JP2012037815A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率の低下を抑制しつつ、非球面レンズよりも低価格の結合レンズを使用し、光走査装置を低コスト化する。
【解決手段】ガラス製の単レンズで構成され結合レンズ２１０で発生する収差を、非球面で構成された補正光学素子２５０で補正するので、補正光学素子２５０を有しない構成と比較し、光の利用効率の低下を抑制しつつ、非球面レンズよりも低価格の結合レンズ２１０を使用し、光走査装置１００を低コスト化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関する。

光走査装置は光プリンタやデジタル式の複写機等に広く使用されている。このような光走査装置には、通常、半導体レーザ等の光源から出射された発散光束を平行光束又は略平行光束に整形する整形光学系を有している。そして、整形光学系では、非球面形状を有するガラス製の非球面単レンズを用いることにより、光学系の簡素化と高精度化が実現されている。

一方、整形光学系において、開口数、屈折率、及び焦点距離等を予め定められた条件を満たすように構成し光学特性を向上させることで、非球面レンズよりも低価格とされ、一方の光学面が平面で他方の光学面が凸球面の単レンズを用いることが提案されている（特許文献１、特許文献２を参照）。

特開平７−１７４９９７号公報 特開平８−２１９５１号公報

本発明は、光の利用効率の低下を抑制しつつ、非球面レンズよりも低価格の結合レンズを使用し、光走査装置を低コスト化することが課題である。

請求項１の発明は、光源から出射された発散光束を平行光束又は略平行光束に整形する整形光学系が、前記整形光学系を構成し、入射面及び出射面のいずれか一方が球面で構成され、前記入射面及び前記出射面のいずれか他方が平面又は球面で構成され、前記光源から出射された発散光束を結合する結合レンズと、前記整形光学系を構成し、前記結合レンズで発生した収差を補正して出射する補正光学素子と、を有して構成されている。

請求項２の発明は、前記補正光学素子が入射面及び出射面の少なくとも一方が非球面の曲面で構成されている樹脂製のレンズである。

請求項３の発明は、前記整形光学系から出射された平行光束又は略平行光束を、反射面で反射して偏向する光偏向器を有し、前記補正光学素子は線像結像する機能を有し、前記反射面又は前記反射面の近傍に線像結像するように構成されている。

請求項４の発明は、前記補正光学素子は、前記結合レンズから出射された発散光束を平行光束又は略平行光束に整形して出射する機能を有する。

請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置と、前記光走査装置から出射した光ビームが走査することによって表面に静電潜像が形成される像保持体と、前記像保持体の表面に形成された静電潜像を現像し現像剤像を形成する現像装置と、前記現像剤像を記録媒体に転写する転写装置と、前記記録媒体に転写した前記現像剤像を定着させる定着装置と、を備える。

請求項１に記載の発明によれば、補正光学素子を有しない構成と比較し、結合レンズの広い範囲を使用することができるので、光の利用効率の低下を抑制しつつ、非球面レンズよりも低価格の結合レンズを使用し、光走査装置を低コスト化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、入射面及び出射面の少なくとも一方が非球面の曲面で構成されている樹脂製のレンズ以外で補正光学素子が構成されている場合と比較し、低コストで効果的に収差が補正される。

請求項３に記載の発明によれば、補正光学素子が線像結像させる機能を有しない場合と比較し、部品点数を低減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、結合レンズから発散光束を出射する構成とすることで、結合レンズで平行光束又は略平行光束に整形して出射する構成よりも、結合レンズで発生する収差を抑制することがきる。

本発明の請求項４の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載された光走査装置を備えない場合と比較し、低コスト化することができる。

本発明の第一実施形態に係る光走査装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す本発明の第一実施形態に係る光走査装置の主要部分を展開した展開図である。 本発明の第二実施形態に係る光走査装置の主要部分を展開した図２に対応する展開図である。 本発明の第一実施形態又は第二実施形態に係る光走査装置が設けられた画像形成装置の概略構成を模式的に示す構成図である。 （Ａ）は第一実施形態に係る光走査装置の結合レンズ及び補正光学素子の各仕様を示す表であり、（Ｂ）は第二実施形態に係る光走査装置の結合レンズ及び補正光学素子の各仕様を示す表である。

