(57)【要約】    【課題】  正弦振動等の往復運動を行う光偏向器を使用し、装置全体の小型化及び結像光学系の小型化を図ることができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を得ること。    【解決手段】  光源手段１から出射した光束の状態を他の状態の光束に変換する変換光学系２と変換光学系から出射した光束を収束させる集光光学系４と集光光学系から出射した光束を偏向走査する偏向手段６と偏向手段の偏向面で偏向走査された光束の集光状態を変換し被走査面８上に集光する結像光学系ＬＢとを有する光走査装置において、偏向手段は偏向面が往復運動を行う機能を有しており、集光光学系から出射した光束は副走査断面内で収束しており、その収束位置は、偏向手段の偏向面よりも光源手段側であること。【選択図】    図１
2007219083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段から出射した光束の状態を他の状態の光束に変換する変換光学系と、該変換光学系から出射した光束を集光させる集光光学系と、該集光光学系から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上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、
該偏向手段は、偏向面が往復運動を行う機能を有しており、
該集光光学系から出射した光束は副走査断面内で収束しており、その収束位置は、該偏向手段の偏向面よりも該光源手段側の光路中に存在することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記集光光学系と前記偏向手段との間に、該集光光学系から出射した光束の進行方向を変えるミラーを有し、該ミラーから、該集光光学系から出射した光束の副走査断面内の収束位置までの距離をＬ１（ｍｍ）、前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率をβとするとき、
Ｌ１×β≦１１．４６（ｍｍ）
なる条件を満足する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】
前記集光光学系から出射した光束の副走査断面内の収束位置から前記偏向手段の偏向面までの距離をＬ２（ｍｍ）、前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率をβ、前記被走査面上に集光された集光スポットの副走査方向のスポット径をＤ（ｍｍ）、前記光源手段から出射した光束の波長をλとするとき、
【数１】
2007219083.tif 000024
なる条件を満足す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】
前記結像光学系を構成する少なくとも１枚の結像光学素子は、プラスチック材料から成ることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記偏向手段は、偏向面が共振駆動される共振型光偏向器であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１から５の何れか１項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
各々が請求項１から５の何れか１項に記載の光走査装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項９】
外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴とする請求項８に記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光走査装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ（LBP）やデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光束を反射偏向する光偏向器(偏向手段)として往復運動を行う光偏向器を使用した光走査装置が種々提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
光偏向器として、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査装置に比べて、往復運動を行う光偏向器を使用した光走査装置は、光偏向器を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと等の特長がある。特に半導体プロセスによって製造されるSi単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること等の特徴がある。
【０００４】
特許文献１においては、正弦振動を行う偏向手段（偏向素子）に入射する入射光束の主走査方向の光束幅を、該偏向手段の主走査方向の幅よりも長くすることによって、該偏向手段の偏向面を有効に使用している。これによりスポット径の小径化を図るとともに入射光学系の位置調整を省略できる光走査装置を達成している。
【特許文献１】特開２００４−１９１４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
正弦振動を行う偏向手段等の光偏向器は、一般に広く用いられている回転多面鏡と異なり、偏向面が一面より成っている。
【０００６】
一方、一般的に使用されている回転多面鏡においては、その複数の反射面は主走査方向に対して垂直な角度で形成されている。しかしながら、加工誤差等によって反射面が副走査方向に倒れが生じると、それによって感光ドラム面上のスポットが副走査方向に変動してしまう。
【０００７】
それを補正する為に、現状の結像光学系においては、副走査断面内において偏向面と被走査面とを共役な関係とする、所謂倒れ補正光学系と呼ばれるアナモフィックな光学系を採用している。
【０００８】
