JP6212528B2 - 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、レーザービームプリンタ、デジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に好適である。
近年、各色に対応して設けられた複数の光源から射出された複数の光束を、単一の回転多面鏡により偏向し、各光束に対応して設けられた複数の結像光学系を用いて、各感光ドラムを走査する光走査装置を備えたタンデム型のカラー画像形成装置が実用化されている。
上記のような光走査装置を用いる場合、ある色に対応する感光ドラムを走査するための第1の結像光学系に含まれる結像レンズの表面等で反射されたフレア光が、別の色に対応する感光ドラムを走査するための第2の結像光学系へ入射してしまうことがある。それにより、本来走査したい感光ドラムとは異なる感光ドラムを走査していまい、スジや濃度ムラといった画像不良を招くという問題が生じてしまう。
そのような問題を解決するためには、結像レンズの表面に反射防止膜を蒸着することが考えられる。しかしながら、それにより反射フレア光の低減は可能であるが、近年では、光走査装置の軽量化やコストダウンのために、結像レンズとしてプラスチックレンズが多用されており、そのようなプラスチック結像レンズの表面に反射防止膜を蒸着することは困難である。
そこで特許文献1は、ハウジングに反射フレア光を遮光する遮光部材を設けることによって、ある色に対応する感光ドラムを走査するための第1の結像光学系によって反射されたフレア光が、別の色に対応する感光ドラムへの到達を防止する光走査装置を開示している。
しかしながら、特許文献1に開示されている光走査装置では、結像レンズ等が所望の位置からずれて組み付けられた場合に、反射フレア光の光路が変化し、遮光部材を通過してしまう懸念がある。これを防止するためには、遮光部材の開口部を可能な限り狭めることが考えられるが、その場合、本来の感光ドラムを走査するための実光束をも遮光してしまう虞がある。
また、特許文献2は、遮光部材とフレア光を発生させる結像レンズの光学面との間に正の屈折力を有する結像光学素子を配置している光走査装置を開示している。それにより、遮光部材に到達する反射フレア光を収束光束とし、結像レンズ等の組付誤差による遮光部材上での反射フレア光の通過位置の変化を低減している。
しかしながら、一つの結像光学系に着目した場合、正の屈折力を有する2つの結像光学素子が設けられているため、その結像光学系の副走査倍率は高くなる。結果として、結像レンズ等の組付誤差による結像性能の劣化がより悪化する懸念が生じる。
特開2005−4050号公報 特開2009−192680号公報
そこで本発明は、第1の結像光学系の第1の光学素子の組付誤差等による位置の変化があっても、該第1の光学素子によって反射されたフレア光が第2の結像光学系に入射することを防止することができる光走査装置を提供する。
本発明に係る光走査装置は、第1及び第2の偏向面により光束を偏向して第1及び第2の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、第1及び第2の偏向面により偏向される光束を第1及び第2の被走査面に導光する第1及び第2の結像光学系と、副走査断面内において第1の偏向面に光束を斜入射させる入射光学系と、を備え、第1の結像光学系は、光軸を含む副走査断面内における入射面の曲率半径の絶対値が出射面の曲率半径の絶対値よりも小さい第1の光学素子を有し、第1の光学素子の入射面は、光軸を含む副走査断面内において、該入射面に入射する光束を、偏向器を含む主走査断面から離れる方向に反射させることを特徴とする。
本発明によれば、第1の結像光学系の第1の光学素子の組付誤差等による位置の変化があっても、該第1の光学素子によって反射されたフレア光が第2の結像光学系に入射することを防止することができる。
第一実施形態に係る光走査装置の主走査断面図。 第一実施形態に係る光走査装置の結像光学系の副走査断面図。 第一実施形態に係る光走査装置の結像光学系の一部の副走査断面図。 (a)比較例1における第二結像レンズの副走査断面図、(b)比較例2における第二結像レンズの副走査断面図。 第一実施形態に係る光走査装置の第二結像レンズにおいて、第二結像レンズに入射する光束の副走査方向の面頂点からの入射高さの変化Δz、及び光束の入射高さが変化したことによる、光束の入射位置における第二結像レンズの光学面の法線角度の変化Δφを示した図。 第二結像レンズが0.7mmだけ副走査方向下方へシフトした時の、第一実施形態に係る光走査装置の結像光学系の一部の副走査断面図。 第二実施形態に係る光走査装置の結像光学系の一部の副走査断面図。 第二結像レンズが0.7mmだけ副走査方向下方へシフトした時の、第二実施形態に係る光走査装置の結像光学系の一部の副走査断面図。 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模式的要部副走査断面図。
以下、本発明の実施形態に係る光走査装置について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本発明を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
なお、以下の説明において、主走査方向は、偏向器の回転軸及び結像光学系の光軸に垂直な方向に対応し、副走査方向は、偏向器の回転軸に平行な方向に対応する。また、主走査断面は、副走査方向に垂直な断面に対応し、副走査断面は、主走査方向に垂直な断面に対応する。
[第一実施形態]
図1は、第一実施形態に係る光走査装置100の主走査断面図を示している。図2は、第一実施形態に係る光走査装置100の結像光学系の副走査断面図を示している。ただし、図1では、折り返しミラーM1、M2、M3、M´1、M´2、M´3による光路の折り返しを展開しており、また、各折り返しミラーを省略していることに注意されたい。
光走査装置100は、光源1A、1B、1C、1D、カップリングレンズ2A、2B、2C、2D、シリンドリカルレンズ3A、3B、3C、3D、副走査絞り41及び主走査絞り42を備えている。また、光走査装置100は、偏向器5、第一結像レンズ61、62、第二結像レンズ(第1の光学素子)7A、7B、7C、7D、防塵ガラス9A、9B、9C、9D、及び折り返しミラーM1、M2、M3、M´1、M´2、M´3を備えている。
なお、本実施形態では、光源1A乃至1D、カップリングレンズ2A乃至2D、シリンドリカルレンズ3A乃至3D、副走査絞り41及び主走査絞り42によって、入射光学系が構成される。
また、本実施形態では、第一結像レンズ61、62、第二結像レンズ7A乃至7D、防塵ガラス9A乃至9D、及び折り返しミラーM1乃至M´3によって、結像光学系が構成される。
光源1A及び1Bはそれぞれ、出射した光束と主走査断面とがなす角が所定の角度−2.7°及び+2.7°となるように配置される。以後、この態様を、偏向器5の第一反射面51に対して所定の角度−2.7°及び+2.7°で斜入射する、と記載する(副走査斜入射光学系)。
