(57)【要約】【課題】副走査方向倍率が高くなることを解消して感光体上における各光束のビーム径をほぼ等しくすることができ、また、装置の小型化を図り、光路が分離された後段の光学素子の配置を容易にし、かつ、像面湾曲やボウを良好に補正することのできるレーザ走査光学装置を得る。【解決手段】複数の光源１２から放射された光束を光源光学系にて副走査方向ｚに収束させてポリゴンミラーの偏向面１９ａに導き、一の偏向面１９ａで各光束ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫを同時に偏向させ、さらに、主に主走査方向にパワーをもつ第１光学系と主に副走査方向にパワーを持つ第２光学系（走査レンズ２５Ｙ，２５Ｋ，２５Ｍ，２５Ｃ）とで感光体３０上に結像させるレーザ走査光学装置。走査レンズ２５の第１面は自由曲面を有している。光束ＢＹ，ＢＫと光束ＢＭ，ＢＣに関して走査光学系の副走査方向倍率が異なっており、かつ、光源光学系の副走査方向倍率も異なっている。【選択図】  図４
2004294886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
前記光源から放射された光束を同時に一の偏向面で主走査方向に偏向する単一の偏向手段と、
前記光源から放射された光束を前記偏向面上又はその近傍に線状に結像させる光源光学系と、
前記偏向手段で主走査方向に偏向されたそれぞれの光束を、少なくとも主走査方向にパワーを持つ第１光学系及び該第１光学系の後段にそれぞれの光束に対応して配置された少なくとも副走査方向にパワーを持つ第２光学系にて感光体上に結像させる走査光学系と、を備え、
前記第２光学系は少なくとも１面が自由曲面を有するレンズであり、
前記走査光学系の副走査方向倍率が少なくとも二つの光束に関して異なっており、かつ、該二つの光束に関する前記光源光学系の副走査方向倍率が異なっていること、
を特徴とするレーザ走査光学装置。
【請求項２】
前記光源光学系は、各光源から放射された発散光束を略平行光束にするコリメータレンズと、該コリメータレンズを透過した略平行光束を前記偏向面上又はその近傍に線上に結像させるために副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズとで構成され、
前記光源光学系の副走査方向倍率が前記シリンドリカルレンズの焦点距離に応じて異なること、
を特徴とする請求項１記載のレーザ走査光学装置。
【請求項３】
前記光源光学系は、各光源から放射された発散光束を略平行光束にするコリメータレンズと、該コリメータレンズを透過した略平行光束を前記偏向面上又はその近傍に線上に結像させるために副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズとで構成され、
前記光源光学系の副走査方向倍率が前記コリメータレンズの焦点距離に応じて異なること、
を特徴とする請求項１記載のレーザ走査光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ走査光学装置、特に、副走査方向に関して互いに異なる角度を有する複数の光束を同時に一の偏向面で主走査方向に偏向し、感光体上に結像させるレーザ走査光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式によるフルカラーの複写機やプリンタ等の画像形成装置として、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）の各色に対応する画像を四つの感光体上に形成し、これらの画像を重ね合わせる方式が知られている。
【０００３】
この種の方式に組み込まれるレーザ走査光学装置は、以下の３種類に大別される。
（Ａ）一つの光源光学系、一つの偏向器、一つの走査光学系を備えた一つのプリントヘッドからなるレーザ走査光学装置。
（Ｂ）一つの光源光学系、一つの偏向器、一つの走査光学系を備えた四つのプリントヘッドからなるレーザ走査光学装置。
（Ｃ）四つの光源光学系、一つの偏向器、四つの走査光学系を備えた一つのプリントヘッドからなるレーザ走査光学装置。
【０００４】
前記（Ａ）の装置にあっては、一つのプリントヘッドによって描画可能な場所は１箇所しかないため、４色の画像を形成するには感光体をその１箇所に順次移動させる必要があり、画像形成の高速化は困難である。
【０００５】
前記（Ｂ）の装置にあっては、各感光体に対応した数のプリントヘッドを備えることになるため、画像形成の高速化が可能で、各プリントヘッドにおいて光学系を無理なく配置することができる。しかし、構成部品の中で比較的高価な偏向器が４個も必要とするため、コストが大幅に上昇する。
【０００６】
前記（Ｃ）の装置にあっては、高速化と低コスト化を同時に実現できる好ましいものであり、本発明が対象とする形式である。詳しくは、以下の構成のものが知られており、それぞれ問題点を有している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１２２６７３号公報
