JP5664013B2 - 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、その光走査装置を備えた複写機、ファクシミリ装置、プリンタ、或いはこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置に関する。
感光体等の像坦持体に潜像を形成する書き込み手段に光走査装置を用いた複写機、ファクシミリ装置、レーザプリンタ、或いはこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置においては、高速化、高解像度化、書込み幅の広幅化等により、光走査装置の走査光学系に用いられる走査ビーム本数は増加傾向にある。また、複数ビームを用いた光走査装置を複数個そなえたカラー画像形成装置も一般的となっている。
光走査装置に搭載される複数ビーム用の光源としては、発光点が1次元に所定の間隔で配置された半導体レーザアレイ(以下「LDアレイ」と称する)、発光点が2次元に所定の間隔で配置された面発光レーザアレイ(以下、「VCSEL」と称する)等が知られている。このうち、前者については、複数のLDアレイから発した光束をビーム合成プリズム等を用いて合成することによりビーム数を増加させる方式もある。これは、VCSELと同様に発光点が2次元に配置された光源と見做すことができる。
一方、一般に光源のビーム数を増加させていくにつれて被走査面上に形成される走査線の走査線間隔誤差や走査位置間の走査線間隔偏差の許容レベルは厳しくなっていく。これらの誤差や偏差が大きくなると、横線画像やハーフトーン画像のような周期的画像において、周期的なスジや濃淡ムラ(バンディングと称される)が目立ちやすくなり画質劣化の要因となる。また、カラー画像形成装置においては、各色の色ずれ(レジずれ)の原因となり画質が劣化する。
ここで、特許文献1(特開平4−101112号公報)、特許文献2(特開平8−15625号公報)、特許文献3(特開2008−76712号公報)には、感光体上のビーム間隔が目標間隔となるようにシリンダレンズの光軸方向に移動或いは光軸周りに回転することで、感光体上のビーム間隔とビーム径を良好に保つことができる調整手段が述べられている。しかし、走査位置間の走査線間隔偏差の調整に関しては開示されていない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、複数の発光点から発した光を被走査面で同時に走査させるマルチビーム光走査装置において、各発光点から発した光が被走査面に形成する走査線の走査線間隔及び走査線の走査位置間偏差を抑制することができる構成の光走査装置を提供することを目的とし、さらには、その光走査装置を備えた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[1]〜[10]の解決手段を採っている。
[1]:複数の発光点を有する光源と、前記光源から出射された複数の光束を偏向走査する光偏向手段と、前記光源から出射した複数の光束を整形し前記光偏向手段の略偏向面位置に偏向走査方向に長い線像として結像させる光偏向手段前光学系と、前記光偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を備えた光走査装置において、前記光偏向手段前光学系は、前記光源から出射した複数の光束を整形する第1の光学素子と、前記光源側より順に、偏向走査方向には屈折力が無く、偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する第2の光学素子と第3の光学素子と、を有し、
|ΔPOs(ΔZ)−ΔPOe(ΔZ)|>|ΔPMs(ΔZ)−ΔPMe(ΔZ)|>|ΔPms(ΔZ)−ΔPme(ΔZ)|、
|ΔPMs(ΔZ)−ΔPMe(ΔZ)|/|ΔPms(ΔZ)−ΔPme(ΔZ)|≧2.5、
|ΔPCO(Δγ)|>|ΔPCM(Δγ)|>|ΔPCm(Δγ)|、
ΔPCM(Δγ)/ΔPCm(Δγ)≧2.5
を満足していることを特徴とする。
ただし、前記光源部の複数の発光点から発した光束が形成するが前記被走査面上の複数の結像スポットのうち、前記偏向走査方向かつ前記偏向走査垂直方向に最も離間した2つの結像スポットが形成する走査線の走査線間隔をPとし、
前記被走査面上に形成する走査線の走査中央における走査線間隔をPCとして、
ΔPOs(ΔZ):前記第2の光学素子の焦点距離と前記第3の光学素子の焦点距離とを合成した合成距離と同じ焦点距離を有し、前記偏向走査方向には屈折力が無く、前記偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する単一の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査開始端における前記走査線間隔Pの変化量、
ΔPOe(ΔZ):前記第2の光学素子の焦点距離と前記第3の光学素子の焦点距離とを合成した合成距離と同じ焦点距離を有し、前記偏向走査方向には屈折力が無く、前記偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する単一の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査終了端における前記走査線間隔Pの変化量、
ΔPMs(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査開始端における前記走査線間隔Pの変化量、
ΔPMe(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査終了端における前記走査線間隔Pの変化量、
ΔPms(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が小さい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査開始端における前記走査線間隔Pの変化量、
ΔPme(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が小さい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査終了端における前記走査線間隔Pの変化量、
