JP7137401B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - 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(LBP)やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ(MFP)等の画像形成装置に好適なものである。
近年、カラー画像形成装置の小型化を図るために、小型の光走査装置が開発されている。
しかしながら、光走査装置を小型化させようとすると、光走査装置内部の空間が狭くなり、光学素子同士を干渉しないように配置することが難しくなる。
特許文献1は、副走査断面内において複数の光束を互いに異なる角度で偏向器に斜入射させ、偏向器によって偏向された複数の光束を互いの間隔が広がるように屈折させる子線チルト面を含むfθレンズを有する光走査装置を開示している。この装置によれば、複数の光束を共通の偏向器で偏向する構成を採ることで装置全体を小型化しつつ、fθレンズの後に配置される光学素子を互いに干渉しないように配置するための十分な領域を確保することができる。
特開2004-102050号公報
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、偏向器に光束を斜入射させており、偏向器によって偏向された光束の各光学素子上での軌跡(走査線)が副走査方向に湾曲してしまう。そのため、この装置では光学素子の副走査方向における小型化が困難である。
そこで本発明は、走査線の副走査方向における湾曲量を低減することによって、更なる小型化を達成した光走査装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光走査装置は、副走査断面内において主走査断面に対して互いに異なる角度で第1の偏向面に入射する第1及び第2の光束を偏向して、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、偏向器によって偏向された第1及び第2の光束を第1及び第2の被走査面に導光する第1及び第2の光学部を含む第1の光学素子とを有し、第1の光学素子の入射面は、該入射面の面頂点を含む副走査断面内において、該面頂点の位置で偏向器側に最も突出しており、第1の光学部の第1の出射面及び第2の光学部の第2の出射面の少なくとも一方は、子線チルト面であり、軸上光線の入射位置を含む副走査断面内における第1の出射面の面頂点と第2の出射面の面頂点との間の距離は、最軸外光線の入射位置を含む副走査断面内における第1の出射面の面頂点と第2の出射面の面頂点との間の距離よりも大きく、軸上光線の入射位置を含む副走査断面内における第1の出射面の面頂点は、第1の光学素子の入射面の面頂点を含む主走査断面に対して第1の光学部の反対側にあることを特徴とする。

本発明によれば、走査線の副走査方向における湾曲量を低減することによって、更なる小型化を達成した光走査装置を提供することができる。
第一実施形態に係る光走査装置の主走査断面展開図、及び入射光学系及び走査光学系の副走査断面展開図。 第一実施形態に係る光走査装置が備える走査光学系の副走査断面図。 fθレンズの形状に応じた複数の出射光の間の分離に対する効果を示した図。 fθレンズの入射面の形状のゴースト光に対する影響を示した図。 第一実施形態の第1のfθレンズの第1及び第2の光学部の出射面それぞれにおける子線チルトの変化を示した図。 第一実施形態の第1及び第2の光学部の出射面の子線チルトの走査線湾曲に対する効果を示した図。 第1のfθレンズの代替的な形状を示した図。 第二実施形態に係る光走査装置の主走査断面展開図、及び入射光学系及び走査光学系の副走査断面展開図。 第二実施形態に係る光走査装置が備える走査光学系の副走査断面図。 第二実施形態に係る光走査装置が備える第1のfθレンズの副走査断面図。 実施形態に係るカラー画像形成装置の要部副走査断面図。
以下に、本実施形態に係る光走査装置を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態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、主走査方向とは、偏向器の回転軸及び光学系の光軸に垂直な方向である。副走査方向とは、偏向器の回転軸に平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向に垂直な断面である。副走査断面とは、主走査方向に垂直な断面である。
従って、以下の説明において、主走査方向及び副走査断面は、入射光学系と結像光学系とで異なることに注意されたい。
[第一実施形態]
図1(a)は、第一実施形態に係る光走査装置1の主走査断面内における展開図を示している。図1(b)及び(c)はそれぞれ、第一実施形態に係る光走査装置1が備える入射光学系及び走査光学系の副走査断面内における展開図を示している。図2は、第一実施形態に係る光走査装置1が備える走査光学系の副走査断面図を示している。
本実施形態に係る光走査装置1は、第1及び第2の光源101及び201、第1及び第2のコリメータレンズ102及び202、第1及び第2のシリンドリカルレンズ103及び203、第1及び第2の開口絞り104及び204を備えている。
また、本実施形態に係る光走査装置1は、偏向器10、第1のfθレンズ106(第1の光学素子)、第2のfθレンズ107及び207、反射部材109、209及び210を備えている。
第1及び第2の光源101及び201としては、半導体レーザー等が用いられる。
第1及び第2のコリメータレンズ102及び202は、第1及び第2の光源101及び201から出射した光束LA及びLB(第1及び第2の光束)を平行光束に変換する。なおここで、平行光束とは、厳密な平行光束だけでなく、弱発散光束や弱収束光束等の略平行光束を含むものとする。
第1及び第2のシリンドリカルレンズ103及び203は、副走査断面内において有限のパワー(屈折力)を有しており、第1及び第2のコリメータレンズ102及び202を通過した光束LA及びLBを副走査方向に集光する。
第1及び第2の開口絞り104及び204は、第1及び第2のシリンドリカルレンズ103及び203を通過した光束LA及びLBの光束径を制限する。
このようにして、第1及び第2の光源101及び201から出射した光束LA及びLBは、偏向器10の偏向面105の近傍において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。
