(57)【要約】      （修正有）【課題】正弦振動する偏向ミラー面により光ビームを偏向する光走査装置において、最大走査角の大きな範囲においても光ビームの等速性と像面湾曲とを良好にして、装置の小型化を可能にする。【解決手段】被走査面の最大走査領域に対してスポットを走査する光走査装置において、振幅角φ0で正弦振動する偏向ミラー面により光ビームを偏向する偏向器と、偏向光ビームを最大走査領域内にスポット状に結像する走査光学系とを備え、偏向光ビームの主光線と走査光学系の光軸とが成す角を走査角と定義し、最大走査領域の端部に対応する走査角の絶対値を最大走査角θ0と定義したとき、振幅角φ0と最大走査角θ0は、下記の不等式2008008930.tif 000049を満たす。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主走査方向に所定幅の最大走査領域を有する被走査面に対して、スポット状に結像された光ビームを前記主走査方向に走査する光走査装置において、
光ビームを射出する光源と、
所定の振幅角φ0で正弦振動する偏向ミラー面を有し、該偏向ミラー面により前記光源から射出される光ビームを偏向して該偏向光ビームを前記最大走査領域で前記主走査方向に走査する偏向器と、
前記偏向光ビームを前記被走査面の前記最大走査領域内に結像して、前記被走査面の前記最大走査領域内にスポットを生成する走査光学系と
を備え、
前記偏向光ビームの主光線と前記走査光学系の光軸とが成す角を前記偏向光ビームの走査角と定義し、前記最大走査領域の前記主走査方向の端部に対応する前記走査角の絶対値を最大走査角θ0と定義したとき、
前記振幅角φ0と前記最大走査角θ0は、下記の不等式
【数１】
2008008930.tif 000045
を満たすことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記偏向器が有する前記偏向ミラー面は、シリコン単結晶基板をマイクロマシニング技術により加工して形成された可動板の表面に形成されており、
前記振幅角φ0は、更に下記の不等式
【数２】
2008008930.tif 000046
を満たす請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記振幅角φ0と前記最大走査角θ0は、更に下記の不等式
【数３】
2008008930.tif 000047
を満たす請求項１または２記載の光走査装置。
【請求項４】
前記走査光学系は、単玉の走査レンズである請求項１乃至３のいずれか記載の光走査装置。
【請求項５】
光ビームを射出する光源と、所定の振幅角φ0で正弦振動する偏向ミラー面により前記光源から射出される光ビームを偏向して該偏向光ビームを主走査方向に走査する偏向器と、前記偏向光ビームを被走査面上の前記主走査方向に所定幅の最大走査領域内に結像してスポットを形成する走査光学系とを備え、前記スポットを前記最大領域内に走査可能な光走査装置の制御方法において、
前記偏向光ビームの主光線と前記走査光学系の光軸とが成す角を前記偏向光ビームの走査角と定義し、前記最大走査領域の前記主走査方向の端部に対応する前記走査角の絶対値を最大走査角θ0と定義したとき、
前記振幅角φ0と前記最大走査角θ0は、下記の不等式
【数１】
2008008930.tif 000048
を満たすように前記光走査装置を制御することを特徴とする光走査装置の制御方法。
【請求項６】
潜像担持体と、
前記潜像担持体の表面を略一様に帯電させる帯電手段と、
請求項１乃至４のいずれか記載の光走査装置と同一構成を有し、前記帯電手段により帯電された前記潜像担持体表面を前記被走査面として前記スポットを前記主走査方向に走査して前記潜像担持体表面に潜像を形成する露光手段と
を備えた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】
この発明は、被走査面に対して光ビームを主走査方向に走査する光走査装置、該装置の制御方法、及び該装置を用いて画像形成を実行する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の光走査装置では、光源と偏向器とを備えるとともに光源から射出される光ビームを偏向器により偏向することで、該偏向光ビームを主走査方向に走査する。また、偏向器の小型化および高速化を図るべく、偏向ミラー面を振動させて偏向器として用いることが従来より提案されている（特許文献１，２参照）。すなわち、この装置では、偏向ミラー面を正弦振動させるとともに、光源から照射される光ビームを偏向ミラー面により反射することで光ビームを偏向させる。
【０００３】
上述のように偏向された光ビーム（以下「偏向光ビーム」と称する）は、走査光学系により被走査面の主走査方向に所定幅の最大走査領域にスポット状に結像される。このように、走査光学系には、偏向光ビームを被走査面の最大走査領域にスポットとして結像させるという結像性が要求される。そして、走査光学系により被走査面に結像されたスポットは、偏向ミラー面の正弦振動に応じて主走査方向に走査されることとなる。つまり、被走査面における最大走査領域に対して、スポットが主走査方向に走査される。このとき、スポットを最大走査領域に走査させるにあたっては、該スポットを主走査方向に等速で走査することが望まれる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２４７２１８号公報
【特許文献２】特開２００３−４３３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の光走査装置では、正弦振動する偏向ミラー面により光ビームを偏向光ビームとして走査している。よって、該偏向ミラー面により走査される偏向光ビームは非等速性を示すこととなる。つまり、例えば、走査光学系の光軸に垂直であって該走査光学系と偏向ミラー面との間に位置する仮想平面を考えたとき、該仮想平面と偏向光ビームの主光線との交点（以下、「仮想交点」と称する）が、該仮想平面上を主走査方向に移動する速度は、該仮想交点の走査光学系の光軸からの距離（つまり、仮想平面における仮想交点の像高）によって異なる。そこで、従来は、走査光学系に等速走査性を要求することで、該仮想交点の非等速性、換言すれば偏向光ビームの非等速性を補償している。しかしながら、かかる非等速性を示す偏向光ビームを用いた光走査装置において、更なる小型化を目指すにあたっては、次のような課題が存在する。
【０００６】
装置の小型化を実現するにあたっては、偏向ミラー面から被走査面までの光軸方向距離（以下、「光路長」と称する）を短くする必要がある。そして、かかる光路長を短くするためには、偏向光ビームの最大走査角を大きくする必要がある。ここで、「最大走査角」とは、偏向光ビームの主光線と走査光学系の光軸とが成す角を偏向光ビームの「走査角」と定義したときの、被走査面における最大走査領域の主走査方向の端部に対応する走査角の絶対値とする。そして、このように最大走査角を大きくしようとした場合、最大走査領域の主走査方向端部付近で像面湾曲が劣化する傾向にあった。
【０００７】
つまり、特許文献１，２に記載の光走査装置では、最大走査角は高々１５°程度である。よって、最大走査領域の主走査方向端部付近（走査角が１５°付近）と中心付近（走査角が０°付近）とにおける仮想交点の走査速度差は、走査光学系によって補償することが可能であった。しかしながら、更なる装置の小型化を目指して最大走査角を大きくすると、もはや、最大走査領域の端部と中心部の仮想交点の走査速度差は、走査光学系によって補償しきれなくなる。その結果、結像性と等速走査性とを走査光学系のみによって実現しようとした場合、走査領域の主走査方向端部付近で像面湾曲が劣化する傾向にあった。
