JP5439397B2 - 光走査装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光ビームの集光スポットによって被走査面を走査する光走査装置とこれを備えた複写機やプリンター等の画像形成装置に関するものである。
複写機やプリンター等の画像形成装置においては、帯電器によって表面が一様に帯電された像担持体が光走査装置によって露光走査され、その表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、静電潜像は現像装置によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として顕像化され、このトナー像は、転写装置によって用紙上に転写された後に定着装置によって加熱及び加圧されて用紙上に定着され、トナー像が定着された用紙が装置外へ排出されることによって一連の画像形成動作が終了する。
斯かる画像形成装置において像担持体を露光走査する光走査装置は、レーザーダイオード等の光源から出射される光ビームをコリメータレンズによって平行光束とし、この平行光束を高速で回転するポリゴンミラー等の偏向器によって反射偏向させ、偏向された光ビームをfθレンズによって集光させて被走査面である像担持体上に集光スポットを形成するものである。
ところで、近年、レーザプリンターやデジタル複写機等に対しては高解像度化及び高画質化が求められており、これらの要求に応えるためには被走査面である像担持体上でのスポット径を小さくすることが必要である。
しかしながら、スポット径を小さくすると焦点深度(許容されるスポット径以下となるレンズの光軸方向の範囲)が減少し、光学部品の製造公差が厳しくなるという問題が発生する。
スポット径の小径化と焦点深度の拡大を両立させる方法として、例えば特許文献1には、第1種0次のベッセルビームを発生させてスポット径を小さくするとともに、焦点深度を増加させる構成が提案されている。
しかしながら、ベッセルビームを発生させるためには、円錐プリズムや位相・振幅フィルタ等を使用しなければならず、装置の大型化やコストアップを招くという問題がある。
そこで、特許文献2には、位相型光学素子によってメインローブ光に対するサイドローブ光のピーク強度の比率を、位相型光学素子が無い場合のそれよりも大きくすることによって、ビームスポット径を大きくすることなく焦点深度を広くする構成が提案されている。
又、特許文献3には、コリメータからのレーザー光の外形を円形状に規制する絞り部材と、該絞り部材の透光部の中心近傍を遮光部分によって遮光して円環光を形成する遮光部材によって疑似的なベッセルビームを発生させ、レーザー光のスポット径を微小化するとともに、焦点深度を増加させる構成が提案されている。
特開平5−307151号公報 特開2008−026586号公報 特開平9−243945号公報
しかしながら、特許文献2において提案された構成では、ベッセルビームを発生させるための位相型光学素子が必要であるため、コストアップを招く他、位相型光学素子の設置精度が悪化するとその光学性能が劣化するため、該位相型光学素子の保持構造や保持方法が複雑化するという問題がある。
又、特許文献3において提案された構成では、疑似的なベッセルビームを発生させるために絞り部材と遮光部材の2部材を要する他、これら2部材に高い設置精度を確保するための複雑な保持構造が必要となってコストアップを免れないという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、コストアップを伴うことなく、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる光走査装置とこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、前記コリメータレンズの入射面又は出射面の光通過範囲の中心部に、入射光束を前記偏向器の反射面外へと回折させる光軸を中心とする円形状の回折部を設けたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、前記コリメータレンズの入射面又は出射面の光通過範囲の一部に、入射光束を前記偏向器の反射面外へと回折させる光軸を中心とする円環状の回折部を設けたことを特徴とする。
請求項記載の発明は、光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、前記コリメータレンズの入射面又は出射面の光通過範囲の中心部に、入射光束を前記偏向器の反射面外へと屈折させる屈折部を設けたことを特徴とする。
請求項記載の発明は、請求項記載の発明において、前記屈折部は、円錐形状を有することを特徴とし、請求項記載の発明は、請求項記載の発明において、前記屈折部は、円錐台形状を有することを特徴とする。
