JP2015052727A - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト及び小型化を達成し、かつ、良好な画像を形成できる画像形成装置及び、光走査装置を提供する。【解決手段】偏向手段の第１の偏向面に基準面に対して斜入射させる第１の入射光学系と、第２の偏向面に基準面に対して同じ側から斜入射させる第２の入射光学系と、第１の被走査面に集光する第１の結像光学系と、第２の被走査面に集光する第２の結像光学系と、を有し、第１の結像光学系と第２の結像光学系とは、互いに同一形状であって副走査方向に非対称形状のトーリックレンズを有し、第１の結像光学系、第２の結像光学系の少なくとも一方は、偏向手段とトーリックレンズとの間の光路中に光束を反射する反射面を有し、かつ第１の結像光学系、第２の結像光学系における偏向手段からトーリックレンズに至る光路における反射面の数の差が奇数である。【選択図】図１

Description

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。

従来から、光走査装置及びそれを用いた画像形成装置において、装置の部品点数削減、小型化が求められており、これを達成するための様々な方法が提案されている。

特許文献１では、対向走査系を採用しており、偏向手段としての回転多面鏡を挟んで略面対称にレンズ及びミラーを配置することで、複数の光学系で同一の回転多面鏡を共用し、光走査装置の部品点数を削減するとともに、装置のサイズを小さく抑えている。さらに、特許文献１では、回転多面鏡の異なる偏向面に対し夫々副走査方向に斜めから上下２つの光束を入射させ、かつ、偏向手段側の結像レンズを上下２つの光束で共用することで装置の部品点数を削減している。

このような、特許文献１における複数の結像レンズは、副走査方向に十分に広い幅を持った上下対称形状のトーリックレンズであり、副走査方向に対称形状であるために各結像光路で同一形状の結像光学素子を利用できる。

なお、特許文献１では、副走査断面内で第１の偏向面から基準面に対して下側に反射される光路、第２の偏向面から基準面に対して同じ下側に反射される光路で、偏向手段から結像光学素子までの光路における反射面は、共に１枚である（反射面の数の差が偶数）。ここで、基準面とは、偏向手段（回転多面鏡）の偏向軸（回転軸）に直交し偏向手段を副走査方向に二等分する面である。

また、副走査断面内で第１の偏向面から基準面に対して上側に反射される光路、第２の偏向面から基準面に対して同じ上側に反射される光路で、偏向手段から結像光学素子までの光路における反射面は、共に０枚である（反射面の数の差が偶数）。

また、特許文献２では、特許文献１と同様に、対向走査系及び斜入射光学系を採用した例が開示されている。さらに、特許文献２では、結像レンズと光束との間隔を狭く設定することで装置の高さを低減するため、副走査方向に、上下非対称なトーリックレンズを採用した例を開示している。

すなわち、折り返しミラーで走査光を折り返す際、特許文献１のような副走査方向に十分に広い幅を持った上下対称形状のトーリックレンズにすると、折り返しミラーに向かう光束がレンズによってケラレが生じてしまう。そこで、特許文献２では、結像光学素子としての結像レンズとして、光軸をレンズ外形中心からオフセットさせた、副走査方向に上下非対称なトーリックレンズを用いていることで、光束のケラレを防いでいる。

ここで、特許文献２では、副走査断面内で第１の偏向面から基準面に対して下側に反射される光路、第２の偏向面から基準面に対して同じ下側に反射される光路で、偏向手段から結像光学素子までの光路における反射面は、共に２枚である（反射面の数の差が偶数）。また特許文献２では、副走査断面内で第１の偏向面から基準面に対して上側に反射される光路、第２の偏向面から基準面に対して同じ上側に反射される光路で、偏向手段から結像光学素子までの光路における反射面は、共に０枚である（反射面の数の差が偶数）。

特開２００９−２７１３８４号公報 特開２０１０−２６０５５号公報

しかしながら、特許文献１の光走査装置では、副走査方向に十分に広い幅を持った上下対称形状のトーリックレンズを用いているので、結像レンズと折り返しミラーに向かう光束との間隔を狭く設定することができない。その結果、特許文献１では、ケラレを回避しつつ装置をさらに小型化することはできない。

これに対し、特許文献２の光走査装置では、副走査方向に上下非対称な偏心トーリックレンズを用いて小型化を指向するが、対向配置された左右の光学系の配置及びミラーによる光路の取り回し方が回転多面鏡を挟んで略面対称である。このため、基準面に対して同じ側に反射される左右の結像光学系で、同一形状の偏芯トーリックレンズとすることができず、２種類のトーリックレンズ形状が必要となる。

