JP5691528B2 - 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、被走査面を光により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、出力画像のカラー化が進み、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。そして、それに伴って、画像形成装置に対して更なる高画質化及び小型化への要求が高まってきた。
例えば、特許文献1には、斜入射方式の光走査装置において、温度変動による走査線曲がりの発生によるカラー画像の色ずれを補正することを目的とし、複数の光源装置からの光ビームのうち光偏向器の同一の偏向反射面で偏向される光ビームは、偏向反射面の法線を挟み副走査方向両側より入射し、偏向反射面の法線に対し副走査方向の片側より入射し偏向反射される光ビームの、偏向反射面から対応する被走査面までの光路上に、偶数枚の副走査方向への反射ミラーが配置され、偏向反射面の法線に対し副走査方向の逆側より入射し偏向反射される光ビームの、偏向反射面から対応する被走査面までの光路上に、奇数枚の副走査方向への反射ミラーが配置されている光走査装置が開示されている。
また、特許文献2には、走査光学系の光路長を長くすることなく、色ずれを低減することを目的とし、複数の光学ハウジングのそれぞれに、光源と、光源からの光ビームを偏向する偏向反射面を備えた光偏向手段と、光偏向手段により偏向された光ビームを被走査面上に集光するための走査光学系とが保持され、光学ハウジングから射出される複数の光ビームが被走査面上を走査する方向は、同一であり、複数の光学ハウジングは、熱的に遮断されるように配備されている光走査装置が開示されている。
また、特許文献3には、複数の感光体を配置した際に、感光体間隔を狭くすることを目的とし、結像光学手段は、回転多面鏡から偏向走査された光束を感光体から遠ざける方向に一旦反射させ、その後、光束を感光体に導く複数の反射ミラーと、回転多面鏡から偏向走査された光束が入射する少なくとも1つのfθ特性を有したレンズとから構成され、回転多面鏡の同一の反射面で反射された複数の光束のうち、回転多面鏡とレンズの間を通り感光体に向けて反射された光束と、異なる感光体に向けて反射された光束との間で光束上を含んだ位置に、回転多面鏡の同一の反射面で反射された複数の光束の結像光学手段を配置した走査光学装置が開示されている。
また、特許文献4には、装置全体をコンパクトに構成することを目的とし、結像光学素子を構成する少なくとも1つの結像光学素子には、偏向面で偏向走査された光束が入射し通過し、その後、少なくとも1つの反射光学素子で反射した後、再度、入射方向とは結像光学系の光軸方向において逆方向から入射し通過しており、偏向手段の異なる偏向面で偏向走査された少なくとも2つの光束のそれぞれは、結像光学素子を再通過した後に、副走査断面内において互いに交差している光走査装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されている光走査装置では、対向走査における一側の光学系と他側の光学系では、走査方向が互いに逆向きであり、主走査方向に関する位置ずれの向きは逆向きになる。そこで、書き込みを開始するタイミング(以下、「書込開始タイミング」と略述する)を同期検知センサの出力信号に基づいて制御していても、同期検知センサに入射する光がレンズを通過する場合は、一側の光学系における温度変動と他側の光学系における温度変動とが必ずしも一致しないため、一側での書込開始タイミングと他側での書込開始タイミングとの間にわずかであるがずれを生じるおそれがあった。これは、主走査方向での色ずれとして画像品質に悪影響を及ぼす。
また、特許文献2に開示されている光走査装置では、書込ユニットを2つに分けた場合の1ユニット内での温度分布や、それに対応したレンズ配置までは考慮されていなかった。
また、特許文献3に開示されている走査光学装置では、装置が厚くなるという不都合があった。また、対向走査における一側と他側とで走査線曲がりが逆向きになり、色ずれを生じるおそれがあった。
また、特許文献4に開示されている光走査装置では、走査レンズがポリゴンミラーに近接しており、温度変動の影響を大きく受けるおそれがあった。
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、高さ方向及び幅方向の寸法が小さく、温度変動による光学特性の劣化が少ない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、小型で、高品質の画像を形成す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、少なくとも4つの被走査面をそれぞれ光束により主走査方向に走査する光走査装置であって、それぞれ軸まわりに回転する複数の反射面を有し、それぞれ2つの光束が同一反射面に副走査方向に関して斜入射される第1光偏向器及び第2光偏向器と;前記第1光偏向器で偏向された2つの光束を、それぞれ対応する被走査面に導く第1走査光学系及び第2走査光学系と;前記第2光偏向器で偏向された2つの光束を、それぞれ対応する被走査面に導く第3走査光学系及び第4走査光学系と;を備え、前記4つの走査光学系は、副走査方向のパワーが最も強い光学面をそれぞれ有し、前記第1走査光学系における副走査方向のパワーが最も強い光学面の近傍に位置する光偏向器は前記第1光偏向器であり、前記第2走査光学系における副走査方向のパワーが最も強い光学面の近傍に位置する光偏向器は前記第2光偏向器であり、前記副走査方向のパワーが最も強い光学面は、いずれも鉛直方向に関して、最も近くにある光偏向器の軸受部の下端よりも下方に位置し、前記副走査方向のパワーが最も強い光学面をもつレンズは、いずれも板金部材によって保持され、前記板金部材の長手方向の少なくとも一側の端部は、前記レンズが収納された光学ハウジングの外に露出して取り付けられていることを特徴とする光走査装置である。
