(57)【要約】【課題】走査領域の全域でレンズ通過後の光量ばらつきを低減し、高画質化を可能にする。【解決手段】半導体レーザ素子４１から出射したレーザビームＬを整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として結像させる偏向前光学系４０と、前記レーザビームＬを感光体ドラム２３に対して走査するポリゴンミラー５０と、このポリゴンミラー５０で走査されたレーザビームＬを感光体ドラム２３に結像させる結像光学系６０とを備えた光走査装置２１である。前記結像光学系６０が、１又は複数のレンズを含み、且つ画像領域の中心部を走査するときに光束が当該レンズ内部を通過する距離をＬc、画像領域の端部を走査するときに光束がレンズ内部を通過する距離をＬeとするとき、Ｌc／Ｌe≧2.2を満たすように成形した。前記結像光学系６０は、１枚構成のプラスチックレンズの場合や、ガラスレンズと共にプラスチックレンズを含み場合がある。【選択図】    図１
2006106735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段から出射した光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として結像させる偏向前光学系と、複数の反射面を有して構成され各反射面で前記光束を反射させて走査対象物に対して走査する光走査手段と、この光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる１又は複数のレンズを含む結像光学系とを備えた光走査装置であって、
前記結像光学系は、光束が画像領域の中心部を走査するときのレンズ内部を通過する距離をＬc、画像領域の端部を走査するときのレンズ内部を通過する距離をＬeとすると、Ｌc／Ｌe≧2.2を満たすレンズを含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記結像光学系がプラスチックレンズを含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記結像光学系が複数のレンズからなり、当該複数のレンズがガラスレンズとプラスチックレンズを含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記結像光学系が１枚構成のプラスチックレンズであることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記結像光学系が、表面に透過率を向上させるコーティングを施していないレンズ面を少なくとも１面含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記光走査手段に入射する光束が当該光走査手段の１つの反射面の主走査方向の幅より広いことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
光源手段から出射した光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として結像させる偏向前光学系と、複数の反射面を有して構成され各反射面で前記光束を反射させて走査対象物に対して走査する光走査手段と、この光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる結像光学系とを備えた光走査装置であって、
前記結像光学系は、複数のレンズを有し、画像領域の中心部を走査するときに光束が各レンズの内部を通過する距離の和をΣＬc、画像領域の端部を走査するときに光束が各レンズの内部を通過する距離の和をΣＬeとするときに、ΣＬc／ΣＬe≧2.2を満たすことを特徴とする光学装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光走査装置において、
前記結像光学系がプラスチックレンズを含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項７に記載の光走査装置において、
前記結像光学系の当該複数のレンズがガラスレンズとプラスチックレンズを含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の光走査装置において、
前記結像光学系が、表面に透過率を向上させるコーティングを施していないレンズ面を少なくとも１面含むことを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の光走査装置において、
前記光走査手段に入射する光束が当該光走査手段の１つの反射面の主走査方向の幅より広いことを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
光源手段から出射した光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として結像させる偏向前光学系と、複数の反射面を有して構成され各反射面で前記光束を反射させて走査対象物に対して走査する光走査手段と、この光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる１又は複数のレンズを含む結像光学系とを備えた光走査装置と、