本発明の目的は、低コスト及び小型化を達成し、かつ、良好な画像を形成できる光走査装置及びそれを用いた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、第１の偏向面および該第１の偏向面と異なる第２の偏向面により光束を主走査方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段の偏向軸に直交し前記偏向手段を副走査方向に二等分する面を基準面とするとき、副走査断面内で前記基準面に対して第１の方向から第１の光束を前記第１の偏向面に斜入射させる第１の入射光学系と、副走査断面内で前記基準面に対して前記第１の方向と同じ側の第２の方向から第２の光束を前記第２の偏向面に斜入射させる第２の入射光学系と、前記偏向手段により偏向された前記第１の光束を第１の被走査面に集光する第１の結像光学系と、前記偏向手段により偏向された前記第２の光束を第２の被走査面に集光する第２の結像光学系と、を有し、前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系とは、互いに同一形状であって副走査方向に非対称形状のトーリックレンズを有し、前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系の少なくとも一方は、前記偏向手段と前記トーリックレンズとの間の光路中に光束を反射する反射面を有し、かつ前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系における前記偏向手段から前記トーリックレンズに至る光路中の反射面の数の差が奇数であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の光走査装置は、第１の偏向面および該第１の偏向面と異なる第２の偏向面により光束を主走査方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段の偏向軸に直交し前記偏向手段を副走査方向に二等分する面を基準面とするとき、副走査断面内で前記基準面に対して第１の方向から第１の光束を前記第１の偏向面に斜入射させる第１の入射光学系と、副走査断面内で前記基準面に対して前記第１の方向と反対側の第２の方向から第２の光束を前記第２の偏向面に斜入射させる第２の入射光学系と、前記偏向手段により偏向された前記第１の光束を第１の被走査面に集光する第１の結像光学系と、前記偏向手段により前記第２の光束を第２の被走査面に集光する第２の結像光学系と、を有し、前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系とは、互いに同一形状であって副走査方向に非対称形状のトーリックレンズを有し、前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系の少なくとも一方は、前記偏向手段と前記トーリックレンズとの間の光路中に光束を反射する反射面を有し、かつ前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系における前記偏向手段から前記トーリックレンズに至る光路中の反射面の数の差がゼロを含む偶数であることを特徴とする。

本発明によれば、低コスト及び小型化を達成し、かつ、良好な画像を形成できる光走査装置及びそれを用いた画像形成装置を提供できる。

（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方向の要部断面図（副走査断面図）、（ｂ）は比較例の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。 （ａ）は第１の実施形態に係る光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）、（ｂ）は第１の実施形態における入射光学系の要部断面図（副走査断面図）である。 （ａ）は第１の実施形態における結像レンズ（偏心レンズ）の要部断面図（副走査断面図）、（ｂ）は比較例における結像レンズ（偏心レンズ）の要部断面図（副走査断面図）である。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の副走査方向の要部断面図（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画像形成装置の要部概略図である。

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》
（画像形成装置）
図５は本発明の実施形態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、光走査装置により４ビームを走査して各々並行して像担持体である感光体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５において、６０はカラー画像形成装置、１００は後述する光走査装置である。２１、２２、２３、２４は各々互いに異なった色の画像を形成する像担持体（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５においては、感光体の感光面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（不図示）、現像器で現像されたトナー像を被転写材（記録材）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とを有している。図５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）のコードデータとして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、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、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、光走査装置１００に入力される。そして、光走査装置１００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が出射され、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（第１乃至第４の被走査面）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１００により４ビームを走査し、各々がＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、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している。

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１００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。

（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方向の要部断面図（副走査断面図）、図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。また図２（ｂ）は入射光学系の副走査方向の要部断面図（副走査断面図）である。図１（ａ）で、被走査面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、順にイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）色の画像を形成するための感光ドラム（感光ドラム面）であり、４色のカラー画像を形成するための光走査装置となっている。

１）定義
以下の説明において、主走査方向（Ｙ方向）とは偏向手段の偏向軸（回転軸または揺動軸）及び結像光学系の光軸に垂直な方向（回転多面鏡で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。副走査方向（Ｚ方向）とは偏向手段の偏向軸（回転軸または揺動軸）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（子線断面）とは主走査方向に垂直な断面である。

また基準面（基準面Ｇ）とは、偏向手段（回転多面鏡）の偏向軸（回転軸または揺動軸）に直交し偏向手段を副走査方向に二等分する面である。

２）複数の被走査面の配列面に対する光走査装置の傾斜
以下に示す実施形態で、本質的な事項ではないが、光走査装置を基準面Ｇと共に４つの被走査面を含む平面（複数の被走査面の配列面）に対して傾斜させている。即ち、回転多面鏡の回転軸を光学箱の座面及び、４つの被走査面を含む平面に対して垂直方向から傾けて配置している。傾ける方向は、図１（ａ）に示すように、副走査斜入射角度が上方向である結像光路ｄ側に倒れる方向に設定している。これにより、図１（ａ）の左上部におけるスペースを確保することができる。

本発明は、複数の被走査面の配列面に対する光走査装置の傾斜が無い場合（回転多面鏡の回転軸が４つの被走査面を含む平面に対して垂直方向の場合）にも成立するものであるが、本実施形態では傾斜がある場合を示している。本実施形態では、副走査斜入射角度が上下逆方向である結像光路ｃ、結像光路ｄの光路長を同一にしつつも、回転多面鏡の位置を４つの被走査面上の略中央に配置することができ、回転多面鏡の発する熱による箱の変形を左右対称にし、画像への影響を低減できる。

