JP4747983B2

JP4747983B2 - 光走査装置、及びこれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP4747983B2
Application number: JP2006207153A
Authority: JP
Inventors: 進安斉
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008033062A

Description

本発明は、感光体上に光ビームを照射して静電潜像を形成する光走査装置と、これを備えた画像形成装置に関する。

光源から射出される光ビームを透過して感光体上に結像させるｆθレンズに反射防止用のコーィテング無しのレンズを採用した場合、ｆθレンズによって光源へ反射される光ビームの反射光量は多くなる。このコーティング無しのｆθレンズによって反射された光ビームは光源から射出される光ビームに影響を及ぼし、これにより、露光不良が発生して出力画像に白スジや黒スジ等の画像ムラが生じるという問題がある。

そこで、ｆθレンズのレンズ面形状を変更することで、ｆθレンズによって反射した光ビームを拡散させる光走査装置がある。（特許文献１）。

これによると、反射した光ビームを拡散させるため、光源に戻る光ビームの反射光量が減衰する。このため、光源から射出される光ビームは影響を受けず、これにより、露光不良を起こすこがないため、出力画像のムラを防止することができる。
特開平１１−１８３８１６公報

しかしながら、この光走査装置では、ｆθレンズのレンズ面形状を変更するため、露光性能が変わってしまうことが考えられる。

特に、ｆθレンズに単レンズを使用した場合に、主走査方向及び副走査方向に曲面が設けられているため露光性能に大きく影響する。

本発明は、上記事実を考慮し、露光特性を保ったまま出力画像のムラを防止することが課題である。

本発明の請求項１に係る光走査装置は、光ビームを射出する光源と、前記光源より射出された光ビームを整形する光学系と、前記光学系によって整形された光ビームを偏向走査する光偏向器と、前記光偏向器により偏向走査された光ビームを露光面上に結像させると共に、反射防止用のコーティングが施されていないｆθレンズと、光学系に設けられ、前記光源と前記光偏向器との間に配置され、曲面とされた前記光源側のレンズ面のみに光量を減衰する減衰コーティングが施され施されると共に、前記光偏向器側のレンズ面は平面とされ、前記光源から射出された光ビーム及び前記ｆθレンズのレンズ面で反射した反射光ビームのうち前記光偏向器で反射した反射光ビームを副走査方向へ結像させるシリンドリカルレンズと、前記光学系に設けられ、前記シリンドリカルレンズと前記光源との間に配置されると共に、前記光源から射出されて前記シリンドリカルレンズに向う光ビームを平行光とするコリメータレンズと、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ｆθレンズに反射防止用のコーティングが施されていないため、コーティングが施されている場合と比較すると、ｆθレンズによって光源側へ戻る光ビームの反射光量は多くなる。

しかし、光学系に設けられたシリンドリカルレンズの光源側のレンズ面には、光量を減衰する減衰コーティングが施され施されるため、ｆθレンズによって反射され光源に戻ってきた光ビームは、減衰コーティングを透過することで反射光量が減衰される。

このように、光源に戻ってくる光ビームの反射光量が減衰されるため、光源から射出される光ビームは影響を受けない。このため、露光不良を起こすことなく、露光特性を保ったまま出力画像のムラを防止することができる。

また、光源から出射される光ビームを高光量としても減衰コーティングで減衰されるので適切な光量となる。このように、高光量で光源を使用できるため、低光量出射時に起きるドループ抑止効果もある。

本発明の請求項２に係る光走査装置は、請求項１に記載において、前記ｆθレンズが単レンズであることを特徴とする。

上記構成によれば、ｆθレンズが単レンズであるため、光偏向器側の面に副走査方向のＲ面が設けられている。これにより、ｆθレンズで反射した光ビームは、光源近傍で副走査方向に結像する。このため、光源から射出される光ビームは影響を受けやすくなる。しかし、光学系には、光量減衰素子が設けられているため、露光特性を保ったまま出力画像のムラを防止することができる。

