JP4842747B2 - 光走査装置、画像形成装置およびカラー画像形成装置 - Google Patents
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Description
このように、光走査装置と感光体の組み合わせを2組以上用いて、2色画像や多色画像、フルカラー画像等を得るようにした画像形成装置は、「タンデム式画像形成装置」として知られている。
(1)略平行でかつ副走査方向に離れた複数の光束を光偏向器に入射し、複数の光束に対応する複数の走査光学素子を副走査方向に並べて走査する方式(例えば、特許文献1参照)。
(2)偏向器の片側より光束を入射し、走査光学系を3枚の光学素子で構成し、第1の光学素子L1、第2の光学素子L2は異なる被走査面に向かう複数の光束が通過し、第3光学素子L3は各被走査面に向かう光束ごとに設けられている(例えば特許文献2、3および4参照)。
このように、複数の被走査面で光偏向器を共用すると、光偏向器の数を減らすことができるため、光走査装置およびこれを用いた画像形成装置をコンパクト化することが可能になる。
また、斜め入射することにより、光束が走査レンズにねじれて入射することで、波面収差も増大し、特に周辺の像高で光学性能が著しく劣化し、ビームスポット径が太ってしまい、高画質化を妨げる要因となる。
しかしながら、上記方法ではモータの耐久性や騒音、振動および半導体レーザの変調スピード等が問題となり記録速度に限界がある。
そこで、一度に複数の光ビームを走査して複数ラインを同時に記録することにより記録速度を向上したマルチビーム光走査装置が提案されている。このマルチビーム光走査装置におけるマルチビーム光源装置の一例としては、複数の半導体レーザと、各半導体レーザと対で設けられたカップリングレンズとを主走査方向に配列してこれらを一体的に支持する光源装置が提案されている。この光源装置によれば、光偏向器の偏向反射面近傍で各々の光ビームを主走査方向に交差させるようにすることで、偏向反射面の小型化を達成することが可能であり、かつ、偏向反射後の各々の光ビームを結像光学系のほぼ同じ光路を通すことが可能であるため、各々の光ビーム間での光学性能の差も小さく抑えることが可能である。さらに、安価な半導体レーザを用い、構成部品も少ないため、非常に安価なマルチビーム光源装置、および光走査装置を提供することができる(以下、「交差方式マルチビーム光源」という)。
ここで、「サグ」とは、ポリゴンミラーの回転による反射点移動に伴う光路長差を生じる現象をいい、「サグ量」とは前記光路長差を意味する。
斜め入射光学系においては、図12に示すように、半導体レーザ1−1と半導体レーザ1−2とからのビーム1a,2aが例えば±150mmの像高に向かうときの偏向反射面5aのサグ(図中、基準となる位置からの符号Sagで示す)を見てみると、各ビーム1a,2aでサグ量が変化してしまう。半導体レーザ1−1と半導体レーザ1−2において、このサグSagの大きさが大きく異なると、図12に示すように偏向反射面5aでの偏向反射後の各ビーム1a,2a間の副走査方向28の間隔であるピッチdが変化する。
これに対し、斜め入射光学系ではない従来の光走査装置において、偏向反射面の法線に対して略平行に入射する、すなわち偏向反射面に対し光ビームが垂直に入射する水平入射方式の光学系においては、偏向反射面のサグによる副走査方向の光ビームのピッチ変化は生ぜず、さらにポリゴンミラー(回転多面鏡)のサグによる主走査方向の光ビームのシフトに対する被走査面上での副走査方向のビームスポットの位置の変動も、走査線が走査レンズへ副走査方向に湾曲して入射しないため小さい。
(1)斜め入射方式の光走査装置であって、高速高密度化に対応可能なマルチビーム光走査装置において、副走査ビームピッチ偏差の低減を第1の課題とする。
(2)低コスト化、低消費電力に適した良好な光学性能を有する斜め入射方式の光走査装置を小型化した新規な光走査装置の実現を第2の課題とする。
(3)上記(1)、(2)の課題を解決した新規な画像形成装置の実現を第3の課題とする。
また、光偏向器の小型化や、光走査装置の消費電力の低下、低騒音など、環境を考慮した光走査装置の実現、および上記目的を達成することができる画像形成装置の実現を、第2の目的とする。
