JP2861443B2

JP2861443B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP2861443B2
Application number: JP5507991A
Authority: JP
Inventors: 陽治伯耆; 精久柳田; 卓三池山; 稔高野; 岳男小島
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH04291219A

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。

【０００３】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、一
様帯電された該感光体に、例えばレーザ光等の光を照射
して走査を行なう露光装置が用いられている。

【０００４】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成る光学系
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。

【０００５】

【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。

【０００６】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光源として、例えば半導体レーザ
が用いられ、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、これら回転多面鏡
又は一面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arcsin
θレンズ等によって構成されている。

【０００７】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
情報に所定の変調をかけて半導体レーザに供給し、これ
により、半導体レーザは記録情報に応じて発光する。

【０００８】この半導体レーザから出射されたレーザビ
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。

【０００９】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、また、一面鏡の場
合は所定速度で揺動している。

【００１０】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こと
になり、このままでは感光体上で等速度走査とはなら
ず、感光体の中央付近では低速走査、両端付近では高速
走査が行われることになる。

【００１１】そこで、回転多面鏡又は一面鏡で反射され
たレーザビームを、ｆθレンズ又はarcsinθレンズを通
過させることにより感光体上で等速度走査になるように
変換し、その変換光を感光体上に結像させる。これによ
り、点滅するレーザビームで感光体が等速度走査され、
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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、ｆθレン
ズ又はarcsinθレンズを用いて等角速度走査を等速度走
査に変換する従来の露光装置は、光学系が複雑且つ大き
くなり、上述した小型化、低価格化等の要請に応え得る
ものではない。

【００１３】そこで、等角速度で回転又は揺動する回転
多面鏡又は一面鏡から反射された光を感光体上で等速度
走査に変換する手段として、制御回路により半導体レー
ザの発光間隔と発光デューティを制御し、感光体上で実
質的に等速度走査になるようにしたものが本発明者等に
より考えられている。つまり、感光体の中央付近では高
速走査となるので発光間隔が短く、両端付近では低速走
査となるので発光間隔が長くなるように制御し、感光体
上で実質的に等速度走査になるようにしたものである。

【００１４】しかしながら、該技術では、走査効率ηが
良好となるように走査係数ｆを選んでいるので、走査速
度の変動に伴い発光デューティが変動し、書込み効率α
が劣化するという問題があった。

【００１５】即ち、走査効率ηが大きくなるように印字
に用いる画角を広くとると、走査速度変動が大きくな
る。そこで、感光体上での書込み標本化周期を実質的に
一定とするために、感光体上の走査位置に応じて書込み
クロックの周波数を変化させると、感光体中央付近の走
査速度が早い部分では、平均速度に比べ非常に速いクロ
ックが必要となり、この部分の露光時間が短くなる。そ
のため、短い露光時間で所定のエネルギーを付与して感
光体表面を除電するには大容量の光源（半導体レーザ
等）が必要になるという問題があった。

【００１６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、制御回路により半導体レーザの発光間隔と発光デ
ューティを制御し、感光体上で実質的に等速度走査にな
るようにして小型化、低価格化の要請に応えつつ、露光
時間が短くなることにより大容量の光源を必要とすると
いう問題を解消し、書込み効率が劣化するのを防止でき
る露光装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の露光装置は、光
を発生する光源１０と、該光源１０が発生する光を所定
の運動により主走査方向に偏向せしめる偏向手段１１
と、該偏向手段１１で偏向された光による走査で潜像が
形成される感光体１２とを具備し、前記偏向手段１１の
所定の運動による前記感光体１２上での走査速度変動に
応じて、前記光源１０の発光間隔を制御して前記感光体
１２上での光照射位置の間隔を略一定としながら潜像を
形成する露光装置において、書込み効率αが大となるよ
うに走査係数ｆを設定し、該走査係数ｆに基づいて前記
光源１０と前記感光体１２との配設距離が定められたこ
とを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明は、偏向角度（ｒａｄ）と像位置との関
係を規定する定数である露光装置の走査係数ｆ（次元
は、通常ｍｍ／ｒａｄ）を、通常使用される走査効率η
の良い値（走査係数ｆが小さい領域）に比べ、新たに定
義した書込み効率αから導かれる値（走査係数ｆは大き
い）とした。これにより、上記露光時間が短くなること
により大容量の光源を必要とするという問題が解消さ
れ、書込み効率の劣化を防止できるものとなっている。

