JP4409869B2 - 偏向素子と光走査装置、並びに画像形成装置 - Google Patents
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Description
【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 (5)
- 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。
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