JP2008257169A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明では、変調駆動される光源1,1’と、多面の反射鏡を有する偏向手段7と、偏向手段により走査されたビームを被走査面11a,11bに導く走査光学系8〜10を有する光走査装置において、光源1,1’と偏向手段7の間に該光源からのビームを分割し、分割したそれぞれのビームを偏向手段に向けて略π/2の位相差をつけて入射させる光束分割手段4を備え、かつ偏向手段7が4面の反射面を有する構成とした。これにより、一つの光源で異なる被走査面を走査することが可能となり、高速を維持しつつ、光源数の削減によるコストダウンを達成可能な光走査装置を実現することができる。
【選択図】図1
Description
また、書込ユニットの故障の原因として半導体レーザの劣化が挙げられている。このため光源数が多くなると、故障の確率が増え、リサイクル性が劣化する。
また、上記の問題を解決するため、光源からの1本の光束を光束分割手段で副走査方向にずらした2本の光束に分割し、互いに角度をずらして重ねた2枚のポリゴンミラーを同軸に回転させる偏向手段で走査し、相異なる2本の被走査面を走査する構成の光走査装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
本発明の第1の手段は、変調駆動される光源と、多面の反射鏡を有する偏向手段と、前記偏向手段により走査されたビームを被走査面に導く走査光学系を有する光走査装置において、前記光源と前記偏向手段の間に該光源からのビームを分割し、分割したそれぞれのビームを前記偏向手段に向けて略π/2の位相差をつけて入射させる光束分割手段を備え、かつ前記偏向手段が4面の反射面を有することを特徴とする。
また、本発明の第2の手段は、第1の手段の光走査装置において、同一タイミングにおいて分割されたビームが、それぞれ前記偏向手段の相異なる反射面に入射することを特徴とする。
また、本発明の第4の手段は、第3の手段の光走査装置において、前記入射ミラーと前記走査レンズの一部が接触していることを特徴とする。
さらに本発明の第5の手段は、第3または第4の手段の光走査装置において、前記入射ミラーの端面に反射防止処理が施されていることを特徴とする。
また、本発明の第8の手段は、第1〜第6のいずれか1つの手段の光走査装置において、前記光源側の同期検知を、該光源の光量制御用の受光手段で行うこと特徴とする。
また、本発明の第10の手段は、第1〜第9のいずれか1つの手段の光走査装置において、前記光源を複数有し、該複数の光源が副走査方向に異なる位置に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第12の手段は、第1〜第11のいずれか1つの手段の光走査装置において、前記光源に面発光型半導体レーザを用いることを特徴とする。
また、本発明の第14の手段は、第13の手段の画像形成装置において、前記像担持体を複数備え、前記書込ユニットで複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を色の異なる現像剤で現像して顕像化し、前記複数の像担持体に形成した各色の顕像を直接または中間転写体を介して記録材に重ね合せて転写して多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
また、第2の手段の光走査装置では、第1の手段の構成及び効果に加え、同一タイミングにおいて分割されたビームが、それぞれ前記偏向手段の相異なる反射面に入射することにより、レイアウト性を向上することができる光走査装置を実現することが可能となる。
また、第4の手段の光走査装置では、第3の手段の構成及び効果に加え、前記入射ミラーと前記走査レンズの一部が接触していることにより、入射ビームと走査ビームを分離性を向上させることが可能となり、また、入射ミラーの配置位置の設定も容易になる。
さらに第5の光走査装置では、第3または第4の手段の構成及び効果に加え、前記入射ミラーの端面に反射防止処理が施されていることにより、走査ビームの反射を防ぎ、ゴーストを防止することが可能となる。
また、第8の手段の光走査装置では、第1〜第6のいずれか1つの手段の構成及び効果に加え、前記光源側の同期検知を、該光源の光量制御用の受光手段(例えば半導体レーザの光出力をモニタする受光素子)で行うことにより、同期検知手段の数を減らせるため、さらなるコストダウンを達成可能な光走査装置を実現することが可能となる。
また、第10の手段の光走査装置では、第1〜第9のいずれか1つの手段の構成及び効果に加え、前記光源を複数有し、該複数の光源が副走査方向に異なる位置に配置されていることにより、副走査方向に異なる光束を一つの光束分割素子で光束分割可能となり、さらなるコストダウンが達成可能となる。
また、第12の手段の光走査装置では、第1〜第11のいずれか1つの手段の構成及び効果に加え、前記光源に面発光型半導体レーザを用いることにより、高速な光走査装置を実現することが可能となる。
