JP2017191143A - 光走査装置及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型でかつ高精度な同期検知を実現可能な光走査装置及び画像形成装置を提供すること。【解決手段】 光束を偏向して被走査面１７を主走査方向に光走査する偏向器１０と、偏向器１０により偏向された光束を被走査面１７に導光する結像光学系２０と、偏向器１０により偏向された光束を受光して信号を生成する受光部１３と、偏向器１０により偏向された光束の主光線を、主走査断面内において結像光学系２０から離れる方向に屈折させて、受光部１３の受光面に導光する屈折光学素子１１と、を備え、ＬＢＤ×ｃｏｓθＢＤ≦Ｌｓなる条件を満足する。【選択図】 図１

Description

本発明は光走査装置に関し、例えば、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）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。

画像形成装置が備える光走査装置として、光源から出射した光束を偏向器により偏向し、偏向された光束を結像光学系によって被走査面に導光することにより、被走査面を主走査方向に光走査するものが知られている。このような光走査装置において、被走査面を高精度に光走査するためには、偏向器により偏向された光束を同期検知して、被走査面での主走査方向における走査開始位置を決定するための同期検知部が必要になる。

特許文献１には、偏向器により偏向されて結像光学系に入射する前の軸外光束を、ミラーにより反射させることで同期検知部に導光する構成が記載されている。この構成によれば、偏向器からの光束を、結像光学系の端部を通過させることなく同期検知部に導光することができるため、主走査断面内において偏向器及び結像光学系を小型化することが可能になる。

特開２００９−１４５５６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、配置誤差や環境変動（温度変化）などによりミラーの姿勢が設計値からずれた場合、ミラーにて反射した光束の到達位置が設計位置から大幅にずれてしまう。この場合、高精度な同期検知ができなくなり、良好な画像が得られなくなってしまう可能性がある。

本発明の目的は、小型でかつ高精度な同期検知を実現可能な光走査装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系と、前記偏向器により偏向された光束を受光して信号を生成する受光部と、前記偏向器により偏向された光束の主光線を、主走査断面内において前記結像光学系から離れる方向に屈折させて、前記受光部の受光面に導光する屈折光学素子と、を備え、主走査断面内において、前記偏向器の偏向面から前記屈折光学素子の入射面までの距離をＬ_ＢＤ、前記受光面の中心に向かうときの前記屈折光学素子に入射する光束の主光線と前記結像光学系の光軸との成す角度をθ_ＢＤ、前記偏向面から前記結像光学系の最も前記偏向面に近い光学面までの距離をＬｓ、とするとき、Ｌ_ＢＤ×ｃｏｓθ_ＢＤ≦Ｌｓなる条件を満足することを特徴とする。

本発明によれば、小型でかつ高精度な同期検知を実現可能な光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る光走査装置の主走査断面図。 本発明の実施例１に係る光走査装置の副走査断面図。 本発明の実施例１に係る光源の各発光点の配置を示す図。 本発明の実施例１に係る同期検知部の主走査断面図。 本発明の実施例２に係る同期検知部の主走査断面図。 本発明の実施例３に係る同期検知部の主走査断面図。 本発明の各実施例に係る受光面上での倍率色収差を示す図。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の副走査断面図。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

なお、以下の説明において、主走査方向とは、後述する偏向器の回転軸と光学系の光軸方向とに垂直な方向であり、副走査方向とは、偏向器の回転軸に平行な方向である。また、主走査断面とは、光学系の光軸を含み主走査方向に平行な断面（副走査方向に垂直な断面）であり、副走査断面とは、副走査方向に平行な断面（主走査方向に垂直な断面）である。すなわち、これらの各方向及び各断面は、光学系毎に異なる場合がある。

［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る光走査装置について詳細に説明する。

（光走査装置）
図１及び図２は、本発明の実施例１に係る光走査装置１００の要部概略図であり、図１は主走査断面図（ＸＹ断面図）、図２は副走査断面図（ＺＸ断面図）、を夫々示している。本実施例に係る光走査装置１００は、光源１と、偏向器１０と、結像光学系２０と、同期検知部（ＢＤ光学系）３０と、入射光学系４０と、光量検知部５０と、反射光学系６０と、を備える。なお、図１では、反射光学系６０を省略して光路を展開しており、図２では、偏向面１０から被走査面１７に至る光路に配置された部材以外を省略している。

光源１は、複数の発光点を有するマルチビーム光源としての半導体レーザーである。図３に示すように、本発明に係る光源１は、主走査方向（Ｙ方向）及び副走査方向（Ｚ方向）において互いに離間して配置された３２個の発光点ＬＤ１〜ＬＤ３２を有する面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）である。本実施例に係る各発光点は、主走査方向に対して角度αだけ傾いた直線上に配列（一次元配列）されているが、必要に応じて二次元配列されたものを採用してもよい。このように、マルチビーム光源を用いることで、光走査の高速化及び高精細化を実現することができる。

