(57)【要約】【課題】画像形成の高速化を図りながらコンパクトで安価なレーザー走査装置を提供する。【解決手段】４つのレーザーダイオード（１）と、４本のレーザー光（Ｌ）をそれぞれ平行光束にする４つのコリメータレンズ（２）と、平行光束（Ｌ）を４つの反射面（４Ｓ）でそれぞれ反射する自由曲面ミラーアレイ（４）と、自由曲面ミラーアレイ（４）で反射した４本のレーザー光束（Ｌ）を同一反射面での同時反射により偏向させるポリゴンミラー（５）と、を備える。自由曲面ミラーアレイ（４）の４つの反射面（４Ｓ）がそれぞれ異なる形状を持ち、自由曲面ミラーアレイ（４）で反射した４本のレーザー光束（Ｌ）がポリゴンミラー（５）近傍で各々焦線を成す。【選択図】　　　図１
2004117865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザー光源と、その複数のレーザー光源から発せられた複数のレーザー光をそれぞれ平行光束にする複数のコリメータ光学素子と、前記複数の平行光束を複数の反射面でそれぞれ反射する反射光学素子と、その反射光学素子で反射した複数のレーザー光束を同一反射面での同時反射により偏向させる偏向器と、を備えたレーザー走査装置であって、
前記反射光学素子の複数の反射面がそれぞれ異なる形状を持ち、前記反射光学素子で反射した複数のレーザー光束が前記偏向器近傍で各々焦線を成すことを特徴とするレーザー走査装置。
【請求項２】
前記複数の焦線が互いに平行であることを特徴とする請求項１記載のレーザー走査装置。
【請求項３】
前記偏向器がポリゴンミラーであり、前記複数の平行光束がいずれもポリゴンミラーの回転軸に垂直な平面に対して平行であることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザー走査装置。
【請求項４】
前記反射光学素子の各反射面の形状が、以下の式（ＦＳ）で表現されることを特徴とする請求項３記載のレーザー走査装置；
ｘ＝ｚ２／（４ｙｃｏｓθｓｉｎθ−４ａｃｏｓθ）　　…（ＦＳ）
ただし、ｚ軸はポリゴンミラーの回転軸と平行であり、ｘ軸はポリゴンミラーの回転軸に垂直な平面に入射光束と射出光束の主光線をそれぞれ射影して成る２つの直線の２等分線であり、ｙ軸はｚ軸とｘ軸に垂直であり、入射光束はｙ＜０，ｘ＜０の方向より入射し、ｘｙ平面は焦線を含み、θは入射光束とｚｘ平面との成す角であり（θ＞０）、ａは座標系原点から焦線までの距離である（ａ＞０）。
【請求項５】
さらに前記コリメータ光学素子のそれぞれと前記反射光学素子との間の各光路中に光束規制素子が配置されており、各光束規制素子が楕円形状の開口部を有し、その楕円形状の長径方向が前記ポリゴンミラーの回転軸に垂直な平面に対して平行でないことを特徴とする請求項３又は４記載のレーザー走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー走査装置に関するものであり、例えばカラーレーザープリンタ，カラーデジタル複写機等の画像形成装置において、複数のレーザー光束を走査しながら複数の被走査面上に画像を露光記録するタンデム型のレーザー走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザー走査装置の分野では、複数のレーザー光束を用いて同時に複数の感光体に描画することにより、高速にカラー画像を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２１９８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１等に記載されているような従来のレーザー走査装置では、各レーザー光束がポリゴンミラーに至るまでの光学系を個別に持たせているために、装置の大型化やコストアップを招いてしまう。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、画像形成の高速化を図りながらコンパクトで安価なレーザー走査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のレーザー走査装置は、複数のレーザー光源と、その複数のレーザー光源から発せられた複数のレーザー光をそれぞれ平行光束にする複数のコリメータ光学素子と、前記複数の平行光束を複数の反射面でそれぞれ反射する反射光学素子と、その反射光学素子で反射した複数のレーザー光束を同一反射面での同時反射により偏向させる偏向器と、を備えたレーザー走査装置であって、前記反射光学素子の複数の反射面がそれぞれ異なる形状を持ち、前記反射光学素子で反射した複数のレーザー光束が前記偏向器近傍で各々焦線を成すことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明のレーザー走査装置は、上記第１の発明の構成において、前記複数の焦線が互いに平行であることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明のレーザー走査装置は、上記第１又は第２の発明の構成において、前記偏向器がポリゴンミラーであり、前記複数の平行光束がいずれもポリゴンミラーの回転軸に垂直な平面に対して平行であることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明のレーザー走査装置は、上記第３の発明の構成において、前記反射光学素子の各反射面の形状が、以下の式（ＦＳ）で表現されることを特徴とする。
ｘ＝ｚ２／（４ｙｃｏｓθｓｉｎθ−４ａｃｏｓθ）　　…（ＦＳ）