【０００８】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、正弦振動する偏向ミラー面により光ビームを偏向するとともに、該偏向光ビームを走査光学系により被走査面にスポット状に結像する光走査装置において、最大走査角の大きな範囲においても、スポットの等速走査性と像面湾曲とを良好にすることで、装置の小型化を可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明にかかる光走査装置は、主走査方向に所定幅の最大走査領域を有する被走査面に対して、スポット状に結像された光ビームを主走査方向に走査する光走査装置であって、上記目的を達成するために、光ビームを射出する光源と、所定の振幅角φ0で正弦振動する偏向ミラー面を有し、該偏向ミラー面により光源から射出される光ビームを偏向して該偏向光ビームを最大走査領域で主走査方向に走査する偏向器と、偏向光ビームを被走査面の最大走査領域内に結像して、被走査面の最大走査領域内にスポットを生成する走査光学系とを備え、偏向光ビームの主光線と走査光学系の光軸とが成す角を偏向光ビームの走査角と定義し、最大走査領域の主走査方向の端部に対応する走査角の絶対値を最大走査角θ0と定義したとき、振幅角φ0と最大走査角θ0は、下記の不等式
【数１】
2008008930.tif 000002
を満たすことを特徴としている。
【００１０】
また、この発明にかかる光走査装置の制御方法は、光ビームを射出する光源と、所定の振幅角φ0で正弦振動する偏向ミラー面により光源から射出される光ビームを偏向して該偏向光ビームを主走査方向に走査する偏向器と、偏向光ビームを被走査面上の主走査方向に所定幅の最大走査領域内に結像してスポットを形成する走査光学系とを備え、スポットを最大領域内に走査可能な光走査装置の制御方法であって、上記目的を達成するために、偏向光ビームの主光線と走査光学系の光軸とが成す角を偏向光ビームの走査角と定義し、最大走査領域の主走査方向の端部に対応する走査角の絶対値を最大走査角θ0と定義したとき、振幅角φ0と最大走査角θ0は、下記の不等式
【数１】
2008008930.tif 000003
を満たすように光走査装置を制御することを特徴としている。
【００１１】
また、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するために、潜像担持体と、潜像担持体の表面を略一様に帯電させる帯電手段と、上記の本発明にかかる光走査装置と同一構成を有し、帯電手段により帯電された潜像担持体表面を被走査面としてスポットを主走査方向に走査して潜像担持体表面に潜像を形成する露光手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明（光走査装置、該光走査装置の制御方法及び該光走査装置を用いた画像形成装置）では、振幅角φ0と最大走査角θ0が下記の不等式
【数４】
2008008930.tif 000004
を満たすように構成されている。よって、走査光学系は、従来の光走査装置の偏向ミラー面による偏向光ビームが有するような非等速性を補う必要が無い。その結果、装置の小型化のため最大走査角θ0を２０°以上とした場合であっても、被走査面におけるスポットの等速走査性を実現しつつ、なおかつ像面湾曲を良好に実現することが可能となる。つまり、最大走査角θ0が２０°以上と大きな範囲においても、スポットの等速走査性と像面湾曲とを良好として、光走査装置および画像形成装置の小型化を可能としている。
【００１３】
また、偏向器が有する偏向ミラー面が、シリコン単結晶基板をマイクロマシニング技術により加工して形成された可動板の表面に形成された構成においては、振幅角φ0は、更に下記の不等式
【数２】
2008008930.tif 000005
を満たすことが好適である。なんとなれば、このように構成することで、偏向器の破壊を確実に防止することが可能となるからである。
【００１４】
また、振幅角φ0と最大走査角θ0は、更に下記の不等式
【数３】
2008008930.tif 000006
を満たすことが好適である。なんとなれば、このように構成することで、被走査面に走査されるスポットの像面歪曲のみならずスポット径をも良好に実現することが可能となるからである。
【００１５】
また、従来装置においては、走査光学系は光ビームの結像性能以外に偏向光ビームの非等速性を補償する機能をも備えなければならず、走査光学系を得るために複雑な光学設計が必要となっていた。また、複数の要素（結像性能、等速性の補償）を同時に満足させる必要があるため、適正な設計解を得るために走査光学系を構成する光学素子を増やす傾向にある。その結果、従来装置では、走査光学系が複雑な構成となってしまうこともあった。これに対し、本発明では、走査光学系は、非等速性の補償機能から解放されており、結像性能のみを担保すばよい。よって、比較的簡素な走査光学系により、良好な光学特性を実現することが可能である。そこで、走査光学系を単玉の走査レンズとすることが好適である。なんとなれば、走査光学系が占めるスペースを減少させることができ、光走査装置および画像形成装置の更なる小型化の実現が可能となるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、振動する偏向ミラー面によって光源からの光ビームを被走査面としての潜像担持体の有効走査領域上に走査させて有効走査領域に潜像を形成する光走査装置および該装置の制御方法に関するものである。そこで、以下においては、本発明を適用可能な光走査装置及び該光走査装置を用いる画像形成装置の概略構成を説明し、その後で、発明の基本概念および実施形態について詳述する。
【００１７】
＜装置の基本構成＞
図１はこの発明にかかる光走査装置の一実施形態を用いた画像形成装置を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、いわゆるタンデム方式のカラープリンタであり、潜像担持体としてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋを装置本体５内に並設している。そして、各感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ上のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナー像のみを用いてモノクロ画像を形成する装置である。すなわち、この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から画像形成指令がＣＰＵやメモリなどを有するメインコントローラ１１に与えられると、この画像形成指令に対応する画像信号や制御信号などがメインコントローラ１１からエンジンコントローラ１０に与えられる。そして、エンジンコントローラ１０のＣＰＵがエンジン部ＥＧの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳに画像形成指令に対応する画像を形成する。
【００１８】
このエンジン部ＥＧでは、４つの感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋのそれぞれに対応して帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部が設けられている。このように、各トナー色ごとに、感光体、帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部を備えて該トナー色のトナー像を形成する画像形成手段が設けられている。なお、これらの画像形成手段（感光体、帯電ユニット、現像ユニット、露光ユニットおよびクリーニング部）の構成はいずれの色成分についても同一であるため、ここではイエローに関する構成について説明し、その他の色成分については相当符号を付して説明を省略する。
