JP2002116396A - マルチビーム光走査光学系及びマルチビーム光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
マルチビーム光走査光学系及びマルチビーム光走査装置及び画像形成装置Info
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Abstract
系において、複数光源から出射した光ビームの被走査面
上における、主走査方向の相対的な結像位置ずれを防止
することによって、高速・高画質な画像形成装置を提供
する。 【解決手段】 複数光源1から出射したそれぞれの光ビ
ームを集光レンズ3で集光し、光偏向器5の偏向面上に
入射させる光ビーム入射光学系を有するマルチビーム光
走査光学系であって、光ビーム入射光学系は、複数光源
1と集光レンズ3の間にリレー光学系2を設け、リレー
光学系2による複数光源1のそれぞれの結像点Pよりも
光源側に、複数光源1から出射したそれぞれの光ビーム
のビーム幅を制限する開口絞り6を配置する構成とし
た。
Description
それを用いた画像形成装置に関し、レーザービームプリ
ンタやデジタル複写機等に使用される光走査光学系及び
光走査装置に関するものであり、特に、高速・高記録密
度を達成する為に光源として複数光源を使用したマルチ
ビーム光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置に関
するものである。
ビーム光走査光学系の主走査方向の断面を示す。21は
複数の発光点から構成される半導体レーザー等から成る
複数光源であり、複数の光源から射出したそれぞれの光
ビームはコリメータレンズ22で略平行光若しくは収束
光とされ、開口絞り23でその光ビームの断面形状を整
形しシリンドリカルレンズ24によって副走査方向にの
み収束されて、光偏向器であるポリゴンミラー25の偏
向反射面25a近傍において主走査方向に長く伸びた焦
線状に結像される。さらに図中矢印A方向に一定角速度
で回転しているポリゴンミラー25によって反射され偏
向走査されたそれぞれの光ビームは、fθレンズ26に
よって感光ドラム等から成る被走査面27上にスポット
状に集光され図中矢印B方向に一定速度で走査される。
28は、書き出し位置検知の為のBD光学系である。2
8aは、BDスリットで、28bは、BDレンズで、2
8cは、BDセンサ(同期位置検出素子)である。
は、図10の様に複数の光源を副走査方向に縦に並べて
配置してしまうと、被走査面上における副走査方向のそ
れぞれの線の間隔が記録密度よりも大幅に間隔が開いて
しまう為、通常は図11に示す様に複数の光源を斜めに
配置してその斜めの角度δを調整することにより、被走
査面上における副走査方向のそれぞれの線の間隔を記録
密度に合わせて正確に調整している。
光走査光学系においては、複数の光源を斜めに配置して
いる為に図12に示す様に複数の光源から出射した光ビ
ームはポリゴンの反射面上で主走査方向に離れた位置に
到達し且つポリゴンから反射される光ビームの角度もそ
れぞれ異なる為、被走査面上においてお互いに主走査方
向に離れた位置にスポットが結像されることになる(光
線Aと光線B)。
査光学系においては、ある1つの基準の光源が被走査面
上に結像する位置に他の光源からの光束の結像位置を合
わせる様に所定時間δΤだけタイミングをずらして画像
データを送っている。
同図の25a′の角度に設定され、この時に反射される
光線はB′の方向、即ちAと同じ方向に反射されること
によってお互いのスポットの結像位置が一致することに
なる。
保持する光学ユニットと被走査面との位置誤差、光学ユ
ニットに光学部品を組み付けるときの組つけ誤差、等)
で主走査方向のピントずれが発生した場合、ここでは被
走査面27が27′の位置にずれてしまったと仮定する
と、同図から明らかなようにそれぞれの光線の結像位置
が主走査方向にδYだけずれてしまう。
結像位置にずれが発生することによって、印字精度の低
下・画質の劣化を招いてしまうという問題が存在してい
た。
まであり、それら全てをゼロにすることは不可能であ
る。それを仮に調整するにしても調整工程にコストがか
かってしまう。さらに、最近においてはコストの観点か
らfθレンズにプラスチック材料を用いた光学系を使用
することが多い。プラスチックレンズは射出成形で製造
されるが、その面精度は光学ガラスを研磨することによ
って得られる精度に比べて劣っている。特にレンズのあ
る部分では設計値に対して凸に誤差が生じるが他の部分
では凹に誤差が生じるということが起こりやすい。この
様な面精度の誤差によるピントずれに対しては被走査面
全域に亙ってピントずれを補正することは不可能であ
る。
置ずれによる画質の劣化を補正することは非常に困難な
ことであった。
て図示し説明しているが、発光点の数が3、4、5、6
と増加すればするほど、両端の光源間において発生する
上記δYの値が比例的に増大してくることが容易に理解
出来る。即ち、上記従来のマルチビーム光走査光学系に
おいては、高速化を達成する為に発光点の数を増加させ
ようとしても、前述の複数光源からの光ビームの結像位
置のずれが増大することにより印字精度の低下・画質の
劣化を招いてしまい、高速化が非常に難しいという問題
があった。
れたものであり、複数の光源と集光レンズとの間にリレ
