JP2022138795A - optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子に関し、例えば、レーザービームプリンタ(LBP)、デジタル複写機又はマルチファンクションプリンタ(多機能プリンタ)等の画像形成装置に搭載される光走査装置に好適なものである。 The present invention relates to an optical element, and is suitable for an optical scanning device mounted in an image forming apparatus such as a laser beam printer (LBP), a digital copier, or a multifunction printer.
従来、光走査装置ではレイアウトの自由度を向上させて小型化を図るために、偏向器によって偏向された光束を被走査面に向けて反射する折返しミラーを設けることが知られている。
また、そのような折返しミラーでは、当該光束の当該折返しミラーに対する主走査断面内における入射角が中央部と端部とで互いに異なることに伴って当該光束に対する反射率が互いに異なることで、形成画像において濃度ムラの発生を招くことも知られている。
Conventionally, it is known that an optical scanning device is provided with a folding mirror that reflects a light beam deflected by a deflector toward a surface to be scanned, in order to improve the degree of freedom in layout and reduce the size of the device.
In such a folding mirror, the angle of incidence of the light beam on the folding mirror in the main scanning cross section differs between the central portion and the end portion, and as a result, the reflectance with respect to the light beam differs. It is also known that density unevenness occurs in
特許文献1は、折返しミラーの代わりに偏向器によって偏向された光束を被走査面に向けて全反射する内面反射面を有する光学素子を設けることで、そのような濃度ムラ発生の抑制を図った光走査装置を開示している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200002 attempts to suppress the occurrence of such density unevenness by providing an optical element having an internal reflecting surface that totally reflects a light beam deflected by a deflector toward a surface to be scanned instead of using a folding mirror. An optical scanning device is disclosed.
一方、光走査装置においては結像光学系を一枚の結像光学素子のみで構成すると共に、当該結像光学素子を偏向器に近接させて配置することによって結像光学系の光路長を短くすることで、装置の小型化を図ることが知られている。
またそのような光走査装置では、装置の光学性能を維持したまま当該結像光学素子にfθ特性を持たせることが困難であるため、非等速性を有するように当該結像光学素子を構成することも知られている。
On the other hand, in the optical scanning device, the optical path length of the imaging optical system is shortened by configuring the imaging optical system with only one imaging optical element and arranging the imaging optical element close to the deflector. By doing so, it is known that the size of the device can be reduced.
In such an optical scanning device, it is difficult to provide the imaging optical element with the fθ characteristic while maintaining the optical performance of the device. It is also known to
そして、光走査装置において非等速性を有するように当該結像光学素子を構成すると、軸上像高と軸外像高との間で部分倍率のずれが発生することによって、被走査面上に形成される像の劣化、すなわち印字性能の劣化を招いてしまう。
このとき、特許文献1に開示されているような光走査装置では、結像光学系の光路中に内面反射面を有する光学素子も設けられているため、当該光学素子を用いてそのような印字性能の劣化を抑制することが考えられる。
If the imaging optical element is constructed so as to have a non-uniform velocity property in the optical scanning device, a partial magnification shift occurs between the on-axis image height and the off-axis image height. This leads to deterioration of the image formed on the surface, that is, deterioration of the printing performance.
At this time, in an optical scanning device such as that disclosed in Patent Document 1, an optical element having an internal reflection surface is also provided in the optical path of the imaging optical system. It is conceivable to suppress deterioration of performance.
そこで本発明は、装置の小型化を維持しつつ印字性能の劣化を抑制することができる光走査装置のための光学素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical element for an optical scanning device capable of suppressing deterioration in printing performance while maintaining the miniaturization of the device.
本発明に係る光学素子は、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、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含む光走査装置に用いられる光学素子であって、光学素子は、偏向器によって偏向された光束を反射する内面反射面を有し、光学素子が有する光学面の少なくとも一つは、回折面であることを特徴とする。 An optical element according to the present invention includes a deflector that deflects a light beam to scan a surface to be scanned in the main scanning direction, and an imaging optical system that guides the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned. An optical element used in a scanning device, wherein the optical element has an internal reflecting surface for reflecting a light beam deflected by a deflector, and at least one of the optical surfaces of the optical element is a diffractive surface. Characterized by
本発明によれば、装置の小型化を維持しつつ印字性能の劣化を抑制することができる光走査装置のための光学素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical element for an optical scanning device capable of suppressing deterioration of printing performance while maintaining the miniaturization of the device.
以下、本実施形態に係る光学素子である内面反射素子を備える光走査装置について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。
また以下の説明において、主走査方向とは、偏向手段の回転軸及び光学系の光軸に垂直な方向(偏向手段によって光束が偏向走査される方向)である。副走査方向とは、偏向手段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。
An optical scanning device including an internal reflection element, which is an optical element according to this embodiment, will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the drawings shown below may be drawn on a scale different from the actual scale in order to facilitate understanding of the present embodiment.
