JP2005208462A - Optical scanner and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、被走査面上で光ビームを主走査方向に走査させる光走査装置、および該装置を用いて静電潜像を形成する画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an optical scanning apparatus that scans a light beam on a surface to be scanned in a main scanning direction, and an image forming apparatus that forms an electrostatic latent image using the apparatus.
この種の光走査装置を用いる装置としては、例えばレーザプリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの画像形成装置がある。例えば特許文献1では、画像データに応じて変調されたレーザビームがコリメータレンズ、シリンドリカルレンズおよび開口絞りを介して偏向器に入射して偏向される。より具体的には、次のように構成されている。
Examples of apparatuses using this type of optical scanning apparatus include image forming apparatuses such as laser printers, copiers, and facsimile machines. For example, in
この光走査装置では、半導体レーザから射出されたレーザビームをコリメータレンズおよびシリンドリカルレンズを通過させることで、その断面形状が主走査方向に伸びる横長楕円形状となるレーザビームに整形している。そして、このレーザビームを副走査断面内において偏向器の偏向ミラー面に対し副走査方向に角度をもって入射、いわゆる斜入射している。また、この装置では、ガルバノミラーを偏向器として用いており、振動の中心軸を中心に最大振幅±θmaxの走査範囲(偏向角θ:−θmax〜0゜〜+θmax)で主走査方向に往復振動して偏向ミラー面に入射するレーザビームを偏向させる。そして、こうして偏向されたレーザビームは補正レンズを介して感光ドラム面(被走査面)に結像される。こうして、画像データに対応した静電潜像が感光ドラム(本発明の「潜像担持体」に相当)形成される。 In this optical scanning device, a laser beam emitted from a semiconductor laser is passed through a collimator lens and a cylindrical lens, so that the cross-sectional shape thereof is shaped into a horizontally long elliptical shape extending in the main scanning direction. The laser beam is incident on the deflecting mirror surface of the deflector at an angle in the sub-scanning direction in the sub-scan section, so-called oblique incidence. In addition, this apparatus uses a galvanometer mirror as a deflector, and reciprocates in the main scanning direction in a scanning range (deflection angle θ: −θmax to 0 ° to + θmax) with a maximum amplitude ± θmax around the center axis of vibration. Thus, the laser beam incident on the deflecting mirror surface is deflected. The laser beam deflected in this way forms an image on the photosensitive drum surface (scanned surface) through the correction lens. Thus, an electrostatic latent image corresponding to the image data is formed on the photosensitive drum (corresponding to the “latent image carrier” of the present invention).
ところで、上記のように偏向ミラー面に斜入射する光ビームを偏向して走査する装置では、例えば図14に示すように、被走査面に形成されるビームスポットBSが偏向角θに応じて回転する現象(ビームローテーション現象)が認められる。これは斜入射に伴うものであり、偏向角θがゼロであるときには被走査面上に形成されるビームスポットBSの中心軸AXbは副走査方向Yとほぼ平行となっている(同図(b))。これに対し、偏向角θが最大値(+θmax)となると、同図(a)に示すようにビームスポットBSの中心軸AXbが副走査方向に対して所定角(+φ)だけ回転する一方、偏向角θが最大値(−θmax)となると、同図(c)に示すようにビームスポットBSの中心軸AXbが副走査方向Yに対して所定角(−φ)だけ回転する。なお、同図中の角度βはスクリーン角である。 By the way, in the apparatus that deflects and scans the light beam obliquely incident on the deflection mirror surface as described above, for example, as shown in FIG. 14, the beam spot BS formed on the surface to be scanned rotates according to the deflection angle θ. Phenomenon (beam rotation phenomenon) is observed. This is due to oblique incidence, and when the deflection angle θ is zero, the central axis AXb of the beam spot BS formed on the surface to be scanned is substantially parallel to the sub-scanning direction Y (FIG. )). On the other hand, when the deflection angle θ reaches the maximum value (+ θmax), the center axis AXb of the beam spot BS rotates by a predetermined angle (+ φ) with respect to the sub-scanning direction as shown in FIG. When the angle θ reaches the maximum value (−θmax), the central axis AXb of the beam spot BS rotates by a predetermined angle (−φ) with respect to the sub-scanning direction Y as shown in FIG. In the figure, the angle β is a screen angle.
このように、偏向ミラー面に対して光ビームが斜入射する光走査装置では、偏向角に応じてビームスポットが回転して走査特性の低下を招いている。その結果、光走査装置を画像形成装置の露光手段として用いた場合には、被走査面上に形成される画像の濃度が主走査方向において変動することとなり、画像品質の低下を招いてしまう。 As described above, in the optical scanning device in which the light beam is incident obliquely on the deflection mirror surface, the beam spot is rotated in accordance with the deflection angle, resulting in a decrease in scanning characteristics. As a result, when the optical scanning device is used as the exposure unit of the image forming apparatus, the density of the image formed on the surface to be scanned fluctuates in the main scanning direction, leading to a decrease in image quality.
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、偏向ミラー面に対して光ビームを斜入射させた場合に発生する被走査面上でのビームスポットの回転を抑制して優れた走査特性で光ビームを被走査面上で走査することができる光走査装置および該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。 The present invention has been made in view of the above problems, and suppresses the rotation of the beam spot on the surface to be scanned, which occurs when the light beam is obliquely incident on the deflecting mirror surface, and has excellent scanning characteristics. An object of the present invention is to provide an optical scanning apparatus capable of scanning a beam on a surface to be scanned and an image forming apparatus using the apparatus.
