JP4417662B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の複数の光ビームで走査する機能を有する光走査装置、及び、これを用いた画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザプリンタ等に関連して広く知られた光走査装置は一般に、光源側からの光ビームを光偏向器(例えば、回転多面鏡)により偏向させ、fθレンズ等の走査結像光学系により被走査面に向けて集光して被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットで被走査面を光走査(主走査)するように構成されている。被走査面の実体をなすものは像担持体、例えば、光導電性の感光体等である感光媒体の感光面である。前記光走査装置を画像形成装置に用いることでカラー画像を得ることができる。例えば、その一例として、4つの感光体を記録紙の搬送方向に配列し、光走査装置を配備する。
【0003】
光走査装置は、これらの各感光体に対応した複数の光源装置から光ビームを放射し、その光束を1つの偏向手段により偏向走査し、各感光体に対応する複数の走査結像光学系により各感光体を同時に走査露光して潜像をつくる。
【0004】
これらの潜像は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック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され、そののち、これらの可視像は同一の記録紙に順次重ね合わせて転写、定着されることで、カラー画像が得られる。
【0005】
このように、光走査装置と感光体の組み合わせを2組以上用いて、2色画像や多色画像、カラー画像等を得るようにした画像形成装置は「タンデム式画像形成装置」として知られ、複数の感光体が単一の光偏向器を共用する方式のものが開示されている。
【0006】
▲1▼光偏向器の両側より光束を入射し、光束を振り分けて走査する対向走査方式(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
▲2▼略平行でかつ副走査方向に離れた複数の光束を偏向器に入射し、複数の光束に対応する複数の走査光学素子を副走査方向に並べて走査する方式(たとえば、特許文献3参照)。
▲3▼偏向器の片側より光束を入射し、3枚構成のレンズL1〜L3を用いて走査光学系で、L1、L2は異なる被走査面に向かう複数の光束が通過し、L3は各被走査面毎に設けられている(例えば、特許文献4、特許文献5、特許文献6参照)。
このように、複数の被走査面で光偏向器を共用すると、光偏向器の数を減らすことにより、画像形成装置をコンパクト化・低コスト化することが可能になる。
【0007】
さらに近来、前記走査特性の向上を目して光走査装置の光学素子に、非球面に代表される特殊な面の採用が一般化しており、このような特殊な面を容易に形成でき、なおかつコストも安価な「樹脂製の光学素子」が多用されている。特に、前記説明のタンデム式画像形成装置では、使用する光学素子の数が多いことから、樹脂製の光学素子を使用することでのコストダウン効果は非常に大きい。
【0008】
このように、光走査装置に樹脂製の光学素子が用いられる場合、温度変化により、ガラスに比べ熱膨張係数が大きいため形状変化が大きく発生し、樹脂製光学素子の光学特性が変化する。
【0009】
発熱が大きい回転多面鏡等の光偏向器により、光学箱内の温度が上昇するとき、回転多面鏡が回転し作る気流、光学箱内の形状の違いなどにより、熱は一律に伝達していくことはなく、光学箱内の温度は温度分布をもつ。
【0010】
また、走査レンズにおいても、熱の伝わり方の違い、レンズ形状の違い(光学箱への設置面積の違い)等により、一律な温度変化は生じず、走査レンズの場所による温度差が発生する。
【0011】
前記タンデム方式画像形成装置では、各感光体に向かう光束は異なる走査レンズを通過し、走査レンズを保持する光学箱内の温度分布により、各走査レンズ間で異なる温度分布が生じることより、走査レンズの形状変化、屈折率の変化などは一律ではなく、各感光体での走査長さの変化量や等速性の変化は異なる。これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック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たのち、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定着することで、カラー画像を得ると、所謂「色ずれ」が生じてしまう。特に光学箱内で発熱が大きい回転多面鏡等の光偏向器に最も近い走査レンズを樹脂とした場合には、光学特性の変化は大きくなる。
【0012】
さらに、連続出力する場合、特に連続出力枚数が多い場合には、光偏向器の発熱により、機内温度(光学箱内温度)は上昇していく。このため、各走査レンズの温度分布は変化していき、先に説明した如く色ずれが発生し、その変動量も変化していく。この結果、最初に出力された画像と、最後に出力された画像で、色ずれにより色味が変化してしまう。
【0013】
前記「走査長さの変化」の問題に対処する方法として、書込開始側と書込終了側とに各々受光手段を配し、各受光手段の受光時間差に基づき、各光ビームの画周波数を調整する方法がある(例えば、特許文献7参照)。しかし、この方式を上記「複数の被走査面で光偏向器を共用」するタンデム式画像形成装置に採用しようとすると、書込終了側に受光手段配置用のスペースを必要とするため、有効書込幅の確保がより困難になる。
【0014】
また、前記書込開始側と書込終了側とに各々受光手段を配し、各受光手段の受光時間差に基づき、各光ビームの画周波数を調整する方法では、各感光体での走査線の長さは補正可能であるが、各走査レンズの持つ温度分布による等速性の変化は補正することができない。このため、例えば書込開始と書込終了での主走査方向のドット位置を各感光体で補正しても、中間での主走査方向のドット位置は一致せず、色ずれが発生してしまう。
【0015】
前記タンデム方式の光走査装置においては、上記問題を解決するために、発熱が大きいポリゴンミラー等の偏向手段に最も近い走査レンズの材料をガラスとした例も多くあるが、樹脂製の走査レンズに比べ、大幅なコストアップとなってしまう。
【0016】
さらに、前記▲1▼から▲3▼のタンデム式画像形成装置においては下記のおそれがある。
(a) 本方式だけでは、2つの異なる被走査面しか走査できず、4色書込には対応できない。また、異なる走査光学素子を各被走査面に向かうビームが通過するため、各被走査面でビーム位置が相対的にずれ、上記「色ずれ」が発生しやすい。
(b) 光偏向器が大きくなるなど装置が大型化する。これに伴う騒音、消費電力の増加、耐久性劣化の問題。光学素子が増加しコストアップ。異なる走査光学素子を各被走査面に向かうビームが通過するため、各被走査面でビーム位置が相対的にずれ、上記「色ずれ」が発生しやすい。
(c) 光偏向器に最も近い走査レンズL1が副走査方向に正のパワーを持っており、各被走査面に向かう光束は収束され、各被走査面への分離が困難になる。
【0017】
本出願人は、先に温度変動時においても色ずれ発生が小さく、光学性能を良好に補正可能な走査光学系として、光偏向器の片側より光束を入射し、各感光体に向かう光ビームを最も光偏向器側の走査レンズで共有する光学系を提案した。
【0018】
しかしながら、色ずれ、光学性能は良好な結果を得ることができるが、光偏向器の片側より光束を入射する光学系では、各感光体に向かう光ビームを共用レンズ通過後に分離する必要があり、光ビーム間の間隔を所定値以上にする必要があるため、光偏向器の反射面が副走査方向に厚くなる、もしくは薄い反射面を副走査方向に複数段重ねる必要があり、風損による消費電力アップや、風切り音による騒音、光偏向器自体のコストアップ等の問題があった。
【0019】
斜入射光学系を用い、光偏向器に入射する光ビームを副走査方向に角度をもって入射させ、偏向器の反射面での副走査方向の高さを低減しつつ、各感光体に向かう光ビームを分離する方式が、対向走査方式などでは実施されている(例えば、特許文献8、特許文献9参照)。しかし、光偏向器の片側より光束を入射する光学系では、光偏向器に入射する光ビームを副走査方向の角度を大きく設定する必要があり、光学性能の劣化が生じ良好な出力画像を得ることができない。なお、本出願人が提案している、前記タンデム方式に対応した光走査装置として例えば、特許文献10がある。
【0020】
【特許文献1】
特開平11−157128公報
【特許文献2】
特開平9−127443公報
【特許文献3】
