JP4409869B2

JP4409869B2 - 偏向素子と光走査装置、並びに画像形成装置

Info

Publication number: JP4409869B2
Application number: JP2003200551A
Authority: JP
Inventors: 善紀林; 智宏中島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-23
Also published as: JP2005043469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、デジタル複写機、ＰＰＦ、バーコードスキャナ、車載用レーザレーダ装置等に用いられる偏向素子と光走査装置、並びに画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光走査装置における偏向器としてポリゴンミラーが用いられてきたが、更なる高密度化、高速化に対応するためにはミラーの高速回転が必要になり、その結果、発熱、騒音、消費電力アップ等が問題となる。
近年、Ｓｉ基板と振動ミラーとそれを支持するねじり梁で一体化形成された偏向素子が提案されている（たとえば、特許文献１，２参照。）。この方式は、共振を利用してミラーを往復運動させるため、高速動作が可能であるにもかかわらず、騒音、消費電力が少なくても済むという特徴がある。
また、往復運動する偏向素子へ入射する光束の主走査方向の寸法を、偏向面の主走査方向の寸法より長くすることで、十分な走査幅と小スポット径を可能とする光走査装置が提案されている（たとえば、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９２４２００号明細書
【特許文献２】
特許第３０１１１４４号明細書
【特許文献３】
特開２００２−１８２１４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｓｉ基板と振動ミラーとそれを支持するねじり梁で一体化形成された偏向素子には、以下の課題がある。
課題（１）：偏向素子が回転軸と略平行な軸を中心に主走査方向にティルトすると、倍率誤差特性が大きくなり被走査面上で等速性が確保できない。
課題（２）：工法上、偏向ミラーと保持部の面が平行になりやすいため、保持部によるゴースト光（フレア光）が発生し易い。
【０００５】
本発明は以上のような従来技術の問題点、つまり上記課題（１）（２）を解消するためになされたもので、往復運動する偏向ミラーを備えた偏向素子と当該偏向素子を備えた光走査装置、並びに当該光走査装置を備えた画像形成装置において、倍率誤差を低減することができ、また、フレア光を防止することができる偏向素子と光走査装置、並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる偏向素子は、回転軸を中心に往復運動することで光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、当該偏向ミラーを保持する保持部とを有してなる偏向素子であって、往復ビーム走査時において、上記光源からの光束が入射する側であって上記偏向ミラーの主走査方向外側に配置された上記保持部の面が内側に向いて傾斜し、上記保持部の面の法線が、上記偏向ミラーの偏向面の法線と常に互いに角度を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる偏向素子の別の態様は、回転軸を中心に往復運動することで光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、当該偏向ミラーを保持する保持部と、当該偏向ミラーの主走査方向外側の保持部を覆うように配備された遮光部とを有してなる偏向素子であって、往復ビーム走査時において、上記光源からの光束が入射する側の上記遮光部の面が内側に向いて傾斜し、上記遮光部の面の法線が、上記偏向ミラーの偏向面の法線と常に互いに角度を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる光走査装置は、光源と、光源からの光束を偏向する偏向素子とを備えた光走査装置であって、偏向素子は、本発明にかかる偏向素子であることを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる光走査装置は、偏向素子に入射する光束の主走査方向の幅は、偏向素子の偏向面の主走査方向の幅より大きいことを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかる画像形成装置は、光書込装置から像担持体に光書込みを行い、電子写真法により、この像担持体上に静電潜像を形成する装置であって、光書込装置は、本発明にかかる光走査装置であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる偏向素子と光走査装置、並びに画像形成装置の実施の形態について説明する。
