JP5340413B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置に関し、特に、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機、等のカラー画像形成装置に適用される。
従来から光偏向器の異なる偏向面に副走査断面内斜め方向から複数の光束を入射させ、並列配置された4つの感光ドラムのうち外側2つの感光ドラムには、ミラー1枚で、内側の2つの感光ドラムには、ミラー2枚で光路を折り曲げ、装置全体の低コスト化と小型化を図った光走査装置が提案されている(特許文献1参照)。更に、光束分離手段としてのプリズムを用いて、光走査装置のレイアウト上の制約を取り除き、光学系を複雑化させず、且つ小型化を図った光走査装置が提案されている(特許文献2参照)。
特許文献1では、内側の感光ドラムに向かう光束は、光偏向器とミラーの間に配置された第1の走査レンズを通過し、ミラーで折り返された後、2枚のミラーの間に配置された第2の走査レンズを通過するように構成されている。ここで、第1の走査レンズは、内側の感光ドラムに向かう光束と外側の感光ドラムに向かう光束とで共用させることで部品点数の削減および光走査装置の小型化を図っている。
しかし、内側の感光ドラムに向かう光束を2枚のミラーで折り返し、光学部品と光束の干渉を避けるように光学部品を配置すると、外側の感光ドラムへ向かう光路よりも光走査装置の高さが増してしまう。
2枚のミラーで光路を折り曲げる場合、どのように光学部品を配置しても、外側の感光ドラムへ向かう光束の光路よりも、内側の感光ドラムへ向かう光路の方が高さ方向に関してスペースを必要とする(図9A、B参照)。
特許文献2では、光束分離手段としてのプリズムを用いることで、2つの感光ドラムに向かう光路を分離させているが、感光ドラムの並び方向に対して光走査装置が斜めに配置され、且つそれぞれの感光ドラムに入射する光束の角度も同一でないため、4つの感光ドラムからなるカラー画像形成装置に適用した場合、装置全体をコンパクトにすることが困難なものとなってしまっている。
本発明は、内側の感光ドラムに向かう光路においても、装置の副走査方向の高さを低く抑えることのできる光走査装置及びそれを用いたカラー画像形成装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、第1及び第2の光源手段と、該第1及び第2の光源手段から出射した光束を同一の偏向面にて偏向走査する偏向手段と、該第1及び第2の光源手段から出射して該偏向手段の同一の偏向面にて偏向された光束を、対応する第1及び第2の被走査面上に集光する結像光学系と、を有し、前記第2の被走査面は、前記第1の被走査面よりも空間的に前記同一の偏向面に近い位置に配置されており、前記同一の偏向面から前記第1の被走査面に至る第1の光路に沿って進む第1光束と、前記同一の偏向面から前記第2の被走査面に至る第2の光路に沿って進む第2光束と、が共に入射するように設けられた光束分離素子を備え、前記光束分離素子は、前記第1の光路の前記同一の偏向面側から順に第1の透過面及び第2の透過面を有し、かつ、前記第2の光路の前記同一の偏向面側から順に第3の透過面、第1の反射面、第2の反射面、及び第4の透過面を有しており、副走査断面内において、前記第1光束が通過する前記第1の透過面と前記第2の透過面との間の光路と、前記第2光束が通過する前記第1の反射面と前記第2の反射面との間の光路と、は前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする。
本発明によれば、内側の感光ドラムに向かう光路においても、装置の副走査方向の高さを低く抑えることのできる効果が得られる。
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
〔実施例1〕
図1(A)は、本発明の光走査装置の実施例1の副走査断面図である。図1(B)は、複合素子としての光束分離素子7周辺の副走査断面の拡大図である。
図1(A)は、本発明の光走査装置の実施例1の副走査断面図である。図1(B)は、複合素子としての光束分離素子7周辺の副走査断面の拡大図である。
図2(A)は、外側の感光ドラム8Aへ向かう光束RAが通過する結像光学系SAに関する主走査断面図である。図2(B)は、内側の感光ドラム8Bへ向かう光束RBが通過する結像光学系SBに関する主走査断面の展開図である。
尚、以下の本実施例の説明において、結像光学系の光軸または軸上とは、被走査面の中心を通り、被走査面に垂直方向の軸のことである。副走査方向(Z方向)とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向を法線とする断面である。主走査方向(Y方向)とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。
