JP4731859B2 - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光源手段から光変調され出射した光束を偏向手段としての回転多面鏡（ポリゴンミラー）により反射偏向させ、走査光学系（走査レンズ系）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、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。

従来よりレーザービームプリンター（ＬＢＰ）等の光走査装置において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、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系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、その面上を光走査して画像記録を行っている。

図１２は従来の光走査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93により略平行光束に変換され、絞り92によって該光束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94に入射している。シリンドリカルレンズ94に入射した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集束して回転多面鏡から成る偏向手段95の偏向面（反射面）95aにほぼ線像として結像している。

そして偏向手段95の偏向面95aで偏向された光束をｆθ特性を有する走査光学系（走査光学系）96を介して被走査面としての感光ドラム面98上に導光し、偏向手段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方向に光走査して画像情報の記録を行なっている。

上記の光走査装置においては感光ドラム面98上を光スポットで走査する前に該感光ドラム98面上における画像形成を開始するタイミングを調整するために、光検出器としてのBD（beam detector）センサ−99が設けられている。このBDセンサー99は光偏向器95で反射偏向された光束の一部であるBD光束、即ち感光ドラム98面上の画像形成領域を走査する前の画像形成領域外の領域を走査している時の光束を受光する。このBD光束はBDミラー97で反射され、BDレンズ（不図示）で集光されてBDセンサー99に入射する。そしてこのBDセンサー99の出力信号からBD信号（同期信号）を検出し、このBD信号に基づいて感光ドラム98面における画像記録の開始タイミングを調整している。

同図における走査光学系96は副走査断面内において光偏向器95の偏向面95aと感光ドラム面98とが共役関係となるように構成しており、これより偏向面95aの面倒れを補正している。

この様な光走査装置においては、印刷速度の速い印刷機が年々望まれている。例えばカラーＬＢＰの場合では、印刷速度を考えると、１つの感光ドラムに４回走査させて転写させるタイプより、４色に対応する感光ドラムに対してそれぞれ走査させて転写ドラムに転写させるタンデム型の方が望まれている。

タンデム型の場合、感光ドラム間の距離でＬＢＰの大きさがほぼ決まってしまう。オフィス内での省スペース化のためにコンパクトな光走査装置が望まれているが、小型化をするためには前述した感光ドラム間の距離を小さくする必要がある。

これに対して、例えば光学箱を小さくすることにより装置全体の小型化を図った光走査装置が種々提案されている（特許文献１，２参照）。
特開２００２−３１７７２号公報 特開２００３−１４００７１号公報

ところで近年、さらなるコストダウンが望まれており、レンズなどの光学部品が全体に対して占めるコストの割合が大きくなっている。レンズの単価は大きさによる材料費と単位時間に対する生産効率で決まる。走査光学系に使用される走査レンズ（ｆθレンズ）は各収差とｆθ特性を補正するために非球面形状が望ましいので、近年ではほとんどが樹脂成形で生産されている。

レンズの生産効率を向上させるためには、レンズを薄くして成形サイクルを短縮するか、もしくは一回の成形サイクルで取れる個数を増やす必要がある。成形機の加圧力を上げると確かに成形の取り個数は増えるが、成形機への投資をすることなく取り個数を増やそうとすると、現状の大きさでは対応できないという問題点がある。ただし、走査系をコンパクトにするために、前記レンズを偏向手段に近づけすぎると、走査画角の広角化にともない像面湾曲やｆθ特性および走査線曲がり等の光学性能の補正が困難になってしまうという問題もある。

本発明は光学素子の生産効率を向上させ、また光学素子の形状誤差や配置誤差によって発生する走査線曲がりを補正することのできるコンパクトで簡易な構成の光走査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。

