JP6132701B2 - 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に関し、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等の画像形成装置に好適なものである。

従来、カラー画像を形成するカラー画像形成装置用の光走査装置においては、装置全体の小型化を目的として、光偏向器を複数の被走査面に対応する複数の光束で共用した構成が提案されている（特許文献１）。

この構成においては、限られたスペースの中でレンズやミラー等の光学部品を光束に干渉させないように配置するために、光偏向器と複数の被走査面の夫々との間の光路を折り返しミラーにより折り曲げている。

特開２００４−３１７７９０号公報

ここで、特許文献１の光走査装置において、副走査断面内での複数の被走査面同士の間隔を狭くして更に小型化を図るために光偏向器側の結像レンズを更に光偏向器に近づけようとしても、光偏向器の基板やレンズ突き当て用の壁部が存在するため困難である。この時、基板を更に小さくする方法や、壁部の厚さを薄くする方法なども考えられるが、基板サイズを小さくすると光偏向器の回転軸の倒れ精度が劣化し、壁部を薄くすると組立時の強度が保てずレンズが倒れ易くなってしまう。

なお、複数の折り返しミラーにより折り曲げられた光束を光偏向器側の結像レンズに近づけて小型化を図る方法も考えられるが、従来の光走査装置では光偏向器側の結像レンズの肉厚が厚いため、光束と干渉し易くなってしまう。

本発明の目的は、複数の被走査面に対応する複数の光束を偏向する共通の偏向手段を有する光走査装置において、装置全体の小型化を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る光走査装置は、第１及び第２の光源手段から出射する第１及び第２の光束の夫々を、互いに異なる第１及び第２の偏向面にて偏向する共通の偏向手段と、該偏向手段により偏向された第１及び第２の光束の夫々を、第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系と、前記第１及び第２の偏向面と前記第１及び第２の被走査面との間の第１及び第２の光路の夫々に設けられ、該第１及び第２の光路の夫々を副走査断面内で自身と交差するように折り曲げる複数の反射光学素子と、を有し、前記第１及び第２の被走査面の夫々における有効画像領域の主走査方向での長さをＷ（ｍｍ）、副走査断面内における前記第１の被走査面と前記第２の被走査面との間隔をＤｐ（ｍｍ）、とするとき、
０．２５＜Ｄｐ／Ｗ＜０．３５
なる条件を満足し、主走査断面内において、前記第１及び第２の結像光学系の夫々の後側主平面から前記第１及び第２の被走査面の夫々までの距離をＳｋ（ｍｍ）、前記第１及び第２の結像光学系の夫々の合成焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ、とするとき、
０．１＜ｍ＜０．３
なる条件を満足す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。

（作用）
被走査面から結像光学光学系を介して偏向手段に向かう逆光路を考えるとき、主走査断面内で結像光学系を出射して偏向手段に向かう光束は、従来のような平行光束ではなく発散光束となることで、この結像光学系の屈折力を従来より弱くできる。これは、主走査断面内で、この結像光学系における結像光学素子の屈折力の曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）ことに対応する。これにより、結像光学系における結像光学素子の偏向手段側への接近化が可能となり、かつ結像光学素子と光路を折り曲げられた光束との干渉を避けることができる（複数の反射型光学素子Ｍ２、Ｍ３の結像光学素子側への接近化が可能）。

本発明によれば、入射光束として所定の収束度を備える収束光束を用い小型化に適した光走査装置およびそれを用いた画像形成装置を提供できる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図、（Ｂ）は主走査方向の展開図、（Ｃ）は偏向手段近傍の主走査断面図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の収束度とレンズ形状の関係を説明する図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る光走査装置のジッターの発生を説明する図、（Ｂ）は収束系における走査光学系の説明図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の収束度とジッターとの関係を説明する図である。 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要部概略図である。

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５は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載した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５において、６０はカラー画像形成装置、１２は各々実施形態１に示した光走査装置、２１、２２、２３、２４は各々像担持体である感光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。

なお、図５においては、感光体の感光面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（不図示）、現像器で現像されたトナー像を被転写材（記録材）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とを有している。

図５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）のコードデータとして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１２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。

本実施形態におけるカラー画像形成装置は、光走査装置１２からＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応した走査光を出射している。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。

本実施形態におけるカラー画像形成装置は、上述の如く光走査装置１２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。

