JP2006284707A

JP2006284707A - 画像形成装置における光走査装置

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Publication number: JP2006284707A
Application number: JP2005101779A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Kondo; 浩人近藤; Yoshinobu Yoneima; 義伸米今
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】画像データで変調した複数の光ビームを回転多面体鏡で反射偏向し、ｆθレンズ、トロイダルレンズなどの走査光学系を介して感光体上を等速で走査するよう構成した光走査装置において、走査開始位置検出用センサへ導く光ビームを、省スペース化のため、走査光学系の全てのレンズを通過させないようにしたときに生じる走査位置ズレを、簡単な構成で補償するようにした画像形成装置における光走査装置を提供することが課題である。
【解決手段】センサの上流側に設けられ、前記回転多面体鏡下流の走査光学系への前記各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記各光ビームが前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置となるようにする光学部材を配し、各光ビームの画像領域走査開始位置を主走査方向に正確に一致させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に用いられる光走査装置に係り、特に、複数の光ビームを回転多面体鏡で反射偏向し（この偏向走査方向を主走査方向と称する）、それぞれの光ビームの感光体上における走査位置を副走査方向（主走査方向に垂直な方向）の異なった位置とすると共に、それぞれの光ビームの感光体上における画像領域走査開始位置を主走査方向に正確に一致させる機構を有した画像形成装置における光走査装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における感光体を露光する装置としては、回転多面体鏡を用いて光源からの画像データで変調された光ビームを反射偏向し、感光体上を走査するようにした光走査装置や、レーザダイオードをアレイ状に配列し、セルフォクレンズなどを用いて露光する形式の露光装置などが用いられている。

このうち、回転多面体鏡を用いた光走査装置は感光体上を高速に走査することが可能であり、さらに、特許文献１に開示され、図７にその概略構成を示したように、複数（図７に示した例では２つ）の光ビーム５５ａ、５５ｂを回転軸５８を中心に回転する回転多面体鏡５７で反射偏向し、それぞれの光ビーム５５ａ、５５ｂの感光体６０上における走査位置を、副走査方向６２の異なった位置として同時に感光体６０上を走査し、高速化を計るようにした光走査装置も提案されている。

すなわち、この図７において５１ａ、５１ｂはレーザダイオード（以下、ＬＤと略称する）であり、このＬＤ５１ａ、５１ｂから発射された光ビーム５５ａ、５５ｂは、カップリングレンズ５２ａ、５２ｂから旋光手段としての１／２波長板５３ａ、５３ｂに入って偏光され、液晶素子５４ａ、５４ｂ、シリンドリカルレンズ５６を介して回転反射鏡５７に結像される。そして、走査光学系（ｆθレンズ、トロイダルレンズなどの走査レンズ）５９を経て、像担持体としてのドラム状の感光体６０の周面に、前記１／２波長板５３ａ、５３ｂと液晶素子５４ａ、５４ｂとの作用によって副走査方向６２の異なった位置（例えば１ドット分の間隔）にビームスポットとして結像され、光ビーム５５ａ、５５ｂを画像データで変調して主走査方向６１の方向に走査し、感光体６０上に潜像を形成するようになっている。

この光走査装置においては、光ビーム５５ａ、５５ｂの感光体上における画像領域走査開始位置を主走査方向に正確に一致させるため、走査光学系５９を通過した光ビーム５５ａ、５５ｂを反射ミラー６３により、回転反射鏡５７から感光体６０までの光路長と同一距離となる位置に設けたセンサ６４に導き、このセンサ６４を光ビーム５５ａ、５５ｂが通過した時間を基準とし、所定時間後から画像データによる感光体６０への走査がおこなわれるようにしてある。

このようにすると、図１０（Ａ）に示したように、回転多面体鏡５７に入射した光ビーム５５ａが角度θで反射され、走査光学系５９_１、５９_２を介して感光体６０の周面に結像する光学系光軸からの距離ｈ１は、図１０（Ｂ）に示したように、回転多面体鏡５７に入射した光ビーム５５ｂが角度θで反射され、走査光学系５９_１、５９_２を介して感光体６０の周面に結像する光学系光軸からの距離ｈ２と同一となり、差が生じない。

