JP2019086621A - 光走査装置及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents

光走査装置及びそれを備える画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 同期検知部を備えつつ小型な光走査装置及び画像形成装置を提供すること。【解決手段】 光走査装置100は、第1及び第2の偏向面51,52を有する偏向器5と、光源1からの光束を反射する反射部材8と、光束を受光して信号を生成する受光部10とを備え、偏向器5は、光源1からの光束を第1の偏向面51により偏向して被走査面7を主走査方向に走査し、かつ反射部材8からの光束を第2の偏向面52により偏向して受光部10に導光しており、反射部材8に入射する直前の光束の主走査断面における幅は、第1の偏向面51に入射する直前の光束の主走査断面における幅よりも小さい。【選択図】 図1

Description

本発明は光走査装置に関し、例えばレーザビームプリンタ(LBP)やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ(多機能プリンタ)等の画像形成装置に好適なものである。
画像形成装置に用いられる光走査装置において、被走査面を高精度に走査するためには、偏向器により偏向された光束を検知して被走査面における書き出し位置を決定するための同期検知部が必要になる。特許文献1には、偏向器により偏向された光束をミラーによって同期検知部に導く構成が記載されている。
特開2007−298997号公報
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、偏向器により偏向された光束が偏向器と被走査面との間に配置される結像光学素子の端部を通過するため、結像光学素子の小型化が困難である。また、この構成では、書き出し位置に到達する直前の光束を同期検知部に導くために、偏向器の偏向面を大型化することが必要になるため、装置全体の小型化が困難である。
本発明の目的は、同期検知部を備えつつ小型な光走査装置及び画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光走査装置は、第1及び第2の偏向面を有する偏向器と、光源からの光束を反射する反射部材と、光束を受光して信号を生成する受光部とを備え、前記偏向器は、前記光源からの光束を前記第1の偏向面により偏向して被走査面を主走査方向に走査し、かつ前記反射部材からの光束を前記第2の偏向面により偏向して前記受光部に導光しており、前記反射部材に入射する直前の光束の主走査断面における幅は、前記第1の偏向面に入射する直前の光束の主走査断面における幅よりも小さいことを特徴とする。
本発明によれば、同期検知部を備えつつ小型な光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。
本発明の実施例1に係る光走査装置の同期検知時の要部概略図。 本発明の実施例1に係る光走査装置の光走査時の要部概略図。 本発明の実施例2に係る光走査装置の同期検知時の要部概略図。 偏向面の数と同期検知光束の光量との関係を説明するための図。 本発明の実施例3に係る光走査装置の同期検知時の要部概略図。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部概略図。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
なお、以下の説明において、主走査方向とは、偏向器の回転軸(又は揺動軸)と結像光学系の光軸方向とに垂直な方向(被走査面が走査される方向)であり、副走査方向とは、偏向器の回転軸(又は揺動軸)に平行な方向である。また、主走査断面とは、光軸を含み主走査方向に平行な断面(副走査方向に垂直な断面)であり、副走査断面とは、光軸及び副走査方向に平行な断面(主走査方向に垂直な断面)である。
図1及び図2は、本発明の実施形態に係る光走査装置100の主走査断面(XY断面)における要部概略図である。図1は同期検知を行うタイミングでの光走査装置100を示し、図2は被走査面7における軸上像高を走査するタイミングでの光走査装置100を示している。光走査装置100は、第1の偏向面51及び第2の偏向面52を有する偏向器5と、光源1からの光束を反射する反射部材8と、光束を受光して信号を生成する受光部10とを備えている。
図1及び図2に示すように、主走査断面において、光源1は偏向器5に対して+Y側に配置されており、反射部材8及び受光部10は偏向器5に対して−Y側に配置されている。すなわち、光源1と反射部材8及び受光部10とは、主走査断面において偏向器5に対して互いに異なる側に配置されている。また、偏向器5と被走査面7との間には、第1の偏向面51により偏向された光束を被走査面7に導光する結像光学系6が配置されている。
本実施形態に係る偏向器5は、光源1からの光束を第1の偏向面51により偏向して被走査面7を主走査方向(矢印Bの方向)に走査し、かつ反射部材8からの光束を第2の偏向面52により偏向して受光部10に導光している。そして、反射部材8に入射する直前の光束の主走査断面における幅は、第1の偏向面51に入射する直前の光束の主走査断面における幅よりも小さくなっている。この構成により、偏向器5及び結像光学系6を大型化することなく同期検知を行うことができる。このことについて詳細に説明する。
