JP2018136475A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光学系の光路を短くすることが可能な走査光学装置を提供する。
【解決手段】光源（半導体レーザＬＤ）と、光源から出射された光を光ビームＢに変換する１枚のカップリングレンズＣＬを有する入射光学系と、入射光学系からの光ビームを反射して主走査方向に偏向する偏向器（ポリゴンミラー５４）と、偏向器で偏向された光ビームを像面６１Ａに結像する走査光学系とを備える走査光学装置５である。入射光学系は、光ビームを主走査方向に直交する副走査方向において偏向器の反射面５４Ａに集光し、光源から像面６１Ａまでの光学系全体の主走査方向の横倍率をβｍ、副走査方向の横倍率をβｓ、偏向器から像面までの走査光学系の副走査方向の横倍率をβｓ２として、０．０１≦（βｓ／βｍ）^２≦０．２７およびβｓ２＜１を満たす。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置等に用いられる走査光学装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる走査光学装置は、光源から出射された光をコリメートレンズで光ビームに変換し、この光ビームを、回転する反射面を有する偏向器で主走査方向に偏向し、さらに走査レンズにより感光体ドラム上に結像する。光源から偏向器の反射面までの入射光学系は、光ビームを副走査方向に集光して反射面上に結像し、偏向器から感光体ドラムの間の走査光学系は、反射面で反射された光ビームを、主走査方向および副走査方向に集光して結像する。

このような走査光学装置において、従来、副走査方向の横倍率βｓと主走査方向の横倍率βｍの比を規定したものが知られている（特許文献１）。

特開２０１１−８１３８２号公報

しかしながら、走査光学系の副走査方向の横倍率が小さい場合、従来技術の構成では、入射光学系の光路が長くなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、入射光学系の光路を短くすることが可能な走査光学装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するための本発明は、光源と、光源から出射された光を光ビームに変換する１枚のレンズからなる入射光学系と、入射光学系からの光ビームを反射して主走査方向に偏向する偏向器と、偏向器で偏向された光ビームを像面に結像する走査光学系とを備える走査光学装置である。
入射光学系は、光ビームを主走査方向に直交する副走査方向において偏向器の反射面に集光する。
そして、走査光学装置は、光源から像面までの光学系全体の主走査方向の横倍率をβｍ、副走査方向の横倍率をβｓ、偏向器から像面までの走査光学系の副走査方向の横倍率をβｓ２として、
０．０１≦（βｓ／βｍ）^２≦０．２７
および
βｓ２＜１
を満たす。

このような構成によると、走査光学系の副走査方向の横倍率βｓ２が１より小さいことで、走査光学系の感度が高くなりすぎないので、製造誤差を許容しやすく、製造しやすい。そして、βｓ２が小さくても、（βｓ／βｍ）^２が０．２７以下であることで、入射光学系の光路を短くすることができる。また、（βｓ／βｍ）^２が０．０１以上であることで、入射光学系の光路が短くなりすぎるのを抑制し、設計の自由度を向上することができる。

本発明の走査光学装置によれば、走査光学系の副走査方向の横倍率が小さい場合であっても、入射光学系の光路を短くすることが可能である。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例としてのカラープリンタの概略構成を示す図である。 走査光学装置の平面図である。 走査光学装置の断面図である。 光学系全体の主走査方向断面を示す図である。 入射光学系の副走査方向断面を示す図である。 半導体レーザの正面図である。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下の説明において、方向は、カラープリンタ１を使用するユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１における左側を「前」、右側を「後」とし、手前側を「右」、奥側を「左」とする。また、図１における上下方向を「上下」とする。

図１に示すように、本実施形態に係る走査光学装置５は、カラープリンタ１に用いられるものである。カラープリンタ１は、本体筐体２内に、用紙Ｓを供給する給紙部３と、供給された用紙Ｓに画像を形成する画像形成部４とを主に備えている。そして、画像形成部４は、走査光学装置５と、４つのプロセスユニット６（６Ｙ〜６Ｋ）と、転写ユニット７と、定着ユニット８とを主に備えている。

