JP6667274B2 - 光走査装置、画像形成装置、及び結像光学素子 - Google Patents

Description

本発明は結像光学素子に関し、例えば、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置が備える光走査装置に好適なものである。

従来、画像形成装置が備える光走査装置として、光源から出射した光束を偏向器により偏向し、偏向された光束を結像光学素子によって被走査面に導光することにより、被走査面を主走査方向に光走査するものが知られている。特許文献１には、装置全体の小型化を図るために、結像光学素子を偏向器に近づけて配置し、走査画角を広画角に設定した光走査装置が記載されている。

特開２００２−１８９１８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光走査装置においては、光源ユニットが主走査方向に突出して配置されており、主走査方向における小型化については考慮されていなかった。なお、特許文献１に記載の光走査装置を小型化するためには、光源ユニット及びシリンドリカルレンズを偏向手段に近づければよい。しかし、シリンドリカルレンズを偏向手段に近づけた場合、副走査断面内におけるＦナンバーを大きくすることが必要になり、被走査面上での光量を十分に確保できなくなってしまう。

本発明の目的は、被走査面上での光量を十分に確保しつつ、主走査方向における小型化を実現可能な光走査装置、画像形成装置、及び結像光学素子を提供することである。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、光束を偏向して被走査面における走査領域を主走査方向に光走査する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系とを有し、前記結像光学系は、主走査方向において、前記走査領域の一方の端部に入射する光束が通過する一方の有効端部から光軸までの距離が、前記走査領域の他方の端部に入射する光束が通過する他方の有効端部から光軸までの距離よりも長い結像光学素子を含み、前記結像光学素子について、前記一方の有効端部における光軸方向の厚さは、前記他方の有効端部における光軸方向の厚さよりも薄く、前記結像光学素子は、主走査方向における両方の外端部に、前記結像光学素子の光軸方向における位置決めを行うための基準部を有し、光軸方向において、前記一方の有効端部の側の前記基準部の基準面は、前記他方の有効端部の側の前記基準部の基準面よりも前記偏向器の側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、被走査面上での光量を十分に確保しつつ、主走査方向における小型化を実現可能な光走査装置、画像形成装置、及び結像光学素子を提供することができる。

本発明の実施例１に係る光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例１に係る光走査装置の副走査断面図 本発明の実施例１に係る第２の結像光学素子の要部概略図 本発明の実施例２及び比較例に係る光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例２に係る第１の結像光学素子の要部概略図 本発明の実施例２に係る第２の結像光学素子の要部概略図 本発明の実施例３に係る光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例４に係る光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例４に係る光走査装置の副走査断面図 本発明の実施例４に係る入射光学系の要部概略図 本発明の比較例に係る光走査装置の主走査断面図 本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部概略図

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸（又は揺動軸）と光軸方向とに垂直な方向（偏向器により被走査面が走査される方向）であり、副走査方向とは、偏向器の回転軸（又は揺動軸）に平行な方向である。また、主走査断面とは、副走査方向に垂直な断面（主走査方向と光軸とを含む断面）であり、副走査断面とは、主走査方向に垂直な断面（副走査方向と光軸とを含む断面）である。なお、結像光学系の光軸は、偏向器により偏向されて被走査面に対して垂直入射する主光線に一致する。

［実施例１］
図１及び図２は、本発明の実施例１に係る光走査装置１００の要部概略図であり、図１は主走査断面図（ＸＹ断面図）、図２は副走査断面図（ＺＸ断面図）、を夫々示している。

本実施例に係る光走査装置１００は、光源１ａ〜１ｄと、副走査絞り２と、コリメータレンズ３ａ〜３ｄと、シリンドリカルレンズ４ａ〜４ｄと、主走査絞り５と、を備えている。更に、光走査装置１００は、偏向器６と、ＢＤレンズ７と、ＢＤセンサー８と、結像光学素子１１ａ〜１１ｆと、防塵ガラス１２ａ〜１２ｄと、ミラー１３ａ〜１３ｆと、を備えている。本実施例では、光源１ａ〜１ｄ、副走査絞り２、コリメータレンズ３ａ〜３ｄ、シリンドリカルレンズ４ａ〜４ｄ、及び主走査絞り５によって入射光学系が構成され、結像光学素子１１ａ〜１１ｆ及びミラー１３ａ〜１３ｆによって結像光学系が構成されている。

光源１ａ〜１ｄはそれぞれ、４つの発光点ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４を有する半導体レーザーから構成されている。すなわち、光走査装置１００は、合計で１６個の発光点を有している。副走査絞り２は、矩形形状の開口部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備え、光源１ａ〜１ｄから出射した各光束のＺ方向における光束幅を規制している。コリメータレンズ３ａ〜３ｄは、光源１ａ〜１ｄから出射した光束を、主走査断面内及び副走査断面内の双方に関して略平行光束になるように変換している。シリンドリカルレンズ４ａ〜４ｄは、副走査断面内においてのみ屈折力を有するプラスティックモールドレンズである。

また、主走査絞り５は、光源１ａ及び１ｂから出射した光束の主走査方向における光束幅を規制する矩形形状の開口部５ａと、光源１ｃ及び１ｄから出射した光束の主走査方向における光束幅を規制する矩形形状の開口部５ｂとを備えている。開口部５ａ及び５ｂの夫々は、副走査方向における一端部（上部）が開放された形状を有している。本実施例に係る偏向器６は、ポリゴンミラー（回転多面鏡）であり、モータ等の駆動手段（不図示）により図１中の矢印Ａの方向に一定速度で回転している。