倒れ補正光学系は、副走査断面内において偏向面と被走査面を共役な関係としている。その為、例えば結像光学系を構成している結像レンズを偏向面に近づけて小型化を図ろうとすると、副走査断面内の結像倍率が高くなり、結像光学系の配置の敏感度等が高くなり易いという問題点が発生してくる。
【０００９】
また結像光学系を構成する結像レンズを製造が容易（安価）なプラスチック材料を用いた場合は、装置の昇温によるレンズ材料の屈折率変化によって副走査方向にピントずれが発生してくる。
【００１０】
前記ピントずれ量は、副走査断面内の結像倍率を上げるほど大きくなる。この為、結像レンズをプラスチック材料で構成した場合には、結像レンズを偏向面に近づけて小型化することが非常に困難になってくる。
【００１１】
本発明は正弦振動等の往復運動を行う光偏向器を使用し、装置全体の小型化及び結像光学系の小型化を図ることができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明の光走査装置は、
光源手段から出射した光束の状態を他の状態の光束に変換する変換光学系と、該変換光学系から出射した光束を集光させる集光光学系と、該集光光学系から出射した光束を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上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、
該偏向手段は、偏向面が往復運動を行う機能を有しており、
該集光光学系から出射した光束は副走査断面内で収束しており、その収束位置は、該偏向手段の偏向面よりも該光源手段側の光路中に存在することを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記集光光学系と前記偏向手段との間に、該集光光学系から出射した光束の進行方向を変えるミラーを有し、該ミラーから、該集光光学系から出射した光束の副走査断面内の収束位置までの距離をＬ１（ｍｍ）、前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率をβとするとき、
Ｌ１×β≦１１．４６（ｍｍ）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記集光光学系から出射した光束の副走査断面内の収束位置から前記偏向手段の偏向面までの距離をＬ２（ｍｍ）、前記結像光学系の副走査断面内の結像倍率をβ、前記被走査面上に集光された集光スポットの副走査方向のスポット径をＤ（ｍｍ）、前記光源手段から出射した光束の波長をλとするとき、
【００１５】
【数１】
2007219083.tif 000003
【００１６】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項４の発明は請求項１から３の何れか１項の発明において、
前記結像光学系を構成する少なくとも１枚の結像光学素子は、プラスチック材料から成ることを特徴としている。
【００１８】
請求項５の発明は請求項１から４の何れか１項の発明において、
前記偏向手段は、偏向面が共振駆動される共振型光偏向器であることを特徴としている。
【００１９】
請求項６の発明の画像形成装置は、
請求項１から５の何れか１項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを有することを特徴としている。
【００２０】
請求項７の発明の画像形成装置は、
請求項１から５の何れか１項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有していることを特徴としている。
【００２１】
請求項８の発明のカラー画像形成装置は、
各々が請求項１から５の何れか１項に記載の光走査装置の被走査面に配置され、互いに異なった色の画像を形成する複数の像担持体とを有することを特徴としている。
【００２２】
請求項９の発明は請求項８の発明において、
外部機器から入力した色信号を異なった色の画像データに変換して各々の光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば正弦振動等の往復運動を行う光偏向器を使用し、装置全体の小型化及び結像光学系の小型化を図ることができる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は本発明の実施例１の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
【００２６】
尚、以下の説明において、主走査方向とは光偏向器の偏向軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向（光偏向器で光束が偏向走査される方向）である。副走査方向とは光偏向器の偏向軸と平行な方向である。また主走査断面とは主走査方向と結像光学系の光軸を含む平面である。また副走査断面とは主走査断面と垂直な断面である。
【００２７】
図１において1は光源手段であり、例えば半導体レーザーより成っている。3は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。2は変換光学系としてのコリメータレンズであり、光源手段1より出射された発散光束を平行光束に変換している。4は集光光学系としてのシリンドリカルレンズであり、副走査断面内（副走査方向）のみに所定のパワー（屈折力）を有している。シリンドリカルレンズ4は副走査断面内においてコリメータレンズ2で平行光束とされた光束を後述する偏向手段としての光偏向器6の偏向面6aにほぼ線像として結像している。5は反射光学素子としての光路折り返しミラーであり、シリンドリカルレンズ4を通過した光束を主走査方向に対して偏向させて、光偏向器6に導いている。
【００２８】
尚、コリメータレンズ3、シリンドリカルレンズ4の各要素は入射光学系LAの一要素を構成している。またコリメータレンズ2とシリンドリカルレンズ4を１つの光学素子（アナモフィックレンズ）として一体的に構成しても良い。
【００２９】
偏向手段としての光偏向器6は、その偏向面6aが共振による往復正弦振動を行う共振型光偏向器より成っている。
【００３０】
