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技術 光走査装置及びそれを備える画像形成装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 佐藤涼太
出願日 2017年11月6日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2017-213824
公開日 2019年6月6日 (2ヶ月経過) 公開番号 2019-086620
状態 未査定
技術分野 機械的光走査系 レーザービームプリンタ FAXの走査装置
主要キーワード 形状変化率 回転中心座標 プラスチックモールドレンズ 収束度 変化係数 入射主光線 走査角度θ 中間光
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

画像形成装置の十分な小型化を実現することが可能な光走査装置を提供すること。

解決手段

光走査装置100は、光源1からの光束を偏向して被走査面6を主走査方向に走査する偏向器4と、偏向器4により偏向された光束を被走査面6に導光する単一の結像光学素子5とを備え、被走査面6における軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なり、2.0≦h/Tc≦3.0、10≦(d+Sk)/T1≦12なる条件式満足する。

概要

背景

従来、画像形成装置に用いられる光走査装置として、偏向器により偏向された光束を被走査面に導光するための結像光学系が、単一の結像光学素子で構成されたものが知られている。特許文献1には、単一の結像光学素子を通過する光束が被走査面を非等速で走査するように構成された光走査装置が記載されている。この構成によれば、結像光学素子を偏向器に近づけて配置することができ、光走査装置の小型化を実現することが可能になる。

概要

画像形成装置の十分な小型化を実現することが可能な光走査装置を提供すること。 光走査装置100は、光源1からの光束を偏向して被走査面6を主走査方向に走査する偏向器4と、偏向器4により偏向された光束を被走査面6に導光する単一の結像光学素子5とを備え、被走査面6における軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なり、2.0≦h/Tc≦3.0、10≦(d+Sk)/T1≦12なる条件式満足する。

目的

本発明の目的は、画像形成装置の十分な小型化を実現することが可能な光走査装置を提供する

効果

実績

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請求項1

光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する単一の結像光学素子とを備え、前記被走査面における軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なり、前記被走査面における有効走査幅をhとし、前記結像光学素子の光軸上において、前記偏向器の軸上偏向点から前記被走査面までの距離をTc、前記結像光学素子の厚さをd、前記結像光学素子から前記被走査面までの距離をSk、前記軸上偏向点から前記結像光学素子までの距離をT1とするとき、2.0≦h/Tc≦3.010≦(d+Sk)/T1≦12なる条件式満足することを特徴とする光走査装置

請求項2

前記結像光学素子の光軸上における結像係数をKとし、前記偏向器により走査角度θで偏向された光線入射する、前記被走査面での主走査方向における像高YをY=(K/B)×tan(B×θ)なる式で表すとき、前記走査角度θが最大となるときの前記像高Yにおいて0.30≦B≦0.70なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。

請求項3

前記偏向器により最大走査角度の半分の走査角度で偏向される光線と前記結像光学素子の入射面との交点から前記軸上偏向点までの光軸方向における距離をT1halfとし、前記偏向器により最大走査角度で偏向される光線と前記入射面との交点から前記軸上偏向点までの光軸方向における距離をT1maxとするとき、0.0<(T1half−T1)/(T1half−T1max)≦5.0なる条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。

請求項4

前記偏向器により最大走査角度で偏向される光線と前記結像光学素子の出射面との交点における該出射面の主走査方向に対する傾きをΔ2maxとし、前記偏向器により最大走査角度の半分の走査角度で偏向される光線と前記出射面との交点における該出射面の主走査方向に対する傾きをΔ2halfとするとき、0.40≦|Δ2max−Δ2half|≦1.0なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項5

前記偏向器により最大走査角度の半分の走査角度で偏向される光線と前記結像光学素子の出射面との交点から前記軸上偏向点までの光軸方向における距離をT2halfとし、前記光軸上における前記軸上偏向点から前記出射面までの距離をT2とするとき、−0.10≦(T2half−T2)/d≦0.10なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項6

前記軸上偏向点から前記光源の発光面の中心までの光軸方向における距離及び主走査方向における距離を各々Xobj及びYobjとするとき、0.0≦Xobj/Yobj≦0.36なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項7

走査断面内において前記軸上偏向点に入射する光線と前記光軸との成す角度をθmとするとき、70°<θm≦90°なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項8

前記光源から出射する光束の波長をλとするとき、λ≦700nmなる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項9

前記結像光学素子の光軸を含む副走査断面内における横倍率をβsとするとき、2.0<|βs|<9.0なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項10