同様に、光源1C及び1Dはそれぞれ、出射した光束と主走査平面とがなす角が所定の角度+2.7°及び−2.7°となるように配置される。以後、この態様を、偏向器5の第二反射面52に対して所定の角度+2.7°及び−2.7°で斜入射する、と記載する。
副走査絞り41には、各光源に対応した4つの開口が設けられている。また、主走査絞り42には、光源1A、1Bに対応した1つの開口、及び光源1C、1Dに対応した1つの開口の、計2つの開口が設けられている。
なお、本実施形態では、カップリングレンズ2A乃至2D及びシリンドリカルレンズ3A乃至3Dの2種類の光学素子を用いている。しかしながら、これに限らず、主走査方向と副走査方向とで異なるパワーを有するアナモフィックコリメータレンズ等の1種類の光学素子を用いても構わない。
図1に示されているように、光源1A及び1Bから出射した光束はそれぞれ、カップリングレンズ2A及び2Bにより略平行光束に変換された後、シリンドリカルレンズ3A及び3Bに入射し、副走査方向にのみ屈折される。なお、ここで、略平行光束とは、弱発散光束、弱収束光束及び平行光束を含むものとする。
そして、シリンドリカルレンズ3A及び3Bを通過した光束は、副走査絞り41により副走査方向に沿って光束形状(副走査方向の光束の幅)が規制され、主走査絞り42により主走査方向に沿って光束形状(主走査方向の光束の幅)が規制される。そして、規制された光束は、偏向器の第一反射面(第1の偏向面)51上に、副走査方向にのみ集光され、主走査方向に長い線像として結像される。
同様に、図1に示されているように、光源1C及び1Dから出射した光束はそれぞれ、カップリングレンズ2C及び2Dにより略平行光束に変換された後、シリンドリカルレンズ3C及び3Dに入射し、副走査方向にのみ屈折される。
そして、シリンドリカルレンズ3C及び3Dを通過した光束は、副走査絞り41により副走査方向に沿って光束形状(副走査方向の光束幅)が規制され、主走査絞り42により主走査方向に沿って光束形状(主走査方向の光束幅)が規制される。そして、規制された光束は、偏向器の第二反射面(第2の偏向面)52上に、副走査方向にのみ集光され、主走査方向に長い線像として結像される。
そして、光源1Aから出射し、第一反射面51により反射偏向された光束RAは、図2に示されるように、第一結像レンズ61、第二結像レンズ7A、折り返しミラーM1及び防塵ガラス9Aを介して、被走査面8A上に光スポットとして結像される(導光される)。
同様に、光源1Bから出射し、第一反射面51により反射偏向された光束RBは、第一結像レンズ61、折り返しミラーM2、第二結像レンズ7B、折り返しミラーM3及び防塵ガラス9Bを介して、被走査面8B上に光スポットとして結像される(導光される)。
偏向器5が、不図示のモータにより図中矢印方向へ回転することで、被走査面8A及び8B上を光スポットが7a方向へ走査し、静電潜像が形成される。
また、光源1Cから出射し、第二反射面52により反射偏向された光束RCは、第一結像レンズ62、折り返しミラーM´2、第二結像レンズ7C、折り返しミラーM´3及び防塵ガラス9Cを介して、被走査面8C上に光スポットとして結像される(導光される)。
同様に、光源1Dから出射し、第二反射面52により反射偏向された光束RDは、第一結像レンズ62、第二結像レンズ7D、折り返しミラーM´1及び防塵ガラス9Dを介して、被走査面8D上に光スポットとして結像される(導光される)。
偏向器5が、不図示のモータにより図中矢印方向へ回転することで、被走査面8C及び8D上を光スポットが7b方向へ走査し、静電潜像が形成される。
なお、本実施形態に係る光走査装置100をタンデム型のカラー画像形成装置に用いる場合には、4つの被走査面8A、8B、8C及び8Dの位置にそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの異なる4色用の感光ドラムが配置されることになる。
第一結像レンズ61及び62はそれぞれ、光束RA、RB及び光束RC、RDが通過するように、偏向器5を挟んで対称に配置されている。
また、各光路に個別に配置された第二結像レンズ7A乃至7Dのうち、第二結像レンズ7A及び7Bは、同一の形状からなり、互いに光路に対して副走査方向に反転して配置されている。同様に、第二結像レンズ7C及び7Dは、同一の形状からなり、互いに光路に対して副走査方向に反転して配置されている。
なお、図1に示されているように、被走査面8A及び8Bに光束を集光する結像光学系と被走査面8C及び8Dに光束を集光する結像光学系とで、座標系の定義が異なることに注意されたい。
次に、本実施形態に係る光走査装置100が備える各光学系の諸特性を表1に示す。なお、ここで、「E±x」は、「10±x」を示している。また、特に表記していない係数については、全て0である。
Figure 0006212528
第一結像レンズ61及び62、第二結像レンズ7A乃至7Dの各光学面においては、母線形状(主走査断面内の形状)は、以下の式(1)で表される。
Figure 0006212528
なお、式(1)では、各光学面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をX軸、主走査方向において光軸と直交する軸をY軸、副走査方向において光軸と直交する軸をZ軸としている。
また、Rは曲率半径、Kは離心率、B4、B6、B8、B10及びB12は4次、6次、8次、10次及び12次の母線の非球面係数である。
また、第一結像レンズ61及び62、第二結像レンズ7A乃至7Dの各光学面の子線形状(副走査断面内の形状)は、以下の式(2)で表される。
Figure 0006212528
ここで、子線曲率半径r´は、光軸上(Y=0)における子線の曲率半径rに対して主走査方向の位置Yに従って変化しており、D1乃至D13は子線曲率半径r´の変化係数である。
式(2)において、ΣGmnmは、n次の子線の非球面係数である。従って、子線の非球面係数は、mが0でない項を含む場合は、主走査方向の位置Yに従って変化することとなる。本実施形態においては、結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面は、Zの1次の非球面項を有している。すなわち、結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面は、副走査斜入射光学系であるために生じる波面収差劣化及び走査線の曲りを補正するために、主走査方向の位置Yに従って各レンズ面の副走査方向のチルト量が変化するチルト変化面となっている。
なお、結像レンズ7A乃至7Dの光軸上における副走査方向のチルト角は、入射面で1.8度、出射面で−3.2度となっている。
本実施形態においては、結像レンズ7A乃至7Dは、入射光束が形状定義の原点近傍を通過するように副走査方向に4.64mm偏芯して配置されている。結像レンズ7A乃至7Dは、上述のように、光軸上においても副走査方向にチルト角を有するため、形状定義の原点と面頂点(最も光軸方向に突出した点)とは一致していない。
なお、上述のように、第二結像レンズ7A及び7Bは、同一の形状からなり、互いに光路に対して副走査方向に反転して配置されており、同様に、第二結像レンズ7C及び7Dは、同一の形状からなり、互いに光路に対して副走査方向に反転して配置されている。