本実施例では光偏向器6の偏向面6aが往復運動を行うことにより、入射光学系LAから出射した光束で被走査面8上を主走査方向に往復偏向走査している。光偏向器6の偏向面6aの往復運動は共振駆動により行われ、正弦振動的に又は複数の正弦振動を加えた振動方法で行われている。
【００３１】
LBは結像光学系（ｆθレンズ系）であり、プラスチック材料より成る結像レンズ(ｆθレンズ)7を有している。結像光学系LBは光偏向器6によって反射偏向された画像情報に基づく光束を主走査断面内(主走査方向)において被走査面としての感光ドラム面8上に結像させている。
【００３２】
本実施例におけるｆθレンズ7は、光偏向器6の偏向面6aが往復運動に伴って主走査断面内において変形するとき、変形量に応じて生ずる主走査断面内における波面収差を減少させる形状より成っている。
【００３３】
8は被走査面としての感光ドラム面である。
【００３４】
本実施例において画像情報に応じて半導体レーザー１から光変調され出射した発散光束は開口絞り3によって光束幅と断面形状が整えられ、コリメータレンズ2によって平行光束に変換される。そしてシリンドリカルレンズ4、折り返しミラー5を介して、主走査断面内においては光偏向器6の振動角（偏向角）の中央もしくは略中央から偏向面6aに入射（正面入射）する。また副走査断面内においては偏向面6aに対し副走査方向に角度を持って入射（斜入射）する。
【００３５】
そして光偏向器6の偏向面6aの往復運動により主走査方向に偏向反射された光束はｆθレンズ7を介して感光ドラム面8上に導光され、該光偏向器6の偏向面6aを往復運動させることによって、該感光ドラム面8上を主走査方向に光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面8上に画像記録を行っている。
【００３６】
本実施例における光偏向器6は上記の如くその偏向面6aが共振による往復正弦振動を行う共振型光偏向器で構成されている。
【００３７】
ここで共振型光偏向器6に関して詳述する。本実施例の光偏向器6は、図２に示すような構造をしている。
【００３８】
図２における光偏向器6は、複数の可動板171と172および複数のねじりバネ173と174が一枚の板から一体的に形成され、かつねじりバネ173と174はそれぞれ支持部175、176に固定されている。
【００３９】
図２から解るように複数のねじりバネ173、174は同一軸上に一直線状に配置されており複数の可動板171、172を直列に連結することによって、該可動板171、172はねじりバネ173、174のねじれの軸まわりに揺動できるようになっている。
【００４０】
また可動板171の上には光束を偏向走査するための偏向面（不図示）6aを有しており、可動板171のねじり振動によって、光源手段1から出射された光束を偏向走査している。
【００４１】
次にこのような構成の光偏向器6の原理を図３を用いて説明する。
【００４２】
図３は本実施例の光偏向器6の原理を説明する図である。図３において、1801〜1803はn個の可動板、1811〜1813はn個のねじりバネ、1821は支持部である。ねじりバネ1811〜1813は一直線状に配置されており、可動板1801〜1803は、ねじりバネ1811〜1813のねじれの軸まわりに揺動できるようになっている。
【００４３】
このような系の自由振動の方程式は以下で与えられる。
【００４４】
【数２】
2007219083.tif 000004
【００４５】
ただし、Ｉｋ：可動板の慣性モーメント、
Ｋｋ：ねじりバネのバネ定数、
θｋ：可動板のねじれ角である（ｋ＝１‥‥ｎ）。
【００４６】
この系のＭ−１Ｋの固有値をλｋとすると（ｋ＝１‥‥ｎ）、固有モードの角振動数ωｋは、
【００４７】
【数３】
2007219083.tif 000005
【００４８】
で与えられる。
【００４９】
本実施例の光偏向器6は、これら固有モードの角振動数ωｋのなかに基準周波数とその略整数倍の周波数が存在している。
【００５０】
例として図４に示すような可動板の数が２つの共振型光偏向器について考える。1901、1902は各々可動板、1911、1912は各々ねじりバネ、1921は支持部、1931は可動板1901上に設けられた偏向面、1941は駆動手段、1951は駆動制御手段である。
【００５１】
ここで、
【００５２】
【数４】
2007219083.tif 000006
【００５３】
とする。
【００５４】
【数５】
2007219083.tif 000007
【００５５】
となる。
【００５６】
つまりω２＝２ω１となっている。これらの振動モードを以下、モード1（固有振動モード）、モード2（整数倍振動モード）と称する。
【００５７】
本実施例の光偏向器6においては、２枚の可動板1901,1902と２つのねじりバネ1911,1912が構成する系が、基準周波数およびその整数倍の周波数で同時に振動するように駆動制御手段1951が駆動手段1941を制御する。
【００５８】
その際に基準周波数およびその整数倍の周波数の可動板の振幅と位相を様々に変化させることで、いろいろな駆動を行うことができる。
【００５９】
本実施例においては、駆動制御手段1951が駆動手段1941を制御して図２においてモード1における可動板171の最大振動振幅φ１を
【００６０】
【数６】
2007219083.tif 000008
【００６１】
としている。
【００６２】
【数７】
2007219083.tif 000009
【００６３】
としている。そしてそれぞれの位相が180deg異なるように設定している。
【００６４】
【数８】
2007219083.tif 000010
【００６５】
で与えられる。
【００６６】
可動板171には偏向面（不図示）6aが設けられているので、半導体レーザー1から出射した光束は上記（式3）の倍の角度2θ1で偏向走査されることになる。
【００６７】
図５に本実施例における光偏向器6の可動板171で反射された光束の偏向角2θ1を示す。図５において横軸は振動の周期（時間）、縦軸は偏向角（単位はdeg）である。
【００６８】
本実施例においては、上記モード1とモード2を同時に励振することによって、通常の正弦振動に比べて偏向角2θ1が時間に略比例する領域が存在することが解る。
