JP2007047625A - レーザビーム走査装置、光偏向機構及び光偏向光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】
簡素且つ低コストでありながら、例えば高画質な画像を高速で形成できる画像形成装置を実現できるレーザビーム走査装置、及びそれに用いる光偏向機構及び光偏向光学素子を提供する。
【解決手段】
軽量である樹脂製の光学素子61を、金属製のポリゴンミラーの代わりに用いることにより、低コストでありながら、一定の精度を確保しつつも、高速回転に対応させることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、透過面61bを通過するレーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。
【選択図】 図2
簡素且つ低コストでありながら、例えば高画質な画像を高速で形成できる画像形成装置を実現できるレーザビーム走査装置、及びそれに用いる光偏向機構及び光偏向光学素子を提供する。
【解決手段】
軽量である樹脂製の光学素子61を、金属製のポリゴンミラーの代わりに用いることにより、低コストでありながら、一定の精度を確保しつつも、高速回転に対応させることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、透過面61bを通過するレーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、レーザ光源からのレーザビームを走査するレーザビーム走査装置に関し、特にポリゴンミラーを用いることなくレーザ光を走査できる光偏向機構及び光偏向光学素子、並びにそれを用いたレーザビーム走査装置に関する。
電子写真画像形成装置等に用いられる光走査装置では、レーザビーム走査装置を用いて、レーザ光を、回転するポリゴンミラーの各反射面で反射させて、副走査方向に移動する感光体面上で主走査方向に走査させることにより、画像の形成を行うようになっている。ここで、ポリゴンミラーは、高速度で振れが生じないこと、また高精度が必要であることなどから、アルミニウム合金を鍛造して得られる金属加工品の表面を、鏡面加工することによって形成されるため、製造に手間がかかるという問題がある。
これに対し、特許文献1に開示された技術によれば、ポリゴンミラーの軽量化と、平面精度とを両立すべく、鏡面加工後の面形状を平面視で凹状に揃えるようにしている。
特開2004−361795号公報
しかるに、特許文献1の技術では、ポリゴンミラーを1面ずつ鏡面化しなければならないと共に、金属材料を素材としているため、軽量化には自ずと限界があり、特にレーザビームの走査速度を向上させるためには、従来技術とは異なる思想に基づいて、課題を解決することが望まれている。又、ポリゴンミラーは、多角柱状であるため、本来的にバランスをとりにくく、更に回転させることによって渦気流が発生して騒音を招く恐れもある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素且つ低コストでありながら、例えば高画質な画像を高速で形成できる画像形成装置を実現できるレーザビーム走査装置、及びそれに用いる光偏向機構及び光偏向光学素子を提供することを目的とする。
請求項1に記載のレーザビーム走査装置は、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を感光体面上に主走査方向に走査させる光偏向機構と、前記レーザ光源及び前記光偏向機構間に配置されレーザ光を副走査方向に集光させる円柱面状レンズを含む走査光学系とを有するレーザビーム走査装置であって、
前記光偏向機構は、前記円柱面状レンズにより線状に結像させたレーザ光を透過させる透過面を有する光偏向光学素子と、前記光偏向光学素子を回転駆動する駆動系とを有し、
前記透過面は、入射するレーザ光に対して傾斜角が異なる複数の光学領域を有し、前記光学領域を通過したレーザ光は、通過した前記光学領域の傾斜角に応じて、主走査方向のいずれかの位置に集光されることを特徴とする。
前記光偏向機構は、前記円柱面状レンズにより線状に結像させたレーザ光を透過させる透過面を有する光偏向光学素子と、前記光偏向光学素子を回転駆動する駆動系とを有し、
前記透過面は、入射するレーザ光に対して傾斜角が異なる複数の光学領域を有し、前記光学領域を通過したレーザ光は、通過した前記光学領域の傾斜角に応じて、主走査方向のいずれかの位置に集光されることを特徴とする。
本発明によれば、前記光偏向光学素子の透過面が、入射するレーザ光に対して傾斜角が異なる複数の光学領域を有し、前記光学領域を通過したレーザ光は、通過した前記光学領域の傾斜角に応じて、主走査方向のいずれかの位置に集光されるので、前記光偏向光学素子をポリゴンミラーの代わりに用いることができる。特に、透過面を有する前記光偏向光学素子は、例えばプラスチックなどを用いることで金属素材に対して軽量化を図ることができ、成形などにより一定の精度の製品を大量生産できることから、コストも低く抑えることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、前記透過面を通過する前記レーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。
