CN104216114B - 光学扫描装置和具备该光学扫描装置的图像形成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学扫描装置和具备该光学扫描装置的图像形成装置。光学扫描装置包括：光偏转器，使从光源射出的光束偏转；同步检测传感器，基于通过光偏转器沿主扫描方向扫描的光束的检测时机，决定主扫描方向的扫描开始时机；以及传感器前成像光学系统，使被光偏转器反射的光束在同步检测传感器上成像。传感器前成像光学系统当因温度变化造成扫描光学系统的主扫描方向的倍率增大时，使同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变早的方向移动，并且当主扫描方向的倍率减小时，使同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变晚的方向移动。
Description
技术领域
本发明涉及光学扫描装置和具备该光学扫描装置的图像形成装置，所述光学扫描装置用于数码复合机、激光打印机和激光传真机等图像形成装置。
背景技术
一般来说，光学扫描装置通过由准直仪透镜、圆柱透镜、多面体转镜等偏转器、扫描透镜等构成的扫描光学系统，使从具有激光发光部(以下称为LD)的光束光源装置(LD单元)射出的光束作为光束光点，在被扫描面上成像，并利用偏转器在被扫描面上沿主扫描方向进行等速扫描。
此外，光学扫描装置具备检测通过偏转器偏转后的光束的同步检测传感器(以下称为BD传感器)，基于BD传感器的检测结果，改变写入时钟(書き込みクロック)，对通过偏转器偏转后的光束的主扫描方向的扫描开始时机进行修正。
在这种光学扫描装置中，因伴随环境温度等的变动而产生的透镜折射率变化所引起的扫描透镜的特性变化等，导致印刷图像的放大率(扫描倍率)不佳或产生纵线波动(縦線揺らぎ)等，存在图像质量下降的问题点。具体地说，根据扫描透镜的折射率变化，如果环境温度上升则扫描宽度变宽，如果环境温度下降则扫描宽度变窄。如上所述，由于通过光学扫描装置进行的被扫描面的扫描从BD传感器检测到光束起开始，所以上述扫描宽度的变化大多在扫描结束侧出现。因此，在记录介质上的图像的打印位置的变动变得明显。
因此，提出了修正因环境温度的变化而产生的倍率误差的方法，并且公知有一种光学扫描装置，该光学扫描装置通过根据环境温度的变化使开始写检测反射镜(SOS反射镜)转动，对通过开始写检测传感器(SOS传感器)检测光束的检测时机进行修正，来将倍率误差分成扫描开始侧和扫描结束侧。具体地说，当箱体内的温度上升时，通过使开始写检测反射镜以支承部为中心向早检测到同步信号的方向转动，从而使由开始写检测传感器进行的光束的检测变早，由此使打印开始时机变早。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学扫描装置和具备该光学扫描装置的图像形成装置，该光学扫描装置通过简单的结构将因环境温度的变化造成的扫描透镜的主扫描倍率的变化分成扫描开始侧和扫描结束侧。
本发明第一结构的光学扫描装置，其包括：光源；光偏转器，使从所述光源射出的光束偏转；扫描光学系统，使通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束在被扫描面的有效曝光区域内成像；以及同步检测传感器，在被扫描面的有效曝光区域外检测通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束，并且基于光束的检测时机来决定主扫描方向的扫描开始时机，在所述光偏转器和所述同步检测传感器之间的光束的光路上配置有传感器前成像光学系统，所述传感器前成像光学系统使被所述光偏转器反射的光束在所述同步检测传感器上成像，所述传感器前成像光学系统的折射率或曲率半径的至少一方发生变化，使得当因温度变化造成所述扫描光学系统的主扫描方向的倍率增大时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变早的方向移动，并且当主扫描方向的倍率减小时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变晚的方向移动，所述传感器前成像光学系统是具有正光焦度的透镜，并且该透镜的光轴相对于入射到所述传感器前成像光学系统的光束的入射点向与主扫描方向的前进方向相反的方向偏移。
