JP5943610B2 - 光走査装置及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は光走査装置及びそれを備える画像形成装置に関する。特に高速、高密度記録を達成するために光源手段として複数の光源（発光部）を使用し、電子写真プロセスを有するレーザ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等の画像形成装置に好適なものである。

従来から、光源手段として複数の光源（発光部）を使用したマルチビーム光走査装置は、レーザビームプリンタやデジタル複写機等に広く利用されている。マルチビーム光走査装置として、偏向手段の偏向反射面の回転軸に垂直な面に平行に光束を入射させる（以下、「偏向面内入射走査光学系」と称す）構成が知られる。このようなマルチビーム光走査装置においては、複数の光源（発光部）からの各光束が、同一の被走査面上に描く走査線の副走査方向の走査線ピッチを、有効走査領域内全域で均一とする。このために、偏向手段の偏向反射面と被走査面との間の結像光学系の副走査倍率を有効走査領域内全域で一定とする。

これに対し、近年コンパクト化のため１つの偏向手段で複数の被走査面を走査する為に、偏向手段の偏向反射面の回転軸に垂直な面に対して光束を副走査方向に斜め方向から入射させる（以下、「斜入射走査光学系」と称す）構成が多用される。このような斜入射走査光学系にマルチビーム光源を使用した場合には、有効走査領域内全域で結像光学系の副走査倍率を一定とすると、走査線間隔が均一にならず間隔ムラが発生する。そこで、走査開始側と走査終了側で、結像光学系の副走査倍率を異ならせることで、走査線間隔を均一にする方法が開示されている（特許文献１）。

また、さらなる高密度・高精細記録の要求から、結像光学系の光学面の子線形状を非円弧形状とすることで、性能改善を図る技術が提案されている（特許文献２）。特許文献２では、副走査方向の像面湾曲補正と偏向反射面の倒れによる副走査方向の結像位置ずれによる走査線間隔ムラの低減を、結像光学系の光学面の子線形状を非円弧形状とすると共に、その非球面係数を主走査方向に従って変化させることで両立させている。

特開２００９−００８８９６号公報 特開２００９−０１４９５３号公報

しかしながら、特許文献１と特許文献２に開示された従来技術を組み合わせたマルチビーム光走査装置を考えた場合、各光源（発光部）からの光束の被走査面上で主光線到達位置に基づく幾何光学的な走査線間隔を主走査方向に均一にできても、以下の課題が生ずる。即ち、各光束は子線形状が非円弧形状である光学面上において副走査方向に離間した異なる位置を通過するため、スポット強度重心位置は各々ずれており、スポット強度重心位置での波動光学的な走査線間隔は主走査方向に均一とならないという課題である。

本発明の目的は、上記課題を解決し、主走査方向の有効走査領域内において、スポット像の重心位置に基づく副走査方向における走査線間隔の不均一性を抑制し、高精細な画像形成が可能な光走査装置及びそれを備える画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光走査装置は、複数の光束を射出する複数の発光部を有する光源手段と、前記複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向手段と、前記複数の光束を副走査断面内において前記偏向手段の偏向面に斜入射させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を備える光走査装置であって、前記結像光学系は、主走査方向に垂直な断面内における子線形状が非円弧形状である光学面を有し、主走査方向において前記結像光学系の光軸と直交する軸をＹ軸、副走査方向において前記光軸と直交する軸をＺ軸、とし、主走査方向に垂直な断面内において、前記光学面の曲率半径をｒ´、前記光学面の前記光軸上の曲率半径をｒ、前記曲率半径ｒ´の変化係数をＤｉ、非球面係数をＧｊｋ、とし、前記子線形状Ｓを
なる式で定義するとき、前記非球面係数Ｇｊｋ（ｋ≧４）について、前記光学面の主走査方向における前記光源手段の側の有効端部での値は、前記光学面の主走査方向における前記光源手段とは反対側の有効端部での値よりも大きく、前記複数の発光部のうち主走査方向において最も離間した２つの発光部について、各発光部からの光束が前記偏向手段により同一の角度で偏向されたときに、前記被走査面での主走査方向において前記光源手段からより遠い側に到達する光束に対応する発光部の方が、副走査方向において前記偏向手段の偏向面の中央により近い側に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る別の光走査装置は、複数の光束を射出する複数の発光部を有する光源手段と、前記複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向手段と、前記複数の光束を副走査断面内において前記偏向手段の偏向面に斜入射させる入射光学系と、前記偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を備える光走査装置であって、前記結像光学系は、主走査方向に垂直な断面内における子線形状が非円弧形状である光学面を有し、主走査方向において前記結像光学系の光軸と直交する軸をＹ軸、副走査方向において前記光軸と直交する軸をＺ軸、とし、主走査方向に垂直な断面内において、前記光学面の曲率半径をｒ´、前記光学面の前記光軸上の曲率半径をｒ、前記曲率半径ｒ´の変化係数をＤｉ、非球面係数をＧｊｋ、とし、前記子線形状Ｓを
なる式で定義するとき、前記非球面係数Ｇｊｋ（ｋ≧４）について、前記光学面の主走査方向における前記光源手段の側の有効端部での値は、前記光学面の主走査方向における前記光源手段とは反対側の有効端部での値よりも小さく、前記複数の発光部のうち主走査方向において最も離間した２つの発光部について、各発光部からの光束が前記偏向手段により同一の角度で偏向されたときに、前記被走査面での主走査方向において前記光源手段からより遠い側に到達する光束に対応する発光部の方が、副走査方向において前記偏向手段の偏向面の中央からより遠い側に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置は、上記光走査装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、主走査方向の有効走査領域内において、スポット像の重心位置に基づく副走査方向における走査線間隔の不均一性を抑制し、高精細な画像形成が可能な光走査装置及びそれを備える画像形成装置を達成することができる。