本発明の請求項３に係る光走査装置は、請求項２記載において、前記ｆθレンズは、前記ｆθレンズによって反射された光ビームが、主走査方向及び副走査方向共に前記光源付近にて結像する曲面を持つことを特徴とする。

上記構成によれば、ｆθレンズによって反射された光ビームは、主走査方向及び副走査方向共に光源近傍で結像する。このため、光源から射出される光ビームは影響を受けやすくなる。しかし、光学系には光量減衰素子が設けられているため、露光特性を保ったまま出力画像のムラを防止することができる。

本発明の請求項４に係る画像形成装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、画像形成装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載された光走査装置を備えているため、出力画像のムラを防止することができ、画質を向上させることができる。

本発明によれば、露光特性を保ったまま出力画像のムラを防止することができる。

第１実施形態の光走査装置２０が搭載された画像形成装置１００を図１〜図９に従って説明する。

図９に示されるように、画像形成装置１００の筐体１０２内の下部には、画像形成装置１００から引出し可能な給紙カセット２１が配置されており、給紙カセット２１には、画像形成装置１００の画像形成部１１１に供給されるシート材Ｐが積載されている。

給紙カセット２１に積層されたシート材Ｐは、ピックアップロール１０４によって順次取り出され、さらに、回転駆動する給紙ロール１２２と分離ロール１１２とから構成される給紙手段によって、一枚ずつ搬送される構成となっている。

また、筐体１０２内の所定位置には、搬送ロール１０６が配置されており、シート材Ｐを搬送する搬送経路１０８を構成している。また、搬送経路１０８の両側にはガイド部材１２８が配置されており、ガイド部材１２８はシート材Ｐを搬送経路１０８に沿って案内する。なお、以下において、単に「上流」、「下流」というときは、搬送方向の上流及び下流をそれぞれ意味するものとする。

搬送経路１０８の途中には、感光体ドラム１１０がシート材Ｐに接触するように配置されており、シート材Ｐに接触しつつ回転するようになっている。感光体ドラム１１０の表面は、図示しない帯電装置で帯電された後、光走査装置２０によって画像情報に応じた光ビームが照射されて静電潜像が形成される。そしてこの静電潜像に対し、現像装置１１４からトナーが供給されトナー像として可視化される。なお、光走査装置２０に関しては詳細を後述する。

画像形成部１１１は、感光体ドラム１１０と転写ロール１３０とで構成され、感光体ドラム１１０は、転写ロール１３０との間でシート材Ｐを挟持して、シート材Ｐに密着する。これにより、感光体ドラム１１０上のトナー像がシート材Ｐに転写され、シート材Ｐに画像が形成される。

感光体ドラム１１０の下流側には、定着装置１１６が配置されている。定着装置１１６は、２つのロールから構成され、内部にヒータを備えた加熱ロール１１６Ｈと、加圧ロール１１６Ｎとを備えている。そして、これら２つのロールでシート材Ｐを挟持し回転搬送することでシート材Ｐを加熱し、シート材Ｐのトナー像をシート材Ｐに定着させる。

定着装置１１６の下流側には、排出ロール１１８が配置されており、トナー画像が定着されたシート材Ｐは、排出ロール１１８によって筐体１０２の側面に設けられた排出トレイ１２６へ排出される構成となっている。

なお、筐体１０２の上方にはスキャナ１２０が設けられており、用紙等に形成された画像情報を読み取ることができるようになっている。

上記構成による画像形成装置１００では、次のようにして画像が形成される。

まず、電圧が印加された図示しない帯電器は、感光体ドラム１１０の表面を予定の電位で一様にマイナス帯電する。

続いて、スキャナ１２０によって読み取られた画像情報に基づいて光走査装置２０が帯電された感光体ドラム１１０の上に静電潜像を形成する。

すなわち、図示しない制御装置から供給される画像データに基づき、光走査装置２０によって画像データに対応した静電潜像が感光体ドラム１１０上に形成される。さらに、この静電潜像は、現像装置１１４から供給されるトナーによってトナー画像として可視化される。