また、第14の手段の画像形成装置では、第13の手段の構成及び効果に加え、前記像担持体を複数備え、前記書込ユニットで複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を色の異なる現像剤で現像して顕像化し、前記複数の像担持体に形成した各色の顕像を直接または中間転写体を介して記録材に重ね合せて転写して多色またはフルカラー画像を形成することにより、高速・高品位を維持しつつコストダウンが可能なカラー画像形成装置を実現することが可能となる。
以下、本発明の構成、動作及び作用効果を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す光走査装置の概略斜視図である。同図において符号1、1’ は光源としての半導体レーザ(LD)、2,2’ は入射ミラー、3、3’ はカップリングレンズ、4は光束分割手段としてのハーフミラープリズム、5a、5b、5c、5dはシリンドリカルレンズ、6は防音ガラス、7は偏向手段としての偏向器(例えば4つの偏向反射面を有するポリゴンミラー)、8(8a,8b)は第1走査レンズ、9は光路折返し用のミラー、10(10a,10b)は第2走査レンズ、11(11a,11b)は被走査面としての感光体、12は開口絞り(アパーチャ)をそれぞれ示している。
ハーフミラープリズム4を出射したビームは上下段それぞれに配備されるシリンドリカルレンズ5a,5b、5c,5dにより、ポリゴンミラー7の偏向反射面の近傍にて主走査方向に長い線像に変換される。
前述したように、ハーフミラープリズム4で分割された共通の光源からのビームを偏向器7で偏向走査して2つの感光体11a,11b(例えばブラックとマゼンタ用の感光体)の露光を行い、なおかつ、有効走査領域において、それぞれ全点灯する場合のタイムチャートを同図に示す。実線がブラックに相当する部分、点線がマゼンタに相当する部分を示している。ブラック、マゼンタにおける書き出しのタイミングは、有効走査幅外に配備される同期検知手段(同期検知センサ)で走査ビームを検知することにより決定される。なお、図1では同期検知手段は図示されていないが、通常はフォトダイオード等の受光素子を用いた同期検知センサが用いられる。
この不具合を解決するためには光束分割素子(ハーフミラープリズム)4と偏向手段(偏向器)7の間に副走査方向のピッチを調整する手段を配備する必要がある。
ここでは一例として、ハーフミラープリズム4と偏向器7の間に配置された光学素子5(例えば図1のシリンドリカルレンズ5a,5b、5c,5d)にピッチ調整手段を設けた場合について説明する。
シリンドリカルレンズ5は21a(または21b、21c)の中間部材を介して光走査装置のハウジング(図示を省略)に装着される。それぞれの装着面には予め硬化性樹脂(例えば光硬化性樹脂)を塗布しておく。このとき、中間部材21a(または21b、21c)はハウジングに対し、「主走査方向に平行な軸回りの偏心調整」と「光軸方向の調整」が可能であり、シリンドリカルレンズ5は中間部材21a(または21b、21c)に対して「光軸に平行な軸回りの偏心調整」、「副走査方向の配置調整」が可能であり、ハウジングに対して中間部材21a(または21b、21c)が調整可能な方向の少なくとも1つと、中間部材21a(または21b、21c)に対してシリンドリカルレンズ5の調整可能な方向の少なくとも1つが異なっている。このような構成とすることで、複数の光学特性(ビームウエスト径太り、ビームウエスト位置ずれ低減、ビームスポット位置ずれ低減)を同時に確保でき、なおかつ、シリンドリカルレンズ5を光軸に平行な回りに偏心調整可能とすることで、副走査方向の走査線間隔を最適に設定することができる。また、中間部材21aのシリンドリカルレンズ5に接する面とハウジングに接する面は平面となっていて調整が容易になっている。調整が終了したら硬化性樹脂を所定の方法(例えば紫外線照射等)で硬化させることにより、相互の位置を固定させる。
シリンドリカルレンズ5を冶具で保持しておき、調整すべき方向(ここでは光軸方向位置、光軸に平行な軸回りの偏心、副走査方向の位置)にシリンドリカルレンズ5を移動する。その後、硬化性樹脂(例えば紫外線硬化樹脂)を塗布した中間部材21a(または21b、21c)をシリンドリカルレンズ5およびハウジングの台座22に押し当て、紫外線を照射しシリンドリカルレンズ5を固定する。このような構成とすることで、簡単な構造で容易に複数方向の調整が可能となる。ここで、中間部材21a(または21b、21c)は透明とすることにより、紫外線硬化樹脂による固定がより容易になる。
なお、図7(a)のように1つの中間部材21aを用いて光学素子(シリンドリカルレンズ5等)を保持することも可能だが、光ビームを挟んで互いに逆側に複数の中間部材21b、21cを配備することも可能であり、このような構成とすることにより、例えば、ハウジングと中間部材21(樹脂を想定)の線膨張係数が異なるとき、温度上昇が発生しても光軸に対して光学素子に関し対称的に応力が発生するので、光学素子の姿勢変化は小さくなる。