３）入射光学系
図２（ａ）で、入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｃとＬ１ｂ、Ｌ１ｄは、主走査断面内において同一方向からそれぞれ異なる偏向面に斜入射させている。更に図２（ｂ）から分かるように、入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｄは副走査断面内において基準面Ｇに対して上向き、入射光学系Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは副走査断面内において基準面Ｇに対して下向きに角度を有するように回転多面鏡５の偏向面６に光束を斜入射させている。以下、副走査方向斜め入射といい、基準面Ｇに対する角度を副走査方向斜め入射角度という。

このため、４つの入射光学系からの４つの入射光束は、回転多面鏡５によって４つの偏向反射光束になる。４つの偏向反射光束の内２つの光束は基準面Ｇの下方に向かい、回転多面鏡を挟んで対向する他の２つの光束は基準面Ｇの上方に向かうように偏向反射される。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは光源手段であり、発光部（発光点）を有する半導体レーザより成っている。２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはアパーチャー（開口絞り）であり、アナモフィックコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに入射する光束を所望の最適なビーム形状に形成している。アナモフィックコリメータレンズ３ａは、光源手段１ａから出射された光束を主走査方向に平行光束に、副走査方向に回転多面鏡５の偏向面６近傍で集光するように変換し、回転多面鏡５の偏向面６上で主走査方向に長手の線像として結像している
なお、開口絞り２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、アナモフィックコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの各要素は入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄの一要素を構成している。そして、光源手段１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄから射出した光束を後述する回転多面鏡５の偏向面（偏向反射面）６に導光している。アナモフィックコリメータレンズ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをコリメータレンズと副走査方向にのみパワーを有するシリンダレンズにより構成しても良い。

４）光偏向器（偏向手段）
５は偏向面を複数含む光偏向器（偏向手段）としての回転多面鏡（ポリゴンミラー）であり、図中矢印Ａ方向に一定の速度で回転している。また本実施形態の回転多面鏡５の数は、走査系ユニットの数以下であり、その数は１つである。

５）結像光学系
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄは集光機能とｆθ特性とを有する結像光学系であり、主走査断面内に正のパワー（屈折力）を有し、副走査断面内に主走査断面内の正のパワーとは異なる正のパワーを有している。

５−１）結像光路ａに関する結像光学系
偏向手段から被走査面１０ａに至る結像光路ａにおいて、結像光学系Ｌ２ａは第１、第２の結像レンズ７１、７２より成っている。結像光学系Ｌ２ａは偏向手段としての回転多面鏡５によって偏向走査された画像情報に基づく光束を主走査断面内において被走査面（感光ドラム面）１０ａ上にスポットに結像させている。結像レンズ７２は、副走査斜入射によるスポット性能への弊害を補正し、かつ、各走査光あるいはハウジング部材との干渉を防ぐために、副走査方向に非対称形状のトーリックレンズで構成している。

さらに結像光学系Ｌ２ａは、副走査断面内において回転多面鏡５の偏向面６と感光ドラム面１０ａとの間を光学的に共役関係にすることにより、偏向面６の面倒れ補償を行っている。また図１（ａ）における８は、結像レンズ７２からの光束の光路を折り曲げるための平面ミラーであり、結像性能に影響を与えていない。本実施形態において、後述するように、結像レンズ７２は他の結像光路における結像レンズ７２と同一形状にできるように、偏向手段とトーリックレンズである結像レンズ７２との間の光路中に設けられ光束を反射する反射面の数が考慮されている。

本実施形態において、画像情報に応じて半導体レーザ１ａから光変調され出射した光束は、入射光学系Ｌ１ａにより回転多面鏡５の偏向面６へ入射し、結像光学系Ｌ２ａにより感光ドラム面１０ａ上で導光される。そして、回転多面鏡５を駆動手段（不図示）により矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面１０ａ上を主走査方向に光走査することで画像情報の記録を行っている。また、同期検知手段（不図示）により回転多面鏡５の回転速度を検知し、制御手段（不図示）により、回転多面鏡５が等速度で回転するように制御している。

５−２）結像光路ｂに関する結像光学系
次に偏向手段から被走査面１０ｂに至る結像光路ｂについて説明する。結像光路ｂの構成および光学的作用は、結像光路ａと同じである。結像光路ｂの各光学素子は、結像光路ａと同様の働きをしており、図１（ａ）では、結像光路ａの光学素子と同一の符号で表している。本実施形態において、後述するように、結像レンズ７２の入射面側の平面ミラー８は他の結像光路における結像レンズ７２と同一形状にできるように反射面の数が考慮されている。結像光路ｂが結像光路ａと違うのは、回転多面鏡に対する配置と、回転多面鏡で反射偏向された走査光の折り返し方である。

図２（ａ）から分かるように、主走査断面内において、結像光路ｂの結像光学系Ｌ２ｂは、回転多面鏡５を中心として、結像光路ａの結像光学系Ｌ２ａと対向して配置されている。

５−３）結像光路ｃ、ｄに関する結像光学系
偏向手段から被走査面１０ｃ、１０ｄに至る結像光路ｃ、ｄに関しては、結像レンズ７１を介して結像レンズ７２に至る光路に平面ミラー８は設けられず、結像レンズ７２から被走査面１０ｃ、１０ｄまでの光路に光路を折り曲げる平面ミラー８が設けられる。

