JP2004226500A - レーザ走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の光量を安定して出力することができ、また部品点数を増やすことなく感光体に悪影響を及ぼす光を阻止するビーム走査装置を提供する。
【解決手段】レーザダイオードアレイからのレーザビームを副走査方向に収束させ、かつ主走査方向に長い線像に結像させる結像光学レンズ系と、この結像光学レンズ系からのレーザ光束を偏向し主走査方向に走査させる偏向器と、この偏向器からの偏向光束を被走査面に向けて集光し、被走査面上を等速に走査する走査結像素子を含む走査光学系を有するレーザ走査装置において、結像光学レンズ系のシリンドリカルレンズ５の入射面に、レーザダイオードアレイにしきい値電流以下の微小電流を常に印加した時に発光するレーザ発光領域以外の光が感光体に届かないように透過率を減衰するコート５ａが施されている。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光書き込みのためのレーザ走査装置、及びレーザ装置によって画像の書き込みが行われるレーザビームプリンタ、ディジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームプリンタ、ディジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成装置においては、光走査装置により感光体等の被走査面上を走査して潜像を形成することが広く実施されている。光走査装置は、半導体レーザ、コリメータレンズ、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー等から構成され、画像信号をオン／オフ信号に変換し、そのオン／オフ信号を半導体レーザに印加し、半導体レーザをオン／オフさせる。半導体レーザから射出された光束は、コリメータレンズにより平行光になり、シリンドリカルレンズにより、光束は副走査方向に収束され、主走査方向に長い線像に結像された後、ポリゴンミラーに入射する。ポリゴンミラーは回転しているので、入射された線像は偏向走査される。偏向された光束は、ｆθ特性をもつ走査結像素子を介して、被走査面上を等速に走査する。
【０００３】
半導体レーザの駆動は、図６の特性図に示すような導体レーザの電流と光量の関係となっているので、半導体レーザの発光時は、必要な光量Ｅ３に対応した電流Ｉ３が印加され、半導体レーザの消灯時には印加電流が０になるようにしている。
【０００４】
しかしながら、上述したような半導体レーザの駆動方法では、半導体レーザの発光時と消灯時の温度変化が大きくなるため、発光時の光量が所望の光量に満たないという問題が起きてしまう。半導体レーザはドループ特性を持っていることが知られており、温度変化が大きいとドループ特性が悪くなり、光量低下を招くことが原因である。また、被走査面を構成する感光体の感度により、光量が低く設定されてしまうことがある。半導体レーザの射出光量が定格出力に対して非常に低い出力で使用した場合にも、ドループ特性は悪くなり、更なる光量低下を招くことになる。
【０００５】
そのため例えば、図７（濃度ムラが発生した画像の一例を示す図）に示すように、黒色の横棒の後にハーフトーン部を形成しようとすると、黒色の横棒の後ろのハーフトーン部分が所望の光量に満たなく、薄く抜けたような画像になってしまう場合がある。これは半導体レーザが、黒色の横棒を書いた後と、何も書いていない即ち点灯していない状態とでは、温度差があるためのである。この時点での温度差が、その後に書くハーフトーン部に影響を及ぼしている。半導体レーザの温度変化が大きくなるとドループ特性は悪くなり、ハーフトーン部では所望の光量に対して、実際に出力される光量が低下してしまう現象の現れである。
【０００６】
このような、温度変化によるドループ特性の悪化を防ぐ方法として、消灯時の印加電流を０にせず、常に一定のしきい値電流（Ｉｔｈ）以下のバイアス電流（Ｉ２）を印加する方法が知られている。この方法による発光状態をオフセット発光とも称している。しかし、バイアス電流を半導体レーザに印加することにより、レーザ発光領域以外の光が発光されてしまい、画像に影響を及ぼしたり、感光体を劣化させるという副作用が発生してしまう。
【０００７】
この対策として、特許文献１および２に示されるように、半導体レーザから感光体までの光路中に光学フィルタを介在させ、光学フィルタによってレーザ光の光量を調整する方法が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３１１９６１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特許第２７６７６１８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術にあっては、光学フィルタを介在させるためには、設置スペースが必要になるばかりでなく、光学フィルタ設置のための作業工数アップなどが生じてしまう。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、所望の光量を安定して出力することができ、また部品点数を増やすことなく感光体に悪影響を及ぼす光を阻止するビーム走査装置及びこのビーム走査装置を使用した画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の手段は、走査光学系を介し、半導体レーザからのレーザビームを走査対象物に走査するレーザ走査装置において、前記半導体レーザにしきい値電流以下の微小電流を常に印加した時に発光するレーザ発光領域以外の光が被走査面に届かないように、前記レーザ発光領域以外の光を減衰させる手段が前記光学系を構成する光学部材に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第２の手段は、前記走査光学系が複数組設けられていることを特徴とする。
