JP2012159534A - 光走査装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを伴うことなく、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる光走査装置を提供すること。
【解決手段】光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズ２１と、該コリメータレンズ２１からの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、前記コリメータレンズ２１の入射面２１ａを、入射光Ｌを屈折させて光軸Ｘに対して非平行な平行光とする屈折面とし、出射面２１ｂを、光軸Ｘに対して非平行な前記平行光を屈折させて光軸Ｘに平行な平行光とする屈折面とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ビームの集光スポットによって被走査面を走査する光走査装置とこれを備えた複写機やプリンター等の画像形成装置に関するものである。

複写機やプリンター等の画像形成装置においては、帯電器によって表面が一様に帯電された像担持体が光走査装置によって露光走査され、その表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、静電潜像は現像装置によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として顕像化され、このトナー像は、転写装置によって用紙上に転写された後に定着装置によって加熱及び加圧されて用紙上に定着され、トナー像が定着された用紙が装置外へ排出されることによって一連の画像形成動作が終了する。

斯かる画像形成装置において像担持体を露光走査する光走査装置は、レーザーダイオード等の光源から出射される光ビームをコリメータレンズによって平行光束とし、この平行光束を高速で回転するポリゴンミラー等の偏向器によって反射偏向させ、偏向された光ビームをｆθレンズによって集光させて被走査面である像担持体上に集光スポットを形成するものである。

ところで、近年、レーザプリンターやデジタル複写機等に対しては高解像度化及び高画質化が求められており、これらの要求に応えるためには被走査面である像担持体上でのスポット径を小さくすることが必要である。

しかしながら、スポット径を小さくすると焦点深度（許容されるスポット径以下となるレンズの光軸方向の範囲）が減少し、光学部品の製造公差が厳しくなるという問題が発生する。

スポット径の小径化と焦点深度の拡大を両立させる方法として、例えば特許文献１には、第１種０次のベッセルビームを発生させてスポット径を小さくするとともに、焦点深度を増加させる構成が提案されている。

しかしながら、ベッセルビームを発生させるためには、円錐プリズムや位相・振幅フィルタ等を使用しなければならず、装置の大型化やコストアップを招くという問題がある。

そこで、特許文献２には、位相型光学素子によってメインローブ光に対するサイドローブ光のピーク強度の比率を、位相型光学素子が無い場合のそれよりも大きくすることによって、ビームスポット径を大きくすることなく焦点深度を広くする構成が提案されている。

又、特許文献３には、走査光学素子に入射する光ビームの強度分布を円環状にすることによって疑似的なベッセルビームを発生させ、ビームスポット径を微小化するとともに、焦点深度を増加させる構成が提案されている。具体的には、円環状の強度分布を持ったビームを形成する手段として、コリメータレンズを通過した平行光を回折光学素子によって一度光軸で交わらせ、回折光学素子によって再び平行光にする構成が提案されている。

特開平５−３０７１５１号公報 特開２００８−０２６５８６号公報 特開平１１−２７１６５５号公報

しかしながら、特許文献２において提案された構成では、ベッセルビームを発生させるための位相型光学素子が必要であるため、コストアップを招く他、位相型光学素子の設置精度が悪化するとその光学性能が劣化するため、該位相型光学素子の保持構造や保持方法が複雑化するという問題がある。

又、特許文献３において提案された構成では、疑似的なベッセルビームを発生させるために２つの回折光学素子を要する他、これらの回折光学素子に高い設置精度を確保するための複雑な保持構造が必要となってコストアップを免れないという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、コストアップを伴うことなく、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる光走査装置とこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、前記コリメータレンズの入射面を、入射光を屈折させて光軸に対して非平行な平行光とする屈折面とし、出射面を、光軸に対して非平行な前記平行光を屈折させて光軸に平行な平行光とする屈折面としたことを特徴とする。