偏向器10は、不図示のモーター等の駆動手段により図中矢印A方向に回転することにより、偏向器10に入射した光束LA及びLBを偏向する。なお、偏向器10は、例えばポリゴンミラー等で構成される。
第1のfθレンズ106、第2のfθレンズ107及び207は、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有するアナモフィック結像レンズである。そして第1のfθレンズ106、第2のfθレンズ107及び207は、偏向器10の偏向面105によって偏向された光束LA及びLBを第1及び第2の被走査面108及び208上に集光(導光)する。
ここで、第1のfθレンズ106は、第1の光学部106aと第2の光学部106bとが副走査方向に並んで設けられている多段レンズである。すなわち、第1のfθレンズ106の入射面は、第1の光学部106aの入射面及び第2の光学部106bの入射面から構成されており、第1のfθレンズ106の出射面は、第1の光学部106aの出射面(第1の出射面)及び第2の光学部106bの出射面(第2の出射面)から構成されている。そして、第1の光学部106a及び第2の光学部106bの出射面は、互いに子線チルト量が異なる形状をしており、且つそれぞれ子線チルト量が主走査方向に応じて変化する子線チルト変化面である。
反射部材109、209及び210は、光束を反射する手段であり、蒸着ミラー等が用いられる。
本実施形態に係る光走査装置1では、第1のコリメータレンズ102、第1のシリンドリカルレンズ103及び第1の開口絞り104によって第1の入射光学系75aが構成される。そして、第2のコリメータレンズ202、第2のシリンドリカルレンズ203及び第2の開口絞り204によって第2の入射光学系75bが構成される。
また、本実施形態に係る光走査装置1では、第1のfθレンズ106の第1の光学部106a及び第2のfθレンズ107によって第1の走査光学系85aが構成される。そして、第1のfθレンズ106の第2の光学部106b及び第2のfθレンズ207によって第2の走査光学系85bが構成される。
また、本実施形態に係る光走査装置1では、反射部材109によって第1の反射光学系95aが構成され、反射部材209及び210によって第2の反射光学系95bが構成される。
なお、本実施形態に係る光走査装置1では、第1及び第2の入射光学系75a及び75bの光軸はそれぞれ、副走査断面内において主走査断面に対して+3.0度及び-3.0度の角度をなしている。
なお、本実施形態における「互いに異なる角度」とは、互いに絶対値は等しいが符号が異なる二つの角度も含んでいる。
第1の光源101の発光点から出射した光束LAは、第1のコリメータレンズ102によって平行光束に変換される。
そして、変換された光束LAは、第1のシリンドリカルレンズ103によって副走査方向に集光され、第1の開口絞り104を通過し、副走査方向下側から偏向器10の偏向面105に入射する。
そして、第1の光源101から出射し、偏向器10の偏向面105に入射した光束LAは、偏向器10により偏向された後、第1の走査光学系85aによって第1の被走査面108上に集光され、第1の被走査面108を等速度で走査する。
第2の光源201の発光点から出射した光束LBは、第2のコリメータレンズ202によって平行光束に変換される。
そして、変換された光束LBは、第2のシリンドリカルレンズ203によって副走査方向に集光され、第2の開口絞り204を通過し、副走査方向上側から偏向器10の偏向面105に入射する。
第2の光源201から出射し、偏向器10の偏向面105に入射した光束LBは、偏向器10により偏向された後、第2の走査光学系85bによって第2の被走査面208上に集光され、第2の被走査面208を等速度で走査する。
なお、偏向器10は図中A方向に回転しているため、偏向された光束LA及びLBはそれぞれ、第1及び第2の被走査面108及び208を図中B方向に走査する。
また、C0は軸上光束の主光線に対する偏向器10の偏向面105上の偏向点(軸上偏向点)であり、副走査方向においては、第1及び第2の光源101及び201から出射した光束LA及びLBは偏向点C0において互いに交差する。また、偏向点C0は第1及び第2の走査光学系85a及び85bの基準点となっている。
なお、本実施形態では、第1及び第2の被走査面108及び208として、第1及び第2の感光ドラム108及び208を用いている。
また、第1及び第2の感光ドラム108及び208上における副走査方向の露光分布の作成は、主走査露光毎に、第1及び第2の感光ドラム108及び208を副走査方向に回転させることによって達成している。
次に、本実施形態に係る光走査装置1の第1及び第2の入射光学系75a及び75bと第1及び第2の走査光学系85a及び85bの諸特性を以下の表1乃至表3に示す。
Figure 0007137401000001
Figure 0007137401000002
Figure 0007137401000003
なお、表1乃至表3においては、各レンズ面と光軸との交点を原点としたときの、光軸方向、主走査断面内において光軸と直交する軸、及び副走査断面内において光軸と直交する軸をそれぞれ、X軸、Y軸及びZ軸としている。また、表2及び表3において、「E-x」は、「×10-x」を意味している。
本実施形態に係る光走査装置1の第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106b、第2のfθレンズ107及び207の各レンズ面の主走査断面内における非球面形状(母線形状)は、以下の式(1)で表される。
Figure 0007137401000004
ここで、Rは曲率半径、kは離心率、Bi(i=4、6、8、10、12)は非球面係数である。なお、yに関してプラス側とマイナス側とで係数Biが異なる場合は、表2及び表3にあるように、プラス側の係数には添字uを付し(すなわち、Biu)、マイナス側の係数には添字lを付している(すなわち、Bil)。
また、第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106b、第2のfθレンズ107及び207の各レンズ面の副走査断面内における非球面形状(子線形状)は、以下の式(2)で表される。
Figure 0007137401000005
ここで、Mjk(j=0~12、及びk=1)は非球面係数である。
なお、本実施形態における子線チルト量とは、M01を指す。従って、子線チルト面とはM01が0ではない面を指し、子線チルト変化面とはMj1(j=1~12)の少なくとも一つが0ではない面を指す。
