(57)【要約】【課題】光源手段のＡＰＣの制御時間を確保した上で、主走査方向の走査位置に応じたビーム径のばらつきを低減でき、高画質化できる光走査装置を提供する。【解決手段】正多面反射体の回転により入射光束を偏向し走査対象物に走査する光走査手段と、光源手段からの光束を整形して光走査手段に結像させる偏向前光学系と、光走査手段からの光束を走査対象物に結像させる結像光学系とを有する光走査装置において、結像光学系に、光走査手段からの光束の全主走査領域のうち、走査中央位置と走査端の走査位置との曲率が異なる１枚の結像光学素子を有し、光走査手段が走査対象物に光束を走査する走査角度α０［ｒａｄ］が、正多面反射体の面数をＮとし、正多面反射体の回転数をＶｒ［ｒ．ｐ．ｍ］とした場合、下記式のように規定されることを特徴とする。α０≦π｛（２／Ｎ）−（Ｖｒ／３）×１０−７）｝【選択図】      図１
2005024958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正多面反射体の回転により入射光束を偏向し走査対象物に対して走査する光走査手段と、光源手段から射出された光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として上記光走査手段に結像させる偏向前光学系と、上記光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる結像光学系とを備えた光走査装置において、
上記結像光学系に、上記光走査手段から走査される光束の全主走査領域のうち、走査中央位置と走査端の走査位置との曲率が異なる結像光学素子を有し、
上記光走査手段が走査対象物に光束を走査する走査角度α０［ｒａｄ］が、上記正多面反射体の面数をＮとし、上記正多面反射体の回転数をＶｒ［ｒ．ｐ．ｍ］とした場合、下記式のように規定される
ことを特徴とする光走査装置。
α０≦π｛（２／Ｎ）−（Ｖｒ／３）×１０−７）｝
【請求項２】
上記結像光学素子は、入射面と出射面とが非対称形状であり、上記光走査手段から走査される光束の全主走査領域のうち、走査端の走査位置のパワーが走査中央位置のパワーより大きいことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
上記結像光学素子が、レンズである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】
上記結像光学素子が、プラスチック製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光走査装置
【請求項５】
正多面反射体の回転により入射光束を偏向し走査対象物に対して走査する光走査手段と、光源手段から射出された光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として上記光走査手段に結像させる偏向前光学系と、上記光走査手段に入射する光束幅が、上記正多面反射体の単一反射体の主走査方向の幅より広くかつ上記光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる結像光学系とを備えた光走査装置において、
上記結像光学系に、上記光走査手段から走査される光束の全主走査領域のうち、走査中央位置と走査端の走査位置との曲率が異なる結像光学素子を有し、
上記光走査手段が走査対象物に光束を走査する走査角度α０［ｒａｄ］が、上記正多面反射体の面数をＮとし、上記正多面反射体の回転数をＶｒ［ｒ．ｐ．ｍ］とした場合、下記式のように規定される
ことを特徴とする光走査装置。
α０≦π｛（２／Ｎ）−（Ｖｒ／３）×１０−７）｝
【請求項６】
上記結像光学素子はレンズであることを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
上記結像光学素子の１枚目が、入射面と出射面とが非対称形状であり、上記光走査手段から走査される光束の全主走査領域のうち、走査端の走査位置のパワーが走査中央位置のパワーより大きいことを特徴とする請求項５又は６に記載の光走査装置。
【請求項８】
上記結像光学素子は、１枚構成であることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項９】
上記１枚目の結像素子は、プラスチック製であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光走査装置は、偏向前光学系と、光走査手段及び結像光学系とを備える。
【０００３】
偏向前光学系は、光源手段（例えばレーザーダイオード）から出射した光ビームを光走査手段に導くための複数のレンズ及び所定形状の開口を有する開口部等を有し、光源手段からの光ビームのビーム断面形状を所定形状に整えると共に光走査手段の所定の位置に向けて光ビームを案内する。
【０００４】
光走査手段は、複数の反射面（ミラー面）を有するポリゴンミラーを備え、個々の反射面を連続して回転させながら、偏向前光学系からの所定形状に整えられた光ビームを連続して偏向することで回転方向（主走査方向）に沿って、像面（いわゆる感光体）の幅方向の一端から他の一端に案内される光ビームを生成する。従って、ポリゴンミラーの各反射面に照射された光ビームは、ポリゴンミラーの各反射面が回転されることにより、反射角が連続的に変更されて主走査方向に反射（偏向）される。
【０００５】
