JP4921896B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等に用いられる光走査装置及び画像形成装置に関する。

従来、ピラミダルミラー又は平板ミラーを用いて、共通の光源からのビームが異なる被走査面を走査するようにする技術があった（例えば、特許文献１参照）。

しかし、光源数は低減できるが、偏向ミラーの面数は最大２面までになり、高速化に対し課題がある。

また、レーザプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等で用いられる電子写真画像形成装置において、カラー化、高速化が進み、感光体を複数（通常は４つ）有するタンデム対応の画像形成装置が普及してきている。カラーの電子写真画像形成装置としては、感光体を１つのみ有し、色の数だけ感光体を回転するという方式もあるが（４色,１ドラムだと４回転する必要有り）、生産性に劣る。

ところが、タンデム方式の場合、どうしても、光源数が増えてしまい、それに伴い、部品点数の増加、複数光源間の波長差に起因する色ずれ、コストアップが生じてしまう。また、書込ユニットの故障の原因として半導体レーザの劣化が挙げられている。光源数が多くなると、故障の確率が増え、リサイクル性が劣化する。

上記を鑑み、１つの光源によるビームを分割し、分割されたビームを異なる被走査面上に導くという新たな手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２３０８５号公報 特開２００５−９２１２９号公報

しかし、本手法により、光源数を減らしながらも、高速な画像出力が可能になるが、一方、一つの同期検知センサにて、２ステーション分以上の同期信号をとるとすると、各ステーションの走査時間が同じなので、電気的にはステーションごとの区別がつかず、各ステーションでの書き出しタイミングの補正をかけるフィードバック制御ができなくなるという問題が発生する。

本発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、変調駆動される光源と、複数の段の多面の反射鏡を有し、共通の回転軸を有する偏向手段と、共通の光源からの光ビームを分割し、異なる段の反射鏡に分割されたビームを入射させる光束分割手段と、偏向手段により走査された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、異なる段の反射鏡により走査された光ビームを検出し同期検知信号を発生する共通の受光手段とを有し、共通の光源手段から分割した光ビームが異なる被走査面を走査するようにした光走査装置において、異なる段の多面の反射鏡は互いに回転方向の角度がずれており、かつ、共通の受光手段により発生する時間軸上で隣り合う同期検知信号間の時間ti（１≦i≦n）について、少なくとも一の同期検知信号間時間は他の同期検知信号間時間と異なることを特徴とする光走査装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１の光走査装置において、偏向手段は２段の多面反射鏡からなり、反射鏡の上段にて偏向される光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、反射鏡の下段にて偏向される光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt１、反射鏡の下段にて偏向される光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、反射鏡の上段にて偏向される光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt２としたとき、t１≠t２となることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２の光走査装置において、それぞれの段の多面反射鏡の面数がN（≧２）であり、異なる段の多面反射鏡の回転方向の角度差をθ１とすると、θ１≠π/Nを満足することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、変調駆動される複数の光源と、Ｎ面の反射鏡を有する偏向手段と、共通の光源からの光ビームを分割し、反射鏡に分割されたビームを入射させる光束分割手段と、偏向手段により走査された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、偏向手段により走査された分割された複数の光ビームを検出する共通の受光手段とを有し、共通の光源手段から分割した光ビームが異なる被走査面を走査するようにした光走査装置において、複数の光源から偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、偏向手段の回転軸方向から見て互いに角をなし、かつ、共通の受光手段により発生する時間軸上で隣り合う同期検知信号間の時間ti（１≦i≦n）について、少なくとも一の同期検知信号間時間は他の同期検知信号間時間と異なることを特徴とする光走査装置である。