請求項１の発明の光走査装置は、光源手段と、偏向手段と、前記光源手段から出射された光束を前記偏向手段に導光する入射光学系と、前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を有する光走査装置であって、
前記走査光学系は、前記偏向手段側から順に、プラスチック製の第１の走査光学素子、プラスチック製の第２の走査光学素子からなり、
前記偏向手段の偏向面の偏向点から前記第１の走査光学素子の入射面までの光軸上の距離をＬ１、前記第１の走査光学素子の光軸上の厚みをｔ、前記走査光学系の主走査方向の焦点距離をｆｍ、前記走査光学系の走査幅をＷ、前記走査光学系の副走査方向の倍率をβs、とするとき、
Ｌ１×ｔ／ｆｍ^２＜０．００３５、
Ｗ／２ｔａｎ（Ｗ／２ｆｍ）−Ｌ１≧０．６５×ｆｍ、
１．０≦｜βs｜≦２．５、
１４０（ｍｍ）≦ｆｍ≦０．８×Ｗ
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、
１２（ｍｍ）≦Ｌ１≦０．１×Ｗ
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
３（ｍｍ）≦ｔ≦０．０４×Ｗ
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項４の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光ドラムと、前記光走査装置で走査された光ビームによって前記感光ドラムの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、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写手段と、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。

請求項５の発明の画像形成装置は、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置と、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光走査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。

本発明によれば生産効率を向上させることができ、また副走査断面内にパワーを持つ光学素子の位置を規定することにより、該光学素子の形状誤差や配置誤差によって発生する走査線曲がりを補正することができるコンパクトで簡易な構成の光走査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。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の実施例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。

ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸及び走査光学系の光軸に垂直な方向（偏向手段で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）を示し、副走査方向とは偏向手段の回転軸と平行な方向を示す。また主走査断面とは主走査方向に平行で走査光学系の光軸を含む平面を示す。また副走査断面とは主走査断面と垂直な断面を示す。

図中、S1、S2は各々第１、第２の走査ユニット（以下、「ステーション」とも称す。）である。第１、第２の走査ユニットS1，S2は、各々光源手段としての光源（1a，1b）からの光束を規制する開口絞り（2a，2b）と、該光束の状態を他の光束の状態に変換する第１の光学素子（3a，3b）と、主走査方向に長い線像として結像させる第２の光学素子（4a，4b）と、偏向手段としての光偏向器5と、該光偏向器5からの光束を被走査面（8a，8b）にスポットに形成する走査光学系としての走査レンズ系（15a・15b）とを有している。

本実施例においては第１、第２の走査ユニットS1，S2が同一の光偏向器５を併用しており、かつ第１、第２の走査ユニットS1，S2は、該光偏向器５の異なった偏向面で反射偏向（偏向走査）した光束を用いている。また本実施例においては第１、第２の走査ユニットS1，S2の被走査面としての感光ドラム面（8a，8b）への書き出しタイミングを、光偏向器5の偏向面からの光束を書き出し位置検知手段（BD光学系）16で検出し、該書き出し位置検知手段16からの信号を用いて決定している。また第１、第２の走査ユニットS1，S2は光束が光偏向器5に対して同一方向から入射するように構成されている。

上記第１、第２の走査ユニットS1，S2において、光源1a，1bは各々半導体レーザ（光源）より成り、また光源1aと光源1bは同一の平面基板12に配置されている。尚、光源1aと光源1bは各々独立に配置しても良い。開口絞り2a，2bは各々光源1a，1bから出射された光束を所望の最適なビーム形状に成形している。第１の光学素子3a，3bは各々コリメーターレンズより成り、開口絞り2a，2bを通過した光束を略平行光束もしくは発散光束もしくは収束光束に変換している。第２の光学素子4a，4bは各々シリンドリカルレンズより成り、副走査方向のみに所定の屈折力を有している。本実施例においてはこの２つのシリンドリカルレンズ4a，4bをプラスティックモールド等で一体的に成形している。

尚、光源（1a，1b）、開口絞り（2a，2b）、コリメーターレンズ（3a，3b）、シリンドリカルレンズ（4a，4b）等の各要素は入射光学系の一要素を構成している。

光偏向器5は、例えば偏向面数が４面より成る回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成り、その外接円の半径が１５(mm)以下（本実施例では１０(mm)）より成り、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。

本実施例においては上記の如く第１、第２の走査ユニットS1，S2がこの光偏向器5を併用しており、かつ第１、第２の走査ユニットS1，S2は、該光偏向器5の異なった偏向面で反射偏向した光束を用いている。

