WO2011061824A1

WO2011061824A1 - 光走査装置

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Publication number: WO2011061824A1
Application number: PCT/JP2009/069570
Authority: WO
Inventors: 秀和下村
Original assignee: キヤノン株式会社
Priority date: 2009-11-18
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Publication date: 2011-05-26
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Abstract

　光走査装置の高さを低く抑えること。　前記複数の結像光学系の各々は、前記偏向手段の同一の偏向面にて偏向走査された前記複数の光束と前記複数の光束に対応した複数の被走査面の間の複数の光路に跨るように設けられた光束分離素子を備え、前記光束分離素子は、前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面に到達する光束を透過させる透過面と前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面より前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束を反射する複数の反射面が一体化された複合素子であり、　副走査断面内において、前記透過面は、副走査方向について前記複数の反射面の間に設けられ、副走査断面内において、前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面より前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束の前記複数の反射面間の光路と前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面に到達する光束の前記偏向面と前記透過面の間の光路は、前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする。

Description

光走査装置

　本発明は、光走査装置に関し、特に、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機、等のカラー画像形成装置に適用される。

　従来から光偏向器の異なる偏向面に副走査断面内斜め方向から複数の光束を入射させ、並列配置された４つの感光ドラムのうち外側２つの感光ドラムには、ミラー１枚で、内側の２つの感光ドラムには、ミラー２枚で光路を折り曲げ、装置全体の低コスト化と小型化を図った光走査装置が提案されている（特許文献１参照）。更に、光束分離手段としてのプリズムを用いて、光走査装置のレイアウト上の制約を取り除き、光学系を複雑化させず、且つ小型化を図った光走査装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００８－７６５８６号公報特開２００１－３５０１１４号公報

　特許文献１では、内側の感光ドラムに向かう光束は、光偏向器とミラーの間に配置された第１の走査レンズを通過し、ミラーで折り返された後、２枚のミラーの間に配置された第２の走査レンズを通過するように構成されている。ここで、第１の走査レンズは、内側の感光ドラムに向かう光束と外側の感光ドラムに向かう光束とで共用させることで部品点数の削減および光走査装置の小型化を図っている。

　しかし、内側の感光ドラムに向かう光束を２枚のミラーで折り返し、光学部品と光束の干渉を避けるように光学部品を配置すると、外側の感光ドラムへ向かう光路よりも光走査装置の高さが増してしまう。

　２枚のミラーで光路を折り曲げる場合、どのように光学部品を配置しても、外側の感光ドラムへ向かう光束の光路よりも、内側の感光ドラムへ向かう光路の方が高さ方向に関してスペースを必要とする（図９Ａ、Ｂ参照）。

　特許文献２では、光束分離手段としてのプリズムを用いることで、２つの感光ドラムに向かう光路を分離させているが、感光ドラムの並び方向に対して光走査装置が斜めに配置され、且つそれぞれの感光ドラムに入射する光束の角度も同一でないため、４つの感光ドラムからなるカラー画像形成装置に適用した場合、装置全体をコンパクトにすることが困難なものとなってしまっている。

　本発明は、内側の感光ドラムに向かう光路においても、装置の副走査方向の高さを低く抑えることのできる光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置の提供を目的とする。

　本発明の光走査装置は、前記偏向手段の同一の偏向面にて偏向走査された前記複数の光束と前記複数の光束に対応した複数の被走査面の間の複数の光路に跨るように設けられた光束分離素子を備え、前記光束分離素子は、前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面に到達する光束を透過させる透過面と前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面より前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束を反射する複数の反射面が一体化された複合素子であり、副走査断面内において、副走査方向について、前記透過面は、前記複数の反射面の間に設けられ、副走査断面内において、前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面より前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束の前記複数の反射面間の光路と前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面に到達する光束の前記偏向面と前記透過面の間の光路は、前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする。

　本発明によれば、内側の感光ドラムに向かう光路においても、装置の副走査方向の高さを低く抑えることのできる効果が得られる。

本発明の実施例１の光走査装置の副走査断面図と要部拡大図本発明の実施例１の光走査装置の主走査方向の展開図本発明の実施例１の結像光学系の光学特性を示す図本発明の実施例１の結像光学系の光学特性を示す図本発明の実施例１の結像光学系の光学特性を示す図本発明の実施例１の結像光学系の光学特性を示す図本発明の実施例１の結像光学系の光学特性を示す図本発明の実施例１の結像光学系のスポットプロファイル本発明の実施例１の光束分離素子の配置敏感度を説明する図比較例の光走査装置の副走査断面図と要部拡大図本発明の実施例２の光走査装置の副走査断面図と要部拡大図本発明の実施例３の光走査装置の副走査断面図従来例の光走査装置の副走査断面図子線チルト係数を説明する図

