JP2019184808A - Optical scanner and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置に関し、特にレーザービームプリンタ(LBP)やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ(MFP)等の画像形成装置に好適なものである。 The present invention relates to an optical scanning device, and is particularly suitable for an image forming apparatus such as a laser beam printer (LBP), a digital copying machine, or a multifunction printer (MFP).
近年、低コスト化を図るために、樹脂製の光学部材を用いた光走査装置が知られている。
特許文献1は、結像光学系に樹脂製のレンズを用いることで低コスト化を図った光走査装置を開示している。
In recent years, an optical scanning device using a resin optical member has been known in order to reduce the cost.
Patent Document 1 discloses an optical scanning device that achieves cost reduction by using a resin lens in an imaging optical system.
樹脂の中には吸湿が大きく発生するものがあり、そのような樹脂から作製されたレンズにおいて吸湿が発生すると、光学性能が変化し画質を劣化させてしまう虞がある。
そこで本発明は、レンズを適切に構成することで低コスト化とともに高画質化も図った光走査装置を提供することを目的とする。
Some resins generate a large amount of moisture absorption, and when moisture absorption occurs in a lens made from such a resin, there is a possibility that the optical performance changes and the image quality is deteriorated.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical scanning device that achieves low cost and high image quality by appropriately configuring a lens.
本発明に係る光走査装置は、光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、少なくとも二つのレンズを備え、偏向器によって偏向された光束を被走査面に導光する結像光学系とを有し、少なくとも二つのレンズのうち偏向器に最も近接して配置されている第1のレンズの吸水率は、第2のレンズの吸水率より大きく、第1のレンズの入射面と出射面との間の光軸上における距離をD、第1のレンズの光軸を含んだ副走査断面内における外縁部から該光軸までの最小距離の2倍をHとしたとき、
D<H
なる条件式を満たすことを特徴とする。
An optical scanning device according to the present invention includes a deflector that deflects a light beam from a light source and scans a surface to be scanned in a main scanning direction, and at least two lenses, and the light beam deflected by the deflector is applied to the surface to be scanned. The water absorption rate of the first lens that has an imaging optical system that guides light and is disposed closest to the deflector out of at least two lenses is greater than the water absorption rate of the second lens. D is the distance on the optical axis between the entrance surface and the exit surface of the lens, and H is twice the minimum distance from the outer edge to the optical axis in the sub-scan section including the optical axis of the first lens. When
D <H
The following conditional expression is satisfied.
本発明によれば、レンズを適切に構成することで低コスト化とともに高画質化も図った光走査装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical scanning device that is low in cost and high in image quality by appropriately configuring a lens.
以下に、本実施形態に係る光走査装置を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。 Hereinafter, an optical scanning device according to the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the drawings shown below may be drawn at a scale different from the actual scale so that the present embodiment can be easily understood.
なお、以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸及び光学系の光軸に垂直な方向(回転多面鏡で光束が偏向走査される方向)である。副走査方向とは、偏向器の回転軸に平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向に垂直な断面である。副走査断面とは、主走査方向に垂直な断面である。
従って、以下の説明において、主走査方向及び副走査断面は、入射光学系と結像光学系とで異なることに注意されたい。
In the following description, the main scanning direction is a direction perpendicular to the rotation axis of the deflector and the optical axis of the optical system (the direction in which the light beam is deflected and scanned by the rotating polygon mirror). The sub-scanning direction is a direction parallel to the rotation axis of the deflector. A main scanning section is a section perpendicular to the sub-scanning direction. The sub-scanning cross section is a cross section perpendicular to the main scanning direction.
Accordingly, in the following description, it should be noted that the main scanning direction and the sub-scanning section are different between the incident optical system and the imaging optical system.
光学系に用いられるレンズの樹脂材料としては、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)、アクリル等が用いられることが多い。
特に、光走査装置の光学系に用いられるレンズの樹脂材料としては、耐環境安定性等の観点からCOPやCOCが用いられることが多い。
但し、グレード等にもよるが、COPやCOCは、アクリルと比べて重量あたりの単価が高いことが多いため、コストダウンを図る上ではアクリルを採用することが望ましい。
しかしながら、アクリルは、耐環境安定性の観点、特に吸湿が大きいことに注意しなければならない。
As the resin material of the lens used in the optical system, cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC), acrylic and the like are often used.
In particular, as a resin material for a lens used in an optical system of an optical scanning device, COP and COC are often used from the viewpoint of environmental stability and the like.
However, although depending on the grade and the like, COP and COC often have a higher unit price per weight than acrylic, so it is desirable to use acrylic for cost reduction.
However, it should be noted that acrylic has high moisture absorption, particularly from the viewpoint of environmental stability.
アクリルを用いてレンズを作製した場合、使用される場所の湿度等に応じて、レンズが周囲の水分を取り込んだり、レンズから周囲へ水分が排出されたりする。
これにより、レンズの面形状が変化したり、屈折率に偏り、すなわち分布が生じたりする。特に、レンズ内において屈折率の偏りがあると、光線が通過する際に屈折率の大きいほうに向かって曲がる。そのため、レンズの光軸上より軸外の方が屈折率が高い場合、負のパワーを有しているかの様に振舞う。
また、レンズの面形状が変化すると、その形状に応じて光束が集光する位置、すなわちピントが変化する。
When a lens is manufactured using acrylic, the lens takes in surrounding water or drains water from the lens to the surroundings depending on the humidity or the like of the place where it is used.
Thereby, the surface shape of the lens changes or the refractive index is biased, that is, a distribution is generated. In particular, if there is a refractive index deviation in the lens, the light beam bends toward the higher refractive index when passing through. Therefore, when the refractive index is higher off the axis than on the optical axis of the lens, it behaves as if it has negative power.
