JPH04360170A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式を採用す
る例えばプリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成
装置に用いられる露光装置に関する。

【０００２】近年、電子写真方式を採用して高品質の画
像が得られるようにしたプリンタ、ファクシミリ、複写
機等の画像形成装置が開発され、実用に供されている。 かかる画像形成装置においては、印刷すべき画像に対応
した潜像を感光体上に形成するために、例えばレーザ光
等の光を該感光体に照射して走査を行なう露光装置が用
いられている。

【０００３】かかる露光装置では、光の収束や偏向のた
めにレンズ、ミラー等の多数の光学素子から構成される
光学系が用いられている。したがって、露光装置自体の
構造が複雑且つ大型化するとともに、高価なものとなっ
ていた。そこで、簡単な構造で小型化が可能であり、且
つ安価な露光装置が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】従来の画像形成装置においては、像担持
体としての感光体上に潜像を形成するために、露光装置
が用いられている。

【０００５】この露光装置は、記録すべき情報に応じた
光を発生するための、例えば半導体レーザ、該半導体レ
ーザから出射される発散ビームのビーム径を絞るととも
に平行光に変換するコリメートレンズ、該コリメートレ
ンズでビーム径が絞られ平行光に変換されたレーザビー
ムの収差を補正するためのシリンドリカルレンズ、該シ
リンドリカルレンズにより補正されたレーザビームを偏
向するための回転多面鏡（ポリゴンミラー）又は揺動す
る一面鏡、これら鏡で偏向されたレーザビームの走査速
度を補正して感光体上に結像させるためのｆθレンズ又
はａｒｃｓｉｎθレンズ等によって構成されている。

【０００６】かかる露光装置においては、例えばホスト
装置から送られてきた、印刷すべき画像に対応した記録
情報に所定の変調がかけられて半導体レーザに供給され
る。これにより、半導体レーザが記録情報に応じた点滅
、つまり発光が行われる。

【０００７】この半導体レーザから出射されるレーザビ
ームは、一般に、発散性ビームである。この発散性ビー
ムはコリメートレンズで平行光に変換される。また、こ
のコリメートレンズでは、光束が所定のビーム径になる
ように絞られる。

【０００８】このコリメートレンズを通過したレーザビ
ームのビーム径は楕円形であるが、シリンドリカルレン
ズを通過することによりその収差が補正されて略真円に
変換され、回転多面鏡又は一面鏡に入射される。この際
、回転多面鏡は一定速度で回転し、一面鏡は一定速度で
揺動している。したがって、これら回転多面鏡又は一面
鏡で反射されたレーザビームは、等角速度で偏向される
。したがって、このままでは感光体上では等速度走査と
はならず、感光体の中央付近では低速、両端付近では高
速走査が行われることになる。

【０００９】そこで、回転多面鏡又は一面鏡で反射され
たレーザビームは、ｆθレンズ又はａｒｃｓｉｎθレン
ズを通過することにより感光体上で等速度走査になるよ
うに変換され、該感光体上に結像される。そして、点滅
するレーザビームにより感光体が等速度で走査され、一
様帯電された感光体表面が記録情報に応じて除電され、
潜像が形成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の露光
装置では、上述のように、多くの光学素子を必要とする
ので装置の小型化、低価格化が阻まれていた。

【００１１】そこで、ガルバノ方式を採用する露光装置
において、ミラー部に曲面ミラーを用い、該ミラーに集
光の機能等を持たせることにより、シリンドリカルレン
ズ等の補正用のレンズを不要にした曲面ガルバノミラー
・スキャナが、本発明者等により考えられている。この
曲面ガルバノミラー・スキャナを適用した露光装置によ
れば、削除されたレンズ等の光学素子の分だけ装置を小
型化でき、大幅な価格の低減ができるという利点を有す
る。

【００１２】しかしながら、上記曲面ガルバノミラー・
スキャナにおいては、走査に伴い感光体上で光量やビー
ム形状が変化してしまうという問題が残っていた。

【００１３】また、画像形成プロセス上の理由から故意
に主走査方向の露光量やビーム形状を変更しようとする
場合に、かかる要求に応え得る安価且つ安定した手段が
なかった。