ΔPCO(Δγ):前記第2の光学素子の焦点距離と前記第3の光学素子の焦点距離とを合成した合成距離と同じ焦点距離を有し、前記偏向走査方向には屈折力が無く、前記偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する単一の光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸回り回転角Δγに対応する前記走査線間隔PCの変化量、
ΔPCM(Δγ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸回り回転角Δγに対応する前記走査線間隔PCの変化量、
ΔPCm(Δγ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が小さい方の光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸回り回転角Δγに対応する前記走査線間隔PCの変化量、
とする。(請求項1)。
[2]:[1]に記載の光走査装置において、
ΔZ=0.1mmのとき、|ΔPms(0.1mm)−ΔPme(0.1mm)|≦0.6μm、
Δγ=25minのとき、 |ΔPCm(25min)|≦0.75μm
を満足していることを特徴とする(請求項2)。
]:[1]または[2]に記載の光走査装置において、前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の屈折力をPM、他方の光学素子の屈折力をPSとする時、
PM/PS≧2.5
を満足していることを特徴とする(請求項)。
]:[1]乃至[]の何れか一項に記載の光走査装置において、前記第2の光学素子の前記偏向走査垂直方向の入射面は前記光源側に凸の面であることを特徴とする(請求項)。
]:[1]乃至[]の何れか一つに記載の光走査装置において、前記光源は、複数の発光点が所定の間隔で1次元に配列された発光点列を所定の間隔で複数列配置した2次元アレイ光源であることを特徴とする(請求項)。
]:[]に記載の光走査装置において、前記2次元アレイ光源は面発光レーザアレイであることを特徴とする(請求項)。
]:[1]乃至[]の何れか一つに記載の光走査装置において、前記光源は、複数の発光点が所定の間隔で1次元に配列された発光点列を有するアレイ光源であることを特徴とする(請求項)。
]:[]に記載の光走査装置において、前記アレイ光源は端面発光型半導体レーザアレイであることを特徴とする(請求項)。
]:像坦持体と、該像坦持体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記像坦持体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記像坦持体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む作像部を備え、前記作像部の前記像坦持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、前記光走査手段として、[1]乃至[]の何れか一つに記載の光走査装置を設けたことを特徴とする(請求項)。
10]:像坦持体と、該像坦持体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記像坦持体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記像坦持体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む作像部を複数備え、前記複数の作像部の前記像坦持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、前記光走査手段として、[1]乃至[]の何れか一つに記載の光走査装置を設けたことを特徴とする(請求項10)。
上記解決手段の[1]に記載の光走査装置では、第2の光学素子、第3の光学素子の屈折力を共に正にすることにより、両光学素子の屈折力を抑制できるので光学素子の組付け誤差に伴う結像スポット径の増大及び結像スポット形状の劣化を防止できる。これにより被走査面上には良好な結像スポットを形成することができる。また、被走査面上に形成される走査線の走査線間隔を所望の値に近づけることができる。また、走査線間隔偏差を低減することができるので走査位置間の走査線間隔のアンバランスを低減することができる。また、第2の光学素子、第3の光学素子のうち低屈折力を有する光学素子の配置誤差感度を低減することができる。これにより、低屈折力側の光学素子の配置誤差に伴う走査位置間の走査線間隔偏差の拡大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減が図れる。
さらに、第2の光学素子、前記第3の光学素子の配置誤差に伴う走査位置間の走査線間隔偏差の拡大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減が図れる。
[2]に記載の光走査装置では、[1]の効果に加え、被走査面上に形成される走査線の走査線間隔を所望の値に近づけることができる。
]に記載の光走査装置では、[1]または[2]の効果に加え、第2の光学素子、第3の光学素子のうち低屈折力を有する光学素子の配置誤差感度を低減することができる。これにより、低屈折力側の光学素子の配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差の拡大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減が図れる。
]に記載の光走査装置では、[1]乃至[]のいずれかの効果に加え、第2の光学素子の入射面から光源側への反射戻り光が、偏向走査垂直方向に発散光束になるため、レーザ光源を用いる場合に反射戻り光によりレーザの発振状態が不安定になるのを抑制することができる。
]に記載の光走査装置では、[1]乃至[]のいずれかの効果に加え、2次元に配列された発光点を有する2次元アレイ光源の場合に、レンズの配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差の拡大、走査位置間の走査線間隔偏差の増大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減が図れる。
]に記載の光走査装置では、[5]の効果に加え、2次元アレイ光源の一例として、面発光レーザアレイ(VCSEL)を光源に用いる場合に、レンズの配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差の拡大、走査位置間の走査線間隔偏差の増大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減が図れる。