【特許文献２】
特開平１１−６４７５４号公報
【特許文献３】
特開２０００−１８０７４９号公報
【０００８】
前記（Ｃ）の装置で問題となるのは、四つの光源光学系からの光束をどのようにして一つの偏向器に入射させるのかと、この偏向器で主走査方向に偏向した後の光束をどのようにして分離して四つの感光体に導くかである。
【０００９】
前記（Ｃ）の装置にあっては、さらに、特許文献１に開示されているように、偏向器の片側のみに走査光学系を配置するタイプ（Ｃ１）と、特許文献２に開示されているように、偏向器を中心にその両側に走査光学系を配置するタイプ（Ｃ２）とに分類される。タイプ（Ｃ１）では偏向器の一の偏向面で同時に４本の光束を偏向することになる。タイプ（Ｃ２）では偏向器の互いに対向する二つの偏向面で同時に２本ずつの光束を偏向することになる。
【００１０】
従って、タイプ（Ｃ１）、（Ｃ２）のいずれにおいても、一の偏向面で同時に偏向する光束の数が４本か２本かの相違はあるが、それぞれ特許文献１，２に開示されているように、複数の光束を副走査方向に異なる角度で偏向面に入射させることが必要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載のタイプ（Ｃ１）の装置にあっては、走査光学系の後段に複数の折り返しミラーを配置して光路を分離しているため、偏向面と感光体の間に配置される走査光学系が偏向面の近傍に偏ってしまう。一般的に、走査光学系は副走査方向に関して偏向面と像面（感光体面）を共役関係とすることで複数の偏向面の角度のばらつき（面倒れ）の影響を抑えている。特許文献１に記載の装置でも同様に共役関係に設定しているが、走査光学系が偏向面の近傍に偏っている結果、副走査方向倍率が高くなり、偏向器の回転軸から偏向面までの距離のばらつき（偏向面の出入り）の影響が感光体側で大きくなってしまう。しかも、タイプ（Ｃ１）では、４本の光束を一の副走査断面上で走査するため、感光体までの光路配置が難しく、多くの折り返しミラーを必要とする。
【００１２】
一方、特許文献２に記載のタイプ（Ｃ２）の装置にあっては、走査光学系を構成する二つのレンズの間で光路を分離しているため、副走査方向倍率が高くなる問題点は解消されている。しかし、光路を分離した後段に配置されるレンズや折り返しミラーの位置が感光体側に偏ってしまい、光学装置としてまとまりに欠け、ハウジングの構造が極めて複雑になるという致命的な問題点を有している。
【００１３】
また、特許文献３にもタイプ（Ｃ１）の装置が開示されており、ここでは、それぞれの感光体上における走査ラインのボウの差を抑制するために、副走査方向倍率を複数の光束の間で異なるように設定している。しかも、後段に配置された走査光学系が副走査方向にのみパワーを持ったシリンドリカルミラーであり、収差の補正に限界を有している。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、前記タイプ（Ｃ１）の構成において、副走査方向倍率が高くなることを解消して感光体上における各光束のビーム径をほぼ等しくすることができ、また、装置の小型化を図り、光路が分離された後段の光学素子の配置を容易にし、かつ、像面湾曲やボウを良好に補正することのできるレーザ走査光学装置を提供することにある。
【００１５】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係るレーザ走査光学装置は、複数の光源と、該光源から放射された光束を同時に一の偏向面で主走査方向に偏向する単一の偏向手段と、前記光源から放射された光束を前記偏向面上又はその近傍に線状に結像させる光源光学系と、前記偏向手段で主走査方向に偏向されたそれぞれの光束を、少なくとも主走査方向にパワーを持つ第１光学系及び該第１光学系の後段にそれぞれの光束に対応して配置された少なくとも副走査方向にパワーを持つ第２光学系にて感光体上に結像させる走査光学系と、を備え、前記第２光学系は少なくとも１面が自由曲面を有するレンズであり、前記走査光学系の副走査方向倍率が少なくとも二つの光束に関して異なっており、かつ、該二つの光束に関する前記光源光学系の副走査方向倍率が異なっていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るレーザ走査光学装置は、複数の光源から放射された光束を同時に一の偏向面で主走査方向に偏向するタイプであって、走査光学系のうち少なくとも副走査方向にパワーを持つ第２光学系を複数の光束のそれぞれに対応して配置したため、即ち、第２光学系を分離された光路上に偏向面とは離れて配置したため、副走査方向倍率が高くなることを解消して、偏向面のばらつき（面倒れや出入りの誤差）による影響を抑えることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係るレーザ走査光学装置によれば、第２光学系は少なくとも１面が自由曲面を有するレンズによって構成されているため、像面湾曲や走査ラインのボウを良好に補正することができる。さらに、走査光学系の副走査方向倍率が少なくとも二つの光束に関して異なっているため、第２光学系の位置を該光束ごとに変えることができ、その配置が容易になる。しかも、前記二つの光束に関する光源光学系の副走査方向倍率を異ならせているため、感光体上での光束のビーム径をほぼ等しくすることができる。
