JP4324019B2 - 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

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、特にオーバーフィルドタイプの光走査装置を用いて画像情報を記録するようにした、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やデジタル複写機、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。

従来より光束を光偏向器としての回転多面鏡(ポリゴンミラー)によって主走査方向に偏向し被走査面上を走査させる光走査装置としては、該回転多面鏡の偏向面(反射偏向面)の回転方向に沿った幅を、該回転多面鏡に入射する光束の主走査方向に沿った幅よりも大きくした、所謂アンダーフィルドタイプ（以下「UFS」とも称す。）と称される光走査装置が一般的である。

一方、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おいては、画像記録の高速化、高解像度化が要求されている。特に、近年における画像形成装置のカラー化の普及に伴い、高速で且つより高解像度の画像出力が一層求められている。

上記のようなアンダーフィルドタイプの光走査装置において、高速化の要求に応える為には回転多面鏡の回転速度を速くする方法、回転多面鏡の面数を増やす方法が考えられる。

しかしながら回転多面鏡の回転速度を速くすることは、回転多面鏡を駆動するモーターの発熱、消費電力、回転多面鏡の回転時に発生する風損、また騒音等の様々な問題があり、容易なことではない。また偏向面の回転方向に沿った幅を維持したまま回転多面鏡の面数を増やすことは、回転多面鏡の大型化を招き、上記と同様様々の問題点が発生することにより、やはり容易なことではない。

また高解像化の要求に応える為には、回転多面鏡の偏向面の回転方向に沿った幅を大きくして走査光学系(走査レンズ系)のＦナンバー(FNo)を小さくすれば良いが、その場合上記と同様回転多面鏡の大型化を招いてしまうこととなる。

そこで回転多面鏡の大型化を防止し、且つ偏向面の数を増やす為に、回転多面鏡の偏向面の回転方向に沿った幅を光束の主走査方向の幅よりも小さく設定した、所謂オーバーフィルドタイプ（以下「OFS」とも称す。）の光走査装置が実用化されている。

しかしながら上記オーバーフィルドタイプの光走査装置は高速、高解像度に適した光走査装置であるが、回転多面鏡の偏向面の数を増やしている為にアンダーフィルドタイプの光走査装置と比較して、回転多面鏡の一つの偏向面で走査できる角度が狭くなってしまい、同じ走査幅を走査する為には走査光学系(走査レンズ系)の焦点距離を長くする必要がある。その為、光走査装置の光路長が長くなってしまい、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。

ここで上記問題点を解決する光走査装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１においては走査光学系を２枚の走査レンズで構成し、該２枚の走査レンズの偏向面内での合成焦点距離の逆数を光走査装置のシステム焦点距離の逆数よりも小さくすることによって、回転多面鏡から被走査面までの距離が短い小型なオーバーフィルドタイプの光走査装置を達成している。

一般に走査光学系の偏向面内での合成焦点距離の逆数を光走査装置のシステム焦点距離の逆数よりも小さくする為には、該走査光学系に入射する光束を主走査方向において収束した光束とすることによって達成することができる。

しかしながら上記特許文献１においては走査光学系に入射する光束を主走査方向において比較的強い収束光束(収束ビーム)に設定し、該走査光学系の主走査方向の焦点距離を負に設定しているため、回転多面鏡の回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつき量δLが存在した場合に、被走査面上における結像スポットに大きな位置ずれが生じてしまうという問題点がある。

上記被走査面上の結像スポットの位置ずれは走査光学系に入射する光束を主走査断面内において収束した光束とすれば原理的に必ず発生するものであり、避けることはできない。

また収束した光束の収束度を強くすればするほど上記被走査面上の結像スポットの位置ずれが大となることは良く知られている事実である。例えばアンダーフィルドタイプの光走査装置においては、走査光学系に入射する光束を主走査方向において収束した光束を入射させることによりコンパクト化を図り、且つ上記収束光束の収束度を適切に設定することにより、ポリゴンミラーの回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつき量δLが存在した場合の被走査面上における結像スポットの位置ずれを軽減するという技術が開示されている（特許文献２参照）。

しかしながら特許文献２においても走査光学系に入射する光束の収束度を強くすると、前述と同様被走査面上における結像スポットの位置ずれが増大する為に収速度を強くすることはできず、従って光走査装置の光路長の短縮には限界があった。
特開２０００−２６７０３０号公報 特開平９−３１８８７４号公報

