JP2006091879A

JP2006091879A - 光走査装置

Info

Publication number: JP2006091879A
Application number: JP2005270890A
Authority: JP
Inventors: Susumu Anzai; 進安斉
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】複数ビームが偏向器の同一の偏向面に入射するタイプのタンデム方式の光走査装置において、ジッターを低減させることを課題とする。
【解決手段】複数のレーザビームは同一偏向面２８Ａへ副走査方向において互いに角度を持って入射するため、スプレータイプの場合、色毎にビデオデータを反転する必要がなくなり、また、副走査方向において平行に入射させる構成と比較すると、偏向面２８Ａの面積を小さくできるので、ポリゴンミラー２８を回転させるモータの負担も軽減できる。半導体レーザーアレイ１２とすることで、部品数の低減と調整工数の低減を図ることができ、偏向面２８Ａへの入射角がビーム毎にずれない。走査光学系をオーバーフィルド光学系とすることで、ポリゴンミラー２８で偏向されたビームに位置ずれが起きないため、ジッターを抑えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は光走査装置に係り、特に１パスでカラー画像を再生するタンデム方式のデジタルカラー複写機及び、カラーレーザプリンタ等の光走査装置に関する。

従来、電荷を帯びた感光体上に画像情報に応じて変調された光ビームを走査露光して静電潜像を形成し、現像、転写、定着という電子写真プロセスにより画像を得るデジタル複写機、プリンタが広く用いられている。

同様に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）に対応する画像信号に応じて感光体上に静電潜像を形成し、帯電、露光、現像を行いこれらを重ね合わせて転写することでフルカラー画像を形成するフルカラー複写機、カラープリンタも広く用いられている。

このようなフルカラー画像形成装置の多くは、複数色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）に対応する複数個の現像器をロータリー式の現像装置に収め、各色の画像形成プロセス毎に現像装置を回転させて異なる色の画像を形成し、それらを重ね合わせて転写してフルカラー画像とする方式（以下、「４サイクル方式」という）を採用している。

しかし、この４サイクル方式では、フルカラー画像を得るために４回のプロセスを繰り返すので、生産性は単色（モノクロ）の画像形成に比べ１／４以下に低下する欠点がある。

そこで、各色に対応する画像形成装置を直列に配置し、転写像を逐次重ね合わせて１パスでフルカラー画像を形成する、いわゆるタンデム方式の画像形成装置が考案されている。

従来のタンデム方式の光走査装置は、１つの偏向器に対し、対向する方向から２本ずつビームを入射させる所謂スプレータイプが主流であった。このスプレータイプの問題点は、高額な走査光学系が２セット必要となり、製品コストが上昇することである。

また、１つの偏向器に対し対向する方向からビームを出入させるため、少なくとも２本のビーム群に逆走査が発生する。このため、画像データの反転が必要であった。さらに、１ビームのみの同期信号で同期させた場合、温度上昇による波長変動要因主走査位置ずれも、２倍になるという問題点があった。

上述した問題を解決するには、４ビームが偏向器の同一偏向面に入射するタンデム式の光走査装置にすることが考えられる。なお、タンデム式の光走査装置とは１つの筐体から感光体と同数のビームもしくは、その整数倍のビーム若しくはＫのみのビーム数が多く出る光走査装置をいう。

このような、４ビームが偏向器の同一偏向面に入射するタンデム式の光走査装置では、次のような技術が開示されている。

図１０に示すように、特許文献１では、副走査断面で見たとき互いに平行な４ビームが光学系の光軸を外れた光路を通り歪曲収差することで、走査線湾曲による色ずれが生じてカラー画像の画質を低下させるという問題の解決を、内面反射型のシリンダミラー８０で補正するという技術で対処している。この内面反射型のシリンダミラー８０を用いることにより、平行平面ガラスと同様に、ＢＯＷを補正することができるとしている。

しかし、内面反射型のシリンダミラー８０は、反射面の前に透過物を配置する特別な構成となっているため、高価であり、その入射角度によっては大きな反射面積（大きなシリンダミラー）が必要となり、コスト上昇の要因となる。

