JP4744117B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の画像形成装置に用いることができる光走査装置およびこれを用いた上記のような画像形成装置に関するものである。

まず、従来の光走査装置および画像形成装置について説明する。複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置において広く用いられている光走査装置は、一般に、光源側からの光ビームを光偏向器により偏向させ、ｆθレンズ等の走査結像光学系により被走査面に向けて集光して被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットで被走査面を光走査(主走査)するように構成されている。被走査面の実体をなすものは光導電性の感光体等からなる像担持体表面の感光面である。

また、フルカラー画像形成装置の一例として、４つの感光体を記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体に対応した複数の光走査装置で各感光体を光走査して各色の画像情報に対応した画像を形成し、各色の画像を同一の転写紙に重ねて転写するように構成されている。より具体的に説明すると、各光走査装置の光源装置から放射された光ビームの光束を１つの偏向手段により偏向走査し、各感光体に対応する複数の走査結像光学系により各感光体に同時に露光してそれぞれの色の画像情報に対応した潜像をつくり、これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化したのち、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写し定着することで、カラー画像を得られるように構成されている。

このように、光走査装置と感光体の組み合わせを２組以上用いて、２色画像や多色画像、カラー画像等を得るようにした画像形成装置は「タンデム式画像形成装置」として知られている。このようなタンデム式画像形成装置として、複数の感光媒体（像担持体）が単一の光偏向器を共用する方式が知られている。この方式をさらに分類すると以下のようになる。
（１）光偏向器の径方向両側より光束を入射し、光束を光偏向器の径方向両側に振り分けて走査する対向走査方式（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
（２）略平行でかつ副走査方向に離れた複数の光束を偏向器に入射し、複数の光束に対応する複数の走査光学素子を副走査方向に並べて走査する方式（例えば、特許文献３参照）。
（３）偏向器の片側より光束を入射し、走査光学系を３枚のレンズで構成し、第１、第２のレンズＬ１、Ｌ２は互いに異なる被走査面に向かう複数の光束が通過するレンズであり、第３のレンズＬ３は被走査面毎に設けられているもの（例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照）。

このように、複数の被走査面で光偏向器を共用すると、光偏向器の数を減らすことにより、画像形成装置をコンパクト化し、低コスト化することが可能になる。

次に、最近のカラー画像形成装置の光走査装置において採用されている斜入射光学系について説明する。単一の光偏向器を用いたカラー画像形成装置の光走査装置において、低コスト化を図る手段として、光偏向器の偏向反射面に、副走査方向に角度を持って光ビームを入射させる斜入射光学系が知られている（例えば、特許文献７参照）。この斜入射光学系は、複数の光ビームがそれぞれ偏向反射面で偏向反射された後に、折返しミラーなどで分離されて各光ビームに対応する被走査面（感光体表面）に導かれる。この時、それぞれの光ビームの副走査方向の角度（光偏向器の変更反射面に斜入射する角度）は、上記ミラーで各光束が分離可能な角度に設定されている。このように構成された斜入射光学系を用いることで、前記ミラーで各光束が分離可能な副走査方向の隣接する光ビーム間隔を、ポリゴンミラーなどの光偏光器が大型化することなく（副走査方向への光偏向器の多段化あるいは厚肉化すること無く）確保することが可能となる。

光偏向器として、ポリゴンミラーを用いる場合を考えてみると、通常の入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させることが難しく、ポリゴンミラーを小型化することができない。光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させることは不可能ではないが、回転軸に向けて入射させた場合、必要な偏向角を確保しようとすると、個々の偏向反射面が副走査方向に極端に大きくなる。また、所謂「サグ」の発生も大きく、発生するサグは像高：０に対して非対称である。ポリゴンミラーが大きいと、その高速回転に大きなエネルギーを必要とし、高速回転させたときの「風切り音」も大きく、防音手段も大型化せざるを得ない。

これに対し、前述の斜め入射方式によれば、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させることが可能で、ポリゴンミラーを小径化することができ、ポリゴンミラーを高速回転させたときの「風切り音」も小さく、従って高速化に適している。ポリゴンミラーを小径化できるのでサグの発生も小さく、発生するサグを像高：０に対して対称化できるので、補正も容易である。

しかし反面、斜め入射方式は「走査線曲がり」が大きいという問題がある。この走査線曲がり発生量は、前記各光ビームの副走査方向の斜入射角により異なり、各々の光ビームで描かれた潜像を各色のトナーにより重ね合わせ可視化した際に、色ずれとなって現れてしまう。また、斜入射することにより、光束が走査レンズにねじれて入射することで、波面収差も増大し、特に周辺の像高で光学性能が著しく劣化し、ビームスポット径が太ってしまい、高画質化を妨げる要因となる。また、斜め入射方式では、光源側からの光束をポリゴンミラーの回転軸に向けて入射させるために、主走査方向で走査レンズの光軸と重なる位置に光源を配置した場合、走査レンズとの干渉を避けるために斜入射角が増大し、上記のような問題点が大きくなる要因となる。

斜め入射方式に固有の「大きな走査線曲がり」を補正する方法として、走査結像光学系に「副走査断面内におけるレンズ面の固有傾きを、走査線曲がりを補正するように主走査方向へ変化させたレンズ面を有するレンズ」を含める方法（例えば、特許文献８参照）や、走査結像光学系に「副走査断面内における反射面の固有傾きを、走査線曲がりを補正するように主走査方向へ変化させた反射面を有する補正反射面」を含める方法（例えば、特許文献９参照）等が提案されている。

また、斜入射される光束を走査レンズの軸外を通し、走査レンズの子線の非球面量を主走査方向に沿って変化させる面を用いて走査線の位置を揃える方法が提案されている（例えば、特許文献１０参照）。特許文献１０記載の発明においては、１枚の走査レンズにて補正を行う例を挙げており、前記走査線曲がりの補正は可能であるが、以下に説明する波面収差増大によるビームスポット径の劣化については記述されていない。

