JP3970232B2 - 光走査装置と画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、デジタルカラー複写機、カラーレーザプリンタなどの光走査装置、及び、これを用いた画像形成装置に関するものである。
近年、カラー画像形成装置の高速化に伴い、例えば、4つの感光体ドラムを記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体ドラムに対応した複数の走査光学系で同時に露光して潜像をつくり、これらの潜像をイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)などの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化し、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写してカラー画像を得る、いわゆる4ドラムタンデム式のデジタルカラー複写機やカラーレーザプリンタなどが実用化されている。
4ドラムタンデム方式は、1ドラム方式に対してカラーをモノクロと同じ速度で出力することができるため、高速プリントに有利である。
また、上記複数の走査光学系で偏向手段を共有し、偏向手段への入射角を異なる角度にして偏向手段の副走査方向の幅を1光束を偏向する幅と同程度にすることにより、偏向手段の小型化を図ることができコストダウンにも有利である。
さらに、偏向手段の回転時の騒音を遮断し、偏向手段の反射面の汚れ等を防止するために偏向手段をハウジングやカバーで覆い、偏向手段への光束の入射口や射出口を防音用や防塵用の透明な平行平板で密閉することが行われている。
しかしながら、平行平板を通過する光束の入射角が大きいと平行平板の面の精度に結象性能が大きく影響される。そこで、従来から、この結像性能の影響を低減するための提案がなされている(例えば、特許文献1,2参照。)。
特許2001−290095号公報 特開平9−274134号公報
本発明は、上記の平行平板の面精度がばらついても、主走査方向の像面湾曲変動を低減することができ、良好な画像を出力することができる光走査装置と画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、複数の光源と、複数の光源からの光束を偏向する偏向反射面を備えた偏向器と、複数の光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光束を偏向器に導くシリンドリカルレンズと、偏向器への入射光束と偏向器からの出射光束とが通過する平行平板と、偏向器により偏向された光束を被走査面上に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、複数の光源から偏向器への複数の入射光束は、互いに偏向回転面内で開き角を有し、偏向回転面内における光源から上記偏向反射面へのビームと走査光学系の光軸とがなす角の最大値と最小値をそれぞれθ1maxとθ1min、有効書込幅に対応する半画角をθ2、偏向回転面内における平行平板の主走査方向に対する傾け角をα、としたとき、条件式
0.6<(θ1max−α)/(θ2+α)<1.4
0.6<(θ1min−α)/(θ2+α)<1.4
(θ1min−α)/(θ2+α)<1.0<(θ1max−α)/(θ2+α)
を満足することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、平行平板は副走査方向に対して傾いていることを特徴とする。
請求項記載の発明は、光書込装置から像担持体に光書込みを行い、電子写真法により、像担持体上に静電潜像を形成する装置であって、光書込装置は、請求項1または2に記載の光走査装置であることを特徴とする。
本発明によれば、複数の走査光学系が共有する偏向手段への光束の入射口や射出口に平行平板を配設する構成であっても、平行平板の面精度による結像性能への影響を低減することができる光走査装置と画像形成装置を得ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明にかかる光走査装置と画像形成装置の実施の形態について説明する。
先ず、本発明にかかる光走査装置について説明する。図1(a)は、本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図、(b)は、(a)に示す光走査装置の光源から射出された光束の光路を説明する副走査断面図である。ここでは、2つの走査光学系を備えたマルチビーム走査光学系を例として示しているが、 本発明にかかる光走査装置を構成する走査光学系の数は、2に限定するものではなく3以上でもよい。
