JP5817855B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置（光書込装置の概念を含む）及び該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを含む複合機等の画像形成装置に関する。

光走査装置は従来から、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ等の画像形成装置に関連して広く知られているが、近年、高安定・高精細・高速化とともに、低価格化及び小型化が求められている。
光走査装置の小型化では、光路長の短縮による走査光学系の広画角化が要求される。しかしながら、光走査に関して不可欠な同期光学系も小型化された光走査装置内に収めなければならない。

特許文献１には、走査レンズの主走査方向端部に同期光束通過部を設け、その同期光束通過部を、主走査方向では平行平板、副走査方向ではシリンドリカルレンズ形状としたものが記載されている。
しかしながら、本発明が対象とするような広画角な光走査装置においては、同期光束通過部に対して非常に大きな入射角で同期光束が入射することになるため、特許文献１記載の発明では以下の問題が生じる。
（１）同期光束の収差が大きくなり同期検知機能に支障をきたす
（２）同期光束通過部が主走査方向に大きくなりすぎ、走査レンズが大きくなることで入射光学系と干渉する

特許文献２には、同期光学系において、同期ミラーと同期検知素子とを副走査断面内で共役とするものが記載されている。これに関しても広画角走査光学系においては特許文献１と同様の問題がある。また、特許文献２記載の発明では同期光学系の光路が長くなり、小型化に向かないという問題も有している。
特許文献３には、複数の光走査構成において１つの同期検知部を共用する構成が記載されている。低価格化と小型化が期待できるが、同期検知部の配置位置に関し、後述する本発明の課題に対する示唆はない。

特許文献４には、走査レンズの主走査方向端部に切り欠き部を設けて同期光束が走査レンズを通過しないようにし、走査レンズの膨張収縮の影響を受けないようにした構成が記載されている。この方式では小型化を期待できるものの、走査レンズ外形に特殊な加工を施さねばならず、低価格化には向かない。

光走査装置の小型化による走査光学系の広画角化において、同期光学系のレイアウトが困難になる。無理に同期光学系を這いまわすと小型化を阻害し、また折返しに要するミラーを設けると低価格化を阻害する。
同期光束が走査レンズを通過する方式を採ると、走査レンズが大型化することを避けられない。また広画角による急入射角によって同期光学系の収差が大きくなる。
広画角化により、一方の走査光学系の反射光が対向する走査光学系に入ってゴースト光となる「対向フレア」が起こり易いレイアウトになってしまう。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、コンパクト化による広画角化に伴う上記諸問題を解消できるとともに、小型化と低価格化を実現できる光走査装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、第１の光源及び第２の光源から放射される第１の光束及び第２の光束を光偏向器に導く第１の入射光学系及び第２の入射光学系と、前記第１の光束及び前記第２の光束が入射する単一の光偏向器と、前記光偏向器により偏向された前記第１の光束を第１の被走査面へ導く第１の走査光学系と、前記光偏向器により偏向された前記第２の光束を第２の被走査面へ導く第２の走査光学系と、同期検知を行う同期検知素子と、遮光部材と、を有する光走査装置において、前記走査光学系は、前記光偏向器の反射点から前記被走査面の中心を結んだ光学的距離よりも該被走査面上の主走査方向の書込範囲の方が長く、前記第１の走査光学系と前記第２の走査光学系は、前記光偏向器を挟んで対称に配置され、前記第１の入射光学系及び前記第２の入射光学系は、前記第１の光束と前記第２の光束とが、角度を有して前記光偏向器へ入射するように、前記光偏向器の回転軸を含む平面に対し対称に配置され、前記同期検知素子と前記遮光部材とは、前記第１の走査光学系の入射面を延長した線分と前記第２の走査光学系の入射面を延長した線分との間であって、前記第１の光源から前記光偏向器までの光路と前記第２の光源から前記光偏向器までの光路とで挟まれる領域に位置し、前記同期検知素子は、前記光偏向器により偏向された前記第１の光束を走査開始端検知用の光束として受光するとともに、前記光偏向器により偏向された前記第２の光束を走査終了端検知用の光束として受光する単一の同期検知素子であることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の光走査装置において、前記光偏向器はポリゴンミラーであることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の光走査装置において、前記同期検知素子と、前記光偏向器の反射面は副走査断面内において共役であることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、複数の感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って各色に対応する潜像を形成し、該潜像を現像手段で可視化してカラー画像を得る画像形成装置において、前記光走査装置として請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、コンパクト化による広画角化に伴う諸問題を解消できるとともに、小型化と低価格化を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の主走査断面における概要構成図である。 第２の実施形態に係る光走査装置の主走査断面における概要構成図である。 第３の実施形態に係る光走査装置の主走査断面における概要構成図である。 第４の実施形態に係る光走査装置の主走査断面における概要構成図である。 第５の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 第６の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１に基づいて第１の実施形態を説明する。図１は本発明を実施した対向走査方式の光走査装置の要部を示している。図１の紙面（平面）が主走査断面に相当する。
半導体レーザである光源１（第１の光源）から放射された複数の光束はカップリングレンズ２により以後の光学系にカップリングされる。光源１は発光点を複数有する半導体レーザアレイやＶＣＳＥＬであってもよい。
カップリングレンズ２を透過した光束は、アパーチャ３の開口部を通過する際、光束周辺部を遮断されて整形され、シリンドリカルレンズ４に入射する。シリンドリカルレンズ４は、入射してくる光束を副走査方向に集束させ、光偏向器であるポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として集光させる。
シリンドリカルレンズ４には走査光学系の温度による変動を補正するパワーを持たせた回折面を設けても良い。