結像光学素子１１ａ〜１１ｆは、ｆθ特性を有するｆθレンズ（走査レンズ）であり、被走査面１５ａ〜１５ｄの走査領域（画像形成領域）に光束を集光して、スポット像を形成する。結像光学素子１１ａ〜１１ｆは、副走査断面内において偏向器６の偏向面上又はその近接位置と、被走査面１５ａ〜１５ｄ又はその近傍位置と、を略共役関係にすることにより、偏向器６の面倒れ補正を行っている。防塵ガラス１２ａ〜１２ｄは、光走査装置１００内にトナー等の異物が混入することを抑制するための、パワーを持たない平板ガラスである。

ここで、例として、光源１ｄから被走査面１５ｄに至る光路について説明する。光源１ｄから出射した光束は、副走査絞り２の開口部２ｄ及び主走査絞り５の開口部５ｂによって規制される。また、光源１ｄから出射した光束は、コリメータレンズ３ｄ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４ｄにより副走査断面内においてのみ集光される。これにより、偏向器６の偏向面に主走査方向に長い線像が形成される。

そして、偏向器６の偏向面で偏向された光束は、結像光学素子１１ｄ及び１１ｅにより被走査面１５ｄ上に集光され、スポットが形成される。このとき、偏向器６を矢印Ａの方向に回転させることによって、被走査面１５ｄ上を主走査方向に等速度で光走査し、被走査面１５ｄ上に画像記録を行うことができる。なお、他の光路についても同様である。

光走査装置１００においては、被走査面１５ｄ上を光走査する前に、被走査面１５ｄ上の走査開始位置に各光束が入射するタイミング（書き出しタイミング）を決定する必要がある。そのため、偏向器６で偏向された光束をＢＤレンズ７によりＢＤセンサー８に導光し、ＢＤセンサー８からの出力信号を検知して得られた同期信号（ＢＤ信号）を用いて、各光源における発光点ＬＤ１〜ＬＤ４の発光タイミングを決定している。

本実施例では、発光点ＬＤ１及びＬＤ４から出射した光束の、偏向面上における主走査方向での間隔が小さくなるように、主走査絞り５の開口部５ａ及び５ｂの光軸方向における位置を設定している。これにより、結像光学素子１１ａ〜１１ｆの主走査断面内でのピント位置がずれた場合に発生する、被走査面１５ａ〜１５ｄでのドット位置ずれを低減することができる。

本実施例に係る発光点ＬＤ１〜ＬＤ４は、約３０μｍの間隔で一次元配列されており、主走査方向及び副走査方向の両方において等間隔に離間している。なお、発光点ＬＤ１〜ＬＤ４は、画像形成装置に要求される副走査方向の解像度に応じた傾きで配列されており、副走査方向における間隔を調整するために光軸回りに回転可能な構成となっている。

なお、発光点ＬＤ４から出射する光束と発光点ＬＤ１から出射する光束とでは、被走査面１５ａ〜１５ｄに対する入射角が異なる。従って、被走査面１５ａ〜１５ｄ上では、発光点ＬＤ１からの光束が主走査方向において最も先行する走査下流側（走査前方側）の光束となり、発光点ＬＤ４からの光束が主走査方向において最も後行の走査上流側（走査後方側）の光束となる。また、光走査装置１００によれば、発光点ＬＤ１〜ＬＤ４の少なくとも一つからの光束を検知することにより、各発光点の発光タイミングを決定することができる構成となっている。本実施例では、最も走査後方側の光束である発光点ＬＤ４からの光束のみを検知する構成を採っている。

また、本実施例では、光軸に対して入射光学系が配置されている側（入射側）にＢＤレンズ７及びＢＤセンサーを配置し、光源１ａ〜１ｄの基板とＢＤセンサー８の基板とを一体化することにより、部材の削減及び装置の小型化を実現している。さらに、各結像光学素子を通過しない光束を用いてＢＤ検知を行う構成を採ることにより、結像光学素子のサイズを小さくすることができる。

本実施例に係るコリメータレンズ３ａ〜３ｄは、入射面が平面形状、出射面が球面形状で構成されている。これにより、コリメータレンズ３ａ〜３ｄは、光束を略平行光に変換するとともに、各発光点から出射した光束間の被走査面における焦点位置のずれを低減させ、スポット径の差の発生を抑制することができる。また、本実施例のシリンドリカルレンズ４ａ〜４ｄは、一体のプラスティックモールドで形成されている。なお、図１では、便宜的に各シリンドリカルレンズを分離して描画している。シリンドリカルレンズ４ａ〜４ｄの各入射面は、回折面となっており、これにより環境温度変動によるスポット径変動を抑制することができる。各回折面の位相関数は、以下の式で表される。

ただし、ｍは回折次数、Ｅ_１〜Ｅ_１０及びＦ_０〜Ｆ_１０は位相係数であり、Ｆ_０〜Ｆ_１０に関する項が、副走査断面内におけるパワーを表す項となっている。本実施例では、回折次数ｍを１として、１次の回折光を用いて昇温時の屈折率変動と波長変動とをキャンセルさせている。

本実施形態に係る結像光学系は、主に主走査断面内において屈折力を有する第１の結像光学素子と、主に副走査断面内において屈折力を有する第２の結像光学素子とを含んでいる。第１の結像光学素子１１ａは、偏向器６における第１の偏向面により偏向され、２つの異なる被走査面１５ａ及び１５ｂの夫々に到達する２つの光束が共通して通過するように配置されている。同様に、第１の結像光学素子１１ｄは、偏向器６における第２の偏向面により偏向され、２つの異なる被走査面１５ｃ及び１５ｄの夫々に到達する２つの光束が共通して通過するように配置されている。

