JP2012145823A

JP2012145823A - 光走査装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2012145823A
Application number: JP2011004978A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hayashi; 善紀林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2012-08-02
Also published as: US20120182373A1

Abstract

【課題】複数ステーション用のＶＣＳＥＬのＡＰＣを共通のＰＤを用い、ＡＰＣ頻度及びＡＰＣ実行のための時間を十分に確保する。
【解決手段】異なる光源１、１’からの光ビームを共通の偏向手段により偏向して、光源ごとに異なるステーションの光走査部に導光して光ビームごとに光スポットを形成する走査光学系と、光源１、１’の発光光量をモニタするモニタ手段１３、１４と、ポリゴンミラーの共通の偏向反射面５で偏向される各光ビームの一部を、共通のモニタ手段へ向けて分岐する分岐手段１２と、を有し、光源１、１’からの光ビームの、共通の偏向反射面への主走査断面内での入射角が互いに異なり、モニタ手段がモニタする光源からのモニタ手段への入射を相互に時間的にずらす。
【選択図】図３

Description

この発明は光走査装置及び画像形成装置に関する。

Ｎ（＞１）個の光源からの光ビームを、共通のポリゴンミラーにより偏向させ、偏向された光ビームを、光源ごとに異なるステーションに導光し、各ステーションの光走査部に対して光走査による書き込みを行い、各ステーションに形成されたトナー画像を重畳させてカラー画像や多色画像を得る画像形成装置が、広く知られている。

このような画像形成装置における画像形成速度の高速化を実現可能とした光走査装置で、マルチビーム走査方式のものが知られ、その光源として「複数の発光部を持つ面発光レーザ」を用いることが意図されている。

面発光レーザは正確には「垂直共振器型面発光レーザ」と呼ばれ、一般には「ＶＣＳＥＬ」と略記されている。

面発光レーザは「基板に直交する方向にレーザ光をする半導体レーザ」であり、２次元集積化により発光部の複数化が容易である。そして、消費電力は端面型レーザに比べて一桁程度小さく、より多くの発光部を２次元集積するのに有利である。

しかしながら、面発光レーザは「活性層に垂直かつ１方向に光ビームを出射」するため自動出力制御（ＡｕｔｏＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ以下「ＡＰＣ」と略記する。）により発行量制御を行なうのが難しい。

従来からマルチビーム走査方式の光走査装置の光源として知られた端面発光型のＬＤアレイの場合には「後方光をモニタする簡単な光量モニタ」が可能であるが、面発光レーザでは、レーザ光の射出が「活性層に垂直な１方向」に限られるため「後方光を利用する光量モニタ」を行なうことができない。

面発光レーザを光源として用いる光走査装置で、面発光レーザから射出するレーザ光の一部を「モニタ光」として分岐し、光検出器によって検出することが提案されている（特許文献１）。
特許文献１においては、複数ステーション用のＶＣＳＥＬのＡＰＣを共通のＰＤ（フォトデテクタ）を用いて行うことにより、小型化、部品点数の低減、共通ＰＤ使用によるＰＤのデバイスによる特性のばらつきの影響を低減し、ＡＰＣの高精度化を目している。

しかしながら、かかる構成でＡＰＣ用のＰＤを共用すると「ＡＰＣを実行できる時間領域」が限られてしまい、ＡＰＣ頻度及びＡＰＣ実行のための時間」が少なくなる。

このようにＡＰＣ頻度が少なくなり、ＡＰＣ実行のための時間が短くなると、光走査装置内の温度変動や「ＶＣＳＥＬ駆動回路やＶＣＳＥＬの発光による、ＶＣＳＥＬの温度変化」に対する補正精度が劣化し、形成された画像に濃度むらや色差が発生してしまう。
なお、面発光レーザの光量モニタを行なう方法は、特許文献２にも提案されている。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、カラー画像や多色画像の画像形成における色安定性に優れた小型の光走査装置の実現、この光走査装置を用いる画像形成装置の実現を課題とする。

この発明の光走査装置は「Ｎ（＞１）個の光源からの光ビームを、共通のポリゴンミラーにより偏向させ、偏向された光ビームを、光源ごとに異なるステーションに導光し、各ステーションの光走査部に対して光走査による書き込みを行い、各ステーションに形成されたトナー画像を重畳させて画像を得る画像形成装置」に用いられる光走査装置であって、以下の如き特徴を有する。