また、副走査断面内における曲率半径r’は、レンズ面のy座標に従って、以下の式(3)のように連続的に変化する。
Figure 0007137401000006
ここで、rは光軸上における曲率半径、E(j=1~10)は変化係数である。
次に、本実施形態に係る光走査装置1における効果について説明する。
図3(a)乃至(d)は、fθレンズの形状に応じた複数の出射光の間の分離に対する効果を示した図である。
具体的には、図3(a)は入射面が凸面、出射面が凹面のfθレンズ501の場合であり、図3(b)は入射面が凹面、出射面が凸面のfθレンズ502の場合である。また、図3(c)は入射面が凹面、出射面が凹面のfθレンズ503の場合であり、図3(d)は本実施形態に係る光走査装置1が備える第1のfθレンズ106の場合である。
図3(a)に示されているfθレンズ501では、入射面5010に入射した複数の光束は、凸のパワーによって互いの間隔が狭くなるように屈折する。そして、出射面5011から出射した複数の光束は、凹のパワーによって互いの間隔が広くなるように屈折する。
図3(b)に示されているfθレンズ502では、入射面5020に入射した複数の光束は、凹のパワーによって互いの間隔が広くなるように屈折する。そして、出射面5021から出射した複数の光束は、凸のパワーによって互いの間隔が狭くなるように屈折する。
図3(c)に示されているfθレンズ503では、入射面5030に入射した複数の光束は、凹のパワーによって互いの間隔が広くなるように屈折する。そして、出射面5031から出射した複数の光束は、凹のパワーによって互いの間隔がさらに広くなるように屈折する。
図3(d)に示されている第1のfθレンズ106では、入射面1060に入射した複数の光束は、凸のパワーによって互いの間隔が狭くなるように屈折する。そして、第1の光学部106aの出射面1061及び第2の光学部106bの出射面1062から出射した複数の光束は、凹のパワーによって互いの間隔が広くなるように屈折する。
換言すると、第1の光学部106aの入射面に入射した光束と第2の光学部106bの入射面に入射した光束とは、互いの間隔が狭くなるように屈折する。そして、第1の光学部106aの出射面1061から出射した光束と第2の光学部106bの出射面1062から出射した光束とは、互いの間隔が広くなるように屈折する。
加えて、第1のfθレンズ106では出射面1061及び出射面1062に子線チルトを用いることによって、互いの間隔が広がるように屈折させることができる。
図4は、fθレンズの入射面の形状のゴースト光に対する影響を示した図である。
具体的には、図4(a)は入射面601が凹面であるfθレンズの場合であり、図4(b)は入射面1060が凸面である本実施形態の第1のfθレンズ106の場合である。
なお、図4(a)及び(b)において、破線がfθレンズの入射面によって発生するゴースト光の一部を示している。
また、図4(a)及び(b)においては、偏向器10を構成するモーター等の部材9も示されている。
fθレンズの入射面601が凹面で形成されている場合、図4(a)に示されているように、入射面601で反射した光束が偏向器10の偏向面で反射したり、部材9で反射したりすることで被走査面に到達するゴースト光が発生しやすい。
それに対して、本実施形態の第1のfθレンズ106のように入射面1060が凸面で形成されると、図4(b)に示されているように、入射面1060で反射した光束は拡散する。そのため、反射した光束は偏向器10に到達しにくくなり、仮にゴースト光が発生したとしても、入射面が凹面で形成されている場合に比べて影響は小さくなる。
以上のように、図3(c)に示されているような入射面及び出射面が共に凹面のfθレンズを用いると、入射する複数の光線の互いの間隔を最も広げるように出射させることができる。
しかしながら、そのようなfθレンズを用いると、図4(a)に示したように、被走査面に到達するゴースト光が発生し易くなってしまう。
加えて、そのようなfθレンズは副走査断面内において大きい負の屈折力を有するため、光学系の敏感度が上がる。そのため、結像性能等の光学性能に対して好ましくない。
また、図3(b)に示されているような入射面が凹面、出射面が凸面のfθレンズを用いると、図3(c)のfθレンズに比べて副走査断面内における負の屈折力を低減することはできる。
しかしながら、図3(c)のfθレンズと同様に被走査面に到達するゴースト光が発生し易くなり、また、図3(c)のfθレンズに比べて出射する複数の光線の互いの間隔を狭めてしまう。
また、図3(a)に示されているような入射面が凸面、出射面が凹面のfθレンズを用いると、出射する複数の光線の互いの間隔を広げることができないため好ましくない。
そこで、本実施形態に係る光走査装置1では、それぞれの出射面が子線チルト変化面である第1及び第2の光学部106a及び106bから構成された第1のfθレンズ106を用いて、上記の問題を解消している。
具体的には、第1及び第2の光学部106a及び106bそれぞれの出射面1061及び1062の子線チルト量を調整することによって、光線分離量、すなわち出射する複数の光線の互いの間隔を調整することができる。
また、第1及び第2の光学部106a及び106bそれぞれの出射面1061及び1062の子線の曲率を調整することで、副走査倍率、すなわち副走査断面内における屈折力を調整することができる。
さらに、第1のfθレンズ106の入射面1060は、凸面となっており(第1のfθレンズ106の入射面の面頂点を含む副走査断面内において、該面頂点の位置で偏向器10側に最も突出しており)、被走査面に到達するゴースト光の発生を抑制することができるため好ましい。
これにより、図2に示されているように本実施形態に係る光走査装置1では、第1のfθレンズ106の第1の光学部106aから出射した光束LAと反射部材209との干渉を回避することができ、第2のfθレンズ107及び207を適切に配置することができる。
次に、本実施形態の第1のfθレンズ106における子線チルトの変化による効果について説明する。
上記のように、本実施形態の第1のfθレンズ106の各レンズ面は、副走査断面内において屈折力を有しており、入射面1060は正の屈折力、第1及び第2の光学部106a及び106bの出射面1061及び1062はそれぞれ、負の屈折力を有している。そして、第1のfθレンズ106としては正の屈折力を有している。
そのため、各レンズ面は、副走査断面内において曲面を形成しているため、面頂点を有している。
図5(a)乃至(e)は、本実施形態の第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bの出射面1061及び1062それぞれにおける子線チルトの変化を示した図である。