Further, when the surface shape of the lens changes, the position where the light beam is condensed, that is, the focus changes according to the shape.
レンズにおける吸湿は、まず表面において生じ、その後、内部に向かって水分が浸透していくため、その影響は、レンズの外形に依存する。
例えば、光走査装置の結像光学系に用いられるレンズは、偏向器による走査方向(主走査方向)に長く、光軸方向や光軸方向及び主走査方向に垂直な副走査方向に短い形状であることが多い。
このようなレンズ形状の場合、中心までの距離が最も短い面から浸透してきた水分が最も早く中心に到達するため、中心までの距離が最も短い面からの吸湿の影響が支配的になる。
逆に言えば、中心までの距離が遠い面からの吸湿の影響は少ないため、主走査方向に沿った吸湿の光学的な影響は小さくなる。
従って、結像光学系に用いられるレンズにおいては、副走査方向及び光軸方向に沿った吸湿を主に考慮すればよい。
Moisture absorption in the lens first occurs on the surface, and then moisture permeates into the interior, so the effect depends on the outer shape of the lens.
For example, a lens used in an imaging optical system of an optical scanning device is long in the scanning direction (main scanning direction) by the deflector and short in the sub-scanning direction perpendicular to the optical axis direction, the optical axis direction, and the main scanning direction. There are often.
In the case of such a lens shape, the moisture that has permeated from the surface with the shortest distance to the center reaches the center the fastest, so the influence of moisture absorption from the surface with the shortest distance to the center becomes dominant.
In other words, since the influence of moisture absorption from a surface far from the center is small, the optical influence of moisture absorption along the main scanning direction is small.
Therefore, in the lens used in the imaging optical system, moisture absorption along the sub-scanning direction and the optical axis direction may be mainly considered.
次に、副走査方向及び光軸方向それぞれにおける吸湿を比較すると、レンズの光軸方向の長さ(光軸上における入射面と出射面との間の距離、すなわち、肉厚)と副走査方向の長さ(光軸を含んだ副走査断面内における外縁部から光軸までの距離の2倍、すなわち、レンズ高さ)との大小関係は、製品によって異なるが、「肉厚<レンズ高さ」の関係に有る場合には、光軸方向からの吸湿が支配的になる。
ここで、吸湿により光軸方向に沿って屈折率の偏りが発生しても、ピント等にはほとんど影響しない。
従って、レンズにおいて吸湿の影響を抑制するためには、レンズの肉厚をD、レンズ高さの最小値をHとするとき、以下の条件式(1)を満たすようにレンズ外形を設計すると良いと考えられる。
D<H ・・・(1)
Next, when comparing moisture absorption in each of the sub-scanning direction and the optical axis direction, the length of the lens in the optical axis direction (distance between the entrance surface and the exit surface on the optical axis, ie, the thickness) and the sub-scanning direction The size relationship with the length (twice the distance from the outer edge to the optical axis in the sub-scan section including the optical axis, that is, the lens height) differs depending on the product, but “thickness <lens height ”In the optical axis direction becomes dominant.
Here, even if the refractive index is deviated along the optical axis direction due to moisture absorption, the focus or the like is hardly affected.
Therefore, in order to suppress the influence of moisture absorption in the lens, it is better to design the lens outer shape so that the following conditional expression (1) is satisfied, where D is the lens thickness and H is the minimum lens height. it is conceivable that.
D <H (1)
また、光走査装置の結像光学系に用いられるレンズでは有限の幅を持つ光束が通過する。そのため、光束幅がある程度大きくなると、「肉厚<レンズ高さ」の関係を満たすようにレンズを設計したとしても、レンズの光軸方向から浸透してきた水分が中心にたどり着く前に、副走査方向から浸透してきた水分がレンズの光束通過部分に到達してしまう。それにより、副走査方向から浸透してきた水分がレンズの光学性能に影響を与える可能性がある。
そこで、レンズを通過する光束の副走査方向の最大径をd、レンズの肉厚をD、レンズ高さの最小値をHとするとき、以下の条件式(2)を満たすようにレンズを設計することがより好ましい。
D<H−d ・・・(2)
なお、ここで図4に示されているように、レンズ部401に加えて鍔部402を有するレンズ400を考慮すると、レンズ高さの最小値Hは、鍔部402を含めたレンズ400の光軸を含んだ副走査断面内における外縁部から光軸までの最小距離の2倍と定義すればよい。
In addition, a light beam having a finite width passes through a lens used in the imaging optical system of the optical scanning device. Therefore, even if the lens is designed to satisfy the relationship of “thickness <lens height” when the light flux width increases to some extent, the water that has penetrated from the optical axis direction of the lens will reach the center in the sub-scanning direction. Moisture that has permeated from the lens reaches the light beam passage portion of the lens. Thereby, moisture that has penetrated from the sub-scanning direction may affect the optical performance of the lens.
Therefore, the lens is designed to satisfy the following conditional expression (2) where d is the maximum diameter in the sub-scanning direction of the light beam passing through the lens, D is the thickness of the lens, and H is the minimum value of the lens height. More preferably.
D <Hd (2)
Here, as shown in FIG. 4, in consideration of the
しかしながら、肉厚が10mmを超えるレンズにおいて、条件式(1)の関係を満たすようにレンズの高さを高くすると、材料の使用量が増えることによるコストアップを招いてしまう。また、それに加えて、成形による作製においては、取り個数を減らしてしまう可能性もあるため好ましくない。 However, in a lens having a thickness of more than 10 mm, if the height of the lens is increased so as to satisfy the relationship of the conditional expression (1), the cost is increased due to an increase in the amount of material used. In addition to this, in the production by molding, there is a possibility that the number to be obtained may be reduced, which is not preferable.