請求項2に記載のレーザビーム走査装置は、請求項1に記載の発明において、前記光偏向光学素子は円板状であり、前記複数の領域は周方向に並んでおり、前記駆動系により回転駆動されることによって、前記レーザ光が通過する位置に、前記複数の光学領域のいずれかが配されるようになっていることを特徴とする。
前記光学素子を円板状とすることで、風きり音を抑制でき、更に回転バランスを向上させることができるので、高速化を実現することができる。なお、理想的には、円板状の光学素子上に、円柱面状レンズによって結像され線状となった光束の線方向は、円板状の光学素子の半径方向に延在することが望ましいが、例えば前記駆動系との干渉を避けるために、半径方向に対して傾いた方向に延在するようにしても良い。
請求項3に記載のレーザビーム走査装置は、請求項1又は2の発明において、前記光偏向光学素子の光学領域は、前記レーザ光の入射面及び出射面のうち少なくとも一方に形成されていることを特徴とする。
請求項4に記載のレーザビーム走査装置は、請求項1又は2の発明において、前記光偏向光学素子における前記レーザ光の入射面又は出射面は平面であることを特徴とするので、光学素子成形時に用いる型などの製作が容易である。
請求項5に記載のレーザビーム走査装置は、請求項1〜4のいずれかの発明において、前記傾斜面は曲面であることを特徴とする。前記傾斜面を曲面とすれば屈折力(パワー)を持たせることができるので、ポリゴンミラーを用いたレーザビーム走査装置に通常必要である走査光学系における正のパワーを弱める又はゼロとすることができ、構成の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。なお、前記傾斜面には、主走査方向に正のパワーを持たせる場合、主走査方向に必要な正のパワーの全てを前記傾斜面に持たせた場合、前記光偏向光学素子と前記像面との間に配置する走査光学系は、副走査方向にパワーを有するレンズで足りることとなり、それにより更に簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。
請求項6に記載の光偏向機構は、請求項1〜5のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とするので、レーザビーム走査装置の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化に貢献する。
請求項7に記載の光偏向光学素子は、請求項1〜5のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とするので、レーザビーム走査装置の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化に貢献する。
請求項8に記載の光偏向光学素子は、請求項7に記載の発明において、成形によって形成されることを特徴とするので、一定の精度で大量生産が可能である。
請求項9に記載の光偏向光学素子は、請求項8に記載の発明において、プラスチックから形成されることを特徴とするので、低コストで製造でき、軽量である。
請求項10に記載の光偏向光学素子は、請求項7又は8に記載の発明において、ガラスから形成されることを特徴とするので、温度特性など光学性能が優れる。
請求項11に記載の光偏向光学素子は、回転駆動可能な円板状の光偏向光学素子であって、傾斜角が異なるようにして半径方向に傾斜させた複数の光学領域を周方向に並べて配置しており、前記光学領域を通過したレーザ光は異なる方向に出射されるようになっていることを特徴とするので、前記光偏向光学素子を回転駆動させることで、例えばレーザビーム走査装置のポリゴンミラーの代わりに用いることができる。特に、透過面を有する前記光偏向光学素子は、例えばプラスチックなどを用いることで金属素材に対して軽量化を図ることができ、成形などにより一定の精度の製品を大量生産できることから、コストも低く抑えることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、前記透過面を通過する前記レーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。
請求項12に記載のレーザビーム走査装置は、請求項11に記載の光偏向光学素子を用いたことを特徴とするので、より低コスト且つ軽量化を図れる。
本発明によれば、簡素且つ低コストでありながら、例えば高画質な画像を高速で形成できる画像形成装置を実現できるレーザビーム走査装置、及びそれに用いる走査機構及び光学素子を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図1は、画像形成装置に組み込まれると好適な、本実施の形態にかかるレーザビーム走査装置の走査光学系を示す平面図であるが、一部は簡略化して図示している。図1において、感光体面90の面に沿った紙面上下方向を主走査方向とし、紙面垂直方向を副走査方向とする。レーザ光源1、レーザ光源1から出射される光束の発散角を変更するコリメートレンズ10、レーザ光を副走査方向に集光させるための円柱面状レンズ20が光軸上に配置され、円柱面状レンズ20を透過したレーザ光を入射する位置に走査機構(光偏向機構ともいう)60の光学素子61が配置されている。更に光学素子(光偏向光学素子ともいう)61と、その結像面である感光体面90との間の光軸上に、レーザ光を感光体面90上に集光させるための走査レンズ系(長尺レンズともいうが、同様な特性のミラーであっても良い)80が配置されている。本実施の形態において、走査レンズ系中における主に副走査方向の屈折力を担う面を有するレンズである走査レンズ系80は、図2に示すように、角柱状の部材における対向する側面を、内側に彫り込むようにして略円弧状の光学面を形成しており、それ以外の側面形状は矩形状に残しているが、全体的に弓形としてもよい。又、走査レンズ系は、複数のレンズで構成されていても良い。