　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

　〔実施例１〕
　図１（Ａ）は、本発明の光走査装置の実施例１の副走査断面図である。図１（Ｂ）は、複合素子としての光束分離素子７周辺の副走査断面の拡大図である。

　図２（Ａ）は、外側の感光ドラム８Ａへ向かう光束ＲＡが通過する結像光学系ＳＡに関する主走査断面図である。図２（Ｂ）は、内側の感光ドラム８Ｂへ向かう光束ＲＢが通過する結像光学系ＳＢに関する主走査断面の展開図である。

　尚、以下の本実施例の説明において、結像光学系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２中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。２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。３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。尚、アナモフィックレンズ３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。また、開口絞り２、アナモフィックレンズ３の各要素は、入射光学系（集光光学系）ＬＡを構成している。５は偏向手段としての光偏向器であり、４面より成るポリゴンミラーである。

　ＳＡは結像光学系であり、ｆθ特性を有する結像光学素子としての２枚の結像レンズ（プラスチックレンズ）６１、６２と、１枚の光束分離素子７とを有している。

　結像光学系ＳＡは、光偏向器５によって偏向走査された画像情報に基づく１本の光束を主走査断面内において感光ドラム面８Ａ上にスポット状に結像させている。また、ポリゴンミラーの偏向面毎に副走査方向への偏向面の倒れ角が異なるため、結像光学系ＳＡは、副走査断面内において、光偏向器５の偏向面５ａと感光ドラム面８Ａとの間を光学的に共役関係にすることにより、面倒れ補正を行っている。

　４は同期検出用の同期検知レンズであり、同期検出素子９としての同期検出用センサーの近傍に設けた不図示のスリット面上に同期検出用光束を結像させている。本実施例では、同期検出用センサー９からの出力信号を検知して得られた同期信号を用いて感光ドラム面８Ａ上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。尚、同期検出用レンズ４、同期検出用センサー９の各要素は、同期位置検出光学系の一要素を構成している。同期位置検出光学系は、４つの感光ドラムに対応する４つの光束ごとに設けても良い。

　本実施例において画像情報に応じて半導体レーザー１から出射された光束は、主走査断面内において結像光学系の光軸に対し直交方向から偏向面５ａに入射している。また、副走査断面内においては、偏向面５ａの法線に対し副走査方向に所定の角度３°を持って斜入射させている。

　そして、光偏向器５の偏向面５ａで偏向走査された光束は結像レンズ６１、６２を通過し、複合素子としての光束分離素子内７で光路が分離され、それぞれ被走査面上に到達している。結像レンズ６１、６２を通過した光束は、感光ドラム面８Ａ、８Ｂ上にスポット状に結像され、光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることで、被走査面上８を矢印Ｂの主走査方向に等速度で光走査している。

　また、光偏向器５から物理的に最も遠い感光ドラム８Ａに向かう１本の光束ＲＡは、光束分離素子７の第１の透過面７１、第２の透過面７２を透過した後、ミラー１０Ａで光路を折り曲げられ、感光ドラム８Ａに到達する。光偏向器５から物理的に最も遠い感光ドラム８Ａより物理的に近い偏向手段側５の感光ドラム８Ｂに向かう１本の光束ＲＢは、光束分離素子７の第３の透過面７３を透過し、第１の反射面７４、第２の反射面７５で反射し、第４の透過面７６を透過した後、感光ドラム８Ａに到達する。ここで、２本の光束ＲＡ、ＲＢは光束分離素子７内で交差させる事で、光束ＲＡとＲＢを分離すると共に、光束ＲＢに関しては、光束の進行方向を１８０度回転させる事ができる。

　また、第１の反射面７４、第２の反射面７５には、アルミなどの金属物質を蒸着しても良いが、本実施例のようにプラスチック材料の全反射面とすると、低コスト化の点で有利である。図１（Ｂ）に示したように光束ＲＢと全反射面７４の面法線との副走査方向のなす角は、α１＝４４．９４°、光束ＲＢと全反射面７５の面法線との副走査方向のなす角は、α２＝４５．０７°である。光束分離素子７は、屈折率１．５２７８１のプラスチック材料で形成されているため、反射面への入射角４０．８８°以上であると全反射を起こす。