（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の実施形態に係る光走査装置の光学的特性図で、夫々幾何光学的な走査線間隔、子線の非円弧形状によるスポット強度分布重心位置のずれ、副走査倍率、波動光学的な走査線間隔、波動光学的な走査線間隔の一様性を示す図である。 第１の実施形態の主走査方向の要部断面図である。 第１の実施形態の偏向面から被走査面までの副走査方向の要部断面図である。 第１の実施形態の発光部から偏向面までの副走査方向の要部断面図である。 第１の実施形態の２つの発光部の配置を示す図である。 第１の実施形態の２本の光束の偏向面での反射の様子を示す主走査断面図である。 第１の実施形態の２本の光束の偏向面での反射の様子を示す副走査断面図である。 第１の実施形態の２本の光束の被走査面上でのスポット結像位置を示す図である。 変形例の偏向面と被走査面の間の副走査倍率を示す図である。 変形例の副走査倍率の一様性を示す図である。 変形例の光学的特性を示し、（ａ）乃至（ｃ）は夫々幾何光学的な走査線間隔、子線の非円弧形状によるスポット強度分布重心位置のずれ、波動光学的な走査線間隔を示す図である。 第１の実施形態および変形例の子線４次の非球面係数を示す図である。 第１の実施形態の副走査倍率の一様性を示す図である。 比較例の２つの発光部の配置を示す図である。 比較例の２本の光束の被走査面上でのスポット結像位置を示す図である。 比較例の光学的特性を示し、（ａ）乃至（ｃ）は夫々幾何光学的な走査線間隔、子線の非円弧形状によるスポット強度分布重心位置のずれ、波動光学的な走査線間隔を示す図である。 第２の実施形態の偏向面から被走査面までの副走査方向の要部断面図である。 第２の実施形態の発光部から偏向面までの副走査方向の要部断面図である。 第２の実施形態の２つの発光部の配置を示す図である。 第２の実施形態の２本の光束の被走査面上でのスポット結像位置を示す図である。 第２の実施形態の偏向面と被走査面の間の副走査倍率を示す図である。 第２の実施形態の副走査倍率の一様性を示す図である。 第２の実施形態の波動光学的な走査線間隔を示す図である。 第２の実施形態の波動光学的な走査線間隔の一様性を示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の副走査方向の要部断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図２５は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の副走査方向の要部断面図である。１６０はカラー画像形成装置、１１１、１１２、１１３、１１４は光走査装置、１２１、１２２、１２３、１２４は各々像担持体としての感光体ドラムである。ここで、光走査装置１１１、１１２、１１３、１１４は、偏向手段として単一のポリゴンミラーを用い、互いに隣接する異なる偏向面（ミラー面）に、上方側および下方側より斜入射させて反射した夫々の光を夫々の感光体ドラムに導く構成を採るものとする。

１３１、１３２、１３３、１３４は各々現像器、１５１は搬送ベルトである。図において、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。装置内のプリンタコントローラ５３によって、外部機器１５２から入力したコードデータが、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像信号（ドットデータ）に変換され、夫々光走査装置１１１、１１２、１１３、１１４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１４１、１４２、１４３、１４４が出射され、これらの光ビームによって感光体ドラム１２１、１２２、１２３、１２４の感光面が主走査方向に走査される。本実施態様におけるカラー画像形成装置は、上述したように１つのポリゴンミラーから、各Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応した光線を射出する。

このようにして、各々の画像データに基づいた光ビームを用いて、各色の静電潜像を各々対応する感光体ドラム１２１、１２２、１２３、１２４面上に形成している。そして、静電潜像に現像剤としてのトナーを付着させてトナー像として現像し、更に転写器で現像されたトナー像を被転写材に多重転写する。そして、定着器によって熱及び圧力を与えられ、トナー像が熱定着された後、排紙ローラ（不図示）によって、本体外に排出され、１枚のフルカラー画像を形成している。

外部機器１５２としては、例えばＣＣＤセンサー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。

（光走査装置）
１）定義
以下の説明において、配置基準平面とは、偏向手段の回転軸に垂直で、偏向手段の偏向面の副走査方向中央を含む平面のことである。また、主走査方向とは、偏向手段の回転軸及び結像光学系（ｆθレンズ系）の光軸に垂直な方向（偏向手段で光束が偏向反射（偏向走査）される方向）であり、副走査方向とは、偏向手段の回転軸と平行な方向のことである。また、主走査断面とは、結像光学系の光軸と主走査方向とを含む平面のことであり、副走査断面とは、結像光学系の光軸を含み主走査断面に垂直な断面のことである。

２）全体構成
図２は、本発明の実施形態に係るマルチビーム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。図３、図４は各々本実施形態のマルチビーム光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図３は偏向手段である回転多面鏡５０の偏向面５１から被走査面７０までの第２の光学系としての結像光学系６０の副走査断面図である。図４は光源手段１０の２つの発光部（発光点）Ａ、Ｂから偏向面５１までの第１の光学系としての入射光学系ＬＡの副走査断面図である。

本実施形態の光走査装置は、コンパクト化のため１つの偏向手段で複数の被走査面を走査する為に、偏向手段の偏向反射面の回転軸に垂直な面に対して光束を副走査方向に斜め方向から入射させる「斜入射走査光学系」を採用したマルチビーム光走査装置である。