また、第２の結像光学素子１１ｂ，１１ｃの夫々は、第１の結像光学素子１１ａと防塵ガラス１２ａ，１２ｂの夫々との間の光路中に配置されている。同様に、第２の結像光学素子１１ｅ，１１ｆの夫々は、第１の結像光学素子１１ｄと防塵ガラス１２ｃ，１２ｄの夫々との間の光路中に配置されている。第２の結像光学素子の夫々は、副走査方向において、光軸が外形中心に対して５ｍｍシフトした位置になるように偏心した形状であり、この構成により、夫々の副走査方向における高さを低くすることができる。

結像光学素子１１ａ〜１１ｆの夫々の光学面（レンズ面）の主走査断面内での形状は、以下の式で示される関数により表される。

なお、ここでは、各光学面と光軸との交点を原点とし、光軸をＸ軸、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軸としている。また、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０は非球面係数であり、各係数の添え字ｓは走査開始側、ｅは走査終了側を表している。本実施例では、走査開始側と走査終了側とで非球面係数が一致しているため、結像光学素子１１ａ〜１１ｆの主走査断面内での設計形状は、光軸に対して対称となっている。

一方、結像光学素子１１ａ〜１１ｆの副走査断面内での形状は、以下の式で表される。

ここで、ｒ’は副走査断面内での曲率半径、ｒは副走査断面内での軸上における曲率半径、Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０は非球面係数であり、各係数の添え字ｓは走査開始側、ｅは走査終了側を表している。副走査断面内においては、結像光学素子１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｆの入射面及び出射面の曲率を、走査開始側から走査終了側にかけて連続的に変化させている。このとき、Ｚの一次項をＹの関数として連続的に変化させることにより、各面を軸上から軸外にかけて連続的にチルトさせることができ、スポットの劣化の低減と走査線湾曲の低減を両立させることが可能になる。

なお、本実施例に係る結像光学素子１１ａ〜１１ｆは、パワーを有するプラスティックレンズで構成されている。これにより、軽量化を達成するとともに、非球面を用いることで設計上の自由度を向上させることが可能になる。なお、結像光学素子１１ａ〜１１ｆは、ガラス製であってもよく、さらに回折パワーを有する光学素子であってもよい。また、本実施例では、各光路において２枚の結像光学素子を備えているが、これに限らず、１枚もしくは３枚以上の結像光学素子を備える構成を採用してもよい。

表１に、本実施例に係る光走査装置１００に関する各数値を示す。表１において、各断面内での入射角は、入射光学系から出射した光束が偏向器６の偏向面に入射するときの入射角を示し、結像光学系の焦点距離は、光軸上での値を示している。回転中心座標は、偏向器６と像高０（軸上）の主光線との交点（軸上偏向点）を原点として示されている。また、偏向器６の走査角は、軸上光束を偏向するときの回転角を０°とした場合の、最軸外光束を偏向するときの偏向器６の回転角（絶対値）を示している。なお、表１において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、Ｎは屈折率、を夫々示している。

ここで、「Ｅ−ｘ」は「１０−ｘ」を示している。Ｒ１面は、第１の結像光学素子の偏向器側の面（入射面）、Ｒ２面は、第１の結像光学素子の被走査面側の面（出射面）を示している。また、Ｒ３面は、第２の結像光学素子の偏向器側の面（入射面）、Ｒ４面は、第２の結像光学素子の被走査面側の面（出射面）を示している。

図３は、本実施例に係る第２の結像光学素子の要部概略図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図（入射面側）である。図３に示すように、第２の結像光学素子は、上述した式で定義される光学面３０４と、主走査方向において光学面３０４の両側に設けられた外端部（ツバ部）と、を有する。ここで、「光学面」とは、主走査断面内において同一の定義式で定義される連続した曲面のことを指し、「ツバ部」とは、光学面の外側に設けられた非光学面を含む部分のことを指している。

図３（ｂ）において、二点鎖線で示した有効部３１３は、第２の結像光学素子の光学面３０４のうち、結像に寄与する（被走査面上の光走査に使用される）有効光束が通過する領域である。すなわち、ここでの「有効部」とは、被走査面上の走査領域に対応する領域であり、有効部の端部（有効端部）は、走査領域の端部（最軸外像高）に向かう最軸外光束が通過する部分である。

本実施例に係る第２の結像光学素子は、主走査方向において、光軸から一方の有効端部までの距離が光軸から他方の有効端部までの距離よりも長く、かつ、一方の有効端部における厚さ（肉厚）が他方の有効端部における厚さよりも薄い構成を採っている。すなわち、本実施例に係る第２の結像光学素子は、主走査方向において、有効部３１３の長さ（有効長さ）及び有効端部での厚さ（有効厚さ）が、光軸に対して非対称となる形状を有している。

具体的には、図３（ａ）に示すように、第２の結像光学素子の有効部３１３について、光軸３０１に対して入射側とは反対側（反入射側）の有効長さ３１１よりも、入射側の有効長さ３１０の方が長くなっている。さらに、第２の結像光学素子の有効部３１３について、光軸３０１に対して入射側の有効厚さ３０５の方が反入射側の有効厚さ３０３よりも薄くなっている。なお、本実施例において、特に断りがない場合、「厚さ」とは光軸方向における幅（長さ）のことを指すものとする。

本実施例に係る光走査装置１００においては、各第２の結像光学素子を図３に示したような形状にすることにより、走査画角及び走査幅（走査領域の幅）が入射側と反入射側とで互いに異なるように構成することができる。これにより、光軸に対して対称な形状を有するものと比較して、第２の結像光学素子の長さを短縮することが可能になる。そして、走査画角が光軸に対して対称である構成と比較して、各結像光学系を反入射側にシフトさせて配置することができる。具体的に、本実施例に係る結像光学系は、その光軸が被走査面の垂直二等分線（主走査方向における中心の位置）に対して反入射側に３０ｍｍシフトした位置になるように配置されている。

