(57)【要約】【課題】装置の低コスト化を図りつつ、複数の光ビームを用いるマルチビーム方式の走査により、高品質な画像を形成することが可能な光走査装置を提供する。【解決手段】所定の条件を満足する範囲内で、例えば回転多面鏡の大きさが最小限となるように各要素を設定すれば、主走査方向における光ビームが蹴られることを回避しつつ、回転多面鏡の小型化を図ることができる。これにより装置の低コスト化が可能となる。また、回転多面鏡の小型化により、回転多面鏡の駆動系における消費エネルギー及び発熱量を低減することができる。したがって、温度変動による光ビームのスポット径の増大や、走査ピッチむら、副走査方向のビームピッチの変動など各種光学特性の劣化を抑制することが可能となる。【選択図】図２
2008209803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に配置された複数の発光点を有する光源と、前記発光点から射出された複数の光ビームをカップリングするカップリングレンズを含む第１光学系と、前記カップリングレンズの焦点位置又は該焦点位置の近傍に配置されたアパーチャ部材と、複数の偏向面を有し、前記アパーチャ部材を通過した複数の光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡に偏向された前記複数の光ビームを、被走査面の書込み領域に集光する第２光学系とを備え、前記複数の光ビームで前記被走査面上の書込み領域を主走査方向へ走査する光走査装置において、
前記複数の発光点のうち、前記主走査方向に関して最も離間した発光点間の距離をＷ、前記アパーチャ部材に設けられた開口の前記主走査方向の寸法をＥ、前記回転多面鏡の内接円半径をＡ、前記回転多面鏡の前記偏向面の数をＭ、前記光ビームが前記偏向面に入射する入射角をα、前記書込み領域の走査開始から走査終了までの、前記第２光学系の画角をφ、前記アパーチャ部材から前記回転多面鏡までの距離をｘ、前記カップリングレンズの焦点距離をｆ１としたときに、次式で示される条件を満たすことを特徴とする光走査装置。
【数１】
2008209803.tif 000013
【請求項２】
前記光源は、垂直共振器型面発光レーザであり、
前記発光点のニア・フィールド・パターンの前記主走査方向又は該主走査方向に直交する副走査方向に関する大きさをＡ、前記第１光学系と前記第２光学系とからなる光学系の横倍率をβ、前記光ビームのスポット径をωとしたときに、次式で示される条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【数２】
2008209803.tif 000014
【請求項３】
前記光源は、前記主走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離が、前記副走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離よりも長く、
前記第１光学系と前記第２光学系とからなる光学系の主走査方向の横倍率が、前記光学系の副走査方向の横倍率よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記発光点は、前記副走査方向に関して等間隔となるように、前記主走査方向と所定の角度を成す第１の配列方向と、前記副走査方向に平行な第２の配列方向とに２次元的に配置され、
前記第１の配列方向に配列された発光点の個数は、前記第２の配列方向に配列された発光点の個数よりも多いことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記複数の発光点は、前記第１の配列方向に第１の間隔で配列され、前記第２の配列方向に、前記第１の間隔よりも小さい第２の間隔で配列されていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記第１光学系は、回折光学面を有する光学素子を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項７】
画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置と；
前記光走査装置により潜像が形成される感光体と；
前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と；
前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と；を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光ビームにより被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光走査装置、及びそれを用いた画像形成装置においては、画像の高画質化及びフルカラー化、画像形成速度の高速化、装置の低コスト化等に対する要求が高まってきている。画像の高画質化を達成するための課題は、走査線の湾曲の低減、ビームスポット径の被走査面上でのばらつきの低減、等速特性を向上することによるビームスポットの位置ずれの低減などである。
【０００３】
画像形成速度の高速化を達成するための課題は、複数の光ビームで同時に被走査面を走査することが可能な光走査装置の実現であり、近年では、一度に複数の走査ラインの走査が可能な、マルチビーム方式の画像形成装置が登場するに至っている。この主の画像形成装置では、光ビームを射出する光源が副走査方向にある程度の距離をもつため、走査ライン間で湾曲形状が異なってしまい、結果的に画像品質が低減してしまうという不都合がある。
【０００４】
特に、複数色にそれぞれ対応する被走査面を、異なる走査光学系によって走査し、各色に対応するトナー像を重ね合わせるフルカラー対応方式の画像形成装置、例えばタンデム型画像形成装置においては、副走査方向の色ずれや、画像の濃淡の差が発生することに起因する画像品質の低下が問題となる。
【０００５】
光ビームを射出する発光点を１つの素子上に多数形成する事が容易な垂直共振器型面発光レーザー（以下ＶＣＳＥＬと略記）を用いることはマルチビーム化に特に有効であるが、ビーム数が増えるほど発光点が配置される領域は光軸を中心に広くなり、上述の問題は非常に大きくなる。具体的には、発光点が多いためチャンネルごとに光ビームが通る光学素子の位置が異なり、各チャンネル間の光学特性の差が大きくなることで、主走査方向又は副走査方向のビームスポット径の増大や、走査ピッチむら、副走査方向のビームピッチの増大など様々な問題がでてくる。
