JP5670691B2 - 光走査装置及びそれを採用した電子写真方式の画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及びそれを採用した電子写真方式の画像形成装置に関する。

光走査装置は、光源から出射された光を所定領域に走査（ｓｃａｎｎｉｎｇ）する装置であり、電子写真方式の画像形成装置や、走査型ディスプレイなどの多様な分野に採用されている。

例えば、電子写真方式の画像形成装置において、光走査装置が感光ドラムのような感光体に光ビームを走査することになると、光走査装置による主走査及び感光体の移動による副走査によって、感光体には、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、トナーのような現像剤を利用して現像画像に現像され、現像画像は、印刷媒体上に転写される。

光走査装置は、光源から出射された光ビームを偏向して感光体に走査する光偏光器を有し、更に、光源から出射された光ビームを屈折させ結像させる光学素子（レンズ）を有する。このような光走査装置の一例として、特許文献１には、光源から出射された光ビームを平行した光束に整形するコリメーティング・レンズ、光偏光器の反射面に集束させるシリンドリカル・レンズ、光偏光器で走査された光ビームを感光体に結像させる走査レンズなどを含む光走査装置が開示されている。他の例として、特許文献２には、光源から出射された光ビームを平行ビームに変換するコリメーティング・レンズと、平行ビームを副走査方向に收斂させるシリンダ・レンズと、收斂された光ビームを主走査方向に偏向するビーム偏向ミラーと、ビーム偏向ミラーによって偏向された光ビームを被走査面上に結像させるＦθレンズとを具備し、ここで、コリメーティング・レンズの入射面が回折面として形成された光走査装置が開示されている。

韓国公開特許第２００６−００３０３７１号明細書 韓国公開特許第２００７−００１７７６０号明細書

本発明は上記従来の技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、光学構成を簡素化させ得る光走査装置及びそれを採用した電子写真方式の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になされた本発明の一特徴による光走査装置は、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを主走査方向に偏向して走査する光偏光器と、前記光源と光偏光器との間に配され、前記光源から出射された光ビームを主走査方向に平行光ビームに整形し、副走査方向に光偏光器の反射面に集光させる、単枚に形成された第１光学素子と、前記光偏光器で偏向され走査される光ビームを被走査面に結像させる少なくとも単枚の第２光学素子と、を備え、｜βｍ｜＞｜βｓ｜の数式を満足する。ここで、βｍは、光走査装置の光学系の主走査方向の倍率であり、βｓは、光走査装置の光学系の副走査方向の倍率である。

本発明の一特徴による電子写真方式の画像形成装置は、感光体と、前記感光体の被走査面に光を走査して静電潜像を形成するものであって、上述の光走査装置と、前記感光体に形成された静電潜像にトナーを供給して現像させる現像装置と、を備える。

光走査装置は、０．０５＜（βｓ／βｍ）^２＜０．５の数式を満足し得る。
前記第１光学素子は、アナモフィック・レンズであり得る。
前記第１光学素子は、プラスチックで形成され得る。
前記第１光学素子の少なくとも一面には、回折パターンが形成され得る。
前記第１光学素子の回折パターンは、歯車状又は階段状に形成され得る。
前記第１光学素子の回折パターンが形成された回折面は、円形又は楕円の形状になり得る。
前記第１光学素子の回折パターンは、下記の数式で表示され得る。

ここで、φは、回折パターンの位相であり、ｍは、回折次数であり、λは、前記光源から放出される光ビームの波長であり、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、ｃ_４は、位相多項式係数であり、ｒは、前記第１光学素子の回折パターンが形成された回折面の中心点を基準にした距離である。
光走査装置は、光ビームの形状を整形するスリットを更に含むことができる。

本発明の光走査装置によれば、光源と光偏光器との間に配される光学素子を単枚に形成し、光学部品数を減らしながら、光学素子の副走査／主走査の倍率比を適切に設定することで、設置時に光学部品の調整を容易に行うことができ、光源などに対する調整部材を不要として、光学的・機構的特性を確保することができる。

