JP2006215351A

JP2006215351A - 光走査装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2006215351A
Application number: JP2005029190A
Authority: JP
Inventors: Kenji Mochizuki; 健至望月; Satoshi Wada; 聡和田
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2006-08-17
Also published as: US7342700B2; US20060176534A1

Abstract

【課題】
被走査媒体上での結像光束径を走査幅全域で均一かつ微小化した光走査装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】
光源からの光束を偏向走査する偏向手段と、光束を被走査媒体上に走査結像させる光学素子とを有する光走査装置において、被走査媒体近傍に、走査結像される光束の走査方向および走査方向に垂直な方向を規制する開口部材を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置およびこの光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

近年レーザプリンタ等の画像形成装置は、高ドット密度化が進んでおり、それらに用いられる光走査装置の被走査媒体上での結像光束径の微小化が必要になっている。走査光束として強度分布はガウス分布に近似される光束を用いる場合が多く、結像光束径の微小化に伴い焦点深度は急激に浅くなる。結像面平坦性の設計上の限界、装置を構成する各部品の形状誤差、温度や振動による経時的な変化などを考慮すると、走査幅全域で均一かつ微小な結像光束径を安定して維持する事は困難を伴う。

また、被走査面媒体として用いられる感光体内の電荷拡散により、電位分布が結像光束より拡がる現象があり、必要ドット径に対して結像光束径を更に微小化させる必要性の一因となる。

特開平５−３５９０４号公報

特開平７−７２４０４号公報

特開平７−７２４０５号公報

特開平５−１６４９８８号公報

特開平８−１５６３４号公報

特開平８−３３４７１０号公報

特開２００１−１５４１３０号公報

特開平７−７２４０２号公報

これに対して、走査光束として強度分布は０次ベッセル分布の２乗に近似される光束（以下ベッセルビームと称す）を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは微小な結像光束径に対しても焦点深度を大きくとることができ、安定性に優れているが、第１暗環の外側に生じるサイドローブの光量が大きいという問題がある。

その点を改善するために、被走査媒体近傍に走査方向に長いスリットを設けて、サイドローブのうち走査方向に垂直な方向（以下副走査方向と称す）に存在する部分を除いており、相当な効果が得られている（特許文献２参照）。

しかしながら、走査線上に存在するサイドローブには効果がないこと、および一回の走査で複数の走査線を形成する所謂マルチビーム走査系への適用が難しいという問題がある。

また、被走査媒体と共役な位置に置いた絞り部材でベッセルビームのビーム径を制限することにより、ベッセルビームのサイドローブの光強度による影響を緩和している（特許文献３参照）。

ベッセルビーム全体のビーム径を小さくすることは、それに比例して焦点深度が浅くなってくるため、焦点深度が深いというベッセルビームの特性を活かしきれないという問題点がある。

ベッセルビームの発生手段としては、円形スリットとレンズを用いた方法、同心円形干渉縞をもつホログラムを用いた方法、円錐状のアキシコンを用いた方法などが知られている（例えば、特許文献４参照）。これらは遮光や回折効率による強度の低下、アキシコンの加工精度に課題を残す。

光走査装置にピンホールなどの開口部を有する部材を配して、光束の一部にケラレを生じさせ、光束径を微小化させる技術が知られている。

ホログラムを用いた光走査装置において、回折光が所定の位置に設けたピンホールを通過して光検出器から出力が得られるように、レーザ光の入射位置を最適に調整している（特許文献５参照）。

被走査媒体外に設けた光電変換素子の手前にピンホールアレイを配し、ピンホールを通り抜けた光ビームの出力を基に主走査方向および副走査方向のビーム径検出を行い、ビームウエスト位置をレンズの移動により制御している（特許文献６参照）。

受光素子に階段状にずらして形成された複数の開口部を設け、入射光量を検出する事により副走査方向の位置を判別している（特許文献７参照）。

これらはいずれも被走査媒体上を走査する光束に対して開口部を適用するものではなく、被走査媒体上での結像光束径の微小化に効果が得られるものではない。

これまで述べた結像光束径の微小化に加えて、光束を走査させるという原理上、ある特定の時間（一般に変調時間という）に結像光束が走査方向に移動することが、しばしば走査方向と副走査方向が非対称であるという問題を生じる。

