JP5971452B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、被走査面を光により走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

レーザプリンタ、レーザプロッタ、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ、あるいはこれらを含む複合機等で用いられる電子写真方式の画像形成装置では、近年、カラー化、高速化が進み、像担持体である感光体ドラムを複数（通常は４つ）有するタンデム方式の画像形成装置が普及している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

このタンデム方式の画像形成装置では、例えば中間転写ベルトに沿って複数の感光体ドラム（通常は４つ）が設けられている。そして、各感光体ドラムは、対応する帯電手段で帯電された後、光走査装置によって潜像が形成される。各感光体ドラム上の潜像は、対応する現像手段によって互いに色の異なる現像剤で現像され、顕像化される。顕像化された各像は、中間転写ベルトに転写され重ね合わされて多色のカラー画像となる。

ところで、オフィス向け及びパーソナル向けの画像形成装置では、小型化・軽量化の要望が非常に高い。

特許文献２に開示されている光走査装置は、薄型化を図ることを目的としているが、書き込み用の光にフレア光が混在するおそれがあった。

本発明は、複数の被走査面を、光偏向器を用いて光によって第１の方向に沿って個別に走査する光走査装置であって、前記複数の被走査面における異なる被走査面に対応する第１の光束と第２の光束を、前記第１の方向に直交し前記光偏向器の回転軸と平行な第２の方向に関して離間した状態で射出する光源装置と、前記光源装置から射出され前記光偏向器で偏向された前記第１の光束及び前記第２の光束の光路上に配置された走査レンズと、前記走査レンズを介した前記第１の光束の大部分を透過させ、前記第２の光束の大部分を反射する分岐光学素子と、前記分岐光学素子を透過した光束の光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる第１の光学部材と、前記分岐光学素子で反射された光束の光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる第２の光学部材と、前記第１の光学部材を介した前記第１の光束のみが通過する第１の射出窓、及び前記第２の光学部材を介した前記第２の光束のみが通過する第２の射出窓を有する光学ハウジングとを備え、前記第１及び第２の光学部材では、前記第２の方向に関して、入射する光が進行する向きと射出される光が進行する向きが互いに逆向きである光走査装置である。

本発明の光走査装置によれば、書き込み用の光にフレア光が混在するのを抑制しつつ、小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を示す図である。 図１における光走査装置を説明するための図である。 図２における偏向器前光学系を説明するための図である。 図２における走査光学系Ａ及び走査光学系Ｂを説明するための図である。 走査レンズの形状を説明するための図である。 偏光分離素子がないと仮定したときの、ポリゴンミラーの同一の偏向反射面で偏向された２つの光束の光路を説明するための模式図である。 射出窓と防塵ガラスを説明するための図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれチルト偏心レンズがない場合のデフォーカス量とビームスポット径との関係を説明するための図である。 チルト偏心面の形状を説明するための図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれチルト偏心レンズがある場合のデフォーカス量とビームスポット径との関係を説明するための図である。 チルト偏心レンズの作用を説明するための図（その１）である。 チルト偏心レンズの作用を説明するための図（その２）である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれチルト偏心レンズによる走査線曲がりの補正を説明するための図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ走査線曲がりと射出窓の大きさとの関係を説明するための図である。 偏光分離素子と各チルト偏心レンズの一体化を説明するための図である。 図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ特殊トーリックレンズを説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１４（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着ローラ２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの多色の画像情報を光走査装置２０１０に送る。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

また、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向（回転軸方向）に沿った方向をＹ軸方向、４つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、上位装置からの多色の画像情報に基づいて色毎に変調された４つの光束によって、対応する帯電された感光体ドラムの表面をそれぞれ走査する。これにより、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の詳細については後述する。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。カラー画像が転写された記録紙は、定着ローラ２０５０に送られる。

定着ローラ２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。トナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次積み重ねられる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置２０１０の詳細について説明する。

この光走査装置２０１０は、一例として図２に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、偏向器前光学系、ポリゴンミラー２１０４、走査光学系Ａ、走査光学系Ｂ、及び不図示の走査制御装置などを有している。そして、これらは、光学ハウジング２３００（図２では図示省略、図４参照）に取り付けられている。

