JP4769733B2 - 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、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。

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、回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る偏向手段により周期的に偏向させている。そして偏向された光束をｆθ特性を有する結像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１６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レンズ９３により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（副走査断面内）にのみ特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に入射した平行光束のうち主走査方向（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特性を有する結像光学系９６を介して被走査面としての感光ドラム面９７上に導光している。そして偏向手段９５を矢印Ａ方向に回転させることによって感光ドラム面９７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９７上を光スポットで走査する前に該感光ドラム面９７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、光検出器としての同期検出用センサ−９９が設けられている。

この同期検出用センサ−９９は偏向手段９５で反射偏向された光束の一部である同期検出用光束、即ち感光ドラム９７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ときの光束を受光する。この同期検出用光束は同期検出用ミラー９８で反射され、同期検出用レンズ（不図示）で集光されて同期検出用センサ−９９に入射する。そしてこの同期検出用センサ−９９の出力信号から同期検出用信号（同期信号）を検出し、この同期検出用信号に基づいて感光ドラム面９７における画像記録の開始タイミングを調整している。

同図における結像光学系９６は副走査断面内において偏向手段９５の偏向面９５ａと感光ドラム面９７とが共役関係となるように構成しており、これにより偏向面９５ａの面倒れを補償している。

この様な光走査装置においては印刷速度の速い印刷機（画像形成装置）が年々望まれている。例えばその対策として、
(1)偏向手段（ポリゴンミラーなど）の回転数を増やす
(2)ポリゴンミラーの面数を増やす
(3)多ビーム化（マルチレーザ光源の使用、プリズムによるビーム合成、複数の光束を偏向方向に異なる角度をもってポリゴンミラーに入射させる）
といったものが挙げられる。

また別の市場ニーズとして、光走査装置（カラー画像形成装置や複写機など）のコンパクト化（特に薄型化）への要求もある。薄型化のためには、副走査断面内において偏向手段の偏向面に対して光束を斜め方向から入射させる、所謂斜入射光学系より構成することで折り返しの自由度を向上させることができる。

この斜入射光学系を利用した光走査装置は従来より提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−７０１０８号公報

しかしながら、斜入射光学系に対して、高速化の実現のためマルチレーザ光源の使用やプリズムによるビーム合成による多ビーム化の場合に問題となることがある。

例えばモノリシックなマルチレーザ光源を光源手段として用いた場合、発光基板における各々の発光部（発光点）の間隔が近いと、該発光部で発生した熱が他方に影響を及ぼすために、発光状態が不安定になるために発光部を１００μｍ程度離間させている。そのために各発光部から照射された各光束が異なる放射角度をもって偏向手段へ入射する。

すなわち偏向手段の偏向面と入射光束とのなす角度が光束ごとに異なる。そのため偏向手段で偏向された各光束の結像光学系への入射状態が異なるために各光束の光学性能が互いに異なる。そのため感光ドラム面に入射する位置に光束間に誤差が生じてしまい、結果としてモアレが発生して印字性能が劣化してしまうという問題点があった。

本発明はコンパクトで高速走査が可能で、かつ良好なる光学性能が得られる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の発明は、複数の発光部が主走査方向及び副走査方向に離間して配置された光源手段と、前記複数の発光部から発せられた複数の光束を偏向走査する回転多面鏡と、前記複数の発光部から発せられた複数の光束を前記回転多面鏡の偏向面に入射させる入射光学系と、前記回転多面鏡の偏向面にて偏向走査された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
前記入射光学系は、前記複数の発光部から発せられた複数の光束を前記偏向面に対して主走査断面内及び副走査断面内において結像光学系の光軸に対し斜め方向から入射させており、
前記回転多面鏡の外接円半径をＲ(mm)、前記結像光学系の副走査断面内の画像の解像度をＤＰＩ（dpi/inch）、前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率をβｓ、主走査断面内において前記複数の発光部のうち両端の発光部から発せられる光束が、副走査断面内において前記偏向面に入射する角度の平均値をε(°)、前記入射光学系の主走査断面内の焦点距離をｆｃｌ(mm)とするとき、
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、前記入射光学系における主走査断面内の入射側のＦナンバーをＦｎｏ(主)、副走査断面内の入射側のＦナンバーをＦｎｏ(副)とするとき、
１．０＜Ｆｎｏ(主)／Ｆｎｏ(副)＜３．０
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、前記入射光学系は、副走査断面内の焦点距離が主走査断面内の焦点距離よりも短いことを特徴としている。