【００１８】
本発明に係るレーザ走査光学装置において、光源光学系は、各光源から放射された発散光束を略平行光束にするコリメータレンズと、該コリメータレンズを透過した略平行光束を前記偏向面上又はその近傍に線上に結像させるために副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズとで構成することができる。そして、この光源光学系の副走査方向倍率はシリンドリカルレンズの焦点距離に応じて異なるようにしてもよく、あるいは、コリメータレンズの焦点距離に応じて異なるようにしてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るレーザ走査光学装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
（レーザ走査光学装置の概略構成、図１〜図３参照）
図１〜図３は、本発明に係るレーザ走査光学装置１０の概略構成を示す。このレーザ走査光学装置１０は並置された四つの感光体ドラム３０（３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ）にそれぞれ光束Ｂ（ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫ）を照射して、各色の画像を形成するように構成されている。
【００２１】
四つの感光体ドラム３０を並置し、４光束で同時に書き込みを行うフルカラーの複写機ないしプリンタはタンデム方式と称され、その構成及び画像形成工程は従来周知であり、詳細な説明は省略する。
【００２２】
レーザ走査光学装置１０は、光源ユニット１１と、偏向器（以下、ポリゴンミラーと称する）１９と、走査レンズ２１と走査レンズ２２とからなる第１光学系２０と、第２光学系として配置された走査レンズ２５（２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋ）と、折り返しミラー２６（２６Ｙ，２６Ｍ１，２６Ｍ２，２６Ｃ１，２６Ｃ２，２６Ｋ１，２６Ｋ２）と、防塵ガラス２７（２７Ｙ、２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｋ）とで構成されている。なお、第１光学系２０と第２光学系である走査レンズ２５との組み合わせを走査光学系と称する。
【００２３】
光源ユニット１１は、レーザダイオード１２（１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ）と、コリメータレンズ１３（１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ）と、アパーチャ１７（１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋ、図４参照）と、ハーフミラー１４ａ，１４ｂと、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂと、ハーフミラー１６とで構成されている。各レーザダイオード１２から放射された光束（発散光）Ｂは各コリメータレンズ１３で集光され（略平行光となり）、アパーチャ１７でビーム径を規制された後、ハーフミラー１４ａ，１４ｂを透過又は反射してシリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂで副走査方向ｚに集光され、ポリゴンミラー１９に導かれる。
【００２４】
図３に示されているように、コリメータレンズ１３は第１光学系２０の光軸と平行な位置に配置され、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂは各光束Ｂが軸外部分を透過するように配置されている。即ち、光束ＢＹ，ＢＫがシリンドリカルレンズ１５ａの軸外部分を副走査方向ｚに分かれて透過し、光束ＢＭ，ＢＣがシリンドリカルレンズ１５ｂの軸外部分を副走査方向ｚに分かれて透過する。これにて、各光束Ｂはポリゴンミラー１９の一の偏向面１９ａに副走査方向ｚに角度を有して斜入射する。この場合、第１光学系２０の光軸に対して光束ＢＭ，ＢＣが副走査方向ｚに上下に（プラス、マイナス）同じ角度で、及び光束ＢＹ，ＢＫが上下に（プラス、マイナス）同じ角度で分離される。
