JP4029639B2 - Light amount setting method for optical scanning device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを走査して画像の書き込みを行う光走査装置に関し、複数の光ビームで画像を形成する複写機やレーザプリンタ等に好適なものである。一層詳細には、被走査体上における複数の光ビームの走査方向における光量分布の差が最小もしくは略一致するように補正する手段を備えた光走査装置および光走査装置の光量設定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の画像形成装置は、単一のレーザから出力した光ビームをシリンドリカルレンズ等の光学系を介して光偏向手段としてのポリゴンミラーへ入射させ、このポリゴンミラーの回転によって反射光を主走査(偏向走査)させる構成である。なお、ポリゴンミラーで反射された光ビームは、光学手段としてのfθレンズを通過することによって、像担持体としての感光体上に結像される。これを感光体を副走査させながら繰り返すことにより、感光体上に画像を形成することができる。感光体上に形成された画像は静電画像であるため、例えばトナー等を供給して顕在化(現像)し、所定の用紙に転写することで用紙上に所望の画像を得ることができる。
【0003】
近年、ドキュメントのカラー化が進むに従い、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色について現像器を形成し、これを順次転写してフルカラー画像を形成するフルカラー画像形成装置が開発されるようになってきた。
【0004】
その中でも、特に高速な画像形成速度を必要とされる用途に向けて、複数の独立した画像形成装置を備え、ここで形成された現像像を単一の転写媒体上に連続的に転写し、1サイクルでフルカラー画像を形成する、タンデム方式のフルカラー画像形成装置が開発されている。
【0005】
ここで、従来のフルカラー画像形成装置の一例を図10(A)、(B)を参照して説明する。
【0006】
図10(A)、(B)に示すように、画像形成装置100では、用紙搬送ベルト102の用紙搬送方向上流側より、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の順に、画像形成装置104K、画像形成装置104Y、画像形成装置104M、画像形成装置104Cの順に設けられ、各画像形成装置には、像担持体としての感光体106の周囲に電子写真プロセスを構成するサブユニットが配置されている。
【0007】
この装置では、帯電装置108により感光体106を帯電した後、光走査装置110により画像情報に応じた光ビームを露光走査して潜像を形成する。次に、現像装置112により潜像を現像した後、一定速度で搬送される用紙114に転写を行なう。
【0008】
このプロセスをK、Y、M、Cの順に行ない、図示しない定着装置により転写像を用紙114に定着させて排出する。
【0009】
光走査装置110は、画像情報に応じて点灯されるレーザ光源(図示せず)から射出された光ビームを回転多面鏡116により等角速度で偏向し、2枚のfθレンズ118により、感光体106上に等速度で走査するスポットに結像する構成を備えている。
【0010】
さらに、上記タンデム方式のフルカラー画像形成装置において、一つの光走査装置に複数のレーザ(走査光学系)を設けたものも存在する。図11に示すように、このような光走査装置120では、光学箱122内部に配置された光学系は複数の光源装置部124、および各光源装置部124からのビームが平面反射ミラー126等を介して、単一の偏向器128に入射され偏向され、fθレンズ130、反射ミラー132及びシリンドリカルミラー134を介して光走査装置120の下方に配設された各色に対応する感光体ドラム136Y、136M、136C、136Kを走査する構成とされている。
【0011】
また、高速かつ高解像度といった要求に対応する光学系として、光ビームを回転多面鏡の各反射面の走査方向全面及び隣接する反射面の一部に照射するオーバーフィルド光学系が用いられている。
【0012】
従来、外周面に複数の反射面を備えた回転多面鏡を用いて光ビームを走査する光走査装置では、回転多面鏡より上流側(光ビームを出射する光源側)の光学系として、回転多面鏡に向けて出射された光ビームを回転多面鏡の一つの反射面の一部分のみに照射するアンダーフィルド光学系が一般的に取り入れられている。
【0013】
このアンダーフィルド光学系について、図12の模式図を参照して説明する。図12では、光ビームとしてのレーザビームLの光軸Cを直線として表わした場合の状態で示したものであり、(A)は平面図で、(B)は側面図である。
【0014】
図12に示すように、アンダーフィルド光学系では、半導体レーザ140から出射されコリメータレンズ142によって平行ビームとされたレーザビームLは開口板144でビームが成形されてシリンドリカルレンズ146によって副走査方向に集光されて回転多面鏡148の一つの反射面148Aの一部に入射される。反射面148Aで反射されたビームは、fθレンズ150、シリンドリカルミラー152を介して感光体ドラム154上に結像する。
【0015】
なお、開口板144は、略中央部に矩形状の開口が設けられた板状部材により構成されており、図13に示すように、開口板144の開口156の中心が半導体レーザ140から出射されたレーザビームLの中心(光軸)Cと略一致するように配設されている
このようなアンダーフィルド光学系に対し、図14のように光ビームを回転多面鏡の各反射面の走査方向の全面及び隣接する反射面の一部に照射するオーバーフィルド光学系は、あまり一般的には取り入れられていなかった。オーバーフィルド光学系では、図14(A)に示すように、回転多面鏡148の反射面148Aに対し、ビームエキスパンダ158等でレーザビームLが拡大され、全幅よりも広い主走査方向幅で入射し、反射面148Aに入射したレーザビームLのみを感光体ドラム154に対して偏向走査させるものである。したがって、オーバーフィルド光学系では、アンダーフィルド光学系と比較して、感光体ドラム154上に一定サイズのビームスポットを生じさせるのに必要な反射面の大きさを非常に小さくできるので、同一直径の回転多面鏡に、より多くの反射面を設けることが可能である。このことは、回転多面鏡を比較的低い回転速度で動作させることが可能であり、回転多面鏡を回転させる駆動系としてよりパワーの小さいモータと駆動装置を利用できることを意味している。
【0016】
しかしながら、このような効果を有するオーバーフィルド光学系では、記録媒体上の光量分布が均一でないマイナス要因があるため、あまり一般的には取り入れられていない。光量分布不均一の問題をより具体的に説明すると次のようになる。
【0017】