此外，本发明还提供一种光学扫描装置，其包括：光源；光偏转器，使从所述光源射出的光束偏转；扫描光学系统，使通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束在被扫描面的有效曝光区域内成像；以及同步检测传感器，在被扫描面的有效曝光区域外检测通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束，并且基于光束的检测时机来决定主扫描方向的扫描开始时机，在所述光偏转器和所述同步检测传感器之间的光束的光路上配置有传感器前成像光学系统，所述传感器前成像光学系统使被所述光偏转器反射的光束在所述同步检测传感器上成像，所述传感器前成像光学系统的折射率或曲率半径的至少一方发生变化，使得当因温度变化造成所述扫描光学系统的主扫描方向的倍率增大时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变早的方向移动，并且当主扫描方向的倍率减小时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变晚的方向移动，所述传感器前成像光学系统是具有负光焦度的透镜，并且该透镜的光轴相对于入射到所述传感器前成像光学系统的光束的入射点向主扫描方向的前进方向偏移。
此外，本发明还提供一种图像形成装置，其具备所述的光学扫描装置。
按照本发明的第一结构，当环境温度变化而使扫描光学系统的主扫描方向的倍率发生变化时，通过传感器前成像光学系统的折射率或曲率半径的至少一方发生变化，能够自动调整同步检测传感器的检测时机并将主扫描方向的倍率变化(扫描宽度的变化)分成扫描开始侧和扫描结束侧这两方。此外，不需要用于调整扫描开始时机的构件和复杂的控制等。
附图说明
图1是安装有作为本发明的光学扫描装置的曝光装置19的图像形成装置100的简要剖视图。
图2是简要表示本发明第一实施方式的曝光装置19内部结构的主扫描剖面图。
图3是表示在第一实施方式的曝光装置19中环境温度上升时在BD传感器53上成像的激光束L的光路变化状况的侧视图。
图4是表示在第一实施方式的曝光装置19中环境温度下降时在BD传感器53上成像的激光束L的光路变化状况的侧视图。
图5是简要表示本发明第二实施方式的曝光装置19内部结构的主扫描剖面图。
图6是表示在第二实施方式的曝光装置19中环境温度上升时在BD传感器53上成像的激光束L的光路变化状况的侧视图。
图7是表示在第二实施方式的曝光装置19中环境温度下降时在BD传感器53上成像的激光束L的光路变化状况的侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示具备作为本发明的光学扫描装置的曝光装置19的图像形成装置100整体结构的简图，将右侧作为图像形成装置100的前方侧来进行图示。如图1所示，图像形成装置100(在此为黑白打印机)具备供纸盒2，该供纸盒2收容承载在装置主体1下部的纸。在所述供纸盒2的上方形成有纸输送通道4，该纸输送通道4从装置主体1的前方朝后方大体水平延伸并进一步向上方延伸，并且到达形成在装置主体1上侧的面的出纸部3，沿所述纸输送通道4从上游侧依次配置有：搓纸辊5、给纸辊6、中间输送辊7、对准辊对8、图像形成部9、定影装置10和排出辊对11。此外，在图像形成装置100内配置有控制部(CPU)30，该控制部(CPU)30控制所述各辊、图像形成部9、定影装置10和曝光装置19等的动作。
在供纸盒2内具备纸堆放板12，该纸堆放板12通过设置在纸输送方向后端部的转动支点12a，以相对于供纸盒2转动自如的方式被支承，承载在纸堆放板12上的纸(记录介质)被搓纸辊5按压。此外，在供纸盒2的前方侧以与给纸辊6压力接触的方式配置有延迟辊13，当通过搓纸辊5同时提供多张纸时，通过所述给纸辊6和延迟辊13将纸分开，仅输送最上层的一张纸。
此外，被给纸辊6和延迟辊13分开的纸，通过中间输送辊7将输送方向改变为朝向装置后方后被向对准辊对8输送，并且通过对准辊对8调整时机向图像形成部9供给。
图像形成部9通过电子照相方式在纸上形成规定的调色剂像，图像形成部9由下述构件构成：作为像载体的感光鼓14，被轴支承成在图1中能够绕顺时针方向转动；带电装置15，配置在所述感光鼓14的周围；显影装置16；清洁装置17；转印辊18，以隔着纸输送通道4与感光鼓14相对的方式配置；以及曝光装置(LSU)19，配置在感光鼓14的上方。在显影装置16的上方配置有调色剂容器20，该调色剂容器20向显影装置16补充调色剂。
