JP2007114522A - タンデム型対応走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の配置の自由度を確保するとともに、主走査方向の像面湾曲を抑制でき、小型で高性能なタンデム型対応走査光学装置を得る。
【解決手段】 四つの半導体レーザと、該レーザからの光束を偏向するポリゴンミラー１と、該ポリゴンミラー１で偏向された光束を各感光体７上に走査、結像させる共通レンズ２と個別レンズ５とを備えたタンデム型対応走査光学装置。四つの個別レンズ５はそれぞれ主走査方向と副走査方向にパワーを持っている。個別レンズ５の少なくとも一つは該個別レンズから感光体までの距離が他の個別レンズから感光体までの距離とは異なっている。共通レンズ１の少なくとも１面を副走査方向に対して傾けることによって、主走査方向の像面湾曲を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンデム型対応走査光学装置、特に、電子写真法によってタンデム方式でカラー画像を形成する複写機やプリンタなど画像形成装置に搭載される走査光学装置に関する。

従来、色の三原色及び黒色の画像をそれぞれ形成するための複数の感光体を並置し、該感光体上に形成されたそれぞれの色の画像を中間転写体上に順次１次転写して合成し、該合成画像を転写材上に２次転写するようにした、タンデム型の画像形成装置が種々提供されている。

この種のタンデム型対応走査光学装置では、単一の偏向器で４色のそれぞれに対応した描画用光束を偏向し、できるだけ共通の光学素子を用いて四つの光束を各感光体に導くことが構成の簡略化を図るうえで好ましい。但し、この場合でも各色の光路の終端側で各光束を個別に走査／結像させる個別光学素子を設ける必要がある。

従来、特許文献１には、偏向器の１面に４色それぞれを描画する光束を集光させ、同時に偏向された光束を共通走査レンズと該共通走査レンズよりも感光体に近い位置に配置した個別走査レンズとで走査するタンデム型対応走査光学装置において、個別走査レンズから感光体までの距離が四つの光路においてともに等しく設定された構成が記載されている。この走査光学装置において、各光源からの光束は偏向器に副走査方向に所定の角度を持って入射され（以下、斜入射と記す）、光路は副走査方向に外側二つ内側二つの計４段に傾斜状態で分岐され、個別走査レンズは外側二つの光路において一対の同形レンズとし、内側二つの光路において一対の同形レンズとしている。

また、特許文献２には、個別光学素子として副走査方向にのみパワーを持つ折返しミラーを用い、該ミラーと感光体までの距離を、偏向器への各光束の斜入射角度に応じて光路ごとに変え、被走査面（感光体）上での走査線湾曲の色ごとの差を抑制する構成が記載されている。

ところで、この種のタンデム型の画像形成装置においては、その構成上、各色ごとに感光体を含む独立した作像ユニットを備えているため、通常多用されるモノクロ画像の形成に際しては黒色の作像ユニットの作像スピードをカラー画像形成時よりも高速化できる利点を有している。その場合、黒色の作像ユニットではトナー容量や廃トナー容量などがカラーの作像ユニットとは異なる別構成になる。

しかしながら、前記特許文献１に記載の走査光学装置のように、走査光学系の最終端に配置された個別走査レンズから感光体までの距離が全て等しいことが前提であると、走査光学系と現像器との間に無駄な空間が存在することになり、結果として走査光学装置ひいては画像形成装置が大型化するという問題点を生じる。

一方、前記特許文献２に記載の走査光学装置のように、個別光学素子が副走査方向にのみパワーを持つ場合は、個別光学素子よりも偏向器に近い位置に配置された共通光学素子のみで光束を被走査面上の所定の主走査方向位置に結像させなければならない。しかし、これでは、個別光学素子が主走査方向にもパワーを持つ場合に比べて収差補正の点で不利になり、共通光学素子の光軸方向の厚みを厚くするか、共通光学素子を複数配置しなければならず、コスト高となってしまう。また、偏向器への斜入射角度の差に起因する走査線湾曲（主走査方向像面湾曲）の差を抑制するため、斜入射角度と個別光学素子と感光体までの距離をバランスさせようとすると、個別光学素子と感光体までの距離が斜入射角度により制約を受けてしまうため、配置上の自由度が減少するという問題点も有している。
特開２００３−５１１３号公報 特開２０００−１８０７４９号公報

