光学系を構成し、光偏向器の片側より光束を入射し、上記走査光学系を構成する二つの光学素子Ｌ１、Ｌ２を、異なる被走査面に向かう複数の光束が通過し、もう一つの光学素子Ｌ３は被走査面毎に設けたもの（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。したがって、走査光学系を構成する一部の光学素子は、複数の光束で共用され、他の一部の光学素子は一つ一つの光束に対応して配置されている。

上記従来例はいずれも、複数の被走査面で光偏向器を共用するものであって、かかる構成をとることによって、光偏向器の数を減らすことができ、画像形成装置をコンパクト化することが可能になる。また、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４つの異なる色に対応した被走査面（感光体）を持つフルカラー対応の画像形成装置の光走査装置としても、光偏向器の数を減らすことができる利点がある。しかし、上記のようなフルカラー対応の画像形成装置に適用する光走査装置としては、副走査方向に複数の感光体に向かう光ビームを略平行に並べて光偏向器に入射させるため、光偏向器としての例えばポリゴンミラーが副走査方向に大型化するという問題がある。一般的に、光走査装置を構成する光学素子の中でポリゴンミラー部のコストは高く、装置全体の低コスト化、および小型化要求に対してこれを阻害する要因となる。

さらに最近では、カラー画像形成装置の光走査装置において、単一の光偏向器とすることによって低コスト化を図る手段として、光偏向器の偏向反射面に、副走査方向に角度を持って光ビームを入射させる斜め入射光学系が知られている（例えば、特許文献５参照）。この斜め入射光学系は、複数の光ビームがそれぞれ偏向反射面で偏向反射された後に、折り曲げミラーなどで分離され、各光ビームに対応する被走査面（感光体）に導かれる。このとき、それぞれの光ビームの副走査方向の角度（光偏向器に斜め入射する角度）は、前記ミラーで各光ビームを分離可能な角度に設定されている。このような斜め入射光学系を用いることで、光偏光器を大型化することなく、すなわちポリゴンミラーを副走査方向へ多段化することなく、また厚肉化することなく、上記折り曲げミラーで各光束を分離可能な副走査方向の光ビーム間隔を実現することができる。

上記のような斜め入射光学系に関し、光偏向器としてポリゴンミラーを用いる場合を考えてみる。通常の入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させることが難しい。光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させようとすると、必要な偏向角を確保するためには、個々の偏向反射面が極端に大きくなり、ポリゴンミラーを小型化することができない。個々の偏向反射面が大きくなると、所謂「サグ」の発生も大きくなる。発生するサグは像高：０に対して非対称であり、各種補正が面倒になる。ポリゴンミラーが大きいと、その高速回転に大きなエネルギーを必要とし、高速回転させたときの「風切り音」も大きく、防音手段も大型化せざるを得ない。
これに対し、斜め入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させることが可能である。したがって、ポリゴンミラーを小径化でき、高速回転させたときの「風切り音」も小さく、高速化に適している。ポリゴンミラーを小径化できるのでサグの発生も小さく、発生するサグを像高：０に対して対称化できるので、補正も容易である。

しかし、反面、斜め入射方式には「走査線曲がり」が大きいという問題がある。この走査線曲がり発生量は、各光ビームの偏向反射面に対する副走査方向の斜め入射角により異なり、各々の光ビームで感光体に描かれた潜像を各色のトナーにより現像して可視化し、これらのトナー像を重ね合わせた際に、色ずれとなって現れてしまう。また、斜め入射することにより、光束が走査レンズにねじれて入射することで、波面収差も増大し、特に周辺の像高で光学性能が著しく劣化し、ビームスポット径が太ってしまい、高画質化を妨げる要因となる。
斜め入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させるために、走査レンズの光軸と副走査方向に重なる位置に光源を配置した場合、走査レンズとの干渉を避けるために、偏向反射面への斜め入射角が増大し、走査線曲がりが増大することによる上記の各種問題が生じる。

斜め入射方式に固有の「大きな走査線曲がり」を補正する方法として、走査結像光学系に、副走査断面内におけるレンズ面の固有傾きを、走査線曲がりを補正するように主走査方向へ変化させたレンズ面を有するレンズを含める方法（例えば、特許文献６参照）や、走査結像光学系に、副走査断面内における反射面の固有傾きを、走査線曲がりを補正するように主走査方向へ変化させた反射面を有する補正反射面を含める方法（例えば、特許文献７参照）等が提案されている。

また、斜め入射される光束を、走査レンズの軸外を通し、走査レンズの子線の非球面量を主走査方向に沿って変化させる面を用いることにより、走査線の位置を揃える方法が提案されている（例えば、特許文献８参照）。この特許文献８記載の発明においては、１枚の走査レンズにて補正を行う例を挙げており、走査線曲がりの補正は可能であるが、以下に説明する波面収差増大によるビームスポット径の劣化については記述されていない。

斜め入射方式における今１つの問題は、光線スキューにより周辺像高（走査線の両端部近傍）で波面収差の大きな劣化が発生し易いことである。このような波面収差が生じると、周辺像高で光スポットのスポット径が大きくなる。この問題を解決できないと、近年強く要請されている光走査の高密度化を実現できない。上記特許文献８記載の光走査装置では、斜め入射方式に特有の大きな走査線曲がりが極めて良好に補正されているが、上記波面収差の補正は十分といえない。

斜め入射方式の問題点といえる走査線曲がりと波面収差の劣化を良好に補正できる光走査装置として、走査結像光学系に複数の回転非対称レンズを含め、これら回転非対称レンズのレンズ面の子線頂点を結ぶ母線形状を副走査方向に湾曲させたものが提案されている（例えば、特許文献９参照）。
しかし、上記「子線頂点を結ぶ母線形状を副走査方向に湾曲させたレンズ面」を有するレンズは、母線を湾曲させることで諸問題を解決しており、入射光束に対応した個別の走査レンズが必要となるため、これをタンデム型の走査光学系に適用すると、走査レンズの枚数が増大する。同一のレンズに異なる被走査面に向かう複数の光束を入射させた場合、母線形状を湾曲させることにより一方の光束に対しては諸問題の解決がなされるが、他方の光束については走査線曲がりや波面収差を低減させることは難しい。

また、副走査方向に曲率を持つため、組み付け誤差、加工誤差、環境変動等の影響により、同レンズに入射する光束が副走査方向にシフトした場合、副走査方向のレンズの屈折力の影響を受け、走査線曲がりの形状が変化し、カラー画像における初期の、または設計時の色ずれ抑制の効果は得られず、色ずれが発生するという課題がある。
さらに、波面収差補正においても、曲率を持つ面においては入射光束のぶれにより光束のスキュー状態の変化が大きく、良好なビームスポット径を安定して得ることは難しい。
先に例をあげた斜め入射方式である、特許文献５記載の発明においても、特許文献９記載の発明と同様の面を用い走査線曲がりの補正を実施している。しかし、これまで説明してきたように、良好なビームスポット径を安定して得ることは難しい。

特開平９−５４２６３号公報 特開２００１−４９４８号公報 特開２００１−１０１０７号公報 特開２００１−３３７２０号公報 特開２００３−５１１４号公報 特開平１１−１４９３２号公報 特開平１１−３８３４８号公報 特開２００４−７０１０９号公報 特開平１０−７３７７８号公報