請求項記載の画像形成装置は、請求項1〜の何れかに記載の光走査装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、光源から出射してコリメータレンズに入射する光束の一部は、回折部又は屈折部で偏向器の反射面外へと回折又は屈折するため、新たに光学部品を追加してコストアップを招くことなく、コリメータレンズの入射面又は出射面の光通過範囲に回折部又は屈折部を設けるだけの簡単な構成によって環状のピーク強度分布を有する円環ビーム(疑似的なベッセルビーム)を発生させることができ、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる。又、光源と円環ビームを発生させるコリメータレンズとの位置精度が高く保たれるため、特別な位置保持構造を要することなく高い光学性能を安定的に確保することができる。
本発明に係る画像形成装置(カラーレーザープリンター)の側断面図である。 第1発明に係る光走査装置の斜視図である。 第1発明に係る光走査装置のコリメータレンズを示す図であって、(a)は正面図、(b)は斜視図である。 第1発明に係る光走査装置において光源から出射される光ビームがコリメータレンズを通過する様子を示す側面図である。 第1発明に係る光走査装置のコリメータレンズの別形態を示す図であって、(a)は正面図、(b)は斜視図である。 第1発明に係る光走査装置のコリメータレンズの別形態を示す図であって、(a)は正面図、(b)は斜視図である。 第1発明に係る光走査装置において光源から出射される光ビームが別形態に係るコリメータレンズを通過する様子を示す側面図である。 第2発明に係る光走査装置において光源から出射される光ビームがコリメータレンズを通過する様子を示す側面図である。 第2発明に係る光走査装置において光源から出射される光ビームが別形態のコリメータレンズを通過する様子を示す側面図である。 第2発明に係る光走査装置のコリメータレンズの別形態を示す側面図である。 第2発明に係る光走査装置のコリメータレンズの別形態を示す側面図である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
[画像形成装置]
図1は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのカラーレーザープリンターの側断面図であり、図示のカラーレーザープリンターはタンデム型であって、その本体100内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット1M、シアン画像形成ユニット1C、イエロー画像形成ユニット1Y及びブラック画像形成ユニット1Kが一定の間隔でタンデムに配置されている。
上記各画像形成ユニット1M,1C,1Y,1Kには、像担持体である感光ドラム2a,2b,2c,2dがそれぞれ配置されており、各感光ドラム2a〜2dの周囲には、帯電器3a,3b,3c,3d、現像装置4a,4b,4c,4d、転写ローラー5a,5b,5c,5d及びクリーニング装置6a,6b,6c,6dがそれぞれ配置されている。
ここで、前記感光ドラム2a〜2dは、ドラム状の感光体であって、不図示の駆動モーターによって図示矢印方向(反時計方向)に所定のプロセススピードで回転駆動される。又、前記帯電器3a〜3dは、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光ドラム2a〜2dの表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。
更に、前記現像装置4a〜4dは、マゼンタ(M)トナー、シアン(C)トナー、イエロー(Y)トナー、ブラック(K)トナーをそれぞれ収容しており、各感光ドラム2a〜2d上に形成された各静電潜像に各色のトナーを付着させて各静電潜像を各色のトナー像として可視像化するものである。
又、前記転写ローラー5a〜5dは、各一次転写部にて中間転写ベルト7を介して各感光ドラム2a〜2dに当接可能に配置されている。ここで、中間転写ベルト7は、駆動ローラー8とテンションローラー9との間に張設されて各感光ドラム2a〜2dの上面側に走行可能に配置されており、前記駆動ローラー8は、二次転写部において中間転写ベルト7を介して二次転写ローラー10に当接可能に配置されている。又、駆動ローラー8の近傍の中間転写ベルト7に対向する位置には光学式濃度センサー11が配置されている。
更に、プリンター本体100内の各画像形成ユニット1M,1C,1Y,1Kの下方には、各画像形成ユニット1M,1C,1Y,1Kに対応して本発明に係る計4つの光走査装置12がそれぞれ配置され、これらの下方のプリンター本体100の底部には給紙カセット13が着脱可能に設置されている。そして、給紙カセット13には複数枚の不図示の用紙が積層収容されており、この給紙カセット13の近傍には、該給紙カセット13から用紙を取り出して搬送パスSへと1枚ずつ送り出す搬送ローラー対14が設けられている。
