JP5510745B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、複数の被走査面を光走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置は光走査装置を備え、感光性を有するドラム(以下では、「感光体ドラム」という)の軸方向に光偏向器(例えば、ポリゴンミラー)を用いてレーザ光を走査しつつ、感光体ドラムを回転させ、感光体ドラムの表面に潜像を形成する方法が一般的である。
近年、画像形成装置において、カラー化及び高速化が進み、感光体ドラムを複数(通常は4つ)有するタンデム方式の画像形成装置が普及してきている。
複数の感光体ドラムを有する画像形成装置では、感光体ドラム毎に光源を有していた。例えば、感光体ドラムが4つの場合には、4つの光源を有していた。
近年、画像形成装置の更なる小型化及び低コスト化が要求され、それに伴い、光走査装置に対しても、小型化及び低コスト化が要求されている。
そこで、複数の感光体ドラムを有する画像形成装置に用いられる光走査装置における光源の数を減らす試みが提案された(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。
また、光走査装置では、光源から射出された光束は、複数の光学素子を介して感光体ドラムに導光される。この場合、画像形成に不要な光、いわゆるゴースト光が発生することがある。そして、このゴースト光が感光体ドラムに到達すると画像品質を低下させる。
そこで、ゴースト光の光路上に遮光部材を配置することが考案された(例えば、特許文献3参照)。
ところで、光走査装置において、小型化及び低コスト化のため、光源や走査レンズ等を、複数の画像形成ステーションで共用しようとすると、1つの光束を、互いに異なる感光体ドラムに向かう複数の光束に分離する必要がある。
このとき、分離が完全に行われないと、本来到達すべきでない感光体ドラムに、ゴースト光が到達するおそれがあった。
この場合、感光体ドラムに到達すべき光束の光路とゴースト光の光路は、同一であり、特許文献3に開示されている遮光手段では、ゴースト光のみを遮光することができないという不都合があった。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、走査精度を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図ることができる光走査装置を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、画像品質を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図ることができる画像形成装置を提供することにある。
本発明は、第1の観点からすると、複数の被走査面を主走査方向に光走査する光走査装置であって、光源と;該光源から射出された光束の光路上に配置され、互いに直交する第1の直線偏光及び第2の直線偏光が外部信号によって時系列で交互に選択され、該選択された直線偏光を射出する偏光切換素子と;該偏光切換素子からの前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせ、前記副走査方向に関して互いに離間している第1の光束及び第2の光束として射出する光路シフト素子と;前記光路シフト素子からの前記第1の光束及び前記第2の光束を偏向する光偏向器と;前記光偏向器で偏向された前記第1の光束及び前記第2の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する分離光学素子を含む走査光学系と;を備える光走査装置である。
これによれば、走査精度を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
本発明は、第2の観点からすると、少なくとも4つの被走査面を主走査方向に光走査する光走査装置であって、光源と;該光源から射出された光束の光路上に配置され、互いに直交する第1の直線偏光及び第2の直線偏光が外部信号によって時系列で交互に選択され、該選択された直線偏光を射出する偏光切換素子と;該偏光切換素子からの前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせる光路シフト素子と;前記光路シフト素子からの前記第1の直線偏光を、その偏光状態を維持したまま第1の光束と第2の光束とに分離するとともに、前記光路シフト素子からの前記第2の直線偏光を、その偏光状態を維持したまま第3の光束と第4の光束とに分離するビームスプリッタと;前記ビームスプリッタで分離された前記第1の光束と前記第3の光束、及び前記第2の光束と前記第4の光束がそれぞれ同一の反射面に入射し、各光束を偏向する光偏向器と;前記光偏向器で偏向された前記第1の光束及び前記第3の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第1の分離光学素子を含む第1の走査光学系と;前記光偏向器で偏向された前記第2の光束及び前記第4の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第2の分離光学素子とを含む第2の走査光学系と;を備える光走査装置である。
これによれば、走査精度を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
本発明は、第3の観点からすると、少なくとも4つの被走査面を主走査方向に光走査する光走査装置であって、光源と;該光源から射出された光束の光路上に配置され、互いに直交する第1の直線偏光及び第2の直線偏光が外部信号によって時系列で交互に選択され、該選択された直線偏光を射出する偏光切換素子と;前記偏光切換素子からの光束を、その偏光状態を維持したまま2つの光束に分離するビームスプリッタと;前記ビームスプリッタで分離された一方の光束の光路上に配置され、前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせ、前記副走査方向に関して互いに離間している第1の光束及び第2の光束として射出する第1の光路シフト素子と;前記ビームスプリッタで分離された他方の光束の光路上に配置され、前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせ、前記副走査方向に関して互いに離間している第3の光束及び第4の光束として射出する第2の光路シフト素子と;前記第1の光路シフト素子からの前記第1の光束と前記第2の光束、及び前記第2の光路シフト素子からの前記第3の光束と前記第4の光束がそれぞれ同一の反射面に入射し、各光束を偏向する光偏向器と;前記光偏向器で偏向された前記第1の光束及び前記第2の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第1の分離光学素子を含む第1の走査光学系と;前記光偏向器で偏向された前記第3の光束及び前記第4の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第2の分離光学素子とを含む第2の走査光学系と;を備える光走査装置である。
これによれば、走査精度を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
本発明は、第4の観点からすると、複数の像担持体と;前記複数の像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する本発明の光走査装置と;を備える画像形成装置である。
これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、画像品質を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図21に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ2000の概略構成が示されている。
このカラープリンタ2000は、4色(ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー)を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置2010、4つの感光体ドラム(2030a、2030b、2030c、2030d)、4つのクリーニングユニット(2031a、2031b、2031c、2031d)、4つの帯電装置(2032a、2032b、2032c、2032d)、4つの現像ローラ(2033a、2033b、2033c、2033d)、4つのトナーカートリッジ(2034a、2034b、2034c、2034d)、転写ベルト2040、転写ローラ2042、定着ローラ2050、給紙コロ2054、レジストローラ対2056、排紙ローラ2058、給紙トレイ2060、排紙トレイ2070、通信制御装置2080、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置2090などを備えている。
通信制御装置2080は、ネットワークなどを介した上位装置(例えばパソコン)との双方向の通信を制御する。
感光体ドラム2030a、帯電装置2032a、現像ローラ2033a、トナーカートリッジ2034a、及びクリーニングユニット2031aは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Kステーション」ともいう)を構成する。
