JP2010134244A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学エレメントに分離ミラーを用いて光量ダイナミックレンジを確保した光走査装置を提供する。
【解決手段】ｆθレンズ２２を通過した光ビームＬＫは分離ミラー２６の透過部分２６Ｔを透過し、反射ミラー２４ＡＫ、反射ミラー２４ＢＫへ入射する。このときの入射角度は何れも鋭角となる。光ビームＬＹは分離ミラー２６の反射面２６Ｒにて反射され、反射ミラー２４ＢＹ、２４ＣＹへ入射し、入射角度は鈍角となる。光ビームＬＹは分離ミラー２６の反射面２６ＲにＰ偏光で入射し、ミラー２４ＢＹ、２４ＣＹへ入射、反射される。反射面２６Ｒとミラー２４ＣＹに対する入射角度が鈍角であるため、反射率は鋭角で反射される反射ミラー２４ＡＫ、２４ＢＫの反射率よりも低いものとなる。光路全体での透過率の差は、反射ミラー２４ＣＹと反射面２６Ｒの反射率が反射ミラー２４ＡＫおよび２４ＢＫの反射率よりも低いことにより打ち消され、縮小される。
【選択図】図２

Description

本発明は光走査装置および画像形成装置に関する。

複数のレーザビームを射出する光走査装置において、反射領域と透過領域とを備えた光学素子を用いて、一方のレーザビームを反射領域で反射させ、他方のレーザビームを透過領域で透過させる構成が存在する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３０９１２号公報

本発明は、光学部材に分離手段を用いた場合であっても、光量ムラを低減した光走査装置および画像形成装置を提供する。

請求項１に記載の光走査装置は、複数の光ビームを射出する光源と、前記複数の光ビームを偏向する偏向器と、前記偏向器によって偏向された前記光ビームを反射する反射面と、前記偏向器によって偏向された前記光ビームを透過する透過部分と、前記反射面に入射される前記光ビームと前記透過部分に入射される前記光ビームとの光路を分離する分離手段と、前記反射面を光学素子として含み、露光面上に前記光ビームを結像させる第１の光学系と、前記透過部分を光学素子として含み、露光面上に前記光ビームを結像させる第２の光学系と、を備え、前記第２の光学系の、前記透過部分を除く前記光源から前記露光面上までの光路の光量の減衰率が、前記第１の光学系の、前記反射面を除く前記光源から前記露光面上までの光路の光量の減衰率よりも小さいことを特徴とする。

請求項２に記載の光走査装置は、請求項１に記載の構成において、前記光源としてレーザダイオードを備え、前記レーザダイオードの活性層が形成される面と直交する方向を前記偏向器の走査方向としたことを特徴とする。

請求項３に記載の光走査装置は、請求項１または請求項２に記載の構成において、前記第１の光学系において、前記偏向手段よりも光路下流側の反射部材にＰ偏光の前記光ビームが入射されることを特徴とする。

請求項４に記載の光走査装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の構成において、前記第１の光学系において、前記分離手段よりも光路下流側には前記光ビームの入射角度が４５度よりも大きい反射部材が少なくとも１つ配置されたことを特徴とする。

請求項５に記載の光走査装置は、前記第１の光学系は、前記第２の光学系よりも前記光ビームの入射角度が４５度以上に構成された反射部材の数が多いことを特徴とする。

請求項６に記載の画像形成装置は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の光走査装置の構成によると、減衰率を変更しない場合と比較して、露光面上における光ビーム毎の光量ムラを低減することができる。。

請求項２に記載の光走査装置の構成によると、新たな構成を追加することなく、減衰率の変更を実現することができる。

請求項３に記載の光走査装置の構成によると、新たな構成を追加することなく、減衰率の変更を実現することができる。

請求項４に記載の光走査装置の構成によると、本構成を有していない場合と比較して、各光ビーム毎の光量バランスを取りやすい構成とすることができる。

請求項５に記載の光走査装置の構成によると、本構成を有していない場合と比較して、各光ビーム毎の光量バランスを取りやすい構成とすることができる。

請求項６に記載の画像形成装置の構成によると、本構成を有していない場合と比較して、各光ビーム毎の光量バランスを取りやすい構成とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

