JP3647723B2

JP3647723B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP3647723B2
Application number: JP2000180395A
Authority: JP
Inventors: 昌樹坂; 洋巽; 極森田; 好延奥村; 倫弘山下; 洋石井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2001356314A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の画像形成において、光源の光ビームによって感光体を露光し、感光体の表面に静電潜像を形成する露光装置に関し、特に、光ビームの光路中に液晶レンズを配置した露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成では、所定の電荷を均一に帯電した感光体の表面に光同導電作用により静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像に顕像化して記録用紙上に転写する。このため、電子写真方式の画像形成を行う画像形成装置には、画像光によって感光体表面を露光走査する露光装置が用いられる。この露光装置では、光源が画像データに基づいて駆動され、光源から照射された画像光である光ビームを、ミラーを介して感光体表面の移動方向（副走査方向）に対して直交する方向（主走査方向）に走査し、感光体の表面に対して静電潜像を１ライン毎に書き込む。
【０００３】
この場合に、感光体表面を介して再現性に優れた画像を形成するためには、露光装置において光源から照射された画像光を感光体の表面に正確に結像させるだけでなく、画像光に対して歪曲収差、像面湾曲及び面倒れ等の光学補正を行う必要がある。また、感光体の表面における画像光の露光時間によって画像濃度が変化するため、画像光の光学補正として、感光体の表面において等速度で主走査方向に走査させる等速度偏向も必要になる。これらのことから、露光装置には、光源から感光体の表面に至る画像光の光路中に光学補正用の複数の光学レンズが備えられている。
【０００４】
ところが、ガラスやプラスチックを素材とする光学レンズを用いて画像光に対して必要な複数の光学補正を行うためには画像光の光路中に多数枚の光学レンズを配置しなければならず、露光装置の大型化及びコストの上昇を生じる問題がある。
【０００５】
そこで、特開平４−１９６８６９号公報には、屈折率を不均一にした液晶デバイスにより、光源の画像光についての複数の光学補正を行うようにした構成が開示されている。この構成では、印加する電圧を制御することによって屈折率を変化させた液晶レンズを用いて、歪曲収差、像面湾曲及び面倒れ等の光学補正だけでなく、画像光を感光体の表面において等速度で主走査方向に走査させるｆ−θレンズの機能をも得ることが示唆されている。
【０００６】
一方、電子写真方式の画像形成装置においては一般に、円筒形状の感光体ドラムが用いられており、回転による感光体ドラム表面の副走査方向への移動に同期したタイミングで露光装置から画像光を主走査方向に走査している。ところが、感光体ドラムの回転が不均一になると、感光体ドラムの表面における画像光の走査間隔が広狭変化し、形成される画像に濃度ムラを生じる。
【０００７】
このため、特開平５−４０３９８号公報には、画像光の光路中に電気光学効果による偏向作用を生じる偏向部材を配置し、感光体ドラム表面における副走査方向の速度情報の検出結果に基づいて偏向部材に印加する電圧を制御することにより、感光体ドラムの回転ムラに応じて画像光を副走査方向に偏向するようにした構成が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１９６８６９号公報に開示された構成では、液晶レンズを用いて歪曲収差、像面湾曲及び面倒れ等の光学補正、並びに、感光体の表面における等速度偏向するための具体的な電極の配置方法に関して記載されておらず、現実に光学レンズを液晶レンズに置き換えることが困難である。
【０００９】
また、特開平５−４０３９８号公報に開示された構成では、画像光の光路中に既存の光学レンズに加えて偏向部材を追加して配置する必要があり、露光装置の大型化及びコストの上昇を招く問題がある。
【００１０】