この発明は、被走査面上で光ビームを主走査方向に走査させる光走査装置であって、上記目的を達成するため、入射される光ビームを反射する偏向ミラー面を有し、前記主走査方向とほぼ直交する駆動軸回りに前記偏向ミラー面を変位させることで入射光ビームを所定の走査範囲内で前記主走査方向に偏向させる偏向手段と、光ビームを射出する光源と、前記光源からの光ビームを、前記主走査方向とほぼ直交する副走査方向において集束させるとともに、前記駆動軸と直交する基準面に対して鋭角をなすように前記偏向ミラー面に入射する第1光学系と、光ビームを前記被走査面に結像する第2光学系とを備え、前記偏向ミラー面への前記入射光ビームの入射位置で前記偏向ミラー面と前記基準面とが交差して形成される交線を基準線とし、前記偏向ミラー面内において前記基準線に対して直交する方向をミラー幅方向としたとき、前記ミラー幅方向における前記偏向ミラー面に形成される入射光ビームのスポット寸法が、前記走査範囲内で、かつ入射光ビームの光軸と前記基準線との角度が直角であるときに前記ミラー幅方向における前記偏向ミラー面の幅以下である一方、前記走査範囲内で、かつ前記角度が最大値または最小値となったときに前記ミラー幅方向における前記偏向ミラー面の幅よりも大きいことを特徴としている。 The present invention is an optical scanning device that scans a light beam on a surface to be scanned in a main scanning direction, and has a deflection mirror surface that reflects an incident light beam in order to achieve the above object, and the main scanning A deflecting means for deflecting the incident light beam in the main scanning direction within a predetermined scanning range by displacing the deflection mirror surface about a drive axis substantially orthogonal to the direction, a light source for emitting the light beam, and the light source A first optical system that focuses the light beam in a sub-scanning direction substantially orthogonal to the main scanning direction and is incident on the deflection mirror surface so as to form an acute angle with respect to a reference surface orthogonal to the drive axis; A second optical system that forms an image of the light beam on the surface to be scanned, and an intersection formed by intersecting the deflection mirror surface and the reference surface at an incident position of the incident light beam on the deflection mirror surface. Line as reference line When the direction perpendicular to the reference line in the deflection mirror surface is the mirror width direction, the spot size of the incident light beam formed on the deflection mirror surface in the mirror width direction is within the scanning range, And when the angle between the optical axis of the incident light beam and the reference line is a right angle, the angle is equal to or less than the width of the deflecting mirror surface in the mirror width direction, while the angle is a maximum value or a minimum value within the scanning range. When the value is reached, the width is larger than the width of the deflection mirror surface in the mirror width direction.
このように構成された発明では、第1光学系からの集束光ビームは、駆動軸と直交する基準面に対して鋭角をなすように偏向ミラー面に入射する、いわゆる斜入射する。このため、偏向ミラー面上に形成される入射光ビームのスポットは偏向ミラー面の変位状態、つまり光ビームの偏向角に応じて回転し、その結果、被走査面上に形成されるビームスポットも走査範囲内で回転する。しかしながら、この発明では、ミラー幅方向において、偏向ミラー面の寸法と、該偏向ミラー面上に形成されるビームスポットの寸法とが以下の2つの条件、
(1)走査範囲内で、かつ入射光ビームの光軸と基準線との角度が直角であるとき:
偏向ミラー面上での入射光ビームのスポット寸法が偏向ミラー面の幅以下である、
(2)走査範囲内で、かつ角度が最大値または最小値となったとき:
偏向ミラー面上での入射光ビームのスポット寸法が偏向ミラー面の幅よりも大きい、
を満足している。
In the invention configured as described above, the focused light beam from the first optical system is incident on the deflecting mirror surface so as to form an acute angle with respect to the reference surface orthogonal to the drive axis, so-called oblique incidence. For this reason, the spot of the incident light beam formed on the deflecting mirror surface rotates according to the displacement state of the deflecting mirror surface, that is, the deflection angle of the light beam, and as a result, the beam spot formed on the scanned surface also Rotates within the scan range. However, in the present invention, in the mirror width direction, the size of the deflection mirror surface and the size of the beam spot formed on the deflection mirror surface are the following two conditions:
(1) When the angle between the optical axis of the incident light beam and the reference line is a right angle within the scanning range:
The spot size of the incident light beam on the deflection mirror surface is less than or equal to the width of the deflection mirror surface;
(2) Within the scanning range and when the angle reaches the maximum or minimum value:
The spot size of the incident light beam on the deflection mirror surface is larger than the width of the deflection mirror surface;
Is satisfied.
ここで、条件(1)が満足されることで、入射光ビームの光軸と基準線との角度が直角となっており、ビームローテーションが発生していない領域では偏向ミラー面で、ミラー幅方向において入射光ビームの全部が反射されて被走査面に走査される。したがって、光ビームを効率良く被走査面に結像して明るいビームスポットを被走査面に結像することができる。 Here, when the condition (1) is satisfied, the angle between the optical axis of the incident light beam and the reference line is a right angle, and in the region where no beam rotation occurs, the deflection mirror surface is in the mirror width direction. In FIG. 5, the entire incident light beam is reflected and scanned on the surface to be scanned. Therefore, a light beam can be efficiently imaged on the surface to be scanned and a bright beam spot can be imaged on the surface to be scanned.
一方、条件(2)が満足されることで、少なくとも走査範囲の端部では偏向ミラー面に形成される入射光ビームのスポット寸法が偏向ミラー面の幅よりも大きく、いわゆるオーバーフィル状態が満足されている。すなわち、偏向ミラー面が変位して入射光ビームの光軸と基準線との角度が直角から増加または減少していくと、ビームローテーションによって偏向ミラー面上での入射光ビームのスポット寸法が上記角度の増減に応じて大きくなっていき、走査範囲の端部側でオーバーフィル状態が生じる。このため、後述する作用効果(図11や図13参照)により走査範囲の端部側でビームローテーション現象が緩和され、優れた走査特性で光ビームを被走査面上で走査することができる。 On the other hand, when the condition (2) is satisfied, at least at the end of the scanning range, the spot size of the incident light beam formed on the deflection mirror surface is larger than the width of the deflection mirror surface, and so-called overfill condition is satisfied. ing. That is, when the deflection mirror surface is displaced and the angle between the optical axis of the incident light beam and the reference line is increased or decreased from a right angle, the spot size of the incident light beam on the deflection mirror surface is changed to the above angle by beam rotation. As it increases or decreases, an overfill state occurs on the end side of the scanning range. For this reason, the beam rotation phenomenon is mitigated on the end side of the scanning range due to the effects described later (see FIGS. 11 and 13), and the light beam can be scanned on the surface to be scanned with excellent scanning characteristics.
