JP5452519B2 - 光走査装置,画像形成装置 - Google Patents
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Description
そこで,タンデム式のカラー画像形成装置の低コスト化及び,小型化を図るために,複数の像担持体へ光走査を行う手段として,光偏向器を共通化して,一つの光偏向器で複数の光源からの光線を同時に偏向して走査することにより,一つの光偏向器で複数の光源からの光線を同時に複数の像担持体に照射して光走査を行う画像形成装置が知られている。
例えば,特許文献1に記載されている光走査装置では,図6に示すように,複数(4個)の光走査光学系を備えている。複数(4個)の光走査光学系それぞれは,複数の光源(不図示)と,前記複数の光源からの光線を対称な2方向に反射して偏向する光偏向器62と,前記光偏向器62の反射方向に設置されると共に前記光偏向器62で反射された光線が通過する第1の結像用レンズ63と,前記結像用レンズ63を通過した光線を案内するミラー群65,75,76と,上記ミラー群65,75,76を経由した光線が結像する感光体ドラム2と,第2の結像用レンズ70とを備えている。
このような光走査装置では,光源から第1の結像用レンズ63迄の距離と,第1の結像用レンズ63の焦点距離とが定まると,第1の結像用レンズ63から感光体ドラム2までの光路長は,一定となる。そのため,感光体ドラム2を光偏向器62の近くに配置して装置の小型化を図ろうとすると,上記光路を折り返す必要がある。
そこで特許文献1に記載の光走査装置(図6)では,第1の結像用レンズ63と感光体ドラム2との間にミラー群65,75,76を配置しており,これにより,光路を折り返すことで装置の小型化を図っている。
光源と,
前記光源からの光線を反射して偏向する光偏向器と,
前記光偏向器の反射方向に設置され,前記光偏向器で反射された光線が通過する1個以上のレンズと,
前記光源に対応して設けられ,前記レンズを通過した光線を案内する反射ミラー群と,
前記光源から出て,上記反射ミラー群を経由した光線が結像する像担持体と,を備えた光走査装置であって,
前記反射ミラー群は,前記レンズを通過した光線を前記像担持体の方向へ反射する第3の反射ミラーを少なくとも備えて構成され,
前記第3の反射ミラーと前記像担持体とは,前記光偏向器によって反射されて前記レンズを通過する光路を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とする光走査装置として構成される。
また,本発明は,
複数の光源と,
前記複数の光源からの光線を対称な2方向に反射して偏向する光偏向器と,
前記光偏向器の反射方向に設置され,前記光偏向器で反射された光線が通過する1個以上のレンズと,
前記各光源に対応して設けられ,前記レンズを通過した光線を案内する反射ミラー群と,
前記複数の光源から出て,上記反射ミラー群を経由した光線が結像する複数の像担持体と,を備えた光走査装置であって,
前記反射ミラー群は,前記レンズを通過した光線を前記像担持体の方向へ反射する第3の反射ミラーを少なくとも備えて構成され,
前記第3の反射ミラーと前記像担持体とは,前記光偏向器によって反射されて前記レンズを通過する光路を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とする光走査装置として構成される。
反射ミラー層と,光偏向器層と,感光体ドラムとの配置に関して,反射ミラー層と,光偏向器層と,感光体ドラムとがこの順に上下方向に並んでいる。そのため,最終の反射ミラーと感光体ドラムとの距離を固定し,最終の反射ミラーの位置を固定した場合に,光偏向器層と最終の反射ミラーとの上下方向の距離の2倍だけ,光偏向器と感光体ドラムとの上下方向の距離を短くすることが出来る。
前記1個以上のレンズは,2個のfθレンズであり,前記第3の反射ミラーから前記像担持体に至る光線が,前記2個のfθレンズの間を通過するように,前記2個のfθレンズおよび前記第3の反射ミラーの位置が設定されることが好ましい。このような配置を採用することで,光走査装置を,さらに小型にすることができる。
また,前記反射ミラー群は,前記第3の反射ミラーへ光線を反射する第2の反射ミラーと,前記2個のfθレンズを通過した光を前記第2の反射ミラーの方向へ反射させる第1の反射ミラーとを備えてことが好ましい。この場合,前記第1の反射ミラーおよび第2の反射ミラーの反射角度がいずれも90度であれば,ミラー群を小型化することができると共に,これらのミラーの角度を正確に設定することができる。そのため,作像精度を向上させることができる。
このような構成を備える光走査装置は,画像形成装置に用いることが可能である。
その結果,この光走査装置の上下方向のサイズを小型化することが出来る。
画像形成装置Xは,図1,2に示すように,一般的な中間転写方式の画像形成装置と同様に,4つの画像形成部1と,2つの光学装置2aと,中間転写ベルト3とを備える。さらに画像形成装置Xは,二次転写装置4,給紙装置5,定着装置6,排紙部7等を備えている。