本発明は高性能で、かつ小型のオーバーフィルドタイプの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。

請求項１の発明の光走査装置は、
光源手段と、複数の偏向面を有する回転多面鏡と、主走査断面内において前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面に前記偏向面の幅より広い光束幅で入射させる入射光学系と、前記回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を有する光走査装置において、
前記回転多面鏡に入射する光束は、主走査断面内において収束光束であり、
前記走査光学系の主走査断面内における焦点距離をｆ、
前記走査光学系の後側主平面から前記収束光束が前記走査光学系によって結像される結像点までの距離をＳｋ、
前記走査光学系の光軸と前記回転多面鏡に入射する光束の主光線とのなす主走査断面内における角度をα、
前記走査光学系の光軸と前記回転多面鏡の偏向面にて偏向された光束の主光線とのなす主走査断面内における角度をβ、
前記回転多面鏡の回転中心から前記回転多面鏡の複数の偏向面までの距離のばらつき量をδL、
とし、主走査方向の画像の解像度から決定される前記被走査面上における主走査方向の１インチあたりの画素数をＮ_Ｍ、
とするとき、
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、主走査断面内に投射したとき、前記光源手段から出射した光束は、前記回転多面鏡の偏向角の中央から入射し且つ副走査断面内において前記回転多面鏡の回転軸と直交する面に対して所定の角度をなすように前記回転多面鏡の偏向面に入射することを特徴としている。

請求項３の発明の画像形成装置は、請求項１又は２に記載の光走査装置と、前記被走査面に設けられた感光ドラムと、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光ドラムの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手段と、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。

請求項４の発明の画像形成装置は、請求項１又は２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。

請求項５の発明のカラー画像形成装置は、各々が請求項１又は２に記載の光走査装置の被走査面に設けられ、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。

請求項６の発明は請求項５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。

本発明によれば特に光路長が長くなりやすいオーバーフィルドタイプの光走査装置において、走査光学系に収束した光束を入射させることにより、光偏向器の回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつき量が存在した場合の被走査面上における結像スポットの位置ずれを効果的に軽減し、且つアンダーフィルドタイプの光走査装置の場合に比較してより一層の光路長の短縮の割合を大きくできる、高性能で、かつ小型なオーバーフィルドタイプの光走査装置を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。

また主走査断面内において走査光学系の焦点距離、走査光学系の後側主平面から収束する光束が走査光学系によって結像される結像点までの距離、走査光学系の光軸と光偏向器に入射する光束の主光線とのなす角度、走査光学系の光軸と光偏向器によって反射偏向された光束とのなす角度（走査角）等の各量を、光偏向器の回転中心から複数の偏向面までの距離のばらつき量や主走査方向の解像度に応じてそれぞれ最適な条件に設定することにより、より効率的に高性能で、かつ小型なオーバーフィルドタイプの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。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は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（主走査断面図）である。

ここで、主走査方向とは偏向手段の回転軸及び走査光学素子の光軸に垂直な方向（光偏向器で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）を示し、副走査方向とは光偏向器の回転軸と平行な方向を示す。また主走査断面とは主走査方向に平行で走査光学系の光軸を含む平面を示す。また副走査断面とは主走査断面と垂直な断面を示す。

同図において１は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。２は光学素子としての光束変換素子であり、光源手段１から放射された光束を収束光束に変換している。３は開口絞りであり、光束変換素子２から出射下光束を制限してビーム形状を整形している。４は光学系（シリンドリカルレンズ）であり、副走査方向にのみ所定のパワーを有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（反射面）５ａにほぼ線像として結像させている。尚、光束変換素子２、開口絞り３、そしてシリンドリカルレンズ４等の各要素は入射光学系の一要素を構成している。

５は光偏向器であり、例えば８面構成のポリゴンミラー(ポリゴンミラー)より成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。

６は集光機能とｆθ特性とを有する走査光学系(走査レンズ系)であり、第１、第２の２枚の走査レンズ（ｆθレンズ）６ａ，６ｂより成り、光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく収束光束を被走査面としての感光ドラム面７上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａと感光ドラム面７との間を共役関係にすることにより、倒れ補正機能を有している。