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。

尚、光走査装置の上方に感光ドラムを配置した構成のカラー画像形成装置としてもよい。その場合においても同様にカラー画像形成装置のコンパクト化を達成することが可能である。

（光走査装置）
図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図、（Ｂ）は主走査方向の展開図、（Ｃ）は偏向手段近傍の主走査断面図である。ここで、以下の本実施形態の説明において、結像光学系もしくは結像光学素子の光軸または軸上とは、被走査面の中心を通り、被走査面に垂直方向の軸のことである。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、副走査方向を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。

図１（Ｂ）中、１は副走査方向に２個離間して設けられる光源手段（第１及び第３の光源手段）であり、例えば半導体レーザー等より成っている。３は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。２はアナモフィックレンズであり、光源手段１から出射された発散光束を主走査断面内において弱収束光に変換し、副走査断面内において後述する光偏向器５の偏向面５ａに主走査方向を長手の線像として結像させるように変換している。なお、アナモフィックレンズ２を主走査断面内及び副走査断面内において弱収束光に変換するコリメータレンズと、副走査方向のみにパワーを有するシリンドリカルレンズの２枚の構成としても良い。

図１（Ｂ）で、光源手段１に関し、第１の光源手段からの光束Ｒａに対する開口絞り３、アナモフィックレンズ２の各要素は、副走査断面内で上方側より偏向手段へ光束を入射させる入射光学系ＬＡを構成している。そして、入射光学系ＬＡによって、偏向手段で偏向される光束は副走査断面内で下方側に向かう第１の光源手段からの光束Ｒａとなる（図１（Ａ））。一方、第３の光源手段からの光束Ｒｂに対する入射光学系ＬＢも同じ構成で、光偏向器への副走査方向の入射の向きが逆（副走査断面内で下方側より偏向手段へ光束を入射）になるだけである。偏向手段で偏向される光束は副走査断面内で上方側に向かう光束Ｒｂとなり、第１の光路を形成する。

５は偏向手段としての光偏向器であり、外接円半径Ｒ５＝１０ｍｍの４面より成るポリゴンミラーより成っている。この光偏向器５は、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。

本実施形態の光走査装置は、光偏向器５を挟み対向する走査ユニットＳＲ（２つの結像光学系を１組として備える）、ＳＬ（同様に２つの結像光学系を異なる１組として備える）を備える。そして、光源手段１と同様に副走査方向に２個離間して設けられる光源手段（第２及び第４の光源手段）を備える。そして、偏向手段で偏向される光束は副走査断面内で下方側に向かう第２の光源手段からの光束Ｒ‘ａとなる（図１（Ａ））。

一方、第４の光源手段からの光束Ｒｂに対する入射光学系ＬＢも同じ構成で、光偏向器への副走査方向の入射の向きが逆（副走査断面内で下方側より偏向手段へ光束を入射）になるだけである。偏向手段で偏向される光束は副走査断面内で上方側に向かう光束Ｒ’ｂとなり、第２の光路を形成する。

これにより、１つの光偏向器５により４本の光束Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ´ａ、Ｒ´ｂを偏向走査する。そして、夫々の光束が対応する被走査面である感光ドラム面８Ａ（Ｂｋ）、８Ｂ（Ｃ）、８Ｃ（Ｍ）、８Ｄ（Ｙ）を走査する。

ここで、走査ユニットＳＲにおいて、偏向手段である光偏向器（４面ポリゴンミラー）５の偏向面５ａで偏向反射した偏向光束Ｒａは、結像レンズ６Ａ、７Ａを通過後、折り返しミラーＭ１により折り返され、被走査面である感光ドラム８Ａ（Ｂｋ）に導かれる。このような結像光学素子としての結像レンズ６Ａ、７Ａ、反射型光学素子としての反射ミラーＭ１を介して感光ドラム８Ａ（Ｂｋ）に導かれる結像光学系を第１の結像光学系とする。

また、光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射した偏向光束Ｒｂは、結像レンズ６Ａを通過後、反射ミラーＭ２で折り返され、結像レンズ７Ｂを通過し、反射ミラーＭ３により折り返される。そして、結像レンズ６Ａを通過した自分自身の光束と副走査断面内で交差した後、被走査面である感光ドラム８Ｂ（Ｃ）に到達している。