請求項1記載の発明は、複数の光ビームからなる光ビーム群を持ち、前記光ビーム群は、光偏向器により偏向走査され、走査光学系により同一の被走査面に対して副走査方向に所定の間隔をもって集光される光走査装置において、前記光偏向器は、回転多面鏡であり、前記複数の光ビームは、前記回転多面鏡の偏向反射面の法線に対し前記副走査方向に角度を持ち、かつ、主走査方向に各々異なる角度で前記偏向反射面近傍で交差するように前記回転多面鏡に入射し、各々の光ビームの交差位置は、前記回転多面鏡が光ビームの偏向のため回転したとき、各光ビームの光源から偏向反射点までの距離が最も長くなる位置と最も短くなる位置との間にあることを特徴とする。
請求項1、4記載の発明によれば、各々の光ビームの交差位置を、回転多面鏡が光ビームの偏向のため回転したとき、各光ビームの光源から偏向反射点までの距離が最も長くなる位置と最も短くなる位置との間とすることによって、副走査ビームピッチ偏差を低減した斜め入射光学系の光走査装置を実現することが可能となる。
図1を参照して、本発明の光走査装置に係る第1の参考例を説明する。
図1において、光源としての半導体レーザ1から放射された発散性の光束(光ビーム)は、カップリングレンズ2により以後の光学系に適した光束形態に変換される。カップリングレンズ2により変換された光束形態は、同図に示すような平行光束であってもよいし、弱い発散性あるいは弱い集束性の光束であってもよい。
カップリングレンズ2からの光束は、シリンドリカルレンズ3により副走査方向に集光され、シリンドリカルレンズ3の後方に配置された折り返しミラー30により光偏向器の偏向反射面に向けて折り返し・反射され、光偏向器の偏向反射面に集光され入射するように構成されている。
偏向反射面5aの法線に対して副走査方向に傾けて光ビームを入射させる、すなわち光ビームを副走査方向に斜め入射させるには、所望の角度に光源装置(半導体レーザ1等から構成される)、カップリングレンズ2、シリンドリカルレンズ3を傾けて配置しても良いし、折り返しミラー4を用いて角度をつけても良い。また、シリンドリカルレンズ3の光軸を副走査方向にシフトすることで、偏向反射面5aに向かう光ビームに角度をつけても構わない。
ここでは、シリンドリカルレンズ3を第1光学系とし、後述する走査光学系として、走査レンズL1,L2等で構成される走査結像光学系を第2光学系とする。
図1中での光束としての光ビームは、シングルビームとして説明したが、同一の被走査面29に向かう光ビームは複数であり、偏向反射面5aの法線に対して副走査方向に傾いて入射する前記光ビームに対して、被走査面29上で副走査方向に所望の間隔を得るために、副走査方向に微小な距離、角度を持っている。なお、図1中、折り返しミラー4とポリゴンミラー5との間、およびポリゴンミラー5と走査レンズL1との間に設けられている板状の部材は、ポリゴンミラー5の風切り音等を低減するための防音ガラスを示している。
また、半導体レーザアレイを主走査方向27に傾けて配置した場合は、各光ビームで同一のカップリングレンズ2を透過した場合において、主走査方向27に異なる角度を持つが、半導体レーザアレイの発光点の間隔は広くても十数μmから数十μmであるため、その角度差は極めて小さい。このため、複数の光ビームがポリゴンミラー5の同一の偏向反射面5aに入射する際の主走査方向27に持つ角度の差は小さく、前記説明のようにポリゴンミラー5のサグの影響を小さくすることが可能であり、副走査ビームピッチ偏差を低減することが可能となる。つまり、発光点の間隔が100μm以下である半導体レーザアレイを光源1として用いた場合、前述した本発明の効果を得ることが可能となる。
本参考例によれば、光ビームの主走査方向27のシフト、ポリゴンミラー5の偏向反射面5aでの偏向反射後の光ビーム間隔を全像高に渡り一致、もしくは略一致させることで、斜め入射光学系特有の課題である被走査面上における副走査ビームピッチ偏差を大幅に低減することが可能となる。
図2および図3を参照して、光偏向器の同一の偏向反射面に主走査方向に略同一の角度で入射させるための光源部について説明を加える。
第1の参考例においては、光源として半導体レーザアレイを用いる場合について説明したが、別の形態として、光源として複数の半導体レーザ1−1,1−2を用いる場合について説明する。