請求項２記載の画像形成装置は、請求項１記載の光走査装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光源から出射する光ビームは、コリメータレンズの入射面で有効範囲外へ屈折して光軸に対して非平行な平行光とされ、この平行光は出射面において屈折して光軸に対して平行な平行光とされるため、環状のピーク強度分布を有する円環ビーム（疑似的なベッセルビーム）が発生する。従って、新たに光学部品を追加してコストアップを招くことなく、コリメータレンズの入射面と出射面を所定の屈折面とするだけの簡単な構成によって円環ビーム（疑似的なベッセルビーム）を発生させることができ、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる。又、光源と円環ビームを発生させるコリメータレンズとの位置精度が高く保たれるため、特別な位置保持構造を要することなく高い光学性能を安定的に確保することができる。

本発明に係る画像形成装置（カラーレーザープリンター）の側断面図である。 本発明に係る光走査装置の斜視図である。 本発明に係る光走査装置において光源から出射される光ビームがコリメータレンズを通過する様子を示す側面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのカラーレーザープリンターの側断面図であり、図示のカラーレーザープリンターはタンデム型であって、その本体１００内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍ、シアン画像形成ユニット１Ｃ、イエロー画像形成ユニット１Ｙ及びブラック画像形成ユニット１Ｋが一定の間隔でタンデムに配置されている。

上記各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋには、像担持体である感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがそれぞれ配置されており、各感光ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写ローラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及びクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ配置されている。

ここで、前記感光ドラム２ａ〜２ｄは、ドラム状の感光体であって、不図示の駆動モータによって図示矢印方向（反時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動される。又、前記帯電器３ａ〜３ｄは、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光ドラム２ａ〜２ｄの表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。

更に、前記現像装置４ａ〜４ｄは、マゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、ブラック（Ｋ）トナーをそれぞれ収容しており、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に形成された各静電潜像に各色のトナーを付着させて各静電潜像を各色のトナー像として可視像化するものである。

又、前記転写ローラー５ａ〜５ｄは、各一次転写部にて中間転写ベルト７を介して各感光ドラム２ａ〜２ｄに当接可能に配置されている。ここで、中間転写ベルト７は、駆動ローラー８とテンションローラー９との間に張設されて各感光ドラム２ａ〜２ｄの上面側に走行可能に配置されており、前記駆動ローラー８は、二次転写部において中間転写ベルト７を介して二次転写ローラー１０に当接可能に配置されている。又、駆動ローラー８の近傍の中間転写ベルト７に対向する位置には光学式濃度センサー１１が配置されている。

更に、プリンター本体１００内の各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋの下方には、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋに対応して本発明に係る計４つの光走査装置１２がそれぞれ配置され、これらの下方のプリンター本体１００の底部には給紙カセット１３が着脱可能に設置されている。そして、給紙カセット１３には複数枚の不図示の用紙が積層収容されており、この給紙カセット１３の近傍には、該給紙カセット１３から用紙を取り出して搬送パスＳへと１枚ずつ送り出す搬送ローラー対１４が設けられている。

又、プリンター本体１００の側部を上下方向に延びる前記搬送パスＳには、用紙を一時待機させた後に所定のタイミングで前記駆動ローラー８と二次転写ローラー１０との当接部である二次転写部へと供給するレジストローラー対１５が設けられている。

ところで、プリンター本体１００内の一側部に縦方向に配置された前記搬送パスＳは、プリンター本体１００の上面に設けられた排紙トレイ１６まで延びており、その途中には定着装置１７と排紙ローラー対１８が設けられている。

次に、以上の構成を有するカラーレーザープリンターによる画像形成動作について説明する。

画像形成開始信号が発せられると、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋにおいて各感光ドラム２ａ〜２ｄが図示矢印方向（反時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動され、これらの感光ドラム２ａ〜２ｄは、帯電器３ａ〜３ｄによって一様に帯電される。又、各光走査装置１２は、各色毎のカラー画像信号によって変調された光ビームを出射し、その光ビームを各感光ドラム２ａ〜２ｄの表面に照射し、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に各色のカラー画像信号に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。

