(57)【要約】【課題】レーザダイオードから感光体までのエネルギー伝達効率を改善すると共に、ＬＤの回転によるパワー変動を抑制し、高効率かつ高信頼性のレーザ走査特性を付与する。【解決手段】レーザ走査光学系は、レーザダイオード（ＬＤ）から発光した複数のビームをコリメータレンズで平行光とし、これをアパーチャで整形して感光体ドラム３上に同時に複数ラインの露光を行う。そして光学系の倍率から一義的に定められる必要な発光点間隔ｄを、使用するＬＤの発光点間隔に一致させるために、ＬＤをその主光軸面に対して角度θだけ回転させる。このとき、ＬＤから出射した光ビームのプロファイルのアスペクト比を変換する変換素子１２３を備える。変換素子１２３の変換特性は、光学系の特性に合わせて所定範囲の条件に合致するようにする。これにより、ＬＤが回転してもアパーチャにおける光ビームのプロファイルが最適化される。【選択図】図５
2007171851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、該半導体レーザから出射した複数の光ビームを平行光に変換するコリメータレンズと、像担持体上における光ビームのスポット径を規定するためのアパーチャと、を有し、該コリメータレンズから出射した光ビームを走査して像担持体上に複数ラインを同時露光するレーザ走査光学系において、
該レーザ走査光学系は、前記半導体レーザから出射した光ビームのプロファイルのアスペクト比を変換する変換素子を有し、該変換素子は複数の前記光ビームを変換し、前記主走査方向は前記走査光学系におけるビーム走査方向、前記副走査方向は前記主走査方向に直交する方向とする場合、
【数１】
2007171851.tif 000024
【数２】
2007171851.tif 000025
【数３】
2007171851.tif 000026
【数４】
2007171851.tif 000027
【数５】
2007171851.tif 000028
但し、Ａｍは、アパーチャの主走査方向の幅、
Ａｓは、アパーチャの副走査方向の幅、
ｍ⊥は、楕円形状の光ビームの長軸方向の径、
ｍ‖は、楕円形状の光ビームの短軸方向の径、
ｆＡは、コリメータレンズの焦点距離、
ｆＢは、バックフォーカスレンズの焦点距離、
ｆは、コリメータレンズの焦点距離、
α⊥は、半導体レーザの発光点の並びに対し垂直な方向の発散角、
α‖は、半導体レーザの発光点の並びに対し平行な方向の発散角、
βは、半導体レーザの発光点の配設間隔、
θ’は、半導体レーザの発光点の並び方向と主走査面とのなす回転角度、
Δ⊥は、半導体レーザの発光点の並びに対し垂直な方向に対応した変換素子の変換係数、
Δ‖は、半導体レーザの発光点の並びに対し平行な方向に対応した変換素子の変換係数、
Ｌは、副走査方向の露光ビームのラインピッチ、
前記主走査方向は前記走査光学系におけるビーム走査方向、
前記副走査方向は該主走査方向に直交する方向、
が成り立つことを特徴とするレーザ走査光学系。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ走査光学系において、前記コリメータレンズは、アナモフィック形状を備えることにより前記変換素子として機能し、前記半導体レーザから出射した光ビームのプロファイルのアスペクト比を変換するとともに、該光ビームを平行光に変換することを特徴とするレーザ走査光学系。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ走査光学系において、前記コリメータレンズは、前記像担持体上の副走査方向ピッチを調整するために、半導体レーザの傾き角θと同等の傾き角で調整されていることを特徴とするレーザ走査光学系。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ走査光学系において、前記変換素子は、前記コリメータレンズと前記半導体レーザの間の光路上に設けられていることを特徴とするレーザ走査光学系。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザ走査光学系において、前記変換素子は、前記コリメータレンズと前記アパーチャとの間の光路上に設けられていることを特徴とするレーザ走査光学系。
【請求項６】
請求項４または５に記載のレーザ走査光学系において、前記変換素子は、前記像担持体上の副走査方向ピッチを調整するために前記半導体レーザの傾き角と同等の傾き角で調整されていることを特徴とするレーザ走査光学系。
【請求項７】
請求項１に記載のレーザ走査光学系において、前記複数の光ビームは、複数の発光点を有する一つの半導体レーザ、または一つの発光点を有する複数の半導体レーザによる出射ビームであることを特徴とするレーザ走査光学系。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１に記載のレーザ走査光学系と、感光体とを備え、該レーザ走査光学系によって前記感光体に潜像を形成し、該潜像を顕像化することで画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ走査光学系、及び該光学系を用いた画像形成装置に関し、より詳細には、例えば、デジタル複合機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる光走査装置に適用されるレーザ走査光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル複写機、レーザプリンタ、あるいはファクシミリ等の画像形成装置が普及している。このような画像形成装置では、レーザビームを走査するレーザ走査光学系を備えた光走査装置が用いられる。画像形成装置で画像形成する場合は、像担持体である感光体ドラムを帯電装置で帯電した後、光走査装置によって画像情報に応じた書き込みを行って、感光体ドラムに静電潜像を形成する。そして現像装置から供給されるトナーによって、感光体ドラム上の静電潜像を顕像化する。そして感光体上で顕像化されたトナー像を転写装置によって記録用紙に転写し、さらに定着装置によって記録用紙に定着することで、所望の画像が得られるようになっている。
【０００３】
上記のような光走査装置を使用した画像形成装置においては、動作の高速化や情報処理の大容量化が要求される。このような要求を実現するために、例えば、ポリゴンミラーの回転速度や画素クロック周波数を増大させる構成を採用することが考えられる。
また画像形成速度を向上させるために、複数のレーザビーム（マルチビーム）を感光体ドラムに同時に照射して走査することにより、同時に複数走査線を露光できるようにした光走査装置が実用化されている。マルチビームで複数の走査線を同時に書き込むことにより、書き込み速度を速めることができる。
【０００４】
上記のようなポリゴンミラーの回転速度や画素クロック周波数は、現状では限界値近くに設定されているのが通例であり、これらの回転速度や画素クロック周波数をこれ以上増大させることは事実上困難である。
