JP2006323278A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結像用レンズの共通化によって光学性能の安定化を確保でき、コストの低減を実現しつつ、副走査方向の色ずれを抑えることのできる光走査装置を得る。
【解決手段】 複数の光源と、該光源からのビームを主走査方向に偏向するポリゴンミラー５と、偏向されたビームを被走査面５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ上に結像するレンズ１１，１２と、該レンズを透過したビームを被走査面に分離して導くための複数の折返しミラー３１〜３８と、分離された各ビームを被走査面上に結像するレンズ１３とを備えた光走査装置。レンズ１２はその面形状が全て副走査方向に対称であり、第３レンズはその第１面の面形状が主・副走査方向ともに非対称である。折返しミラー３１〜３８の枚数は、ポリゴンミラーに対して一方の上側光路の配置枚数は３、一方の下側光路の配置枚数は２、他方の下側光路の配置枚数は１、他方の上側光路の配置枚数は２である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光走査装置、特に、画像データに基づいて変調された複数のビームを単一の偏向器を用いてそれぞれの被走査面上を走査する光走査装置に関する。

近年、フルカラーの複写機やプリンタなどの画像形成装置にあっては、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色に対応して四つの感光体を並置し、各感光体上に形成された各色の画像を中間転写ベルトに転写して合成するタンデム方式が主流となっている。そして、この種のタンデム方式の画像形成装置には、例えば、各感光体上に単一の偏向器（ポリゴンミラー）を用いて４本のビームを同時に走査して画像を描画する光走査装置が搭載されている。

ところで、この種の光走査装置においては、感光体上の描画ラインが副走査方向に湾曲する（以下、ボウと称する）不具合が不可避的に生じる。ボウの発生はビームを偏向器へ副走査方向に傾斜角度をもって入射させる場合により顕著である。ボウが大きいと走査ラインが弓なりになり画像が劣化する。また、それぞれの感光体上でボウの湾曲方向が異なると副走査方向の色ずれが大きくなる。

そこで、特許文献１には、温度変化に伴うハウジングの線膨張変化によるボウの湾曲方向を揃えるため、折返しミラーを偏向器の左右では偶数・奇数で異なる枚数、上下では偶数・奇数で一致した枚数で構成した光走査装置が開示されている。しかし、この光走査装置では、全ての光学系に非共通のレンズを使用しておりコスト高になる。また、ビームが偏向器に対して副走査方向に斜入射していないために偏向器が厚くなり、これもコスト高の要因となっている。折返しミラーの枚数は偏向器の左右において偶数・奇数で異なっているものの、上下は偶数・奇数で一致しているため、ハウジングの線膨張変化によるボウの湾曲方向を揃えることができるものの、設計的に残存するボウの湾曲方向を４色で揃えることはできないという問題点を有している。

また、特許文献２には、偏向器の左右両側に、対称に、第１の結像光学系、折返しミラー、第２の結像光学系を配置し、さらに、第２の結像光学系を副走査方向にずらして配置することでボウを補正するようにした光走査装置が開示されている。しかし、この光走査装置では、第２の結像光学系の面形状は主走査方向及び副走査方向ともに対称であり設計の自由度が少ないという問題点を有している。また、第１及び第２の結像光学系間の折返しミラーの枚数の組合せが左右で偶数・奇数で一致しているため、第２の結像光学系を副走査方向に偏芯配置することである程度ボウの補正が可能であるが、設計的に残存するボウの湾曲方向を４色で揃えることはできないという問題点を有している。
特開２００２−２０２４７２号公報 特開２００３−５７５８５号公報