この光走査装置による走査される光束により静電潜像が形成される感光体と、
この感光体に形成された静電潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置であって、
前記光走査装置の前記結像光学系は、光束が画像領域の中心部を走査するときのレンズ内部を通過する距離をＬc、画像領域の端部を走査するときのレンズ内部を通過する距離をＬeとすると、Ｌc／Ｌe≧2.2を満たすレンズを含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像形成装置において、前記決像光学系がプラスチックレンズを含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の画像形成装置において、
前記光走査手段に入射する光束が前記光手段の一つの反射面の主走査方向の幅より広いことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
光源手段から出射した光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として結像させる偏向前光学系、複数の反射面を有して構成され各反射面で前記光束を反射させて走査対象物に対して走査する光走査手段、及びこの光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる結像光学系を備え、前記光走査手段に入射する光束が当該光走査手段の１つの反射面の主走査方向の幅より広い光走査装置と、
この光走査装置によって走査される光束により静電潜像が形成される感光体と、
この感光体に形成された静電潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置であって、
前記結像光学系は、複数のレンズを有し、画像領域の中心部を走査するときに光束が各レンズの内部を通過する距離の和をΣＬc、画像領域の端部を走査するときに光束が各レンズの内部を通過する距離の和をΣＬeとするときに、ΣＬc／ΣＬe≧2.2を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の画像形成装置において、
前記決像光学系がプラスチックレンズを含むことを特徴とする画像形成置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の画像形成装置において、
前記光走査手段に入射する光束が前記光手段の一つの反射面の主走査方向の幅より広いことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される光走査装置に関し、特にポリゴンミラーへの入射光束の主走査方向幅がポリゴンミラーの主走査方向反射面よりも広いオーバーイルミネーション（ｏｖｅｒｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）走査光学系に用いて好適な光走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光走査装置は、一般的に知られた技術である。なお、これ以降、偏向器の回転軸方向を副走査方向、光学系の光軸及び偏向器の回転軸方向に垂直な方向を主走査方向と呼ぶこととする。
【０００３】
光学系での副走査方向は、画像形成装置では、転写材の搬送方向に対応し、主走査方向は、転写材面内での搬送方向に垂直な方向に対応する。また、像面は感光体ドラム面、結像面は実際にビームが結像する面を示すものとする。
【０００４】
一般に、画像プロセス速度（紙搬送速度）、画像解像度、モータ回転速度、ポリゴンミラー面数には下記の関係がある。
【数１】
2006106735.tif 000003
【０００５】
ここで、
Ｐ（ｍｎ／ｓ）：プロセス速度（紙搬送速度）
Ｒ（ｄｐｉ）：画像解像度（１インチ当たりのドット数）
Ｖｒ（ｒｐｍ）：ポリゴンモータ回転数
Ｎ：ポリゴンミラー面数
（１）式より、印字速度、解像度は、ポリゴンミラー面数、ポリゴンミラー回転数に比例する。よって、高速化、高解像度化の実現のためには、ポリゴンミラー面数を増やすか又はポリゴンミラー回転数を上げることが必要になる。
【０００６】
しかし、従来の一般的なアンダーイルミネーション走査光学系はポリゴンミラーに入射する光束の主走査方向の幅は、ポリゴンミラーの１つのミラー面の主走査方向反射面幅よりも小さく、入射ビームすべてを反射させる。像面でのビーム径はＦナンバーに比例する。ＦナンバーＦｎは、結像光学系の焦点距離をｆ、ポリゴンミラー面上での主走査ビーム径をＤとすると、Ｆｎ＝ｆ／Ｄで表される。よって、高画質化のために像面でのビーム径を小さくしようとすると、ポリゴンミラー面上の主走査ビーム径を大きくしなければいけない。このため、高速化、高解像度化の実現のためにポリゴンミラー面数を多くすると、ポリゴンミラーを大型化する必要がある。そして、これを高速回転させると、モータヘの負荷が大きくなる。このため、モータの消費電力が多くなったり、負荷に対応する大型のモータを用いたりすることで、コストが上がる。また、騒音、振動、熱の発生が大きく、これらの対策が必要になる。
【０００７】