＜光走査装置＞
図１〜図３は、本発明の実施形態に係る光走査装置の構造を偏向器の回転軸方向より示す概略構成図である。

図１、図２に示すように、光走査装置１０は、筐体１１内に光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）１２Ｙ〜１２Ｋと、側面に複数の反射面１４Ａを有し、回転軸１４Ｒを中心として回転駆動される、正多角形状（例えば正六角形）に形成された偏向器としてのポリゴンミラー１４と、を備えている。ポリゴンミラー１４は外周面に複数の反射面１４Ａを備え、回転軸１４Ｒを中心とする反射面１４Ａの回転によって、反射面１４Ａに入射する光ビームＬを所望の方向に偏向する。

筐体１１の内部には、ポリゴンミラー１４の回転軸１４Ｒと直交する面より上側からポリゴンミラー１４の外周面に配設された反射面１４Ａに入射する光ビームＬを射出する半導体レーザ（以下、ＬＤという）１２Ｋと、回転軸１４Ｒと直交する面より下側から反射面１４Ａに入射する光ビームＬを射出する、ＬＤ１２Ｙとが配置されている。

同様に、ポリゴンミラー１４の回転軸１４Ｒと直交する面より上側からポリゴンミラー１４の外周面に配設された反射面１４Ａに入射する光ビームＬを射出するＬＤ１２Ｍと、回転軸１４Ｒと直交する面より下側から反射面１４Ａに入射する光ビームＬを射出する、ＬＤ１２Ｃとが配置されている。

また光走査装置１０は、ＬＤ１２Ｙ〜１２Ｋを駆動させるための図示しない駆動回路を備え、ＬＤ１２Ｙ〜１２Ｋは駆動回路と接続されている。ＬＤ１２Ｙ〜１２Ｋに設けられた各発光点は、各駆動回路から駆動電流が供給されることによって発光し、供給された駆動電流値に応じた光量の光ビームＬを射出する。

筐体１１内のＬＤ１２から出力された光ビームＬの光路下流側にはそれぞれコリメータレンズ１８、及びとしての折り返しミラー２０が配置されている。コリメータレンズ１８は、ＬＤ１２から出力された各光ビームＬを発散光から略並行光へ変換する。コリメータレンズ１８を透過した光ビームＬのうち一部は折り返しミラー２０に入射され、例えば図１に示すように光ビームＬＹおよび光ビームＬＭは折り返しミラー２０によって反射され、それぞれシリンダレンズ２１へ向かう。光ビームＬＫおよび光ビームＬＣは折り返しミラー２０と干渉しない光路を通過し、それぞれシリンダレンズ２１へ向かう。

折り返しミラー２０の光路上下流側にはシリンダレンズ２１が配置されている。シリンダレンズ２１は、ポリゴンミラー１４の回転軸１４Ｒに沿った方向（以下、副走査方向）に光学的パワーを有し、光ビームＬを副走査方向と略直交する方向（以下、主走査方向）に細長い線像としてポリゴンミラー１４の反射面１４Ａ上に収束させる。シリンダレンズ２１を透過した光ビームＬは偏向手段としてのポリゴンミラー１４へと向かう。

ポリゴンミラー１４は、モータ１４Ｍによって所定速度で矢印Ｂ方向に回転駆動されており、この回転によって反射面１４Ａに対する光ビームＬの入射角度が連続的に変化し、反射面１４Ａに入射したビームＬが回転偏向される。これにより、ＬＤ１２から射出された各ビームのメインビームが主走査方向（矢印Ａ参照）に走査される。

ポリゴンミラー１４の反射面１４Ａによって反射された光ビームＬの光路上にはｆθレンズ２２、分離ミラー２６及び反射ミラー２４Ａ〜Ｃが配置されている。ポリゴンミラー１４の反射面１４Ａによって反射された光ビームＬは、ｆθレンズ２２を透過した後、反射ミラー２４Ａ〜Ｃ、および分離手段の一例としての分離ミラー２６からなる反射光学系により反射され、結像レンズ２８にて感光体５０の表面で結像するように整形され、光走査装置１０より外へと射出される。

分離ミラー２６はガラス等からなり、表面の一部に金属コートが施され反射面２６Ｒを形成し、入射した光ビームＬを反射する反射部分２６Ｒと、入射した光ビームＬをそのまま透過する透過部分２６Ｔとにより光ビームＬを２方向に分離する。

図２に示すようにｆθレンズ２２を通過した光ビームＬＫは分離ミラー２６の透過部分２６Ｔを透過し、反射ミラー２４ＡＫ、反射ミラー２４ＢＫへ入射する。このときの入射角度は何れも鋭角となる。対して光ビームＬＹは分離ミラー２６の反射面２６Ｒにて反射され、反射ミラー２４ＢＹ、２４ＣＹへ入射する。反射面２６Ｒおよび反射ミラー２４ＣＹへの入射角度は鈍角となる。