]に記載の光走査装置では、[1]乃至[]のいずれかの効果に加え、1次元に配列された発光点を有する1次元アレイ光源の場合に、レンズの配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差の拡大、走査位置間の走査線間隔偏差の増大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減が図れる。
]に記載の光走査装置では、[]の効果に加え、1次元アレイ光源の一例として、端面発光型半導体レーザアレイ(LDアレイ)を光源に用いる場合に、レンズの配置誤差に伴う被走査面上の結像スポット形状の劣化、結像スポット径の拡大、走査線間隔誤差の拡大、走査位置間の走査線間隔偏差の増大を抑制できる。また、光学系組立時の調整項目の削減、光学系組立工数の低減が図れる。
]に記載の作像部を備えた画像形成装置では、光走査手段として、[1]乃至[]の何れか一つに記載の光走査装置を設けたことにより、画像形成の高画質化が図れる。
10]に記載の複数の作像部を備えた画像形成装置では、光走査手段として、[1]乃至[]の何れか一つに記載の光走査装置を設けたことにより、カラー画像を形成する際に、各色の色ずれを低減することができる。これにより、カラー画像形成においても高画質化が図れる。
本発明の光走査装置の光学系の概略図である。 本発明の光走査装置の光学系の諸元を示した表である。 面発光レーザの発光点配列を示す説明図である。 シリンダレンズのX軸方向変位に対する、主走査方向に最も離間した発光点から発した光束が被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量を説明するための図である。 半導体レーザアレイを複数用いた光源の形態の一例を説明するための図である。 シリンダレンズのZ軸方向変位に対する、主走査方向に最も離間した発光点から発した光束が被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量を説明するための図である。 シリンダレンズのγ回転方向変位に対する、主走査方向に最も離間した発光点から発した光束が被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量を説明するための図である。 本発明の光走査装置を搭載した画像形成装置の概略構成例を説明するための図である。 本発明の光走査装置を複数搭載したカラー画像形成装置の概略構成例を説明するための図である。 本発明の光走査装置の光学系においてシリンダレンズ部の詳細構成を説明するための図である。 本発明の光走査装置の光学系においてシリンダレンズ部の調整および組付け方法を説明するための図である。 本発明の光走査装置を複数搭載したカラー画像形成装置における、光源から感光ドラムまでの全体概略構成例を説明するための図である。 走査レンズL1、L2の各面の形状を表す式(式1、式2)の各係数を示す表である。 fCYL1、fCYL2、d1、d2の組み合わせの一例を示す表である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[実施例1]
まず本発明の第1の実施例を図面を用いて説明する。
図1は光走査装置の光学系の光源から被走査面までの概略構成を示す全体図であり、主走査方向に平行な断面(主走査断面図)と、副走査方向に平行な断面(副走査断面図)とを図示している。また、図2は光学系を構成する各光学素子の諸元である。なお、図1、図2中に記載の各部の寸法や距離は一例であり、長さの単位は[mm]である。
光源3は複数の発光点が2次元に配置された2次元アレイ光源として面発光型レーザ(以下、「VCSEL」と称する)を用いている。光源波長は782nmである。なお、光源はVCSELに限らず、図5に示すように発光点が1次元に配列された2つの端面発光型半導体レーザアレイ(以下、「LDアレイ」と称する)3A,3Bから発した光束をビーム合成プリズム20等を用いて合成させた光源であっても良い。或いは、LDアレイを単体で用いても良い。
VCSEL等の2次元配列光源3を用いる場合、光源部を光軸まわりに回転することにより、発光点列は理想的な2次元配置に調整される。
VCSELから放射されるレーザ光の偏光は直線方向であり、後述する光偏向手段によりレーザ光が偏向走査される方向(偏向走査方向(以下、「主走査方向」と称する))と直交する方向である偏向走査垂直方向(以下、「副走査方向」と称する)に平行な方向である。光源3のVCSELからは40ビームを射出し、被走査面10上での最も離れた走査線の副走査方向の間隔はおよそ0.4mmである。
図3はVCSELの発光点配列の一例を示す図である。VCSELはモノリシックなレーザアレイ素子である。
λ/4板4は光源3からの直線偏光の光束を円偏光に変換する。
ガラスレンズ(カップリングレンズ)5と樹脂レンズ6は、光源3からの光束を略平行光に変換する。また、温度変化が起きた場合にビームウエスト位置の変動を低減させる効果をもち、ビームスポット径ばらつきを抑制している。
アパーチャ7は、平行光を整形してビームスポット径を安定させる。本光学系では、主走査方向5.6mm、副走査方向1.18mmとし、被走査面10上でのビームスポット径は、主走査方向55μm、副走査方向55μmとしている。
図示しないが、光源3からアパーチャ7までの素子は、光源ユニット上に一体的に構成される。これにより、各素子の取付け誤差、加工誤差の影響を低減するように、ガラスと樹脂の両レンズを調整することで、光源ユニット単位で調整を行うことができる。
シリンドリカルレンズ(以下では「シリンダレンズ」とも称する)1とシリンドリカルレンズ2は副走査方向にのみ共に正の屈折力を有しており、平行光束を光偏向手段(以下、「ポリゴンミラー」と称する)8の偏向反射面近傍で副走査方向に結像する。屈折力の大きい方のシリンドリカルレンズ(シリンドリカルレンズ2)の屈折力をPM、他方(シリンドリカルレンズ1)をPSとすると、屈折力の比はPM/PS=2.7である。
図10にシリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2の形状と配置関係の詳細を示す(なお、図中ではシリンダレンズ1、シリンダレンズ2と記載している)。