そこで、これらの対策としては、オーバーイルミネーションタイプの走査光学系が有効である。オーバーイルミネーションタイプの走査光学系では、ポリゴンミラーに入射するビームの主走査方向の幅は、１つのポリゴンミラー面の主走査方向幅よりも大きい。よって、反射面の全面で光束を反射させるため、高速化、高解像度化のため反射面数を増やし、且つポリゴンミラー上のビーム径を確保する場合でも、ポリゴンミラー径を小さくすることができる。
【０００８】
これによって、ポリゴンモータに対する負荷を低減できるため、コスト低減が可能となる。また、ポリゴンミラーが小径、且つ面数が多いため、ポリゴンミラーの形状が円形に近づくため、空気抵抗が小さくなり、ポリゴンミラーを高速で回転させても騒音、振動、熱の発生が低減できる。
【０００９】
そして、騒音、振動低減により、ガラス等の対策部品がなくなるか、または減少し、これによるコストダウンの効果もある。また、高デューティーサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）が可能となる。このオーバーイルミネーション走査光学系に関しては、例えば非特許文献１に記述されている。
【非特許文献１】Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｎｏｔｅｂｏｏｋ（Ｌｅｏ  Ｂｅｉｓｅｒ著、ＳＰＩＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ  ＰＲＥＳＳ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の走査光学系では、画像濃度のむらを解消することはできない。
【００１１】
レンズの透過率は、光束のレンズへの垂直入射時が最も大きく、入射面の法線との角度（入射角度）が大きくなると、小さくなる。よって、ｆθレンズの場合、走査端になるとレンズへの入射角が大きくなり、走査中央部に比べて透過率は小さくなって光量が減少する。このため、走査中央部と走査端とでの光量差が大きく、画像濃度の差も大きくなってしまう。
【００１２】
この対策としては一般に、レンズ表面に蒸着をして透過率を向上させることが行われるが、ｆθレンズがプラスチックで構成されている場合、このレンズ表面に蒸着をすると下記の問題が生じる。
【００１３】
ｆθレンズにプラスチックレンズを用いた場合、その表面に蒸着をする際に高い温度にさらされるので、レンズが変形して光学特性が悪化する。これを解消するためには、変形を考慮してレンズを成形する必要がある。即ち、蒸着による変形後に所望の最終形状になるように、蒸着前のレンズを、その変形分を合わせた形状にする必要があるが、この変形分を正確に分析するのは容易でなく、製造が非常に難しくなる。更に、蒸着することでコストアップになる。
【００１４】
さらに、オーバーイルミネーションタイプの場合、走査角度によって光束の幅が変動するため、像面の光量ばらつきは大きくなる。
【００１５】
図２は、ポリゴンミラーへ入射するビームと偏向後光学系の光軸とが主走査平面上で角度をなす場合（０°でない場合）の、ポリゴンミラーで反射される光束の幅を示している。ここで、ポリゴンミラーへの入射側（ａ）、走査領域の中心位置（ｂ）、入射側と反対側（ｃ）での反射幅をそれぞれＤａ、Ｄｂ、Ｄｃとすると、Ｄａ＞Ｄｂ＞Ｄｃとなり、像面での光量にばらつきが発生する。
【００１６】
また、図２には、ポリゴンミラー入射前の光束の強度分布も示している。各位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）での光束の強度分布の断面積をそれぞれＳａ，Ｓｂ，Ｓｃとすると、各位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のビーム幅が異なることと、使用される光束の強度分布がガウシアン分布をもつレーザビームであることから、Ｓａ＞Ｓｃ、Ｓｂ＞Ｓｃである。光量は、ビーム強度分布のうちの使用部分の体積になるので、像面での光量をそれぞれＰａ、Ｐｂ、Ｐｃとすると、Ｐａ＞Ｐｃ、＞Ｐｂ＞Ｐｃとなる。よって、光量ばらつきは、従来光学系であるアンダーイルミネーション光学系よりもオーバーイルミネーション光学系の方が大きいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一般に、光束がレンズ内部を通過すると、光の吸収が生じる。そして、光吸収量はレンズ内部を通過する距離が長いと大きくなる。そこで、光束がレンズ内部を通過する距離を、走査領域のセンター位置で長く、走査端で短くすることで、光束がレンズ内部を通過する際の光吸収量が、走査領域のセンター位置で大きく、走査端で小さくすることができる。具体的には、画像領域の中心部を走査するときに光束が当該レンズ内部を通過する距離をＬc、画像領域の端部を走査するときに光束がレンズ内部を通過する距離をＬeとするとき、結像光学系がＬc／Ｌe≧2.2を満たすように形成する。
【発明の効果】
【００１８】
これにより、走査領域の全域で、レンズ通過後の光量ばらつきが低減され、高画質化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。図３は、この発明の実施の形態に係る光走査装置を備えた画像形成装置としてのデジタル複写装置を示す概略構成図である。
【００２０】
