JP2005202038A - Optical scanner and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ書込光学系等に用いられる光走査装置やマルチビーム光走査装置、及びその光走査装置やマルチビーム光走査装置を用いたレーザプリンタ、デジタル複写機、レーザファクシミリ、レーザプロッタ等の画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and a multi-beam optical scanning device used in a laser writing optical system, etc., and a laser printer, a digital copying machine, a laser facsimile, a laser plotter, etc. using the optical scanning device and the multi-beam optical scanning device. The present invention relates to an image forming apparatus.
近年、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置において、高画質化、高速化、カラー化が進み、ユーザが要求する品質も高まってきている。
高速化の要求に対しては、光走査装置のマルチビーム化が有効である。ただし、その際には複数のビーム間のピッチ調整が必要である。複数のビーム間のピッチ調整の方法としては、マルチビーム光源ユニットを光軸回りに回転する方法や、ピッチ調整用の光学素子を用いる方法がある(例えば、特許文献1参照)。
一方、高画質化の要求に対しては、ビームスポット径の小径化が必要であり、これまでも幾つかの方法が提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4参照)。ただし、ビームスポット径を小径化する際には、特に画像形成装置や光走査装置が定着部やポリゴンスキャナ等の多くの熱源を備えていることや、使用環境の温度変動に鑑みて、温度変動まで考慮したビームスポットの小径化が必要である。
In recent years, image forming apparatuses such as laser printers and digital copying machines have been improved in image quality, speed, and color, and the quality required by users has increased.
To meet the demand for higher speed, it is effective to use a multi-beam optical scanning device. In this case, however, pitch adjustment between a plurality of beams is necessary. As a method of adjusting the pitch between a plurality of beams, there are a method of rotating a multi-beam light source unit around an optical axis and a method of using an optical element for pitch adjustment (see, for example, Patent Document 1).
On the other hand, in response to the demand for higher image quality, it is necessary to reduce the beam spot diameter. ). However, when reducing the beam spot diameter, in particular, the image forming apparatus and the optical scanning apparatus are equipped with many heat sources such as a fixing unit and a polygon scanner, and the temperature fluctuation is considered in view of the temperature fluctuation of the use environment. It is necessary to reduce the beam spot diameter in consideration of the above.
光源ユニットを光軸回りに回転させる従来例では、光源ユニットそのものを動かすため、電装部品の信頼性が問題になる。また、ピッチ調整用の光学素子を用いる従来例では、ガラス製の高精度な光学素子が必要となるためコストアップにつながる。
一方、ビームスポット径を高精度に初期調整したとしても、温度変動を始めとする経時変化に伴い、ビームスポット位置ずれが発生してしまう。
そこで、ピッチ調整手段として、電気信号にて駆動される「液晶素子」が提案されている。この液晶素子は、低電圧駆動、無発熱、無騒音、無振動、小型・軽量等の特徴を有するビームピッチ調整手段である。
In the conventional example in which the light source unit is rotated around the optical axis, the reliability of the electrical components becomes a problem because the light source unit itself is moved. Further, in the conventional example using the optical element for pitch adjustment, a high-precision optical element made of glass is required, leading to an increase in cost.
On the other hand, even if the beam spot diameter is initially adjusted with high accuracy, the beam spot position shifts with time changes including temperature fluctuations.
Therefore, a “liquid crystal element” driven by an electric signal has been proposed as a pitch adjusting means. This liquid crystal element is a beam pitch adjusting means having features such as low voltage driving, no heat generation, no noise, no vibration, small size and light weight.
液晶素子は、数[μm]〜数十[μm]程度の液晶層を、2枚のガラス基板で密封したセル構造となっている。そのため周囲の温度が変化した場合、雰囲気温度の変化に伴い、比較的膨張率の高い液晶層が熱膨張し、液晶素子の中央部が膨らみ、結果としてレンズ効果(正パワー)を発生する恐れがあった。それにより、ビームウェスト位置が変化し、ビームスポット径が劣化する(増大する)恐れがあった。 The liquid crystal element has a cell structure in which a liquid crystal layer of about several [μm] to several tens [μm] is sealed with two glass substrates. Therefore, when the ambient temperature changes, the liquid crystal layer having a relatively high expansion coefficient thermally expands as the ambient temperature changes, and the central portion of the liquid crystal element swells, and as a result, a lens effect (positive power) may occur. there were. As a result, the beam waist position is changed, and the beam spot diameter may be deteriorated (increased).
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、温度変動まで考慮して、ビームスポット径の小径化を図り、尚且つ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能な低コストな光走査装置やマルチビーム光走査装置を提供することを目的(課題)とする。
さらに本発明は、上記光走査装置またはマルチビーム光走査装置を用いた高画質な画像出力が可能な画像形成装置を提供することを目的(課題)とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and it is possible to reduce the beam spot diameter in consideration of temperature fluctuations, and to achieve high-precision beam spot position accuracy. It is an object (problem) to provide a low-cost optical scanning device and a multi-beam optical scanning device that can be secured.
It is another object of the present invention to provide an image forming apparatus capable of outputting a high-quality image using the optical scanning device or the multi-beam optical scanning device.
上記課題を解決するための手段として、本発明は以下のような特徴を有している。
(1):光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有する光走査装置において、上記第一光学系は、少なくとも、
[1]副走査方向に正パワーの面、
[2]主走査方向に正パワーの面、
を有する光学素子から構成されることを特徴とする。
As means for solving the above problems, the present invention has the following features.
(1): a light source, a deflector that deflects the light beam from the light source, a coupling lens that couples the light beam from the light source, and a light guide that guides the light beam from the coupling lens to the deflector. One optical system, a scanning optical system that guides the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned, and a phase modulation that is arranged in the optical path from the light source to the surface to be scanned and driven by an electric signal In the optical scanning device having a liquid crystal element, the first optical system includes at least
[1] Positive power surface in the sub-scanning direction,
[2] Positive power surface in the main scanning direction,
It is comprised from the optical element which has these.
(2):(1)に記載の光走査装置において、上記第一光学系は、少なくとも2つの光学素子から構成されることを特徴とする。
(3):(1)に記載の光走査装置において、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも1つは、光軸方向に移動調整可能であることを特徴とする。
(4):(1)に記載の光走査装置において、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも1つは樹脂製であることを特徴とする。
(5):(1)に記載の光走査装置において、上記第一光学系を構成する光学素子の1つの少なくとも1面は、共軸(回転対称)であることを特徴とする。
(6):(5)に記載の光走査装置において、上記共軸(回転対称)である面は、非球面形状であることを特徴とする。
(7):(1)に記載の光走査装置において、上記液晶素子による位相変調にて、該液晶素子に入射した光ビームの光路を偏向することを特徴とする。
(2): In the optical scanning device according to (1), the first optical system includes at least two optical elements.
(3): In the optical scanning device according to (1), at least one of the optical elements constituting the first optical system can be moved and adjusted in the optical axis direction.
(4): In the optical scanning device described in (1), at least one of the optical elements constituting the first optical system is made of resin.
