JP5903773B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置および画像形成装置に関する。さらに詳述すると、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ、又はファクシミリ装置などの画像形成装置に適用可能な光走査装置に関するものである。

電子写真方式による画像記録には、光学的な画像形成装置が広く用いられており、この種の画像形成装置には、レーザを用いた光走査装置が設けられている。光走査装置は、レーザ光源からの光ビーム（光束）を、外周面に感光性を有するドラムに、例えば、ポリゴンミラー等の光偏向器を介して入射させ、ドラムの軸に平行な方向（主走査方向）に光偏向器を用いて走査させつつ、軸を中心としてドラムを副走査方向に回転させて、ドラム外周面に潜像を形成する方法が一般的である。

このような光走査装置における重要な特性として、走査線ピッチがある。ここでいう走査線とは、光スポットによる走査の軌跡を意味しており、走査線ピッチとは、隣接する走査線の間隔を意味するものであるが、走査線ピッチが一定でない、すなわち、ピッチむらがあると、光走査により書き込まれる画像に歪みが生じるおそれがある。

したがって、良好な画像を書き込むためには、ピッチむらを可及的に小さくする必要がある。ピッチむらを発生させる主要な原因として、光偏向器として用いられるポリゴンミラーの面倒れが知られている。即ち、ポリゴンミラーの偏向反射面が、ポリゴンミラーの回転軸に対して完全に平行に成っていないと、偏向光束が、個々の偏向反射面に応じて副走査対応方向へ変動して、光スポットの結像位置が被走査面上で副走査方向に変動し、ピッチむらが生じることとなる。

この点に関し、例えば、特許文献１には、コリメータレンズを電歪素子（ピエゾ素子）により微動させて光軸の変動を補正する方法が記載されている。また、特許文献２には、２個のレーザ光源により得られた２本のレーザビームで１ラインの走査ラインを形成し、２本のビームのパワーを各々変化させることで合成されるビームの重心を、走査ライン間隔の変動に応じて制御する技術が記載されている。

また、特許文献３には、特定のポリゴンミラーの反射面の面倒れデータを記録し、そのデータに基づいてレーザ光量を微少に調整して濃度むらを補正する方法が記載されている。また、特許文献４には、光線照射位置の間隔を表す照射間隔データと入力画像データとからドット間隔を求め、このドット間隔データに基づいて光量補正を行い、特に２ドット以上の非発光データに挟まれた入力画像データに対応する発光素子以外の発光素子に限って、光量を補正する方法が記載されている。

しかしながら、上記特許文献に記載のポリゴンミラーの面倒れ補正方法では、電歪素子（特許文献１）や光源（特許文献２）などの素子数の増加によるコストアップが必須となるという問題や、面倒れ補正のための制御システムが必要となり複雑になる上、非連続（孤立ドットやライン）な画像に対し、ラインやドットが不安定になってしまうと等の問題があった。

そこで本発明は、新たな光学素子や制御システム等を導入することなく、面倒れによるピッチむらに対し安定的に動作する光走査装置、および該光走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る光走査装置は、光源と、光源からの光束を回転多面鏡に線像として結像させる第１の光学系と、回転多面鏡により偏向された光束を像面上に点像として結像させる第２の光学系と、を有する光走査装置において、回転多面鏡により偏向走査される主走査方向を第１の方向、副走査方向を第２の方向、第１の方向および第２の方向に垂直な方向を第３の方向とした場合、回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における回転多面鏡の回転中心から回転多面鏡の光束反射位置までの距離をα１，α２，α３とし、回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における像面から、光束が第２の方向において集光する近軸焦点位置までの距離をβ１，β２，β３とした時、α２＜α１，α３およびβ２＜β１，β３、もしくは、α２＞α１，α３およびβ２＞β１，β３を満たし、第２の方向において光束の径が所定の径以下となる中央の光軸方向の距離をγ２、第２の方向において光束の径が所定の径以下となる走査開始端、走査終了端の光軸方向の距離をγ１，γ３とした時、次式（１）および（２）
（γ２−γ１）／２≦β１−β２≦γ２−γ１ ・・・（１）
（γ２−γ３）／２≦β３−β２≦γ２−γ３ ・・・（２）
が成立するものである。

また、本発明に係る画像形成装置は、複数の像担持体と、複数の像担持体の画像情報に応じて変調された光により走査する本発明に係る光走査装置と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、ビーム径を劣化させない範囲で副走査像面湾曲をピッチむらに対して最適化し、画質の向上を図ることができる。

