JP2004279581A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光束を発する光源と、前記光源からの光束を偏向する偏向器と、前記偏向器により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査結像光学系と、前記偏向器と前記被走査面との間に配設されてなり前記光束を屈曲するための複数の反射部材と、を有する光走査装置は、偏向器に向かう光束は偏向方向と直交する直線偏光であり、かつ、(m2−m1)×(θmax−θmin)>0の条件(但し、θmaxは、反射部材への光束の入射角θの最大値であり、θminは、反射部材への光束の入射角θの最小値であり、m1は、入射角がθminの場合の反射部材へのコーティングの層数であり、m2は、入射角がθmaxの場合の反射部材へのコーティングの層数である)を満たすこととする。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ(LBP)、普通紙ファクシミリ(PPF)、デジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光走査装置に関し、特に、複数の感光体を有する画像形成装置に好適な光走査装置、該光走査装置を具備する画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光源からの光束を、回転多面鏡などからなる光偏向器の偏向反射面により等角速度的に偏向させ、該偏向させた光束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光して、被走査面を等速的に光走査する光走査装置がある。また、一般的な光走査装置は、光源の発散角のばらつきによる被走査面でのビームスポット径の変動を低減するために、カップリングレンズ後に光束を規制するアパーチャが配備されている。
【0003】
このような光走査装置を搭載した画像形成装置としては、レーザプリンタ、ファクシミリ、デジタル複写機等が広く知られている。
【0004】
なお、光走査装置は、光走査により書き込まれる画像の更なる高品質化と、装置の低コスト化が求められており、光走査装置で書き込まれた画像の品質における改良すべき点としては、シェーディングに起因する「濃度むら」の問題がある。
【0005】
光走査装置の光学系では、光偏向器の偏向反射面による光束の偏向が行われ、偏向した光束が走査結像光学系に入射する入射角は、1回の偏向が行われる間に連続的に変化することとなる。
また、光装置装置の光学系において、偏向反射面と被走査面との間には、光学系のレイアウトに応じて、偏向光束の光路を屈曲させるための折り曲げミラーまたは折り返しミラー等の反射光学系が配備される。
【0006】
また、偏向反射面の回転音が装置外部に漏れないようにするための防音ガラスや、光学系内部に塵等が入り込まないようにするための防塵ガラスなど、透明な平行平板が配備されることも多い。
【0007】
また、光の反射率は入射角に応じて変化するため、防音ガラス、防塵ガラスや、折り返しミラー等による偏向光束の反射率も偏向光束の偏向に伴い変動することになる。これにより、被走査面に到達する偏向光束の光強度が1回の偏向内で変動することになる。
【0008】
このような1回の偏向内で、すなわち1ラインの光走査内で生じる光スポットの光強度の変動は「シェーディング」と呼ばれている。光走査光学系による光走査にシェーディングがあると、書き込まれる画像を可視化した記録画像に「濃度むら」が現われる。このような濃度むらは、特に、ハーフトーンの画像において目立ちやすく、形成画像の品質を低下させる1つの要因となっている。
【0009】
上記問題を解決するために、本発明の先行技術文献として、偏向器の偏向反射面と被走査面との間に少なくとも1つの反射部材を配設し、該配設した反射部材の入射光束に垂直な面に対する傾きを、偏向反射面への光束の入射側から副走査断面を見て時計回りを正としてこれをΘ(°)とし、関数f(i)を、iが偶数のとき、f(i)=1,iが奇数のとき、f(i)=−1と定義し、光源後方から見て時計回りを正として、光源から出射直後の光束の、偏光方向の主走査方向に対する角度θが、0°<θ<45°、又は、−90°<θ<−45°を条件1とし、あるいは、−45°<θ<0°、又は、45°<θ<90°を条件2とした場合において、条件1に該当する場合は、光源から光束の進行方向に数えて偏向反射面を除きn個目