本発明の一実施形態による光走査装置の光学的配置を、主走査平面から見た概略的な図面である。 図１の光走査装置の光学的配置を、副走査平面から見た概略的な図面である。 図１の光走査装置に採用される第１光学素子の一例の概略的な側面図である。 （ａ）は図１の光走査装置に採用される第１光学素子の一変形例の概略的な側面図であり、（ｂ）は（ａ）の第１光学素子の回折面を示す図面である。 第１光学素子の位置調整による副走査ビーム径の変化を、光走査装置の光学系の主走査／副走査方向の倍率比別に図示したグラフである。 本発明の一実施形態による光走査装置を採用した電子写真方式の画像形成装置の概略的構成を図示した構成図である。

以下、本発明による光走査装置及びそれを採用した電子写真方式の画像形成装置を実施するための形態の具体例を、図面を参照ながら詳細に説明する。以下で例示する実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を、該技術分野で当業者に十分に説明するために提供するものである。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上での各構成要素の大きさは、説明の明瞭性と便宜性とのために誇張することがある。

図１は、本発明の一実施形態による光走査装置の光学的配置を、主走査平面から見た概略的な図面であり、図２は、光走査装置の光学的配置を、副走査平面から見た概略的な図面である。ここで、主走査平面というのは、主走査方向に走査される光ビームが走査される平面であり、副走査平面というのは、主走査方向に垂直な平面である。図２は、便宜上、ビーム偏向器（光偏光器）で屈折する光ビームを、直進する光ビームのように図示している。

図１及び図２を参照すると、光走査装置は、光ビームＬを出射する光源２０、スリット４０、第１光学素子５０、光偏光器６０、及び第２光学素子７０を含む。

光源２０は、光ビームを放出するものであり、例えば、レーザビームを放出する半導体レーザダイオードが採用され得る。

スリット４０は、光源２０から放出された光ビームの形状を整形するものであり、例えば、円形或いは楕円形の形状の開口を有することができる。図１及び図２は、このようなスリット４０が、光源２０と第１光学素子５０との間に配される場合を図示しているが、これに限定されるものではない。例えば、スリット４０は、第１光学素子５０と光偏光器６０との間に配することもできる。更に、このようなスリット４０は、省略することもできる。

第１光学素子５０は、光源２０と光偏光器６０との間に配され、光源２０から出射された光ビームＬを、主走査方向ｘには、ほぼ平行光ビーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ）に整形し、副走査方向ｙには、光偏光器６０の反射面に集光させるものであり、単枚のアナモフィック・レンズ（ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ ｌｅｎｓ）であり得る。このような第１光学素子５０は、従来の光走査装置において、個別的に設けられるコリメーティング・レンズとシリンドリカル・レンズとの機能を共に遂行する。第１光学素子５０は、プラスチック材質から形成され得る。ここで、主走査方向ｘは、被走査面８０から見たとき、光ビームＬが走査される方向であり、副走査方向ｙは、被走査面８０から見たとき、主走査方向ｘに垂直な方向であり、光偏光器６０の回転軸方向と同じである。

図３は、このような第１光学素子５０の一例を図示する。図３を参照すると、第１光学素子５０の入射面５０ａ及び出射面５０ｂのうちの少なくとも一面が、主走査方向と副走査方向との、屈折力を異にする曲面に形成され得る。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１光学素子の一変形例を図示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照すると、第１光学素子５０’の入射面５０ａ’に、回折パターン５１が形成される。回折パターン５１は、歯車状又は階段状に形成され得る。

このような回折パターン５１は、数式１の位相多項式で表示され得る。

ここで、φは、回折パターン５１が形成された回折領域、即ち、回折面の中心点を基準に、距離ｒほど離れたところの回折パターン５１の位相（ｐｈａｓｅ）であり、ｍは、回折次数であり、λは、光源２０（図１参照）から放出される光ビームＬの波長であり、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、ｃ_４は、位相多項式係数である。

図４（ｂ）及び数式１は、回折面が円形の形状を有している場合を示しているが、これに限定されるものではない。例えば回折面は、楕円の形状を有することもある。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、回折パターン５１が第１光学素子５０’の入射面５０ａ’に形成された場合を図示しているが、これに限定されるものではなく、第１光学素子５０’の入射面５０ａ’及び出射面５０ｂ’のうちの少なくとも１つの面に、回折パターン５１が形成され得る。

