JP2014153600A - 光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】更なる薄型化を達成すると共に、部品点数を削減してローコスト化も達成できる光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置を提供する。
【解決手段】偏向手段と、第１光源手段、第２光源手段からそれぞれ出射した第１光束、第２光束を偏向手段に導く入射光学系と、偏向手段から出射した第１光束、第２光束をそれぞれ、第１被走査面と、偏向手段からの空間的な距離が第１被走査面よりも近い第２被走査面とに導く結像光学系と、を備え、偏向手段で第１光束、第２光束をそれぞれ偏向することにより、第１被走査面、第２被走査面を走査する光走査装置であって、結像光学系は、偏向手段から第２被走査面に至る第２光束が２回通過し、偏向手段から第１被走査面に至る第１光束が1回しか通過しない光学面を含んでいることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置に関し、特に、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等に好適なものである。

従来より、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等には、光走査装置が用いられている。この光走査装置においては、画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束（光ビーム）を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により、周期的に偏向させている。そして、偏向された光束をｆθ特性を有する結像光学系によって、感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。

また従来より、カラー画像形成装置用の光走査装置においては、装置全体のコンパクト化とローコスト化を目的として、偏向手段としての光偏向器を複数の光束で共用した光走査装置が提案されている(特許文献１)。これに開示された光走査装置では、光偏向器に対し、副走査方向斜めから光束を入射させた所謂副走査斜入射光学系が採用されている。副走査斜入射光学系の利点は、光偏向器の偏向反射面の副走査方向のサイズを大きく取らずに、偏向反射した光束の分離を可能とする点である。

図１１（ａ）は、副走査斜入射光学系を採用したカラー画像形成装置用の光走査装置の副走査断面図である。図中、光偏向器５で反射した４つの光束の内、感光ドラム８Ａ〜８Ｄから遠い側の光束Ｒａ、Ｒ´ａは、結像レンズ６、６´、結像レンズ７Ａ、７´Ａをそれぞれ通過した後、折り返しミラーＭ１、Ｍ´１にて下方に反射され、被走査面８Ａ、８Ｄに結像する。一方、図中、感光ドラム８Ａ〜８Ｄに近い側の光束Ｒｂ、Ｒ´ｂは、結像レンズ６、６´を通過し、折り返しミラーＭ２、Ｍ´２で斜め上方に反射される。

そして、結像レンズ７Ｂ、７´Ｂを通過し、再び折り返しミラーＭ３、Ｍ´３で下方に反射され、被走査面８Ｂ、８Ｃに結像する。この光走査装置の構成では、折り返しミラーの部品点数は６点、レンズの部品点数は６点となっている。

また、特許文献２に開示されているように、光偏向器で偏向反射された複数の光束を複数のレンズ面を上下方向に重ねて一体化した多段レンズ（レンズ面が異なる表現式で表されるレンズ）を通過させることも提案されている。これにより、レンズ枚数の削減を図ることができる。

図１１（ｂ）は、多段レンズを用いた光走査装置の副走査断面図である。図１１（ａ）と同様に、光偏向器で反射した４つの光束の内、図中、感光ドラム８Ａ〜８Ｄから遠い側の光束Ｒａ、Ｒ´ａは、結像レンズ６、６´、結像レンズ７Ａ、７´Ａをそれぞれ通過する。そして、折り返しミラーＭ１、Ｍ´１にて下方に反射され、被走査面８Ａ、８Ｄに結像する。一方、図中、感光ドラム８Ａ〜８Ｄに近い側の光束Ｒｂ、Ｒ´ｂは、結像レンズ６、６´、結像レンズ７Ｂ、７´Ｂを通過する。そして、３枚の折り返しミラーＭ２、Ｍ３、Ｍ４及びＭ´２、Ｍ´３、Ｍ´４で光路を折り曲げられ、被走査面８Ｂ、８Ｃに結像する。

結像レンズ７Ａ、７Ｂは、プラスチックモールド成形により作製され、上下に配置された２つのレンズ面を一体化した多段レンズとなっている。このような構成にすることで、折り返しミラーの部品点数は８点、レンズの部品点数は４点とし、コストが比較的高いレンズの枚数を削減することができる。

特開２００８−７６５８６号公報 特開２００７−１５５８３８号公報

しかしながら、従来の光走査装置においては、以下に述べるような解決すべき点がある。先ず、図１１（ａ）に示した従来の光走査装置においては、被走査面８Ｂ、８Ｃに向かう光束Ｒｂ、Ｒ´ｂの光路の取り回し方が、光走査装置の高さ方向のサイズを決めている。

即ち、結像レンズ７Ｂ、７´Ｂが、二つの折り返しミラーの間の光路（結像レンズ６、６´を下側光路として通過）にあり、結像レンズ６、６´を上側光路として通過する光束との干渉を避けるように結像レンズ７Ｂ、７´Ｂを配置する。すると、光走査装置の更なる薄型化が困難となってしまう。また、部品点数も多く、これ以上のコストダウンが困難となっていた。

一方、図１１（ｂ）に示した従来の光走査装置においても、被走査面８Ｂ、８Ｃに向かう光束Ｒｂの光路の取り回し方が、光走査装置の高さ方向のサイズを決めている。即ち、結像レンズ７Ｂ、７´Ｂを下側光路として通過する光束が３枚のミラーで光路を折り返すとき、結像レンズ７Ａ、７´Ａとの干渉を避けるように３枚のミラーを配置すると、光走査装置の更なる薄型化が困難となってしまう。また、部品点数に関しても、図１１（ａ）の光走査装置に対して、結像レンズの枚数を６枚から４枚へと減らすことが可能であるものの、逆に折り返しミラーの枚数が６枚から８枚へと増えてしまい、トータルの部品点数は変わらない結果となっていた。

