JP2009300679A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光束を射出する光源と、光束を後続の光学系にカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズから射出する光束を成形するアパーチャと、光束を主走査方向に偏向する光偏向手段と、カップリング光学系より射出される光束を光偏向手段へ導き、主走査方向に長い線像として光偏向面に集光する単一の線像形成レンズと、を備える入射光学系と、光偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に結像する走査レンズ系と、を備え、線像形成レンズの回折面のバックカットの成す形状は入れ子状の楕円群から成り、楕円群は中心を共有し、すべて閉じた楕円から成り、楕円群の最外楕円は、式1(主走査方向:Ltanθm +Ay、副走査方向:Ltanθs +Az)で表される矩形を包含する。
【選択図】図1
Description
(式1)
主走査方向:Ltanθm +Ay
副走査方向:Ltanθs +Az
L:アハ゜ーチャ-線像形成レンズ入射面間距離
θm・θs:主/副走査断面内での、アパーチャを通過する全光束がアパーチャ開口部中心を通る法線と対する角度の最大値
Ay:アパーチャの主走査方向径
Az:アパーチャの副走査方向径
図1に示すように、半導体レーザアレイである光源1から放射された複数の光束は、カップリングレンズ2により以後の光学系にカップリングされる。本実施形態においては、2つの発光点が中心線から両側に15μm離れて配置された(=発光点間ピッチ30μm)、半導体レーザアレイを想定する。
図2は、本実施形態に係る光走査装置の光学系概略構成を示す斜視図である。第1筐体14及び第2筐体15から成る2体構成をしている。なお、防音ガラス12、光偏向器とその他の部分を分かつ壁面17は、目的に応じて設置すればよく、いずれにしても本実施形態の効果を得ることができる。
図3は、本実施形態に係る光走査装置の光学系概略図を示す斜視図である。偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー5の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、走査光学系をなす走査レンズ系6を透過し、光束を被走査面に導光するための折り曲げミラー7により光路を折曲げられ、被走査面の実体をなす光導電性の感光体8上にビームスポットとして集光し、被走査面を光走査する。図3において、走査レンズ系6は一例として2枚構成としているだけであり、走査レンズの枚数は特にこれに限定することは無い。偏向光束は感光体8の光走査に先立って同期ミラー9により反射され、同期レンズ10により同期検知部11に主走査方向に集光される。同期検知部11の出力に基づき、光走査の書込開始タイミングが決定される。
本実施形態において用いるガラス材料および樹脂材料の材質データの一例を下記表1に示す。
光源である半導体レーザアレイ1は設計上の発光波長655nmで、標準温度25℃に対して温度が1℃上昇すると、発光波長が0.2nm、長波長側へずれる。なお、1つの走査光学系に対して入射光学系が複数存在する場合であっても、本実施形態の本質は光源、カップリングレンズ、アパーチャ、線像形成レンズの4者に関するものであるため問題とならない。
本実施形態に係るカップリングレンズ2は、上記表1に示すガラスの材質で成形されたガラスモールド製レンズであり、焦点距離は約27mmで、略平行の光束に変換する機能を有するように配置される。なお、弱い発散・弱い収束光であってもよい。カップリングレンズ2は非球面が用いられている。非球面係数は特に開示しないが、カップリングされた光束の波面収差を非球面により十分に補正している。
アパーチャ3は主走査方向5.25mm(=Ay)、副走査方向1.34mm(=Az)の矩形開口である。上述したように、第1筐体14と一体化していても、素子として組みつけられていても構わない。
本実施形態の特徴となる回折レンズについて詳述する。本実施形態は、複数の光束が単一の回折レンズに入射する「マルチビーム方式」を一例として説明するが、光束が単一である「シングルビーム方式」であっても良い。シングルビーム方式における回折レンズの場合であっても、後述するアパーチャ径Ay,Azを包含する最外楕円であれば全光束が回折面の効果を得ることができるため、下記説明する条件を満たしていれば本発明の効果は同等に得られる。
「最外楕円」とは、閉じた同心楕円群から成る回折面において、最も外側の楕円を指す。最外楕円の形状がそのまま回折面形状の範囲を決定する。
主走査方向:Ltanθm +Ay
副走査方向:Ltanθs +Az
L:アハ゜ーチャ-線像形成レンズ入射面間距離
θm・θs:主/副走査断面内での、アパーチャを通過する全光束がアパーチャ開口部中心を通る法線と対する角度の最大値
Ay:アパーチャの主走査方向径
Az:アパーチャの副走査方向径
回折レンズは一般に強い負分散特性が知られている。温度上昇時、一般の屈折レンズは膨張及び光源波長の長波長化による材料分散の影響を受けて光学系全体の焦点距離が長くなり、ピントずれとして観測される。特に樹脂材料を用いている場合は膨張量が大きく、ピントずれは極めて大きいものとなる。これに対して回折レンズは光源波長の長波長化に対し、焦点距離を短くするという特性(負分散特性)をもつ。この特性を用いて温度上昇時のピントずれを補償するような回折面を形成すれば、温度変動に対してロバストナー光学系を実現することができる。
本実施形態に係る回折レンズ4について、一例として、入射面に副走査方向に曲率をもつ曲率半径37.1mmのシリンドリカル面、射出面にマルチステップ形状の回折面をもつ、肉厚1.9mmの樹脂製回折レンズとして説明する。
・マルチステップ型