すなわち図１１（Ａ）に回転多面体鏡５７の回転による反射点の移動状態を示したように、例え光ビーム５５ａ、５５ｂの回転多面体鏡５７への入射角度が異なっても、回転多面体鏡５７の回転角によって光ビーム５５ａ、５５ｂの反射角度がθで示したように同一になるときがあり、このとき、回転多面体鏡５７から感光体６０の周面までの距離Ｔ１（光ビーム５５ａの距離）とＴ２（光ビーム５５ｂの距離）は異なったものとなるが、図１１（Ｂ）に示したように、それぞれの光ビーム５５ａ、５５ｂが平行に走査光学系５９_１に入射するから、走査光学系５９_１、５９_２が適切に収差補正されていれば、感光体６０の周面上の結像点は光学系光軸からの距離（すなわちｈ１、ｈ２）が同一になる。

しかしながら、画像形成装置も高速化と共に省スペース化のために小型化が要求され、それを達成するため図８に示したように、ＬＤからの光ビーム６５をシリンドリカルレンズ６６により回転多面体鏡６７に結像させ、走査光学系（ｆθレンズ、トロイダルレンズなどの走査レンズ）６８、６９を通過させた後、反射ミラー７０で光路を直角あるいは所定方向に曲げて感光体７１に結像させ、光走査装置の全長を短くした画像形成装置も提案されている。なお、この図８に示した光走査装置も、複数の光ビーム６５のそれぞれは、図７に示した光走査装置と同様、感光体７１における副走査方向の異なった位置（例えば１ドット分の間隔）に結像するよう光学系が構成されている。

光走査装置をこのように構成した場合、図７において感光体上の画像領域走査開始位置を揃えるために設けたセンサ６４の設置位置が制限され、走査光学系のうち、例えばｆθレンズ６８を通過してｆθレンズ６９に入射する前の光ビームを反射ミラー７２で反射し、回転反射鏡６７から感光体７１までの光路長と同一距離となる位置に設けたセンサ７３に導き、検出するようにした光学系が提案されている。

しかしながら、このように複数のレンズで構成された走査光学系６８、６９のうち、一方のレンズを通過させない（すなわち６９を通過させない）光学系でセンサ７３に光ビームを導いた場合、前記図１０、図１１で説明したような異なった入射角度で回転多面体鏡５７に入射した光ビーム５５ａ、５５ｂが、感光体６０の周面上における光学系光軸から同一距離に結像する原理が成り立たず、図１２に示したように結像位置がΔｈだけずれてしまう。

すなわちこの図１２に示す光学系の模式図では、説明を容易にするため図８における反射ミラー７２を省略して光路が直接感光体７１方向に至るよう表現しているが、レンズ６８を通過した光ビームはレンズ６９を通過せずにそのまま感光体７１に結像するようにされているため、図１１（Ｂ）に示した場合と同様レンズ６８（図１１（Ｂ）の５９₁に対応）への入射角度は同じθであるが、レンズ６９（図１１（Ｂ）の５９₂に対応）を通過していないために感光体７１上で両者のビーム収束位置が一致せず、結像位置がΔｈだけずれてしまう。

しかし図１１（Ｂ）に示したように、図８に示した画像データで変調されて走査レンズ６８と６９の両方を通過して感光体７１に結像する光ビーム６５は、前記図１０で説明したようにいずれも光学系光軸から同一距離に結像し、そのため、センサ７３がそれぞれの光ビームを検出してから同一時間後に画像データによる走査を開始すると、図９に示したように走査開始位置が、センサ７３への光ビームの結像位置ズレΔｈに相当する時間差ΔＴだけずれてしまう。すなわちこの図９においてＬＤ１、ＬＤ２は光ビームを表し、例えばＬＤ１を基準となる光ビームとして、その光ビームＬＤ１をセンサ７３が検出した時間を０、画像データによる走査を開始する時間をＴ_２とすると、ＬＤ１、ＬＤ２のセンサ７３上の結像位置が図１２に示したようにΔｈだけずれていた場合、ＬＤ２をセンサ７３が検出する時間がΔＴだけずれ、画像データによる走査を開始する時間がＴ_１となって検出時間差ΔＴだけずれるわけである。