なお、本実施例において、特に断りがない場合、「厚さ（肉厚）」とは光軸方向における幅（長さ）のことを指すものとする。また、「走査画角」とは、偏向器６の偏向面により偏向された直後の最軸外光束の主光線と結像光学系の光軸との成す角度、すなわち偏向器６の走査角の倍値である。言い換えると、偏向器６の走査角は走査画角の半値である。

本実施例に係る光走査装置１００は、このような構成を採用することで、入射光学系の構成を変更することなく、走査画角が光軸に対して対称である構成と比較して、光源、入射光学系、及び偏向器の夫々を反入射側にシフトさせて配置することができる。これにより、光走査装置１００において、被走査面上での光量を十分に確保しつつ、主走査方向における小型化を実現することが可能になる。

本実施例では、各結像光学系を構成する結像光学素子のうち、最も被走査面側に配置された第２の結像光学素子について、主走査断面内における形状が光軸に対して非対称となるように構成している。最も長い結像光学素子の形状を非対称にすることで、他の結像光学素子の形状を非対称にする場合と比較して、対称な形状を有する結像光学素子に対して全長をより短縮することができる。これにより、結像光学素子の材料費を大幅に削減することが可能になる。

なお、本実施例に係る光走査装置１００は、入射側の走査画角の半値をＡ、反入射側の走査画角の半値をＢ、入射側における有効厚さをＤ_Ａ、反入射側における有効厚さをＤ_Ｂ、γ＝Ｂ／Ａ、とするとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
０．６×Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ＜γ＜１．４×Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ ・・・（１）

条件式（１）の範囲を外れると、第２の結像光学素子を射出成型する際に、型の内部で樹脂材料の流動性が低減し、ウェルドライン等が発生してしまう可能性が生じるため、好ましくない。本実施例において、入射側の走査画角の半値はＡ＝１９．１°、反入射側の走査画角の半値はＢ＝１０．９°、入射側における有効厚さはＤ_Ａ＝２．８１ｍｍ、反入射側における有効厚さはＤ_Ｂ＝４．７６ｍｍ、であり、条件式（１）を満足している。

また、図３（ａ）に示すように、本実施例に係る第２の結像光学素子について、光軸３０１に対して入射側のツバ部の厚さ（ツバ厚）３０６よりも反入射側のツバ厚３０２の方が厚くなっている。なお、本実施例に係るツバ部は、主走査方向に見たときに長方形となっているが、これに限らず、主走査方向に見たときに台形やＨ形状であるものなど、副走査方向において厚さが不均一な形状としてもよい。この場合、ツバ部において最も厚い部分の厚さをツバ厚とする。

ここで、入射側におけるツバ厚をｄ_Ａ、反入射側におけるツバ厚をｄ_Ｂ、とするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
０．６×ｄ_Ａ／ｄ_Ｂ＜γ＜１．４×ｄ_Ａ／ｄ_Ｂ ・・・（２）

条件式（２）の範囲を外れると、第２の結像光学素子を射出成型する際に、光学面の面精度のばらつきが十分に低減できず、被走査面においてスポット径や走査幅のばらつきが生じてしまう可能性があるため、好ましくない。本実施例において、入射側におけるツバ厚はｄ_Ａ＝３．８５ｍｍ、反入射側におけるツバ厚はｄ_Ｂ＝６．１５ｍｍであり、条件式（２）を満足している。

図３（ａ）に示すように、本実施例に係る第２の結像光学素子について、射出成型する際に樹脂材料を型内に流入させる部分であるゲート部３０８を、主走査方向（長手方向）において有効厚さ及びツバ厚が厚い側の端部に設けている。これにより、射出成型の際に樹脂材料を型内にスムーズに流入することができ、ウェルドラインなどの発生を抑制することが可能になる。

なお、ゲート部３０８の厚さ（ゲート厚）３０８ａをＤｃ、光軸に対してゲート部３０８とは反対側（反ゲート側）の有効厚さをＤｄ、ゲート部３０８の側（ゲート側）の有効厚さをＤｅ、とするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
Ｄｃ＜Ｄｄ＜Ｄｅ ・・・（３）

条件式（３）の範囲を外れると、第２の結像光学素子を射出成型する際に、型の内部で樹脂材料の流動性が低減し、ウェルドラインが発生してしまう可能性が生じるため、好ましくない。本実施例において、ゲート厚はＤｃ＝２．５ｍｍ、反ゲート側の有効厚さはＤｄ＝Ｄ_Ａ＝２．８１ｍｍ、ゲート側の有効厚さはＤｅ＝Ｄ_Ｂ＝４．７６ｍｍ、であり、条件式（３）を満足している。

図３（ｂ）に示すように、第２の結像光学素子のツバ部の入射面側には、第２の結像光学素子の光軸方向における位置決めを行うための基準部（Ｘ基準部）３１２ａ，３１２ｂが設けられている。本実施例では、入射側のツバ部における基準部３１２ａの基準面を、反入射側のツバ部における基準部３１２ｂの基準面よりも偏向器６側に０．７５ｍｍだけシフトさせている。すなわち、基準部３１２ａの長さは基準部３１２ｂの長さよりも０．７５ｍｍだけ長くなっている。これにより、入射側と反入射側とでツバ厚が異なる構成においても、第２の結像光学素子を光軸方向において良好に位置決めすることができる。

また、図３（ａ）に示すように、主走査方向において、第２の結像光学素子のゲート部３０８とは反対側の端部には、第２の結像光学素子の主走査方向における位置決めを行うための基準部（Ｙ基準部）３０９が設けられている。そして、第２の結像光学素子のツバ部の上端部（副走査方向における端部）には、第２の結像光学素子の副走査方向における位置決めを行うための基準部（Ｚ基準部）３０７ａ，３０７ｂが設けられている。

