JP5050262B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光走査装置を備えたレーザプリンタ、レーザプロッタ、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置に関する。
レーザプリンタ、レーザプロッタ、デジタル複写機、普通紙ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等で用いられる電子写真方式の画像形成装置においては、近年、フルカラー化、高画質化、高速化、装置の小型化、低コスト化といった要求が高まってきている。そして、画像形成装置における画像形成の高速化を実現するために、像担持体である感光体を複数(通常は4つ)有するタンデム方式対応の画像形成装置が普及してきている。このタンデム方式の画像形成装置では、記録媒体を搬送する転写ベルト(または中間転写ベルト)に沿って例えば4つの感光体を並設し、各感光体を帯電手段で帯電した後、書込手段で各感光体上に潜像を形成し、各感光体上の潜像を現像手段の色の異なる現像剤(例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー)で各々現像して顕像化し、この各色の顕像を転写ベルトで搬送される記録媒体(または中間転写ベルト)に重ね合わせて転写し、カラー画像を形成する。
また、このようなタンデム方式の画像形成装置において用いられる書込手段としては、共通の光偏向器を挟んで両側に各々被走査面を配し、光偏向器の両側から光ビームを入射させ、光走査を行う光走査装置が知られている。このような構成により、例えば、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの4色の露光をほぼ同時に行えるため、画像形成の高速化が実現できる。
共通の光偏向器を挟んで両側に各々被走査面を配した光走査装置の場合には、被走査面を走査する光ビームは、書込開始前に同期検知を行う場合、書込開始に先立ち受光手段により受光され、書込開始の同期が取られる。ここで、光偏向器を複数の走査光学系で共用する場合には、光偏向器を挟んで逆の側にある被走査面は、互いに逆向きに光走査される(書込開始位置が逆となる)。
したがって、光偏向器を挟んで両側に配備された走査光学系が有する受光手段は、互いに主走査方向において逆の配置となる。また、このような構成は、1つの光走査装置内に、4つの光路が入り組んでいるため、光路は複雑になり、互いに干渉しないようにしつつ、装置の小型化を進めるのは困難である。特に同期検知の光路は、走査レンズの主走査方向の外側に、別に設ける必要がある。しかし、装置の小型化、低コスト化を達成するためには、同期検知を行う受光素子は少ない方がよい。ただし、同期検知の数を減らしても、光学特性の劣化により画質が低下することは避けなくてはならない。また、このような走査光学系では、同期検知するための領域を、有効走査幅に対し更に広く取る必要がある。例えば、2つの走査光学系が共に走査開始前に同期を取る形態であると、図2に示すように、左右の走査光学系が少し主走査方向にずれることになり、広い露光幅が必要になる。そのため、光偏向器の大型化につながり、高速化、高寿命化が困難になることや、光偏向器の回転による騒音が問題となってくる。
このような課題に対し、従来技術では次のような対策を行っている。
特許文献1(特開2004−85969号公報)に記載の従来技術では、被走査面の異なる複数の走査光学系を有する光走査装置において、走査光学系の組を構成する2つの走査光学系において、それぞれの基準反射位置は、基準面に対して非対称であり、走査光学系の組を構成する2つの走査光学系においては、各走査光学系を構成する走査レンズが、光偏向器の回転中心を通り被走査面に平行な直線に対して対称に配置されている構成としている。すなわち、2つの走査光学系においては、それぞれ走査開始前に同期を取る方式だが、両側に配備される光学系の組において、それぞれの基準反射位置は基準面に対して非対称になる。しかし、このような配置により反射点が異なると、回転中心から反射面までの距離が異なり、サグの影響による主走査ビームスポット位置ずれ、主走査及び副走査の像面湾曲の劣化が起こり、出力画像の劣化を引き起こす。
また、特許文献2(特開平4−313776号公報)に記載の従来技術では、1つの受光素子により同期検知を行い、書き出し位置を決定している。すなわち1つの偏向面の書き出し位置情報を元に、他の3つのステーションの書き出し位置を計算して、書き出し位置を決定する。この方式では、1つの受光素子のみ備えることで、レイアウト性の自由度は高いが、光源が異なることで、光源間の波長ばらつきによる影響が同期検知に反映できず、タイムインターバルが大きくなるので、精度劣化が起き、書き出し位置がばらつくことで、色ずれとして出力画像に影響が出てしまう。
上記のような特許文献1,2に記載の従来技術では、光偏向器を挟んで両側で走査する光走査装置を備えた画像形成装置において、同期検知のための受光素子を少なくすることでレイアウトの自由度を確保しつつ、高画質な書込を行うことができる光走査装置を備えた画像形成装置を得るという本発明の課題は達成できていない。