５−４）偏心トーリックレンズとしての結像レンズ７２
ここで、本実施形態の結像レンズ７２は、副走査方向に非対称形状のトーリックレンズである。図３（ａ）は、結像レンズ７２の副走査方向における断面図である。図３（ａ）中の点鎖線は、結像レンズ７２のレンズ面形状を定義するための、光軸を表している。図から分かるように、レンズ面形状の光軸をレンズの外形中心からオフセットさせておりこのため、レンズの肉厚は、副走査方向において上下非対称になっている。このようにレンズ外形中心に対してレンズ面の光軸を副走査方向にずらした形状のトーリックレンズを、偏心トーリックレンズと呼ぶ。

ここで、説明を分かりやすくするために、副走査方向に上下非対称の結像レンズ７２の肉厚が厚い側を外形端Ｚ１、薄い側を外形端Ｚ２と定義する。光軸から外形端Ｚ１の間隔は２．７２ｍｍ、光軸から外形端Ｚ２の間隔は５．２８ｍｍと設定している。

（基準面Ｇに対する光束ＵとＬの位置関係）
ここで、前述したように偏向手段（回転多面鏡）の偏向軸（回転軸）に直交し偏向手段を副走査方向に二等分する面を基準面（図１（ａ）の面Ｇ）とする。このとき、Ｕは光偏向器に入射して光偏向器で反射された光源光束のうち、主光線よりも基準面Ｇから遠ざかる側の光束であり、Ｌは主光線よりも基準面Ｇに近づく側の光束である。

副走査方向に上下対称の結像レンズと異なり、副走査方向に上下非対称の結像レンズ７２では副走査方向に上下の光束が夫々対応する結像レンズ７２の副走査方向に上下の領域を通過しないと高い結像性能が得られない。このため、本実施形態では、光束Ｌが結像レンズ７２の肉厚が厚い側Ｚ１に入射するように結像光路が設定されている。

図１（ａ）の被走査面１０ａ、１０ｂに向かう夫々第１結像光路Ｌ２ａ、第２結像光路Ｌ２ｂにおいて、偏向手段で反射された光束Ｕ、Ｌは、折り返しミラー８で光路を折り返されて結像光学素子としての結像レンズ７２に図示のように入射する。

（第１結像光路ａ、第２結像光路ｂ、第３結像光路ｃ、第４結像光路ｄにおける夫々の結像光学素子を同一形状にできる条件）
第１結像光路ａ、第２結像光路ｂ、第３結像光路ｃ、第４結像光路ｄにおける夫々の結像光学素子（結像レンズ）は、主走査方向の光学特性（レンズ特性）が一般に光軸に対して非対称であるために、主走査方向の両端部を入れ替えて用いることができない。そのため、結像光学素子を同一形状にできる条件は、夫々の結像光学素子として互いに一方が副走査断面内で回転したとき、入射面を光束入射側にして他方に重なることである。言い換えれば、２つの結像光学素子が夫々副走査断面内で回転したときに入射面に入射するＵとＬの関係が本来必要とされるＵとＬの関係に一致することである。

（異なる偏向面に光源光束を入射させる第１の入射光学系、第４の入射光学系が基準面Ｇに対して同じ側にある場合）
第１結像光路ａ、第４結像光路ｄにおける夫々の結像光学素子を同一形状にできるか否かに関し、本実施形態の説明の前に図１（ｂ）に副走査断面を示す比較例を説明する。この比較例では、異なる偏向面に光源光束を入射させる２つの入射光学系が基準面Ｇに対して同じ側に設けられている。そして、回転多面鏡から結像レンズ７２までの光路中に設けられるミラー枚数（反射面の数）は１枚である。また、回転多面鏡から結像レンズ７３までの光路中に設けられるミラー枚数も１枚、と互いに同数であり、反射面の数の差をゼロ（偶数）に設定されている。

比較例において、結像光学素子としての結像レンズが同一形状にできると仮定すると、左側の結像レンズ７３に関して、光束の入射面を考慮すると右側の結像レンズ７２を図１（ｂ）の紙面内で時計方向に回転させて配置する関係となる。このときＬとＵの関係が、本来必要とされるＵとＬの関係に一致しない。即ち、右側の結像レンズ７２ではＵがＬに対して上方であり、時計方向に回転させるとＵがＬに対して下方の関係となるところ、本来必要とされるＵとＬの関係は図１（ｂ）に示すようにＵがＬに対して上方である。

よって、左側の結像レンズ７３は右側の結像レンズ７２と同一形状にできないこととなる。その結果、偏向手段で偏向された走査光束を良好な結像性能に補正するためには、図３（ｂ）に示すように副走査方向に互いに反転した形状の結像レンズ（偏心トーリックレンズ）７２、及び結像レンズ（偏心トーリックレンズ）７３の２種類のレンズが必要となる。

このような比較例に対して、図１（ａ）に示す本実施形態では、第１の入射光学系、第４の入射光学系が基準面Ｇに対して同じ側にある場合として以下のような構成を採る。即ち、被走査面１０ａへの結像光路に関して回転多面鏡から結像レンズ７２までのミラー枚数は１枚、被走査面１０ｄへの結像光路に関して回転多面鏡から結像レンズ７２までのミラー枚数は０枚とし、反射面の数の差を奇数に設定している。

