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JP5278253B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

光走査装置及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光束により被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等では、光走査装置によって画像の書込みが行なわれる。この光走査装置は、発光部を有する光源と、この光源から射出される光束を主走査方向に長い線像に結像させる第1光学系と、該第1光学系からの光束を偏向させる偏向反射面を前記線像の結像位置近傍に持つ偏向器と、該偏向器で偏向された光束を被走査面上に光スポットとして集光させる第2光学系とを有し、被走査面を光束で光走査するものである。また、複数の発光部を有するマルチビーム光源を用い、複数の光束で被走査面を走査するいわゆるマルチビーム光走査装置も知られている。
近年、光走査装置に用いられる光学素子、特に上記第2光学系に用いられるレンズ(走査レンズ)は、低コストであること、自由曲面形状を比較的容易に得ることができることなどの理由から、プラスチック成型品が急増しており、マルチビーム光走査装置でも、従来のいわゆるシングルビーム光源を用いた光走査装置と同様に、積極的にプラスチック成型の走査レンズが使用されている。
ところで、プラスチック成型の走査レンズでは、屈折率分布が不均一になる傾向があった。
そこで、例えば、特許文献1には、マルチビーム光源と、この光源から射出される複数の光束を主走査方向に長い複数の線像に結像させる第1光学系と、光束を偏向させる光偏向器と、偏向光束を被走査面上に集光させる第2光学系とを備え、該第2光学系が、不均一な屈折率分布を有し、入射するマルチビーム数、入射面上における副走査方向マルチビーム主光線ピッチ、屈折率分布、及び被走査面における有効書込幅に対応するレンズの副走査方向の有効範囲が所定の関係を有する光学素子を含んでいるマルチビーム光走査装置が開示されている。
また、特許文献2には、独立に光変調可能な発光部を副走査方向に複数配置した光源と、該発光部から出射された光線をそれぞれほぼ平行光束とする結合光学素子と、平行光束の外縁を特定する開口と、平行光束の副走査方向の形状を整形する整形光学素子と、整形された光束を偏向走査する偏向素子と、偏向走査された光束を被走査面に走査結像させる走査光学系とを順に備え、該走査光学系は、副走査方向に正のパワーを有する樹脂レンズを含む複数のレンズを備え、開口と樹脂レンズは、副走査方向に関して光学的共役関係にある光走査装置が開示されている。
ところで、光学素子のプラスチック成型工程では、素材、製造条件、及び形状等により、レンズに複屈折が発生する。複屈折とは、互いに直交する方向で光の屈折率が異なる現象であり、主軸方位と位相差によって表される。なお、本明細書では、主軸方位は、進相軸方位あるいは遅相軸方位と同じ意味である。
走査レンズは、光ディスク装置に用いられているピックアップレンズ(対物レンズ)などに比べると大型のものが多く、プラスチック成型の走査レンズでは、レンズ内部に不均一な複屈折分布を生ずるものがある。特に、レンズの中心肉厚と周辺肉厚との差が大きいもの、すなわち偏肉度が大きいものほど、複屈折分布の不均一性が大きくなる。
例えば、図24(A)〜図24(C)に示されるような複屈折分布を持つ走査レンズを、図25に示されるように、異なる発光部(ch1、ch2)から射出され、副走査方向に関して離れている2つの光束(ビーム1、ビーム2)が透過する場合を考える。この場合は、走査レンズから受ける複屈折の影響が、ビーム1とビーム2とでは異なるため、一例として図26に示されるように、ビーム1及びビーム2は、走査レンズに入射するまでは同じ直線偏光だったものが、走査レンズ透過後は異なる偏光状態になる。なお、図26には、ビーム1は縦長の楕円偏光となり、ビーム2は横長の楕円偏光となる場合が示されている。ここで、例えば、走査レンズと被走査面との間に折り返しミラーが配置されていると、該折り返しミラーでの反射率がビーム1とビーム2とで異なるため、結果として被走査面上での光量がch1とch2とで異なることとなる。このように、発光部毎に被走査面上の光量が違うと、出力画像における濃度むら、特にバンディングを引き起こすおそれがある。
また、複数の発光部を有する垂直共振器型の面発光レーザアレイは、各発光部から直線偏光を射出するが、その偏光方向はレーザの発振強度によって回転する。そして、この回転の程度は、発光部毎に異なっている(例えば、特開2007−147864号公報段落[0003]参照)。このように、垂直共振器型の面発光レーザアレイは、偏光角が発光部毎に異なっているのに、更に不均一な複屈折分布の影響を受けると、被走査面上での光量差が拡大し、出力画像における濃度むらやバンディングが顕著になる。
不均一な屈折率分布の影響と不均一な複屈折分布の影響の違いについて説明する。屈折率分布が不均一な場合は、ビーム経路毎に屈折力が異なるため、被走査面上でのピント位置が発光部間で異なるという不都合が生じる。これは、マルチビーム光源と、不均一な屈折率分布を有する走査レンズとからなる屈折光学系単体で起こることである。
これに対し、複屈折分布が不均一な場合は、ビーム経路毎に複屈折量が異なるため、プラスチック成型の走査レンズから被走査面までの間に配置されている折り返しミラーの反射率や防塵用の板ガラスの透過率がビーム間で異なり、その結果、被走査面上での露光量が発光部毎に異なるという不都合が生じる。これは、マルチビーム光源と、不均一な複屈折分布を有する走査レンズと、該不均一な複屈折分布を有する走査レンズと被走査面の間に配置された光学部品(光反射部材あるいは光透過部材)とによって起こることである。この場合、均一な複屈折分布を有する走査レンズと被走査面の間に光学部品を配置しなければ、被走査面上での光量差は発生しない。
このように、不均一な複屈折分布の影響は、不均一な屈折率分布の影響とは異質のものである。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、マルチビーム光源及びプラスチック成型の走査レンズを有し、高精度の光走査を行うことが可能な光走査装置を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、画像品質を低下させることなく、低コスト化を図ることが可能な画像形成装置を提供することにある。
