JP2004109462A

JP2004109462A - 光走査装置

Info

Publication number: JP2004109462A
Application number: JP2002271668A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakai; 酒井　浩司
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】１つの光走査装置で複数の被走査面を同時に光走査する画像形成装置が実用化されている。各々の光ビームを各被走査面に導光するための光路分離を折返しミラーで実施しているが、光ビーム間隔が大きく、装置が大型化しやすい。これは、主走査方向のビームの収束位置を光走査装置の偏向面に合わせているため、折り返しミラー位置では光束が広がっているからである。
【解決手段】ポリゴンミラーから出た光は、第１折り返しミラーＭ１の近傍で主走査方向に収束し、折り返し後は発散光になるように調整する。光束が隣接するミラーの近くを通過するとき光束が細くなっているので、相互のビーム間隔ｐを小さくすることができる。
【選択図】　　図４

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光源からの光ビームを回転多面鏡等の光偏向器により偏向させ、偏向された光ビームをｆθ機能を有する光学素子により被走査面に向けて集光させることにより、被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットにより被走査面を光走査する光走査装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関連して広く知られている。
【０００３】
近来、光走査装置も単一の被走査面を光走査するもののみならず、複数の被走査面を同時に光走査するものが実用化され、又、複数の被走査面を光走査するのに、発光源から各被走査面に至る光路を形成する光学素子の一部を共通化する、ということが行われるようになってきている（例えば、特許文献１ないし４　参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−４９４８号公報（第２頁　請求項１、図２）
【特許文献２】
特開２００１−１０１０７号公報（第２頁　請求項６、図２）
【特許文献３】
特開２００１−３３７２０号公報（第５頁、図２）
【特許文献４】
特開２００１−３４３６０３号公報（第２頁　請求項１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光学素子の一部を共通化する上記技術において、各々の光ビームを各被走査面に導光するための光路分離が課題となる。光路分離を折返しミラー等で実施するには、折返しミラーでの光ビームの間隔がある程度離れている必要があるが、この間隔が大きくなりすぎると共通化された光学素子が大型化するという問題が発生する。このことにより、コストの増大を招き、光学素子を樹脂成形した場合には光学面の転写精度が悪化し、光学性能の劣化を引き起こす。
【０００６】
本発明の目的は上記問題点を解決することであり、光学素子の一部を共通化した光走査装置において、該光学素子の大型化を回避し、環境変動等に強い光走査装置を提供すること、更にはそのような光走査装置を用いた画像形成装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、複数の発光源から放射された光ビームが、共通な光学系を経由した後、各々異なる被走査面上に走査線を形成する光走査装置であって、各々の光ビームの光路を分離するための光路分離手段を有し、各々の光ビームは該光路分離手段近傍で副走査方向に関して収束していることを特徴とする。
請求項２の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、前記共通な光学系には少なくとも光偏向器を含み、該光偏向器を等角速度的に偏向させることで被走査面上に走査線を形成することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の光走査装置において、前記共通な光学系には、ｆθ機能を有する光学素子を少なくとも１つ有することを特徴とする。
請求項４の発明では、請求項３に記載の光走査装置において、前記光学素子は、副走査方向には弱いパワーしか有さないことを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明では、請求項３または４に記載の光走査装置において、各々の光ビームは、前記光学素子に対して副走査方向に関しほぼ垂直に入射することを特徴とする。