そこで、本発明の目的は、結像用レンズの共通化によって光学性能の安定性を確保でき、コストの低減を実現しつつ、副走査方向の色ずれを抑えることのできる光走査装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、複数の光源と、該光源からのビームを主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器にて偏向されたビームを被走査面上に結像する第１の結像光学系と、該第１の結像光学系を透過したビームをそれぞれの被走査面に分離して導くための複数の光路折返しミラーと、分離された各ビームを被走査面上に結像する第２の結像光学系とを備えた光走査装置において、
偏向器は各光源に対して共通に設置されており、第１の結像光学系を構成するレンズはその面形状が全て副走査方向に対称であり、かつ、偏向器の左右両側に同じものが配置され、第２の結像光学系は全ての光路に関して同じ構成であり、かつ、同じ方向に配置され、少なくとも１枚のレンズを有し、該レンズの少なくとも１面の面形状は主走査方向及び副走査方向ともに非対称であり、
光路折返しミラーの枚数に関して、偏向器に対して一方の上側光路の配置枚数をＡ、一方の下側光路の配置枚数をＢ、他方の下側光路の配置枚数をＣ、他方の上側光路の配置枚数をＤとしたとき、以下の条件を満足すること、
｜Ａ−Ｂ｜＝２×ｉ＋１
｜Ｃ−Ｄ｜＝２×ｊ＋１
｜Ａ−Ｄ｜＝２×ｍ＋１
但し、ｉ，ｊ，ｍは０以上の整数
を特徴とする。

本発明に係る光走査装置において、偏向器の左右両側とは、偏向器の回転軸を中心とする左右対称な両側をいう。また、下側光路とは偏向器にて偏向されたビームが前記レンズの光軸を中心として被走査面側を進行する光路をいい、上側光路とは被走査面とは反対側を進行する光路をいう。

本発明に係る光走査装置によれば、第１及び第２の結像光学系のそれぞれにおいて、自由曲面を効果的に配置することにより、それぞれのレンズを共通化することができ、低コストを達成できるとともに、同一のレンズ加工装置によって成形することが可能となり、光学性能が安定化する。特に、第２結像光学系のレンズの少なくとも１面を主走査方向及び副走査方向ともに非対称とすることにより、第１の結像光学系の設計や折返しミラーの撓み調整によっては十分に補正できないボウを良好に補正することができる。

また、折返しミラーの枚数を、前記条件式を満足するように設定することで、即ち、上側光路と下側光路及び左右でそれぞれ偶数・奇数で異なるように設定することで、ミラーで折り返された後の被走査面上での描画ラインのボウの湾曲方向を揃えることができ、副走査方向の色ずれを効果的に抑えることができる。

本発明に係る光走査装置においては、第２の結像光学系を構成するレンズのそれぞれは同じ金型によって成形されたものであることが好ましい。光学性能の安定化及び低コスト化に大きく寄与する。

また、第２の結像光学系から被走査面の間に配置される光路折返しミラーの枚数はそれぞれの光路において同数であることが好ましい。被走査面上でのボウの湾曲方向を揃えることを損なうことはない。

以下、本発明に係る光走査装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（実施例、図１〜図３参照）
本発明に係る光走査装置の一実施例について、図１に立体配置概念を示し、図２に光源部から偏向器までの光路構成を示し、図３に副走査断面を示す。

この光走査装置は、タンデム方式の電子写真法による画像形成装置の露光走査ユニットとして構成され、図３に示すように、四つの感光体ドラム５０（５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ）上にそれぞれの色の画像を形成するように構成されている。なお、感光体ドラム５０上に形成された４色の画像（静電潜像）はトナーにて現像された後、図示しない中間転写ベルト上に１次転写／合成され、記録材上に２次転写される。この種の画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。

この光走査装置において、図２に示すように、光源部は四つのレーザダイオード１、コリメータレンズ２、シリンダレンズ３、ハーフミラー４から構成され、単一のポリゴンミラー５に入射する。即ち、各レーザダイオード１から放射されたビーム（拡散光）はコリメータレンズ２により平行光とされ、シリンダレンズ３により副走査方向Ｚにポリゴンミラー５の偏向面上で線状になるように変換される。その後、ビームはハーフミラー４により主走査方向Ｙでは合成され、ポリゴンミラー５に導かれる。