これによれば、高さ方向及び幅方向の寸法が小さく、温度変動による光学特性の劣化を少なくすることができる。
本発明は、第2の観点からすると、少なくとも4つの像担持体と;前記少なくとも4つの像担持体を画像データに応じて変調された光束により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、小型で、高品質の画像を形成することができる。
本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 図1における光走査装置の構成を説明するための図(その1)である。 図1における光走査装置の構成を説明するための図(その2)である。 図1における光走査装置の構成を説明するための図(その3)である。 図1における光走査装置の構成を説明するための図(その4)である。 図6(A)〜図6(C)は、それぞれ光源に含まれるLDアレイを説明するための図である。 第1走査レンズの各光学面の形状を説明するための図である。 第2走査レンズの各光学面の形状を説明するための図である。 主な光学素子の配置例を説明するための図(その1)である。 主な光学素子の配置例を説明するための図(その2)である。 図9及び図10におけるd1〜d9の具体例を説明するための図である。 板金部材を説明するための図である。 光学ハウジング内の温度分布を説明するための図である。 放熱部材を説明するための図である。 光走査装置の変形例1を説明するための図である。 光走査装置の変形例2を説明するための図である。 光走査装置の変形例3を説明するための図である。 変形例3における各光学ハウジング内の温度分布を説明するための図である。 光走査装置の変形例4を説明するための図である。 光走査装置の変形例5を説明するための図である。 放熱部材を説明するための図である。 比較例1の光走査装置における各光学ハウジング内の温度分布を説明するための図である。 光走査装置の比較例2を説明するための図である。 光走査装置の比較例3を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図13に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係るカラープリンタ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、定着装置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。
プリンタ制御装置2090は、CPU、該CPUにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているROM、作業用のメモリであるRAM、アナログデータをデジタルデータに変換するAD変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置2090は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置2010に送る。
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。なお、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。
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装置の方向に移動する。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、重ね合わされて多色の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、定着装置2050に送られる。
定着装置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。
光走査装置2010は、一例として図2〜図5に示されるように、4つの光源(2200a、2200b、2200c、2200d)、4つのカップリングレンズ(2201a、2201b、2201c、2201d)、4つの開口板(2202a、2202b、2202c、2202d)、4つのシリンドリカルレンズ(2204a、2204b、2204c、2204d)、2つのポリゴンミラー(2104A、2104B)、2枚の第1走査レンズ(2105A、2105B)、6枚の折り返しミラー(2106a、2106b、2106c、2106d、2107a、2107c)、4枚の第2走査レンズ(2108a、2108b、2108c、2108d)、4枚の防塵ガラス(2110a、2110b、2110c、2110d)、及び不図示の走査制御装置などを備えている。そして、これらは、光学ハウジング2300(図2〜図4では図示省略、図5参照)の所定位置に組み付けられている。