前記結像光学素子の部分倍率ずれに基づいて前記光源の発光を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項11

前記結像光学素子の光軸上における結像係数をKとし、前記偏向器により走査角度θで偏向された光線が入射する、前記被走査面での主走査方向における像高YをY=(K/B)×tan(B×θ)なる式で表すとき、1/cos2(B×θ)に応じて前記光源の発光を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項12

2.1≦h/Tc≦2.7なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項13

10.5≦(d+Sk)/T1≦11.5なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至12の何れか一項に記載の光走査装置。

請求項14

請求項1乃至13の何れか一項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面に形成される静電潜像トナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器とを備えることを特徴とする画像形成装置

請求項15

請求項1乃至13の何れか一項に記載の光走査装置と、外部機器から出力されたデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力するプリンタコントローラとを備えることを特徴とする画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は光走査装置に関し、例えば、レーザビームプリンタ(LBP)やデジタル複写機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。

背景技術

0002

従来、画像形成装置に用いられる光走査装置として、偏向器により偏向された光束を被走査面に導光するための結像光学系が、単一の結像光学素子で構成されたものが知られている。特許文献1には、単一の結像光学素子を通過する光束が被走査面を非等速で走査するように構成された光走査装置が記載されている。この構成によれば、結像光学素子を偏向器に近づけて配置することができ、光走査装置の小型化を実現することが可能になる。

先行技術

0003

特開2015−31824号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載の光走査装置においては、偏向器から被走査面までの距離が十分に短縮されていない。よって、この光走査装置を画像形成装置に適用する場合、装置全体の十分な小型化を実現することが難しくなる。

0005

本発明の目的は、画像形成装置の十分な小型化を実現することが可能な光走査装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、光源からの光束を偏向して被走査面を主走査方向に走査する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を前記被走査面に導光する単一の結像光学素子とを備え、前記被走査面における軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なり、前記被走査面における有効走査幅をhとし、前記結像光学素子の光軸上において、前記偏向器の軸上偏向点から前記被走査面までの距離をTc、前記結像光学素子の厚さをd、前記結像光学素子から前記被走査面までの距離をSk、前記軸上偏向点から前記結像光学素子までの距離をT1とするとき、2.0≦h/Tc≦3.0、10≦(d+Sk)/T1≦12なる条件式満足することを特徴とする。

発明の効果

0007

本発明によれば、画像形成装置の十分な小型化を実現することが可能な光走査装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0008

本発明の実施例1に係る光走査装置の要部概略図。
本発明の実施例1に係る光走査装置の要部拡大図。
本発明の実施例1に係る光走査装置の像面湾曲特性を示す図。
本発明の実施例2に係る光走査装置の要部概略図。
本発明の実施例2に係る光走査装置の像面湾曲特性を示す図。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部概略図。

実施例

0009

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

0010

なお、以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸(又は揺動軸)と結像光学系の光軸方向とに垂直な方向(偏向器により被走査面が光走査される方向)であり、副走査方向とは、偏向器の回転軸(又は揺動軸)に平行な方向である。また、主走査断面とは、光軸を含み主走査方向に平行な断面(副走査方向に垂直な断面)であり、副走査断面とは、結像光学系の光軸及び副走査方向に平行な断面(主走査方向に垂直な断面)である。

0011

図1は本発明の実施形態に係る光走査装置100の要部概略図であり、図1(a)は主走査断面(XY断面)を示し、図1(b)は副走査断面(ZX断面)を示している。光走査装置100は、光源1からの光束を偏向して被走査面6を主走査方向に走査する偏向器4と、偏向器4により偏向された光束を被走査面6に導光する単一の結像光学素子5とを備えている。結像光学系を単一の結像光学素子5により構成することで、光走査装置100の小型化及び低コスト化を実現することができる。また、本実施形態に係る結像光学素子5は、それを通過した光束が被走査面6を非等速で走査するように構成されている。このことについて詳細に説明する。

0012

一般的に、光走査装置における結像光学系は、通過した光束が被走査面を等速で走査するように、偏向器の回転角度走査角度)と被走査面での主走査方向における像高とが略比例関係となる歪曲収差(fθ特性)を有している。また、結像光学系は、被走査面における有効領域(印字領域)に良好な像(スポット)を形成するために、有効領域の全域で像面湾曲を良好に補正する必要がある。

