(57)【要約】【課題】  タンデム方式のカラー画像形成装置に搭載する光走査装置において、「共役機能」と「等速化機能」を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の「像面湾曲」を良好に補正し光スポットの安定性を実現しつつ、更に色ずれや色味の変化の発生を抑制する光走査装置を提供する。【解決手段】  複数の光源１と、この複数の光源１からの光ビームを偏向する偏向手段５と、この偏向手段５の後段に配備されて、前記複数の光ビームを被走査面８上に集光させつつ等速度的に走査する作用を有する走査光学系６とから構成される光走査装置において、走査光学系６は少なくとも２つの走査レンズ６−１、６−２より構成され、前記偏向手段５に最も近い走査レンズ６−１は、主走査方向に正の屈折力を有すると共に副走査方向にゼロもしくはゼロに近い屈折力を有し、かつ前記複数の光ビームを共有して通過させる形状であり、前記被走査面８に最も近い走査レンズ６−２は、主走査方向及び副走査方向共に正の屈折力を有し、かつ副走査方向の断面形状は被走査面側に凸面を向けたメニスカス形状である。【選択図】  図５
2005234061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、この複数の光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、この偏向手段の後段に配備されて、前記複数の光ビームを被走査面上に集光させつつ等速度的に走査する作用を有する走査光学系とから構成される光走査装置において、走査光学系は少なくとも２つの走査レンズより構成され、前記偏向手段に最も近い走査レンズは、主走査方向に正の屈折力を有すると共に副走査方向にゼロもしくはゼロに近い屈折力を有し、かつ前記複数の光ビームを共有して通過させる形状であり、前記被走査面に最も近い走査レンズは、主走査方向及び副走査方向共に正の屈折力を有し、かつ副走査方向の断面形状は被走査面側に凸面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、前記複数の光ビームは、光軸と副走査方向の軸で張られる投影面にて見たときに、前記偏向手段に最も近い走査レンズに対して各々平行に入射することを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光走査装置において、前記複数の光ビームのうち、前記偏向手段の同一の偏向反射面、或いは同一位相の偏向反射面で偏向される全ての光ビームは、光軸と主走査方向の軸で張られる投影面にて見たときに、前記偏向手段の偏向反射面近傍で略一点で交わることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の光走査装置において、前記被走査面に最も近い走査レンズの主走査方向の断面形状は、被走査面側に凸面を向けた正メニスカス形状であることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の光走査装置において、前記走査光学系の中心像高の副走査方向の横倍率：β２、任意像高の副走査方向の横倍率：βｈが、
条件  ０．９≦｜βｈ/β２｜≦１．１
を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の光走査装置において、上記走査光学系の中心像高の副走査方向の横倍率：β２が、
条件  ０．２≦｜β２｜≦０．６
を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の光走査装置において、偏向手段の反射基点から被走査面までの光軸に沿った距離：Ｌ、走査レンズ間の光軸に沿った距離：ａが、
条件  ０．３＜｜ａ/Ｌ｜＜０．６
を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の光走査装置において、前記走査光学系の少なくとも１つの走査レンズの材質は、プラスチックであることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８記載の光走査装置において、前記偏向手段に最も近い走査レンズの材質がプラスチックであることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
フルカラー対応の片側走査型である請求項１〜９のいずれか１項記載の光走査装置を具備することを特徴とするタンデム画像形成装置。
【請求項１１】
フルカラー対応の対向走査型である請求項１〜９のいずれか１項記載の光走査装置を具備することを特徴とするタンデム画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等に用いられる光走査装置及びこれを用いたタンデム画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源装置からの光ビームを回転多面鏡等の偏向手段により偏向させ、偏向された光ビームを偏向手段以降に配設された走査光学系により被走査面に向けて集光させることで、被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットにより被走査面を光走査する光走査装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に内蔵され広く知られている。
又、カラー画像形成装置の急速な普及に伴い、光走査装置も単一の被走査面を光走査するもののみならず、複数の被走査面を同時に光走査する、所謂タンデム方式のカラー画像形成装置が実用化されている。