複数の偏向面を有する偏向器5は、矢印Aの方向に回転しながら光源1からの光束を偏向している。よって、図1に示すように、あるタイミングにおいては光源1からの光束の一部が第1の偏向面51に入射せずに、第1の偏向面51の横をすり抜けることになる。第1の偏向面51の横をすり抜けた光束は、偏向器5に対して光源1とは反対側に配置された反射部材8により反射され、第2の偏向面52により受光部10に向けて偏向される。そして、光束を受光した受光部10から出力される信号に基づいて、制御部12により光源1の発光を制御することで、被走査面7を高精度に走査することができる。
このように、本実施形態では、第1の偏向面51の横をすり抜けた光束、すなわち第1の偏向面51に入射する直前の光束よりも幅が小さい光束を、同期検知光束として同期検知に用いている。この構成によれば、同期検知光束に結像光学系6の端部を通過させる必要が無いため、結像光学系6の主走査方向における大型化を抑制することができる。また、この構成では、被走査面7の走査と同期検知とを互いに異なる偏向面を用いて行っているため、上述した特許文献1に記載の構成と比較して各偏向面を小型化することが可能になる。
ここで、主走査断面において、第1の偏向面51に入射する直前の光束の幅をW、偏向器5の内接円の半径をr、結像光学系6の光軸と第1の偏向面51に入射する直前の光束の主光線との成す角度をθとする。また、この主光線と光軸との交点Cから偏向器5の回転軸(回転中心)までの光軸方向(X方向)における距離及び主走査方向における距離を各々X及びYとする。このとき、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
0.030≦(W/2−r+Xsinθ−Ycosθ)/W≦0.25 (1)
条件式(1)は、第1の偏向面51に入射する直前の光束の幅に対する同期検知光束の幅の割合の条件を示している。条件式(1)の下限を下回ると、受光部10に入射する光束の光量が少なくなり過ぎてしまい、高精度な同期検知を行うことが困難になる。また、条件式(1)の上限を上回ると、被走査面7における走査開始位置(書き出し位置)の近傍を走査するための走査光束が第1の偏向面51で蹴られてしまう。言い換えると、走査光束の一部が第1の偏向面51に入射せずに反射部材8の方に向かってしまうため、良好な印字性能を実現することが困難になる。さらに、以下の条件式(1a)を満足することがより好ましい。
0.050≦(W/2−r+Xsinθ−Ycosθ)/W≦0.20 (1a)
また、偏向器5の内接円の半径rの単位を[mm]、偏向器5が有する偏向面の数をNとするとき、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
5.0≦2r×tan(π/N)≦25 (2)
条件式(2)は、主走査断面における各偏向面の大きさの条件を示している。条件式(2)の下限を下回ると、各偏向面が小さくなり過ぎてしまい、被走査面7における走査開始位置及び走査終了位置の近傍を走査する走査光束が第1の偏向面51で蹴られてしまうため、良好な印字性能を実現することが難しくなる。また、条件式(2)の上限を上回ると、各偏向面が大きくなり過ぎてしまい、装置全体の小型化が難しくなる。さらに、以下の条件式(2a)を満足することがより好ましい。
10≦2r×tan(π/N)≦20 (2a)
なお、本実施形態では、同期検知を行うタイミングにおいて、光源1からの光束が入射する偏向面を第1の偏向面51、反射部材8からの光束が入射する偏向面を第2の偏向面52と呼んでいる。すなわち、第1の偏向面51及び第2の偏向面52は、偏向器5が有する複数の偏向面のうち特定の偏向面を指すものではなく、偏向器5の回転に応じて変化する。ここで、第1の偏向面51及び第2の偏向面52は互いに離間していることが望ましい。第1の偏向面51及び第2の偏向面52が互いに隣接している場合、同期検知光束を第2の偏向面52に入射させることが難しくなる。
以上、本実施形態に係る光走査装置100によれば、装置全体を小型化しつつ同期検知を行うことができる。
次に、光走査装置100の実施例について詳細に説明する。表1に、後述する実施例1乃至3における上述した各条件式における各パラメータの値を示す。表1に示すように、何れの実施例に係る光走査装置も各条件式を満足している。
Figure 2019086621
[実施例1]
以下、本発明の実施例1に係る光走査装置100について説明する。本実施例に係る光走査装置100は、上述した実施形態に係る光走査装置100と同等の構成を採っているため、重複する説明を省略する。本実施例に係る光走査装置100は、上述した光源1、偏向器5、及び結像光学系6と、光源1からの光束を第1の偏向面51に導光する入射光学系20と、同期検知を行うための同期検知部30とを備えている。
