JP2007199407A - 光走査装置、画像形成装置及びタンデム型画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトな走査光学系にも拘らず、折り返しミラーの枚数削減と光学性能の向上や組み付け・調整の容易化が実現できる低コストの光走査装置及びこれを装備する画像形成装置を提供する。
【解決手段】 光源と、少なくとも１つの光偏向器と、１つ以上の走査レンズと、複数のミラーとを配設し、複数の走査ビームを射出する光走査装置において、前記複数の走査ビームを、少なくとも１つの前記ミラーの同一の反射面によって折り返し、前記光偏向器によってなされる走査平面に対し、前記走査レンズのいずれか１つ以上の光軸が略平行または略垂直に配置されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ラスタ方式の書き込みユニットを使用するレーザプリンタ、レーザファクシミリ、デジタルＰＰＣ複写機等のカラー画像に対応した光走査装置、及びこれを搭載した画像形成装置に関するものである。

近年、画像形成装置のカラー画像化に伴い、４連タンデム型配置に代表されるような複数の感光体に走査光を入射する技術が考えられ、商品化されてきており、これに関連する種々の技術的開発及び実施商品が知られている（例えば、特許文献１乃至６参照）。
このようなタンデム型の画像形成部に対応する走査光学系として、特許文献１乃至４でも開示されている。また、もっともコストの高い部品の１つであるポリゴンモータをできるだけ共通使用し、走査光学系の低コスト化、コンパクト化、及び簡素化による高信頼性の確保などを図ろうとする構成や実施商品が増加している。
更なるコンパクト化や簡素化を目的として、特許文献５及び６のように、感光体を２つ用いて４色の重ね合わせを２色ずつ２回にわたって行う構成も提案されている。

また、特許文献４においては、総計で１３枚のミラーを用いている。このように、折り返しミラーを多数使用しているものがある。さらに、特許文献４についてのべれば、光ビーム走査装置１００は、単一の筐体１０内に単一の偏向器１１を備え、複数の光ビームを単一の偏向器１１により偏向し、偏向された複数の光ビームの光路分割を行って複数の感光体へそれぞれ導く。
ここで、偏向された複数の光ビームの各光路上に配置される平面ミラー５Ａ〜Ｄと屈折力を有するシリドリカルミラー６Ａ〜Ｄとの配置順を全て同一にして、複数の感光体８Ａ〜Ｄへ至る光路上でそれぞれ２回以上の同一回数で光ビームを折り返す構造にすると共に、対応する折り返し角度を各光ビームでほぼ同一にすることが開示されている。
特許第２７２５０６７号 特開２００１−２６４６５５公報 特開２００３−１４００７５公報 特開２００５−１７６０８公報 特開２００２−１５６５９５公報 特開２００３−３１５７１９公報

しかしながら、上述した従来技術では、走査光学系をどのように配置するかにおいて数々の提案がなされているが、全般的に以下の問題がある。即ち、かかる構成では、コストが上昇し、組付けが煩雑になる。また、折り返しミラーにおけるビームの偏向角が鈍角である箇所が増加する。
また、走査線傾き・曲がり・副走査方向位置ズレ・ビームスポット径太り・光量不均一など光学諸性能・安定性のレベルダウン、ミラー振動よる光学性能のレベルダウン等が見られる。

図６は現在折り返しミラーの蒸着材料として多く用いられている銀のエネルギ反射率をグラフで示す図である。ここで、横軸は入射角、縦軸は反射率で、データのＲｓはＳ偏向光、ＲｐはＰ偏向光の場合のもので、Ｒｎは前記の両者の平均を示している。
図６のグラフからＲｐに関しては入射角６０度〜８０度近辺で反射率が大きくダウンしていることが判る。このため、折り返しミラーへの入射角はおおむね５０度より小さいほうが好ましく、また、その範囲ではＰ偏向光をＳ偏向光での反射率の差を小さくするためには入射角が小さければ小さいほど好ましい。
入射角を大きくすると走査ビームの中央像高付近と周辺像高付近で光量差が著しく大きくなり、像面光量が不均一になり易い。また、他にもミラーの反りや振動による撓みに起因する上記のような光学諸特性への悪影響があるので折り返しミラーによるビームの偏向角（入射角の２倍)が９０度よりも大きい鈍角であることは好ましくない。