例えば、特許文献１には、副走査方向に離れた複数の光ビームを互いに略平行な関係を保って偏向手段に入射し、複数の光ビームに対応して配設した複数の走査光学系を通過させるタイプが示されている。又、特許文献２、３には、偏向手段に対して両側から光ビームを入射し光束を走査する対向走査型のものが示されている。
更に、特許文献４、５、６には、偏向手段に対し１方向から光ビームを入射させ、３枚の走査レンズで構成された走査光学系のうち、第１レンズと第２レンズに対しては複数の光ビームを共有して通過させ、第３レンズを各々の光ビームに対応して配設させた、片側走査型のものが示されている。
いずれの特許文献について共通して言えることは、偏向手段が複数の光ビームに対して共有されていることである。光走査装置を構成する部品の中で、最もコストが高く、環境変動要因となりうる部品が偏向手段であるので、この個数を低減させることで、光走査装置の低コスト化、コンパクト化を達成するだけでなく、環境変動も減少することが出来る。
また、本発明の走査光学系と同様の構成（パワー配置；第１レンズは主走査断面に正のパワー、第２レンズは主副走査断面にて正のパワー）の例として、例えば、特許文献７が知られている。
【特許文献１】特開平９−５４２６３号公報
【特許文献２】特開平９−１２７４４３号公報
【特許文献３】特開平１１−１５７１２８号公報
【特許文献４】特開２００１−４９４８公報
【特許文献５】特開２００１−１０１０７公報
【特許文献６】特開２００１−３３７２０公報
【特許文献７】特開平７−１４６４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年は光走査装置の書込速度・密度は、高速・高密度化の一途をたどり、それに伴い偏向手段の回転速度も高速化が不可避的な状況となりつつある。また、上述の公知技術において、偏向手段は共通化されているため一つしかないものの、偏向反射面に複数の光ビームを入射させるため、偏向反射面１面の面積は大きくなり、偏向手段に加わる負担も増大するため、ここから発生する熱量は無視できなくなってきている。
また、高密度書込を実現するためには、光スポットの安定性が不可欠であり、その実現のために偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に光スポットとして結像させる走査光学系が高性能でなければならない。このような要望から、走査光学系を構成する走査レンズに、非球面に代表される特殊な面の採用が一般化している。このような特殊な面を低コストで容易に形成するにはプラスチックの採用は避けられない。
しかし、プラスチックレンズは、温度変化による形状変化が大きく、光走査装置全体の光学特性が劣化しやすいという問題を抱えている。仮に、偏向手段による発熱が、光走査装置全体に対して均一に伝搬する場合には、光学的な工夫でその劣化を低減させることができるが、一般には偏向手段は複雑な気流を発生させるため、熱量の伝搬は一律ではない。その結果、光走査装置内の温度は非常に複雑な分布を有することになる。以上の一連の問題は、画像上では各色の色ずれとして発現する。
勿論、この問題を解決するために、偏向手段に最も近い走査レンズの材質をガラスとすることも考えられるが、プラスチックレンズに比べ、大幅なコストアップとなってしまう。
【０００４】
特に、上に挙げた公知技術のうち、特許文献１、２、３は温度変化による色ずれの発生量が大きいタイプである。また、特許文献４、５、６は、偏向手段に最も近い走査レンズが副走査方向に正のパワーを有しているため、各被走査面に向かう複数の光ビームの間隔は徐々に狭くなり、各被走査面に導光するために該走査レンズの後で複数の光ビームを各々分離する必要があるが、それが困難になる。
更に、特許文献７は、走査レンズどうしの間隔が短く、本発明のように異なる被走査面に向かう光ビームを副走査方向に配列し通過させる場合、各被走査面に導くための各光ビームの分離が難しい。つまり、光ビームを分離するための折返しミラーの配置が困難となる。
一方、全ての走査レンズを通過後に光ビームを分離するとすると、最も被走査面に近い走査レンズが副走査方向に強い屈折力を持つため、各光ビームの該走査レンズを通過する位置が副走査方向に異なるため、各々の光ビームに与える屈折力に差異が生じ、各色毎に異なる光学性能となってしまう。
そこで、本発明の目的は上記問題点を解決するもので、タンデム方式のカラー画像形成装置に搭載する光走査装置において、共役機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し、光スポットの安定性を実現しつつ、更に色ずれや色味の変化の発生を抑制する光走査装置及びこれを用いたタンデム画像形成装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の光源と、この複数の光源からの光ビームを偏向する偏向手段と、この偏向手段の後段に配備されて、前記複数の光ビームを被走査面上に集光させつつ等速度的に走査する作用を有する走査光学系とから構成される光走査装置において、走査光学系は少なくとも２つの走査レンズより構成され、前記偏向手段に最も近い走査レンズは、主走査方向に正の屈折力を有すると共に副走査方向にゼロもしくはゼロに近い屈折力を有し、かつ前記複数の光ビームを共有して通過させる形状であり、前記被走査面に最も近い走査レンズは、主走査方向及び副走査方向共に正の屈折力を有し、かつ副走査方向の断面形状は被走査面側に凸面を向けたメニスカス形状である光走査装置を最も主要な特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記複数の光ビームは、光軸と副走査方向の軸で張られる投影面にて見たときに、偏向手段に最も近い走査レンズに対して各々平行に入射する光走査装置を主要な特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の光走査装置において、前記複数の光ビームのうち、前記偏向手段の同一の偏向反射面、或いは同一位相の偏向反射面で偏向される全ての光ビームは、光軸と主走査方向の軸で張られる投影面にて見たときに、前記偏向手段の偏向反射面近傍で略一点で交わる光走査装置を主要な特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の光走査装置において、前記被走査面に最も近い走査レンズの主走査方向の断面形状は、被走査面側に凸面を向けた正メニスカス形状である光走査装置を主要な特徴とする。
