JP2008003373A

JP2008003373A - 走査光学装置およびこれを用いた画像形成装置

Info

Publication number: JP2008003373A
Application number: JP2006173841A
Authority: JP
Inventors: Kengo Sato; 健吾佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】走査線の照射位置、傾き、曲がり、片倍率を1枚のレンズのみで調整ができ、色ずれのない高品質な画像が得られる、低コストな走査光学装置を提供する。
【解決手段】本発明の走査光学装置おいて、調整を行う1枚のfθレンズ以外の光学素子を全て組み付けた走査光学装置のフレームに、光硬化型接着剤を前記フレームの基台上の接着面に塗布したfθレンズを載置する。ここで、光源を発光させ光偏向器を回転させて光走査し、被走査面上の複数の位置に配置したCCDセンサにより照射位置を測定することによって調整量を算出し、被走査面における照射位置、傾き、片倍率について、fθレンズを被走査面と平行平面上で自由に移動させることによって調整する。被走査面における曲がりについて、fθレンズの長手方向中央部を被走査面副走査方向に強制的にたわませることによって調整し、調整後に紫外線照射器によってfθレンズを基台に接着固定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から出射した光束を偏向素子で偏向し、fθレンズを介して被走査面上を光走査させて画像情報を記録するようにした電子写真プロセスを有するカラーレーザービームプリンタ(LBP)、カラーデジタル複写機、カラーレーザファックス等に好適な走査光学装置に関し、特に各走査光学装置による走査線ずれを抑えて、色ずれのない高画質のカラー画像情報を記録することのできる走査光学装置に関するものである。

例えば、電子写真方式の画像形成装置であるレーザプリンタ、デジタル複写機、レーザファックス等の走査光学装置においては、画像信号に応じて光源手段から放射した光束を光変調している。そして、この光変調された光束をポリゴンミラーからなる光偏向器により周期的に偏向させ、fθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体面上にスポット状に集束させる。結像面上のスポットは光偏向器による主走査と、感光ドラムの回転による副走査に伴って静電潜像を形成し、画像記録を行っている。

上述した画像形成装置においては、走査レンズ、走査ミラーなどの光学素子のわずかな変形が光路誤差を生じさせ、その誤差が被走査面上では無視できない大きさになる。特に光学素子の変形が副走査方向に発生している場合、走査線曲がりが生じやすくなり出力画像の品質を低下させる原因となる。

このような光学素子の変形による出力画像の品質低下の問題は、多色画像形成装置においてさらに顕著となる。

多色の画像形成装置、たとえば図4示すタンデム型のフルカラー複写機においては、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の各色に対応して４つの感光対ドラム41〜44を搬送ベルト61の搬送面に沿って列設し、光走査装置31〜34によって4本の光ビームを走査して各感光体ドラム41〜44周面に各色の静電潜像を形成すると共に、該当する色のトナーで顕像化し、これを転写ベルトによって搬送される記録シート上に順次転写してフルカラー画像を形成するようになっている。

このようなフルカラー複写機に使用されるビーム走査装置は、C、M、Y、Kの各色に対応して設けられた4つのレーザダイオードと、これらのレーザダイオードから発せられた光ビームを偏向して感光体ドラム41〜44表面を露光走査する光学系とから構成され、前記光学系は、ポリゴンミラー、走査レンズおよび折り返しミラーなどの光学素子を備えている。

各レーザダイオードは、入力された画像データにより駆動され、光ビームを出射する。この光ビームは、回転するポリゴンミラーのミラー面で反射して偏向された後、走査レンズなどを経由して該当する感光ドラムの表面を露光走査するようになっている。

このような多色画像形成装置では、複数のレーザ光源から射出された光ビームを各々個別の光路に導いて走査することにより感光体上に複数色分の潜像を書き込み、現像後それらを重ね合わせて多色画像を形成するのであるが、この場合、各光ビームの走査線をいかに正確に重ね合わせるかが画像品質を向上させるポイントとなる。各色の走査線が互いに傾いていたり、湾曲していたりして、各色の走査線が揃っていないと、色ずれが発生し、画像の品質を著しく損ねることになる。そこで従来から走査線の傾きおよび曲がりを補正する機構が提案されている。

例えば特許文献1では、走査レンズを副走査方向に移動することで被走査面の傾きと曲がりを補正し、走査レンズを接着固定する走査光学装置が開示されている。

例えば特許文献2では、走査レンズの１つを副走査方向にたわませた状態で保持する保持部材を有し、走査レンズと保持部材を一体的に傾けることで曲がりと傾きを補正する調整手段を設けていることが開示されている。
特開平7-234370公報特開2002-182145公報