【００１９】
感光体２Ｙは図１の矢印方向（副走査方向）に回転自在に設けられている。また、感光体２Ｙの周りにその回転方向に沿って、帯電ユニット３Ｙ（帯電手段）、現像ユニット４Ｙおよびクリーニング部（図示省略）がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３Ｙは例えばスコロトロン帯電器で構成されており、帯電バイアス印加によって感光体２Ｙの外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。そして、この帯電ユニット３Ｙによって帯電された感光体２Ｙの外周面（被走査面）に向けて露光ユニット６Ｙから走査光ビームＬyが照射される。これによって画像形成指令に含まれるイエロー画像データに対応する静電潜像が感光体２Ｙ上に形成される。なお、露光ユニット６（６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）の構成および動作については後で詳述する。
【００２０】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４Ｙによってトナー現像される。この現像ユニット４Ｙはイエロートナーを内蔵している。そして、現像バイアスが現像ローラ４１Ｙに印加されると、現像ローラ４１Ｙ上に担持されたトナーが感光体２Ｙの表面各部にその表面電位に応じて部分的に付着する。その結果、感光体２Ｙ上の静電潜像がイエローのトナー像として顕像化される。
【００２１】
現像ユニット４Ｙで現像されたイエロートナー像は、一次転写領域ＴＲy1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。また、イエロー以外の色成分についても、イエローと全く同様に構成されており、感光体２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ上にマゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像がそれぞれ形成されるとともに、一次転写領域ＴＲm1、ＴＲc1、ＴＲk1でそれぞれ中間転写ベルト７１上に一次転写される。
【００２２】
この転写ユニット７は、２つのローラ７２、７３に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７２を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｒ2に回転させるベルト駆動部（図示省略）とを備えている。また、中間転写ベルト７１を挟んでローラ７３と対向する位置には、該ベルト７１表面に対して不図示の電磁クラッチにより当接・離間移動可能に構成された二次転写ローラ７４が設けられている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、一次転写タイミングを制御することで各トナー像を重ね合わせてカラー画像を中間転写ベルト７１上に形成するとともに、カセット８から取り出されて中間転写ベルト７１と二次転写ローラ７４との間の二次転写領域ＴＲ2に搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。一方、モノクロ画像をシートＳに転写する場合には、ブラックトナー像のみを感光体２Ｋに形成するとともに、二次転写領域ＴＲ2に搬送されてくるシートＳ上にモノクロ画像を二次転写する。また、こうして画像の２次転写を受けたシートＳは定着ユニット９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に向けて搬送される。
【００２３】
なお、中間転写ベルト７１へトナー像を一次転写した後の各感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、不図示の除電手段によりその表面電位がリセットされ、さらに、その表面に残留したトナーがクリーニング部により除去された後、帯電ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋにより次の帯電を受ける。
【００２４】
また、ローラ７２の近傍には、転写ベルトクリーナ７５および濃度センサが配置されている。これらのうち、クリーナ７５は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７２に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７２側に移動した状態でクリーナ７５のブレードがローラ７２に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。
【００２５】
図３は図１の画像形成装置に装備された露光ユニット（光走査装置）の構成及び動作を示す主走査断面図であり、図４は露光ユニット（光走査装置）が備える偏向器６５の構成を示す図であり、図５は光源と偏向ミラー面と走査レンズとの位置関係を示す図であり、図６は図１の画像形成装置の露光ユニットおよび露光ユニットを制御するための露光制御ユニットを示すブロック図である。以下、これらの図面を参照しつつ、露光ユニット６、露光制御ユニット１２の構成および動作について詳述する。なお、露光ユニット６および露光制御ユニット１２の構成はいずれの色成分についても同一であるため、ここではイエローに関する構成について説明し、その他の色成分については相当符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図３に示すように、露光ユニット６Ｙ（光走査装置）は、単一のレーザー光源６２（光源）を備えている。このレーザー光源６２は光ビームを射出可能であるとともに、メインコントローラ１１からの画像信号Ｓvに基づきＯＮ／ＯＦＦ制御されて該画像信号Ｓvに対応して変調された光ビームがレーザー光源６２から前方に射出される。
【００２７】
また、この露光ユニット６Ｙは、レーザー光源６２からの光ビームを感光体２の表面（被走査面）に走査露光するために、コリメータレンズ６３１、シリンドリカルレンズ６３２、偏向器６５、走査レンズ６６（走査光学系）を備えている。すなわち、レーザー光源６２からの光ビームは、コリメータレンズ６３１により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、副走査方向Ｙにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ６３２に入射される。そして、シリンドリカルレンズ６３２によって、コリメート光は偏向器６５の偏向ミラー面６５１付近で副走査方向Ｙに結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ６３１およびシリンドリカルレンズ６３２がレーザー光源６２からの光ビームを整形するビーム整形系６３として機能している。
【００２８】
この偏向器６５は半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて形成されるものであり、偏向ミラー面６５１で反射した光ビームを主走査方向Ｘに偏向可能となっている。より、具体的には、偏向器６５は次のように構成されている。
【００２９】
この偏向器６５では、図４に示すようにシリコンの単結晶基板（以下「シリコン基板」という）６５５の一部を加工することで可動板６５３が設けられている。この可動板６５３はねじりバネ６５４によってシリコン基板６５２に弾性支持されており、主走査方向Ｘとほぼ直交する副走査方向Ｙに伸びる遥動軸ＡＸ回りに遥動自在となっている。そして、可動板６５３の中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面６５１として成膜されている。
