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JP4365939B2 - 走査光学装置 - Google Patents

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JP4365939B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学装置(マルチビーム走査光学装置)に関し、特に複数の発光部を有する光源手段から出射された複数の光束を回転多面鏡より成る光偏向器で偏向させた後、fθ特性を有する結像光学系(走査光学手段)を介して被走査面上を同時に光走査し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ー(LBP)やデジタル複写機等の装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりレーザービームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられる走査光学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、fθ特性を有する結像光学系(走査光学手段)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。
【0003】
更に近年は高速化の要求から、被走査面上を同時に光走査する光束の数を複数にする、所謂マルチビーム走査光学装置が種々と提案されている。
【0004】
図9は従来のマルチビーム走査光学装置の要部概略図である。
【0005】
同図において複数の発光部を有する光源手段(マルチ半導体レーザー)91から出射した複数の発散光束はコリメーターレンズ92により略平行光束とされ、絞り93によって該光束を制限して、副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ94に入射している。シリンドリカルレンズ94に入射した略平行光束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副走査断面内においては集束して回転多面鏡(ポリゴンミラー)から成る光偏向器95の偏向面(反射面)95aにほぼ線像として結像している。そして光偏向器95の偏向面95aで偏向された複数の光束はfθ特性を有する結像光学系(走査光学手段)96により被走査面としての感光ドラム面97上に結像させ、該光偏向器95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97上を矢印B方向(主走査方向)に同時に光走査して画像情報の記録を行なっている。
【0006】
このとき感光ドラム面97上を光走査する前に該感光ドラム面97上の走査開始位置のタイミングを調整する為に光偏向器95で偏向された光束の一部であるBD光束(同期検知用の光束)98をBDミラー(同期検知用ミラー)99で反射させてBDセンサー(同期検知用センサー)100に導光している。そしてBDセンサー100からの出力信号を検知して得られたBD信号を用いて感光ドラム面97上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。
【0007】
尚、ここで主走査方向とは偏向走査方向に平行な方向、副走査方向とは偏向走査方向に垂直な方向である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
複数の光束を同時に光走査させるマルチビーム走査光学装置の場合、被走査面である感光ドラム面上における各走査線の間隔を均一にする必要がある。1回の走査における被走査面上での複数の光束による走査線の間隔は、全像高において均一でなければならない。例えば各走査線ごとに異なる傾きや湾曲が生じ、走査線間隔が像高ごとに変化し不均一になるとピッチムラが発生し良好なる画像が得られなくなる。
【0009】
また全像高において走査線間隔が均一であっても、所望の解像度に合った間隔にはなっていない場合、感光ドラムは所望の解像度に合わせて一定角速度で回転しているため、ピッチムラが発生し、良好なる画像を得ることができなくなる。つまり1回の走査における走査線間隔と各走査間における走査線間隔が異なり、ピッチムラが発生する。
【0010】
しかしながら後者の問題点に関しては複数の発光部(発光点)を有する光源の配置を調整することにより解決することが可能である。即ち被走査面である感光ドラム面上における走査線間隔を所望の値になるように光源の配置を調整することにより補正することができる。例えば発光部の離れた2つの光束を射出する光源を用いる場合、入射光学手段の光軸を中心に該光源を回転させることにより、副走査断面内において該光軸に対する各発光部の距離を所望の距離に配置することができ、これにより所望の調整が成される。
【0011】
しかしながら前者の問題点に関しては各光学素子、偏向手段等の加工誤差、光学素子を組み付ける光学箱の加工誤差、あるいは走査光学装置の組立て誤差等があると像高による走査線間隔の不均一性が発生してしまう。マルチビームを発生させる光源は現状、熱的クロストーク等の影響のため発光部の間隔をある間隔(90μm程度)以上短くすることができず、また上記調整により光源を光軸中心に所望の角度回転させる場合、例えば2つの発光部は主走査断面内においてもある間隔を持って配置される。したがって開口絞りを射出した2つの光束は相対的にある角度を持ってその後の偏向手段、走査光学手段等に入射することになる。走査光学手段に入射する2つの光束は主走査断面内において離れた位置に入射し、且つ入射角も異なる。また副走査断面内においても発光部は光軸に対し離れた位置に配置されるため、ある角度を持って走査光学手段に入射する。
