JP4174226B2 - 光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を用いることにより、小型で簡易な構成であるにも拘わらずスポット径が均一であり、かつ高画質化に対応できる、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ(多機能プリンタ)等の画像形成装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系(及び光走査装置)が種々と提案されている。光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、光偏向器を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと、特に半導体プロセスによって製造されるSi単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること、等の特徴がある。
【0003】
一方、正弦振動を行う光偏向器によって反射偏向された光束を被走査面上で結像し等速走査させる為には、通常結像光学系(結像レンズ)としてarcsinレンズを用いることが多い。
【0004】
このarcsinレンズを使用し、かつ正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系が、例えば特開平9−230276号公報、特開平9−230277号公報、特開平9−230278号公報、特開平9−230279号公報等で種々と提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一般に回転多面鏡を使用した光走査光学系に用いられる結像レンズは、偏向反射面によって等角速度で反射偏向された光束を被走査面上で等速走査に変換する為の所謂fθレンズが使用されている。
【0006】
一方、正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系においては、偏向反射面によって反射偏向された光束が正弦的に角速度が変化してしまう為、結像レンズとして従来のfθレンズを使用してしまうと、被走査面上において等速走査させることが出来なくなってしまう。よって正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系においては、正弦的に角速度が変化する光束を被走査面上において等速走査に変換する為の所謂arcsinレンズという結像レンズが用いられている。
【0007】
ところが上記arcsinレンズには、走査中心に対して走査端部の主走査方向のFno(Fナンバー)が変化してしまうという特性があり、その為に走査中心と走査端部の被走査面上におけるスポット径が不均一になってしまうという問題点が存在する。
【0008】
具体的には走査中心部の主走査方向のスポット径に対して走査端部の主走査方向のスポット径が大きくなってしまう。これは正弦的に角速度が変化する光束を被走査面上において等速度に走査させる為に生ずる現象である。
【0009】
上記従来の正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系におけるこのような現象は、ディスプレイ等の用途に使用する場合においては大きな問題とはならないが、レーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に使用する場合においては、無視することの出来ない大きな問題点となる。
【0010】
被走査面上においてスポット径にバラツキがあると、ハーフトーンの画像における諧調再現性の劣化・場所による細線の幅の再現性の劣化等といった不具合が生じてしまう。その為、上記従来の正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系を用いた画像形成装置に於いては、高解像度・高品位の画像出力を達成出来なくなってしまう。これは正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系を用いた場合においては避けられない問題点であった。
【0011】
従って、従来の光偏向器として正弦振動を行う光偏向器を使用した光走査光学系(及び光走査装置)を用いた画像形成装置は、高品位の画像出力を得ることが非常に困難であるという問題点があった。
【0012】
本発明は主走査方向のFno(Fナンバー)の変化を少なくし、小型で簡易な構成であるにも拘わらず被走査面上におけるスポット径が均一であり、かつ高画質化に対応できる光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の光走査光学系は、光源から出射した光束の光束状態を変化させて出射させる第1の光学系と、前記第1の光学系から出射した光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、前記光偏向器によって偏向走査された光束を被走査面上に導光する結像光学系と、を有する光走査光学系において、