本発明に係る光走査装置の一実施形態を示す要部構成図である。 本発明に係る光走査装置の他の実施形態を示す要部構成図である。 本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す要部構成図である。 ポリゴンミラーにおけるサグの発生を説明する説明図である。 偏向反射面の位置と被走査面の位置とを示す説明図であって、（ａ）結像位置と被走査面が一致する例、（ｂ）ポリゴンミラーのサグによりピッチむらが生じる例を示す。 （ａ）走査光学系における像高毎のポリゴンミラーの回転軸と反射点との距離（サグ量）の変化を示すグラフ、（ｂ）副走査方向の像面湾曲特性を示すグラフである。 （ａ）主走査方向、（ｂ）副走査方向、における中央像高および周辺像高における深度カーブを示すグラフである。 実施例１と比較例１の走査光学系の被走査面への入射角度を示す表である。 実施例１における光走査装置の模式図である。 実施例１におけるポリゴンミラーと被走査面との間にある走査光学系のデータ一覧である。 実施例１における走査レンズ入射面の主走査方向係数、副走査方向係数の一覧である。 実施例１における走査レンズ射出面の主走査方向係数、副走査方向係数の一覧である。 実施例１における（ａ）像面湾曲、（ｂ）等速度特性を示すグラフである。 比較例１におけるポリゴンミラーと被走査面との間にある走査光学系のデータ一覧である。 比較例１における走査レンズ入射面の主走査方向係数、副走査方向係数の一覧である。 比較例１における走査レンズ射出面の主走査方向係数、副走査方向係数の一覧である。 比較例１における（ａ）像面湾曲、（ｂ）等速度特性を示すグラフである。 比較例１における（ａ）主走査方向、（ｂ）副走査方向、における中央像高および周辺像高における深度カーブを示すグラフである。

以下、本発明に係る構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

本実施形態に係る光走査装置１００は、光源（光源１）と、光源からの光束を回転多面鏡（ポリゴンミラー５）に線像として結像させる第１の光学系（線像結像光学系、シリンドリカルレンズ４）と、回転多面鏡により偏向された光束を像面上に点像として結像させる第２の光学系（走査光学系、走査レンズ６）と、を有する光走査装置（光走査装置１００）において、回転多面鏡により偏向走査される主走査方向を第１の方向、副走査方向を第２の方向、第１の方向および第２の方向に垂直な方向を第３の方向とした場合、回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における回転多面鏡の回転中心から回転多面鏡の光束反射位置までの距離をα１，α２，α３とし、回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における像面から、光束が第２の方向において集光する近軸焦点位置までの距離をβ１，β２，β３とした時、α２＜α１，α３およびβ２＜β１，β３、もしくは、α２＞α１，α３およびβ２＞β１，β３を満たすものである。なお、本実施形態において、主走査方向とは、ポリゴンミラー５により偏向走査される方向、副走査方向とはポリゴンミラー５の回転中心の方向をいい、また、主走査方向および副走査方向に直交する方向（すなわち、光線の進む方向）を第３の方向という。

（光走査装置［１］）
図１は、本発明に係る光走査装置の一実施形態の要部構成図である。図１は、シングルビーム方式の光走査装置１００を示しており、半導体レーザである光源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、光束の形態は弱い発散性の光束に変換される。

カップリングレンズ２を透過した光束は、アパーチャ３の開口部を通過する際、光束周辺部が遮断されてビーム整形され、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ４に入射する。

シリンドリカルレンズ４は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持ち、入射してくる光束を副走査方向にのみ集束させ、光偏向器であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、主走査方向に長い線像として集光させる。

ポリゴンミラー５の偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー５の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、走査光学系をなす１枚の走査レンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折り曲げられ、被走査面の実体をなす光導電性の感光体８（被走査面８）上に光スポット（点像）として集光し、被走査面８を光走査する。

偏向光束は感光体８の表面を光走査するのに先立ってミラー９により反射され、結像レンズ１０により受光素子１１に集光される。受光素子１１は光束を受光することによって信号を出力し、受光素子１１の出力に基づき、光走査の書き込み開始タイミングが決定される。

走査光学系は、光偏向器５により偏向される光束を被走査面８上に光スポットとして集光させる光学系であって、図１に示す例では、１枚の走査レンズ６により構成されている。

（光走査装置［２］）
図２は、本発明に係る光走査装置の別の実施形態を示しており、マルチビーム方式の光走査装置１００である。

図２に示す例では、光源１は、４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４を等間隔で１列に配列した半導体レーザアレイで構成されている。ここでは、４つの発光源を副走査方向に配列した例を示しているが、半導体レーザアレイの発光源は、副走査方向に対し傾けて配列してもよい。

４つの発光源ｃｈ１〜ｃｈ４から放射された４つの光束は、楕円形のファーフィールドパタンの長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束である。４つの光束は、これに共通のカップリングレンズ２により、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされた各光束の形態は、以後の光学系の光学特性に応じ、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束となることも、平行光束となることもできる。

カップリングレンズ２を透過した４光束は、アパーチャ３でビーム整形され、共通の線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ４の作用により、それぞれ副走査方向に集束され、光偏向器であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。

ポリゴンミラー５が回転駆動されることにより、その偏向反射面により４つの光束が等角速度的に偏向され、偏向された４光束は、走査光学系をなす１枚の走査レンズ６を透過し、折り曲げミラー７により光路を折曲げられ、被走査面８の実体をなす感光体８の表面に、副走査方向に分離した４つの光スポットとして集光し、被走査面８の４走査線を同時に光走査する。