光源部の構成の一例について、図2を参照して説明する。本参考例においては、複数の光ビームを主走査方向27に近接させるビーム合成手段としてのプリズム32を有する。複数の光源としての半導体レーザ1−1,1−2は、同図に示すように各々個別に配置されている。各半導体レーザ1−1,1−2から出射された光ビーム1a,2aは、カップリングレンズ2で所望の光ビームの状態、すなわち平行光、発散光もしくは収束光などに変換され、変換された複数の光ビームはビーム合成手段としてのプリズム32に入射され、各々主走査方向27に対応する方向に重ねられて図示しない光偏光器のポリゴンミラーの同一の偏向反射面に入射される。このとき、副走査方向には被走査面上で所望の光ビームの間隔を得るために微小な距離、角度を持っている。
各半導体レーザ1−1,1−2は、副走査方向28に並び同一の支持部材(図示せず)に保持されている。前記支持部材には、各半導体レーザ1−1,1−2に対応して設けられたカップリングレンズ2も保持され、被走査面上で副走査方向28に所望の間隔を持つように調整保持されている。半導体レーザ1−1およびカップリングレンズ2は第1の光源部を、半導体レーザ1−2およびカップリングレンズ2は第2の光源部を、それぞれ構成している。
ここでは、図2および図3に示した2つの光源装置について説明したが、同一の被走査面に向かう複数の光ビームが光偏向器の同一の偏向反射面に主走査方向に略同一の角度で入射される形態であれば、本参考例に限る形態でなくても良く、斜め入射光学系特有の課題である被走査面上における副走査ビームピッチ偏差を大幅に低減することが可能となる。
本実施形態は、同一の被走査面に向かう複数の光ビームを、主走査方向に各々異なる角度で偏向反射面近傍で交差するように光偏向器に入射する光走査装置に関する。
一例として、交差方式マルチビーム光源装置について説明する。図4において、半導体レーザ1−1,1−2は、各々ベース部材405を貫通して形成された嵌合孔405−1,405−2に個別に嵌合されている。嵌合孔405−1,405−2は主走査方向に所定角度、実施例的に言えば約1.5°微小に傾斜していて、この嵌合孔405−1,405−2に嵌合された半導体レーザ1−1,1−2も主走査方向に約1.5°傾斜している。半導体レーザ1−1,1−2は、その円筒状のヒートシンク部1−1a,1−2aに切り欠きが形成されていて、押え部材406,407の中心丸孔に形成された突起406−1,407−1を上記ヒートシンク部1−1a,1−2aの切り欠き部に合わせることによって発光源の配列方向が合わせられている。押え部材406,407は、ベース部材405にその背面側からネジ412で固定されることにより、半導体レーザ1−1,1−2がベース部材405に固定されている。また、コリメートレンズ2,2は、各々その外周をベース部材405の半円状の取り付けガイド面405−4,405−5に沿わせて光軸方向の調整を行い、発光点から射出した発散ビームが平行光束となるよう位置決めされ接着されている。
本実施形態においては、複数の光ビームが主走査方向に各々異なる角度で偏向反射面近傍で交差するように光偏向器に入射するため、複数の光ビームが被走査面上の同一像高に向かうときに、ポリゴンミラーの回転角は異なり光学的なサグが発生する。サグの影響により同一像高に向かう各々の光ビームが主走査方向にシフトすることにより、各光ビームで走査レンズを通過する位置が異なる。斜め入射光学系においては、偏向反射面から走査レンズの光路長の違いにより、走査線は副走査方向に湾曲して入射するため、主走査方向に光ビームがシフトすると副走査方向に受ける屈折力が変化し被走査面上での副走査方向のビームスポットの位置が変動し、マルチビームにおいては副走査ビームピッチは像高間で異なる、つまり偏差を持つこととなってしまう。
ポリゴンミラーが光ビームの偏向のため回転したとき、光ビームの光源から偏向反射点までの距離が最も長くなる位置から、光ビームの光源から偏向反射点までの距離が最も短くなる位置に向けサグ量は変動する。
