JP4460865B2 - Optical scanning apparatus and color image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルカラー複写機、カラーレーザプリンタ等の光走査装置及びカラー画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device such as a digital color copying machine and a color laser printer, and a color image forming apparatus.
近年、カラー画像形成装置の高速化に伴い、例えば、4つの感光体ドラムを記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体ドラムに対応した複数の走査光学系で同時に露光して潜像をつくり、これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以降Y、M、C、K)などの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化したのち、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写し、カラー画像を得るデジタル複写機やレーザプリンタが実用化されている(4ドラムタンデム方式)。 In recent years, with the increase in the speed of color image forming apparatuses, for example, four photosensitive drums are arranged in the recording paper conveyance direction, and a latent image is exposed simultaneously by a plurality of scanning optical systems corresponding to the respective photosensitive drums. These latent images are visualized with a developing device using developers of different colors such as yellow, magenta, cyan, black (hereinafter referred to as Y, M, C, K), and then visible. Digital copying machines and laser printers that obtain color images by sequentially superimposing and transferring images on the same recording paper have been put into practical use (4-drum tandem system).
4ドラムタンデム方式は1ドラム方式に対して、カラーもモノクロも同じ速度で出力できるため、高速プリントに有利である。その反面、4つの感光体(像坦持体)に、4つの走査光学系を有するため装置の小型化に課題がある。また各々の感光体で現像したトナー像を転写する際の色ずれを低減することが課題である。 The 4-drum tandem system is advantageous for high-speed printing because color and monochrome can be output at the same speed as the 1-drum system. On the other hand, since the four photoconductors (image carriers) have four scanning optical systems, there is a problem in downsizing the apparatus. Another problem is to reduce color misregistration when transferring a toner image developed on each photoconductor.
このようなタンデム式画像形成装置として、複数の感光媒体が単一の光偏向器を共用する方式のものが開示されている。
(1)複数の感光体に対して、複数の光走査装置を有する方式。
感光体と同数の光走査装置を有し、各光走査装置間の偏向器の同期を取って走査する(特許文献1)。
(2)偏向器の両側より光束を入射し、2方向に光束を振り分けて偏向走査する対向走査方式。
略平行でかつ副走査方向に離れた複数の光束を偏向器に入射し、複数の光束に対応する複数の走査光学素子を副走査方向に並べて走査する(特許文献2)。
(3)偏向器の片側より光束を入射し、1方向に偏向走査する片側走査方式。
偏向器の片側より光束を入射し、3枚構成の走査光学系で、L1、L2は異なる被走査面に向かう複数の光束が通過し、L3は各被走査面毎に設けられている(特許文献3、4及び5等)。
As such a tandem type image forming apparatus, a system in which a plurality of photosensitive media share a single optical deflector is disclosed.
(1) A system having a plurality of optical scanning devices for a plurality of photoconductors.
The number of optical scanning devices is the same as that of the photosensitive member, and scanning is performed by synchronizing the deflectors between the optical scanning devices (Patent Document 1).
(2) A counter scanning method in which a light beam is incident from both sides of the deflector, and the light beam is distributed in two directions and deflected and scanned.
A plurality of light beams that are substantially parallel and separated in the sub-scanning direction are incident on the deflector, and a plurality of scanning optical elements corresponding to the plurality of light beams are arranged in the sub-scanning direction and scanned (Patent Document 2).
(3) A one-side scanning method in which a light beam is incident from one side of the deflector and deflected and scanned in one direction.
A light beam is incident from one side of the deflector, and a plurality of scanning optical systems L1 and L2 pass through a plurality of light beams directed to different scanning surfaces, and L3 is provided for each scanning surface (patent).
近年、走査特性の向上を目して光走査装置の光学素子に、非円弧に代表される特殊面が形成し易く、なおかつ低コストを実現するため、「樹脂製の成形光学素子」が多用されている。特に、前記説明のタンデム式画像形成装置では、使用する光学素子の数が多いことから、樹脂製の光学素子を使用することでのコストダウン効果は非常に大きい。
その反面、光走査装置に樹脂製の光学素子が用いられる場合、温度変化により、ガラスに比べ熱膨張係数が大きいため形状変化が大きく発生し、樹脂製光学素子の光学特性が変化する。特に、発熱が大きいポリゴンミラー等の偏向手段により、光学箱内の温度が上昇するとき、ポリゴンミラーが回転し作る気流、光学箱内の形状の違いなどにより、熱は一律に伝達していくことはなく、光学箱内の温度は温度分布を持つ。また、走査レンズにおいても、熱の伝わり方の違い、レンズ形状の違い(光学箱への設置面積の違い)等により、一律な温度変化は生じず、走査レンズの場所による温度差が発生する。
In recent years, in order to improve the scanning characteristics, a special surface represented by a non-circular arc can be easily formed on the optical element of the optical scanning device, and “resin-molded optical element” is frequently used to realize low cost. ing. In particular, in the tandem type image forming apparatus described above, since the number of optical elements used is large, the cost reduction effect by using resin optical elements is very large.
On the other hand, when a resin optical element is used in the optical scanning device, the temperature change causes a larger coefficient of thermal expansion than glass, resulting in a large change in shape, which changes the optical characteristics of the resin optical element. In particular, when the temperature in the optical box rises due to the deflection means such as a polygon mirror that generates a large amount of heat, the heat is uniformly transferred due to the air flow created by the rotation of the polygon mirror and the difference in the shape of the optical box. The temperature inside the optical box has a temperature distribution. Also in the scanning lens, a uniform temperature change does not occur due to a difference in heat transmission method, a difference in lens shape (a difference in installation area on the optical box), and the like, and a temperature difference due to the location of the scanning lens occurs.