0013

しかし、結像光学系が単一の結像光学素子で構成されている場合、像面湾曲を良好に補正しつつ等速性を確保するためには、主走査断面内での結像光学素子の光学面の形状を軸上像高と軸外像高とで大きく異ならせる必要がある。そして、光走査装置の更なる小型化のために結像光学素子を偏向器に近づけて配置した場合、光学面の形状の変化がより急峻になりコマ収差が増大してしまう。

0014

そこで、本実施形態に係る結像光学素子5は、通過した光束が被走査面6において等速性を満たさないように(非等速で走査するように)構成されている。すなわち、本実施形態に係る光走査装置100においては、軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なっている。これにより、光学性能を保ちつつ結像光学素子5をより偏向器4に近接して配置することができ、装置全体の更なる小径化を実現することが可能になる。

0015

ここで、被走査面6における有効領域の主走査方向での幅(有効走査幅)をhとする。また、結像光学素子5の光軸上において、偏向器4の軸上偏向点から被走査面6までの距離をTc、結像光学素子5の厚さをd、結像光学素子5から被走査面6までの距離をSk、軸上偏向点から結像光学素子5までの距離をT1とする。ただし、ここでの軸上偏向点とは、光源1から出射して被走査面6の軸上像高に向かう光束(軸上光束)の主光線と偏向器4の偏向面との交点(光軸と偏向面との交点)を示す。このとき、本実施形態に係る光走査装置100は、以下の条件式(1)及び(2)を満足する。
2.0≦h/Tc≦3.0 (1)
10≦(d+Sk)/T1≦12 (2)

0016

条件式(1)は、偏向器4から被走査面6までの光軸方向における光路長と有効走査幅との関係、すなわち光走査装置100の走査画角最大走査角度)の条件を示している。条件式(1)を満足することで、光走査装置100の走査画角を広角化することができるため、有効走査幅を維持しつつ偏向器4から被走査面6までの距離を十分に短縮することが可能になる。

0017

条件式(1)の上限を上回ると、走査画角が大きくなり過ぎてしまうため、偏向器4の偏向面を著しく大型化することが必要になり、偏向器4と各光路や他の部材との干渉を回避することが困難になる。また、条件式(1)の下限を下回ると、走査画角が小さくなり過ぎてしまうため、偏向器4から被走査面6までの距離を十分に短縮することが困難になる。

0018

条件式(2)は、結像光学素子5の光軸方向における配置の条件を示している。条件式(2)を満足することで、結像光学素子5を偏向器4に十分に近づけて配置することができる。すなわち、条件式(1)及び(2)を同時に満足することで、走査画角を広角化した場合の結像光学素子5の主走査方向における大型化を抑制することが可能になる。

0019

条件式(2)の上限を上回ると、結像光学素子5が偏向器4に近づき過ぎてしまい、光源1から偏向器4に至る光路や他の部材と結像光学素子5との干渉を回避することが困難になる。また、条件式(2)の下限を下回ると、偏向器4と結像光学素子5との距離が長くなり過ぎてしまい、結像光学素子5の主走査方向における大型化を抑制することが困難になる。

0020

このように、被走査面6を非等速で走査するように構成しつつ、条件式(1)及び(2)を同時に満足することで、光走査装置100の小型化及び光走査装置100を備える画像形成装置の小型化を実現することができる。さらに、以下の条件式(1a)及び(2a)を満足することがより好ましい。
2.1≦h/Tc≦2.7 (1a)
10.5≦(d+Sk)/T1≦11.5 (2a)

0021

次に、本実施形態に係る結像光学素子5の走査特性について説明する。結像光学素子5の走査特性は、偏向器4の走査角度をθ(deg)、軸上像高での結像係数をK[mm]、被走査面6での主走査方向における像高をY[mm]とするとき、以下の式(3)で表される。
Y=(K/B)×tan(B×θ) (3)

0022

ここで、結像係数Kは、結像光学素子5に平行光が入射する場合の走査特性であるfθ特性:Y=f×θにおけるfに相当する係数であり、fθ特性を平行光以外の光束(収束光発散光)に対して拡張するための係数である。すなわち、結像係数Kは、結像光学素子5に入射する光束の収束度にかかわらず、像高Yと走査角度θとを比例関係にするための係数である。

0023

また、式(3)におけるBは、結像光学素子5の走査特性を決定するための係数(走査特性係数)である。式(3)は、B=0のときはY=K×θとなりfθ特性に相当するが、B≠0のときは像高Yと走査角度θとが比例関係にならない走査特性となる。例えば、B=1のときの式(3)は、Y=Ktanθとなるため、カメラ等の撮像装置に用いられる光学系の射影特性Y=ftanθに相当する。すなわち、式(3)において、走査特性係数Bを0<B<1の範囲で設定することで、射影特性Y=ftanθとfθ特性Y=fθとの間の走査特性を得ることができる。