又、プリンター本体100の側部を上下方向に延びる前記搬送パスSには、用紙を一時待機させた後に所定のタイミングで前記駆動ローラー8と二次転写ローラー10との当接部である二次転写部へと供給するレジストローラー対15が設けられている。
ところで、プリンター本体100内の一側部に縦方向に配置された前記搬送パスSは、プリンター本体100の上面に設けられた排紙トレイ16まで延びており、その途中には定着装置17と排紙ローラー対18が設けられている。
次に、以上の構成を有するカラーレーザープリンターによる画像形成動作について説明する。
画像形成開始信号が発せられると、各画像形成ユニット1M,1C,1Y,1Kにおいて各感光ドラム2a〜2dが図示矢印方向(反時計方向)に所定のプロセススピードで回転駆動され、これらの感光ドラム2a〜2dは、帯電器3a〜3dによって一様に帯電される。又、各光走査装置12は、各色毎のカラー画像信号によって変調された光ビームを出射し、その光ビームを各感光ドラム2a〜2dの表面に照射し、各感光ドラム2a〜2d上に各色のカラー画像信号に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。
そして、先ず、マゼンタ画像形成ユニット1Mの感光ドラム2a上に形成された静電潜像に、該感光ドラム2aの帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像装置4aによってマゼンタトナーを付着させ、該静電潜像をマゼンタトナー像として可視像化する。このマゼンタトナー像は、感光ドラム2aと転写ローラー5aとの間の一次転写部(転写ニップ部)において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラー5aの作用によって、図示矢印方向に回転駆動されている中間転写ベルト7上に一次転写される。
上述のようにしてマゼンタトナー像が一次転写された中間転写ベルト7は、次のシアン画像形成ユニット1Cへと移動する。そして、シアン画像形成ユニット1Cにおいても、前記と同様にして、感光ドラム2b上に形成されたシアントナー像が一次転写部において中間転写ベルト7上のマゼンタトナー像に重ねて転写される。
以下同様にして、中間転写ベルト7上に重畳転写されたマゼンタ及びシアントナー像の上に、イエロー及びブラック画像形成ユニット1Y,1Kの各感光ドラム2c,2d上にそれぞれ形成されたイエロー及びブラックトナー像が各一次転写部において順次重ね合わせられ、中間転写ベルト7上にはフルカラーのトナー像が形成される。尚、中間転写ベルト7上に転写されないで各感光ドラム2a〜2d上に残留する転写残トナーは、各クリーニング装置6a〜6dによって除去され、各感光ドラム2a〜2dは次の画像形成に備えられる。
そして、中間転写ベルト7上のフルカラートナー像の先端が駆動ローラー8と二次転写ローラー10間の二次転写部(転写ニップ部)に達するタイミングに合わせて、給紙カセット13から搬送ローラー対14によって搬送パスSへと送り出された用紙がレジストローラー対15によって二次転写部へと搬送される。そして、二次転写部に搬送された用紙に、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラー10によってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト7から一括して二次転写される。
而して、フルカラーのトナー像が転写された用紙は、定着装置17へと搬送され、フルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて用紙の表面に熱定着され、トナー像が定着された用紙は、排紙ローラー対18によって排紙トレイ16上に排出されて一連の画像形成動作が終了する。
[光走査装置]
<第1発明>
次に、第1発明に係る前記光走査装置12を図2〜図4に基づいて説明する。尚、4つの光走査装置12の構成は全て同じであるため、以下、1つの光走査装置12についてのみ説明する。
図2は本発明に係る光走査装置の斜視図、図3は同光走査装置のコリメータレンズを示す斜視図であって、(a)は正面図、(b)は斜視図、図4は光源から出射される光ビームがコリメータレンズを通過する様子を示す側面図である。
図2に示すように、光走査装置12のハウジング19には光源であるレーザーダイオード20が備えられており、ハウジング19内には、レーザーダイオード20からの光ビームLの出射方向に沿ってコリメータレンズ21、アパーチャー22、シリンドリカルレンズ23及び偏向器としてのポリゴンミラー24が一直線上に配置されている。