斜め入射方式における今１つの問題は、光線スキューにより周辺像高（走査線の両端部近傍）で波面収差の大きな劣化が発生し易いことである。このような波面収差が生じると、周辺像高で光スポット径が大径化してしまう。この問題を解決できないと、近年強く要請されている「高密度の光走査」を実現できない。上記特許文献１０記載の光走査装置では、斜め入射方式に特有の大きな走査線曲がりが極めて良好に補正されているが、上記波面収差の補正は十分といえない。

斜め入射方式の問題点といえる上記「走査線曲がりと波面収差の劣化」を良好に補正できる光走査装置として、走査結像光学系に複数の回転非対称レンズを含め、これら回転非対称レンズのレンズ面の子線頂点を結ぶ母線形状を副走査方向に湾曲させたものが提案されている（例えば、特許文献１１参照）。しかし、上記「子線頂点を結ぶ母線形状を副走査方向に湾曲させたレンズ面」を有するレンズは、母線を湾曲させることで諸問題を解決しており、入射光束に対応した個別の走査レンズが必要となるため、タンデム型の走査光学系に適用する場合、走査レンズの枚数が増大してしまう。同一のレンズに異なる被走査面に向かう複数の光束を入射させた場合、母線形状を湾曲させることにより一方の光束に対しては諸問題の解決がなされるが、他方の光束については走査線曲がりや波面収差を低減させることは難しい。

このような光学性能の劣化を補正する手段は提案されているが、偏向反射面への斜入射の角度が増大する程、光学性能の劣化が大きくなり、その補正は困難となる。つまり、斜入射角度を小さく抑えつつ、前記斜入射光学系を用いることによる効果を得ることが課題となる。

光偏向器の偏向反射面の法線と平行でかつ互いに平行の２本の光ビームと、光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向の外側に離れていくように角度を持つ２本の光ビームを組み合わせた発明がなされている（例えば、特許文献１２参照）。この特許文献１２記載の構成によれば、全ての光ビームを光偏向器の偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持つ光ビームで構成する場合に比べ、副走査方向の角度を小さく設定することが可能である。しかし、本方式においては、光偏向器の副走査方向の間隔が広くなって大型化し、光走査装置を構成する部品でありかつコスト比率の高い光偏向器のコストを下げることができないという難点がある。

特開平１１−１５７１２８号公報 特開平９−１２７４４３号公報 特開平９−５４２６３号公報 特開２００１−４９４８号公報 特開２００１−１０１０７号公報 特開２００１−３３７２０号公報 特開２００３−５１１４号公報 特開平１１−１４９３２号公報 特開平１１−３８３４８号公報 特開２００４−７０１０９号公報 特開平１０−７３７７８号公報 特開２００４−８６１８６号公報

本発明は、光源装置を複数持ち、各光源装置からの光ビームは共通の光偏向器により偏向された後、走査光学系により各々対応する被走査面に集光され、複数の光源装置から出射され一つの被走査面に向かう光ビームは、光偏向器の反射面の法線に対し水平で、その他の被走査面に向かう光ビームは光偏向器の反射面の法線に対し角度を持つ斜め入射方式の光走査装置において、走査線曲がりと波面収差の劣化を抑え、低コスト、低消費電力、小型化に適しかつ環境を考慮した光走査装置を提供することを目的とする。
ことを目的とする。
本発明はまた、上記の光走査装置を用いることにより、走査線曲がりと波面収差の劣化を抑え、低コスト、低消費電力、小型化に適しかつ環境を考慮した画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源装置を複数持ち、複数の光源装置から出射された第1の光ビームと、第２の光ビームと、第３の光ビームと、第４の光ビームは共通の光偏向器により偏向された後、走査光学系によりそれぞれ対応する被走査面に集光される光走査装置において、偏向器の反射面にて偏向された第１の光ビームと、第２の光ビームと、第３の光ビームと、第４の光ビームとは、それぞれ分離される前において、副走査方向において第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビーム、第４の光ビームの順に並んでおり、第２の光ビームが第１の光ビームと分離される位置は、第３の光ビームが第２の光ビームと分離される位置よりも、対応する被走査面に向かい被走査面に近い側であり、第３の光ビームが第２の光ビームと分離される位置は、第４の光ビームが第３の光ビームと分離される位置よりも、対応する被走査面に向かい被走査面に近い側であり、第１の光ビームが第２の光ビームとのなす角は、副走査方向において、第２の光ビームと第３の光ビームとのなす角より小さく、第２の光ビームが第３の光ビームとのなす角は、副走査方向において、第３の光ビームと第４の光ビームとのなす角より小さい、ことを最も主要な特徴とする。
本発明はまた、かかる特徴を有する光走査装置を、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する手段として用いて画像形成装置を構成したことを特徴とする。

光源装置を複数持ち、各光源装置からの光ビームが共通の光偏向器により偏向された後、走査光学系により各々対応する被走査面に集光される光走査装置において、複数の光源装置からの一つの被走査面に向かう光ビームは、光偏向器の反射面の法線に対し水平で、その他の被走査面に向かう光ビームは光偏向器の反射面の法線に対し角度を持つことにより、斜め入射方式の光走査装置における走査線曲がりと波面収差の劣化を抑え、低コスト、低消費電力、小型化に適し、また、環境を考慮した光走査装置およびこの光走査装置を用いた画像形成装置を実現することができる。

