JP5476659B2 - マルチビーム光走査装置および画像形成装置 - Google Patents
マルチビーム光走査装置および画像形成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5476659B2 JP5476659B2 JP2007240239A JP2007240239A JP5476659B2 JP 5476659 B2 JP5476659 B2 JP 5476659B2 JP 2007240239 A JP2007240239 A JP 2007240239A JP 2007240239 A JP2007240239 A JP 2007240239A JP 5476659 B2 JP5476659 B2 JP 5476659B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- phase
- optical scanning
- scanning device
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 198
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 112
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 84
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 84
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 84
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 56
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 11
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 1
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/01—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for producing multicoloured copies
- G03G15/0105—Details of unit
- G03G15/011—Details of unit for exposing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
- B41J2/47—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light
- B41J2/471—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light using dot sequential main scanning by means of a light deflector, e.g. a rotating polygonal mirror
- B41J2/473—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light using dot sequential main scanning by means of a light deflector, e.g. a rotating polygonal mirror using multiple light beams, wavelengths or colours
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
- G02B26/123—Multibeam scanners, e.g. using multiple light sources or beam splitters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
- G02B27/0031—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for scanning purposes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
- G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/04—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material
- G03G15/04036—Details of illuminating systems, e.g. lamps, reflectors
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/04—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material
- G03G15/043—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material with means for controlling illumination or exposure
- G03G15/0435—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material with means for controlling illumination or exposure by introducing an optical element in the optical path, e.g. a filter
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G2215/00—Apparatus for electrophotographic processes
- G03G2215/04—Arrangements for exposing and producing an image
- G03G2215/0402—Exposure devices