0024

ここで、式(3)を走査角度θで微分すると、以下の式(4)に示すように、被走査面6での光束の走査角度θに対する走査速度が得られる。
dY/dθ=K/cos2(B×θ) (4)

0025

さらに、式(4)を軸上像高における速度dY(0)/dθ=Kで除すると、以下の式(5)に示すようになる。
(dY/dθ)/K=1/cos2(B×θ) (5)

0026

式(5)は、軸上像高に対する軸外像高での等速性のずれ量、すなわち軸上像高での部分倍率に対する軸外像高での部分倍率のずれ量(部分倍率ずれ)を表している。本実施例に係る光走査装置100は部分倍率を有するため、B≠0の場合は、軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なることになる。つまり、軸外像高における走査位置(単位時間あたりの走査距離)は部分倍率ずれに応じて間延びしてしまうため、この部分倍率ずれを考慮せずに被走査面6を走査した場合は、被走査面6に形成される像の劣化印字性能の劣化)を招いてしまう。

0027

そこで、本実施形態においては、不図示の制御部により光源1の発光を制御することで、印字性能の劣化を抑制している。具体的には、部分倍率ずれに応じて光源1の変調タイミング発光タイミング)及び変調時間(発光時間)を制御することで、被走査面6における走査位置及び走査時間を電気的に補正することができる。これにより、部分倍率ずれ及び像の劣化を補正し、fθ特性を満たす場合と同様に良好な印字性能を得ることが可能になる。制御部によって光源1を制御する場合、良好な印字性能を確保するためには、結像光学素子5の部分倍率ずれが全像高で2%以内に収まるようにすることが望ましい。

0028

このとき、本実施形態に係る光走査装置100は、最軸外像高Y=±hにおいて以下の条件式(6)を満たすことが望ましい。
0.30≦B≦0.70 (6)

0029

条件式(6)の下限値を下回ると、部分倍率ずれが小さくなり過ぎてしまい、装置全体の小型化と光学性能との両立が難しくなる。また、条件式(6)の上限値を上回ると、部分倍率ずれが大きくなり過ぎてしまい、走査位置及び走査時間の補正が難しくなる。さらに、以下の条件式(6a)を満足することがより好ましい。
0.40≦B≦0.60 (6a)

0030

図2に、光走査装置100の結像光学素子5の周辺の拡大図を示す。ここで、偏向器4により偏向される光線の走査角度が最大値(θmax)となるとき、すなわち光線が最大走査角度で偏向されて最軸外像高に到達するとき、その光線を最軸外光線とする。また、偏向器4により偏向される光線の走査角度が最大値の半値(θmax/2)となるとき、すなわち光線が最大走査角度の半分の走査角度で偏向されて中間像高に到達するとき、その光線を中間光線とする。

0031

そして、図2に示すように、中間光線と結像光学素子5の入射面との交点から軸上偏向点までの光軸方向における距離をT1half、最軸外光線と入射面との交点から軸上偏向点までの光軸方向における距離をT1maxとする。このとき、本実施形態に係る光走査装置100は以下の条件式(7)を満足することが望ましい。
0.0<(T1half−T1)/(T1half−T1max)≦5.0 (7)

0032

条件式(7)は、結像光学素子5の入射面の形状に関する。条件式(7)を満足すると、主走査断面内において結像光学素子5の入射面が二つの変極点を有し、かつ結像光学素子5の入射面の主走査方向における光軸上から中間位置にかけての形状変化よりも、中間位置から端部にかけての形状変化の方が大きくなる。これにより、軸上像高から軸外像高にわたって良好な結像性能を実現することができる。

0033

条件式(7)の上限を上回ると、結像光学素子5の入射面の主走査方向における中間位置から端部にかけての形状変化が小さくなり過ぎてしまい、軸外像高での収差を良好に補正することが難しくなる。また、条件式(7)の下限を下回ると、結像光学素子5の入射面の光軸上から端部にかけての形状変化の方向が一様になってしまい、中間像高におけるコマ収差を良好に補正することが難しくなる。さらに、以下の条件式(7a)を満足することがより好ましい。
0.0<(T1half−T1)/(T1half−T1max)≦1.0 (7a)

