JP3652238B2 - 光走査光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査光学装置に関し、さらに詳しくは、電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置のレーザスキャンユニット等として用いられ、感光体表面等の照射対象物に信号に応じてオン／オフされるレーザ光を照射して、照射対象物を光走査する光走査光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）等で用いられるレーザスキャンユニット（ＬＳＵ）はデジタル光学系の書き込み部であり、半導体レーザを光源とし、偏向用ポリゴンミラーとｆθレンズ等によって感光体ドラム上へ像を形成する装置である。
【０００３】
図５は、従来の光走査光学装置としてのレーザスキャンユニットの構成を模式的に示す図である。
従来のレーザスキャンユニットは、レーザ駆動基板（ＬＳＵ基板）１に搭載されたレーザダイオード（ＬＤ）２、コリメータレンズ３、シリンダレンズ４、ポリゴンミラー（回転多面鏡）５、第１ｆθレンズ６、第２ｆθレンズ７、感光体８、センサ折り返しミラー９、フォトセンサ（ＢＤセンサ）１０等から構成されている。
センサ折り返しミラー９及びフォトセンサ１０は、レーザ光の偏向走査範囲内の前方に配置されており、フォトセンサ１０はセンサ折り返しミラー９で反射されたレーザ光を受光してフォトセンサ信号を出力する。
【０００４】
図５に示す従来のレーザスキャンユニットは次のように動作する。
（１）レーザ駆動基板１に設けられたレーザダイオード２から画像データに応じて変調されるレーザ光が出力される。
（２）レーザダイオード２から発射されたレーザ光は、コリメータレンズ３により集光される。
（３）集光されたレーザ光はシリンダレンズ４に入射され、シリンダレンズ４によりポリゴンミラー５の各面の面倒れ補正のため、副走査（垂直）方向のレーザ光がポリゴンミラー５の面上に収束される。
（４）上記ポリゴンミラー５は、図５中のＸ方向に回転駆動されており、入射されたレーザ光を感光体ドラムの感光体８上で主走査方向（Ｙ方向）に偏向走査する。
（５）ポリゴンミラー５の偏向反射面で偏向反射されたレーザ光は、ｆθ特性を有する第１，第２ｆθレンズ６，７を通り、等角速度で走査される光から感光体ドラムの感光体８表面上で等速度に走査される光に補正された後、感光体８の表面に照射され、感光体８表面に像を形成する。
【０００５】
上記レーザスキャンユニットにおいて、ポリゴンミラー５のある１つの偏向反射面によって走査される光は、感光体ドラム上での１ライン分に相当するが、ここで、上記走査光のすべてが像の書き込みに使用される訳ではなく、１つの偏向反射面によって走査される走査光の回転時の先頭側および後端側には像の書込に利用されない非書込期間が設けられている。
【０００６】
さらに、感光体への像の書込において、各ラインにおける像の書込開始位置を揃えるために、先頭側の非書込期間の走査光を利用し、レーザ走査のスタートタイミングをフォトセンサ（ＢＤセンサ）９によって検出することが行われている。
すなわち、上記ポリゴンミラー５で走査されるレーザ光の一部を、センサ用折り返しミラー８で反射し、その反射光をフォトセンサ９で受光して基準位置を検出する。なお、上記フォトセンサ９の位置は、検出されるレーザ光の光路長が感光体ドラム表面までの光路長と光学的に略等価位置となるように設定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、以下に示すような問題が生じる。