【０００６】
更に、通常使用時には良好な画像を得ることができても、室温の変動や、連続プリントによる装置内の温度上昇などの環境変動により、装置内の光学素子の配置や形状が微小に変化し、光ビームの経路が変動することによって、光ビームの副走査方向の間隔が変動し、出力画像に色ずれが生じてしまう。この環境変動による色ずれは、高密度化及び高画質化が進む画像形成装置、特に、カラー画像形成装置においては大きな問題であり対策が必須である。そこで、この問題に対しては、例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載された技術が提案されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のＶＣＳＥＬを用いた画像形成装置では、主走査方向に最も離間した光源間の距離が、副走査方向に最も離間した光源間の距離よりも短くなっているため、装置の低コスト化、画像の超高密度化、光ビームの光量の確保等の条件を全て満足することは困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の画像形成装置は、複数の光ビームの走査光学系について、複数のシリンダミラーに対して、スキュー調整及び副走査方向の角度調整を行うことで、走査ラインの湾曲を調整し、画像の高画質化を図ることが可能な装置である。しかしながら、シリンダミラーは高価であるため、装置の低コスト化に限界がある。
【０００９】
また、特許文献３には、偏向器の入射側の光学系において、回折面と屈折面とを組み合わせることにより、温度変動によるピント位置変動を低減することが可能な画像形成装置が開示されている。しかしながら、この特許文献には、同一の感光体を複数の光ビームで走査する方式における課題については言及されていない。
【００１０】
また、上述の特許文献１〜３には、２次元的に配列された発光点から複数の光ビームを発生させる面発光レーザ光源の適切な発光点間距離や、面発光レーザに対応する走査光学系の条件などの記述は無い。また、走査時の光量不足に起因する走査速度の低下、高価な光学素子を利用することによる装置の高コスト化、ビームスポット径の増大等の問題の解決策も開示されておらず、画像の高画質化、画像形成速度の高速化、及び装置の低コスト化等の課題はクリアできていないのが現状である。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２８７２９２号公報
【特許文献２】特開２００５−３０９３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、係る事情の下になされたもので、その第１の目的は、装置の低コスト化を図りつつ、複数の光ビームを用いるマルチビーム方式の走査により、高品質な画像を形成することが可能な光走査装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、装置の低コスト化を図りつつ、高品質な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第１の観点からすると、２次元的に配置された複数の発光点を有する光源と、前記発光点から射出された複数の光ビームをカップリングするカップリングレンズを含む第１光学系と、前記カップリングレンズの焦点位置又は該焦点位置の近傍に配置されたアパーチャ部材と、複数の偏向面を有し、前記アパーチャ部材を通過した複数の光ビームを偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡に偏向された前記複数の光ビームを、被走査面の書込み領域に集光する第２光学系とを備え、前記複数の光ビームで前記被走査面上の書込み領域を主走査方向へ走査する光走査装置において、前記複数の発光点のうち、前記主走査方向に関して最も離間した発光点間の距離をＷ、前記アパーチャ部材に設けられた開口の前記主走査方向の寸法をＥ、前記回転多面鏡の内接円半径をＡ、前記回転多面鏡の前記偏向面の数をＭ、前記光ビームが前記偏向面に入射する入射角をα、前記書込み領域の走査開始から走査終了までの前記第２光学系の画角をφ、前記アパーチャ部材から前記回転多面鏡までの距離をｘ、前記カップリングレンズの焦点距離をｆ１としたときに、次式で示される条件を満たすことを特徴とする光走査装置である。
【００１５】
【数１】
2008209803.tif 000003
【００１６】
これによれば、上記の条件を満足する範囲内で、例えば回転多面鏡の大きさが最小限となるように各要素を設定すれば、主走査方向における光ビームが蹴られることを回避しつつ、回転多面鏡の小型化を図ることができる。これにより装置の低コスト化が可能となる。また、回転多面鏡の小型化により、回転多面鏡の駆動系における消費エネルギー及び発熱量を低減することができる。したがって、温度変動による光ビームのスポット径の増大や、走査ピッチむら、副走査方向のビームピッチの変動など各種光学特性の劣化を抑制することが可能となる。また、回転多面鏡を従来の大きさとした場合でも、被走査面を走査する画角を大きくすることができる。これにより、回転多面鏡以降の光ビームの経路を短くすることができるので、光走査装置の小型化、及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００１７】
本発明は、第２の観点からすると、画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と；前記光走査装置により潜像が形成される感光体と；前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と；前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と；を備える画像形成装置である。
【００１８】
これによれば、画像形成装置は本発明の光走査装置を備えている。したがって、装置の低コスト化を図りつつ、記録媒体に精度よく画像を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１６に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係る画像形成装置２００の概略構成が示されている。
【００２０】