＜画像形成装置＞
まず、図４を用いて、本発明の第一実施形態に係る光走査装置が設けられた画像形成装置と画像形成プロセスの概要について説明する。

図４は画像形成装置の概略構成を模式的に示す構成図である。この図４に示すように、画像形成装置１０の上部には、本発明の第一実施形態の光走査装置１００が設けられている。光走査装置１００は、画像形成装置１０の制御を司る制御部９０の制御信号に基づいて、図１の時計回り方向である矢印Ｂ方向に回転する感光体ドラム２０の外周面に光ビームＬを照射する。なお、光走査装置１００の構成についての説明は後述する。また、この感光体ドラム２０の回転軸方向が後述する主査方向Ａ（図１参照）とされている。

像保持体の一例としての感光体ドラム２０の周囲には、帯電装置の一例としての帯電ロール３２、現像装置３４、転写装置の一例としての転写ロール３６、クリーニング装置３８が配設されている。そして、感光体ドラム２０における帯電ロール３２と現像装置３４との間の外周面に、前述した光走査装置１００から出射された光ビームＬが照射される。

図４における画像形成装置１０の感光体ドラム２０の左側には、定着装置６０が設けられている。また、画像形成装置１０の下部には、記録媒体の一例としての記録用紙Ｐを収容する収容部４０が配置されている。

感光体ドラム２０は、光ビームＬが照射される位置よりも感光体ドラム２０の回転方向上流側に設けられた帯電ロール３２によって、予め定められた表面電位に帯電される。光ビームＬが照射されると、照射された部分と照射されていない部分とに電位差が生じ、静電潜像が形成される。この静電潜像は、光ビームＬが照射される位置よりも回転方向下流側に設けられた現像装置３４で現像され、感光体ドラム２０上にトナー像が形成される。

一方、収容部４０から送り出された記録用紙Ｐが搬送ローラ５２、５４によって感光体ドラム２０と転写ロール３６とのニップ部へ搬送される。そして、感光体ドラム２０上に形成されたトナー像が、転写ロール３６によって記録用紙Ｐに転写される。

トナー像が転写された記録用紙Ｐは定着装置６０に搬送され、定着装置６０によって記録用紙Ｐにトナー像が定着される。トナー像が定着した記録用紙Ｐは、排紙ローラ５６によって排紙部７０に排紙される。なお、転写後の感光体ドラム２０の表面の残留トナーなどは、クリーニング装置３８で除去され清掃される。

＜第一実施形態の光走査装置＞
つぎに、本発明の第一実施形態の光走査装置１００について、図１と図２を用いて説明する。

図１に示すように、本発明の第一実施形態の光走査装置１００は、光学箱１０２（図４参照）の中に複数の光学部品が設けられている。なお、図１及び図２では、主な光学部品のみが図示されている。

光走査装置１００は、光ビームＬを出射する光源の一例としての半導体レーザ１１０を備えている。半導体レーザ１１０の背面側には、感光体ドラム２０に照射する光ビームＬを適切な光量とするために光ビームの光量を監視する受光素子１１２が配置されている。

半導体レーザ１１０に対する感光体ドラム２０に照射する光ビームＬを出射する側には、アパーチャ１２０と整形光学系２００とが、この順で配置されている。

整形光学系２００は、半導体レーザ１１０から射出された発散光束の光ビームＬを平行光束又は略平行光束の光ビームＬに整形すると共に、主走査方向（矢印Ａで示す方向）に対応する方向に長い線像として結像させる（整形光学系２００の詳細は後述する）。

この線像結像位置又は線像結像位置の近傍に反射面１３２が位置するように回転多面鏡（ポリンゴンミラー）１３０が配置されている。光偏向器の一例として回転多面鏡１３０は側面に複数（本実施形態では六面）の反射面１３２が設けられた正多角形状とされ、予め定められた角速度で矢印Ｃ方向に回転する。そして、この回転によって、反射面１３２への光ビームＬの入射角が連続的に変化し、反射面１３２に入射し反射した光ビームＬが、感光体ドラム２０の回転軸方向、すなわち主走査方向Ａに対応する方向に略等角速度で偏向走査される。

回転多面鏡１３０の光ビームＬの反射側には、走査偏向光学系を構成するｆθレンズ１４０が配置されている。ｆθレンズ１４０は、感光体ドラム２０の表面に略円形の光スポットが略等速度で走査されるように収束させる機能を有する。また、ｆθレンズ１４０の作用で面倒れ補正が行われて主走査方向と直交する副走査方向のピッチむらが補正される。

