JP5173355B2 - 光学走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やレーザビームプリンタなどに用いられる光学走査装置に関するものである。

カラープリンタなどのカラー画像形成装置は、一般に４つの感光体にシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの画像を形成し、中間転写体や記録材上で順に重ね合わせてフルカラー画像を形成するタンデム方式が広く用いられている。この方式のカラー画像形成装置においては、各々の感光体に色毎に変調されたレーザ光を照射して画像を形成している。

近年、このタンデム方式のカラー画像形成装置において小型化や低価格化が進んでいる。そして、このようなカラー画像形成装置に内包される光学走査装置も１つの偏向手段で２色又は４色のレーザ光を走査して、その後、結像レンズやレーザ光の分離手段、導光手段を介して各々対応する感光体上に走査される構成が用いられるようになっている。一例として、複数の光源装置を副走査方向の異なる位置に配置し、１つの偏向反射面に斜入射させてレーザ光を走査する光学走査装置が特許文献１等によって提案されている。

この特許文献１では、回転多面鏡の１つの偏向反射面に斜入射された複数のレーザ光を各色に対応した光路を形成する反射ミラー等に導入する構成を採用している。そして、この偏向反射面で反射したレーザ光が他の光路に混ざり込むことを防止する混入防止部材を設けることを特徴とし、装置の小型化を図っている。
特開２００６−０３８９１２号公報

しかし、開口絞りを透過しないレーザ光が半導体レーザの方向に戻ってレーザ光の発振が不安定になることや、半導体レーザのパッケージ内に有するフォトセンサにレーザ光が入射して光量の誤検知が生じるという課題を有していた。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、開口絞りを透過しないレーザ光が半導体レーザの方向に戻ってレーザ光の発振が不安定になることや、半導体レーザのパッケージ内に有するフォトセンサにレーザ光が入射して光量の誤検知を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
レーザ光を出射する複数の発光点をそれぞれ有し、副走査方向に沿って並んで配置された複数の光源と、前記複数の光源から出射された複数のレーザ光を反射面で反射して像担持体上で偏向走査する偏向手段と、を備え、前記複数の光源から出射された複数のレーザ光は前記偏向手段の同一反射面に入射し、前記複数のレーザ光が、前記複数の光源から前記反射面に向かうにつれて前記複数のレーザ光の副走査方向の間隔が狭まるように、副走査断面で見て前記反射面に直交する方向に対して傾斜して前記反射面に入射する光学走査装置において、
前記複数のレーザ光が通過する前記複数の光源に対応した複数の開口部と、前記複数のレーザ光の光束を遮断する遮断面と、を有し、前記光源と前記偏向手段との間に設けられた開口絞り部材を備え、
前記遮断面は、主走査断面で見て、前記開口部を中心として外側に向かうに従って前記複数の光源に近づくように前記複数のレーザ光の光軸に直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする。

本発明によれば、開口絞りを透過しないレーザ光が半導体レーザの方向に戻ってレーザ光の発振が不安定になることや、半導体レーザのパッケージ内に有するフォトセンサにレーザ光が入射して光量の誤検知を防止することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

本発明は画像情報に応じて明滅する複数のレーザ光を像担持体である複数の感光体に照射して画像を形成し、これらの画像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラープリンタなどに好適な光学走査装置に関するものである。詳しくは、複数の光源装置から出射した複数のレーザ光を１つの偏向反射面で反射した後、近接するこれらのレーザ光を分離して各々対応する感光体上にレーザ光を走査する形態の光学走査装置に関するものである。

図２は、本発明を適用できる画像形成装置の一例としてカラー画像形成装置１５を示す図である。

図２において、１６ａ，１６ｂは後述する構成よりなる第１，第２の光学走査装置であって、各々おおよそ同一の構成を有する光学走査装置である。本実施例においては、画像情報に基づいて各々光変調された各レーザ光３Ｃ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｋが光学走査装置１６ａ，１６ｂから出射し、各々対応する像担持体としての感光体１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ面上（像担持体上）を照射して潜像を形成する。

この潜像は、１次帯電器２Ｃ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｋによって各々一様に帯電している感光体１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ面上に形成されており、現像器４Ｃ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｋによって各々、シアン，イエロー，マゼンタ，ブラックの画像に可視像化される。そして、これら可視像化された画像（トナー像）が、転写ベルト７上を搬送されてくる紙などの記録材８に、転写ローラ５Ｃ，５Ｙ，５Ｍ，５Ｋによって順に転写されることによってカラー画像が形成される。

