JP2015219447A - 結像光学素子、光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光束を第1の方向に偏向して被走査面上を走査する光走査装置に用いられる結像光学素子であって、第1の方向における長さは、結像光学素子の光軸方向と前記第1の方向とに垂直な第2の方向における長さよりも長く、第2の方向における両方の端部の少なくとも一方において、第1の方向における中央部に設けられた第1の突起部と、第1の方向における第1の突起部に対して一方の側に設けられた第2の突起部及び他方の側に設けられた第3の突起部と、を有し、第1乃至第3の突起部の全ては、第2の方向に垂直な断面内において同一直線上には存在しておらず、第1の突起部の高さは、第2及び第3の突起部の高さとは異なる。
【選択図】図3A
Description
(画像形成装置)
以下に示す本実施形態に係る光走査装置を用いて、走査光により4つの感光ドラムに露光されて形成された4色のトナー像を記録材としての記録紙(以下、紙)上に定着させてカラー画像を形成するカラー画像形成装置が構成される。図1B中の10a、10b、10c、10dは、この4つの感光体はそれぞれブラック、シアン、マゼンダ、イエローの4色に対応しており、カラー画像を形成することができる。
図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る光走査装置の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。図1Bは、本実施形態に係る光走査装置の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)、図1Cは本実施形態に係る入射光学系L1の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。
図1A、図1B、図1Cにおいて、各光源1a、1b、1c、1dからそれぞれ被走査面上10a、10b、10c、10dに向かう光路を、光路a、光路b、光路c、光路dとする。これら各光路の構成および光学的作用は全て同じであり、図1A、図1B、図1Cにおいて、同様の働きをしている各光路の各光学素子は同一の符号で表している。
ここで、図1A、図1B、図1Cの各光学素子の光学的作用を先ず入射光学系について述べる。図1A、図1B、図1Cにおいて、光源手段1a、1b、1c、1dは、発光部(発光点)を有する半導体レーザより成っている。アパーチャー(開口絞り)2a、2b、2c、2dは、コリメータレンズ3a、3b、3c、3dに入射する光束を所望の最適なビーム形状に形成している。コリメータレンズ3a、3b、3c、3dは、該コリメータレンズ3a、3b、3c、3dに入射した光束を平行光束に変換してシリンドリカルレンズ4に入射させる。
L2a、L2b、L2c、L2dは集光機能とfθ特性とを有する結像光学系であり、主走査断面内に正のパワー(屈折力)を有し、副走査断面内に主走査断面内の正のパワーとは異なる正のパワーを有している。
ここで、本実施形態の光路aにおける諸元値を表1に、本実施形態の光路a上の各光学面の面形状を表2に示す。また、本実施形態の光路bの諸元値を表3に、光路bにおける各光学面の面形状を表4に示す。
φ=2πm/λ×C3Z2
なお、φは位相関数、mは回折次数であり、本実施形態は、1次回折光(m=1)を用いている。λは設計波長であり、本実施形態ではλ=790nmである。
また、副走査方向と対応する子線方向は、表2、表4に示した副走査方向の基準軸Zと定義すると、以下の表現式で定義される、
また、Mj_kは子線方向の非球面を表す係数である。例えば、Mj_1はZの1次項であり、副走査方向の面の傾き(子線チルト)を表している。本実施形態では、主走査方向に0,2,4,6,8,10,12,14,16次の係数を使って子線チルト量を変化させている。
本実施形態においては、レンズコストを下げるために、同一形状の結像レンズ71を対向配置された2つの走査光学系で用いている。図1Aと図1Bから分かるように、結像レンズ71は、Y軸周りに180度回転させて、光路a及び光路b、あるいは光路c及び光路dに配置している。すなわち、同一形状の結像レンズ71を互いに副走査方向に反転させて用いている。