本発明は、光源装置からの光ビームを光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つ斜め入射方式の光走査装置において、走査線曲がりと波面収差の劣化を有効に補正した光走査装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、光偏向器の小型化や、マルチビーム化することによる光偏向器であるポリゴンミラーの低速化を図って低消費電力を図るなど、環境を考慮した光走査装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源装置を複数持ち、各光源装置からの光ビームは、共通の光偏向器により偏向された後、走査光学系により各々異なる被走査面に集光される光走査装置において、複数の光源装置からの全ての光ビームは、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持ち、走査光学系の少なくとも一面は副走査方向に曲率を持たない面で構成され、かつ主走査方向の位置に応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる特殊面であることを最も主要な特徴とする。
光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に異なる角度を持つ複数の光源装置からの光ビームの対を複数持ち、それぞれの光ビームの対は、同一の光偏向器の異なる反射面に入射されるようにするとよい。

本発明によれば、走査光学系の少なくとも一面を副走査方向に曲率を持たない面で構成し、かつ主走査方向の位置に応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる特殊面とすることにより、複数の光源装置からの全ての光ビームは、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つにもかかわらず、走査線曲がりと波面収差の劣化を有効に補正した光走査装置およびこれを用いた画像形成装置を得ることができる。
また、光偏向器の小型化や、マルチビーム化することによる光偏向器であるポリゴンミラーの低速化を図ることができ、もって低消費電力を図ることができるなど、環境を考慮した光走査装置およびこれを用いた画像形成装置を得ることができる。

以下、本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１は、光走査装置の実施例を示す。図１において、光源としての半導体レーザ１から放射された発散性の光束はカップリングレンズ２により以後の光学系に適した光束形態に変換される。カップリングレンズ２により変換された光束形態は、平行光束であってもよいし、弱い発散性あるいは弱い集束性の光束であってもよい。カップリングレンズ２を透過した光束はシリンドリカルレンズ３により副走査方向にのみ集光され、光偏向器としてのポリゴンミラー４の偏向反射面に入射するとともに、偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結ばれる。ポリゴンミラー４はモータによって一定速度で回転駆動され、偏向反射面に入射する上記光束を等角速度的に偏向反射する。

図３（ｂ）に示すように、光源側からの光束は、ポリゴンミラー４の偏向反射面の回転軸に直交する平面Ａに対して傾いて入射する。従って、偏向反射面により反射される光束も、平面Ａに対して傾いている。ポリゴンミラー４の回転軸に直交する平面に対し角度をつけて光束を入射させるために、光源装置、カップリング光学系、シリンドリカルレンズ３などからなる第１光学系を所望の角度に傾けて配置してもよいし、折り曲げミラーを用いて角度をつけてもよい。また、第１光学系の光軸を副走査方向にシフトすることで、偏向反射面に向かう光ビームに角度をつけてもよい。

ポリゴンミラー４の偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー４の等速回転とともに等角速度的に偏向され、走査光学系を構成する第１走査レンズ２１と第２走査レンズ２２を透過して、被走査面２３上に集光する。走査光学系は、偏向光束を例えば感光体の表面からなる被走査面２３上に集光して光スポットを形成するとともに、被走査面２３上で上記光スポットを等速度的に走査させる機能を有している。

上記のように、この実施例は斜め入射光学系になっている。以下、斜め入射光学系の特徴について、タンデム型のカラー画像形成装置の光走査装置を例に挙げ説明する。図２に示す光走査装置は、光偏向器としてのポリゴンミラー４を挟んで両側から光束を入射させ、ポリゴンミラー４の両側に光束を偏向反射させる対向走査方式になっている。このような対向走査方式の光走査装置においては、図３（ａ）に示すように、各々対応する被走査面に向かう光束を分離するのに必要な間隔Ｚを得るために、偏向反射面が２段化されたポリゴンミラー４を使用し各段の偏向反射面に光束を入射させて偏向反射するようになっている。偏向反射面を２段化することなく一段で使用しても良いが、ポリゴンミラーの副走査方向の厚さが厚くなり、高速化、低コスト化に不向きとなる。

本発明の実施例にかかる前記斜め入射光学系を用いると、ポリゴンミラー４の偏向反射面において、複数の光ビームを副走査方向に所定の間隔を持たせて入射させる必要がない。つまり、図３（ｂ）に示すように、ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し、副走査方向に異なる角度を持つ複数光源装置からの光ビームの対を、図中左右より同一のポリゴンミラー４の異なる反射面に入射させる。こうすることで、
・多面体からなるポリゴンミラー４の偏向反射面を一段にすることができる、
・副走査方向の厚みを薄くすることができる、
・回転体としての慣性力を小さくすることができる、
・起動時間を短くすることができる、
といった効果を得ることができる。また、従来の対向走査方式における偏向反射面が２段化されたポリゴンミラーに対し、コストダウンを図ることも可能である。

ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対する光ビームの副走査方向の角度は、図３（ｂ）に示すように、斜め入射を用いる光学系としては最も小さく設定可能である。図３（ｂ）は斜め入射を用いた例で、後述する片側走査方式での光線レイアウトを破線で示し、斜め入射角をβｓ２とする。対向走査方式では、実線で示すように斜め入射角はβｓ１となり、片側走査方式での上記入射角βｓ２より小さく設定することができる。

対向走査方式などの、片側で２つの異なる被走査面に対応する光学系においては、全ての光ビームすなわち２つの異なる被走査面に向かう全ての光ビームを、光偏向器の偏向反射面の法線に対し角度を持つ光ビームすなわち副走査方向に角度を持つ光ビームとすることで、光走査装置を構成する部品の中でコスト比率の高い光偏向器のコストを下げることができ、併せて、消費電力や騒音を低減可能な、環境に配慮した光走査装置を提供することができる。

従来の水平入射（偏向反射面の法線と平行に入射）に対し、副走査方向において斜め入射させる方式では、光束が走査レンズに副走査方向に角度を持って入射することにより、諸収差量が増大し、光学性能が劣化することは公知である。本発明では、走査光学系の少なくとも一面を特殊面として、光学性能の劣化を補正している。補正に当たり、ポリゴンミラーの偏向反射面の法線に対し光束が副走査方向に斜め入射する角度を小さくすることで、光学性能の劣化を小さく抑えることが可能となり、良好な光学性能を実現することができる。この結果、安定したビームスポット径を得ることが可能となり、ビームスポット径の小径化による形成画像の画質向上にも有利となる。

次に、タンデム型のカラー画像形成装置に適用可能な光走査装置の別の実施例として、片側走査方式を例に挙げ説明する。説明の前提として、ポリゴンミラーで片側に偏向反射された複数の光束を所定距離離れた位置で光束ごとに分離するのに必要な間隔を△ｄとする。通常、この間隔△ｄは、３ｍｍから５ｍｍである。図４（ｂ）に示すような、全ての光ビームがポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し平行であった従来の光走査装置においては、良好な光学性能が得られる。その反面、各光源装置からの光ビーム、つまり互いに異なる被走査面に導かれる光ビーム間の間隔は、光ビームごとに分離するのに、ポリゴンミラー４の偏向反射面位置において△ｄの間隔が必要である。そのため、偏向手段であるポリゴンミラー４の高さ（副走査方向の寸法：厚さ）ｈが高くなり、空気との接触面積が増大して、回転時の風損の影響による消費電力の増大、騒音の増大、コストの高騰などの問題が生じていた。特に、光走査装置の構成部品の中で光偏向であるポリゴンミラー４の占めるコスト比率が高く、コスト面での課題が大きかった。