本発明の目的は、更なる薄型化を達成すると共に、部品点数を削減してローコスト化も達成できる光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る光走査装置は、偏向手段と、第１光源手段、第２光源手段からそれぞれ出射した第１光束、第２光束を前記偏向手段に導く入射光学系と、前記偏向手段から出射した前記第１光束、前記第２光束をそれぞれ、第１被走査面と、前記偏向手段からの空間的な距離が前記第１被走査面よりも近い第２被走査面とに導く結像光学系と、を備え、前記偏向手段で前記第１光束、前記第２光束をそれぞれ偏向することにより、前記第１被走査面、前記第２被走査面を走査する光走査装置であって、前記結像光学系は、前記偏向手段から前記第２被走査面に至る前記第２光束が２回通過し、前記偏向手段から前記第１被走査面に至る前記第１光束が1回しか通過しない光学面を含んでいることを特徴とする。

本発明によれば、更なる薄型化を達成すると共に、部品点数を削減してローコスト化も達成できる光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置を提供することができる。

(ａ)は本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図、(ｂ)は第１の実施形態に係る光走査装置における光束Ｒａが通過する光学系の主走査断面図、(ｃ)は第１の実施形態に係る光走査装置における光束Ｒｂが通過する光学系の主走査断面図である。 (ａ)は本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の４光束の内の２光束ＬＡ、ＬＡ’を示す説明図、(ｂ)は４光束の内の２光束ＬＡ、ＬＢを示す説明図、(ｃ)は４光束の内の２光束ＬＡ’、ＬＢ’を示す説明図である。 第１の実施形態における結像レンズ７Ｒ近傍の拡大図である。 (ａ)は第１の実施形態に係る光走査装置の被走査面上でのスポットプロファイルを示す図、(ｂ)は被走査面上でのｆθ特性を示す図、(ｃ)は被走査面上での走査線曲がりを示す図である。 (ａ)は本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図、(ｂ)は第２の実施形態に係る光走査装置における光束Ｒａが通過する光学系の主走査断面図、(ｃ)は第２の実施形態に係る光走査装置における光束Ｒｂが通過する光学系の主走査断面図である。 第２の実施形態における結像レンズ７Ｒ近傍の拡大図である。 (ａ)は第２の実施形態に係る光走査装置の被走査面上でのスポットプロファイルを示す図、(ｂ)は被走査面上でのｆθ特性を示す図、(ｃ)は被走査面上での走査線曲がりを示す図である。 (ａ)乃至（ｆ）は本発明における変形例に関する光走査装置の副走査断面図である。 (ａ)(ｂ)は、本発明における更なる変形例の比較説明のための光走査装置の副走査断面図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の要部概略図である。 (ａ)(ｂ)は、従来の斜入射光学系の光走査装置の副走査断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（カラー画像形成装置）
図１０は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載した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（光結像光学系）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１０において、６０はカラー画像形成装置、１２は光走査装置、２１、２２、２３、２４は各々感光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。なお、図１０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。

図１０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１２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。

本実施形態におけるカラー画像形成装置は、光走査装置１２からＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応した走査光を出射している。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。

本実施形態におけるカラー画像形成装置は、上述の如く光走査装置１２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。

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。なお、光走査装置の上方に感光ドラムを配置した構成のカラー画像形成装置としてもよい。その場合においても同様にカラー画像形成装置のコンパクト化を達成することが可能である。

（光走査装置）
図１(ａ)は、本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の副走査断面図である。本実施形態では、偏向手段としての光偏向器の回転軸を含み結像レンズの光軸に垂直な面に対して両側を走査するタイプの光走査装置を構成している。図１(ｂ)は、図１(ａ)で示した光学系の内、光束Ｒａが通過する光学系の主走査断面展開図である。また、図１(ｃ)は、図１(ａ)で示した光学系の内、光束Ｒｂが通過する光学系の主走査断面展開図である。但し、結像レンズ７Ｂに光束が２度通過する様子が分かるように、折り返しミラーＭ２で折り返された光路を重ねて書いている。また、図２は全体４光束の偏向手段への入射を示している。

なお、以下の本実施形態の説明において、結像光学系の光軸または軸上とは、被走査面の中心を通り、被走査面に垂直方向の軸のことである。副走査方向（Ｚ方向）とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向を法線とする断面である。主走査方向（Ｙ方向）とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。

（入射光学系および光偏向器）
図２（ｂ）において、複数の光源手段から出射した複数の入射光束は、偏向手段５の偏向反射面の面法線を含む平面に対して斜めに傾いている。図１（ｂ）（ｃ）において、１Ａ、１Ｂは第１光源手段、第２光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。３Ａ、３Ｂはコリメータレンズであり、光源手段１Ａ、１Ｂから出射された発散光束を略平行光に変換する。そして、シリンダーレンズ４Ａ、４Ｂを通過させることで副走査断面内において後述する偏向手段としての光偏向器５の偏向面５ａに主走査方向に長手の線像として結像させている。