請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率βｓは、
１．０≦｜βｓ｜≦３．０
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか１項の発明において、主走査断面内において、前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束の主走査方向の幅は、前記回転多面鏡の偏向面の主走査方向の幅より狭いことを特徴としている。

請求項６の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、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体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器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴としている。

請求項７の発明の画像形成装置は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光走査装置と、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。

本発明によればコンパクトで高速走査が可能で、かつ良好なる光学性能が得られる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は本発明の実施例１における光走査装置の要部概略図である。図２は本発明の実施例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。

尚、以下の説明において、主走査方向（Ｙ方向）とは偏向手段の回転軸及び結像光学系の光軸（Ｘ方向）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）である。副走査方向（Ｚ方向）とは偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは光軸と主走査方向とを含む平面である。副走査断面とは主走査断面に垂直な断面である。

図中、１は光源手段であり、各々独立して配設した２つのレーザ光源（半導体レーザー）１ａ，１ｂより成っている。２つのレーザ光源１ａ，１ｂは各々２つの発光部（発光点）を有し、主走査方向及び副走査方向に離間したモノリッシクなマルチビームレーザ光源より成っている。尚、レーザ光源１ａは発光部１ａ-１，１ａ-２を有し、レーザ光源１ｂは発光部１ｂ-１，１ｂ-２を有している。

３ａ，３ｂは各々集光レンズ（コリメータレンズ）であり、対応するレーザ光源１ａ，１ｂから出射された２本の発散光束を平行光束に変換している。４ａ，４ｂは各々シリンドリカルレンズであり、副走査方向（副走査断面内）のみに屈折力（パワー）を有している。２ａ、２ｂは各々開口絞りであり、対応するシリンドリカルレンズ４ａ，４ｂから出射された２本の光束のビーム形状を成形している。

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

またコリメータレンズ３ａ（３ｂ）、シリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）を１つの光学素子（アナモフィック光学素子）で構成しても良い。

５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）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。

ＬＣはｆθ特性を有する結像光学系であり、主走査方向（主走査断面内）にのみ屈折力を有する結像レンズ（アナモフィックレンズ１）６と２つのトーリックレンズを副走査方向に配置した２段トーリックレンズ（アナモフィックレンズ２）７より成っている。結像光学系ＬＣは偏向手段５で偏向走査された複数の光束を後述する感光ドラム面８上の異なる位置（露光位置）に各々結像させている。また結像光学系ＬＣは副走査断面内においてポリゴンミラー５の偏向面５ａと感光ドラム面８との間を共役関係にすることにより偏向面の面倒れ補償を行っている。

８は記録媒体としての感光体（感光ドラム面）である。

１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂは各々反射ミラーであり、対応するレーザ光源１ａ，１ｂから出射した２本の光束を記録媒体としての感光ドラム面（被走査面）８上の位置にそれぞれ導いている。１３ａー１、１３ａ−２，１３ｂ−１，１３ｂ−２は各々感光ドラム面８上における光束の走査で形成される走査線である。

本実施例においてレーザ光源１ａ（１ｂ）の２つの発光部1a-1,1a-2（1b-1,1b-2）から出射した２本の発散光束はコリメータレンズ３ａ(３ｂ)により平行光束に変換される。変換された平行光束は副走査断面内のみにパワーを有するシリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）により、ポリゴンミラー５の偏向面５ａに主走査方向に長手の線像として結像される。またシリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）を通過した光束は開口絞り２ａ(２ｂ)によって光束幅が制限される。

本実施例では副走査断面内において、各々のコリメータレンズ３ａ，３ｂの光軸及びシリンドリカルレンズ４ａ，４ｂの光軸をポリゴンミラー５の偏向面５ａに対して傾けて構成している。これにより各発光部1a-1,1a-2(1b-1,1b-2)から発せられた２本の光束がポリゴンミラー５の偏向面５ａに対して副走査断面内において結像光学系ＬＣの光軸Ｏａに対し斜め方向から角度をもって入射するように構成している（斜入射光学系）。