上記偏向光束の１つは、感光体８の表面を光走査するのに先立って走査レンズ６を透過し、そのあとミラー９により反射され、レンズ１０により受光素子１１に集光される。 受光素子１１は光束を受光することによって検出信号を出力し、この信号の出力に基づき、４光束各々の光走査の書き込み開始タイミングが決定される。

（画像形成装置）
次に、本発明にかかる画像形成装置の一実施形態について説明する。図３は画像形成装置の要部構成図を示している。

図３において、画像形成装置１０００は、感光性の像担持体１１１０として、円筒状に形成された光導電性の感光体を有している。

像担持体１１１０の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２１、現像装置１１３１、転写ローラ１１４１、クリーニング装置１１５１が配備されている。なお、帯電手段として、コロナチャージャを用いることもできる。

像担持体１１１０および帯電ローラ１１２１の上方には、レーザ光束ＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７１（本実施形態に係る光走査装置１００である）が設けられ、帯電ローラ１１２１と現像装置１１３１との間で、光書き込みによる露光を行うようになっている。

また、符号１１６１は定着装置、符号１１８１は給紙カセット、符号１１９１はレジストローラ対、符号１２０１は給紙コロ、符号１２１１は転写紙の搬送路、符号１２２１は排紙ローラ対、符号１２３１はトレイ、符号Ｐはシート状記録媒体としての転写紙をそれぞれ示している。

画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１０が時計回りに等速回転される。その表面が帯電ローラ１１２１により均一帯電され、帯電された像担持体１１１０の表面に、光走査装置１１７１がレーザ光束ＬＢで光書き込みを行うことにより露光されて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂ネガ潜像であって画像部が露光されている。上記静電潜像は現像装置１１３１により反転現像され、像担持体１１１０上にトナー画像が形成される。

転写紙Ｐを収納したカセット１１８１は、画像形成装置１０００の本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０１により引き出される。引き出された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９１に銜えられる。

レジストローラ対１１９１は、像担持体１１１０上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部としての転写ローラ１１４１へ送り込む。転写部に送り込まれた転写紙Ｐは、トナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ１１４１の作用によりトナー画像が転写紙Ｐに静電転写される。転写紙Ｐは定着装置１１６１へ送られ、定着装置１１６１において転写紙Ｐにトナー画像が定着され、転写紙Ｐは搬送路１２１１を通り、排紙ローラ対１２２１によりトレイ１２３１上に排出される。

トナー画像が転写された後の像担持体１１１０の表面は、クリーニング装置１１５１によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。光走査装置１１７１として、本実施形態に係る光走査装置１００を用いることにより、極めて良好な画像形成を実行することができる。

また、複数の感光性の像担持体を配列し、各像担持体に対してそれぞれに対応する光走査装置により光走査を行って各色に対応する潜像を形成し、これらの潜像を現像手段で可視化して転写紙などの転写媒体に重ねて転写することにより、カラー画像を得るようにした、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置を構成することができる。 このカラー画像形成装置の各光走査装置として、上記光走査装置１００を用いることにより、後述するように、極めて良好なカラー画像を形成することができる。

（走査光学系）
上述のように、光走査装置における重要な特性として走査線ピッチがあり、また、ピッチむらを発生させる主要な原因は、光偏向器として用いられるポリゴンミラー５の面倒れである。即ち、ポリゴンミラー５の偏向反射面５ａが、ポリゴンミラー５の回転軸５ｂに対して完全に平行になっていないと、偏向光束が、個々の偏向反射面５ａに応じて副走査対応方向へ変動して、光スポットの結像位置が被走査面８上で副走査方向に変動し、ピッチむらが生じる。

ピッチむらの発生を光学的に防止する方法として、光源側からの光束を、ポリゴンミラー５の偏向反射面５ａ近傍に主走査対応方向（光源１から被走査面８に至る光路上で主走査方向に対応する方向）に長い線像として結像させ、走査結像光学系により偏向反射面５ａ近傍と被走査面位置とを副走査対応方向に関して共役関係とする面倒れ補正方法が知られている。この方法であれば、新たな光学素子および制御システム等を導入することなく、面倒れに対し安定的な光走査装置を提供することができる。

しかしながら、ポリゴンミラー５は偏向反射面の回転軸５ｂが偏向反射面とずれているため、偏向反射面の回転に従い、上記線像の結像位置と偏向反射面とがずれる所謂、サグの問題がある。

図４を参照してこの点について説明する。図４は、ポリゴンミラー５における偏向反射面５ａと、光源側からの光束（光束の主光線）Ｌとの位置関係を示している。ポリゴンミラー５の偏向反射面５ａは、ポリゴンミラー５の時計回りの回転に伴って、５ａ（１），５ａ（２），５ａ（３）のように変化し、それに伴い、光源側からの光束Ｌの主光線の反射位置は、位置：Ｍ（−），Ｍ（０），Ｍ（＋）のように変化する。

光源側からの光束Ｌは反射位置：Ｍ（０）に線像として結像する。このため、光源側からの光束は反射位置：Ｍ（＋），Ｍ（−）に入射するときは、偏向反射面５ａと線像の結像位置との間にずれが生じ、反射位置：Ｍ（＋），Ｍ（−）に入射するとき光束はまだ結像していない。

