CN103033934B - 激光扫描光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光扫描光学装置，抑制光路间的光量不匀的差。形成有光束（By、Bk）的第一光路对和光束（Bm、Bc）的第二光路对。在各光路对中，两个光源（11y、11k）以偏光面（Fsa、Fsb）相对于水平面（F1）相互对称的方式配置。进而，各光路对的光束（By、Bk）以相对于水平面（F1）对称的倾角（θp1）入射到多面反射镜。其后，光束（By、Bk）均透过相对于水平面（F1）具有对称形状的共用扫描透镜（21、22）。其后，光束（By、Bk）透过相对于水平面F1对称配置的单个扫描透镜（23y、23k）。

Description

激光扫描光学装置

技术领域

本发明涉及具备扫描透镜的激光扫描光学装置，该扫描透镜具有光学各向异性。

背景技术

在全彩的复印机或打印机等图像形成装置中，与Y（黄）、M（品红）、C（青）、K（黑）各颜色对应地将四个感光体并列配置，将形成在各感光体上的各色图像转印到中间转印带并进行合成的串联方式成为主流。并且，在串联方式的图像形成装置中搭载有使用偏光装置（多面反射镜）将4根光束同时在各感光体上扫描来描绘图像的激光扫描光学装置。

以往，为了抑制激光扫描光学装置中的明暗度（光量不匀）提出了各种方法。在例如日本特开2001-188188号公报所公开的方法中，明暗度特性不同的光源由偏光棱镜合成。由此，均匀的光量分布得以平滑化，实现高画质。并且，为了修正光量不匀，在日本特开2005-157325号公报中公开了在主扫描方向上具有高度不同的凹凸形状的光量分布控制元件。通过使用这种光量分布控制元件，能够抑制多种颜色间的光量不匀的差。

然而，激光扫描光学装置有时具备具有光学各向异性（双折射）的扫描透镜。光束透过该扫描透镜时，由于双折射，透过光束的偏光状态发生变化，因此反射率、透射率沿着扫描透镜的主扫描方向产生不匀，其结果是在感光体上产生光量不匀。特别是在串联方式的情况下，存在如下问题：如图10所示，不仅产生沿着主扫描方向的光量不匀，在各个颜色的光路间也产生光量不匀的差，因此导致合成了各色图像的图像的品质降低。

因此，本发明的目的在于提供一种激光扫描光学装置，能够抑制光路间的光量不匀的差。

发明内容

为了达成上述目的，本发明的一个方式是一种激光扫描光学装置，使光束沿主扫描方向在按照多个颜色的每个颜色设置的感光体的被扫描面上扫描，该激光扫描光学装置具有：多个光源，射出来自多个发光点的光束；偏转装置，入射有来自各上述光源的光束时，通过多面反射镜将入射光束偏转；以及扫描光学***，使由上述偏转装置偏转了的光束在上述多个颜色的每个颜色的被扫描面上成像。在此，来自各上述光源的射出光束中预定的成对的光束以与上述多面反射镜的中心轴正交且通过该多面反射镜的副方向中心的水平面为基准对称并以相同的倾角入射到该多面反射镜。并且，上述扫描光学***包括：共用扫描透镜，入射有被上述多面反射镜偏光了的成对的光束，具有光学各向异性；以及第一及第二单个扫描透镜，分别入射有透过了上述共用扫描透镜的成对的光束中的一方及另一方，具有光学各向异性。另外，将包括上述多个发光点的面作为偏光面时，该偏光面相对于上述水平面的角度为除0°和90°以外的角度，射出上述成对的光束的光源配置成各自的偏光面相对于上述水平面对称。另外，上述第一及上述第二单个扫描透镜配置成相对于上述水平面对称。上述共用扫描透镜具有以包含自身的光轴且与上述水平面平行的面为基准在上述副方向上对称的形状。另外，各上述单个扫描透镜具有以包含自身的光轴且与上述水平面平行的面为基准在上述副方向上不对称的形状。