そのため、せっかく複数の光ビームを用いて高速化を図ろうとしているにもかかわらず、光ビームによるドットの形成位置がずれ、図１３に示したように主走査方向にドットが位置ズレを起こした画像が形成されることになってしまう。現在の画像形成装置における解像度は、おおむね６００〜１２００ｄｐｉであるが、例えば６００ｄｐｉの場合１ドットが４２μｍとなり、位置ずれが許容される範囲はせいぜい１／８ドット分、すなわち約５．２５μｍとなる。これは、図８のように構成した光走査装置におけるｆθレンズなどを用いた走査レンズ６８、６９の焦点距離を２００ｍｍ、回転多面体鏡の回転数を３５０００ｒｐｍ、回転多面体鏡の面数を６面とすると、この６００ｄｐｉにおける１ドットの点灯時間は約３０ｎｓとなるから、図１０におけるΔＴの許容範囲は０ｎｓから約３．７５ｎｓの間となる。

特開２００４−１８４５２７号公報

そのため本発明においては、画像データで変調した複数の光ビームを回転多面体鏡で反射偏向し、ｆθレンズ、トロイダルレンズなどの走査光学系を介して感光体上を等速で走査するよう構成した光走査装置において、走査開始位置検出用センサへ導く光ビームを省スペース化のため、走査光学系の全てのレンズを通過させないようにしたときに生じる走査位置ズレを、簡単な構成で補償するようにした画像形成装置における光走査装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる画像形成装置における光走査装置は、
画像データで変調されてそれぞれ異なった角度で回転多面体鏡に入射し、反射偏向される複数の光源から発せられる複数の光ビームと、複数のレンズで構成されて前記複数の光ビームを電子写真方式で画像を形成する感光体上における回転多面体鏡による偏向方向と直角の方向である副走査方向の異なった位置を等速で走査するよう構成した走査光学系と、該走査光学系を構成するレンズのうちの少なくとも一部を通さない光路に設けられ、前記各光ビームを検出するセンサ（ＢＤセンサ）とを有して前記各光ビームによる感光体上の画像領域走査開始位置を主走査方向に揃える画像形成装置における光走査装置において、
前記センサに入射するレーザー光の光路中に設けられ、前記回転多面体鏡下流の走査光学系への前記各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記各光ビームが前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置となるようにした光学部材を配したことを特徴とする。

このように、回転多面体鏡の下流に設けた走査光学系への各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に前記各光ビームが結像するようセンサの上流側に光学部材を配したことで、例え、走査光学系を構成するレンズのうちの少なくとも一部を通さない光路に前記各光ビームを検出するセンサを設けても、前記光学部材によって前記図１１で説明したように、回転多面体鏡下流の走査光学系への各光ビームの入射角度が同一となると各光ビームは光学系光軸から同一の距離に結像するのと同一の効果が得られるから、各光ビームの画像領域走査開始位置は主走査方向に正確に一致させることができ、簡単な構成で各光ビームの画像領域走査開始位置を一致させた画像形成装置における光走査装置を提供することができる。

そして、前記走査光学系の光学部材の少なくとも１面は、主走査方向のみに非球面形状を有するようにしたことで、光学系を構成するレンズの枚数を少なく設計することが可能となる。

本発明によれば、例え、走査光学系を構成するレンズのうちの少なくとも一部を通さない光路に前記各光ビームを検出するセンサを設けても、簡単な構成で、各光ビームの画像領域走査開始位置を主走査方向に正確に一致させることができ、画像形成装置を小型に、精度良く構成することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる画像形成装置における光走査装置の構成概略図、図２は本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系の設計例を説明するための図、図３はその設計パラメータの一例、図４はｆθ特性と主走査方向像面湾曲のうち像面速度（Ａ）と焦点位置の主走査方向像面湾曲（Ｂ）をそれぞれ示したグラフ、図５は本発明になる画像形成装置における光走査装置のセンサ上流側に設置する光学部材の配置位置を示した図、図６はその設計パラメータの一例である。