ここで,4つの画像形成部1それぞれは,ブラック,イエロー,シアン,マゼンダの各色のトナー像を中間転写ベルト3へ転写する画像形成プロセスを実行するものである。画像形成部1は,図1の右側(中間転写ベルト3の移動方向下流側)からブラック,イエロー,シアン,マゼンダの順で画像形成プロセスを実行する。これら画像形成部1は,各色で画像形成プロセスが異なるものではなく,それぞれ同じ構成を備えるものである。そのため,全て画像形成部1という。本実施形態においては,特に必要のある場合のみ,画像形成部1B(ブラック),1Y(イエロー),1C(シアン),1M(マゼンダ)という。また,2つの光学装置2aは,互いに同じ構成を備えるものである。そのため,全て光学装置2aという。
図2に示すように,画像形成部1は,感光体ドラム2(像担持体の一実施形態),帯電装置12,現像装置13,一次転写装置14,クリーニング装置15等を備えている。感光体ドラム2は,トナー像を担持する。帯電装置12は,感光体ドラム2の表面を帯電させる。現像装置13は,帯電した感光体ドラム2の表面においてレーザビーム光の照射(露光)により書き込まれた静電潜像を,トナーにより現像する。一次転写装置14は,現像されて感光体ドラム2上に形成されたトナー像を中間転写ベルト3に転写する。クリーニング装置15は,感光体ドラム2上に残留するトナーを除去する。尚,特定の色の画像形成部1の構成として説明する場合には,上記した画像形成部1B,1Y,1C,1Mと同様に,ブラック,イエロー,シアン,マゼンダを意味するB,Y,C,Mを各符号に添える(例えばブラック用の感光体ドラムの場合は感光体ドラム2Bとする等)。
2つの光学装置2aは,画像形成部1の下方に配置されている。2つの光学装置2aうちの一方は,ブラック用及びイエロー用の感光体ドラム2に,静電潜像を形成する(書き込む)ために(以下「静電潜像形成用」という)のレーザビーム光L(ビーム光の一例)を出力するものである。2つの光学装置2aのうちの,他方はシアン用及びマゼンダ用の感光体ドラム2に,静電潜像形成用のレーザビーム光Lを出力するものである。光学装置2aの構成については,後述する。しかし,光学装置2aの構成についても,特定の色に関する構成を示す場合は,画像形成部1と同様に,ブラック,イエロー,シアン,マゼンダを意味するB,Y,C,Mを各符号に添える。
中間転写ベルト3は,例えばゴムやウレタン等の素材からなる無端状のベルトである。中間転写ベルト3は,駆動ローラ31と従動ローラ32とに掛け回されて支持されて回転駆動される。中間転写ベルト3は,感光体ドラム2と一次転写装置14との間を通過する。
各色の感光体ドラム2の表面に形成されたトナー像は,対応する一次転写装置14によって中間転写ベルト3に順次転写されて積層される。そして,中間転写ベルト3上には,フルカラーのトナー画像が形成される。中間転写ベルト3上に形成されたフルカラーのトナー画像は,給紙装置5から1枚ずつ送られる記録紙に,二次転写装置4によって転写される。その後,トナーは,定着装置6によって記録紙に定着される。画像が形成された記録紙は,排紙部7へ排出される。
トナー像が中間転写ベルト3に転写された後,感光体ドラム2の表面に残留するトナーは,クリーニング装置15によって除去される。
このように,画像形成装置Xは,記録紙等の被転写材にカラー画像を形成させる。
光学装置2aは,静電潜像形成用のレーザビーム光(図5参照)Lを出射するレーザダイオード等の光源(不図示)や,レーザビーム光Lを感光体ドラム2の回転軸方向(主走査方向)に走査するための各種光学機器からなる光学系20,及び光学系20を収容する筐体(不図示)等を備えて構成されている。光学系20を構成する光学機器には,コリメータレンズ(不図示),シリンドリカルレンズ(不図示),光偏向器22,fθレンズ23,反射ミラー24a(第1の反射ミラーの一例),24b(第2の反射ミラーの一例),24c(第3の反射ミラーの一例)等が含まれる。コリメータレンズ(不図示)は,光源が発するレーザビーム光Lを平行光にする。シリンドリカルレンズ(不図示)は,その平行光を線状に集光する。光偏向器22は,レーザビーム光を反射しつつ回転して扇状に走査するポリゴンミラー22a及びその回転駆動モータ22bを備える。fθレンズ23は,第1のfθレンズ23aと,第2のfθレンズ23bと,からなり,扇状に走査されるレーザビーム光Lの主走査方向における走査速度を一定化させる。反射ミラー24a,24b,24cは,走査されるレーザビーム光Lを反射する。
これらの光学系20を構成する光学機器は前記筐体(不図示)に収容される。前記光源は,筐体に収容されてもよいが,これに制限されず,筐体の外面に取り付けられる,光源専用の保持部材等に収容されるようにしてもよい。
しかしながら,本発明の画像形成装置における光学装置は,これらに限定されず,1つの光偏向器によって4つの感光体ドラムにレーザビーム光を走査させるものや,トナーの色に1つずつ設けられると共にそれぞれに光偏向器を備える光学装置であってもよい。
別言すれば,この実施形態にかかる光走査装置Yは,前記光偏向器22,集光レンズの一例であるfθレンズ23及び第1の反射ミラー24aを備えた光偏光器層S1(図7(b))と,その下層の第2の反射ミラー24b及び第3の反射ミラー24cを備えた反射ミラー層S2とを備える。上記反射ミラー層S2(図7(b))と感光体ドラム2とは,前記光偏向器層S1を挟んで互いに反対側に配置されている。さらに,前記第3の反射ミラー24cからの反射光は,fθレンズ23を構成する2個に分けられた第1のfθレンズ23aと第2のfθレンズ23bとの間を通過して感光体ドラム2に照射されている。