本発明は、第1の観点からすると、複数の発光部を有する光源と、該光源から射出されカップリングされた光束を整形するアパーチャ部材と、該アパーチャ部材を介した光束を偏向する偏向器と、該偏向器で偏向された光束を被走査面に集光する走査光学系とを備え、前記被走査面上を主走査方向に光走査する光走査装置において、前記走査光学系は、少なくとも1つの樹脂製の走査レンズからなる樹脂走査レンズ系を含み、前記樹脂走査レンズ系における最も前記偏向器側に位置する走査レンズと前記被走査面との間に、少なくとも1枚の折り返しミラー及びガラス板の少なくとも一方が配置され、前記樹脂走査レンズ系の少なくとも1つの走査レンズは、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して不均一な複屈折分布を有し、前記副走査方向に関して、前記アパーチャ部材の光学的共役像が、前記樹脂走査レンズ系における前記偏向器に最も近い側のレンズ面と前記被走査面に最も近い側のレンズ面との間に形成され、前記樹脂走査レンズ系は複数の走査レンズからなり、前記アパーチャ部材の光学的共役像は、前記複数の走査レンズのうち最も偏肉度の大きい走査レンズの前記偏向器側の面と前記被走査面側の面との間に形成される光走査装置である。
これによれば、マルチビーム光源及びプラスチック成型の走査レンズを有し、高精度の光走査を行うことが可能である。
本発明は、第2の観点からすると、少なくとも1つの像担持体と;前記少なくとも1つの像担持体を画像情報が含まれる光束により走査する少なくとも1つの本発明の光走査装置と;を備える画像形成装置である。
これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、画像品質を低下させることなく、低コスト化を図ることが可能である。
本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図1における光走査装置を説明するための図である。 図2における光源に含まれる面発光レーザアレイを説明するための図である。 図2における像面側光学系の第1の構成例を説明するための図(その1)である。 図2における像面側光学系の第1の構成例を説明するための図(その2)である。 第1の構成例における開口板の光学的共役像を説明するための図である。 第1の構成例における2つの走査光の主光線の光路を説明するための図である。 第1の構成例において、走査レンズの直前に配置された偏光子を説明するための図である。 第1の構成例において、走査レンズの直後に配置された偏光子を説明するための図である。 図2における像面側光学系の第2の構成例を説明するための図である。 図2における像面側光学系の第3の構成例を説明するための図である。 折り返しミラーにおける入射角と反射率との関係を説明するための図である。 図12の折り返しミラーにSiOをコーティングしたときの、入射角と反射率との関係を説明するための図である。 図2における像面側光学系の第4の構成例を説明するための図である。 第4の構成例における開口板の光学的共役像を説明するための図である。 第4の構成例における2つの走査光の主光線の光路を説明するための図である。 図2における像面側光学系の第5の構成例を説明するための図である。 折り返しミラーにおける走査光の入射位置と入射面との関係を説明するための図(その1)である。 折り返しミラーにおける走査光の入射位置と入射面との関係を説明するための図(その2)である。 折り返しミラーにおける走査光の入射位置と入射面との関係を説明するための図(その3)である。 図2における像面側光学系の第6の構成例を説明するための図である。 第6の構成例における2つの走査光の主光線の光路を説明するための図である。 カラープリンタの概略構成を示す図である。 図24(A)〜図24(C)は、それぞれプラスチック成型の走査レンズにおける不均一な複屈折の一例を説明するための図である。 プラスチック成型の走査レンズに入射するビーム1とビーム2を説明するための図である。 プラスチック成型の走査レンズを透過した後のビーム1及びビーム2の偏光状態を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図22に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ1000の概略構成が示されている。
このレーザプリンタ1000は、光走査装置1010、感光体ドラム1030、帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034、クリーニングユニット1035、トナーカートリッジ1036、給紙コロ1037、給紙トレイ1038、レジストローラ対1039、定着ローラ1041、排紙ローラ1042、排紙トレイ1043、通信制御装置1050、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置1060などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体1044の中の所定位置に収容されている。
通信制御装置1050は、ネットワークなどを介した上位装置(例えばパソコン)との双方向の通信を制御する。
感光体ドラム1030は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム1030の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム1030は、図1における矢印方向に回転するようになっている。
帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034及びクリーニングユニット1035は、それぞれ感光体ドラム1030の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム1030の回転方向に沿って、帯電チャージャ1031→現像ローラ1032→転写チャージャ1033→除電ユニット1034→クリーニングユニット1035の順に配置されている。
帯電チャージャ1031は、感光体ドラム1030の表面を均一に帯電させる。
光走査装置1010は、帯電チャージャ1031で帯電された感光体ドラム1030の表面に、上位装置からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、感光体ドラム1030の表面に、画像情報に対応した潜像が形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム1030の回転に伴って現像ローラ1032の方向に移動する。なお、この光走査装置1010の構成については後述する。