0034

また、最軸外光線が通過する位置での結像光学素子5の出射面の主走査方向に対する傾き(形状変化率)をΔ2max、中間光線が通過する位置での結像光学素子5の出射面の主走査方向に対する傾きをΔ2halfとする。このとき、本実施形態に係る光走査装置100は以下の条件式(8)を満足することが望ましい。
0.40≦|Δ2max−Δ2half|≦1.0 (8)

0035

ただし、ここでの傾きとは、各光線が通過する位置での結像光学素子5の出射面の形状の変化率である。結像光学素子5の出射面のうち、各光線が通過する位置を含む微小な領域について、光軸方向(X方向)における幅を主走査方向(Y方向)における幅で除したものである。なお、出射面の傾きの符号については、光軸上から端部に向かうに従い被走査面6の側に傾く場合を正とし、逆に偏向器4の側に傾く場合を負とする。

0036

条件式(8)は、主走査断面内における結像光学素子5の出射面の形状に関する。条件式(8)を満足することで、主走査断面内において結像光学素子5の出射面の中間位置から端部にかけての形状変化をある程度急峻にすることができ、軸外像高における収差を良好に補正することができる。

0037

条件式(8)の上限を上回ると、結像光学素子5の出射面の中間位置から端部にかけての形状変化が急峻になり過ぎてしまい、良好な結像性能を得ることが難しくなる。また、条件式(8)の下限を下回ると、結像光学素子5の出射面の中間位置から端部にかけての形状変化が一様になってしまい、軸外像高における収差を良好に補正することが難しくなる。さらに、以下の条件式(8a)を満足することがより好ましい。
0.50≦|Δ2max−Δ2half|≦0.80 (8a)

0038

なお、後述する表1におけるΔ2max及びΔ2halfの値は、結像光学素子5の出射面の主走査方向における有効幅を主走査方向において33個の微小領域に分割したときの、最軸外光線及び中間光線が通過する位置を含む微小領域の傾きの値を示している。ただし、ここでの有効幅とは、結像光学素子5の出射面のうち二つの最軸外光線が通過する位置同士の主走査方向における間隔を示す。すなわち、この有効幅をYhとし、最軸外光線及び中間光線が通過する位置を含む微小領域の夫々の主走査方向における両端同士の光軸方向における間隔をXmax及びXhalfとするとき、Δ2max及びΔ2halfは以下の式で表される。
Δ2max=Xmax/(Yh/33)
Δ2half=Xhalf/(Yh/33)

0039

このとき、結像光学素子5の出射面を通過する光束の主走査方向における幅はYh/33に対して十分に小さいため、上記の式で定義されるΔ2max及びΔ2halfが条件式(8)を満たしていれば、上述した効果を得ることができる。

0040

また、中間光線と出射面との交点から軸上偏向点までの光軸方向における距離をT2halfとし、光軸上における軸上偏向点から結像光学素子5の出射面までの距離をT2とする。このとき、本実施形態に係る光走査装置100は以下の条件式(9)を満足することが望ましい。
−0.10≦(T2half−T2)/d≦0.10 (9)

0041

条件式(9)は、条件式(8)と同様に結像光学素子5の出射面の形状に関するものである。条件式(9)を満足することで、主走査断面内において結像光学素子5の出射面の光軸上から中間位置にかけての形状変化を小さくすることができ、軸上像高から軸外像高にわたって良好な結像性能を実現することができる。

0042

条件式(9)の上限を上回ると、結像光学素子5の出射面の光軸上から中間位置にかけての形状変化が大きくなり過ぎてしまい、コマ収差を良好に補正することが難しくなる。また、条件式(9)の下限を下回ると、結像光学素子5の出射面の光軸上から中間位置にかけての形状が偏向器4の側に大きく変化してしまい、走査特性及び結像性能を良好に保つことが難しくなる。さらに、以下の条件式(9a)を満足することがより好ましい。
−0.050≦(T2half−T2)/d≦0.050 (9a)

0043

また、軸上偏向点から光源1の発光面の中心までの光軸方向における距離及び主走査方向における距離を各々Xobj、Yobjとするとき、以下の条件式(10)を満足することが望ましい。ただし、ここでの光軸方向における距離は、軸上偏向点を基準として光源1が被走査面6の側(+X側)にある場合を正、被走査面6とは反対側にある場合を負(−X側)とする。また、ここでの主走査方向における距離は、軸上偏向点を基準として光源1が走査の上流側(+Y側)にある場合を正、走査の下流側(−Y側)にある場合を負とする。
0.0≦Xobj/Yobj≦0.36 (10)