【００３０】
このように可動板６５３の表面に形成された偏向ミラー面６５１は、作動部６５２から与えられる外力に応じて遥動軸ＡＸ回りで共振振動する。この作動部６５２はイエロー用の露光制御ユニット１２Ｙのミラー駆動部１２１からのミラー駆動信号に基づき偏向ミラー面６５１に対して静電気的、電磁気的あるいは機械的な外力を作用させて偏向ミラー面６５１をミラー駆動信号の周波数で揺動させる。なお、作動部６５２による駆動方式は静電吸着、電磁気力あるいは機械力などのいずれの方式を採用してもよく、それらの駆動方式は周知であるため、ここでは説明を省略する。
【００３１】
また、偏向ミラー面６５１は、図５に示す位置関係を満たすように配設されている。つまり、振動中心にある偏向ミラー面６５１A（同図中の破線）に対してレーザー光源６２から入射する光ビームが、偏向ミラー面６５１Aによって走査レンズ６６の光軸Ｌ0と平行に反射されるように、偏向ミラー面６５１は配設されている。つまり、振動中心にある偏向ミラー面６５１Aによって偏向された偏向光ビームの主光線と走査光学系の光軸Ｌ0とが成す角度が略０度となるように、偏向ミラー面６５１は配設されている。そこで、偏向光ビームの主光線と走査光学系の光軸Ｌ0とが成す角度を走査角θと定義すると、このように配設された偏向ミラー面６５１は、走査角θ＝０°を中心に振幅角φ0で正弦振動する。ここで、振幅角φ0とは、最大に振れたときの偏向ミラー面６５１B（同図中の実線）と、振動中心にある偏向ミラー面６５１Aとが成す角度である。そして、偏向ミラー面６５１の振動動作に応じて、偏向光ビームは走査角θ＝０°を中心として主走査方向Ｘに走査されることとなる。
【００３２】
図３に戻って説明を続ける。偏向ミラー面６５１により偏向された偏向光ビームは、走査レンズ６６により感光体２の表面（被走査面）にスポットとして結像される。かかる感光体表面は、主走査方向Ｘに所定幅の最大走査領域ＭＲを有しており、偏向ミラー面６５１の振動動作に応じてスポットは、最大走査領域ＭＲの範囲内を主走査方向Ｘに走査されることとなる。なお、同図は、二点鎖線により最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘの端部に結像される光ビームの主光線を表すとともに、最大走査領域ＭＲの主走査方向端部に対応する走査角の絶対値を最大走査角θ0として定義している。さらに、この装置では、最大走査角θ0を外れた領域を走査される光ビームを光検知センサ６０により検知可能に構成されている。この光検知センサ６０からの出力信号は、タイミング調整部１１１（図６）に送られて、画像出力部１１２を介してレーザー光源の発光タイミングを制御するのに用いられる。
【００３３】
この装置では、偏向器６５の振動動作をＯＮ／ＯＦＦ制御するために、エンジンコントローラ１０にミラー駆動制御部１０１が設けられており、エンジンコントローラ１０のＣＰＵがミラー駆動制御部１０１の機能を担っている。すなわち、このミラー駆動制御部１０１は適当なタイミングで偏向器６５の動作周波数と一致する駆動周波数（例えば５ＫＨｚ）を有する駆動信号Ｓdをミラー駆動部１２１に与えて偏向器６５の偏向ミラー面６５１を振動させる。
【００３４】
また、ミラー駆動部１２１はミラー駆動信号の電圧や電流などの駆動条件を変更設定することができるように構成されている。したがって、必要に応じてミラー駆動信号の電圧を変更設定することが可能となっており、電圧変更によって偏向器６５の振幅角φ0を調整することが可能となっている。
【００３５】
＜発明の基本概念＞
上述のような光走査装置では、正弦振動する偏向ミラー面６５１により主走査方向Ｘに偏向光ビームを走査するため、偏向光ビームは非等速性を示すこととなる。つまり、例えば図７に示すように、走査レンズ６６の光軸Ｌ0に垂直であって該走査レンズ６６と偏向ミラー面６５１との間に位置する仮想偏面を考えた場合、該仮想偏面と偏向光ビームの主光線との交点（仮想交点）が、該仮想平面上を主走査方向Ｘに移動する速度は、該仮想交点の像高（または、走査角θ）によって異なる。ここで、仮想交点の像高とは、仮想交点の走査レンズ６６の光軸Ｌ0からの主走査方向距離とする。
【００３６】
一方、偏向光ビームを結像して得られるスポットを被走査面に走査するにあたっては、等速に走査することが好適である。そこで、従来は、偏向光ビームの非等速性を走査レンズ６６（走査光学系）の光学設計により補償する形で、被走査面でのスポットの等速走査性を実現してきた。しかしながら、かかる非等速性を示す偏向光ビームを用いた装置において、更なる小型化を目指すにあたっては、次のような問題が発生する場合があった。つまり、図３等から明らかなように、装置の小型化を企図して、偏向ミラー面６５１から被走査面２までの光軸Ｌ0方向距離（光路長）を短くする場合、最大走査領域ＭＲは変わらないので、光路長を短くする程度に応じて最大走査角θ0を大きくする必要がある。そして、このように最大走査角θ0を大きくしようとした場合、最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘの端部付近で像面歪曲が劣化する傾向にあった。
【００３７】
つまり、上述の特許文献１，２に記載の光走査装置では、最大走査角θ0は高々１５°程度である。よって、最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘにおける端部付近（走査角が１５°付近）と中心付近（走査角が０°付近）とにおける仮想交点の走査速度差は、走査レンズ６６（走査光学系）によって補償することが可能であった。しかしながら、更なる装置の小型化を目指して、最大走査角θ0を２０°以上とすると、もはや、最大走査領域ＭＲの端部と中心部の仮想交点の走査速度差は、走査レンズ６６によって補償しきれなくなる。その結果、結像性と等速走査性とを走査光学系のみによって実現しようとした場合、最大走査領域ＭＲの主走査方向端部付近で像面湾曲が劣化する傾向にあった。そこで、本発明の発明者等は、仮想交点の主走査方向速度が走査角θによってどのように変動するかを定量的に検討するために、以下のような解析を行った。
【００３８】
偏向ミラー面６５１の振動周波数をｆとしたとき、走査角θは次の式５で与えられる。ただし、ここでｔは時間を表す。
【数５】
2008008930.tif 000007
よって、式５を時間ｔで微分することで走査角速度ωは次の式６で与えられる。
【数６】
2008008930.tif 000008
これら式５，６から、走査角速度ωに関する次の式７が求められる。
【数７】
2008008930.tif 000009
一方、偏向ミラー面６５１と仮想平面との距離（つまり、光軸Ｌ0上における偏向ミラー面６５１と仮想平面との距離）をｌとすると、仮想交点の主走査方向Ｘへの走査速度ｖは、走査角速度ωを用いて次の式８で与えられる。
【数８】
2008008930.tif 000010
そして、式８に式７を代入すると、走査速度ｖに関する次の式９が得られる。
【数９】
2008008930.tif 000011
【００３９】
問題となるのは仮想交点の等速性であるので、走査速度ｖを走査中心における走査速度ｖ0（つまり、走査角θ＝０における走査速度）で除算して仮想交点の走査速度比ｋを求めると、次の式１０となる。
【数１０】
2008008930.tif 000012
かかる式１０から、仮想交点の走査速度比ｋは、振幅角φ0と走査角θのみから決まることが判る。
【００４０】
