JP2005173601A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光走査装置を提供する。
【解決手段】 光を生成照射する光源２１と，光源から照射されたビームを被露光体５０の主走査方向に偏向走査させるビーム偏向器３０と，ビーム偏向器により偏向されたビームを，主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して被露光体に結像させるｆθレンズ４１と，を含み，被露光体に結像されたビームの主走査方向の全体の長さをＨ，ビーム偏向器の反射面と被露光体間の光軸上の距離をＬとする時，このＨとＬとの関係は下記の条件式１を満たすことを特徴とする。
【数１１】

【選択図】 図２

Description

本発明は，光源から照射されたビームを被露光体に走査する光走査装置に係り，さらに詳細には，ｆθレンズの設置を容易にするために，ビーム偏向器と被露光体間の光路を確保し，かつ安定した光学性能を確保した構造の光走査装置に関する。

一般的に光走査装置は，レーザープリンタ，デジタル複写機，ファクシミリなどの機器に採用されるものであり，ビーム偏向器による主走査と被露光体の回転による副走査とを通じて被露光体に対して潜像を形成する。

図１に示すように，従来の光走査装置は，ビームを生成照射する光源１と，この光源１から出射されたビームが被露光体１５に主走査されるように入射ビームを偏向させるビーム偏向器７と，このビーム偏向器７で偏向されるビームに含まれたエラーを補正するｆθレンズ１１とを含む。また，光源１とビーム偏向器７間の光路上には，光源１から照射された発散ビームを集束させるコリメートレンズ３と，ビームを整形する円柱レンズ５とがさらに備えられている。前記ｆθレンズ１１と被露光体１５間には，走査されたビームの方向を変える反射ミラー１３が配置される。

前記ビーム偏向器７は，駆動源９と，該駆動源９により回転される回転多面鏡８とを含む。したがって，前記光源１から照射されたビームは，前記回転多面鏡８の回転によってその反射方向が変わりつつその走査方向が決定される。

前記ｆθレンズ１１は，第１及び第２レンズ１１ａ，１１ｂで構成される。第１レンズ１１ａは，ビーム偏向器７で偏向されたビームに含まれた非点収差を補正する。第２レンズ１１ｂは，走査されるビームを集束して走査線が等線及び等角を維持するように補正する。

特開２００１−１４２０１９号公報 特開平２−１７１７１５号公報 特開昭６３−０８０２１８号公報 特開平６−２０２０２０号公報 特開昭６２−２６６５１７号公報 米国特許第５，８０８，７７３号明細書 韓国特許公開１９９４−０２２１１４号

上記のように構成された光走査装置では，前記ビーム偏向器７で偏向されたビームが前記被露光体１５の主走査領域全体に入射されなければならないので，ビーム偏向器７と被露光体１５間の光路が十分に確保される必要がある。また，ｆθレンズの製作容易性，かつ安定した光学性能の確保が要求される。

また，カラーレーザープリンタのように４個の被露光体を利用して画像を形成する機器に採用される場合は，各被露光体に対してビームを走査することが要求される。このような要求を満足しながら光走査装置の構成を単純化させるために，一つのビーム偏向器を利用して４個のビームを走査できる構成が要求される。しかし，図１に示したように，従来の光走査装置を利用してマルチビームを走査できるように構成する場合，ビーム偏向器７と被露光体１５間の光路が短くて，４群のｆθレンズの光学的配置が困難であるという問題点がある。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，ビーム偏向器と被露光体間の経路を相対的に長く確保し，製作が容易でかつ安定した光学性能を持つように，副走査方向の結像倍率が低倍率のｆθレンズを採用した光走査装置を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，光を生成照射する光源と；前記光源から照射されたビームを被露光体の主走査方向に偏向走査させるビーム偏向器と；前記ビーム偏向器により偏向された前記ビームを，主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して前記被露光体に結像させるｆθレンズと；を含み，前記被露光体に結像された前記ビームの主走査方向の全体の長さをＨとし，前記ビーム偏向器の反射面と前記被露光体間の光軸上の距離をＬとする時，前記Ｈと前記Ｌとの関係は下記の条件式１を満たすことを特徴とする光走査装置が提供される。