請求項６の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記各々異なる被走査面上に形成される走査線の本数が複数である、マルチビーム光走査装置であることを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の光走査装置を用い、前記被走査面を感光性の像担持体とした画像形成装置を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に実施の形態に従って本発明を説明する。
図１は本発明を適用するカラー画像形成装置の光路を説明するための図である。
同図において符号１は発光源、２はカップリングレンズ、３はアパーチャ、４はシリンドリカルレンズ、５はポリゴンミラー、６は折り返しミラー、７は第１走査レンズ、８は第２走査レンズ、９は被走査面をそれぞれ示す。なお、図は１つの被走査面に対する光路の様子を平面的に表したものであり、実際の光学系では光路を立体的に折り曲げる折り返しミラーが使われるが図では省略している。
【００１１】
発光源１から出た光束は、カップリングレンズ２、アパーチャ３を経て平行光束に整形され、シリンドリカルレンズ４によって副走査方向に関して収束され、必要があれば折り返しミラー６を経てポリゴンミラー５面に至る。
ポリゴンミラー５は等角速度回転しており、任意の１面に光束が当たり始めると、その反射光は第１走査レンズ７と第２走査レンズ８によって被走査面９に結像される。ポリゴンミラー５の回転に伴って、結像点は被走査面上を一方向に走査され、走査線を形成する。
【００１２】
図２は、黒を含む４色カラー画像形成装置の、ポリゴンミラー５以降の光学系の配置を示す断面図である。
同図において、符号Ｍは折り返しミラー、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは４色を区別した任意の色を示す。ＭＡ１はカラーＡの第１折り返しミラー、ＭＡ２はカラーＡの第２折り返しミラーをそれぞれ示す。その他の色も同様である。
【００１３】
４つの発光源１−１、１−２、１−３、１−４から放射された４本の光ビームが同一の光偏向器であるポリゴンミラー５により偏向される。ポリゴンミラー５に偏向された４つの光ビームは、共通の第１走査レンズ７を通過したのち、それぞれ光路分離手段としての折返しミラーＭＡ１〜ＭＤ１により光路を分離され、かつ折り曲げられる。
【００１４】
図３は従来行われていた光学系の構成を説明するための部分図である。
同図において符号Ｐはビーム間隔を示す。図は光束がポリゴンミラーを出たところから示してあるが、第１走査レンズは省略してある。
従来の光走査装置では、光偏向器の偏向反射面近傍で副走査方向に光ビームを収束させている。従って、光偏向器で反射された後の光ビームは副走査方向については徐々に発散したビーム形状となる。このような通常の光走査装置では、図３にあるように折返しミラーＭＡ１〜ＭＤ１に入射する光ビームが或る拡がりを持つため、光ビームの間隔Ｐを広くとらなければならず、第１走査レンズ７やポリゴンミラー５が大型化してしまう。
【００１５】
図４は本発明を実施した場合の光学系の構成を説明するための部分図である。
同図において符号ｐはビーム間隔を示す。図の表し方は図３と同様である。
図４に示すように各々の光ビームを、第１折返しミラーＭＡ１〜ＭＤ１近傍で副走査方向に収束させることでこの問題を解決する。光偏向器の偏向反射面近傍の代わりに、第１折返しミラーＭＡ１〜ＭＤ１近傍で副走査方向に収束させるには、シリンドリカルレンズ４のパワーを図３の場合より弱くすればよい。ただし、目標とする収束点、すなわち、第１折り返しミラーの位置が光ビームの高さ方向の位置によって異なるので、それに対応させてパワーを選ぶことになる。このようにすると、光ビームの間隔ｐを前記Ｐに比べて小さくすることができ、コンパクトな構成の光路分離手段で各光ビームを分離することが可能となる。
【００１６】
なお、収束位置をミラーの「近傍」としたのは、収束点が厳密にミラーの反射点に一致していなければならない、というわけではなく、また、ポリゴンミラーの回転による偏向位置によっても変動があるのと、光学系等の製造誤差によってもずれが発生するためである。
【００１７】
また、第１折返しミラーＭＡ１〜ＭＤ１に入射する各光ビームの副走査方向の間隔を狭く設定することが可能となるので、光偏向器と第１走査レンズの副走査方向の高さも低くして設計できる。光偏向器の副走査方向の高さを低くできれば、反射面１面あたりの面積が減少するため風損が減少し、回転時の光偏向器に対する負荷が低減され、より安定して高速回転を実現できる。また、第１走査レンズも小型化が可能となり成形時間の短縮化、低コスト化に非常に有利である。
【００１８】