　また、第１の透過面、第３の透過面、第４の透過面は独立した鏡面として構成する事も可能であるが、本実施例のように１つの鏡面（平面）として構成する事もできる。１つの鏡面としたときには、金型の構成が簡素化されるため低コスト化の点で有利である。本実施例では、偏向手段側の透過面の副走査方向の高さｈ１＝１４ｍｍ、被走査面側の透過面（第２の透過面）の副走査方向の高さｈ２＝４ｍｍで構成され、以下の条件式（１）
　２．５×ｈ２＜ｈ１＜４．５×ｈ２　　（１）
を満足する。下限値を超えると、光束ＲＡと光束分離素子を通過した後の光束ＲＢとの距離が近接しすぎる問題が起こる。上限値を超えると、光束分離素子のサイズが大きくなり光走査装置の高さを低減できない問題が残る。

　また、光偏向器の回転軸に対して垂直方向に測った光束分離素子の第２の透過面７２と光偏向器の回転軸との距離ＬはＬ＝６７．９８ｍｍである。光偏向器の偏向面から物理的に遠い被走査面に到達する光束ＲＡが結像する被走査面８Ａ上の第１の結像点と光偏向器の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束ＲＢが結像する被走査面８Ｂ上の第２の結像点との偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離ＤｐはＤｐ＝６９ｍｍであり、以下の条件式（２）
　０．９×Ｄｐ＜Ｌ＜１．１×Ｄｐ　　（２）
を満足する。この範囲を超えると、内側の感光ドラム面上方における光路の占有領域（図１（Ａ）におけるＨ２に相当する領域）が大きくなり、光走査装置の薄型化の達成が困難となったり、光束ＲＡとＲＢとで光路長を大きく異ならせなければならない弊害が発生する。

　次に本実施例におけるレンズ面形状及び光学配置を表１（Ａ）、表１（Ｂ）に示す。表１（Ａ）は、入射光学系ＬＡ、結像光学系ＳＡに関するものであり、表１（Ｂ）は入射光学系ＬＢ、結像光学系ＳＢに関するものである。

　表１（Ａ）、表１（Ｂ）に示したレンズ配置の座標の原点は、図１、図２に示した符番Ｃ０としている。Ｃ０は画像中心を走査する光束の主光線の偏向反射点（基準点）である。

　光偏向器５の偏向面に対して垂直で且つ基準点Ｃ０を通過する面をＰ０としたとき、面Ｐ０に対し、光束ＲＡ、ＲＢはそれぞれ－３°、＋３°の傾きを持って偏向走査させている。即ち、光偏向器に入射する入射光学系ＬＡ、ＬＢは面Ｐ０に対してそれぞれ＋３°、－３°副走査方向に傾いて配置させている。この斜入射角が大きすぎると、波面収差の捩れによりスポットの崩れを補正する事が困難となり、小さすぎると光束の分離がし難くなる。望ましくは２°～５°の範囲で設定するのがよい。

　本実施例のアナモフィックレンズ３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３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温度補償光学系としている。

　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、本実施例は、１次回折光（ｍ＝１）を用いている。λは設計波長であり、本実施例ではλ＝７９０ｎｍである。

　また、本実施例の結像レンズ６１の６２の入射面、出射面の母線形状は、１０次までの関数として表せる非球面形状により構成している。結像レンズ６１、６２のそれぞれのレンズ面は表１（Ａ）、表１（Ｂ）に示した光学配置を原点として表現された以下に述べる非球面式から定義される。例えば、結像レンズ６１のレンズ入射面においては、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１５．８５３、－０．１４４、０．０００）を非球面式の原点としている。そして、各レンズ面の面形状は、各レンズ面の原点を通り、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、

（但し、Ｒは母線曲率半径、Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０、は非球面係数）
なる式で表されるものである。また、副走査方向と対応する子線方向が、

なる式で表されるものである。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断面と垂直な面内に定義される子線形状である。ここで、主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）ｒ´は、

（但し、ｒは光軸上の子線曲率半径、Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０、Ｄ_１２は子線変化係数）
なる式で表される。

　また、Ｍｊ＿ｋは子線方向の非球面を表す係数である。例えば、Ｍｊ＿１はＺの１次項であり、副走査方向の面の傾き（子線チルト）を表している。また、Ｍｊ＿４はＺの４次項であり、副走査方向の非球面を表している。本実施例では、主走査方向に０、２、４、６、８、１０次の係数を使って子線チルト量を変化させ、主走査方向に０、２、４、６次の係数を使って子線の非球面量を変化させている。また、表１Ａ及び表１Ｂに示した各係数には添え字ｕ及びｌが付いている。それぞれＵｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側の意味であり、結像光学系の各レンズ面頂点に対し、光源手段１がある側をＬｏｗｅｒ側、光源手段１がある側と反対側をＵｐｐｅｒ側と定義する。添え字Ｕ及びｌが付いていない係数については、Ｕｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側に共通の係数である。

