(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光ビームに対して所定の光学特性を与える第１の光学部材と、この第１の光学部材によって所定の光学特性が与えられた光ビームを第１の方向に集束させる第２の光学部材と、第１の方向に沿った回転軸を回転中心として回転可能に形成された反射面を有し、この反射面を第１の方向と直交する第２の方向に回転させることで光ビームを走査する走査手段と、この走査手段で走査された光ビームを通過させて走査対象物に結像させる結像手段と、前記走査手段により第２の方向に走査された光ビームの位置を特定するために光ビームを検出する光検出器と、を有する光学装置において、
前記第１の光学部材は、第１の方向および第２の方向のそれぞれに概ね等しいパワーを持つ第１のレンズを含み、
前記第２の光学部材は、ガラスシリンドリカルレンズとプラスチックシリンドリカルレンズが一体化されたレンズであって、前記第１のレンズを通過した光ビームの第１の方向にのみ収束性を与える第２のレンズと、第１の方向および第２の方向のそれぞれと直交する第３の方向から見た状態で所定形状となる開口を有し、第１および第２のレンズの間に、第１のレンズを通過した光ビームが第２のレンズにより収束性が与えられる方向である第２の方向と直交する第１の方向に関して非対称、かつ前記走査手段により光ビームが走査される際の走査開始端からの距離が大きくなる側において、通過光量が大きくなるよう配置され、第２のレンズに向かう光ビームの光強度を任意の割合に設定する光量設定部材とを有し、前記第１の光学部材からの光ビームを、第２のレンズにおいて、第２の方向の概ね中央付近を通過させるとともに前記第２の光学部材を出射する光ビームに対して、前記走査手段の反射面でのビーム径が、反射面よりも小さくなるよう光ビームのビーム径を制御し、
前記光検出器は、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射されることで、走査対象物に静電潜像が形成される画像領域以外の領域で光ビームを検出するように設けられ、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射された光ビームを検出することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
光源から出射された光ビームに対して所定の光学特性を与える第１の光学部材と、この第１の光学部材によって所定の光学特性が与えられた光ビームを第１の方向に集束させる第２の光学部材と、第１の方向に沿った回転軸を回転中心として回転可能に形成された反射面を有し、この反射面を第１の方向と直交する第２の方向に回転させることで光ビームを走査する走査手段と、この走査手段で走査された光ビームを通過させて走査対象物に結像させる結像手段と、前記走査手段により第２の方向に走査された光ビームの位置を特定するために光ビームを検出する光検出器と、を有する光学装置において、
前記第１の光学部材は、第１の方向および第２の方向のそれぞれに概ね等しいパワーを持つ第１のレンズを含み、
前記第２の光学部材は、第１のレンズを通過した光ビームの第１の方向にのみ収束性を与える第２のレンズと、第１および第２のレンズの間に、第１のレンズを通過した光ビームが第２のレンズにより収束性が与えられる方向である第２の方向と直交する第１の方向に関して非対称、かつ前記走査手段により光ビームが走査される際の走査開始端からの距離が大きくなる側において、通過光量が大きくなるよう配置され、第２のレンズに向かう光ビームの光強度を任意の割合に設定する光量設定部材と、を有し、前記第１の光学部材からの光ビームを、第２のレンズにおいて、第２の方向の概ね中央付近を通過させるとともに前記第２の光学部材を出射する光ビームに対して、前記走査手段の反射面でのビーム径が、反射面よりも小さくなるよう光ビームのビーム径を制御し、
前記光検出器は、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射されることで、走査対象物に静電潜像が形成される画像領域以外の領域で光ビームを検出するように設けられ、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射された光ビームを検出することを特徴とする光学装置。
【請求項３】
光源から出射された光ビームに対して所定の光学特性を与える第１の光学部材と、この第１の光学部材によって所定の光学特性が与えられた光ビームを第１の方向に集束させる第２の光学部材と、第１の方向に沿った回転軸を回転中心として回転可能に形成された反射面を有し、この反射面を第１の方向と直交する第２の方向に回転させることで光ビームを走査する走査手段と、この走査手段で走査された光ビームを通過させて走査対象物に結像させる結像手段と、前記走査手段により第２の方向に走査された光ビームの位置を特定するために光ビームを検出する光検出器と、を有する光学装置において、
前記第１の光学部材は、第１の方向および第２の方向のそれぞれに概ね等しいパワーを持つ第１のレンズを含み、
