JP4425779B2

JP4425779B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP4425779B2
Application number: JP2004377983A
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: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2005148762A

Description

この発明は、感光体の表面に静電潜像を形成する露光装置等において、光ビームの光路中に配置される液晶レンズに関する。

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。

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。

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。

そこで、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ものがある（特許文献１参照。）。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。

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。

このため、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ものがある（特許文献２参照。）。
特開平４−１９６８６９号公報特開平５−０４０３９８号公報

しかしながら、特許文献１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。

また、特許文献２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。

この発明の目的は、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液晶レンズを提供することにある。

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。

光源から照射された光ビームの光学補正を行う液晶レンズにおいて、
光軸が貫通する第１の側面における上下辺の中央部及び左右辺の中央部の４箇所のそれぞれに形成した第１の電極と、前記光軸の周囲で前記第１の電極を繋ぐ環状の抵抗体と、前記光軸が貫通する第２の側面に前記抵抗体に対向して形成された環状の第２の電極と、を備えたことを特徴とする。

この構成においては、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加すると、液晶レンズ内に第１の電極と第２の電極との空間に３次元の電界が形成される。内部に電界が形成された液晶レンズに光ビームを通じると、電界分布に応じて光ビームの光路が偏向する。したがって、光ビームに加えるべき光学補正に応じた３次元の電界分布を形成するように第１の電極及び第２の電極を配置することにより、感光体に配光すべき光ビームに対して液晶レンズによって所望の光学補正が加えられる。

また、液晶レンズ内に３次元の電界分布を形成するために形成される一対の電極の一方が、複数のバイアス接続部に電気的に接続されるとともに光ビームの周囲に連続して配置される抵抗体によって構成される。したがって、光ビームの周囲を囲む環状の電界が滑らかに連続した状態で形成される。

さらに、第２の電極が、光ビームの周囲において抵抗体に環状に対向する。したがって、光ビームの周囲において、環状の電界をより滑らかに連続した状態で形成することができ、液晶レンズに球面又は楕円球面のレンズ特性を与えることができるため、液晶レンズを通過する光ビームを高い精度で補正することができる。

この発明は、以下の効果を奏することができる。

光ビームに加えるべき光学補正に応じた３次元の電界分布を形成するように第１の電極及び第２の電極を配置することにより、感光体に配光すべき光ビームに対して液晶レンズによって所望の光学補正を加えることができる。

また、液晶レンズ内に３次元の電界分布を形成するために形成する一対の電極の一方を、複数のバイアス接続部に電気的に接続するとともに光ビームの周囲に連続して配置した抵抗体によって構成することにより、光ビームの周囲を囲む環状の電界を滑らかに連続した状態で形成することができ、感光体に配光すべき光ビームに対して液晶レンズによって所望の光学補正を加えることができる。

図１は、この発明の実施形態に係る液晶レンズを用いた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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図２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。

図３は上記液晶レンズの電極の形状を示す図であり、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。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４５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４５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。

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４５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。

この発明の実施形態に係る液晶レンズが用られ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。上記液晶レンズの構成を示す分解図である。上記液晶レンズの電極の形状を示す図である。

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
４３ａ〜４３ｄ電極（第１の電極）
４４環状の電極（第２の電極）
４５抵抗体

Claims

光源から照射された光ビームの光学補正を行う液晶レンズにおいて、
光軸が貫通する第１の側面における上下辺の中央部及び左右辺の中央部の４箇所のそれぞれに形成した第１の電極と、前記光軸の周囲で前記第１の電極を繋ぐ環状の抵抗体と、前記光軸が貫通する第２の側面に前記抵抗体に対向して形成された環状の第２の電極と、を備えたことを特徴とする液晶レンズ。