【0012】
ここで各光学素子等の加工誤差、走査光学装置の組立て誤差等があると2つの光束の入射位置、入射角の差も大きなものとなり、光路長差が発生する。このとき2つの光束の入射面におけるパワーも異なるため副走査断面内における2つの光束の屈折角も異なり、像高ごとに走査線の間隔誤差が発生してしまうことになる。
【0013】
特に近年は高精細化のため走査光学手段の主走査方向の形状を非球面化したり、副走査方向の曲率半径を光軸から離れるに従い変化させる構成を用いる場合、2つの光束の光路長差、入射面におけるパワー差もより大きなものとなり、走査線の間隔誤差も顕著になる。
【0014】
このような走査線間隔誤差を補正する手段として主走査方向の光束幅を規制する開口絞りをより偏向手段側に配置し、偏向手段及び走査光学手段に入射する光束間の入射角差を小さく抑えるようにした走査光学装置が、例えば特開平5−34613号公報等で提案されている。開口絞りが偏向手段に近ければ近いほど、該開口絞りを射出する複数光束の射出角差は小さなものとなる。このことにより、走査光学手段に入射する複数光束の入射位置、入射角の差も小さくすることが可能となり、走査線の間隔誤差を抑えることができる。
【0015】
しかしながら主走査方向の光束幅を規制する開口絞りを偏向手段近傍に配置すると、該開口絞りと走査光学手段を構成する光学素子の間隔が狭くなり、空間的な余裕が少なくなる。近年においては走査光学装置の小型化の要求から走査角の広画角化、光学素子を偏向手段の近傍に配置する構成をしており、この場合空間的な余裕は更に小さくなる。
【0016】
ここで走査光学手段の光軸に対し入射光学手段と同一の方向で、且つ入射光学手段の光軸に対し走査光学手段側でBD光束(同期検知用の光束)を取ろうとした場合、開口絞りに該BD光束が蹴られ、BDセンサーに導光される光量が減少することにより、該BDセンサーからのBD信号の出力の精度が落ちたり、また全ての同期検知用の光束が蹴られBDセンサーに光束が導光されず、BD信号が全く得られなくなる可能性がある。また蹴られた光束がフレアとなって感光ドラム面上に導光され画像に悪影響を及ぼしたり、光源に光束が戻り、光出力変動を生じさせる可能性もある。
【0017】
本発明は走査光学装置を構成する各要素を適切に設定することにより、開口絞りを偏向手段近傍に配置した場合でも、同期検知用の光束が該開口絞りに蹴られることなく十分確保することができ、高精細な印字が可能なコンパクトな走査光学装置の提供を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の走査光学装置は、互いに主走査方向及び副走査方向に間隔を有する複数の発光部を有する光源手段と、前記複数の発光部から出射した複数の光束の夫々の光束を主走査方向に長い線状の光束として結像させる入射光学手段と、前記入射光学手段から出射された複数の光束を主走査方向に偏向走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学手段と、前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束の一部である同期検知用の光束を前記被走査面上での光束の走査開始位置のタイミング信号として検出する同期検知手段と、を有する走査光学装置において、
主走査断面内において、前記回転多面鏡は、前記結像光学手段の光軸から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束側へ回転しており、
前記入射光学手段を構成する複数の光学素子のうち最も偏向手段側に近い光学素子と前記回転多面鏡との間の光路内に少なくとも主走査方向の光束幅を規制する開口絞りを配置しており、
前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された同期検知用の光束は走査画角の1/2より大きい範囲を通過しており、
主走査断面内において、前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された同期検知用の光束は、前記結像光学手段の光軸を中心として前記入射光学手段から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束と反対側に位置しており、
主走査断面内において、前記結像光学手段の光軸と前記入射光学手段から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束との成す角度をα、主走査断面内において、前記結像光学手段の光軸と前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された同期検知用の光束との成す角度をβとしたとき、
−β<α≦90°
(但し、前記角度の符号は、前記結像光学手段の光軸に対し前記入射光学手段から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束側に測った角度をプラスとする)
なる条件を満足することを特徴としている。
【0019】
請求項2の発明の画像形成装置は、請求項1に記載の走査光学装置と、前記被走査面上に配置された感光ドラムと、を備えたことを特徴としている。
【0031】
【発明の実施の形態】
[実施形態1]
図1は本発明の実施形態1の走査光学装置(マルチビーム走査光学装置)をレーザービームプリンタやディジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの要部概略図、図2は図1の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。