「光源手段」は、Ｍ（＞１）個の発光部をもつ面発光レーザを光源としてＮ個有する。即ち、１個の光源は「１つのステーション」に対応する「面発光レーザ」であり、この面発光レーザは２以上の発光部を有する。従って、各ステーションの光走査部は「Ｍ個の光スポット」によりマルチビーム走査される。

「走査光学系」は、共通の偏向手段により偏向された光ビームを、光源ごとに異なるステーションの光走査部に導光して光ビームごとに光スポットを形成する。即ち、走査光学系は「ステーションごと」に１つ設けられるが、走査光学系を構成する２以上の光学素子の一部は、２以上のステーションに対する走査光学系において共用することもできる。

「モニタ手段」は、Ｎ個の面発光レーザの発光光量をモニタするものであって１以上が用いられる。そして、１個のモニタ手段は「ポリゴンミラーの共通の偏向反射面により偏向される２以上の光源」の発光光量をモニタする。

「分岐手段」は、ポリゴンミラーの共通の偏向反射面で偏向される各光ビームの一部を、共通のモニタ手段へ向けて分岐する。

「モニタ手段を共用する２以上の光源」からの光ビームの、ポリゴンミラーの共通の偏向反射面への「主走査断面内での入射角」が互いに異なる。

そして、１個のモニタ手段がモニタする２以上の光源からモニタ手段への入射を、相互に時間的にずらす。

請求項１記載の光走査装置は「モニタ手段を共用する光源に対する自動出力制御（ＡＰＣ）の開始時間」を相互に異ならせることができる（請求項２）。

請求項１または２記載の光走査装置は、１個のモニタ手段を共用する光源が２個以上であり、モニタ手段が「これらの光源からの光ビームをモニタ手段側へ分岐する分岐手段」と、この分岐手段により分岐された各光ビームを集光させる「共通の集光レンズ」とを有し、各光ビームが、集光レンズにより、主走査方向において、モニタ手段の受光面よりも集光レンズ側で集光した後、発散しつつ受光面に入射する構成とすることができる（請求項３）。

請求項３記載の光走査装置は「集光レンズを介してモニタ手段の受光面に入射する光ビームが、受光面上で互いに重なり合う」ことが好ましい（請求項４）。

請求項３または４記載の光走査装置は「共通のモニタ手段の受光面に入射する光ビームの副走査断面内における入射角が、モニタ手段を共用する光源の各々に対して異なる」ことが好ましい（請求項５）。

この発明の画像形成装置は、請求項１〜５の任意の１に記載の光走査装置を用いた「多色対応の画像形成装置」である。多色対応は、多色もしくはカラー画像を画像形成できることを意味する。

以上に説明したように、この発明によれば新規な光走査装置を実現できる。
この発明の光走査装置では、上記の如く、モニタ手段を共用する２以上の光源からの光ビームの、ポリゴンミラーの共通の偏向反射面への「主走査断面内での入射角」が互いに異なり、１個のモニタ手段がモニタする２以上の光源からモニタ手段への入射を、相互に時間的にずらすので、同一のモニタ手段により、複数光源の光量モニタを実施でき、これにより、ＡＰＣを光源ごとに独立して実行できる。

また、異なるステーションのモニタ手段を共用することで光走査装置の低コスト化を実現でき、異なるステーションに対して共用されたモニタ手段にＰＤを用いることにより、ＰＤデバイスのばらつきを原理的に防止でき、光量検値精度を向上させることができる。

光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。光走査装置の実施の別形態を説明するための図である。発明の特徴を説明するための図である。発明の別の特徴を説明するための図である。発明の他の特徴を説明するための図である。光走査装置の実施の他の形態を説明するための図である。画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、光走査装置の実施の１形態を示している。