(5): In the optical scanning device according to (1), at least one surface of one of the optical elements constituting the first optical system is coaxial (rotationally symmetric).
(6): In the optical scanning device according to (5), the coaxial (rotationally symmetric) surface has an aspherical shape.
(7): In the optical scanning device described in (1), the optical path of the light beam incident on the liquid crystal element is deflected by phase modulation by the liquid crystal element.
(8):複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも1つに上記液晶素子を配設し、少なくとも2つの光ビームが共通の被走査面に導かれることを特徴とする。 (8): a plurality of light sources, a deflector for deflecting the light beam from the light source, a coupling lens for coupling the light beam from the light source, and the light beam from the coupling lens to the deflector A first optical system for guiding, a scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned, and a phase disposed in the optical path from the light source to the surface to be scanned and driven by an electrical signal In the multi-beam optical scanning device, wherein the first optical system has at least a positive power surface in the sub-scanning direction and a positive power surface in the main scanning direction. The liquid crystal element is disposed in at least one of the optical paths of a plurality of light beams emitted from the light source, and at least two light beams are guided to a common surface to be scanned.
(9):複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも1つに上記液晶素子を配設し、複数の光ビームの少なくとも1つは、他の光ビームとは異なる被走査面に導かれることを特徴とする。 (9): a plurality of light sources, a deflector for deflecting the light beam from the light source, a coupling lens for coupling the light beam from the light source, and the light beam from the coupling lens to the deflector A first optical system for guiding, a scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned, and a phase disposed in the optical path from the light source to the surface to be scanned and driven by an electrical signal In the multi-beam optical scanning device, wherein the first optical system has at least a positive power surface in the sub-scanning direction and a positive power surface in the main scanning direction. The liquid crystal element is disposed in at least one of optical paths of a plurality of light beams emitted from the at least one light beam, and at least one of the plurality of light beams is guided to a surface to be scanned different from other light beams. .
(10):像担持体と、該像担持体に光ビームを露光して潜像を形成する露光手段と、上記像担持体上に形成した潜像を現像して顕像化する現像手段と、上記像担持体上で顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、上記露光手段として、(1)〜(7)のいずれか一つに記載の光走査装置、あるいは(8)または(9)に記載のマルチビーム光走査装置を用い、上記像担持体上に潜像を形成することを特徴とする。 (10): an image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier to a light beam to form a latent image, and a developing unit that develops and visualizes the latent image formed on the image carrier. In the image forming apparatus including a transfer unit that transfers an image visualized on the image carrier to a recording medium and a fixing unit that fixes the image transferred to the recording medium, the exposure unit includes (1 ) To (7), or the multi-beam optical scanning device according to (8) or (9) is used to form a latent image on the image carrier. And
上記解決手段の(1)の構成では、光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有する光走査装置において、上記第一光学系は、少なくとも、
[1]副走査方向に正パワーの面、
[2]主走査方向に正パワーの面、
を有する光学素子から構成されるので、光走査装置の組立時にビームウェスト位置の調整を行うことが可能であり、且つ被走査面上のビームスポット位置を可変できるので、ビームスポット径の小径化を図り、尚且つ、高精度なビームスポット位置精度の確保が可能な低コストな光走査装置を実現することができる。
In the configuration of the solution (1), the light source, the deflector for deflecting the light beam from the light source, the coupling lens for coupling the light beam from the light source, and the light beam from the coupling lens. A first optical system for guiding the light beam to the deflector, a scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned, and an optical signal from the light source to the surface to be scanned. In the optical scanning device having the phase-modulable liquid crystal element driven in the above-described manner, the first optical system includes at least
[1] Positive power surface in the sub-scanning direction,
[2] Positive power surface in the main scanning direction,
The beam waist position can be adjusted when the optical scanning device is assembled, and the beam spot position on the surface to be scanned can be varied, thereby reducing the beam spot diameter. In addition, it is possible to realize a low-cost optical scanning device that can ensure high-precision beam spot position accuracy.
(2)の構成では、上記(1)の構成及び効果に加え、上記第一光学系は、少なくとも2つの光学素子から構成されるので、光走査装置の組立時のビームウェスト位置調整の機能と、光走査装置内部の温度変化に伴うビームウェスト位置補正の機能を、分離することができる。
(3)の構成では、上記(1)の構成及び効果に加え、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも1つは、光軸方向に移動調整可能であるので、光走査装置の組立時に、ビームウェスト位置の調整を行うことができる。
(4)の構成では、上記(1)の構成及び効果に加え、上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも1つは樹脂製であるので、光走査装置内部の温度変化に伴うビームウェスト位置変動を低減することができる。
(5)の構成では、上記(1)の構成及び効果に加え、上記第一光学系を構成する光学素子の1つの少なくとも1面は、共軸(回転対称)であるので、面形状を高精度に加工することができる。
(6)の構成では、上記(5)の構成及び効果に加え、上記共軸(回転対称)である面は、非球面形状であるので、発生する収差の低減を図ることができる。
(7)の構成では、上記(1)の構成及び効果に加え、液晶素子による位相変調にて、該液晶素子に入射した光ビームの光路を偏向するので、被走査面上のビームスポット位置を可変することができる。
In the configuration of (2), in addition to the configuration and effect of the above (1), the first optical system includes at least two optical elements. Therefore, the function of adjusting the beam waist position during assembly of the optical scanning device The function of correcting the beam waist position accompanying the temperature change inside the optical scanning device can be separated.
In the configuration of (3), in addition to the configuration and effect of the above (1), at least one of the optical elements constituting the first optical system can be moved and adjusted in the optical axis direction. Sometimes the beam waist position can be adjusted.
In the configuration of (4), in addition to the configuration and effect of (1) above, at least one of the optical elements constituting the first optical system is made of resin, so that the beam waist accompanying the temperature change inside the optical scanning device. Position fluctuation can be reduced.
In the configuration of (5), in addition to the configuration and effect of the above (1), at least one surface of one of the optical elements constituting the first optical system is coaxial (rotationally symmetric), so that the surface shape is increased. It can be processed with high accuracy.
In the configuration of (6), in addition to the configuration and effect of (5) above, the coaxial (rotationally symmetric) surface has an aspherical shape, so that the generated aberration can be reduced.
In the configuration of (7), in addition to the configuration and effect of the above (1), the optical path of the light beam incident on the liquid crystal element is deflected by phase modulation by the liquid crystal element. Can be variable.