【００１７】
先ず、本発明にかかる偏向素子と光走査装置について説明する。
図１は、本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す偏向回転面に垂直な面内に展開した光学配置図である。符号１は光源である半導体レーザ（ＬＤ）、２はカップリングレンズ、３はシリンドリカルレンズ、４は入射ミラー、５は偏向素子基板、６は偏向ミラー（ミラー部）、７は保持部、８は第１走査レンズ、９は第２走査レンズ、１０は感光体、１１は調節ネジ、１２はハウジング、１３は本発明にかかる偏向素子、を示す。
【００１８】
半導体レーザ１は、画像信号に基づき変調駆動され、発散光束を射出する。半導体レーザ１から出射された発散光束（ビーム）は、カップリングレンズ２により、以降の光学系に適したビーム形態にカップリングされる。
カップリングレンズ２を通過したビームは、緩やかな発散光・緩やかな収束光または平行光で、副走査方向のみにパワーを有するシリンドリカルレンズ３により偏向素子１３内の偏向ミラー６近傍にて主走査方向の長い線像として結像する。ここで、被走査面上をビームが走査する方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。
【００１９】
偏向素子１３は、ハウジング１２に形成された突起部１６の先端に載置された偏向素子基板５と、この偏向素子基板５の両側に対をなして設けられた保持部７と、当該保持部７に対して往復運動し得るように保持された偏向ミラー６とを有してなる。偏向素子１３は、図示しない駆動装置により回転軸を中心に往復回転して、図２に示すように正弦波振動を行い、振幅角±θ０に対して±θｓの角度が有効回転角として用いられる。図中、実線の矢印で示した範囲が有効回転角に対応した時間である。
【００２０】
シリンドリカルレンズ３から入射したビームは、偏向ミラー６の往復運動により偏向され、走査光学素子としての第１走査レンズ８と第２走査レンズ９を介して被走査面（感光体１０の表面）上で集光される。
第１走査レンズ８と第２走査レンズ９は、正弦波振動的に偏向走査されるビームを被走査面上で略等速に走査するように変換するａｒｃｓｉｎ特性を有し、なおかつ、被走査面上に集光してビームスポットを形成する機能を有する。
【００２１】
ここで、偏向ミラー６が主走査方向に対して回転軸回りにティルトされていない場合には、図２に示す正弦波振動の実線の矢印で示す部分を用いることができ、＋側の回転角と−側の回転角が等しく、倍率誤差に非対称性は発生しないため、ａｒｃｓｉｎ特性を有する走査レンズを用いれば倍率誤差を良好に補正することができる。
一方、偏向ミラーが主走査方向に対して回転軸回りにティルトされている場合には、図２に示す正弦波振動の破線の矢印で示す部分を用いざるを得ず、＋側の回転角と−側の回転角が異なって、倍率誤差が非対称的に劣化する。
【００２２】
図３は、像高と倍率誤差との関係の例を示す線図である。振幅±１８．７ｄｅｇ、有効振幅±４．５ｄｅｇの場合に、回転軸を中心に偏向ミラーが３．７ｄｅｇのティルト誤差を有して配備されると、５０ｍｍ幅で評価される倍率誤差は、「▲」で示す線図のような非対称な特性となり、一方、偏向素子についてティルト調整を行うと、「■」で示す線図のように倍率誤差は良好に補正される。
【００２３】
ここで、本発明にかかる偏向素子の実施の形態を示す副走査断面図である図４，図５を用いて、偏向素子のティルト調整の方法と手段について説明する。
図４に示す実施の形態では、先ず、ハウジング１２に形成された三角形状の突起部１６の先端を支点として偏向素子１３をティルト調整する。上記の支点となる突起部１６は、偏向ミラー６の回転軸６０と平行に設けられている。ティルト調整後、偏向素子１３の保持部７と、ハウジング１２に設けられた透明部材６１との間に紫外線硬化型接着剤６２を浸透させ、これを紫外線照射により硬化させて偏向素子１３をハウジング１２に固定する。
【００２４】
なお、上記の突起部１６は、回転軸６０と平行な方向の軸としてこれに偏向素子を押し当てる基準として機能しているが、偏向素子１３のティルト方向を基準に押しあてることなく、偏向素子１３をハウジング１２に固定するようにしてもよい。
【００２５】
図５に示す実施の形態では、調節ネジ１１を用いて、ハウジング１２に形成された突起部１６を支点として偏向ミラー６の回転軸６０と平行な方向を軸とし偏向素子１３をティルト調整するように構成されている調整ネジ１１はハウジング１２に下面側からねじ込まれていて、ハウジング１２の上面側に突出した調整ネジの先端が偏向素子１３の基板５を押し上げるように構成されている。ここで、ハウジング１２に固定された板ばね１５，１５により一対の保持部７をハウジング１２側に押さえつけるように付勢している。したがって、調節ネジ１１によりハウジング１２側から偏向素子１３のティルト調整をすることで、板ばね１５，１５と調節ネジ１１に挟まれた偏向素子１３のティルト角を決めることができる。