トナーカートリッジ1036にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ1032に供給される。
現像ローラ1032は、感光体ドラム1030の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ1036から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像(以下では、便宜上「トナー像」ともいう)は、感光体ドラム1030の回転に伴って転写チャージャ1033の方向に移動する。
給紙トレイ1038には記録紙1040が格納されている。この給紙トレイ1038の近傍には給紙コロ1037が配置されており、該給紙コロ1037は、記録紙1040を給紙トレイ1038から1枚づつ取り出し、レジストローラ対1039に搬送する。該レジストローラ対1039は、給紙コロ1037によって取り出された記録紙1040を一旦保持するとともに、該記録紙1040を感光体ドラム1030の回転に合わせて感光体ドラム1030と転写チャージャ1033との間隙に向けて送り出す。
転写チャージャ1033には、感光体ドラム1030の表面上のトナーを電気的に記録紙1040に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム1030の表面のトナー像が記録紙1040に転写される。ここで転写された記録紙1040は、定着ローラ1041に送られる。
定着ローラ1041では、熱と圧力とが記録紙1040に加えられ、これによってトナーが記録紙1040上に定着される。ここで定着された記録紙1040は、排紙ローラ1042を介して排紙トレイ1043に送られ、排紙トレイ1043上に順次スタックされる。
除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。
クリーニングユニット1035は、感光体ドラム1030の表面に残ったトナー(残留トナー)を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム1030の表面は、再度帯電チャージャ1031に対向する位置に戻る。
次に、前記光走査装置1010の構成について説明する。
この光走査装置1010は、一例として図2に示されるように、走査レンズ11、ポリゴンミラー13、光源14、カップリングレンズ15、開口板16、シリンドリカルレンズ17、像面側光学系110、及び走査制御装置(図示省略)などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング(図示省略)の所定位置に組み付けられている。
なお、本明細書では、XYZ3次元直交座標系において、感光体ドラム1030の長手方向に沿った方向をY軸方向、走査レンズ11の光軸に沿った方向をX軸方向として説明する。また、光源14からポリゴンミラー13に向かう光束の進行方向を、以下では、便宜上「W方向」とする。さらに、Z軸方向及びW方向のいずれにも直交する方向をM方向とする。
また、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。
光源14は、一例として図3に示されるように、主走査対応方向及び副走査対応方向のいずれに関しても、互いに位置が異なっている2つの発光部(ch1、ch2)を有している。ここでは、光源14における主走査対応方向は、M方向と同じであり、副走査対応方向は、Z軸方向と同じである。そして、光源14は、各発光部を個別に駆動(発光)するための駆動装置を有している。すなわち、同時に2本の光束で感光体ドラム1030を走査することができる。
各発光部は、発振波長が780nm帯の垂直共振器型の面発光レーザである。そして、2つの発光部の中心間距離は、20μmである。
各発光部から射出される光束は、XY平面に対して垂直に振動する直線偏光である。
図2に戻り、カップリングレンズ15は、光源14から射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。このカップリングレンズ15の焦点距離は、波長が780nmの光に対して15mmである。
開口板16は、開口部を有し、カップリングレンズ15を介した光束を整形する。
シリンドリカルレンズ17は、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向と同じ)に強いパワーを有し、開口板16の開口部を通過した光束をポリゴンミラー13の偏向反射面近傍で副走査対応方向に関して結像する。このシリンドリカルレンズ17の焦点距離は、WZ平面内では30mmである。
光源14とポリゴンミラー13との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ15と開口板16とシリンドリカルレンズ17とから構成されている。
ポリゴンミラー13は、内接円の半径が10mmの4面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー13は、Z軸方向に平行な軸の周りに等速回転し、シリンドリカルレンズ17からの光束を偏向する。また、XY平面において、シリンドリカルレンズ17からの光束の入射方向と走査レンズ11の光軸とのなす角は60度である。
走査レンズ11は、プラスチック成型の走査レンズであり、ポリゴンミラー13で偏向された光束の光路上に配置されている。この走査レンズ11は、d線に対する屈折率が1.517であり、アッベ数が64.2である。また、走査レンズ11の中心肉厚は、30mmである。
走査レンズ11の第1面(−X側の面)は、XY断面の曲率半径が−200mm、XZ断面の曲率半径が−23mmである。
走査レンズ11の第2面(+X側の面)は、XY断面の曲率半径が100mm、XZ断面が平面である。
開口板16からシリンドリカルレンズ17の第1面までの距離(光路長)は43mmである。
シリンドリカルレンズ17の第2面からポリゴンミラー13の偏向反射面までの距離(光路長)は30mmである。
ポリゴンミラー13の偏向反射面から走査レンズ11の第1面までの距離(光路長)は70mmである。
ポリゴンミラー13の偏向反射面から感光体ドラム1030の表面までの距離(光路長)は185mmである。
像面側光学系110は、走査レンズ11と感光体ドラム1030の間に配置されている。
ポリゴンミラー13と感光体ドラム1030との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系と呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、走査レンズ11と像面側光学系110とから構成されている。