図2は、図1に示すレーザビーム走査装置の主要部の概略斜視図である。図3は、光学素子61の拡大切断斜視図である。図2に示すように、走査機構60は、円板状の光学素子61と、それに連結されたダイレクトドライブモータ62とを有している。駆動系を構成するダイレクトドライブモータ62は、駆動回路50Aにより駆動されて一定速度で光学素子61を回転駆動するようになっている。
図3において、光学素子61は、プラスチックの射出成形により形成したもので、外周に円筒部61aを有しており、その端面(図3で上面)には透過面61bを形成している。透過面61bは、複数の光学領域OR1、OR2、・・・に分割されている。それぞれ微小な曲面である各光学領域OR1、OR2、・・・は、外周側の縁の光軸方向(図3で上下方向)高さは等しいが、内周側の光軸方向高さは階段状に異なっており、即ち、光軸に直交する面に対する傾斜角θがそれぞれ異なっている。なお、光学素子61の入射面(図3で底面)は平面となっている。光学素子61は、プラスチックを射出成形するなどの方法で形成できるが、ガラスなどによって形成されても良い。
円柱面状レンズ20を透過したレーザ光Lが、半径方向に延在する線状に光学素子61の透過面61bに結像したときに、結像した光学領域OR1、OR2、・・・によって出射する方向が異なることとなる。ここで、光学領域OR1、OR2、・・・は曲面であって正のパワーを有しているので、ポリゴンミラーを用いたレーザビーム走査装置に通常必要である走査光学系における正のパワーを弱める又はゼロとすることができ、構成の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。ただし、走査光学系に正のパワーを持たせることを前提として、光学領域OR1、OR2、・・・を平面としても良い。なお、特定の光学領域ORdを通過したレーザ光は、走査開始のタイミング制御等に用いられる光検出器70(図1,2)に入射するようになっている。検出手段としての光検出器70の出力信号は、駆動回路50Aに入力されるようになっている。
本実施の形態のレーザビーム走査装置の動作を説明する。レーザ光源1からのレーザ光は、コリメートレンズ10により平行光にされ、円柱面状レンズ20によって副走査方向に集光され、回転する光学素子60の透過面61b上に結像される。透過面61bを通過したレーザ光は、通過した光学領域OR1、OR2、・・・に応じて屈折されるとともに、光学素子60の半径方向(主走査方向)に曲率を持った透過面61b(光学領域OR1、OR2、・・・)の曲面によって主走査方向への集光機能が付与され、その後副走査方向に集光機能を有する走査レンズ系80を介して、感光体面90上における主走査方向のいずれかの位置に(図1で点線で示す範囲であって、ここでは1回転の間に図の下方から上方に向かって線状に順次)集光するようになっているので、それにより適切な点描を描くことが可能となる。なお、例えば光学領域ORdが、透過面61bに1つのみ設けられている場合、1回転につき1回、屈折されたレーザ光が光検出器70に入射することとなり、それにより回転周期がわかるので、駆動回路50Aは光学素子61の回転速度を求めることができる。
本実施の形態によれば、軽量である樹脂製の光学素子61を、金属製のポリゴンミラーの代わりに用いることにより、低コストでありながら、一定の精度を確保しつつも、高速回転に対応させることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、透過面61bを通過するレーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。
本実施の形態においては、1本のレーザ光を光学領域OR1、OR2、・・・に結像させているが、同時に複数本のレーザ光を光学領域OR1、OR2、・・・に結像させても良い。即ち、副走査方向に同時にレーザ光を集光させ、各レーザ光を色分けして用いることで、例えばカラープリンタ等を構成することもできる。また、複数本のレーザ光を走査させることによって、高速プリンタを構成することもできる。かかる場合、複数本のレーザ光は、同じ光学領域ではなく、例えば180度位相(或いは90度位相ずつ)ずれた光学領域に同時に入射させることもできる。また、光学領域OR1、OR2、・・・を半径方向に複数列並べた上で、各々同時にレーザ光を通過させる構成とすることもできる。ただし、光学領域OR1、OR2、・・・は、必ずしも区切られている必要はなく、連続する平面又は曲面の一部であっても良い。透過面61bを連続する平面又は曲面とすれば、光量の低下を招く恐れのあるゴミなどの付着を抑制し、清掃も容易である。
又、本実施の形態では、透過面61bにおいて、全ての光学領域OR1、OR2、・・・の傾斜角度を異ならせているが、傾斜角度が異なる光学領域OR1、OR2、・・・からなる同じ群を複数(例えば2群、3群、4群、・・・)設けても良い。この場合、回転軸線を中心として光学領域群を幾何学的に点対称な配置とすることにより、傾斜面とすることで部分的に切除された素材による回転アンバランスを良好に修正することができる。なお、これに限らず、光学素子61の一部にバランス調整用の突起やくぼみを設けたり、別個にバランサーなどを取り付けても良い。