ここで、本実施形態における結像性能の改善効果を示す。図4Aは、本実施形態の像高に対する副走査方向の照射位置を表したグラフである。図4Bは、本実施形態の像高に対する波面収差の45度方向のアス成分を表したグラフである。また、図5A、図5Bは、本実施形態の基準突起高さを全て50μmで構成した場合の結像性能を表した比較例である。それぞれ、図5Aは比較例の像高に対する副走査方向の照射位置を表したグラフ、図5Bは比較例の像高に対する波面収差の45度方向のアス成分を表したグラフである。
0.1≦|φ1/φ|≦0.9 ・・・・(A)
上記式(A)の上限0.9mmを上回ると、結像レンズ71の屈折力が大きすぎてレンズ高さずれによる結像性能の劣化が激しくなってしまう。また、下限0.1を下回ると、結像レンズ71の屈折力が小さすぎて負正2枚レンズによる副走査倍率低減効果を得られず、結像光学系の副走査倍率が大きくなり、偏向手段からの走査光の高さずれに対する像面ずれ及び走査線ずれ敏感度が高くなってしまう。
本実施形態では、筐体にも基準突起が備わる。即ち、筐体は、結像レンズ71の第1、2、3の基準突起それぞれに当接して結像レンズ位置を決定する箱側の第1、2、3の基準突起を有している。主走査断面内において、筐体側の第2の基準突起の中心と第3の基準突起の中心とを結んだ仮想の直線と箱側の第1の基準突起の中心点との間隔をDz[単位:mm]としたとき、Dzは以下の条件式を満たすように設定している。
5≦Dz≦20 ・・・(B)
上記式(B)の下限5mmを下回ると、主走査断面内における基準突起同士の間隔が狭くなり、筐体側の基準突起の高さずれに対するレンズのお辞儀敏感度が高くなってしまう。また、上記式(B)の上限20mmを上回ると、基準突起同士の間隔が広すぎるため、基準突起の筐体が温度変化によって撓み/捻れなど変形する影響を受け易くなり、昇温時にレンズの姿勢がお辞儀してしまい、結像性能を劣化させてしまう。
本実施形態では、結像光学系の中で副走査方向の屈折力が最も小さい結像レンズ71の基準突起を上記のように構成している。このため、レンズの成形ばらつきにより若干レンズ反り量が残存してしまう場合でも、結像性能の劣化は画像に問題ないレベルにまで抑えることができる。
本実施形態は、第1の実施形態に対して結像レンズ71の各基準突起の高さを変更した実施形態である。それ以外の構成は、第1の実施形態と同じであるため、説明は省略する。本実施形態の結像レンズ71は、第1の実施形態の結像レンズ71とは互いに異なるレンズ鏡面駒金型で同時成形された射出成形レンズである。本実施形態では、レンズ製造コストを低減するために、1度に複数のレンズが成形できるような多数個取り構造のレンズ金型を採用している。
本実施形態は、第1の実施形態に対して、結像レンズ71の各基準突起の高さ及び、基準突起の位置を変更したものである。本実施形態では、筐体の昇温時の変形によるレンズ姿勢のお辞儀への影響を小さくするために、第2及び第3の基準突起と、第1の基準突起との光軸方向の間隔Dzを第1の実施形態よりも短く設定している。ここで、本実施形態の結像レンズ71の各基準突起に関する諸元値を表7に示す。
本実施形態は、第1の実施形態に対して結像レンズ71の各基準突起の高さ及び、基準突起の位置及びレンズ外形形状を変更したものである。本実施形態では、結像レンズ71のレンズ反りの成形ばらつきにより、基準突起高さでレンズの反りを打ち消しきれなかった場合でも、レンズの反りのレンズがお辞儀方向ずれへの影響を十分に小さく抑えるために、第1の実施形態よりもDzを広く設定している。ここで、本実施形態の結像レンズ71の各基準突起に関する諸元値を表8に示す。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
上述した実施形態では、対向走査系で光走査装置を構成する前提で、第1、第2、第3の基準突起が第1、第2のレンズ側面のそれぞれに設けられたが、本発明はこれに限らず、第1、第2のレンズ側面の少なくとも一方に設けられるものであっても良い。そして、第1のレンズ側面に設けられる場合は、第1の基準突起(ZL1)の高さは第2および第3の基準突起(ZL2、ZL3)の高さよりも高くされる。そして、第2のレンズ側面に設けられる場合は、第1の基準突起(ZU1)の高さは第2および第3の基準突起(ZU2、ZU3)の高さよりも低くされる。