【００６９】
通常の正弦振動を行う共振型光偏向器を用いると、偏向角は時間に比例しない為、結像レンズとして特殊なfarcsinθレンズを使用しなければならない。
【００７０】
本実施例においては、上述した特性の共振型光偏向器を使用している為、一般的なｆθレンズ7を結像レンズとして使用することができる。
【００７１】
なお、本実施例においては、上述した如き優れた特性の共振型光偏向器を使用しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、通常の正弦振動を行う共振型光偏向器を使用しても良い。さらに共振を用いない単なる往復運動を行う光偏向器を使用しても良い。
【００７２】
また本実施例で使用している共振型光偏向器6は、偏向面が1面しか存在しないため、先に説明した回転多面鏡における複数の反射面の副走査方向の倒れ誤差による感光ドラム面8上のスポットの副走査方向の変動という問題が発生しないという特徴がある。
【００７３】
従って共振型光偏向器6を使用した結像光学系においては、副走査断面内において偏向面6aと感光ドラム面8とを共役な関係とする、所謂倒れ補正光学系を採用する必要がない。つまり理論的には結像光学系であるｆθレンズ7をアナモフィックレンズにする必要がなく、光軸に対して回転対称な形状とすることができる。
【００７４】
しかしながら、その場合においては、図６に示すように光偏向器6の偏向面6aに入射する光束は副走査方向に所望の幅を有する必要がある。
【００７５】
図６は一般的な結像光学系において、倒れ補正光学系を採用しなかった場合の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。同図において図１と同じ構成要素には同一番号を付している。
【００７６】
図６から解るように倒れ補正光学系を採用しない場合は、ｆθレンズ7によって光偏向器6の偏向面6aと感光ドラム面8とを共役な関係としない。その為、コリメータレンズ2から出射した光束をシリンドリカルレンズ4によって副走査方向に収束させずにそのままの状態で偏向面6aに入射させることになる。
【００７７】
従って偏向面6a上では、感光ドラム8面上での所望の副走査方向の結像スポットサイズに対応した光束の幅を有することが必要となる。
【００７８】
図７は一般的な結像光学系において、倒れ補正光学系を採用した場合の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。同図において図1と同じ構成要素には同一番号を付している。
【００７９】
図７から解るように倒れ補正光学系を採用した場合は、コリメータレンズ2から出射した光束をシリンドリカルレンズ4によって副走査方向に収束させ偏向面6aに入射させることになる。そしてｆθレンズ7によって光偏向器6の偏向面6aと感光ドラム面8とを共役な関係としている。その為、偏向面6a上における光束は、主走査方向に長い線状に結像していることになり、副走査方向の光束幅は一般的には0.1ｍｍ以下である。
【００８０】
一方、共振型光偏向器6は、その偏向面6aの面積を大きくしてしまうと高速で共振させることが困難となってくるため、レーザービームプリンタやデジタル複写機等に使用する場合には極力その偏向面6aの大きさを小さくする必要がある。
【００８１】
従って本実施例においては、装置の高速化に対応する為に光偏向器6の偏向面6aの面積を小さくすることが可能な倒れ補正光学系を採用している。
【００８２】
しかしながら、上述したように共振型光偏向器6を用いた場合には、回転多面鏡における複数の反射面の副走査方向の倒れ誤差が存在しないので図７に示すように厳密にｆθレンズ7によって偏向面6aと感光ドラム面8とを共役な関係とする必要は無い。
【００８３】
以下、本発明の実施例1の光走査装置の走査光学系の副走査断面の構成に関して詳細を説明する。
【００８４】
図８は本発明の実施例1の光走査装置をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。同図において図１と同じ構成要素には同一番号を付している。
【００８５】
本実施例において光束は、図１において図面上、右方向（ｆθレンズ7側）から光偏向器6の偏向面6aに正面から入射させている(正面入射)。このように光束を入射させることにより光偏向器6の偏向面6aの大きさ（主走査方向の幅）を最小限の大きさにすることができ、高速で振動させることが容易となる。
【００８６】
また上記の如き入射方法をとった場合には光偏向器6の偏向面6aに入射する光束と偏向面6aによって偏向反射された光束が互いに干渉してしまう。このため偏向面6aに入射する光束は副走査方向に所定の入射角度を成して入射させている(斜入射光学系)。
【００８７】
本実施例においては副走査方向に３度の入射角度を成して副走査方向下方（図１おいて紙面の下側）から偏向面6aに入射させている。
【００８８】
従って偏向面6aによって偏向反射された光束も同様に副走査方向に３度の角度を成して副走査方向上方（図１において紙面の上側）に偏向反射される。
【００８９】
結像光学系であるｆθレンズ7は、前記上方に偏向反射された偏向光束が入射されるように副走査方向上方に所定の距離を置いて配置され、該ｆθレンズ7に入射した偏向光束を感光ドラム8上にスポット状に結像させている。
【００９０】
通常の倒れ補正光学系は、シリンドリカルレンズ4で副走査方向に収束された光束を偏向面6a上で収束させる構成をとるが、本実施例においては図８に示すように偏向面6aよりも光源1側（点P）で収束させている。
【００９１】
具体的には、光路を主走査方向に折り返す為の光路折り返しミラー5の反射面上で収束するような配置としている。そして光路折り返しミラー5で光路を主走査方向に折り曲げられた光束は副走査方向に発散した状態で偏向面6aに入射する。
【００９２】
このときの副走査方向の光束幅は、通常の倒れ補正光学系のように偏向面6a上で収束させる構成と比較すれば幅広となる。しかしながら、光束の副走査断面内の収束位置（点P）から偏向面6aまでの距離が著しく離れていなければ、倒れ補正光学系を採用しない場合に比べると偏向面6a上での副走査方向の光束幅は格段に狭くすることができる。これにより偏向面6aを高速で共振させることが可能となる。