【００１４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、感光体上での光量やビーム形状の変化を補正して
均一化できるとともに、感光体上での光量を所望の値に
制御でき、また、感光体上でのビーム形状を所望の形に
制御できる露光装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の露光装置は、図
１に原理的に示すように、固定位置から発散性の走査光
を発生する光源１０と、該光源１０から所定の拡がり角
で発生される走査光を受光するべく配置され、一方の焦
点又はその近傍所定範囲を通る軸を中心に主走査方向に
回転又は揺動される回転楕円面ミラー１１とを具備し、
該回転楕円面ミラー１１は、その回転角度に応じて前記
光源１０からの走査光の全部又は一部を反射し、その回
転又は揺動により偏向された潜像形成光で感光体１２上
の走査を行うことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明は、例えば半導体レーザ等の発散性を有
する光源１０からの走査光を受光する回転楕円面ミラー
１１を、その一方の焦点又はその近傍所定範囲を通る軸
を中心に主走査方向に回転又は揺動するように配設する
。該回転楕円面ミラー１１の開口形状は、それが回転又
は揺動する角度に応じて、その開口面の全部が上記光源
１０の拡がり角の範囲内に位置したり、その開口面の一
部が上記光源１０の拡がり角の範囲からはみ出したりす
るような形状にする。そして、上記光源１０から発生さ
れた走査光を、該回転楕円面ミラー１１で偏向した光を
潜像形成光として感光体１２上を走査する。

【００１７】このように、回転楕円面ミラー１１の開口
形状を所定の形状にすることにより、感光体１２上での
光量やビーム形状の制御ができるものとなっている。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１９】図２は、本発明の露光装置の一実施例の要
部の構成を、簡略化して示した図である。

【００２０】図において、１０は光源としての半導体レ
ーザであり、形成すべき画像に応じて点滅するレーザ光
（走査光）を発生するものである。この半導体レーザ１
０が発生する光は発散性を有し、その発散方向に応じて
拡がり角が異なるのが一般的である。

【００２１】１２は感光体としての感光体ドラムである
。この感光体ドラム１２は、例えば図示矢印Ａ方向（以
下、「副走査方向」という）に回転されながら形成され
る静電潜像を担持するものである。即ち、図示しない帯
電器により一様に帯電され、副走査方向に回転移動する
感光体ドラム１２の表面が、生成すべき画像に応じて点
滅する潜像形成光により図示矢印ＢＣ方向（以下、「主
走査方向」という）に走査され、光照射された部分が除
電されて１走査ライン分の静電潜像が形成される。 かかる主走査を副走査方向に複数回繰り返して１つの画
像に対応する静電潜像が形成される。

【００２２】なお、この感光体ドラム１２に形成された
静電潜像は、トナーが付着されることにより現像されて
トナー像が形成され、該トナー像が用紙に転写されて定
着されることにより、用紙上に画像が形成されることに
なる。

【００２３】１１は回転楕円面ミラーである。回転楕円
面ミラー１１は、２つの焦点で形成される楕円を、該２
つの焦点を通る軸を中心に回転させた際に形成される回
転楕円面の一部を切り取って構成されるものである。

【００２４】この回転楕円面ミラー１１は、樹脂或いは
硝子等でモールド成形され、反射面となる凹面に高反射
率を有する金属材料等を蒸着して作成される。

【００２５】このようにして作成された回転楕円面ミラ
ー１１は、該回転楕円面ミラー１１の第１の焦点に上記
光源としての半導体レーザ１０が位置し、第２の焦点に
感光体ドラム１２の表面の結像点が位置するように配設
される。

【００２６】１３は駆動モータである。この駆動モータ
１３の軸１４には、上記回転楕円面ミラー１１が固着さ
れる構成となっている。上記駆動モータ１３は、図示矢
印Ｄ又はＥの一方向のみに回転されるか、または、図示
矢印Ｄ及びＥの方向に交互に所定角度をもって回転（揺
動）するように制御される。

【００２７】図３は、図２における回転楕円面ミラー１
１の２つの焦点を通る面（図２のＳで示す）で切断した
断面図である。光源としての半導体レーザ１０は、第１
の焦点（発光点）に置かれ、この発光点から発せられた
光は回転楕円面ミラー１１で反射され、感光体ドラム１
２の表面にある第２の焦点（結像点）１５に収束される
。なお、１６は回転楕円面ミラー１１の回転軸である。