特開平9−54263公報
【特許文献4】
特開2001−4948公報
【特許文献5】
特開2001−10107公報
【特許文献6】
特開2001−33720公報
【特許文献7】
特開平9−58053号公報
【特許文献8】
特開平10−142540号公報
【特許文献9】
特開平10−221616号公報
【特許文献10】
特開2000−350110号公報
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、偏向手段の片側より、複数の光源装置からの光ビームを入射させる光走査装置において、最も偏向手段に近い走査レンズを全ての光ビームで共有し、温度変化時等の色ずれ発生を低減し、かつ、良好な光学性能、つまり、走査結像レンズにおいて、「共役化機能」と「等速化機能」を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現しつつ、偏向手段を小型化し、消費電力、騒音が小さく、低コストな光走査装置を提供することを第1の課題とする(請求項1乃至5および請求項8)。
【0022】
本発明は、偏向手段前の光学系の部品点数を低減し、コンパクトで低コストな光走査装置を実現することを第2の課題とする(請求項6、7)。
【0023】
本発明は、上記第1、第2の課題を達成した高速、高品質な画像形成可能な光走査装置、画像形成装置を提供することを第3の課題とする(請求項9、10)。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
(1). 複数の光源装置を有し、これら光源装置から射出された光ビームをカップリングするカップリング光学系と、該カップリング光学系からの光ビームを主走査方向に長く略線上に集光する第1光学系と、該第1光学系からの光ビームを偏向走査する単一の偏向手段としての回転多面鏡と、前記各光源装置からの光ビームをそれぞれ異なる被走査面に集光する走査光学系とを具備し、前記走査光学系を構成するレンズのうち、少なくとも最も前記回転多面鏡に近い走査結像レンズは、全ての前記光源装置からの光ビームで共有されていて、前記各光源装置からの光ビームが、前記回転多面鏡により偏向された後、副走査方向に所定の間隔を有し前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に平行な一対の光ビームと、前記一対の光ビームに対して前記回転多面鏡の偏向反射面上で近接しかつ、前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に対して角度をなす光ビーム、とからなる光走査装置において、前記走査光学系は、偏向反射面と被走査面の間の光軸上の副走査方向の横倍率をβ0とするとき、
0.2 < |β0| < 0.6
を満足することとした(請求項1)。
(2). (1)記載の光走査装置において、前記走査光学系を構成するレンズのうち、最も回転多面鏡に近い走査結像レンズは、副走査方向の屈折力がゼロ、もしくはゼロに近いこととした(請求項2)。
(3). (1)又は(2)記載の光走査装置において、前記回転多面鏡により偏向された後の、前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に対して角度をなす光ビームは、前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に平行な一対の光ビームに対し、前記走査光学系を構成するレンズのうち、最も前記回転多面鏡に近い走査結像レンズに向かいかつ、副走査方向に離れていくように角度を持つこととした(請求項3)。
(4). (3)記載の光走査装置において、
0.7 × Z1 < tanβs × X < 1.5 × Z1
(但し、Z1 :回転多面鏡の回転軸に直交する面に水平な光ビーム間の、回転多面鏡反射後の副走査方向の間隔、βs :回転多面鏡の回転軸に直交する面に角度を持つ光ビームの、回転多面鏡反射後の回転軸に直交する面に対する角度、X :走査光学系の最も回転多面鏡に近い走査結像レンズの光軸上における、回転多面鏡の偏向反射面の基点から、副走査方向に隣接し異なる光源装置からの光ビームを対応する被走査面に向け分離する分離ミラーまでの距離とする。)を満足することをとした(請求項4)。
(5). (1)乃至(4)の何れかに記載の光走査装置において、前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に水平な一対の光ビームは、前記回転多面鏡の異なる偏向反射面で偏向されることとした(請求項5)。
(6). (1)、(2)記載の光走査装置において、前記第1光学系は、複数の光源装置からの光ビームで共通使用し、前記第1光学系に入射する複数の光ビームは、前記第1光学系の光軸に略平行に入射されており、前記第1光学系を通過する光ビームの一つは、前記第1光学系の光軸近傍の位置に入射し、その他の光ビームは、前記光軸に対し副走査方向にシフトした位置に入射することとした(請求項6)。
(7). (6)記載の光走査装置において、前記第1光学系を構成するレンズは、副走査方向の一端の光軸方向の長さと他端の光軸方向の長さが異なっていることとした(請求項7)。
(8). (1)乃至(7)の何れかに記載の光走査装置において、最も回転多面鏡に近い走査レンズの材質は合成樹脂とした(請求項8)。
(9). (1)乃至(8)の何れかに記載の光走査装置において、
前記光走査装置が具備する複数の光源装置はそれぞれが複数の光ビームを射出するものとした(請求項9)。
(10). 光走査装置から射出されるカラー画像情報を含む複数の光ビームを被走査面を有する像担持体に夫々走査して静電潜像を形成し、これらの静電潜像を各光ビームのカラー画像情報に対応するカラートナーで可視像化したのち、最終的にこれら可視像をシート状媒体上に転写してカラー画像を得る画像形成装置において、前記光走査装置として、請求項1乃至10の何れかに記載の光走査装置を用いていることとした(請求項10)。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を述べるが、主走査方向、副走査方向の各用語については、次の考え方に従う用い方とした。通常『主走査方向』及び『副走査方向』とは、被走査面でビームスポットが走査される方向とその直交方向を意味するが、本文では、光路の各場所で、(被走査面の)主走査方向と副走査方向に対応する方向を(広い意味で)各々『主走査方向』、『副走査方向』と呼んでいる。
【0026】
[1] 請求項1乃至3に対応する例
本発明の光走査装置についての一例として、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4つの色の光ビームで走査してフルカラーを再現する光走査装置について図1、図2により説明する。この光走査装置は、前記4つの色に対応する4つの感光体を被走査面とし、これらの被走査面に対応する4つの光源装置を具備する。なお、以下の説明において、シアンの色を再現するための構成部材には、符号の末尾にC、同マゼンタにはM、同イエローにはY、同ブラックにはKの各部号を付して説明する。また、以下の説明における符号の中、「Y」、「M」、「C」、「K」を含むものはこれらの色に関連する。
【0027】
図1は、光走査装置概略構成の主走査断面を示し、便宜上、偏向手段としての回転多面鏡以降6の折返しミラーは全て省略し、これらにより走査ビームの光路が変更されない状態に展開して示している。図2は光走査装置の副走査断面を示し、偏向手段から被走査面までの光路を折返しミラー(ミラー9Y、9M、9C、9K)を含め示している。
【0028】
図1、図2において、各光源装置1Y、1M、1C、1Kからの光ビームは、単一の偏向手段、ここでは回転多面鏡6により偏向され、走査光学系により異なる感光体8Y、8M、8C、8K(被走査面)上に導かれ、走査光学系を構成するレンズの、最も偏向手段に近い複数のレンズ(シリンドリカルレンズからなる第1光学系5Y、5M、5C、5K)を、異なる被走査面に向かう複数の光ビームがそれぞれ通過する構成としている。
【0029】
図1において、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色に対応する光源装置1Y、1M、1C、1Kは、副走査方向(紙面に対直な方向)上で位置を異ならせて配置されている。これら光源装置1Y、1M、1C、1Kからそれぞれ射出された光ビームの光束は、カップリング光学系2Y、2M、2C、2Kによりそれぞれ平行光束(弱い収束もしくは発散光束でも良い)にそれぞれカップリングされる。
【0030】