図2中、1は光源手段であり、例えば半導体レーザー等より成っている。2は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。3はアナモフィックレンズであり、光源手段1から出射された発散光束を主走査断面内において弱収束光に変換し、副走査断面内において後述する光偏向器5の偏向面5aに主走査方向を長手の線像として結像させるように変換している。尚、アナモフィックレンズ3を主走査断面内及び副走査断面内において弱収束光に変換するコリメータレンズと副走査方向のみにパワーを有するシリンドリカルレンズの2枚の構成としても良い。また、開口絞り2、アナモフィックレンズ3の各要素は、入射光学系(集光光学系)LAを構成している。5は偏向手段としての光偏向器であり、4面より成るポリゴンミラーである。
SAは結像光学系であり、fθ特性を有する結像光学素子としての2枚の結像レンズ(プラスチックレンズ)61、62と、1枚の光束分離素子7とを有している。
結像光学系SAは、光偏向器5によって偏向走査された画像情報に基づく1本の光束を主走査断面内において感光ドラム面8A上にスポット状に結像させている。また、ポリゴンミラーの偏向面毎に副走査方向への偏向面の倒れ角が異なるため、結像光学系SAは、副走査断面内において、光偏向器5の偏向面5aと感光ドラム面8Aとの間を光学的に共役関係にすることにより、面倒れ補正を行っている。
4は同期検出用の同期検知レンズであり、同期検出素子9としての同期検出用センサーの近傍に設けた不図示のスリット面上に同期検出用光束を結像させている。本実施例では、同期検出用センサー9からの出力信号を検知して得られた同期信号を用いて感光ドラム面8A上への画像記録の走査開始位置のタイミングを調整している。尚、同期検出用レンズ4、同期検出用センサー9の各要素は、同期位置検出光学系の一要素を構成している。同期位置検出光学系は、4つの感光ドラムに対応する4つの光束ごとに設けても良い。
本実施例において画像情報に応じて半導体レーザー1から出射された光束は、主走査断面内において結像光学系の光軸に対し直交方向から偏向面5aに入射している。また、副走査断面内においては、偏向面5aの法線に対し副走査方向に所定の角度3°を持って斜入射させている。
そして、光偏向器5の偏向面5aで偏向走査された光束は結像レンズ61、62を通過し、複合素子としての光束分離素子内7で光路が分離され、それぞれ被走査面上に到達している。結像レンズ61、62を通過した光束は、感光ドラム面8A、8B上にスポット状に結像され、光偏向器5を矢印A方向に回転させることで、被走査面上8を矢印Bの主走査方向に等速度で光走査している。
また、光偏向器5から物理的に最も遠い感光ドラム8Aに向かう1本の光束RAは、光束分離素子7の第1の透過面71、第2の透過面72を透過した後、ミラー10Aで光路を折り曲げられ、感光ドラム8Aに到達する。光偏向器5から物理的に最も遠い感光ドラム8Aより物理的に近い偏向手段側5の感光ドラム8Bに向かう1本の光束RBは、光束分離素子7の第3の透過面73を透過し、第1の反射面74、第2の反射面75で反射し、第4の透過面76を透過した後、感光ドラム8Aに到達する。ここで、2本の光束RA、RBは光束分離素子7内で交差させる事で、光束RAとRBを分離すると共に、光束RBに関しては、光束の進行方向を180度回転させる事ができる。
また、第1の反射面74、第2の反射面75には、アルミなどの金属物質を蒸着しても良いが、本実施例のようにプラスチック材料の全反射面とすると、低コスト化の点で有利である。図1(B)に示したように光束RBと全反射面74の面法線との副走査方向のなす角は、α1=44.94°、光束RBと全反射面75の面法線との副走査方向のなす角は、α2=45.07°である。光束分離素子7は、屈折率1.52781のプラスチック材料で形成されているため、反射面への入射角40.88°以上であると全反射を起こす。
また、第1の透過面、第3の透過面、第4の透過面は独立した鏡面として構成する事も可能であるが、本実施例のように1つの鏡面(平面)として構成する事もできる。1つの鏡面としたときには、金型の構成が簡素化されるため低コスト化の点で有利である。本実施例では、偏向手段側の透過面の副走査方向の高さh1=14mm、被走査面側の透過面(第2の透過面)の副走査方向の高さh2=4mmで構成され、以下の条件式(1)
2.5×h2<h1<4.5×h2 (1)
を満足する。下限値を超えると、光束RAと光束分離素子を通過した後の光束RBとの距離が近接しすぎる問題が起こる。上限値を超えると、光束分離素子のサイズが大きくなり光走査装置の高さを低減できない問題が残る。
2.5×h2<h1<4.5×h2 (1)