符号1Aと1Bは光源である半導体レーザ、5は半導体レーザ1Aと1Bからの光束を偏向する偏向反射面を備えた偏向器であるポリゴンミラー、2Aと2Bはそれぞれ半導体レーザ1Aと1Bからの光束をカップリングするカップリングレンズ、3Aと3Bはそれぞれカップリングレンズ2Aと2Bからの光束をポリゴンミラー5に導くシリンドリカルレンズ、4Aと4Bは仮想ミラー、6は平行平板である防音ガラス、10は被走査面である感光体の表面、7と8はポリゴンミラー5からの光束を被走査面10に集光する走査結像光学系を構成する光学素子であるところの第1走査レンズと第2走査レンズ、9は防塵ガラス、を示している。ここで、被走査面10上を光束が走査する方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。
防音ガラス6は、ポリゴンミラー5と走査結像光学系との間(図1の例ではポリゴンミラー5と第1走査レンズ7との間)のポリゴンミラー5に対するレーザ光束の入出射光路中に配設されている。より具体的には、防音ガラス6は、ポリゴンミラー5とこれを回転駆動するモータを収納するためのケースに設けられた窓孔に配置されている。防音ガラス6は、ポリゴンミラー5による騒音を防止するために配備する。
防塵ガラス9は、プラスチックケースなどに収納されて密封された光走査装置内に埃が入り込むのを防ぐために、上記プラスチックケースの出射窓に配備する。
光走査装置による光走査について、走査光学系ごとに説明する。
半導体レーザ1Aは、画像信号に基づき変調駆動され発散光束を射出する。半導体レーザ1Aから射出された発散光束は、カップリングレンズ2Aにより、以後の光学系に適したビーム形態にカップリングされる。なお、カップリングされた各光束は、同じビーム形態の平行ビームである。
カップリングレンズ2Aを通過した光束は、シリンドリカルレンズ3A,仮想ミラー4Aによりポリゴンミラー5の偏向反射面近傍にて主走査方向の線像として結像する。
ポリゴンミラー5は、図示しないモータにより略等速に紙面時計回りに回転していて、入射光束を等角速度的に偏向する。
半導体レーザ1Aから射出されてポリゴンミラー5で偏向された光束は、防音ガラス6,第1走査レンズ7,第2走査レンズ8を通過し、第1走査レンズ7と第2走査レンズ8の作用により集束性の光束となって被走査面10上に集光されてビームスポットとして結像し、略等速的に被走査面10上を図1の紙面上側から下側に向かって光走査される。
同様に、半導体レーザ1Bから射出された光束は、カップリングレンズ2B,シリンドリカルレンズ3B,仮想ミラー4B,ポリゴンミラー5,防音ガラス6,第1走査レンズ7,第2走査レンズ8を通過して被走査面10上に集光されビームスポットとして結像し、略等速的に被走査面10上を光走査される。
光走査装置を構成する2つの走査光学系は、副走査方向にある任意の間隔を有して配置されている。ここで、任意の間隔とは画素密度によって決定される間隔である。したがって、被走査面10上には、副走査方向に距離を有した2本の平行な走査ラインが同時に形成される。
2つの走査光学系は、半導体レーザ1Aからポリゴンミラー5への入射光束と半導体レーザ1Bからポリゴンミラー5への入射光束(以下、「1組の入射光束」という)が、互いに偏向回転面内で開き角を有するように、配設されている。
図1(a)は、1組の入射光束のうち、半導体レーザ1Bから射出された光束の方が、半導体レーザ1Aから射出された光束に比べて偏向回転面内における偏向反射面への平均入射角(偏向反射面への入射方向と偏向反射面の法線方向とがなす角度)が大きいことを示している。
防音ガラス6は副走査方向に傾いている。これは、1組の入射光束が防音ガラス6の入射面で反射された場合、1組の入射光束のうち、偏向回転面内における偏向反射面への平均入射角の大きい入射光束(半導体レーザ1Bから射出された光束)が、平均入射角の小さい入射光束(半導体レーザ1Aから射出された光束)に近づく方向に反射させるためである。このように構成することで、1組の入射光束が防音ガラス6によって反射されてゴースト光が発生したとしても、被走査面10上においてゴースト像を有効走査幅の外側にもっていくことができるため、ゴースト光の影響を低減することができる。
以下、本発明にかかる光走査装置の構成について、光学系データを挙げながら具体的に説明する。
1)半導体レーザ1A
光源波長:655nm
光源側からのビームの入射角と走査光学系の光軸とがなす角:74.55degree
2)半導体レーザ1B
光源波長:655nm
光源側からのビームの入射角と走査光学系の光軸とがなす角:56.45degree
3)カップリングレンズ2
焦点距離:27mm
カップリング作用:コリメート作用