ここで、結像レンズ６Ａを通過した自分自身の光束と交差する位置は、結像光学系を構成する光学的に最も偏向手段に近い第１の結像光学素子としての結像レンズ６Ａよりも被走査面側（感光ドラム８Ｂ（Ｃ）側）である。そして、反射ミラーＭ２，Ｍ３及びＭ‘２、Ｍ’３は、前記第１及び第２の光路（感光ドラム８Ｂ及び８Ｃに向かう光路）の夫々を副走査断面内で自身と交差するように折り曲げる。

このような結像光学素子としての結像レンズ６Ａ、７Ｂ、反射光学素子としての反射ミラーＭ２、Ｍ３を介して感光ドラム８Ａ（Ｂｋ）に導かれる結像光学系を第２の結像光学系とする。

一方、結像光学系ＳＬにおいても結像光学系ＳＲと同じ光路の取り回し方を行っている。すなわち、共通の光偏向器５の偏向面５´ａで偏向反射した偏向光束Ｒ´ａは、結像レンズ６´Ａ、７´Ａを通過後、折り返しミラーＭ´１により折り返され、被走査面である感光ドラム８Ｄ（Ｙ）に導かれる。また、光偏向器５の偏向面５´ａで偏向反射した偏向光束Ｒ´ｂは、結像レンズ６´Ａを通過後折り返しミラーＭ´２で折り返され結像レンズ７´Ｂを通過し、折り返しミラーＭ´３により折り返され、被走査面である感光ドラム８Ｃ（Ｍ）に導かれる。

ここで、以下の説明において、光偏向器５に最も遠い被走査面８Ａ、８Ｄに結像する光学系（被走査面を走査する光学系）を結像光学系ＳＡ（上記第１の結像光学系）、ＳＤと称する。また光偏向器５に最も近い被走査面８Ｂ、８Ｃに結像する光学系（被走査面を走査する光学系）を結像光学系ＳＢ（上記第２の結像光学系）、ＳＣと称す。

また、上記光偏向器５に最も近いとは、光学的に該光偏向器５の偏向面に最も近いことを称し、また光偏向器５に最も遠いとは、光学的に該光偏向器５の偏向面から最も遠いことを称す。本実施形態における２つの結像光学系ＳＲ、ＳＬの構成及び光学的作用は互いに同じであるので、以下結像光学系ＳＲで説明する。

本実施形態における複数の結像光学系ＳＡ、ＳＢは、各々複数の結像光学素子としての結像レンズから構成され、最も偏向手段に近い結像レンズ６Ａは、複数の結像光学系ＳＡ、ＳＢで共用されている。また、被走査面に近い結像レンズ７Ａ、７Ｂは、入射面と出射面の面頂点を結んだ線と外形中心線が異なるレンズ（偏心レンズ）を用いている。

よって、走査ユニットＳＲに用いられる結像レンズ７Ａと７Ｂとはレンズ光軸のずらし方の違う別形状のレンズとなる。また同様に、走査ユニットＳＬに用いられる結像レンズ７´Ａと７´Ｂは、レンズ光軸のずらし方の違う別形状のレンズとなる。このようにすることで、結像レンズ７Ｂ（７Ｂ’）の偏心により、結像レンズ７Ｂ（７Ｂ’）と光束Ｒｂ（Ｒｂ’）の干渉を避けることができる。但し、後述する収束度ｍやＫθ係数や各レンズの焦点距離などといった光学パラメータを光束ＲａとＲｂに対する光学系で同じにすることで、結像レンズ７Ａと７Ｂは同じレンズとすることができる。

また、本実施形態では、光偏向器５に最も近い被走査面８Ｂに結像する結像光学系ＳＢの反射型光学素子としての折り返しミラーの枚数を必要最低限の２枚にしている。また、本実施形態では、光偏向器５から最も遠い被走査面８Ａに結像する結像光学系ＳＡ（第１の結像光学系）の被走査面８Ａに最も近い結像レンズ７Ａを、被走査面８Ａに最も近い折り返しミラーＭ１より光偏向器５側に配置している。これにより、結像レンズ７Ａの主走査方向の長さを短くしている。

一方、被走査面８Ａに最も近い結像レンズ７Ａを被走査面８Ａに最も近い折り返しミラーＭ１よりも被走査面８Ａ側に配置する構成も考えられるが、結像レンズ７Ａの主走査方向の長さが長くなり、装置全体が大型化してくるため好ましくない。よって、上述したような光学設計値及び配置にすることで、必要最小限の部品点数で、コストダウンと装置の小型化の両立を図っている。