にあり、f(n)×Θ>0を満たし、条件2に該当する場合は、光源から光束の進行方向に数えて偏向反射面を除きn個目にありf(n)×Θ<0を満たす光走査装置がある(例えば、特許文献1参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開2002―131671号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1は光源後方から見て、光源から出射直後における光束の偏光方向の主走査方向に対する角度θを発生させていたが、角度θの変化に応じて、図3−(c)に示すように光束のケラレが発生することとなる。
また、図3−(b)に示すように、一般的な書込光学系ではアパーチャの開口寸法が主走査対応方向に長く、副走査対応方向に短い矩形形状が多く用いられるので、光源から出射直後における光束の、偏光方向の主走査方向に対する角度θは直角(90°、−90°)に近いほど光束のケラレが少なくなる。
【0012】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シェーディングを有効に軽減する光走査装置、該光走査装置を具備する画像形成装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明は以下のような特徴を有する。
請求項1記載の発明は、光束を発する光源と、光源からの光束を偏向する偏向器と、偏向器により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査結像光学系と、偏向器と被走査面との間に配設されてなり光束を屈曲するための複数の反射部材と、を有する光走査装置であって、偏向器に向かう光束は偏向方向と直交する直線偏光であり、かつ、(m2−m1)×(θmax−θmin)>0の条件(但し、θmaxは、反射部材への光束の入射角θの最大値であり、θminは、反射部材への光束の入射角θの最小値であり、m1は、入射角θがθminの場合の反射部材へのコーティングの層数であり、m2は、入射角θがθmaxの場合の反射部材へのコーティングの層数である)を満たすことを特徴とする。
【0014】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の光走査装置において、反射部材への光束の入射角θがθ<45degの場合は、反射部材へのコーティングの層数は1層とすることを特徴とする。
【0015】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の光走査装置において、反射部材への光束の入射角θがθ>45degの場合は、反射部材へのコーティングの層数は4層以上とすることを特徴とする。
【0016】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の光走査装置において、偏向器に向かう光束の主走査対応方向長さが偏向器の偏向反射面の主走査対応方向長さより長いことを特徴とする。
【0017】
請求項5記載の発明は、請求項1記載の光走査装置において、走査結像光学系は、複数からなり、各走査結像光学系に対応する被走査面を有することを特徴とする。
【0018】
請求項6記載の発明は、請求項5記載の光走査装置において、走査結像光学系の各々は、コーティングの層数が異なる複数の反射部材を有することを特徴とする。
【0019】
請求項7記載の発明は、請求項5または6記載の光走査装置において、走査結像光学系の各々は、等しい数の反射部材を有することを特徴とする。
【0020】
請求項8記載の発明は、請求項1記載の光走査装置において、光源は、複数からなることを特徴とする。
【0021】
請求項9記載の発明は、請求項1から8の何れか1項に記載の光走査装置を画像形成装置に搭載することを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
(発明の特徴)
まず、本発明にかかる光走査装置の特徴について説明する。
本発明にかかる光走査装置は、図3−(b)に示すように、光束のケラレを少なくするために偏向器5に向かう光束は偏向方向と直交する直線偏光としている。このとき、偏向方向と直交する方向に直線偏光となっている場合は、図1に示すように、偏向器5と被走査面8との間に透過光学素子(防音ガラス、走査結像レンズ、防塵ガラス)があると、周辺像高に対応する光束は透過光学素子への入射角が大きくなるため、透過率が中心部に比べ低減し、トータルとして被走査面8での光量が周辺部で低減することとなる。