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、各ポリゴンミラーの回転軸に平行な方向をZ軸方向として説明する。そこで、光学ハウジング2300における鉛直方向の寸法が高さであり、鉛直方向及びY軸方向のいずれにも直交する方向の寸法が幅である。
また、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2200aと光源2200b、及び光源2200cと光源2200dは、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向)に関して離れた位置に配置されている。
光源2200aと光源2200c、及び光源2200bと光源2200dは、は、X軸方向に関して離れた位置に配置されている。
各光源は、発振波長が659nmの2つの発光部を有するLD(Laser Diode)アレイを含んでいる(図6(A)参照)。該2つの発光部の間隔dは30μmである。また、各発光部における光束の発散角は、2つの発光部を水平に並べたとき、横方向が32°(半値全角)、縦方向が8.5°(半値全角)である。
各光源は、その略中心を通り、ポリゴンミラーに向かう方向に平行な軸まわりに回動可能であり、感光体ドラム表面に形成される潜像の画素密度が600dpiに対応するように、すなわち、感光体ドラム表面における副走査方向に関するビーム間隔(ビームピッチ)が約42.3μmになるように(図6(B)参照)、回転調整されている。ここでは、2つの発光部を結ぶ線分が主走査対応方向に対して63.4°傾斜するように回転調整されている(図6(C)参照)。
カップリングレンズ2201aは、光源2200aから射出された光束(以下では、「光束LBa」ともいう。)の光路上に配置されている。
カップリングレンズ2201bは、光源2200bから射出された光束(以下では、「光束LBb」ともいう。)の光路上に配置されている。
カップリングレンズ2201cは、光源2200cから射出された光束(以下では、「光束LBc」ともいう。)の光路上に配置されている。
カップリングレンズ2201dは、光源2200dから射出された光束(以下では、「光束LBd」ともいう。)の光路上に配置されている。
各カップリングレンズは、焦点距離が14.5mm、波長659nmの光に対する屈折率が1.515のガラス製レンズであり、対応する光源からの光束を略平行光束にする。
開口板2202aは、開口部を有し、カップリングレンズ2201aを介した光束LBaを整形する。
開口板2202bは、開口部を有し、カップリングレンズ2201bを介した光束LBbを整形する。
開口板2202cは、開口部を有し、カップリングレンズ2201cを介した光束LBcを整形する。
開口板2202dは、開口部を有し、カップリングレンズ2201dを介した光束LBdを整形する。
各開口板の開口部は、主走査対応方向に関する長さが2.84mm、副走査対応方向(ここでは、Z軸方向と同じ)に関する長さが0.90mmの長方形状あるいは楕円形状の開口部である。そして、各開口板は、開口部の中心が、対応するカップリングレンズの焦点位置近傍に位置するように配置されている。
シリンドリカルレンズ2204aは、開口板2202aの開口部を通過した光束LBaを、ポリゴンミラー2104Aの偏向反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ2204bは、開口板2202bの開口部を通過した光束LBbを、ポリゴンミラー2104Aの偏向反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ2204cは、開口板2202cの開口部を通過した光束LBcを、ポリゴンミラー2104Bの偏向反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ2204dは、開口板2202dの開口部を通過した光束LBdを、ポリゴンミラー2104Bの偏向反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。
各シリンドリカルレンズは、焦点距離が87.8mm、波長659nmの光に対する屈折率が1.514のガラス製レンズである。
カップリングレンズ2201aと開口板2202aとシリンドリカルレンズ2204aとからなる光学系は、Kステーションの偏向器前光学系である。
カップリングレンズ2201bと開口板2202bとシリンドリカルレンズ2204bとからなる光学系は、Cステーションの偏向器前光学系である。
カップリングレンズ2201cと開口板2202cとシリンドリカルレンズ2204cとからなる光学系は、Mステーションの偏向器前光学系である。
カップリングレンズ2201dと開口板2202dとシリンドリカルレンズ2204dとからなる光学系は、Yステーションの偏向器前光学系である。
ポリゴンミラー2104Aとポリゴンミラー2104Bは、X軸方向に関して離れた位置に配置されている。
各ポリゴンミラーは、軸まわりに回転する6面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。すなわち、各ポリゴンミラーは、6枚の偏向反射面を有している。上記6面鏡の平面視における外形は、半径13mmの円に内接する正六角形である。