給紙部３は、本体筐体２内の下部に設けられ、被転写媒体の一例としての用紙Ｓを収容する給紙トレイ３１と、給紙トレイ３１から用紙Ｓを画像形成部４に供給する給紙機構３２とを主に備えている。給紙トレイ３１内の用紙Ｓは、給紙機構３２によって１枚ずつ分離されて画像形成部４に供給される。

走査光学装置５は、本体筐体２内の上部に設けられ、印刷データに基づく光ビームＢ（ＢＹ〜ＢＫ）を各感光体ドラム６１の表面に照射することで、感光体ドラム６１の表面を露光して静電潜像を形成するように構成されている。

４つのプロセスユニット６は、給紙トレイ３１と走査光学装置５の間で前後方向に沿って並列配置されており、それぞれ、感光体の一例としての感光体ドラム６１（６１Ｙ〜６１Ｋ）と、帯電器６２と、現像ローラ６３と、供給ローラ６４と、層厚規制ブレード６５と、正帯電性のトナー（現像剤）を収容するトナー収容部６６とを主に備えている。

プロセスユニット６は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー（図示省略）が収容された６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの符号で示すものが前側（用紙Ｓの搬送方向上流側）からこの順で並んで配置されている。なお、本明細書および図面において、トナーの色に対応した感光体ドラム６１などを特定する場合には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのそれぞれに対応させて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの記号を付することとする。

転写ユニット７は、給紙トレイ３１とプロセスユニット６との間に設けられ、駆動ローラ７１と、従動ローラ７２と、駆動ローラ７１と従動ローラ７２の間に張設された無端状の搬送ベルト７３と、４つの転写ローラ７４とを主に備えている。搬送ベルト７３は、外側の面が各感光体ドラム６１に接しており、その内側には各転写ローラ７４が各感光体ドラム６１との間で搬送ベルト７３を挟持するように配置されている。

定着ユニット８は、プロセスユニット６および転写ユニット７の後方に設けられ、加熱ローラ８１と、加熱ローラ８１と対向配置されて加熱ローラ８１を押圧する加圧ローラ８２とを主に備えている。

画像形成部４では、感光体ドラム６１の表面が、帯電器６２により一様に正帯電された後、走査光学装置５からの光ビームＢの照射によって露光されることで、感光体ドラム６１上に印刷データに基づく静電潜像が形成される。そして、現像ローラ６３上に担持されたトナーが感光体ドラム６１上に形成された静電潜像に供給されることで、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム６１上にトナー像が形成される。

給紙部３から供給された用紙Ｓは、搬送ベルト７３上を各感光体ドラム６１に接触しながら前から後ろに向けて移動する。この過程において、各感光体ドラム６１上のトナー像は、感光体ドラム６１と、転写バイアスが印加された転写ローラ７４との間で用紙Ｓ上に順次重ね合わせて転写される。そして、トナー像が転写された用紙Ｓは、加熱ローラ８１と加圧ローラ８２の間を通過することでトナー像が熱定着され、搬送ローラ２３によって本体筐体２内から外部に排出されて排紙トレイ２２上に載置される。

図２および図３に示すように、走査光学装置５は、筐体５０内に、４つの光源装置５１と、２つの反射鏡５２と、ポリゴンミラー５４と、２つのｆθレンズ５５と、複数の反射鏡５６と、４つの補正レンズ５７とを主に備えている。

光源装置５１は、光ビームＢを出射する装置であり、それぞれ、光源の一例としての半導体レーザＬＤと、開口絞りＡＰと、カップリングレンズＣＬとを主に備えて構成されている。

図６に示すように、半導体レーザＬＤは、２つの発光素子からなる発光部Ｅ１，Ｅ２が所定距離、離間して配置されている。発光部Ｅ１と発光部Ｅ２の中心間距離Ｄ１は、例えば３０μｍである。半導体レーザＬＤにおける２つの発光部Ｅ１，Ｅ２を結ぶ線Ｌ１は、主走査方向に対して斜めになっている。線Ｌ１の主走査方向に対する角度αは、感光体ドラム６１の表面の像面６１Ａにおける２つの発光部Ｅ１，Ｅ２の像の副走査方向の中心間距離に合わせて設定される。
なお、主走査方向は、ポリゴンミラー５４により偏向される方向であり、副走査方向は、光ビームＢの進行方向と主走査方向の両方に直交する方向である。

