JP2012118377A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱による光線の位置ズレ等の影響を低コストで抑制する光走査装置を提供する。
【解決手段】射出手段（光源１００）から射出された光線を平行光線にするコリメータレンズと、主走査方向についての光線の光路を揃える合成ミラー１０２と、複数の光線を偏向反射して被走査面を走査するポリゴンミラー１０３と、ポリゴンミラーで偏向された光線の収差を補正するｆθレンズ１０４とが設けられると共に、コリメータレンズと合成ミラーとの間および合成ミラーとポリゴンミラーとの間に、光線の光束を補正する補正用レンズ（Ｌ１、Ｌ２）がそれぞれ設けられ、合成ミラーから予め設計された位置において光線を一旦結像させて、予め設計された位置と像面位置とに光学的共役関係が成立するようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、光走査装置および画像形成装置に関するものである。

従来より、光走査装置は、例えば筐体部としてのハウジングと、レーザ光を出射させる発光素子を備えた光源と、この光源より出射されたレーザ光を略平行にするコリメータレンズと、略平行となったレーザ光を副走査方向において集光させるシリンダレンズと、集光したレーザ光を走査方向に偏向反射させるポリゴンミラーを備えた光偏向器と、走査光学系としてのレンズ、反射ミラー等から構成されている。

そして、光源から出射されたレーザ光は、光偏向器のポリゴンミラーにより偏向反射され、レンズによって集光されて、プリンタ等の画像形成装置の感光体の表面に静電潜像の形成を行う。

ところで、光偏向器のポリゴンミラーを回転駆動させるとモータ等から熱が発生し、この熱によって光偏向器の取付位置が変化するという現象を生じる。

光偏向器は、光源から出射されたレーザ光をポリゴンミラーによって偏向反射しているので、光偏向器が発生した熱によりポリゴン近傍の反射ミラーが変化すると、感光体上でレーザ光の位置のズレが発生する。そのため画像の品質に影響を与えてしまう。

このような熱による位置ズレ等を抑制する技術は種々提案されている。

例えば、特開２００４−２８７０２２号公報には、被走査面上で形成される複数の光線の各々のビームスポットの副走査方向の間隔を設定する設定手段と、それら複数の光線のいずれかの被走査面上のビームスポット位置を変更させる少なくとも１つの光路偏向手段と、少なくとも１つの光路偏向手段を複数の光線の少なくとも１つの光路上で着脱させる移動手段と、設定手段により設定されたビームスポット間隔に基づいて、少なくとも１つの光路偏向手段を少なくとも１つの光路上で移動手段により着脱させる制御手段とを備える光走査装置が開示されている。

また、特許第３３７５１９６号公報には、複数の光源からの光にある特性を与える有限焦点レンズおよびシリンダレンズ、このレンズを通過された各光を１まとめにするミラーブロック、ひとまとめにされた光を偏向する偏向装置、偏向された光の結像位置での収差特性を整える第１ないし第３の結像レンズ、それぞれの結像レンズを通過された光をある位置で出射させる１枚または３枚のミラーなどにより構成され、各光源からは、レジストセンサにより検知されたずれの量に応じて補正されたタイミングにより画像データに対応した光が各感光体に照射されるようにした光走査装置が開示されている。

特開２００８−９６５０６号公報 特許第３３７５１９６号公報

本発明は、熱による光線の位置ズレ等の影響を低コストで抑制することのできる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る光走査装置は、光線を射出する射出手段と、前記光線を被走査面上に結像させる光学系とを備え、前記光学系は、前記射出手段から前記被走査面に至る光路上に、前記射出手段から射出された光線を平行光線にするコリメータレンズ、主走査方向についての前記光線を合成してその光路を揃える合成ミラー、前記光線を偏向反射して前記被走査面を走査するポリゴンミラーおよび前記ポリゴンミラーで偏向された光線の収差を補正するｆθレンズが順次設けられると共に、前記コリメータレンズと前記合成ミラーとの間および前記合成ミラーと前記ポリゴンミラーとの間に、前記光線の光束を補正する補正用レンズがそれぞれ設けられ、前記合成ミラーから予め設計された位置において前記光線を一旦結像させて、当該位置と像面位置とに光学的共役関係が成立するようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る光走査装置は、請求項１に記載の発明について、前記各補正用レンズは、前記主走査方向にのみ屈折力を有するシリンダレンズで構成されることを特徴とする。