感光体ドラム2030b、帯電装置2032b、現像ローラ2033b、トナーカートリッジ2034b、及びクリーニングユニット2031bは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Cステーション」ともいう)を構成する。
感光体ドラム2030c、帯電装置2032c、現像ローラ2033c、トナーカートリッジ2034c、及びクリーニングユニット2031cは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Mステーション」ともいう)を構成する。
感光体ドラム2030d、帯電装置2032d、現像ローラ2033d、トナーカートリッジ2034d、及びクリーニングユニット2031dは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Yステーション」ともいう)を構成する。
各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図1における面内で矢印方向に回転するものとする。
なお、ここでは、XYZ3次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をY軸方向、4つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をX軸方向として説明する。
各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。
光走査装置2010は、上位装置からの多色の画像情報(ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報)に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置2010の構成については後述する。
トナーカートリッジ2034aにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033aに供給される。トナーカートリッジ2034bにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033bに供給される。トナーカートリッジ2034cにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033cに供給される。トナーカートリッジ2034dにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033dに供給される。
各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像(トナー画像)は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト2040の方向に移動する。
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト2040上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
給紙トレイ2060には記録紙が格納されている。この給紙トレイ2060の近傍には給紙コロ2054が配置されており、該給紙コロ2054は、記録紙を給紙トレイ2060から1枚ずつ取り出し、レジストローラ対2056に搬送する。該レジストローラ対2056は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト2040と転写ローラ2042との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト2040上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着ローラ2050に送られる。
定着ローラ2050では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ2058を介して排紙トレイ2070に送られ、排紙トレイ2070上に順次スタックされる。
各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー(残留トナー)を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。
次に、前記光走査装置2010の構成について説明する。
この光走査装置2010は、一例として図2及び図3に示されるように、2つの光源ユニット(LU1、LU2)、2つの偏光切換素子(40A、40B)、2つのシリンドリカルレンズ(121、122)、2つの光路シフト素子(501、502)、ポリゴンミラー14、2つの走査レンズ(151、152)、2つの偏光分離素子(161、162)、2つの反射ミラー(171、172)、複数の折り返しミラー(18a、18b1、18b2、18c1、18c2、18d)、及び不図示の走査制御装置を有している。そして、これらは、光学ハウジング2300(図2では図示省略、図3参照)の所定位置に組み付けられている。
光学ハウジング2300には、各感光体ドラムに向かう光束が通過するスリット状の4つの射出窓(19a、19b、19c、19d)が設けられている。各射出窓は、それぞれ防塵ガラスで覆われている。
なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。
光源ユニットLU1は、一例として図4に示されるように、光源1011、該光源1011を駆動する光源駆動回路を含む駆動用チップ1012、光源1011及び駆動用チップ1012が実装されている回路基板1013、及びコリメートレンズ111などを有している。
光源1011は、図5に示されるように、1つの半導体レーザ101を含んでいる。該半導体レーザ101の発光部からは直線偏光が射出される。ここでは、偏光方向(電界ベクトルの振動面)がZ軸方向に平行な直線偏光が射出される。なお、以下では、半導体レーザ101から射出される光束を「光束LB1」ともいう。また、偏光方向がZ軸方向に平行な直線偏光を「縦偏光」、これと直交する方向の直線偏光を「横偏光」という。
コリメートレンズ111は、光源1011からの光束LB1の光路上に配置され、該光束LB1を略平行光とする。コリメートレンズ111を通過した光束LB1が、光源ユニットLU1から射出される光束である。
光源ユニットLU2は、一例として図6に示されるように、光源1021、該光源1021を駆動する光源駆動回路を含む駆動用チップ1022、光源1021及び駆動用チップ1022が実装されている回路基板1023、及びコリメートレンズ112などを有している。
光源1021は、図7に示されるように、1つの半導体レーザ102を含んでいる。該半導体レーザ102の発光部からは、縦偏光が射出される。なお、以下では、半導体レーザ102から射出される光束を「光束LB2」ともいう。
コリメートレンズ112は、光源1021からの光束LB2の光路上に配置され、該光束LB2を略平行光とする。コリメートレンズ112を通過した光束LB2が、光源ユニットLU2から射出される光束である。
図2に戻り、偏光切換素子40Aは、光源ユニットLU1から射出された光束LB1の光路上に配置されている。この偏光切換素子40Aは、走査制御装置からの信号(切換信号)に応じて、射出される光束の偏光方向を「縦偏光」及び「横偏光」のいずれかとする。
偏光切換素子40Bは、光源ユニットLU2から射出された光束LB2の光路上に配置されている。この偏光切換素子40Bは、走査制御装置からの信号(切換信号)に応じて、射出される光束の偏光方向を「縦偏光」及び「横偏光」のいずれかとする。
走査制御装置は、各偏光切換素子から射出される光束の偏光方向が、所定の時間毎に「縦偏光」と「横偏光」との間で変化するように、上記切換信号を各偏光切換素子に供給する。そこで、各偏光切換素子から射出される光束は、所定の時間間隔で、「縦偏光」→「横偏光」→「縦偏光」→「横偏光」→・・・・・、となる。
以下では、縦偏光の光束LB1を「光束LBa1」、横偏光の光束LB1を「光束LBb1」という。また、縦偏光の光束LB2を「光束LBa2」、横偏光の光束LB2を「光束LBb2」という。
シリンドリカルレンズ121は、偏光切換素子40Aを介した光束LB1(光束LBa1、光束LBb1)の光路上に配置され、該光束LB1(光束LBa1、光束LBb1)を、ポリゴンミラー14の反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ122は、偏光切換素子40Bを介した光束LB2(光束LBa2、光束LBb2)の光路上に配置され、該光束LB2(光束LBa2、光束LBb2)を、ポリゴンミラー14の反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
光路シフト素子501は、シリンドリカルレンズ121を介した光束LB1(光束LBa1、光束LBb1)の光路上に配置され、Z軸方向に関して、光束LBa1及び光束LBb1の一方の光路を、他方の光路に対して相対的にシフトさせる。ここでは、一例として図8に示されるように、光束LBa1の光路が、光束LBb1の光路に対して−Z側にシフトされている。