を満足する。下限値を超えると、光束RAと光束分離素子を通過した後の光束RBとの距離が近接しすぎる問題が起こる。上限値を超えると、光束分離素子のサイズが大きくなり光走査装置の高さを低減できない問題が残る。
また、光偏向器の回転軸に対して垂直方向に測った光束分離素子の第2の透過面72と光偏向器の回転軸との距離LはL=67.98mmである。光偏向器の偏向面から物理的に遠い被走査面に到達する光束RAが結像する被走査面8A上の第1の結像点と光偏向器の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束RBが結像する被走査面8B上の第2の結像点との偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離DpはDp=69mmであり、以下の条件式(2)
0.9×Dp<L<1.1×Dp (2)
を満足する。この範囲を超えると、内側の感光ドラム面上方における光路の占有領域(図1(A)におけるH2に相当する領域)が大きくなり、光走査装置の薄型化の達成が困難となったり、光束RAとRBとで光路長を大きく異ならせなければならない弊害が発生する。
0.9×Dp<L<1.1×Dp (2)
を満足する。この範囲を超えると、内側の感光ドラム面上方における光路の占有領域(図1(A)におけるH2に相当する領域)が大きくなり、光走査装置の薄型化の達成が困難となったり、光束RAとRBとで光路長を大きく異ならせなければならない弊害が発生する。
次に本実施例におけるレンズ面形状及び光学配置を表1(A)、表1(B)に示す。表1(A)は、入射光学系LA、結像光学系SAに関するものであり、表1(B)は入射光学系LB、結像光学系SBに関するものである。
表1(A)、表1(B)に示したレンズ配置の座標の原点は、図1、図2に示した符番C0としている。C0は画像中心を走査する光束の主光線の偏向反射点(基準点)である。
光偏向器5の偏向面に対して垂直で且つ基準点C0を通過する面をP0としたとき、面P0に対し、光束RA、RBはそれぞれ−3°、+3°の傾きを持って偏向走査させている。即ち、光偏向器に入射する入射光学系LA、LBは面P0に対してそれぞれ+3°、−3°副走査方向に傾いて配置させている。この斜入射角が大きすぎると、波面収差の捩れによりスポットの崩れを補正する事が困難となり、小さすぎると光束の分離がし難くなる。望ましくは2°〜5°の範囲で設定するのがよい。
本実施例のアナモフィックレンズ3の入射面は平面上に回折格子が形成された回折面、出射面は主走査方向と副走査方向で曲率半径の異なるアナモフィックな屈折面としている。アナモフィックレンズ3はプラスチック材料を用いた射出成形で成形されており、環境変動による屈折パワーの変化を半導体レーザーの波長変化による回折パワーの変化で補償する温度補償光学系としている。
回折面は以下に表した位相関数により定義される。
φ=2πm/λ(C3Z2+C5Y2)
ここで、φは位相関数、mは回折次数であり、本実施例は、1次回折光(m=1)を用いている。λは設計波長であり、本実施例ではλ=790nmである。
ここで、φは位相関数、mは回折次数であり、本実施例は、1次回折光(m=1)を用いている。λは設計波長であり、本実施例ではλ=790nmである。
また、本実施例の結像レンズ61の62の入射面、出射面の母線形状は、10次までの関数として表せる非球面形状により構成している。結像レンズ61、62のそれぞれのレンズ面は表1(A)、表1(B)に示した光学配置を原点として表現された以下に述べる非球面式から定義される。例えば、結像レンズ61のレンズ入射面においては、(X、Y、Z)=(15.853、−0.144、0.000)を非球面式の原点としている。そして、各レンズ面の面形状は、各レンズ面の原点を通り、光軸方向を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、主走査方向と対応する母線方向が、
(但し、Rは母線曲率半径、K、B4、B6、B8、B10、は非球面係数)
なる式で表されるものである。また、副走査方向と対応する子線方向が、
なる式で表されるものである。また、副走査方向と対応する子線方向が、
なる式で表されるものである。Sは母線方向の各々の位置における母線の法線を含み主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。ここで、主走査方向に光軸からY離れた位置における副走査方向の曲率半径(子線曲率半径)r´は、
(但し、rは光軸上の子線曲率半径、D2、D4、D6、D8、D10、D12は子線変化係数)
なる式で表される。
なる式で表される。