これに対して、上記のようなマルチビームにより複数のレーザビームを同時に感光体に照射する方式は、高解像度であっても高速に画像形成を行うことができるため信頼性が高く、特に高速仕様の画像形成装置にはこの方式が採用されている。
【０００５】
複数のレーザビームを使用して複数の走査線を同時に露光する光学系では、そのレーザ発光源として、複数の発光点を有する複数発光型のレーザダイオード（ＬＤ）が用いられる。例えば特許文献１には、マルチビームのＬＤ素子の一例が開示されている。ここでは、サファイア基板上の所定の高さに、そのサファイア基板と平行な４つの活性領域を最小１６μｍピッチで整列させた構成が開示されている。
【０００６】
一方、感光体上の副走査方向ラインピッチは、副走査方向解像度の整数倍に合わせる必要がある。上記のような複数発光型のＬＤを使用するとき、感光体上の副走査方向ラインピッチは、ＬＤの発光点の配設ピッチと、ＬＤから感光体までの副走査方向の倍率とにより一義的に定まる。
【０００７】
しかしながら、ＬＤから感光体までの副走査方向倍率は、その光走査装置が備える光学システムに従って定まるものであり、またＬＤの発光点の配設ピッチは半導体プロセスにより定まるものである。すなわち、上記のように感光体上の副走査方向のラインピッチを副走査方向解像度の整数倍に合わせようとするとき、光学システムに使用する素子や部材の仕様やそれらの配置構成に関わる制約、あるいは入手できるＬＤの仕様等に関わる制約から、必ずしも十分に満足できる構成が得られるとは限らない。
【特許文献１】特開２００３−６９１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
感光体上の副走査方向のラインピッチを副走査方向解像度の整数倍に合わせようとする要求に対し、複数発光型のＬＤを主走査面（すなわち主光軸面）に対し回転させ、ＬＤの発光点の配列方向を主走査面に対して傾いた状態に設定することで、感光体上の副走査方向のラインピッチを所望の値にする手法が知られている。
【０００９】
例えば、現在の一般的な画素密度（解像度）である６００ｄｐｉで画像形成を行う場合、その走査線間隔（副走査方向のラインピッチ）Ｄは４２.３μｍとなる。ここで例えば上記特許文献１に記載されたＬＤ素子を使用するとき、その発光点間隔は最小でも１６μｍである。したがってこのＬＤを用いて走査線間隔を合わせるためには走査光学系の副走査倍率４２.３／１６の整数倍に設定する必要があり、光学設計上大きな制約になるという問題が生じる。
このような場合に、ＬＤ素子をその主光軸面（主走査面）に対して角度θだけ回転させることにより、見かけ上の副走査方向の発光点ピッチを、上記必要とする発光点間隔ｄに一致させるようにしている。
【００１０】
光走査装置の走査光学系に適用するＬＤとしては、一般にコストや出力パワーの観点から端面発光型ＬＤが適用される。端面発光型ＬＤは、その構造から発光プロファイルが楕円形状になる。図１０は、端面発光型で一つの発光部１２１をもつレーザダイオード（ＬＤ）１０１から発光されるレーザビーム１２２の発光プロファイルを模式的に示す図である。端面発光型のＬＤ１０１は、その非点収差により縦長の発光部１２１に対して横長の発光プロファイルを有するレーザビーム１２２が出射する。このＬＤ１０１からのレーザの拡散角度は、一例として楕円プロファイルの長円方向が３０°で、短円方向が１１°である。
【００１１】
上記のような現象は、上記のような複数発光点型のＬＤでも同様に発現し、複数の発光ビームのプロファイルが楕円プロファイルとなる。図１１は、端面発光型で二つの発光部１２１をもつレーザダイオード（ＬＤ）１０１から発光されるレーザビーム１２２の発光プロファイルを模式的に示す図である。
上記のような複数発光型のＬＤ１０１を使用し、感光体上でのラインピッチを所望の値に合わせるためにそのＬＤ１０１をその光軸に対し回転させると、図１１に示すように、同時にその発光プロファイルも回転することになる。
【００１２】
発光部が一つの単発光点ＬＤを使用したレーザ走査光学系においては、通常、ＬＤで発光されたレーザビームをコリメータレンズで略平行光に変換した後、アパーチャで主走査方向に長い形状となるようにビーム整形を行う。
アパーチャは、ビームの主走査方向の幅を規定することにより、感光体上の主走査方向のビーム径を定めるために設けられている。アパーチャ部において、光ビームの主走査方向の幅を小さくすると、感光体上の主走査方向ビーム径は大きくなる。
このとき、アパーチャでのケラレを少なくするために、ＬＤの楕円プロファイルの長軸が略主走査方向になるようにＬＤを配置する。図１２は、このときのアパーチャと発光プロファイルとの関係を模式的に示す図である。図中、１０３はアパーチャ、１２２は楕円形状の発光プロファイルをもったレーザビームである。
【００１３】
一方、複数発光点型のＬＤでは、上記のように感光体上の副走査方向のラインピッチを所望の値に合わせるために、その回転方向が決められる。
ＬＤの回転を行うと、アパーチャの長軸方向とＬＤの発光プロファイルの長軸方向が一致しなくなる。そしてこのとき、コリメータレンズの焦点距離ｆによっては、ビーム幅がアパーチャ幅に満たなくなる場合が生じる。
図１３は、このときの一つのレーザビーム１２２とアパーチャ１０３との関係を模式的に示す図である。
【００１４】
このような場合、コリメータレンズの焦点距離ｆを大きくすることにより、アパーチャ位置における主走査方向のビーム幅をアパーチャの長手方向の幅よりも大きくすることができる。しかしこの場合、主走査方向と同時に副走査方向のビーム幅も大きくなるため、アパーチャでのケラレも大きくなり、アパーチャを通過するビームパワーは小さくなる。すなわち発光したレーザビームの利用効率が悪化し、発光エネルギーの伝達効率が低下することになる。
これにより、感光体上の照射パワーを確保するために大パワーのＬＤが必要になり、消費エネルギーの増大や放熱による悪影響の発生、さらには高出力ＬＤ特有のスイッチング時間の遅れなど多くの問題点が生じる。
【００１５】
またアパーチャから出射するビームのパワーはＬＤの回転角度に応じて変化するため、例えば、温度変化により変動する倍率を補正するためにＬＤ回転角を修正する場合など、ＬＤの回転とともにパワーが変化してしまうといった問題点も生じる。
【００１６】
本発明は上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、レーザダイオード（ＬＤ）から感光体までのエネルギー伝達効率を改善すると共に、ＬＤの回転によるパワー変動を抑制できるようにすることにより、高効率かつ高信頼性のレーザ走査特性を備えたレーザ走査光学系及び、該光学系を備えた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】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の第１技術手段は、半導体レーザと、半導体レーザから出射した複数の光ビームをそれぞれ平行光に変換するコリメータレンズと、像担持体上における光ビームのスポット径を規定するためのアパーチャと、を有し、コリメータレンズから出射した光ビームを走査して像担持体上に複数ラインを同時露光するレーザ走査光学系において、レーザ走査光学系は、半導体レーザから出射した光ビームのプロファイルのアスペクト比を変換する変換素子を有し、変換素子は複数の光ビームを変換し、主走査方向は走査光学系におけるビーム走査方向、副走査方向は主走査方向に直交する方向とする場合、