光路シフト素子502は、シリンドリカルレンズ122を介した光束LB2(光束LBa2、光束LBb2)の光路上に配置され、Z軸方向に関して、光束LBa2及び光束LBb2の一方の光路を、他方の光路に対して相対的にシフトさせる。ここでは、一例として図9に示されるように、光束LBa2の光路が、光束LBb2の光路に対して−Z側にシフトされている。
なお、ここでは、光路シフト素子から射出される2つの光束は、それぞれの主光線が平行に進行する場合を示しているが、ポリゴンミラー14以降の光学系の設計によっては、非平行としたほうが好ましい場合もある。その場合も光路シフト素子の構造によって設定することが可能である。
各光源とポリゴンミラー14との間に配置されている光学系は、偏向器前光学系と呼ばれている。
ポリゴンミラー14は、一例として4面鏡を有し、各鏡がそれぞれ反射面となる。このポリゴンミラー14は、Z軸方向に平行な軸まわりに等速回転し、光路シフト素子501からの光束LBa1及び光束LBb1、光路シフト素子502からの光束LBa2及び光束LBb2をZ軸に直交する平面内で等角速度的に偏向する。
光束LBa1と光束LBb1は、Z軸方向に関して離間した状態で、同一の反射面に入射する。また、光束LBa2と光束LBb2は、Z軸方向に関して離間した状態で、同一の反射面に入射する。ここでは、各反射面のZ軸方向の長さは約2mmである。そこで、上記2つの光束の離間距離が2mmよりも小さくなるように、各光路シフト素子が設定されている。
光束LBa1及び光束LBb1はポリゴンミラー14の−X側に偏向され、光束LBa2及び光束LBb2はポリゴンミラー14の+X側に偏向される。
なお、ポリゴンミラー14の偏向反射面で偏向された光束が経時的に形成する光線束面は、「偏向面」と呼ばれている(特開平11−202252参照)。ここでは、偏向面はXY面に平行である。
図3に戻り、走査レンズ151は、ポリゴンミラー14の−X側であって、ポリゴンミラー14で偏向された光束LBa1及び光束LBb1の光路上に配置されている。
走査レンズ152は、ポリゴンミラー14の+X側であって、ポリゴンミラー14で偏向された光束LBa2及び光束LBb2の光路上に配置されている。
偏光分離素子161は、走査レンズ151の−X側であって、走査レンズ151を介した光束LBa1及び光束LBb1の光路上に配置されている。
偏光分離素子162は、走査レンズ152の+X側であって、走査レンズ152を介した光束LBa2及び光束LBb2の光路上に配置されている。
各偏光分離素子は、縦偏光の光を透過させ、横偏光の光を反射する偏光分離素子である。
折り返しミラー18aは、偏光分離素子161を透過した光束の光路上に配置され、該光束の光路を感光体ドラム2030aに向かう方向に折り返す。
反射ミラー171は、偏光分離素子161で反射された光束の光路上に配置され、該光束を−X方向に反射する。
折り返しミラー18b1は、反射ミラー171で反射された光束の光路上に配置され、該光束の光路を+Z側に折り返す。
折り返しミラー18b2は、折り返しミラー18b1を介した光束の光路上に配置され、該光束の光路を感光体ドラム2030bに向かう方向に曲げる。
そこで、ポリゴンミラー14で偏向された光束LBa1は、走査レンズ151を介して偏光分離素子161に入射し、その大部分は偏光分離素子161を透過する。偏光分離素子161を透過した光束LBa1は、折り返しミラー18a及び射出窓19aを介して感光体ドラム2030aの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030aの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030a上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030aでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030aの回転方向が、感光体ドラム2030aでの「副走査方向」である。
このように、走査レンズ151と偏光分離素子161と折り返しミラー18aは、「Kステーション」の走査光学系である。
また、ポリゴンミラー14で偏向された光束LBb1は、走査レンズ151を介して偏光分離素子161に入射し、その大部分は偏光分離素子161で反射される。偏光分離素子161で反射された光束LBb1は、反射ミラー171、折り返しミラー18b1、折り返しミラー18b2及び射出窓19bを介して感光体ドラム2030bの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030bの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030b上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030bでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030bの回転方向が、感光体ドラム2030bでの「副走査方向」である。
このように、走査レンズ151と偏光分離素子161と反射ミラー171と折り返しミラー18b1と折り返しミラー18b2は、「Cステーション」の走査光学系である。
すなわち、走査レンズ151と偏光分離素子161は、2つの画像形成ステーションで共用されている。
ところで、光束LBa1と光束LBb1は、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向)に関して、ポリゴンミラー14からの射出位置が互いに異なり、走査レンズ151への入射位置も、副走査対応方向に関して互いに異なる。そのため、光束LBa1及び光束LBb1の各主光線は、走査レンズ151を通過後、いずれもXY面に対して傾斜する。すなわち、光束LBa1及び光束LBb1の各主光線は、走査レンズ151を通過後、互いに非平行となる。そこで、光束LBa1及び光束LBb1は、各主光線が副走査対応方向に関して(すなわち、Y軸方向から見たときに)非平行な状態で、偏光分離素子161に入射する。
また、光束LBa1は、その一部が偏光分離素子161で反射される。この偏光分離素子161で反射された光束LBa1は、ゴースト光である。同様に、光束LBb1は、その一部が偏光分離素子161を透過する。この偏光分離素子161を透過した光束LBb1は、ゴースト光である。なお、以下では、偏光分離素子161を透過した光束LBa1、及び偏光分離素子161で反射された光束LBb1を「信号光」ともいう。
本実施形態では、走査光学系内において、光束LBa1の光路と光束LBb1の光路とが重ならないため、信号光及びゴースト光は、感光体ドラムに近づくにつれてビーム径が絞られ、空間的に離間するようになる。特に、走査光学系が拡大系であるときは、信号光とゴースト光の離間距離は、一層増加する。
そして、光学ハウジングの各射出窓(19a、19b)は、信号光は通過させるがゴースト光は通過させないように設定されている。
すなわち、偏光分離素子161を透過した光束LBb1(ゴースト光)は、折り返しミラー18aで折り返されるが、射出窓19aには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図10参照)。
また、偏光分離素子161で反射された光束LBa1(ゴースト光)は、反射ミラー171、折り返しミラー18b1、折り返しミラー18b2を介して感光体ドラム2030bに向かうが、射出窓19bには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図10参照)。
反射ミラー172は、偏光分離素子162で反射された光束の光路上に配置され、該光束を+X方向に反射する。
折り返しミラー18c1は、反射ミラー172で反射された光束の光路上に配置され、該光束の光路を+Z側に折り返す。
折り返しミラー18c2は、折り返しミラー18c1を介した光束の光路上に配置され、該光束の光路を感光体ドラム2030cに向かう方向に曲げる。
折り返しミラー18dは、偏光分離素子162を透過した光束の光路上に配置され、該光束の光路を感光体ドラム2030dに向かう方向に折り返す。
そこで、ポリゴンミラー14で偏向された光束LBa2は、走査レンズ152を介して偏光分離素子162に入射し、その大部分は偏光分離素子162を透過する。偏光分離素子162を透過した光束LBa2は、折り返しミラー18d及び射出窓19dを介して感光体ドラム2030dの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030dの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030d上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030dでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030dの回転方向が、感光体ドラム2030dでの「副走査方向」である。
このように、走査レンズ152と偏光分離素子162と折り返しミラー18dは、「Yステーション」の走査光学系である。