請求項３の発明に係る画像形成装置は、請求項１または請求項２の何れかに記載の光走査装置と、前記被走査面を備え、前記光走査装置により当該被走査面が走査されて形成される静電潜像を保持する像保持手段と、該像保持手段に保持される前記静電潜像に基づいて画像形成を行う画像形成手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を奏することができる。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、熱による光線の位置ズレ等の影響を低コストで抑制する光走査装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、比較的安価なシリンダレンズを用いて、熱による光線の位置ズレ等の影響をより低コストで抑制する光走査装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、熱による光線の位置ズレ等の影響を低コストで抑制する画像形成装置を提供することができる。

実施の形態に係る光走査装置Ｍ１および比較対象としての光走査装置Ｍ１０の概略構成を示す主走査方向光路図である。 比較対象としての光走査装置Ｍ１０の概略構成を示す構成図である。 比較対象としての光走査装置Ｍ１０における変位角度と回転時間との関係を示すグラフである。 比較対象としての光走査装置Ｍ１０における色間差と回転時間との関係を示すグラフである。 実施の形態に係る光走査装置Ｍ１の概略構成を示す構成図である。 実施の形態に係る光走査装置Ｍ１の全体構成を示す構成図である。 色間差について比較対象と実施の形態に係る光走査装置Ｍ１とを比較する説明図である。 色間差と回転時間とについて、比較対象と実施の形態に係る光走査装置Ｍ１とを比較するグラフである。 実施の形態に係る光走査装置Ｍ１を用いた画像形成装置ＰＲ１の構成例を示す構成図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

図１から図８を参照して、本発明についての実施の形態に係る光走査装置Ｍ１について説明する。

図１は、主走査方向の光路図である。

まず、本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１の構成を説明する前に、比較対象としての光走査装置Ｍ１０の構成について図１の（ｂ）を参照して述べる。

比較対象としての光走査装置Ｍ１０は、レーザダイオード等の光源１００と、この光源１００から被走査面に至る光路上に設けられ光源１００から射出された光線（レーザ光）を平行光線にするコリメータレンズ１０１と、主走査方向についての光線の光路を揃える合成ミラー１０２と、複数の光線を偏向反射して被走査面を走査するポリゴンミラー１０３と、ポリゴンミラー１０３で偏向された光線の収差を補正するｆθレンズ１０４とから構成されている。

なお、光源がＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）等の多色に対応して設けられる場合には、それぞれの色に対応した光学系が設けられる。

図２では、ＹＭＣＫの４色に対応する光源１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋ、コリメータレンズ１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋおよび合成ミラー１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが設けられた場合の構成例を模式的に示している。なお、符号２００は合成ミラー１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋからの光線をポリゴンミラー１０３に入射させるための反射ミラーである。また、符号２０１は副走査方向に光線を結像させるシリンダレンズである。

ところで、このような構成の光走査装置Ｍ１０では、ポリゴンミラー１０３を回転駆動させる際のモータ等の熱によって合成ミラー１０２の取付位置が変化（例えば、図２において、矢印Ａ、Ｂで示すような方向に回転するなどの変化）するという現象を生じる。

特に、ポリゴンミラー１０３に近い側の光学系ほど、ポリゴンミラー１０３が備えるモータからの発熱の影響を受け易い。即ち、図２に示す例によれば、ポリゴンミラー１０３から一番離れた合成ミラー１０２Ｋよりも、ポリゴンミラー１０３に一番近い合成ミラー１０２Ｙの方が取付位置の変化を生じ易い。

なお、ポリゴンミラー１０３が備えるモータからの熱は、回転時間に応じて上昇する傾向にある。

例えば、図３のグラフでは、ポリゴンミラー１０３が備えるモータの回転時間が増すに従って、合成ミラーの変位角度が大きくなっていく様子が示されるが、合成ミラー１０２Ｋの変位角度は−０．００５度の近辺で頭打ちになるのに対して、合成ミラー１０２Ｙの変位角度は時間の経過と共に上昇していくことが分かる。

