JP5882692B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る別の光走査装置は、複数の発光点を有する光源手段と、前記複数の発光点から出射する複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記結像光学系は、プラスティックレンズを備え、前記複数の光束の主光線の夫々は、副走査断面内において、前記プラスティックレンズの主走査方向における中央領域又は端部領域のいずれか一方に入射するとき、前記プラスティックレンズの入射面の位置又は該入射面よりも前記偏向手段側の位置で互いに交差し、他方に入射するとき、前記プラスティックレンズの出射面の位置又は該出射面よりも前記被走査面側の位置で互いに交差しており、前記複数の光束の主光線の夫々が前記中央領域に入射するときの交差位置と前記プラスティックレンズとの光軸方向における距離をL s 、前記プラスティックレンズの副走査断面内における焦点距離をf s2 、とするとき、
|L s |<0.3×f s2
なる条件を満たすことを特徴とする。
また、本発明に係る別の光走査装置は、複数の発光点を有する光源手段と、前記複数の発光点から出射する複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記結像光学系は、プラスティックレンズと、前記偏向手段と前記プラスティックレンズとの間に配置されるガラスレンズと、を備え、前記複数の光束の主光線の夫々は、副走査断面内において、前記プラスティックレンズの主走査方向における中央領域又は端部領域のいずれか一方に入射するとき、前記プラスティックレンズの入射面の位置又は該入射面よりも前記偏向手段側の位置で互いに交差し、他方に入射するとき、前記プラスティックレンズの出射面の位置又は該出射面よりも前記被走査面側の位置で互いに交差することを特徴とする。
また、本発明に係る別の光走査装置は、複数の発光点を有する光源手段と、前記複数の発光点から出射する複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、前記複数の発光点は、主走査方向及び副走査方向において互いに離間し、かつ一次元に配列されており、前記結像光学系は、プラスティックレンズを備え、前記複数の光束の主光線の夫々は、副走査断面内において、前記プラスティックレンズの主走査方向における中央領域又は端部領域のいずれか一方に入射するとき、前記プラスティックレンズの入射面の位置又は該入射面よりも前記偏向手段側の位置で互いに交差し、他方に入射するとき、前記プラスティックレンズの出射面の位置又は該出射面よりも前記被走査面側の位置で互いに交差することを特徴とする。
(画像形成装置)
図2は、本発明の実施形態に係る光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の副走査方向の要部断面図である。60はカラー画像形成装置、11、12、13、14は光走査装置、21、22、23、24は各々像担持体としての感光体ドラムである。ここで、光走査装置11、12、13、14は、偏向手段として単一のポリゴンミラーを用い、互いに隣接する異なる偏向面(ミラー面)に、上方側および下方側より斜入射させて反射した夫々の光を夫々の感光体ドラムに導く構成を採るものとする。
図1(a)は本実施形態に係る光走査装置の主走査方向要部断面図(主走査断面図)、図1(b)、図1(c)は副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。なお、以下の説明において、主走査方向とは、回転多面鏡の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向(回転多面鏡で光束が反射偏向(偏向走査)される方向)である。副走査方向とは、回転多面鏡の回転軸と平行な方向である。また、主走査断面とは、主走査方向と結像光学系の光軸を含む平面である。また副走査断面とは、結像光学系の光軸を含み主走査断面と垂直な断面である。
では主走査方向の形状を光軸に対し、対称に構成している、つまり走査開始側と走査終了
側の非球面係数を一致させている。
r3、r4面の副走査方向関数
Yのプラス側とマイナス側で係数が異なる場合は、サフィックスsは走査開始側、eは走査終了側を表している。また、副走査方向の曲率半径とは主走査方向の形状(母線)に直交する断面内における曲率半径である。
本実施形態は、以下の設計観点が考慮されている。
本実施形態は、主に主走査方向にパワーを有するレンズをガラス製とし、温度が変化した場合の主走査方向の印字位置ずれとピントずれを低減している。図6に本実施形態の主走査方向のピント位置(図6(a))と15℃昇温した場合の主走査ピントずれ(図6(b)と印字位置ずれ(図6(c))を示す。15℃昇温した場合の主走査方向のピント位置ずれ0.1mm以下、印字位置ずれは32μm以下である。これは主走査方向に主たるパワーを有する光学系をガラス製にしたためである。
本実施形態では、プラスティックレンズの子線曲率(副走査曲率)を主走査方向に連続的に変化させる面を2面有し、副走査方向のピント位置とマルチビームの副走査ピッチ間隔一定を両立させている。また、副走査方向の曲率半径を、走査開始側と走査終了側で非対称に変化させることにより、偏向点の非対称性(サグ)によるピントとピッチ間隔の非対称性を補正している。本実施形態では、ピッチ間隔誤差の大きい走査系を用いると画像上での視認性の高い濃度ムラが発生するため、ピッチ間隔誤差は5μm以下、好ましくは1μm以下としている。
本実施形態は、以下の問題を解決するために、主走査方向の光束幅を制限する絞りと異なる位置に副走査絞りを配置し、マルチビームの副走査方向の主光線交差位置(副走査射出瞳位置)をプラスティックレンズ付近になるよう構成している。