【０００６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の光走査装置において、上記走査光学系の中心像高の副走査方向の横倍率：β２、任意像高の副走査方向の横倍率：βｈが、条件０．９≦｜βｈ/β２｜≦１．１を満足する光走査装置を主要な特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の光走査装置において、上記走査光学系の中心像高の副走査方向の横倍率：β２が、条件０．２≦｜β２｜≦０．６を満足する光走査装置を主要な特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の光走査装置において、偏向手段の反射基点から被走査面までの光軸に沿った距離：Ｌ、走査レンズ間の光軸に沿った距離：ａが、条件０．３＜｜ａ/Ｌ｜＜０．６を満足する光走査装置を主要な特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項記載の光走査装置において、前記走査光学系の少なくとも１つの走査レンズの材質は、プラスチックである光走査装置を主要な特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の光走査装置において、最も偏向手段に近い走査レンズの材質がプラスチックである光走査装置を主要な特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、フルカラー対応の片側走査型である請求項１〜９のいずれか１項記載の光走査装置を具備するタンデム画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、フルカラー対応の対向走査型である請求項１〜９のいずれか１項記載の光走査装置を具備するタンデム画像形成装置を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に色ずれや色味の変化の発生を抑制する光走査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の対象とするデジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられる光走査装置の斜視図である。
図１において、光源装置１から射出された光ビームは、第１光学系２によりそれ以降に配設された光学系の特性に合わせて、それぞれ平行光束、弱い収束光束、或いは発散光束にそれぞれカップリングされる。
カップリングされた光ビームは、被走査面８上で所望のビームスポットを得るための開口絞り（図示せず）を通過後、第２光学系４を通過し、偏向手段５の偏向反射面５ａ近傍で主走査方向に長い線像を形成するように偏向される。偏向手段５で等角速度的に偏向された光ビームは、第３光学系６の走査レンズ６−１、６−２を通過し、反射ミラー７を介してそれぞれ対応する被走査面８上を略等速に走査されるとともに被走査面上にて集光する。
本発明の光走査装置においては、最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１が主走査方向について強い正の屈折力を持ち、このため等速性を良好に補正している。更に、被走査面８に最も近い走査レンズ６−２も正の屈折力を持つ。最も偏向手段に近い走査レンズ６−１は、異なる被走査面に向かう複数の光ビームが共有して通過するため、副走査方向のレンズ高さ（厚み）は通常の走査レンズに比べ厚くなっている。ここで、コストを抑えるためには、走査レンズの光軸方向の厚さをできるだけ薄くすることが望ましい。更に、同レンズをプラスチックにて成形加工する場合、成形精度を向上するため、或いは成形時間短縮のため、レンズ体積の小さいことも要求される。
そこで、被走査面側に最も近い走査レンズ６−２の主走査方向に正の屈折力を持たせ、最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１が光軸方向に肉厚になることを抑制する。更に、最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１と、最も被走査面８に近い走査レンズ６−２を共に正の屈折力とし、それぞれの走査レンズに収差補正、等速性の機能を分配し良好な光学性能を得る。
【０００９】
副走査方向に関して、最も偏向手段５近い走査レンズ６−１はゼロもしくはゼロに近い屈折力としている。このように屈折力を設定すると、主走査方向の断面形状は副走査方向に変化しないことになるため、入射する光ビームが副走査方向にずれた場合においても主走査方向の光学特性は全く変化しない。
更に、最も被走査面８に近い走査レンズ６−２が、正の強い屈折力を持つので、走査光学系の副走査方向の横倍率は縮小系となり、部品の組み付け誤差、部品の形状誤差などをこの走査レンズ６−２にて補正可能となり性能劣化を抑制できる。
特に本発明では、最も被走査面８に近い走査レンズ６−２の副走査方向の断面形状を、被走査面側に凸面を向けたメニスカス形状としている。このように設定することで、副走査方向の波面収差を有効に抑えることが可能となり、被走査面上のビームスポットを小径化させることが可能となる。尚、副走査方向について、偏向手段５の反射基点と被走査面８は共役関係にあり、偏向手段５の面倒れ補正機能を有していることは言うまでもない。