前記光偏向器は互いに異なる振動周期の正弦振動を行う少なくとも2枚の偏向反射面を有し、前記少なくとも2枚の偏向反射面は、正弦振動の最大振幅がそれぞれ異なっており、前記少なくとも2枚の偏向反射面によって反射偏向された光束の角速度が略等角速度で略1次元方向に偏向走査される領域を有することを特徴としている。
【0014】
請求項2の発明は請求項1の発明において、前記結像光学系は、前記光偏向器によって略等角速度で略1次元に偏向走査された光束を前記被走査面上において略等速度に変換していることを特徴としている。
【0015】
請求項3の発明は請求項2の発明において、前記光源から出射する光束の変調周波数を前記光偏向器で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変化させることを特徴としている。
【0016】
請求項4の発明は請求項1乃至3のいずれか1項の発明において、前記結像光学系は、前記光偏向器の略等角速度から生ずる被走査面上における等速誤差と逆方向の等速誤差を含んだfθ特性を有していることを特徴としている。
【0017】
請求項5の発明は請求項1乃至4のいずれか1項の発明において、前記被走査面上の走査中心以外の任意の位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφm1、走査中心位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφm0とするとき、0.8×φm0≦φm1≦1.2×φm0の条件式を満足することを特徴としている。
【0018】
請求項6の発明は請求項1乃至5のいずれか1項の発明において、前記光源は、2つ以上の発光点を有していることを特徴としている。
【0019】
請求項7の発明は請求項1乃至6のいずれか1項の発明において、前記結像光学系の走査中心以外の任意の走査角における副走査方向の横倍率をβs1、走査中心位置における副走査方向の横倍率をβs0とするとき、−0.25≦(βs1−βs0)/βs0≦0.25の条件式を満足することを特徴としている。
【0020】
請求項8の発明は請求項1乃至7のいずれか1項の発明において、前記光源から出射する光束の波長が350〜500nmの範囲であることを特徴としている。
【0021】
請求項9の発明の画像形成装置は請求項1乃至8の何れか1項の光走査光学系と、被走査面に配置された感光体と、前記光走査光学系で走査された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、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光走査装置に出力せしめるプリンタコントローラと、を有することを特徴としている。
【0024】
【発明の実施の形態】
[実施形態1]
図1は本発明の光走査光学系の実施形態1の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。
【0025】
尚、本明細書において光偏向器によって光束が反射偏向(偏向走査)される方向を主走査方向、結像光学系の光軸及び主走査方向と直交する方向を副走査方向と定義する。
【0026】
同図において1は光源であり、例えば半導体レーザー等より成っている。2は第1の光学系としてのコリメーターレンズであり、光源1から出射された光束を略平行光束(もしくは発散光束もしくは収束光束)に変換している。3は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。4はシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定のパワーを有しており、開口絞り3を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器5の第1の偏向反射面51と第2の偏向反射面52の中間位置近傍にほぼ線像として結像させている。尚、コリメーターレンズ2、開口絞り3、そしてシリンドリカルレンズ4等の各要素は入射光学手段8の一要素を構成している。
【0027】
5は光偏向器であり、互いに異なる振動周期の正弦振動を行う第1、第2の2枚の偏向反射面51、52を有している。本実施形態における第1、第2の偏向反射面51、52は、正弦振動の最大振幅がそれぞれ異なっており、該第1、第2の偏向反射面51、52によって反射偏向された光束の角速度が略等角速度で略1次元方向に偏向走査される領域を有している。
【0028】
6は結像光学系(fθレンズ)であり、第1、第2の2枚の結像レンズ61,62を有している。本実施形態における結像光学系6は光偏向器5によって略等角速度で略1次元に偏向走査された光束を被走査面7上において略等速度に変換している。
【0029】
7は被走査面としての感光ドラム面である。