【0023】
また、走査結像素子に走査結像ミラーを用いると、周辺像高での光量が増大するが、走査結像ミラーは面形状誤差の影響を受けるため、高画質な画像への対応が困難である。
そこで、折り返しミラー11、12、13を用いて反射率が周辺部で増大するように、折り返しミラー11、12、13への入射角θに応じてコート条件を設定する。
なお、シェーディングは走査光学系において、必ずどこかで発生する。そこで、本実施の形態における光走査装置では、反射特性の異なる折り返しミラー11、12、13を適材適所に配設することで、光学系全体でシェーディングを低減させることとする。
【0024】
以下、添付図面を参照しながら本発明にかかる実施の形態について詳細に説明する。
まず、図1、図2を参照しながら、本発明にかかる光走査装置の原理について説明する。
なお、図1は、光走査装置の主走査平面図であり、図2は、光走査装置の副走査断面図である。また、図1は、折り返しミラーを省略し、解かり易く展開した図である。
【0025】
光走査装置は、図1、図2に示すように、光源1と、カップリングレンズ2と、アパーチャ3と、シリンドリカルレンズ4と、偏向器5と、走査結像レンズ(L1)6と、走査結像レンズ(L2)7と、被走査面8と、防音ガラス9と、紡塵ガラス10と、第1折り返しミラー11と、第2折り返しミラー12と、第3折り返しミラー13と、を有して構成される。なお、被走査面8としては、感光体ドラム等が挙げられる。
【0026】
上記構成からなる光走査装置は、光源1から発した光束はカップリングレンズ2によって略平行光束となり、アパーチャ3を通過後に副走査方向に屈折力を持つシリンドリカルレンズ4にて副走査対応方向に長い線像を偏向器5の反射面上に形成する。偏向器5によって偏向された光束は走査結像レンズ(L1)6と走査結像レンズ(L2)7により、被走査面8上に結像する。
【0027】
なお、偏向器5と被走査面8上の間には、図2に示すように、3枚の折り返しミラー11、12、13を配設して構成され、副走査対応方向へ走査光束を折り曲げる。
【0028】
なお、折り返しミラー11、12、13には、反射材となるアルミ材等が適用され、この反射材の上にコーティング層が積層される。なお、このコーティング層を複数積層することも可能である。
【0029】
なお、本実施の形態における光走査装置は、副走査断面内における各折り返しミラー11、12、13への入射角をθとした時、以下の式(1)を満たすこととする。
(m2−m1)×(θmax−θmin)>0・・・(式1)
【0030】
但し、θmax:反射部材(折り返しミラー)への光束の入射角θの最大値。
θmin:反射部材(折り返しミラー)への光束の入射角θの最小値。
m1:入射角がθminのときの反射部材(折り返しミラー)のコーティング層数。
m2:入射角がθmaxのときの反射部材(折り返しミラー)のコーティング層数。
【0031】
ここで、上記式(1)において、θ<45degの場合は、コーティング層数を少なくすることにより、周辺部での反射率を向上させることができる。
なお、θ>45degの場合に、コーティング層数を少なくすると、周辺部での反射率が逆に低減するだけでなく、全体的な反射率も著しく低減してしまうこととなる。
【0032】
従って、偏向器5と被走査面8との間に配備される複数の折り返しミラー11、12、13のコーティング層数を、光束の折り返しミラー11、12、13への副走査方向の入射角θから規定するものとする。これは、入射角θが大きくなるように配設する折り返しミラーのコーティングを、入射角θが小さくなるように配設する折り返しミラーのコーティングよりも蒸着層数を多くすることとする。
【0033】
より詳細には、入射角θに応じてコーティング層数を以下のように規定する。
θ<45degの場合には、反射部材(折り返しミラー)へのコーティングは1層とする。
θ>45degの場合には、反射部材(折り返しミラー)へのコーティングは4層以上とする。
【0034】
ここで、図4は、偏向器5へ入射する光束の模式図であり、いわゆるオーバーフィルド光学系である。
図4に示すように、中心像高付近では偏向器5に入射する光束のうち、1つの偏向反射面における主走査方向幅の光線のみが反射し、該反射した光線が図1に示す走査結像光学系へ走査される。
逆に、周辺像高になると反射光線の主走査方向の幅が減少し、走査幅に対する周辺での光量が減少し、書き込まれる画像を可視化した記録画像に「濃度むら」が現われる。