第１走査レンズについては副走査方向には弱いパワーのみを有するようにして構成することが好ましい。つまり主走査方向にのみパワーを有するシリンダータイプのレンズであることが最も好ましいことになる。
光走査装置をカラー画像形成装置に適用する場合、最も考慮すべき課題は環境変動による各色のずれである。この色ずれは画像の著しい劣化を招くが、これを効果的に抑えるために、本発明では、熱の発生源として作用する光偏向器に、最も近い第１走査レンズの副走査方向は弱いパワーに抑える。具体的にはその焦点距離が、第１走査レンズから被走査面までの距離以上であればよい。このようにすると、環境変動で第１走査レンズが影響を受けたとしても副走査方向の変動は殆どないため色ずれを発生しにくくすることが可能となる。
【００１９】
更に、この第１走査レンズに入射する光ビームは、入射面に対して副走査方向に関してはほぼ垂直になるようにすることが好ましい。レンズに対して斜めに光ビームが入射するとどうしても走査線曲がりを発生させてしまい、これを補正するためには、それ以降の光学素子の形状に自由曲面等を採用しなければならず、その要求精度などを鑑みるとコスト的にも不利になるし、高性能を維持することが飛躍的に難しくなる。
【００２０】
光路分離手段としての第１折返しミラーＭＡ１〜ＭＤ１により折り返された各光ビームは、そのあとに配置された第２折返しミラーＭＡ２〜ＭＤ２により反射されたあと、各光ビームごとに第２走査レンズ８Ａ〜８Ｄを通過し、被走査面の実体をなす感光体９Ａ〜９Ｄに入射し、感光面上に光スポットを形成する。
そしてポリゴンミラー５の回転に伴い各光スポットは対応する感光体上で変位して光走査、すなわち主走査を行う。感光体９Ａ〜９Ｄは矢印方向へ等速回転する。感光体のこの回転により副走査が行われる。
【００２１】
図５は４つの光ビームをポリゴンミラー５に入射させるための光路図である。
図６は階段状折り返しミラーの構成を示す図である。
４つの光ビームをポリゴンミラー５に入射させるには、図６に示すような階段状の折返しミラー６を用い、図５に示すように各光源を配置すると良い。階段状の折り返しミラー６の反射面６−２、６−３、６−４の各高さは、前記光ビームの間隔ｐに等しくなるようにする。
【００２２】
光源１−１からの光束は階段状ミラー６の上を素通りして直接ポリゴンミラー５に入射させる。光源１−２からの光束は、階段状折り返しミラー６の最上部の反射面６−２によって反射させる。反射後の光路は光源１−１の光路と平面図上では一致させるようにする。光源１−３、光源１−４も反射面６−３、６−４を経由する以外は同様である。
【００２３】
４つの光源１−１、１−２、１−３、１−４は、階段状折り返しミラー６の高さ方向に関して、折り返し後のビーム間隔がｐになるように、高さを違えて設置してある。一般に、光源および光路中の光学系の上下方向の大きさは、ビーム間隔ｐよりも大きいので、複数の光源を直接重ねたのではビーム間隔を所望のｐにすることができない。よって、図５のような構成にすることによって、平面的には場所をとるが、ビーム間隔はｐに揃えることができる。
【００２４】
各光源として、個別に制御可能な複数のビームを出射できる光源にすることで、一つの感光体上を複数の走査線が走査する、いわゆるマルチビーム光走査装置を実現できるため、更なる高速化を実現することができる。
【００２５】
図７は、本発明をカラーレーザプリンタに適用した構成を説明する図である。
同図において、符号１０は給紙カセット、１１は転写シート、１２は搬送ベルト、１３は感光体、１４は帯電チャージャ、１５は現像装置、１６は転写チャージャ、１７はクリーニング装置、１９はレジストローラ対、２０はベルト帯電チャージャ、２１は分離チャージャ、２２は除電チャージャ、２３はベルトクリーナ、２４は定着装置、２５は排紙ローラ対、２６は排紙トレイ、２７は光偏光器としてのポリゴンミラー、２８、２９は走査レンズ、Ｍは折り返しミラーをそれぞれ示す。折り返しミラーの表示方法は図２に準ずる。ただし、色を特定せず一般的に言うときは、第１折り返しミラーをＭ１，第２折り返しミラーをＭ２というときがある。
【００２６】
装置内下部に給紙カセット１０が配置され、その上部に給紙カセット１０から給紙されるシート状記録媒体である転写紙Ｓを搬送する搬送ベルト１２が設けられている。搬送ベルト１２の上には４個の感光媒体１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋが図の如く搬送ベルト１２の周面上に沿って配置される。
以下の説明において、添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒に関連することを示す。感光媒体１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋはいずれも光導電性の感光体（以下、感光体１３Ｙ〜１３Ｋと呼ぶ）である。