請求項５記載の発明は、請求項４の光走査装置において、複数の光源から偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、偏向手段の回転軸方向から見て２方向であり、第一の方向から入射する光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、第二の方向から入射する光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt１’、第二の方向から入射する光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、第一の方向から入射する光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt２’としたとき、t１’≠t２’となることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４または５の光走査装置において、複数の光源から偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、偏向手段の回転軸方向から見て互いに各θ２をなすように設定され、θ２≠π/Nを満足することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６の光走査装置において、複数の光源から偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、偏向手段の回転軸方向に直交する方向から見て互いに角を成すように設定されていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の光走査装置において、受光手段の数は１つであることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１乃至８の光走査装置において、受光手段は、光走査装置の主走査方向の書込領域外に設けた非平行フォトダイオードセンサーであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、複数の光導電性感光体に光走査により個別的に静電潜像を形成し、これら静電潜像を可視化してトナー画像とし、得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体上に転写して合成的に画像形成を行うタンデム式の画像形成装置において、複数の光導電性感光体に光走査を行う光走査装置として、請求項１乃至９の任意の一に記載のものを用いることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の画像形成装置において、光導電性感光体の数が４個であり、光走査装置として、２個の光源を用いて、各光源からの光ビームがそれぞれ４個の光導電性感光体を光走査するように構成され、４個の光導電性感光体に形成される静電潜像をマゼンタ、イエロー、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を提供することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。図１に構成図を示す。

半導体レーザから出射した発散光束はカップリングレンズにより、弱い収束光束、又は平行光束、又は弱い発散光束に変換される。カップリングレンズを出たビームは被走査面上でのビーム径を安定させるための開口絞りを通過し、ハーフミラープリズムに入射する。

ハーフミラープリズムに入射した共通の光源からのビームは上下段に分割され、ハーフミラーを出射するビームは全部で４本のビームとなる。

ハーフミラー図２はハーフミラープリズムの副走査断面図を示す。４aがハーフミラーであり、透過光と反射光を１：１の割合で分離する。また、４bは全反射面であり、方向を変換する機能を有する。ここでは、ハーフミラープリズムを用いているが、単体のハーフミラーと通常のミラーを用いて同様の系を構成しても良い。また、ハーフミラーの分離の割合は１：１で有る必要なく、他の光学系の条件に合わせて設定してももちろんかまわない。

ハーフミラーを出射したビームは上下段それぞれに配備されるシリンドリカルレンズにより、偏向反射面の近傍にて主走査方向に長い線像に変換される。ここで、偏向手段は上下段にそれぞれポリゴンミラーが配置され、互いに回転方向の角度（θ１）がずれている。ここでは４面のポリゴンミラーをθ１＝４４deg（≠π/N）ずらしている。なお、上下段のポリゴンミラーは一体的に形成されても良いし、別体とし、組み付けても良い。

図３に示すように共通の光源からの上段のビームが感光体面（被走査面）を走査しているときは下段のビームは被走査面上にビームが到達しないようにし、望ましくは遮光部材により遮光するようにする。

また、共通の光源からの下段のビームが上段とは異なる感光体面（被走査面）を走査しているときは上段のビームは被走査面に到達しないようにする。さらに、変調駆動のほうも上段と下段でタイミングをずらし、上段に対応する感光体を走査するときは、上段に対応する色（例えばブラック）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行い、下段に対応する感光体を走査するときは下段に対応する色（例えばマゼンダ）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行う。

図４は共通の光源によりブラックとマゼンダの露光を行い、なおかつ、有効走査領域において、それぞれ、全点灯する場合のタイムチャートである。実線がブラックに相当する部分、点線がマゼンダに相当する部分を示す。ブラック、マゼンダにおける、書き出しのタイミングは、有効走査幅外に配備される同期受光手段で走査ビームを検知することにより決定される。なお、同期受光手段は図示されていないが、通常はフォトダイオードが用いられる。

本実施の形態において、θ１＝４４deg（≠π/N）としているため、上段で有効走査幅外も含む走査領域を走査する走査時間t１と、下段で有効走査幅外も含む走査領域を走査する走査時間t２は異なっている。この構成とした場合、t１とt２を比較することにより、上下段の同期検知信号を区別し、それぞれ、上段の走査時にはブラックの画像情報に基いた光源の変調駆動を、下段の走査時にはマゼンタの画像情報に基いた光源の変調駆動を行う。