以下、本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１は、光走査装置の実施例１を説明するための図である。図１（ａ）において、光源としての半導体レーザ２０から放射された発散性の光束は第１光学系を構成するカップリングレンズ２１により以後の光学系に適した光束形態に変換される。カップリングレンズ２１により変換された光束形態は、平行光束であってもよいし、弱い発散性あるいは弱い集束性の光束であってもよい。ほぼ平行光束であるカップリングレンズ２１を透過した光束は、第２光学系を構成するシリンドリカルレンズ２２により副走査方向にのみ集光され、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２３からなる光偏向器の偏向反射面に入射して、偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像が結ばれるように構成されている。光源側からの光束は、ポリゴンミラー２３の偏向反射面の回転軸に直交する平面Ａに対して傾いて入射する。従って、図１（ｂ）からわかるように、偏向反射面により反射された光束も、上記平面Aに対して傾いている。ポリゴンミラー２３の回転軸に直交する平面に対し光ビームに角度をつけるには、光源装置、カップリング光学系（第１光学系）を所望の角度に傾けて配置しても良いし、図１（ａ）に示すように、第２光学系とポリゴンミラー２３との間に配置したミラー２６を用いて角度をつけても良い。また、第１光学系を構成するカップリングレンズ２１の光軸を副走査方向にシフトすることで、ポリゴンミラー２３の偏向反射面に向かう光ビームに角度をつけるようにしてもよい。

光源２０からは４つの光束が放射されるようになっていて、ポリゴンミラー２３の偏向反射面により反射された各光束は、ポリゴンミラー２３の等速回転に伴い等角速度的に偏向される。偏向された各光束は、図１（ｂ）に示すように、それぞれミラー１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋで反射されたあと、走査光学系を構成する第１走査レンズＬ１、第２走査レンズＬ２を透過するようになっている。そして、図１（ｂ）において最も上の光束を除く他の３つの光束はミラー１８Ｙ，１８Ｍ，１８Ｃで反射され、上記４つの光束はそれぞれ被走査面としてのドラム状の感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの表面上に到達するように構成されている。上記各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの表面は、図１（ａ）に符号２５で示す被走査面に相当する。走査レンズＬ１、Ｌ２からなる走査結像光学系は、上記偏向光束を被走査２５面に向けて集光する。これにより、偏向光束は被走査面２５上に光スポットを形成し、被走査面２５を走査する。また、上記走査結像光学系は、等角速度的な偏向光束を、被走査面上において等速度的に走査させるｆθ機能を持っている。

例えば、偏向手段に最も近い第１走査レンズＬ１の主走査方向の面形状を非円弧形状とし、あるいは、その他の走査レンズの面形状を主走査方向に非円弧形状とし、かつ、副走査断面内の曲率中心を主走査方向に連ねた曲率中心線が、主走査断面内で上記主走査方向の非円弧形状とは異なる曲線となるように、副走査断面内の曲率半径を主走査方向に変化させた面を用いることで、主走査方向、副走査方向共に像面湾曲を良好に補正することが可能である。図１（ｂ）は、ポリゴンミラー２３の偏向反射面から走査レンズＬ１、Ｌ２を経て被走査面２５に至る相互の位置関係を副走査対応方向から示している。

図１に示す例において、走査光学系を構成するレンズＬ１，Ｌ２の中で、偏向手段としてのポリゴンミラー２３に最も近い走査レンズＬ１は、異なる被走査面に向かう複数の光ビームに共通のレンズとなっていて、複数の光ビームが通過する構成となっている。この結果、走査結像光学系を構成するレンズ枚数を低減することができ、低コストの光走査装置を提供可能となる。

また、偏向手段としてのポリゴンミラー２３を高速で回転駆動することにより、ポリゴンモータが発熱し、走査レンズの主走査方向の温度に差が生じる。すなわち温度分布が生じて、光走査によって形成される画像の品質に影響を受ける。しかし、上記のように、一つの走査レンズＬ１を複数の光ビームで共通に使用する構成にすることにより、被走査面２５に向かう光ビームが一律に上記温度分布による影響を受けるため、色ずれや色味による画像劣化を抑制することができる。

偏向手段としてのポリゴンミラー２３は、これを高速回転駆動するモータ部、およびその回路基板による発熱が大きい。回路基板に関しては、これを光学箱の外に出すなどして、光学箱内の温度変動を低減することができるが、ポリゴンモータ部の発熱を外部に放出することは難しく、モータ部の発熱による光学箱内の温度上昇を避けることはできない。このモータ部などで発生した熱が光学箱内を伝搬することによって、走査光学系を構成するレンズ、特に、ポリゴンミラー２３に最も近い走査レンズＬ１に温度分布を生じさせる。この温度分布は、特にポリゴンミラー２３の高速回転によって発生する光学箱内の気流の経路、走査レンズの形状等により、走査レンズ内で一様な温度変化とならないために発生する。この結果、各被走査面２５に向かうビームがそれぞれ異なる走査光学素子を通過する対向走査方式のタンデム方式カラー画像形成装置などにおいては、連続プリント時に各被走査面２５での相対的な主走査方向のビームスポット位置が変動し、色味が変化してしまう。

そこで、走査結像光学系を構成する走査レンズのうち、異なる被走査面に向かう全ての光束が偏向手段に最も近い走査レンズを共用するようにしてこの走査レンズを通過するように構成することが望ましい。このように構成することにより、走査レンズが主走査方向に温度分布をもった場合においても、異なる被走査面に向かう光ビームが透過する走査レンズの温度分布はほぼ同一となり、温度分布により発生する主走査方向の屈折力変化（面形状変化）をほぼ揃えることができる。その結果、異なる被走査面での主走査方向のビームスポット位置ずれはほぼ同一となり、連続プリント時の色味の変化、色ずれの発生を抑制することができる。

この温度分布の発生は、ポリゴンミラー２３を密閉し、ポリゴンミラー２３への光束の入出射は平行平板ガラスを通して行うようにすることで改善される。しかしながら、温度及び前記温度分布を完全に一致させることは難しい。ポリゴンミラー２３の片側においてのみ走査し、全ての光ビームが第１走査レンズＬ１を共用するする片側走査方式によれば、色ずれ、色味の変化を比較的良好に低減することができる。