入射光学系４０は、光源１から出射した光束を偏向器１０の偏向面１０ａに導光するための光学系であり、第１の絞り２と、コリメータレンズ３と、球面レンズ４と、シリンドリカルレンズ５と、第２の絞り６と、プリズム７と、を有する。

第１の絞り２は、副走査方向における光束の幅を制限する副走査絞りである。第１の絞り２をコリメータレンズ３の近傍に配置することにより、光走査装置１００の全系の副走査断面内における射出瞳位置を、後述する結像レンズ２０ｂの近傍に設定することができる。これにより、各発光点から出射した主光線の夫々が、結像レンズ２０ｂの近傍で副走査方向における略同一の位置を通過するように構成することができる。

コリメータレンズ３は、ガラスから成る凸レンズ及び凹レンズが互いに貼り合わされて構成された貼り合せレンズであり、球面レンズ４は、ガラスから成る凸球面レンズである。コリメータレンズ３及び球面レンズ４により、各発光点から出射した発散光束を略平行光束に変換し、被走査面１７での各光束の径を揃えることができる。シリンドリカルレンズ５は、副走査断面内においてのみパワーを有するレンズであり、球面レンズ４を通過した光束を副走査断面内において集光し、主走査方向に長い線像を偏向面１０ａに形成している。なお、コリメータレンズ３とシリンドリカルレンズ５とを一体化して１つのレンズとしてもよい。

第２の絞り６は、主走査方向における光束の幅を制限する主走査絞りである。第２の絞り６を偏向面１０ａの近傍に配置することにより、各発光点からの光束の主光線を偏向面１０ａにおいて互いに近接させることができるため、被走査面１７における主走査方向のジッター（縦線ゆらぎ）を低減することが可能になる。

プリズム７は、光源１からの光束を、偏向器１０の偏向面１０ａに向かう透過光束と、後述する光量検知部５０に向かう反射光束と、に分岐させるための分岐光学素子である。具体的には、プリズム７は、主光線の通過位置での入射面の面法線と出射面の面法線とが、主走査断面内において４°の角度を成したくさび形状のウェッジプリズムである。なお、第２の絞り６は、プリズム７の入射面上に配置されている。

光量検知部５０は、プリズム７の入射面で反射した反射光束を集光する結像レンズ８と、結像レンズ８からの光束を受光する光量検知センサー９と、を含む。プリズム７は、出射面で反射した光束が光量検知部５０に入射しないように構成されている。光量検知センサー９から出力される検出信号を、光源１の駆動回路にフィードバックすることで、光源１から出射する光束の強度を自動制御（オートパワーコントロール：ＡＰＣ）することができる。これにより、光源１の出力（発光光量）が常に設計値と等しくなるように制御することができるため、温度変化に依らず安定した画像形成を行うことが可能になる。

偏向器１０は、５つの偏向面１０ａを有するポリゴンミラー（回転多面鏡）であり、モータ等の駆動手段（不図示）により図１中の矢印Ａの方向に一定速度で回転している。偏向器１０は、入射光学系４０により導光された光束を各偏向面１０ａにて偏向し、被走査面１７における有効走査領域を主走査方向に等速度で光走査している。なお、偏向面１０ａの数は適宜選択し得るものである。また、偏向器１０として、揺動軸を中心に一定速度で揺動する揺動ミラーなどを採用してもよい。

結像光学系２０は、集光機能及びｆθ特性を有するｆθ光学系であり、２つの結像レンズ（結像光学素子）により構成されている。第１の結像レンズ２０ａはガラスから成る平凸球面レンズであり、第２の結像レンズ２０ｂは主走査断面内において非円弧形状のレンズ面（光学面）を有するアナモフィックレンズである。本実施例では、結像光学系２０を２枚の結像レンズにより構成しているが、必要に応じて１枚もしくは３枚以上の結像レンズを備える構成を採用してもよい。

また、結像光学系２０は、偏向器１０によって偏向された光束（走査光束）を被走査面１７に集光することで、各発光点のスポット像を形成している。さらに、結像光学系２０は、副走査断面内において偏向面１０ａと被走査面１７とを共役関係にすることにより、偏向面１０ａの面倒れ補正を行っている。

本実施例に係る第１の結像レンズ２０ａについて、偏向器１０の側のレンズ面（入射面）は平面であり、被走査面１７の側のレンズ面（出射面）は、主走査断面内及び副走査断面内の両方において円弧形状である。一方、第２の結像レンズ２０ｂの各レンズ面の主走査断面内での形状は、以下の式により表される。

ここでは、各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸を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軸としている。また、Ｒは曲率半径、Ｋ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８、Ｂ_１０は非球面係数であり、各係数の添え字ｓは走査開始側、ｅは走査終了側を表している。本実施例では、走査開始側と走査終了側とで非球面係数が一致しているため、各レンズ面の主走査断面内での形状は、光軸に対して対称となっている。