そこで、給紙カセット２１から、ピックアップロール１０４によって取り出されたシート材Ｐが、給紙ロール１２２と分離ロール１１２によって一枚ずつガイド１２４に沿って搬送経路１０８に送り出され、搬送ロール１０６に挟持搬送されて感光体ドラム１１０と転写ロール１３０の間を通りトナー画像がシート材Ｐに転写される。この転写されたトナー画像は、定着装置１１６に備えられた加熱ロール１１６Ｈと加圧ロール１１６Ｎの間を通過することでシート材Ｐに定着され，シート材Ｐは排出ロール１１８によって排出トレイ１２６に排出される。

次に、光走査装置２０について詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、光走査装置２０は、箱状のハウジング２２と、このハウジング２２の開口部分を塞ぐカバー２４（図３参照）を備えている。なお、図１及び図２については、ハウジング２２内の機構を見やすくするためカバー２４の記載を省略する。

ハウジング２２内には、光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）２６が配設されている。そして、レーザダイオード（ＬＤ）２６から感光体ドラム１１０に至るまでの光路中には、コリメータレンズ２８、スリット２９、シリンドリカルレンズ３０、光偏向器３２、ｆθレンズ３４、及び反射ミラー４０が配置されている。シリンドリカルレンズ３０の面構成は光源側が凸Ｒ面である。

また、光偏向器３２は、ポリゴンミラー３６とこのポリゴンミラー３６を回転させるモータ３８とで構成されており、レーザダイオード２６から射出された光ビームは、コリメータレンズ２８で平行光とされ、さらに、シリンドリカルレンズ３０で光ビームの主走査方向に線状となるようにポリゴンミラー３６上に結像される。線状に結像された光ビームは、ポリゴンミラー３６の回転によって所定方向に主走査（偏向）され、反射防止用のコーティングが施されていないｆθレンズ５２によって走査速度補正された後に，反射ミラー４０によって反射され、感光体ドラム１１０（図３参照）を露光する。

なお、図３に示されるように、カバー２４には、反射ミラー４０によって反射した光ビームを透過させる防塵ガラス４２がカバー２４の開口部２４Ａに設けられている。

ここで、本実施形態のｆθレンズ３４は、一枚構成の単レンズであるため、ｆθレンズ３４のポリゴンミラー３６側のレンズ面３４Ａは、主走査方向、副走査方向ともにＲ面形状とされている。また、ｆθレンズ３４には反射防止用のコーティングが施されていないため、反射防止用のコーティングが施されている場合と比較すると、ｆθレンズによってレーザダイオード２６側へ戻る光ビームの反射光量は多くなる。

詳細には、レーザダイオード２６から射出された光ビームは、プラスチック材料のｆθレンズ３４のレンズ面３４Ａで４％程度ポリゴンミラー３６側へ反射される。

図４（Ａ）に示されるように、レーザダイオード２６から射出される光ビームの一部は、ｆθレンズ３４のレンズ面３４Ａで反射する。さらに、この反射光ビームは、ポリゴンミラー３６によって反射して、シリンドリカルレンズ３０及びコリメータレンズ２８を透過して、図４（Ｂ）に示すようにレーザダイオード２６の近傍で主走査方向に結像する。

さらに、図６に示されるように、レーザダイオード２６（図５参照）から射出される光ビームの一部は、ｆθレンズ３４のレンズ面３４Ａで反射し、ポリゴンミラー３６によって反射して、さらに、図５（Ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ３０及びコリメータレンズ２８を透過して、図５（Ｂ）に示すようにレーザダイオード２６の近傍で副走査方向に結像する。