ここで、集束光ビームのビームウエスト形成位置については任意であり、例えば偏向ミラー面の変位範囲外にビームウエストを形成するようにしてもよいし、また該変位範囲内にビームウエストを形成するようにしてもよい。特に、偏向ミラー面の小型化を図るためには、偏向ミラー面の近傍位置に形成するビームウエストを形成するのが望ましく、さらに偏向ミラー面の変位範囲内にビームウエストが形成されると、後述するように走査範囲の端部側での光量低下を抑制することができる(図13参照)。 Here, the beam waist forming position of the focused light beam is arbitrary. For example, the beam waist may be formed outside the displacement range of the deflecting mirror surface, or the beam waist may be formed within the displacement range. It may be. In particular, in order to reduce the size of the deflection mirror surface, it is desirable to form a beam waist formed in the vicinity of the deflection mirror surface, and when the beam waist is formed within the displacement range of the deflection mirror surface, it will be described later. Thus, it is possible to suppress a decrease in the amount of light on the end side of the scanning range (see FIG. 13).
また、入射光ビームの偏向ミラー面への入射態様については任意であるが、偏向ミラー面の正面側より入射すると、走査範囲のほぼ中心位置ではビームローテーションが解消されるとともに、その走査中心を中心として主走査方向においてビームローテーションが対称となり、ビームローテーションの最大値を抑制することができる。 The incident light beam can be incident on the deflecting mirror surface in any manner. When the incident light beam is incident from the front side of the deflecting mirror surface, the beam rotation is canceled at the center position of the scanning range and the scanning center is the center. As a result, the beam rotation becomes symmetric in the main scanning direction, and the maximum value of the beam rotation can be suppressed.
また、偏向手段としては、種々のものを採用することができるが、例えば次のように構成されたものを用いるのが装置の小型化および軽量化において有利である。すなわち、主走査方向に伸びる細長形状で偏向ミラー面を有する可動部材と、可動部材を駆動軸回りに揺動自在に支持する支持部材とを一体的に形成し、可動部材を駆動軸回りに揺動駆動して入射光ビームを偏向する、偏向手段を用いることができる。 In addition, various deflecting means can be employed. For example, the use of the deflecting means configured as follows is advantageous in reducing the size and weight of the apparatus. That is, a movable member having an elongated shape extending in the main scanning direction and having a deflection mirror surface and a support member that supports the movable member so as to be swingable around the drive shaft are integrally formed, and the movable member is swung around the drive shaft. A deflecting means that deflects the incident light beam by dynamic driving can be used.
さらに、偏向手段が入射光ビームを所定の走査範囲内で偏向するとき、主走査方向において、走査範囲内で、かつ入射光ビームの光軸と基準線との角度が最大値となったときに偏向ミラー面に形成される入射光ビームのスポット寸法が偏向ミラー面の長さよりも短くなうように構成してもよい。こうすることで、走査範囲内では、入射光ビームが主走査方向において偏向ミラー面からはみ出すのを確実に防止することができ、光ビームを効率良く被走査面に偏向させることができる。その結果、走査範囲の全域にわたって明るいビームスポットを被走査面に形成することができる。 Further, when the deflecting means deflects the incident light beam within a predetermined scanning range, when the angle between the optical axis of the incident light beam and the reference line reaches the maximum value in the scanning range in the main scanning direction. You may comprise so that the spot size of the incident light beam formed in a deflection | deviation mirror surface may become shorter than the length of a deflection | deviation mirror surface. By so doing, it is possible to reliably prevent the incident light beam from protruding from the deflection mirror surface in the main scanning direction within the scanning range, and to efficiently deflect the light beam to the surface to be scanned. As a result, a bright beam spot can be formed on the scanned surface over the entire scanning range.