この時、カップリング光学系によりカップリングされた各光ビームのビーム形態は「同じビーム形態」である。このビーム形態は「平行ビーム」となることも、「収束性もしくは発散性のビーム」となることもできる。それぞれの光ビームの光束は、被走査面上で所望のビームスポット径を得るための開口絞り3Y、3M、3C、3Kを通過する。
【0031】
光源装置1Yからの光ビームは開口絞り3Yを通過後、第1光学系5を経て回転多面鏡6に至る。また、光源装置1Mからの光ビームはミラー4Mで折り返され、同じく光源装置1Cからの光ビームはミラー4Cで折り返され、同じく光源装置1Kからの光ビームはミラー4Kで折り返されることで、これらそれぞれの光ビームは、光源装置1Yからの光ビームと図1において重なる光路をたどり、第1光学系5を通過し、回転多面鏡6の偏向反射面6A近傍で第1光学系5により主走査方向に長い線像を形成する。
【0032】
本例においては、光源装置1Y、1M、1C、1Kを副走査方向平行配置しているが、光走査装置のレイアウト上、折返しミラーなどで折返し、複数の光源装置を主走査方向に距離を持って配置してもよい。
【0033】
かかる構成の光走査装置は、複数の光源装置1Y、1M、1C、1Kを有し、これら光源装置1Y、1M、1C、1Kから射出された光ビームをカップリングするカップリング光学系2Y、2M、2C、2Kと、該カップリング光学系からの光ビームを主走査方向に長く略線上に集光する例えばシリンドリカルレンズからなる第1光学系5、該第1光学系5からの光ビームを偏向走査する単一の偏向手段としての回転多面鏡6と、前記各光源装置1Y、1M、1C、1Kからの光ビームをそれぞれ異なる被走査面(感光体8Y、8M、8C、8K)に集光する走査光学系7とを具備している。走査光学系7は、回転多面鏡6と被走査面との間に配置されている。
【0034】
本例では、走査光学系7は、最も回転多面鏡6に近い位置に配置された走査結像レンズL1と、走査結像レンズL1よりも回転多面鏡6から離れた位置に配置された走査結像レンズL2Y、L2M、L2C、L2K等からなる。
【0035】
このように、各光源装置1Y、1M、1C、1Kからの光ビームbm1、bm2、bm3、bm4は、共通の回転多面鏡8により偏向される。偏向された各光ビームは、副走査方向に光路分割ミラーと干渉しない所定の間隔を有して回転多面鏡6の回転軸Oに直交する面(仮想平面)に平行な一対の光ビームbm2、bm3と、これら一対の光ビームbm2、bm3に対して回転多面鏡6の偏向反射面上で近接しかつ、該回転多面鏡6の回転軸Oに直交する面に対して角度をなす光ビームbm1、bm4である。
【0036】
これらの光ビームbm1〜bm4は、走査結像レンズL1、L2Y〜L2Kにより別個の被走査面(感光体8Y〜8Kの面)に導かれ、対応する被走査面上に光スポットとして集光される。
【0037】
走査光学系7を構成する2以上の走査結像レンズのうち、回転多面鏡に最も近い走査結像レンズL1は、複数の光ビームbm1〜bm4に共通化されている。走査結像レンズL1は副走査方向に屈折力をもたない(屈折力がゼロもしくはゼロに近い)ため、複数の光ビームbm1〜bm4は、図2に示すように走査結像レンズL1を直線的に通過する。これらの光ビームbm1〜bm4は相互に近づかない関係にあるので、光路分割ミラー9Y、9M、9C、9Kの配置が容易である。
【0038】
図2において、光ビームbm1は光ビームbm2(bm3)に対して上向きの角度をなして進み、光路分割ミラー9Yにて偏向されて走査結像レンズL2Yを通り、感光体8Yに向かう。同様に、光ビームbm4は光ビームbm2(bm3)に対して下向きの角度をなして進み、光路分割ミラー9Kにて偏向されて走査結像レンズL2KYを通り、感光体8Kに向かう。
【0039】
すなわち、回転多面鏡6により偏向された後の、回転軸Oに直交する面に対して角度をなす光ビームbm1、bm4は、回転Oに直交する面に平行な一対の光ビームbm2、bm3に対し、走査光学系7を構成するレンズのうち、最も回転多面鏡6に近い走査結像レンズL1に向かいかつ、副走査方向に離れていくように角度を持つ。
【0040】
回転多面鏡6の回転軸Oに直交する平面に対し角度を有する光ビームbm1(bm4)は、一対の光ビームbm2、bm3に対し所望の角度を得るように光源装置1Y(1K)、カップリング光学系2Y(2K)、第1光学系5Y(5K)を傾けて配置しても良いし、前記折返しミラーを用いて角度をつけてもよい。
【0041】
図1、図2に示すように、偏向手段である回転多面鏡6により走査された光ビームbm1〜bm4は走査光学系7を通過し、それぞれの光ビームが対応する各感光体8Y〜8Kの被走査面上を略等速に走査するとともに被走査面上近傍で集光する。
【0042】
このとき、図2に示すように、走査光学系の走査レンズL1には、全ての光源装置1Y、1M、1C、1Kから射出された光ビームbm1〜bm4の光束が副走査方向に並び通過する。被走査面は実体的には感光体8Y〜8Kの感光面であり、この実施の形態では「光導電性の感光体の感光面であり、図1の上下方向に光走査される。即ち、図1の上下方向は主走査方向(主走査線の方向)である。
【0043】
回転多面鏡6に最も近い走査結像レンズL1は、異なる被走査面に向かう複数の光ビームが通過する構成となっているため、異なる被走査面間での色ずれや色味による画像劣化を抑制可能である。
【0044】
回転多面鏡6に最も近い走査結像レンズL1は、主走査方向に強い正の屈折力を持ち、等速性を補正している。本レンズに、異なる被走査面に向かう複数の光ビームbm1〜bm4を共通に通過させることで、走査結像レンズL1の加工ばらつきによる主走査方向のビームスポット位置ずれが、異なる被走査面でほぼ同一となり、色ずれの発生を抑制することができる。
【0045】
さらに、偏向手段としての回転多面鏡6は、モーター部、基盤による発熱が大きい。基盤に関しては、当該光走査装置の主要光学部材(図1、2に示した光学部材、回転多面鏡等)を内包する図示しない光学箱の外に出すなどして、該光学箱内の温度変動を低減することができるが、モーター部の発熱による温度上昇は発生する。
【0046】
この温度変動による熱が、光学箱内を伝搬して走査レンズ、特に、回転多面鏡6に最も近い走査結像レンズL1に温度分布を生じさせる。この温度分布は、特に回転多面鏡6による光学箱内の気流、走査結像レンズL1の形状等により、走査結像レンズ内で一様な温度変化が生じないために発生する。
【0047】
この結果、本例とはちがい、異なる走査光学素子を経て各被走査面に向かうビームが通過する対向走査方式のタンデム方式カラー機などにおいては、連続プリント時に各被走査面での相対的な主走査方向のビームスポット位置が変動し、色味が変化してしまう。
【0048】
しかしながら、本発明の光走査装置においては、偏向手段たる回転多面鏡8に最も近い走査結像レンズL1は異なる被走査面に向かう複数の光束を通過させているため、走査結像レンズが主走査方向に温度分布を待った場合においても、主走査方向のビームスポット位置ずれは、異なる被走査面でほぼ同一となり、連続プリント時の色味の変化、色ずれの発生を抑制することができる。
【0049】
本例では、図3に示すように、偏向手段としての回転多面鏡6の偏向反射面6Aで反射される複数の光源装置1Y、1M、1C、1Kからの光ビームbm1〜bm4は、回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面(仮想平面)に対し、水平な光ビームbm2、bm3と、これら光ビームに対して副走査方向に角度βs1、βs2を持つ光ビームbm1、bm4となって、これら全ての光ビームbm1〜bm4で共有する走査結像レンズL1に入射されるようになっている。
【0050】
これに対して、従来の光走査装置では図4に示すように、全ての光ビームbmが回転多面鏡6Jの回転軸Oと直交する面に対し水平であり、回転多面鏡6Jの高さ(副走査方向の高さ)h1は図3に示す本例における回転多面鏡6の高さhと比べて、「h<h1」の関係となり、回転多面鏡6の高さ(副走査方向の寸法)が大幅に低減可能となる。以下、これを説明する。
【0051】
本光走査装置の形態では、図1、図3に示すように、複数の光源装置1Y〜1Kからの各光ビームbm1〜bm4を、これら光ビームに対応して設けられた各被走査面(感光体)に導くために、全ての光ビームbm1〜bm4で共有する走査結像レンズL1を通過後に、副走査方向にこれら光ビームbm1〜bm4を分離用のミラー9Y、9M、9C、9K等で折り返し、分離する必要がある。
【0052】