上記解決手段の(8)の構成では、複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも1つに上記液晶素子を配設し、少なくとも2つの光ビームが共通の被走査面に導かれるので、一つの被走査面上を走査する複数のビームスポットの間隔(走査線間隔)を補正することができるマルチビーム光走査装置を実現することができ、これを画像形成装置の露光手段として用いることで、高速・高密度なプリント出力画像を獲得することができる。 In the configuration of the solution (8), a plurality of light sources, a deflector that deflects the light beam from the light source, a coupling lens that couples the light beam from the light source, and the coupling lens A first optical system for guiding the light beam to the deflector; a scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned; and an optical path from the light source to the surface to be scanned. A phase-modulated liquid crystal element driven by a signal, wherein the first optical system has at least a positive power surface in the sub-scanning direction and a positive beam surface in the main scanning direction. In the optical scanning device, the liquid crystal element is disposed in at least one of the optical paths of the plurality of light beams emitted from the light source, and at least two light beams are guided to a common scanned surface. Scan up A multi-beam optical scanning device capable of correcting the interval (scanning line interval) between a plurality of beam spots can be realized, and this can be used as an exposure unit of an image forming apparatus, thereby enabling high-speed and high-density print output images. Can be earned.
上記解決手段の(9)の構成では、複数の光源と、上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子とを有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも1つに上記液晶素子を配設し、複数の光ビームの少なくとも1つは、他の光ビームとは異なる被走査面に導かれるので、複数の被走査面上を走査する複数のビームスポット間の相対的な位置を補正することができるマルチビーム走査装置を実現することができ、これをタンデム式のカラー画像形成装置の露光手段として用いることで、像担持体(被走査面)間の色ずれの少ないプリント出力画像を獲得することができる。 In the configuration of (9) of the above solution, a plurality of light sources, a deflector that deflects the light beam from the light source, a coupling lens that couples the light beam from the light source, and the coupling lens A first optical system for guiding the light beam to the deflector; a scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned; and an optical path from the light source to the surface to be scanned. A phase-modulated liquid crystal element driven by a signal, wherein the first optical system has at least a positive power surface in the sub-scanning direction and a positive beam surface in the main scanning direction. In the optical scanning device, the liquid crystal element is disposed in at least one of optical paths of a plurality of light beams emitted from the light source, and at least one of the plurality of light beams is on a surface to be scanned different from the other light beams. As led, A multi-beam scanning device that can correct the relative positions between a plurality of beam spots that scan a number of surfaces to be scanned can be realized and used as an exposure unit of a tandem color image forming apparatus. As a result, it is possible to acquire a print output image with little color misregistration between the image carriers (scanned surfaces).
上記解決手段の(10)の構成では、像担持体と、該像担持体に光ビームを露光して潜像を形成する露光手段と、上記像担持体上に形成した潜像を現像して顕像化する現像手段と、上記像担持体上で顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された画像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、上記露光手段として、(1)〜(7)のいずれか一つに記載の光走査装置、あるいは(8)または(9)に記載のマルチビーム光走査装置を用い、上記像担持体上に潜像を形成するので、被走査面(像担持体)上の所望の位置にビームスポットを走査することができ、高速・高密度・高品質なプリント出力画像を獲得することができる。 In the configuration of the solution means (10), the image carrier, exposure means for exposing the image carrier with a light beam to form a latent image, and developing the latent image formed on the image carrier. In an image forming apparatus comprising: a developing unit that visualizes; a transfer unit that transfers an image visualized on the image carrier to a recording medium; and a fixing unit that fixes the image transferred to the recording medium. As the exposure means, the optical scanning device according to any one of (1) to (7) or the multi-beam optical scanning device according to (8) or (9) is used, and the latent image is placed on the image carrier. Since the image is formed, the beam spot can be scanned at a desired position on the surface to be scanned (image carrier), and a high-speed, high-density, and high-quality print output image can be obtained.
以下、本発明の構成、動作を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
[実施例1]
まず、液晶素子による副走査ビームスポット位置の調整可能な光走査装置について説明する。
図1は、画像形成装置の露光手段に用いられる「光走査装置」の一例を示す図である。図1において、符号11は光源、12はカップリングレンズ、13はシリンドリカルレンズ、14は偏向器の一例であるポリゴンミラー、15は第1走査レンズ15−1と第2走査レンズ15−2からなる走査光学系、16は被走査面(例えば感光体ドラム)、22は補正用レンズ、43は液晶素子である。
[Example 1]
First, an optical scanning device capable of adjusting the sub-scanning beam spot position using a liquid crystal element will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an “optical scanning device” used for an exposure unit of an image forming apparatus. In FIG. 1,
この光走査装置は一つの光源(例えば、半導体レーザ)11から出射する1本のレーザビームを被走査面上に走査する光走査装置であるが、複数の光源(例えば、半導体レーザアレイ)から出射する複数本のレーザビームを同時に走査する「マルチビーム光走査装置」に応用することも可能である。
半導体レーザ11から発射されカップリングレンズ12を出射したレーザビーム21は、シリンドリカルレンズ13の作用により偏向器であるポリゴンミラー14の偏向反射面上に(副走査方向に結像し、主走査方向に長い)線像として結像され、走査光学系(第1、第2走査レンズ)15により、被走査面(感光体ドラム)16上をビームスポットとして走査される。
このような、光源部から出射された光ビームを被走査面16上にビームスポットとして走査する装置を、「光走査装置」20と呼ぶことにする。
This optical scanning device is an optical scanning device that scans a surface to be scanned with a single laser beam emitted from a single light source (for example, a semiconductor laser) 11, and is emitted from a plurality of light sources (for example, a semiconductor laser array). It is also possible to apply to a “multi-beam optical scanning device” that simultaneously scans a plurality of laser beams.
The laser beam 21 emitted from the
Such a device that scans the light beam emitted from the light source unit as a beam spot on the scanned
なお、通常「主走査方向」及び「副走査方向」とは、被走査面でビームスポットが走査される方向とその直交方向を意味するが、本文では、光路の各場所で、(被走査面の)主走査方向と副走査方向に対応する方向を(広い意味で)各々「主走査方向」、「副走査方向」と呼んでいる。 Normally, the “main scanning direction” and the “sub-scanning direction” mean the direction in which the beam spot is scanned on the surface to be scanned and the direction orthogonal thereto. The directions corresponding to the main scanning direction and the sub-scanning direction (in a broad sense) are called “main scanning direction” and “sub-scanning direction”, respectively.
光走査装置、特にマルチビーム走査装置においては、被走査面上のビームスポット位置の初期調整、及び環境/経時変動の補正のため、「光ビーム位置補正手段」が具備されることが多い。
光ビーム位置調整手段の基本構成としては、
・折返しミラーを回転する、
・シリンドリカルレンズをシフト/回転する、
・プリズムをシフト/回転する、
・電気光学素子、AOMを利用する、
・半導体レーザとカップリングレンズの間に配設された平行平板を回転する、
等、光路を偏向する(レーザビームを微小角度だけ偏向する)「光路偏向手段」の構成が従来より提案されている。しかし、従来の方法では装置が大型化する、消費電力/発熱/騒音が大きい、等の問題があった。
An optical scanning device, particularly a multi-beam scanning device, is often provided with “light beam position correcting means” for initial adjustment of a beam spot position on a surface to be scanned and correction of environmental / time-dependent fluctuations.