ー光学系を配置することによって、複雑な調整を必要と
せず、効果的に複数光源からの光束の結像位置ずれを防
止することによって、高速でしかも高画質に最適なマル
チビーム光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置を
提供することを目的とする。
走査光学系は、(1)複数の光源から出射したそれぞれ
の光ビームを集光レンズで集光し、光偏向器の偏向面上
に入射させる光ビーム入射光学系を有するマルチビーム
光走査光学系において、前記光ビーム入射光学系は、前
記複数の光源と前記集光レンズの間にリレー光学系を設
け、前記リレー光学系による前記複数光源のそれぞれの
結像点よりも光源側に、前記複数光源から出射したそれ
ぞれの光ビームのビーム幅を制限する開口絞りを配置し
たことを特徴としている。
開口絞りと前記光偏向器の偏向面とを略共役な関係とす
るように配置されていることや、(1−2)前記リレー
光学系の焦点距離をf2 、前記リレー光学系の後側主点
から前記開口絞りまでの距離をd、としたとき、条件式
光源は、少なくとも走査方向にずらして配置されている
ことや、(1−4)前記集光レンズの焦点距離をf1 、
前記リレー光学系の焦点距離をf2 、としたとき、条件
式
光学系は、前記複数の光源を等倍以下に結像すること
や、(1−6)前記リレー光学系の結像倍率をβ2 とし
たとき、条件式
光学系で発生する球面収差を、前記集光レンズで相殺す
ることや、(1−8)前記リレー光学系で発生する像面
湾曲収差を、前記集光レンズで相殺することや、(1−
9)前記リレー光学系は1群構成で構成されることや、
(1−10)前記集光レンズは、光源側より順に凹レン
ズ、凸レンズの2枚で構成されていることや、(1−1
1)前記リレー光学系は、同一形状の凸レンズ2枚で構
成されていること、等を特徴としている。
系は、(2)少なくとも走査方向にずらして配置された
複数の光源から出射したそれぞれの光ビームを集光レン
ズで集光し、光偏向器の偏向面上に入射させる光ビーム
入射光学系を有するマルチビーム光走査光学系におい
て、前記光ビーム入射光学系は、前記複数の光源と前記
集光レンズの間にリレー光学系を設け、前記リレー光学
系による前記複数光源のそれぞれの結像点よりも光源側
に、前記複数光源から出射したそれぞれの光ビームのビ
ーム幅を制限する開口絞りを配置し、前記開口絞りは前
記集光レンズにより前記光偏向器の偏向面と略共役な関
係とされており、前記リレー光学系は、前記複数の光源
を等倍以下に結像するように構成され、前記集光レンズ
の焦点距離をf1 、前記リレー光学系の焦点距離をf
2 、前記リレー光学系の結像倍率をβ 2 、前記リレー光
学系の後側主点から前記開口絞りまでの距離をd、とし
たとき、条件式
する球面収差を、前記集光レンズで相殺することや、
(2−2)前記リレー光学系で発生する像面湾曲収差
を、前記集光レンズで相殺することや、(2−3)前記
リレー光学系は1群構成で構成されることや、(2−
4)前記集光レンズは、光源側より順に凹レンズ、凸レ
ンズの2枚で構成されていることや、(2−5)前記リ
レー光学系は、同一形状の凸レンズ2枚で構成されてい
ること、等を特徴としている。
系は、(3)少なくとも走査方向にずらして配置された
複数の光源から出射したそれぞれの光ビームを集光レン
ズで集光し、光偏向器の偏向面上に入射させる光ビーム
入射光学系を有するマルチビーム光走査光学系におい
て、前記光ビーム入射光学系は、前記複数の光源と前記
集光レンズの間にリレー光学系を設け、前記リレー光学
系による前記複数光源のそれぞれの結像点よりも光源側
に、前記複数光源から出射したそれぞれの光ビームのビ
ーム幅を制限する開口絞りを配置し、前記開口絞りは前
記集光レンズにより前記光偏向器の偏向面と略共役な関
係とされており、前記リレー光学系は、前記複数の光源
を等倍以下に結像するように構成され、前記集光レンズ
の焦点距離をf1 、前記リレー光学系の焦点距離をf
2 、前記リレー光学系の結像倍率をβ 2 、としたとき、
条件式
する球面収差と像面湾曲収差を前記集光レンズで相殺す
ることを特徴としている。
構成で構成されることや、(3−2)前記集光レンズ
は、光源側より順に凹レンズ、凸レンズの2枚で構成さ
れていることや、(3−3)前記リレー光学系は、同一
形状の凸レンズ2枚で構成されていること、等を特徴と
している。
(4)前記、(1)、(1−1)〜(1−10)、
(2)、(2−1)〜(2−5)、(3)、(3−1)
〜(3−3)に記載されたマルチビーム光走査光学系を
用いていることを特徴としている。
(4)に記載されたマルチビーム光走査装置と、被走査
面に配置された感光体と、前記マルチビーム光走査装置
で走査されたそれぞれの光ビームによって前記感光体上
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、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写
器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着
器とから成ることを特徴としている。
ーム光走査装置と、外部機器から入力されたコードデー
タを画像信号に変換して前記マルチビーム光走査装置に
