JP5392498B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
この光走査装置は、例えばレーザ光源から射出されたレーザ光を光偏向器で偏向反射することによって像担持体等の被走査面上を走査させ、同時にレーザ光を画像信号に応じて強度変調(例えばオン、オフ)させることにより、被走査面に画像を書き込むようになっている。
従来の画像形成装置は、書込光学ハウジングとそれ以外の画像形成手段(現像手段や転写手段等)を配置するスペースとが明確に分かれているものが多かったが、装置全体の小型化のためには、光走査装置とそれ以外の画像形成手段を組み合わせた配置を考える必要がある。例えば、光走査装置内部のスペースを削減してできた余剰スペースに、現像手段をレイアウトしたり、筐体を斜めに構成したりする方法も提案されている。
〔1〕 光源と、
前記光源から出射された光束を偏向走査する光偏向手段と、
前記光偏向手段によって偏向走査された前記光束を、対応する被走査面に結像する結像手段と、
前記結像手段を収容する光学ハウジングとを備え、
前記結像手段は、前記光学ハウジングに設置されるための設置基準面を有し、
前記結像手段に含まれる少なくとも1つの走査レンズが、入射面の形状を規定する二次元多項式の原点を通過する、前記入射面に対する法線を光学基準軸としたとき、前記設置基準面が前記光学基準軸に対し傾斜するように設定されており、
前記光源が複数の光源を有し、
前記複数の光源から出射された複数の前記光束は、前記光偏向手段の同一の反射面に、該光偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定の有限の角度をなして入射し、前記光偏向手段により偏向走査された複数の前記光束は、共に前記結像手段の前記走査レンズを通過し、
前記走査レンズの射出面の形状を規定する二次元多項式の原点は、前記光束が前記走査レンズを通過する位置よりも、前記入射面の光学基準軸に近づくように配置されており、
前記走査レンズの射出面の形状を規定する二次元多項式は、下記数式(1)を満たすことを特徴とする光走査装置である。
X(Y,Z)=Cm・Y2/{1+√(1−(1+a0)・Cm2・Y2)}+a4・Y4+a6・Y6+・・・+Cs(Y)・Z2/{1+√(1−Cs(Y)2・Z2)} ・・・数式(1)
(数式(1)において、Cs(Y)=Cs+b2・Y2+b4・Y4+・・・を表わす。また、Yは走査レンズ上の主走査方向、Zは副走査方向を表わし、Cmは原点における主走査方向の曲率、Csは原点における副走査方向の曲率を表す。また、a及びbは係数を表わす。)
〔2〕 前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記入射面及び前記射出面のうち、副走査方向の外形が大きい方の面の主走査方向Yにおける副走査方向のパワーΦ(Y)が、Φ(Y)≧0を満たすことを特徴とする前記〔1〕に記載の光走査装置である。
〔3〕 前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記射出面の副走査方向の外形が前記入射面の副走査方向の外形よりも大きく、かつ前記射出面の主走査方向Yにおける副走査方向のパワーΦ2(Y)が、Φ2(Y)≧0を満たすことを特徴とする前記〔2〕に記載の光走査装置である。
〔4〕 前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記光束の進行方向に対して略垂直な光軸方向基準面をさらに有し、該光軸方向基準面が、前記設置基準面に対して略垂直であることを特徴とする前記〔1〕から〔3〕のいずれかに記載の光走査装置である。
〔5〕 前記光軸方向基準面が、前記入射面及び前記射出面のうち、副走査方向の外形が大きい方の面に設けられることを特徴とする前記〔4〕に記載の光走査装置である。
〔6〕 複数の前記光束が走査する平面の間の領域内に、前記光学基準軸が設定されることを特徴とする前記〔5〕に記載の光走査装置である。
〔7〕 前記光束が、前記光偏向手段の回転軸に垂直な面に対し、略平行に入射することを特徴とする前記〔1〕から〔5〕のいずれかに記載の光走査装置。
〔8〕 前記結像手段の前記走査レンズの少なくとも画像領域に対応する有効領域の面形状が、主走査方向について、対称形状であることを特徴とする前記〔1〕から〔7〕に記載の光走査装置。
〔9〕 前記結像手段の前記走査レンズの少なくとも画像領域に対応する有効領域の面形状が、副主走査方向について、対称形状であることを特徴とする前記〔1〕から〔8〕に記載の光走査装置。
〔10〕 前記〔1〕から〔9〕のいずれかに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