As a basic configuration of the light beam position adjusting means,
・ Rotate the folding mirror,
・ Shift / rotate the cylindrical lens,
・ Shift / rotate the prism,
・ Use electro-optic element, AOM,
-Rotate a parallel plate arranged between the semiconductor laser and the coupling lens,
For example, a configuration of an “optical path deflecting unit” that deflects an optical path (deflects a laser beam by a minute angle) has been proposed. However, the conventional method has problems such as an increase in the size of the apparatus and large power consumption / heat generation / noise.
そのため本発明では、図1に示すように、光路偏向手段として、小型/軽量化/省エネルギー対応可能、無騒音/無発熱である等の特徴を有する「液晶素子」43を採用した。
液晶素子43のもつ「位相を変調する」機能により、液晶素子に入射するレーザビームの位相を変化させることができる。また、外部から与えられる電気信号により液晶層内の位相を副走査方向に勾配を形成するような液晶素子を構成することができる。このような液晶素子は、レーザビームを微小角度偏向する光路偏向手段、すなわち「偏向素子」として使用することができる(解決手段の(7)の構成)。図1記載の液晶素子43を偏向素子として用いることにより、被走査面(感光体ドラム面)16におけるビームスポット位置を副走査方向に移動することができる。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, a “liquid crystal element” 43 having features such as miniaturization / weight reduction / capable of energy saving, noiseless / no heat generation, etc. is employed as the optical path deflecting means.
The phase of the laser beam incident on the liquid crystal element can be changed by the function of “modulating the phase” of the
次に、補正用レンズ22によるビームウェスト位置の補正(組立時;初期調整)について説明する。
半導体レーザ11を発射したレーザ光は、以降の光学系の特性に応じて、カップリングレンズ12により、平行光束又は弱い発散光束又は弱い収束光束にカップリングされる。半導体レーザ11とカップリングレンズ12の位置合わせを高精度に行い、カップリングレンズ12を出射するレーザビームの「平行度合」を最適に(設計値通りに)調整した場合でも、組み合わされる光学系の部品ばらつき、組み付けばらつきの影響により、被走査面付近のビームウェスト位置がずれてしまうことが多い。また、本実施例1のようにセル構造をもつ液晶素子43が付加されている場合には、液晶層を2枚のガラス基板間に封入する際の圧力のばらつき、あるいは液晶層を一定層厚に維持するためのスペーサ部材の寸法ばらつき等の影響により、液晶素子の中央部付近が凸形状又は凹形状になりレンズ効果を生じる恐れがある。このようなビームウェスト位置ずれを補正する手段として、下記の補正用レンズ22を付加することができる。
Next, correction of the beam waist position by the correction lens 22 (during assembly; initial adjustment) will be described.
The laser light emitted from the
図1に示す光走査装置20においては、液晶素子43とシリンドリカルレンズ13との間に、下記の特徴を有する補正用レンズ22を配設した。なお、補正用レンズ22とシリンドリカルレンズ13により第一光学系が構成される(解決手段の(2)の構成)。また、前述の解決手段の(1)の構成のように、第一光学系は、少なくとも、[1]副走査方向に正パワーの面を有する光学素子(レンズ等)、及び、[2]主走査方向に正パワーの面を有する光学素子(レンズ等)、から構成される。
In the
本実施例1においては、「[1]副走査方向に正パワーの面を有する光学素子」は、シリンドリカルレンズ13(及び補正用レンズ22)であり、ポリゴンミラー14の偏向反射面近傍にて、主走査方向に長い(副走査方向に結像した)線像を形成する。
一方、「[2]主走査方向に正パワーの面を有する光学素子」は、補正用レンズ22である。画像形成装置用の光走査装置の場合、レーザビーム(ビームスポット)が主走査方向に移動しながら被走査面(感光体表面)を露光するので、主走査方向の露光ビームは静止時の主走査ビームスポット径よりも太くなる。従って静止時のビームスポット径は、副走査方向より主走査方向を小さく設定する必要がある。そこで「主走査方向に正パワーの面を有するレンズ」により、優先的に主走査方向のビームウェスト位置を補正することが望ましい。具体的には、第一光学系を構成する光学素子の少なくとも1つ(例えば、補正用レンズ22)を、光軸方向に移動調整可能に設けておけば、光走査装置の組立時に、ビームウェスト位置の調整を行うことができる(解決手段の(3)の構成)。
In the first embodiment, the “[1] optical element having a positive power surface in the sub-scanning direction” is the cylindrical lens 13 (and the correction lens 22), in the vicinity of the deflection reflection surface of the
On the other hand, “[2] optical element having a positive power surface in the main scanning direction” is the
実施例1記載の補正用レンズ22は、第一面が共軸面(回転対称面)となっているが、このような共軸面とすることにより、面の加工を容易化することができ、また、光走査装置への組付時の(回転軸方向の)取付公差を緩和することが可能となる(解決手段の(5)の構成)。なお、上述のように補正用レンズの機能として、少なくとも主走査方向のビームウェスト位置の補正を行えればよいため、補正用レンズ22は少なくとも主走査方向に正パワーの面を有すればよい。
In the
補正用レンズ22を付加することにより、下記のような効果を得ることができる。
[1]補正レンズを光軸方向に移動することで、光走査装置全系でビームウェスト位置調整が可能となり、他の光学素子の部品公差/取付公差を緩和することが可能となる。
[2]安定した小径ビームスポットを得ることができる。
[3]ビーム整形が可能。
以上のことから、液晶素子(偏向素子)43と補正用レンズ22を付加することにより、被走査面16における走査線間隔の高精度化と小径ビームスポット化を達成することが可能となる。
By adding the
[1] By moving the correction lens in the optical axis direction, the beam waist position can be adjusted in the entire system of the optical scanning device, and the component tolerance / mounting tolerance of other optical elements can be relaxed.
[2] A stable small-diameter beam spot can be obtained.
[3] Beam shaping is possible.
From the above, by adding the liquid crystal element (deflection element) 43 and the
次に温度変化時のビームウェスト位置補正について説明する。
光走査装置のポリゴンミラー前光学系の光路図を示した図5及び図6を用いて、液晶素子近傍の温度が変化した場合のビームウェスト位置の挙動について検討する。なお、図5及び図6において、X方向は光路(光軸)に沿った方向、Y方向は主走査(対応)方向、Z方向は副走査(対応)方向である。また、(主)はポリゴンミラー前光学系の主走査方向の断面(主走査断面)、(副)はポリゴンミラー前光学系の副走査方向の断面(副走査断面)を示している。
Next, beam waist position correction when the temperature changes will be described.
The behavior of the beam waist position when the temperature in the vicinity of the liquid crystal element changes will be examined with reference to FIGS. 5 and 6 showing the optical path diagram of the optical system in front of the polygon mirror of the optical scanning device. 5 and 6, the X direction is the direction along the optical path (optical axis), the Y direction is the main scanning (corresponding) direction, and the Z direction is the sub scanning (corresponding) direction. Further, (main) shows a cross section in the main scanning direction of the optical system before the polygon mirror (main scanning cross section), and (sub) shows a cross section in the sub scanning direction of the optical system in front of the polygon mirror (sub scanning section).