【0030】
本実施形態において半導体レーザー1から出射した光束はコリメーターレンズ2により略平行光束に変換され、開口絞り3によって該光束(光量)が制限され、シリンドリカルレンズ4に入射している。シリンドリカルレンズ4に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器5の第1の偏向反射面51と第2の偏向反射面52の中間位置近傍にほぼ線像(主走査方向に長手の線像)として結像している。そして第1、第2の偏向反射面51、52で主走査方向に反射偏向された光束は第1、第2の結像レンズ61,62により感光ドラム面7上にスポット状に結像され、略等角速度で略1次元に偏向走査される。これにより記録媒体としての感光ドラム面7上に画像記録を行っている。
【0031】
本実施形態における光偏向器5は前述の如く第1、第2の2枚の偏向反射面51、52から構成されており、共に正弦振動をしている。更に第1、第2の偏向反射面51、52は、その正弦振動の最大振幅と振動周期がそれぞれ異なっている。
【0032】
第1の偏向反射面51は、最大振幅±φ1maxの範囲で主走査方向に往復振動しており、その振動角φ1が角振動数ω1、時間tによって、
φ1=φ1maxsin(ω1t)
で表わされる正弦振動を行っている。
【0033】
第2の偏向反射面52は、最大振幅±φ2maxの範囲で主走査方向に往復振動しており、その振動角φ2が角振動数ω2、時間tによって、
φ2=φ2maxsin(ω2t)
で表わされる正弦振動を行っている。
【0034】
ここで第1、第2の偏向反射面51、52で反射偏向される光束について説明する。まず第1の偏向反射面51で反射偏向された光束は、該第1の偏向反射面51の振動角φ1の2倍の角度で反射偏向される。その偏向反射角θ1は時間tの関数として表され、
θ1=2φ1=2φ1maxsin(ω1t)
となる。
【0035】
次に上記偏向反射角θ1で反射偏向された光束は第2の偏向反射面52によってさらに該第2の偏向反射面52の振動角φ2の2倍の角度で反射偏向される。第2の偏向反射面52のみよって偏向される偏向反射角θ2は時間tの関数として、
θ2=2φ2=2φ2maxsin(ω2t)
と書き表されるから、第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角θは時間tの関数として、
θ=θ1+θ2=2φ1maxsin(ω1t)+2φ2maxsin(ω2t)
と書き表される。
【0036】
ここで、上記φ1max、φ2max、ω1、ω2の各値を適当に選択すると、第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角は、その1周期のうちの、ある一部分において、実質的に、
θ=kt+α(k、αは定数)
と近似することが可能となる。即ち、略等角速度で反射偏向される。
【0037】
図2は光偏向器によって反射偏向された光束の偏向角度を説明する図である。図2の曲線aは第1の偏向反射面51によって反射偏向された光束の偏向反射角θ1を、横軸を時間tとして、該第1の偏向反射面51の角振動数ω1の振動周期0〜2πの範囲に相当する時間で表したグラフである。
【0038】
図2の曲線bは第2の偏向反射面52のみによって反射偏向された光束の偏向反射角θ2を、横軸を時間tとして、第1の偏向反射面51の角振動数ω1の振動周期0〜2πの範囲に相当する時間で表したグラフである。
【0039】
ここにおいて第1の偏向反射面51の最大振幅φ1maxは±36.663度、第2の偏向反射面52の最大振幅φ2maxは±5.391度、該第2の偏向反射面52の角振動数ω2はω2=2ω1と設定する。
【0040】
図2の曲線cはこのようにφ1max、φ2max、ω1、ω2の各値を設定した場合の第1、第2の2枚の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角を、横軸を時間tとして、第1の偏向反射面51の角振動数ω1の振動周期0〜2πの範囲に相当する時間で表したグラフである。
【0041】
同グラフから明らかに時間t=0.65π〜1.35πの間において、実質的にθ=kt+α(k、αは定数)とみなして構わない部分(等角速度の領域)が存在することが理解できる。
【0042】
上記の如く偏向反射角θがθ=kt+αとみなせるということは、即ち、共に正弦振動を行っている第1、第2の偏向反射面51、52によって反射偏向された光束が略等角速度で反射偏向されているということを意味している。
【0043】
また光偏向器5と被走査面7との間には、結像手段である結像光学系6が配置されている。第1、第2の偏向反射面51、52によって上記の如く略等角速度で反射偏向された光束は、結像光学系6によって被走査面7上にスポット状に結像され、略等速度で走査される。
【0044】