図２および図３に示すように、カップリングレンズＣＬは、半導体レーザＬＤから出射されたレーザ光を集光して光ビームに変換する。また、カップリングレンズＣＬは、ポリゴンミラー５４の面倒れを補正するため、光ビームＢを屈折させて副走査方向に集光し、ポリゴンミラー５４の反射面上で主走査方向に長い線状に結像させる。半導体レーザＬＤとポリゴンミラー５４の間に配置されたレンズであるカップリングレンズＣＬは、入射光学系である。すなわち、本実施形態においては、入射光学系は１枚のレンズからなる。

カップリングレンズＣＬは、少なくとも一面に回折面を有することが望ましく、一例として、入射面に回折面を有することができる。また、カップリングレンズＣＬは、出射面に軸対称でない屈折面を有することができる。さらに、カップリングレンズＣＬは、樹脂製である。入射光学系が１枚のレンズからなることで、製造コストを抑えることができる。また、カップリングレンズＣＬが樹脂レンズであることによって、製造コストを抑えることができる。

開口絞りＡＰは、略矩形状の開口を有する板状の部材であり、半導体レーザＬＤから出射されたレーザ光の径を規定する。光源装置５１Ｙと５１Ｃは、前後方向に並んで配置されており、光源装置５１Ｍと５１Ｋは、前後に互いに向かい合った状態で、出射する光ビームＢＭ，ＢＫが、光源装置５１Ｙ，５１Ｃが出射する光ビームＢＹ，ＢＣに対して略直交するように配置されている。

反射鏡５２は、光源装置５１Ｍ，５１Ｋからの光ビームＢＭ，ＢＫをポリゴンミラー５４に向けて反射する部材である。なお、光源装置５１Ｙ，５１Ｃからの光ビームＢＹ，ＢＣは、それぞれ、反射鏡５２の上を通過してポリゴンミラー５４に入射される。

ポリゴンミラー５４は、回転軸から等距離に設けられた６つの反射面５４Ａを有し、ミラー面が回転軸を中心に一定速度で回転することで、カップリングレンズＣＬを通過した光ビームＢを反射して主走査方向（図２の左右方向）に偏向する部材である。

ｆθレンズ５５は、ポリゴンミラー５４によって等角速度で走査された光ビームＢを感光体ドラム６１の表面で主走査方向に等速度で走査するｆθ特性を有している。ｆθレンズ５５は、樹脂製であることが望ましい。ｆθレンズ５５を樹脂製とすることで、製造コストを抑えることができる。

反射鏡５６は、ｆθレンズ５５を通過した光ビームＢを補正レンズ５７に向けて反射する部材である。

補正レンズ５７は、ポリゴンミラー５４の面倒れを補正するため、光ビームＢを屈折させて副走査方向に収束し、感光体ドラム６１の表面の像面６１Ａ上に結像させるレンズである。補正レンズ５７は、樹脂製であることが望ましい。補正レンズ５７を樹脂製とすることで、製造コストを抑えることができる。

ポリゴンミラー５４と像面６１Ａの間にあるレンズであるｆθレンズ５５および補正レンズ５７は、走査光学系である。すなわち、走査光学系は、複数のレンズで構成されている。

走査光学装置５では、図２に示すように、光源装置５１Ｙ，５１Ｃからの光ビームＢＹ，ＢＣは、ポリゴンミラー５４で主走査方向に偏向される。また、光源装置５１Ｍ，５１Ｋからの光ビームＢＭ，ＢＫは、反射鏡５２で反射されて進路をポリゴンミラー５４に向けた後、ポリゴンミラー５４で主走査方向に偏向される。そして、図３に示すように、ポリゴンミラー５４で偏向された光ビームＢは、ｆθレンズ５５を通過し、反射鏡５６で反射され、補正レンズ５７と筐体５０の底面に形成された露光口５０Ａを通過した後、感光体ドラム６１の表面を走査露光する。