また、第２の結像レンズ２０ｂの各レンズ面の副走査断面内での形状は、以下の式で表される。

ここで、ｒ’は副走査断面内での曲率半径、ｒは副走査断面内での軸上における曲率半径、Ｍｉは非球面係数、Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６、Ｄ_８、Ｄ_１０は曲率変化係数、であり、各曲率変化係数の添え字ｓは走査開始側、ｅは走査終了側を表している。副走査断面内において、第２の結像レンズ２０ｂの各レンズ面は円弧形状であり、各レンズ面の曲率は走査開始側から走査終了側にかけて連続的に変化している。

反射光学系６０は、２つの折り返しミラー（反射光学素子）により構成されている。図２に示すように、結像光学系２０を通過した走査光束は、第１の折り返しミラー６０ａ及び第２の折り返しミラー６０ｂによって順に反射され、防塵ガラス１６を介して被走査面１７に導光される。このように、反射光学系６０によって光路を折り曲げることにより、光走査装置１００のＸ方向におけるサイズを縮小することが可能になる。

表１に、本実施例に係る光走査装置１００に関する各数値を示す。表１において、各断面内での入射角は、入射光学系４０からの光束が偏向面１０ａに入射するときの入射角を示し、結像光学系２０の焦点距離は、光軸上での値を示している。偏向器１０の回転中心座標は、偏向面１０ａと像高０（軸上）の主光線との交点（軸上偏向点）を原点として示されている。また、偏向器１０の回転角は、軸上光束を偏向するときの角度を０°とした場合の、最軸外光束を偏向するときの角度を示している。なお、表１において、ｄは面間隔、Ｎは屈折率、を夫々示している。

（同期検知部）
図４は、図１に示した同期検知部３０の拡大図である。同期検知部３０は、屈折光学素子としてのウェッジプリズム１１と、ＢＤレンズ（集光素子）１２と、ＢＤセンサー（受光部）１３と、を有する。ウェッジプリズム１１は、入射面の面法線と出射面の面法線とが、主走査断面内において互いに非平行であるくさび形状の光学素子である。具体的に、本実施例では、入射面の面法線と出射面の面法線とが主走査断面内において４°の角度を成している。また、ＢＤレンズ１２は、樹脂から成り、主走査断面内と副走査断面内とで互いに異なるパワーを有するアナモフィック面を含むアナモフィックレンズである。

表２に、本実施例に係る同期検知部３０に関する各数値を示す。

図１に示したように、偏向器１０の偏向面１０ａは矢印Ａの方向に回転しているため、偏向面１０ａで偏向される光束は、結像光学系２０を介して被走査面１７を走査する前に、同期検知部３０に入射する。このとき、同期検知部３０に入射する光束（ＢＤ光束）の主光線は、ウェッジプリズム１１により主走査断面内において結像光学系２０から離れる方向に屈折する。なお、本実施例に係るウェッジプリズム１１は、入射光学系４０におけるプリズム７と同一の形状であるため、各々を同一の金型で製造することができる。

ウェッジプリズム１１にて屈折したＢＤ光束の主光線及びその他の光線は、主走査断面内においてＢＤレンズ１２によりＢＤセンサー１３の受光面１３ａに集光される。ＢＤセンサー１３は、ＢＤ光束を受光したタイミングでＢＤ信号（同期検知信号）を生成し、不図示の同期制御部に対して出力する。そして、同期制御部は、ＢＤ信号に基づいて被走査面１７での主走査方向における走査開始位置（書き出し位置）を決定し、光源１の各発光点の発光タイミング（書き出しタイミング）を制御する。

このように、本実施例に係る光走査装置１００によれば、ＢＤ光束が結像光学系２０の端部を通過しない構成を採ることにより、結像光学系２０を主走査方向において小型化することができる。また、偏向面１０ａが小さい（偏向角が小さい）場合でも、ウェッジプリズム１１によってＢＤ光束の主光線を屈折させることで、結像光学系２０及びその保持部材とＢＤ光束との干渉を回避することができるため、偏向器１０を小型化することが可能になる。

そして、本実施例では、屈折光学素子としてのウェッジプリズム１１を採用することで、ミラー（反射光学素子）を用いずにＢＤ光束をＢＤセンサー１３に導光している。一般的に、ミラーの配置誤差や環境変動による変形に起因する光束の位置変動は、屈折光学素子の配置誤差や環境変動による変形に起因する光束の位置変動よりも大きい。よって、本実施例に係る光走査装置１００によれば、同期検知部３０にミラーを設けた場合と比較して、配置誤差や環境変動などに起因する同期検知タイミングのずれの発生を抑制し、高精度な同期検知を実現することができる。