図３に示すように、デジタル複写装置１は、例えば、画像読取手段としてのスキャナ部１０と、画像形成手段としてのプリンタ部２０とを備えて構成されている。
【００２１】
スキャナ部１０は、図示する矢印の方向に移動可能に形成された第１キャリッジ１１、第１キャリッジ１１に従動して移動される第２キャリッジ１２、第２キャリッジ１２からの光に所定の結像特性を与える光学レンズ１３、光学レンズ１３により所定の結像特性が与えられた光を光電変換して電気信号を出力する光電変換素子１４、原稿Ｄを保持する原稿台１５、原稿台１５に原稿Ｄを押しつける原稿固定カバー１６等を有して構成されている。
【００２２】
第１キャリッジ１１には、原稿Ｄを照明する光源１７、光源１７が放射する光で照明されて原稿Ｄから反射された反射光を第２キャリッジ１２に向けて反射するミラー１８ａが設けられている。
【００２３】
第２キャリッジ１２には、第１キャリッジ１１のミラー１８ａから伝達された光を９０°折り曲げるミラー１８ｂ、ミラー１８ｂで折り曲げられた光をさらに９０°折り曲げるミラー１８ｃを有している。
【００２４】
これにより、原稿台１５に載置された原稿Ｄは、光源１７によって照明され、画像の有無に対応する光の明暗が分布する反射光を反射する。この原稿Ｄの反射光は、原稿Ｄの画像情報として、ミラー１８ａ、１８ｂおよび１８ｃを経由して、光学レンズ１３に入射される。光学レンズ１３に案内された原稿Ｄからの反射光は、光学レンズ１３により、光電変換素子(CCDセンサ)１４の受光面に集光される。
【００２５】
図示しない操作パネルまたは外部装置から画像形成の開始を指示する信号が入力されると、図示しないキャリッジ駆動用モータの駆動により第１キャリッジ１１と第２キャリッジ１２が原稿台１５に対して所定の位置関係となるよう定められているホーム位置に一旦移動されたのち、原稿台１５に沿って所定の速度で移動されることで、原稿Ｄの画像情報、すなわち原稿Ｄから反射された画像光が、ミラー１８ａの長手方向、すなわち主走査方向に沿った所定の幅で切り出されて、ミラー１８ｂに向けて反射されるとともに、ミラー１８ａの長手方向と直交する方向、すなわち副走査方向に関してミラー１８ａにより切り出された幅を単位として、順次取り出され、原稿Ｄの全ての画像情報が光電変換素子１４に案内される。なお、光電変換素子１４から出力される電気信号はアナログ信号であり、図示しないＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換されて、画像信号として図示しない画像メモリに、一時的に記憶される。
【００２６】
以上のようにして、原稿台１５上に載置された原稿Ｄの画像情報は、光電変換素子１４により、ミラー１８ａの長手方向である第１の方向に沿った１ラインごとに、画像処理部(図示せず)において画像の濃淡を示す信号、例えば８ビットのデジタル画像信号に変換される。
【００２７】
プリンタ部２０は、後段で説明する露光装置としての光走査装置２１および被画像形成媒体である記録用紙Ｐ上に画像形成が可能な電子写真方式の画像形成部２２を有している。
【００２８】
画像形成部２２は、メインモータ２３Ａ（図５参照）により外周面が所定の速度で移動するよう回転され、光走査装置２１からレーザビームＬが照射されることで、画像データ、すなわち原稿Ｄの画像に対応する静電潜像が形成されるドラム状の感光体(以下、感光体ドラムと示す)２３、感光体ドラム２３の表面に所定極性の表面電位を与える帯電装置２４、感光体ドラム２３に光走査装置により形成された静電潜像に可視化材としてのトナーを選択的に供給して現像する現像装置２５、現像装置２５により感光体ドラム２３の外周に形成されたトナー像に所定の電界を与えて記録用紙Ｐに転写する転写装置２６、転写装置２６でトナー像が転写された記録用紙Ｐおよび記録用紙Ｐと感光体ドラム２３との間のトナーを、感光体ドラム２３との静電吸着から解放して(感光体ドラ１ム２３から)分離する分離装置２７、および感光体ドラム２３の外周面に残った転写残りトナーを除去し、感光体ドラム２３の電位分布を帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態に戻すクリーニング装置２８等を有している。なお、帯電装置２４、現像装置２５、転写装置２６、分離装置２７およびクリーニング装置２８は、感光体ドラム２３が回転される矢印方向に沿って、順に配列されている。また、光走査装置２１からのレーザビームＬは、帯電装置２４と現像装置２５との間の感光体ドラム２３上の所定位置Xに照射される。
【００２９】
スキャナ部１０で原稿Ｄから読み取られた画像信号は、図示しない画像処理部において、例えば輪郭補正あるいは中間調表示のための階調処理等の処理により印字信号に変換され、さらに光走査装置２１の以下に説明する半導体レーザ素子から放射されるレーザビームの光強度を、帯電装置２４により所定の表面電位が与えられている感光体ドラム２３の外周に、静電潜像を記録可能な強度と潜像を記録しない強度とのいずれかに変化させるためのレーザ変調信号に変換される。
【００３０】
光走査装置２１の以下に示すそれぞれの半導体レーザ素子は、上述したレーザ変調信号に従って強度変調され、所定の画像データに対応して感光体ドラム２３の所定位置に静電潜像を記録するように発光する。この半導体レーザ素子からの光は、光走査装置２１内の以下に説明する偏向装置によりスキャナ部１０の読み取りラインと同一の方向である第１の方向に偏向されて、感光体ドラム２３の外周上の所定位置Xに照射される。