- G03G2215/0404—Laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
- Laser Beam Printer (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Exposure Or Original Feeding In Electrophotography (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
光走査に関する技術において、常に求められる課題の1つとして「光走査の高速化」がある。光走査による画像形成の高速化の1手法として「マルチビーム光走査」があり、この光走査方法であると、1度の光走査で複数走査線に同時に光書込みできるので、画像形成速度は飛躍的に向上する。
光走査装置は、光ビームのビームウエスト位置が被走査面上に合致するように設計されるので「ビームスポット径」は、設計上は、光ビーム集束部に形成される「ビームウエストの径」であり、ビームスポット径を小径化するにはビームウエスト径を小さくする必要がある。一方、光ビームのビーム径は「ビームウエスト位置を境」としてビームウエスト位置を離れるに従って増大する。
現実に製造される光走査装置では、部品や光学素子の製造誤差や組み立て誤差の存在が不可避的であるから、一般には、ビームウエスト位置と「被走査面の実体をなす感光性の像担持体の表面」とに誤差による「ズレ」が発生する。この「ズレ」により被走査面位置がビームウエスト位置から離れると、「ズレ」が光ビームの進行方向のどちらに発生しても被走査面上のビームスポット径は増大する。このような「ズレによるビームスポット径の増大」は「スポット径太り」と呼ばれ、上記ズレは「デフォーカス」と呼ばれている。
一方において、深度余裕:dとビームスポット径:w(波長:λ)との間には、
d∝w2/λ
の関係があり「大きい深度余裕」は「大きなビームスポット径」を必要とする。即ち、ビームスポット径:wの小径化と、深度余裕:dの拡大とは相反する関係にあり、ビームスポット径:wを小径化すると、通常は深度余裕:dが狭小化して、ビームスポット径の安定性が低下する。
この方法により、上記遮光による光量損失の問題は緩和されるが、この方法では、ベッセルビームがアキシコンプリズムの近傍に発生するため、レイアウト上の制限を引き起こす恐れがある。例えば、画像形成装置に用いられる光走査装置への適用を考えると、ベッセル領域と被走査面を共役にする必要があり、リレー光学系を新たに付加する等の工夫が必要となり、レンズ枚数の増大や光学系の巨大化、コストアップを招く恐れがある。
以下、上記複数光源を「マルチビーム光源」とも言う。
即ち「光の位相分布を調整可能な位相調整素子」を有し、この位相調整素子により、被走査面上における各ビームスポットのビームスポット径を実質的に拡大させることなく、深度余裕が拡大するように、光ビームの波面の位相調整を行う。
「光の位相分布」は、光ビームの波面における位相の分布である。
この「光の位相分布」が位相調整素子により調整される。
例えば、光ビームが平面波であるとすると、光ビームの同一位相の面である波面は平面である。このような平面波に対し、位相調整素子による位相調整を行うと、位相調整素子により齎される位相調整に応じて同一位相の面は「位相調整前の平面」から変化して、相対的な位相の進み・遅れに応じた「凹凸を持った波面」となる。
わないとき、結像光学系の結像面位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光の
ピーク強度:PM1に対するサイドローブ光のピーク強度PS1の比率をPS1/PM1
とし、位相調整を行うとき、結像光学系の結像面位置での光強度プロファイルにおけるメ
インローブ光のピーク強度:PMに対するサイドローブ光のピーク強度:PSの比率をP
S/PMとするとき、
(1) PS/PM>PS1/PM1
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定する。
また、上記位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の光軸上の結像位置でのビームスポットのメインローブ光のピーク強度をPM1とし、
上記結像位置以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像位置でのビームスポット径の105%以内の領域内での位置におけるメインローブ光のピーク強度をPM2とするとき、
上記ピーク強度PM2に対するPM1の比率をPM1/PM2とし、
位相調整を行うとき、上記結像位置以外で、上記領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PMAに対する上記光軸上の結像位置でのビームスポットの光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PMの比率をPM/PMAとするとき、
(4) PM1/PM2>PM/PMA
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定する。
「結像光学系の結像面位置」は、結像光学系により光ビームがビームスポットを形成する設計上の面位置であり、設計上の被走査面位置である。
例えば、位相調整素子として透明な平行平板状のものを考え、この平行平板の厚み:Dが「波長オーダで2次元的に変化」しており、平行平板状の座標:x、yの関数として、D(x、y)で表されるものとすると、位相調整素子の材料の屈折率をNとして、位相調整素子の光学的厚さは「ND(x、y)」となる。
物を用いることもできる。
請求項1のマルチビーム光走査装置においてはまた、位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の結像面以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像面における結像位置でのビームスポット径の105%以内の領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をPM2とし、上記位置におけるサイドローブ光のピーク強度をPS2とするとき、上記ピーク強度:PM2に対するPS2の比率をPS2/PM2とし、位相調整を行うときの、上記位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をPMAとし、サイドローブ光のピーク強度をPSAとし、