また、本実施形態において、第一結像レンズ61及び62、第二結像レンズ7A乃至7Dは、全てプラスチックモールドレンズである。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態の光走査装置100では、偏向器5を挟んで両側に結像光学系を配置し、同一の偏向器5の異なる反射面(第一反射面51及び第二反射面52)により複数の感光ドラムが走査される。そのような光走査装置では、一方の結像光学系の結像レンズの光学面によって反射されたフレア光が、他方の結像光学系に入射してしまう場合があり、その際、本来走査すべきでない感光ドラムへフレア光が到達することで画像不良が引き起こされてしまう。
そこで、本実施形態に係る光走査装置100では、第一結像レンズ61及び62は、表1にあるように、各光学面(すなわち、入射面及び出射面)が偏向器5側に凸になるように構成されている。それにより、第一結像レンズ61及び62の各光学面によって反射されたフレア光が、偏向器5の副走査方向の上方及び/又は下方を通過するようになり、偏向器5を挟んで配置された、互いに他方の結像光学系に入射しないように構成されている。
図3(a)及び(b)は、第一実施形態に係る光走査装置100の結像光学系の一部の副走査断面図を示している。
図3(a)及び(b)に示されているように、本実施形態に係る光走査装置100では、例えば、第二結像レンズ7Dは、入射面及び出射面によって反射されたフレア光がそれぞれ、偏向器5の副走査方向上方及び下方へ向かうように構成されている。それにより、偏向器5を挟んで逆側(すなわち、第一結像レンズ61側)の結像光学系に、第二結像レンズ7Dによって反射されたフレア光が入射しないように構成されている。
なお、第二結像レンズ7A、7B及び7Cについても、上記の第二結像レンズ7Dと同様に構成されている。
第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されるフレア光の進行方向は、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面の副走査方向のチルト角によって変更可能である。
例えば、比較例1として、入射面をよりプラス方向、出射面をよりマイナス方向へチルトさせる場合を考える。すなわち、入射面と出射面のチルト角の相対差が大きくなる場合である。ここで、チルト角の正負に関しては、レンズの入射面が、副走査断面内において、レンズを通過する光束の進行方向に沿って、出射面に近接するようにチルトしている場合を正(プラス)としている。
図4(a)は、比較例1における、第二結像レンズ7Dの副走査断面図を示している。
図4(a)に示されているように、比較例1のように、入射面と出射面のチルト角の相対差が大きくなると、第二結像レンズ7Dの副走査方向に沿った形状非対称性が大きくなる。具体的には、副走査方向上端における肉厚Duと副走査方向下端における肉厚Dlの差が大きくなる。
この肉厚差が大きくなると、肉厚の薄い側と厚い側とで冷却時間の差が大きくなるために、成形安定性が悪化する懸念がある。
そのため、入射面及び出射面の光軸上における副走査方向のチルト角の間の差の絶対値は、6度以下にするのが好ましい。
なお、本実施形態に係る光走査装置100では、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面の副走査方向に沿った幅は10mm程度である。
従って、入射面と出射面の光軸上における副走査方向のチルト角の相対差を6度以下とすることで、副走査両端部における肉厚差を1mm程度に抑えることができ、成形安定性への悪影響を小さくすることができる。
次に、比較例2として、入射面及び出射面の光軸上における副走査方向のチルト角が、共にプラスである場合を考える。
この場合、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面それぞれによって反射されたフレア光が共に、偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系に入射しないように、偏向器5の副走査方向上方を通過するように、第二結像レンズ7A乃至7Dは設計される。
図4(b)は、比較例2における、第二結像レンズ7Dの副走査断面図を示している。
図4(b)に示されているように、比較例2の場合、第二結像レンズ7Dの入射面及び出射面の光軸上における副走査方向のチルト角が共にプラスである。そのため、第二結像レンズ7Dの副走査下端の肉厚の中心点(すなわち、入射面と出射面の間の距離の中点)Bに対して、第二結像レンズ7Dの副走査上端の肉厚の中心点Aが光軸方向に大きくずれることになる。
そのため、第二結像レンズ7Dが出射面側へ回転しようとする回転モーメントが生じ易くなり、第二結像レンズ7Dの姿勢が安定し難くなる。また、第二結像レンズ7Dの成形安定性にも悪影響を与える懸念がある。
これは、入射面及び出射面の光軸上における副走査方向のチルト角が、共にマイナスである場合も同様である。
上記の問題を回避するために、入射面及び出射面の光軸上における副走査方向のチルト角の絶対値はそれぞれ、8度以下にするのが好ましい。
例えば、第二結像レンズ7Dの入射面のチルト角を+8度とすると、第二結像レンズ7Dの副走査下端の肉厚の中心点Bに対する副走査上端の肉厚の中心点Aの光軸方向のずれ量が最も大きくなる第二結像レンズ7Dの出射面のチルト角は+8度である。
そのときの光軸方向のずれ量は、第二結像レンズ7Dの光学面の副走査方向に沿った幅が10mm程度であるとすると、1.4mm程度となる。すなわち、レンズ中心から肉厚の中心点A及び肉厚の中心点Bまでの光軸方向のずれ量はそれぞれ、0.7mm程度となるため、成形安定性への悪影響を小さくすることができる。
また、第二結像レンズ7A乃至7Dの中心肉厚は薄くとも4mm程度であり、すなわち、肉厚の中心点Bに対する肉厚の中心点Aの光軸方向のずれ量は、中心肉厚の半分以下であり、回転モーメントの発生も抑えることができる。
もし、カップリングレンズ2A乃至2D等の光束RA乃至RDが通過する各光学素子の位置が組付誤差等のために変化すると、光束RA乃至RDが第二結像レンズ7A乃至7Dに入射する高さが変化してしまう。そのため、第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されるフレア光の光路も変化する。また、もちろん、第二結像レンズ7A乃至7D自体の組付誤差による位置の変化によっても、反射フレア光の光路は変化する。
その結果、第二結像レンズ7A乃至7Dにおいて、反射フレア光が偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系に入射しないように、入射面及び出射面の副走査方向のチルト角を設定しても、組付誤差等の影響による位置変化によって入射してしまう可能性がある。
そこで、本実施形態においては、第二結像レンズ7A乃至7Dの各光学面の副走査断面内における曲率半径についても条件を課している。