上記偏向反射面と反射位置のずれが、サグであり、一般には、図４に示すように反射位置：Ｍ（０）の両側に非対称に発生する（図４では入射位置：Ｍ（−）でのサグの方がＭ（＋）でのサグよりも大きい）が、ポリゴンミラー５と入射側光学系（シリンドリカルレンズ４）との位置関係を調整することにより、反射位置：Ｍ（０）の両側にサグが対称に発生するようにすることも可能である。なお、走査結像光学系は、一般に、サグが０となる反射位置：Ｍ（０）で反射された光束の主光線が走査結像光学系の光軸に合致するように配備される。

図５は、偏向反射面５ａの位置と被走査面８の位置とを、走査レンズ６が副走査方向において略共役な関係としている状態を示している。

図５（ａ）に示すように、反射位置：ｐ（０）で反射される光束（主走査対応方向に長い線像はｐ（０）に一致している）は上記共役関係により、結像位置：ｑ（０）と被走査面８が一致する。

また、面倒れが生じる場合、即ち、偏向反射面５ａが回転軸５ｂに対し傾いた場合（符号５ａ’で示す）においても、偏向反射面５ａの位置と被走査面８の位置は共役の関係になっているために、偏向反射面５ａで反射された光束は被走査面８上で略集光する。この時ビームが照射される副走査方向の位置について、所望の位置（図５の光軸）から外れることは無い。

一方、図５（ｂ）に示すように、反射位置：ｐ（１）で反射される光束入射光束は、ポリゴンミラー５のサグの影響を受け、偏向反射後にｒ（１）の位置において一旦集束する。

従来の光学系においては、被走査面８上に集光させる様、像高毎に主走査形状を設計することが多い。故にｒ（１）から発散した光束は、被走査面８上に集光されることとなる（ｑ（１））。

この時ポリゴンミラー５の反射位置：ｐ（１）の共役点は、被走査面８より手前ｓ（１）となるため、面倒れが生じる、即ち、偏向反射面５ａが回転軸５ｂに対し傾いた場合（符号５ａ’で示す）においては、結像位置は面倒れ前ｑ（１）と同様被走査面８上となるが、ビームが照射される副走査方向の位置については、＋方向に位置が変動する。

これがポリゴンミラー５のサグに伴うピッチむらとなる。特に、マルチビーム方式の光学系においては、シングルビーム光学系に比べ像面に対し直角から角度を有して入射する傾向にあり、ポリゴン面倒れによる副走査方向の光線ぶれ（ピッチむら）の影響は大きくなる傾向にある。また、特に、単玉光学系においては、設計パラメータ数の制約上この傾向が顕著である。

具体的には、例えば、マルチビーム光学系において従来と同様、副走査像面湾曲を０．５ｍｍ以下とした場合、ポリゴンミラー５の面倒れ量が９０ｓの時の走査ピッチむらは７μｍ以上となる。１２００ｄｐｉ書込の場合、走査線間隔は２１μｍとなるため、ピッチの１／３が変動することになり、この構成では濃度ムラなどの画像劣化が発生する。濃度ムラを低減させるためには、走査ピッチむらは６μｍ以下となることが望ましい。

以上説明したように、ポリゴン面倒れによるピッチむらは、ポリゴンのサグの影響を大きく受けるものである。また、像高間の像面湾曲のバランスを取るためには、一般に、ポリゴンミラー面の主走査中心付近に入射光を当て、左右のバランスを取ることが必要であるが、この時、中央像高付近はポリゴンミラー面と像面が共役の関係にあり、面倒れが起きた場合においてもピッチむらは小さい。しかしながら、周辺像高においてはサグの影響により、像面側の共役点が像面位置からずれ、ポリゴンミラー５の面倒れが起きた場合において、ピッチむらが発生することとなる。

そこで、本実施形態に係る光走査装置１００では、係るポリゴンミラー５のサグに伴うピッチむらの低減のため、ポリゴンミラー５のサグ量に応じて、像高（被走査面上の主走査位置）毎に近軸焦点位置を異ならせることとしたものである。

すなわち、ポリゴンミラー５を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端におけるポリゴンミラー５の回転軸５ｂからポリゴンミラー５の光束反射位置までの距離をα１，α２，α３とし、ポリゴンミラー５を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における像面から、光束が副走査方向において集光する近軸焦点位置までの距離をβ１，β２，β３とした時、α２＜α１，α３およびβ２＜β１，β３、もしくは、α２＞α１，α３およびβ２＞β１，β３を満たすようにしたものである。

これにより、走査光学系の副走査像面湾曲を、周辺像高において変化させ、面倒れ時のピッチむらを小さくすることにより、ビーム径を劣化させない範囲で副走査像面湾曲をピッチむらに対して最適化し、画質の向上を図ることができる。

図６（ａ）は、本実施形態に係る光走査装置１００の走査光学系における像高毎のポリゴンミラー５の回転軸５ｂと反射点との距離（サグ量）の変化を示すグラフである。また、図６（ｂ）は、副走査方向の像面湾曲特性を示したものである。