屈折率の偏り等、非偏心な光学的変化のピントに対する影響は、通過する光束の幅が大きい光学面において相対的に高くなり、逆に光束幅が小さい光学面では相対的に低くなる。
上記のように、副走査方向に沿った吸湿がピントに大きく影響するため、通過する光束の副走査方向における幅が小さい光学面を有するレンズをアクリル等のローコスト材で作製することが望ましい。
具体的には、光走査装置においては、偏向器の近傍で光束は副走査方向に一旦集光するため、複数のレンズから構成される結像光学系においては、偏向器に最も近接して配置されているレンズを光束が通過する際の副走査方向の幅が小さくなることが多い。
従って、最も偏向器に近いレンズをアクリルで作製することが望ましい。
The influence of non-eccentric optical changes, such as refractive index bias, on the focus is relatively high on an optical surface with a large width of light passing therethrough, and conversely relatively low on an optical surface with a small light flux width.
As described above, since moisture absorption along the sub-scanning direction greatly affects the focus, it is desirable to manufacture a lens having an optical surface with a small width in the sub-scanning direction of a passing light beam using a low-cost material such as acrylic.
Specifically, in the optical scanning device, the light beam is once condensed in the sub-scanning direction in the vicinity of the deflector. Therefore, in the imaging optical system composed of a plurality of lenses, it is disposed closest to the deflector. In many cases, the width in the sub-scanning direction when the light beam passes through the lens is reduced.
Therefore, it is desirable to make the lens closest to the deflector with acrylic.
一方、被走査面に最も近いレンズや副走査断面内において最もパワーを有するレンズにおいては、他のレンズと比較して副走査方向の光束幅が大きくなっていることが多いため、副走査方向に沿った吸湿の影響を受けやすくなる。
そのため、そのようなレンズに対しては、飽和状態における吸水率が非常に小さい、具体的には0.05%以下であるCOPやCOCで作製したレンズを採用することが望ましい。
On the other hand, in the lens closest to the surface to be scanned and the lens having the most power in the sub-scanning section, the light flux width in the sub-scanning direction is often larger than that of other lenses. It becomes susceptible to moisture absorption along.
Therefore, for such a lens, it is desirable to employ a lens made of COP or COC having a very low water absorption rate in a saturated state, specifically 0.05% or less.
以上のことから、光走査装置の結像光学系が2枚のレンズで構成されている場合、偏向器に近い方の第1のレンズはアクリルで、被走査面に近い方の第2のレンズはCOP若しくはCOCで作製する。それによって、光学性能を維持しつつコストダウンを図ることが可能となる。 From the above, when the imaging optical system of the optical scanning device is composed of two lenses, the first lens closer to the deflector is acrylic and the second lens closer to the scanned surface Is made of COP or COC. Thereby, it is possible to reduce the cost while maintaining the optical performance.
なお、アクリルの飽和状態における吸水率は、製造しているメーカーやグレードによって様々であるが、一般的には多くにおいて1%以上である。 In addition, the water absorption rate in the saturated state of acrylic varies depending on the manufacturer and grade manufactured, but is generally 1% or more in many cases.
[第一実施形態]
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。
本実施形態に係る光走査装置100は、光源1、アナモフィックコリメータレンズ3、開口絞り5、偏向器6、第1の結像レンズ7(第1のレンズ)及び第2の結像レンズ8(第2のレンズ)を備えている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a main scanning sectional view of the
An
光源1としては、例えば半導体レーザーが用いられ、不図示のカバーガラスによって保護されている。
アナモフィックコリメータレンズ3は、光源1から射出された光束を主走査断面内においては平行光束に、副走査断面内においては収束光束になるように変換している。なおここで、平行光束とは、厳密な平行光束だけでなく、弱発散光束や弱収束光束等の略平行光束を含むものとする。また、アナモフィックコリメータレンズ3の入射面側に回折面を設けることによって温度補償を行っている。
For example, a semiconductor laser is used as the light source 1 and is protected by a cover glass (not shown).
The anamorphic collimator lens 3 converts the light beam emitted from the light source 1 into a parallel light beam in the main scanning section and a convergent light beam in the sub-scanning section. Here, the parallel light beam includes not only a strict parallel light beam but also a substantially parallel light beam such as a weak divergent light beam or a weakly convergent light beam. Further, temperature compensation is performed by providing a diffractive surface on the incident surface side of the anamorphic collimator lens 3.