７は被走査面としての感光ドラム面である。

本実施例において、画像情報に応じて半導体レーザー１から出射した発散光束は光束変換素子２により収束光束に変換され、開口絞り３によりその断面形状を制限されシリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４に入射した収束光束は主走査断面内においてはそのままの状態で出射し、副走査断面内においてはさらに収束し、回転多面鏡５の偏向面５ａ近傍におい主走査方向に長く伸びた焦線状に結像する。このときの光束の光束幅は主走査断面内において回転多面鏡５の偏向面５ａのファセット幅に対し十分広くなるように設定している（オーバーフィルド光学系）。

そして回転多面鏡５の偏向面５ａで反射偏向された収束光束は第１、第２の走査レンズ６ａ，６ｂを介して感光ドラム面７上にスポット状に結像され、該回転多面鏡５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。

図２は回転多面鏡の偏向面周辺の主走査断面内の要部概略図であり、偏向面5aと該偏向面5aに入射する収束光束の主光線61及び偏向面5aで反射偏向されて走査光学系(不図示)に向かう光束の主光線62の様子を示している。

以下、図２を用いて本実施例の詳細な説明を行う。

図２において光束変換素子(不図示)から出射した収束光束の主光線61と走査光学系(不図示)の光軸Lとのなす角度をαとし、偏向面5aで反射偏向されて走査光学系に向かう光束の主光線62と走査光学系の光軸Lとのなす角度をβとする。

回転多面鏡5はモーター等の駆動手段の軸に取り付ける際の取り付け誤差や、該回転多面鏡自身の加工誤差等によって、該回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離にばらつきが生じる。ここでは偏向面5aとは異なる偏向面5bとの間にδLだけのばらつきが生じたものとする。

その場合、偏向面5bで反射偏向されて主光線62と同じ角度で反射する光束の主光線は光線63で示されるように主走査方向にｈだけシフトして走査光学系に入射する。

上記シフト量ｈは、幾何学的考察により、

なる関係式で表されることがわかる。

ここで特に注目すべき点はオーバーフィルドタイプの光走査装置においては、回転多面鏡5の偏向面5aの回転方向に沿った幅よりも、該回転多面鏡5に入射する光束の主走査方向の幅を大きく設定している為に、走査光学系に入射する光束の光束幅は偏向面5aの幅で決定されるということである。従って偏向面5bで反射偏向されて主光線62と同じ角度で反射する光束の主光線63が主走査方向にシフトして走査光学系に入射すると同時に偏向面5bに入射する光束の主光線も主走査面内でシフトすることとなる。

次に図３はアンダーフィルドタイプの光走査装置の回転多面鏡の偏向面周辺の主走査断面内の要部概略図であり、偏向面5aと該偏向面5aに入射する収束光束の主光線61及び偏向面5aで反射偏向されて走査光学系(不図示)に向かう光束の主光線62の様子を示している。

アンダーフィルドタイプにおいても図２で説明したのと同様に偏向面5aとは異なる偏向面5bとの間にδLだけのばらつきが生じた場合、偏向面5bで反射偏向されて主光線62と同じ角度で反射する光束の主光線は光線63で示されるように主走査方向にｈ´だけシフトして走査光学系に入射する。

上記シフト量ｈ´は、幾何学的考察により、

なる関係式で表されることがわかる。

ここで注目すべき点は偏向面5bで反射偏向されて主光線62と同じ角度で反射する光束の主光線63は主走査方向にシフトして走査光学系6に入射するが、偏向面5bに入射する光束の主光線は主走査断面内でシフトしないことである。

これはアンダーフィルドタイプの光走査装置においては、回転多面鏡5の偏向面の回転方向に沿った幅よりも、該回転多面鏡5に入射する光束の主走査方向の幅を小さく設定している為に、走査光学系6に入射する光束の光束幅は偏向面の幅で決定されてはいないからである。

ここで図２と図３を見比べてみると、シフト量ｈの方がシフト量ｈ´よりも明らかに小さいことが予想される。

図４は上記(1)式及び(2)式に従って、アンダーフィルドタイプの光走査装置における回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLと走査光学系に入射する光束のシフト量ｈ及びオーバーフィルドタイプの光走査装置における回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLと走査光学系に入射する光束のシフト量ｈ´の関係を図示したものである。