また、図４のグラフには、画像形成を行った際のＹ（イエロー）とＫ（ブラック）との走査位置の色間差とポリゴンミラー１０３が備えるモータの回転時間との関係が示される。

図４のグラフによれば、ポリゴンミラー１０３が備えるモータの回転時間が増すに従って、Ｙ（イエロー）とＫ（ブラック）との色間差が大きくなっていることが分かる。

即ち、このような色間差により、印刷用紙等の記録媒体に形成される画像において、色ズレを生じ、画像品質が劣化する虞がある。

このような熱による位置ズレ等を抑制する技術は前述のように種々提案されている。

例えば、前出の特開２００４−２８７０２２号公報に開示の光走査装置は、被走査面上で形成される複数の光線の各々のビームスポットの副走査方向の間隔を設定する設定手段と、それら複数の光線のいずれかの被走査面上のビームスポット位置を変更させる少なくとも１つの光路偏向手段と、少なくとも１つの光路偏向手段を複数の光線の少なくとも１つの光路上で着脱させる移動手段と、設定手段により設定されたビームスポット間隔に基づいて、少なくとも１つの光路偏向手段を少なくとも１つの光路上で移動手段により着脱させる制御手段とを備えている。

しかしながら、この光走査装置では、実装置において比較的高価なプリズムを用いる必要があり、また、光学系の固定具を金属製として精度を高めているため、コストが嵩むという問題があった。

また、前出の特許第３３７５１９６号公報に開示の光走査装置は、複数の光源からの光に一種の特性を与える有限焦点レンズおよびシリンダレンズ、このレンズを通過された各光を１まとめにするミラーブロック、ひとまとめにされた光を偏向する偏向装置、偏向された光の結像位置での収差特性を整える第１ないし第３の結像レンズ、それぞれの結像レンズを通過された光を一種の位置で出射させる１枚または３枚のミラーなどにより構成され、各光源からは、レジストセンサにより検知されたずれの量に応じて補正されたタイミングにより画像データに対応した光が各感光体に照射されるようにしている。

しかしながら、この光走査装置では、実装置において角度付けミラーが必要となるが、加工が難しく、やはりコストが嵩むという問題があった。

これに対して、本発明者は、比較的低コストで熱による位置ズレ等を抑制し得る方策を鋭意研究した結果、本発明を完成するに到った。

具体的には、本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１は、図１の（ａ）に示すように、光線（レーザ光）を射出するレーザダイオード等の光源１００（射出手段の一例）と、光線を感光体等の被走査面上に結像させる光学系とを備え、その光学系は、光源１００側から順に、光源１００から射出された光線を平行光線にするコリメータレンズ１０１と、主走査方向についての光線の光路を揃える合成ミラー１０２と、光線を偏向反射して被走査面を走査するポリゴンミラー１０３と、ポリゴンミラー１０３で偏向された光線の収差を補正するｆθレンズ１０４とが設けられると共に、前記コリメータレンズ１０１と合成ミラー１０２との間および合成ミラー１０２とポリゴンミラー１０３との間に、前記光線の光束を補正する補正用レンズ（主走査方向にのみ屈折力を有するタンジェンシャルシリンダレンズＬ１、Ｌ２）がそれぞれ設けられ、合成ミラー１０２において前記光線を一旦結像させて、合成ミラー１０２と像面位置とに光学的共役関係（二つの内のどちらか一つの点から発した光が他の一つの点に結像する二つの点を共役点（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｐｏｉｎｔ）、または光学的共役関係という）が成立するように構成されている。

なお、光源がＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）等の多色に対応して設けられる場合には、それぞれの色に対応した光学系が設けられる。

図５では、ＹＭＣＫの４色に対応する光源１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋ、コリメータレンズ１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ、合成ミラー１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２ＫおよびタンジェンシャルシリンダレンズＬ１Ｙ、Ｌ１Ｍ、Ｌ１Ｃ、Ｌ１Ｋが設けられた場合の構成例を模式的に示している。

なお、符号２００は合成ミラー１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋからの光線をポリゴンミラー１０３に入射させるための反射ミラーである。また、符号２０１は光線を揃えるシリンダレンズである。

図６に、本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１の全体の構成例を示す。なお、符号３００は、被走査面である。

タンジェンシャルシリンダレンズＬ１（Ｌ１Ｙ、Ｌ１Ｍ、Ｌ１Ｃ、Ｌ１Ｋ）としては、例えば凸平レンズ（特性：Ｒ＝３０、硝子材料ＢＫ７（ｎ＝１．５１１０８、厚さｔ＝５）が用いられる。