【0032】
図1、図2において1は光源手段であり、例えば複数の発光部(発光点)を有するマルチ半導体レーザーより成っている。2はコリメーターレンズであり、光源手段1から出射された複数の発散光束を略平行光束に変換している。3はシリンドリカルレンズ(シリンダーレンズ)であり、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、コリメーターレンズ2で略平行光束に変換され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。
【0033】
4は開口絞りであり、シリンドリカルレンズ3と光偏向器5との間の光路内に配されており、シリンドリカルレンズ3から射出した光束を所望の最適なビーム形状に整形している。本実施形態における開口絞り4の開口部4aは楕円形状より形成されており、主走査方向と副走査方向の双方の光束幅を規制しており、また後述する被走査面としての感光ドラム面7上におけるスポット形状が所望の大きさになるように形成されている。
【0034】
尚、マルチ半導体レーザー1、コリメーターレンズ2、そしてシリンドリカルレンズ3等の各要素は入射光学手段11の一要素を構成している。
【0035】
5は偏向手段としての例えばポリゴンミラー(回転多面鏡)より成る光偏向器であり、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。
【0036】
6はfθ特性を有する走査光学手段(fθレンズ系)であり、第1、第2の2枚のfθレンズ6a,6bを有しており、光偏向器5で偏向された複数の光束を被走査面7上に結像させると共に副走査断面内において光偏向器5の偏向面5aと被走査面7との間を略共役関係にすることにより、該偏向面5aの倒れを補正している。
【0037】
7は被走査面としての感光ドラム面である。
【0038】
9は同期検知用ミラー(以下「BDミラー」とも称す。)であり、感光ドラム面7上の走査開始位置のタイミングを調整する為の同期検知用の光束(以下「BD光束」とも称す。)8を後述する同期検知手段10側へ反射させている。本実施形態では光偏向器5による偏向直後のBD光束8を走査光学手段6の光軸Lに対し入射光学手段11側とは反対側の領域を通過するように設定しており、かつ走査画角の1/2より大きい範囲を通過するように設定している。
【0039】
10は同期検知手段としての光センサー(以下「BDセンサー」とも称す。)であり、本実施形態ではBDセンサー10からの出力信号を検知して得られた同期信号(以下「BD信号」とも称す。)を用いて感光ドラム面7上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。
【0040】
本実施形態においてマルチ半導体レーザー1から出射した複数の発散光束はコリメーターレンズ2によって略平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ3に入射している。シリンドリカルレンズ3に入射した複数の略平行光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で射出し、開口絞り4により所望のビーム形状に整形される。また副走査断面内においては収束して開口絞り4により所望のビーム形状に整形され、光偏向器5の偏向面5aにほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。そして光偏向器5の偏向面5aで偏向された複数の光束は走査光学手段6を介して感光ドラム面7上に導光され、該光偏向器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)に同時に光走査している。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。
【0041】
このとき感光ドラム面7上を光走査する前に該感光ドラム面7上の走査開始位置のタイミングを調整する為に光偏向器5で偏向された光束の一部であるBD光束8をBDミラー9で反射させてBDセンサー10に導光している。そしてBDセンサー10からの出力信号を検知して得られたBD信号を用いて感光ドラム面7上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。
【0042】
尚、図1、図2においては1本のみの光束を記してある。
【0043】
本実施形態では入射光学手段11を構成するマルチビーム半導体レーザー1からシリンドリカルレンズ3までの光学素子のうち、光偏向器5に最も近い(最下流側にある)光学素子であるシリンドリカルレンズ3と光偏向器5との間の光路内に光束幅を規制する開口絞り4を配置している。この開口絞り4を光偏向器5近傍に配置することにより、該開口絞り4を射出する複数光束の射出角差が微小に抑えることができる。これにより走査光学手段6に入射する複数光束の入射位置、入射角の差も小さくなり、最終的に感光ドラム面7上における複数光束による走査線の間隔誤差を微小にすることができる。
【0044】
ここで光偏向器5による偏向直後のBD光束8は上述の如く走査光学手段6の光軸Lに対し、入射光学手段11とは反対側の領域を通過するように構成し、かつ走査画角の1/2より大きい範囲を通過するように設定している。この構成によりBD光束8が開口絞り4に蹴られることが無く十分なBD光束8がBDセンサー10に到達することができ、これにより高精度なBD信号を得ることができる。
【0045】
本実施形態では走査光学手段6の光軸Lと入射光学手段11の光軸Mとの成す角をα、該走査光学手段6の光軸Lと光偏向器5による偏向直後のBD光束8との成す角をβとしたとき、