具体的には、図5(a)は、第1のfθレンズ106の入射面1060の面頂点位置の主走査方向における変化を示している。そして、図5(b)は、第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bの出射面1061及び1062それぞれの面頂点位置の主走査方向における変化を示している。
また、図5(c)は走査開始端、すなわち反光源側の最軸外像高へ向かう光束が第1のfθレンズ106を通過する主走査方向位置(最軸外光線の通過位置、最軸外光線の入射位置)での第1のfθレンズ106の副走査断面図を示している。そして、図5(d)は中央部、すなわち軸上像高へ向かう光束が第1のfθレンズ106を通過する主走査方向位置(軸上光線の通過位置、軸上光線の入射位置)での第1のfθレンズ106の副走査断面図を示している。
また、図5(e)は走査終了端、すなわち光源側の最軸外像高へ向かう光束が第1のfθレンズ106を通過する主走査方向位置(最軸外光線の通過位置、最軸外光線の入射位置)での第1のfθレンズ106の副走査断面図を示している。
図5(a)に示されているように、第1のfθレンズ106の入射面1060には子線チルトを用いていないため、入射面1060の面頂点位置は、主走査方向の位置によらず副走査方向の中央部に位置しており、すなわち破線700のように一定である。
一方、図5(b)に示されているように、第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bの出射面1061及び1062にはそれぞれ子線チルトを用いており、且つ子線チルトが主走査方向位置に応じて変化する子線チルト変化面となっている。
そのため、出射面1061及び1062それぞれの面頂点位置は、破線701及び702のように主走査方向の位置に応じて変化する。
また、図5(c)乃至(e)にも示されているように、出射面1061及び1062それぞれの面頂点位置の間隔は中央部が最も広く、主走査方向の端部に行くに従って狭くなっている。
さらに、出射面1061の面頂点は、主走査方向全域にわたって副走査方向において出射面1062側(第1のfθレンズ106の副走査方向中央を挟んで第1の光学部106aの反対側、第1のfθレンズ106の入射面の面頂点を含む主走査断面に対して第1の光学部106aの反対側)にある。また、出射面1062の面頂点は、主走査方向全域にわたって副走査方向において出射面1061側(第1のfθレンズ106の副走査方向中央を挟んで第2の光学部106bの反対側、第1のfθレンズ106の入射面の面頂点を含む主走査断面に対して第2の光学部106bの反対側)にある。
上記のように、ここでいう面頂点とは、出射面1061及び1062をそれぞれ延長した仮想的な曲面における面頂点を指す。
図6(a)及び(b)は、本実施形態に係る光走査装置1における第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bの出射面1061及び1062の子線チルトによる走査線湾曲に対する効果を示した図である。
具体的には、図6(a)は、図2に示されているような反射部材209の軸上光束の反射点を含み、主走査断面及び副走査断面に垂直な断面1上における出射面1061及び1062それぞれから出射した光束LA及びLBによる走査線802及び803を示している。
一方、図6(b)は、第1のfθレンズ106及び反射部材209の代わりに子線チルトを用いていない従来のfθレンズ及び反射部材1209を配置した際の断面1上における出射面から出射した光束LA及びLBによる走査線804及び805を示している。
上記のように、出射面1061及び1062それぞれの面頂点位置の間隔は中央部が最も広く、主走査方向の端部に行くに従って狭くなっている(すなわち、第1のfθレンズ106の副走査方向の中央部に近づいている)。
換言すると、出射面1061及び1062それぞれの子線チルト量が主走査方向の端部に行くに従って小さくなっていることとなる。
上述の議論から、主走査方向の端部に行くに従って出射面1061及び1062それぞれの子線チルト量が小さくなるにつれて、出射面1061及び1062それぞれから出射する光束LA及びLBの間隔が小さくなる。
従って、主走査方向の端部に行くに従って光束LA及びLBによる走査線802及び803の間隔が狭くなり、走査線802及び803それぞれの湾曲量を低減することができる。
このように、本実施形態に係る光走査装置1では、第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bの出射面1061及び1062をそれぞれ子線チルト変化面にすることによって、走査線の湾曲量を低減することができる。
そのため、第1のfθレンズ106から出射した光束を反射する反射部材の反射面の面積を小さくするように反射部材のサイズを低減することができる。
本実施形態に係る光走査装置1では、上記で示したような第1のfθレンズ106を用いることによって、走査線湾曲量を低減することができ、更なる小型化を達成した光走査装置を提供することができる。
それに加えて、副走査倍率やゴースト光の発生等に関する光学性能を維持しつつ、光線分離量を調節することによって光学部材同士の干渉を抑制することができる。
なお、本実施形態に係る光走査装置1では、第1のfθレンズ106の入射面を凸面としているが、これに限られない。例えば、図7に示されるように第1及び第2の光学部106a及び106bの入射面をチルト面に形成して、第1のfθレンズ106の中央部が入射側に突出する形状にしたfθレンズ901を用いても同様の効果を期待することができる。
[第二実施形態]
図8(a)は、第二実施形態に係る光走査装置2の主走査断面内における展開図を示している。図8(b)及び(c)は、第二実施形態に係る光走査装置2が備える入射光学系の副走査断面内における展開図を示している。図8(d)は、第二実施形態に係る光走査装置2が備える走査光学系の副走査断面内における展開図を示している。図9は、第二実施形態に係る光走査装置2が備える走査光学系の副走査断面図を示している。
本実施形態に係る光走査装置2は、第1、第2、第3及び第4の光源101、201、301、401、第1、第2、第3及び第4のコリメータレンズ102、202、302、402を備えている。また、本実施形態に係る光走査装置2は、第1、第2、第3及び第4のシリンドリカルレンズ103、203、303、403、第1、第2、第3及び第4の開口絞り104、204、304、404を備えている。