【００９３】
本実施例のように倒れ補正光学系ではあるが、厳密にｆθレンズ7によって光偏向器6の偏向面6aと感光ドラム面8とを共役な関係とせず、故意に共役関係を崩した系を倒れ補正緩和系と称する。
【００９４】
本実施例においては、倒れ補正緩和系を採用することにより偏向面6a上での副走査方向の光束幅を狭くすることにより、偏向面6aの面積を小さくし、高速で共振させることを可能としている。
【００９５】
偏向面6aを高速で共振駆動させるため、偏向面6aの副走査方向の幅は1ｍｍ以下であることが望ましい。
【００９６】
図９に示すようにシリンドリカルレンズ4で副走査方向に収束された光束の副走査断面内の収束位置Pから偏向面6aまでの距離をL２、ｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率をβ、感光ドラム面8上での集光スポットの副走査方向のスポット径をＤとする。
【００９７】
ここでスポット径Ｄとは、集光スポットのピーク強度を1に正規化したときｅ1/2の強度における径と定義する。
【００９８】
感光ドラム面8上での集光スポットの副走査方向のスポット径Ｄは、感光ドラム面8側の副走査方向のＦナンバーをＦ´、光源手段から出射された光束の波長をλ、とするとき
Ｄ＝１．６４Ｆ´λ
で表わされる。
【００９９】
またｆθレンズ7の偏向面6a側の副走査方向のＦナンバーＦは、
【０１００】
【数９】
2007219083.tif 000011
【０１０１】
で表わされる。
【０１０２】
一方、偏向面6a上での副走査方向の光束幅をＡとすれば、明らかに、
【０１０３】
【数１０】
2007219083.tif 000012
【０１０４】
であるから、
【０１０５】
【数１１】
2007219083.tif 000013
【０１０６】
という関係が導かれる。
【０１０７】
従って、偏向面6a上での副走査方向の光束幅Ａは、
【０１０８】
【数１２】
2007219083.tif 000014
【０１０９】
で表わされる。
【０１１０】
ここにおいて、偏向面6aの副走査方向の幅を１ｍｍ以下にするためには、偏向面6a上での副走査方向の光束幅Ａを１ｍｍ以下にする必要がある。
【０１１１】
従って（式4）の右辺が１より小さいという条件から、
【０１１２】
【数１３】
2007219083.tif 000015
【０１１３】
が導かれる。
【０１１４】
すなわち、副走査断面内において収束された光束の副走査断面内の収束位置Pから偏向面6aまでの距離Ｌ２を上記（式5）を満足する範囲に設定すれば偏向面6aの副走査方向の幅を１ｍｍ以下にすることができる。これにより光偏向器6を高速で共振駆動させることが可能となる。
【０１１５】
本実施例においては、
【０１１６】
【数１４】
2007219083.tif 000016
【０１１７】
に設定されている。
【０１１８】
従って、上記（式5）の右辺は、
【０１１９】
【数１５】
2007219083.tif 000017
【０１２０】
となり、これは（式5）を満足している。
【０１２１】
また本実施例においては副走査断面内の光束の収束位置（点P）を偏向面6aよりも光源1側、具体的には光路折り返しミラー5の上に設定している。
【０１２２】
その理由を以下に述べる。
【０１２３】
結像光学系であるｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βは、副走査断面内の結像位置（点P）からｆθレンズ7までの距離とｆθレンズ7から感光ドラム面8までの距離の比で決定される。
【０１２４】
従って同じ位置にｆθレンズ7を配置したとしても、通常の倒れ補正光学系に比較して本実施例の倒れ補正緩和系の方が明らかにｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βを小さくすることができる。
【０１２５】
ｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βを小さくすることができれば、ｆθレンズ7の配置の敏感度等を低くすることができ、高精度な光走査装置を製造し易くなる。
【０１２６】
またｆθレンズ7を製造が容易（安価）なプラスチック材料を用いた場合は、装置の昇温によるレンズ材料の屈折率変化によって副走査方向のピントずれを小さくすることができ、対環境特性に優れた光走査装置を提供することが可能となる。
【０１２７】
またｆθレンズ7を偏向面6aに近づけて小型化を図ろうとした場合においても、副走査断面内の結像倍率βがあまり大きくならない為、通常の倒れ補正光学系に比較してよりレンズを小型化することができる光走査装置を提供することが可能となる。
【０１２８】
このように本実施例の光走査装置は上述した如く種々の優れた効果を発揮することができる。
【０１２９】
上記効果を得るためには副走査断面内の光束の収束位置（点P）は偏向面6aよりも光源1側に設定されていれば良い。本実施例においては副走査断面内の光束の収束位置（点P）を光路折り返しミラー5の上に設定している。
【０１３０】
その理由を以下に述べる。
【０１３１】
図１に示すように偏向面6aにｆθレンズ7側から光束を入射させているが、光源1やコリメータレンズ2、シリンドリカルレンズ4等もｆθレンズ7側に配置してしまうと、偏向面6aに入射する光束とｆθレンズ7が干渉したりする。またｆθレンズ7から出射した光束と光源1やコリメータレンズ2、シリンドリカルレンズ4等も干渉してしまう。
【０１３２】
その為、光路折り返しミラー5により光路を主走査方向に折り曲げて光源1やコリメータレンズ2、シリンドリカルレンズ4等を干渉しないような位置に配置する必要がある。
【０１３３】
ここで使用される光路折り返しミラー5は、機能上は単に光路を主走査方向に折り曲げる機能を有すれば良い。
【０１３４】
しかしながら、単純に光路折り返しミラー5を光走査装置の筐体に取り付けてしまうと、光路折り返しミラー5の取り付け角度に誤差が生じてしまう。
【０１３５】