光源１、カップリングレンズ２、アパーチャ３及びシリンドリカルレンズ４は、第１の入射光学系を構成する光学素子である。
光源１ｂ（第２の光源）、カップリングレンズ２ｂ、アパーチャ３ｂ及びシリンドリカルレンズ４ｂは、第２の入射光学系を構成する光学素子である。
したがって、本実施形態では複数（ここでは２つ）の入射光学系を有している。
これらの入射光学系は、ポリゴンミラー５の回転軸を含み主走査方向に平行な平面（副走査断面）に対して略対称となるように配置されている。換言すれば、２つの入射光学系は、主走査断面において、ポリゴンミラー５の回転軸を通る線Ｍに対して線対称に配置されている。線Ｍを図１の紙面の厚み方向に連続させたものが副走査断面となる。
線Ｍは、主走査方向（後述する被走査面８の延びる方向）に平行となっている。
各入射光学系を構成する上記複数の光学素子は、主走査断面において、上記副走査断面に対して角度を有した直線状に配置されている。
入射光学系は、レイアウトの要請からミラーなどにより副走査方向に屈曲させられていても良い。
なお、１つの走査光学系に対して入射光学系が複数存在していても良い。

ポリゴンミラー５の偏向反射面により反射された光束は、ポリゴンミラー５の等速回転に伴い等角速度的に偏向しつつ、第１の走査光学系をなす走査レンズ系６を透過する。図１では走査光学系が同一平面上に描かれているが、実際には光束を被走査面に導光するため紙面厚み方向へ光路を折り曲げる折り曲げミラー７により光路を折曲げられている。
折り曲げミラー７により光路を折曲げられた光束は、被走査面の実体をなす光導電性の感光体８上にビームスポットとして集光し、被走査面を光走査する。ここでは走査レンズ系６は１枚構成としている。
符号６ｂは、第２の走査光学系をなす走査レンズ系を示す。
ポリゴンミラー５の反射点から第１の被走査面８の中心を結んだ光学的距離Ｌよりも被走査面８上の主走査方向の書込範囲Ｓの方が長く、広画角化構成となっている。
偏向された光束は感光体８の光走査に先立って、同期レンズ１０により同期検知部１１に主走査方向に集光される。同期検知部１１の出力に基づき、光走査の書込開始タイミングが決定される。
本実施形態においては、同期光学系をなす同期レンズ１０と同期検知素子としての同期検知部１１は、光源１〜ポリゴンミラー５の入射光学系と、光源１ｂ〜ポリゴンミラー５のもう１つの入射光学系ｂとの間に設けられている。