具体的には、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値が、出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値よりも小さくなるように、第二結像レンズ7A乃至7Dを設計する。
これにより、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化があっても、第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されたフレア光が偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系に入射することを効果的に防止することができる。
以下に、各光学面の副走査断面内における曲率半径の絶対値に関する、第二結像レンズ7A乃至7Dの具体的な設計について詳細に説明する。
まず、組付誤差等による位置の変化が無い場合における、第二結像レンズ7A乃至7Dに入射する光束RA乃至RDの副走査方向の面頂点からの入射高さをZとする。そして、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等により、第二結像レンズ7A乃至7Dに入射する光束RA乃至RDの副走査方向の面頂点からの入射高さがΔzだけ変化したとする。また、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面又は出射面の副走査断面内における曲率半径をrとする。
このとき、光束RA乃至RDの入射高さが変化したことによる、光束RA乃至RDの入射位置における第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面又は出射面の法線角度の変化Δφは、以下の式(3)のように表される。
Figure 0006212528
図5は、本実施形態に係る光走査装置100の第二結像レンズ7A乃至7Dにおいて、上記の入射高さの変化Δz及び法線角度の変化Δφを具体的に示している。
通常、rは小さくても数10mmであるのに対して、Zは大きくても数mm、またΔzはZよりもさらに小さいため、式(3)は、以下の式(4)のように近似することができる。
Figure 0006212528
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されるフレア光の反射角の変化Δθは、以下の式(5)のように表すことができる。
Figure 0006212528
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dに入射する光束RA乃至RDの副走査方向の面頂点からの入射高さの変化に伴った、第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されるフレア光の光路の変化は、光学面の曲率半径rの絶対値が大きいほど小さくなる。
すなわち、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化による反射フレア光の光路変化への影響は、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面の曲率半径rの絶対値が大きいほど小さくすることができる。
しかしながら、被走査面8A乃至8D上に光束RA乃至RDをスポットとして結像させるためには、第二結像レンズ7A乃至7Dは、副走査方向に正の屈折力を有さねばならない。そのため、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面の曲率半径を大きくすることには限界がある。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面をベンディングさせることで、入射面と出射面間での曲率半径を調整することが有効である。
第二結像レンズ7A乃至7Dの各光学面の子線形状が、Zの3次や4次の項(式(2)におけるn=3、4の項)を含んでいる場合、入射面及び/又は出射面は、副走査方向に関して非円弧形状となる。
入射面及び/又は出射面が副走査方向に関して非円弧形状を有している場合には、入射面及び/又は出射面の副走査断面内における曲率半径としては、副走査断面内での形状を円弧でフィッティングした時の曲率半径を用いる。
なお、フィッティング方法としては、一般的に良く知られている最小二乗法を用いればよい。また、この時のフィッティング領域としては、光束RA乃至RDが入射面及び/又は出射面を通過するときの副走査方向の通過範囲を用いればよい。
本願発明者は、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値を出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値より小さくするように設計することで、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化があっても、逆側に配置された結像光学系への反射フレア光の影響を効果的に低減することが可能であることを見出した。
本実施形態に係る光走査装置100におけるような副走査斜入射光学系においては、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面には副走査方向に角度を有する光束RA乃至RDが入射する(斜入射する)。この斜入射の角度の大きさは、本実施形態のように第一結像レンズ61、62が副走査方向にほとんど屈折力を有していない場合には、偏向器5の反射面51、52へ入射する副走査方向の角度と略等しい。すなわち、本実施形態では、前述の通り、偏向器5の反射面51、52に対して、光束RA乃至RDは副走査方向に2.7度の角度で入射する。
一方、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面において光束RA乃至RDが副走査方向に屈折されるため、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は小さくなる。具体的には、本実施形態では、1.2度となる。
また、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面によって反射されたフレア光の偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系への入射を防ぐためには、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度を大きくする事も有効である。これは、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度が大きいほど、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面によって反射されるフレア光の反射角度も大きくなるためである。すなわち、結果として、反射フレア光の光路が、逆側に配置された結像光学系から副走査方向に大きく離間するようになるためである。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度を大きくすれば、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化によって反射フレア光の反射角度が多少変化しても、反射フレア光が逆側に配置された結像光学系に入射することを防止することができる。