すなわち、半導体レーザ等の光源から出射されたレーザビームはガウスビーム形状を有しており、オーバーフィルド光学系では回転多面鏡の1つ以上の反射面を照射するようにビームエキスパンダ等によって拡大される。この状態で、記録媒体表面をレーザビームのビームスポットが走査するように回転多面鏡を回転させると、この回転が進むに従って、記録媒体に向けて反射されるレーザビームの光量が変化して光量分布が不均一となるのである。これは、回転多面鏡の反射面が回転に伴なってガウスビームプロファイルの異なる部分を切り出すことと、回転多面鏡が回転するに従って反射面の有効反射幅が変化することに起因する。
【0018】
上述したオーバーフィルド光学系の持つマイナス要因である光量分布の不均一については、画像濃度の不均一や細線の幅の不均一等の問題を発生させるため、大きな問題となっている。また、前述したタンデム方式のフルカラー画像形成装置に採用する場合、複数の光ビームの光量分布の差異が、各色の濃度差等の問題となってしまう。
【0019】
したがって、この光量分布の不均一の問題が改善されれば、オーバーフィルド光学系は、回転多面鏡を回転させるモータの負荷が軽減されると共に、省電力、低騒音でありながら高速かつ高解像度の光走査装置を構成することができるものとして広く活用することができる。
【0020】
そこで、従来から様々な提案がされている。例えば、オーバーフィルド光学系における光軸を調整する方法が、特開平9−96769号公報(以下、従来例1という)に開示されている。すなわち、図15に示すように、光ビームのパワーを検出するセンサ160が複数備えられた組立治具162に対して光走査装置164を配設した状態で光走査装置164を駆動することによって、被走査面に相当する位置でセンサ160が走査領域の中央部及び両端部の光量を検出し、両端部の光量がほぼ等しくなるように光軸を調整する。
【0021】
また、光量分布の不均一の問題を解決するために電気的に補正を行う技術が、特開平9−164718号公報(以下、従来例2という)に開示されている。この従来例について、感光体面上のレーザパワーと走査角度の関係を示す図16を参照して説明する。すなわち、一定光量で走査した場合、図16の曲線2のように、走査角度が大きいほど感光体面上のレーザパワーは減衰する。これは、光走査装置内のレンズやミラー等の透過率・反射率特性によるものである。そこで、この減衰を補う(曲線1になる)ように電気的に補正を行なうものである。
【0022】
また、光学部材の反射コーティング系によって補正を行う技術が特開2000−83445号公報(以下、従来例3という)に開示されている。この従来例3は、図17に示すように、通常、入射角度が大きいほど減衰する反射率を、薄膜層を形成することによって、入射角が大きいほど増加する構成としたものである。これによって走査領域端部における光量を増加させて光量分布を均一化させるものである。
【0023】
さらに、スリット形状を変えて補正を行う技術が特開平11−218702号公報(以下、従来例4という)に開示されている。すなわち、図13に示すように従来、ビームLを整形するために矩形形状の開口であったスリット170の形状を、図3(A)〜(C)に示すように、端部の開口幅を大きくすることによって走査端部の光ビームの通過量を多くして、図18に示すように、無補正の状態172から補正後の状態174に補正できるとしたものである。すなわち、光量分布を均一化することができるとしたものである。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例1では、検出出力のバラツキや、調整公差により、最終的な光量分布にバラツキを生じてしまうという不都合がある。
【0025】
また、光量分布を均一化する従来例2、3は、部品構成が複雑になり、特殊技術を使用することによって光走査装置の製造コストが高くなるという問題がある。
【0026】
一方、従来例4は、従来からある部品を用いるためにコスト面では有利であるが、部品の寸法バラツキによる光量分布のバラツキといった問題を生じるという不都合があった。
【0027】
さらに、オーバーフィルド光学系においては、光源であるレーザーダイオードから出射される光束の広がり角の製造バラツキによって、像面上の光量分布の傾向が異なるという問題がある。また、オーバーフィルド光学系では、偏向器に入射される光束の一部を切り取って反射しているため、広がり角の違いにより、走査端部に導かれる反射光の量が異なり、光量分布の差となって現れてくることになるという問題があった。
【0028】
また、上記従来例によって、光量分布の均一化は図れても、複数の光走査装置(走査光学系)を比較した場合、各走査光学系間のバラツキ及び光量分布の差を改善することはできない。
【0029】
すなわち、複数の走査光学系における光量分布は、光走査装置内の光学部品の透過率・反射率特性によりばらついてしまうため、各走査光学系における光量分布の均一化は可能であるが、複数の走査光学系の光量分布間のバラツキを抑えることはできない。
【0030】
また、調整及び製造上の公差を厳しくすることで、光量分布の差を小さくすることができるが、部品コストや調整工数が増加することにより結果として高価な物となってしまう。
【0031】
本発明は、上記問題点を解消するために、複数の光ビームの被走査体上での光量分布の差を改善することができる安価でかつ容易に達成することができる光走査装置を提供することを目的としている。
【0043】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の光走査装置の光量設定方法は、複数の光ビームによって感光体上に形成される複数の画像を重ねて多色画像とする一つの多色画像形成装置に用いられ、光ビームを出射する光源と、前記光ビームを走査方向に偏向させる偏向手段とを備えると共に前記偏向手段の走査方向の偏向面幅を超える幅の光ビームが当該偏向手段に入射される光走査装置における光量設定方法であって、前記複数の光ビームの走査領域内の各光ビームの光量分布の中心値((最大値+最小値)/2)が一致するように各光ビームの光量分布を調整したことを特徴とする。
【0044】
請求項1に記載の光走査装置の光量設定方法の作用について説明する。
【0045】
本発明の光走査装置には、偏向手段の偏向面幅を越える幅の光ビームが偏向手段に入射するオーバーフィルド光学系が構成されている。そして、各光ビームの光量分布に差異を生じていた場合に、各光ビームの光量分布を調整し、全ての光ビームの走査領域内の各光量分布の中心値((最大値+最小値)/2)を一致させることで、走査領域内の特定のポイント(位置)で一致させるよりも、走査領域全域における光量分布間の差を平均的に小さくすることができる。この結果、複数の光ビームを重ねあわせたときに走査領域内のどこのポイントでも光ビーム間に光量差が小さく、各光ビームで形成された画像の濃度差が抑制される。
【0046】