また、Mj_kは子線方向の非球面を表す係数である。例えば、Mj_1はZの1次項であり、副走査方向の面の傾き(子線チルト)を表している。また、Mj_4はZの4次項であり、副走査方向の非球面を表している。本実施例では、主走査方向に0、2、4、6、8、10次の係数を使って子線チルト量を変化させ、主走査方向に0、2、4、6次の係数を使って子線の非球面量を変化させている。また、表1A及び表1Bに示した各係数には添え字u及びlが付いている。それぞれUpper側、Lower側の意味であり、結像光学系の各レンズ面頂点に対し、光源手段1がある側をLower側、光源手段1がある側と反対側をUpper側と定義する。添え字U及びlが付いていない係数については、Upper側、Lower側に共通の係数である。
本実施例では、表1A、表1Bに示した通り結像光学系SA、SBで結像レンズ61を共用している。また、図1(B)にあるように、結像レンズ62の入射面に関しては、S1Aの面頂点を(35.482、−0.144、−2.050)、S1Bの面頂点を(35.482、−0.144、2.050)とした2つのトーリック面を重ねたことを特徴とする多段トーリック面より成っている。結像レンズ62の出射面に関しても同様に多段トーリック面より構成している。
本実施例では、光束の発振波長λがλ=790nmの赤外光源を光源手段1として用いている。また、像高Yと偏向反射角θとの比例係数κ(Y=κθ)はκ=123.53(rad/mm)である。
図3Aは、本発明の実施例1の主走査方向の像面湾曲dmを示し、図3Bは、副走査方向の像面湾曲dsを表すグラフであり、外側の感光ドラム8Aへ向かう光束RAが通過する結像光学系SA及び内側の感光ドラム8Bへ向かう光束RBが通過する結像光学系SBに対して重ね書きしている。有効画像領域の有効走査幅(W=210mm)において、主走査方向の像面湾曲はSAが1.66mm、SBが2.10mm、副走査方向の像面湾曲はSAが1.55mm、SBが1.91mmである。
結像光学系SA、SBともに結像レンズ61、62は同じ形状のものであるが、光束分離素子内7を通過する距離がSAが5mm、SBが14mmと異なるため、像面湾曲の形が異なる。そこで、主走査方向に関しては、焦点深度幅が中央像高より狭い周辺像高において、像面湾曲を一致させるように、アナモフィックレンズ3の主走査形状を異ならせている。それにより、偏向面5aに入射する光束の主走査断面に関しては、入射光学系LAが弱発散光、入射光学系LBが弱収束光として入射させている。
また、光束分離素子7の透過面72、76の主走査方向形状をそれぞれ異ならせる事で、仮に入射光学系LA、LBを完全に同一のものであったとしても、像面湾曲の形を揃える事は可能である。しかし、主走査方向の像面湾曲が主走査方向に大きな非対称性を持つ場合、光束分離素子7の主走査形状も主走査方向に非対称なものにする必要がある。その場合、光偏向器5を挟んで左右で同一の光束分離素子を使う事が出来なくなってしまう。但し、本実施例のように像面湾曲の非対称性があまり大きくない場合は、光束分離素子7の主走査形状を対称に設計する事で、光偏向器5の左右で同一の光束分離素子を使用することも可能である。
図3Cは、本発明の実施例1のfθ特性を表すグラフである。図3Cにおいては実際に光束が到達する位置から理想像高を引いた差分を示している。最大でSAが0.212mm、SBが0.299mmのズレが生じている。このままで使用するには多少大きい値であるが、画像クロックを各像高に合わせて変化させることで、fθ特性を低減させることは可能である。ただ、fθ特性のズレが大きくなりすぎると、主走査方向のスポット径自体が変化してしまう。本実施例では潜像の深さに影響を及ぼすスポット径に対しては十分問題ないレベルのfθ特性を示している。
図3Dは、本発明の実施例1の走査線曲がりを表すグラフである。SAが12.6μm、SBが12.7μmでカラー画像形成装置として使用する場合においても問題ないレベルまで補正されている。
図3Eは、本発明の実施例1の副走査方向の結像倍率の一様性を表すグラフである。最大でSAが0.84%、SBが1.34%で複数の光束を出射するマルチビーム光源手段を使用する場合においても全く問題ないレベルまで補正されている。また、結像光学系SA、SBの光軸上の副走査方向の結像倍率はそれぞれ、βa=−2.56、βb=−2.56となっている。
図4A、Bは、それぞれ結像光学系SA、SBの各像高におけるスポットの断面形状を示した説明図である。図4A、Bにおいては各像高におけるスポットのピーク光量の2%、5%、10%、13.5%、36.8%、50%のスライスで切った断面を示している。
通常、副走査断面内において光偏向器の偏向面に対して斜め方向から光束を入射させる光走査装置では、波面収差の捩れによりスポットが回転する現象が見られる。本実施例においては、各面のパワー配置、結像レンズのチルト量又はシフト量を最適化することで波面収差の捩れを低減している。特に、結像レンズ62の入射面と出射面において、副走査方向における面の傾き角(子線チルト量)を主走査方向に変化させることにより、上述の波面収差の捩れによるスポット回転と次に述べる走査線湾曲を同時に良好に補正する事を可能としている。
