JP6351257B2 - 光走査装置及びそれを有する画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置に関し、特にレーザービームプリンタや複写機などの画像出力部における光走査装置に好適なものである。

近年、レーザービームプリンタや複写機などの画像出力部における光走査装置において、樹脂モールド成型での結像光学素子の製造による低コスト化、面発光型の半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ）による高速化、及び、小スポット化による高精細化が進んでいる。

モールド成型での結像光学素子の製造では、生産性の向上のために同一の部品を複数個同時に製造するため、同一部品間に性能のばらつきが生じ、特にピント方向のばらつきが大きくなる。

スポット径は錯乱円と同義であるため、高精細化のために小スポット化を進めるとことは、深度幅の縮小を意味する。そのため僅かなピントズレが許容深度を越える原因となり、特に軸外は軸上に比べ収差の影響を受け更に深度幅の縮小に繋がる。

さらに、高速化のためのマルチビーム化による課題としては、次のようなものがある。半導体レーザーは一般的に出射方向に垂直な方向においてガウス分布型の強度分布（ファーフィールドパターン：FFP）を持つ。複数の発光点の位置によっては、被走査面上のスポット径を制御するために配置される絞りによりFFPのけられ具合が変わる。光軸から離れた発光点ほどその影響は大きいため、絞りを通過する各発光点からの光束の強度分布は非対称となる。この非対称性の増大は、スポット径の肥大化、深度幅の狭小化を招く。特に、面発光型の半導体レーザーは従来の端面発光型の半導体レーザーに比べてFFPが狭くなる傾向があるため、強度分布が非対称になりやすい。

特許文献１は、スポット径を維持し深度幅を確保する方法として、単一の発光点において、走査光学装置内に配置されている絞りの開口の大きさを入射する光束の幅（FFPの1/e²強度スライス）に対して所定の比率になるように制御する方法が開示されている。

特許文献２は、２次元配列のマルチビームにおいて、発光点の位置と絞り位置とコリメータの焦点距離の関係を絞りの開口の大きさと入射する光束の幅の比率が所定の比率になるように制御する方法が開示されている。特許文献２に開示されている技術では、マルチビームのビーム間で絞りにおいて光束のけられ具合が同一になるようにすることで、マルチビーム間のスポット径と深度幅を同一にすることができる。また、従来の２〜４ビームのマルチビームのような発光点が軸上近傍にある場合は、絞り位置が比較的広範囲におけるために絞りを任意の位置に置くことが可能である。

特開平１１−３１１７４８号公報 特許第３１７０７９８号公報

特許文献１に開示されている技術では、単一の発光点でさらに、絞りを通過した光束は対称な強度分布を有することが前提の技術であり、マルチビームの外側にある発光点のように絞りを通過した光束が非対称な強度分布を有する光学系に関してなんら技術的な考察がなされていない。
近年では高速化のために８ビーム以上のマルチビームを使用することがあり、発光点位置が軸上から離れている系において、特許文献２に記載の構成では、絞りをコリメータの像側の焦点位置近傍に配置する必要がある。走査光学装置において、マルチビームの場合、偏向器に入射する光線の角度が、走査系のピントズレによる、各発光点間の書き出し位置のズレに影響を与えるため、絞りは偏向器近傍に配置する必要がある。そのため、多ビームの場合、特許文献２に記載の構成では絞りの配置は制限されてしまい、絞り位置を偏向器近傍に配置することが困難となる。

本発明は、上記の課題を解決するために、マルチビームにおいて、絞り端部での強度が所定の強度以上になるように光学部品の焦点距離を制御し、深度幅を確保しつつ、低コスト化、高精細化、高速化を同時に実現する光走査装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光走査装置は、複数の発光点を有する光源と、光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、前記光源から出射した光束を前記偏向器に導く光学素子と、前記光学素子から出射して前記偏向器に導かれる光束の一部を制限する絞りとを有し、前記光源から前記絞りまでの距離をＬ_ｘ（ｍｍ）、前記光学素子の焦点距離をｆ_ｃｏｌ（ｍｍ）、前記複数の発光点のうち前記光学素子の光軸から主走査方向に最も離れた端部発光点と前記光軸との主走査方向における距離をｙ_ＬＤ（ｍｍ）とするとき、

なる条件を満たし、前記絞りに設けられた開口の主走査方向における幅をＤ_ｙ（ｍｍ）、前記端部発光点から出射する光束のファーフィールドパターンの半値全角をＦＦＰ_ｙ（度）とするとき、