In the following description, the main scanning direction is the direction perpendicular to the rotation axis of the deflection means and the optical axis of the optical system (the direction in which the light beam is deflected and scanned by the deflection means). The sub-scanning direction is a direction parallel to the axis of rotation of the deflection means. A main scanning section is a section perpendicular to the sub-scanning direction. A sub-scanning section is a section perpendicular to the main scanning direction.
Therefore, in the following description, it should be noted that the main scanning direction and the sub-scanning cross section are different between the incident optical system and the imaging optical system.
図1(a)及び(b)はそれぞれ、本実施形態に係る内面反射素子901(光学素子)を備える光走査装置100の模式的主走査断面図及び一部拡大模式的副走査断面図を示している。
1A and 1B respectively show a schematic main scanning sectional view and a partially enlarged schematic sub-scanning sectional view of an
光走査装置100は、光源701、アナモフィックレンズ702、副走査絞り703s、主走査絞り703m、偏向手段704(偏向器)、第1結像光学素子705(結像光学素子)及び内面反射素子901を備えている。
光源701は、少なくとも一個の発光点を有する、例えば半導体レーザーを用いることができ、副走査絞り703sに向けて光束を射出する。
副走査絞り703sは、矩形状の開口部を有しており、光源701から出射した光束の副走査方向における光束径を整形する。なお主走査方向については、実際に使用する光束径よりも広いラフアパーチャとしている。
The
The
The
アナモフィックレンズ702は、主走査断面内において正の屈折力を有しており、副走査絞り703sを通過した光束を主走査断面内において平行光束に変換している。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も含むものとする。
なお光走査装置100では、アナモフィックレンズ702によって副走査絞り703sを通過した光束を主走査断面内において弱収束光束に変換することで、結像光学系709に必要な屈折力を低減している。
またアナモフィックレンズ702は、副走査断面内において正の屈折力を有しており、入射した光束を偏向手段704の偏向面704aの近傍に集光することで、主走査方向に長い線像を形成している。
The
In the
The
主走査絞り703mは、矩形状の開口部を有しており、アナモフィックレンズ702を通過した光束の主走査方向における光束径を整形する。なお副走査方向については、実際に使用する光束径よりも広いラフアパーチャとしている。
光走査装置100では、上記に示した副走査絞り703s、アナモフィックレンズ702及び主走査絞り703mによって入射光学系708が構成される。
The
In the
そして、光源701から出射し入射光学系708を通過した光束は、偏向手段704の偏向面704aによって偏向された後、第1結像光学素子705に入射する。
第1結像光学素子705は、入射面及び出射面の二つの光学面(レンズ面)を有しており、偏向手段704の偏向面704aによって偏向された光束が被走査面706上を主走査方向に所望の走査特性で走査するように構成されている。
また第1結像光学素子705は、副走査断面内においては、偏向手段704の偏向面704aの近傍と被走査面706の近傍とを互いに共役にすることで、面倒れ補償、すなわち偏向面704aが倒れた際の被走査面706上における副走査方向の走査位置ずれの低減を行っている。
A light beam emitted from the
The first imaging
In the sub-scanning section, the first imaging
そして、第1結像光学素子705を通過した光束は、詳細に後述する内面反射素子901によって反射された後、被走査面(感光面)706上に導光される。
このとき第1結像光学素子705及び内面反射素子901は、主走査断面内及び副走査断面内の双方において、被走査面706の近傍にスポット状の像を形成している。
光走査装置100では、上記に示した第1結像光学素子705及び内面反射素子901によって結像光学系709が構成される。
After passing through the first imaging
At this time, the first imaging
In the
光走査装置100では、偏向手段704を不図示の駆動部によって図中矢印B方向に一定速度で回転させることで被走査面706上を図中矢印C方向に沿って主走査方向に走査することによって、被走査面706上に静電潜像が形成される。
また、偏向手段704によって所定の偏向角度に偏向された光束は、不図示の同期検知光学系によって不図示の同期検知センサへ導光されることで、同期検知信号が取得される。
そして、取得された同期検知信号に基づいて、偏向手段704の回転が一定速度に制御されると共に、光源701の発光タイミングが制御される。
In the
The light flux deflected at a predetermined deflection angle by the deflection means 704 is guided to a synchronization detection sensor (not shown) by a synchronization detection optical system (not shown), thereby obtaining a synchronization detection signal.