この像面側光学系110の構成としては、種々の構成が考えられる。
《第1の構成例》
第1の構成例では、像面側光学系110は、図4及び図5に示されるように、1枚のガラス板Gから構成されている。
このガラス板Gは、d線に対する屈折率が1.517であり、アッベ数が64.2である。また、ガラス板Gの板厚は、10mmである。
ポリゴンミラー13の偏向反射面からガラス板Gの第1面までの距離(光路長)は150mmである。
ここでは、一例として図6に示されるように、開口板16の光学的共役像が走査レンズ11の第1面近傍に形成されるように設定されている。
そして、開口板16の光学的共役像の横倍率は1未満である。
そこで、図7に示されるように、発光部ch1から射出された光束(ビーム1)の主光線と、発光部ch2から射出された光束(ビーム2)の主光線は、走査レンズ11の第1面近傍で交差する。
この場合には、各光束(ビーム1、ビーム2)は、走査レンズ11のほぼ同じ位置を通るので、受ける複屈折の影響がほぼ同じになる。
そこで、ガラス板Gにおけるビーム1の透過率とビーム2の透過率はほぼ同じになり、その結果、感光体ドラム1030上でのビーム1の光量とビーム2の光量はほぼ同じとなる。
この場合に、若干残る複屈折差による光量差を表す式が次の(1)式に示されている。ここでは、一例として図8に示されるように、走査レンズ11の直前に、XY平面に対して垂直に振動する直線偏光成分のみを通過させる偏光子を配置したときに、該偏光子から射出されるビーム1の光量をin1、ビーム2の光量をin2、感光体ドラム1030上でのビーム1の光量をI1、ビーム2の光量をI2としている。
I1/in1−I2/in2≠0 ……(1)
また、一例として図9に示されるように、走査レンズ11の直後に、上記偏光子を配置すると、該偏光子から射出されるビーム1の光量in1’、ビーム2の光量in2’、感光体ドラム1030上でのビーム1の光量I1’、ビーム2の光量I2’を用いて、次の(2)式が成立する。
I1’/in1’−I2’/in2’≒0 ……(2)
また、走査レンズ11の直前に、上記偏光子を配置すると、感光体ドラム1030上でのビーム1の消光比Er1、ビーム2の消光比Er2を用いて、次の(3)式が成立する。
Er1≠Er2 ……(3)
また、走査レンズ11の直後に、上記偏光子を配置すると、感光体ドラム1030上でのビーム1の消光比Er1’、ビーム2の消光比Er2’を用いて、次の(4)式が成立する。
Er1’=Er2’ ……(4)
なお、消光比は、感光体ドラム1030上での光エネルギのうち、主走査方向に垂直な方向に振動する偏光成分(S偏光成分)と、主走査方向に平行な方向に振動する偏光成分(P偏光成分)との比であり、次の(5)式で示される。
消光比=(感光体ドラム1030上でのS偏光成分の光量)/(感光体ドラム1030上でのP偏光成分の光量) ……(5)
《第2の構成例》
第2の構成例では、上記第1の構成例における前記ガラス板Gに代えて、図10に示されるように、1枚の折り返しミラーMRが用いられている。
ポリゴンミラー13の偏向反射面から折り返しミラーMRの反射面までの距離(光路長)は、上記第1の構成例におけるポリゴンミラー13の偏向反射面からガラス板Gの第1面までの距離(光路長)とほぼ同じである。
この場合も、各光束(ビーム1、ビーム2)は、走査レンズ11のほぼ同じ位置を通るので、受ける複屈折の影響がほぼ同じになる。
そこで、折り返しミラーMRにおけるビーム1の反射率とビーム2の反射率はほぼ同じになり、その結果、感光体ドラム1030上でのビーム1の光量とビーム2の光量はほぼ同じとなる。
《第3の構成例》
第3の構成例では、像面側光学系110は、上記第2の構成例と同様に、1枚の折り返しミラーMRから構成されている。
但し、シリンドリカルレンズ17の位置が、上記第2の構成例の場合よりも、開口板16側に15mmシフトされている。また、走査レンズ11の第1面(−X側の面)は、上記第2の構成例と異なり、XZ断面の曲率半径が−25mmである。
この場合は、一例として図11に示されるように、発光部ch1から射出された光束(ビーム1)の主光線と、発光部ch2から射出された光束(ビーム2)の主光線は、走査レンズ11の第1面近傍で交差しない。
例えば、走査レンズ11におけるビーム1の主光線が通過する部分の複屈折が、「主軸0度(Z軸方向)、位相差0」であり、ビーム2の主光線が通過する部分の複屈折が、「主軸45度、位相差1/4λ」であれば、走査レンズ11を通過したビーム1はS偏光となり、ビーム2は円偏光となる。なお、λはビーム1及びビーム2の波長(ここでは、780nm)である。
そして、折り返しミラーMRが、屈折率1.62の板状部材に10λの厚さのアルミニウムを蒸着したものであれば、光の入射角と反射率との関係は、図12に示されるようになる。なお、λ=780nmである。これによれば、入射角45度では、ビーム1の反射率は90.5%、ビーム2の反射率は86.2%である。そして、例えば、感光体ドラム1030の像高0の位置では、ビーム1とビーム2の間に4.3%の光量差が発生し、バンディングの要因になり得る。
このとき、折り返しミラーMRの反射面にコーティングを施すことで、バンディングを若干軽減できる。例えば、折り返しミラーMRの反射面にSiOを1層コーティングするだけでも、その効果が出る。このときの光の入射角と反射率との関係が、図13に示されている。これによれば、入射角45度では、ビーム1の反射率は90.3%、ビーム2の反射率は86.1%であり、例えば、感光体ドラム1030の像高0の位置では、ビーム1とビーム2の間の光量差が4.2%に軽減される。
ところで、光量差が4.3%もあれば、市販の光量測定器(パワーメータ)の測定精度で検知可能であるが、例えば、光量差が2%のときには、パワーメータの測定誤差が一般に2%程度あるため、ビーム間の2%の光量差があるか否かを、すなわち、走査レンズが不均一な複屈折分布をもつ走査レンズであるか否かを、光量から知ることは難しい。このために、上記(2)式では、右辺と左辺との差が2%以内であることを意味して、(≒)の記号にしている。
しかしながら、光量測定でわからなくても、出力画像にバンディングが出るような場合には、直接的に走査レンズの複屈折分布を測定することが望ましい。複屈折分布の測定方法については、例えば、特開2007−147864号公報及び特許第3518765号公報に開示されている。
《第4の構成例》
第4の構成例では、像面側光学系110は、一例として図14に示されるように、プラスチック成型の走査レンズ12と1枚の折り返しミラーMRとから構成されている。