前記第２の光学部材は、ガラス製のシリンドリカルレンズとプラスチック製のシリンドリカルレンズとが一体に形成された複合レンズであって、前記第１のレンズを通過した光ビームの第１の方向にのみ収束性を与える第２のレンズと、第１の方向および第２の方向のそれぞれと直交する第３の方向から見た状態で所定形状となる開口を有し、第１および第２のレンズの間に、第１のレンズを通過した光ビームが第２のレンズにより収束性が与えられる方向である第２の方向と直交する第１の方向に関して非対称、かつ前記走査手段により光ビームが走査される際の走査開始端からの距離が大きくなる側において、通過光量が大きくなるよう配置され、第２のレンズに向かう光ビームの光強度を任意の割合に設定する光量設定部材と、を含み、第１のレンズを通過した光ビームが収束される方向である第２の方向に関し、光ビームが同方向の中央付近を通過し、前記第２の光学部材を出射する光ビームに対して、前記走査手段の反射面でのビーム径が、反射面よりも小さくなるよう光ビームのビーム径を制御し、
前記光検出器は、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射されることで、走査対象物に静電潜像が形成される画像領域以外の領域で光ビームを検出するように設けられ、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射された光ビームを検出することを特徴とする光学装置。
【請求項４】
前記第２の光学手段の前記第２のレンズの前記プラスチックレンズは、前記光源側に位置されることを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記第２の光学手段の前記第２のレンズは、前記光源側にプラスチック製のレンズが一体化されていることを特徴とする請求項２記載の光学装置。
【請求項６】
前記光量設定部材は、前記走査手段が走査する光ビームの走査端においてケラレが発生している場合、ケラレ量の大きい側について開口部が小さくなるように位置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
前記光検出器は、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面において反射される光ビームに合わせた受光感度を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ビームを用いて静電像を形成し、その静電像を現像して可視像を得る画像形成装置であるレーザプリンタ装置およびデジタル複写装置等に利用可能な、光ビームを露光走査する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光ビームを用いて静電像を形成し、その静電像を現像して可視像を得る画像形成装置であるレーザプリンタ装置およびデジタル複写装置等に利用可能な、光ビームを露光走査する光学装置としては、画像データに対応する光ビームを放射する半導体レーザ素子、半導体レーザ素子から放射された光ビームの断面ビーム径を所定の大きさおよび形状に絞り込む第１のレンズ群、第１のレンズ群により所定の大きさおよび形状に絞り込まれた光ビームを可視像を保持する記録媒体が搬送される方向と直交する方向に連続的に反射して偏向する偏向装置および偏向装置により偏向された光ビームを記録媒体の所定位置に結像させる第２のレンズ群などを有している。
【０００３】
上述した光学装置においては、第１のレンズ群は、例えば半導体レーザ素子の近傍に位置されたコリメートレンズおよびコリメートレンズを通過した平行な光ビームに所定の断面ビーム径および形状を与えるシリンドリカルレンズ等からなる。
【０００４】
また、第２のレンズ群は、偏向装置により所定の方向に連続して反射される光ビームに関し、偏向角に対して異なる収束性を与えるとともに、連続して反射されることにより定義される偏向方向と直交する方向において、結像位置のビーム径を最適な大きさに設定する２枚のレンズを含む。
【０００５】
なお、第１および第２のレンズ群には、同一の材質のレンズが用いられることで、第１のレンズ群に用いられる全てのレンズの材質がガラスで第２のレンズ群に用いられる全てのレンズの材質がプラスチック、例えばＰＭＭＡである場合に、温度が０°Ｃから５０°Ｃの間で変化すると、屈折率ｎが、１．４８７６から１．４７８９まで変化することにより第２のレンズ群を通過された光ビームが実際に集光される結像位置が±１２ｍｍ程度変動する光学装置に比較して、温度の変化による屈折率ｎの変動に伴って発生する結像位置の変動を、±０．５ｍｍ程度に抑えることのできるレンズが組み込まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した光学装置においては、偏向装置により生じる振動あるいは騒音を低減するとともに偏向装置を構成するモータおよびポリゴンミラーに要求されるコストを低減するために、ポリゴンミラーの直径およびポリゴンミラーの各反射面の大きさ（長さ）を小さく（短く）する方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、ポリゴンミラーの各反射面の大きさ（長さ）を小さく（短く）することにより、各反射面の接続部分あるいはその近傍で反射される光ビームも画像形成に寄与することになるため、画像形成ユニット内の感光体ドラムに照射される際の光ビームの断面ビーム径が変動する問題がある。
【０００８】
また、上述したように、第１のレンズ群と第２のレンズ群のそれぞれに同一の材質のレンズを組み込むために、多くの場合、シリンドリカルレンズに、プラスチックレンズとガラスレンズを組み合わせた複合レンズを用いる方法が提案されているが、例えばガラスレンズのレンズ面にプラスチックレンズを一体成形する方法を用いた場合、プラスチックレンズの成形誤差が大きく、均一な光学特性が得られない問題がある。