　本実施例では、表１Ａ、表１Ｂに示した通り結像光学系ＳＡ、ＳＢで結像レンズ６１を共用している。また、図１（Ｂ）にあるように、結像レンズ６２の入射面に関しては、Ｓ１Ａの面頂点を（３５．４８２、－０．１４４、－２．０５０）、Ｓ１Ｂの面頂点を（３５．４８２、－０．１４４、２．０５０）とした２つのトーリック面を重ねたことを特徴とする多段トーリック面より成っている。結像レンズ６２の出射面に関しても同様に多段トーリック面より構成している。

　本実施例では、光束の発振波長λがλ＝７９０ｎｍの赤外光源を光源手段１として用いている。また、像高Ｙと偏向反射角θとの比例係数κ（Ｙ＝κθ）はκ＝１２３．５３（ｒａｄ／ｍｍ）である。

　図３Ａは、本発明の実施例１の主走査方向の像面湾曲ｄｍを示し、図３Ｂは、副走査方向の像面湾曲ｄｓを表すグラフであり、外側の感光ドラム８Ａへ向かう光束ＲＡが通過する結像光学系ＳＡ及び内側の感光ドラム８Ｂへ向かう光束ＲＢが通過する結像光学系ＳＢに対して重ね書きしている。有効画像領域の有効走査幅（Ｗ＝２１０ｍｍ）において、主走査方向の像面湾曲はＳＡが１．６６ｍｍ、ＳＢが２．１０ｍｍ、副走査方向の像面湾曲はＳＡが１．５５ｍｍ、ＳＢが１．９１ｍｍである。

　結像光学系ＳＡ、ＳＢともに結像レンズ６１、６２は同じ形状のものであるが、光束分離素子内７を通過する距離がＳＡが５ｍｍ、ＳＢが１４ｍｍと異なるため、像面湾曲の形が異なる。そこで、主走査方向に関しては、焦点深度幅が中央像高より狭い周辺像高において、像面湾曲を一致させるように、アナモフィックレンズ３の主走査形状を異ならせている。それにより、偏向面５ａに入射する光束の主走査断面に関しては、入射光学系ＬＡが弱発散光、入射光学系ＬＢが弱収束光として入射させている。

　また、光束分離素子７の透過面７２、７６の主走査方向形状をそれぞれ異ならせる事で、仮に入射光学系ＬＡ、ＬＢを完全に同一のものであったとしても、像面湾曲の形を揃える事は可能である。しかし、主走査方向の像面湾曲が主走査方向に大きな非対称性を持つ場合、光束分離素子７の主走査形状も主走査方向に非対称なものにする必要がある。その場合、光偏向器５を挟んで左右で同一の光束分離素子を使う事が出来なくなってしまう。但し、本実施例のように像面湾曲の非対称性があまり大きくない場合は、光束分離素子７の主走査形状を対称に設計する事で、光偏向器５の左右で同一の光束分離素子を使用することも可能である。

　図３Ｃは、本発明の実施例１のｆθ特性を表すグラフである。図３Ｃにおいては実際に光束が到達する位置から理想像高を引いた差分を示している。最大でＳＡが０．２１２ｍｍ、ＳＢが０．２９９ｍｍのズレが生じている。このままで使用するには多少大きい値であるが、画像クロックを各像高に合わせて変化させることで、ｆθ特性を低減させることは可能である。ただ、ｆθ特性のズレが大きくなりすぎると、主走査方向のスポット径自体が変化してしまう。本実施例では潜像の深さに影響を及ぼすスポット径に対しては十分問題ないレベルのｆθ特性を示している。

　図３Ｄは、本発明の実施例１の走査線曲がりを表すグラフである。ＳＡが１２．６μｍ、ＳＢが１２．７μｍでカラー画像形成装置として使用する場合においても問題ないレベルまで補正されている。

　図３Ｅは、本発明の実施例１の副走査方向の結像倍率の一様性を表すグラフである。最大でＳＡが０．８４％、ＳＢが１．３４％で複数の光束を出射するマルチビーム光源手段を使用する場合においても全く問題ないレベルまで補正されている。また、結像光学系ＳＡ、ＳＢの光軸上の副走査方向の結像倍率はそれぞれ、βａ＝－２．５６、βｂ＝－２．５６となっている。

　図４Ａ、Ｂは、それぞれ結像光学系ＳＡ、ＳＢの各像高におけるスポットの断面形状を示した説明図である。図４Ａ、Ｂにおいては各像高におけるスポットのピーク光量の２％、５％、１０％、１３．５％、３６．８％、５０％のスライスで切った断面を示している。

