JP6699529B2 - 走査光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査光学装置に関する。

従来、記録媒体上に画像を形成するプリンタや複写機が知られている。これらプリンタや複写機に代表される画像形成装置は、走査光学装置を用いて静電潜像を形成し、形成された静電潜像によりトナー画像を作成して、そのトナー画像を定着器により加熱および加圧することで記録媒体上に定着させて記録媒体上に画像を形成するものがある。
一般に、この種の走査光学装置はレーザー光源からの光ビームを偏向器によって偏向し、結像レンズ系によって被走査面上に光スポットとして結像させるようになっている。 レーザー光源には半導体レーザー等が多用され、レーザー光源から射出された発散光は、コリメータレンズにより略平行な光ビームに変換され、アパーチャにより光ビームの外形が制限される。外形が制限された光ビームは、定角速度で回転する偏向器により主走査方向に偏向されて結象レンズ系に入射する。結像レンズ系は定角速度で偏向された光ビームを被走査面上に等距離速度で走査させるｆθ特性を有し、全走査域にわたって微小な光スポットを形成するように設けられている。

特許文献１に記載に発明にあっては、２枚のｆθレンズの副走査方向のパワー比を指定することで、像面湾曲やスポット径を抑制する。

特開２０１２-１６３９７７号公報

ところで、プリントヘッドの小型化や高精度成形、コスト抑制のために、ｆθレンズを小型化することが要求されている。ｆθレンズを偏向器の近くに配置することで小型化を図ることができるが、レンズの材料に樹脂を使用した場合、温度変化によって主走査方向に直交する副走査方向の集光点が光軸方向にずれる（像面シフト）という問題があった。像面シフトが発生するとそれに伴って被走査面上でのスポット径が増大し画像のシャープさが失われる。また、副走査方向の像面シフトと偏向器の面倒れより、スポットが被走査面上で副走査方向に振動して副走査方向のピッチむら（ワッブル）を生じ、画像にすじが発生する問題があった。
これに対して光源から偏向器までの光学系に樹脂レンズを配置することで温度変化による像面シフトを相殺する方法があり、この方法でスポット径の増大を抑えることができる。しかしワッブルはｆθレンズ系の共役関係に起因するため、この方法で補正することはできない。
特許文献１に記載の発明では、２枚のｆθレンズ系の副走査方向のパワー比を指定することで、像面湾曲を低減させている。その実施形態にはＡ４サイズへの適用例が記されているが、それ以上のサイズの印刷に応用するにあたっては、光学系をスケーリングする必要があり、像面湾曲やそれに伴うスポット径は記載された数値より大きくなる。また、印紙サイズに関わらず、ｆθレンズは偏向器の近くに配置することで小型化を図ることができるが、装置の配置の要請から、偏向器と被走査面の距離（共役長）に関しては逆に長くすることを求められることが多い。共役長を長くすると温度変化による像面シフトが大きくなることで、スポット径とワッブルが大きくなるという問題点が生じる。
通常使用環境では温度は±15℃の範囲内でずれるが、その範囲でレンズの温度変化に起因する像面シフトが2.6mm以下になれば、スポット径増大、ワッブル増大を抑制でき、高品質な画像を得ることができる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レンズを偏向器の近くに配置することで小型化を図りつつも、温度変化による像面シフトと、それに伴うスポット径増大、ワッブル増大を抑制することを目的とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、光源手段と、
前記光源手段から発せられた光束を偏向して主走査方向に走査する偏向器と、
前記偏向器により偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、
を有する走査光学装置において、
前記結像光学系は、被走査面上で主走査方向と直交する副走査方向に負のパワーをもつ第１レンズと、副走査方向に正のパワーをもつ第２レンズを有し、
前記第１レンズと前記第２レンズの副走査方向のパワーをそれぞれφ１、φ２とし、前記結像光学系の副走査方向倍率をβとするとき、
−１．２≦φ１/φ２≦−０．９
−１．３ ≦β≦−０．８
となることを特徴とする走査光学装置である。