被走査面上で有効となる書込幅、つまり走査線の主走査方向の長さは装置により決まっており、偏向走査に必要なポリゴンミラーの回転角も対応する走査光学系により決まっているため、その範囲内で複数の光ビームが主走査方向に交差する位置を、ポリゴンミラーが光ビームの偏向のため回転したとき、各光ビームの光源から偏向反射点までの距離が最も長くなる位置と最も短くなる位置の間にすることで、サグによる主走査方向の離れ量の最大値を小さく設定可能となる。この結果、被走査面における同一の像高に偏向走査される複数の光ビームの主走査方向へのシフト量が低減され、副走査ビームピッチ偏差を小さくすることが可能となる。
前記説明のとおり、同一の被走査面に向かう複数の光ビームを、主走査方向に各々異なる角度で偏向反射面近傍で交差するように光偏向器のポリゴンミラーに入射する光走査装置において、複数の光ビームが主走査方向に交差する位置を、ポリゴンミラーが光ビームの偏向のため回転したとき、各光ビームの光源から偏向反射点までの距離が最も長くなる位置と最も短くなる位置の間にすることで副走査ビームピッチ偏差を小さくすることが可能となる。
さらに、副走査ビームピッチ偏差を小さくするためには、各々異なる角度で偏向反射面近傍で交差する複数の光ビームのなす角、つまり異なる角度の差を小さくすると良い。なす角を小さくすることで、被走査面上の同一像高に向かう光ビームのポリゴンミラーの回転角の差を小さくできサグの影響を低減可能となる。
前記ビーム合成手段を有する光源装置の構成の例としては、図2および図3に示した第2の参考例で説明した構成と同様であるためその説明を省略する。第2の参考例と異なる点は、ビーム合成手段で合成する際に、複数の光ビームが主走査方向に各々異なる角度で偏向反射面近傍で交差するように、光源、もしくは、光源およびカップリングレンズが配置される点である。このとき、複数の光ビームの主走査方向のなす角を小さくすることで、前記説明のとおり光ビームの主走査方向のシフト量をより低減でき、斜め入射光学系特有の課題である被走査面上における副走査ビームピッチ偏差を大幅に低減することが可能となる。
また、複数の光ビームの主走査方向のなす角をもつことで、被走査面上での書き出し位置を決めるための、例えば図6(b)に示す同期PD(フォトダイオード)39にて、各々の光ビームの信号を個別に取ることができ、安定した画像品質を得ることが可能となる。
上述した第1、第2参考例、第1、第2の実施形態で説明した複数の光ビームよりなる光ビーム群を複数持つ光走査装置について説明する。一例として、図6(a)、(b)に示すように片側走査方式の光走査装置について説明する。
図6(a)、(b)において、光源ユニット36Bk,36M,36C,36Yからの複数の光ビーム群(同図では1本の光ビームとして記載)は、同一の光偏向器におけるポリゴンミラー5の同一の偏向反射面5aに斜め入射される。各光ビーム群は、偏向反射面5aの法線38(図6(b)中破線で示す)を挟み副走査方向両側(図6(b)中Aの領域とBの領域)より入射している。全ての光ビーム群は、共通の走査レンズL1を透過後、副走査方向への折り返しミラー30により分離され、対応する被走査面としての感光体7Bk,7M,7C,7Yに導かれる。本実施形態の例では、走査レンズを2枚構成としており、対応する被走査面に向かう光ビーム群ごとにそれぞれ2枚目の走査レンズL2が配置されている。
なお、ポリゴンミラー5は、図6(a)では2段となっているが、低コスト化、低消費電力のためには、図6(b)に示すように1段として、副走査方向のポリゴンミラー5の厚さを低減することが望ましい。
前記説明の片側走査方式に対し対向走査方式では、光偏向器の偏向反射面の法線を挟み副走査方向両側より入射する複数の光ビーム群を持ち、それぞれは、各々対応する光偏向器としてのポリゴンミラーに入射される。本方式によれば、前述してきた効果のほかに、斜め入射光学系の斜め入射角、つまり、光偏向器の偏向反射面の法線に対する副走査方向の角度を、片側走査方式に対し小さく設定することが可能となり、斜め入射光学系特有の課題となる走査線曲がりの発生を小さく抑えることが可能となる。
次に、図9を参照して、本発明に係る光走査装置を用いた画像形成装置の一実施形態を説明する。本実施形態は、本発明に係る光走査装置をタンデム型フルカラーレーザプリンタに適用した例である。