光源１、１’は「複数の発光部を２次元配列された面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）」である。従って、光源１からも光源１’からも「複数の光ビーム」が放射されるが、以下では単に「光ビーム」として説明する。
光源１から放射された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２により発散性を弱められて「弱い発散性」となり、アパーチャ３によりビーム整形され、アナモルフィックレンズ４により「主走査方向は平行光束、副走査方向はポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に集束する光束」となる。
そして、ポリゴンミラー５の回転により偏向され、走査レンズ６と７との作用により、図示されない防塵ガラス８を経て、像面９に結像する。ポリゴンミラー５と走査レンズ６との間に防音ガラス１０が配備されている。また図中の「ダミーミラー」は、光ビームの光路を屈曲させるものであり、光学系のレイアウトによっては省略できる。
光源１とカップリングレンズ２は「アルミ材質の同一部材」に固定されている。
複数の発光部を２次元配列された面発光レーザである光源１における発光部の２次元配列は、主方向：４×副方向：１０の４０発光部のアレイ、主方向：１０×副方向：４の４０発光部のアレイ、主方向：8×副方向：４の３２発光部のアレイ等、様々な配列パターンを考えることができる。

各発光部の間隔は、半導体製造プロセス上の制約の他に「アレイで動作する時の他の発光部からの熱干渉の影響」も考慮して決める必要がある。

一方、光源１’から放射された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２’により発散性を弱められて「弱い発散性」となり、アパーチャ３’によりビーム整形され、アナモルフィックレンズ４により「主走査方向は平行光束、副走査方向はポリゴンミラーの偏向反射面５の近傍に集束する光束」となる。
そして、ポリゴンミラーの回転により偏向され、走査レンズ６と７との作用により、図示されない防塵ガラス８を経て、像面９に結像する。
走査レンズ６、７は、実際には、光源１用と光源１’用に別個に配置されたレンズ系を、図示の簡単のために１つのレンズ系として描いており、像面９も光源１用と光源１’用とで異なる。
即ち、像面９は図１において１面として描かれているが、光源１からの光ビームが光スポットを形成する像面と、光源１’からの光ビームが光スポットを形成する像面とは「異なるステーションの光走査部である。

光源１’とカップリングレンズ２’も「アルミ材質の同一部材」に固定されている。
図１において、光源１と光源１’から出射した光ビームは、図面に直交する副走査方向に相互に離間している。

図１に示す形態例では、光源１’から出射した光ビームが図面の奥側にある。
ミラー１１は「光源１’からの光ビームのみ」を反射するように「副走査方向の幅」を設定され、ミラー１１により反射された光ビームは、光源１からの光ビームと「主走査方向に微小な角度」を与えられている。

これら光ビームの光路中に「分岐手段」であるハーフミラー１２が配備され、光源１からの光ビーム及び光源１’からのビームを分岐し、分岐した各光ビームをアナモフィックな集光レンズ１３でモニタ用のＰＤ１４の受光面上に集光している。
上記の如く、ミラー１１により反射された光ビームと、光源１からの光ビームとは「主走査方向に微小な角度」を与えられているので、図１の図面の手前側と奥側の光ビームの偏向反射面５への入射角が異なっている。

ポリゴンミラーは、図１において時計回りに回転しており、光源１’からの光ビームは、ポリゴンミラーの回転により、光源１からの光ビームの偏向に先立って偏向する。

光源１からの光ビームが光走査するステーションをステーションＡ、光源１’からの光ビームが光走査するステーションをステーションＢとすると、ステーションＢの光走査がステーションＡの光走査に先立って行われることになる。

ステーションＡとＢの光走査にこのような「時間差」があるため、この時間差を利用してＡＰＣを光源１と１’とで別個に行なうことが可能になる。

図３にタイミングチャートを示す。
光書込みの光走査を行う際、まず、光源１’を発光させ、モニタ用のＰＤ１４により光量を検出し、図３（ｂ）に示す「Ｂ−Ｓｔ−ＡＰＣ可能領域」内でＡＰＣを実行する。このときポリゴンミラーは等速回転しており光源１’からの光ビームを偏向させる。偏向された光ビームが光走査開始位置へ向かうのを検出して、光源１’からの光ビームによる光書込みの同期検出を行なう。

この状態で光源１’を消灯し、代わって光源１を発光させる。そして、モニタ用のＰＤ１４により光量検出を行ない、図３（ａ）に示す「Ａ−Ｓｔ−ＡＰＣ可能領域」内でＡＰＣを実行する。ポリゴンミラーにより偏向された「光源１からの光ビーム」が光走査開始位置へ向かうのを検出し、光源１からの光ビームによる光書込みの同期検出を行なう。