Based on the acquired synchronization detection signal, the rotation of the deflection means 704 is controlled at a constant speed, and the light emission timing of the
なお、光走査装置100では、入射光学系708においてアナモフィックレンズ702を用いているが、代わりにその光学的機能を複数の光学素子、例えばカップリングレンズ及びシリンドリカルレンズに分けて構成してもよい。
また、光走査装置100では、偏向手段704として四つの偏向面704aを有する回転多面鏡(ポリゴンミラー)を用いているが、これに限らず四つ以上の偏向面704aを有する回転多面鏡を用いてもよい。
In the
Further, in the
また、光走査装置100では、アナモフィックレンズ702及び第1結像光学素子705において射出成形によって形成されたプラスチックモールドレンズを用いているが、これに限らずガラスモールドレンズを用いてもよい。
このとき、モールドレンズは非球面形状の成形が容易であると共に、大量生産に適しているため、アナモフィックレンズ702及び第1結像光学素子705においてガラスモールドレンズを用いても生産性及び光学性能の向上を図ることができる。
In addition, in the
At this time, the molded lens can be easily molded into an aspherical shape and is suitable for mass production. can be improved.
図2は、本実施形態に係る内面反射素子901の模式的副走査断面図を示している。
図2に示されているように、内面反射素子901は、入射面903(第1の透過面)、内面反射面904及び出射面905(第2の透過面)を有している。
また内面反射素子901では、走査光束の内面反射面904への入射角が大きく設定されることによって全反射条件が満たされることで、すなわち内面反射面904を全反射面とすることで、内面反射面904上に反射膜を蒸着せずに走査光束を全反射させることができる。
これにより、内面反射素子901の低コスト化を達成することができる。
FIG. 2 shows a schematic sub-scanning sectional view of the
As shown in FIG. 2, the
In the
Thereby, cost reduction of the
次に、光走査装置100の諸元値を以下の表1、表2及び表3に示す。
なお表2において、内面反射素子901における入射面903と内面反射面904との間及び内面反射面904と出射面905との間の面間隔は、それぞれの座標から算出している。
また表3において、各非球面係数は、光線の進行方向を正としたときの値である。
Tables 1, 2 and 3 below show the specification values of the
In Table 2, the surface distances between the
Also, in Table 3, each aspheric coefficient is a value when the traveling direction of light rays is positive.
表3に示されているように、光走査装置100に設けられているアナモフィックレンズ702の入射面は、回折格子が形成された回折面としている。
これにより、プラスチック材料を用いた射出成形で形成されているアナモフィックレンズ702は、環境変動による屈折力の変化を半導体レーザーから出射する光束の波長の変化に伴う回折パワーの変化によって補償する、所謂温度補償光学系とすることができる。
また、内面反射素子901の内面反射面904も、回折格子が形成された回折面となっている。
As shown in Table 3, the incident surface of the
As a result, the
Further, the
そして、光走査装置100に設けられているアナモフィックレンズ702の入射面及び内面反射素子901の内面反射面904に形成されている回折面は、以下の式(1)に表されるような位相関数によって定義される。
また、光走査装置100に設けられている第1結像光学素子705の入射面及び出射面の主走査断面内における形状(母線形状)は、Yの12次までの関数で表すことができる非球面形状によって構成されている。
具体的には、第1結像光学素子705の入射面及び出射面それぞれにおいて、第1結像光学素子705の光軸との交点を原点とし、光軸をX軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をY軸としたとき、母線形状が以下の式(2)のように定義される。
なお、母線形状が主走査方向において非対称である場合には、非球面係数B4、B6、B8、B10及びB12はそれぞれ、光源701が配置されていない側(Y≧0)ではB4U、B6U、B8U、B10U及びB12U、光源701が配置されている側(Y≦0)ではB4L、B6L、B8L、B10L及びB12Lとし、数値を互いに異ならせればよい。
In addition, the shape (generatrix shape) of the entrance surface and the exit surface of the first imaging
Specifically, on each of the entrance surface and the exit surface of the first imaging
Note that when the generatrix shape is asymmetric in the main scanning direction, the aspheric coefficients B 4 , B 6 , B 8 , B 10 and B 12 are respectively B 4U , B 6U , B 8U , B 10U and B 12U , B 4L , B 6L , B 8L , B 10L and B 12L on the side where the
また、光走査装置100に設けられている第1結像光学素子705の入射面及び出射面の副走査断面内における形状(子線形状)は、以下の式(3)のように定義される。
また、係数mjkは、子線形状に関して光学面が曲面であることを表現する式(3)に含まれる多項式の各項の係数であり、例えばmj1は子線チルト量を表現している。
すなわち光走査装置100では、表3に示されているように、内面反射面904は、主走査方向に沿って子線チルト角(子線の光軸上における法線が主走査断面に対してなす角度、子線チルト量)が変化する形状、すなわち子線チルト変化面である。
Further, the coefficient mjk is the coefficient of each term of the polynomial included in the formula (3) expressing that the optical surface is curved with respect to the sagittal line shape. For example, mj1 expresses the sagittal line tilt amount. .