上記ピーク強度:PMAに対するPSAの比率をPSA/PMAとするとき、
(3) PS2/PM2>PSA/PMA
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定するのが好ましい(請求項2)。
(2) w > (a+x・d/f)
を満足することが好ましい(請求項4)。
請求項1〜4の何れかに記載の光走査装置は「位相調整素子とシリンドリカルレンズとが相互に一体化されて設けられている」ことができ(請求項5)、この場合、カップリングレンズの焦点距離:f(mm)に対し、カップリングレンズとシリンドリカルレンズ間の距離が2・fよりも小さいことが好ましい(請求項6)。
請求項1〜4の何れかに記載の光走査装置は「位相調整素子とカップリングレンズとが相互に一体化されて設けられている」ことができる(請求項7)。
ここに「一体化」は、一体化される複数のものの空間的な位置関係が固定的であることを意味し、「複数のものを構造的に一体化」する場合のみならず、複数のものが共通の保持手段により相互の位置関係を固定して保持され場合が含まれる。
請求項10記載の画像形成装置は「光走査により1以上の像担持体上に、2以上の静電潜像を形成し、これら静電潜像を互いに異なる色のトナーで可視化し、得られる各色トナー画像を重ね合わせることによりカラー画像を形成するものであることができる(請求項11)。
図1は、マルチビーム光源1から、被走査面11に至る光路を構成する光学系を、1平面内に仮想的に展開して示している。
マルチビーム光源1はマルチビーム光走査用の「複数の発光源を持つレーザ光源」であり、この実施の形態においては「複数の発光源をアレイ配列したVCSEL」である。
ポリゴンミラー7が等速回転すると、偏向反射面により反射された複数の光ビームは等角速度的に偏向し、複数のビームスポットは被走査面11をマルチビーム光走査する。
光学部材12は後述するように「アパーチャと位相調整素子とを一体化したもの」であり、アパーチャにより複数光ビームの周辺光束領域を遮光してビーム整形するとともに、位相調整素子による波面の位相調整を行う。
走査レンズ8、10はまた、ポリゴンミラー7の偏向反射面位置と被走査面11の位置とを「副走査方向に関して共役な関係」としており、副走査方向に関しては上記「主走査方向に長い線像」が走査レンズ8、10によるfθレンズの物点となるので、ポリゴンミラー7の「面倒れ」が補正されるようになっている。なお、説明中の例では、fθレンズを構成する2つの走査レンズ8、10は共に樹脂製である。樹脂製の走査レンズの環境変動による結像機能の変動を補正するための回折格子を1以上のレンズ面に形成することもできる。
図1に示した光学配置を持つマルチビーム光走査装置は、光学部材12における位相調整素子の部分を除けば、従来から広く知られた構成のものである。図1の構成の光走査装置は、図2に示すように組合せることによりタンデム式の光走査装置を構成することができる。
図2は、タンデム式の光走査装置の光学系部分を、副走査方向、即ち、偏向手段であるポリゴンミラー7の回転軸方向から見た状態を示している。図示の簡単のため、ポリゴンミラー7から光走査位置である各被走査面に至る光路上における光路屈曲用のミラーの図示を省略し、光路が平面上にあるように描いた。
ポリゴンミラー7は偏向反射面を4面有し、図3に示すように2段構成となっており上段で偏向される光束のうち一方は、光路折り曲げミラーmM1、mM2、mM3により屈曲された光路により感光体ドラム11Mに導光され、他方の光ビームは、光路折り曲げミラーmC1、mC2、mC3により屈曲された光路により感光体ドラム11Cに導光される。
前述のように、アパーチャは、ビームスポット径の変動を有効に抑制するために用いられてビーム整形を行うが、アパーチャを設けると、アパーチャでの回折の影響で、ビームスポットのビームプロファイルが「サイドローブを伴ったプロファイル」となる。
一方、位相調整素子を用いると「位相調整素子においても回折が生じる」ため、光ビームの結像面におけるビームスポットのビームプロファイルは「アパーチャによる回折と位相調整素子における回折が複合したものとして形成」される。従って、位相調整素子の位相分布を変化させることにより、ビームスポットのビームプロファイルを変化させることができ、このことを利用して「ビームスポット径の増大を抑え、かつ、深度余裕の狭小化を軽減もしくは防止する」ことができるのである。
図4は「マルチビーム光源とカップリングレンズ、シリンドリカルレンズの関係」を簡単化して示しており、マルチビーム光源の3つの発光源a、b、cが同一面上に等間隔に配列し、これらの光源a、b、cから放射される発散光束である光ビームFLa、FLb、FLcがカップリングレンズ3によりカップリングされてシリンドリカルレンズ5に入射する状態を説明図的に示している。
発光源a、b、cから放射された光ビームFLa、FLb、FLcは、カップリングレンズ3により平行光束化され、図示のようにカップリングレンズ3の後側焦点面位置で交差したのちシリンドリカルレンズ5に入射する。この図において、図の上下方向は副走査方向である。
図4に図示されてはいないが、アパーチャの開口の中心はカップリングレンズ3の光軸位置と合致し、図示されない位相調整素子の中心も上記光軸位置に合致して配置される。
アパーチャに均一光強度の平面波(無限大の広がりを持つ光)を入射させ、アパーチャの開口部を通過した光ビームを結像レンズによりビームスポットとして結像する場合を考え、このとき結像するビームスポットのビームスポット径を1として規格化する。アパーチャはレンズの前側焦点面位置に配置される。
この式(2)において、「d」はマルチビーム光源の複数の発光源の中心位置から最も離れて位置する発光源までの距離、「f」はカップリングレンズの焦点距離、「x」はカップリングレンズの後側焦点から位相調整素子までの距離、「a」はアパーチャの開口径、「w」は、アパーチャ上でのビーム径(1/e2で定義する)であり、これらの単位は「mm」である。
式(3)は主走査方向と副走査方向の少なくとも一方において成立するのがよく、より好ましくは、主走査方向と副走査方向の両方で満たされるのがよい。