画像形成装置２００は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙（用紙）上に転写することにより、画像を印刷するプリンタである。この画像形成装置２００は、図１に示されるように、光走査装置１００、感光ドラム２０１、帯電チャージャ２０２、トナーカートリッジ２０４、クリーニングケース２０５、給紙トレイ２０６、給紙コロ２０７、レジストローラ対２０８、転写チャージャ２１１、定着ローラ２０９、排紙ローラ２１２、排紙トレイ２１０、及びこれらを収容するハウジング２１５などを備えている。
【００２１】
前記ハウジング２１５は略直方体状で、＋Ｘ側及び−Ｘ側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。
【００２２】
前記光走査装置１００は、ハウジング２１５の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調した光ビームを主走査方向（図１におけるＹ軸方向）へ偏向することにより、感光ドラム２０１の表面を走査する。なお、光走査装置１００の構成については後述する。
【００２３】
前記感光ドラム２０１は、その表面に、光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置１００の下方にＹ軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図１における時計回り（図１の矢印に示される方向）に回転されている。そして、その周囲には、図１における１２時（上側）の位置に帯電チャージャ２０２が配置され、２時の位置にトナーカートリッジ２０４が配置され、６時の位置に転写チャージャ２１１が配置され、１０時の位置にクリーニングケース２０５が配置されている。
【００２４】
前記帯電チャージャ２０２は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム２０１の表面を所定の電圧で帯電させる。
【００２５】
前記トナーカートリッジ２０４は、トナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム２０１とは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム２０１の表面に供給する。
【００２６】
前記クリーニングケース２０５は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム２０１の表面に接するように配置されている。感光ドラム２０１の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム２０１の回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース２０５の内部に回収される。
【００２７】
前記転写チャージャ２１１は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ２０２とは逆極性の電圧が印加されている。
【００２８】
前記給紙トレイ２０６は、ハウジング２１５の＋Ｘ側の側壁に形成された開口から＋Ｘ側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙２１３を複数枚収容することが可能となっている。
【００２９】
前記給紙コロ２０７は、給紙トレイ２０６から用紙２１３を１枚ずつ取り出し、１対の回転ローラから構成されるレジストローラ対２０８を介して、感光ドラム２０１と転写チャージャ２１１によって形成される隙間に導出する。
【００３０】
前記定着ローラ２０９は、１対の回転ローラから構成され、用紙６１を過熱するとともに加圧し、排紙ローラ２１２へ導出する。
【００３１】
前記排紙ローラ２１２は、１対の回転ローラなどから構成され、ハウジング２１５の−Ｘ側の側壁に形成された開口から−Ｘ側端が突出した状態で配置された排紙トレイ２１０に対し、定着ローラ２０９から送られる用紙２１３を順次スタックする。
【００３２】
次に、光走査装置１００の構成について説明する。図２は光走査装置１００の概略構成を示す図である。図２に示されるように、光走査装置１００は、光源１０と、光源１０から左斜め下７０度の方向に順次配列された、カップリングレンズ１１、アパーチャ部材１２、線像形成レンズ１３、及びポリゴンミラー１５と、該ポリゴンミラー１５の＋X側に順次配置された第１走査レンズ１６、及び第２走査レンズ１７と、第２走査レンズ１７を通過した光ビーム反射して感光ドラム２０１へ導く反射ミラー１８とを備えている。以下、カップリングレンズ１１、アパーチャ部材１２、線像形成レンズ１３、及びポリゴンミラー１５の配列方向をｘ軸方向とする座標系を定義し、適宜この座標系に基づく説明を行う。
【００３３】
前記光源１０は、発光点として例えばＶＣＳＥＬが２次元配置された面発光型半導体レーザアレイであり、図３に示されるように、発光面（−ｘ側の面）上に、４０のＶＣＳＥＬが、ｙ軸と角度θ１をなす直線Ｌ１と平行な方向を行方向とし、ｚ軸と平行な方向を列方向とする４行１０列のマトリクス状に配置されている。また、各ＶＣＳＥＬは、ニア・フィールド・パターンの直径が４μｍであり、波長が７８０ｎｍの光ビームが、主走査方向及び副走査方向の発散角を７±１度としてそれぞれ射出される。また、本実施形態では、行間隔Ｄｚは２５．０μｍで、列間隔Ｄｙは３０．０μｍとなっており、各ＶＣＳＥＬのＺ軸方向（副走査方向）に関し隣り合うＶＣＳＥＬの間隔ｄｚは２．５μｍ（４８００ｄｐｉ時）となっている。
【００３４】
前記カップリングレンズ１１は、焦点距離が４７．７ｍｍのレンズであり、光源１０からの光ビームを射出側の焦点位置でカップリングする。
【００３５】
前記アパーチャ部材１２は、ｙ軸方向（主走査方向）の大きさが５．４４ｍｍ、ｚ軸方向（副走査方向）の大きさが２．１０ｍｍの矩形状又は楕円形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ１１の焦点位置近傍に位置するように配置されている。
【００３６】
前記線像形成レンズ１３は、焦点距離が１０７．０ｍｍのシリンドリカルレンズであり、アパーチャ部材１２を通過した光ビームを、ポリゴンミラー１５の反射面近傍で副走査方向に関して結像させる。
【００３７】
前記ポリゴンミラー１５は、上面が半径７ｍｍの円に内接する正方形である４角柱状の部材である。このポリゴンミラー１５の４つの側面には偏向面が形成され、不図示の回転機構により、Ｚ軸に平行な軸回りに一定の角速度で回転している。これにより、ポリゴンミラー１５に入射した光ビームはＹ軸方向に偏向（走査）される。
【００３８】
