JP2861440B2

JP2861440B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP2861440B2
Application number: JP3047979A
Authority: JP
Inventors: 陽治伯耆; 精久柳田; 卓三池山; 稔高野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH04283718A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式を採用す
る例えばプリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成
装置に用いられる露光装置に関する。

【０００２】近年、電子写真方式を採用して高品質の画
像が得られるようにしたプリンタ、ファクシミリ、複写
機等の画像形成装置が開発され、実用に供されている。
かかる画像形成装置においては、印刷すべき画像に対応
した潜像を感光体上に形成するために、例えばレーザ光
等の光を該感光体に照射して走査を行なう露光装置が用
いられている。

【０００３】かかる露光装置では、光の収束や偏向のた
めにレンズ、ミラー等の多数の光学素子から構成される
光学系が用いられている。したがって、露光装置自体の
構造が複雑且つ大型化するとともに、高価なものとなっ
ていた。そこで、簡単な構造で小型化が可能であり、且
つ安価な露光装置が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】従来の画像形成装置においては、像担持
体としての感光体上に潜像を形成するために、露光装置
が用いられている。

【０００５】かかる露光装置は、記録すべき情報に応じ
た光を発生するための、例えば半導体レーザ、該半導体
レーザから出射される発散ビームのビーム径を絞るとと
もに平行光に変換するコリメートレンズ、該コリメート
レンズでビーム径が絞られ平行光に変換されたレーザビ
ームの収差を補正するためのシリンドリカルレンズ、該
シリンドリカルレンズにより補正されたレーザビームを
偏向するための回転多面鏡（ポリゴンミラー）又は揺動
する一面鏡、これら鏡で偏向されたレーザビームの走査
速度を補正して感光体上に結像させるためのｆθレンズ
又はarcsinθレンズ等によって構成されている。

【０００６】かかる露光装置においては、例えばホスト
装置から送られてきた、印刷すべき画像に対応した記録
情報に所定の変調がかけられて半導体レーザに供給され
る。これにより、半導体レーザが記録情報に応じた点
滅、つまり発光が行われる。

【０００７】この半導体レーザから出射されるレーザビ
ームは、一般に、発散性ビームである。この発散性ビー
ムはコリメートレンズで平行光に変換される。また、こ
のコリメートレンズでは、光束が所定のビーム径になる
ように絞られる。

【０００８】このコリメートレンズを通過したレーザビ
ームのビーム径は楕円形であるが、シリンドリカルレン
ズを通過することによりその収差が補正されて略真円に
変換され、回転多面鏡又は一面鏡に入射される。この
際、回転多面鏡は一定速度で回転し、一面鏡は一定速度
で揺動している。したがって、これら回転多面鏡又は一
面鏡で反射されたレーザビームは、等角速度で偏向され
る。したがって、このままでは感光体上では等速度走査
とはならず、感光体の中央付近では低速、両端付近では
高速走査が行われることになる。

【０００９】そこで、回転多面鏡又は一面鏡で反射され
たレーザビームは、ｆθレンズ又はarcsinθレンズを通
過することにより感光体上で等速度走査になるように変
換され、該感光体上に結像される。そして、点滅するレ
ーザビームにより感光体が等速度で走査され、一様帯電
された感光体表面が記録情報に応じて除電され、潜像が
形成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の露光
装置では、上述のように、多くの光学素子を必要とする
ので装置の小型化、低価格化が阻まれていた。

【００１１】そこで、ガルバノ方式を採用する露光装置
において、ミラー部に曲面ミラーを用い、該ミラーに集
光の機能等を持たせることにより、シリンドリカルレン
ズ等の補正用のレンズを不要にした曲面ガルバノミラー
・スキャナが、本発明者等により考えられている。この
曲面ガルバノミラー・スキャナを適用した露光装置によ
れば、削除されたレンズ等の光学素子の分だけ装置を小
型化でき、大幅な価格の低減ができるという利点を有す
る。