その点、前述の本発明にかかる光走査装置の実施例によれば、偏向手段としてのポリゴンミラー４の偏向反射面で反射される複数の光源装置からの光ビームは、ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つ光ビームとして、これを走査レンズに入射させることで、図４（ｃ）に示すように、ポリゴンミラー４の高さｈを大幅に低減することが可能となり、対向走査方式の説明と同様に、ポリゴンミラー４の偏向反射面を形成する多面体を一段で構成することができる。加えて、副走査方向の厚みを薄くすることができ、回転体としての慣性力を小さくすることができ、ポリゴンミラーの起動時間を短くすることができる。また、従来の対向走査方式における２段化されたポリゴンミラー４に対し、コストの低廉化を図ることができる。

片側走査方式で最も斜め入射角を小さく設定するためには、図４（ａ）に示すように水平入射と斜め入射の組み合わせ、すなわち、対をなす二つの光束相互を偏向反射面の法線に対し対称的に傾いた斜め入射とし、かかる二つの光束対を２対、互いに平行になるように、偏向反射面に入射させることが考えられる。このように、水平（法線と平行）入射と斜め入射を組み合わせることにより、ポリゴンミラー４の小型化に対しては、従来の水平入射に比べ改善されるが、図４（ｃ）の形態が最も小型化が可能であり諸課題の解決が可能となる。

また、従来の水平入射に対し副走査方向に斜め入射させる方式では、前記の説明同様に、走査レンズに副走査方向に角度を持って入射することにより、諸収差量が増大し、光学性能が劣化することは公知である。本発明では、後述する特殊面を用い、上記光学性能の劣化を補正しているが、ポリゴンミラー４の偏向反射面の法線に対する入射角度（副走査方向に斜入射する角度）を小さくすることで、上記光学性能の劣化を小さく抑えることが可能となり、良好な光学性能を実現することができる。この結果、安定したビームスポット径を得ることが可能となり、ビームスポット径の小径化によって、形成される画像の質の向上にも有利となる。

従来の水平入射に対し副走査方向に斜め入射させる本方式では、走査線曲がりが大きいという問題がある。この走査線曲がりの発生量は、前記各光ビームの副走査方向の斜め入射角により異なり、各々の光ビームで描かれた潜像を各色のトナーにより可視化してこれを重ね合わせた際に、色ずれとなって現れてしまう。また、斜め入射することにより、光束が走査レンズにねじれて入射することで、波面収差も増大し、特に周辺の像高で光学性能が著しく劣化し、ビームスポット径が太ってしまい、高画質化を妨げる要因となる。以下に、斜め入射光学系における、波面収差の発生と走査線曲がりの発生について説明する。

まず、走査線曲がりの発生について説明する。例えば、走査光学系を構成する走査レンズ、特に副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズ（図１では第２走査レンズ２２）の、入射面の主走査方向の形状が、偏向反射面の光ビームの反射点を中心とする円弧形状でない限り、主走査方向のレンズ高さにより、光偏向器の偏向反射面から走査レンズ２２の入射面までの距離が異なる。通常、走査レンズを上記の形状にすることは、光学性能を維持する上で困難である。つまり、図１に示すように、通常の光ビームは、光偏向器により偏向走査され、各像高にて主走査断面において、レンズ面に対し垂直入射することはなく、主走査方向にある入射角をもって入射する。

光ビームが光偏向器の偏向反射面に対し斜め入射されることにより、すなわち副走査方向に角度を持って入射されることにより、光偏向器により偏向反射された光ビームは、像高により光偏向器の偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離が異なり、走査レンズへの副走査方向の入射高さが周辺に行くほど中心より高い位置、もしくは低い位置に入射される。この走査レンズへの入射高さ位置が高くなるか又は低くなるかは、光ビームの副走査方向にもつ角度の方向により異なる。この結果、副走査方向に屈折力を持つ面を通過する際に、副走査方向に受ける屈折力が異なり走査線曲がりが発生してしまう。通常の水平入射であれば、偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離が異なっても、光ビームは走査レンズに対し水平に進行するため、走査レンズ上での副走査方向の入射位置が異なることはなく、走査線曲がりは生じない。

次に、光ビームが偏向反射面に斜めに入射することによる波面収差劣化について説明する。先の説明の如く、走査光学系を構成する走査レンズ入射面の主走査方向の形状が、偏向反射面の光ビームの反射点を中心とする円弧形状でない限り、像高により光偏向器の偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離は異なる。通常、走査レンズを前記の形状にすることは、光学性能を維持する上で困難である。つまり、通常の光ビームは、光偏向器によって偏向走査され、各像高にて主走査断面において、レンズ面に対し垂直入射することはなく、主走査方向にある入射角を持って入射する。光偏向器により偏向反射された光ビームは、主走査方向にある幅を持っており、一つの光束内における主走査方向の両端は、光偏向器の偏向反射面から走査レンズ入射面までの距離が異なり、副走査方向に角度を持っている（斜め入射されているため）ことにより、走査レンズにねじれた状態で入射することになる。この結果、波面収差が著しく劣化し、ビームスポット径が太る。図１に示すように、主走査方向の入射角は、周辺像高に行くほどきつくなり、光束のねじれは大きくなり、周辺に行くほど波面収差の劣化によるビームスポット径の太りは大きくなる。

本発明にかかる光走査装置の走査光学系おいては、特殊面を採用し、波面収差及び走査線曲がりを補正している。走査線曲がりや波面収差の補正は、レンズ面を副走査方向にチルト偏芯させることで補正可能である。像高間での副走査方向の走査位置、及び、劣化した波面収差量のバランスを取ることにより、各像高での走査位置や波面収差を補正し、被走査面上での走査線曲がりや波面収差の劣化によるビームスポット径の太りを補正している。

しかし、レンズ面に入射する光束のねじれ（スキュー）による波面収差の劣化量や、光偏向器の偏向反射面に斜め入射することによる像高間での物点の副走査方向の変化量、偏向反射面からレンズ面までの距離は、像高間で異なるため、波面収差の補正や走査線曲がりの補正を完全に行うことはできない。そこで本発明においては、走査レンズの少なくとも１面の、副走査方向の形状を、曲率を持たない平面形状とし、かつ、レンズ長手方向（主走査方向）のレンズ高さに応じて、レンズ短手方向（副走査方向）の偏芯角度（チルト量）が異なる特殊面とすることによって、波面収差や走査線曲がりを補正している。上記特殊面のチルト量（偏芯角度）とは、光学素子の光学面における短手方向の傾き角を言う。チルト量が０であるときには傾きがない状態、つまり通常のレンズと同じ状態となる。

上記特殊面についてさらに説明する。特殊面の面形状は、以下に示す式１による。ただし、この発明の内容は式１で示す形状式に限定されるものではなく、同一の面形状を別の形状式を用いて特定することも可能である。光軸を含み、主走査方向に平行な平断面である「主走査断面」内の近軸曲率半径をＲＹ、光軸から主走査方向の距離をＹ、高次係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・とし、主走査断面に直交する「副走査断面」内の近軸曲率半径をＲＺとする。
式１

但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺ とする。（Ｆ０＋Ｆ１・Ｙ＋Ｆ２・Ｙ＾２＋Ｆ３・Ｙ＾３＋Ｆ４・Ｙ＾４＋・・）Ｚは、チルト量を表す部分であり、チルト量を持たないとき、Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２，・・・は全て０である。
Ｆ１，Ｆ２，・・・が０でないとき、チルト量は、主走査方向に変化することになる。