That is, in the
また、第1結像光学素子705の入射面及び出射面それぞれにおける第1結像光学素子705の光軸から主走査方向にYだけ離間した位置での副走査断面内における曲率半径、すなわち子線曲率半径r’は、以下の式(4)のように定義される。
なお、上記の母線形状と同様に、子線形状が主走査方向において非対称である場合には、子線変化係数E1乃至E12はそれぞれ、光源701が配置されていない側(Y≧0)ではE1U乃至E12U、光源701が配置されている側(Y≦0)ではE1L乃至E12Lとし、数値を互いに異ならせればよい。
また光走査装置100では、光学面の形状を上記に示した式によって定義したが、本発明の権利の範囲はこれに制限されるものではない。
As with the meridional shape described above, when the sagittal shape is asymmetrical in the main scanning direction, the sagittal line variation coefficients E1 to E12 are respectively on the side where the
Further, in the
以上のように、式(2)は、主走査断面(XY断面)内における光学面の形状(母線形状)を示しており、式(3)は、任意の像高Yにおける副走査断面(ZX断面)内における光学面の形状(子線形状)を示している。
そして、このとき式(4)に示したように、光学面の子線形状における曲率半径r’は、Yの値に応じて変化する。
As described above, equation (2) indicates the shape (generatrix shape) of the optical surface in the main scanning cross section (XY cross section), and equation (3) is the sub scanning cross section (ZX cross section) of the optical surface (sagittal line shape).
Then, at this time, the radius of curvature r' of the sagittal line shape of the optical surface changes according to the value of Y, as shown in Equation (4).
また光走査装置100では、式(2)及び(4)における各係数において、Y≧0の場合をupper、Y≦0の場合をlowerと設定している。
そして表3では、upper、すなわちY≧0の場合における非球面係数にはuの添え字を付すと共に、lower、すなわちY≦0の場合における非球面係数にはlの添え字を付している。
In the
In Table 3, the upper, that is, the aspherical coefficients in the case of Y≧0, is suffixed with u, and the lower, that is, the aspherical coefficients in the case of Y≦0, is suffixed with l. .
光走査装置100では、表1に示されているように、結像光学系709の光路長O51が非常に短くなっている。
そして、光走査装置100に含まれる他の不図示の構成要素に対する干渉を抑制するために、第1結像光学素子705の配置も制限していることから、特に主走査方向における等速度性を満たすことが困難である。
In the
In addition, in order to suppress interference with other components (not shown) included in the
すなわち、光走査装置100に設けられているような短光路長の結像光学系では、軸外像高における主走査方向の部分倍率が軸上像高に対して大きくなることで非等速走査を行うこととなる。
そして、それに伴って被走査面上における主走査方向のスポット径も比例して肥大してしまう。
That is, in an imaging optical system with a short optical path length, such as that provided in the
Along with this, the diameter of the spot in the main scanning direction on the surface to be scanned also increases proportionally.
そして、そのような結像光学系を備える光走査装置を画像形成装置に搭載すると、格子パターン画像を形成する場合には格子の幅が不均一となる。加えて、ハーフパターン画像を形成する場合には濃度分布が不均一になると共に、最軸外像高において1dot画像を再現することは困難となるため、良好な画像が得られないという課題が発生する。
また、軸上像高と軸外像高との間の主走査方向の部分倍率のずれに関しては電気的に補正することも可能であるが、その際には電気補正回路を設ける分だけコストが増大してしまうというデメリットも生じる。
When an optical scanning device having such an imaging optical system is mounted in an image forming apparatus, the width of the grid becomes uneven when forming a grid pattern image. In addition, when a half-pattern image is formed, the density distribution becomes non-uniform, and it becomes difficult to reproduce a 1-dot image at the maximum off-axis image height. do.
Further, it is possible to electrically correct the deviation of the partial magnification in the main scanning direction between the on-axis image height and the off-axis image height. It also has the disadvantage of increasing.