光路折り返しミラー5は、主走査方向にはある程度長くすることができる。しかしながら副走査方向に長くしてしまうと、光路折り返しミラー5と偏向面6aで反射された光束とが干渉したり、光走査装置の副走査方向のサイズが大きくなってしまったりする。このため、副走査方向には長くすることができない。従って、光路折り返しミラー5は、特に副走査方向の取り付け角度に誤差が生じ易い。
【０１３６】
通常の倒れ補正光学系を採用した場合、光路折り返しミラー5が副走査方向に角度誤差を有すると感光ドラム面8上での結像位置が副走査方向にずれてしまうという欠点を有する。その為、従来の光走査装置においては、光路折り返しミラー5の副走査方向の角度誤差を個々の装置毎に調整を行っていた。
【０１３７】
それに対して、本実施例のように副走査断面内の光束の収束位置（点P）を光路折り返しミラー5の上に設定した場合は、以下に示すメリットがある。
【０１３８】
即ち、ｆθレンズ7によって光路折り返しミラー5の反射面と感光ドラム面8とを副走査断面内で共役な関係としているため、光路折り返しミラー5が副走査方向に角度誤差を有したとしても感光ドラム面8上での結像位置は一切ずれることはない。
【０１３９】
従って、従来のように光路折り返しミラー5の副走査方向の角度誤差を個々の装置毎に調整する必要がなく、製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【０１４０】
表1-1、表1-2に本実施例における光走査装置（光走査光学系）の諸特性を示す。
【０１４１】
ｆθレンズ7の主走査断面の非球面形状は、各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をY軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をZ軸とする。このときに、
【０１４２】
【数１６】
2007219083.tif 000018
【０１４３】
なる式で表わされる。
【０１４４】
なを、Ｒは曲率半径、ｋ、Ｂ4〜Ｂ16は非球面係数である。
【０１４５】
また副走査断面の形状は主走査方向のレンズ面座標がYであるところの曲率半径ｒ′が、
【０１４６】
【数１７】
2007219083.tif 000019
【０１４７】
なる式で表わされる形状をしている。
【０１４８】
なを、ｒは光軸上における曲率半径、Ｄ２〜Ｄ10は各係数である。
【０１４９】
【表１】
2007219083.tif 000020
【０１５０】
【表２】
2007219083.tif 000021
【０１５１】
本実施例における主走査方向及び副走査方向の常温時の像面湾曲を図１０に示す。また本実施例におけるｆθレンズ7をプラスチック材料で射出成形することにより、製作を容易にしている。
【０１５２】
この場合、装置の昇温（環境変動）によるレンズ材料の屈折率変化によって主走査方向及び副走査方向のピントずれが発生する。
【０１５３】
図１１に装置が25℃昇温した場合の主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示す。図１２に装置が25℃昇温した場合の主走査方向及び副走査方向の像面変化量（ピントずれ量）を示す。
【０１５４】
常温時の場合と比較して、副走査方向の像面が0.8〜1ｍｍ程度プラス側に変動していることが解る。ここで本実施例におけるｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βは1.814倍である。
【０１５５】
比較例として、副走査断面内の光束の収束位置（点P）を偏向面6a上に設定した場合の常温時の像面湾曲を図１３に示す。図１４に装置が25℃昇温した場合の主走査方向及び副走査方向の像面湾曲を示す。図１５に装置が25℃昇温した場合の主走査方向及び副走査方向の像面変化量（ピントずれ量）を示す。
【０１５６】
常温時の場合と比較して、副走査方向の像面が約1〜1.3ｍｍ程度プラス側に変動していることが解る。ここで本比較例におけるｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βは2.484倍である。
【０１５７】
比較例における昇温による副走査方向の像面の移動に比べて、本実施例における昇温による副走査方向の像面の移動の方が小さいことが解る。
【０１５８】
これは副走査断面内の光束の収束位置（点P）を偏向面6aよりも光源1側に配置した倒れ補正緩和系とすることによって、ｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βを小さくしたことによるものである。
【０１５９】
このように本実施例の光走査装置は、装置の昇温によるレンズ材料の屈折率変化によって副走査方向のピントずれを小さくすることができ、対環境特性に優れた光走査装置を提供することを可能としている。
【０１６０】
表2-1、表2-2に本比較例の光走査装置（光走査光学系）の諸特性を示す。
【０１６１】
比較例における光学系の配置は図１及び図８に示すものと同等であり、図８における収束点Pの位置を光路折り返しミラー5上から偏向面6a上に変更されている点だけが異なっている。
【０１６２】
ｆθレンズ7の主走査断面の非球面形状を表わすＲ、ｋ、Ｂ4〜Ｂ16、ｒ、Ｄ２〜Ｄ10等の各係数の意味は実施例1と同様である。
【０１６３】
【表３】
2007219083.tif 000022
【０１６４】
【表４】
2007219083.tif 000023
【０１６５】
次に、光学部品の組み付け誤差に関して説明する。
【０１６６】
光走査装置の筐体に各光学部品を組み付けるときには、何らかの組み付け誤差が発生する。ここでは、例としてシリンドリカルレンズ4が光軸にそって偏向面6a側に0.1ｍｍずれて組みつけられてしまった場合を考える。この場合、シリンドリカルレンズ4は主走査方向にパワーを有さない形状をしている為、主走査方向の像面は変化せず、副走査方向の像面のみが変化する。
【０１６７】
本実施例においてシリンドリカルレンズ4が光軸にそって偏向面6a側に0.1ｍｍずれて組みつけられてしまった場合の、副走査方向の像面変化量を図１６に示す。また前述の比較例においてシリンドリカルレンズ4が光軸にそって偏向面6a側に0.1ｍｍずれて組みつけられてしまった場合の、副走査方向の像面変化量を図１７に示す。