ただし、ｚ軸はポリゴンミラーの回転軸と平行であり、ｘ軸はポリゴンミラーの回転軸に垂直な平面に入射光束と射出光束の主光線をそれぞれ射影して成る２つの直線の２等分線であり、ｙ軸はｚ軸とｘ軸に垂直であり、入射光束はｙ＜０，ｘ＜０の方向より入射し、ｘｙ平面は焦線を含み、θは入射光束とｚｘ平面との成す角であり（θ＞０）、ａは座標系原点から焦線までの距離である（ａ＞０）。
【００１０】
第５の発明のレーザー走査装置は、上記第３又は第４の発明の構成において、さらに前記コリメータ光学素子のそれぞれと前記反射光学素子との間の各光路中に光束規制素子が配置されており、各光束規制素子が楕円形状の開口部を有し、その楕円形状の長径方向が前記ポリゴンミラーの回転軸に垂直な平面に対して平行でないことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したレーザー走査装置を、図面を参照しつつ説明する。ここで挙げる実施の形態は、カラーレーザープリンタ，カラーデジタル複写機等のカラー画像形成装置に使用されるものであり、例えばＹ（黄），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（黒）の各色に対応した４つの感光体に対して同時に画像記録を行うタイプのタンデム型レーザー走査装置である。ただし、１つの光源が１本のレーザー光束を射出し、１つの感光体に対する露光走査を１本のレーザー光束で行う構成に限らず、例えば、２本以上のレーザー光束を射出するマルチビームタイプの光源を用いて、１つの感光体に対する露光走査を２本以上のレーザー光束で行う構成にしてもよい。
【００１２】
《第１の実施の形態（図１〜図８）》
図１に、タンデム型レーザー走査装置の第１の実施の形態を示す。図１中、１はレーザーダイオード（レーザー光源）、２はコリメータレンズ（コリメータ光学素子）、３はアパーチャ（光束規制素子）、４は自由曲面ミラーアレイ（反射光学素子）、５はポリゴンミラー（偏向器）、６は第１レンズ、７は第１折り返しミラー、８は第２レンズ、９は第２折り返しミラー、１０はウインドウガラス、１１は被走査面を構成する感光体、Ｌはレーザー光束である。カラー画像形成装置は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色に対応した画像が形成される４つの感光体（１１）を備えており、４つの感光体（１１）に形成された画像を同じ紙に転写することによってカラー画像を形成する構成になっている。そしてレーザー走査装置は、４つの感光体（１１）のそれぞれに対する描画のためのレーザー光源として、４つのレーザーダイオード（１）を備えている。
【００１３】
各レーザーダイオード（１）から発せられたレーザー光（Ｌ）は、対応する４つのコリメータレンズ（２）によってそれぞれ発散光束から平行光束に変換され、アパーチャ（３）によって光束規制された後、自由曲面ミラーアレイ（４）に入射する。自由曲面ミラーアレイ（４）はアナモフィックなパワーを持った４つの反射面（４Ｓ）を階段状に有しており、各反射面（４Ｓ）での反射により各平行光束（Ｌ）をポリゴンミラー（５）上で副走査方向にのみ集光して焦線（つまり線状の光源像）を形成する。ポリゴンミラー（５）は４本のレーザー光束（Ｌ）を同一反射面での同時反射により主走査方向に偏向させる偏向器であり、そのポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）に対してレーザー光束（Ｌ）が副走査方向に互いに異なる角度で入射する。そして、ポリゴンミラー（５）で偏向反射したレーザー光束（Ｌ）は走査光学系に入射する。
【００１４】
走査光学系は、第１レンズ（６），第１折り返しミラー（７），第２レンズ（８），第２折り返しミラー（９）及びウインドウガラス（１０）で構成されており、偏向後の４本のレーザー光束（Ｌ）を対応する４つの感光体（１１）に１本ずつ分けて導くとともに、各感光体（１１）の被走査面上で結像走査させる。第１レンズ（６）は４本のレーザー光束（Ｌ）を共に透過させる共通レンズであり、その第１レンズ（６）で屈折した４本のレーザー光束（Ｌ）は、対応する４つの第１折り返しミラー（７）でそれぞれ反射されることにより光路分離される。光路分離された各レーザー光束（Ｌ）は、対応する４つの第２レンズ（８）をそれぞれ透過した後、第２折り返しミラー（９）でそれぞれ反射される。そして、ウインドウガラス（１０）をそれぞれ透過した後、対応する感光体（１１）上でスポット状に集光して露光走査を行う。なお、各感光体（１１）に対するレーザー光束（Ｌ）の偏向走査の方向が主走査方向に対応し、その主走査方向と被走査面法線とに対して垂直な方向が副走査方向に対応する。
【００１５】
図２，図３に、自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）、ポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）の順に入射するレーザー光束（Ｌ）の光路を主光線で示す。ただし、図２は上から見た上面図（つまり主走査平面に射影した主光線光路図）、図３は横から見た側面図（つまり副走査平面に射影した主光線光路図）であり、いずれも自由曲面ミラーアレイ（４）に入射するレーザー光束（Ｌ）については反射面（４Ｓ）の近傍のみ示す。
【００１６】