ここで、主走査断面内において、偏向面１０ａからウェッジプリズム１１までの距離をＬ_ＢＤ、ウェッジプリズム１１に入射するＢＤ光束の主光線と結像光学系２０の光軸との成す角度をθ_ＢＤ、偏向面１０ａから結像光学系２０までの距離をＬｓ、とする。ただし、距離Ｌ_ＢＤは、偏向面１０ａからウェッジプリズム１１の入射面までの距離を示し、距離Ｌｓは、偏向面１０ａから結像光学系２０の最も偏向面１０ａに近い光学面（第１の結像レンズ２０ａの入射面）までの距離を示す。また、角度θ_ＢＤは、ＢＤ光束の主光線が受光面１３ａの中心に向かうときの角度を示す。このとき、本実施例に係る光走査装置１００は、以下の条件式（１）を満足する。
Ｌ_ＢＤ×ｃｏｓθ_ＢＤ≦Ｌｓ ・・・（１）

条件式（１）を満たすことにより、偏向器１０によって偏向されたＢＤ光束が結像光学系２０に入射する前に、その主光線をウェッジプリズム１１によって屈折させることができる。これにより、偏向面１０ａをより小さくした安価な偏向器１０を採用した場合でも、結像光学系２０及びその保持部材とＢＤ光束との干渉を回避することが可能になる。条件式（１）を満たさない場合、ウェッジプリズム１１が結像光学系２０と被走査面１７との間に配置されることになるため、ウェッジプリズム１１によってＢＤ光束の主光線を屈折させることによる効果が得られなくなってしまう。本実施例では、Ｌ_ＢＤ＝９０ｍｍ、θ_ＢＤ＝４８°、Ｌｓ＝９０ｍｍであるため、Ｌ_ＢＤ×ｃｏｓθ_ＢＤ＝６０．２＜９０となる。

また、被走査面１７における有効走査領域に対応する偏向器１０の最大走査画角をθ_ｍａｘとするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
１．１＜θ_ＢＤ／θ_ｍａｘ＜１．５ ・・・（２）

条件式（２）を満たすことにより、ＢＤ光束の偏向角θ_ＢＤを小さくして最大走査画角θ_ｍａｘに近づけることができるため、偏向面１０ａを小型化することが可能になる。さらに、偏向面１０ａにおける走査光束を偏向する領域とＢＤ光束を偏向する領域との、主走査方向での離間量を小さくすることができるため、偏向面１０ａの面精度が低い場合でも、検知誤差によるジッター等の発生を抑制することが可能になる。本実施例では、θ_ｍａｘ＝３９．１２°であり、θ_ＢＤ／θ_ｍａｘ＝１．２３となるため、条件式（２）を満足している。

さらに、第１の結像レンズ２０ａの入射面の最端部に入射する主光線と結像光学系２０の光軸との成す角度をθ_ｓ、入射光学系４０の光軸と結像光学系２０の光軸との成す角度をθ_ｉ、とするとき、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。ただし、ここでの第１の結像レンズ２０ａの入射面の最端部は、ＢＤセンサー１３の側（光源１の側）の最端部を示す。
θ_ｓ＜θ_ＢＤ＜（θ_ｉ−θ_ｓ）／２ ・・・（３）

条件式（３）の下限を下回ると、被走査面１７における有効走査領域の最端部に向かう走査光束とウェッジプリズム１１とが干渉してしまう可能性が生じる。また、条件式（３）の上限を上回ると、ＢＤ光束と第２の絞り６とが干渉してしまう可能性が生じる。

なお、ウェッジプリズム１１について、ＢＤ光束の主光線の通過位置での入射面及び出射面の面法線が主走査断面内において成す角度は、２°以上１０°以下であることが好ましい。２°を下回ると、ＢＤ光束の主光線を屈折させることの効果が十分に得られなくなる可能性が生じ、１０°を上回ると、ウェッジプリズム１１の配置誤差や環境変動によるＢＤ光束の位置ずれが大きくなってしまう可能性が生じる。

本実施例に係るＢＤレンズ１２は、主走査断面内ではＢＤセンサー１３の受光面１３ａにピントを合わせつつ、副走査断面内では敢えて受光面１３ａにピントを合わせないように（後ピンとなるように）している。これにより、受光面１３ａの上に汚れやごみ等が付着していた場合の誤検知を回避することができる。

また、ＢＤレンズ１２の各光学面は、同期検知部３０の光軸に対して結像光学系２０から離れる方向に３ｍｍだけシフト偏心している。これにより、ウェッジプリズム１１からのＢＤ光束をより結像光学系２０から離すことができ、結像レンズ２０ａ及びその保持部材とＢＤ光束とをより干渉し難くすることが可能になる。図４に示すように、ウェッジプリズム１１が配置されておらず、かつＢＤレンズ１２の偏心がない場合の光束の集光位置１４に対して、本実施例では５．７ｍｍ下方の位置に光束を集光させることができる。

なお、光源１における複数の発光点の夫々の発振波長は、製造誤差などに起因して互いに異なる場合がある。そのため、複数の発光点からの光束の夫々を個々に同期検知する場合、発光点毎に検知タイミングのずれが生じてしまう可能性がある。そこで、本実施例では、１つの発光点からの光束のみを検知し、得られたＢＤ信号に基づいて各発光点の同期制御を行う方法を採ることで、発光点毎の検知タイミングのずれを低減している。