なお、副走査方向に上下非対称の結像レンズ７２の肉厚が厚い側をＺ１として示し、第１結像光路及び第４結像光路のどちらの結像レンズ７２においても、結像レンズ７２の外形端Ｚ１側が、光束のＬ側となるように設定されている。

ここで、本実施形態において、結像光学素子としての結像レンズが同一形状にできるか否かを確認する。被走査面１０ｄへの結像光路の結像レンズ７２に関して、光束の入射面を考慮すると被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２を図１（ａ）の紙面内で反時計方向に回転させて配置する関係となる。

このときＬとＵの関係が、本来必要とされるＵとＬの関係に一致する。即ち、被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２ではＵがＬに対して上方であり、反時計方向に回転させるとＵがＬに対して上方の関係が維持される。そして、被走査面１０ｄへの結像光路の結像レンズ７２について本来必要とされるＵとＬの関係は図１（ａ）に示すようにＵがＬに対して上方である。

よって、被走査面１０ｄへの結像光路の結像レンズ７２は、被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２と同一形状にできる。

（異なる偏向面に光源光束を入射させる第１の入射光学系、第２の入射光学系が基準面Ｇに対して反対側にある場合）
図１（ａ）で、被走査面１０ａへの結像光路ａに関して回転多面鏡から結像レンズ７２までの光路中に設けられるミラー枚数（反射面の数）は１枚である。また、被走査面１０ｂへの結像光路ｂに関して回転多面鏡から結像レンズ７２までの光路中に設けられるミラー枚数も１枚で、反射面の数の差をゼロを含む偶数に設定している。

ここで、本実施形態において、結像光学素子としての結像レンズが同一形状にできるか否かを確認する。被走査面１０ｂへの結像光路の結像レンズ７２に関して、光束の入射面を考慮すると被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２を図１（ａ）の紙面内で時計方向に回転させて配置する関係となる。

このときＬとＵの関係が、本来必要とされるＵとＬの関係に一致する。即ち、被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２ではＵがＬに対して上方であり、時計方向に回転させるとＵがＬに対して下方の関係となる。そして、被走査面１０ｂへの結像光路の結像レンズ７２について本来必要とされるＵとＬの関係は図１（ａ）に示すようにＵがＬに対して下方である。よって、被走査面１０ｂへの結像光路の結像レンズ７２は、被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２と同一形状にできる。

（同じ偏向面に光源光束を入射させる第１の入射光学系、第３の入射光学系が基準面Ｇに対して反対側にある場合）
図１（ａ）で、被走査面１０ａへの結像光路ａに関して回転多面鏡から結像レンズ７２までの光路中に設けられるミラー枚数（反射面の数）は１枚である。また、被走査面１０ｃへの結像光路ｃに関して回転多面鏡から結像レンズ７２までの光路中に設けられるミラー枚数は０枚であり、反射面の数の差を奇数に設定している。

ここで、本実施形態において、結像光学素子としての結像レンズが同一形状にできるか否かを確認する。被走査面１０ｃへの結像光路の結像レンズ７２に関して、光束の入射面を考慮すると被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２を図１（ａ）の紙面内で時計方向に回転させて配置する関係となる。

このときＬとＵの関係が、本来必要とされるＵとＬの関係に一致する。即ち、被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２ではＵがＬに対して上方であり、時計方向に回転させるとＵがＬに対して下方の関係となる。そして、被走査面１０ｃへの結像光路の結像レンズ７２について本来必要とされるＵとＬの関係は図１（ａ）に示すようにＵがＬに対して下方である。

よって、被走査面１０ｃへの結像光路の結像レンズ７２は、被走査面１０ａへの結像光路の結像レンズ７２と同一形状にできる。

以上、本実施形態によれば、被走査面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへの各結像光路の結像レンズ７２について全て同一形状にできる。

（結像光路ａ、ｂにおける諸元値）
ここで、本実施形態の被走査面１０ａへの結像光路ａにおける諸元値を表１Ａに示し、本実施形態の被走査面１０ｂへの結像光路ｂにおける諸元値を表１Ｂに示す。表１Ａ、表１Ｂの光学配置は、説明を分かり易くするために、ミラー８による折り返しを考慮せずに、各面の原点及び光軸の方向を表している。また、本実施形態の結像光路ａにおける各光学面の面形状を表２Ａに示し、本実施形態の結像光路ｂにおける各光学面の面形状を表２Ｂに示す。

表１Ａ、表１Ｂに示す通り、基準面Ｇ（光偏向器５の偏向面６に対して垂直で且つ基準点Ｃ０を通過）に対し、偏向面６への入射光束は、それぞれ−３°、＋３°の傾きを持って偏向走査させている。即ち、光偏向器に入射する入射光学系Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、基準面Ｇに対してそれぞれ＋３°、−３°副走査方向に傾いて配置させている。この斜入射角が大き過ぎると、波面収差の捩れによりスポットの崩れを補正する事が困難となる一方、小さ過ぎると光束の分離がし難くなる。望ましくは２°〜５°の範囲で設定するのが良い。

