JP2017097012A - 光走査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る光走査装置100は、複数の発光点を有する光源101と、光源101からの光束を偏向して被走査面109を主走査方向に光走査する偏向器106と、光源101からの光束を偏向器106に入射させる入射光学系と、偏向器106によって偏向された光束を被走査面109に導光する結像光学系と、を備え、入射光学系は、光束を主走査方向において制限する主走査絞り105と、主走査絞り105とは異なる位置に配置され、光束を副走査方向において制限する副走査絞り102と、を有し、複数の発光点から出射した複数の光束の夫々の主光線の主走査絞り105における通過位置は、主走査方向において互いに異なることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
従来の複数の発光点を有する光源を備える光走査装置では、以下のような課題が生じる。
すなわち、光走査装置の各部材の組立時の公差の影響によって、被走査面上におけるピント位置がずれると各発光点が互いに主走査方向に間隔を有して配置されるために、被走査面における各発光点に対応するドット位置の主走査方向におけるばらつきが生じてしまう。その結果、画像の不良、特にモアレが発生してしまい、高精細化が困難となる。
従って、複数の発光点を有する光源を備える光走査装置において、被走査面における主走査方向のドット位置のばらつきを低減しつつ、光走査装置の高速化及び高精細化を実現することが求められる。
しかしながら、特許文献1に開示されている光走査装置では、配置の制約から、主走査絞りを偏向器近傍に近づけることに限界があり、被走査面における主走査方向のドット位置のばらつきを十分に低減することができない。
しかしながら、特許文献2に開示されている光走査装置では、主走査絞りと副走査方向の光束径を制限する副走査絞りが一体に形成されており、偏向器に近づけて配置すると副走査方向の集光が悪化する虞がある。
また、特許文献2に開示されている光走査装置では、絞りの形状を最適化することで光量むらを低減する方法は開示されているが、被走査面における主走査方向のドット位置のばらつきを低減することはできない。
そこで本発明では、被走査面における主走査方向のドット位置のばらつきを低減することができる、複数の発光点を有する光源を備える光走査装置を提供する。
特に、本発明では、主走査断面内における、入射光学系の光軸方向と副走査方向とに垂直な方向も主走査方向とする。
図1は、第一実施形態に係る光走査装置100の主走査断面図を示している。
また、光走査装置100は、偏向器106、第一のfθレンズ107、第二のfθレンズ108及び被走査面109を備えている。
副走査絞り102は、光源101より射出された光束の副走査方向の光束径を制限する。
コリメータレンズ103は、副走査絞り102を通過した光束を略平行光束に変換する。なお、ここで、略平行光束とは、弱発散光束、弱収束光束及び平行光束を含むものとする。
シリンドリカルレンズ104は、副走査断面内にのみ有限のパワー(屈折力)を有しており、コリメータレンズ103を通過した光束を副走査方向にのみ屈折する。
主走査絞り105は、シリンドリカルレンズ104を通過した光束の主走査方向の光束径を制限する。
副走査絞り102、コリメータレンズ103、シリンドリカルレンズ104及び主走査絞り105によって、本実施形態に係る光走査装置100の入射光学系が構成される。
第一のfθレンズ107及び第二のfθレンズ108は、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有し、fθ特性を決定する結像レンズ(アナモフィックレンズ)などの結像光学素子である。第一のfθレンズ107及び第二のfθレンズ108は、偏向器106によって偏向走査される光束を、被走査面109に導光する。
第一のfθレンズ107及び第二のfθレンズ108によって、本実施形態に係る光走査装置100の結像光学系が構成される。
偏向器106に入射した複数の光束はそれぞれ、偏向器106によって偏向走査された後、第一のfθレンズ107及び第二のfθレンズ108によって被走査面109に導光される。
なお、偏向器106はA方向に回転しているので、偏向走査された光束は、被走査面109を図1中のB方向に等速度で走査する。
また、被走査面109の位置に感光体を配置した場合、偏向器106によって偏向走査された光束による副走査方向の露光分布の作成は、主走査露光毎に、感光体を副走査方向に移動(回転)させることによって行うことができる。
また、表1及び表2において、「E−x」は「×10-x」を意味している。
また、yの値に関してプラス側とマイナス側で係数k及びBiが異なる場合は、プラス側の係数には添字uを付し(すなわち、ku及びBiu)、マイナス側の係数には添字lを付している(すなわち、kl及びBil)。
yの値に関してプラス側とマイナス側で係数Diが異なる場合は、プラス側の係数には添字uを付し(すなわち、Dju)、マイナス側の係数には添字lを付している(すなわち、Djl)。