このような構成をとった場合、結像レンズとして、前述のarcsinレンズを使用する必要はなく、fθレンズを使用することが可能となることは容易に理解出来よう。即ち、本実施形態においては、正弦振動を行う光偏向器を使用しているにも拘わらず結像レンズとしてfθレンズを使用することが可能となり、その結果として、走査中心と走査端部の被走査面7上における主走査方向のスポット径が不均一になってしまうという従来のarcsinレンズを使用した場合の問題点を完全に解消することが可能となっている。
【0045】
上記の如く結像レンズとしてfθレンズを使用した場合は、理論的に主走査方向のスポット径を均一ならしめることが可能であるが、第1、第2の2枚の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角θ(θ=θ1+θ2=2φ1maxsinω1t+2φ2maxsinω2t)のθ=kt+αに対する誤差分、即ち等角速度誤差分に相当する分だけ、被走査面7上を走査するスポットに等速度誤差(即ち、fθ誤差)が発生することになる。
【0046】
このfθ誤差が許容範囲に収まらない場合は、前記図2における時間t=0.65π〜1.35πの時間を短く設定して、φ1max、φ2max、ω1、ω2の各値を、短く設定した上記時間に合わせて再度適当な値に設定することによってfθ誤差を小さくすることが可能である。但し、その場合は、φ1max、φ2maxの値を比較的大きく設定する必要が生じる。
【0047】
しかしながら正弦振動を行う光偏向器5においては、その最大振幅φ1maxと角振動数ω1とはトレードオフの関係にあり、走査スピードが遅くなってしまう。このような場合、fθ誤差が許容範囲に収まるよう、光源1から出射する光束の変調周波数を光偏向器5で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変化させることが好ましい。
【0048】
尚、本実施形態においては、正弦振動を行う偏向反射面を2枚使用することによって反射偏向される光束を略等角速度とする構成をとっているが、これに限定されるものではなく、例えば、正弦振動を行う偏向反射面を3枚以上使用することによって反射偏向される光束を略等角速度とする構成としても良い。この場合は、上記反射偏向された光束の等角速度誤差をさらに小さくすることが可能となることは言うまでも無い。
【0049】
また本実施形態においてはコリメーターレンズ2とシリンドリカルレンズ4等を用いずに、光源1からの光束を直接開口絞り3を介して光偏向器5に導光しても良い。
【0050】
また本実施形態においては結像光学系6を2枚のレンズより構成したが、これに限らず、例えば単一もしくは3枚以上のレンズより構成しても良い。
【0051】
[実施形態2]
次に本発明の実施形態2について説明する。
【0052】
図3は本発明の光走査光学系の実施形態2の主走査方向の要部断面図(主走査断面図)である。同図において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【0053】
本実施形態において前述の実施形態1と異なる点は第1、第2の2枚の偏向反射面51、52によって反射偏向された光束の合成の偏向反射角の等角速度誤差分を考慮して結像光学系6を最適化することにより、被走査面7上において略等速度走査を実現したことである。その他の構成および光学的作用は実施形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【0054】
図4は図2の曲線cに示した第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角で反射偏向された光束を、例えば焦点距離136.2366mmの理想的なfθレンズで走査した場合のfθ誤差を示している。ここに於いて、横軸は時間であり、t=0.65π〜1.35πの範囲である。縦軸はfθ誤差であり、単位は%で示している。
【0055】
このfθ誤差は前述した如く第1、第2の2枚の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角θ(θ=θ1+θ2=2φ1maxsinω1t+2φ2maxsinω2t)のθ=kt+αに対する誤差に起因して発生するものである。
【0056】
図5は図4に於ける横軸の時間tを、第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角で表したグラフである。
【0057】
図4、図5から時間t=0.65π〜1.35πの範囲(光束の偏向反射角にして±56度相当)に於けるfθ誤差は、ほぼ1%以内に収まっていることが解る。
【0058】
本実施形態に於いては、この第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角θの等角速度誤差をも含んで、結像光学系6を最適化することによって、被走査面7上において略等速度走査を実現している。
【0059】
具体的には光偏向器5による反射偏向で等角速度誤差があると、理想的なfθ特性を有する結像光学系6を用いても被走査面7上において光束の走査に速度差が生じる。