２Ａ、２Ｂは開口絞りであり、被走査面において所望のスポット形状となるように光束幅を制限している。なお、本実施形態では、開口絞り２Ａ、２Ｂを矩形形状の絞りとすることで、被走査面上で略矩形形状のスポットとしている。

また、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、光束Ｒａ（第１光束）に対する絞り２Ａ、コリメータレンズ３Ａ、シリンダーレンズ４Ａの各要素は、入射光学系ＬＡを構成している。一方、図１（ｃ）、図２（ｂ）に示すように、光束Ｒｂ（第１光束）に対する入射光学系ＬＢも同様の構成となっており、光偏向器５への副走査方向の入射の向きが逆（後述する面Poに関して対称的）の関係となっている。ここで、光偏向器５は、外接円半径１０ｍｍの４面より成るポリゴンミラーより成っている。この光偏向器５は、駆動手段（不図示）により、図１（ｂ）（ｃ）に示す矢印Ａ方向に一定速度で回転している。

（結像光学系ＳＲ、ＳＬ）
本実施形態の光走査装置は、光偏向器５を挟み結像光学系ＳＲ、ＳＬを２つ備え、１つの光偏向器５により４本の光束Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ´ａ、Ｒ´ｂを偏向走査し、対応する感光ドラム面８Ａ（Ｂｋ）、８Ｂ（Ｃ）、８Ｃ（Ｍ）、８Ｄ（Ｙ）を走査する。

ここで、結像光学系ＳＲにおいて、偏向手段である光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射した偏向光束である第１光束Ｒａは、結像レンズ６、７Ａを通過し、折り返しミラーＭ１により折り返される。そして、第１の被走査面である第１の感光体としての感光ドラム８Ａ（Ｂｋ）に結像（スポット状に集光）される。

また、光偏向器５の偏向面５ａで偏向反射した偏向光束である第２光束Ｒｂは、結像レンズ６、７Ｂを通過後、第１の反射手段としての折り返しミラーＭ２により折り返される。そして、再び結像レンズ７Ｂを一度目の通過とは逆方向から再度通過した後、第２の反射手段としての折り返しミラーＭ３で折り返され、第２の被走査面である第２の感光体としての感光ドラム８Ｂ（Ｃ）に結像（スポット状に集光）される。

一方、結像光学系ＳＬにおいても、結像光学系ＳＲと同じ光路の取り回し方を行っている。光偏向器５の偏向面５´ａで偏向反射した偏向光束Ｒ´ａは、結像レンズ６´、７´Ａを通過し、折り返しミラーＭ´１により折り返され、被走査面である感光ドラム８Ｄ（Ｙ）に結像（スポット状に集光）される。また、光偏向器５の偏向面５´ａで偏向反射した偏向光束Ｒ´ｂは、結像レンズ６´、７´Ｂを通過後、折り返しミラーＭ´２により折り返される。そして、再び結像レンズ７´Ｂを一度目の通過とは逆方向から再度通過した後、折り返しミラーＭ´３で折り返され、被走査面である感光ドラム８Ｃ（Ｍ）に結像（スポット状に集光）される。

なお、光偏向器５から遠い被走査面８Ａ、８Ｄに第３の反射手段としての折り返しミラーＭ１、Ｍ’１を介して結像する光学系（被走査面を走査する光学系）を結像光学系ＳＡ、ＳＤと称する。また、光偏向器５に近い被走査面８Ｂ、８Ｃに結像する光学系（被走査面を走査する光学系）を結像光学系ＳＢ、ＳＣと称す。また、光偏向器５に近いとは、空間的な距離（物理的な距離）が、光偏向器５の偏向面に最も近いことを称し、また光偏向器５に遠いとは、空間的な距離（物理的な距離）が、光偏向器５の偏向面から最も遠いことを称す。

本実施形態における２つの結像光学系ＳＲ、ＳＬの構成及び光学的作用は、互いに同じであるので、以下、結像光学系ＳＲで説明する。本実施形態における結像光学系ＳＡ、ＳＢは、各々複数の結像レンズから構成され、最も偏向手段に近い結像レンズ６（第２の結像レンズ）は、複数の結像光学系ＳＡ、ＳＢで共用されている。

また、被走査面に近い結像レンズ７Ａ、７Ｂは、複数のレンズ面を副走査方向に並べて配置し、その複数のレンズ面を一体に形成した多段レンズ（後に図３で詳述）を構成している。即ち、走査ユニットＳＲに用いられる結像レンズ７Ａ、７Ｂのレンズ面は、後述するように異なる表現式で表された異なる面形状をしている。このようにすることで、結像レンズの枚数を削減し、小型化とローコスト化を達成している。

また、本実施形態では、光偏向器５に近い被走査面８Ｂに結像する結像光学系ＳＢの折り返しミラーの枚数を必要最低限の２枚にしている。よって、走査ユニットＳＲでのレンズ枚数は全体で２枚、折り返しミラーの枚数は全体で３枚となる。これにより、図１１（ａ）、図１１（ｂ）で示した従来例（走査ユニットＳＲでのレンズ枚数は３枚、折り返しミラーの枚数は３枚、もしくはレンズ枚数は２枚、折り返しミラーの枚数は４枚）に比べ、走査ユニットＳＲでの部品点数が１点削減する。

よって、走査ユニットＳＲおよび走査ユニットＳＬのトータルの部品点数で２点削減することとなり、部品のコストと占有空間の減少化からローコスト化と光走査装置の小型化を図ることができる。