本発明は、光源からの光束を偏向走査する偏向手段と、光束を被走査媒体上に走査結像させる光学素子とを有する光走査装置において、被走査媒体近傍に、走査結像される光束の走査方向および走査方向に垂直な方向を規制する開口部材を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、結像光束径を微小化させることができる。また、開口部材と被走査媒体との距離を制限することにより、光束を遮蔽した際に生じる回折の影響を許容値内に抑えることができる。さらに、開口の径を走査方向および走査方向に垂直な方向において等しくすることにより、光束が走査方向に移動する際に生じる結像光束の非対称性を抑えることができる。

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

図２において、２１は光源、２２は光束、２３は光偏向手段、２４は走査光学素子、２５は被走査媒体、２６は開口を有する部材を示す。ここで、光偏向手段２３は回転多面鏡、走査光学素子２４はＦθレンズ、被走査媒体２５は感光ドラムで構成されている。

光源２１から出射された光束２２は光偏向手段２３である回転多面鏡によって偏向走査されたのち、走査光学素子２４であるＦθレンズによって、被走査媒体２５である感光ドラム上に走査結像される。感光ドラム面の近傍には開口を有する部材２６が配置されており、これにより光束２２は遮蔽作用を受ける。そのため感光ドラム面２５上に到達する光束の径ωは開口を有する部材２６に入射する光束の径φより小さくなる。ここで開口を有する部材２６と感光ドラム面の距離ｄが十分小さければ、光束の径ωは開口の径Ｗと十分近い値となる。

図３に、開口を有する部材２６の一例を示す。４１は走査される光束の位置を示している。ドット密度をＰとすると各開口の主走査方向の間隔は１／Ｐであり、走査幅をＬ、開口の総数をＮとすると、（１）式が成り立つ。

Ｎ＝ＬＰ＋１ …（１）
すなわち、各開口は各ドットに対応するものである。なお、（１）式第２項の有無は走査幅の定義に依存するものであり、削除される場合も考えられる。

図４に、開口を有する部材２６の他の例を示す。５１乃至５４は走査される光束の位置を示している。主走査方向および副走査方向の開口の間隔は何れも１／Ｐである。光束本数をＫ、開口の配列されている行数をＭとすると、（２）式が成り立つ。

Ｋ＝Ｍ …（２）
各行に配列された開口は夫々各光束により走査されるものである。図３ではＫ＝４、Ｍ＝４としている。開口の４行合計した総数をＮとすると（１）式が成り立つ。ここで示すように、開口を複数行に配列することにより、近隣の開口間の距離を長くとれるので、開口を有する部材２６に入射する光束の径φ、および開口の径Ｗの選択において自由度が高くなる。

図５に、開口を有する部材２６の他の例を示す。６１乃至６４は走査される光束の位置を示している。主走査方向の間隔は１／Ｐであり、副走査方向の間隔をＳｕとすると（３）式が成り立つ。図５ではｍ＝２としている。

Ｓｕ＝ｍ／Ｐ …（３）
開口を複数行に配列して、複数行相互の間隔を（３）式で表し、ｍを２以上の整数とする事により、ｍ＝１の場合に比べて近隣の開口間の距離を長く取れるので、開口を有する部材２６に入射する光束の径φおよび開口の径Ｗの選択において自由度が更に高くなる。

図６に、開口を有する部材２６の更に他の例を示す。７１乃至７４は走査される光束の位置を示している。走査幅をＬ、ドット密度をＰ、開口の総数をＮとすると、（３）式が成り立ち、ηは２以上の整数である。図６ではη＝２としている。

Ｎ＝η（ＬＰ＋１） …（４）
光束本数をＫ、開口の配列されている行数をＭとすると、（５）式が成り立つ。

Ｋ＝Ｍ …（５）
各行に配列された開口は夫々各光束により走査されるものである。図６ではＫ＝４、Ｍ＝４としている。また、（６）式が成り立ち、Ｊは２以上の整数である。図６ではＪ＝２としている。

Ｍ＝Ｊη …（６）
開口を有する部材に配列された走査方向座標が同一である開口の個数をＩとすると、（７）式が成り立つ。

Ｉ＝η …（７）
各行に配列された開口は夫々各光束により走査され、図６のように走査方向座標がの同一である開口が存在する場合には、それらは異なる光束により走査される。従って、ηを２以上の整数とする事により、走査の高速化に有利となる。