走査レンズ系15ａ,15bは１枚以上の各々第１、第２の２枚の走査レンズ（走査光学素子）（トーリックレンズ）6a，7a・6b，7bより成り、光偏向器5により反射偏向された光束を被走査面8a，8b上にスポット状に結像させている。また走査レンズ6a，7a・6b，7bは副走査断面内において光偏向器5の偏向面近傍と被走査面8ａ,8b近傍との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。第１、第２の走査レンズ6a（走査光学素子a），7a・6b（走査光学素子a），7bは設計自由度の高い非球面を有するプラスチックレンズで構成されている。

16は書き出し位置検知手段（BD光学系）であり、同期検出用レンズ（以下、「BDレンズ」と記す。）9と、スリット（以下、「BDスリット」と記す。）11と、同期検知センサー（以下、「BDセンサー」と記す。）10とを有し、各走査ユニットS1,S2の被走査面8a，8bへの書き出しタイミングを決定している。

本実施例におけるBDレンズ9は各走査ユニットS1,S2のシリンドリカルレンズ4a，4bと一体で構成されており、偏向面5aで反射偏向された同期検出用の光束（BD光束）をBDスリット11面上に結像させ、主走査断面内ではBDスリット11上を走査し、副走査断面内では偏向面とBDスリット11とが略共役であるため、偏向面の面倒れ補正系となっている。BDスリット11は画像の書き出し位置を決めている。本実施例ではこのBDセンサー10と、２つの光源1a，1bとを同一の平面基板12上に一体で構成している。尚、BDセンサー10と、２つの光源1a，1bとを各々独立に構成しても良い。

本実施例においては、まず第１のステーションS1において、画像情報に応じて光源1aから光変調され出射した光束が開口絞り2aにより規制され、コリメーターレンズ3aにより略平行光束もしくは収束光束に変換され、シリンドリカルレンズ4aに入射する。シリンドリカルレンズ4a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する。また副走査断面内においては収束して光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。

そして光偏向器5の偏向面5aで反射偏向された光束は走査レンズ6a，7aにより感光ドラム面8a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8a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8a上に画像記録を行っている。

このとき感光ドラム面8a上を光走査する前に該感光ドラム面8a上の走査開始位置のタイミングを調整する為に、光偏向器5の偏向面5aで反射偏向された光束の一部（BD光束）をBDレンズ9によりBDスリット11面上に集光させた後、BDセンサー10に導光している。そしてBDセンサー10からの出力信号を検知して得られた書き出し位置検知信号（BD信号）を用いて感光ドラム面8a上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。

第２のステーションS2においては，光源1bから出射した光束が第１の走査ユニットS1の入射方向と同一方向から光偏向器5の偏向面5bに入射し、該偏向面5bで反射偏向された光束が走査レンズ6a，7bにより感光ドラム面8b上にスポット状に結像され、光走査される。

この光走査装置を用いた画像形成装置においては、近年さらなるコストダウンが望まれており、レンズなどの光学部品が全体に対して占めるコストの割合が大きくなっている。レンズの単価は大きさによる材料費と単位時間に対する生産効率で決まる。走査レンズ系15ａ・15bに使用される走査レンズ6a，7a・6b，7bは各収差とｆθ特性を補正するために非球面形状が望ましい。よって近年ではほとんどが樹脂成形で生産されている。

レンズの生産効率を向上させるためには、レンズを薄くして成形サイクルを短縮するか、一回の成形サイクルで取れる個数を増やす必要がある。例えば成形機の加圧力が決まっている場合、走査レンズ6a，7a・6b，7bの取り個数は、該レンズの被加圧部の接触面積を小さくすることで増やすことができる。

図２にレンズの高さを一様としたときのレンズ長さとレンズ厚みと成形取り数との相関を示す。ここでレンズの光軸上の厚み（中心厚）をｔ、レンズの長手方向（主走査方向）の長さをＬｅ、走査光学系15ａ・15bの焦点距離をｆｍ、走査幅をＷとするとき、
Ｌｅ×ｔ／ｆｍ／Ｗ≦０．００６
なる条件を満足させると成形機の加圧力が小さくても多数個取りができる。