開口絞り5は、アナモフィックコリメータレンズ3を通過した光束を所定のビーム形状に整形する、具体的には主走査方向及び副走査方向の光束径を制限することで、被走査面9上におけるスポット径を所望の大きさにしている。
偏向器6は、4面構成の回転多面鏡であり、開口絞り5を通過した光束を主走査方向に偏向走査している。また、偏向器6は、モータ等の駆動手段(不図示)により図中矢印A方向に一定速度で回転している。
第1及び第2の結像レンズ7及び8は、fθ特性を有しており、偏向器6の偏向面6aによって偏向走査された光束を被走査面9上に集光(導光)している。
The aperture stop 5 shapes the light beam that has passed through the anamorphic collimator lens 3 into a predetermined beam shape. Specifically, the aperture stop 5 limits the light beam diameter in the main scanning direction and the sub-scanning direction, so that the spot diameter on the scanned
The
The first and
本実施形態に係る光走査装置100では、アナモフィックコリメータレンズ3及び開口絞り5によって入射光学系80が構成されており、第1及び第2の結像レンズ7及び8によって結像光学系70が構成されている。
そして結像光学系70は、副走査断面内において、偏向器6の偏向面6aと被走査面9との間を共役関係にして面倒れ補正を行っている。
In the
Then, the imaging optical system 70 performs surface tilt correction in a sub-scanning section with a conjugate relationship between the
本実施形態に係る光走査装置100では、画像情報に応じて光変調されて光源1から出射した発散光束が、アナモフィックコリメータレンズ3によって、主走査断面内においては平行光束に、副走査断面内においては偏向器6の偏向面6a近傍で集光するように変換される。これにより、偏向面6a上において主走査方向に長い線像が形成される。そして、アナモフィックコリメータレンズ3を通過した光束は、開口絞り5に設けられている開口部を通過することで光束の一部が遮光される。
In the
偏向器6の偏向面6aによって偏向反射された光束は、第1及び第2の結像レンズ7及び8によって被走査面9上に集光され、スポット状の像が形成される。そして、偏向器6を矢印A方向に回転させることによって、被走査面9上を矢印PB方向(主走査方向)に等速度で光走査する。
これにより、記録媒体として被走査面9の位置に配置されている感光ドラム9の感光面上に画像記録が行われる。
The light beam deflected and reflected by the deflecting
As a result, image recording is performed on the photosensitive surface of the
次に、本実施形態に係る光走査装置100に設けられている各光学素子の曲率半径、面間隔、屈折率等の諸元値を以下の表1に示す。
Next, specification values such as a radius of curvature, a surface interval, and a refractive index of each optical element provided in the
表1において、Ryは主走査断面内における曲率半径、Rzは副走査断面内における曲率半径、Dは光学面若しくは光学素子間の距離、Nは波長780nmの光束に対する屈折率である。
また、非球面係数において、添え字uは光源側、lは反光源側の非球面係数であることを示している。
In Table 1, Ry is a radius of curvature in the main scanning section, Rz is a radius of curvature in the sub-scanning section, D is a distance between optical surfaces or optical elements, and N is a refractive index for a light beam having a wavelength of 780 nm.
Further, in the aspheric coefficient, the suffix u indicates the aspheric coefficient on the light source side, and l indicates the aspheric coefficient on the anti-light source side.
また、アナモフィックコリメータレンズ3の入射面側には回折面が設けられており、以下の位相関数φで定義される。
ここで、λは設計波長(=790nm)、Yは主走査方向の座標、Zは副走査方向の座標、Cは主走査方向(Y方向)の位相係数、Eは副走査方向(Z方向)の位相係数である。
この回折面は、位相関数φが2πの整数倍となる座標において、光路長が波長相当の差異を生じる高さの段差が設けられた回折格子となっている。
Here, λ is the design wavelength (= 790 nm), Y is the coordinate in the main scanning direction, Z is the coordinate in the sub scanning direction, C is the phase coefficient in the main scanning direction (Y direction), and E is the sub scanning direction (Z direction). Of the phase coefficient.
This diffraction surface is a diffraction grating provided with a step having a height that causes a difference corresponding to the wavelength of the optical path length at coordinates where the phase function φ is an integral multiple of 2π.
また、第1及び第2の結像レンズ7及び8の各光学面の主走査断面内における非球面形状X(母線形状)及び副走査断面内における非球面形状S(子線形状)はそれぞれ、以下の式(4)及び(5)で表される。
ここで、kは離心率、Yは主走査方向の座標、Zは副走査方向の座標、RYは主走査断面内の曲率半径、rZ’は副走査断面内の曲率半径である。
また、副走査断面内の曲率半径rZ’は、rZを光軸上における副走査断面内の曲率半径としたとき、以下の式(6)のように表される。
Further, the radius of curvature r Z ′ in the sub-scanning section is expressed as the following formula (6), where r Z is the radius of curvature in the sub-scanning section on the optical axis.