ここで、複数の発光点から出射する各光束のうち、偏向面１０ａの端部で最もけられ難い光束は、図３に示した最も端部に配置された発光点ＬＤ３２から出射する光束である。よって、本実施例では、検知対象として発光点ＬＤ３２を選択することにより、偏向面１０ａを小型化しつつ、ＢＤセンサー１３に到達する光量を安定化することを可能にしている。また、本実施例では、ＢＤレンズ１２の集光位置にスリットを配置する代わりに、ＢＤセンサー１３の受光面１３ａの端部をナイフエッジとすることで、部品点数を低減し、スリットの製造誤差や配置誤差に起因する検知精度の低下を抑制している。ただし、必要に応じてスリットを用いてもよい。

（共役点調整）
本実施例では、副走査断面内において偏向面１０ａと被走査面１７とが共役になっているが、光源１の発振波長が変化した場合はその共役関係が崩れてしまう。よって、光源１の各発光点の発振波長にばらつきがある場合、偏向面１０ａの面倒れが生じた際に、各光束によって被走査面１７に形成される走査線同士の、副走査方向における間隔のばらつき（ピッチムラ）が生じてしまう。

このようなピッチムラを低減するためには、結像光学系２０の副走査断面内での軸上色収差を補正すればよいが、そのためには複数のガラスレンズや回折光学素子が必要になり、コストが上昇してしまうため好ましくない。そこで、本実施例では、副走査方向における偏向面１０ａと被走査面１７との共役点位置のずれ量を測定している。そして、図２に示すように、そのずれ量に基づいて折り返しミラー６０ｂを移動させることにより、偏向面１０ａから被走査面１７までの光路長を調整することで、ピッチムラの発生を抑制している。

また、発振波長の変化だけでなく、結像レンズや折り返しミラーの配置誤差などによっても、ピッチムラが生じてしまう。例えば、結像レンズや折り返しミラーが傾いたまま配置された場合、走査開始側と走査終了側とで共役点のずれ量が異なることになる。そこで、折り返しミラー６０ｂの位置を、走査開始側と走査終了側とで独立して調整することができるように構成することが望ましい。

本実施例では、折り返しミラー６０ｂの走査開始側と走査終了側との夫々に送りネジを設けており、これにより、折り返しミラー６０ｂの位置を調整し、発振波長の変化及び各部材の配置誤差の両方に起因するピッチムラの発生を抑制することを可能にしている。なお、本実施例では、同期検知部３０に向かう光束が折り返しミラー６０ｂを通過しないため、上記調整を行ったとしても同期検知への影響はない。

以上、本実施例に係る光走査装置１００によれば、屈折光学素子を採用することで、反射光学素子を用いることなく、偏向器１０からのＢＤ光束を他の部材でけられないように受光面１３ａまで導光することができる。これにより、反射光学素子を用いた場合と比較して、配置誤差や環境変動などにより生じる受光面１３ａでのＢＤ光束の到達位置の変化を抑制することができ、偏向器１０を小型化しつつ高精度な同期検知を実現することが可能になる。

［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る光走査装置について詳細に説明する。本実施例に係る光走査装置は、同期検知部以外については実施例１に係る光走査装置１００の構成と同様であるため、それについての説明を省略する。

図５は、本実施例に係る同期検知部３２の要部断面図である。本実施例に係る同期検知部３２は、ウェッジプリズムとＢＤレンズとを一体化したという点で、実施例１に係る同期検知部３０とは異なる。具体的に、同期検知部３２は、屈折光学素子としての１つのＢＤレンズ１８を有しており、そのＢＤレンズ１８が実施例１に係るウェッジプリズム１１及びＢＤレンズ１２の両方の機能を備えている。すなわち、ＢＤレンズ１８は、主走査断面内において、偏向器１０で偏向された光束を、結像光学系２０から離れる方向に屈折させつつ、ＢＤセンサー１３の受光面１３ａに集光している。

表３に、本実施例に係る同期検知部３２に関する各数値を示す。

ＢＤレンズ１８は、実施例１に係るＢＤレンズ１２と同様に、樹脂から成るアナモフィックレンズであり、主走査断面内では受光面１３ａにピントを合わせつつ、副走査断面内では受光面１３ａにピントを合わせないようにしている。ただし、ＢＤレンズ１８の各レンズ面は、表３に示した曲率半径を有する基準レンズ面の一部を切り出した形状となっている。そして、各基準レンズ面の面頂点（不図示）における法線は、主走査断面内において８°の角度を成している。このように、ＢＤレンズ１８にウェッジプリズムの機能を持たせることで、同期検知部３２を構成する部品点数を削減することができる。