<<従来例>>補正用レンズを付加していない光学系の場合:
図5は従来例として、補正用レンズ22を付加していない場合の例を示す。
図5(b)に示す常温の場合、カップリングレンズ12により平行光束に変換されたレーザビーム(光束)は、液晶素子43を通過し、シリンドリカルレンズ13に平行光束の状態で入射する。従ってポリゴンミラー14に入射するレーザビーム(光束)は、主走査方向では平行光束であり、副走査方向ではシリンドリカルレンズ13の作用により(主走査方向に長い)線像として結像することになる。
<< Conventional example >> For an optical system without a correction lens:
FIG. 5 shows an example in which the
5B, the laser beam (light beam) converted into a parallel light beam by the
ところが、前述の「発明が解決しようとする課題」で述べたように、液晶素子43は、数[μm]〜数十[μm]程度の液晶層を2枚のガラス基板で密封したセル構造となっている。そのため光走査装置内の液晶素子43近傍の温度が上昇した場合(図5(a))、液晶素子43の中央部が膨らみ、結果としてレンズ効果(正パワー)を発生する恐れがある。これに伴い主走査方向ではポリゴンミラー14に入射するレーザビーム(光束)は収束光束となり、副走査方向ではポリゴンミラー14よりシリンドリカルレンズ13側にて線像が形成される。その結果として、被走査面16付近のビームウェスト位置は、主走査方向/副走査方向共にポリゴンミラー14側にずれてしまうことになる。
液晶素子43近傍が低温になった場合(図5(c))には、液晶素子43が負パワーのレンズ効果を示すため、図5(a)の場合とは逆に、被走査面16付近のビームウェスト位置はポリゴンミラー14から遠ざかる向きにずれることになる。
However, as described in the above-mentioned “Problems to be Solved by the Invention”, the
When the vicinity of the
<<本発明の実施例>>補正用レンズ(樹脂製)22を付加した光学系の場合:
次に、熱膨張率の大きい樹脂から構成され、正パワーを有する補正用レンズ22を付加した場合について、図6を用いて説明する。
図6(b)に示す常温の場合には、カップリングレンズ12によりカップリングされたレーザビーム(光束)は、弱い発散光束にカップリングされている。このレーザビームは正パワーを有する補正用レンズ22の作用により主走査方向/副走査方向共に平行光束に変換された後、シリンドリカルレンズ13に入射する。従ってポリゴンミラー14に入射するレーザビーム(光束)は、主走査方向では平行光束であり、副走査方向ではシリンドリカルレンズ13の作用により(主走査方向に長い)線像として結像することになる。
<< Embodiment of the Invention >> In the case of an optical system to which a correction lens (made of resin) 22 is added:
Next, a case where a
In the case of room temperature shown in FIG. 6B, the laser beam (light beam) coupled by the
液晶素子43及び補正用レンズ22の近傍が高温になった場合(図6(a))、液晶素子43は正パワーを発生することになり、液晶素子43を出射するレーザビーム(光束)の「発散度合い」は弱くなる(平行光束に近くなる)。ところが、(入射面に正パワーを有する)補正用レンズ22の入射面の曲率半径は、温度上昇に伴い大きくなるため、補正用レンズ22の正パワーは弱くなり、補正用レンズ22を出射するレーザビームは常温の場合と同様に平行光束に変換することができる。従ってポリゴンミラー14に入射するレーザビームの特性(光束の平行度合い)は常温の場合と同様の状態とすることができるので、被走査面16付近のビームウェスト位置ずれの発生を抑制することができる。すなわち、温度上昇時には、「液晶素子43にて正パワーが発生すること」と「補正用レンズ22の正パワーが弱くなること」の効果が相殺され、被走査面16付近のビームウェスト位置ずれの発生を抑制し、安定した小径ビームスポットを獲得することができる(解決手段の(4)の構成)。
また、液晶素子43及び補正用レンズ22の近傍が低温になった場合(図6(c))には、液晶素子43が負パワーのレンズ効果を示すが、補正用レンズ22の正パワーは強くなる。そのため両者の効果が相殺され、被走査面16付近のビームウェスト位置ずれの発生を抑制することができる。
When the vicinity of the
Further, when the vicinity of the
なお、補正用レンズ22を樹脂製とする別のメリットとして、成型用金型を用いて低コストにて大量生産が可能であることが挙げられる。成型用金型を用いる場合には、非球面形状を創成することも容易である。一方、材質がガラスである場合には、補正用レンズを1個ずつ機械加工により研削/研磨する必要があり、大量生産には不向きである。
Another advantage of using the
[数値例]
本実施例1の光走査装置において、補正用レンズ22によるビームウェスト位置の補正(組立時;初期調整)について、図1を参照しながら具体的な光学系データを示して説明する。
ここでは、半導体レーザ11の発振波長を655nm、カップリングレンズ12の焦点距離fCOLを15mmとする。ただし、カップリングレンズ12の第1面及び第2面は共軸非球面であり、数値は示さないがカップリングレンズ12による波面収差は良好に補正されている。カップリングレンズ12から射出した光束は発散光束とし、カップリングレンズ12の第2面から発光点側(被走査面とは反対側)に189.8mm離れた位置に自然集光する。
[Numeric example]
In the optical scanning device according to the first embodiment, correction of the beam waist position (when assembling; initial adjustment) by the
Here, the oscillation wavelength of the
カップリングレンズ12を出射したレーザビームは、図示しないアパーチャ(開口)によりビーム整形され、液晶素子43を透過した後、補正用レンズ22に入射する。カップリングレンズ12の第2面からアパーチャまでの距離は10.9mm、アパーチャから液晶素子43までの距離は1.0mm、液晶素子43から補正用レンズ22の第1面までの距離は24mmとした。なお、アパーチャ(開口)は、主走査×副走査:3.54mm×1.44mmの矩形形状である。
The laser beam emitted from the
次に、補正用レンズ22から被走査面16までの光学系データを表1に示す。表1中、主走査方向の曲率半径をRm、副走査方向の曲率半径をRs、使用波長での屈折率をNとする。ここで、補正用レンズ22の入射側と出射側を面番号1、面番号2とし、シリンドリカルレンズ13の入射側と出射側を面番号3、面番号4とし、ポリゴンミラー14の偏向反射面を面番号5とし、第1走査レンズ15−1の入射側と出射側を面番号6、面番号7とし、第2走査レンズ15−2の入射側と出射側を面番号8、面番号9とし、被走査面16を面番号10とする。なお、像高H=0に至るレーザビームの、ポリゴンミラー14に対する入射角と反射角のなす角度は60°である。また、表1において「*」が付された面は、非球面形状であることを示している。
Next, Table 1 shows optical system data from the
補正用レンズ22を光軸方向に移動すると、被走査面16付近での主走査ビームウエスト位置は、下記の表2に示すように補正用レンズ22の移動量に対してほぼ直線的に移動する。したがって、高精度な主走査ビームウエスト位置調整が可能になり、小径かつ安定したビームスポット径が確保できる。なお、ここでは、補正レンズ22をポリゴンミラーに近づける方向に移動させている。主走査ウェスト位置変化量の符号のマイナスは、ビームウェスト位置がポリゴンミラー側に移動することを示している。また、副走査方向のビームウェスト位置も、補正用レンズ22の移動に伴い変化する。これを補正する必要がある場合には、シリンドリカルレンズ13を光軸方向に移動可能な構成とすれば、副走査ビームウェスト位置の補正を独立して行うことができる。
When the
補正用レンズ22の第1面(面番号1)は表1に記載の通り球面形状としたが、これにより波面収差が劣化する恐れがある。これを回避するため、非球面成分を付加しても構わない(解決手段の(6)の構成)。この場合、成型用金型を用いて成型加工することにより、非球面形状であっても低コストで大量生産が可能である。
Although the first surface (surface number 1) of the
次に温度変化時のビームウェスト位置補正について説明する。
光走査装置内部の熱源(ポリゴンミラー14を回転するポリゴンモータ等)や外部の熱源(後述の定着器等)の影響により、光走査装置内の温度は変化することが多い。光走査装置内の温度が、25℃から45℃に変化したときのビームウエスト位置変化を以下に示す。本検討においては、光走査装置内の液晶素子43及び補正用レンズ22近傍のみが温度変化したことを想定している。
Next, beam waist position correction when the temperature changes will be described.