図２から分かるように、上から見ると４本のレーザー光束（Ｌ）は自由曲面ミラーアレイ（４）に対する各主光線（Ｌ）の入射角度がそれぞれ異なっている。しかし、自由曲面ミラーアレイ（４）からポリゴンミラー（５）に向かう各主光線（Ｌ）は、入射角度も入射位置も同じで重なって見える。また図３から分かるように、横から見ると４本の平行光束（Ｌ）は自由曲面ミラーアレイ（４）に対して各主光線が互いに平行に入射する。そして、そのいずれもがポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に垂直な平面に対して平行になっている。また、ポリゴンミラー（５）に対する入射角度は副走査方向について異なるとともに、入射高さはポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）上でほぼ一致している。つまり、自由曲面ミラーアレイ（４）によって反射された４本のレーザー光束（Ｌ）の主光線は同一平面内において互いに非平行に存在しており、４つの焦線はすべてほぼ一致している。４本のレーザー光束（Ｌ）のうち、外側の２本は副走査方向の入射角度の絶対値が等しくなっており、内側の２本についても同様に副走査方向の入射角度の絶対値が等しくなっている。
【００１７】
図４に、自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）の１つについて、その面形状の概略を示す。図４では、実際にレーザー光束（Ｌ）が入射する範囲を点線で示しており、反射面（４Ｓ）の形状の特徴を見やすくするために、レーザー光束（Ｌ）が入射する範囲よりも広い範囲で反射面（４Ｓ）の形状を示している。そして、自由曲面ミラーアレイ（４）の各反射面（４Ｓ）の形状は、以下の式（ＦＳ）で表現される。
【００１８】
ｘ＝ｚ２／（４ｙｃｏｓθｓｉｎθ−４ａｃｏｓθ）　　…（ＦＳ）
ただし、ｚ軸はポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ，図１）と平行であり、ｘ軸はポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に垂直な平面に入射光束と射出光束の主光線をそれぞれ射影して成る２つの直線の２等分線であり、ｙ軸はｚ軸とｘ軸に垂直であり、入射光束はｙ＜０，ｘ＜０の方向より入射し、ｘｙ平面は焦線を含み、θは入射光束とｚｘ平面との成す角（θ＞０）であり、ａは座標系原点から焦線までの距離（ａ＞０）である。
【００１９】
自由曲面ミラーアレイ（４）の各反射面（４Ｓ）は、回転対称軸を持たない形状になっており、式（ＦＳ）から分かるように、ｚｘ平面に平行な平面で反射面（４Ｓ）を切ったときの断面形状は、どの場所でも放物線である。ただし、切る位置によって放物線の開き具合が変化している。また、この実施の形態においては、ａの値が４つの反射面（４Ｓ）とも同一の８０（単位はｍｍ）になっている。しかし、θの値はそれぞれ異なっており、３５，２７，１９，１１（単位はいずれも度）になっている。したがって、４つの反射面（４Ｓ）の形状はそれぞれ異なっている。
【００２０】
上記のように、自由曲面ミラーアレイ（４）の複数の反射面（４Ｓ）がそれぞれ異なる形状を持ち、自由曲面ミラーアレイ（４）で反射した複数のレーザー光束（Ｌ）がポリゴンミラー（５）近傍で各々焦線を成す構成にすると、複数のレーザー光束（Ｌ）の集光及び光路合成をコンパクトな構成で行うことができる。したがって、画像形成の高速化を図りながらレーザー走査装置のコンパクト化及び低コスト化を達成することができる。コリメートされた複数のレーザー光束（Ｌ）を光路合成して偏向反射面（５Ｓ）近傍で副走査方向に集光させる場合、各レーザー光束（Ｌ）がポリゴンミラーに至るまでの光学系｛例えば、複数のレーザー光束の光路を合成する光学素子（ハーフミラー等）や各レーザー光束をポリゴンミラー近傍で副走査方向に集光するための光学素子（シリンダレンズ等）｝を個別に設けると、装置の大型化やコストアップを招いてしまう。自由曲面ミラーアレイ（４）を用いれば単一でそれらとの置き換えが可能になるため、装置の小型化やコストダウンが可能となるのである。
【００２１】
図５に、自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）の１つに対し入反射するレーザー光束（Ｌ）を周辺光線で示す（図４と同じ方向から見た状態）。各アパーチャ（３）は楕円形状の開口部（３ａ）を有している。そのアパーチャ（３）位置における開口部（３ａ）の楕円の長径方向を直線（Ｎ）で示す。また、アパーチャ（３）の位置において、ポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に対して垂直な平面内にあり、かつ、レーザー光束（Ｌ）の主光線に対して垂直なベクトル（Ｖ１）を示し、焦線の位置において、ポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に対して垂直な平面内にあり、かつ、レーザー光束（Ｌ）の主光線に対して垂直なベクトル（Ｖ２）を示す。
【００２２】
ポリゴンミラー（５）上に形成される焦線は、レーザー光束（Ｌ）の主光線に対して垂直なベクトル（Ｖ２）と一致している。つまり焦線は主光線に対して垂直であり、４本のレーザー光束（Ｌ）はいずれも焦線が各々の主光線に対して垂直になっている。焦線が主光線に対して垂直でない場合、焦線上での光の位相は揃っていないことになるので、感光体（１１）上での結像状態に悪影響を及ぼしてしまう。したがって、各焦線はそれぞれのレーザー光束（Ｌ）の主光線に対して垂直であることが望ましい。
【００２３】
図６に本実施の形態における感光体（１１）上でのビーム形状を示し、図７に焦線が主光線に対して垂直でない場合（比較例１）の感光体（１１）上でのビーム形状を示す。本実施の形態の場合、ｚｘ平面に平行な平面で反射面（４Ｓ）を切ったときの断面形状は、前述したように切る位置によって放物線の開き具合が変化している。これに対して比較例１における反射面の断面形状の放物線は、切る場所によらず一定な形状となっている。したがって比較例１の場合、焦線は反射面の座標系のｙ軸に対して平行になり、主光線に対しては垂直でなくなる。その結果として、比較例１では明らかに結像状態が劣化している。
【００２４】