そして、6面鏡を回転駆動する駆動機構は、6面鏡の回転軸を回転させるモータを含み、−Z側端部に設けられている。6面鏡が回転すると駆動機構の軸受部で熱が発生する。すなわち、軸受部が熱源となる。
シリンドリカルレンズ2204aからの光束LBa、及びシリンドリカルレンズ2204bからの光束LBbは、ポリゴンミラー2104Aにおける回転中心よりも+X側に位置する同一の偏向反射面に入射する。
シリンドリカルレンズ2204cからの光束LBc、及びシリンドリカルレンズ2204dからの光束LBdは、ポリゴンミラー2104Bにおける回転中心よりも+X側に位置する同一の偏向反射面に入射する。
シリンドリカルレンズ2204aからの光束LBaは、ポリゴンミラー2104Aの回転軸に直交する平面(XY平面)に対して+Z側に2.5°傾斜した方向から偏向反射面に入射する。
シリンドリカルレンズ2204bからの光束LBbは、ポリゴンミラー2104Aの回転軸に直交する平面に対して−Z側に2.5°傾斜した方向から偏向反射面に入射する。
シリンドリカルレンズ2204cからの光束LBcは、ポリゴンミラー2104Bの回転軸に直交する平面に対して+Z側に2.5°傾斜した方向から偏向反射面に入射する。
シリンドリカルレンズ2204dからの光束LBdは、ポリゴンミラー2104Bの回転軸に直交する平面に対して−Z側に2.5°傾斜した方向から偏向反射面に入射する。
なお、以下では、光束が偏向反射面に入射する際に、ポリゴンミラーの回転軸に直交する面に対して傾斜した方向から入射することを「斜入射」といい、ポリゴンミラーの回転軸に直交する面に平行な方向から入射することを「水平入射」という。そして、斜入射の際の、入射角を「斜入射角」という。
また、光束がポリゴンミラーに斜入射されるように設定された光源と偏向器前光学系とからなる構成は、「斜入射光学系」とも呼ばれている。
各ポリゴンミラーの回転軸は、鉛直方向に対して傾斜している。該傾斜角は斜入射角(ここでは、2.5°)よりも大きく、ここでは、一例として10°に設定されている。
第1走査レンズ2105Aは、ポリゴンミラー2104Aで偏向された光束LBa及び光束LBbの光路上に配置されている。
第1走査レンズ2105Bは、ポリゴンミラー2104Bで偏向された光束LBc及び光束LBdの光路上に配置されている。
折り返しミラー2106aは、第1走査レンズ2105Aを介した光束LBaの光路上に配置され、該光束LBaの光路を−X方向に折り返す。
折り返しミラー2107aは、折り返しミラー2106aを介した光束LBaの光路上に配置され、該光束LBaの光路を感光体ドラム2030aに向かう方向に折り返す。
第2走査レンズ2108aは、折り返しミラー2107aを介した光束LBaの光路上に配置されている。
そこで、ポリゴンミラー2104Aで偏向された光束LBaは、第1走査レンズ2105A、折り返しミラー2106a、折り返しミラー2107a、第2走査レンズ2108a及び防塵ガラス2110aを介して、感光体ドラム2030a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2104A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。
折り返しミラー2106bは、第1走査レンズ2105Aを介した光束LBbの光路上に配置され、該光束LBbの光路を感光体ドラム2030bに向かう方向に折り返す。
第2走査レンズ2108bは、折り返しミラー2106bを介した光束LBbの光路上に配置されている。
そこで、ポリゴンミラー2104Aで偏向された光束LBbは、第1走査レンズ2105A、折り返しミラー2106b、第2走査レンズ2108b及び防塵ガラス2110bを介して、感光体ドラム2030b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2104A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。
折り返しミラー2106cは、第1走査レンズ2105Bを介した光束LBcの光路上に配置され、該光束LBcの光路を−X方向に折り返す。
折り返しミラー2107cは、折り返しミラー2106cを介した光束LBcの光路上に配置され、該光束LBcの光路を感光体ドラム2030cに向かう方向に折り返す。
第2走査レンズ2108cは、折り返しミラー2107cを介した光束LBcの光路上に配置されている。
そこで、ポリゴンミラー2104Bで偏向された光束LBcは、第1走査レンズ2105B、折り返しミラー2106c、折り返しミラー2107c、第2走査レンズ2108c及び防塵ガラス2110cを介して、感光体ドラム2030c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2104B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。
折り返しミラー2106dは、第1走査レンズ2105Bを介した光束LBdの光路上に配置され、該光束LBdの光路を感光体ドラム2030dに向かう方向に折り返す。
第2走査レンズ2108dは、折り返しミラー2106dを介した光束LBdの光路上に配置されている。