【０００９】
この発明の目的は、光ビームを用いて静電像を形成し、その静電像を現像して可視像を得る画像形成装置であるレーザプリンタ装置およびデジタル複写装置等に利用可能な、光ビームを露光走査する光学装置において、光ビームを偏向走査する偏向装置のポリゴンミラーの直径およびポリゴンミラーの各反射面の大きさ（長さ）を小さく（短く）でき、しかもレンズ面の形状誤差の管理幅が広くレンズコストを低減可能な光学装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した問題点に基づきなされたもので、光源から出射された光ビームに対して所定の光学特性を与える第１の光学部材と、この第１の光学部材によって所定の光学特性が与えられた光ビームを第１の方向に集束させる第２の光学部材と、第１の方向に沿った回転軸を回転中心として回転可能に形成された反射面を有し、この反射面を第１の方向と直交する第２の方向に回転させることで光ビームを走査する走査手段と、この走査手段で走査された光ビームを通過させて走査対象物に結像させる結像手段と、前記走査手段により第２の方向に走査された光ビームの位置を特定するために光ビームを検出する光検出器と、を有する光学装置において、前記第１の光学部材は、第１の方向および第２の方向のそれぞれに概ね等しいパワーを持つ第１のレンズを含み、前記第２の光学部材は、ガラスシリンドリカルレンズとプラスチックシリンドリカルレンズが一体化されたレンズであって、前記第１のレンズを通過した光ビームの第１の方向にのみ収束性を与える第２のレンズと、第１の方向および第２の方向のそれぞれと直交する第３の方向から見た状態で所定形状となる開口を有し、第１および第２のレンズの間に、第１のレンズを通過した光ビームが第２のレンズにより収束性が与えられる方向である第２の方向と直交する第１の方向に関して非対称、かつ前記走査手段により光ビームが走査される際の走査開始端からの距離が大きくなる側において、通過光量が大きくなるよう配置され、第２のレンズに向かう光ビームの光強度を任意の割合に設定する光量設定部材とを有し、前記第１の光学部材からの光ビームを、第２のレンズにおいて、第２の方向の概ね中央付近を通過させるとともに前記第２の光学部材を出射する光ビームに対して、前記走査手段の反射面でのビーム径が、反射面よりも小さくなるよう光ビームのビーム径を制御し、前記光検出器は、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射されることで、走査対象物に静電潜像が形成される画像領域以外の領域で光ビームを検出するように設けられ、前記走査手段の反射面の接続点及び隣接する反射面で反射された光ビームを検出することを特徴とする光学装置を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、この発明の実施の形態である光学装置を有する画像形成装置としてのデジタル複写機を示すものである。
【００１２】
図１に示されるように、デジタル複写装置１は、例えば画像読みとり手段としての１０と画像形成手段としてのプリンタ部２０を有している。
スキャナ部１０は、矢印の方向に移動可能に形成された第１キャリッジ１１、第１キャリッジ１１に従動して移動される第２キャリッジ１２、第２キャリッジ１２からの光に所定の結像特性を与える光学レンズ１３、光学レンズ１３により所定の結像特性が与えられた光を光電変換して電気信号を出力する光電変換素子１４、原稿Ｄを保持する原稿台１５、原稿台１５に原稿Ｄを押しつける原稿固定カバー１６等を有している。
【００１３】
第１キャリッジ１１には、原稿Ｄを照明する光源１７、光源１７が放射する光で照明されて原稿Ｄから反射された反射光を、第２キャリッジ１２に向けて反射するミラー１８ａが設けられている。
【００１４】
第２キャリッジ１２には、第１キャリッジ１１のミラー１８ａから伝達された光を９０゜折り曲げるミラー１８ｂ、ミラー１８ｂで折り曲げられた光をさらに９０゜折り曲げるミラー１８ｃを有している。
【００１５】
原稿台１５に載置された原稿Ｄは、光源１７によって照明され、画像の有無に対応する光の明暗が分布する反射光を反射する。この原稿Ｄの反射光は、原稿Ｄの画像情報として、ミラー１８ａ，１８ｂおよび１８ｃを経由して、光学レンズ１３に入射される。
【００１６】
光学レンズ１３に案内された原稿Ｄからの反射光は、光学レンズ１３により、光電変換素子（ＣＣＤセンサ）１４の受光面に集光される。
以下、図示しない操作パネルまたは外部装置から画像形成の開始が入力されると、図示しないキャリッジ駆動用モータの駆動により第１キャリッジ１１と第２キャリッジ１２が原稿台１５に対して所定の位置関係となるよう定められているホーム位置に一旦移動されたのち、原稿台１５に沿って所定の速度で移動されることで、原稿Ｄの画像情報すなわち原稿Ｄから反射された画像光が、ミラー１８ａが延出されている方向すなわち主走査方向に沿った所定の幅で切り出されて、ミラー１８ｂに向けて反射されるとともに、ミラー１８ａが延出されている方向と直交する方向すなわち副走査方向に関してミラー１８ａにより切り出された幅を単位として、順次取り出され、原稿Ｄの全ての画像情報がＣＣＤセンサ１４に案内される。なお、ＣＣＤセンサ１４から出力される電気信号はアナログ信号であり、図示しないＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換されて、画像信号として図示しない画像メモリに、一時的に記憶される。