尚、ここでは一例として、α=60°、β=45°のときの値を示している。またβの符号は走査光学系の光軸を基準に時計回りの方向のときをプラスとする。

図４からも分かるようにオーバーフィルドタイプの光走査装置の方が回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLに対する光束のシフト量が小さくなる。

次に一般に走査光学系に入射する光束を主走査断面内において収束した光束(収束光束)とした場合、回転多面鏡の回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつき量δLが存在すると被走査面上における結像スポットに位置ずれが生じる現象を図を用いて説明する。

図５はこの現象を説明する為の要部断面図である。

同図において6は走査光学系としてのｆθレンズ、ｆθレンズ6の後ろ側主平面から該ｆθレンズ6に入射する収束した光束の自然収束点までの距離をＳｄ、ｆθレンズ6の焦点距離をｆ、ｆθレンズ6の後ろ側主平面からｆθレンズ6に入射した収束光束がｆθレンズ6によって収束されて結像される位置までの距離をＳｋとする。

ここにおいて、

であるから、

で表わされる。

ここで回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLに対する光束のシフト量δyが存在した場合、被走査面上における主走査方向のスポットの結像位置のずれ量δY2は、同図から明らかに、

だけズレが発生することになる。

このことはオーバーフィルドタイプの光走査装置の方が回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLに対する光束のシフト量δyが小さいという事実を鑑みれば、ｆθレンズ6に入射する光束を主走査方向において収束した光束とした場合、回転多面鏡の回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつき量δLが存在したときに発生する被走査面上における結像スポットの位置ずれが、オーバーフィルドタイプの光走査装置の方が小さいということである。

つまり被走査面上における結像スポットの位置ずれの許容量が同じであれば、アンダーフィルドタイプの光走査装置よりも、オーバーフィルドタイプの光走査装置の方が強い収束光束を入射させることができることとなり、回転多面鏡から被走査面までの距離をより一層短くすることが可能になることが分かる。

オーバーフィルドタイプの光走査装置における、上記被走査面上における結像スポットの位置ずれ量δは、(1)式および(5)式より、

で表わされる。

一方、上記被走査面上における結像スポットの位置ずれ量δは、一般に画像解像度から決定される主走査方向の画素間隔の１／３を超えると視覚的に認知されやすくなる為、それ以下に押える必要がある。

例えば600DPIの画像の解像度の場合は、結像スポットの位置ずれ量δを

以下に押える必要がある。

従って、本実施例のオーバーフィルドタイプの光走査装置においては、
主走査断面内において走査光学系6の主走査方向の焦点距離をｆ、
走査光学系6の後側主平面から、収束する光束が走査光学系6によって結像される結像点までの距離をＳｋ、
走査光学系6の光軸と、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度をα、
走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5によって任意の角度に反射偏向された光束の主光線とのなす角度をβ
回転多面鏡5の回転中心から、複数の偏向面までの距離のばらつき量をδL、
とし、主走査方向の解像度から決定される、被走査面7上における主走査方向の1インチあたりの画素数をＮ_Ｍ、
とするとき、以下の条件式、

を満足させている。

更に好ましくは条件式(7)を次の如く設定するのが良い。

このことによって、上述した回転多面鏡の回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつき量δLが存在した場合の被走査面上における結像スポットの位置ずれを効果的に軽減し、且つアンダーフィルドタイプの光走査装置の場合に比較してより一層の光路長短縮の割合の大きな小型のオーバーフィルドタイプの光走査装置を達成している。

以下に本実施例のオーバーフィルドタイプの光走査装置の構成データを示す。
・主走査断面内において走査光学系6の焦点距離ｆ：273.3ｍｍ
・走査光学系6の後側主平面から、収束する光束が走査光学系6によって結像される結像点までの距離Ｓｋ：205ｍｍ
・主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度α：60°
・主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5によって反射偏向された光束の主光線とのなす角度（走査角）β：−32.5°から＋32.5°
・回転多面鏡5の回転中心から、複数の偏向面までの距離のばらつき量δL：0.03ｍｍ
・主走査方向の画像の解像度から決定される、被走査面7上における主走査方向の1インチあたりの画素数Ｎ_Ｍ：600
図６は上記構成のオーバーフィルドタイプの光走査装置における走査角βと光束のシフト量ｈとの関係を示した図である。