従来の、水平入射に対し副走査方向に斜め入射させる方式の光走査装置では、全ての光ビームで共用する走査レンズに副走査方向の角度を持って入射することにより、走査線曲がりの発生や波面収差の劣化により光学性能が劣化することは知られている。光偏向器を構成するポリゴンミラーの偏向反射面の法線に対する角度、より正確には副走査方向に斜入射する角度を小さくすることで、光学性能の劣化を小さく抑えることが可能となり、良好な光学性能を実現することができる。この結果、安定したビームスポット径を得ることが可能となり、ビームスポット径の小径化による画質向上にも有利となる。

通常、光ビームを光偏向器の片側においてのみ偏向反射する片側走査方式の光走査装置においては、複数の光ビームがそれぞれ対応する被走査面に向かう際、光偏向器で一括偏向された光ビーム群は、折返しミラーで順次副走査方向に分離され、対応する被走査面に到達する。このとき、図１（ｂ）に示すように、４つのドラム状感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに向かう光ビームは、光偏向器２３に近い側から被走査面側に順次近づく３カ所に配置されたミラー１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃで反射され、他の光ビームから分離される。光偏向器２３から最も遠い位置で折り返される光ビームもミラー１７Ｋによって光路を曲げられ、対応する被走査面としての感光体ドラム表面に導かれるが、この光ビームは、上記ミラー１７Ｋに至る前で他の光ビームと分離されているため、上記ミラー１７Ｋは他の光ビームと分離するためのミラーとはいえない。

図２、図３に示すように、光ビームの分離に必要な、隣接する光ビーム相互の副走査方向の間隔をΔｄとすると、それぞれの分離位置において分離される光ビームと、この光ビームに隣接する光ビームであって分離用ミラーの傍を通過する光ビームとの間に、一定の副走査方向の間隔が必要になる。この必要な間隔をΔｄとする。この間隔Δｄが一定であるとすると、光偏向器２３からビーム分離位置までの距離が長いほど、前記副走査方向の角度を小さく設定することが可能となる。

対応する被走査面に向かい被走査面に近い側で分離される光ビームの、隣接する光ビームとの副走査方向のなす角は、対応する被走査面に向かい光偏向器に近い側で分離される光ビームの、隣接する光ビームとの副走査方向のなす角に比べ、その絶対値を小さく設定することが可能となり、波面収差の劣化や走査線曲がりの発生量を小さくすることができる。もちろん、波面収差、走査線曲がりの補正において有利な条件となることは言うまでもない。

図２（ａ）に示すように、偏向手段としてのポリゴンミラー２３の偏向反射面で反射される、複数の光源装置からの光ビームの少なくとも一つを、ポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に水平な光ビームとし、その他の光ビームを、ポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に角度を持つ光ビームとするとよい。こうすることで、光走査装置を構成する部品でコスト比率の高い光偏向器をなすポリゴンミラー２３のコストを下げることができる。また、ポリゴンミラー２３の偏向反射面近傍で複数の光ビームを近接させ、あるいは交差させることができるため、ポリゴンミラー２３の副走査方向の厚さ寸法を小さくすることができ、ポリゴンミラー２３を高速で回転駆動するのに必要な電力を低減し、また、高速回転に伴う騒音を低減することも可能であり、環境を考慮した光走査装置を提供することが可能となる。

第１走査レンズＬ１を全ての光ビームが共用する片側走査方式の場合、図２（ｂ）に示すように、全ての光ビームがポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に対し水平に、すなわち副走査方向に角度を持つことなく入射し反射する光走査装置が知られている。かかる光走査装置においては、良好な光学性能が得られる反面、各光源装置からの光ビーム、つまり互いに異なる被走査面に導かれる複数の光ビーム相互の間隔は、光ビームごとに分離するのに必要な間隔、通常３ｍｍから５ｍｍの間隔を持つことが必要である。そのため、偏向手段としてのポリゴンミラー２３の高さ（副走査方向の高さ）ｈが高くなり、空気との接触面積が増大して、風損の影響による消費電力アップ、騒音の増大、コストアップなどの問題が生じていた。特に、光走査装置の構成部品で偏向手段の占めるコスト比率が高いため、コスト面での課題が大きかった。

その点、上に述べた本発明にかかる光走査装置の実施例によれば、偏向手段としてのポリゴンミラー２３の偏向反射面で反射される複数の光源装置からの光ビームのひとつは、ポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に対し水平な光ビームで、他がポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に対し角度を持つ（副走査方向に角度を持つ）光ビームとし、加えて、全ての光ビームが走査レンズを共有するように構成したことで、図３（ａ）に示すように、ポリゴンミラー２３の高さｈを大幅に低減することが可能となり、前述の課題を解決することができる。

図３に示す例は、４つの異なる被走査面に向かう光ビームが副走査方向に並んで走査レンズを透過する例である。実際には、レンズ透過時に光ビームは屈折されるが、本図では屈折の図示を省略し直線で表している。走査レンズは１枚のみで構成することも可能であるが、これに限るものでなく、異なる被走査面に向かう光ビームで共用される走査レンズと、個々の光ビームが個別に透過する走査レンズとが設けられた構成でもよい。また、全ての走査レンズを複数の光ビームで共用する構成であってもよい。