【0035】
なお、図5、図6は、複数の走査光学系から構成され、各走査光学系に対応する被走査面を具備する光走査装置の模式図であり、各走査光学系が共通に1つの偏向器5を利用する構成となっている。
【0036】
また、図6に示すように、偏向器5と被走査面8との間には、光束を屈曲するための複数の折り返しミラー(反射部材)が配備されており、各走査光学系が1つの偏向器5を共通に利用し、各走査光学系はそれぞれの被走査面8へ結像している。このように構成することで、ステーション毎のシェーディング偏差を低減することが可能となる。
【0037】
なお、図7は、光走査装置を搭載した画像形成装置であり、上記構成からなる光走査装置は、小型化が可能となるため、この光走査装置を具備することで、画像形成装置自体も小型化することが可能となる。
【0038】
なお、反射部材にコーティングされる反射防止コート層数が多いほどシェーディングの発生は低減されるため、偏向器(ポリゴンミラー)5で発生するシェーディングと同じ方向にシェーディングを発生する折り返しミラー(反射部材)では、反射防止コート層数を増やして折り返しミラー(反射部材)でのシェーディング発生を抑える。
【0039】
また、偏向器(ポリゴンミラー)5で発生するシェーディングと逆方向にシェーディングを発生する折り返しミラー(反射部材)では反射防止コート層数を減らして偏向器(ポリゴンミラー)5で発生するシェーディングを相殺させることが望ましい。
【0040】
次に、本発明にかかる実施例の1つを以下に示す。
偏向器後の光学系データを表1に示す。
【0041】
【表1】
【0042】
なお、*で示される面は共軸非球面であり、次の式(2)で表される。
【0043】
【数1】
【0044】
なお、面番号1の面は、K=2.667,A=1.79E−07,B=−1.08E−12,C=−3.18E−14,D=3.74E−18,である。
【0045】
また、面番号2の面は、K=0.02,A=2.50E−07,B=9.61E−12,C=4.54E−15,D=−3.03E−18,である。
【0046】
また、**で示される面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径はレンズ高さにより連続的に変化する。
面番号3の主走査形状は上記式(2)で表現され、K=−71.73,A=−4.33E−08,B=−5.97E−13,C=−1.28E−16,D=5.73E−21,である。
【0047】
面番号3の面は、主走査対応方向における光軸からの距離:Yを変数とする偏向直交面内の曲率半径:Rs(Y)とした時、これらRs(Y)を特定するのに、多項式:Rs(Y)=Rs(0)+Σbj・Yj(j=1,2,3,・・・)で表すことにする。
【0048】
面番号3の面は、主走査対応方向において光軸対称で、Rs(0)=−47.7,b2=1.60E−03,b4=−2.32E−07,b6=1.60E−11,b8=−5.61E−16,b10=2.18E−20,b12=−1.25E−24,である。
【0049】
なお、本光学系において、厚さ1.9mmの防音ガラス(屈折率1.511)及び厚さ1.9mmの防塵ガラス(屈折率1.511)を挿入し、計算している。光源の偏向は、光源後方から見て偏向面に対して直交する方向への直線偏向である。偏向器後の光学素子のコート条件は次の通りである。
【0050】
【表2】
【0051】
【表3】
【0052】
【表4】
【0053】
上記条件における場合の全系のシェーディングを以下に示す。
光学系全系のシェーディングを5%前後に抑えることができるとともに、ステーション毎のシェーディング偏差を2%以下に低減できている。
【0054】
【表5】
【0055】
なお、上述する実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。
例えば、本実施の形態では、光源が半導体レーザの場合について説明したが、複数のLDアレイ、面発光レーザ等を光源に用いた光学系についても、各々に対して適用可能となる。
【0056】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように本発明は以下のような効果を奏する。