【００１９】

【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。

【００２０】図１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。

【００２１】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。

【００２２】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）に回転される。そし
て、回転されながら露光（走査）により形成された静電
潜像を担持するものである。

【００２３】即ち、図示しない帯電器により一様に帯電
され、副走査方向に回転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。

【００２４】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。

【００２５】１１は回転楕円面鏡である。回転楕円面鏡
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。

【００２６】この回転楕円面鏡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製造される。

【００２７】このようにして製造された回転楕円面鏡１
１は、該回転楕円面鏡１１の第１の焦点に光源としての
半導体レーザ１０が位置され、第２の焦点が感光体ドラ
ム１２の表面の結像点となるように配設される。

【００２８】１３は駆動モータである。この駆動モータ
１３の軸１４には、上記回転楕円面鏡１１が固着される
構成となっている。そして、上記半導体レーザ１０は、
この軸１４（回転軸又は揺動軸）上に配置され、該軸１
４方向にレーザビームを発光する。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。

【００２９】図２は、図１における回転楕円面鏡１１の
２つの焦点を通る面（図１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
回転楕円面鏡１１で反射され、感光体ドラム１２の表面
にある第２の焦点（結像点）１５に収束される。なお、
１６は回転楕円面鏡１１の回転軸である。

【００３０】この回転楕円面鏡１１の楕円形状は、次式
で表すことができる。

【００３１】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２焦点間の距離が走査係数ｆとなる。

【００３２】このように構成される露光装置は次のよう
に動作する。

【００３３】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、
上記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
円面鏡１１に照射される。そして、この回転楕円面鏡１
１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の焦点に到達する。

【００３４】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、所定の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上の照射部
分を除電する。

【００３５】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鏡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時
点で、感光体ドラム１２が１走査ラインピッチ分だけ副
走査方向に移動（回転）された状態となり、この状態で
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。

【００３６】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。

【００３７】次に、上記半導体レーザ１０、回転楕円面
鏡１１、及び感光体ドラム１２の配設位置について説明
する。

【００３８】今、走査効率をηとすれば、走査効率は下
式で表すことができる。

【００３９】走査効率η＝Ｔｗ／Ｔｓ…（１）式ここで、Ｔｗ：副走査周期Ｔｓ：印字幅に対応する書込み時間、である。

【００４０】また、走査速度変動率をＨとすれば、走査
速度変動率は下記式で表すことができる。

【００４１】走査速度変動率Ｈ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉ
ｎ）／Ｖｍａｘ…(2)式ここで、Ｖｍａｘ：印字幅内の最大走査速度Ｖｍｉｎ：印字幅内の最小走査速度、である。

【００４２】上記走査効率η、及び走査速度変動率Ｈを
用いて新たな書込み効率αを下記式で定義する。

【００４３】書込み効率α＝η×（１−Ｈ）…(3)式この書込み効率αが略最大となるように走査係数ｆ、つ
まり半導体レーザ１０と感光体ドラム１２の距離を設定
すれば、書込み効率αを高く維持した状態で露光装置を
構成することができる。

【００４４】つまり、下記境界条件、のもとで下記
によって定義される書込み効率αが略最大となるよう
に、走査係数ｆが設定される。

【００４５】境界条件：印字幅はＬとして与えられて
いる。最大走査全角はθとして与えられている。

【００４６】印字幅ＬをＡ４サイズ又はレターサイズで
用いられる２１６ｍｍとした場合の、いくつかの最大走
査全角θに対する書込み効率α及び走査係数ｆの一例を
表１に示す。