出力せしめるプリンタコントローラとから成ることを特
徴としている。
ルチビーム光走査光学系をレーザービームプリンタやデ
ジタル複写機等の画像形成装置に適用したときの主走査
方向要部断面図である。
半導体レーザー等から成る光源であり、図11に示す様
に複数の光源を斜めに配置してその斜めの角度δを調整
することにより、被走査面上における副走査方向のそれ
ぞれの線の間隔を記録密度に合わせて正確に調整してい
る。また、本実施形態1においては理解を簡単にする為
発光点の数を2としているが、発光点が増えても同様に
考えることが出来る。
光ビームはリレー光学系であるリレーレンズ2によって
P点の位置に結像される。P点の位置に結像されたそれ
ぞれの光ビームは、集光レンズ3によって略平行光また
は収束光または発散光とされ、シリンドリカルレンズ4
によって副走査方向にのみ収束されて、光偏向器である
ポリゴンミラー5の偏向反射面5a近傍において主走査
方向に長く伸びた焦線状に結像される。シリンドリカル
レンズ4はガラス材料から成る凸のパワーの第1シリン
ドリカルレンズと、プラスチック材料から成る凹のパワ
ーの第2シリンドリカルレンズから構成されており、走
査光学系であるプラスチック材料から成るfθレンズ7
の環境変動による副走査方向のピント移動を補正してい
る。
収束光とされたそれぞれの光ビームのビーム幅を制限す
る開口絞りである。
複数の発光点の結像位置であるP点よりも、前記複数の
発光点を有する光源1側に配置されている。
前記偏向反射面5aとを略共役な関係とするように配置
されている。上記、光源1、リレーレンズ2、集光レン
ズ3、シリンドリカルレンズ4、開口絞り6、により、
光ビーム入射光学系が構成されている。
しているポリゴンミラー5によって反射され偏向走査さ
れたそれぞれの光ビームは、走査光学系であるfθレン
ズ7によって感光ドラム等から成る被走査面8上にスポ
ット状に集光され図中矢印B方向に一定速度で走査され
る。
学系における光ビーム入射光学系を詳説する。
を説明する為の、マルチビーム光走査光学系における光
ビーム入射光学系の主走査方向断面図、図2(b)は、
同様副走査方向断面図を示している。但し、ここでは、
前記開口絞り6が存在しない場合を説明する為、開口絞
り6を配置していない構成となっている。
する半導体レーザーから成る光源1は、図11に示す様
に複数の光源を斜めに配置してその斜めの角度δを調整
することにより、被走査面上における副走査方向のそれ
ぞれの線の間隔を記録密度に合わせて正確に調整してい
る。ここにおいて、発光点の数は2としているが本発明
はこれに限定されるものではなく、むしろ発光点の数が
3以上と数が増えたときに、より一層の効果を得ること
が出来る。また、光源として半導体レーザーを仮定して
以後の説明を進めるが本発明はこれに限定されるもので
はなく、他の光源、例えばLED等を光源として用いる
ことも可能である。
それぞれの光ビームは、リレー光学系であるリレーレン
ズ2によってP点の位置にそれぞれ結像される。P点の
位置に結像されたそれぞれの光ビームは、集光レンズ3
によって略平行光または収束光または発散光とされ、シ
リンドリカルレンズ4によって副走査方向にのみ収束さ
れて、光偏向器であるポリゴンミラー5の偏向反射面5
a近傍において主走査方向に長く伸びた焦線状に結像さ
れる。
出射したそれぞれの光ビームの主光線PA・PBを考え
る。これら2本の主光線が共に光ビーム入射光学系の光
軸AXに平行に出射した場合、前記2本のそれぞれの主
光線PA・PBは、前記リレー光学系の後側焦点位置Q
点において交差する。
おいて前記リレー光学系の後側焦点位置Q点と前記偏向
反射面5aとを略共役な関係とするように配置されてい
る。その様に集光レンズを配置した場合、Q点において
交差したそれぞれの2本の主光線PA・PBは、集光レ
ンズ3によって主走査方向において前記偏向反射面5a
上の点Rにおいて再度交差する。
合、図12にて説明した従来の如き主走査方向のピント
ずれに起因する、それぞれの2つのビームの主走査方向
の結像位置ずれδYの発生をゼロとすることが可能とな
る。この、主走査方向の結像位置ずれδYは、図12に
おける光線Aと光線B′とがお互いに主走査方向に離れ
ていることが原因であることが容易に理解出来よう。
光線PA・PBは、主走査方向において偏向反斜面5a
上の同一の点Rに到達するように構成されている為、図
12における光線Aに相当する光線PAと、図12にお
ける光線Bに相当する光線PB′とが完全に同一経路を
たどることになり、その結果として、従来の如き主走査
方向のピントずれに起因する、それぞれの2つのビーム
の主走査方向の結像位置ずれδYが原理的に発生しない
ことになる。
射したそれぞれの光ビームの主光線PA・PBが、光ビ
ーム入射光学系の光軸AXに平行でない場合を考えてみ
る。半導体レーザーから出射される光ビームは理想的に
は光ビーム入射光学系の光軸AXに平行であるが、通常
はある程度の角度誤差を有するのが普通である。この角
度誤差は、電界振動面に平行な方向と垂直な方向とで若
干の差はあるが、±2〜3の誤差は考慮する必要があ
る。
うち、PAのみが光ビーム入射光学系の光軸AXに平行
でない場合を考える。図2(c)は、前記2本の主光線
PA・PBのうち、PAのみが光ビーム入射光学系の光