【００１２】しかしながら、上記曲面ガルバノミラー・
スキャナにおいて、半導体レーザからの発散性のレーザ
光を上記曲面ミラーで反射して感光体上に結像させよう
とする場合に、半導体レーザの拡がり角がばらつくと、
感光体上でのビーム径もばらつき、ひいては鮮明な潜像
を形成できないという問題が残っていた。

【００１３】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、半導体レーザの拡がり角がばらついても感光体上
でのビーム径はばらつかず、鮮明な潜像を形成できる露
光装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の露光装置は、図
１に原理的に示すように、固定位置から発散性の走査光
を発生する光源１０と、該光源１０が発生する走査光の
最小拡がり角θ_minの範囲内に開口面を有するように配
置され、その焦点又はその近傍所定範囲を通る軸を中心
に主走査方向に回転又は揺動される回転楕円面ミラー１
１とを具備し、該回転楕円面ミラー１１は、前記光源１
０から発生される走査光を入射し、その回転又は揺動に
より偏向された潜像形成光で感光体１２上の走査を行う
ことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は、例えば半導体レーザ等の発散性を有
する光源１０からの走査光を受光する回転楕円面ミラー
１１の開口面が、上記光源１０の最小拡がり角θ_minの
範囲内に位置するように配設し、該回転楕円面ミラー１
１は、その焦点又はその近傍所定範囲を通る軸を中心に
主走査方向に回転又は揺動して走査光を偏向し、該回転
楕円面ミラー１１で偏向された光を潜像形成光として感
光体１２上を走査する。

【００１６】このように、回転楕円面ミラー１１の開口
面を、上記光源１０の最小拡がり角θ_minの範囲内に位
置せしめたので、その開口面の全面が常時光源１０から
の走査光を受光して潜像形成光として反射される。した
がって、光源１０の拡がり角がばらついても感光体１２
上でのビーム径はばらつかず、鮮明な潜像を形成できる
ものとなっている。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１８】図２は、本発明の露光装置の一実施例の要
部の構成を、簡略化して示した図である。

【００１９】図において、１０は光源としての半導体レ
ーザであり、形成すべき画像に応じて点滅するレーザ光
（走査光）を発生するものである。この半導体レーザ１
０が発生する光は発散性を有し、その発散方向に応じて
拡がり角が異なるのが一般的である。

【００２０】１２は感光体としての感光体ドラムであ
る。この感光体ドラム１２は、例えば図示矢印Ａ方向
（以下、「副走査方向」という）に回転されながら形成
された静電潜像を担持するものである。即ち、図示しな
い帯電器により一様に帯電され、副走査方向に移動する
感光体ドラム１２の表面が、生成すべき画像に応じて点
滅する潜像形成光により図示矢印ＢＣ方向（以下、「主
走査方向」という）に走査され、光照射された部分が除
電されて静電潜像が形成される。

【００２１】なお、この感光体ドラム１２に形成された
静電潜像は、トナーが付着されることにより現像されて
トナー像が形成され、該トナー像が用紙に転写されて定
着されることにより、用紙上に画像が形成されることに
なる。

【００２２】１１は回転楕円面ミラーである。回転楕円
面ミラー１１は、２つの焦点で形成される楕円を、該２
つの焦点を通る軸を中心に回転させた際に形成される回
転楕円面の一部を切り取って構成されるものである。

【００２３】この回転楕円面ミラー１１は、樹脂或いは
硝子等でモールド成形され、反射面となる凹面に高反射
率を有する金属材料等を蒸着して作成される。

【００２４】このようにして作成された回転楕円面ミラ
ー１１は、該回転楕円面ミラー１１の第１の焦点に上記
光源としての半導体レーザ１０が位置し、第２の焦点に
感光体ドラム１２の表面の結像点が位置するように配設
される。