0044

条件式(10)は、光源1の位置、すなわち偏向器4に入射する光束の入射角の条件を示している。条件式(10)の上限を上回ると、光源1の位置が被走査面6の側に寄り過ぎてしまい、偏向器4に入射する光束と結像光学素子5との干渉を回避することが難しくなる。また、条件式(10)の下限を下回ると、光源1の位置が被走査面6とは反対側に寄り過ぎてしまい、偏向器4によって走査可能な領域が小さくなって広角化が難しくなる。さらに、以下の条件式(10a)を満足することがより好ましい。
0.0≦Xobj/Yobj≦0.30 (10a)

0045

また、主走査断面内において軸上偏向点に入射する光線と光軸との成す角度をθmとするとき、以下の条件式(11)を満足することが望ましい。
70°<θm≦90° (11)

0046

条件式(11)は、条件式(10)と同様に偏向器4に入射する光束の入射角の条件を示している。条件式(11)の上限を上回ると、偏向器4によって走査可能な領域が小さくなって広角化が難しくなる。また、条件式(11)の下限を下回ると、偏向器4に入射する光束と結像光学素子5との干渉を回避することが難しくなる。さらに、以下の条件式(11a)を満足することがより好ましい。
73°<θm≦80° (11a)

0047

なお、結像光学素子5を偏向器4に近づけて配置した場合、結像光学素子5の副走査断面内での横倍率副走査倍率)を大きくすることが必要になる。このとき、偏向器4の製造誤差などに起因して、被走査面6における副走査方向の印字位置ずれピッチムラ)が生じてしまう可能性がある。このような場合にも、条件式(10)及び(11)の少なくとも一方を満足することで、偏向器4における偏向点の変位量を低減することができるため、ピッチムラの発生を抑制することが可能になる。

0048

また、光源1から出射する光束の波長をλとするとき、以下の条件式(12)を満足することが望ましい。
λ≦700nm (12)

0049

条件式(12)を満足することで、光源1から出射する光束の波長(光源1の発振波長)が短くなって光束径を小さくすることができるため、偏向器4の偏向面を小型化しつつ広角化を実現することが可能になる。条件式(12)の上限を上回ると、光源1の発振波長が長くなり過ぎてしまい、偏向器4の偏向面を小型化しつつ広角化を実現することが難しくなる。さらに、以下の条件式(12a)を満足することがより好ましい。
λ≦550nm (12a)

0050

また、結像光学素子5の光軸を含む副走査断面内における横倍率(副走査倍率)をβsとするとき、以下の条件式(13)を満足することが望ましい。
2.0<|βs|<9.0 (13)

0051

条件式(13)の上限を上回るほど副走査倍率が高くなると、各光学部材の製造誤差や配置誤差等に起因するピッチムラが大きくなってしまう。また、条件式(13)下限を下回るほど副走査倍率が低くなると、主走査方向において結像光学素子5を十分に小型化することが難しくなる。さらに、以下の条件式(13a)を満足することがより好ましい。
2.5<|βs|<8.0 (13a)

0052

[実施例1]
以下、本発明の実施例1に係る光走査装置100について説明する。本実施例に係る光走査装置100は、上述した実施形態に係る光走査装置100と同等の構成を採っているため、重複する説明を省略する。本実施例に係る光走査装置100は、光源1と、光源1からの光束を規制する開口絞り2と、光束を偏向器4の偏向面に導光する入射光学系3と、上述した偏向器4及び結像光学系5とを備えている。

0053

光走査装置100において、光源1から出射した光束は、開口が設けられた開口絞り2を通過し、入射光学系3によって偏向器4の偏向面に導光される。光源1としては、例えば半導体レーザを用いることができ、その発光点の数は1個でも複数個でもよい。本実施例では、開口絞り2として楕円形状の開口が設けられた楕円絞りを採用しているが、開口の形状はこれに限られるものではなく、例えば矩形の開口が設けられた矩形絞り等を採用してもよい。

0054

本実施例に係る入射光学系3は、主走査断面と副走査断面とで互いに異なるパワーを有する単一の入射光学素子入射レンズ)で構成されている。この入射光学素子は、主走査断面では光束を平行光に変換し、かつ副走査断面では光束を偏向器4の偏向面又はその近傍に集光することで、主走査方向に長い線像を形成するアナモフィックコリメータレンズである。なお、ここでの平行光とは、厳密な平行光だけでなく、弱収束光及び弱発散光などの略平行光を含むものである。

