JP2018136474A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造誤差の影響を軽減しつつインターレース走査を成立させる。【解決手段】走査光学装置１０は、２つの発光部を有する光源(半導体レーザ１）と、光源から出射された光を光ビームＬＢ１，ＬＢ２に変換するカップリングレンズ２と、カップリングレンズ２からの光ビームＬＢ１，ＬＢ２を反射して主走査方向に偏向する偏向器(ポリゴンミラー５）と、偏向器で偏向された光ビームＬＢ１，ＬＢ２を、主走査方向に直交する副走査方向に移動する像面（被走査面５１Ａ）に結像する走査レンズ６とを備える。走査光学装置１０において、像面における２つの発光部の像の副走査方向における中心間距離は、像面における走査線の中心間距離の３倍であり、像の主走査ごとの像面の移動量は、走査線の中心間距離の２倍である。そして、光源から像面までの光学系全体の副走査方向の横倍率βｓは、４．３＜βｓ＜８を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置等に用いられる走査光学装置に関する。

複数の発光部を有するマルチビーム型の光源と、１枚の走査レンズとを用いて光源から出射された光を感光ドラム上の像面に結像させる走査光学装置が知られている（特許文献１）。この走査光学装置では、走査光学系全体の主走査方向における横倍率と副走査方向における横倍率の比を規定している。また、像面上のマルチビーム型の発光部の像の副走査方向の中心間距離を、像面上の走査線の中心間距離の３倍にした、インターレース走査をする走査光学装置も知られている（特許文献２）。

特開２００７−４５０９４号公報 特開平８−２９２３８４号公報

ところで、マルチビーム型の光源を用いてインターレース走査をしようとする場合、副走査方向の倍率の大きさによっては、光源の光軸に平行な軸周りの回転角度誤差の影響を受けやすかったり、インターレース走査が成立しないという問題がある。

そこで、本発明は、光源の回転角度造誤差の影響を軽減しつつインターレース走査を成立させることが可能な走査光学装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するための本発明の走査光学装置は、２つの発光部を有する光源と、光源から出射された光を光ビームに変換するカップリングレンズと、カップリングレンズからの光ビームを反射して主走査方向に偏向する偏向器と、偏向器で偏向された光ビームを、主走査方向に直交する副走査方向に移動する像面に結像する走査レンズとを備える。
この走査光学装置において、像面における２つの発光部の像の副走査方向における中心間距離は、像面における走査線の中心間距離の３倍であり、像の主走査ごとの像面の移動量は、走査線の中心間距離の２倍であり、光源から像面までの光学系全体の副走査方向の横倍率βｓは、
４．３＜βｓ＜８
を満たす。

このような構成によれば、光学系全体の副走査方向の横倍率βｓが４．３より大きいことで、像面において発光部の像の中心間距離の副走査方向の大きさを十分な大きさとしてインターレース走査を可能にすることができる。また、副走査方向の横倍率βｓが８より小さいことで、光源の光軸に平行な軸周りの回転方向の誤差があったとしても、その誤差による副走査方向における発光部の像の中心間距離の誤差を小さく抑えることができる。

本発明の走査光学装置によれば、製造誤差の影響を軽減しつつインターレース走査を成立させることができる。

一実施形態に係る画像形成装置の断面図である。 走査光学装置の主走査断面図である。 光学系の副走査断面を示す図である。 レーザダイオードを正面から見た図である。 インターレース走査を説明する図である。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明においては、まず、画像形成装置の一例としてのレーザプリンタ１００の概略構成について図１を参照して説明した後、走査光学装置１０の詳細構成を説明する。

図１に示すように、レーザプリンタ１００は、用紙Ｓを給紙するためのフィーダ部２０や、用紙Ｓに画像を形成するための画像形成部８０などを本体ケーシング３０内に備えている。ここで、画像形成部８０は、走査光学装置１０、現像部および転写部を構成するプロセスカートリッジ５０、定着部６０などで構成されている。なお、以下の説明においては、図１の紙面の左方向を「後」、右方向を「前」、上下方向を「上下」、手前方向を「左」、奥方向を「右」とする。

フィーダ部２０は、フロントカバー３３を開くことで形成される給紙トレイ２１と、給紙トレイ２１上に配置された用紙押圧板２２と、給紙トレイ２１の後方に配置された給紙ローラ２３Ａを含む給紙機構２３とを備えている。給紙機構２３は、給紙トレイ２１内に収容された用紙Ｓを用紙押圧板２２によって給紙ローラ２３Ａ側に寄せ、給紙ローラ２３Ａを回転させて用紙Ｓを搬送し、図示しない搬送ガイドによって上方へ向けて画像形成部８０に供給する。