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源２２００ｂと光源２２００ｃは、Ｘ軸方向に関して離れて配置されており、いずれも−Ｙ方向にレーザ光を射出する。光源２２００ａと光源２２００ｄは、Ｘ軸方向に関して対向して配置されており、光源２２００ａは＋Ｘ方向にレーザ光を射出し、光源２２００ｄは−Ｘ方向にレーザ光を射出する。

偏向器前光学系は、一例として図３に示されるように、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、２つの偏光ビームスプリッタ（２２０５_１、２２０５_２）、及び２つのシリンドリカルレンズ（２２０４_１、２２０４_２）を有している。

なお、光源２２００ａは、偏光ビームスプリッタ２２０５_１の偏光分離面に対してｓ偏光を射出する。光源２２００ｂは、偏光ビームスプリッタ２２０５_１の偏光分離面に対してｐ偏光を射出する。

また、光源２２００ｃは、偏光ビームスプリッタ２２０５_２の偏光分離面に対してｐ偏光を射出する。光源２２００ｄは、偏光ビームスプリッタ２２０５_２の偏光分離面に対してｓ偏光を射出する。

各光源から射出される光の波長は同じ（ここでは、７８０ｎｍ）である。

カップリングレンズ２２０１ａは、光源２２００ａから射出された光束（以下では、「光束ＬＢａ」ともいう。）の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｂは、光源２２００ｂから射出された光束（以下では、「光束ＬＢｂ」ともいう。）の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｃは、光源２２００ｃから射出された光束（以下では、「光束ＬＢｃ」ともいう。）の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

カップリングレンズ２２０１ｄは、光源２２００ｄから射出された光束（以下では、「光束ＬＢｄ」ともいう。）の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

各カップリングレンズの焦点距離は同じ（ここでは、２７ｍｍ）である。

開口板２２０２ａは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ａを介した光束（光束ＬＢａ）のビーム形状を整形する。開口板２２０２ａは、カップリングレンズ２２０１ａの後ろ側の焦点位置に配置されている。

開口板２２０２ｂは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｂを介した光束（光束ＬＢｂ）のビーム形状を整形する。開口板２２０２ｂは、カップリングレンズ２２０１ｂの後ろ側の焦点位置に配置されている。

開口板２２０２ｃは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｃを介した光束（光束ＬＢｃ）のビーム形状を整形する。開口板２２０２ｃは、カップリングレンズ２２０１ｃの後ろ側の焦点位置に配置されている。

開口板２２０２ｄは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｄを介した光束（光束ＬＢｄ）のビーム形状を整形する。開口板２２０２ｄは、カップリングレンズ２２０１ｄの後ろ側の焦点位置に配置されている。

偏光ビームスプリッタ２２０５_１は、開口板２２０２ａの＋Ｘ側であって、かつ開口板２２０２ｂの−Ｙ側に配置されている。この偏光ビームスプリッタ２２０５_１は、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を−Ｙ方向に反射する偏光分離面を有している。そこで、該偏光分離面は、開口板２２０２ａの開口部を通過した光束ＬＢａを−Ｙ方向に反射し、開口板２２０２ｂの開口部を通過した光束ＬＢｂを透過させる。

偏光ビームスプリッタ２２０５_１から射出される光束ＬＢａの光路と光束ＬＢｂの光路は、Ｚ軸方向に関して距離ｄだけ離間している。

偏光ビームスプリッタ２２０５_２は、開口板２２０２ｄの−Ｘ側であって、かつ開口板２２０２ｃの−Ｙ側に配置されている。この偏光ビームスプリッタ２２０５_２は、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を−Ｙ方向に反射する偏光分離面を有している。そこで、該偏光分離面は、開口板２２０２ｄの開口部を通過した光束ＬＢｄを−Ｙ方向に反射し、開口板２２０２ｃの開口部を通過した光束ＬＢｃを透過させる。

偏光ビームスプリッタ２２０５_２から射出される光束ＬＢｃの光路と光束ＬＢｄの光路は、Ｚ軸方向に関して距離ｄだけ離間している。

シリンドリカルレンズ２２０４_１は、偏光ビームスプリッタ２２０５_１からの光束（光束ＬＢａ、光束ＬＢｂ）を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４_１の前側の焦点位置は、カップリングレンズ２２０１ｂの後ろ側の焦点位置と一致している。