さらに、特殊面の副走査方向の形状を、曲率を持たない平面形状としている理由について説明する。副走査方向に曲率を付けた場合、副走査方向の高さ毎に主走査方向の形状が大きく変化し、温度変動や、光学素子の組み付け誤差によって副走査方向に光ビームの入射位置がずれた場合に倍率誤差変動が大きくなる。色ごとに形成した画像を重ねてカラー画像を得るようにしたカラー画像形成装置においては、上記倍率誤差変動が大きくなることによって、各色間でのビームスポット位置がずれ、色ずれが発生してしまう。そこで、本発明のように特殊面の副走査方向の面形状を、曲率を持たない平面形状とするとよい。こうすることにより、副走査方向の高さ毎に主走査方向の形状誤差を小さくすることができ、副走査方向に光ビームの入射位置がずれた場合の倍率誤差変動を小さくして、色ずれの発生を抑えることができる。

実際には、特殊面を用いることで主走査形状は副走査方向の高さにより変化するが、その量は僅かであり、副走査方向に曲率を付けた場合に比べ主走査方向の形状の変化を小さくすることができる。この結果、温度分布発生による光ビーム間での倍率変動の差を小さくすることができ、同期を取ることによって書き始めの位置と書き終わりの位置を各光ビームで一致させたときの、中間像高での色ずれを低減することができる。

図５（ｂ）は、上記特殊面が副走査方向に屈折力を持たない、すなわち副走査方向に曲率を持たない面２２Ａである場合に、入射光束５−１が符号５−２で示すように副走査方向にシフトした場合の出射光束の様子を示す。図５（ｂ）に示すように、入射光束が副走査方向にシフトした場合、特殊面は屈折力を持たないため、光束の進行方向もシフトするのみで、その方向の変化は小さい。図５（ａ）は、上記特殊面が副走査方向に屈折力を持つ、すなわち副走査方向に曲率を持つ面２２Ｂである場合に、入射光束５−１が符号５−２で示すように副走査方向にシフトした場合の出射光束の様子を示す。副走査方向に曲率を持つ面２２Ｂでは、図５（ａ）に示すように、入射光束が副走査方向にシフトすると、屈折力が変わることにより光線の進行方向が変わる。光束の進行方向の変化量が各像高で異なると、走査線曲がりが大きく発生してしまう。また、光束のスキューが発生し、波面収差の劣化、ビームスポット径の劣化すなわち径の変動や径の太りが生じる。以上の理由から、特殊面における副走査方向の形状は、曲率を持たない平面形状とする必要がある。

本発明によれば、上記のような特殊面を採用し、走査レンズの主走査方向に異なるチルト量を最適に与えることで、光束内の光束のねじれを補正することができる。走査線曲がりについても同様に、特殊面により、走査レンズの主走査方向に異なるチルト量を最適に与えることで、各像高に向かう光ビームの副走査方向の位置を補正して走査線曲がりを補正することが可能となる。

また、走査レンズの入射面に光束を副走査方向に角度を持って入射させることによって生じる波面収差の劣化は、光軸近傍では走査レンズに対し光束のスキューがほとんど発生しないため非常に小さい。このため、本発明で用いる特殊面において、光軸上における偏心量はゼロとすることができる。従来、レンズもしくはレンズ面をチルト偏芯、もしくはシフト偏芯させ、波面収差の補正や走査線曲がりを補正する場合、中央像高近傍においては意図的にその性能を劣化させ、周辺像高とのバランスを取っていたが、本発明における上記特殊面の採用により、レンズもしくはレンズ面を偏芯させる必要がなくなり、良好な光学性能の補正が可能となる。

前記特殊面を、異なる被走査面に向かう光ビーム毎に、つまり光偏向器の反射面の法線に対する副走査方向の角度（斜め入射角度）が異なる光ビーム毎に最適に設定することで、全ての光ビームにおいて良好な波面収差補正、及び、走査線曲がり補正が可能となる。この場合、斜め入射角度が異なっても、本特殊面を用い、前記式１に示す形状式の係数を変え、最適に設計することで対応可能となる。

さらに、図１に示すように、ポリゴンミラー４の偏向反射面に入射する光ビームを走査レンズ２１に干渉させないように、ミラー２４で光路を曲げ主走査方向に角度を持って入射させることで、副走査方向の入射角度を小さく設定することができる。副走査方向に斜めに入射させる角度が大きいと、前記光学性能の劣化が大きくなるため、良好な補正は困難になってしまう。このため、ポリゴンミラー４の偏向反射面に対し、光ビームを主走査方向に角度を持って入射させることが望ましい。

波面収差補正と走査線曲がりの補正を良好に行うために、走査レンズを少なくとも２枚で構成し、それぞれに前記説明の特殊面を採用することが望ましい。光偏向器に近い走査レンズ（少なくとも副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズより光偏向器側の走査レンズ）の特殊面で波面収差補正を行い、被走査面に近い走査レンズ（副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズ）の特殊面で走査線曲がり補正を行うように、それぞれの補正機能を分離することで、ビームスポット径の更なる小径化と走査線曲がりの低減を達成可能となる。もちろん、二つの走査レンズで完全に機能を分離させなければならないわけではなく、それぞれの特殊面で、波面収差補正の一部、走査線曲がり補正の一部を受け持ってもよい。

まず、実施例２の波面収差補正について説明を加える。先に説明した通り、走査レンズへの主走査方向の入射角は、周辺像高に行くほどきつく（大きく）なり、光束のねじれが大きくなり、周辺像高に行くほど波面収差の劣化によるビームスポット径の太りは大きくなる。そこで、本発明にかかる光走査装置の走査光学系に採用する特殊面は、光軸から主走査方向に離れるに従い、偏心量が増加する面形状とすることが望ましい。光軸近傍、つまり中央像高付近における光ビームは、レンズ面にほぼ垂直に入射するため、光ビームが副走査方向に角度を持つことによる波面収差の劣化は小さい。図６に示す波面収差補正前のビームスポット径のデータからも明らかである。そこで、光軸から主走査方向に離れるに従い偏心量を増加させ、光束のねじれによる波面収差劣化を補正させることで、良好な光学性能、ビームスポット径を得ることができる。

また、波面収差の劣化は、特に副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズへの入射時に、光束がねじれることにより大きく発生する。図７は、特殊面を用いることなく、従来の走査光学系に斜入射させたときの副走査断面での光線を示す。図７の横軸は光軸から主走査方向の像高、縦軸は副走査方向の光ビーム高さを示す。図７に示す光線は、カップリングレンズ通過後に配置されているアパーチャの副走査方向中心の光線と、主走査方向両端の光線の２本である。また、副走査方向に強い屈折力を持つレンズは、図中第２走査レンズＬ２であり、第１走査レンズＬ１は、副走査方向の屈折力はほぼゼロである。さらに、図中仮想面とは、実際には存在しない面であり、図中において第２走査レンズＬ２を第１走査レンズＬ１と水平に配置させるための仮想ミラー面である。