図３（ａ）に示す４本の光ビームのうち、副走査方向において上から３番目の光ビームは、光偏向器としてのポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に水平で副走査方向に角度を持たない光ビームであり、その他の３本の光ビームは、偏向反射面の法線に対し副走査方向に角度を持っている。光ビーム２、光ビーム３、光ビーム４の３本の光ビームは、前述のとおり、分離光学系としてのミラーにより光路が曲げられて隣り合う光ビームと分離されるように構成されている。光ビーム４は、最も光偏向器側の位置（光偏向器に最も近い位置）Ａに配置されたミラーにより光路を曲げられて、偏向反射面の法線に水平で副走査方向に角度を持たない光ビーム３と副走査方向に分離される。光ビーム３は、上記の位置Ａよりもポリゴンミラー２３から遠い位置Ｂでミラーにより光ビーム２と副走査方向に分離される。光ビーム２は、上記の位置Ｂよりもポリゴンミラー２３から遠い位置Ｃでミラーにより光ビーム１と副走査方向に分離される。このように、光ビーム４，３，２の順に、ポリゴンミラー２３側の位置から遠ざかり、被走査面に近くなる位置で分離される。各光ビームの分離に必要な間隔をΔｄとすると、隣接する光ビームの副走査方向の間隔が、それぞれの対応する分離位置（Ａ、Ｂ、Ｃ）でΔｄ以上となる必要がある。

上記の各分離位置Ａ、Ｂ、Ｃが、光偏向器から同じ距離であるとした場合、光偏向器に斜め入射する光ビームの副走査方向の角度について説明する。例えば、図２（ａ）に示す例のように、４つの光ビームは、光偏向器であるポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に対し水平な光ビームと、角度を持つ（斜め入射する）光ビームからなり、全ての光ビームで共用する走査レンズの入射面において、副走査方向周辺側（外側）の二つの光ビームは互いに広がり、副走査方向中間部の二つの光ビームは互いに平行でかつポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に対し平行となるような構成を想定する。この構成を、図２（ｃ）に示す例のように全ての光ビームを偏向反射面に斜入射させる方式に比べると、全ての光ビームで共用する走査レンズの入射面において、各光ビームを分離するのに必要な前記の間隔Δｄを確保するための、斜め入射する光ビームの副走査方向の角度を小さく設定することが可能となる。

しかし、実際には上記の各分離位置Ａ、Ｂ、Ｃが、図２のように光偏向器から同じ距離となっていることは少なく、図３に示すように、各分離位置は異なっていて、光偏向器に近い側からＡ、Ｂ、Ｃの順になっている。このような順で分離位置が異なっている場合、上記図２（ａ）に示す例では、光偏向器から最も離れた分離位置Ｃにおいて隣接する光ビーム相互の副走査方向の間隔は必要以上に、すなわち上記間隔Δｄ以上に広がり、光走査装置の大型化につながる。

そこで、４つの光ビームのうち前記光ビーム３のみを光偏向器の偏向反射面の法線に対し水平（平行）に配置し、光ビーム４は分離位置ＡでΔｄとなるように副走査方向の角度をβ１とする。この光ビーム３と光ビーム４の配置関係は、図２（ａ）に示す例の光ビーム３と光ビーム４の配置関係と同じである。光ビーム１は副走査方向の角度がβ１となっていて光ビーム４と対称な配置関係となっている。これに対して、光ビーム１と光ビーム２の分離位置Ｃでこれらの副走査方向の間隔が上記Δｄとなるように、光ビーム２を副走査方向に角度を持たせ、その角度をβ２とする。光ビーム２は、図２（ａ）の例では、副走査方向に角度を持たない状態であったが、図３（ａ）に示す例ではβ２の角度を持っている。光ビーム２と３の分離位置Ｂでは、Δｄ以上の副走査間隔を持つこととなる。このため、図３（ａ）に示す例では、分離位置Ｂでの光ビーム２と光ビーム３相互の副走査方向の間隔がΔｄとなるように、光ビーム１と光ビーム２を、光ビーム３側にシフトしている。こうすることで、光偏向器の偏向反射面での副走査方向の光ビーム間隔を小さく設定することが可能となる。つまり、光偏向器の偏向反射面上での副走査方向の光ビーム間隔は、上記の間隔Δｄより小さくすることが可能となり、光偏向器の小型化を達成することができる。

図３（ａ）に示す例では、副走査方向の角度βの最大値を、光ビーム４が決めている。光ビーム３を偏向反射面の法線に水平な光ビームとすることで、上記角度βの最大値を光ビーム４で決めることができる。光ビーム４の副走査方向の角度β１を小さくするためには、光ビーム３を偏向反射面の法線に水平ではなく、光ビーム４から離れる方向に副走査方向の角度を付ける必要があるが、そうすると、光ビーム１と光ビーム２相互の副走査方向の角度が増大し、角度βの最大値が大きくなってしまう。また、副走査方向両端の光ビーム、つまり光ビーム１と光ビーム４の副走査方向の角度を同一とすることで、波面収差の劣化や走査線曲がりの発生量を同一にできるため、同一の補正手段、もしくは光ビーム１と光ビーム４の副走査方向の中心で、光偏向器の偏向反射面の法線に水平な面に対し鏡面対象に補正手段を配置することが可能となり、副走査方向の角度に応じて個別に補正手段を配置する場合に比べ、補正手段の開発効率が著しく向上する。

以上のとおり、複数の光源装置からの光ビームのひとつを、ポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に対し水平な光ビームとし、他の光ビームはポリゴンミラー２３の偏向反射面の法線に対し角度を持つ（副走査方向に角度を持つ）光ビームの構成とすることで、光偏向器の偏向反射面の法線に対する副走査方向の角度を小さく抑えることが可能となり、波面収差の劣化や走査線曲がりの発生を小さく抑えることができる。また、前記説明のように、光偏向器の偏向反射面上において、副走査方向の光ビームの間隔を小さくすることができるため、光走査装置を構成する部品でコスト比率の高い光偏向器のコストを下げることができ、また、光偏向器を薄型化することが可能であるため、消費電力や騒音を低減することができ、環境を考慮した光走査装置を提供することができる。

また、ポリゴンミラー２３の偏向反射面を形成する多面体は所定のレーザビームを偏向するのに十分な軸方向長さ（副走査方向の厚み）を有しておればよく、副走査方向に所定の間隔を持つ光ビームは、異なる反射面であることが望ましい。そこで、図１（ｂ）に示す例のように、偏向反射面を形成する多面体からなるポリゴンミラー２３を副走査方向に分割し、２段化するとよい。こうすることで、偏向反射面の軸方向の長さ（副走査方向の厚み）を小さくすることができ、回転体としてのイナーシャ（慣性力）を小さくして起動時間を短くすることができる。

さらに、複数の光源装置から互いに異なる被走査面に向かう複数の光ビームのうち、副走査方向に隣接する光ビームは、光偏向器の偏向反射面の基点から隣接する光ビームを分離する分離光学系の光ビーム反射位置（すなわち、分離光学系を構成するミラーで隣接ビームと分離される光ビームの分離光学系上の位置）までの距離をＸ、分離光学系で分離偏向される光ビームの光偏向器の反射面の法線に対する副走査方向の角度をβ１、分離光学系を通過する光ビームの、光偏向器の反射面の法線に対する副走査方向の角度をβ２、分離光学系の副走査方向最遠端までの距離をΔｈとしたとき（図３（ｃ）参照）、
１．５＜（ｔａｎ｜β２｜・Ｘ−ｔａｎ｜β１｜・Ｘ）／Δｈ＜５
を満足することが望ましい。ここで言う、Δｈは、図３（ｃ）に示すように、分離光学系を構成するミラー１７の副走査方向の距離であって、このミラー１７で反射され分離される光ビームの上記ミラー１７上の位置（すなわち、分離光学系を構成するミラー１７で光ビームが反射される位置）から、分離される光ビームに隣接し上記ミラー１７近傍を通過する光ビーム側の最遠端までの距離を言う。副走査方向とは、走査方向（主走査方向）に直交する方向であり、光偏向器の偏向反射面の法線に直交する方向である。

上記条件式の下限を越えると、隣接する光ビームを対応する被走査面に導くための光束の分離が困難となる。また、条件式の下限を越えると分離光学系により、分離される光ビームだけでなく分離されずに通過する光ビームの光束をけってしまう可能性が高くなる。それぞれの光ビームは、光学素子の組み付け、加工誤差などにより、副走査方向にぶれる。このとき、分離光学系との間に余裕がない場合は、高精度な組み付け調整や加工精度が要求され、大幅にコストが上がってしまう、実際には、光走査装置使用時に各光ビームが副走査方向に全くぶれないことは考えにくい。

また、上記条件式の上限を越えると、光偏向器の偏向反射面の法線に対する副走査方向の角度が大きくなり過ぎ、波面収差の劣化や走査線曲がりの発生が大きくなり補正が困難となる。波面収差の補正や走査線曲がりの補正方法は任意で、特定の方法に限定されるものではないが、波面収差の劣化量や走査線曲がりの発生量が大きくなるほど補正が困難になるのは言うまでもない。

以上、条件式の範囲内であれば、光偏向器の偏向反射面の法線に対する副走査方向の角度や分離位置、分離光学系の大きさを、各光ビームの副走査方向のぶれ、変動を考慮したうえで最適にすることが可能となる。
なお、図３（ｃ）に示すミラー１７は、図１（ｃ）に示す分離光学系としての３つのミラー１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃのうちの一つである。図１（ｃ）において、ミラー１７Ｋは、他の光ビームと分離するためのミラーでは無く、単に感光体３Ｋに光ビームを導くためのミラーであるから、ここでいう分離光学系には該当しない。

次に、本発明に係る光走査装置を用いた画像形成装置の一実施例を、図４を参照しながら説明する。本実施例は、本発明にかかる光走査装置をタンデム型フルカラーレーザプリンタに適用した例である。図４において、画像形成装置内の下部側には水平方向に配設された給紙カセット１から引き出された転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト２が設けられている。この搬送ベルト２の上側にはイエローＹ用の感光体３Ｙ，マゼンタＭ用の感光体３Ｍ，シアンＣ用の感光体３Ｃ及びブラックＫ用の感光体３Ｋが、転写紙の搬送方向上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付けて区別するものとする。これらの感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスにしたがって各プロセスを実行するプロセス部材が順に配設されている。感光体３Ｙを例に採れば、帯電チャージャ４Ｙ、光走査光学系５Ｙ、現像装置６Ｙ、転写チャージャ７Ｙ、クリーニング装置８Ｙ等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。すなわち、本実施例では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの表面を色毎に設定された被走査面ないしは被照射面とするものであり、各々の感光体に対して光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが１対１の対応関係で設けられている。ただし、走査レンズＬ１は、Ｍ，Ｙで共通使用し、また、Ｋ，Ｃで共通使用している。また、搬送ベルト２の周囲には、感光体５Ｙよりも搬送方向上流側に位置させてレジストローラ９と、ベルト帯電チャージャ１０が設けられ、感光体５Ｋよりもベルト２の回転方向下流側に位置させてベルト分離チャージャ１１、除電チャージャ１２、クリーニング装置１３等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ１１よりも転写紙搬送方向下流側には定着装置１４が設けられ、排紙トレイ１５に向けて排紙ローラ１６で結ばれている。

このような概略構成において、例えば、フルカラーモードあるいは複数色モード時であれば、各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対してＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の各色の画像信号に基づき各々の光走査装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋによる光ビームの光走査で、各感光体表面に、各色信号に対応した静電潜像が形成される。これらの静電潜像は各々の対応する現像装置で色トナーにより現像されてトナー像となり、搬送ベルト２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、転写紙上にフルカラー画像または多色画像が形成される。この転写紙上の画像は定着装置１４で転写紙に定着され、画像が定着された転写紙が排紙ローラ１６により排紙トレイ１５に排紙される。

上記画像形成装置の光走査光学系５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋを、前述の実施形態に係る光走査装置とすることで、走査線曲がりと波面収差の劣化を有効に補正し、色ずれが無く、高品位な画像再現性が確保できる画像形成装置を実現することができる。

本発明に係る光走査装置において、光源を、例えば、複数の発光点を有する半導体レーザアレイや、単数の発光点もしくは複数の発光点を有する光源を複数用いたマルチビーム光源装置とし、複数の光ビームを感光体表面に同時に走査するように構成するとよい。こうすることにより、高速化、高密度化を図った光走査装置および画像形成装置を構成することができる。かかる光走査装置および画像形成装置を構成した場合も、これまで説明してきた効果と同様の効果を得ることができる。

図５はマルチビーム光源装置を構成する光源ユニットの例を示す。図５（ａ）において、半導体レーザ４０３、４０４は各々ベース部材４０５の裏側に形成した嵌合孔に個別に嵌合されている。上記嵌合孔は主走査方向に所定角度、例えば約１．５°程度微小に傾斜していて、この嵌合孔に嵌合された半導体レーザ４０３、４０４も主走査方向に約１．５°傾斜している。半導体レーザ４０３、４０４は、その円筒状ヒートシンク部４０３−１、４０４−１に切り欠きが形成されていて、押え部材４０６、４０７の中心丸孔に形成された突起４０６−１、４０７−１を上記ヒートシンク部の切り欠き部に合わせることによって発光源の配列方向が合わせられている。押え部材４０６、４０７はベース部材４０５にその背面側からネジ４１２で固定されることにより、半導体レーザ４０３、４０４がベース部材４０５に固定されている。また、コリメートレンズ４０８、４０９は各々その外周をベース部材４０５の半円状の取り付けガイド面４０５−４，４０５−５に沿わせることによって光軸方向の位置調整を行い、発光点から射出した発散ビームが平行光束となるよう位置決めされ接着されている。

なお、上記実施例では、各々の半導体レーザからの光線が主走査面内で交差するように設定するため、光線方向に沿って上記嵌合孔および半円状の取り付けガイド面４０５−４，４０５−５を傾けて形成している。ベース部材４０５の円筒状係合部４０５−３をホルダ部材４１０に係合し、ネジ４１３を貫通孔４１０−２に通してネジ孔４０５−６、４０５−７に螺合することによって、ベース部材４０５がホルダ部材４１０に固定され、光源ユニットを構成している。

上記光源ユニットのホルダ部材４１０は、その円筒部４１０−１が光学ハウジングの取り付け壁４１１に設けられた基準孔４１１−１に嵌合され、取り付け壁４１１の表側よりスプリング６１１を挿入してストッパ部材６１２を円筒部突起４１０−３に係合することで、取り付け壁４１１の裏側に密着して保持され、これによって上記光源ユニットが保持されている。スプリング６１１の一端を取り付け壁４１１の突起４１１−２に引っ掛け、スプリング６１１の他端を光源ユニットに引っ掛けることで、光源ユニットに円筒部中心を回転軸とした回転力を発生している。この光源ユニットの回転力を係止するように設けた調節ネジ６１３を具備していて、この調節ネジ６１３により、光軸の周りであるθ方向にユニット全体を回転しピッチを調節することができるように構成されている。光源ユニットの前方にはアパーチャ４１５が配置され、アパーチャ４１５には半導体レーザ毎に対応したスリットが設けられ、光学ハウジングに取り付けられて光ビームの射出径を規定するように構成されている。

図５（ｂ）は、光源ユニットの第２の実施例を示す。図５（ｂ）において、４個の発光源を持つ半導体レーザ７０３からの各光ビームは、ビーム合成手段を用いて合成するように構成されている。符号７０６は押え部材、７０５はベース部材、７０８はコリメートレンズ、７１０はホルダ部材をそれぞれ示している。この実施の形態では光源としての半導体レーザ７０３は１個であり、これに応じて押え部材７０６が１個である点が図５（ａ）に示す実施の形態と異なっており、他の構成は基本的に同じである。図５（ｃ）は、４個の発光源が縦方向に配列され、縦方向に一定の間隔ｄｓで光ビームが平行に出射される光源８０１の例を示している。各発光源から出射された光ビームは、レンズを通ることによって一定の点で交差せられた後、光偏向器の偏向反射面に副走査方向の傾きを持って入射されるようになっている。

さらに、図６（ｂ）に示すように、半導体レーザから射出される全ての光ビームを光偏向器であるポリゴンミラー２３の偏向反射面近傍で主走査方向において交差させるのが望ましい。符号Ｄ_１は、半導体レーザ１０１から射出した光ビームが被走査面４０７においてある像高に到達する際のポリゴンミラー２３の反射面を表しており、Ｄ_２は半導体レーザ１０２から射出した光ビームが被走査面４０７において同像高に到達する際のポリゴンミラー４０３の反射面を表している。各々の光ビームはポリゴンミラー２３に入射するときに、相対的なある角度差Δα分だけ分離されている。従って、同じ像高に到達するための反射面に上記角度差分だけ時間的な遅れ、すなわち、Ｄ_１とＤ_２の角度差に見合った時間的な遅れが生じる。

図６（ａ）に示す例では、２つの光ビームはかなり異なった光路を通って偏向反射面の互いに異なる位置で偏向反射される。図６（ｂ）に示す例では、偏向反射面の同一位置で交叉し、偏向反射された後は全く同じ光路を通っている。光ビームが各光学素子の異なる位置を通過してくると、当然異なる光学作用を受けるから、被走査面上で主走査方向の同じ像高に達する２つの光ビームの収差等の光学特性は違ったものとなり、特に走査線ピッチの像高間変動に対する影響は非常に大きい。

