JP2015219495A - 光走査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
具体的には、各感光ドラムへ向かう光束ごとに個別に入射光学面及び出射光学面を有する光学機能部を設定し、複数の光学機能部を副走査方向に並べることで結像レンズを作成することによって、複数の感光ドラムに対して、結像レンズの共用化を行っている。
入射光学系LAは、光源から射出された光束を所望の形状に変換し、ポリゴンミラー4は、入射光学系LAによって所望の形状に変換された光束を偏向走査するために回転する。結像光学系LBは、ポリゴンミラー4によって偏向反射された光束を被走査面8に集光し、BD光学系LCは、被走査面8への光束の照射開始タイミングを決定する。
光源1は、発光点を有する半導体レーザーである。
カバーガラス9は、光源1の防塵のために、光源1に隣接して配置されている。
開口絞り2は、光源1から射出された光束を所望の形状に切り取るものであり、本実施形態では矩形絞りとしている。ただし開口絞り2は、必要に応じて、楕円等の任意の形状の絞りであっても本発明に影響しない。
アナモフィックコリメータレンズ3は、光源1から射出され、開口絞り3で所望の形状に切り取られた光束の収束度を変更するものであり、ここでは、主走査方向には略平行光、副走査方向にはポリゴンミラー4の偏向面4a近傍で集光するような光束に変換している。尚、略平行光とは、弱発散光、弱収束光および平行光を含むものとする。また、アナモフィックコリメータレンズ3の代わりに、光源1から射出された光束を略平行光に変換するコリメータレンズと、該略平行光をポリゴンミラー4の偏向面4a近傍で副走査方向にのみ集光させるシリンドリカルレンズとを、直列に配置しても構わない。
また、図3及び図4からわかるように、入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4はそれぞれ、副走査断面において(該断面への投影が)それぞれ互いに異なる入射角度でポリゴンミラー4の偏向面4aに入射している。具体的には、LA1及びLA2の光軸の副走査断面における偏向面4aへの入射角の符号は同一であり、LA3及びLA4の光軸の副走査断面における偏向面4aへの入射角の符号は同一であってLA1及びLA2の入射角の符号とは異なる。この副走査断面における偏向面4aへの入射角の差によって、後述の光線分離手段による光線分離、及び各被走査面への導光が可能となっている。
なお、本実施形態では、被走査面8は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色に対応する感光ドラム面より構成され、それぞれ8y、8m、8c、8kと称することとする。入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4から射出された光束はそれぞれ、被走査面8y、8m、8c、8kに入射する。
結像光学系LBの第1結像レンズ5aは、すべての被走査面8y、8m、8c、8kに共通の結像レンズである。また、第2結像レンズ5b1は、感光ドラム8y、8mに向かう光束用の結像レンズであり、第2結像レンズ5b2は、感光ドラム8c、8kに向かう光束用の結像レンズである。
光線分離手段としての折り返しミラー6は、各被走査面へ向かう光束を適宜分離反射することで、各被走査面に導光している。なお、折り返しミラー6は図1では図示していない。
BDレンズ10は、主走査断面内と副走査断面内の屈折力が異なるトーリックレンズである。
BDセンサ11は、フォトダイオードにより構成され、φ1.5mm程度の受光面を有する。
ポリゴンミラー4の偏向面4aによって所望の角度で偏向反射された光束は、BDレンズ10に入射することで、BDセンサ11近傍で主走査方向には集光し、副走査方向では広がった状態となるように変換される。このように主走査方向に集光することで、画像情報の同期タイミング(BD信号)を高精度に検知することができ、また副走査方向に広がらせることでBDセンサ11上のゴミ等に起因する検知精度低下を防止することができる。
BD信号をBDセンサ11上の所望の位置に光束が到達した際に取得することで、ポリゴンミラー4の回転速度の制御、及び被走査面8における画像の書き出しタイミングの制御を行うことができる。なお、本実施形態では、入射光学系LA3から射出された光束のみを用いてBD信号取得を行っているが、すべての入射光学系LA1、LA2、LA3、LA4から射出された光束を用いて画像印字用のBD信号を取得しても構わない。