図７から明らかなように、光偏向器としてのポリゴンミラーで反射された各光ビームは、副走査方向に高さを異ならせて走査レンズに入射する。中心像高においては、走査レンズにほぼ垂直に入射するため、各光ビームは副走査方向に高さを異ならせることなく走査レンズに入射している。このため、波面は劣化せず良好なビームスポット径を保つことができる。一方、周辺像高（ここでは、被走査面上の＋１５０ｍｍの位置に到達する光束）では、ポリゴンミラーから走査レンズまでの光路長の違いにより、副走査方向に入射高さが異なっている。このため、被走査面上では各光ビームは一点に集まらず、つまり波面収差が劣化している状態になり、ビームスポット径が劣化している。

また、被走査面上で像高０に向かう光束と、像高＋１５０に向かう光束が副走査方向で一致していない。これは、走査線曲がりを意味し、副走査方向に強い屈折力を持つ第２走査レンズＬ２までの光路長の差により、周辺像高に向かう光束が中心像高に向かう光束に対し、副走査方向に強い屈折力を持つ第２走査レンズＬ２の光軸上より副走査方向に高さを持って入射していることにより発生している。また、ポリゴンミラーによって生じる「サグ」により、反射点が副走査方向にずれていることも影響している。波面収差の補正のためには、前記副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズへの入射高さを補正し、被走査面上で一点に集光するようにする必要がある。このため、波面収差の補正を行うために用いる特殊面は、副走査方向に最も強い屈折力を持つ第２走査レンズより、光偏向器側の第１走査レンズに設けることが望ましい。

図８に、特殊面による波面収差、走査線曲がり補正後の光路図を、図７に準じて示す。第１走査レンズＬ１の第２面に特殊面を採用し、波面収差の補正を行っている。第２走査レンズＬ２への入射高さを高くし、主走査方向両端の光束についても、周辺に行くほど副走査方向に強い屈折力を持つ第２走査レンズＬ２への副走査方向の入射高さを高くしている。通常、走査レンズはポリゴンミラーの偏向反射点を中心として主走査方向で同心円状になるようにレンズ面を形成することは、所望の光学性能を確保するためには難しい。このため、光偏向器としてのポリゴンミラーにて偏向反射された光ビームは、周辺に行くほど、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つ方向に高くなって、走査レンズに入射する。つまり、図８の光路図で示すように、偏向反射面にて光ビームが跳ね上げられた場合、走査レンズの入射面では、周辺像高に行くほど走査レンズの上部を光ビームが通過する。図８の例では、第２走査レンズＬ２で像高０の光ビーム通過位置を光軸としたとき、＋１５０像高では副走査方向の高さでプラス側を光ビームが通過する。

特殊面で波面収差を補正する場合、第２走査レンズＬ２への入射高さを高くし、光束内の主走査方向両端の光ビームについても、周辺に行くほど副走査方向に強い屈折力を持つ第２走査レンズＬ２への副走査方向の入射高さを高くする。これにより特殊面での波面収差補正が可能となる。つまり、副走査方向に最も強い屈折力を持つ第２走査レンズより、光偏向器側の第１走査レンズに、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つ光ビームに対し、周辺に向かって上記法線に対する角度をより大きくするように特殊チルト面を形成する。そして、副走査方向に強い屈折力を持つ第２走査レンズへの副走査方向の入射位置を調整することで、波面収差の劣化を補正することができる。

さらに、走査線曲がりの補正について説明する。走査線曲がりの発生については、前述したためここでは割愛する。本実施例によれば、走査レンズに特殊面を使用することにより、主走査方向（つまり各像高）における像点位置を副走査方向に補正することにより走査線曲がりの補正を可能としている。このとき、走査線曲がり、及び、波面収差の発生を小さくするために、斜め入射角を小さくしようとする場合、前に説明したとおり、光偏向器としてのポリゴンミラーの偏向反射面に入射する光ビームは、走査レンズと干渉しないように主走査方向に角度を持って入射させる。この結果、ポリゴンミラーによって発生する「サグ」は、中心（走査レンズの光軸）に対して左右非対称となる。つまり、走査線曲がりが発生する原因となる光路長差が中心に対し左右対称とならないため、走査線曲がりも左右非対称に発生することとなる。

そこで、光軸を中心として主走査方向に非対称に偏心量が変化する特殊面を用いることで、上記走査線曲がりを良好に補正することが可能となる。また、本特殊面は、被走査面に最も近い走査レンズに使用することが望ましい。光束は被走査面に近づく程その大きさ（光束径）は小さくなる。このため、走査線曲がり補正のために光束の進行方向を変化させても光束内への影響は小さく、光偏向器に近い走査レンズの特殊面で波面収差を補正した状態を劣化させることを防ぐことができる。すなわち、補正後の光束を大きくスキューさせることがなく、波面を乱すことはない。つまり、波面収差補正は、光束径が大きく、光束内の光ビームの進行方向を補正しやすい光偏向器に近い走査レンズで行うのが有効となる。

さらに、被走査面に近い走査レンズでは、各像高に向かう光ビームがより明確に分離されており、隣り合う光ビームの重なりが小さい。このため、上記特殊面の偏心量を細かく設定することが可能で、走査線曲がりを良好に補正することが可能となる。付け加えると、主走査方向に非対称に偏心量が変化する特殊面を用いた走査線曲がり補正を例に挙げて説明し、被走査面に最も近い走査レンズに特殊面を配置することが望ましいと説明したが、波面収差補正においてもスキュー量は非対称となる。走査線曲がりに対しスキューの非対称性に対する感度は低いが、他の走査レンズすなわち被走査面側の走査レンズ以外に、主走査方向に非対称に偏心量が変化する特殊面を用いることにより、諸収差を補正することができる。

少なくとも光偏向器に最も近い走査レンズは、図９に示すように、複数の光源装置から放射された複数の光ビームで共有されることが望ましい。図９において符号２２Ｃは、走査レンズの特殊面を示す。共有されたレンズを一体的に成形することで部品点数を減らすことができ、部品間のばらつきを小さく抑えることが可能となる。例えば、カラー画像形成装置に用いる片側走査方式の光走査装置においては、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックに対応し、各被走査面としての感光体に向かう光ビーム全てを単一のレンズで共有することで走査レンズを大幅に減らすことが可能となる。また、カラー対応の対向走査方式光走査装置においては、一つの走査レンズを２色分の光ビームで共有することで、走査レンズの数を減らすことができる。

走査レンズを複数の光ビームで共有しない場合、異なる光源装置からの光ビーム毎、つまり異なる感光体に向かう光ビーム毎に、これに対応する走査レンズを副走査方向に並べて配置する必要がある。対向走査方式では偏向反射面を少なくとも２段重ねにし、片側走査方式においては４段重ねにする必要がある。一方では、各走査レンズは、各光束に対応するレンズ面の有効範囲外にリブを設ける必要があり、副走査方向に隣り合う光ビーム間の距離が離れて斜め入射角が増大し、光学性能の劣化が大きくなってしまう。斜め入射角を変えることなく隣り合う光ビームの間隔を広げるためには、走査レンズを光偏向器から遠ざける必要がある。特に主走査方向においては屈折力をあげる必要があるため、走査レンズの肉厚が厚くなり、走査レンズが大型化しコスト高になる。さらに、重ねるレンズの固定のための接着工程が必要となり、レンズごとに精度の良い位置決めが必要になるなど、組み付けにおける課題も生じる。