本発明にかかる光走査装置は、偏向器に向かう光束は偏向方向と直交する直線偏光であり、かつ、(m2−m1)×(θmax−θmin)>0の条件(但し、θmaxは、反射部材への光束の入射角θの最大値であり、θminは、反射部材への光束の入射角θの最小値であり、m1は、入射角がθminの場合の反射部材へのコーティングの層数であり、m2は、入射角がθmaxの場合の反射部材へのコーティングの層数である)を満たすこととする。このとき、反射部材への光束の入射角θがθ<45degの場合は、反射部材へのコーティングの層数は1層とする。また、反射部材への光束の入射角θがθ>45degの場合は、反射部材へのコーティングの層数は4層以上とする。このように構成することで、光利用効率が向上することとなる。また、ビームスポットの小径化が可能となる。また、光学系全系のシェーディングを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる光走査装置の構成例を示す概略図(主走査平面図)である。
【図2】図1に示す光走査装置の詳細を示す(折り返しミラーを配設した)図(副走査断面図)である。
【図3】光源から出射直後の光束の、偏光方向の主走査方向に対する角度に対する光束のケラレを説明する図であり、(a)は、光束の偏光方向を示す図であり、(b)は、アパーチャサイズにおける光束のケラレがない場合を示す図であり、(c)は、アパーチャサイズにおける光束のケラレがある場合を示す図である。
【図4】オーバーフィルド光学系を示す図である。
【図5】本発明にかかる光走査装置の構成例を示す図(主走査平面図)であり、各走査光学系に対応する被走査面を有することを示す図である。
【図6】本発明にかかる光走査装置の構成例を示す図(副走査断面図)であり、各走査光学系に対応する複数の反射部材を有することを示す図である。
【図7】本発明にかかる光走査装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 光源(半導体レーザ)
2 カップリングレンズ
3 アパーチャ
4 シリンドリカルレンズ
5 ポリゴンミラー
6 走査結像レンズ(L1)
7 走査結像レンズ(L2)
8 被走査面
9 防音ガラス
10 防塵ガラス
11 第1折り返しミラー
12 第2折り返しミラー
13 第3折り返しミラー
Claims (9)
- 光束を発する光源と、前記光源からの光束を偏向する偏向器と、前記偏向器により偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査結像光学系と、前記偏向器と前記被走査面との間に配設されてなり前記光束を屈曲するための複数の反射部材と、を有する光走査装置であって、
前記偏向器に向かう光束は偏向方向と直交する直線偏光であり、かつ、(m2−m1)×(θmax−θmin)>0の条件(但し、θmaxは、前記反射部材への光束の入射角θの最大値であり、θminは、前記反射部材への光束の入射角θの最小値であり、m1は、入射角θがθminの場合の前記反射部材へのコーティングの層数であり、m2は、入射角θがθmaxの場合の前記反射部材へのコーティングの層数である)を満たすことを特徴とする光走査装置。 - 前記反射部材への光束の入射角θがθ<45degの場合は、
前記反射部材へのコーティングの層数は1層とすることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。 - 前記反射部材への光束の入射角θがθ>45degの場合は、
前記反射部材へのコーティングの層数は4層以上とすることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。 - 前記偏向器に向かう光束の主走査対応方向長さが偏向器の偏向反射面の主走査対応方向長さより長いことを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
- 前記走査結像光学系は、複数からなり、
各走査結像光学系に対応する被走査面を有することを特徴とする請求項1記載の光走査装置。 - 前記走査結像光学系の各々は、
コーティングの層数が異なる複数の反射部材を有することを特徴とする請求項5記載の光走査装置。 - 前記走査結像光学系の各々は、
等しい数の反射部材を有することを特徴とする請求項5または6記載の光走査装置。 - 前記光源は、複数からなることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
- 請求項1から8の何れか1項に記載の光走査装置を具備する画像形成装置。
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