請求項2記載の光走査装置の光量設定方法は、請求項1記載の光走査装置の光量設定方法において、任意の光ビームの前記中心値に対して他の光ビームの前記中心値を一致するように設定することを特徴とする。
【0047】
請求項2に記載の光走査装置の光量設定方法の作用について説明する。
【0048】
任意の光ビームの光量分布の中心値を基準とし、他の光ビームの中心値を一致させることによって、調整を簡便にすることができる。
【0049】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。第1実施形態では、光走査装置が1つの走査光学系を備え、複数の光走査装置から複数の光ビームがそれぞれ感光体上に照射されることによって画像形成される、例えば、タンデム型の画像形成装置に用いられるものである。
〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態に係る光走査装置について説明する。先ず、本実施形態に係る光走査装置が実装される画像形成装置の一例ついて簡略に説明し、光走査装置の構成について説明する。
【0050】
画像形成装置10は、図1に示すように、用紙搬送ベルト12の用紙搬送方向上流側より、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の順に、画像形成装置14K、画像形成装置14Y、画像形成装置14M、画像形成装置14Cの順に設けられ、各画像形成装置14K〜14Cには、像担持体としての各感光体16の周囲に、帯電装置18、光走査装置20、現像装置22等の電子写真プロセスを構成するサブユニットが配置されている。
【0051】
したがって、画像形成装置10では、帯電装置18により感光体16を帯電した後、光走査装置20により画像情報に応じた光ビームを露光走査して潜像を形成する。次に、現像装置22により潜像を現像した後、一定速度で搬送される用紙24に転写を行なって画像を形成する。
【0052】
このプロセスをK、Y、M、Cの順に行ない、図示しない定着装置により転写像を用紙24に固定したのち排出するものである。
【0053】
このようにして使用される光走査装置20の構成について説明する。
【0054】
図2に示すように、光走査装置20は、光ビームLを発生する半導体レーザ26を備えており、半導体レーザ26からの光ビームLの出射方向には、入射された光ビームLを平行ビームに変換するコリメータレンズ28、略中央部に開口30が設けられた板状部材により構成された開口板32、後述するfθレンズ40との組み合わせにより、入射された光ビームを走査方向に拡大する凹レンズ34、シリンドリカルレンズ36、及び折り曲げミラー38が順に配設されている。
【0055】
なお、本実施例の開口板32に設けられた開口30は、特開平11−218702号公報に開示された技術を用いている。すなわち、開口30は、左右方向(走査方向)両端部において、上下方向(走査方向に垂直な方向)の開口幅が左右方向中央部に比較して大きい形状とされており、例えば、図3(A)〜(C)の何れかの形状とすることができる。また、開口板32は、図3(A)〜(C)に示すように、開口30の中心が半導体レーザ26から出射された後述する光ビームLの中心(光軸)Cと略一致するように配設されている。
【0056】
一方、折り曲げミラー38の光ビームの反射方向には、fθレンズ40、及び複数(本実施形態では12)の反射面42を外周面に備えた回転多面鏡44が順に配設されており、回転多面鏡44の反射面42による光ビームの反射方向には、fθレンズ40、回転多面鏡44の面倒れ補正を行うシリンドリカルミラー46が順に配設されており、シリンドリカルミラー46の光ビームの反射方向には、ドラム型の感光体16が配設されている。
【0057】
このように、光走査装置20では、折り曲げミラー38により反射された光ビームと回転多面鏡44の反射面42により反射された光ビームとの双方の光ビームが同一のfθレンズ40を通過するように、fθレンズ40を通過した光ビームが回転多面鏡44の反射面42に斜め上方から入射され、該入射された光ビームが回転多面鏡44の反射面42によって斜め下方に反射されて再度fθレンズ40に入射されるように各部が配設されている。
【0058】
しかしながら、このように構成された光走査装置20において、感光体16上の走査方向における光量分布は、光学部品の反射/透過率特性や、半導体レーザ26の広がり角によってバラツキが生じてしまう。
【0059】
この結果、図4(A)のように、複数の光走査装置20で走査される光ビームの光量分布が異なることで、感光体上に露光された潜像の強度分布や、用紙上に定着されたトナー像の濃度分布が各色で異なる結果となる。
【0060】
まず、各光ビームの光量分布差について図4を用いて説明する。図4(A)は光ビームの光量分布にバラツキが生じている一例である。横軸に走査幅、縦軸に中央部(横軸0)を100%とした光量分布を示している。図4(A)に示す比較例では、中央部の光量を各光ビーム間で一致するように調整するために、各色の光ビームの光量分布が走査端部で最大6%のバラツキが生じている。
【0061】
また、このバラツキは、前述したように半導体レーザ、光学部品などの製造バラツキに起因するため、設計段階でバラツキをゼロにすることは不可能である。この状態で、各光ビーム間のバラツキを最小にする手段を説明する。図4(A)に示すグラフは以下の表1のような光量分布である。
【0062】
【表1】
まず、各ビームの光量分布の中心値を求めると、表2のようになる。中心値とは、走査領域内の任意の点における光量のうち最大値と最小値の平均値である。任意の点は、本実施形態では、上記中央部及び+側、−側端部である。
【0063】
各光ビームの光量分布の中心値より、基準となる光ビーム(ここではシアンを基準とする)に対する、差を求める。
【0064】
【表2】
上記基準ビームとの中心値の差を、各ビームの補正量として、補正すると、表3及び図4(B)のようになる。
【0065】
【表3】
以上の手順により、補正前は各ビーム間の光量差が走査領域において両端部で最大6%あったが、補正後は最大3%となり、半減する。
【0066】
この結果、画像形成装置10において用紙24に形成された画像の各色の濃度差も抑制され、良好な画像が形成されることになる。
【0067】
なお、本実施形態では、基準ビーム(本実施形態ではシアン)を設け、基準ビームに対する補正を行なったが、例えば、表2で求められた中心値から、さらに各色の中心値の平均値を求め、その平均値にたいして補正を行なう方法もある。
【0068】
以上のように、各ビームの光量設定(光量の一致)を各走査領域中央部の光量で行なうのではなく、走査領域において光量差を平均的に分散させることで、画像における濃度差を小さくできる。
【0069】
次に、半導体レーザの広がり角と光量分布の関係について図5、図6を用いて説明する。
【0070】