yの値に関してプラス側とマイナス側で係数Diが異なる場合は、プラス側の係数には添字uを付し(すなわち、Dju)、マイナス側の係数には添字lを付している(すなわち、Djl)。
図3は、従来の光走査装置の偏向器106側から見た光源101における発光点の配置を示した図である。
また、以降の説明において、上記の通り、光軸方向をx軸、主走査方向をy軸、副走査方向をz軸と定義する。また、回転方向については、反時計回りの方向を正の方向と定義する。すなわち、角度については、反時計回りを正と定義する。
なお、以下で示すy座標及びz座標の正負(プラスマイナス)については、発光点101aの位置のy座標及びz座標を共に0とした場合で示している。換言すると、y座標及びz座標の正負(プラスマイナス)については、光軸位置のy座標及びz座標を共に0としている。
また、発光点101b及び101cはそれぞれ、y方向及びz方向のプラス側端部及びマイナス側端部に配置された発光点である。
なお、複数の発光点が配置されている所定の方向は、y軸に対して所定の角度+θLSだけ回転した方向である。本実施形態では、+θLSは10.06度である。ここで、θLSに関しては、光源101を偏向器106側から光軸方向に見た時に、複数の発光点のうち最も離れた2つの発光点を結ぶ直線が主走査方向に対してなす鋭角が反時計回りであるときに正であるとする。
なお、図2(a)においては、主光線200b及び200cは、所定の主走査断面に投影されており、図2(b)においては、主光線200b及び200cは、所定の副走査断面に投影されていることに注意されたい。
このため、被走査面109において主走査方向のドット位置のばらつきが生じる。
ここで、y方向側端部とは、絞りの光束が通過する側、すなわち絞りに設けられた開口の主走査端部であり、絞りの光束が通過する側、すなわち絞りに設けられた開口の主走査方向における端部を意味している。
そのため、図4(a)に示されているように、主光線200a、200b及び200cは、主走査絞り205においてy=0の位置を通過する。なお、主走査絞り205において、主光線200a、200b及び200cがそれぞれz軸方向において異なる位置を通過しているのは、副走査絞り102と主走査絞り205とが離間して配置されているためである。
また、第一実施形態に係る光走査装置100の光源101の発光点101a、101b及び101cからはそれぞれ、主光線400a、400b及び400cが射出される。
これにより、主光線400b及び400cは、主走査絞り105においてy=0の位置を通過しない。具体的には、主光線400b及び400cはそれぞれ、主走査絞り105においてy=+δ及び−δの位置を通過する。
すなわち、従来の光走査装置に比べて、第一実施形態に係る光走査装置100では、主走査絞り105における主光線400bの通過位置は、y方向プラス側にδだけシフトする。一方で、従来の光走査装置に比べて、第一実施形態に係る光走査装置100では、主走査絞り105における主光線400cの通過位置は、y方向マイナス側にδだけシフトする。
従って、本実施形態に係る光走査装置100では、光源101の複数の発光点から射出された複数の光束の主光線の主走査絞り105における各通過位置は、入射光学系の光軸方向に見たとき、副走査方向に対して非平行な方向に沿っている。
また、換言すると、第一実施形態に係る光走査装置100では、光源101の複数の発光点から出射した光束の主光線の主走査絞り105における通過位置は、主走査方向において互いに異なっている。
なお、本実施形態では、+θapは30.0度である。ここで、θapに関しては、主走査絞り105を偏向器106側から光軸方向に見た時に、主走査絞り105の光束が通過する側の主走査端部(y方向側端部)105a、105bが副走査方向に対してなす鋭角が反時計回りであるときに正であるとする。
なお、ここで、主走査断面1とは、主走査絞り105における主光線400bの通過位置を含む主走査断面であり、主走査断面2とは、主走査絞り105における主光線400cの通過位置を含む主走査断面である。
また、図5(a)においては、主光線200b及び400bは、主走査断面1に投影されており、図5(b)においては、主光線200c及び400cは、主走査断面2に投影されていることに注意されたい。
そのため、主光線200bは、偏向器106の偏向面上のy方向マイナスの位置に到達し、一方で、主光線200cは、偏向器106の偏向面上のy方向プラスの位置に到達する。
そのため、主光線400bは、偏向器106の偏向面上において、主光線200bに比べてy方向プラス側にδだけシフトしたy方向マイナスの位置に到達する。一方で、主光線400cは、偏向器106の偏向面上において、主光線200cに比べてy方向マイナス側にδだけシフトしたy方向プラスの位置に到達する。
従って、本実施形態に係る光走査装置100では、主走査絞り105を用いることによって、従来の光走査装置に比べて、主光線400b及び400cの偏向器106の偏向面上の到達位置を、y=0の位置により近づくようにシフトさせることができる。
すなわち、角度−θinで主走査絞り105に入射する主光線400bは、偏向器106の偏向面上において、主光線200bと比較して、y方向に+δだけシフトした位置に到達する。一方で、角度+θinで主走査絞り105に入射する主光線400cは、偏向器106の偏向面上において、主光線200cと比較して、y方向に−δだけシフトした位置に到達する。