つまり、結像レンズ62の光束RAに対する入射面S1Aと出射面S2Aは、図10(A)に示したように子線チルト係数(〔数2〕のZの1次項)を変化させている。このグラフに示したように、光軸上における入射面S1Aの子線チルト係数は−0.0829、光軸上における出射面S2Aの子線チルト係数は0.0343である。これは傾き角としてそれぞれ−4.74°、1.96°に対応する。傾きの方向と係数の符号の関係は、図1(B)に示したように、矢印の方向に面が傾いた場合を係数のプラスの方向としている。
S1A面、S2A面ともに光軸近傍における子線チルト係数の変化は小さいが、光軸から主走査方向に20mm程度離れた位置から徐々にマイナス側に変化するように構成されている。これは、走査画角が広い領域において、波面収差の捩れによるスポット回転と走査線湾曲が悪化するためで、子線チルト係数を両面で変化させることで、これらの光学性能を良好に補正している。光束RBに対する子線チルトに関しては、光束RAと同様のため説明を省略する。
次に、本発明の第1の特徴部分である一体化された複合素子としての光束分離素子7を用いた光走査装置の高さ低減効果について説明を行う。
光走査装置の高さHを低減させるためには、内側の感光ドラム8B上方において、全ての光束を副走査方向に密集させる必要がある。しかし、これまで2枚のミラーで光路を折り返していた光走査装置では、図9にあるように、ミラーで折り返された光束は副走査方向斜めに反射されるため、感光ドラム8B上方における光路の占有領域が大きかった(H6=21.2mm、H7=19.4mm)。
これを避けるためには、折り返し回数を3回とし、反射部材に向かってきた方向とほぼ逆向きに光路を折り返すとよい(実施例1では、H2=9.2mm)。
H2≪H7<H6 (3)
更に、光走査装置の高さを低減するためには、偏向面を駆動する駆動手段側に折り返すことが有効である。通常、ポリゴンミラーは、ポリゴンミラーを回転駆動するためのモーター(駆動手段)が必要である。このモーター自体高さ方向に厚みを有するため、光走査装置を構成する筐体11の厚み方向の中心よりも偏向反射点をモーターがある側と逆側に配置し、駆動手段側に空いたスペースに光束を折り返すように構成した方が空間を有効活用できることになる。このように構成する事で、実施例1の筐体の高さは27mmとこれまでに無く薄く構成する事が可能となっている。
更に、光走査装置の高さを低減するためには、偏向面を駆動する駆動手段側に折り返すことが有効である。通常、ポリゴンミラーは、ポリゴンミラーを回転駆動するためのモーター(駆動手段)が必要である。このモーター自体高さ方向に厚みを有するため、光走査装置を構成する筐体11の厚み方向の中心よりも偏向反射点をモーターがある側と逆側に配置し、駆動手段側に空いたスペースに光束を折り返すように構成した方が空間を有効活用できることになる。このように構成する事で、実施例1の筐体の高さは27mmとこれまでに無く薄く構成する事が可能となっている。
次に、本発明の第2の特徴部分である光束分離素子7を用いた照射位置の敏感度の低減効果について説明を行う。ここで、照射位置とは、感光ドラム面上における副走査方向の光束の結像位置の事である。
図5(A)、(B)、(C)は、光束分離素子7を副走査方向に変位させた模式図である。図5(A)は副走査方向に傾かせた場合、図5(B)は光束進行方向にシフトさせた場合、図5(C)は光束進行方向に垂直な方向にシフトさせた場合である。
図5(A)のように2つの反射平面74、75の成す角度は、直角であると、え光束分離素子7が副走査方向にチルトしても出射する光束の角度は変わらない。よって、光束分離素子7を使用した光走査装置は、傾き偏心に対して照射位置変動しにくいものになっている。一方、図5(C)のように、光束進行方向に垂直な方向にシフトさせた場合においては、第1の反射面74、第2の反射面75が一体で構成されているため、シフト量の2倍の照射位置変動が起こってしまう。
これに関しては、次に述べる〔比較例の説明〕で従来との比較を行う。
また、図5(B)のように、光束進行方向にシフトした場合に関しては、照射位置の変化はなく、主走査方向の結像位置(fθ特性)が一定の割合で変化する。
〔比較例の説明〕
次に、比較例として、実施例1に使用した光束分離素子7の代わりに2枚のミラー10E、10Fを使用した結像光学系の例について説明する。図6(A)は、比較例に関わる光走査装置の副走査断面図である。図6(B)は、ミラー10E、10F周辺の副走査断面図の拡大図である。主走査断面図に関しては実施例1とほぼ同じであるため省略する。