【0060】
そこで本実施形態では結像光学系6として、このときの被走査面7上において発生する等速誤差と逆方向の等速誤差を発生するfθ特性を有するようにしている。
【0061】
即ち、第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角θの等角速度誤差分だけ、故意に結像光学系6のfθ特性をずらしてやることにより、最終的に被走査面7上でのfθ特性を良好な性能とする訳である。
【0062】
具体的には第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角θを、θ=kt+αと近似したときにθmax=±45.73598度の範囲(時間にしてt=t=0.71875〜1.28125πの範囲)において上記の如き手法にて各要素の設定を行っている。
【0063】
表−1に本発明の実施形態2に於ける光走査光学系の諸特性を示す。
【0064】
【表1】
【0065】
結像光学系6は、前述の如く第1、第2の2つの結像レンズ(fθレンズ)61、62から構成され、各レンズのレンズ面形状は、主走査断面内に於いては非球面形状であり、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、
【0066】
【数1】
【0067】
なる式で表わされる。
【0068】
尚、Rは曲率半径、k、B4〜B10は非球面係数である。
【0069】
また副走査断面内の形状は、主走査方向のレンズ面座標がYであるところの、主走査断面内におけるレンズ面の法線を含みXY平面と直行する面内における副走査断面形状が円弧形状であり、その曲率半径が、
【0070】
【数2】
【0071】
なる式で表わされる形状をしている。
【0072】
尚、rは光軸上における曲率半径、D2〜D10は各係数である。
【0073】
図6は本実施形態のfθ誤差を示す収差図である。先の図4、図5に示した1%程度のfθ誤差を結像光学系6のfθ特性を故意にずらすことにより、図6に示すように被走査面7上でのfθ誤差を0.2%以下という非常に少ない誤差に抑えている。
【0074】
また図7は本実施形態の主走査方向及び副走査方向の像面湾曲特性を示す収差図である。
【0075】
図8は本実施形態に於ける被走査面7での上主走査方向のスポット径の像高依存性を示す図である。
【0076】
上述した如く第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角を略等角速度となるようにすることで、結像光学系6としてfθレンズを使用することが可能となっている為に、走査中心と走査端部の被走査面7上における主走査方向のスポット径を均一とすることが可能となっていることが解る。
【0077】
但し、本実施形態においては第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角の等角速度誤差分を結像光学系6のfθ特性を故意にずらして補正を行っている為に、厳密には被走査面7上における主走査方向のスポット径が均一にはなっていない。図8から解るように実際には58μm〜61μmの範囲で主走査方向のスポット径が弱冠変化している。
【0078】
この主走査方向のスポット径の変化は、第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角の等角速度誤差分を、どこまで結像光学系6によって補正を行うかによって異なってくる。
【0079】
本実施形態においては、第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角の等角速度誤差分は約1%程度であり、この1%分を結像光学系6で補正することによって主走査方向のスポット径の変化は約5%発生していることになる。
【0080】
一般に被走査面7上においてスポット径にバラツキがあると、ハーフトーンの諧調再現性の劣化・場所による細線の幅の再現性の劣化等といった不具合が生じる。特にスポット径のバラツキが20%を超えると、上記不具合が顕著に現われる為、高解像度・高品位の画像形成装置を達成出来なくなってしまう。
【0081】
そこで本実施形態においては被走査面7上の走査中心以外の任意の位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφm1、走査中心位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφm0とするとき、
0.8×φm0≦φm1≦1.2×φm0‥‥‥(1)
の条件式(1)を満足するように結像光学系6によって補正を行うことによって、第1、第2の偏向反射面51、52による合成の偏向反射角の等角速度誤差分を設定している。
【0082】
本実施形態においては上記φm0が59.2488μm、φm1の最大値が60.7541μm、φm1の最小値が58.2643μm、となっており、上記条件式(1)を十分に満足していることが解る。