附图说明

图1是一个实施方式涉及的激光扫描光学装置的外观立体图。

图2A是表示图1的各光源的立体图。

图2B是图1的各光源的发光面的主视图。

图3A是表示Y、M的光源中的偏光面和水平面的关系的示意图。

图3B是表示C、K的光源中的偏光面和水平面的关系的示意图。

图4是将图1的激光扫描光学装置的主要部分沿X轴方向展开的示意图。

图5是沿着单个扫描透镜的ZX平面的剖视图。

图6是表示示出了共用扫描透镜的双折射量的等高线的示意图。

图7是表示本实施方式中的各颜色在被扫描面上的光量不匀的图。

图8是变形例涉及的激光扫描光学装置的外观立体图。

图9是表示图8的激光扫描装置中的光束的倾角的示意图。

图10是表示现有例中的各颜色在被扫描面上的光量不匀的图。

具体实施方式

（实施方式）

以下参照附图，对本发明的实施方式涉及的激光扫描光学装置进行说明。

（激光扫描光学装置的结构）

首先，对图1所示的X轴、Y轴、Z轴进行说明。Y轴是光束B在各感光鼓40的表面上进行扫描的方向（以下称为主扫描方向）。Z轴表示副方向。X轴表示与Y轴及Z轴双方正交的方向。

激光扫描光学装置10优选为全彩的复印机、打印机或者它们的复合机。

大致上，在按照Y、M、C、K每个颜色设置的感光鼓40（40y、40m、40c、40k）上扫描光束B（By、Bm、Bc、Bk）。在此，参考标记右侧的后缀y、m、c、k表示黄、品红、青、黑。例如，感光鼓40y表示黄色的感光鼓40。

激光扫描光学装置10包括：光源11（11y、11m、11c、11k）、准直透镜12（12y、12m、12c、12k）、光圈13（13y、13m、13c、13k）、合成反射镜14（14y、14m、14c、14k）、反射镜15、圆筒透镜16、偏转器17、扫描透镜组20、反射镜24（24y、24m、24c、24k）、25（25y、25m、25c）、26（26m、26c）以及防尘窗27（27y、27m、27c、27k）。其中，至少由扫描透镜组20和反射镜24构成扫描光学***。

光源11y、11m、11c、11k按照从上到下的顺序配置，射出光束By、Bm、Bc、Bk。

以下参照图2、图3对各光源11进行详细说明。首先，在图2中，X’轴表示各光源11的光轴Ao的方向。另外，Y’轴和Z’轴表示在主视图中各光源11的发光面的左右方向和上下方向。

各光源11如图2A、图2B所示，例如是多光束激光二极管。另外，各光源11在自身的发光面（Y’Z’平面）上至少具有两个发光点E1、E2，从各发光点E1、E2射出与光轴Ao（X’轴）平行的光束B。在此，以下将包括连接了两个发光点E1、E2的线段以及光轴Ao的平面称为偏光面Fs。

光源11y、11m分别如图3A所示配置成，在正视发光面时，偏光面Fsa和X’Y’平面以预定角度θa（θa=44.43°）交叉。并且，光源11c、11k分别如图3B所示配置成，在正视发光面时，偏光面Fsb和X’Y’平面以预定角度θb（θb=135.57°）交叉。在此，光源11y的偏光面Fsa和光源11k的偏光面Fsb以后述的水平面F1（参照图4）为基准对称。并且，光源11m的偏光面Fsa和光源11c的偏光面Fsb以水平面F1为基准对称。θa、θb均选择除0°和90°以外的值。

再次参照图1。准直透镜12y、12m、12c、12k分别与光源11y、11m、11c、11k对应地设置，将光束By、Bm、Bc、Bk变换为平行光。光圈13y、13m、13c、13k分别将平行的光束By、Bm、Bc、Bk整形为在Z轴方向（副方向）上具有预定宽度。

合成反射镜14y、14m、14c分别起到合成装置的作用，反射光束By、Bm、Bc，使光束By、Bm、Bc的行进方向与合成反射镜14k所反射的光束Bk的行进方向一致。反射镜15对通过合成反射镜14使得行进方向一致的光束By、Bm、Bc、Bk进行反射。

圆筒透镜16将光束By、Bm、Bc、Bk在Z轴方向（副方向）上聚光。更详细来说，圆筒透镜16以使光束By、Bm、Bc、Bk在偏转器17的多面反射镜的反射面附近成像为线状的方式将光轴By、Bm、Bc、Bk在Z轴方向上聚光。