記録材８は給送トレイ９上に積載されており、給送ローラ１０によって１枚ずつ順に給送され、レジストローラ１１によって画像の書き出しタイミングに同期をとって転写ベルト７上に送り出される。転写ベルト７上を精度よく搬送されている間に感光体１Ｃ，１Ｙ
，１Ｍ，１Ｋ面上に形成されたシアンの画像，イエローの画像，マゼンダの画像，ブラックの画像が順に記録材８上に転写されてカラー画像が形成される。

駆動ローラ１２は、転写ベルト７の送りを精度よく行っており、回転ムラの小さな駆動モータ（図示しない）と接続している。記録材８上に形成されたカラー画像は、定着器１３によって熱定着された後、排出ローラ１４等によって搬送されて装置外に出力される。

図１は、本発明を適用できる光学走査装置１６ｂ（１６ａも同一構成）の内部構成を説明するための概略斜視図である。

上下に配設された光源としての半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍから出射したレーザ光３（３Ｋ，３Ｍ）は、次のようにして偏向手段としての回転多面鏡２１の同一の偏向反射面（反射面）２２に集光される。すなわち、レーザ光３（３Ｋ，３Ｍ）は、コリメータレンズ３１Ｋ，３１Ｍ（図３，４参照）、光学素子としてのシリンドリカルレンズ３２を透過した後、レーザ光に対応して開口（開口部）を複数有する開口絞り部材としての開口絞り３３により光束を制限される。そして、開口絞り３３によって光束を制限されたレーザ光３は、回転多面鏡２１の同一の反射面２２に（同一反射面上に）集光される。ここで、本実施例では、開口絞り３３は、レーザ光３Ｋ，３Ｍに対応して上下２ヶ所の開口を有している。

回転多面鏡２１はスキャナモータ２３によって高速に回転駆動され、入射したレーザ光３Ｋ，３Ｍを同方向に偏向する。偏向されたレーザ光３Ｋは第１ｆθレンズ２０を通過し、反射ミラー２５に反射された後、第２ｆθレンズ２４Ｋを通過し、反射ミラー２６により感光体１Ｋ（図２参照）上に集光、走査して静電潜像を形成する。

また、偏向された第２の光束３Ｍは、第１ｆθレンズ２０を通過し、第２ｆθレンズ２４Ｍを通過した後、反射ミラー２７に反射され、感光体１Ｍ（図２参照）上に集光、走査して静電潜像を形成する。

上述した偏向手段としての回転多面鏡やスキャナモータ、更に反射ミラー、ｆθレンズ等の光学部品は樹脂製の光学箱２９に内包される。

図１において、３４は同期検知装置を構成する受光素子であって、２つのレーザ光３のうちどちらか一方のレーザ光を検知可能な位置に配設されている。この受光素子から得られる同期信号が、不図示のレーザ駆動基板に伝達されることによって、半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍの変調タイミングを決定し、感光体の所望の位置に画像を形成することができる。

なお、本実施例の光学箱２９の上部開口は図２に示すカバー部材１９によって閉塞される。

以下、図３，４を用いて、本発明を適用できる光学走査装置１６ｂの偏向手段へのレーザ光の入射部の構成を詳述する。

図３は、本発明を適用できる光学走査装置１６ｂの入射部の概略構成を示す斜視図、図４は、本発明を適用できる光学走査装置１６ｂの入射部の概略構成を示す、光路を含んだ副走査方向の断面図である。

ここで、回転多面鏡２１によって光束が偏向走査される方向を主走査方向といい、主走査方向と実質的に直交する方向であって、回転多面鏡２１の回転軸と実質的に平行な方向
を副走査方向という。また、本実施例の光学走査装置１６ｂの説明では、上下方向が副走査方向となる。

上下に配置された半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍは、各々近接した複数（本実施例では２つ）の発光点を有し、副走査方向に所定のピッチ間隔で、感光体を同時に２本のレーザ光で走査することができるように回転調整されて光学箱２９に固定されている。ここで、所定のピッチ間隔は、例えば６００ｄｐｉの画像では、およそ４２．３μｍである。

各々の半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍから出射されたレーザ光３Ｋ，３Ｍは、コリメータレンズ３１Ｋ，３１Ｍによって略平行光に変換され、光源装置（光源手段）３５Ｋ，３５Ｍより図４に示す角度θ方向に出射される。ここで、角度θは、回転多面鏡２１の反射面２２に対する入射角であって、反射面２２に対して実質的に直交する方向に対してなす角度を表している。

この角度θ方向にレーザ光を出射することにより、回転多面鏡２１の同一の反射面２２の近接した位置にレーザ光を照射し、さらには偏向されたレーザ光を各々の感光体に導光するべく分離することが可能になる。しかし、一方では、この斜入射角の角度θが大きくなることにより、感光体上での結像位置ずれが大きくなるという不具合に反射面の位置誤差（面の出入り）が結びつくため、角度θを小さくする必要がある。