なる条件を満たし、主走査断面内において、前記端部発光点から出射する光束のマージナル光線と最も強度が高い光線との成す角度φ_ｙ（度）を

となる式で定義するとき、

なる条件を満たすことを特徴とする。

本発明によれば深度幅を確保しつつ、低コスト化、高精細化、高速化を同時に実現する光走査装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係る走査光学装置を表す概略図 図１の光源から絞りまでの部分を抜き出し、簡略化した拡大図 絞り４の端部における最も低い強度に対する、スポット径の肥大率と深度幅の減少率を表すグラフ 絞り４における強度に対するスポット径の肥大率を表したグラフ 絞り４における強度分布を表した図 第１の実施例の変形例の絞り４における強度分布を表した図 本発明の第２の実施例に係る走査光学装置を表す概略図 第２の実施例の絞り４における強度分布を表した図 本発明の第３の実施例に係る走査光学装置を表す概略図 第３の実施例の主走査絞り１０５における強度分布を表した図 本発明の走査光学装置を有する画像形成装置の概略図 本発明の走査光学装置を有するカラー画像形成装置の概略図

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。
尚、以下の説明において、主走査方向とは偏向器の回転軸（または揺動軸）及び結像光学系の光軸に垂直な方向（偏向器で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。副走査方向とは偏向器の回転軸（または揺動軸）と平行な方向である。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である。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である。副走査方向の露光分布の作成は、主走査露光毎に、感光体を副走査方向に移動（回転）させることによって達成している。

以下、図１から図６を参照して、本発明の第１の実施例による、発明の詳細について説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る走査光学装置を表す概略図である。図２は図１の光源から絞りまでの部分を抜き出し、簡略化した拡大図である。図３は絞り４の端部における最も低い強度に対する、スポット径の肥大率と深度幅の減少率を表すグラフである。図４は絞り４における強度に対するスポット径の肥大率を表したグラフである。図５は絞り４における強度分布を表した図である。図６は第１の実施例の変形例で（ａ）は設計上の絞り４における強度分布を表した図であり、（ｂ）は公差が発生した場合の絞り４における強度分布を表したものである。

図１において、１は複数の発光点が１次元的に配列された光源であり、発光点のそれぞれは、出射方向に垂直な方向において一様でない強度分布を有する光を出射する光源である。光源１は、例えば、端面発光型のレーザーや面発光型の半導体レーザーであるＶＣＳＥＬにより構成される。２は正のパワーを有する光学素子（コリメータレンズ）であり、光源１より出射された光束を略平行な光束に変換している。ここで略平行とは、若干の発散光束もしくは若干の収束光束の場合を含むことを意図し、マージナル光線の角度差が５度以下のことである。

３はシリンドリカルレンズであり、副走査方向（副走査断面内）のみに有限のパワー（屈折力）を有している。４は開口絞りであり、集光レンズ２から出射した光束を最適なビーム形状に成形している。５は光偏向器であり、モーター等の駆動手段（不図示）により一定方向(図中Ａの方向)に一定速度で回転している。６、７は主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有する結像レンズ（アナモフィックレンズ）である。１０は被走査面であり、感光ドラムなどの感光体であり、図中の矢印Ｂの方向に光が走査している。

本実施例において、半導体レーザーなどの光源１より出射した光束はコリメータレンズなどの光学素子２によって略平行な光束に変換される。続いて、シリンドリカルレンズ４によって副走査断面内において偏向面近傍で収束する光束に変換される。そして、開口絞りなどの絞り３により光束径が制限され、その後、ポリゴンミラーなどの偏向器５に入射する。

続いて、偏向器５により偏向された光束がアナモフィックレンズ６、７を通り、感光ドラムなどの被走査面１０を等速度で走査する第２の光学系がある。偏向器５はＡの方向に回転しており、被走査面１０をＢの方向に走査している。

本発明の走査光学装置は、それぞれが一様でない強度分布を持った光を発光する複数の発光点を有する光源と、光源から発光した光束が入射する正のパワーを有する光学素子と、光学素子より出射した光束の一部を制限する絞りと、絞りを通過した光束を偏向する偏向器と、を有する。また、走査光学装置は、光源１から絞り４までの距離(mm)をL_x、光学素子２の焦点距離(mm)をf_col、光学素子２の光軸から主走査方向に最も遠い位置にある光源１の発光点における、光学素子２の光軸と光源１の交点からの主走査方向の距離(mm)をy_LDとするとき、

を満たす。さらに、本発明の走査光学装置は、絞り４の主走査方向の直径(mm)をD_y、光源１の発光点から出射される光のファーフィールドパターンの半値全角(度)をFFP_yとするとき、

を満たし、主走査方向に最も離れた発光点は、

を満たすことを特徴とする。ただし、φ_yは光源１の発光点における主走査断面内でのマージナル光線と最も強度が高い光線との成す角度（度）であり、

と定義される。

表１に本実施例における入射光学系の諸特性、表２に本実施例における走査光学系の諸特性を示す。

各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸とし、主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をＺ軸とする。