それにより、被走査面109における主走査方向のドット位置のばらつきを小さくすることができる。
また、図7(b)及び(c)はそれぞれ、角度θapに対する変化率(Δ(θap)−Δ(θap=0゜))/Δ(θap=0゜)を示した図、及びtan(θap)に対する変化率(Δ(θap)−Δ(θap=0゜))/Δ(θap=0゜)を示した図である。
図8は、本実施形態に係る光走査装置100における、角度θapに対する結像光学系の深度幅の変化を示した図である。
一方で、結像光学系の深度幅に着目すると、図8に示されているように、角度θapが大きくなりすぎると、結像光学系の深度幅が急激に小さくなり、結像性能が悪くなる。
そのため、角度θapは0゜<θap≦60゜を満たすように、主走査絞り105を設計することがより好ましい。
換言すると、後に示す実施形態も考慮して、角度θapの絶対値|θap|は0度より大きく、60度以下になるように、主走査絞り105を設計することが好ましい。
図9は、第二実施形態に係る光走査装置の偏向器106側から見た光源101における発光点の配置を示した図である。
図10は、第二実施形態に係る光走査装置の主走査絞り805を偏向器106側から見た図を示している。
図11(a)及び(b)はそれぞれ、第二実施形態に係る光走査装置における入射光学系の、図10に示される主走査断面3での断面図及び図10に示される主走査断面4での断面図を示している。
なお、ここで、第二実施形態に係る光走査装置は、主走査絞り105の代わりに、主走査絞り805を設けたこと以外は、第一実施形態に係る光走査装置100と同一であるため、同一の部材には、同一の参照符号を付している。
また、以降の説明において、上記の通り、光軸方向をx軸、主走査方向をy軸、副走査方向をz軸と定義する。また、回転方向については、反時計回りの方向を正の方向と定義する。
また、主走査断面3とは、主走査絞り805における主光線1100bの通過位置を含む主走査断面であり、主走査断面4とは、主走査絞り805における主光線1100cの通過位置を含む主走査断面である。
また、図11(a)においては、主光線200b及び1100bは、主走査断面3に投影されており、図11(b)においては、主光線200c及び1100cは、主走査断面4に投影されていることに注意されたい。
なお、以下で示すy座標及びz座標の正負(プラスマイナス)については、発光点101dの位置のy座標及びz座標を共に0とした場合で示している。
また、発光点101e及び101fはそれぞれ、y方向プラス側且つz方向マイナス側端部及びy方向マイナス側且つz方向プラス側端部に配置された発光点である。
従って、本実施形態に係る光走査装置の光源101は、第一実施形態に係る光走査装置100の光源101とは異なり、複数の発光点が配置されている所定の方向が、y軸に対して所定の角度−θLSだけ回転した方向である。本実施形態では、−θLSは−10.06度である。
また、第二実施形態に係る光走査装置の光源101の発光点101d、101e及び101fからはそれぞれ、主光線1100a、1100b及び1100cが射出される。
これにより、主光線1100b及び1100cは、主走査絞り805においてy=0の位置を通過しない。具体的には、主光線1100b及び1100cはそれぞれ、主走査絞り805においてy=+δ及び−δの位置を通過する。
すなわち、従来の光走査装置に比べて、第二実施形態に係る光走査装置では、主走査絞り805における主光線1100bの通過位置は、y方向プラス側にδだけシフトする。一方で、従来の光走査装置に比べて、第二実施形態に係る光走査装置では、主走査絞り805における主光線1100cの通過位置は、y方向マイナス側にδだけシフトする。
従って、本実施形態に係る光走査装置では、光源101の複数の発光点から射出された複数の光束の主光線の主走査絞り805における各通過位置は、副走査方向に非平行な方向に沿っている。
なお、本実施形態では、−θapは−30.0度である。
そのため、主光線200bは、偏向器106の偏向面上のy方向マイナスの位置に到達し、一方で、主光線200cは、偏向器106の偏向面上のy方向プラスの位置に到達する。
そのため、主光線1100bは、偏向器106の偏向面上において、主光線200bに比べてy方向プラス側にδだけシフトしたy方向マイナスの位置に到達する。一方で、主光線1100cは、偏向器106の偏向面上において、主光線200cに比べてy方向マイナス側にδだけシフトしたy方向プラスの位置に到達する。
従って、本実施形態に係る光走査装置では、主走査絞り805を用いることによって、従来の光走査装置に比べて、主光線1100b及び1100cの偏向器106の偏向面上の到達位置を、y=0の位置により近づくようにシフトさせることができる。
すなわち、角度−θinで主走査絞り805に入射する主光線1100bは、偏向器106の偏向面上において、主光線200bと比較して、y方向に+δだけシフトした位置に到達する。また、角度+θinで主走査絞り805に入射する主光線1100cは、偏向器106の偏向面上において、主光線200cと比較して、y方向に−δだけシフトした位置に到達する。