また、式(5)に示したとおり、光学面の副走査断面内における曲率半径rの絶対値が小さいほど、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化による反射フレア光の光路の変化は大きくなる。
また、上記のとおり、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度の方が、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度よりも大きい。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の曲率半径rの絶対値は小さくし、その分、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面の曲率半径rの絶対値は大きくする。それにより、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化があっても、反射フレア光が逆側に配置された結像光学系に入射することを防止することができる。
具体的には、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化に伴う反射フレア光の反射角の変化の絶対値|Δθ|が偏向器5の反射面51、52への副走査方向の光線斜入射角度の絶対値|β|よりも小さくなるように、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面の曲率半径rを設定する。これにより、反射フレア光が偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系に入射することを防止することができる。
換言すると、これは、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等を考慮した上での、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面へ入射する光束の実質的な角度を0度よりも大きく維持することに相当する。
すなわち、本実施形態に係る光走査装置100は、以下の式(6)を満たすことが好ましい。
Figure 0006212528
通常、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による、第二結像レンズ7A乃至7Dに入射する光束RA乃至RDの副走査方向の面頂点からの入射高さの変化Δzは、大きくても0.7mm程度である。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値Rzは、式(5)及び式(6)より、以下の式(7)を満たすことが好ましい。
Figure 0006212528
本実施形態に係る光走査装置100では、表1に示されているように、結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径は40mmであり、出射面の副走査断面内における曲率半径は−122.3mmである。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値が出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値より小さくなるように、本実施形態に係る光走査装置100は設計されている。
また、上記の値を式(7)に代入すると、式(7)の左辺はRz=40、右辺は(360×0.7)/(π×2.7)=29.71となり、本実施形態に係る光走査装置100は、式(7)を満たしていることがわかる。
上記から、本実施形態に係る光走査装置100では、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等によって位置が変化しても、第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されるフレア光の偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系への入射を防止することができる。
上記のとおり、第一結像レンズ61、62が副走査方向にほとんど屈折力を有していない場合は、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は、偏向器5の反射面51、52への副走査方向の光線斜入射角度βと略等しい。
しかしながら、第一結像レンズ61、62が副走査方向に屈折力を有する場合には、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は、一般にはβと一致しない。
もし、第一結像レンズ61、62が副走査方向に負の屈折力を有する場合には、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度はβよりも大きくなる。そのため、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値Rzは、式(7)を満足していればよい。
しかしながら、第一結像レンズ61、62が大きい負の屈折力を有するように設計されると、第二結像レンズ7A乃至7Dの正の屈折力をさらに大きくしなければならない。第二結像レンズ7A乃至7Dの正の屈折力が大きくなり過ぎると、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化に伴って、光学性能の悪化が顕著になる。
従って、結像光学系の副走査方向の横倍率を小さくする等のために、第一結像レンズ61、62を負の屈折力を有するように設計する場合は、通常は、その負の屈折力の絶対値が、第二結像レンズ7A乃至7Dの副走査方向の屈折力の絶対値の半分以下になるようにする。そのため、やはり、Rzは、式(7)を満足していればよい。
一方で、もし、第一結像レンズ61、62が副走査方向に正の屈折力を有する場合には、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度はβよりも小さくなる。しかしながら、この場合、結像光学系の副走査方向の横倍率は大きくなってしまう。もし、結像光学系の副走査方向の横倍率が大きくなると、光学素子の組付誤差等による結像光学系へ入射する光束の変位があった際に、光学性能の悪化が顕著になる。
従って、第一結像レンズ61、62を正の屈折力を有するように設計する場合は、通常は、その正の屈折力の絶対値が、第二結像レンズ7A乃至7Dの副走査方向の屈折力の絶対値と同程度以下になるようにする。そのため、この場合も、Rzは、式(7)を満足していればよい。