【数１】
2007171851.tif 000003
【数２】
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【数３】
2007171851.tif 000005
【数４】
2007171851.tif 000006
【数５】
2007171851.tif 000007
但し、Ａｍは、アパーチャの主走査方向の幅、
Ａｓは、アパーチャの副走査方向の幅、
ｍ⊥は、楕円形状の光ビームの長軸方向の径、
ｍ‖は、楕円形状の光ビームの短軸方向の径、
ｆＡは、コリメータレンズの焦点距離、
ｆＢは、バックフォーカスレンズの焦点距離、
ｆは、コリメータレンズの焦点距離、
α⊥は、半導体レーザの発光点の並びに対し垂直な方向の発散角、
α‖は、半導体レーザの発光点の並びに対し平行な方向の発散角、
βは、半導体レーザの発光点の配設間隔、
θ’は、半導体レーザの発光点の並び方向と主走査面とのなす回転角度、
Δ⊥は、半導体レーザの発光点の並びに対し垂直な方向に対応した変換素子の変換係数、
Δ‖は、半導体レーザの発光点の並びに対し平行な方向に対応した変換素子の変換係数、
Ｌは、副走査方向の露光ビームのラインピッチ、
主走査方向は走査光学系におけるビーム走査方向、
副走査方向は主走査方向に直交する方向、
が成り立つことを特徴としたものである。
【００１８】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、上記のコリメータレンズが、アナモフィック形状を備えることにより変換素子として機能し、半導体レーザから出射した光ビームのプロファイルのアスペクト比を変換するとともに、光ビームを平行光に変換することを特徴としたものである。
【００１９】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、上記のコリメータレンズが、像担持体上の副走査方向ピッチを調整するために、半導体レーザの傾き角θと同等の傾き角で調整されていることを特徴としたものである。
【００２０】
第４の技術手段は、第１の技術手段において、上記の変換素子が、コリメータレンズと半導体レーザの間の光路上に設けられていることを特徴としたものである。
【００２１】
第５の技術手段は、第１の技術手段において、上記の変換素子が、コリメータレンズとアパーチャとの間の光路上に設けられていることを特徴としたものである。
【００２２】
第６の技術手段は、第４または第５の技術手段において、上記の変換素子が、像担持体上の副走査方向ピッチを調整するために半導体レーザの傾き角と同等の傾き角で調整されていることを特徴としたものである。
【００２３】
第７の技術手段は、第１の技術手段において、上記の複数の光ビーム、複数の発光点を有する一つの半導体レーザ、または一つの発光点を有する複数の半導体レーザによる出射ビームであることを特徴としたものである。
【００２４】
第８の技術手段は、第１ないし第７のいずれか１の技術手段におけるレーザ光学系と、感光体とを備え、レーザ走査光学系によって感光体に潜像を形成し、潜像を顕像化することで画像形成を行うことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、レーザダイオード（ＬＤ）から感光体までのエネルギー伝達効率を改善すると共に、ＬＤの回転によるパワー変動を抑制できるようにすることができ、これにより高効率かつ高信頼性のレーザ走査特性を備えたレーザ走査光学系及び、該光学系を備えた画像形成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】
【００２６】
まず本発明のレーザ走査光学系が適用される画像形成装置の構成例を説明する。
図１は、本発明に関わる画像形成装置の一実施形態を示す図である。画像形成装置は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色及び単色の画像を形成するものである。そして、図示するように、露光ユニット１、現像器２、感光体ドラム３（３（Ｋ）、３（Ｃ）、３（Ｍ）、３（Ｙ））、クリーナユニット４、帯電器５、中間転写ベルトユニット６、定着ユニット７、給紙カセット８、排紙トレイ９、原稿読み取り装置（スキャナユニット）１３等を有して構成されている。画像形成装置は、原稿読み取り装置１３のスキャナによって読み取った原稿画像情報をシート等の媒体に画像形成することができる。また画像形成装置に接続された外部機器等から入力する画像情報を画像形成することもできる。
【００２７】
なお、本画像形成装置において扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像器２、感光体ドラム（像担持体）３、帯電器５、クリーナユニット４は、各色に応じた４種類の潜像を形成するようにそれぞれ４個ずつ設けられ、それぞれブラック、シアン、マゼンタ、イエローに設定され、これらによって４つの画像ステーションが構成されている。
【００２８】
また本実施形態では、上記ブラック、シアン、マゼンタ、イエローに対応する感光体ドラム３のうち、ブラックに対応する感光体ドラム３（Ｋ）は、他の感光体ドラム３（３（Ｃ）、３（Ｍ）、３（Ｙ））と比べて大きな径（例えば２倍の径）を持つように構成されている。ブラック用の感光体ドラム３（Ｋ）のみを大径化することにより、使用頻度の高いモノクロ画像形成を高速化することができ、また使用頻度の異なる感光体の交換サイクルを同等にすることができ、各色用の感光体を合理的に使用することができるようになる。
【００２９】
本実施形態では、上記ブラック、シアン、マゼンタ、イエローに対応する感光体ドラム３に対してそれぞれ１本の光ビームを走査しながら潜像形成を行なう例を説明するが、この他たとえば、ブラック用の感光体ドラム３（Ｋ）に対する露光ビームのみに、２ビーム方式（二つのビームを使用して２列の主走査を同時に行う）を適用し、ブラックの高速化を図る構成も採用することができる。
【００３０】
また上記のようにブラックの感光体ドラム３（Ｋ）のみを大径化する場合、カラー画像形成時に各色用の全ての感光体を使用するときの“位相制御”を精度よく実行するために、ブラック用の感光体の径を、他の色（イエロー，マゼンタ，シアン）用の感光体ドラム３（Ｃ）、３（Ｍ）、３（Ｙ）の径の整数倍とすることが好ましい。
【００３１】
また本実施形態では、各感光体ドラム３を走査する光ビームの光軸と、その感光体ドラム３の表面と上記光ビーム光軸との交点における感光体ドラム３表面の接線とのなす角度が、複数の感光体ドラム３において互いに等しくなるように設定されている。
【００３２】
帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、図１に示すように接触型のローラ型やブラシ型の帯電器のほかチャージャー型の帯電器が用いられることもある。