また、図５から分かるように、アパーチャ（３）位置でのベクトル（Ｖ１）に対し、開口部（３ａ）の楕円長径方向（Ｎ）は傾いている。この楕円長径方向（Ｎ）の傾きは、反射後のレーザー光束（Ｌ）が傾きを持たないようにするために与えたものである。つまり、反射面（４Ｓ）で斜め方向に反射させているために生じるポリゴンミラー（５）側での傾きを、アパーチャ（３）の傾き｛この場合、開口部（３ａ）の時計回りの傾き｝により、最終的に感光体（１１）上でビーム形状が対称になるように補償しているのである。したがって、アパーチャ（３）の開口部（３ａ）の楕円形状の長径方向（Ｎ）は、ポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に垂直な平面に対して平行でないことが望ましい。図８に、アパーチャ（３）の開口部（３ａ）の楕円長径方向（Ｎ）の傾きをなくした場合（比較例２）の感光体（１１）上でのビーム形状を示す。図８から分かるように、アパーチャ（３）を適切に傾けないと感光体（１１）上でのビーム形状がいびつになり、描画性能に悪影響を及ぼすことになる。
【００２５】
《第２の実施の形態（図９〜図１１）》
図９に、タンデム型レーザー走査装置の第２の実施の形態を示す。前述した第１の実施の形態では、ポリゴンミラー（５）の片側に配置された１つの走査光学系において４光束（Ｌ）を光路分離する方式を採用しているのに対し、第２の実施の形態では、ポリゴンミラー（５）の両側に対称に配置された２つの走査光学系が各々２光束（Ｌ）を光路分離する方式を採用している。つまり、２つの反射面（４Ｓ）を有する自由曲面ミラーアレイ（４）が２つ用いられており、自由曲面ミラーアレイ（４）１つに対してレーザーダイオード（１），コリメータレンズ（２）及びアパーチャ（３）が２つずつ設けられている。なお、第１の実施の形態と同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２６】
各レーザーダイオード（１）から発せられたレーザー光（Ｌ）は、対応する４つのコリメータレンズ（２）によってそれぞれ発散光束から平行光束に変換され、アパーチャ（３）によって光束規制された後、自由曲面ミラーアレイ（４）に入射する。各自由曲面ミラーアレイ（４）はアナモフィックなパワーを持った２つの反射面（４Ｓ）を有しており、各反射面（４Ｓ）での反射により各平行光束（Ｌ）をポリゴンミラー（５）上で副走査方向にのみ集光して焦線（つまり線状の光源像）を形成する。ポリゴンミラー（５）は両側でレーザー光束（Ｌ）を２本ずつ同一反射面での同時反射により主走査方向に偏向させる偏向器であり、そのポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）に対してレーザー光束（Ｌ）が副走査方向に互いに異なる角度で入射する。そして、ポリゴンミラー（５）で偏向反射したレーザー光束（Ｌ）は２本ずつ各走査光学系に入射する。
【００２７】
各走査光学系は、偏向後の２本のレーザー光束（Ｌ）を対応する２つの感光体（１１）に１本ずつ分けて導くとともに、各感光体（１１）の被走査面上で結像走査させる。ただし、各第１レンズ（６）には２本のレーザー光束（Ｌ）が通過し、それ以降の光学素子にはレーザー光束（Ｌ）が１本ずつ通過する。第１レンズ（６）の後には、自由曲面ミラー（１２）が配置されている。自由曲面ミラー（１２）は、その反射面が副走査方向中央の主走査平面で上下に分割された形状になっており、下側の面に入射したレーザー光束（Ｌ）を上側に反射させ、上側の面に入射したレーザー光束（Ｌ）を下側に反射させることによって２光束（Ｌ）の光路分離を行う。
【００２８】
自由曲面ミラー（１２）の上側の面で反射したレーザー光束（Ｌ）は、第２レンズ（８）を通過した後、第１折り返しミラー（７）で下方に反射されて内側の感光体（１１）上でスポット状に集光して露光走査を行う。自由曲面ミラー（１２）の下側の面で反射したレーザー光束（Ｌ）は、第１折り返しミラー（７），第２折り返しミラー（９）の順に反射されて、第２レンズ（８）を通過した後、外側の感光体（１１）上でスポット状に集光して露光走査を行う。
【００２９】
図１０，図１１に、自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）、ポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）の順に入射するレーザー光束（Ｌ）の光路を主光線で示す。ただし、図１０は上から見た上面図（つまり主走査平面に射影した主光線光路図）、図１１は横から見た側面図（つまり副走査平面に射影した主光線光路図）であり、いずれも自由曲面ミラーアレイ（４）に入射するレーザー光束（Ｌ）については反射面（４Ｓ）の近傍のみ示す。上述したようにポリゴンミラー（５）にはレーザー光束（Ｌ）が両側から入射するが、図１０，図１１では片方のみを示している。
【００３０】
図１０から分かるように、上から見ると２本のレーザー光束（Ｌ）は自由曲面ミラーアレイ（４）に対する各主光線（Ｌ）の入射角度がそれぞれ異なっている。しかし、自由曲面ミラーアレイ（４）からポリゴンミラー（５）に向かう各主光線（Ｌ）は、入射角度も入射位置も同じで重なって見える。また、横から見ると２本の平行光束（Ｌ）は自由曲面ミラーアレイ（４）に対して各主光線が互いに平行に入射する。そして、そのいずれもがポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に垂直な平面に対して平行になっている。また図１１から分かるように、ポリゴンミラー（５）に対する入射角度，入射高さが共に副走査方向について異なっている。つまり、自由曲面ミラーアレイ（４）によって反射された２本のレーザー光束（Ｌ）の主光線は同一平面内において互いに非平行に存在している。また、２つの焦線は互いに平行であって、それぞれ主光線に対して垂直になっている。