シリンドリカルレンズ２２０４_２は、偏光ビームスプリッタ２２０５_２からの光束（光束ＬＢｃ、光束ＬＢｄ）を、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

シリンドリカルレンズ２２０４_２の前側の焦点位置は、カップリングレンズ２２０１ｃの後ろ側の焦点位置と一致している。

各シリンドリカルレンズの焦点距離は同じ（ここでは、５８ｍｍ）である。

光源２２００ａの発光部は、カップリングレンズ２２０１ａの光軸の延長線上に配置され、光源２２００ｂの発光部は、カップリングレンズ２２０１ｂの光軸の延長線上に配置されている。そして、カップリングレンズ２２０１ａの光軸とカップリングレンズ２２０１ｂの光軸は、Ｚ軸方向に関して、「ｄ×カップリングレンズの焦点距離÷シリンドリカルレンズの焦点距離」だけ離間している。

光源２２００ｃの発光部は、カップリングレンズ２２０１ｃの光軸の延長線上に配置され、光源２２００ｄの発光部は、カップリングレンズ２２０１ｄの光軸の延長線上に配置されている。そして、カップリングレンズ２２０１ｃの光軸とカップリングレンズ２２０１ｄの光軸は、Ｚ軸方向に関して、「ｄ×カップリングレンズの焦点距離÷シリンドリカルレンズの焦点距離」だけ離間している。

ポリゴンミラー２１０４は、一例として４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー２１０４は、Ｚ軸方向に平行な軸まわりに等速回転し、各シリンドリカルレンズからの光束を偏向する。４面鏡に内接する円の半径は７ｍｍである。

シリンドリカルレンズ２２０４_１からの光束（光束ＬＢａ、光束ＬＢｂ）はポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に偏向され、シリンドリカルレンズ２２０４_２からの光束（光束ＬＢｃ、光束ＬＢｄ）はポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に偏向される。なお、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面で偏向された光束が経時的に形成する光線束面は、「偏向面」と呼ばれている（特開平１１−２０２２５２号公報参照）。ここでは、偏向面はＸＹ面に平行な面である。

走査光学系Ａは、一例として図４に示されるように、走査レンズ２１０５_１、偏光分離素子２１１０_１、２枚のチルト偏心レンズ（２１０７ａ、２１０７ｂ）、５枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０９ａ）を有している。

走査レンズ２１０５_１は、ポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側であって、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４_１からの光束（光束ＬＢａ、光束ＬＢｂ）の光路上に配置されている。

ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面から走査レンズ２１０５_１の入射側の面までの光路長は５７．１１ｍｍである。また、走査レンズ２１０５_１の肉厚は２１ｍｍである。

偏光分離素子２１１０_１は、走査レンズ２１０５_１の−Ｘ側であって、走査レンズ２１０５_１を介した光束（光束ＬＢａ、光束ＬＢｂ）の光路上に配置されている。

偏光分離素子２１１０_１は、ｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射する偏光分離面を有している。また、偏光分離素子２１１０_１は、偏光分離面が偏向面に対して４５°傾斜した状態で配置されている。そこで、偏光分離素子２１１０_１は、光束ＬＢａの大部分を透過させ、光束ＬＢｂの大部分を−Ｚ方向に反射する。

チルト偏心レンズ２１０７ａは、偏光分離素子２１１０_１を透過した光束ＬＢａの光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる。走査レンズ２１０５_１の射出側の面からチルト偏心レンズ２１０７ａの入射側の面までの光路長は６４ｍｍである。また、チルト偏心レンズ２１０７ａの肉厚は３ｍｍである。

チルト偏心レンズ２１０７ａを介した光束ＬＢａは、３枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０８ａ、２１０９ａ）及び射出窓２１１１ａを介して、感光体ドラム２０３０ａの表面に導光される。チルト偏心レンズ２１０７ａの射出側の面から感光体ドラム２０３０ａの表面までの光路長は１５７ｍｍである。

