JP2008281945A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光走査装置では、複数の走査光学系のそれぞれは、光源141a(141b)と、光偏向手段147と、走査レンズ144a,145a(144b,145b)と、同期検知手段146a(146b)を有し、光偏向手段147は、複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であり、複数の走査光学系は光偏向手段147を挟んで両側に配備されて走査光学系の組をなし、走査光学系の2つの組を構成する2つの走査光学系において、一方の走査光学系は、走査終端側の同期検知手段146bにより走査タイミングを決定し、もう一方の走査光学系は、走査開始側の同期検知手段146aにより走査タイミングを決定する。
【選択図】図1
Description
特許文献1(特開2004−85969号公報)に記載の従来技術では、被走査面の異なる複数の走査光学系を有する光走査装置において、走査光学系の組を構成する2つの走査光学系において、それぞれの基準反射位置は、基準面に対して非対称であり、走査光学系の組を構成する2つの走査光学系においては、各走査光学系を構成する走査レンズが、光偏向器の回転中心を通り被走査面に平行な直線に対して対称に配置されている構成としている。すなわち、2つの走査光学系においては、それぞれ走査開始前に同期を取る方式だが、両側に配備される光学系の組において、それぞれの基準反射位置は基準面に対して非対称になる。しかし、このような配置により反射点が異なると、回転中心から反射面までの距離が異なり、サグの影響による主走査ビームスポット位置ずれ、主走査及び副走査の像面湾曲の劣化が起こり、出力画像の劣化を引き起こす。
本発明の第1の手段は、被走査面の異なる複数の走査光学系を有する光走査装置において、前記複数の走査光学系のそれぞれは、光源と、前記光源からの光ビームを走査するための複数の反射面を有する光偏向手段と、前記光偏向手段によって偏向走査された光ビームを前記被走査面に集光するための走査レンズと、前記光偏向手段で偏向走査された光を受光し該偏向された光が前記被走査面上の走査有効範囲へ走査するタイミングを走査開始前と走査終了後のうちのどちらか一方において検知する同期検知手段とを有しており、前記光偏向手段は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であり、前記複数の走査光学系は前記光偏向手段を挟んで両側に配備されて走査光学系の組をなし、前記走査光学系の2つの組を構成する2つの走査光学系において、一方の走査光学系は、走査終端側の同期検知手段により走査タイミングを決定し、もう一方の走査光学系は、走査開始側の同期検知手段により走査タイミングを決定することを特徴とする。
また、本発明の第3の手段は、第1または第2の手段の光走査装置において、前記2つの組を構成する走査光学系における2つの同期検知手段は、同期検知から書き出しまでのタイミングが異なることを特徴とする。
また、本発明の第5の手段は、第1から第4のいずれか1つの手段の光走査装置において、前記光源と前記光偏向手段の間に略π/2の位相差をつけて入射させる光束分割手段を備え、前記光偏向手段は4面の反射面を有する回転多面鏡であることを特徴とする。
また、本発明の第7の手段は、第6の手段の光走査装置において、前記走査レンズは副走査方向の両面に組み付け位置を規定する基準を有することを特徴とする。
また、本発明の第9の手段は、第8の手段の画像形成装置において、前記光走査装置により前記像担持体に形成された潜像をトナーで現像して顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー像を記録媒体に直接または中間転写体を介して転写する転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着手段を備えたことを特徴とする。
さらに本発明の第10の手段は、第9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、前記光走査装置で複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を現像色の異なる現像手段でそれぞれ現像して顕像化し、前記複数の像担持体に形成した各色のトナー像を前記転写手段で直接または中間転写体を介して記録媒体に重ね合せて転写し、前記記録媒体に転写されたトナー像を前記定着手段で定着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3の手段の光走査装置では、第1または第2の手段の構成に加え、2つの組を構成する走査光学系における2つの同期検知手段は、同期検知から書き出しまでのタイミングが異なることにより、各色ごとに同期検知から書き出しまでの間隔を最適な値にすることができるので、書き出し位置のばらつきによる色ずれの影響を最小限にすることができ、高画質な光走査装置を得ることができる。
また、第5の手段の光走査装置では、第1から第4のいずれか1つの手段の構成に加え、光源と光偏向手段の間に略π/2の位相差をつけて入射させる光束分割手段を備え、光偏向手段は4面の反射面を有する回転多面鏡であることにより、光束分割手段(例えばハーフミラー等)で光束を分離し、1つの光源で2つのステーションの書込を行うことができ、従来と同等の光学性能を確保しながら、コストウエイトの高い光源を半分にすることができる。この構成のメリットは、コストがかかるが高速書込に有効な1つの光源から複数ビームを発生させるLDアレイや面発光レーザなどを用いた場合に特に有効であり、高速、高画質でかつ低コストな光走査装置を得ることができる。