結像レンズ２８は副走査方向に光学的パワーを持ち、通過した光ビームＬは感光体５０の表面で結像するように整形される。結像レンズ２８で整形され光走査装置１０より外へと射出された光ビームＬは、感光体５０の表面に照射され結像される。ポリゴンミラー１４によって反射された光ビームＬは、Ｆθレンズ２２によって、感光体５０の表面上で結像点が結ばれ、かつ感光体５０上での走査速度が略等速度（線速度一定）にされる。

光走査装置１０より射出された光ビームＬによって、感光体５０の表面は主走査方向（矢印Ａ）に走査露光され、且つ感光体５０が矢印Ｃ方向に一定速度で回転することで副走査方向に走査露光がなされ、各感光体５０の表面に各色の画像（静電潜像）が形成される。

図３には、本発明の実施形態に係る光走査装置を用いた画像形成装置の概略構成例が示されている。

図３に示す画像形成装置１は所謂タンデム型、中間転写型の画像形成装置である。画像形成装置１は、例えば電子写真方式にて各色成分トナー像が形成される複数の画像形成ユニット３０（３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ）と、各画像形成ユニット３０にて形成された各色成分トナー像を順次転写（一次転写）して表面に保持させる中間転写ベルト４０とを備える。さらに中間転写ベルト４０上に転写された画像を記録材としての用紙Ｐ上に二次転写（一括転写）させる二次転写装置４２と、二次転写装置４２に供給される用紙Ｐを収容する図示しない用紙トレイと、二次転写装置４２により用紙Ｐ上に転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる、図示しない定着装置とを備えている。 各画像形成ユニット３０は、感光体５０の表面を帯電する帯電器３２と、各色成分トナーが収容され感光体５０上の静電潜像をトナー像として可視像化（トナー現像）する現像器３４と、感光体５０上の残留トナーを除去するクリーナとしてのドラムクリーナ３６と、残留トナーが除去された感光体５０の表面を除電する図示しない除電器とを備える。

感光体５０は、金属製の薄肉の円筒形ドラム表面に有機感光層が形成されており、帯電器３２は、感光体５０に対して放電を行うことで、感光体５０の表面を帯電させる。画像信号に応じて光走査装置１０より射出された光ビームＬにより、感光体５０の表面に露光が行われ、帯電器３２によって帯電された感光体５０の表面電位を落とすことで、画像情報に応じた静電潜像が形成される。現像器３４は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーと、例えば磁性体を半導電性の物質でコートしてなるキャリアとを含む二成分現像剤を内蔵する。現像器３４は、これらキャリアおよびトナーを攪拌し互いに摩擦させることでトナーを負極性に帯電させる。帯電されたトナーは、その後、現像スリーブ上を搬送され、現像スリーブに印加される現像バイアスにより感光体５０表面の静電潜像を反転現像（トナー現像）する。

次いで感光体５０上のトナー像は中間転写ベルト４０に静電吸引される。画像形成ユニット３０Ｙ〜３０Ｋにおいて各々形成され、中間転写ベルト４０に夫々順次静電吸引された各トナー像は、中間転写ベルト４０上において重ねトナー像を形成する。

一方、図示しない用紙トレイに収められた用紙Ｐは図示しない用紙搬送経手段にて二次転写装置４２まで搬送される。中間転写ベルト４０上のトナー像は二次転写装置４２へ搬送された用紙Ｐ上に転写される。用紙Ｐ上に転写されたトナー像は、用紙Ｐが図示しない定着器へ搬送され定着処理されることにより、用紙Ｐ上にカラートナー画像として定着される。

＜ＬＤの配置と偏光＞
図４には、本発明の実施形態に係る光走査装置のレーザダイオード（ＬＤ）とコリメータレンズ、およびシリンダレンズの配置を示す概略構成が示されている。図４（Ａ）は副走査方向（この場合は上下方向）より示した平面図、図４（Ｂ）は主走査方向（この場合は左右方向）より示した側面図、図４（Ｃ）は斜視図である。

図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、一般的なＬＤ１２の発光点１２Ａより射出された光ビームＬの広がり角度は、図４（Ｃ）に示すＬＤ１２の活性層１２Ｂと平行な方向（矢印Ａ’）と垂直な方向（矢印Ａ）とで２．５倍〜６倍程度の差がある非対称なものとされている。