図5と図6は、オーバーフィルド光学系の概略図を示している。図5は、回転多面鏡44の反射面42によって感光体16における走査領域中央部に光ビームLが導かれる状態を示し、図6は感光体16の走査領域端部に光ビームLが導かれる状態を示し、各図の(B)〜(D)がそれぞれ半導体レーザ出射光(各図(A)における位置B)、スリット後の光束(各図(A)における位置C)、ポリゴンミラー反射後の光束(各図(A)における位置D)のプロファイルを示している。
【0071】
オーバーフィルド光学系では、前述したように、回転多面鏡44へ入射する光束を切り取るように反射して走査している。まず、半導体レーザ26から出射された光ビームLはある広がりを持って出射されている。出射された光ビームLは、コリメータレンズ28で平行光となり開口板32の開口部30によって光束幅を規制され、回転多面鏡44の反射面42へ入射される。走査中央部では、図5(A)に示すように、入射光束の中央部を使用することになる。また、走査端部では、図6(A)に示すように、入射光束の約半分の片側のみを使用することになる。このように、走査中央部と走査端部での入射光束の切り取り量がことなるため、端部での光量分布の減衰といった減少が生じることになる。
【0072】
また、図5及び図6では、半導体レーザ26の広がり角が異なるプロファイルを示している。半導体レーザ26の広がり角はα、β、γ(度)であり、α<β<γの関係となっている。この広がり角の違いによって、回転多面鏡44で切り取られる量に差が生ずる。すなわち、図5(D)に示すように走査中央部においては、広がり角α、β、γの差は小さいが、図6(D)に示すように走査端部では回転多面鏡44で切り取られる量がα、β、γで異なり、その結果、光量分布のバラツキといった現象となる。
【0073】
以上のように、半導体レーザ26の広がり角の製造バラツキが、光走査装置の光量分布にバラツキの一要因となっている。
【0074】
そこで、本実施形態では、画像形成装置10において、全ての光走査装置20で使用される半導体レーザ26を、広がり角が一致したものしている。すなわち、半導体レーザ26の広がり角を予め検査し、広がり角が一致した半導体レーザ26を同一の画像形成装置10の光走査装置20に使用することによって、複数の光走査装置(光ビーム)間で広がり角の違いに起因する複数の光ビーム間の光量分布のバラツキを防止することができ、各色の濃度差を抑制することができる。
【0075】
次に、開口板32の開口30の形状と光量分布の関係を図7(A)、(B)を用いて説明する。図7(A)は、開口の正面図、図7(B)は開口の寸法Xを変化させたときの光量分布をグラフで示した図である。
【0076】
図3(A)〜(C)で示したように、開口板32の開口部30の形状を走査方向両端部で副走査方向の幅を中央部と比較して大きくすることによって、走査領域端部における光量低下を抑制して、光量分布を均一化させることができる。しかし、それだけでは、各色の光ビーム間の光量差を抑制することができない。そこで、開口部30の形状の変化による走査領域端部の光量変化を関数化することによって、これに対処しようというものである。
【0077】
開口部30の形状は、図7(A)に示すように、光軸Cが通過する位置の副走査幅W1の中央部30Aに対して副走査幅がW1よりも広いW2である走査方向端部30Bが両端に形成されたものである。
【0078】
ここで、開口部30の中央部の走査方向長さXを変化させることにより、図7(B)に示すように、走査領域端部の光量の走査領域中央部に対する光量比が変化することが確認された。すなわち、走査方向長さXと光量比には、関数で表すことができる相関関係があるため、所望の光量分布(光量比)を得るために寸法Xを前記関数より求めることができる。また、異なる光学系でも同様の関係を導くと、図7(B)の光学系▲2▼のようになる。この場合でも、走査方向長さXと光量分布は関数で表され、所望の光量分布を得ることは容易である。
【0079】
また、上記走査方向長さXに限らず開口部30形状を異ならせることで、所望の光量分布を得ることが可能である。
【0080】
本実施形態では、前記開口板32は、容易に着脱可能に構成され、着脱により半導体レーザ26、凹レンズ34、シリンドリカルレンズ36との光軸がずれないような取付け構造となっている。前記開口板32は開口30の形状が異なるものが少なくとも2種類以上用意されており、光量分布形状により前記開口板32を交換することになる。
【0081】
このように構成することによって、光ビームLの光量分布を均一化することができると共に、他の光ビームLの光量分布との光量差を低減させるために調整することが可能となる。
【0082】
このように、本実施形態では、画像形成装置10に搭載される複数の光走査装置20から出射される光ビームの光量分布を略一致させることができるため、形成される画像の色の濃度差を抑制することができる。
【0083】
また、ここでは、光量分布の設定方法、開口形状の異なる開口板32を配設することによって端部と中央部の光量比を調整する方法、広がり角の一致した半導体レーザ26を使用すること、を説明したが、これらのいずれか1つだけ採用しても効果があると共に、これらの複数を組み合せても同様に効果がある。
〔第2実施形態〕
本発明の第2実施形態に係る光走査装置について説明する。本発明では、第1実施形態と異なるのが、光走査装置の構成のみなので該当部分のみを説明する。第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0084】
第1実施形態と異なるのは、本発明の実施の形態に係る光走査装置50が、多色(カラー)画像形成装置に搭載されるタイプであり、各色(Y,M,C,K)用の感光体ドラムを走査するための複数の光学系、及び複数の光源が一つの光走査装置50内に装備されている。
【0085】
図8および図9に示すように、光走査装置50の光学箱52内部に4色に相当する4本の光学系が構成されている。光学箱52の内部には、それぞれ2色に相当する光ビームが出射される光源装置部54、56から出射された2本ずつの光ビームがそれぞれ回転多面鏡58の対向する反射面60に入射して、各色に対応した感光体ドラム62Y、62M、62C、62Kに入射する構成である。
【0086】
したがって、光走査装置50の光学系は回転多面鏡58の両側で対称となる光学系となっている。ここでは、図9における右側の光学系について説明する。便宜的に、光源装置部54Aからの光ビームを“光ビームLA”、光源装置部54Bからの光ビームを“光ビームLB”と称する。
【0087】
光源装置部54A、54Bにおいて、半導体レーザ26から出射された光ビームLA、LBはコリメータレンズ28によって光ビーム整形され、開口絞り32で光束幅を規制された後、シリンドリカルレンズ34によって所定形状(副走査方向に集束し主走査方向には長い)の線状光束とされる。
【0088】