次に、比較例として、実施例1に使用した光束分離素子7の代わりに2枚のミラー10E、10Fを使用した結像光学系の例について説明する。図6(A)は、比較例に関わる光走査装置の副走査断面図である。図6(B)は、ミラー10E、10F周辺の副走査断面図の拡大図である。主走査断面図に関しては実施例1とほぼ同じであるため省略する。
通常、ミラー10E、10Fは、反射面の面精度及び強度の関係から最低でも3mmの厚みが必要である。ミラー10E、10Fを使用した場合はミラーそのものの厚みがあるため、筐体11の副走査方向の高さに関して、実施例1に対して3.2mm厚くなってしまっている(H3=30.2mm)。
また、2枚のミラーは独立して筐体11に組み付けられるため、特に精度の出にくい副走査方向の傾きに対して走査線の照射位置敏感度が高いものとなってしまっている。一方、シフト偏心に関しては各ミラー独立して動くため、図5(C)のように必ず強め合う関係とはならない点は有利である。
但し、同じ照射位置変動を引き起こすためのミラーのシフト量とチルト量を逆算してみると、いかにミラーの傾き偏心精度が厳しいものかが分かる。例えば、ミラーから感光ドラムまでの距離を100(mm)、照射位置変動量0.1(mm)と設定すると、ミラー10Fのシフト量は約0.1(mm)であるのに対し、チルト量はAtan(0.1/100)=3.44(分)となる。副走査方向の幅8mmのミラーを筐体に組付けたと仮定すると、8(mm)×tan{3.44(分)}=8(μm)とシフト偏心量に対し約1/10の精度が必要になる。
よって、照射位置変動を低減するためには、傾き偏心の敏感度をいかに下げるかが重要となってくる。
実施例1のように2つの反射平面を直交させ一体で構成する事により、傾き偏心による照射位置変動の敏感度をほぼゼロに近いものとすることができる。また、2つの反射平面の成す角度は、直角である事がベストであるが、75°〜105°の範囲内であれば、実質問題となるような照射位置変動は発生しない。
このように本実施例では上述した如く光束分離素子を用いて光路を分離、折り曲げることで、従来のミラーを2枚(図9参照)若しくは3枚(図6参照)使用した光走査装置に対して光走査装置の副走査方向の高さHを低くすることが可能であり、且つ照射位置敏感度が低い光走査装置の提供が可能となる。
〔実施例2〕
図7(A)は本発明の光走査装置の実施例2の副走査断面図である。図7(B)は複合素子としての光束分離素子13周辺の副走査方向の拡大図である。
図7(A)は本発明の光走査装置の実施例2の副走査断面図である。図7(B)は複合素子としての光束分離素子13周辺の副走査方向の拡大図である。
本実施例において前述の実施例1と異なる点は光束分離素子13の第2の透過面(出射面)132、第4の透過面(出射面)136にそれぞれ副走査方向のパワーを付けたことである。
本実施例においても前述の実施例1と同様に主走査断面内においては結像光学系の光軸に対し直交方向から偏向面5aに入射し、副走査断面内においては偏向面5aに対し副走査方向に所定の角度(偏向面5aの法線に対して3°)を持って入射している。図7(B)に示したように光束RBと全反射面134の面法線との副走査方向のなす角は、α1=42.97°、光束RBと全反射面135の面法線との副走査方向のなす角は、α2=47.03°である。光束分離素子13は屈折率1.52781のプラスチック材料で形成されているため、反射面への入射角40.88°以上であると全反射を起こす。また、2つの全反射面134と135を直交する平面として構成している。
また、第1の透過面と第3の透過面は一つの鏡面(平面)として構成している。本実施例では、偏向手段側の透過面の副走査方向の高さh1=14.65mm、被走査面側の透過面(第2の透過面)の副走査方向の高さh2=5.37mmで構成され、条件式(1)を満足する。下限値を超えると光束RAと光束分離素子内を通過した後の光束RBとの距離が近接しすぎる問題が起こる。上限値を超えると光束分離素子のサイズが大きくなり光走査装置の高さhを低減できない問題が残る。
また、光偏向器の回転軸に対して垂直方向に測った光束分離素子の第2の透過面72と光偏向器の回転軸との距離LはL=67.98mmである。光偏向器の偏向面から物理的に遠い被走査面に到達する光束RAが結像する被走査面8A上の第1の結像点と光偏向器の偏向面から物理的に近い被走査面に到達する光束RBが結像する被走査面8B上の第2の結像点との偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離DpはDp=69mmであり、条件式(2)を満足する。この範囲を超えると、内側の感光ドラム面上方における光路の占有領域(図1(A)におけるH2に相当する領域)が大きくなり、光走査装置の薄型化の達成が困難となったり、光束RAとRBとで光路長を大きく異ならせないとならないの弊害が発生する。