再び図１及び図２を参照すると、光偏光器６０は、入射した光ビームＬを被走査面８０に主走査方向ｘに走査するものであり、例えば、複数の反射面を有して回転するポリゴン・ミラーが採用され得る。光源２０から出射された光ビームＬは、光偏光器６０の反射面で、被走査面８０に向けて偏向反射され、光偏光器６０が回転することによって、主走査方向ｘに走査される。このような光偏光器６０の他の例として、微小電気機械素子（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）で具現されるミラー・スキャナがある。

第２光学素子７０は、光偏光器６０で走査された光ビームＬを、被走査面８０に結像させる光学系であり、光偏光器６０と被走査面８０との間に配される。このような第２光学素子７０は、プラスチック材質から形成され得る。第２光学素子７０は、主走査方向から見たとき、光偏光器６０で走査された光ビームＬを、被走査面８０に等速走査されるように補正する非球面を有することができる。また、第２光学素子７０は、副走査方向から見たとき、光偏光器６０の反射面と被走査面８０とに、光ビームＬの焦点を結ばせる。このように、第２光学素子７０は、光偏光器６０の反射面と被走査面８０とを共役関係とすることによって、光偏光器６０の軸が揺れることに対して補正を行うことができる。本実施形態は、第２光学素子７０が単枚のレンズである場合を例にして説明しているが、２枚以上の複数のレンズでも構成され得る。第２光学素子７０と被走査面８０との間には、光路を適切に変更できる反射ミラー（図示せず）が更に介在され得る。

一方、本実施形態の光走査装置は、第１光学素子５０を単枚のレンズで構成することによって、従来の光走査装置で、コリメーティング・レンズとシリンドリカル・レンズとが個別的に設けられる構成との違いを有する。従来の光走査装置の場合、コリメーティング・レンズ及びシリンドリカル・レンズのそれぞれの光軸上の位置を調整することによって、主走査平面での結像位置と、副走査平面での結像位置とを独立して調整することになる。一方、本実施形態は、単枚の第１光学素子５０で、コリメーティング・レンズ及びシリンドリカル・レンズの機能を遂行することになるので、主走査平面での結像位置と、副走査平面での結像位置とを独立して調整することが多少困難であり、これによって、本実施形態は、光走査装置の全体光学系の倍率が下記の数式２を満足するように設計する。

〔数２〕
｜βｍ｜＞｜βｓ｜

ここで、βｍは、光走査装置の光学系の主走査方向の倍率であり、βｓは、光走査装置の光学系の副走査方向の倍率である。

更に、第１光学素子５０及び第２光学素子７０は、光走査装置の光学系の倍率が、下記の数式３を満足するように設計及び配置され得る。

〔数３〕
０．０５＜（βｓ／βｍ）^２＜０．５

本実施形態の光走査装置の光学系が、上記のような数式２、更に数式３を満足する場合、主走査／副走査の倍率比が従来の光走査装置の場合より相対的に小さいので、副走査方向の公差敏感度を低減させることができ、これによって、光走査装置の光学的・機構的特性を確保することができる。例えば、第１光学素子５０を、光ビームの主走査方向のスポットだけを基準に調整しても、公差範囲内で、第１光学素子５０を光走査装置内に設けることになる。また、第１光学素子５０は、光ビームの主走査方向のスポットを基準に調整された状態で、光走査装置のフレーム（図示せず）に接着剤などで固定するだけで十分であるので、別途の調整部材が不要となる。このとき、第１光学素子５０の調整は、上下、左右又はビーム進行方向に移動させたり、更にビーム進行方向を軸として回転させたりしながらなされ得る。更に、光源２０を上下、左右又はビーム進行方向に移動させながら、光ビームのスポットを更に精密に調整することができる。光源２０の場合も、別途の調整部材なしに、光ビームの主走査方向のスポットを基準に調整された状態で、光走査装置のフレーム（図示せず）に接着剤などで固定することができる。

次に、具体的な実施例を通して、光走査装置の光学系の設計条件について説明する。

下記の表１は、図１及び図２の光学的配置を基準に、光走査装置の光学系の設計条件を示している。

ここで、ｄ１〜ｄ５は、図２に示しているように、第１光学素子５０及び第２光学素子７０間の距離或いは光軸方向の厚みを示し、Ｒ１は、第１光学素子５０の入射面５０ａの曲率半径を示し、Ｒ２は、第１光学素子５０の出射面５０ｂの曲率半径を示す。また、Ｒ３は、第２光学素子７０の入射面７０ａの曲率半径を示し、Ｒ４は、第２光学素子７０の出射面７０ｂの曲率半径を示す。基準波長λは、光源２０から放出される光ビームＬの波長である。表１で、屈折率ｎと基準波長λとを除外した残りの単位は、ｍｍである。