特開2004−85969号公報 特開平4−313776号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題を考慮し、同期検知手段を光偏向手段の回転中心を通り被走査面に対して略対称に配置することで光学系のレイアウトの自由度を向上させると共に、主走査方向のビームスポット位置ずれや、主走査及び副走査方向の像面湾曲の劣化を防ぐことで、高画質な書込を行うことができる構成の光走査装置を用いて高画質な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第1の手段は、複数の像担持体と、前記複数の像担持体に対応する複数の走査光学系を有し、画像情報に基づいて駆動される光源からの光ビームを被走査面である前記複数の像担持体にそれぞれ照射して潜像を形成する光走査装置とを備えた画像形成装置において、前記複数の走査光学系のそれぞれは、前記光源と、前記光源からの光ビームを走査するための複数の反射面を有する光偏向手段と、前記光偏向手段によって偏向走査された光ビームを前記被走査面に集光するための走査レンズと、前記光偏向手段で偏向走査された光を受光し該偏向された光が前記被走査面上の走査有効範囲へ走査するタイミングを走査開始前と走査終了後のうちのどちらか一方において検知する同期検知手段とを有しており、前記光偏向手段は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であり、前記複数の走査光学系は前記光偏向手段を挟んで両側に配備されて走査光学系の組をなし、前記走査光学系の組を構成する2つの走査光学系において、一方の走査光学系は、走査終端側の第1の同期検知手段により走査タイミングを決定し、もう一方の走査光学系は、走査開始側の第2の同期検知手段により走査タイミングを決定し、前記第1の同期検知手段と前記第2の同期検知手段とは、前記光源に対して、前記光偏向手段を挟んで逆側に配備されているとともに、同期検知から書き出しまでのタイミングが互いに異なり、前記光源は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であって、この共通の光源から出射される光ビームは光束分割手段により前記第1の同期検知手段に導かれる第1の光ビーム及び前記第2の同期検知手段に導かれる第2の光ビームに分割され、前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとはそれぞれ、異なる被走査面を走査するものであり、前記光偏向器に向けて入射する方向と、当該光ビームが走査する被走査面に垂直な方向とのなす角が45°であり、前記第1の光ビームが有効走査領域を走査している時は前記第2の光ビームは有効走査領域外を走査しているとともに、前記第2の光ビームが有効走査領域を走査している時は前記第1の光ビームは有効走査領域外を走査しており、前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとは、対応する色が異なり、当該色に対応した画像情報に基づき変調駆動されることを特徴とする。
本発明の第2の手段は、第1の手段の画像形成装置において、前記光束分割手段は、前記共通の光源から出射される光ビームを前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとに分割するハーフミラーを有し、このハーフミラーによって分割された前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとをそれぞれ前記光偏向器の異なる反射面に入射させる複数の入射ミラーを有することを特徴とする。
本発明の第3の手段は、第1または第2の手段の画像形成装置において、前記複数の走査光学系前記複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を現像色の異なる現像手段でそれぞれ現像して顕像化し、前記複数の像担持体に形成した各色のトナー像を転写手段で直接または中間転写体を介して記録媒体に重ね合せて転写し、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着手段で定着して多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
本発明の第1の手段の画像形成装置では、複数の像担持体と、前記複数の像担持体に対応する複数の走査光学系を有し、画像情報に基づいて駆動される光源からの光ビームを被走査面である前記複数の像担持体にそれぞれ照射して潜像を形成する光走査装置とを備えた画像形成装置において、前記複数の走査光学系のそれぞれは、前記光源と、前記光源からの光ビームを走査するための複数の反射面を有する光偏向手段と、前記光偏向手段によって偏向走査された光ビームを前記被走査面に集光するための走査レンズと、前記光偏向手段で偏向走査された光を受光し該偏向された光が前記被走査面上の走査有効範囲へ走査するタイミングを走査開始前と走査終了後のうちのどちらか一方において検知する同期検知手段とを有しており、前記光偏向手段は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であり、前記複数の走査光学系は前記光偏向手段を挟んで両側に配備されて走査光学系の組をなし、前記走査光学系の組を構成する2つの走査光学系において、一方の走査光学系は、走査終端側の第1の同期検知手段により走査タイミングを決定し、もう一方の走査光学系は、走査開始側の第2の同期検知手段により走査タイミングを決定し、前記第1の同期検知手段と前記第2の同期検知手段とは、前記光源に対して、前記光偏向手段を挟んで逆側に配備されているとともに、同期検知から書き出しまでのタイミングが互いに異なり、前記光源は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であって、この共通の光源から出射される光ビームは光束分割手段により前記第1の同期検知手段に導かれる第1の光ビーム及び前記第2の同期検知手段に導かれる第2の光ビームに分割され、前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとはそれぞれ、異なる被走査面を走査するものであり、前記光偏向器に向けて入射する方向と、当該光ビームが走査する被走査面に垂直な方向とのなす角が45°であり、前記第1の光ビームが有効走査領域を走査している時は前記第2の光ビームは有効走査領域外を走査しているとともに、前記第2の光ビームが有効走査領域を走査している時は前記第1の光ビームは有効走査領域外を走査しており、前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとは、対応する色が異なり、当該色に対応した画像情報に基づき変調駆動されることにより、有効走査領域を確保しつつ、レイアウトの自由度を高めることができるとともに、各色ごとに同期検知から書き出しまでの間隔を最適な値にすることができるので、書き出し位置のばらつきによる色ずれの影響を最小限にすることができ、また、2つの組の走査光学系で必要な露光幅を小さくすることができるので、装置の小型化、光偏向手段の小型化を達成でき、光学特性を確保しつつ、レイアウトの自由度が大きく、小型で高速・高画質を維持しつつ低コストな画像形成装置を得ることができる。