【００１７】
以上のようにして、原稿台１５上に載置された原稿Ｄの画像は、ＣＣＤセンサ１４により、ミラー１８ａが延出されている第１の方向に沿った１ラインごとに図示しない画像処理部において画像の濃淡を示す例えば８ビットのデジタル画像信号に変換される。
【００１８】
プリンタ部２０は、図２および図３を用いて後段に説明する露光装置としての光学装置２１および被画像形成媒体である記録用紙Ｐ上に画像形成が可能な電子写真方式の画像形成部２２を有している。
【００１９】
画像形成部２２は、図３を用いて説明するメインモータにより外周面が所定の速度で移動するよう回転され、光学装置２１からレーザビームＬが照射されることで画像データすなわち原稿Ｄの画像に対応する静電潜像が形成されるドラム状の感光体（以下、感光体ドラムと示す）２３、感光体ドラム２３の表面に所定極性の表面電位を与える帯電装置２４、感光体ドラム２３に光学装置により形成された静電潜像に可視化材としてのトナーを選択的に供給して現像する現像装置２５、現像装置２５により感光体ドラム２３の外周に形成されたトナー像に所定の電界を与えて記録用紙Ｐに転写する転写装置２６、転写装置でトナー像が転写された記録用紙Ｐおよび記録用紙Ｐと感光体ドラム２３との間のトナーを、感光体ドラム２３との静電吸着から解放して（感光体ドラム２３から）分離する分離装置２７および感光体ドラム２３の外周面に残った転写残りトナーを除去し、感光体ドラム２３の電位分布を帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態に戻すクリーニング装置２８等を有している。なお、帯電装置２４、現像装置２５、転写装置２６、分離装置２７およびクリーニング装置２８は、感光体ドラム２３が回転される矢印方向に沿って、順に配列されている。また、光学装置２１からのレーザビームＬは、帯電装置２４と現像装置２５と間の感光体ドラム２３上の所定位置Ｘに照射される。
【００２０】
スキャナ部１０で原稿Ｄから読み取られた画像信号は、図示しない画像処理部において、例えば輪郭補正あるいは中間調表示のための階調処理等の処理により印字信号に変換され、さらに光学装置２１の以下に説明する半導体レーザ素子から放射されるレーザビームの光強度を、帯電装置２４により所定の表面電位が与えられている感光体ドラム２３の外周に静電潜像を記録可能な強度と静電潜像を記録しない強度とのいづれかに変化させるためのレーザ変調信号に変換される。
【００２１】
光学装置２１の以下に示すそれぞれの半導本レーザ素子は、上述したレーザ変調信号に従って強度変調され、所定の画像データに対応して感光体ドラム２３の所定位置に静電潜像を記録するよう、発光する。この半導本レーザ素子からの光は、光学装置２１内の以下に説明する偏向装置によりスキャナ部１０の読み取りラインと同一の方向である第１の方向に偏向されて、感光体ドラム２３の外周上の所定位置Ｘに、照射される。
【００２２】
以下、感光体ドラム２３が所定速度で矢印方向に回転されることで、スキャナ部１０の第１キャリッジ１１および第２キャリッジ１２が原稿台７に沿って移動されると同様に、偏向装置により順次偏向される半導体レーザ素子からのレーザビームが１ライン毎に、感光体ドラム２３上の外周に所定間隔で露光される。
【００２３】
このようにして、感光体ドラム２３の外周上に、画像信号に応じた静電潜像が形成される。
感光体ドラム２３の外周に形成ざれた静電潜像は、現像装置２５からのトナーにより現像され、感光体ドラム２３の回転により転写装置２６と対向する位置に搬送され、用紙カセット２９から、給紙ローラ３０および分離ローラ３１により１枚取り出され、アライニングローラ３２でタイミングが整合されて供給される記録用紙Ｐ上に、転写装置２６からの電界によって転写される。
【００２４】
トナー像が転写された記録用紙Ｐは、分離装置２７によりトナーとともに分離され、搬送装置３３により定着装置３４に案内される。
定着装置３４に案内された記録用紙Ｐは、定着装置３４からの熱と圧力によりトナー（トナー像）が定着されたのち、排紙ローラ３５によりトレイ３６に排出される。
【００２５】
一方、転写装置２６によりトナー像（トナー）を記録用紙Ｐに転写させた後の感光体ドラム２３は、引き続く回転の結果、クリーニング装置２８と対向され、外周に残っている転写残りトナー（残留トナー）が除去されて、さらに帯電装置２４により表面電位が供給される以前の状態に初期状態に戻され、次の画像形成が可能となる。
【００２６】
以上のプロセスが繰り返されることで、連続した画像形成動作が可能となる。
このように、原稿台１５にセットされた原稿Ｄは、スキャナ部１０で画像情報が読み取られ、読み取られた画像情報がプリンタ部２０でトナー像に変換されて記録用紙Ｐに出力されることで、複写される。
【００２７】
図２は、図１に示した光学装置２１の内部構造を説明する概略図である。
図２に示されるように、光学装置２１は、
所定の波長のレーザビームＬを出射する半導体レーザ素子４１、
半導体レーザ素子４１から出射されたレーザビームＬの断面ビーム径すなわちビームスポットの大きさを所定の大きさに整えるコリメートレンズ４２、
