JP2004109782A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリゴンミラーの偏向反射面ごとに可変焦点光学素子でビームウエスト位置を調整することによって、光学特性を向上させ、ポリゴンミラーの偏向反射面精度ばらつきの公差を緩くしても所定品質の画像が得られるようにし、ポリゴンミラーの製造コストを抑えることができる光走査装置およびこの光走査装置を用いた画像形成装置を得る。
【解決手段】光束を放射する光源４１と、光源４１からの光束を偏向するポリゴンミラー３２と、偏向された光束を被走査面上に集光させる走査光学系３３、３４とを有し、ポリゴンミラー３２の面を検出するセンサ３７と、光源４１とポリゴンミラー３２の間に配置されセンサ３７によって検出されるポリゴンミラー３２の面情報に対応して作動する可変焦点光学素子４２とを備えている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光束を偏向するポリゴンミラーと、偏向された光束を被走査面上に集光させる走査光学系とを有してなる光走査装置、およびこの光走査装置を用いたデジタルＰＰＣ（普通紙複写機）、レーザープリンタ等で代表される画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置に用いられている従来の光走査装置は、書き込もうとする画像信号で変調された光源からの光ビームを、高速回転駆動されているポリゴンミラーにより偏向し、この偏向された光ビームにより感光体上を主走査方向に走査し、感光体上に画像を書き込むのが一般的である。
【０００３】
上記のような光走査装置で画像を書き込むとき、ポリゴンミラーの偏向反射面精度がばらついていると、感光体上での走査光の位置ずれが大きくなり、形成される画像品質が劣化する。ポリゴンミラーの各偏向反射面の面精度ばらつきが±４００ｍＲ、すなわち半径４００ｍの凸面または凹面になっていると、経験上、感光体表面上では最大±０．３ｍｍの像面位置ずれが発生する。特に、ビームスポット径を小径化した場合は深度余裕が狭くなるため、像面位置ずれの影響を無視することができなくなる。例えば、ビームスポット径３０μｍの場合、深度余裕は約１．５ｍｍ幅である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のようなことを考慮してなされたもので、ポリゴンミラーの偏向反射面ごとに可変焦点光学素子でビームウエスト位置を調整することによって、光学特性を向上させ、かつ、ポリゴンミラーの偏向反射面精度ばらつきの公差を緩くしても所定品質の画像が得られるようにして、ポリゴンミラーの製造コストを抑えることができる光走査装置およびこの光走査装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光束を放射する光源と、この光源からの光束を偏向するポリゴンミラーと、偏向された光束を被走査面上に集光させる走査光学系とを有してなる光走査装置において、ポリゴンミラーの面を検出するセンサと、光源とポリゴンミラーの間に配置され上記センサによって検出されるポリゴンミラーの面情報に対応して作動する可変焦点光学素子とを備えていることを特徴とする。
センサの検出信号で、光源からの光束を偏向しているポリゴンミラーの偏向反射面をリアルタイムで特定することができる。各偏向反射面についてそれぞれの面情報がわかっていれば、それぞれの面情報ごとに可変焦点光学素子を作動させることにより、被走査面におけるビームウエスト位置を調整することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、可変焦点光学素子は電気光学効果素子であることを特徴とする。
電気光学効果素子は、電極対間に印加する電圧を可変とすることにより電極対間の屈折率分布が生じてレンズ作用が発揮されるので、電気光学効果素子を用いることにより焦点位置を調節することができる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、電気光学効果素子は主走査方向の焦点を可変する可変焦点レンズと副走査方向の焦点を可変する可変焦点レンズからなることを特徴とする。
主走査方向の焦点を可変する可変焦点レンズと副走査方向の焦点を可変する可変焦点レンズを有することにより、全方向における焦点位置を調節することができる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、可変焦点光学素子はピエゾ素子によって駆動する可変焦点レンズであることを特徴とする。
ピエゾ素子は、可変焦点光学素子を高速で駆動することが可能で、高速回転するポリゴンミラーの各偏向反射面に対応して焦点位置を調節することができる。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、ポリゴンミラーの面情報は部品レベルでの検査データによることを特徴とする。