【００３１】
次いで、感光体ドラム２３が所定速度で矢印方向に回転されることで、スキャナ部１０の第１キャリッジ１１および第２キャリッジ１２が原稿台１５に沿って移動されて原稿Ｄの情報が読み取られると同時に、偏向装置により順次偏向される半導体レーザ素子からのレーザビームが上記情報に応じて１ライン毎に、感光体ドラム２３上の外周に所定間隔で露光させる。
【００３２】
このようにして、感光体ドラム２３の外周上に、画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【００３３】
感光体ドラム２３の外周に形成された静電潜像は、現像装置２５からのトナーにより現像され、感光体ドラム２３の回転により転写装置２６と対向する位置に搬送され、用紙カセット２９から、給紙ローラ３０および分離ローラ３１により１枚取り出され、アライニングローラ３２でタイミングが整合されて供給される記録用紙Ｐ上に、転写装置２６からの電界によって転写される。
【００３４】
トナー像が転写された記録用紙Ｐは、分離装置２７によりトナーとともに分離され、搬送装置３３により定着装置３４に案内される。
【００３５】
定着装置３４に案内された記録用紙Ｐは、定着装置３４からの熱と圧力によりトナー(トナー像)が定着された後、排紙ローラ３５によりトレイ３６に排出される。
【００３６】
一方、転写装置２６によりトナー像(トナー)を記録用紙Ｐに転写させた後の感光体ドラム２３は、引き続く回転の結果、クリーニング装置２８と対向され、外周に残っている転写残りトナー(残留トナー)が除去されて、さらに帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態である初期状態に戻され、次の画像形成が可能となる。
【００３７】
以上のプロセスが繰り返されることで、連続した画像形成動作が可能となる。
【００３８】
このように、原稿台１５にセットされた原稿Ｄは、スキャナ部１０で画像情報が読み取られ、読み取られた画像情報がプリンタ部２０でトナー像に変換されて記録用紙Ｐに出力されることで、複写される。
【００３９】
なお、上述した画像形成装置では、デジタル複写装置を例に説明したが、例えば画像読取部が存在しないプリンタ装置でもよいことは言うまでもない。
【００４０】
図４(ａ)および図４(ｂ)は、図３に示した光走査装置２１の構成を説明する概略構成図である。なお、図４(ａ)は、光走査装置に含まれる光源(半導体レーザ素子)と感光体ドラム(走査対象物)との間に配列される光学要素を、光偏向装置(ポリゴンミラー)から感光体ドラムに向かう光ビームが光偏向装置により走査される方向と平行な方向である主走査方向(第１の方向)と直交する方向から見るとともにミラーによる折り返しを展開して説明した概略平面図で、図４(ｂ)は、図４(ａ)に示した方向すなわち主走査方向と直交する副走査方向(第２の方向)が平面となるように示した概略断面図である。
【００４１】
図４(ａ)および図４(ｂ)に示されるように、光走査装置２１は、例えば、７８０ｎｍのレーザビーム(光ビーム)Ｌを出射する半導体レーザ素子(光源)４１、半導体レーザ素子４１から出射されたレーザビームＬの断面ビーム形状を集束光又は平行光又は発散光に変換するレンズ４２、レンズ４２を通過されたレーザビームＬの光量(光束幅)を、所定の大きさに制限するアパーチャ４３、アパーチャ４３により光量が制限されたレーザビームＬの断面形状を、所定の断面ビーム形状に整えるために、副走査方向のみに正のパワーが与えられたシリンドリカルレンズ４４、および有限焦点レンズもしくはコリメートレンズ４２、アパーチャ４３、およびシリンドリカルレンズ４４により断面形状が所定の断面ビーム形状に整えられた半導体レーザ素子４１からのレーザビームＬを、所定の方向に折り曲げるミラー４５等を備えた偏向前光学系４０を有している。
【００４２】
偏向前光学系４０により所定の断面ビーム形状が与えられたレーザビームＬが進行する方向には、ポリゴンミラー(光偏向装置)５０が設けられている。このポリゴンミラー５０は、所定の速度で回転するポリゴンミラーモータ５０Ａと一体に形成され、シリンドリカルレンズ４４により断面ビーム形状が所定の形状に整えられたレーザビームＬを、後段に位置される感光体ドラム(被走査面)２３に向けて走査する。
【００４３】
ポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間には、ポリゴンミラー５０の各反射面で連続して反射されたレーザビームＬを、感光体ドラム２３の軸線方向に沿って、概ね直線状に結像する結像光学系６０が設けられている。
【００４４】
結像光学系６０は、集束性を有する結像レンズ(通常、fθレンズと呼ばれる)６１、画像形成部２２内を浮遊するトナー、塵あるいは紙粉等が光走査装置２１の図示しないハウジング内に回り込むことを防止する防塵ガラス６２等を備えて構成されている。
【００４５】