加えて、光走査装置100では、低コスト化及び装置の小型化を図るために、結像光学系709において内面反射素子901を設けている。
もし、内面反射素子901に対して主走査方向において曲率を付与すれば、上記の非等速性を改善することができる可能性はある。
In addition, in the
If the
しかしながら、内面反射素子901に対して主走査方向において曲率を付与すると、内面反射素子901の稜線部が湾曲することに伴って内面反射素子901を成形するための金型の型割が湾曲する。
そのため、内面反射素子901を成形するための金型において型組み精度を維持することが困難となり、結果として成形した内面反射素子901において各光学面間の相対偏心誤差が大きくなってしまう。
However, if the
Therefore, it becomes difficult to maintain molding accuracy in the mold for molding the
さらに、結像光学系709において歪曲収差を偏向手段704から離間した光学素子によって十分に補正するためには、当該光学素子が強い屈折力を有すればよいことから、当該光学素子の母線形状を大きく湾曲させることが考えられる。
しかしながら、光走査装置100の結像光学系709において偏向手段704から離間して設けられている内面反射素子901では、光路を内部で折り曲げるために副走査断面内においてプリズム形状を有している。
そのため、内面反射素子901の母線を大きく湾曲させた形状で設計することで光学シミュレーション上では光学性能が満たされていたとしても、そのような形状を含む内面反射素子901の三次元形状を実際に成形することは困難である。
Further, in order to sufficiently correct the distortion in the imaging
However, the
Therefore, even if the optical performance is satisfied in the optical simulation by designing the
そこで光走査装置100では、内面反射素子901に回折パワーを付与することで、母線形状を略直線に維持しつつ歪曲収差を補正している。
そして、内面反射素子901の母線形状を略直線に設計することで、型割部は直線となり、各光学面間の相対偏心精度が高い内面反射素子901を形成することができるため、結果として光学性能を向上させることができる。
Therefore, in the
By designing the generatrix shape of the
具体的には、表3に示されているように、内面反射素子901の内面反射面904を回折面に形成することで、主走査方向(主走査断面内)において回折パワーを付与している。
また本実施形態に係る光走査装置100では、副走査断面内において三つの光学面903、904及び905がそれぞれ互いに非平行であるプリズム形状になるように、内面反射素子901を射出成形によって形成している。
Specifically, as shown in Table 3, by forming the
Further, in the
そして、内面反射素子901をこのようなプリズム形状に射出成形する場合、光学面903、904及び905のいずれかは、型開き方向に対して非平行となる。
このとき、内面反射素子901において副走査方向(副走査断面内)において回折パワーを有する回折面を設けると、金型の構造によっては回折面を成形するための構造部においてアンダーカット領域が発生する。そのため、内面反射素子901に対して回折構造を良好に転写することが困難となる。
When the
At this time, if a diffractive surface having diffraction power in the sub-scanning direction (within the sub-scanning cross section) is provided in the
また、内面反射素子901を成形する際の離型抵抗が増大することで、成形安定性が崩れる弊害も生じる。
そこで光走査装置100では、表3に示されているように、内面反射素子901において主走査方向においてのみ回折パワーを有する回折面を設けることで、上記の問題を解決している。
In addition, an increase in mold release resistance when molding the
Therefore, in the
図3は、本実施形態に係る内面反射素子901を備える光走査装置100における各像高での部分倍率ずれを示している。
ここで部分倍率ずれとは、上述のように非等速性を有している結像光学系709の走査特性をY=f(θ)と表したとき、当該走査特性における部分倍率の、等速性を有しているときの走査特性Y=KK・θにおける部分倍率に対するずれ量を意味している。
FIG. 3 shows partial magnification deviation at each image height in the
The term "partial magnification deviation" as used herein refers to, for example, the partial magnification in the scanning characteristics when the scanning characteristics of the imaging
図3に示されているように、部分倍率ずれは全像高にわたって±5%以下と良好に補正することができており、すなわち本実施形態に係る光走査装置100では被走査面706上を略等速走査する特性を得ていることがわかる。
これにより、光走査装置100を画像形成装置に搭載した際に、画像全域にわたって良好な画質を得ることができる。
As shown in FIG. 3, the partial magnification deviation can be satisfactorily corrected to ±5% or less over the entire image height. It can be seen that characteristics of substantially constant speed scanning are obtained.
Accordingly, when the
図4(a)は、本実施形態に係る内面反射素子901を備える光走査装置100における各像高での主走査方向及び副走査方向それぞれのLSF(Line Spread Function)スポット径を示している。
ここで、主走査方向におけるLSFスポット径とは、スポットプロファイルを各像高において副走査方向に積算した光量プロファイルを、その最大値に対して13.5%の位置でスライスした時の幅のことを指す。
FIG. 4A shows LSF (Line Spread Function) spot diameters in the main scanning direction and the sub-scanning direction at each image height in the
Here, the LSF spot diameter in the main scanning direction is the width obtained by slicing the light amount profile obtained by integrating the spot profile in the sub-scanning direction at each image height at a position 13.5% of the maximum value. point to
また、副走査方向におけるLSFスポット径とは、スポットプロファイルを各像高において主走査方向に積算した光量プロファイルを、その最大値に対して13.5%の位置でスライスした時の幅のことを指す。
図4(a)に示されているように、光走査装置100では、被走査面706の全像高にわたってLSFスポット径は略一定であり、画像形成装置に搭載した際に、画像全域にわたって良好な画質が得られることがわかる。
In addition, the LSF spot diameter in the sub-scanning direction is the width of the light amount profile obtained by integrating the spot profile in the main scanning direction at each image height and slicing it at a position 13.5% of the maximum value. Point.