また、上述した実施形態では、結像レンズ71、72のうち、結像レンズ71のレンズ側面に第1、第2、第3の基準突起を設けたが、結像レンズ71、72の双方のレンズ側面にそれぞれ上述したような第1、第2、第3の基準突起を設けても良い。この場合、結像レンズ71、72における基準突起の高さは、結像レンズ71と結像レンズ72とで異なるものとなる。即ち、結像レンズ71の第1乃至第3の基準突起とは異なる高さで第1乃至第3の基準突起に相当する突起部が、第2の結像光学素子としての結像レンズ72に設けられる。
また、上述した実施形態では、結像レンズ71の基準面であるZ方向基準座面を主走査断面と平行としたが、非平行であっても良い。また、基準面であるZ方向基準座面は平面形状に限られず、例えば半球面形状であっても良い。
また、上述した実施形態では、結像レンズ71のレンズ側面を基準面であるZ方向基準座面と平行にしているが、本発明はこれに限らず、例えば結像レンズ71のレンズ側面をテーパー角度が付いた面とすることもできる。この場合、レンズ射出成形時の型抜きを容易して型抜き時のレンズ変形を抑えることができ、レンズ面成形精度を高められる。
また、上述した実施形態では、結像レンズ71の基準突起Z1をZ2、Z3に対して光軸方向にずらす方向を出射面側に設定したが、本発明はこれに限られない。すなわち、3個の基準突起Z1、Z2、Z3が主走査断面内において同一直線上にならない任意の配置で構成しても良い。
また、上述した実施形態では、結像光学系を2枚の結像レンズで構成したが、結像光学系を1枚あるいは3枚以上の結像レンズで構成しても良い。また、上述した実施形態では、光源手段1を一つの発光点を有する半導体レーザで構成したが、複数の発光点を有するモノリシックマルチビームレーザで構成しても良い。
また、上述した実施形態では、対向走査系で光走査装置を構成し、結像光学系は偏向器に対し対称配置される第1および第2の結像光学系を備え、第1および第2の結像光学系の構成要素としての第1および第2の結像レンズを互いに副走査方向に反転させた。そして、第1および第2の結像レンズのそれぞれが第1および第2のレンズ側面のそれぞれに対応して前記筐体と当接(片側のレンズ側面が筐体と当接)するように配置された。
Claims (21)
- 偏向器により光束を第1の方向に偏向して被走査面上を走査する光走査装置に用いられる結像光学素子であって、
前記結像光学素子の前記第1の方向における長さは、前記結像光学素子の光軸方向と前記第1の方向とに垂直な第2の方向における長さよりも長く、
前記第2の方向における両方の端部の少なくとも一方において、前記第1の方向における中央部に設けられた第1の突起部と、前記第1の方向における前記第1の突起部に対して一方の側に設けられた第2の突起部及び他方の側に設けられた第3の突起部と、を有し、
前記第1乃至第3の突起部の全ては、前記第2の方向に垂直な断面内において同一直線上には存在しておらず、
前記第1の突起部の高さは、前記第2及び第3の突起部の高さとは異なることを特徴とする結像光学素子。 - 前記第1乃至第3の突起部は、前記第2の方向における両方の端部のそれぞれに設けられ、一方の端部における前記第1の突起部の高さは、前記第2及び第3の突起部の高さよりも低く、他方の端部における前記第1の突起部の高さは、前記第2及び第3の突起部の高さよりも高いことを特徴とする請求項1に記載の結像光学素子。
- 前記一方の端部における前記第1乃至第3の突起部と前記他方の端部における前記第1乃至第3の突起部とは、前記第2の方向に垂直な断面に投射したとき互いに重なるように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の結像光学素子。
- 前記第1乃至第3の突起部の頂部は、同一平面上に存在することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の結像光学素子。
- 前記第2および第3の突起部の高さは、互いに異なることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の結像光学素子。
- 前記結像光学素子を射出成形する際に形成されるゲート部を備え、前記第2および第3の突起部のうち、前記ゲート部に近い方の高さの方が短いことを特徴とする請求項5に記載の結像光学素子。