図9において、装置内の下部側には水平方向に配設された給紙カセット13から給紙される転写紙(図示せず)を搬送する無端状の搬送ベルト17が設けられている。搬送ベルト17は、ローラ状の駆動プーリ18と従動19との間に張設されていて、図中矢印方向に走行・回転するように駆動される。この搬送ベルト17上には、像担持体としてのイエローY用の感光体7Y,マゼンタM用の感光体7M,シアンC用の感光体7CおよびブラックBk用の感光体7Bkが、転写紙の搬送方向上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Y,M,C,Bkを適宜付けて区別するものとする。これらの感光体7Y,7M,7C,7Bkは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスにしたがって各プロセスを実行するプロセス部材が順に配設されている。
以上述べたとおり、本発明を特定の実施形態等について説明したが、本発明が開示する技術的範囲は、上述した各実施形態等に例示されているものに限定されるものではなく、それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や変形例あるいは実施例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。
1a,2a 光ビーム(光束)
2 カップリングレンズ(光源装置を構成)
3 シリンドリカルレンズ(第1光学系)
4 折り返しミラー
5 ポリゴンミラー(偏向手段、光偏向器)
5a 偏向反射面
6Y,6M,6C,6Bk 光走査結像光学系(光走査光学系)
7Y,7M,7C,7Bk 感光体(像担持体)
8 光走査装置
27 主走査方向
28 副走査方向
29 被走査面
30 折り返しミラー
32,33 プリズム(ビーム合成手段)
35 1/2波長板
36 光源ユニット
38 法線
L1,L2 走査レンズ(第2光学系)
S 転写紙(シート状記録媒体)
Claims (6)
- 複数の光ビームからなる光ビーム群を持ち、前記光ビーム群は、光偏向器により偏向走査され、走査光学系により同一の被走査面に対して副走査方向に所定の間隔をもって集光される光走査装置において、
前記光偏向器は、回転多面鏡であり、
前記複数の光ビームは、前記回転多面鏡の偏向反射面の法線に対し前記副走査方向に角度を持ち、かつ、主走査方向に各々異なる角度で前記偏向反射面近傍で交差するように前記回転多面鏡に入射し、各々の光ビームの交差位置は、前記回転多面鏡が光ビームの偏向のため回転したとき、各光ビームの光源から偏向反射点までの距離が最も長くなる位置と最も短くなる位置との間にあることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1記載の光走査装置において、
前記光ビーム群を複数持ち、前記回転多面鏡の同一の偏向反射面により偏向走査される各々の光ビーム群は、前記回転多面鏡の偏向反射面の法線に対し前記副走査方向に異なる角度を持ち、複数の異なる被走査面に集光されることを特徴とする光走査装置。 - 請求項2記載の光走査装置において、
前記全ての光ビーム群は、前記回転多面鏡の同一の偏向反射面により偏向走査され、各々の光ビーム群は、前記回転多面鏡の偏向反射面の法線に対し前記副走査方向に異なる角度を持ち、複数の異なる被走査面に集光されることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1ないし3の何れか一つに記載の光走査装置において、
前記複数の光ビームを前記主走査方向に近接させるビーム合成手段を有することを特徴とする光走査装置。 - 電子写真プロセスを実行することによってシート状記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
前記電子写真プロセスの露光プロセスを実行する手段として、請求項1または4記載の光走査装置を具備したことを特徴とする画像形成装置。 - 電子写真プロセスを実行することによってシート状記録媒体に画像を形成するカラー画像形成装置において、
被走査面として少なくとも2つの像担持体を有し、前記電子写真プロセスの露光プロセスを実行する手段として、請求項2、3または4記載の光走査装置を具備したことを特徴とするカラー画像形成装置。
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