これを更に,簡略化して考えると,第1の特徴は,この実施形態にかかる光走査装置Yにおいて,前記各光源に対応して設けられる反射ミラー群24が,集光レンズであるfθレンズ23を通過した光線(ビーム光)を感光体ドラム2方向へ反射する第3の反射ミラーの一例である第3の反射ミラー24cを少なくとも備えていること,および,前記第3の反射ミラー24cと前記感光体ドラム2とが,前記光偏向器22によって反射されて前記fθレンズ23を通過する光路を挟んで互いに反対側に配置されていることである。さらに,第2の特徴は,前記第3の反射ミラー24cからの反射光が,fθレンズ23を構成する2個に分けられた第1のfθレンズ23aと第2のfθレンズ23bとの間を通過して感光体ドラム2に照射されていることである。
また,第1のfθレンズ23a,及び,第2のfθレンズ23bを1つのfθレンズ23で示している。
また,図34に示すように,上記レンズ群やミラー群は,画像形成装置Xの本体の筐体へ取り付けられる。
図7を用いて,図4に示された本発明の実施形態にかかる光走査装置Yが特許文献1に記載の光走査装置と異なる点を説明する。特許文献1に記載の光走査装置(図7(a))では,光偏光器層S1と,反射ミラー層S2と,感光体ドラム2とが,この順に上下方向に並んでいる。これに対して,本発明の実施形態にかかる光走査装置Y(図7(b))では,反射ミラー層S2と,感光体ドラム2とが,光偏光器層S1を中心として互いに反対側に並んでいる。即ち,両者は,反射ミラー層S2と,光偏光器層S1と,感光体ドラム2との配置が相違する。
その結果,図7(a),(b)に示すように,前記光偏向器22によって反射された光線(ビーム光)と感光体ドラム2の中心との上下方向の距離をL1とし,前記光偏向器22によって反射された光線(ビーム光)と第2の反射ミラー24bから第3の反射ミラー24cの光線(ビーム光)との上下方向の距離L2を固定した場合に,当該距離L2の2倍(L2×2)の分だけ,前記光偏向器22によって反射された光線(ビーム光)と感光体ドラム2の中心との上下方向の距離L1を短くする(L1´にする)ことが出来る。
これによって,画像形成装置全体のサイズを小さくできる。
その場合の実施形態としては,図4において,左右の第1のfθレンズ23a,第2のfθレンズ23bと,第1の反射ミラー24a,第2の反射ミラー24bのうちの一方のみを有する光走査装置である。
そして,この光走査装置は,光源と,前記光源からの光線を反射して偏向する光偏向器22と,前記光偏向器22の反射方向に設置される共に,前記光偏向器22で反射された光線が通過する1個以上のfθレンズ23と,前記fθレンズ23を通過した光線を案内する反射ミラー群24と,上記光源から出て,上記反射ミラー群24を経由した光線が結像する感光体ドラム2とを備えている。この光走査装置においては,前記光源に対応して設けられる反射ミラー群24は,前記fθレンズ23を通過した光線を前記感光体ドラム2の方向へ反射する第3の反射ミラー24cを少なくとも備えて構成されている。そして,前記第3の反射ミラー24cと前記感光体ドラム2とは,前記光偏向器22によって反射されて前記fθレンズ3を通過する光線の光路を挟んで互いに反対側に配置される。
その意味では,レンズ群を小型化した光走査装置と組み合わせることで,本発明の目的は,更に効果的に達成される。そのために,この実施形態にかかる光走査装置では,fθレンズ23は,前記のように,第1のfθレンズ23aと第2のfθレンズ23bとの2個に分割されている。そして,前記したように第3の反射ミラー24cからの反射光は,上記のように分割された2個の第1のfθレンズ23aと第2のfθレンズ23bとの間を通過して像担持体2へ向けて照射される。
すなわち,図4に示すように,前記ポリゴンミラー22aは回転駆動モータ22bにより回転駆動される。しかし,その回転数は高速であるため,回転駆動モータ22bは,高度に発熱する。そのため,通常,回転駆動モータ22bの下方に冷却用のヒートシンク22cが配置される。この場合,図4に示すように,第3の反射ミラ−24cを破線で示す24dの位置に配置することにより,反射光を矢印24eの方向に照射することも理論的には可能である。しかしながら,前記したように第3の反射ミラ−を24dの位置に配置すれば,前記ヒートシンク22cと干渉すると考えられる。また,第3の反射ミラー24dとヒートシンク22cと干渉を回避できたとしても,高温となるヒートシンク22cと第3の反射ミラー24dとの距離があまりにも近くなり過ぎる。そのため,第3の反射ミラー24dの温度が高温となって,第3の反射ミラー24dには,温度により変形する。そして,第1の反射ミラー24dの変形により,画像に歪みが生じるといった問題が生じる。この点,この実施形態においては,第3の反射ミラー24cは,その反射光を2個の第1のfθレンズ23aと第2のfθレンズ23bとの間を通過するような位置に配置されている。これにより,第3の反射ミラー24cはヒートシンク22cから遠ざかる。従って,第3の反射ミラー24cは,熱によるゆがみが回避される。そして,画像がひずむといった不都合は回避される。
このようなことは,タンデム型のカラー画像形成装置にかかわらず,モノクロ画像形成装置についても同様である。
ここに,図8は,上記した本発明者が提案したレンズ群を小型化することの出来る光走査装置Yを備えた画像形成装置Xの主要部(画像形成部)の概略構成図である。図9は副走査方向から見た光走査装置Y及びビーム光の光路の概略図である。図10は主走査方向から見た光走査装置Yの断面及び走査光の光路の概略図である。図11は光走査装置Yの実施条件の一例を示す図である。図12は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第1のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図13は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第1のパワー条件の変更主走査方向の像面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図14は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第1のパワー条件の変更副走査方向の像面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図15は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第2のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図16は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第2のパワー条件の変更主走査方向の像面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図17は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第2のパワー条件の変更副走査方向の像面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図18は光走査装置Yにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更走査光のリニアリティに与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図19は光走査装置Yにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更主走査方向の像面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図20は光走査装置Yにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件の変更副走査方向の像面湾曲に与える影響を評価した実験結果を表すグラフである。図21は光走査装置Yによる走査光のスポットダイアグラムである。図22〜図25は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第1のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラムである。図26〜図29は光走査装置Yにおける走査光レンズの主走査方向の第2のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラムである。図30〜図33は,光走査装置Yにおける走査光レンズの副走査方向のパワー条件を変更したときの走査光のスポットダイアグラムである。
画像形成装置Xは,トナーを用いて画像形成を行う複写機,プリンタ,ファクシミリ装置等の電子写真方式の画像形成装置である。
画像形成装置Xは,トナー像を形成して記録紙に画像形成を行う画像形成部(図8に示す部分)や,その記録紙を前記画像形成部に供給する給紙部(不図示)及び画像形成の行われた記録紙の排出がなされる排紙部(不図示)等を備えている。
図8に示すように,画像形成装置Xは,感光体ドラム101(像担持体),帯電装置103,光走査装置Y,現像装置102,転写ローラ104,除電装置105等を備えて構成される。感光体ドラム101は,トナー像を担持する。前記帯電装置103は,前記感光体ドラム101の表面をその軸方向に沿って一様に帯電させるものである。光走査装置Yは,前記感光体ドラム101の表面にビーム光を走査させて,その走査光によって露光することにより静電潜像を書き込む。現像装置102は,その静電潜像にトナーを供給することによりトナー像として現像する。転写ローラ104は,そのトナー像を記録紙に転写させる。除電装置105は,トナー像を記録紙に転写後の前記感光体ドラム101の表面の除電を行う。
前記現像装置102は,前記感光体ドラム101にトナーを供給する現像ローラを備え,その感光体ドラム101上の静電潜像をトナーにより顕像化するものである。前記現像ローラに印加された電位(現像バイアス電位)と前記感光体ドラム101の表面の電位との電位ギャップに応じて,前記現像ローラ上のトナーは,前記感光体ドラム101の面上に引き寄せる。そして,前記静電潜像は,トナー像として顕像化される。
尚,画像形成装置Xは,一般的な電子写真方式の画像形成装置が備える他の周知の構成要素も備えているが,ここでは説明を省略する。
図9及び図10に示すように,光走査装置Yは,光源110,入射光調整光学機器120,ポリゴンミラー130,結像光学機器140(fθレンズ系)を備えている。
前記光源110は,静電潜像形成用のビーム光(光束)を出射する半導体レーザ等の光源である。
前記入射光調整光学機器120は,前記光源110と前記ポリゴンミラー130との間のビーム光(光束)の進路において,前記光源110側から順に,コリメータレンズ121,アパーチャ122及びシリンドリカルレンズ123を備える。入射光調整光学機器120は,これらの光学機器によって光源110からの出射光(ビーム光)を,前記ポリゴンミラー130への入射前に成形するものである。
前記光源110から出射されたビーム光は,前記コリメータレンズ121を通過することにより平行光に変換される。その後,平行光に変換されたビーム光は,前記アパーチャ122を通過することにより整形される。さらに,整形されたビーム光は,前記シリンドリカルレンズ123によって光径が調整された後に,前記ポリゴンミラー130に到達する。
また,前記シリンドリカルレンズ123の表面には,回析光学素子124が設けられている。この回析光学素子124は,ビーム光(光束)が,前記コリメータレンズ121を通過してから前記ポリゴンミラー130に至るまでの光路であれば,他の位置に配置されていてもよい。この回析光学素子124の作用については後述する。
前記結像光学機器140は,前記ポリゴンミラー130と感光体ドラム101の表面との間に配置される。結像光学機器140は,前記ポリゴンミラー130により走査されるビーム光(以下,走査光という)を感光体ドラム101の表面に結像させる(所望のスポット径に調整して照射する)とともに,感光体ドラム101の表面上での前記走査光の走査速度をほぼ一定化させるいわゆるfθレンズとして機能するレンズ系である(前記結像手段の一例)。図9及び図10に示すように,前記結像光学機器140は,走査光の進行方向上流側から順に,第1の走査光レンズ141(前記第1のfθレンズ23aに相当する)と,第2の走査光レンズ142(前記第2のfθレンズ23bに相当する)と,を備えている。
図10は,前記主走査方向の光の走査範囲の中心位置(前記第1の走査光レンズ141及び前記第2の走査光レンズ142の主走査方向における中心位置)における断面図である。また,図9に示す走査光の光路は,前記ポリゴンミラー130による走査光が主走査範囲(主走査方向における全走査範囲)の中心位置にあるときの光路である。
また,前記第2の走査光レンズ142は,前記第1の走査光レンズ141よりも感光体ドラム101の表面側に配置される。第2の走査光レンズ142は,走査光を通過させるように,主走査方向に伸びて形成されたレンズである。前記第2の走査光レンズ142は,その位置が前記第1の走査光レンズ141よりも前記ポリゴンミラー130から遠い分だけ走査光の走査範囲が広い。そのため,第2の走査光レンズ142は,前記第1の走査光レンズ141よりも主走査方向の寸法(幅)が大きい。この第2の走査光レンズ142は,前記主走査方向に負のパワーを有するとともに前記副走査方向に正のパワーを有するレンズである(前記第2のfθレンズ23bに相当する)。
ここで,前記第1の走査光レンズ141及び前記第2の走査光レンズ142は,前記ポリゴンミラー130の反射面130a及び感光体ドラム101の表面の中間位置よりも前記ポリゴンミラー130の反射面130aに近い側に配置されている。即ち,前記ポリゴンミラー130の反射面130aから感光体ドラム101の表面までの距離をLとし,前記ポリゴンミラー130の反射面130aから前記第2の走査光レンズ142の感光体ドラム101側の面142bまでの距離をdとした場合,距離dは,距離Lの半分よりも短い距離である(d<L/2)。
像面湾曲とは,ある走査幅において,焦点位置(像面)は感光体面(理想の焦平面)から奥行き方向(光が結像に向かう方向)に離れている度合いを示すものである。
ここで,前記第1の走査光レンズ141及び前記第2の走査光レンズ142の位置を感光体ドラム101の表面から遠ざけると,走査光を感光体ドラム101の表面に結像(収束)させるために,それらレンズ第1の走査光141,第2の走査光142の形状を回転対称非球面とする必要がある。これに対し,前記第1の走査光レンズ141及び第2の走査光レンズ142として樹脂製のレンズを採用することにより,第1の走査光141,第2の走査光142を比較的容易に製造(加工)することができる。
前記第1の走査光レンズ141の各面(走査光入射側の面141a及び同出射側の面141b)及び前記第2の走査光レンズ142の各面(走査光入射側の面142a及び同出射側の面142b)の副走査方向の断面形状(回転対称非球面)は,次の(c1)式により表すことができる。
尚,前記第1の走査光レンズ141の副走査方向のパワーは,負である。そのため,前記第2の走査光レンズ142の副走査方向の寸法(高さ)は,若干大きくなる。しかし,前記第2の走査光レンズ142の主走査方向の寸法(幅)を小さくできることは,第2の走査光レンズ142の副走査方向の寸法(高さ)が若干大きくなるよりも,装置のコンパクト化への寄与が大きい。
また,主として走査光の焦点距離を調整する前記第2の走査光レンズ142は,曲率が小さく薄いレンズとなる(主走査方向のパワーが負である)。そのため,感光体ドラム101の表面における主走査方向の像面湾曲を小さく抑えやすい。
図11に,光走査装置Yの実施条件の一例を示す。
尚,図11に示す条件において,走査光レンズの面番号「1」〜「4」それぞれは,前記第1の走査光レンズ141の走査光入射側の面141a,第1の走査光レンズ141の走査光出射側の面141b,前記第2の走査光レンズ142の走査光入射側の面142a及び第2の走査光レンズ142の走査光出射側の面142bを指す識別番号である。また,非球面係数及びコーニック係数は,前記(c1)式に適用される係数である。
図21は,図11に示した実施条件を満たす光走査装置Yにおける走査光のスポットダイアグラム(感光体ドラム101の表面におけるスポット中心位置のばらつき)を表す。
また,図12〜図14及び図22〜図25は,図11に示した実施条件を基準として,2つの走査光レンズ141,142の主走査方向のパワーに関する後述する条件(以下,第1の主走査方向パワー条件という)を変更したときの走査光のリニアリティ,主走査方向の像面湾曲(主走査像面湾曲),副走査方向の像面湾曲(副走査像面湾曲),スポット中心位置のばらつきを表すグラフである。
また,図15〜図17及び図26〜図29は,図11に示した実施条件を基準として,2つの走査光レンズ141,142の主走査方向のパワーに関する後述する条件(以下,第2の主走査方向パワー条件という)を変更したときの走査光のリニアリティ,主走査方向の像面湾曲(主走査像面湾曲),副走査方向の像面湾曲(副走査像面湾曲),スポット中心位置のばらつきを表すグラフである。
また,図18〜図20及び図30〜図33は,図11に示した実施条件を基準として,2つの走査光レンズ141,142の副走査方向のパワーに関する後述する条件(以下,副走査方向パワー条件という)を変更したときの走査光のリニアリティ(理想像高に対する相対的なズレ),主走査方向の像面湾曲(主走査像面湾曲),副走査方向の像面湾曲(副走査像面湾曲),スポット中心位置のばらつきを表すグラフである。なお,走査光のリニアリティとは,走査光が感光体ドラム101の表面において目標とする一定の速度で主走査方向に走査される状態(リニアな状態)を基準として,その基準状態での走査位置(理想像高)に対する実際の走査位置のズレの大小を表す。
なお,図12〜図20において,横軸は像高(主走査範囲の中心を基準とする主走査方向の位置)である。また,図12〜図33において,「OK範囲」と示される範囲は,その範囲内で静電潜像形成用のビーム光(走査光)の幾何光学収差に理想状態に対するズレが生じた場合でも,目視上問題となる画質の悪化につながらない範囲(許容範囲)である。また,図21〜図33において,(a)「軸上」とは,主走査範囲の中心位置のことである。(b)「周辺」とは,主走査範囲における走査開始位置(又は走査終了位置)付近の位置のことである。
以下,前記第1の走査光レンズ141及び前記第2の走査光レンズ142を合わせた前記結像光学機器140の主走査方向におけるパワーをφtmとする。前記第1の走査光レンズ141の主走査方向におけるパワーをφ1mとする。前記第2の走査光レンズ142の主走査方向におけるパワーをφ2mとする。前記第1の走査光レンズ141の副走査方向におけるパワーをφ1sとする。前記第2の走査光レンズ142の副走査方向におけるパワーをφ2sとする。
前記第1の主走査方向パワー条件は,φ2m/φtmがどのように設定されているかという条件である。
より具体的には,図11に示した実施条件における前記第1の主走査方向パワー条件d1Mは,φ2m/φtm=−0.75である。また,図12〜図14及び図22〜図25には,それ以外の前記第1の主走査方向パワー条件として,(φ2m/φtm)が,−1.22であるとき(条件d1L’),−1.20であるとき(条件d1L),−0.48であるとき(条件d1H),−0.50であるとき(条件d1H’)の状態について示している。
図13に示すグラフからわかるように,前記第1の主走査方向パワー条件が(φ2m/φtm<−1.20)又は(φ2m/φtm>−0.48)となると(条件d1L’又は条件d1H’のグラフを参照),感光体ドラム101の表面における走査光の主走査方向の像面湾曲は,適正範囲(OK範囲)を超えて大きくなる。
また,図24及び図25からわかるように,前記第1の主走査方向パワー条件が(φ2m/φtm<−1.20)又は(φ2m/φtm>−0.48)となると(条件d1L’又は条件d1H’のグラフを参照),感光体ドラム101の表面における走査光のスポット位置のばらつきは,適正範囲(OK範囲)を超えて大きくなる。
一方,図12〜図14及び図21〜図23に示すグラフからわかるように,前記第1の主走査方向パワー条件が次の(a1)式を満たせば,感光体ドラム101の表面における走査光のリニアリティ,主走査方向の像面湾曲及び副走査方向の像面湾曲,並びにスポット位置のばらつきは,全て適正範囲に収まる。
−1.20≦φ2m/φtm≦−0.48 …(a1)
前記第2の主走査方向パワー条件は,φ1m/φtmがどのように設定されているかという条件である。
より具体的には,図11に示した実施条件における前記第2の主走査方向パワー条件d2Mは,φ1m/φtm=1.65である。また,図15〜図17及び図26〜図29には,それ以外の前記第2の主走査方向パワー条件として,(φ1m/φtm)が,1.30であるとき(条件d2L’),1.32であるとき(条件d2L),2.00であるとき(条件d2H),2.02であるとき(条件d2H’)の状態について示している。
図15に示すグラフからわかるように,前記第2の主走査方向パワー条件が(φ1m/φtm>2.00)となると(条件d2H’のグラフを参照),感光体ドラム101の表面における走査光のリニアリティは,適正範囲(OK範囲)を超えて悪化する。
また,図16に示すグラフからわかるように,前記第2の主走査方向パワー条件が(φ1m/φtm<1.32)となると(条件d2L’のグラフを参照),感光体ドラム101表面における主走査光の主走査方向の像面湾曲は,適正範囲(OK範囲)を超えて大きくなる。
さらに,図28からわかるように,前記第2の主走査方向パワー条件が(φ1m/φtm<1.32)となると(条件d2L’のグラフを参照),感光体ドラム101表面における走査光のスポット位置のばらつきは,適正範囲(OK範囲)を超えて大きくなる。
一方,図15〜図17,図21及び図26〜図29に示すグラフからわかるように,前記第2の主走査方向パワー条件が次の(a2)式を満たせば,感光体ドラム101の表面における走査光のリニアリティ,主走査方向の像面湾曲及び副走査方向の像面湾曲,並びにスポット位置のばらつきは,全て適正範囲に収まる。
1.32≦φ1m/φtm≦ 2.00 …(a2)
前記副走査方向パワー条件は,φ1s/φ2sがどのように設定されているかという条件である。
より具体的には,図11に示した実施条件における前記副走査方向パワー条件d3Mは,φ1s/φ2s=−2.52である。また,図18〜図20及び図30〜図33には,それ以外の前記副走査方向パワー条件として,(φ1s/φ2s)が,−3.00であるとき(条件d3L’),−2.98であるとき(条件d3L),−0.81であるとき(条件d3H),−0.79であるとき(条件d3H’)の状態について示している。
図20に示すグラフからわかるように,前記副走査方向パワー条件が(φ1s/φ2s<−2.98)又は(φ1s/φ2s>−0.81)となると(条件d3L’,条件d3H’のグラフを参照),感光体ドラム101の表面における主走査光の副走査方向の像面湾曲は,適正範囲(OK範囲)を超えて大きくなる。
さらに,図32及び図33からわかるように,前記副走査方向パワー条件が(φ1s/φ2s<−2.98)又は(φ1s/φ2s>−0.81)となると(条件d3L’,条件d3H’のグラフを参照),感光体ドラム101の表面における走査光のスポット位置のばらつきは,適正範囲(OK範囲)を超えて大きくなる。
一方,図18〜図20,図21及び図30〜図33に示すグラフからわかるように,前記副走査方向パワー条件が次の(b1)式を満たせば,感光体ドラム101の表面における走査光のリニアリティ,主走査方向の像面湾曲及び副走査方向の像面湾曲,並びにスポット位置のばらつきは,全て適正範囲に収まる。
−2.98≦φ1s/φ2s≦−0.81 …(b1)
なお,図31〜図33におけるスポット中心位置の大きなばらつきは,走査光の収差のばらつきに起因するものである。
同様に,前記第1の走査光レンズ141及び前記第2の走査光レンズ142それぞれの副走査方向のパワーが,前述した(b1)式の条件を満たせば,感光体ドラム101の表面における副走査方向の像面湾曲を,その走査光により静電潜像の書き込みを行った場合の画像品質が十分な水準となる程度に小さく抑えることができる。
半導体レーザ等の前記光源110は,その使用条件によって,出射するビーム光の発振波長が変動する。また,前記第1の走査光レンズ141や前記第2の走査光レンズ142は,環境温度の変動に応じて,その屈折率が無視できない程度に変化する。このため,光走査装置Yの使用条件の変動は,感光体ドラム101の表面における走査光のピント移動(ピントずれ)となる。
これに対し,前記コリメータレンズ121からポリゴンミラー130までの間のビーム光の光路に配置された前記回析光学素子124は,前記光源110から出射されるビーム光の発振波長の変動や環境温度の変動が生じた場合に,その変動による走査光のピント移動(ピントのずれ)を打ち消す方向に,前記シリンドリカルレンズ123を通過したビーム光の焦点距離を変化させることができる。特に,前記第1の走査光レンズ141及び前記第2の走査光レンズ142は,樹脂製のレンズである。そのため,それらがガラス製のレンズである場合に比べて,環境温度の変動による屈折率の変化(即ち,走査光のピントの移動量)は,比較的大きい。これにより,前記回析光学素子124によって顕著なピントの補正の効果が得られる。
2a…光学装置
101…感光体ドラム(像担持体)
22…光走査装置(光偏光器)
24…反射ミラー群
24a…第1の反射ミラー
24b…第2の反射ミラー
24c…第3の反射ミラー
23…fθレンズ(23a,23b)
S1…光偏光器層
S2…反射ミラー層
L1,L2…距離
Claims (3)
- 光源と,
前記光源からの光線を反射して偏向する光偏向器と,
前記光偏向器の反射方向に設置され,前記光偏向器で反射された光線が通過する2個のfθレンズと,
前記光源に対応して設けられ、前記2個のfθレンズを通過した光線を案内する反射ミラー群と,
前記光源から出て,上記反射ミラー群を経由した光線が結像する像担持体と、
を備えた光走査装置であって,
前記反射ミラー群は,
前記2個のfθレンズを通過した光を反射する第1の反射ミラーと,
前記第1の反射ミラーで反射した光を反射する第2の反射ミラーと,
前記第2の反射ミラーで反射した光を前記像担持体の方向へ反射する第3の反射ミラーを備え,
前記第3の反射ミラーと前記像担持体とは、前記光偏向器によって反射されて前記2個のfθレンズを通過する光路を挟んで互いに反対側に配置され,
前記第3の反射ミラーから前記像担持体に至る光線が,前記2個のfθレンズの間を通過するように,前記2個のfθレンズおよび前記第3の反射ミラーの位置が設定され,
前記第1の反射ミラーおよび第2の反射ミラーの反射角度はいずれも90度であり,
前記2個のfθレンズは、第1の走査光レンズと、第2の走査光レンズであり、
前記第1の走査光レンズは,前記第2の走査光レンズよりも前記光偏向器に近い位置に配置され、
前記第1の走査光レンズは,走査光を通過させるように主走査方向に伸びて形成され、前記主走査方向に正のパワーを有するとともに,前記主走査方向に直交する方向である副走査方向に負のパワーを有するレンズであり、
前記第2の走査光レンズは,走査光を通過させるように主走査方向に伸びて形成され、前記主走査方向に負のパワーを有するとともに前記副走査方向に正のパワーを有するレンズであり、
前記第1の走査光レンズ及び前記第2の走査光レンズを合わせた主走査方向におけるパワーをφtm、
前記第1の走査光レンズの主走査方向におけるパワーをφ1m、
前記第2の走査光レンズの主走査方向におけるパワーをφ2m、
前記第1の走査光レンズの副走査方向におけるパワーをφ1s、
前記第2の走査光レンズの副走査方向におけるパワーをφ2sとするとき、
前記第1の走査光レンズ及び前記第2の走査光レンズそれぞれの主走査方向のパワーが,少なくとも次の(a1)式又は(a2)式の条件を満たし、
−1.20≦φ2m/φtm≦−0.48・・・(a1)
1.32≦φ1m/φtm≦2.00・・・(a2)
前記第1の走査光レンズ及び前記第2の走査光レンズそれぞれの副走査方向のパワーが,次の(b1)式の条件を満たす
−2.98≦φ1s/φ2s≦−0.81・・・(b1)
ことを特徴とする光走査装置。 - 複数の光源と,
前記複数の光源からの光線を対称な2方向に反射して偏向する光偏向器と,
前記光偏向器の反射方向に設置され,前記光偏向器で反射された光線が通過する2個のfθレンズと,
前記各光源に対応して設けられ、前記2個のfθレンズを通過した光線を案内する反射ミラー群と,
前記複数の光源から出て,上記反射ミラー群を経由した光線が結像する複数の像担持体と、
を備えた光走査装置であって,
前記反射ミラー群は、
前記2個のfθレンズを通過した光を反射する第1の反射ミラーと,
前記第1の反射ミラーで反射した光を反射する第2の反射ミラーと,
前記第2の反射ミラーで反射した光を前記像担持体の方向へ反射する第3の反射ミラーを備え,
前記第3の反射ミラーと前記像担持体とは、前記光偏向器によって反射されて前記2個のfθレンズを通過する光路を挟んで互いに反対側に配置され,
前記第3の反射ミラーから前記像担持体に至る光線が,前記2個のfθレンズの間を通過するように,前記2個のfθレンズおよび前記第3の反射ミラーの位置が設定され,
前記第1の反射ミラーおよび第2の反射ミラーの反射角度はいずれも90度であり,
前記2個のfθレンズは、第1の走査光レンズと、第2の走査光レンズであり、
前記第1の走査光レンズは,前記第2の走査光レンズよりも前記光偏向器に近い位置に配置され、
前記第1の走査光レンズは,走査光を通過させるように主走査方向に伸びて形成され、前記主走査方向に正のパワーを有するとともに,前記主走査方向に直交する方向である副走査方向に負のパワーを有するレンズであり、
前記第2の走査光レンズは,走査光を通過させるように主走査方向に伸びて形成され、前記主走査方向に負のパワーを有するとともに前記副走査方向に正のパワーを有するレンズであり、
前記第1の走査光レンズ及び前記第2の走査光レンズを合わせた主走査方向におけるパワーをφtm、
前記第1の走査光レンズの主走査方向におけるパワーをφ1m、
前記第2の走査光レンズの主走査方向におけるパワーをφ2m、
前記第1の走査光レンズの副走査方向におけるパワーをφ1s、
前記第2の走査光レンズの副走査方向におけるパワーをφ2sとするとき、
前記第1の走査光レンズ及び前記第2の走査光レンズそれぞれの主走査方向のパワーが,少なくとも次の(a1)式又は(a2)式の条件を満たし、
−1.20≦φ2m/φtm≦−0.48・・・(a1)
1.32≦φ1m/φtm≦2.00・・・(a2)
前記第1の走査光レンズ及び前記第2の走査光レンズそれぞれの副走査方向のパワーが,次の(b1)式の条件を満たす
−2.98≦φ1s/φ2s≦−0.81・・・(b1)
ことを特徴とする光走査装置。 - 請求項1または請求項2に記載の光走査装置を備えてなる画像形成装置。
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