このような分離用のミラーを必要とする従来の光走査装置において、図4に示すように、全ての光ビームbmが回転多面鏡6Jの回転軸Oと直交する面に対し水平であり、かかる光ビームでは良好な光学性能が得られる反面、各光源装置からの各光ビームbmの間隔、つまり異なる被走査面に導かれる光ビーム間の間隔Z1は、前記分離ミラーの配置に必要な最小間隔、通常3mmから5mmの間隔を回転多面鏡6Jの偏向反射面の部位で持つことが必要であり、それだけ回転多面鏡6Jの高さ(副走査方向の高さ)h1≧3Z1と高くなり、風損の影響による消費電力アップ、騒音の増大、コストアップなどの課題が生じていた。特に、光走査装置の構成部品で偏向手段の占めるコスト比率は高く、コスト面での課題も大きい。
【0053】
本例では、回転多面鏡6の偏向反射面6Aで反射される、複数の光源装置1Y〜1Kからの光ビームは、回転多面鏡の回転軸と直交する面に対し、水平な光ビームbm2、bm3と、角度を持つ(副走査方向に角度を持つ)光ビームbm1、bm4として、全ての光ビームで共有する走査レンズL1に入射させる。
【0054】
図3に示すように、回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面(仮想平面)に対し水平な光ビームbm2、bm3と、角度を持つ(斜入射する)光ビームbm1、bm4とがあるが、回転多面鏡6の偏向反射面6Aで間隔Z1の関係にある光ビームbm2、bm3に対し、光ビームbm1、bm4は発散する方向に進むのであるから、回転多面鏡6の高さ(副走査方向の高さ)h≧Z1となり、分離用のミラー9Y、9M、9C、9K等で折り返し、分離する部位では各光ビーム間隔を十分に間隔Z1以上にすることが可能である。
【0055】
なお、図5に示すように、回転多面鏡6JJから偏向射出される全ての光ビームbmを光軸に対して発散させて走査結像レンズL1に対して斜め入射させる方式では、全部の光ビームbmが回転多面鏡6JJの偏向反射面では1点に集まっているので、回転多面鏡6JJの高さ(副走査方向の高さ)Z1≧h2となり、分離用のミラーで折り返し、分離する部位でも各光ビーム間隔を十分に間隔Z1以上にすることが可能であるが、全ての光ビームbmが走査結像レンズL1に対して角度をもって入射するので、諸収差量が増大し光学性能の劣化がする。よって、図3にかかる本例は、図5の例のように光学性能を劣化することなく、また、図4の例のように回転多面鏡の高さを大とすることなく、可及的に回転多面鏡の高さを小さくできるといえる。
【0056】
すなわち、従来の全光ビーム水平入射に対し一部副走査方向に斜入射させる本方式では、全ての光ビームで共用するレンズに角度をもって入射する例と比べて、回転多面鏡の回転軸と直交する面に対する角度を小さくすることで、諸収差量が増大することなく光学性能の劣化を小さく抑えることが可能となる。この結果、安定したビームスポット径を得ることが可能となったり、ビームスポット径の小径化による画質向上にも有利となる。
【0057】
本例では、最も回転多面鏡6に近い走査結像レンズL1は、副走査に屈折力をほぼ持たないことにより、主走査断面形状は副走査方向に変化しない。このため、入射する光束が副走査方向にずれた場合においても等速性は劣化しない。また、主走査方向の結像性能の劣化も抑制することが可能である。
【0058】
また、走査結像レンズL1の副走査屈折力がほぼゼロであるため、該走査結像レンズL1は、正の強い屈折率を持つ。この結果、走査結像レンズL1ひいては走査光学系7の副走査倍率は縮小系となり、部品の組み付け誤差、部品の形状誤差などによる性能劣化を抑制可能である。また、副走査方向は、偏向手段の基点と被走査面が共役関係にあり、偏向手段の面倒れ補正機能を有していることは言うまでもない。
【0059】
本例では図3に示すように、回転多面鏡6により偏向された後の、回転多面鏡6の回転軸Oに直交する面に対して角度をなす光ビームbm1、bm4は、回転多面鏡6の回転軸Oに直交する面に平行な一対の光ビームbm2、bm3に対し、走査光学系を構成するレンズのうち、最も前記回転多面鏡6に近い走査結像レンズL1に向かいかつ、副走査方向に離れていくように角度βs1、βs2(βs1=βs2としてもよいし、異なる値としてもよい。)をもつことから、図5の例のように光学性能を劣化することなく、また、図4の例のように回転多面鏡の高さを大とすることなく、可及的に回転多面鏡の高さを小さくできるといえる。
【0060】
[2] 請求項4に対応する例
本例は、回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面(仮想平面)に対し角度をもつ光ビーム(bm1、bm4)の上記角度(副走査方向の角度)の上限と下限を下記条件式(1)で規定したものである。
【0061】
0.7 * Z1 < tanβs * X < 1.5 * Z1 …(1)
但し、上記条件式(1)において、Z1は、図1、図3における回転多面鏡6の回転軸Oに直交する面(仮想平面)に水平な光ビームbm2、bm3間の、回転多面鏡反射後の副走査方向の間隔である。
【0062】
また、βsは、図1、図3における回転多面鏡6の回転軸Oに直交する面(仮想平面)に角度を持つ光ビームbm1、bm4の、回転多面鏡反射後の回転軸に直交する面(仮想平面)に対する角度βs1、βs2等が対応する。
【0063】
Xは、図2における走査光学系の最も回転多面鏡6に近い走査結像レンズL1の光軸上における、回転多面鏡6の偏向反射面6Aの基点から、副走査方向に隣接し異なる光源装置1Y、1M、1C、1Kからの光ビームを対応する各感光体(8Y、8M、8C、8K)の被走査面に向け分離する分離ミラー(9Y、9M、9C、9K)までの距離である。ここで、基点とは、回転多面鏡がその偏向反射面の位置を変えながら光ビームを偏向するという特性から、条件式(1)におけるXの一方の位置を特定するため定めた位置であり、具体的には、例えば、走査結像レンズL1による感光体被走査面上での像高0のときの回転多面鏡6(偏向反射面6A)の回転位置における光ビームの反射位置である。
【0064】
偏向反射面へ入射する光ビームの光路を示した図6、偏向反射面により偏向された光ビームの光路を示した図7を用いて説明する。
偏向手段としての回転多面鏡6の高さを低減するためには、Z1の値、つまり回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面Hに水平な光ビームbm2、bm3間の副走査方向の間隔は、対応する感光体(8M、8C)の各被走査面に分離できる最小値(光路分割ミラーを配置可能な最小値)に設定される。この時、水平な光ビームbm2、bm3に対し、回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面Hに角度を持つ光ビームbm1の角度βsは、上記条件式(1)を満足するように設定されることが望ましい。
【0065】
なお、上記基点は、図7中、符号O3で示す位置であり、像高0のときの偏向反射面の位置である。図7にハッチングを付して示した回転多面鏡6の断面概形は、像高0(位置O3)に至る前又は後の偏向反射面の位置を示している。
【0066】
ここで、条件式(1)の下限を越えると、各光ビームと対応して異なる位置に設けられた各感光体8Y、8M、8C、8Kの各被走査面に光ビームを分離する各光路分割ミラー9Y、9M、9C、9Kの位置において、ミラーの配置等、必要な間隔を満足するためには、回転多面鏡6の偏向反射面6Aに入射する光ビームの、偏向反射面上での副走査方向のシフト量σ(光ビームbm1と光ビームbm2との間隔)が大きくなり過ぎ、回転多面鏡6が大型化してしまう。
【0067】
条件式(1)の上限を越えると、回転多面鏡6を小型化(副走査方向の高さ低減)した状態で、対応する異なる被走査面に光ビームを分離する光路分割ミラーの位置において、光ビームと干渉しない必要な間隔を十分満足できるが、全ての光ビームで共有する走査結像レンズL1の副走査方向の高さが高くなりコストアップになったり、光走査装置自体が大型化してしまう。更には、回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面に角度を持つ光ビームbm1の角度βsが大きくなり、光学性能が劣化する。
【0068】
従って、条件式(1)を満足するように各パラメータを設定することで、回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面に角度を持つ光ビームbm1(bm2)の角度βsを小さくし良好な光学性能を維持しつつ、回転多面鏡6の小型化による低コスト化を満足することができる。
【0069】
[3] 請求項5に対応する例