また主走査断面内においても各発光部1a-1,1a-2(1b-1,1b-2)から発せられた２本の光束をポリゴンミラー５の偏向面５ａに対して結像光学系ＬＣの光軸Ｏａに対し斜め方向から角度をもって入射するように構成している。

このとき本実施例ではポリゴンミラー５の偏向面５ａに入射する光束の主走査方向の幅が、該ポリゴンミラー５の偏向面５ａの主走査方向の幅よりも狭くなるように構成している（アンダーフィルド光学系）。

そしてポリゴンミラー５の偏向面５ａにより偏向走査された光束が対応する反射ミラー11a,12a（11b,11b）を介して感光ドラム面８上にスポット状に結像している。そしてポリゴンミラー５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面８上を矢印Ｂ方向に光走査し、一度の光走査で２本の走査線13a-1,13a-2（13b-1,13b-2）が形成されるようにして画像記録を行っている。

ここで斜入射光学系においてポリゴンミラー５の偏向面５ａに対して２本の光束が異なる放射角度をもって入射した場合の光学性能について図３、図４を用いて説明する。図３は偏向方向に角度をもった２本の光束Ａ１、Ａ２がポリゴンミラー５で偏向されるときにおける該ポリゴンミラー５の回転角度の違いを説明する主走査断面内の説明図である。図４はその副走査断面内の説明図である。

尚、レーザ光源１ａ及び１ｂから発する各々の２本の光束が受ける光学的作用は同一のため、ここではレーザ光源１ａから発する２本の光束Ａ１、Ａ２について説明する。

図３において偏向方向に放射角度αをもった光束Ａ１（点線）と光束Ａ２（実線）がポリゴンミラー５の偏向面５ａに入射する場合、該ポリゴンミラー５の回転角度が同一でも偏向角度が光束Ａ１と光束Ａ２で角度２αだけ異なる。よって感光ドラム面８上での主走査方向の２本の光束Ａ１、Ａ２による印字位置は結像光学系ＬＣの焦点距離をｆとすると距離２ｆαだけ異なる。

したがって主走査方向の印字位置を揃えるために図３に示すように、実際はある印字位置に対して光束Ａ１は光束Ａ２よりもポリゴンミラー５の回転角度がα／２だけ遅れていることになる。

ここでポリゴンミラー５の偏向面５ａに入射されるときの光束Ａ１の発光部１ａ−１及び光束Ａ２の発光部１ａ−２からの偏向面５ａまでの光路長を考える。ポリゴンミラー５の回転角度がα／２だけ異なっているために、光束Ａ１と光束Ａ２とでは光路長が互いに異なっている。

２本の光束Ａ１、Ａ２が偏向面５ａに対して副走査断面内において垂直に入射する場合は、該偏向面５ａに入射する光束の高さは光束Ａ１と光束Ａ２とでは変わらない。しかしながら図４に示すように斜入射光学系の場合は、各発光部１ａ−１、１ａ−２から偏向面５ａまでの光路長が互いに異なっているため、該光路長に応じて該偏向面５ａにおける光束Ａ１、Ａ２の照射する高さが異なってしまう。

各発光部１ａ−１、１ａ−２から偏向面５ａまでの光路長はポリゴンミラー５の回転角度に応じて変化するので、光束Ａ１と光束Ａ２の偏向面５ａにおける照射高さの差分Δｈもポリゴンミラー５の回転角度に応じて変化することになる。

例えば図５（Ａ）に示すように画像書き始め側においては光束Ａ２の方が光路長は長いが、図５（Ｂ）に示すように画像書き終わり側では逆に光束Ａ１の方が光路長は長くなる。したがって図５（Ｃ）に示すように偏向面５ａにおける副走査方向の印字位置は光束Ａ１についてはシングルレーザーの場合に照射される位置に対して副走査方向にプラス位置からマイナス位置になってしまう。また逆に光束Ａ２は副走査方向にマイナス位置からプラス位置になってしまう。ここでプラスおよびマイナスの符号はシングルビームに対しての意味である。