レンズの長手方向の長さＬｅは走査角度（画角）θ(rad)及び光偏向器5の偏向点からレンズの光軸上の入射面までの距離をＬ１とするとき
Ｌｅ＝Ｌ１×２θ＋Ｌα
（但し、Ｌαはレンズのコバ部の長さ）
である。したがって、多数個取りができるようにするためには、
（Ｌ１×２θ＋Ｌα）×ｔ／Ｗ／ｆｍ＜０．００６ ・・・（ａ）
を満たす必要がある。コバ部の長さＬαは大体５〜１０(mm)程度であるので条件式（ａ）を変形して、
Ｌ１×ｔ×２θ／Ｗ／ｆｍ＜０．００３５ ・・・（ｂ）
を満たすことが望ましい。

また走査角度θは走査光学系15ａ・15bの主走査断面内の焦点距離ｆｍと走査幅Ｗによって
θ＝Ｗ／２ｆｍ
で表すことができる。したがって条件式（ａ）を変形して走査幅Ｗによらず一般的に以下に示すような条件式（１）を満足させることが望ましい。

Ｌ１×t／ｆｍ^２＜０．００３５ ・・・（１）
第１の走査レンズ6a・6bの中心厚ｔを薄くすることで成形サイクルが短くなるが、薄くなることでレンズの強度が弱くなるので、中心厚ｔは３(mm)以上であることが望ましい。また中心厚ｔが厚くなると成形サイクルが長くなるので走査幅Ｗの４％以下が望ましい。
すなわち、
３（ｍｍ）≦ｔ≦０．０４×Ｗ ・・・（ｊ）
とするのが良い。

ここで走査レンズ系15ａ,15bの焦点距離ｆｍが短くなると、該走査レンズ系15ａ,15bは光偏向器5に近づくのでコンパクトになるが、その反面、画角が大きくなってしまうので良くない。

図３に走査レンズ系15ａ,15bの焦点距離ｆｍを変えたときにおけるｆθ特性とｆtanθ特性との差分を示す。同図に示すように焦点距離ｆｍが短くなるとｆθ特性を満足させるために走査レンズのパワー（屈折力）を軸外でより強くしなければならいないので、レンズがアーチ形状に大きく湾曲する。これにともなってレンズ端部の厚みを確保するために中心厚が大きくなってしまうので材料費の増加および成形時間の延長によるコストアップをまねいてしまう。

第１の走査レンズ6a・6bの中心厚ｔが厚くなるのを防ぐには、第２の走査レンズ7a・7bにも主走査断面内にパワーをつける必要がある。

ところでレンズの形状誤差や配置誤差によって主走査断面内および副走査断面内において照射位置（結像位置）誤差が発生してしまう。タンデム型の場合は４つの走査光学系での照射位置はそろっている必要があるので、この初期誤差を修正するためにレンズの組みつけの段階で第２の走査レンズ7a・7bを主走査方向又は／及び副走査方向に移動させることで調整を行っている。

ここで第２の走査レンズ7a・7bに関して単純なモデルを考える。図４のように第２の走査レンズ7a・7bを通過するＡ（軸上）、Ｂ（中間像高）、Ｃ（最軸外）の３点について、光偏向器5の偏向点Ｐからの距離を各々S_A、S_B、S_Cとする。また３点から感光ドラム面8までの距離を各々S_A’、S_B’、S_C’とする。また３点における副走査断面内のパワーを各々φ_Ａ、φ_Ｂ、φ_Ｃとする。第２の走査レンズ7a・7bを副走査方向に移動させたときに各像高での照射位置が一律移動するためには、各像高における副走査倍率S_A’/S_A、S_B’/S_B、S_C’/S_Cが略一様である必要がある。また各像高において副走査方向の像面湾曲を補正するために、以下の関係が成り立っている必要がある。

各像高での副走査倍率が略一様の場合、式（ｃ）からφ_A/S_A=φ_B/S_B=φ_C/S_Cの関係が成り立つので、Ｂ点およびＣ点における副走査断面内のパワーφ_Ｂおよびパワーφ_Ｃは、
φ_Ｂ＝φ_A×（S_B/S_A）
および
φ_Ｃ＝φ_A×（S_C/S_A）
で表される。