シリンドリカルレンズ34を透過後、光ビームLAは平面ミラー64に直接入射し、光ビームLBは平面ミラー66での反射によって光ビームLAとほぼ同じ向きとされて平面ミラー64に入射する。
【0089】
ここでの光ビームLA、LBは副走査方向で所定の角度差を有して平面ミラー64に入射し、回転多面鏡58側に反射される。
【0090】
また、光ビームLA、LBは回転多面鏡58へ入射する時と回転多面鏡58で反射偏向された後に主走査方向においてfθレンズ40を透過すると共に、回転多面鏡58の反射面へ正面から入射する、いわゆる正面入射ダブルパス光学系とされている。
【0091】
なお、光ビームLA、LBの回転多面鏡58の反射面60上での高さ方向の入射位置は、副走査方向での入射角を大きく設定された光ビームLBが、入射角を小さく設定された光ビームLAより下側に入射するように設定されている。
これにより回転多面鏡58の反射面上における両光ビームの副走査方向での間隔が確保される。さらに、回転多面鏡58の反射面60で反射された光ビームLA、LBの副走査方向での間隔は光路が進に従い徐々に広がる。よって、fθレンズ40を透過した後に確保される両光ビームの間隔が広くされることで、その後の各光学部品の配置を可能な限り容易にしている。
【0092】
なお、回転多面鏡58で偏向され、fθレンズ40を透過した光ビームLA、LBは各光ビームに対応して設けられた平面ミラー68A、68Bによって所定の光路になるよう角度調整される。この後、光ビームLA、LBは回転多面鏡58の上方を通過して各シリンドリカルミラー46に至る。
【0093】
シリンドリカルミラー46により下方へ反射された光ビームLA、LBはfθレンズ40の間を通過し、すなわち光走査装置50の内部を再度通過して、感光体ドラム62C、62Kに至る。
【0094】
以上が片側の光学系及び、光ビームの光路であり、他方も同ような光学系、光路によって各感光体ドラム62M、62Yに至る。
【0095】
このように、本実施形態の光走査装置50における光学系では回転多面鏡58の片側で2本の光ビームを、両側で計4本の光ビームを同時に偏向走査し、各光源から出射される光ビームにより、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色に対応して配置された感光体ドラム上を走査する構成である。
【0096】
このように、光走査装置50では、同一の装置上で各色に対応する複数の光ビームの光量ビームの調整及び計測をできるため、複数の光ビームの光量分布の計測を同時に行なうことができる。すなわち、光量分布の差を瞬時に把握することができる。光量分布の差が求められれば、本発明の光量分布の中心値を合わせる手段、及びスリット交換による光量分布調整を容易に行なうことができる。
【0100】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、複数の光ビームの初期設定光量は、走査領域内の光量分布の中心値が、すべての光ビームで一致するようにしたことで、走査領域内のあるポイントで一致させるよりも、走査領域全域で平均的に差を小さくすることができる。この結果、複数の光ビームを重ねあわせたときに走査領域内のどこのポイントでも光ビーム間に光量差が小さく、各光ビームで形成された画像の濃度差が抑制される。
【0101】
請求項2の発明によれば、任意の光ビームの光量分布の中心値を基準とし、他の光ビームの中心値を一致させることで請求項1の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態に係る画像形成装置の側面図である。
【図2】 本発明の第1実施形態に係る光走査装置の斜視図である。
【図3】 (A)〜(C)は、本発明の第1実施形態に係るスリットの開口形状の例を示す図である。
【図4】 本発明の第1実施形態に係る複数の光走査装置における光量分布のバラツキの説明図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係る走査中央部の半導体レーザの広がり角と光量分布の関係を示すである。
【図6】本発明の第1実施形態に係る走査端部の半導体レーザの広がり角と光量分布の関係を示すである。
【図7】本発明の第1実施形態に係る(A)開口板の正面図、(B)開口部形状と光量分布の関係を示すグラフである。
【図8】 本発明の第2実施形態に係る光走査装置の斜視図である。
【図9】 本発明の第2実施形態に係る光走査装置の側面図である。
【図10】 従来のフルカラー画像形成装置の構成を示す摸式図である。
【図11】 従来例に係る光走査装置の概略斜視図である
【図12】 従来例に係るアンダーフィルド光学系による光走査装置の概略構成を示す図であり、(A)は平面図、(B)は側面図である。
【図13】 従来例に係る開口板の開口の形状、及び開口と光ビームとの位置関係を示す概略図である。
【図14】 従来例に係るオーバーフィルド光学系による光走査装置の概略構成を示す図であり、(A)は平面図、(B)は側面図である。
【図15】 特開平9−96769号公報に開示された光走査装置の光軸調整装置を説明する図である。
【図16】 特開平9−164718号公報に開示された感光体面上のレーザパワーと走査角度の関係を示す図である。
【図17】 特開2000−83445号公報に開示された光学部品の反射面に薄膜層を形成した場合の入射角に対する反射率の増加比率をグラフとして示した図である。
【図18】特開平11−218702号公報に開示された光量分布の補正を効果を示すグラフである。
【符号の説明】
20、50…光走査装置
26…光源
32…開口板(開口部材)
44、58…回転多面鏡(偏向手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning apparatus that scans a light beam and writes an image, and is suitable for a copying machine or a laser printer that forms an image with a plurality of light beams. More specifically, the present invention relates to an optical scanning device provided with means for correcting so that the difference in the light amount distribution in the scanning direction of a plurality of light beams on a scanned object is minimized or substantially matched, and a light amount setting method for the optical scanning device.