結像レンズ６１は、ポリゴンミラー５０の個々の反射面で連続して反射されるレーザビームＬを感光体ドラム２３に照射される際の感光体ドラム２３上での位置と、ポリゴンミラー５０の各反射面の回転角とを比例させながら、露光位置X（図３参照）において感光体ドラム２３の長手(軸線)方向の一端から他端に照射し、感光体ドラム２３上の長手方向のどの位置においても、所定の断面ビーム径となるように、ポリゴンミラー５０が回転される角度に基づいて、所定の関係が与えられている。具体的関係は後述する。
【００４６】
なお、光走査装置２１内の半導体レーザ素子４１から感光体ドラム２３までのレーザビームＬの光路は、図示しない複数のミラー等により、光走査装置２１の図示しないハウジング内で折り曲げられている。また、結像レンズ６１の主走査方向および副走査方向の曲率およびポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間の光路が最適化されることで、結像レンズ６１と図示しないミラーの少なくとも１つが一体に形成されてもよい。
【００４７】
また、図４(ａ)および図４(ｂ)に示した光走査装置２１においては、ポリゴンミラー５０の各反射面に向けられる入射レーザビームの主光線が沿う軸ＯIと結像光学系６０の光軸ＯRを、それぞれ主走査平面に投影したときの両者のなす角度αは５°である。走査角度βは２６°である。
【００４８】
また、同光走査装置を副走査断面から見た状態で、入射レーザビームと結像光学系の光軸ＯRとのなす角度は２°である。
【００４９】
図５は、図４(ａ)および図４(ｂ)に示した光走査装置を含むデジタル複写装置の駆動回路の一例を示す概略ブロック図である。
【００５０】
主制御装置としてのＣＰＵ１１０には、所定の動作規則やイニシャルデータが記憶されているＲＯＭ(読み出し専用メモリ)１０２、入力された制御データを一時的に記憶するＲＡＭ１０３、光電変換素子１４からの画像データまたは外部装置から供給される画像データを保持するとともに、以下に示す画像処理回路に対して画像データを出力する共有(画像)ＲＡＭ１０４、バッテリバックアップにより、複写装置１への通電が遮断された場合であってもそれまでに記憶されたデータを保持するＮＶＭ(不揮発性メモリ)１０５、および画像ＲＡＭ１０４に記憶されている画像データに所定の画像処理を付加して、以下に説明するレーザドライバに出力する画像処理装置１０６等が接続されている。
【００５１】
ＣＰＵ１１０にはまた、光走査装置２１の半導体レーザ素子４１を発光させるレーザドライバ１２１、ポリゴンミラー５０を回転するポリゴンモータ５０Ａを駆動するポリゴンモーダドライバ１２２、および感光体ドラム２３や、付随する用紙(被転写材)の搬送機構等を駆動するメインモータ２３Ａを駆動するためのメインモータドライバ１２３等が接続されている。これにより、ＣＰＵ１１０が全体を制御している。
【００５２】
図４(ａ)および図４(ｂ)に示した光走査装置２１では、半導体レーザ素子４１を放射された発散性のレーザビームＬは、レンズ４２により、断面ビーム形状が集束光又は平行光又は発散光に変換される。
【００５３】
断面ビーム形状が所定形状に変換されたレーザビームＬは、アパーチャ４３により通過されて光束幅および光量が最適に設定されるとともに、シリンドリカルレンズ４４により、副走査方向にのみ所定の収束性が与えられる。これにより、レーザビームＬは、ポリゴンミラー５０の各反射面上で主走査方向に延びた線状となる。
【００５４】
ポリゴンミラー５０は、例えば正１２面体であり、その内接円直径Ｄpが２９ｍｍに形成されている。ポリゴンミラー５０の各反射面(１２面)の主走査方向の幅Ｗpは、ポリゴンミラー５０の反射面の数をＮとすると、
Ｗp=tan(π/Ｎ)×Ｄp
から求めることができ、この例では、
Ｗp=tan(π/１２)×２９=７．７７ｍｍ
である。
【００５５】
これに対し、ポリゴンミラー５０の各反射面に照射されるレーザビームＬの主走査方向のビーム幅ＤLは、概ね３２ｍｍであり、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の主走査方向の幅Ｗp＝７．７７ｍｍに比較して、広く設定されている。ビーム幅は主走査方向に広いほど像面での走査端と走査中心との光量ばらつきは低減する。
【００５６】
ポリゴンミラー５０の各反射面に案内され、ポリゴンミラー５０が回転されることにより連続して反射されることで直線状に走査(偏向)されたレーザビームＬは、結像光学系６０の結像レンズ６１によって、感光体ドラム２３(像面)上で、断面ビーム径が少なくとも主走査方向に関して、概ね均一になるように所定の結像特性が与えられ、感光体ドラム２３の表面に、概ね直線状に結像される。また、結像レンズ６１により、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角度と感光体ドラム２３上に結像された光ビームの結像位置、すなわち走査位置が、比例関係を持つように補正される。
【００５７】
従って、結像レンズ６１により、感光体ドラム２３上に、直線状に走査される光ビームの速度は、全走査域で一定となる。なお、結像レンズ６１は、ポリゴンミラー５０の各反射面が副走査方向に対して個々に非平行である。すなわち、各反射面に倒れが生じている影響による副走査方向の走査位置のずれも補正できる曲率(副走査方向曲率)が与えられている。さらに、副走査方向の像面湾曲も補正している。これら光学特性を補正するために、副走査方向の曲率は走査位置により変化させている。
【００５８】
結像レンズ６１のレンズ面の形状は、例えば、図１０の表および