図１（ａ）中、Ｃ０は軸上光束の主光線の偏向反射点（基準点）である。副走査方向においては、光束Ｒａ、Ｒｂは偏向反射点Ｃ０にて交差し、偏向反射点Ｃ０は結像光学系の基準点となる。各レンズ面は、次に述べる非球面式を用いて所望の光学性能を満足するよう光学設計を行っている。また、面Ｐ０は偏向反射点Ｃ０を通りポリゴンミラーの回転軸に垂直な面である。

（入射光学系および結像光学系の具体的構成）
本実施形態における入射光学系ＬＡ、結像光学系ＳＡの光学配置を表１に、入射光学系ＬＡのレンズ面形状を表２に、結像光学系ＳＡのレンズ面形状を表３に示す。また同様に、本実施形態における入射光学系ＬＢ、結像光学系ＳＢの光学配置及びレンズ面形状を表４に、入射光学系ＬＢのレンズ面形状を表５に、結像光学系ＳＢのレンズ面形状を表６に示す。

（温度補償光学系）
本実施形態のコリメータレンズ３及びシリンダーレンズ４は、どちらか一方の面に回折格子が形成された回折面としている。コリメータレンズ３及びシリンダーレンズ４は、プラスチック材料を用いた射出成形で成形されており、環境変動による屈折パワーの変化を半導体レーザーの波長変化による回折パワーの変化で補償する、所謂温度補償光学系としている。ここで、回折面は以下に表した位相関数により定義される。

ここで、φは位相関数、Ｍは回折次数であり、本実施形態は１次回折光（Ｍ＝１）を用いている。λは設計波長であり、本実施形態ではλ＝790ｎｍである。

（結像光学系の非球面形状）
結像レンズ６、７Ａ、7Ｂのレンズ入射面、レンズ出射面の母線形状は共に、10次までの関数として表せる非球面形状により構成している。結像レンズ６、７Ａ、7Ｂのそれぞれのレンズ面と結像レンズ６、７Ａ、７Ｂの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軸としたとき、主走査方向と対応する母線方向が、以下の式で表されるものである。

（但し、Ｒは母線曲率半径，Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０は非球面係数）
非球面係数Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０は、光走査装置の光源手段１が配置されていない側（Ｂ_４Ｕ、Ｂ_６Ｕ、Ｂ_８Ｕ、Ｂ_１０Ｕ）と光源手段１が配置されている側（Ｂ_４Ｌ、Ｂ_６Ｌ、Ｂ_８Ｌ、Ｂ_１０Ｌ）とで数値を異ならせることもできる。そうすることで、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。また、副走査方向と対応する子線方向が、以下の式で表されるものである。

Ｓは、母線方向の各々の位置における母線の法線を含み主走査面と垂直な面内に定義される子線形状である。ここで、主走査方向に光軸からＹ離れた位置における副走査方向の曲率半径（子線曲率半径）Rs^*が、以下の式で表されている。

（但し、Ｒｓは光軸上の子線曲率半径，Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０は子線変化係数）
こちらも、主走査形状と同様、非球面係数Ｄ_２〜Ｄ_１０は光走査装置の光源手段１が配置されていない側（Ｄ_２Ｕ〜Ｄ_１０Ｕ）と光源手段１が配置されている側（Ｄ_２Ｌ〜Ｄ_１０Ｌ）とで数値を異ならせることで、主走査方向に非対称な形状を表現することができる。

上記Ｓに関する等式の右辺の第２項は、Ｚの１次の関数からなる子線方向のチルト量を与える項であり、また第３項は、Ｚの４次の関数からなる子線方向の非円弧量を与える項である。子線チルト量に関しても、Ｍ_０，１〜Ｍ_１０，１は光走査装置の光源手段１が配置されていない側（Ｍ_０，１Ｕ〜Ｍ_{１０，１Ｕ}）と、光源手段１が配置されている側（Ｍ_０，１Ｌ〜Ｍ_{１０，１Ｌ}）とで数値を異ならせる。これにより、主走査方向に非対称な形状とすることができる。このように子線方向に４次の非円弧量を与えることもできるが、本実施形態では、子線方向に４次の非円弧量は与えない形態としている。

なお、本実施形態では、面形状を上記定義式により函数を定義したが、本発明の権利の範囲はこれを制限するものではない。

（被走査面上における光束の結像状況）
図４（ａ）は、ディフォーカスゼロ（被走査面上）の位置でのスポット形状を示している。等高線は、外側からピーク光量の２％、５％、１３．５％、５０％である。この図が示す通り、Ｙ＝±８０ｍｍ、Ｙ＝±１０５ｍｍの位置にて、ピーク光量の５％のサイドローブが主走査方向に発生している。また、ここで示した５つの像高以外の像高においてもスポット形状を確認したが、５％を大きく超える程のサイドローブが現れることはなく、全像高において波面収差が補正されていることが分かっている。

図４（ｂ）は、ｆθ特性を示しており、理想像高からの主走査方向の結像位置のズレ量をプロットしている。光束Ｒａと光束Ｒｂとで結像レンズ６を共用しているが、結像レンズ７Ａと結像レンズ７Ｂは異なる形状をしているので、結像光学系ＳＡ、ＳＢとでｆθ特性は一致していない。最もずれている箇所で１．０６５ｍｍだけ結像位置が主走査方向に離間している。但し、近年発達した電気補正技術を用いて、光源の発光タイミングを制御することで、実画像上問題無い程度の色ずれ量とすることが可能である。