図６は、レーザスキャンユニットにおいて一般に用いられているポリゴンミラー（回転多面鏡）を示す平面図であるが、ポリゴンミラーは多角形で構成されているために（図６は正６角形の場合を示す）、ポリゴンミラー５が矢印Ｘの方向に回転している場合、回転時の各偏向反射面の角部後方（Ａ位置）には空気の負圧現象により乱流が発生し、空気中の塵、及び乱流中の空気密度の変化により発生した結露をポリゴンミラー表面にたたきつけて偏向反射面の表面を汚染し、反射率を低下させる。この現象は各偏向反射面の角部後方（Ａ位置）に顕著に現れる。
【０００８】
上記の各偏向反射面の角部後方Ａ位置は、上述のように主走査方向の露光タイミングを制御するためのフォトセンサ９の同期検出用に用いられており、ポリゴンミラー５の表面の汚れにより、同期検出不良が発生するという問題点を有している。
【０００９】
また、特開平８−２７１８２３号公報には、ポリゴンミラー全体を光透過性樹脂で覆い、空気の流れをスムーズにすることにより、回転時に発生するポリゴンミラーの角部での乱流による空気中の塵、及び乱流中の空気密度の変化により発生した結露のポリゴンミラーの表面への付着を防止する技術が開示されているが、光透過性樹脂で覆うことによるコストアップ、半導体レーザの出力低下、光透過性樹脂表面での反射光による像の２重写りが発生する等の問題があり、上記問題を解決する有効な手段とはいえない。
【００１０】
したがって、本発明は、レーザダイオード等のビーム出射手段からの出射光をポリゴンミラー（回転多面鏡）を用いて偏光走査し、感光体への像書き込みを行うレーザスキャンユニットにおいて、ポリゴンミラーの汚れによるフォトセンサの同期検出が不完全になることを防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、その第１の技術手段は、光をポリゴンミラーにより偏向走査し感光体への露光を行う光走査光学装置において、偏向走査範囲内後方に対応してフォトセンサを配置し、主走査方向の露光タイミングを前記ポリゴンミラーの１回転前の同一の偏向反射面により反射された光に基づくフォトセンサ信号により決定することを特徴とする。
【００１４】
第２の技術手段は、第１の技術手段の光走査光学装置において、前記フォトセンサは、前記感光体上の像面と光学的に略等価位置に配置されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例の光走査光学装置としてのレーザスキャンユニット（ＬＳＵ）を模式的に示す図である。なお、図１に示した構成の基本的な部分は、図５に示した従来のレーザスキャンユニットと同様であるので、同様の機能を有する構成要素については、従来のレーザスキャンユニットの説明で使用したのと同様の用語及び符号を使用して説明する。
図１に示すレーザスキャンユニットにおいて、レーザ駆動基板１に取り付けられたレーザダイオード２から出射されたレーザ光はコリメータレンズ３で略平行光線とされ、シリンダレンズ４でポリゴンミラー５の各面の面倒れ補正のため、副走査（垂直）方向のレーザ光をポリゴンミラー５の面上に収束する。
ポリゴンミラー５の偏向反射面で反射されたレーザ光は第１Ｆθレンズ６、第２Ｆθレンズ７を通って感光体８の表面に照射される。ポリゴンミラー５の回転により、偏向走査されたレーザ光は感光体８表面では副走査方向において、偏向反射面と像面とを光学的に共役関係に保っている。
第１，第２Ｆθレンズ６，７は、レーザ光を感光体８の表面に収束するとともに、レーザ光の等速度走査を行う。
【００１６】
また、レーザ光は走査範囲内の下流側で画像形成領域外の位置でセンサ用折り返しミラー９により反射されてフォトセンサ１０に入射される。
フォトセンサ１０は感光体８表面の１走査期間における画像形成開始タイミングを決定するために、レーザ光が所定位置を通過するタイミングを検出する。
フォトセンサ１０は検出精度向上のために、感光体８上の像面と光学的に略等価位置に設けられている。