又、光学領域OR1、OR2、・・・は、内周側の縁の光軸方向高さを等しくし、外周側の光軸方向高さを異ならせるようにしても良い。又、光学領域の傾斜角度を異ならせる場合、本実施の形態のように周方向に漸次減少又は増大させるほか、駆動回路50Aが順序を認識していればランダムに変化させても良い。
更に、光学領域OR1、OR2、・・・の傾斜角度を調整することで、ポリゴンミラーを用いたレーザビーム走査装置に通常必要である走査光学系におけるfθ特性の一部又は全てを、光学領域OR1、OR2、・・・に持たせることができ、走査光学系の構成の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。
1 レーザ光源
10 コリメートレンズ
20 円柱面状レンズ
50A 駆動回路
60 走査機構
61 光学素子
61a 円筒部
61b 透過面
62 ダイレクトドライブモータ
70 光検出器
80 長尺レンズ
90 感光体面
OR1、OR2,・・・ 光学領域
ORd 光検出器用の光学領域
10 コリメートレンズ
20 円柱面状レンズ
50A 駆動回路
60 走査機構
61 光学素子
61a 円筒部
61b 透過面
62 ダイレクトドライブモータ
70 光検出器
80 長尺レンズ
90 感光体面
OR1、OR2,・・・ 光学領域
ORd 光検出器用の光学領域
Claims (12)
- レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を感光体面上に主走査方向に走査させる光偏向機構と、前記レーザ光源及び前記光偏向機構間に配置されレーザ光を副走査方向に集光させる円柱面状レンズを含む走査光学系とを有するレーザビーム走査装置であって、
前記光偏向機構は、前記円柱面状レンズにより線状に結像させたレーザ光を透過させる透過面を有する光偏向光学素子と、前記光偏向光学素子を回転駆動する駆動系とを有し、
前記透過面は、入射するレーザ光に対して傾斜角が異なる複数の光学領域を有し、前記光学領域を通過したレーザ光は、通過した前記光学領域の傾斜角に応じて、主走査方向のいずれかの位置に集光されることを特徴とするレーザビーム走査装置。 - 前記光偏向光学素子は円板状であり、前記複数の領域は周方向に並んでおり、前記駆動系により回転駆動されることによって、前記レーザ光が通過する位置に、前記複数の光学領域のいずれかが配されるようになっていることを特徴とする請求項1に記載のレーザビーム走査装置。
- 前記光偏向光学素子の光学領域は、前記レーザ光の入射面及び出射面のうち少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザビーム走査装置。
- 前記光偏向光学素子における前記レーザ光の入射面又は出射面は平面であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザビーム走査装置。
- 前記傾斜面は曲面であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザビーム走査装置。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とする光偏向機構。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とする光偏向光学素子。
- 前記光偏向光学素子は成形によって形成されることを特徴とする請求項7に記載の光偏向光学素子。
- 前記光偏向光学素子はプラスチックから形成されることを特徴とする請求項8に記載の光偏向光学素子。
- 前記光偏向光学素子はガラスから形成されることを特徴とする請求項7又は8に記載の光偏向光学素子。
- 回転駆動可能な円板状の光偏向光学素子であって、傾斜角が異なるようにして半径方向に傾斜させた複数の光学領域を周方向に並べて配置しており、前記光学領域を通過したレーザ光は異なる方向に出射されるようになっていることを特徴とする光偏向光学素子。
- 請求項11に記載の光偏向光学素子を用いたことを特徴とするレーザビーム走査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005233951A JP2007047625A (ja) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | レーザビーム走査装置、光偏向機構及び光偏向光学素子 |
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JP2005233951A Pending JP2007047625A (ja) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | レーザビーム走査装置、光偏向機構及び光偏向光学素子 |
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- 2005-08-12 JP JP2005233951A patent/JP2007047625A/ja active Pending
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