軸AXに平行でない場合のマルチビーム光走査光学系に
おける光ビーム入射光学系の主走査方向断面図である。
図2(c)を参照すると、発光点1Aから主走査方向に
角度αを成して出射した主光線PAは、Q点において光
ビーム入射光学系の光軸AXとは交差せず、Δ1=f2
×tanαだけ主走査方向に離れた位置を通過すること
になる。さらに、偏向反射面5a上においては、集光レ
ンズ3により前記Δ1が集光レンズ3の結像倍率β1 倍
に拡大された量Δ2=Δ1×β1 だけ光ビーム入射光学
系の光軸AXから主走査方向に離れた位置に到達してし
まうことになる。この場合、2本の主光線PA・PB
は、偏向反射面5a上の同一の点Rに到達しない為、前
述した如く主走査方向のピントずれに起因する、それぞ
れの2つのビームの主走査方向の結像位置ずれδYが発
生してしまうことになる。前述したとおり、この様な角
度誤差は必ず存在するものであり、即ち、本発明の実施
形態1の如くリレーレンズ2・集光レンズ3を構成した
としても、上記主走査方向の結像位置ずれδYをゼロに
することは殆ど不可能となる。
前記リレー光学系による前記複数光源のそれぞれの結像
点Pの位置よりも光源側に、前記複数光源から出射した
それぞれの光ビームのビーム幅を制限する開口絞り6を
配置する構成をとる。
学系の光軸AX上の点Qの位置に配置した本発明の実施
形態1の光ビーム入射光学系の主走査方向断面図であ
る。図3においては、図2(c)で説明したときと同じ
く、前記2本の主光線PA・PBのうち、PAのみが光
ビーム入射光学系の光軸AXに平行でない場合の図であ
る。
方向に角度αを成して出射した主光線PAは、開口絞り
6によってそのビーム幅を制限されることにより、発光
点1Bから出射した主光線PBと同じくQ点において光
ビーム入射光学系の光軸AXと交差することになる。よ
って、Q点において交差したそれぞれの2本の主光線P
A・PBは、集光レンズ3によって前記偏向反射面5a
上の点Rにおいて再度交差することになる。
レー光学系であるリレーレンズ2による前記複数光源の
それぞれの結像点Pの位置よりも光源側であるQ点に、
前記複数光源から出射したそれぞれの光ビームのビーム
幅を制限する開口絞り6を配置する構成をとったことに
よって、前記2つの発光点1A・1Bから出射したそれ
ぞれの光ビームの主光線PA・PBが、光ビーム入射光
学系の光軸AXに平行でない場合であっても、集光レン
ズ3によって前記偏向反射面5a上の点Rにおいて再度
交差することになる。従って、前述した如く主走査方向
のピントずれに起因する、それぞれの2つのビームの主
走査方向の結像位置ずれδYの発生をゼロとすることが
可能となる訳である。
から出射される光ビームの角度誤差が存在したとして
も、常に主走査方向の結像位置ずれδYをゼロとするこ
とによって、効果的に印字精度の低下・画質の劣化を防
止することが可能となり、さらには、走査光学系である
fθレンズに安価なプラスチックレンズを使用したとし
ても、fθレンズに起因するピントずれによる主走査方
向の結像位置ずれδYの発生をゼロとすることが可能と
なる為、低コストな構成でありながら印字精度の低下・
画質の劣化の無い、高画質な画像出力の可能なマルチビ
ーム光走査光学系、及び画像形成装置を達成することが
可能となる。
光学系であるリレーレンズ2・集光レンズ3・開口絞り
6とから光ビーム入射光学系を構成すると、前記従来構
成の入射光学系に比較して大型化してしまいがちであ
る。従って、本発明の実施形態1においては、前記リレ
ー光学系であるリレーレンズ2の焦点距離f2 、リレー
レンズ2の結像倍率β2 、前記集光レンズ3の焦点距離
f1 、前記リレー光学系の後側主点から前記開口絞りま
での距離d、等を適切な関係に設定することにより、効
果的にコンパクトな構成とすることを可能としている。
同様、開口絞り6を前記光ビーム入射光学系の光軸AX
上の点Qの位置に配置した本発明の実施形態1の光ビー
ム入射光学系の主走査方向断面図である。1A・1Bは
半導体レーザー等からなる複数光源の各発光点であり、
リレーレンズ2の焦点距離をf2 、リレーレンズ2の結
像倍率をβ2 、集光レンズ3の焦点距離をf1 、リレー
光学系であるリレーレンズ2の後側主点から開口絞り6
までの距離をd、集光レンズ3の後側主点から偏向反射
面5aまでの距離をS1 、開口絞り6から集光レンズ3
の前側主点までの距離をSk、開口絞り6からリレーレ
ンズ3による複数光源のそれぞれの結像点位置Pまでの
距離をΔ、開口絞り6の絞り径をφ1 、集光レンズ3か
ら出射する各光ビームのビーム系をφ0 、開口絞り6に
よって決定される各光ビームのリレーレンズ2による像
側FナンバーをFn1、複数光源の各発光点1A・1B
から偏向反射面5aまでの距離をL、とし、集光レンズ
3から出射する各光ビームを略平行光とする場合を考え
る。
から偏向反射面5aまでの距離をLは、
さく、即ち、入射光学系をコンパクトに構成する為に
は、f2 ・f1 の値をそれぞれ小さく、且つ、β2 の値
は1のときが一番Lの値を小さく出来ることが理解出来
る。前記リレーレンズの焦点距離f2 と集光レンズの焦
点距離f1 のLに対する寄与率は、上記式からf2 :f
1は4:1であることが解る。即ち、
を効果的に小さくすることが出来る。
に小さく設定してしまうと、リレー光学系であるリレー