複数の入射光学系・走査光学系が共通の光偏向器を用いている場合、全走査光学系の書込タイミングは相関がとりやすい。従って書込タイミングの検出は、複数の光走査装置（光走査構成）に亘って少なくとも１つ存在すればよい。同期検知を行わない走査光学系に関しては、同期検知信号を用いた演算により類推できるためである。
同期光学系が複数あると、本来コンパクト化の為に設計された光走査装置の中でのレイアウトが困難になる上に部品点数も多くなってしまうという課題があるが、単一であれば光走査装置のコンパクト化を阻害しない同期検知機構が構築できる。

本実施形態において、同期検知素子としての同期検知部１１、同期光学系における光偏向器反射面は副走査断面内において共役である。
本実施形態の同期光学系は、複数の入射光学系に挟まれた領域に同期光学系を収めこむため、同期ミラー等導光素子が必要ない。
また、入射光学系により既に光偏向器反射面上で副走査方向に集光させられているため、同期レンズにより同期検知素子に集光する光学系とすることで、自ずと光偏向器反射面と同期検知素子は副走査断面内で共役となる。
同期検知の課題の一つに、同期光束集光位置が同期検知素子に対して副走査方向にずれ、正常な同期検知ができなくなるというものがあるが、本発明によれば、光偏向器の製造誤差による同期光束副走査位置ズレが光学的に補正される。

これらの入射光学系の間には、同期光学系とともに遮光部材１２が設けられており、対向フレア光１３、１３ｂを両側で遮光している。
遮光部材１２は図１において入射光学系ｂ（光源１ｂ〜ポリゴンミラー５）と同期光学系の間に設けられているが、同期光束が同期検知部１１に達し対向フレア１３、１３ｂを遮光できる場所であれば、図１の２つの入射光学系に挟まれた領域内のどこに配置されていても良い。
走査光学系が光偏向器を挟んで対向している対向走査方式である場合、光束の走査レンズ表面反射成分が対向する走査光学系に入り込み、そのまま被走査面を露光してしまうことがある（本明細書では「対向フレア」と呼ぶ）。
この課題は広画角走査光学系であるほど発生する可能性が高くなるので、対向フレアを遮光する部材が必要になる。この観点から遮光部材１２が設けられている。
遮光部材１２は、同期光学系を配置する「複数の入射光学系の間」の領域に設置するのが好適である。

本実施形態に係るレイアウトにより、光源を駆動する基板と同期検知を行う基板とを図１において符号９で示す如く一体化することができる利点をも有している。
本実施形態によれば、コンパクト化に伴う広画角な走査光学系を有する光走査装置において、そのコンパクト性を損なうことなく同期検知を行うことができる。

複数の入射光学系と、光偏向器を挟んで対向する側に位置する複数の被走査面を走査するための複数の走査光学系から成る光走査構成が、光偏向器の回転軸方向に複数重なっている構成とすることもできる。
このようにすれば、３つ以上の被走査面に書込を行うことができる。また、同期光学系を単一とする構成のように他の走査光学系の書込タイミングを信号の演算で予測する場合も適している。
光偏向器は、ポリゴンミラー、マイクロミラー、ガルバノミラー等様々なものがあるが、対向する複数の走査光学系に対して光偏向を行うにはポリゴンミラーが適している。
特に上記のように、光走査構成が光偏向器の回転軸方向に複数重なっている構成に関して、ポリゴンミラーは回転軸方向に重なった形態（多段ポリゴンミラー）や、回転軸方向に厚肉な形態として加工することが可能であるため好適である。

図２に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
図２に示すように、本実施形態では、複数（ここでは２つ）の同期光学系が設けられており、対向する２つの光走査装置（光走査構成）のそれぞれ走査開始端、走査終了端で同期検知を行う様態を示している。
各同期光学系は各光走査構成に対応した２つの同期レンズ１０と１つの同期検知部１１とから構成され、同期検知部１１は２つの同期光学系で共有されている。場合によってはそれぞれの同期光学系に関して同期検知部１１が設けられていてもよい。
実際の同期検知信号は、走査レンズやその他光走査装置の製造誤差や経時変動の影響を受ける。従って同期検知素子を走査の開始端のみで行うと、部品点数は低減できる反面上記のような誤差が発生した場合補正できない。
ここでは対向する２つの走査光学系において、一方は走査開始端、他方は走査終了端で同期検知を行うことができ、同期検知精度を向上させることができる。
遮光部材１２は２つの同期光学系の間に配置されている。