図４（Ａ）に示すように、ＬＤ１２に設けられた活性層１２Ｂの端部である発光点１２Ａより射出される光ビームＬの成分は、活性層１２Ｂと垂直な方向には広く拡散する性質を備えるため、主走査方向（矢印Ａ）に広がりを見せる。

対して図４（Ｂ）に示すようにＬＤ１２に設けられた活性層１２Ｂの内部にある発光点１２Ａ’より射出される光ビームＬの成分は、活性層１２Ｂと平行な方向には広く拡散しない性質を備えるため、副走査方向（矢印Ａ’）に対しては主走査方向（矢印Ａ）ほどの広がりを見せない。

本実施形態においてＬＤ１２は、活性層１２Ｂと垂直な方向を主走査方向（矢印Ａ）、活性層１２Ｂと平行な方向を副走査方向（矢印Ａ’）とする配置とされている。

半導体レーザであるＬＤ１２から発せられる光ビームＬは主として活性層１２Ｂに平行に偏光されているため、この状態で図１のＬＤ１２Ｙから発せられる光ビームＬＹは折り返しミラー２０、ポリゴンミラー１４に対してＳ偏光で入射し、ポリゴンミラー１４の反射面１４Ａで偏向されたのち、図２に示す分離ミラー２６の反射面２６Ｒに対してＰ偏光で入射する。

すなわち光ビームＬＹは、まず図１に示すように折り返しミラー２０に対して、折り返しミラー２０（の反射面）の法線と光ビームＬＹとを含む入射面に対して垂直なＳ偏光で入射され、反射される。次いで光ビームＬＹはシリンダレンズ２１を透過したのち、ポリゴンミラー１４の反射面１４Ａの法線と光ビームＬＹとを含む入射面に垂直な、換言すればポリゴンミラー１４の回転軸１４Ｒに平行なＳ偏光で入射、反射し偏光される。

次いで光ビームＬＹは図２に示すように分離ミラー２６の反射面２６Ｒに入射する。このとき反射面２６Ｒはポリゴンミラー１４の回転軸１４Ｒに対して角度を持って設けられているため、光ビームＬＹは反射面２６Ｒの法線と光ビームＬＹとを含む入射面に対して平行なＰ偏光として入射する。

同様にＬＤ１２Ｋより発せられた光ビームＬＫはポリゴンミラー１４の反射面１４Ａで偏向されたのち、分離ミラー２６の透過部分２６Ｔを透過する。分離ミラー２６を透過した光ビームＬＫは反射ミラー２４ＡＫに入射する。このときも反射ミラー２４ＡＫはポリゴンミラー１４の回転軸１４Ｒに対して角度を持って設けられているため、光ビームＬＫは反射ミラー２４ＡＫ（の反射面）の法線と光ビームＬＫとを含む入射面に対して平行なＰ偏光として入射する。

光ビームＬＹは分離ミラー２６の反射面２６ＲにＰ偏光で入射し、図２に示されるミラー２４ＢＹ、ミラー２４ＣＹへ入射し、反射される。反射面２６Ｒとミラー２４ＣＹに対する光ビームＬＹの入射角度＋反射角度が鈍角であるため、Ｐ偏光かつ鈍角で反射される光ビームＬＹの反射率は鋭角で反射される反射ミラー２４ＡＫおよび反射ミラー２４ＢＫの反射率よりも低いものとなる。反射面に対する入射角度と反射率について、Ｐ偏光とＳ偏光の間での差異を図５に示す。

図１に示されている構成において、各ＬＤ１２の活性層１２Ｂが副走査方向と平行になるように配置された場合の、光ビームＬＹと光ビームＬＫの各々の光路における総合透過率と、感光体５０表面に照射される光量のダイナミックレンジ（最大光量／最小光量）との関係が図６（Ａ）に示されている。

第１の光路、すなわち分離ミラー２６の反射面２６Ｒを含む光路においては、光ビームＬは反射ミラー２４にＰ偏光で入射し、３回の反射中２回は入射角度＋反射角度が鈍角であるため、鋭角で反射する第２の光路、すなわち分離ミラー２６の透過部分２６Ｔを含む光路に比較して、反射率が低い。