上記光走査装置は，前記ビーム偏向器の反射面と前記ｆθレンズの入射面間の光軸上の距離をＬ_１とし，前記ｆθレンズの出射面と前記被露光体間の光軸上の距離をＬ_２とする時，前記Ｌ_１と前記Ｌ_２との関係は下記の条件式２を満たしていてもよい。

上記光走査装置には，主走査方向又は副走査方向に対応する方向に対してそれぞれ入射ビームを集束させる２枚の円柱レンズが，前記光源と前記ビーム偏向器間にさらに備えられていてもよい。

上記ｆθレンズは，主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径が相異なる１枚の非球面レンズよりなっていてもよい。

上記ｆθレンズは，プラスチック材質よりなっていてもよい。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，それぞれ独立的に光変調される複数の光を照射する光源モジュールと；前記光源モジュールから照射された複数のビームを偏向走査させるビーム偏向器と；前記ビーム偏向器で偏向走査される各ビームを複数の被露光体のいずれかに向かわせるように経路を変換する光路変換手段と，前記ビーム偏向器により偏向され，前記光路変換手段により相異なる経路に進行する各ビームを，主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して前記複数の被露光体のいずれかにそれぞれ結像させる複数のｆθレンズと；を含み，前記被露光体に結像された前記ビームの主走査方向の全体の長さをＨとし，前記ビーム偏向器の反射面と前記被露光体間の光軸上の距離をＬとする時，前記Ｈと前記Ｌとの関係は下記の条件式１を満たすことを特徴とする光走査装置が提供される。

上記光走査装置は，前記ビーム偏向器の反射面と前記ｆθレンズの入射面間の光軸上の距離をＬ_１とし，前記ｆθレンズの出射面と前記被露光体間の光軸上距離をＬ_２とする時，前記Ｌ_１と前記Ｌ_２との関係は下記の条件式２を満たしていてもよい。

上記光源モジュールは，それぞれ光を生成照射する複数の発光点を備えてもよい。

上記光路変換手段は複数の反射ミラーを含み，各経路が同一の長さであってもよい。

上記ｆθレンズは，主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径とが相異なる１枚の非球面レンズよりなっていてもよい。

上記ｆθレンズは，プラスチック材質よりなっていてもよい。

以上説明したように本発明によれば，上記条件式１及び２の条件を満たすように前記ビーム偏向器と前記被露光体間の間隔を設定することによって，それら間の光路を十分に確保できる。したがって，光路を自由に変更でき，かつｆθレンズなどの光学要素を容易に設置できる。

また，ｆθレンズによる副走査方向結像倍率を低倍率とすることによって，このｆθレンズの非球面変形量が小さいためその金型製作及び射出加工が容易であり，かつ走査区間内で主走査方向及び副走査方向へのビームスポットの偏差が少なくて安定した光学性能を確保できる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１実施形態）
図２及び図３に示すように，本発明の第１実施形態にかかる光走査装置は，光を生成照射する光源２１と，この光源２１から照射されたビームを偏向走査させるビーム偏向器３０と，このビーム偏向器３０で偏向されたビームを，主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して被露光体５０に結像させるｆθレンズ４１と，を備える。

前記光源２１は，被露光体５０の潜像が形成される部分についてのみビームを照射できるように光変調しつつビームを照射するものであり，エッジ発光レーザーダイオード，表面光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ），発光素子（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）などで構成される。この光源２１は，図３に図示したように，一つの走査線を形成する構造に採用される場合には単一ビームを生成照射する構成を持つ。

一方，図５に図示したような構造のマルチビームを走査する方式の光走査装置に採用される場合には，光源モジュールを構成し，それぞれ独立的に光変調される多数のビーム，例えば，４個のビーム（４個の被露光体に対して同時に走査線を形成させる場合）それぞれを照射する。この光源２１及び光源モジュールそれ自体の構成は当該分野で公知のものであるので，その詳細な説明は省略する。

また，光走査装置は，前記光源２１と前記ビーム偏向器３０間の光路上にコリメートレンズ２３，口径絞り２４及び，第１及び第２円柱レンズ２５，２７をさらに備えてもよい。第１及び第２円柱レンズ２５，２７は，主走査方向又は副走査方向に対応する方向に対してそれぞれ入射ビームを集束させる２枚の円柱レンズの一例である。