特開２００５−２４１９６７号公報に記載されているように、この斜入射角の角度θと回転多面鏡の回転周期の結像位置ずれＰ２の関係式は、反射面の位置誤差（面の出入り）をδ、ｆθレンズ系の副走査倍率をβとしたとき、
Ｐ２＝２δｔａｎθ×β
で表される。

画像品質を維持するために必要とされるＰ２はおおよそ２〜３μｍであり、反射面の位置誤差δを１０〜１５μｍ、副走査倍率βを２としたときには、角度θはおよそ３度以下に設定される。

これらの光源装置３５Ｋ，３５Ｍより出射されたレーザ光３Ｋ，３Ｍは副走査方向にのみ曲率を有するシリンドリカルレンズを上下に重ねた２眼のシリンドリカルレンズ３２によって回転多面鏡２１の同一の反射面２２上に線状に結像される。

本実施例においては、反射面２２上の結像位置を副走査方向で同じ高さとしているが、これによって回転多面鏡２１の厚みを薄くすることが可能となるものであり、また、スキャナモータの駆動負荷を低減でき、省電流や起動時間の短縮等の効果が得られる。しかしながら、反射面２２上の結像位置は同一高さに限られるものではなく、近接してレーザ光を回転多面鏡２１に入射するものであれば同様な効果が得られる。

次に、シリンドリカルレンズ３２と回転多面鏡２１の間に配置されている開口絞り３３について説明する。

この開口絞り３３は、例えば光学箱２９と一体で成形されたものであって、上下各々のレーザ光３Ｋ，３Ｍの光束を制限し、感光体上に所定のスポット形状を形成するための開口を半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍに対応して２つ有している。この開口絞りを通過するレーザ光が２つ以上の場合には、特許第２５２４５６７号公報や特許第３３９７７６５号公報に記載されているように回転多面鏡２１の反射面２２に近接させることにより、感光体上での結像位置ずれを抑制することができる。

しかしながら、本実施例に示すような上下に配置された光源装置３５Ｋ，３５Ｍから斜入射角（角度θ）を有して回転多面鏡２１にレーザ光が入射する場合には、開口絞り３３を回転多面鏡２１から遠ざける必要がある。

そこで、本実施例では、開口絞り３３は、他方の光線が、開口を透過して回転多面鏡２１やスキャナモータ２３に到達して不必要な光（ゴースト光）が発生することのない位置まで、回転多面鏡２１から遠ざけて配設されている。ここで、他方の光線とは、当該開口に対応する半導体レーザ以外（光源以外）の半導体レーザから出射されたレーザ光をいう。

図５は、図４に示す開口絞り３３と回転多面鏡２１との拡大図である。

図５を用いて開口絞り３３と回転多面鏡２１（同一の反射面２２）との間隔Ｌの適正値を求める。ここで、間隔Ｌは、副走査方向の断面図である図５において副走査方向に対して実質的に直交する方向における開口絞り３３と回転多面鏡２１（同一の反射面２２）との長さ（距離）であり、副走査方向から見た場合の光路の長さである。

レーザ光３Ｋ，３Ｍが各々角度θ（斜入射角）で反射面２２に入射し、このときの集光点の間隔をΔとする。開口絞り３３の上側の開口部３３Ｋと下側の開口部３３Ｍの間隔ｈは、
ｈ＝２Ｌｔａｎθ＋Δ
で表される。

このとき、間隔ｈは、開口幅（副走査方向の開口径）ａと、上下繋ぎ目の幅（開口部間の繋ぎ部の副走査方向の長さ）ｂを足し合わせた長さであって、
ｈ＝ａ＋ｂ
で表される。

したがって、間隔Ｌは、
Ｌ＝（ａ＋ｂ）／２ｔａｎθ （Δ≒０のとき）
で表される。

ここで、反射面２２上での結像高さを同じ（Δ≒０）としたのは、上述したような回転多面鏡２１の厚みを薄くするためだけではない。すなわち、図５からも分かるように、レーザ光３Ｋとレーザ光３Ｍが回転多面鏡によって偏向された後に交差することになるため、これら近接した光束を反射ミラー等によって分離して各々に対応する感光体に導光することが難しくなることも要因である。

この開口絞り３３の互いの光線が混じり合わない上下開口の繋ぎ目の幅ｂは、光学箱２９に一体で開口絞り３３を成形することを合わせて想定すると２ｍｍ以上が必要である。さらに、副走査方向の開口幅ａを考慮すると、間隔Ｌの長さは２０ｍｍ以上（斜入射角の角度θ＝３°を想定）に設定することが必要である。