プロセスカートリッジ５０は、給紙トレイ２１の上方で本体ケーシング３０内の後部に配置され、本体ケーシング３０に対して着脱自在に装着されるように構成されている。プロセスカートリッジ５０は、感光体ドラム５１、現像ローラ５２および転写ローラ５３を備えている。感光体ドラム５１は、図示しない帯電器によりその表面が正に帯電され、走査光学装置１０により露光されることで、表面に静電潜像が形成されるようになっている。また、感光体ドラム５１は、駆動源であるモータ５５とギヤなどの駆動機構を介して接続されており、モータ５５により所定速度で回転するようになっている。現像ローラ５２は、プロセスカートリッジ５０内に収容された現像剤であるトナーを担持して、感光体ドラム５１の静電潜像に供給する部材である。転写ローラ５３は、感光体ドラム５１との間に転写バイアスがかけられることで、感光体ドラム５１上のトナー像を感光体ドラム５１との間で搬送される用紙Ｓに転写する部材である。

走査光学装置１０は、プロセスカートリッジ５０の前方に配置されており、感光体ドラム５１の表面に画像データにしたがって明滅するレーザ光を照射するように構成されている。走査光学装置１０の詳細な構成は後述する。

定着部６０は、熱源を有する加熱ローラ６１と、この加熱ローラ６１との間に用紙Ｓを挟んで押圧する加圧ローラ６２とを備えている。定着部６０は、プロセスカートリッジ５０の上方に配置され、プロセスカートリッジ５０から排出された用紙Ｓ上のトナー像を熱定着する。定着部６０の前方には、排紙ローラ７１が設けられており、排紙ローラ７１は、定着部６０で熱定着された用紙Ｓを、本体ケーシング３０の上面の前部に設けられた排紙トレイ７２上に排出する。

図２に示すように、走査光学装置１０は、光源の一例としての半導体レーザ１と、カップリングレンズ２と、開口絞り３と、偏向器の一例としてのポリゴンミラー５と、単一の走査レンズ６とを備える。そして、これらにより半導体レーザ１から出射された光ビームＬＢ１，ＬＢ２を感光体ドラム５１の被走査面５１Ａに結像し、走査するように構成されている。

図３に示すように、半導体レーザ１は、発散性のレーザ光を出射する部材である。
図４に示すように、半導体レーザ１は、半導体基板１Ａに発光部Ｅ１，Ｅ２が所定距離、離間して配置されている。発光部Ｅ１と発光部Ｅ２の中心間距離Ｄ１は、例えば３０μｍである。半導体レーザ１における２つの発光部Ｅ１，Ｅ２を結ぶ線Ｌ１は、主走査方向に対して斜めになっている。線Ｌ１の主走査方向に対する角度αは、２０〜７０°であることが望ましく、３５〜５５°であることがより望ましい。角度αは、一例として４５．９°である。
なお、主走査方向は、ポリゴンミラー５により偏向される方向であり、副走査方向は、光ビームＬＢ１，ＬＢ２の進行方向と主走査方向の両方に直交する方向である。

半導体レーザ１における２つの発光部Ｅ１，Ｅ２の中心間距離Ｄ１は、像面における走査線の中心間距離の０．５〜１倍の範囲にあることが望ましい。

半導体レーザ１は、線Ｌ１を主走査方向に対して斜めにすることで、２つの発光部Ｅ１，Ｅ２の中心間距離が、副走査方向に適度な距離で離れた位置関係とすることができる。角度αを上述のように４５．９°としたとき、副走査方向の中心間距離Ｐ０は、２１．５μｍである。そして、走査光学装置１０の製造工程においては、角度αを調整することで、発光部Ｅ１，Ｅ２の副走査方向における中心間距離を調整することができる。

図２および図３に示すように、カップリングレンズ２は、半導体レーザ１から出射された光を光ビームＬＢ１，ＬＢ２に変換するレンズである。本実施形態において、カップリングレンズ２は、１枚のレンズからなる。また、カップリングレンズ２は、樹脂製である。カップリングレンズ２が１枚であり、また、樹脂製であることで、走査光学装置１０の製造コストを抑えることができる。

カップリングレンズ２は、光ビームＬＢ１，ＬＢ２を副走査方向に集光し、ポリゴンミラー５の反射面５Ａ上またはその近傍において、主走査方向に長手の線状に結像させる。これにより、反射面５Ａの面倒れを補正することができる。各光ビームＬＢ１，ＬＢ２の光軸Ｃ１，Ｃ２は、走査レンズ６を通過するときに、走査レンズ６の光軸ＣＬに対して副走査方向にずれた位置を通過するように配置されている。