【００３３】
露光ユニット１は、本発明に関わるレーザ走査光学系を備えた光走査装置に該当するものであり、図１に示すようにレーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）として構成される。露光ユニット１は、レーザビームを走査するポリゴンミラー２０１と、ポリゴンミラー２０１によって反射された光ビームを感光体ドラム３に導くためのレンズやミラー等の光学要素が配置されている。露光ユニット１を構成する光走査装置の構成は、後述して具体的に説明する。また露光ユニット１は、この他発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いる手法もある。
【００３４】
露光ユニット１は、帯電された感光体ドラム３を入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有する。現像器２はそれぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像を４色（ＹＭＣＫ）のトナーにより顕像化するものである。またクリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを、除去・回収する。
【００３５】
感光体ドラム３の上方に配置されている中間転写ベルトユニット６は、中間転写ベルト６１、中間転写ベルト駆動ローラ６２、中間転写ベルト従動ローラ６３、及び中間転写ベルトクリーニングユニット６４等を備えている。
【００３６】
中間転写ベルト駆動ローラ６２、中間転写ベルト従動ローラ６３は、中間転写ベルト６１を張架し、矢印Ｍ方向に回転駆動させる。
中間転写ベルト６１は、各感光体ドラム３に接触するように設けられている。そして、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト６１に順次的に重ねて転写することによって、中間転写ベルト６１上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。中間転写ベルト６１は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。また中間転写ベルト６１の上方には、各色用のトナーボックスが設けられ、感光体ドラム３に対してトナーが供給される。
【００３７】
感光体ドラム３から中間転写ベルト６１へのトナー像の転写は、中間転写ベルト６１の裏側に接触している図示しない中間転写ローラによって行われる。中間転写ローラには、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。中間転写ローラは、例えば、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面が導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルト６１に対して均一に高電圧を印加することができる。本実施形態では転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなども用いることが可能である。
【００３８】
上述のように各感光体ドラム３上で各色相に応じて顕像化された静電像は中間転写ベルト６１で積層される。このように、積層された画像情報は中間転写ベルト６１の回転によって、後述の用紙と中間転写ベルト６１の接触位置に配置される転写ローラ１０によって用紙上に転写される。
【００３９】
このとき、中間転写ベルト６１と転写ローラ１０は所定ニップで圧接されると共に、転写ローラ１０にはトナーを用紙に転写させるための電圧が印加される（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）。さらに、転写ローラ１０は上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１０もしくは前記中間転写ベルト駆動ローラ６２の何れか一方を硬質材料（金属等）とし、他方を弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等々）が用いられる。
【００４０】
また、上記のように、感光体ドラム３に接触することにより中間転写ベルト６１に付着したトナー、若しくは転写ローラ１０によって用紙上に転写が行われず中間転写ベルト６１上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット６４によって除去・回収されるように設定されている。中間転写ベルトクリーニングユニット６４には、中間転写ベルト６１に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト６１は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ６３で支持されている。また不要となった廃トナーは、廃トナーボックス１５に収容される。
【００４１】
給紙カセット８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、画像形成装置の露光ユニット１の下側に複数設けられている。また、画像形成装置の上部に設けられている排紙トレイ９は、印刷済みのシートをフェイスダウンで集積するためのトレイである。
また、画像形成装置には、給紙カセット８のシートを転写ローラ１０や定着ユニット７を経由させて排紙トレイ９に送るための、用紙搬送路Ｓ１が設けられている。給紙カセット８から排紙トレイ９までの用紙搬送路Ｓ１の近傍には、ピックアップローラ１１、レジストローラ１２、転写ローラ１０、定着ユニット７等が配されている。
【００４２】
ピックアップローラ１１は、給紙カセット８の端部近傍に備えられ、給紙カセット８からシートを１枚ずつピックアップして用紙搬送路Ｓ１に供給する。
また、レジストローラ１２は、用紙搬送路Ｓ１を搬送されているシートを一旦保持するものである。そして、感光体ドラム３上のトナー像の先端とシートの先端を合わせるタイミングでシートを転写ローラ１０に搬送する機能を有している。
【００４３】
定着ユニット７は、ヒートローラ７１及び加圧ローラ７２を備えており、ヒートローラ７１及び加圧ローラ７２は、シートを挟んで回転するようになっている。またヒートローラ７１は、図示しない温度検出器からの信号に基づいて制御部によって所定の定着温度となるように設定されており、加圧ローラ７２とともにトナーをシートに熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。
【００４４】
次に、シート搬送経路を説明する。上述のように画像形成装置には予めシートを収納する複数の給紙カセット８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）が設けられている。給紙カセット８からシートを給紙するために、各々ピックアップローラ１１が配置され、シートを１枚ずつ用紙搬送路Ｓ１に導くようになっている。