前記第１走査レンズ１６、及び前記第２走査レンズ１７は、それぞれ中心（光軸上）の肉厚が１３．５ｍｍ、及び３．５ｍｍの、例えば樹脂製の走査レンズであり、これらの光学面形状は、次式（１）、及び次式（２）で示される関数で表される。ただし、Ｙは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、Ｒｍはレンズの曲率半径であり、ａ００,ａ０１,ａ０２,…は主走査形状の非球面係数であり、ＲＳ０は副走査方向の光軸上の曲率であり、ｂ００,ｂ０１,ｂ０２,…は副走査形状の非球面係数である。また、各係数の値は次表１に示される通りである。
【００３９】
【数２】
2008209803.tif 000004
【００４０】
【数３】
2008209803.tif 000005
【００４１】
【表１】
2008209803.tif 000006
【００４２】
図４（Ａ）は、式（２）で示される、第１走査レンズ１６の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示しており、図４（Ａ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ１Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ１Ｒ２の光学面形状を示している。また、図４（Ｂ）は、式（２）で示される、第２走査レンズ１７の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示しており、図４（Ｂ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ２Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ２Ｒ２の光学面形状を示している。
【００４３】
また、図５（Ａ）は、式（２）で示される、第１走査レンズ１６の主走査断面内の形状を示しており、図５（Ａ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ１Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ１Ｒ２の光学面形状を示している。また、図５（Ｂ）は、第２走査レンズ１７の主走査断面内の形状を示しており、図５（Ｂ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ２Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ２Ｒ２の光学面形状を示している。なお、縦軸は光軸方向の座標Ｘ、横軸はレンズ高さを示し、光軸とは特に断らない限りは、式（２）において、Ｙ＝０としたときの副走査方向において、中央の点を通る軸をいうものとする。
【００４４】
なお、図２に示される各素子間の光学的距離ｄ１、ｄ３、ｄ４、ｄ６、ｄ７、ｄ９、ｄ１１及び各素子の光軸方向の大きさｄ２、ｄ５、ｄ８、ｄ１０は次表２に示される通りであり、光走査装置１００に含まれる光学系全系の副走査方向の横倍率は２．１８倍、ポリゴンミラー１５より被走査面側の光学系のみの副走査倍率は−０．９７倍となっている。そして、光走査装置１００では、被走査面上でのビームスポット径の狙いとして、主走査方向で５２μｍ、副走査方向で５５μｍに設定されている。また、書込み領域は、図２示される点Ｏを中心として、主走査方向（Ｙ軸方向）へ±１６１．５ｍｍの範囲となっており、この範囲を走査するときのポリゴンミラー１５の回転角（画角）は３６度で、画角は７２度となっている。なお、点Ｏは、図２においてポリゴンミラー１５の回転中心を通りＸ軸に平行な直線と感光ドラム２０１の被走査面が交わる点である。
【００４５】
【表２】
2008209803.tif 000007
【００４６】
次に、上述のように構成された画像形成装置２００の動作について説明する。上位装置から画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データにより光走査装置１００が駆動され、光源ユニット７０からは、画像情報に基づいて変調された４０本の光ビームが射出される。これらの光ビームは、カップリングレンズ１１によって略平行光に成形された後に、アパーチャ部材１２を通過する。
【００４７】
アパーチャ部材１２を通過した各光ビームは、線像形成レンズ１３によりポリゴンミラー１５の偏向面に集光されると、ポリゴンミラー１５によってＹ軸方向に偏向され、第１走査レンズ１６及び第２走査レンズ１７によって光ビームのスポットの主走査方向の移動速度等が調整されたのち、反射ミラー１８を介して感光ドラム２０１の表面に集光される。
【００４８】
感光ドラム２０１の表面は、帯電チャージャ２０２によって所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、ポリゴンミラー１５により偏向された光ビームにより、感光ドラム２０１が走査されると、光ビームを照射したところの感光層においてキャリア（電荷）が生成され、その部分では電荷移動がおこり電位が低下する。したがって、図１の矢印の方向に回転している感光ドラム２０１が、画像情報に基づいて変調された光ビームにより走査されることにより、表面に電荷の分布により規定される静電潜像が形成される。
【００４９】
感光ドラム２０１の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ２０３の現像ローラにより、感光ドラム２０１それぞれの表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ２０３の現像ローラは感光ドラム２０１と逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム２０１と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム２０１の表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム２０１の表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写チャージャにより用紙２１３に付着された後、定着ローラ２０９により定着されることで、用紙上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙２１３は、排紙ローラ２１２により排紙され、順次排紙トレイ２１０にスタックされる。