なお、第２の結像光学素子のツバ厚は入射側と反入射側とで異なるため、射出成型の際に、第２の結像光学素子の光軸上の面頂点から、基準部３１２ａ，３１２ｂの夫々の基準面までの、光軸方向における距離が互いに異なってしまう可能性がある。そこで、第２の結像光学素子の上端部及び下端部に直線状のケガキ線（マーキング）を設けることが好ましい。これにより、基準部３１２ａ，３１２ｂの各基準面の位置が光軸に対して互いに非対称になった場合にも、第２の結像光学素子の光軸方向における反り量を正確に測定することが可能になる。なお、この構成に限らず、第２の結像光学素子の主走査方向における中心部と両端部の３点に十字のケガキ線を設けた構成を採用してもよい。

以上、本実施形態に係る光走査装置１００によれば、上述したような第２の結像光学素子を採用することにより、被走査面上での光量を十分に確保しつつ、主走査方向における小型化を実現することができる。これにより、光走査装置１００を備える画像形成装置においても、装置全体を小型化しつつ、高精細かつ高速な画像形成を行うことが可能になる。

［実施例２］
図４（ａ）は、本発明の実施例２に係る光走査装置２００の主走査断面図であり、図４（ｂ）は、比較例に係る光走査装置４００の主走査断面図である。実施例２に係る光走査装置２００及び比較例に係る光走査装置４００の夫々は、実施例１に係る光走査装置１００とは異なり、１つの偏向器６により１つの被走査面１５を光走査するタイプの光走査装置である。

本実施例においては、実施例１とは異なり、第２の結像光学素子２１ｂだけでなく第１の結像光学素子２１ａも、有効長さ及び有効厚さが、光軸に対して非対称となる形状を有している。対して、比較例においては、第１の結像光学素子４１ａ及び第２の結像光学素子４１ｂの何れも、有効長さ及び有効厚さが、光軸に対して対称となる形状を有している。

表２に、本実施例に係る光走査装置２００に関する各数値を示す。なお、本実施例に係る各光学面の形状は、実施例１と同様の関数で定義されている。

図５は、本実施例に係る第１の結像光学素子２１ａの要部概略図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は側面図（入射面側）である。本実施例に係る第１の結像光学素子は、実施例１に係る第２の結像光学素子と同様に、主走査方向において、有効部５１３の長さ及び有効端部の厚さが、光軸に対して非対称となる形状を有している。具体的には、図５（ａ）に示すように、第１の結像光学素子の有効部５１３について、反入射側の有効長さ５１１よりも入射側の有効長さ５１０の方が長く、かつ、反入射側の有効厚さ５０３よりも入射側の有効厚さ５０５の方が薄くなっている。

第１の結像光学素子について、入射側の走査画角の半値はＡ＝２０．１°、反入射側の走査画角の半値はＢ＝１０．６°、入射側における有効厚さはＤ_Ａ＝６．８ｍｍ、反入射側における有効厚さはＤ_Ｂ＝８．７ｍｍであり、条件式（１）を満足している。また、入射側におけるツバ厚はｄ_Ａ＝４．７ｍｍ、反入射側におけるツバ厚はｄ_Ｂ＝７．９ｍｍであり、条件式（２）を満足している。さらに、ゲート厚はＤｃ＝２．５ｍｍ、反ゲート側の有効厚さはＤｄ＝Ｄ_Ａ＝６．８ｍｍ、ゲート側の有効厚さはＤｅ＝Ｄ_Ｂ＝８．７ｍｍであり、条件式（３）を満足している。

なお、本実施例に係る第１の結像光学素子においては、ツバ部の入射面側にＸ基準部５１２ａ，５１２ｂが夫々２つずつ設けられている。そして、基準部５１２ａを、反入射側のツバ部における基準部５１２ｂよりも偏向器６側に５．７ｍｍだけシフトさせている。

また、第１の結像光学素子の上端部おける両方のツバ部及び光軸上には、Ｚ基準部５０７ａ，５０７ｂ，５０７ｃが設けられている。

図６は、本実施例に係る第２の結像光学素子２１ｂの要部概略図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は側面図（入射面側）である。本実施例に係る第２の結像光学素子は、実施例１に係る第２の結像光学素子と同様に、主走査方向において、有効部６１３の長さ及び有効端部の厚さが、光軸に対して非対称となる形状を有している。具体的には、図２（ａ）に示すように、第１の結像光学素子の有効部６１３について、反入射側の有効長さ６１１よりも入射側の有効長さ６１０の方が長く、かつ、反入射側の有効厚さ６０３よりも入射側の有効厚さ６０５の方が薄くなっている。

第２の結像光学素子について、入射側の走査画角の半値はＡ＝２０．１°、反入射側の走査画角の半値はＢ＝１０．６°、入射側における有効厚さはＤ_Ａ＝６．６ｍｍ、反入射側における有効厚さはＤ_Ｂ＝８．０ｍｍであり、条件式（１）を満足している。また、入射側におけるツバ厚はｄ_Ａ＝５．８ｍｍ、反入射側におけるツバ厚はｄ_Ｂ＝８．４ｍｍであり、条件式（２）を満足している。さらに、ゲート厚はＤｃ＝３．０ｍｍ、反ゲート側の有効厚さはＤｄ＝Ｄ_Ａ＝６．６ｍｍ、ゲート側の有効厚さはＤｅ＝Ｄ_Ｂ＝８．０ｍｍであり、条件式（３）を満足している。