３）マルチビーム光源および入射光学系
図２、図４において光源手段１０は、２つの発光部Ａ、Ｂを有するモノリシックマルチ半導体レーザー（マルチビーム光源）から成っている。２つの発光部Ａ、Ｂから射出された２本の光束は、コリメータレンズ２０により略平行光束に変換された後、シリンドリカルレンズ３０に入射し、副走査方向にのみ屈折される。その後、光束は光束形状を規制する第１の開口絞り４１により副走査方向の光束幅を制限される。その後、光束形状を規制する第２の開口絞り４２により主走査方向の光束幅を制限され、回転多面鏡５０の偏向面付近に副走査方向にのみ集光され、主走査方向に長い線像として結像される。

コリメータレンズ２０とシリンドリカルレンズ３０、第１の開口絞り４１及び第２の開口絞り４２の各要素が入射光学系ＬＡの一要素を構成する。本実施形態においては、コリメータレンズ２０により略平行光束に変換したが、コリメータレンズ２０の代わりに光束の発散性を弱めた発散光束及び収束光束に変換する光学素子を用いてもよい。また、２枚のレンズに限らず、主走査方向と副走査方向で異なるパワーを有するアナモフィックな１つの光学素子により構成してもよい。

入射光学系ＬＡは、図４に示されているように、その光軸が回転多面鏡５０の回転軸に垂直な面としての配置基準平面に対して副走査方向に傾いている。そして、光源手段１０から射出された光束を回転多面鏡５０の回転軸に垂直な配置基準平面に対して副走査方向に所定の角度（本実施形態では３°）で下方側より斜入射させている（斜入射走査光学系）。回転多面鏡５０により配置基準平面の上方側に反射偏向された２本の光束は、第１ｆθレンズ６１及び第２ｆθレンズ６２から成る結像光学系６０により、被走査面７０上に各々光スポット像として結像される。

回転多面鏡５０が、図２の矢印方向に回転することにより、被走査面７０上を各々光スポットが図中矢印７a方向に走査し、静電潜像を形成する。被走査面７０としては、たとえば感光ドラム面等が挙げられる。

光源手段１０の２つの発光部Ａ、Ｂは９０μｍ離間するため、副走査方向に縦に並べると被走査面７０上における副走査方向の走査線の間隔（ピッチ）が記録密度から定まる所望の間隔に対して大きくなり過ぎてしまう。そこで、主走査方向をｙ軸、光源手段１０から出射した光束が進む方向（コリメータレンズ２０の光軸に平行で光線が進む方向）をｘ軸、ｘ軸とｙ軸に直交する方向をｚ軸とした時、２つの発光部Ａ、Ｂは図２の矢印Ｏ方向から見たとき、図５に示すようになっている。

２つの発光部Ａ、Ｂを斜めに傾けて配置し、その傾いた角度δを調整することにより、被走査面７０上での副走査方向の走査線の間隔を記録密度に合わせて正確に調整している。本実施形態においては、解像度６００ｄｐｉの時の走査線間隔２５．４／６００＝４２．３３μｍに合わせて角度δを調整しており、その値は３．８５°である。従って、２つの発光部Ａ、Ｂは副走査方向だけではなく、主走査方向にも離間している。

図６は、図２において走査開始側（図２の上側）を走査しているときの２本の光束の主光線が偏向面５１で反射される様子を示す主走査断面図である。最初に発光部Ａ（不図示）から出射された光束Ｒａが、偏向面５１ａ（実線で示す）で反射されてＫａの方向に反射され、図６の右方向にある結像光学系６０(不図示）により被走査面７０（不図示）上に結像される。発光部Ｂ（不図示）から出射された光束Ｒｂは、同じタイミングで偏向面５１ａ（実線で示す）で反射されてＫｂの方向に反射され、図６の右方向にある結像光学系６０(不図示）により被走査面７０（不図示）上に結像される。

同じタイミングで偏向面５１ａ（実線で示す）で反射された後の２本の光束Ｒａ、Ｒｂはそれぞれ異なる方向Ｋａ、Ｋｂに反射される。従って、２つの発光部Ａ、Ｂから出射した２本の光束Ｒａ、Ｒｂは、被走査面７０上において互いに主走査方向に離れた位置にスポットが結像されてしまう。そこで主走査方向に先行して走査する光束Ｒａが被走査面７０上に結像する位置に、遅れて走査する光束Ｒｂの結像位置を合わせる様に所定時間δＴだけタイミングをずらしたとき（このときの偏向面を５１ｂとして点線で示す）に画像データを送っている。

このようにタイミングをずらしたとき、発光部Ｂから出射して偏向面５１ｂで反射された光束Ｒｂは、Ｋｂ´の方向（Ｋａと同じ方向）に反射され、被走査面７０上において先行して走査する光束Ｒａと同じ主走査方向の位置に結像する。

図７は、図２において走査開始側（図２の上側）を走査しているときの２本の光束の主光線が、偏向面５１で反射される様子を示す副走査断面図である。図７から分かるように、２つの発光部Ａ、Ｂから出射された２本の光束の主光線Ｒａ、Ｒｂは、被走査面７０上において、Ｒａの方がＲｂより副走査方向で上側に到達する。したがって、ある時刻において、偏向面５１により偏向された２本の光束が被走査面７０上で結像するスポットの位置関係は、被走査面を図２および図３の矢印Ｐ側から見た時、図８のようになっている。