【００２７】
感光体１３Ｙ〜１３Ｋは同一径に形成され、各感光体の周囲には画像形成プロセスに従うプロセス手段が順に配設されている。感光体１３Ｙを例にとれば、帯電手段１４Ｙ、現像装置１５Ｙ、転写チャージャ１６Ｙ、クリーニング装置、１７Ｙ等が配設されている。
【００２８】
感光体１３Ｙ〜１３Ｋは転写紙Ｓの搬送路の上流側から下流側へ向かって、即ち、図の右側から左側へ向かって等間隔に配設されている。搬送ベルト１２の周囲には、感光体１３Ｋの上流側にレジストローラ１９とチャージャ２０が設けられ、感光体１３Ｋの下流側には分離手段２１、除電手段２２、ベルトクリーナ２３が設けられている。転写紙搬送路の終端は排出ローラ２５であり、画像形成装置の天板を兼ねた排紙トレイ２６上に転写紙を排出するようになっている。
【００２９】
図示されていないが、４個の発光源が設けられ、これら４個の発光源から４本の光ビームが放射される。この場合はシングルビーム方式の書込となる。一方これを４群と見て、１群あたり複数の光ビームを含んでいるとするとマルチビーム方式の書込となる。
【００３０】
感光体１３Ｙ〜１３Ｋの配列の上部には、ポリゴンミラー２７が配設されている。ポリゴンミラー２７により偏向された４本の光ビームは、共通の走査レンズ２８を通過した後、第１の折返しミラー　Ｍ１により光路分離され、第２の折返しミラー　Ｍ２により、光走査すべき感光体１３Ｙ〜１３Ｋに導光され、それぞれが被走査面側の走査レンズ２９Ｙ〜２９Ｋを通過し、感光体１３Ｙ〜１３Ｋに光スポットを形成して光走査を行う。
【００３１】
例えば、複数色モード、たとえばフルカラーモードを実行する場合は、感光体１３Ｙ〜１３Ｋの個々に対し、光走査を含む画像形成プロセスが実行される。１例として感光体１３Ｙに対する画像形成を説明すると、この感光体１３Ｙを光走査するべき光ビームは、イエロー画像情報により変調される。
感光体１３Ｙは時計方向へ等速回転しつつ、帯電手段１４Ｙにより均一帯電され、上記光ビームにより光走査されて「イエロー画像」を書き込まれ、イエロー画像に対応する静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置１５Ｙにより現像されて「イエロートナー画像」として可視化される。このようにして感光体１３Ｙ上にイエロートナー画像が形成される。
【００３２】
同様にして、感光体１３Ｍ上にはマゼンタトナー画像、感光体１３Ｃ上にはシアントナー画像、感光体１３Ｋ上には黒トナー画像がそれぞれ形成される。これら各色トナー画像を転写されるべき転写紙１１はカセット１０から給紙され、レジストローラ１９によりタイミングを計って搬送ベルト１２上に乗せ掛けられる。このとき、ベルト帯電チャージャ２０が転写紙１１に向かって放電し、転写紙１１を搬送ベルト１２に静電吸着させる。
【００３３】
搬送ベルト１２に吸着された転写紙１１は、搬送ベルトの反時計回りの回転に従って搬送され、転写チャージャ１６Ｙによりイエロートナー画像を感光体１３Ｙから、転写チャージャ１６Ｍによりマゼンタトナー画像を感光体１３Ｍから、転写チャージャ１６Ｃによりシアントナー画像を感光体１３Ｃから、転写チャージャ１６Ｋにより黒トナー画像を感光体１３Ｋからそれぞれ転写される。各色トナー画像は、転写紙１１上で互いに重ね合わせられカラー画像を形成する。
ついで、分離チャージャ２１が転写紙１１を除電すると、転写紙１１は自身の腰の強さにより搬送ベルト１２から分離し、定着装置２４でカラー画像を定着させた後、排紙ローラ対２５により排紙トレイ２６に排出される。
【００３４】
上記構成において、ポリゴンミラー２７で偏向されて共通の走査レンズ２８を通った光ビームは、第１の折り返しミラーＭ１の近傍で収束するように、調整されている。そのため、ビーム間隔はかなり小さく設定することができる。ビームの収束位置は、必ずしも折り返しミラーの位置が最適というわけではない。むしろ、当該ミラーに当たる直前にあるミラーの位置、たとえば、折り返しミラーＭＹ１に入るビームであれば、ミラーＭＭ１に一番近いところで収束する方がビーム間隔をより小さくすることができる。
【００３５】
図８はビームの収束位置を直前のミラー近傍に設定した例を示す光路図である。
隣接するビーム用のミラーで光束を阻止されないところまでビーム間隔を小さくすることができる。
【００３６】
さらに、ポリゴンミラー２７から第１折り返しミラーＭ１までの光学系を考えると、光束の発散角が一定であると仮定した場合、全体として、最もビーム間隔を小さくできるのは、ポリゴンミラー２７の偏向面の位置と、第１折り返しミラーＭ１の位置とで光束の広がりがほぼ同程度になるときである。その場合収束点はポリゴンミラー２７と第１折り返しミラーＭ１のほぼ中間点になる。したがって、ここで、ミラーの近傍というのは、上記中間点付近までを含むものとする。