が若干大きいので、より好ましくは「2/e2〜0.5」とするのが良い。即ち、次式:
(5A) 2(a+|x・d/f|)<w<0.5・e2・(a+|x・d/f|)
が、主走査方向と副走査方向の少なくとも一方において成立するのがよく、より好ましく
は、主走査方向・副走査方向ともに満たされるのがよい。
式(2)、好ましくは式(5)、さらに好ましくは式(5A)を満たすように各パラメ
ータを設定することで、被走査面上において「マルチビーム間でのビームスポットのビー
ムプロファイルやビームスポット径の違い」を小さく抑えることができ、高画質な画像出
力が可能となる。
図6(a)〜(d)は位相調整素子における「位相分布」の4パターンを示している。位相分布のパターンは、図6(a)、(b)に示す例のように「微小な矩形形状を2次元的に組合せたパターン」であることもできるし、図6(c)、(d)に示すように、滑らかな輪郭を持つパターンであることもできる。
θ=2π(N−1)h/λ
で与えられる。Nは位相調整素子の材料により定まり、使用波長:λは、マルチビーム光源により設計条件として定まるから、θ=2nπ(nは整数)以外になるように(望ましくはθ=π+2nπ(nは整数))、位相分布の高さ:hを設定するのである。
図7の実施の形態において、図7左図の左方を入射側とした場合、マルチビーム光源やカップリングレンズの取り付け誤差や作製誤差の影響で、シリンドリカルレンズ5Aに入射する光束の位置がずれると、アパーチャ121を通過する光ビームの強度分布が設計状態から変化し、ビームスポットのビームプロファイルが劣化して「ビーム径太り」等が発生する。
上には、位相調整素子とアパーチャをシリンドリカルレンズに一体化する場合を説明したが、「位相調整素子をカップリングレンズに一体化」させてもよい(請求項7)。
アパーチャを位相調整素子やカップリングレンズに一体化する方法としては、樹脂等の別部材として作製したアパーチャを位相調整素子やカップリングレンズに貼り付ける方法でもよいし、Crや黒色の有機材料等の「遮光効果のある材料」を、蒸着や印刷により位相調整素子やカップリングレンズ上に形成する方法でもよい。
マルチビーム光源から被走査面に至る光路上には通常、1以上の樹脂レンズが設けられる。樹脂レンズは良く知られたように、温度変化によりレンズパワーが変動する。即ち、温度上昇に伴い、一般にはレンズパワーが減少する。一方、マルチビーム光源から放射されるレーザ光の波長は、温度上昇とともに長波長側へずれる。
まず「従来から知られた回折レンズの構造」を図10に示す。
図10(a)は、通常の平凸レンズの「凸レンズ面の形状」を輪帯状に分割し、各輪帯の高さが「h」になるように折り返した構造である。同図(b)は、同図(a)の輪帯部分の断面形状を直線で近似して鋸歯形状とした構造であり、同図(c)は、同図(a)の輪体部分の断面形状を階段形状で近似したものである。
前述の如く、位相調整素子は、カップリングレンズやシリンドリカルレンズに一体化することができるが、カップリングレンズやシリンドリカルレンズを回折レンズとする場合には、回折レンズ面の輪帯を同心円状とし、位相調整素子の位相分布のパターンは「単一もしくは同心円状のリング状」とし、回折レンズ面の部分に「不連続部」を設け、不連続部と周辺部との位相差が、使用波長に対して2πの整数倍となるように「回折レンズと位相調整素子の一体化」が可能である(請求項8)。
図12は、図10に示した回折レンズの回折レンズ面における「内側(光軸側)から2番目の輪帯(斜線を施された輪帯)」に、高さ:dに対応した位相を「位相分布のパターン」として付加した例である。このとき「回折レンズに一体化されるものとして想定された位相調整素子」の形状を図14に示す。
図15上図に示す「斜線を付したリング状部分」が位相分布のパターンで「円形リング状」であり、図15下図がその断面形状である。高さ:dは「不連続部(図13における光軸側から2番目の輪帯内における該輪帯と位相分布のパターンとして付加された部分)と周辺部との位相差が、使用波長に対して、高さ:dに対応した位相差(位相:2nπ(nは整数)以外の位相差で、望ましくは位相:π+2nπ)となる」ように設定される。
位相調整素子の位相分布のパターンとして「円形リング状」の場合を説明したが、図6(a)(b)に示すように2次元的に自由に設定できるパターンとすることもできるが、この場合には「バイトを用いた手法」では作製できないので、ドライエッチング等の手法を用いて作製すれば良い。
発明者が発見した「高い光利用効率で、ビームスポット径を大きくすることなく、深度余裕を拡大できる方法」は、結像光学系の結像面位置でビームスポットのビームプロファイルのサイドローブのピーク強度を「マルチビーム光走査に問題を与えない程度に増大」させることであり、位相調整素子における位相分布を「マルチビーム光走査に問題を与えない程度にサイドローブのピーク強度を増大」するように設計するのである。
(1) PS/PM>PS1/PM1
となるように、位相調整素子における位相分布を設定するのである。
(3) PS2/PM2>PSA/PMA
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定するのがよい。
「結像面以外の位置」は、ビームスポットの変化が、結像面上の結像位置以外で、におけるビームスポットの変化が、上記結像面における結像位置でのビームスポット径の105%以内の領域内での位置を言う。この領域は「位相調整を行わない場合」の深度余裕の範囲である。
のビームスポットのメインローブ光のピーク強度:PM1の、結像位置以外の位置でのメインローブ光のピーク強度:PM2に対する比率をPM1/PM2とし、位相調整を行う
とき、結像光学系の光軸上の結像位置でのビームスポットの光強度プロファイルにおける
メインローブ光のピーク強度:PMの上記「像位置以外の位置」での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PMAに対する比率をPM/PMAとするとき、
(4) PM1/PM2>PM/PMA
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定する。
「結像位置以外の位置」は、ビームスポットの変化が、光軸上の結像位置以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像位置でのビームスポット径の105%以内の領域内での位置をいう。この領域は「位相調整を行わない場合」の光軸上の深度余裕の範囲である。