具体的には図４の副走査断面内において、２つの発光部１ａ-１，１ａ-２（１ｂ-１，１ｂ-２）から発した２本の光束Ａ１、Ａ２の偏向面５ａに入射する結像光学系ＬＣの光軸Ｏａに対する角度の平均値をε(°)(ε≠0°）とする。また各発光部１ａ−１，１ａ−２（１ｂ-１，１ｂ-２）から偏向面５ａまでの光路の光路差をΔＬ(mm)とする。そのとき照射高さの差分Δｈ(mm)は
Δｈ＝ΔＬ×tanε
で表すことができる。光路差ΔＬ(mm)は以下の式で求められる。

ただし、

ここで、θはポリゴンミラー５の回転角度、γはポリゴンミラー５に入射する光束の結像光学系ＬＣの光軸Ｏａに対する角度（偏向方向の角度）、αは２本の光束Ａ１、Ａ２の放射角度、Ｒはポリゴンミラー５の外接円半径(mm)、Ｍはポリゴンミラー５の面数を示す。

感光ドラム面８上における副走査方向の印字間隔は画像の解像度ＤＰＩ（dpi/inch）に応じて特定の値に決められている。よって結像光学系ＬＣの副走査方向の結像倍率(副走査倍率)βｓが一定の場合、２本の光束による走査線間隔が特定の値になるようにレーザ光源１ａ（１ｂ）を光軸方向に回転させている。

しかしながら、ポリゴンミラー５の偏向面５ａにおける光束Ａ１と光束Ａ２の照射高さの差分Δｈが図５（Ｃ）のような状態となるとする。そうすると図５(Ｄ)に示すように感光ドラム面８上において光束Ａ１の走査線（点線で示す）１３ａ−１と光束Ａ２の走査線（実線で示す）１３ａ−２が理想的な走査線（２点鎖線で示す）１３ａに対して傾いてしまう。

理想の走査線の副走査方向の間隔Ｚｄｐｉ(mm)に対する実際の走査線の副走査方向の間隔Ｚａｂ(mm)との差分（印字間隔誤差）Δｚ(mm)は、照射高さの差分Δｈ(mm)に副走査倍率βｓをかけた分であり、以下に示すような式で表すことができる。

Δｚ＝Δｈ×βｓ＝ΔＬ×tanε×βｓ ・・・（２）
ここで、図５（Ｄ）に示すように走査線間隔の変化が周期的に現れる場合、副走査方向の印字間隔誤差Δｚが特定の間隔Ｚｄｐｉに対して大きいとモアレのような印字ムラが発生する恐れがある。

上記関係式（１）から偏向面５ａ上における各光束の照射高さの差分Δｈは、ポリゴンミラー５の外接円半径Ｒが大きくなるほど増加する。アンダーフィルド光学系(UFS)の場合、ポリゴンミラー５の面数Ｍが増えるとポリゴンミラー５自体も大きくなり照射高さの差分Δｈが増大してしまう。そのために高速化を実現させようとすると感光ドラム面８上における副走査方向の光束間の間隔誤差が大きくなり、印字性能を劣化させる恐れがある。

そこで放射角度αを低減させることで照射高さの差分Δｈを低減させることを考える。

図６に放射角度αと光路差ΔＬとの関係を示す。同図に示すように放射角度αと光路差ΔＬは比例関係が成り立っているのが分かる。したがって、光路差ΔＬ(mm)は放射角度α（°）とポリゴンミラー５の外接円半径Ｒ(mm)を用いて
ΔＬ＝ｋαＲ（ｋは比例定数、0.15程度）
と表現すると、感光ドラム面８上の副走査方向の印字間隔誤差Δｚ(mm)は関係式（２）より、
Δｚ＝ｋαＲ×ｔａｎε×βｓ ・・・（３）
となる。印字間隔誤差Δｚ(mm)が副走査方向の画像の解像度ＤＰＩ(dpi)から計算される間隔25.4／DPI（mm）に対して１％以下であればモアレが目立たなくなる。よって関係式（３）から