前記コリメートレンズ２３は，前記光源２１から放出される発散ビームを平行ビームまたは収斂ビームにする。前記第１円柱レンズ２５は，前記口径絞り２４を通過したビームを副走査方向に集束させて前記ビーム偏向器３０に結像させる。一方，第２円柱レンズ２７は入射されたビームを主走査方向に集束させるレンズであり，前記光源２１と前記ビーム偏向器３０間の間隔を狭める役割を担う。また，温度変化時に光走査装置の全体焦点距離変化を最小にする。

ここで，副走査方向は被露光体５０の回転方向を示し，主走査方向は被露光体５０の軸方向，すなわち，ビーム偏向器３０を通じてビームが偏向される方向を示す。

後述する表１は，前記第１円柱レンズ２５がガラス材質でなり，第２円柱レンズ２７がプラスチック材質でなることを表わしている。しかし，これは例示的なものに過ぎず，コストダウン及び量産を容易にするためにいずれもプラスチック材質でなるか，いずれも温度変化時にも光学的性能の変動の少ないガラス材質でなることもあり，両レンズ２５，２７の材質を取り替えて使用することもある。

前記ビーム偏向器３０は，前記光源２１から照射され，かつ前記コリメートレンズ２３，第１円柱レンズ２５，及び第２円柱レンズ２７を経由して入射されたビームを被露光体５０の主走査方向に偏向走査させる。

このビーム偏向器３０は，駆動源３５と，この駆動源３５により時計回り方向または逆時計回り方向に回転駆動される回転多面鏡３１とを含む。この回転多面鏡３１は，その側壁に複数の反射面３１ａが形成されている。したがって，前記回転多面鏡３１の回転時に入射ビームに対する前記反射面３１ａの角度が変わり，それにより，入射ビームを主走査方向に走査する。前記ビーム偏向器３０は，図示されたような回転多面鏡構造に限定されるものではなく，入射ビームを回折偏向させるホログラムディスク構造で構成することもできる。

前記ｆθレンズ４１は，前記ビーム偏向器３０により偏向されたビームを，主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して前記被露光体５０に結像させる。ここで，副走査方向への結像倍率は，図５に示した光走査装置と同程度の光学性能を持つように低倍率とした。

このｆθレンズ４１は，主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径とが相異なる１枚の非球面レンズよりなっている。このｆθレンズ４１は，プラスチック材質よりなることが望ましい。図２を参照して前記ｆθレンズ４１の両面Ｒ_１０，Ｒ_１１を説明すれば，その非球面変形量が小さいことが分かる。したがって，前記ｆθレンズ４１は，副走査方向への結像倍率を低倍率とすることによってその非球面変形量が小さくなり，プラスチック材質で構成することによって金型製作及び射出加工が容易であるという利点がある。

この光走査装置は，ハウジング２０の内部にあらゆる光学要素を配置した構造を持つ。この時，前記ハウジング２０には，その内部を保護し，かつ前記ｆθレンズ４１を透過した光が出射される透明材質からなるカバー部材４５が設けられている。

前記被露光体５０は，ビームが結像される部分が露光されて結像されていない部分との差（例えば，電位差）を示す媒体である。この被露光体５０の例には，感光ドラムまたは感光ベルトなどがある。

図３は，前記被露光体５０として感光ドラムを示すものである。図示のように，感光ドラムは現像装置６０に採用されるものであり，帯電器（図示せず）により所定電位に帯電される。帯電された感光ドラムに前記光走査装置によりビームスポットが形成される。ビームスポットが形成された部分の電位は落ちて静電潜像が形成され，以後にその部分にトナーが現像されて画像が形成される。

表１は，図２及び図３に図示されたように構成された本実施形態にかかる光走査装置の設計諸元を表したものである。

表１に示したように，光学的配置を持つ場合，Ｌ_１＝１４５ｍｍ，Ｌ_２＝１５５ｍｍ，Ｌ＝３２４．９ｍｍ，Ｈ＝２１６ｍｍである。ここで，Ｌ_１は，ビーム偏向器３０の反射面とｆθレンズ４１の入射面Ｒ_１０間の光軸上の距離を示す。Ｌ_２は，ｆθレンズ４１の出射面Ｒ_１１と被露光体５０間の光軸上の距離を示す。Ｌは，ビーム偏向器３０の反射面と被露光体５０間の光軸上の距離を示す。Ｈは，被露光体５０に結像されたビームの主走査方向全体の長さを示す。