<第1実施形態>
図1は本発明にかかる画像形成装置の第1実施形態を示す図である。また、図2は図1の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、いわゆる4サイクル方式のカラープリンタである。この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から印字指令がメインコントローラ11に与えられると、このメインコントローラ11のCPU111からの印字指令に応じてエンジンコントローラ10がエンジン部EGの各部を制御して複写紙、転写紙、用紙およびOHP用透明シートなどのシートに印字指令に対応する画像を形成する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. This image forming apparatus is a so-called four-cycle color printer. In this image forming apparatus, when a print command is given to the
このエンジン部EGでは、感光体2が図1の矢印方向(副走査方向)に回転自在に設けられている。また、この感光体2の周りにその回転方向に沿って、帯電ユニット3、ロータリー現像ユニット4およびクリーニング部(図示省略)がそれぞれ配置されている。帯電ユニット3には帯電制御部103が電気的に接続されており、所定の帯電バイアスを印加している。このバイアス印加によって感光体2の外周面が所定の表面電位に均一に帯電される。また、これらの感光体2、帯電ユニット3およびクリーニング部は一体的に感光体カートリッジを構成しており、感光体カートリッジが一体として装置本体5に対し着脱自在となっている。
In the engine unit EG, the
そして、この帯電ユニット3によって帯電された感光体2の外周面に向けて露光ユニット6から光ビームLが照射される。この露光ユニット6は後述する露光制御部からの電気信号に基づき光ビームLを感光体2上に走査して画像信号に対応する静電潜像を形成する。このように露光ユニット6は、本発明にかかる光走査装置であるが、その構成および動作については後で詳述する。
Then, the light beam L is irradiated from the
こうして形成された静電潜像は現像ユニット4によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット4は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム40、支持フレーム40に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器4Y、マゼンタ用の現像器4M、シアン用の現像器4C、およびブラック用の現像器4Kを備えている。そして、エンジンコントローラ10の現像器制御部104からの制御指令に基づいて、現像ユニット4が回転駆動されるとともにこれらの現像器4Y、4C、4M、4Kが選択的に感光体2と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ44から感光体2の表面にトナーを付与する。これによって、感光体2上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
The electrostatic latent image thus formed is developed with toner by the developing
上記のようにして現像ユニット4で現像されたトナー像は、一次転写領域TR1で転写ユニット7の中間転写ベルト71上に一次転写される。転写ユニット7は、複数のローラ72、73等に掛け渡された中間転写ベルト71と、ローラ73を回転駆動することで中間転写ベルト71を所定の回転方向に回転させる駆動部(図示省略)とを備えている。
The toner image developed by the developing
また、ローラ72の近傍には、転写ベルトクリーナ(図示省略)、濃度センサ76(図2)および垂直同期センサ77(図2)が配置されている。これらのうち、濃度センサ76は、中間転写ベルト71の表面に対向して設けられており、中間転写ベルト71の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。また、垂直同期センサ77は、中間転写ベルト71の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト71の副走査方向への回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Vsyncを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色のトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Vsyncに基づいて制御される。
In the vicinity of the roller 72, a transfer belt cleaner (not shown), a density sensor 76 (FIG. 2), and a vertical synchronization sensor 77 (FIG. 2) are arranged. Among these, the density sensor 76 is provided facing the surface of the intermediate transfer belt 71 and measures the optical density of the patch image formed on the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 71. The
そして、カラー画像をシートに転写する場合には、感光体2上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト71上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット8から1枚ずつ取り出され搬送経路Fに沿って二次転写領域TR2まで搬送されてくるシート上にカラー画像を二次転写する。
When transferring a color image to a sheet, each color toner image formed on the
このとき、中間転写ベルト71上の画像をシート上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域TR2にシートを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路F上において二次転写領域TR2の手前側にゲートローラ81が設けられており、中間転写ベルト71の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ81が回転することにより、シートが所定のタイミングで二次転写領域TR2に送り込まれる。 At this time, in order to correctly transfer the image on the intermediate transfer belt 71 to a predetermined position on the sheet, the timing of feeding the sheet to the secondary transfer region TR2 is managed. Specifically, a gate roller 81 is provided on the transport path F on the front side of the secondary transfer region TR2, and the gate roller 81 rotates in accordance with the timing of the circumferential movement of the intermediate transfer belt 71. Are sent to the secondary transfer region TR2 at a predetermined timing.
また、こうしてカラー画像が形成されたシートは定着ユニット9および排出ローラ82を経由して装置本体5の上面部に設けられた排出トレイ部51に搬送される。また、シートの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートを排出ローラ82によりスイッチバック移動させる。これによってシートは反転搬送経路FRに沿って搬送される。そして、ゲートローラ81の手前で再び搬送経路Fに乗せられるが、このとき、二次転写領域TR2において中間転写ベルト71と当接し画像を転写されるシートの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートの両面に画像を形成することができる。
Further, the sheet on which the color image is formed in this way is conveyed to the
なお、図2において、符号113はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース112を介して与えられた画像データを記憶するためにメインコントローラ11に設けられた画像メモリであり、符号106はCPU101が実行する演算プログラムやエンジン部EGを制御するための制御データなどを記憶するためのROM、また符号107はCPU101における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するRAMである。
In FIG. 2, reference numeral 113 denotes an image memory provided in the
図3は図1の画像形成装置に装備された露光ユニットの構成を示す主走査断面図である。また、図4は露光ユニットの副走査断面図である。また、図5は走査光ビームの結像を示す斜視図である。また、図6および図7は露光ユニットの一構成要素たる偏向器を示す図である。また、図8は露光ユニットおよび露光制御部の構成を示すブロック図である。以下、これらの図面を参照しつつ、露光ユニット6の構成および動作について詳述する。
FIG. 3 is a main scanning sectional view showing the structure of the exposure unit provided in the image forming apparatus of FIG. FIG. 4 is a sub-scan sectional view of the exposure unit. FIG. 5 is a perspective view showing the imaging of the scanning light beam. 6 and 7 are diagrams showing a deflector which is one component of the exposure unit. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the exposure unit and the exposure control unit. Hereinafter, the configuration and operation of the