The temperature in the optical scanning device often changes due to the influence of a heat source (such as a polygon motor that rotates the polygon mirror 14) inside the optical scanning device or an external heat source (such as a fixing device described later). The beam waist position change when the temperature in the optical scanning device is changed from 25 ° C. to 45 ° C. is shown below. In this examination, it is assumed that only the vicinity of the
液晶素子43は、液晶層を2枚のガラス基板で密封したセル構造であり、温度上昇に伴い中央部が膨れ正パワーのレンズ効果を生じる。例えば実験的には、縦×横:16×16[mm](厚さ:0.3[mm])の2枚のガラス基板で、層厚:数10[μm]の液晶層を密封した液晶素子の場合、20℃の温度上昇(25℃→45℃)にて、λ/0.4(λ=655nm)相当の透過波面収差が発生した。この影響により、補正用レンズ22を付加しない場合には、主走査方向ビームウェスト位置が、ポリゴンミラー側に移動する。なお、補正用レンズ22を付加しない場合は、カップリングレンズ12を出射するレーザビーム21は略平行光束にカップリングされており、また、アパーチャ(開口)は、主走査方向×副走査方向:4.0[nm]×1.64[nm]の矩形形状とした。
The
下記の表3は、中央像高付近における温度25℃でのビームウェスト位置を基準として、45℃でのビームウェスト位置の変化量を、下記の補正用レンズ22を付加した場合と比較して示したものである。
ここで、補正用レンズ22を付加した場合のビームウェスト位置補正について考える。補正用レンズ22(樹脂製)の線膨張係数は7.0E−05[1/℃](E−05は×10-5)であり、第一面(共軸面)の曲率半径RはR=120[mm]なので、温度上昇(温度差20℃)に伴い、第一面の曲率半径Rは、
R=120×(1+7.0E−05×20)=120.168[mm]
に変化する。その結果、補正用レンズ22の正パワーは小さくなる。すなわち、補正用レンズ22の効果により、主走査ビームウェスト位置はポリゴンミラー14から遠ざかる向きに移動することになる。
すなわち、温度上昇に伴い液晶素子43がレンズ効果を示しても、液晶素子43と補正用レンズ22のパワー変化が相殺され、主走査ビームウェスト位置変化の発生を低減することが可能となる。
Table 3 below shows the amount of change in the beam waist position at 45 ° C. with reference to the beam waist position at a temperature of 25 ° C. in the vicinity of the central image height as compared with the case where the following
Consider beam waist position correction when the
R = 120 × (1 + 7.0E−05 × 20) = 120.168 [mm]
To change. As a result, the positive power of the
That is, even if the
[実施例2]
次に、マルチビーム光走査装置の一例について説明する。
本発明の構成、動作を説明する一実施例(実施例1)として、1本のレーザビームを走査する「シングルビーム光走査装置」を図1を用いて説明したが、近年、レーザプリンタやデジタル複写機におけるプリント速度の高速化やプリント密度の高密度化の要求が高まり、それを達成する光走査装置として、複数のレーザビームを同時に走査する「マルチビーム光走査装置」が主流になっている。
[Example 2]
Next, an example of a multi-beam optical scanning device will be described.
As a first embodiment (first embodiment) for explaining the configuration and operation of the present invention, a “single beam optical scanning device” that scans one laser beam has been described with reference to FIG. The demand for higher printing speed and higher printing density in copiers has increased, and “multi-beam optical scanning devices” that simultaneously scan multiple laser beams have become the mainstream as optical scanning devices that achieve them. .
図2は、その具体例として、2本のレーザビームを同時に走査するマルチビーム走査装置を説明する図である。図1において、符号11a,11bは光源、12a,12bはカップリングレンズ、13はシリンドリカルレンズ、14は偏向器の一例であるポリゴンミラー、15は第1走査レンズ15−1と第2走査レンズ15−2からなる走査光学系、16は被走査面(例えば感光体ドラム)、22a,22bは補正用レンズ、43a,43bは液晶素子である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a multi-beam scanning device that simultaneously scans two laser beams as a specific example. In FIG. 1,
マルチビーム光源である2つの半導体レーザ11a,11bから発射され各々カップリングレンズ12a,12bを出射した2本のレーザビーム21a,21bは、共通のシリンドリカルレンズ13の作用により偏向器であるポリゴンミラー14の偏向反射面上に(副走査方向に結像し、主走査方向に長い)線像として結像され、走査光学系(第1、第2走査レンズ)15により、被走査面(感光体ドラム)16上をビームスポットとして走査される。本マルチビーム光走査装置20−1においては、2本のレーザビーム21a,21bが、共通の被走査面(感光体ドラム)16に導かれる構成である(解決手段の(8)の構成)。
The two
このような複数のレーザビームで共通の被走査面を走査する「マルチビーム光走査装置」においては、レーザビームの少なくとも1つの光路中に配設された、偏向機能を有する液晶素子43a,43bを駆動/制御することにより、被走査面上の複数ビームの間隔(走査線間隔)を所定の値に補正することが可能である。これにより高精度に走査線間隔を維持して複数ビームを走査することが可能な「マルチビーム光走査装置」を提供することができる。
また、画像形成装置の露光手段として使用した場合には、オペレータ(使用者)の要求に応じ、走査密度切替(高速化⇔高密度化の切替)に対応することも可能である。
また、液晶素子43a,43bを全て(2本)のレーザビーム21a,21bの光路に配設した図2の実施例の構成とは異なり、必要に応じて液晶素子の使用個数を低減しても構わない。
In such a “multi-beam optical scanning device” that scans a common surface to be scanned with a plurality of laser beams,
Further, when used as an exposure unit of an image forming apparatus, it is possible to cope with scanning density switching (switching between high speed and high density) according to the request of an operator (user).