【数２】
2006106735.tif 000004
【００５９】
により定義されている。
【００６０】
このような結像レンズ６１を用いることで、ポリゴンミラー５０の個々の反射面の回転角θと感光体ドラム２３上に結像されるレーザビームＬの位置とが概ね比例関係になるので、レーザビームＬが感光体ドラム２３上に結像される際の位置が補正可能となる。
【００６１】
結像レンズ６１は、また、ポリゴンミラー５０の各反射面相互の副走査方向の傾きの偏差、すなわち面倒れ量のばらつきによって生じる副走査方向の位置ずれを補正することが可能である。詳細には、結像レンズ６１のレーザビーム入射面(ポリゴンミラー５０側面)と出射面(感光体ドラム２３側面)とにおいて、概ね光学的に共役の関係とすることで、ポリゴンミラー５０の任意の反射面とポリゴンミラー５０の回転軸との間に定義される傾きが(個々の反射面毎に)異なる場合でも、感光体ドラム２３上に案内されるレーザビームＬの副走査方向の走査位置のずれを補正することができる。
【００６２】
なお、レーザビームＬの断面ビーム径は、半導体レーザ素子４１が放射する光ビームＬの波長に依存することから、レーザビームＬの波長を６５０ｎｍまたは６３０ｎｍ、もしくはこれらよりさらに短い波長とすることで、レーザビームＬの断面ビーム径を、一層小径化できる。
【００６３】
偏向後の折り返しミラーは平面で構成されている。すなわち、面倒れ補正はfθレンズのみで行っている。
【００６４】
fθレンズ面形状は、主走査軸に対して回転対称軸をもち、走査位置により副走査方向の曲率が異なる例えばトーリックレンズであっても良い。こうすることで、副走査方向の屈折力が走査位置により異なり、走査線曲がりを補正することが可能となる。
【００６５】
さらに、副走査方向の曲面が回転対称軸をもつ場合に、副走査方向の曲率の自由度が広がり、より精度よく補正することが可能となる。
【００６６】
ただし、高画質化を図るためには、上記補正だけでなく、濃度むらも解消する必要がある。このためには、fθレンズにおける光量のばらつきを解消する必要がある。ここで、レンズの透過率は、垂直入射のときが最も大きく、入射面の法線との角度(入射角度)が大きくなると、小さくなる。よって、fθレンズの場合、走査端になるとレンズヘの入射角度が大きくなり、透過率は小さくなる。このため、走査中央部と走査端での光量差が大きく、画像濃度の差も大きくなってしまう。
【００６７】
一般に、光がレンズを通過すると、光の吸収が生じる。そこで、光線がfθレンズ内を通過する距離をセンターで長く、走査端で短くする。具体的には、fθレンズの全体の厚さを調整して、相対的に、センターの光線通過距離を長く、走査端での光線通過距離を短くする。これにより、fθレンズを通過する際の光吸収量が、走査センターで大きく、走査端で小さくなるため、fθレンズ通過後は光量ばらつきが低減される。
【００６８】
図６に、fθレンズにおける画像領域中心部の光線通過距離をＬc、画像領域走査端での光線通過距離をＬeとした場合のＬc/Ｌeが1、2.2、2.8の場合の像面光量ばらつき量の比較、及び各光量ばらつきが生じたときの画像評価結果を示す。画像評価では濃度むらの主観的評価を行った。図６から分かるように、Ｌc/Ｌeは大きいほど像面光量ばらつきが小さくなり、画像濃度むらは良好になる。Ｌc/Ｌeが2.2のとき画像濃度むらは9.8％、2.8のとき画像濃度むらは8.4％で良好になる。すなわちＬc/Ｌeは2.2程度の値を境に、それ以上であれば、画像が良好であることがわかる。
【００６９】
図７は、Ｌc/Ｌeが2.8のfθレンズを光線が通過する前後の光量ばらつき量を比較したグラフである。図７より分かるように、fθレンズ通過前（図７における「fθレンズなし」の状態）の光量ばらつき量は9％であるが、fθレンズを通過させること（図７における「fθレンズあり」の状態）で6.3％に低減している。これにより、Ｌc/Ｌeが2.8のfθレンズは、画像領域の中心部と走査端とでの光量ばらつきを低減させる作用があることが分かる。なお、fθレンズの材料としてはアクリル樹脂を用いた。
【００７０】
また、図８は、Ｌc/Ｌeが2.2のfθレンズを光線が通過する前後の光量ばらつき量を比較したグラフである。図８より分かるように、fθレンズ通過前の光量ばらつき量は9%であるが、fθレンズを通過させることで7.1％に低減している。これにより、Ｌc/Ｌeが2.2のfθレンズは、画像領域の中心部と走査端とでの光量ばらつきを低減させる作用があることが分かる。なお、fθレンズの材料としてはアクリル樹脂を用いた。
【００７１】
図９は、fθレンズの材料に環状オレフィン系樹脂を用いた場合である。この例ではＬc/Ｌeは2.8とした。fθレンズ通過前の光量ばらつき量は9％であるが、fθレンズを通過させることで6.4％に低減している。これにより、環状オレフィン系樹脂を用いたfθレンズは光量ばらつきを低減させる作用があることが分かる。
【００７２】
このことから分かるように、Ｌc／Ｌe≧2.2の条件を満たせば、環状オレフィン系樹脂の場合も前記アクリル樹脂の場合も同様に、光量ばらつきを低減させることができる。即ち、プラスチックレンズの材料として使用されるすべての合成樹脂を用いることができ、これらの合成樹脂を用いたプラスチックレンズに対してＬc／Ｌe≧2.2の条件を満たすように成形することによって光量ばらつきを低減させることができる。