また、請求項1の発明によれば、前記光源が複数の光源を有し、前記複数の光源から出射された複数の前記光束は、前記光偏向手段の同一の反射面に、該光偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定の有限の角度をなして入射し、前記光偏向手段により偏向走査された複数の前記光束は、共に前記結像手段の前記走査レンズを通過するため、レイアウトの自由度が向上し、光学ハウジングの小型化をはかることができる。
請求項2の発明によれば、請求項1に記載の光走査装置において、前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記入射面及び前記射出面のうち、副走査方向の外形が大きい方の面の主走査方向Yにおける副走査方向のパワーΦ(Y)が、Φ(Y)≧0を満たすので、走査レンズの外形形状がより鈍角に近づき、金型から走査レンズが抜きやすくなることにより、良好な成形性が得られる。
請求項3の発明によれば、請求項2に記載の光走査装置において、前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記射出面の副走査方向の外形が前記入射面の副走査方向の外形よりも大きく、かつ前記射出面の主走査方向Yにおける副走査方向のパワーΦ2(Y)が、Φ2(Y)≧0を満たすので、射出面に副走査のパワーを設けることで副走査方向の結像倍率を下げることができ、公差や温度変化による光学特性の劣化を低減することができるとともに、光束が副走査方向に拡がり角を持って走査レンズに入射していくので、射出面の副走査方向有効範囲を大きくとることで、必要最小限の大きさの走査レンズで光学系を構成でき、レイアウトの自由度向上や、小型化をはかることができる。
請求項4の発明によれば、請求項1から3のいずれかに記載の光走査装置において、前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記光束の進行方向に対して略垂直な光軸方向基準面をさらに有し、該光軸方向基準面が、前記設置基準面に対して略垂直であるため、走査レンズの組付時の位置決めが容易となるとともに、光軸方向と副走査方向のずれが独立に制御できるため、一方のずれがあるときに、想定しないもう一方のずれが発生することなく、光学特性を安定的に保つことができる。さらに、光学ハウジングの成形性も良くなるため、高精度に走査レンズを配置することができる。
請求項5の発明によれば、請求項4に記載の光走査装置において、前記光軸方向基準面が、前記入射面及び前記射出面のうち、副走査方向の外形が大きい方の面に設けられるため、走査レンズの成型に必要なパーティングラインを容易に設定でき、簡素な金型構造で走査レンズの成型を行うことができる。
請求項6の発明によれば、請求項5に記載の光走査装置において、複数の前記光束が走査する平面の間の領域内に、前記光学基準軸が設定されるため、前記光学基準軸がそれぞれの前記光束に対して大きく傾くことがなく、良好な光学特性が得られる。
請求項7の発明によれば、請求項1から5のいずれかに記載の光走査装置において、前記光束が、前記光偏向手段の回転軸に垂直な面に対し、略平行に入射するため、水平入射の態様であっても装置の小型化をはかることができる。
請求項8発明によれば、請求項1から7のいずれかに記載の光走査装置において、前記結像手段の前記走査レンズの少なくとも画像領域に対応する有効領域の面形状が、主走査方向について、対称形状であるため、対向走査方式の場合において、走査レンズ上における、副走査方向まわりに回転させて、対向側に同じ走査レンズを配置することができ、全てのステーションにおいて、同形状の走査レンズで結像することができ、作製する金型などの種類を減らすことができ、開発コストや量産のコストを低減できる。
請求項9の発明によれば、請求項1から8のいずれかに記載の光走査装置において、前記結像手段の前記走査レンズの少なくとも画像領域に対応する有効領域の面形状が、副主走査方向について、対称形状であるため、全てのステーションにおいて、同形状の走査レンズで結像することができ、作製する金型などの種類を減らすことができ、開発コストや量産のコストをより低減できる。
請求項10の発明によれば、請求項1から9のいずれかに記載の光走査装置を備えた画像形成装置であるため、装置全体の小型化を実現することができる。
本発明の光走査装置は、光源と、前記光源から出射された光束を偏向走査する光偏向手段と、前記光偏向手段によって偏向走査された前記光束を、対応する被走査面に結像する結像手段と、前記結像手段を収容する光学ハウジングとを備え、前記結像手段は、前記光学ハウジングに設置されるための設置基準面を有し、前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズが、(1)入射面の形状を規定する二次元多項式の原点における法線を光学基準軸としたとき、前記設置基準面が前記光学基準軸に対し所定の角度の傾きを有する態様、及び(2)前記光束が走査される主走査方向と直交する副走査方向について、入射面と射出面の外形面積が異なる態様のいずれかである。入射光学系は、斜め入射光学系であっても、水平入射光学系であってもよい。