また、特許文献１には、オーバーフィルド光学系に関するかのような記述があるが、オーバーフィルド光学系、アンダーフィルド光学系に関わらず、ポリゴンミラーの回転軸に対して斜めに入射された走査線には、いわゆるボウ（ＢＯＷ）と呼ばれる弓状に湾曲した走査線歪が発生するというものであり、回転軸に対して斜めに入射するのは、オーバーフィルド光学系が特有な訳ではない。

一方、図１１に示すように、特許文献２は、４ビームがポリゴンミラー８６の同一偏向面へ入射するタイプのタンデム式の光走査装置において、走査された４本のビームの分離に関する技術であり、ビームを分離する反射面を断面が略正方形の分離多面鏡８８とすることで、分離多面鏡８８の研磨などの成形加工を容易とし、部品コスト、製造コストを低減させている。

しかし、分離多面鏡８８の２対の辺に同一特性の反射面を蒸着することは容易でなく、製造コストを低減させることはできない。

また、図１２（Ａ）に示すように、２枚の平面ミラー９０の端縁部同士を当接させて適宜な角度に配置し、ビームを分離させる構成も開示されている。

しかし、２枚の平面ミラー９０を当接させた部分には、平面ミラー９０の肉厚によって頂点が形成されず、平面ミラー９０の端部が離隔した状態となるため、２枚の平面ミラー９０で分離される２本のレーザビームの間隔ｄが大きくなる。このため、分離多面鏡８８に換えて平面ミラー９０を使用すると、ポリゴンミラーの厚さやｆθレンズ９２の厚さを大きくする必要があり、部品コストが上昇すると共に、光走査装置自体を大型化しなければならない。

また、図１２（Ｂ）に示すように、２枚の平面ミラー９４の端部を面取りし、面取り面９４Ａを合せれば頂点が形成されて間隔ｄを小さくすることができる。しかし、この面取加工が困難であり、また面取り面９４Ａに高い寸法精度が必要となり、コストを上昇させてしまうおそれがある。

上述した２つの従来技術は、４ビームをポリゴンミラーの偏向面へ副走査方向において平行に入射させるビーム光学系であり、走査されたビームを分離するために、３ｍｍのビーム間隔を設けているとするなら、ポリゴンミラーの厚さが少なくても９ｍｍ必要であり、現実的には軸近傍の厚さが１５ｍｍ程度必要となる。このような肉厚のポリゴンミラーは、ポリゴンモータに重い負荷をかける。

一方、図１３に示すように、特開平７−２５６９２６には、共通の光学系へ４つの光源９６から出射した４本のビームを通過させ、ポリゴンミラーの反射面９８と被走査面１００の間で４本のビームを交差させる技術が開示されている。これによって、ポリゴンミラーの厚さや走査光学系の高さ方向の大きさを縮めることができ、小型化に寄与することができる。しかし、走査光学系は実施例や図面からアンダーフィルド光学系であると推定できる。なお、アンダーフィルド光学系とは、ポリゴンミラーの偏向面に入射するビーム全幅が含まれるものをいう。

すなわち、上述した３つの従来技術は、４ビームを同一偏向面に副走査方向において平行に入射させ、或いは副走査方向に角度を持って入射させる、アンダーフィルド光学系の光走査装置である。

このアンダーフィルド光学系は、偏向面の平面度に依存したジッターが発生するという問題を持っている。特に、副走査方向においてビームが平行の場合、ビームを分離させるため、副走査方向に所定のビーム間隔を必要とする。従って、偏向面の面積が大きくなり易く、精度良く加工することが困難であるという問題点がある（平面度を理想面に近づけることが困難）。