そこで、ポリゴンミラー2104Bで偏向された光束LBdは、第1走査レンズ2105B、折り返しミラー2106d、第2走査レンズ2108d及び防塵ガラス2110dを介して、感光体ドラム2030d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2104B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。
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。
ポリゴンミラーと感光体ドラムとの間の光路上に配置されている光学系は、走査光学系とも呼ばれている。
ここでは、第1走査レンズ2105Aと2枚の折り返しミラー(2106a、2107a)と第2走査レンズ2108aとからKステーションの走査光学系が構成されている。
また、第1走査レンズ2105Aと折り返しミラー2106bと第2走査レンズ2108bとからCステーションの走査光学系が構成されている。
すなわち、第1走査レンズ2105Aは、2つのステーションで共用されている。
また、第1走査レンズ2105Bと2枚の折り返しミラー(2106c、2107c)と第2走査レンズ2108cとからMステーションの走査光学系が構成されている。
また、第1走査レンズ2105Bと折り返しミラー2106dと第2走査レンズ2108dとからYステーションの走査光学系が構成されている。
すなわち、第1走査レンズ2105Bは、2つのステーションで共用されている。
各第1走査レンズは、波長659nmの光に対する屈折率が1.530の樹脂製レンズであり、中心(光軸上)の肉厚が5.2mmである。
各第2走査レンズは、波長659nmの光に対する屈折率が1.530の樹脂製レンズであり、中心(光軸上)の肉厚が3.0mmである。
各走査レンズの各光学面(入射光学面、射出光学面)の形状は、次の(1)式及び(2)式で表される。
上記(1)式及び(2)式では、主走査対応方向に関する光軸からの距離をyとし、副走査対応方向に関する光軸からの距離をzとしている。そして、光軸を含み、主走査対応方向に平行な断面である「主走査断面」内の近軸曲率半径をRm(=1/Cm)、光軸を含み、主走査断面に直交する「副走査断面」内の近軸曲率半径をRzとしている。また、A、B、C、…は主走査対応方向に関する形状の非球面係数であり、a、b、c、…は副走査対応方向に関する形状の非球面係数である。
各第1走査レンズにおけるRm、Rz、及び各係数の具体例(単位はmm)が図7に示されている。また、各第2走査レンズにおけるRm、Rz、及び各係数の具体例(単位はmm)が図8に示されている。ここでは、各第2走査レンズの射出光学面のみが、副走査対応方向にパワーを持っている。そこで、各第2走査レンズの射出光学面が、副走査対応方向のパワーが最も強い光学面である。
各第2走査レンズは、各ポリゴンミラーの回転軸が傾斜していないと仮定したときよりも、鉛直方向に関して、下方に配置されている。
そして、Kステーションにおける副走査対応方向のパワーが最も強い光学面の近傍に位置する光偏向器は光偏向器2104Aであり、Cステーションにおける副走査対応方向のパワーが最も強い光学面の近傍に位置する光偏向器は光偏向器2104Bである。
各ステーションにおける走査光学系のみの副走査倍率は、−0.85倍である。そして、各感光体ドラム表面での光スポットの大きさの設計値は、主走査方向で65μm、副走査方向で75μmである。
各防塵ガラスは、波長659nmの光に対する屈折率が1.517、肉厚が1.9mmのガラス板である。
また、主な光学素子の配置位置の具体例が図9〜図11に示されている。そして、有効走査領域の長さは220mmであり、該有効走査領域内を光走査するときの各ポリゴンミラーの回転角は17.1°であり、画角は34.2°である。なお、図9及び図10は、光路が紙面に平行となるように展開した模式図であり、d1〜d9の値は光路長である。
各第2走査レンズは、一例として図12に示されるように、板金部材20に保持されている。この板金部材20は、第2走査レンズの素材である樹脂よりも熱伝導率が大きいため、第2走査レンズの温度変動を抑える放熱部材としての機能も有している。さらに、板金部材20は、長手方向の少なくとも一側の端部が光学ハウジング2300の外に露出するように取り付けられており、放熱効果をさらに高めることができる。
また、各第2走査レンズは、たわみ調整ねじ21によって、たわみ量を調整することができる。これにより、対応する感光体ドラム上での走査線曲がりを補正することができる。
図13には、室温(25℃)で、光走査装置2010が連続して10分間使用されたときの光学ハウジング2300内の温度分布のシミュレーション結果が示されている。各ポリゴンミラーは、連続で高速回転するため、軸受部が熱源となって光学ハウジング2300内の温度を上昇させる。各ポリゴンミラー近傍は65℃以上となり、各ポリゴンミラーに近いほど高温になっている。熱風による対流はあるものの、光学ハウジング2300の上部が比較的高温となり、光学ハウジング2300の下部は低温となる。
ところで、光学ハウジング内の温度が大きく変化すると、樹脂製の走査レンズは熱膨張によって変形し、感光体ドラム上での光スポットの大きさ(スポット径)や副走査方向に関する位置が変化する。なお、以下では、便宜上、感光体ドラム上での光スポットの副走査方向に関する位置を「副走査スポット位置」と略述し、その所望の位置からのずれを「副走査スポット位置ずれ」と略述する。