レーザダイオード２からポリゴンミラー５までの光路は走査動作に共通な共通光路であり、折り返しミラー９からスタートタイミングセンサとしてのフォトセンサ１０までの光路はフォトセンサ１０による受光専用のセンサ光路である。
【００１７】
上記した構成の本発明においては、フォトセンサ１０での同期検出に用いられるレーザ光は、ポリゴンミラー５の各偏向反射面における後端側（図６のＢ位置）にて反射される光が利用される。ここで、偏向反射面後端側のＢ位置は、ポリゴンミラー５の回転時において負圧が発生することはないので、ミラーの汚れが生じにくく、従来例のようなミラー汚れによる同期検出不良は起こりにくい。
しかしながら、上述のように、ポリゴンミラー５の偏向反射面後端側Ｂ位置での反射光を利用してフォトセンサ１０での同期検出を行う構成では、露光タイミングの制御において、従来とは異なる構成の制御装置が必要となる。
【００１８】
以下、本発明の光走査光学装置における露光タイミング制御について説明する。
レーザスキャンユニットは、主走査方向の露光タイミングを制御するために、偏向走査範囲内であって画像形成領域外の後方に対応してフォトセンサ（ＢＤセンサ）１０を設け、フォトセンサ１０がレーザ光を検出してからの経過時間に基づいて、各走査ラインにおける画像書き込みの同期をとるようになっている。
【００１９】
図２は、主走査方向の露光タイミングを制御するために使用される基準クロック信号（ＶＣＬＫ）、フォトセンサ信号（ＢＤ）、及び画像信号（ＶＩＤＥＯ）間の関係を示すタイミングチャートである。
主走査方向に１ライン分走査する際、フォトセンサ信号（ＢＤ）が検出された時点から基準クロック信号（ＶＣＬＫ）をカウントし、基準クロック信号のクロック数がＮに達した時点から、画像信号が基準クロック信号（ＶＣＬＫ）に同期して出力される。そして、基準クロック信号のクロック数がＭに達した時点で印字終了となる。ここで主走査方向の画素数はＭである。
【００２０】
ここで、従来のようにポリゴンミラー５の偏向反射面先頭側、すなわち図６に示すＡ位置での反射光をフォトセンサ１０にて検出する場合は、フォトセンサ１０がフォトセンサ信号（ＢＤ）を検出してから該検出信号を用いて画像形成のための露光を、同一回転時の同一偏向反射面にて行うことが可能である。
この場合、フォトセンサ１０がレーザ光を検出してから画像形成のための露光開始までの間に、レーザ光がポリゴンミラー５の角部（すなわち、隣接する偏向反射面の境界）を通過することはなく、どの偏向反射面においても同一の基準クロック数を用いて各ラインの書込開始位置を揃えることが可能である。
【００２１】
これに対し、本発明のように、ポリゴンミラー５の偏向反射面後端側、すなわち図６に示すＢ位置での反射光をフォトセンサ１０にて検出する場合は、フォトセンサ１０にレーザ光が入射しフォトセンサ信号（ＢＤ）を出力してから該フォトセンサ信号（ＢＤ）を用いて画像形成のための露光を開始するにあたり、同一回転時の同一偏向反射面にて行うことは不可能である。言い換えれば、フォトセンサ１０がレーザ光を検出してから画像形成のための露光開始までの間に、レーザ光はポリゴンミラー５の角部を必ず１回は通過することとなる。
【００２２】
この点を図３に基づいて説明すると次のようになる。
図３は、フォトセンサがレーザ光を検出する位置と印字開始位置との関係を示す図であって、図３に示す印字開始位置に対し、本発明のフォトセンサ検出位置をＢ位置、従来のフォトセンサ検出位置をＡ位置とし、本発明での基準クロック数（Ｎｂ）と従来の基準クロック数（Ｎａ）を比較すると、本発明の基準クロック数（Ｎｂ）の方がより早い検出タイミングである分だけ多くなる。（なお、図３では本発明のフォトセンサ検出を、印字を行う偏向反射面の１つ前の偏向反射面にて行っているものとする。）