図１（Ａ）の１０は光走査装置の筺体（光学箱）を示しており、点線１０´は従来装置の筺体の外周部を示している。本実施形態では、被走査面の間隔（光束の集光位置の間隔に等しい）Ｄｐを５８ｍｍとすることができ（従来装置に対して１１ｍｍ短縮）、光走査装置の横方向の長さも１１×３＝３３ｍｍ短縮することができた。一般的に、Ａ４サイズの画像を出力するカラー画像形成装置のドラム並び方向の長さは４００〜５００ｍｍ程度であることを考えると、１割弱のコンパクト化を達成したことになる。

なお、上述した被走査面の間隔（光束の集光位置の間隔に等しい）Ｄｐは、図５に示した感光ドラム２１、２２、２３、２４の回転と搬送ベルト５１の移動との同期制御の容易化を図るため、複数の被走査面に対して等しくされている。

ここで、図１（Ｂ）は光偏向器５で同じ側に偏向走査される光束Ｒａ、Ｒｂの内、光束Ｒａに対する結像光学系ＳＡの主走査断面図である。光束Ｒｂに対する結像光学系ＳＢも同様な主走査断面図であるため、図示は省略する。図中、Ｃ０は軸上光束の主光線の偏向反射点（基準点）である。副走査方向においては、光束Ｒａ、Ｒｂは偏向反射点Ｃ０にて交差する。偏向反射点Ｃ０は結像光学系の基準点であり、偏向反射点Ｃ０から被走査面までの距離を以下、「結像光学系の光路長Ｌ」と定義する。以下に、本実施形態における光走査装置のレンズ面形状及び光学配置を表１、表２として示す。

本実施形態のアナモフィックレンズ２の入射面は、平面上に回折格子が形成された回折面、出射面は主走査方向と副走査方向で曲率半径の異なるアナモフィックな屈折面としている。アナモフィックレンズ２はプラスチック材料を用いた射出成形で成形されており、環境変動による屈折パワーの変化を半導体レーザーの波長変化による回折パワーの変化で補償する、所謂温度補償光学系としている。また、回折面は以下に表した位相関数により定義される。
φ＝２πＭ／λ（Ｃ_３Ｚ^２＋Ｃ_５Ｙ^２）
ここで、φは位相関数、Ｍは回折次数であり、本実施形態は１次回折光（Ｍ＝１）を用いている。λは設計波長であり、本実施形態ではλ＝７９０ｎｍである。

結像レンズ６Ａ、７Ａのレンズ入射面、レンズ出射面の母線形状は、共に１２次までの関数として表せる非球面形状により構成されている。結像レンズ６Ａ、７Ａのそれぞれのレンズ面と結像レンズ６Ａ、７Ａの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軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、以下の式で表わされる。

（但し、Ｒは母線曲率半径、Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０、Ｂ_１２は非球面係数）
非球面係数Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０、Ｂ_１２は光走査装置の半導体レーザー１が配置されている側と半導体レーザー１が配置されていない側とで数値を異ならせる。Ｂ_４Ｕ、Ｂ_６Ｕ、Ｂ_８Ｕ、Ｂ_１０Ｕ、Ｂ_１２Ｕが半導体レーザー１が配置されている側の値、Ｂ_４Ｌ、Ｂ_６Ｌ、Ｂ_８Ｌ、Ｂ_１０Ｌ、Ｂ_１２Ｌが半導体レーザー１が配置されていない側の値である。そのことで、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。

また、副走査方向と対応する子線方向は、以下の式で表わされる。

Ｓは、母線方向の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る子線形状である。ここで、走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）Ｒｓ^＊は、以下の式で表わされる。
１／Ｒｓ^＊＝１／Ｒｓ＋Ｄ_２×Ｙ^２＋Ｄ_４×Ｙ^４＋Ｄ_６×Ｙ^６＋Ｄ_８×Ｙ^８＋Ｄ_１０×Ｙ^１０
（但し、Ｒｓは光軸上の子線曲率半径、Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０は子線変化係数）
こちらも主走査形状と同様に、非球面係数Ｄ_２〜Ｄ_１０は光走査装置の半導体レーザー１が配置されている側（Ｄ_２Ｕ〜Ｄ_１０Ｕ）と半導体レーザー１が配置されていない側（Ｄ_２Ｌ〜Ｄ_１０Ｌ）とで数値を異ならせる。これにより、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。なお、本実施形態では、面形状を上記定義式により函数を定義したが、本発明はこれに限定されるものではない。