給紙カセット８から搬送されるシートはレジストローラ１２まで搬送され、シートの先端と中間転写ベルト６１上の画像情報の先端を整合するタイミングで転写ローラ１０に搬送され、シート上に画像情報が書き込まれる。その後、シートは定着ユニット７を通過することによってシート上の未定着トナーが熱で溶融・固着され、排紙トレイ９上に排出される。
【００４５】
上記の搬送経路は、シートに対する片面印字要求のときのものであるが、これに対して両面印字要求の時は、上記のように片面印字が終了し定着ユニット７を通過したシートを逆方向に搬送して搬送路Ｓ２へ導き、レジストローラ１２を経てシート裏面に印字が行われた後にシートが排紙トレイ９に排出される。
【００４６】
次に上記画像形成装置が備える光走査装置のレーザ走査光学系の実施形態を具体的に説明する。本実施形態のレーザ走査光学系を備えた光走査装置は、複数本の光ビームによって各感光体ドラム３を同時に走査露光して各感光体ドラム３に互いに異なる色の画像を形成し、各色の画像を同一の転写媒体上に重ね合わせることによってカラー画像を形成するタンデム方式の画像形成装置に適用可能である。
そして本実施形態では、少なくとも一つの感光体ドラムを走査露光するためのレーザダイオード１０１として、複数の発光点を有し、複数のレーザビーム（マルチビーム）を感光体ドラムに同時に照射して走査できるようにしたレーザダイオードを用いるものとする。
【００４７】
上述のように、画像形成装置には、ブラック（Ｋ）画像形成用の感光体ドラム、シアン（Ｃ）画像形成用の感光体ドラム、マゼンタ（Ｍ）画像形成用の感光体ドラム、イエロー（Ｙ）画像形成用の感光体ドラムが略等間隔で配置されている。タンデム方式の画像形成装置は、各色の画像を同時に形成するので、カラー画像の形成に要する時間を大幅に短縮することができる。また本例では、ブラック（Ｋ）画像形成用の感光体ドラムは、他の色の画像形成用の感光体ドラムに対して２倍の径を有しているため、使用頻度の高いモノクロの画像形成時の画像形成速度を向上させることができる。
なお以下では、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙによって、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローをそれぞれ表すものとする。
【００４８】
感光体ドラム３を露光するための本発明に係る光走査装置は、それぞれユニット化された１次光学系（入射光学系）と、２次光学系（出射光学系）とから構成される。１次光学系は、ＹＭＣＫ用の光ビームをそれぞれ出射する４つの半導体レーザと、これらの光ビームを２次光学系のポリゴンミラー２０１（回転多面鏡）に導くミラー及びレンズ等の光学要素とを備えている。また２次光学系は、被走査体である感光体ドラム３上にレーザビームを走査する上記ポリゴンミラー２０１と、ポリゴンミラー２０１によって反射された光ビームを感光体ドラム３に導くためのレンズやミラー等の光学要素、及び光ビームを検出するＢＤセンサ等を備えている。また、上記ポリゴンミラー２０１は、各色で共有する構成を採用している。
【００４９】
以下に上述の実施形態における各光学要素間の各色用の光ビームの状態を説明する。図２は、上記１次光学系及び２次光学系の各色の個々の光ビームの状態を説明するための図で、図２（Ａ）は、主走査方向における一つの光ビームの形状を模式的に示す図で、図２（Ｂ）は、副走査方向における一つの光ビームの形状を模式的に示す図である。
まず図２（Ａ）に示す主走査方向の光ビームの挙動を説明する。１次光学系のレーザダイオード１０１から出射した複数の光ビームのぞれぞれは、拡散光となってコリメータレンズ１０２に入射する。このときの主走査方向については、レーザダイオード１０１からの拡散光の角度は例えば約３０°である。
【００５０】
そしてコリメータレンズ１０２は、入射した拡散光を平行光に変換して出射させる。コリメータレンズ１０２の後には、アパーチャ１０３が設けられていて、そのアパーチャ１０３の開口によって光ビームの径が規制される。アパーチャ１０３の主走査方向の開口径はここでは約７ｍｍである。
【００５１】
アパーチャ１０３を出射した平行光の光ビームは、図示しないミラー等で光路を調整された後、１次光学系のシリンドリカルレンズ１１２に入射する。１次光学系のシリンドリカルレンズ１１２は、主走査方向にレンズパワーを有しないため、ここでは入射した平行光はそのままの状態で通過する。
【００５２】
シリンドリカルレンズ１１２を出射した平行光の光ビームは、図示しないミラー等を経てポリゴンミラー２０１の反射面に入射する。図示するようにポリゴンミラー２０１の反射面は、その回転に伴って主走査方向に角度が変化する。
ポリゴンミラー２０１で反射した平行光の光ビームは、等角速度で主走査方向に移動しながら第１ｆθレンズ２０２に入射し、さらに第２ｆθレンズ２０３に入射する。第１ｆθレンズ２０２及び第２ｆθレンズ２０３は、主走査方向にレンズパワーを有しており、平行光で入射する光ビームを感光体ドラム３表面で収束する収束光に変換する。また等角速度で主走査方向に移動する光ビームを、感光体ドラム３表面の走査ライン上で等線速で移動するように変換する。
【００５３】
第２ｆθレンズ２０３は、第１ｆθレンズ２０２を補完するもので、第１ｆθレンズ２０２から出射した光ビームを更に補正して、光ビームが目的の挙動を示すようにするものである。
また上記第２ｆθレンズ２０３と感光体ドラム３との間の光路上には、各色の光路を折り返して目的の感光体ドラム３に導くためのミラー（各色ごとに１または複数のミラー）（図２では図示せず）と、２次光学系のシリンドリカルレンズ２２０とが設けられている。シリンドリカルレンズ２２０は、主走査方向にレンズパワーを有していないため、第２ｆθレンズ２０３を出射した光ビームは、主走査方向には作用を受けずに感光体ドラム３へ向かう。このときに感光体ドラム３上の主走査方向の光ビームのスポット径は、例えば約６０μｍである。
【００５４】
次に図２（Ｂ）に示す副走査方向の一つの光ビームの挙動を説明する。レーザダイオード１０１から出射した複数の光ビームのそれぞれは、主走査方向と同様に拡散光となってコリメータレンズ１０２に入射する。ただしこのときの副走査方向については、レーザダイオード１０１からの拡散光の角度は主走査方向より小さく例えば約１１°である。
【００５５】
そしてコリメータレンズ１０２は、入射した拡散光を平行光に変換して出射させる。コリメータレンズ１０２の後には、アパーチャ１０３が設けられていて光ビームの径がその開口により規制される。アパーチャ１０３の開口径はここでは約２ｍｍである。
アパーチャ１０３を出射した平行光の光ビームは、図示しないミラー等を経て１次光学系のシリンドリカルレンズ１１２に入射する。１次光学系のシリンドリカルレンズ１１２は、副走査方向にレンズパワーを有していて、入射した平行光はポリゴンミラー２０１の反射面でほぼ収束する収束光に変換される。ここでは、シリンドリカルレンズ１１２を出射した平行光の光ビームは、図示しないミラー等を経てポリゴンミラー２０１の反射面に入射する。副走査方向については反射面の高さ方向のほぼ中央に光ビームを収束させる。このときポリゴンミラー２０１の反射面と感光体ドラム３表面との間で共役関係を生成しておくことにより、反射面の面倒れを補正する。