次に本実施例におけるレンズ面形状及び光学配置を表2に示す。
本実施例では、光束分離素子13の第2の透過面(出射面)132、第4の透過面(出射面)136にそれぞれ副走査方向のパワーを付けたため、結像レンズ61は主走査方向のみにパワーを有するシリンダー面から構成され、結像レンズ62の入射面及び出射面の副走査方向の面頂点は面P0上にある通常のトーリック面から構成されている。このようにすることで、結像レンズの成形難易度を下げ、安価な光学部品にすることを可能としている。
更に、光束分離素子13の第2の透過面(出射面)132、第4の透過面(出射面)136に副走査方向のパワーを付けたことで副走査方向の結像倍率を低減することができている。結像光学系SAに対してはβa=−1.51、結像光学系SBに対してはβb=−1.27であり、実施例1よりも低減している。副走査方向の結像倍率を低減すると、偏向面の面倒れや面偏心などによるピッチムラなどの敏感度を低減することができるためよい。
また、本実施例の光学性能(主走査方向の像面湾曲dm、副走査方向の像面湾曲ds、fθ特性、走査線曲がり、副走査方向の結像倍率の一様性、スポット形状)を図示することは省略するが、実施例1と同様カラー画像形成装置に使用する上においても、全く問題ないレベルまで補正されている。本実施例においては、光束分離素子13の第2の透過面132及び第4の透過面136を、副走査方向における面の傾き角(子線チルト量)を主走査方向に変化させることにより、波面収差の捩れによるスポット回転と走査線湾曲を同時に良好に補正する事を可能としている。
つまり、第2の透過面132及び第4の透過面136は、図10(B)に示したように子線チルト係数(〔数2〕のZの1次項)を変化させている。このグラフに示したように、光軸上における透過面132の子線チルト係数は−0.0597、光軸上における透過面136の子線チルト係数は0.0671である。これは傾き角としてそれぞれ−3.41°、3.84°に対応する。傾きの方向と係数の符号の関係は図7(B)に示したように、矢印の方向に面が傾いた場合を係数のプラスの方向としている。透過面132、透過面136ともに光軸から主走査方向に離れるに従い、徐々に係数の絶対値が小さくなるように変化している。
本実施例では、光束分離素子13の出射面に副走査方向のパワーを集中させた事で、副走査方向の結像倍率を下げることが出来た。即ち、結像レンズ63、64を通過する副走査方向光束径を小さくする事ができ、結像レンズ通過時の波面収差の捩れの影響を第1の実施例より軽減する事ができたため、子線チルト量を変化させる面を1面で構成することが可能となった。
〔実施例3〕
図8は、本発明の光走査装置の実施例3の光走査装置の副走査断面図である。
図8は、本発明の光走査装置の実施例3の光走査装置の副走査断面図である。
本実施例において、前述の実施例1と異なる点は、光偏向器5の偏向面5aに4本の光束を入射させ、光偏向器の片側に4本の光束を偏向走査させたことである。それに伴い、一体化された複合素子としての光束分離素子も光束RBと光束RCを分離する素子7A、光束RB、RCと光束RDを分離する素子7B、光束RB、RC、RDと光束RAを分離する素子7Cの3つを配置させている。
また、本実施例の場合においては、結像レンズ61、62から感光ドラム8A、8B、8C、8Dまでの光路長が長いため、結像レンズに副走査方向のパワーを集中させてしまうと副走査方向の結像倍率が高くなってしまう。よって、本実施例においては光束分離素子7A、7B、7Cの透過面7SA、7SB、7SC、7SDに副走査方向のパワーを集中させるようにして副走査倍率の低減を図るとよい。
1 光源手段(半導体レーザー)
3 アナモフィックレンズ
5 偏向手段(ポリゴンミラー)
61、62 結像光学素子(結像レンズ)
7、13 光束分離素子
8 被走査面(感光ドラム面)
LA、LB 入射光学系
SA、SB 結像光学系
3 アナモフィックレンズ
5 偏向手段(ポリゴンミラー)
61、62 結像光学素子(結像レンズ)
7、13 光束分離素子
8 被走査面(感光ドラム面)
LA、LB 入射光学系
SA、SB 結像光学系
Claims (10)
- 第1及び第2の光源手段と、該第1及び第2の光源手段から出射した光束を同一の偏向面にて偏向走査する偏向手段と、該第1及び第2の光源手段から出射して該偏向手段の同一の偏向面にて偏向された光束を、対応する第1及び第2の被走査面上に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、
前記第2の被走査面は、前記第1の被走査面よりも空間的に前記同一の偏向面に近い位置に配置されており、
前記同一の偏向面から前記第1の被走査面に至る第1の光路に沿って進む第1光束と、前記同一の偏向面から前記第2の被走査面に至る第2の光路に沿って進む第2光束と、が共に入射するように設けられた光束分離素子を備え、