また、アンダーフィルド光学系の４ビームが同一の偏向面に入射するタイプのタンデム式の光走査装置では、同一走査面内での端部平面度が偏向面毎に揃っていないと、偏向面毎に同期センサに入射する走査角度が微妙に異なり、１回転周期の同期ムラが発生する。これがジッターである。このジッターは、各色毎に同期をとる場合でも１色が代表して同期をとる場合でも平面度に依存し発生するものである。
特開平１１−２０２２３１号公報特開２００１−１５４１３２号公報

本発明は、上記事実を考慮して、感光体の数に対応した数のビーム、あるいはその整数倍のビームが偏向器の同一の偏向面に入射するタイプのタンデム方式の光走査装置において、ジッターを低減させることを課題とする。

請求項１に記載の発明は、４本のビームを単一の偏向器の同一偏向面で偏向し、４つの感光体をそれぞれ露光する光走査装置において、前記４本のビームは同一偏向面へ副走査方向において互いに角度を持って入射し、主走査同期検出は４本のビーム中の内側のビームで行うことを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、４本のビームは同一偏向面へ副走査方向において互いに角度を持って入射するため、スプレータイプの場合、色毎にビデオデータを反転する必要がなくなり、また、副走査方向において平行に入射させる構成と比較すると、偏向面の面積を小さくできるので、平面度を理想面に近づけることができ、偏向器を回転させるモータの負担も軽減できる。

また、同期センサを１つにして１本のビーム（１色）の同期のみで制御することで、同期制御を簡素化した上に色ずれの少ない画像を得られる。

さらに、偏向面の平面度の悪化は端部側に顕著であるので、内側のビームで同期信号をピックアップすることで、ジッターを抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、走査光学系がオーバーフィルド光学系であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、走査光学系をオーバーフィルド光学系とすることで、偏向器で偏向されたビームに位置ずれが起きないため、ジッターを抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、前記４本のビーム中の内側のビームはＫのビームであることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、主走査同期検出をＫビームで行うことで、モノクロ時にもＫのみの点灯制御となり、簡素化される。

本発明では上記構成としたので、ジッターの低減ができ、色ずれの少ないカラー画像を形成することができる。

以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る光走査装置を説明する。

図１〜図４に示すように、画像形成装置５０の光走査装置１０は、光源としてＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像情報をそれぞれ含む４本のレーザビームを出射する１チップの半導体レーザーアレイ１２を備えている。半導体レーザーアレイ１２の出射方向には発散光を平行光とするコリメータレンズ１４が配置されている。コリメータレンズ１４により弱い発散光とされたレーザビームは、開口部がＨ型をした開口部材１６により、走査端部の光量が均一となるように補正される。このＨ型の開口部はオーバーフィルド光学系と組合せた時に特に有効である。なお、オーバーフィルド光学系とは、ポリゴンミラー２８の偏向面２８Ａの全幅より広いレーザビームが入射するものをいう。また、図に示すレーザービームのラインは、実際は光束の幅を持っているが、光学部品の配置を明確に示すために、主光線だけを表示している。

シリンダレンズ１８を通過したレーザビームは、第１ミラー２０に入射する。この第１ミラー２０で反射されたレーザビームは、第２ミラー２２に入射する。この第２ミラー２２には副走査方向に角度がついており（図３参照）、反射したレーザビームをｆθレンズ２４、２６の正面（光学系の光軸方向）を副走査方向に傾斜して透過させ、偏向器としての略正１２角形のポリゴンミラー２８の偏向面２８Ａに入射させる。

ポリゴンミラー２８に入射するビームの主走査方向の幅は、走査に対応した回転角分の幅と同期検出のための走査角を含めた偏向面の全幅よりも広いビームであり、シリンダレンズ１８により副走査方向に略結像されたビームとなっている。このポリゴンミラー２８で偏向されたレーザビームは、再びｆθレンズ２４、２６を透過して、ビーム分離手段である平面ミラー３０、３２へ入射する。なお、同期検出は、画像領域外のレーザビーム（４本中、内側の１本のレーザビーム）をＳＯＳミラー１０６でレンズ１０４へ導き、レンズ１０４でＳＯＳセンサ１０２に集光させることで行われる。このように、１本のレーザビーム（１色）の同期のみで制御することで、同期制御を簡素化した上に色ずれの少ない画像を得られる。さらに、それがＫであれば、モノクロ時にもＫのみの点灯制御となり、簡素化される。