また、本実施形態に係る光走査装置2は、偏向器10、第1のfθレンズ106、206(第1及び第2の光学素子)、第2のfθレンズ107、207、307、407、反射部材109、209、210、309、310、409を備えている。
第1、第2、第3及び第4の光源101、201、301及び401としては、半導体レーザー等が用いられる。
第1、第2、第3及び第4のコリメータレンズ102、202、302及び402は、第1乃至第4の光源101乃至401から出射した光束LA、LB、LC及びLD(第1、第2、第3及び第4の光束)を平行光束に変換する。なおここで、平行光束とは、厳密な平行光束だけでなく、弱発散光束や弱収束光束等の略平行光束を含むものとする。
第1、第2、第3及び第4のシリンドリカルレンズ103、203、303及び403は、副走査断面内において有限のパワー(屈折力)を有しており、第1乃至第4のコリメータレンズ102乃至402を通過した光束LA乃至LDを副走査方向に集光する。
第1、第2、第3及び第4の開口絞り104、204、304及び404は、第1乃至第4のシリンドリカルレンズ103乃至403を通過した光束LA乃至LDの光束径を制限する。
このようにして、第1及び第2の光源101及び201から出射した光束LA及びLBは、偏向器10の第1の偏向面105の近傍において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。
また、第3及び第4の光源301及び401から出射した光束LC及びLDは、偏向器10の第2の偏向面205の近傍において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。
偏向器10は、不図示のモーター等の駆動手段により図中矢印A方向に回転することにより、偏向器10に入射した光束LA乃至LDを偏向する。なお、偏向器10は、例えばポリゴンミラー等で構成される。
第1のfθレンズ106、第2のfθレンズ107及び207は、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有するアナモフィック結像レンズである。そして、第1のfθレンズ106、第2のfθレンズ107及び207は、偏向器10の第1の偏向面105によって偏向された光束LA及びLBを第1及び第2の被走査面108及び208上に集光(導光)する。
また、第1のfθレンズ206、第2のfθレンズ307及び407は、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有するアナモフィック結像レンズである。そして、第1のfθレンズ206、第2のfθレンズ307及び407は、偏向器10の第2の偏向面205によって偏向された光束LC及びLDを第3及び第4の被走査面308及び408上に集光(導光)する。
ここで、第1のfθレンズ106は、第1の光学部106aと第2の光学部106bとが副走査方向に並んで設けられている多段レンズである。すなわち、第1のfθレンズ106の入射面は、第1の光学部106aの入射面及び第2の光学部106bの入射面から構成されており、第1のfθレンズ106の出射面は、第1の光学部106aの出射面及び第2の光学部106bの出射面から構成されている。そして、第1の光学部106a及び第2の光学部106bの出射面は、互いに子線チルト量が異なる形状をしており、且つそれぞれ子線チルト量が主走査方向に応じて変化する子線チルト変化面である。
また、第1のfθレンズ206は、第1の光学部206a(第3の光学部)と第2の光学部206b(第4の光学部)とが副走査方向に並んで設けられている多段レンズである。すなわち、第1のfθレンズ206の入射面は、第1の光学部206aの入射面及び第2の光学部206bの入射面から構成されており、第1のfθレンズ206の出射面は、第1の光学部206aの出射面(第3の出射面)及び第2の光学部206bの出射面(第4の出射面)から構成されている。そして、第1の光学部206a及び第2の光学部206bの出射面は、互いに子線チルト量が異なる形状をしており、且つそれぞれ子線チルト量が主走査方向に応じて変化する子線チルト変化面である。
反射部材109、209、210、309、310及び409は、光束を反射する手段であり、蒸着ミラー等が用いられる。
本実施形態に係る光走査装置2では、第1のコリメータレンズ102、第1のシリンドリカルレンズ103及び第1の開口絞り104によって第1の入射光学系75aが構成される。そして、第2のコリメータレンズ202、第2のシリンドリカルレンズ203及び第2の開口絞り204によって第2の入射光学系75bが構成される。
また、第3のコリメータレンズ302、第3のシリンドリカルレンズ303及び第3の開口絞り304によって第3の入射光学系75cが構成される。そして、第4のコリメータレンズ402、第4のシリンドリカルレンズ403及び第4の開口絞り404によって第4の入射光学系75dが構成される。
また、本実施形態に係る光走査装置2では、第1のfθレンズ106の第1の光学部106a及び第2のfθレンズ107によって第1の走査光学系85aが構成される。そして、第1のfθレンズ106の第2の光学部106b及び第2のfθレンズ207によって第2の走査光学系85bが構成される。
また、第1のfθレンズ206の第1の光学部206a及び第2のfθレンズ307によって第3の走査光学系85cが構成され、第1のfθレンズ206の第2の光学部206b及び第2のfθレンズ407によって第4の走査光学系85dが構成される。
また、本実施形態に係る光走査装置2では、反射部材109によって第1の反射光学系95aが構成され、反射部材209及び210によって第2の反射光学系95bが構成される。
また、反射部材309及び310によって第3の反射光学系95cが構成され、反射部材409によって第4の反射光学系95dが構成される。
なお、本実施形態に係る光走査装置2では、第1及び第2の入射光学系75a及び75bの光軸はそれぞれ、副走査断面内において主走査断面に対して+3.0度及び-3.0度の角度をなしている。
また、第3及び第4の入射光学系75c及び75dの光軸はそれぞれ、副走査断面内において主走査断面に対して+3.0度及び-3.0度の角度をなしている。
第1の光源101の発光点から出射した光束LAは、第1のコリメータレンズ102によって平行光束に変換される。
そして、変換された光束LAは、第1のシリンドリカルレンズ103によって副走査方向に集光され、第1の開口絞り104を通過し、副走査方向下側から偏向器10の第1の偏向面105に入射する。