−β<α‥‥‥‥(1)
(角度の符号は、走査光学手段6の光軸Lに対し入射光学手段11側に測った角度を+とする。)
なる条件を満足するように各要素を設定してる。
【0046】
尚、本実施形態において更に好ましくは条件式(1)を次の如く設定するのが良い。
【0047】
−β<α≦90° ‥‥‥‥(2)
上記条件式(1),(2)を逸脱すると入射光学手段11を射出したBD光束8の一部が偏向面5a上で蹴られ、十分なBD光束8がBDセンサー10に導光されず、この結果、BD信号が鈍ったり、広範囲な配置スペースを確保する必要が生じ、装置全体の大型化を招くので良くない。
【0048】
このように本実施形態では上述の如く開口絞り4を光偏向器5近傍に配置した場合でも、BD光束8が該開口絞り4に蹴られることなく、高精細な印字が可能なコンパクトな走査光学装置を得ている。
【0049】
[実施形態2]
図3は本発明の実施形態2の走査光学装置をレーザービームプリンタやディジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの要部概略図、図4は図3の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。図3、図4において図1、図2に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【0050】
本実施形態において前述の実施形態1と異なる点は光偏向器5近傍に配置する開口絞り41を主走査方向のみの光束幅を規制するスリットから構成し、副走査方向の光束幅はコリメーターレンズ2近傍に配置した開口絞り42によって規制したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【0051】
即ち、同図において41は光偏向器5近傍に配置された開口絞りであり、主走査方向の光束幅を規制するスリットから成っている。42はコリメーターレンズ近傍に配置された開口絞りであり、副走査方向の光束幅を規制している。
【0052】
本実施形態では上記の各開口絞り41,42を各々入射光学手段11内に配置することにより、組立て時におけるシリンドリカルレンズ3の固定位置調整が容易になり、また光偏向器5近傍のスリット41を光学箱に一体的に成形することが可能となる。
【0053】
このように本実施形態では前述の実施形態1と同様に開口絞り41を光偏向器5近傍に配置した場合でも、BD光束8が該開口絞り41に蹴られることなく、高精細な印字が可能なコンパクトな走査光学装置を得ている。
【0054】
参考例1
図5は本発明の参考例1の走査光学装置をレーザービームプリンタやディジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの要部概略図、図6は図5の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。図5、図6において図1、図2に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【0055】
参考例において前述の実施形態1と異なる点は光偏向器5による偏向直後のBD光束8を入射光学手段11の光軸Mに対し走査光学手段6とは反対側の領域を通過するように構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【0056】
即ち、本参考例では走査光学手段6の光軸Lと入射光学手段11の光軸Mとの成す角をα、該走査光学手段11の光軸Lと光偏向器5による偏向直後のBD光束8との成す角をβとしたとき、
α<β ‥‥‥‥(3)
(角度の符号は、走査光学手段6の光軸Lに対し入射光学手段11側に測った角度を+とする。)なる条件を満足するように各要素を設定している。
【0057】
尚、本参考例において更に好ましくは条件式(3)を次の如く設定するのが良い。
【0058】
0.5β<α<β ‥‥‥‥(4)
条件式(3),(4)を逸脱すると光偏向器5によって偏向されたBD光束8の一部が、該光偏向器5近傍に配置された開口絞り4により蹴られたり、入射光学手段11を構成する光学素子に干渉することにより十分なBD光束8がBDセンサー10に導光されず、この結果、BD信号が鈍る等の弊害が生じるので良くない。
【0059】
また本参考例ではBD光束8を集束させてBDセンサー10に入射させるための集束レンズ12を配置している。これにより装置全体の小型化を図っている。
【0060】
このように本参考例では前述の実施形態1と同様に開口絞り4を光偏向器5近傍に配置した場合でも、BD光束8が該開口絞り4に蹴られることなく、高精細な印字が可能なコンパクトな走査光学装置を得ている。
【0061】
参考例2
図7は本発明の参考例2の走査光学装置をレーザービームプリンタやディジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの要部概略図、図8は図7の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。図7、図8において図5、図6に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【0062】
参考例において前述の実施形態3と異なる点は光偏向器5近傍に配置する開口絞り41を主走査方向のみの光束幅を規制するスリットから構成し、副走査方向の光束幅はコリメーターレンズ2近傍に配置した開口絞り42によって規制したことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態3と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【0063】