4)ポリゴンミラー5
偏向反射面数:6
内接円半径:18mm
5)防音ガラス6
屈折率:1.514
厚さ:1.9mm
偏向回転面内の主走査方向の傾き:10degree
6)防塵ガラス9
屈折率:1.514
厚さ:1.9mm
次に、ポリゴンミラー5以降のレンズデータを以下に示す。
第1走査レンズ7の第1面(L1R1)と第2走査レンズ8の両面(L2R1,L2R2)は、主走査方向の面形状が非円弧形状である。各面の光軸方向のデプスXは、以下の式で表現される。
X=(Y^2/Rm)/[1+√{1−(1+K)(Y/Rm)^2}]
+A1・Y+A2・Y^2+A3・Y^3+A4・Y^4
+A5・Y^5+A6・Y^6+・・・ (式1)
ここで、Yは光軸からの主走査方向の距離、Rmは曲率半径、Kは円錐常数、An(n=1,2,3,・・・)を高次の係数である。式1において、奇数次の係数A1,A3,A5,・・・にゼロ以外の数値を代入した場合には、主走査方向に非対称形状を有する。なお、以下に説明する実施例では偶数次のみを用いており、主走査方向に対称系である。
また、Yを変数とする偏向方向に直行する面内の曲率半径(副走査曲率半径)をCs(Y)とすると、Cs(Y)は以下の式で表現される。
Cs(Y)=1/Rs(0)+B1・Y+B2・Y^2+B3・Y^3
+B4・Y^4+B5・Y^5+・・・ (式2)
ここで、Rs(0)は光軸位置での副走査方向の曲率半径、Bn(n=1,2,3,・・・)は高次の係数である。式2において、奇数次の係数B1,B3,B5,・・・にゼロ以外の数値を代入した場合、副走査方向の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
一方、第1走査レンズ7の第2面(L1R2))は共軸非球面であり、光軸方向のデプスXは以下の式で表現される。
X=(Y^2/R)/[1+√{1−(1+K)(Y/Rm)^2}]+
+A1・Y+A2・Y^2+A3・Y^3+A4・Y^4
+A5・Y^5+A6・Y^6+・・・ (式3)
ここで、Rは光軸における近軸曲率半径,Yは光軸からの主走査方向の距離,Kは円錐常数,An(n=1,2,3,・・・)は高次の係数、である。
第1走査レンズ7の第1面(L1R1)の光学系データは以下の通りである。
Rm =−279.9
Rs =−61.0
K =−2.900000E+01
A4 = 1.755765E−07
A6 =−5.491789E−11
A8 = 1.087700E−14
A10=−3.183245E−19
A12=−2.635276E−24
B1 =−2.066347E−06
B2 = 5.727737E−06
B3 = 3.152201E−08
B4 = 2.280241E−09
B5 =−3.729852E−11
B6 =−3.283274E−12
B7 = 1.765590E−14
B8 = 1.372995E−15
B9 =−2.889722E−18
B10=−1.984531E−19
第1走査レンズ7の第2面(L1R2)の光学系データは以下の通りである。
R =−83.6
K =−0.549157
A4 = 2.748446E−07
A6 =−4.502346E−12
A8 =−7.366455E−15
A10= 1.803003E−18
A12= 2.727900E−23
第2走査レンズ8の第1面(L2R1)の光学系データは以下の通りである。
Rm = 6950
Rs = 110.9
K = 0.000000E+00
A4 = 1.549648E−08
A6 = 1.292741E−14
A8 =−8.811446E−18
A10=−9.182312E−22
B1 =−9.593510E−07
B2 =−2.135322E−07
B3 =−8.079549E−12
B4 = 2.390609E−12
B5 = 2.881396E−14
B6 = 3.693775E−15
B7 =−3.258754E−18
B8 = 1.814487E−20
B9 = 8.722085E−23
B10=−1.340807E−23
第2走査レンズ8の第2面(L2R2)の光学系データは以下の通りである。
Rm = 766
Rs =−68.22
K = 0.000000E+00
A4 =−1.150396E−07
A6 = 1.096926E−11
A8 =−6.542135E−16
A10= 1.984381E−20
A12=−2.411512E−25
B2 = 3.644079E−07
B4 =−4.847051E−13
B6 =−1.666159E−16
B8 = 4.534859E−19
B10=−2.819319E−23
なお、使用波長における走査レンズの屈折率は全て1.52724である。