また、ポリゴンミラー14で偏向された光束LBb2は、走査レンズ152を介して偏光分離素子162に入射し、その大部分は偏光分離素子162で反射される。偏光分離素子162で反射された光束LBb2は、反射ミラー172、折り返しミラー18c1、折り返しミラー18c2及び射出窓19cを介して感光体ドラム2030cの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030cの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030c上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030cでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030cの回転方向が、感光体ドラム2030cでの「副走査方向」である。
このように、走査レンズ152と偏光分離素子162と反射ミラー172と折り返しミラー18c1と折り返しミラー18c2は、「Mステーション」の走査光学系である。
すなわち、走査レンズ152と偏光分離素子162は、2つの画像形成ステーションで共用されている。
ところで、光束LBa2と光束LBb2は、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向)に関して、ポリゴンミラー14からの射出位置が互いに異なり、走査レンズ152への入射位置も、副走査対応方向に関して互いに異なる。そのため、光束LBa2及び光束LBb2の各主光線は、走査レンズ152を通過後、いずれもXY面に対して傾斜する。すなわち、光束LBa2及び光束LBb2の各主光線は、走査レンズ152を通過後、互いに非平行となる。そこで、光束LBa2及び光束LBb2は、各主光線が副走査対応方向に関して(すなわち、Y軸方向から見たときに)非平行な状態で、偏光分離素子162に入射する。
また、光束LBa2は、その一部が偏光分離素子162で反射される。この偏光分離素子162で反射された光束LBa2は、ゴースト光である。同様に、光束LBb2は、その一部が偏光分離素子162を透過する。この偏光分離素子162を透過した光束LBb2は、ゴースト光である。
本実施形態では、走査光学系内において、光束LBa2の光路と光束LBb2の光路とが重ならないため、信号光及びゴースト光は、感光体ドラムに近づくにつれてビーム径が絞られ、空間的に離間するようになる。特に、走査光学系が拡大系であるときは、信号光とゴースト光の離間距離は、一層増加する。
そして、光学ハウジングの各射出窓(19c、19d)は、信号光は通過させるがゴースト光は通過させないように設定されている。
すなわち、偏光分離素子162を透過した光束LBb2(ゴースト光)は、折り返しミラー18dで折り返されるが、射出窓19dには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図11参照)。
また、偏光分離素子162で反射された光束LBa2(ゴースト光)は、反射ミラー172、折り返しミラー18c1、折り返しミラー18c2を介して感光体ドラム2030cに向かうが、射出窓19cには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図11参照)。
ところで、各感光体ドラムにおける画像情報が書き込まれる主走査方向の走査領域は「有効走査領域」、「画像形成領域」、あるいは「有効画像領域」などと呼ばれている。
次に、上記各偏光切換素子について説明する。
本実施形態では、各偏光切換素子として、表面安定化強誘電性液晶を含む液晶素子(SSFLC素子)を用いている。
この液晶素子(SSFLC素子)は、一例として図12に示されるように、2枚の透明なガラス板401の間に、透明電極403を介して、ホモジニアス配向をなすキラルスメクチックC相よりなる強誘電性液晶402が封入された構成である。なお、透明電極403と強誘電性液晶402との間の配向膜は図示を省略している。
2つの透明電極403間に電圧が印加されると、ガラス板401の表面に直交する方向に電界が生じる。
ところで、一般的な液晶素子(例えば、液晶表示デバイス)にはネマティック液晶が用いられることが多い。このネマティック液晶の応答性は、一般的には数msから数十msである。一方、ホモジニアス配向されたキラルスメクチックC相よりなる強誘電性液晶の応答性は、十数μsec〜数百μsecであり、高速応答が可能である。
配向膜としては、TN液晶、STN液晶等に用いられるポリイミド等の通常の配向膜、また耐久性能が高いSiO、SiO2、ポリシロキサン系の無機配高膜が利用できる。そして、液晶ダイレクタを強く規制するため、ラビング処理や光配向処理を別途施すことが好ましい。また、各透明電極にはITO等を用いることができる。
キラルスメクチックC相よりなる強誘電性液晶は、一般にらせん構造を有している。そして、該強誘電性液晶を、そのらせんピッチより薄いセルギャップ(図12では「d」)間に挟持すると、らせん構造がほどけ、表面安定化強誘電性液晶層(SSFLC)となる。
表面安定化強誘電性液晶層(SSFLC)は、一例として図13に示されるように、液晶分子がスメクチック相による層の法線Wに対して傾き角−θ(ここでは、θ=22.5°)だけ傾いて安定する配向状態(以下では、「第1の配向状態」という)と、逆方向にθだけ傾いて安定する配向状態(以下では、「第2の配向状態」という)とが混在する状態が実現できる。図13における符号nは液晶分子の長軸方向(ダイレクタ)である。
図13における紙面に垂直な方向に電界を発生させることにより、液晶分子の自発分極の向きを一様に揃えることができ、その状態を保持しておくことができる。そして、発生する電界の極性を切り替えることによって、2つの配向状態間のスイッチングを行うことができる。
図13では、−Eの電界を発生させることによって第1の配向状態に安定化させ、+Eの電界を発生させることによって第2の配向状態に安定化させることができる。なお、θ=22.5°とする場合、第1の配向状態における液晶分子の長軸方向と第2の配向状態における液晶分子の長軸方向とのなす角度は45°である。
走査制御装置は、第1の配向状態に安定化させる場合には、−Eの電界が発生するような切換信号を偏光切換素子に供給し、第2の配向状態に安定化させる場合には、+Eの電界が発生するような切換信号を偏光切換素子に供給する。
液晶層の厚さ(セルギャップ)dは、入射光の波長λと波長λにおける液晶材料の屈折率異方性Δnとによって決まり、Δn×d=λ/2が満足されるように、すなわち、半波長板の条件が満たされるように、決定される。
ここでは、偏光切換素子は、第1の配向状態のときに、液晶分子の長軸方向が縦偏光の偏光方向と一致するように配置されている。このとき、光源ユニットから射出された光束は、該光束の偏光方向と液晶分子の長軸方向とが平行であるため、該光束の偏光方向は何ら変化することなく、偏光状態を維持したまま偏光切換素子から射出される(図14参照)。
そして、偏光切換素子を第2の配向状態にすると、光源ユニットから射出された光束は、該光束の偏光方向に対して液晶分子の長軸方向が45°傾くため、該光束の偏光方向が90°回転し、偏光切換素子から射出される(図15参照)。
ところで、偏光方向を切り換えるのに、PLZT、LN等の電気光学結晶を利用することが考えられるが、電気光学結晶は一般的に駆動電圧が高く(数百〜数千V)、電源側のスイッチング速度に制約があるため、本実施形態で必要な応答速度を確保することは難しい。また、低電圧駆動が可能なものとして液晶を利用することが考えられるが、表示用途や波面制御用途に広く用いられているネマティック液晶では、走査周期に対応した高速応答性を得ることが厳しい。本実施形態では強誘電性液晶を用いているため、低電圧駆動が可能であるとともに、高速応答性を確保することができる。さらに、低消費電力、低発熱、低コストのメリットがある。
次に、上記各光路シフト素子について説明する。
光路シフト素子としては、光学軸が、一方の直線偏光の電界ベクトルに対して直交し、他方の直線偏光の電界ベクトルに対して所定角β(0°<β<90°)をなす一軸光学結晶を用いることができる。例えば、方解石(CaCO3)、水晶(SiO2)、KDP(KH2PO4)、ADP(NH4H3PO4)、ウルツ鉱(ZnS)、サファイア(Al2O3)、ルチル(TiO2)、トルマリン、リチウムナイオベート(LiNbO3)などを用いることができる。
図16には、一軸光学結晶において、入射光の偏光方向と該一軸光学結晶における光軸傾斜角βとの関係が示されている。光束LBb1にように、入射光の電界ベクトルが光軸に対して直交する場合、光線は屈折せず一軸光学結晶中を直進する。一方、光束LBa1にように、入射光の電界ベクトルが光軸に対して角度β(=光軸傾斜角)をなす場合、光線は屈折を受け光路がシフトする。
図17には、一軸光学結晶として方解石を用いた場合の、結晶厚及び光軸傾斜角βに対する光路シフト量の計算結果が示されている。ここでは、方解石の屈折率は、波長0.63μmの光に対する値である、常光屈折率no=1.6557、異常光屈折率ne=1.4852を用いている。図17に示されるように、β=45度の場合が、得られる光路シフト量が最も大きく、例えば2mmの光路シフト量を得るのに必要な結晶厚は18.5mmである。このように、光軸傾斜角βとしては、所望の光路シフト量及び結晶厚に応じて、0°<β<90°の範囲内で設定すれば良い。
次に、上記各偏光分離素子について説明する。
偏光分離素子としては、入射側にワイヤグリッドが形成されているワイヤグリッド素子が好ましい。
ワイヤグリッド素子は、ワイヤグリッド形成面が偏光分離面となり、縦偏光を透過させ、横偏光を反射する(図18参照)。ワイヤグリッドは、一例として図19(A)〜図19(C)に示されるように、板状の基体上に形成され、その格子ピッチが入射光の波長よりも小さい微細構造格子である。なお、図19(B)は、図19(A)のA−A断面図であり、図19(C)は、図19(A)のB−B断面図である。