　通常、副走査断面内において光偏向器の偏向面に対し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回転する現象が見られる。本実施例においては、各面のパワー配置、結像レンズのチルト量又は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。特に、結像レンズ６２の入射面と出射面において、副走査方向における面の傾き角（子線チルト量）を主走査方向に変化させることにより、上述の波面収差の捩れによるスポット回転と次に述べる走査線湾曲を同時に良好に補正する事を可能としている。

　つまり、結像レンズ６２の光束ＲＡに対する入射面Ｓ１Ａと出射面Ｓ２Ａは、図１０（Ａ）に示したように子線チルト係数（〔数２〕のＺの１次項）を変化させている。このグラフに示したように、光軸上における入射面Ｓ１Ａの子線チルト係数は－０．０８２９、光軸上における出射面Ｓ２Ａの子線チルト係数は０．０３４３である。これは傾き角としてそれぞれ－４．７４°、１．９６°に対応する。傾きの方向と係数の符号の関係は、図１（Ｂ）に示したように、矢印の方向に面が傾いた場合を係数のプラスの方向としている。

　Ｓ１Ａ面、Ｓ２Ａ面ともに光軸近傍における子線チルト係数の変化は小さいが、光軸から主走査方向に２０ｍｍ程度離れた位置から徐々にマイナス側に変化するように構成されている。これは、走査画角が広い領域において、波面収差の捩れによるスポット回転と走査線湾曲が悪化するためで、子線チルト係数を両面で変化させることで、これらの光学性能を良好に補正している。光束ＲＢに対する子線チルトに関しては、光束ＲＡと同様のため説明を省略する。

　次に、本発明の第１の特徴部分である一体化された複合素子としての光束分離素子７を用いた光走査装置の高さ低減効果について説明を行う。

　光走査装置の高さＨを低減させるためには、内側の感光ドラム８Ｂ上方において、全ての光束を副走査方向に密集させる必要がある。しかし、これまで２枚のミラーで光路を折り返していた光走査装置では、図９にあるように、ミラーで折り返された光束は副走査方向斜めに反射されるため、感光ドラム８Ｂ上方における光路の占有領域が大きかった（Ｈ６＝２１．２ｍｍ、Ｈ７＝１９．４ｍｍ）。

　これを避けるためには、折り返し回数を３回とし、反射部材に向かってきた方向とほぼ逆向きに光路を折り返すとよい（実施例１では、Ｈ２＝９．２ｍｍ）。

　Ｈ２≪Ｈ７＜Ｈ６　　（３）
　更に、光走査装置の高さを低減するためには、偏向面を駆動する駆動手段側に折り返すことが有効である。通常、ポリゴンミラーは、ポリゴンミラーを回転駆動するためのモーター（駆動手段）が必要である。このモーター自体高さ方向に厚みを有するため、光走査装置を構成する筐体１１の厚み方向の中心よりも偏向反射点をモーターがある側と逆側に配置し、駆動手段側に空いたスペースに光束を折り返すように構成した方が空間を有効活用できることになる。このように構成する事で、実施例１の筐体の高さは２７ｍｍとこれまでに無く薄く構成する事が可能となっている。

　次に、本発明の第２の特徴部分である光束分離素子７を用いた照射位置の敏感度の低減効果について説明を行う。ここで、照射位置とは、感光ドラム面上における副走査方向の光束の結像位置の事である。

　図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、光束分離素子７を副走査方向に変位させた模式図である。図５（Ａ）は副走査方向に傾かせた場合、図５（Ｂ）は光束進行方向にシフトさせた場合、図５（Ｃ）は光束進行方向に垂直な方向にシフトさせた場合である。

　図５（Ａ）のように２つの反射平面７４、７５の成す角度は、直角であると、え光束分離素子７が副走査方向にチルトしても出射する光束の角度は変わらない。よって、光束分離素子７を使用した光走査装置は、傾き偏心に対して照射位置変動しにくいものになっている。一方、図５（Ｃ）のように、光束進行方向に垂直な方向にシフトさせた場合においては、第１の反射面７４、第２の反射面７５が一体で構成されているため、シフト量の２倍の照射位置変動が起こってしまう。

　これに関しては、次に述べる〔比較例の説明〕で従来との比較を行う。

　また、図５（Ｂ）のように、光束進行方向にシフトした場合に関しては、照射位置の変化はなく、主走査方向の結像位置（ｆθ特性）が一定の割合で変化する。

　〔比較例の説明〕
　次に、比較例として、実施例１に使用した光束分離素子７の代わりに２枚のミラー１０Ｅ、１０Ｆを使用した結像光学系の例について説明する。図６（Ａ）は、比較例に関わる光走査装置の副走査断面図である。図６（Ｂ）は、ミラー１０Ｅ、１０Ｆ周辺の副走査断面図の拡大図である。主走査断面図に関しては実施例１とほぼ同じであるため省略する。