特に、斜入射光学系が用いられる場合、走査レンズの変形に起因する副走査スポット位置ずれが顕著に現れる。なお、温度変動によって副走査スポット位置が変動するのは、副走査対応方向に曲率を持った光学面が変形するためである。本実施形態では、各第2走査レンズの射出光学面のみに副走査対応方向の曲率がある(図7及び図8参照)。そして、各第2走査レンズは、いずれも鉛直方向に関して、近くにある光偏向器の軸受部よりも下方に位置しており、各ポリゴンミラーからの熱の影響を最も受けにくい(図13参照)。
また、本実施形態では、各ポリゴンミラーの回転軸を、鉛直方向に対して10°傾斜させている。これにより、鉛直方向に関して、ポリゴンミラー2104Bと第2走査レンズ2108bとの距離が長くなり、第2走査レンズ2108bは、ポリゴンミラー2104Bからの熱の影響を受けにくくなる。
さらに、各ポリゴンミラーの回転軸を、鉛直方向に対して傾斜させることにより、ポリゴンミラー2104Bと折り返しミラー2106bの干渉を防ぐことができ、Kステーション及びCステーションの走査光学系と、Mステーション及びYステーションの走査光学系とを近づけることが可能となり、光走査装置の幅の短縮を図ることができる。
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、4つの光源(2200a、2200b、2200c、2200d)、4つの偏向器前光学系、2つのポリゴンミラー(2104A、2104B)、及び4つの走査光学系などを備えている。
光源2200aからの光束LBa及び光源2200bからの光束LBbは、ポリゴンミラー2104Aの同一の反射面に副走査対応方向に関して斜入射される。
光源2200cからの光束LBc及び光源2200dからの光束LBdは、ポリゴンミラー2104Bの同一の反射面に副走査対応方向に関して斜入射される。
各走査光学系は、第1走査レンズ、及び該第1走査レンズを介した光束が入射する第2走査レンズを含んでいる。各走査光学系の第2走査レンズは、該走査光学系において光学的に最も下流側に配置され、副走査対応方向のパワーが最も強い光学面を有している。そして、各第2走査レンズにおける副走査対応方向のパワーが最も強い光学面は、鉛直方向に関して、近くにあるポリゴンミラーの軸受部よりも下方に位置している。
光走査装置の小型化を図るには、高さの短縮と幅の短縮とがある。本実施形態では、斜入射光学系を用い、ポリゴンミラーを2段構造から1段構造にすることで高さを短縮している。そして、2つのポリゴンミラーを用い、いずれも片側走査方式とすることで幅を短縮している。なお、1つのポリゴンミラーを用いた対向走査方式の場合は、幅を短縮するには折り返しミラーのレイアウトで対処しなければならず、これは高さの増加を招く。
ところで、斜入射の場合は、水平入射の場合に比べて、感光体ドラム上での走査線曲がりが大きい。また、2つのポリゴンミラーを用いる場合は、熱源が2つあることになり、装置内の温度が上昇しやすい。そして、装置内の温度変動によって、走査レンズが変形すると、感光体ドラム上では、所望の位置とは異なる位置に光が照射され、出力画像における色ずれの原因になる。また、ポリゴンミラーにおいて最も高温になる部分は軸受部であり、軸受部の熱は鉛直方向の上向きに伝播する。
本実施形態では、副走査対応方向のパワーが最も強い光学面を有する各第2走査レンズを、鉛直方向に関して、各ポリゴンミラーの軸受部より下側に配置し、各ポリゴンミラーの軸受部の熱が、各第2走査レンズに伝わりにくい構成としている。この場合は、走査線曲がりや走査線の傾きが抑制され、出力画像における色ずれを低減することができる。
すなわち、高さ方向及び幅方向の寸法が小さく、温度変動による光学特性の劣化が少ない光走査装置を実現することができる。
また、各走査光学系では、第2走査レンズが光学的に最も下流側に配置されている。この場合は、各走査光学系における副走査対応方向に関する横倍率(以下では、便宜上「副走査横倍率」と略述する)を小さくすることができる。そのため、各光学部品の製造誤差や取り付け位置の誤差に起因する走査線曲がりを小さくすることができる。すなわち、各走査光学系を各種誤差に強い走査光学系とすることができる。
また、各走査光学系では、第2走査レンズのみが、副走査対応方向にパワーを持っているため、上記副走査横倍率をさらに小さくすることができる。
また、各ポリゴンミラーの回転軸は、鉛直方向に対して傾斜し、該傾斜角は斜入射角よりも大きい。そして、各第2走査レンズは、各ポリゴンミラーの回転軸が傾斜していないと仮定したときよりも、鉛直方向に関して、下方に配置されている。すなわち、各ポリゴンミラーは、鉛直方向に関して各折り返しミラーの位置が下側にシフトする向きに、回転軸が傾斜している。この場合、各ポリゴンミラーで偏向された光束は、鉛直方向に関して各ポリゴンミラーよりも上側に向かうことはない。また、各ポリゴンミラーからの熱が各第2走査レンズに到達しにくくなる。そこで、薄型化と走査線曲がりの低減とを同時に満たすことができる。
また、各光源からの光束は、対応するポリゴンミラーに斜入射されるとともに、該ポリゴンミラーにおける同一の反射面で偏向されているため、各ポリゴンミラーを小型化及び低コスト化することができる。
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、小型で、高品質の画像を形成することができる。
なお、上記実施形態において、各ポリゴンミラーでの発熱量が多い場合には、一例として図14に示されるように、ポリゴンミラー2104Aの軸受部近傍に放熱部材25を設けても良い。
また、上記実施形態において、図15に示されるように、光束LBaが感光体ドラム2030bを走査し、光束LBbが感光体ドラム2030aを走査しても良い。同様に、光束LBcが感光体ドラム2030dを走査し、光束LBdが感光体ドラム2030cを走査しても良い。この場合は、鉛直方向に関して、折り返しミラー2106bをポリゴンミラー2104Bの軸受部の下側に配置することができる。これにより、折り返しミラー2106bの温度が上昇してたわみが発生するのを防ぐことができる。
また、上記実施形態において、各ポリゴンミラーでの発熱量が比較的少ない場合には、一例として図16に示されるように、各ポリゴンミラーの回転軸が、鉛直方向に対して傾斜していなくても良い。各第2走査レンズにおける副走査対応方向のパワーが最も強い光学面は、鉛直方向に関して、近くにあるポリゴンミラーの軸受部よりも下方に位置している。
また、上記実施形態では、光走査装置2010のすべての光学部材が1つの光学ハウジング2300に保持されてい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い。例えば、図17に示されるように、KステーションとCステーションに関係する光学部材が光学ハウジング2300Aに保持され、MステーションとYステーションに関係する光学部材が光学ハウジング2300Bに保持されても良い。
この場合に、光走査装置が連続して10分間使用されたときの各光学ハウジング内の温度分布のシミュレーション結果が図18に示されている。このように光学ハウジングを2つに分けることで、各光学ハウジングは、互いに他の光学ハウジングから熱的に分離されることとなる。そのため、第2走査レンズ2108bは、ポリゴンミラー2104Bの影響が小さくなり、上記実施形態の場合と比較して、第2走査レンズ2108bの温度を、上記実施形態の場合よりも約3℃低い状態に保つことができる。なお、図18では5℃刻みで表示されているためわかりにくいが、シミュレーション結果では明確に温度が下がっている。
また、図19に示されるように、各ポリゴンミラーを駆動機構が+Z側に位置するように配置しても良い。この場合は、各ポリゴンミラーで最も高温となる軸受部を、各光学ハウジングの上部に取り付けることができるため、各光学ハウジング内の温度上昇を最小限に抑えることができる。なお、ポリゴンミラー2104A及びポリゴンミラー2104Bの一方で、駆動機構が+Z側に位置するように配置しても良い。
また、上記実施形態では、光走査装置が感光体ドラムの+Z側に設けられ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、光走査装置が感光体ドラムの−Z側に設けられても良い。この場合に好適な光走査装置が、一例として図20に示されている。ここでは、各ポリゴンミラーの回転軸は、鉛直方向に対して約7°傾斜している。
また、光学ハウジングが2つの場合に、図21に示されるように、各ポリゴンミラーに放熱部材(25A、25B)が設けられても良い。
また、上記実施形態では、ポリゴンミラー2104A及びポリゴンミラー2104Bの軸受部の鉛直方向に関する位置が同じ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。
ところで、図22には、比較例1として、鉛直方向に関して、各第2走査レンズが各ポリゴンミラーの軸受部よりも上側に位置している場合に、該光走査装置が連続して10分間使用されたときの各光学ハウジング内の温度分布のシミュレーション結果が示されている。この場合は、各ポリゴンミラーが発する熱の影響で、各第2走査レンズの温度が上昇し、感光体ドラム上で副走査スポット位置ずれを生じ、出力画像の画質劣化を招く。
また、図23には、比較例2として、対向斜入射方式の場合のレイアウト図が示されている。各光学部品は、上記実施形態と同等とし、レイアウト性のみについて光走査装置2010と比較したものである。比較例2では、ポリゴンミラーの近傍に、折り返しミラーと第2走査レンズが集中し、間隔Ly1よりも感光体ドラムの間隔を狭めることはできない。
また、図24には、比較例3として、内側のステーションの折り返しミラーを、鉛直方向に関して、ポリゴンミラーより上部に配置する場合のレイアウト図が示されている。この場合は、上記実施形態の光走査装置2010と比べて、該折り返しミラーの温度上昇が大きくなるとともに、装置本体の高さが大きくなる。
なお、上記実施形態では、トナー像が感光体ドラムから転写ベルトを介して記録紙に転写され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、記録紙に直接転写されても良い。
また、上記実施形態では、各光源が2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い。
また、上記実施形態では、画像形成装置としてカラープリンタ2000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、例えば、光プロッタやデジタル複写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転写対象物としての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、像担持体としてビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体(ポジの印画紙)を用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により可視画像を直接、像担持体に形成することができる。