なる条件を満足させればよい。

ここで、レーザ光源１ａ(１ｂ)がモノリシックなマルチレーザ光源の場合、光束Ａ１の発光部１ａ−１（１ｂ−１）と光束Ａ２の発光部１ａ−２（１ｂ−２）どうしの主走査方向の間隔をΔＰ(mm)とする。さらに入射光学系ＬＡ（ＬＢ）の主走査方向の焦点距離、つまりコリメータレンズ(カップリングレンズ)３ａ（３ｂ）の焦点距離をｆｃｌ(mm)とするとき、光束Ａ１と光束Ａ２の放射角度α（°）は下記の関係がある。

ΔＰ＝ｆｃｌ×ｔａｎα ・・・（５）
したがって放射角度αを小さくするためには、コリメータレンズ３ａ（３ｂ）の焦点距離ｆｃｌを長くするか、発光部間隔ΔＰを小さくするか、どちらかが考えられる。発光部間隔ΔＰは熱的影響を考慮すると１００μｍ程度は必要であるので、コリメータレンズ３ａ（３ｂ）の焦点距離ｆｃｌを長くするのがよい。したがって、条件式（４）および関係式（５）から、一般的な走査光学系において、ｋ＝０．１５、ΔＰ＝０．１(mm)を考慮すると、

なる条件を満足するように各要素を設定するのが良い。

条件式（６）は感光ドラム面８上における複数の光束の副走査方向の印字間隔誤差（光束間の誤差）Δｚを低減するためのものである。条件式（６）を外れると印字間隔誤差Δｚが増大し、モアレが目立ってくるので良くない。

さらに好ましくは上記条件式（６）を次の如く設定するのが良い。

表１に実施例１の光学系の諸数値を示す。また図７に実施例１の光学系での被走査面上の像面湾曲、図８に実施例１の光学系での副走査倍率の一様性、図９に実施例１の光学系での被走査面上のスポット形状（ピーク光量に対して、5%,10%,13.5%,36.8%,50%の等高線）を示す。

実施例１の光学系は、副走査倍率βｓが１．２６であり、図８に示すように全像高に対して略同一（±０．６％）である。また副走査方向の画像の解像度ＤＰＩが６００ｄｐｉの場合に感光ドラム面８上におけるマルチビームの２本の光束の間隔が25.4／600＝42.3μｍになるように発光部間隔が９０μｍのレーザ光源１ａ(１ｂ)を光軸中心に７．９度回転させている。

このときの感光ドラム面８上における２本の光束の副走査方向の印字間隔誤差Δｚを図１０の実線で示す。比較例として、コリメータレンズの焦点距離ｆｃｌのみが２５ｍｍと異なる場合の感光ドラム面８上の副走査間隔を図１０の点線に示す。

比較例の光学系は同じく発光部間隔が９０μｍのマルチレーザ光源を光軸中心に４．９度回転させている。２つの光学系での２本の光束Ａ１、Ａ２の放射角度αを条件式（５）から計算すると比較例が約０．２°に対して本実施例ではコリメータレンズ３ａ（３ｂ）の焦点距離ｆｃｌが４０ｍｍなので約０．１３°になる。したがって、感光ドラム面８上の副走査方向の印字間隔誤差Δｚは図１０に示すように放射角度αが小さくなったために約０．６倍に低減されている。

また比較例において感光ドラム面８上における副走査方向の印字間隔誤差Δｚの最大値の平均値が０．７５μｍであるのに対して、実施例１の副走査方向の印字間隔誤差Δｚの最大値の平均値は０．４３μｍとなる。これは副走査方向の画像の解像度から計算される間隔４２．５μｍに対してほぼ１％であるのでヒトの目で判別できるようなモワレにはならない。

ここで条件式（６）の左辺の各パラメータＲ、βｓ、ＤＰＩ、ε、ｆｃｌにそれぞれ数値（R=20mm、βｓ=1.26、DPI=600dpi、ε=2.5°、ｆｃｌ=40mm）を代入して計算すると、比較例が０．０７６ｍｍである。これに対して実施例１は０．１２１ｍｍであり、これは上記条件式（６）を満たしている。