ここで第２の走査レンズ7a・7bの主走査断面内の形状が平行平板の場合、S_A<S_B<S_Cの関係が成り立つので副走査断面内のパワーは単調に変化する。第２の走査レンズ7a・7bの形状が湾曲している場合は、S_A<S_B<S_Cの関係が崩れていくために、副走査断面内のパワーが複数の極値をもつような変化をしてしまうのでレンズ製作を考慮すると好ましくない。

したがって走査レンズ系15ａ,15bの最適な焦点距離ｆｍを図５のようなモデルによって考えてみる。図５は第１の走査レンズ6a・6bを通過する光束の模式図である。

同図において偏向面５ａで偏向された光束の第１の走査レンズ6a・6bに入射する角度がαのとき、該第１の走査レンズ6a・6bでＡ点を通過した光線が感光ドラム８上でＣ点の位置に結像されるとする。第１の走査レンズ6a・6bを通過する位置Ａからレンズの光軸ＣＬまでの距離Ｌ２は、偏向面５ａから点Ａまでの感光ドラム８方向の長さをＬａとするとき、
Ｌ２＝（Ｌａ×ｔａｎα）
で表される。

ここで第１の走査レンズ6a・6bの入射面の曲率半径が大きいときは、
Ｌａ＝Ｌ１
と見なすことができる。

また走査レンズ系15ａ・15bがｆθ特性をもつとき、Ｃ点から光軸ＣＬまでの距離Ｌ３は、
Ｌ３＝（ｆｍ×α）
となる。第１の走査レンズ6a・6bのパワーによって、該第１の走査レンズ6a・6bを出射する角度γは図５より以下の関係が成り立つ。

第１の走査レンズ6a・6bへの入射角度αに対して出射角度γへの変化が少なければ、該第１の走査レンズ6a・6bの主走査断面内のパワーを小さくすることができるのでレンズ形状の湾曲を防ぐことができる。前述したようにレンズ端部が一番ｆθ特性を補正するためにパワーが必要なので、αを走査画角θに、出射角度γをγ´と置き換えると、tanθとtanγ’との比率が、

の関係を満足させると第１の走査レンズ6a・6bの湾曲を小さくできる。また条件式(ｅ）を満足させることで、第１の走査レンズ6a・6bだけでｆθ特性を良好に補正できるので第２の走査レンズ7a・7bに部分的にパワーを付ける必要がなくなる。

結果として、ｆθ特性を満たすことと副走査倍率を略一様にすることが両立できる。走査レンズ系15ａ・15bの感光ドラム面8上における走査幅をＷとすると、
Ｗ＝ｆｍ×２θ
の関係がなりたつので、条件式（ｅ）は以下のように書き換えることもできる。

Ｗ／２ｔａｎ（Ｗ／２ｆｍ）−Ｌ１≧０．６５×ｆｍ ・・・（２）
条件式(２)を満足させるためには焦点距離ｆｍが１４０(mm)以上であることが望ましい。ただし、焦点距離ｆｍを大きくすると走査レンズ系15ａ,15bの全長が長くなるので、走査幅Ｗの８０％以下にするのが望ましい。
すなわち、
１４０（ｍｍ）≦ｆｍ≦０．８×Ｗ・・・（ｋ）
とするのが良い。

次に光偏向器5の偏向点から第１の走査レンズ6a・6bの光軸上の入射面までの距離Ｌ１について考える。

ここで製造要因で第１の走査レンズ6a・6bの片面が主走査方向にｈだけずれる場合を考える。片面がhだけずれたときに光束が通過する位置Ｂの曲率は、もともと第１の走査レンズ6a・6bの光軸ＣＬから距離（Ｌ１×tanα+h）だけ離れた位置での曲率となる。

ここで曲率は像面湾曲およびｆθ特性を補正するようにして決定される。もともとＢの位置に入射する光束の走査角度（α+Δα）は、
（α+Δα）＝tan^−１（ｔａｎα＋h／Ｌ１）
で表され、距離Ｌ１が短いほど元の角度αに対する変化量Δαは大きくなる。走査角度αの光束がＡ点を通過して感光ドラム面８上のＣ点に結像されるとき、第１の走査レンズ6a・6bの光軸ＣＬからＣ点まではＬ３となる。第１の走査レンズ6a・6bから感光ドラム面８までは走査レンズ系15ａ,15bの焦点距離ｆｍとほぼ等しい。したがって図５においてＡ点からＣ点までの距離ＦＬは、