また、平面ミラー３０、３２は、図１に示すように、中央部がほぼ光学系の光軸上に位置するように（ポリゴンミラー２８の径方向上に）配設されている。そして、平面ミラー３０の長辺部の頂部と平面ミラー３２の長辺部の頂部を突き合わせるような恰好で、反射面がポリゴンミラー２８側に角度を持って向き合っている。

この構成では、平面ミラー３０、３２で囲い込まれた空間に４本のレーザビームが入射し、反射面で反射されたレーザビームが交差して分離される。なお、４本のレーザビームは略等角度で平面ミラー３０、３２へそれぞれ２本づつが、光学系の光軸に対して対称の位置となる光路で入射するように、コリメータレンズ１４やシリンダレンズ１８が調整されている。

平面ミラー３０によって反射されたレーザビームは、平面ミラー３４で内側へ反射され、平面ミラー３４よりもポリゴンミラー２８側へ配置された第１シリンダー３６へ向かう。平面ミラー３０によって反射されたレーザビームは、第１シリンダー３６より外側へ配置された第２シリンダー３８へ向かう。

また、平面ミラー３２によって反射されたレーザビームは、平面ミラー４０で内側へ反射され、平面ミラー４０よりもポリゴンミラー２８側へ配置された第３シリンダー４２へ向かう。平面ミラー３２によって反射されたレーザビームは、第３シリンダー４２より外側へ配置された第４シリンダー４４へ向かう。

そして、第１〜第４のシリンダーミラー３６、３８、４２、４４で反射されたレーザビームは被走査体である感光体ドラム４６Ｙ、４６Ｍ、４６Ｋ、４６Ｃへそれぞれ入射して、その表面に静電潜像を形成する。

ここで、シリンダミラー３６、３８、４２、４４は、感光体ドラム上における走査線のＢＯＷを補正するために、図８（Ｂ）に示すように、母線Ｌを湾曲させた状態で製造しシリンダ面を研磨したものを使用している。また、あるいは、図８（Ａ）に示す通常のシリンダミラー４８の両端部に力をかけて機械的に湾曲させるＢＯＷ補正機構を使ってもよい。

図５には、ポリゴンミラーの偏向面の平面度データを示すグラフが示されている。このグラフにおいて、Ａは偏向面が理想平面であることを示しており、Ｂは偏向面が凸にカーブした湾曲面であることを示している。なお、図５に示す凸凹量は大きくて表現されているが、言うまでもなく、ミクロンオーダーの話である。

ここで、図６は、アンダーフィルド光学系において、ポリゴンミラー５２が同じ回転角の時、理想面Ａと湾曲面Ｂで走査するレーザビームを示したもので、図７は、オーバーフィルド光学系において、ポリゴンミラー２８が同じ回転角の時、理想面Ａと湾曲面Ｂで走査するレーザビームを示したものである。

図６に示すように、アンダーフィルド系では、ポリゴンミラー５２で反射されたレーザビームが、偏向面の平面度の違いによって反射方向が異なるが（ジッターが出やすい）、図７に示すように、オーバーフィルド光学系の場合、偏向面の平面度の違いによってＦＯＣＵＳが変動するものの、ポリゴンミラー２８で反射されたレーザビームの位置ずれが起きない。

従って、同一の偏向面へ４本のレーザビームが同時に入射するタンデム式の光走査装置では、偏向面の平面度を理想面Ａに近づけることが困難となるため、アンダーフィルド光学系ほど、ジッターが出易くなる。

このジッターを抑えるためには、偏向面の面積を小さくでき、走査位置差が発生しない、オーバーフィルド光学系を採用することが望ましい。これにより、良好な画質を得ることができる。また、偏向面の平面度の悪化は端部側に顕著であるので、同期信号をピックアップするのは、ポリゴンミラー２８への入射位置において、内側のレーザビームとすることが望ましい。