この露光ユニット6は露光筐体61を有している。そして、露光筐体61に単一のレーザ光源62が固着されており、レーザ光源62から光ビームを射出可能となっている。このレーザ光源62は、図8に示すように、露光制御部102の光源駆動部102aと電気的に接続されている。このため、画像データに応じて光源駆動部102aがレーザ光源62をON/OFF制御してレーザ光源62から画像データに対応して変調された光ビームが射出される。このように本実施形態では、レーザ光源62が本発明の「光源」に相当している。
The
また、この露光筐体61の内部には、レーザ光源62からの光ビームを感光体2の表面(被走査面)に走査露光するために、コリメータレンズ631、シリンドリカルレンズ632、ミラー64、偏向器65、第1走査レンズ66および折り返しミラー67が設けられている。すなわち、レーザ光源62からの光ビームは、図4に示すように、コリメータレンズ631により適当な大きさのコリメート光にビーム整形された後、副走査方向Yにのみパワーを有するシリンドリカルレンズ632に入射される。そして、このコリメート光は副走査方向Yにのみ集束されて偏向器65の偏向ミラー面651近傍位置で線状結像される。このように、この実施形態では、コリメータレンズ631およびシリンドリカルレンズ632がレーザ光源62からの光ビームを副走査方向Yにおいて集束させるビーム整形系(第1光学系)63として機能している。また、ビーム整形系63は集束光ビームLiを、同図に示すように、偏向器65の偏向ミラー面651の揺動軸(本発明の「駆動軸」に相当)AXと直交する基準面SSに対して鋭角γをなすように偏向ミラー面651に入射する。
Further, in the exposure housing 61, a collimator lens 631, a cylindrical lens 632, a
この偏向器65は半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて形成されるものであり、偏向ミラー面651で反射した光ビームを主走査方向Xに偏向可能となっている。より具体的には、偏向器65は次のように構成されている。
The
この偏向器65では、図6および図7に示すように、シリコンの単結晶基板(以下「シリコン基板」という)652が本発明の「支持部材」として機能し、さらに該シリコン基板652の一部を加工することで可動板653が設けられている。この可動板653はねじりバネ654によってシリコン基板652に弾性支持されており、主走査方向Xとほぼ直交する副走査方向Yに伸びる揺動軸AX回りに揺動自在となっている。そして、可動板653の中央部には、アルミニューム膜などが偏向ミラー面651として成膜されている。なお、この実施形態では、可動板653は図6に示すように主走査方向Xに伸びる細長形状に仕上げられている。
In this
また、シリコン基板652の略中央部には、図7に示すように、可動板653が揺動軸AX回りに揺動可能となるように、凹部652aが設けられている。そして、凹部652aの内底面のうち可動板653の両端部に対向する位置に電極658a、658bがそれぞれ固着されている(図7参照)。これら2つの電極658a、658bは可動板653を揺動軸AX回りに揺動駆動するための揺動用電極として機能するものである。すなわち、これらの揺動用電極658a、658bは露光制御部102の揺動駆動部102bと電気的に接続されており、電極への電圧印加によって該電極と偏向ミラー面651との間に静電吸着力が作用して偏向ミラー面651の一方端部を該電極側に引き寄せる。したがって、揺動駆動部102bから所定の電圧を揺動用電極658a、658bに交互に印加すると、ねじりバネ654を揺動軸AXとして偏向ミラー面651を往復振動させることができる。そして、この往復振動の駆動周波数を偏向ミラー面651の共振周波数に設定すると、偏向ミラー面651の振れ幅は大きくなり、電極658a、658bに近接する位置まで偏向ミラー面651の端部を変位させることができる。また、偏向ミラー面651の端部が共振で電極658a、658bと近接位置に達することで、電極658a、658bも偏向ミラー面651の駆動に寄与し、端部と平面部の両電極により振動維持をより安定させることができる。
Further, as shown in FIG. 7, a recess 652a is provided at a substantially central portion of the silicon substrate 652 so that the
なお、この実施形態では、静電吸着力により偏向ミラー面651を往復振動させているが、電磁気力により振動させるようにしてもよい。ここで、電磁気力により偏向ミラー面651を駆動する態様については、すでに周知の技術事項であるため、ここでは説明を省略する。
In this embodiment, the deflecting
図3および図4に戻って露光ユニット6の説明を続ける。上記のように偏向器65により走査された走査光ビームは感光体2に向けて偏向器65から射出されるが、その走査光ビームLsは本発明の「第2光学系」に相当する走査レンズ66および折り返しミラー67を介して感光体2に結像され、感光体表面に光ビームLsのスポットが形成される。これにより、図5に示すように、走査光ビームLsが主走査方向Xと平行に走査して走査位置21上で主走査方向Xに伸びるライン状の潜像が感光体2上に形成される。
Returning to FIGS. 3 and 4, the description of the
なお、この実施形態では、図3に示すように、偏向器65からの走査光ビームの開始および終端を折り返しミラー69a〜69cにより同期センサ60に導いている。すなわち、この実施形態では、同期センサ60を、主走査方向Xにおける同期信号、つまり水平同期信号を得るための水平同期用読取センサとして機能させている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the start and end of the scanning light beam from the
次に、ビームローテーション現象を緩和するために本実施形態が採用した具体的な構成について図4、図9ないし図11を参照しつつ詳述する。図9は偏向器による光ビームの走査を示す図であり、図10は図9のIX−IX線から見た偏向ミラー面上での光ビームの反射を示す図であり、図11は偏向ミラー面上での光ビームのスポット形状を示す図である。この実施形態では、レーザ光源62から偏向ミラー面651に入射される光ビームLiは、その断面形状が略楕円形状となった集束光ビームであり、偏向ミラー面651の正面側から入射される。また、その集束光ビームLiのビームウエストBWは図10に示すように偏向ミラー面651の変位範囲外に形成されている。すなわち、偏向ミラー面651の揺動角にかかわらずビームウエストBWは常に偏向ミラー面651から離れた位置に形成される。
Next, a specific configuration adopted by the present embodiment to alleviate the beam rotation phenomenon will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 9 to 11. FIG. 9 is a diagram showing the scanning of the light beam by the deflector, FIG. 10 is a diagram showing the reflection of the light beam on the deflection mirror surface viewed from the line IX-IX in FIG. 9, and FIG. It is a figure which shows the spot shape of the light beam on a surface. In this embodiment, the light beam Li incident on the
ここで、揺動角θがゼロ、および最大角(+θmax)、(−θmax)となったときの光ビームの偏向動作のそれぞれについて分けて説明する。なお、図9中の符号SLは、偏向ミラー面651への入射光ビームLiの入射位置で偏向ミラー面651と基準面SSとが交差して形成される交線、つまり本発明の「基準線」を意味している。
Here, each of the deflection operations of the light beam when the swing angle θ is zero and the maximum angles (+ θmax) and (−θmax) will be described separately. 9 indicates an intersection line formed by the
まず、揺動角θがゼロである(この実施形態では、基準線SLに対して入射光ビームLiの光軸OAiが直交する)ときには、偏向ミラー面651には図11(b)に示すビームスポットBSiが形成されるが、この実施形態では、ミラー幅方向Yにおいて、偏向ミラー面651の寸法Hbと、該偏向ミラー面651上でのビームスポットBSiの寸法Hbsとが以下の2つの条件、
(1)走査範囲内で、かつ入射光ビームLiの光軸OAiと基準線SLとの角度が直角であるとき:
偏向ミラー面651上での入射光ビームLiのスポット寸法Hbsが偏向ミラー面651の幅Hb以下である、
(2)走査範囲内で、かつ上記角度が最大値または最小値となったとき:
偏向ミラー面651上での入射光ビームLiのスポット寸法Hbsが偏向ミラー面651の幅Hbsよりも大きい、
を満足している。
First, when the swing angle θ is zero (in this embodiment, the optical axis OAi of the incident light beam Li is orthogonal to the reference line SL), the beam shown in FIG. In this embodiment, in the mirror width direction Y, the dimension Hb of the
(1) When the angle between the scanning axis and the optical axis OAi of the incident light beam Li and the reference line SL is a right angle:
The spot size Hbs of the incident light beam Li on the
(2) Within the scanning range and when the above angle reaches the maximum or minimum value:
The spot size Hbs of the incident light beam Li on the
Is satisfied.