そして、第1の光源101から出射し、偏向器10の第1の偏向面105に入射した光束LAは、偏向器10により偏向された後、第1の走査光学系85aによって第1の被走査面108上に集光され、第1の被走査面108を等速度で走査する。
第2の光源201の発光点から出射した光束LBは、第2のコリメータレンズ202によって平行光束に変換される。
そして、変換された光束LBは、第2のシリンドリカルレンズ203によって副走査方向に集光され、第2の開口絞り204を通過し、副走査方向上側から偏向器10の第1の偏向面105に入射する。
第2の光源201から出射し、偏向器10の第1の偏向面105に入射した光束LBは、偏向器10により偏向された後、第2の走査光学系85bによって第2の被走査面208上に集光され、第2の被走査面208を等速度で走査する。
第3の光源301の発光点から出射した光束LCは、第3のコリメータレンズ302によって平行光束に変換される。
そして、変換された光束LCは、第3のシリンドリカルレンズ303によって副走査方向に集光され、第3の開口絞り304を通過し、副走査方向下側から偏向器10の第2の偏向面205に入射する。
そして、第3の光源301から出射し、偏向器10の第2の偏向面305に入射した光束LCは、偏向器10により偏向された後、第3の走査光学系85cによって第3の被走査面308上に集光され、第3の被走査面308を等速度で走査する。
第4の光源401の発光点から出射した光束LDは、第4のコリメータレンズ402によって平行光束に変換される。
そして、変換された光束LDは、第4のシリンドリカルレンズ403によって副走査方向に集光され、第4の開口絞り404を通過し、副走査方向上側から偏向器10の第2の偏向面205に入射する。
第4の光源401から出射し、偏向器10の第2の偏向面205に入射した光束LDは、偏向器10により偏向された後、第4の走査光学系85dによって第4の被走査面408上に集光され、第4の被走査面408を等速度で走査する。
なお、偏向器10は図中A方向に回転しているため、偏向された光束LA及びLBはそれぞれ、第1及び第2の被走査面108及び208を図中B方向に走査する。そして、偏向された光束LC及びLDはそれぞれ、第3及び第4の被走査面308及び408を図中D方向に走査する。
また、C0は軸上光束の主光線に対する偏向器10の第1の偏向面105上の偏向点(軸上偏向点)であり、副走査方向においては、第1及び第2の光源101及び201から出射した光束LA及びLBは偏向点C0において互いに交差する。そして、偏向点C0は第1及び第2の走査光学系85a及び85bの基準点となっている。
また、E0は軸上光束の主光線に対する偏向器10の第2の偏向面205上の偏向点(軸上偏向点)であり、副走査方向においては、第3及び第4の光源301及び401から出射した光束LC及びLDは偏向点E0において互いに交差する。そして、偏向点E0は第3及び第4の走査光学系85c及び85dの基準点となっている。
なお、本実施形態では、第1、第2、第3及び第4の被走査面108、208、308及び408として、第1、第2、第3及び第4の感光ドラム108、208、308及び408を用いている。
また、第1乃至第4の感光ドラム108乃至408上における副走査方向の露光分布の作成は、主走査露光毎に、第1乃至第4の感光ドラム108乃至408を副走査方向に回転させることによって達成している。
次に、本実施形態に係る光走査装置2の第3及び第4の入射光学系75c及び75dと第3及び第4の走査光学系85c及び85dの諸特性を以下の表4乃至表6に示す。
なお、第1及び第2の入射光学系75a及び75bと第1及び第2の走査光学系85a及び85bの諸特性については、表1乃至表3に示されている第一実施形態に係る光走査装置1と同一であるため省略する。
Figure 0007137401000007
Figure 0007137401000008
Figure 0007137401000009
なお、表4乃至表6において、各レンズ面と光軸との交点を原点としたときの、光軸方向、主走査断面内において光軸と直交する軸、及び副走査断面内において光軸と直交する軸をそれぞれ、X軸、Y軸及びZ軸としている。また、表5及び表6において、「E-x」は、「×10-x」を意味している。
本実施形態に係る光走査装置2の第1のfθレンズ206の第1及び第2の光学部206a及び206b、第2のfθレンズ307及び407の各レンズ面の主走査断面内における非球面形状(母線形状)は、上記の式(1)で表される。
また、第1のfθレンズ206の第1及び第2の光学部206a及び206b、第2のfθレンズ307及び407の各レンズ面の副走査断面内における非球面形状(子線形状)は、上記の式(2)で表される。
また、副走査断面内における曲率半径r’は、レンズ面のy座標に従って、上記の式(3)のように連続的に変化する。
次に、本実施形態に係る光走査装置2における効果について説明する。なお、第一実施形態に係る光走査装置1と同一の効果については説明を省略する。
本実施形態に係る光走査装置2では、一つの偏向器10で4つの被走査面108、208、308及び408を走査することができる。
また、偏向点C0から第2のfθレンズ107及び207の入射面までの光路上の距離と偏向点E0から第2のfθレンズ307及び407の入射面までの光路上の距離とが互いに異なっている。
その結果、図9に示されるように、fθレンズと反射部材との干渉を回避することができ、小型の光走査装置を得ることができる。
図10は、本実施形態に係る光走査装置2が備える第1のfθレンズ106及び206の副走査断面図を示している。
上記のように、偏向点からの光路上の距離が第2のfθレンズ107及び207と第2のfθレンズ307及び407とで互いに異なっている。
そのため、図10に示されているように、本実施形態に係る光走査装置2では、第1のfθレンズ106と第1のfθレンズ206とが互いに異なった形状を有している。
換言すると、第1のfθレンズ106及び206それぞれの入射面1060及び2060が互いに異なった形状を有している。そして、第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bそれぞれの出射面1061及び1062と第1のfθレンズ206の第1及び第2の光学部206a及び206bそれぞれの出射面2061及び2062とが互いに異なった形状を有している。
具体的には、第1のfθレンズ106及び206それぞれの諸特性は、以下の表7に示されるように構成されている。
Figure 0007137401000010