本実施形態に係る光走査装置100では、入射光学系LA1乃至LA4をそれぞれ、主走査断面に対してそれぞれの光軸が異なる角度を有するように、副走査方向に配置している。そして、入射光学系LA1乃至LA4から射出された光束を同一の偏向面4aに入射させて偏向走査することで、光学素子の共通化を行い、省スペース化及び低コスト化を達成している。
ここで、光学機能部とは、第2結像レンズ5b1、5b2において、光束が入射する第1面および光束が出射する第2面をあわせたものであり、すなわち、第1面はポリゴンミラー4に近い側、第2面は感光ドラム8に近い側に対応している。
次に、副走査斜入射角を有する光束がポリゴンミラー4の偏向面4aで偏向反射されたときの軌跡を調べるために、偏向面4aと第1結像レンズ5aの間に光軸に垂直な仮想平面Pを設定して、そこでの光束の通過位置を調べてみる。
その結果が図6に表されており、図6は、偏向面4aから20mmだけ第1結像レンズ5aに近づいた位置での入射光学系LA3から射出された光束の副走査方向光線高さの主走査方向位置依存性を示している。ただし、図6において、主走査方向位置の原点は、光束が第1結像レンズ5aの光軸と交わる点としている。
具体的には、主走査方向への走査画角をθ(rad)、副走査斜入射角をα(rad)、仮想平面Pまでの偏向面4aからの距離をL(mm)とすると、光線高さの走査画角依存性Z(θ)は、以下の式(6)のように表される。
軸上より軸外のほうが副走査方向の光線高さの絶対値が大きいという関係性は、副走査方向に弱い正のパワーを有する第1結像レンズ5aを通過しても変化しない。そのため、光学機能部5b2c及び5b2kの第1面への光束の副走査方向の入射位置としては、軸上から軸外へ向かって大きくなるように湾曲する。
図7(a)及び(b)より、光学機能部5b2cを通過する全光線と光学機能部5b2kを通過する全光線との間で、光学機能部5b2kの軸上を通過するマージナル光線L1と光学機能部5b2cの最軸外を通過するマージナル光線L2又はL3とが、互いに最も副走査方向に近接していることがわかる。
また、連結部分を段差のない連続的な形状とするために、上下の光学機能部の連結部分にスプライン曲面を用いることで、上下の光学機能部を滑らかに連結させることもできる。しかしながら、その場合、公差発生などによって光束の光学機能部通過位置が副走査方向にズレた場合に、光束が連結部分であるスプライン曲面領域を通過する可能性がある。
一般に、スプライン曲面領域は、光学性能を確保することより、レンズを安定してモールド成形可能とするように上下の光学機能部を滑らかに連結することを優先して考えて設定されるため、被走査面上でのスポット形状の劣化が発生する。そのため、多段トーリックレンズ61を用いた場合、印字品質の劣化を招く可能性がある。
従って、連結部に対してスプライン曲面領域を設定する場合には、なるべく光ビーム通過領域から離間させる必要がある。
そのため、光線L1、L2及びL3から十分に離間した領域に上下の光学機能部の連結部分を設定する必要がある。
本実施形態に係る光走査装置100では、第2結像レンズ5b2の第1面における、光学機能部5b2kの軸上像高を通過するマージナル光線L1の副走査方向光線高さ及び光学機能部5b2cの最軸外像高を通過するマージナル光線L2又はL3の副走査方向光線高さの中間位置は、5.18mmと求められる。同様に、第2結像レンズ5b2の第2面における、光学機能部5b2kの軸上像高を通過するマージナル光線L1の副走査方向光線高さ及び光学機能部5b2cの最軸外像高を通過するマージナル光線L2又はL3の副走査方向光線高さの中間位置は、5.29mmと求められる。
従って、本実施形態に係る光走査装置100では、連結部分をそれらの平均値である5.23mmの位置に設けている。
本実施形態に係る光走査装置100では、上下の光学機能部の連結部分を第1面と第2面で同一の位置に設けたが、式(7)を満たす範囲内であれば、第1面と第2面で別々に設定しても構わない。
図11に示されるように、本実施形態では、段差量51sag及び52sagが軸上から最軸外に向かって、一旦0になり、そして符号が反転するように設定されていることがわかる。具体的には、一方の最軸外に対する8割以上の像高において符号が反転している。このように設定するために、第2結像レンズ5b2の光学機能部5b2c、5b2kのそれぞれの肉厚を変更している。