となる。また走査角度（α+Δα）の光線がＢ点を通過して感光ドラム面８上のＤ点に結像するとき、Ｂ点からＤ点までの距離はＦＬ´は同様に、

となる。製造誤差等で面がずれる場合、主走査断面内での焦点距離は(FL´−FL)だけ変化する。走査レンズ系15ａ,15bの焦点距離ｆｍが同じ場合、製造誤差等でレンズ面がずれる場合の影響はＬ１が小さい、すなわち光偏向器５に近い方が厳しくなる。

通常の成形で制御できる面のズレは０．０５(mm)なので、主走査断面内の焦点距離変化を０．１５(mm)程度に抑えるためには、上記関係式（ｆ）及び関係式（ｇ）から光偏向器５の偏向点から該光偏向器５に最も近い第１の走査レンズ6a・6bの光軸上の入射面までの距離Ｌ１は１２(mm)以上であることが望ましい。ただし、Ｌ１が長くなると第１の走査レンズ6a・6bの長手方向の長さも長くなり多数個取りができなくなるので、走査幅Ｗの１０％以下にするのが望ましい。
すなわち、
１２（ｍｍ）≦Ｌ１≦０．１×Ｗ・・・（ｌ）
とするのが良い。

次に第２の走査レンズ7a・7bの大きさについて考える。

第２の走査レンズ7a・7bの位置によって、走査レンズ系15ａ,15bの副走査断面内の倍率βsが決まる。レンズの形状誤差や配置誤差によって照射位置が変化するが、第２の走査レンズ7a・7bが平面レンズでなく、第１の走査レンズ6a・6bで補正しきれなかった像面湾曲を補正するために曲率をもった形状なので、形状誤差などによる照射位置のズレは全像高で一様ではない。

したがって前述した如くこれらの初期照射位置誤差を第２の走査レンズ7a・7bを主走査方向又は／及び副走査方向にシフトすることで補正しても、すべての像高において良好に補正できず走査線湾曲として残ってしまう。残存する走査線湾曲はβsが大きいほど大きくなるので、タンデム型の画像形成装置の場合は一般的に
｜βｓ｜≦２．５
であることが望ましい。ただし、倍率βsが小さくなりすぎると第２の走査レンズ7a・7bの長手方向（主走査方向）の長さが長くなってしまい多数個取りができなくなるので、多数個取りをするためには｜βs｜は１．０より大きくする必要がある。したがって、
１．０≦｜βｓ｜≦２．５・・・（３）
を満足させるように第２の走査レンズ7a・7bを配置させることが望ましい。

本実施例によれば走査光学系の配置誤差に伴う被走査面上での走査線曲がりの敏感度を低減して、常に良好なる画像が得られる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置が得られる。

［カラー画像形成装置］
図６は本発明のカラー画像形成装置の要部概略図であり、図１に示す光走査装置を２組並列にして配置し、２つの光偏向器により合計４本の走査線を描画している。同図においてはポリゴンミラー（光偏向器）50、51で反射偏向されて第１の走査レンズ6a、6b、6c、6dを通過した後の４つの光束を、折り返しミラーM1、M2、M3、M4により各々９０°図面上、下に折り曲げ第２の走査レンズ7a、7b、7c、7dを介し、対応する感光ドラム面8a、8b、8c、8d上へ導いている。このように単一のポリゴンミラーで複数の光束を走査することで、従来１つの光束に１つ必要であったポリゴンミラーを省くことができ、これにより装置全体の簡素化を図っている。

本実施例におけるレンズの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。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、

（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、

ここで r’＝r₀（１＋Ｄ₂Ｙ²＋Ｄ₄Ｙ⁴＋Ｄ₆Ｙ⁶＋Ｄ₈Ｙ⁸）
（但し、ｒ₀は光軸上の子線曲率半径、Ｄ₂、Ｄ₄、Ｄ₆、Ｄ₈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。表１に本実施例における光走査装置の諸数値を示す。

本実施例の第１の走査レンズ(トーリックレンズ)6a・6bの長手方向の長さＬｅは４０(mm)であり、多数個取りが可能な大きさである。またレンズの中心厚ｔも４．５(mm)と薄いことから成形サイクルも短くなっている。