更に、例えば最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１の主走査方向の断面形状を非円弧形状としたり、その他の走査レンズの主走査方向の断面形状を非円弧形状とし、且つ、副走査方向の断面形状を円弧とし、その曲率を主走査方向の位置によって異ならせる特殊トロイダル面を用いることで、主走査方向、副走査方向共に像面湾曲を良好に補正することが可能である。
この結果、本発明によれば、共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現することができる。
【００１０】
図２（ａ）は前述の走査光学系の主走査方向を示した展開図である。図２（ｂ）は、前述の走査光学系の副走査方向の断面を示し、光源等は省略した偏向手段から被走査面までの光路を示している。
図２（ａ）に示したように、各色に対応する光源装置１（副走査方向に平行に配列）から射出された光ビームは、第１光学系２によりそれぞれカップリングされる。この時、第１光学系２によりカップリングされた各光ビームのビーム形態は同じビーム形態である。このビーム形態は平行ビームとすることも、収束性もしくは発散性の光ビームとすることもできる。それぞれの光ビームの光束は、被走査面８上で所望のビームスポットを得るための開口絞り３を通過後、第２光学系４を通過し、偏向手段５の偏向反射面５ａ近傍で主走査方向に長い線像を形成する。
本実施形態においては、光源装置１を副走査方向に平行配置しているが、光走査装置のレイアウト上、折返しミラー７などで折返し、複数の光源装置を主走査方向に相互に距離を持って配置してもよい。
また、図２（ａ）及び（ｂ）に示すが如く、偏向手段５で偏向された光ビームは第３光学系６の走査レンズ６−１、６−２を通過し、それぞれ対応する被走査面８上を略等速に走査するとともに被走査面８上近傍で集光する。この時、図２（ｂ）に示すように、光源装置１から射出された全ての光ビームが副走査方向に並び第３光学系６の走査レンズ６−１に全て入射する。ここで、被走査面８は実体的には感光媒体の感光面であり、この実施の形態では光導電性の感光体の感光面である。
偏向手段に最も近い走査レンズ６−１は、異なる被走査面に向かう複数の光ビームが共有して通過する構成となっているため、異なる被走査面間、つまり各色間の主走査方向のビームスポット位置ずれを低減でき、色ずれや色味による画像劣化を抑制することができる。
偏向手段５に最も近い走査レンズ６−１は、主走査方向に強い正の屈折力を持ち、等速性を補正している。本走査レンズ６−１に、異なる被走査面に向かう複数の光ビームを共有して通過させることで、走査レンズの加工ばらつきがあっても、主走査方向のビームスポット位置ずれは異なる被走査面で同一となるため、色ずれとしては発生しにくくなる。
【００１１】
図３は前述の走査光学系を、具体的にカラー画像形成装置に適用した例を折返しミラーを含めて示した構成図である。
図３に示す如く、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４つの感光体１０〜１３に対応する４つの光源装置を具備する光走査装置１００において、各光源からの光ビームは、単一の偏向手段５により偏向され、走査光学系６−１により走査され、折返しミラー７及び走査光学系６−２ａ〜６―２ｄを介して異なる被走査面８ａ〜８ｄ上に導かれる。走査光学系６を構成する最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１は、異なる被走査面に向かう複数の光ビームが共有して通過する構成とする一方、走査光学系を構成する最も被走査面８ａ〜８ｄに近い走査レンズ６−２ａ〜６−２ｄは、個別の構成とする。
本実施例では、偏向手段は一つの偏向反射面に複数の光ビームが入射する構成としているが、偏向手段の風損を軽減するために光ビームが反射しない箇所は凹ませた形状の４段の偏向反射面を重ねた構成としてもよい。
ところで、偏向手段５には、一般に基盤や駆動のためのモータ部（図示せず）が配されているが、これらの発熱が大きいことが知られている。基盤に関しては、ハウジングの外に出すなどして、ハウジング内の温度変動を低減することができるが、モータ部の発熱による温度上昇は不可避的にハウジング内に配設された各光学素子に影響を与える。また、特に偏向手段５の回転に伴いハウジング内に気流が発生し、ハウジング内の温度は複雑な分布を生じる。この結果、本発明のように複数の光ビームを走査レンズを共有して入射させず、各々に対応した走査レンズに光ビームを入射させるタイプのタンデム方式のカラー画像形成装置においては、連続プリント時に各被走査面での相対的な主走査方向のビームスポット位置が変動し、色味が変化することが懸念される。
しかしながら、本実施形態の光走査装置においては、偏向手段５に最も近い走査レンズ６−１は異なる被走査面に向かう複数の光ビームを共有して通過させているため、走査レンズ６−１が主走査方向に温度分布を待った場合においても、主走査方向のビームスポット位置ずれは、異なる被走査面で同一となり、連続プリント時の色味の変化、色ずれの発生を抑制することができる。
更に、異なる被走査面に向かう複数の光ビームは、偏向手段５に最も近い走査レンズ６−１を副走査方向に略平行に通過させているので、入射する光ビームが副走査方向にずれても主走査方向の光学性能の劣化は原理的に起こらない。また、走査線曲がりの発生も抑制することが可能である。
以上、第１番目の走査レンズ６−１に、４つの感光体１０〜１３に対応する光ビームを副走査方向に並べ、共有して通過させる例について説明した。勿論、このような方式は所謂対向走査タイプのカラー画像形成装置でも同様に採用することが出来る。