また本実施例において副走査方向の印字間隔誤差Δｚを低減するためには上記条件式（４）より結像光学系ＬＣの副走査倍率βｓを以下の如く設定するのが良い。

１．０≦｜βｓ｜≦３．０ ・・・（７）
条件式（７）は結像光学系ＬＣの副走査断面内の結像倍率βｓを規定するものである。条件式（７）の下限値を越えるとアナモフィックレンズ７が感光ドラム面８に近づくため、レンズ自身の肥大化による光学箱の肥大化を招くので良くない。また条件式（７）の上限値を越えると副走査方向の印字間隔誤差Δｚを低減するのが難しくなってくるので良くない。

さらに好ましくは上記条件式（７）を次の如く設定するのが良い。

１．５≦｜βｓ｜≦２．５ ・・・（７ａ）
本実施例では光源手段１を２つのレーザ光源１ａ、１ｂより構成したが、これに限らず、１つのレーザ光源もしくは３つ以上のレーザ光源より構成しても良い。また本実施例ではレーザ光源１ａ、１ｂをそれぞれ２つの発光部より構成したが、これに限らず、３つ以上より構成しても良い。

尚、例えばレーザ光源１ａ（１ｂ）を４つの発光部1a-1〜1a-4から構成した場合は、４つの発光部1a-1〜1a-4から発さられる光束が感光ドラム８面上に図１１に示すように４本の走査線13a-1〜13a-4を同時に形成する。このうち走査線13a-1と13a-4の副走査方向の印字間隔誤差Δｚが一番大きくなる。したがって、上記条件式（６）において、角度εは４つの光束のうち両端部の発光部1a-1と1a-4から発せられる光束がポリゴンミラー５の偏向面５ａに入射する角度の平均値となる。

また本実施例では結像光学系を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。また結像光学系を回折光学素子を含ませて構成しても良い。

このように本実施例では上記の如く条件式（６）を満足させることにより、感光ドラム面上での各光束の副走査方向の印字位置における差異を低減することができ、これにより画像の劣化を抑え、また装置全体のコンパクト化及び高速化を図っている。

表１に実施例１の光学系の諸数値を示す。

図１２（Ａ）は本発明の実施例２の主走査断面図、図１２（Ｂ）は本発明の実施例２の入射光学系の副走査断面図である。図１２（Ａ），（Ｂ）において前記図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において実施例１と異なる点は入射光学系ＬＡ（ＬＢ）を副走査断面内のみパワーを有する第１のシリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）と主走査断面内のみパワーを有する第２のシリンドリカルレンズ２０ａ（２０ｂ）との組み合わせより構成したことである。その他の構成は前述の実施例１と同様である。

即ち、同図においてＬＡ（ＬＢ）は入射光学系であり、副走査断面内のみパワーを有する第１のシリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）、主走査断面内のみパワーを有する第２のシリンドリカルレンズ２０ａ（２０ｂ）、そして開口絞り２ａ（２ｂ）を有している。

前述の実施例１においては感光ドラム面８上における２本の光束Ａ１、Ａ２の副走査方向の印字間隔誤差Δｚを低減するためにコリメータレンズ３ａ（３ｂ）の焦点距離ｆｃｌを４０ｍｍと長く設定した。コリメータレンズ３ａ（３ｂ）の焦点距離ｆｃｌを長くして主走査断面内のＦナンバー(Fno)を大きくすると、カップリング効率が落ちて感光ドラム面８上における光量が低下する傾向にある。

そこで本実施例では感光ドラム面上での各光束の印字位置における差異を低減し、さらに入射光学系の入射側の副走査断面内のＦナンバーが小さくなるように各要素を構成している。これによりカップリング効率を上げて感光ドラム面上における光量低下が少なくなるようにしている。

入射光学系ＬＡ（ＬＢ）の入射側の副走査断面内のＦナンバーを小さくするためには第１のシリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）の副走査断面内における焦点距離を長くして、該第１のシリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）を通過する副走査断面内の光束幅を広くすれば良い。

レーザ光源１ａ（１ｂ）から発せられた２本の光束がコリメータレンズ、そしてシリンドリカルレンズという経路の入射光学系を用いると、該シリンドリカルレンズの焦点距離が長くなるために入射光学系が大型化してくる。