【００２５】
各光束Ｂはポリゴンミラー１９の回転に基づいて同時に一の偏向面１９ａで主走査方向ｙに等角速度で偏向され、第１光学系２０を透過することで、ｆθ特性を与えられ、かつ、必要な収差を補正され、さらに、後段の走査レンズ２５で副走査方向ｚに収束されて各感光体ドラム３０上で結像する。
【００２６】
（第１実施形態、図４参照）
図４は第１実施形態の副走査方向ｚに関する光路の断面を示す。副走査方向ｚに関して、各レーザダイオード１２から放射された各光束Ｂ（発散光）は、各コリメータレンズ１３で略平行光にされ、アパーチャ１７（１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋ）によってビーム径を規制される。その後、各光束Ｂは副走査方向ｚに正のパワーを持つシリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂによって偏向面１９ａ上で線状に結像され、各光束Ｂに対応して配置された各走査レンズ２５によって感光体ドラム３０上で結像する。
【００２７】
走査光学系においては、副走査方向ｚに偏向面１９ａと感光体面（像面）とが共役関係になるように副走査方向倍率が決められている。図４に示した光線はアパーチャ１７を通過して感光体面に導かれる光束Ｂの最も外側の光線である。
【００２８】
感光体面上でのビーム径は、主に感光体面への入射光束Ｂの角度θ１によって決まる。光束ＢＹ，ＢＫと光束ＢＭ，ＢＣとで副走査方向倍率が互いに異なる走査光学系が、図４に示すように配置されている場合、各光束Ｂ（ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫ）の感光体面上でのビーム径を等しくするには、各光束Ｂの拡がり角θ１を等しく設定すればよい。
【００２９】
そこで、本第１実施形態では、各コリメータレンズ１３の焦点距離は等しくし、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂの焦点距離を異ならせることで、感光体面上でのビーム径を等しくなるように設定している。さらに、本第１実施形態にあっては、各光束Ｂに対するコリメータレンズ１３とアパーチャ１７が同じ径であり、各光束Ｂにおいて光量が異なることもない。
【００３０】
以上の構成からなる第１実施形態においては、副走査方向に正のパワーを持つ走査レンズ２５を複数の光束Ｂのそれぞれに対応して配置したため、即ち、走査レンズ２５を分離された光路上に偏向面１９ａからは離れて配置したため、副走査方向倍率が高くなることを解消して、偏向面のばらつき（面倒れや出入りの誤差）による影響を抑えることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、走査光学系の副走査方向倍率が光束ＢＹ，ＢＫと光束ＢＭ，ＢＣとに関して異なっているため、走査レンズ２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋの位置を各光束ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫごとに変えることができ、その配置が容易になり、図１に示すように、コンパクトに配置することが可能になる。しかも、光束ＢＹ，ＢＫと光束ＢＭ，ＢＣに関する光源光学系の副走査方向倍率をシリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂの焦点距離によって異ならせているため、感光体上での各光束のビーム径をほぼ等しくすることができる。
【００３２】
また、本第１実施形態における走査光学系のコンストラクションに関する基本データを以下の表１、表２に示し、各レンズ面の非球面データを表３〜表８に示す。さらに、光源光学系のコンストラクションデータ及び感光体面上でのビーム径を表９に示す。各光束Ｂにあっては感光体３０上でのビーム径がほぼ等しいことは、この表９から明らかである。
【００３３】
さらに、第２光学系である走査レンズ２５は表７及び表８に示すようにＮｏ．６の面が自由曲面にて構成されているため、像面湾曲や走査ラインのボウを良好に補正することができる。
【００３４】
（第２実施形態、図５参照）
図５は第２実施形態の副走査方向ｚに関する光路の断面を示す。本第２実施形態は、基本的には前記第１実施形態と同様の光学素子を備え、同様の光路を構成している。即ち、走査光学系においては、副走査方向ｚに偏向面１９ａと感光体面（像面）とが共役関係になるように副走査方向倍率が決められている。
【００３５】
そして、各光束Ｂ（ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫ）の感光体面上でのビーム径を等しくするために、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂの焦点距離は等しくし、コリメータレンズ１３Ｙ，１３Ｋ及び１３Ｍ，１３Ｃの焦点距離を異ならせた。