そこで、本発明の目的は、光学素子の配置の自由度を確保するとともに、主走査方向の像面湾曲を抑制でき、小型で高性能なタンデム型対応走査光学装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、
複数の光源と、前記複数の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された光束を前記複数の光源に対応した異なる被走査面に結像する少なくとも一つの共通光学素子と、前記複数の光源に対応した、主走査方向と副走査方向にパワーを持つ個別光学素子を前記共通光学素子よりも前記被走査面の近くに配置したタンデム型対応走査光学装置において、
前記共通光学素子の少なくとも１面で、前記被走査面上で画像領域の主走査方向中心を通る前記各光源の各光束の主光線と前記共通光学素子の交点を通って前記主光線と前記偏向器の回転中心軸に平行である平面Ａと前記共通光学素子が交わって形成される断面形状と、前記主光線との交点における面の法線とがそれぞれ平行で、かつ、前記法線と前記偏向器の回転中心軸とのなす角度が９０°でないことを満たし、
前記個別光学素子のうち少なくとも一つは、前記被走査面と前記主光線との交点から、前記主光線と前記個別光学素子の最終面の交点とを結ぶ直線と、前記偏向器の回転中心軸と画像領域の主走査方向に垂直な単位ベクトルの内積ａが他の個別光学素子とは異なること、
を特徴とする。

本発明に係る走査光学装置においては、被走査面の近くに各色の光路に対応した各個別光学素子を配置し、個別光学素子のうち少なくとも一つは他から配置位置（感光体までの距離）を異ならせたため、個別光学素子をスペース効率よく配置することができる。しかも、各個別光学素子に主走査方向と副走査方向にパワーを持たせたため、被走査面までの距離が異なることによって発生する主走査方向の像面湾曲を、共通光学素子の少なくとも１面を副走査方向に傾けることで抑制することができ、小型で高性能なタンデム型対応走査光学装置とすることができる。

なお、共通光学素子が副走査方向に強いパワーを持つ場合、共通光学素子の副走査方向の偏芯誤差により、共通光学素子以後の光路が副走査方向に大きくずれてしまう。このように副走査方向の大きな光路ずれが発生しても光路の分離を可能とするためには、（１）偏向器の反射面での各色の光束の副走査方向分離位置を大きくしておく、（２）偏向器への各色の光束の副走査方向の斜入射角度を大きくする、などの対策が必要である。ところが、（１）の場合は、偏向器を副走査方向に厚くする必要があり、コスト高につながる。一方、（２）の場合は、偏向器の面倒れ誤差によるジッターや、偏向器の軸面間距離の誤差によるピッチむらなどにより画質が劣化してしまう。また、（１），（２）の場合ともに、共通光学素子を副走査方向に厚くする必要があり、コスト高につながってしまう。従って、本発明では、共通光学素子は副走査方向にパワーを持たないものとしている。

本発明に係る走査光学装置において、共通光学素子の少なくとも１面で、前記平面Ａと共通光学素子が交わって形成される断面形状の傾きと、平面Ａに平行で画像領域の主走査方向にずれた平面Ｂと共通光学素子が交わって形成される断面形状の傾きが異なることが好ましい。個別光学素子から被走査面までの距離が異なることに起因する主走査方向の像面湾曲の抑制にさらに有効である。

さらに、個別光学素子に対応する前記内積ａが被走査面の配列に対して順に増加又は順に減少し、主光線と共通光学素子の少なくとも１面との交点と、偏向器の中心を通って偏向器の回転中心軸と画像領域の主走査方向に平行な面との距離の大小関係が内積ａの大小関係と同様であることが好ましい。色ごとに残存する主走査方向の像面湾曲をより有効に抑制することができる。

また、複数の光源と偏向器と共通光学素子とが同一の台板上に配置されていることが好ましい。これにて、光源、偏向器、共通光学素子の相対的な配置精度が高まり、これらの光学素子間の相対的な配置誤差による性能の劣化を抑制できる。

以下、本発明に係るタンデム型対応走査光学装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（第１実施例、図１及び図２参照）
図１（Ａ）に本発明の第１実施例であるタンデム型対応走査光学装置において、ポリゴンミラー１以降の副走査方向Ｚ断面の展開光路を示し、図１（Ｂ）にポリゴンミラー１以降の副走査方向Ｚ断面の光路を示す。

この走査光学装置は、並置された四つの感光体７（７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ）に対して光束ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫを走査露光する。この走査露光によって各感光体７上に形成された画像（静電潜像）は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナーによって現像され、図示しない中間転写体上に１次転写／合成され、さらに、転写材上に２次転写される。このようなカラー画像の形成プロセスはタンデム型として周知であり、その説明は省略する。