請求項２記載の発明は、前記偏向器が光束を反射する点から被走査面までの距離をＬとするとき、３５０ｍｍ≦Ｌ≦４０５ｍｍとなることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置である。

請求項３記載の発明は、複数の前記光源手段から発せられた光束を、それぞれ同一の前記偏向器の別の面で反射し、それぞれ別の被走査面上に結像させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査光学装置である。

請求項４記載の発明は、前記偏向器により偏向された光束を、１又は２枚以上の折り返しミラーによって反射した後に被走査面上に結像させることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の走査光学装置である。

請求項１に記載の発明によれば、ｆθレンズを構成する２枚のレンズのうち、第１レンズの副走査方向に負のパワーをもたせ、第２レンズの副走査方向に正のパワーをもたせることで、レンズを偏向器側に近づけることができ、レンズを小型化することができる。さらに第１レンズと第２レンズの副走査方向のパワーをそれぞれφ１、φ２とし、結像光学系の副走査方向倍率をβとするとき、−１．２≦φ１/φ２≦−０．９（条件（１））、−１．３ ≦β≦−０．８（条件（２））の条件を満たすことで、温度が変化したときの副走査像面シフトを抑制することができ、スポット径増大やワッブル増大を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、共役長Ｌが長く、装置に求められる様々な配置に対応することができる。例えば走査光学系が複数あり、それぞれの走査光学系が異なる感光体ドラムを走査する装置では、偏向器で偏向された光束をミラーで複数回折り曲げることで、走査光学系が納められたプリントヘッドや感光体ドラムの様々な配置に対応することができる。また、プリントヘッドのサイズは、第２レンズの主走査方向長さによって支配的に決定される。プリントヘッドを小型化するために、第２レンズの主走査方向有効長は１８０ｍｍ以下とすることが望ましい。
３５０ｍｍ≦Ｌ≦４０５ｍｍを満たすことで、共役長Ｌを長くし、主走査方向有効長１８０ｍｍ以下の条件と、上記条件（１）条件（２）を全て満たすことができる。

請求項３に記載の発明によれば、本走査光学装置を備えたプリントヘッドをより小型化することができ、部品共通化によりコストも削減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、折り返しミラーを用いることで、走査光学装置に求められる様々な配置に対応することができる。

本発明の一実施形態に係る走査光学系の構成図である。 実施例１に関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 比較例１，２に関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 実施例２，３，４，５に関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 実施例６，７及び比較例３，４に関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 実施例１aに関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 比較例１a，２a，３aに関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 実施例２a，３a，４aに関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 実施例５a，６a及び比較例４a，５aに関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 実施例１b，２b，３b，４b，５bに関し、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフトを示すグラフである。 本発明の他の一実施形態に係る走査光学系の構成図である。 本発明の他の一実施形態に係る走査光学系の構成図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１は本発明の走査光学装置に構成される走査光学系の一実施形態を示す。３軸座標ｘｙｚを図１に記載する。光源手段から発せられコリメートされたレーザー光１０は、図面に垂直な副走査方向ｚに集光した状態で偏向器１に入射し、偏向器１によって偏向されて、第１レンズ２、第２レンズ３を通過し、被走査面４に入射する。

以上の図１の走査光学系を基本として、条件を表IV〜表IXに示すように異ならせた本発明の実施例１〜７，１a〜６a，１b〜５b、比較例１〜４，１a〜５aについて、パワー比φ１/φ２、副走査方向倍率β、共役長Ｌを計算すると、表I〜表IIIに示すとおりとなる。共役長Ｌは、表Iに示すように実施例１〜７及び比較例１〜４では３７３．２ｍｍ、表IIに示すように実施例１a〜６a及び比較例１a〜２a，４a〜５aでは４０５ｍｍ、比較例３aでは４１０ｍｍ、実施例１b〜５bでは３５０ｍｍとなる。
いずれの実施例、比較例においても、主走査の最大像高は１６４．５ｍｍであり、偏向器１は正7角形、偏向器１の内接円径はφ４８ｍｍ、偏向器１への入射角は光軸から６０度、走査光の波長は７８０ｎｍ、通常温度２５℃、レンズ材料は、第１レンズ２がZeonex 330R、第２レンズ３がZeonex E48R、像面のＦナンバーは、主走査方向ｙで４７．６、副走査方向ｚで５３．３である。
面形状は以下の式（１）による。