本実施例で、βｍは８．９であり、βｓは５．５２であるから、数式２の条件を満足し、更に、（βｓ／βｍ）^２の値が０．３８であるから、数式３の条件を満足する。

下記の表２は、先ず、光ビームＬが、被走査面８０に、主走査方向ｘに焦点を結ぶように第１光学素子５０を調整した場合、第１光学素子５０の調整量による副走査方向ｙのスポット・サイズの変化を（βｓ／βｍ）^２の値に示し、図５は、このような副走査方向のスポット・サイズの変化をグラフで示している。ここで、第１光学素子５０の調整量は、第１光学素子５０を光ビームＬの進行方向ｚに動かすときの値を意味する。

上記表２及び図５を参照すると、（βｓ／βｍ）^２の値が０．５４のように大きい値を有する場合、第１光学素子５０を、光ビームＬの進行方向ｚに動かすと、副走査方向ｙのスポット・サイズ、即ち、ビーム径が大きく変化することになり、第１光学素子５０の副走査方向の公差敏感度が大きいという点が分かる。一方、（βｓ／βｍ）^２の値が０．４６を有する場合、第１光学素子５０を、光ビームＬの進行方向ｚに動かしても、副走査方向ｙのスポット・サイズが緩慢に変化するので、第１光学素子５０の副走査方向の公差敏感度が小さくなることが分かり、（βｓ／βｍ）^２の値が０．２７７のように、更に小さい値を有する場合、第１光学素子５０の副走査方向の公差敏感度が更に小さくなることが分かる。このように、光走査装置の光学系が、上記数式２更に数式３を満足し、第１光学素子５０の副走査方向の公差敏感度が小さくなると、第１光学素子５０を設ける際、主走査方向のスポットを基準に第１光学素子５０を調整しても、既設定のビーム径変動許容量を満足させることができ、第１光学素子５０を単枚に構成する場合に発生し得る調整の難点を解決できる。

下記の表３は、図１及び図２の光学的配置を基準に光走査装置の光学系の設計条件を示し、特に、第１光学素子が図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明したように、回折面を有する場合である。

一方、第１光学素子５０’（図４Ａ参照）の回折面は、上述の数式１の回折パターンで入射面５０ａ’に形成され、下記の表４で与えられた値を満足する。

本実施例で、βｍは１０．９８であり、βｓは５．１９であるから、数式２の条件を満足し、更に（βｓ／βｍ）^２の値が０．２２であるから、数式３の条件を満足する。

図６は、本発明の一実施形態による光走査装置を採用した電子写真方式の画像形成装置の概略的構成を図示した構成図である。

図６を参照すると、画像形成装置は、光走査装置１００、感光ドラム２００、現像装置３００、帯電ローラ４００、クリーニング装置５００、中間転写ベルト６００、第１転写ローラ７００、第２転写ローラ８００、及び定着装置９００を含む。

カラー画像を印刷するために、光走査装置１００、感光ドラム２００、及び現像装置３００は、各カラー別に設けられ得る。各カラー別に設けられた光走査装置１００は、上述の実施形態の光走査装置が採用され得る。光走査装置１００は、４個の光を４個の感光ドラム２００にそれぞれ走査する。感光ドラム２００は、感光体の一例であり、円筒形金属パイプの外周面に、所定厚の感光層が形成されたものである。図面に示していないが、感光体として、ベルト状の感光ベルトが採用されることもある。感光ドラム２００の外周面は、被走査面になる。帯電ローラ４００は、感光ドラム２００に接触して回転しながら、その表面を均一な電位に帯電させる帯電器の一例である。帯電ローラ４００には、帯電バイアスが印加される。帯電ローラ４００の代わりに、コロナ帯電器（図示せず）が使われることもある。光走査装置１００は、主走査方向に光ビームを走査し、画像情報によって変調された感光ドラム２００の被走査面に、静電潜像を形成する。このとき、被走査面は、感光ドラム２００が回転するにつれて副走査方向に移動することになり、光走査装置１００は、水平同期信号に同期され、被走査面に、主走査方向に光ビームを走査することによって、感光ドラム２００の被走査面には、二次元の静電潜像が形成される。