偏光分離素子２１１０_１で−Ｚ方向に反射された光束ＬＢｂは、折り返しミラー２１０６ｂで、＋Ｘ方向に反射される。

チルト偏心レンズ２１０７ｂは、折り返しミラー２１０６ｂで＋Ｘ方向に反射された光束ＬＢｂの光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる。走査レンズ２１０５_１の射出側の面からチルト偏心レンズ２１０７ｂの入射側の面までの光路長は６４ｍｍである。また、チルト偏心レンズ２１０７ｂの肉厚は３ｍｍである。

チルト偏心レンズ２１０７ｂを介した光束ＬＢｂは、折り返しミラー２１０８ｂ及び射出窓２１１１ｂを介して、感光体ドラム２０３０ｂの表面に導光される。チルト偏心レンズ２１０７ｂの射出側の面から感光体ドラム２０３０ｂの表面までの光路長は１５７ｍｍである。

走査光学系Ｂは、走査レンズ２１０５_２、偏光分離素子２１１０_２、２枚のチルト偏心レンズ（２１０７ｃ、２１０７ｄ）、５枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｃ、２１０８ｄ、２１０９ｄ）を有している。

走査レンズ２１０５_２は、ポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側であって、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４_２からの光束（光束ＬＢｃ、光束ＬＢｄ）の光路上に配置されている。

ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面から走査レンズ２１０５_２の入射側の面までの光路長は５７．１１ｍｍである。また、走査レンズ２１０５_２の肉厚は２１ｍｍである。

偏光分離素子２１１０_２は、走査レンズ２１０５_２の＋Ｘ側であって、走査レンズ２１０５_２を介した光束（光束ＬＢｃ、光束ＬＢｄ）の光路上に配置されている。

偏光分離素子２１１０_２は、ｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射する偏光分離面を有している。また、偏光分離素子２１１０_２は、偏光分離面が偏向面に対して４５°傾斜した状態で配置されている。そこで、偏光分離素子２１１０_２は、光束ＬＢｄの大部分を透過させ、光束ＬＢｃの大部分を−Ｚ方向に反射する。

偏光分離素子２１１０_２で−Ｚ方向に反射された光束ＬＢｃは、折り返しミラー２１０６ｃで、−Ｘ方向に反射される。

チルト偏心レンズ２１０７ｃは、折り返しミラー２１０６ｃで−Ｘ方向に反射された光束ＬＢｃの光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる。走査レンズ２１０５_２の射出側の面からチルト偏心レンズ２１０７ｃの入射側の面までの光路長は６４ｍｍである。また、チルト偏心レンズ２１０７ｃの肉厚は３ｍｍである。

チルト偏心レンズ２１０７ｃを介した光束ＬＢｃは、折り返しミラー２１０８ｃ及び射出窓２１１１ｃを介して、感光体ドラム２０３０ｃの表面に導光される。チルト偏心レンズ２１０７ｃの射出側の面から感光体ドラム２０３０ｃの表面までの光路長は１５７ｍｍである。

チルト偏心レンズ２１０７ｄは、偏光分離素子２１１０_２を透過した光束ＬＢｄの光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる。走査レンズ２１０５_２の射出側の面からチルト偏心レンズ２１０７ｄの入射側の面までの光路長は６４ｍｍである。また、チルト偏心レンズ２１０７ｄの肉厚は３ｍｍである。

チルト偏心レンズ２１０７ｄを介した光束ＬＢｄは、３枚の折り返しミラー（２１０６ｄ、２１０８ｄ、２１０９ｄ）及び射出窓２１１１ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄの表面に導光される。チルト偏心レンズ２１０７ｄの射出側の面から感光体ドラム２０３０ｄの表面までの光路長は１５７ｍｍである。

各感光体ドラム表面の光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って長手方向に移動する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」であり、感光体ドラムの回転方向が「副走査方向」である。

各走査レンズは、いずれも２つの画像形成ステーションで共用されている。

各射出窓は、光学ハウジング２３００に設けられており、それぞれ防塵ガラスで覆われている。

各偏光分離素子の偏光分離面は、ワイヤーグリッドで構成されている。また、各偏光分離素子では、透明な板状部材（基板）の一側の面に偏光分離面が設けられている。この場合は、簡単な工程で製造することができる。