また、上述した従来技術では、小型化のために全体レイアウトが複雑になり、傾いて配置される走査レンズが増加する。走査レンズを傾けて配置する場合、走査レンズの組み付けや取り外し、また、リサイクル時の分解が面倒になる。
さらに、光学調整のために走査レンズを僅かに傾けたり、移動させたり、撓ませたりすることがあるが、これらの調整機構が複雑化し、その機構を用いた調整作業に関しても調整工具が垂直に使えないなど煩雑になる。

またさらに、光学箱内部の構造が複雑になり、光学箱の精度低下、剛性低下、耐振動性低下が発生する。樹脂製光学箱の場合は斜めスライドの多用などで型構造が複雑化し、型寿命の短期化が懸念される。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、コンパクトな走査光学系にも拘らず、折り返しミラーの枚数削減と光学性能の向上や組み付け・調整の容易化が実現できる低コストの光走査装置及びこれを装備する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源と、少なくとも１つの光偏向器と、１つ以上の走査レンズと、複数のミラーとを配設し、複数の走査ビームを射出する光走査装置において、前記複数の走査ビームを、少なくとも１つの前記ミラーの同一の反射面によって折り返し、前記光偏向器によってなされる走査平面に対し、前記走査レンズのいずれか１つ以上の光軸が略平行または略垂直に配置される光走査装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、ダハミラー構成を有するか、または隣接して略直角に構成された２枚のミラーを有する請求項１記載の光走査装置を特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記光偏向器には、前記複数の走査ビームが副走査方向に一定の間隔を置いて離間され、且つ略平行に入射する請求項１記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、走査光学系に複数の走査レンズを用い、前記光偏向器から見て第１の走査レンズが積層型である請求項３記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、走査光学系に複数の走査レンズを用い、前記光偏向器から見て第２の走査レンズを通過する走査平面が、前記第１の走査レンズを通過する走査平面に略平行または略垂直である請求項１記載の光走査装置を特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、入射光学系が、複数のビームの入射が前記光偏向器の基準水平面に対して傾いている斜入射光学系である請求項１記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の光走査装置を装備する画像形成装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の光走査装置を装備するタンデム型画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、複数の走査ビームが、少なくとも１つのミラーの同一の反射面によって折り返されるので、ミラーの持つ設置位置ズレ・角度ズレや平面度、反射率などの光学的に影響をもたらす要因が複数のビームにほぼ等しく作用する。このため両走査ビームの間の光学諸特性のバラツキ要因がキャンセルされる。
とくにタンデム機などにおけるカラー像の重ね合わせに不可欠な、像面でのドット位置ズレの抑制に大きな効果がある。また、それぞれ専用の折り返しミラーを装備するのに比べて部品点数が少なく低コストで組み付けや取り外しを簡単にすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は感光体を２つ用いて４色の重ね合わせを２色ずつ２回にわたって行う画像形成装置に適用される光走査装置の本発明の第１の実施の形態を、副走査方向の中央断面で示す概略図である。
図１には、上で述べた特許文献５及び６のような感光体を２つ用いて４色の重ね合わせを２色ずつ２回にわたって行う画像形成装置に適用される光走査装置を、副走査方向の中央断面で示している。本光走査装置は光学箱１に光偏向器２、ｆθレンズ３、長尺レンズ４、６、防塵ガラス５、及び複数の折り返しミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を載置して構成される。