- 光束を第1の方向に偏向する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を被走査面に集光する結像光学系と、を備える光走査装置であって、
前記結像光学系は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の結像光学素子を有することを特徴とする光走査装置。 - 光束を第1の方向に偏向する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を第1および第2の被走査面に集光する第1および第2の結像光学系と、を備える光走査装置であって、
前記第1および第2の結像光学系は、前記偏向器に対して対称配置されており、
前記第1の結像光学系は、第1の結像光学素子として請求項2に記載の結像光学素子を有し、かつ、前記第2の結像光学系は、第2の結像光学素子として請求項2に記載の結像光学素子を有し、
前記第1および第2の結像光学素子は、前記第2の方向における両方の端部が互いに反転するように配置されていることを特徴とする光走査装置。 - 前記第1および第2の結像光学素子は、副走査断面内において屈折力を有することを特徴とする請求項8に記載の光走査装置。
- 前記第1および第2の結像光学系は前記第1および第2の結像光学素子と異なる第3の結像光学素子を備え、
前記第1および第2の結像光学素子は、前記第3の結像光学素子よりも副走査断面内での屈折力が小さいことを特徴とする請求項9に記載の光走査装置。 - 前記結像光学素子の副走査断面内での屈折力をφ1、前記結像光学素子を含む前記結像光学系の副走査方向の屈折力をφ、とするとき、
0.1≦|φ1/φ|≦0.9
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項7に記載の光走査装置。 - 前記第1、第2の結像光学素子の副走査断面内での屈折力をφ1、前記第1、第2の結像光学素子を含む前記第1、第2の結像光学系の副走査方向の屈折力をφ、とするとき、
0.1≦|φ1/φ|≦0.9
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の光走査装置。 - 前記第1の突起部を光軸方向において前記第2および第3の突起部よりも出射面側にずらしていることを特徴とする請求項7乃至12のいずれか1項に記載の光走査装置。
- 前記第2および第3の突起部は、前記第1の方向において前記結像光学素子の有効領域より外側に設けられることを特徴とする請求項7乃至13のいずれか1項に記載の光走査装置。
- 主走査断面内において、前記第2、第3の突起部の中心を結んだ仮想の直線と前記第1の突起部の中心点との間隔をDz[mm]としたとき、
5≦Dz≦20
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項7乃至14のいずれか1項に記載の光走査装置。 - 前記結像光学素子は、前記結像光学系を内蔵する筐体に接着固定されることを特徴とする請求項7乃至15のいずれか1項に記載の光走査装置。
- 前記筐体は、前記第1、第2、第3の突起部のそれぞれと当接する第1乃至第3の突起を有することを特徴とする請求項16に記載の光走査装置。
- 前記結像光学系は前記結像光学素子と異なる第2の結像光学素子を備えないことを特徴とする請求項7に記載の光走査装置。
- 前記結像光学系は前記結像光学素子と異なる第2の結像光学素子を備え、
前記第1、第2、第3の突起部とは異なる高さで前記第1、第2、第3の突起部に相当する突起部が、前記第2の結像光学素子に設けられることを特徴とする請求項7に記載の光走査装置。 - 請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって前記被走査面上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を被転写材に定着させる定着器と、を有することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとを有することを特徴とする画像形成装置。
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