As shown in FIG. 4A, in the
また図4(b)及び(c)はそれぞれ、光走査装置100における各像高での主走査方向及び副走査方向のLSF深度中心位置を示している。
ここで、LSF深度中心位置とは、被走査面706の近傍において結像光学系709の光軸方向にデフォーカスを行った際に、LSFスポット径が所定の大きさ(スライスレベル)以下となる前側ピント許容位置と後側ピント許容位置との間の領域の中心位置のことを指す。
4B and 4C respectively show the LSF depth center positions in the main scanning direction and the sub-scanning direction at each image height in the
Here, the LSF depth center position means that the LSF spot diameter becomes a predetermined size (slice level) or less when defocusing is performed in the optical axis direction of the imaging
なお光走査装置100では、主走査方向においては118μm以下、副走査方向においては114μm以下をスライスレベルに設定している。
In the
図4(b)及び(c)に示されているように、光走査装置100では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってLSF深度中心位置は±2mm以内となっており、良好な像面性能を達成できていることが分かる。
すなわち、図4(b)及び(c)に示されているように、光走査装置100では、主走査方向及び副走査方向それぞれにおいて全像高にわたってLSF深度中心位置はデフォーカスゼロ付近となるように良好に補正されている。
As shown in FIGS. 4B and 4C, in the
That is, as shown in FIGS. 4B and 4C, in the
また光走査装置100では、内面反射面904が全反射条件を満たすように内面反射素子901において入射する走査光束に対する各光学面の角度を設定している。
このように内面反射素子901では、内面反射面904において入射する走査光束を全反射させることで、内面反射面904に対して蒸着等によって反射膜を成膜する必要が無くなり、内面反射素子901の製造コストを低減することができる。
Further, in the
As described above, in the
また光走査装置100では、表3に示されているように、内面反射素子901の内面反射面904をYの2次、4次及び6次に関する位相係数で表現される回折格子形状に形成している。
そして光走査装置100では、表3に示されているように内面反射面904において、光軸中心における主走査方向の回折パワーを正にすると共に、主走査方向に沿って端部に行くにつれて正の回折パワーが強まるように各位相係数を設定している。
Further, in the
In the
光走査装置100では、内面反射素子901の内面反射面904を上記に示したような回折格子に設計することで、最軸外像高に行くにつれて入射する走査光束を光軸に向けて折り曲げる回折パワーを高めている。
これにより、結像光学系709において補正しきれなかった歪曲収差、すなわち最軸外像高に行くにつれて部分倍率が大きくなる傾向を補正すると共に、像面湾曲も改善することができる。
In the
This makes it possible to correct the distortion that cannot be corrected in the imaging
また光走査装置100では、内面反射素子901を形成する際に樹脂に反射膜を成膜するコストを削減するために、走査光束の内面反射面904への副走査断面内における入射角を鈍角に設定することで全反射条件を満たすように設計を行っている。
一方、主走査方向に屈折力あるいは回折パワーが付与された反射面や透過面に対して走査光束が副走査断面内において角度をなして入射すると、被走査面706上の軸外像高における照射位置が副走査方向に大きくずれる、あるいは45度方向の非点収差が悪化してしまう。
Further, in the
On the other hand, when the scanning light beam is incident at an angle within the sub-scanning cross section on the reflecting surface or transmitting surface to which the refractive power or diffraction power is imparted in the main scanning direction, the illumination at the off-axis image height on the scanned
その結果、大きな走査線湾曲が生じると共に、軸外像高においてスポット径が肥大してしまい、良好な画質を得ることが困難となる。
そこで光走査装置100では、内面反射素子901の内面反射面904を主走査方向に沿って子線チルト量が変化する子線チルト変化面に設定している。
As a result, a large scanning line curvature occurs and the spot diameter increases at the off-axis image height, making it difficult to obtain good image quality.
Therefore, in the
図5は、本実施形態に係る内面反射素子901の内面反射面904における子線チルト量の主走査方向位置依存性を示している。
FIG. 5 shows the main scanning direction position dependency of the sagittal beam tilt amount on the
図5に示されているように、光走査装置100では、内面反射素子901の内面反射面904における子線チルト量を主走査方向において中央部から端部に行くほど負に大きくなるように設定している。
すなわち光走査装置100では、内面反射面904における子線チルト量を、偏向手段704から内面反射面904に入射する光線に対する副走査断面内における反射角が主走査方向において中央部から端部に行くにつれて大きくなるように変化させている。
これにより、以下に示すように走査線湾曲と45度方向の非点収差とを良好に補正することができる。
As shown in FIG. 5, in the
That is, in the
This makes it possible to satisfactorily correct scanning line curvature and astigmatism in the 45-degree direction, as described below.
図6(a)は、本実施形態に係る内面反射素子901を備える光走査装置100における被走査面706上の各像高での副走査方向照射位置を示している。
また図6(b)は、本実施形態に係る内面反射素子901を備える光走査装置100における被走査面706上の各像高での45度方向非点収差を示している。
FIG. 6A shows sub-scanning direction irradiation positions at respective image heights on the surface to be scanned 706 in the
FIG. 6B shows 45-degree direction astigmatism at each image height on the scanned
また図6(c)は、本実施形態に係る内面反射素子901を備える光走査装置100における被走査面706上の各像高でのスポットの強度分布を示している。
なお図6(c)では、具体的には、光強度が最大となる位置での光強度を1としたとき、光強度がそれぞれ0.5、0.368、0.135及び0.05となる位置を等高線で描画している。
FIG. 6C shows the spot intensity distribution at each image height on the scanned
Specifically, in FIG. 6C, when the light intensity at the position where the light intensity is maximum is 1, the light intensities are 0.5, 0.368, 0.135 and 0.05, respectively. The position is drawn with contour lines.