前記タンデム方式画像形成装置では、各感光体に向かう光束は異なる走査レンズを通過し、走査レンズを保持する光学箱内の温度分布により、各走査レンズ間で異なる温度分布が生じることより、走査レンズの形状変化、屈折率の変化などは一律ではなく、各感光体での走査長さの変化量や等速性の変化は異なる。これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(Y、M、C、Bk)などの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化したのち、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写し定着することで、カラー画像を得ると、所謂「色ずれ」が生じてしまう。特に光学箱内で発熱が大きいポリゴンミラー等の偏向手段に最も近い走査レンズを樹脂とした場合には、光学特性の変化は大きくなる。 In the tandem type image forming apparatus, the light fluxes directed to the respective photoconductors pass through different scanning lenses, and due to the temperature distribution in the optical box holding the scanning lenses, different temperature distributions are generated between the respective scanning lenses. The shape change, the refractive index change, and the like are not uniform, and the amount of change in the scanning length and the change in isokineticity of each photoconductor are different. These latent images are visualized with a developing device using developers of different colors such as yellow, magenta, cyan, and black (Y, M, C, Bk), and then these visible images are the same. When a color image is obtained by sequentially superimposing and transferring on a recording sheet, a so-called “color shift” occurs. In particular, when the scanning lens closest to the deflecting means such as a polygon mirror that generates a large amount of heat in the optical box is made of resin, the change in optical characteristics becomes large.
更に、連続出力する場合、特に連続出力枚数が多い場合には、偏向手段の発熱により、機内温度(光学箱内温度)は上昇していく。このため、各走査レンズの温度分布は変化していき、先に説明した如く色ずれが発生し、その変動量も変化していく。この結果、最初に出力された画像と、最後に出力された画像で、色ずれにより色味が変化してしまう課題がある。 Further, in the case of continuous output, particularly when the number of continuous outputs is large, the internal temperature (temperature in the optical box) rises due to the heat generated by the deflection means. For this reason, the temperature distribution of each scanning lens changes, color shift occurs as described above, and the amount of change also changes. As a result, there is a problem that the color changes between the first output image and the last output image due to color misregistration.
このような色ずれの問題に対処する方法として、書込開始側と書込終了側とに各々受光手段を配し、各受光手段の受光時間差に基づき、各光ビームの画周波数で調整する方法があるが(特許文献6など)、この方式では走査線の全幅の長さは補正可能であるが、各走査レンズの持つ温度分布による等速性の変化は補正することができない。このため、例えば書込開始と書込終了での主走査方向のドット位置を各感光体で補正しても、中間像高での主走査方向のドット位置は一致せず、色ずれが発生してしまう。
前述の(1)〜(3)のタンデム式画像形成装置においては下記の特徴と課題がある。
(1)複数の感光体に対して、複数の光走査装置を有する方式。
異なる光走査装置であるため、光学素子の形状ばらつきや温湿度環境が異なるため、各被走査面でビーム位置が相対的にずれ、上記「色ずれ」が発生しやすい。
(2)偏向器の両側より光束を入射し、2方向に光束を振り分けて偏向走査する対向走査方式。
上記(1)に比べ光走査装置が小型化しやすく、コストウェイトの高いポリゴンスキャナーを4色に対して共通に使用できるため低コスト化に有利である。一方、ポリゴンを中心として対向する光学系で、光学素子の形状ばらつきや温湿度環境が異なるため、各被走査面でビーム位置が相対的にずれ、上記「色ずれ」が発生しやすい。
(3)偏向器の片側より光束を入射し、1方向に偏向走査する片側走査方式。
各色(Y、M、C、K)に対応する各光束が、主走査方向に主にパワーを有する走査レンズ(第1レンズ)に共有に透過するため光学素子の形状ばらつきが少なく、且つ温湿度環境も殆ど同じであるため、各色の相対的な主走査方向のビームスポット位置変動(即ち色ずれ)を発生しにくいメリットがある。
The above tandem image forming apparatuses (1) to (3) have the following features and problems.
(1) A system having a plurality of optical scanning devices for a plurality of photoconductors.
Since the optical scanning devices are different, the shape variation of the optical elements and the temperature / humidity environment are different. Therefore, the beam position is relatively shifted on each surface to be scanned, and the “color shift” is likely to occur.
(2) A counter scanning method in which a light beam is incident from both sides of the deflector, and the light beam is distributed in two directions and deflected and scanned.
Compared with the above (1), the optical scanning device can be easily miniaturized, and a high cost weight polygon scanner can be used in common for four colors, which is advantageous for cost reduction. On the other hand, since the optical elements facing each other centering on the polygon have different shape variations and temperature / humidity environments of the optical elements, the beam positions are relatively shifted on each surface to be scanned, and the above-mentioned “color shift” tends to occur.
(3) A one-side scanning method in which a light beam is incident from one side of the deflector and deflected and scanned in one direction.
Each light flux corresponding to each color (Y, M, C, K) is transmitted through a scanning lens (first lens) mainly having power in the main scanning direction, so that there is little variation in the shape of the optical element, and temperature and humidity Since the environment is almost the same, there is a merit that it is difficult to cause beam spot position fluctuation (that is, color misregistration) in the relative main scanning direction of each color.
その一方、次のような課題がある。
・各色(Y、M、C、K)に対応する光束が共用して透過する光学素子は、副走査対応方向のレンズ高さが厚くなるため、各光束に対する面精度ばらつきを補償することが難しくなるため、ビームスポット径の小径化に課題がある。さらに肉厚化に伴い成形時間増大によるコストアップを低減することが課題である。
・各色(Y、M、C、K)に対応する光束が、同一の偏向ミラー面に入射するため、ポリゴンミラーの厚さが厚くなるため、偏向器が大きくなるなど装置が大型化する。更にこれに伴う風損による騒音、消費電力の増加、耐久性劣化が課題である。
・各色(Y、M、C、K)に対応する光束を分離するため、各光束が偏向ミラー面に対して斜め入射の構成としているため、ポリゴンミラーの偏向に伴うビーム光束のスキューのため、波面収差が劣化し易く、ビームスポット小径化に課題がある。更に、像坦持体(感光体)上の走査線曲がりを発生するため、それを補正するための調整が必須となる。
On the other hand, there are the following problems.
-Optical elements that share and transmit light beams corresponding to the respective colors (Y, M, C, K) have a thick lens height in the sub-scanning corresponding direction, so it is difficult to compensate for surface accuracy variations for each light beam. Therefore, there is a problem in reducing the beam spot diameter. Furthermore, it is a problem to reduce the cost increase due to the increase in molding time as the thickness increases.