いずれも像高０付近を中心に、周辺像高に行くにつれサグ量および副走査方向に集光する像面からの距離が大きくなっていることがわかる。図６に示す例では、ポリゴンミラー５の回転軸と反射面の距離については、像高−１６３．５ｍｍ，０ｍｍ，１６３．５ｍｍ時にそれぞれ１８．７０３ｍｍ，１８．０９６ｍｍ，１９．４９１ｍｍと変化し、副走査像面湾曲量については、０．９７ｍｍ，０．１１ｍｍ，１．２６ｍｍと変化している。

ここで、像面湾曲の「＋」は、近軸集光位置が光束の進む方向に近軸焦点位置がずれていることを示している。上述のように、像高間の像面湾曲のバランスを取るためには、一般的にはポリゴンミラー面の主走査中心付近に入射光を当て、左右のバランスを取ることが多いが、図５で示した様に、周辺像高においては像側の共役点ｓ（１）が被走査面８より手前側にあることとなる（周辺像高におけるポリゴンミラー５の中心から反射点までの距離は、中央像高における距離よりも長い）。すなわち、光線の進む方向を＋、反対方向を−とした場合、−方向にくることとなる。

これに対し、共役点ｓ（１）を被走査面上に持ってきて、周辺像高において、ピッチむらを小さくするためには、集光点（副走査方向における近軸焦点位置）を被走査面８から光の進む方向（＋方向側）へ持ってくる必要がある。

このように、中央像高に対しサグ量が増加する場合においては、副走査像面湾曲は中央像高に対し＋方向に変化させることで、ピッチむらを低減することができる。本構成により、例えば、ポリゴンミラー５の面倒れ量が９０ｓの時の走査ピッチむらは５．８μｍ以下であった。これにより、人間の目で画像を見た場合においても、顕著な画質の劣化を感じることはない。

また、本実施形態に係る光走査装置１００では、走査光学系は一般にサグが０となる反射位置：Ｍ（０）で反射された光束の主光線が、走査光学系の光軸、即ち、中央像高付近に合致するように配備されることが好ましい。

また、サグ量は中央像高付近で最も小さくなり、周辺像高において最も大きくなるため、副走査像面湾曲は周辺像高における像面湾曲が大きい二次形状になることが好ましい。

一般に、中央像高のビーム径深度は、周辺像高の深度に比べ広いため、副像面湾曲が二次形状であれば、周辺像高のピント位置に像面を合わせた場合においても、中央像高のピントは出やすい。即ち、全像高においてビーム径を劣化させることなく、ピッチむらを最適化することができる。

また、上述のように、像高間の像面湾曲のバランスを取るためには、一般的にはポリゴンミラー面の主走査中心付近に入射光を当て、左右のバランスを取ることが多いため、この時、走査開始端、走査終了端のポリゴンミラー５の中心から反射点までの距離は略同等となることが多い。よって、周辺像高においてピッチむらを小さくする際、周辺像高の近軸像面位置は走査開始端および走査終了端で一致する。このような構成にすることにより、全像高においてビーム径を劣化させることなく、ピッチむらを最適化することができる。

図７（ａ），（ｂ）に、主走査方向、副走査方向についての、走査光学系の中央像高および周辺像高における深度カーブを示す。なお、横軸は光軸方向の像面からの距離（デフォーカス（ｍｍ））を、縦軸は副走査方向のビーム径（μｍ）を示している。

光走査装置１００を搭載する画像形成装置１０００では、所望の画像を形成する上で必要なビーム径の大きさが規定されるが、ビーム径がこの規定の大きさ以下の条件を満たす全像高での光軸方向の距離を深度と言う（図７中Ｌで示す）。

尚、本実施形態では、ビームウェスト位置におけるビーム径から＋１０ｕｍ以下となるデフォーカス量を深度としている。図７に示すように、一般に中央像高の深度は周辺像高の深度に比べ広いため、副走査像面湾曲を大きくすることは、被走査面上の像面上のビーム径を太らすことと同義となるが、副走査像面湾曲が二次形状であれば、周辺像高のビームウェスト位置に像面を合わせた場合においても、中央像高のビーム径は（深度が広いため）太りにくい。すなわち、全像高においてビーム径を劣化させることなく、ピッチむらを最適化することができる。

また、周辺像高の副走査像面湾曲を中央に対し大きくする場合、両者の深度カーブが交わり、全像高の深度が狭まることは望ましくない。一般に、中央像高の深度は周辺像高に比べ広い。そのため周辺像高の深度カーブが、中央像高の深度カーブの内側に入る様に配置すれば、全像高の深度が狭まることはなくなる。

換言すれば、周辺像高と中央像高の深度の差の分だけ、周辺像高の副走査像面湾曲は中央像高に対し大きくしても良いといえる。そこで、例えば、像面からの副走査像面湾曲量をβ１，β２，β３に対して、走査開始端、中央、走査終了端における副走査方向の深度をγ１，γ２，γ３とした場合、次式（１）および（２）が成立することが好ましい。
（γ２−γ１）／２≦β１−β２≦γ２−γ１ ・・・（１）
（γ２−γ３）／２≦β３−β２≦γ２−γ３ ・・・（２）