偏转器17由多面反射镜以及马达（未图示）构成，将光束By、Bm、Bc、Bk向Y轴方向（主扫描方向）偏转。

在此参照图4。在图4中，多面反射镜中的Z轴方向的中心（以下称为副方向中心）为Pi。另外，将与多面反射镜的中心轴Ac（参照图1）正交并且包含副方向中心Pi的水平面作为F1。光束By、Bk以水平面F1为基准对称且以倾角θp1入射到偏转器17（斜入射光学***）。光束Bm、Bc以水平面F1为基准对称且以倾角θp2（0＜θp2＜θp1）入射到偏转器17。以下，将相互共用倾角θp1的光束By、Bk称为第一对，将共用倾角θp2的光束Bm、Bc称为第二对。另外，在本实施方式中，θp1例如是2.19°，θp2例如是0.73°。

再次参照图1。扫描透镜组20使被偏转器17偏转了的光束By、Bm、Bc、Bk在感光鼓40y、40m、40c、40k的周面（被扫描面）上成像。更详细来说，扫描透镜组20具有使感光鼓40y、40m、40c、40k上的光束By、Bm、Bc、Bk的扫描速度恒定并且使光束By、Bm、Bc、Bk的光束直径均匀的光学特性。并且，扫描透镜组20包括各个颜色共用的共用扫描透镜21、22和按照每个颜色设置的单个扫描透镜23（23y、23m、23c、23k）。扫描透镜21、22、23从光束B的行进方向的上游（光源11侧）向着下游（感光鼓40）按照该顺序设置。

反射镜24（24y、24m、24c、24k）、25（25y、25m、25c）、26（26m、26c）将透过了共用扫描透镜22的光束By、Bm、Bc、Bk反射，引导到感光鼓40y、40m、40c、40k。

更详细来说，光束By被反射镜24y反射，透过第一单个扫描透镜23y，进而被反射镜25y反射，穿过防尘窗27y而在感光鼓40y上成像。光束Bm被反射镜24m、25m反射，透过第三单个扫描透镜23m，进而被反射镜26m反射，穿过防尘窗27m而在感光鼓40m上成像。光束Bc被反射镜24c反射，透过第四单个扫描透镜23c，进而被反射镜25c、26c反射，穿过防尘窗27c而在感光鼓40c上成像。光束Bk透过第二单个扫描透镜23k，被反射镜24k反射，穿过防尘窗27k而在感光鼓40k上成像。

在此详细说明共用扫描透镜21、22以及各单个扫描透镜23的详细情况。各透镜21~23均是由例如聚碳酸酯这样的具有光学各向异性（双折射）的树脂成形而成的透镜。更具体而言，各透镜21~23具有40×10^-12PA1以上的光弹性系数。并且，共用扫描透镜21、22分别具有以包含自身的光轴且与上述水平面F1平行的面为基础在Z轴方向（副方向）上对称的形状。

共用扫描透镜21、22例如具有下述表1所示的结构。另外，面编号1、2是共用扫描透镜21中的光束B的入射面、出射面，面编号3、4是共用扫描透镜22中的入射面、出射面。

表1

表1：共用扫描透镜结构

表1中的面编号1~4的自由曲面系数如以下表2所示。

表2

表2：共用扫描透镜的自由曲面系数

另外，自由曲面式如以下所示。

$X=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{C}_{\mathrm{ij}}\·Y^i\·Z^j$

另外，第1及第2单个扫描透镜23y、23k如图5中示例所示，具有以包含各透镜的光轴A1且与水平面F1平行的平面为基准在Z轴方向（副方向）上不对称的形状。并且，两个单个扫描透镜23y、23k是利用相同模具制造出来的成形透镜。进而，两个单个扫描透镜23y、23k是将相同形状的透镜以相反朝向（即相对于光轴AL旋转180度）且配置在以水平面F1为基准对称的位置上而成的。一般来说，决定双折射的分布（关于分布例请参照图6）的决定性要因是透镜的形状和成形阶段中树脂的流路。因此，只要是相同形状的透镜，即使生产批量不同，双折射分布的状态也几乎没有变化。因此，使用通过相同模具制造出来的相同形状的扫描透镜，从而在入射角度θp的绝对值相等的成对的光束By、Bk的光路中，从光源发出的光束相对于单个扫描透镜23y（或23k）透过相对相同的位置，因此在每个扫描角度，扫描透镜的双折射相位差分布和入射到扫描透镜的入射光束的偏光状态相等。这样一来，能够在每条光路上调和偏光状态相对于双折射相位差分布的变化，使斜入射角度相等的两个光路间的反射透过率不匀变得相等。即，被扫描面上的光量不匀变得相等，光量不匀的光路间差得以降低。