レンズ2によって発生する球面収差、及び像面湾曲収差
が大となってしまう。また、前記各収差を良好に補正す
る為には、f1 の値に比してf2 の値を大きく設定すれ
ば良いが、f2 の値を余り大きく設定してしまうと上記
Lの値を小さく設定することが出来ない為、入射光学系
をコンパクトに構成することが不可能となってしまう。
従って、本発明の実施形態1においては、上記f2 ・f
1 の値を以下の条件式
径φ1 は、上記Δ・Fn1によって決定されることが解
るが、上記Δの値は、前記S1 ・Sk・f1 の値によっ
て決定される。通常の位置に集光レンズを配置した場合
はΔの値は比較的小さな値をとることが普通である。そ
の場合、Fn1の値が大きいと、前記開口絞り6の絞り
径φ1 が小さくなってしまい、例えば、前記開口絞り6
の絞り径φ1 に内径公差が存在した場合、内径公差に起
因して被走査面におけるスポット径の変動が大きくなっ
てきてしまい、安定したスポット径を得ることが困難と
なってきてしまう。よって上記内径公差の影響を低減す
る為には、Fn1の値を小さく設定することが好まし
い。このことは、前記リレー光学系であるリレーレンズ
2によって前記複数の光源を等倍以下に結像させること
によって達成出来る。しかし、この結像倍率をあまり下
げてしまうと、リレーレンズ2による光源からの光ビー
ムのカップリング効率が劣化してしまうので好ましくな
い。よって、本発明の実施形態1においては、リレーレ
ンズ2の結像倍率β2 を以下の条件式
光学系であるリレーレンズ2の後側焦点位置に配置する
ことが好ましい。しかし、入射光学系の全体構成及びメ
カ的な配置上の制限等から、上記位置に配置出来ない場
合もある。その様な場合においては、前記それぞれのビ
ームの主走査方向の結像位置ずれδYの発生量が許容出
来る範囲内において、前記開口絞り6の配置位置を適宜
変更しても構わない。よって、本発明の実施形態1にお
いては、前記リレー光学系の焦点距離をf2 、前記リレ
ー光学系の後側主点から前記開口絞りまでの距離をd、
としたとき、以下の条件式
式の下限を超えて開口絞り6を配置してしまうと、開口
絞り6が集光レンズ3側に近づいてしまうことにより、
絞り径φ1 を小さく設定しなければならず、前述した通
り、前記開口絞り6の絞り径φ 1 に内径公差が存在した
場合、被走査面におけるスポット径の変動が大きくなっ
てきてしまい、安定したスポット径を得ることが困難と
なってきてしまう。また上記(1)式の上限を超えて開
口絞り6を配置してしまうと、前記それぞれのビームの
主走査方向の結像位置ずれδYの発生量が許容出来なく
なってくると共に、各光ビーム内部の光強度分布に非対
称性が生じることによる結像性能の劣化、および、各光
ビームの被走査面上における光量差が大きくなってしま
うので好ましくない。
入射光学系をコンパクトに構成する為、リレー光学系を
1群構成とし、前記リレー光学系によって発生する球面
収差、及び像面湾曲収差を集光レンズ3によって相殺す
ることを特徴としている。
レー光学系であるリレーレンズの焦点距離f2 はある程
度小さい必要があり、且つリレーレンズ2の結像倍率も
縮小側に設定するのが好ましい。また、リレーレンズ
2、集光レンズ3も成るべく構成枚数を少なく、且つ小
型に設計することが好ましい。しかし、特にリレーレン
ズ2において発生する球面収差と像面湾曲収差を補正す
ることが非常に困難であり、例えば、少ない構成枚数で
ある2枚構成などで設計することは事実上不可能であ
る。
リレーレンズ2を2枚のレンズで構成し、且つ、前記2
枚のレンズは同一形状で構成することとし、それによっ
て発生する球面収差と像面湾曲収差を、前記集光レンズ
3で相殺する構成としている。
収差及び像面湾曲収差は共にアンダーであり、このアン
ダーな球面収差と像面湾曲収差を集光レンズ3を最適な
レンズ構成をとることによって相殺している。具体的に
は、前記集光レンズ3は、光源側より順に凹レンズ・凸
レンズの2枚構成としている。この様なレンズ構成とす
ることにより、集光レンズ3としてオーバーな球面収差
と像面湾曲収差を発生させ、リレーレンズ2のアンダー
な球面収差と像面湾曲収差を相殺させている。
構成をとることによって、リレーレンズ2及び集光レン
ズ3を少ない構成枚数で構成することを可能とし、入射
光学系をコンパクトに構成することが出来ると共に、入
射系全体としての球面収差、及び像面湾曲収差を非常に
良好に補正することを可能としている。それによって、
被走査面におけるスポット形状を良好に補正し、且つ複
数光源に対応するそれぞれの結像スポット性能の相対的
な差も十分に小さく補正することが出来、その結果、低
コスト・コンパクトな構成でありながら印字精度の低下
・画質の劣化の無い、高画質な画像出力の可能なマルチ
ビーム光走査光学系、及び画像形成装置を達成すること
が可能となる。
すように配置した場合について述べたが、リレーレンズ
2と集光レンズ3の合成焦点距離を図9に示す従来の構
成のコリメーターレンズ22の焦点距離よりも長く設定
してやれば、複数の光源を図10に示すように配置した
場合の被走査面上に置ける各光ビームが走査する副走査
方向の線の間隔を小さくすることが可能となる。即ち、
複数の光源から出射した各光ビームを副走査断面内にお
いて、光走査光学系を構成する各光学系の光軸に近いと
ころを使用することが可能となる為、各光源に対応した