又、ハウジング19内には、ポリゴンミラー24によって偏向される光ビームLの進行方向に沿って走査レンズである2つのfθレンズ25,26と折り返しミラー27が配設されている。又、光ビームLの有効走査範囲(実際にプリント幅として使用する走査範囲)Rを外れた位置の左右には光検知素子であるBDセンサー28と、ポリゴンミラー24によって偏向されて有効走査範囲Rを外れた光路を進む光ビームL1を折り返して前記BDセンサー28へと導くBDミラー29が配置されている。
而して、レーザーダイオード20が画像信号に応じてON/OFF制御されると、該レーザーダイオード20から画像データに対応して変調された光ビームLが出射され、この光ビームLは、コリメータレンズ21によって平行光束とされる。そして、この平行光束Lは、アパーチャー22によって絞られた後、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ23によって線状光とされてポリゴンミラー24の反射面に結像され、高速で回転するポリゴンミラー24によって偏向される。
ポリゴンミラー24によって偏向された線状光Lは、fθレンズ25,26によって等速度で集光され、折り返しミラー27によって折り返され、被走査面である図1に示す感光ドラム2a〜2d上に集光スポットを形成し、これによって感光ドラム2a〜2dが主走査方向に露光走査され、各感光ドラム2a〜2d上には各色のカラー画像信号に応じた静電潜像が形成される。又、同時に有効走査範囲R外に配置されたBDセンサー28には光ビームL1がBDミラー29によって折り返されて入射し、この光ビームL1がBDセンサー28によって検知されることによって光ビームLによる感光ドラム2a〜2d上への露光走査(書き出し)開始タイミングが決定される。
ここで、本実施の形態においては、図3に示すように、コリメータレンズ21の入射面の光通過範囲の中心には円形の回折部21aが設けられている。この回折部21aは、コリメータレンズ21の入射面の光軸を中心に円形状に設けられており、この部分に回折格子を形成することによって該回折部21aが設けられている。
而して、図4に示すように、レーザーダイオード20から出射する光ビームLは、コリメータレンズ21の入射面から入射するが、その一部はコリメータレンズ21の中心部に設けられた円形の回折部21aにおいてポリゴンミラー24の反射面外へと回折され、他の光ビームLは、コリメータレンズ21を通過して平行光束Lとしてコリメータレンズ21から出射し、ポリゴンミラー24の反射面へと向かう。そして、コリメータレンズ21の回折部21aによって回折した光ビームLは、アパーチャー22の開口部22a以外の面に当たって遮光される。
以上の結果、レーザーダイオード20から出射する光ビームLがコリメータレンズ21を通過することによって、環状のピーク強度分布を有する円環ビーム(疑似的なベッセルビーム)が発生する。
以上のように、本実施の形態では、新たに光学部品を追加してコストアップを招くことなく、コリメータレンズ21の入射面の中心部に円形の回折部21aを設けるだけの簡単な構成で円環ビーム(疑似的なベッセルビーム)を発生させることができるため、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる。
又、本実施の形態では、レーザーダイオード20と円環ビームを発生させるコリメータレンズ21との位置精度が高く保たれるため、特別な位置保持構造を要することなく高い光学性能を安定的に確保することができる。
ところで、本実施の形態では、コリメータレンズ21の入射面の中心部に円形の回折部21aを設けたが、図5に示すようにコリメータレンズ21の入射面に光軸を中心に円環状の回折部21bを設けたり、図6に示すようにコリメータレンズ21の入射面に光軸を中心に円形の回折部21aと円環状の回折部21bを設けても、環状のピーク強度分布を有する円環ビーム(疑似的なベッセルビーム)を発生させることができる。
又、以上の実施の形態では、コリメータレンズ21の入射面に回折部21a又は/及び21bを設けたが、図7に示すように、コリメータレンズ21の出射面に回折部21cを設けても前記と同様の効果が得られる。
<第2発明>
次に、第2発明に係る光走査装置の実施の形態について説明する。尚、第2発明に係る光走査装置の基本構成は前記第1発明に係る光走査装置12のそれと同じであるため、これについての図示及び説明は省略し、以下、本発明の特徴的な構成についてのみ説明する。
図8は発明に係る光走査装置において光源であるレーザーダイオード20から出射される光ビームLがコリメータレンズ21を通過する様子を示す側面図であり、本実施の形態では、コリメータレンズ21の入射面の光通過範囲の中心には円錐状の屈折部21dが設けられている。
而して、レーザーダイオード20から出射する光ビームLは、コリメータレンズ21の入射面から入射するが、その一部はコリメータレンズ21の中心部に設けられた円錐状の屈折部21dにおいてポリゴンミラー24の反射面外へと屈折され、他の光ビームLは、コリメータレンズ21を通過して平行光束Lとしてコリメータレンズ21から出射し、ポリゴンミラー24の反射面へと向かう。そして、コリメータレンズ21の屈折部21dによって屈折した光ビームLは、アパーチャー22の開口部22a以外に面に当たって遮光される。