[0002]
[Prior art]
In a conventional image forming apparatus, a light beam output from a single laser is incident on a polygon mirror as a light deflecting unit via an optical system such as a cylindrical lens, and the reflected light is subjected to main scanning (deflection) by rotation of the polygon mirror. Scanning). The light beam reflected by the polygon mirror passes through an fθ lens as an optical means, and forms an image on a photoconductor as an image carrier. By repeating this while sub-scanning the photoconductor, an image can be formed on the photoconductor. Since the image formed on the photoconductor is an electrostatic image, a desired image can be obtained on a sheet by supplying toner or the like to reveal (develop) it and transfer it to a predetermined sheet.
[0003]
In recent years, as the colorization of documents has progressed, full-color images are formed by forming developers for each color of black (K), yellow (Y), magenta (M), and cyan (C), and transferring them sequentially. Image forming apparatuses have been developed.
[0004]
Among them, a plurality of independent image forming apparatuses are provided for applications that require a particularly high image forming speed, and the developed images formed here are continuously transferred onto a single transfer medium. Tandem-type full-color image forming apparatuses that form a full-color image in one cycle have been developed.
[0005]
Here, an example of a conventional full-color image forming apparatus will be described with reference to FIGS.
[0006]
As shown in FIGS. 10A and 10B, in the
[0007]
In this apparatus, after the
[0008]
This process is performed in the order of K, Y, M, and C, and the transfer image is fixed on the
[0009]
The
[0010]
Further, in the tandem full-color image forming apparatus, there is one in which a plurality of lasers (scanning optical systems) are provided in one optical scanning apparatus. As shown in FIG. 11, in such an
[0011]
Further, as an optical system that meets the demand for high speed and high resolution, an overfilled optical system that irradiates a light beam to the entire scanning direction of each reflecting surface of a rotary polygon mirror and a part of the adjacent reflecting surface is used.
[0012]
Conventionally, in an optical scanning device that scans a light beam using a rotating polygon mirror having a plurality of reflecting surfaces on the outer peripheral surface, the rotating polygon is used as an optical system upstream of the rotating polygon mirror (on the light source side that emits the light beam). In general, an underfilled optical system that irradiates only a part of one reflecting surface of a rotating polygonal mirror with a light beam emitted toward the mirror is adopted.
[0013]
The underfilled optical system will be described with reference to the schematic diagram of FIG. In FIG. 12, the optical axis C of the laser beam L as a light beam is shown as a straight line, (A) is a plan view, and (B) is a side view.
[0014]
As shown in FIG. 12, in the underfilled optical system, the laser beam L emitted from the
[0015]
The
In contrast to such an underfilled optical system, an overfilled optical system that irradiates a light beam to the entire surface in the scanning direction of each reflecting surface of the rotary polygon mirror and a part of the adjacent reflecting surface as shown in FIG. Was not included. In the overfilled optical system, as shown in FIG. 14A, the laser beam L is magnified by the
[0016]
However, in the overfilled optical system having such an effect, since there is a negative factor that the light amount distribution on the recording medium is not uniform, it is not generally adopted. The problem of non-uniform light quantity distribution will be described more specifically as follows.
[0017]
That is, a laser beam emitted from a light source such as a semiconductor laser has a Gaussian beam shape, and is expanded by a beam expander or the like so as to irradiate one or more reflecting surfaces of a rotary polygon mirror in an overfilled optical system. The In this state, when the rotary polygon mirror is rotated so that the laser beam spot scans the surface of the recording medium, the amount of laser beam reflected toward the recording medium changes as the rotation proceeds, and the light quantity distribution Is non-uniform. This is due to the fact that the reflecting surface of the rotating polygonal mirror cuts out different portions of the Gaussian beam profile as it rotates, and that the effective reflection width of the reflecting surface changes as the rotating polygonal mirror rotates.
[0018]
The non-uniformity of the light amount distribution, which is a negative factor of the above-described overfilled optical system, is a big problem because it causes problems such as non-uniform image density and non-uniform thin line width. Further, when employed in the above-described tandem-type full-color image forming apparatus, the difference in the light amount distribution of a plurality of light beams becomes a problem such as a difference in density of each color.
[0019]
Therefore, if this non-uniform light quantity distribution problem is improved, the overfilled optical system can reduce the load on the motor that rotates the rotary polygon mirror, and can achieve high speed and high resolution while reducing power consumption and noise. It can be widely used as a device that can constitute an optical scanning device.
[0020]
Therefore, various proposals have been made conventionally. For example, a method for adjusting the optical axis in an overfilled optical system is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-96769 (hereinafter referred to as Conventional Example 1). That is, as shown in FIG. 15, by driving the
[0021]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-164718 (hereinafter referred to as Conventional Example 2) discloses a technique for performing electrical correction in order to solve the problem of unevenness of the light amount distribution. This conventional example will be described with reference to FIG. 16 showing the relationship between the laser power on the photosensitive member surface and the scanning angle. That is, when scanning is performed with a constant light amount, the laser power on the surface of the photoconductor is attenuated as the scanning angle is increased as shown by curve 2 in FIG. This is due to the transmittance / reflectance characteristics of lenses, mirrors and the like in the optical scanning device. Therefore, electrical correction is performed to compensate for this attenuation (becomes curve 1).