【００５６】
ポリゴンミラー２０１で反射した光ビームは、拡散光となって第１ｆθレンズ２０２に入射し、さらに第２ｆθレンズ２０３に入射する。第１ｆθレンズ２０２は副走査方向にはレンズパワーを有していないため、第１ｆθレンズ２０２に入射した拡散光の光ビームはそのまま通過する。
【００５７】
第２ｆθレンズ２０３は、副走査方向にレンズパワーを有していて、拡散光で入射した光ビームを副走査方向に平行光となるように変換する。
第２ｆθレンズ２０３と感光体ドラム３との間の光路上には、各色の光路を折り返して目的の感光体ドラム３に導くためのミラー（各色ごとに１または複数のミラー）（図２では図示せず）と、２次光学系のシリンドリカルレンズ２２０とが設けられている。シリンドリカルレンズ２２０は、副走査方向にレンズパワーを有していて、第２ｆθレンズ２０３を出射した平行光の光ビームは、感光体ドラム３表面でほぼ収束する光に変換される。このときに感光体ドラム３上の光ビームの副走査方向のスポット径は、例えば、約６７μｍである。
【００５８】
次に、本発明に関わるレーザ走査光学系において特徴とするビームプロファイルを変換する変換素子について説明する。変換素子の具体的な構成例を説明する前段として、まず２つのレンズで構成される光学系について図３を参照して説明する。図３に示すように、レンズＡの前焦点面から出た光は、レンズＡを通過した後平行光になる。そしてレンズＢに平行光が入射すると、レンズＢへの入射角に依存することなくレンズＢの後焦点面に結像する。
【００５９】
上記２つのレンズＡ，Ｂの焦点距離をそれぞれｆＡ，ｆＢとするとき、上記２つのレンズＡ，Ｂで構成される光学系の倍率Ｎは、２つのレンズＡ，Ｂの焦点距離の比、すなわちＮ＝ｆＢ／ｆＡとなる。
従って複数のレンズにより構成される光学系において、その倍率がＮの場合、最初のレンズＡの焦点距離ｆＡをｆＡ’にすると、光学系の倍率Ｎ´は、Ｎ（ｆＡ／ｆＡ’）になる。
【００６０】
レンズＡの前焦点位置と、バックフォーカスレンズであるレンズＢの後焦点位置が光学的共役関係にある光学系においては、レーザダイオード（ＬＤ）をレンズＡの前焦点位置に設けた場合、レンズＢの後焦点位置に結像し、この場合の横倍率はレンズＡとレンズＢの間の光学系に依存することなく、レンズＡとレンズＢの焦点距離の比になる。
【００６１】
上記実施形態の走査光学系の構成例では、レンズＡをコリメータレンズ１０２とし、そのコリメータレンズ１０２の前焦点位置にＬＤ１０１を設け、レンズＡの出射側にビーム整形用のアパーチャ１０３を設けている。またアパーチャ１０３の後には、ポリゴンミラー２０１の表面に副走査方向のみ焦点を結ぶように、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ（ＣＹレンズ）１１２を設けている。
【００６２】
ポリゴンミラー２０１から走査反射されたビームは、走査レンズもしくは走査ミラー（上述の例ではｆθレンズ２０２，２０３）にて等角速度走査を等速度走査に変換されると共に、主走査方向には感光体（感光体ドラム３）上に焦点を結ぶ。一方、副走査方向については、走査レンズもしくは走査ミラーのトロイダル面で感光体の表面に焦点を結ぶ。
ここで副走査方向については、主に副走査方向にパワーをもつレンズもしくはミラーを追加し、走査レンズもしくはミラーのトロイダル面のパワーと、追加した光学素子とで機能分割する場合もある。上記の例では、ｆθレンズ２０２，２０３とシリンドリカルレンズ２２０によって、感光体（感光体ドラム３）の表面に焦点を結ぶ。
【００６３】
以上の光学系で、主走査方向についてはＬＤ１０１の位置と感光体表面の露光位置とが光学的共役になり、副走査方向についてはＬＤ１０１の位置とポリゴンミラー２０１の略反射位置と感光体表面の露光位置とが光学的共役になる。副走査方向については上記３箇所を光学的共役にすることでポリゴンミラー２０１の面倒れを補正する。
【００６４】
感光体上のビームスポット径は、ＬＤ１０１の発振波長と収束角、及び波面収差によって定まる。光学系に使用する光学素子が理想的な場合、収束角が小さいほどレーザの回折現象のためビームスポットサイズは大きくなる。
従って高画質印刷を行うためにビームスポットサイズを小さくするには、バックフォーカス長を短くするか、もしくはバックフォーカスレンズの出射側ビーム径を大きくする必要がある。
【００６５】
図４は、端面発光型のＬＤ１０１におけるレーザビームの断面プロファイルを説明するための図で、図中、１２２はＬＤ１０１から発光するレーザビームである。端面発光型のＬＤ１０１から放射されるレーザビーム１２２は、その断面プロファイルが略ガウシアン分布Ｇをもつ楕円円錐状に放出される。
【００６６】
ここでＬＤチップの電流が流れる方向（複数発光点をもつＬＤにおいては、発光点の並びに対して垂直な方向）を⊥とし、⊥に直交する方向（複数発光点をもつＬＤにおいては、発光点の並びに対して平行な方向）を‖とするとき、ＬＤ出射光の発散角α‖とα⊥について、α‖＜α⊥になる。従って、発光点に対するレーザビームのプロファイルは上述の図１１に示したようになる。この光学系を上記光走査装置に適用した場合、α⊥が主走査方向になり、α‖が副走査方向になる。
【００６７】
ここでＬＤ１０１からのレーザ光のある断面におけるプロファイルは、次式で近似的に表される。
【００６８】
【数６】
2007171851.tif 000008
【００６９】
ここで、ｍ⊥は、楕円形状の光ビームの長軸方向の径、ｍ‖は、楕円形状の光ビームの短軸方向の径である。
【００７０】
またコリメータレンズ１０２でビームを略平行光にした場合のアパーチャ１０３におけるビームプロファイルは以下の式で与えられる。
【００７１】
【数７】
2007171851.tif 000009
【００７２】
【数８】
2007171851.tif 000010
【００７３】
【数９】
2007171851.tif 000011
【００７４】
ここで、α⊥は、ＬＤチップの電流が流れる方向の発散角、α‖は、α⊥に直交する方向の発散角である。
【００７５】
このときのレーザビームのビーム径がアパーチャ１０３よりも大きい場合、アパーチャ１０３でビームが整形され、感光体表面ではアパーチャ１０３とそれ以降の光学系によって定まる所望のスポットサイズが得られる。逆にビーム径がアパーチャ１０３よりも小さい場合、ＬＤ１０１からの出射光の発散角のばらつきや、ＬＤ１０１のパワー変動などにより、感光体表面のスポット径が変化してしまう。
一方、アパーチャ１０３を通過する光量は、アパーチャ１０３の位置におけるビーム径が大きいほどケラレが大きくなるため光量は小さくなる。
【００７６】
従って、ＬＤ１０１のパワーを効率よく使用するためには、アパーチャ１０３位置におけるビームがアパーチャ１０３の大きさとほぼ等しいほうがよい。