以上述べてきた光走査光学系においては、複数の光ビームのうち、偏向手段５の同一の偏向反射面で偏向される全ての光ビームは、光軸と主走査方向の軸で張られる投影面にて見たときに、偏向手段５の偏向反射面近傍で略一点で交わるのが好ましい。或いは、偏向手段５の風損を軽減するために４段の偏向反射面を重ねた構成とした場合、同一位相の偏向反射面で偏向される全ての光ビームが、光軸と主走査方向の軸で張られる投影面にて見たときに、偏向手段５の偏向反射面近傍で略一点で交わるのが好ましい。
【００１２】
より具体的な例を、図４（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。Ｄ１は、半導体レーザ１−１から射出した光ビームが被走査面８において、或る像高に到達する際の偏向手段５の偏向反射面５ａを表しており、Ｄ２は半導体レーザ１−２から射出した光ビームが被走査面８において同像高に到達する際の偏向反射面５の反射面を表している。
各々の光ビームは偏向手段５の偏向反射面に入射するときに、ある角度Δαだけ分離されている。従って、この角度差だけ同像高に到達するための偏向反射面に、Ｄ１とＤ２のような時間的な遅れが生じる。図４（ａ）の場合は、２つの光ビームはかなり異なった光路を通っており、図４（ｂ）の場合は、略同じ光路を通っている。光ビームが各光学素子の異なる位置を通過してくると、当然異なる光学作用を受けるから、被走査面上で同じ像高に達する２つの光ビームの光学特性は違ったものとなり、特に走査線ピッチの像高間変動が劣化する。
そこで、図４（ｂ）のように偏向手段５の偏向反射面５ａ近傍で２つの光ビームを交差させることにより、被走査面上の同一像高に達するときに、走査光学系の主走査方向のほぼ同じ位置を光ビームが通過し、走査線曲がりを効果的に低減させる。また、偏向手段以降に配設される光学素子の組付ばらつき、加工ばらつきによる各光ビーム間の主走査方向の書込位置変動が、全ての光ビームでほぼ同量となり、各ビーム間での主走査方向の書込位置ずれも抑えられる。また、図４（ｂ）のように構成することにより、偏向手段５の内接円半径を小さくすることもできる。
本実施形態では、マルチビームについて例を挙げ説明したが、異なる被走査面に向かう光ビームを偏向手段の同一の、或いは同位相の偏向反射面で偏向する場合、光軸と主走査方向の軸で張られる投影面で見たときに、各光ビームを偏向手段５の偏向反射面５ａ近傍で主走査方向において交差させることで、同様の効果が得られる。また、各光ビームの主走査方向の交差位置ずれ量は、偏向反射面上で０．５ｍｍ以内にするのが望ましい。
【００１３】
次に、前記走査レンズ６−１は２枚で構成され、被走査面側の走査レンズ６−２の主走査方向の断面形状は被走査面に凸面を向けた正メニスカス形状とすることで、像高に対して横倍率を一定にすることができる。これについて説明を付加する。
副走査方向の少なくとも２つの面を、特殊トロイダル面とし、その２つのレンズ面をベンディングさせて副走査方向の主点位置を調整する場合、これら２つの面の間隔が広い方が主点位置の変化量を大きくすることができる。つまり、副走査方向の横倍率を像高間で補正しやすい。
しかし、本実施形態においては、低コストを目指し２枚構成としており、前記説明の如く、色ずれ低減を狙い、最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１の副走査方向の屈折力はほぼゼロとしている。このため、特殊トロイダル面は被走査面８に最も近い走査レンズの第１面、第２面に限定されてしまう。この場合、副走査方向の横倍率を像高間で良好に補正することが必要である。そこで本実施形態では、上述した被走査面側の走査レンズ６−２の主走査方向の断面形状を被走査面８に凸面を向けた正メニスカス形状とした。
走査光学系６の中心像高に対し、周辺像高は光路長が長くなるため、副走査方向の横倍率を像高間で一定に保つためには、周辺像高での主点位置は中心像高に対し偏向手段側にする必要がある。そこで、被走査面側の走査レンズ６−２の主走査方向の断面形状を被走査面８に凸面を向けた形状とし、周辺像高での主点位置を中心像高に対し偏向手段側とし、被走査面８に最も近い走査レンズ６−２の第１面、第２面に採用した特殊トロイダル面のベンディングだけでは困難であった主点位置の調整をしやすくした。また、偏向手段８により偏向された光ビームの入射角を小さくすることもでき、諸収差の発生を抑制することが可能となる。
【００１４】
更に、上記走査光学系６の中心像高の副走査方向の横倍率：β２、任意像高の副走査方向の横倍率：βｈが、条件「０．９≦｜βｈ/β２｜≦１．１」を満足することが望ましい。前記条件式を満足することで、同一被走査面でのマルチビーム化により、被走査面を複数の光ビームで同時に走査する場合でも、複数ビーム間の副走査方向の走査線ピッチは一定に保たれ、マルチビーム化による高密度化、高速化にも対応可能な光走査装置が提供可能となる。
また、上記走査光学系の中心像高の副走査方向の横倍率：β２が、条件「０．２≦｜β２｜≦０．６」を満足することが望ましい。条件式の下限を越えると、狙いのビームスポット径に対し、偏向反射面と被走査面の間の光軸上の副走査方向の横倍率を大きく設定したときに対し、アパーチャ径（開口絞り）を小さく設定する必要が生じる。この結果、光量不足の問題や、アパーチャにおける回折の影響によるビームスポットの劣化の問題が大きく発生する。逆に、条件式の上限を越えると、最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１通過後、各色に対応する被走査面８へ光路を分離するための折返しミラーなどを配置した場合、全体の光路長を長くする必要があり装置が大型化してしまう等、光走査装置内のレイアウトが困難になる。