なお、本実施例に係る第２の結像光学素子においては、入射側のツバ部における基準部６１２ａを、反入射側のツバ部における基準部６１２ｂよりも偏向器６側に３．０ｍｍだけシフトさせている。また、本実施例においては、図６（ｂ）に示すように、第２の結像光学素子の主走査方向における位置決めを行うための基準部（Ｙ基準部）６０９ａ，６０９ｂを、第２の結像光学素子の副走査方向における上端部及び下端部の光軸上に設けている。これにより、環境温度が上昇した場合でも、第２の結像光学素子を主走査方向において略均一に膨張させることができる。

上述したように、本実施例に係る光走査装置２００においては、図５及び図６に示した第１及び第２の結像光学素子を採用することにより、走査画角及び走査幅が入射側と反入射側とで互いに異なるように構成することができる。これにより、走査画角が光軸に対して対称である構成と比較して、結像光学系を反入射側にシフトさせて配置することができる。具体的に、本実施例に係る結像光学系は、その光軸が被走査面１５の垂直二等分線に対して反入射側に３５ｍｍシフトした位置になるように配置されている。

本実施例に係る光走査装置２００は、このような構成を採用することで、図４に示すように、比較例に係る光走査装置４００よりも、光源、入射光学系、及び偏向器６の夫々を反入射側にシフトさせて配置することができる。これにより、光走査装置２００において、被走査面上での光量を十分に確保しつつ、主走査方向における小型化を実現することが可能になる。

［実施例３］
図７は、本発明の実施例３に係る光走査装置３００の主走査断面図である。本実施例に係る光走査装置３００は、実施例１に係る光走査装置１００とは異なり、第２の結像光学素子について、ゲート厚Ｄｃ、反ゲート側の有効厚さＤｄ、ゲート側の有効厚さＤｅ、の夫々が、以下の条件式（４）を満足している。
Ｄｄ＜Ｄｃ＜Ｄｅ ・・・（４）

表３に、本実施例に係る光走査装置３００に関する各数値を示す。なお、本実施例に係る各光学面の形状は、実施例１と同様の関数で定義されている。

第２の結像光学素子について、入射側の走査画角の半値はＡ＝２０．１°、反入射側の走査画角の半値はＢ＝１０．６°、入射側における有効厚さはＤ_Ａ＝１．９７ｍｍ、反入射側における有効厚さはＤ_Ｂ＝３．８３ｍｍであり、条件式（１）を満足している。また、入射側におけるツバ厚はｄ_Ａ＝２．８５ｍｍ、反入射側におけるツバ厚はｄ_Ｂ＝５．１５ｍｍであり、条件式（２）を満足している。なお、本実施例に係る第２の結像光学素子においては、入射側のツバ部における基準部２１２ａを、反入射側のツバ部における基準部２１２ｂよりも偏向器６側に０．３ｍｍだけシフトさせている。

さらに、ゲート厚はＤｃ＝２．５ｍｍ、反ゲート側の有効厚さはＤｄ＝Ｄ_Ａ＝１．９７ｍｍ、ゲート側の有効厚さはＤｅ＝Ｄ_Ｂ＝３．８３ｍｍ、であり、条件式（４）を満足している。条件式（４）を満足することで、実施例１と比較して反ゲート側の有効厚さを薄くし、第２の結像光学素子を射出成型する際の成型時間を短縮しつつ、ウェルドライン等の発生を抑制することができる。さらに、有効部において最も厚い部分の近傍にゲート部を設けることができるため、主走査方向において対称な結像光学素子と比較して、成型時間をより短縮することが可能になる。

本実施例においても、実施例１と同様に、走査画角及び走査幅が入射側と反入射側とで互いに異なるように構成することにより、走査画角が光軸に対して対称である構成と比較して、各結像光学系を反入射側にシフトさせて配置している。具体的に、本実施例に係る結像光学系は、その光軸が被走査面の垂直二等分線に対して反入射側に３０ｍｍシフトした位置になるように配置されている。

本実施例に係る光走査装置３００は、このような構成を採用することで、入射光学系の構成を変更することなく、走査画角が光軸に対して対称である構成と比較して、光源、入射光学系、及び偏向器の夫々を反入射側にシフトさせて配置することができる。これにより、光走査装置３００において、被走査面上での光量を十分に確保しつつ、主走査方向における小型化を実現することが可能になる。

［実施例４］
図８乃至図１０は、本発明に係る光走査装置の主走査方向における小型化について詳細に説明するための概念図である。図８及び図９の夫々は、光走査装置の主走査断面図及び副走査断面図を示し、図１０は光源及びコリメータレンズを含む光源ユニット８００から偏向器６までの拡大図を示している。

図１に示したように、入射側の有効端部の側の走査画角をθａ、反入射側の有効端部の側の走査画角をθｂ、とするとき、本実施例に係る光走査装置は以下の条件式（５）を満足する。
θａ＞θｂ ・・・（５）

そして、走査領域の一方の端部から光軸までの距離をＬａ、前記走査領域の他方の端部から光軸までの距離をＬｂ、光源の発光面から偏向面までの距離をＬｃとするとき、本実施例に係る光走査装置は以下の条件式（６）を満足する。
Ｌａ＜Ｌｃ≦Ｌｂ ・・・（６）

このように、本発明に係る光走査装置によれば、図１１に示すようなθａ＝θｂかつＬａ＝Ｌｂである構成と比較して、光源をより光軸に近い位置に配置することができ、距離Ｌｃを短縮することが可能になる。

