JP6212528B2 - 光走査装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記非球面係数Gm1Ym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。
- 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。 - 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。
- 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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