結像光学系は、ポリゴンミラーの各反射面で連続して反射された光ビームを、像面上の所定の位置に、軸方向に沿った方向に、概ね直線上に走査させながら結像させる。
【０００６】
結像光学系は、一般的に、結像レンズ（一般的にｆθレンズという）が使用されており、ポリゴンミラーの各反射体から反射された光ビームを、像面上を焦点位置として集光させると共に、ポリゴンミラーの各反射面から反射される光ビーム径を均一にする。
【０００７】
また、結像光学系は、ポリゴンミラーの各反射面から反射され像面上に走査される光ビームの速度が全走査領域で一定とするものである。
【０００８】
従来の光走査装置として、下記の特許文献１及び２に示すような次のようなものがある。
【０００９】
特許文献１は、光走査装置の結像光学系において、ポリゴンミラー側の１枚目に負のパワーを持つ結像レンズを備え、複数の結像レンズを組み合せることで、最終的に走査位置の走査端位置で走査中央位置より正のパワーを大きくする構成が記載されている。
【００１０】
特許文献２は、正のパワーを有する結像レンズを１枚とする構成が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−１７１０６９号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平１１−１４９０５５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的に像面上に走査される主走査方向の走査位置は、ポリゴンミラーの各反射面による走査角度に対して概ね線形関係にある。従って、走査角度が大きくなるにつれ、走査位置は中央からずれていく。
【００１４】
しかし、仮に、結像光学系に結像レンズを設置しない場合には、走査角度が大きくなるにつれ、その走査位置は、走査位置の目標位置（理想位置）から大きくずれ、それを結像レンズを補償しようとしても従来では補償仕切れていない。
【００１５】
また、従来では像面上に走査された主走査方向のビーム径は、その走査位置により異なってしまう。
【００１６】
オーバーフィル方式の光走査装置では、上記のような課題に対しポリゴンミラーの反射面の面数を増やし、走査しうる走査角度を狭くすることで解決できるが、ある程度大きな走査領域を確保しようとすると、光路長が長くなってしまうことから構成規模の大型化や、又光走査装置が実装する折り返しミラー数が増えてしまうことからコストアップにつながってしまう。
【００１７】
上記特許文献１及び２では、これら問題を解決する技術が記載されているが、上記特許文献１の光走査装置は、複数の結像レンズを備えるため、レンズの枚数が増えてしまうという問題がある。
【００１８】
また、上記特許文献２の光走査装置は、１枚の結像レンズを備えるが、走査角度が大きくなってしまい、主走査方向の走査ラインの終端位置から次の走査ラインの始端位置までの間の非発光領域時間が短くなってしまい、光源手段のＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）の制御時間の確保が困難となってしまう。
【００１９】
そのため、本発明は、光源手段のＡＰＣの制御時間を確保した上で、主走査方向の走査位置に応じたビーム径のばらつきを低減することができ、高画質化を可能とする光走査装置を提供する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の本発明の光走査装置は、正多面反射体の回転により入射光束を偏向し走査対象物に対して走査する光走査手段と、光源手段から射出された光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として光走査手段に結像させる偏向前光学系と、光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる結像光学系とを備えた光走査装置において、結像光学系に、光走査手段から走査される光束の全主走査領域のうち、走査中央位置と走査端の走査位置との曲率が異なる結像光学素子を有し、光走査手段が走査対象物に光束を走査する走査角度α０［ｒａｄ］が、正多面反射体の面数をＮとし、正多面反射体の回転数をＶｒ［ｒ．ｐ．ｍ］とした場合、下記式のように規定されることを特徴とする。
【００２１】
α０≦π｛（２／Ｎ）−（Ｖｒ／３）×１０−７）｝
第２の本発明は、正多面反射体の回転により入射光束を偏向し走査対象物に対して走査する光走査手段と、光源手段から射出された光束を整形して主走査方向と対応する方向に長い線像として光走査手段に結像させる偏向前光学系と、光走査手段に入射する光束幅が、正多面反射体の単一反射体の主走査方向の幅より広くかつ光走査手段で走査された光束を走査対象物に結像させる結像光学系とを備えた光走査装置において、結像光学系に、光走査手段から走査される光束の全主走査領域のうち、走査中央位置と走査端の走査位置との曲率が異なる結像光学素子を有し、光走査手段が走査対象物に光束を走査する走査角度α０［ｒａｄ］が、正多面反射体の面数をＮとし、正多面反射体の回転数をＶｒ［ｒ．ｐ．ｍ］とした場合、下記式のように規定されることを特徴とする。
【００２２】
α０≦π｛（２／Ｎ）−（Ｖｒ／３）×１０−７）｝
【００２３】
【発明の実施の形態】
（Ａ）第１の実施形態
以下で、本発明に係る光走査装置の最良な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、光走査装置２１に含まれる光源（半導体レーザ素子）４１と感光体ドラム（走査対象物）２３との間に配列される光学要素を、主走査方向から見るとともに、折り返しミラーによる折り返しを展開して説明した概略平面図である。