更に、偏向手段５の反射基点から被走査面８までの光軸に沿った距離：Ｌ、走査レンズ間の光軸に沿った距離：ａが、条件「０．３＜｜ａ/Ｌ｜＜０．６」を満足することが望ましい。通常、複数の走査レンズ間で最も離れている間隔内に、各色に対応する被走査面８へ光路を分離するための折返しミラーなどを配置する。この時、条件式の下限を越えると、複数の走査レンズ間の距離が短くなり過ぎ、各色に対応する被走査面へ光路を分離するための折返しミラーなどの配置が困難となる。
【００１５】
一方、条件式の上限を越えると、被走査面側の走査レンズ６−２が主走査方向に強い屈折力を持ち、等速性を補正している走査レンズ６−１が偏向手段側に近づく。この結果、被走査面上の画像領域を走査するための画角が狭くなり、画角が広い場合に比べ画像領域の走査時間は短くなる。このことにより、画周波数が大きくなるという問題が発生する。
走査レンズをプラスチックとすることで、前記走査特性の向上を目して光走査装置の光学素子に、非球面に代表される特殊な面を容易に形成でき、なおかつコストも安価にすることができる。特に、前記説明のタンデム式画像形成装置の場合においては、使用する光学素子の数が多いことから、樹脂製の光学素子を使用することでのコストダウン効果は非常に大きい。従来、光走査装置に樹脂製の光学素子が用いられる場合、発熱が大きいポリゴンミラー等の偏向手段により、ハウジング内の温度が上昇し、ポリゴンミラーが回転し作る気流、ハウジング内の形状の違いなどにより、熱は一律に伝達せず、ハウジング内の温度は温度分布を持つため、ガラスに比べ熱膨張係数が大きいため形状変化が大きく発生し、樹脂製光学素子の光学特性が変化する課題があった。また、走査レンズにおいても、熱の伝わり方の違い、レンズ形状の違い（ハウジングへの設置面積の違い）等により、一律な温度変化は生ぜず、走査レンズの場所による温度差が光学性能、特に各色での等速性が異なることによる色ずれの発生が生じていた。
更に、最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１は、異なる被走査面８に向かう複数の光ビームが共有して通過するので、等速性の変動は各色で同様に生じ、色ずれとしては発現しにくい。このため、最も偏向手段５に近い走査レンズ６−１を含み、全ての走査レンズの材質をプラスチックにした場合においても、共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の「像面湾曲」を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に色ずれや色味の変化の発生を抑制する光走査装置を提供することが可能である。
【００１６】
図５は本発明の実施形態の概略構成図である。本実施の形態は、片側走査型のタンデム型フルカラーレーザプリンタへの適用例である。まず、装置内の下部側には給紙カセット２１が水平方向に配設されており、該給紙カセット２１から給紙される転写紙（不図示）を搬送する搬送ベルト２２が設けられている。この搬送ベルト２２上にはイエローＹ用の感光体２３Ｙ、マゼンタＭ用の感光体２３Ｍ、シアンＣ用の感光体２３Ｃ、及びブラックＫ用の感光体２３Ｋが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを適宜付けて色相を区別するものとする。
これらの感光体２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスに従いプロセス部材が順に配設されている。感光体２３Ｙを例に取れば、帯電チャージャ２４Ｙ、走査光学系２５Ｙ、現像装置２６Ｙ、転写チャージャ２７Ｙ、クリーニング装置２８Ｙ等が順に配設されている。他の感光体２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋを各色毎に設定された被照射面とするものであり、各々に対して走査光学系２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。但し、偏向手段５及び走査レンズ６−１は、Ｍ、Ｙ、Ｋ、Ｃで共通使用とする。また、搬送ベルト２２の周囲には、感光体２５Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ２９と、ベルト帯電チャージャ３０が設けられ、感光体２５Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ３１、除電チャージャ３２、クリーニング装置３３等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ３１よりも搬送方向下流側には定着装置３４が設けられ、排紙トレイ３５に向けて排紙ローラ３６で結ばれている。
このような概略構成において、例えば、フルカラーモード（複数色モード）時であれば、各感光体２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋに対してＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の各色の画像信号に基づき各々の光走査装置２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋによる光ビームの光走査で静電潜像が形成される。これらの静電潜像は各々の対応する色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト２２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、フルカラー画像として定着された後、排紙される。