図４（ｃ）は、走査線曲がりを示しており、軸上結像点をゼロにしてプロットしている。走査線曲がりに関しても、ｆθ特性と同じように結像光学系ＳＡ、ＳＢとで一致はしていない。最もずれている箇所で110μｍだけ結像位置が副走査方向に離間している。こちらに関しても、電気補正技術を用いることで、実画像上問題無いレベルの色ずれ量とすることが可能である。

（結像レンズ７Ｒ）
図３は、本実施形態の結像光学系ＳＲにおける第１の結像レンズとしての結像レンズ７Ｒ周辺の副走査拡大図である。結像レンズ７Ｒは、光束Ｒａが通過する結像レンズ７Ａと、光束Ｒｂが通過する結像レンズ７Ｂとを、副走査方向上下に重ねた多段レンズになっている。主走査方向及び副走査方向に異なる形状のレンズを積み重ねるため、二つのレンズ面の境界で段差が生じる。

段差部Ｐ１及びＰ２が存在すると、その点を起点にレンズ成形時にレンズ面にヒケが発生することがあり、ヒケている部分を光束が通過するとスポット形状が乱れてしまう。そこで、本実施形態では、副走査方向に±３°の斜入射角で光束を偏向走査し、結像レンズ７Ｒの両面において光束と段差部Ｐ１、Ｐ２をヒケの影響がでない領域まで光束Ｒａ、Ｒｂを十分離間させている。また、結像レンズ７Ｂは、折り返しミラーＭ２で反射された光束が再度入射するように構成している。

このようにして、結像光学系ＳＲは、偏向手段から第２被走査面（８Ｂ）に至る第２光束（Ｒｂ）が２回通過し、偏向手段から第１被走査面（８Ａ）に至る第１光束（Ｒａ）が1回しか通過しない光学面を含むこととなる。

本実施形態では、1回目に光学面を通過する結像レンズ７Ｂのレンズ形状と、２回目に上記光学面を通過する結像レンズ７Ｂのレンズ形状とが、同じになるように一体化した構成として設計している。即ち、本実施形態では、結像レンズ７Ｒに関し、第２被走査面に向う第２光束Ｒｂが1回目に通過する領域での副走査方向における第１面形状と、２回目に通過する領域での副走査方向における第２面形状は同じ数式（表現式）で表されるものとする。

このため、両者の間におけるレンズ面の段差を気にする必要がない。結像レンズ６から出射し結像レンズ７Ｂを通過する光束Ｒｂと、折り返しミラーＭ２により反射され結像レンズ７Ｂを再度通過する光束Ｒｂの一部とを、副走査断面内において重なるように構成するとレンズの高さが抑えられ、無駄な材料を使用しなくて済む。

そのようにするためには、結像レンズ７Ｂをより折り返しミラーＭ２に近づけると良い。即ち、図３に示すように、結像レンズ７Ｂの折り返しミラーＭ２側の面と折り返しミラーＭ３との距離Ｌ１と、結像レンズ７Ｂの折り返しミラーＭ２側の面と折り返しミラーＭ２との距離Ｌ２とを比較すると、Ｌ１＞Ｌ２となるように構成するのが望ましい。また、Ｌ１＞Ｌ２となるような位置に結像レンズ７Ｒを配置すると、Ｌ１＜Ｌ２となるような位置にレンズを配置した場合と比べて、主走査方向のレンズの長さが短くなる。よって、Ｌ１＞Ｌ２の条件は、レンズの高さおよび長さを抑える上で重要な条件となっている。

また、Ｌ１＞Ｌ２という条件は、結像レンズ７Ｒを可能な限り折り返しミラーＭ２に近づけることで、結像光学系ＳＡ（図１（ｂ））と結像光学系ＳＢ（図１（ｃ））における副走査方向の結像倍率βを近い値にするという重要な条件ともなっている。即ち、結像レンズ６（第２の結像レンズ）を結像光学系ＳＡとＳＢとで共用しているため、副走査方向の結像倍率は結像レンズ７Ａ、７Ｂの配置位置に大きく依存する。

（副走査方向の結像倍率の一致具合）
結像倍率があまりにかけ離れてしまっていると、入射光学系の構成を光束Ｒａと光束Ｒｂとで異ならせなくてはならず（例えばコリメータレンズの焦点距離を変えるなど）、部品の共通化の妨げとなり低コスト化という観点で不利になってしまう。本実施形態では、光偏向器５の偏向面５ａからの下側光路(図１（ａ））に沿った光束Raに対する結像光学系ＳＡ（図１（ｂ））の副走査方向の結像倍率βは、β＝−2.15である。一方、光偏向器５の偏向面５ａからの上側光路(図１（ａ））に沿った光束Rbに対する結像光学系ＳＢ（図１（ｃ））の副走査方向の結像倍率βは、β＝−1.77であり、両者は概略一致している。

（感光ドラムとの配置関係）
最後に、本実施形態では、図１（ａ）に示すように感光ドラムを図の下側に配置し、偏向手段で偏向された複数の光束の内、被走査面から空間的に（物理的に）遠い側の光束Ｒｂを、以下のように結像させている。即ち、結像レンズを２度通過させた後、偏向手段に空間的に（物理的に）近い被走査面８Ｂに結像させる。一方、被走査面に空間的に（物理的に）近い側の光束Ｒａを、２度光束が通過した結像レンズを１度通過させた後、偏向手段から空間的に（物理的に）遠い被走査面８Ａに結像させている。