そこで本実施例においてはレーザ光源１ａ（１ｂ）から出射された２本の光束を初めに第１のシリンドリカルレンズ４a（４ｂ）を通過させることによって、ポリゴンミラー５の偏向面５ａに対して副走査方向のみ集光させている。また第２のシリンドリカルレンズ２０ａ（２０ｂ）を通過させることで偏向面５ａに線像（主走査方向に長手の線像）として結像させている。これにより入射光学系ＬＡ（ＬＢ）の小型化を図っている。

本実施例では入射光学系ＬＡ（ＬＢ）における主走査断面内の入射側のＦナンバーをＦｎｏ(主)、副走査断面内の入射側のＦナンバーをＦｎｏ(副)とするとき、
１．０＜Ｆｎｏ(主)／Ｆｎｏ(副)＜３．０ ・・・（８）
なる条件を満足させている。

条件式(８)は入射光学系ＬＡ（ＬＢ）における主走査断面内のＦナンバーと副走査断面内のＦナンバーとの比に関するものである。

条件式(８)の下限値を越えると感光ドラム面８上における２本の光束Ａ１、Ａ２の副走査方向の印字間隔誤差Δｚを低減しつつ、感光ドラム面８上の光量低下を防ぐことが難しくなってくるので良くない。また条件式(８)の上限値を越えると第２のシリンドリカルレンズ２０ａ（２０ｂ）及び第１のシリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）の位置を調整する際に主走査断面内及び副走査断面内のピント敏感度差が大きくなってくるので良くない。

また本実施例では入射光学系ＬＡ（ＬＢ）において、副走査断面内の焦点距離が主走査断面内の焦点距離よりも短くなるように設定することによって、入射光学系ＬＡ（ＬＢ）をコンパクトに構成している。

本実施例では第２のシリンドリカルレンズ２０ａ（２０ｂ）の主走査断面内の焦点距離が４０ｍｍ、第１のシリンドリカルレンズ４a（４ｂ）の副走査断面内の焦点距離が１９．６ｍｍである。よって感光ドラム面８上での主走査方向のスポット径が６０μｍ、副走査方向のスポット径が７０μｍである光学系の場合、入射光学系ＬＡ（ＬＢ）における入射側のＦナンバーは主走査断面内で９．３、副走査断面内で７．１となる。これにより副走査断面内のカップリング効率を上げることができ、感光ドラム面８上において適切な光量を保っている。

尚、上記条件式(８)の左辺の値は、
Ｆｎｏ(主)／Ｆｎｏ(副)＝９．３／７．１＝１．３１
である。これは上記条件式（８）を満足している。

更に好ましくは上記条件式(８)を次の如く設定するのが良い。

１．２＜Ｆｎｏ(主)／Ｆｎｏ(副)＜２．８ ・・・（８ａ）
またコリメータレンズがシリンドリカルレンズに対してレーザ光源側にあるような入射光学系の場合、副走査断面内のカップリング効率を上げるためには、シリンドリカルレンズ４ａ（４ｂ）の副走査断面内の焦点距離が２４０ｍｍ必要である。その結果、入射光学系全長が２８０ｍｍ近くとかなり長くなり、光路内に反射ミラーを配置するなどの対応が必要となってくる。

これに対して本実施例では実施例１で用いたコリメータレンズ３ａ（３ｂ）の代わりに第２のシリンドリカルレンズ２０ａ（２０ｂ）を用いることにより、第１のシリンドリカルレンズ４a（４ｂ）の副走査断面内の焦点距離を短くできる。その結果、入射光学系ＬＡ（ＬＢ）の焦点距離が１５１ｍｍ程度で済むために上述のような反射ミラーを配置する必要がなくなる。

尚、本実施例では入射光学系を第１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレンズとの２枚のレンズより構成したが、これに限らず、主走査断面内と副走査断面内とで互いに屈折力が異なるアナモフィックレンズより構成しても良い。

図１３は本発明の実施例２における被走査面上のスポット形状（ピーク光量に対して、5%,10%,13.5%,36.8%,50%の等高線）を示す説明図である。同図に示すようにスポット形状が良好に保たれているのが分る。

表２に実施例２の光学系の諸数値を示す。

［画像形成装置］
図１４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または２のいずれか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、モーター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１４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１４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とで構成されている。そして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１４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、モーター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モーターなどの制御を行う。