【００３１】
第２の実施の形態においては、ａの値が４つの反射面（４Ｓ）とも同一の１００（単位はｍｍ）になっている。しかし、θの値はそれぞれ異なっており、４５，２２．５（単位はいずれも度）になっている。したがって、各自由曲面ミラーアレイ（４）の２つの反射面（４Ｓ）の形状はそれぞれ異なっている。このように第２の実施の形態においても、各自由曲面ミラーアレイ（４）の複数の反射面（４Ｓ）がそれぞれ異なる形状を持ち、自由曲面ミラーアレイ（４）で反射した複数のレーザー光束（Ｌ）がポリゴンミラー（５）近傍で各々焦線を成す構成になっているため、複数のレーザー光束（Ｌ）の集光及び光路合成をコンパクトな構成で行うことができる。したがって、画像形成の高速化を図りながらレーザー走査装置のコンパクト化及び低コスト化を達成することができる。また第１の実施の形態と同様、各焦線がそれぞれのレーザー光束（Ｌ）の主光線に対して垂直になっており、アパーチャ（３）の開口部（３ａ）の楕円形状の長径方向（Ｎ）がポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に垂直な平面に対して非平行になっているため、前述したように良好な結像性能を得ることができる。
【００３２】
《第３の実施の形態（図１２〜図１５）》
図１２に、タンデム型レーザー走査装置の第３の実施の形態を示す。前述した第２の実施の形態と同様、第３の実施の形態もポリゴンミラー（５）の両側に対称に配置された２つの走査光学系が各々２光束（Ｌ）を光路分離する方式を採用している。２つの反射面（４Ｓ）を有する自由曲面ミラーアレイ（４）と、２つの開口部（３ａ）を有するアパーチャ（３）と、が各々２つ用いられており、自由曲面ミラーアレイ（４）１つに対してレーザーダイオード（１）とコリメータレンズ（２）が２つずつ設けられている。自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）は横に並んでおり、対応するレーザーダイオード（１），コリメータレンズ（２），アパーチャ（３）の開口部（３ａ）も横に並んでいる。この点に第２の実施の形態との構成上の差異が表れている。なお、第１，第２の実施の形態と同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００３３】
各レーザーダイオード（１）から発せられたレーザー光（Ｌ）は、対応する４つのコリメータレンズ（２）によってそれぞれ発散光束から平行光束に変換され、アパーチャ（３）によって光束規制された後、自由曲面ミラーアレイ（４）に入射する。各自由曲面ミラーアレイ（４）はアナモフィックなパワーを持った２つの反射面（４Ｓ）を有しており、各反射面（４Ｓ）での反射により各平行光束（Ｌ）をポリゴンミラー（５）上で副走査方向にのみ集光して焦線（つまり線状の光源像）を形成する。ポリゴンミラー（５）は両側でレーザー光束（Ｌ）を２本ずつ同一反射面での同時反射により主走査方向に偏向させる偏向器であり、そのポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）に対してレーザー光束（Ｌ）が副走査方向に互いに異なる角度で入射する。そして、ポリゴンミラー（５）で偏向反射したレーザー光束（Ｌ）は２本ずつ各走査光学系に入射する。
【００３４】
各走査光学系は、偏向後の２本のレーザー光束（Ｌ）を対応する２つの感光体（１１）に１本ずつ分けて導くとともに、各感光体（１１）の被走査面上で結像走査させる。各走査光学系において、第１，第２レンズ（６，８）には共に２本のレーザー光束（Ｌ）が通過し、その後、１本ずつ対応する第１折り返しミラー（７）で反射されることにより光路分離される。光路分離された各レーザー光束（Ｌ）は、第２折り返しミラー（９），第３折り返しミラー（１３）の順に反射され、ウインドウガラス（１０）をそれぞれ透過した後、対応する感光体（１１）上でスポット状に集光して露光走査を行う。なお、光路分離後の光学素子は、いずれも光学面形状が平面であり、光路分離後には曲率を持った面は存在しない。
【００３５】
図１３，図１４に、自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）、ポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）の順に入射するレーザー光束（Ｌ）の光路を主光線で示す。ただし、図１３は上から見た上面図（つまり主走査平面に射影した主光線光路図）、図１４は横から見た側面図（つまり副走査平面に射影した主光線光路図）であり、いずれも自由曲面ミラーアレイ（４）に入射するレーザー光束（Ｌ）については反射面（４Ｓ）の近傍のみ示す。上述したようにポリゴンミラー（５）にはレーザー光束（Ｌ）が両側から入射するが、図１３，図１４では片方のみを示している。図示のように、自由曲面ミラーアレイ（４）からポリゴンミラー（５）に向かう２本のレーザー光束（Ｌ）の主光線は、ポリゴンミラー（５）に対する入射高さ，入射角度とも一致しておらず（図１４）、上から見たときにも一致していない（図１３）。また、焦線はそれぞれ主光線に垂直になっているが（図１３）、２つの焦線は互いに非平行である。
【００３６】
図１３において、主光線上の副走査方向集光点の位置が２つのレーザー光束（Ｌ）で異なっているが、これはポリゴンミラー（５）との位置関係がそれぞれについて最適となるように設定したためである。主光線の位置が適切でなければ、画像の端部に相当する偏向角において、ポリゴンミラー（５）によりケラレが発生する懸念がある。また、副走査方向集光位置の設定が適切でなければ、ポリゴンミラー（５）の偏向反射面（５Ｓ）と感光体（１１）の表面との共役関係が崩れ、ピッチむらが発生する懸念がある。図３，図１４に示すような設定にすると、いずれの光線においてもポリゴンミラー（５）によるケラレが発生せず、またポリゴンミラー（５）の面倒れによるピッチむらも小さくなる。