すなわち、最も効率よくＬＤ１０１のパワーを使用するために、アパーチャ１０３の長軸方向とＬＤ１０１からの出射ビームの発散角α⊥を合わせたほうがよい。
【００７７】
このときのアパーチャ１０３を通過する光量は、以下の式で近似的に与えられる。
【００７８】
【数１０】
2007171851.tif 000012
【００７９】
ここで、Ａｍはアパーチャの主走査方向の幅、Ａｓはアパーチャの副走査方向の幅である。
【００８０】
一方、複数の発光点をもつ複数発光型のＬＤ１０１については、感光体上の同時書込みピッチを合わせるためにＬＤ１０１を主光軸面に対し傾けるため、簡単でない。
先に述べた副走査方向の光学的共役関係が成り立っている走査光学系において、副走査倍率はコリメータレンズ１０２の焦点距離ｆＡとバックフォーカスレンズの焦点距離ｆＢで定まる。
【００８１】
一方、使用するレーザ発光点のピッチをβ、感光体上で同時露光を行う副走査方向ピッチをＬとすると、ＬＤ１０１の傾け角度θを用いて次式が成り立つ。θはＬＤ１０１の発光点の配列方向と、主走査面（主光軸面）とのなす角度である。
【００８２】
【数１１】
2007171851.tif 000013
【００８３】
一方、ＬＤ１０１を傾けたことによりアパーチャ１０３位置のビームも傾く。このときのビームプロファイルは以下の式で表される。
【００８４】
【数１２】
2007171851.tif 000014
【００８５】
このときのアパーチャ１０３位置におけるビームの幅は次式のようになる。
【００８６】
【数１３】
2007171851.tif 000015
【００８７】
【数１４】
2007171851.tif 000016
【００８８】
この結果、アパーチャ１０３でのケラレ量は、コリメータレンズ１０２の焦点距離だけでなく、ＬＤ１０１の傾け角θにも依存することがわかる。
【００８９】
先に述べたようにＬＤ１０１からの出射ビームの発散角はα‖＜α⊥であるため、感光体上の同時度走査ピッチを優先すると、アパーチャ１０３よりもビーム幅が小さくなる可能性がある。
本発明においては、ＬＤ１０１からの出射ビームの発散角α‖、α⊥を変換する光学素子（以下変換素子とする）を導入することで設計の自由度を増加することを特徴とする。変換素子は、ＬＤ１０１から出射したビームのプロファイルのアスペクト比を変換する機能を有する。この変換素子は、焦点距離の異なるシリンドリカルレンズを複数枚組み合わせたものでもよく、またアナモフィックな面を両面にもつレンズであってもかまわない。
【００９０】
図５は、変換素子の構成例及び機能について説明するための図で、図中１２３は変換素子（ビームシェイパー）である。図５（Ａ）に示すように、この例ではＬＤ１０１とコリメータレンズ１０２との間に上記変換素子１２３を導入する構成を考える。
図５（Ｂ）に示すように、変換素子１２３は、ＬＤ１０１からの出射光を特定の方向について拡大し、その特定の方向に直交する方向については拡大しないような光学素子である。なお、簡単化のために、上記の光学系に変換素子１２３を導入しても、コリメータレンズ１０２の焦点距離は変わらないものとする。
【００９１】
ここで変換素子１２３によるＬＤ１０１の出射ビームの発散角α‖、α⊥の変換について、変換係数をそれぞれΔ‖、Δ⊥とする。なお、変換素子１２３は、感光体上の同時度走査ピッチを所望の値に合わせるためのＬＤ１０１の回転に同期して回転するものとする。
【００９２】
変換素子１２３を導入することで、実効的にレーザ発光点ピッチが変化する。ここで感光体上の副走査ラインピッチＬは以下の式で表すことができる。
【００９３】
【数１５】
2007171851.tif 000017
【００９４】
従って感光体上で所望の同時露光ピッチを与えるＬＤの回転角θ'について、アパーチャ１０３でのビーム径は次式で与えられる。ここではＭ⊥は主走査方向のビーム幅、Ｍ‖は副走査方向のビーム幅、θ’はＬＤの回転角である。
【００９５】
【数１６】
2007171851.tif 000018
【００９６】
【数１７】
2007171851.tif 000019
【００９７】
【数１８】
2007171851.tif 000020
【００９８】
【数１９】
2007171851.tif 000021
【００９９】
そしてこのビーム幅Ｍ⊥、Ｍ‖が、少なくともアパーチャ１０３の幅よりも大きくなるようにする。すなわち、アパーチャ１０３の主走査方向幅をＡｍ、副走査方向の幅をＡｓとするとき、以下の各式（式２０，式２１）を満たす条件とすることにより、アパーチャ１０３におけるビーム幅が、アパーチャ１０３よりも大きくなって感光体上で所望のビーム径を得ることができる。またこれによりＬＤ１０１のパワーを効率良く利用することができる。ここでＬＤ１０１のパワーを最も効率良く利用できるのは、アパーチャ１０３の位置におけるビーム幅がアパーチャ幅と同一となった条件で、下記式２０及び式２１の左辺と右辺が等しいときである。
【０１００】
【数２０】
2007171851.tif 000022
【０１０１】
【数２１】
2007171851.tif 000023
【０１０２】
上記の変換素子は、コリメータレンズと一体に形成された構成、ＬＤ１０１とコリメータレンズ１０２との間の光路上に設けられている構成、あるいはコリメータレンズ１０２とアパーチャ１０３との間の光路上に設けられている構成のいずれかを採用することができる。上述のように、変換素子は焦点距離の異なるシリンドリカルレンズを複数枚組み合わせたものでもよく、またアナモフィックな面を両面にもつレンズであってもよい。コリメータレンズと変換素子とを一体に形成する場合には、コリメータレンズにアナモフィック形状を備えて、拡散する光ビームのアスペクト比を変換するとともに、平行光に変換する機能を付与する。
【０１０３】
またこれらの変換素子は、感光体（像担持体）上の副走査方向のラインピッチを調整するために、ＬＤ１０１の回転角と同等の傾き角となるように調整される。すなわち、ＬＤ１０１が回転したときに、その変換係数Δ‖、Δ⊥が発光ビームのプロファイルの長円方向と短円方向に一致するように、ＬＤ１０１の回転角θに合わせて変換素子の角度が設定される。
【０１０４】
なお、上述の実施形態では、複数の発光点が一体に形成された複数発光型のＬＤを使用した例を示したが、個々に別体の単発光型のＬＤを複数使用し、これらのＬＤからそれぞれ発光した光ビームを、ハーフミラーやミラー等の光学手段を利用して光路を調整し、上記の複数発光型のＬＤと同様のレーザ光源を構成するようにしてもよい。
【０１０５】
図６は、単一発光点を有するレーザダイオードを複数用いたレーザ光源の構成例を説明するための概略図である。図６に示すように、複数のＬＤ１０１の光ビームをミラー１２４及びハーフミラー１２５を使用して光路を調整することにより、上記複数発光型のＬＤと同様の機能を有するレーザ光源を構成することができる。
【０１０６】
（実施例）
図７は、２つの発光点を有する複数発光型ＬＤを使用し、そのＬＤから発光したビームをコリメータレンズによって平行光とし、このビームをアパーチャで整形するように構成した光学系におけるシミュレーション結果の一例を示す図である。