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１〜２の構成はより効果を発揮する。

［カラー画像形成装置］
図１５は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置（光結像光学系）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１５において、６０はカラー画像形成装置、６１，６２，６３，６４は各々実施例１又は２に示した何れかの構成を有する光走査装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、図１５においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。

図１５において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置６１，６２，６３，６４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４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。

本実施例におけるカラー画像形成装置は光走査装置（６１，６２，６３，６４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。

本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置６１，６２，６３，６４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２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。

前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。

本発明の実施例１における要部概略図 本発明の実施例１における主走査断面図 偏向方向に角度をもった２本の光束が偏向手段で偏向されるときにおける偏向手段の回転角度の違いを説明する説明図 斜入射光学系における偏向手段の入射高さを説明する説明図 偏向手段の回転角度と２本の光束の高さ差分を説明する説明図 放射角度αと光路差ΔＬとの比例関係を示した図 本発明の実施例１における像面湾曲を示した図 本発明の実施例１における副走査倍率の一様性を示した図 本発明の実施例１における被走査面上のスポット形状を示した図 本発明の実施例１における被走査面上の副走査位置間隔誤差を示した図 感光ドラム面上を一度に走査する走査線が２本よりも多い場合の副走査方向の位置間隔誤差を示した図 本発明の実施例２における主走査断面図および副走査断面図 本発明の実施例２における被走査面上のスポット形状を示した図 本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図 本発明の実施例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
１ａ，１ｂ レーザ光源
１ａ−１，１ａ−２，１ｂ−１，１ｂ−２ 発光部
２ａ，２ｂ 開口絞り
３ａ，３ｂ 集光レンズ（コリメータレンズ）
４ａ，４ｂ シリンドリカルレンズ
５ 偏向手段（ポリゴンミラー）
ＬＣ 結像光学系（ｆθレンズ）
６ 第１の結像レンズ
７ 第２の結像レンズ
８ 被走査面（感光体ドラム）
ＬＡ，ＬＢ 入射光学系
２０ａ，２０ｂ 第２のシリンドリカルレンズ
１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ 反射ミラー
６１，６２，６３，６４ 光走査装置
２１、２２、２３、２４ 像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４ 現像器
４１、４２、４３、４４ 光ビーム
５１ 搬送ベルト
５２ 外部機器
５３ プリンタコントローラ
６０ カラー画像形成装置
１００ 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 モーター
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器

Claims (7)

1. 複数の発光部が主走査方向及び副走査方向に離間して配置された光源手段と、前記複数の発光部から発せられた複数の光束を偏向走査する回転多面鏡と、前記複数の発光部から発せられた複数の光束を前記回転多面鏡の偏向面に入射させる入射光学系と、前記回転多面鏡の偏向面にて偏向走査された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、を有する光走査装置において、
   前記入射光学系は、前記複数の発光部から発せられた複数の光束を前記偏向面に対して主走査断面内及び副走査断面内において結像光学系の光軸に対し斜め方向から入射させており、
   前記回転多面鏡の外接円半径をＲ(mm)、前記結像光学系の副走査断面内の画像の解像度をＤＰＩ（dpi/inch）、前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率をβｓ、主走査断面内において前記複数の発光部のうち両端の発光部から発せられる光束が、副走査断面内において前記偏向面に入射する角度の平均値をε(°)、前記入射光学系の主走査断面内の焦点距離をｆｃｌ(mm)とするとき、
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 前記入射光学系における主走査断面内の入射側のＦナンバーをＦｎｏ(主)、副走査断面内の入射側のＦナンバーをＦｎｏ(副)とするとき、
   １．０＜Ｆｎｏ(主)／Ｆｎｏ(副)＜３．０
   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. 前記入射光学系は、副走査断面内の焦点距離が主走査断面内の焦点距離よりも短い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. 前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率βｓは、
   １．０≦｜βｓ｜≦３．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光走査装置。
5. 主走査断面内において、前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束の主走査方向の幅は、前記回転多面鏡の偏向面の主走査方向の幅より狭いことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光走査装置。
6. 請求項１乃至５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体と、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体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器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至５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。