以上の結果、レーザーダイオード20から出射する光ビームLがコリメータレンズ21を通過することによって、環状のピーク強度分布を有する円環ビーム(疑似的なベッセルビーム)が発生する。
以上のように、本実施の形態では、新たに光学部品を追加してコストアップを招くことなく、コリメータレンズ21の入射面の中心部に円錐状の屈折部21dを設けるだけの簡単な構成で円環ビーム(疑似的なベッセルビーム)を発生させることができるため、ビームスポット径の微小化と焦点深度の拡大を両立させることができる。
又、本実施の形態では、レーザーダイオード20と円環ビームを発生させるコリメータレンズ21との位置精度が高く保たれるため、特別な位置保持構造を要することなく高い光学性能を安定的に確保することができる。
ところで、本実施の形態では、コリメータレンズ21の入射面の中心部に円錐状の屈折部21dを設けたが、図9に示すようにコリメータレンズ21の出射面に光軸を中心に円錐カット面状の屈折部21eを設けても同様の効果が得られる。又、コリメータレンズ21の入射面に設けられる屈折部21dの形状は、コリメータレンズ21の入射面の中心部に入射する光ビームLをポリゴンミラー24の反射面外へと屈折させる機能を果たすものであれば任意であって、例えば図10に示すような円錐台状のカット面、或いは図11に示すような多段の円錐台状カット面を採用することができ、これらをコリメータレンズ21の出射面の中心部に設けても良い。
尚、以上は本発明をカラーレーザープリンターとこれに備えられた光走査装置に対して適用した形態について説明したが、本発明は、モノクロプリンターや複写機等を含む他の任意の画像形成装置及びこれに備えられた光走査装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。
1M マゼンタ画像形成ユニット
1C シアン画像形成ユニット
1Y イエロー画像形成ユニット
1K ブラック画像形成ユニット
2a〜2d 感光ドラム
3a〜3d 帯電器
4a〜4d 現像装置
5a〜5d 転写ローラー
6a〜6d クリーニング装置
7 中間転写ベルト
8 駆動ローラー
9 テンションローラー
10 二次転写ローラー
11 光学式濃度センサー
12 光走査装置
13 給紙カセット
14 搬送ローラー対
15 レジストローラー対
16 排紙トレイ
17 定着装置
18 排紙ローラー対
19 光走査装置のハウジング
20 レーザーダイオード(光源)
21 コリメータレンズ
21a〜21c コリメータレンズの回折部
21d,21e コリメータレンズの屈折部
22 アパーチャー
22a アパーチャーの開口部
23 シリンドリカルレンズ
24 ポリゴンミラー(偏向器)
25,26 fθレンズ(走査レンズ)
27 折り返しミラー
28 BDセンサー
29 BDミラー
L,L1 光ビーム
R 有効走査範囲
S 搬送パス

Claims (6)

  1. 光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、
    前記コリメータレンズの入射面又は出射面の光通過範囲の中心部に、入射光束を前記偏向器の反射面外へと回折させる光軸を中心とする円形状の回折部を設けたことを特徴とする光走査装置。
  2. 光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、
    前記コリメータレンズの入射面又は出射面の光通過範囲の一部に、入射光束を前記偏向器の反射面外へと回折させる光軸を中心とする円環状の回折部を設けたことを特徴とする光走査装置。
  3. 光源と、該光源から出射される光ビームを平行光とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光を線状光とするシリンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズからの線状光を偏向する偏向器と、該偏向器によって偏向された線状光を被走査面上に等速度で結像させる走査レンズを備えた光走査装置において、
    前記コリメータレンズの入射面又は出射面の光通過範囲の中心部に、入射光束を前記偏向器の反射面外へと屈折させる屈折部を設けたことを特徴とする光走査装置。
  4. 前記屈折部は、円錐形状を有することを特徴とする請求項記載の光走査装置。
  5. 前記屈折部は、円錐台形状を有することを特徴とする請求項記載の光走査装置。
  6. 請求項1〜の何れかに記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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