これらのシリンドリカルレンズ1、2は、ビームスポット径、走査線間隔、走査位置間走査線間隔偏差の調整のために、光源3からポリゴンミラー8までの光学系の光軸方向(図1、図10記載の座標系のX軸方向)、光軸垂直方向(同、Z軸方向)、光軸周り方向(同、Z軸回り方向)に調整してから光学ハウジング部(図示省略)に固定される。シリンドリカルレンズ1、2の固定方法は、紫外線硬化型樹脂、接着剤等により光学素子を接着する場合も含むものとする。なお、ここでの調整とは光学素子を光軸方向に規定する位置決め手段が無く、ハウジング部の形状が光学素子が移動可能になっていれば実質的に調整しているとみなせる。シリンドリカルレンズの調整方法については後述するが、本発明では図11に示すようにシリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2を光軸方向(図1、図10記載の座標系のX軸方向)、とシリンドリカルレンズ2を光軸垂直方向(同、Z軸方向)、光軸周り方向(同、Z軸回り方向)に調整した後、レンズ底面をハウジング部に接着し固定する。
シリンドリカルレンズ1、シリンドリカルレンズ2は共に入射面が凸面側に配置されている。このように配置することによってシリンドリカルレンズ1の入射面から光源側への反射戻り光が、副走査方向に発散光束になるため、仮にVCSEL側に反射光が戻ったとしても発振状態が不安定になるのを抑制することができる。
防音ガラス9は、ポリゴンミラー8の回転中心から31mmの位置に、主走査方向に10.2deg、副走査方向に2.5degを有して配置される。
光源3からの光束は、被走査面10の法線に対して64degの角度を有してポリゴンミラー8に入射し、内接円半径25mm、偏向反射面数6のポリゴンミラー8によって偏向され、走査レンズL1、L2によって等速的に被走査面10に結像される。
走査レンズL1、L2の各面の形状は、いずれも下記の式1、式2によって表され、各係数は図13の表に示した通りである。なお、ここでのXは光軸方向(光束の射出方向)、Yは主走査方向、Cm0=1/Rm0は主走査方向曲率、Cs(Y)はYにおける副走査方向の曲率である。
Figure 0005664013
防塵ガラスは副走査断面内で21deg傾けられている。
被走査面10は、面の法線が副走査断面内で3deg傾けられており、被走査面10からの正反射光が不具合を起こさないようにしている。
図1の書込幅と示した被走査面10の範囲が、被走査面10である像担持体(具体例としては光導電性の感光体)に到達し画像情報を書込む範囲であり、同期像高と示した像高では、実際には感光体には到達せず、図示しない同期検知手段によって信号を検知され、書込タイミングの決定に用いられる。書込開始側および終了側の両方で検知を行うことにより、温度の影響などの経時的変動を検出してフィードバック補正することができる。書込幅は、328mm、同期像高から同期像高までの距離は354mmである。
次にシリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2の調整方法について説明する。
本発明の光走査装置の副走査方向において、ガラスレンズ(カップリングレンズ)5と樹脂レンズ6の合成焦点距離をfCOL、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2の合成焦点距離をfCYL、走査レンズL1、L2の横倍率をmFΘとすると、副走査方向の光学系全体の倍率の大きさは、(fCYL/fCOL)*mFΘで表される。
この際、レンズ類の部品製造誤差、部品配置誤差があると、副走査方向の光学系全体の倍率が変化するため、被走査面上の走査線間隔の誤差や副走査方向像面位置ずれの原因になる。
前述したようにマルチビーム走査装置では、走査ビーム本数の増加に伴って許容できる走査線間隔誤差はより厳しくなっており、走査線間隔の微調整手段が不可欠になりつつある。
本発明では従来1枚であったシリンドリカルレンズを分割し、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2の2枚で構成し、両レンズの光軸方向(図1記載の座標系のX軸方向)の間隔を調整することでfCYLを変化させ、副走査方向全体の倍率調整(すなわち、走査線間隔を所望の値にする調整)を行う。
ここで、シリンドリカルレンズ1、シリンドリカルレンズ2の焦点距離をそれぞれfCYL1、fCYL2、シリンドリカルレンズ1の出射側主面からシリンドリカルレンズ2の入射側主面までの距離(シリンドリカルレンズ間の主面間隔)をd1とすると、
fCYL=fCYL1*fCYL2/(fCYL1+fCYL2−d1)
で表される。
更に、シリンドリカルレンズ2の出射側主面から副走査方向の結像点までの距離をd2とすると、
d2=(d1−fCYL1)*fCYL2/(d1−fCYL1−fCYL2)
で表される。
図14の表に、fCYL1、fCYL2、d1、d2の組み合わせの一例を示す。
シリンドリカルレンズ1、シリンドリカルレンズ2の焦点距離fCYL1、fCYL2が一定の条件下では、fCYLは上記d1により可変する。つまり、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2とでズーム・シリンドリカルレンズを構成している。
シリンドリカルレンズ間隔d1が調整された後は、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2をセットでX軸方向に変位させることで副走査方向の像面位置調整が行われる。
なお、ここではシリンドリカルレンズ1を低屈折力、シリンドリカルレンズ2を高屈折力を有するレンズとしているが、屈折力の大小関係の組合せは逆でも良い。
図14の表2に示すように、fCYL1とfCYL2は正負の組合せと正正の組合せが可能であるが、|fCYL1|の等しい組合せでfCYL2の大きさを比較(例えば、#1と#10、#2と#9、#3と#8など)すると、屈折力が正正の組合せの方がシリンドリカルレンズ2の屈折力を小さくできる。
シリンドリカルレンズ2の屈折力を小さくとることは、レンズ組付け誤差感度を低減する上で望ましい〔例えば、シリンドリカルレンズの光軸回り(図1、図10のX軸回り)回転に対して、被走査面上の結像スポット径、スポット形状の劣化が低減できる〕。
本発明の光走査装置では図14の表2の#9の組合せとしており、この場合、シリンドリカルレンズ1枚の場合と比較して結像特性が劣化することはない。