【００５０】
本実施形態に係る光走査装置１００においては、ポリゴンミラー１５に入射する光ビームから見たときの、ポリゴンミラー１５に対する余裕幅δは、光源１０の主走査方向に最も離間した発光点間距離をＷ（＝２７０μｍ）、アパーチャ部材１２に設けられた開口の主走査方向の大きさをＥ（＝５．４４ｍｍ）、ポリゴンミラー１５の内接円半径をＡ（＝７ｍｍ）、ポリゴンミラー１５の偏光面の数をＭ（＝４）、ポリゴンミラー１５に光ビームが入射する入射角をα（＝７０度）、書き込み領域を走査するときの画角をφ（＝７２度）、アパーチャ部材１２からポリゴンミラー１５の偏光面までの距離をｘ（＝６１ｍｍ）、カップリングレンズ１１の焦点距離をｆ１（＝４７．７ｍｍ）としたとき、次式（３）で表現することができる。そして、本実施形態では、余裕幅δは０．９３となり、零より大きくなっている。
【００５１】
【数４】
2008209803.tif 000008
【００５２】
式（３）で示される条件を満足する範囲内で、例えばポリゴンミラー１５の大きさが最小限となるように各要素を設定すれば、主走査方向における光ビームが蹴られることを回避しつつ、ポリゴンミラー１５の小型化を図ることができる。これにより装置の低コスト化が可能となる。また、ポリゴンミラー１５の小型化により、ポリゴンミラー１５の駆動系における消費エネルギー及び発熱量を低減することができる。したがって、温度変動による光ビームのスポット径の増大や、走査ピッチむら、副走査方向のビームピッチの変動など各種光学特性の劣化を抑制することが可能となり、連続プリントにおいても高画質な画像を得ることができる。また、回転多面鏡を従来の大きさとした場合でも、被走査面を走査する画角を大きくすることができる。これにより、回転多面鏡以降の光ビームの経路を短くすることができるので、光走査装置の小型化、及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００５３】
なお、ポリゴンミラー１５の形状以外は同一の光学系で、例えば、偏光面の数が６で内接円半径１３ｍｍのポリゴンミラーを使用した場合は、余裕幅δは−１．２３となり、式（３）で示される条件を満足せず、この場合にはポリゴンミラーに入射する光ビームに蹴られが発生する。偏光面の数が６のポリゴンミラーを使用する場合は、内接円半径が１８ｍｍのものを使用すると、余裕幅δは０．３７となり、式（３）で示される条件を満足し、光ビームの蹴られを回避して、各種光学特性の劣化の少ない光走査装置を得ることができる。
【００５４】
なお、式（３）の第１項における、２Ａ・ｔａｎ（π／Ｍ）は反射面の主走査方向の長さを表し、ＣＯＳ（（α＋（φ／４）／２）を乗じることで、ポリゴンミラー１５の偏光面の光ビームの射影の長さを表している。第３項は、回転多面鏡に入射する主走査方向の光束幅を表している。第４項は、反射面の主走査方向の中心が、１ライン走査するときの移動距離の、光ビームの入射方向から見た長さを表している。以上より、第１項から第２，３，４項を引いた値が０より大きくなることで、回転多面鏡による蹴られのない光走査装置を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、光源１０の発光点は、副走査方向に隣接する発光点の間隔が２．５μｍ（４８００ｄｐｉ時）の等間隔となっており、直線Ｌ１に平行な方向に配列された発光点の個数が１０個で、副走査方向に配列された発光点の個数が４個となっている。そして、主走査方向において最も離れた発光点間の距離よりも副走査方向において最も離れた発光点間の距離が小さくなっている。これにより副走査方向よりも主走査方向に数多く発光点が配列されることとなり、次のような利点がある。
【００５６】
光源１０では、主走査方向に１０個の発光点を並べており、主走査方向において最も離れた発光点間の距離は２７０μｍ（Ｄｍ×９）、発光点の総数は４０であるため、副走査方向において最も離れた発光点間の距離は９７．５μm（＝ｄ×３９）である。高密度な走査を行うために副走査方向に発光点を密集させ、なおかつ素子の性能及び歩留、寿命の向上のためには、発光点の配列領域は副走査方向よりも主走査方向に長い形態にすることが望ましい。副走査方向に広い範囲に渡って発光点を配列すると、温度変化による光学性能の劣化が著しく増大する。温度変化に伴う走査レンズの膨張、屈折率の変化による光学倍率の変化によって副走査方向のドット位置ずれが起こるが、これは光学系の光軸から副走査方向に離れているほど大きくなる。また走査線間隔のばらつきの温度による影響は副走査方向に最も離れた発光点の間で最大となる。その理由は、走査光学系における副走査横倍率の差のために、光軸に対して副走査方向に＋側の発光点による走査線と−側の発光点による走査線とは、曲がり方が逆方向になるからである。逆方向に曲がった走査線同士が隣接するときに発生する走査線間隔の大きな誤差は、副走査方向のドット位置ずれとなり、一走査ごとに現れるバンディングとして知覚されてしまい走査品質が劣化する原因となる。装置の低コスト化のために走査レンズを樹脂製の成形品にした場合には、ガラスよりも熱膨張や屈折率の温度変化が大きいため、この問題がさらに顕著になる。本発明では、これらの問題が効果的に改善される。
【００５７】
図６には、光源１０の変形例が示されている。なお、ここではＤｙは４０μｍ、Ｄｚは４５μｍ、ｄｚは４．５μｍ（２４００ｄｐｉ時）であり、主走査方向において最も離れた発光点間の距離は３６０μｍ、副走査方向において最も離れた発光点間の距離は８５．５ｍｍである。したがって、２４００ｄｐｉ時においても、装置の低コスト化かつ高品質な光走査を実現するためには、発光点配列領域の副走査方向の幅は１００μｍ以下とすることが望ましい。この光源を使用した場合の余裕幅δは０．８１となり、ｃｈ間による光学特性の劣化や変動が少ない。
【００５８】
次に、光学系の倍率、発光部のニア・フィールド・パターン、及びビームスポット径の関係について述べる。
【００５９】