【００７３】
この結果、fθレンズ通過後の光量ばらつきが低減して、高画質化を図ることができる。
【００７４】
なお、上記実施形態では、オーバーイルミネーション光学系を例に説明したが、アンダーイルミネーション光学系でも、Ｌc／Ｌe≧2.2の条件を満たすfθレンズを用いることで、上記同様に光量ばらつきを低減させることができる。
【００７５】
また、上記実施形態では、fθレンズが１枚構成のプラスチックレンズである場合を例に説明したが、レンズが複数枚の場合でも、本発明を適用することができる。即ち、結像光学系が、複数枚のレンズで構成される場合や、fθレンズと共に他のレンズを備えた場合でも、本発明を適用することができる。これらの場合は、各レンズの通過距離の和が、走査センター位置と走査端とで上述の関係を満たしていれば、上記実施形態同様の作用、効果で、光量ばらつきを低減させることができる。即ち、画像領域中心部を走査するときの各レンズを通過する距離の和をΣＬc、画像領域端部を走査するときの各レンズを通過する距離の和をΣＬeとするとき、ΣＬc／ΣＬe≧2.2を満たせば、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００７６】
さらに、結像光学系が複数枚のレンズで構成される場合において、各レンズがガラスレンズとプラスチックレンズとの組み合わせからなる場合であっても、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。特に、結像光学系が複数枚のレンズで構成される場合において、表面に透過率を向上させるコーティングを施していないレンズ面を少なくとも１面含む結像光学系において、本願発明を適用することで、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００７７】
さらに、上記実施形態では、光走査装置を組み込んだ画像形成装置としてデジタルモノクロ複写装置を例に説明したが、これに限らず、デジタルカラー複写装置、モノクロレーザプリンタ、カラーレーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置全般に本発明を適用することができ、これによって上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態に係るｆθレンズを光線が通過した状態を示す側面図である。
【図２】ポリゴンミラー入射前の光束の強度分布及びポリゴンミラーで反射される光束の幅を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態である光走査装置が組み込まれる画像形成装置の一例を示す概略側面断面図である。
【図４】本実施形態の光走査装置を示す概略平面図及び概略側面図である。
【図５】本実施形態のデジタル複写装置の駆動回路の一例を示す概略ブロック図である。
【図６】本実施形態に係るｆθレンズのＬc/Ｌeが1、2.2、2.8の場合の像面光量ばらつき量の比較、及び各光量ばらつきが生じたときの画像評価結果を示す表である。
【図７】Ｌc/Ｌeが2.8のfθレンズを光線が通過する前後の光量ばらつき量を比較したグラフである。
【図８】Ｌc/Ｌeが2.2のfθレンズを光線が通過する前後の光量ばらつき量を比較したグラフである。
【図９】Ｌc/Ｌeが2.8のfθレンズを光線が通過する前後の光量ばらつき量を比較したグラフである。
【図１０】結像レンズのレンズ面の形状を定義する条件を示した表である。
【符号の説明】
【００７９】
１：デジタル複写装置、１０：スキャナ部、２０：プリンタ部、１０：スキャナ部、１１：第１キャリッジ、１２：第２キャリッジ、１３：光学レンズ、１４：光電変換素子、１５：原稿台、１６：原稿固定カバー、１７：光源、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ：ミラー、２０：プリンタ部、２１：光走査装置、２２：画像形成部、２３Ａ：メインモータ、２３：感光体ドラム、２４：帯電装置、２５：現像装置、２６：転写装置、２７：分離装置、２８：クリーニング装置、２９：用紙カセット、３０：給紙ローラ、３１：分離ローラ、３２：アライニングローラ、３３：搬送装置、３４：定着装置、３５：排紙ローラ、３６：トレイ、４１：半導体レーザ素子、４２：レンズ、４３：アパーチャ、４４：シリンドリカルレンズ、４５：ミラー、５０：ポリゴンミラー、６０：結像光学系、６１：結像レンズ、６２：防塵ガラス、１１０：ＣＰＵ、１０２：ＲＯＭ、１０３：ＲＡＭ、１０４：画像ＲＡＭ、１０５：不揮発性メモリ、１０６：画像処理装置。
【図１】
2006106735.tif 000005
【図２】
2006106735.tif 000006
【図３】
2006106735.tif 000007
【図４】
2006106735.tif 000008
【図５】
2006106735.tif 000009
【図６】
2006106735.tif 000010
【図７】
2006106735.tif 000011
【図８】
2006106735.tif 000012
【図９】
2006106735.tif 000013
【図１０】
2006106735.tif 000014