図4は、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2がそれぞれ独立にX軸方向にΔX=0.2mm変位した場合、および単玉シリンドリカルレンズがΔX=0.2mm変位した場合(図中では「シリンダレンズ:ΔX=0.2mm」で表している)像高位置と走査線間隔誤差の変化量を計算したものである。なお、図4において(ch.A1、ch.A2から発したビームが被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量[μm])を(ch.A1、ch.A3から発したビームが被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量[μm])と読み替えるものとする。
ここで、単玉シリンドリカルレンズとは、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2を、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2の合成焦点距離(=55.665mm)と同じ焦点距離を有する単玉のシリンダレンズに代替した場合の計算を示すことにする(以下も同様)。
なお、走査線間隔は、図3に示したVCSELの発光点構成図において、YZ方向に最も離間したch.A1とch.A3から発したビーム(つまり、被走査面上の結像スポットは、偏向走査方向及び偏向走査垂直方向に最も離間する)を用いて計算したものである(以下も同様)。
ΔXに対する走査線間隔の走査位置間偏差は無く、全域でほぼ均一に変化する。他方、光学素子の部品製造誤差、部品配置誤差は、走査線間隔誤差の大きさが走査位置によって異なる走査位置間偏差(以下、「像高間偏差」と称する)のような誤差も発生させる。この誤差は光源部において最も主走査方向(図1の座標系でY軸方向)に離間した発光点から発したビームが形成する走査線で顕著になる。
本発明では、シリンドリカルレンズを光軸垂直(図1記載の座標系のZ軸方向)に変位させることで走査位置に対する走査線間隔の変化をなるべく単調増加/減少するような特性を持たせることで像高間偏差を調整する。
図6はシリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2がそれぞれ独立にZ軸方向にΔZ=0.1mm変位した場合、および単玉シリンドリカルレンズがΔZ=0.1mm変位した場合(図中では「シリンダレンズ:ΔZ=0.1mm」で表している)の像高位置と走査線間隔誤差ΔP(ΔZ)の関係を計算したものである。
なお、図6において(ch.A1、ch.A2から発したビームが被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量[μm])を(ch.A1、ch.A3から発したビームが被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量[μm])と読み替えるものとする。
図6から分かるように、本発明の光走査装置では、シリンドリカルレンズ1でもシリンドリカルレンズ2でも、ΔZに対して走査線間隔の像高間偏差が正負に変化するように設計している。これは、走査開始端におけるΔZ=0.1mmに対応する走査線間隔誤差ΔP(ΔZ)をΔPs(ΔZ)、走査終了端における走査線間隔誤差ΔP(ΔZ)をΔPe(ΔZ)とすると、ΔPs(ΔZ)*ΔPe(ΔZ)が負になるということである。
本発明の光走査装置では、この働きにより走査線間隔の像高間偏差が低減するように調整する。
ここで、走査両端でのΔZに対する走査線間隔の変化量の差│ΔPs(ΔZ)−ΔPe(ΔZ)│を、シリンドリカルレンズ1、シリンドリカルレンズ2、単玉シリンドリカルレンズのそれぞれの場合で、│ΔP1s(ΔZ)−ΔP1e(ΔZ)│、│ΔP2s(ΔZ)−ΔP2e(ΔZ)│、│ΔPOs(ΔZ)−ΔPOe(ΔZ)│とすると、図6に示したように、
│ΔPOs(ΔZ)−ΔPOe(ΔZ)│>│ΔP2s(ΔZ)−ΔP2e(ΔZ)│
>│ΔP1s(ΔZ)−ΔP1e(ΔZ)│
の関係にある。
つまり、本発明のシリンドリカルレンズ構成は、ΔZ変位に対して尤度を持たせているので、従来の単玉シリンドリカルレンズの場合と比較して位置決めが容易であり組立工数の低減も図れる。
つぎに走査両端でのΔZに対する走査線間隔の変化量の差│ΔPs(ΔZ)−ΔPe(ΔZ)│を計算する。
屈折力の大きい方(シリンドリカルレンズ2)を│ΔPMs(ΔZ)−ΔPMe(ΔZ)│、他方(シリンドリカルレンズ1)を│ΔPms(ΔZ)−ΔPme(ΔZ)│とすると、本発明の光走査装置では、
│ΔPMs(ΔZ)−ΔPMe(ΔZ)│/│ΔPms(ΔZ)−ΔPme(ΔZ)│
≒3
である。つまり、シリンドリカルレンズ1と2ではΔZに対する感度が1:3になっている。
本発明の光走査装置では、このようにΔZの配置感度比を設け、シリンドリカルレンズ1のZ方向位置は無調整(但し、ΔZ=±0.1mm以下)としており、シリンドリカルレンズ1のZ方向変位による像高間偏差は他方(シリンドリカルレンズ2)のZ方向調整で補正する。これにより、調整項目の削減による組立工数低減が図れる。なお、
│ΔPMs(ΔZ)−ΔPMe(ΔZ)│/│ΔPms(ΔZ)−ΔPme(ΔZ)│
≧2.5
であれば、低屈折力側のシリンドリカルレンズのZ方向調整は無調整でも他方のシリンドリカルレンズの調整のみで補正できることが分かった。このような特性はシリンドリカルレンズの屈折力の比をPM/PS≧2.5にすることによって得られる(本発明では、PM/PS=2.7)。
図7はシリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2がそれぞれ独立にZ軸回りに回転する方向(γ回転)にΔγ=25min変位した場合、および単玉シリンドリカルレンズがΔγ=25min変位した場合(図中では「シリンダレンズ:Δγ=25min」で表している)の像高位置と走査線間隔誤差の変化量を計算したものである。なお、図7において(ch.A1、ch.A2から発したビームが被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量[μm])を(ch.A1、ch.A3から発したビームが被走査面上に形成する走査線の走査線間隔の変化量[μm])と読み替えるものとする。Δγに対する走査線間隔の像高間偏差は殆ど無く、全域でほぼ均一に変化する。中央像高でのΔγに対する走査線間隔変化量をΔPC(Δγ)とし、屈折力の大きい方(シリンドリカルレンズ2)のΔPC(Δγ)をΔPCM(Δγ)、他方のΔPC(Δγ)をΔPCm(Δγ)、単玉シリンドリカルレンズのΔPC(Δγ)をΔPCO(Δγ)とするとき、本発明の光走査装置では、