カップリングレンズの焦点距離が４７．７ｍｍの光学系（主走査方向の横倍率が約５．０倍、副走査方向の横倍率が２．０倍）を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係のシミュレーション結果が、図７（Ａ）〜図１０（Ｂ）に示されている。図７（Ａ）は、主走査方向に関するニア・フィールド・パターン（Ａｍとする）が無限小（＝０）のときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図７（Ｂ）は、副走査方向に関するニア・フィールド・パターン（Ａｓとする）が無限小（＝０）のときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図８（Ａ）は、Ａｍが２μｍのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図８（Ｂ）は、Ａｓが２μｍのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図９（Ａ）は、Ａｍが４μｍのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図９（Ｂ）は、Ａｓが４μｍのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図１０（Ａ）は、Ａｍが６μｍのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図１０（Ｂ）は、Ａｓが６μｍのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。
【００６０】
従来の、カップリングレンズの焦点距離が２６．８ｍｍの光学系（主走査方向の横倍率が約８．９倍、副走査方向の横倍率が４．５倍）を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係のシミュレーション結果が、図１１（Ａ）〜図１４（Ｂ）に示されている。図１１（Ａ）は、Ａｍが無限小（＝０）のときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図１１（Ｂ）は、Ａｓが無限小（＝０）のときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図１２（Ａ）は、Ａｍが２μｍのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図１２（Ｂ）は、Ａｓが２μｍのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図１３（Ａ）は、Ａｍが４μｍのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図１３（Ｂ）は、Ａｓが４μｍのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。図１４（Ａ）は、Ａｍが６μｍのときの主走査方向に関するビームスポット径を示し、図１４（Ｂ）は、Ａｓが６μｍのときの副走査方向に関するビームスポット径を示している。
【００６１】
これらの光学系で、主走査方向に関するビームスポット径の目標値を５２±５μｍ、副走査方向に関するビームスポット径の目標値を５５±５μｍとし、図７（Ａ）〜図１４（Ｂ）の各図中にその境界線が破線で示されている。
【００６２】
従来の光学系では、Ａｍが２μｍまでは焦点深度が十分確保されており、ビームスポット径のばらつきはあまり大きくない。しかし、Ａｍ＝４μｍ以上では、主走査方向において焦点深度が急激に減少し、ばらつきが大きくなりやすい装置となってしまう。一方、本実施形態と同様の光学系では、Ａｍ＝６まで焦点深度は確保され、ビームスポット径の増大も許容される範囲である。
【００６３】
これにより、ニア・フィールド・パターンが数μｍ以上あるような光源に対しては、低い横倍率の光学系が必要であることがわかる。ＶＣＳＥＬはこのような光源であるため、副走査方向に対応する方向及び主走査方向に対応する方向の少なくとも一方の方向に関して、ニア・フィールド・パターンＡ、走査光学系を含む光学系全体の横倍率β、被走査面上でのビームスポット径ωを用いて、次の（４）式が満足されることが望ましい。
｛（ω／β・Ａ）２−１／２｝−２＜０．７  …（４）
【００６４】
このことを図１５を用いて説明する。図１５には、デフォーカス量が０における、（β×Ａ）＝０（すなわち、Ａ＝０）のときのビームスポット径と（β×Ａ）＞０のときとのビームスポット径の差を、図７（Ａ）〜図１４（Ｂ）から求め、プロットしたものである。図１５における曲線は、次の（５）式を示す曲線である。ここで、ω０はＡ＝０のときのビームスポット径であり、Ａ≠０でのビームスポット径ωとの関係は、次の（６）式となると仮定している。
【００６５】
【数５】
2008209803.tif 000009
【００６６】
【数６】
2008209803.tif 000010
【００６７】
図１５から、実際の書込光学系におけるビームスポット径の増大と、上記仮定とがよく一致していることが分かる。Ａが大きさを持つために発生するビームスポット径の増大率δは、次の（７）式で示される。ただし、ｋ＝βＡ／ω０である。
【００６８】
【数７】
2008209803.tif 000011
【００６９】
本実施形態では、主走査方向に関して、ｋ＝５．０×４÷５０＝０．４０であり、このときδは４％程度に抑えられ、主走査方向に関するビームスポット径も５２μｍと殆んど変化しない。副走査方向に関しては、ｋ＝０．１４となるため、さらに変化は小さく、ω０＝５５μｍに対して略変化せず５５．５μｍとなる。
【００７０】
上記従来例では、主走査方向に関して、横倍率は８．９倍であるため、ｋ＝０．７１２となりω＝５６μｍと１０％以上の増大となってしまう。また、ニア・フィールド・パターンを大きくすると、例えば、Ａ＝７μｍとした場合には、横倍率が５倍で目標のビームスポット径が５０μｍの場合、ｋ＝０．７となりω＝５６μｍになってしまうため、これも高画質化のためには望ましくない。ｋ＝０．６５（例えばβ＝５、Ａ＝６．５、ω０＝５０）であれば、ω＝５５μｍで略１０％程度の変化に留まるため、画質の劣化は許容範囲内である。
【００７１】
従って、少なくともｋ＝βＡ／ω０＜０．７であることが望ましく、このとき実際のビームスポット径ωとの関係は、上記（７）式より、次の（８）式となる。
【００７２】
【数８】
2008209803.tif 000012
【００７３】
ＶＣＳＥＬは１〜２ｍＷ程度しかなく、課題として光出力向上があるが、ニア・フィールド・パターンが大きい方が、これに対しては有利であることが知られている。マルチモード発振しない領域で径を大きくすることが出来、光出力増加が出来たとしても、ビームスポット径が小径化できなければ画質の向上は達成できない。そこで、上記（４）式が満たされるように設定することで、光量において有利なＶＣＳＥＬを用いながら、ビームスポット径の小径化を実現することができる。
【００７４】