さらに、β１−β２およびβ３−β２が（γ２−γ１）／２を下回るとピッチむらの改善効果がでにくくなるため、ピッチむらとビーム径のバランスを取るためには、周辺像高の像面湾曲変動量は中央に対し（γ２−γ１）／２より大きいことが望ましい。

例えば、本実施形態にかかる走査光学系（実施例１参照）においては、β１＝０．９７ｍｍ，β２＝０．１１ｍｍ，β３＝１．２６ｍｍに対し、γ１＝１４．５ｍｍ，γ２＝１６ｍｍ，γ３＝１４．５ｍｍとなり、いずれも条件を満たしている。

また、周辺像高の副走査像面湾曲を大きくすると、全像高の像面上での深度が狭くなるため、周辺像高のビームウェスト位置が、先に示した近軸像面位置に対し像面側（−側）となるように配置することも好ましい。

例えば、図７（ｂ）に示すように、像高＋１６１．５ｍｍ時の近軸焦点位置が＋１ｍｍであることに対し、ブームウェスト位置は−２ｍｍの位置となっている。このようにすることで、周辺像高の深度ができる限り像面（デフォーカス０の位置）に対し左右対称になるように配置することができ、製品ばらつきに対し像面上で安定的にビーム径を維持することができる。

なお、走査レンズ６を２枚以上用いる走査光学系においては、設計パラメータ数が増えるため、副走査像面湾曲を劣化（大きく）させることなく、ピッチむらを低減させる方法も考えられる。しかしながら、設計パラメータ数が少ない単玉光学系においては、ピッチむらを低減させることは難しいため、ここまで述べた光走査装置１００における走査光学系は、特に、単玉光学系の光走査装置に好適である。

また、走査レンズ６の入射面、射出面は共に光線が進む方向を凸とするメニスカス形状であることが望ましい。

図５（ｂ）に示したように、ポリゴンミラー５の偏光反射面５ａが倒れした場合、走査レンズ６に入射する光線は副断面において光軸から傾いた方向で入射する。この時、走査レンズ６の入射面形状が、光線が進む方向を凸とするメニスカス形状であれば、光線入射角度ブレの影響が小さく、両凸形状に比べピッチむらを小さくすることができ、画質の向上を図ることができる。

また、以上説明した走査光学系は、特に、マルチビーム光学系の光走査装置（図２）において有効である。図８に、後述する実施例１に即した走査光学系の被走査面８への入射角度を、後述する比較例１（シングルビーム光学系）と比較して示す。

シングルビーム方式の場合は、被走査面８に対し略垂直に像面に光束は入射することができるが、マルチビーム光学系においては、周辺ビームはそれぞれ像面に対し垂直から角度を持った状態に入射する。これはポリゴンミラー５の面が倒れた場合の像面上の副走査方向移動量としては、シングルビーム光学系に比べマルチビーム光学系の方が大きいことを示す。具体的には、比較例１においては被走査面８の入射角は０°であることに対し、実施例１のマルチビーム光学系においては、最大で０．０３°の角度を持った状態で被走査面８に入射する。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

＜実施例１＞
以下に、本発明に係る光走査装置の走査光学系の実施例を示す。なお、本実施例における光走査装置１００の光学配置は、図９に示す通りである。

実施例１における走査レンズ面の形状等は、以下の式による。先ず、主走査断面内における非円弧形状を周知の多項式（３）で表す。
Ｘ＝（Ｙ^２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／Ｒ）^２｝］＋Ａ_１Ｙ＋Ａ_２Ｙ^２＋Ａ_３Ｙ^３＋Ａ_４Ｙ^４＋Ａ_５Ｙ^５＋Ａ_６Ｙ^６＋・・・ （３）
なお、主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４，Ａ_５，Ａ_６，・・・、光軸方向のデプス：Ｘである。

上記（３）式において、奇数次の係数：Ａ_１，Ａ_３，Ａ_５，・・・の１以上が０でないとき、主走査方向に非対称形状となる。

また、副走査断面内の曲率（曲率半径の逆数）が主走査方向（光軸位置を原点とする座標：Ｙで示す）において変化する場合、副走査断面内の曲率：Ｃ（Ｙ）は、次式（４）で
表される。
Ｃ（Ｙ）＝｛１／ｒ（０）｝＋Ｂ_１Ｙ＋Ｂ_２Ｙ^２＋Ｂ_３Ｙ^３＋Ｂ_４Ｙ^４＋Ｂ_５Ｙ^５＋Ｂ_６Ｙ６^＋・・・
（４）
なお、ｒ（０）は、副走査断面内における光軸上の曲率半径を表し、Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・等は高次の係数を表す。

（４）式において、Ｙの奇数次係数：Ｂ_１，Ｂ_３，Ｂ_５，・・・の１以上が０でないとき、副走査断面内の曲率半径の変化は、主走査方向に非対称となる。またＹの係数：Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，・・・が全て０であるとき、曲率一定面となる。

