JP5441835B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
このような光走査装置は従来から種々提案されている(特許文献1参照)。
尚、以下の説明において、副走査方向(Z方向)とは、偏向手段の回転軸と平行な方向である。主走査断面とは、副走査方向(偏向手段の回転軸と平行な方向)を法線とする断面である。主走査方向(Y方向)とは、偏向手段で偏向走査される光束を主走査断面に投射した方向である。副走査断面とは、主走査方向を法線とする断面である。
尚、図1においては光路を折り曲げる反射ミラー(平面ミラー)を省略して示している。
尚、光偏向器5の偏向面5a、5bに対して、副走査断面内において斜め上方から入射した光源手段1aからの光束は斜め下方に反射され、また斜め下方から入射した光源手段1bからの光束は斜め上方へと反射される。
尚、本実施例ではA3サイズ相当の印字幅を走査することを想定し、被走査面7における有効走査幅は310mmとして光学系を構成している。しかしこれに限ったものではなく、これより大きいサイズ、小さいサイズについても対応可能である。
なる式で表される。
r’=r0(1+D2Y2+D4Y4+D6Y6+D8Y8+D10Y10)
(但し、r0は光軸上の子線曲率半径、D2、D4、D6、D8、D10は係数)
なる式で表される。
ここで非球面係数B4uからB10u、D2uからD10uは主走査断面内と副走査断面内においてレンズ面の光軸を挟んで反光源手段1側の形状を特定する係数である。また非球面係数B4lからB10l、D2lからD10lは主走査断面内と副走査断面内においてレンズ面の光軸を挟んで光源手段1側の形状を特定する係数である。
この非対称なサグにより像面湾曲、スポット径の変動が光軸に対して主走査方向に非対称に変化するのを良好に補償する為に、第1、第2の結像レンズ6a、6bは共に副走査方向の曲率半径が光軸に対して主走査方向に沿って非対称に変化する面を有している。
また第2面、第3面、第4面においては副走査断面内の非球面係数D2uからD10uとD2lからD10lは異なっており、副走査面内の曲率がレンズ面の有効径内において軸上から軸外に向かい光軸を中心として非対称に変化していることがわかる。
結像光学系61と異なる点はfθ係数、最大偏向角、第二の結像レンズの出射面〜被走査面距離、第一の結像レンズの出射面の主走査断面内の形状、第二の結像レンズの出射面の副走査断面内の形状である。その他の面形状、及び面間隔は結像光学系61と同じである。
表3、表4に本実施例の結像光学系62の光学素子の光学配置及び結像光学素子(結像レンズ)の面形状の数値を示す。
図4は図1に示した光走査装置に反射ミラーを配置した副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。図4において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。
図4において、11は光走査装置であり、U1は入射光学系LA、光偏向器5、結像光学系61を有する第1の走査ユニット(光走査装置)、U2は入射光学系LB、光偏向器5、結像光学系62を有する第2の走査ユニットである。さらに、第1の走査ユニットU1はY(イエロー)、M(マゼンタ)色用の2つのステーションST1、ST2を含み、第2の走査ユニットU2はC(シアン)、K(ブラック)色用の2つのステーションST3、ST4を含む。
尚、第1、第2の走査ユニットU1、U2の構成は異なるが光学的作用は同一のため、以下、第1の走査ユニットU1を中心に述べる。そして第2の走査ユニットU2の各部材のうち第1の走査ユニットU1と同じ部材については同一番号を付して示す。
Y、M、C、Kのトナーカートリッジ9a、9b、9c、9dは、それぞれ感光ドラム7a,7b,7c,7d、及び帯電手段、現像手段、クリーニング手段(それぞれ不図示)を有している。これらはカートリッジ容器に一体的に組み込んでカートリッジ化し、カラー画像形成装置に対して着脱可能となっている。また現像手段はトナーを含んでおり、このトナーが空になると新品のトナーカートリッジと交換することになる。
被走査面上での画素(ドット)の同期を与えるための、光源手段からの出射タイミングの基準となるデータクロックを発生させるデータクロック発生回路の一例を説明する。この回路は、後述のカラー画像形成装置のプリンタコントローラ53に設けられる。
前述の可変周波数クロック発生回路141及び固定周波数クロック発生回路142は、例えば、水晶発振器やPLLで構成することが可能である。
上述により、異なる光路長を有していても、画像クロックの周波数を走査ユニット毎に画像クロック発生回路を設けることにより、異ならせることが可能となる。
T1/T2=f2/f1、
画像信号の画素切り替えタイミングの基準となるクロック周波数を、感光ドラム7aと7bに対してはW1(第1のクロック周波数)、感光ドラム7cと7dに対してはW2(第2のクロック周波数)とすると、
W1/W2=f1/f2
の関係を保つ様に画像クロック信号を補正し、レーザドライブ回路19への入力信号である画像データVIDEOを補正する。
P1×t1=P2×t2
の関係を保つ様に光変調器(レーザドライブ回路19)の出力光量Lp1及びLp2を設定することにより、各感光ドラム上の1ドットの光束密度(エネルギー)を揃えることが出来る。これにより、電子写真プロセスにおけるドラム上の1ドット当りの潜像量を、各ドラムにおいて等しくすることが可能となる。このとき、半導体レーザの出力光量Lp1、Lp2は、レンズの透過率、ミラーの反射率などを考慮し設定される。
1.03 ≦ Lmax/Lmin ≦ 1.20 ・・・(1)
なる条件を満足するようにしている。