【００２５】
また、図２は、図１に示した主走査方向と直交する副走査方向が平面となるように示した概略断面図である。
【００２６】
図１及び図２において、光走査装置２１は、偏向前光学系４０、ポリゴンミラー５０及び結像光学系６０を有する。
【００２７】
偏向前光学系４０は、例えば、７８０ｎｍのレーザビーム（光ビーム）を出射する半導体レーザ素子（光源）４１と、半導体レーザ素子４１から出射されたレーザビームを収束光又は略平行光（又は発散光）に変換する有限焦点レンズ又はコリメートレンズ又は発散光に変換するレンズでなる光束変換レンズ４２、光束変換レンズ４２を通過したレーザビームの光量（光束幅）を所定の大きさに制限するアパーチャ４３、アパーチャ４３により光量が制限されたレーザビームの断面形状を所定の断面ビーム形状に整えるために、副走査方向のみに所定のパワー（屈折力）を持つシリンドリカルレンズ４４、及び、シリンドリカルレンズ４４を通過したレーザビームを所定方向（ポリゴンミラー５０に向かう方向）に折り曲げるミラー４５等を有する。
【００２８】
なお、本実施形態では、半導体レーザ素子４１から出射されるレーザビームの波長を７８０ｎｍとするが、例えば６５０ｎｍや６３０ｎｍ又は更に短波長（例えば３７０ｎｍ〜４４５ｎｍ）であってもよく、より短波長にすることで感光体ドラム２３面でのビーム径を小径化することができる。
【００２９】
偏向前光学系４０により所定の断面ビーム形状が与えられたレーザビームが進行する方向には、所定の速度で回転するポリゴンミラーモータ５０Ａと一体に形成され、偏向前光学系４０からのレーザビームを、後段に位置される感光体ドラム２３に向けて走査するポリゴンミラー５０が設けられている。
【００３０】
結像光学系６０は、ポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間に設けられており、ポリゴンミラー５０の各反射面で連続して反射されたレーザビームを、感光体ドラム２３の軸線方向に沿って、概ね直線上に結像させるものである。
【００３１】
結像光学系６０は、ポリゴンミラー５０の各反射面で連続して反射されたレーザビームを、感光体ドラム２３に照射される際の感光体ドラム２３上での位置とポリゴンミラー５０の各反射面の回転角とを比例させながら、感光体ドラム２３の長手（軸線）方向の一端から他端に照射させ、感光体ドラム２３上の長手方向のどの位置においても、所定の断面ビーム径となるように、ポリゴンミラー５０が回転される角度に基づいて、所定の関係が与えられた集束性を提供可能な結像レンズ（一般的にｆθレンズと呼ばれる。）６１と、トナー、塵あるいは紙粉等が光走査装置２１の図示しないハウジング内に入り込むことを防止する防塵ガラス６２等を有する。
【００３２】
ポリゴンミラー５０の各反射面から偏向された光束は、結像レンズ６１と、防塵ガラス６２を介して、感光体ドラム２３に走査され、ポリゴンミラー５０を図１の矢印方向に回転させることにより、感光体ドラム面を主走査方向に走査して記録される。
【００３３】
水平同期センサ７０は、感光体ドラム上に走査されるレーザビームについて、主走査方向の書き出し位置の制御、及び、複数のビームを走査する場合主走査方向の１ライン分の走査後、そのラインと次のラインとの間隔を制御する副走査方向のビーム間隔フィードバック制御をするものである。
【００３４】
なお、光走査装置２１内の半導体レーザ素子４１から感光体ドラム２３までのレーザビームの光路は、図示しない１又は複数のミラー等により、光走査装置２１の図示しないハウジング内で適宜折り曲げられている。但し、上述のような単なる光路を折り曲げるだけのミラーは、後述する実施形態の特徴的な光路部分には影響を与えない位置に設けられている。
【００３５】
図１における光走査装置２１は、ポリゴンミラー５０に入射させる入射ビームを走査領域の内側から入射させた場合の適用である。
【００３６】
図１に示すように、ポリゴンミラー５０に入射される入射レーザビームの主光線ＯＩと、結像光学系６０の光軸ＯＲとをそれぞれ主走査平面に投影したときの両者のなす角度をαとし、本実施形態では例えばαを５°とする。
【００３７】
また、図２に示すように、ポリゴンミラー５０への入射レーザビームの主光線ＯＩと、結像光学系６０の光軸ＯＲとをそれぞれ副走査平面に投影したときの両者のなす角度をδとし、本実施形態では例えばδを２°とする。
【００３８】
このように、図１に示すポリゴンミラー５０への入射ビームの主光線ＯＩと主走査断面で結像レンズ６１の光軸ＯＲに対して傾きαを持たせる理由について図３を参照して説明する。
【００３９】
図３は、ポリゴンミラー５０への入射角度に傾きを持たせる理由を説明する図である。
【００４０】
図３に示すように、ポリゴンミラー５０への入射ビームを、主走査平面でほぼ正面から入射させる場合、ポリゴンミラー５０の各反射面への入射ビーム（Ｌ１）は、ポリゴンミラー５０の各反射面により反射され、その反射ビーム（Ｌ２）は、結像レンズ６１を通過して感光体ドラム２３に与えられると共に（Ｌ４）、結像レンズ６１面により更に反射されることになる（Ｌ３）。
【００４１】
この結像レンズ６１により更に反射されたレーザビーム（Ｌ３）は、ポリゴンミラー５０の各反射面で更に反射されることになり、その反射されたレーザビーム（Ｌ３に対する反射ビーム）が、画像領域に入り画像を悪化させてしまうおそれがある。特に、結像レンズ６１面に透過率を向上させるためのコーティングを施していない場合、この反射レーザビームによる影響が大きい。