【０１６８】
実施例１においては、0.3ｍｍ以内の変化量であるが、比較例においては0.6ｍｍ程度変化しており、明らかに実施例１の方が副走査方向の像面変化量が小さいことが理解できる。これは実施例1において副走査断面内の光束の収束位置（点P）を偏向面6aよりも光源1側に配置した倒れ補正緩和系とし、ｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βを小さくしたことによって光学系の配置の敏感度が低減していることによるものである。
【０１６９】
このように本実施例の光走査装置は光学系の配置の敏感度を低減することができる為、高精度な光走査装置を製造し易くなるという効果も有する。
【０１７０】
また前述したように光路折り返しミラー5は特に副走査方向の取り付け角度に誤差が生じ易い。ここでは光路折り返しミラー5が副走査方向に30’上向きに誤差をもって取り付けられた場合を考える。このときの実施例１における感光ドラム面8上での結像位置の副走査方向のずれ量を図１８に示す。同様、比較例における感光ドラム面8上での結像位置の副走査方向のずれ量を図１９に示す。
【０１７１】
実施例1においては、ｆθレンズ7によって光路折り返しミラー5と感光ドラム面8とを共役な関係としているため、光路折り返しミラー5が副走査方向に角度誤差を有したとしても感光ドラム面8上での結像位置は副走査方向にずれることはない。従って、図１８に示すように結像位置の副走査方向のずれ量はゼロとなる。
【０１７２】
一方、比較例においては、ｆθレンズ7によって偏向面6aと感光ドラム面8とを共役な関係としているため、光路折り返しミラー5が副走査方向に角度誤差を有すると感光ドラム面8上での結像位置が副走査方向にずれてしまう。その量は図１９に示すように約0.3ｍｍ程度も発生してしまう。よって比較例の場合は光路折り返しミラー5の副走査方向の角度誤差を個々の装置毎に調整する必要がある。
【０１７３】
これに対し本実施例の場合は光路折り返しミラー5の副走査方向の角度調整を必要とせず、製造コストを削減することが可能となる。
【０１７４】
なお、本実施例の場合はｆθレンズ7によって光路折り返しミラー5と感光ドラム面8とを共役な関係としているが、副走査断面内の光束の収束位置（点P）を厳密に光路折り返しミラー5の上に設定する必要はない。
【０１７５】
一般的に感光ドラム面8上での結像位置の副走査方向のずれ量は0.2ｍｍ以下程度に設定されるため、その範囲のずれ量に収まる範囲において副走査断面内の光束の収束位置（点P）を光路折り返しミラー5の上からずらすことも可能である。
【０１７６】
例えば図２０に示すように光路折り返しミラー5から副走査断面内の光束の収束位置（点P）までの距離をＬ１、光路折り返しミラー5の副走査方向の角度誤差をα、ｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率をβとする。このとき感光ドラム面8上での結像位置の副走査方向のずれ量δは、
δ＝Ｌ１×ｔａｎ（２α）×β
で表わされる。
【０１７７】
一般的に光路折り返しミラー5を光走査装置の筐体に調整無しで取り付けた場合の角度誤差は30’程度である。これより上記関係式のαに30’を代入し、かつ、感光ドラム面8上での結像位置の副走査方向のずれ量δが0.2ｍｍ以下という条件とする。これから、
Ｌ１×β≦１１．４６（ｍｍ）  −（式6）
が導かれる。
【０１７８】
上記（式6）を満足するように光路折り返しミラー5から副走査断面内の光束の収束位置（点P）までの距離L１、ｆθレンズ7の副走査断面内の結像倍率βを適宜選択すれば良い。これによれば光路折り返しミラー5の副走査方向の角度調整を必要とせず、製造することができる。
【０１７９】
尚、本実施例においては結像光学系７を１枚のレンズより構成したが、これに限らず、例えば２枚以上のレンズより構成しても良い。
【０１８０】
［画像形成装置］
図２１は、本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。図において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータDｃが入力する。このコードデータDｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Dｉに変換される。この画像データDｉは、実施例１に示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット１００からは、画像データDｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【０１８１】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
【０１８２】
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データDｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【０１８３】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図２１において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【０１８４】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図２１において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。そして転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【０１８５】
図２１においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【０１８６】
本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１の構成はより効果を発揮する。
【０１８７】