それぞれの光源部は、図２（Ｂ）に示すように、副走査方向Ｚにおいてポリゴンミラー５の主走査方向軸Ｙ’に対して所定の傾斜角度θ／２で配置されている。即ち、各ビームはポリゴンミラー５の偏向面に副走査方向Ｚの面内で傾斜角度θ／２をもって斜入射している。

なお、光源部からのビームは必ずしもポリゴンミラー５に対して斜入射させる必要はないが、斜入射させるとポリゴンミラー５の厚みを増すことなく上側光路及び下側光路へのビームの分離が可能となる。

図１及び図３に示すように、ポリゴンミラー５で主走査方向Ｙに偏向された各ビームを各感光体ドラム５０上に結像するための第１結像光学系を構成する第１レンズ１１及び第２レンズ１２と、該レンズ１１，１２を透過したビームを各感光体ドラム５０に導くための複数枚の光路折返しミラー３１〜３８と、分離されたビームを各感光体ドラム５０上に結像するための第２結像光学系を構成する第３レンズ１３（１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ）と、防塵用のウインドウガラス２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋが配置されている。

第１及び第２レンズ１１，１２は、単一のポリゴンミラー５の回転軸５ａ（図３参照）を中心とする左右両側に光路折返しミラー３１〜３８の前段に配置され、かつ、面形状は副走査方向Ｚに対称とされている。即ち、図３において上下対称とされている。なお、面形状のデータに関しては後に説明する（表３〜５参照）。

第３レンズ１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋは、全て同じ金型によって成形された同一構成のものであり、主走査方向Ｙに配置され、その第１面（ビーム入射側）の面形状は主走査方向Ｙ及び副走査方向Ｚともに非対称とされている。第３レンズ１３は第１面を主走査方向及び副走査方向ともに非対称とすることにより、第１及び第２レンズ１１，１２の設計や折返しミラーの撓み調整によっては十分に補正できないボウを良好に補正することができる。なお、面形状のデータに関しては後に説明する（表６参照）。

光路折返しミラー３１〜３８の枚数に関して、ポリゴンミラー５に対して一方の上側光路（マゼンタ露光用）の配置枚数をＡ、一方の下側光路（イエロー露光用）の配置枚数をＢ、他方の下側光路（ブラック露光用）の配置枚数をＣ、他方の上側光路（シアン露光用）の配置枚数をＤとしたとき、Ａは３枚、Ｂは２枚、Ｃは１枚、Ｄは２枚で構成している。

即ち、図３において、折返しミラーの配置枚数は、ポリゴンミラー５の左側で上下で対応するＡ，Ｂが３枚と２枚で偶数・奇数が異なり、右側で上下で対応するＣ，Ｄが１枚と２枚で偶数・奇数が異なっている。また、第１及び第２レンズ１１，１２の上側を透過する光路のＡ，Ｄが３枚と２枚で偶数・奇数が異なり、下側を透過する光路のＢ，Ｃが２枚と１枚で偶数・奇数が異なっている。

（ボウの湾曲方向、図４参照）
図４は被走査面上での描画ラインの副走査方向の湾曲（ボウ）に関する概念図である。ここでは、第１及び第２レンズ１１，１２に対して上側を透過する光路の被走査面５０ａ〜５０ｆ上でのボウ５１ａ〜５１ｆの湾曲方向が折り返しミラー３０の配置枚数に応じて変化する様子を示している。図４では、下側を透過する光路のボウは省略しているが、上下対称のため上側の光路のボウを反転した方向に湾曲している。

図４から分かるように、ポリゴンミラー５の左右で偶数・奇数が異なっているときに、ボウの湾曲方向が一致している。例えば、被走査面５０ａ，５０ｃ，５０ｅにおいて一致し、被走査面５０ｂ，５０ｄ，５０ｆにおいて一致している。このように、折返しミラーの枚数を本願請求項１に記載の条件式を満足するように設定することにより、被走査面上でボウの湾曲方向が一致し、即ち、副走査方向Ｚの位置ずれの高次成分の発生方向を揃えることができ、画像の色ずれを効果的に抑えることができる。