ここで、本実施の形態に挙げるような、多面反射鏡を２段重ねた構成のポリゴンミラーを製造する際に、上段と下段の角度差θ１の部品公差が発生することが考えられる。しかし、この部品公差は±０.５degであるため、θ１はθ１≦π/N−０.５deg、もしくは、θ１≧π/N+０.５degであれば、部品公差が発生する場合においても、各段で走査する光ビームによる同期検知信号を区別し、各ステーションの画像情報に応じた光源の変調駆動を行うことができ、本発明の効果を得ることができる。また、θ１の４５degからの差が、±０.５deg以上であれば、電気的にt１とt２を区別することは十分に可能である。

例えば、ポリゴンミラーを現状で最も高速な回転数の部類である６００００rpmという回転数で回した場合、０.５deg走査する時間は１.４μsとなる。θ１=４４.５degのポリゴンミラーの場合、θ１=４５degのポリゴンミラーで走査するときのt１とt２の値をt１=t２=t０とおくと、t１=t０+１.４μsとt２=t０-１.４μsとなり、t１とt２の時間差が２.８μsとなる。光源を変調するクロック周波数は通常、数十メガヘルツであるので、１カウント分の時間は数十ナノ秒というオーダーとなる。θ１=４４.５degのポリゴンミラーを用いた場合に、t１とt２の時間差は、電気的には数十〜数百カウント分の差となるので、t１とt２を電気的に区別することは容易であることがわかる。

また、θ１≠π/Nを満たしながらも、θ１をπ/Ｎ（本実施例では４５deg）の近傍としているのは、θ１をπ/Ｎとしたときが最も広く有効走査幅を確保でき、ゴースト光の発生を効率良く抑えるためであり、このことは公知となっている。

図４ではブラックとマゼンダの領域での光量を同じに設定しているが、実際には光学素子の透過率、反射率の相対的に違うため、光源の光量を同じにしてしまうと、感光体に到達するビームの光量が異なってしまう。そこで、図５に示すように、異なる感光体面を走査するときに互いの設定光量を異ならせることにより、異なる感光体面上に到達するビーム光量を等しくできる。

図６はビームを分離するための別の方法を示しており、光源から開口絞りまでの副走査断面である。カップリングレンズを出射したビームが副走査方向の上下に分離された複数の開口絞りを通過するようにしている。これにより、ハーフミラーを用いることなく、光束分離が可能になるため、光量確保が容易になり、更に、低コスト化、部品点数の低減が実現できる。

図７は光束分割手段の別の実施形態である。

複数の開口絞りを通過したビームのうち１つがプリズムを通過し、上下段ビームの副走査方向の距離を広げている。これにより、カップリングレンズを通過したビームの中心付近を用いることができ、図６の構成に比べ、光量の確保が更に容易になり、更なるビームスポット小径化が実現できる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態では、１つの感光体面（被走査面）に向かうビームと、他の感光体面（被走査面）に向かうビームについて、ポリゴンミラーに入射するポリゴンミラーの回転方向の入射角度を異ならせている点である。ここで、この２組のビームのポリゴンミラーへの回転方向の入射角度の差θ２はθ２＝４４deg（≠π/N）としている。図８に本実施の形態におけるポリゴンミラーへの２ビームの回転方向の入射角度を示す。

こうすることにより、２つのビームがそれぞれの走査領域を走査する時間が異なるので、それぞれのビームが同期受光手段を通過する際に発生するそれぞれの同期検知信号を区別することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照して説明する。図９はフォトディテクタPD１、PD２を非平行に並べた非平行PDである。

共通の光源から副走査方向に分割された２本のビームをL１、L２とすると、図９に示すように、それぞれのビームが非平行PD上の２つのフォトディテクタを通過する時間が異なる。同期受光手段にこのような非平行PDを用いることでL１、L２が同期受光手段を通過する際に発生するそれぞれの同期検知信号を区別することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態を図面を参照して説明する。図１０に多色画像形成装置の基本的な構成を示す。