Further, unlike the configuration of the embodiment of FIG. 2 in which all the
なお、図2においては、2本のレーザビーム21a,21bは、主走査断面にてポリゴンミラー14の偏向反射面近傍で互いに交差する構成を採用している。このような構成を採用することにより、ポリゴンミラー14での反射点の差異に起因する2本のレーザビーム間の光学特性の偏差(結像位置、倍率等)の発生を抑制することが可能となる。
In FIG. 2, the two
[実施例3]
次に、マルチビーム光走査装置の別の例について説明する。
上述の実施例2の「マルチビーム光走査装置」の場合とは異なり、複数の光源から出射した複数のレーザビームを、互いに異なる被走査面に導く構成を採用することができる(解決手段の(9)の構成)。
以下、図3を用いて実施例3のマルチビーム光走査装置を説明する。図3は「マルチビーム光走査装置」のポリゴンミラー14から被走査面(例えば、感光体ドラム)16Y、16Mまでの光学レイアウト(副走査断面)を示す図である。本図においては、図示しない2個の光源から出射された2本のレーザビームが、共通のポリゴンミラー14により偏向反射された後、共通の第1走査レンズ15−1を通過し、各々異なる第2走査レンズ15−2Y,15−2Mを通過し、異なる被走査面(感光体ドラム)16Y,16M上を照射する。
[Example 3]
Next, another example of the multi-beam optical scanning device will be described.
Unlike the case of the “multi-beam optical scanning device” of the second embodiment described above, it is possible to adopt a configuration in which a plurality of laser beams emitted from a plurality of light sources are guided to different scanning surfaces (the solution means ( 9)).
Hereinafter, the multi-beam optical scanning apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an optical layout (sub-scanning cross section) from the
なお、図示していないが、光源からポリゴンミラー14に至る光路中には、光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光ビームをポリゴンミラー14に導く第一光学系が配設されており、この第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有している。また、光源を出射した2本のレーザビームの光路の少なくとも一方には、位相変調機能を有する液晶素子(図示せず)が配設されている。被走査面となる感光体16Y,16Mは図中の矢印の方向(副走査方向に対応)に回転しているが、液晶素子を用いてレーザビームの光路を偏向することで、2つの感光体ドラム16Y,16Mにおける走査線(レーザビーム照射位置の副走査方向位置)の「相対的な」位置関係を補正することが可能となる。
Although not shown, in the optical path from the light source to the
なお、図3ではポリゴンミラー14の右側に配置した光学系のみを示しているが、ポリゴンミラーの左側にも対称に同様の光学系を配置し、一つのポリゴンミラーで4本の光ビームを走査して、4つの感光体ドラムにイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)の各潜像を形成する構成にすれば、タンデム式のカラー画像形成装置の露光手段を構成することができ、感光体ドラム(被走査面)間の色ずれの少ないプリント出力画像を獲得することができる。
In FIG. 3, only the optical system arranged on the right side of the
[実施例4]
次に本発明に係る画像形成装置の実施例について説明する。
図4は、本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略断面図である。この画像形成装置は、光走査装置20、帯電器61、現像器62、転写器63、定着器64、像担持体(例えば、感光体ドラム)16及びクリーニング部65を有してなり、露光手段である光走査装置20から感光体ドラム16に光書込みを行い、電子写真法により、感光体16上に静電潜像を形成する。
[Example 4]
Next, an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention. The image forming apparatus includes an
より詳しく述べると、この画像形成装置による画像形成の原理は周知の通りであり、感光体ドラム16は帯電器61により一様に帯電され、光走査装置20によって形成される露光分布に応じて電位が低下し、感光体ドラム16上に静電潜像が形成される。感光体ドラム上に形成された静電潜像は現像器62により現像され、潜像にトナーが付着して顕像化される。感光体ドラム16に形成されたトナー像は、転写器63により記録媒体(例えば、記録用紙)に転写された後、記録用紙上のトナー像は定着器64によって記録用紙に融解固着される。また、クリーニング部65は、転写後の感光体16上に残留したトナーを除去する。
More specifically, the principle of image formation by this image forming apparatus is well known, and the
なお、図4では、感光体ドラム16に形成したトナー像を記録用紙に直接転写する構成としたが、この他、感光体ドラム16に形成したトナー像を一旦、中間転写体(中間転写ベルトや中間転写ドラム等)に転写した後、中間転写体から記録用紙に転写する構成としてもよい。また、中間転写体を用いる場合には、1つの感光体ドラム16に対して複数色の現像器(例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像器)を設けておけば、いわゆる1ドラム−中間転写方式のカラー画像形成装置を構成することができる。さらに、図4に示す構成の画像形成部を記録媒体(または中間転写体)の搬送方向に4つ並設して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部とすれば、タンデム式のカラー画像形成装置を構成することができる。
In FIG. 4, the toner image formed on the
ここで、以上のような画像形成装置(またはカラー画像形成装置)の光走査装置20として、これまで説明した本発明にかかる光走査装置(実施例1)又はマルチビーム光走査装置(実施例2)を適用することにより、前述の効果、すなわち、ビームスポット径の小径化を図り、尚且つ、高精度なビームスポット位置調整やビームピッチ調整が可能、あるいは、初期調整によるビームスポット径の補正が可能で、尚且つ、ビームスポット径の温度変動による変化を小さくすることが可能となるため、高品質の出力画像を得ることができる。
Here, as the
なお、本発明に係る光走査装置及び画像形成装置を用いれば、以上に説明したように、1つの部品に多くの機能、すなわち、温度補償、初期調整によるビームスポット安定化、共軸化によるビームスポット径の安定化、ビームスポット位置調整、走査線ピッチ調整、ゴースト防止、複数ビーム時のポリゴンミラーへの入射角低減機能を持たせることができるだけでなく、
[1]部品点数の低減による低コスト化が可能、
[2]余計な部品が増えないので、部品誤差による光学特性の劣化を防止、
という効果も得ることができ、総合的な光学特性の向上を図ることができる。
If the optical scanning device and the image forming apparatus according to the present invention are used, as described above, one component has many functions, that is, temperature compensation, beam spot stabilization by initial adjustment, and beam by coaxialization. In addition to stabilizing the spot diameter, adjusting the beam spot position, adjusting the scanning line pitch, preventing ghosting, and reducing the incident angle to the polygon mirror when using multiple beams,
[1] Lower costs by reducing the number of parts,
[2] Since unnecessary parts do not increase, optical characteristics are prevented from deteriorating due to part errors.
Can be obtained, and overall optical characteristics can be improved.