本実施形態に係る光走査装置100の結像光学系70に設けられている第1及び第2の結像レンズ7及び8のうち、偏向器6側の第1の結像レンズ7の材料として、アクリルの一種である三菱ケミカル株式会社のアクリペット(24時間の吸水率0.3%、飽和状態における吸水率1%程度)を採用することで、コストダウンを図っている。
そして、偏向器6から第1の結像レンズ7までの距離を10.5mmとすることで、第1の結像レンズ7の入射面及び出射面それぞれを通過する際の光軸上における副走査方向の光束幅dを0.48mm及び0.76mmとしている。
また、第1の結像レンズ7の肉厚Dを6.5mm、レンズ高さの最小値Hを10mmとすることで、入射面及び出射面のいずれにおいても条件式(1)及び(2)を満たすようにして、第1の結像レンズ7の光学性能に対する吸湿の影響を抑制している。
Of the first and
Then, by setting the distance from the
Further, by setting the thickness D of the
一方、被走査面9側の第2の結像レンズ8の材料として、COP樹脂の一種である日本ゼオン株式会社のE48R(飽和状態における吸水率0.05%以下)を採用することで、第2の結像レンズ8の光学性能に対する吸湿の影響を抑制している。
なお、表1から計算してもわかるように、第1の結像レンズ7の副走査断面内におけるパワーは負であり、第2の結像レンズ8よりも小さくなっている。
On the other hand, as a material for the second imaging lens 8 on the scanned
As can be seen from Table 1, the power in the sub-scanning section of the
[第二実施形態]
図2は、第二実施形態に係る光走査装置200の主走査断面図を示している。
本実施形態に係る光走査装置200は、第1、第2、第3及び第4の光源1A、1B、1C及び1D、第1及び第2の副走査絞り2A及び2B、及び第1、第2、第3及び第4のコリメータレンズ3A、3B、3C及び3Dを備えている。また、本実施形態に係る光走査装置200は、第1及び第2の一体化シリンドリカルレンズ4A及び4B、第1及び第2の主走査絞り5A及び5B、偏向器6、第1の結像レンズ7A及び7B、及び第2の結像レンズ8A、8B、8C及び8Dを備えている。
[Second Embodiment]
FIG. 2 shows a main scanning sectional view of the
The
第1、第2、第3及び第4の光源1A、1B、1C及び1Dとしては、例えば半導体レーザーが用いられ、不図示のカバーガラスによって保護されている。第1及び第2の光源1A及び1Bは、互いに副走査方向に配列しており、第3及び第4の光源1C及び1Dは、互いに副走査方向に配列している。
第1の副走査絞り2A及び第2の副走査絞り2Bはそれぞれ、第1、第2の光源1A、1Bから出射した光束LA、LB及び第3、第4の光源1C、1Dから出射した光束LC、LDの副走査方向の光束径を制限している。
As the first, second, third and fourth
The first
第1及び第2のコリメータレンズ3A及び3Bはそれぞれ、第1の副走査絞り2Aを通過した光束LA及びLBを主走査断面内において平行光束になるように変換している。また、第3及び第4のコリメータレンズ3C及び3Dはそれぞれ、第2の副走査絞り2Bを通過した光束LC及びLDを主走査断面内において平行光束になるように変換している。なおここで、平行光束とは、厳密な平行光束だけでなく、弱発散光束や弱収束光束等の略平行光束を含むものとする。
The first and
第1の一体化シリンドリカルレンズ4A及び第2の一体化シリンドリカルレンズ4Bはそれぞれ、第1、第2のコリメータレンズ3A、3Bを通過した光束LA、LB及び第3、第4のコリメータレンズ3C、3Dを通過した光束LC、LDを副走査断面内において収束光束になるように変換している。なお、第1及び第2の一体化シリンドリカルレンズ4A及び4Bにおいては、ゴースト光の発生を抑制するために、主走査断面内においてもパワーを持たせている。また、第1及び第2の一体化シリンドリカルレンズ4A及び4Bそれぞれの出射面側に回折面を設けることによって温度補償を行っている。
The first integrated
第1の主走査絞り5A及び第2の主走査絞り5Bはそれぞれ、第1の一体化シリンドリカルレンズ4Aを通過した光束LA、LB及び第2の一体化シリンドリカルレンズ4Bを通過した光束LC、LDの主走査方向の光束径を制限している。そして、第1及び第2の副走査絞り2A及び2Bと第1及び第2の主走査絞り5A及び5Bとで、第1、第2、第3及び第4の被走査面9A、9B、9C及び9D上におけるスポット径を所望の大きさにしている。
偏向器6は、5面構成の回転多面鏡であり、第1及び第2の主走査絞り5A及び5Bを通過した光束LA乃至LDを主走査方向に偏向走査している。また、偏向器6は、モータ等の駆動手段(不図示)により図中矢印PA方向に一定速度で回転している。
第1の結像レンズ7A及び7B、及び第2の結像レンズ8A、8B、8C及び8Dは、fθ特性を有しており、偏向器6の第1及び第2の偏向面6a及び6bによって偏向走査された光束LA乃至LDを第1、第2、第3及び第4の被走査面9A、9B、9C及び9D上に集光(導光)している。
The first
The
The
本実施形態に係る光走査装置200では、第1の副走査絞り2A、第1のコリメータレンズ3A、第1の一体化シリンドリカルレンズ4A及び第1の主走査絞り5Aによって第1の入射光学系80Aが構成されている。
また、第1の副走査絞り2A、第2のコリメータレンズ3B、第1の一体化シリンドリカルレンズ4A及び第1の主走査絞り5Aによって第2の入射光学系80Bが構成されている。
また、第2の副走査絞り2B、第3のコリメータレンズ3C、第2の一体化シリンドリカルレンズ4B及び第2の主走査絞り5Bによって第3の入射光学系80Cが構成されている。
また、第2の副走査絞り2B、第4のコリメータレンズ3D、第2の一体化シリンドリカルレンズ4B及び第2の主走査絞り5Bによって第4の入射光学系80Dが構成されている。
In the
The first
The second sub-scanning aperture 2B, the third collimator lens 3C, the second integrated
The second sub-scanning aperture 2B, the
そして、本実施形態に係る光走査装置200では、第1の結像レンズ7A及び第2の結像レンズ8Aによって第1の結像光学系70Aが構成されている。また、第1の結像光学系70Aは、副走査断面内において、偏向器6の第1の偏向面6aと第1の被走査面9Aとの間を共役関係にして面倒れ補正を行っている。
In the
また、第1の結像レンズ7A及び第2の結像レンズ8Bによって第2の結像光学系70Bが構成されており、第2の結像光学系70Bは、副走査断面内において、偏向器6の第1の偏向面6aと第2の被走査面9Bとの間を共役関係にして面倒れ補正を行っている。
また、第1の結像レンズ7B及び第2の結像レンズ8Cによって第3の結像光学系70Cが構成されており、第3の結像光学系70Cは、副走査断面内において、偏向器6の第2の偏向面6bと第3の被走査面9Cとの間を共役関係にして面倒れ補正を行っている。
また、第1の結像レンズ7B及び第2の結像レンズ8Dによって第4の結像光学系70Dが構成されており、第4の結像光学系70Dは、副走査断面内において、偏向器6の第2の偏向面6bと第4の被走査面9Dとの間を共役関係にして面倒れ補正を行っている。
The
The
The