図１は本発明になる画像形成装置における光走査装置の構成概略であり、図中１１、１２は、画像データにより変調された光ビームを発するレーザダイオード（ＬＤ）で、このＬＤ１１、１２から出た光ビームは、図示を省略しているがシリンドリカルレンズ等で回転多面体鏡１０における反射面１３に収束されながらそれぞれ異なった角度で入射し、反射偏向されて、ｆθレンズやトロイダルレンズなどの走査レンズで構成された走査光学系１４、１５を介し、感光体などの周面１８における副走査方向（回転多面体鏡による偏向方向と直角の方向）の異なった位置（例えば１ドット分の間隔をおいた位置）を等速で走査する。なお、図１に示した光学系は一例であり、走査レンズ１４、１５の数なども２つだけに限らないことはあきらかである。

そして、図８で説明したように、画像形成装置も高速化と共に省スペース化のために小型化が要求されるため、感光体などの周面１８における２１、２２で示した画像領域走査範囲を走査する光ビームは、図示していない反射ミラー等で光路を所定方向に曲げて光走査装置の全長を短くするようにし、感光体などの周面１８上の画像領域走査開始位置（例えば２１）を揃えるために設けるＬＤ１１、１２から出た光ビーム２０を検出するセンサ１７は、感光体などの周面１８ではなく、例えばｆθレンズ１５に入射する前に反射ミラー１６などで光路を曲げ、画像領域走査範囲を遮らない位置に設置してある。

そして本発明においては、前記図１１で説明したように、回転多面体鏡１０の光軸方向下流側の走査光学系を構成する例えばｆθレンズ１４への前記ＬＤ１１、１２から出た各光ビームの入射角度が同一となったとき、各光ビームが前記センサ１７上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置となるよう、センサ１７の上流側に存在する前記走査光学系を構成する一部のレンズ１４の非画像領域側部に１９で示したような面形状を形成し、センサ１７がＬＤ１１、１２からのそれぞれの光ビーム２０を検出してから同一時間後に画像データによる走査を開始（例えば２１の画像領域走査開始位置）しても、走査開始位置がズレないようにしたものである。

本発明における光走査装置の基本光学系は、構成一例の概略断面図を図２に示したように、基本光学系を構成する例えばｆθレンズ１４、１５は、材質としてＰＭＭＡを用いて設計波長を７８０ｎｍ、屈折率をｎ＝１．４８６１６９とし、設計は本特許の本質から考えて走査面内のみとして、レンズ１４における図１の回転多面体鏡１０の反射面１３からＳ１面までの光軸上の距離をｄ０、厚さをｄ１、Ｓ２面からレンズ１５におけるＳ３面までの光軸上の距離をｄ２、厚さをｄ３、Ｓ４面から感光体の周面１８までの光軸上の距離をｄ４としたとき、次の（１）式を用い、

設計パラメータを図３の表のようにした。

また、その走査光学系による光ビームの等速度合いを示すｆθ特性と主走査方向像面湾曲のうち、像面速度（Ａ）と焦点位置の主走査方向像面湾曲（Ｂ）とは、それぞれ図４に示したグラフのようになる。

このように構成した光走査装置の基本光学系に、本発明においては前記したように、例えば前記ＬＤ１１、１２から出た各光ビームのｆθレンズ１４への入射角度が同一となったとき、各光ビームが前記センサ１７上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置となるよう、センサ１７の上流側に補正用光学部材１９を配したもので、この補正用光学部材１９の配置位置は図５に示したようになり、その設計パラメータの一例は、図６に示した表のようになる。

そしてこの補正用光学部材１９の材質にはＰＭＭＡを用い、１面目は非球面で計算式は前記式（１）となり、２面目は球面である。また、この補正用光学部材１９における少なくとも１面は、主走査方向のみに非対称な形状としてある。なお、図５に示した図では、ｆθレンズ１４へ入射している光ビームは３本であり、入射補正用光学部材１９から出た光ビームは、光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線１９’上の位置に結像しているものとして示してある。

このように、回転多面体鏡１０の下流に設けた走査光学系１４への前記ＬＤ１１、１２からの各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置に前記各光ビームが結像するようセンサ１７の上流側に光学部材を配したことで、例え、走査光学系１４、１５を構成するレンズのうちの少なくとも一部を通さない光路に前記各光ビームを検出するセンサ１７を設けても、前記光学部材によって前記図１１で説明したように、回転多面体鏡下流の走査光学系への各光ビームの入射角度が同一となると各光ビームは光学系光軸から同一の距離に結像するのと同一の効果が得られるから、各光ビームの画像領域走査開始位置は主走査方向に正確に一致させることができ、簡単な構成で各光ビームの画像領域走査開始位置を一致させた画像形成装置における光走査装置を提供することができる。