なお、特殊トーリック面の解析表現は上に挙げたものに限らず種々の表現が可能であり、この発明における面形状が上記式による表現に限定されるものではない。

実施例１では、光源１として、４ｃｈ−ＬＤＡ、波長：６５５ｎｍ、ピッチ間隔：３０ｕｍ、光源回転角：８２．５１１°のものを用いた。また、カップリングレンズ２として、焦点距離：２７ｍｍ、カップリング作用：光源１からの光束の平行光化のものを用いた。また、シリンドリカルレンズ４として、副走査方向の焦点距離：４８ｍｍのものを用いた。

また、ポリゴンミラー５として、偏向反射面数：６、内接円半径：１８ｍｍ、光源側からの光束の入射角と走査光学系の光軸とがなす角：６８度のものを用いた。

ポリゴンミラー５と被走査面８との間にある光学系のデータを図１０に示す。なお、曲率半径を、主走査方向につきＲ、副走査方向につきｒ、屈折率をｎで表している。また、Ｒ、ｒは、近軸曲率半径である。

図１０において、Ｘ，Ｙは、面番号：ｉ〜ｉ＋１における頂点間の光軸方向および主走査方向の距離を表す。例えば、面番号：０（偏向反射面）におけるＸ＝５５．０７７、Ｙ＝−０．８９２は、偏向反射点位置（像高：０を与える反射位置）に対して走査レンズ６の入射面（面番号：１）の頂点が、光軸方向（Ｘ方向）に５５．０７７ｍｍ、主走査方向（Ｙ方向）に−０．８９２ｍｍ、それぞれ離れていることを意味する。

また、面番号：１におけるＸ＝２１．０は走査レンズ６の光軸上の肉厚を与える。入射面（面番号：ｉ＝１）は曲率一定面であり、かつ、主走査断面内の形状は上記（４）式で表される非円弧形状である。入射面の主走査方向と副走査方向の係数を図１１に示す。

また、射出面（面番号：ｉ＝２）は特殊面で、主走査断面内の形状は光軸に対称的な非円弧形状である。射出面の主走査方向と副走査方向の係数を図１２に示す。なお、実施例１の走査光学系の中心像高における副走査方向の横倍率：βは、β＝３．０５である。

また、図１３に、実施例１における像面湾曲（（ａ）：実線は副走査像面湾曲、破線は主走査像面湾曲）と等速度特性（（ｂ）：リニアリティ）を示す。尚、図１３以降の図は４ｃｈ−ＬＤＡの端のチャンネル（Ｃｈ１）の光学特性を示したものである。

また、図７は、実施例１における光スポットの像高ごとの、スポット径の深度曲線（光スポットのデフォーカスに対するスポット径の変動）を示したものであるが、ラインスプレッド関数の１／ｅ^２強度で定義されるスポット径として主走査６５±１０μｍ、副走査８０±１０μｍ程度を意図している。

なお、実施例１では、走査光学系をなす走査レンズ６をプラスチック材料で構成しているが、これに限られるものではなく、ガラス材料を用いても良い。また、走査光学系を偏心させることで、より好ましく収差補正を行うことが可能である。実施例１においては、走査レンズ６を被走査面８の法線に対して０．２５度チルトすることで上記の良好な性能を実現している。

＜比較例１＞
次に、比較例として、従来の走査光学系の例（シングルービーム光学系、単玉光学系）を示す。なお、光源として、シングルＬＤ、波長：６５５ｎｍのもの、カップリングレンズとしては、焦点距離：１５ｍｍのもの、シリンドリカルレンズとして、副走査方向の焦点距離：４８ｍｍのもの、ポリゴンミラーとして、偏向反射面数：６ 内接円半径：１８ｍｍ、光源側からの光束の入射角と走査光学系の光軸とがなす角：６８度のものを用いた。

比較例１におけるポリゴンミラーと被走査面との間にある光学系のデータを図１４に示す。なお、曲率半径を、主走査方向につきＲ、副走査方向につきｒ、屈折率をｎで表している。また、Ｒ、ｒは、近軸曲率半径である。また、Ｘ、Ｙは、面番号：ｉ〜ｉ＋１における頂点間の光軸方向および主走査方向の距離を表す。

入射面（面番号：ｉ＝１）は曲率一定面であり、かつ、主走査断面内の形状は上記（４）式で表される非円弧形状である。入射面の主走査方向と副走査方向の係数を図１５に示す。また、射出面（面番号：ｉ＝２）は特殊面で、主走査断面内の形状は光軸に対称的な非円弧形状である。射出面の主走査方向と副走査方向の係数を図１６に示す。なお、比較例１の走査光学系の中心像高における副走査方向の横倍率：βは、β＝３．７３である。

また、図１７に、比較例１における像面湾曲（（ａ）：実線は副走査像面湾曲、破線は主走査像面湾曲）と等速度特性（（ｂ）：リニアリティ）を示す。

また、図１８に、比較例１における光スポットの像高ごとの、スポット径の深度曲線（光スポットのデフォーカスに対するスポット径の変動）を示す。尚、図１８（ａ）は主走査方向、（ｂ）は副走査方向に関するものである。