各光走査構成に対応して個別に同期光学系を設ける構成において、図３に示すように、各光走査構成に対応した領域を有する１つの同期レンズ１０と１つの同期検知部１１とからなるようにし、２つの同期光学系が同期レンズ１０と同期検知部１１を共有する構成としてもよい（第３の実施形態）。
同期検知精度向上には上記のように同期光学系を増加させるのが効果的であるが、低価格化と小型化に関して阻害要因となる。本実施形態では、複数の同期光学系の光学素子を共有させることで、部品点数を増やすことなく同期検知精度向上を実現するものである。同時にレイアウトの簡便性も向上し、小型化も阻害されない。
本実施形態では遮光部材１２は各同期光学系の同期光束の光路間に配置されている。
図２及び図３で示した例では２つの同期光学系に挟まれた領域に対向フレアを防止する遮光部材１２が設けられているが、２つの入射光学系に挟まれた領域であれば、図４に示すように、１つの同期光学系とこれに近い方の１つの入射光学系に挟まれた領域に設けられていてもよい（第４の実施形態）。
いずれにせよ対向する広画角走査光学系においては走査光学系と入射光学系に挟まれた領域が極めて狭いため、本発明の課題は達成される。

図５に第５の実施形態（画像形成装置）を示す。
画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００は、感光性の像担持体１１１０として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体１１１０の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２１、現像手段としての現像装置１１３１、転写ローラ１１４１、クリーニング装置１１１５が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。
レーザ光束ＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７１が設けられ、帯電ローラ１１２１と現像装置１１３１との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
図５において、符号１１６１は定着装置、符号１１８１は給紙カセット、符号１１９１はレジストローラ対、符号１２０１は給紙コロ、符号１２１１は搬送路、符号１２２１は排紙ローラ対、符号１２３１は排紙トレイ、符号Ｐはシート状記録媒体としての転写紙を示している。

画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１０が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２１により均一帯電され、光走査装置１１７１のレーザ光束ＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
この静電潜像は現像装置１１３１により反転現像され、像担持体１１１０上にトナー画像が形成される。転写紙Ｐを収納した給紙カセット１１８１は、画像形成装置１０００本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０１により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９１に銜えられる。レジストローラ対１１９１は、像担持体１１１０上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。

送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ１１４１の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６１へ送られ、定着装置１１６１においてトナー画像を定着され、搬送路１２１１を通り、排紙ローラ対１２２１によりトレイ１２３１上に排出される。
トナー画像が転写された後の像担持体１１１０の表面は、クリーニング装置１１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
光走査装置１１７１として上述した本発明のごとき光走査装置を用いることにより、良好な画像形成が可能となる。
本実施形態では感光体は１つであるが、光走査装置１１７１において入射光学系を複数設け、マルチビーム方式とすることにより本発明の利点を活かすことができる。

感光性の像担持体としては種々のものの使用が可能である。例えば、像担持体として銀塩フィルムを用いることができる。この場合、光走査による書込みで潜像が形成されるが、この潜像は通常の銀塩写真プロセスによる処理で可視化することができる。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。
感光性の像担持体としてはまた光走査の際に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）を用いることもでき、この場合には、光走査により直接に可視画像を形成できる。
感光性の像担持体としてはまた光導電性の感光体を用いることができる。光導電性の感光体としては、酸化亜鉛紙のようにシート状のものを用いることもできるし、セレン感光体や有機光半導体等ドラム状あるいはベルト状で繰り返し使用されるものを用いることができる。