次に、光学配置に関する光学系データを示す。
偏向反射面から第1走査レンズ7の第1面までの距離d1=64mm
第1走査レンズ7の中心肉厚d2=22.6mm
第1走査レンズ7の第2面から第2走査レンズ8の第1面までの距離d3=75.9mm
第2走査レンズ8の中心肉厚d4=4.9mm
第2走査レンズ8の第2面から被走査面までの距離d5=158.7mm
以下に再周辺と中央像高での副走査方向のFナンバーを示す。
像高= 150mm:41.5
像高= 0mm:40.4
像高=−150mm:41.0
以下、防音ガラス6の主走査方向に対する傾け角と主走査像面湾曲および防音ガラス6の面精度400mR時の主走査方向像面湾曲との関係について、傾け角を16degree(実施例1),12degree(実施例2),6degree(比較例)の場合について表1に示す。また、図2は、図1に示した光走査装置の防音ガラス6近傍の偏向回転面内における拡大図であり、偏向回転面内における偏向反射面への平均入射角をθ1、平均入射角の最大値と最小値をそれぞれθ1maxとθ1min、有効書込幅に対応する半画角をθ2、偏向回転面内における防音ガラス6(平行平板)の主走査方向に対する傾け角をα、とする。
Figure 0003970232
表1に示すように、実施例1の場合は、2つのビームの主走査方向の像面湾曲変化(「防音ガラス6の面精度400mR時主走査像面湾曲」−「主走査像面湾曲」)がバランスよく保たれている。
一方、比較例の場合、像面湾曲変化が大きいため、防音ガラス6の面精度を厳しくしなければならなくなる。
ここで、実施例1と実施例2では、以下の条件式1と条件式2を満足する。
0.6<(θ1max−α)/(θ2+α)<1.4 (条件式1)
0.6<(θ1min−α)/(θ2+α)<1.4 (条件式2)
一方、比較例では、条件式1を満足していない。
また、実施例1と実施例2では、以下の条件式3を満足する。
(θ1min−α)/(θ2+α)<1.0<(θ1max−α)/(θ2+α)
(条件式3)
一方、比較例では、条件式3を満足しない。
以上説明した実施の形態によれば、条件式1と条件式2を満足することで、2つのビームの主走査方向の像面湾曲変化をバランスよく保つことができ、防音ガラス6の面精度による結像性能への影響を低減することができる。
次に、本発明にかかる画像形成装置について説明する。
図3は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。この画像形成装置は、レーザプリンタである。
レーザプリンタ100は、光走査装置117の他、光走査装置117によって露光され静電潜像が形成される潜像担持体111として円筒状に形成された光導電性の感光体、静電潜像をトナーで顕像化する現像手段、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段などの、電子写真プロセスを実行する手段を有してなる。
潜像担持体111の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115などの電子写真法(プロセス)にしたがうプロセス部材が順に配設されている。
なお、帯電手段としてコロナチャージャを用いることもできる。
光走査装置117は、像担持体に光書込を行う光書込装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行するもので、帯電ローラ112で均一に帯電された潜像担持体111の表面を走査して、静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、いわゆるネガ潜像であって画像部が露光されている。この静電潜像は、現像装置113により反転現像され、像担持体111上にトナー画像が形成される。
転写紙Pを収納したカセット118は、レーザプリンタ100本体に脱着可能であり、図示のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ120により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ119に捕らえられる。レジストローラ119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するタイミングに合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Pは、転写部においてトナー像と重ね合わせられ転写ローラ114の作用により、トナー画像を静電転写される。
トナー画像を転写された転写紙Pは定着装置116へ送られ、定着装置116においてトナー画像を定着され、搬送路121を通り、排紙ローラ122によりトレイ123上に排出される。