ところで、通常、副走査断面内において斜め方向から光束を入射させる光走査装置では、波面収差の捩れによりスポットが崩れる現象が見られる。本実施形態においては、各面のパワー配置、結像レンズ７Ａのシフト量を最適化することで、波面収差の捩れを低減している。すなわち、本実施形態の結像光学系ＳＡでは、結像レンズ７Ａを面Ｐ０に対して−１．６３８ｍｍ副走査方向にシフトさせることで波面収差の補正を行っている。

（収束光束）
本実施形態では、結像光学素子としての結像レンズ６Ａに入射する光束を主走査断面内で収束光束とすることで、以下に述べるように結像レンズ６Ａの主走査方向の屈折力（パワー）を弱めレンズの肉厚を低減している。更に、本実施形態では、偏向手段としての光偏向器５の偏向面が平面であることから、光偏向器への入射光束を収束光束とし、光偏向器５に向かう全ての入射光束を主走査断面内で同じ収束度ｍの収束光束とする。これにより、すべての結像光学系の光路長Ｌを短縮することで、カラー画像形成装置の小型化を図っている。

（収束光束によるレンズ肉厚低減）
以下、収束光束によるレンズ肉厚低減の効果について説明を行う。偏向手段で偏向されて結像光学素子としての結像レンズに入射する光束を主走査断面内で収束光束とすることは、被走査面から結像光学素子を介して偏向手段に向かう逆光路を考えると、以下のようになる。すなわち、主走査断面内で結像光学素子を出射して偏向手段に向かう光束は、従来のような平行光束ではなく発散光束となる。これにより、結像光学素子の曲率は緩くなって、中心肉厚を維持するとき主走査端部の肉厚が厚くなるところ、主走査端部の肉厚を必要最低限にすれば中心肉厚を減らせることとなる。

（収束度ｍ）
ここで、被走査面から結像光学素子を介して偏向手段に向かう逆光路を考えるときの結像光学素子に逆光路で入射する光束の中心光線の結像光学素子の光軸に対する入射角度α、出射角度βとすると、ｔａｎβ／ｔａｎαは収束の度合いを示すこととなる。この収束の度合いを収束度ｍとして、以下のように定義する。

ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ
Ｓｋ：主走査断面内における結像光学素子の後側主平面から被走査面までの距離（mm）
ｆ：結像光学素子の主走査断面内の焦点距離（mm）
また、結像光学系が複数の結像光学素子で構成される場合は、以下の式が成立する。

ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ
Ｓｋ：主走査断面内における結像光学系の後側主平面から被走査面までの距離（mm）
ｆ：結像光学系の主走査断面内の合成焦点距離（mm）
ここで、前記収束度ｍは、以下の条件を満たすことが好ましい。

０．１＜ｍ＜０．３ ・・・（式Ａ）
式Ａの下限値を超えると従来装置に対する本発明の効果が顕著とはならない。一方、式Ａの上限値を超えると、以下に述べる収束系（又は発散系）特有の心ジッターの問題が生じて好ましくない。すなわち、収束度ｍを強くするとレンズの肉厚を薄くする効果はあるが、図３（Ａ）に示すジッターδＹ（収束系面偏心ジッター）が問題となる。つまり、収束系においては、製造誤差などにより光偏向器の偏向面５ａがシフト偏心した場合、被走査面８Ａ上で光束が集光する位置のずれが発生する（特許文献２）。これは、収束系（又は発散系）特有の問題であり、入射光学系が平行光であれば原理的に発生しない。

収束系面偏心ジッターの発生原理を説明する図３（Ａ）において、光偏向器５の偏向面５ａ及びシフト偏心した偏向面５ｂからの反射光束の主光線のみを示している。ここで２本の主光線Ｒａｐ０とＲａｐ１は、走査結像系ＳＡに入射する前は主走査断面内で平行である。この２本の平行な主光線は、結像光学系ＳＡの焦点位置１３Ａにて主走査断面内で交わることになる。一方、被走査面は走査結像系の焦点位置１３Ａより光偏向器５側の位置８Ａであるため、被走査面８Ａ上では図に示したδＹだけずれた位置に結像する。

図３（Ｂ）は偏向面５ａで反射した光束（主光線と２本のマージナル光線）を描いたものであり、このように被走査面８Ａ上で集光する。なお、収束度ｍ＝０の時、即ち入射光束が主走査断面内で平行光である場合は、８Ａと１３Ａが一致する為、偏向面５ａがシフト偏心したとしてもジッターは発生しない。