個々のポリゴンミラーの各偏向反射面情報は部品検査の段階で知ることができるので、部品検査時のデータを一つ一つの偏向反射面情報とし、各偏向反射面情報に対応して可変焦点光学素子を駆動する。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、主走査方向に移動する光束を検出する複数の光センサが主走査方向に距離をおいて配置され、光センサの一つが光束を検出してから他の光センサが光束を検出するまでの走査時間からポリゴンミラーの面情報を得ることを特徴とする。
ポリゴンミラーの偏向反射面の状態によって複数の光センサ間を光ビームが走査する時間が異なるので、複数の光センサ間の光ビーム走査時間を検出することにより上記偏向反射面の情報を得ることができる。
【００１１】
請求項７記載の発明は、電子写真プロセスを実行することによって画像を形成する画像形成装置であって、請求項１から６までのいずれかに記載された光走査装置を、感光体に画像を書き込む露光ユニットとして有することを特徴とする。ポリゴンミラーの偏向反射面情報ごとに可変焦点光学素子を作動させて被走査面におけるビームウエスト位置を調整することにより、高品質の画像を形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施形態について説明する。
まず、図１に示す実施形態について説明する。図１に示す実施形態は、光束を放射する光源ユニット４１と、この光源ユニット４１からの光束を偏向するポリゴンミラー３２と、偏向された光束を被走査面である感光体ドラム４０の面上に集光させる走査光学系とを有してなる光走査装置において、ポリゴンミラー３２の面を検出するセンサ５７と、光源４１とポリゴンミラー３２の間に配置され上記センサ５７によって検出されるポリゴンミラー３２の面情報に対応して作動する可変焦点光学素子４２とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
上記光源ユニット４１として、この実施形態ではレーザービームを発生する半導体レーザーを用いている。光源ユニット４１とポリゴンミラー３２との間にはシリンドリカルレンズ３１が配置され、可変焦点光学素子４２と走査手段としてのポリゴンミラー３２との間にはもう一つのシリンドリカルレンズ３０が配置されている。上記走査光学系は、ｆθレンズ３３および長尺レンズ３４からなる。長尺レンズ３４と感光体ドラム４０との間には折り返しレンズ３５が配置されている。上記センサ５７は、ポリゴンミラー３２の偏向反射面を特定するためのもので、ポリゴンミラー３２の上面に向かって光束を射出する光源ユニット３６と、ポリゴンミラー３２の上面に配置されていて、ポリゴンミラー３２の上面とは反射特性の異なる反射部３８と組み合わせられて用いられる。
【００１４】
光源ユニット３６から射出した光ビームはポリゴンミラー３２の上面で乱反射するが、反射特性の異なる反射部３８で反射されたビームは光センサー３７で検出され、制御装置３９に情報が伝わるように構成されている。制御装置３９は、光センサー３７による検出タイミングでポリゴンミラー３２の一つ一つの偏向反射面を特定することが可能になる。各偏向反射面の精度情報は制御装置３９に付属するメモリに予め記憶してある。そこで、各偏向反射面の面精度情報を基に、光センサー３７で検出された偏向反射面ごとに、被走査面上でのビームウエスト位置が最適になるように可変焦点光学素子４２の焦点を変更制御する。可変焦点光学素子４２は電気光学効果素子で構成することができ、あるいはピエゾ素子によって駆動する可変焦点レンズで構成することができる。
【００１５】
ここで、可変焦点光学素子４２の具体例について図２を参照しながら説明する。図２に示す例は、特開平６−１４８５８０号公報に記載されている電気光学レンズ装置の一つの例である。図２において、光軸（ｚ軸方向）１上に、シリンダレンズ２、電気光学レンズ３、１／２波長板４、シリンダレンズ５、６、電気光学レンズ７、シリンダレンズ８がこの順に配置されて電気光学レンズ装置が構成されている。上記電気光学レンズ３は、例えばＰＬＺＴ電気光学セラミックス等による矩形状の光学媒体９と、この光学媒体９の光ビーム透過方向に沿いかつ相対向するＹ軸方向の両面に光軸方向のストライプ状とした電極対１０を有してなる。電極対１０は、光ビームをｙ方向に収束または発散させるレンズ作用を付与する所定の大きさおよび形状を有している。電極対１０間には駆動電源１１から印加電圧Ｖ１を選択的に印加するように構成されている。印加電圧Ｖ１の選択的な印加により、光学媒体９は光ビームをＹ軸方向に集束または発散させる。
【００１６】
他方の電気光学レンズ７も同様の構成で、光学媒体１２と、電極対１３を有してなる。ただし、電極対１３は、他方の電極対１０に対して光軸１を中心に９０度回転した位置、すなわち、光学媒体９の光ビーム透過方向に沿いかつ相対向するｘ軸方向の両面に形成されている点が異なる。電極対１３間には駆動電源１４から印加電圧Ｖ２を選択的に印加するように構成されている。印加電圧Ｖ２の選択的な印加により、光学媒体１２は光ビームをｘ軸方向に集束または発散させるレンズ作用を持つ。
【００１７】