光学素子２は回転対称なレンズで、収差補正のために非球面形状を有するガラスモールドレンズである。その形状は次式で表される。

なお、Rは曲率半径、kは離心率、C_i（i =2, 4, 6）は非球面係数である。

アナモフィックレンズ６、アナモフィックレンズ７における各レンズ面の主走査断面の非球面形状は、

なる式で表わされる。
なお、Rは曲率半径、kは離心率、B_i（i = 4, 6, 8, 10・・・）は非球面係数である。

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、マイナス側終了側の係数には添字ｌを附している。
また、アナモフィックレンズ６の入射面と射出面、およびアナモフィックレンズ７の入射面における各レンズ面の副走査断面の非球面形状は、

なる式で表される。Sは母線上の任意の点において母線の面法線を含み主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。

ここで、副走査断面の曲率半径r ’は、レンズ面のＹ座標により連続的に変化し、

で表される。

アナモフィックレンズ７の出射面における副走査断面の非球面形状は、

なる式で表される。Sは母線上の任意の点において母線の面法線を含み主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。

ここで、副走査断面の曲率半径r ’は、レンズ面のＹ座標により連続的に変化し、

で表される。

（７）式から（１０）式においてrは光軸上における副走査断面の曲率半径、Ｄ_j（j = 2, 4, 6, 8, 10・・・）は副走査断面の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、マイナス側終了側の係数には添字１を附している。
また、副走査断面は非球面形状でありレンズ面のＹ座標により連続的に変化しており、Ｙの１０次関数で表される形状となっている。
ただし、表１、２において、「Ｅ−ｘ」は、「１０^−ｘ」を意味している。

図２を用いて、発明の効果を詳細に説明する。
図２において、光学素子２を主平面位置での薄肉レンズとし、シリンドリカルレンズ３は主走査方向にパワーを持たないので、説明を簡略化するために省いているが、光学的にはほぼ等価なものと考えてよい。

２１は光源１の中心点であり、光学素子２の光軸と光源１の交点に位置している。この点は、実際に発光点がなくても、基準点として扱う点であるため、仮想発光点として扱ってもよい。
２２は光源１の端部発光点であり、中心点２１から最も離れた位置に存在する発光点である。この点は実際の発光点である。
２３は光学素子２の焦点であり、像側の焦点位置である。

２４０は強度中心線であり、発光点２１から出射した最も強度の高い光線である。２４１は光線であり、発光点２１から出射したマージナル光線であり、主走査方向の正側にある光線である。２４２は光線であり、発光点２１から出射したマージナル光線であり、主走査方向の負側にある光線である。

２５０は強度中心線であり、端部発光点２２から出射した最も強度の高い光線である。２５１は光線であり、端部発光点２２から出射したマージナル光線であり、主走査方向の正側にある光線である。２５２は光線であり、端部発光点２２から出射したマージナル光線であり、主走査方向の負側にある光線である。

初めに、本発明の走査光学装置の特徴である式（１）、

について説明する。ここで、L_xは光源１から絞り４までの距離(mm)、f_colは光学素子２の焦点距離(mm)、y_LDは光学素子２の光軸から主走査方向に最も遠い位置にある光源１の発光点における、光学素子２の光軸と光源１の交点からの主走査方向の距離(mm)である。

光源１の端部発光点２２より出射した強度中心線２５０は、光学素子２で屈折する。その後、焦点２３を通過する。そして、絞り４に到達する。

この時、強度中心線２５０の絞り４の中心からのずれ量Δyは次式により求められる。

ここで、L_xは光源１から絞り４までの距離(mm)、f_colは光学素子２の焦点距離(mm)、y_LDは主走査方向に最も遠い位置にある光源の発光点における、光学素子２の光軸と光源１の交点からの主走査方向の距離(mm)である。

強度中心線２５０の絞り４の中心からのずれ量Δyは、光学素子２と絞り４が離れているほど大きく、端部発光点２２が中心点２１より離れているほど大きくなる。ずれ量Δyが大きくなればなるほど絞り４を通過した後の強度分布の非対称さが大きくなり、後に説明する図３のようにスポット径の肥大（図３ａ）と深度減少（図３ｂ）につながる。特に、本発明は、このずれ量Δyが０．２以上である構成において、スポット径の肥大を抑え、深度幅を確保する効果を顕著に得ることができる。

走査光学装置において、一般的に使用されている４ビームの場合、例えば、発光点のピッチが１００μｍのとき、中心点２１から端部発光点２２までの距離ｙ_ＬＤは１５０μｍである。

この時、本実施例における、光学素子２の焦点距離２５ｍｍと光源１から絞り４までの距離８０ｍｍを用いて計算すると、式（１）は０．１８となり、０．２０よりも小さな値となっている。ところが、本実施例のように、高速化対応のために、発光点を３２個有する光源１を使用するとき、その発光点のピッチを５０μｍにしたとしても、中心点２１から端部発光点２２までの距離ｙ_ＬＤは７７５μｍとなる。この場合、本実施例における、光学素子２の焦点距離２５ｍｍと光源１から絞り４までの距離８０ｍｍを用いて計算すると、式（１）よりずれ量Δyは０．９３となり、０．２よりも大きくなる。