走査ビームは図のように副走査方向に一定間隔を置いて平行に走査面が発生するように、複数のレーザ光源（図示せず）より射出されビーム整形光学系（図示せず）を通過した後、光偏向器２にて偏向される。光偏向器２の垂直方向の上下２段の偏向面２ａ、２ｂからの走査ビームはｆθレンズ３に入射する。
ｆθレンズ３は上下２段の偏向面２ａ、２ｂからのそれぞれの走査ビームに像面（感光体入射位置)でのｆθ特性を与える。ここで、ｆθレンズ３は２段の積層タイプとなっている。
これは上下２段の偏向面２ａ、２ｂに適切なｆθ特性を与えるためそれぞれの走査ビームに最適な形状をそれぞれの走査面で形成するためである。この積層型ｆθレンズは一般的に樹脂で一体成型されるか、又は２つのｆθレンズを接着して作られている。

ｆθレンズ３を通過した上下２段の偏向面２ａ、２ｂからの走査ビームは光学箱１の端部にダハミラー状に設置された第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２の同一の反射面にてそれぞれ９０度ずつ折り返される。
その後、この時点で上方に位置する走査ビームは第３ミラーＭ３にて直角に折り返されて下方に向けられ、走査ビームが垂直に通過するように設置された第１長尺レンズ４を経て感光体７に至る。
第１長尺レンズ４は光学箱１の周囲から内部にチリや埃が入らないようにする防塵ガラスの役割も兼用している。一方、下方に位置する走査ビームは水平に設置された第２長尺レンズ６を経てから第４ミラーＭ４にて直角に折り返されて下方に向けられ、防塵ガラス５を通過した後に感光体８に至る。

第１ミラーＭ１では２つの走査ビームを同一の面で反射するため第１ミラーＭ１の有する設置位置ズレ・角度ズレや平面度、反射率などの光学的に影響をもたらす要因が２つのビームにほぼ等しく作用する。このため、両走査ビームの間の光学諸特性のバラツキ要因がキャンセルされる。
とくにタンデム画像形成装置などにおけるカラー像の重ね合わせに不可欠な像面でのドット位置ズレの抑制に大きな効果がある。また、それぞれ専用の折り返しミラーを装備するのに比べて部品点数が少なく低コストで組み付けや取り外しが簡単である。
以上、第１ミラーＭ１について述べた効果は第２ミラーＭ２についても同様である。そのため図１の第１の実施の形態では２枚のミラーで複数の走査ビームを折り返すので、よりドット位置ズレの抑制の効果が大きい。

ここで隣接した折り返しミラーをダハミラー状に設置することの効果について説明する。第１の効果は光学箱１がコンパクトにできることである。また、ダハミラーの特性から、副走査断面における角度精度において、２つのミラーの直角が相対的に出ていればよく、絶対的角度精度が比較的緩やかにできる。
そのため光学箱１の構造や精度保持・検査が容易になり、また、実際にミラーを保持した場合の組み付け状態の確認も容易になる。ダハミラー構成では支持ステー等によって２つのミラーを保持するダハミラーユニットとして光走査装置に包含され、脱着または移動できるサブユニットとして構成することもできる。
この場合、組み付けの簡略化とダハミラー構成の精度確保、光路長調整の簡素化などが図れる。さらに中央断面では各ビームの偏向角が９０度であるため、偏向角が鈍角になることの不具合がない。

第１長尺レンズ４は光偏向器２によって形成される走査面に垂直に走査光が通過するように設置されている。また、第２長尺レンズ６は上記走査面と平行に走査光が通過するように設置されている。
一般に光学箱１の設計基準面や加工基準面、もしくは画像形成装置への設置基準面は光偏向器２の設置姿勢と平行にすることが多い。また、光学箱１を樹脂成型にて製造する場合は樹脂型のパーティングラインも同様な方向にされることが多い。
光学素子を位置決め・固定するにあたり、傾いて設置されるより、上記基準面に水平または垂直に設置されるほうが光学箱１内部の光学素子設置部分が簡単になり、また、光学素子を固定し付勢するための板ばねなどの押さえ部品も簡単になり、共通化し易く低コストになる。そして光学素子の組み付けやリサイクル時の取り外しに関しても容易になる。