図6(a)に示されているように、光走査装置100では、内面反射素子901の内面反射面904を回折面に設定することで悪化した副走査方向照射位置のずれを子線チルト変化面に設定することによって相殺するように補正することで、走査線湾曲が十分小さくなっていることがわかる。
また図6(b)に示されているように、光走査装置100では、内面反射素子901の内面反射面904を回折面に設定することで生じた波面収差のねじれを子線チルト変化面に設定することによって相殺するように補正することで、45度方向の非点収差が十分小さくなっていることがわかる。
そして、45度方向の非点収差を良好に補正することによって、図6(c)に示されているように、全像高にわたって良好なスポット形状が得られていることがわかる。
As shown in FIG. 6A, in the
Further, as shown in FIG. 6B, in the
By correcting the astigmatism in the direction of 45 degrees, a good spot shape is obtained over the entire image height, as shown in FIG. 6(c).
このように光走査装置100では、内面反射素子901において子線チルト変化面を設けることによって、内面反射素子901に対して主走査方向において回折形状を設けることで生じる特有の収差を十分良好に補正することができる。
これにより、光走査装置100を画像形成装置に搭載した際に良好な画像を得ることができる。
As described above, in the
Accordingly, a good image can be obtained when the
なお、内面反射面904を回折面に設定することで生じた45度方向の非点収差及び走査線湾曲を、内面反射面904以外の光学面、すなわち入射面903又は出射面905で補正しようとした場合、一方の面のみでは双方の収差を両立して補正することは困難である。
そこで光走査装置100では、上記の収差を発生させる内面反射面904自身を子線チルト変化面に設定する、すなわち内面反射面904の一面のみを子線チルト変化面に設定することで、上記の収差を良好に補正している。
It should be noted that the astigmatism in the direction of 45 degrees and the scanning line curvature caused by setting the internal reflecting
Therefore, in the
また光走査装置100は、内面反射素子901の内面反射面904の有効領域における主走査方向及び副走査方向の幅をそれぞれWm及びWsとしたとき、以下の条件式(5)を満たすように設計されている。
10<Wm/Ws<50 ・・・(5)
なお、ここでいう内面反射面904の有効領域とは、被走査面706上の両側の最軸外像高それぞれに到達する光束が反射される内面反射面904上の位置の間の領域に相当する。
The
10<Wm/Ws<50 (5)
The effective area of the
条件式(5)の上限値を上回るほど内面反射素子901が長尺になり過ぎると、内面反射素子901の剛性が不十分となることで振動し易くなったり自重で変形してしまうため、良好な画質を得ることが困難となる。
一方、条件式(5)の下限値を下回るほど内面反射面904の主走査方向における幅が狭くなり過ぎると、内面反射面904上において各像高に向かう光束が互いに十分に分離されないため、fθ特性を補正することが困難となる。
If the
On the other hand, if the width of the
あるいは、条件式(5)の下限値を下回るほど内面反射素子901が、肉厚が非常に厚いプリズム形状になると、射出成形時における熱分布が大きくなることで内部歪みが大きくなってしまう。
それにより、内面反射素子901において屈折率の分布や複屈折が大きくなり過ぎることで、良好な結像性能を得ることが困難となる。
Alternatively, if the
As a result, the refractive index distribution and birefringence of the
なお光走査装置100では、Wm=123mm及びWs=4mmと設定されていることからWm/Ws=30.75となり、条件式(5)は満たされている。
In the
また光走査装置100では、副走査倍率を低減すると共に、公差に依る結像性能の低下への敏感度を低減するために、内面反射素子901の入射面903及び出射面905に対して副走査断面内における屈折力を付与している。
すなわち光走査装置100では、内面反射素子901の入射面903及び出射面905を副走査方向に凹あるいは凸の形状に形成している。
Further, in the
That is, in the
内面反射素子901を射出成形する際には、内面反射面904において副走査方向が型抜き方向に対して非平行になる。
そのため、内面反射面904に対して副走査方向において回折構造を付与すると、アンダーカット領域が生じることで成形安定性が低下する。
When the
Therefore, if a diffractive structure is given to the
そこで光走査装置100では、内面反射素子901において、内面反射面904に対しては主走査方向において回折格子形状に設計することで主走査断面内における回折パワーを付与している。
一方、入射面903及び出射面905に対しては副走査方向において凹凸形状に設計することで副走査断面内における屈折力を付与しており、これにより内面反射素子901は副走査断面内において屈折力を有することとなる。
Therefore, in the
On the other hand, the
なお光走査装置100では、低コスト化を図るために結像光学系709を一枚の第1結像光学素子705と内面反射素子901とのみによって構成しているが、これに限られない。
すなわち光走査装置100では、結像光学系709の光路内において第2結像光学素子や折返しミラーをさらに設けても本実施形態の効果を十分に得ることができる。
In the
That is, in the
また光走査装置100では、樹脂材料を射出成形することで内面反射素子901を形成しており、これによりガラス材料を用いる場合に比べて低コスト化できると共に、容易に副走査シリンダ面を付与することができる。
しかしながら、これに限らず、切削ガラスあるいはガラスモールド等を用いて内面反射素子901を形成してもよい。
Further, in the
However, the
また光走査装置100では、内面反射面904を回折面に設定する一方で、入射面903及び出射面905を副走査断面内における屈折力が付与された面に設定している。
しかしながら、これに限らず、例えば入射面903又は出射面905を回折面に設定してもよい。
換言すると、光走査装置100では、内面反射素子901が有する光学面の少なくとも一つが回折面であればよい。
In the
However, not limited to this, for example, the
In other words, in the
また光走査装置100では、内面反射面904を子線チルト変化面に設定しているが、これに限らず、例えば入射面903又は出射面905を子線チルト変化面に設定しても本実施形態の効果を得ることができる。