その後、光源１'からの光ビームによるＢステーションの走査領域（図３（ｂ）のＢ−Ｓｔ走査領域）の光走査を行って画像書込みを行なう。また、光源１からの光ビームによるＡステーションの走査領域（図３（ｂ）のＡ−Ｓｔ走査領域）の光走査を行って画像書き込みを行なう。

このように「光走査による画像書込み領域外」において「ＡＰＣに許される時間帯」が、ＡテーションとＢステーションで異なるため、両ステーションを光走査する同一の走査ラインで、ＡステーションとＢステーションのＡＰＣを実行でき、ＡＰＣ頻度が増大し、ＡＰＣ時間も十分にとれる。
従って、光走査装置内の温度変動やＶＣＳＥＬ駆動回路の発熱やＶＣＳＥＬ自体の発光による発熱により、ＶＣＳＥＬが温度変化しても、温度変化に対応した光量補正が可能となり、濃度むらや色差の発生を低減することができる。

なお、この実施の形態で用いられるハーフミラー１３は、エタロン効果による光量ばらつきを低減するために「断面形状を楔状」にしても良い。

図２に、発明の別の実施の形態を示す。
この形態例では、図１の形態例におけるミラー１１を用いるのに代えて、光源１と１’とを共通のアパーチャ３の同じ側（図で左側）に配置した。光源１’は、図４の図面に直交する方向において、光源１よりも「奥側」に位置している。ポリゴンミラーの偏向反射面への「主走査断面内の入射角」は、光源１からの光ビームと光源１’からの光ビームとで異なっている。

光量モニタは、図１の実施の形態と同様、光源１、１’からの光ビームを「分岐手段」であるハーフミラー１２により分岐して、集光レンズ１３を介してＰＤ１４に導光して行なう。

ポリゴンミラーの偏向反射面への「主走査断面内の入射角」が、光源１からの光ビームと光源１’からの光ビームとで異なっているので、ＡＰＣや光書込みのタイミングチャートは、図３と同様になり、先に説明した実施の形態と同様の効果が得られる。

上に、図１〜３に即して説明した実施の各形態では、収差補正及び有効走査幅確保のため「ポリゴンミラーの偏向反射面上」で、光源１、１’の光ビームの一部が「主走査断面内で重なる」ようにしている。
この場合、モニタ光学系のコンパクト化のためには「分岐手段から偏向反射面に至る距離」は「分岐手段からモニタ手段に至る距離よりも長く」なっているのが良い。
このとき、図４に示すように、集光レンズ１３による「主走査方向の集光位置」を、モニタ手段のＰＤ１４の受光面より「集光レンズ１３に近い側」にすることによって、以下の効果を奏することができる。

即ち、ＰＤ１４の有効範囲をせまくでき、応答性向上に有利である。
ＰＤ１４の受光面上での光ビームが「絞られすぎない」ので、ＳＮ比が向上し、微小欠陥・ゴミ等が付着していても精度良い光量検値が可能である。

請求項４のように、各光源から光ビームがＰＤ１４の受光面状で主走査方向において重なり合うようにすれば、上記効果を更に助長できる。

ＡＰＣを高精度に行うためには、ＰＤ１４の受光面に入射する不要光を除くことが好ましいが、各光源からＰＤ１４に至る光路を構成する光学系のレイアウトによっては、ＰＤ１４で反射したモニタ光が光源１、１’に戻り、さらにＰＤ１４の受光面に戻る可能性がある。
このようなＰＤ１４による戻り光の問題を回避するには、図５に示すように、各光源からＰＤ１４の受光面への入射における「副走査断面（図５の図面に平行な面）」における入射角を、例えば、光源１からの光ビームに対して角：θ１、光源１’からの光ビームに対して角：θ２のように、互いに異ならせればよく、このようにすることにより、光源へのもどり光が再度、ＰＤ１４の受光面にもどってくるのを防ぐことができ、光量モニタのＳＮ比を向上させることができる。

図６は、光走査装置の実施の他の形態であるが、この形態例は、図２の実施の形態の変形例となっている。

即ち、図２におけるアパーチャ３を「分岐手段」として用いている。アパ−チャ３の開口外に入射する周辺光を集光レンズ１３を介してＰＤ１４に導光している。上述した各実施の形態におけると同様、光源１、１’からの光ビームの、ポリゴンミラーの「共通の偏向反射面」への主走査断面内での入射角が異なっており、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。図６の実施の形態は「各ステーションへ導光される光ビームの光量ロスが無いメリットがある。