ΔPCM(Δγ)/ΔPCm(Δγ)≒3
である。また、
|ΔPCO(Δγ)|>|ΔPCM(Δγ)|>|ΔPCm(Δγ)|
の関係がある。
つまり、本発明のシリンドリカルレンズ構成は、Δγ変位に対して尤度を持たせているので、従来の単玉シリンドリカルレンズの場合と比較して位置決めが容易であり組立工数の低減も図れる。さらに、シリンドリカルレンズ1とシリンドリカルレンズ2の比較ではΔγに対する感度が1:3になっている。本発明の光走査装置では、このようにΔγの配置感度比を設け、シリンドリカルレンズ1のγ方向位置は無調整(但し、Δγ=±25min以下)としており、シリンドリカルレンズ1のγ方向変位による走査線間隔誤差は他方(シリンドリカルレンズ2)のγ方向調整で補正する。これにより、調整項目の削減による組立工数低減が図れる。
なお、シリンドリカルレンズのγ回転は被走査面上の結像スポット径にも影響する。これについてはどちらか一方のγが大きすぎると補正できないが、
ΔPCM(Δγ)/ΔPCm(Δγ)≧2.5
であれば、シリンダレンズ1のγ回転を無調整にしたとしても結像スポット径偏差を10μm以下に抑えられることが分かった。このような特性はシリンドリカルレンズの屈折力の比をPM/PS≧2.5にすることによって得られる(本発明では、PM/PS=2.7)。
[実施例2]
つぎに本発明の第2の実施例について図面を用いて説明する。
図8には、実施例1で説明した光走査装置を搭載した画像形成装置としてのレーザプリンタ1000の概略構成が示されている。
このレーザプリンタ1000は、光走査装置1010、像担持体である感光体ドラム1030、帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034、クリーニングブレード1035、トナーカートリッジ1036、給紙コロ1037、給紙トレイ1038、レジストローラ対1039、定着ローラ1041、排紙ローラ1042、及び排紙トレイ1043などを備えている。
被走査面となる感光体ドラム1030の表面には、感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム1030の表面が被走査面である。ここでは、感光体ドラム1030は、図1における矢印方向に回転するようになっている。
帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034及びクリーニングブレード1035は、それぞれ感光体ドラム1030の表面近傍に配置されており、感光体ドラム1030とともに作像部を構成している。そして、感光体ドラム1030の回転方向に沿って、帯電チャージャ1031→現像ローラ1032→転写チャージャ1033→除電ユニット1034→クリーニングブレード1035の順に配置されている。
帯電チャージャ1031は、感光体ドラム1030の表面を均一に帯電させる。
光走査装置1010は、帯電チャージャ1031で帯電された感光体ドラム1030の表面に、上位装置(例えばパーソナルコンピュータ等)からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム1030の表面に画像情報に対応した潜像が形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム1030の回転に伴って現像ローラ1032の方向に移動する。なお、この光走査装置1010の構成は、実施例1で説明したとおりである。
トナーカートリッジ1036にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ1032に供給される。
現像ローラ1032は、感光体ドラム1030の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ1036から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像(以下では、便宜上「トナー像」とも言う)は、感光体ドラム1030の回転に伴って転写チャージャ1033の方向に移動する。
給紙トレイ1038には記録媒体である記録紙1040が格納されている。この給紙トレイ1038の近傍には給紙コロ1037が配置されており、該給紙コロ1037は、記録紙1040を給紙トレイ1038から1枚づつ取り出し、レジストローラ対1039に搬送する。該レジストローラ対1039は、給紙コロ1037によって取り出された記録紙1040を一旦保持するとともに、該記録紙1040を感光体ドラム1030の回転に合わせて感光体ドラム1030と転写チャージャ1033との間隙に向けて送り出す。
転写チャージャ1033には、感光体ドラム1030の表面上のトナーを電気的に記録紙1040に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム1030の表面のトナー像が記録紙1040に転写される。ここでトナー像が転写された記録紙1040は、定着ローラ1041に送られる。
この定着ローラ1041では、熱と圧力とが記録紙1040に加えられ、これによってトナー像が記録紙1040上に定着される。ここで定着された記録紙1040は、排紙ローラ1042を介して排紙トレイ1043に送られ、排紙トレイ1043上に順次スタックされる。
除電ユニット1034は、転写後の感光体ドラム1030の表面を除電する。
クリーニングブレード1035は、感光体ドラム1030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1030の表面は、再度帯電チャージャ1031に対向する位置に戻る。
上記の実施例では、画像形成装置としてレーザプリンタ1000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い。要するに、光走査装置1010を備えた画像形成装置であれば、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。
例えば、前記光走査装置1010を備え、レーザ光によって発色する媒体(例えば、用紙)に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、CTスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