この場合には、一例として図15に示されるように、開口板16の光学的共役像が走査レンズ11と走査レンズ12の間に形成されるように設定されている。これにより、各走査レンズでの第1のビーム及び第2のビームの透過位置を近くすることができる。そして、各光束(ビーム1、ビーム2)は、各走査レンズで受ける複屈折の影響がほぼ同じになる。
そこで、折り返しミラーMRにおけるビーム1の反射率とビーム2の反射率はほぼ同じになり、その結果、感光体ドラム1030上でのビーム1の光量とビーム2の光量はほぼ同じとなる。
また、走査レンズ12の直前に、XY平面に対して垂直に振動する直線偏光成分のみを通過させる偏光子を配置すると、上記(1)式及び(3)式が成立し、走査レンズ12の直後に、該偏光子を配置すると、上記(2)式及び(4)式が成立する。
なお、走査レンズは、その偏肉度が大きいほど複屈折分布の不均一性が大きいので、ここでは、一例として図16に示されるように、どちらかというと中心肉厚と周辺肉厚の差が大きい走査レンズ11の近くに、開口板16の光学的共役像が形成されるように設定するのが好ましい。ところで、各走査レンズの単品での複屈折量の大小は、上記測定方法で測定することにより知ることができる。
また、走査光学系全体で複屈折の影響があるか否かは、上記(1)式〜(4)式が成立するか否かで判断することができる。特に、測定によって、上記(2)式及び上記(4)式のいずれかが成立するか否かを知ることができれば、プラスチック成型の走査レンズ以降の光学部品による複屈折の影響の有無が明確になる。そして、問題をプラスチック成型の走査レンズの複屈折に集約することができる。
《第5の構成例》
第5の構成例では、像面側光学系110は、一例として図17に示されるように、2枚の折り返しミラー(MR1、MR2)から構成されている。
折り返しミラーMR1は、走査レンズ11を通過した光束の光路上に配置され、XZ平面において、X軸方向に対して傾斜している。折り返しミラーMR2は、折り返しミラーMR1で反射された光束の光路上に配置され、XZ平面において、X軸方向に対して傾斜している。
ここで、例えば、図17に示されるように、発光部ch1から射出されたビーム1に含まれ、Z軸方向に関して離れている2つの光線のうち、+Z側の光線を光線A、−Z側の光線を光線Bとする。
また、XZ平面において、ポリゴンミラー13から感光体ドラム1030に向かう光路上において、折り返しミラーの反射面における光線Aの入射位置が、光線Bの入射位置よりも、ポリゴンミラー13側にある折り返しミラーを、便宜上、傾斜角特性が「β+」の折り返しミラーと定義し、逆を傾斜角特性が「β−」の折り返しミラーと定義する。
光線A及び光線Bは、ポリゴンミラー13で偏向された後、揃って走査レンズ11を透過し、折り返しミラーMR1に入射する。ここでは、折り返しミラーMR1は、傾斜角特性が「β+」の折り返しミラーであり、光線Aのほうが光線Bよりも先に反射される。つまり、光線に対して鋭角であれば傾斜角特性が「β+」、鈍角であれば「β―」ともいえる。
折り返しミラーMR1で反射された光線A及び光線Bは、折り返しミラーMR2に入射する。ここでは、折り返しミラーMR2は、傾斜角特性が「β−」の折り返しミラーである。
このような構成にすると、周辺像高に向かう光束において、走査レンズ11の不均一な複屈折分布で偏光状態が変化したことによる反射率の変化状況が、折り返しミラーMR1と折り返しミラーMR2とでは逆になり、感光体ドラム1030上での光量変化を打ち消すことができる。
具体的には、光源14から射出された光は、XY平面に垂直な方向に振動する直線偏光であるので、図18に示されるように、折り返しミラーMR1に入射する走査光の偏光状態は、Z軸に平行になる。一方、折り返しミラーMR1に入射する光線の入射面(入射光と反射光とがいずれも含まれる面)は、入射位置によってその傾きが異なる。
そして、例えば、+Y側の端部では、Z軸に平行な方向に振動する直線偏光をS偏光成分とP偏光成分に分け、図12を参照して、S偏光の反射率とP偏光の反射率をその成分比で足し合わせることにより、その入射位置での光の反射率が算出できる。
この走査光の偏光状態が、走査レンズ11における複屈折の影響で、例えば直線偏光が回転するような状態に変わってしまうと、一例として図19に示されるように、S偏光成分とP偏光成分の成分比が変わるので、図18に示されるときに比べて、反射率が変化する。
しかしながら、傾斜角特性が「β―」である折り返しミラーMR2では、一例として図20に示されるように、走査光の入射位置と入射面との関係が、傾斜角特性が「β+」である折り返しミラーMR1の場合と反対になる。これにより、折り返しミラーMR1での走査レンズ11における複屈折の影響は、折り返しミラーMR2で打ち消されることとなる。このように、像面側光学系110を構成する傾斜角特性が「β+」である折り返しミラーの枚数と傾斜角特性が「β―」である折り返しミラーの枚数が等しくなるようにすると、走査レンズ11における不均一な複屈折分布の影響を軽減することができる。
《第6の構成例》
第6の構成例では、像面側光学系110は、一例として図21に示されるように、3枚の折り返しミラー(MR1、MR2、MR3)と1枚のガラス板Gから構成されている。
ここでは、折り返しミラーMR1の傾斜角特性は「β+」であり、折り返しミラーMR2及び折り返しミラーMR3の傾斜角特性は「β―」である(図22参照)。
ここで、折り返しミラーと同様に、XZ平面において、ポリゴンミラー13から感光体ドラム1030に向かう光路上において、ガラス板の入射側の面における光線Aの入射位置が、光線Bの入射位置よりも、ポリゴンミラー13側にあるガラス板を、便宜上、傾斜角特性が「β+」のガラス板と定義し、逆を傾斜角特性が「β−」のガラス板と定義する。
ここでは、ガラス板Gの傾斜角特性は「β+」である(図22参照)。
この場合は、傾斜角特性が「β+」の折り返しミラーと「β−」のガラス板の総数は1であり、「β−」の折り返しミラーと「β+」のガラス板の総数は3である。この関係では、上記第5の構成例で説明した走査レンズ11における不均一な複屈折分布の影響の打ち消し効果は期待できない。
そこで、例えば、折り返しミラーMR1はアルミコーティングのみの折り返しミラーとし、折り返しミラーMR2、折り返しミラーMR3及びガラス板Gに反射防止のための多層膜をコーティングすると良い。
この場合に、折り返しミラーにコーティングされる多層膜に関しては、XZ平面において、入射光に対する最大傾角をβmax、S偏光成分に対する反射率をRs(βmax)、P偏光成分に対する反射率をRp(βmax)とすると、次の(6)式が満足されるのが望ましい。
0.98<Rs(βmax)/Rp(βmax)<1.02 ……(6)
