(57)【要約】【課題】全体がコンパクトにまとめられ、かつ、性能の揃ったレンズを低コストで製作できる光走査装置を得る。【解決手段】タンデム方式の画像形成装置に搭載される光走査装置。ポリゴンミラー４の後段に、全ての光束に共通の第１のレンズ５を設けるとともに光束Ｂａ，Ｂｂを反射して光路を２本ずつに分離する第１のミラー６を設け、その後に、分離された光束Ｂａ，Ｂｂが透過する第２のレンズ７ａ及び光束Ｂｃ，Ｂｄが透過する第３のレンズ７ｂを設け、さらに、それぞれの光束を１本ずつに分離する第２及び第３のミラー８ａ，８ｂを設け、１本ごとに分離された光路に個別の第４〜第７のレンズ９ａ〜９ｄを設けた。【選択図】図２
2008026767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四つの光源と、
前記四つの光源からそれぞれ放射された光束を同一面で同時に反射する反射面を有する偏向器と、
前記偏向器によって偏向された四つの光束が透過する第１のレンズと、
前記第１のレンズを透過した四つの光束のうち二つの光束を反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーによって反射された二つの光束が透過する第２のレンズと、
前記第１のミラーによって反射された二つの光束以外の二つの光束が透過する第３のレンズと、
前記第２のレンズを透過した二つの光束のうち一つの光束を反射する第２のミラーと、
前記第３のレンズを透過した二つの光束のうち一つを反射する第３のミラーと、
前記第２のレンズを透過し前記第２のミラーで反射された光束が透過する第４のレンズと、
前記第２のレンズを透過し前記第２のミラーで反射されなかった光束が透過する第５のレンズと、
前記第３のレンズを透過し前記第３のミラーで反射された光束が透過する第６のレンズと、
前記第３のレンズを透過し前記第３のミラーで反射されなかった光束が透過する第７のレンズと、を備え、
前記偏向器は、一つの軸を中心に回転し、その反射面は平面でかつ該回転中心軸と平行であり、
前記偏向器に入射する四つの光束の主光線は、いずれも、偏向器の回転中心軸に垂直な平面に対して平行ではなく、
前記第２のレンズを透過する二つの光束のうち一つが前記偏向器に入射するときの主光線と、前記第３のレンズを透過した二つの光束のうち一つが前記偏向器に入射するときの主光線とが、偏向器の回転中心軸に垂直な平面に対して対称であり、
前記第２のレンズを透過した二つの光束のうちいま一つが前記偏向器に入射するときの主光線と、前記第３のレンズを透過した二つの光束のうちいま一つが偏向器に入射するときの主光線とが、偏向器の回転中心軸に垂直な平面に対して対称であり、
前記第１のレンズの光学面は２面とも前記対称面に対して対称な形状であり、
前記第２のレンズと前記第３のレンズは同一形状であること、
を特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記第４ないし第７のレンズがそれぞれ同一形状であ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】
前記偏向器に入射する四つの光束のそれぞれの主光線が前記偏向器の近傍で交わ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。
【請求項４】
前記第４ないし第７のレンズは、それぞれ、主走査方向に垂直な方向の断面内の曲率が、主走査方向の位置によって変化している面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記第４ないし第７のレンズは、それぞれ、片側の面が平面で、他方の面が主走査方向に垂直な方向の断面内で凸であり、該断面内での２面の距離の最大値が主走査方向の位置によらず一定であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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光束を単一の偏向器を用いて複数の被走査面上を走査する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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本の光束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。
【０００３】
この種の光走査装置としては、特許文献１，２に、偏向器の同一反射面に四つの光束を入射させ、偏向後に四つの光束を共通レンズに透過させた後、ミラーによってその光路を分離し、さらに四つの光束のそれぞれが透過する個別レンズを設けることによって、４色に対応した感光体のそれぞれに光束を同時に照射し、カラー画像を高速に印字する技術が提案されている。
【０００４】
しかしながら、前記光走査装置では、共通レンズを１枚だけで構成すると、個別レンズが偏肉形状となってコストアップとなり、かつ、四つの個別レンズの性能を揃えることが困難になるという問題点を生じていた。また、共通レンズを２枚以上として、主走査方向の収差補正を共通レンズ内で行うようにすれば、個別レンズは偏肉を解消することが可能になり、コスト的にも性能的にも有利になるが、主走査方向の収差補正のためには共通レンズの間隔をある程度開くことが必要になる。しかし、これでは、四つの感光体の並びに対して共通レンズ部分がはみ出すような配置になって占有スペースが増え、装置の大型化につながるという問題点が生じる。
【特許文献１】特開２００３−７５７５１号公報
【特許文献２】特開２００４−７０１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、タンデム方式の画像形成装置に対応し、全体がコンパクトにまとめられ、かつ、性能の揃ったレンズを低コストで製作できる光走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明に係る光走査装置は、
四つの光源と、
前記四つの光源からそれぞれ放射された光束を同一面で同時に反射する反射面を有する偏向器と、
前記偏向器によって偏向された四つの光束が透過する第１のレンズと、
前記第１のレンズを透過した四つの光束のうち二つの光束を反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーによって反射された二つの光束が透過する第２のレンズと、
前記第１のミラーによって反射された二つの光束以外の二つの光束が透過する第３のレンズと、
前記第２のレンズを透過した二つの光束のうち一つの光束を反射する第２のミラーと、
前記第３のレンズを透過した二つの光束のうち一つを反射する第３のミラーと、
前記第２のレンズを透過し前記第２のミラーで反射された光束が透過する第４のレンズと、
前記第２のレンズを透過し前記第２のミラーで反射されなかった光束が透過する第５のレンズと、
前記第３のレンズを透過し前記第３のミラーで反射された光束が透過する第６のレンズと、
前記第３のレンズを透過し前記第３のミラーで反射されなかった光束が透過する第７のレンズと、を備え、
前記偏向器は、一つの軸を中心に回転し、その反射面は平面でかつ該回転中心軸と平行であり、
前記偏向器に入射する四つの光束の主光線は、いずれも、偏向器の回転中心軸に垂直な平面に対して平行ではなく、
前記第２のレンズを透過する二つの光束のうち一つが前記偏向器に入射するときの主光線と、前記第３のレンズを透過した二つの光束のうち一つが前記偏向器に入射するときの主光線とが、偏向器の回転中心軸に垂直な平面に対して対称であり、
前記第２のレンズを透過した二つの光束のうちいま一つが前記偏向器に入射するときの主光線と、前記第３のレンズを透過した二つの光束のうちいま一つが偏向器に入射するときの主光線とが、偏向器の回転中心軸に垂直な平面に対して対称であり、
前記第１のレンズの光学面は２面とも前記対称面に対して対称な形状であり、
前記第２のレンズと前記第３のレンズは同一形状であること、
を特徴とする光走査装置。
【０００７】
即ち、本発明に係る光走査装置においては、四つの光束が透過する共通レンズである第１のレンズの後に、二つの光束を反射して光路を２本ずつに分離する第１のミラーを設け、また、その後に分離された二つずつの光束が透過する第２及び第３のレンズを設け、さらに、それぞれの光路を１本ずつに分離する第２及び第３のミラーを設け、１本ごとに分離された光路に個別の第４ないし第７のレンズを設けた。それ故、主走査方向の主査補正のために共通レンズである第１のレンズと次段の第２及び第３のレンズの間隔を離したとしても、その間で光路が分離されているため、共通部分が感光体の並びからはみ出すことがないように構成することが可能である。また、共通の第１のレンズと次段の第２及び第３のレンズの間隔を離すことで、主走査方向の収差補正を第１、第２及び第３のレンズで十分に行うことができ、個別の第４ないし第７のレンズは副走査方向のみ収差補正を行うように構成すればよく、ほぼ肉厚が一定の形状でレンズを構成でき、低コストで製作でき、性能を揃えることも容易である。
【０００８】
本発明に係る光走査装置において、第４ないし第７のレンズはそれぞれ同一形状で構成することが好ましい。同じ性能のレンズで揃えることができる。
【０００９】
また、偏向器に入射する四つの光束のそれぞれの主光線が偏向器の近傍で交わるように構成することが好ましく、偏向器を薄型化、軽量化してコストダウンを図ることができる。
【００１０】
