JP2006323276A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結像用レンズの製造誤差による収差補正を可能とし、タンデム方式で画像を形成する際の各被走査面上でのボウの湾曲方向を揃えて色ずれを抑えることのできる光走査装置を得る。
【解決手段】 複数の光源と、該光源からのビームを主走査方向に偏向するポリゴンミラー５と、偏向されたビームを被走査面５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ上に結像するレンズ１１，１２と、該レンズを透過したビームを被走査面に導くための折返しミラー３１〜３８とを備えた光走査装置。レンズ１１，１２は同じ金型で成形されたものがポリゴンミラー５の両側に副走査方向Ｚに反転された状態で配置され、それぞれの第２面が上側及び下側で異なる面形状を有している。また、折返しミラー３１〜３８の枚数は、一方の上側光路及び下側光路かつ他方の上側光路及び下側光路で奇数又は偶数である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光走査装置、特に、画像データに基づいて変調された複数のビームを単一の偏向器を用いてそれぞれの被走査面上を走査する光走査装置に関する。

近年、フルカラーの複写機やプリンタなどの画像形成装置にあっては、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色に対応して四つの感光体を並置し、各感光体上に形成された各色の画像を中間転写ベルトに転写して合成するタンデム方式が主流となっている。そして、この種のタンデム方式の画像形成装置には、例えば、各感光体上に単一の偏向器（ポリゴンミラー）を用いて４本のビームを同時に走査して画像を描画する光走査装置が搭載されている。

ところで、この種の光走査装置においては、感光体上の描画ラインが副走査方向に湾曲する（以下、ボウと称する）不具合が不可避的に生じる。ボウの発生はビームを偏向器へ副走査方向に傾斜角度をもって入射させる場合により顕著である。

ボウが大きいと走査ラインが弓なりになり画像が劣化する。また、タンデム方式で画像を形成する場合には、各色ごとに発生するボウの相対差が大きいと、色ずれとなりさらに画像が劣化する。そのため、各色ごとの副走査方向の位置ずれの相対差を小さくする必要がある。また、それぞれの感光体上でボウの湾曲方向が異なると副走査方向の色ずれが大きくなる。

ところで、感光体上への結像光学系を構成するレンズは、原料が安価である樹脂を素材としたものが近年多用されている。しかし、樹脂製レンズは射出成形のサイクルタイムが短く、量産に適している反面、成形条件（射出速度、射出圧力、樹脂温度など）の管理が難しく、少しでも条件が異なると“そり”などの製造誤差が発生してしまい、主走査方向あるいは副走査方向の結像位置に誤差を生じてしまう。さらに、製造誤差は成形条件のみが原因ではなく、金型形状が設計形状に対して誤差を持つ場合や、金型の組付け誤差などに起因して発生する場合もある。

特許文献１には、温度変化に伴うハウジングの線膨張変化によるボウの湾曲方向を揃えるため、折返しミラーを偏向器の左右では偶数・奇数で異なる枚数、上下では偶数・奇数で一致した枚数で構成した光走査装置が開示されている。この装置では、ハウジングの線膨張変化によるボウの湾曲方向を揃えることができるものの、設計上あるいは製造誤差で残存するボウの湾曲方向を４色で揃えることはできないという問題点を有している。

また、特許文献２には、ビーム偏向器の両側で偏向させる構成において、レンズ成形時の製造誤差による主走査方向に関する走査位置のずれ方向を全色で一致させて副走査方向の位置ずれを抑制するようにレンズを配置する方法が提案されている。しかし、この装置においても、感光体上でのボウの湾曲方向の不揃いまでは解消されていない。
特開２００２−２０２４７２号公報 特開平１１−１２５７８４号公報

そこで、本発明の目的は、結像用レンズの製造誤差による収差補正を可能とし、タンデム方式で画像を形成する際の各被走査面上でのボウの湾曲方向を揃えて色ずれを抑えることのできる光走査装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、複数の光源と、該光源からのビームを主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器にて偏向されたビームを被走査面上に結像するレンズと、該レンズを透過したビームを被走査面に導くための光路折返しミラーとを備えた光走査装置において、
偏向器は各光源に対して共通に設置されており、
前記レンズは同じ金型によって成形されたものが偏向器の左右両側に副走査方向に反転された状態で配置され、該レンズの少なくとも１面が副走査方向の上側及び下側で異なる面形状を有し、
光路折返しミラーの枚数は偏向器に対して一方の上側光路及び下側光路かつ他方の上側光路及び下側光路で全て奇数又は偶数であること、
を特徴とする。