偏光分離面は、誘電体多層膜を用いても可能であるが、ワイヤグリッドを用いた方が光利用効率が高く分離性能が高い。
ここでは、一例として、ワイヤグリッドの格子ピッチを0.15μm、「格子幅/格子ピッチ」であるデューティ(Duty)比を50%、格子の深さを0.05μmとしている(図20参照)。また、ワイヤの素材はアルミニウムである。また、基体としてはガラス、硬質プラスチック等の透明材料が選ばれる。
次に、各感光体ドラムに潜像を形成する際の走査制御装置の動作について図21のタイミングチャートを用いて説明する。
(1−1)時間t1では、偏光切換素子40Aの切換信号を「縦偏光」に設定し、偏光切換素子40Bの切換信号を「横偏光」に設定する。
(1−2)時間t2では、光源ユニットLU1の光源をブラック画像情報に基づいて駆動開始し、光源ユニットLU2の光源をマゼンタ画像情報に基づいて駆動開始する。これにより、感光体ドラム2030a及び感光体ドラム2030cへの1走査分の書込が開始される。
(1−3)時間t3では、偏光切換素子40Aの切換信号を「横偏光」に設定し、偏光切換素子40Bの切換信号を「縦偏光」に設定する。
(1−4)時間t4では、光源ユニットLU1の光源をシアン画像情報に基づいて駆動開始し、光源ユニットLU2の光源をイエロー画像情報に基づいて駆動開始する。これにより、感光体ドラム2030b及び感光体ドラム2030cへの1走査分の書込が開始される。
(1−5)時間t5では、偏光切換素子40Aの切換信号を「縦偏光」に設定し、偏光切換素子40Bの切換信号を「横偏光」に設定する。
(1−6)時間t6では、光源ユニットLU1の光源をブラック画像情報に基づいて駆動開始し、光源ユニットLU2の光源をマゼンタ画像情報に基づいて駆動開始する。これにより、感光体ドラム2030a及び感光体ドラム2030cへの1走査分の書込が開始される。
(1−7)時間t7では、偏光切換素子40Aの切換信号を「横偏光」に設定し、偏光切換素子40Bの切換信号を「縦偏光」に設定する。
(1−8)時間t8では、光源ユニットLU1の光源をシアン画像情報に基づいて駆動開始し、光源ユニットLU2の光源をイエロー画像情報に基づいて駆動開始する。これにより、感光体ドラム2030b及び感光体ドラム2030cへの1走査分の書込が開始される。
以降、全ての画像情報の書込が完了するまで、各画像情報の書込が同様にして行われる。
これによって、2つの光源で4つの感光体ドラムに対する書込を行うことができる。なお、感光体ドラムへの書込の順番は、上記説明に限定されるものではない。また、光源ユニットLU1の制御及び光源ユニットLU2の制御は、必ずしも同じタイミングで行われなくても良い。
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置2010によると、2つの光源ユニット(LU1、LU2)、2つの偏光切換素子(40A、40B)、2つのシリンドリカルレンズ(121、122)、2つの光路シフト素子(501、502)、ポリゴンミラー14、2つの走査レンズ(151、152)、2つの偏光分離素子(161、162)、2つの反射ミラー(171、172)、複数の折り返しミラー(18a、18b1、18b2、18c1、18c2、18d)、及び走査制御装置等を備えている。
各偏光切換素子は、対応する光源ユニットから射出された光束の光路上に配置され、互いに直交する横偏光及び縦偏光が外部信号によって時系列で交互に選択され、該選択された直線偏光を射出する。
各光路シフト素子は、対応する偏光切換素子からの縦偏光の光路を、副走査対応方向に関して相対的にシフトさせる。
各走査レンズには、ポリゴンミラー14で偏向された横偏光及び縦偏光が副走査対応方向に関して互いに異なる位置に入射する。そして、各偏光分離素子には、対応する走査レンズを介した横偏光及び縦偏光の主光線が副走査対応方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する。
この場合は、各偏光分離素子で発生したゴースト光の光路を、信号光の光路に対して離間させることができる。そこで、光学ハウジング2300において、信号光は入射するがゴースト光は入射しないように射出窓を設けることが可能となる。すなわち、容易に信号光のみを対応する感光体ドラムに導くことができる。
そこで、走査精度を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
そして、本実施形態に係るカラープリンタ2000によると、光走査装置2010を備えているため、結果として、画像品質の低下を招くことなく、小型化及び低コスト化を図ることができる。
なお、上記実施形態において、偏光分離素子の変形例として、ワイヤグリットが、図22(A)〜図22(C)に示されるように形成されていても良い。この場合は、各偏光分離素子では、横偏光が透過し、縦偏光が反射されるので、走査制御装置は、切換信号を上記説明と逆にする必要がある。図22(B)は、図22(A)のA−A断面図であり、図22(C)は、図22(A)のB−B断面図である。
また、上記実施形態において、前記光路シフト素子501に代えて、一例として図23に示されるように、2つのプリズム(P1、P2)と1つのウェッジミラーWMを用いて構成された光路シフト素子(光路シフト素子Aという)を用いても良い。
各プリズムは、屈折率の異なる複数の透明な誘電体材料が積層された多層膜面を有している。該多層膜面は、縦偏光及び横偏光の一方を反射し、他方を透過させる。例えば、多層膜としては、2種類の透明な誘電体材料(TiO2、SiO2等)が積層されたものや、3種類の透明な誘電体材料(TiO2、Al2O3、SiO2等)が積層されたものがある。
また、ウェッジミラーWMは、全反射面を有している。該全反射面は、例えば、アルミニウム、金等の金属材料や、全反射特性を満たす誘電体材料等を蒸着することにより得ることができる。
そして、プリズムP1に対してプリズムP2をZ方向に移動させることで、その移動量(P2移動量)に応じた光路シフト量が得られる。プリズムP1、プリズムP2、及びウェッジミラーWMは、例えば光学接着剤で貼り合わせることができる。この場合、空気界面が介在しないので、波面収差の劣化が発生しない利点がある。なお、この光路シフト素子Aでは、光束LBa1と光束LBb1の光路長が異なるので、光路シフト素子Aは、平行光束が入射される位置に配置されるのが好ましい。
また、上記実施形態において、前記光路シフト素子501に代えて、一例として図24に示されるように、2つのプリズム(P1、P2)と2つのウェッジミラー(WM1、WM2)を用いて構成された光路シフト素子(光路シフト素子Bという)を用いても良い。
この場合は、プリズムP2の入射側に、入射光の偏光方向を90度回転させる偏光回転面が設けられている。この偏光回転面は半波長板等で構成することができる。
そして、プリズムP1に対してプリズムP2を光の進行方向に移動させることで、その移動量(P2移動量)に応じた光路シフト量が得られる。プリズムP1、プリズムP2、ウェッジミラーWM1、及びウェッジミラーWM2は、例えば光学接着剤で貼り合わせることができる。この場合、空気界面が介在しないので、波面収差の劣化が発生しない利点がある。なお、光路シフト素子Bは、光路シフト素子Aと比べ、部品点数は多くなるものの、LBa1とLBb1との光路長差が小さくなる利点がある。
また、上記実施形態において、前記光路シフト素子502に代えて、上記光路シフト素子Aあるいは光路シフト素子Bと同様な光路シフト素子を用いても良い。
また、上記実施形態において、ゴースト光の光路上に、該ゴースト光が感光体ドラムに向かうのを阻止するための遮光部材を配置しても良い。
また、上記実施形態では、各光源ユニットから射出される光束が縦偏光の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各光源ユニットから射出される光束が横偏光であっても良い。
また、上記実施形態では、光源ユニットが2つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、光源ユニットが1つであっても良い。この場合の光走査装置(光走査装置2010Aという)について説明する。
この光走査装置2010Aは、一例として図25に示されるように、光源ユニットが1つである点に特徴を有し、偏光器前光学系以外は、前述した光走査装置2010と同様である。従って、以下においては、光走査装置2010との相違点を中心に説明するとともに、前述した光走査装置2010と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
光走査装置2010Aの偏光器前光学系は、偏光切換素子40、光路シフト素子50、ビームスプリッタ30、2つのシリンドリカルレンズ(121、122)、及び2つの反射ミラー(131、132)を有している。
光源ユニットLUは、一例として図26に示されるように、光源101、該光源101を駆動する光源駆動回路を含む駆動用チップ102、光源101及び駆動用チップ102が実装されている回路基板103、コリメートレンズ11などを有している。
光源101は、図27に示されるように、1つの半導体レーザ101を含んでいる。該半導体レーザ101の発光部からは縦偏光が射出される。なお、以下では、半導体レーザ101から射出される光束を「光束LB」ともいう。