４個の感光ドラム２００には、それぞれ黒色（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）の色相の画像情報に対応する静電潜像が形成される。４個の現像装置３００は、それぞれ黒色（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）の色相のトナーを感光ドラム２００に供給し、黒色（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）の色相のトナー画像を形成する。中間転写ベルト６００は、４個の感光ドラム２００と接触して走行する。感光ドラム２００に形成された黒色（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）の色相のトナー画像は、第１転写ローラ７００に印加される第１転写バイアスによって、中間転写ベルト６００にそれぞれ重なって転写される。転写されて残ったトナー画像は、クリーニング装置５００によって除去される。中間転写ベルト６００に転写されたトナー画像は、第２転写ローラ８００に印加される第２転写バイアスによって、中間転写ベルト６００から記録媒体Ｐに転写される。記録媒体Ｐに転写されたトナー画像が、定着装置９００から熱と圧力とを受けて記録媒体Ｐに定着することによって、印刷が完了する。

上述のように本実施形態の光走査装置は、光走査装置の光学系が所定の主走査／副走査倍率比を満足するように構成することにより副走査方向の公差敏感度を小さくし、単枚の第１光学素子で、主走査方向に平行光ビームに整形し、副走査方向に光偏光器の反射面に集光させつつ、設置時に光学部品の調整を容易に行える。更に、光学部品の調整時に、副走査方向の公差敏感度を低減させることによって、第１光学素子を光走査装置内に設ける際に発生する収率低下を抑制でき、光源などに対する調整部材が不要となる。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

２０ 光源
４０ スリット
５０、５０’ 第１光学素子
５０ａ、５０ａ’ 第１光学素子の入射面
５０ｂ、５０ｂ’ 第１光学素子の出射面
５１ 回折パターン
６０ 光偏光器
７０ 第２光学素子
７０ａ 第２光学素子の入射面
７０ｂ 第２光学装置の出射面
８０ 被走査面
１００ 光走査装置
２００ 感光ドラム
３００ 現像装置
４００ 帯電ローラ
５００ クリーニング装置
６００ 中間転写ベルト
７００ 第１転写ローラ
８００ 第２転写ローラ
９００ 定着装置
Ｌ 光ビーム
Ｐ 記録媒体

Claims (8)

1. 光ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された光ビームを主走査方向に偏向して走査する光偏光器と、
   前記光源と光偏光器との間に配され、前記光源から出射された光ビームを主走査方向に平行光ビームに整形し、副走査方向に前記光偏光器の反射面に集光させる、単枚に形成された第１光学素子と、
   前記光偏光器で偏向され走査される光ビームを被走査面に結像させる少なくとも単枚の第２光学素子と、を備え、
   下記の数式を満足し、
   ｜βｍ｜＞｜βｓ｜
   前記第１光学素子と前記第２光学素子は、下記の数式を満足することを特徴とする光走査装置。
   ０．０５＜（βｓ／βｍ） ^２ ＜０．５
   ここで、βｍは、光走査装置の光学系の主走査方向の倍率であり、βｓは、光走査装置の光学系の副走査方向の倍率である。
2. 前記第１光学素子は、アナモフィック・レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記第１光学素子は、プラスチックで形成されることを特徴とする請求項１及び２に記載の光走査装置。
4. 前記第１光学素子の少なくとも一面には、回折パターンが形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記第１光学素子の回折パターンが形成された回折面は、円形又は楕円の形状を有することを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記第１光学素子の回折パターンは、下記の数式で示されることを特徴とする請求項４及び５に記載の光走査装置。
   

   

   ここで、φは、前記第１光学素子の回折パターンが形成された回折面の中心点を基準に距離ｒほど離れたところの回折パターンの位相であり、ｍは、回折次数であり、λは、前記光源から放出される光ビームの波長であり、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、ｃ_４は、位相多項式係数である。
7. 光ビームの形状を整形するスリットを更に含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 感光体と、
   前記感光体の被走査面に光を走査して静電潜像を形成するものであって、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   前記感光体に形成された静電潜像にトナーを供給して現像させる現像装置と、を備えることを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
   
   

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