本発明による効果は、図１０に示したように、各光源からの光束を偏向器６の偏向面に斜入射させ、１つの偏向器で複数の被走査面を同時に光走査する構成において、各光源を近接配置した場合に、特に顕著になる。例えば、各光源を近接配置して同一基板上に実装することにより、各コリメータレンズを一体成形することが可能になり、装置の簡素化及び低コスト化が可能になる。

しかし、このような構成を採った場合、入射光学系の光軸方向と結像光学系の光軸方向とが略垂直になり、各部材の配置自由度が低下するため、各光源を近接配置しない場合と比較して、距離Ｌｃが大きくなってしまう。よって、上記条件（５）及び（６）を満たすように構成することにより、この課題を解決することができる。

なお、各部材の配置誤差（組立誤差）に対する光学性能の低下を抑制するためには、入射光学系の主走査断面内での縦倍率を小さくし、配置誤差に対する光学性能の敏感度を小さくすることが望ましい。このとき、コリメータレンズの焦点距離を長くすることが必要になる。この場合にも、上記条件（５）及び（６）を満たすように構成することにより、装置全体の主走査方向における大型化を抑制することが可能になる。

また、図１０に示したような入射光学系を採用した場合に、被走査面上での走査線曲りや結像性能の劣化を抑制するためには、偏向面に対する斜入射角度を小さくすることが望ましい。このとき、副走査方向において隣接する各部材同士の干渉を防ぐためには、光源から偏向器までの距離をある程度確保することが必要となる。この場合にも、上記条件（５）及び（６）を満たすように構成することにより、装置全体の主走査方向における大型化を抑制することが可能になる。

高画質化に対応するために被走査面上での結像スポット径を小さくする場合、コリメータレンズの出射面上での主走査方向における光束幅が大きくなるため、コリメータレンズの外形を大きくすることが必要になる。また、画像形成装置における現像器（トナー容器）を大きくするためには、結像光学系の光路長を長くすることが必要になり、その場合にも、被走査面における結像スポット径を小さく維持するためには、コリメータレンズの外形を大きくすることが必要になる。この場合にも、上記条件（５）及び（６）を満たすように構成することにより、装置全体の主走査方向における大型化を抑制することが可能になる。

例えば、Ａ３幅の被走査面に対応する光走査装置を流用してＡ４幅の被走査面を有する画像形成装置に適用する場合や、Ａ３幅及びＡ４幅の両方の被走査面に対応する光走査装置を共通設計する場合を考える。この場合、Ａ３幅の被走査面に対応する光走査装置で、被走査面におけるＡ４幅のみを光走査することになる。このとき、装置全体の主走査方向における小型化を実現するためには、光軸に対して光源側をより広く光走査するように構成することが望ましい。よって、この場合にも、上記条件（５）及び（６）を満たすように構成することにより、本発明の効果が顕著になる。

［画像形成装置］
図１２は、本発明の実施形態に係る画像形成装置６０の要部概略図（ＺＸ断面図）である。画像形成装置６０は、上述した実施例１又は３に係る光走査装置を備え、並行して４つの感光ドラム（感光体）の感光面上（被走査面上）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。

画像形成装置６０は、プリンタコントローラ５３と、光走査装置５０と、像担持体としての感光ドラム２１，２２，２３，２４と、現像器３１，３２，３３，３４と、搬送ベルト５１と、定着器５４とを備えている。ここで、光走査装置５０は、副走査方向が感光ドラム２１〜２４の夫々の回転方向であるＺ方向に一致するように配置されている。

図１２に示すように、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からは、Ｒ（レッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）の各色信号が出力される。各色信号は、プリンタコントローラ５３によってＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換され、光走査装置５０に入力される。なお、プリンタコントローラ５３は、前述した信号の変換だけでなく、後述するモータなどの画像形成装置６０における各部の制御を行う。

光走査装置５０は、各画像データに応じて変調された光束４１，４２，４３，４４の夫々によって、感光ドラム２１〜２４の感光面を主走査方向（Ｙ方向）に光走査する。感光ドラム２１〜２４の夫々は、不図示のモータによって時計回りに回転させられ、この回転に伴って各感光面が光束４１〜４４に対して副走査方向（Ｚ方向）に移動する。光束４１〜４４の夫々により、不図示の帯電ローラにより帯電させられた各感光面が露光されることで、各感光面上に静電潜像が形成される。

その後、感光ドラム２１〜２４の各感光面上に形成された各色の静電潜像は、現像器３１〜３４の夫々によって各色のトナー像として現像される。そして、各色のトナー像は、不図示の転写器によって、搬送ベルト５１により搬送されてきた被転写材に多重転写された後、定着器５４によって定着させられる。以上の工程により、１枚のフルカラー画像が形成される。

なお、画像形成装置６０は、実施例１又は３で示したような、１つの偏向器により４つの被走査面を光走査する光走査装置を備える構成を採用しているが、これに限られるものではない。例えば、実施例２で示したような、１つの偏向器により１つの被走査面を光走査する光走査装置を４つ備える構成や、１つの偏向器により２つの被走査面を光走査する光走査装置を２つ備える構成などを採用してもよい。また、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のラインセンサを備えたカラー画像読取装置を、外部機器５２として画像形成装置６０に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

６ 偏向器
１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｆ 結像光学素子
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 被走査面
１００ 光走査装置

Claims (22)