半導体レーザが端面発光型半導体レーザの場合、上記受光素子はカップリングレンズに向かって出射する方向と逆方向に出射した光をモニタするフォトダイオードを用いることが多いが、APCを行なう際に、余計なゴースト光が入射すると、上記受光素子で検出する光量が増加してしまう。
また、上記の方式に代えて、前記APC用の受光素子を利用し、偏向器7の反射面へのビームの入射角が0の時の受光素子の光出力を使用して同期検知することも可能である。これは、入射角0の時には偏向器7の反射面からの反射光がそのままLDに戻ることから、APC用の受光素子にもLDへ戻った光が検知され、その信号を利用して同期検知用の信号として利用するのである。このようにAPC用の受光素子で同期検知をすることにより、同期検知専用のセンサ数を減らすことができ、さらに部品点数が下がり、かつコストダウン効果も期待できる。
以上の実施形態1の光走査装置では、光源(半導体レーザ)1,1’ と偏向器7の間に光源からのビームを分割し、分割したそれぞれのビームを偏向器7に向けて略π/2の位相差(約90°)をつけて入射させる光束分割手段(ハーフミラープリズム)4を備え、かつ偏向器7が4面の反射面を有することにより、一つの光源で異なる被走査面を走査することが可能となり、高速を維持しつつ、光源数の削減によるコストダウンを達成可能な走査装置を実現することができる。
しかし、実施形態の1の構成では、偏向器7への入射角がπ/4と狭く入射ビームと走査ビームの分離が困難となることがある。そこで、本実施形態では高速・高品位な画像出力を維持しつつ、入射ビームと走査ビームの分離性を向上させる光走査装置を実現するものである。
また、図11においても、ハーフミラープリズム4で2方向に分割された光束のうち、シリンドリカルレンズ5a,5bと入射ミラー2’ を介して偏向器7の片側へ入射された一方側の入射光を偏向器7で偏向し、2つの感光体11a,11bを走査する走査光学系のみを図示しているが、実際は偏向器7を挟んで、図示された光学系と同様の走査光学系が略対称な位置に配備された構成となっており、ハーフミラープリズム4で分割された他方の光束も、シリンドリカルレンズ5c,5dと入射ミラー2を介して偏向器7の他方側へ入射して偏向され、同様の構成の図示しない走査光学系を介して図示しない2つの感光体を走査するようになっている。従って、図11の他方側の入射ミラー2も、図示しない走査レンズと略等しい位置に配置される構成となっている。
図12に、入射光と走査光(図中、反射光と示す)の関係を示す。
通常の光学系では入射角(入射角:被走査面に垂直な方向と入射光のなす角と定義する)は55°〜70°程度であるのに対し、本実施形態の位相差90°をつける方式では、入射角は45°となってしまう。また、半画角は通常の走査光学系では35°〜40°程度である。そのため、入射光と入射光に最も近い走査光のなす角度、すなわち、走査光入射角と半画角の差は通常の光学系では15°〜35°取れるのに対し、位相差90°をつける方式では5°〜10°しか角度差が得られない。その狭い角度差で入射光と走査光を分離する必要がある。
しかし、入射光と走査光の角度差が小さいため、図12に示すように偏向器7に近い位置Aでは、入射光と走査光を分離することは難しく、無理に入射ミラー2’ を偏向器7の近くに配置すると、走査光が入射ミラーで蹴られてしまうことがある。
また、入射ミラー2’ の端面へ走査ビームが入射し、入射ミラー2’ の端面で反射した光がゴーストとなって有効走査領域内へ入り、画像にゴーストによるスジが入ることが懸念されるため、入射ミラー2’ の端面には反射防止コーティング処理を施した方が良い。
また、上記の説明では、一方側の入射ミラー2’ を例に挙げて説明したが、他方側の入射ミラー2についても同様である。
次に、上述した本発明の光走査装置を書込ユニットに備えた画像形成装置の実施形態について説明する。
図10は本発明の一実施形態を示す多色画像形成装置の概略構成図である。同図において符号31は像担持体である感光体、32は感光体を帯電する帯電器、33は帯電された各感光体に画像信号に応じて変調されたビームを露光して静電潜像を形成する前述の光走査装置を用いた書込ユニット、34は感光体上の潜像を各色のトナーで現像して顕像化する現像器、35は感光体上の転写残トナーを清掃するクリーニング手段、36は感光体上の顕像を記録材に転写するための転写用帯電手段、37は記録材を担持搬送する転写ベルト、38a,38bは転写ベルトが架張される駆動ローラと従動ローラ、39は記録材に転写された画像を定着する定着手段、40はシート状の記録材(例えば記録紙)Sが収容された給紙カセット、41は記録材Sを給紙する給紙ローラ、42は給紙ローラで給紙される記録材Sを1枚づつに分離する分離ローラ、43,44は記録材を搬送する搬送ローラ、45は各感光体上での画像形成にタイミングを合せて記録材Sを転写ベルト37に送り出すレジストローラをそれぞれ示している。また、符号に付けたY、M、C、Kは画像の色を表し、それぞれY:イエロー、M:マゼンダ、C:シアン、K:ブラックを示している。