また、ガラス板にコーティングされる多層膜に関しては、XZ平面において、入射光に対する最大傾角をβmax、S偏光成分に対する透過率をTs(βmax)、P偏光成分に対する透過率をTp(βmax)とすると、次の(7)式が満足されるのが望ましい。
0.98<Ts(βmax)/Tp(βmax)<1.02 ……(7)
これにより、折り返しミラーMR2、折り返しミラーMR3及びガラス板Gでの複屈折の影響を、折り返しミラーMR1で打ち消すことができる。
本実施形態では、上記第1の構成例〜第6の構成例のいずれかと同等の構成を有する像面側光学系110が用いられている。
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置1010によると、光源14、カップリングレンズ15、開口板16、シリンドリカルレンズ17、ポリゴンミラー13、プラスチック成型の走査レンズ11、及び像面側光学系110などを備えている。
そして、像面側光学系110は、少なくとも1枚の折り返しミラー及びガラス板の少なくとも一方を含んでいる。
また、上記(1)式〜(4)式が成立し、走査レンズ11は、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向と同じ)に関して不均一な複屈折分布を有している。
そして、像面側光学系110が、プラスチック成型の走査レンズを含まない場合には、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向と同じ)に関して、開口板16の光学的共役像が、走査レンズ11の第1面と第2面との間に形成されるように設定されている。この場合は、感光体ドラム1030の表面に集光される複数の走査光における光量差を小さくすることができる。
また、像面側光学系110が、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向と同じ)に関して不均一な複屈折分布を有しているプラスチック成型の走査レンズ12を含む場合には、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向と同じ)に関して、開口板16の光学的共役像が、走査レンズ11の第1面と走査レンズ12の第2面との間に形成されるように設定されている。この場合は、感光体ドラム1030の表面に集光される複数の走査光における光量差を小さくすることができる。
そして、走査レンズ11の偏肉度が走査レンズ12の偏肉度よりも大きい場合に、開口板16の光学的共役像は、走査レンズ11の近くに形成されるように設定される。この場合は、感光体ドラム1030の表面に集光される複数の走査光における光量差を更に小さくすることができる。
また、傾斜角特性が「β+」の折り返しミラーの枚数をm1、傾斜角特性が「β−」の折り返しミラーの枚数をm2、傾斜角特性が「β+」のガラス板の枚数をg1、傾斜角特性が「β−」のガラス板の枚数をg2とすると、(A)像面側光学系110に含まれる折り返しミラーの枚数とガラス板の枚数の合計が偶数のときには、m1+g2=m2+g1の関係が満足されるように設定されている。これにより、走査レンズ11における不均一な複屈折分布の影響を打ち消すことができる。
また、(B)像面側光学系110に含まれる折り返しミラーの枚数とガラス板の枚数の合計が奇数であり、m1+g2≠m2+g1のときには、少なくとも1枚のガラス板に反射防止コーティングを施している。これにより、走査レンズ11における不均一な複屈折分布の影響を小さくすることができる。
そして、(C)像面側光学系110に含まれる折り返しミラーの枚数とガラス板の枚数の合計が奇数であり、m1+g2<m2+g1のときには、枚数m1の折り返しミラーの少なくとも1枚の折り返しミラーは、枚数m2の折り返しミラーのいずれよりも、想定される入射角の範囲内で、P偏光の反射率とS偏光の反射率との差が大きくなるように設定されている。これにより、走査レンズ11における不均一な複屈折分布の影響を打ち消すことができる。
そして、(D)像面側光学系110に含まれる折り返しミラーの枚数とガラス板の枚数の合計が奇数であり、m1+g2>m2+g1のときには、枚数m2の折り返しミラーの少なくとも1枚の折り返しミラーは、枚数m1の折り返しミラーのいずれよりも、想定される入射角の範囲内で、P偏光の反射率とS偏光の反射率との差が大きくなるように設定されている。これにより、走査レンズ11における不均一な複屈折分布の影響を打ち消すことができる。
従って、マルチビーム光源及びプラスチック成型の走査レンズを有していても、高精度の光走査を行うことが可能となる。
また、開口板16の光学的共役像の横倍率を1未満としているため、複数の光束がプラスチック成型の走査レンズの狭い領域を通過することができる。この場合は、複数の光束における複屈折の影響の差を更に小さくすることが可能となる。
また、光源14が複数の発光部を有しているため、同時に複数の走査が可能となり、画像形成の高速化及び高密度化を図ることができる。
また、本実施形態に係るレーザプリンタ1000によると、光走査装置1010を備えているため、画像品質を低下させることなく、低コスト化を図ることが可能となる。
なお、上記実施形態では、光源14が2個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、光源14が3個以上の発光部を有していても良い。
また、上記実施形態では、像面側光学系110の構成として、6つの構成例を挙げているがこれらに限定されるものではない。
例えば、像面側光学系110が複数のプラスチック成型の走査レンズを含んでいても良い。この場合には、副走査対応方向に関して、開口板16の光学的共役像が、走査レンズ11の第1面と感光体ドラム1030に最も近い位置にある走査レンズの第2面との間に形成されるように設定すれば良い。
また、例えば、像面側光学系110が複数のガラス板を含んでいても良い。この場合にも、上記(A)〜(D)のいずれかが満足されて、プラスチック成型の走査レンズにおける不均一な複屈折分布の影響が打ち消されるようにすれば良い。
また、例えば、像面側光学系110が4枚以上の折り返しミラーを含んでいても良い。この場合にも、上記(A)〜(D)のいずれかが満足されて、プラスチック成型の走査レンズにおける不均一な複屈折分布の影響が打ち消されるようにすれば良い。
また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ1000の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、レーザ光によって発色する媒体(例えば、用紙)に直接、レーザ光を照射する画像形成装置に光走査装置1010が用いられても良い。