【００２８】この回転楕円面ミラー１１の楕円形状は、
次式で表すことができる。

【００２９】 ここで、ａは楕円の長径であり、ｂは楕円の短径である
。このように構成される露光装置は次のように動作する
。

【００３０】即ち、形成すべき画像に応じた信号が半導
体レーザ１０に供給されると、該半導体レーザ１０は、
該信号に応じて発光する。第１の焦点に置かれた半導体
レーザ１０から発生された光線は走査光として回転楕円
面ミラー１１に照射される。そして、この回転楕円面ミ
ラー１１で反射された光線は潜像形成光として、楕円面
鏡の性質から、第２の焦点に到達される。

【００３１】ここに、半導体レーザ１０から発せられる
光は発散光束であるところ、第１の焦点から発せられた
光線は、第２の焦点を通ることから、第２の焦点に集束
される。これにより、予め設定された集光ビーム径で感
光体ドラム１２上に結像し、感光体ドラム１２上の該当
部分を除電する。

【００３２】かかる動作を、駆動モータ１３の駆動によ
って回転又は揺動される回転楕円面ミラー１１により、
感光体ドラム１２上での結像位置を主走査方向に移動し
ながら繰り返し実行する。１ライン分の主走査が完了し
たら、回転により１走査ラインピッチ分だけ副走査方向
に移動された感光体ドラム１２に対して、上記と同様の
動作が行われる。このような動作を、例えば１ページ分
繰り返し実行し、感光体ドラム１２の表面上に１ページ
分の静電潜像が得られる。

【００３３】かかる構成の露光装置によれば、半導体レ
ーザ１０から発生された発散性を有するビームを平行光
に変換する光学系等が不要となり、露光装置の構成が簡
単になるという利点がある。

【００３４】次に、上記回転楕円面ミラー１１の開口の
大きさ及び配設位置について説明する。

【００３５】図４は、図１に示した構成における半導体
レーザ１０の拡がり角内における回転楕円面ミラー１１
の回転又は揺動によるその開口の変化を示す図である。 この実施例では、回転楕円面ミラー１１は、或る所定の
位置（角度）では、図４（ａ）に示すように、半導体レ
ーザ１０の拡がり角θの範囲内に完全に内包され、他の
位置（角度）では、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、
一部が半導体レーザ１０の拡がり角θの範囲からはみ出
すように配設される。

【００３６】ここで、回転楕円面ミラー１１が有すべき
開口の寸法（入射ビーム径）ｄｉ　と感光体ドラム１２
上の集光ビーム径ｄｏ　との関係は下記式による。

【００３７】 ｄｍ　ｉ　＝（ｋ・ｆ・λ）／ｄｍ　ｏ　…（２）　式
ｄｓ　ｉ　＝（ｋ・ｆ・λ）／ｄｓ　ｏ　…（３）　式
ここで、各パラメータは以下の通りであり、図５に示す
ように定義される。すなわち、同図（ａ）は側面図であ
り、同図（ｂ）は図中上方から下方に向かって開口面を
垂直に投影した図、同図（ｃ）は結像される集光ビーム
形状をビームの照射方向から見て、更に拡大して示す図
である。

【００３８】ｄｍ　ｉ　：主走査方向の入射ビーム径（
１／ｅ２　の値） ｄｍ　ｏ　：主走査方向の集光ビーム径（１／ｅ２　の
値）ｄｓ　ｉ　：副走査方向の入射ビーム径（１／ｅ２
　の値）ｄｓ　ｏ　：副走査方向の集光ビーム径（１／
ｅ２　の値）ｆ：結像距離 λ：波長 ｋ：係数 但し、ｋ＝（４／π）〜２．５であり、通常は１．６〜
１．８程度である。収差がなければ４／πであり、収差
に応じて２．５程度まで大きくなる。

【００３９】なお、上記（２）　式、（３）　式は、半
導体レーザ１０の発光方向に対して回転楕円面ミラー１
１を垂直に配設した場合の関係式であり、回転楕円面ミ
ラー１１を傾けて使用する場合は、入射ビーム径ｄｉ　
は、それに見合う入射角に対応する寸法に換算して求め
られる。