第3の手段の画像形成装置では、第1または第2の手段の構成に加え、前記複数の走査光学系前記複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を現像色の異なる現像手段でそれぞれ現像して顕像化し、複数の像担持体に形成した各色のトナー像を転写手段で直接または中間転写体を介して記録媒体に重ね合せて転写し、記録媒体に転写されたトナー像を定着手段で定着して多色またはフルカラー画像を形成することにより、高速、高画質を維持しつつ低コストなカラー画像形成装置を実現することができる。
以下、本発明の構成、動作及び作用効果を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明にかかる画像形成装置に備えられる光走査装置の一実施形態を示す図であり、この光走査装置の光学系を偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図である。この光走査装置は、図1に示すように、走査光学系aと、走査光学系bとから構成されており、図の右側が走査光学系a、図の左側が走査光学系bである。符号141a,141bは半導体レーザからなる光源、142a,142bはカップリングレンズ、149a,149bは開口絞り(アパーチュア)、143a,143bはシリンドリカルレンズ、147は光偏向手段の一例である反射面が4面のポリゴンミラーからなる光偏向器、144a,144bは第1走査レンズ、145a,145bは第2走査レンズ、146a,146bは同期検知手段である受光素子(例えばフォトダイオード)、148a,148bは被走査面をそれぞれ表している。これらの光学部品は、走査光学系aと走査光学系bにそれぞれ共通の要素となる。また、ポリゴンミラー147は走査光学系a,bにおいて共通に使用しており、図中で反時計回りに高速回転することで、光源から入射する光を偏向走査している。
また、図1に示した光源141a,141bは図中では1つの走査光学系に対し1つとなっているが、複数であっても、1つの光源で複数の光を発生させるものであってもよい。さらに、図中では、ポリゴンミラー147を挟んで2つの走査光学系が配置されているが、複数の走査光学系の組を副走査方向に距離を有して配備するようにしてもよい(後述の図4の構成)。
2つの走査光学系a,bは、ポリゴンミラー147で走査される光ビームの主走査方向が、略平行となるようにポリゴンミラー147を挟んで両側に配備されて走査光学系の組をなしている。すなわち、図1において、ポリゴンミラー147の紙面上側に位置する半導体レーザ141a,141bから射出された光ビームは、ポリゴンミラー147に入射すると、走査光学系aにおいては右側に、走査光学系bにおいては左側に反射される。また、光ビームの主走査方向である被走査面148aと148bは略平行となる。
半導体レーザ141a,141bから射出された発散光束は、カップリングレンズ142a,142bにより以後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142a,142bによりカップリングされた各光ビームは、同じビーム形態であり、「平行ビーム」とすることも「収束性もしくは発散性のビーム」とすることもできる。
カップリングレンズ142a,142bを通過した光ビームは、アパーチュア149a,149bを通過してビーム外周部を遮断され、ビーム整形された後に副走査方向にのみ正のパワーを有する結像レンズとしてのシリンドリカルレンズ143a,143bによりポリゴンミラー147の偏向反射面近傍にて、それぞれ主走査方向に長い線像として結像する。
ポリゴンミラー147で偏向された各光ビームは、第1走査レンズ144a,144b、第2走査レンズ145a,145bを通過して被走査面(例えば像担持体である感光体)148a,148bに入射し、被走査面148a,148bの表面に光スポットとして結像すると共に、略等速で上記被走査面上を主走査方向に走査する。
同期検知のタイミングとして、走査光学系aに関しては、走査開始前に同期検知を行い、走査光学系bでは、走査開始後に同期検知を行う構成となっている。走査光学系aでは、被走査面148a上でA1に行く角度で偏向された光ビームは同期検知手段である受光素子146aに入射する。この受光素子146aで受光した時間の所定時間後の書込開始位置A2から光走査による書込を開始し、所定時間後の書込開始終了位置A3で書込を終了する。
一方で、走査光学系bは、被走査面148b上のB1からB2まで光走査による書込を行い、書込終了後のB3に行く角度で同期検知手段である受光素子146bに光が入射する構成となっている。そして受光素子146bで同期検知を行い、次の反射面でのB1の書込みタイミングを決定する。
ここで、図3は、従来の光走査装置と本形態の光走査装置の同期検知と書込のタイミングを示すタイミングチャートである。
図3(a)に示すように、従来の一般的な光走査装置の走査光学系においては、走査開始前に同期をとる構成である。この一般的な構成では、同期検知が行われてから書込開始までの時間(図3(a)でのA1〜A2、B1〜B2の時間)は、ポリゴンミラーの反射面によらず一定である。これに対して、本形態による構成では、図3(b)に示す通り、走査光学系aについては、従来の走査開始前同期検知と同じだが、走査光学系bでは、走査光学系aと同期検知から書き出しまでのタイミングが異なる。走査光学系bは、書込終了直後に同期検知が行われ、次の反射面での、書込開始タイミングを決定する。しかし、走査開始前の同期検知と異なり、ポリゴンミラーの反射面の長さは、製造ばらつきによって各面が異なるので、同期検知から書き出しまでの時間を一定にすると、書き出しのタイミングがばらつき、画像に影響がでてしまう。このため、本形態では、1周ごとの同期のタイミングからポリゴンミラーの反射面の長さを記憶しておき、記憶しておいた面の長さから、所定の位置から書き出しができるように光源の発光タイミングを制御できる構成となっている。