上記の第一結像レンズ61、62の屈折力の絶対値と第二結像レンズ7A乃至7Dの副走査方向の屈折力の絶対値との関係が、第一結像レンズ61、62が正の屈折力を有する場合と負の屈折力を有する場合で異なるのは、第一結像レンズ61、62が正の屈折力を有すると、相対的に第二結像レンズ7A乃至7Dの屈折力を小さくすることができるためである。
図6(a)及び(b)は、第二結像レンズ7Dが0.7mmだけ副走査方向下方へシフトした時の、第一実施形態に係る光走査装置100の結像光学系の一部の副走査断面図を示している。
図6(a)及び(b)からわかるように、結像レンズ7Dが組付誤差等によって、副走査方向下方へシフトしたとしても、結像レンズ7Dによって反射されたフレア光が偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系へ入射しないことがわかる。
上記のように、本実施形態では、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値が出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値より小さくなるように、第二結像レンズ7A乃至7Dは設計されている。その場合、結果として、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面は、副走査方向に関して、偏向器5側へ凸となる。これは、第二結像レンズ7A乃至7Dは副走査方向に正の屈折力を有するためである。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面は副走査方向に正の屈折力を有することになり、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は、入射面に入射する光束RA乃至RDの角度よりも小さくなる。
また、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は、第二結像レンズ7Dより光源側に配置される各光学素子の構成によって決定される。そのため、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面の屈折力の関係にはよらない。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の曲率半径の絶対値を出射面の曲率半径の絶対値より小さくする事で、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化があっても、逆側に配置された結像光学系への反射フレア光の影響を低減できる。
ここで、本実施形態とは異なり、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の曲率半径の絶対値が出射面の曲率半径の絶対値より大きい場合を考える。この場合、第二結像レンズ7A乃至7Dは、両凸レンズ又は平凸レンズ、若しくは偏向器5側へ凹面を向けたメニスカスレンズとなる。
第二結像レンズ7A乃至7Dが両凸レンズ又は平凸レンズである場合、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査方向の屈折力は零または正であり、本実施形態よりも屈折力の絶対値は小さくなる。
そして、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は、入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度以下になる。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dが、入射面の曲率半径の絶対値が出射面の曲率半径の絶対値より大きい両凸レンズ又は平凸レンズの場合は、入射面に関しては、許容可能な組付誤差等による反射フレア光の光路変化について大きくマージンを残した状態になっている。
一方で、出射面に関しては、許容可能な組付誤差等による反射フレア光の光路変化が減少しているにもかかわらず、出射面の曲率半径の絶対値は小さく設定されている。そのため、結果として、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化により、逆側に配置された結像光学系への反射フレア光の影響が顕在化する虞がある。
一方で、第二結像レンズ7A乃至7Dが偏向器5側へ凹面を向けたメニスカスレンズである場合、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面は、副走査方向に関して負の屈折力を有する。そのため、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度は、入射面に入射する光束RA乃至RDの副走査方向の角度よりも大きくなる。
また、第二結像レンズ7A乃至7Dが正の屈折力を有するためには、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面の正の屈折力を、第二結像レンズ7A乃至7Dが両凸レンズである場合に比べて、さらに大きくしなければならない。これは、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値をさらに小さくしなければならないことを意味する。
式(5)に示されているように、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化による、第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されたフレア光の反射角の変化は、光学面の副走査断面内における曲率半径に対して反比例の関係にある。すなわち、反射フレア光の反射角の変化は、副走査断面内における曲率半径の絶対値が小さくなるにつれて、非常に大きくなる。
従って、第二結像レンズ7A乃至7Dが偏向器5側へ凹面を向けたメニスカスレンズである場合、第二結像レンズ7A乃至7Dの出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎる。そのために、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化により、逆側に配置された結像光学系への反射フレア光の影響が顕在化する虞がある。
以上のことから、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化があっても、逆側に配置された結像光学系への反射フレア光の影響を効果的に低減するためには、本実施形態のように、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値を出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値より小さくすることが好ましい。