本実施形態に係る光走査装置200では、画像情報に応じて光変調されて第1の光源1Aから出射した発散光束LAは、第1の副走査絞り2Aによって副走査方向の光束径が制限される。そして、第1の副走査絞り2Aを通過した光束LAは、第1のコリメータレンズ3Aによって主走査断面内において平行光束になるように変換される。そして、第1のコリメータレンズ3Aを通過した光束LAは、第1の一体化シリンドリカルレンズ4Aによって副走査断面内において収束光束になるように変換される。そして、第1の一体化シリンドリカルレンズ4Aを通過した光束LAは、第1の主走査絞り5Aによって主走査方向の光束径が制限され、偏向器6の第1の偏向面6a近傍で集光するように変換される。これにより、第1の偏向面6a上において光束LAによる主走査方向に長い線像が形成される。
In the
また、画像情報に応じて光変調されて第2の光源1Bから出射した発散光束LBは、第1の副走査絞り2Aによって副走査方向の光束径が制限され、第2のコリメータレンズ3Bによって主走査断面内において平行光束になるように変換される。そして、第2のコリメータレンズ3Bを通過した光束LBは、第1の一体化シリンドリカルレンズ4Aによって副走査断面内において収束光束になるように変換される。そして、第1の一体化シリンドリカルレンズ4Aを通過した光束LBは、第1の主走査絞り5Aによって主走査方向の光束径が制限され、偏向器6の第1の偏向面6a近傍で集光するように変換される。これにより、第1の偏向面6a上において光束LBによる主走査方向に長い線像が形成される。
Further, the divergent light beam LB that is light-modulated according to the image information and emitted from the second
また、画像情報に応じて光変調されて第3の光源1Cから出射した発散光束LCは、第2の副走査絞り2Bによって副走査方向の光束径が制限され、第3のコリメータレンズ3Cによって主走査断面内において平行光束になるように変換される。そして、第3のコリメータレンズ3Cを通過した光束LCは、第2の一体化シリンドリカルレンズ4Bによって副走査断面内において収束光束になるように変換される。そして、第2の一体化シリンドリカルレンズ4Bを通過した光束LCは、第2の主走査絞り5Bによって主走査方向の光束径が制限され、偏向器6の第2の偏向面6b近傍で集光するように変換される。これにより、第2の偏向面6b上において光束LCによる主走査方向に長い線像が形成される。
Further, the divergent light beam LC, which is light-modulated according to the image information and emitted from the third
また、画像情報に応じて光変調されて第4の光源1Dから出射した発散光束LDは、第2の副走査絞り2Bによって副走査方向の光束径が制限され、第4のコリメータレンズ3Dによって主走査断面内において平行光束になるように変換される。そして、第4のコリメータレンズ3Dを通過した光束LDは、第2の一体化シリンドリカルレンズ4Bによって副走査断面内において収束光束になるように変換される。そして、第2の一体化シリンドリカルレンズ4Bを通過した光束LDは、第2の主走査絞り5Bによって主走査方向の光束径が制限され、偏向器6の第2の偏向面6b近傍で集光するように変換される。これにより、第2の偏向面6b上において光束LDによる主走査方向に長い線像が形成される。
Further, the divergent light beam LD that is light-modulated according to the image information and emitted from the fourth
偏向器6の第1の偏向面6aによって偏向反射された光束LAは、第1及び第2の結像レンズ7A及び8Aによって第1の被走査面9A上に集光され、スポット状の像が形成される。そして、偏向器6を矢印PA方向に回転させることによって、第1の被走査面9A上を矢印PB方向(主走査方向)に等速度で光走査する。
The light beam LA deflected and reflected by the
また、偏向器6の第1の偏向面6aによって偏向反射された光束LBは、第1及び第2の結像レンズ7A及び8Bによって第2の被走査面9B上に集光され、スポット状の像が形成される。そして、偏向器6を矢印PA方向に回転させることによって、第2の被走査面9B上を矢印PB方向(主走査方向)に等速度で光走査する。
また、偏向器6の第2の偏向面6bによって偏向反射された光束LCは、第1及び第2の結像レンズ7B及び8Cによって第3の被走査面9C上に集光され、スポット状の像が形成される。そして、偏向器6を矢印PA方向に回転させることによって、第3の被走査面9C上を矢印PB方向(主走査方向)に等速度で光走査する。
また、偏向器6の第2の偏向面6bによって偏向反射された光束LDは、第1及び第2の結像レンズ7B及び8Dによって第4の被走査面9D上に集光され、スポット状の像が形成される。そして、偏向器6を矢印PA方向に回転させることによって、第4の被走査面9D上を矢印PB方向(主走査方向)に等速度で光走査する。
The light beam LB deflected and reflected by the
The light beam LC deflected and reflected by the
The light beam LD deflected and reflected by the
これにより、記録媒体として第1、第2、第3及び第4の被走査面9A、9B、9C及び9Dの位置にそれぞれ配置されている第1、第2、第3及び第4の感光ドラム9A、9B、9C及び9Dの感光面上に画像記録が行われる。
As a result, the first, second, third and fourth photosensitive drums arranged as the recording medium at the positions of the first, second, third and fourth scanned surfaces 9A, 9B, 9C and 9D, respectively. Image recording is performed on the
本実施形態に係る光走査装置200では、第1及び第2の入射光学系80A及び80Bの光軸はそれぞれ、主走査断面に対して+3゜及び−3゜傾いている。また、第3及び第4の入射光学系80C及び80Dの光軸はそれぞれ、主走査断面に対して−3゜及び+3゜傾いている。
これにより、第1乃至第4の光源1A乃至1Dから出射した光束LA乃至LDはそれぞれ、偏向器6に斜入射しており、各光束を分離して各被走査面に導くことができるようにしている。
In the
Thereby, the light beams LA to LD emitted from the first to fourth
次に、本実施形態に係る光走査装置200に設けられている各光学素子の曲率半径、面間隔、屈折率等の諸元値を以下の表2に示す。
Next, specification values such as a radius of curvature, a surface interval, and a refractive index of each optical element provided in the
表2において、Ryは主走査断面内における曲率半径、Rzは副走査断面内における曲率半径、Dは光学面若しくは光学素子間の距離、Nは波長790nmの光束に対する屈折率である。
また、非球面係数において、添え字uは反光源側、lは光源側の非球面係数であることを示している。
In Table 2, Ry is a radius of curvature in the main scanning section, Rz is a radius of curvature in the sub-scanning section, D is a distance between optical surfaces or optical elements, and N is a refractive index with respect to a light beam having a wavelength of 790 nm.