このように設定することで、段差量51sag及び52sagを小さくすることができる。
換言すると、本実施形態に係る光走査装置においては、連結部を含む平面内において、第1及び第2の光学機能部の入射面同士及び出射面同士の少なくとも一方は、少なくとも1つの点上で重なるように構成している。
そして、主走査方向における第1の点の一方の側の所定の領域において、第1の光学機能部の光軸方向に沿って見たときに、連結部分を含む面内で、第1の光学機能部の第1面(入射面)は第2の光学機能部の第1面(入射面)より偏向器側にある。且つ、第1の点の他方の側の所定の領域において、第1の光学機能部の光軸方向に沿って見たときに、連結部分を含む面内で、第2の光学機能部の第1面(入射面)は第1の光学機能部の第1面(入射面)より偏向器側にあるように構成している。
そして、主走査方向における第2の点の前記一方の側の所定の領域において、第1の光学機能部の光軸方向に沿って見たときに、連結部分を含む面内で、第2の光学機能部の第2面(出射面)は、第1の光学機能部の第2面(出射面)より偏向器側にある。且つ、第2の点の他方の側の所定の領域において、第1の光学機能部の光軸方向に沿って見たときに、連結部分を含む面内で、第1の光学機能部の第2面(出射面)は、第2の光学機能部の第2面(出射面)より偏向器側にあるように構成している。
第1の点は、主走査方向の最大像高間の長さ(主走査方向の有効径)をa:(10−a)に分ける位置、第2の点は、b:(10−b)に分ける位置(a及びbは8以上)であるように構成している。
このように、段差量について軸上像高と最軸外像高とで符号を反転させることで、段差量の絶対値を小さくすることができる。
本実施形態では、段差量について軸上像高と最軸外像高とで符号を反転させるように各光学機能部の肉厚を調整している。そのため、図13(a)に示されているように、多段トーリックレンズ90の連結部分における最大段差量91sagは0.03mmである。すなわち、図9に示されている従来例における多段トーリックレンズ50の連結部分における段差量51sagに比べて十分小さくなっていることがわかる。その結果、多段トーリックレンズ91の段差部91sagにおける転写性の悪化は低減される。
このように、連結部分を含む面内において、第1の光学機能部の入射面及び第2の光学機能部の入射面が少なくとも第1の点(P1及びP2)上で重なり、且つ、第1の光学機能部の出射面及び第2の光学機能部の出射面が少なくとも第2の点(Q1及びQ2)上で重なっていることがわかる。
第2面同士をスプライン曲面によって接続することで、本実施形態に係る第二結像レンズ5b1、5b2用の多段トーリックレンズの第2面を形成するための鏡面コアを一体とすることができる。
なお、本実施形態では、Zspが以下の式(9)を満たすように、スプライン曲面領域が設けられている。
また同様に、図には示していないが、本実施形態では、軸上像高以外においても、光学機能部5b2c、5b2kが滑らかに連結されている。
また、主走査方向における第2の点の一方の側の所定の領域において、第1の光学機能部の第2の面(出射面)を第2の光学機能部側に延長した面は、第1の光学機能部の光軸方向に沿って見たときに、第2の光学機能部の第2面(出射面)を第1の光学機能部側に延長した面よりも偏向器側にある。第2の点の他方の側の所定の領域において、第1の光学機能部の光軸方向に沿って見たときに、第2の光学機能部の第2面(出射面)を第1の光学機能部側に延長した面は、第1の光学機能部の第2面(出射面)を第2の光学機能部側に延長した面より偏向器側にあるように構成している。
Δθ ≦ 30sec ・・・・・(12)
また、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、第2結像レンズ5b2の光学機能部5b2c、5b2kの間の第2面における段差量が軸上像高から最軸外像高に向かって、一旦0になり、そして符号が反転するように設定している。それに従って、スプライン曲面部分152spを小さくすることができている。これは、図6に示されている従来例の鏡面コア60と比較してもわかる。
5b1y、5b1m、5b2c、5b2k 光学機能部
8 被走査面
100 光走査装置
LA 入射光学系
LB 結像光学系
Claims (17)
- 光束を偏向する偏向器と、
副走査断面において互いに異なる入射角で前記偏向器に光束を入射させる複数の入射光学系と、
前記偏向器によって偏向される複数の光束を被走査面に集光する結像光学系と、