2)光線通過位置が副走査にずれた場合の副走査ピッチ間隔ずれ
3)感光体ドラムと結像光学系の光軸方向位置ずれによる副走査ピッチ間隔ずれ
仮に、プラスティックレンズから光軸方向に大きく離間した位置で光線が副走査方向に交差した場合、上記1)の問題として、ビームごとに副走査方向のスポット径が異なってしまい、画像に周期的な濃度ムラが発生する。これは、ガラスレンズに比べプラスティックレンズの複屈折量が大きいためである。
偏向手段であるポリゴンミラーは、ポリゴン面の加工誤差や組み立て誤差によって、反射面の副走査方向の角度が所望の値からずれる、所謂面倒れと呼ばれる誤差を有している。図5(a)に示すように、一般的な光走査装置は、副走査方向の結像位置(近軸像面=ガウス像面)が被走査面とほぼ一致するように設計されている。即ち、fθレンズの副走査方向の結像関係は、偏向面近傍に線上に結像している焦線と、被走査面が共役になるような構成になっている。
図4(a)に、fθレンズ20a、20bの主走査方向における光軸近傍(像高ゼロ)における、32個の発光点の最も端部側のLD1とLD32の主光線通過位置を示す。また、図4(b)は、fθレンズ20a、20bの主走査方向における軸外(Y=170mm像高)でのLD1とLD32の主光線通過位置を示す。ここで図4(a)および図4(b)は、図1(c)におけるLD1とLD32の副走査方向位置と対応している。なお、図4における主光線通過位置ゼロは、fθレンズの光軸を示している。
2)結像光学系の内、少なくとも二面の副走査方向の曲率を主走査方向に変化させること
3)マルチビームのそれぞれの光束の主光線が、プラスティックのfθレンズ20b付近で副走査方向に交差するように、入射光学系の第1絞り2が設定されること
これにより、1)の手段により主走査方向の結像性能劣化を低減し、2)の手段によりマルチビームの副走査方向の間隔を一定とし、3)の手段により副走査方向のスポット径のばらつきを低減し、環境性能と高速、高精細化を両立できる。
本実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、fθレンズ20の構成である。その他の構成、及び光学的作用は第1の実施形態と同様であり、これにより同様な効果を得ている。表2に本実施形態の設計パラメータを示す。
本実施形態は、結像光学系がプラスティック製のfθレンズ1枚で構成される点を除き、第1の実施形態と同様である。本実施形態の主走査断面図を図12に示す。また、表3に本実施例の数値パラメータを示す。
本実施形態において、fθレンズ6の形状は、光軸との交点を原点とし、以下の関数で表せる。ここで、光軸をX軸、主走査面内においては、実施例1と同様の関数で表される。具体的には、光軸と直交する方向をY軸、副走査面内で光軸と直交する方向をZ軸とする。
では出射面側の主走査方向の形状を光軸に対し非対称に構成している、つまり走査開始側と走査終了側の非球面係数を異ならせている。
副走査方向の形状は、実施例1と異なり、以下の関数を用い、副走査断面内の曲率半径のをレンズ有効部内で連続的に変化させ、かつ、曲率半径の符号を反転させている。
Yのプラス側とマイナス側で係数が異なる場合は、サフィックスsは走査開始側、eは走査終了側を表している。また、副走査方向の曲率半径とは主走査方向の形状(母線)に直交する断面内における曲率半径である。また、入射光学系のコリメータレンズ3の出射面の形状をアナモフィック形状とし、主走査方向は弱収束光、副走査方向は、偏向面10a近傍に焦線を結させている。さらに、入射面は、以下の光路差関数で表される回折面を有する構成としている。
上述した実施形態では、2枚レンズで構成する結像光学系を、一方は1枚のガラスレンズ、他方は1枚のプラスティックレンズで構成したが、ガラスレンズをプラスティックレンズに替えて2枚のプラスティックレンズで構成しても良い。この場合、偏向手段(ポリゴンミラー)から遠い側のプラスティックレンズに関し、第1の実施形態で述べたような副走査方向における主光線の交差を行うようにすれば良い。
副走査方向の交差位置をプラスティックレンズの主走査方向における中央側光束通過領域でプラスティックレンズに対して光軸方向で後方位置、端部側光束通過領域でプラスティックレンズに対して光軸方向で前方位置としたが、前方、後方を逆にしても良い。
上述した実施形態では、光源手段1は、主走査方向から傾いた状態で32ビームが少なくとも副走査方向に一次元に配列されていたが、主走査方向と直交するように副走査方向に一次元に配列されても良い。また発光点の数は、32個に限定されず、任意の複数であれば良い。
Claims (17)
- 複数の発光点を有する光源手段と、前記複数の発光点から出射する複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、
前記光源手段と前記偏向手段との間に、前記光源手段から出射する光束の副走査方向における幅を制限する第1の絞りと、該第1の絞りを通過した光束を平行光束に変換するコリメータレンズと、を有し、
前記結像光学系は、プラスティックレンズを備え、
前記複数の光束の主光線の夫々は、副走査断面内において、前記プラスティックレンズの主走査方向における中央領域又は端部領域のいずれか一方に入射するとき、前記プラスティックレンズの入射面の位置又は該入射面よりも前記偏向手段側の位置で互いに交差し、他方に入射するとき、前記プラスティックレンズの出射面の位置又は該出射面よりも前記被走査面側の位置で互いに交差することを特徴とする光走査装置。 - 前記複数の光束の主光線の夫々が前記中央領域に入射するときの交差位置と前記プラスティックレンズとの光軸方向における距離をLs、前記プラスティックレンズの副走査断面内における焦点距離をfs2、とするとき、
|Ls|<0.3×fs2