これまで述べた各例において、回転多面鏡6の偏向反射面6Aは、全ての光ビームbm1〜bm4で共有している。しかし、偏向反射面6Aを形成する多面体は所定のレーザビームを偏向するのに十分な軸方向長さ(副走査方向の厚み)を有しておればよく、図8に示すが如く、回転多面鏡60の回転軸Oと直交する面に水平で、光ビームbm2、bm3間で所定の間隔Z1を得るような上部回転多面鏡60uと、下部回転多面鏡60を共通の回転軸Oをもつようにして一体化したものとして構成することができる。
【0070】
ここで、上部回転多面鏡60uは一対の光ビームbm1、bm2、下部回転多面鏡60dは一対の光ビームbm3、bm4をそれぞれ偏向する、というように、各一対の光ビームで異なる偏向反射面を構成するようにすることが望ましい。
【0071】
本例では、これまで説明した各例において、回転多面鏡の回転軸Oに直交する面に水平な一対の光ビームbm2、bm3は、回転多面鏡60の異なる偏向反射面で偏向されるようにしたものである。同様に、回転多面鏡6の回転軸Oと直交する面に角度を持つ光ビームbm1、bm4についても、回転多面鏡60の異なる偏向反射面で偏向されるようにしている。
【0072】
偏向反射面の軸方向の長さ(副走査方向の厚み)が大きくなると、回転体としてイナーシャが大きく、起動時間が長くなる問題がある。そこで、偏向反射面の軸方向の長さ(副走査方向の厚み)を小さくし、2段化することで、前記問題の解決を図ったのである。
【0073】
この場合、図9(a)に示すように、上部回転多面鏡60uの各偏向反射面と、下部回転多面鏡60uの各偏向反射面とは、位相を異ならせることもできるし、図9(b)に示すように位相を等しくすることもできる。
【0074】
[4] 請求項6、7に対応する例
4.1 請求項6対応
これまでの例で説明したように、偏向手段の片側より、複数の光源装置1Y〜1Kからの光ビームbm1〜bm4を入射させる光走査装置においては、走査結像レンズに干渉することなく第1光学系5Y、5M、5C、5Kや、カップリング光学系2Y、2M、2C、2K及び光源装置1Y、1M、1C、1K等をそれぞれ複数配置することは、そのレイアウト上困難であり、コンパクトな光走査装置を実現するためには大きな課題であった。
【0075】
そこで、本例では、第1光学系は、複数の光源装置からの光ビームで共通使用し、第1光学系に入射する複数の光ビームは、前記第1光学系の光軸に略平行に入射されており、第1光学系を通過する光ビームの一つは、第1光学系の光軸近傍の位置に入射し、その他の光ビームは、前記光軸に対し副走査方向にシフトした位置に入射することとした。これにより、第1光学系の部品点数を低減し、コンパクトな光走査装置を実現する。
【0076】
本例では、図10において1つの第1光学系5Qには各光源装置からの各光ビームが共通に入射される。図10に示すが如く、第1光学系5Qに入射する複数の光ビームbm1〜bm4は第1光学系5Qの光軸に略平行に入射されており、第1光学系5Qを通過する光ビームbm1、bm4は第1光学系5Qの光軸近傍の位置に入射し、もう一方の光ビームbm2、bm3は、前記光軸に対し副走査方向にシフトした位置に入射するように配置する。
【0077】
つまり、回転多面鏡6の回転軸Oに直交する平面に対し角度を有する光ビームbm1、bm4と、回転軸Oに直交する平面に対し水平な光ビームbm2、bm3で、第1光学系5Qを共有し、部品点数を減らすことが可能となる。
【0078】
4.2 請求項7対応
前記図10に示した例で、第1光学系5Qに4つの光ビームを共通に利用する場合、周辺側の2つの光ビームbm2、bm3は直進し、中心寄りの2本の光ビームbm1、bm4は互いに発散する方向へ進む。このため、従来のシリンドリカルレンズをそのまま適用すると、図11に実線と2点鎖線との組み合わせの概形し示すように、光ビームbm1と光ビームbm2用として1個のシリンドリカルレンズ5Q1を用い、光ビームbm3と光ビームbm4用として1個のシリンドリカルレンズ5Q2を用いる構成が考えられる。
【0079】
しかし、かかる構成では、各シリンドリカルレンズはそれぞれ半分しか有効使用部分がなく、残る半分は機能していないので、スペース、コストの面でも無駄である。
【0080】
そこで本例では、図11に実線で示すように、シリンドリカルレンズ5Quについては上半分を除いた構成とし、シリンドリカルレンズ5Qdについては下半分を除いた構成とした。
【0081】
その結果、本例では第1光学系を構成するシリンドリカルレンズ5Quと、シリンドリカルレンズ5Qdについてそれぞれ、副走査方向の一端の光軸方向の長さと他端の光軸方向の長さが異なった形状のレンズとなった。
【0082】
このように、第1光学系としてのシリンドリカルレンズ5Qu、5Qdを、副走査方向の一端と他端の長さを異ならせることで、スペース効率を向上させることができる。さらに、これら、シリンドリカルレンズ5Qu、5Qdを副走査方向に重ねて配置することが可能となり、偏向手段としての回転多面鏡より光源側のレイアウトをシンプルにすることができる。
【0083】
図12(a)に示したのは、シリンドリカルレンズ5Qu、5Qdを副走査方向に調整間隔dをおいて一体化した例であり、図12(b)に示したのは、シリンドリカルレンズ5Qu、5Qdを副走査方向に調整間隔dをおかないで一体化した例である。
【0084】
図1に示したように、各光源装置1Y〜1Kからの光ビームはそれぞれ第1光学系5Y〜5Kの光軸を通る構成であるので、光源装置相互の干渉を避けて配置するためには、空間的に離して構成し、かつ、ミラー4Y〜4Cを用いて偏向手段に導いている。
【0085】
かかる構成では、以下に述べるようにミラーへの入射光線と射出光線のなす角が鈍角もしくは鈍角に近くなる光ビームが生じ、波面収差が劣化する。
【0086】
本例では、図10、図11などで説明したように、第1光学系を構成するシリンドリカルレンズの光軸付近に入射する光ビームと、光軸から離れた位置に入射する光ビームを同一のシリンドリカルレンズに入射する構成とし、複数の光ビームを同一の第1光学系で共有した。このため、各光源装置1Y〜1Kからの光ビームを、ミラーを用いて第1光学系に導く構成とし、その際に、全ての光ビームを第1光学系の光軸に入射するという制約がなく、一部の光ビームについては光軸から離れた部位から入射させるので、各光源装置から第1光学系に導くためのミラーについて、入射光線と射出光線のなす角を鋭角にすることが可能となった。
【0087】
例えば、図1において、第1光学系4Kの部位に図11、図12などで示したような第1光学系を配置する。光源装置1Kからの光ビームbm4は図1に示すように、上記第1光学系に向かって進む。この場合、中間にミラーは要らない。光源装置1Cについては、現在の位置より若干位置をずらし、中間にミラーを介することで、入射光線と射出光線のなす角を鋭角にして、光ビームbm3を上記共通の第1光学系に向かわせることができる。
【0088】
光源装置1Mについては、現在の位置で、中間にミラーを介することで、入射光線と射出光線のなす角を鋭角にして、光ビームbm2を上記共通の第1光学系に向かわせることができる。光源装置1Yについては、現在の位置で、中間にミラーを介することで、入射光線と射出光線のなす角を鋭角にして、光ビームbm1を上記共通の第1光学系に向かわせることができる。このように、各光ビーム共、各ミラーについて、入射光線と射出光線のなす角を鋭角にすることができるので、波面収差が劣化を低減することが可能である。
【0089】
以下に更に、説明する。本例によれば、第1光学系とカップリング光学系の間で、各光源装置からの光ビームをミラーにより合成することが可能となり、ミラーへの入射光線と射出光線のなす角を鋭角に設定することが容易になる。
【0090】
ミラーへの入射光線と射出光線のなす角を鋭角とすることで、反射面での光束幅(主走査方向)は小さくなり、ミラーと回転多面鏡の偏向反射面までの距離は、光束内(主走査方向の最外側の光線)で大きくずれない。
【0091】
しかし、ミラーへの入射光線と射出光線のなす角を鈍角とすると、反射面での光束幅(主走査方向)は広がり、ミラーと回転多面鏡の偏向反射面までの距離は、光束内(主走査方向の最外側の光線)で大きく異なる。この結果、ミラーの取付時の倒れにより、光ビームが副走査方向に倒れると、回転多面鏡で被走査面に向け偏向反射される際、光束内で主走査方向の最外側の光線間の副走査方向の倒れ量が異なり、波面収差が劣化する。
【0092】
このため、被走査面上で良好なビームスポット径を得ることが困難になる。また、良好なビームスポット径を得るために、反射ミラーを精度良く配置する必要が生じ、組み付け時の工数増加によるコストアップにつながる。つまり、ミラーへの入射光線と射出光線のなす角を鋭角となるようにビーム合流手段としてのミラーを配置することで、良好なビームスポット径を維持しつつ、組み付け性を向上することが可能となる。
【0093】
[5] 請求項1に対応する例