この発明の目的は、液晶レンズによって感光体に配光すべき画像光の光学補正、特に、感光体の表面における等速度偏向、及び、感光体ドラムの回転ムラに応じた副走査方向への光軸の偏向を行うことができるようにし、複数の光学レンズを単一の液晶レンズに置き換えることにより、装置の小型化及びコストの低廉化を実現することができる露光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【００１４】
(1) 光源からポリゴンミラーを経由して感光体に至る光路中における光源とポリゴンミラーとの間に配置した液晶レンズにより、光源から照射された光ビームの光学補正を行う露光装置において、
液晶レンズの光源側における上下辺の中央部及び左右辺の中央部の４箇所に第１の電極を形成するとともに、これらの第１の電極を繋ぐ環状の抵抗体を形成し、ポリゴンミラー側に前記抵抗体に対向する環状の第２の電極を形成し、
感光体の副走査方向における移動誤差を検出するセンサを備え、センサの検出結果に基づいて前記第１及び第２の電極に対する印加電圧を制御して感光体の表面を主走査方向に走査する光ビームを副走査方向に偏向することを特徴とする。
【００１５】
この構成においては、液晶レンズの内側面の上下辺の中央部及び左右辺の中央部の４箇所に電極を形成するとともに、これらの電極を繋ぐ環状の抵抗体を形成し、ポリゴンミラーに対向する液晶レンズの内側面に抵抗体に対向する環状の電極を形成している。上下辺の中央部電極には上下方向のバイアス電位が印加され、左右辺の中央部の電極には左右方向のバイアス電位が印加される。これらの電位の印加によって、液晶レンズに充填された液晶内には、抵抗体と環状の電極との空間に３次元の電界分布が形成される。これにより、上下辺の中央部及び左右辺の中央部の電極に印加するバイアス電位を適宜制御することによって偏向補正が行われるとともに光源光を等速度偏向するためのｆ−θ補正が行われる。また、光源光の周囲に連続して電気力線が形成されるため、滑らかな電界分布が得られ、偏向補正及びｆ−θ補正以外の光学補正をも行うことができるようになる。
【００１６】
(2) 光源からポリゴンミラーを経由して感光体に至る光路中における光源とポリゴンミラーとの間に配置した液晶レンズにより、光源から照射された光ビームの光学補正を行う露光装置において、
液晶レンズの光源側における上下端近傍及び左右端近傍の４箇所に直線状の第１の電極を形成するとともに、ポリゴンミラー側に第１の電極に部分的に対向する環状の第２の電極を形成し、
感光体の副走査方向における移動誤差を検出するセンサを備え、センサの検出結果に基づいて前記第１及び第２の電極に対する印加電圧を制御して感光体の表面を主走査方向に走査する光ビームを副走査方向に偏向することを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、液晶レンズの内側面の上下端近傍及び左右端近傍の４箇所に直線状の電極を形成し、ポリゴンミラーに対向する液晶レンズの内側面に電極に部分的に対向する環状の電極を形成している。４箇所に直線状の電極にはそれぞれ上下方向のバイアス電位が印加される。このように、一方の内側面において等間隔となる４箇所に形成された直線状の電極に所定の電位を印加することによって、液晶レンズ内には３次元の電界分布が形成される。これにより、直線状の電極に印加するバイアス電位を適宜制御することによって偏向補正が行われるとともに、光源光を等速度偏向するためのｆ−θ補正が行われる。
また、ポリゴンミラーに対向する電極が連続して環状に形成されていることから、電極に電気的に接続される環状の抵抗体を形成することなく、光源光の周囲に連続して電気力線が形成され、略滑らかな電界分布が得られ、製造工程を簡略化することができる。
さらに、直線状の電極は、互いに直交する等間隔の４箇所に形成されているため、相互の電気的な干渉が最も小さくなり、直線状の電極のそれぞれと環状の電極との空間の電界分布を確実に形成することができる。
加えて、直線状の電極は単一面に形成されているため、直線状の電極に対するバイアス電圧の引出処理を容易に行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図２は、この発明の実施形態に係る露光装置を含む画像形成装置の要部の構成を概略図である。この画像形成装置は、アルミニウム等を素材とする円筒形基体の表面に光導電機能を有する感光層を形成した感光体ドラム１１を回転自在に備えている。この感光体ドラム１１は、駆動モータ２１からギア１３を介して回転力の供給を受ける。駆動モータ２１は、波形整形回路２３及び位相差検出回路２４を備えた制御回路２２により、位相差検出回路２４から出力された位相差信号に基づいて駆動される。位相差検出回路２４は、波形整形回路２３から出力された駆動モータ２１の回転パルスＰｍと基準クロックパルスＰｒｅｆとの位相差を求め、位相差に応じた信号を出力する。波形整形回路２３は、駆動モータ２１の回転を検出する図外のエンコーダの検出信号を矩形波に整形して位相差検出回路２４に出力する。したがって、感光体ドラム１１には、制御回路２２によって基準クロックパルスに基づく一定速度で回転制御される駆動モータ２１の回転が伝達される。