そして、レーザダイオード２６の近傍で結像した光ビームは、図７に示すレーザダイオード２６の発光面２６Ａで反射されて、再び図１に示すｆθレンズ３４に向いて反射され、ｆθレンズ３４によって走査速度補正された後に，反射ミラー４０によって反射され感光体ドラム１１０（図３参照）を露光する。

このように、ｆθレンズ３４のレンズ面３４Ａで反射した反射光ビームがレーザダイオード２６の発光面２６Ａで反射して感光体ドラム１１０（図３参照）を露光することで、図８に示すように出力画像にスジが現れ所謂ゴーストが発生する。特に、このスジは、出力画像のバックグランドにハーフトーン色（淡色）を使用する時に顕著に現れる。ｆθレンズ３４のレンズ面３４Ａからの反射光も走査しているため、レーザダイオード２６の発光面２６Ａで反射している時間のみ感光体ドラム１１０を露光するため、露光幅が短く（約２ｍｍ）筋状に見える。

しかし、図１に示されるように、本実施形態のシリンドリカルレンズ３０のレーザダイオード２６側のレンズ面３０Ａには、光ビームの光量を減衰させる減衰コーティングとしての二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜がコーティングされているため、光ビームの透過率は５０％とされる。

この構成により、レーザダイオード２６から射出される光ビームは、レンズ面３０Ａの二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を透過することで光ビームの光量が５０％減衰する。また、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を透過した光ビームの一部は、ｆθレンズ３４のレンズ面３４Ａで反射し、さらにポリゴンミラー３６によって反射して、ポリゴンミラー３６からレーザダイオード２６に戻る光ビームは、シリンドリカルレンズ３０の二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜がコーティングされたレンズ面３０Ａを再度透過して、再び５０％減衰されレーザダイオード２６の近傍で結像する。このように、レーザダイオード２６から射出された光ビームがｆθレンズ３４によって反射されてレーザダイオード２６に戻ってくる場合、シリンドリカルレンズ３０のレンズ面３０Ａを２回透過することで、レーザダイオード２６に戻る光ビームの反射光量は、出射光量の１％（５０％×４％×５０％）となる。つまり、感光体ドラム１１０上でのメインビームとの相対光量が、１％のため画像欠陥を発生させない。

このように、レーザダイオード２６に戻る光ビームの光量を減衰させることで、レーザダイオード２６に戻る光ビームがレーザダイオード２６の発光面２６Ａ（図７参照）で反射して感光体ドラム１１０（図３参照）を露光することで発生する出力画像のムラを防止することができる。

また、本実施形態では、シリンドリカルレンズ３０のレーザダイオード２６側のレンズ面３０Ａに二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜が施されているため、ポリゴンミラー３６側のレンズ面３０Ｂに二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜が施されている場合と比較するとレーザダイオード２６から射出された光ビームがシリンドリカルレンズ３０で反射してレーザダイオード２６へ直接戻る光ビームの反射光量を減衰させることができる。このため、効果的に出力画像のムラを防止することができる。

また、ｆθレンズ３４のレンズ面形状を変更することで、レーザダイオード２６に戻る光ビームを拡散させ、レーザダイオード２６に戻ってくる光ビームの反射光量を減衰させる方法と比較すると、レンズ面形状を変更しないため、露光特性を保ったまま出力画像のムラを防止することがきる。

また、レーザダイオード２６から出射される光ビームを高光量としてもシリンドリカルレンズ３０で減衰されるので適切な光量となる。このように、高光量でレーザダイオード２６を使用できるため、低光量出射時に起きるドループ抑止効果もある。ドループとは、パルス幅が長くなるにつれて１ビットパルス内での光出力の低下(ドループ)が顕在化し始める現象を指す。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、光ビームの反射光量を減衰させるため、減衰コートとして誘電体膜である二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を施したが、他の誘電体膜を施してもよく、また、金属膜等を施して反射光量を減衰させてもよい。