ここでxは光軸方向、yはxに直交する主走査方向、zはxとyに直交する副走査方向である（図１の３軸座標と共通）。

図２から図１０は、走査光学装置が１５℃温度変化したときの副像面シフト（副走査方向ｚの集光点が主走査方向ｙの位置によって光軸方向ｘにずれる距離）を示すグラフである。横軸の像高は主走査方向ｙの座標に相当する。

図２は実施例１における副像面シフトで、全像高で適正範囲の２．６ｍｍ以下となっている。図３は比較例１、２で、β＜−１．３、φ１/φ２＜−１．２になると副像面シフトが適正範囲を超えて大きくなる。一方、図４、図５の実施例２〜７により、β≧−１．３、φ１/φ２≧−１．２を満たすときに副像面シフトが適正範囲に収まることが分かる。また、第２レンズ３の主走査方向有効長は１８０ｍｍ以下に収まる（表V参照）。
以上により、
−１．２≦φ１/φ２≦−０．９・・・条件（１）
−１．３ ≦β≦−０．８・・・条件（２）
を満たすときに、副像面シフトが適正範囲に収まり、スポット径増大、ワッブル増大を抑制することができる。

また、実施例１〜７と比較例３、４との比較により、β≦−０．８、φ１/φ２≦−０．９を満たすときに、第２レンズ３の主走査方向有効長は適正範囲に収まるが、β＞−０．９、φ１/φ２＞−０．８になると第２レンズの主走査方向有効長が１８０ｍｍを越えてしまう（表V参照）。
よって、上記条件（１）及び条件（２）を満たすときに、第２レンズ３の主走査方向有効長を抑えてレンズの小型化を図りつつ、副像面シフトを適正範囲に収め、スポット径増大、ワッブル増大を抑制することができる。

同様に、共役長を長くして４０５ｍｍとした場合も、実施例１a〜６a及び比較例1a〜５a（第２レンズの主走査方向有効長は表VIIを、グラフは図６〜図９を参照）により、上記条件（１）及び条件（２）を満たすときに、第２レンズ３の主走査方向有効長を１８０ｍｍ以下に抑えてレンズの小型化を図りつつ、副像面シフトを適正範囲に収め、スポット径増大、ワッブル増大を抑制することができる。

また比較例３aのように、L＞４０５ｍｍとなった場合には副像面シフトが適正範囲を超えてしまう。
よって、L＜４０５ｍｍを満たすときに、副像面シフトが適正範囲に収まり、スポット径増大、ワッブル増大を抑制することができる。

また、共役長Ｌが３５０ｍｍの場合も実施例１ｂ〜５ｂ（第２レンズの主走査方向有効長は表IXを、グラフは図１０を参照）により、上記条件（１）及び条件（２）を満たすときに、副像面シフトと第２レンズ３の主走査方向有効長は適正範囲に収まる。
以上により、上記条件（１）及び条件（２）に加え、３５０ｍｍ≦Ｌ≦４０５ｍｍ・・・条件（３）を満たすときに、副像面シフトが適正範囲に収まり、スポット径増大、ワッブル増大を抑制することができる。
なお、特許文献１の図４に記載の実施例では、倍率は−１.４６であり、光学系を比例拡大して主走査の最大像高を本例と同じく１６４．５ｍｍとすると、共役長は２７５ｍｍ、１５℃温度変化したときの像面シフトは３.６mmとなり、像面シフトが大きくなりすぎてしまう。