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置に光走査装置1010が用いられても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、CTスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
また、光走査装置1010は、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。
また、画像形成装置として、図23に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ2000であっても良い。
このカラープリンタ2000は、4色(ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー)を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、ブラック用の「感光体ドラムk1、帯電装置k2、現像装置k4、クリーニングユニットk5、及び転写装置k6」と、シアン用の「感光体ドラムc1、帯電装置c2、現像装置c4、クリーニングユニットc5、及び転写装置c6」と、マゼンタ用の「感光体ドラムm1、帯電装置m2、現像装置m4、クリーニングユニットm5、及び転写装置m6」と、イエロー用の「感光体ドラムy1、帯電装置y2、現像装置y4、クリーニングユニットy5、及び転写装置y6」と、光走査装置2010と、転写ベルト2080と、定着ユニット2030などを備えている。
各感光体ドラムは、図23中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転順に帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットがそれぞれ配置されている。
各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置2010により光走査が行われ、各感光体ドラムに潜像が形成される。
そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト2080上の記録紙に各色のトナー像が順次転写され、最終的に定着ユニット2030により記録紙に画像が定着される。
光走査装置2010は、前記走査レンズ11と同様なプラスチック成型の走査レンズ、前記像面側光学系110と同様な像面側光学系を色毎に有している。従って、前記光走査装置1010と同様な効果を得ることができる。
そして、カラープリンタ2000は、前記レーザプリンタ1000と同様な効果を得ることができる。
また、このカラープリンタ2000において、光走査装置を1色毎に設けても良いし、2色毎に設けても良い。
以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、マルチビーム光源及びプラスチック成型の走査レンズを有し、高精度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、画像品質を低下させることなく、低コスト化を図るのに適している。
11…走査レンズ、13…ポリゴンミラー(偏向器)、14…光源、16…開口板(アパーチャ部材)、1000…レーザプリンタ(画像形成装置)、1010…光走査装置、1030…感光体ドラム(像担持体)、2000…カラープリンタ(画像形成装置)、2010…光走査装置、ch1…発光部、ch2…発光部、G…ガラス板、MR…折り返しミラー、MR1…折り返しミラー、MR2…折り返しミラー、MR3…折り返しミラー、k1,c1,m1,y1…感光体ドラム(像担持体)。
特許第3518765号公報 特開2009−3393号公報

Claims (12)

  1. 複数の発光部を有する光源と、該光源から射出されカップリングされた光束を整形するアパーチャ部材と、該アパーチャ部材を介した光束を偏向する偏向器と、該偏向器で偏向された光束を被走査面に集光する走査光学系とを備え、前記被走査面上を主走査方向に光走査する光走査装置において、
    前記走査光学系は、少なくとも1つの樹脂製の走査レンズからなる樹脂走査レンズ系を含み、
    前記樹脂走査レンズ系における最も前記偏向器側に位置する走査レンズと前記被走査面との間に、少なくとも1枚の折り返しミラー及びガラス板の少なくとも一方が配置され、
    前記樹脂走査レンズ系の少なくとも1つの走査レンズは、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して不均一な複屈折分布を有し、
    前記副走査方向に関して、前記アパーチャ部材の光学的共役像が、前記樹脂走査レンズ系における前記偏向器に最も近い側のレンズ面と前記被走査面に最も近い側のレンズ面との間に形成され、
    前記樹脂走査レンズ系は複数の走査レンズからなり、
    前記アパーチャ部材の光学的共役像は、前記複数の走査レンズのうち最も偏肉度の大きい走査レンズの前記偏向器側の面と前記被走査面側の面との間に形成される光走査装置。
  2. 前記光源は、第1の発光部と第2の発光部とを有し、
    前記樹脂走査レンズ系は複数の走査レンズからなり、
    前記樹脂走査レンズ系の一の走査レンズの直前に、前記主走査方向に直交する一方向を振動方向とする光のみを透過させる偏光子を配置したとき、
    該偏光子から射出される前記第1の発光部からの光の光量in1、前記第2の発光部からの光の光量in2、
    前記被走査面上での前記第1の発光部からの光の光量I1、前記第2の発光部からの光の光量I2、を用いて、
    I1/in1−I2/in2≠0であり、
    前記一の走査レンズの直後に前記偏光子を配置したとき、
    該偏光子から射出される前記第1の発光部からの光の光量in1’、前記第2の発光部からの光の光量in2’、
    前記被走査面上での前記第1の発光部からの光の光量I1’、前記第2の発光部からの光の光量I2’、を用いて、
    I1’/in1’−I2’/in2’≒0であり、
    前記副走査方向に関して、前記アパーチャ部材の光学的共役像が、前記樹脂走査レンズ系における前記偏向器に最も近い側のレンズ面と前記一の走査レンズの被走査面側の面との間に形成されることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記光源は、第1の発光部と第2の発光部とを有し、
    前記樹脂走査レンズ系は複数の走査レンズからなり、