本例の光走査装置において、走査光学系7は全ての光ビームで共有する走査レンズL1の副走査方向の屈折力がゼロ、もしくはゼロに近いため、被走査面側に配置される走査レンズL2Y〜L2Kは副走査方向に強い正の屈折力を有し、走査光学系7の副走査方向は縮小光学系とすることが可能となる。
【0094】
そこで、走査光学系7は、偏向反射面6Aと各感光体8Y〜8Kの各被走査面の間の光軸上の副走査方向の横倍率をβ0とするとき、「 0.2<|β0|<0.6」の条件式(2)を満足する事が望ましい。
【0095】
条件式(2)の下限を越えると、狙いのビームスポット系に対し、偏向反射面と被走査面の間の光軸上の副走査方向の横倍率を大きく設定したときに対し、アパーチャ径(開口絞り3Y〜3Kの開口径)を小さく設定する必要が生じる。この結果、光量不足の問題や、アパーチャ(開口絞り3Y〜3K)における回折の影響によるビームスポット径の劣化の問題が大きく発生する。
【0096】
一方、横ばい率β0を大きくするためには、最も被走査面側に近い走査結像レンズL2Y〜L2Kを偏向手段としての回転多面鏡6に近づける必要がある。本例の光走査装置は、最も回転多面鏡6に近い走査結像レンズは全ての光源装置1Y〜1Kからの光ビームで共有され、その後、各色に対応する被走査面に折り返しミラーで分離され導かれる。
【0097】
このとき、条件式(2)の上限を越えると、最も被走査面側の走査結像レンズL2Y〜L2Kが回転多面鏡6側に寄り、走査結像レンズ間の間隔(レンズL1とレンズL2Y〜L2Kとの間隔)が狭くなる。
【0098】
そのため、これら走査結像レンズL1と走査結像レンズL2Y〜L2K間に折り返し用の光路分割ミラー9Y〜9Kを用い、光路分離しようとする場合、斜入射角を大きくする必要が生じる。斜入射角を大きくすると光学性能の劣化が大きく生じてしまう。また、偏向反射面6A上で水平入射ビーム間の間隔を広げるためには、偏向反射面6A上での間隔を広げる必要があり、光反射面6Aが大きくなることから回転多面鏡の大型化によるコストアップ、風損などの影響、メカ的なバランスの問題で高速回転に向かなくなる。
【0099】
従来、書込光学系を構成する部品の加工誤差、組み付け誤差による像面位置変動を、第1光学系の光軸方向シフトにより調整し、良好な光学性能、安定したビームスポット径を得る方式が公知である。
【0100】
本例の如く、走査光学系7が縮小系である場合、書込光学系を構成する部品の加工誤差、組み付け誤差による像面位置変動は小さくなり、第1光学系5Y〜5Kを光軸方向にシフトさせ像面位置調整を行う必要がなくなる。
【0101】
この結果、シリンドリカルレンズからなる第1光学系5Y〜5Kを使用しても、各光源装置1Y〜1Kに対応する光ビーム毎に、第1光学系5Y〜5Kの光軸方向シフトによる調整が不要となり、良好な光学性能、安定したビームスポット径を得ることが可能となる。
【0102】
[6] 請求項8に対応する例
本例は、これまで述べた光走査装置について、少なくとも最も回転多面鏡6に近い走査結像レンズL1の材質は合成樹脂としたというものである。
【0103】
走査結像レンズL1を合成樹脂、例えば、プラスチックとすることで、前記走査特性の向上を目して光走査装置の光学素子に、非球面に代表される特殊な面を容易に形成でき、なおかつコストも安価にすることができる。さらに、前記説明のタンデム式画像形成装置の場合においては、使用する光学素子の数が多いことから、樹脂製の光学素子を使用することでのコストダウン効果は非常に大きい。
【0104】
従来、光走査装置に樹脂製の光学素子が用いられる場合、発熱が大きい回転多面鏡等の偏向手段により、光学箱内の温度が上昇し、回転多面鏡が回転し作る気流、光学箱内の形状の違いなどにより、熱は一律に伝達せず、光学箱内の温度は温度分布を持つため、ガラスに比べ熱膨張係数が大きいため形状変化が大きく発生し、樹脂製光学素子の光学特性が変化する課題があった。
【0105】
また、走査レンズにおいても、熱の伝わり方の違い、レンズ形状の違い(光学箱への設置面積の違い)等により、一律な温度変化は生じず、走査レンズの場所による温度差が光学性能、特に各色での等速性が異なることによる色ずれの発生が生じていた。
【0106】
しかし、本例によれば、最も偏向手段(回転多面鏡6)に近い走査結像レンズL1は、異なる被走査面に向かう複数の光ビームが通過することで、等速性の変動は、各色で同様に生じ、色ずれの発生は抑制される。このため、最も偏向手段に近い走査結像レンズL1を含み、全ての走査レンズの材質をプラスチックにした場合においても、「共役化機能」と「等速化機能」を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現し、更に色ずれや色味の変化の発生を抑制する光走査装置を提供することが可能である。
【0107】
[7] 請求項9に対応する例
本例は、光走査装置が具備する複数の光源装置はそれぞれが複数の光ビームを射出するものとした。複数ビームを用いることで、回転多面鏡の速度を従来通りなら高速走査が可能となり、全体の走査速度を従来通りなら回転多面鏡の回転速度を低速にでき、消費電力を低減できる。
【0108】
本例の光走査装置において、これまでの説明では説明を簡略にするため、各光源装置1Y〜1Kまでの各光源装置においては、単数の光ビームが射出されるかのように説明した。
【0109】
発明の実施に当たっては、複数の発光点を持つ光源(例えば半導体レーザアレイ)や、単数(例えば半導体レーザ)もしくは複数(例えば半導体レーザアレイ)の発光点を有する光源を複数用いた光源装置を用いて光走査を行うことができる。つまり、複数の光ビームを感光体8Y〜8Kに同時に走査するマルチビーム光源装置を用い、高速化、高密度化を狙う光走査装置を用いても、前記説明と同様の効果が得られる。
【0110】
図13に示したのは、1つの光源装置について単ビームを射出する2つの半導体レーザを用いた光源装置の例である。
【0111】
半導体レーザ403、404は各々ベース部材405の裏側に形成した嵌合穴405−1、405−2(図示されず)の座の部分に、個別に円筒状ヒートシンク部403−1、404−1を嵌合し、押え部材406、407の突起406−1、407−1をヒートシンク部403−1、404−1の切欠部に合わせて発光原の配列方向を合わせ、背面側からねじ412で固定される。
【0112】
また、カップリングレンズ408、409は各々その外周部をベース部材405の半円状の取付ガイド面405−4、405−5に沿わせて光軸方向の調整を行い、半導体レーザ403、404の各発光点から射出した発散ビームが平行光束となるように位置決めされ接着される。
【0113】
なお、本例では上記したように各々の半導体レーザ403、404からの光線が主走査面内で交差するように設定するため、光軸に沿って前記嵌合穴405−1、405−2および半円状の取付ガイド面405−4、405−5を傾けて形成している。
【0114】
ホルダ部材410にベース部材405の円筒状係合部405−3を係合し、ねじ413を貫通穴410−2、410−3を介してねじ穴405−6、405−7に螺合して固定され光源ユニットを構成する。
【0115】
上記した光源ユニットは、光走査装置の光学部品を装着する光学ハウジングの取付壁411に設けた基準穴411−1にホルダ部材の円筒部410−1を嵌合し、表側(図中、取付壁411の左側)よりスプリング611を挿入した上で、ストッパ部材612を円筒部突起410−4に係合することでホルダ部材410は取付壁411の裏側に密着して保持される。
【0116】
このとき、スプリング611の一端部611−1はストッパ部材612の孔612−1に挿入されており、他端部611−2は取付壁411に形成された突起411−2に掛けられることにより、ホルダ部材410は円筒部410−1の中心を回転軸として回転力を与えられる。
【0117】
この回転力によるホルダ部材410の回転は、ホルダ部材410の側部より突出した掛止突起410−5が調整ねじ613の先端部に当接することにより阻止されている。よって、調整ねじ613を回転することにより、ホルダ部材410を半導体レーザ403、404間の中点をとおる光軸のまわりに回転し、半導体レーザ403、404から射出される光ビームのピッチを調節することができる。
【0118】
取付壁411の左方に開口絞り415が光学ハウジングに取り付けられて設けられている。開口絞り415には、各半導体レーザ403、404からの光ビームに対応してスリットが設けられていて、光ビームの射出径を規定する。
【0119】
前記図1に示した光源装置1Y〜1Kのそれぞれを、図13に示した光源装置のように、2つの光ビームを射出する光源装置により構成することができる。また、本例は1つの光源装置から2ビームを射出するが、さらに半導体レーザを多く設けた光源装置とすることもできる。