Further, in the aspheric coefficient, the subscript u indicates the non-light source side and l indicates the aspheric coefficient on the light source side.
また、第1及び第2の一体化シリンドリカルレンズ4A及び4Bの出射面側には回折面が設けられており、上記の式(3)の位相関数φで定義される。
Further, a diffractive surface is provided on the exit surface side of the first and second integrated
また、第1の結像レンズ7A、7B及び第2の結像レンズ8A、8B、8C及び8Dの各光学面の主走査断面内における非球面形状(母線形状)は、上記の式(4)で表される。
また、第1の結像レンズ7A、7Bの各光学面の副走査断面内における非球面形状(子線形状)は、上記の式(5)で表される。
加えて、第2の結像レンズ8A、8B、8C及び8Dの各光学面の副走査断面内における非球面形状(子線形状)は、以下の式(7)のように表される。
Further, the aspherical shape (sub-wire shape) in the sub-scan section of each optical surface of the
In addition, the aspherical shape (sub-wire shape) in the sub-scan section of each optical surface of the
本実施形態に係る光走査装置200の第1及び第2の結像光学系70A及び70Bに設けられている第1の結像レンズ7A、第2の結像レンズ8A及び8Bのうち、偏向器6側の第1の結像レンズ7Aの材料として、アクリルの一種である三菱ケミカル株式会社のアクリペット(24時間における吸水率0.3%、飽和状態における吸水率1%程度)を採用することで、コストダウンを図っている。
Of the
そして、偏向器6から第1の結像レンズ7Aまでの距離を17mmとすることで、第1の結像レンズ7Aの入射面及び出射面それぞれを通過する際の光軸上における副走査方向の光束幅dを0.41mm及び0.45mmとしている。
また、第1の結像レンズ7Aの肉厚Dを7.29mm、入射面上及び出射面上それぞれにおけるレンズ高さの最小値Hを10.6mm及び12.2mmとしている。これにより、入射面及び出射面のいずれにおいても条件式(1)及び(2)を満たすようにして、第1の結像レンズ7Aの光学性能に対する吸水の影響を抑制している。
Then, by setting the distance from the
Further, the thickness D of the
一方、第1及び第2の被走査面9A及び9B側の第2の結像レンズ8A及び8Bの材料として、COP樹脂の一種である日本ゼオン株式会社のK22R(飽和状態における吸水率0.05%以下)を採用することで、第2の結像レンズ8A及び8Bの光学性能に対する吸湿の影響を抑制している。
なお、表2から計算してもわかるように、第1の結像レンズ7Aの副走査断面内におけるパワーは負であり、第2の結像レンズ8A及び8Bよりも小さくなっている。
また、上記の構成は、第3及び第4の結像光学系70C及び70Dにおいても同様である。
On the other hand, as a material for the
As can be seen from the calculation from Table 2, the power of the
The above configuration is the same in the third and fourth imaging optical systems 70C and 70D.