また、条件(1)とともに条件(4)を満足させることにより、深度余裕の更なる拡大を実現できる。
図18は、シミュレーションモデルを説明するための図である。
図18において、符号12Aはアパーチャ、符号12Bは位相調整素子、符号LNはレンズをそれぞれ示す。
入射する光ビームは「均一強度の平面波」とし、アパーチャ12Aで所望の光ビーム幅(被走査面上において、所望のビームスポット径を実現するように定められる。)に切り取る。位相調整素子12Bは、アパーチャ12Aに密接(距離:0)して設けられて光ビームに位相調整を行う。
レンズLNは「無収差の理想レンズ」を想定した。焦点距離を「f」としており、位相調整素子12BはレンズLNの前側焦点面に配置される。このとき、光ビームはレンズLNの後側焦点位置にビームスポットとして結像する。
アパーチャ12Aの開口は「直径:930μmの円形」とし、レンズLNの焦点距離:fは50mmとした。また、使用波長は632.8nmとした。
1例として「効果のない位相分布を持つ位相調整素子」を用いる場合のシミュレーション結果を図25に、図20〜図24に倣って示す。
位相分布のパターンを除けば、シミュレーションの条件は図20〜24に示す例と同一である。
上記のように、位相調整素子の位相分布の適切な設定により、レンズの焦点位置近傍でのビームスポット径の深度が拡大するため、リレー光学系等のレンズの追加等を招くことがなく、レイアウト上、非常に有利である。更に、非常に高い光利用効率を実現できる。
なお、サイドローブのピーク強度(「SP」と略記する。)はメインローブのピーク強度を1に規格化したときの、メインローブのピーク強度に対する値(%)であり、深度余裕は「ビームスポット径の変化が、最小ビームスポット径の105%以内」であるとして算出したものであり、ビームスポット径はビームスポットの光強度分布のピーク値を1として、その「1/e2」になる径として算出している。
位相調整素子0 1.6 8.9 56.4
位相調整素子1 10.4 18.1 48.1
位相調整素子2 9.6 15.0 47.7
位相調整素子3 8.1 13.8 50.7
位相調整素子4 5.8 12.9 51.8
位相調整素子5 3.8 11.2 53.3
位相調整素子6 0.6 6.4 58.4 。
3 カップリングレンズ
5 シリンドリカルレンズ
12 アパーチャと位相調整素子を一体化した光学部材
Claims (11)
- 複数光源からの各発散光を共通のカップリングレンズによりカップリングし、アパーチ
ャによりビーム整形し、共通のシリンドリカルレンズにより、光偏向手段の偏向反射面近
傍に、主走査方向に長い線像として、副走査方向に分離して形成し、上記光偏向手段によ
り偏向された光ビームを、走査光学系により被走査面上に、副走査方向に分離した複数の
ビームスポットとして集光させ、上記被走査面を複数のビームスポットで同時に光走査す
るマルチビーム光走査装置において、
光の位相分布を調整可能な位相調整素子を有し、この位相調整素子により、被走査面上
における各ビームスポットのビームスポット径を実質的に拡大させることなく、深度余裕
が拡大するように、光ビームの波面の位相調整を行うものであって、
上記位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の結像面位置での光強度
プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PM1に対するサイドローブ光のピ
ーク強度PS1の比率をPS1/PM1とし、
位相調整を行うとき、上記結像光学系の結像面位置での光強度プロファイルにおけるメ
インローブ光のピーク強度:PMに対するサイドローブ光のピーク強度:PSの比率をP
S/PMとするとき、
(1) PS/PM>PS1/PM1
が満足され、且つ、
上記位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の光軸上の結像位置での
ビームスポットのメインローブ光のピーク強度をPM1とし、
上記結像位置以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像位置でのビームスポット径の105%以内の領域内での位置におけるメインローブ光のピーク強度をPM2とするとき、
上記ピーク強度PM2に対するPM1の比率をPM1/PM2とし、
位相調整を行うとき、上記結像位置以外で、上記領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PMAに対する上記光軸上の結像位置でのビームスポットの光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度:PMの比率をPM/PMAとするとき、
(4) PM1/PM2>PM/PMA
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定したことを特徴とするマルチ
ビーム光走査装置。 - 請求項1記載のマルチビーム光走査装置において、
位相調整素子による位相調整を行わないとき、結像光学系の結像面以外で、ビームスポット径の変化が、上記結像面における結像位置でのビームスポット径の105%以内の領域内での位置における光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をPM2とし、
上記位置におけるサイドローブ光のピーク強度をPS2とするとき、
上記ピーク強度:PM2に対するPS2の比率をPS2/PM2とし、
位相調整を行うときの、上記位置での光強度プロファイルにおけるメインローブ光のピーク強度をPMAとし、サイドローブ光のピーク強度をPSAとし、
上記ピーク強度:PMAに対するPSAの比率をPSA/PMAとするとき、
(3) PS2/PM2>PSA/PMA
が満足されるように、位相調整素子における位相分布を設定したことを特徴とするマルチ
ビーム光走査装置。 - 請求項1または2記載のマルチビーム光走査装置において、
上記アパーチャと位相調整素子が、カップリングレンズの光軸方向において極く近接、もしくは互いに一体化して設けられていることを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、