光ビームの結像性能の相対差を少なくすることができ、
高画質な画像出力を得ることが可能となる。
ム光走査光学系の諸特性を示す。
の非球面形状は、各レンズ面と光軸との交点を原点と
し、光軸方向をX軸、主走査断面内において光軸と直交
する軸をY軸、副走査断面内において光軸と直交する軸
をZ軸としたときに、
球面係数である。
る場合は、yの値が正のときは係数として添字uのつい
たku、B4u〜B10uを、yの値が負のときは係数とし
て添字lのついたkl、B4l〜B10lを使用する。
ズ面座標がyであるところの曲率半径r′が、 r′=r(1+D2 y2+D4y4+D6y6+D8y8+D
10y10) なる式で表わされる形状をしている。
〜D10は各係数である。
る場合は、yの値が正のときは係数として添字uのつい
たD2u〜D10uを用いて計算された曲率半径r′となっ
ており、yの値が負のときは係数として添字lのついた
D2l〜D10lを用いて計算された曲率半径r′となって
いる。
値と前記各条件式(1)〜(3)に対応する各特性値を
示す。各値とも前記各条件式を満足していることが解
る。
ンズ2で発生する球面収差と像面湾曲収差をそれぞれ示
し、図6に集光レンズ3によって発生する球面収差と像
面湾曲収差をそれぞれ示す。また、図7にリレーレンズ
2と集光レンズ3による入射光学系トータルの球面収差
と像面湾曲収差をそれぞれ示す。但し、ここにおける各
収差図は、偏向反射面5a側から光線を入射させた状態
で計算している。図から解る様に、リレーレンズ2で発
生する球面収差と像面湾曲収差とを集光レンズ3で発生
する球面収差と像面湾曲収差とで相殺している。ΔMは
主走査断面内、ΔSは副走査断面内での像面湾曲であ
る。
る。図8は本発明の実施形態2のマルチビーム光走査光
学系をレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画
像形成装置に適用したときの主走査方向要部断面図であ
る。
をリレー光学系であるリレーレンズ2の後側焦点位置d
f2 よりも光源側に配置している。その他の諸特性値は
実施形態1と同様である。本実施形態2におけるf1 、
f2 、β2 、dの各値と前記各条件式(1)〜(3)に
対応する各特性値を第3表に示す。
をリレー光学系であるリレーレンズ2の後側焦点位置d
f2 よりも光源側に配置している為、前記開口絞り6の
絞り径φ1 を実施形態1よりも大きく設定することが可
能となり、絞り径φ1 の内径公差に対する被走査面上で
のスポット径に与える影響を緩和している。それによっ
て、開口絞りの内径公差の許容度を実施形態1に比べて
2.02倍にすることが出来、部品精度を緩和すること
を可能にしている。
るリレーレンズ2の後側焦点位置からずらして配置して
いる為、前記主走査方向のピントずれに起因する、それ
ぞれの2つのビームの主走査方向の結像位置ずれδYの
量はゼロとはなっていない。
5a上における各発光点から出射した光ビームの主光線
PA・PBの離れ量Δ2は0.166mmとなる。ここ
で、走査レンズであるfθレンズの焦点距離は212m
mであるから、例えば、主走査方向のピントずれが1m
m発生したときのそれぞれの2つのビームの主走査方向
の結像位置ずれΔYは、
のピントずれが2mmを超えてくると主走査方向のスポ
ット径が肥大してしまう為、主走査方向のピントずれは
2mm以下になる様に組み立て調整が成されるのが普通
である。
場合の前記それぞれの2つのビームの主走査方向の結像
位置ずれδYは上式で計算された値の2倍の1.6μm
である。通常、この主走査方向の結像位置ずれ量は7μ
mを超えてくると画像として目立ち始めることが本発明
人らの実験によって確認されている。それに対して、本
実施形態2における2つのビームの主走査方向の結像位
置ずれ1.6μmは十分に許容範囲内であることが解
る。
り6をリレー光学系であるリレーレンズ2の後側焦点位
置よりも2.02倍に設定し、部品精度を緩和すること
を可能とし、且つ、それぞれのビームの主走査方向の結
像位置ずれを十分許容範囲に収める設定とすることを可
能としている。
態を示す副走査方向の要部断面図である。図13におい
て、符号104は本発明の画像形成装置を示す。この画
像形成装置104には、パーソナルコンピュータ等の外
部機器117からコードデータDcが入力する。このコ
ードデータDcは、装置内のプリンタコントローラ11
1によって、画像データ(ドットデータ)Diに変換さ
れる。この画像データDiは、実施形態1〜2に示した
構成を有するマルチビーム光走査光学系を使用したマル
チビーム光走査装置100に入力される。そして、この
マルチビーム光走査装置100からは、画像データDi
に応じて変調された複数の光ビーム103が出射され、
この複数の光ビーム103によって感光ドラム101の
感光面が主走査方向に走査される。
101は、モータ115によって時計廻り或いは反時計
周りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感
光ドラム101の感光面が光ビーム103に対して、主
走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム
101の上方には、感光ドラム101の表面を一様に帯