要するに、上記光走査装置2010を備えた画像形成装置であれば、結果として、小型で、高品質の画像を安定して形成することができる。
以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、高さ方向及び幅方向の寸法が小さく、温度変動による光学特性の劣化を少なくするのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、小型で、高品質の画像を形成するのに適している。
20…板金部材、21…たわみ調整ねじ、2000…カラープリンタ(画像形成装置)、2010…光走査装置、2030a〜2030d…感光体ドラム(像担持体)、2104A,2104B…ポリゴンミラー(光偏向器)、2105A,2105B…第1走査レンズ、2106a〜2106d…折り返しミラー、2107a,2107c…折り返しミラー、2108a〜2108d…第2走査レンズ、2200a〜2200d…光源、2300,2300A,2300B…光学ハウジング。
特開2007−010797号公報 特開2005−153347号公報 特開2006−267398号公報 特開2008−299051号公報

Claims (8)

  1. 少なくとも4つの被走査面をそれぞれ光束により主走査方向に走査する光走査装置であって、
    それぞれ軸まわりに回転する複数の反射面を有し、それぞれ2つの光束が同一反射面に副走査方向に関して斜入射される第1光偏向器及び第2光偏向器と;
    前記第1光偏向器で偏向された2つの光束を、それぞれ対応する被走査面に導く第1走査光学系及び第2走査光学系と;
    前記第2光偏向器で偏向された2つの光束を、それぞれ対応する被走査面に導く第3走査光学系及び第4走査光学系と;を備え、
    前記4つの走査光学系は、副走査方向のパワーが最も強い光学面をそれぞれ有し、前記第1走査光学系における副走査方向のパワーが最も強い光学面の近傍に位置する光偏向器は前記第1光偏向器であり、前記第2走査光学系における副走査方向のパワーが最も強い光学面の近傍に位置する光偏向器は前記第2光偏向器であり、
    前記副走査方向のパワーが最も強い光学面は、いずれも鉛直方向に関して、最も近くにある光偏向器の軸受部の下端よりも下方に位置し、
    前記副走査方向のパワーが最も強い光学面をもつレンズは、いずれも板金部材によって保持され、
    前記板金部材の長手方向の少なくとも一側の端部は、前記レンズが収納された光学ハウジングの外に露出して取り付けられていることを特徴とする光走査装置。
  2. 前記4つの走査光学系は、それぞれ複数の走査レンズを有し、前記副走査方向のパワーが最も強い光学面は、光学的に最も下流側に配置された走査レンズの光学面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4つの走査光学系は、それぞれ複数の走査レンズを有し、最も下流側に配置された走査レンズのみが、副走査方向にパワーを持つことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。
  4. 前記第1光偏向器及び前記第2光偏向器は、互いに異なる光学ハウジングに保持されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光走査装置。
  5. 前記4つの走査光学系は、それぞれ折り返しミラーを含み、
    前記第1光偏向器で偏向された光束の光路上で、前記第2光偏向器に近い位置に配置された折り返しミラーは、鉛直方向に関して、前記第2光偏向器の軸受部よりも下方に位置していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光走査装置。
  6. 前記第1光偏向器及び前記第2光偏向器は、それぞれ回転軸が鉛直方向に対して傾斜して配置され、
    該傾斜角は前記斜入射の角度よりも大きく、
    前記副走査方向のパワーが最も強い光学面は、いずれも前記回転軸が傾斜していないと仮定したときよりも、鉛直方向に関して、下方に位置していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光走査装置。
  7. 前記第1光偏向器及び前記第2光偏向器で発生した熱をそれぞれ放熱する2つの放熱部材を備え、
    該2つの放熱部材は、前記副走査方向のパワーが最も強い光学面を有するレンズに対して、空間的に隔離されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光走査装置。
  8. 少なくとも4つの像担持体と;
    前記少なくとも4つの像担持体を画像データに応じて変調された光束により走査する請求項1〜7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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