【００１４】
第３の手段は、第１または第２の手段において、前記光学部材がレンズであり、前記減衰させる手段は前記レンズの一面または両面に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
第４の手段は、第３の手段において、前記減衰させる手段が、光学部品表面に形成されたコートからなることを特徴とする。
【００１６】
第５の手段は、第３の手段において、前記入射面側にコート材が設けられたレンズの出射面側には前記レーザ発光領域以外の光を反射する反射防止コートが施されていることを特徴とする
第６の手段は、第３の手段において、前記レンズは、前記半導体レーザと偏向器の間に配置されたシリンドリカルレンズであることを特徴とする。
【００１７】
第７の手段は、第１ないし第６の手段に係るレーザ走査装置と、このレーザ走査装置によって像担持体に書き込まれた潜像を顕像化して画像を形成する画像形成手段とから画像形成装置を構成したことを特徴とする。
【００１８】
このように構成することにより、レーザ発光領域以外の光を弱くすることができ、また、半導体レーザの射出光量が定格出力に対して非常に低い出力で使用しなければならない場合にも、コート材を用いることにより、半導体レーザの出力を上げることができ、ドループ特性を改善することができる。また、走査光学系を構成するレンズ、例えば結像光学レンズ系のいずれか１つのレンズに透過率を落とすためのコーティングと施すだけで部品点数を追加することなく、オフセット発光による露光（地汚れ）を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図５は、マルチビーム走査装置が搭載された画像形成装置としてのデジタル複写機全体の概略構成を示す図である。
【００２１】
デジタル複写機は、複写機本体３０と、自動原稿給送装置（以下「ＡＤＦ」と称する）５０と、給紙ユニット６０とによって構成されている。ＡＤＦ５０は、原稿台５１上に積載された原稿を１枚ずつ自動給送して複写機本体３０のコンタクトガラス５２上に給送し、スキャナによる画像情報の読み取り後に、その原稿を原稿排出トレイ５３上に排出する。複写機本体３０内には、その上部にコンタクトガラス５２上にセットされた原稿の画像情報を読み取るスキャナ部７０と、マルチビーム光源装置３を有するマルチビーム走査装置１と、潜像担持体である感光体ドラム８を有する作像部等が設けられている。スキャナ部７０は、露光ランプと複数のミラーとレンズとＣＣＤ等からなる光学走査系を有している。
【００２２】
作像部の感光体ドラム８の回りには、帯電装置３１と現像装置３２と、転写部を形成する転写ベルト３３と、クリーニング装置３４等がそれぞれ配設されている。そして、その感光体ドラム８の転写紙搬送下流側（図５においては左方側）には定着装置５５が、その下流側には反転・排紙部５６がそれぞれ設けられている。また、定着装置５５の下方には、転写紙の両面に画像を形成する場合に転写紙を反転させて再度感光体ドラム８に搬送するための両面ユニット４０が設けられている。
【００２３】
スキャナ部７０の光学走査系は、コンタクトガラス５２上にセットされた原稿の画像を光学的に走査し、その画像情報をレンズによりＣＣＤの受光面に結像させて光電変換する。その画像信号（画像情報）は、図示しない画像処理回路によりＡ／Ｄ変換等の処理が施された後、図示しない画像処理部により各種の画像処理が施され、次いで画像形成時に後述するマルチビーム走査装置１により、その画像信号に基づく画像が、帯電装置３１により表面が一様に帯電された感光体ドラム８の帯電面にレーザビームにより書き込まれ、そこに潜像が形成される。その潜像は、感光体ドラム８が図５で時計回り方向に回転することにより現像装置３２のある位置まで回転移動すると、その現像装置３２により現像されてトナー像（可視像）となる。
【００２４】
一方、給紙ユニット６０に設けられているタンデム式の大量給紙装置６１、ユニバーサルトレイ６２，６３のいずれかの給紙段から、そこに収納されている転写紙Ｐが複写機本体３０内に向けて給紙される。その転写紙Ｐは、複写機本体３０内を上方に向けて搬送され、その先端がレジストローラ５４に突き当たって一旦停止した後に、感光体ドラム８上に形成されているトナー像と一致する正確なタイミングでレジストローラ５４により再搬送され、そこに感光体ドラム８上のトナー像が転写される。
【００２５】
その転写紙は、感光体ドラム８から分離された後、転写ベルト３３により定着装置５５に搬送され、そこで定着ローラによりトナー画像が定着される。そして、その定着後の転写紙Ｐは、片面画像形成時には反転・排紙部５６により直進方向に搬送されて排紙ローラ５７により排紙トレイ５８上に排紙される。