本発明に係る光走査装置において、偏向器の左右両側とは、偏向器の回転軸を中心とする左右対称な両側をいう。また、下側光路とは偏向器にて偏向されたビームが前記レンズの光軸を中心として被走査面側を進行する光路をいい、上側光路とは被走査面とは反対側を進行する光路をいう。

本発明に係る光走査装置によれば、結像用のレンズの少なくとも１面が副走査方向の上側及び下側で異なる面形状を有しているため、上側を透過する光路領域及び下側を透過する光路領域のそれぞれで独立した収差補正が可能となり、設計上での副走査方向の位置ずれの高次成分相対差を低減させることができる。

また、結像用のレンズは同じ金型によって成形されたものが偏向器の左右両側に副走査方向に反転された状態で配置されているため、各色の主走査方向に関するレンズの製造誤差の向きが揃う。しかも、光路折返しミラーの枚数は偏向器に対して一方の上側光路及び下側光路かつ他方の上側光路及び下側光路で奇数又は偶数であることにより、各色での副走査方向のレンズ製造誤差の向き、即ち、各被走査面上でのボウの湾曲方向を揃えることができ、色ずれを効果的に抑えることができる。

本発明に係る光走査装置においては、各光源から放射されたビームは偏向器へ副走査方向面内で所定の傾斜角度をもって入射することが好ましい。偏向器の厚みを増すことなく上側光路及び下側光路へのビームの分離が可能となる。

また、光路折返しミラーのうち少なくとも１枚に該ミラーを主走査方向において撓ませることで被走査面上での副走査方向の湾曲を補正する手段を設けることが好ましい。設計上であるいは製造誤差でボウ（副走査方向の位置ずれの２次成分）が残存した場合であっても補正が可能になり、３次以上の高次成分だけが残ることになる。高次成分は２次以下の低次成分（ボウ）に比べて相対差は小さいので、色ずれは小さくなる。

以下、本発明に係る光走査装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（第１及び第２実施例の基本構成）
図１に本発明に係る光走査装置の第１実施例についての立体配置概念を示し、図２に第２実施例についての立体配置概念を示す。また、図３には折返しミラーを図示しない状態での展開光路を示し、（Ａ）は主走査断面、（Ｂ）は副走査断面をそれぞれ示している。

第１及び第２実施例である光走査装置は、タンデム方式の電子写真法による画像形成装置の露光走査ユニットとして構成され、四つの感光体ドラム５０（５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋ）上にそれぞれの色の画像を形成するように構成されている。なお、感光体ドラム５０上に形成された４色の画像（静電潜像）はトナーにて現像された後、図示しない中間転写ベルト上に１次転写／合成され、記録材上に２次転写される。この種の画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。

これらの光走査装置において、光源部は図示しない四つのレーザダイオードからなり、該レーザダイオードから放射されたビーム１（１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ）（第１実施例は図４参照、第２実施例は図５参照）は図示ないコリメータレンズ、シリンダレンズ、ハーフミラーを介して単一のポリゴンミラー５の偏向面に入射する。この入射ビームは図示しないシリンダレンズによって副走査方向Ｚにポリゴンミラー５の偏向面上で線状に変換されている。

それぞれのビーム１はポリゴンミラー５の偏向面に対して、副走査方向Ｚの面内で所定の傾斜角度をもって斜入射する。光源部からのビーム１は必ずしもポリゴンミラー５に対して斜入射させる必要はないが、斜入射させるとポリゴンミラー５の厚みを増すことなく上側光路及び下側光路へのビームの分離が可能となる。

そして、各実施例において、ポリゴンミラー５で主走査方向Ｙに偏向された各ビームを各感光体ドラム５０上に結像するための第１レンズ１１及び第２レンズ１２と、該レンズ１１，１２を透過したビームを各感光体ドラム５０に導くための複数枚の光路折返しミラー３１〜３８（第１実施例）、４１〜４８（第２実施例）と、防塵用のウインドウガラス２９Ｙ，２９Ｍ，２９Ｃ，２９Ｋが配置されている。