図１０において、感光体１Ｙ，１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは矢印の方向に回転し、回転順に帯電器２Ｙ，２Ｍ,２Ｃ,２Ｋ、現像器４Ｙ，４Ｍ,４Ｃ,４Ｋ、転写用帯電手段６Ｙ，６Ｍ,６Ｃ,６Ｋ、クリーニング手段５Ｙ，５Ｍ,５Ｃ,５Ｋが配備されている。

帯電部材２Ｙ，２Ｍ,２Ｃ,２Ｋは、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。この帯電部材と現像部材４Ｙ，４Ｍ,４Ｃ,４Ｋの間の感光体表面に書き込みユニットによりビームが照射され、感光体に静電潜像が形成されるようになっている。そして、静電潜像に基づき、現像部材により感光体面上にトナー像が形成される。さらに、転写用帯電手段６Ｙ，６Ｍ,６Ｃ,６Ｋにより、記録紙１１に各色順次転写トナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録試に画像が定着する。

なお、本発明では１つの感光体を走査するビームは２ビームとしているが、１つの感光体を走査するビームは１ビームとしても良い。また、図１には２つの感光体に対応する図のみ開示しているが、ポリゴンミラーをはさんで、図示された光学系と同様の光学系を配備することにより、４つの感光体を走査することができる。

請求項１乃至６の発明により、１.光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能にする光走査装置を提供できる。２.１に伴い、部品点数の低減、低コスト化が実現できる。３.１に伴い、ユニット全体の故障率が減少し、リサイクル性が向上する。（環境）４.１に伴い、省エネルギーを実現し、オフィス環境への適合性が向上する。（アプライアンス）５.共通の光源からのビームを分割しているので、異なる感光体面を走査するビーム間の品質の差異が低減でき、高画質化が実現できる。６.一つの同期検知センサでも、各ステーションごとに区別できる同期信号を得ることができるので、同期検知センサの数を減らしながらも、良好な画像出力を可能にする。

請求項７の発明により、偏向手段（例えばポリゴンミラー）の副走査方向の幅を小さくすることができるので、騒音の低減やさらなる省エネルギー化が可能となる。

請求項８、９の発明により、画像の品質を落とすことなく同期検知センサの数を少なくし、さらなる低コスト化が実現できる。

請求項１０、１１の発明により、１.光源数を減らしながらも、高速な画像出力を可能である画像形成装置を提供できる。２.１に伴い、部品点数の低減、低コスト化が実現できる。３.１に伴い、ユニット全体の故障率が減少し、リサイクル性が向上する。（環境）４.１に伴い、省エネルギーを実現し、オフィス環境への適合性が向上する。（アプライアンス）５.共通の光源からのビームを分割しているので、異なる感光体面を走査するビーム間の品質の差異が低減でき、高画質化が実現できる。６.一つの同期検知センサでも、各ステーションごとに区別できる同期信号を得ることができるので、同期検知センサの数を減らしながらも、良好な画像出力を可能にする。

なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。

本発明の第１の実施の形態における構成図である 本発明の第１の実施の形態におけるハーフミラープリズムの副走査断面図である。 本発明の第１の実施の形態における共通の光源からの上段のビームが感光体面（被走査面）を走査していることを示す図である。 本発明の第１の実施の形態における全点灯する場合のタイムチャートである。 本発明の第１の実施の形態における異なる感光体面を走査するときに互いの設定光量を異ならせることを示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるビームを分離するための別の方法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における光束分割手段の別の実施形態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるポリゴンミラーへの２ビームの回転方向の入射角度を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるフォトディテクタPD１、PD２を非平行に並べた非平行PDを示す図である。 本発明の第４の実施の形態における多色画像形成装置の基本的な構成を示す図である。

符号の説明

１,１’ 半導体レーザ（図示されていない）
２ LDベース
３,３’ カップリングレンズ
４ ハーフミラープリズム
５,５’ シリンドリカルレンズ
６ 防音ガラス
７ 偏向手段
７a 上段ポリゴンミラー
７b 下段ポリゴンミラー
８a,８b 走査レンズ１
９ ミラー
１０a,１０b 走査レンズ２
１１a,１１b 感光体
１２ 開口絞り