コリメートレンズ４２を通過されたレーザビームＬを、以下に説明する光偏向装置により偏向走査される走査方向および偏向走査される方向と直交する副走査方向のそれぞれに関して所定の断面ビーム径に収束するシリンドリカルレンズ４３、
シリンドリカルレンズ４３とコリメートレンズ４２の間に配置され、シリンドリカルレンズ４３を経由して所定の収束性が与えられるレーザビームＬのビーム断面に所定の特性を与える絞り４４、
回転可能に形成された複数の反射面を有するポリゴンミラーとポリゴンミラーを回転するポリゴンモータ４５Ａを含み、ポリゴンミラーを回転させながらシリンドリカルレンズ４３により所定の収束性が与えられたレーザビームＬを感光体ドラム２３に向けて連続的に反射することで偏向（走査）する光偏向装置４５、
光偏向装置４５と感光体ドラム２３の間に配置され、光偏向装置４５により感光体ドラム２３とレーザビームＬとのなす角θが、ポリゴンミラーが回転される方向すなわち走査方向に関して連続的に変化されながら感光体ドラム２３の外周面の所定位置すなわち図１に示した露光位置Ｘにおいて感光体ドラム２３の長手（軸線）方向の一端から他の一端に照射されるレーザビームＬを、感光体ドラム２３上のどの位置においても所定のビームスポットサイズとなるよう、ポリゴンミラーが回転される角度θと焦点距離が所定の関数となるような収束性を提供可能な第１および第２の結像レンズ５１および５２を含む結像光学系５０、および
結像光学系５０を通ったレーザビームＬが感光体ドラム２３の露光位置Ｘを感光体ドラム２３の軸線（長手）方向に延長した位置である等価露光位置上に配置され、結像光学系５０を通ったレーザビームＬの一部を受光して光電変換して、水平同期信号を発生するためのタイミングを検出する水平同期用光検出器５３、
等を有している。
【００２８】
なお、第１および第２の結像レンズ５１，５２と感光体ドラム２３との間には、必要に応じて、光学装置２１の平面的な大きさを低減することのできるミラーが配列されてもよい。
【００２９】
図３は、図２に示した、光学装置２１を用いた複写装置１の駆動回路の一例を示す概略ブロック図である。
主制御装置としてのＣＰＵ１０１には、所定の動作規則やイニシャルデータが記憶されているＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１０２、入力された制御データを一時的に記憶するＲＡＭ１０３、ＣＣＤセンサ１４からの画像データまたは外部装置から供給される画像データを保持するとともに、以下に示す画像処理回路に対して画像データを出力する共有（画像）ＲＡＭ１０４、バッテリバックアップにより、複写装置１への通電が遮断された場合であってもそれまでに記憶されたデータを保持するＮＶＭ（不揮発性メモリ）１０５、および画像ＲＡＭ１０４に記憶されている画像データに所定の画像処理を付加して、以下に説明するレーザドライバに出力する画像処理装置１０６等が接続されている。
【００３０】
ＣＰＵ１０１にはまた、光学装置２１の半導体レーザ素子４１を駆動するレーザドライバ１２１、光偏向装置４５のポリゴンミラーを回転するポリゴンモータ４５Ａを駆動するポリゴンモータドライバ１２２および感光体ドラム２３と付随する用紙の搬送機構等、を回転するメインモータ２３Ａを駆動するメインモータドライバ１２３等が接続されている。
【００３１】
以下に、露光動作について簡単に説明する。
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０１に保持されているプログラムに基づいて、ポリゴンモータドライバ１２２およびメインモータドライバ１２３へ所定の駆動信号、すなわちポリゴンモータドライバ１２２へは、ポリゴンモータの回転を制御するＰＭＣＬＫ信号およびポリゴンモータの回転を起動し、または停止するＰＭＯＮ信号を、メインモータドライバ１２３へは、感光体ドラム２３の回転数を制御する基準クロックＭＭＣＬＫ信号およびモータ２３ＡをＯＮ／ＯＦＦ制御するＭＭＯＮ信号を、それぞれ、送出する。
【００３２】
一方、半導体レーザ素子４１は、ＣＰＵ１０１によりレーザドライバ１２１へ出力されるレーザ駆動信号に対応してレーザドライバ１２１からレーザ素子４１に供給されるレーザ駆動電流に応じて、所定のタイミングで、所定強度のレーザビームＬを出射する。なお、レーザドライバ１２１には、画像処理回路１０６において例えばビットマップに展開された画像情報に基づいて任意の位置でレーザビームの強度を感光体ドラム２３が静電潜像を形成しない程度まで低減するための図示しない変調信号も重畳される。従って、光偏向装置４５のポリゴンミラーにより走査されて感光体ドラム２３の軸方向に照射されるレーザビームにより、画像情報の有無に対応する静電潜像が形成される。
【００３３】
図４は、図２に示した光学装置２１のうちの光偏向装置４５のポリゴンミラーと半導体レーザ素子４１との間に配置される光学素子すなわち偏向前光学系４０におけるコリメートレンズ４２、絞り４４およびシリンドリカルレンズ４３を通過するレーザビームＬの状態を説明する概略図である。なお、図４は、レーザビームＬを、光偏向装置４５のポリゴンミラーによりレーザビームＬが偏向される（ポリゴンミラーが回転することにより走査される）方向と直交する副走査方向断面を示している。
【００３４】
図４に示されるように、レーザ素子４１を出射されたレーザビームＬは、コリメートレンズ４２により、少なくとも副走査方向に関して平行な平行ビームに変換される。なお、図２を用いて既に説明したように、レーザビームＬは、ポリゴンミラーが回転される方向である走査方向に関しても概ね平行な平行ビームに変換される。