Lmin=248.6(mm)
Lmax=268.6(mm)
これら値を条件式(1)に当てはめると、
1.03 ≦ 1.08 ≦ 1.20
となり、これは条件式(1)を満足している。
更に好ましくは、条件式(1)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
また、光路長が短い第一の走査ユニットU1の最大偏向角±42.2°に対して、光路長が長い第二の走査ユニットU2の最大偏向角は±38.6°と狭い。そこで図1に示すように第二の走査ユニットU2側の空いたスペースに主走査方向の走査同期検知を行うためのBDレンズ20等の光束検知光学系(BD光学系)を配置することでスペースを有効に活用出来る。
尚、本実施例では光源手段1a、1bを単一の発光部より構成したが、これに限らず、複数の発光部より構成しても良い。また本実施例では結像光学系61、62を2つの結像レンズより構成したが、これに限らず、1つ、若しくは2つ以上の結像レンズより構成しても良い。
本実施例において前述の実施例1と異なる点は、偏向手段を中心にして両側に振り分けて配置された結像光学系としての結像光学素子の中でも、最も被走査面に近接して配置された結像光学素子同士の面形状を同じとした点である。その他の構成及び光学的作用は実施例1と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
表5に本実施例の第二の走査ユニットU3の結像光学系63を構成する結像光学素子(第1の結像レンズ6e、第2の結像レンズ6b)の面形状の数値を示す。
本実施例において前述の実施例1と異なる点は、第二の走査ユニットU4の偏向手段に入射する光束を主走査断面内において発散光にした点である。つまりは第一の走査ユニットの偏向手段に入射する光束と第二の走査ユニットの偏向手段に入射する光束との主走査断面内における収束度を異ならせており、その他の構成及び光学的作用は実施例1と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
ここで収束度をmとすると、
m=1−Sk/f
Sk:主走査断面内における結像光学系の後側主平面から被走査面までの距離(mm)
f:結像光学系の主走査断面内の焦点距離(mm)
と表すことが出来る。
またmの値によって、次の3つの場合に分けられる。
m=0のとき、主走査方向において、偏向手段に平行光が入射。
m<0のとき、主走査方向において、偏向手段に発散光が入射。
m>0のとき、主走査方向において、偏向手段に収束光が入射。
表6に本実施例の第二の走査ユニットU4の結像光学系64を構成する結像光学素子(第1の結像レンズ6f、第2の結像レンズ6g)の面形状の数値を示す。
そして結像光学系61と結像光学系64のfθ係数は同じであるため、第一の走査ユニットU1と第二の走査ユニットU4とでは被走査面上での光束の走査速度も同じである。そのため画像クロックの周波数も走査ユニット毎に異ならせる必要が無い。
尚、本実施例では偏向手段の異なる偏向面への入射光束は平行光と発散光の組合せであったが、光路長を異ならせる目的を達成出来れば、収束光・平行光・発散光のどの組合せでも構わない。
図13は本実施例における光走査装置の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。図13において図4に示した要素と同一要素には同符番を付している。
本実施例において前述の実施例1と異なる点は、ブラックのトナーカートリッジのトナー容量を増やすために、ブラックのトナーカートリッジの容量が他のトナーカートリッジに対して感光ドラムが並列する方向に対して垂直な方向に拡大した寸法を有している点である。またそれに対応するため副走査断面内において、前記偏向手段の回転軸を感光ドラムの並列方向に垂直な方向に対して傾かせた点である。その他の構成及び光学的作用は実施例1と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
図14は本実施例における光走査装置の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。図14において図4に示した要素と同一要素には同符番を付している。
本実施例において前述の実施例1と異なる点は、偏向手段から最も離間した位置の感光ドラムの径が他の感光ドラムの径より大きい点である。その他の構成及び光学的作用は実施例1と同様であり、これにより同様の効果を得ている。
本実施例においてはブラックの感光ドラムの径を大きくすることにより、感光ドラムの寿命を延ばしている。しかしブラックの感光ドラムの径が大きくするためにはブラックの感光ドラムへ光束を導く光路長が短い必要がある。
そこで光路長が短い第一の走査ユニットU1を感光ドラム径が大きいブラックとシアン側で用いて、光路長が長い第二の走査ユニットU2をイエロー、マゼンタ側で使用している。このように感光ドラムの径が異なる場合においても対応可能となっている。
図15は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、光走査装置により4ビームを走査して各々並行して像担持体である感光体上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図15において、60はカラー画像形成装置、11は実施例1から5に示したいずれかの構成を有する光走査装置であり、半導体レーザ及びそのドライブ回路が含まられるレーザユニット19を有している。レーザユニット19は、プリンタコントローラ53から画像データを受け取り、半導体レーザ(不図示)を駆動し画像データに応じて変調された光ビーム41、42、43、44を出射する。また、ドライブ回路は各光ビームの光量の設定機能(例えば、可変抵抗等)を有し、像担持体としての感光ドラム21,22,23,24において同じ潜像量となるような光量に設定されている。半導体レーザのドライブ回路は制御ICとして様々製品化されている(例えば、ソニー社製CXA3600R等)。そして、可変抵抗やD/A回路などにより前述の光量に調整される光量調整機能を有している。31,32,33,34は各々現像器、51は搬送ベルトである。