即ち、同図において41は光偏向器5近傍に配置された開口絞りであり、主走査方向の光束幅を規制するスリットから成っている。42はコリメーターレンズ2近傍に配置された開口絞りであり、副走査方向の光束幅を規制している。
【0064】
参考例では上記の各開口絞り41,42を各々入射光学手段11内に配置することにより、組立て時におけるシリンドリカルレンズ3の固定位置調整が容易になり、また光偏向器5近傍のスリット41を光学箱に一体的に成形することが可能となる。
【0065】
このように本参考例では前述の参考例1と同様に開口絞り41を光偏向器5近傍に配置した場合でも、BD光束8が該開口絞り41に蹴られることなく、高精細な印字が可能なコンパクトな走査光学装置を得ている。
【0066】
尚、各実施形態では複数の光束で被走査面上を同時に光走査するマルチビーム走査光学装置について述べたが、もちろん単一の光束で被走査面上を光走査する走査光学装置においても適用できることは言うまでもない。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く、
▲1▼入射光学手段を構成する複数の光学素子のうち、最下流側にある光学素子と偏向手段との間に光束幅を規制する少なくとも1つの開口絞りを配置し、偏向手段による偏向直後の同期検知用の光束が走査光学手段の光軸に対し入射光学手段とは反対側の領域を通過するように構成する、
もしくは
▲2▼入射光学手段を構成する複数の光学素子のうち、最下流側にある光学素子と偏向手段との間に光束幅を規制する少なくとも1つの開口絞りを配置し、偏向手段による偏向直後の同期検知用の光束が入射光学手段の光軸に対し走査光学手段とは反対側の領域を通過するように構成する、
ことにより、開口絞りを偏向手段近傍に配置した場合でも、同期検知用の光束が該開口絞りに蹴られることなく十分確保することができ、高精細な印字が可能なコンパクトな走査光学装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】 図1の主走査方向の要部断面図
【図3】 本発明の実施形態2の要部概略図
【図4】 図3の主走査方向の要部断面図
【図5】 本発明の参考例1の要部概略図
【図6】 図5の主走査方向の要部断面図
【図7】 本発明の参考例2の要部概略図
【図8】 図7の主走査方向の要部断面図
【図9】 従来の走査光学装置の主走査方向の要部断面図
【符号の説明】
1 光源手段(マルチビーム半導体レーザー)
2 コリメーターレンズ
4、41、42 開口絞り
3 シリンドリカルレンズ
5 偏向手段(回転多面鏡)
5a 偏向面
6 走査光学手段
6a 第1のfθレンズ
6b 第2のfθレンズ
7 被走査面(感光ドラム面)
8 同期検知用の光束
9 同期検知用ミラー
10 同期検知用センサー
11 入射光学手段
12 集束レンズ

Claims (2)

  1. 互いに主走査方向及び副走査方向に間隔を有する複数の発光部を有する光源手段と、前記複数の発光部から出射した複数の光束の夫々の光束を主走査方向に長い線状の光束として結像させる入射光学手段と、前記入射光学手段から出射された複数の光束を主走査方向に偏向走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された複数の光束を被走査面上に結像させる結像光学手段と、前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された光束の一部である同期検知用の光束を前記被走査面上での光束の走査開始位置のタイミング信号として検出する同期検知手段と、を有する走査光学装置において、
    主走査断面内において、前記回転多面鏡は、前記結像光学手段の光軸から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束側へ回転しており、
    前記入射光学手段を構成する複数の光学素子のうち最も偏向手段側に近い光学素子と前記回転多面鏡との間の光路内に少なくとも主走査方向の光束幅を規制する開口絞りを配置しており、
    前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された同期検知用の光束は走査画角の1/2より大きい範囲を通過しており、
    主走査断面内において、前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された同期検知用の光束は、前記結像光学手段の光軸を中心として前記入射光学手段から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束と反対側に位置しており、
    主走査断面内において、前記結像光学手段の光軸と前記入射光学手段から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束との成す角度をα、主走査断面内において、前記結像光学手段の光軸と前記回転多面鏡の偏向面で偏向走査された同期検知用の光束との成す角度をβとしたとき、
    −β<α≦90°
    (但し、前記角度の符号は、前記結像光学手段の光軸に対し前記入射光学手段から前記回転多面鏡の偏向面に入射する光束側に測った角度をプラスとする)
    なる条件を満足することを特徴とする走査光学装置。
  2. 請求項1に記載の走査光学装置と、前記被走査面上に配置された感光ドラムと、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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