第1のfθレンズ106及び206それぞれの副走査断面内における屈折力をそれぞれPs1とPs2とすると、表7に示されているように、本実施形態に係る光走査装置2では、|Ps1|=0.0020、|Ps2|=0.0209となっている。
また、表7に示されているように、本実施形態に係る光走査装置2が備える第1のfθレンズ106及び206では、入射面が共に副走査断面内において正の屈折力を有しており、出射面が共に副走査断面内において負の屈折力を有している。そして、第1のfθレンズ106及び206において、全系としては共に副走査断面内で正の屈折力を有している。
上記のように、第1のfθレンズ206の副走査断面内における正の屈折力Ps2は、第1のfθレンズ106の副走査断面内における正の屈折力Ps1よりも大きい。
従って、第1のfθレンズ106から出射する複数の光束の分離量(すなわち、互いの間隔)と第1のfθレンズ206から出射する複数の光束の分離量とを同程度にするためには、第1のfθレンズ206の第1及び第2の光学部206a及び206bそれぞれの出射面2061及び2062の子線チルト量Ts2(出射面2061及び2062のM01)を第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bそれぞれの出射面1061及び1062の子線チルト量Ts1(出射面1061及び1062のM01)よりも大きくすればよい。
具体的には、本実施形態に係る光走査装置2では、第1のfθレンズ106の第1及び第2の光学部106a及び106bそれぞれの出射面1061及び1062の子線チルト量の絶対値|M01|を0.0384としている。そして、第1のfθレンズ206の第1及び第2の光学部206a及び206bそれぞれの出射面2061及び2062の子線チルト量の絶対値|M01|を0.0810としている。
このように、本実施形態に係る光走査装置2は、|Ps1|≦|Ps2|且つ|Ts1|≦|Ts2|なる条件が満たされるように構成されている。
以上のように、本実施形態に係る光走査装置2では、上記で示したような第1のfθレンズ106及び206を用いることによって、走査線湾曲量を低減することができ、更なる小型化を達成した光走査装置を提供することができる。
それに加えて、副走査倍率やゴースト光の発生等に関する光学性能を維持しつつ、光線分離量を調節することによって光学部材同士の干渉を抑制することができる。
以上、好ましい実施形態について説明したが、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
[画像形成装置]
図11は、第二実施形態に係る光走査装置11が搭載されたカラー画像形成装置90の要部副走査断面図を示している。
画像形成装置90は、第二実施形態に係る光走査装置11を備え、像担持体である各感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
画像形成装置90は、第二実施形態に係る光走査装置11、像担持体としての感光ドラム(感光体)23、24、25、26及び現像器15、16、17、18を備えている。また、画像形成装置90は、搬送ベルト91、プリンタコントローラ93及び定着器94を備えている。
画像形成装置90には、パーソナルコンピュータ等の外部機器92から出力されたR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号(コードデータ)が入力される。入力された色信号は、画像形成装置90内のプリンタコントローラ93によって、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換される。
変換された各画像データはそれぞれ、光走査装置11に入力される。そして、光走査装置11からはそれぞれ、各画像データに応じて変調された光ビーム19、20、21、22が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム23、24、25、26の感光面が露光される。
感光ドラム23、24、25、26の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ(不図示)が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラによって帯電された感光ドラム23、24、25、26の表面に、光走査装置11によって光ビーム19、20、21、22が照射されるようになっている。
上で述べたように、光ビーム19、20、21、22は各色の画像データに基づいて変調されており、光ビーム19、20、21、22を照射することによって感光ドラム23、24、25、26の表面に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、感光ドラム23、24、25、26に当接するように配設された現像器15、16、17、18によってトナー像として現像される。
現像器15乃至18によって現像されたトナー像は、感光ドラム23乃至26に対向するように配設された不図示の転写ローラ(転写器)によって、搬送ベルト91上を搬送される不図示の用紙(被転写材)上に多重転写され、1枚のフルカラー画像が形成される。
以上のようにして、未定着トナー像が転写された用紙は、さらに感光ドラム23、24、25、26後方(図11において左側)の定着器94へと搬送される。定着器94は、内部に定着ヒータ(不図示)を有する定着ローラとこの定着ローラに圧接するように配設された加圧ローラとで構成されている。転写部から搬送されてきた用紙は、定着ローラと加圧ローラの圧接部にて加圧しながら加熱されることにより、用紙上の未定着トナー像が定着される。さらに定着ローラの後方には不図示の排紙ローラが配設されており、排紙ローラは定着された用紙を画像形成装置90の外に排出せしめる。
カラー画像形成装置90は、光走査装置11によって、C、M、Y、Kの各色に対応し、並行して感光ドラム23、24、25、26の感光面上に画像信号(画像情報)を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
なお、外部機器92としては、例えばCCDセンサ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90とで、カラーデジタル複写機が構成される。
また、第二実施形態に係る光走査装置11の代わりに、二つの第一実施形態に係る光走査装置が用いられても良い。
1 光走査装置
10 偏向器
105 偏向面(第1の偏向面)