本実施例によれば、少なくとも光偏向器に最も近い走査レンズは、複数の光源装置からの光ビームで共有することで、上記課題を解決し、走査レンズの副走査方向の高さの低減、斜め入射角の低減が可能となり、組み付け工程においても、レンズの重ね合わせのための接着工程、位置決め工程の課題を解決することができる。また、この実施例における上記走査レンズ面の形状は、ポリゴンミラーの偏向反射面の法線に平行で、ポリゴンミラーにより反射偏向された複数の光ビームの副走査方向中心を含む面に対し、鏡面対称であることが望ましい。ポリゴンミラーの反射面の法線に平行で、ポリゴンミラーにより反射偏向された複数の光ビームの副走査方向中心を含む面に対し、対称に入射させることで、前記特殊面の形状は鏡面対称にすればよく、設計時の効率を上げることができる。また、主走査方向に対称な形状であれば、同一のレンズを反転して使用することも可能である。また、ここでいう鏡面対称とは、ポリゴンミラーにて偏向反射された以降のミラーを全て省略した状態で、ポリゴンミラーの反射面の法線に平行で、ポリゴンミラーにより反射偏向された複数の光ビームの副走査方向中心を含む面に対するものである。

図１０に、これまで説明してきた走査レンズを対向走査方式の光走査装置に適用した例を、実施例４として示す。図１０において、符号４はポリゴンミラー、２１−１，２１−２は第１走査レンズ、２２−１〜２２−４は第２走査レンズ、３Ｙはイエロー対応の感光体ドラム、３Ｍはマゼンタ対応の感光体ドラム、３Ｃはシアン対応の感光体ドラム、３Ｋはブラック対応の感光体ドラムをそれぞれ示している。第１走査レンズ２１−１，２１−２はポリゴンミラー４の両側に配置され、各第１走査レンズ２１−１，２１−２は２本の光束で共用されるように構成されている。各光束は、各光束に対応する第２走査レンズ２２−１〜２２−４を透過し、適宜のミラーで光路を折り曲げられて、各光束に対応する感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに至るように、各光学素子が配置されている。感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上で光スポットが走査されることにより、それぞれの色に対応した静電潜像が形成され、これをそれぞれの色のトナーで現像し、転写紙に重ねて転写することによりカラー画像が得られることは周知のとおりである。
上記実施例において、さらに、副走査方向の像面湾曲を良好に補正するために、像高に応じて副走査方向の曲率が変化する面を、走査光学系に少なくとも１面設けることが望ましい。

前記特殊面は曲率を持たない面であり、副走査方向に集光する作用を持たない。そこで、像高に応じて副走査方向の曲率が変化する面（以下「特殊トロイダル面」という）を用いる。こうすることにより、特殊面を、波面収差補正、走査線曲がり補正のために複数面用いた場合においても、レンズ枚数を増加させることなく、効率的に各像高における像面湾曲を補正可能となる。

特殊トロイダル面の形状は、以下の式２による。ただし、この発明に用いる特殊トロイダル面の形状は以下の式２に限定されるものではなく、同一の面形状を別の形状式を用いて特定することも可能である。光軸を含み、主走査方向に平行な平断面である「主走査断面」内の近軸曲率半径をＲＹ、光軸から主走査方向の距離をＹ、高次係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・とし、主走査断面に直交する「副走査断面」内の近軸曲率半径をＲＺとする。
式２

但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、
Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺ＋ａＹ＋ｂＹ＾２＋ｃＹ＾３＋ｄＹ＾４＋ｅＹ＾５＋ｆＹ＾６
＋ｇＹ＾７＋ｈＹ８＋ｉＹ＾９＋ｊＹ＾１０…

後述する本発明の数値実施例によれば、走査レンズを２枚構成として少数の走査レンズで構成しながら、前記特殊面（２面）、特殊トロイダル面（１面）を用いることで、像面湾曲の補正、走査線曲がりの補正、波面収差の補正を良好に行い、良好な光学性能を実現している。
なお、ここで言う光軸とは、各面の中心を結ぶ線、もしくは各面を式で表す場合の式の原点を結ぶ線とする。

本発明に係る光走査装置において、光源を、例えば、複数の発光点を有する半導体レーザアレイや、単数の発光点もしくは複数の発光点を有する光源を複数用いたマルチビーム光源装置とし、複数の光ビームを感光体表面に同時に走査するように構成するとよい。こうすることにより、高速化、高密度化を図った光走査装置および画像形成装置を構成することができる。かかる光走査装置および画像形成装置を構成した場合も、これまで説明してきた効果と同様の効果を得ることができる。図１１はマルチビーム光源装置を構成する光源ユニットの例を示す。

図１１（ａ）において、半導体レーザ４０３、４０４は各々ベース部材４０５の裏側に形成した図示しない嵌合孔に個別に嵌合されている。上記嵌合孔は主走査方向に所定角度、実施例では約１．５°微小に傾斜していて、この嵌合孔に嵌合された半導体レーザ４０３、４０４も主走査方向に約１．５°傾斜している。半導体レーザ４０３、４０４は、その円筒状ヒートシンク部４０３−１、４０４−１に切り欠きが形成されていて、押え部材４０６、４０７の中心丸孔に形成された突起４０６−１、４０７−１を上記ヒートシンク部の切り欠き部に合わせることによって発光源の配列方向が合わせられている。押え部材４０６、４０７はベース部材４０５にその背面側からネジ４１２が締め付けられることにより、半導体レーザ４０３、４０４がベース部材４０５に固定されている。また、コリメートレンズ４０８、４０９は各々その外周をベース部材４０５の半円状の取り付けガイド面４０５−４，４０５−５に沿わせて光軸方向の調整を行い、発光点から射出した発散ビームが平行光束となるよう位置決めされ接着されている。

なお、上記実施例では、各々の半導体レーザからの光線が主走査面内で交差するように設定されているため、光線方向に沿って半導体レーザ４０３、４０４を嵌合する前記嵌合孔および半円状の取り付けガイド面４０５−４，４０５−５を傾けて形成している。ベース部材４０５の円筒状係合部４０５−３をホルダ部材４１０に係合し、ネジ４１３を貫通孔４１０−２に通してネジ孔４０５−６、４０５−７に螺合することによって、ベース部材４０５がホルダ部材４１０に固定され、光源ユニットを構成している。

上記光源ユニットのホルダ部材４１０は、その円筒部４１０−１が光学ハウジングの取り付け壁４１１に設けた基準孔４１１−１に嵌合され、取り付け壁４１１の表側よりスプリング６１１を挿入してストッパ部材６１２を円筒部突起４１０−３に係合することで、取り付け壁４１１の裏側に密着して保持され、これによって上記光源ユニットが保持されている。スプリング６１１の一端を取り付け壁４１１の突起４１１−２に引っ掛け、スプリング６１１の他端を光源ユニットに引っ掛けることで、光源ユニットに円筒部中心を回転軸とした回転力を発生している。この光源ユニットの回転力を係止するように設けた調節ネジ６１３を具備していて、この調節ネジ６１３により、光軸の周りであるθ方向にユニット全体を回転しピッチを調節することができるように構成されている。光源ユニットの前方にはアパーチャ４１５が配置され、アパーチャ４１５には半導体レーザ毎に対応したスリットが設けられ、光学ハウジングに取り付けられて光ビームの射出径を規定するように構成されている。