【００３３】
露光装置１は、半導体レーザ２、光学レンズ３、液晶レンズ４、ポリゴンミラー５、制御回路６、位相差検出回路７、波形整形回路８、ＭＲ素子９及び同期検出器１０を備えている。露光装置１は、画像データに基づいて半導体レーザ２を駆動し、半導体レーザ２から照射されたレーザ光を画像光として光学レンズ３、液晶レンズ４及びポリゴンミラー５を介して感光体ドラム１１の表面に主走査方向（矢印Ａ方向）に走査して配光する。
【００３４】
光学レンズ３は、半導体レーザ２から照射されたレーザ光を感光体ドラム１１の表面に結像させるために、レーザ光に加えるべき光学補正のうち焦点補正を行う。また、液晶レンズ４は、レーザ光を感光体ドラム１１の表面に対して主走査方向に等速度移動させるために、レーザ光に加えるべき光学補正のうちｆ−θ補正を行うとともに、感光体ドラム１１の回転誤差を相殺するために、レーザ光の照射方向を副走査方向（矢印Ｂ方向）に移動させる偏向補正を行う。
【００３５】
露光装置１は、駆動モータ２２から回転力の供給を受けて回転する感光体ドラム１１の回転に同期して、感光体ドラム１１の表面に対する主走査方向の画像光の走査を行う。このため、露光装置１は、ＭＲ素子９及び同期検出器１０を備えている。ＭＲ素子９は、感光体ドラム１１の周面における主走査方向の一端側に全周にわたって等間隔に配置された多極着磁マグネット１２に対向し、感光体ドラム１１の回転に基づく回転パルスを生成する。また、同期検出器１０は、ポリゴンミラー５の回転によって偏向されたレーザ光の主走査方向の走査開始位置においてレーザ光を検出する。
【００３６】
感光体ドラム１１の回転速度が一定であれば、同期検出器１０の検出信号の時間間隔に応じて画像の副走査方向の解像度が定まる。したがって、露光装置１は、予め設定された解像度に応じた時間間隔で同期検出器１０がレーザ光を検出するようにポリゴンミラー５の回転、及び、半導体レーザ２の駆動を制御する。これによって、感光体ドラム１１の表面には、感光層の光導電作用によって所定の解像度の静電潜像が形成される。ところが、感光体ドラム１１の回転速度に誤差を生じると、同期検出器１０がレーザ光を検出する時間間隔を一定に維持しても、感光体ドラム１１の表面におけるレーザ光の照射位置に副走査方向のずれを生じ、画像の解像度を一定に維持することができなくなる。
【００３７】
そこで、露光装置１は、ＭＲ素子９が生成した感光体ドラム１１の回転パルスＰｄを波形整形回路８において矩形波に波形整形した後に位相差検出回路７において基準クロックパルスＰｒｅｆと比較し、位相差検出回路７から出力される位相差信号ＰＥＲｄに応じた電圧を、同期検出器１０の検出信号に応じたタイミングで液晶レンズ４の電極間に印加する。これによって、半導体レーザ２から照射されたレーザ光は、液晶レンズ４を通過する際に、感光体ドラム１１の回転誤差に応じて照射方向を副走査方向に偏向し、感光体ドラム１１の回転誤差によるレーザ光の照射位置のずれを相殺するようにしている。
【００３８】
例えば、感光体ドラム１１の回転が遅れた場合には光ビームの照射位置を感光体ドラム１１の表面における副走査方向の上流側に偏向し、感光体ドラム１１の回転が速くなった場合には光ビームの照射位置を感光体ドラム１１の表面における副走査方向の下流側に偏向する。このようにして、液晶レンズ４により、感光体ドラム１１の回転誤差に応じたレーザ光の偏向補正を行う。
【００３９】
図３は、上記露光装置に備えられる液晶レンズの構成を示す分解図である。液晶レンズ４は、互いに対向する面に電極４１，４２を形成した平板状の透光性支持体である２枚の平板ガラス４ａ，４ｂを所定の間隔を設けて配置し、この２枚の平板ガラス４ａ，４ｂの間に液晶４ｃを充填したものである。透光性支持体の一方又は両方を３次元成型した非平板状とすることもできるが、平板ガラス４ａを用いることにより、液晶レンズ４を安価かつ容易に製造することができる。
【００４０】