それにより、被走査面109における主走査方向のドット位置のばらつきを小さくすることができる。
図13(a)及び(b)はそれぞれ、従来の光走査装置における入射光学系の主走査断面図及び副走査断面図を示している。
また、以降の説明において、上記の通り、光軸方向をx軸、主走査方向をy軸、副走査方向をz軸と定義する。また、回転方向については、反時計回りの方向を正の方向と定義する。
なお、以下で示すy座標及びz座標の正負(プラスマイナス)については、発光点101dの位置のy座標及びz座標を共に0とした場合で示している。
光源にこのような強度分布が存在する場合、一般的には主光線と重心光線は異なる。
以下に示す第三実施形態に係る光走査装置において、重心光線を考慮した場合においても、被走査面上でのドット位置のばらつきを低減すすることができる。
このため、被走査面109において主走査方向のドット位置のばらつきが生じる。
なお、ここで、第三実施形態に係る光走査装置の入射光学系は、第二実施形態に係る光走査装置の入射光学系と同一であるため、同一の部材には、同一の参照符号を付している。
上記で示したように、発光点101e及び101fから出射した主光線は、主走査絞り205においてy=0の位置を通過する。
しかしながら、発光点101e及び101fから出射した重心光線1400b及び1400cは、主走査絞り205においてy=0の位置を通過しない。
具体的には、主走査絞り205において、重心光線1400bはy方向マイナス側の位置を通過し、重心光線1400cはy方向プラス側の位置を通過する。
これにより、偏向器106の偏向面上の重心光線の到達位置の間隔は、主光線の到達位置の間隔よりも大きくなり、重心で見た被走査面109上のドット位置のばらつき量は大きくなってしまう。
そして、図14(b)に示されているように、第三実施形態に係る光走査装置の主走査絞り805のy方向側端部805a及び805bはそれぞれ、z軸に対して−θapだけ回転した、z軸に非平行な方向に沿っている。
これにより、従来の光走査装置に比べて、第三実施形態に係る光走査装置では、主走査絞り805における発光点101eから出射した重心光線1500bの通過位置は、y方向プラス側にδだけシフトする。一方で、従来の光走査装置に比べて、第三実施形態に係る光走査装置では、主走査絞り805における発光点101fから出射した重心光線1500cの通過位置は、y方向マイナス側にδだけシフトする。
なお、本実施形態では、−θapは−30.0度である。
そのため、重心光線1400bは、偏向器106の偏向面上のy方向マイナスの位置に到達し、一方で、重心光線1400cは、偏向器106の偏向面上のy方向プラスの位置に到達する。
そのため、重心光線1500bは、偏向器106の偏向面上において、重心光線1400bに比べてy方向プラス側にδだけシフトしたy方向マイナスの位置に到達する。一方で、重心光線1500cは、偏向器106の偏向面上において、重心光線1400cに比べてy方向マイナス側にδだけシフトしたy方向プラスの位置に到達する。
従って、本実施形態に係る光走査装置では、主走査絞り805を用いることによって、従来の光走査装置に比べて、重心光線1500b及び1500cの偏向器106の偏向面上の到達位置を、y=0の位置により近づくようにシフトさせることができる。
すなわち、角度−θinで主走査絞り805に入射する重心光線1500bは、偏向器106の偏向面上において、重心光線1400bと比較して、y方向に+δだけシフトした位置に到達する。一方で、角度+θinで主走査絞り805に入射する重心光線1500cは、偏向器106の偏向面上において、重心光線1400cと比較して、y方向に−δだけシフトした位置に到達する。
このようにして、重心光線に対しても被走査面109における主走査方向のドット位置のばらつきを小さくすることができ、従って、本実施形態に係る光走査装置における重心位置で見た主走査方向のドット位置の被走査面上におけるばらつきを低減することができる。
図17は、第四実施形態に係る光走査装置400の主走査断面図を示している。
このような主走査絞り1805a及び1805bの少なくとも一方をz軸に対して非平行になるように設計することによっても、第一実施形態乃至第三実施形態と同様に、主走査絞り1805a及び1805bにおける光束の通過位置を制御することが可能である。
それにより、被走査面109における主走査方向のドット位置のばらつきを小さくすることができる。
従って、各実施形態に係る光走査装置によれば、被走査面における主走査方向のドット位置のばらつきを小さくしつつ、高速化及び高精細化を実現することができる。
図18は、第一乃至第四実施形態のいずれかに係る光走査ユニット1200が搭載されたモノクロ画像形成装置1204の要部副走査断面図を示している。
図19は、第一乃至第四実施形態のいずれかに係る光走査装置11乃至14が搭載されたカラー画像形成装置90の要部副走査断面図を示している。
画像形成装置90は、第一乃至第四実施形態のいずれかに係る光走査装置11、12、13、14、像担持体としての感光ドラム23、24、25、26、現像器15、16、17、18、搬送ベルト91、及びプリンタコントローラ93を備えている。
また、本実施形態に係る画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかしながら、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、1200dpi以上の画像形成装置において、第一乃至第四実施形態に係る光走査装置を搭載した場合に、本発明の効果がより発揮される。
101 光源
101a、101b、101c 発光点
102 副走査絞り(入射光学系)
103 コリメータレンズ(入射光学系)
104 シリンドリカルレンズ(入射光学系)
105 主走査絞り
106 偏向器
107 第一のfθレンズ(結像光学系)
108 第二のfθレンズ(結像光学系)
109 被走査面
Claims (12)
- 複数の発光点を有する光源と、
前記光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向器と、
前記光源からの光束を前記偏向器に入射させる入射光学系と、
前記偏向器によって偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系と、
を備え、
前記入射光学系は、光束を主走査方向において制限する主走査絞りと、該主走査絞りとは異なる位置に配置され、光束を副走査方向において制限する副走査絞りと、を有し、
前記複数の発光点から出射した複数の光束の夫々の主光線の前記主走査絞りにおける通過位置は、主走査方向において互いに異なることを特徴とする光走査装置。 - 前記主走査絞りの光束が通過する側の主走査端部のうちの少なくとも一方は、前記入射光学系の光軸方向に見たとき、副走査方向に対して非平行であることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記複数の発光点のうち最も離れた2つの発光点を結ぶ直線が主走査方向に対してなす角度と、前記主走査絞りの光束が通過する側の主走査端部のうちの少なくとも一方が副走査方向に対してなす角度とは、同符号で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。
- 前記主走査絞りの光束が通過する側の主走査端部のうちの少なくとも1つが副走査方向に対してなす角度の絶対値は、0度より大きく、60度以下であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記光源の前記複数の発光点から出射した主光線のうちの第1の主光線が、前記主走査絞りの位置で、主走査断面内において光軸に対してなす角度と、前記主走査絞りの光束が通過する側の主走査端部のうちの少なくとも1つを副走査方向に対して非平行にすることによって生じる該第1の主光線の前記偏向器の前記偏向面上の到達位置の主走査方向に沿ったシフト量とは、異符号であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記光源の前記複数の発光点から出射した重心光線のうちの第1の重心光線が、前記主走査絞りの位置で、主走査断面内において光軸に対してなす角度と、前記主走査絞りの光束が通過する側の主走査端部のうちの少なくとも1つを副走査方向に対して非平行にすることによって生じる該第1の重心光線の前記偏向器の偏向面上の到達位置の主走査方向に沿ったシフト量とは、異符号であることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記主走査絞りの光束が通過する側の主走査端部のうちの少なくとも1つは、複数の直線部を有していることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記入射光学系は、第1の主走査絞り及び第2の主走査絞りを備えており、
該第1の主走査絞り及び該第2の主走査絞りは、前記入射光学系の光軸方向に沿って、互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記光源は、VCSELであることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記主走査絞りの光束が通過する側の主走査端部のうちの少なくとも1つが副走査方向に対してなす角度をθapとするとき、ピントずれが生じた際の前記被走査面上のドット位置のずれ量は、tan(θap)に比例して変化することを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 請求項1乃至10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。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光走査装置と、外部機器から出力され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するプリンタコントローラと、を備えることを特徴とする画像形成装置。
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