コリメートレンズ11は、光源101からの光束LBの光路上に配置され、該光束LBを略平行光とする。コリメートレンズ11を通過した光束LBが、光源ユニットLUから射出される光束である。
図25に戻り、偏光切換素子40は、光源ユニットLUから射出された光束LBの光路上に配置されている。この偏光切換素子40は、走査制御装置からの信号(切換信号)に応じて、射出される光束の偏光方向を「縦偏光」及び「横偏光」のいずれかとする。
走査制御装置は、偏光切換素子40から射出される光束LBの偏光方向が、所定の時間毎に「縦偏光」と「横偏光」との間で変化するように、上記切換信号を偏光切換素子40に供給する。
そこで、偏光切換素子40から射出される光束LBは、所定の時間間隔で、「縦偏光」→「横偏光」→「縦偏光」→「横偏光」→・・・・・、となる。
ここでは、偏光切換素子40として、表面安定化強誘電性液晶を含む液晶素子(SSFLC素子)を用いている。
光路シフト素子50は、偏光切換素子40を介した光束LBの光路上に配置され、Z軸方向に関して、縦偏光及び横偏光の一方の光路を、他方の光路に対して相対的にシフトさせる。
ビームスプリッタ30は、入射する縦偏光及び横偏光に対して、透過率と反射率が等しく、かつ入射光の偏光状態を維持したままで射出することができるビームスプリッタである。このビームスプリッタ30は、光路シフト素子50からの光束LBの光路上に配置され、該光束LBの偏光状態を変化させることなく、その略半分を反射し、残りを透過させる。
ビームスプリッタ30には、ビーム分離面の法線方向と入射光の入射方向とが含まれる入射面(図28参照)に対して、偏光方向が平行な光束(横偏光)、及び垂直な光束(縦偏光)が入射される。この場合は、ビームスプリッタ30のビーム分離面に形成される誘電体多層膜では、位相差解消まで考慮した多層膜構造に比べて、膜材料の種類や膜数を低減することができる。
また、ビームスプリッタ30から射出される各光束は、ポリゴンミラー14における偏向面に対して、偏光方向が平行な光束(横偏光)、及び垂直な光束(縦偏光)となる。この場合は、ポリゴンミラー14で偏向された光束が偏向角によって偏光方向が異なることが防止され、後段での偏光分離に悪影響を及ぼすのを抑制することができる。
なお、以下では、便宜上、ビームスプリッタ30で反射された光束を「第1光束」、ビームスプリッタ30を透過した光束を「第2光束」ともいう。そこで、ビームスプリッタ30から射出された第1光束の光強度と第2光束の光強度は、ほぼ等しい。
上記第1光束及び第2光束の偏光方向は、いずれも所定の時間間隔で、「縦偏光」→「横偏光」→「縦偏光」→「横偏光」→・・・・・、と変化する。そこで、縦偏光の第1光束を「La1」、横偏光の第1光束を「Lb1」とする。また、縦偏光の第2光束を「La2」、横偏光の第2光束を「Lb2」とする。従って、光束La1及び光束La2は、1つの光束がビームスプリッタ30で分離されたものであり、光束Lb1及び光束Lb2も、1つの光束がビームスプリッタ30で分離されたものである。
シリンドリカルレンズ121は、ビームスプリッタ30で反射された第1光束(光束La1、光束Lb1)の光路上に配置され、該第1光束(光束La1、光束Lb1)を、反射ミラー131を介してポリゴンミラー14の反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ122は、ビームスプリッタ30を透過した第2光束(光束La2、光束Lb2)の光路上に配置され、該第2光束(光束La2、光束Lb2)を、反射ミラー132を介してポリゴンミラー14の反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
ポリゴンミラー14は、一例として4面鏡を有し、各鏡がそれぞれ反射面となる。このポリゴンミラー14は、Z軸方向に平行な軸まわりに等速回転し、第1光束(光束La1、光束Lb1)及び第2光束(光束La2、光束Lb2)をZ軸に直交する平面内で等角速度的に偏向する。
ここでは、第1光束(光束La1、光束Lb1)は、ポリゴンミラー14の回転軸の−X側に位置する反射面に入射し、第2光束(光束La2、光束Lb2)は、該回転軸の+X側に位置する反射面に入射する。
そして、ポリゴンミラー14に入射する第1光束(光束La1、光束Lb1)と第2光束(光束La2、光束Lb2)とのなす角は、Z軸に直交する平面内において、略90°である(図29参照)。
そして、第1光束(光束La1、光束Lb1)はポリゴンミラー14の−X側に偏向され、第2光束(光束La2、光束Lb2)はポリゴンミラー14の+X側に偏向される。
走査レンズ151は、ポリゴンミラー14の−X側であって、ポリゴンミラー14で偏向された第1光束(光束La1、光束Lb1)の光路上に配置されている。
走査レンズ152は、ポリゴンミラー14の+X側であって、ポリゴンミラー14で偏向された第2光束(光束La2、光束Lb2)の光路上に配置されている。
偏光分離素子161は、走査レンズ151の−X側であって、走査レンズ151を介した第1光束(光束La1、光束Lb1)の光路上に配置されている。
偏光分離素子162は、走査レンズ152の+X側であって、走査レンズ152を介した第2光束(光束La2、光束Lb2)の光路上に配置されている。
そして、ポリゴンミラー14で偏向された光束La1は、走査レンズ151を介して偏光分離素子161に入射し、その大部分は偏光分離素子161を透過する。偏光分離素子161を透過した光束La1は、折り返しミラー18a及び射出窓19aを介して感光体ドラム2030aの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030aの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030a上を走査する。
また、ポリゴンミラー14で偏向された光束Lb1は、走査レンズ151を介して偏光分離素子161に入射し、その大部分は偏光分離素子161で反射される。偏光分離素子161で反射された光束Lb1は、反射ミラー171、折り返しミラー18b1、折り返しミラー18b2及び射出窓19bを介して感光体ドラム2030bの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030bの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030b上を走査する。
また、ポリゴンミラー14で偏向された光束La2は、走査レンズ152を介して偏光分離素子162に入射し、その大部分は偏光分離素子162を透過する。偏光分離素子162を透過した光束La2は、折り返しミラー18d及び射出窓19dを介して感光体ドラム2030dの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030dの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030d上を走査する。
また、ポリゴンミラー14で偏向された光束Lb2は、走査レンズ152を介して偏光分離素子162に入射し、その大部分は偏光分離素子162で反射される。偏光分離素子162で反射された光束Lb2は、反射ミラー172、折り返しミラー18c1、折り返しミラー18c2及び射出窓19cを介して感光体ドラム2030cの表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー14の回転に伴って感光体ドラム2030cの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030c上を走査する。
ところで、光束La1と光束Lb1は、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向)に関して、ポリゴンミラー14からの射出位置が互いに異なり、走査レンズ151への入射位置も、副走査対応方向に関して互いに異なる。そのため、光束La1及び光束Lb1の各主光線は、走査レンズ151を通過後、いずれもXY面に対して傾斜する。すなわち、光束La1及び光束Lb1の各主光線は、走査レンズ151を通過後、互いに非平行となる。そこで、光束La1及び光束Lb1は、各主光線が副走査対応方向に関して非平行な状態で、偏光分離素子161に入射する。
また、光束La1は、その一部が偏光分離素子161で反射される。この偏光分離素子161で反射された光束La1は、ゴースト光である。同様に、光束Lb1は、その一部が偏光分離素子161を透過する。この偏光分離素子161を透過した光束Lb1は、ゴースト光である。
ここでは、走査光学系内において、光束La1の光路と光束Lb1の光路とが重ならないため、信号光及びゴースト光は、感光体ドラムに近づくにつれてビーム径が絞られ、空間的に離間するようになる。特に、走査光学系が拡大系であるときは、信号光とゴースト光の離間距離は、一層増加する。
そこで、偏光分離素子161を透過した光束Lb1(ゴースト光)は、折り返しミラー18aで折り返されるが、射出窓19aには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図30参照)。
また、偏光分離素子161で反射された光束La1(ゴースト光)は、反射ミラー171、折り返しミラー18b1、折り返しミラー18b2を介して感光体ドラム2030bに向かうが、射出窓19bには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図30参照)。