第４ないし第７のレンズに関しては、それぞれ、主走査方向に垂直な方向の断面内の曲率が、主走査方向の位置によって変化している面を有していてもよい。画像形成の高精度化が可能になる。また、第４ないし第７のレンズは、それぞれ、片側の面が平面で、他方の面が主走査方向に垂直な方向の断面内で凸であり、該断面内での２面の距離の最大値が主走査方向の位置によらず一定であってもよい。最大肉厚がほぼ均一になり、レンズを樹脂成形する際の精度が向上し、製造コストも低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明に係る光走査装置の一実施例について、図１に立体配置関係を示し、図２にポリゴンミラー４から各感光体ドラム１２ａ〜１２ｄまでの副走査方向断面の光路を示す。
【００１３】
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ユニットとして構成され、四つの感光体ドラム１２ａ〜１２ｄ上にそれぞれの色（シアン、ブラック、イエロー、マゼンタ）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１２ａ〜１２ｄ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。
【００１４】
この光走査装置において、光源部は四つのレーザダイオード１ａ〜１ｄ、コリメータレンズ２ａ〜２ｄにて構成されている。各レーザダイオード１ａ〜１ｄから放射された光束（拡散光）はコリメータレンズ２ａ〜２ｄにより平行光とされ、自由曲面ミラーアレイ３により副走査方向Ｚにポリゴンミラー４の同一の反射面上で線状になるように集光され、ポリゴンミラー４に導かれる。ポリゴンミラー４は中心軸４ａを中心に図示しないモータによって回転駆動され、６面で構成された反射面は中心軸４ａと平行である。
【００１５】
各レーザダイオード１ａ〜１ｄから放射された各光束は、コリメータレンズ２ａ〜２ｄから射出されたときに、それぞれの主光線が交わるように交差し、ミラーアレイ３にて副走査方向Ｚにおいて所定の傾斜角度をもってポリゴンミラー４の反射面に斜入射し、等角速度で主走査方向Ｙに偏向される。即ち、ポリゴンミラー４に入射する四つの光束の主光線は、いずれも、中心軸４ａに垂直な平面に対して平行ではない。
【００１６】
光源部からの光束をポリゴンミラー４に対して斜入射させると、ポリゴンミラー４の厚みを薄くして、副走査方向Ｚに以下に説明する四つの光路に分離が可能となる。
【００１７】
ポリゴンミラー４から光束の進行方向に関しては、第１のレンズ５、第１のミラー６、第２及び第３のレンズ７ａ，７ｂ、第２及び第３のミラー８ａ，８ｂ、第４〜第７のレンズ９ａ〜９ｄ、第４〜第７のミラー１０ａ〜１０ｄ、防塵用のウインドウガラス１１ａ〜１１ｄが配置されている。
【００１８】
ポリゴンミラー４の同一反射面で同時に偏向された四つの光束は、それぞれ、第１のレンズ５によって屈折された後、第１のミラー６によって光束Ｂａ，Ｂｂと光束Ｂｃ，Ｂｄに分離される。光束Ｂａ，Ｂｂは第１のミラー６によって折り返され、第２のレンズ７ａによって屈折される。また、第１のミラー６によっては折り返されない光束Ｂｃ，Ｂｄは第３のレンズ７ｂによって屈折される。
【００１９】
第２のレンズ７ａを透過した光束Ｂａ，Ｂｂのうち光束Ｂａは第２のミラー８ａによって折り返され、光束Ｂａ，Ｂｂに分離される。第３のレンズ７ｂを透過した光束Ｂｃ，Ｂｄのうち光束Ｂｃは第３のミラー８ｂによって折り返され、光束Ｂｃ，Ｂｄに分離される。
【００２０】
その後、各光束Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄは各光路に個別に配置された第４〜第７のレンズ９ａ〜９ｄを透過するとともに、第４〜第７のミラー１０ａ〜１０ｄで折り返され、ウインドウガラス１１ａ〜１１ｄを介して感光体ドラム１２ａ〜１２ｄ上に結像し、主走査方向Ｙに走査される。
【００２１】
図２に示すように、４本の光束はポリゴンミラー４の近傍で副走査方向Ｚのみに集光しており、反射面上の集光位置では４本ともに高さが一致しており、副走査方向Ｚの角度が異なっている。即ち、斜入射している。各光束の主光線に着目すると、ポリゴンミラー４の回転中心軸４ａに垂直な平面に対して、外側の２本の光束Ｂｂ，Ｂｄは２．４°、内側の２本の光束Ｂａ，Ｂｃは０．８°の角度をなしている。タンデム方式に対応した光走査装置の場合、各光束をポリゴンミラー４に入射する高さを揃えることにより、ポリゴンミラー４の厚みを小さくかつ軽量にでき、ミラー４自体や駆動モータのコストを低減できる。
【００２２】
（光学素子の配置、構成データ）
以上説明した光走査装置において、以下に示す表１〜表４にポリゴンミラー４以降に関して光路Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄの各光学素子のコンストラクションデータを示す。ポリゴンミラー４の反射面については偏向角０°のときの座標を示している。４本の光束がポリゴンミラー４の近傍で集光している位置は、Ｚ座標が０である。各レンズやミラーの外形形状は他の光路と交わらないように決められており、ここで示した座標に対して振り分けになっていない。