走査光学装置は、図示しない四つの半導体レーザを含む光源部と、単一のポリゴンミラー１と、該ポリゴンミラー１から各感光体７間での光路を形成する走査光学系１０とで構成されている。走査光学系１０は、四つの光路に共通の第１レンズ２と、第１折返しミラー３（３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ）と第２折返しミラー４（４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）と、第２レンズ５（５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ）とウインドウガラス６（６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ）とで構成されている。

光源部からはポリゴンミラー１に対して副走査方向Ｚに所定の角度を有する４本の光束が放射され、各光束はポリゴンミラー１の回転に基づいて主走査方向Ｙに等角速度で偏向される。図１において、ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫはポリゴンミラー１で偏向された光束を示し、第１レンズ２及び各第２レンズ５は各光束の収差を補正する機能を有している。

各光束ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫは、ポリゴンミラー１で偏向され、第１レンズ２を透過した後、光束ＢＹは第１折返しミラー３Ｙで反射されて第２レンズ５Ｙ及びウインドウガラス６Ｙを透過し、感光体７Ｙを露光する。光束ＢＭは第１及び第２折返しミラー３Ｍ，４Ｍで反射されて第２レンズ５Ｍ及びウインドウガラス６Ｍを透過し、感光体７Ｍを露光する。光束ＢＣは第１及び第２折返しミラー３Ｃ，４Ｃで反射されて第２レンズ５Ｃ及びウインドウガラス６Ｃを透過し、感光体７Ｃを露光する。光束ＢＫは第１及び第２折返しミラー３Ｋ，４Ｋで反射されて第２レンズ５Ｋ及びウインドウガラス６Ｋを透過し、感光体７Ｋを露光する。

第１レンズ２は各光路に共通に配置されており、その第１面は副走査方向Ｚに対して傾けられている。第１実施例において、第１レンズ２は１枚のレンズで構成されているが、複数枚のレンズで構成されていてもよい。

なお、各光学素子の面番号は、ポリゴンミラー１から光束の進行方向に順次、第１レンズ２に関して第１面及び第２面、第２レンズ５に関して第３面及び第４面、ウインドウガラス６に関して第５面及び第６面と称する。

第２レンズ５は、それぞれ、少なくとも１面が平面でなく主走査方向Ｙと副走査方向Ｚにパワーを有し、各感光体７の近くに配置されている。そして、第１レンズ２の少なくとも１面で、各感光体７上で画像領域の主走査方向Ｙの中心を通る各光束の主光線と第１レンズ２の交点を通って前記主光線とポリゴンミラー１の回転中心軸１ａに平行である平面Ａと第１レンズ２が交わって形成される断面形状と、前記主光線との交点における面の法線とがそれぞれ平行で、かつ、前記法線とポリゴンミラー１の回転中心軸１ａとのなす角度が９０°でないことを満たしている。

また、第２レンズ５のそれぞれは、各被走査面（各感光体７）と前記主光線との交点から、前記主光線と各第２レンズ５の第４面の交点とを結ぶ直線と、ポリゴンミラー１の回転中心軸１ａと画像領域の主走査方向Ｙに垂直な単位ベクトルｎの内積ａがそれぞれ異なっている。即ち、内積ａは、ａ（Ｋ）＞ａ（Ｃ）＞ａ（Ｍ）＞ａ（Ｙ）となっている。換言すれば、各第２レンズ５の第４面と各感光体７との間の距離ａは、ａ（Ｋ）＞ａ（Ｃ）＞ａ（Ｍ）＞ａ（Ｙ）の関係になっている。

この種のタンデム型の画像形成装置においては、黒色の画像を形成する感光体７Ｋは、通常、単独の使用頻度が多いことから、作像スピードをカラー画像形成時よりも速くするなどスペックを変更しており、黒色トナーの消費量も大きくなる。本第１実施例では、黒色の光路において前記距離ａ（Ｋ）を他の距離よりも大きくすることで、消費量の多い黒色トナーボトルの容量を大きくした構成に対応しつつ、各種光学素子の配置の自由度を高めて無駄なスペースを省き、走査光学装置の小型化を図っている。