カップリングレンズ２は、一例として、入射面２Ａに回折面を有する。また、カップリングレンズ２は、出射面２Ｂが軸対称でない屈折面を有することができる。

開口絞り３は、カップリングレンズ２を通過した光ビームＬＢ１，ＬＢ２の径を規定する開口を有する部材である。

ポリゴンミラー５は、複数の反射面５Ａが、回転軸５Ｂから等距離に配置された部材であり、図２では、４つの反射面５Ａを有するものを例示している。ポリゴンミラー５は、回転軸５Ｂを中心に一定速度で回転され、カップリングレンズ２を通過した光ビームＬＢ１，ＬＢ２を反射して主走査方向に偏向する。

走査レンズ６は、走査光学装置１０に１つのみ設けられている。また、走査レンズ６は樹脂製である。走査レンズ６を１枚の樹脂レンズとすることで、製造コストを抑えることができる。

走査レンズ６は、ポリゴンミラー５で偏向された光ビームＬＢ１，ＬＢ２を主走査方向および副走査方向に収斂して、副走査方向に移動する像面である被走査面５１Ａ上にスポット状に結像させる。
走査レンズ６は、ポリゴンミラー５により等角速度で偏向された光ビームＬＢ１，ＬＢ２を、被走査面５１Ａ上に等速で走査させるようなｆθ特性を有している。走査レンズ６は、光ビームＬＢ１，ＬＢ２が入射する入射面６Ａと光ビームＬＢ１，ＬＢ２が出射する出射面６Ｂを有している。

走査レンズ６の形状は問わないが、例えば、入射面６Ａおよび出射面６Ｂは、ともにトーリック面とすることができる。

走査光学装置１０は、インターレース走査に好適に用いることができる。図５は、インターレース走査を説明する図であり、像面における発光部Ｅ１，Ｅ２の像の移動を示している。図５に示すように、発光部Ｅ１の像ＩＥ１と発光部Ｅ２の像ＩＥ２は、それぞれ、走査線Ｓ１および走査線Ｓ４に沿って主走査方向に走査される。各走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・の中心間距離Ｐ１は、例えば、６００ｄｐｉのドットピッチで画像形成する場合には、４２．３μｍとなる。そして、発光部Ｅ１の像ＩＥ１と発光部Ｅ２の像ＩＥ２の副走査方向における中心間距離Ｐ２は、Ｐ１の３倍である。

感光体ドラム５１は、モータ５５および駆動機構により回転駆動され、被走査面５１Ａは、像ＩＥ１，ＩＥ２が主走査方向に一回の走査をされる間にＰ３だけ移動する。Ｐ３は、像の主走査ごとの像面の移動量であり、走査線の中心間距離Ｐ１の２倍である。このため、例えば、像ＩＥ１，ＩＥ２が走査線Ｓ１，Ｓ４を走査した後は、破線に示したように、２本ずれて走査線Ｓ３，Ｓ６を走査する。そして、その次は、走査線Ｓ５，Ｓ８を走査する。これを繰り返すことで、被走査面５１Ａにおいては、走査線Ｓ２を除くすべての走査線に沿って順次露光がなされることになる。

このようなインターレース走査をするためには、像ＩＥ１，ＩＥ２の中心間距離Ｐ２が各走査線の中心間距離Ｐ１の３倍離れている必要があり、６００ｄｐｉのドットピッチで画像形成する場合には、副走査方向に１２７μｍ離れている（Ｐ２＝１２７μｍ）必要がある。

像ＩＥ１，ＩＥ２の中心間距離Ｐ２は、２つの発光部Ｅ１，Ｅ２の副走査方向の中心間距離Ｐ０に副走査方向の横倍率をかけたものとなる。このため、走査光学装置１０は、半導体レーザ１から被走査面５１Ａまでの光学系全体の副走査方向の横倍率βｓが、
４．３＜βｓ＜８
を満たす。βｓが４．３より大きいことで、近年一般的に用いられる、発光部Ｅ１，Ｅ２の中心間距離が３０μｍの半導体レーザ１を用いた場合に、副走査方向に１２７μｍ中心間距離が離れた像ＩＥ１，ＩＥ２を形成することが可能となる。

一方、半導体レーザ１の角度（光軸に平行な軸周りの向き）の製造上可能な公差が０．３°であるとすると、βｓが８より小さいことで、副走査方向の像ＩＥ１，ＩＥ２の中心間距離Ｐ２の誤差を５％未満とすることができる。
すなわち、βｓを適度な大きさとすることで、インターレース走査を可能にするとともに、半導体レーザ１の光軸に平行な軸周りの誤差があったとしても、その誤差による副走査方向における像ＩＥ１，ＩＥ２の中心間距離Ｐ２の誤差を抑えることができる。