各走査レンズの各光学面のＺ軸方向に直交する断面（主走査断面）の形状は、次の（１）式で表現される非円弧形状である。ここで、ｘはＸ軸方向のいわゆるデプスである。また、ｙはＹ軸方向に関する光軸からの距離である。そして、Ｋは円錐定数、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、…は係数である。さらに、Ｃｍ＝１／Ｒｙであり、Ｒｙは近軸曲率半径である。

なお、上記（１）式において、ｙの奇数次の係数（Ａ_１、Ａ_３、Ａ_５、…）が０でない場合は、Ｘ軸方向に関して非対称な形状となる。

また、各走査レンズの各光学面のＹ軸方向に直交する断面（副走査断面）の形状は、次の（２）式で表現される。

上記（２）式におけるＲｚ（０）は、副走査断面内における光軸上の曲率半径である。また、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６、…は係数である。

なお、上記（２）式において、ｙの奇数次の係数（Ｂ_１、Ｂ_３、Ｂ_５、…）が０でない場合は、Ｚ軸方向の曲率の変化がＸ軸方向に関して非対称な形状となる。

具体例が図５に示されている。

各チルト偏心レンズの射出側の光学面における主走査断面の形状は、次の（３）式で表現される。Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４、…は係数である。
ｘ＝（Ｄ_０＋Ｄ_１・ｙ＋Ｄ_２・ｙ^２＋Ｄ_３・ｙ^３＋Ｄ_４・ｙ^４＋・・・・）・ｚ ……（３）

なお、上記（３）式において、ｙの奇数次の係数（Ｄ_１、Ｄ_３、Ｄ_５、…）が０でない場合は、Ｚ軸方向の曲率の変化がＸ軸方向に関して非対称な形状となる。

ここでは、Ｄ_０＝７．９８６×１０^−２、Ｄ_１＝０、Ｄ_２＝−１．９７９×１０^−６、Ｄ_３＝０、Ｄ_４＝−３．２７２×１０^−１１、Ｄ_５＝０、Ｄ_６＝３．０２１×１０^−１６、Ｄ_７＝０、Ｄ_８＝６．１１３×１０^−１９、である。

ところで、図６には、偏光分離素子がないと仮定したときの、ポリゴンミラー２１０４の同一の偏向反射面で偏向された２つの光束の光路が模式図的に示されている。この場合、偏向反射面で偏向された２つの光束は、Ｚ軸方向に関して、平行状態を維持したまま走査レンズに入射する。該２つの光束は、走査レンズによってＺ軸方向に曲げられ、走査レンズのＺ軸方向における焦点位置で交差し、その後、離れながら同一の感光体ドラムに向かう。

これは、偏光分離素子が設けられていても、走査レンズが樹脂製であって、偏向反射面で偏向された２つの光束が走査レンズで生じた複屈折の影響を受けた場合と類似している。この場合、２つの光束は、走査レンズを通過後、偏光状態の直交関係が崩れ、該２つの光束を偏光分離素子で完全に分離することはできない。すなわち、フレア光が発生する。

この場合、フレア光の除去の最も適切な場所は、偏光分離素子よりも後ろで、２つの光束が充分に離れた場所であり、かつ光走査装置の内部であることが好ましい。なお、光走査装置の外部にフレア光の除去手段を設けることも考えられるが、光走査装置と除去手段を非常に高い精度で位置合わせすることが必要となり、現実的ではない。従って、光走査装置から書き込み用の光束が射出される射出窓の周囲でフレア光を除去することが、理想的である（図７参照）。前記２つの光束の距離ｄは、このようなフレア光除去が可能となるように設定されている。

ポリゴンミラー２１０４で偏向された光束の光路は、走査レンズに入射するまではポリゴンミラー６の回転軸方向（ここでは、Ｚ軸方向）に直交している。しかしながら、該光束は、走査レンズの母線と異なる位置に入射するため、走査レンズにおけるＺ軸方向のパワーを受けて、ＸＹ面に対して傾斜する。更に、走査レンズと感光体ドラムまでの光路長が長いために、該光束が感光体ドラムに到達すると、波面収差が大きく劣化し、感光体ドラムの表面においてビームスポット径が主走査方向及び副走査方向ともに絞れなくなる（図８（Ａ）及び図８（Ｂ）参照）。