另外，虽然第三及第四单个扫描透镜23m、23c也是通过相同模具制造的成形透镜，但其具有不同于第一及第二单个扫描透镜23y、23k的形状。并且，两个单个扫描透镜23m、23c使相同形状的透镜以相反朝向（即相对于光轴AL旋转180度）、且配置于以水平面F1为基准对称的位置，从而能够获得与上述同样的效果。

第三及第四单个扫描透镜23m、23c例如具有以下表3的下部所示的结构。第一及第二单个扫描透镜23y、23k例如具有表3的上部所示的结构。在此，在表3中，fθ3内的面编号5、6、7意味着第三及第四单个扫描透镜23m、23c的入射面、出射面、像面，fθ3外的面编号5、6、7意味着第一及第二单个扫描透镜23y、23k的入射面、出射面、像面。

表3

表3：单个扫描透镜结构

表3中的各面编号5~7的自由曲面系数如以下表4所示。

表4

表4：单个扫描透镜的自由曲面系数

另外，感光鼓40y、40m、40c、40k被驱动以一定速度旋转。通过以上的结构，光束By、Bm、Bc、Bk沿着Y轴（主扫描方向）扫描，并且感光鼓40y、40m、40c、40k绕Y轴旋转，从而在感光鼓40y、40m、40c、40k上形成静电潜影。

（激光扫描光学装置的作用、效果）

各共用扫描透镜以及各单个扫描透镜在为树脂成形透镜的情况下，由于成形上的主要原因而发生双折射。该双折射量的大小与双折射的光的相位差具有实质上相同的含义，如图6所示，因透镜位置不同而不同。在此，在图6中示出了用线连接在透镜中双折射量的大小相同的位置而得到的等高线（虚线框内所示）。光束透过这种透镜时，因透过位置的不同，光束的偏光状态的变化程度也发生变化。并且，激光扫描光学装置中的透镜、反射镜的透射率、反射率依赖于入射光束的偏光状态，因此偏光状态的变化根据入射位置而不同的话，光束会产生透射不匀、反射不匀。这些透射不匀或反射不匀会导致各感光鼓40的被扫描面上的光量不匀。并且，由于每个颜色的透射不匀或反射不匀不同，因此如参照图10所说明的那样，每个颜色的光路间会产生光量不匀的差。

为了降低光路间的光量不匀的差，在本发明中，至少形成一组包含两个光束B的一对。在本实施方式中，作为优选的一例，将光束By、Bk预先作为第一对确定，将光束Bm、Bc作为第二对确定。例如，关于第一对，如图2~4所示，两个光源11y、11k以偏光面Fsa、Fsb相对于水平面F1相互对称的方式配置。进而，光束By、Bk如图4所示，以相对于水平面F1对称的倾角θp1入射到多面反射镜。其后，光束By、Bk均透过相对于水平面F1具有对称形状的共用扫描透镜21、22。其后，光束By、Bk透过相对于水平面F1对称配置的第一及第二单个扫描透镜23y、23k。

如上所述，各共用扫描透镜21、22具有对称形状，并且在光束By、Bk之间也能够确保对称性。因此，入射到各共用扫描透镜21、22的入射光束By、Bk在每个主扫描角度产生实质上等量的双折射，其结果是，入射到各共用扫描透镜21、22的入射光束By、Bk的偏光状态实质上相等。并且，第一及第二单个扫描透镜23y、23k以通过相同模具制造的相同批量形状以相反朝向对称配置，因此在相同的主扫描角度的光束By、Bk中会产生实质上等量的双折射。其结果是，入射到各第一及第二单个扫描透镜23y、23k的入射光束By、Bk的偏光状态也实质上相等。综上所述，能够使成对的光束By、Bk之间的偏光的变化程度在主扫描方向上一致，在光束By、Bk间使透射不匀、反射不匀一致。