比較例として、図７に示す走査レンズ系67を考える。尚、図７は光走査装置の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。表２に比較例における光走査装置の諸数値を示す。記号の定義は前述した系と同様である。走査レンズ系67の全長は短いのでコンパクトだが、第１の走査レンズ6の中心厚ｔが６．５(mm)であり、また走査画角が５８．２°と広いため第１の走査レンズ6の長手方向の長さＬｅが長くなるので多数個取りができない。

図８は各像高のおける理想的なｆθ値からのズレを示している。図中（Ａ）は図１に示す実施例１でのｆθ特性を、また（Ｂ）は図７に示す比較例でのｆθ特性を示していて、共に全像高においてｆθズレが０．２(mm)以下とｆθ特性は良好に補正されている。

図９は第２の走査レンズが副走査方向に０．０５(mm)シフトしたときの副走査方向の走査線の移動量を示している。図９において（Ａ）は図１に示す実施例１での走査線の移動量であり、各像高における副走査方向へ移動量誤差は０．６％で、第２の走査レンズ7a・7bを副走査方向へ移動することでほぼ一様に走査線がシフトしているので走査線の初期調整が容易な系である。これに対して、（Ｂ）は図７に示す比較例での走査線の移動量であり、各像高における副走査方向へ移動量誤差は２８．３(％)で、第２の走査レンズ７を副走査方向へ移動することで走査線が曲がっているのが分かる。

図９の走査線の移動量（Ａ）、（Ｂ）を比較して明らかなように焦点距離が短く第１の走査レンズおよび第２のレンズともに主走査断面内に部分的にパワー変化を持つ系の場合、ｆθ特性を満たすことと副走査倍率を略一様にすることとが両立できないので、第２の走査レンズを副走査方向にシフトすると走査線が曲がるので初期調整に向かない系である。

本実施例の走査レンズ系15ａ・15bの焦点距離ｆｍは１５０(mm)であり、表１の条件を条件式（１）の左辺に代入して計算すると０．００２７であり、これは条件式（１）を満たしている。同様に条件式（２）の左辺に代入して計算すると108.59となり、条件式（２）の右辺が0.65×150＝97.50となるので、これは条件式（２）を満たしている。

逆に比較例は走査レンズ系67の焦点距離は１０８．３(mm)であり、表２の条件を条件式（１）に代入すると０．００５８、条件式（２）の左辺が57.72、右辺は70.40となり、共に条件式を満たしていない。

［実施例１の変形例］
表３に本発明の実施例１の変形例を示す。表３において上記表１と異なる点は、走査レンズ系15ａ・15bの焦点距離ｆｍを１４０(mm)に短縮して走査レンズ系15ａ・15bをコンパクトに構成したことである。

ｆθ特性のズレは全像高で０．２(mm)以下とｆθ特性を良好に補正している。また第２の走査レンズ7a・7bを副走査方向に０．０５(mm)シフトしたとき、各像高における副走査方向へ移動量誤差は１．１(%)で、第２の走査レンズ7a・7bを副走査方向へ移動することでほぼ一様に走査線がシフトしている。

上記実施例１と同様に表３の条件を条件式（１）に代入すると０．００３１、条件式（２）の左辺が96.43、右辺が91.00となるので、共に条件式を満たしている。

尚、焦点距離ｆｍをこれ以上短くすると走査画角が広くなってしまい、その結果、ｆθ特性を満たすことと副走査倍率を略一様にすることとの両立ができなくなってくるので良くない。

上記図６において、感光ドラム8a，8b，8c，8d間の距離が短くなると、折り返しミラーM1，M2，M3，M4とポリゴンミラー50，51との間の長さが短くなってしまうので、本実施例のような条件をもつレンズにすることで折り返しミラーM1，M2，M3，M4とポリゴンミラー50，51との間に第１の走査レンズ(トーリックレンズ)6a，6b，6c，6dを配置できるので望ましい。また第２の走査レンズ(トーリックレンズ)7a，7b，7c，7dは主走査断面内にパワー変化が少ない形状で、かつ多数個取りができる大きさである。