また、第7の手段の光走査装置では、第6の手段の構成に加え、走査レンズは副走査方向の両面に組み付け位置を規定する基準を有することにより、低コストな光走査装置を得ることができる。すなわち、光偏向手段を挟んで対向する走査レンズは、低コスト化のために共通化することが望ましく、走査レンズの副走査方向の両面に組み付け用の基準を設けることで、走査レンズを裏返しても精度よく取り付けることができるため、対向の走査光学系で走査レンズを共通化することができ、コストダウンにつながる。
また、第10の手段の画像形成装置では、第9の手段の構成に加え、像担持体を複数備え、光走査装置で複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を現像色の異なる現像手段でそれぞれ現像して顕像化し、複数の像担持体に形成した各色のトナー像を転写手段で直接または中間転写体を介して記録媒体に重ね合せて転写し、記録媒体に転写されたトナー像を定着手段で定着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、高画質を維持しつつ低コストなカラー画像形成装置を実現することができる。
図1は本発明にかかる光走査装置の一実施形態を示す図であり、光走査装置の光学系を偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図である。本発明において光走査装置は、図1に示すように、走査光学系aと、走査光学系bとから構成されており、図の右側が走査光学系a、図の左側が走査光学系bである。符号141a,141bは半導体レーザからなる光源、142a,142bはカップリングレンズ、149a,149bは開口絞り(アパーチュア)、143a,143bはシリンドリカルレンズ、147は光偏向手段の一例である反射面が4面のポリゴンミラーからなる光偏向器、144a,144bは第1走査レンズ、145a,145bは第2走査レンズ、146a,146bは同期検知手段である受光素子(例えばフォトダイオード)、148a,148bは被走査面をそれぞれ表している。これらの光学部品は、走査光学系aと走査光学系bにそれぞれ共通の要素となる。また、ポリゴンミラー147は走査光学系a,bにおいて共通に使用しており、図中で反時計回りに高速回転することで、光源から入射する光を偏向走査している。
カップリングレンズ142a,142bによりカップリングされた各光ビームは、同じビーム形態であり、「平行ビーム」とすることも「収束性もしくは発散性のビーム」とすることもできる。
図3(a)に示すように、従来の一般的な光走査装置の走査光学系においては、走査開始前に同期をとる構成である。この一般的な構成では、同期検知が行われてから書込開始までの時間(図3(a)でのA1〜A2、B1〜B2の時間)は、ポリゴンミラーの反射面によらず一定である。これに対して、本発明による構成では、図3(b)に示す通り、走査光学系aについては、従来の走査開始前同期検知と同じだが、走査光学系bでは、走査光学系aと同期検知から書き出しまでのタイミングが異なる。走査光学系bは、書込終了直後に同期検知が行われ、次の反射面での、書込開始タイミングを決定する。しかし、走査開始前の同期検知と異なり、ポリゴンミラーの反射面の長さは、製造ばらつきによって各面が異なるので、同期検知から書き出しまでの時間を一定にすると、書き出しのタイミングがばらつき、画像に影響がでてしまう。このため、本発明では、1周ごとの同期のタイミングからポリゴンミラーの反射面の長さを記憶しておき、記憶しておいた面の長さから、所定の位置から書き出しができるように光源の発光タイミングを制御できる構成となっている。
図4は本発明の一実施例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は光偏向手段としての光偏向器(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像担持体である感光体、12は開口絞り(アパーチュア)をそれぞれ示している。
なお、図4では、光偏向器7の一方側に配置された走査光学系を示しているが、走査光学系は光偏向器7を挟んで反対側にも配置される(図1参照)。
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。
すなわち、入射ミラーと走査レンズが近接しているため、入射ミラーを置く位置が限られており、レイアウトの自由度が少ない。このため、本発明では、光偏向器7に最も近い走査レンズ(第1走査レンズ8)の肉厚が最も厚い点から、主走査方向の走査レンズの両端までの距離は、光ビームを入射する側(光源側)と反対側のほうが長いという構成になっている。すなわち、図7では、La>Lbとなっている。このような構成とすることで、入射ミラー2,2’を置くことができる場所が増え、光源側のレイアウトの自由度が増す。
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4では同期検知手段は図示されていないが、通常は図1に示したような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と光偏向手段(光偏向器)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。
その一例として、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11(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。