また、走査方向の同一位置に存在するＩ個の開口の相互の間隔Ｓｅは、（８）式で与えられる。但し、ＩＮＴ（Ａ）はＡの整数部を表す。

ＰＳｅ／Ｉ−ＩＮＴ（ＰＳｅ／Ｉ）＞０ …（８）
（４）式はＰＳｅがＩの倍数でない事を意味しており、所謂稠密走査を行うための条件である。

図７に開口を有する部材２６により一部遮蔽された光束が回折により拡がる状態を示す。開口を有する部材に設けられた開口の径をＷ、光束の波長をλ、前記開口を有する部材と被走査媒体２５の距離をｄとすると、回折による開口通過後の拡がり角αを第一暗環をなす角度と考えると、αは（１０）式で与えられる事が知られている。

ｓｉｎα＝λ／２Ｗ …（１０）
開口通過後の光束径の前記回折による光束の径を開口の径ＷのＳＱＲＴ（２）倍まで許容すると、ｄは（９）式で与えられる。

ｄ≦（（ＳＱＲＴ（２）−１）Ｗ^２）／λ …（９）
次に、図１により本発明の実験例を説明する。

表１に諸元を示す。表中の面番号１は回転多面鏡の反射面、面番号２乃至７Ｆθレンズを構成する３枚のレンズの面、面番号８は開口を有する部材、面番号９は感光ドラムの面である。また、表２に実施例１乃至４の仕様を示す。

なお、上記においては、単一の光走査装置について例示したが、光走査装置を複数個用いて複数色画像形成装置を構成する例がある。色再現性を高めるためには複数の光走査装置の結像光束径を均一にする必要があり、その手段として本発明は更に有効である。

前記の実施例においては、光束の強度分布に言及していないが、ガウス分布に近似される光束ばかりでなく、ベッセルビームを用いる事も可能である。ベッセルビームの問題とされる第１零環の外側に生じるサイドローブを走査方向および副走査方向において遮蔽作用が得られる。

光走査装置を示す図。開口を有する部材による光束の遮蔽を示す図。開口を有する部材の一例を示す図。開口を有する部材の一例を示す図。開口を有する部材の一例を示す図。開口を有する部材の一例を示す図。一部遮蔽された光束の回折を示す図。

符号の説明

２１光源
２２光束
２３回転多面鏡
２４走査光学素子
２５被走査面
２６開口を有する部材

Claims

光源からの光束を偏向走査する偏向手段と、光束を被走査媒体上に走査結像させる光学素子とを有する光走査装置において、被走査媒体近傍に、走査結像される光束の走査方向および走査方向に垂直な方向を規制する開口部材を備えたことを特徴とする光走査装置。
前記被走査媒体上の走査幅Ｌ、ドット密度Ｐおよび開口の総数Ｎが、Ｎ＝ＬＰ＋１を満たすことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
前記光束の本数Ｋおよび開口が配列されている行数Ｍが、Ｋ＝Ｍを満たすことを特徴とする請求項１または２記載の光走査装置。
前記開口が配列されているＭ行の相互間隔Ｓｕおよびドット密度Ｐが、Ｓｕ＝ｍ／Ｐ（但し、ｍは２以上の整数である）を満たすことを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
前記被走査媒体上の走査幅Ｌ、ドット密度Ｐおよび開口の総数Ｎが、Ｎ＝η（ＬＰ＋１）（但し、ηは２以上の整数である）を満たすことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
前記光束の本数Ｋおよび開口が配列されている行数Ｍが、Ｋ＝Ｍ及びＭ＝Ｊη（但し、Ｊは２以上の整数である）を満たすことを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
前記開口部材に配列された、走査方向座標が同一である開口の個数をＩとすると、Ｉ＝ηを満たすことを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
前記開口部材に配列された、走査方向座標が同一であるＩ個の開口の相互間隔Ｓｅは、ＰＳｅ／η−ＩＮＴ（ＰＳｅ／η）＞０（但し、ＩＮＴ（Ａ）はＡの整数部を表す）で与えられることを特徴とする請求項７記載の光走査装置。
前記開口部材に設けられた開口幅Ｗ、光束の波長λおよび開口部材と被走査媒体の距離ｄが、ｄ≦（（ＳＱＲＴ（２）−１）Ｗ^２）／λで与えられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置。
前記被走査媒体上に走査結像される光束は、強度分布が０次ベッセル分布の２乗に近似されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置。
前記開口部材に設けられた開口幅Ｗは、走査方向および走査方向に垂直な方向において等しいことを特徴とする請求項１乃至１０記載のいずれかに記載の光走査装置。
請求項１乃至１１記載のいずれかに記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至１１記載のいずれかに記載の光走査装置を複数個備えたことを特徴とする画像形成装置。