【0120】
図13で説明した光源装置は半導体レーザが単ビームを射出する半導体レーザを2つ並列して設けた例であったが、他の例として、図14に示すように、半導体レーザ4030を設けた構成とする例もある。この例では、半導体レーザ4030は、内部に図14(b)に示すような半導体レーザアレイ4031を装備している。この例では、半導体レーザアレイ4031は4本の光ビームを射出するものであり、該半導体レーザアレイに合わせて、カップリングレンズ4032が設けられている。また、図14(a)に示すように、開口絞り4150も当該半導体レーザアレイ4031に合わせたものが設けられている。
【0121】
光源装置全体の構成は、前記13におけるものに準じている。
半導体レーザ4030はベース部材4050の裏側に形成した嵌合穴4050−1の座の部分に、円筒状ヒートシンク部403−1を嵌合し、押え部材4060の突起4060−1をヒートシンク部4030−1の切欠部に合わせて、背面側からねじ412で固定される。
【0122】
カップリングレンズ4032はその外周部をベース部材405の半円状の取付ガイド面4050−4に沿わせて光軸方向の調整を行い、半導体レーザ4030の半導体レーザアレイ4031の各発光点から射出した発散ビームが平行光束となるように位置決めされ接着される。
【0123】
以下、ホルダ部材4050のベース部材に対する取付けについては、前記図13で説明した例に準ずるので、対応する部材について図13で使用したのと同じ符号を図14(a)の図に付して説明を省略する。
【0124】
例えば、前記図13に示したように、光源装置として2つの半導体レーザからの光ビームを用いる場合、図15(b)に示すが如く、各半導体レーザ403、404から射出された全ての光ビームを回転多面鏡6の偏向反射面近傍で主走査方向において交差させるのが好ましい(前記図6の例が対応する)。
【0125】
図15(a)は上記のような交差をさせない例である。これら図15(a)、(b)において、符号D1は、半導体レーザ403から射出した光ビームが被走査面80においてある像高に到達する際の回転多面鏡6の偏向反射面を表しており、符号D2は半導体レーザ404から射出した光ビームが被走査面80において同像高に到達する際の回転多面鏡6偏向反射面を表している。
【0126】
各々の光ビームは回転多面鏡6に入射するときに、ある角度Δα分、離されている。従って、この角度差だけ同像高に到達するための偏向反射面に時間的な遅れ(符号D1と符号D2のような)が生じる。
【0127】
図15(a)の場合は、2つの光ビームはかなり異なった光路を通っており、図15(b)の場合は、全く同じ光路を通っている。光ビームが走査光学系7を構成する各光学素子の異なる位置を通過してくると、当然異なる光学作用を受けるから、被走査面80上で主走査方向の同じ像高に達する2つの光ビームの収差等の光学特性は違ったものとなり、特に走査線ピッチの像高間変動に対する影響は非常に大きい。
【0128】
そこで、図15(b)のように回転多面鏡6の偏向反射面近傍で2つの光ビームを交差させることにより、被走査面80上の主走査方向の同一像高に達するときに、走査光学系7の主走査方向のほぼ同じ光路を通るようになり、走査線曲がりを効果的に低減することができる。また、回転多面鏡6より像面側の各部品ばらつきによる各光ビーム間の主走査方向書込位置変動は、全ての光ビームでほぼ同量となり、各ビーム間での主走査方向書込位置ずれは抑えられる。更に、同じ像高へ結像する全ての光ビームを、走査光学系の主走査方向のほぼ同じ位置を通過させることにより、走査光学系を構成するレンズの収差の影響を小さく抑え、且つ、主走査方向の結像位置は各ビームとも精度良く合致でき、同期検知後全ての光ビームに共通に遅延時間を設定しても、書込はじめの像高での主走査方向の位置ずれを抑えることが可能となる。
【0129】
また、図15(b)のようにすることにより、回転多面鏡6の内接円半径を最小にすることができる。なお、前記図14で説明したような半導体レーザアレイを一つ使うマルチビーム光源装置については、本説明の範疇ではない。
【0130】
本説明では、マルチビームについて例を挙げ説明したが、異なる被走査面に向かう複数の光ビームを回転多面鏡の同一の反射面で偏向する場合、各光ビームを回転多面鏡の偏向反射面近傍で主走査方向において交差させることで、同様の効果が得られる。
【0131】
[8] 請求項10に対応する例
これまで説明した光走査装置を用いる画像形成装置の実施の1形態として「タンデム式のカラー画像形成装置」の実施の1形態を図16により説明する。図中符号50で示した光走査装置としては、図1、図2などに即して説明した如きものが用いられている。該光走査装置50内の光学部材の構成は前記説明における図2の構成と共通部分を含み該当部材については同一符号を付し、説明は省略する。
【0132】
符号Y、M、C、Kはそれぞれ、光導電性の感光体8Y、8M、8C、8Kを光走査する偏向光ビームを示している。この部分の説明は、図2に関する説明を援用する。
【0133】
感光体8Y(8M、8C、8K)の周囲には、帯電手段YC(MC、CC、KC)、現像手段YD(MD、CD、KD)、転写手段YT(MT、CT、KT)、クリーニング手段YL(ML、CL、KL)が配置され、感光体8Y、8M、8C、8Kに接触するように搬送ベルト2Aが配設されている。
【0134】
感光体8Y〜8Kは時計方法へ回転しつつ、対応する帯電手段YC〜KCにより均一帯電され、光ビームY〜Kにより光走査されて静電潜像をネガ潜像として書込まれる。これら静電潜像は現像装置YD〜KDにより現像され、感光体8Y、8M、6C、8Kにそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナー画像が形成される。
【0135】
カラー画像を形成されるシート状記録媒体である転写紙は、カセット1Aから給紙されてレジストローラ9により搬送ベルト2A上に載せかけられる。搬送ベルト2Aはチャージャ10によるコロナ放電で帯電され、転写紙は搬送ベルト2A上に静電吸着される。
【0136】
このようにして搬送ベルト2Aに保持された転写紙は転写部を順次搬送されつつ、感光体8Kから「黒トナー画像」、感光体8Cから「シアントナー画像」、感光体8Mから「マゼンタトナー画像」、感光体8Yから「イエロートナー画像」を転写手段KT〜YTの作用により順次転写される。
【0137】
このようにして転写紙上にカラー画像が合成的に形成される。カラー画像を担持した転写紙は除電チャージャ11より除電され、転写紙自体の腰の強さにより搬送ベルト2Aから分離し定着装置14に進み、カラー画像を定着され、排出ローラ16によりトレイ17上に排出される。トナー画像転写後の感光体8Y〜8Kは、クリーニング手段YL〜KLによりそれぞれクリーニングされる。
【0138】
即ち、図16に示す画像形成装置は、複数の光導電性の感光体8Y〜8Kを感光性媒体として、転写媒体(転写紙)の搬送路に沿って配列し、各感光体に光走査を行って静電潜像を形成し、各静電潜像を異なる色のトナー画像として可視化し、各色トナー画像を同一のシート状記録媒体に重ね合わせて転写・定着して合成的に画像を得る画像形成装置(請求項10)である。また、タンデム型の画像形成装置で、光導電性の感光体の数が4でカラー画像を形成するタンデム型の画像形成装置である。
【0139】
別の表現をすれば、光走査装置50から射出されるカラー画像情報を含む複数の光ビームY、M、C、Kを被走査面を有する像担持体(感光体8Y〜8K)に夫々走査して静電潜像を形成し、これらの静電潜像を各光ビームのカラー画像情報に対応するカラートナーで可視像化したのち、最終的にこれら可視像をシート状媒体としての転写紙上に転写してカラー画像を得る画像形成装置である。
【0140】
以上説明した例により、偏向手段としての回転多面鏡の片側より、複数の光源装置からの光ビームを入射させる光走査装置において、最も回転多面鏡に近い走査結像レンズを全ての光ビームで共有し、温度変化時等の色ずれ発生を低減し、かつ、良好な光学性能、つまり、走査結像レンズにおいて、「共役化機能」と「等速化機能」を良好に保ちつつ、主走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に補正し光スポットの安定性を実現しつつ、各光源装置からの光ビームを、回転多面鏡により偏向された後、回転多面鏡の回転軸に直交する面に水平な光ビームと回転多面鏡の回転軸に直交する面に角度を持つ光ビームとを用いることで、回転多面鏡を小型化し、消費電力、騒音が小さく、低コストな光走査装置および、当該光走査装置を具備した画像形成装置を提供すること可能である。