を備え、
前記結像光学系は、副走査方向に配列され、連結部を介して互いに連結された第1及び第2の光学機能部を有しており、
前記連結部を含む平面内において、前記第1及び第2の光学機能部の入射面同士及び出射面同士の少なくとも一方は、少なくとも1つの点上で重なることを特徴とする光走査装置。 - 前記連結部を含む平面内において、前記第1の光学機能部の入射面と前記第2の光学機能部の入射面とは、少なくとも第1の点上で重なっており、
前記偏向器の回転軸と前記結像光学系の光軸に垂直な主走査方向における前記第1の点の一方の側の所定の領域において、前記連結部を含む平面内で、前記第1の光学機能部の前記入射面は、前記光軸方向において、前記第2の光学機能部の前記入射面より偏向器側にあり、前記第1の点の他方の側の所定の領域において、前記連結部を含む平面内で、前記第2の光学機能部の前記入射面は、前記光軸方向において、前記第1の光学機能部の前記入射面より偏向器側にある、ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。 - 前記連結部を含む平面内において、前記第1の光学機能部の出射面と前記第2の光学機能部の出射面とは、少なくとも第2の点上で重なっており、
前記偏向器の回転軸と前記結像光学系の光軸に垂直な主走査方向における前記第2の点の一方の側の所定の領域において、前記連結部を含む平面内で、前記第2の光学機能部の前記出射面は、前記光軸方向において、前記第1の光学機能部の前記出射面より偏向器側にあり、前記第2の点の他方の側の所定の領域において、前記連結部を含む平面内で、前記第1の光学機能部の前記出射面は、前記光軸方向において、前記第2の光学機能部の前記出射面より偏向器側にある、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。 - 前記連結部を含む平面内において、前記第1及び第2の光学機能部の入射面同士及び出射面同士の少なくとも一方は、前記第1の光学機能部の主走査方向の有効径をa:(10−a)に分ける点上で重なる(aは8以上)、ことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記連結部を含む平面と前記第1の光学機能部の前記入射面が接続する際に形成される第1の線、前記連結部を含む平面と前記第2の光学機能部の前記入射面が接続する際に形成される第2の線、前記連結部を含む平面と前記第1の光学機能部の前記出射面が接続する際に形成される第3の線、及び前記連結部を含む平面と前記第2の光学機能部の前記出射面が接続する際に形成される第4の線において、前記光軸方向における、前記第1の線及び前記第2の線の間の最大間隔をΔsag1(mm)、且つ、前記光軸方向における、前記第3の線及び前記第4の線の間の最大間隔をΔsag2(mm)としたときに、
0≦Δsag1≦0.2
0≦Δsag2≦0.2
となる条件式を満たすことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光走査装置。 - 前記第1の光学機能部の前記入射面に入射する軸上のマージナル光線の副走査方向の光線高さと前記第2の光学機能部の前記入射面に入射する最軸外のマージナル光線の副走査方向の光線高さとの中間位置をZ0(mm)、前記連結部の副走査方向の位置をZ1(mm)としたとき、条件式
Z0−0.5 ≦ Z1 ≦ Z0+0.5
を満たすことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記第1の光学機能部の前記出射面から出射する軸上のマージナル光線の副走査方向の光線高さと前記第2の光学機能部の前記出射面から出射する最軸外のマージナル光線の副走査方向の光線高さとの中間位置をZ0(mm)、前記連結部の副走査方向の位置をZ1(mm)としたとき、条件式
Z0−0.5 ≦ Z1 ≦ Z0+0.5
を満たすことを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 光束を偏向する偏向器と、
副走査断面において互いに異なる入射角で前記偏向器に光束を入射させる複数の入射光学系と、
前記偏向器によって偏向される複数の光束を被走査面に集光する結像光学系と、
を備え、
前記結像光学系は、副走査方向に並んで配列される第1及び第2の光学機能部を有しており、