さらに、本実施形態では、反射面が角度を持って向き合うよう２枚の平面ミラー３０，３２を配置し、反射面で反射されたレーザビームを交差して分離させている。すなわち、平面ミラー３０，３２の反射面の頂点が接するような構成とすることで、特殊な面取りをするために平面ミラーを厚くする必要もなく、通常の平面ミラーを使うことができる。

また、レーザビームの間隔を小さくすることができ、さらに、感光体ドラム上における走査線のＢＯＷを補正するために片側をオフセットしてもよい。すなわち、本実施例の場合、走査中央部が下、走査端部が上となるＢＯＷを持っているので、平面ミラーの突き合わせ部を少し上げることでＢＯＷを補正することができる。なお、言うまでもないが交差する角度は反射面同士のなす角の範囲内であり、平面ミラー同士で互いの光路を遮らない範囲である。

さらに、本実施例の場合、１チップの半導体レーザーアレイ１２の発光点の副走査間隔は０．１ｍｍ、レーザビーム毎の副走査方向の角度は０．４５°間隔、偏向面２８Ａへの入射角度は４本の中心を３．００°としている。つまり、４本のレーザビームのポリゴンミラーの回転軸と直交する面に対する副走査方向の角度が、２．３２５°、２．７７５°，３．２２５°，３．６７５°とされている。

副走査方向の偏向面２８Ａへの入射角は小さいほど発生するＢＯＷは少なく、補正量も少なくて済むため、ＢＯＷについては小さい方が良いが、レーザビームの分離のためには偏向面２８Ａへの入射角が大きい方が容易である。

また、レーザビーム毎の副走査方向の角度は、小さいほどそれぞれのレーザビームのＢＯＷの差が小さいし、その他の光学性能も小さいほど差が少ない。このため、レーザビーム毎の副走査方向の角度差は０．３°〜１．０°の範囲が好ましい。さらに、実施例で述べているｆθレンズ２４，２６は副走査方向にパワーが無いレンズを用い、ポリゴンミラー２８の面倒れ補正と副走査方向の収束はシリンダミラー３６、３８、４２、４４により実施している。

以上の実施例では、オーバーフィルド光学系が好ましい旨を述べたが、アンダーフィルド光学系であっても、レーザビーム毎の副走査方向の角度差を持たせ、走査線のＢＯＷを補正する機能を持たせれば、偏向面の面積低減により、加工精度が上昇し、ジッターの低減ができ、光走査装置を小型化することができる。

また、正面入射についてのみ述べたが、光学系の光軸に対して主走査方向へ斜め入射させた場合、より副走査方向の偏向面２８Ａへのレーザビームの入射角を小さくすることが可能となる。さらに、斜め入射の場合、ＢＯＷの形状が走査光軸に対して左右非対称となり補正のやり方が違ってくるが、大きな問題ではない。

次に、第２実施形態の光走査装置を説明する。

図９は、第２実施形態の光走査装置の構成を説明する図である。この光走査装置の偏向面入射までの説明をする。なお、偏向面以降の構成は第１実施形態と同様である。

Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像情報をそれぞれ含む４本のレーザービームを出射する半導体レーザーアレイ等からなるレーザー光源２１を備え、レーザー光源２１の前方にはコリメータレンズ１９と開口２９、シリンダレンズ２３とが配置されて、コリメータレンズ１９により緩やかな発散光とされたレーザービームが副走査方向に略等間隔角度で開口２９を通過し、副走査方向にのみパワーを持つシリンダーレンズ２３を透過し、第１ミラー２５に入射する。

開口２９は、走査端部の光量均一性補正を目的とした段差型の開口部となっている。段差型開口の段差は副走査方向幅が異なる部位を持つことを指す。走査光学系の光軸に対して、偏向面へ入射する方向と反対側に走査する側に対応した側が副走査幅が広く設定されている。