　通常、ミラー１０Ｅ、１０Ｆは、反射面の面精度及び強度の関係から最低でも３ｍｍの厚みが必要である。ミラー１０Ｅ、１０Ｆを使用した場合はミラーそのものの厚みがあるため、筐体１１の副走査方向の高さに関して、実施例１に対して３．２ｍｍ厚くなってしまっている（Ｈ３＝３０．２ｍｍ）。

　また、２枚のミラーは独立して筐体１１に組み付けられるため、特に精度の出にくい副走査方向の傾きに対して走査線の照射位置敏感度が高いものとなってしまっている。一方、シフト偏心に関しては各ミラー独立して動くため、図５（Ｃ）のように必ず強め合う関係とはならない点は有利である。

　但し、同じ照射位置変動を引き起こすためのミラーのシフト量とチルト量を逆算してみると、いかにミラーの傾き偏心精度が厳しいものかが分かる。例えば、ミラーから感光ドラムまでの距離を１００（ｍｍ）、照射位置変動量０．１（ｍｍ）と設定すると、ミラー１０Ｆのシフト量は約０．１（ｍｍ）であるのに対し、チルト量はＡｔａｎ（０．１／１００）＝３．４４（分）となる。副走査方向の幅８ｍｍのミラーを筐体に組付けたと仮定すると、８（ｍｍ）×ｔａｎ｛３．４４（分）｝＝８（μｍ）とシフト偏心量に対し約１／１０の精度が必要になる。

　よって、照射位置変動を低減するためには、傾き偏心の敏感度をいかに下げるかが重要となってくる。

　実施例１のように２つの反射平面を直交させ一体で構成する事により、傾き偏心による照射位置変動の敏感度をほぼゼロに近いものとすることができる。また、２つの反射平面の成す角度は、直角である事がベストであるが、７５°～１０５°の範囲内であれば、実質問題となるような照射位置変動は発生しない。

　このように本実施例では上述した如く光束分離素子を用いて光路を分離、折り曲げることで、従来のミラーを２枚（図９参照）若しくは３枚（図６参照）使用した光走査装置に対して光走査装置の副走査方向の高さＨを低くすることが可能であり、且つ照射位置敏感度が低い光走査装置の提供が可能となる。

　〔実施例２〕
　図７（Ａ）は本発明の光走査装置の実施例２の副走査断面図である。図７（Ｂ）は複合素子としての光束分離素子１３周辺の副走査方向の拡大図である。

　本実施例において前述の実施例１と異なる点は光束分離素子１３の第２の透過面（出射面）１３２、第４の透過面（出射面）１３６にそれぞれ副走査方向のパワーを付けたことである。

　本実施例においても前述の実施例１と同様に主走査断面内においては結像光学系の光軸に対し直交方向から偏向面５ａに入射し、副走査断面内においては偏向面５ａに対し副走査方向に所定の角度（偏向面５ａの法線に対して３°）を持って入射している。図７（Ｂ）に示したように光束ＲＢと全反射面１３４の面法線との副走査方向のなす角は、α１＝４２．９７°、光束ＲＢと全反射面１３５の面法線との副走査方向のなす角は、α２＝４７．０３°である。光束分離素子１３は屈折率１．５２７８１のプラスチック材料で形成されているため、反射面への入射角４０．８８°以上であると全反射を起こす。また、２つの全反射面１３４と１３５を直交する平面として構成している。

　また、第１の透過面と第３の透過面は一つの鏡面（平面）として構成している。本実施例では、偏向手段側の透過面の副走査方向の高さｈ１＝１４．６５ｍｍ、被走査面側の透過面（第２の透過面）の副走査方向の高さｈ２＝５．３７ｍｍで構成され、条件式（１）を満足する。下限値を超えると光束ＲＡと光束分離素子内を通過した後の光束ＲＢとの距離が近接しすぎる問題が起こる。上限値を超えると光束分離素子のサイズが大きくなり光走査装置の高さｈを低減できない問題が残る。

　また、光偏向器の回転軸に対して垂直方向に測った光束分離素子の第２の透過面７２と光偏向器の回転軸との距離ＬはＬ＝６７．９８ｍｍである。光偏向器の偏向面から物理的に遠い被走査面に到達する光束ＲＡが結像する被走査面８Ａ上の第１の結像点と光偏向器の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束ＲＢが結像する被走査面８Ｂ上の第２の結像点との偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離ＤｐはＤｐ＝６９ｍｍであり、条件式（２）を満足する。この範囲を超えると、内側の感光ドラム面上方における光路の占有領域（図１（Ａ）におけるＨ２に相当する領域）が大きくなり、光走査装置の薄型化の達成が困難となったり、光束ＲＡとＲＢとで光路長を大きく異ならせないとならないの弊害が発生する。