在本实施方式中，感光鼓14是非晶态硅(a-Si)感光体，在铝等导电性基板(筒体)上形成作为感光层的a-Si系光导电层，并且在其上面层叠有表面保护层，该表面保护层由a-Si系的SiC、SiN、SiO、SiON、SiCN等无机绝缘体或无机半导体构成。
如果从计算机等上位装置输入图像数据，则首先通过带电装置15使感光鼓14的表面均匀带电。接着，通过来自曝光装置(LSU)19的激光束，在感光鼓14上形成基于输入的图像数据的静电潜影。此外，通过显影装置16使调色剂附着在静电潜影上从而在感光鼓14的表面形成调色剂像。形成在感光鼓14的表面的调色剂像通过转印辊18被转印到供给到感光鼓14和转印辊18的夹缝部(转印位置)的纸上。
在图像形成部9中，转印有调色剂像的纸从感光鼓14分离并被向定影装置10输送。所述定影装置10配置在图像形成部9的纸输送方向的下游侧，转印有调色剂像的纸被定影装置10具备的加热辊22和与所述加热辊22压力接触的加压辊23加热、加压，由此转印在纸上的调色剂像被定影。此外，在图像形成部9和定影装置10中进行了图像形成的纸通过排出辊对11向出纸部3排出。
转印后，通过清洁装置17除去感光鼓14表面的残留调色剂，并且通过除电装置(未图示)去除感光鼓14表面的残留电荷。此外，通过带电装置15使感光鼓14再次带电，此后以与所述相同的方式进行图像形成。
图2是简要表示本发明第一实施方式的曝光装置19内部结构的主扫描剖面图。如图2所示，曝光装置19包括：LD单元40、准直仪透镜41、圆柱透镜43、多面体转镜45、扫描透镜47a、47b、平面反射镜50、SOS(开始扫描(Start Of Scan))透镜51和BD传感器53。
LD单元40具备作为光源的激光二极管(LD)，射出基于图像信号进行了光调制后的光束(激光束)。准直仪透镜41使从LD单元40射出的激光束成为大体平行光束。圆柱透镜43仅在激光束的副扫描方向上具有规定的折射能力。通过准直仪透镜41，射入圆柱透镜43的平行光束在主扫描剖面上以保持平行光束的状态，在副扫描方向上聚光并射出，在多面体转镜45的偏转面(反射面)上成像为线性图像。
多面体转镜45由在侧面具有多个偏转面(反射面)的正多边形(在此为正六边形)的转动多面镜构成，利用电动机等驱动装置(未图示)以规定的速度绕图2的逆时针方向转动。扫描透镜47a、47b是具有fθ特性的透镜，被多面体转镜45偏转反射后的激光束通过扫描透镜47a、47b在感光鼓14上以规定大小的光点直径成像，并沿主扫描方向(图2的从上向下的方向)进行扫描。
在有效曝光区域外的扫描开始侧配置有平面反射镜50，在扫描结束侧配置有SOS透镜51和BD传感器53。通过多面体转镜45偏转后，通过扫描透镜47a的端部后被平面反射镜50反射的激光束，通过SOS透镜51后射入BD传感器53。BD传感器53对应于检测到激光束的时机向计时部(未图示)输出信号。作为BD传感器53可以使用光电二极管、光敏晶体三极管、光电IC等各种光传感器。另外，在图2中将BD传感器53配置在感光鼓14(被扫描面)有效曝光区域外的扫描结束侧，但是也可以将BD传感器53配置在扫描开始侧、或不会对被扫描面的扫描带来影响的其他部位。
图3和图4是表示图2中被平面反射镜50反射的激光束通过SOS透镜51后射入BD传感器53状况的侧视图。SOS透镜51是具有正光焦度(正のパワー)的非球面透镜。另外，作为SOS透镜51虽然可以使用具有正光焦度的球面透镜，但是如果使用球面透镜，则激光束会产生球面像差。因此，优选的是，使用修正球面像差方式的非球面透镜。此外，由于通过使SOS透镜51是非球面透镜可以使SOS透镜51的尺寸变小，所以从LD单元40小型化的观点出发也优选使用非球面透镜。
在本实施方式中，当设在常温环境下从平面反射镜50入射到SOS透镜51的R1面并从R2面射出后在BD传感器53上成像的激光束L入射到SOS透镜51上的入射点为P时，透镜的光轴O相对于入射点P向与主扫描方向的前进方向(图中的箭头A方向)相反的方向偏移。从SOS透镜51的光轴O到激光束L的入射点P的距离(光轴偏移量)例如为20mm。此外，SOS透镜51的光入射面(R1面)例如是曲率半径为21.075mm、康尼锡系数(コーニック係数)为－0.725的非球面，光射出面(R2面)为平面。