そして、先ず、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍの感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像に、該感光ドラム２ａの帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａによってマゼンタトナーを付着させ、該静電潜像をマゼンタトナー像として可視像化する。このマゼンタトナー像は、感光ドラム２ａと転写ローラー５ａとの間の一次転写部（転写ニップ部）において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラー５ａの作用によって、図示矢印方向に回転駆動されている中間転写ベルト７上に一次転写される。

上述のようにしてマゼンタトナー像が一次転写された中間転写ベルト７は、次のシアン画像形成ユニット１Ｃへと移動する。そして、シアン画像形成ユニット１Ｃにおいても、前記と同様にして、感光ドラム２ｂ上に形成されたシアントナー像が一次転写部において中間転写ベルト７上のマゼンタトナー像に重ねて転写される。

以下同様にして、中間転写ベルト７上に重畳転写されたマゼンタ及びシアントナー像の上に、イエロー及びブラック画像形成ユニット１Ｙ，１Ｋの各感光ドラム２ｃ，２ｄ上にそれぞれ形成されたイエロー及びブラックトナー像が各一次転写部において順次重ね合わせられ、中間転写ベルト７上にはフルカラーのトナー像が形成される。尚、中間転写ベルト７上に転写されないで各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に残留する転写残トナーは、各クリーニング装置６ａ〜６ｄによって除去され、各感光ドラム２ａ〜２ｄは次の画像形成に備えられる。

そして、中間転写ベルト７上のフルカラートナー像の先端が駆動ローラー８と二次転写ローラー１０間の二次転写部（転写ニップ部）に達するタイミングに合わせて、給紙カセット１３から搬送ローラー対１４によって搬送パスＳへと送り出された用紙がレジストローラー対１５によって二次転写部へと搬送される。そして、二次転写部に搬送された用紙に、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラー１０によってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト７から一括して二次転写される。

而して、フルカラーのトナー像が転写された用紙は、定着装置１７へと搬送され、フルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて用紙の表面に熱定着され、トナー像が定着された用紙は、排紙ローラー対１８によって排紙トレイ１６上に排出されて一連の画像形成動作が終了する。

［光走査装置］
次に、本発明に係る前記光走査装置１２を図２及び図３に基づいて説明する。尚、４つの光走査装置１２の構成は全て同じであるため、以下、１つの光走査装置１２についてのみ説明する。

図２は本発明に係る光走査装置の斜視図、図３は同光走査装置において光源から出射される光ビームがコリメータレンズを通過する様子を示す側面図である。

図２に示すように、光走査装置１２のハウジング１９には光源であるレーザーダイオード２０が備えられており、ハウジング１９内には、レーザーダイオード２０からの光ビームＬの出射方向に沿ってコリメータレンズ２１、アパーチャー２２、シリンドリカルレンズ２３及び偏向器としてのポリゴンミラー２４が一直線上に配置されている。

又、ハウジング１９内には、ポリゴンミラー２４によって偏向される光ビームＬの進行方向に沿って走査レンズである２つのｆθレンズ２５，２６と折り返しミラー２７が配設されている。又、光ビームＬの有効走査範囲（実際にプリント幅として使用する走査範囲）Ｒを外れた位置の左右には光検知素子であるＢＤセンサー２８と、ポリゴンミラー２４によって偏向されて有効走査範囲Ｒを外れた光路を進む光ビームＬ１を折り返して前記ＢＤセンサー２８へと導くＢＤミラー２９が配置されている。

而して、レーザーダイオード２０が画像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されると、該レーザーダイオード２０から画像データに対応して変調された光ビームＬが出射され、この光ビームＬは、コリメータレンズ２１によって平行光束とされる。そして、この平行光束Ｌは、アパーチャー２２によって絞られた後、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ２３によって線状光とされてポリゴンミラー２４の反射面に結像され、高速で回転するポリゴンミラー２４によって偏向される。