また、本実施形態では、シリンドリカルレンズ３０のレンズ面３０Ａに二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を施したが、他のレンズ面に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を施して反射光量を減衰させてもよい。

次に本発明の光走査装置２０が採用された画像形成装置１００の第２実施形態を図１０〜図１２に従って説明する。

なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。

この実施形態では第１実施形態のように、シリンドリカルレンズ３０に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を施しているのではなく、それに替えて、図１０、図１１に示されるように、コリメータレンズ２８とシリンドリカルレンズ３０との間に設けられた反射部材としての反射ミラー５０に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜が施されている。

図１２に示されるように、レーザダイオード２６から射出された光ビームが反射ミラー５０によって反射され、シリンドリカルレンズ３０とポリゴンミラー３６を通してｆθレンズ３４によって反射される。ｆθレンズ３４によって反射されてレーザダイオード２６に戻る光ビームは再度反射ミラー５０によって反射され、レーザダイオード２６の近傍で結像する。

このように、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜が施された反射ミラー５０で光ビームを反射させることで、レーザダイオード２６に戻ってくる光ビームの反射光量を減衰させることができる。

また、反射ミラー５０の表面保護コーティングに二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を付加するだけで、光量を減衰させることができるため、安価な構成となっている。あるいは、反射ミラー５０のアルミコーティング仕様の変更（膜数など）のみで反射光量を減衰させるので、安価な構成となっている。

本発明の第１実施形態に係る光走査装置の平面図である。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。本発明の第１実施形態に係る光走査装置の側面図である。本発明の第１実施形態に係る光走査装置を示し、レーザダイオードから射出された光ビームとｆθレンズで反射した光ビームとを主走査方向からみた図面である。本発明の第１実施形態に係る光走査装置を示し、レーザダイオードから射出された光ビームとｆθレンズで反射した光ビームとを副走査方向からみた図面である。本発明の第１実施形態に係る光走査装置を示し、ポリゴンミラーで反射した光ビームとｆθレンズで反射した光ビームとを副走査方向からみた図面である。本発明の第１実施形態に係るレーザダイオードを示した斜視図である。本発明の第１実施形態に係る光走査装置によって改善される出力画像のスジを示した図面である。本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。本発明の第２実施形態に係る光走査装置の平面図である。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。本発明の第２実施形態に係る光走査装置を示し、レーザダイオードから射出された光ビームとｆθレンズから反射した反射光ビームとを主走査方向からみた図面である。

符号の説明

２０光走査装置
２６レーザダイオード（光源）
３０シリンドリカルレンズ
３０Ａレンズ面
３２光偏向器
５０反射ミラー（反射部材）
１００画像形成装置

Claims

光ビームを射出する光源と、
前記光源より射出された光ビームを整形する光学系と、
前記光学系によって整形された光ビームを偏向走査する光偏向器と、
前記光偏向器により偏向走査された光ビームを露光面上に結像させると共に、反射防止用のコーティングが施されていないｆθレンズと、
光学系に設けられ、前記光源と前記光偏向器との間に配置され、曲面とされた前記光源側のレンズ面のみに光量を減衰する減衰コーティングが施され施されると共に、前記光偏向器側のレンズ面は平面とされ、前記光源から射出された光ビーム及び前記ｆθレンズのレンズ面で反射した反射光ビームのうち前記光偏向器で反射した反射光ビームを副走査方向へ結像させるシリンドリカルレンズと、
前記光学系に設けられ、前記シリンドリカルレンズと前記光源との間に配置されると共に、前記光源から射出されて前記シリンドリカルレンズに向う光ビームを平行光とするコリメータレンズと、
を備える光走査装置。
前記ｆθレンズが単レンズであることを特徴とする請求項１に記載された光走査装置。
前記ｆθレンズは、前記ｆθレンズによって反射された光ビームが、主走査方向及び副走査方向共に前記光源付近にて結像する曲面を持つことを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。