本実施形態では、光束の発振波長λがλ＝７９０ｎｍの赤外光源を光源手段１として用いている。また、像高Ｙと偏向反射角θとの比例係数κ（Ｙ＝κθ）はκ＝ （ｒａｄ／ｍｍ）である。

また、表１Ａ、表１Ｂには、各光学面の非球面形状は以下の表現式で定義する。本実施形態のアナモフィックレンズ３の入射面は平面上に回折格子が形成された回折面、出射面は主走査方向と副走査方向で曲率半径の異なるアナモフィックな屈折面としている。アナモフィックレンズ３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温度補償光学系としている。上述した回折面は、以下に表した位相関数により定義される。
φ＝２πｍ／λ（Ｃ_３Ｚ^２＋Ｃ_５Ｙ^２）
ここで、φは位相関数、ｍは回折次数であり、本実施形態では、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。また、本実施形態のアナモフィックレンズ３の出射面、結像レンズ７１の７２の入射面、出射面の母線形状は、１２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。

アナモフィックレンズ３、結像レンズ７１、７２のそれぞれの光学面は、表１Ａ、表１Ｂに示した各原点および光軸ｘ、主走査方向の基準軸ｙ、副走査方向の基準軸ｚと、表２Ａ、表２Ｂに表現された以下に述べる非球面式から定義される。例えば、結像レンズ７１のレンズ入射面では、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１３．５００、−０．２、０．０００）を非球面式の原点とし、結像レンズ７２のレンズ入射面では、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（５６．７００、−０．２、１．６３８）を非球面式の原点としている。

そして、各レンズ面の面形状は、表１Ａ、表１Ｂに示した各光学面の原点を通る光軸Ｘと、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、以下の式で表わされるものである。

（但し、Ｒは母線曲率半径，Ｋ，Ｂ_２，Ｂ_４，Ｂ_６，Ｂ_８，Ｂ_１０，Ｂ_１２は非球面係数）
また、副走査方向と対応する子線方向は、表１Ａ、表１Ｂに示した副走査方向の基準軸Ｚと定義すると、以下の表現式で定義される。

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断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）ｒ´は、以下の式で表わされるものである。

（但し、ｒ_０は光軸上の子線曲率半径、Ｅ_２、Ｅ_４、Ｅ_６、Ｅ_８、Ｅ_１０、Ｅ_１２、Ｅ_１４、Ｅ_１６、は係数）
また、Ｍｊ＿ｋは子線方向の非球面を表す係数である。例えば、Ｍｊ＿１はＺの１次項であり、副走査方向の面の傾き（子線チルト）を表している。また、Ｍｊ＿４はＺの４次項であり、副走査方向の非球面を表している。本実施形態では、Ｚの１次項およびＺの４次項は使用していない。

また、表２Ａ及び表２Ｂに示した各係数には添え字ｕ及びｌが付いている。それぞれＵｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側の意味であり、結像光学系の各レンズ面頂点に対し、光源手段１がある側をＬｏｗｅｒ側、光源手段１がある側と反対側をＵｐｐｅｒ側と定義する。添え字Ｕ及びｌが付いていない係数については、Ｕｐｐｅｒ側、Ｌｏｗｅｒ側に共通の係数である。

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。

表２Ａ、表２Ｂの非球面係数から分かるように、結像光路ａで用いる結像レンズ７１と、結像光路ｂで用いる結像レンズ７１とは、同一形状のレンズ面を有するレンズである。さらに、図１（ａ）から分かるように、結像光路ａで用いる結像レンズ７１と、結像光路ｂで用いる結像レンズ７１とは、外形形状も含めて同一形状のレンズである。

また、表２Ａ、表２Ｂの非球面係数から分かるように、結像光路ａで用いる結像レンズ７２と、結像光路ｂで用いる結像レンズ７２とは、同一形状のレンズ面を有するレンズである。さらに、図１（ａ）から分かるように、結像光路ａで用いる結像レンズ７２と、結像光路ｂで用いる結像レンズ７２とは、外形形状も含めて同一形状のレンズである。

ここで、本実施形態の結像レンズ７２の外形を含めた形状を副走査断面形状を図３（ａ）に示す。図３（ａ）は、結像レンズ７２の外形を含めた形状を説明するための副走査断面図で、結像レンズ７４は、結像レンズ７２の外形を説明するための説明図である。図３（ａ）から分かるように、結像レンズ７２は、結像レンズ７４の副走査方向の幅の内、走査光が通過しない側のレンズ面をカットした、すなわちレンズ外形中心に対して光軸をオフセットさせた偏心トーリックレンズである。

また、図から分かるように、２つの結像レンズ７２同士は、それぞれの光路に合わせて、Ｙ軸中心に回転して配置されており、結像レンズ７２に入射する偏向反射光束との位置関係が、２つの光路同士で光学的に略等価である。

本実施形態では、このように同一形状の２つの結像レンズ７２をそれぞれの光路にＹ軸中心に回転して配置することで、１種類のみのレンズ成形金型で成形できるため、金型費用を低減し、光走査装置の製造コストを低減している。また１種類のみのレンズで構成できるため、金型管理、成形管理、組み立て管理における煩雑さを抑制し、光走査装置の製造コストの低減、歩留まり向上を達成することができる。