【００３５】
コリメートレンズ４２を通過したレーザビームＬは、レーザビームＬの中心に対して副走査方向の中心がオフセットされている絞り（光量設定部材）４４を通ってシリンドリカルレンズ４３に入射される。なお、絞り４４の開口の形状は、感光体ドラム２３にレーザビームＬが結像される際に要求されるビーム断面形状を提供可能な、所定の形状であって、例えば図５（ａ）または図５（ｂ）のいづれかに示すように、走査方向の中心に対して非対称な楕円形または、走査方向の中心に対して非対称な矩形に設定される。また、絞り４４がオフセットされる際に通過光量が大きくなるよう設定される側は、以下に説明する光偏向装置のポリゴンミラーによりレーザビームＬが偏向走査される際に、走査開始端からの距離が大きくなる側に一致されている。
【００３６】
すなわち、光偏向装置による偏向走査に関連して、レーザビームの断面ビーム径が変動する場合、絞り４４の開口部の面積を少なくすることで、断面ビーム径の変動を抑えることができる。しかしながら、絞り４４の開口部の面積を少なくすることにより、感光体ドラム２３に到達するレーザビームの断面ビーム径が増大することが知られている。このため、図２を用いて示されるように光偏向装置４５のポリゴンミラーの反射点とポリゴンミラーにより反射されて感光体ドラム２３の軸方向の端部（２カ所）に到達されるレーザビームのそれぞれに関し、ポリゴンミラー面上で、ケラレが発生している場合、ケラレ量の大きい側の絞り開口部を小さく、ケラレ量の小さい側の絞りの開口部を大きく設定することで、主走査端でのビーム径の増大を防ぎ、且つビーム径が均一に大きくならなくなる。感光体ドラム走査端部を走査する際に、ポリゴンミラー面上で、ケラレが発生していない場合でも、ポリゴンミラー面上で、反射面端面側のビームの最外角光と反射面端面の距離が大きい側を、絞り開口部を大きく、距離が小さい側を、絞り開口部を小さくしてもよい。
【００３７】
シリンドリカルレンズ４３は、ガラスシリンドリカルレンズ４３ｇの半導体レーザ素子４１に面する側にプラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐが接合されて一体化された複合レンズである。なお、プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐの材質は、結像光学系５０の第１および第２のレンズ５１、５２のそれぞれと同一の材質で形成されている。これにより、光学装置２１（複写装置２）が設置される位置で温度および湿度が変動した場合であっても、レーザビームＬの断面ビーム径の変動は、最小に制御される。また、シリンドリカルレンズ４３のガラスシリンドリカルレンズ４３ｇは、副走査方向に凸に形成され、プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐは、副走査方向に凹に形成されている。このため、プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐの肉厚は、副走査方向の中央付近で最小となり、（副走査方向の）両端部で最大となる。また、プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐは、コストの低い成形加工で加工される。従って、プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐに生じることのある形状誤差は、通常、副走査方向に関し、図１０に示すような、Ｗ型になることが知られている。
【００３８】
次に、光偏向装置４５のポリゴンミラーの直径およびポリゴンミラーの複数の反射面のそれぞれの走査方向長さと結像光学系５０を通るレーザビームＬの関係について説明する。
【００３９】
図６は、光偏向装置４５のポリゴンミラー４５ａの直径とシリンドリカルレンズ４３を通過したレーザビームＬが反射される状態とを示す概略図である。
図６（ａ）は、一例として反射面が６面で、その反射面の接続点と外接する円の直径を６６ｍｍとしたポリゴンミラー４５ａによりレーザビームＬが反射される状態を、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したと同様に反射面を６面とし、その反射面の接続点と外接する円の直径を４０ｍｍとしたポリゴンミラー４５ａによりレーザビームＬが反射される状態を、それぞれ模式的に示している。
【００４０】
図６（ｂ）に示されるように、レーザビームＬの断面ビーム径、光路あるいはポリゴンミラー４５ａに向かう角度等を同一とした場合、ポリゴンミラー４５ａの各反射面における走査方向の大きさ（長さ）が小さく（短く）なることにより、各接続点および隣接する反射面において反射されたレーザビームＬも結像光学系５０に案内されることになる。この場合、各反射面の接続点および隣接する反射面で反射されたレーザビームＬは、各反射面の接続点および隣接する反射面でのケラレにより、結像光学系５０には入射するものの、断面ビーム径は大きく変化され、光強度も低下されることになる。
【００４１】
このように、反射面の接続点および隣接する反射面で反射されたレーザビームＬは、上述したように、ケラレにより、光強度が低下されるとともにビーム径が変化されることで、感光体ドラム２３に静電潜像を提供可能な状態を逸脱する。しかしながら、図２に示した位置に配置されている水平同期検出用光検出器５３に対して、水平同期信号に利用されるタイミングを提供することは可能である。