ここで、シリンドリカルレンズ３２と回転多面鏡２１の間に開口絞り３３を配置する場合には、副走査方向に集光した位置での開口形状は、細長く成形が困難になることや、次のようなことが懸念される。それは、開口幅ａの製造バラツキがスポット径ｗに及ぼす影響を考慮すると、
ｗ∝λ／ａ （λ：レーザ光の波長）
の関係があるため、開口幅ａを小さくするほど製造バラツキがスポット径に影響する度合いが大きくなることである。

本実施例の開口絞り３３は、シリンドリカルレンズ３２側の対向面３３ａにも特徴を有するものであって、開口絞り３３のシリンドリカルレンズ３２側には図１，３に示すような傾斜が設けられている。これは、開口絞り３３を透過しないレーザ光が半導体レーザ３０Ｋ，３０Ｍの方向に戻ってレーザ光の発振が不安定になることや、半導体レーザのパッケージ内に有するフォトセンサにレーザ光が入射して光量の誤検知が生じることを防止するためである。

本実施例では、開口絞り３３の対向面３３ａは、開口から外側に向かうに従い、半導体レーザに近付く方向に延びるように傾斜して設けられている。つまり、図１、３に示されるように、対向面３３ａは、主走査断面で見て、開口を中心として外側に向かうに従って半導体レーザに近づくようにレーザ光の光軸に直交する方向に対して傾斜している。しかし、これに限るものではない。対向面３３ａの形状は、開口絞り３３を透過しないで対向面３３ａで反射したレーザ光によって、レーザ光の発振が不安定になったり、半導体レーザのパッケージ内のフォトセンサの誤検知が生じたりするものでなければよい。

このように、開口絞り３３の対向面３３ａを傾斜面とすることにより、上下に配置されて斜入射角度を有する光源装置から出射したレーザ光の一部が、異なる側の光源装置に入射することを防止できる。また、複数の開口を有する開口絞り３３はその高さを必要とするとともにウエルド部分の強度が得られ難く成形が困難な形状であるため、流動性を維持しながらレーザ光が拡散する図示のような傾斜面が有効である。

また、本実施例のように、同期信号を発生するための光束が近くを通る場合には、受光素子３４に開口絞り３３の反射光が入らないように傾斜面が受光素子と相対する方向に配設しないことが重要である。

以上説明したように、本実施例によれば、複数のレーザ光の光束を制限する開口絞り３３を反射面２２の上流側に配置するため、複数のレーザ光で１つの感光体を走査する場合においても結像位置ずれを低減することができる。さらに、互いに近接するレーザ光の混入を防止する位置まで遠ざけて不必要な光を遮光しているので、高品質な画像を維持できるという効果を有する。

なお、本実施例においては、光学箱に一体で成形された開口絞りに関して説明したが、例えば板金にレーザ反射塗装を施した部材を上述の位置に配置するような構成であっても同様な効果が得られる。

本発明を適用できる光学走査装置の内部構成を説明するための図。 本発明を適用できる光学走査装置を用いたカラー画像形成装置の概略断面図。 本発明を適用できる光学走査装置のレーザ入射部の概略構成を示す斜視図。 本発明を適用できる光学走査装置のレーザ入射部の概略構成を示す、副走査方向の断面図。 本発明を適用できる光学走査装置の開口絞り周辺の概略断面図。

符号の説明

１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ 感光体
３Ｋ，３Ｍ レーザ光
１６ａ，１６ｂ 光学走査装置
２１ 回転多面鏡
２２ 反射面
３０Ｋ，３０Ｍ 半導体レーザ
３２ シリンドリカルレンズ
３３ 開口絞り
３３Ｋ，３３Ｍ 開口部

Claims (2)

1. レーザ光を出射する複数の発光点をそれぞれ有し、副走査方向に沿って並んで配置された複数の光源と、前記複数の光源から出射された複数のレーザ光を反射面で反射して像担持体上で偏向走査する偏向手段と、を備え、前記複数の光源から出射された複数のレーザ光は前記偏向手段の同一反射面に入射し、前記複数のレーザ光が、前記複数の光源から前記反射面に向かうにつれて前記複数のレーザ光の副走査方向の間隔が狭まるように、副走査断面で見て前記反射面に直交する方向に対して傾斜して前記反射面に入射する光学走査装置において、
   前記複数のレーザ光が通過する前記複数の光源に対応した複数の開口部と、前記複数のレーザ光の光束を遮断する遮断面と、を有し、前記光源と前記偏向手段との間に設けられた開口絞り部材を備え、
   前記遮断面は、主走査断面で見て、前記開口部を中心として外側に向かうに従って前記複数の光源に近づくように前記複数のレーザ光の光軸に直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする光学走査装置。
2. 前記偏向手段を保持する光学箱を備え、
   前記開口絞り部材は、前記光学箱に一体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
   

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