Further, in the
また光走査装置100では、内面反射素子901を射出成形する際のアンダーカット領域の発生を抑制するために、内面反射面904を回折面に設定する一方で、入射面903及び出射面905を副走査断面内における屈折力が付与された面に設定している。
しかしながら、これに限らず、例えば入射面903又は出射面905を回折面に設定してもよい。
Further, in the
However, not limited to this, for example, the
以上に示したように、光走査装置100によれば、良好な結像性能及び印字性能を確保しつつ、低コスト化及び小型化を達成することができる。
As described above, according to the
[画像形成装置]
図7は、本実施形態に係る内面反射素子901を備える光走査ユニット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。
[Image forming apparatus]
FIG. 7 shows a sub-scanning cross-sectional view of a main part of a monochrome
モノクロ画像形成装置104には、パーソナルコンピュータ等の外部機器117から出力したコードデータDcが入力される。このコードデータDcは、画像形成装置104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。この画像データDiは、光走査ユニット100に入力される。そして、この光走査ユニット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の感光面が主走査方向に走査される。
Code data Dc output from an
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、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム101の上方には、感光ドラム101の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ102が表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の表面に、光走査ユニット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。
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の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、光ビーム103の照射位置よりもさらに感光ドラム101の回転方向の下流側で感光ドラム101に当接するように配設された現像器107によってトナー像として現像される。
As described above, the
現像器107によって現像されたトナー像は、感光ドラム101の下方で、感光ドラム101に対向するように配設された転写ローラ(転写器)108によって被転写材たる用紙112上に転写される。用紙112は感光ドラム101の前方(図7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、用紙カセット109内の用紙112を搬送路へ送り込む。
The toner image developed by the developing
以上のようにして、未定着トナー像が転写された用紙112は、さらに感光ドラム101後方(図7において左側)の定着器150へと搬送される。定着器150は、内部に定着ヒータ(不図示)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。転写部から搬送されてきた用紙112を定着ローラ113と加圧ローラ114との圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙112上の未定着トナー像は定着せしめられる。さらに定着器150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がモノクロ画像形成装置104の外部に排出せしめられる。
As described above, the
なお、プリンタコントローラ111は、データの変換だけでなく、モータ115を始めモノクロ画像形成装置104内の各部や、光走査ユニット100内のポリゴンモータなどの制御も行う。
また、本実施形態に係る内面反射素子901を備える光走査ユニット100は、モノクロ画像形成装置104に限らず、カラー画像形成装置にも用いることができる。
The
Further, the
100 光走査装置
704 偏向手段(偏向器)
706 被走査面
709 結像光学系
901 内面反射素子(光学素子)
904 内面反射面
100
706 surface to be scanned 709 imaging
904 inner reflective surface
Claims (16)
該光学素子は、前記偏向器によって偏向された光束を反射する内面反射面を有し、
該光学素子が有する光学面の少なくとも一つは、回折面であることを特徴とする光学素子。 Optical used in an optical scanning device including a deflector that deflects a light beam to scan a surface to be scanned in the main scanning direction, and an imaging optical system that guides the light beam deflected by the deflector to the surface to be scanned an element,
the optical element has an internal reflecting surface that reflects the light beam deflected by the deflector;
An optical element, wherein at least one of the optical surfaces of the optical element is a diffractive surface.
10<Wm/Ws<50
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の光学素子。 When the widths of the effective area of the internal reflection surface in the main scanning direction and the sub-scanning direction are respectively Wm and Ws,
10<Wm/Ws<50
9. The optical element according to any one of claims 1 to 8, wherein the following condition is satisfied.
Priority Applications (1)
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