図７は同様走査角βと被走査面上における結像スポットの位置ずれ量

の関係を示した図である。

図７から分かるように本実施例のオーバーフィルドタイプの光走査装置は上記条件式（7）を満足しており、走査光学系6に収束する光束を入射させることにより、走査光学系6の後側主平面から被走査面7までの距離を、通常の平行光束を入射させた場合の205/273.3=0.7501倍に短縮し、且つ回転多面鏡5の回転中心から複数の偏向面までの距離のばらつきによって発生する被走査面7上における結像スポットの位置ずれを効果的に軽減することに成功している。

次に本発明の実施例２について説明する。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、主走査断面内に投射したとき走査光学系６の光軸Ｌと、回転多面鏡に入射する光束の主光線とのなす角度αを０°（光源手段から出射した光束を、主走査断面内に投射したとき光偏向器の偏向角の中央から入射させる正面入射より構成）に設定し、且つ副走査断面内において該光偏向器の回転軸と直交する面に対して所定の角度をなすように、該光偏向器の偏向面に入射させたことである。尚、ここで所定の角度とは角度αが０°であるため、０°でない有限の値であることは明らかである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。このとき前述の角度βは主走査断面内に投射したときの値である。

次に本実施例のオーバーフィルドタイプの光走査装置の構成データを示す。
・主走査断面内において走査光学系6の焦点距離ｆ：273.3ｍｍ
・走査光学系6の後側主平面から、収束する光束が走査光学系6によって結像される結像点までの距離Ｓｋ：205ｍｍ
・主走査断面内において走査光学系6の光軸と、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度α：0°
・主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5によって反射偏向された光束の主光線とのなす角度（走査角）β：−32.5°から＋32.5°
・回転多面鏡5の回転中心から複数の偏向面までの距離のばらつき量δL：0.03ｍｍ
・主走査方向の画像の解像度から決定される、被走査面7上における主走査方向の1インチあたりの画素数Ｎ_Ｍ：600
本実施例においては、主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度αを0°に設定している。このような構成とすることにより光束のシフト量hを小さくすることができる。

図８は本実施例の構成のオーバーフィルドタイプの光走査装置における走査角βと光束のシフト量ｈとの関係を示した図である。

図９は同様走査角βと被走査面上における結像スポットの位置ずれ量

の関係を示した図である。

図８から分かるように本実施例においては、主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度αを0°になるように構成している為、前記実施例１と比較して、より一層光束のシフト量ｈを小さくすることができる。

従って図９に示すように本実施例のオーバーフィルドタイプの光走査装置は上記条件式（7）を当然満足しており、実施例１に比較して、より一層被走査面7上における結像スポットの位置ずれを効果的に軽減することに成功している。

また一般にオーバーフィルドタイプの光走査装置は走査端部において主走査方向のスポット径が若干肥大するのと、光量が低下し易いという特性を有することが知られているが、本実施例のように主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度αを0°になるような構成をとれば、上記スポット径の肥大、光量の低下は最小限に抑えられるという効果をも有する。

次に本発明の実施例３について説明する。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、主走査断面内に投射したとき走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度αを０°（光源手段から出射した光束を、主走査断面内に投射したとき光偏向器の偏向角の中央から入射させる正面入射より構成）に設定し、さらに走査光学系6の後側主平面から収束する光束が走査光学系6によって結像される結像点までの距離Ｓｋを135ｍｍに設定したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

次に本実施例のオーバーフィルドタイプの光走査装置の構成データを示す。
・主走査断面内において走査光学系6の焦点距離f：273.3ｍｍ
・走査光学系6の後側主平面から、収束する光束が走査光学系6によって結像される結像点までの距離Ｓｋ：135ｍｍ
・主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度α：0°
・主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5によって反射偏向された光束の主光線とのなす角度（走査角）β：−32.5°から＋32.5°
・回転多面鏡5の回転中心から、複数の偏向面までの距離のばらつき量δL：0.03ｍｍ
・主走査方向の画像の解像度から決定される、被走査面7上における主走査方向の1インチあたりの画素数Ｎ_Ｍ：600
本実施例においては上記の如く主走査断面内において走査光学系6の光軸Lと、回転多面鏡5に入射する光束の主光線とのなす角度αを0°に設定し、さらに走査光学系6の後側主平面から収束する光束が走査光学系6によって結像される結像点までの距離Ｓｋを135ｍｍに設定している。このような構成とすることにより光束のシフト量ｈを小さくし、且つ走査光学系6の後側主平面から被走査面7までの距離を短くし、光走査装置のより一層の小型化を図っている。