【００４２】
この場合、水平同期検出用光検出器５３の受光感度は、ポリゴンミラー４５ａによるケラレに起因して拡散している状態のレーザビームＬの光強度および断面ビーム径に合わせて最適化される。なお、例えばケラレによるビーム径の変化は、図７および図８に示すように、計測によって容易に求められる。
【００４３】
図７および図８は、光偏向装置４５のポリゴンミラー４５ａの反射面を６面とし、感光体ドラム２３の有効長さをＡ４サイズの用紙の長手方向長さ（２９７ｍｍ）を許容できるように設定し、結像光学系５０の第１および第２の結像レンズ５１，５２を通過したレーザビームＬの断面ビーム径を、感光体ドラム２３に相当する位置で計測した結果を示している。
【００４４】
図７から明らかなように、走査方向の一端部においては、断面ビーム径が急激に増大することが認められる。その一方で、図８に示されるよう、本実施例の断面ビーム径の変動は、比較的少ない。
【００４５】
このことから、水平同期検出用光検出器５３は、走査方向の所定位置、例えば感光体ドラム２３上で−１６０ｍｍに対応する位置に配置し、画像領域を−１５０ｍｍから＋１４７ｍｍにすることで、光偏向装置４５のポリゴンミラー４５ａの各反射面の接続点によるケラレの影響を受けることなく、水平同期信号に利用されるレーザビームＬの入射タイミングを検出可能とし、且つ画像領域では、均一で小さいビーム径が得られ、良好な画像が得られる。
【００４６】
図９は、感光体ドラム２３の結像位置に対応する位置でのレーザビームＬの光強度の変動の程度を示す概略図である。
図９に示されるように、レーザビームＬの光強度は、走査方向に関連して、両端部、特に、ポリゴンミラー４５ａによりケラレが生じる−１５５ｍｍから外側の部分で低下することが認められる。しかしながら、上述したように、予め水平同期検出用光検出器５３の感度を最適に設定することで、水平同期信号として用いることのできるレーザビームＬの入射タイミングを検出可能となる。
【００４７】
以上説明したように、光偏向装置４５のポリゴンミラー４５ａの直径を小さくした場合であっても、図７ないし図９に示した特性に合わせて水平同期検出用光検出器５３の位置（図２に示した位置）および感度を最適に設定することで、各反射面の接続部でのケラレによりレーザビームＬのビーム径および光強度が変動したとしても、水平同期信号を得るためのレーザビームＬを検出可能である。すなわち、ポリゴンミラー４５ａを小型化できる。これにより、騒音および振動が低減される。また、ポリゴンミラー４５ａが小型化されることにより、ミラーを回転させるポリゴンミラーモータ４５Ａの大きさを小型化でき、また出力を低減できる。
【００４８】
ところで、図４に示したように、偏向前光学系４０においてシリンドリカルレンズ４３をレーザビームＬが通過する位置は、副走査方向において概ね中心に設定されている。以下、シリンドリカルレンズ４３を通過するレーザビームＬが副走査方向に関して、移動した場合について考察する。
【００４９】
図１０は、レーザビームＬが、図４に示したように、シリンドリカルレンズ４３の副走査方向の概ね中心を通過した場合に、シリンドリカルレンズ４３のプラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐの形状誤差とレーザビームＬの通過位置との関係を示すもので、プラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐの形状誤差が、図１０の曲線で示される場合に、レーザビームＬが斜線で示す副走査方向の概ね中央を通る場合には、形状誤差は、レーザビームＬに対して、副走査方向で概ね対象に、近似的に円弧に、寄与することになる。この場合、曲率半径が変わるのみの影響であり、シリンドリカルレンズを光線方向に移動して焦点調整すれば、収差の増大はなく、感光体ドラム２３の位置におけるビーム形状は、図１１に示すように、僅かにサイドローブが生じているのみである（図１２に比較のために示す設計値と遜色がない）ことが認められる。
【００５０】
一方、図１０に交差斜線で示すように、レーザビームＬの通過位置がプラスチックシリンドリカルレンズ４３ｐの中央と異なる位置である場合には、副走査方向でのレンズ面形状が非対称になるため、副走査方向ビーム形状におけるサイドローブの程度が図１３に示すように、大幅に増大することが認められる。
【００５１】
以上説明したように、副走査方向に形状誤差を伴うことの多い、プラスチック成形シリンドリカルレンズ４３ｐを含む偏向前光学系４０を用いる場合、レーザビームＬを、形状誤差が対称で近似的に円弧である領域すなわち副走査方向の中央付近を通過させることにより、シリンドリカルレンズの副走査方向の形状誤差の影響が感光体ドラム上の画像に悪影響を及ぼすことを防止できる。このことは、換言すると、シリンドリカルレンズのレンズ面の形状誤差の許容値をゆるめたとしても、レンズを通過するレーザビームＬの位置を最適化することで利用可能なレンズの管理幅を広げることとなり、成形マージンが広がりレンズのコストを低減できることを示している。なお、シリンドリカルレンズの形状誤差は、レンズの肉厚の変動率の小さい領域すなわちレンズの副走査方向の概ね中央付近で最小となることから、シリンドリカルレンズ４３を保持する図示しない保持部材に、例えば副走査方向に位置を調整可能な機構を設けることで、利用可能なレンズの管理幅を広げて部品コストを低減することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光学装置によれば、走査方向の中心に対して非対称な楕円形または矩形に設定される絞りにより、全走査領域でポリゴンミラー端面で、ビームがケラレの影響を受けることなく、均一で且つ小さなビーム径が得られる。これにより、感光体ドラムに案内された光ビームの断面ビーム径の変動が低減される。