図１１（ｂ）は、光源ユニットの別の例を示す。図１１（ｂ）において、４個の発光源を持つ半導体レーザ７０３からの各光ビームは、ビーム合成手段を用いて合成するように構成されている。符号７０６は押え部材、７０５はベース部材、７０８はコリメートレンズ、７１０はホルダ部材をそれぞれ示している。この実施の形態では光源としての半導体レーザ７０３は１個であり、これに応じて押え部材７０６が１個である点が図６（ａ）に示す例と異なっており、他の構成は基本的に同じである。

図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）に示す例に準じる構成のものであって、４個の発光源を持つ半導体レーザアレイ８０１からの光ビームを、ビーム合成手段を用いて合成する例を示している。基本的な構成要素は図６（ａ）（ｂ）と同様であるから、ここでは説明を省略する。

次に、本発明に係る光走査装置を用いた画像形成装置の実施例を、図１２を参照しながら説明する。本実施例は、本発明に係る光走査装置をタンデム型フルカラーレーザプリンタに適用した例である。図１２において、装置内の下部側には水平方向に配設された給紙カセット３１から給紙される転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト３２が設けられている。この搬送ベルト３２上にはイエローＹ用の感光体３Ｙ，マゼンタＭ用の感光体３Ｍ，シアンＣ用の感光体３Ｃ及びブラックＫ用の感光体３Ｋが、転写紙の搬送方向上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付けて区別するものとする。これらの感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスにしたがって各プロセスを実行するプロセス部材が順に配設されている。感光体３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ４Ｙ、光走査光学系５Ｙ、現像装置６Ｙ、転写チャージャ７Ｙ、クリーニング装置８Ｙ等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施例では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの表面を色毎に設定された被走査面ないしは被照射面とするものであり、各々の感光体に対して光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。但し、第１走査レンズ２１は、Ｍ，Ｙ，Ｋ，Ｃで共通に使用している。また、搬送ベルト３２の周囲には、感光体５Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ３９と、ベルト帯電チャージャ４０が設けられ、感光体５Ｋよりもベルト３２の回転方向下流側に位置させてベルト分離チャージャ４１、除電チャージャ４２、クリーニング装置４３等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ４１よりも転写紙搬送方向下流側には定着装置４４が設けられ、排紙トレイ３５に向けて排紙ローラ４６で結ばれている。

このような概略構成において、例えば、フルカラーモード（複数色モード）時であれば、各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対してＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の各色の画像信号に基づき各々の光走査装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋによる光ビームの光走査で、各感光体表面に、各色信号に対応した静電潜像が形成される。これらの静電潜像は各々の対応する現像装置で色トナーにより現像されてトナー像となり、搬送ベルト３２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、転写紙上にフルカラー画像が形成される。このフルカラー像は定着装置４４で定着された後、排紙ローラ４６により排紙トレイ４５に排紙される。

上記画像形成装置の光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋを、前述の実施形態に係る光走査装置とすることで、走査線曲がりと波面収差の劣化を有効に補正し、色ずれが無く、高品位な画像再現性が確保できる画像形成装置を実現することができる。

図１２に、片側走査方式の光走査装置の実施例を示してこれを説明したが、例えば、図２に示すような対向走査方式の光走査装置においても同様の構成となる。図２（ａ）において、光偏向器としてのポリゴンミラー４の両側に第１走査レンズ２１−１，２１−２が配置されている。ポリゴンミラー４を境にして一方側に配置された光源としての半導体レーザ１−１，１−２から放射されたレーザ光束がポリゴンミラー４で偏向反射されて上記第１の走査レンズ２１−１を透過し、さらに各レーザ光束に個別に対応する第２走査レンズ２２−１，２２−２を透過し、かつ、適宜のミラーにより光路を曲げられて、対応する感光体３Ｙ，３Ｍに至るようになっている。また、ポリゴンミラー４を境にして他方側に配置された光源としての半導体レーザ１−３，１−４から放射されたレーザ光束がポリゴンミラー４で偏向反射されて上記第１の走査レンズ２１−２を透過し、さらに各レーザ光束に個別に対応する第２走査レンズ２２−３，２２−４を透過し、かつ、適宜のミラーにより光路を曲げられて、対応する感光体３Ｃ，３Ｋに至るようになっている。

図２（ｂ）は、光源部分の別の例を示す。図２（ａ）に示す例では、複数の光源がポリゴンミラー４を挟んで一方側と他方側に分離して配置されていたが、図２（ｂ）に示す例では、４つの光源１−１〜１−４が接近して配置されている。光源から放射されるレーザ光束の向きをミラーによって適宜変えることによって上記の配置にすることができる。図２（ａ）に示す例にせよ、図２（ｂ）に示す例にせよ、複数の光源装置からの全ての光ビームは、光偏向器の反射面の法線に対し副走査方向に角度を持ち、走査光学系の少なくとも一面は副走査方向に曲率を持たない面で構成され、かつ主走査方向の位置に応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる特殊面で構成されていて、本発明思想が採り入れられている。

数値実施例１
次に、本発明の光走査装置に関する具体的な数値実施例を挙げる。光源として用いられる半導体レーザは発光波長：６５５ｎｍのもので、放射される発散性の光束はカップリングレンズ（焦点距離：１５ｍｍ）により「実質的な平行光束」に変換され、シリンドリカルレンズ（焦点距離：７０ｍｍ）の作用により、ポリゴンミラーの偏向反射面の位置に「主走査方向に長い線像」として結像する。ポリゴンミラーは、偏向反射面数：６で、内接円半径：１８ｍｍのものである。また、ポリゴンミラーの回転軸と偏向反射面は平行に形成されており、偏向反射面に光ビームは副走査方向に２．４°で斜めに入射され、主走査方向においては像高０に向かう光束に対し約６０°で入射するように構成されている。カップリングレンズから射出された光束を規制するアパーチャは、主走査方向に５．３ｍｍ、副走査方向に１．３ｍｍの矩形アパーチャである。

表１に、走査光学系のデータを示す。面番号１、２で示されるレンズＬ１は、偏向反射面に平行に配置され（光束はレンズに２．４°で斜め入射される）。面形状は、像高０に向かう光ビームが特殊面を通過する位置、つまりレンズＬ１の第２面を通過する位置を含み、偏向反射面の法線に水平な線を、レンズ形状を表す式の光軸としている。面番号３、４で示されるレンズＬ２は、レンズの光軸と入射光束を一致させて（レンズに光束が斜め入射されないように２．４°傾けて）配置している。
表１

表１で、「＊」を付した各面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向は平面となっている。そのレンズ面形状は、次の式３で与えられる。２面、３面は特殊面である。
式３

但し、Ｃｍ＝１／ＲＹ、 Ｃｓ（Ｙ)＝１／ＲＺ とする。

表１で、「＊＊」を付した面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径は、レンズ高さにより連続的に変化する特殊トロイダル面である。この面形状は、上記式３にて与えられる。但し、Ｃｓ（Ｙ）は、下の式４による。
式４
Ｃｓ（Ｙ）＝１／ＲＺ＋ａＹ＋ｂＹ＾２＋ｃＹ＾３＋ｄＹ＾４＋ｅＹ＾５＋ｆＹ＾６
＋ｇＹ＾７＋ｈＹ８＋ｉＹ＾９＋ｊＹ＾１０＋ｋＹ＾１１＋ｌＹ＾１２