【0141】
更に、第1光学系を複数の光源装置からの光ビームで共有することで、回転多面鏡前の光学系の部品点数を低減し、コンパクトで低コストな光走査装置及び画像形成装置を実現すること可能である。
【0142】
【発明の効果】
請求項1記載の発明では、容易に良好な光学性能、安定したビームスポット径を得ることが可能となる。
請求項2記載の発明では、走査結像レンズの副走査倍率は縮小系となり、部品の組み付け誤差、部品の形状誤差などによる性能劣化を抑制可能である。
請求項3記載の発明では、光学性能の劣化を抑えつつ回転多面鏡の高さを小さくできる。
請求項4記載の発明では、偏向手段の回転軸と直交する面に角度を持つ光ビームの角度を小さくし良好な光学性能を維持しつつ、偏向手段の小型化による低コスト化を満足することができる。
請求項5記載の発明では、偏向手段を中間部に肉抜きした構成とすることで軽量化し、回転体としてイナーシャを減少させ、起動時間を短縮できる。
請求項6記載の発明では、第1光学系の部品点数を低減し、コンパクトな光走査装置を実現することができる。
請求項7記載の発明では、スペース効率を向上させることができる。
請求項8記載の発明では、非球面に代表される特殊な面を容易に形成でき、なおかつコストも安価にすることができる。
請求項9記載の発明では、複数ビームを用いることで、回転多面鏡の速度を従来通りなら高速走査が可能となり、全体の走査速度を従来通りなら回転多面鏡の回転速度を低速にでき、消費電力を低減できる。
請求項10記載の発明では、請求項1〜10が備えた特徴を具備した画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、光走査装置概略構成の主走査断面を示した図である。
【図2】図2は、光走査装置の副走査断面を示した図である。
【図3】本例において、偏向手段から偏向射出される光ビームの光路を示した図である。
【図4】従来例において、偏向手段から偏向射出される光ビームの光路を示した図である。
【図5】比較例において、偏向手段から偏向射出される光ビームの光路を示した図である。
【図6】偏向反射面へ入射する光ビームの光路を示した図である。
【図7】偏向反射面により偏向された光ビームの光路を示した図である。
【図8】2段に構成した回転多面鏡の断面図である。
【図9】2段に構成した回転多面鏡の斜視図である。
【図10】回転多面鏡の回転軸に直交する平面に対し角度を有する光ビームと、回転軸に直交する平面に対し水平な光ビームで、第1光学系を共有した例を説明した図である。
【図11】一対の光ビームをそれぞれ異なるシリンドリカルレンズで分担した例を説明した図である。
【図12】図12(a)は2つのシリンドリカルレンズを間隔をおいて一体化した例、図12(b)は2つのシリンドリカルレンズを間隔をあけないで一体化した例を説明した図である。
【図13】複数の光ビームを射出する光源装置を例示した分解斜視図である。
【図14】図14(a)はマルチビームを射出する光源装置を例示した分解斜視図、図14(b)は半導体レーザアレイから射出した光ビームがカップリングレンズに至る様子を説明した斜視図である。
【図15】図15(a)は、2つの光源からの光ビームを回転多面鏡6の偏向反射面近傍で主走査方向において交差させない場合の光路を示した図、図15(b)は、同交差させた場合の光路を示した図である。
【図16】画像形成装置の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
6 回転多面鏡
L1 (回転多面鏡に最も近い)走査結像レンズ
bm2、bm3 回転多面鏡の回転軸に直交する面に平行な一対の光ビーム
bm1、bm4 回転多面鏡の回転軸に直交する面に対して角度をなす光ビーム
Claims (10)
- 複数の光源装置を有し、これら光源装置から射出された光ビームをカップリングするカップリング光学系と、該カップリング光学系からの光ビームを主走査方向に長く略線上に集光する第1光学系と、該第1光学系からの光ビームを偏向走査する単一の偏向手段としての回転多面鏡と、前記各光源装置からの光ビームをそれぞれ異なる被走査面に集光する走査光学系とを具備し、
前記走査光学系を構成するレンズのうち、少なくとも最も前記回転多面鏡に近い走査結像レンズは、全ての前記光源装置からの光ビームで共有されていて、
前記各光源装置からの光ビームが、
前記回転多面鏡により偏向された後、副走査方向に所定の間隔を有し前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に平行な一対の光ビームと、
前記一対の光ビームに対して前記回転多面鏡の偏向反射面上で近接しかつ、前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に対して角度をなす光ビーム、
とからなり、
前記走査光学系は、偏向反射面と被走査面の間の光軸上の副走査方向の横倍率をβ0とするとき、
0.2 < |β0| < 0.6
を満足することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1記載の光走査装置において、
前記走査光学系を構成するレンズのうち、最も回転多面鏡に近い走査結像レンズは、副走査方向の屈折力がゼロ、もしくはゼロに近いことを特徴とする光走査装置。 - 請求項1又は2記載の光走査装置において、
前記回転多面鏡により偏向された後の、前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に対して角度をなす光ビームは、
前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に平行な一対の光ビームに対し、
前記走査光学系を構成するレンズのうち、最も前記回転多面鏡に近い走査結像レンズに向かいかつ、副走査方向に離れていくように角度を持つことを特徴とする光走査装置。 - 請求項3記載の光走査装置において、
0.7 × Z1 < tanβs × X < 1.5 × Z1
(但し、
Z1 :回転多面鏡の回転軸に直交する面に水平な光ビーム間の、回転多面鏡反射後の副走査方向の間隔
βs :回転多面鏡の回転軸に直交する面に角度を持つ光ビームの、回転多面鏡反射後の回転軸に直交する面に対する角度
X :走査光学系の最も回転多面鏡に近い走査結像レンズの光軸上における、回転多面鏡の偏向反射面の基点から、副走査方向に隣接し異なる光源装置からの光ビームを対応する被走査面に向け分離する分離ミラーまでの距離
とする。)を満足することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至4の何れかに記載の光走査装置において、
前記回転多面鏡の回転軸に直交する面に水平な一対の光ビームは、前記回転多面鏡の異なる偏向反射面で偏向されることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1、2記載の光走査装置において、
前記第1光学系は、複数の光源装置からの光ビームで共通使用し、
前記第1光学系に入射する複数の光ビームは、前記第1光学系の光軸に略平行に入射されており、
前記第1光学系を通過する光ビームの一つは、前記第1光学系の光軸近傍の位置に入射し、その他の光ビームは、前記光軸に対し副走査方向にシフトした位置に入射することを特徴とする光走査装置。 - 請求項6記載の光走査装置において、
前記第1光学系を構成するレンズは、副走査方向の一端の光軸方向の長さと他端の光軸方向の長さが異なっていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至7の何れかに記載の光走査装置において、
最も回転多面鏡に近い走査結像レンズの材質は合成樹脂であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至7の何れかに記載の光走査装置において、
前記光走査装置が具備する複数の光源装置はそれぞれが複数の光ビームを射出するものとしたことを特徴とする光走査装置。 - 光走査装置から射出されるカラー画像情報を含む複数の光ビームを被走査面を有する像担持体に夫々走査して静電潜像を形成し、これらの静電潜像を各光ビームのカラー画像情報に対応するカラートナーで可視像化したのち、最終的にこれら可視像をシート状媒体上に転写してカラー画像を得る画像形成装置において、前記光走査装置として、請求項1乃至9の何れかに記載の光走査装置を用いていることを特徴とする画像形成装置。
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