上記シリンダレンズ２は第１電気光学レンズ３の所望の位置に所望のビーム形状で直線偏光した光ビームを入射させる第１レンズ系を構成し、他のシリンダレンズ５、６は、第１電気光学レンズ３および１／２波長板４を透過した光ビームを第２電気光学レンズ７の所望の位置に所望のビーム形状で入射させる第２レンズ系を構成し、もう一つにシリンダレンズ８は、第２電気光学レンズ７からの出射ビームを整形する第３レンズ系を構成している。
【００１８】
図１に示す可変焦点光学素子４２は、上記のように電気光学レンズ３、７を組み合わせたもので構成することができる。前記センサ３７の検出信号によって、制御装置３９が、電気光学レンズ３、７に、駆動電源１１、１４から電圧Ｖ１、Ｖ２を選択的に印加する。制御装置３９はセンサ３７の検出信号によって、光源ユニット４１からの光ビームを偏向走査している偏向反射面をリアルタイムで特定することができる。そこで、特定された偏向反射面の面情報（予め取得されている）に基づいて電気光学レンズ３、７に選択的に電圧Ｖ１、Ｖ２を印加ことにより、ビームウエスト位置が最適になるように制御することができる。
【００１９】
上記実施形態において、電気光学効果素子４２は、主走査方向と副走査方向の焦点を独立に可変する電気光学的可変焦点レンズである。このような電気光学効果素子４２において、それぞれの電気光学レンズに印加する電圧を制御することにより、主走査方向と副走査方向で異なるレンズ作用を得ることができる。従って、ポリゴンミラー３２の各偏向反射面に対応した主走査方向および副走査方向のビームウエスト位置が最適になるように制御することができる。
【００２０】
可変焦点光学素子４２は、ピエゾ素子によって駆動する可変焦点レンズで構成してもよい。図３はピエゾ素子によって駆動される可変焦点レンズの例を示している。この可変焦点レンズは、平成１２年１１月８日から１０日まで開催された第１１回マイクロマシン展に「実時間前焦点顕微鏡カメラ」として参考出品されたものである。図２において、ガラスダイアフラム２１の上面に円筒２３を立てた姿勢で固定し、ピエゾ素子であるＰＺＴバイモルフアクチュエータ２２が複数個、一定間隔をおいて重ねられるとともに、各バイモルフアクチュエータ２２の内径側は上記円筒２３の外周側に固定され、各バイモルフアクチュエータ２２の外周側は適宜の不動部に固定された構造になっている。ガラスダイアフラム２１がレンズ作用をつかさどるもので、バイモルフアクチュエータ２２に電圧を印加することによりガラスダイアフラム２１を駆動させ、焦点距離を変える。バイモルフに印加する電圧を変えることにより、図３（ａ）に示すように凸レンズとして機能させることができ、また、図３（ｂ）に示すように凹レンズとして機能させることもできる。ピエゾ素子からなるバイモルフアクチュエータ２２によりガラスダイアフラム２１を直接駆動させるので、高速な焦点距離の移動が可能である。
【００２１】
ポリゴンミラー３２の各偏向反射面の情報は、ポリゴンミラー３２の部品レベルでの検査データを用いるとよい。ポリゴンミラー３２の各偏向反射面の面精度情報は部品レベルでの検査データとして残っているので、上記面精度情報を、光走査装置またはこれを用いた画像形成装置の工場出荷前に、制御装置３９に設定すればよい。さらに、画像形成装置が、ポリゴンミラー３２の面精度、もしくは感光体４０上のビームウエスト位置を検知する装置を備えている場合は、画像形成装置の電源投入時もしくはメンテナンス時に、制御装置３９に記憶しているポリゴンミラー３２の各面の面精度情報を更新するようにしてもよい。
【００２２】
次に、本発明にかかる光走査装置の別の実施形態について図４を参照しながら説明する。この実施形態は、主走査方向に移動する光束を検出する複数の光センサ３７ａ、３７ｂが主走査方向に距離をおいて配置され、光センサ３７ａ、３７ｂの一つが光束を検出してから他の光センサが光束を検出するまでの走査時間からポリゴンミラー３２の面情報を得ることを特徴とする。より具体的に説明すると、図４において、光ビームを発生する光源ユニット４１、可変焦点光学素子４２、走査手段としてのポリゴンミラー３２、ｆθレンズ３３からなる結像光学系、感光体ドラム４０がこの順に配置されている。感光体ドラム４０の回転軸方向両端側部に、光ビームの偏向走査範囲両端部において光ビームを受光することができる上記光センサ３７ａ、３７ｂが配置されている。光センサ３７ａ、３７ｂの検出信号は制御装置３９に入力され、制御装置３９は光センサ３７ａ、３７ｂの検出信号に基づいて可変焦点光学素子４２を制御するようになっている。
【００２３】
画像を形成する前に光源ユニット４１からビームを射出させ、ポリゴンミラー３２を回転駆動する。そのとき光センサ３７ａが光束を検出してから光センサ３７ｂが光束を検出するまでの走査時間情報が制御装置３９に伝えられる。その走査時間が短ければ、そのとき光ビームを偏向反射しているポリゴンミラー３２の偏向反射面は凸面であり、走査時間が長ければ凹面となる。よって、制御装置３９は、そのときの偏向反射面が凸か凹かを判断し、この判断に基づいてビームウエスト位置が最適になるように可変焦点光学素子４２の焦点を変更制御する。
この実施形態によれば、各偏向反射面の精度データを予め記憶しておかなくても、常に最適な焦点位置に制御することができる。
【００２４】