第１の光路の反射面２６Ｒの反射率が、第２の光路の透過部分２６Ｔの透過率よりも高いことによる、第１の光路と第２の光路の総合的な効率、すなわち光路全体での透過率の差は、反射ミラー２４ＣＹと反射面２６Ｒの反射率が反射ミラー２４ＡＫおよび反射ミラー２４ＢＫの反射率よりも低いことにより打ち消され、縮小される方向となる。

図６（Ａ）に挙げた例では、総合的な効率すなわち光路全体での透過率は、第１の光路で６３％であるのに対し、第２の光路では６２％であり、感光体５０の表面における最小光量から最大光量までのダイナミックレンジは第１の光路で１：３.９８であるのに対して第２の光路で１：４.０４となる。

上記の例に対してＬＤ１２の活性層１２Ｂが主走査方向に設置された例が図６（Ｂ）に示されている。

第１の光路、すなわち分離ミラー２６の反射面２６Ｒを含む光路においては、光ビームＬは反射ミラー２４にＳ偏光で入射し、３回の反射中２回は入射角度＋反射角度が鈍角であるため、鋭角で反射する第２の光路、すなわち分離ミラー２６の透過部分２６Ｔを含む光路に比較して、反射率が高い。これにより第１の光路と第２の光路の総合的な効率の差は助長され、両者の光量の差が拡大する方向となる。

図６（Ｂ）に挙げた例では、総合的な効率すなわち光路全体での透過率は、第１の光路で８７％であるのに対し、第２の光路では５７％であり、感光体５０の表面における最小光量から最大光量までのダイナミックレンジは第１の光路で１：２.８９であるのに対して第２の光路で１：４.４０となり、高い透過率に起因する最小光量の大きさにより、図６（Ａ）に示される本願発明の例よりも第１の光路のダイナミックレンジは狭い。

＜その他＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

例えば上記実施形態では光走査装置のレーザダイオードを例に挙げたが、これに限定せず例えばレーザダイオードを用いた露光装置等に本発明を適用することも可能である。

本発明の実施形態に係る光走査装置の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の構造を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置を用いた画像形成装置の構造を示す側面図である。 本発明の実施形態に係るレーザダイオードの配置を示す平面図、側面図および斜視図である。 Ｐ偏光とＳ偏光ごとの、光の入射角度と反射率との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置の、偏光とミラーへの入射角度が、分離ミラーで分岐する光路ごとの総合効率とダイナミックレンジに与える影響を示す表である。

符号の説明

１ 画像形成装置
１０ 光走査装置
１１ 筐体
１２ ＬＤ
１２Ａ 発光点
１２Ｂ 活性層
１４ ポリゴンミラー
１４Ａ 反射面
１８ コリメータレンズ
２０ 中間転写ベルト
２１ シリンダレンズ
２２ ｆθレンズ
２４ 反射ミラー
２６ 分離ミラー
２６Ｒ 反射面
２６Ｔ 透過部分
２８ 結像レンズ
５０ 感光体
Ｌ 光ビーム
Ｐ 用紙

Claims (6)

1. 複数の光ビームを射出する光源と、
   前記複数の光ビームを偏向する偏向器と、
   前記偏向器によって偏向された前記光ビームを反射する反射面と、前記偏向器によって偏向された前記光ビームを透過する透過部分と、
   前記反射面に入射される前記光ビームと前記透過部分に入射される前記光ビームとの光路を分離する分離手段と、
   前記反射面を光学素子として含み、露光面上に前記光ビームを結像させる第１の光学系と、
   前記透過部分を光学素子として含み、露光面上に前記光ビームを結像させる第２の光学系と、を備え、
   前記第２の光学系の、前記透過部分を除く前記光源から前記露光面上までの光路の光量の減衰率が、前記第１の光学系の、前記反射面を除く前記光源から前記露光面上までの光路の光量の減衰率よりも小さい光走査装置。
2. 前記光源としてレーザダイオードを備え、
   前記レーザダイオードの活性層が形成される面と直交する方向を前記偏向器の走査方向とした請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１の光学系において、前記偏向手段よりも光路下流側の反射部材にＰ偏光の前記光ビームが入射される、請求項１または請求項２に記載の光走査装置
4. 前記第１の光学系において、前記分離手段よりも光路下流側には前記光ビームの入射角度が４５度よりも大きい反射部材が少なくとも１つ配置された請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の光走査装置。
5. 前記第１の光学系は、前記第２の光学系よりも前記光ビームの入射角度が４５度以上に構成された反射部材の数が多い、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光走査装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光走査装置を備えた画像形成装置。

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