同様に、光束La2と光束Lb2は、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向)に関して、ポリゴンミラー14からの射出位置が互いに異なり、走査レンズ152への入射位置も、副走査対応方向に関して互いに異なる。そのため、光束La2及び光束Lb2の各主光線は、走査レンズ152を通過後、いずれもXY面に対して傾斜する。すなわち、光束La2及び光束Lb2の各主光線は、走査レンズ152を通過後、互いに非平行となる。そこで、光束La2及び光束Lb2は、各主光線が副走査対応方向に関して非平行な状態で、偏光分離素子162に入射する。
また、光束La2は、その一部が偏光分離素子162で反射される。この偏光分離素子162で反射された光束La2は、ゴースト光である。同様に、光束Lb2は、その一部が偏光分離素子162を透過する。この偏光分離素子162を透過した光束Lb2は、ゴースト光である。
ここでは、走査光学系内において、光束La2の光路と光束Lb2の光路とが重ならないため、信号光及びゴースト光は、感光体ドラムに近づくにつれてビーム径が絞られ、空間的に離間するようになる。特に、走査光学系が拡大系であるときは、信号光とゴースト光の離間距離は、一層増加する。
すなわち、偏光分離素子162を透過した光束Lb2(ゴースト光)は、折り返しミラー18dで折り返されるが、射出窓19dには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図31参照)。
また、偏光分離素子162で反射された光束La2(ゴースト光)は、反射ミラー172、折り返しミラー18c1、折り返しミラー18c2を介して感光体ドラム2030cに向かうが、射出窓19cには入射せず、光学ハウジング2300の底板で遮光される(図31参照)。
ここでは、ポリゴンミラー14における反射面の数が4面であり、第1光束(光束La1、光束Lb1)及び第2光束(光束La2、光束Lb2)は、互いに異なる反射面に入射する。そして、ポリゴンミラー14に入射する第1光束(光束La1、光束Lb1)と第2光束(光束La2、光束Lb2)とのなす角が、Z軸に直交する平面内において、略90°となるように設定されている。そこで、第1光束及び第2光束がそれぞれの対応する感光体ドラムにおける有効走査領域を同時に走査することはない。
例えば、図32に示されるように、ポリゴンミラー14の反射面で反射された第1光束をLB1、第2光束をLB2とすると、LB2が対応する感光体ドラム(2030c又は2030d)における書き込み開始位置に向かう時、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB1は、対応する感光体ドラム(2030a又は2030b)における書き込み終了位置よりも+Y側の位置に向かう。
また、図33に示されるように、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB2が、対応する感光体ドラム(2030c又は2030d)における有効走査領域の中央(像高0)位置に向かう時、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB1は、+Y方向に向かう。
また、図34に示されるように、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB2が、対応する感光体ドラム(2030c又は2030d)における有効走査領域の書き込み終了位置に向かう時、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB1は、対応する感光体ドラム(2030a又は2030b)における書き込み開始位置よりも−Y側の位置に向かう。
このように、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB2が、対応する感光体ドラム(2030c又は2030d)における有効走査領域を走査している時には、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB1は、対応する感光体ドラム(2030a又は2030b)における有効走査領域内には向かわない。
逆に、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB1が、対応する感光体ドラム(2030a又は2030b)における有効走査領域を走査している時には、ポリゴンミラー14の反射面で反射されたLB2は、対応する感光体ドラム(2030c又は2030d)における有効走査領域内には向かわない。
なお、ポリゴンミラー14に入射する第1光束(光束La1、光束Lb1)と第2光束(光束La2、光束Lb2)とのなす角は、Z軸に直交する平面内において、90°から少しずれていても良い。
そこで、光束La1と光束La2は、光源101から射出される時点では、1つの光束として同一の変調がなされるが、光束La1が感光体ドラム2030aにおける有効走査領域を走査する時は、走査制御装置は、ブラックの画像情報に応じて変調された光束が射出されるように光源101を駆動し、光束La2が感光体ドラム2030dにおける有効走査領域を走査する時は、走査制御装置は、イエローの画像情報に応じて変調された光束が射出されるように光源101を駆動する。
同様に、光束Lb1と光束Lb2は、光源101から射出される時点では、1つの光束として同一の変調がなされるが、光束Lb1が感光体ドラム2030bにおける有効走査領域を走査する時は、走査制御装置は、シアンの画像情報に応じて変調された光束が射出されるように光源101を駆動し、光束La2が感光体ドラム2030cにおける有効走査領域を走査する時は、走査制御装置は、マゼンタの画像情報に応じて変調された光束が射出されるように光源101を駆動する。
次に、各感光体ドラムに潜像を形成する際の走査制御装置の動作について図35のタイミングチャートを用いて説明する。なお、ここでは、t2>t1>t3である。
(2−1)不図示の光検知センサが光を検知し、該光検知センサから出力される光検知信号がハイレベルからローレベルに変化すると、タイマのカウント値を0リセットする。
(2−2)光検知信号に基づいてAPCを行う。
(2−3)タイマのカウント値がt1になると、偏光切換素子40から射出される光束LBの偏光方向が「縦偏光」となるような切換信号を偏光切換素子40に供給する。
(2−4)タイマのカウント値がt2になると、ブラックの画像情報に応じて変調された光束が光源101から射出されるように、光源101の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム2030aにおける有効走査領域が光束La1によって走査される(図36参照)。
(2−5)光検知信号が、ハイレベルからローレベルに変化すると、タイマのカウント値を0リセットする。
(2−6)光検知信号に基づいてAPCを行う。
(2−7)タイマのカウント値がt3になると、イエローの画像情報に応じて変調された光束が光源101から射出されるように、光源101の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム2030dにおける有効走査領域が光束La2によって走査される(図37参照)。
(2−8)タイマのカウント値がt1になると、偏光切換素子40から射出される光束LBの偏光方向が「横偏光」となるような切換信号を偏光切換素子40に供給する。
(2−9)タイマのカウント値がt2になると、シアンの画像情報に応じて変調された光束が光源101から射出されるように、光源101の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム2030bにおける有効走査領域が光束Lb1によって走査される(図38参照)。
(2−10)光検知信号が、ハイレベルからローレベルに変化すると、タイマのカウント値を0リセットする。
(2−11)光検知信号に基づいてAPCを行う。
(2−12)タイマのカウント値がt3になると、マゼンタの画像情報に応じて変調された光束が光源101から射出されるように、光源101の光源駆動回路を制御する。これによって、感光体ドラム2030cにおける有効走査領域が光束Lb2によって走査される(図39参照)。
以降、上記(2−3)〜(2−12)の動作を繰り返し行う。
これによって、単一の光源で4つの感光体ドラムに対する書込を行うことができる。ところで、t1、t2、t3は、予め装置毎に適切な値が求められ、走査制御装置のメモリに格納されている。
なお、図35では光源から射出される光束の光量(以下では、「射出光量」と略述する)を一定としているが、実際には、各光学素子の透過率及び反射率が相対的に異なるため、感光体ドラム毎に到達する光束の光量が異なることがある。この場合には、各感光体ドラムに到達する光束の光量がほぼ同じになるように、走査対象の感光体ドラム毎に射出光量を調整しても良い。
また、この場合に、一例として図40に示されるように、光路シフト素子が、各シリンドリカルレンズとポリゴンミラー14との間の光路上にそれぞれ配置されても良い。光走査装置2010Aと同様な効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、光源が1つの発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、光源が複数の発光部を有していても良い。