106 第1のfθレンズ(第1の光学素子)
106a、106b 第1及び第2の光学部
108、208 第1及び第2の被走査面
1061、1062 出射面
LA、LB 第1及び第2の光束

Claims (13)

  1. 副走査断面内において主走査断面に対して互いに異なる角度で第1の偏向面に入射する第1及び第2の光束を偏向して、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、
    前記偏向器によって偏向された前記第1及び第2の光束を前記第1及び第2の被走査面に導光する第1及び第2の光学部を含む第1の光学素子とを有し、
    前記第1の光学素子の入射面は、該入射面の面頂点を含む副走査断面内において、該面頂点の位置で前記偏向器側に最も突出しており、
    前記第1の光学部の第1の出射面及び前記第2の光学部の第2の出射面の少なくとも一方は、子線チルト面であり、
    軸上光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第1の出射面の面頂点と前記第2の出射面の面頂点との間の距離は、最軸外光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第1の出射面の面頂点と前記第2の出射面の面頂点との間の距離よりも大きく、
    前記軸上光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第1の出射面の前記面頂点は、前記第1の光学素子の入射面の面頂点を含む主走査断面に対して前記第1の光学部の反対側にあることを特徴とする光走査装置。
  2. 副走査断面内において主走査断面に対して互いに異なる角度で第1の偏向面に入射する第1及び第2の光束を偏向して、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、
    前記偏向器によって偏向された前記第1及び第2の光束を前記第1及び第2の被走査面に導光する第1及び第2の光学部を含む第1の光学素子とを有し、
    前記第1の光学素子の入射面は、該入射面の面頂点を含む副走査断面内において、該面頂点の位置で前記偏向器側に最も突出しており、
    前記第1の光学部の第1の出射面及び前記第2の光学部の第2の出射面の少なくとも一方は、子線チルト面であり、
    軸上光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第1の出射面の面頂点と前記第2の出射面の面頂点との間の距離は、最軸外光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第1の出射面の面頂点と前記第2の出射面の面頂点との間の距離よりも大きく、
    前記第1の光学部の入射面及び前記第2の光学部の入射面の少なくとも一方は、子線チルト面であることを特徴とする光走査装置。
  3. 前記軸上光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第1の出射面の前記面頂点は、前記第1の光学素子の入射面の面頂点を含む主走査断面に対して前記第1の光学部の反対側にあることを特徴とする請求項に記載の光走査装置。
  4. 前記偏向器によって偏向された第3及び第4の光束を第3及び第4の被走査面に導光する第3及び第4の光学部を含む第2の光学素子を有し、
    前記偏向器は、副走査断面内において主走査断面に対して互いに異なる角度で第2の偏向面に入射する前記第3及び第4の光束を偏向して前記第3及び第4の被走査面を主走査方向に走査し、
    前記第3の光学部の第3の出射面及び前記第4の光学部の第4の出射面の少なくとも一方は、子線チルト面であり、
    前記第1及び第2の光学素子の形状は、互いに異な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2の光学素子の入射面は、該入射面の面頂点を含む副走査断面内において、該面頂点の位置で前記偏向器側に最も突出していることを特徴とする請求項4に記載の光走査装置。
  6. 前記第1の偏向面上の軸上偏向点と前記第1の光学素子の入射面との間の距離は、前記第2の偏向面上の軸上偏向点と前記第2の光学素子の入射面との間の距離に等しいことを特徴とする請求項4または5に記載の光走査装置。
  7. 軸上光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第3の出射面の面頂点と前記第4の出射面の面頂点との間の距離は、最軸外光線の入射位置を含む副走査断面内における前記第3の出射面の面頂点と前記第4の出射面の面頂点との間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載の光走査装置。
  8. 前記第1の光学部の副走査断面内における屈折力及び前記第1の出射面の子線チルト量をそれぞれPs1及びTs1、前記第3の光学部の副走査断面内における屈折力及び前記第3の出射面の子線チルト量をそれぞれPs3及びTs3とするとき、
    |Ps1||Ps3|
    |Ts1||Ts3|
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項4乃至7のいずれか一項に記載の光走査装置。
  9. 前記第1の光学素子の入射面は、正の屈折力を有す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及び第2の出射面は、負の屈折力を有す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. 前記第1の光学素子は、正の屈折力を有する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. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の光走査装置と、該光走査装置により被走査面に形成される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。
  13. 請求項1乃至11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信号を画像データ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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