前記光束分離素子は、前記第1の光路の前記同一の偏向面側から順に第1の透過面及び第2の透過面を有し、かつ、前記第2の光路の前記同一の偏向面側から順に第3の透過面、第1の反射面、第2の反射面、及び第4の透過面を有しており、
副走査断面内において、前記第1光束が通過する前記第1の透過面と前記第2の透過面との間の光路と、前記第2光束が通過する前記第1の反射面と前記第2の反射面との間の光路と、は前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする光走査装置。 - 前記第1の透過面と前記第2の透過面と前記第3の透過面と前記第1の反射面と前記第2の反射面と前記第4の反射面とは一体化されていることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記光束分離素子は、前記第1の透過面と前記第3の透過面と前記第4の透過面とにより偏向手段側の透過面を成しており、かつ、前記第2の透過面により被走査面側の透過面を成しており、
副走査断面内において、前記偏向手段側の透過面の副走査方向の幅をh1(mm)、前記被走査面側の透過面の副走査方向の幅をh2(mm)、としたとき、
2.5×h2<h1<4.5×h2
なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。 - 副走査断面内において、前記第2の透過面と前記偏向手段の回転軸との前記偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離をL(mm)、前記第1光束が前記第1の被走査面上に集光される時の第1の結像点と、前記第2光束が前記第2の被走査面上に集光される時の第2の結像点と、の前記偏向手段の回転軸に対して垂直な方向における距離をDp(mm)、とするとき、
0.9×Dp<L<1.1×Dp
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の光走査装置。 - 複数の光源手段と、該複数の光源手段から出射した複数の光束を同一の偏向面にて偏向走査する偏向手段と、該複数の光源手段から出射して該同一の偏向面にて偏向された複数の光束の各々を、対応する複数の被走査面上に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、
前記同一の偏向面から前記複数の被走査面に至る複数の光路に沿って進む複数の光束が入射するように設けられた光束分離素子を少なくとも1つ備え、
前記光束分離素子は、前記同一の偏向面から空間的に最も遠い被走査面に至る第1の光路に沿って進む第1光束を透過させる複数の透過面と、前記同一の偏向面から空間的に最も遠い被走査面よりも前記同一の偏向面から空間的に近い被走査面に至る第2の光路に沿って進む第2光束を反射する複数の反射面と、を有しており、
前記複数の透過面は副走査方向において前記複数の反射面同士の間に設けられており、
副走査断面内において、前記第1光束が通過する前記複数の透過面の間の光路と、前記第2光束が通過する前記複数の反射面の間の光路と、は前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする光走査装置。 - 前記複数の透過面と前記複数の反射面とは一体化されていることを特徴とする請求項5に記載の光走査装置。
- 前記光束分離素子は、前記第1の光路の前記同一の偏向面側から順に第1の透過面及び第2の透過面を有し、かつ、前記第2の光路の前記同一の偏向面側から順に第3の透過面、第1の反射面、第2の反射面、及び第4の透過面を有しており、
副走査断面内において、前記第1光束が通過する前記第1の透過面と前記第2の透過面との間の光路と、前記第2光束が通過する前記第1の反射面と前記第2の反射面との間の光路と、は前記光束分離素子内で交差していることを特徴とする請求項5又は6に記載の光走査装置。 - 前記第1の反射面と前記第2の反射面とは平面であり、かつ、副走査断面内において前記第1の反射面と前記第2の反射面とが成す角度は直角であることを特徴とする請求項1乃至4、又は7の何れか1項に記載の光走査装置。
- 副走査断面内において、前記第1の反射面は、前記偏向手段を駆動する駆動手段側に光束を反射するように配置されていることを特徴とする請求項1乃至4、7、又は8の何れか一項に記載の光走査装置。
- 請求項1乃至9の何れか1項に記載の光走査装置と、前記複数の被走査面上の各々に配置された複数の感光ドラムと、を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
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