トナー画像が転写された後の像担持体111の表面は、クリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
光走査装置117として、先に説明した本発明にかかる光走査装置を用いることで、
光走査装置を構成する平行平板の面精度による結像性能への影響を低減することができ、良好な画像を形成することができる。
なお、以上説明した画像形成プロセスは、単色の画像形成におけるプロセスを想定して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数色の画像を重ねて形成するカラー画像形成装置に適用することも可能である。その場合、光書込ユニットを複数色で共用する画像形成装置に適用することができる。すなわち、一つの光書込ユニットと像担持体を有し、一色ごとの画像信号で光書き込みを行って対応する色のトナーで現像し、これを転写紙に転写し、次に、別の色の画像信号で光書き込みを行って対応する色のトナーで現像し、これを上記転写紙に転写する、というように、色ごとに画像形成を実行して1枚の転写紙に重ねて転写する方式の画像形成装置である。
また、前記光書込ユニットは、これを露光ユニットとして各色毎に配置した、いわゆるタンデム型の画像形成装置に適用することもできる。すなわち、色ごとに対応した複数の光書込ユニットと像担持体を有し、各色の画像信号で対応する光書込ユニットで対応する像担持体に画像を書き込み、対応する色のトナーで現像し、各色のトナー像を1枚の転写紙に重ねて転写するように構成する。タンデム型の画像形成装置によれば、画像の光束書込み、高速画像形成に有利である。
本発明は、デジタルカラー複写機、カラーレーザプリンタなどの画像形成装置に適用することができる。本発明によれば、複数の走査光学系が共有する偏向手段への光束の入射口や射出口に平行平板を配設する構成であっても、平行平板の面精度による結像性能への影響を低減することができ、良好な画像を形成することができる。
本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す、(a)は偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図、(b)は上記光走査装置の光源から射出された光束の光路を説明する副走査断面図である。 上記光走査装置を構成する平行平板近傍の偏向回転面内における拡大図である。 本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。
符号の説明
1A,1B 光源(半導体レーザ)
2A,2B カップリングレンズ
3A,3B シリンドリカルレンズ
4A,4B 仮想ミラー
5 偏向器(ポリゴンミラー)
6 平行平板(防音ガラス)
7 第1走査レンズ
8 第2走査レンズ
9 防塵ガラス
10 被走査面

Claims (3)

  1. 複数の光源と、上記複数の光源からの光束を偏向する偏向反射面を備えた偏向器と、上記複数の光源からの光束をカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズからの光束を上記偏向器に導くシリンドリカルレンズと、上記偏向器への入射光束と上記偏向器からの出射光束とが通過する平行平板と、上記偏向器により偏向された光束を被走査面上に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、
    上記複数の光源から上記偏向器への複数の入射光束は、互いに偏向回転面内で開き角を有し、
    偏向回転面内における上記光源から上記偏向反射面へのビームと走査光学系の光軸とがなす角の最大値と最小値をそれぞれθ1maxとθ1min、有効書込幅に対応する半画角をθ2、上記偏向回転面内における上記平行平板の主走査方向に対する傾け角をα、としたとき、条件式
    0.6<(θ1max−α)/(θ2+α)<1.4
    0.6<(θ1min−α)/(θ2+α)<1.4
    (θ1min−α)/(θ2+α)<1.0<(θ1max−α)/(θ2+α)
    を満足することを特徴とする光走査装置。
  2. 平行平板は副走査方向に対して傾いている請求項1記載の光走査装置。
  3. 光書込装置から像担持体に光書込みを行い、電子写真法により、この像担持体上に静電潜像を形成する装置であって、
    上記光書込装置は、請求項1または2に記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
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