ところが、近年、高精度、高密度の画像が要求されており、特許文献1のように走査線の傾きと曲がりの補正を行うだけでは不十分で、より高品位な出力を得るためには走査線の照射位置、片倍率等の補正も必要不可欠である。特に上述した複数の感光体を有する多色画像形成装置では、副走査方向に関して曲がりや傾きと同時に照射位置も補正しなければ、感光体を照射する位置が異なり、感光体上でスポット結像する大きさが変化し、色ムラや色ずれ等の画像不良をおこしてしまう問題がある。主走査方向においても同様であり、片倍率等により、スポット結像間隔が異なると色ムラや色ずれ等の画像不良となる。

特許文献2記載では、曲がりと傾きを調整するための保持部材や保持部材を支えるメカ機構を必要としているために部品点数が増加してしまっている。この機構に照射位置、片倍率等の調整も前記光学素子の保持部材によって行うとすると、構成がさらに大規模化し、装置の大型化やコストアップにつながってしまうという問題がある。

また、コストダウンの目的から走査光学系にプラスチック製の光学素子を採用することが望まれている。特にタンデム式の書込光学系を備えた光走査装置の場合には使用する光学素子の部品点数が多くなるため、走査光学系をプラスチック化する効果は大きい。ところが、長尺のプラスチック光学素子の場合には、成形条件や残留応力などの影響により長手方向、特に走査面と直交する方向にたわみが発生しやすい。そのたわみ量は数十ミクロンであり、型の違いによってその量や方向はばらつくためそれにより各ステーション間における走査線(使用する複数の色に対応する複数の走査線)の湾曲状態の調整や、その走査線自体の傾きを調整して、その複数の走査線を互いに高精度に位置あわせするのは非常に難しくなる。

本発明は上述の問題点を解消し、レーザ光源から出射された光束による走査線について、照射位置、傾き、曲がり、片倍率等の光学補正を1枚の長尺レンズのみで行い、かつ補正するための機構が簡単で、色ずれの少ない高画質のカラー画像形成装置を低コストで提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するための本発明の走査光学装置は、光源から出射された光束を変換する第1の光学系と、該第1の光学系から出射された光束を被走査面上にスポット状に結像させる第2の光学系とを有する走査光学装置において、前記第2の光学系における長尺レンズを接着剤を塗布した状態で基台上に載置し、前記接着剤の硬化前に前記長尺レンズの主走査方向および副走査方向の位置の光学的調整を行い、さらに前記長尺レンズの長手方向端部の位置を保持した状態で、前記長尺レンズの長手方向中央部を副走査方向に強制的にたわませることによって走査線の曲がりの調整をし、前記光学系の位置の調整後に前記接着剤を硬化させてその位置を固定する。

前記光学系の位置調整は、主走査方向および副走査方向の照射位置、傾き、曲がり、片倍率等の光学的調整を1枚の前記長尺レンズのみで、前記接着面または光軸と直行する平面と平行平面上における2次元調整で行うとよい。

前記接着剤は光硬化型接着剤を用いるとよい。

前記接着面は光軸と直行する平面と平行平面とするとよい。

また、上記走査光学系に対応して配置させた感光体ドラムを複数備え、1枚のシートに多重印刷するタンデム方式の画像形成装置に適用すると良い。

上述の構成を有する走査光学装置は、前記長尺レンズを基台に固定する手段として接着剤を用い、接着剤の硬化前に走査光が結像面を走査するときの走査線の位置ズレを検出し、あらかじめ調べておいたデータ等によって補正量を求めて、結像面での走査線の位置ズレを補正し、調整後に接着剤を硬化させる。このようにして、カラー印刷の場合の色ずれの原因となる走査線ズレを補正したうえで、接着剤を硬化させることにより、長尺レンズを基台に固定し、被走査面への出力を良好にする。

走査線の位置ズレを補正したうえで、光硬化型接着剤によって硬化するのみであるから、複雑な枢動機構を設けて走査線ズレの補正を行う場合に比べて、組立部品点数が大幅に削減され、組立工程も簡略化される。

カラー印刷等を行う場合の色ずれを補正する機構を大幅に簡略化することで、高画質でしかも製造コストの低いカラー画像形成装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。

図5は半導体レーザユニットの説明図である。

半導体レーザからなる光源1はレーザホルダ2の鏡筒保持部2aに圧入保持されている。レーザホルダ2の先端側には開口絞り2bが設けられ、光源1から射出されたレーザ光束を所望の最適なビーム形状に成形している。レーザホルダ2のさらに先端には、開口絞り2bを通過した光束を略平行光束に変換するコリメータレンズ６の接着部2cが主走査方向に各2箇所設けられている。ここで、コリメータレンズ６は照射位置やピントをレーザ光の光学特性を検出しながら調整を行い、位置が決定すると紫外線硬化形の接着剤を紫外線照射することで接着部2cに接着固定される。こうして、光源1、レーザホルダ2、開口絞り2b、コリメータレンズ６を一体にしたユニットとしてレーザユニット11を構成している。