そこで、波面収差の劣化を補正するための光学素子が必要となるが、ここでは、各チルト偏心レンズがその役割を担っている。

各チルト偏心レンズは、入射側の面及び射出側の面ともにノンパワーであるが、お互いに非平行であるため、プリズム効果によって光の方向を変えることができる。しかも、入射側の面と射出側の面との平行関係の崩れ方が、Ｙ軸方向に沿って異なっているため、光の方向の変化量をＺ軸方向に関する入射位置によって異ならせることができる。

本実施形態では、各チルト偏心レンズは、入射側の面を平面とし、射出側の面だけに傾きを与え、その傾き量がＺ軸方向に沿って変化しているレンズである（図９参照）。

上記傾き量の変化の仕方は、Ｚ軸方向に平行な軸に対して線対称となっている。つまり、各チルト偏心レンズは、ポリゴンミラーの回転軸に平行な対称軸を有しており、上記傾き量の変化を多項式で表現した場合には、ｙの奇数次の係数はすべて０である。

各チルト偏心レンズが、ポリゴンミラーの回転軸に平行な対称軸を有している場合は、２つの光束について、同一形状のチルト偏心レンズをそれぞれ使用できる利点がある。

なお、上記傾き量の変化を多項式で表現した場合にｙの奇数次項があると、一方のチルト偏心レンズに対して、他方のチルト偏心レンズの奇数次項は符号が逆となる必要があるため、同一形状のチルト偏心レンズを使用することができない。

波面収差の大きさは、主走査方向（Ｙ軸方向）に関して、像高０ｍｍの位置に対して厳密には非対称であるが、この非対称性は実用的にはそれほど大きくないので、対称軸を有するチルト偏心レンズで充分に補正が可能である（図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）参照）。なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）における各シンボルは、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）における各シンボルと同じ意味を有している。

本実施形態では、チルト偏心レンズを設計する際に、波面収差の低減だけでなく、走査線曲がりの補正も同時に考慮している。これは、チルト偏心面の傾き量の変化を多項式で表現した場合に、定数項とｙの偶数次項とに分離して考えることで、設計を簡便化できる。すなわち、ｙの偶数次項で波面収差を低減させ、定数項で走査線曲がりを低減させる。

ポリゴンミラー２１０４の同一の偏向反射面で偏向された２つの光束は、Ｚ軸方向に関して、走査レンズの母線に対してほぼ対称な位置を通過するが、ここで、便宜上、該母線の＋Ｚ側を通過した光束（「光束ＬＢｘ」という）について説明する。

ポリゴンミラー２１０４で偏向された光束ＬＢｘは、走査レンズを通過する際に、光路が−Ｚ側に曲げられ、感光体ドラムに向かう。

チルト偏心レンズは、走査レンズを通過した光束ＬＢｘの光路を曲げて、波面収差を補正する。この場合、光束ＬＢｘの光路の曲げ方として、図１１に示される曲げ方（「曲げ方Ａ」とする）と、図１２に示される曲げ方（「曲げ方Ｂ」とする）とが考えられる。なお、図１１及び図１２における破線は、チルト偏心レンズがない場合の光束ＬＢｘの光路を示している。また、横軸の光路長は、偏向反射面での反射位置を基準としている。

曲げ方Ａと曲げ方Ｂの違いは、入射する光が進行する向きと射出される光が進行する向きが互いに同じ向きであるか逆向きであるかである。

曲げ方Ａでは、入射する光は−Ｚ方向に向かって（一の向きに）進行し、射出される光も−Ｚ方向に向かって（一の向きに）進行している。

曲げ方Ｂでは、入射する光は−Ｚ方向に向かって（一の向きに）進行し、射出される光は＋Ｚ方向に向かって（他の向きに）進行している。

曲げ方Ｂでは、走査線曲がりを大きく改善することができる（図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）参照）。

本実施形態では、曲げ方Ｂとなるように、上記（３）式の定数項Ｄ_０が設定されている。なお、定数項Ｄ_０は、波面収差に対してあまり影響しない。

感光体ドラム上での走査線曲がりが改善されるということは、射出窓を通過する光束の軌跡も、湾曲したものから直線へ改善されることを意味し、書き込み用の光束とフレア光の分離が容易になる。