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置100は、偏向器5を挟んで配置された二つの結像光学系を有している(両側走査光学系)。そして、一方の結像光学系の第二結像レンズ7A乃至7D(少なくとも一つの光学素子)の入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値を出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値よりも小さくするように、第二結像レンズ7A乃至7Dを設計する。それにより、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化があっても、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面で反射されたフレア光の、逆側に配置された他方の結像光学系への影響を効果的に低減することができる。
また、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値Rzが、偏向器5の反射面51、52への副走査方向の光線斜入射角度βについて式(7)を満足するように、第二結像レンズ7A乃至7Dを設計する。それにより、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化による、第二結像レンズ7A乃至7Dによって反射されたフレア光の光路変化を、許容可能な範囲に抑えることが可能である。
これまで、本発明を上記の第一実施形態を用いて説明したが、本発明はこの第一実施形態に限るものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、第一実施形態に係る光走査装置100は、単一の偏向器5によって4つの被走査面8A乃至8Dを走査する構成とした。しかしながら、本発明の光走査装置は、二つの結像光学系が偏向器を挟んで互いに両側に配置されていればよく、2つ又は3つの被走査面を走査する構成であっても構わない。
また、本発明の光走査装置は、6枚の結像レンズを有している必要は無く、2枚又は4枚の結像レンズを有している構成でも構わない。その際には、光学面によって反射されるフレア光の影響を考慮すべき結像レンズの入射面及び/又は出射面に対して、本発明の構成を適用すればよい。
また、第一実施形態に係る光走査装置100は、個別の第二結像レンズ7A乃至7Dを有している構成としたが、第二結像レンズが副走査方向上下で異なる光学面を有するように、副走査方向に一体的に連結した多段レンズであっても構わない。
また、偏向器5の反射面51、52への副走査方向の光線斜入射角度βについても、適宜変更が可能である。例えば、第一実施形態に係る光走査装置100では、角度βは2.7度であるが、これに限らず、2度以上であればよい。
[第二実施形態]
図7(a)及び(b)は、本発明の第二実施形態に係る光走査装置の200の結像光学系の一部の副走査断面図を示している。
なお、第二実施形態に係る光走査装置200に関して、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符番を付している。
また、第二実施形態に係る光走査装置200が備える各光学系の諸特性を表2に示す。なお、ここで、「E±x」は、「10±x」を示している。また、特に表記していない係数については、全て0である。
Figure 0006212528
なお、第二実施形態に係る光走査装置200が備える各光学部材の表現式は、第一実施形態と同様である。
また、子線曲率半径r´の変化係数D1乃至D14に関して、主走査方向Yのプラス側(反光源側、図1の上側)とマイナス側(光源側、図1の下側)とで係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字uを付し、マイナス側の係数には添字lを付している。
本実施形態に係る光走査装置200では、第二結像レンズ7A乃至7Dは、副走査方向に4.8mmだけ偏芯して配置されている。
表2に示されているように、本実施形態の第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径は35mm、出射面の副走査断面内における曲率半径は−211.2mmである。
従って、本実施形態においても、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値が出射面の副走査断面内における曲率半径の絶対値よりも小さくなるように、第二結像レンズ7A乃至7Dは設計されている。
また、本実施形態に係る光走査装置200では、偏向器5の反射面51、52への副走査方向の光線斜入射角度は2.5度である。
従って、上記の値を式(7)に代入すると、式(7)の左辺はRz=35、右辺は(360×0.7)/(π×2.5)=32.1となり、本実施形態に係る光走査装置200は、式(7)を満たしていることがわかる。
以上のことから、本実施形態に係る光走査装置200においても、第一実施形態と同様に、第二結像レンズ7A乃至7Dの組付誤差等による位置の変化があっても、第二結像レンズ7A乃至7Dの光学面で反射されたフレア光の、逆側に配置された他方の結像光学系への影響を効果的に低減することができる。
図8(a)及び(b)は、第二結像レンズ7Dが0.7mmだけ副走査方向下方へシフトした時の、第二実施形態に係る光走査装置200の結像光学系の一部の副走査断面図を示している。
図8(a)及び(b)からわかるように、結像レンズ7Dが組付誤差等によって、副走査方向下方へシフトしたとしても、結像レンズ7Dによって反射されたフレア光が偏向器5を挟んで逆側に配置された結像光学系へ入射しないことがわかる。
また、表2からわかるように、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面それぞれの光軸上における副走査方向のチルト角は、2.2度及び−2.8度である。
従って第二実施形態においても、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面と出射面の光軸上における副走査方向のチルト角の相対差は6度以下であり、第二結像レンズ7A乃至7Dの入射面及び出射面の光軸上における副走査方向のチルト角の絶対値は8度以下である。
図9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60の模式的要部副走査断面図を示している。
カラー画像形成装置60は、光走査装置11、像担持体(感光体)としての感光ドラム21、22、23、24、現像器31、32、33、34、及び搬送ベルト151を備えている。
カラー画像形成装置60には、パーソナルコンピュータ等の外部機器152からR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が出力される。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ53によって、入力したコードデータがY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換される。これらの画像データは、光走査装置11に入力される。