続いて、式（２）、

について説明する。ここで、D_yは絞りの主走査方向の直径(mm)、FFP_yは光源の発光点から出射される光のファーフィールドパターンの半値全角（度）、f_colは光学素子２の焦点距離(mm)である。この式は、光源１の中心点２１から出射された光束に対する条件式である。

絞り４を通過する光束の強度分布が、光束の進行方向に対して垂直な方向において一様である場合を理想的な系として考えた場合、その時は絞り４における光束の端部強度は中心強度に対して１００％である。

これに対して、半導体レーザーを使用する限り、射出する光束はファーフィールドパターン（ＦＦＰ）と呼ばれる強度分布を有する。一般的に、従来の端面発光型の半導体レーザーでは、ＦＦＰの半値全角（強度が５０％になる放射角度の全幅）は１０度より大きい。それに対して、本実施例で使用しているような面発光型の半導体レーザーの場合、構造上の性質からＦＦＰの半値全角は１０度以下であることが多く、端面発光型の半導体レーザーに比べて、面発光型の半導体レーザーの方がＦＦＰの半値全角は狭くなりやすい。

そのため、光学素子２のＦナンバーが小さくなるにつれて、絞り上での端部強度も小さくなっていく。絞り上での端部強度が小さくなっていくと、図４に示したように、スポット径が徐々に肥大化していく。

通常、絞りの大きさが決まると、光学系のＦナンバーは決まるため、スポット径は一義的に決まる。ところが、絞りにおける端部強度が変わると、有効なＦナンバーが変わるため、絞りを通過する光束の端部強度の違いによってスポット径に影響を与える。

図４より、スポット径の肥大を５％まで許容する場合、絞り端部におけるＦＦＰの強度を５０％以上確保する必要がある。

本実施例において、絞り４における光束の端部強度を５０％以上確保するためには、次式を満たす必要がある。

ここで、ＦＦＰ_ｙは光源１から出射される主走査方向の半値全角（°）、Ｆ_ｎｏは光学素子２のＦナンバー、Ｄ_ｙは絞り４の主走査方向における直径（ｍｍ）である。

本実施例において、ＦＦＰ_ｙは１０°、Ｄ_ｙは４ｍｍ、ｆ_ｃｏｌは２５ｍｍであるので、式（２）の左辺は０．０８７、式（２）の右辺は０．０８０となり、式（２）を満たす。本実施例において、軸上のスポット径は、強度分布が一様な理想的な場合のスポット径は、４６．９μｍである。それに対し、ＦＦＰを考慮した場合は、４９．１μｍとなる。この時、肥大量は４．６９％である。以上のように、式（２）を満たすように走査光学装置を構成することで、光源１の中心点２１より出射した光束のスポット径の理想的な系からの、光学素子２の光軸から主走査方向に最も遠い位置にある光源１の発光点からの光束のスポット径の肥大量は５％以内に抑えられる。

最後に、式（３）、

について説明する。ここで、φ_yは光源１の発光点における主走査方向のマージナル光線と最も強度が高い光線との成す角度（度）であり、

と定義される。式（３）は、光源１の主走査方向に最も遠い位置にある発光点である端部発光点２２から出射された光束に対する条件式である。光源１の端部発光点２２から出射した光線２５０は絞り４において、式（１１）で示したΔyだけ絞り４の中心からずれる。そのため、図５のように、中心点２１から出射した光束の絞り４を通過する強度分布が絞り中心に対して対称であるのに対して、端部発光点２２から出射した光束の絞り４を通過する強度分布は絞り中心に対して非対称になる。図５に示した最低強度Ｉ_ｍｉｎは、次式（１３）で求めることができる。

ここで、φ_yは前記光源１の発光点２２における主走査方向のマージナル光線と最も強度が高い光線との成す大きい側の角度（度）であり、式（４）で表される。最低強度Ｉ_ｍｉｎが小さくなると、絞り端部での強度が小さくなり有効なFnoが大きくなるので光学的に暗くなるため、図３のようにスポット径の肥大（図３（ａ））が生じ、深度幅の減少（図３（ｂ））を招く。

ピント変動によりスポット径も変動するため、許容深度に収めるためには例えば、60μｍ以下の小スポットタイプの走査系では発光点間隔による深度の減少を10％程度以下に抑える必要がある。深度の減少を１０％以内に抑えるためには、図３（ｂ）より、最低強度Ｉ_ｍｉｎを２７％以上確保する必要がある。更に、深度減少量を５％以内に抑えるために、図３（ｂ）より最低強度Ｉ_ｍｉｎを３８％以上確保することがより好ましい。

そのため、式（１３）より、次式（１４）を満たすように、光学系の構成を決める必要がある。

本実施例において、ＦＦＰ_ｙは１０°、Ｄ_ｙは４ｍｍ、ｆ_ｃｏｌは２５ｍｍ、Ｌ_ｘは８０ｍｍ、ｙ_ＬＤは０．７７５ｍｍであるので、最低強度Ｉ_ｍｉｎは２８．８％となり、式（３）を満たす。
この時、ゼロ像高における、中心点２１より出射された光束のスポット径は４９．１μｍであり、端部発光点２２より出射された光束のスポット径は４９．６μｍである。従って、スポット径の肥大量は、１．０１％である。

また、ゼロ像高における、中心点２１より出射された光束の深度幅は、６０μｍスライスで６．６２ｍｍであり、端部発光点２２より出射された光束の深度幅は、５．９８ｍｍである。従って、深度幅の減少量は、９．６７％である。

以上のように、式（３）を満たすように走査光学装置を構成することで、光源１の端部発光点２２より出射された光束の深度は、中心点２１より出射された光束の深度に対して、１０％以内の減少に抑えることが出来る。

さらに好ましくは、部品や組立て時の公差も考慮した場合には、式（１４）は式（１５）のようにすればよい。

図６（ａ）に示したように、設計上の分布において最低強度Ｉ_ｍｉｎを４１．９％とすることによって、製造時の公差によって図６（ｂ）のように最低強度Ｉ_ｍｉｎを２９．９％にすることができ、式（１５）を公差も含めて達成することができる。従って、部品や組立てのばらつきが発生した場合においても深度幅の確保ができてより好ましい。

本発明において、光源１より出射した光束で、中心点２１からより離れた位置の発光点から出射した光束ほど絞り４を通過した後の強度分布が非対称になるために、絞り４通過後の光量が発光点ごとに異なる。発光点毎に被走査面１０における光量をそろえるためには、発光点毎に光量調整を行う必要がある。その場合、光源１もしくは走査光学装置の一部に備えられた光量を測定する手段を用いて、発光点ごとの光量を測定し、光源１の発光量もしくは発光時間をそれぞれ異なる調整量で任意に調整するとよい。

また、光源１の製造時及び組み付け時に強度中心線２４０が光学素子２の光軸に対して傾く可能性がある。その際は、光学素子２の光軸に平行になるように、光源１を調整する。

上記の特徴的な構成を備えることによって、深度幅を確保しつつ、低コスト化、高精細化、高速化を同時に実現する走査光学装置を実現することができる。

以下、図７、８を参照して、本発明の第２の実施例による、発明の詳細について説明する。

図７は本発明の第２の実施例に係る走査光学装置を表す概略図である。図８は絞り４における強度分布を表した図である。
本実施例の第１の実施例との差異は、スポット径が異なることである。

表３に本実施例における入射光学系の諸特性を示す。走査光学系の諸特性及び非球面式は、実施例１と同様である。
ただし、表４において、「Ｅ−ｘ」は、「１０^−ｘ」を意味している。

表３に示した入射光学系の諸特性より、本実施例における、光学素子２の焦点距離４１ｍｍと光源１から絞り４までの距離１３６．５ｍｍを用いて計算すると、式（１）の左辺の値は１．０３となり、０．２よりも大きく、式（１）の条件を満たす。

続いて、本実施例において、ＦＦＰ_ｙは７．５°、Ｄ_ｙは５ｍｍ、ｆ_ｃｏｌは４１ｍｍであるので、式（２）の左辺の値は０．０６６、式（２）の右辺の値は０．０６１となり、式（２）の条件を満たす。

本実施例において、軸上のスポット径は、強度分布が一様な理想的な場合のスポット径は、３７．４３μｍである。それに対し、ＦＦＰを考慮した場合は、３９．２６μｍとなる。この時、肥大量は４．８９％である。以上のように、式（２）の条件を満たすように構成することで、光源１の中心点２１より出射された光束のスポット径の理想的な系からの肥大量は５％以内に抑えられる。

最後に、光源１の端部発光点２２から出射した光線２５０は絞り４において、式（１１）で示したΔｙだけ絞り４の中心からずれる。そのため、図８のように、中心点２１から出射した光束の絞り４を通過する強度分布が絞り中心に対して対称であるのに対して、端部発光点２２から出射した光束の絞り４を通過する強度分布は非対称になる。本実施例において、ＦＦＰ_ｙは７．５°、Ｄ_ｙは５ｍｍ、ｆ_ｃｏｌは４１ｍｍ、Ｌ_ｘは１３６．５ｍｍ、ｙ_ＬＤは０．７７５ｍｍであるので、最低強度Ｉ_ｍｉｎは３０．０％となり、式（３）の条件を満たす。

この時、ゼロ像高における、中心点２１より出射された光束のスポット径は３９．２６μｍであり、端部発光点２２より出射された光束のスポット径は３９．８５μｍである。従って、スポット径の肥大量は、１．５０％である。

また、ゼロ像高における、中心点２１より出射された光束の深度幅は、５０μｍスライスで４．１８ｍｍであり、端部発光点２２より出射された光束の深度幅は、３．８７ｍｍである。従って、深度幅の減少量は、７．４２％である。以上のように、式（３）の条件を満たすように構成することで、光源１の端部発光点２２より出射された光束の深度は、中心点２１より出射された光束の深度に対して、１０％以内の減少に抑制することができる。

本発明において、光源１より出射された光で、中心点２１より離れた位置の発光点から出射した光束ほど絞り４を通過した後の強度分布が非対称になるために、絞り４を通過した後の光量が発光点ごとに異なる。発光点毎に被走査面１０における光量をそろえるために、発光点毎に光量調整を行う必要がある。その場合、光源１もしくは走査光学装置の一部に備えられた光量を測定する手段を用いて、発光点ごとの光量を測定し、光源１の発光量もしくは発光時間を任意に調整してもよい。

以上のように、本実施例のように構成することで、深度幅を確保しつつ、低コスト化、高精細化、高速化を同時に実現する走査光学装置の提供することができる。

上記実施例において、光源１はＶＣＳＥＬに限定されず、条件式（１）を満たす構成であれば、本発明の効果をより顕著に得ることができる。

また、光源１の配列は１次元に限定されず、２次元的な配列であっても、請求項１に記載の条件式（１）を満たす構成であれば、本発明の効果を得られる。

以下、図９、１０を参照して、本発明の第３の実施例による発明の詳細について説明する。
図９は本発明の第３の実施例に係る走査光学装置を表す概略図である。図１０は主走査絞り１０６における強度分布を表した図である。
本実施例の第１実施例との差異は、主走査絞り１０５と偏向器１１０の間に光束変換手段１０７を有することである。

図９は、本発明の第３の実施例に係る走査光学装置１００の概略図である。
走査光学装置１００は、光源１０１、開口絞り１０２、コリメータレンズ１０３及びシリンドリカルレンズ１０５を備えている。また走査光学装置１００は、開口絞り１０６、光束変換手段１０７、アナモフィックレンズ１０８及び光量検出手段１０９を備えている。

さらに走査光学装置１００は、偏向器１１０、第一のｆθレンズ１１１、第二のｆθレンズ１１２、防塵手段１１４を備えている。
なお、被走査面１１５は、感光体の表面であってもよい。

なお、以下の説明において、主走査方向とは偏向器１１０の回転軸及び第一のｆθレンズ１１１及び第二のｆθレンズ１１２の光軸に垂直な方向である。副走査方向とは、偏向器１１０の回転軸と平行な方向である。また、主走査断面とは第一のｆθレンズ１１１及び第二のｆθレンズ１１２の光軸と主走査方向とを含む平面である。副走査断面とは第一のｆθレンズ１１１及び第二のｆθレンズ１１２の光軸を含み主走査断面に垂直な面である。副走査方向の露光分布の作成は、主走査露光毎に、感光体を副走査方向に移動（回転）させることによって達成している。

光源１０１は、複数の発光点を有しており、例えば端面発光型のレーザーやＶＣＳＥＬ等の面発光型の半導体レーザーなどが用いられる。
開口絞り１０２は、光源１０１より出射した光束の副走査方向の光束径を制限する。

コリメータレンズ１０３は、正のパワーを有する光学素子であって、光源１０１より出射された光束を略平行な光束に変換する光学素子である。ここで略平行とは、若干の発散光束もしくは若干の収束光束の場合を含むことを意図し、マージナル光線の角度差が５度以下のことである。

光源１０１、開口絞り１０２及びコリメータレンズ１０３によってレーザーユニット１０４が構成される。シリンドリカルレンズ１０５は、副走査断面内のみに有限のパワー（屈折力）を有している。開口絞り１０６は、コリメータレンズ１０３から出射された光束の主走査方向の光束径を制限する。

シリンドリカルレンズ１０５からの光束は、光線分離素子（光線分離手段）１０７に入射する。光線分離素子１０７は、入射する光束幅に対して出射する光束幅を変換する手段であり、クサビプリズムやビームコンプレッサーなどが用いられる。なお本実施例では、光線分離素子１０７として、クサビプリズムを用いている。また、後述する光量検知のために、クサビプリズムの表面反射を利用して、入射した光の一部を反射させ、透過光と反射光とに分離する光線分離も行っている。アナモフィックレンズ１０８は、クサビプリズム１０７で反射された光束を集光し、集光された光束は、光量検出手段１０９で光量を検出する。光量検出手段１０９としてフォトダイオードやＣＭＯＳセンサなどが用いられ、検出された反射光の光量は、光源１の出射光量を制御するためにフィードバックされる。

偏向器１１０は、モーター等の駆動手段（不図示）により一定方向(例えば、図中Ａの方向)に一定速度で回転し、ポリゴンミラーなどで構成される。

第一のｆθレンズ１１１及び第二のｆθレンズ１１２は、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有する結像レンズ（アナモフィックレンズ）などの走査光学素子である。第一のｆθレンズ１１１及び第二のｆθレンズ１１２により、ｆθ特性を決定する走査光学手段１１３が構成される。防塵手段１１４は、不図示のハウジング内部へのゴミ等の侵入を防ぐために設けられており、ガラス板などが用いられる。被走査面１１５は、感光体ドラムなどの表面であり、図中Ｂの方向に走査される。

発光制御手段１１６は、光量検知手段１０９から得られた光量の情報から得られた発光タイミングの情報を元に、光源１０１の発光光量を決定し、光源手段１０１の発光を制御する。

次に、走査光学装置１００の動作について説明する。
まず、光源１０１の複数の発光点から出射した複数の光束はそれぞれ、副走査方向の光束を制限する開口絞り１０２を通過し、コリメータレンズ１０３によって略平行な光束に変換される。そして、シリンドリカルレンズ１０５によって副走査断面内において偏向器１１０の偏向面近傍で収束する光束に変換される。その後、主走査方向の光束を制限する開口絞り１０６を通過し、クサビプリズム１０７により、光束の一部が反射され、残りは透過する。なお、本第３実施例では、光束は２９．２８度の入射角度で、クサビプリズム１０７に入射している。

クサビプリズム１０７によって反射された光束は、アナモフィックレンズ１０８に入射し、光量検出手段１０９に入射する。一方、クサビプリズム１０７を透過した光束は、Ａ方向に回転している偏向器１１０に入射する。

また、クサビプリズム１０７に入射した光束は、クサビの効果によって光束幅が変換されて、出射される。本実施例においては、入射光束幅は４．２３ｍｍであり、出射光束幅は４．０３ｍｍである。偏向器１１０に入射した光束は、偏向器１１０により偏向走査された後、第一のｆθレンズ１１１、第二のｆθレンズ１１２により被走査面上で結像され、防塵ガラス１１４を通過し、被走査面１１５を等速度で走査する。なお、偏向器１１０はＡ方向に回転しているので、偏向走査された光束は、被走査面１１５をＢ方向に走査する。

次に本実施例における入射光学系の諸特性、走査光学系の諸特性をそれぞれ以下の表４乃至表５に示す。

なお、表４及び５において、各レンズ面と光軸との交点を原点としたときの、光軸方向、主走査断面内において光軸と直交する軸、及び副走査断面内において光軸と直交する軸をそれぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸としている。また、表４乃至表５において、「Ｅ−ｘ」は、「×１０^−ｘ」を意味している。

この時、本実施例における、光学素子２の焦点距離６０．２３ｍｍと光源１０１から主走査絞り１０６までの距離１４２．４ｍｍを用いて計算すると、式（１）の左辺の値は０．２８となり、０．２よりも大きくなり、式（１）の条件を満たす。

続いて、本実施例において、ＦＦＰ_ｙは７．９３°、Ｄ_ｙは主走査絞り１０６が傾いて配置されているため光束幅として考える必要がありその幅は４．２３ｍｍ、ｆ_ｃｏｌは６０．２３ｍｍであるので、式（２）の左辺の値は０．０６９、式（２）の右辺の値は０．０３５となり、式（２）の条件を満たす。

本実施例において、軸上のスポット径は、強度分布が一様な理想的な場合のスポット径は、４７．２４μｍである。それに対し、ＦＦＰを考慮した場合は、４７．２９μｍとなる。この時、肥大量は０．１１％である。以上のように、式（２）の条件を満たすように構成することで、光源１０１の中心点より出射された光束のスポット径の理想的な系からの肥大量は５％以内に抑えられる。

また、本実施例において、ＦＦＰ_ｙは７．９３°、Ｄ_ｙは４．２３ｍｍ、ｆ_ｃｏｌは６０．２３ｍｍ、Ｌ_ｘは１４２．４、ｙ_ＬＤは０．７７５ｍｍであるので、最低強度Ｉ_ｍｉｎは７４．４％となり、式（３）の条件を満たす。

この時、ゼロ像高における、中心点２１より出射された光束のスポット径は４７．２９μｍであり、端部発光点２２より出射された光束のスポット径は４７．７５μｍである。従って、スポット径の肥大量は、０．９７％である。また、ゼロ像高における、中心点２１より出射された光束の深度幅は、６０μｍスライスで６．７４ｍｍであり、端部発光点２２より出射された光束の深度幅は、６．５６ｍｍである。従って、深度幅の減少量は、２．６５％である。

本実施例のように、光束変換手段１０７によって出射側の光束幅に対して入射側の光束幅が広くなる場合においては、主走査絞り１０６における端部強度が小さくなるため、本発明のような構成をとることでより効果が発揮される。

以上のように、請求項１に記載の式（３）を満たすように構成することで、光源１０１の端部発光点より出射された光束の深度は、中心点より出射された光束の深度に対して、１０％以内の減少に抑制することが出来る。

本発明において、光源１０１より出射された光で、中心点より外側に広がるにつれて主走査絞り１０６を通過した後の強度分布が非対称になるために主走査絞り１０６を通過した後の光量が発光点ごとに異なる。