前記第1の光学機能部の入射面及び前記第2の光学機能部の入射面は、互いに連続かつ微分連続とする曲面からなる入射側連結面によって接続されており、前記第1の光学機能部の出射面及び前記第2の光学機能部の出射面は、互いに連続かつ微分連続とする曲面からなる出射側連結面によって接続されており、
前記第1及び第2の光学機能部の一方の入射面を他方の光学機能部側に延長した面同士及び一方の出射面を他方の光学機能部側に延長した面同士の少なくとも一方は、少なくとも1つの点上で重なることを特徴とする光走査装置。 - 前記第1の光学機能部の前記入射面を前記第2の光学機能部側に延長した面と、前記第2の光学機能部の前記入射面を前記第1の光学機能部側に延長した面とは、少なくとも第1の点上で重なり、
主走査方向における前記第1の点の一方の側の所定の領域において、前記第1の光学機能部の前記入射面の前記延長した面は、光軸方向において、前記第2の光学機能部の前記入射面の前記延長した面よりも、前記偏向器側にあり、主走査方向における前記第1の点の他方の側の所定の領域において、前記第2の光学機能部の前記入射面の前記延長した面は、光軸方向において、前記第1の光学機能部の前記入射面の前記延長した面よりも前記偏向器側にある、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の光学機能部の前記出射面を前記第2の光学機能部側に延長した面と、前記第2の光学機能部の前記出射面を前記第1の光学機能部側に延長した面とは、少なくとも第2の点上で重なり、
主走査方向における前記第2の点の一方の側の所定の領域において、前記第2の光学機能部の前記出射面の前記延長した面は、光軸方向において、前記第1の光学機能部の前記出射面の前記延長した面よりも、前記偏向器側にあり、主走査方向における前記第2の点の他方の側の所定の領域において、前記第1の光学機能部の前記出射面の前記延長した面は、光軸方向において、前記第2の光学機能部の前記出射面の前記延長した面よりも前記偏向器側にある、ことを特徴とする請求項8又は9に記載の光走査装置。 - 前記第1の光学機能部の前記入射面に入射する軸上像高のマージナル光線の副走査方向の光線高さと前記第2の光学機能部の前記入射面に入射する最軸外像高のマージナル光線の副走査方向の光線高さとの中間位置をZ0(mm)、前記入射側連結面内の任意の副走査方向の位置をZspとしたときに、以下の条件式
Z0−0.5 ≦ Zsp ≦ Z0+0.5
を満たす、ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記第1の光学機能部の前記出射面から出射する軸上像高のマージナル光線の副走査方向の光線高さと前記第2の光学機能部の前記出射面から出射する最軸外像高のマージナル光線の副走査方向の光線高さとの中間位置をZ0(mm)、前記出射側連結面内の任意の副走査方向の位置をZspとしたときに、以下の条件式
Z0−0.5 ≦ Zsp ≦ Z0+0.5
を満たす、ことを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記複数の入射光学系は、副走査方向に垂直である主走査断面において、それぞれ異なる角度から前記偏向器に光束を入射させる、少なくとも2つの入射光学系を含む、ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記複数の入射光学系は、副走査方向に垂直な主走査断面に対して同じ側から前記偏向器に光束を入射させる少なくとも2つの入射光学系を含む、ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記複数の入射光学系から出射した光束は、前記偏向器の同一の偏向面によって偏向走査される、ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の光走査装置と、前記光走査装置によって前記被走査面に配置された感光体の感光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、現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
- 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をさらに備える、ことを特徴とする請求項16に記載の画像形成装置。
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