なる条件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。 - 前記結像光学系は、前記偏向手段と前記プラスティックレンズとの間に配置されるガラスレンズを備え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。
- 前記ガラスレンズの主走査断面内でのパワーをΦG、前記結像光学系の全系の主走査断面内でのパワーをΦall、とするとき、
0.6<ΦG/Φall<1なる条件を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光走査装置。 - 前記結像光学系は、前記偏向手段と前記プラスティックレンズとの間に配置される他のプラスティックレンズを備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光走査装置。
- 前記結像光学系は、前記プラスティックレンズのみで構成され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。
- 前記入射面及び前記出射面の少なくとも一方は、副走査断面内において非円弧形状であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光走査装置
- 前記入射面及び前記出射面の副走査断面内での曲率は、主走査方向に変化していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光走査装置
- 副走査断面内において、前記複数の光束の主光線の夫々が前記中央領域に入射するときの交差位置は、前記出射面の位置又は前記出射面よりも前記被走査面側の位置であり、前記複数の光束の主光線の夫々が前記端部領域に入射するときの交差位置は、前記入射面の位置又は前記入射面よりも前記偏向手段側の位置であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光走査装置。
- 前記偏向面に入射する光束の主走査方向における幅を制限する第2の絞りを有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光走査装置。
- 前記光源手段は面発光レーザーであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光走査装置。
- 複数の発光点を有する光源手段と、前記複数の発光点から出射する複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、
前記結像光学系は、プラスティックレンズを備え、
前記複数の光束の主光線の夫々は、副走査断面内において、前記プラスティックレンズの主走査方向における中央領域又は端部領域のいずれか一方に入射するとき、前記プラスティックレンズの入射面の位置又は該入射面よりも前記偏向手段側の位置で互いに交差し、他方に入射するとき、前記プラスティックレンズの出射面の位置又は該出射面よりも前記被走査面側の位置で互いに交差しており、
前記複数の光束の主光線の夫々が前記中央領域に入射するときの交差位置と前記プラスティックレンズとの光軸方向における距離をL s 、前記プラスティックレンズの副走査断面内における焦点距離をf s2 、とするとき、
|L s |<0.3×f s2
なる条件を満たすことを特徴とする光走査装置。 - 複数の発光点を有する光源手段と、前記複数の発光点から出射する複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、
前記結像光学系は、プラスティックレンズと、前記偏向手段と前記プラスティックレンズとの間に配置されるガラスレンズと、を備え、
前記複数の光束の主光線の夫々は、副走査断面内において、前記プラスティックレンズの主走査方向における中央領域又は端部領域のいずれか一方に入射するとき、前記プラスティックレンズの入射面の位置又は該入射面よりも前記偏向手段側の位置で互いに交差し、他方に入射するとき、前記プラスティックレンズの出射面の位置又は該出射面よりも前記被走査面側の位置で互いに交差することを特徴とする光走査装置。 - 前記ガラスレンズの主走査断面内でのパワーをΦG、前記結像光学系の全系の主走査断面内でのパワーをΦall、とするとき、
0.6<ΦG/Φall<1なる条件を満たすことを特徴とする請求項13に記載の光走査装置。 - 複数の発光点を有する光源手段と、前記複数の発光点から出射する複数の光束を偏向して被走査面を主走査方向に光走査する偏向手段と、該偏向手段により偏向された前記複数の光束を前記被走査面に集光する結像光学系と、を有する光走査装置であって、
前記複数の発光点は、主走査方向及び副走査方向において互いに離間し、かつ一次元に配列されており、
前記結像光学系は、プラスティックレンズを備え、
前記複数の光束の主光線の夫々は、副走査断面内において、前記プラスティックレンズの主走査方向における中央領域又は端部領域のいずれか一方に入射するとき、前記プラスティックレンズの入射面の位置又は該入射面よりも前記偏向手段側の位置で互いに交差し、他方に入射するとき、前記プラスティックレンズの出射面の位置又は該出射面よりも前記被走査面側の位置で互いに交差することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光走査装置と、該光走査装置により形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光走査装置と、外部機器から出力されたコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力するプリンタコントローラと、を備えることを特徴とする画像形成装置。
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