複数光源の中心から最も離れた光源までの距離:d(mm)、カップリングレンズの焦点距離:f(mm)、上記カップリングレンズの後側焦点から位相調整素子までの距離:x(mm)、アパーチャの開口径:a(mm)、上記アパーチャ上での光束のビーム径:
w(mm)が、条件:
(2) w > (a+x・d/f)
を満足することを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載に記載のマルチビーム光走査装置において、
位相調整素子、及びシリンドリカルレンズが相互に一体化されて設けられていることを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 請求項5記載のマルチビーム光走査装置において、
カップリングレンズの焦点距離:fに対し、カップリングレンズとシリンドリカルレンズ間の距離が2・fよりも小さいことを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、
位相調整素子、及びカップリングレンズが相互に一体化されて設けられていることを特徴とするマルチビーム光走査差装置。 - 請求項5〜7のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、
カップリングレンズとシリンドリカルレンズとの少なくとも一方における少なくとも1つの光学面は不連続面であり、不連続部における位相差を、使用する波長に対して2πの整数倍となるように設定したことを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のマルチビーム光走査装置において、
位相調整素子が、カップリングレンズの光軸と直交する平面に対して傾きを有するように配置されることを特徴とするマルチビーム光走査装置。 - 光走査装置により像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー画像として可視化して画像形成を行う画像形成装置であって、
光走査装置として、請求項1〜9の任意の1に記載のマルチビーム光走査装置を用いることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10記載の画像形成装置において、
光走査により1以上の像担持体上に2以上の静電潜像を形成し、これらの静電潜像を異なる色のトナーで可視化し、得られる各色トナー画像を重ね合わせることによりカラー画像を形成する画像形成装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007240239A JP5476659B2 (ja) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | マルチビーム光走査装置および画像形成装置 |
US12/208,479 US7755822B2 (en) | 2007-09-14 | 2008-09-11 | Multibeam optical scanning device and image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007240239A JP5476659B2 (ja) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | マルチビーム光走査装置および画像形成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009069698A JP2009069698A (ja) | 2009-04-02 |
JP5476659B2 true JP5476659B2 (ja) | 2014-04-23 |
Family
ID=40454153
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007240239A Expired - Fee Related JP5476659B2 (ja) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | マルチビーム光走査装置および画像形成装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7755822B2 (ja) |
JP (1) | JP5476659B2 (ja) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050190420A1 (en) | 2004-02-18 | 2005-09-01 | Shigeaki Imai | Beam-spot position compensation method, optical scanning device, and multi-color image forming device |
WO2011160068A1 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Purdue Research Foundation | Digital holographic method of measuring cellular activity and measuring apparatus with improved stability |
US10426348B2 (en) | 2008-03-05 | 2019-10-01 | Purdue Research Foundation | Using differential time-frequency tissue-response spectroscopy to evaluate living body response to a drug |
JP5309627B2 (ja) * | 2008-03-11 | 2013-10-09 | 株式会社リコー | 光走査装置及び画像形成装置 |
JP5531458B2 (ja) * | 2008-08-01 | 2014-06-25 | 株式会社リコー | 速度検出装置及び多色画像形成装置 |
JP4825295B2 (ja) * | 2009-10-21 | 2011-11-30 | 日高精機株式会社 | 加工油塗布装置 |