【００２６】
なお、調節ネジをステッピングのようなアクチュエータによって回転駆動するように代えれば、温度変動や経時変化に対応したフィードバック補正が可能である。
【００２７】
図３に示すように、偏向素子がティルトしていると倍率誤差の非対称性が発生する。これは、図６に示すように、ビームの走査速度が像高により、非対称となるためである。
そこで、光源として半導体レーザ（ＬＤ）の変調速度をビームの走査速度に応じて変更することにより、画像形成時には倍率誤差を小さくすることができる。図７は、像高とＬＤ変調速度の関係を示す線図である。具体的には、ビームの走査速度が早くなるときにはＬＤの変調速度も早くし、ビームの走査速度が遅くなるときにはＬＤの変調速度を遅くすると良い。
ここで、ＬＤの変調速度は画周波数に相当するものであっても良いし、またはドットの位相シフトによって制御されるものであっても良い。
【００２８】
図８乃至１１は、本発明にかかる偏向素子の実施の形態を示す副走査断面図である。図８に示す実施の形態は、光源１からの光束が入射する側であって偏向ミラー６の主走査方向外側に配置された保持部７の上面の法線が、偏向ミラー６の偏向面の法線と常に互いに角度を有することを特徴とする。また、偏向素子に入射するビームの主走査方向の幅は、偏向ミラー６の偏向面の主走査方向の幅よりも大きくなるようにしてある。これにより、被走査面上での走査幅を広くすることができ、光利用効率を増大し、なおかつ、ビームの小径化が可能となる。
【００２９】
図８に示す実施の形態は、保持部７の上面を内側に向いた傾斜部とすることで、往復ビーム走査時において、光源１からの光束が入射する側であって偏向ミラー６の主走査方向外側に配置された保持部７の面の法線が、偏向ミラー６の偏向面の法線と常に互いに角度を有することを特徴とする。往復ビーム走査時とは、光源駆動時における偏向ミラー６の振れ角のことを指す。保持部７の面の法線が、偏向ミラー６の偏向面の法線と常に互いに角度を有することで、フレア光を防止することができる。
【００３０】
図９に示す実施の形態は、保持部７とは別部材で、上面に内側に向いた傾斜部を有する遮光部１５を、保持部７の上面に固定したものである。往復ビーム走査時において、光源１からの光束が入射する側の遮光部１５の面の法線が、偏向ミラー６の偏向面の法線と常に互いに角度を有するように構成されていることを特徴とする。遮光部１５を保持部と別部材とすることで、エッジング等によるマイクロマシンのプロセス工法が簡単になる。
【００３１】
図１０に示す実施の形態は、光源１からの光束が入射する側であって偏向ミラー６の主走査方向外側に配置された保持部７の上面が粗し面６５となっていることを特徴とする。保持部７の上面を粗し面６５とすることで、フレア光を防止することができる。
【００３２】
図１１に示す実施の形態は、図９に示す実施の形態のように、一対の保持部７上に遮光部１５を固定したものにおいて、光源１からの光束が入射する側の遮光部１５の面が粗し面６６であることを特徴とする。粗し面６６を有する遮光部１５を保持部７と別部材とすることで、マイクロマシンのプロセス工法を簡単にすると共に、フレア光を防止することができる。
【００３３】
以上説明した実施の形態によれば、往復運動する偏向ミラー６の回転軸と略平行な軸を中心に偏向素子１３をティルト調整することで、倍率誤差を低減することができ、被走査面上での等速性を確保することができる。また、光源１からの光束が入射する側であって偏向ミラー６の主走査方向外側に配置された保持部７の面の法線が、偏向ミラー６の偏向面の法線と常に互いに角度を有するようにすることでフレア光を防止することができ、さらに、傾斜部を有する遮光部１５を保持部７とは別部材としたり、あるいは、保持部７の面を粗し面とすることで、マイクロマシンのプロセス工法が簡単になる。
【００３４】
なお、以上説明した実施の形態では、１の光源を備えた光学系を例として説明したが、本発明にかかる光走査装置は、複数の光源を備えたマルチビーム光学系であっても良い。
また、本発明にかかる光走査装置は、複数の走査光学系を備えた方式の他、同一走査光学系で複数の走査線を走査させる方式の光走査装置についても適用することができる。
【００３５】
さらに、図８乃至１１に示した実施の形態は、偏向素子に入射するビームの主走査方向の幅が、偏向ミラー６の偏向面の主走査方向の幅よりも大きいものであったが、ビームの主走査方向の幅が偏向ミラー６の偏向面の主走査方向の幅より小さい場合であってもよい。すなわち、取り付け誤差などにより偏向素子へのビームの入射角度が変わればフレア光が発生する可能性があるが、上述の通り、保持部７の面の法線が、偏向ミラー６の偏向面の法線と常に互いに角度を有する本発明にかかる偏向素子であれば、たとえば、取り付け誤差などにより生じ得るフレア光の発生を防止することができる。