[0022]
Further, a technique for performing correction using a reflective coating system for optical members is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-83445 (hereinafter referred to as Conventional Example 3). In Conventional Example 3, as shown in FIG. 17, the reflectance that attenuates as the incident angle increases usually increases as the incident angle increases by forming a thin film layer. As a result, the amount of light at the end of the scanning region is increased to make the light amount distribution uniform.
[0023]
Further, a technique for correcting by changing the slit shape is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-218702 (hereinafter referred to as Conventional Example 4). That is, the shape of the slit 170, which has been a rectangular opening for shaping the beam L as shown in FIG. By increasing the amount, the amount of light beam passing through the scanning end can be increased to correct from the uncorrected state 172 to the corrected
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, Conventional Example 1 has a disadvantage in that the final light amount distribution varies due to variations in detection output and adjustment tolerances.
[0025]
In addition, the conventional examples 2 and 3 for making the light quantity distribution uniform have a problem that the component configuration becomes complicated, and the manufacturing cost of the optical scanning device is increased by using a special technique.
[0026]
On the other hand, Conventional Example 4 is advantageous in terms of cost because it uses conventional parts, but has the disadvantage of causing problems such as variations in light intensity distribution due to dimensional variations in parts.
[0027]
Furthermore, in the overfilled optical system, there is a problem in that the tendency of the light amount distribution on the image plane differs depending on the manufacturing variation in the spread angle of the light beam emitted from the laser diode as the light source. In addition, in the overfilled optical system, a part of the light beam incident on the deflector is cut off and reflected, so that the amount of reflected light guided to the scanning end differs depending on the spread angle, resulting in a difference in light amount distribution. There was a problem that it would appear.
[0028]
Further, even if the light quantity distribution can be made uniform by the above-described conventional example, when a plurality of optical scanning devices (scanning optical systems) are compared, it is not possible to improve the variation between the scanning optical systems and the difference in the light quantity distribution. .
[0029]
That is, the light amount distribution in the plurality of scanning optical systems varies depending on the transmittance / reflectance characteristics of the optical components in the optical scanning device, and thus the light amount distribution in each scanning optical system can be made uniform. Variations in the light quantity distribution of the scanning optical system cannot be suppressed.
[0030]
Further, by tightening adjustment and manufacturing tolerances, it is possible to reduce the difference in the light amount distribution, but as a result, the cost of components and the number of adjustment steps increase, resulting in an expensive product.
[0031]
In order to solve the above problems, the present invention provides an inexpensive and easily achieved optical scanning device that can improve the difference in the light amount distribution of a plurality of light beams on a scanned object. The purpose is that.
[0043]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the light quantity setting method for an optical scanning device according to claim 1 is a multicolor image obtained by superimposing a plurality of images formed on a photosensitive member by a plurality of light beams to form a multicolor image. Used in image forming devices,An optical scanning device that includes a light source that emits a light beam, and a deflecting unit that deflects the light beam in a scanning direction, and a light beam having a width that exceeds a deflection surface width in the scanning direction of the deflecting unit is incident on the deflecting unitThe light amount distribution method of each light beam is set so that the central value ((maximum value + minimum value) / 2) of the light amount distribution of each light beam in the scanning region of the plurality of light beams coincides. It has been adjusted.
[0044]
Claim1The operation of the light amount setting method of the optical scanning device described in the above will be described.
[0045]
The optical scanning apparatus of the present invention is configured with an overfilled optical system in which a light beam having a width exceeding the deflection surface width of the deflecting means is incident on the deflecting means. AndIf there is a difference in the light amount distribution of each light beam, the light amount distribution of each light beam is adjusted, and the center value ((maximum value + minimum value) / 2 of each light amount distribution in the scanning region of all the light beams. ) Can be averaged to make the difference between the light quantity distributions in the entire scanning region smaller than the matching at a specific point (position) in the scanning region. As a result, when a plurality of light beams are superimposed, the light amount difference between the light beams is small at any point in the scanning region, and the density difference between the images formed by the light beams is suppressed.
[0046]
Claim2The light amount setting method for the optical scanning device described in claim1In the light amount setting method for the optical scanning device described above, the center value of another light beam is set to coincide with the center value of an arbitrary light beam.
[0047]
Claim2The operation of the light amount setting method of the optical scanning device described in the above will be described.
[0048]
Adjustment can be simplified by matching the center values of the other light beams with the center value of the light quantity distribution of an arbitrary light beam as a reference.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the optical scanning device includes one scanning optical system, and images are formed by irradiating a plurality of light beams from the plurality of optical scanning devices onto the photosensitive member, for example, a tandem type image. It is used for a forming apparatus.
[First Embodiment]
An optical scanning device according to a first embodiment of the present invention will be described. First, an example of an image forming apparatus in which the optical scanning device according to this embodiment is mounted will be briefly described, and the configuration of the optical scanning device will be described.
[0050]
As shown in FIG. 1, the
[0051]
Therefore, in the
[0052]
This process is performed in the order of K, Y, M, and C, and the transfer image is fixed on the
[0053]
The configuration of the
[0054]
As shown in FIG. 2, the
[0055]
The
[0056]
On the other hand, in the reflection direction of the light beam of the bending
[0057]
As described above, in the
[0058]
However, in the
[0059]
As a result, as shown in FIG. 4A, the intensity distribution of the latent image exposed on the photoconductor and the fixing on the paper are different because the light amount distribution of the light beams scanned by the plurality of
[0060]
First, the difference in the light amount distribution of each light beam will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows an example in which the light amount distribution of the light beam varies. The horizontal axis shows the scanning width, and the vertical axis shows the light quantity distribution with the central portion (horizontal axis 0) being 100%. In the comparative example shown in FIG. 4A, the light amount distribution of each color light beam varies up to 6% at the scanning end in order to adjust the light amount in the central portion so as to match between the light beams. Yes.
[0061]
Further, as described above, this variation is caused by the manufacturing variation of the semiconductor laser, the optical component, etc., and therefore it is impossible to make the variation zero at the design stage. In this state, means for minimizing the variation between the light beams will be described. The graph shown in FIG. 4A is a light amount distribution as shown in Table 1 below.