したがって、図６（ｂ）の例ように、ポリゴンミラー２３の反射面近傍で２つの光ビームを交差させるように構成することにより、被走査面４０７上の主走査方向の同一像高に達するときに、光学素子の主走査方向のほぼ同じ光路を通るようになり、走査線曲がりを効果的に低減することができる。また、ポリゴンミラー２３より像面側の各部品ばらつきによる各光ビーム間の主走査方向書込位置変動は、全ての光ビームでほぼ同量となり、各ビーム間での主走査方向書込位置ずれが抑えられる。さらに、同じ像高へ結像する全ての光ビームを、走査光学系の主走査方向のほぼ同じ位置を通過させることにより、走査光学系を構成するレンズの収差の影響を小さく抑えることができ、かつ、主走査方向の結像位置は各ビームとも精度良く合致させることができ、同期検知後全ての光ビームに共通に遅延時間を設定しても、書き込み始めの像高での主走査方向の位置ずれを抑えることが可能となる。また、図６（ｂ）の例のように構成することにより、ポリゴンミラー２３の内接円半径を最小にすることができる。半導体レーザアレイを一つ使うマルチビーム光源装置自体は、本説明の範疇ではない。ただし、半導体レーザアレイを一つ使うマルチビーム光源装置を用いても、本発明の効果は得られる。

以上、マルチビーム光源装置について例を挙げ説明した。異なる被走査面に向かう光ビームをポリゴンミラーの同一位相の反射面で偏向する場合、各光ビームをポリゴンミラーの偏向反射面近傍で主走査方向において交差させるように、すなわち、主走査方向に略同一の反射点が存在するように構成してもよい。副走査方向には同一の反射点であってもよいし、離隔されていてもよい。こうすることで、前述の効果と同様の効果が得られる。

本発明にかかる光走査装置の一実施例を簡略化して示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 偏向手段の偏向反射面への複数の光ビームの各種入射態様とこれに対する偏向反射面の厚さの関係を示す側面図である。 （ａ）（ｂ）は偏向手段の偏向反射面への複数の光ビームの各種入射態様と光ビームの分離位置での光ビーム間隔とこれに対する偏向反射面の厚さの関係を、（ｃ）は分離光学系とこれにより分離される光ビームおよび分離光学系近傍を通過する光ビームの関係を示す側面図である。 本発明にかかる画像形成装置の実施例を示す側面図である。 本発明に適用可能な光源部の各種具体例を示す斜視図である。 本発明にかかる光走査装置の実施例を主走査面対応方向から見た図で、（ａ）は複数の光ビームが交差することなく被走査面に至る例、（ｂ）は偏向反射面において複数の光ビームが交差する例を示す平面図である。

符号の説明

１７ 分離光学系
２０ 光源
２１ 第１光学系
２２ 第２光学系
２３ ポリゴンミラー
２５ 被走査面
Ｌ１ 第１走査レンズ
Ｌ２ 第２走査レンズ
３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ 感光体

Claims (7)

1. 光源装置を複数持ち、複数の光源装置から出射された第１の光ビームと、第２の光ビームと、第３の光ビームと、第４の光ビームは共通の光偏向器により偏向された後、走査光学系によりそれぞれ対応する被走査面に集光される光走査装置において、
   上記偏向器の反射面にて偏向された上記第１の光ビームと、上記第２の光ビームと、上記第３の光ビームと、上記第４の光ビームとは、それぞれ分離される前において、副走査方向において上記第１の光ビーム、上記第２の光ビーム、上記第３の光ビーム、上記第４の光ビームの順に並んでおり、
   上記第２の光ビームが上記第１の光ビームと分離される位置は、上記第３の光ビームが上記第２の光ビームと分離される位置よりも、対応する被走査面に向かい被走査面に近い側であり、
   上記第３の光ビームが上記第２の光ビームと分離される位置は、上記第４の光ビームが上記第３の光ビームと分離される位置よりも、対応する被走査面に向かい被走査面に近い側であり、
   上記第１の光ビームが上記第２の光ビームとのなす角は、副走査方向において、上記第２の光ビームと上記第３の光ビームとのなす角より小さく、
   上記第２の光ビームが上記第３の光ビームとのなす角は、副走査方向において、上記第３の光ビームと上記第４の光ビームとのなす角より小さい、ことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、上記複数の光ビームのうち一つの被走査面に向かう光ビームは、光偏向器の回転軸に垂直に入射し、その他の被走査面に向かう光ビームは光偏向器の反射面の法線に対し角度を持つことを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１または２記載の光走査装置において、複数の光源装置から異なる被走査面に向かう光ビームのうち、副走査方向に隣接する光ビームは、光偏向器の偏向反射面の基点から隣接する光ビームを分離する分離光学系までの距離をＸ、分離光学系で分離偏向される光ビームの光偏向器の回転軸に垂直な面に対する副走査方向の角度をβ１、分離光学系を通過する光ビームの光偏向器の回転軸に垂直な面に対する副走査方向の角度をβ２、分離光学系で分離される光ビームの分離光学系上の位置から、分離される光ビームに隣接し分離光学系を通過する光ビーム側の分離光学系の最遠端までの副走査方向の距離をΔｈとしたとき、
   １．５＜（ｔａｎ｜β２｜・Ｘ−ｔａｎ｜β１｜・Ｘ）／Δｈ＜５
   を満足することを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置において、光偏向器で偏向され異なる被走査面に向かう複数の光ビームのうち、副走査方向の両端に位置する光ビームは、光偏向器の回転軸に垂直な面に対する副走査方向の角度が同じであることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置において、光偏向器で偏向される全ての光ビームの、光偏向器反射面上での副走査方向の反射点間隔は、隣接する光ビームを分離する分離光学系での隣接する光ビームの副走査方向の間隔より小さいことを特徴とする光走査装置。
6. 光走査装置の光源装置として複数の光ビームを射出するマルチビーム光源装置を用いた請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置。
7. 電子写真プロセスを実行することによって画像を形成する画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する手段として請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を具備した画像形成装置。

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