本実施例では、偏向面１０ａからＢＤレンズ１８までの距離Ｌ_ＢＤ＝９３ｍｍであり、θ_ＢＤ及びＬｓの値は実施例１と同様であるため、Ｌ_ＢＤ×ｃｏｓθ_ＢＤ＝６２．２＜９０となり、条件式（１）を満足している。また、θ_ｍａｘの値も実施例１と同様であるため、条件式（２）を満足している。図５に示すように、本実施例では、ＢＤレンズ１８が配置されていない場合の光束の集光位置１４に対して、５．３ｍｍ下方の位置に光束を集光させることができる。

以上、本実施例に係る光走査装置によれば、実施例１に係る光走査装置よりも少ない部品点数で、小型化及び高精度な同期検知を実現することができる。

［実施例３］
以下、本発明の実施例３に係る光走査装置について詳細に説明する。本実施例に係る光走査装置は、同期検知部以外については実施例１に係る光走査装置の構成と同様であるため、それについての説明を省略する。

図６は、本実施例に係る同期検知部３３の要部断面図である。本実施例に係る同期検知部３３は、実施例２に係る同期検知部３２と同様に、実施例１に係るウェッジプリズム１１及びＢＤレンズ１２の両方の機能を備える１つのＢＤレンズ１９を有している。そして、ＢＤレンズ１９は、実施例２に係るＢＤレンズ１８とは異なり、回折格子が設けられた回折面を含んでいる。

表４に、本実施例に係る同期検知部３３に関する各数値を示す。

本実施例に係るＢＤレンズ１９は、実施例２に係るＢＤレンズ１８と同様に、主走査断面内において入射面及び出射面の夫々の基準レンズ面の面頂点における法線が８°の角度を成した、ウェッジプリズム状のアナモフィックレンズである。そして、本実施例でも、実施例２と同様に、条件式（１）及び（２）を満足している。図６に示すように、本実施例では、ＢＤレンズ１９が配置されていない場合の光束の集光位置１４に対して、５．３ｍｍ下方の位置に光束を集光させることができる。そして、ＢＤレンズ１９の出射面は、以下の光路差関数で表されるブレーズ型の回折面である。

ここで、ｍは回折次数、λは光源１の発振波長、Ｅ_１〜Ｅ_１０及びＦ_０〜Ｆ_１０は位相係数、である。ＢＤレンズ１９に回折面を設けることにより、倍率色収差を補正し、環境変動（温度変化）による光源１の発振波長の変化に起因する同期検知タイミングのずれを低減することができる。なお、回折面を設ける代わりに、プリズム等を用いて倍率色収差を補正することも可能であるが、その場合、部品点数の増加により各部材の配置自由度が低下してしまうため、本実施例のように回折面を採用することが望ましい。

本実施例では、回折次数ｍ＝１とし、ＢＤレンズ１９の屈折面で発生する倍率色収差を打ち消すように、回折面の位相係数が決定されている。具体的には、一次のｙの係数（Ｅ_１及びＦ_１）のみを用いて回折格子を設計しており、その格子ピッチは２４６μｍで一定となっている。これにより、回折面を形成する際の金型の加工や、回折面を金型から離型することが容易になるため、結果として回折面の製造を容易にすることができる。

図７は、上述した各実施例に係る受光面１３ａ上での倍率色収差を示す図である。図７において、縦軸は受光面１３ａ上での主走査方向における結像位置ずれを示し、横軸は光源１の発振波長を示している。図７に示す通り、本実施例においては、光源１の発振波長が変化したときの結像位置ずれの発生を抑制することができている。

なお、受光面１３ａ上での主走査方向における結像位置ずれをδＹ、結像光学系２０及び同期検知部３３の主走査断面内における焦点距離を各々ｆ及びｆ_ＢＤ、光走査装置１００の解像度をＤＰＩ、とするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（ｆ／ｆ_ＢＤ）×δＹ≦（２５．４／ＤＰＩ）／２ ・・・（３）

条件式（３）の左辺は、受光面１３ａ上での結像位置ずれδＹが、被走査面１７では同期検知部３３の焦点距離に対する結像光学系２０の焦点距離の比率に応じて拡大されるということを示している。条件式（３）を満たすことで、被走査面１７での拡大された結像位置ずれを、印字解像度ＤＰＩにより決定されるドット（画素）のピッチの１／２以下に抑えることができ、良好な画像を得ることが可能になる。条件式（３）を変形すると、以下の条件式（４）が得られる。
δＹ≦（２５．４／ＤＰＩ）／２×（ｆ_ＢＤ／ｆ） ・・・（４）

本実施例では、ｆ＝２５０（ｍｍ）、ｆ_ＢＤ＝７６．８（ｍｍ）、ＤＰＩ＝２４００（ｄｐｉ）、であり、（２５．４／２４００）／２×（７６．８／２５０）＝１．６３（μｍ）となる。よって、受光面１３ａ上での結像位置ずれδＹの上限値を１．６３（μｍ）とし、それに応じて光源１の発振波長の変化の許容量を決定することが望ましい。