【0083】
尚、各実施形態1、2において、光源1の半導体レーザーを単一の発光点からなるものとして構成しても良いし、複数の発光点から構成されるモノリシックマルチビーム半導体レーザーで構成しても良い。また単一の発光点からなる半導体レーザーを複数使用し、ビーム合成手段等により複数ビーム光源として構成しても良い。
【0084】
また正弦振動を行う光偏向器を使用する場合は、その偏向反射面が1面しか存在しない為、従来のポリゴンミラーに比べ面数が少ない分、振動周波数を上げる必要が生じる。光源として複数の発光点から成る複数光源を使用することにより、振動周波数を上げずに高速プリントが可能な画像形成装置を達成出来る為、光源としては、少なくとも2つ以上の発光点からなる複数光源で構成されていることが望ましい。
【0085】
[実施形態3]
そこで本発明の実施形態3としては、光源としてモノリシックなマルチビーム半導体レーザーを使用する構成としている。
【0086】
本実施形態における光源の発光点数は2つであり、その発光点間隔は80μmである。光走査光学系の諸特性は上記表−1に記したものと同一である。
【0087】
本実施形態における光走査光学系の光源1から被走査面7に至る全系の副走査方向の結像倍率(副走査倍率)は4.95506倍である。従って、被走査面7上において、2つの発光点から出射した光束が副走査方向にピッチ間隔42.33μm(600DPI)だけ離れて結像するようにモノリシックなマルチビーム半導体レーザーを時計回りに6.1305度だけ回転して配置する構成としている。
【0088】
本実施形態の如く被走査面7上において一度に同時に複数の光束を走査する場合には、結像光学系6の副走査倍率が走査角度の如何に関わらず一定であることが必要である。何故なら結像光学系6の副走査倍率が走査角により異なっていると、走査域全域において所望の副走査方向のピッチ間隔を維持出来ず、高解像度・高品位の画像形成装置を達成出来なくなってしまうからである。
【0089】
本発明者らの検討によると被走査面7上における複数ビームのピッチ間隔誤差が、所望のピッチ間隔の1/4以上の場合に顕著に画像を劣化させることが判明している。
【0090】
即ち、解像度600DPIであれば所望の副走査方向のピッチ間隔42.33μmに対して、その1/4である10.6μm以上の誤差が発生した場合に出力画像の劣化が顕著となる。
【0091】
よって本実施形態における結像光学系6は、該結像光学系6の走査中心以外の任意の走査角における副走査方向の横倍率をβs1、走査中心位置における副走査方向の横倍率をβs0とするとき、
−0.25≦(βs1−βs0)/βs0≦0.25‥‥‥(2)
の条件式(2)を満足するように各要素を設定している。
【0092】
図9に本実施形態における結像光学系6の上記条件式(2)の各像高に於ける値を示す。図9から解るように本実施形態に於いては副走査方向の横倍率が走査角によらず非常に均一に揃っており、複数ビームに対して好適な構成となっている。
【0093】
尚、本実施形態においては、発光点の数を2と仮定して説明したが、これに限定されるものでは無く、むしろ発光点数が3つ以上のときに対してより一層の効果が期待できるものである。
【0094】
また被走査面7上における結像スポットのスポット径Φは、以下の式(3)で示されるように結像光学系6のFナンバーFnoと使用波長とで決定される。
【0095】
Φ=k×Fno×λ‥‥‥(3)
ここにおいて、kは定数、λは使用波長である。
【0096】
最近は高解像度・高品位の画像出力の要求から被走査面7上における結像スポットのスポット径Φを小さくすることが求められている。
【0097】
一方、上式(3)から解るようにスポット径Φを小さくする為には、Fnoを小さくするか、使用波長λを短くする必要がある。
【0098】
Fnoを小さくするということは光束幅を広くするのと同義であり、これは即ち、正弦振動を行う光偏向器の偏向反射面を大きくすることを意味する。ところが、正弦振動を行う光偏向器に於いては、偏向反射面の大きさを大きくすると振動周波数を上げることが出来ず、一般的に高速プリントに対しては不利となる。
【0099】
一方、最近に於いては波長の短い半導体レーザー等の開発が加速され、レーザービームプリンタやデジタル複写機やマルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に十分適用可能な状況になりつつある。さらに被走査面7上における結像スポット径Φを小さくした場合、スポットの深度幅は短くなるが、その幅はFnoの2乗に比例し、波長λの1乗に比例する。即ち、被走査面7上における結像スポットのスポット径Φを小さくする手段としては使用波長を短くすることが好ましい。特に本実施形態のような正弦振動を行う光偏向器を使用する光走査光学系に於いては偏向反射面を大きくする必要が無く、高速プリントに対して有利であるという理由から、波長の短い光源を用いてスポット径Φを小さくすることによって、高解像度・高品位の画像出力が得られる画像形成装置を達成することが可能となる。
【0100】
光源の波長としては350〜500nmの範囲の波長の光源を使用することが好ましい。
【0101】
[実施形態4]
そこで本発明の実施形態4としては、光源として350〜500nmの範囲の波長のものを使用する。尚、本実施形態では波長500nmの光源を使用している。
【0102】
前述した実施形態2に於ける主走査方向の結像スポット径は図8に示される如く約60μmであるが、光源として500nmの波長のものを使用すれば、光偏向器の偏向反射面の大きさを全く変えることなく40μm以下のスポット径が得られる。40μmというスポット径は高解像度・高品位の画像出力に対しては十分な効果が得られるスポット径である。
【0103】
またスポットの深度幅に関しては、例えば波長を短くせずFnoを小さくすることによって40μm以下のスポット径を実現した場合、その深度幅はもとの深度幅の4割に減少してしまうのに対し、波長を短くすることによって40μm以下のスポット径を実現した場合、その深度幅はもとの深度幅の6割に減少するだけである。
【0104】
これは即ち、波長を短くすることによって40μm以下のスポット径を実現した場合の方がピントずれに対する許容度が大きいということであり、各光学部品の加工精度、走査光学系ユニットの組み立て精度を極端に高精度にしなくても、高解像度・高品位の画像出力が可能な画像形成装置を達成することが可能となる。
【0105】
[カラー画像形成装置]
図10は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置(光走査光学系)を4個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図10において、60はカラー画像形成装置、11,12,13,14は各々実施形態1、2、3、4に示したいずれかの構成を有する光走査装置、21,22,23,24は各々像担持体としての感光ドラム、31,32,33,34は各々現像器、51は搬送ベルトである。尚、図10においては現像器で現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器(不図示)と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器(不図示)とを有している。
【0106】
図10において、カラー画像形成装置60には、パーソナルコンピュータ等の外部機器52からR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ53によって、C(シアン),M(マゼンタ),Y(イエロー)、B(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置11,12,13,14に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム41,42,43,44が射出され、これらの光ビームによって感光ドラム21,22,23,24の感光面が主走査方向に走査される。
【0107】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置(11,12,13,14)を4個並べ、各々がC(シアン),M(マゼンタ),Y(イエロー)、B(ブラック)の各色に対応し、各々平行して感光ドラム21,22,23,24面上に画像信号(画像情報)を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【0108】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く4つの光走査装置11,12,13,14により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム21,22,23,24面上に形成している。その後、記録材に多重転写して1枚のフルカラー画像を形成している。
【0109】
前記外部機器52としては、例えばCCDセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置60とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【0110】
尚、本発明ではカラー画像形成装置に実施形態1又は2の光走査装置を適用したが、もちろんモノクロ画像形成装置に適用しても良い。
【0111】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如く正弦振動を行う光偏向器の偏向反射面を少なくとも2面使用し、その正弦振動の最大振幅と振動周期をそれぞれ異ならせることにより、反射偏向された光束を略等角速度で反射偏向させ、結像レンズとしてfθレンズの使用を可能とすることにより、走査中心と走査端部の被走査面上における主走査方向のスポット径が不均一になってしまうという従来のarcsinレンズを使用した場合の問題点を完全に解消することができ、さらに小型で簡易な構成であるにも拘わらず被走査面上におけるスポット径が均一であり、かつ高画質化に対応できる光走査光学系及びそれを用いた画像形成装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の光走査光学系の主走査方向の要部断面図
【図2】 本発明の実施形態1の光走査光学系における、光偏向器によって反射偏向された光束の偏向角度を説明する図
【図3】 本発明の実施形態2の光走査光学系の主走査方向の要部断面図
【図4】 本発明の実施形態2の光走査光学系における、光偏向器によって反射偏向された光束のfθ誤差を示す図
【図5】 本発明の実施形態2の光走査光学系における、光偏向器
【図6】本発明の実施形態2の光走査光学系のfθ誤差を示す図
【図7】本発明の実施形態2の光走査光学系の主走査及び副走査の像面湾曲特性を示す図
【図8】本発明の実施形態2の光走査光学系の上主走査方向のスポット径の像高依存性を示す図
【図9】本発明の実施形態3の光走査光学系の、走査結像レンズの副走査方向における横倍率の均一性を示す図
【図10】本発明のカラー画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図
【符号の説明】
1 光源(半導体レーザー)
2 コリメータ−レンズ
3 開口絞り
4 シリンドリカルレンズ
5 光偏向器
51 第1の偏向反射面
52 第2の偏向反射面
6 結像光学系
7 被走査面
11、12、13、14‥‥光走査装置
21、22、23、24‥‥像担持体(感光ドラム)
31、32、33、34‥‥現像器
41‥‥搬送ベルト
51‥‥マルチビームレーザー
52‥‥外部機器
53‥‥プリンタコントローラ
60‥‥カラー画像形成装置
Claims (9)
- 光源から出射した光束の光束状態を変化させて出射させる第1の光学系と、前記第1の光学系から出射した光束を主走査方向に偏向走査する光偏向器と、前記光偏向器によって偏向走査された光束を被走査面上に導光する結像光学系と、を有する光走査光学系において、
前記光偏向器は互いに異なる振動周期の正弦振動を行う少なくとも2枚の偏向反射面を有し、前記少なくとも2枚の偏向反射面は、正弦振動の最大振幅がそれぞれ異なっており、前記少なくとも2枚の偏向反射面によって反射偏向された光束の角速度が略等角速度で略1次元方向に偏向走査される領域を有することを特徴とする光走査光学系。 - 前記結像光学系は、前記光偏向器によって略等角速度で略1次元に偏向走査された光束を前記被走査面上において略等速度に変換していることを特徴とする請求項1に記載の光走査光学系。
- 前記光源から出射する光束の変調周波数を前記光偏向器で反射偏向される光束の走査角に応じて連続的に変化させることを特徴とする請求項2に記載の光走査光学系。
- 前記結像光学系は、前記光偏向器の略等角速度から生ずる被走査面上における等速誤差と逆方向の等速誤差を含んだfθ特性を有していることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の光走査光学系。
- 前記被走査面上の走査中心以外の任意の位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφm1、走査中心位置における主走査方向の光束の結像スポット径をφm0とするとき、0.8×φm0≦φm1≦1.2×φm0の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の光走査光学系。
- 前記光源は、2つ以上の発光点を有していることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の光走査光学系。
- 前記結像光学系の走査中心以外の任意の走査角における副走査方向の横倍率をβs1、走査中心位置における副走査方向の横倍率をβs0とするとき、−0.25≦(βs1−βs0)/βs0≦0.25の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の光走査光学系。
- 前記光源から出射する光束の波長が350〜500nmの範囲であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の光走査光学系。
- 請求項1乃至8の何れか1項に記載の光走査光学系と、被走査面に配置された感光体と、前記光走査光学系で走査された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、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光走査装置に出力せしめるプリンタコントローラと、を有することを特徴とする画像形成装置。
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