本発明によれば、画像データで変調した複数の光ビームを回転多面体鏡で反射偏向し、ｆθレンズ、トロイダルレンズなどの走査光学系を介して感光体上を走査するよう構成した光走査装置において、走査開始位置検出用センサへ導く光ビームを、省スペース化のため、走査光学系の全てのレンズを通過させないようにしたときに生じる走査位置ズレを簡単な構成で補償でき、画像形成装置を小型で精度良く製造することができる。

本発明になる画像形成装置における光走査装置の構成概略図である。本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系の設計例を説明するための図である。本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系設計パラメータの一例である。本発明になる画像形成装置における光走査装置の走査光学系のｆθ特性と、主走査方向像面湾曲のうち像面速度（Ａ）と焦点位置の主走査方向像面湾曲（Ｂ）をそれぞれ示したグラフである。本発明になる画像形成装置における光走査装置のセンサ上流側に設置する光学部材の配置位置を示した図である。本発明になる画像形成装置における光走査装置のセンサ上流側に設置する光学部材の設計パラメータの一例である。複数の光ビームを用いた従来の光走査装置の構成概略図である。複数の光ビームを用い、光走査装置を小型に構成するため感光体へ至る光路を反射ミラーで曲げた従来の光走査装置の構成概略図である。複数の光ビームと複数のｆθレンズなどで構成された走査レンズを用いた光走査装置において、全ての走査レンズを通さずにそれぞれの光ビームの通過をセンサで検出したときに生じる実際の走査位置とのずれを説明するための図である。複数の光ビームを用いた従来の光走査装置において、それぞれの光ビームの回転多面体鏡への入射角度が異なっても、感光体上の光学系光軸からの距離が同じになることを説明するための図である。複数の光ビームを用いた従来の光走査装置において、（Ａ）は、それぞれの光ビームの回転多面体鏡への入射角度が異なっても回転多面体鏡の回転により、反射角度が同一になることを説明するための図であり、（Ｂ）は、走査レンズへの入射角度が同一の平行光は、感光体上の光学系光軸からの距離が同じ位置に結像することを説明するための図である。複数の光ビームと複数のｆθレンズなどで構成された走査レンズを用いた光走査装置において、全ての走査レンズを通さずにそれぞれの光ビームを感光体に結像させたとき、同一角度で走査レンズに入射させた光ビームが、入射位置によって感光体への光学系光軸からの距離が異なる位置へ結像することを説明するための図である。複数の光ビームを用いた光走査装置において、光ビームによって感光体への光学系光軸からの距離が異なる位置へ結像する場合に生じる主走査方向へのドット位置ズレを説明するための図である。

符号の説明

１０回転多面体鏡
１１、１２レーザダイオード（ＬＤ）
１３反射面
１４、１５走査光学系
１６反射ミラー
１７センサ
１８感光体などの周面
１９補正用光学部材
２０ＬＤからの光ビーム
２１、２２画像領域走査範囲を走査する光ビーム

Claims

画像データで変調されてそれぞれ異なった角度で回転多面体鏡に入射し、反射偏向される複数の光源から発せられる複数の光ビームと、複数のレンズで構成されて前記複数の光ビームを電子写真方式で画像を形成する感光体上における回転多面体鏡による偏向方向と直角の方向である副走査方向の異なった位置を等速で走査するよう構成した走査光学系と、該走査光学系を構成するレンズのうちの少なくとも一部を通さない光路に設けられ、前記各光ビームを検出するセンサ（ＢＤセンサ）とを有して前記各光ビームによる感光体上の画像領域走査開始位置を主走査方向に揃える画像形成装置における光走査装置において、
前記センサに入射するレーザー光の光路中に設けられ、前記回転多面体鏡下流の走査光学系への前記各光ビームの入射角度が同一となったとき、前記各光ビームが前記センサ上における光ビームの移動方向に対して垂直な同一直線上の位置となるようにした光学部材を配したことを特徴とする画像形成装置における光走査装置。
前記走査光学系の光学部材の少なくとも１面は、主走査方向のみに非球面形状を有することを特徴とする請求項１に記載した光走査装置。