図４は、図２で示した各収束度の結像光学系において、偏向面を１０μｍシフト偏心した際に発生する各像高Ｙでの収束系面偏心ジッターδＹの量をプロットしたグラフである。前述したように、平行光束ではジッターはゼロであり、収束度ｍが強くなるに従いジッター量も大きくなっていく。

このジッターは、偏向面各面の偏心量が異なる時、画像モアレとして画像不良を起こしてしまう。この対策としては、偏心量を抑えた光偏向器を製造することが挙げられるが、加工精度にも限界があり、また偏心量の小さいポリゴンミラーを選別するなどの方法と取った場合、明らかにコストアップを招いてしまう。通常の加工方法では、ポリゴンの面偏心相対量は１０μｍ程度である。

ここで、ジッター量δＹは通常１０μｍ程度であれば許容されるため、（式Ａ）を満足する収束度ｍにおいては、許容レベル内の画質が保たれることとなる。本実施形態ではｍ＝０．１９９の弱収束光束とし、結像レンズ６Ａは平行光束が入射する場合と比較して、結像レンズ６Ａの出射面を偏向手段側に２．７ｍｍシフトすることができた。これにより、結像レンズ６Ａの偏向手段側への接近化が可能となり、かつ結像レンズ６Ａと光路を折り曲げられた光束との干渉を避けることができる（折り曲げミラーＭ２、Ｍ３の結像光学素子側への接近化が可能）。

更に本実施形態では、光偏向器５の偏向面が平面であることを前提に、光偏向器５への二つの入射光学系ＬＡ、ＬＢの収束度ｍを同じにした。なお、収束度ｍの符号により、光偏向器に入射する光束は次の３つの場合に分けられることとなる。すなわち、ｍ＝０のとき主走査方向において光偏向器に平行光束が入射し、ｍ＜０のとき主走査方向において、光偏向器に発散光束が入射し、ｍ＞０のとき主走査方向において、光偏向器に収束光束が入射する。

図２は、収束度ｍを振って設計した時の、主走査方向の主たるパワーを持つ結像レンズ６Ａの肉厚ｔの変化を説明する図である。図の右から左に行くに従い、ｍ＝０．００、ｍ＝０．１０５、ｍ＝０．１９９、ｍ＝０．２９３と収束度を増している。ｍ＝０．１９９は表１、表２の数値実施形態で示した結像レンズである。

従来例である平行系（ｍ＝０．００）の時の肉厚ｔ＝８．０（ｍｍ）であるのに対し、収束度ｍを増していくとｔ＝７．０（ｍｍ）、ｔ＝５．５（ｍｍ）、ｔ＝５．０（ｍｍ）とレンズ肉厚を低減することが可能である。入射光学系に主走査方向のパワーを付ければ付けるほど、走査光学系の主走査方向のパワーを減らせることができ、曲率半径の大きなレンズとなる。

（結像レンズ肉厚ｔと被走査面間隔Ｄｐ）
ここで、鋭意検討した結果、装置の小型化に関連する被走査面間隔Ｄｐと、小型化の達成に関連する結像レンズ肉厚ｔについて、以下の式を満足するように構成することが好ましいことが判明した。

０．１５＜２ｔ／Ｄｐ＜０．２５ ・・・（式Ｂ）
（式Ａ）を満足する収束度において、結像レンズ６Ａの中心肉厚ｔの２倍と被走査面の間隔Ｄｐの比は以下のようになる。
２ｔ／Ｄｐ＝２×７．０／５８＝０．２４ （ｍ＝０．１０５の時）
２ｔ／Ｄｐ＝２×５．５／５８＝０．１９ （ｍ＝０．１９９の時）
２ｔ／Ｄｐ＝２×５．０／５８＝０．１７ （ｍ＝０．２９３の時）
図１（Ｃ）は、光偏向器５及び結像レンズ６Ａ近傍の主走査断面を示している。従来装置と同じ光偏向器の基板やレンズの突き当て壁としても、肉厚が薄くなった結像レンズ６Ａ（６’Ａ）と光路を折り曲げられた紙面上方からの光束が干渉しないことが見て取れる。

（有効画像領域Ｗと被走査面間隔Ｄｐ）
また、本実施形態では、被走査面における主走査方向の有効画像領域をＷ（ｍｍ）、複数の被走査面の副走査断面内の間隔（光束の集光位置の間隔）をＤｐ（ｍｍ）としたとき、以下の式を満足するような狭い被走査面間隔の時に有効に作用する。