図４は上記液晶レンズの電極の形状についての第１の例を示す図であり、同図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ液晶レンズの側面断面図、ａ−ａ方向の矢視図及びｂ−ｂ方向の矢視図である。この例では、液晶レンズ４を構成する２枚の平板ガラス４ａ，４ｂのうち、図２の構成において光学レンズ３に対向する一方の平板ガラス４ａの内側面における上下端近傍に直線状の電極４１ａ，４１ｂを形成し、同じくポリゴンミラー５に対向する他方の平板ガラス４ｂの内側面における左右端近傍に直線状の電極４２ａ，４２ｂを形成している。なお、レーザ光は、平板ガラス４ａ，４ｂの略中央部を通過する。電極４１ａには制御回路２２を介して上下方向のバイアス電位Ｅｙが印加され、電極４２ａには制御回路２２を介して左右方向のバイアス電位Ｅｘが印加される。
【００４１】
これらの電位の印加によって、２枚の平板ガラス４ａ，４ｂの間に充填された液晶４ｃ内には、電極４１ａと電極４１ｂとの空間の電界分布、及び、電極４２ａと電極４２ｂとの空間の電界分布、即ち、３次元の電界分布が形成される。これにより、電気力線は図１中に破線で示すようになり、電極４１ａと電極４１ｂとの空間の電界分布によって液晶レンズ４を通過するレーザ光の照射方向は上下方向、即ち、副走査方向に偏向する。また、電極４２ａと電極４２ｂとの空間の電界分布によって液晶レンズ４を通過するレーザ光の照射方向は左右方向、即ち、主走査方向に偏向する。したがって、電極４１ａ，４１ｂにより感光体ドラム１１の回転ムラによる照射位置の誤差を相殺するための偏向補正が行われるとともに、電極４２ａ，４２ｂにより感光体ドラム１１の表面においてレーザ光を等速度偏向するためのｆ−θ補正が行われる。
【００４２】
図５は上記液晶レンズの電極の形状についての第２の例を示す図であり、同図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ液晶レンズの側面断面図、ａ−ａ方向の矢視図及びｂ−ｂ方向の矢視図である。この例では、光学レンズ３に対向する平板ガラス４ａの内側面の上下辺の中央部及び左右辺の中央部の４箇所に電極４３ａ〜４３ｄを形成するとともに、これらの電極４３ａ〜４３ｄを繋ぐ環状の抵抗体４２を形成し、ポリゴンミラー５に対向する平板ガラス４ｂの内側面に抵抗体４２に対向する環状の電極４４を形成している。電極４３ａには上下方向のバイアス電位Ｅｙ１が印加され、電極４３ｂには上下方向のバイアス電位Ｅｙ２が印加され、電極４３ｃには左右方向のバイアス電位Ｅｘ１が印加され、電極４３ｄには上下方向のバイアス電位Ｅｘ２が印加される。
【００４３】
これらの電位の印加によって、２枚の平板ガラス４ａ，４ｂの間に充填された液晶４ｃ内には、抵抗体４２と電極４４との空間に３次元の電界分布が形成される。これにより、電極４３ａ〜４３ｄに印加するバイアス電位Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｘ１，Ｅｘ２を適宜制御することにより、感光体ドラム１１の回転ムラによる照射位置の誤差を相殺するための偏向補正が行われるとともに、感光体ドラム１１の表面においてレーザ光を等速度偏向するためのｆ−θ補正が行われる。また、レーザ光の周囲に連続して電気力線が形成されるため、滑らかな電界分布が得られ、偏向補正及びｆ−θ補正以外の光学補正をも行うことができるようになる。
【００４４】
図６は上記液晶レンズの電極の形状についての第３の例を示す図であり、同図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ液晶レンズの側面断面図、ａ−ａ方向の矢視図及びｂ−ｂ方向の矢視図である。この例では、光学レンズ３に対向する平板ガラス４ａの内側面の上下端近傍及び左右端近傍の４箇所に直線状の電極４５ａ〜４５ｄを形成し、ポリゴンミラー５に対向する平板ガラス４ｂの内側面に電極４５ａ〜４５ｄに部分的に対向する環状の電極４４を形成している。電極４５ａには上下方向のバイアス電位Ｅｙ１が印加され、電極４５ｂには上下方向のバイアス電位Ｅｙ２が印加され、電極４５ｃには左右方向のバイアス電位Ｅｘ１が印加され、電極４５ｄには上下方向のバイアス電位Ｅｘ２が印加される。
【００４５】