Claims (11)

1. 変調駆動される光源と、
   複数の段の多面の反射鏡を有し、共通の回転軸を有する偏向手段と、
   共通の光源からの光ビームを分割し、異なる段の反射鏡に分割されたビームを入射させる光束分割手段と、
   偏向手段により走査された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
   異なる段の反射鏡により走査された光ビームを検出し同期検知信号を発生する共通の受光手段とを有し、
   共通の光源手段から分割した光ビームが異なる被走査面を走査するようにした光走査装置において、
   異なる段の多面の反射鏡は互いに回転方向の角度がずれており、かつ、前記共通の受光手段により発生する時間軸上で隣り合う同期検知信号間の時間ti（1≦i≦n）について、少なくとも一の同期検知信号間時間は他の同期検知信号間時間と異なることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１の光走査装置において、前記偏向手段は２段の多面反射鏡からなり、反射鏡の上段にて偏向される光ビームが前記共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、反射鏡の下段にて偏向される光ビームが前記共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt1、反射鏡の下段にて偏向される光ビームが前記共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、反射鏡の上段にて偏向される光ビームが前記共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt2としたとき、
   t1≠t2
   となることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１または２の光走査装置において、それぞれの段の多面反射鏡の面数がN（≧2）であり、異なる段の多面反射鏡の回転方向の角度差をθ1とすると、
   θ1≠π/N
   を満足することを特徴とする光走査装置。
4. 変調駆動される複数の光源と、
   Ｎ面の反射鏡を有する偏向手段と、
   共通の光源からの光ビームを分割し、反射鏡に分割されたビームを入射させる光束分割手段と、
   偏向手段により走査された光ビームを被走査面に導く走査光学系と、
   偏向手段により走査された分割された複数の光ビームを検出する共通の受光手段とを有し、
   共通の光源手段から分割した光ビームが異なる被走査面を走査するようにした光走査装置において、
   複数の光源から前記偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、前記偏向手段の回転軸方向から見て互いに角をなし、かつ、前記共通の受光手段により発生する時間軸上で隣り合う同期検知信号間の時間ti（1≦i≦n）について、少なくとも一の同期検知信号間時間は他の同期検知信号間時間と異なることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４の光走査装置において、複数の光源から前記偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、前記偏向手段の回転軸方向から見て２方向であり、第一の方向から入射する光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、第二の方向から入射する光ビームが共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt1’、第二の方向から入射する光ビームが前記共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングから、第一の方向から入射する光ビームが前記共通の受光手段に入射し同期検知信号を発生するタイミングまでの時間をt2’としたとき、
   t1’≠t2’
   となることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項４または５の光走査装置において、複数の光源から前記偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、偏向手段の回転軸方向から見て互いに各θ2をなすように設定され、
   θ2≠π/N
   を満足することを特徴とする光走査装置。
7. 請求項６の光走査装置において、複数の光源から前記偏向手段に入射する光ビームの入射方向が、前記偏向手段の回転軸方向に直交する方向から見て互いに角を成すように設定されていることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項１乃至７の光走査装置において、前記受光手段の数は１つであることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項１乃至８の光走査装置において、前記受光手段は、光走査装置の主走査方向の書込領域外に設けた非平行フォトダイオードセンサーであることを特徴とする光走査装置。
10. 複数の光導電性感光体に光走査により個別的に静電潜像を形成し、これら静電潜像を可視化してトナー画像とし、得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体上に転写して合成的に画像形成を行うタンデム式の画像形成装置において、
    複数の光導電性感光体に光走査を行う光走査装置として、請求項１乃至９の任意の一に記載のものを用いることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１０記載の画像形成装置において、
    前記光導電性感光体の数が４個であり、光走査装置として、２個の光源を用いて、各光源からの光ビームがそれぞれ４個の光導電性感光体を光走査するように構成され、４個の光導電性感光体に形成される静電潜像をマゼンタ、イエロー、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。

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