ここで、フォトセンサ検出位置（Ｂ位置）からフォトセンサ検出位置（Ａ位置）の間には、レーザ光がポリゴンミラー５の角部を通過する位置が存在する。この場合、ポリゴンミラーの加工精度の問題により、フォトセンサ検出位置（Ｂ位置）からフォトセンサ検出位置（Ａ位置）までのクロック数は、各偏向反射面毎にばらつきが生じる（なお、基準クロック数（Ｎａ）は同一偏向反射面で生じるものであり、各偏向反射面の平面度は十分に高いので、各偏向反射面における基準クロック数（Ｎａ）は等しいものと考えられる）。
このため、本発明のようにフォトセンサ検出を、印字を行う偏向反射面の１つ前の偏向反射面にて行う場合には、各偏向反射面において同一の基準クロック数（Ｎｂ）を用いても、書込ラインの先頭位置を揃えることはできない。
【００２３】
そこで、フォトセンサ検出位置をＢ位置としたときの、書込ラインの先頭位置を揃えるためのクロック制御方法を以下の関連発明及び実施例１に基づいて説明する。
図４は、ポリゴンミラーの偏向反射面、フォトセンサ信号（ＢＤ）、有効印字範囲、基準クロック数間の関係を示す図である。なお、以下の説明では、ポリゴンミラーの偏向反射面は６面であるものとして説明する。
また、図４において、Ｔ１〜Ｔ６はレーザ光が各偏向反射面に照射されている期間を示し、Ｔｂは画像形成期間を示す。
【００２４】
本発明の関連発明においては、フォトセンサ１０によるレーザ光検出を、印字を行う偏向反射面の１つ前の偏向反射面にて行い、フォトセンサ信号（ＢＤ）を検出してから露光開始までの時間が最も短くなるので検出精度があがる。
しかしながら、この場合には、フォトセンサ信号（ＢＤ）検出から露光開始までの同一の基準クロック数を用いたのでは、ラインの先頭を揃えることができないことは先に説明したとおりである。このため、関連発明では、制御装置に各偏向反射面毎の基準クロック数を記憶しておき、各偏向面毎に異なる基準クロック数を用いて露光開始タイミングを決定するようにしている。
【００２５】
例えば、図４において、レーザ光の反射面となる偏向反射面Ｔ１における露光開始タイミングは基準クロック数Ｎ１″にて制御される。同様に、偏向反射面Ｔ２〜Ｔ６における露光開始タイミングは基準クロック数Ｎ２″〜Ｎ６″にて制御されるものであり、上記基準クロック数Ｎ１″〜Ｎ６″についてラインの先頭が揃うように予め測定した値を制御装置内に格納して、各偏向面毎に適切なクロックを用いるようにすればよい。
なお、この場合、ポリゴンミラーの各偏向面と上記基準クロック数Ｎ１″〜Ｎ６″とは互いに特定の対応関係が生じるため、レーザスキャンユニットは、現在どの反射面によるレーザ光の走査が行われているのかを認識している必要がある。これは、レーザスキャンユニットの運転開始時にポリゴンミラーの回転によるフォトセンサの検出タイミングを測定し、その測定結果を予め備えたデータと比較することで、反射面の検出を行うようにすればよい。
【００２６】
（実施例１）
前記した関連発明の構成では、ポリゴンミラーの各偏向反射面によるフォトセンサ信号（ＢＤ）検出時間（基準クロック数Ｎ１″〜Ｎ６″）を記憶したり、レーザスキャンユニットの運転開始時にポリゴンミラーの偏向面の特定を行う等の必要がある。
これに対し、実施例１の発明では、従来例と同様すべての偏向反射面において同一の基準クロック数の使用を可能とし、偏向反射面を検出し特定することを必要としない。
すなわち、実施例１の発明では、ある偏向反射面でのレーザ走査に関し、その同期検出のためのフォトセンサ信号（ＢＤ）検出を同一の偏向反射面で行うようにする。ただし、この場合、フォトセンサによるレーザ光の検出を偏向反射面の後端（図６の位置Ｂ）で行うものである以上、フォトセンサによるレーザ光の検出とそれに続く感光体に対する露光を同一回転時に行うことは不可能である。
したがって、実施例２では、感光体の露光を行う１回転前の同一の偏向反射面におけるフォトセンサ検出を用いる。
【００２７】
実施例１を図４に基づいて説明すると次の通りである。