このとき、図７に示したように、本実施例では、回折面を用いて同期検知部３３の倍率色収差を低減しているため、実施例１や実施例２と比較して、光源１の発振波長の変化の許容量が大きくなる。これにより、発光点間の発振波長のばらつきが大きい安価なレーザーや、環境変化（温度変化）による発振波長の変化が大きい端面発光レーザーなどを、光源１として採用することが可能になる。

また、本実施例においては、実施例１や実施例２とは異なり、光源１における発光点ＬＤ１〜ＬＤ３２から出射する全ての光束を同期検知部３３により検知している。これにより、実施例１や実施例２のように、１つのＢＤ信号に基づいて各発光点の発光タイミングを算出する必要がなくなり、かつ各発光タイミングのデータを保持するためのメモリーの容量を低減することができ、同期制御部を低コスト化することが可能になる。

以上、本実施例に係る光走査装置によれば、実施例２に係る光走査装置よりも光源１の発振波長の変化の許容量を大きくし、安価な構成で高い印字精度を実現することができる。

［画像形成装置］
図８は、本発明の実施形態に係る画像形成装置８０の要部概略図（ＺＸ断面図）である。画像形成装置８０は、上述した実施例１乃至３のいずれかに係る光走査装置を４つ備え、並行して４つの感光ドラム（感光体）の感光面（被走査面）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。

画像形成装置８０は、プリンタコントローラ８３と、光走査装置１０１，１０２，１０３，１０４と、感光ドラム２０１，２０２，２０３，２０４と、現像器３０１，３０２，３０３，３０４と、搬送ベルト８１と、定着器８４とを備えている。ここで、光走査装置１０１〜１０４は、副走査方向が感光ドラム２０１〜２０４の夫々の回転方向であるＺ方向に一致するように配置されている。

図８に示すように、パーソナルコンピュータ等の外部機器８２からは、Ｒ（レッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）の各色信号が出力される。各色信号は、プリンタコントローラ８３によってＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換され、光走査装置１０１〜１０４に入力される。なお、プリンタコントローラ８３は、前述した信号の変換だけでなく、後述するモータなどの画像形成装置８０における各部の制御を行う。

光走査装置１０１〜１０４の夫々は、各画像データに応じて変調された光束４０１，４０２，４０３，４０４の夫々によって、像担持体としての感光ドラム２０１〜２０４の感光面を主走査方向（Ｙ方向）に光走査する。感光ドラム２０１〜２０４の夫々は、不図示のモータによって時計回りに回転させられ、この回転に伴って各感光面が光束４０１〜４０４に対して副走査方向（Ｚ方向）に移動する。光束４０１〜４０４の夫々により、不図示の帯電ローラにより帯電させられた各感光面が露光されることで、各感光面上に静電潜像が形成される。

その後、感光ドラム２０１〜２０４の各感光面上に形成された各色の静電潜像は、現像器３０１〜３０４の夫々によって各色のトナー像として現像される。そして、各色のトナー像は、不図示の転写器によって、搬送ベルト８１により搬送されてきた被転写材に多重転写された後、定着器８４によって定着させられる。以上の工程により、１枚のフルカラー画像が形成される。

なお、画像形成装置８０は、実施例１乃至３で示したような、１つの偏向器により１つの被走査面を光走査する光走査装置を４つ備える構成を採用しているが、これに限られるものではない。例えば、１つの偏向器により４つの被走査面を光走査する光走査装置を１つ備える構成や、１つの偏向器により２つの被走査面を光走査する光走査装置を２つ備える構成などを採用してもよい。また、例えばＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサー等のラインセンサーを備えたカラー画像読取装置を、外部機器８２として画像形成装置８０に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。

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

例えば、各実施例においては、１つの光源からの光束により１つの被走査面を光走査しているが、これに限らず、複数の光源からの光束により複数の被走査面を光走査する構成を採用してもよい。このとき、偏向器の複数の偏向面により複数の光束を同時に偏向する構成を採ってもよい。そして、偏向面から複数の被走査面に至る夫々の光路において、結像レンズを個別に配置してもよいし、結像レンズを一体化して光路同士で共有するように構成してもよい。なお、結像レンズの数、材料、及び形状については、光走査装置の構成に応じて適宜変更してもよい。

また、図１で示したように、各実施例に係る同期検知部は、結像光学系の光軸に対して光源と同じ側（結像光学系よりも走査上流側）に配置されているが、必要に応じて光源とは反対側（結像光学系よりも走査下流側）に配置してもよい。ただし、偏向器により偏向された光束が結像光学系に入射する直前、すなわち被走査面上での書き出しの直前に同期検知を行った方が、検知誤差を小さくすることができるため、結像光学系よりも走査上流側に同期検知部を配置することがより好ましい。

そして、各実施例において、同期検知部からのＢＤ信号に基づいて光源の発光タイミングを制御する同期制御部は、光走査装置の内部に配置されていてもよいし、光走査装置の外部かつ画像形成装置の内部に配置されていてもよい。また、光量検知部と同期検知部とで制御部を共有し、１つの制御部により光量制御及び光源の発光タイミングの制御の両方を行うように構成してもよい。