温度変動、波長ばらつきがない場合は光学的平面と等価であるが、温度変動により波長が変動したり、波長がばらついたりした場合に、回折面形状に応じた波面変換作用を持つ。
・フレネルレンズ型
外乱を考慮せずとも設計値の段階で波面変換作用を呈する。
上記に述べた入射光学系の光軸上配置が、一例として以下の場合について説明する。
光源の最外発光点間ピッチ:0.03mm
光源〜カップリングレンズ入射面:24.6mm
カップリングレンズ肉厚:3.8mm
カップリングレンズ射出面〜アパーチャ:27.1mm
アパーチャ〜線像形成レンズ入射面:79.9mm=L
線像形成レンズ肉厚:1.9mm
主走査断面内アパーチャ射出角:0.21deg=θm
副走査断面内アパーチャ射出角:0.11deg=θs
主走査方向:Ltanθm+Ay=79.9×0.296+5.25=5.55
副走査方向:Ltanθs+Az=79.9×0.160+1.34=1.50
光偏向器と走査光学系については、本発明の本質とは直接的な関わりが無いため詳述は省略する。上記実施形態に示されているような光走査装置を複数用いることにより、複数の被走査面に同時に光走査を行うことができる構成も可能である。どの構成方法であっても、本発明の効果は同様に得ることができる。
次に、本発明の光走査装置を用いた画像形成装置について説明する。感光性の像担持体としては種々のものの使用が可能である。例えば、像担持体として銀塩フィルムを用いることができる。この場合、光走査による書込みで潜像が形成されるが、この潜像は通常の銀塩写真プロセスによる処理で可視化することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、CTスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
図10に多色画像形成装置の一例を示す。図10において、感光体10Y、10M、10C、10Kは矢印の方向に回転し、回転順に帯電器20Y、20M、20C、20K、現像器40Y、40M、40C、40K、転写用帯電手段60Y、60M、60C、60K、クリーニング手段50Y、50M、50C、50Kが配備されている。
2 カップリングレンズ
3 アパーチャ
4 回折レンズ
5 ポリゴンミラー
6 走査レンズ系
7 折り曲げミラー
8 感光体
9 同期ミラー
10 同期レンズ
11 同期検知部
14 第1筐体
15 第2筐体
12 防音ガラス
17 壁面
16 光束
10Y、10M、10C、10K 感光体
20Y、20M、20C、20K 帯電器
40Y、40M、40C、40K 現像器
60Y、60M、60C、60K 転写用帯電手段
50Y、50M、50C、50K クリーニング手段
30 定着手段
1000 レーザプリンタ
1110 像担持体
1121 帯電ローラ
1131 現像装置
1141 転写ローラ
1151 クリーニング装置
1171 光走査装置
1161 定着装置
1181 カセット
1191 レジストローラ対
1201 給紙コロ
1211 搬送路
1221 排紙ローラ対
1231 トレイ
2000 シート状記録媒体(転写紙)
Claims (7)
- 単数/複数の発光点を有し、単数/複数の光束を射出する光源と、
前記単数/複数の光束を後続の光学系にカップリングするカップリングレンズと、前記カップリングレンズから射出する光束を成形するアパーチャと、前記単数/複数の光束を主走査方向に偏向する光偏向手段と、カップリング光学系より射出される単数/複数の光束を前記光偏向手段へ導き、主走査方向に長い線像として光偏向面に集光する単一の線像形成レンズと、を備える入射光学系と、
前記光偏向手段によって偏向された単数/複数の光束を被走査面上に結像する単一/複数の走査レンズ系と、を備え、
前記線像形成レンズは回折面を有し、
前記回折面のバックカットの成す形状は入れ子状の楕円群から成り、
前記楕円群は中心を共有し、すべて閉じた楕円から成り、
前記楕円群の最外楕円は、下記式1で表される矩形を包含することを特徴とする光走査装置。
(式1)
主走査方向:Ltanθm +Ay
副走査方向:Ltanθs +Az
L:アハ゜ーチャ-線像形成レンズ入射面間距離
θm・θs:主/副走査断面内での、アパーチャを通過する全光束がアパーチャ開口部中心を通る法線と対する角度の最大値
Ay:アパーチャの主走査方向径
Az:アパーチャの副走査方向径 - 前記線像形成レンズは、入射面と射出面の有効範囲の形状が異なることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
- 前記回折面は、マルチステップ形状からなることを特徴とする請求項1記載の光走査装置。
- 前記回折面は樹脂から成り、光学素子に貼り合せられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の光走査装置。
- 前記光走査装置は、入射光学系と、光偏向器と、走査レンズとを含む第1筐体、及び前記第1筐体を構成する以外の光学素子を含む第2筐体から成り、
カップリング光学系、線像形成光学系に含まれる光学素子は、調整組付けが可能である素子を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の光走査装置。 - 前記回折面は、線像形成レンズの射出面のみに設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の光走査装置。
- 複数の感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って各色に対応する潜像を形成し、前記潜像を現像手段で可視化してカラー画像を得る画像形成装置であって、
前記光走査装置は、請求項1から6のいずれか1項記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
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