【００４７】

【表１】また、最大走査全角θに対する書込み効率α及び走査係
数ｆの関係を図３に示す。

【００４８】上記表１又は図３に示した関係を有するよ
うに走査係数ｆ、つまり半導体レーザ１０と感光体ドラ
ム１２の表面間の距離を決定すれば、半導体レーザ１０
の容量を小さくできる。

【００４９】なお、上記実施例では、印字幅Ｌを２１６
ｍｍとして、いくつかの最大走査全角について走査係数
ｆ及び書込み効率αを算出した例を示したが、印字幅Ｌ
や最大走査全角θが他の値になった場合も同様に計算で
きることは勿論である。

【００５０】また、上記各値の算出に際し、上記(4) 式
からニュートン法等が使用できることも明らかである。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば制
御回路により半導体レーザの発光間隔と発光デューティ
を制御し、感光体上で実質的に等速度走査になるように
して小型化、低価格化の要請に応えつつ、露光時間が短
くなることにより大容量の光源を必要とするという問題
を解消し、書込み効率が劣化するのを防止できる露光装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例の半導体レーザと回転楕円面鏡
と感光体ドラムの位置関係を説明するための図である。

【図３】本発明の実施例の最大走査全角θに対する書込
み効率α及び走査係数ｆの関係を示す図である。

【符号の説明】

１０光源（半導体レーザ）１１偏向手段（回転楕円面鏡）１２感光体（感光体ドラム）

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 (72)発明者小島岳男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】光を発生する光源(10)と、該光源(10)が
発生する光を所定の運動により主走査方向に偏向せしめ
る偏向手段(11)と、該偏向手段(11)で偏向された光によ
る走査で潜像が形成される感光体(12)とを具備し、前記
偏向手段(11)の所定の運動による前記感光体(12)上での
走査速度変動に応じて、前記光源(10)の発光間隔を制御
して前記感光体(12)上での光照射位置の間隔を略一定と
しながら潜像を形成する露光装置において、書込み効率
αが大となるように走査係数ｆを設定し、該走査係数ｆ
に基づいて前記光源(10)と前記感光体(12)との配設距離
が定められたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記偏向手段(11)は、前記光源(10)が発
生する光を揺動により主走査方向に偏向せしめることを
特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】前記偏向手段(11)は、曲面鏡であること
を特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】前記偏向手段(11)は、回転楕円面鏡であ
ることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項５】前記光源(10)は、回転楕円面鏡の一方の
焦点又は該焦点の所定範囲内に配設されたことを特徴と
する請求項４記載の露光装置。
【請求項６】前記偏向手段(11)の揺動軸は、前記回転
楕円面鏡の一方の焦点又は該焦点の所定範囲内を通るよ
うに設けられたことを特徴とする請求項４又は５記載の
露光装置。
【請求項７】前記書込み効率αは、下記(3) 式により
算出され、該書込み効率αが大となるように走査係数ｆ
が設定されることを特徴とする請求項１から６までの何
れかに記載の露光装置。書込み効率α＝η×（１−Ｈ）…(3)式但し、書込み効率η＝Ｔｗ／Ｔｓ走査速度変動率Ｈ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍａｘ
であり、Ｔｗ: 印字幅に対応する書込み時間、Ｔｓ：副走査周期、Ｖｍａｘ：印字幅内の最大走査速度、Ｖｍｉｎ：印字幅内の最小速度、である。
【請求項８】前記書込み効率αは、下記(4) 式により
算出され、該書込み効率αが大となるように走査係数ｆ
が設定されることを特徴とする請求項１から６までの何
れかに記載の露光装置。但し、Ｌは印字幅、θは最大走査全角である。