電せしめる帯電ローラ102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102によって帯電
された感光ドラム101の表面に、前記マルチビーム光
走査装置100によって走査される光ビーム103が照
射されるようになっている。
3は、画像データDiに基づいて変調されており、この
複数の光ビーム103を照射することによって感光ドラ
ム101の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜
像は、上記複数の光ビーム103の照射位置よりもさら
に感光ドラム101の回転方向の下流側で感光ドラム1
01に当接するように配設された現像器107によって
トナー像として現像される。
は、感光ドラム101の下方で、感光ドラム101に対
向するように配設された回転ローラ108によって被転
写材たる用紙112上に転写される。用紙112は感光
ドラム101の前方(図13において右側)の用紙カセ
ット109内に収納されているが、手差しでも給紙が可
能である。用紙カセット109端部には、給紙ローラ1
10が配設されており、用紙カセット109内の用紙1
12を搬送路へ送り込む。
された用紙112はさらに感光ドラム101後方(図1
3において左側)の定着器へと搬送される。定着器は内
部に定着ヒータ(図示せず)を有する定着ローラ113
とこの定着ローラ113に圧接するように配設された加
圧ローラ114とで構成されており、転写部から搬送さ
れてきた用紙112を定着ローラ113と加圧ローラ1
14の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙
112上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ロ
ーラ113の後方には排紙ローラ116が配設されてお
り、定着された用紙112を画像形成装置の外に排出せ
しめる。
ントコントローラ111は、先に説明データの変換だけ
でなく、モータ115を始め画像形成装置内の各部や、
マルチビーム光走査装置内のポリゴンモータなどの制御
をも行う。
ビーム光走査光学系においては、入射光学系をリレー光
学系と集光レンズとを最適な構成とすることによって、
複雑な調整を必要とせず、効果的に複数光源からの光束
の結像位置ずれを防止することによって、高速でしかも
高画質に最適なマルチビーム光走査光学系及びそれを用
いた画像形成装置を提供することが可能となった。
系の主走査方向の要部断面図。
ビーム光走査光学系における光ビーム入射光学系の図。
系の主走査方向の断面図。
系の主走査方向断面の構成を説明する図。
収差を示す図。
湾曲収差を示す図。
系トータルの球面収差と像面湾曲収差を示す図。
系の主走査方向の要部断面図。
図。
配置のしかたを示す図。
配置のしかたを示す図。
ントずれが発生した場合の説明図。
査方向の要部断面図。
Claims (25)
- 【請求項1】 複数の光源から出射したそれぞれの光ビ
ームを集光レンズで集光し、光偏向器の偏向面上に入射
させる光ビーム入射光学系を有するマルチビーム光走査
光学系において、 前記光ビーム入射光学系は、前記複数の光源と前記集光
レンズの間にリレー光学系を設け、前記リレー光学系に
よる前記複数光源のそれぞれの結像点よりも光源側に、
前記複数光源から出射したそれぞれの光ビームのビーム
幅を制限する開口絞りを配置したことを特徴とするマル
チビーム光走査光学系。 - 【請求項2】 前記集光レンズは、前記開口絞りと前記
光偏向器の偏向面とを略共役な関係とするように配置さ
れていることを特徴とする請求項1記載のマルチビーム
光走査光学系。 - 【請求項3】 前記リレー光学系の焦点距離をf2 、前
記リレー光学系の後側主点から前記開口絞りまでの距離
をd、としたとき、以下の条件式を満足することを特徴
とする請求項2記載のマルチビーム光走査光学系。 【外1】 - 【請求項4】 前記複数の光源は、少なくとも走査方向
にずらして配置されていることを特徴とする請求項3記
載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項5】 前記集光レンズの焦点距離をf1 、前記
リレー光学系の焦点距離をf2 、としたとき、以下の条
件式を満足することを特徴とする請求項4記載のマルチ
ビーム光走査光学系。 【外2】 - 【請求項6】 前記リレー光学系は、前記複数の光源を
等倍以下に結像することを特徴とする請求項4記載のマ
ルチビーム光走査光学系。 - 【請求項7】 前記リレー光学系の結像倍率をβ2 とし
たとき、以下の条件式を満足することを特徴とする請求
項6記載のマルチビーム光走査光学系。 【外3】 - 【請求項8】 前記リレー光学系で発生する球面収差
を、前記集光レンズで相殺することを特徴とする請求項
5又は請求項7記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項9】 前記リレー光学系で発生する像面湾曲収
差を、前記集光レンズで相殺することを特徴とする請求
項5又は請求項7記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項10】 前記リレー光学系は1群構成で構成さ
れることを特徴とする請求項8又は請求項9記載のマル