【００２５】１３は駆動モータである。この駆動モータ
１３の軸１４には、上記回転楕円面ミラー１１が固着さ
れる構成となっている。上記駆動モータ１３は、図示矢
印Ｄ又はＥの一方向のみに回転されるか、または、図示
矢印Ｄ及びＥの方向に交互に所定角度をもって回転（揺
動）するように制御される。

【００２６】図３は、図２における回転楕円面ミラー１
１の２つの焦点を通る面（図２のＳで示す）で切断した
断面図である。光源としての半導体レーザ１０は、第１
の焦点（発光点）に置かれ、この発光点から発せられた
光は回転楕円面ミラー１１で反射され、感光体ドラム１
２の表面にある第２の焦点（結像点）１５に収束され
る。なお、１６は回転楕円面ミラー１１の回転軸であ
る。

【００２７】この回転楕円面ミラー１１の楕円形状は、
次式で表すことができる。

【００２８】ここで、ａは楕円の長径であり、ｂは楕円の短径であ
る。このように構成される露光装置は次のように動作す
る。

【００２９】即ち、形成すべき画像に応じた信号が半導
体レーザ１０に供給されると、該半導体レーザ１０は、
該信号に応じて発光する。第１の焦点に置かれた半導体
レーザ１０から発生された光線は走査光として回転楕円
面ミラー１１に照射される。そして、この回転楕円面ミ
ラー１１で反射された光線は潜像形成光として、楕円面
鏡の性質から、第２の焦点に到達される。

【００３０】ここに、半導体レーザ１０から発せられる
光は発散光束であるところ、第１の焦点から発せられた
全ての光線は、第２の焦点を通ることから、第２の焦点
に集束される。これにより、予め設定された集光ビーム
径で感光体ドラム１２上に結像し、感光体ドラム１２上
の該当部分を除電する。

【００３１】かかる動作を、駆動モータ１３の駆動によ
って回転又は揺動される回転楕円面ミラー１１により、
感光体ドラム１２上での結像位置を主走査方向に移動し
ながら繰り返し実行する。１ライン分の主走査が完了し
たら、回転により１走査ラインピッチ分だけ副走査方向
に移動された感光体ドラム１２に対して、上記と同様の
動作が行われる。このような動作を、例えば１ページ分
繰り返し実行し、感光体ドラム１２の表面上に１ページ
分の静電潜像が得られる。

【００３２】かかる構成の露光装置によれば、半導体レ
ーザ１０から発生された発散性を有するビームを平行光
に変換する光学系等が不要となり、露光装置の構成が簡
単になるという利点がある。

【００３３】次に、上記回転楕円面ミラー１１の大きさ
及び配設位置について説明する。

【００３４】この実施例では、図４に示すように、回転
楕円面ミラー１１は、半導体レーザ１０の拡がり角θの
範囲内に完全に内包される位置に配設される。

【００３５】ここで、回転楕円面ミラー１１が有すべき
開口の寸法（入射ビーム径）ｄ_iと感光体ドラム１２上
の集光ビーム径ｄ_oとの関係は下記式による。

【００３６】ｄ^m _i＝（ｋ・ｆ・λ）／ｄ^m _o…(4) 式ｄ^s _i＝（ｋ・ｆ・λ）／ｄ^s _o…(5) 式ここで、各パラメータは以下の通りであり、図５に示す
ように定義される。すなわち、同図（ａ）は側面図であ
り、同図（ｂ）は図中上方から下方に向かって開口面を
垂直に投影した図、同図（ｃ）は結像される集光ビーム
形状をビームの照射方向から見て、更に拡大して示す図
である。

【００３７】ｄ^m _i：主走査方向の入射ビーム径（１／ｅ²の値）ｄ^m _o：主走査方向の集光ビーム径（１／ｅ²の値）ｄ^s _i：副走査方向の入射ビーム径（１／ｅ²の値）ｄ^s _o：副走査方向の集光ビーム径（１／ｅ²の値）ｆ：結像距離 λ：波長ｋ：係数但し、ｋ＝（４／π）〜２．５であり、通常は１．６〜
１．８程度である。収差がなければ４／πであり、収差
に応じて２．５程度まで大きくなる。