（結像光学素子を偏向軸中心に回転対称配置する場合との比較）
ところで従来から、対向配置された光学系に対して、結像レンズを回転多面鏡の回転軸中心に回転対称配置する手法も考えられてきた。しかし、樹脂製トーリックレンズは、長手の一方から樹脂を金型に流し込んで成形する手法が一般的であり、これに起因して左右非対称なレンズ内部歪や成形時の熱応力により、左右非対称性な複屈折率やＧＩが生じることがある。

このため、対向配置された光学系に対して、結像レンズを回転多面鏡の回転軸中心に回転対称配置する手法では、レンズの左右非対称性に起因して、対向する光学系同士で結像性能が互いに異なってしまうという課題が生じてしまう。更に、従来の回転多面鏡の回転軸中心に回転対称配置する手法では、結像レンズ７２の主走査方向左右の形状が反転してしまうため、対向配置された光路同士で同一形状の結像レンズ７２を用いて良好な結像性能を得ることは不可能である。

これに対し、本実施形態では、２つの結像レンズ７２同士をそれぞれの光路に合わせて、Ｙ軸中心に回転して配置し、かつ、光学系の配置とミラーの枚数とを最適に設定することで、全被走査面上で良好な結像性能を達成しつつ、かつ上記の問題を解決している。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、光走査装置における複数の光路に対して結像レンズ７２を１種類の偏心トーリックレンズで構成できる。このため、低コスト及びコンパクト性を達成し、かつ、良好な画像を形成できる走査光学系及びそれを用いた画像形成装置を提供することができる。更に本実施形態では、結像レンズ７２を樹脂製レンズで構成し、かつ同一形状の成形金型を用いることで、レンズの更なる低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態で結像レンズ７１（偏向手段側にあって２つの結像光路に兼用）は結像レンズ７２と同一形状に設定されないが、結像光路ａで用いる結像レンズ７１と、結像光路ｂで用いる結像レンズ７１とは、外形形状も含めて同一形状のレンズに設定できる。

また、本実施形態では、両端の被走査面１０ｃ、１０ｄに向かう結像光路ｃ、結像光路ｄに関し、主走査断面内に対向配置、かつ、副走査斜入射角度を上下逆方向とし、回転多面鏡から結像レンズ７２までのミラー枚数を０枚に設定している。こうすることで、最も回転多面鏡から遠い被走査面１０ｃ、１０ｄへ、最小のミラー枚数で導光することができる。

また、本実施形態においては、全ての結像光路において、結像レンズ７２を最終ミラー８よりも回転多面鏡側に配置している。このように構成することで、最終ミラーと被走査面の間に結像レンズを配置した場合よりも、光走査装置の高さ方向の厚みを抑えることができる。

《第２の実施形態》
本実施形態は、第１の実施形態における結像光路ｃにおけるミラー８の配置と枚数を変えたものであり、その他の光学素子や諸元値は同一である。図４は、本実施形態の副走査方向の要部断面図である。本実施形態では、図４のように、回転多面鏡５から結像レンズ７２までのミラー枚数を、結像光路ａ及び結像光路ｂは１枚、結像光路ｃは２枚、結像光路ｄは０枚と設定している。

本実施形態では、副走査斜入射角度が上下同じ方向に設定された２つの結像光路である結像光路ｃと結像光路ｂ同士において、回転多面鏡５から結像レンズ７２までのミラー枚数の差（反射面の数の差）を奇数に設定している。また、主走査断面内に対向配置され、かつ、副走査斜入射角度が上下逆方向に設定された２つの結像光路である結像光路ｃと結像光路ｄ同士において、回転多面鏡５から結像レンズ７２までのミラー枚数の差（反射面の数の差）を偶数に設定している。

また、本実施形態では、図４に示すように被走査面１０ｃに向かう結像光路ｃを右下方に折り曲げることにより、光走査装置の右側の高さをより下げる効果を得ている。その結果、プリンタ本体の高さへの影響が大きい右側上部における排紙部（不図示）の高さを下げることができ、プリンタ本体の高さを低減する効果を得ている。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態における入射光学系に関し、光源手段１は一つの発光点を有する半導体レーザを用いたが、本発明はこれに限らず、例えば複数の発光点を有するモノリシックマルチビームレーザで構成しても良い。また、複数の光源手段からの複数の光束を合成するビーム合成手段を入射光学系に配置しても良い。

（変形例２）
上述した実施形態で、回転多面鏡５から各結像レンズ７２までのミラー枚数（反射面の数）は、第１の実施形態で結像光路ａ、ｂは1枚、結像光路ｃ、ｄは０枚とし、第２の実施形態で結像光路ａ、ｂは1枚、結像光路ｃは２枚、結像光路ｄは０枚とした。本発明はこれに限られず、例えば結像光路ａは１枚、結像光路ｂは３枚、結像光路ｃは２枚、結像光路ｄは０枚に設定することもできる。

（変形例３）
上述した実施形態で、結像レンズ７２を樹脂製レンズとしたが、本発明はこれに限られず、光軸に対して偏心して切り出したガラス製レンズで構成することもできる。