仮に、図１（ａ）に示した感光ドラムを図の下側でなく上側に配置させた場合、被走査面に空間的に（物理的に）遠い側となる光束（Ｒａ）を、以下のように結像させることとなる。即ち、２度光束が通過した結像レンズを１度通過させた後、偏向手段から空間的に（物理的に）遠い被走査面８Ａに結像させることとなる。この場合、偏向手段で偏向された複数の光束の内、被走査面から空間的に（物理的に）近い側となる光束（Ｒｂ）を、結像レンズを２度通過させた後、偏向手段に空間的に（物理的に）近い被走査面８Ｂに結像させることとなる。

このような配置をさせた場合、折り返しミラーＭ３は反射光路が上に向くように９０°回転され、このような折り返しミラーＭ３と、上側光路に沿って折り返しミラーＭ２に向う光束（Ｒｂ）との干渉と言った新たな問題が発生してくる。よって、画像形成装置本体をよりコンパクトにするためには、偏向手段で偏向された複数の光束の内、被走査面に空間的に（物理的に）近い側の光束を偏向手段から空間的に（物理的に）遠い被走査面に結像させるように構成することが望ましい。

（本実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態は、ｆθ特性、走査線曲がり、副走査方向の結像倍率の一致具合などの点で所定の性能を備え、画像品質を落とさずに光走査装置の薄型化及びローコスト化を達成することができる。

《第２の実施形態》
図５(ａ)は、本発明の第２の実施形態の光走査装置の副走査断面図である。図５(ｂ)は、図５(ａ)で示した光学系の内、光束Ｒａが通過する光学系の主走査断面展開図である。また、図５(ｃ)は、図５(ａ)で示した光学系の内、光束Ｒｂが通過する光学系の主走査断面展開図である。但し、結像レンズ７Ｂに光束が２度通過する様子が分かるように、折り返しミラーＭ２で折り返された光路を重ねて書いている。

（結像レンズ７Ｒ）
図６は、結像レンズ７Ｒ周辺の副走査拡大図である。これからも分かる通り、結像レンズ７Ｂを二つのレンズ部７ＢＵ、７ＢＬより構成している。よって、結像レンズ７Ｒは、光束Ｒａが通過する結像レンズ７Ａ、光束Ｒｂが１度目に通過する結像レンズ７ＢＬ、折り返しミラーＭ２で反射された光束Ｒｂが２度目に通過する結像レンズ７ＢＵの３つのレンズから構成される。即ち、結像レンズ７Ｒは、副走査方向上下に積み重ねた多段レンズ（レンズ面が異なる表現式で表されるレンズ）となっている。

また、結像レンズ７ＢＬと結像レンズ７Ａは、面Ｐ０に対して対称な形状をしている。即ち、本実施形態では、結像レンズ７Ｒに関し、第１被走査面に向う第１光束Ｒｂが１回通過する領域での副走査方向における面形状と、第１被走査面に向う第１光束Ｒａが１回だけ通過する領域での副走査方向における面形状は同じ数式で表される。このように、結像レンズ７Ｒは、一体化したレンズ面形状をしている。

このため、結像レンズ７ＢＬと結像レンズ７Ａとの境界部Ｐ３、Ｐ４では段差は生じていない。一方、結像レンズ７ＢＵと結像レンズ７ＢＬとの境界部Ｐ５、Ｐ６では、レンズ面形状が異なるため、段差が生じる。よって、光束Ｒｂは境界部Ｐ５、Ｐ６近傍を通らないよう、結像レンズ７Ｒを配置しなければならない。そのため、結像レンズ７Ｂの折り返しミラーＭ２側の面において、光束Ｒｂが通過する２つの位置の間隔を第１の実施形態では狭くしたが、本実施形態では逆に拡げる必要がある。

即ち、図６に示すように、結像レンズ７Ｂの折り返しミラーＭ２側の面と折り返しミラーＭ３との距離Ｌ１と、結像レンズ７Ｂの折り返しミラーＭ２側の面と折り返しミラーＭ２との距離Ｌ２とを比較すると、Ｌ１＜Ｌ２となるように構成するのが望ましい。このような位置に結像レンズ７Ｂを配置することで、折り返しミラーＭ２での折り返し角度を付けずに、光束同士の間隔を広げることができる。よって、段差部近傍のヒケているレンズ面を光束が通過しないで済むようになり、良好なスポット形状を得ることが可能となる。

（入射光学系および結像光学系の具体的構成）
次に、本実施形態における入射光学系ＬＡ、結像光学系ＳＡの光学配置を表７に、入射光学系ＬＡのレンズ面形状を表８に、結像光学系ＳＡのレンズ面形状を表９に示す。また同様に、本実施形態における入射光学系ＬＢ、結像光学系ＳＢの光学配置及びレンズ面形状を表１０に、入射光学系ＬＢのレンズ面形状を表１１に、結像光学系ＳＢのレンズ面形状を表１２に示す。

（被走査面上における光束の結像状況）
図７（ａ）は、ディフォーカスゼロ（被走査面上）の位置でのスポット形状を示している。等高線は、外側からピーク光量の２％、５％、１３．５％、５０％である。この図が示す通り、Ｙ＝±８０ｍｍの位置にて、ピーク光量の５％のサイドローブが主走査方向に発生している。また、ここで示した５つの像高以外の像高においてもスポット形状を確認したが、５％を大きく超える程のサイドローブが現れることはなく、全像高において波面収差が補正されていることが分かっている。