図８は、仮想交点の走査速度比の変動を示す図である。つまり、図８は、上記式１０に基づいて、振幅角φ0及び走査角θを変化させた場合の走査速度比ｋをプロットした図である。同図が示すように、振幅角φ0が比較的小さい領域では、走査速度比ｋは、走査角θ＝０において極大を示すとともに走査角θの絶対値の増大に伴い減少する。そして、振幅角φ0を大きくしていくと、走査速度比ｋは、走査角θ＝0近傍で極小を示すようになるとともに、走査角θ＝0以外の走査角において極大を示すようになる。そこで、発明者等は、最大走査角θ0の範囲において、どのような走査速度比の変動が好適であるかについて検討した。つまり、発明者等は、偏向光ビームの走査速度比と光学特性との関係について検討した。この検討結果を以下に示す。
【００４１】
ここで、図８において、最大走査角θ0＝２０°とする。まず、偏向ミラー面６５１の振幅角φ0が１８°や２０°のように比較的小さい範囲、即ち、最大走査角θ0＝２０°の範囲において、仮想交点の走査速度比ｋが、走査角θ＝０°において極大となるとともに走査角θの絶対値の増大に伴って単調減少するような場合について検討した。つまり、振幅角φ0が比較的小さい範囲において、被走査面に結像されるスポットが主走査方向Ｘに等速に走査されるように走査レンズ６６を設計し、光学特性のシミュレーションを行った。その結果、像面湾曲が悪化することが判った。このような像面湾曲の悪化の原因は、次のように考えられる。
【００４２】
走査レンズ６６に要求される特性として結像性が挙げられる。つまり、走査レンズ６６は、偏向光ビームを被走査面にスポットとして結像する特性が求められる。したがって、走査レンズ６６は正の光学パワーを有する必要がある。一方で、走査角θ＝０°で極大となるとともに走査角θの増大に伴って偏向光ビームの走査速度が減少する場合（換言すれば、偏向光ビームの走査速度比ｋが１以下となる場合）、走査レンズ６６は、かかる速度低下を補償する必要がある。よって、走査レンズには、負の光学パワーをも要求されることとなる。この理由について、図９を用いつつ以下に説明する。ここで、図９は像面湾曲の悪化原因の説明図であり、同図中、光線0と付された実線は、走査レンズ６６が無いと仮定した場合の、走査角θ＝θ1の偏向光ビームの主光線の軌跡を示す。
【００４３】
「スポット」を被走査面において主走査方向Ｘに等速走査させるためには、最大走査角θ0の全範囲（つまり、−θ0≦θ≦θ0）において、走査角θ＝０°における主走査方向Ｘへの走査速度と等しい速度で、「スポット」を走査させる必要がある。しかしながら、例えば走査角θ＝θ1において「仮想交点」の比走査速度ｋが１より小さい場合、即ち、走査角θ＝θ1における「仮想交点」の走査速度Ｖ1が、走査角θ＝０°における「仮想交点」の走査速度Ｖ0よりも小さい場合、かかる速度差（Ｖ0−Ｖ1）を走査レンズ６６により補償する必要がある。よって、走査レンズ６６は、入射してくる偏向光ビームの進行を、主走査方向Ｘに光軸Ｌ0より遠くなる方向に変更させる必要がある。この様子を、図９を用いて説明すると、例えば、走査レンズが無い場合には光線0と付された実線をその主光線が通る偏向光ビームを、光線−と付された破線をその主光線が通る光ビームへと変更する必要がある。つまり、走査レンズ６６は、負の光学パワーを有する必要がある。このように、最大走査角θ0の範囲において、仮想交点の走査速度比ｋが１より小さくなるような場合、走査レンズ６６には、正と負の相反する光学パワーが求められることとなり、その結果、像面湾曲が悪化すると考えられる。
【００４４】
このように、最大走査角θ0の範囲において、仮想交点の走査速度比ｋが１より小さくなる場合は像面湾曲が悪化することが判った。そして、かかる像面湾曲の悪化は、仮想交点の走査速度の変動を走査レンズ６６により補償する結果として発生するものである。そこで、発明者等は、仮想交点の等速性を補償するような偏向ミラー面６５１の振幅角φ0及び最大走査角θ0の条件について検討した。
【００４５】
上記議論から、像面湾曲の悪化に対しては、仮想交点の走査速度比ｋを最大走査角θ0の全範囲において１以上とすることが好適と考えられる。そこで、本発明では、次の（1）の条件を、偏向ミラー面６５１の振幅角φ0及び最大走査角θ0に対して求めることとしている。
（1）最大走査角における仮想交点の主走査方向Ｘへの速度が、走査角が０における仮想交点の主走査方向Ｘへの速度以上である。
【００４６】
つまり、仮想交点の走査速度比ｋを最大走査角θ0の全範囲において１以上とするために条件（1）を要求して像面湾曲を良好とすることとしている。かかる条件を定量的に求めると次のようになる。
【００４７】
条件（1）を満たすためには、式１０で与えられる走査速度比ｋが、走査角θ＝最大走査角θ0において１以上であれば良い。よって、次の式１１を満たすことで条件（1）は満たされる。
【数１１】
2008008930.tif 000013
【００４８】
＜第１実施形態＞
第１実施形態では、装置（光走査装置、画像形成装置）の小型化を実現するために、最大走査角θ0≧２０°とする。しかしながら、最大走査角θ0が２０°以上となるような範囲では、上述の像面歪曲が問題となる。そこで、第１実施形態では、上述の議論を踏まえて、次のように偏向ミラー面６５１の振幅角φ0を制御している。つまり、最大走査角θ0に対して、式１１を満たすような振幅角φ0_tgを求めるとともに、偏向ミラー面６５１の振幅角φ0が求められたφ0_tgとなるようにミラー駆動部１２１により偏向ミラー面６５１の正弦振動を制御する。よって、仮想交点の主走査方向Ｘへの等速性が、偏向ミラー面６５１の振動特性により補償される。このため、走査レンズ６６（走査光学系）は、従来の光走査装置の偏向ミラー面による偏向光ビームが有するような非等速性を補う必要が無い。従って、感光体２の表面（被走査面）におけるスポットの等速走査性を実現しつつ、なおかつ像面湾曲を良好に実現することが可能となる。つまり、最大走査角θ0が２０°以上と大きな範囲においても、スポットの等速走査性と像面湾曲とを良好として、光走査装置および画像形成装置の小型化を可能としている。
【００４９】
また、第１実施形態では、単玉の走査レンズ６６により走査光学系を構成している。よって、装置（光走査装置および該装置を用いる画像形成装置）の小型化が可能となり好適である。つまり、第１実施形態における光走査装置では、偏向ミラー面６５１の振幅角φ0が式１１から求められたφ0_tgとなるようにミラー駆動部１２１により偏向ミラー面６５１の正弦振動を制御する。よって、走査レンズ６６は、従来の光走査装置の偏向ミラー面による偏向光ビームが有するような非等速性を補う必要が無い。よって、比較的簡素な走査光学系により、良好な光学特性を実現することが可能である。
【００５０】
つまり、従来装置においては、走査レンズ６６（走査光学系）は光ビームの結像性能以外に偏向光ビームの非等速性を補償する機能をも備えなければならず、走査光学系を得るために複雑な光学設計が必要となっていた。また、複数の要素（結像性能、等速性の補償）を同時に満足させる必要があるため、適正な設計解を得るために走査光学系を構成する光学素子を増やす傾向にある。その結果、従来装置では、走査光学系が複雑な構成となってしまうこともあった。これに対し、本発明の本実施形態における走査レンズ６６（走査光学系）は、非等速性の補償機能から解放されており、結像性能のみを担保すばよい。よって、比較的簡素な走査光学系により、良好な光学特性を実現することが可能である。そこで、第１実施形態では、かかる本発明の利点を積極的に利用して、単玉の走査レンズ６６により走査光学系を構成している。これにより、走査光学系が占めるスペースを減少させて、光走査装置および画像形成装置の小型化を実現している。
【００５１】
＜第２実施形態＞
発明の基本概念に示したように、本発明者等は、図８において、振幅角φ0が１８°や２０°のように比較的小さい範囲における走査速度比の検討から、条件(1)（式１１）を得た。そして、第１実施形態に示したように、式１１を満たすように最大走査角θ0及び振幅角φ0を設定することで、最大走査角θ0≧２０°となるような範囲においても等速走査性と像面歪曲とを同時に良好に実現できることが判った。