ここで、条件(1)および条件(2)が意味するところについて説明する。条件(1)では、入射光ビームLiの光軸OAiと基準線SLとの角度が直角となっており、ビームローテーションが発生していない。しかも、
Hbs≦Hb
という不等式が満足されているため、偏向ミラー面651では、ミラー幅方向Yにおいて入射光ビームLiの全部が反射されて走査レンズ66および折り返しミラー67を介して感光体2に結像され、感光体表面に光ビームLsのスポットが形成される。したがって、レーザ光源62から射出された光ビームを効率良く感光体2の表面に結像して明るいビームスポットを感光体表面に結像することができる。
Here, the meaning of the condition (1) and the condition (2) will be described. Under condition (1), the angle between the optical axis OAi of the incident light beam Li and the reference line SL is a right angle, and no beam rotation occurs. Moreover,
Hbs ≦ Hb
Is satisfied, the deflecting
また、揺動ミラー面651の揺動角θがゼロから変化していくと、偏向ミラー面651が変位して入射光ビームLiの光軸OAiと基準線SLとの角度が直角から増加または減少していく。例えば、図9(b−1)〜(b−3)に示すように、揺動角θが増加していくと、上記角度は減少していき、走査範囲の端部、つまり揺動角θが最大値(+θmax)となったとき、上記角度は(90−θmax)となり、最小値をとる。このような角度変化に応じてビームローテーションが生じる。すなわち、入射光ビームLiの中央部は基準面SSと同一高さ位置で偏向ミラー面651で反射されるが、角度変化に応じて、入射光ビームLiの一方部は基準面SSよりも下側に偏って、また他方部は基準面SSよりも上側に偏って、それぞれ偏向ミラー面651で反射されることとなる。その結果、ビームローテーションが生じ、例えば揺動角θが最大角(+θmax)となると、図11(a)に示すように、偏向ミラー面651上での入射光ビームLiのビームスポットBSiは大きく回転したものとなる。このときの入射光ビームLiの中心軸CLiは基準線SLに対して大きく傾いている。この点に関しては、逆方向に揺動した場合についても同様にして発生する(図11(c)参照)。
As the swing angle θ of the
ところで、この実施形態では、条件(1)に加えて条件(2)を満足しているため、揺動角θが増加していく途中、あるいは最大値をとった時点で、ミラー幅方向Yにおいて、入射光ビームLiのスポット寸法Hbsが偏向ミラー面651の幅Hbよりも大きくなる。そして、
Hbs>Hb
となった時点より、入射光ビームLiは偏向ミラー面651に対してオーバーフィル状態となり、入射光ビームLiの一部のみが偏向される。すなわち、入射光ビームLiの中央部は、基準面SSと同一高さ位置で偏向ミラー面651で反射されるが、その一方部は基準面SSよりも下側に偏り下方部分が欠けた状態で、また他方部は基準面SSよりも上側に偏り上方部分が欠けた状態で、それぞれ偏向ミラー面651で反射されることとなる。その結果、オーバーフィル状態では射出光ビーム(走査光ビーム)Lsの中心軸CLsは、揺動角θがゼロのときの中心軸CLs(図11(b))に近づいてくる。つまり、入射光ビームLiが大きくローテーションしたとしても、走査光ビームLsのローテーションは緩和されている。その結果、感光体2の表面上におけるビームスポットのローテーションも緩和することができる。
By the way, in this embodiment, since the condition (2) is satisfied in addition to the condition (1), the oscillating angle θ is increasing or when the maximum value is reached in the mirror width direction Y. The spot dimension Hbs of the incident light beam Li is larger than the width Hb of the deflecting
Hbs> Hb
At that time, the incident light beam Li is overfilled with respect to the deflecting
また、この実施形態では、図11(a)、(c)に示すように、揺動角θが最大角(+θmax)、(−θmax)となったときにおいても、主走査方向Xにおいて、入射光ビームLiのスポット長さHasが偏向ミラー面651の長さHaよりも短くなるように構成されている。したがって、走査範囲内では、入射光ビームLiが主走査方向Xにおいて偏向ミラー面651からはみ出すのを確実に防止することができ、光ビームを効率良く感光体2の表面に偏向させることができる。
Further, in this embodiment, as shown in FIGS. 11A and 11C, even in the case where the swing angle θ reaches the maximum angles (+ θmax) and (−θmax), the incidence is made in the main scanning direction X. The spot length Has of the light beam Li is configured to be shorter than the length Ha of the deflecting
以上のように、この実施形態によれば、偏向ミラー面651に対して光ビームLiを斜入射させているが、走査範囲の端部側で、ミラー幅方向Yにおいて入射光ビームLiを偏向ミラー面651に対してオーバーフィル状態で入射しているので、ビームスポットのローテーションを抑制して優れた走査特性で光ビームを感光体2の表面上で走査することができる。そして、これによって感光体2の表面に潜像を安定して形成することができる。
As described above, according to this embodiment, the light beam Li is obliquely incident on the
また、上記条件(2)を満足させるため、ミラー幅方向Yにおいて、偏向ミラー面651を入射光ビームLiのビームスポットBSiよりも小さくするために、本実施形態では可動板653を細長形状に仕上げて、ミラー幅方向Yにおける幅Hbを従来装置よりも大幅に小さくしている。したがって、このように構成された露光ユニット6では、可動板653が軽量化され、可動板653を従来装置よりも高速で、しかも安定して揺動することができる。その結果、感光体2の表面上で光ビームを高速で、かつ安定して走査して潜像形成を安定して行うことができる。
In order to satisfy the above condition (2), the
<第2実施形態>
ところで、ビーム整形系63から射出される集束光ビームLiのビームウエストBWの形成位置については任意であるが、第1実施形態のビームウエストBW(図10参照)よりもさらに偏向ミラー面651に近接した位置にビームウエストBWが形成されるようにビーム整形系63を構成してもよい。以下、第2実施形態について図12および図13を参照しつつ説明する。
Second Embodiment
Incidentally, the formation position of the beam waist BW of the focused light beam Li emitted from the
図12は本発明にかかる画像形成装置の第2実施形態に装備された露光ユニットの一部を示す図であり、図9のIX−IX線から見た偏向ミラー面上での光ビームの反射を示している。また、図13は偏向ミラー面上での光ビームのスポット形状を示す図である。なお、この実施形態にかかる画像形成装置は、集束光ビームLiのビームウエストBWが第1実施形態と相違しているのみであり、その他の構成は第1実施形態のそれと同一である。 FIG. 12 is a view showing a part of an exposure unit provided in the second embodiment of the image forming apparatus according to the present invention. Reflection of the light beam on the deflecting mirror surface as seen from the line IX-IX in FIG. Is shown. FIG. 13 is a diagram showing the spot shape of the light beam on the deflection mirror surface. In the image forming apparatus according to this embodiment, only the beam waist BW of the focused light beam Li is different from that of the first embodiment, and other configurations are the same as those of the first embodiment.