【００４２】
従って、これを回避するために、ポリゴンミラー５０への入射ビームの主光線ＯＩと主走査断面で結像レンズ６１の光軸ＯＲに対して傾きαを持たせることとする。
【００４３】
結像レンズ６１は、入射面と出射面とが非対称形状であり、ポリゴンミラー５０からの反射ビームのビーム径について、主走査方向の走査領域のセンター位置よりも走査端の走査位置の方で正のパワーが大きい箇所を有するものである。また、結像レンズ６１は、１枚レンズで構成されている。
【００４４】
また、結像レンズ６１の材質は、例えば、アクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ）であり、屈折率ｎは、波長が７８０ｎｍのレーザビームに対し、３０℃でｎ＝１．４８３９８７である。また、結像レンズ６１の厚さは、光軸上のデフォーカス方向で２４ｍｍ、副走査方向の高さは２５ｍｍである。
【００４５】
以下では、結像レンズ６１の構成について説明する。
【００４６】
図１に示すように、ポリゴンミラー５０への入射ビームの主光線ＯＩと主走査断面で結像レンズ６１の光軸ＯＲに対して傾きαを持たせた場合、走査角度によりポリゴンミラー５０による主走査方向の反射ビーム径のばらつきが発生する。
【００４７】
図４は、ポリゴンミラー５０からの反射ビーム径のばらつきが発生することについて説明する図である。
【００４８】
図４において、全走査領域の始端位置の主走査ビームＬａの径をＤａ、全走査領域のセンター位置の主走査ビームＬｂの半径をＤｂ、全走査領域の終端位置の主走査ビームＬｃの径をＤｃとすると、Ｄａ＞Ｄｂ＞Ｄｃとなる。
【００４９】
その結果、感光体ドラム２３上のそれぞれのビーム半径をωａ、ωｂ、ωｃとすると、これらビーム径は、Ｆナンバーに比例するため、ωａ＜ωｂ＜ωｃとなりビーム径にばらつきが生じ、画像が悪化するおそれがある。
【００５０】
ここで、Ｆナンバーは、結像光学系６０の焦点距離をｆ、ポリゴンミラー５０上の主走査方向反射ビーム径をＤとした場合、ｆ／Ｄで定義されるものである。また、Ｆナンバーは走査角度α０により異なる。
【００５１】
上述した感光体ドラム２３上のビーム半径ωは、感光体ドラム２３での収束角度をθ、ビームの波長をλとした場合、一般的に、
ω≒λ／（π×ｔａｎθ）              …（１）
と表される。
【００５２】
従って、感光体ドラム２３上のビーム半径のばらつきを低減するには、感光体ドラム２３での収束角度のばらつきを低減させることが必要となる。
【００５３】
結像レンズ６１は、上述した観点を考慮して、感光体ドラム２３上のビーム径のばらつきを低減するために、以下のような具体的な構成を有するものである。
【００５４】
図５は、全走査領域で収束角度のばらつきを低減させ、かつ、ビーム径ばらつきを低減させるための結像レンズ６１の面形状についての説明図である。
【００５５】
図５（Ａ）は、結像レンズ６１の主走査方向の入射面形状が凸形状の場合を示しており、入射ビームは入射面を通過すると収束光となる。そして、結像レンズ６１から出射される出射位置のビーム径（Ｄ２）は、入射位置のビーム径（Ｄ１）よりも小さくなる。この場合、感光体ドラム２３（像面）での収束角度は大きくなり、主走査ビーム径は小さくなる。
【００５６】
従って、ポリゴンミラー５０上での主走査反射ビーム径が大きい場合、すなわちＦナンバーが小さい場合に適用できる。例えば、図４における全走査領域の始端位置の主走査ビームＬａの径をＤａに対して適用できる。
【００５７】
つまり、このような結像レンズ６１を備えて、このビームを出射面で像面近傍（感光体ドラム２３）が焦点位置になるように補正すれば、結像レンズ６１を通さない場合よりも収束角度は小さくなる。
【００５８】
また、図５（Ｂ）は、結像レンズ６１の主走査方向の入射面形状が凹形状の場合を示しており、結像レンズ６１に入射された入射ビームは発散光となり、結像レンズ６１から出射される出射位置のビーム径（Ｄ２）は、入射位置のビーム径（Ｄ１）よりも大きくなる。
【００５９】
すなわち、このような結像レンズ６１を備えて、このビームを出射面で像面（感光体ドラム２３）が焦点位置になるように補正すれば、結像レンズ６１を通さない場合よりも収束角度は大きくなる。
【００６０】
なお、図５（Ｂ）では、結像レンズ６１の入射面が凹形状の場合について説明したが、結像レンズ６１の入射面が凸形状であっても、結像レンズ６１の曲率が小さい場合であっても同じ効果が得られる。
【００６１】
このように、結像レンズ６１は、結像レンズ６１面の反射光による画像悪化を回避するためにビームをポリゴンミラー５０へ主走査断面で斜めから入射させる場合、全主走査領域における走査位置に応じて、１枚の結像レンズ６１の入射面と出射面の曲率の比を変えて非対称形状を有することにより、感光体ドラム２３上でのビーム収束角度のばらつきを低減することが可能となり、主走査ビーム径を均一にすることが可能となる。
【００６２】
主走査方向に対称形状の結像レンズを備えた場合、このように収束角度を一定にすることができず、これを補正するにはパワーをもつ光学部品を複数必要とする。
【００６３】
以上のような種々の観点を考慮し、本実施形態の結像レンズ（ｆθレンズ６１）として、例えば、以下のようなものを適用する。
【００６４】
結像レンズ６１のレンズ面（入射面及び出射面）の形状は、レンズ面（非球面）の定義として式（２）を適用し、式（２）式における各パラメータの値が表１に示す値の形状を有する。