【００５２】
そこで、本発明の発明者等は、次に、偏向ミラー面６５１の振幅角φ0が２４°や２６°のように比較的大きい範囲、即ち、最大走査角θ0＝２０°の範囲において仮想交点の走査速度比ｋが走査角θの絶対値の増大に伴って単調増加するような場合について検討した（図８）。つまり、振幅角φ0が比較的大きい範囲において、被走査面に結像されるスポットが主走査方向Ｘに等速に走査されるように走査レンズ６６を設計し、光学特性のシミュレーションを行った。その結果、像面湾曲は非常に良好となる一方で、主走査方向Ｘにおけるスポット径が、走査角θの絶対値が大きいところで悪化することが判った。かかる現象は次の理由によるものと考えられる。
【００５３】
まず、像面湾曲が良好となる理由は、偏向光ビームの主走査方向速度が走査角θの絶対値が大きくなるに連れて加速するため、走査レンズ６６が負の光学パワーを有する必要が無くなることによると考えられる。一方、スポット径の悪化の理由は、走査角θの絶対値の増大に伴って偏向光ビームが主走査方向に加速するため、かかる加速に伴ってスポット径が主走査方向に大きくなったためと考えられる。
【００５４】
このように、最大走査角θ0の範囲において、仮想交点の走査速度比ｋが走査角θの絶対値の増大に伴って単調増加する場合はスポット径が悪化することが判った。そこで、発明者等は、像面湾曲のみならずスポット径をも良好とするような、振幅角φ0及び最大走査角θ0について検討した。
【００５５】
上述の議論から、走査角の絶対値が大きい所でのスポット径の悪化に対しては、仮想交点の走査速度比ｋが走査角θの絶対値の増大に伴って単調増加とならないようにすることが好適と考えられる。そこで、第２実施形態では、上述した（1）の条件に加えて、次の（2）の条件を、偏向ミラー面６５１の振幅角φ0及び最大走査角θ0に対して求めることとした。
（2）最大走査角における走査角の絶対値の増大に対する仮想交点の主走査方向Ｘへの速度変動が減少傾向にある。
【００５６】
つまり、第２実施形態では、上述した条件(1)のみならず、最大走査角θ0において仮想交点の走査速度比ｋが走査角θの絶対値の増大に対して単調増加とならないようにするために条件（2）を要求してスポット径を良好とすることとしている。かかる条件を定量的に求めると次のようになる。
【００５７】
条件（2）を満たすためには、仮想交点の主走査方向Ｘへの速度ｖを走査角θで微分して得られる関数が、走査角θ＝最大走査角θ0において負であれば良い。ここで、式８で与えられる速度ｖを走査角θで微分すると、次の式１２が得られる。
【数１２】
2008008930.tif 000014
そして、式１２の左辺が負であれば良いので、次の式１３が得られる。
【数１３】
2008008930.tif 000015
【００５８】
第２実施形態では、装置（光走査装置、画像形成装置）の小型化を実現するために、最大走査角θ0≧２０°とする。しかしながら、最大走査角θ0が２０°以上となるような範囲では、発明の基本概念で示したように像面歪曲が問題となる。そこで、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、振幅角φ0及び最大走査角θ0に対して、式１１を満たすことを要求している。そして、更に第２実施形態では、スポット径をも良好にするために、振幅角φ0及び最大走査角θ0に対して、式１３も満たすことを要求している。つまり、第２実施形態では、最大走査角θ0に対して、式１１及び式１３を満たすような振幅角φ0_tgを求めるとともに、偏向ミラー面６５１の振幅角φ0が求められたφ0_tgとなるようにミラー駆動部１２１により偏向ミラー面６５１の正弦振動を制御する。従って、感光体２の表面（被走査面）におけるスポットの等速走査性を実現しつつ、なおかつ像面湾曲及びスポット径を良好に実現することが可能となる。つまり、最大走査角θ0が２０°以上と大きな範囲においても、スポットの等速走査性、像面湾曲及びスポット径を良好として、光走査装置および画像形成装置の小型化を可能としている。
【００５９】
＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なう事が可能である。例えば、上記実施形態にかかる光走査装置（露光ユニット）では、マイクロマシニング技術により形成された偏向ミラー面６５１により光ビームを偏向しているが、本発明が適用可能な光走査装置はこれに限られない。つまり、マイクロマシニング技術以外の方法により形成された偏向ミラー面を有する光走査装置に対しても、本発明を適用可能である。要するに、振動する偏向ミラー面を有する光走査装置全般に対して、本発明を適用可能である。
【００６０】
しかしながら、上記実施形態のように、マイクロマシニング技術によりシリコン基板に対して形成された偏向ミラー面６５１を振動させることで、スポットを走査する構成においては、振幅角φ0≦３０°とすることが好適である。なんとなれば、このように構成することで、偏向器の破壊を確実に防止することが可能となるからである。
【００６１】
また、上記実施形態では、単玉レンズにより走査光学系を構成しているが、複数のレンズを用いて走査光学系を構成しても良い。但し、上述のとおり、光走査装置および画像形成装置の小型化という観点からすると、単玉レンズで走査光学系を構成することが好適である。
【００６２】
また、上記実施形態では、カラー画像形成装置に本発明が適用されているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、いわゆる単色画像を形成するモノクロ画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【実施例】
【００６３】
次に本発明の実施例を示すが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６４】
具体的な実施例の説明の前に、上記実施形態で示した条件式１１および１３について整理する。まず、式１１について整理すると次のようになる。
【数１４】
2008008930.tif 000016
次に、式１３について整理すると、次のようになる。
【数１５】
2008008930.tif 000017
上記式１４，１５が示す範囲を図示すると図１０のようになる。つまり、式１４の両辺が等しいとした場合に、振幅角φ0と最大走査角θ0との関係をプロットしたものが同図の破線で表される曲線である。また、式１５の両辺が等しいとした場合に、振幅角φ0と最大走査角θ0との関係をプロットしたものが同図の実線で表される曲線である。さらに、同図には、最大走査角θ0＝20°を示す直線（１点鎖線）及び振幅角φ0＝30°を示す直線（２点鎖線）を記載している。そこで、上記実施形態で示した発明の効果を示すために、実施例１〜４と比較例１とで光学特性を比較した。次に、各実施例及び比較例について詳述する。
【００６５】
＜実施例１＞
表１は、実施例１における光走査装置（露光ユニット）の光学系諸元を示す表である。ここで、波長λは、レーザー光源から射出される光ビームの波長を表す。また、最大走査幅ｌsは、主走査方向Ｘにおける光軸Ｌ0から最大走査領域ＭＲ端部までの距離を表す。つまり、ｌs×２が被走査面の最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘにおける幅に相当する。実施例１では、最大走査角θ0＝３３．６°に、振幅角φ0＝２４°に設定している。
【表１】
2008008930.tif 000018
【００６６】