第2実施形態では、集束光ビームLiのビームウエストBWは図12に示すように偏向ミラー面651の変位範囲内に形成されている。すなわち、偏向ミラー面651が揺動変位している途中でビームウエストBWが偏向ミラー面651上に位置することとなる。このため、偏向ミラー面651上に形成されるビームスポットBSiの形状が第1実施形態と一部相違している。
In the second embodiment, the beam waist BW of the focused light beam Li is formed within the displacement range of the
まず、揺動角θがゼロである(この実施形態では、基準線SLに対して入射光ビームLiの光軸OAiが直交する)ときには、偏向ミラー面651には図13(b)に示すビームスポットBSiが形成されるが、この実施形態においても、第1実施形態と同様に、ミラー幅方向Yにおいて、偏向ミラー面651の寸法Hbと、該偏向ミラー面651上でのビームスポットBSiの寸法Hbsとが上記した2つの条件(1)、(2)を満足している。したがって、揺動角θがゼロであるため、入射光ビームLiの光軸OAiと基準線SLとの角度が直角となっており、ビームローテーションが発生していない。しかも、
Hbs≦Hb
という不等式が満足されているため、偏向ミラー面651では、ミラー幅方向Yにおいて入射光ビームLiの全部が反射されて走査レンズ66および折り返しミラー67を介して感光体2に結像され、感光体表面に光ビームLsのスポットが形成される。したがって、レーザ光源62から射出された光ビームを効率良く感光体2の表面に結像して明るいビームスポットを感光体表面に結像することができる。
First, when the swing angle θ is zero (in this embodiment, the optical axis OAi of the incident light beam Li is orthogonal to the reference line SL), the beam shown in FIG. Although the spot BSi is formed, in this embodiment as well, in the mirror width direction Y, the dimension Hb of the
Hbs ≦ Hb
Is satisfied, the deflecting
また、揺動ミラー面651の揺動角θがゼロから変化していくと、第1実施形態と同様に、偏向ミラー面651が変位して入射光ビームLiの光軸OAiと基準線SLとの角度が直角から増加または減少していき、ビームローテーションが生じる。例えば揺動角θが最大角(+θmax)となると、図13(a)に示すように、偏向ミラー面651上での入射光ビームLiのビームスポットBSiは大きく回転したものとなる。このときの入射光ビームLiの中心軸CLiは基準線SLに対して大きく傾いている。この点に関しては、逆方向に揺動した場合についても同様にして発生する(図13(c)参照)。
Further, when the swing angle θ of the
しかしながら、この実施形態においても、条件(1)および(2)を満足しているため、第1実施形態と同様の理由により、感光体2の表面上におけるビームスポットのローテーションが緩和される。また、図13(a)、(c)に示すように、揺動角θが最大角(+θmax)、(−θmax)となったときにおいても、主走査方向Xにおいて、入射光ビームLiのスポット長さHasが偏向ミラー面651の長さHaよりも短くなるように構成されている。したがって、走査範囲内では、入射光ビームLiが主走査方向Xにおいて偏向ミラー面651からはみ出すのを確実に防止することができ、光ビームを効率良く感光体2の表面に偏向させることができる。
However, also in this embodiment, since the conditions (1) and (2) are satisfied, the rotation of the beam spot on the surface of the
さらに、この実施形態では、ビームウエストBWが偏向ミラー面651の変位範囲内に形成されるように構成しているので、第1実施形態に比べて走査範囲内での光量変動を抑制することができる。というのも、偏向ミラー面651が変位している間に入射光ビームLiのビームウエストBWが偏向ミラー面651上に位置することとなるからである。すなわち、偏向ミラー面651上での入射光ビームLiのビームスポットBSiは、図13(a)、(c)に示すように、ビームウエストBWの形成位置で括れた、略瓢箪形状となる。したがって、ビームスポットBSiのうち偏向ミラー面651からはみ出たオーバーフィル量が第1実施形態よりも減少し、偏向ミラー面651により反射される光ビームLsの光量を高めることができる。その結果、走査範囲の端部側での光量低下を抑制することができ、走査範囲内での光量変動を抑制することができる。
Further, in this embodiment, since the beam waist BW is configured to be formed within the displacement range of the
<その他>
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、偏向器65としてガルバノミラーやポリゴンミラーなどの従来より周知のものを採用し、該偏向器に光ビームを斜入射させる露光ユニットにも本発明を適用することができる。
<Others>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the present invention can also be applied to an exposure unit that employs a conventionally well-known device such as a galvanometer mirror or a polygon mirror as the
また、上記実施形態では光ビームを偏向ミラー面651に対して正面側から入射させているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、基準面SSに対して一方(または下方)側あるいは他方(または上方)側から斜入射させる露光ユニット全般に適用することができる。
In the above-described embodiment, the light beam is incident on the deflecting
この発明にかかる光走査装置をカラー画像形成装置の露光手段として用いているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。すなわち、感光体などの潜像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成するとともに、該静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する画像形成装置の露光手段として用いることができる。もちろん、光走査装置の適用対象は画像形成装置に装備される露光手段に限定されるものではなく、光ビームを被走査面上に走査させる光走査装置全般に適用することができる。 Although the optical scanning device according to the present invention is used as the exposure means of the color image forming apparatus, the application target of the present invention is not limited to this. That is, as an exposure unit of an image forming apparatus that scans a light beam on a latent image carrier such as a photoconductor to form an electrostatic latent image and develops the electrostatic latent image with toner to form a toner image. Can be used. Of course, the application target of the optical scanning device is not limited to the exposure means provided in the image forming apparatus, but can be applied to all optical scanning devices that scan the surface to be scanned with the light beam.