図７（ｂ）は、ｆθ特性を示しており、理想像高からの主走査方向の結像位置のズレ量をプロットしている。光束Ｒａと光束Ｒｂとで結像レンズ６を共用しており、結像レンズ７Ａと結像レンズ７Ｂは面Ｐ０に対して対称な形状のレンズであるので、結像光学系ＳＡ、ＳＢとでｆθ特性はほぼ一致している。最もずれている箇所で０．０２６ｍｍだけ結像位置が主走査方向に離間している。第１の実施形態で説明したように、電気補正技術を用いて結像位置ずれを更に低減しても構わないが、この程度であれば補正する必要がないレベルと考えてよい。

図７（ｃ）は、走査線曲がりを示しており、軸上結像点をゼロにしてプロットしている。走査線曲がりに関しても、ｆθ特性と同じように結像光学系ＳＡ、ＳＢとでほぼ一致している。最もずれている箇所で１．６μｍだけ結像位置が副走査方向に離間している。こちらに関しては、電気補正が必要ないレベルまで十分一致している。

（副走査方向の結像倍率の一致具合）
また、結像光学系ＳＡの副走査方向の結像倍率βはβ＝−2.31であり、結像光学系ＳＢの副走査方向の結像倍率β＝−2.35とほぼ一致している。これは、結像レンズ６を結像光学系ＳＡとＳＢとで共用し、更に副走査方向に主なパワーがある結像レンズ７Ａ、７ＢＬを面Ｐ０を挟んで対称形状としているためである。結像レンズ７ＢＵは副走査方向にパワー（屈折力）を持たないレンズであるため、副走査倍率への寄与は殆どない。よって、副走査方向の結像倍率がほぼ一致しているため、入射光学系の構成を光束Ｒａと光束Ｒｂとで異ならせずに済み、部品の共通化と言った低コスト化の観点で有利に働く。

（本実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態は、ｆθ特性、走査線曲がり、副走査方向の結像倍率の一致具合などの点で第１の実施形態より優れている。よって、電気補正による結像位置の補正機能を持たない光走査装置においては、本実施形態の構成とすることで、画像品質を落とさずに光走査装置の薄型化及びローコスト化を達成することができる。

（変形例）
本発明は、上述した実施形態に限らず、様々な変形が可能である。上述した実施形態では、多段レンズを光偏向器から遠い側の結像レンズに対して形成したが、図８に示すように多段レンズを光偏向器に近い側の結像レンズに対して形成しても良い。そして、図８（ａ）に示すように、レンズ６Ｒを構成する結像レンズ６Ａ、６Ｂを一つの表現式からなる同一のレンズ面で構成することもできる。

また、図８（ｂ）に示すように、多段レンズ６Ｒを構成する結像レンズ６Ａ、６Ｂを異なる表現式からなる異なるレンズ面としても良い。また、図８（ｃ）に示すように、結像レンズ６Ａ、６Ｂの光偏向器から遠い側の面を異なる表現式からなるレンズ面とし、かつ結像レンズ６Ａの光偏向器側の面も１度目に通過するレンズ面と２度目に通過するレンズ面で面形状を異ならせる構成としても良い。また、図８（ｄ）に示すように、図８（ｃ）の形態に対して、結像レンズ７Ａを削除した形態としても良い。

更に、光束Ｒａ、Ｒｂを空間分離する替わりに波長分離することも可能である。即ち、図８（ｅ）に示すように、レンズ面が異なる表現式で表される多段レンズ６Ｒを通過した異なる波長の光束Ｒａ、ＲｂをダイクロイックミラーＤ２で分離させる。そして、光束ＲａはダイクロイックミラーＤ２を透過させ、光束ＲｂはダイクロイックミラーＤ２で反射させるようにしても良い。この場合、異なる波長の入射光束は、副走査方向において、光偏向器の偏向反射面に対し、斜め入射でなく垂直入射する構成にすることができる。

また、図８（ｆ）に示すように、副走査方向において２段重ねて配置した光偏向器５Ａ、５Ｂの偏向反射面に対し、垂直に２つの光束をそれぞれ入射させるようにしても良い。

また、図９（ａ）に示した構成（図８（ａ）に相当）に替えて、図９（ｂ）で示すように、光偏向器を２つ並べて配置し、片側のみで偏向反射するようにしたタイプの光走査装置を構成しても良い。この場合、一方の偏向反射面で反射された光束に関し、各レンズ面を通過する際に各レンズ面で反射したゴースト光があっても、他方の被走査面に到達してしまうことはない。

光走査装置に与えられる設計仕様に応じて、このような種々の変形例を用いて設計することができる。いずれの場合においても、光偏向器に近い被走査面８Ｂに向かう光束Ｒｂが２度通過するレンズ６Ｒを光偏向器から遠い被走査面８Ａに向かう光束Ｒａが一度通過するように構成する。これにより、レンズ枚数の削減もしくは折り返しミラーの削減を行うことができ、コンパクトでローコストな光走査装置を提供することが可能となる。

（更に異なる変形例）
１）図６で、結像レンズ７Ｒの偏向手段に近い側の面において、第２被走査面に向う第２光束Ｒｂが１回通過する領域での副走査方向における第１面形状、再度通過する領域での副走査方向における面形状である第２面形状を以下のように構成しても良い。即ち、第１被走査面に向う第１光束が１回だけ通過する領域での副走査方向における第３面形状の屈折力を、第１面形状および第２面形状の屈折力の和に等しくしても良い。