[0062]
[Table 1]
First, the center value of the light quantity distribution of each beam is obtained as shown in Table 2. The center value is an average value of the maximum value and the minimum value among the light amounts at arbitrary points in the scanning region. In the present embodiment, the arbitrary points are the central portion, the + side, and the − side end portion.
[0063]
A difference with respect to the reference light beam (here, cyan is used as a reference) is obtained from the center value of the light amount distribution of each light beam.
[0064]
[Table 2]
When the difference in the center value from the reference beam is corrected as the correction amount of each beam, the result is as shown in Table 3 and FIG.
[0065]
[Table 3]
According to the above procedure, the light amount difference between the beams before the correction was 6% at the maximum in the scanning region, but after the correction, the difference was 3% at the maximum and halved.
[0066]
As a result, the density difference of each color of the image formed on the
[0067]
In this embodiment, a reference beam (cyan in this embodiment) is provided and correction for the reference beam is performed. For example, an average value of the center values of the respective colors is obtained from the center values obtained in Table 2. There is also a method of correcting the average value.
[0068]
As described above, instead of setting the light amount of each beam (matching the light amount) with the light amount at the center of each scanning region, the density difference in the image can be reduced by dispersing the light amount difference in the scanning region on average. .
[0069]
Next, the relationship between the spread angle of the semiconductor laser and the light amount distribution will be described with reference to FIGS.
[0070]
5 and 6 show schematic views of the overfilled optical system. FIG. 5 shows a state in which the light beam L is guided to the center of the scanning region of the
[0071]
In the overfilled optical system, as described above, the light beam incident on the
[0072]
5 and 6 show profiles in which the spread angle of the
[0073]
As described above, the manufacturing variation in the divergence angle of the
[0074]
Therefore, in the present embodiment, in the
[0075]
Next, the relationship between the shape of the
[0076]
As shown in FIGS. 3A to 3C, the shape of the
[0077]
As shown in FIG. 7A, the shape of the
[0078]
Here, by changing the length X in the center of the
[0079]
Further, not only the length X in the scanning direction but also the shape of the
[0080]
In the present embodiment, the
[0081]
With this configuration, the light amount distribution of the light beam L can be made uniform, and adjustment can be made to reduce the light amount difference from the light amount distributions of the other light beams L.
[0082]
As described above, in the present embodiment, the light amount distributions of the light beams emitted from the plurality of
[0083]
Also, here, a method for setting the light amount distribution, a method for adjusting the light amount ratio between the end portion and the central portion by disposing the
[Second Embodiment]
An optical scanning device according to a second embodiment of the present invention will be described. Since the present invention is different from the first embodiment only in the configuration of the optical scanning device, only the relevant part will be described. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0084]
The difference from the first embodiment is that the
[0085]
As shown in FIGS. 8 and 9, four optical systems corresponding to four colors are formed inside the
[0086]
Therefore, the optical system of the
[0087]
In the light
[0088]
After passing through the
[0089]
The light beams LA and LB here are incident on the
[0090]
Further, the light beams LA and LB are transmitted through the
[0091]
Incidentally, the incident position of the light beams LA and LB in the height direction on the reflecting
Thereby, the space | interval in the subscanning direction of both light beams on the reflective surface of the
[0092]
Note that the light beams LA and LB deflected by the
[0093]
The light beams LA and LB reflected downward by the
[0094]
The above is the optical system on one side and the optical path of the light beam. The other optical system and optical path also reach the
[0095]
As described above, in the optical system of the
[0096]
As described above, the
[0100]
【The invention's effect】
As explained above,Claim1According to the invention, the initial set light amounts of the plurality of light beams are made to coincide with each other at a certain point in the scanning region by making the central value of the light amount distribution in the scanning region coincide with all the light beams. Also, the difference can be reduced on the average over the entire scanning region.As a result, when a plurality of light beams are superimposed, the light amount difference between the light beams is small at any point in the scanning region, and the density difference between the images formed by the light beams is suppressed.
[0101]
Claim2According to the invention, the center value of the light quantity distribution of an arbitrary light beam is used as a reference, and the center values of the other light beams are matched to each other.1The same effect as that of the present invention can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the optical scanning device according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 3A to 3C are diagrams showing examples of the opening shape of the slit according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is an explanatory diagram of variations in light amount distribution in a plurality of optical scanning devices according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the divergence angle and the light amount distribution of the semiconductor laser at the center of scanning according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the divergence angle of the semiconductor laser at the scanning end and the light amount distribution according to the first embodiment of the present invention.
7A is a front view of an aperture plate according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a graph showing the relationship between the aperture shape and the light amount distribution.
FIG. 8 is a perspective view of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side view of an optical scanning device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional full-color image forming apparatus.
FIG. 11 is a schematic perspective view of an optical scanning device according to a conventional example.
12A and 12B are diagrams showing a schematic configuration of an optical scanning device using an underfilled optical system according to a conventional example, where FIG. 12A is a plan view and FIG. 12B is a side view.
FIG. 13 is a schematic view showing the shape of the aperture of the aperture plate according to the conventional example and the positional relationship between the aperture and the light beam.
14A and 14B are diagrams showing a schematic configuration of an optical scanning device using an overfilled optical system according to a conventional example, in which FIG. 14A is a plan view and FIG. 14B is a side view.
FIG. 15 is a diagram for explaining an optical axis adjusting device of an optical scanning device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-96769.
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the laser power on the photoreceptor surface and the scanning angle disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-164718.
FIG. 17 is a graph showing the increase ratio of the reflectance with respect to the incident angle when a thin film layer is formed on the reflection surface of the optical component disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-83445.
FIG. 18 is a graph showing the effect of correcting the light amount distribution disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-218702.
[Explanation of symbols]
20, 50 ... Optical scanning device
26 ... Light source
32 ... Opening plate (opening member)
44, 58 ... rotating polygon mirror (deflection means)
Claims (2)
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