本実施例の非球面係数は次の表２に示す通りである。
表２

なお、本光学系においては、厚さ１．９ｍｍの防音ガラス（屈折率１．５１４３）を挿入し、防音ガラスは１０ｄｅｇだけ偏向面内で傾けて配置している。本数値実施例は、対向走査方式の２．４°で斜め入射される走査レンズについてのレンズデータである。−２．４°側については、主走査形状は同一で、特殊面の係数の符号を反転した形状、つまり本数値実施例に対し副走査方向に鏡面対象な形状となる。また、特殊面の形状式の光軸（式の原点）は、先に説明したとおりであり、特に共有される走査レンズＬ１に関しては、斜め入射角２．４°、−２．４°共に、像高０に向かう光ビームが特殊面を通過する位置、つまり第１走査レンズＬ１の第２面を通過する位置を含み、偏向反射面の法線に水平な線の位置とする。この原点は、本実施例に限定されるものではなく、設計時に適切に設定することで同様の効果を得ることができる。本実施の形態では、特殊面の採用により、走査線曲がりが１１０μｍから１μｍに補正されている。

上記数値実施例における特殊面のチルト量の、像高間での変化を図１３に示す。図１３（ａ）はポリゴンミラーに最も近い走査レンズの第２面の傾きを、図１３（ｂ）は被走査面側の走査レンズの第１面の傾きを示す。傾きの符号は、偏向反射面に斜め入射する角度の方向により反転する。

図１４は、特殊偏芯チルト面による波面収差補正後の被走査面上でのビームスポット径を示す。波面収差が良好に補正され、ビームスポット径が良好に絞られていることがわかる。

図１５は、本発明にかかる光走査装置の実施例における光学特性を示すもので、（ａ）に主走査方向と副走査方向の像面湾曲を、（ｂ）にｆθ特性、リニアリティの収差図を示す。図１５から明らかなように、光学性能は良好に補正されている。

本発明に係る光走査装置の実施例を主走査対応方向から概略的に示す光学配置図である。 本発明に係る光走査装置の実施例を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は光源部の変形例を示す斜視図である。 光走査装置の光偏向器に対する入射光束の例を示すもので、（ａ）は従来例を、（ｂ）は本発明に係る例を示す正面図である。 光偏向器に入射する光束の各種例を示すもので、（ａ）は斜め入射する光束対があって対をなす光束相互は同じ角度で入射する例、（ｂ）はすべての光束が平行で偏向反射面に直角に入射する例、（ｃ）は本発明の実施例における入射光束の例をそれぞれ示すモデル図である。 本発明に適用される特殊面の作用を説明するための図であって、（ａ）は特殊面が副走査方向に屈折力を持つ場合の光路図、（ｂ）は特殊面が副走査方向に屈折力を持たない場合の光路図である。 走査レンズに特殊面を用いた本発明の実施例による波面収差補正後のビームスポット径を補正前のビームスポット径と比較して示すグラフである。 特殊面を用いることなく従来の走査光学系に斜め入射させたときの副走査断面での光線の例を示す光路図である。 特殊面による波面収差と走査線曲がり補正後の副走査断面での光線の例を示す光路図である。 走査レンズが複数の光源装置から放射された複数の光ビームで共有される例を示す光路図である。 本発明に係る光走査装置の別の実施例を概略的に示す光学配置図である。 本発明に適用可能な光源部の各種例を示す分解斜視図である。 本発明に係る画像形成装置の実施例を概略的に示す正面図である。 偏向反射面にて光ビームが跳ね上げられた場合に走査レンズの入射面で周辺像高に行くほど走査レンズの上部を光ビームが通過する様子を示す光路図である。 特殊偏芯チルト面による波面収差補正後の被走査面上でのビームスポット径の例を示すグラフである。 本発明にかかる光走査装置の実施例における光学特性を示すもので、（ａ）は主走査方向と副走査方向の像面湾曲、（ｂ）はｆθ特性、リニアリティの収差図である。

符号の説明

１ 光源としての半導体レーザ
２ カップリングレンズ
３Ｙ 感光体
３Ｍ 感光体
３Ｃ 感光体
３Ｋ 感光体
４ 光偏向器としてのポリゴンミラー
２１ 走査レンズ
２２ 走査レンズ
２３ 被走査面

Claims (14)

1. 光源装置を複数持ち、上記複数の光源装置各々からの光ビームは、共通の光偏向器により偏向された後に走査光学系により各々異なる被走査面に集光される光走査装置において、
   上記複数の光源装置からの全ての光ビームは、上記光偏向器の偏向反射面の法線に対して副走査方向に角度を持ち、
   上記走査光学系を構成する走査レンズの少なくとも一面は、副走査方向に曲率を持たない面で構成され、かつ主走査方向のレンズ高さに応じて副走査方向のチルト偏芯角度が異なる特殊面であることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、上記光偏向器の偏向反射面の法線に対して副走査方向に異なる角度を持つ上記複数の光源装置からの光ビームの対を複数持ち、上記光ビームの対の各々は、上記光偏向器の異なる偏向反射面に入射されることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１または２記載の光走査装置において、上記特殊面は、上記走査レンズの光軸上における上記副走査方向のチルト偏芯角度がゼロであることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置において、上記走査光学系は、第１走査レンズと、上記第１走査レンズよりも副走査方向の屈折力の大きい第２走査レンズとを備え、
   上記光偏向器により偏向反射された光ビームは、上記第１走査レンズを透過して上記第２走査レンズに入射した後に上記被走査面に集光され、
   上記第１走査レンズと上記第２走査レンズの各々が上記特殊面を持つことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、上記第１走査レンズの特殊面は、上記第１走査レンズの光軸から主走査方向に離れるに従い上記副走査方向のチルト偏芯角度の絶対値が増加する面形状であることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項５記載の光走査装置において、光軸から主走査方向に離れるに従い上記第２走査レンズへの副走査方向の入射高さが高くなるよう上記第１走査レンズの特殊面のチルト偏芯角度が設定されていることを特徴とする光走査装置。
7. 請求項４記載の光走査装置において、上記第２走査レンズが持つ特殊面は、上記第２走査レンズの光軸を中心として主走査方向に非対称に上記副走査方向のチルト偏芯角度が変化する面であることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項４から７のいずれかに記載の光走査装置において、上記第１走査レンズは、上記複数の光源装置各々からの光ビームで共用され、上記第１走査レンズの少なくとも１面は、上記複数の光源装置各々からの光ビームの上記光偏向器の偏向反射面の法線に対する副走査方向の角度に応じて設定された特殊面が副走査方向に並べて配置されて一体的に成形されていることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の光走査装置において、上記特殊面の副走査方向の形状は、上記光偏向器の偏向反射面の法線に水平で、上記光偏向器の偏向反射面により、同一方向に走査するように偏向反射される複数の光ビームの副走査方向の中心を含む面に対し鏡面対称であることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の光走査装置において、上記走査光学系を構成する走査レンズの少なくとも一面は、主走査方向に応じて副走査方向の曲率が変化する面であることを特徴とする光走査装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の光走査装置において、上記光偏向器に入射する光ビームは、主走査方向において上記走査レンズの光軸に対し角度を持っていることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の光走査装置において、上記光源装置として複数の光ビームを射出するマルチビーム光源装置を用いたことを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の光走査装置において、上記複数の光源装置各々に対応する異なる被走査面は、少なくとも４つの感光体で構成されることを特徴とする光走査装置。
14. 電子写真プロセスを実行することによって画像を形成する画像形成装置であって、上記電子写真プロセスの露光プロセスを実行する手段として請求項１から１３のいずれかに記載の光走査装置を具備した画像形成装置。

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