樹脂型の構造に関して述べれば、斜めスライドの多用された場合に対して、型コストの低下・維持管理の簡素化・型寿命を伸ばす効果がある。光学箱１全体においても、比較的単純な構造なので材料費がかからず、精度・剛性・耐振動性を向上させるのが容易になる。
さらにすでに述べたカラー像の重ね合わせのためのドット位置ズレを少なくするための調整機構や補正機構も走査レンズの姿勢が水平または垂直であると簡素化することができ、調整工具や冶具を傾けて適用する必要がないために調整作業も非常に容易になる。

図２は図１の第１の実施の形態に対して第１ミラーを通過した後の光路が異なる第２の実施の形態を示す概略図である。この第２の実施の形態では、図１の第１の実施の形態に対して、光学箱１内の第１ミラーＭ１を通過した後の光路が異なっている。
この実施の形態では、ｆθレンズ３の上段を通過した走査光は第１ミラーＭ１で下方に折り返され、そのまま防塵ガラスの役割を兼ねる第１長尺レンズ４を通過して第１感光体７に至る。
ｆθレンズ３の下方を通過した走査光は第１ミラーＭ１とダハミラー状に設置された第２ミラーＭ２にて水平方向に折り返され、第２長尺レンズ６を通過した後、第３ミラーＭ３にて下方に折り返され、防塵ガラス５を経て第２感光体８に至る。この第２の実施の形態では折り返しミラーが３枚で済んでいるので低コストで、光学性能への影響も少ない。

図１及び図２の第１及び第２の実施の形態とも一定の間隔を置いて離間された複数の走査ビームを平行に光偏向器２に入射し、走査光ｆθレンズ３に平行に入射させている。これは上で述べた光路の構成において光学箱１内部の簡素化やコンパクト化、低コスト化に寄与している。
とくにｆθレンズ３が積層構造になっていることはコスト比率の高いレンズにおいて大きなコンパクト化とコストダウンをもたらしている。それだけでなく、ｆθレンズ３周辺の温度変化や設置姿勢のズレに関しても、上下段の走査光に光学的に影響をもたらす要因が２つのビームにほぼ等しく影響を及ぼす。このためそれらの要因による両走査ビームの間の光学諸特性のバラツキ要因がキャンセルされる。

図３は上下２段の走査光が或る開き角を有する走査光学系への本発明の第３の実施の形態を示す概略図である。一般にこのような光学系は光偏向器２への複数のビームの入射が光偏向器２の基準水平面に対して傾いて入射されることから斜入射光学系と呼ばれる。
斜入射光学系では光偏向器２の反射面が副走査方向に離間しておらず、反射点を近接させられるので簡単で低コストの光偏向器にできる。ｆθレンズ３も上下段の走査光の間隔が比較的狭いので小型で低コストにすることができる。

図３の第３の実施の形態はこの斜入射光学系を本発明に適用した点以外はほぼ図１の第１の実施の形態と同様なので概略については省略する。図１との差異は第２長尺レンズ６が斜入射による開き角の分だけ傾いて設置されていることと、各走査光の射出口にそれぞれ専用の防塵ガラス９、１０が装備されていることである。
また、光路レイアウト上、第１感光体７と第２感光体８の中心を結ぶ線の傾きが弱くなっている。そのため、感光体７、８への走査光の入射位置を感光体７、８の頂点からオフセットさせている。このことは感光体７、８周辺のプロセス回りユニットの設置自由度を高める効果がある。