【００３６】
次に、本発明にかかる画像形成装置について説明する。
図１２は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。画像形成装置は、光書込装置としての光走査装置２１、帯電器２２、現像器２３、転写器２４、クリーニング部２５、像担持体としての感光体２６、及び定着器２８を有してなる。光走査装置２１から感光体２６に光書込みを行い、電子写真法により、感光体２６の表面上に静電潜像を形成する。
【００３７】
画像形成装置による画像形成の原理は、周知の通りであり、感光体１０の表面は帯電器２２により一様に帯電され、光走査装置２１によって形成される露光分布に応じて電位が低下し、感光体１０の表面上に静電潜像が形成され、現像器２３によりトナーが付着される。感光体１０の表面に付着したトナーは、転写器２４により用紙２７に転写された後に定着器２６によって用紙２７に融解固着される。クリーニング部２５は、感光体１０の表面上に残留するトナーを除去する。
【００３８】
ここで、光走査装置２１として、これまで説明した本発明にかかる偏向素子及び光走査装置を適用することで、前述の効果、すなわち、フレア光がなく、倍率誤差の低減が可能となるため、高品質の出力画像を得ることができる。
【００３９】
なお、以上説明した実施の形態では、１の光走査装置を備えた画像形成装置を例に説明したが、本発明にかかる画像形成装置は、複数の光走査装置を備えたタンデム型などにも適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、往復運動する偏向ミラーの回転軸と略平行な軸を中心に偏向素子をティルト調整することで、倍率誤差を低減することができる。
【００４１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す偏向回転面に垂直な面内に展開した光学配置図である。
【図２】本発明にかかる偏向素子の正弦波振動について説明した線図である。
【図３】偏向素子のティルト調整の有無における像高と倍率誤差との関係の例を示す線図である。
【図４】本発明にかかる偏向素子のティルト調整について説明した副走査断面図である。
【図５】本発明にかかる偏向素子の別のティルト調整について説明した副走査断面図である。
【図６】像高と走査速度との関係を示す線図である。
【図７】像高とＬＤ変調速度との関係を示す線図である。
【図８】本発明にかかる偏向素子の実施の形態を示す副走査断面図である。
【図９】本発明にかかる偏向素子の別の実施の形態を示す副走査断面図である。
【図１０】本発明にかかる偏向素子のさらに別の実施の形態を示す副走査断面図である。
【図１１】本発明にかかる偏向素子のさらに別の実施の形態を示す副走査断面図である。
【図１２】本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ（ＬＤ）
２カップリングレンズ
３シリンドリカルレンズ
４入射ミラー
５偏向素子基板
６偏向ミラー（ミラー部）
７保持部
８第１走査レンズ
９第２走査レンズ
１０感光体
１１調節ネジ
１２ハウジング
１３偏向素子
２１光走査装置
２２帯電器
２３現像器
２４転写器
２５クリーニング部
２６感光体
２８定着器

Claims

回転軸を中心に往復運動することで光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、当該偏向ミラーを保持する保持部とを有してなる偏向素子であって、
往復ビーム走査時において、上記光源からの光束が入射する側であって上記偏向ミラーの主走査方向外側に配置された上記保持部の面が内側に向いて傾斜し、上記保持部の面の法線が、上記偏向ミラーの偏向面の法線と常に互いに角度を有することを特徴とする偏向素子。
回転軸を中心に往復運動することで光源からの光束を偏向する偏向ミラーと、当該偏向ミラーを保持する保持部と、当該偏向ミラーの主走査方向外側の保持部を覆うように配備された遮光部とを有してなる偏向素子であって、
往復ビーム走査時において、上記光源からの光束が入射する側の上記遮光部の面が内側に向いて傾斜し、上記遮光部の面の法線が、上記偏向ミラーの偏向面の法線と常に互いに角度を有することを特徴とする偏向素子。
光源と、上記光源からの光束を偏向する偏向素子とを備えた光走査装置であって、
上記偏向素子は、請求項１または２記載の偏向素子であることを特徴とする光走査装置。
偏向素子に入射する光束の主走査方向の幅は、当該偏向素子の偏向面の主走査方向の幅より大きい請求項３記載の光走査装置。
光書込装置から像担持体に光書込みを行い、電子写真法により、この像担持体上に静電潜像を形成する装置であって、
上記光書込装置は、請求項３または４記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。