・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と光偏向器(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5a,5b(5c,5d)が配備されており、光偏向器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
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、
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)
4a:ハーフミラー
5(5a,5b,5c,5d):シリンドリカルレンズ
6:防音ガラス
7:光偏向手段(光偏向器)
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(アパーチュア)
31Y,31M,31C,31K:感光体(像担持体)
32Y,32M,32C,32K:帯電器(帯電手段)
33:書込ユニット(書込手段)
34Y,34M,34C,34K:現像器(現像手段)
35Y,35M,35C,35K:クリーニング手段
36Y,36M,36C,36K:転写用帯電手段(転写手段)
37:転写ベルト(転写手段)
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
141a,141b:光源(半導体レーザ)
142a,142b:カップリングレンズ
143a,143b:シリンドリカルレンズ
144a,144b:第1走査レンズ
145a,145b:第2走査レンズ
146a,146b:同期検知用の受光素子(同期検知手段)
147:ポリゴンミラー(光偏向手段)
148a,148b:被走査面
149a,149b:開口絞り(アパーチュア)
S:記録紙(記録媒体)
Claims (10)
- 被走査面の異なる複数の走査光学系を有する光走査装置において、
前記複数の走査光学系のそれぞれは、光源と、前記光源からの光ビームを走査するための複数の反射面を有する光偏向手段と、前記光偏向手段によって偏向走査された光ビームを前記被走査面に集光するための走査レンズと、前記光偏向手段で偏向走査された光を受光し該偏向された光が前記被走査面上の走査有効範囲へ走査するタイミングを走査開始前と走査終了後のうちのどちらか一方において検知する同期検知手段とを有しており、
前記光偏向手段は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であり、前記複数の走査光学系は前記光偏向手段を挟んで両側に配備されて走査光学系の組をなし、
前記走査光学系の2つの組を構成する2つの走査光学系において、一方の走査光学系は、走査終端側の同期検知手段により走査タイミングを決定し、もう一方の走査光学系は、走査開始側の同期検知手段により走査タイミングを決定することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、
前記同期検知手段は、前記光源に対して、前記光偏向手段を挟んで逆側に配備されることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1または2に記載の光走査装置において、
前記2つの組を構成する走査光学系における2つの同期検知手段は、同期検知から書き出しまでのタイミングが異なることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記走査終端側で行う同期検知は、前記光偏向手段の各面毎の同期タイミングをあらかじめ記憶し、次の面での走査の書き出しタイミングを決定することを特徴とする光走査装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記光源と前記光偏向手段の間に略π/2の位相差をつけて入射させる光束分割手段を備え、前記光偏向手段は4面の反射面を有する回転多面鏡であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の光走査装置において、
前記光偏向手段に最も近い走査レンズの肉厚が最も厚い点から、主走査方向の走査レンズ両端までの距離は、前記光ビームを入射する側(光源側)より、反対側の方が長いことを特徴とする光走査装置。 - 請求項6に記載の光走査装置において、
前記走査レンズは副走査方向の両面に組み付け位置を規定する基準を有することを特徴とする光走査装置。 - 像担持体と、画像情報に基づいて駆動される光源からの光ビームを被走査面である前記像担持体に照射して潜像を形成する書込手段を備えた画像形成装置において、
前記書込手段として請求項1〜7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8記載の画像形成装置において、
前記光走査装置により前記像担持体に形成された潜像をトナーで現像して顕像化する現像手段と、前記現像手段により顕像化されたトナー像を記録媒体に直接または中間転写体を介して転写する転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項9記載の画像形成装置において、
前記像担持体を複数備え、前記光走査装置で複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を現像色の異なる現像手段でそれぞれ現像して顕像化し、前記複数の像担持体に形成した各色のトナー像を前記転写手段で直接または中間転写体を介して記録媒体に重ね合せて転写し、前記記録媒体に転写されたトナー像を前記定着手段で定着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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