将以上内容换言之，如图7所示，能够抑制感光鼓40y、40k的被扫描面上的光量不匀的差，抑制光路间的光量不匀的差。更具体而言，在图10的现有例中，特别是观察Y、K的光路间差的话，光量比的差最大为8%，但在图7的本实施方式中，Y、K间的光量比的差最大为4%。

另外，在上述说明中针对光束By、Bk的对进行了说明，而第二对也确保了同样的对称性，因此在光束Bm、Bc间也能够抑制光量不匀的差。

另外，从成本的角度出发，在各扫描透镜21~23采用光弹性系数大的材料（光弹性系数例如为40×10^-12PA1以上）时，各扫描透镜21~23的应力双折射变大，各被扫描面上的光量不匀变大。在激光扫描光学装置具有这种扫描透镜21~23时，采用本实施方式的结构能够良好地抑制光路间的光量不匀的差。

另外，在本实施方式中，以所谓单侧偏转的激光扫描光学装置为例进行了说明。另外，在单侧偏转中，所有光束B在多面反射镜的单侧被偏光。在该单侧偏转中，所有光束B入射到各共用扫描透镜21、22，因此越是在Z轴方向上远离水平面F1的光束By、Bk，其双折射量越大。但是，根据本实施方式的结构，在各共用扫描透镜21、22中，光束By、Bk在接受实质上等量的双折射的位置上入射，因此能够更有效地抑制光路间的光量不匀的差。

并且，在各反射镜24、25、26中，优选进行所谓多层镀膜，即在金属膜上涂布多层（例如五层）光学薄膜。例如，第一层的折射率为1.38且膜厚为0.25波长，第二层的折射率为2.35且膜厚为0.25波长，第三层的折射率为1.38且膜厚为0.25波长，第四层的折射率为2.35且膜厚为0.25波长，第五层的折射率为1.46且膜厚为0.5波长。进行多层镀膜的理由如下。反射镜与透镜不同，因光路的分布等的情况，光路间存在反射镜的个数不同的情况。在本实施方式中，在光束By的光路上存在两个反射镜24y、25y，在光束Bm的光路上存在三个反射镜24m、25m、26m。在这种情况下，在光路间会产生反射镜个数不同导致的光量不匀的差。为了减小这种光量不匀的差，在本实施方式中，在各反射镜24~26上实施多层镀膜。由此，能够减小反射镜对光量不匀的贡献度，因此能够更有效地降低光路间的光量不匀的差。

第一及第二单个扫描透镜23y、23k优选以由各透镜的光轴Al（参照图5）的方向和Z轴方向（副方向）形成的平面为基准，在Y轴方向（主扫描方向）上具有对称形状。由此，使第一及第二单个扫描透镜23y、23k中的任一方旋转180°时，其与另一方具有相同形状。因此，能够使用相同的透镜作为第一及第二单个扫描透镜23y、23k。第三及第四单个扫描透镜23m、23c也可以是相同的透镜。由此，能够在降低光路间的光量不匀的差的同时，实现激光扫描光学装置成本的降低。

（激光扫描光学装置的变形例）

在上述实施方式中，对采用所谓单侧偏转的激光扫描光学装置进行了说明。本实施方式的结构不限于此，也可以适用于图8所示的采用两侧偏转的激光扫描光学装置。在图8中，仅对本发明的主要部分标以参考标记。另外，在图8中，与图1的结构相当的部分标以相同的参考标记，省略了其各自的说明。

在图8中，来自4个光源11（11y、11m、11c、11k）的光束B（By、Bm、Bc、Bk）经由圆柱透镜等入射到偏转器17的多面反射镜。具体而言，光束By、Bm的组合与光束Bc、Bk的组合分别入射到多面反射镜的不同面。在此，入射到相同入射面的光束By、Bm和光束Bc、Bk如图9所示，以在上述实施方式中所说明的水平面F1为基准，以相同的角度θp（例如1.37°）斜入射。