図２は本第１実施例における被走査面（感光体７）上での主走査方向Ｙの像面湾曲を示す。図２から明らかなように、各被走査面において主走査方向Ｙの像面湾曲は小さくなっている。これは、前述の如く、第１レンズ２の第１面を副走査方向Ｚに傾けていることに起因している。

比較例１として、各光学素子の配置が本第１実施例と同じで、第１レンズ２のいずれの面でも副走査方向Ｚに傾きを持たせない走査光学装置における被走査面上での主走査方向Ｙの像面湾曲を図３に示す。図３から明らかなように、各被走査面において主走査方向Ｙの像面湾曲が大きく発生している。図２と図３のグラフを比較すると、本第１実施例では像面湾曲が比較例１に対して半減していることが分かる。

ここで、本第１実施例における各光学素子の構成データを以下の表１〜表４に示し、表５〜表８に各光路における第１レンズ２及び各第２レンズ５の自由曲面係数データを示す。なお、自由曲面は以下の式（１）に示す自由曲面式にて算出される。

（第２実施例、図４〜図７参照）
本発明の第２実施例である走査光学装置は、基本的には図１に示した前記第１実施例と同様の構成を備えたもので、各光学素子の構成に関しては図１を参照して説明する。

本第２実施例では、ポリゴンミラー１の回転中心軸１ａを通る主走査方向Ｙに平行な平面から、画像領域の中心を通る主光線と第１レンズ２の第１面（副走査方向Ｚに傾いている）の交点までの距離Ｌを、図４に示すように各色ごとに異ならしめている。各第２レンズ５の第４面から各感光体７までの距離ａは前記第１実施例と同様に、ａ（Ｋ）＞ａ（Ｃ）＞ａ（Ｍ）＞ａ（Ｙ）に設定されており、かつ、前記距離ＬもＬ（Ｋ）＞Ｌ（Ｃ）＞Ｌ（Ｍ）＞Ｌ（Ｙ）に設定されている。

図５及び図６に、本第２実施例における第１レンズ２の第１面の各主走査位置での副走査方向Ｚに平行な平面内の断面形状を示す。なお、図５及び図６では、主走査位置がずれたときの傾きの違いをより分かりやすくするために、断面の光軸方向のシフト分を０として示している。

また、図７は本第２実施例における被走査面（感光体７）上での主走査方向Ｙの像面湾曲を示す。本第２実施例では、第１レンズ２の第１面で、前記平面Ａと第１レンズ２が交わって形成される断面形状の傾きと、前記平面Ａに平行で画像領域の主走査方向Ｙにずれた平面Ｂと第１レンズ２が交わって形成される断面形状の傾きが異なっている。即ち、第１レンズ２の第１面において、副走査方向Ｚの平面内の断面形状が主走査方向Ｙの位置によって変化しているので（図５参照）、主走査方向Ｙの像面湾曲を有効に抑制することができる（図７参照）。

ここで、本第２実施例における各光学素子の構成データを以下の表９〜表１２に示し、表１３〜表１６に各光路における第１レンズ２及び各第２レンズ５の自由曲面データを示す。

（第３実施例、図８及び図９参照）
図８に本発明の第３実施例である走査光学装置を示す。この図８はポリゴンミラー１以降の副走査方向Ｚ断面の展開光路を示している。本第３実施例は基本的には前記第１及び第２実施例と同様の構成を備え、図８において図１と同じ部材には同じ符号が付されている。

本第３実施例において、第１レンズ２の配置位置は第１及び第２実施例と同様であるが、各第２レンズ５の配置が異なっている。即ち、各色の画像領域の中心を通る主光線と、各第２レンズ５の第４面の交点と前記主光線と各被走査面（感光体７）の交点を結ぶ直線と、光軸の単位ベクトルｎの内積ａを、ａ（Ｋ）＝ａ（Ｃ）＝ａ（Ｍ）＞ａ（Ｙ）に設定している。

図９は本第３実施例における被走査面（感光体７）上での主走査方向Ｙの像面湾曲を示す。図９から明らかなように、各被走査面において主走査方向Ｙの像面湾曲は小さくなっている。これは、第１レンズ２の第１面の副走査方向Ｚと平行な平面内の断面形状の傾きが主走査方向Ｙの位置によって変化していることに起因している。

比較例２として、各光学素子の配置が第３実施例と同じで、第１レンズ２のいずれの面でも副走査方向Ｚに傾きを持たせない走査光学装置における被走査面上での主走査方向Ｙの像面湾曲を図１０に示す。図１０から明らかなように、各被走査面において主走査方向Ｙの像面湾曲が大きく発生している。図９と図１０のグラフを比較すると、本第３実施例では像面湾曲が比較例２に対して半減していることが分かる。