ここで、図1のような構成にする利点について説明する。図2は従来の一般的に使用されている光走査装置の光学系の配置例を示す図であり、この例では両方の走査光学系ともに同期検知を走査開始前に行う構成であり、同期検知手段である受光素子146a,146bの配置以外は図1と同じ構成になっている。図2の右側を走査光学系c、左側を走査光学系dとすると、共に走査開始前に同期検知を行う構成であると、図からわかるとおり、C1からC3までの主走査方向の位置とD1からD3の主走査方向の位置が異なるため、必要な露光幅が図1より大きくなってしまい、広い露光幅が必要になる。そのため、光走査装置自体が大型になる。また、ポリゴンミラー147の大型化につながり、ポリゴンミラー147の高速回転や、高寿命化が困難になることや、ポリゴンミラー147の回転による騒音が問題となってくる。これに対して、図1に示すような本形態の光走査装置の構成にすることにより、上記の問題を解消することができる。
次に、本形態に係る光走査装置及び画像形成装置の具体的な実施例について説明する。
図4は本形態の一実施例を示す光走査装置の概略斜視図である。同図において符号1、1’は光源としての半導体レーザ(LD)、2,2’はミラー、3、3’はカップリングレンズ、4は光束分割手段としてのハーフミラープリズム、5a、5b、5c、5dはシリンドリカルレンズ、6は防音ガラス、7は光偏向手段としての光偏向器(例えば4つの偏向反射面を有するポリゴンミラー)、8(8a,8b)は第1走査レンズ、9は光路折返し用のミラー、10(10a,10b)は第2走査レンズ、11(11a,11b)は被走査面としての像担持体である感光体、12は開口絞り(アパーチュア)をそれぞれ示している。
半導体レーザ1、1’から出射した各2本の発散光束はカップリングレンズ3、3’により、弱い収束光束、または平行光束、または弱い発散光束に変換される。カップリングレンズ3、3’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12を通過し、ハーフミラープリズム4に入射する。ハーフミラープリズム4に入射した共通の光源からのビームはそれぞれ2つに分割され、ハーフミラープリズム4を出射するビームは全部で4本のビームとなる。この場合、光源1,1’の配置が副走査方向のみに異なるため、ハーフミラープリズム4は共通で使用でき、副走査方向に異なる2本のビームを4本のビームに分割することとなる。
なお、図4では、光偏向器7の一方側に配置された走査光学系を示しているが、走査光学系は光偏向器7を挟んで反対側にも配置される(図1参照)。
図5は光束分割手段の一例であるハーフミラープリズム4の構成例を示す斜視図である。このハーフミラープリズム4は光束分割手段として働き、符号4aで示す面がハーフミラーとなっており、透過光と反射光を1:1の割合で分離する。なお、ハーフミラー4aでの分離の割合は1:1で有る必要はなく、他の光学系の条件に合わせて設定してももちろん構わない。
ハーフミラープリズム4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5a,5b(5c,5d)により、ポリゴンミラー7の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。
図6は分割光による光走査を説明するための図である。同図(a)に示すように、ハーフミラープリズム4で分割された共通の光源からの入射光(図中の入射光x,入射光y)は、ミラー2,2’で光路を調節して光偏向器(図示の例では4つの偏向反射面を有するポリゴンミラー)7の異なる面に入射するようにしており、略π/2の位相差(約90°)をつけている。位相差が90°近傍であれば分割された光束が同時に有効走査領域を走査することがない。一例として、図6(a)に示す上側の有効走査領域xを走査している時(反射光aが反射光b、反射光cへと走査される時)の下側の反射光について説明する。
上側の入射光xが反射光aとなる時は、図6(b)に示すように下側の反射光は位相差が90°なので走査領域に入らない。偏光器7が回転して上側の入射光が反射光bとなる時は、図6(c)に示すように下側の反射光はb' となり走査領域に入らない。また、さらに偏光器7が回転して、上側の入射光が反射光cとなる時も、図6(d)に示すように下側の反射光はc' となり走査領域に入らない。すなわち、図6(b)から図6(c)を経て図6(d)までの間、下側の反射光は、走査領域に入らないことが分かる。これは、入射光の位相差が90°であり、偏光器7の反射面数が4面であるため、反射光の位相差が必ず90°になることで上記関係が成立するのである。この上側の入射光(入射光x)が有効走査領域x内を走査している時は、下側の入射光yは有効走査領域y外を走査しており、感光体面上を走査しない関係は、位相差が90°より少しずれても成立するのは上記関係から自明である。逆に下側の入射光yが有効走査領域y内を走査している時は、上側の入射光xは有効走査領域x外を走査しており、感光体面上を走査しないことも上下対称配置となっているため自明である。
なお、光源の変調駆動は、上側の入射光xが有効走査領域x内を走査している時は対応する色(例えばマゼンタ)の画像情報に基づき光源の変調駆動を行う。さらに、下側の入射光yが有効走査領域y内を走査している時は対応する色(例えばブラック)の画像情報に光源の変調駆動を行うことで、共通の光源で2色分の画像を走査することが可能となる。
ここで、光偏向器7への入射光と、光偏向器7による走査光(図中、反射光と示す)の関係を図7に示す。従来の通常の光学系では入射角(入射角:被走査面に垂直な方向と入射光のなす角と定義する)は55°〜70°程度であるのに対し、本形態の位相差90°をつける方式では、入射角は45°となってしまう。また、半画角は通常の走査光学系では35°〜40°程度である。そのため、入射光と入射光に最も近い走査光のなす角度、すなわち、走査光の入射角と半画角の差は通常の光学系では15°〜35°取れるのに対し、位相差90°をつける方式では5°〜10°しか角度差が得られない。その狭い角度差で入射光と走査光を分離する必要がある。