・光源1,1’ の波長:655nm
・カップリングレンズ3,3’ の焦点距離:15mm
・カップリング作用:コリメート作用
・ポリゴンミラー7:偏向反射面数:4
内接円半径:7mm
また、光束分割手段であるハーフミラープリズム4と偏向器(ポリゴンミラー)7の間に焦点距離110mmのシリンドリカルレンズ5,5’ が配備されており、偏向器7の反射面近傍にて主走査方向に長い線像を形成している。
第1走査レンズ8a,8bの第1面および第2走査レンズ10a,10bの両面は以下の式(1)、(2)で表現される。
主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、光軸における主走査面内の近軸曲率半径をRm、光軸からの主走査方向の距離をY、円錐常数をK、高次の係数をA1、A2、A3、A4、A5、A6、・・・とするとき、光軸方向のデプスをXとして次の多項式(1)で表している。
X=(Y2/Rm)/[1+√{1−(1+K)(Y/Rm)2}
+A1・Y+A2・Y2+A3・Y3+A4・Y4+A5・Y5+A6・Y6+・・
・・・(1)
ここで奇数次の係数A1、A3、A5・・にゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。
なお、本実施例では偶数次のみを用いており、主走査方向に対称系である。
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を以下の式(2)に示す。
Cs(Y)=1/Rs(0)
+B1・Y+B2・Y2+B3・Y3+B4・Y4+B5・Y5+・・
・・・(2)
ここでYの奇数乗係数のB1、 B3、B5、・・がゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
また、第1走査レンズの第2面は回転対称非球面であり、以下の式(3)で表現される。
光軸における近軸曲率半径をR、光軸からの主走査方向の距離をY、円錐常数をK、高次の係数をA1、A2、A3、A4、A5、A6、・・とするとき光軸方向のデプスをXとして次の多項式で表している。
X=(Y2/R)/[1+√{1−(1+K)(Y/Rm)2}
+A1・Y+A2・Y2+A3・Y3+ A4・Y4+A5・Y5+A6・Y6+・・
・・・(3)
Rm=−279.9、Rs=−61.0
K=−2.900000E+01
A4=1.755765E−07
A6=−5.491789E−11
A8=1.087700E−14
A10=−3.183245E−19
A12=−2.635276E−24
B1=−2.066347E−06
B2=5.727737E−06
B3=3.152201E−08
B4=2.280241E−09
B5=−3.729852E−11
B6=−3.283274E−12
B7=1.765590E−14
B8=1.372995E−15
B9=−2.889722E−18
B10=−1.984531E−19
なお、上記で「E+01」は「×1001」、「E−07」は「×10-07」を意味しており、以下でも同様である。
R=−83.6
K=−0.549157
A4=2.748446E−07
A6=−4.502346E−12
A8=−7.366455E−15
A10=1.803003E−18
A12=2.727900E−23
Rm=6950、Rs=110.9
K=0.000000+00
A4=1.549648E−08
A6=1.292741E−14
A8=−8.811446E−18
A10=−9.182312E−22
B1=−9.593510E−07
B2=−2.135322E−07
B3=−8.079549E−12
B4=2.390609E−12
B5=2.881396E−14
B6=3.693775E−15
B7=−3.258754E−18
B8=1.814487E−20
B9=8.722085E−23
B10=−1.340807E−23
Rm=766、Rs=−68.22
K=0.000000+00
A4=−1.150396E−07
A6=1.096926E−11
A8=−6.542135E−16
A10=1.984381E−20
A12=−2.411512E−25
B2=3.644079E−07
B4=−4.847051E−13
B6=−1.666159E−16
B8=4.534859E−19
B10=−2.819319E−23
なお、使用波長における走査レンズの屈折率は全て1.52724である。
偏向器の偏向反射面から第1走査レンズの第1面までの距離d1:64mm
第1走査レンズの中心肉厚d2:22.6mm
第1走査レンズの第2面から第2走査レンズの第1面までの距離d3:75.9mm
第2走査レンズの中心肉厚d4:4.9mm
第2走査レンズの第2面から被走査面までの距離d5:158.7mm