なお、ｆθレンズ１４０と感光体ドラム２０との間には、ｆθレンズ１４０から射出された光ビームＬを感光体ドラム２０に向けて反射する反射鏡１５０が配置されている。また、図４に示すように、光走査装置１００の光学箱１０２には、反射鏡１５０で反射した光ビームＬが透過して出射する透明な樹脂やガラス等で構成された窓部１５２が設けられている。

図１に示すように、回転多面鏡１３０による偏向開始側（光ビームＬの走査開始側）には反射ミラー（ピックアップミラー）１６０が配設されており、偏向終了側（光ビームの走査終了側）には、開始位置検出センサ１６２が配設されている。

回転多面鏡１３０によって偏向走査された光ビームＬのうち、画像領域外の走査開始位置の光ビームＬが、反射ミラー１６０によって反射され、開始位置検出センサ１６２へ入射する。開始位置検出センサ１６２は光ビームＬを受光し、光ビーム検出信号を出力する。

つぎに整形光学系２００について図２を用いて説明する。なお、図２は、図１の主要部分を展開した展開図である。

整形光学系２００は、半導体レーザ１１０側に配置された結合レンズ２１０と、この結合レンズ２１０の光ビームＬの出射側に配置された補正光学素子２５０と、で構成されている。

結合レンズ２１０は、入射面（一方の光学面）２１０Ａが平面で構成され、出射面（他方の光学面）２１０Ｂが凸球面で構成されたガラス製の単レンズ（球面平凸単レンズ）とされている。結合レンズ２１０は、半導体レーザ１１０から出射された発散光束の光ビームＬを結合する。また、半導体レーザ１１０から出射された発散光束の光ビームＬを平行光束又は略平行光束の光ビームＬに整形して出射する。

補正光学素子２５０は、入射面（一方の光学面）２５０Ａが副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカル面、出射面（他方の光学面）２５０Ｂが非球面の曲面で構成されている樹脂製のレンズとされている。補正光学素子２５０は、球面の単レンズである結合レンズ２１０で発生した光ビームＬの収差を補正すると共に線像結像させる機能を有する。

ここで、本実施形態における結合レンズ２１０の仕様及び補正光学素子２５０の仕様の一例を以下に記す。なお、この仕様はあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。

図５（Ａ）の表に、結合レンズ２１０の仕様及び補正光学素子２５０の各仕様の一例を示す。

なお、結合レンズ２５０Ｂの非球面は、中心からの距離ｈに対するサグ量ｚが、下記［数１］で表される。

但し、
C：1/r(主走査)、K：-90057.24061
A：-0.273976E-03、 B：0.488426E-04、 C：-0.123396E-04、 D：0.820039E-06
である。

つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。

非球面レンズよりも低価格とされるものの、入射面２１０Ａが平面で構成され出射面２１０Ｂが凸球面で構成されたガラス製の単レンズ（球面平凸単レンズ）である結合レンズ２１０は、波面収差が発生する。よって、結合レンズ２１０一枚のみが整形光学系２００を構成する場合（本発明が適用されていない場合）は、波面収差を抑えるために、結合レンズ２１０に入射する入射光束を制限する必要があるとされている。つまり光軸回りの狭い範囲のみを使用する必要があるとされている。よって、光の利用効率が低下する。

これに対して、本実施形態では、結合レンズ２１０で発生する収差を、非球面で構成された補正光学素子２５０で補正する。これにより、入射光束を制限する必要がなく、結合レンズ２１０の広い範囲を使用することができる。よって、補正光学素子２５０を有しない構成と比較し、光の利用効率の低下を抑制しつつ、非球面レンズよりも低価格の結合レンズ２１０を使用し、光走査装置１００を低コスト化することが可能となる。

また、補正光学素子２５０は、入射面及び出射面が非球面の曲面で構成されている樹脂製の光学素子とされている。

ここで、光ビームＬは、結合レンズ２１０によって平行光束又は略平行光束に整形されているので、補正光学素子２５０を半導体レーザ１１０から離れた位置に配置することができる。よって、熱膨張などの変形による影響が結合レンズ２１０よりも小さい。

したがって、ガラスと比較し熱膨張が大きな樹脂を補正光学素子２５０に用いても、熱膨張の影響が小さい。よって、補正光学素子２５０が樹脂製以外の非球面の光学素子の場合（例えば、ガラス製の非球面レンズ）と比較し、低コストで効果的に収差が補正される。なお、結合レンズ２１０は、半導体レーザ１１０から出射される光ビームＬが強い発散光束であるので、半導体レーザ１１０から離れた位置に配置することは困難とされている。