例えば、図１４（Ａ）に示されるように、書き込み用の光束がＢだけ湾曲している場合、フレア光を完全に除去するためには、書き込み用の光束とフレア光の間隔もＢ以上にしなければならない。つまり、前記距離ｄを大きく設定する必要があり、走査レンズを通過した際の、２つの光束における偏光状態の直交関係の崩れ方が大きくなり、波面収差の劣化も増大する。

しかし、図１４（Ｂ）に示されるように、書き込み用の光束の湾曲量が小さいと、距離ｄを小さく設定することが可能となり、波面収差の劣化を、チルト偏心レンズで効果的に低減できるレベルにまで低減させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置２０１０によると、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、偏向器前光学系、ポリゴンミラー２１０４、走査光学系Ａ、走査光学系Ｂ、光学ハウジング２３００、及び走査制御装置などを有している。

走査光学系Ａは、走査レンズ２１０５_１、偏光分離素子２１１０_１、２枚のチルト偏心レンズ（２１０７ａ、２１０７ｂ）、５枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０９ａ）を有している。

走査光学系Ｂは、走査レンズ２１０５_２、偏光分離素子２１１０_２、２枚のチルト偏心レンズ（２１０７ｃ、２１０７ｄ）、５枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｃ、２１０８ｄ、２１０９ｄ）を有している。

各チルト偏心レンズは、光束の光路をプリズム効果によって変化させ、波面収差と走査線曲がりを補正する。

この場合は、書き込み用の光にフレア光が混在するのを抑制しつつ、小型化を図ることができる。

そして、カラープリンタ２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、その結果として、画像品質を低下させることなく、小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、各偏光分離素子の偏光分離面がワイヤーグリッドで構成される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、偏光分離面が誘電体多層膜等で構成されていても良い。

また、上記実施形態では、各偏光分離素子として、透明な板状部材（基板）の一側の面に偏光分離面が設けられている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、断面が直角二等辺三角形よりなる２つの三角柱状のガラス部材又は透明樹脂部材で偏光分離面を挟み込んだ四角柱構造としても良い。この場合は、偏光分離素子と各チルト偏心レンズを一体化させることができる（図１５参照）。

また、上記実施形態では、各光源が１つの発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各光源が複数の半導体レーザを有しても良い。また、各光源が複数の発光部を持つ半導体レーザアレイを有しても良い。

また、上記実施形態では、走査光学系が１枚の走査レンズを有する場合について説明したが、これに限らず、走査光学系が複数枚の走査レンズを有していても良い。この場合、２枚目以降の走査レンズは、チルト偏心レンズの前段に配置されても良いし、後段に配置されても良い。２枚目以降の走査レンズがチルト偏心レンズの前段に配置される場合は、非球面を自由に使うことが可能であり、所望の光学性能を得るのが容易となる。また、２つの光束で共用することができる。一方、２枚目以降の走査レンズがチルト偏心レンズの後段に配置される場合は、副走査方向に関する倍率が低減するため、非常に安定的に光学性能を保証することが可能である。

また、上記実施形態において、前記チルト偏心レンズに代えて、いわゆる「母線湾曲特殊トーリックレンズ」を用いても良い。ところで、トーリックレンズは、定義としては、「円弧を軸まわりに回転させたドーナツ状の立体」であり、その形状を示す設計パラメータは、円弧を決める曲率半径ｒと、円弧と軸の間隔Ｒの２つだけである。なお、ｒ＜Ｒのときにドーナツ状となり、ｒ＞Ｒのときには樽状となる。

分かりやすくするため、樽状の立体で考えると、樽の中心線が回転軸に相当する。ここで、中心線に垂直な面で樽を切断すると、その断面は必ず円弧で、その円弧の曲率は軸方向に関する切断位置によって異なっている。しかし、円弧の曲率中心は、必ず中心線上にある（図１６（Ａ）参照）。上記「特殊」というのは、「円弧の曲率中心が中心線上にない」ことを意味している（図１６（Ｂ）参照）。従って、設計パラメータは、曲率中心がどのような多項式で表わせるか、という観点で、増やすことが可能である。