図１０は本実施例の構成のオーバーフィルドタイプの光走査装置における走査角と光束のシフト量hの関係を示した図である。

図１１は同様走査角と被走査面上における結像スポットの位置ずれ量

の関係を示した図である。

図１１から分かるように本実施例のオーバーフィルドタイプの光走査装置は上記条件式（7）を満足しており、実施例２に比較して、さらに走査光学系6の後側主平面から被走査面7までの距離を、通常の平行光束を入射させた場合の135/273.3=0.494倍と大幅に短縮することを可能としている。

このように本実施例では上記の如く上記条件式（7）を満足させるようなオーバーフィルドタイプの光走査装置の構成をとることにより、回転多面鏡5の回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつき量δLが存在した場合の被走査面7上における結像スポットの位置ずれを効果的に軽減し、且つアンダーフィルドタイプの光走査装置の場合に比較してより一層の光路長短縮の割合を大きくできる、高性能で、かつ小型なオーバーフィルドタイプの光走査装置を提供することが可能となる。

尚、上記条件式（7）中の(１−Sk/f)という値は、走査光学系6に入射させる光束の収束度合いを意味し、この値が大きくなればなる程、収束度合いが強くなり光路長短縮の効果を上げることが可能となる。

一方、上記(１−Sk/f)という値は、回転多面鏡5の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLに対する光束のシフト量hを被走査面7上で何倍に縮小するかという意味をも有する。

例えば本発明の実施例１及び２においては、

であり、回転多面鏡5の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLに対する光束のシフト量hを被走査面7上において0.2499倍に縮小しており、被走査面7上における結像スポットの位置ずれを効果的に低減している。

また本発明の実施例３においては、同様に、

であり、回転多面鏡5の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量δLに対する光束のシフト量hを被走査面7上において0.506倍に縮小している。

このように上記(１−Sk/f)という値は、その値を小さくすればする程、被走査面7上における結像スポットの位置ずれを小さくすることが可能となるが、あまり小さく設定すると走査光学系6に入射させる光束の収束度合いが弱くなり光路長短縮の効果を上げることができなくなってしまう。

そこで各実施例においては、上記(１−Sk/f)の値が下記の条件式（8）を満足するように各要素を設定している。

更に好ましくは条件式(8)の下限値を０．２４５とするのが良い。

更に好ましくは条件式(8)を次の如く設定するのが良い。

上記条件式（8）の下限値を超えると、走査光学系に入射させる光束の収束度合いが弱くなり光路長短縮の効果を上げることができなくなるので良くない。また条件式（8）の上限値を超えると、被走査面上における結像スポットの位置ずれが許容範囲を超え易くなってしまうので良くない。

以下に、本発明の実施例１〜３における(１−Sk/f)の値を記す。
・実施例１

・実施例２

・実施例３

何れの実施例1〜3においても条件式（8）を満足していることが分かる。

尚、各実施例では走査光学系６を２枚のレンズより構成したが、これに限らず、例えば単一、もしくは３枚以上のレンズより構成しても良い。また走査光学系を回折光学素子を含ませて構成しても良い。

また、前記、各実施例においては、「主走査方向の画像の解像度から決定される、被走査面7上における主走査方向の1インチあたりの画素数Ｎ_Ｍ」として600、即ち600DPIを例としてあげているが、本件発明は600DPIに限定されるものではないことは当然である。例えば、実施例2においては図9からも判るように、スポットの位置ずれ量は±3μm以下である。よって、実施例2の光学系においては、「主走査方向の画像の解像度から決定される、被走査面7上における主走査方向の1インチあたりの画素数Ｎ_Ｍ」の値を1200以上、即ち1200DPI以上としても良いことが理解される。（Ｎ_Ｍの値が1200の場合の条件式右辺の値は0.007055である。なお、Ｎ_Ｍの値が2400の場合の条件式右辺の値は0.003528であるから、実施例2の光学系においては2400DPIでも条件式を満足している。）
本件発明は、解像度が1200dpi以上の画像形成装置においてより効果が得られる。