以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、走査精度を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図るのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、画像品質を低下させることなく、小型化及び低コスト化を図るのに適している。
101,1011,1021…光源、11,111,112…カップリングレンズ、121,122…シリンドリカルレンズ、131,132…反射ミラー、14…ポリゴンミラー(光偏向器)、151,152…走査レンズ(走査光学系の一部)、161…偏光分離素子(第1の偏光分離素子)、162…偏光分離素子(第2の偏光分離素子)、171,172…反射ミラー(走査光学系の一部)、18a,18b1,18b2,18c1,18c2,18d…折り返しミラー(走査光学系の一部)、19a〜19d…射出窓、30…ビームスプリッタ、40,40A,40B…偏光切換素子、50,501,502…光路シフト素子、2000…カラープリンタ(画像形成装置)、2030a〜2030d…感光体ドラム(像担持体)、2010…光走査装置、LU,LU1,LU2…光源ユニット。
Claims (15)
- 複数の被走査面を主走査方向に光走査する光走査装置であって、
光源と;
該光源から射出された光束の光路上に配置され、互いに直交する第1の直線偏光及び第2の直線偏光が外部信号によって時系列で交互に選択され、該選択された直線偏光を射出する偏光切換素子と;
該偏光切換素子からの前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせ、前記副走査方向に関して互いに離間している第1の光束及び第2の光束として射出する光路シフト素子と;
前記光路シフト素子からの前記第1の光束及び前記第2の光束を偏向する光偏向器と;
前記光偏向器で偏向された前記第1の光束及び前記第2の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する分離光学素子を含む走査光学系と;を備える光走査装置。 - 前記走査光学系は、前記光偏向器と前記分離光学素子との間の光路上に配置された走査レンズを含むことを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。
- 前記第1の光束の前記分離光学素子での透過光及び前記第2の光束の前記分離光学素子での反射光は、それぞれ対応する被走査面上に導光され、前記第2の光束の前記分離光学素子での透過光及び前記第1の光束の前記分離光学素子での反射光は、いずれの被走査面にも到達しないことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
- 少なくとも4つの被走査面を主走査方向に光走査する光走査装置であって、
光源と;
該光源から射出された光束の光路上に配置され、互いに直交する第1の直線偏光及び第2の直線偏光が外部信号によって時系列で交互に選択され、該選択された直線偏光を射出する偏光切換素子と;
該偏光切換素子からの前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせる光路シフト素子と;
前記光路シフト素子からの前記第1の直線偏光を、その偏光状態を維持したまま第1の光束と第2の光束とに分離するとともに、前記光路シフト素子からの前記第2の直線偏光を、その偏光状態を維持したまま第3の光束と第4の光束とに分離するビームスプリッタと;
前記ビームスプリッタで分離された前記第1の光束と前記第3の光束、及び前記第2の光束と前記第4の光束がそれぞれ同一の反射面に入射し、各光束を偏向する光偏向器と;
前記光偏向器で偏向された前記第1の光束及び前記第3の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第1の分離光学素子を含む第1の走査光学系と;
前記光偏向器で偏向された前記第2の光束及び前記第4の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第2の分離光学素子とを含む第2の走査光学系と;を備える光走査装置。 - 前記第1光束の前記第1の分離光学素子での透過光、前記第3の光束の前記第1の分離光学素子での反射光、前記第2光束の前記第2の分離光学素子での透過光、及び前記第4の光束の前記第2の分離光学素子での反射光は、それぞれ対応する被走査面上に導光され、
前記第3の光束の前記第1の分離光学素子での透過光、前記第1の光束の前記第1の分離光学素子での反射光、前記第2の光束の前記第2の分離光学素子での透過光、及び前記第4の光束の前記第2の分離光学素子での反射光は、いずれの被走査面にも到達しないことを特徴とする請求項4に記載の光走査装置。 - 少なくとも4つの被走査面を主走査方向に光走査する光走査装置であって、
光源と;
該光源から射出された光束の光路上に配置され、互いに直交する第1の直線偏光及び第2の直線偏光が外部信号によって時系列で交互に選択され、該選択された直線偏光を射出する偏光切換素子と;
前記偏光切換素子からの光束を、その偏光状態を維持したまま2つの光束に分離するビームスプリッタと;
前記ビームスプリッタで分離された一方の光束の光路上に配置され、前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせ、前記副走査方向に関して互いに離間している第1の光束及び第2の光束として射出する第1の光路シフト素子と;
前記ビームスプリッタで分離された他方の光束の光路上に配置され、前記第1の直線偏光及び第2の直線偏光の一方の光路を、前記主走査方向に直交する副走査方向に関して相対的にシフトさせ、前記副走査方向に関して互いに離間している第3の光束及び第4の光束として射出する第2の光路シフト素子と;
前記第1の光路シフト素子からの前記第1の光束と前記第2の光束、及び前記第2の光路シフト素子からの前記第3の光束と前記第4の光束がそれぞれ同一の反射面に入射し、各光束を偏向する光偏向器と;
前記光偏向器で偏向された前記第1の光束及び前記第2の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第1の分離光学素子を含む第1の走査光学系と;
前記光偏向器で偏向された前記第3の光束及び前記第4の光束の主光線が前記副走査方向に関して互いに非平行な状態で入射し、入射光を透過光と反射光とに分離する第2の分離光学素子とを含む第2の走査光学系と;を備える光走査装置。 - 前記第1光束の前記第1の分離光学素子での透過光、前記第2の光束の前記第1の分離光学素子での反射光、前記第3光束の前記第2の分離光学素子での透過光、及び前記第4の光束の前記第2の分離光学素子での反射光は、それぞれ対応する被走査面上に導光され、
前記第2の光束の前記第1の分離光学素子での透過光、前記第1の光束の前記第1の分離光学素子での反射光、前記第3の光束の前記第2の分離光学素子での透過光、及び前記第4の光束の前記第2の分離光学素子での反射光は、いずれの被走査面にも到達しないことを特徴とする請求項6に記載の光走査装置。 - 前記走査光学系は、前記光偏向器と前記第1の分離光学素子との間の光路上に配置された第1の走査レンズ、及び前記光偏向器と前記第2の分離光学素子との間の光路上に配置された第2の走査レンズを含むことを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記光偏向器は、回転軸まわりに回転する4つの反射面を有し、
前記回転軸方向に直交する平面内において、前記光偏向器における異なる反射面に入射する2つの光束のなす角は、略90°であることを特徴とする請求項4〜8のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記光源は、直線偏光を射出する光源であり、
前記偏光切換素子は、表面安定化強誘電性液晶を含む液晶素子であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記光路シフト素子は、一軸光学結晶を含み、
該一軸光学結晶の光軸は、前記第1の直線偏光及び前記第2の直線偏光のうちの一方の直線偏光の電界ベクトルに直交し、他方の直線偏光の電界ベクトルと所定の角度β(0°<β<90°)をなすことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 前記光路シフト素子は、互いに屈折率の異なる複数の透明誘電体材料よりなる多層膜面を有する光学素子と、全反射面を有する光学素子を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記偏光分離素子は、ワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の光走査装置。
- 前記走査光学系が収納されるハウジングを備え、
該ハウジングは、対応する被走査面上に導光される光束がそれぞれ通過する複数の射出窓を有し、
前記いずれの被走査面にも到達しない光束は、前記複数の射出窓のいずれにも入射しないことを特徴とする請求項3、5、7のいずれか一項に記載の光走査装置。 - 複数の像担持体と;
前記複数の像担持体に対して画像情報に応じて変調された光を走査する請求項1〜14のいずれか一項に記載の光走査装置と;を備える画像形成装置。
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