-Since the light fluxes corresponding to the respective colors (Y, M, C, K) are incident on the same deflection mirror surface, the polygon mirror becomes thick, so that the apparatus becomes large in size, for example, the deflector becomes large. Furthermore, there are problems such as noise caused by windage loss, increase in power consumption, and durability deterioration.
In order to separate the luminous fluxes corresponding to the respective colors (Y, M, C, K), each luminous flux is configured to be obliquely incident on the deflection mirror surface. Therefore, due to the skew of the beam luminous flux accompanying the deflection of the polygon mirror, Wavefront aberration tends to deteriorate, and there is a problem in reducing the beam spot diameter. Further, since the scanning line is bent on the image carrier (photosensitive member), adjustment for correcting it is essential.
そこで本発明は、
1.光学素子の形状ずれ、及び連続プリント時などの温度変動、温度分布などの外乱が生じた場合においても、各色間の相対的な色ずれを効果的に補正し、色ずれの少ない良好なカラー画像を出力できる光走査装置を提供することを第1の目的とする。
2.ポリゴンミラーの風損による騒音、消費電力、耐久性を向上する高速書き込み対応の光走査装置を提供することを第2の目的とする。
Therefore, the present invention
1. Good color image with little color misregistration by effectively correcting the relative color misregistration between each color even when the optical element is out of shape, temperature fluctuations during continuous printing, and disturbances such as temperature distribution. It is a first object of the present invention to provide an optical scanning device capable of outputting the above.
2. A second object is to provide a high-speed writing compatible optical scanning device that improves noise, power consumption, and durability due to polygonal windage damage.
上記目的を達成する為、請求項1に記載の発明である光走査装置は、複数のビーム光束を1つの偏向器で偏向走査し、複数の像坦持体上に結像する走査光学素子を有し、該偏向器は2段に分割されたポリゴンミラーで構成され、それぞれの段の同一ミラー面に、少なくとも2以上の像坦持体に導かれる光束を副走査対応方向に互いに角度を持って入射させる光走査装置であって、上記同一ミラー面に少なくとも2以上の像坦持体に導かれるそれぞれの光束の副走査対応方向になす角βは1°<β<4°を満足し、上記各像坦持体に導かれる光束の内、少なくとも1つの光束は、ポリゴンミラー回転軸に垂直な面に対し0.5度以内の角度で入射し、上記走査光学素子において、少なくとも1面は副走査対応方向にチルトする偏心面を有し、上記偏心面は、像高に対応して偏心角度が変化する面形状であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical scanning device according to a first aspect of the present invention includes a scanning optical element that deflects and scans a plurality of light beams with a single deflector and forms an image on a plurality of image carriers. The deflector is composed of polygon mirrors divided into two stages, and light beams guided to at least two or more image carriers are angled with respect to the sub-scanning corresponding direction on the same mirror surface of each stage. The angle β formed in the sub-scanning corresponding direction of each light beam guided to at least two or more image carriers on the same mirror surface satisfies 1 ° <β <4 °, Of the light beams guided to the image carriers, at least one light beam is incident at an angle of 0.5 degrees or less with respect to a surface perpendicular to the polygon mirror rotation axis. In the scanning optical element, at least one surface is It has an eccentric surface that tilts in the sub-scanning corresponding direction, and Kokoromen is characterized in that the eccentric angle in response to the image height is varying surface shape.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光走査装置であって、透過部と反射部で構成される光束分離器を更に有し、上記各像坦持体に導かれる光束の内、少なくとも1つの光束を該反射部で光路分離することを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the optical scanning device according to the first aspect, further comprising a light beam separator composed of a transmission part and a reflection part, and a light beam guided to each of the image carriers. Of these, at least one light beam is optically separated by the reflecting portion.
請求項3に記載の発明は、請求項1〜2のいずれかに1項に記載の光走査装置であって、上記走査光学素子において、上記各像坦持体に導かれる全ての光束は、最も偏向反射面側に位置する走査光学素子に入射することを特徴とする。
Invention of claim 3, an optical scanning apparatus according to
請求項4に記載の発明であるカラー画像形成装置は、請求項1〜3に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, a color image forming apparatus uses the optical scanning device according to any one of the first to third aspects.
本発明によれば、光学素子の形状ずれ、及び連続プリント時などの温度変動、温度分布などの外乱が生じた場合においても、各色間の相対的な色ずれを効果的に補正し、色ずれの少ない良好なカラー画像を出力できる光走査装置および画像形成装置を提供できる。 According to the present invention, even when a disturbance such as a shape shift of an optical element, a temperature variation during continuous printing, a temperature distribution, or the like occurs, a relative color shift between colors is effectively corrected, and the color shift It is possible to provide an optical scanning device and an image forming apparatus that can output a good color image with less image quality.
本発明の理解を容易にするため、本発明をベースとして作成した光学系を比較の対象として取り上げる。
「比較例1」
・図6(a)において、各色(Y、M、C、Bk)に対応する光束は、ポリゴンミラーに対して斜めに入射することにより、厚さの薄いポリゴンミラーが使用でき、風損、消費電力、耐久性に有利な偏向器を実現している。各光束は副走査対応方向でほぼ同一箇所で反射し、ポリゴン厚さは3mmとしている。
・また各色(Y、M、C、Bk)に対応する光束は、長尺ミラーで構成される分離ミラーM1〜M4で光束分離するためポリゴンミラーに対して、大きな入射角度で入射しており、比較例1ではYとBkの成す角度は、約10°となっている。
・以上の比較例1では、ポリゴンミラーへの入射角を大きく採る必要があるため、大きな走査線曲がりを発生する。走査線曲がりは走査レンズL2の副走査方向にシフトするなどの手段によりある程度改善することができる。しかし波面収差の劣化によるビームスポット径太りは改善することが難しく、画像上の濃度むら、階調性の劣化が問題となる。
In order to facilitate understanding of the present invention, an optical system created on the basis of the present invention will be taken as a comparison target.