また、多色のカラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高精細な画像を高速で形成することが可能となる。
[実施例3]
つぎに本発明の第3の実施例について図面を用いて説明する。
図9はカラー画像に対応し、複数の作像部を備えるタンデムカラー機1500である。このタンデムカラー機1500は、ブラック(K)用の感光体ドラムK1、帯電器K2、現像器K4、クリーニング手段K5、及び転写用帯電手段K6からなるブラック(K)用作像部と、シアン(C)用の感光体ドラムC1、帯電器C2、現像器C4、クリーニング手段C5、及び転写用帯電手段C6からなるシアン(C)用作像部と、マゼンタ(M)用の感光体ドラムM1、帯電器M2、現像器M4、クリーニング手段M5、及び転写用帯電手段M6からなるマゼンタ(M)用作像部と、イエロー(Y)用の感光体ドラムY1、帯電器Y2、現像器Y4、クリーニング手段Y5、及び転写用帯電手段Y6からなるイエロー(Y)用作像部と、光走査装置1010Aと、給紙トレイ70と、転写ベルト80と、定着手段90などを備えている。
図12は光走査装置1010AのVCSELから感光ドラムまでの光学系の構成例を示す全体概略図である(光学系ハウジングは非図示としている)。
図12に示す光走査装置1010Aは、図1と同様の構成の走査光学系を4系統備えており、光偏向手段であるポリゴンミラー8は2系統づつで共用して振り分け走査を行っている。光源3としては、ブラック用のVCSEL、シアン用のVCSEL、マゼンタ用のVCSEL、イエロー用のVCSELを有している。各VCSELの複数の面発光レーザは、例えば図3に示したように2次元配列されている。そして、ブラック用のVCSELからの光はブラック用の走査光学系を介して被走査面となる感光体ドラムK1に照射され、シアン用のVCSELからの光はシアン用の走査光学系を介して感光体ドラムC1に照射され、マゼンタ用のVCSELからの光はマゼンタ用の走査光学系を介して感光体ドラムM1に照射され、イエロー用のVCSELからの光はイエロー用の走査光学系を介して感光体ドラムY1に照射されるようになっている。
各感光体ドラムK1,C1,M1,Y1は、図9中の矢印の方向に回転し、回転方向に沿ってそれぞれ帯電器K2,C2,M2,Y2、現像器K4、C4,M4,Y4、転写用帯電手段K6,C6,M6,Y6、クリーニング手段K5,C5,M5,Y5が配置されている。各帯電器K2,C2,M2,Y2は、対応する感光体ドラムK1,C1,M1,Y1の表面を均一に帯電する。この帯電器K2,C2,M2,Y2によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置1010Aにより光が照射され、感光体ドラムK1,C1,M1,Y1に静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器K4、C4,M4,Y4により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。
給紙トレイ70には記録媒体である記録紙71が格納されている。この給紙トレイ70の近傍には給紙コロ72と分離ローラ73が配置されており、この給紙コロ72と分離ローラ73とにより記録紙71を給紙トレイ70から1枚づつ取り出し、搬送ローラ74、75を介してレジストローラ対76に搬送する。該レジストローラ対76は、給紙コロ72と分離ローラ73とにより取り出された記録紙71を一旦保持するとともに、該記録紙71を各色の作像部の作像タイミングに合わせて転写ベルト80に送り出す。そして、転写ベルト80により各感光体ドラムと転写用帯電手段との間隙に向けて搬送する。
なお、図9の例では、感光体ドラムY1,M1,C1,K1の順に対応する転写用帯電手段Y6,M6,C6,K6により、転写ベルト80上の記録紙71に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段90により記録紙71に画像が定着され、図示しない排紙部に排紙される。
図9に示すようなタンデムカラー機では、各部品の製造誤差や位置誤差等によって色ずれが発生する場合があるが、光走査装置1010Aは、2次元配列された複数の発光部を有しているため、点灯させる発光部を選択することで色ずれの補正精度を高めることができる。
以上に説明した本発明による光走査装置と画像形成装置は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ、あるいはこれらの機能を有する複合機を含む画像形成装置全般に利用することができる。
1、2:シリンドリカルレンズ(シリンダレンズ)
3:光源
4:λ/4板
5:ガラスレンズ
6:樹脂レンズ
7:アパーチャ
8:ポリゴンミラ(光偏向手段)
9:防音ガラス
10:被走査面(像担持体)
L1、L2:走査レンズ
特開平4−101112号公報 特開平8−15625号公報 特開2008−76712号公報

Claims (10)

  1. 複数の発光点を有する光源と、
    前記光源から出射された複数の光束を偏向走査する光偏向手段と、
    前記光源から出射した複数の光束を整形し前記光偏向手段の略偏向面位置に偏向走査方向に長い線像として結像させる光偏向手段前光学系と、
    前記光偏向手段の偏向面で偏向走査された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、
    を備えた光走査装置において、
    前記光偏向手段前光学系は、前記光源から出射した複数の光束を整形する第1の光学素子と、
    前記光源側より順に、偏向走査方向には屈折力が無く、偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する第2の光学素子と第3の光学素子と、を有し、
    |ΔPOs(ΔZ)−ΔPOe(ΔZ)|>|ΔPMs(ΔZ)−ΔPMe(ΔZ)|>|ΔPms(ΔZ)−ΔPme(ΔZ)|、
    |ΔPMs(ΔZ)−ΔPMe(ΔZ)|/|ΔPms(ΔZ)−ΔPme(ΔZ)|≧2.5、
    |ΔPCO(Δγ)|>|ΔPCM(Δγ)|>|ΔPCm(Δγ)|、
    ΔPCM(Δγ)/ΔPCm(Δγ)≧2.5
    を満足していることを特徴とする光走査装置。
    ただし、前記光源部の複数の発光点から発した光束が形成するが前記被走査面上の複数の結像スポットのうち、前記偏向走査方向かつ前記偏向走査垂直方向に最も離間した2つの結像スポットが形成する走査線の走査線間隔をPとし、