そして、光走査装置11からは、各画像データに応じて変調された光ビーム141、142、143、144が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム21乃至24の感光面が主走査方向に走査される。
カラー画像形成装置60では、光走査装置11により4本のビームを走査するが、各々のビームがY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各色に対応している。そして、各ビームによって、各々並行して設けられる感光ドラム21乃至24の各感光面上に、画像信号(画像情報)に対応した静電潜像が形成される。そして、形成された静電潜像が現像器31乃至34により各々現像され、トナー像が形成される。その後、不図示の転写器により、トナー像が被転写材である被記録材に多重転写され、定着器57により、多重転写されたトナー像が被転写材に定着され、被記録材に1枚のフルカラー画像が形成される。
外部機器152としては、例えばCCDセンサーを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置60とで、カラーデジタル複写機が構成される。
なお、カラー画像形成装置60では、単一の光走査装置11によって4つの感光ドラム21乃至24を走査しているが、本発明の実施形態に係る二つの光走査装置によって、2つずつの感光ドラムを走査する構成にしても構わない。
1A、1B、1C、1D 光源(入射光学系)
2A、2B、2C、2D カップリングレンズ(入射光学系)
3A、3B、3C、3D シリンドリカルレンズ(入射光学系)
5 偏向器
41 副走査絞り(入射光学系)
42 主走査絞り(入射光学系)
51 第一の偏向面
52 第二の偏向面
61、62 第一結像レンズ(結像光学系)
7A、7B、7C、7D 第二結像レンズ(結像光学系、第一の光学素子)
8A、8B、8C、8D 被走査面
9A、9B、9C、9D 防塵ガラス(結像光学系)
M1、M2、M3、M´1、M´2、M´3 折り返しミラー(結像光学系)

Claims (15)

  1. 第1及び第2の偏向面により光束を偏向して第1及び第2の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、
    前記第1及び第2の偏向面により偏向される光束を前記第1及び第2の被走査面に導光する第1及び第2の結像光学系と、
    副走査断面内において前記第1の偏向面に光束を斜入射させる入射光学系とを備え、
    前記第1の結像光学系は、光軸を含む副走査断面内における入射面の曲率半径の絶対値が出射面の曲率半径の絶対値よりも小さい第1の光学素子を有し、
    前記第1の光学素子の入射面は、光軸を含む副走査断面内において、該入射面に入射する光束を、前記偏向器を含む主走査断面から離れる方向に反射させることを特徴とする光走査装置。
  2. 前記第1の光学素子の入射面及び出射面は、副走査断面内において正の屈折力を有することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 副走査断面内において、前記第1の偏向面に対する光束の入射角をβ、前記第1の光学素子の入射面の曲率半径の絶対値をRzとするとき、
    Figure 0006212528
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
  4. 副走査断面内における前記第1の偏向面に対する光束の入射角の絶対値は、2度以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光走査装置。
  5. 前記第1の光学素子の前記入射面は、光軸を含む副走査断面内において、該入射面に入射する光束を、前記偏向器を含む主走査断面から離れる方向に反射させるようにチルトしていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光走査装置。
  6. 前記第1の光学素子の入射面及び出射面は、副走査断面内におけるチルト角が主走査方向において変化する面であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光走査装置。
  7. 前記第1の光学素子の入射面及び出射面の光軸を含む副走査断面内におけるチルト角の絶対値は、8度以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光走査装置。
  8. 前記第1の光学素子の入射面及び出射面の光軸を含む副走査断面内におけるチルト角の差の絶対値は、6度以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光走査装置。
  9. 前記第1の光学素子は、前記第1の結像光学系を構成する光学素子のうち、光路上で前記第1の被走査面に最も近い位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光走査装置。
  10. 前記第1の光学素子は、プラスチックから成ることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光走査装置。
  11. 主走査方向における座標をY、副走査方向における座標をZ、とし、副走査断面内において、離心率をk、非球面係数をGmn、前記第1の光学素子の入射面の光軸上での曲率半径をr、該入射面の曲率半径の変化係数をD し、該入射面の副走査断面内における形状Sを
    Figure 0006212528
    なる式で定義するとき、非球面係数Gm1の項を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光走査装置。
  12. 前記非球面係数Gm1は、mの値によって変化することを特徴とする請求項11に記載の光走査装置。
  13. 第1及び第2の偏向面により光束を偏向して第1及び第2の被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、
    前記第1及び第2の偏向面により偏向される光束を前記第1及び第2の被走査面に導光する第1及び第2の結像光学系と、
    副走査断面内において前記第1の偏向面に光束を斜入射させる入射光学系とを備え、
    前記第1の結像光学系は、光軸を含む副走査断面内における入射面の曲率半径の絶対値が出射面の曲率半径の絶対値よりも小さい第1の光学素子を有し、
    前記第1の光学素子の入射面及び出射面は、副走査断面内において正の屈折力を有することを特徴とする光走査装置。
  14. 請求項1乃至13のいずれか一項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって前記第1及び第2の被走査面に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。
  15. 請求項1乃至13のいずれか一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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