[モノクロ画像形成装置]
図3(a)は、第一実施形態に係る光走査装置100が搭載されたモノクロ画像形成装置104の要部副走査断面図を示している。
[Monochrome image forming apparatus]
FIG. 3A is a cross-sectional view of the main part of the monochrome
画像形成装置104には、パーソナルコンピュータ等の外部機器117から出力されたコードデータDcが入力される。入力されたコードデータDcは、装置内のプリンタコントローラ111によって、画像データ(ドットデータ)Diに変換される。そして、画像データDiは、第一実施形態に係る光走査装置100に入力される。
光走査装置100からは、画像データDiに応じて変調された光ビーム103が射出され、この光ビーム103によって感光ドラム101の感光面上が主走査方向に沿って走査される。
The code data Dc output from the
A
静電潜像担持体(感光体)たる感光ドラム101は、モータ115によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム101の感光面が光ビーム103に対して、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する。
感光ドラム101の回転方向の上流側には、感光ドラム101の感光面上を一様に帯電せしめる帯電ローラ102が感光ドラム101の感光面に当接するように設けられている。
そして、帯電ローラ102によって帯電された感光ドラム101の感光面上に、光走査装置100によって走査される光ビーム103が照射されるようになっている。
The
A charging
A
先に説明したように、光ビーム103は、画像データDiに基づいて変調されており、この光ビーム103を照射することによって感光ドラム101の感光面上に静電潜像が形成される。
この静電潜像は、光ビーム103の照射位置よりも更に感光ドラム101の回転方向の下流側において感光ドラム101に当接するように配設された現像手段である現像器107によってトナー像として現像される。
現像器107によって現像されたトナー像は、感光ドラム101の下方において感光ドラム101に対向するように配設された転写ローラ108(転写器)によって被転写材たる用紙112上に転写される。
As described above, the
The electrostatic latent image is developed as a toner image by a developing
The toner image developed by the developing
用紙112は、感光ドラム101の前方(図3(a)において右側)の用紙カセット109内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。
用紙カセット109の端部には、給紙ローラ110が配設されており、給紙ローラ110によって用紙カセット109内の用紙112が搬送路へ送り込まれる。
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙112は、更に感光ドラム101の後方(図3(a)において左側)の定着器118へと搬送される。
The
A
As described above, the
定着器118は、内部に定着ヒータ(図示せず)を有する定着ローラ113と定着ローラ113に圧接するように配設された加圧ローラ114とで構成されている。
転写され搬送されてきた用紙112を定着ローラ113と加圧ローラ114との圧接部において加圧しながら加熱することによって、用紙112上の未定着トナー像が定着される。
更に定着器118の後方には排紙ローラ116が配設されており、定着された用紙112が排紙ローラ116によって画像形成装置104の外部に排出される。
The fixing
The unfixed toner image on the
Further, a
図3(a)において図示されていないが、プリンタコントローラ111は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ115を始め画像形成装置104内の各部や、光走査装置100内の偏向器であるポリゴンモータ等の制御も行う。
なお、画像形成装置104の記録密度は、特に限定されないが、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104において第一実施形態に係る光走査装置100の構成はより効果を発揮する。
Although not shown in FIG. 3A, the
The recording density of the
[カラー画像形成装置]
図3(b)は、四つの第一実施形態に係る光走査装置211、212、213及び214が搭載されたカラー画像形成装置260の要部副走査断面図を示している。
[Color image forming apparatus]
FIG. 3B shows a sub-scan sectional view of the main part of the color
本実施形態に係る画像形成装置260は、第一実施形態に係る光走査装置を四個並べ、各々並行して像担持体である感光ドラムの感光面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
The
図3(b)に示されているように、画像形成装置260には、パーソナルコンピュータ等の外部機器252から出力されたR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が入力される。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ253によって、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置211、212、213及び214に入力される。
そして、光走査装置211乃至214のそれぞれからは、各画像データに応じて変調された光ビーム241、242、243、244が射出される。そして、出射した光ビーム241、242、243、244それぞれが感光ドラム221、222、223、224の感光面上を主走査方向に沿って走査する。
As shown in FIG. 3B, the
Then,
本実施形態に係るカラー画像形成装置260では、四つの光走査装置211、212、213及び214が並べられている。
そして、各々の光走査装置がC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の各色に対応しており、各々並行して感光ドラム221、222、223、224の感光面上に画像信号(画像情報)を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
すなわち、本実施形態に係る画像形成装置260では、上述の如く四つの光走査装置211、212、213及び214によって射出された各々の画像データに基づいた光ビーム241、242、243及び244を用いて、不図示の帯電器によって帯電された各々対応する感光ドラム221、222、223及び224の感光面上に各色の静電潜像を形成している。
In the color
Each optical scanning device corresponds to each color of C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and K (black), and the
In other words, the
その後、各色の静電潜像は現像器231、232、233、234によってトナー像として現像され、現像されたトナー像は、不図示の転写器において、用紙カセット238から搬送ベルト251によって搬送されてきた被転写材たる用紙上に多重転写される。
そして、用紙上に多重転写されたトナー像は定着器254によって定着され、一つのフルカラー画像が形成される。
Thereafter, the electrostatic latent images of the respective colors are developed as toner images by the developing
Then, the toner image that has been multiplex-transferred on the paper is fixed by the fixing
なお、外部機器252としては、例えばCCDセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置260とで、カラーデジタル複写機が構成される。
また、カラー画像形成装置260には、四つの第一実施形態に係る光走査装置の代わりに一つの第二実施形態に係る光走査装置を用いることもできる。
As the
Further, instead of the four optical scanning devices according to the first embodiment, the optical scanning device according to the second embodiment can be used for the color
1 光源
6 偏向器
7 第1の結像レンズ(第1のレンズ)
8 第2の結像レンズ(第2のレンズ)
9 被走査面
70 結像光学系
100 光走査装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
8 Second imaging lens (second lens)
9 Scanned Surface 70
Claims (11)
少なくとも二つのレンズを備え、該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有し、
前記少なくとも二つのレンズのうち前記偏向器に最も近接して配置されている第1のレンズの吸水率は、第2のレンズの吸水率より大きく、
前記第1のレンズの入射面と出射面との間の光軸上における距離をD、前記第1のレンズの前記光軸を含んだ副走査断面内における外縁部から前記光軸までの最小距離の2倍をHとしたとき、
D<H
なる条件式を満たすことを特徴とする光走査装置。 A deflector that deflects the light beam from the light source and scans the surface to be scanned in the main scanning direction;
An imaging optical system that includes at least two lenses and guides the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned;
Of the at least two lenses, the water absorption rate of the first lens disposed closest to the deflector is greater than the water absorption rate of the second lens,
The distance on the optical axis between the entrance surface and the exit surface of the first lens is D, and the minimum distance from the outer edge to the optical axis in the sub-scan section including the optical axis of the first lens When H is 2 times
D <H
An optical scanning device characterized by satisfying the following conditional expression:
D<H−d
なる条件式を満たす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。 When the maximum diameter in the sub-scanning direction of the light beam passing on the optical axis of the first lens is d,
D <H-d
The optical scanning device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
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