０．２５＜Ｄｐ／Ｗ＜０．３５ ・・・（式Ｃ）
（式Ｃ）の下限値を超えると、収束度ｍを非常に強くしないと、結像レンズ６Ａと光路を折り曲げられた光束の干渉を避けることができず、上述したジッターによる劣化が無視できなくなるため好ましくない。また、（式Ｃ）の上限値を超えると、そもそも被走査面間隔Ｄｐが広くなって画像形成装置そのものをコンパクトにすることができないため好ましくない。本実施形態では、Ｄｐ＝５８（ｍｍ）、Ｗ＝２２０（ｍｍ）であるため、Ｄｐ／Ｗ＝０．２６であり（式Ｃ）を満足する。

（結像光学素子と結像光学系との焦点距離の比）
また、結像光学素子と結像光学系との焦点距離の比に関して、以下の条件を満たすことが好ましい。

０．７＜ｆ１／ｆ＜０．９ ・・・（式Ｄ）
（式Ｄ）の下限値を超えると、結像光学素子としての結像レンズ６Ａの主走査パワーが大きくなり、その結果、曲率半径が小さくなってレンズ肉厚が増してしまう。また、（式Ｄ）の上限値を超えると、結像レンズ７Ａの軸上負パワーが弱くなり、主走査端部の肉厚を確保しようとすると中心肉厚が増してしまう。その結果、レンズの材料コストアップと共に樹脂成形時間が長くなり、トータルのレンズコストアップにつながる。よって、（式Ｄ）内になるように２枚の結像レンズのパワー比を設定すれば、結像レンズ６Ａ及び７Ａともに最適な肉厚のレンズとして設計することができ、その結果コストダウンにつながる。

ところで、走査像高Ｙ（ｍｍ）に対する走査画角θ（ｒａｄ）の比Ｋ（Ｋθ係数、Ｙ＝Ｋθ）は、平行光入射の場合、結像光学系の主走査焦点距離と同じ数値になるが、収束系の場合、Ｋよりも結像光学系の主走査焦点距離が長くなる。本実施形態においては、Ｋ＝１２３（ｍｍ／ｒａｄ）であるのに対し、結像光学系の主走査焦点距離はｆ＝１５２．１６（ｍｍ）と長い。本実施形態では、結像光学素子としての結像レンズ６Ａの主走査焦点距離ｆ１＝１１７．０２（ｍｍ）、結像レンズ７Ａの主走査焦点距離ｆ２＝−３４９．６７（ｍｍ）であり、ｆ１／ｆ＝０．７６９であり、式Ｄを満足する。

（偏向面の外接円半径Ｒ５と被走査面間隔Ｄｐ）
また、偏向面の外接円半径Ｒ５と被走査面間隔Ｄｐに関して、以下の式を満たすことが好ましい。

０．１４＜Ｒ５／Ｄｐ＜０．２０ ・・・（式Ｅ）
（式Ｅ）の下限値を超えるとポリゴンミラーの反射面が小さすぎて、広角走査することが難しく、光偏向器から被走査面までの距離Ｌが長くなってしまう。（式Ｅ）の上限値を超えると被走査面の間隔Ｄｐに対しポリゴンミラーが大きいため、結像レンズと光束の干渉が生じ易くなる。よって、（式Ｅ）内になるように、偏向面であるポリゴンミラー面の外接円半径Ｒ５を設定することで、広角走査による小型化と結像レンズと光束の干渉の回避の両立を図ることができる。本実施形態では、Ｒ５／Ｄｐ＝０．１７２で（式Ｅ）を満足する。

（変形例）
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明はこれに限定されず、本発明の同一性の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、光偏向器の偏向面に対し、副走査断面内において光束を斜め方向から入射させる斜入射光学系について説明してきたが、本発明はこれに限られない。例えば、偏向手段としてのポリゴンミラーを副走査方向に上下２段に重ねて、それぞれのポリゴンミラーの偏向面に対し、副走査断面内において光束を垂直に入射させるものであっても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、結像光学系が２枚の結像レンズ（結像光学素子）を備える構成としたが、本発明はこれに限らず、結像光学系が３枚以上の複数個の結像レンズもしくは１枚だけの結像レンズを備える構成としても良い。また、光路を折り曲げられた光束を２枚の反射型光学素子としての折り返しミラーで形成したが、３枚以上の反射型光学素子としての折り返しミラーを用いても良い。但し、一般的に折り返しミラーの枚数が多くなればなるほど、ミラーに付着するゴミやキズなどにより画像に筋が出やすくなることや、ミラーの振動による走査線のバンディングが生じること、コストが上がってしまうことが別途考慮されるべきである。