発光部Ｂに対する画像データは、発光部Ｂからの光束の被走査面７０上における主走査方向の位置が、発光部Ａからの光束の被走査面７０上における主走査方向の位置に合わせるように所定時間δＴだけタイミングをずらしている。図２、図３で、８０は防塵ガラスであり、光走査装置内部に塵やトナー等が進入するのを防止する為に設けられている。ここにおいて、結像光学系６０は副走査断面内において、シリンドリカルレンズ３０により偏向反射面５１の付近に結像された結像位置（焦線位置）と被走査面７０とを共役な関係とする、所謂倒れ補正光学系を構成する。

表１に本実施形態における光学系の諸特性を示す。ここで、「Ｅ−ｘ」は「１０−ｘ」を示している。また特に表記していない係数については全て０である。

結像光学系６０を構成する第１ｆθレンズ６１及び第２ｆθレンズ６２の各レンズ面６１ａ〜６２ｂは、母線形状（主走査断面内の形状）が、各レンズ面と光軸との交点（レンズ面頂点）を原点として以下のような形状である。即ち、光軸方向をＸ軸、主走査方向において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査方向において光軸と直交する軸をＺ軸としたときに、以下の式で表わされる。Ｒは曲率半径、Ｋは離心率、Ｂ_４〜Ｂ_１２は４次〜１２次の母線の非球面係数である。

ここで、Ｙのプラス側（光源手段１０のある側、図２の上側）とマイナス側（光源手段１０のない側、図２の下側）で係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字ｕを附し、マイナス側の係数には添字ｌを附している。

第１ｆθレンズ６１と第２ｆθレンズ６２の各レンズ面６１ａ〜６２ｂの子線形状（主走査方向に垂直な副走査断面内の形状）は、以下の式で表わされる。

子線の曲率半径ｒ´は、光軸上（Ｙ＝０）における子線曲率半径ｒに対して主走査方向の位置に従って変化しており、Ｄ_２〜Ｄ_１０は子線曲率半径の変化係数である。ここで、Ｙのプラス側とマイナス側で係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字ｕを附し、マイナス側の係数には添字ｌを附している。ΣＧ_ｊｋＹ^ｊ、は各ｋ次の子線の非球面係数である。子線の非球面係数は主走査方向の位置に従って変化している。本実施形態においては、第２ｆθレンズ６２のレンズ面６２ａ及び６２ｂはＺの１次の非球面項を有しており、主走査方向の位置に従ってレンズ面の副走査方向のチルト量が変化するチルト変化面となっている。

さらに第２ｆθレンズ６２の被走査面７０側のレンズ面６２ｂは、Ｚの４次の非球面項も有しており、これにより回転多面鏡５０の偏向面５１の倒れによるピッチムラを補正している。また、子線の曲率半径ｒ´は主走査方向に非対称に変化しており、偏向面５１と被走査面７０の間の結像光学系６０の副走査倍率（副走査方向の結像倍率）を、主走査方向に非対称に変化させている。これにより、被走査面７０上での副走査方向の走査線間隔の不均一性を低減している。本実施形態において第２ｆθレンズ６２は副走査方向に４．３４８ｍｍ偏芯して配置されている。

４）副走査方向の走査線間隔の不均一性の低減化
以下、本実施形態における副走査方向の走査線間隔の不均一性を低減する手法について詳しく説明する。

（幾何光学的な走査線間隔）
図１（ａ）に被走査面上の主光線位置に基づく幾何光学的な副走査方向の走査線間隔を示す。横軸は被走査面７０上での走査像高（ｍｍ）であり、プラス側（図の右側）が走査開始側（図２の上側に対応）、マイナス側（図の左側）が走査終了側（図２の下側に対応）である。この走査線間隔は、主走査方向でスポット像が先行する側の発光部Ａから出射した光束Ｒａと、主走査方向でスポット像が後行する側の発光部Ｂから出射した光束Ｒｂが、被走査面上を走査した時の副走査方向の間隔を示す。図１（ａ）で、副走査方向の走査線間隔は、走査開始側（図の右側）で大きく、走査終了側（図の左側）で小さくなっている。これは、以下のように理解される。

主走査方向に光束が先行する発光部Ａから出射した光束Ｒａが、走査開始位置にある時点では、主走査方向に光束が後行する発光部Ｂから出射した光束Ｒｂは走査開始位置に達しない手前位置にある。この光束Ｒｂが、走査開始位置に達しない手前位置から走査開始位置に達するまでの時間が経過すると、ポリゴンミラーの偏向面が回転する（図６）ために、ｆθレンズ系により結像される位置は走査線間隔が広がるように副走査方向にずれる（図７）。

また、主走査方向に光束が先行する発光部Ａから出射した光束Ｒａが、走査終了位置にある時点では、主走査方向に光束が後行する発光部Ｂから出射した光束Ｒｂは走査終了位置に達しない手前位置にある。この光束Ｒｂが、走査終了位置に達しない手前位置から走査終了位置に達するまでの時間が経過すると、ポリゴンミラーの偏向面が回転するために、ｆθレンズにより結像される位置は走査線間隔が狭まるように副走査方向にずれる。

（幾何光学的な走査線間隔に対する波動光学的な走査線間隔）
図１（ａ）の幾何光学的な走査線間隔の不均一性は、斜入射走査光学系であることに起因する。ここで、斜入射走査光学系の場合、幾何光学的な走査線間隔の不均一性を低減しても、図１（ｂ）のスポット強度分布重心位置の相対ずれは残存することになり、従って、波動光学的な走査線間隔は均一とはならない。