【００３７】
第３の実施の形態においては、ａの値が４２．６，３８．１（単位はいずれもｍｍ）、θの値が３５，３０（単位はいずれも度）になっており、各自由曲面ミラーアレイ（４）の２つの反射面（４Ｓ）の形状はそれぞれ異なっている。このように第３の実施の形態においても、各自由曲面ミラーアレイ（４）の複数の反射面（４Ｓ）がそれぞれ異なる形状を持ち、自由曲面ミラーアレイ（４）で反射した複数のレーザー光束（Ｌ）がポリゴンミラー（５）近傍で各々焦線を成す構成になっているため、複数のレーザー光束（Ｌ）の集光及び光路合成をコンパクトな構成で行うことができる。したがって、画像形成の高速化を図りながらレーザー走査装置のコンパクト化及び低コスト化を達成することができる。
【００３８】
図１５に、自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）の１つに対し入反射するレーザー光束（Ｌ）を周辺光線で示す。他の実施の形態の場合と同様、各アパーチャ（３）は楕円形状の開口部（３ａ）を有している。そのアパーチャ（３）位置における開口部（３ａ）の楕円の長径方向を直線（Ｎ）で示す。また、焦線の位置において、ポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に対して垂直な平面内にあり、かつ、レーザー光束（Ｌ）の主光線に対して垂直なベクトル（Ｖ２）を示す。
【００３９】
ポリゴンミラー（５）上に形成される焦線は、レーザー光束（Ｌ）の主光線に対して垂直なベクトル（Ｖ２）と一致している。つまり、本実施の形態においても焦線は主光線に対して垂直であり、４本のレーザー光束（Ｌ）はいずれも焦線が各々の主光線に対して垂直になっている。また本実施の形態においては、第１，第２の実施の形態とは異なり、自由曲面ミラーアレイ（４）に入射するレーザー光束（Ｌ）の主光線が、ポリゴンミラー（５）の回転軸（５ａ）に対して垂直な平面とゼロでない角度を成している（図１４）。そして、その角度は自由曲面ミラーアレイ（４）に入射する２つのレーザー光束（Ｌ）の主光線間で異なっている。ただし、それぞれの光線だけ見れば、アパーチャ（３），反射面（４Ｓ），主光線（Ｌ）の相対位置関係は第１，第２の実施の形態と同じであり、それぞれの焦線を回転軸としてアパーチャ（３），反射面（４Ｓ），主光線（Ｌ）を回転した状態になっているため、良好な結像性能を得ることができる。
【００４０】
なお、前述した第１〜第３の実施の形態のうちの少なくとも１つには、以下の構成（ｉ）〜（ｘ）を有する発明が含まれており、その構成により、画像形成の高速化を図りながら高性能・低コスト・コンパクトなレーザー走査装置を実現することができる。そして、これをカラーレーザープリンタ等のカラー画像形成装置に適用すれば、当該装置の高性能化，高機能化，低コスト化及びコンパクト化に寄与することができる。
【００４１】
（ｉ）　　コリメートされたレーザー光束を一方向にのみ集光させる反射面を複数有する反射光学素子と、その反射光学素子で反射した複数のレーザー光束を同一反射面での同時反射により偏向させる偏向器と、を備えたレーザー走査装置であって、前記反射光学素子の複数の反射面がそれぞれ異なる形状を持ち、前記反射光学素子で反射した複数のレーザー光束が前記偏向器近傍で各々焦線を成すことを特徴とするレーザー走査装置。
（ｉｉ）　前記複数の焦線が互いに平行であることを特徴とする上記（ｉ）記載のレーザー走査装置。
（ｉｉｉ）　　前記偏向器の反射面が所定の回転軸を中心とした回転によりレーザー光束の偏向走査を行い、その回転軸に垂直な平面と前記反射光学素子に入射するすべてのレーザー光束とが平行であることを特徴とする上記（ｉ）又は（ｉｉ）記載のレーザー走査装置。
【００４２】
（ｉｖ）　前記反射光学素子によって反射された複数のレーザー光束の主光線が互いに平行でないことを特徴とする上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれか１項に記載のレーザー走査装置。
（ｖ）　　前記反射光学素子によって反射された複数のレーザー光束の主光線が同一平面内に存在することを特徴とする上記（ｉ）〜（ｉｖ）のいずれか１項に記載のレーザー走査装置。
（ｖｉ）　前記複数の焦線がすべて一致していることを特徴とする上記（ｉ）〜（ｖ）のいずれか１項に記載のレーザー走査装置。
（ｖｉｉ）　　前記各焦線が各々のレーザー光束の主光線に対して垂直であることを特徴とする上記（ｉ）〜（ｖｉ）のいずれか１項に記載のレーザー走査装置。
（ｖｉｉｉ）　前記反射光学素子の各反射面の形状が回転対称軸を持たないことを特徴とする上記（ｉ）〜（ｖｉｉ）のいずれか１項に記載のレーザー走査装置。
【００４３】
（ｉｘ）　前記反射光学素子の各反射面の形状が、以下の式（ｆｓ）で表現されることを特徴とする上記（ｉｉｉ）記載のレーザー走査装置；
ｘ＝ｚ２／（４ｙｃｏｓθｓｉｎθ−４ａｃｏｓθ）　　…（ｆｓ）
ただし、ｚ軸は偏向器の回転軸と平行であり、ｘ軸は偏向器の回転軸に垂直な平面に入射光束と射出光束の主光線をそれぞれ射影して成る２つの直線の２等分線であり、ｙ軸はｚ軸とｘ軸に垂直であり、入射光束はｙ＜０，ｘ＜０の方向より入射し、ｘｙ平面は焦線を含み、θは入射光束とｚｘ平面との成す角であり（θ＞０）、ａは座標系原点から焦線までの距離である（ａ＞０）。