　次に本実施例におけるレンズ面形状及び光学配置を表２に示す。

　本実施例では、光束分離素子１３の第２の透過面（出射面）１３２、第４の透過面（出射面）１３６にそれぞれ副走査方向のパワーを付けたため、結像レンズ６１は主走査方向のみにパワーを有するシリンダー面から構成され、結像レンズ６２の入射面及び出射面の副走査方向の面頂点は面Ｐ０上にある通常のトーリック面から構成されている。このようにすることで、結像レンズの成形難易度を下げ、安価な光学部品にすることを可能としている。

　更に、光束分離素子１３の第２の透過面（出射面）１３２、第４の透過面（出射面）１３６に副走査方向のパワーを付けたことで副走査方向の結像倍率を低減することができている。結像光学系ＳＡに対してはβａ＝－１．５１、結像光学系ＳＢに対してはβｂ＝－１．２７であり、実施例１よりも低減している。副走査方向の結像倍率を低減すると、偏向面の面倒れや面偏心などによるピッチムラなどの敏感度を低減することができるためよい。

　また、本実施例の光学性能（主走査方向の像面湾曲ｄｍ、副走査方向の像面湾曲ｄｓ、ｆθ特性、走査線曲がり、副走査方向の結像倍率の一様性、スポット形状）を図示することは省略するが、実施例１と同様カラー画像形成装置に使用する上においても、全く問題ないレベルまで補正されている。本実施例においては、光束分離素子１３の第２の透過面１３２及び第４の透過面１３６を、副走査方向における面の傾き角（子線チルト量）を主走査方向に変化させることにより、波面収差の捩れによるスポット回転と走査線湾曲を同時に良好に補正する事を可能としている。

　つまり、第２の透過面１３２及び第４の透過面１３６は、図１０（Ｂ）に示したように子線チルト係数（〔数２〕のＺの１次項）を変化させている。このグラフに示したように、光軸上における透過面１３２の子線チルト係数は－０．０５９７、光軸上における透過面１３６の子線チルト係数は０．０６７１である。これは傾き角としてそれぞれ－３．４１°、３．８４°に対応する。傾きの方向と係数の符号の関係は図７（Ｂ）に示したように、矢印の方向に面が傾いた場合を係数のプラスの方向としている。透過面１３２、透過面１３６ともに光軸から主走査方向に離れるに従い、徐々に係数の絶対値が小さくなるように変化している。

　本実施例では、光束分離素子１３の出射面に副走査方向のパワーを集中させた事で、副走査方向の結像倍率を下げることが出来た。即ち、結像レンズ６３、６４を通過する副走査方向光束径を小さくする事ができ、結像レンズ通過時の波面収差の捩れの影響を第１の実施例より軽減する事ができたため、子線チルト量を変化させる面を１面で構成することが可能となった。

　〔実施例３〕
　図８は、本発明の光走査装置の実施例３の光走査装置の副走査断面図である。

　本実施例において、前述の実施例１と異なる点は、光偏向器５の偏向面５ａに４本の光束を入射させ、光偏向器の片側に４本の光束を偏向走査させたことである。それに伴い、一体化された複合素子としての光束分離素子も光束ＲＢと光束ＲＣを分離する素子７Ａ、光束ＲＢ、ＲＣと光束ＲＤを分離する素子７Ｂ、光束ＲＢ、ＲＣ、ＲＤと光束ＲＡを分離する素子７Ｃの３つを配置させている。

　また、本実施例の場合においては、結像レンズ６１、６２から感光ドラム８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄまでの光路長が長いため、結像レンズに副走査方向のパワーを集中させてしまうと副走査方向の結像倍率が高くなってしまう。よって、本実施例においては光束分離素子７Ａ、７Ｂ、７Ｃの透過面７ＳＡ、７ＳＢ、７ＳＣ、７ＳＤに副走査方向のパワーを集中させるようにして副走査倍率の低減を図るとよい。

　１　光源手段（半導体レーザー）
　３　アナモフィックレンズ
　５　偏向手段（ポリゴンミラー）
　６１、６２　結像光学素子（結像レンズ）
　７、１３　光束分離素子
　８　被走査面（感光ドラム面）
　ＬＡ、ＬＢ　入射光学系
　ＳＡ、ＳＢ　結像光学系