なお、本実施例では、第３レンズ１３から被走査面５０の間に配置される折返しミラーの枚数はそれぞれの光路において０枚である。しかし、この間に折り返しミラーを配置する場合は各光路において同数であることが、ボウの湾曲方向の一致を確保するために必要である。

（光学素子の配置、構成データ）
以下に示す表１に前記実施例での光学素子の配置を示し、表２に第７面及び第８面の偏芯データを示す。また、表３に第１面（第１レンズ１１の第１面）の自由曲面係数データ、表４に第２面（第１レンズ１１の第２面）の自由曲面係数データ、表５に第４面（第２レンズ１２の第２面）の自由曲面係数データ、表６に第５面（第３レンズ１３の第１面）の自由曲面係数データをそれぞれ示す。これらの自由曲面は式（１）に示す自由曲面式にて算出される。

そして、表３〜５から分かるように、副走査方向Ｚには偶数字の係数しか使用しておらず、第１及び第２レンズ１１，１２は副走査方向Ｚに対称な面形状を有している。これにて、上側光路と下側光路とで共通のレンズを使用することができ、低コストになる。また、第３レンズ１３はそれぞれの光路において同じ自由曲面データのものが使用されている。

（他の実施例）
なお、本発明に係る光走査装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

本発明に係る光走査装置の一実施例を示す立体配置概念図である。 前記一実施例の光源部から偏向器までの光路構成を示し、（Ａ）はＸ−Ｙ平面図、（Ｂ）はＸ−Ｚ側面図である。 前記一実施例の偏向器から被走査面までの光路構成を示すＸ−Ｚ側面図である。 被走査面上でのボウの湾曲方向を示す概念図である。

符号の説明

１…レーザダイオード
５…ポリゴンミラー
１１…第１レンズ
１２…第２レンズ
１３…第３レンズ
２９…ウインドウガラス
３０〜３８…折返しミラー
５０…感光体ドラム（被走査面）
５１ａ〜５１ｆ…ボウ

Claims (3)

1. 複数の光源と、該光源からのビームを主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器にて偏向されたビームを被走査面上に結像する第１の結像光学系と、該第１の結像光学系を透過したビームをそれぞれの被走査面に分離して導くための複数の光路折返しミラーと、分離された各ビームを被走査面上に結像する第２の結像光学系とを備えた光走査装置において、
   前記偏向器は各光源に対して共通に設置されており、
   前記第１の結像光学系を構成するレンズはその面形状が全て副走査方向に対称であり、かつ、前記偏向器の左右両側に同じものが配置され、
   前記第２の結像光学系は全ての光路に関して同じ構成であり、かつ、同じ方向に配置され、少なくとも１枚のレンズを有し、該レンズの少なくとも１面の面形状は主走査方向及び副走査方向ともに非対称であり、
   前記光路折返しミラーの枚数に関して、前記偏向器に対して一方の上側光路の配置枚数をＡ、一方の下側光路の配置枚数をＢ、他方の下側光路の配置枚数をＣ、他方の上側光路の配置枚数をＤとしたとき、以下の条件を満足すること、
   ｜Ａ−Ｂ｜＝２×ｉ＋１
   ｜Ｃ−Ｄ｜＝２×ｊ＋１
   ｜Ａ−Ｄ｜＝２×ｍ＋１
   但し、ｉ，ｊ，ｍは０以上の整数
   を特徴とする光走査装置。
2. 前記第２の結像光学系を構成するレンズのそれぞれは同じ金型によって成形されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第２の結像光学系から前記被走査面の間に配置される光路折返しミラーの枚数はそれぞれの光路において同数であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
   

Images