（波動光学的な走査線間隔の均一化）
本実施形態では、子線形状（主走査方向に垂直な断面内の形状）が非円弧形状であるｆθレンズを介したスポット像の重心位置のずれの主走査方向における大小特性に対して幾何光学的な走査線間隔のずれの主走査方向における大小特性を逆にする。このことで、両者の和としての波動光学的な走査線間隔を揃える（より好ましくは均一化を図る）ことができる。ここで、十分な均一化が図れない場合に、副走査倍率の大小で調整し、十分な均一化を図る。

図１（ａ）は、２本の光束Ｒａ、Ｒｂの被走査面７０上での主光線到達位置の副走査方向の間隔としての走査線間隔（幾何光学的な走査線間隔）で、上述したように走査開始側（図の右側）で大きく、走査終了側（図の左側）で小さくなるような特性を備えている。図１（ｂ）は、レンズ面６２ｂの子線形状が非円弧形状であることで発生する２本の光束Ｒａ、Ｒｂが、被走査面７０上にスポット像として結像した時のスポット強度分布重心位置の相対ずれ特性を示す。図１（ａ）に関しては、ｆθレンズの副走査倍率（上述した副走査方向の結像倍率、すなわち主走査方向に垂直な断面内における結像倍率）を主走査方向に非対称とすると共に、光源の配置を以下に述べるような所定配置とすることで形成できる。

（子線形状が非円弧形状であるｆθレンズ）
図１（ｂ）に関し、スポット強度分布重心位置の相対ずれは、子線の非円弧形状に依存する。ここで、２つの発光部Ａ、Ｂから出射された２本の光束は、図７から分かるように、子線形状が非円弧形状であるレンズ面６２ｂ上において、副走査方向に離れた位置を通過する。図１２は、子線の４次の非球面係数の主走査方向に渡る変化を示している。横軸は、レンズ面６２ｂ上における主走査方向の座標であり、プラス側が走査開始側（図２の上側）、マイナス側が走査終了側（図２の下側）である。図１２から分かるように、子線の４次の非球面係数は、極値をもち主走査方向に非対称に変化させており、走査開始側の方が走査終了側よりも大きくなっている。

ここで、図１（ｂ）のスポット強度分布重心位置の相対ずれは、子線の４次の非球面係数がプラス（副走査方向に光軸から離れるに従ってパワーが小さくなる）の領域においてはマイナス方向にずれが発生する。そして、子線の４次の非球面係数がマイナス（副走査方向に光軸から離れるに従ってパワーが大きくなる）の領域においてはプラス方向にずれが発生する。また極値をもち主走査方向に非対称に変化しており、走査開始側（図１（ｂ）の右側）の方が走査終了側（図１（ｂ）の左側）よりも小さくなっている。

（光源の配置による副走査倍率の主走査方向における変化の縮小化）
光源の複数の発光部の配置に関しては、複数の発光部の内、主走査方向でスポット像が先行する側の発光部Ａが他の発光部Ｂに対し、副走査方向では配置基準平面に近い側となるように配置される。そして、このように配置すると、副走査倍率の主走査方向における変化の縮小化が図れる。前述したように、この配置では幾何光学的な走査線間隔のずれが走査開始側で大きく、走査終了側で小さくすることができ、走査開始側でスポット像の重心位置のずれが小さく、走査終了側で大きいことを補正する関係とすることができる。

有効走査領域内で副走査倍率が大きく変化すると、副走査方向のスポット径のバラツキが大きくなるため、副走査倍率の変化は小さい方が良い。第１の実施形態では、波動光学的な走査線間隔を均一とするために必要な結像光学系６０の副走査倍率の変化を小さく抑えるために、２つの発光部Ａ、Ｂが図５のように配置された。

本実施形態においては、発光部Ａを主走査方向でスポット像が先行する発光部としたが、回転多面鏡５０が図２の矢印と反対方向に回転する場合には、図２の下側が走査開始側、図２の上側が走査終了側となる。この場合も、光源の複数の発光部の配置は図５のように配置すれば、同様の効果を得ることができる。即ち、主走査方向でスポット像が後行する発光部Ａが、副走査方向で配置基準平面に近い側とすれば良い。
したがって、配置基準平面（回転多面鏡５０の偏向面５１の回転軸に垂直で、前記偏向手段の偏向面の副走査方向中央を含む平面）に対して光源手段１０が位置する側へ向かう方向を副走査マイナス方向と定義する。

また、反対側に向かう方向を副走査プラス方向と定義する。偏向面５１の角度が同一である時に光束が偏向される発光部Ａ、Ｂのうち、発光部Ｂが被走査面７０上に結像されるスポットの位置が主走査方向において、光源手段が配置されている側により近いように配置される。そして、副走査方向において、発光部Ｂが、発光部Ａに対して、より副走査マイナス方向に位置するように配置している。

（光源配置を逆にした比較例）
２つの発光部Ａ、Ｂを図１４のように配置した比較例について説明する。比較例のその他の構成については、副走査倍率を一定とした点の他は、全て第１の実施形態と同一である。図１５に比較例における被走査面７０上でのスポット結像位置の位置関係を示す。また、図１６に比較例の副走査方向の走査線間隔を示す。ここで発光部Ａから出射した光束Ｒａが感光ドラム面上に結像する位置に、発光部Ｂから出射した光束Ｒｂの結像位置を合わせる様に、所定時間δＴだけタイミングをずらすようにしている。