"Comparative Example 1"
In FIG. 6A, the light fluxes corresponding to the respective colors (Y, M, C, Bk) are incident obliquely on the polygon mirror, so that a thin polygon mirror can be used, and windage loss and consumption A deflector advantageous in terms of power and durability is realized. Each light beam is reflected at substantially the same location in the sub-scanning corresponding direction, and the polygon thickness is 3 mm.
The light beams corresponding to the respective colors (Y, M, C, Bk) are incident on the polygon mirror at a large incident angle because the light beams are separated by the separation mirrors M1 to M4 formed by long mirrors. In Comparative Example 1, the angle formed by Y and Bk is about 10 °.
In the above comparative example 1, since it is necessary to take a large incident angle to the polygon mirror, a large scanning line curve occurs. Scan line bending can be improved to some extent by means such as shifting the scanning lens L2 in the sub-scanning direction. However, it is difficult to improve the beam spot diameter increase due to the deterioration of the wavefront aberration, and the density unevenness on the image and the deterioration of the gradation are problems.
「比較例2」
・図6(b)において、各色(Y、M、C、Bk)に対応する光束は、斜め入射による波面収差の劣化を防ぐため、偏向ミラー面に対して略平行に入射する構成としており、各光束は5mm間隔、ポリゴン厚さは17mmとしている。
・また各色(Y、M、C、Bk)に対応する光束は、走査レンズL1を共用して透過しており、L1に対して略平行で、光束間隔は5mm間隔、L1レンズ高さは20mmとしている。
・上記構成とすることで、長尺ミラーで構成される分離ミラーM1〜M4で、各光束を分離している。
・本比較例では、ポリゴンミラーの厚さが厚くなるため、偏向器が大きくなるなど装置が大型化する。更にこれに伴う風損による騒音、消費電力の増加、耐久性劣化が問題となる。
・さらに、L1レンズの高さが厚くなるため、各光束に対する面精度ばらつきを補償することが難しくなり、ビームスポット径の小径化に課題がある。さらに肉厚化に伴い成形時間増大によるコストアップを低減することが課題である。
“Comparative Example 2”
In FIG. 6B, the light fluxes corresponding to the respective colors (Y, M, C, Bk) are configured to be incident substantially parallel to the deflection mirror surface in order to prevent deterioration of wavefront aberration due to oblique incidence. Each luminous flux is set at an interval of 5 mm and a polygon thickness is 17 mm.
The luminous fluxes corresponding to the respective colors (Y, M, C, Bk) are transmitted through the scanning lens L1 in common, are substantially parallel to L1, the luminous flux interval is 5 mm, and the L1 lens height is 20 mm. It is said.
-By setting it as the said structure, each light beam is isolate | separated by the separation mirrors M1-M4 comprised with a long mirror.
-In this comparative example, since the thickness of the polygon mirror is increased, the size of the apparatus is increased, such as an increase in the deflector. Furthermore, there are problems such as noise due to windage loss, increase in power consumption, and deterioration in durability.
Furthermore, since the height of the L1 lens is thick, it is difficult to compensate for variations in surface accuracy for each light beam, and there is a problem in reducing the beam spot diameter. Furthermore, it is a problem to reduce the cost increase due to the increase in molding time as the thickness increases.
尚、この光学系のレイアウト及び幾何光学性能は図7(a)、(b)に示す。
図7(a)は光路図を示しており、この光学系は光源(半導体レーザアレイ)701、カップリングレンズ702、アパーチャ703、シリンドリカルレンズ704、カバーガラス705、偏向器706、走査レンズL1 707、走査レンズL2 708及び非走査面709を有する。
The layout and geometric optical performance of this optical system are shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
FIG. 7A shows an optical path diagram. This optical system includes a light source (semiconductor laser array) 701, a
図7(b)は幾何収差図である。左側のグラフの実線は主走査の像面湾曲を、破線は副走査の像面湾曲を示している。右側のグラフの実線はリニアリティを、破線はFθ特性を示している。グラフのy軸は像高である。 FIG. 7B is a geometric aberration diagram. The solid line in the left graph indicates the main scanning field curvature, and the broken line indicates the sub-scanning field curvature. The solid line in the graph on the right indicates linearity, and the broken line indicates the Fθ characteristic. The y-axis of the graph is the image height.
幾何光学性能において、リニアリティが約5.7%とやや大きいが、走査光学系の組立時に、計測されたリニアリティ(または主走査方向ビームスポット位置ずれ)のデータに基づき、それを補正するように、画素クロックの位相をシフトすることにより、電気的な補正を行っている(例えば、特許文献7など)。 In geometric optical performance, the linearity is a little as large as about 5.7%. When the scanning optical system is assembled, it is corrected based on the measured linearity (or beam spot position deviation in the main scanning direction) data. Electrical correction is performed by shifting the phase of the pixel clock (for example, Patent Document 7).
以下本発明の光学系に関する具体的な数値実施例を挙げる。光学系のレイアウトは図7(a)に示す通りである。
偏向器前の光学系のデータを表1に示す。RYは主走査方向曲率半径、RZは副走査方向曲率半径(レンズ中心)、Nは使用波長(655nm)での屈折率、そしてXは、各面が回転多面鏡の回転軸に垂直な面に投影したときの光軸方向(L1光軸方向になる)の距離である。尚、面番号4は共軸非球面である。数値は示さないが、カップリングレンズを射出した波面収差は良好に補正されている。偏向器はA寸18mm、6面のポリゴンミラーである。
Specific numerical examples relating to the optical system of the present invention will be given below. The layout of the optical system is as shown in FIG.
Table 1 shows data of the optical system before the deflector. RY is the radius of curvature in the main scanning direction, RZ is the radius of curvature in the sub-scanning direction (lens center), N is the refractive index at the wavelength used (655 nm), and X is a surface perpendicular to the rotational axis of the rotating polygon mirror. This is the distance in the optical axis direction (being the L1 optical axis direction) when projected.