前記画像形成装置の走査光学系２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋを配備した光走査装置を、本発明の光走査装置とすることで、色ずれが無く、高品位な画像再現性が確保できる画像形成装置を実現することができる。
【００１７】
別の形態の画像形成装置について図６に基づいて説明する。本実施の形態は、対向走査型のタンデム型フルカラーレーザプリンタへの適用例を示す。光走査装置以外の構成については、前記片側走査型のタンデム型フルカラープリンタと同様である。
本光走査装置においては、例えば、Ｍ、Ｃ、Ｋを走査レンズ６−１ａで共用し、ＹのみをＭ、Ｃ、Ｋとは偏向手段を挟み対向する方向の走査レンズ６−１ｂを使用する。いわゆる、従来技術で述べた、偏向手段の両側より光束を入射し、光ビームを振り分けて走査する対向走査方式の構成である。
前記画像形成装置の走査光学系４５Ｍ、４５Ｃ、４５Ｋを配備した光走査装置を、本発明の光走査装置とすることで、Ｍ、Ｃ、Ｋで色ずれが無く、高品位な画像再現性が確保できる。また、走査レンズ６−１ａの副走査方向のレンズ高さ、偏向手段の副走査方向の高さが低減され、コストダウン、消費電力低減などの効果が得られる。また、走査レンズにおいては、プラスチックレンズとした場合においての加工性（成形性）が改善され、高精度な面形状が達成可能となる。
一方で、対向走査とすることによりＹについての色ずれは発生する。しかし、Ｙの色ずれは画像上は目立ちにくいため、走査レンズ、偏向手段の加工性と画像のバランスをとった（対環境、対コストなどで）画像形成装置を実現することができる。
【００１８】
更に、本発明のより具体的な実施例を３例挙げ説明する。レンズ面の形状等は、以下の式による。尚、式にてレンズの条件を特定しない場合には、全てのレンズに当てはまる。
「回転対称非球面」
例えばカップリングレンズにおいて、後掲の表１でのアスタリスク記号にて示すように、副走査方向のレンズ高さ：Ｈについて光軸とレンズの交点（Ｈ＝０）からのデプスＸで示す。即ち、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ４、Ａ６、…（回転対称であり奇数次はない）を用いて、以下の（式１）で表される。この場合、Ｘは光軸方向のデプス、Ｙは光軸からの主走査方向の距離である。
2005234061.tif 000003
・・・（式１）
「主走査断面内における非円弧形状」
主走査断面内の近軸曲率半径：Ｒｍ、光軸からの主走査方向の距離：Ｙ、円錐定数：Ｋ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、…として、光軸方向のデプスをＸとして次の多項式（式２）で表す。
2005234061.tif 000004
・・（式２）
（式２）において、奇数次のＡ１、Ａ３、Ａ５、…にゼロ以外の数値を代入したとき、主走査方向に非対称形状となる。
「副走査断面における曲率半径」
副走査断面内で曲率半径が主走査方向（光軸位置を原点とする座標：Ｙで示す）に変化する場合、次の（式３）で表す。Ｒｓ（０）は、副走査断面内における光軸上の曲率半径を表す。
2005234061.tif 000005
・・・（式３）
（式３）において、Ｙの奇数次係数：Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、…にゼロ以外の数値を代入したとき、副走査断面内の曲率半径の変化が主走査方向に非対称となる。尚、上記の解析表現は、上に挙げたものに限らず、種々のものが可能であり、この発明における面形状が上記式による表現に限定されるものではない。
【００１９】
以下に具体的な実施例を３例上げるが、そこにおいて偏向手段以前の光学系は共通であり、その諸元は次の表１の通りである。
【００２０】
【表１】
2005234061.tif 000006
データの表記の記号の説明
曲率半径を、主走査方向につき「Ｒｍ」、副走査方向につき「Ｒｓ」、屈折率を「ｎ」、レンズの焦点距離を、主走査方向につき「ｆｍ」、副走査方向につき「ｆｓ」で表す。尚、以下のデータにおける「Ｒｍ、Ｒｓ」は、「近軸曲率半径」である。また、光軸に沿った面間隔を「Ｘ」とする。
・「光源」  波長：７８０ｎｍ
・「偏向手段」  偏向反射面数：６、内接円半径：１８ｍｍ
・光源側から偏向手段への入射光ビームと走査光学系の光軸とがなす角：６０度
尚、*の面は回転対称非球面である。数値は示さないが、カップリングレンズを射出した光ビームの波面収差は良好に補正されている。（実施例１）
β２：０．３８
βｈ／β２：０．９９
（実施例１表）
2005234061.tif 000007
１〜４の各面の主走査方向と副走査方向の係数を表２〜表５に挙げる。
【００２１】
【表２】
2005234061.tif 000008
データの表記の記号の説明は表１と同様である。
【００２２】
【表３】
2005234061.tif 000009
データの表記の記号の説明は表１と同様である。
【００２３】
【表４】
2005234061.tif 000010
【００２４】
【表５】
2005234061.tif 000011
図７が実施例２に対応する収差図である。図７において、像湾曲面、ｆθ特性、リニアリティは直線となるのが理想であるが、表２〜５のＡ，Ｂ値を割り出し、直線に近い特性と得た。すなわち、上記のような構成にすることにより、像面湾曲等に大幅な改善が見られる。
【００２５】
（実施例２）
β２：０．３８
βｈ／β２：０．９９
（実施例２表）
2005234061.tif 000012
１〜４の各面の主走査方向と副走査方向の係数を表６〜表９に挙げる。
【００２６】
【表６】
2005234061.tif 000013
【００２７】
【表７】
2005234061.tif 000014