なお、実施例１においては、入射光学系４０におけるプリズム７及び同期検知部３０のウェッジプリズム１１として、同一の形状のものを採用しているが、必要に応じて互いに異なる形状のものを採用してもよい。例えば、実施例１ではウェッジプリズム１１の各光学面を平面としているが、必要に応じて各光学面にパワーを持たせてもよい。ただし、同一の金型を用いることを可能にし、製造を容易にするためには、各プリズムとして同一の形状のものを採用することが好ましく、各光学面を平面とすることがより好ましい。

さらに、実施例１に係るウェッジプリズム１１やＢＤレンズ１２の各光学面のうちの少なくとも１つを、実施例３と同様に回折面としてもよい。また、ＢＤレンズ１２を偏心させる際は、シフト偏心のみに限らず、シフト偏心及び／又はチルト偏心させてもよい。そして、同期検知部３０におけるウェッジプリズム１１の位置は、上記条件式（１）を満たしていればよく、必要に応じてＢＤレンズ１２の位置と入れ替えてもよい。なお、偏向器１０から同期検知部３０に至る光路には、ミラー等の反射光学素子が配置されていなければよく、必要に応じて他の屈折光学素子を設けてもよい。

１０ 偏向器
１１ 屈折光学素子
１３ 受光部
１７ 被走査面
２０ 結像光学系
１００ 光走査装置

Claims (21)

1. 光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向器と、
   該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系と、
   前記偏向器により偏向された光束を受光して信号を生成する受光部と、
   前記偏向器により偏向された光束の主光線を、主走査断面内において前記結像光学系から離れる方向に屈折させて、前記受光部の受光面に導光する屈折光学素子と、を備え、
   主走査断面内において、前記偏向器の偏向面から前記屈折光学素子の入射面までの距離をＬ_ＢＤ、前記受光面の中心に向かうときの前記屈折光学素子に入射する光束の主光線と前記結像光学系の光軸との成す角度をθ_ＢＤ、前記偏向面から前記結像光学系の最も前記偏向面に近い光学面までの距離をＬｓ、とするとき、
   Ｌ_ＢＤ×ｃｏｓθ_ＢＤ≦Ｌｓ
   なる条件を満足することを特徴とする光走査装置。
2. 前記被走査面における有効走査領域に対応する前記偏向器の最大走査画角をθ_ｍａｘとするとき、
   １．１＜θ_ＢＤ／θ_ｍａｘ＜１．５
   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。
3. 前記屈折光学素子について、前記主光線の通過位置での入射面及び出射面の面法線は、主走査断面内において互いに非平行であ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。
4. 前記屈折光学素子は、パワーを有する屈折面を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置。
5. 前記屈折光学素子は、主走査断面内と副走査断面内とで互いに異なるパワーを有するアナモフィック面を含むことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記屈折光学素子の入射面及び出射面は、平面であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光走査装置。
7. パワーを有する屈折面を含む集光素子を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記集光素子は、主走査断面内において前記結像光学系から離れる方向に偏心した光学面を含むことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記集光素子は、回折面を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の光走査装置。
10. 前記屈折光学素子は、回折面を含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光走査装置。
11. 前記屈折光学素子は、前記結像光学系の光軸に対して光源と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光走査装置。
12. 前記受光部は、前記被走査面での主走査方向における書き出し位置を決定するための信号を生成することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光走査装置。
13. 前記信号に基づいて、前記被走査面での主走査方向における書き出し位置を決定する制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光走査装置。
14. 光源からの光束を前記偏向器に導光する入射光学系を備えることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光走査装置。
15. 前記入射光学系は、前記光源からの光束を透過させて前記偏向器に導光する分岐光学素子を有することを特徴とする請求項１４に記載の光走査装置。
16. 前記分岐光学素子の入射面で反射した光束を受光して、前記光源の発光光量を制御するための信号を生成する光量検知部を備えることを特徴とする請求項１５に記載の光走査装置。
17. 前記屈折光学素子と前記分岐光学素子とは、互いに同一の形状であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光走査装置。
18. 前記結像光学系の最も前記偏向面に近い光学面の前記受光部の側の最端部に入射する光束の主光線と前記結像光学系の光軸との成す角度をθ_ｓ、前記結像光学系の光軸と前記入射光学系の光軸との成す角度をθ_ｉ、とするとき、
    θ_ｓ＜θ_ＢＤ＜（θ_ｉ−θ_ｓ）／２
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１４乃至１７の何れか１項に記載の光走査装置。
19. 前記屈折光学素子について、前記主光線の通過位置での入射面及び出射面の面法線が主走査断面内において成す角度は、２°以上１０°以下であることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の光走査装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
21. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光走査装置と、外部機器から出力された色信号を画像データに変換して前記光走査装置に入力するプリンタコントローラと、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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