また、補正光学素子２５０が線像結像させる機能を有するので、別途、線像結像させる光学部品が必要ないので、部品点数が低減される。

なお、本実施形態では、結合レンズ２１０は、入射面２１０Ａが平面で構成され、出射面２１０Ｂが凸球面で構成されていたが、これに限定されない。入射面が凸球面で構成され、出射面が平面で構成されていてもよい。

また補正光学素子２５０は、入射面２５０Ａが副走査方向に曲率を有するシリンドリカル面、出射面２５０Ｂが非球面の曲面で構成されていたが、これに限定されない。入射面及び出射面が共に非球面の曲面で構成されていてもよい。

＜第二実施形態の光走査装置＞
つぎに、本発明の第二実施形態の光走査装置について、図３を用いて説明する。なお、画像形成装置１０は、光走査装置以外の構成は同様であるので、説明を省略する。また、第一実施形態の光走査装置とは、整形光学系以外は同様の構成であるので、整形光学系についてのみ説明する。

図３は、第二実施形態の光走査装置３０２の整形光学系３００を説明する図１に対応する展開図である。

整形光学系３００は、半導体レーザ１１０側に配置された結合レンズ３１０と、この結合レンズ３１０の光ビームＬの出射側に配置された補正光学素子３５０と、で構成されている。

結合レンズ３１０は、入射面（一方の光学面）３１０Ａと出射面（他方の光学面）３１０Ｂが凸球面で構成されたガラス製の単レンズ（球面単レンズ）とされている。結合レンズ３１０は、半導体レーザ１１０から出射された発散光束の光ビームＬを結合する。また、光ビームＬの発散性を弱めて出射する。言い換えると、半導体レーザ１１０から出射された発散性の強い発散光束よりも発散性の弱い発散光束に整形して出射する。

補正光学素子３５０は、入射面（一方の光学面）３５０Ａと出射面（他方の光学面）３５０Ｂとが非球面の曲面で構成されている樹脂製のレンズとされている。補正光学素子３５０は、球面の単レンズである結合レンズ３１０で発生した光ビームＬの収差を補正すると共に、線像結像させる機能を有する。

更に、補正光学素子３５０は、結合レンズ３１０から出射された弱い発散光束を平行光束又は略平行光束に整形して出射する機能を有する。

ここで、本実施形態における結合レンズ３１０の仕様及び補正光学素子３５０の仕様の一例を以下に記す。なお、この仕様はあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。

図５（Ｂ）の表に、結合レンズ３１０の仕様及び補正光学素子３５０の各仕様の一例を示す。

なお、レンズ３５０Ａの非球面は、主走査方向の非円弧を副走査方向の曲率半径の中心軸の回りに回転させて出来る非球面であり、主走査方向の非円弧は、下記［数２］で表される。

但し、
CUY：１／ｒ（主走査）、K：-47883.54644、
A：-0.104725E-05、 B：-0.359357E-05、 C：0.612810E-06、 D：-0.319779E-07
である。

また、レンズ３５０Ｂの非球面は、中心からの距離ｈに対するサグ量ｚが、下記［数３］で表される。

但し、
C：１／ｒ(主走査)、 K：-90057.24061、
A：-0.273976E-03、 B：0.488426E-04、 C：-0.123396E-04、 D：0.820039E-06
である。

つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。

非球面レンズよりも低価格とされるものの、入射面３１０Ａと出射面３１０Ｂが凸球面で構成されたガラス製の単レンズ（球面単レンズ）である結合レンズ３１０で発生する収差を、非球面で構成された補正光学素子３５０で補正する。よって、補正光学素子３５０を有しない構成と比較し、光の利用効率の低下を抑制しつつ、非球面レンズよりも低価格の結合レンズ３１０を使用し、光走査装置１００を低コスト化することが可能となる。

また、結合レンズ３１０から弱い発散光束を出射する構成とすることで、結合レンズ３１０で平行光束又は略平行光束に整形して出射する構成よりも、結合レンズ３１０で発生する収差が抑制される。よって、補正光学素子３５０によって、より効果的に収差が補正される。また、焦点距離を短くすることが可能となる。