【００２８】
【表８】
2005234061.tif 000015
【００２９】
【表９】
2005234061.tif 000016
図８が実施例２に対応する収差図である。この場合も、Ａ、Ｂ値を割り出し直線に近い特性を得た。上記のような構成にすることにより、像面湾曲等に大幅な改善が見られる。
【００３０】
（実施例３）
β２：０．３８
βｈ／β２：０．９９
（実施例３表）
2005234061.tif 000017
１〜４の各面の主走査方向と副走査方向の係数を表１０〜表１３に挙げる。
【００３１】
【表１０】
2005234061.tif 000018
【００３２】
【表１１】
2005234061.tif 000019
【００３３】
【表１２】
2005234061.tif 000020
【００３４】
【表１３】
2005234061.tif 000021
図９が実施例３に対応する収差図である。この場合も、Ａ、Ｂ値を割り出し直線に近い特性を得た。上記のような構成にすることにより、像面湾曲等に大幅な改善が見られる。
【００３５】
このように構成したので、共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の「像面湾曲」を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に色ずれや色味の変化の発生を抑制する光走査装置を提供することができる。
共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に横倍率が像高に対して一定であり、且つ色ずれや色味の変化の発生を抑制し、走査線曲がりの発生を抑制した光走査装置を提供することができる。
環境変動時においても良好なビーム位置精度を確保しつつ、良好な光学性能を得ることができる。また、ポリゴンミラーを小さくする事が可能となり、騒音を低減した光走査装置を提供することができる。
共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に横倍率が像高に対して一定である光走査装置を提供することができる。
横倍率が像高に対し一定であり、マルチビーム化による高密度化、高速化にも対応可能な光走査装置を提供することができる。
共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に横倍率が像高に対して一定であり、各被走査面に向かう光ビームを分離可能であり、充分な光量を得られる光走査装置を提供することができる。
共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に横倍率が像高に対して一定であり、各被走査面に向かう光ビームを分離可能である光走査装置を提供することができる。
共役化機能と等速化機能を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に横倍率が像高に対して一定である光走査装置を低コストにて提供することができる。
高品位な画像再現性が確保でき、更にカラー機においては色ずれや色味の変化の発生を抑制し、色ずれの小さい画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の対象とするデジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられる光走査装置の斜視図である。
【図２】（ａ）は前述の走査光学系の主走査方向の断面を示した展開図、（ｂ）は前述の走査光学系の副走査断面を示し、光源等は省略した偏向手段から被走査面までの光路を示す図である。
【図３】本発明の走査光学系を、具体的にカラー画像形成装置に適用した例を折返しミラーを含めて示した構成図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明における複数の光ビームの光線追跡図である。
【図５】本発明を片側走査型のタンデム型フルカラーレーザプリンタへ適用した構成図である。
【図６】本発明を対向走査型のタンデム型フルカラーレーザプリンタへ適用した構成図である。
【図７】本発明の実施例１に係る収差図である。
【図８】本発明の実施例２に係る収差図である。
【図９】本発明の実施例３に係る収差図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源装置、２  第１光学系、３  開口絞り、４  第２光学系、５  偏向手段、５ａ  偏向反射面、６  第３光学系、６−１  走査レンズ、６−２  走査レンズ、７  反射ミラー、８  被走査面、１００光走査装置、１０〜１３  感光体、８ａ〜８ｄ  被走査面、６−２ａ〜６−２ｄ  走査レンズ、２１  給紙カセット、２２  搬送ベルト、２３  Ｙ感光体、２３  Ｍ感光体、２３  Ｃ感光体、２３  Ｋ感光体、２４Ｙ  帯電チャージャ、２５Ｙ  走査光学系、２６Ｙ  現像装置、２７Ｙ  転写チャージャ、２８Ｙ  クリーニング装置、２９  レジストローラ、３０  ベルト帯電チャージャ、３１  ベルト分離チャージャ、３２  除電チャージャ、３３  クリーニング装置、３４  定着装置、３５  排紙トレイ、３６  排紙ローラ
【図１】
2005234061.tif 000022
【図２】
2005234061.tif 000023
【図３】
2005234061.tif 000024
【図４】
2005234061.tif 000025
【図５】
2005234061.tif 000026
【図６】
2005234061.tif 000027
【図７】
2005234061.tif 000028
【図８】
2005234061.tif 000029
【図９】
2005234061.tif 000030