0055

本実施例においては、入射光学系3を単一の入射光学素子で構成しているが、必要に応じて入射光学系3を複数の入射光学素子で構成してもよい。例えば、主走査断面内で光束を略平行光に変換するコリメータレンズと、副走査断面内で光束を集光するシリンダーレンズとで入射光学系3を構成してもよい。ただし、装置全体の小型化及び低コスト化のためには、本実施例のように入射光学系3を単一の光学素子で構成することが望ましい。

0056

また、入射光学系3に回折面を設けることで、環境温度の変化によって光源1の発振波長や各光学面の形状が変化した場合のピント変動補償ができるようにしてもよい。例えば、環境温度が常温に対して上昇した場合、光束の長波長化樹脂材料伸長により屈折面のパワー(屈折力)は弱くなる一方で、回折面のパワーは強くなる。よって、入射光学系3に回折面を設けることで、屈折面及び回折面によるピント変動を互いにキャンセルさせることができる。

0057

偏向器4は、不図示の駆動部(モータ等)により図中の矢印方向に一定速度で回転させられ、偏向面にて入射光学系3からの光束を偏向することで、結像光学系5を介して被走査面6における有効領域を主走査方向に走査する。本実施例では、偏向器4として四つの偏向面を有する回転多面鏡ポリゴンミラー)を採用しているが、偏向面の数はこれに限られるものではない。また、回転多面鏡の代わりに、一つ又は二つの偏向面が揺動軸まわりに揺動する揺動ミラーを採用してもよい。

0058

本実施例に係る結像光学系5は、主走査断面と副走査断面とで互いに異なるパワーを有する単一の結像光学素子(トーリックレンズ)で構成されている。結像光学系5は、偏向器4にて偏向された光束を被走査面6に導光及び集光し、主走査断面内及び副走査断面内の両方において、被走査面6又はその近傍に光源1の像を形成している。また、結像光学系5は、偏向面又はその近傍と被走査面6又はその近傍とを副走査断面において共役関係にすることより、偏向面が傾いた際の被走査面6上での走査位置ずれの低減(面倒れ補償)を行っている。

0059

なお、本実施例に係る入射光学系3および結像光学系5を構成する各レンズは、樹脂材料を射出成形することで形成されたプラスチックモールドレンズであるため、ガラスレンズを採用した場合と比較して大幅なコストダウンが可能になる。また、プラスチックモールドレンズを採用することで、回折面や非球面の成形が容易になり、生産性及び光学性能の向上を図ることができる。ただし、必要に応じて、入射光学系3および結像光学系5を構成する各レンズをガラスレンズとしてもよい。

0060

本実施例に係る結像光学素子5の各光学面(レンズ面)の面頂点を含む主走査断面内での形状(母線形状)は、以下の式で表される。ここでは、各光学面の面頂点と各光軸との交点を原点とし、光軸方向の軸をX軸、主走査断面内においてX軸と直交する軸をY軸、X軸及びY軸に直交する軸をZ軸、としたローカル座標系を定めている。

0061

0062

ただし、Rは光軸上における主走査断面内での曲率半径母線曲率半径)であり、k,B4,B6,B8,B10,B12は主走査断面内での非球面係数である。各光軸(X軸)の両側(Y軸方向におけるプラス側とマイナス側)で非球面係数B4〜B12の数値を互いに異ならせることで、母線形状を光軸に対して主走査方向に非対称な形状とすることができる。

0063

また、本実施例に係る結像光学素子5の各光学面の、主走査方向の各位置(各像高)における副走査断面内での曲率半径r´(子線曲率半径)は、以下の式で表される。ただし、rは光軸上における副走査断面内での曲率半径であり、Eiは子線変化係数である。なお、子線形状は、主走査方向における各位置での母線上の面法線を含む主走査断面に垂直な断面内での面形状と言い換えることができる。

0064

0065

本実施例に係る光走査装置100の構成を表1に示す。なお、表1に記載の各距離は、結像光学素子5の光軸上における値を示している。入射主光線の角度とは、入射光学系3から出射して偏向面に入射する光束の主光線と結像光学素子5の光軸との成す角度を示している。偏向器の回転中心座標は、偏向器と軸上光束の主光線との交点を原点として示している。また、有効走査幅や偏向器の回転角及び最大走査角度は、結像光学素子5の光軸に対して対称となっており、光軸に対して一方の側の値を正、他方の側の値を負としている。

0066

0067

本実施例に係る結像光学素子5の形状を表2に示す。表2において、各光学面の曲率半径や非球面係数については、光軸に対して光源1と同じ側(プラス側、Upper)及び光源1とは反対側(マイナス側、Lower)とで分けて示している。また、「E±N」は「×10±N」を意味する。