【００４０】また、光源（半導体レーザ１１）と回転楕
円面ミラー１１との距離ｆｃ　は、下式の範囲で決定さ
れる。

【００４１】 　　主走査方向の距離ｆｃ　の最小値ｆｃ　ｍ　ｍｉｎ
　は　　　　ｆｃ　ｍ　ｍｉｎ　＝ｄｍ　ｉ　／｛２ｓ
ｉｎ（θｍ　ｍａｘ　／２）｝…（４）　式　　主走査
方向の距離ｆｃ　の最大値ｆｃ　ｍ　ｍａｘ　は　　　
　ｆｃ　ｍ　ｍａｘ　＝ｄｍ　ｉ　／｛２ｓｉｎ（θｍ
　ｍｉｎ　／２）｝…（５）　式　　副走査方向の距離
ｆｃ　の最小値ｆｃ　ｓ　ｍｉｎ　は　　　　ｆｃ　ｓ
　ｍｉｎ　＝ｄｓ　ｉ　／｛２ｓｉｎ（θｓ　ｍａｘ　
／２）｝…（６）　式　　副走査方向の距離ｆｃ　の最
大値ｆｃ　ｓ　ｍａｘ　は　　　　ｆｃ　ｓ　ｍａｘ　
＝ｄｓ　ｉ　／｛２ｓｉｎ（θｓ　ｍｉｎ　／２）｝…
（７）　式ここで、各パラメータは下記の通りであり、
図６に示すように定義される。同図（ａ）は主走査方向
、同図（ｂ）は副走査方向の拡がり角を示している。

【００４２】ｄｍ　ｉ　、ｄｍ　ｏ　、ｄｓ　ｉ　、ｄ
ｓ　ｏ　については上記と同じ θｍ　ｍａｘ　：主走査方向の拡がり角の最大値（１／
ｅ２　の値） θｍ　ｍｉｎ　：主走査方向の拡がり角の最小値（１／
ｅ２　の値） θｓ　ｍａｘ　：副走査方向の拡がり角の最大値（１／
ｅ２　の値） θｓ　ｍｉｎ　：副走査方向の拡がり角の最小値（１／
ｅ２　の値） 上記パラメータのうち、ｄｍ　ｏ　、ｄｓ　ｏ　、ｋ、
ｆ、λは、当該装置の仕様等から一意的に決められるも
のである。

【００４３】したがって、（２）　式、（３）　式より
、ｄｍ　ｉ　、ｄｓ　ｉ　が決まる。つまり、回転楕円
面ミラー１１の開口寸法が決定される。

【００４４】また、光源（半導体レーザ１１）とミラー
（回転楕円面ミラー１１）との距離ｆｃ　は、θｍ　ｍ
ａｘ　、θｍ　ｍｉｎ　、θｓ　ｍａｘ　、θｓ　ｍｉ
ｎ　が半導体レーザ１０の特性により一意的に決まるの
で、上記ｄｍ　ｉ　、ｄｓ　ｉ　が決まることにより、
（４）　式〜（７）　式により算出される。

【００４５】したがって、回転楕円面ミラー１１の全面
を開口として用いる場合、主走査方向のミラーサイズを
Ｍｍ　、副走査方向のミラーサイズをＭｓ　とすると、
それぞれ下記（８）　式及び（９）　式の範囲で定める
と良い。

【００４６】 ２ｆｃ　ｍ　ｍｉｎ　・　ｓｉｎ（θｍ　ｍｉｎ　／２
）　≦Ｍｍ　≦２ｆｃ　ｍ　ｍａｘ　・　ｓｉｎ（θｍ
　ｍａｘ　／２）　…（８）　式２ｆｃ　ｓ　ｍｉｎ　
・　ｓｉｎ（θｓ　ｍｉｎ　／２）　≦Ｍｓ　≦２ｆｃ
　ｓ　ｍａｘ　・　ｓｉｎ（θｓ　ｍａｘ　／２）　…
（９）　式　　この場合、Ｍｍ　＝ｄｍ　ｉ　、Ｍｓ＝
ｄｓ　ｉ　とすると、半導体レーザ１０が発生する光を
最も効率良く受光することができることになる。