    前記樹脂走査レンズ系の一の走査レンズの直前に、前記主走査方向に直交する一方向を振動方向とする光のみを透過させる偏光子を配置したとき、
    前記被走査面上での前記第1の発光部からの光の消光比Er1、前記第2の発光部からの光の消光比Er2、を用いて、
    Er1≠Er2であり、
    前記一の走査レンズの直後に前記偏光子を配置したとき、
    前記被走査面上での前記第1の発光部からの光の消光比Er1’、前記第2の発光部からの光の消光比Er2’、を用いて、
    Er1’=Er2’であり、
    前記副走査方向に関して、前記アパーチャ部材の光学的共役像が、前記樹脂走査レンズ系における前記偏向器に最も近い側のレンズ面と前記一の走査レンズの被走査面側の面との間に形成されることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  4. 前記樹脂走査レンズ系における最も前記偏向器側に位置する走査レンズと前記被走査面との間に、1枚のガラス板が配置され、
    該ガラス板には、反射防止コーティングがなされていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光走査装置。
  5. 前記樹脂走査レンズ系における最も前記偏向器側に位置する走査レンズと前記被走査面との間に、少なくとも1枚の折り返しミラーと少なくとも1枚のガラス板が配置され、
    前記折り返しミラーの枚数と前記ガラス板の枚数の合計は偶数であり、
    前記主走査方向に直交する平面内において、入射光束に含まれる第1の光線の入射位置が、該第1の光線に対して前記偏向器の回転軸方向に関して離れている第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m2、
    前記第1の光線の入射位置が前記第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g2を用いて、
    m1+g2=m2+g1の関係が満足されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光走査装置。
  6. 前記樹脂走査レンズ系における最も前記偏向器側に位置する走査レンズと前記被走査面との間に、少なくとも1枚の折り返しミラーと少なくとも1枚のガラス板が配置され、
    前記折り返しミラーの枚数と前記ガラス板の枚数の合計は奇数であり、
    前記主走査方向に直交する平面内において、入射光束に含まれる第1の光線の入射位置が、該第1の光線に対して前記偏向器の回転軸方向に関して離れている第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m2、
    前記第1の光線の入射位置が前記第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g2を用いて、
    m1+g2≠m2+g1であり、
    前記少なくとも1枚のガラス板に反射防止コーティングがなされていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光走査装置。
  7. 前記樹脂走査レンズ系における最も前記偏向器側に位置する走査レンズと前記被走査面との間に、少なくとも1枚の折り返しミラーと少なくとも1枚のガラス板が配置され、
    前記折り返しミラーの枚数と前記ガラス板の枚数の合計は奇数であり、
    前記主走査方向に直交する平面内において、入射光束に含まれる第1の光線の入射位置が、該第1の光線に対して前記偏向器の回転軸方向に関して離れている第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m2、
    前記第1の光線の入射位置が前記第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g2を用いて、
    m1+g2<m2+g1であり、
    前記枚数m1の折り返しミラーの少なくとも1枚の折り返しミラーは、前記枚数m2の折り返しミラーのいずれよりも、想定される入射角の範囲内で、P偏光の反射率とS偏光の反射率との差が大きいことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光走査装置。
  8. 前記樹脂走査レンズ系における最も前記偏向器側に位置する走査レンズと前記被走査面との間に、少なくとも1枚の折り返しミラーと少なくとも1枚のガラス板が配置され、
    前記折り返しミラーの枚数と前記ガラス板の枚数の合計は奇数であり、
    前記主走査方向に直交する平面内において、入射光束に含まれる第1の光線の入射位置が、該第1の光線に対して前記偏向器の回転軸方向に関して離れている第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にある折り返しミラーの枚数m2、
    前記第1の光線の入射位置が前記第2の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g1、
    前記第2の光線の入射位置が前記第1の光線の入射位置よりも前記偏向器側にあるガラス板の枚数g2を用いて、
    m1+g2>m2+g1であり、
    前記枚数m2の折り返しミラーの少なくとも1枚の折り返しミラーは、前記枚数m1の折り返しミラーのいずれよりも、想定される入射角の範囲内で、P偏光の反射率とS偏光の反射率との差が大きいことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光走査装置。
  9. 前記アパーチャ部材の前記光学的共役像の横倍率は、1未満であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光走査装置。
  10. 複数の発光部を有する光源は、垂直共振器型の面発光レーザアレイであることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の光走査装置。
  11. 少なくとも1つの像担持体と;
    前記少なくとも1つの像担持体を画像情報が含まれる光束により走査する少なくとも1つの請求項1〜10のいずれか一項に記載の光走査装置と;を備える画像形成装置。
  12. 前記画像情報は、多色の画像情報であることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
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