接着，说明本实施方式的通过SOS透镜51进行的BD传感器53的激光束检测时机的调整。如果环境温度上升，则因SOS透镜51的折射率、曲率半径发生变化，SOS透镜51的正光焦度变小。在此，曲率半径因伴随温度变化产生的透镜的体积膨胀而发生变化，折射率按照透镜材质的折射率温度变化系数而变化。即，在理论上，因温度变化，折射率和曲率半径两方都发生变化。此外，虽然也与透镜的材质有关，但是一般来说，折射率对SOS透镜51的正光焦度造成的影响更大。
由此，如图3所示，在常温环境下在BD传感器53上成像的激光束L成为光路向主扫描方向的前进方向(箭头A方向)变化后的激光束L1。即，在比激光束L更早的时机入射到SOS透镜51后的激光束L2在BD传感器53上成像。其结果，BD传感器53的检测时机变早。
另一方面，如果环境温度下降，则因SOS透镜51的折射率、曲率半径发生变化，SOS透镜51的正光焦度变大。由此，如图4所示，在常温环境下在BD传感器53上成像的激光束L成为光路向与主扫描方向的前进方向相反的方向变化的激光束L1。即，在比激光束L更晚的时机入射到SOS透镜51的激光束L2在BD传感器53上成像。其结果，BD传感器53的检测时机变晚。
因此，当环境温度上升、扫描透镜47a、47b的主扫描方向的倍率增大时，可以使BD传感器53的检测时机变早并使扫描开始时机变早。相反，当环境温度下降、扫描透镜47a、47b的主扫描方向的倍率减小时，可以使BD传感器53的检测时机变晚并使扫描开始时机变晚。即，可以将因环境温度变化造成的主扫描方向的倍率变化(扫描宽度的变化)分成扫描开始侧和扫描结束侧这两方。由此，通过将主扫描方向的倍率变化分成扫描开始侧和扫描结束侧，可以抑制记录介质上的图像的位置偏移。
图5是简要表示本发明第二实施方式的曝光装置19内部结构的主扫描剖面图。图6和图7是表示在图5中被平面反射镜50反射的激光束通过SOS透镜51后射入BD传感器53状况的侧视图。
在本实施方式中，作为SOS透镜51使用具有负光焦度(負のパワー)的非球面透镜。透镜的光轴O相对于入射点P向主扫描方向的前进方向(图的箭头A方向)偏移。从SOS透镜51的光轴O到激光束L的入射点P的距离(光轴偏移量)例如为20mm。此外，SOS透镜51的光入射面(R1面)例如是曲率半径为21.075mm、康尼锡系数为－0.725的非球面，光射出面(R2面)是平面。曝光装置19的其他部分的结构与第一实施方式的结构相同。另外，虽然作为SOS透镜51可以使用具有负光焦度的球面透镜，但是从球面像差的修正和LD单元40小型化的观点出发优选的是使用非球面透镜。
接着，说明本实施方式的通过SOS透镜51进行的BD传感器53的激光束检测时机的调整。如果环境温度上升，则因SOS透镜51的折射率、曲率半径发生变化，SOS透镜51的负光焦度变小。
由此，如图6所示，在常温环境下在BD传感器53上成像的激光束L成为光路向主扫描方向的前进方向(箭头A方向)变化后的激光束L1。即，在比激光束L更早的时机入射到SOS透镜51的激光束L2在BD传感器53上成像。其结果，BD传感器53的检测时机变早。
另一方面，如果环境温度下降，则因SOS透镜51的折射率、曲率半径发生变化，SOS透镜51的负光焦度变大。由此，如图7所示，在常温环境下在BD传感器53上成像的激光束L成为光路向与主扫描方向的前进方向相反的方向变化的激光束L1。即，在比激光束L晚的时机入射到SOS透镜51的激光束L2在BD传感器53上成像。其结果，BD传感器53的检测时机变晚。
因此，与第一实施方式同样地，当环境温度上升、扫描透镜47a、47b的主扫描方向的倍率增大时，可以使BD传感器53的检测时机变早并使扫描开始时机变早。相反，当环境温度下降、扫描透镜47a、47b主扫描方向的倍率减小时，可以使BD传感器53的检测时机变晚并使扫描开始时机变晚。即，可以将因环境温度变化造成的主扫描方向的倍率变化(扫描宽度的变化)分成扫描开始侧和扫描结束侧这两方。
另外，因环境温度的变化，扫描透镜47a的折射率、曲率半径也发生变化。如图2和图5所示，由于被平面反射镜50反射的激光束通过扫描透镜47a的端部，所以在BD传感器53上成像的激光束的光路也因扫描透镜47a的折射率、曲率半径的变化而发生变化。具体地说，当扫描透镜47a、47b主扫描方向的倍率增大时，光路朝向BD传感器53的检测时机变早的方向变化。另一方面，当扫描透镜47a、47b主扫描方向的倍率减小时，光路朝向BD传感器53的检测时机变晚的方向变化。
但是，仅因扫描透镜47a的折射率、曲率半径变化造成的BD传感器53的检测时机的变化，不能充分地将主扫描方向的倍率变化分成扫描开始侧和扫描结束侧。因此，需要在扫描透镜47a和BD传感器53之间配置SOS透镜51。