また、走査光学装置１０は、半導体レーザ１から被走査面５１Ａまでの光学系全体の主走査方向の横倍率をβｍとして、
０．５＜（βｓ／βｍ）^２＜０．８
を満たす。（βｓ／βｍ）^２が０．５より大きいことで、半導体レーザ１から発する光の利用効率を高くすることができるとともに、０．８より小さいことで、半導体レーザ１から被走査面５１Ａまでの光路の長さを短くすることができる。。

以上のような構成により、本実施形態の走査光学装置１０では、製造誤差の影響を軽減しつつ、インターレース走査を可能にすることができる。

走査光学装置１０の光学系の一実施例としては、例えば、以下の横倍率の光学系を採用することができる。
［実施例］
主走査方向の横倍率
入射光学系 １６．９４７
走査光学系 ０．４８３
光学系全体（βｍ） ８．１８０
副走査方向の横倍率
入射光学系 ３．２２５
走査光学系 １．８２７
光学系全体（βｓ） ５．８９３

この光学系では、
（βｓ／βｍ）^２＝０．５１９０
であり、
０．５＜（βｓ／βｍ）^２＜０．８
を満たす。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本発明の趣旨に反しない限り前記した実施形態には限定されないことは当然である。例えば、ポリゴンミラーの面数は４面である場合に限られず、６面であっても構わない。

また、前記実施形態において、カップリングレンズおよび走査レンズは樹脂レンズとしたが、ガラスレンズであってもよい。また、カップリングレンズおよび走査レンズは、それぞれ複数のレンズから構成されていてもよい。

さらに、前記実施形態においては、光偏向器の一例として、ポリゴンミラー５を示したが、光偏向器としては、振動ミラー（ガルバノミラー）を採用することもできる。また、感光体は、感光体ベルトであってもよい。

また、本発明の走査光学装置の光学系は、インターレース走査を行うのに好適に設計されているが、光学系自体は、インターレース走査ではなく、各走査線を順次走査するプログレッシブ走査の場合にも使用することができる。

また、前記実施形態および各変形例で説明した各要素は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

１ 半導体レーザ
２ カップリングレンズ
５ ポリゴンミラー
６ 走査レンズ
１０ 走査光学装置
５１ 感光体ドラム
５１Ａ 被走査面
８０ 画像形成部
１００ レーザプリンタ

Claims (11)

1. ２つの発光部を有する光源と、
   前記光源から出射された光を光ビームに変換するカップリングレンズと、
   前記カップリングレンズからの前記光ビームを反射して主走査方向に偏向する偏向器と、
   前記偏向器で偏向された前記光ビームを、前記主走査方向に直交する副走査方向に移動する像面に結像する走査レンズとを備え、
   前記像面における前記２つの発光部の像の前記副走査方向における中心間距離は、前記像面における走査線の中心間距離の３倍であり、
   前記像の主走査ごとの前記像面の移動量は、前記走査線の中心間距離の２倍であり、
   前記光源から前記像面までの光学系全体の前記副走査方向の横倍率βｓは、
   ４．３＜βｓ＜８
   を満たすことを特徴とする走査光学装置。
2. 前記光源から前記像面までの光学系全体の前記主走査方向の横倍率をβｍとして、
   ０．５＜（βｓ／βｍ）^２＜０．８
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記光源における前記２つの発光部を結ぶ線の、前記主走査方向に対する角度は、２０〜７０°であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査光学装置。
4. 前記光源における前記２つの発光部を結ぶ線の、前記主走査方向に対する角度は、３５〜５５°であることを特徴とする請求項３に記載の走査光学装置。
5. 前記光源における前記２つの発光部の中心間距離は、前記像面における走査線の中心間距離の０．５〜１倍の範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の走査光学装置。
6. 前記カップリングレンズは、１枚のレンズからなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の走査光学装置。
7. 前記カップリングレンズは、入射面に回折面を有することを特徴とする請求項６に記載の走査光学装置。
8. 前記カップリングレンズは、出射面が軸対称でない屈折面であることを特徴とする請求項７に記載の走査光学装置。
9. 前記カップリングレンズは、樹脂製であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の走査光学装置。
10. 前記走査レンズは、１枚の樹脂レンズからなることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の走査光学装置。
11. 前記カップリングレンズは、前記光ビームを前記副走査方向において前記偏向器の反射面に集光することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の走査光学装置。

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