入射光と走査光の角度差が小さいため、図に示すように光偏向器7の近くでは入射光と走査光を分離することは難しく、無理に入射ミラー2,2’を光偏向器7の近くに配置すると走査光が蹴られてしまうことがある。
すなわち、入射ミラーと走査レンズが近接しているため、入射ミラーを置く位置が限られており、レイアウトの自由度が少ない。このため、本形態では、光偏向器7に最も近い走査レンズ(第1走査レンズ8)の肉厚が最も厚い点から、主走査方向の走査レンズの両端までの距離は、光ビームを入射する側(光源側)と反対側のほうが長いという構成になっている。すなわち、図7では、La>Lbとなっている。このような構成とすることで、入射ミラー2,2’を置くことができる場所が増え、光源側のレイアウトの自由度が増す。
図7の下部に走査レンズ(第1走査レンズ8)の副走査断面の概略図を示した。この構成では、対向側の走査レンズで、コストダウンのためにも共通化することが望ましく、そのため、走査レンズは副走査方向の両面に、組み付け位置を規定する基準(組み付け基準)を設けている。走査レンズの両面に基準があることで、対向側の走査レンズを組み付けるときには、裏返して設置すればレンズを共通化することができ、なおかつ精度よく組み付けることができる。
なお、図8に示すように、ハーフミラープリズム4で分割された共通の光源からの入射光(図中の入射光x,入射光y)を光偏向器7の同一の反射面に入射させることもできるが、走査領域を跨って光線をミラーで折り返す必要があり、レイアウト性が悪くなる。また、光偏向器7の同一の反射面に入射させると、分割された光束は副走査方向に異なる位置で光偏向器7に入射させる必要があるため、ハーフミラープリズム4とミラーにより、副走査方向の位置を変えなければならない。従って、図4に示すように、光偏向器7の異なる反射面に分割された光束を入射させた方がレイアウト性も向上する。
図9は複数色用の露光のタイミングチャートである。同図において縦軸は光量、横軸は時間をそれぞれ表す。
前述したように、ハーフミラープリズム4で分割された共通の光源からのビームを偏向器7で偏向走査して、偏向器7を挟んで両側に位置する2つの感光体(例えばブラックとマゼンタ用の感光体)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を同図に示す。実線がブラックに相当する部分、点線がマゼンタに相当する部分を示している。ブラック、マゼンタ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検知手段(同期検知センサ)で走査ビームを検知することにより決定される。なお、図4では同期検知手段は図示されていないが、通常は図1に示したようなフォトダイオード等の受光素子を用いた同期検知センサが用いられる。
図10は色によって露光量を異ならせるためのタイミングチャートである。図9ではブラックとマゼンタ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、反射率が相対的に異なるため、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10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。
ところで、図4に記載の2つの光源1、1’から出射した各々のビームは、ハーフミラープリズム4で分割されて、偏向器7を挟んで両側に位置する異なる2つの感光体にそれぞれ露光されるので、この2つの感光体には、それぞれ一回の走査で2つの走査線が形成される。このとき、画素密度に応じて、走査線の副走査方向のピッチを調整する必要がある。副走査方向のピッチ調整の方法としてよく用いられる方法としては、光源ユニット(光源1、1’、カップリングレンズ3、3’、開口絞り12を1つのユニットとする)を主走査方向および副走査方向に垂直な軸を中心に回転させる方法があるが、この場合、ある感光体においては、所望のピッチとすることができるが、もう一方の感光体については光束分割手段(ハーフミラープリズム)4以降の光学素子の形状誤差、取り付け誤差等によりピッチ誤差が生じる。
この不具合を解決するためには光束分割素子(ハーフミラープリズム)4と光偏向手段(光偏向器)7の間に副走査方向のピッチを調整する手段を配備する必要がある。
ここで、図11はピッチ調整手段の一例を示す図である。同図(a)は片側調整の手段、同図(b)は両側調整の手段を示す図である。
その一例として、シリンドリカルレンズ5は21a(または21b、21c)の中間部材を介して光走査装置のハウジング(図示を省略)に装着される。それぞれの装着面には予め硬化性樹脂(例えば光硬化性樹脂)を塗布しておく。このとき、中間部材21a(または21b、21c)はハウジングに対し、「主走査方向に平行な軸回りの偏心調整」と「光軸方向の調整」が可能であり、シリンドリカルレンズ5は中間部材21a(または21b、21c)に対して「光軸に平行な軸回りの偏心調整」、「副走査方向の配置調整」が可能であり、ハウジングに対して中間部材21a(または21b、21c)が調整可能な方向の少なくとも1つと、中間部材21a(または21b、21c)に対してシリンドリカルレンズ5の調整可能な方向の少なくとも1つが異なっている。このような構成とすることで、複数の光学特性(ビームウエスト径太り、ビームウエスト位置ずれ低減、ビームスポット位置ずれ低減)を同時に確保でき、なおかつ、シリンドリカルレンズ5を光軸に平行な回りに偏心調整可能とすることで、副走査方向の走査線間隔を最適に設定することができる。また、中間部材21aのシリンドリカルレンズ5に接する面とハウジングに接する面は平面となっていて調整が容易になっている。調整が終了したら硬化性樹脂を所定の方法(例えば紫外線照射等)で硬化させることにより、相互の位置を固定させる。
図12は実際の調整方法の一例を説明するための図である。同図(a)は片側調整、同図(b)は両側調整の例を示している。