本実施例の配置において、レンズの形状誤差や配置誤差などによって発生する走査線湾曲は２０(μｍ)程度と少ない。走査レンズ系15ａ・15bの副走査断面内での倍率｜βs｜は２．０であり、これは条件式（３）を満足している。

尚、各実施例では走査レンズ系15ａ・15bを２枚のレンズより構成したが、これに限らず、例えば単一、もしくは３枚以上のレンズより構成しても良い。また走査レンズ系15ａ・15bを回折光学素子を含ませて構成しても良い。
［画像形成装置］
図１０は、本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。図において、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、実施例１に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１００からは、画像データDｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム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。

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の感光面が光ビーム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光ビーム１０３が照射されるようになっている。

先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データDｉに基づいて変調されており、この光ビーム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、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の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。

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１０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。

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１０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、転写部から搬送されてきた用紙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。

図１０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、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。

本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図１１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。本実施例は、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１１において、360はカラー画像形成装置、311，312，313，314は各々実施例１に示した構成を有する光走査装置、341，342，343，344は各々像担持体としての感光ドラム、321，322，323，324は各々現像器、351は搬送ベルトである。

図１１において、カラー画像形成装置360には、パーソナルコンピュータ等の外部機器352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353によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置311，312，313，314に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム331，332，333，334が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム341，342，343，344の感光面が主走査方向に走査される。

本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置（311，312），（313，314）を２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341，342，343，344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。

本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く２つの光走査装置（311，312），（313，314）により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム341，342，343，344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。

前記外部機器352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360とで、カラーデジタル複写機が構成される。

本発明の実施例１における主走査断面図 本発明の実施例１におけるレンズの大きさと取り個数の相関図 ｆθ特性とｆtanθ特性との比較図 走査レンズの副走査断面内の倍率一様性の要部概念図 走査レンズの主走査方向の位置ズレの概念図 本発明の実施例１における主走査断面図 本発明の比較例の光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例１におけるｆθ特性図 本発明の実施例１における走査線曲がり図 本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図 本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図 従来の光走査装置の要部概略図

符号の説明

１ 光源手段（半導体レーザー）
２ 開口絞り
３ 集光レンズ（コリメーターレンズ）
４ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
６ 第１の走査レンズ（ｆθレンズ）
７ 第２の走査レンズ（ｆθレンズ）
６７ 走査光学系（ｆθレンズ系）
８ 被走査面（感光体ドラム）
１００ 光走査装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０４ 画像形成装置
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
３１１、３１２、３１３、３１４ 光走査装置
３２１、３２２、３２３、３２４ 現像器
３３１、３３２、３３３、３３４ 光ビーム
３４１、３４２、３４３、３４４ 像担持体（感光ドラム）
３５１ 搬送ベルト
３５２ 外部機器
３５３ プリンタコントローラ
３６０ カラー画像形成装置

Claims (5)

1. 光源手段と、偏向手段と、前記光源手段から出射された光束を前記偏向手段に導光する入射光学系と、前記偏向手段の偏向面にて偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を有する光走査装置であって、
   前記走査光学系は、前記偏向手段側から順に、プラスチック製の第１の走査光学素子、プラスチック製の第２の走査光学素子からなり、
   前記偏向手段の偏向面の偏向点から前記第１の走査光学素子の入射面までの光軸上の距離をＬ１、前記第１の走査光学素子の光軸上の厚みをｔ、前記走査光学系の主走査方向の焦点距離をｆｍ、前記走査光学系の走査幅をＷ、前記走査光学系の副走査方向の倍率をβs、とするとき、
   Ｌ１×ｔ／ｆｍ^２＜０．００３５、
   Ｗ／２ｔａｎ（Ｗ／２ｆｍ）−Ｌ１≧０．６５×ｆｍ、
   １．０≦｜βs｜≦２．５、
   １４０（ｍｍ）≦ｆｍ≦０．８×Ｗ
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. １２（ｍｍ）≦Ｌ１≦０．１×Ｗ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. ３（ｍｍ）≦ｔ≦０．０４×Ｗ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光ドラムと、前記光走査装置で走査された光ビームによって前記感光ドラムの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、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写手段と、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。
5. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置と、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光走査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。