図４はダハミラー構成の角度を僅かに鋭角になるように設置した本発明の第３の実施の形態の変形例を示す概略図である。図４ではダハミラー構成の角度を僅かに鋭角になるように設置し、第２ミラーＭ２から反射させる走査光が水平に設置された第２長尺レンズ６に水平に入射するようになっている。これにより長尺レンズの設置に関して図１および図２の実施の形態で述べた効果と同様の効果がある。
本発明においてはコンパクトな光走査装置を提供することを１つの目的にしているが、使用している折り返しミラーの本数では図１の第１の実施の形態で４本、図２の第２の実施の形態では３本、図３及び図４の例では４本と少数であり、また全てのミラーにおける偏向角は直角か、略直角である。

上で述べたように、折り返しミラーが多くなればなるほどコストや光学品質に悪影響を与える。本発明はコンパクトな光走査装置を提供しつつ、使用する折り返しミラーをなるべく少なくすることができる。
ただし、複数の感光体の大きさや間隔、走査光学系との位置関係によっては多少の折り返しミラーの追加によって光路レイアウトを適正化することもあり得る。その場合でも本発明の効果が大きく低減するわけではない。
また、図４の変形例ではｆθレンズ３の姿勢を水平に保った実施の形態のみを紹介したが、ｆθレンズ３が第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２の中間に垂直に位置したり、第２ミラーＭ２の後方に位置しても同様な効果があることは当然である。

本発明に対応する画像形成装置は、内部に複数の像担持体を備え、上記に示した光走査装置を備える画像形成装置である。図１、図２、図４及び図５に示すような像担持体が２つの画像形成装置であっても、また、４つの像担持体を用いる、いわゆるタンデム型の画像形成装置であっても本発明は適用される。また、各像担持体への走査光が複数であるマルチビーム式書き込み方式を用いることもできる。
画像形成装置は上述したコンパクトな光走査装置を装備するので、画像形成装置内の設計自由度が高く、また安価でドット位置ズレの少ない、高品質な画像を高速に出力することができる。

図５はレーザ光源として多チャンネルＬＤアレイの構成を示す概略斜視図である。レーザ光源１１として多チャンネルＬＤアレイを使用することにより、各光路の光ビーム数が整数倍となり、書き込みの高速度化、または高密度化、または省エネルギ化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態を、副走査方向の中央断面で示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態の変形例を示す概略図である。 レーザ光源として多チャンネルＬＤアレイの構成を示す概略斜視図である。 銀のエネルギ反射率をグラフで示す図である。

符号の説明

１ 光学箱
２ 光偏向器
３ 走査レンズ（第１の走査レンズ、ｆθレンズ）
４ 走査レンズ（第２の走査レンズ、第１長尺レンズ）
６ 走査レンズ（第２長尺レンズ）
７ 第１感光体
８ 第２感光体
１１ 多チャンネルＬＤアレイ（光源）
Ｍ１ 第１ミラー
Ｍ２ 第２ミラー
Ｍ３ 第３ミラー
Ｍ４ 第４ミラー

Claims (8)

1. 光源と、少なくとも１つの光偏向器と、１つ以上の走査レンズと、複数のミラーとを配設し、複数の走査ビームを射出する光走査装置において、前記複数の走査ビームを、少なくとも１つの前記ミラーの同一の反射面によって折り返し、前記光偏向器によってなされる走査平面に対し、前記走査レンズのいずれか１つ以上の光軸が略平行または略垂直に配置されることを特徴とする光走査装置。
2. ダハミラー構成を有するか、または隣接して略直角に構成された２枚のミラーを有することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記光偏向器には、前記複数の走査ビームが副走査方向に一定の間隔を置いて離間され、且つ略平行に入射することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 走査光学系に複数の走査レンズを用い、前記光偏向器から見て第１の走査レンズが積層型であることを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
5. 走査光学系に複数の走査レンズを用い、前記光偏向器から見て第２の走査レンズを通過する走査平面が、前記第１の走査レンズを通過する走査平面に略平行または略垂直であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
6. 入射光学系は、複数のビームの入射が前記光偏向器の基準水平面に対して傾いている斜入射光学系であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の光走査装置を装備することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の光走査装置を装備することを特徴とするタンデム型画像形成装置。

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