【００２６】
また、両面画像形成時には、表面に画像が形成された転写紙Ｐが、反転・排紙部５６により表裏が反転された状態で両面ユニット４０側に搬送され、それが再給紙されて再び感光体ドラム８が設けられている作像部に搬送され、今度は裏面側に画像が形成される。そして、その画像が定着装置５５で定着された後に、反転・排紙部５６により直進方向に搬送されて排紙ローラ５７により排紙トレイ５８上に排紙される。
【００２７】
なお、像担持体である感光体ドラム８は、光導電性の感光体が用いられているが、銀塩写真フィルムを用いてもよい。銀塩写真フィルムの場合は、マルチビーム走査装置による潜像を通常の銀塩写真プロセスで現像することにより、所望の画像を得ることができる。このような画像形成装置は具体的には光製版機として実施することができる。更に、像担持体としては、酸化亜鉛紙のようなシート状のものを用いても良く、この場合には潜像担持体自体を記録媒体としてトナー画像を定着することができる。また、潜像担持体に形成された静電潜像を現像して得られるトナー画像をシート状の記録媒体（転写紙やＯＨＰシートフィルム等）に転写して定着することもできるし、静電潜像を上記シート状の記録媒体に転写してから現像し、得られるトナー画像を記録媒体上に定着してもよい。トナー画像のシート状の記録媒体への転写は、潜像担持体から記録媒体へ直接行なっても良いし、中間転写ベルト等の中間転写媒体を介しておこなっても良い。
【００２８】
図１は本発明の一実施の形態に係るレーザ走査装置の全体構成を示す図、図２は図１のレーザ走査装置による感光体上の走査を説明するための図である。この実施の形態においては、感光体への走査速度を上げるために、複数本のレーザ光感光体に同時に照射するマルチビームのレーザ走査装置が前述のように使用されている。
【００２９】
図１に示すように、マルチビームのレーザ走査装置１は、半導体レーザとしてのレーザダイオードアレイ１１，１２を発振させる光源装置３と、結像光学レンズ系であるコリメータレンズ１３，１４、感光体１５（図２参照）上の走査線のスポット形状を決めるための開口を備えたビーム整形手段である開口部材４と、レーザビームを線状に集光する結像光学レンズ系であるシリンドリカルレンズ５と、レーザビームを偏向するためモータ６ａによって回転するポリゴンミラー６（偏向器）、ｆθレンズ系を構成する走査レンズ７、８、結像手段であるトロイダルレンズ９、レーザビームを感光体１５上に反射させる反射ミラー１０等から構成される。これらの構成要素は、ハウジング２内に納められている。
【００３０】
このような構成において、光源装置３により、平行光束化されたビームは、所望のスポット径を得るために開口部材４でビーム整形を行い、シリンドリカルレンズ５で副走査方向に絞られる。この結像位置近傍には偏光走査手段であるポリゴンミラー６があり、ポリゴンミラー６の各鏡面６ｂで反射されたビームは走査レンズ７、８、９を通過する。
【００３１】
走査レンズ７、８及びトロイダルレンズ９は、主走査方向には被走査面上を等速に走査するような光学素子と、副走査方向にはシリンドリカルレンズ５による結像点と像面が共役な位置関係にあり、面倒れ補正効果を持つ光学素子を含む。また、２つのレーザダイオードアレイ１１、１２から出射されたレーザ光束は、光源装置３では、主走査方向に所定の間隔を持っており、偏向点近傍ではその間隔は０ｍｍになる。その後走査結像素子７、８、９を通過して、感光体上１５では主走査方向に所定の間隔をおいて照射される。これらの構成部品は、ハウジング２内に納められ、各部品は板バネ、接着等により固定されている。光束は図示する光路をたどり、感光体１５に照射される。
【００３２】
上述したように、図７は、ドループ特性が悪い時に見られる現象である。ここでは、左から右に向かってレーザが走査され、書きこんでいる。黒棒を書いた後のハーフトーン部と黒棒を書かないでハーフトーンを書いた場合では、黒棒を書いた後のハーフトーンの方が濃度が薄くなる。そこで、図６に示したＩ−Ｌカーブ上のバイアス電流Ｉ２をレーザダイオードアレイ１１，１２に印加すると、図７のようなハーフトーン部の濃度差は無くなる。
【００３３】
さらにこの実施の形態では、バイアス電流Ｉ２を流すことにより発生するレーザ発光領域以外の光を遮断するために、シリンドリカルレンズの構成と光路を示す図３に示すように、シリンドリカルレンズ５の入射面と出射面の両方に光減衰コート５ａ，５ｂを施して、光の透過率を落としている。このように、入射面と出射面に光減衰コート５ａ，５ｂを施して透過率を落とすことにより、透過率低下により発生するゴースト光の大半は、感光体１５の方向とは逆の方向にゴースト光として出射し、僅かなゴースト光のみが感光体１５に向かっていくことになり、感光体１５の画像に影響を及ぼすことはない。
【００３４】
しかしながら、感光体１５の感度が高く、僅かなゴースト光でも感光体１５の画像に影響を及ぼす可能性がある場合は、別のシリンドリカルレンズの構成と光路を示す図４に示すように、シリンドリカルレンズ５の入射面と出射面を処理すればよい。すなわち、シリンドリカルレンズ５の入射面には、図３と同様に透過率を落とすべく光減衰コート５ａを施しているが、出射面側には反射防止コート５ｃを施して、内部反射によるゴースト光の発生を確実に防止するようにする。これにより感光体１５上の画像に影響を及ぼすことはない。