JP5568958B2 (ja) | 2009-11-02 | 2014-08-13 | 株式会社リコー | 露光装置及び画像形成装置 |
US10401793B2 (en) | 2010-06-17 | 2019-09-03 | Purdue Research Foundation | Digital holographic method of measuring cellular activity and measuring apparatus with improved stability |
JP2012025130A (ja) | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Ricoh Co Ltd | 画像形成装置 |
JP2012048092A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Ricoh Co Ltd | 光学素子、光走査装置及び画像形成装置 |
JP2012058465A (ja) | 2010-09-08 | 2012-03-22 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置及び画像形成装置 |
JP2012150161A (ja) | 2011-01-17 | 2012-08-09 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置、及び画像形成装置 |
JP5903894B2 (ja) | 2012-01-06 | 2016-04-13 | 株式会社リコー | 光走査装置及び画像形成装置 |
JP5942493B2 (ja) | 2012-03-12 | 2016-06-29 | 株式会社リコー | 光走査装置および画像形成装置 |
JP6024212B2 (ja) | 2012-05-31 | 2016-11-09 | 株式会社リコー | 画像形成装置の製造方法、プリントヘッドの光量調整方法、及びプロセスカートリッジの製造方法 |
JP5962909B2 (ja) | 2012-07-20 | 2016-08-03 | 株式会社リコー | 結像光学系、プリントヘッド、画像形成装置及び画像読取装置 |
JP6108160B2 (ja) | 2013-03-13 | 2017-04-05 | 株式会社リコー | 結像光学系、プリンタヘッド、及び画像形成装置 |
JP6287246B2 (ja) | 2014-01-21 | 2018-03-07 | 株式会社リコー | プリントヘッドの製造方法、プリントヘッドおよび画像形成装置 |
CN109632735B (zh) * | 2018-12-11 | 2023-12-12 | 北京世纪桑尼科技有限公司 | 光学超分辨显微成像系统及成像方法 |
US11550237B2 (en) * | 2019-10-11 | 2023-01-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical system and image forming apparatus |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2924142B2 (ja) * | 1990-09-14 | 1999-07-26 | キヤノン株式会社 | レーザ装置 |
JPH04171415A (ja) | 1990-11-02 | 1992-06-18 | Nikon Corp | 長焦点深度高分解能照射光学系 |
JPH0781136A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-03-28 | Canon Inc | 光源装置 |
JPH0964444A (ja) | 1995-08-22 | 1997-03-07 | Sharp Corp | 長焦点レーザビーム発生装置 |
JP3507244B2 (ja) | 1996-03-13 | 2004-03-15 | キヤノン株式会社 | 走査光学装置及び該装置を用いたレーザープリンタ |
JPH10227992A (ja) | 1997-02-15 | 1998-08-25 | Canon Inc | ベッセルビーム発生方法及びそれを用いた光走査装置 |
JP3920487B2 (ja) * | 1999-02-25 | 2007-05-30 | 株式会社リコー | 光走査装置 |
JP2004101912A (ja) * | 2002-09-10 | 2004-04-02 | Ricoh Co Ltd | 光走査光学系および光走査装置および画像形成装置 |
JP4430314B2 (ja) | 2003-02-17 | 2010-03-10 | 株式会社リコー | 光走査装置および画像形成装置 |
JP4015065B2 (ja) | 2003-05-29 | 2007-11-28 | 株式会社リコー | 光走査装置及び画像形成装置 |
US7277212B2 (en) | 2003-09-19 | 2007-10-02 | Ricoh Company, Limited | Optical scanning unit and image forming apparatus |
US20050190420A1 (en) | 2004-02-18 | 2005-09-01 | Shigeaki Imai | Beam-spot position compensation method, optical scanning device, and multi-color image forming device |
US7085031B2 (en) * | 2004-09-16 | 2006-08-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical scanner and image forming apparatus using the same |
JP4440760B2 (ja) | 2004-12-22 | 2010-03-24 | 株式会社リコー | 画像形成装置 |
JP2007069572A (ja) | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置・画像形成装置 |