（ｘ）　　さらに前記コリメータ光学素子のそれぞれと前記反射光学素子との間の各光路中に光束規制素子が配置されており、各光束規制素子が楕円形状の開口部を有し、その楕円形状の長径方向が前記偏向器の回転軸に垂直な平面に対して平行でないことを特徴とする上記（ｉｉｉ）〜（ｉｘ）のいずれか１項に記載のレーザー走査装置。
【００４４】
《第１の実施の形態における光源部のフォーカス調整機構（図１６）》
前述した各実施の形態のように、レーザー光束（Ｌ）の焦線をポリゴンミラー（５）近傍に形成するレーザー走査装置では、レーザー光束（Ｌ）のフォーカス調整が必要になる。しかし、従来より知られているレーザー走査装置では、フォーカス位置ズレを容易に補正できる構成にはなっていない。例えば特開平５−８８１００号公報では、副走査方向に正の円筒ミラーがポリゴンミラー前に配置されたレーザー走査装置が提案されているが、円筒ミラーの面精度や取付歪みによってフォーカス位置ズレが発生しやすく、面倒れ防止機能を充分に満たすことができない。また、面精度の確保や取付歪みの抑制にかなりのコストがかかるという問題もある。
【００４５】
前述した各実施の形態では、ポリゴンミラー（５）前に配置された自由曲面ミラーアレイ（４）の面精度や歪みによって生じるフォーカス位置ズレを容易に補正できるようにするため、自由曲面ミラーアレイ（４）がレーザーダイオード（１）及びコリメータレンズ（２）と一体に保持されており、それが自由曲面ミラーアレイ（４）で反射したレーザー光束（Ｌ）と略一致する方向に調整可能な構成になっている。第１の実施の形態（図１）の場合を例に挙げて、以下にその具体的な構成を説明する。
【００４６】
図１６に、第１の実施の形態における光源部のフォーカス調整機構を示す。光源部は、レーザーダイオード（１），コリメータレンズ（２），自由曲面ミラーアレイ（４），ミラーアレイホルダー（Ｈ１），レーザーホルダー（Ｈ２），光源部ホルダー（Ｈ３）等で構成されている｛アパーチャ（３）は図示省略する。｝。自由曲面ミラーアレイ（４）はミラーアレイホルダー（Ｈ１）に位置決めされた状態で取り付けられており、レーザーダイオード（１）及びコリメータレンズ（２）はレーザーホルダー（Ｈ２）に位置決めされた状態で取り付けられており、そして、ミラーアレイホルダー（Ｈ１）及びレーザーホルダー（Ｈ２）は光源部ホルダー（Ｈ３）に位置決めされた状態で取り付けられている。一方、ポリゴンミラー（５）はポリゴンミラーホルダー（Ｈ４）に位置決めされた状態で取り付けられており、ポリゴンミラーホルダー（Ｈ４）はハウジング（Ｈ５）内に位置決めされた状態で取り付けられている。
【００４７】
ハウジング（Ｈ５）内にはライン（Ｐ）に沿って２つのピン（１５）が設けられており、光源部ホルダー（Ｈ３）には各ピン（１５）が嵌る長孔（１６）が形成されている。ライン（Ｐ）はポリゴンミラー（５）近傍でレーザー光束（Ｌ）を結像させるためのフォーカス方向と略一致している｛具体的には、自由曲面ミラーアレイ（４）でのレーザー光束（Ｌ）の反射方向を主走査平面に射影したときの方向｝。したがって、長孔（１６）にピン（１５）を嵌めると、フォーカス方向にのみ光源部ホルダー（Ｈ３）のスライドが可能となり、自由曲面ミラーアレイ（４）をレーザーダイオード（１）及びコリメータレンズ（２）と一体にフォーカス調整することができる。フォーカス調整後、ハウジング（Ｈ５）に光源部ホルダー（Ｈ３）を３箇所の穴（１７）でネジ止めすると、光源部はハウジング（Ｈ５）内に位置決めされた状態で固定保持される。
【００４８】
自由曲面ミラーアレイ（４）の面精度誤差や取付歪みにより発生するフォーカス位置ズレを、単に自由曲面ミラーアレイ（４）の移動のみで補正すると、フォーカス位置以外にも主走査方向又は副走査方向の照射位置が変化してしまう。それに対し、上記フォーカス調整機構によれば、主走査方向及び副走査方向の照射位置ズレを発生させずに、フォーカス位置ズレのみを容易に補正することが可能である。しかも、光源部ホルダー（Ｈ３）を移動させるだけで済むので、面精度の確保や取付歪みの抑制に必要なコストを削減することが可能である。
【００４９】
《第１の実施の形態における自由曲面ミラーアレイの取り付け構造（図１７）》
前述した各実施の形態のように、レーザー光束（Ｌ）の焦線を自由曲面ミラーアレイ（４）によってポリゴンミラー（５）近傍に形成するレーザー走査装置では、自由曲面ミラーアレイ（４）の位置決めに温度変化の影響を考慮する必要がある。光源部においてアナモフィックな光学素子を固定する場合には、その光学素子の母線が走査レンズの母線と平行になるように位置決めを行うのが一般的である。そして、母線を調整する回転機構を設けたり、取り付け座面に高精度な公差を入れたりすることが行われる。また、特開平１１−１７４３５８号公報に記載されているように、長尺シリンドリカルレンズの温度変化による画質劣化を防止するために、レンズ保持の座面を母線付近に設定する方法も知られている。しかし、光学系の誤差感度が高くなってくると、上記従来の方法だけでは温度変化の影響を抑えることが困難になる。例えば、温度上昇時に光学素子が膨張して光学面位置が光軸方向にずれ、ビーム崩れ（例えばデフォーカス）を引き起こすおそれがある。
【００５０】
前述した各実施の形態の場合、自由曲面ミラーアレイ（４）の材料に樹脂を用いると、上記のような問題が顕著になる。つまり、自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）はシリンダレンズ機能を持つため、環境温度が変化したとき、自由曲面ミラーアレイ（４）の膨張等によって反射面（４Ｓ）が移動し、その反射点のズレによってデフォーカスが発生したり、ポリゴンミラー（５）に対する入射位置の変化によってレジストレーション精度が低下したりすることになる。前述した各実施の形態では、ポリゴンミラー（５）前に配置された自由曲面ミラーアレイ（４）の温度変化によって生じる反射面（４Ｓ）の移動を防止できるようにするため、自由曲面ミラーアレイ（４）の各反射面（４Ｓ）付近に光軸方向の取り付け基準面を設けて、自由曲面ミラーアレイ（４）の取り付け座面位置と反射点位置とを光軸方向について略一致させている。第１の実施の形態（図１）の場合を例に挙げて、以下にその具体的な構成を説明する。
【００５１】
図１７に、第１の実施の形態における自由曲面ミラーアレイ（４）の取り付け構造を示す。図１７は、ミラーアレイホルダー（Ｈ１）に位置決め状態で取り付け固定された自由曲面ミラーアレイ（４）を示しており、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。自由曲面ミラーアレイ（４）を樹脂成形により作製すると、ガラスを用いた場合に比べて大幅なコストダウンが可能である。しかし、前述したように温度変化によって反射面（４Ｓ）が移動しやすくなるため、デフォーカス等の発生が問題となる。そこで、そのような問題の発生を防止するために、自由曲面ミラーアレイ（４）の各反射面（４Ｓ）付近に光軸（ＡＸ）方向の取り付け基準面（Ｑ）を設けて、自由曲面ミラーアレイ（４）の取り付け座面（１８）位置と反射点（４Ｐ）位置とを光軸（ＡＸ）方向について略一致させている。
【００５２】
自由曲面ミラーアレイ（４）の反射面（４Ｓ）側の壁面には球形状の突起（４Ｄ）が３点設けられており、その３点の突起（４Ｄ）の頂点を含む平面が取り付け基準面（Ｑ）となっている。取り付け基準面（Ｑ）上には自由曲面ミラーアレイ（４）の４つの反射点（４Ｐ）が位置しており、その４つの反射点（４Ｐ）は４つの反射面（４Ｓ）の交線上に位置している。一方、ミラーアレイホルダー（Ｈ１）の開口（Ｈ０）周辺部分の壁面には、取り付け座面（１８）が形成されている。したがって、ミラーアレイホルダー（Ｈ１）に自由曲面ミラーアレイ（４）を取り付けると、自由曲面ミラーアレイ（４）の取り付け座面（１８）位置と４つの反射点（４Ｐ）位置とが光軸（ＡＸ）方向について略一致することになる。
【００５３】
上記のように取り付け座面（１８）位置と各反射点（４Ｐ）位置とを光軸（ＡＸ）方向について略一致させると、温度変化による反射面（４Ｓ）の移動を抑えてデフォーカス等の発生を防止することができる。例えば、レーザー走査装置内部の温度が上昇しても、取り付け基準面（Ｑ）上に位置する取り付け座面（１８）及び各反射点（４Ｐ）を基準として、自由曲面ミラーアレイ（４）が膨張することになる。したがって反射面（４Ｓ）の光軸（ＡＸ）方向の移動が生じないので、それによって引き起こされるレーザー光束（Ｌ）のフォーカスずれや位置ズレ（レジストレーション精度の低下等）の発生を防止することが可能になる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、反射光学素子の複数の反射面がそれぞれ異なる形状を持ち、反射光学素子で反射した複数のレーザー光束が偏向器近傍で各々焦線を成す構成になっているため、複数のレーザー光束の集光及び光路合成をコンパクトな構成で行うことができる。したがって、画像形成の高速化を図りながらレーザー走査装置のコンパクト化及び低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー走査装置の第１の実施の形態を示す概略斜視図。
【図２】第１の実施の形態において自由曲面ミラーアレイ，ポリゴンミラーの順に入射するレーザー光束の光路を主光線で示す上面図。
【図３】第１の実施の形態において自由曲面ミラーアレイ，ポリゴンミラーの順に入射するレーザー光束の光路を主光線で示す側面図。
【図４】第１の実施の形態に用いられている自由曲面ミラーアレイの一反射面形状を示す概略斜視図。
【図５】第１の実施の形態に用いられている自由曲面ミラーアレイの一反射面に対して入反射するレーザー光束を周辺光線で示す光路図。
【図６】第１の実施の形態における感光体上でのビーム形状を示す図。
【図７】焦線が主光線に垂直でない比較例１における感光体上でのビーム形状を示す図。
【図８】アパーチャが傾いていない比較例２における感光体上でのビーム形状を示す図。
【図９】レーザー走査装置の第２の実施の形態を示す概略斜視図。
【図１０】第２の実施の形態において自由曲面ミラーアレイ，ポリゴンミラーの順に入射するレーザー光束の光路を主光線で示す上面図。
【図１１】第２の実施の形態において自由曲面ミラーアレイ，ポリゴンミラーの順に入射するレーザー光束の光路を主光線で示す側面図。
【図１２】レーザー走査装置の第３の実施の形態を示す概略斜視図。
【図１３】第３の実施の形態において自由曲面ミラーアレイ，ポリゴンミラーの順に入射するレーザー光束の光路を主光線で示す上面図。
【図１４】第３の実施の形態において自由曲面ミラーアレイ，ポリゴンミラーの順に入射するレーザー光束の光路を主光線で示す側面図。
【図１５】第３の実施の形態に用いられている自由曲面ミラーアレイの一反射面に対して入反射するレーザー光束を周辺光線で示す光路図。
【図１６】第１の実施の形態における光源部のフォーカス調整機構を示す平面図。
【図１７】第１の実施の形態における自由曲面ミラーアレイの取り付け構造を示す図。
【符号の説明】
１　　…レーザーダイオード（レーザー光源）
２　　…コリメータレンズ（コリメータ光学素子）
３　　…アパーチャ（光束規制素子）
３ａ　…開口部
４　　…自由曲面ミラーアレイ（反射光学素子）
４Ｓ　…反射面
５　　…ポリゴンミラー（偏向器）
５ａ　…回転軸
Ｌ　　…レーザー光束
【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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