偏向器後の光学系のデータを表2に示す。βは偏向器と非走査面間の副走査倍率であり、本実施例では0.38である。面番号1及び2の各面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向は平面となっている。レンズ面形状は、数1で与えられる。面番号3及び4の各面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径はレンズ高により連続的に変化する。各面形状は数1にて与えられる。
Table 2 shows data of the optical system after the deflector. β is a sub-scanning magnification between the deflector and the non-scanning surface, and is 0.38 in this embodiment. Each surface of
但し、Cm=1/RY 、 Cs(Y)は、
Cs(Y)=1/RZ+B1・Y+B2・Y2+B3・Y3+B4・Y4+B5・Y5+・・・
で与えられる。
However, Cm = 1 / R Y and Cs (Y) are
Cs (Y) = 1 / R Z +
Given in.
本実施例の非球面係数は表3の通りである。尚、本光学系において、厚さ1.9mmの防音ガラス(屈折率1.51)を挿入し、防音ガラスは8deg偏向面内で傾けて配置している。 Table 3 shows the aspheric coefficients of this example. In this optical system, a soundproof glass (refractive index of 1.51) having a thickness of 1.9 mm is inserted, and the soundproof glass is inclined and arranged in the 8 deg deflection plane.
本発明の第1の実施例を図1に示す。
複数のビーム光束を1つの偏向器で偏向走査し、複数の像坦持体上に結像する走査光学素子を有し、該偏向器は2段に分割されたポリゴンミラーで構成され、それぞれの段の同一ミラー面に、少なくとも2以上の像坦持体に導かれる光束が副走査対応方向に互いに角度を持って入射することを特徴としている。
ここで用いる2段に分割されたポリゴンミラーは6面、内接円半径18mm、ミラー中心間隔は6mm、各段のミラー厚は2mm、全厚さは8mmとしている。また2段のミラー間に4mmの空隙を設け、半径10mm円筒状としている。
A first embodiment of the present invention is shown in FIG.
A scanning optical element that deflects and scans a plurality of beam beams with one deflector and forms an image on a plurality of image carriers, and the deflector includes polygon mirrors divided into two stages, It is characterized in that light beams guided to at least two or more image carriers are incident on the same mirror surface in steps at an angle with respect to the sub-scanning corresponding direction.
The polygon mirror divided into two stages used here has six faces, an inscribed circle radius of 18 mm, a mirror center interval of 6 mm, a mirror thickness of each stage of 2 mm, and a total thickness of 8 mm. In addition, a gap of 4 mm is provided between the two-stage mirrors to form a cylindrical shape with a radius of 10 mm.
本構成のポリゴンミラーを採用することにより以下のような利点がある。
・「比較例1」に比べ、副走査方向の入射角を小さくしても光路分離が容易のため(本実施例ではYとM、およびCとBkの成す角度は2°としている)、波面収差の劣化によるビームスポット太りの発生を抑えることができる。
・「比較例2」に比べ、ポリゴンミラー厚が薄くできるとともに、不要な偏向に用いない部分は空隙を設けているため、ポリゴンミラー回転時の風損を低減でき、またスキャナー全体の重心位置を低く設定することができるため、騒音、消費電力の低減、耐久性向上に有利な構成を実現することができる。
Employing the polygon mirror of this configuration has the following advantages.
Compared to “Comparative Example 1”, the optical path separation is easy even if the incident angle in the sub-scanning direction is reduced (in this embodiment, the angle formed by Y and M and C and Bk is 2 °), and the wavefront. Generation of beam spot thickening due to aberration degradation can be suppressed.
・ Compared to “Comparative Example 2”, the thickness of the polygon mirror can be reduced, and air gaps are provided in parts that are not used for unnecessary deflection, reducing windage loss when the polygon mirror rotates, and the center of gravity of the entire scanner. Since it can be set low, it is possible to realize a configuration that is advantageous for reducing noise and power consumption and improving durability.
第2の実施例においては、同一ミラー面に少なくとも2以上の像坦持体に導かれるそれぞれの光束の副走査対応方向なす角βは以下を満足することを特徴とする:
1°<β<4°。
ここで、上限の4°を超えると、波面収差の劣化によるビームスポット径太りが無視できず、画像上の濃度むらや階調性の劣化を招く。
また下限の1°を超えると光路分離が難しくなり、経時変動などに伴うLDの出射方向の変動により、分離ミラーで光束が蹴られやすくなり、Y、M、C、Bk間の光量ばらつきによる色味が変動しやすくなる。
したがって、上記範囲内に設定することにより、良好なカラー画像をえることができる。
In the second embodiment, the angle β formed by the sub-scanning corresponding direction of each light beam guided to at least two or more image carriers on the same mirror surface satisfies the following:
1 ° <β <4 °.
Here, if the upper limit of 4 ° is exceeded, the beam spot diameter increase due to the deterioration of the wavefront aberration cannot be ignored, resulting in density unevenness and gradation deterioration on the image.
If the lower limit of 1 ° is exceeded, it becomes difficult to separate the optical paths, and the light flux is likely to be kicked by the separation mirror due to fluctuations in the emission direction of the LD due to changes over time, etc., and color due to variations in the amount of light among Y, M, C, and Bk Taste tends to fluctuate.
Therefore, a favorable color image can be obtained by setting within the above range.
第3の実施例においては、各像坦持体に導かれる光束の内、少なくとも1つの光束は、ポリゴンミラー回転軸に垂直な面に対し略平行に入射することを特徴とする。光束がポリゴンミラー回転軸に垂直な面となす傾きは±0.5度までが望ましい。
図1において、MとCに導く光束は、ポリゴンミラーの回転軸に垂直な面に対して、略平行に設定されている。
本構成を採用することにより、YとMおよびCとBkの成す角βが最小に設定できるため、ビームスポット径の劣化を抑えることができる。またポリゴン厚も薄く設定できるため、風損、騒音、耐久性を向上させることができる。
In the third embodiment, at least one of the light beams guided to each image carrier is incident substantially parallel to a plane perpendicular to the polygon mirror rotation axis. The inclination of the light beam to the plane perpendicular to the polygon mirror rotation axis is preferably up to ± 0.5 degrees.
In FIG. 1, the light beams guided to M and C are set substantially parallel to a plane perpendicular to the rotation axis of the polygon mirror.
By adopting this configuration, the angle β formed by Y and M and C and Bk can be set to a minimum, so that deterioration of the beam spot diameter can be suppressed. In addition, since the polygon thickness can be set thin, windage loss, noise, and durability can be improved.
第4の実施例においては、走査光学素子において、少なくとも1面は副走査対応方向にチルトする偏心面を有する特徴とする。ここで、L1レンズに偏心面を採用した例を示す。
走査レンズL1の出射面の形状以外は上記データと全く同じである。L1の出射面(第2面)は、4段の偏心面で構成され、上記データに対して下式で表されるチルト成分Xtが付加された形状となっている。走査レンズL1の第2面(出射側の面)は
Xt(Y,Z)=(F0+F1・Y+F2・Y2+F3・Y3+F4・Y4+F5・Y5+F6・Y6+・・・)Z
である。係数は表4で与えられる。尚、本実施例において中央像高との倍率差の最も大きい像高での値βh/β0は0.99である。
The fourth embodiment is characterized in that at least one surface of the scanning optical element has an eccentric surface tilted in the sub-scanning corresponding direction. Here, an example in which an eccentric surface is adopted for the L1 lens will be described.
Except for the shape of the exit surface of the scanning lens L1, it is exactly the same as the above data. L1 exit surface (second surface) is constituted by an eccentric surface of the four stages has a shape tilt component X t is added of the following formula with respect to the data. The second surface of the scanning lens L1 (the surface of the exit side) X t (Y, Z) = (
It is. The coefficients are given in Table 4. In this embodiment, the value βh / β0 at the image height having the largest magnification difference from the central image height is 0.99.
ここでXtはチルト成分による形状をデプスで示している。Yは主走査、Zは副走査座標を示す。
チルト係数F1、F2、F3…を任意に設定することにより像高に応じてチルト角度を変化させることができる。この構成を有する偏心面を採用することにより以下のメリットがある。
偏心面を設定しただけでは、感光体上(像坦持体上)で大きな走査線曲がり(約0.2〜0.5mm程度)を生じる。この走査線曲がりは副走査方向に主にパワーを有する走査レンズL2のβチルト(副走査方向のチルト)またはZシフト(副走査方向のシフト)により有る程度補正することは可能である。しかし、走査線曲がりは完全にゼロに補正することはできず、Y、M、C、Bk間で約0.02〜0.05mm程度の無視できない副走査方向の色ずれを発生することがある。
Where X t represents the shape according to the tilt component in depth. Y indicates main scanning, and Z indicates sub-scanning coordinates.
By arbitrarily setting the tilt coefficients F 1 , F 2 , F 3 ..., The tilt angle can be changed according to the image height. Adopting an eccentric surface having this configuration has the following advantages.
If only the eccentric surface is set, a large scanning line curve (about 0.2 to 0.5 mm) is generated on the photoconductor (on the image carrier). This scanning line bending can be corrected to some extent by β tilt (tilt in the sub-scanning direction) or Z shift (shift in the sub-scanning direction) of the scanning lens L2 mainly having power in the sub-scanning direction. However, the scanning line curve cannot be completely corrected to zero, and a non-negligible sub-scanning color misregistration of about 0.02 to 0.05 mm may occur between Y, M, C, and Bk. .
また、L2のβチルト(副走査対応方向チルト)、Zシフト(副走査対応方向シフト)により波面収差も劣化しやすく、小径ビームスポットに絞り込むことが難しくなる。
そこで本発明は、像高に対応してチルト角度が変化する偏心面を用いることにより、走査線曲がりを原理的には完全にゼロにし、走査線曲がりの発生を抑えることができるため、副走査方向の色ずれを発生しにくい。且つ、波面収差の劣化も非常に小さいため、50μm以下の小径ビームスポットを実現することが可能となる。
本実施例におけるビームスポット径を図2に示す。ビームスポット径も小径化を実現している。グラフ右の枠内に示す数値は像高を示す。
Further, the wavefront aberration is also easily deteriorated by the β tilt (sub-scanning corresponding direction tilt) and Z shift (sub-scanning corresponding direction shift) of L2, and it becomes difficult to narrow down to a small-diameter beam spot.
Therefore, the present invention uses an eccentric surface whose tilt angle changes according to the image height, so that the scanning line bending can be completely zeroed in principle and the occurrence of scanning line bending can be suppressed. Less likely to cause color misregistration. In addition, since the deterioration of the wavefront aberration is very small, it is possible to realize a small-diameter beam spot of 50 μm or less.
The beam spot diameter in this embodiment is shown in FIG. The beam spot diameter is also reduced. The numerical value shown in the right frame of the graph indicates the image height.
第5の実施例においては、透過部と反射部で構成される光束分離手段を有し、各像坦持体に導かれる光束の内、少なくとも1つの光束は、該反射部で光路分離されることを特徴とする。
本発明の実施例を図3に示す。
・各色(Y、M、C、Bk)に対応する光束は、走査レンズL1を共用して透過しており、L1レンズ高さは10mmとしている。
・L1の出射面側がY、M、C、Bkの各光束に対応して各偏心面のチルト角は設定され(4段)、チルト角に応じて屈折した光束は、分離ミラーM1〜M4に導かれ、光束を分離することができる。
・このような光束分離を行うことにより、ポリゴンミラー厚が薄くできるため、ポリゴンミラー回転時の風損を低減でき、またスキャナー全体の重心位置を低く設定することができるため、騒音、消費電力の低減、耐久性向上に有利な構成を実現することができる。
・さらに走査レンズの高さも低くすることができるため、成形時の成形時間が短縮化でるため低コストの実現が可能となり、またヒケなどの発生も抑えられるため、高精度の面形状を得ることができる。
In the fifth embodiment, there is a light beam separating means composed of a transmission part and a reflection part, and at least one light beam among the light beams guided to each image carrier is optically separated by the reflection part. It is characterized by that.
An embodiment of the present invention is shown in FIG.
The luminous fluxes corresponding to the respective colors (Y, M, C, Bk) are transmitted through the scanning lens L1, and the L1 lens height is 10 mm.
The tilt angle of each eccentric surface is set corresponding to each of the Y, M, C, and Bk light beams on the exit surface side of L1 (four steps), and the light beams refracted according to the tilt angle are transmitted to the separation mirrors M1 to M4 Guided and can separate the luminous flux.
・ By performing such light beam separation, the polygon mirror thickness can be reduced, so that the windage loss during rotation of the polygon mirror can be reduced, and the center of gravity position of the entire scanner can be set low, reducing noise and power consumption. A configuration advantageous for reduction and improvement of durability can be realized.
・ Furthermore, since the scanning lens can be lowered in height, the molding time can be shortened, making it possible to realize low cost and suppressing the occurrence of sink marks, etc., and obtaining a highly accurate surface shape. Can do.
ここで、L1レンズの高さは10mmだが、例えば5mm高さのレンズを2段に重ね合わせたり、張り合わせたりすることにより、さらに低コスト化、面精度の向上が可能である(図4参照)。 Here, the height of the L1 lens is 10 mm. However, for example, by superimposing or pasting 5 mm high lenses in two stages, the cost can be further reduced and the surface accuracy can be improved (see FIG. 4). .
第6の実施例においては、これまでの実施例に用いた走査光学素子において、各像坦持体に導かれる全ての光束は、最も偏向反射面側に位置する走査光学素子に共通に入射することを特徴とする。
本発明によれば、偏向器の片側より光束を入射し、1方向に偏向走査する片側走査方式である。
各色(Y、M、C、Bk)に対応する各光束が、主走査方向に主にパワーを有する走査レンズ(第1レンズ)に共有に透過するため光学素子の形状ばらつきが少なく、且つ温湿度環境も殆ど同じであるため、各色の相対的な主走査方向のビームスポット位置変動(即ち色ずれ)を発生しにくいメリットがある。
In the sixth embodiment, in the scanning optical element used in the previous embodiments, all the light beams guided to the respective image carriers are incident on the scanning optical element located closest to the deflecting reflection surface. It is characterized by that.
According to the present invention, a one-side scanning method in which a light beam enters from one side of a deflector and deflects and scans in one direction.
Each light flux corresponding to each color (Y, M, C, Bk) is transmitted through a scanning lens (first lens) mainly having power in the main scanning direction, so that there is little variation in the shape of the optical element, and temperature and humidity Since the environment is almost the same, there is a merit that it is difficult to cause beam spot position fluctuation (that is, color misregistration) in the relative main scanning direction of each color.
第7の実施例として偏向器後の光学系の数値を変更し、更に走査レンズL1及びL2に偏心面を用いた場合を説明する。
光源として用いられる半導体レーザは発光波長:655nmのもので、放射される発散性の光束はカップリングレンズ(焦点距離:15mm)により「実質的な平行光束」に変換され、シリンドリカルレンズ(焦点距離:96mm)の作用により、ポリゴンミラーの偏向反射面の位置に「主走査方向に長い線像」として結像する。
ポリゴンミラーは、偏向反射面数:6で内接円半径:18mmのものである。
また、ポリゴンミラーへは、副走査方向に2°で斜めに入射され、主走査方向においては像高0に向かう光束に対し約60°で入射されている。
カップリングレンズから射出された光束を規制するアパーチャは、主走査方向に6.4mm、副走査方向に0.9mmの矩形アパーチャを用いる。
L1(面番号1、2)は、偏向反射面に平行に配置され(レンズに光束は2°で斜入射される)、L2(面番号3、4)は、レンズの光軸と入射光束を一致させて配置(レンズに光束が斜入射されないように2°傾けて配置されている)している。
As a seventh embodiment, a case will be described in which the numerical value of the optical system after the deflector is changed and an eccentric surface is used for the scanning lenses L1 and L2.
A semiconductor laser used as a light source has an emission wavelength of 655 nm. A divergent light beam emitted is converted into a “substantially parallel light beam” by a coupling lens (focal length: 15 mm), and a cylindrical lens (focal length: 96 mm), an image is formed as a “line image long in the main scanning direction” at the position of the deflection reflection surface of the polygon mirror.
The polygon mirror has a deflecting reflection surface number of 6 and an inscribed circle radius of 18 mm.
Further, the light beam is incident on the polygon mirror obliquely at 2 ° in the sub-scanning direction, and is incident at about 60 ° with respect to the light flux toward the
As the aperture for restricting the light beam emitted from the coupling lens, a rectangular aperture of 6.4 mm in the main scanning direction and 0.9 mm in the sub scanning direction is used.
L1 (
表5に偏向器後の光学系のデータを示す。表の見方は表2と同じである。面番号1、2及び3の各面は主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向は平面となっている。2面及び3面は特殊チルト偏心面である。
Table 5 shows data of the optical system after the deflector. The way of reading the table is the same as in Table 2. Each surface of
レンズ面形状は、数2で与えられる。但し、Cm=1/RY、CS(Y)=1/RZである。
The lens surface shape is given by
面番号4の面は、主走査方向の形状が非円弧形状であり、副走査方向の曲率半径は、レンズ高さにより、連続的に変化する。各面形状は、数2にて与えられる。但し、CS(Y)は、数3で与えられる。
The surface of
非球面係数は表6の通りである。尚、本光学系において、厚さ1.9mmの防音ガラス(屈折率1.511)を挿入し、防音ガラスは8deg偏向面内で傾けて配置してある。 Table 6 shows the aspheric coefficients. In this optical system, a soundproof glass (refractive index of 1.511) having a thickness of 1.9 mm is inserted, and the soundproof glass is disposed so as to be inclined within the 8 deg deflection plane.
本実施例によるビームスポット径を図8に示す。図8(a)は主走査方向の、(b)は副走査方向のビームスポット径を表している。像高の変化に対してビームスポット径が広がっていないのが読み取れる。 The beam spot diameter according to this example is shown in FIG. 8A shows the beam spot diameter in the main scanning direction, and FIG. 8B shows the beam spot diameter in the sub scanning direction. It can be seen that the beam spot diameter does not spread with respect to the change in image height.