２）上述した実施形態では、反射手段として折り返しミラーを用いたが、本発明はこれに限らず、内面反射部材を用いることができ、例えば図３、図６の折り返しミラーの替わりに結像レンズ７Ｒの偏向手段から遠い側の面に反射膜を形成しても良い。

３）また、図８（ｅ）では、多段レンズ６Ｒとして異なる数式で表されるレンズ面形状を備える結像レンズを示したが、同一の数式で表されるレンズ面形状を備える結像レンズに置き換えることもできる。

１Ａ、１Ｂ・・光源手段、ＬＡ、ＬＢ・・入射光学系、５・・偏向手段、７Ａ・・結像レンズ、８Ａ・・第１被走査面、８Ｂ・・第２被走査面

Claims (19)

1. 偏向手段と、
   第１光源手段、第２光源手段からそれぞれ出射した第１光束、第２光束を前記偏向手段に導く入射光学系と、
   前記偏向手段から出射した前記第１光束、前記第２光束をそれぞれ、第１被走査面と、前記偏向手段からの空間的な距離が前記第１被走査面よりも近い第２被走査面とに導く結像光学系と、
   を備え、前記偏向手段で前記第１光束、前記第２光束をそれぞれ偏向することにより、前記第１被走査面、前記第２被走査面を走査する光走査装置であって、
   前記結像光学系は、前記偏向手段から前記第２被走査面に至る前記第２光束が２回通過し、前記偏向手段から前記第１被走査面に至る前記第１光束が1回しか通過しない光学面を含んでいることを特徴とする光走査装置。
2. 前記結像光学系は、前記光学面を備える第１の結像レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光学面は、前記第１の結像レンズの前記偏向手段に空間的に近い側の面であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光学面において、前記第１光束は、前記第２光束より前記第２被走査面から副走査方向に近い位置を通過することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の光走査装置。
5. 前記光学面において、前記第２光束が２回目に通過する領域は、前記第２光束が1回目に通過する領域より前記第２被走査面から副走査方向に離れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の光走査装置。
6. 前記光学面において、前記第２光束が1回目に通過する領域での副走査方向における第１面形状と、前記第２光束が２回目に通過する領域での副走査方向における第２面形状とは、同一の数式で表され、前記第１光束が１回しか通過しない領域での副走査方向における第３面形状とは異なる屈折力を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の光走査装置。
7. 前記光学面において、前記第２光束が1回目に通過する領域での副走査方向における第１面形状と、前記第１光束が１回しか通過しない領域での副走査方向における第３面形状とは、同一の数式で表され、屈折力を備える一方で、前記第２光束が２回目に通過する領域での副走査方向における第２面形状は屈折力を有さないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の光走査装置。
8. 前記光学面において、前記第２光束が1回目に通過する領域での副走査方向における第１面形状と、前記第２光束が２回目に通過する領域での副走査方向における第２面形状と、前記第１光束が１回しか通過しない領域での副走査方向における第３面形状は、夫々異なる屈折力を備え、
   前記第１面形状と前記第２面形状の屈折力の和は、前記第３面形状の屈折力に等しいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記結像光学系は、前記偏向手段から前記第２被走査面に至る前記第２光束に関して、前記光学面の1回目の通過から２回目の通過までの光路に第１の反射手段を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記結像光学系は、前記偏向手段から前記第２被走査面に至る前記第２光束に関して、前記光学面の２回目の通過後に光路を前記第２被走査面に向けて折り曲げる第２の反射手段を有することを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. 前記結像光学系は、前記偏向手段に空間的に近い側の面を前記光学面として備える第１の結像レンズを有し、
    前記第１の結像レンズの前記偏向手段から空間的に遠い側の面と前記第１の反射手段までの距離は、
    前記第１の結像レンズの前記偏向手段から空間的に遠い側の面と前記第２の反射手段までの距離より小さいことを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
12. 前記結像光学系は、前記偏向手段に空間的に近い側の面を前記光学面として備える第１の結像レンズを有し、
    前記第１の結像レンズの前記偏向手段から空間的に遠い側の面と前記第１の反射手段までの距離は、
    前記第１の結像レンズの前記偏向手段から空間的に遠い側の面と前記第２の反射手段までの距離より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
13. 前記結像光学系は、前記第１の結像レンズに対して空間的に前記偏向手段に近い側もしくは空間的に前記偏向手段から遠い側に、前記第１光束および前記第２光束が通過する第２の結像レンズを備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光走査装置。
14. 前記第１光束と前記第２光束は、空間分離もしくは波長分離されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光走査装置。
15. 前記第１光束に対して反射面が２枚もしくは１枚の第３の反射手段を有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光走査装置。
16. 前記偏向手段の回転軸を含み前記結像光学系の光軸に対して垂直な面に対し、前記第１光束、前記第２光束をそれぞれ両側から前記偏向手段に入射させることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光走査装置。
17. 前記第１光束、前記第２光束は、前記偏向手段の偏向反射面の面法線を含む平面に対して斜めに傾いていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光走査装置。
18. 請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記第１の被走査面、前記第２の被走査面のそれぞれに配置され第１の感光体、第２の感光体と、を有するカラー画像形成装置。
19. 更に、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するプリンタコントローラを備えた請求項１８に記載のカラー画像形成装置。