【００３８】なお、上記(4) 式、(5) 式は、半導体レー
ザ１０の発光方向に対して回転楕円面ミラー１１を垂直
に配設した場合の関係式であり、回転楕円面ミラー１１
を傾けて使用する場合は、入射ビーム径ｄ_iは、それに
見合う入射角に対応する寸法に換算して求められる。

【００３９】また、光源（半導体レーザ１１）と回転楕
円面ミラー１１との距離ｆ_cは、下式の範囲で決定され
る。

【００４０】主走査方向の距離ｆ_cの最小値ｆ_c ^m _min
はｆ_c ^m _min＝ｄ^m _i／｛２ｓｉｎ（θ^m _max／２）｝…(6) 式主走査方向の距離ｆ_cの最大値ｆ_c ^m _maxはｆ_c ^m _max＝ｄ^m _i／｛２ｓｉｎ（θ^m _min／２）｝…(7) 式副走査方向の距離ｆ_cの最小値ｆ_c ^s _minはｆ_c ^s _min＝ｄ^s _i／｛２ｓｉｎ（θ^s _max／２）｝…(8) 式副走査方向の距離ｆ_cの最大値ｆ_c ^s _maxはｆ_c ^s _max＝ｄ^s _i／｛２ｓｉｎ（θ^s _min／２）｝…(9) 式ここで、各パラメータは下記の通りであり、図６に示す
ように定義される。同図（ａ）は主走査方向、同図
（ｂ）は副走査方向の拡がり角を示している。

【００４１】ｄ^m _i、ｄ^m _o、ｄ^s _i、ｄ^s _oについて
は上記と同じ θ^m _max：主走査方向の拡がり角の最大値（１／ｅ²の値） θ^m _min：主走査方向の拡がり角の最小値（１／ｅ²の値） θ^s _max：副走査方向の拡がり角の最大値（１／ｅ²の値） θ^s _min：副走査方向の拡がり角の最小値（１／ｅ²の値）上記パラメータのうち、ｄ^m _o、ｄ^s _o、ｋ、ｆ、λ
は、当該装置の仕様等から一意的に決められるものであ
る。

【００４２】したがって、(4) 式、(5) 式より、
ｄ^m _i、ｄ^s _iが決まる。つまり、回転楕円面ミラー１
１の開口寸法が決定される。

【００４３】また、光源（半導体レーザ１１）とミラー
（回転楕円面ミラー１１）との距離ｆ_cは、θ^m _max、
θ^m _min、θ^s _max、θ^s _minは半導体レーザ１０の特
性により一意的に決まるので、上記ｄ^m _i、ｄ^s _iが決
まることにより、(6) 式〜(9) 式により算出される。

【００４４】したがって、回転楕円面ミラー１１の全面
を開口として用いる場合、主走査方向のミラーサイズを
Ｍ^m、副走査方向のミラーサイズをＭ^sとすると、それ
ぞれ下記(1) 式及び(2) 式の範囲で定めると良い。

【００４５】 2f_c ^m _min・ sin(θ^m _min/2) ≦Ｍ^m≦2f_c ^m _max・ sin(θ^m _max/2) …(1) 式 2f_c ^s _min・ sin(θ^s _min/2) ≦Ｍ^s≦2f_c ^s _max・ sin(θ^s _max/2) …(2) 式この場合、Ｍ^m＝ｄ^m _i、Ｍ^s＝ｄ^s _iとすると、半導
体レーザ１０が発生する光を最も効率良く受光すること
がでることになる。