ポリゴンミラー２４によって偏向された線状光Ｌは、ｆθレンズ２５，２６によって等速度で集光され、折り返しミラー２７によって折り返され、被走査面である図１に示す感光ドラム２ａ〜２ｄ上に集光スポットを形成し、これによって感光ドラム２ａ〜２ｄが主走査方向に露光走査され、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上には各色のカラー画像信号に応じた静電潜像が形成される。又、同時に有効走査範囲Ｒ外に配置されたＢＤセンサー２８には光ビームＬ１がＢＤミラー２９によって折り返されて入射し、この光ビームＬ１がＢＤセンサー２８によって検知されることによって光ビームＬによる感光ドラム２ａ〜２ｄ上への露光走査（書き出し）開始タイミングが決定される。

ここで、本実施の形態においては、図３に示すように、コリメータレンズ２１の入射面２１ａは、レーザーダイオード２０から出射する光ビームＬを有効範囲外へ屈折させて光軸Ｘに対して非平行な平行光とする曲面状の屈折面を構成している。又、コリメータレンズ２１の出射面２１ｂは、光軸Ｘに対して非平行な前記平行光を屈折させて光軸Ｘに平行な平行光とするＶ字状にカットされた形状を有する屈折面を構成している。

而して、レーザーダイオード２０から出射する光ビームＬがコリメータレンズ２１を通過することによって、環状のピーク強度分布を有する円環ビーム（疑似的なベッセルビーム）が発生する。従って、本実施の形態によれば、新たに光学部品を追加してコストアップを招くことなく、コリメータレンズ２１の入射面２１ａと出射面２１ｂを所定の屈折面とするだけの簡単な構成によって円環ビーム（疑似的なベッセルビーム）を発生させることができ、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる。

又、レーザーダイオード２０と円環ビームを発生させるコリメータレンズ２１との位置精度が高く保たれるため、特別な位置保持構造を要することなく高い光学性能を安定的に確保することができる。

尚、以上は本発明をカラーレーザープリンターとこれに備えられた光走査装置に対して適用した形態について説明したが、本発明は、モノクロプリンターや複写機等を含む他の任意の画像形成装置及びこれに備えられた光走査装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１Ｍ マゼンタ画像形成ユニット
１Ｃ シアン画像形成ユニット
１Ｙ イエロー画像形成ユニット
１Ｋ ブラック画像形成ユニット
２ａ〜２ｄ 感光ドラム
３ａ〜３ｄ 帯電器
４ａ〜４ｄ 現像装置
５ａ〜５ｄ 転写ローラー
６ａ〜６ｄ クリーニング装置
７ 中間転写ベルト
８ 駆動ローラー
９ テンションローラー
１０ 二次転写ローラー
１１ 光学式濃度センサー
１２ 光走査装置
１３ 給紙カセット
１４ 搬送ローラー対
１５ レジストローラー対
１６ 排紙トレイ
１７ 定着装置
１８ 排紙ローラー対
１９ 光走査装置のハウジング
２０ レーザーダイオード（光源）
２１ コリメータレンズ
２１ａ コリメータレンズの入射面
２１ｂ コリメータレンズの出射面
２２ アパーチャー
２３ シリンドリカルレンズ
２４ ポリゴンミラー（偏向器）
２５，２６ ｆθレンズ（走査レンズ）
２７ 折り返しミラー
２８ ＢＤセンサー
２９ ＢＤミラー
Ｌ，Ｌ１ 光ビーム
Ｒ 有効走査範囲
Ｓ 搬送パス
Ｘ 光軸

Claims (2)

1. 光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、
   前記コリメータレンズの入射面を、入射光を屈折させて光軸に対して非平行な平行光とする屈折面とし、出射面を、光軸に対して非平行な前記平行光を屈折させて光軸に平行な平行光とする屈折面としたことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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