【００６５】
【数１】
2005024958.tif 000003
ここで、ｙは主走査方向、ｚは副走査方向、ｘは光軸方向を表している。
【００６６】
【表１】
2005024958.tif 000004
このような結像レンズ６１を用いることにより、非球面項にｙｍでｍに奇数項を含むようにすることで、全走査領域でのＦナンバーのばらつきを結像レンズ６１で補正することが可能となり、全走査領域でビーム径を均一にすることが可能となる。
【００６７】
更に、図１５及び図１６に示すような、結像レンズ６１に複数（図１５及び図１６では２本とする）の光源４１−１及び４１−２から複数本のレーザビームが入射されるマルチビーム系の光走査装置２１０の場合には、上記式（２）における非球面項のｚの次数が奇数項も含ませた、次の式（３）により、結像レンズ６１のレンズ面を定義することが望ましい。
【００６８】
【数２】
2005024958.tif 000005
なお、図１５及び図１６に示す光走査装置２１０の構成のうち、図１に示す光走査装置２１の各構成に対応する構成については、それぞれ対応する符号を付し、これら構成の機能説明については省略する。
【００６９】
また、図１５及び図１６の光走査装置２１０は、図１の光走査装置２１の構成のほかに、偏向前光学系に、光源４１−２からのレーザービームを折り曲げるビーム位置制御アクチュエータ４６（例えば、ガルバノミラー）と、光源４１−１からのレーザビームと、ビーム位置制御アクチュエータ４６で反射させたレーザビームとを合成する合成手段（例えばハーフミラー）４７とを有し、合成手段４７からの複数光線を設置した複数のレンズ、ミラー等により、ポリゴンミラー５０に出射する。
【００７０】
ポリゴンミラー５０で走査させた複数光線は、ｆθレンズを通した後にセンサーがビーム間隔を検知し、アクチュエータ（例えばガルバノミラー）４６の角度を変えることでビーム間隔を所望の間隔に制御する。なお、アクチュエータ４６は反射式でなく透過式であってもよい。
【００７１】
次に、ポリゴンミラー５０は、内接円直径Ｄｐが２９ｍｍの正１２面体のものであり、ポリゴンミラー５０の面幅Ｗｐは、一般的にポリゴンミラー面数Ｎとすると、
Ｗｐ＝ｔａｎ（π／Ｎ）×Ｄｐ        …（４）
で表される。
【００７２】
従って、本実施形態におけるポリゴンミラー５０の面幅Ｗｐは、
Ｗｐ＝ｔａｎ（π／１２）×２９＝７．７７ｍｍ
である。
【００７３】
一方、ポリゴンミラー５０に入射される主走査方向のビーム幅は、３２ｍｍであり、ポリゴンミラー５０が有する各反射面の主走査幅よりも入射ビームの方が広い。
【００７４】
ところで、ポリゴンミラー５０の各反射面から感光体ドラム２３に対して、反射ビームの主走査方向に走査される場合、感光体ドラム２３上に走査された主走査方向の走査位置と走査角度α０との関係について図１４を参照して説明する。
【００７５】
図１４は、ポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間に結像レンズ６１を設置しないで、感光体ドラム２３に走査させた場合と、走査位置の目標位置（理想位置）とを比較したものである。なお、図１４において、縦軸の走査位置は、全走査領域のセンター位置を０ｍｍとする。
【００７６】
一般的に、感光体ドラム２３上の主走査方向の走査位置は、ポリゴンミラー５０の走査角度をα０とした場合、α０に比例する。
【００７７】
しかし、結像レンズ６１を設置しないで反射ビームを感光体ドラム２３に走査すると、走査角度α０が大きくなるにつれて、走査位置の目標位置からずれが大きくなってしまう。
【００７８】
従って、結像レンズ６１を設置しないで走査位置をある程度大きくしようとする場合（例えば走査位置１２５ｍｍ以上（全走査領域が２５０ｍｍ以上）、更に全走査領域が３２０ｍｍ以上）、走査角度α０を大きくとることが必要になる。ここで、走査領域とは、水平同期センサへのビーム入射位置から画像形成領域の端とマージンを含めた領域をいう。
【００７９】
特にオーバフィルド方式の光走査装置を適用する場合は走査角度に制限があるので、使用可能な走査角度に対して実際に光源（例えばレーザダイオード）４１を発光させる角度との比を大きくする（１に近づける）ことが必要になる。
【００８０】
また、光源（例えばレーザダイオード）４１は、感光体ドラム２３に対する主走査方向の１ラインの終端位置から次のラインの始端位置までの間、図示しない自動発光制御装置（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置の制御により発光しない非発光領域が必要である。
【００８１】
一般的に、ＡＰＣは、ラインＡＰＣを用いる。これは画像印字領域外である期間発光させ、所望のパワーに制御する方法である。ラインＡＰＣではＡＰＣ期間と呼ばれる制御時間を必要とする。期間中の制御結果は、制御結果保持素子（一般的にコンデンサなどの電荷保持素子）により維持される。この期間は短ければ水平ライン周期の高速化に対応できるが、保持素子の容量が大きい場合、初期充電（電源立ち上げ時、異常復帰時等）にかかる時間が長くなり、１ラインでの制御完了が難しい。（複数ラインを用いて初期充電を完了可能。また、一度初期充電完了し、その後ラインＡＰＣを継続すれば、放置放電の影響が少ないため、１ラインのＡＰＣ期間で制御完了することができるというメリットを有する）逆に容量が小さい場合、充電に要する時間は短いが、長期間保持する場合に適さない（徐々に放電していくドループ現象が発生する。）。