また、本実施形態の光源１０は、主走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離が２７０μｍで、副走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離９７．５μｍよりも長く、光走査装置１００の主走査方向の横倍率が、前記光学系の副走査方向の横倍率よりも大きくなっている。したがって、高密度な書き込みを行う際に、副走査方向のビームピッチを所望の大きさにすることができる。以下、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に基づいて説明する。
【００７５】
図１６（Ａ）には、２次元配列された従来型の面発光レーザが示されている。図１６（Ａ）に示されるように、従来型の面発光レーザは、略主走査方向を列方向、副走査方向を行方向とすると、発光点としてのＶＣＳＥＬが８行４列のマトリクス状に配置されている。略主走査方向にＮｎ個配列された発光点間隔をＤｎ、副走査方向にＮｍ個配列された発光点間隔をＤｍとするとき、主走査方向に最も離間した発光点間距離は（Ｎｎ−１）×Ｄｎ＝３Ｄｎ（Ｎｎ＝４）となり、副走査方向に最も離間した発光点間距離は(Ｎｍ−１)×Ｄｍ＝７Ｄｍ（Ｎｍ＝８）となり、７Ｄｍ＞３Ｄｎとなる。このとき、被走査面上における走査線間隔のピッチは、｜βｍ｜×Ｄｎ／４となり、高密度対応の場合に所望のピッチを得るのが困難となる。例えば２４００ｄｐｉの場合には、２５．４／２４００＝１０．６μｍ、４８００ｄｐｉの場合には、２５．４ｍｍ／４８００＝５．３μmとなるが、｜βｍ｜×Ｄｎ／Ｎｎをこの値と等しくする必要がある。なお、βｍは光走査装置１００の主走査方向の横倍率である。
【００７６】
これを解決するための手段の1つを図１６（Ｂ）を参照しつつ説明する。図１６（Ｂ）に示される光源は、発光点が４行８列のマトリクス状に配置されている。従って、主走査方向に最も離れた発光点間の距離は（Ｎｎ−１）×Ｄｎ＝７Ｄｎ（Ｎｎ＝８）となり、副走査方向に最も離れた発光点間の距離は(Ｎｍ−１)×Ｄｍ＝３Ｄｍ（Ｎｍ＝４）となり、７Ｄｎ＞３Ｄｍとなる。従って、主走査方向に最も離れた発光点間の距離は副走査方向に最も離れた発光点間の距離よりも長くなっている。このとき、被走査面上の走査線間隔のピッチは｜βｍ｜×Ｄｎ／７となり、従来例に比べ、高密度対応の場合に所望のピッチを得るのが容易となる。つまり、主走査方向に最も離間した発光点間の距離を、副走査方向にもっとも離間した発光点間の距離よりも長くすると高密度への対応が容易になる。
【００７７】
また、光走査装置１００の副走査方向の横倍率の絶対値｜βｍ｜を主走査方向の横倍率｜βｎ｜よりも小さくすることで、被走査面上のピッチを小さくでき、高密度走査への対応が容易になる。なお、主走査方向に最も離間した発光点間の距離を、副走査方向に最も離間した発光点間の距離よりも短くし、｜βｍ｜を小さくするという方法も考えられるが、光利用効率の低下をはじめとした様々な問題が発生する。
【００７８】
また、本実施形態では、光源１０の発光点は、副走査方向に関して等間隔となるように、かつ直線Ｌ１に平行な方向には１０個の発光点が配列され、副走査方向には４個の発光点が配列されている。このように、発光点を、副走査方向に関して等間隔となるように、かつ、主走査方向と所定の角度を成す直線Ｌ１に沿った方向へ配列された発光点の個数が副走査方向に平行な方向に配列された発光点の個数よりも多くすることで、高密度な書き込みを行う際に、副走査方向のビームピッチを所望の大きさにすることができる。
【００７９】
また、本実施形態では、主走査方向に隣接する発光点間の距離Ｄｙ（＝３０μｍ）よりも、副走査方向の発光点間の距離Ｄｚ（＝２５μｍ）の方が小さくなっている。前述したように、被走査面上での走査線間隔をいかに小さくできるかが大きな課題である。ＤｚがＤｙより小さくなるようにして、副走査方向での高密度化に影響のない主走査方向の素子間隔を広げることで、各素子間の熱干渉の影響を低減し、各素子への配線を通すために必要なスペースを確保することができる。
【００８０】
また、本実施形態において、第１光学系の光学素子を、回折光学面を有する光学素子とすることで、温度変動による像面湾曲の発生を低減すると共に、光学素子の低コスト化を図ることが可能となる。
【００８１】
回折光学効果と屈折の効果の組み合わせで、温度変化に伴うビームウエスト位置（ピント位置）変化を低減することができるが、以下のような問題がある。例えば、第１光学系の光学素子に非球面を有する樹脂製レンズを用いる場合、ポリゴンスキャナの回転による発熱や画像形成装置の定着手段により、光走査装置内で温度上昇が起こると、波長増加、屈折率低減、素子形状の膨張などが起こる。
【００８２】
通常の屈折面を用いる場合、波長増加等により、ビームウエスト位置が偏向手段から離れる方向（ここではプラス方向とする）に変化する。ところが、回折面は波長が長くなると、焦点距離が短くなるように変化し、温度上昇が発生した場合に、焦点距離が短くなる方向（ここではマイナス方向とする）に変化し、この変化が上記、屈折面による変動と相殺され、トータルとして温度変動時の焦点距離を低減することができる。
【００８３】
ところで、複数ビームが回折面を通過する場合には、以下の課題がある。
1)複数ビーム間の波長差に起因する回折効率の差
2)複数ビーム間の走査線間隔を均一に保つ
3)複数ビームでのビームスポット小径化
ここで、波長差に起因する回折効率の差は回折面を１次次数で設計した場合、回折面が少なければ少ない程良く、前述したビームウエスト位置の安定化を考慮すると、複数ビームの場合、第１光学系に回折面を１面のみ設定するのが良い。例えば、中心値が７８０ｎｍの半導体レーザを複数用いる場合を考えると、半導体レーザの仕様は通常７８０−１０／＋１５ｎｍとなり、最大で２５ｎｍ程度の差が発生しうる。このとき、回折面が１面だけであれば、回折効率の差は０．３５％となり、高画質対応の光走査装置としても許容レベル内であるが、回折面を２面用いると回折効率の差は０．７％となってしまい、高画質対応の光走査装置としても問題が発生する。また、複数ビームの場合に、波長差に起因する複数ビーム間の走査線間隔の変動、複数ビームでのビームスポット小径化の獲得のためには、第一光学系に回折面を１面のみ有するのが良い。なお、ここでは、走査レンズに樹脂製レンズを用いた場合について説明したが、第１光学系の光学素子にガラス製レンズを用いる場合にも本発明は適用可能である。
【００８４】