図1〜3は本発明に関わる光走査装置の実施の形態の一例を示す全体図である。

レーザユニット11の光束の出射方向にシリンドリカルレンズ12、ポリゴンミラー13から成る光偏向器を配置する。この光偏向器はモータ等の駆動手段を有する回転軸によって回転可能に保持する。光偏向器の反射方向には、第一のｆθレンズ14、折り返しミラー15、第二のfθレンズ16が配置されている。上記半導体レーザからなる光源1、コリメータレンズ6、開口絞り2b、シリンドリカルレンズ12からなる第一の光学系、ポリゴンミラーからなる光偏向器、第一、二のｆθレンズと折り返しミラーからなる第二の光学系はひとつのフレーム内に収められている。ここで第一のｆθレンズ14と第二のｆθレンズ16はアクリルまたはポリカーボネートなどのプラスチック材料を成型して作られており、低コストにしている。また、フレームにはｆθレンズ16を載置する基台17が設けられており、基台17にはfθレンズ16の接着面である接着面101〜104が光軸と直行する平行平面に設けられている。

走査線の調整を行う複合調整機においては、基台17に載置されたfθレンズ16の長手方向端部および中央部を複合調整機のアーム22a、22b、23a、24bによって保持し光軸と直行する平行平面上でｆθレンズ16を2次元調整できるようにしている。このため、ｆθレンズ16のピント方向の位置を安定させて調整することができる。fθレンズ16の背後の感光体ドラム相当位置に被走査面18を設け、被走査面18上には複数の位置に対物レンズを介してCCDセンサ21a〜21cを配置する。CCDセンサ21a〜21cによって各像高での走査線位置を検出可能としている。

本実施例では、上述のような走査光学装置の組立工程において、図に示すようにfθレンズ16以外の光学素子を全て組み付けたフレームの基台17の接着面101〜104に接着剤を塗布したfθレンズ16を載せる。ここで光源1を発光させポリゴンミラー13を回転させて光走査を行い、被走査面上の複数の位置に配置したＣＣＤセンサ21a〜21ｃにより照射位置を測定し、予め調べておいたデータ等によってｆθレンズ16の修正すべき移動量を算出し、ｆθレンズ16の長手方向両端部を複合調整機に連結された各々独立に動くアーム22a、22bによって、被走査平面と平行平面上で副走査方向に移動させることにより被走査面での照射位置、傾きを補正する。また主走査方向に移動させることにより、被走査面での片倍率を補正する。さらに、被走査面での照射位置、傾き、片倍率を補正した状態でｆθレンズ16の長手方向両端部の位置を保持したまま、ｆθレンズ16の長手方向中央部を複合調整機に連結されたアーム23a、23bによって副走査方向に強制的にたわませることによって被走査面での曲がりを補正する。この調整後に紫外線照射器により、接着面101〜104に紫外線を同時に照射し接着剤を硬化させることで、ｆθレンズ16を基台17に固定する。このようにｆθレンズ16を副走査方向に強制的にたわませ、主走査面での曲がりを補正しているため、成型条件や残留応力などの影響によるたわみを同時に補正できる。また、接着面101〜104を光軸と直行する平行平面としているため、接着層の厚みが光軸に対し均一となり、硬化時のfθレンズ16の変動を少なくすることができる。

この際、紫外線照射器により紫外線を照射する順番を変えて、まず被走査面での照射位置、傾き、片倍率を補正した後に、ｆθレンズ16の長手方向両端部の接着面101、102に紫外線照射器により紫外線を照射し、接着剤を硬化させることでｆθレンズ16の長手方向両端部を基台17に固定する。次にｆθレンズ16の長手方向両端部を固定した後にｆθレンズ16の長手方向中央部を複合調整機に連結されたアーム23a、23bによって副走査方向に動かし、fθレンズ16を強制的にたわませることによって被走査面での曲がりを補正し、曲がり調整後にｆθレンズの長手方向中央部の接着面103、104に紫外線を照射し、接着剤を硬化させることでｆθレンズ16を基台17に固定するようにしても同様の効果が得られる。しかし前者のように全ての接着部を同時に紫外線照射したほうが、fθレンズ16をたわませるときに、接着部がはがれたり、前記fθレンズ16が移動することがないのでよりよい。

また、本実施例においては、接着剤に光硬化型のものを使用したが、熱硬化型の接着剤では接着部が熱膨張しfθレンズ16の位置がずれてしまい、走査線位置が調整時から変動してしまう。このため光硬化型の接着剤を用いた方が安定してfθレンズ16を接着固定でき、精度よく光走査できる。