以上説明したように、本発明に係る光走査装置やマルチビーム光走査装置は、レーザプリンタ、デジタル複写機、レーザファクシミリ、レーザプロッタ等の画像形成装置(またはカラー画像形成装置)のレーザ書込光学系(露光手段)に好適に用いることができ、高品質の出力画像を得ることができる画像形成装置(またはカラー画像形成装置)を実現できる。また、本発明に係る光走査装置やマルチビーム光走査装置は、レーザ走査式の画像表示装置や、レーザ走査式の計測装置等に利用することができる。 As described above, the optical scanning device and the multi-beam optical scanning device according to the present invention are laser writing optics of an image forming apparatus (or color image forming apparatus) such as a laser printer, a digital copying machine, a laser facsimile, and a laser plotter. An image forming apparatus (or color image forming apparatus) that can be suitably used for a system (exposure means) and can obtain a high-quality output image can be realized. The optical scanning device and multi-beam optical scanning device according to the present invention can be used for a laser scanning image display device, a laser scanning measurement device, and the like.
11,11a,11b:半導体レーザ
12,12a,12b:カップリングレンズ
13:シリンドリカルレンズ
14:ポリゴンミラー(偏向器)
15:走査光学系
15−1:第1走さレンズ
15−2,15−2M,15−2Y:第2走査レンズ
16,16M,16Y:感光体ドラム(被走査面)
20:光走査装置(露光手段)
20−1:マルチビーム光走査装置(露光手段)
21,21a,21b:レーザビーム(光ビーム)
22,22a,22b:補正用レンズ
43,43a,43b:液晶素子
61:帯電器
62:現像器(現像手段)
63:転写器(転写手段)
64:定着器(定着手段)
65:クリーニング部
11, 11a, 11b:
15: Scanning optical system 15-1: First running lens 15-2, 15-2M, 15-2Y:
20: Optical scanning device (exposure means)
20-1: Multi-beam optical scanning device (exposure means)
21, 21a, 21b: Laser beam (light beam)
22, 22a, 22b:
63: Transfer device (transfer means)
64: Fixing device (fixing means)
65: Cleaning section
Claims (10)
上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、
上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、
上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、
上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子と、
を有する光走査装置において、
上記第一光学系は、少なくとも、
[1]副走査方向に正パワーの面、
[2]主走査方向に正パワーの面、
を有する光学素子から構成されることを特徴とする光走査装置。 A light source;
A deflector for deflecting the light beam from the light source;
A coupling lens for coupling a light beam from the light source;
A first optical system for guiding a light beam from the coupling lens to the deflector;
A scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned;
A phase-modulable liquid crystal element disposed in an optical path from the light source to the surface to be scanned and driven by an electrical signal;
In an optical scanning device having
The first optical system includes at least
[1] Positive power surface in the sub-scanning direction,
[2] Positive power surface in the main scanning direction,
An optical scanning device comprising an optical element having
上記第一光学系は、少なくとも2つの光学素子から構成されることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
The first optical system is composed of at least two optical elements.
上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも1つは、光軸方向に移動調整可能であることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device characterized in that at least one of the optical elements constituting the first optical system is movable and adjustable in the optical axis direction.
上記第一光学系を構成する光学素子の少なくとも1つは樹脂製であることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device characterized in that at least one of the optical elements constituting the first optical system is made of resin.
上記第一光学系を構成する光学素子の1つの少なくとも1面は、共軸(回転対称)であることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device, wherein at least one surface of one of the optical elements constituting the first optical system is coaxial (rotationally symmetric).
上記共軸(回転対称)である面は、非球面形状であることを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 5.
2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the surface that is coaxial (rotationally symmetric) has an aspherical shape.
上記液晶素子による位相変調にて、該液晶素子に入射した光ビームの光路を偏向することを特徴とする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
An optical scanning device characterized by deflecting an optical path of a light beam incident on the liquid crystal element by phase modulation by the liquid crystal element.
上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、
上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、
上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、
上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子と、
を有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、
上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも1つに上記液晶素子を配設し、少なくとも2つの光ビームが共通の被走査面に導かれることを特徴とするマルチビーム光走査装置。 Multiple light sources;
A deflector for deflecting the light beam from the light source;
A coupling lens for coupling a light beam from the light source;
A first optical system for guiding a light beam from the coupling lens to the deflector;
A scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned;
A phase-modulable liquid crystal element disposed in an optical path from the light source to the surface to be scanned and driven by an electrical signal;
The first optical system has at least a positive power surface in the sub-scanning direction and a positive power surface in the main scanning direction.
A multi-beam optical scanning device, wherein the liquid crystal element is disposed in at least one of optical paths of a plurality of light beams emitted from the light source, and at least two light beams are guided to a common scanned surface.
上記光源からの光ビームを偏向する偏向器と、
上記光源からの光ビームをカップリングするカップリングレンズと、
上記カップリングレンズからの光ビームを上記偏向器に導く第一光学系と、
上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
上記光源から被走査面までの光路中に配設され、電気信号にて駆動される位相変調可能な液晶素子と、
を有し、上記第一光学系は、少なくとも、副走査方向に正パワーの面を有し、主走査方向に正パワーの面を有するマルチビーム光走査装置において、
上記光源から出射する複数の光ビームの光路の少なくとも1つに上記液晶素子を配設し、複数の光ビームの少なくとも1つは、他の光ビームとは異なる被走査面に導かれることを特徴とするマルチビーム光走査装置。 Multiple light sources;
A deflector for deflecting the light beam from the light source;
A coupling lens for coupling a light beam from the light source;
A first optical system for guiding a light beam from the coupling lens to the deflector;
A scanning optical system for guiding the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned;
A phase-modulable liquid crystal element disposed in an optical path from the light source to the surface to be scanned and driven by an electrical signal;
The first optical system has at least a positive power surface in the sub-scanning direction and a positive power surface in the main scanning direction.
The liquid crystal element is disposed in at least one of optical paths of a plurality of light beams emitted from the light source, and at least one of the plurality of light beams is guided to a surface to be scanned different from other light beams. Multi-beam optical scanning device.
上記露光手段として、請求項1〜7のいずれか一つに記載の光走査装置、あるいは請求項8または9記載のマルチビーム光走査装置を用い、上記像担持体上に潜像を形成することを特徴とする画像形成装置。
An image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier with a light beam to form a latent image, a developing unit that develops and visualizes the latent image formed on the image carrier, and the image carrier. In an image forming apparatus comprising a transfer unit that transfers an image visualized on a body to a recording medium, and a fixing unit that fixes the image transferred to the recording medium.
A latent image is formed on the image carrier using the optical scanning device according to any one of claims 1 to 7 or the multi-beam optical scanning device according to claim 8 or 9 as the exposure means. An image forming apparatus.
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---|---|---|---|
JP2004006820A JP2005202038A (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | Optical scanner and image forming device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007121538A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Seiko Epson Corp | Image display device |
JP2007226130A (en) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Ricoh Co Ltd | Optical scanner, image forming apparatus, and phase modulation method |
CN106154681A (en) * | 2016-08-26 | 2016-11-23 | 电子科技大学 | A kind of phased laser array Multibeam synthesis system and method |
-
2004
- 2004-01-14 JP JP2004006820A patent/JP2005202038A/en active Pending
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