本実施形態にかかる光走査装置は，ｆθレンズ４１の製作容易性及び安定した光学性能を確保するために，ＬとＨとの関係は下記の条件式１を満足することが望ましい。

さらに望ましくは，Ｌ_１とＬ_２との関係は下記の条件式２を満足することが望ましい。

前記条件式１及び２を満たすように前記ビーム偏向器３０と前記被露光体５０間の間隔を設定することによって，それら間の光路を十分に確保することができ，光路を自由に変更でき，かつｆθレンズなどの光学要素を容易に設置できるという利点がある。

図４は，図２及び図３に示したように光走査装置を構成した場合，走査長の変化によるスポットサイズを示すグラフである。ここで，走査長は，ｆθレンズの中心を過ぎて結像されたスポットの位置を零点として主走査方向への長さを表したものである。

図４を参照すると，主走査方向へのビームスポットサイズは，走査長全体に亙って約７０μｍ未満と一定であることが分かる。そして，副走査方向へのビームスポットサイズは主走査方向へのビームスポットサイズよりは大きいが，その偏差が小さいことが分かる。したがって，本実施形態のように光走査装置を構成する場合，安定した光学性能を得られる。

一方，前記表１の各値などは例示的なものに過ぎず，光源２１から回転多面鏡３１の反射面間の光学要素及びその光学的配置は変更可能である。

（第２実施形態）
図５は，本発明の第２実施形態にかかる光走査装置を示す概略的な図面である。図５は，光走査装置が複数の現像装置１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄを持つカラーレーザー印刷機に採用されたことを例として表したものである。

図５に示すように，本実施形態にかかる光走査装置は，複数の光を照射する光源モジュール（図示せず）と，ビーム偏向器１３０と，このビーム偏向器１３０で偏向走査される複数のビームそれぞれを複数の被露光体１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄそれぞれに向かわせるように経路を変換する光路変換手段と，偏向走査されるビームそれぞれの進行経路上に設けられた複数のｆθレンズ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄとを含む。

前記光源モジュールは，それぞれ光を生成照射する複数の発光点を備える。この光源モジュールは，図２を参照して説明された光源２１のように，エッジ発光レーザーダイオード，ＶＣＳＥＬ，ＬＥＤなどで構成されるものであり，本実施形態においてはそれぞれ独立的に光変調される４個のビームを照射する。この光源モジュール自体の構成は公知のものであるので，その詳細な説明は省略する。

前記光源モジュールと前記ビーム偏向器１３０間の光路上には，コリメートレンズ，第１及び第２円柱レンズがさらに備えられてもよい。それら光学要素は，図２及び図３を参照して説明された本発明の第１実施形態にかかる光走査装置の同一部材名の光学要素と実質上同一なので，その詳細な説明は省略する。

前記ビーム偏向器１３０は，入射された４個のビームそれぞれを同時に偏向走査させるものであり，駆動源１３５及び回転多面鏡１３１で構成される。

前記光路変換手段は，前記ビーム偏向器１３０で偏向走査された４個のビームを前記被露光体１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄそれぞれに向かわせるように，それぞれの進行経路を変える。この光路変換手段は，複数の反射ミラーＭ_ａ１，Ｍ_ａ２，Ｍ_ｂ１，Ｍ_ｂ２，Ｍ_ｂ３，Ｍ_ｃ１，Ｍ_ｃ２，Ｍ_ｃ３，Ｍ_ｄ１，Ｍ_ｄ２で構成される。ここで，各ビームの進行経路において，前記ビーム偏向器１３０から各被露光体１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ間の光路は同一の長さを持つ。この光路長は，図２に図示されたような構造を持つ場合における光路長と同じものであり，上述の条件式１や２の関係を満たす。

前記複数のｆθレンズ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄは，入射ビームそれぞれを主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して，前記複数の被露光体１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄそれぞれに結像させる。このｆθレンズ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄそれぞれの構成は，図２及び図３を参照して説明されたｆθレンズ４１の構成と実質上同一なので，その詳細な説明は省略する。

この光走査装置は，ハウジング１７０の内部にあらゆる光学要素を配置した構造を持つ。この時，前記ハウジング１７０には，その内部を保護し，かつ前記複数のｆθレンズ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄそれぞれを透過した光が出射される透明材質でなるカバー部材１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃ，１４５ｄが設けられている。

本実施形態においては，４本のビームを同時に偏向走査させる光走査装置を例として表したが，これは例示的なものに過ぎず，本発明の保護範囲はそれに限定されるものではなく，特許請求の範囲に記載された発明によって定められる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明による光走査装置は，レーザープリンタ，デジタル複写機，ファクシミリなどの機器に適用できる。

従来の光走査装置の光学的配置を示す概略的な斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかる光走査装置の光学的配置を示す平面図である。 図２の一部を示す側面図である。 同実施の形態による光走査装置の走査長変化によるスポットサイズを示すグラフである。 本発明の第２実施形態にかかる光走査装置の光学的配置を示す側面図である。

符号の説明

２０ ハウジング
２１ 光源
２３ コリメートレンズ
２４ 口径絞り
２５ 第１円柱レンズ
２７ 第２円柱レンズ
３０，１３０ ビーム偏向器
３１，１３１ 回転多面鏡
３１ａ 反射面
３５，１３５ 駆動源
４１，１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ ｆθレンズ
４５ カバー部材
５０，１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ 被露光体

Claims (11)

1. 光を生成照射する光源と；
   前記光源から照射されたビームを被露光体の主走査方向に偏向走査させるビーム偏向器と；
   前記ビーム偏向器により偏向された前記ビームを，主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して前記被露光体に結像させるｆθレンズと；を含み，
   前記被露光体に結像された前記ビームの主走査方向の全体の長さをＨとし，前記ビーム偏向器の反射面と前記被露光体間の光軸上の距離をＬとする時，前記Ｈと前記Ｌとの関係は下記の条件式１を満たすことを特徴とする光走査装置。
   

   
2. 前記ビーム偏向器の反射面と前記ｆθレンズの入射面間の光軸上の距離をＬ_１とし，前記ｆθレンズの出射面と前記被露光体間の光軸上の距離をＬ_２とする時，前記Ｌ_１と前記Ｌ_２との関係は下記の条件式２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   

   
3. 主走査方向又は副走査方向に対応する方向に対してそれぞれ入射ビームを集束させる２枚の円柱レンズが，前記光源と前記ビーム偏向器間にさらに備えられたことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記ｆθレンズは，主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径が相異なる１枚の非球面レンズよりなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記ｆθレンズは，プラスチック材質よりなることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. それぞれ独立的に光変調される複数の光を照射する光源モジュールと；
   前記光源モジュールから照射された複数のビームを偏向走査させるビーム偏向器と；
   前記ビーム偏向器で偏向走査される各ビームを複数の被露光体のいずれかに向かわせるように経路を変換する光路変換手段と；
   前記ビーム偏向器により偏向され，前記光路変換手段により相異なる経路に進行する各ビームを，主走査方向及び副走査方向に対して相異なる倍率で補正して前記複数の被露光体のいずれかにそれぞれ結像させる複数のｆθレンズと；を含み，
   前記被露光体に結像された前記ビームの主走査方向の全体の長さをＨとし，前記ビーム偏向器の反射面と前記被露光体間の光軸上の距離をＬとする時，前記Ｈと前記Ｌとの関係は下記の条件式１を満たすことを特徴とする光走査装置。
   

   
7. 前記ビーム偏向器の反射面と前記ｆθレンズの入射面間の光軸上の距離をＬ_１とし，前記ｆθレンズの出射面と前記被露光体間の光軸上距離をＬ_２とする時，前記Ｌ_１と前記Ｌ_２との関係は下記の条件式２を満たすことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
   

   
8. 前記光源モジュールは，それぞれ光を生成照射する複数の発光点を備えたことを特徴とする請求項６または７に記載の光走査装置。
9. 前記光路変換手段は複数の反射ミラーを含み，各経路が同一の長さであることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の光走査装置。
10. 前記ｆθレンズは，主走査方向の曲率半径と副走査方向の曲率半径とが相異なる１枚の非球面レンズよりなることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の光走査装置。
11. 前記ｆθレンズは，プラスチック材質よりなることを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載の光走査装置。
    

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