図１６は、そのときの発光部Ａから出射した光束Ｒａと発光部Ｂから出射した光束Ｒｂが被走査面７０上を走査した時の副走査方向の走査線間隔を示している。図１６（ａ）は、２本の光束Ｒａ、Ｒｂの被走査面７０上での主光線到達位置の副走査方向の間隔としての走査線間隔（幾何光学的な走査線間隔）を示す。図１６（ｂ）は、レンズ面６２ｂの子線形状が非円弧形状であることで発生する２本の光束Ｒａ、Ｒｂが被走査面７０上にスポットとして結像した時のスポット強度分布重心位置の相対ずれを示す。

図１６（ｃ）は、幾何光学的な走査線間隔とスポット強度分布重心位置の相対ずれ量の和であり、スポット強度分布重心位置での波動光学的な走査線間隔を示している。

図１４のように２つの発光部Ａ、Ｂを配置すると、副走査斜入射光学系であることによる走査線間隔の不均一性も子線の非円弧形状による走査線間隔の不均一性も走査開始側の方が走査終了側よりも小さくなる。このため、図１８（ｃ）の波動光学的な走査線間隔の不均一性が大きくなってしまう。よって、波動光学的な走査線間隔を均一にするために必要な、副走査倍率の変化が大きくなってしまう。

（本実施形態の光源配置と副走査倍率変化の縮小化並びに走査線間隔の均一化）
従って、第１の実施形態においては、２つの発光部Ａ、Ｂは図５のように配置される。
図１（ａ）に示すずれ特性と、図１（ｂ）に示すずれ特性が逆の関係となることを利用し、
波動光学的な走査線間隔を均一にするために必要な副走査倍率の変化を小さくすることが出来る。図１（ｃ）は主走査方向における変化率が小さく抑えられた副走査倍率を示し、図１（ｄ）は図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）の特性を前提にして導かれるスポット強度分布重心位置での波動光学的な走査線間隔の均一性を示している。

第１の実施形態においては、図１（ｃ）に示すように有効走査領域内（図１（ａ）、図１（ｂ）と同じ）において副走査倍率は極値をもち主走査方向に非対称に変化させ、図１（ｄ）に示すように波動光学的な走査線間隔が均一となるようにしている。図１（ｃ）において、横軸は被走査面７０上での走査像高（ｍｍ）であり、プラス側が走査開始側（図２の上側）、マイナス側が走査終了側（図２の下側）である。有効走査領域内において波動光学的な走査線間隔は４２．２６μｍ〜４２．４６μｍであり、そのバラツキはＰｅａk−ｔｏ−Ｐｅａｋで０．２μｍ以下であり、波動光学的な走査線間隔が均一に出来ていることが分かる。

図１（ｅ）に、第１の実施形態における副走査方向の波動光学的な走査線間隔の一様性を示すが、副走査方向の解像度を６００ｄｐｉとして、その時の所望の走査線間隔である４２.３３μｍを１に正規化している。

（開口絞り位置）
第１の実施形態では、副走査方向の光束幅を規制する第１の開口絞り４１と主走査方向の光束幅を規制する第２の開口絞り４２を別々としている。こうすることで、第１の絞り４１の配置自由度が増し、副走査倍率の変化をより小さく出来る。第１の開口絞り４１の位置により、２つの発光部Ａ、Ｂから出射された光束の２本の主光線が、子線形状が非円弧形状であるレンズ面６２ｂ上を通過する副走査方向の位置が変化する。

従って、被走査面７０上での２本の主光線の到達位置に対して、スポット強度分布の重心位置のずれ量が変化する。子線の非球面係数の値自体を変化させなくとも、第１の開口絞り４１の位置により、子線の非円弧形状による走査線間隔の不均一性の大きさを変化させることが可能である。

一方、２つの発光点Ａ、Ｂの回転角（図５のδ）を変えると、副走査斜入射系であることによる走査線間隔の不均一性の大きさを変えることができる。しかしながら、解像度に応じて所望の走査線間隔を得るために必要な回転角δは、副走査倍率によって定まってしまうため、回転角δを変えることは困難である。そこで、第１の開口絞り４１の配置自由度を増すことで、副走査倍率の変化を小さくする位置に第１の開口絞りを配置している。

以上のように構成することで、結像光学系６０に子線形状が非円弧形状であるレンズ面を含むマルチビーム光走査装置において、スポット強度分布の重心位置での波動光学的な走査線間隔を有効走査領域内で均一化できる。そして、これにより、高精細な画像出力に好適なマルチビーム走査装置の提供が可能となる。また、波動光学的な走査線間隔を均一とするための副走査倍率の変化を小さくし、副走査方向のスポット径のバラツキを小さくすることが出来る。

《第２の実施形態》
図１７、図１８は、各々本実施形態のマルチビーム光走査装置の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１７は偏向手段である回転多面鏡５０の偏向面５１から被走査面７０までの第２の光学系としての結像光学系６０の副走査断面図である。図１８は光源手段１０の２つの発光部（発光点）Ａ、Ｂから偏向面５１までの第１の光学系としての入射光学系ＬＡの副走査断面図である。

図１７、図１８において、図３、図４に示した要素と同一要素には同符番を付している。図１８から解るように、本実施形態では副走査方向の入射方向が第１の実施形態とは異なり、配置基準平面に対し上方から３°の角度で入射させている。本実施形態において、主走査方向の断面図は第１の実施形態における図１に示した断面図と同様の配置である。２つの発光部Ａ、Ｂは第１の実施形態とは逆方向に傾けて配置されており、図１９のように配置されている。回転角δの大きさは第１の実施形態と同じである。