調整が終了した後の光走査装置においては、光源1から出射した発散光束は、コリメータレンズ6によって平行光束となり、絞り2ｂによって光量を制限され、シリンダレンズ12に入射する。シリンダレンズ12は副走査方向にのみ屈折力を有するため、主走査方向の光束はそのままポリゴンミラー13に入射するが、副走査方向の光束はシリンダレンズ12によってポリゴンミラー13の偏向反射面付近に結像される。従って、ポリゴンミラー13に入射する光束は主走査方向に長い潜像となり、ポリゴンミラー13の矢印方向の回転によって変更される。ポリゴンミラー13により偏向された光束は、第一のfθレンズ14に入射し、さらに折り返しミラー15で反射し、第二のｆθレンズ16を通過することによって、被走査面上に結像して被走査面上を精度よく光走査する。

なお、レーザ光源から出射された光ビームを走査させて1つの被走査面上に書き込みを行うタイプの光走査装置を例にとり説明したが、本願発明は、複数のレーザ光源から射出された光ビームを同時に走査して、1つの被走査面上の複数箇所に同時に書き込みを行うタイプや、複数の被走査体に同時に書き込みを行うタイプの光走査装置にも有効に適用できることは無論である。たとえば、図4に示したような、タンデム方式の多色画像形成装置の光走査装置において、本願発明の位置ズレ調整方法を適用することにより、走査線曲がり、照射位置、傾き、片倍率等を簡易に補正することができるので、各光ビームの走査線を正確に重ね合わせて、画像品質を向上させることができる。

この実施の形態によれば、複数のレーザ光源となるレーザユニットからそれぞれ出射されたレーザビームによる各走査線に対応する各光学素子群をそれぞれ構成する複数の光学素子の中のそれぞれ1つである長尺プラスチックレンズ1枚のみで走査線の照射位置、傾き、曲がり、片倍率等を自在に調整し、任意の姿勢で基台と固定する。従来例のように調整ねじやバネ材等の部品を必要とすることなく、部品点数と組立工程数を大幅に削減できる。これによって大幅なコストダウンを実現でき、かつ高品位な画像を出力する。

以上説明したように本発明の関わる走査光学装置は、第2の光学系におけるｆθレンズを基台に固定する際に、接着剤の硬化前にこれらの位置調整を行い、調整後に接着剤を硬化させることにより固定を行い、被走査面における補正を容易にかつ低コストで行うことができる。

本願発明を多色画像形成装置の光走査装置に適用すれば、複数の走査線が重なるように、走査線の照射位置、傾き、曲がり、片倍率等を容易に所望の値に収めることができるので、色ムラや色ズレの少ない良好な画像が容易に得られるようになる。

このような走査光学装置を用いることで、カラー印刷等を行う画像形成装置の高性能化と低価格化を大きく促進できる。

本発明の一実施形態例である光走査装置の説明図である。同じく本発明の一実施形態例である光走査装置の説明図である。同じく本発明の一実施形態例である光走査装置の説明図である。上記の光走査装置を備えた画像形成装置全体の説明図である。半導体レーザユニットの説明図である。

符号の説明

11 半導体レーザユニット
12 シリンダレンズ
13 ポリゴンミラー
14 第一のｆθレンズ
15 走査ミラー(折り返しミラー)
16 第二のｆθレンズ
17 基台
18 感光体ドラム
21a、21c ＣＣＤセンサ
22a、22b、23a、23b 複合調整機
101〜104 接着面（光硬化型接着剤）

Claims

光源から出射された光束を変換する第一の光学系と、該第一の光学系から出射された光束を偏光する偏光素子と、該偏光素子により偏光走査された光束を被走査面上にスポット状に結像させる第二の光学系とを有する走査光学装置において、前記走査光学装置を収納するフレームを備え、前記第二の光学系における長尺レンズの長手方向の端部および中央部に前記フレームの基台との接着面を備え、前記長尺レンズを接着剤を塗布した状態で基台上に載置し、前記接着剤の硬化前に前記長尺レンズの主走査方向および副走査方向の位置の光学的調整を行い、さらに前記長尺レンズの長手方向端部の位置を保持した状態で、前記長尺レンズの長手方向中央部を副走査方向に強制的にたわませることによって走査線の曲がりの調整を行い、調整後に前記接着剤を硬化させてその位置を固定することを特徴とする走査光学装置。
前記光学系の位置調整は、主走査方向および副走査方向の光学的調整を1枚の前記長尺レンズで、前記接着面または光軸と直行する平面との平行平面上における2次元調整で行うことを特徴とする請求項1記載の走査光学装置。
前記接着剤は光硬化型接着剤としたことを特徴とする請求項1又は2記載の走査光学装置。
前記接着面は光軸と直行する平面と平行平面であることを特徴とする請求項1及至3記載の走査光学装置。
請求項1及至4記載の走査光学装置によってカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。