2…感光体(潜像担持体)、 6…露光ユニット(光走査装置)、 62…レーザ光源(光源)、 63…コリメータレンズ(第1光学系)、 65…偏向器、 66…走査レンズ(第2光学系)、 651…偏向ミラー面、 652…シリコン基板(支持部材)、 653…可動板(可動部材)、 AX…揺動軸(駆動軸)、 BW…ビームウエスト、 Ha…(可動板の)長さ、 Has…(入射光ビームの)ビームスポット長さ、 Hb…(可動板の)幅、 Hbs…(入射光ビームの)ビームスポット幅、 L…光ビーム、 Li…入射光ビーム、 Ls…射出光ビーム(走査光ビーム)、 OAi…(入射光ビームの)光軸、 SL…基準線、 SS…基準面、 X…主走査方向、 Y…ミラー幅方向、 γ…(偏向ミラー面への光ビームの)入射角、 θ…揺動角
DESCRIPTION OF
Claims (7)
入射される光ビームを反射する偏向ミラー面を有し、前記主走査方向とほぼ直交する駆動軸回りに前記偏向ミラー面を変位させることで入射光ビームを所定の走査範囲内で前記主走査方向に偏向させる偏向手段と、
光ビームを射出する光源と、
前記光源からの光ビームを、前記主走査方向とほぼ直交する副走査方向において集束させるとともに、前記駆動軸と直交する基準面に対して鋭角をなすように前記偏向ミラー面に入射する第1光学系と、
光ビームを前記被走査面に結像する第2光学系とを備え、
前記偏向ミラー面への前記入射光ビームの入射位置で前記偏向ミラー面と前記基準面とが交差して形成される交線を基準線とし、前記偏向ミラー面内において前記基準線に対して直交する方向をミラー幅方向としたとき、
前記ミラー幅方向における前記偏向ミラー面に形成される入射光ビームのスポット寸法が、
前記走査範囲内で、かつ入射光ビームの光軸と前記基準線との角度が直角であるときに前記ミラー幅方向における前記偏向ミラー面の幅以下である一方、
前記走査範囲内で、かつ前記角度が最大値または最小値となったときに前記ミラー幅方向における前記偏向ミラー面の幅よりも大きい
ことを特徴とする光走査装置。 In an optical scanning device that scans a light beam in a main scanning direction on a surface to be scanned,
A deflecting mirror surface for reflecting an incident light beam, and displacing the deflecting mirror surface about a drive axis substantially orthogonal to the main scanning direction to cause the incident light beam to fall within a predetermined scanning range in the main scanning direction; Deflecting means for deflecting to
A light source that emits a light beam;
A first optical beam that focuses a light beam from the light source in a sub-scanning direction substantially orthogonal to the main scanning direction and is incident on the deflection mirror surface so as to form an acute angle with respect to a reference surface orthogonal to the drive axis. The system,
A second optical system for imaging a light beam on the surface to be scanned,
An intersection line formed by intersecting the deflection mirror surface and the reference surface at the incident position of the incident light beam on the deflection mirror surface is defined as a reference line, and is orthogonal to the reference line in the deflection mirror surface. When the direction to do is the mirror width direction,
The spot size of the incident light beam formed on the deflecting mirror surface in the mirror width direction is
While within the scanning range and when the angle between the optical axis of the incident light beam and the reference line is a right angle, it is less than or equal to the width of the deflection mirror surface in the mirror width direction,
An optical scanning device characterized in that it is larger than the width of the deflection mirror surface in the mirror width direction when the angle reaches the maximum value or the minimum value within the scanning range.
前記主走査方向において、前記走査範囲内で、かつ前記入射光ビームの光軸と前記基準線との角度が最大値となったときに前記偏向ミラー面に形成される前記入射光ビームのスポット寸法が前記偏向ミラー面の長さよりも短い光走査装置。 6. The optical scanning device according to claim 1, wherein the deflecting unit deflects the incident light beam within a predetermined scanning range.
The spot size of the incident light beam formed on the deflecting mirror surface when the angle between the optical axis of the incident light beam and the reference line reaches a maximum value in the scanning range in the main scanning direction. Is an optical scanning device shorter than the length of the deflection mirror surface.
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