また、防塵ガラスについては図示されていないが、第2走査レンズ10a,10bと被走査面11a,11bの間に配備されている。
2,2’ :入射ミラー、
2” :反射コーティング
3、3’ :カップリングレンズ
4:光束分割手段(ハーフミラープリズム)
5(5a、5b、5c、5d):シリンドリカルレンズ
6は防音ガラス
7:偏向手段(偏向器)
8(8a,8b):第1走査レンズ
9:光路折返し用のミラー
10a,10b:第2走査レンズ
11a,11b:被走査面
12:開口絞り(アパーチャ)
31Y、31M、31C、31K
32Y、32M、32C、32K:帯電器
33:書込ユニット
34Y、34M、34C、34K:現像器
35Y、35M、35C、35K:クリーニング手段
36Y、36M、36C、36K:転写用帯電手段
37:転写ベルト
38a:駆動ローラ
38b:従動ローラ
39:定着手段
40:給紙カセット
41:給紙ローラ
42:分離ローラ
43,44:搬送ローラ
45:レジストローラ
S:記録材
Claims (14)
- 変調駆動される光源と、多面の反射鏡を有する偏向手段と、前記偏向手段により走査されたビームを被走査面に導く走査光学系を有する光走査装置において、
前記光源と前記偏向手段の間に該光源からのビームを分割し、分割したそれぞれのビームを前記偏向手段に向けて略π/2の位相差をつけて入射させる光束分割手段を備え、かつ前記偏向手段が4面の反射面を有することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1記載の光走査装置において、
同一タイミングにおいて分割されたビームが、それぞれ前記偏向手段の相異なる反射面に入射することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1または2記載の光走査装置において、
前記分割されたビームの前記偏向手段への入射角を設定する入射ミラーを有し、該入射ミラーが、前記走査光学系の走査レンズと略等しい位置に配置されることを特徴とする光走査装置。 - 請求項3記載の光走査装置において、
前記入射ミラーと前記走査レンズの一部が接触していることを特徴とする光走査装置。 - 請求項3または4記載の光走査装置において、
前記入射ミラーの端面に反射防止処理が施されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1または2記載の光走査装置において、
前記走査光学系の走査レンズの入射ビームとの交点近傍が平面でかつ、反射コーティングが施されており、前記反射コーティングによって前記分割されたビームを反射し、偏向手段の反射面に入射することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記偏向手段への入射ビームを境として、前記走査光学系と反対側に同期検知手段を配備することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記光源側の同期検知を、該光源の光量制御用の受光手段で行うこと特徴とする光走査装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記被走査面に形成される複数の走査線の副走査方向のピッチを調整するピッチ調整手段を有し、該ピッチ調整手段が前記光束分割手段と前記偏向手段の間に配置されることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記光源を複数有し、該複数の光源が副走査方向に異なる位置に配置されていることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の光走査装置において、
共通の光源が相異なる被走査面を走査する時に、それぞれの被走査面に対して互いに異なる光量を設定することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記光源に面発光型半導体レーザを用いることを特徴とする光走査装置。 - 光源からのビームを被走査面である像担持体に照射して潜像を形成する書込ユニットを備えた画像形成装置において、
前記書込ユニットに請求項1〜12のいずれか1項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13記載の画像形成装置において、
前記像担持体を複数備え、前記書込ユニットで複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を色の異なる現像剤で現像して顕像化し、前記複数の像担持体に形成した各色の顕像を直接または中間転写体を介して記録材に重ね合せて転写して多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
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