以上の実施例１〜７，１a〜６a，１b〜５bに代表されるような本実施形態の走査光学装置において、さらに以下を実施することが有効である。
図１１に示すように複数の光源手段から発せられた光束１０ａ，１０ｂを、それぞれ同一の偏向器１の別の面で反射し、それぞれ別の第１レンズ２ａ，２ｂ、第２レンズ３ａ，３ｂによって、それぞれ別の被走査面４ａ，４ｂ上に結像させる。このような同時多面偏向とすることで、本走査光学装置を備えたプリントヘッドをより小型化することができ、部品共通化によりコストも削減することができる。
また、図１２に示すように偏向器１により偏向された光束１１を、１又は２枚以上の折り返しミラー５，６によって反射した後に被走査面４上に結像させる。このように折り返しミラーを用いることで、走査光学装置に求められる様々な配置に対応することができる。図１１の同時多面偏向の構成において、適宜にこのような折り返しミラーを適用することで、走査光学装置に求められる様々な配置に対応しつつ、プリントヘッドをより小型化することができ、部品共通化によりコストも削減することができる。

以上のべたように、本実施形態によれば、ｆθレンズを構成する２枚のレンズ２，３のうち、第１レンズ２の副走査方向ｚに負のパワーをもたせ、第２レンズ３の副走査方向ｚに正のパワーをもたせることで、第２レンズ３を偏向器側に近づけることができ、第２レンズ３を小型化することができる。さらに第１レンズ２と第２レンズ３の副走査方向ｚのパワーをそれぞれφ１、φ２とし、結像光学系の副走査方向倍率をβとするとき、−１．２≦φ１/φ２≦−０．９（条件（１））、−１．３ ≦β≦−０．８（条件（２））の条件を満たすことで、温度が変化したときの副走査像面シフトを抑制することができ、スポット径増大やワッブル増大を抑制することができる。

また本実施形態によれば、共役長Ｌが長く、装置に求められる様々な配置に対応することができる。例えば走査光学系が複数あり、それぞれの走査光学系が異なる感光体ドラムを走査する装置では、偏向器１で偏向された光束を図１２に示したようにミラーで複数回折り曲げることで、感光体ドラムや走査光学系が納められたプリントヘッドの様々な配置に対応することができる。また、プリントヘッドのサイズは、第２レンズ３の主走査方向ｙの長さによって支配的に決定される。プリントヘッドを小型化するために、第２レンズ３の主走査方向有効長は１８０ｍｍ以下とすることが望ましく、これを達成することができる。
３５０ｍｍ≦Ｌ≦４０５ｍｍを満たすことで、共役長Ｌを長くし、主走査方向有効長１８０ｍｍ以下の条件と、上記条件（１）条件（２）を全て満たすことができる。

１ 偏向器
２ 第１レンズ
３ 第２レンズ
４ 被走査面
１０ レーザー光

Claims (4)

1. 光源手段と、
   前記光源手段から発せられた光束を偏向して主走査方向に走査する偏向器と、
   前記偏向器により偏向された光束を被走査面上に結像させる結像光学系と、
   を有する走査光学装置において、
   前記結像光学系は、被走査面上で主走査方向と直交する副走査方向に負のパワーをもつ第１レンズと、副走査方向に正のパワーをもつ第２レンズを有し、
   前記第１レンズと前記第２レンズの副走査方向のパワーをそれぞれφ１、φ２とし、前記結像光学系の副走査方向倍率をβとするとき、
   −１．２≦φ１/φ２≦−０．９
   −１．３ ≦β≦−０．８
   となることを特徴とする走査光学装置。
2. 前記偏向器が光束を反射する点から被走査面までの距離をＬとするとき、３５０ｍｍ≦Ｌ≦４０５ｍｍとなることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 複数の前記光源手段から発せられた光束を、それぞれ同一の前記偏向器の別の面で反射し、それぞれ別の被走査面上に結像させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査光学装置。
4. 前記偏向器により偏向された光束を、１又は２枚以上の折り返しミラーによって反射した後に被走査面上に結像させることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の走査光学装置。

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