（変形例４）
上述した実施形態で、光束を反射する反射面として折り返しミラーを用いたが、これに限らず任意の反射型光学素子（例えば反射型プリズム）を用いることができる。

６・・偏向面、７２・・結像光学素子（偏心トーリックレンズ）、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ・・被走査面（感光体ドラム面）、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄ・・入射光学系、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・結像光学系

Claims (10)

1. 第１の偏向面および該第１の偏向面と異なる第２の偏向面により光束を主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段の偏向軸に直交し前記偏向手段を副走査方向に二等分する面を基準面とするとき、副走査断面内で前記基準面に対して第１の方向から第１の光束を前記第１の偏向面に斜入射させる第１の入射光学系と、
   副走査断面内で前記基準面に対して前記第１の方向と同じ側の第２の方向から第２の光束を前記第２の偏向面に斜入射させる第２の入射光学系と、
   前記偏向手段により偏向された前記第１の光束を第１の被走査面に集光する第１の結像光学系と、
   前記偏向手段により偏向された前記第２の光束を第２の被走査面に集光する第２の結像光学系と、
   を有し、
   前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系とは、互いに同一形状であって副走査方向に非対称形状のトーリックレンズを有し、
   前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系の少なくとも一方は、前記偏向手段と前記トーリックレンズとの間の光路中に光束を反射する反射面を有し、かつ
   前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系における前記偏向手段から前記トーリックレンズに至る光路中の反射面の数の差が奇数であることを特徴とする光走査装置。
2. 第１の偏向面および該第１の偏向面と異なる第２の偏向面により光束を主走査方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段の偏向軸に直交し前記偏向手段を副走査方向に二等分する面を基準面とするとき、副走査断面内で前記基準面に対して第１の方向から第１の光束を前記第１の偏向面に斜入射させる第１の入射光学系と、
   副走査断面内で前記基準面に対して前記第１の方向と反対側の第２の方向から第２の光束を前記第２の偏向面に斜入射させる第２の入射光学系と、
   前記偏向手段により偏向された前記第１の光束を第１の被走査面に集光する第１の結像光学系と、
   前記偏向手段により前記第２の光束を第２の被走査面に集光する第２の結像光学系と、
   を有し、
   前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系とは、互いに同一形状であって副走査方向に非対称形状のトーリックレンズを有し、
   前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系の少なくとも一方は、前記偏向手段と前記トーリックレンズとの間の光路中に光束を反射する反射面を有し、かつ
   前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系における前記偏向手段から前記トーリックレンズに至る光路中の反射面の数の差がゼロを含む偶数であることを特徴とする光走査装置。
3. 前記第１の偏向面に副走査断面内で前記基準面に対して前記第１の方向と反対側の第３の方向から第３の光束を斜入射させる第３の入射光学系と、
   前記第２の偏向面に副走査断面内で前記基準面に対して前記第２の方向と反対側の第４の方向から第４の光束を斜入射させる第４の入射光学系と、
   前記偏向手段により主走査方向に偏向された前記第３の光束を第３の被走査面に集光する第３の結像光学系と、
   前記偏向手段により主走査方向に偏向された前記第４の光束を第４の被走査面に集光する第４の結像光学系と、
   を有し、
   前記第１の結像光学系、前記第２の結像光学系の少なくとも一方は、光路を曲げる反射面を有し、かつ、前記第３の結像光学系、前記第４の結像光学系の少なくとも一方は、光路を曲げる反射面を有し、
   前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系と前記第３の結像光学系と前記第４の結像光学系とは、夫々の結像光学素子として互いに同一形状であって副走査方向に非対称形状の前記トーリックレンズを有し、
   前記第１の結像光学系、前記第３の結像光学系における前記偏向手段から前記トーリックレンズに至る光路における反射面の数の差が奇数であり、かつ、前記第１の結像光学系、前記第４の結像光学系における前記偏向手段から前記トーリックレンズに至る光路における反射面の数の差がゼロを含む偶数であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記トーリックレンズは、副走査断面内で光軸と外形中心をずらした偏心ト−リックレンズであ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. 前記第１の結像光学系、前記第３の結像光学系は、前記偏向手段の側に兼用される第２の結像光学素子を備え、前記兼用される結像光学素子と前記第３の被走査面との間の光路中に少なくとも１枚の反射面を有し、
   前記第２の結像光学系、前記第４の結像光学系は、前記偏向手段の側に兼用される結像光学素子を備え、前記兼用される結像光学素子と前記第４の被走査面との間の光路中に少なくとも１枚の前記反射面を有することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
6. 前記第１の被走査面は、前記第３の被走査面より前記偏向手段に近い側にあり、前記第２の被走査面は、前記第４の被走査面より前記偏向手段に近い側にあることを特徴とする請求項３または５に記載の光走査装置。
7. 前記基準面を前記被走査面の配列面に対して傾斜させたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記光走査装置で走査された光束によって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。
9. 請求項１乃至７のいずれか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。
10. 前記第１の被走査面、前記第２の被走査面に互いに異なった色の画像が形成されることを特徴とする請求項８または９に記載の画像形成装置。