【００８２】
従って、ＡＰＣ期間と結果保持用コンデンサを基準異常を満たすような最適化を実施する必要がある。制御期間を短くするためには制御結果保持用のコンデンサ容量値を小さくすることで対応することができ、システム最適化実施では１μｓが可能である。
【００８３】
すなわち、上記のように走査位置を１２５ｍｍ以上更に走査全領域で３２０ｍｍ以上とろうとする場合、ある走査角度α０では、結像レンズ６１を設置しないときの走査位置が理想位置よりも大きくなってしまい、この光源のＡＰＣ制御時間を確保することが困難になってしまう。
【００８４】
従って、ポリゴンミラー５０は、光源４１のＡＰＣ制御時間を確保しうる以下に示す走査角度α０を走査するものである。
【００８５】
また、走査角度と走査位置との線形性（ｆθ特性）を良くしようとすると、結像レンズ６１は、走査端で正のパワーを持つことが必要になる。一方で、走査端で正のパワーを持つ場合、図５（Ａ）に示すように、走査センサー側に屈折するため、より大きな走査端が必要になる。更にレンズ枚数を少なくしようとするとき（例えば１枚の場合）、走査角度をより大きくしなければいけない。更に、プラスチックレンズの場合、レンズ面形状に自由度を持たすことができ、ｆθ特性、ビーム径均一化等の光学特性を満たすのにレンズ枚数を低減することができると共に、コスト削減をすることができる。
【００８６】
レーザビームの発光領域走査角度α０［ｒａｄ］（α０は、画像幅と、画像領域端から水平同期センサと、マージンとを含む角度）、ポリゴンミラー５０の面数Ｎ、ポリゴンスキャナ回転数Ｖｒ［ｒ．ｐ．ｍ］とするとき、非発光領域の時間をＴとすると、
Ｔ＝｛（２π／Ｎ）−α０）｝／（２π／Ｎ）／（Ｖｒ／６０×Ｎ）…（５）
となる。
【００８７】
ここで、一般的にＡＰＣ制御時間は、１×１０−６［ｓ］以上必要であると仮定すると、
Ｔ≧１×１０−６        …（６）
（５）及び（６）より、
α０≦π｛（２／Ｎ）−（Ｖｒ／３）×１０−７）｝…（７）
とすることができる。
【００８８】
図６は、光走査装置２１が、入射面と出射面との非対称形状を有する結像レンズ６１を備えた場合と、入射面と出射面との対称形状を有する結像レンズを備えた場合との走査位置と収束角度との関係を示した図である。
【００８９】
なお、図６（ａ）が非対称形状の結像レンズを有する場合であり、図６（ｂ）が対称形状の結像レンズ６１を有する場合である。
【００９０】
図６に示すように、非対称形状の結像レンズ６１を有する場合の方が、対称形状の結像レンズを有する場合よりも、走査位置の幅広い領域において、収束角度が一定である。
【００９１】
図７は、光走査装置２１が、入射面と出射面との非対称形状を有する結像レンズ６１を備えた場合と、入射面と出射面との対称形状を有する結像レンズを備えた場合との走査位置とレーザビーム径との関係を示した図である。
【００９２】
なお、図７（ａ）が非対称形状の結像レンズを有する場合であり、図７（ｂ）が対称形状の結像レンズ６１を有する場合である。
【００９３】
図７に示すように、非対称形状の結像レンズ６１を有する場合の方が、対称形状の結像レンズを有する場合よりも、走査位置の幅広い領域において、レーザビーム径が一定である。
【００９４】
図８は、光走査装置２１が、入射面と出射面との非対称形状を有する結像レンズ６１を備えた場合と、入射面と出射面との対称形状を有する結像レンズを備えた場合とのポリゴンミラー回転角度と走査位置の線形性（いわゆるｆθ特性）の関係を示した図である。図８において、縦軸は、ポリゴンミラーの回転角度と走査位置に線形性がある場合の走査位置（目標位置）と設計値とのずれ量を示す。
【００９５】
なお、図８（ａ）が非対称形状の結像レンズ６１を有する場合であり、図８（ｂ）が対称形状の結像レンズを有する場合である。
【００９６】
図８に示すように、非対称形状の結像レンズ６１を有する場合の方が、対称形状の結像レンズを有する場合よりも、各走査位置で最良の形状にしているため、ｆθ特性は左右対称になりバランスよく補正される。
【００９７】
尚、この非対称形状面をもつ光学部品はレンズに限定されることなくミラー面などパワーを持つ光学部品でも同じ効果がある。
【００９８】
更に、ガラスレンズであれば屈折率が高いため諸特性の補正がしやすく、且つ、吸湿、温度変化の影響が小さいため更に良い。
【００９９】
次に、ポリゴンミラーへの入射レーザビームを走査領域の外側から入射させた場合について、図９及び図１０を参照して説明する。
【０１００】
図９は、ポリゴンミラーへの入射ビームを走査領域の外側から入射させた場合の光走査装置２２１であり、主走査方向が平面となるように示した概略平面図である。
【０１０１】
図１０は、図９に示した主走査方向と直交する副走査方向が平面となるように示した概略平面図である。
【０１０２】
なお、図９の光走査装置２２１は、偏向前光学系７０と、ポリゴンミラー８０と、結像光学系９０を有する。光走査装置２２１は、偏向前光学系７０に、光源４１、光束変換レンズ４２と、アパーチャ４３と、シリンドリカルレンズ４４を有し、これらは図１で説明したそれぞれの構成に対応する。
【０１０３】
図９において、光走査装置２２１は、ポリゴンミラー８０への入射ビームの主光線ＯＩと、結像光学系９０の光軸ＯＲとをそれぞれ走査平面に投影したそれぞれの成す角度αは４６．４２°である。また、図１０において、ポリゴンミラー８０への入射ビームと走査平面との成す角度δは０°である。
【０１０４】