図７に、多色対応の画像形成装置を示す。

図７に示す各符号における、Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックを意味する。符号：３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋは、上記各色の画像を書込まれる感光体を示す。

また、符号：２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、上記各感光体を帯電させる帯電器を示し、符号：３０は「書込みユニット」、符号：４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは現像器を示す。

さらに、符号：５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋはクリーニング手段、符号：６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは転写用帯電手段、符号：３２は転写ベルト、符号４０は定着手段を示す。

図７において、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋは、それぞれ矢印方向に回転し、各感光体の周囲には、感光体の回転順に、帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、転写用帯電手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ、クリーニング手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配備されている。

帯電部材２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、対応する感光体の表面を均一に帯電する。帯電部材と現像部材４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの間において、書込みユニット３０による光走査で、静電潜像が形成される。これら静電潜像は対応する現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにより現像され、感光体面上に各色のトナー像が形成される。

形成された各色トナー画像は、転写ベルト３２により搬送される記録紙に、転写用帯電手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにより順次されて互いに重畳し、カラー画像となる。このカラー画像は、定着手段４０により記録試上に定着される。トナー画像転写後の各感光体は、クリーニング手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋによりクリーニングされ、残留するトナーや紙粉を除去される。

この画像形成装置例において、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋによる画像形成部は、上に説明した「ステーション」であり、これら感光体の「書込みユニット３０による光走査を受ける部分」が「光走査部」である。

上に説明したステーションＡとＢは、図７の画像形成装置における「感光体３１Ｙ、３１Ｍによる画像形成部」、「感光体３１Ｃ、３１Ｋによる画像形成部」であり、これらステーションの２組の組み合わせの個々に対し、図１〜図６に示した実施の形態を適用して、光走査を行う。

１、１’ 光源
５偏向反射面
１１ミラー
１２ハーフミラー
１３集光レンズ
１４ＰＤ

特開２００６−１０３２４８号公報特開２００２−０２６４４５号公報

Claims

Ｎ（＞１）個の光源からの光ビームを、共通のポリゴンミラーにより偏向させ、偏向された光ビームを、光源ごとに異なるステーションに導光し、各ステーションの光走査部に対して光走査による書き込みを行い、各ステーションに形成されたトナー画像を重畳させて画像を得る画像形成装置の光走査装置であって、
Ｍ（＞１）個の発光部をもつ面発光レーザを光源としてＮ個有する光源手段と、
共通の偏向手段により偏向された光ビームを、上記光源ごとに異なるステーションの光走査部に導光して光ビームごとに光スポットを形成する走査光学系と、
Ｎ個の面発光レーザの発光光量をモニタする１以上のモニタ手段と、
ポリゴンミラーの共通の偏向反射面で偏向される各光ビームの一部を、共通のモニタ手段へ向けて分岐する分岐手段と、を有し、
１個のモニタ手段は、ポリゴンミラーの共通の偏向反射面により偏向される２以上の光源の発光光量をモニタし、
上記モニタ手段を共用する２以上の光源からの光ビームの、上記共通の偏向反射面への主走査断面内での入射角が互いに異なり、
上記１個のモニタ手段がモニタする光源からの上記モニタ手段への入射を相互に時間的にずらす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、
モニタ手段を共用する光源に対する自動出力制御の開始時間を相互に異ならせた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、
１個のモニタ手段を共用する光源が２個以上であり、上記モニタ手段が、これらの光源からの光ビームを上記モニタ手段側へ分岐する分岐手段と、この分岐手段により分岐された各光ビームを集光させる共通の集光レンズとを有し、
上記各光ビームが、上記集光レンズにより、主走査方向において、モニタ手段の受光面よりも上記集光レンズ側で集光した後、発散しつつ受光面に入射す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、
集光レンズを介してモニタ手段の受光面に入射する光ビームが、上記受光面上で互いに重なり合う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、
共通のモニタ手段の受光面に入射する光ビームの副走査断面内における入射角が、モニタ手段を共用する光源の各々に対して異なることを特徴とする光走査装置。
請求項１〜５の任意の１に記載の光走査装置を用いた多色対応の画像形成装置。