【００４６】図４に示した実施例は、このようにして算
出されたサイズの回転楕円面ミラー１１を用いて露光装
置の走査部を構成した場合を示しており、同図（ａ）は
斜視図、同図（ｂ）は半導体レーザ１０の上方からみた
投影図である。

【００４７】かかる構成とすることにより、半導体レー
ザ１０が発生する光の拡がり角がばらついても、回転楕
円面ミラー１１は常時該拡がり角の範囲内に存在するこ
とになるので感光体ドラム１２上でのビーム径はばらず
かず、結像位置では一定の径の集光ビームを得ることが
できる。これにより、潜像形成特性が一定となり、鮮明
な潜像を得ることができるものとなっている。

【００４８】また、半導体レーザ１０の拡がり角の特性
は、主走査方向と副走査方向とが大きく異なる場合があ
る。この場合、図７に示すように、該拡がり角の特性に
応じて回転楕円面ミラー１１のサイズを変更することが
できる。

【００４９】上述した実施例では、回転楕円面ミラー１
１の開口面が全て半導体レーザ１０が発生する光の拡が
り角の中に存在する。したがって、回転楕円面ミラー１
１の周辺部に欠けやダレ等があると、反射方向や反射光
量が一定とならず結像位置にて集光ビーム径がばらつい
たり、光量むらが生じたりするので明瞭な結像を得るこ
とができないという欠点がある。

【００５０】そこで、かかる問題を解消するために、図
８に示すように、上記ミラーサイズＭ^m、Ｍ^sに相当す
る穴２１を設けたマスク２０を、半導体レーザ１０と回
転楕円面ミラー１１との間に設ける。そして、上記穴２
１を通過した光は全て回転楕円面ミラー１１に受光され
るように配置する。これにより、回転楕円面ミラー１１
の周辺部には光が照射されず、且つ、該回転楕円面ミラ
ー１１で受光する入射ビーム径は常時一定である。した
がって、結像位置における集光ビーム径も常時一定とな
りばらつきは生じない。これにより、感光体ドラム１２
上で明瞭な結像を得ることができ、上記実施例の欠点は
解消される。

【００５１】上記マスク２０の取り付け位置を具体的に
例示すれば、図９に示すように、回転楕円面ミラー１１
に直接取り付けことが考えられる。

【００５２】また、図１０に示すように、半導体レーザ
１０に取り付けるように構成しても良い。この構成によ
れば、図９に示す例に比べて駆動モータ１３の付加を軽
減することができるという効果がある。

【００５３】また、上記マスク２０は半導体レーザ１０
又は回転楕円面ミラー１１に取り付けるのではなく、図
１１に示すように、これらとは独立に移動可能に構成し
ても良い。かかる構成とすることにより、穴２１を通過
する光量を調整することができ、より汎用的に使用でき
るという効果がある。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば半
導体レーザの拡がり角がばらついても感光体上でのビー
ム径はばらつかず、鮮明な潜像を形成できる露光装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図３】本発明の実施例の回転楕円面ミラーの配置位置
を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例の半導体レーザの発散光の拡が
り角と回転楕円面ミラーとの位置関係を説明するための
図である。