図１７および図１８より、比較例１においては、副走査方向の近軸焦点位置とビームウェスト位置が±１ｍｍ前後でありおよそ一致していることが分かる。

以上のように、実施例１に示す走査レンズ６によれば、比較例１に比して、例えば、図７に示されているように、主走査方向、副走査方向とも良好な深度を有しており、被走査面８の位置精度に対する許容度が高いことを確認することができる。また、図１３に示すように、周辺像高においてデフォーカス位置を「＋」側に大きくして、共役点を被走査面８に近づけることに成功している。これにより、本発明の有効性を確認することができる。

１ 光源
２ カップリングレンズ
３ アパーチャ
４ シリンドリカルレンズ
５ ポリゴンミラー
５ａ 偏向反射面
５ｂ 回転軸
６ 走査レンズ
７ 折り曲げミラー
８ 感光体（被走査面）
９ ミラー
１０ 結像レンズ
１１ 受光素子
１００ 光走査装置
１０００ 画像形成装置
１１１０ 像担持体
１１２１ 帯電ローラ
１１３１ 現像装置
１１４１ 転写ローラ
１１５１ クリーニング装置
１１６１ 定着装置
１１７１ 光走査装置
１１８１ 給紙カセット
１１９１ レジストローラ対
１２０１ 給紙コロ
１２１１ 転写紙の搬送路
１２２１ 排紙ローラ対
１２３１ トレイ
ＬＢ レーザ光束
Ｐ 転写紙

特開昭６３−３１３１１３号公報 特開昭６１−２１２８１８号公報 特開平４−２０００６５号公報 特開２００６−１５０７７２号公報

Claims (9)

1. 光源と、前記光源からの光束を回転多面鏡に線像として結像させる第１の光学系と、前記回転多面鏡により偏向された光束を像面上に点像として結像させる第２の光学系と、を有する光走査装置において、
   前記回転多面鏡により偏向走査される主走査方向を第１の方向、副走査方向を第２の方向、前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な方向を第３の方向とした場合、
   前記回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における前記回転多面鏡の回転中心から前記回転多面鏡の光束反射位置までの距離をα１，α２，α３とし、
   前記回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における前記像面から、前記光束が前記第２の方向において集光する近軸焦点位置までの距離をβ１，β２，β３とした時、
   α２＜α１，α３およびβ２＜β１，β３、
   もしくは、
   α２＞α１，α３およびβ２＞β１，β３
   を満たし、
   前記第２の方向において前記光束の径が所定の径以下となる前記中央の光軸方向の距離をγ２、前記第２の方向において前記光束の径が所定の径以下となる前記走査開始端、前記走査終了端の光軸方向の距離をγ１，γ３とした時、次式（１）および（２）
   （γ２−γ１）／２≦β１−β２≦γ２−γ１ ・・・（１）
   （γ２−γ３）／２≦β３−β２≦γ２−γ３ ・・・（２）
   が成立することを特徴とする光走査装置。
2. 光源と、前記光源からの光束を回転多面鏡に線像として結像させる第１の光学系と、前記回転多面鏡により偏向された光束を像面上に点像として結像させる第２の光学系と、を有する光走査装置において、
   前記回転多面鏡により偏向走査される主走査方向を第１の方向、副走査方向を第２の方向、前記第１の方向および前記第２の方向に垂直な方向を第３の方向とした場合、
   前記回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における前記回転多面鏡の回転中心から前記回転多面鏡の光束反射位置までの距離をα１，α２，α３とし、
   前記回転多面鏡を偏向走査させた時の、走査開始端、中央、走査終了端における前記像面から、前記光束が前記第２の方向において集光する近軸焦点位置までの距離をβ１，β２，β３とした時、
   α２＜α１，α３およびβ２＜β１，β３、
   もしくは、
   α２＞α１，α３およびβ２＞β１，β３
   を満たし、
   前記第２の方向の前記走査開始端、および前記走査終了端のビームウェスト位置は、各々の近軸焦点位置よりも像面側にあることを特徴とする光走査装置。
3. 前記距離α１，α２，α３、および前記距離β１，β２，β３が、
   α２＜α１，α３およびβ２＜β１，β３
   を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記第３の方向の光線の進む方向を＋方向、反対方向を−方向とし、
   前記走査開始端および前記走査終了端の前記第２の方向における近軸焦点位置は、中央走査時の前記第２の方向における近軸焦点位置に比べ、＋方向側であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記走査開始端および前記走査終了端の前記第２の方向における近軸焦点位置は、略一致していることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の光走査装置。
6. 前記第２の光学系は、前記第１の方向および前記第２の方向にパワーを有する１の光学素子からなることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の光走査装置。
7. 前記光源を、少なくとも２つ以上有することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の光走査装置。
8. 前記第２の光学系は、前記第２の方向に関して前記光線が進む方向を凸とするメニスカス形状であることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の光走査装置。
9. 複数の像担持体と、前記複数の像担持体の画像情報に応じて変調された光により走査する請求項１から８までのいずれかに記載の光走査装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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