Claims

　各々少なくとも１本の光束を出射する２つの光源手段と、前記２つの光源手段の各々から出射した少なくとも１本の光束を同一の偏向面にて偏向走査する偏向手段と、前記２つの光源手段に対応して設けられ、かつ、前記２つの光源手段に対応した２つの被走査面上に結像させる２つの結像光学系と、を有する光走査装置であって、
　前記偏向手段の同一の偏向面と前記２つの光源手段に対応した２つの被走査面の間の２本の光路に跨るように設けられた光束分離素子を備え、
　前記光束分離素子は、２つの反射面と４つの透過面からなる複合素子であり、
　前記偏向手段の偏向面から物理的に遠い被走査面に到達する光束は、第１の透過面、第２の透過面の順で前記光束分離素子を通過しており、前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束は、第３の透過面、第１の反射面、第２の反射面、第４の透過面の順で前記光束分離素子を通過しており、
　副走査断面内において、前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束の前記第１の反射面と前記第２の反射面の間の光路と前記偏向手段の偏向面から物理的に遠い被走査面に到達する光束の前記第１の透過面と前記第２の透過面の間の光路は、前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする光走査装置。
　副走査断面内において、前記光束分離素子の第１の透過面、第３の透過面、第４の透過面からなる光束分離素子の前記偏向手段側の透過面の副走査方向の幅をｈ１（ｍｍ）、前記光束分離素子の第２の透過面からなる光束分離素子の被走査面側の透過面の副走査方向の幅をｈ２（ｍｍ）としたとき、
　２．５×ｈ２＜ｈ１＜４．５×ｈ２
を満足する請求項１に記載の光走査装置。
　副走査断面内において、前記光束分離素子の第２の透過面と前記偏向手段の回転軸との前記偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離をＬ（ｍｍ）、前記偏向手段の偏向面から物理的に遠い被走査面に到達する光束が結像する被走査面上の第１の結像点と前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束が結像する被走査面上の第２の結像点との前記偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離をＤｐ（ｍｍ）とするとき、
　０．９×Ｄｐ＜Ｌ＜１．１×Ｄｐ
を満足する請求項１又は２に記載の光走査装置。
　複数の光源手段と、前記複数の光源手段から出射した複数の光束を同一の偏向面にて偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段の同一の偏向面にて偏向走査された前記複数の光束に対応して設けられ、かつ、前記複数の光束に対応した複数の被走査面上に結像させる複数の結像光学系と、を有する光走査装置であって、
　前記偏向手段の同一の偏向面にて偏向走査された前記複数の光束と前記複数の光束に対応した複数の被走査面の間の複数の光路に跨るように設けられた光束分離素子を備え、
　前記光束分離素子は、前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面に到達する光束を透過させる透過面と前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面より前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束を反射する複数の反射面が一体化された複合素子であり、副走査断面内において、前記透過面は、副走査方向について前記複数の反射面の間に設けられ、
　副走査断面内において、前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面より前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束の前記複数の反射面の間の光路と前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面に到達する光束の前記偏向面と前記透過面の間の光路は、前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする光走査装置。
　前記偏向手段の同一の偏向面にて偏向走査された前記複数の光束と前記複数の光束に対応した複数の被走査面の間の複数の光路に跨るように設けられた少なくとも１枚の光束分離素子を備え、前記光束分離素子は、２つの反射面と４つの透過面からなる複合素子であり、
　前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面に到達する光束は、第１の透過面、第２の透過面の順で前記光束分離素子を通過しており、
　前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面よりも前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束は、第３の透過面、第１の反射面、第２の反射面、第４の透過面の順で前記光束分離素子を通過しており、
　副走査断面内において、前記偏向手段の偏向面から物理的に最も遠い被走査面よりも前記偏向手段の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束の前記第１の反射面と前記第２の反射面の間の光路と前記偏向手段の偏向面から最も物理的に遠い被走査面に到達する光束の前記第１の透過面と前記第２の透過面の間の光路は、前記光束分離素子内で交差している請求項４に記載の光走査装置。
　前記光束分離素子の２つの反射面は、平面であり、かつ、副走査断面内において、前記光束分離素子の前記２つの反射面の成す角度は、直角である請求項１、２、３、５の何れか一項に記載の光走査装置。
　副走査断面内において、前記光束分離素子の第１の反射面にて反射される光束の方向は、前記偏向手段を駆動する駆動手段側である請求項１、２、３、５の何れか一項に記載の光走査装置。
　請求項１乃至７の何れか一項に記載の光走査装置と、前記複数の被走査面上の各々に配置された複数の感光ドラムと、を有するカラー画像形成装置。