【００５３】
また、水平同期検出用光検出器を、走査方向の所定位置、例えば感光体ドラムの軸方向の端部のうちの所定の位置で、ビーム径が増大する位置に配置することにより、画像中心領域では、光偏向装置のポリゴンミラーの各反射面の接続点によるケラレの影響を受けることなく、水平同期信号に利用されるレーザビームＬの入射タイミングを検出可能となる。従って、ポリゴンミラーの大きさを低減でき、コストも低く抑えることができる。
【００５４】
さらに、副走査方向に形状誤差を伴うことの多い、プラスチック成形シリンドリカルレンズを含む偏向前光学系を用いる場合、レーザビームＬを形状誤差が少なく、近似的に円弧の少ない領域すなわち副走査方向の中央付近を通過させることにより、シリンドリカルレンズの副走査方向の形状誤差の影響が感光体ドラム上の画像に悪影響を及ぼすことを防止できる。これにより、シリンドリカルレンズのレンズ面に必要なレンズ面の形状誤差の許容値をゆるめたとしても、レンズを通過するレーザビームＬの位置を最適化することで利用可能なレンズの管理幅を広げることとなり、レンズのコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態が適用されるデジタル複写装置（画像形成装置）を説明する概略図。
【図２】図１に示した複写装置に組み込まれる光学装置の一例を示す概略図。
【図３】図２に示した光学装置の制御ブロックを説明する概略ブロック図。
【図４】図２に示した光学装置のシリンドリカルレンズの断面方向でのレーザビームＬの通過位置を示す概略図。
【図５】図２に示した光学装置の絞りをレーザビームＬが進行する方向と直交する方向から見た状態を示す概略図。
【図６】図２に示した光学装置の光偏向装置のポリゴンミラーの直径とレーザビームの反射の状態を説明する概略図。
【図７】図２に示した光学装置の光偏向装置のポリゴンミラーの反射面を６面、外接円の直径を４０ｍｍとし、感光体ドラムの有効長さをＡ４サイズの用紙の長手方向長さを許容できるように設定したときの結像光学系の第１，第２の結像レンズを通過したレーザビームＬの走査方向の断面ビーム径を、感光体ドラムに相当する位置で計測した結果を示すグラフ。
【図８】図２に示した光学装置の光偏向装置のポリゴンミラーの反射面を６面、外接円の直径を４０ｍｍとし、感光体ドラムの有効長さをＡ４サイズの用紙の長手方向長さを許容できるように設定したときの結像光学系の第１，第２の結像レンズを通過したレーザビームＬの走査方向の断面ビーム径を、感光体ドラムに相当する位置で計測した結果を示すグラフ。
【図９】図２に示した光学装置において、図７および図８に示した断面ビーム径を提供可能な条件において、感光体ドラムの結像位置に対応する位置でのレーザビームＬの光強度の変動の程度を示すグラフ。
【図１０】図２に示した光学装置のシリンドリカルレンズのプラスチックシリンドリカルレンズの形状誤差とレーザビームＬの通過位置との関係を示すグラフ。
【図１１】図２に示した光学装置においてレーザビームＬがプラスチックシリンドリカルレンズの副走査方向の概ね中央を通過した際のビーム径の変動の程度を示すグラフ。
【図１２】図２に示した光学装置においてレーザビームＬがプラスチックシリンドリカルレンズの副走査方向の概ね中央を通過した際のビーム径の変動の程度であって、設計上の理論値を示すグラフ。
【図１３】図２に示した光学装置においてレーザビームＬがプラスチックシリンドリカルレンズの副走査方向の中央付近から所定距離の位置を通過した際のビーム径の変動の程度を示すグラフ。
【符号の説明】
１  ・・・デジタル複写装置、
１０  ・・・スキャナ部、
１１  ・・・第１キャリッジ、
１４  ・・・ＣＣＤセンサ、
２０  ・・・プリンタ部、
２１  ・・・光学装置、
２２  ・・・画像形成部、
２３  ・・・感光体ドラム、
２３Ａ・・・メインモータ、
３２  ・・・アライニングローラ、
４０  ・・・偏向前光学系、
４１  ・・・半導体レーザ素子、
４２  ・・・コリメートレンズ、
４３  ・・・シリンドリカルレンズ、
４４  ・・・絞り、
４５  ・・・光偏向装置、
４５Ａ・・・ポリゴンモータ、
５０  ・・・結像光学系、
５１  ・・・第１の結像レンズ、
５２  ・・・第２の結像レンズ、
５３  ・・・水平同期検出用光検出器、
１０１  ・・・ＣＰＵ、
１０２  ・・・ＲＯＭ、
１０３  ・・・ＲＡＭ、
１０４  ・・・共有（画像）メモリ、
１０５  ・・・ＮＶＭ（不揮発性メモリ）、
１０６  ・・・画像処理装置、
１１１  ・・・基準クロック発生回路、
１２１  ・・・レーザドライバ、
１２２  ・・・ポリゴンモータドライバ、
１２３  ・・・メインモータドライバ。
【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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