    前記被走査面上に形成する走査線の走査中央における走査線間隔をPCとして、
    ΔPOs(ΔZ):前記第2の光学素子の焦点距離と前記第3の光学素子の焦点距離とを合成した合成距離と同じ焦点距離を有し、前記偏向走査方向には屈折力が無く、前記偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する単一の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査開始端における前記走査線間隔Pの変化量、
    ΔPOe(ΔZ):前記第2の光学素子の焦点距離と前記第3の光学素子の焦点距離とを合成した合成距離と同じ焦点距離を有し、前記偏向走査方向には屈折力が無く、前記偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する単一の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査終了端における前記走査線間隔Pの変化量、
    ΔPMs(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査開始端における前記走査線間隔Pの変化量、
    ΔPMe(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査終了端における前記走査線間隔Pの変化量、
    ΔPms(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が小さい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査開始端における前記走査線間隔Pの変化量、
    ΔPme(ΔZ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が小さい方の光学素子の前記偏向走査垂直方向の変位ΔZに対応する走査終了端における前記走査線間隔Pの変化量、
    ΔPCO(Δγ):前記第2の光学素子の焦点距離と前記第3の光学素子の焦点距離とを合成した合成距離と同じ焦点距離を有し、前記偏向走査方向には屈折力が無く、前記偏向走査垂直方向にのみ共に正の屈折力を有する単一の光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸回り回転角Δγに対応する前記走査線間隔PCの変化量、
    ΔPCM(Δγ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸回り回転角Δγに対応する前記走査線間隔PCの変化量、
    ΔPCm(Δγ):前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が小さい方の光学素子の前記光偏向手段前光学系の光軸回り回転角Δγに対応する前記走査線間隔PCの変化量、
    とする。
  2. 請求項1に記載の光走査装置において、
    ΔZ=0.1mmのとき、|ΔPms(0.1mm)−ΔPme(0.1mm)|≦0.6μm
    Δγ=25minのとき、 |ΔPCm(25min)|≦0.75μm
    を満足していることを特徴とする光走査装置。
  3. 請求項1または2に記載の光走査装置において、
    前記第2の光学素子、前記第3の光学素子のうち、前記偏向走査垂直方向の屈折力が大きい方の光学素子の屈折力をPM、他方の光学素子の屈折力をPSとする時、
    PM/PS≧2.5
    を満足していることを特徴とする光走査装置。
  4. 請求項1乃至3の何れか一項に記載の光走査装置において、
    前記第2の光学素子の前記偏向走査垂直方向の入射面は前記光源側に凸の面であることを特徴とする光走査装置。
  5. 請求項1乃至4の何れか一項に記載の光走査装置において、
    前記光源は、複数の発光点が所定の間隔で1次元に配列された発光点列を所定の間隔で複数列配置した2次元アレイ光源であることを特徴とする光走査装置。
  6. 請求項5に記載の光走査装置において、
    前記2次元アレイ光源は面発光レーザアレイであることを特徴とする光走査装置。
  7. 請求項1乃至4の何れか一項に記載の光走査装置において、
    前記光源は、複数の発光点が所定の間隔で1次元に配列された発光点列を有するアレイ光源であることを特徴とする光走査装置。
  8. 請求項7に記載の光走査装置において、
    前記アレイ光源は端面発光型半導体レーザアレイであることを特徴とする光走査装置。
  9. 像坦持体と、該像坦持体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記像坦持体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記像坦持体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む作像部を備え、前記作像部の前記像坦持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
    前記光走査手段として、請求項1乃至8の何れか一項に記載の光走査装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。
  10. 像坦持体と、該像坦持体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段によって帯電された前記像坦持体の表面に光を照射して静電潜像を形成する光走査手段と、前記像坦持体上の静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像手段とを含む作像部を複数備え、前記複数の作像部の前記像坦持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体上のトナー像を定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
    前記光走査手段として、請求項1乃至8の何れか一項に記載の光走査装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。
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