【図５】本発明の実施例の入射ビーム径と集光ビーム径
との関係を説明するための図である。

【図６】本発明の実施例の拡がり角θと光源−ミラー間
距離ｆ_cとの関係を説明するための図である。

【図７】本発明の実施例の主走査方向の拡がり角が大き
い場合の回転楕円面ミラーの形状と配設位置を説明する
ための図である。

【図８】本発明の他の実施例の構成を示す図である。

【図９】図８において、マスクを回転楕円面ミラーに取
り付けた例を示す図である。

【図１０】図８において、マスクを半導体レーザに取り
付けた例を示す図である。

【図１１】図８において、マスクを独自で移動可能に取
り付けた例を示す図である。

【符号の説明】

１０光源（半導体レーザ）１１回転楕円面ミラー１２感光体（感光体ドラム）２０マスク手段（マスク）２１穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高野稔神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定位置から発散性の走査光を発生する
光源(10)と、該光源(10)が発生する走査光の最小拡がり
角θ_minの範囲内に開口面を有するように配置され、そ
の焦点又はその近傍所定範囲を通る軸を中心に主走査方
向に回転又は揺動される回転楕円面ミラー(11)とを具備
し、該回転楕円面ミラー(11)は、前記光源(10)から発生
される走査光を反射し、その回転又は揺動により偏向さ
れた潜像形成光で感光体(12)上の走査を行うことを特徴
とする露光装置。
【請求項２】前記光源(10)は半導体レーザであること
を特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】前記回転楕円面ミラー(11)の開口寸法
は、前記光源(10)の拡がり角に応じて、主走査方向と該
主走査方向に直交する副走査方向の寸法が決定されるこ
とを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項４】前記回転楕円面ミラー(11)の主走査方向
の開口寸法Ｍ^m及び副走査方向の開口寸法Ｍ^sは、下記
(1) 式、(2) 式の範囲であることを特徴とする請求項１
又は２に記載の露光装置。 2f_c ^m _min・ sin(θ^m _min/2) ≦Ｍ^m≦2f_c ^m _max・ sin(θ^m _max/2) …(1) 式 2f_c ^s _min・ sin(θ^s _min/2) ≦Ｍ^s≦2f_c ^s _max・ sin(θ^s _max/2) …(2) 式ここで、θ^m _minは主走査方向の拡がり角の最小値、θ
^m _maxは主走査方向の拡がり角の最大値、θ^s _minは副
走査方向の拡がり角の最小値、θ^s _maxは副走査方向の
拡がり角の最大値、ｆ_c ^m _minは拡がり角がθ^m _maxの
時の光源(10)と回転楕円面ミラー(11)との距離、ｆ_c ^m
_maxは拡がり角がθ^m _minの時の光源(10)と回転楕円面
ミラー(11)との距離、ｆ_c ^s _minは拡がり角がθ^s _max
の時の光源(10)と回転楕円面ミラー(11)との距離、ｆ_c
^s _maxは拡がり角がθ^s _minの時の光源(10)と回転楕円
面ミラー(11)との距離、である。
【請求項５】前記回転楕円面ミラー(11)の主走査方向
の開口寸法Ｍ^mは主走査方向の入射ビーム径ｄ^m _iであ
り、副走査方向の開口寸法Ｍ^sは、副走査方向の入射ビ
ーム径ｄ^s _iであることを特徴とする請求項１又は２記
載の露光装置。
【請求項６】固定位置から発散性の走査光を発生する
光源(10)と、該光源(10)が発生する走査光の最小拡がり
角θ_minの範囲内に該走査光の通過穴(21)を有するよう
に配置されたマスク手段(20)と、該マスク手段(20)の穴
(21)を通過した全走査光を受光するように開口面が配置
され、その焦点又はその近傍所定範囲を通る軸を中心に
主走査方向に回転又は揺動される回転楕円面ミラー(11)
とを具備し、該回転楕円面ミラー(11)は、前記光源(10)
から発生され、前記マスク手段(20)の穴(21)を通過した
走査光を入射し、その回転又は揺動により偏向された潜
像形成光で感光体(12)上の走査を行うことを特徴とする
露光装置。
【請求項７】前記マスク手段(20)は、前記回転楕円面
ミラー(11)に固定されていることを特徴とする請求項６
記載の露光装置。
【請求項８】前記マスク手段(20)は、前記光源(10)に
固定されていることを特徴とする請求項６記載の露光装
置。
【請求項９】前記マスク手段(20)は、前記光源(10)又
は前記回転楕円面ミラー(11)とは独立に移動可能に配設
されていることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
【請求項１０】前記回転楕円面ミラー(11)は、モール
ド成形により製造されることを特徴とする請求項１から
９に記載の露光装置。