并且，配置有用于使由偏转器17向主扫描方向Y偏转了的各光束By、Bm在各感光鼓40y、40m上成像的共用扫描透镜21、22；用于将透过该透镜21、22的光束引导到各感光鼓40y、40m的多个反射镜；在各光路单个地配置的单个扫描透镜23y、23m。同样地，配置有用于使由偏转器17向主扫描方向Y偏转了的各光束Bc、Bk在各感光鼓40c、40k上成像的共用扫描透镜21、22；用于将透过该透镜21、22的光束引导到各感光鼓40c、40k的多个反射镜；在各光路单个地配置的单个扫描透镜23c、23k。

本变形例的共用扫描透镜21、22例如具有以下表5所示的结构。另外，面编号1、2是共用扫描透镜21中的光束B的入射面、出射面，面编号3、4是共用扫描透镜22中的入射面、出射面。

表5

表5：共用扫描透镜结构

表5中的面编号1~4的自由曲面系数如以下表6所示。

表6

表6：扫描透镜的自由曲面系数

在本变形例中，各单个扫描透镜23可以是相同结构，具有以下表7所示的结构。在此，在表7中，面编号5、6、7意味着各单个扫描透镜23的入射面、出射面、像面。

表7

表7：单个扫描透镜结构

表7中的各面编号5~7的自由曲面系数如以下表8所示。

表8

表8：单个扫描透镜自由曲面系数

Claims (6)

1.一种激光扫描光学装置，使光束沿主扫描方向在按照多个颜色的每个颜色设置的感光体的被扫描面上扫描，其特征在于，

该激光扫描光学装置具有：

多个光源，射出来自多个发光点的光束；

偏转装置，当来自各上述光源的光束入射到偏转装置时，通过多面反射镜将入射光束偏转；以及

扫描光学***，使被上述偏转装置偏转后的光束在上述多个颜色的每个颜色的被扫描面上成像，

来自各上述光源的射出光束中从预定的成对的光源射出的光束以与上述多面反射镜的中心轴正交且通过该多面反射镜的副方向中心的水平面为基准对称并以相同的倾角入射到该多面反射镜，

上述扫描光学***包括：

共用扫描透镜，具有光学各向异性，并且从被上述多面反射镜偏光后的成对的光源射出的光束入射到该共用扫描透镜；以及

第一及第二单个扫描透镜，具有光学各向异性，并且从透过了上述共用扫描透镜的成对的光源射出的光束中的一方及另一方分别入射到该第一及第二单个扫描透镜，

当将包括上述多个发光点的面作为偏光面时，该偏光面相对于上述水平面的角度为除0°和90°以外的角度，上述成对的光源配置成各自的偏光面相对于上述水平面对称，

上述第一及第二单个扫描透镜配置成相对于上述水平面对称，

上述共用扫描透镜具有以包含自身的光轴且与上述水平面平行的面为基准在上述副方向上对称的形状，

各上述单个扫描透镜具有以包含自身的光轴且与上述水平面平行的面为基准在上述副方向上不对称的形状。

2.根据权利要求1所述的激光扫描光学装置，其特征在于，

上述第一及上述第二单个扫描透镜是通过相同模具制造的相同形状的树脂成形品。

3.根据权利要求1所述的激光扫描光学装置，其特征在于，

各上述单个扫描透镜具有以由自身的光轴方向和上述副方向构成的平面为基准在上述主扫描方向上对称的形状。

4.根据权利要求1或2所述的激光扫描光学装置，其特征在于，

上述共用扫描透镜和上述第一及第二单个扫描透镜由光弹性系数为40×10^-12PA^-1以上的材料构成。

5.根据权利要求1或2所述的激光扫描光学装置，其特征在于，

上述多个光源是4个，

来自上述4个光源的射出光束中构成第一对的光束以上述水平面为基准对称地以相同的倾角θp1入射到上述多面反射镜，

来自上述4个光源的射出光束中构成第二对的光束以上述水平面为基准对称地以相同的倾角θp2入射到上述多面反射镜，

构成上述第一对及上述第二对的光束入射到上述共用扫描透镜。

6.根据权利要求1或2所述的激光扫描光学装置，其特征在于，

上述扫描光学***还包括多个反射装置，该多个反射装置使被上述偏转装置偏转后的光束在上述多个颜色的每个颜色的被扫描面上成像，

上述多个反射装置实施了多层镀膜。