そのため、発光点毎に被走査面１１５における光量をそろえるために、発光点毎に光量調整を行う必要がある。
光量は光量検知手段１０９から得られた光量の情報から得られた発光タイミングの情報を元に、光源１０１の発光光量を発光制御手段１１６によって決定し、光源手段１０１の発光を制御する。

以上のように、本実施例のように構成することで、深度幅を確保しつつ、低コスト化、高精細化、高速化を同時に実現する走査光学装置の提供することができる。

上記実施例において、光源１はＶＣＳＥＬに限定されず、条件式（１）を満たす構成であれば、本発明の効果を得られる。
また、光源１の配列は１次元に限定されず、２次元的な配列であっても、請求項１に記載の条件式（１）を満たす構成であれば、本発明の効果を得られる。

［画像形成装置］
図１１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１１において、符号１２０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１２０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１２１７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１２１１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から３に示した構成を有する光走査ユニット（走査光学装置）１２００に入力される。そして、この光走査ユニット１２００からは、画像データDｉに応じて変調された光ビーム１２０３が出射され、この光ビーム１２０３によって感光ドラム１２０１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１２０１は、モーター１２１５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１２０１の感光面が光ビーム１２０３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１２０１の上方には、感光ドラム１２０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１２０２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１２０２によって帯電された感光ドラム１２０１の表面に、前記光走査ユニット１２００によって走査される光ビーム１２０３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１２０３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１２０３を照射することによって感光ドラム１２０１の表面（感光体上）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１２０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１２０１の回転方向の下流側で感光ドラム１２０１に当接するように配設された現像器１２０７によってトナー像として現像される。

現像器１２０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１２０１の下方で、感光ドラム１２０１に対向するように配設された転写ローラ（転写器）１２０８によって被転写材たる用紙１２１２上に転写される。用紙１２１２は感光ドラム１２０１の前方（図１１において右側）の用紙カセット１２０９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１２０９端部には、給紙ローラ１２１０が配設されており、用紙カセット１２０９内の用紙１２１２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１２１２はさらに感光ドラム１２０１後方（図１１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１２１３とこの定着ローラ１２１３に圧接するように配設された加圧ローラ１２１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１２１２を定着ローラ１２１３と加圧ローラ１２１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１２１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１２１３の後方には排紙ローラ１２１６が配設されており、定着された用紙１２１２を画像形成装置の外に排出せしめる。

プリンタコントローラ１２１１は、先に説明データの変換だけでなく、モーター１２１５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ポリゴンモーターなどの制御を行う。

［カラー画像形成装置］
図１２は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、走査光学装置を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１２において、９０はカラー画像形成装置、１１、１２、１３、１４は各々実施例１から３に示したいずれかの構成を有する走査光学装置、１２１、１２２、１２３、１２４は各々像担持体としての感光ドラム、１３１、１３２、１３３、１３４は各々現像器、９１は搬送ベルトである。

図１２において、カラー画像形成装置９０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器９２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９３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、それぞれ走査光学装置１１、１２、１３、１４に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、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走査光学装置（１１、１２、１３、１４）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、各々平行して感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４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。

本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査光学装置１１、１２、１３、１４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１２１、１２２、１２３、１２４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９２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９０とで、カラーデジタル複写機が構成される。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。また、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から３の構成はより効果を発揮する。

１ 光源
２ 光学素子
４ 開口絞り
５ 偏向器

Claims (7)

1. 複数の発光点を有する光源と、
   光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、
   前記光源から出射した光束を前記偏向器に導く光学素子と、
   前記光学素子から出射して前記偏向器に導かれる光束の一部を制限する絞りとを有し、
   前記光源から前記絞りまでの距離をＬ_ｘ（ｍｍ）、前記光学素子の焦点距離をｆ_ｃｏｌ（ｍｍ）、前記複数の発光点のうち前記光学素子の光軸から主走査方向に最も離れた端部発光点と前記光軸との主走査方向における距離をｙ_ＬＤ（ｍｍ）とするとき、
   

   

   なる条件を満たし、
   前記絞りに設けられた開口の主走査方向における幅をＤ_ｙ（ｍｍ）、前記端部発光点から出射する光束のファーフィールドパターンの半値全角をＦＦＰ_ｙ（度）とするとき、
   

   

   なる条件を満たし、
   主走査断面内において前記端部発光点から出射する光束のマージナル光線と最も強度が高い光線との成す角度φ_ｙ（度）を
   

   

   なる式で定義するとき、
   

   

   なる条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
2. 前記複数の光束の夫々の光量を互いに異なる調整量で調整する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記絞りと前記偏向器との間に配置され、光束を透過光と反射光とに分離する分離手段を有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. 前記反射光の光量を検出する検出手段を有し、前記偏向器は前記透過光を偏向することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. ＦＦＰ_ｙ≦１０°
   なる条件を満たす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. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって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。
7. 請求項１乃至５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。

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