図４に示すように、走査光学系において、補正レンズ５７から像面６１Ａまでの距離Ｌｂは、ポリゴンミラー５４から補正レンズ５７までの距離Ｌａよりも短い。ｆθレンズ５５は、主に主走査方向に光ビームＢを屈折させ、補正レンズ５７は、主に副走査方向に光ビームＢを屈折させるように構成されている。すなわち、走査光学系の副走査方向の屈折力は、像面６１Ａに最も近いレンズである補正レンズ５７が最も大きい。

このような構成のため、本実施形態において、走査光学系の副走査方向の横倍率βｓ２は、βｓ２＜１を満たしている。走査光学系の副走査方向の横倍率βｓ２が１より小さいことで、走査光学系の感度（レンズの製造誤差に対する結像状態の変化）が高くなりすぎないので、ｆθレンズ５５および補正レンズ５７は、製造誤差を許容しやすく、製造しやすい。

そして、走査光学装置５は、半導体レーザＬＤから像面６１Ａまでの光学系全体の主走査方向の横倍率をβｍ、副走査方向の横倍率をβｓとすると、
０．０１≦（βｓ／βｍ）^２≦０．２７
を満たす。このため、βｓ２が小さくても、（βｓ／βｍ）^２が０．２７以下であることで、カップリングレンズＣＬからポリゴンミラー５４までの距離を短くすることができる。すなわち、入射光学系の光路を短くすることができる。また、図２に示すような、入射光学系において、感光体ドラム６１の並び方向に対して直交する方向に光ビームＢを進行させるようなレイアウトが容易となる。そして、光源装置５１Ｙ〜５１Ｋを、ポリゴンミラー５４に近づけて、走査光学装置５の左右方向の大きさを小さくすることができる。
また、（βｓ／βｍ）^２が０．０１以上であることで、入射光学系の光路が短くなりすぎるのを抑制し、設計の自由度を向上することができる。

図５に示すように、入射光学系は、副走査方向の断面において、ポリゴンミラー５４の反射面５４Ａに対して斜めに光ビームＢを入射させるように配置されている。具体的に、カップリングレンズＣＬＭを含む光源装置５１Ｍは、ポリゴンミラー５４の反射面に対して入射角γで下から斜めに入射し、カップリングレンズＣＬＹを含む光源装置５１Ｙは、ポリゴンミラー５４の反射面５４Ａに対して入射角γで上から斜めに入射するように配置されている。このため、ポリゴンミラー５４の１つの反射面５４Ａに、複数の方向から光ビームＢを入射し、さらに、反射面５４Ａから異なる方向に出射することが可能となる。

入射角γは、好ましくは１．８〜４．０°である。入射角γを１．８°以上とすることで、ポリゴンミラー５４の反射面５４Ａで反射した２つの光ビームＢの光路を分離することが容易となる。また、入射角γを４．０°以下とすることで、副走査方向に異なる位置に配置した光源装置５１Ｙと光源装置５１Ｍの距離が大きくなりすぎず、走査光学装置５の筐体５０内に入射光学系をコンパクトに収めることができる。

以上に説明した本実施形態の走査光学装置５によれば、走査光学系の副走査方向の横倍率βｓ２が１より小さいことで、走査光学系の感度が高くなりすぎないので、製造誤差を許容しやすく、製造しやすい。そして、βｓ２が小さくても、（βｓ／βｍ）^２が０．２７以下であることで、入射光学系の光路を短くすることができる。このため、コンパクトに走査光学装置５を構成することができる。

以上に本実施形態に係る走査光学装置５について説明したが、本発明の走査光学装置は、前記した実施形態に限られず、適宜変形して実施することができる。
例えば、前記実施形態においては、カラープリンタに本発明の走査光学装置を適用したが、モノクロプリンタに本発明を適用することもできる。また、複合機やコピー機など他の画像形成装置に本発明を適用することもできる。