更に、この段差の量を大きくしないためには、入射光軸をより偏向走査される側に平行移動することにより、光量均一性を改善することが出来る。この平行移動により、偏向走査光の入射側端走査時には、偏向面全幅にビームが入射されない場合も出てくるが、これも反入射側端走査光との走査ビーム径や光量に差がないレベルであれば、何ら差し支えない。第１実施形態同様、この段差開口は、オーバーフィルド光学系との組合わせ時に有効である。

第１ミラー２５で反射されたレーザービームは、第２ミラー２７へ入射し、該第２ミラー２７で反射する。この第１ミラー２５、第２ミラー２７には、副走査方向に角度がついていない。反射したレーザービームは、走査方向にシリンダ面となったシリンダレンズ２９を通過して、主走査方向において幅広の平行光となる。

そして、略正１２角形の側面に偏向面が形成されて適宜な速度で回転する偏向手段としてのポリゴンミラー３１に入射する。なお、ポリゴンミラー３１に入射するビームの幅は、走査に対応した回転角分の幅と同期検出のための走査角を含めた反射面全幅よりも広いビームであり、シリンダレンズ２９により副走査方向に略結像されたビームとなっている。このポリゴンミラー３１で反射したレーザービームは、ｆθレンズ３５ａ、３５ｂを透過して、分離手段である平面ミラー３３ａ、３３ｂに入射する。

先に、偏向面以後の構成には、第１実施形態と同様としたが、詳細な配置で言うと、次のように異なる。

２枚組の走査光学レンズは、走査方向に偏向面から１枚目が負、平面の順、２枚目が平面、負の順のパワーを持つ構成になっている。第１実施形態の場合は、結像光学系の光軸側からの入射であり、副走査方向に広がる４本のビームを入出射で干渉しないように、副走査方向に大きく角度をつけて入射する必要がある。

これに対して、第２実施形態のように、走査面で見て、斜め方向からの入射の場合は４本が副走査方向に広がる角度のみで偏向面に入射する。このとき、４本のビーム特性のバラツキがないように、２枚組の走査光学レンズは副走査方向に傾斜させない。

また、オーバーフィルド光学系のため隣面の光源への戻り光が懸念されるが、４本のビームは副走査方向に角度はついているため、入射側への戻りが発生しない。

第１実施形態に係る光走査装置の平面図である。第１実施形態に係る光走査装置の断面図である。第１実施形態に係る光走査装置の斜視図である。第１実施形態に係る光走査装置を備えたタンデム式の画像形成装置を示す概略図である。ポリゴンミラーの平面度を示すグラフである。アンダーフィルド光学系で平面度がどれだけジッターへ影響を与えるかを説明する説明図である。オーバーフィルド光学系で平面度がどれだけジッターへ影響を与えるかを説明する説明図である。通常のシリンダミラーと母線湾曲させたシリンダミラーを示す斜視図である。第２実施形態に係る光走査装置の平面図である。従来技術の光走査装置において特殊なシリンダミラーでＢＯＷ補正をしている構成を示す副走査断面図である。従来技術の光走査装置において分離多面鏡でレーザビームを分離している構成を示す副走査断面図である。従来の平面ミラーでレーザビームを分離している構成を示す側面図である。従来の光走査装置においてレーザビームを副走査方向で交差させている構成を示す副走査断面図である。

符号の説明

１２半導体レーザーアレイ（１チップ光源）
２８ポリゴンミラー（偏向器）
２８Ａ偏向面
３０平面ミラー
３２平面ミラー
３６シリンダミラー
３８シリンダミラー
４２シリンダミラー
４４シリンダミラー
１０２ＳＯＳセンサ

Claims

４本のビームを単一の偏向器の同一偏向面で偏向し、４つの感光体をそれぞれ露光する光走査装置において、
前記４本のビームは同一偏向面へ副走査方向において互いに角度を持って入射し、主走査同期検出は４本のビーム中の内側のビームで行うことを特徴とする光走査装置。
走査光学系がオーバーフィルド光学系であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記４本のビーム中の内側のビームはＫのビームであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。