図１１は、実施例１の光走査装置の構成を示した図である。同図が示すように、光源からでた光ビームは、コリメータレンズ６３１によりコリメートされた後、シリンドリカルレンズ６３２により偏向ミラー面６５１に副走査方向に結像される。そして、偏向ミラー面６５１により偏向された光ビームは、走査レンズ６６によって感光体２の表面（被走査面）に結像される。また、表２は、実施例１におけるレンズデータである。なお、同表中の面番号Ｓ3，Ｓ7，Ｓ8の曲率半径については、それぞれ表３〜５に示した。そして、上述の条件においてシミュレーションを行って、等速走査性、像面湾曲及びスポット径について評価を行なった。なお、等速走査性の評価にあたっては、次の式１６で与えられる相対誤差を用いた。ここで、同式において、ｙ’は被走査面に走査される光ビームの像高（つまり、スポットの位置）を表すとともに、Ｆは光学系の焦点距離を表す。つまり、式１２の相対誤差は、完全に等速にスポットが走査された場合のスポット位置に対して、実際のスポット位置がどの程度ずれているかを示す値である。
【数１６】
2008008930.tif 000019
【表２】
2008008930.tif 000020
【表３】
2008008930.tif 000021
【表４】
2008008930.tif 000022
【表５】
2008008930.tif 000023
【００６７】
図１２は、実施例１におけるシミュレーション結果を示す図である。同図の上から、等速走査性、像面湾曲、スポット径の結果を示している。ここで、横軸の像高は、被走査面におけるスポットの像高を表す。また、同図においては、最大走査幅ｌsに対応して、像高が−１０８ｍｍ〜＋１０８ｍｍの範囲についてのみプロットしている。
【００６８】
＜実施例２＞
表６は、実施例２における光走査装置（露光ユニット）の光学系諸元を示す表である。ここで、波長λは、レーザー光源から射出される光ビームの波長を表す。また、最大走査幅ｌsは、主走査方向Ｘにおける光軸Ｌ0から最大走査領域ＭＲ端部までの距離を表す。つまり、ｌs×２が被走査面の最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘにおける幅に相当する。実施例２では、最大走査角θ0＝２５°に、振幅角φ0＝２２°に設定している。
【表６】
2008008930.tif 000024
【００６９】
図１３は、実施例２の光走査装置の構成を示した図である。同図が示すように、光源からでた光ビームは、コリメータレンズ６３１によりコリメートされた後、シリンドリカルレンズ６３２により偏向ミラー面６５１に副走査方向に結像される。そして、偏向ミラー面６５１により偏向された光ビームは、走査レンズ６６によって感光体２の表面（被走査面）に結像される。また、表７は、実施例２におけるレンズデータである。なお、同表中の面番号Ｓ3，Ｓ7，Ｓ8の曲率半径については、それぞれ表８〜１０に示した。そして、上述の条件においてシミュレーションを行って、等速走査性、像面湾曲及びスポット径について評価を行なった。なお、等速走査性の評価にあたっては、式１６で与えられる相対誤差を用いた。
【表７】
2008008930.tif 000025
【表８】
2008008930.tif 000026
【表９】
2008008930.tif 000027
【表１０】
2008008930.tif 000028
【００７０】
図１４は、実施例２におけるシミュレーション結果を示す図である。同図の上から、等速走査性、像面湾曲、スポット径の結果を示している。ここで、横軸の像高は、被走査面におけるスポットの像高を表す。また、同図においては、最大走査幅ｌsに対応して、像高が−１０８ｍｍ〜＋１０８ｍｍの範囲についてのみプロットしている。
【００７１】
＜実施例３＞
表１１は、実施例３における光走査装置（露光ユニット）の光学系諸元を示す表である。ここで、波長λは、レーザー光源から射出される光ビームの波長を表す。また、最大走査幅ｌsは、主走査方向Ｘにおける光軸Ｌ0から最大走査領域ＭＲ端部までの距離を表す。つまり、ｌs×２が被走査面の最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘにおける幅に相当する。実施例３では、最大走査角θ0＝３６°に、振幅角φ0＝２６°に設定している。
【表１１】
2008008930.tif 000029
【００７２】
図１５は、実施例３の光走査装置の構成を示した図である。同図が示すように、光源からでた光ビームは、コリメータレンズ６３１によりコリメートされた後、シリンドリカルレンズ６３２により偏向ミラー面６５１に副走査方向に結像される。そして、偏向ミラー面６５１により偏向された光ビームは、走査レンズ６６によって感光体２の表面（被走査面）に結像される。また、表１２は、実施例３におけるレンズデータである。なお、同表中の面番号Ｓ3，Ｓ7，Ｓ8の曲率半径については、それぞれ表１３〜１５に示した。そして、上述の条件においてシミュレーションを行って、等速走査性、像面湾曲及びスポット径について評価を行なった。なお、等速走査性の評価にあたっては、式１６で与えられる相対誤差を用いた。
【表１２】
2008008930.tif 000030
【表１３】
2008008930.tif 000031
【表１４】
2008008930.tif 000032
【表１５】
2008008930.tif 000033
【００７３】
図１６は、実施例３におけるシミュレーション結果を示す図である。同図の上から、等速走査性、像面湾曲、スポット径の結果を示している。ここで、横軸の像高は、被走査面におけるスポットの像高を表す。また、同図においては、最大走査幅ｌsに対応して、像高が−１０８ｍｍ〜＋１０８ｍｍの範囲についてのみプロットしている。
【００７４】
＜実施例４＞
表１６は、実施例４における光走査装置（露光ユニット）の光学系諸元を示す表である。ここで、波長λは、レーザー光源から射出される光ビームの波長を表す。また、最大走査幅ｌsは、主走査方向Ｘにおける光軸Ｌ0から最大走査領域ＭＲ端部までの距離を表す。つまり、ｌs×２が被走査面の最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘにおける幅に相当する。実施例４では、最大走査角θ0＝４５°に、振幅角φ0＝３０°に設定している。
【表１６】
2008008930.tif 000034
【００７５】
図１７は、実施例４の光走査装置の構成を示した図である。同図が示すように、光源からでた光ビームは、コリメータレンズ６３１によりコリメートされた後、シリンドリカルレンズ６３２により偏向ミラー面６５１に副走査方向に結像される。そして、偏向ミラー面６５１により偏向された光ビームは、走査レンズ６６によって感光体２の表面（被走査面）に結像される。また、表１７は、実施例４におけるレンズデータである。なお、同表中の面番号Ｓ3，Ｓ7，Ｓ8の曲率半径については、それぞれ表１８〜２０に示した。そして、上述の条件においてシミュレーションを行って、等速走査性、像面湾曲及びスポット径について評価を行なった。なお、等速走査性の評価にあたっては、式１６で与えられる相対誤差を用いた。
【表１７】
2008008930.tif 000035
【表１８】
2008008930.tif 000036
【表１９】
2008008930.tif 000037
【表２０】
2008008930.tif 000038
【００７６】
図１８は、実施例４におけるシミュレーション結果を示す図である。同図の上から、等速走査性、像面湾曲、スポット径の結果を示している。ここで、横軸の像高は、被走査面におけるスポットの像高を表す。また、同図においては、最大走査幅ｌsに対応して、像高が−１０８ｍｍ〜＋１０８ｍｍの範囲についてのみプロットしている。
【００７７】
＜比較例１＞