前記実施形態では、各レンズは樹脂製であったが、ガラス製であってもよい。また、走査光学系は、１枚のレンズから構成されていてもよい。

前記実施形態においては、光偏向器の一例として、ポリゴンミラー５４を示したが、光偏向器としては、振動ミラー（ガルバノミラー）を採用することもできる。また、感光体は、感光体ベルトであってもよい。

前記実施形態および各変形例における要素は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

次に、本発明の走査光学装置の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１に係る走査光学装置を実現する光学系としては、例えば、以下のものが挙げられる。

半導体レーザの波長 ７８０ｎｍ
入射光学系
主走査方向の焦点距離 １２．５ｍｍ
副走査方向の横倍率βｓ１ ２．４５
ポリゴンミラーへの副走査方向入射角γ ３．４２°
光源からポリゴンミラー反射面までの距離 ４３．１ｍｍ
走査光学系
ｆθ係数 ２３０ｍｍ
副走査方向横倍率βｓ２ ０．７５
光学系全体
主走査方向の横倍率βｍ １８．４
副走査方向の横倍率βｓ １．８４

実施例１の光学系では、βｓ２は０．７５であり、βｓ２＜１を満たす。また、（βｓ／βｍ）^２は、０．０１となる。すなわち、０．０１≦（βｓ／βｍ）^２≦０．２７を満たす。

［実施例２］
実施例２に係る走査光学装置を実現する光学系としては、例えば、以下のものが挙げられる。

半導体レーザの波長 ７８０ｎｍ
入射光学系
主走査方向の焦点距離 １２．５ｍｍ
副走査方向横倍率βｓ１ ６．９８
ポリゴンミラーへの副走査方向入射角γ ２．００°
光源からポリゴンミラー反射面までの距離 １０３．３ｍｍ
走査光学系
ｆθ係数 １６５ｍｍ
副走査方向横倍率βｓ２ ０．８６５
光学系全体
主走査方向の横倍率βｍ １１．７
副走査方向の横倍率βｓ ６．０４

実施例２の光学系では、βｓ２は０．８６５であり、βｓ２＜１を満たす。また、（βｓ／βｍ）^２は、０．２６５となる。すなわち、０．０１≦（βｓ／βｍ）^２≦０．２７を満たす。

５ 走査光学装置
５０ 筐体
５１ 光源装置
５４ ポリゴンミラー
５５ ｆθレンズ
５７ 補正レンズ
６１ 感光体ドラム
６１Ａ 像面
ＣＬ カップリングレンズ
ＬＤ 半導体レーザ

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光を光ビームに変換する１枚のカップリングレンズを有する入射光学系と、
   前記入射光学系からの前記光ビームを反射して主走査方向に偏向する偏向器と、
   前記偏向器で偏向された前記光ビームを像面に結像する走査光学系とを備え、
   前記入射光学系は、前記光ビームを前記主走査方向に直交する副走査方向において前記偏向器の反射面に集光し、
   前記光源から前記像面までの光学系全体の前記主走査方向の横倍率をβｍ、前記副走査方向の横倍率をβｓ、前記偏向器から前記像面までの前記走査光学系の前記副走査方向の横倍率をβｓ２として、
   ０．０１≦（βｓ／βｍ）^２≦０．２７
   および
   βｓ２＜１
   を満たすことを特徴とする走査光学装置。
2. 前記副走査方向において、前記入射光学系は、前記偏向器の反射面に対し斜めに前記光ビームを入射させるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記光ビームの前記反射面への前記副走査方向の入射角は１．８〜４．０°であることを特徴とする請求項２に記載の走査光学装置。
4. 前記走査光学系は、複数のレンズで構成され、前記副走査方向の屈折力は、前記像面に最も近いレンズが最も大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査光学装置。
5. 前記光源は複数の発光部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の走査光学装置。
6. 前記カップリングレンズは、入射面に回折面を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の走査光学装置。
7. 前記カップリングレンズは、出射面が軸対称でない屈折面であることを特徴とする請求項６に記載の走査光学装置。
8. 前記カップリングレンズは、樹脂製であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の走査光学装置。

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