第１及び第２レンズ１１，１２は、単一のポリゴンミラー５の回転軸５ａ（図６参照）を中心とする左右両側に光路折返しミラー３１〜３８、４１〜４８の前段に配置されている。第１及び第２レンズ１１，１２の出射側の面形状は、図４及び図５に示すように、副走査方向Ｚの一方の面１１ａ，１２ａ及び他方の面１１ｂ，１２ｂで異なる面形状とされている。即ち、レンズ１１，１２の面１１ａ，１２ａを透過する光路領域と面１１ｂ，１２ｂを透過する光路領域とで面定義式が異なり、それぞれの面１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂで独立した収差補正力を有している。なお、面形状のデータに関しては後に説明する（表３〜７参照）。

また、第１及び第２レンズ１１，１２はそれぞれ樹脂製であり、同じ金型によって成形された同一構成のものがポリゴンミラー５の左右両側に副走査方向Ｚに反転された状態で配置されている。即ち、レンズ１１，１２は主走査方向Ｙに関して識別子を付与されて方向を同一に、上面と下面をそれぞれレンズ座面として固定されている。換言すれば、第１及び第２レンズ１１，１２は左右両側においてポリゴンミラー５の回転軸５ａと直交する軸を中心として線対称である。このような配置により、ポリゴンミラー５の両側でレンズ１１，１２の製造誤差による、各色の主走査方向Ｙの色ずれの方向が揃うことになる。

（折返しミラーの配置枚数）
光路折返しミラーの配置枚数に関して、第１実施例では、図１に示すように、ポリゴンミラー５に対して一方の上側光路（マゼンタ露光用）の配置枚数は３（ミラー３１，３２，３３）、一方の下側光路（イエロー露光用）の配置枚数は１（ミラー３４）、他方の上側光路（シアン露光用）の配置枚数は３（３５，３６，３７）、他方の下側光路（ブラック露光用）の配置枚数は１（３８）とされている。

第２実施例では、図２に示すように、ポリゴンミラー５に対して一方の上側光路（イエロー露光用）の配置枚数は２（ミラー４１，４２）、一方の下側光路（マゼンタ露光用）の配置枚数は２（ミラー４３，４４）、他方の上側光路（シアン露光用）の配置枚数は２（４５，４６）、他方の下側光路（ブラック露光用）の配置枚数は２（４７，４８）とされている。

即ち、折返しミラーの配置枚数は、第１実施例において、一方の上側光路及び下側光路かつ他方の上側光路及び下側光路で奇数枚である。また、第２実施例において、一方の上側光路及び下側光路かつ他方の上側光路及び下側光路で偶数枚である。

図６は被走査面上での描画ラインの副走査方向の湾曲（ボウ）に関する概念図である。ここでは、レンズ１１，１２の製造誤差による副走査方向Ｚに関するボウ５１ａ〜５１ｆが、レンズ１１，１２の上側を透過する光路において被走査面５０ａ〜５０ｆ上で、折返しミラー３０に応じて変化する様子を示している。なお、図６では、下側を透過する光路のボウは省略しているが、上側の光路のボウを反転した方向に湾曲している。

図６から明らかなように、ポリゴンミラー５の左右で折り返しミラー３０の配置枚数が偶数又は奇数で揃っているときにボウ５１ａ〜５１ｆの湾曲方向が一致している。偶数で揃っている場合とは、例えば、ミラー３０が２枚の場合のボウ５１ｃ，５１ｄであり、奇数で揃っている場合とは、例えば、ミラー３０が１枚の場合のボウ５１ｂ，５１ｅである。

前述の如く、レンズ１１，１２は同じ金型によって成形されたものがポリゴンミラー５の左右両側において副走査方向Ｚに反転された状態で配置されている。このような配置にある場合、折返しミラーの枚数を左右両側の上側光路及び下側光路で奇数又は偶数をすることにより、各被走査面上での副走査方向Ｚのレンズ製造誤差の向き、即ち、被走査面上でのボウの湾曲方向を揃えることができ、色ずれを効果的に抑えることができる。