0068

0069

図3に、本実施例に係る光走査装置100の収差特性として、主走査断面内におけるピント位置と像高との関係(像面湾曲特性)を示す。図3に示す通り、像面湾曲が良好に補正されていることがわかる。

0070

[実施例2]
以下、本発明の実施例2に係る光走査装置200について説明する。本実施例に係る光走査装置200において、上述した実施例1に係る光走査装置100と同等の構成については説明を省略する。

0071

図4は本実施例に係る光走査装置200の要部概略図であり、図4(a)は主走査断面を示し、図4(b)は副走査断面を示している。なお、図4では、各光束のマージナル光線を省略して主光線のみを示している。本実施例に係る光走査装置200の構成を表3に示し、本実施例に係る結像光学素子5の形状を表4に示す。

0072

0073

0074

図5に、本実施例に係る光走査装置200の主走査断面内における像面湾曲特性を示す。図5に示す通り、像面湾曲が良好に補正されていることがわかる。

0075

表5に、実施例1及び2における上述した条件式(1)、(2)、(6)−(13)の夫々の中辺の値を示す。表5に示す通り、何れの実施例に係る光走査装置も各条件式を満足している。

0076

0077

[画像形成装置]
図6は、本発明の実施形態に係る画像形成装置104の要部概略図(副走査断面図)である。画像形成装置104は、上述した実施例における光走査装置(光走査ユニット)100を備えている。

0078

図6に示すように、画像形成装置104には、パーソナルコンピュータ等の外部機器117から出力されたコードデータDcが入力される。このコードデータDcは、装置内のプリンタコントローラ111によって、画像信号ドットデータ)Diに変換され、光走査ユニット100に入力される。そして、この光走査ユニット100からは、画像信号Diに応じて変調された光束103が射出され、この光束103によって感光ドラム101の感光面(被走査面)が主走査方向に走査される。なお、プリンタコントローラ111は、前述したデータの変換だけでなく、後述するモータ115などの画像形成装置内の各部の制御を行う。

0079

静電潜像担持体感光体)としての感光ドラム101は、モータ115の駆動力によって時計まわりに回転している。そして、この回転に伴って、感光ドラム101の感光面が光束103に対して副走査方向に移動する。感光ドラム101の上方には、感光面を一様に帯電せしめる帯電ローラ102が感光面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ102によって帯電された感光面上に、光走査ユニット100からの光束103が照射されるように構成されている。

0080

上述したように、光束103は画像信号Diに基づいて変調されており、この光束103を照射することによって感光面上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、光束103の照射位置よりもさらに感光ドラム101の回転方向の下流側で感光面に当接するように配設された現像器107によって、トナー像として現像される。

0081

現像器107によって現像されたトナー像は、感光ドラム101の下方で、感光ドラム101に対向するように配設された転写ローラ転写器)108によって、被転写材としての用紙112上に転写される。用紙112は感光ドラム101の前方(図6において右側)の用紙カセット109内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット109端部には、給紙ローラ110が配設されており、これにより用紙カセット109内の用紙112が搬送路送り込まれる。

0082

未定着トナー像が転写された用紙112は、さらに感光ドラム101後方図6において左側)の定着器へと搬送される。定着器は、内部に定着ヒータ(不図示)を有する定着ローラ113と、この定着ローラ113に圧接するように配設された加圧ローラ114とで構成されている。この定着器は、転写ローラ108から搬送されてきた用紙112を定着ローラ113と加圧ローラ114との圧接部にて加圧しながら加熱することにより、用紙112上の未定着トナー像を定着させる。さらに、定着ローラ113の後方には排紙ローラ116が配設されており、トナー像が定着した用紙112は画像形成装置104の外に排出される。

0083

なお、光走査ユニット100、感光ドラム101、及び現像器107の夫々を複数設けることにより、画像形成装置104をカラー画像形成装置としてもよい。また、例えばCCDセンサCMOSセンサ等のラインセンサを備えたカラー画像読取装置を、外部機器117として画像形成装置104に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。

0084

[変形例]
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

0085

例えば、上述した各実施例では、一つの光源からの光束により一つの被走査面を走査する構成を採っているが、これに限らず、複数の光源からの光束を一つの偏向器により同時に偏向して、複数の被走査面を走査する構成を採用してもよい。

0086

1光源
4偏向器
5結像光学素子
6 被走査面
100 光走査装置

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