また、各実施例では、光源の数に関しては言及していないが、光源の数は1つでも、複数であっても、本件発明の効果は同様に発揮される為、本件発明は光源の数を問わない。

［画像形成装置］
図１２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１〜３のいずれか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束１０３が出射され、この光束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。

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の感光面が光束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束１０３が照射されるようになっている。

先に説明したように、光束１０３は、画像データDｉに基づいて変調されており、この光束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、上記光束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。

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１１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。

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１２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とで構成されており、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。

図１２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。

［カラー画像形成装置］
図１３は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、光走査装置を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１３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１〜３に示したいずれかの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。

図１３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束４１，４２，４３，４４が出射され、これらの光束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。

本実施態様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、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。

本実施態様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束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。

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。

本発明の実施例１の光走査装置の主走査断面図 本発明の実施例1の回転多面鏡の回転中心から偏向面までの距離が変化したときの光束のシフトを説明する図 アンダーフィルドタイプの光走査装置において、回転多面鏡回転中心から偏向面までの距離が変化したときの光束のシフトを説明する図 アンダーフィルドタイプの光走査装置における回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量と光束のシフト量、及びオーバーフィルドタイプの光走査装置における回転多面鏡の回転中心から各偏向面までの距離のばらつき量と光束のシフト量の関係を示した図 走査光学系に入射する光束を収束する光束としたときに、回転多面鏡の回転中心から複数の偏向面までの距離にばらつきが存在した場合、被走査面上における結像スポットに位置ずれが生じる現象を説明する図 本発明の実施例1における走査角と光束のシフト量の関係を示す図 本発明の実施例1における走査角と被走査面上における結像スポットの位置ずれ量を示す図 本発明の実施例２における走査角と光束のシフト量の関係を示す図 本発明の実施例２における走査角と被走査面上における結像スポットの位置ずれ量を示す図 本発明の実施例３における走査角と光束のシフト量の関係を示す図 本発明の実施例３における走査角と被走査面上における結像スポットの位置ずれ量を示す図 本発明の画像形成装置の実施例を示す図 本発明のカラー画像形成装置の実施例を示す要部概略図

符号の説明

１ 光源手段（半導体レーザー）
２ 光束変換素子(光学素子)
３ 開口絞り
４ 光学系(シリンドリカルレンズ)
５ 光偏向器(回転多面鏡)
６ 走査光学系
６a 第１の走査レンズ
６ｂ 第２の走査レンズ
７ 被走査面（感光ドラム）
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 光束
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 光束
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

Claims (6)

1. 光源手段と、複数の偏向面を有する回転多面鏡と、主走査断面内において前記光源手段から出射した光束を前記回転多面鏡の偏向面に前記偏向面の幅より広い光束幅で入射させる入射光学系と、前記回転多面鏡で偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を有する光走査装置において、
   前記回転多面鏡に入射する光束は、主走査断面内において収束光束であり、
   前記走査光学系の主走査断面内における焦点距離をｆ、
   前記走査光学系の後側主平面から前記収束光束が前記走査光学系によって結像される結像点までの距離をＳｋ、
   前記走査光学系の光軸と前記回転多面鏡に入射する光束の主光線とのなす主走査断面内における角度をα、
   前記走査光学系の光軸と前記回転多面鏡の偏向面にて偏向された光束の主光線とのなす主走査断面内における角度をβ、
   前記回転多面鏡の回転中心から前記回転多面鏡の複数の偏向面までの距離のばらつき量をδL、
   とし、主走査方向の画像の解像度から決定される前記被走査面上における主走査方向の１インチあたりの画素数をＮ_Ｍ、
   とするとき、
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 主走査断面内に投射したとき、前記光源手段から出射した光束は、前記回転多面鏡の偏向角の中央から入射し且つ副走査断面内において前記回転多面鏡の回転軸と直交する面に対して所定の角度をなすように前記回転多面鏡の偏向面に入射することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置と、前記被走査面に設けられた感光ドラムと、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光ドラムの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手段と、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。
4. 請求項１又は２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。
5. 各々が請求項１又は２に記載の光走査装置の被走査面に設けられ、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。
6. 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５記載のカラー画像形成装置。