【００４７】図４は、回転楕円面ミラー１１が感光体１
２に対して或る回転角度にある時に、全面が開口となり
（同図（ａ）に示す場合）、回転楕円面ミラー１１が所
定角度回転した場合に、その一部が開口として用いられ
ず（同図（ｂ）に示す場合）、さらに回転した場合に、
開口として用いられない部分が最も大きくなる（同図（
ｃ）に示す場合）ようにした場合を示している。

【００４８】なお、図４（ａ）に示した状態で上記（８
），（９）　式の範囲となるようにＭｍ　、Ｍｓ　を設
定すれば、半導体レーザ１０が発生する光を最も効率良
く受光することができる。

【００４９】かかる構成とすることにより、回転楕円面
ミラー１１の回転又は揺動角度に応じて、該回転楕円面
ミラー１１の受光量が変化するので、感光体１２上の光
量や集光ビーム形状を制御できるものとなっている。し
たがって、走査に伴い感光体上で光量やビーム形状が変
化するのを補正できるし、また、画像形成プロセス上の
理由から故意に主走査方向の露光量やビーム形状を変更
しようとする場合にも対応できる。

【００５０】上述した実施例では、回転楕円面ミラー１
１の開口面形状として楕円形状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。例えば、矩
形状の回転楕円面ミラーを用いても良い。また、矩形状
の回転楕円面ミラーの各コーナーを所定形状に変形させ
ることにより感光体１２上の走査位置に応じて微妙な光
量の制御が可能となり、また、集光ビームの形状も変更
することができる。さらに、回転楕円面ミラー１１の開
口面を他の形に形成することにより、所望の走査位置で
所望の光量や集光ビーム形状を得ることができる。

【００５１】この発明を適用すれば、例えば、回転楕円
面ミラー１１と感光体１２との間に折り曲げミラーや窓
硝子等の光学素子を介在させることにより感光体１２上
で光量ムラやビーム形状変化が生じるような場合であっ
ても、これらを補正することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば感
光体上での光量やビーム形状の変化を補正して均一化で
きるとともに、感光体上での光量を所望の値に制御でき
、また、感光体上でのビーム形状を所望の形に制御でき
る露光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図３】本発明の実施例の回転楕円面ミラーの配置位置
を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例の半導体レーザの発散光の拡が
り角内における回転楕円面ミラーの開口の変化を説明す
るための図である。

【図５】本発明の実施例の入射ビーム径と集光ビーム径
との関係を説明するための図である。

【図６】本発明の実施例の拡がり角θと光源−ミラー間
距離ｆｃ　との関係を説明するための図である。

【符号の説明】

１０　　光源（半導体レーザ） １１　　回転楕円面ミラー １２　　感光体（感光体ドラム）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　固定位置から発散性の走査光を発生す
   る光源（１０）と、該光源（１０）から所定の拡がり角
   で発生される走査光を受光するべく配置され、一方の焦
   点又はその近傍所定範囲を通る軸を中心に主走査方向に
   回転又は揺動される回転楕円面ミラー（１１）とを具備
   し、該回転楕円面ミラー（１１）は、その回転角度に応
   じて前記光源（１０）からの走査光の全部又は一部を反
   射し、その回転又は揺動により偏向された潜像形成光で
   感光体（１２）上の走査を行うことを特徴とする露光装
   置。
2. 【請求項２】　　前記光源（１０）は半導体レーザであ
   ることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】　　前記回転楕円面ミラー（１１）は、そ
   の回転角度に応じて、前記光源（１０）が発生する走査
   光に対する反射光量が異なるように開口形状が決定され
   ることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 【請求項４】　　前記回転楕円面ミラー（１１）は、そ
   の回転角度に応じて、前記感光体（１２）上でのビーム
   形状が異なるように開口形状が決定されることを特徴と
   する請求項１記載の露光装置。
5. 【請求項５】　　前記回転楕円面ミラー（１１）は、そ
   の縦横比により開口形状が決定されることを特徴とする
   請求項３又は４記載の露光装置。
6. 【請求項６】　　前記回転楕円面ミラー（１１）は、矩
   形の開口形状又は矩形のコーナーを所定形状に変形させ
   た開口形状を有することを特徴とする請求項３又は４記
   載の露光装置。