［カラー画像形成装置］
図２２は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置（光走査光学系）を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図２２において、６０はカラー画像形成装置、１１，１２，１３，１４は各々実施例１に示した構成を有する光走査装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。尚、図２２においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器（不図示）と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器（不図示）とを有している。
【０１８８】
図２２において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１１，１２，１３，１４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１，４２，４３，４４が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。
【０１８９】
本実施例におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０１９０】
本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１１，１２，１３，１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【０１９１】
前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の光走査装置の実施例1の主走査方向の要部断面
【図２】本発明の実施例1の光偏向器の構造を示す図
【図３】本発明の実施例1の光偏向器の原理を説明する図
【図４】可動板の数が2つの共振型光偏向器について考える場合のモデル図
【図５】実施例1の光偏向器で反射された光束の偏向角2θ1を示す図
【図６】倒れ補正光学系を採用しなかった場合の副走査方向の要部断面図
【図７】倒れ補正光学系を採用した場合の副走査方向の要部断面図
【図８】本発明の光走査装置の実施例1の副走査方向の要部断面図
【図９】偏向面上での副走査方向の光束幅の説明図
【図１０】実施例1における主走査および副走査方向の常温時の像面湾曲を示す図
【図１１】実施例1において装置が25℃昇温した場合の主走査及び副走査の像面湾曲を示す図
【図１２】実施例1において装置が25℃昇温した場合の主走査及び副走査の像面変化量（ピントずれ量）を示す図
【図１３】比較例における主走査および副走査の常温時の像面湾曲を示す図
【図１４】比較例において装置が25℃昇温した場合の主走査及び副走査の像面湾曲を示す図
【図１５】比較例において装置が25℃昇温した場合の主走査及び副走査の像面変化量（ピントずれ量）を示す図
【図１６】実施例1においてシリンドリカルレンズが光軸にそって偏向面側に0.1ｍｍずれて組みつけられてしまった場合の、副走査の像面変化量を示す図
【図１７】比較例においてシリンドリカルレンズが光軸にそって偏向面側に0.1ｍｍずれて組みつけられてしまった場合の、副走査の像面変化量を示す図
【図１８】実施例1において光路折り返しミラーの角度誤差によって発生する結像位置の副走査方向のずれ量を示す図
【図１９】比較例において光路折り返しミラーの角度誤差によって発生する結像位置の副走査方向のずれ量を示す図
【図２０】光路折り返しミラーの角度誤差によって発生する結像位置の副走査方向のずれを説明する図
【図２１】本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査断面図
【図２２】本発明のカラー画像形成装置の実施例を示す副走査断面図
【符号の説明】
【０１９３】
１  光源手段（半導体レーザー）
３  開口絞り
２  変換光学系（コリメータレンズ）
４  集光光学系（シリンドリカルレンズ）
５  光路折り返しミラー
６  偏向手段（光偏向器）
６ａ  偏向面
ＬＡ  入射光学系
７  結像レンズ
ＬＢ  結像光学系
８  被走査面（感光ドラム面）
１１、１２、１３、１４    光走査装置
２１、２２、２３、２４    像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４    現像器
４１、４２、４３、４４    光ビーム
５１    搬送ベルト
５２    外部機器
５３    プリンタコントローラ
６０    カラー画像形成装置
１００  光走査装置
１０１  感光ドラム
１０２  帯電ローラ
１０３  光ビーム
１０４  画像形成装置
１０７  現像装置
１０８  転写ローラ
１０９  用紙カセット
１１０  給紙ローラ
１１１  プリンタコントローラ
１１２  転写材（用紙）
１１３  定着ローラ
１１４  加圧ローラ
１１５  モータ
１１６  排紙ローラ
１１７  外部機器
【図１】
2007219083.tif 000025
【図２】
2007219083.tif 000026
【図３】
2007219083.tif 000027
【図４】
2007219083.tif 000028
【図５】
2007219083.tif 000029
【図６】
2007219083.tif 000030
【図７】
2007219083.tif 000031
【図８】
2007219083.tif 000032
【図９】
2007219083.tif 000033
【図１０】
2007219083.tif 000034
【図１１】
2007219083.tif 000035
【図１２】
2007219083.tif 000036
【図１３】
2007219083.tif 000037
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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