なお、上記実施形態では、走査装置１００が単色の画像形成装置２００に用いられる場合について説明したが、画像形成装置はカラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。
【００８５】
以下、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備える多色画像形成装置１０００Ａについて図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）を用いて説明する。画像形成装置１０００Ａは、複数の被走査面を走査露光することで複数色の画像を可視化し、該複数の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する装置である。
【００８６】
画像形成装置１０００Ａでは、光導電性の感光体１３０２ａ〜１３０２ｄは図中の矢印に示されるように時計回りに等速回転する。感光体１３０２ａ〜１３０２ｄの表面は、帯電装置１３０５によって均一に帯電され、上述の画像形成装置２００と同様に感光体表面は、光走査装置１３０１によって走査される。この走査によって感光体１３０２ａ〜１３０２ｄに形成された静電潜像は、現像装置１３０３によってそれぞれトナー画像として可視化される。そして、それぞれのトナー画像は転写手段１３０６によって中間転写ベルト１３０８上に重ね合った状態で転写され、転写手段１３０９によってトナー像が用紙Ｓ上に定着されることでフルカラー画像が形成される。
【００８７】
なお、感光体１３０２ａ〜１３０２ｄの対応色は、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＫとすることができ、１３０２のａ〜ｄとの対応は自由に選択し最適化することが出来る。例えば、本実施例においては、ａｂｃｄの順にＹＭＣＫの色に対応させて構成している。走査品質の向上が難しい位置に対応する光走査装置や、調整などの工程を削減したい感光体に対応する光走査装置に対しては、明度の高低や視認性の高低に応じて、対応色を選択することが望ましい。例えば、光学特性の最もよくない（像面湾曲が大きい、走査線曲がりが大きい等）光学系に対応する感光体には、視認性の低い、または明度の高いイエローＹを用いることが望ましい。また、感光体のサイズは、例えば、ブラックＫに対応する感光体を大きくするなどして、使用頻度の高いものの耐久性を高く設定することで装置全体の安定性を向上することもできる。また、多色画像形成装置１０００Ａの変形例としては、図１７（Ｂ）に示される多色画像形成装置１０００Ｂのように、光走査装置を複数用いる方式を採用することもできる。
【００８８】
なお、上記各実施形態では、本発明の光走査装置がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプリンタ２００の概略構成を示す図である。
【図２】光走査装置１００の概略構成を示す図である。
【図３】光源１０を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、第１走査レンズ１６の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示す図であり、図４（Ｂ）は、第２走査レンズ１７の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、第１走査レンズ１６の主走査断面内の形状を示す図であり、図５（Ｂ）は、第２走査レンズ１７の主走査断面内の形状を示す図である。
【図６】光源１０の変形例を示す図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その１）である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その２）である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その３）である。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ本実施形態と同様の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その４）である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その１）である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その２）である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その３）である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ従来の光学系を用いたときのビームスポット径とデフォーカス量との関係を説明するための図（その４）である。
【図１５】デフォーカス量が０における、（β×Ａ）＝０のときのビームスポット径と（β×Ａ）＞０のときとのビームスポット径の差を説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、主走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離を、副走査方向に関して最も離間して配置された発光点間の距離よりも長く、光走査装置１００の主走査方向の横倍率を、前記光学系の副走査方向の横倍率よりも大きくしたときに得られる効果を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）は、画像形成装置１０００Ａの概略構成を示す図であり、図１７（Ｂ）は、画像形成装置１０００Ｂの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０…光源、１１…カップリングレンズ、１２…アパーチャ部材、１３…線像形成レンズ、１５…ポリゴンミラー、１６…第１走査レンズ、１７…第２走査レンズ、１８…反射ミラー、２００…画像形成装置、２０１…感光ドラム、２０２…帯電チャージャ、２０４…トナーカートリッジ、２０５…クリーニングケース、２０６…給紙トレイ、２０７…給紙コロ、２０８…レジストローラ対、２０９…定着ローラ、２１０…排紙トレイ、２１１…転写チャージャ、２１２…排紙ローラ、２１３…用紙、２１５…ハウジング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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