JP4899394B2 (ja) * | 2005-09-21 | 2012-03-21 | 富士ゼロックス株式会社 | 画像形成装置 |
US7643046B2 (en) | 2005-12-21 | 2010-01-05 | Ricoh Company, Ltd. | Laser beam scanning device, image forming apparatus, and laser beam detecting method by the laser beam scanning device |
JP4841268B2 (ja) * | 2006-02-28 | 2011-12-21 | 株式会社リコー | 光走査装置および画像形成装置 |
US8164612B2 (en) | 2006-07-21 | 2012-04-24 | Ricoh Company, Ltd. | Light source unit, phase type optical element, and laser beam scanning device |
JP5009573B2 (ja) | 2006-09-15 | 2012-08-22 | 株式会社リコー | 光走査装置および画像形成装置 |
JP2008175919A (ja) | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置及び画像形成装置 |
JP5228331B2 (ja) | 2007-02-13 | 2013-07-03 | 株式会社リコー | 光走査装置、画像形成装置、および多色対応の画像形成装置 |
-
2007
- 2007-09-14 JP JP2007240239A patent/JP5476659B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-09-11 US US12/208,479 patent/US7755822B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20090073529A1 (en) | 2009-03-19 |
JP2009069698A (ja) | 2009-04-02 |
US7755822B2 (en) | 2010-07-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5476659B2 (ja) | マルチビーム光走査装置および画像形成装置 | |
JP5343370B2 (ja) | 光走査装置及び画像形成装置 | |
JP4997516B2 (ja) | 光走査装置および画像形成装置 | |
JP5309627B2 (ja) | 光走査装置及び画像形成装置 | |
US7663657B2 (en) | Optical scanning device and image forming apparatus | |
US7586661B2 (en) | Optical scanning device and image forming apparatus | |
JP2008268586A (ja) | 光走査装置及び画像形成装置 | |
JP2010002832A (ja) | 光走査装置、および画像形成装置 | |
JP4139209B2 (ja) | 光走査装置 | |
JP5896651B2 (ja) | 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 | |
JP2008026586A (ja) | 光源ユニット、光走査装置、画像形成装置及び光ピックアップ装置 | |
JP2006171117A (ja) | 走査光学系 | |
JP2008070792A (ja) | 位相型光学素子、光源ユニット、光走査装置および画像形成装置 | |
US8123368B2 (en) | Optical beam scanning device, image forming apparatus | |
JP4455308B2 (ja) | 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 | |
JP2008076506A (ja) | 光走査装置、光走査装置ユニット、画像形成装置及び多色画像形成装置 | |
JP2009168923A (ja) | 光走査装置及び画像形成装置 | |
JP5882692B2 (ja) | 光走査装置および画像形成装置 | |
JP4851426B2 (ja) | 光走査用レンズ、光走査装置、および画像形成装置 | |
JP4395293B2 (ja) | 走査光学系 | |
JP2013246200A (ja) | 導光光学系とその製造方法および光走査装置並びに画像形成装置 | |
JP2017058451A (ja) | 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 | |
JP2014035476A (ja) | 光走査装置およびカラー画像形成装置 | |
JP2014132307A (ja) | 光走査装置及びそれを用いた画像形成装置 | |
JP2010127992A (ja) | 光走査装置、画像形成装置及び多色画像形成装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100406 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120626 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120808 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130521 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130722 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140127 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5476659 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |