JP4576778B2

JP4576778B2 - タンデム走査光学系

Info

Publication number: JP4576778B2
Application number: JP2001268291A
Authority: JP
Inventors: 博喜木下
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003075751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタンデム走査光学系に関するものであり、例えばカラーレーザープリンタ，カラーデジタル複写機等の画像形成装置において、複数のレーザー光束を走査しながら複数の被走査面上に画像を露光記録するタンデム用の走査光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー走査によりカラー画像を形成する場合、通常、４つの感光体(例えば、Ｙ：イエロー，Ｍ：マゼンタ，Ｃ：シアン，Ｂ：ブラックの各色用の感光体)が必要である。４つの感光体に対して画像記録を行うタンデム用の走査光学系としては、４本のレーザー光束を副走査方向に異なる角度でポリゴンミラーに入射させ、その後で副走査方向に光路分離を行うタンデム走査光学系が知られている。例えば特開平１１−６４７５４号公報では、１つのポリゴンミラーと２つのｆθレンズを備え、各ｆθレンズを２つの光学系に分けてその間で光路分離を行うタイプのタンデム走査光学系が提案されている。また特開平８−１２２６７３号公報では、１つのポリゴンミラーと１つのｆθレンズを備え、ｆθレンズの後ろで光路分離を行うタイプのタンデム走査光学系が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−６４７５４号公報で提案されているタンデム走査光学系では、２つのｆθレンズが必要となるのでコストが高くなる。その技術の延長でタンデム走査光学系を１つのｆθレンズで構成したとしても、光路分離後の光学系が２種類必要となるため、やはりコスト高となる。また、このタンデム走査光学系ではｆθレンズが回転対称な面のみで構成されているため、副走査方向への入射角度が大きくなった場合、収差を十分に補正することができず、高い性能を確保することができないという問題もある。
【０００４】
特開平８−１２２６７３号公報で提案されているタンデム走査光学系では、ポリゴンミラーが１つ、ｆθレンズが１つであり、しかもｆθレンズが光路分離前の１つの光学系のみで構成されているためコストは安くなる。しかし、ｆθレンズを光路分離前の光学系１つのみで構成すると、タンデム走査光学系の副走査倍率が高倍になる。副走査倍率が高いと、ポリゴンミラーの不具合(例えば加工誤差によるポリゴン面の出入り，面倒れ等)の影響が像面上で拡大されてしまうため、良好な像面性能を維持することが困難になる。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、良好な像面性能を有する低コストなタンデム走査光学系を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明のタンデム走査光学系は、複数の光源と、各光源からの光束を偏向させる単一の偏向手段と、その偏向手段で偏向した複数の光束を各光源に対応する複数の被走査面に分けて導くとともに各被走査面上で結像走査させる走査系と、を備えたタンデム走査光学系であって、前記走査系が、前記偏向手段の同一面で偏向した複数の光束に対して共通に配置された第１光学系と、その第１光学系を通過した複数の光束に対応するように複数配置された第２光学系と、前記第１光学系と第２光学系との間で反射により光路分離を行うミラーと、を有し、前記光源からの複数の光束が、前記偏向手段に対して各々副走査方向に異なる角度で入射し、前記第１光学系が主走査方向に非軸対称な自由曲面を少なくとも１面有し、前記第２光学系が副走査方向に非軸対称な自由曲面を少なくとも１面有し、前記第１光学系において、前記第１光学系の光軸に関して副走査方向に非対称に位置する少なくとも２本の光束と、前記第１光学系の光軸に関して前記少なくとも２本の光束と鏡像の関係にある少なくとも２本の光束と、が位置することを特徴とする。
【０００８】
第２の発明のタンデム走査光学系は、上記第１の発明の構成において、前記偏向手段に対する全ての光束の入射位置が副走査方向に略一致していることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明のタンデム走査光学系は、上記第１の発明の構成において、前記第２光学系が主走査方向に軸対称であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したタンデム走査光学系を、図面を参照しつつ説明する。
図１はタンデム走査光学系の一実施の形態を模式的に示す副走査断面図であり、これをスルー系(光路の折り返しが無い状態)で示したものが図２の主走査断面図と図３の副走査断面図である。図１〜図３中、1はポリゴンミラー、Sはポリゴン面(つまりミラー面から成る偏向反射面)、Wはポリゴンウィンドウ、2Y,2M,2Cは光路分離用ミラー、3Y,3M,3C,3Bは折り返しミラー、4は光源、5はコリメータレンズ、6はシリンダレンズ、11は第１レンズ、12は第２レンズ、21Y,21M,21C,21Bは第３レンズ、IY,IM,IC,IBは被走査面を構成する感光体(Ｙ：イエロー，Ｍ：マゼンタ，Ｃ：シアン，Ｂ：ブラックの各色用の感光体)、LY,LM,LC,LBはレーザー光束であり、AXは第１，第２レンズ(11,12)から成る第１光学系の光軸(仮想)である。
【００１３】
図２及び図３では、図１中のミラー(2Y,2M,2C;3Y,3M,3C,3B)を図示省略しており、図１及び図３では、図２中のポリゴンミラー(1)より前の光学構成を図示省略している。また、図３では４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)のうちの２本(LM,LY)のみを示しており、他の２本(LB,LC)は図示省略している。このタンデム走査光学系では、副走査方向の斜入射角度を±の振り分けとしているため(後述する表６参照。)、残りの２本のレーザー光束(LB,LC)は光軸(AX)に対して鏡像の関係になっている。なお、図２，図３中のＸ，Ｙ，Ｚは互いに直交する方向を示しており、ポリゴンミラー(1)の回転軸に対して平行な方向をＺ方向とし、感光体(IY,IM,IC,IB)上での主走査方向をＹ方向とし、光軸(AX)に対して平行な方向をＸ方向としている。また、主走査方向はレーザー光束(LY,LM,LC,LB)が各感光体(IY,IM,IC,IB)を走査する方向であり、副走査方向は主走査方向に対して垂直な方向である。
【００１４】
この実施の形態のタンデム走査光学系は、図２に示すように、レーザー光束(LY,LM,LC,LB)を１本ずつ射出する４つの光源(4)と、コリメータレンズ(5)，シリンダレンズ(6)等から成る光源光学系と、各光源(4)から発せられた計４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)を偏向させる単一のポリゴンミラー(1)と、を備えている。各光源(4)から発せられたレーザー光束(LY,LM,LC,LB)は、コリメータレンズ(5)とシリンダレンズ(6)でそれぞれビーム整形された後、光路合成用ミラー(不図示)で主走査方向に光路合成される。ビーム整形の結果、各レーザー光束(LY,LM,LC,LB)は、主走査方向については略平行光となり、副走査方向についてはポリゴンミラー(1)のポリゴン面(S)近傍で集光することになる。ビーム整形及び光路合成された４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)は、ポリゴンミラー(1)において同一位置にある１つのポリゴン面(S)で同時に偏向反射される。このときポリゴン面(S)には、４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)が副走査方向に互いに異なる角度で入射して、互いに異なる角度で偏向反射される。
【００１５】
ポリゴンミラー(1)で偏向反射された４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)は、ポリゴンウィンドウ(W)を通過した後、第１，第２光学系等から成る走査系に入射する。第１光学系は第１レンズ(11)と第２レンズ(12)とから成っており、同一のポリゴン面(S)で偏向した４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)に対して共通に配置されている。一方、第２光学系は第３レンズ(21Y,21M,21C,21B)のみから成っており、第１光学系(11,12)を通過した計４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)に対応するように光源(4)毎に配置されている。このタンデム走査光学系では、１つの光源(4)から１本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)が射出するので、レーザー光束(LY,LM,LC,LB)毎に第２光学系(21Y,21M,21C,21B)が配置されることになる。
【００１６】
第１光学系(11,12)を通過した４光束(LY,LM,LC,LB)のうち、レーザー光束(LB)は折り返しミラー(3B)で反射された後、第３レンズ(21B)を通って感光体(IB)上で結像する。レーザー光束(LC)は光路分離用ミラー(2C)，折り返しミラー(3C)の順で反射された後、第３レンズ(21C)を通って感光体(IC)上で結像する。レーザー光束(LM)は光路分離用ミラー(2M)，折り返しミラー(3M)の順で反射された後、第３レンズ(21M)を通って感光体(IM)上で結像する。レーザー光束(LY)は光路分離用ミラー(2Y)，折り返しミラー(3Y)の順で反射された後、第３レンズ(21Y)を通って感光体(IY)上で結像する。
【００１７】
以上のようにして、走査系は光路分離用ミラー(2Y,2M,2C)で４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)を各光源(4)に対応する４つの感光体(IY,IM,IC,IB)に１本ずつ分けて導くとともに、第１〜第３レンズ(11;12;21Y,21M,21C,21B)から成る第１，第２光学系で、各レーザー光束(LY,LM,LC,LB)をスポット状に集光させて感光体(IY,IM,IC,IB)に対する露光走査を行う。なお、この実施の形態では１つの光源が１本のレーザー光束を射出し、１つの感光体に対する露光走査を１本のレーザー光束で行う構成になっているが、これに限らない。例えば、２本以上のレーザー光束を射出するマルチビームタイプの光源を用いて、１つの感光体に対する露光走査を２本以上のレーザー光束で行う構成にしてもよい。
【００１８】
表１〜表６に、この実施の形態のコンストラクションデータを示す。表１中の面頂点座標と表２中の偏芯ベクトルデータ(ティルト偏芯しているもののみ記す。)は、スルー系のレーザー光束(LY,LM)に対応したものであり(図３)、光軸(AX)方向をＸ方向、主走査方向をＹ方向、副走査方向をＺ方向とするグローバル座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)におけるローカル座標系(ｘ，ｙ，ｚ)の原点及びベクトルで各光学面(面頂点基準)の配置を表している{なお、()内に数値が記載されている心厚は偏芯を考慮しないときの直線距離である。}。また、表１中の曲率半径の欄に「自由曲面」と記載されている光学面は、その面形状が以下の式(FS)によって表現される自由曲面である。用いられている自由曲面の自由曲面係数Ｃ_ijを表３〜表５に示す(ただし、E-n=×10^-nである。)。
【００１９】
【数１】

【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
【表３】

【００２３】
【表４】

【００２４】
【表５】

【００２５】
【表６】

【００２６】
第１光学系を構成している第１レンズ(11)は、その両面が主走査方向に非軸対称な自由曲面で構成されている。つまり、第４面と第５面を構成している自由曲面が、副走査方向には光軸(AX)に対して対称になっている(奇数次項が無い)のに対し、主走査方向には光軸(AX)に対して非対称になっている(奇数次項がある)。また、第２光学系を構成している第３レンズ(21Y,21M,21C,21B)は、そのポリゴンミラー(1)側の面が副走査方向に非軸対称な自由曲面で構成されている。つまり、第８面を構成している自由曲面が、主走査方向には光軸(AX)に対して対称になっている(奇数次項が無い)のに対し、副走査方向には光軸(AX)に対して非対称になっている(奇数次項がある)。このように、第１光学系が主走査方向に非軸対称な自由曲面を少なくとも１面有し、第２光学系が副走査方向に非軸対称な自由曲面を少なくとも１面有することが望ましい。これにより、ポリゴンミラー(1)の不具合があっても良好な像面性能を維持することができるとともに、タンデム走査光学系の低コスト化を達成することができる。これを以下に詳しく説明する。
【００２７】
図１及び表６に示すように、光路分離用ミラー(2Y,2M,2C)で４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)を光路分離するには、４本のレーザー光束(LY,LM,LC,LB)をポリゴンミラー(1)に対して各々副走査方向に異なる角度で入射させればよい。そして、レーザー光束(LY,LM,LC,LB)の光路を副走査方向に分離しやすくするには、ポリゴンミラー(1)に対する副走査方向の斜入射角度を大きくすればよい。その結果、走査系に対する副走査方向の斜入射角度が大きくなっても、副走査方向に非軸対称な面を走査系内に配置することにより、良好な像面性能を得ることが可能である。また、主走査方向に非軸対称な面を走査系内に配置することにより、ポリゴン反射点移動に起因する性能劣化(像面のうねり等)を補正することが可能である。
【００２８】
副走査倍率を低倍とするためには、本実施の形態のように光路分離位置の後に第２光学系を設ければよいが、主走査方向に非軸対称な面を第２光学系に配置すると、光源数に応じた種類(例えば、副走査方向の入射角度が±で振り分けになっている場合の種類数は光源数の１／２になる。)のレンズが第２光学系に必要となってしまう。つまり、４個必要な第３レンズ(21Y,21M,21C,21B)を１種類のレンズで構成することができなくなり、コストが高くなってしまう。
【００２９】
そこで、主走査方向に非軸対称な面を第１光学系に配置するとともに、副走査方向の異なる入射角度に対しても１つの面形状で定義される１種類のレンズで第２光学系を構成することが望ましい。走査系内の非軸対称な面を、主走査方向については第１光学系、副走査方向については第２光学系に設け、かつ、第２光学系の構成レンズ面を１つの面形状で定義すれば、第１光学系を全レーザー光束(LY,LM,LC,LB)に対して共通の光学系にすることができ、また、第２光学系を全レーザー光束(LY,LM,LC,LB)に対して１種類のレンズで構成することができる。
【００３０】
図３は、レンズ面の面形状が１つの第３レンズ(21Y,21M)に対し、２本のレーザー光束(LY,LM)が異なる入射角で異なる位置に入射している様子を示している。このように、第２光学系での副走査方向の光束通過位置が、副走査方向の光束入射角度によって異なることが望ましく、第２光学系を構成しているレンズ面が、異なる副走査方向の光束入射角度に対して１つの面形状から成ることが望ましい。光束通過位置が異なる光学構成にすることにより、各レーザー光束(LY,LM,LC,LB)に対する性能の確保が可能となり、レンズ面の面形状を１つにすることにより、製造上の低コスト化が可能となる。
【００３１】
前述したように本実施の形態では副走査方向の斜入射角度を±の振り分け(表６，図３)としているため、第１レンズ(11)の面形状を副走査方向には軸対称としているが、斜入射角度の条件によっては第１レンズ(11)の面形状を副走査方向に非軸対称にしてもよい。ただし、第２光学系は主走査方向に軸対称であることが望ましい。全レーザー光束(LY,LM,LC,LB)に対して同じ種類の第３レンズ(21Y,21M,21C,21B)を使えるようにするには、第２光学系を主走査方向に軸対称とすることが必然となる。
【００３２】
また、ポリゴンミラー(1)に対する全てのレーザー光束(LY,LM,LC,LB)の入射位置を、副走査方向に略一致させることが望ましい。図１や表６に示すように、ポリゴンミラー(1)への副走査方向の入射位置(すなわちポリゴン反射点位置)を全レーザー光束(LY,LM,LC,LB)で略同じにすることにより、ポリゴンミラー(1)を副走査方向に薄型化することができる。ポリゴンミラー(1)において必要な厚みを薄くすることにより、低コストのポリゴンミラー(1)の使用が可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ポリゴンミラーの不具合等があっても良好な像面性能を維持する、低コストなタンデム走査光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンデム走査光学系の一実施の形態を示す副走査断面図。
【図２】図１のタンデム走査光学系をスルー系で示す主走査断面図。
【図３】図１のタンデム走査光学系をスルー系で示す副走査断面図。
【符号の説明】
1 …ポリゴンミラー(偏向手段)
S …ポリゴン面
4 …光源
11 …第１レンズ(第１光学系の一部，走査系の一部)
12 …第２レンズ(第１光学系の一部，走査系の一部)
21Y,21M,21C,21B …第３レンズ(第２光学系，走査系の一部)
IY,IM,IC,IB …感光体(被走査面)
2Y,2M,2C …光路分離用ミラー
3Y,3M,3C,3B …折り返しミラー
LY,LM,LC,LB …レーザー光束
AX …第１光学系の光軸

Claims

複数の光源と、各光源からの光束を偏向させる単一の偏向手段と、その偏向手段で偏向した複数の光束を各光源に対応する複数の被走査面に分けて導くとともに各被走査面上で結像走査させる走査系と、を備えたタンデム走査光学系であって、
前記走査系が、前記偏向手段の同一面で偏向した複数の光束に対して共通に配置された第１光学系と、その第１光学系を通過した複数の光束に対応するように複数配置された第２光学系と、前記第１光学系と第２光学系との間で反射により光路分離を行うミラーと、を有し、前記光源からの複数の光束が、前記偏向手段に対して各々副走査方向に異なる角度で入射し、前記第１光学系が主走査方向に非軸対称な自由曲面を少なくとも１面有し、前記第２光学系が副走査方向に非軸対称な自由曲面を少なくとも１面有し、前記第１光学系において、前記第１光学系の光軸に関して副走査方向に非対称に位置する少なくとも２本の光束と、前記第１光学系の光軸に関して前記少なくとも２本の光束と鏡像の関係にある少なくとも２本の光束と、が位置することを特徴とするタンデム走査光学系。
前記偏向手段に対する全ての光束の入射位置が副走査方向に略一致していることを特徴とする請求項１記載のタンデム走査光学系。
前記第２光学系が主走査方向に軸対称であることを特徴とする請求項１記載のタンデム走査光学系。