チビーム光走査光学系。 - 【請求項11】 前記集光レンズは、光源側より順に凹
レンズ、凸レンズの2枚で構成されていることを特徴と
する請求項10記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項12】 前記リレー光学系は、同一形状の凸レ
ンズ2枚で構成されていることを特徴とする請求項11
記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項13】 少なくとも走査方向にずらして配置さ
れた複数の光源から出射したそれぞれの光ビームを集光
レンズで集光し、光偏向器の偏向面上に入射させる光ビ
ーム入射光学系を有するマルチビーム光走査光学系にお
いて、前記光ビーム入射光学系は、前記複数の光源と前
記集光レンズの間にリレー光学系を設け、前記リレー光
学系による前記複数光源のそれぞれの結像点よりも光源
側に、前記複数光源から出射したそれぞれの光ビームの
ビーム幅を制限する開口絞りを配置し、前記開口絞りは
前記集光レンズにより前記光偏向器の偏向面と略共役な
関係とされており、前記リレー光学系は、前記複数の光
源を等倍以下に結像するように構成され、前記集光レン
ズの焦点距離をf1 、前記リレー光学系の焦点距離をf
2 、前記リレー光学系の結像倍率をβ2 、前記リレー光
学系の後側主点から前記開口絞りまでの距離をd、とし
たとき、以下の各条件式を満足することを特徴とするマ
ルチビーム光走査光学系。 【外4】 - 【請求項14】 前記リレー光学系で発生する球面収差
を、前記集光レンズで相殺することを特徴とする請求項
13記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項15】 前記リレー光学系で発生する像面湾曲
収差を、前記集光レンズで相殺することを特徴とする請
求項13記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項16】 前記リレー光学系は1群構成で構成さ
れることを特徴とする請求項14又は請求項15記載の
マルチビーム光走査光学系。 - 【請求項17】 前記集光レンズは、光源側より順に凹
レンズ、凸レンズの2枚で構成されていることを特徴と
する請求項16記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項18】 前記リレー光学系は、同一形状の凸レ
ンズ2枚で構成されていることを特徴とする請求項17
記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項19】 少なくとも走査方向にずらして配置さ
れた複数の光源から出射したそれぞれの光ビームを集光
レンズで集光し、光偏向器の偏向面上に入射させる光ビ
ーム入射光学系を有するマルチビーム光走査光学系にお
いて、前記光ビーム入射光学系は、前記複数の光源と前
記集光レンズの間にリレー光学系を設け、前記リレー光
学系による前記複数光源のそれぞれの結像点よりも光源
側に、前記複数光源から出射したそれぞれの光ビームの
ビーム幅を制限する開口絞りを配置し、前記開口絞りは
前記集光レンズにより前記光偏向器の偏向面と略共役な
関係とされており、前記リレー光学系は、前記複数の光
源を等倍以下に結像するように構成され、前記集光レン
ズの焦点距離をf1 、前記リレー光学系の焦点距離をf
2 、前記リレー光学系の結像倍率をβ2 、前記リレー光
学系の後側主点から前記開口絞りまでの距離をd、とし
たとき、以下の各条件式を満足し、且つ、前記リレー光
学系で発生する球面収差と像面湾曲収差を前記集光レン
ズで相殺することを特徴とするマルチビーム光走査光学
系。 【外5】 - 【請求項20】 前記リレー光学系は1群構成で構成さ
れることを特徴とする請求項19記載のマルチビーム光
走査光学系。 - 【請求項21】 前記集光レンズは、光源側より順に凹
レンズ、凸レンズの2枚で構成されていることを特徴と
する請求項20記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項22】 前記リレー光学系は、同一形状の凸レ
ンズ2枚で構成されていることを特徴とする請求項21
記載のマルチビーム光走査光学系。 - 【請求項23】 請求項1から請求項22の何れか1項
記載のマルチビーム光走査光学系を用いたことを特徴と
するマルチビーム光走査装置。 - 【請求項24】 請求項23記載のマルチビーム光走査
装置と、被走査面に配置された感光体と、前記マルチビ
ーム光走査装置で走査されたそれぞれの光ビームによっ
て前記感光体上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、前記現像されたトナー像を被転写材
に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に
定着させる定着器とから成ることを特徴とする画像形成
装置。 - 【請求項25】 請求項23記載のマルチビーム光走査
装置と、外部機器から入力されたコードデータを画像信
号に変換して前記マルチビーム光走査装置に出力せしめ
るプリンタコントローラとから成ることを特徴とする画
像形成装置。
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