このように、一方の平板ガラス４ａの内側面において等間隔となる４箇所に形成された電極４５ａ〜４５ｄを印加することによって、２枚の平板ガラス４ａ，４ｂの間に充填された液晶４ｃ内には、電極４５ａ〜４５ｄと電極４４との空間の電界分布によって３次元の電界分布が形成される。これにより、電極４３ａ〜４３ｄに印加するバイアス電位Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｘ１，Ｅｘ２を適宜制御することにより、感光体ドラム１１の回転ムラによる照射位置の誤差を相殺するための偏向補正が行われるとともに、感光体ドラム１１の表面においてレーザ光を等速度偏向するためのｆ−θ補正が行われる。
【００４６】
また、電極４４が連続して環状に形成されていることから、電極４５ａ〜４５ｄに電気的に接続される環状の抵抗体を形成することなく、レーザ光の周囲に連続して電気力線が形成され、略滑らかな電界分布が得られ、製造工程を簡略化することができる。
【００４７】
さらに、電極４５ａ〜４５ｄは、平板ガラス４ａの内側面において互いに直交する等間隔の４箇所に形成されているため、相互の電気的な干渉が最も小さくなり、電極４５ａ〜４５ｄのそれぞれと電極４４との空間の電界分布を確実に形成することができる。
【００４８】
加えて、電極４５ａ〜４５ｄは単一面に形成されているため、電極４５ａ〜４５ｄに対するバイアス電圧の引出処理を容易に行うことができる。
【００４９】
【発明の効果】
この発明は、以下の効果を奏することができる。
【００５１】
(1) 上下辺の中央部及び左右辺の中央部の電極に印加するバイアス電位を適宜制御することによって偏向補正が行われるとともに光源光を等速度偏向するためのｆ−θ補正が行われる。また、レーザ光の周囲に連続して電気力線が形成されるため、滑らかな電界分布が得られ、偏向補正及びｆ−θ補正以外の光学補正をも行うことができるようになる。
【００５２】
(2) 直線状の電極に印加するバイアス電位を適宜制御することによって偏向補正が行われるとともに、光源光を等速度偏向するためのｆ−θ補正が行われる。
また、ポリゴンミラーに対向する電極が連続して環状に形成されていることから、電極に電気的に接続される環状の抵抗体を形成することなく、光源光の周囲に連続して電気力線が形成され、略滑らかな電界分布が得られ、製造工程を簡略化することができる。
さらに、直線状の電極は、互いに直交する等間隔の４箇所に形成されているため、相互の電気的な干渉が最も小さくなり、直線状の電極のそれぞれと環状の電極との空間の電界分布を確実に形成することができる。
加えて、直線状の電極は単一面に形成されているため、直線状の電極に対するバイアス電圧の引出処理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の露光装置における液晶レンズの作用を説明する図である。
【図２】この発明の実施形態に係る露光装置を含む画像形成装置の要部の構成を概略図である。
【図３】上記露光装置に備えられる液晶レンズの構成を示す分解図である。
【図４】上記液晶レンズの電極の形状についての第１の例を示す図である。
【図５】上記液晶レンズの電極の形状についての第２の例を示す図である。
【図６】上記液晶レンズの電極の形状についての第３の例を示す図である。
【符号の説明】
１−露光装置
２−半導体レーザ（光源）
３−光学レンズ
４−液晶レンズ
５−ポリゴンミラー
６−制御回路
１１−感光体ドラム

Claims

光源からポリゴンミラーを経由して感光体に至る光路中における光源とポリゴンミラーとの間に配置した液晶レンズにより、光源から照射された光ビームの光学補正を行う露光装置において、
液晶レンズの光源側における上下辺の中央部及び左右辺の中央部の４箇所に第１の電極を形成するとともに、これらの第１の電極を繋ぐ環状の抵抗体を形成し、ポリゴンミラー側に前記抵抗体に対向する環状の第２の電極を形成し、
感光体の副走査方向における移動誤差を検出するセンサを備え、センサの検出結果に基づいて前記第１及び第２の電極に対する印加電圧を制御して感光体の表面を主走査方向に走査する光ビームを副走査方向に偏向することを特徴とする露光装置。
光源からポリゴンミラーを経由して感光体に至る光路中における光源とポリゴンミラーとの間に配置した液晶レンズにより、光源から照射された光ビームの光学補正を行う露光装置において、
液晶レンズの光源側における上下端近傍及び左右端近傍の４箇所に直線状の第１の電極を形成するとともに、ポリゴンミラー側に第１の電極に部分的に対向する環状の第２の電極を形成し、
感光体の副走査方向における移動誤差を検出するセンサを備え、センサの検出結果に基づいて前記第１及び第２の電極に対する印加電圧を制御して感光体の表面を主走査方向に走査する光ビームを副走査方向に偏向することを特徴とする露光装置。