【００３７】
図９はポリゴンミラーの偏向面の位置と、最も遠い折り返しミラーの反射面の位置とにおける光束の広がりをほぼ等しくした例を示す光路図である。
同図のように構成すると、ポリゴンミラーの偏向面の位置における光束の広がりそのものを小さくすることができるので、ビーム間隔を小さくすることが可能である。ただし、実際には折り返しミラーを、光束丁度の大きさに合わせることができず、余裕を持たせることと、取り付け枠の大きさ等を考慮すると、偏向面の位置における光束の大きさより、反射面の位置における光束の方を小さくした方が有利である。すなわち、収束点は上記中間点よりも折り返しミラー側に近づけた方がよい。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ビーム間隔を小さくすることによって装置全体を小型化できる。
請求項２に記載の発明によれば、光偏向器を共通化することで熱の発生源を抑え光走査装置内の環境変動を低減でき、併せて、装置の小型化にもきよできる。
【００３９】
請求項３に記載の発明によれば、各ビームで共通に用いられる光学系を多くすることでより一層小型化ができる。
請求項４に記載の発明によれば、環境変動に強い光走査装置を提供できる。
【００４０】
請求項５に記載の発明によれば、色ずれを抑えた光走査装置を提供できる。
請求項６に記載の発明によれば、高速書込可能な光走査装置を提供できる。
請求項７に記載の発明によれば、上記光走査装置を搭載した画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するカラー画像形成装置の光路を説明するための図である。
【図２】黒を含む４色カラー画像形成装置の、ポリゴンミラー５以降の光学系の配置を示す断面図である。
【図３】従来行われていた光学系の構成を説明するための部分図である。
【図４】本発明を実施した場合の光学系の構成を説明するための部分図である。
【図５】４つの光ビームをポリゴンミラー５に入射させるための光路図である。
【図６】階段状折り返しミラーの構成を示す図である。
【図７】本発明をカラーレーザプリンタに適用した構成を説明する図である。
【図８】ビームの収束位置を直前のミラー近傍に設定した例を示す光路図である。
【図９】ポリゴンミラーの偏向面の位置と、最も遠い折り返しミラーの反射面の位置とにおける光束の広がりをほぼ等しくした例を示す光路図である。
【符号の説明】
１　　　発光源
２　　　カップリングレンズ
３　　　アパーチャ
４　　　シリンドリカルレンズ
５　　　ポリゴンミラー
６　　　折り返しミラー
７　　　第１走査レンズ
８　　　第２走査レンズ
９　　　被走査面
１０　　　給紙カセット
１１　　　転写シート
１２　　　搬送ベルト
１３　　　感光体
１４　　　帯電チャージャ
１５　　　現像装置
１６　　　転写チャージャ
１７　　　クリーニング装置
１９　　　レジストローラ対
２０　　　ベルト帯電チャージャ
２１　　　分離チャージャ
２２　　　除電チャージャ
２３　　　ベルトクリーナ
２４　　　定着装置
２５　　　排紙ローラ対
２６　　　排紙トレイ
２７　　　ポリゴンミラー
２８　　　走査レンズ
２９　　　走査レンズ

Claims

複数の発光源から放射された光ビームが、共通な光学系を経由した後、各々異なる被走査面上に走査線を形成する光走査装置であって、各光ビームの光路を分離するための光路分離手段を有し、各光ビームは該光路分離手段近傍で副走査方向に関して収束していることを特徴とする光走査装置。
請求項１に記載の光走査装置において、前記共通な光学系には少なくとも光偏向器を含み、該光偏向器を等角速度的に偏向させることで被走査面上に走査線を形成することを特徴とする光走査装置。
請求項１または２に記載の光走査装置において、前記共通な光学系には、ｆθ機能を有する光学素子を少なくとも１つ有することを特徴とする光走査装置。
請求項３に記載の光走査装置において、前記共通な光学系としての光学素子は、副走査方向には弱いパワーしか有さないことを特徴とする光走査装置。
請求項３または４に記載の光走査装置において、各光ビームは、前記光学素子に対して副走査方向に関しほぼ垂直に入射することを特徴とする光走査装置。
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記各々異なる被走査面上に形成される走査線の本数が複数である、マルチビーム光走査装置であることを特徴とする光走査装置。
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の光走査装置を用い、前記被走査面を感光性の像担持体としたことを特徴とする画像形成装置。