光源1としては、例えば半導体レーザを用いることができ、その発光点の数は1個でも複数個でもよい。入射光学系20は、二つの集光レンズ(集光光学素子)21,22と、シリンドリカルレンズ3と、開口絞り4とで構成されている。集光レンズ21,22は、光源1からの光束の集光状態(収束度)を変換するためのものであり、何れも主走査断面と副走査断面とで同じパワーを有する球面レンズである。具体的に、集光レンズ21,22は、光源1から出射した発散光束を、主走査断面及び副走査断面において平行光束に変換している。なお、集光レンズ21,22を一つの光学素子で構成してもよい。
シリンドリカルレンズ3は、副走査断面においてのみパワーを有するレンズであり、集光レンズ22を通過した光束を副走査断面において集光し、偏向器5の第1の偏向面51又はその近傍に主走査方向に長い線像を形成している。なお、集光レンズ21,22及びシリンドリカルレンズ3を一体化して一つの光学素子で構成してもよい。開口絞り4は、シリンドリカルレンズ3からの光束を規制して成形するためのものであり、例えば矩形や楕円形状の開口が設けられたものを採用することができる。
偏向器5は、不図示の駆動部(モータ等)により図中の矢印Aの方向に一定速度(等角速度)で回転させられ、第1の偏向面51にて入射光学系20からの光束を偏向することで、結像光学系6を介して被走査面7における有効領域を主走査方向に走査する。本実施例では、偏向器5として五つの偏向面を有する回転多面鏡(ポリゴンミラー)を採用しているが、偏向面の数はこれに限られるものではない。また、回転多面鏡の代わりに、二つの偏向面が揺動軸まわりに揺動する揺動ミラーを採用してもよい。
本実施例に係る結像光学系6は、偏向器5の側から順に配置された第1の結像光学素子61及び第2の結像光学素子62で構成されている。結像光学系6は、偏向器5にて偏向された光束を被走査面7に導光及び集光し、主走査断面及び副走査断面の両方において、被走査面7又はその近傍に光源1の像(スポット像)を形成している。このスポット像は、結像光学系6のfθ特性によって被走査面7の上を等速で移動する。また、結像光学系6は、第1の偏向面51又はその近傍と被走査面7又はその近傍とを副走査断面において共役関係にすることより、第1の偏向面51が傾いた際の被走査面7での走査位置ずれの低減(面倒れ補償)を行っている。
なお、必要に応じて、結像光学系6を単一の結像光学素子で構成したり三つ以上の結像光学素子で構成したりしてもよい。また、必要に応じて、結像光学系6を通過した光束が被走査面7において等速性を満たさないように、すなわち結像光学系6がfθ特性を持たないように構成してもよい。この場合、被走査面7における軸上像高と軸外像高とで光束の走査速度が異なるため、光源1の発光(発光タイミングや発光時間)を制御することで、被走査面7における走査位置及び走査時間を電気的に補正することが望ましい。
本実施例に係る同期検知部30は、上述した反射部材8及び受光部10と、第2の偏向面52により偏向された光束を受光部10の受光面に集光する光学素子9(同期検知レンズ)とで構成されている。反射部材8としては、例えばミラーやプリズムなどを採用することができる。受光部10としては、例えばCCDセンサやCMOSセンサなどの固体撮像素子(光電変換素子)を採用することができる。なお、必要に応じて、光学素子9を反射部材8と第2の偏向面52との間に配置してもよく、その際に反射部材8及び光学素子9を一体化して一つの光学素子で構成してもよい。
受光部10は、第2の偏向面52によって偏向された光束を受光して、被走査面7での主走査方向における書き出し位置を決定するための同期信号を生成する。そして、制御部(ドライバ)12がこの同期信号に基づいて被走査面7での主走査方向における書き出し位置を決定し、光源1の発光タイミングを制御する。これにより、光走査装置100が繰り返し走査を行う場合にも、書き出し位置の再現性が保たれるため、高精度な光走査が可能になる。本実施例では、被走査面7を1回走査する度に同期検知及び書き出しタイミングを決める動作を繰り返し行う。
なお、本実施例に係る偏向器5は五つの偏向面を有している。このため、図1に示すように、同期検知を行うタイミングにおいて第1の偏向面51に入射した光束は、光源1と結像光学系6との間の空間に向かって偏向される。この光束が他の部材によって反射されて被走査面7の有効領域に到達することで、画像形成装置により形成される画像の画質が低下してしまう可能性がある。そこで、第1の偏向面51により偏向された光束を遮光する遮光部材を配置することが望ましい。本実施例では、開口絞り4の一部を遮光部材として用いることで、光走査装置100を構成する部材の数の増加を抑制している。
表1に示したように、本実施例に係る光走査装置100は上述した各条件式を満足している。そして、本実施例において、反射部材8に入射する直前の光束の主走査断面における幅(0.36mm)は、第1の偏向面51に入射する直前の光束の主走査断面における幅(6.84mm)よりも小さくなっている。
[実施例2]
以下、本発明の実施例2に係る光走査装置100について説明する。本実施例に係る光走査装置100において、上述した実施例1に係る光走査装置100と同等の構成については説明を省略する。
図3は、同期検知を行うタイミングでの、本実施例に係る光走査装置100の主走査断面における要部拡大図である。表1に示したように、本実施例に係る光走査装置100は上述した各条件式を満足している。ただし、実施例1に係る光走査装置100とは異なり、本実施例に係る光走査装置100は、四つの偏向面を有する偏向器5と、同期検知光束を主走査断面において規制する規制部材11とを備えている。
図4は、偏向器5が有する偏向面の数と同期検知光束の幅(光量)との関係を説明するための図である。図4(a)は上述した実施例1のように偏向器5が五つの偏向面を有する場合を示し、図4(b)は本実施例のように偏向器5が四つの偏向面を有する場合を示している。なお、図4(a)及び図4(b)では、偏向器5が実線で示す位置まで回転したときに同期検知光束の光量が最大となり、偏向器5が点線で示す位置まで回転したときに同期検知光束の光量が最小(ゼロ)になるものとする。
図4に示すように、同じ幅の光束が第1の偏向面51に向かう場合であっても、偏向面が五つであるときよりも偏向面が四つであるときの方が、同期検知光束の最大幅が大きくなる。そのため、偏向器5の回転による同期検知光束の光量の変化は、偏向面が五つであるときよりも偏向面が四つであるときの方が大きくなる。よって、本実施例に係る光走査装置100では、実施例1に係る光走査装置100と比較して、偏向器5の回転による同期検知光束の光量の変化が大きいため、同期検知を高精度に行うことが難しくなる。
そこで、本実施例では、図3に示したように第2の偏向面52と受光部との間に規制部材11を配置することで、上述したような同期検知光束の光量変化を低減している。なお、規制部材11の位置は、主走査断面において同期検知光束を規制することができる位置であればこれに限られるものではない。すなわち、規制部材11は、主走査断面内での第1の偏向面51に対する光源1とは反対側(受光部10の側)において光束を規制することができる位置に配置されていればよい。
また、図3に示すように、偏向面の数が四つである場合、同期検知を行うタイミングにおいて光源1からの光束が主走査断面内で第1の偏向面51に正対する(垂直になる)。そのため、第1の偏向面51により反射された光束が光源1の発光面に戻ることで、光源1の動作が不安定になってしまう可能性がある。そこで、本実施例では、光源1からの光束を副走査断面において第1の偏向面51に斜入射させることで、第1の偏向面51からの光束が光源1に戻ることを回避している。
[実施例3]
以下、本発明の実施例3に係る光走査装置100について説明する。本実施例に係る光走査装置100において、上述した実施例2に係る光走査装置100と同等の構成については説明を省略する。
図5は、同期検知を行うタイミングでの、本実施例に係る光走査装置100の主走査断面における要部拡大図である。本実施例に係る光走査装置100において、実施例2に係る光走査装置100と異なる点は、主走査断面における入射光学系20及び同期検知部30の各光学部材の配置と、主走査断面における開口絞り4の開口の大きさである。図5に示すように、主走査断面において、光源1からの光束は結像光学系6の光軸に対して略垂直な方向から偏向器5に入射している。表1に示したように、本実施例に係る光走査装置100は上述した各条件式を満足している。
[画像形成装置]
図6は、本発明の実施形態に係る画像形成装置600の要部概略図(ZX断面図)である。画像形成装置600は、光走査ユニット500により並行して四つの感光ドラム(感光体)の感光面(被走査面)に画像情報を記録する、タンデムタイプのカラー画像形成装置である。
画像形成装置600は、プリンタコントローラ530と、光走査ユニット500と、像担持体としての感光ドラム210,220,230,240と、現像器310,320,330,340と、搬送ベルト510と、定着器540とを備えている。光走査ユニット500としては、上述した何れかの実施例に係る光走査装置を四つ備える構成を採用することができる。このとき、光走査ユニット500は、副走査方向が感光ドラム210〜240の夫々の回転方向であるZ方向に一致するように配置される。
図6に示すように、パーソナルコンピュータ等の外部機器520からは、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が出力される。各色信号は、プリンタコントローラ530によってY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各画像データ(ドットデータ)に変換され、光走査ユニット500に入力される。なお、プリンタコントローラ530は、前述した信号の変換だけでなく、後述するモータなどの画像形成装置600における各部の制御を行う。
光走査ユニット500は、各画像データに応じて変調された光束410,420,430,440の夫々によって、感光ドラム210〜240の各感光面を主走査方向(Y方向)に走査する。感光ドラム210〜240の夫々は、不図示のモータによって時計回りに回転させられ、この回転に伴って各感光面が光束410〜440に対して副走査方向(Z方向)に移動する。光束410〜440の夫々により、不図示の帯電ローラにより帯電させられた各感光面が露光されることで、各感光面上に静電潜像が形成される。
その後、感光ドラム210〜240の各感光面上に形成された各色の静電潜像は、現像器310〜340の夫々によって各色のトナー像として現像される。そして、各色のトナー像は、不図示の転写器によって、搬送ベルト510により搬送されてきた被転写材に多重転写された後、定着器540によって定着させられる。以上の工程により、1枚のフルカラー画像が形成される。