また、本実施形態では被走査面７０上のスポット結像位置の位置関係は図２０のようになっており、第１の実施形態に対して副走査方向が反転している。表２に本実施形態における光学系の諸特性を示す。ここで、「Ｅ−ｘ」は「１０−ｘ」を示している。また特に表記していない係数については全て０である。

本実施形態では、第２ｆθレンズ６２の各レンズ面６２ａ〜６２ｂのチルト変化係数（Ｚの１次の係数）の符号が異なっている。その他の構成については、第１の実施形態と同じである。図２１に、本実施形態における偏向面５１と被走査面７０との間の結像光学系６０の副走査倍率を示す。図２２に図２１における走査中央部の副走査倍率βｃを１に正規化した副走査倍率の一様性を示す。図２２から解るよう有効走査領域内において副走査倍率は極値をもち主走査方向に非対称に変化させている。

図２３に、本実施形態の副走査方向の波動光学的な走査線間隔を示す。ここで発光部Ａから出射した光束Ｒａが感光ドラム面上に結像する位置に、発光部Ｂから出射した光束Ｒｂの結像位置を合わせる様に、所定時間δＴだけタイミングをずらすようにしている。図２３はそのときの発光部Ａから出射した光束Ｒａと発光部Ｂから出射した光束Ｒｂが被走査面７０上を走査した時の副走査方向の波動光学的な走査線間隔を示している。

図２４に、本実施形態における副走査方向の波動光学的な走査線間隔の一様性を示す。なお、副走査方向の解像度を６００ｄｐｉとして、その時の所望の走査線間隔である４２.３３μｍを１に正規化している。図２１、図２２、図２３、２４は、第１の実施形態の図１３、図１４、図１（ｄ）図１（ｅ）と同じになっている。これは、本実施形態が第１の実施形態を丁度副走査方向の上下を反転させた構成となっているためである。

本実施形態において、配置基準平面（回転多面鏡５０の偏向面５１の回転軸に垂直で、前記偏向手段の偏向面の副走査方向中央を含む平面）に対して光源手段１０が位置する側へ向かう方向を副走査プラス方向とする。また、反対側に向かう方向を副走査マイナス方向と定義する。ここで、偏向面５１の角度が同一である時に偏向された発光部Ａ、Ｂからの光束のうち、被走査面７０上に結像されるスポットの位置が主走査方向において以下のようになる。

即ち、光源手段が配置されている側により近い光束を出射した発光部Ｂが、被走査面上に結像されるスポットの位置が光源手段が配置されていない側により近い光束を出射した発光部Ａに対して、副走査プラス方向に位置するように配置していることになる。これは、
第１の実施形態と同様に、光源手段は、複数の発光部の内、主走査方向でスポット像が先行する側の発光部Ａが他の発光部Ｂに対し、副走査方向では配置基準平面に近い側となるように配置される関係である。このように配置することで、波動光学的な走査線間隔を均一にするための副走査倍率の変化を小さくしている。

以上のように構成することで、結像光学系６０に子線形状が非円弧形状であるレンズ面を含むマルチビーム光走査装置において、スポット強度分布の重心位置での波動光学的な走査線間隔を有効走査領域内で均一化できる。そして、これにより、高精細な画像出力に好適なマルチビーム走査装置の提供が可能となる。また、波動光学的な走査線間隔を均一とするための副走査倍率の変化を小さくし、副走査方向のスポット径のバラツキを小さくすることが出来る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、以下に例示するように、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、図１（ｂ）に示す重心位置のずれ特性を図１（ａ）に示す幾何光学的な走査線間隔のずれ特性と逆となる関係のものを採用した。しかし、重心位置のずれ特性として、図１（ａ）に示す幾何光学的な走査線間隔のずれ特性と逆とならない特性のものを用い、許容範囲内で副走査倍率で調整することにより走査線間隔の均一化を図ることもできる。

即ち、走査線に関して被走査面上のスポット像の重心位置を基準とすると共に、スポット像の重心位置に基づく走査線の副走査方向における間隔を主走査方向に渡って均一化させる。そのために、副走査方向の結像倍率を主走査方向で非対称に変化させる特性を第２の光学系としてのｆθレンズ系が備えるようにする。

（変形例２）
また、図１（ｂ）に示す重心位置のずれ特性を図１（ａ）に示す幾何光学的な走査線間隔のずれ特性と逆となる関係のものを採用し、副走査倍率を一定とする、即ち副走査倍率の調整を用いずに、走査線間隔の均一化を図ることもできる。以下、有効走査領域内において結像光学系６０の副走査倍率を一定とした場合について説明する。表３に本変形例におけるマルチビーム光走査装置の光学系の諸特性を示す。

結像光学系６０を構成する第１ｆθレンズ６１、第２ｆθレンズ６２の各レンズ面の母線形状及び子線形状を表す式は、前述の第１の実施形態で表した式と同一である。また、子線の曲率半径の変化係数Ｄ_２〜Ｄ_１０以外の係数は全て同じである。なお、本変形例における主走査方向及び副走査方向の断面図は第１の実施形態における図２乃至図４に示した断面図と同様の配置であり、２つの発光部Ａ、Ｂの配置も図５と同じ配置である。

図９に偏向面５１と被走査面７０との間の結像光学系６０の副走査倍率を示す。図９において横軸は被走査面７０上での走査像高（ｍｍ）であり、プラス側が走査開始側（図２の上側）、マイナス側が走査終了側（図２の下側）である。図１０に図９における走査中央部の副走査倍率βｃを１に正規化した副走査倍率の一様性を示す。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）に示した幾何光学的な走査線間隔と、図１１（ｂ）に示したスポット強度分布重心位置の相対ずれ量との和であり、スポット強度分布重心位置での波動光学的な走査線間隔を示す。