結像レンズ９１の入射面及び出射面の形状は、上記式（２）に従い、それぞれの計数は表２に示す。
【０１０５】
【表２】
2005024958.tif 000006
結像レンズ９１の材質はアクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ）であり、屈折率ｎは１．４８３９８７である。光軸でのデフォーカス方向の肉厚は１５ｍｍである。ポリゴンミラー８０は、内接円直径２５ｍｍの正１２面体である。
【０１０６】
図１１は、光走査装置２２１が、入射面と出射面との非対称形状を有する結像レンズ９１を備えた場合と、入射面と出射面との対称形状を有する結像レンズを備えた場合との走査位置と収束角度との関係を示した図である。
【０１０７】
なお、図１１（ａ）が非対称形状の結像レンズを有する場合であり、図１１（ｂ）が対称形状の結像レンズ９１を有する場合である。
【０１０８】
図１１に示すように、非対称形状の結像レンズ９１を有する場合の方が、対称形状の結像レンズを有する場合よりも、走査位置の幅広い領域において、収束角度が一定である。
【０１０９】
図１２は、光走査装置２２１が、入射面と出射面との非対称形状を有する結像レンズ９１を備えた場合と、入射面と出射面との対称形状を有する結像レンズを備えた場合との走査位置とレーザビーム径との関係を示した図である。
【０１１０】
なお、図１２（ａ）が非対称形状の結像レンズを有する場合であり、図１２（ｂ）が対称形状の結像レンズ９１を有する場合である。
【０１１１】
図１２に示すように、非対称形状の結像レンズ９１を有する場合の方が、対称形状の結像レンズを有する場合よりも、走査位置の幅広い領域において、レーザビーム径が一定である。
【０１１２】
図１３は、光走査装置２２１が、入射面と出射面との非対称形状を有する結像レンズ９１を備えた場合と、入射面と出射面との対称形状を有する結像レンズを備えた場合とのポリゴンミラー回転角度と走査位置の線形性（いわゆるｆθ特性）の関係を示した図である。図１３において、縦軸は、ポリゴンミラーの回転角度と走査位置に線形性がある場合の走査位置（目標位置）と設計値とのずれ量を示す。
【０１１３】
なお、図１３（ａ）が非対称形状の結像レンズ９１を有する場合であり、図１３（ｂ）が対称形状の結像レンズを有する場合である。
【０１１４】
図１３に示すように、非対称形状の結像レンズ９１を有する場合の方が、対称形状の結像レンズを有する場合よりも、各走査位置で最良の形状にしているため、ｆθ特性は左右対称になりバランスよく補正される。
【０１１５】
図９における結像レンズ９１の形状について、上記式（２）中のｍが奇数の場合の係数を０にして、結像レンズ９１を主走査方向に０．３２ｍｍずらしたところ、レーザビーム径ばらつきは低減し、かつ、ｆθ特性をはじめとした諸光学特性が良好であった。
【０１１６】
このようにパワーを持つ光学部品を主走査方向にずらすことでも効果はある。また、結像レンズ９１の１面のみ偏心させるだけでも同様の効果がある。
【０１１７】
また、図９における結像レンズ９１の形状について、上記式（２）中のｍが奇数の場合の係数を０にして、結像レンズ９１を副走査軸周りに０．２３°傾けたところレーザビーム径ばらつきは低減し、かつ、ｆθ特性をはじめとした諸光学特性が良好であった。
【０１１８】
このようにパワーを持つ光学部品を副走査軸周りに回転させることでも効果はある。また、結像レンズ９１の１面のみ回転させるだけでも同様の効果がある。
【０１１９】
更に、上述した結像レンズ９１の１面のみ偏心と回転を同時にするとより効果がある。また、副走査軸周りのみではなく、主走査軸周り、光軸周りの回転も組み合せると更に効果がある。
【０１２０】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、上述した結像光学系に設置する結像素子の変形例について図１７を参照して説明する。
【０１２１】
第１の実施形態では、結像レンズを用いた場合について説明したが、第２の実施形態では、ポリゴンミラー５０の反射面が反射したレーザビームを反射する第１のミラー１９１、及び、第１のミラー１９１からのレーザビームを更に反射して感光体ドラム２３に結像させる第２のミラー１９２を備える場合である。
【０１２２】
図１７において、ポリゴンミラー５０の任意の反射面で反射されたレーザビームは、第１ミラー１９１により、副走査方向に発散性が与えられ、第２ミラー１９２により、副走査方向に集束性が与えられて、感光体ドラム２３の所定の位置に、概ね直線上に結像される。
【０１２３】
なお、水平同期センサー１９３は、主走査方向において、ビーム径のばらつきが大きな走査位置を中心とした「＋」側（上流側）に設けられている。なお、図１７（Ａ）に示した水平同期センサー（書き出し位置検出用センサー）１９３がＦナンバーが小さくなる位置すなわち走査位置で中心よりも「＋」側（感光体ドラム２３上の第１の方向の走査端のうち、レーザビームの断面ビーム径が大きくなる側の端部（上流側））に配置されることで、画像の断面ビーム径のばらつきを低減させることができる（ビーム径がばらつく走査位置の領域を水平同期センサーに割り当てるビーム径の変動の影響が画像にでることが抑止できる）また、水平同期センサー１９３にはビーム径の大きな状態のレーザビームＬが入射されるので、水平同期が検知できなくなるような不都合も解消される。
【０１２４】