【００３５】
なお、感光体１５の感度から、半導体レーザの定格出力に対し、非常に低い出力を強いられた場合でも、シリンドリカルレンズ５に施された光減衰コート５ａ，５ｃによる透過率の低下分だけ、レーザダイオードアレイ１１，１２の出力を上げることができるので、ドループ特性にとって有利に働く。なお、この場合もゴースト光は発生するが、感光体１５に向かう光にはならない。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、シリンドリカルレンズ５の入射面や出射面に光透過率を低減させるコートや弱い光が反射するのを防止する反射防止コートの処理を行うだけであるので、既存のレーザ走査装置の構成に新たな部品を加えることなく実施することができ、装置の組立て工数が増えることもなく、安価に実施可能である。
【００３７】
また、結像光学レンズ系のいずれか１つのレンズには少なくともその入射面に、前記半導体レーザにしきい値電流以下の微小電流を常に印加した時に発光するレーザ発光領域以外の光が被走査面に届かないようにレーザ発光領域以外の光を減衰させるコートが施されているので、レーザ発光領域以外の光を弱くすることができ、また、半導体レーザの射出光量が定格出力に対して非常に低い出力で使用しなければならない場合にも、コート材を用いることにより、半導体レーザの出力を上げることができ、ドループ特性を改善することができる。
【００３８】
更に、結像光学レンズ系のいずれか１つのレンズに透過率を落とすためのコートを施すだけの簡単な改良であり、部品点数を追加することなく対策することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光学系を構成する光学部材に前記半導体レーザにしきい値電流以下の微小電流を常に印加した時に発光するレーザ発光領域以外の光が、被走査面に届かないように前記レーザ発光領域以外の光を減衰させる手段を設けたので、所望の光量を安定して出力することができ、また部品点数を増やすことなく感光体に悪影響を及ぼす光を阻止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ走査装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のレーザ走査装置による感光体上の走査を説明するための図である。
【図３】シリンドリカルレンズの構成と光路を示す図である。
【図４】別のシリンドリカルレンズの構成と光路を示す図である。
【図５】本実施形態に係るレーザ走査装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図６】半導体レーザの電流と光量の関係を示す特性図である。
【図７】濃度ムラが発生した画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ レーザ走査装置
２ ハウジング
３ 光源装置
４ 開口部材
５ シリンドリカルレンズ
５ａ，５ｂ 光減衰コート
５ｃ 反射防止コート
６ ポリゴンミラー
７，８ 走査レンズ
９ トロイダルレンズ
１０ 反射ミラー
１１，１２ レーザダイオードアレイ
１３，１４ コリメータレンズ
１５ 感光体

Claims (7)

1. 走査光学系を介し、半導体レーザからのレーザビームを走査対象物に走査するレーザ走査装置において、
   前記半導体レーザに閾値電流以下の微小電流を常に印加した時に発光するレーザ発光領域以外の光が被走査面に届かないように、前記レーザ発光領域以外の光を減衰させる手段が前記光学系を構成する光学部材に設けられていることを特徴とするレーザ走査装置。
2. 前記走査光学系が複数組設けられていることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
3. 前記光学部材がレンズであり、前記減衰させる手段は前記レンズの一面または両面に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ走査装置。
4. 前記減衰させる手段が、光学部品表面に形成されたコートからなることを特徴とする請求項３記載のレーザ走査装置。
5. 前記入射面側にコート材が設けられたレンズの出射面側には前記レーザ発光領域以外の光を反射する反射防止コートが施されていることを特徴とする請求項３記載のレーザ走査装置。
6. 前記レンズは、前記半導体レーザと偏向器の間に配置されたシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項３記載のレーザ走査装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ走査装置と、
   このレーザ走査装置によって像担持体に書き込まれた潜像を顕像化して画像を形成する画像形成手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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