本発明の第一の実施態様として、片側斜め入射光学系の態様について説明する。
図1は、本発明に係る光走査装置の実施態様の一形態を説明するための図であって、2ステーション分の走査を行う光走査装置である。結像手段を構成する走査レンズ120上の走査方向を、走査レンズ120上の主走査方向とし、その主走査方向と画像の略中央を走査するときの光線の進行方向に直交する方向を、走査レンズ120上の副走査方向としている。図1に示すように、光走査装置全体において、主走査方向及び副走査方向を、走査レンズ120と合わせて定義している。
ポリゴンミラー106に、光源ユニット107からの光ビーム201、202が、ポリゴンミラー106の回転軸方向である副走査方向に対して、所定の角度をなし、かつ、略同一の点に入射しており、偏向後に光ビ−ム201、202はそれぞれ副走査方向に離間していき、共通の走査レンズ120を通過した後、折り返しミラー127〜129で、それぞれ対応する感光体ドラム101、102の被走査面に分離・導光される。
図2に示すように、レイアウトの自由度確保などのため、光学ハウジング100の設置面に対し、走査レンズ120を傾けて配置している。ここでは、2つのビーム201、202が共通の走査レンズ120を通過する。その様子の拡大図を図3に示す。
この状況を鑑みて、本実施態様においては図3に示すように、主に走査レンズ120の射出面に、副走査方向のパワーを有するようにパワー配置し、射出面を光ビーム201が通過する光学的有効範囲と、光ビーム202が通過する光学的有効範囲とに分ける形状としている。
また、Yは走査レンズ120上の主走査方向、Zは副走査方向を表わし、Cmは原点における主走査方向の曲率、Csは原点における副走査方向の曲率を表す。
また、a及びbは係数を表わす。
数式(1)に示すように、主走査方向、副走査方向に直交する方向のデプスデータX(Y,Z)で、レンズ面形状を表している。
走査レンズ120通過後の光ビームの軌跡については図示を省略する。もちろん、レイアウトによっては、ビーム201と202との分離可能性を鑑み、各射出面の二次元多項式の原点を、より入射面の光学基準軸Oに近づけたり、逆に遠ざけたりする変形も可能である。
図2に示すように、走査レンズ120と、走査レンズ120が光学ハウジング100に設置される面とが傾いている場合、従来は図5(A)左図に示すように、光学ハウジング側に走査レンズ設置面100’を形成していたが、本発明では、図5(B)左図に示すように、走査レンズ120の形状を光学ハウジング100に合わせて、走査レンズ120を配置している。走査レンズ120の入射面120aの面形状は、上記数式(1)で表現できる二次元多項式で表される。
従来例の図5(A)右図では、走査レンズ120の入射面120aの副走査方向外形大きさh1と、射出面120bの副走査方向外形大きさh2とが同一であるのに対し、本発明の図5(B)右図では、h1とh2とが異なる。走査レンズ120に対し光学ハウジング100の設置面が傾いている場合でも、図5(B)に示すようなh1とh2とが異なる構成とすることにより、走査レンズ120の位置決めを精度良く行うことができるとともに、良好な光学特性が得られるように配置することができる。
なお、図5(B)では、一の断面図のみを示しているが、走査レンズ120は主走査方向にも大きさがあるため、主走査方向について一箇所でも図5(B)に示す形状としても、本発明の効果が得られる。
図7(A)〜(C)は、走査レンズ120の副走査方向のパワーを示す模式図である。図7(A)〜(C)では、説明をわかりやすくするため、副走査方向のパワーを実際より大きく表現し、面の凹凸がわかるように模している。また、副走査方向の外形が大きい面(本実施態様では射出面120b)のみに着目して説明するために、入射面の副走査方向パワーについては省略して平面で表わしている。
図7(A)は従来例(比較例)であり、射出面120bの副走査方向パワーが負(凹)となっている場合である。射出面120bの副走査方向パワーが図7(B)では0(平面)、図7(C)では正(凸)となっている。それぞれの図において、丸で囲んで示した部位、射出面120bが設置基準面、もしくは設置基準面と対向する面と形成する角度が、(A)、(B)、(C)の順に大きくなっている。この角度が鋭角すぎる場合、走査レンズ成型の際に、走査レンズを金型から取り出すことが困難となり、レンズのカケなどの成型不良を引き起こす可能性がある。よって、射出面120bの副走査方向パワーを図7(B)及び(C)に示すように、0以上とすることが好ましい。
Φ(Y)≧0 ・・・数式(2)
射出面120bの副走査方向外形が入射面120aより大きい場合においては、数式(2)とは区別して、射出面120bの主走査方向Yにおける副走査方向のパワーをΦ2(Y)として、下記数式(3)を満たすことが好ましい。
Φ2(Y)≧0 ・・・数式(3)
図5(B)に示した走査レンズ120の光学ハウジング100への設置部の拡大図を、図12(A)及び(B)に示す。