シリンドリカルレンズ5を冶具で保持しておき、調整すべき方向(ここでは光軸方向位置、光軸に平行な軸回りの偏心、副走査方向の位置)にシリンドリカルレンズ5を移動する。その後、硬化性樹脂(例えば紫外線硬化樹脂)を塗布した中間部材21a(または21b、21c)をシリンドリカルレンズ5およびハウジングの台座22に押し当て、紫外線を照射しシリンドリカルレンズ5を固定する。このような構成とすることで、簡単な構造で容易に複数方向の調整が可能となる。ここで、中間部材21a(または21b、21c)は透明とすることにより、紫外線硬化樹脂による固定がより容易になる。
なお、図11(a)のように1つの中間部材21aを用いて光学素子(シリンドリカルレンズ5等)を保持することも可能だが、光ビームを挟んで互いに逆側に複数の中間部材21b、21cを配備することも可能であり、このような構成とすることにより、例えば、ハウジングと中間部材21(樹脂を想定)の線膨張係数が異なるとき、温度上昇が発生しても光軸に対して光学素子に関し対称的に応力が発生するので、光学素子の姿勢変化は小さくなる。
通常、画像形成装置に用いる半導体レーザは光量自動制御(Auto Power Control:以下APCと称す)を行い、光出力の安定化を図っている。APCとは半導体レーザの光出力をフォトダイオード(PD)等の受光素子によりモニタし、半導体レーザの光出力に比例する受光電流の検出信号により、半導体レーザの順方向電流を所望の値に制御する方式のことである。
半導体レーザが端面発光型半導体レーザの場合、上記受光素子はカップリングレンズに向かって出射する方向と逆方向に出射した光をモニタするフォトダイオードを用いることが多いが、APCを行なう際に、余計なゴースト光が入射すると、上記受光素子で検出する光量が増加してしまう。
例えば、光偏向器7の反射面へのビームの入射角が0のとき、その反射面が光源方向に正対しているので、この位置でAPCを行なうと、反射ビームが光源に戻り、モニタ用の受光素子で検出する光量が増加してしまう。そこで、入射角が0であるときはAPCを行なわないように設定しておく。この構成をとることにより、適切な濃度で、濃度むらの少ない画像出力が可能となる。
次に同期検知手段としては、有効走査領域外に同期検知用の受光素子をおいて走査光を検知し、書き出し開始位置を決定するが、図7のところで説明したように、この方式では、光偏向器(ポリゴンミラー)7への入射光と書込光の角度差が少ないため、有効走査領域を確保しながら、光源側に同期検知用の受光素子を置ける範囲は限られており、レイアウトの自由度が少ない。そこで本形態では、図13に示すように、2つの同期検知用の受光素子(同期センサ)を光源とはポリゴンミラー7を挟んで反対側に設置すれば、光源側に同期検知用の受光素子を設置する場合に比べて、レイアウトの自由度が大きい。
上述した本形態の技術は、集積化された面発光型半導体レーザを光源とした時も当然有効であり、例えば40チャンネルの面発光型半導体レーザを用いる場合、光源が2つで4色40チャンネルのビームを得ることができ、40ビーム書込みの高速性を維持したまま光源のコストダウンが可能となる。
次に、上述した本形態の光走査装置を書込手段に備えた画像形成装置の構成例を示す。図14は本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。同図において符号31は像担持体である感光体、32は感光体を帯電する帯電手段である帯電器、33は帯電された各感光体に画像信号に応じて変調されたビームを露光して静電潜像を形成する前述の光走査装置を用いた書込ユニット、34は感光体上の潜像を各色のトナーで現像して顕像化する現像手段である現像器、35は感光体上の転写残トナーを清掃するクリーニング手段、36は感光体上の顕像を記録媒体に転写するための転写用帯電手段、37は記録媒体を担持搬送する転写ベルト、38a,38bは転写ベルトが架張される駆動ローラと従動ローラ、39は記録媒体に転写された画像を定着する定着手段、40はシート状の記録媒体(例えば記録紙とする)Sが収容された給紙カセット、41は記録紙Sを給紙する給紙ローラ、42は給紙ローラで給紙される記録紙Sを1枚づつに分離する分離ローラ、43,44は記録紙を搬送する搬送ローラ、45は各感光体上での画像形成にタイミングを合せて記録紙Sを転写ベルト37に送り出すレジストローラをそれぞれ示している。また、符号に付けたY、M、C、Kは画像の色を表し、それぞれY:イエロー、M:マゼンダ、C:シアン、K:ブラックを示している。
4つの感光体31Y、31M、31C、31Kは転写ベルト37に沿って並設され、それぞれ時計回り方向に回転し、回転方向の順に帯電器32Y、32M、32C、32K、現像器34Y、34M、34C、34K、転写用帯電手段36Y、36M、36C、36K、クリーニング手段35Y、35M、35C、35Kが配備されている。
帯電器32Y、32M、32C、32K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ものであり、この帯電器には、ローラ状やブラシ状等の接触帯電方式の帯電部材や、帯電チャージャ等の非接触帯電方式のもの等がある。この帯電器32Y、32M、32C、32Kと現像器34Y、34M、34C、34Kの間の感光体表面に書込ユニット33によりそれぞれビームが照射され、感光体31Y、31M、31C、31K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、現像器34Y、34M、34C、34Kにより感光体面上にY、M、C、Kの各色のトナー像が形成される。さらに、転写用帯電手段36Y、36M、36C、36Kにより、転写ベルト37で搬送される記録紙Sに各色のトナー像が順次重ね合わせて転写された後、最終的に定着手段39により記録紙Sに画像が定着される。
なお、図4に示した光走査装置では、2つの感光体11a,11bに対応する図のみ示しているが、図14に示す画像形成装置の書込ユニット33内には、図4に示す光走査装置と同様の構成に加えて、光偏向器(ポリゴンミラー)7を挟んで、図示された光学系と同様の光学系が対称な位置に配備された構成(図1参照)となっており、上記の4つの感光体31Y、31M、31C、31Kに対応した光走査を行うことができるようになっている。