（変形例３）
また、上述した実施形態では、偏向手段の偏向面が平面である前提で偏向手段に入射する光束の収束度ｍを全て同じ値としたが、異なる値にすることもできる。また、偏向手段の偏向面が平面でなく、主走査断面内で屈折力を有する場合には、偏向手段に入射する光束を平行光束とすることもできる。

（変形例４）
また、上述した実施形態では、最も光偏向器に近い結像レンズの光偏向器から遠ざかる側のスペースに光路を折り曲げられた光束を通過させたが、光偏向器との間のスペースに光路を折り曲げられた光束を通過させることもできる。

５・・光偏向器（偏向手段）、６Ａ、７Ｂ・・結像レンズ（結像光学素子）、８Ａ・・被走査面（感光ドラム面）、Ｍ２Ｍ３・・折り返しミラー（反射型光学素子）

Claims (11)

1. 第１及び第２の光源手段から出射する第１及び第２の光束の夫々を、互いに異なる第１及び第２の偏向面にて偏向する共通の偏向手段と、
   該偏向手段により偏向された第１及び第２の光束の夫々を、第１及び第２の被走査面に集光する第１及び第２の結像光学系と、
   前記第１及び第２の偏向面と前記第１及び第２の被走査面との間の第１及び第２の光路の夫々に設けられ、該第１及び第２の光路の夫々を副走査断面内で自身と交差するように折り曲げる複数の反射光学素子と、を有し、
   前記第１及び第２の被走査面の夫々における有効画像領域の主走査方向での長さをＷ（ｍｍ）、副走査断面内における前記第１の被走査面と前記第２の被走査面との間隔をＤｐ（ｍｍ）、とするとき、
   ０．２５＜Ｄｐ／Ｗ＜０．３５
   なる条件を満足し、
   主走査断面内において、前記第１及び第２の結像光学系の夫々の後側主平面から前記第１及び第２の被走査面の夫々までの距離をＳｋ（ｍｍ）、前記第１及び第２の結像光学系の夫々の合成焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｍ＝１−Ｓｋ／ｆ、とするとき、
   ０．１＜ｍ＜０．３
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１及び第２の光路の夫々は、前記第１及び第２の結像光学系の夫々において最も前記偏向手段に近い結像光学素子よりも前記第１及び第２の被走査面の側で自身と交差することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１及び第２の結像光学系の夫々において最も前記偏向手段に近い結像光学素子の夫々の主走査断面内での焦点距離をｆ１（ｍｍ）とするとき、
   ０．７＜ｆ１／ｆ＜０．９
   なる条件を満たす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の結像光学系の夫々において最も前記偏向手段に近い結像光学素子の夫々の肉厚をｔ（ｍｍ）とするとき、
   ０．１５＜２ｔ／Ｄｐ＜０．２５
   なる条件を満たす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. 主走査断面内において、前記第１及び第２の偏向面に入射する前記第１及び第２の光束の夫々の収束度は互いに同じであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記偏向手段は４つの偏向面を備えており、該４つの偏向面の夫々の外接円半径をＲ５（ｍｍ）とするとき、
   ０．１４＜Ｒ５／Ｄｐ＜０．２０
   なる条件を満たす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. 前記第１及び第２の結像光学系の夫々は、２つの結像光学素子から成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記偏向手段は、第３及び第４の光源手段から出射する第３及び第４の光束の夫々を前記第１及び第２の偏向面にて偏向しており、前記第１及び第３の光束は前記第１の結像光学系において最も前記偏向手段に近い共通の第１の結像光学素子を通過し、第２及び第４の光束は前記第２の結像光学系において最も前記偏向手段に近い共通の第２の結像光学素子を通過することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記第１及び第３の光束の夫々は、前記第１の結像光学素子を通過した後に互いに異なる結像光学素子を通過し、第２及び第４の光束の夫々は、前記第２の結像光学素子を通過した後に互いに異なる結像光学素子を通過することを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
10. 請求項１乃至９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。
11. 請求項１乃至９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。