次に、この特殊トーリックレンズにおける円弧の頂点に着目すると、各頂点を結んだ曲線は、レンズの母線と定義される。この母線は当然のことながら、中心線で決定されるある平面の上に乗らなければならない。「母線湾曲」というのは、その関係すら崩れていることを意味する。「母線湾曲特殊トーリックレンズ」は、イメージ的に分かりやすくいうと、上記特殊トーリックレンズを、レンズ面に直交する方向から押圧して撓ませたものである。このような特異な面を用いると、チルト偏心レンズと同じ効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、トナー像が感光体ドラムから転写ベルトを介して記録紙に転写される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トナー像が記録紙に直接転写されても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置として４つの感光体ドラムを有するカラープリンタ２０００について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、２つの感光体ドラムを有するプリンタであっても良い。また、更に補助色を用いる多色カラープリンタであっても良い。

また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により可視画像を直接、像担持体に形成することができる。

また、上記実施形態では、光走査装置がプリンタに用いられる場合について説明したが、上記光走査装置は、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。

２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２１０４…ポリゴンミラー（光偏向器）、２１０５_１、２１０５_２…走査レンズ、２１０６ａ〜２１０６ｄ…折り返しミラー、２１０７ａ〜２１０７ｄ…チルト偏心レンズ、２１０８ａ〜２１０８ｄ…折り返しミラー、２１１０_１、２１１０_２…偏光分離素子、２１１１ａ〜２１１１ｄ…射出窓、２２００ａ〜２２００ｄ…光源、２２０１ａ〜２２０１ｄ…カップリングレンズ、２２０２ａ〜２２０２ｄ…開口板、２２０４_１，２２０４_２…シリンドリカルレンズ、２２０５_１，２２０５_２…偏光ビームスプリッタ、２３００…光学ハウジング。

特開２００６−２８４８２２号公報 特開２０１１−０１３２８９号公報

Claims (6)

1. 複数の被走査面を、光偏向器を用いて光によって第１の方向に沿って個別に走査する光走査装置であって、
   前記複数の被走査面における異なる被走査面に対応する第１の光束と第２の光束を、前記第１の方向に直交し前記光偏向器の回転軸と平行な第２の方向に関して離間した状態で射出する光源装置と、
   前記光源装置から射出され前記光偏向器で偏向された前記第１の光束及び前記第２の光束の光路上に配置された走査レンズと、
   前記走査レンズを介した前記第１の光束の大部分を透過させ、前記第２の光束の大部分を反射する分岐光学素子と、
   前記分岐光学素子を透過した光束の光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる第１の光学部材と、
   前記分岐光学素子で反射された光束の光路上に配置され、該光束の光路をプリズム効果によって変化させる第２の光学部材と、
   前記第１の光学部材を介した前記第１の光束のみが通過する第１の射出窓、及び前記第２の光学部材を介した前記第２の光束のみが通過する第２の射出窓を有する光学ハウジングとを備え、
   前記第１及び第２の光学部材では、前記第２の方向に関して、入射する光が進行する向きと射出される光が進行する向きが互いに逆向きである光走査装置。
2. 前記第１の光束は、第１の偏光方向の直線偏光、前記第２の光束は、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の直線偏光であり、
   前記分岐光学素子は、前記第１の偏光方向の光を透過させ、前記第２の偏光方向の光を反射する偏光分離素子であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１及び第２の光学部材は、入射側の面及び射出側の面の少なくとも一方がチルト偏心面であり、該入射側の面及び射出側の面はいずれもノンパワーであるとともに、互いに非平行であり、その平行状態からのずれ量が、前記第１の方向に関する位置によって異なってい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. 前記第１及び第２の光学部材におけるチルト偏心面の形状は、前記第２の方向に平行な軸に対して対称であることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記第１及び第２の光学部材では、前記入射側の面は平面であり、前記射出側の面は、前記入射側の面に対して傾斜し、その傾斜の大きさが前記第１の方向に関する位置によって異なっているチルト偏心面であることを特徴とする請求項３又は４に記載の光走査装置。
6. 複数の像担持体と、
   前記複数の像担持体を画像情報に応じて変調された光束により走査する請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
   

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