次に本形態に係る光走査装置(ここでは図4の構成とする)の光学系の具体的な実施データを以下に示す。
・光源1,1’の波長:655nm
・カップリングレンズ3,3’の焦点距離:15mm
・カップリング作用:コリメート作用
・ポリゴンミラー7
偏向反射面数:4
内接円半径:7mm
また、光束分割手段であるハーフミラープリズム4と光偏向器(ポリゴンミラー)7の間に焦点距離110mmのシリンドリカルレンズ5a,5b(5c,5d)が配備されており、光偏向器7の反射面近傍にて主走査方向に長い線像を形成している。
偏向器以降のレンズデータを以下に示す。
第1走査レンズ8a,8bの第1面および第2走査レンズ10a,10bの両面は以下の式(1)、(2)で表現される。
・主走査非円弧式
主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、光軸における主走査面内の近軸曲率半径をRm、光軸からの主走査方向の距離をY、円錐常数をK、高次の係数をA1、A2、A3、A4、A5、A6、・・・とするとき、光軸方向のデプスをXとして次の多項式(1)で表している。
X=(Y/Rm)/[1+√{1−(1+K)(Y/Rm)
+A1・Y+A2・Y+A3・Y+A4・Y+A5・Y+A6・Y+・・
・・・(1)
ここで奇数次の係数A1、A3、A5・・にゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。
なお、本実施例では偶数次のみを用いており、主走査方向に対称系である。
・副走査曲率式
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を以下の式(2)に示す。
Cs(Y)=1/Rs(0)
+B1・Y+B2・Y+B3・Y+B4・Y+B5・Y+・・
・・・(2)
ここでYの奇数乗係数のB1、B3、B5、・・がゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
また、第1走査レンズの第2面は回転対称非球面であり、以下の式(3)で表現される。
・回転対称非球面
光軸における近軸曲率半径をR、光軸からの主走査方向の距離をY、円錐常数をK、高次の係数をA1、A2、A3、A4、A5、A6、・・とするとき光軸方向のデプスをXとして次の多項式で表している。
X=(Y/R)/[1+√{1−(1+K)(Y/Rm)
+A1・Y+A2・Y+A3・Y+ A4・Y+A5・Y+A6・Y+・・
・・・(3)
第1走査レンズの第1面の形状
Rm=−279.9、Rs=−61.0
K=−2.900000E+01
A4=1.755765E−07
A6=−5.491789E−11
A8=1.087700E−14
A10=−3.183245E−19
A12=−2.635276E−24
B1=−2.066347E−06
B2=5.727737E−06
B3=3.152201E−08
B4=2.280241E−09
B5=−3.729852E−11
B6=−3.283274E−12
B7=1.765590E−14
B8=1.372995E−15
B9=−2.889722E−18
B10=−1.984531E−19
第1走査レンズの第2面の形状
R=−83.6
K=−0.549157
A4=2.748446E−07
A6=−4.502346E−12
A8=−7.366455E−15
A10=1.803003E−18
A12=2.727900E−23
第2走査レンズの第1面の形状
Rm=6950、Rs=110.9
K=0.000000+00
A4=1.549648E−08
A6=1.292741E−14
A8=−8.811446E−18
A10=−9.182312E−22
B1=−9.593510E−07
B2=−2.135322E−07
B3=−8.079549E−12
B4=2.390609E−12
B5=2.881396E−14
B6=3.693775E−15
B7=−3.258754E−18
B8=1.814487E−20
B9=8.722085E−23
B10=−1.340807E−23
第2走査レンズの第2面の形状
Rm=766、Rs=−68.22
K=0.000000+00
A4=−1.150396E−07
A6=1.096926E−11
A8=−6.542135E−16
A10=1.984381E−20
A12=−2.411512E−25
B2=3.644079E−07
B4=−4.847051E−13
B6=−1.666159E−16
B8=4.534859E−19
B10=−2.819319E−23
なお、使用波長における走査レンズの屈折率は全て1.52724である。
以下に光学配置を示す。
偏向器の偏向反射面から第1走査レンズの第1面までの距離d1:64mm
第1走査レンズの中心肉厚d2:22.6mm
第1走査レンズの第2面から第2走査レンズの第1面までの距離d3:75.9mm
第2走査レンズの中心肉厚d4:4.9mm
第2走査レンズの第2面から被走査面までの距離d5:158.7mm
なお、図4に示す光走査装置では、屈折率1.514、厚さ1.9mmの防音ガラス6と防塵ガラス(図示せず)が配置されており、防音ガラス6は、ゴースト光の発生を防止するために、偏向回転面内において主走査方向に平行な方向に対し10deg傾けて設置されている。
また、防塵ガラスについては図示されていないが、第2走査レンズ10a,10bと被走査面11a,11bの間に配備されている。