本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く光走査装置11により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム21,22,23,24面上に形成している。その後、記録材に多重転写して1枚のフルカラー画像を形成している。
前記外部機器52としては、例えばCCDセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置60とで、カラーデジタル複写機が構成される。
5 偏向手段
6a、6c 第1の結像レンズ
6b、6d 第2の結像レンズ
7a、7b、7c、7d 被走査面
61、62 結像光学系
11 光走査装置
Claims (9)
- 第1の光束を出射する第1の光源手段と、
第2の光束を出射する第2の光源手段と、
第3の光束を出射する第3の光源手段と、
第4の光束を出射する第4の光源手段と、
前記第1の光束及び前記第2の光束を偏向する第1の偏向面と、前記第3の光束及び前記第4の光束を偏向する、該第1の偏向面とは異なる第2の偏向面とを有する、偏向手段と、
前記偏向手段で偏向された前記第1の光束及び前記第2の光束をそれぞれ第1の被走査面及び第2の被走査面上に導く第1の結像光学系と、
前記偏向手段で偏向された前記第3の光束及び前記第4の光束をそれぞれ第3の被走査面及び第4の被走査面上に導く第2の結像光学系と、
を有し、
前記第3の被走査面から前記第2の偏向面までの第3の光路長、及び前記第4の被走査面から前記第2の偏向面までの第4の光路長は、前記第1の被走査面から前記第1の偏向面までの第1の光路長、及び前記第2の被走査面から前記第1の偏向面までの第2の光路長よりも長い、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記第1の結像光学系よりも前記第2の結像光学系に近い位置に配置された光束検知光学系を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記偏向手段は、副走査断面内で前記被走査面が配列している方向に垂直な方向に対して傾斜している回転軸の回りで回転可能である、ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記第1の光路長及び前記第2の光路長は互いに等しく、前記第3の光路長及び前記第4の光路長は互いに等しい、ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記第1の結像光学系は、前記第1及び第2の光束が通過する第1の結像光学素子と、前記第1の光束のみが通過する第2の結像光学素子と、前記第2の光束のみが通過する第3の結像光学素子と、を含み、
前記第2の結像光学系は、前記第3及び第4の光束が通過する第4の結像光学素子と、前記第3の光束のみが通過する第5の結像光学素子と、前記第4の光束のみが通過する第6の結像光学素子と、を含み、
前記第2の結像光学素子と前記第3の結像光学素子とは、形状が同じであり、
前記第5の結像光学素子と前記第6の結像光学素子とは、形状が同じであり、
前記第1の結像光学素子と前記第4の結像光学素子とは、形状が互いに異なる、
ことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。 - 前記第2、第3、第5及び第6の結像光学素子は同じ形状を有する、ことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記第1、第2、第3及び第4の光束の出射のタイミングを制御する制御手段をさらに有し、
該制御手段は、前記第1及び第2の光束の出射のタイミングを第1のクロック周波数を基準として決定し、前記第1及び第2の光束の出射のタイミングを第2のクロック周波数を基準として決定し、前記第1のクロック周波数をW1、前記第2のクロック周波数をW2、前記第1の結像光学系のfθ係数をf1、前記第2の結像光学系のfθ係数をf2とすると、
W1/W2=f1/f2
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記第1及び第2の光源手段が1画素に対応する光束を出力する時間をt1、前記第3及び第4の光源手段が1画素に対応する光束を出力する時間をt2、感光ドラム面上での前記第1及び第2の光束の光量をP1、感光ドラム面上での前記第3及び第4の光束の光量をP2とするとき、
P1×t1=P2×t2
を満たすように、前記制御手段は前記第1、第2、第3及び第4の光源手段の出力光量を設定する、ことを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。 - 前記第1及び第2の光路長をLmin、前記第3及び第4の光路長をLmaxとする時、
1.03 ≦ Lmax/Lmin ≦ 1.20
を満足することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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