本変形例のように、副走査倍率を一定とする、即ち副走査倍率を考慮しなくとも、走査線間隔を概略均一化することが可能である。

（変形例３）
子線の非円弧形状として４次の非球面を導入したが、４次以上の項を加えても良いし、この場合に例えばレンズ面６２ｂに関し、４次以上の非球面係数を含む非円弧形状とし、４次以上の何れかの次数の非球面係数が、光学面の有効領域内に極値を有すれば良い。また、ｆθレンズ系を２枚の結像光学素子より構成したが、これに限らず１枚以上の結像光学素子より構成しても良い。

（変形例４）
また、光源手段は２つの発光部からなるモノリシックマルチ半導体レーザーに限らず、４つや８つといった発光部からなっていても良いし、面発光レーザーのようにさらに多くの発光部からなっていても良い。その場合は、最も先行して走査する光束を出射する発光部と最も遅れて走査する光束を出射する発光部について、上述の構成を満足するようにすれば同様の効果を得ることができる。

（変形例５）
また、上述した実施形態では、被走査面上のスポット像の重心位置に基づく前記走査線の前記副走査方向における位置ずれが走査開始側に対し走査終了側で大きくなる系について説明したが、走査開始側に対し走査終了側で小さくなる系を用いることもできる。この場合、被走査面上の主光線位置に基づく走査線の副走査方向における間隔が、走査開始側に対し走査終了側で小さくなるように光源の複数の発光部を配置すれば良い。

１０・・半導体レーザ、５０・・回転多面鏡、５１・・偏向反射面、６０・・結像光学系、７０・・感光ドラム面

Claims (8)

1. 複数の光束を射出する複数の発光部を有する光源手段と、
   前記複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向手段と、
   前記複数の光束を副走査断面内において前記偏向手段の偏向面に斜入射させる入射光学系と、
   前記偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を備える光走査装置であって、
   前記結像光学系は、主走査方向に垂直な断面内における子線形状が非円弧形状である光学面を有し、
   主走査方向において前記結像光学系の光軸と直交する軸をＹ軸、副走査方向において前記光軸と直交する軸をＺ軸、とし、主走査方向に垂直な断面内において、前記光学面の曲率半径をｒ´、前記光学面の前記光軸上の曲率半径をｒ、前記曲率半径ｒ´の変化係数をＤｉ、非球面係数をＧｊｋ、とし、前記子線形状Ｓを
   なる式で定義するとき、
   前記非球面係数Ｇｊｋ（ｋ≧４）について、前記光学面の主走査方向における前記光源手段の側の有効端部での値は、前記光学面の主走査方向における前記光源手段とは反対側の有効端部での値よりも大きく、
   前記複数の発光部のうち主走査方向において最も離間した２つの発光部について、各発光部からの光束が前記偏向手段により同一の角度で偏向されたときに、前記被走査面での主走査方向において前記光源手段からより遠い側に到達する光束に対応する発光部の方が、副走査方向において前記偏向手段の偏向面の中央により近い側に配置されていることを特徴とする光走査装置。
2. 複数の光束を射出する複数の発光部を有する光源手段と、
   前記複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向手段と、
   前記複数の光束を副走査断面内において前記偏向手段の偏向面に斜入射させる入射光学系と、
   前記偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を備える光走査装置であって、
   前記結像光学系は、主走査方向に垂直な断面内における子線形状が非円弧形状である光学面を有し、
   主走査方向において前記結像光学系の光軸と直交する軸をＹ軸、副走査方向において前記光軸と直交する軸をＺ軸、とし、主走査方向に垂直な断面内において、前記光学面の曲率半径をｒ´、前記光学面の前記光軸上の曲率半径をｒ、前記曲率半径ｒ´の変化係数をＤｉ、非球面係数をＧｊｋ、とし、前記子線形状Ｓを
   なる式で定義するとき、
   前記非球面係数Ｇｊｋ（ｋ≧４）について、前記光学面の主走査方向における前記光源手段の側の有効端部での値は、前記光学面の主走査方向における前記光源手段とは反対側の有効端部での値よりも小さく、
   前記複数の発光部のうち主走査方向において最も離間した２つの発光部について、各発光部からの光束が前記偏向手段により同一の角度で偏向されたときに、前記被走査面での主走査方向において前記光源手段からより遠い側に到達する光束に対応する発光部の方が、副走査方向において前記偏向手段の偏向面の中央からより遠い側に配置されていることを特徴とする光走査装置。
3. 前記結像光学系の主走査方向に垂直な断面内における結像倍率は、主走査方向において前記光軸に対して非対称に変化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. 前記非球面係数のうちの何れかの次数の非球面係数と主走査方向の位置との関係を第１の関数で表し、前記結像光学系の副走査断面内における結像倍率と主走査方向の位置との関係を第２の関数で表したとき、前記第１及び第２の関数の夫々は有効走査領域内において極値を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記第１及び第２の関数の夫々が有する極値のうち、主走査方向において最も前記光軸に近い位置にある極値は、主走査方向における前記光軸に対して前記光源手段とは反対側に存在することを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記入射光学系は、前記光源手段から出射した光束の副走査方向における光束幅を規制する第１の開口絞りと、該光束の主走査方向における光束幅を規制する第２の開口絞りと、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面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、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置と、外部機器から出力され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するプリンタコントローラと、を備えることを特徴とする画像形成装置。