反射面である偏向反射面Ｔ１の後端（図６のＢ位置）でフォトセンサ１０がレーザ光を検出すると、そこから基準クロック（ＶＣＬＫ）のカウントを開始し、さらにポリゴンミラー５が１回転して、再度偏光反射面Ｔ１でのレーザ光の走査が開始された時に上記基準クロックのカウント値を参照して露光開始タイミングを決定する。
すなわち、実施例１における基準クロック数は、図４のＮｃにて表されるものである。この基準クロック数Ｎｃは、ポリゴンミラー５の１回転周期から、Ｔｂ（有効印字期間：Ｍクロック（図２参照））、及びＴａ（第２の無効印字期間）の期間を減じた期間に相当するものであり、ポリゴンミラー５の１回転周期及び有効印字期間Ｔｂが、各偏向反射面にて等しくなることは容易に理解できる。そして、上記無効印字期間Ｔａは、上記有効印字期間Ｔｂの終端からフォトセンサ信号を出力するまでの期間であるが、これは、同一回転時の同一偏向反射面でのものであるため、やはり、すべての偏向反射面において一致することとなる。
したがって、実施例１において、基準クロック数Ｎｃによって検出する期間は、各偏向反射面において同一となり、すべての偏向反射面において同一の基準クロック数の使用ができるため、同期検出に要する処理が容易となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のような効果を奏する。
請求項１の発明によれば、主走査方向の同期に使用するポリゴンミラーの各偏向反射面の汚れによる反射率低下を最も起こしやすい角部後方より、反射率低下を発生しにくい角部前方に変更したので、同期検出光のパワーが低下することがなく、検出不良が発生しにくく、またポリゴンミラーの汚損による製品寿命の短縮化を防止することができる。さらに、ポリゴンミラーの各偏向反射面の分割精度に関係なく１回転時間は一定であるため、各偏光反射面毎のフォトセンサ信号検出時間を記憶しておく必要がなく、同期検出に要する処理が容易となる。
【００３１】
請求項２の発明によれば、フォトセンサが感光体の像面と光学的に等価位置に配置されているので、レーザ光のビーム径が最小化され、レーザ光の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光走査光学装置としてのレーザスキャンユニット（ＬＳＵ）を模式的に示す図である。
【図２】基準クロック信号（ＶＣＬＫ）、フォトセンサ信号（ＢＤ）、及び画像信号（ＶＩＤＥＯ）の関係を示すタイミングチャートである。
【図３】フォトセンサがレーザ光を検出する位置と印字開始位置との関係を示す図である。
【図４】ポリゴンミラーの偏向反射面、フォトセンサ信号（ＢＤ）、有効印字範囲、基準クロック数間の関係を示す図である。
【図５】従来の光走査光学装置としてのレーザスキャンユニットの構成を模式的に示す図である。
【図６】レーザスキャンユニットで用いられるポリゴンミラーを示す図である。
【符号の説明】
１…レーザ駆動基板、２…レーザダイオード（ＬＤ）、３…コリメータレンズ、４…シリンダレンズ、５…ポリゴンミラー（回転多面鏡）、６…第１ｆθレンズ、７…第２ｆθレンズ、８…感光体、９…センサ折り返しミラー、１０…フォトセンサ（ＢＤセンサ）。

Claims (2)

1. 光をポリゴンミラーにより偏向走査し感光体への露光を行う光走査光学装置において、偏向走査範囲内後方に対応してフォトセンサを配置し、主走査方向の露光タイミングを前記ポリゴンミラーの１回転前の同一の偏向反射面により反射された光に基づくフォトセンサ信号により決定することを特徴とする光走査光学装置。
2. 前記フォトセンサは、前記感光体上の像面と光学的に略等価位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の光走査光学装置。

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