光学基準軸O方向の走査レンズ120の位置決めを行う面を、光軸方向基準面Bとしている。ここで、図12(B)は、図12(A)中のE部の拡大図であるが、このように、光軸方向基準面Bは、前述した設置基準面Aと垂直となるように設けられる。これにより、光学基準軸方向と副走査方向のずれが独立に制御でき、一方のずれがあるときに、想定しないもう一方のずれが生じることがないため、光学特性を安定的に保つことが可能となる。また、量産時の走査レンズ組付でも位置決めが容易となる。さらに、水平・垂直の面で当接面を形成しているため、光学ハウジング100の成形性も良くなり、より高精度に走査レンズ120を配置することが可能となる。
金型320a、320bを合わせてできる空間に、高圧力で樹脂を流し込み、走査レンズ120を成型する。成型時には高圧力で樹脂が注入されるため、図14(A)の場合、金型320bの形状では、走査レンズを取り出すことが困難となる。いわゆる抜き勾配と呼ばれているこの勾配は、金型320a側のように、成型物を取り出す方向に広がるように付けられている必要がある。これを、走査レンズ120の光軸方向基準軸を、副走査方向外形が大きい面に設けることにより、図14(B)のような金型構造となり、容易に走査レンズ120を取り出すことができる。
本発明の第二の実施態様として、片側斜め入射光学系の態様について説明する。
図16は、本発明に係る光走査装置の実施態様の一形態を説明するための図であって、ポリゴンミラー106に対して対向側にビームを振り分けて走査する対向走査方式の例である。
光ビーム203、204を発する光源108、シリンドリカルレンズ114、2枚構成の走査レンズ121、125、折り返しミラー130〜132を備え、感光体103、104をさらに走査可能としている。本実施態様では、片側の光ビーム(例えば201、202)が、2枚の走査レンズ120、124を共用している。
各走査レンズ、120、121、124、125の入射面の光学基準軸は、それぞれの光学ハウジング100に設置される設置基準面に対して傾けた形状、もしくは、入射面と射出面の副走査方向の外形が異なるように設定しており、これまでの上記第一の実施形態における構成と同様である。
これは、片側のステーションと、対向側のステーションで、同じ感光体上の走査位置に向かうビームの光学特性を略同等とし、色ずれや色ムラなどの画像劣化を防ぐためである。
副走査方向に対称形状としても、図18(B)に示すように、走査レンズ上の主走査方向を回転軸として反転するように、対向側に配置することで、同じレンズ形状にて構成することが可能となる。
本発明の第三の実施態様として、水平入射光学系の態様について説明する。
図19は、本発明に係る光走査装置の実施態様の一形態を説明するための図であって、モノクロ機用の、1ステーションを走査する光走査装置の斜視図ある。なお、カラー機を構成するためには、同様の構成を4ステーション並べることで構成することができる。1ステーションであること以外の他の構成は、図1に示す第一の実施態様における光走査装置と同様である。
光源ユニット107から射出される光ビーム201は、シリンドリカルレンズ113によってポリゴンミラー106の反射面の近傍で副走査方向に収束される。ポリゴンミラー106に偏向走査された光ビーム201は、走査レンズ120を介して感光体ドラム101上にスポット状に結像し、画像情報に基づいた潜像を形成する。
図20に示すように、感光体ドラム101への入射する光ビームを、副走査方向に傾けている。これは、感光体ドラム101からの正反射光が光走査装置に返ってくるのを防ぐためである。
また、図示しない光走査装置外のレイアウトからの制約もあり、光走査装置の光学ハウジング100に対して、光学系を傾けて配置している。これにより、マシン全体のレイアウト自由度の向上をはかっている。
走査レンズ120の各面上における、数式(1)の原点を通過する、面に対する法線を各面の光学基準軸と定義する。画像の略中央部に対応する光ビーム201が通過する方向と略一致した方向に、入射面120aの光学基準軸Oを有している。また、射出面120bの光学基準軸は図示しないが、本実施態様においては、入射面120aの光学基準軸Oと一致させている。特にポリゴンミラー106の回転軸に垂直にビームが入射する本実施態様では、このような配置とすることにより、光学特性を良好に保つことができる。
このため、光学基準軸Oと、設置基準面Aを傾けて配置することによって、走査レンズ120を精度良く位置決めすることと、良好な光学特性の確保を実現している。
図22、及び図23には光偏向手段として、MEMSミラー106’を用いたマイクロミラー光学系の実施態様を示す。
本実施態様において、走査レンズ120の形状や基準軸の設定などは、上述の第一から第三の実施態様と同様の構成とする。これにより、走査レンズの配置位置精度や成形性の向上、また、レイアウトの最適化による小型化を達成することができる。