以上説明した光走査装置は、これを画像形成装置の光書き込み装置として用いることができる。換言すれば、電子写真プロセスを実行することによって画像を形成する画像形成装置であって、上記光走査装置を、感光体に画像を書き込む露光ユニットとして有することを特徴とする画像形成装置を構成することができる。図５は本発明の光走査装置を備えた画像形成装置の例を示す概略構成図である。図５に示すように、画像形成装置は、大きく分けて、自動原稿送り装置１０１、画像読取装置１５０、光走査装置１５７、給紙ユニット１３０、後処理ユニット１４０を有してなる。自動原稿送り装置１０１は原稿を画像読取装置１５０まで給紙し、読み取りが終了した原稿を自動的に排出する。画像読取装置１５０は原稿を照明し、結像光学系１５３で光電変換装置であるＣＣＤ１５４上に像を結像させ、ＣＣＤ１５４によって原稿の画像を読み取る。光走査装置１５７は読み取られた原稿の画像信号に応じて感光体ドラム１１５上に画像を形成し、給紙ユニット１３０から給紙された転写紙上に画像を転写して定着する。定着が完了した転写紙は後処理ユニット１４０に排紙され、ソートやステープルなどの所望の後処理が行われる。
【００２５】
上記感光体ドラム１１５の周囲には、帯電、露光、現像、転写、除電、クリーニング、定着、というような電子写真プロセスを実行する所定のユニットが配置されるが、図５には露光ユニットとしての上記光走査装置１５７、現像ユニット１２７、定着ユニット１１７のみが明示されている。
上記画像形成装置によれば、前述のように、偏向反射面ごとに、被走査面上でのビームウエスト位置が最適になるように可変焦点光学素子で制御される光走査装置が露光ユニットとして組み込まれているため、高品質の画像を形成することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明にかかる光走査装置によれば、ポリゴンミラーの面を検出するセンサの信号に基づきビームウエスト位置を補正することによって、高い光学特性を有する光走査装置を得ることができる。また、ポリゴンミラーの偏向反射面の精度ばらつき公差を緩くすることができ、ポリゴンミラーのコストダウンを図ることができる。
【００２７】
請求項７記載の画像形成装置によれば、上記のようなビームウエスト位置を補正することによって高い光学特性を有する光走査装置を画像形成装置に組み込むことにより、高品質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】上記光走査装置に用いることができる可変焦点光学素子の例を示す斜視図である。
【図３】上記光走査装置に用いることができる可変焦点光学素子の例を示す断面図で、（ａ）は凸レンズとして機能している状態、（ｂ）は凹レンズとして機能している状態を示す。
【図４】本発明にかかる光走査装置の別の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明にかかる画像形成装置の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
３　可変焦点レンズ
７　可変焦点レンズ
２２　ピエゾ素子
３２　ポリゴンミラー
３３　走査光学系を構成するｆθレンズ
３４　走査光学系を構成する長尺レンズ
３７　センサ
３７ａ　センサ
３７ｂ　センサ
４２　可変焦点光学素子

Claims (7)

1. 光束を放射する光源と、この光源からの光束を偏向するポリゴンミラーと、偏向された光束を被走査面上に集光させる走査光学系とを有してなる光走査装置において、
   ポリゴンミラーの面を検出するセンサと、
   光源とポリゴンミラーの間に配置され上記センサによって検出されるポリゴンミラーの面情報に対応して作動する可変焦点光学素子とを備えていることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、可変焦点光学素子は電気光学効果素子であることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項２記載の光走査装置において、電気光学効果素子は主走査方向の焦点を可変する可変焦点レンズと副走査方向の焦点を可変する可変焦点レンズからなることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１記載の光走査装置において、可変焦点光学素子はピエゾ素子によって駆動する可変焦点レンズであることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１記載の光走査装置において、ポリゴンミラーの面情報は部品レベルでの検査データによることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１記載の光走査装置において、主走査方向に移動する光束を検出する複数の光センサが主走査方向に距離をおいて配置され、光センサの一つが光束を検出してから他の光センサが光束を検出するまでの走査時間からポリゴンミラーの面情報を得ることを特徴とする光走査装置。
7. 電子写真プロセスを実行することによって画像を形成する画像形成装置であって、請求項１から６までのいずれかに記載された光走査装置を、感光体に画像を書き込む露光ユニットとして有することを特徴とする画像形成装置。

Images