【００２３】
また、表５に第１のレンズ５の入射面の自由曲面係数データを示し、表６に第１のレンズ５の射出面の自由曲面係数データを示す。さらに、表７に第２及び第３のレンズ７ａ，７ｂの射出面の自由曲面係数データを示し、表８に第４〜第７のレンズの射出面の自由曲面係数データを示す。
【００２４】
第１のレンズ５は入射面、射出面ともに自由曲面であり、その他のレンズは入射面が平面で射出面が自由曲面である。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。また、各表で標記のない係数は０である。
【００２５】
【数１】
2008026767.tif 000003
【００２６】
【表１】
2008026767.tif 000004
【００２７】
【表２】
2008026767.tif 000005
【００２８】
【表３】
2008026767.tif 000006
【００２９】
【表４】
2008026767.tif 000007
【００３０】
【表５】
2008026767.tif 000008
【００３１】
【表６】
2008026767.tif 000009
【００３２】
【表７】
2008026767.tif 000010
【００３３】
【表８】
2008026767.tif 000011
【００３４】
ところで、第１のレンズ５、第２及び第３のレンズ７ａ，７ｂ及び第４〜第７のレンズ９ａ〜９ｄは、いずれも樹脂製で、使用波長における屈折率は１．５７２である。ウインドウガラス１１ａ〜１１ｄの使用波長における屈折率は１．５１１である。
【００３５】
第１のレンズ５の光学面は２面とも四つの光束の対称面に対して対称な形状である。これにて、ポリゴンミラー４の偏向点移動に伴う主走査方向Ｙの性能劣化を抑えることが可能となる。また、第２及び第３のレンズ７ａ，７ｂは光学面だけでなく外形形状も含めて同じ形状とされている。従って、同じ金型で製造したレンズを使用することができ、性能差を小さく抑えることができる。
【００３６】
また、第４〜第７のレンズ９ａ〜９ｄも光学面だけでなく外形形状も含めて同一形状とされている。但し、光束がレンズ中を透過する位置は、副走査方向Ｚについて互いに異なっている。
【００３７】
第４〜第７のレンズ９ａ〜９ｄの自由曲面において、Ｚは２次の項だけが使用されている。Ｚが０次の項が全て０であることは、Ｚ＝０の高さにおいては主走査方向Ｙに平坦であることを示している。図３は、個別レンズ９ａ〜９ｄの自由曲面について、副走査方向Ｚの断面内でのＺ＝０における曲率を示している。横軸は主走査方向Ｙの位置であり、副走査方向Ｚ断面内での曲率が主走査方向Ｙの位置によって変化していることが分かる。この曲率の変化によって、副走査方向Ｚの像面での収差補正を行う。
【００３８】
また、曲率は負の値であるが、この面は射出側の面であるので、凸面であることを示している。副走査方向Ｚ断面内で見たこのレンズ９ａ〜９ｄの光学面間の厚みは、どの断面でもＺ＝０において最大になっており、また、既に述べたように、入射面は平面で、射出面はＺ＝０においては主走査方向Ｙに平坦であるから、レンズ９ａ〜９ｄの光学面間の最大肉厚は主走査方向Ｙの位置に拘わらず一定になっている。
【００３９】
樹脂製のレンズは射出成形によって製造されるが、射出成形においては肉厚が厚いほど熱が逃げにくいために成形サイクルが長くなり、コストアップにつながる。また、偏肉形状の場合は最も熱が逃げにくい最大肉厚部が成形サイクルに対して支配的になる。長手方向に肉厚差のあるレンズでは、全体に薄くすると肉厚の比が大きくなって残留応力差が大きくなり、形状誤差の原因となる。本実施例の個別レンズ９ａ〜９ｄは、最大肉厚が主走査方向Ｙの位置に拘わらず一定であるため、レンズ９ａ〜９ｄを薄くしても形状誤差が大きくなりにくい。
【００４０】
（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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る光走査装置の一実施例を示す立体配置図である。
【図２】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副走査方向の側面図である。
【図３】第４〜第７のレンズの曲率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１ａ〜１ｄ…レーザダイオード
４…ポリゴンミラー（偏向器）
５…第１のレンズ
６…第１のミラー
７ａ…第２のレンズ
７ｂ…第３のレンズ
８ａ…第２のミラー
８ｂ…第３のミラー
９ａ〜９ｄ…第４〜第７のレンズ
１０ａ〜１０ｄ…第４〜第７のミラー
１２ａ〜１２ｄ…感光体ドラム
【図１】
2008026767.tif 000012
【図２】
2008026767.tif 000013
【図３】
2008026767.tif 000014