換言すると、水平同期センサー１９３は、ポリゴンミラー５０の個々の反射面へ入射する光の主光線と第２のミラー１９２の光軸とを走査平面に投影して得られる角度をαとするとき、α≠０を満たす位置に位置されている。なお、この水平同期センサー１９３には第２のミラー１９２によりレーザビームＬに与えられた所定の集束性がそのまま保持されて入射される。すなわち、水平同期センサー１９３には第２のミラー１９２から感光体ドラムに向けられるレーザビームに特別な結像と区政が与えられることなく案内される。
【０１２５】
図１７（Ａ）から明らかなように、レーザビームは、第２のミラー１９２により主走査方向に関しては感光体ドラム上で例えば−１６０ｍｍ〜１６０ｍｍの走査幅になるように走査される。
【０１２６】
第１のミラー１９１の反射面の形状は
【数３】
2005024958.tif 000007
で表される。
【０１２７】
また、第１のミラー１９１の主走査方向のパワーは負（形状としては凸）、第２のミラー１９２の主走査方向のパワーは正（形状としては凹）である。また第２のミラー１９２も同様な式で表すことが可能である。
【０１２８】
このように、図１７に示した２枚のミラーからなる光走査装置においても、水平同期センサ１９３をＦナンバーが小さくなる位置すなわち走査位置で中心よりも「＋」側（上流側）に配置することで、画像領域でのビーム径ばらつきを低減させることができる（ビーム径がばらつき走査位置の領域を水平同期センサに割り当てることで、ビーム径の変動の影響が画像にでることが抑止できる）。なお、水平同期センサー１９３には、ビーム径の大きな状態のレーザビームＬが入射されるので、水平同期が検知できなくなるような不都合も解消される。
【０１２９】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、光源手段のＡＰＣの制御時間を確保した上で、主走査方向の走査位置に応じたビーム径のばらつきを低減することができ、高画質化を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光走査装置２１の構成を主走査方向から見た概略平面図である。
【図２】光走査装置２１の構成を副走査方向から見た概略平面図である。
【図３】結像レンズによるレーザビームの反射を説明する説明図である。
【図４】ポリゴンミラーからの反射ビーム径のばらつきを説明する原理説明図である。
【図５】結像レンズの入射面の凸形状及び凹形状である場合のビーム径の変化を説明する説明図である。
【図６】光走査装置２１において、入射面と出射面とが、非対称形状の結像レンズを備えた場合と対称形状の結像レンズを備えた場合とでの走査位置と収束角度との関係を示した図である。
【図７】光走査装置２１において、入射面と出射面とが、非対称形状の結像レンズを備えた場合と対称形状の結像レンズを備えた場合とでの走査位置とレーザビーム径との関係を示した図である。
【図８】光走査装置２１において、入射面と出射面とが、非対称形状の結像レンズを備えた場合と対称形状の結像レンズを備えた場合とでのｆθ特性を示した図である。
【図９】光走査装置２１の構成を主走査方向から見た概略平面図である。
【図１０】光走査装置２１の構成を副走査方向から見た概略平面図である。
【図１１】光走査装置２２１において、入射面と出射面とが、非対称形状の結像レンズを備えた場合と対称形状の結像レンズを備えた場合とでの走査位置と収束角度との関係を示した図である。
【図１２】光走査装置２２１において、入射面と出射面とが、非対称形状の結像レンズを備えた場合と対称形状の結像レンズを備えた場合とでの走査位置とレーザビーム径との関係を示した図である。
【図１３】光走査装置２２１において、入射面と出射面とが、非対称形状の結像レンズを備えた場合と対称形状の結像レンズを備えた場合とでのｆθ特性を示した図である。
【図１４】ポリゴンミラー５０と感光体ドラム２３との間に結像レンズ６１を設置しないで感光体ドラム２３に走査させた場合と、走査位置の目標位置（理想位置）とを比較した図である。
【図１５】光走査装置２１０の構成を主走査方向から見た概略平面図である。
【図１６】光走査装置２１０の構成を副走査方向から見た概略平面図である。
【図１７】第２の実施形態に係る光走査装置の構成図である。
【符号の説明】
２１…光走査装置、４０…偏向前光学系、４１…半導体レーザ素子（光源）、
４２…光束変換レンズ、４３…アパーチャ、４４…シリンドリカルレンズ、
４５…ミラー、５０…ポリゴンミラー、６０…結像光学系、６１…結像レンズ、
２３…感光体ドラム。
【図１】
2005024958.tif 000008
【図２】
2005024958.tif 000009
【図３】
2005024958.tif 000010
【図４】
2005024958.tif 000011
【図５】
2005024958.tif 000012
【図６】
2005024958.tif 000013
【図７】
2005024958.tif 000014
【図８】
2005024958.tif 000015
【図９】
2005024958.tif 000016
【図１０】
2005024958.tif 000017
【図１１】
2005024958.tif 000018
【図１２】
2005024958.tif 000019
【図１３】
2005024958.tif 000020
【図１４】
2005024958.tif 000021
【図１５】
2005024958.tif 000022
【図１６】
2005024958.tif 000023
【図１７】
2005024958.tif 000024