1. 光束を偏向して被走査面における走査領域を主走査方向に光走査する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系とを有する光走査装置であって、
   前記結像光学系は、主走査方向において、前記走査領域の一方の端部に入射する光束が通過する一方の有効端部から光軸までの距離が、前記走査領域の他方の端部に入射する光束が通過する他方の有効端部から光軸までの距離よりも長い結像光学素子を含み、
   前記結像光学素子について、前記一方の有効端部における光軸方向の厚さは、前記他方の有効端部における光軸方向の厚さよりも薄く、
   前記結像光学素子は、主走査方向における両方の外端部に、前記結像光学素子の光軸方向における位置決めを行うための基準部を有し、
   光軸方向において、前記一方の有効端部の側の前記基準部の基準面は、前記他方の有効端部の側の前記基準部の基準面よりも前記偏向器の側に位置することを特徴とする光走査装置。
2. 前記光軸に対して、前記一方の有効端部の側の走査画角と、前記他方の有効端部の側の走査画角と、は互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記一方の有効端部の側の走査画角は、前記他方の有効端部の側の走査画角よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 主走査方向において、前記走査領域の中心の位置と前記光軸の位置とは互いに異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光走査装置。
5. 主走査方向において、前記光軸の位置は、前記走査領域の中心の位置よりも前記他方の有効端部の側であることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 光源からの光束を前記偏向器に導光する入射光学系を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光走査装置。
7. 前記一方の有効端部は、前記光軸に対して前記入射光学系の側の有効端部であることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 主走査方向において、前記走査領域の前記一方の端部の位置よりも前記光軸に近い位置に配置される光源を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置。
9. 前記結像光学素子は、前記結像光学系を構成する結像光学素子のうち、最も前記被走査面の側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光走査装置。
10. 前記光軸に対して、前記一方の有効端部の側の走査画角の半値をＡ、前記他方の有効端部の側の走査画角の半値をＢ、γ＝Ｂ／Ａとし、前記結像光学素子について、前記一方の有効端部における光軸方向の厚さをＤ_Ａ、前記他方の有効端部における光軸方向の厚さをＤ_Ｂ とするとき、
    ０．６×Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ＜γ＜１．４×Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光走査装置。
11. 前記光軸に対して、前記一方の有効端部の側の走査画角の半値をＡ、前記他方の有効端部の側の走査画角の半値をＢ、γ＝Ｂ／Ａとし、前記結像光学素子について、前記一方の有効端部における光軸方向のツバ厚をｄ_Ａ、前記他方の有効端部における光軸方向のツバ厚をｄ_Ｂ とするとき、
    ０．６×ｄ_Ａ／ｄ_Ｂ＜γ＜１．４×ｄ_Ａ／ｄ_Ｂ
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光走査装置。
12. 前記結像光学素子は、主走査方向における何れか一方の外端部にゲート部を有しており、光軸方向において、前記ゲート部の厚さをＤｃ、前記光軸に対して前記ゲート部とは反対側の有効端部における厚さをＤｄ、前記ゲート部の側の有効端部における厚さをＤｅとするとき、
    Ｄｄ＜Ｄｃ＜Ｄｅ
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光走査装置。
13. 前記ゲート部は、前記結像光学素子における前記他方の有効端部の側の外端部に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
14. 前記結像光学素子は、副走査方向における外端部に、前記結像光学素子の主走査方向における位置決めを行うための基準部を有しており、該基準部は、主走査方向において光軸上に配置されていることを特徴する請求項１乃至１３の何れか一項に記載の光走査装置。
15. 第１及び第２の光源と、複数の前記結像光学系とを有し、
    複数の前記結像光学系は、前記第１の光源から出射して前記偏向器の第１の偏向面で偏向された光束を第１の被走査面に導光する第１の結像光学系と、前記第２の光源から出射して前記偏向器の第２の偏向面で偏向された光束を第２の被走査面に導光する第２の結像光学系とを含み、
    前記第１及び第２の光源は、主走査方向において、光軸に対して前記一方の有効端部の側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の光走査装置。
16. 第３及び第４の光源を有し、
    前記第１の結像光学系は、前記第１及び第３の光源から出射して前記第１の偏向面で偏向された光束を前記第１の被走査面に導光し、前記第２の結像光学系は、前記第２及び第４の光源から出射して前記第２の偏向面で偏向された光束を前記第２の被走査面に導光し、
    前記第３及び第４の光源は、主走査方向において、光軸に対して前記一方の有効端部の側に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置。
17. 請求項１乃至１６の何れか一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る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。
18. 請求項１乃至１６の何れか一項に記載の光走査装置と、外部機器から出力された色信号を画像データ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。
19. 偏向器により光束を偏向して被走査面における走査領域を主走査方向に光走査する光走査装置に用いられる結像光学素子であって、
    主走査方向において、前記走査領域の一方の端部に入射する光束が通過する一方の有効端部から光軸までの距離は、前記走査領域の他方の端部に入射する光束が通過する他方の有効端部から光軸までの距離よりも長く、
    前記一方の有効端部における光軸方向の厚さは、前記他方の有効端部における光軸方向の厚さよりも薄く、
    主走査方向における両方の外端部に、前記結像光学素子の光軸方向における位置決めを行うための基準部を有し、
    光軸方向において、前記一方の有効端部の側の前記基準部の基準面は、前記他方の有効端部の側の前記基準部の基準面よりも前記偏向器の側に位置することを特徴とする結像光学素子。
20. 主走査方向における何れか一方の外端部にゲート部を有しており、光軸方向において、前記ゲート部の厚さをＤｃ、前記光軸に対して前記ゲート部とは反対側の有効端部における厚さをＤｄ、前記ゲート部の側の有効端部における厚さをＤｅとするとき、
    Ｄｄ＜Ｄｃ＜Ｄｅ
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１９に記載の結像光学素子。
21. 前記ゲート部は、前記他方の有効端部の側の外端部に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の結像光学素子。
22. 副走査方向における外端部に、前記結像光学素子の主走査方向における位置決めを行うための基準部を有しており、該基準部は、主走査方向において光軸上に配置されていることを特徴する請求項１９乃至２１の何れか一項に記載の結像光学素子。

Images