ここで、本第３実施例における各光学素子の構成データを以下の表１７〜表２０に示し、表２１〜表２４に各光路における第１レンズ２及び各第２レンズ５の自由曲面データを示す。

（光源部の構成、図１１参照）
次に、前記第１〜第３実施例に共通する光源部の構成の一例について図１１を参照して説明する。この光源部は、四つの半導体レーザ２１（２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ）とコリメータレンズ２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）とシリンドリカルレンズ２３とで構成され、ポリゴンミラー１に対して、各半導体レーザ２１から放射された光束が副走査方向Ｚに所定の角度を有する状態で斜入射する。ポリゴンミラー１で変更された光束ＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫは前述の如く第１レンズ２を透過していく。

前記半導体レーザ２１とポリゴンミラー１と第１レンズ２とは単一の台板２５上に配置されており、このような構成にて、半導体レーザ２１とポリゴンミラー１と第１レンズ２との相対的な配置精度が高まり、走査光学装置の性能が向上する。

（他の実施例）
なお、本発明に係るタンデム型対応走査光学装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

本発明に係る走査光学装置の第１実施例の概略構成を示し、（Ａ）は副走査方向断面の展開光路図、（Ｂ）は副走査方向断面の光路図である。 第１実施例における主走査方向の像面湾曲を示すグラフである。 比較例１における主走査方向の像面湾曲を示すグラフである。 本発明に係る走査光学装置の第２実施例における各光路の要部のスペックを示すグラフである。 第２実施例における第１レンズの第１面の断面形状を示すグラフである。 第２実施例における第１レンズの第１面の断面形状を示すグラフである。 第２実施例における主走査方向の像面湾曲を示すグラフである。 本発明に係る走査光学装置の第３実施例における副走査方向断面の展開光路図である。 第３実施例における主走査方向の像面湾曲を示すグラフである。 比較例２における主走査方向の像面湾曲を示すグラフである。 前記第１〜第３実施例に共通する光源部を示す斜視図である。

符号の説明

１…ポリゴンミラー
２…第１レンズ（共通光学素子）
３，４…折返しミラー
５…第２レンズ（個別光学素子）
７…感光体
２１…半導体レーザ

Claims (4)

1. 複数の光源と、前記複数の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された光束を前記複数の光源に対応した異なる被走査面に結像する少なくとも一つの共通光学素子と、前記複数の光源に対応した、主走査方向と副走査方向にパワーを持つ個別光学素子を前記共通光学素子よりも前記被走査面の近くに配置したタンデム型対応走査光学装置において、
   前記共通光学素子の少なくとも１面で、前記被走査面上で画像領域の主走査方向中心を通る前記各光源の各光束の主光線と前記共通光学素子の交点を通って前記主光線と前記偏向器の回転中心軸に平行である平面Ａと前記共通光学素子が交わって形成される断面形状と、前記主光線との交点における面の法線とがそれぞれ平行で、かつ、前記法線と前記偏向器の回転中心軸とのなす角度が９０°でないことを満たし、
   前記個別光学素子のうち少なくとも一つは、前記被走査面と前記主光線との交点から、前記主光線と前記個別光学素子の最終面の交点とを結ぶ直線と、前記偏向器の回転中心軸と画像領域の主走査方向に垂直な単位ベクトルの内積ａが他の個別光学素子とは異なること、
   を特徴とするタンデム型対応走査光学装置。
2. 前記共通光学素子の少なくとも１面で、前記平面Ａと前記共通光学素子が交わって形成される断面形状の傾きと、前記平面Ａに平行で画像領域の主走査方向にずれた平面Ｂと前記共通光学素子が交わって形成される断面形状の傾きが異なることを特徴とする請求項１に記載のタンデム型対応走査光学装置。
3. 前記個別光学素子に対応する前記内積ａが前記被走査面の配列に対して順に増加又は順に減少し、前記主光線と前記共通光学素子の少なくとも１面との交点と、前記偏向器の中心を通って前記偏向器の回転中心軸と画像領域の主走査方向に平行な面との距離の大小関係が前記内積ａの大小関係と同様であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタンデム型対応走査光学装置。
4. 前記複数の光源と前記偏向器と前記共通光学素子とが同一の台板上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のタンデム型対応走査光学装置。

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