本発明に係る画像形成装置に備えられる光走査装置の一実施形態を示す図であって、光走査装置の光学系を偏向回転面に平行な面内に展開した光学配置図である。 従来の光走査装置の光学系の配置例を示す光学配置図である。 従来の光走査装置と本発明の画像形成装置に備えられる光走査装置の同期検知と書込のタイミングを示すタイミングチャートである。 本形態の一実施例を示す光走査装置の概略斜視図である。 光束分割手段の一実施形態を示すハーフミラープリズムの斜視図である。 分割光による光走査を説明するための図である。 光偏向器への入射光と、光偏向器による走査光(反射光)の関係を示す図である。 分割光を光偏向器の同じ反射面に入射した場合の問題点の説明図である。 複数色用の露光のタイミングチャートを示す図である。 色によって露光量を異ならせるためのタイミングチャートを示す図である。 ピッチ調整手段の一例を示す図である。 実際のピッチ調整方法の一例を説明するための図である。 同期検知手段の配置位置の説明図である。 本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。
符号の説明
1,1’:光源(半導体レーザ)
2,2’:入射ミラー、
3,3’:カップリングレンズ
4:光束分割手段(ハーフミラープリズム)
4a:ハーフミラー
5(5a,5b,5c,5d):シリンドリカルレンズ
6:防音ガラス
7:光偏向手段(光偏向器)
8a,8b:第1走査レンズ
9:光路折返し用のミラー
10a,10b:第2走査レンズ
11a,11b:被走査面
12:開口絞り(アパーチュア)
31Y,31M,31C,31K:感光体(像担持体)
32Y,32M,32C,32K:帯電器(帯電手段)
33:書込ユニット(書込手段)
34Y,34M,34C,34K:現像器(現像手段)
35Y,35M,35C,35K:クリーニング手段
36Y,36M,36C,36K:転写用帯電手段(転写手段)
37:転写ベルト(転写手段)
38a:駆動ローラ
38b:従動ローラ
39:定着手段
40:給紙カセット
41:給紙ローラ
42:分離ローラ
43,44:搬送ローラ
45:レジストローラ
141a,141b:光源(半導体レーザ)
142a,142b:カップリングレンズ
143a,143b:シリンドリカルレンズ
144a,144b:第1走査レンズ
145a,145b:第2走査レンズ
146a,146b:同期検知用の受光素子(同期検知手段)
147:ポリゴンミラー(光偏向手段)
148a,148b:被走査面
149a,149b:開口絞り(アパーチュア)
S:記録紙(記録媒体)

Claims (3)

  1. 複数の像担持体と、前記複数の像担持体に対応する複数の走査光学系を有し、画像情報に基づいて駆動される光源からの光ビームを被走査面である前記複数の像担持体にそれぞれ照射して潜像を形成する光走査装置とを備えた画像形成装置において、
    前記複数の走査光学系のそれぞれは、前記光源と、前記光源からの光ビームを走査するための複数の反射面を有する光偏向手段と、前記光偏向手段によって偏向走査された光ビームを前記被走査面に集光するための走査レンズと、前記光偏向手段で偏向走査された光を受光し該偏向された光が前記被走査面上の走査有効範囲へ走査するタイミングを走査開始前と走査終了後のうちのどちらか一方において検知する同期検知手段とを有しており、
    前記光偏向手段は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であり、前記複数の走査光学系は前記光偏向手段を挟んで両側に配備されて走査光学系の組をなし、
    前記走査光学系の組を構成する2つの走査光学系において、一方の走査光学系は、走査終端側の第1の同期検知手段により走査タイミングを決定し、もう一方の走査光学系は、走査開始側の第2の同期検知手段により走査タイミングを決定し、
    前記第1の同期検知手段と前記第2の同期検知手段とは、前記光源に対して、前記光偏向手段を挟んで逆側に配備されているとともに、同期検知から書き出しまでのタイミングが互いに異なり、
    前記光源は、前記複数の走査光学系のそれぞれにおいて共通であって、この共通の光源から出射される光ビームは光束分割手段により前記第1の同期検知手段に導かれる第1の光ビーム及び前記第2の同期検知手段に導かれる第2の光ビームに分割され、
    前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとはそれぞれ、異なる被走査面を走査するものであり、前記光偏向器に向けて入射する方向と、当該光ビームが走査する被走査面に垂直な方向とのなす角が45°であり、
    前記第1の光ビームが有効走査領域を走査している時は前記第2の光ビームは有効走査領域外を走査しているとともに、前記第2の光ビームが有効走査領域を走査している時は前記第1の光ビームは有効走査領域外を走査しており、
    前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとは、対応する色が異なり、当該色に対応した画像情報に基づき変調駆動されることを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1に記載の画像形成装置において、
    前記光束分割手段は、前記共通の光源から出射される光ビームを前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとに分割するハーフミラーを有し、
    このハーフミラーによって分割された前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとをそれぞれ前記光偏向器の異なる反射面に入射させる複数の入射ミラーを有することを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1または2記載の画像形成装置において、
    前記複数の走査光学系前記複数の像担持体にそれぞれ形成した潜像を現像色の異なる現像手段でそれぞれ現像して顕像化し、前記複数の像担持体に形成した各色のトナー像を転写手段で直接または中間転写体を介して記録媒体に重ね合せて転写し、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着手段で定着して多色またはフル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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