【００３６】
即ち、本第２実施形態では、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂの焦点距離が等しいため、各光束Ｂの感光体面上での拡がり角θ１を揃えるためには、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂへの入射光のビーム径を副走査方向倍率に応じて異ならせる必要がある。そこで、コリメータレンズ１３Ｙ，１３Ｋ及び１３Ｍ，１３Ｃの焦点距離を異ならせて、アパーチャ１７に入射する光束Ｂの拡がり角θ２が同じで、かつ、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂへの入射光が必要なビーム径となるように設定した。同時に、各コリメータレンズ１３の直後に位置するアパーチャ１７Ｙ，１７Ｋ及び１７Ｍ，１７Ｃの副走査方向の径も必要なビーム径となるように異ならせた。
【００３７】
単に、アパーチャ１７の副走査方向の径を異ならせて、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂへの入射光のビーム径を調整すると、光束ＢＹ，ＢＫと光束ＢＭ，ＢＣとで光量が異なってしまう。そこで、コリメータレンズ１３Ｙ，１３Ｋ及び１３Ｍ，１３Ｃの焦点距離を異ならせて、アパーチャ１７に入射する光束Ｂの拡がり角θ２が同じで、かつ、シリンドリカルレンズ１５ａ，１５ｂへの入射光が必要なビーム径となるように設定した。
【００３８】
以上の構成からなる第２実施形態において、その作用効果は前記第１実施形態と同様である。
【００３９】
また、本第２実施形態における走査光学系のコンストラクションに関する基本データを以下の表１、表２に示し、各レンズ面の非球面データを表３〜表８に示す。この点は前記第１実施形態と同様である。さらに、光源光学系のコンストラクションデータ及び感光体面上でのビーム径を表９に示す。各光束Ｂにあっては感光体３０上でのビーム径がほぼ等しいことは、この表９から明らかである。
【００４０】
さらに、第２光学系である走査レンズ２５は表７及び表８に示すようにＮｏ．６の面が自由曲面にて構成されているため、前記第１実施形態と同様に、像面湾曲や走査ラインのボウを良好に補正することができる。
【００４１】
（光学系のコンストラクションデータ）
以下の表１，２は走査光学系のコンストラクションに関する基本データであり、表３〜表８は各レンズ面の非球面データである。これらの非球面は以下に示す自由曲面式に基づいて算出されたものであり、表３〜表８には自由曲面式の係数Ｃｉｊを示している。また、表９は光源ユニット１１のコンストラクションデータ及び感光体面上でのビーム径を示す。
【００４２】
【数１】
2004294886.tif 000003
【００４３】
【表１】
2004294886.tif 000004
【００４４】
【表２】
2004294886.tif 000005
【００４５】
【表３】
2004294886.tif 000006
【００４６】
【表４】
2004294886.tif 000007
【００４７】
【表５】
2004294886.tif 000008
【００４８】
【表６】
2004294886.tif 000009
【００４９】
【表７】
2004294886.tif 000010
【００５０】
【表８】
2004294886.tif 000011
【００５１】
【表９】
2004294886.tif 000012
【００５２】
（他の実施形態）
なお、本発明に係るレーザ走査光学装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ走査光学装置の概略構成を示す副走査方向断面図である。
【図２】前記レーザ走査光学装置の概略構成を主走査方向の断面を展開して示す平面図である。
【図３】前記レーザ走査光学装置における各光束の光路を副走査方向の断面で示す説明図である。
【図４】第１実施形態における光路を副走査方向の断面で簡略化して示す説明図である。
【図５】第２実施形態における光路を副走査方向の断面で簡略化して示す説明図である。
【符号の説明】
１０…レーザ走査光学装置
１１…光源ユニット
１２…レーザダイオード
１３…コリメータレンズ
１５ａ，１５ｂ…シリンドリカルレンズ
１９…ポリゴンミラー
１９ａ…偏向面
２０…第１光学系
２５…第２光学系
３０…感光体ドラム
Ｂ…光束
ｚ…副走査方向
【図１】
2004294886.tif 000013
【図２】
2004294886.tif 000014
【図３】
2004294886.tif 000015
【図４】
2004294886.tif 000016
【図５】
2004294886.tif 000017