本発明の光走査装置を備える本発明の画像形成装置の一実施形態を、図24を参照しながら説明する。本実施形態は、本発明に係る光走査装置を、レーザプリンタに適用した例である。なお、光走査装置は光ハウジング100として図示している。
感光体ドラム901の周囲には、感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ902、光走査装置100により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ903、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ904、ドラムに残ったトナーを掻き取って備蓄するクリーニングケース905が配置される。感光体ドラムへ光偏向手段の走査により画像記録が行われる。画像形成ステーションは転写ベルト906の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。
101、102、103、104 感光体ドラム
106 光偏向手段
107 光源
113 シリンドリカルレンズ
120、121、124、125 走査レンズ
136 同期検知センサ
137 結像レンズ
Claims (10)
- 光源と、
前記光源から出射された光束を偏向走査する光偏向手段と、
前記光偏向手段によって偏向走査された前記光束を、対応する被走査面に結像する結像手段と、
前記結像手段を収容する光学ハウジングとを備え、
前記結像手段は、前記光学ハウジングに設置されるための設置基準面を有し、
前記結像手段に含まれる少なくとも1つの走査レンズが、入射面の形状を規定する二次元多項式の原点を通過する、前記入射面に対する法線を光学基準軸としたとき、前記設置基準面が前記光学基準軸に対し傾斜するように設定されており、
前記光源が複数の光源を有し、
前記複数の光源から出射された複数の前記光束は、前記光偏向手段の同一の反射面に、該光偏向手段の回転軸に垂直な面に対し所定の有限の角度をなして入射し、前記光偏向手段により偏向走査された複数の前記光束は、共に前記結像手段の前記走査レンズを通過し、
前記走査レンズの射出面の形状を規定する二次元多項式の原点は、前記光束が前記走査レンズを通過する位置よりも、前記入射面の光学基準軸に近づくように配置されており、
前記走査レンズの射出面の形状を規定する二次元多項式は、下記数式(1)を満たすことを特徴とする光走査装置。
X(Y,Z)=Cm・Y2/{1+√(1−(1+a0)・Cm2・Y2)}+a4・Y4+a6・Y6+・・・+Cs(Y)・Z2/{1+√(1−Cs(Y)2・Z2)} ・・・数式(1)
(数式(1)において、Cs(Y)=Cs+b2・Y2+b4・Y4+・・・を表わす。また、Yは走査レンズ上の主走査方向、Zは副走査方向を表わし、Cmは原点における主走査方向の曲率、Csは原点における副走査方向の曲率を表す。また、a及びbは係数を表わす。) - 前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記入射面及び前記射出面のうち、副走査方向の外形が大きい方の面の主走査方向Yにおける副走査方向のパワーΦ(Y)が、Φ(Y)≧0を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記射出面の副走査方向の外形が前記入射面の副走査方向の外形よりも大きく、かつ前記射出面の主走査方向Yにおける副走査方向のパワーΦ2(Y)が、Φ2(Y)≧0を満たすことを特徴とする請求項2に記載の光走査装置。
- 前記結像手段の少なくとも1つの走査レンズにおいて、前記光束の進行方向に対して略垂直な光軸方向基準面をさらに有し、該光軸方向基準面が、前記設置基準面に対して略垂直であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光走査装置。
- 前記光軸方向基準面が、前記入射面及び前記射出面のうち、副走査方向の外形が大きい方の面に設けられることを特徴とする請求項4に記載の光走査装置。
- 複数の前記光束が走査する平面の間の領域内に、前記光学基準軸が設定されることを特徴とする請求項5に記載の光走査装置。
- 前記光束が、前記光偏向手段の回転軸に垂直な面に対し、略平行に入射することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光走査装置。
- 前記結像手段の前記走査レンズの少なくとも画像領域に対応する有効領域の面形状が、主走査方向について、対称形状であることを特徴とする請求項1から7に記載の光走査装置。
- 前記結像手段の前記走査レンズの少なくとも画像領域に対応する有効領域の面形状が、副主走査方向について、対称形状であることを特徴とする請求項1から8に記載の光走査装置。
- 請求項1から9のいずれかに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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