本光学系の課題である
・ポリゴンミラーの厚さが厚くなることによって生じる風損による騒音、消費電力の増加、耐久性劣化、及び
・光束を分離するため、各光束が偏向ミラー面に対して斜め入射の構成としていることにより、波面収差の劣化に伴うビームスポット小径化
を実施例1〜7により改善することができる。
The problems of this optical system ・ Noise due to windage loss caused by increasing the thickness of the polygon mirror, increased power consumption, durability deterioration, and By adopting the oblique incidence configuration, the beam spot diameter reduction accompanying the deterioration of the wavefront aberration can be improved by the first to seventh embodiments.
本実施例では、本発明の光走査装置を持つカラー画像形成装置の一例として、図5にタンデム型カラー画像形成装置として実施した例を示す。
まず、装置内の下部側には水平方向に配設されて給紙カセット1から給紙される転写紙(図示せず)を搬送する搬送ベルト2が設けられている。この搬送ベルト2上にはイエローY用の感光体3Y,マゼンタM用の感光体3M,シアンC用の感光体3C及びブラックK用の感光体3Kが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Y,M,C,Bk(K)を適宜付けて区別するものとする。これらの感光体3Y、3M、3C、3Kは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスに従いプロセス部材が順に配設されている。感光体3Yを例に採れば、帯電チャージャ4Y、走査結像光学系5Y、現像装置6Y、転写チャージャ7Y、クリーニング装置8Y等が順に配設されている。他の感光体3M、3C、3Kに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体3Y、3M、3C、3Kを各色毎に設定された被照射面とするものであり、各々に対して走査結像光学系5Y、5M、5C、5Kが1対1の対応関係で設けられている。
In this embodiment, as an example of a color image forming apparatus having the optical scanning apparatus of the present invention, an example implemented as a tandem type color image forming apparatus is shown in FIG.
First, on the lower side in the apparatus, a conveying
また、搬送ベルト2の周囲には、感光体5Yよりも上流側に位置させてレジストローラ9と、ベルト帯電チャージャ10が設けられ、感光体5Kよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ11、除電チャージャ12、クリーニング装置13等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ11よりも搬送方向下流側には定着装置14が設けられ、排紙トレイ15に向けて排紙ローラ16で結ばれている。
In addition, a registration roller 9 and a belt charging charger 10 are provided around the
このような概略構成において、例えば、フルカラーモード(複数色モード)時であれば、各感光体3Y、3M、3C、3Kに対してY、M、C、K用の各色の画像信号に基づき各々の走査結像光学系による光ビーム5Y、5M、5C、5Kの光走査で静電潜像が形成される。これらの静電潜像は各々の対応する色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト2上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、フルカラー画像として定着された後、排紙される。また、黒色モード(単色モード)時であれば、感光体3Y、3M、3C及びそのプロセス部材は非動作状態とされ、感光体3Kに対してのみ黒色用の画像信号に基づき走査結像光学系5Kによる光ビームの光走査で静電潜像が形成される。この静電潜像は黒色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト2上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に転写されることにより、黒色なるモノクロ画像として定着された後、排紙される。
In such a schematic configuration, for example, in the full color mode (multiple color mode), each of the photoconductors 3Y, 3M, 3C, and 3K is based on image signals of colors Y, M, C, and K, respectively. An electrostatic latent image is formed by optical scanning of the
なお、31M、32Mは2枚玉のfθレンズであり、各々fθレンズは光学ハウジング31に固定されているが、その際にプレート33M上に載置されている。プレート33Mはfθレンズ31M、32Mの当接面側の全面又は一部と接触している。fθレンズ31M、32Mの材質は非球面形状が容易かつ低コストなプラスチック材質からなり、具体的には低吸水性や高透明性、成形性に優れた合成樹脂が好適である。
Reference numerals 31M and 32M are two fθ lenses. Each fθ lens is fixed to the
ここで多数枚のカラー画像を連続プリントした場合、特に光走査装置内のポリゴンモータと定着装置の発熱により急激な温度変動を発生する。そのためファーストプリントと複数枚出力した後のカラー画像において、色調が変動することが課題となっており、本発明により、こうした課題を良好に補正することが可能となる。 Here, when a large number of color images are continuously printed, rapid temperature fluctuations occur due to heat generated by the polygon motor and the fixing device in the optical scanning device. Therefore, there is a problem that the color tone fluctuates in the color image after the first print and a plurality of sheets are output. According to the present invention, it is possible to satisfactorily correct such a problem.
上記実施例に示したようなカラー画像形成装置を用いることにより、高品質の画像を得ることができる。 By using a color image forming apparatus as shown in the above embodiment, a high quality image can be obtained.
Claims (4)
前記同一ミラー面に少なくとも2以上の像坦持体に導かれるそれぞれの光束の副走査対応方向になす角βは1°<β<4°を満足し、
前記各像坦持体に導かれる光束の内、少なくとも1つの光束は、ポリゴンミラー回転軸に垂直な面に対し0.5度以内の角度で入射し、
前記走査光学素子において、少なくとも1面は副走査対応方向にチルトする偏心面を有し、
前記偏心面は、像高に対応して偏心角度が変化する面形状である
ことを特徴とする光走査装置。 A scanning optical element that deflects and scans a plurality of beam beams with one deflector and forms an image on a plurality of image carriers, and the deflector includes polygon mirrors divided into two stages, In the optical scanning device in which light beams guided to at least two or more image carriers are incident on the same mirror surface of the stage at an angle with respect to the sub-scanning corresponding direction ,
The angle β formed in the sub-scanning corresponding direction of each light beam guided to at least two or more image carriers on the same mirror surface satisfies 1 ° <β <4 °,
Among the light beams guided to each image carrier, at least one light beam is incident at an angle within 0.5 degrees with respect to a plane perpendicular to the polygon mirror rotation axis,
In the scanning optical element, at least one surface has an eccentric surface tilted in the sub-scanning corresponding direction,
The optical scanning device according to claim 1, wherein the eccentric surface has a surface shape in which an eccentric angle changes in accordance with an image height .
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