なお、光走査ユニット500としては、四つの光走査装置で偏向器を共有し、一つの偏向器により四つの被走査面を同時に走査する構成を採用してもよい。また、例えばCCDセンサやCMOSセンサ等のラインセンサを備えたカラー画像読取装置を、外部機器520として画像形成装置600に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。
[変形例]
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
上述した実施形態に係る光走査装置100では、受光部10から出力される信号に基づいて光源1の発光タイミングの制御を行っているが、例えばこの信号に基づいて光源1の発光時間や発光光量の制御などを行ってもよい。
また、上述した実施形態では、被走査面7での主走査方向における書き出し位置を決定する制御部12が光走査装置100の内部に搭載されているが、必要に応じて光走査装置100の外部に制御部12を搭載してもよい。この場合、上述した画像形成装置600の内部に制御部12を搭載すればよく、例えばプリンタコントローラ530を制御部12として用いてもよい。
1 光源
5 偏向器
7 被走査面
8 反射部材
10 受光部
51 第1の偏向面
52 第2の偏向面
100 光走査装置

Claims (13)

  1. 第1及び第2の偏向面を有する偏向器と、
    光源からの光束を反射する反射部材と、
    光束を受光して信号を生成する受光部とを備え、
    前記偏向器は、前記光源からの光束を前記第1の偏向面により偏向して被走査面を主走査方向に走査し、かつ前記反射部材からの光束を前記第2の偏向面により偏向して前記受光部に導光しており、
    前記反射部材に入射する直前の光束の主走査断面における幅は、前記第1の偏向面に入射する直前の光束の主走査断面における幅よりも小さいことを特徴とする光走査装置。
  2. 主走査断面において、前記第1の偏向面に入射する直前の光束の幅をW、前記偏向器の内接円の半径をr、前記第1の偏向面により偏向された光束を前記被走査面に導光する結像光学系の光軸と前記第1の偏向面に入射する直前の光束の主光線との成す角度をθ、前記光軸と前記主光線との交点から前記偏向器の回転軸までの前記光軸の方向における距離及び主走査方向における距離を各々X及びYとするとき、
    0.030≦(W/2−r+Xsinθ−Ycosθ)/W≦0.25
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記偏向器の内接円の半径をr[mm]、前記偏向器が有する偏向面の数をNとするとき、
    5.0≦2r×tan(π/N)≦25
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
  4. 前記光源からの光束は、副走査断面において前記第1の偏向面に斜入射することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の光走査装置。
  5. 主走査断面内での前記第1の偏向面に対する前記光源とは反対側において、前記光源からの光束を規制する規制部材を備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の光走査装置。
  6. 前記第1の偏向面により偏向された光束を遮光する遮光部材を備えることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の光走査装置。
  7. 前記遮光部材は、前記光源と前記第1の偏向面との間に配置される開口絞りであることを特徴とする請求項6に記載の光走査装置。
  8. 主走査断面において、前記光源と前記反射部材及び前記受光部とは、前記偏向器に対して互いに異なる側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の光走査装置。
  9. 前記信号に基づいて前記光源の発光を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の光走査装置。
  10. 前記第1及び第2の偏向面は、互いに離間していることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の光走査装置。
  11. 請求項1乃至10の何れか一項に記載の光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器とを備えることを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項1乃至10の何れか一項に記載の光走査装置と、外部機器から出力された信号を画像データに変換して前記光走査装置に入力するプリンタコントローラとを備えることを特徴とする画像形成装置。
  13. 前記信号に基づいて前記光源の発光を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項11又は12に記載の画像形成装置。
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