（ボウの補正）
被走査面５０上におけるボウは図７に示す補正手段２５によって補正することができる。この補正手段２５は、折返しミラー３０に設けたねじ２６を固定フレーム２７に対して進退させることにより、折返しミラー３０の主走査方向中央部分を矢印Ａ方向に変形させることで該ミラー３０の主走査方向Ｙにおける撓み量を調整する。折返しミラー３０はその両端部が固定部３９，３９にて保持され、かつ、ねじ２６の対向側には板ばね２８が配置されている。

ねじ２６によって折返しミラー３０の撓み量を調整することで被走査面５０上のボウを補正することができる。設計上あるいは製造誤差でボウ（副走査方向Ｚの位置ずれの２次成分）が残存した場合であってもこの補正手段２５によってボウの補正が可能になる。このようにボウを補正した場合、３次以上の高次成分だけが残ることになるが、高次成分の相対差は小さいので、副走査方向Ｚの色ずれは小さくなる。

補正手段２５は、任意の折返しミラーに設置すればよいが、４色の各光路においてそれぞれ１枚の折返しミラーに対して設置することが好ましい。各光路において複数の折返しミラーのいずれに設置するかは、光路設計上設置しやすいミラーを選択すればよいが、補正感度の高いミラーを選択することが好ましい。即ち、ビームが鈍角に入射するミラーのほうが、ミラーの撓み量に対してボウの変化量が大きくなる。

（光学素子の配置、構成データ）
以下に示す表１に前記第１及び第２実施例での光学素子の配置を示し、表２に第５面及び第６面の偏芯データを示す。また、表３に第１面（第１レンズ１１の第１面）の自由曲面係数データ、表４に第２面上側（第１レンズの第２面上側１１ａ）の自由曲面係数データ、表５に第２面下側（第１レンズ１１の第２面下側１１ｂ）の自由曲面係数データ、表６に第４面上側（第２レンズ１２の第２面上側１２ａ）の自由曲面係数データ、表７に第４面下側（第２レンズ１２の第２面下側１２ｂ）の自由曲面係数データを示す。これらの自由曲面は式（１）に示す自由曲面式にて算出される。

（他の実施例）
なお、本発明に係る光走査装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

本発明に係る光走査装置の第１実施例を示す立体配置概念図である。 本発明に係る光走査装置の第２実施例を示す立体配置概念図である。 前記第１及び第２実施例の偏向器から被走査面までの展開光路図であり、（Ａ）は主走査断面、（Ｂ）は副走査断面を示す。 前記第１実施例におけるポリゴンミラーの周辺を示す斜視図である。 前記第２実施例におけるポリゴンミラーの周辺を示す斜視図である。 被走査面上でのボウの湾曲方向を示す概念図である。 被走査面上でのボウの補正手段を示し、（Ａ）はＸ−Ｚ側面図、（Ｂ）はＸ−Ｙ平面図である。

符号の説明

１…レーザビーム
５…ポリゴンミラー
１１，１２…レンズ
２５…補正手段
２９…ウインドウガラス
３０〜３８…折返しミラー
４１〜４８…折返しミラー
５０…感光体ドラム（被走査面）

Claims (4)

1. 複数の光源と、該光源からのビームを主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器にて偏向されたビームを被走査面上に結像するレンズと、該レンズを透過したビームを被走査面に導くための光路折返しミラーとを備えた光走査装置において、
   前記偏向器は各光源に対して共通に設置されており、
   前記レンズは同じ金型によって成形されたものが前記偏向器の左右両側に副走査方向に反転された状態で配置され、該レンズの少なくとも１面が副走査方向の上側及び下側で異なる面形状を有し、
   前記光路折返しミラーの枚数は前記偏向器に対して一方の上側光路及び下側光路かつ他方の上側光路及び下側光路で全て奇数又は偶数であること、
   を特徴とする光走査装置。
2. 前記各光源から放射されたビームは前記偏向器へ副走査方向面内で所定の傾斜角度をもって入射することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光路折返しミラーのうち少なくとも１枚に該ミラーを主走査方向において撓ませることで被走査面上での副走査方向の湾曲を補正する手段を設けた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。
4. 前記補正手段はビームが鈍角に入射するミラーに対して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
   

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