また、タンジェンシャルシリンダレンズＬ２としては、例えば凸平レンズ（特性：Ｒ＝８１．５、硝子材料ＢＫ７（ｎ＝１．５１１０８、厚さｔ＝５）が用いられる。

また、前述した共役関係については合成ミラー１０２Ｙ，１０２Ｍ，１０２Ｃ，１０２Ｋの光線進行方向に沿った距離の中間位置と像面位置とに光学的共役関係が成立するように構成されている。

ここで、図７および図８に、上述のような比較対象と本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１との効果の比較を示す。

図７は、用紙に画像形成した場合の横方向の色間差を比較したものである。なお、図７に示す例は、合成ミラー１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋの走査面内の０．１度の回転に関する感度の比較とも言える。

図７に示すように、本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１によれば、ＹＭＣＫの横方向の色間差は、比較対象の約１／８となっており、光線の位置ズレ等の影響が有効に抑制されていることが分かる。

また、図８のグラフは、色間差とポリゴンミラー１０３が備えるモータの回転時間との関係を示すものである。

図８に示すように、本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１によれば、モータの回転時間が３５分経過した時点において、色間差は、比較対象の約１／９となっており、光線の位置ズレ等の影響が有効に抑制されていることが分かる。

さらに、本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１に適用される上述のようなタンジェンシャルシリンダレンズＬ１、Ｌ２は、上述のようなプリズムや角度付けミラーに比較して安価に調達され、本実施の形態に係る光走査装置Ｍ１によれば、熱による光線の位置ズレ等の影響が比較的低コストで抑制される。

次に、図９を参照して、前記実施形態に係る光走査装置Ｍ１を用いた画像形成装置ＰＲ１の構成例について説明する。

図９に示す画像形成装置ＰＲ１は、例えば電子写真方式によっ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によっ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媒体としての用紙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収容部と、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（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋ）の表面を帯電する帯電器３２（３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ）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（３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋ）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（３６Ｙ、３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋ）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。

そして、画像信号に応じて光走査装置Ｍ１より射出された光線Ｌ（ＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫ）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の表面電位を下げる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収容する。

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、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、図示しない用紙収容部に収められた用紙Ｐは、図示しない用紙搬送経手段によって二次転写装置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。

ここで、画像形成装置ＰＲ１は、前記実施の形態に係る光走査装置Ｍ１を用いることにより、熱による光線の位置ズレ等の影響が比較的低コストで抑制され、ひいては画像形成装置ＰＲ１自体のコストの低廉化が図られると共に、画像品質が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。

本発明による光走査装置および画像形成装置は、プリンタや複合機等に適用することができる。

Ｍ１、Ｍ１０ 光走査装置
１００ 光源
１０１ コリメータレンズ
１０２ 合成ミラー
１０３ ポリゴンミラー
１０４ ｆθレンズ
Ｌ 光ビーム
Ｌ１ タンジェンシャルシリンダレンズ
Ｌ２ タンジェンシャルシリンダレンズ
ＰＲ１ 画像形成装置
３０ 画像形成ユニット
３２ 帯電器
３４ 現像器
３６ ドラムクリーナ
４０ 中間転写ベルト
４２ 二次転写装置
５０ 感光体
Ｐ 用紙

Claims (3)

1. 光線を射出する射出手段と、
   前記光線を被走査面上に結像させる光学系と、
   を備え、
   前記光学系は、
   前記射出手段から前記被走査面に至る光路上に、前記射出手段から射出された光線を平行光線にするコリメータレンズ、主走査方向についての前記光線を合成してその光路を揃える合成ミラー、前記光線を偏向反射して前記被走査面を走査するポリゴンミラーおよび前記ポリゴンミラーで偏向された光線の収差を補正するｆθレンズが順次設けられると共に、
   前記コリメータレンズと前記合成ミラーとの間および前記合成ミラーと前記ポリゴンミラーとの間に、前記光線の光束を補正する補正用レンズがそれぞれ設けられ、
   前記合成ミラーから予め設計された位置において前記光線を一旦結像させて、当該位置と像面位置とに光学的共役関係が成立するようにしたことを特徴とする光走査装置。
2. 前記各補正用レンズは、前記主走査方向にのみ屈折力を有するシリンダレンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 請求項１または請求項２の何れかに記載の光走査装置と、
   前記被走査面を備え、前記光走査装置により当該被走査面が走査されて形成される静電潜像を保持する像保持手段と、
   該像保持手段に保持される前記静電潜像に基づいて画像形成を行う画像形成手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。