表２１は、比較例１における光走査装置（露光ユニット）の光学系諸元を示す表である。ここで、波長λは、レーザー光源から射出される光ビームの波長を表す。また、最大走査幅ｌsは、主走査方向Ｘにおける光軸Ｌ0から最大走査領域ＭＲ端部までの距離を表す。つまり、ｌs×２が被走査面の最大走査領域ＭＲの主走査方向Ｘにおける幅に相当する。比較例１では、最大走査角θ0＝３０°に、振幅角φ0＝２０°に設定している。
【表２１】
2008008930.tif 000039
【００７８】
図１９は、比較例１の光走査装置の構成を示した図である。同図が示すように、光源からでた光ビームは、コリメータレンズ６３１によりコリメートされた後、シリンドリカルレンズ６３２により偏向ミラー面６５１に副走査方向に結像される。そして、偏向ミラー面６５１により偏向された光ビームは、走査レンズ６６によって感光体２の表面（被走査面）に結像される。また、表２２は、比較例１におけるレンズデータである。なお、同表中の面番号Ｓ3，Ｓ7，Ｓ8の曲率半径については、それぞれ表２３〜２５に示した。そして、上述の条件においてシミュレーションを行って、等速走査性、像面湾曲及びスポット径について評価を行なった。なお、等速走査性の評価にあたっては、式１６で与えられる相対誤差を用いた。
【表２２】
2008008930.tif 000040
【表２３】
2008008930.tif 000041
【表２４】
2008008930.tif 000042
【表２５】
2008008930.tif 000043
【００７９】
図２０は、比較例１におけるシミュレーション結果を示す図である。同図の上から、等速走査性、像面湾曲、スポット径の結果を示している。ここで、横軸の像高は、被走査面におけるスポットの像高を表す。また、同図においては、最大走査幅ｌsに対応して、像高が−１０８ｍｍ〜＋１０８ｍｍの範囲についてのみプロットしている。
【００８０】
＜実施例と比較例との対比検証＞
表２６は、実施例と比較例との結果を対比した表である。同表が示しように、実施例および比較例のいずれにおいても、等速走査性は同程度に実現されていることが判る。そこで、図１０と表２６とを用いつつ、実施例と比較例それぞれの光学特性に検討する。
【表２６】
2008008930.tif 000044
【００８１】
上述の通り、図１０における破線は、式１４の両辺が等しいとした場合に、振幅角φ0と最大走査角θ0との関係をプロットして得られる曲線である。つまり、同図中の破線は、像面湾曲に対する条件を規定する曲線である。そこで、同破線よりも右側（振幅角φ0が大きくなる方向）にある実施例１〜４の像面湾曲と、同破線より左側にある比較例１の像面湾曲を比べると、明らかに実施例１〜４の像面湾曲が良好である事が判る。つまり、実施例１〜４の像面湾曲は、絶対値にして０．１ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲にある。これに対して比較例１の像面湾曲は３．５ｍｍと、実施例に対して大きい。このように、本発明の適用例である実施例１〜４では、最大走査角θ0≧２０°という範囲においても、等速走査性を実現しつつ像面湾曲をも良好に実現していることが判る。
【００８２】
また、上述の通り、図１０における実線は、式１５の両辺が等しいとした場合に、振幅角φ0と最大走査角θ0との関係をプロットして得られる曲線である。つまり、同図中の実線は、スポット径に対する条件を規定する曲線である。そこで、同実線よりも左側（振幅角φ0が小さくなる方向）にある実施例１〜３のスポット径と、同実線より右側にある実施例４のスポット径を比べると、明らかに実施例１〜３のスポット径が良好である事が判る。つまり、実施例１〜３のスポット径のばらつきは、絶対値にして１７μｍ以下の範囲に収まっている。これに対して実施例４のスポット径のばらつきは２３μｍと大きい。このように、実施例１〜３では、最大走査角θ0≧２０°という範囲において、等速走査性と像面湾曲のみならずスポット径をも良好に実現していることが判る。
【００８３】
さらに、上記実施例２について詳細に検討すると、次の事が判る。図２１は、実施例２において、走査レンズが無い場合に、被走査面に走査される光ビームの主光線の像高をプロットしたものである。つまり、図２１の実曲線が示す等速走査性は、実施形態において詳述した仮想交点の等速走査性に対応する。なお、同図中の太い破線は、最大走査幅ｌｓを表す。同図が示すように、走査領域の全域（−ｌs≦像高≦ｌs）において走査速度比は１以上である。また、最大走査角における走査角の増大に対する、換言すれば、走査領域端部における像高の絶対値の増大に対する、仮想交点の主走査方向への速度変動が減少傾向にある。つまり、実施例２における偏向ミラー面６５１の振動特性は、実施形態で詳述した条件(1)(2)を満たしていることが判る。そして、かかる振動特性を有する偏向ミラー面により偏向された光ビームを、実施例２における走査レンズ６６で結像した際の等速走査性を示したものが、図１４の最上段である。
【００８４】
図１４，２１を比較すると、図２１の等速走査性に比べて図１４の等速走査性が悪化していることが判る。これは、走査レンズ６６が、等速走査性を有しないことを示す。つまり、実施例２においては、等速走査性は、偏向ミラー面６５１によって実現しており、走査レンズ６６は結像のみを行なっている。その結果、表２６が示すように、実施例２のスポット径のばらつきは±５μｍと、他の例と比較して格段に良好である。このように、等速走査性は偏向ミラー面の振動特性で実現するとともに結像性は走査レンズで実現するというように、光走査装置に求められる機能を分離することで、非常に良好な光学特性を実現できることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明にかかる光走査装置の一実施形態を用いた画像形成装置を示す図。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】本発明にかかる光走査装置の構成及び動作を示す主走査断面図。
【図４】偏向器の構成を示す図。
【図５】光源と偏向ミラー面と走査レンズとの位置関係を示す図。
【図６】露光ユニット及び該ユニットを制御する露光制御ユニットを示す図。
【図７】仮想平面における仮想交点の動作を示す図。
【図８】仮想交点の走査速度比の変動を示す図。
【図９】像面湾曲の悪化原因の説明図。
【図１０】振幅角と最大走査角との関係を示す図。
【図１１】実施例１の光走査装置の構成を示した図。
【図１２】実施例１におけるシミュレーション結果を示す図。
【図１３】実施例２の光走査装置の構成を示した図。
【図１４】実施例２におけるシミュレーション結果を示す図。
【図１５】実施例３の光走査装置の構成を示した図。
【図１６】実施例３におけるシミュレーション結果を示す図。
【図１７】実施例４の光走査装置の構成を示した図。
【図１８】実施例４におけるシミュレーション結果を示す図。
【図１９】比較例１の光走査装置の構成を示した図。
【図２０】比較例１におけるシミュレーション結果を示す図。
【図２１】走査レンズが無い場合の光ビームの主光線の像高をプロットした図。
【符号の説明】
【００８６】
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ…感光体（潜像担持体）、  ６，６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ…露光ユニット（光走査装置）、  ６２…レーザー光源（光源）、６５…偏向器、  ６５１…偏向ミラー面、  Ｘ…主走査方向、  Ｙ…副走査方向、  ＭＲ…最大走査領域、  φ0…振幅角、  θ…走査角、  θ0…最大走査角、
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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