光導電性の感光体を像担持体として用いる場合には、感光体の均一帯電と、光走査装置による光走査により静電潜像が形成される。静電潜像は現像によりトナー画像として可視化される。トナー画像は、感光体が酸化亜鉛紙のようにシート状のものである場合は感光体上に直接的に定着され、感光体が繰り返し使用可能なものである場合には、転写紙やＯＨＰシート（オーバヘッドプロジェクタ用のプラスチックシート）等のシート状記録媒体に転写・定着される。
光導電性の感光体からシート状記録媒体へのトナー画像の転写は、感光体からシート状記録媒体へ直接的に転写（直接転写方式）しても良いし、感光体から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、この中間転写媒体からシート状記録媒体へ転写（中間転写方式）するようにしてもよい。
このような画像形成装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写装置等として実施できる。
また、この発明の画像形成装置は、以下に例示するように、上記感光体を複数個、シート状記録媒体の搬送路に沿って配置し、複数の光走査装置を用いて感光体ごとに静電潜像を形成し、これらを可視化して得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体に転写・定着して合成的にカラー画像や多色画像を得るタンデム式の画像形成装置として実施することができる。

図６に第６の実施形態（多色画像形成装置）を示す。
図６において、像担持体としての感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは矢印の方向に回転し、それらの周囲には回転方向順に帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ、転写用帯電手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ、クリーニング手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが配備されている。Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックを示している。
帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。この帯電部材と現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの間の感光体表面に書き込みユニット（光走査装置）によりビームが照射され、感光体に静電潜像が形成されるようになっている。そして、静電潜像に基づき、現像装置により感光体面上にトナー像が形成される。さらに、転写用帯電手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋにより、転写搬送装置８０の搬送ベルト上を搬送される図示しない記録紙に順次各色の転写トナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録試に画像が定着される。
本実施形態においても光走査装置２０として上述した本発明のごとき光走査装置を用いることにより、良好な画像形成が可能となる。

本発明によれば、光走査装置の高機能化及び多種の光走査装置の実現に伴う部品点数を低減すると同時に高安定な光走査装置を実現することができる。そのため光走査装置の生産に関わる材料使用量を削減でき、資源採掘量・プラスチックゴミ排出量に関して環境負荷の低減につながるものである。

１ 光源
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 像担持体
５ 光偏向器としてのポリゴンミラー
８ 被走査面
１０ 同期レンズ
１１ 同期光束検知素子
２０、１１７１ 光走査装置

特開平１０−０１０４４５号公報 特開２００７−２４８６２６号公報 特開平４−３１３７７６号公報 特開２００２−０９８９２１号公報

Claims (4)

1. 第１の光源及び第２の光源から放射される第１の光束及び第２の光束を光偏向器に導く第１の入射光学系及び第２の入射光学系と、
   前記第１の光束及び前記第２の光束が入射する単一の光偏向器と、
   前記光偏向器により偏向された前記第１の光束を第１の被走査面へ導く第１の走査光学系と、
   前記光偏向器により偏向された前記第２の光束を第２の被走査面へ導く第２の走査光学系と、
   同期検知を行う同期検知素子と、遮光部材と、を有する光走査装置において、
   前記走査光学系は、前記光偏向器の反射点から前記被走査面の中心を結んだ光学的距離よりも該被走査面上の主走査方向の書込範囲の方が長く、
   前記第１の走査光学系と前記第２の走査光学系は、前記光偏向器を挟んで対称に配置され、
   前記第１の入射光学系及び前記第２の入射光学系は、前記第１の光束と前記第２の光束とが、角度を有して前記光偏向器へ入射するように、前記光偏向器の回転軸を含む平面に対し対称に配置され、
   前記同期検知素子と前記遮光部材とは、前記第１の走査光学系の入射面を延長した線分と前記第２の走査光学系の入射面を延長した線分との間であって、前記第１の光源から前記光偏向器までの光路と前記第２の光源から前記光偏向器までの光路とで挟まれる領域に位置し、
   前記同期検知素子は、前記光偏向器により偏向された前記第１の光束を走査開始端検知用の光束として受光するとともに、前記光偏向器により偏向された前記第２の光束を走査終了端検知用の光束として受光する単一の同期検知素子であることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   前記光偏向器はポリゴンミラーであることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１又は２記載の光走査装置において、
   前記同期検知素子と、前記光偏向器の反射面は副走査断面内において共役であることを特徴とする光走査装置。
4. 複数の感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って各色に対応する潜像を形成し、該潜像を現像手段で可視化してカラー画像を得る画像形成装置において、
   前記光走査装置として請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

Images