ここでは、バックフォーカスが７６.９ｍｍの光学系を用い、発光点ピッチが１４μｍの複数発光型ＬＤを使用した。ここではＬＤの発散角発α‖は１１.８°。発散角α⊥は３５.３°であるものを用いた。
【０１０７】
また、感光体上の副走査ラインの露光ピッチは、４２.３μｍとする。これは現在の一般的な画素密度（解像度）である６００ｄｐｉの画像形成を行うときの露光ピッチに相当する。また主走査方向のアパーチャ幅Ａｍが１.２１ｍｍで、副走査方向のアパーチャ幅をＡｓが３.５９ｍｍのアパーチャを使用した。
【０１０８】
変換係数Δは、本発明に関わる変換素子の変換倍率を示す。Δ⊥は、発光点の並びに対し垂直な方向に対応した変換素子の変換倍率を示し、ここでは発散角α⊥１１.８°に対して何倍の発散角度に変換するかを示している。またΔ‖は、発光点の並びに対し平行な方向に対応した変換素子の変換倍率副走査方向の変換倍率を示し、ここでは発散角α‖３５.３°に対して何倍の発散角度に変化するかを示している。
【０１０９】
図７のテーブルは、上記のごとく条件の光学系において、変換係数Δ⊥，Δ‖をともに１に固定し、コリメータレンズの焦点距離ｆを変えてそのときのアパーチャ位置におけるビーム径ｍ‖、ｍ⊥、Ｍ‖、Ｍ⊥をシミュレーションにより計算した結果を示している。ここでは、所定の露光ピッチ４２.３μｍを得ることができる条件で、コリメータレンズの焦点距離ｆの変化に応じて回転角θが変化する。
【０１１０】
図７のテーブルにおける評価結果は、コリメータレンズの焦点距離が１４.６１以上のときに、アパーチャ位置におけるビーム径がアパーチャの幅よりも大きくなり、感光体上で所望のビーム径を得ることができるようになることが示されている。
【０１１１】
図８は、上記の図７のシミュレーションを行った光学系において、必要とするコリメータレンズの焦点距離を計算したテーブルを示す図である。ここでは、主走査方向の変換係数Δ⊥と副走査方向の変換係数Δ‖との関係において、必要なコリメータレンズの焦点距離ｆが示されている。
【０１１２】
図９は、上記図８における変換係数Δ⊥を１とし、変換係数Δ‖を変化させたときのコリメータレンズの焦点距離との関係をグラフ化した図である。
ＬＤ１０１を主走査面に対して回転させるとき、発光点の配列方向の直交方向⊥は、楕円プロファイルの長円方向に該当し、さらに⊥の方向にプロファイルを拡大する必要はない。言い換えれば、発光点の配列方向の直交方向⊥については、ＬＤ１０１の回転によるビームスポットに変換に対する依存性が少ない。
【０１１３】
従って、上記図５に示したような変換素子１２３を使用し、発光点の配列方向‖のビームプロファイルを拡大する。このときに、変換素子１２３は、ＬＤ１０１の回転に従って、発光点の配列方向にビームを拡大するように回転して配置される。
【０１１４】
図９の曲線Ｓは、上記光学系においてアパーチャ位置のビーム径がアパーチャの幅よりも大きくなり、感光体上で所望のビーム径を得ることができるようになる条件の境界を示し、当該曲線Ｓより上の領域で上記条件を満たすことができる。
この曲線Ｓより上の領域が、上記式２０，及び式２１に示した修正係数の条件に該当する。
【０１１５】
この場合、境界を示す曲線Ｓにできるだけ近い条件を選択することがより望ましい。例えば曲線Ｓから遠い領域の条件でコリメータレンズの焦点距離ｆを設定すると、アパーチャの寸法に比してビーム径が相対的に大きくなるため、アパーチャでのケラレが大きくなり、アパーチを通過するビームのエネルギーが小さくなる。すなわち光利用効率の点から、曲線Ｓに近い条件ほど好ましい。
【０１１６】
勿論、図９の曲線Ｓは、上述の図７で説明した特定の光学系における特定の条件下における計算例であり、ＬＤの発光点ピッチや発散角、アパーチャ寸法、あるいは露光ピッチ等の条件によって変化するものである。
基本的には、上記式２０、式２１の関係を満たすことが必要で、このときに式２０、式２１の左辺と右辺をできるだけ近づける条件を選択することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に関わる画像形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】１次光学系及び２次光学系の各色の個々の光ビームの状態を説明するための図である。
【図３】２つのレンズで構成される光学系について説明するための図である。
【図４】端面発光型のレーザダイオードにおけるレーザビームの断面プロファイルを説明するための図である。
【図５】変換素子の構成例及び機能について説明するための図である。
【図６】単一発光点を有するレーザダイオードを複数用いたレーザ光源の構成例を説明するための概略図である。
【図７】複数発光型ＬＤから発光したビームをコリメータレンズによって平行光とし、これをアパーチャで整形する光学系におけるシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】図６のシミュレーションを行った光学系において、必要とするコリメータレンズの焦点距離を計算したテーブルを示す図である。
【図９】図７における変換係数Δ⊥を１とし、変換係数Δ‖を変化させたときのコリメータレンズの焦点距離との関係をグラフ化した図である。
【図１０】端面発光型で一つの発光点をもつレーザダイオードから発光されるレーザビームの発光プロファイルを模式的に示す図である。
【図１１】端面発光型で二つの発光点をもつレーザダイオードから発光されるレーザビームの発光プロファイルを模式的に示す図である。
【図１２】アパーチャと発光プロファイルとの関係を模式的に示す図である。
【図１３】レーザダイオードを回転させたときの一つのレーザビームとアパーチャとの関係を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１…露光ユニット、２…現像器、３…感光体ドラム、４…クリーナユニット、５…帯電器、６…中間転写ベルトユニット、７…定着ユニット、８…給紙カセット、９…排紙トレイ、１０…転写ローラ、１１…ピックアップローラ、１２…レジストローラ、１２ａ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ…搬送ローラ、１３…原稿読み取り装置、６１…中間転写ベルト、６２…中間転写ベルト駆動ローラ、６３…中間転写ベルト従動ローラ、６４…中間転写ベルトクリーニングユニット、７１…ヒートローラ、７２…加圧ローラ、１００…１次光学系ユニット、１０１…レーザダイオード（ＬＤ）、１０２…コリメータレンズ、１０３…アパーチャ、１１２…シリンドリカルレンズ、１２１…発光部、１２２…レーザビーム、１２３…変換素子、１２４…ミラー、１２５…ハーフミラー、２００…２次光学系ユニット、２０１…ポリゴンミラー、２０２…第１ｆθレンズ、２０３…第２ｆθレンズ、２０４…Ｋ用ミラー、２２０…シリンドリカルレンズ。
【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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