另外，本发明并不限于所述各实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。例如，在所述各实施方式中，使用一个SOS透镜51来调整BD传感器53的检测时机，但是作为SOS透镜51也可以使用组合两个以上的透镜的复合透镜。
此外，在所述各实施方式中，说明了具备一个LD的单一光束扫描装置，但是也可以同样地应用于具备多个LD的多光束扫描装置。
此外，本发明的光学扫描装置并不限于图1所示的黑白打印机，也可以应用于黑白和彩色复印机、彩色打印机、数码复合机、传真机等使用曝光装置的其他图像形成装置。例如，通过将本发明应用于使用多光束扫描装置的彩色图像形成装置，可以将从多个LD射出的激光束的主扫描方向的倍率变化(扫描宽度的变化)分成扫描开始侧和扫描结束侧这两方，从而能够有效地抑制产生因构成全彩色图像的各颜色的图像间的位置偏移所引起的套色不准。
本发明能够应用于使用同步检测传感器检测扫描开始时机的光学扫描装置。通过利用本发明可以提供一种光学扫描装置，该光学扫描装置能够通过使用了SOS透镜的简单的结构，将因环境温度变化造成的扫描透镜的主扫描倍率的变化分成扫描开始侧和扫描结束侧。
Claims (5)
1.一种光学扫描装置，其特征在于包括：
光源；
光偏转器，使从所述光源射出的光束偏转；
扫描光学系统，使通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束在被扫描面的有效曝光区域内成像；以及
同步检测传感器，在被扫描面的有效曝光区域外检测通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束，并且基于光束的检测时机来决定主扫描方向的扫描开始时机，
在所述光偏转器和所述同步检测传感器之间的光束的光路上配置有传感器前成像光学系统，所述传感器前成像光学系统使被所述光偏转器反射的光束在所述同步检测传感器上成像，
所述传感器前成像光学系统的折射率或曲率半径的至少一方发生变化，使得当因温度变化造成所述扫描光学系统的主扫描方向的倍率增大时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变早的方向移动，并且当主扫描方向的倍率减小时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变晚的方向移动，
所述传感器前成像光学系统是具有正光焦度的透镜，并且该透镜的光轴相对于入射到所述传感器前成像光学系统的光束的入射点向与主扫描方向的前进方向相反的方向偏移。
2.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于，所述传感器前成像光学系统是光入射面为凸状的非球面、且光射出面为平面的透镜。
3.一种光学扫描装置，其特征在于包括：
光源；
光偏转器，使从所述光源射出的光束偏转；
扫描光学系统，使通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束在被扫描面的有效曝光区域内成像；以及
同步检测传感器，在被扫描面的有效曝光区域外检测通过所述光偏转器沿主扫描方向扫描的光束，并且基于光束的检测时机来决定主扫描方向的扫描开始时机，
在所述光偏转器和所述同步检测传感器之间的光束的光路上配置有传感器前成像光学系统，所述传感器前成像光学系统使被所述光偏转器反射的光束在所述同步检测传感器上成像，
所述传感器前成像光学系统的折射率或曲率半径的至少一方发生变化，使得当因温度变化造成所述扫描光学系统的主扫描方向的倍率增大时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变早的方向移动，并且当主扫描方向的倍率减小时，使所述同步检测传感器上的光束的成像位置向光束的检测时机变晚的方向移动，
所述传感器前成像光学系统是具有负光焦度的透镜，并且该透镜的光轴相对于入射到所述传感器前成像光学系统的光束的入射点向主扫描方向的前进方向偏移。
4.根据权利要求3所述的光学扫描装置，其特征在于，所述传感器前成像光学系统是光入射面为凹状的非球面、且光射出面为平面的透镜。
5.一种图像形成装置，其特征在于，所述图像形成装置具备权利要求1至4中任意一项所述的光学扫描装置。
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