なお、結合レンズ３１０によって光ビームＬが弱い発散光束に整形されているので、補正光学素子３５０を半導体レーザ１１０から離れた位置に配置することが可能となる。よって、熱膨張などの変形による影響が結合レンズ３１０よりも小さいので、補正光学素子３５０を樹脂製の非球面の光学素子で構成することによる影響が小さい。

なお、本実施形態では、補正光学素子３５０は、入射面３５０Ａと出射面３５０Ｂとが非球面の曲面で構成されていたが、これに限定されない。入射面及び出射面のいずれか一方のみが非球面の曲面で構成され、いずれか他方が平面又は球面で構成されていてもよい。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、補正光学素子２５０、３５０は、線像結像させる機能を有していたが、これに限定されない。補正光学素子とは別に、シリンドリカルレンズなどの線像結像させる機能を有する光学部材（線像結像光学素子）が設けられていてもよい。

例えば、上記実施形態では、補正光学素子２５０、３５０は、入射面及び出射面の少なくとも一方が非球面の曲面で構成された樹脂製のレンズであったが、これに限定されない。結合レンズで発生した収差を補正して出射する機能を有し、ガラス製の非球面レンズよりも低価格な補正光学素子であればよい。

また、例えば、上記実施形態では、光源の一例として半導体レーザ１１０を用いたが、これに限定されない。半導体レーザ以外の、発散光束を出射する光源であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、光走査装置は、光源（半導体レーザ１１０）は一つのみ備えていたが、これに限定されない。複数の光源を備えた光走査装置であってもよい。

また、例えば、上記施形態では、光偏向器の一例として、回転多面鏡（ポリンゴンミラー）１３０を用いたが、これに限定されない。例えば、ガルバノミラーやレゾナントスキャナ等の反射ミラーを用いてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、像保持体の一例として感光体ドラム２０を用いていたが、これに限定されない。例えば、ベルト状の感光体であってもよい。更に、複数の像保持体を有する構成の画像形成装置であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、帯電装置の一例としての帯電ロール３２を用いたがこれに限定されない。例えば、ブラシ状の帯電装置であってもよいし、スコロトロンやコロトロンであってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、転写装置の一例としての転写ロール３６を用いたがこれに限定されない。例えば、ベルト状の転写装置であってもよいし、コロトロンであってもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

１０ 画像形成装置
２０ 感光体ドラム（像保持体の一例）
３２ 帯電ロール（帯電装置の一例）
３６ 転写ロール（転写装置の一例）
６０ 定着装置
１００ 光走査装置
１１０ 半導体レーザ（光源の一例）
１３０ 回転多面鏡（光偏向器の一例）
１３２ 反射面
２００ 整形光学系
２１０ 結合レンズ
２１０Ａ 入射面
２１０Ｂ 出射面
２５０ 補正光学素子
２５０Ａ 入射面
２５０Ｂ 出射面
３００ 整形光学系
３０２ 光走査装置。
３１０ 結合レンズ
３１０Ａ 入射面
３１０Ｂ 出射面
３５０ 補正光学素子
３５０Ａ 入射面
３５０Ｂ 出射面

Claims (5)

1. 光源から出射された発散光束を平行光束又は略平行光束に整形する整形光学系が、
   前記整形光学系を構成し、入射面及び出射面のいずれか一方が球面で構成され、前記入射面及び前記出射面のいずれか他方が平面又は球面で構成され、前記光源から出射された発散光束を結合する結合レンズと、
   前記整形光学系を構成し、前記結合レンズで発生した収差を補正して出射する補正光学素子と、
   を有して構成されている光走査装置。
2. 前記補正光学素子は、入射面及び出射面の少なくとも一方が非球面の曲面で構成されている樹脂製のレンズである、
   請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記整形光学系から出射された平行光束又は略平行光束を、反射面で反射して偏向する光偏向器を有し、
   前記補正光学素子は線像結像する機能を有し、
   前記反射面又は前記反射面の近傍に線像結合するように構成されている、
   請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記補正光学素子は、前記結合レンズから出射された発散光束を平行光束又は略平行光束に整形して出射する機能を有する、
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   前記光走査装置から出射した光ビームが走査することによって表面に静電潜像が形成される像保持体と、
   前記像保持体の表面に形成された静電潜像を現像し現像剤像を形成する現像装置と、
   前記現像剤像を記録媒体に転写する転写装置と、
   前記記録媒体に転写した前記現像剤像を定着させる定着装置と、
   を備える画像形成装置。