JP2002258204A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
光走査装置及び画像形成装置Info
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Abstract
差が小さい光走査装置を実現する。 【解決手段】本発明の光走査装置は、光源1と、画像情
報に応じて光源1を点灯する光源駆動手段と、光源1か
らの光束を偏向する偏向手段5と、偏向手段5からの光
束を被走査面9上に導く走査結像光学系7,8とを有
し、次の条件:偏向手段による偏向角φが等角速度的
に変化しないこと、偏向手段が等角速度的に運動する
と仮定したとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティ偏
差が10%以下であること、を満足することを特徴とし
たものであり、偏向角φが等角速度的に変化しない偏向
手段を用いたことにより、振動によるバンディング、温
度上昇、騒音、消費電力アップ等を低減することがで
き、また、有効書込幅の範囲での等速偏向時のリニアリ
ティ偏差を10%以下にすることにより、主走査光束の
ビームスポット径の偏差を低減することができる。
Description
タ、レーザビームプロッタ、普通紙を使用するファクシ
ミリ、デジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光
走査装置、及びその光走査装置を用いた画像形成装置に
関する。
せ、その偏向された光束を被走査面に微小なスポット光
として結像させ、被走査面上を主走査方向に等速走査さ
せる光走査装置が従来から知られており、レーザビーム
プリンタ、レーザビームプロッタ、ファクシミリ、デジ
タル複写機等の画像形成装置の潜像書込手段等に応用さ
れている。この光走査装置は、例えばレーザ光源から射
出されたレーザ光を光偏向器で偏向反射することによっ
て像担持体等の被走査面上を走査させ、これと同時に、
上記レーザ光を画像信号に応じて強度変調(例えばオ
ン、オフ)させることにより、被走査面に画像を書き込
むようになっている。
多面鏡(ポリゴンスキャナ)が広く用いられているが、
回転多面鏡は装置が大掛かりとなり、また、機械的な高
速回転を伴うため、振動によるバンディング、温度上
昇、騒音、消費電力アップ等の問題がある。一方、マイ
クロマシン技術を用いた、共振構造の正弦波振動を行う
マイクロミラーが提案されている。このマイクロミラー
を光走査装置の偏向手段として用いれば、装置が小型化
され、上記のような振動によるバンディング、温度上
昇、騒音、消費電力などを大幅に低減することができ
る。また、特開平8−75475号公報には、上記のよ
うな共振を利用した偏向ミラーを用いた光走査装置に関
して記載されている。
て、光偏向器により偏向反射された光束を、被走査面上
において略等速度で走査させるものであること、そし
て、所定の有効書込幅を持っているものであることが一
般的に要求される。前述の共振を利用した偏向ミラーを
用いる場合も同様の機能を備えていることが必要であ
り、正弦波振動する偏向ミラーによって偏向反射された
光束を被走査面上において略等速度で走査させ、また、
同時に広い有効書込幅を獲得するように工夫する必要が
ある。
した偏向ミラーを用いる場合、正弦波振動する偏向ミラ
ーによって偏向反射された光束を被走査面上において略
等速度で走査させる必要があるが、従来、正弦波振動に
応じて等速度走査させるため、下式で表される結像性能
を有する走査光学系を用いていた。 H=K×sin-1(φ/2φ0) ・・・(1) (但し、H:像高、K:比例定数、φ:振れ角、φ0:
振幅)
ると仮定したときのリニアリティ(等速性)に偏差が生
じ、これにより像高による主走査光束のスポット径に偏
差が発生するという問題がある。
って、被走査面上における主走査光束のスポット径偏差
が小さい光走査装置、及びそれを用いた画像形成装置を
提供することを目的とする。より詳しくは、請求項1,
2に係る発明は、被走査面上における主走査光束のスポ
ット径偏差が小さい光走査装置を提供することを目的と
し、請求項3に係る発明は、被走査面上における主走査
光束のスポット径偏差が小さく、小型な光走査装置を提
供することを目的とし、請求項4に係る発明は、請求項
1,2または3の目的に加えて、被走査面上の倍率誤差
特性を良好に補正できる光走査装置を提供することを目
的とする。また、請求項5に係る発明は、被走査面上に
おける主走査光束のスポット径偏差が小さい光走査装置
を用い、均一なドット形成が可能で、倍率誤差が良好に
補正された画像形成装置を提供することを目的とする。
として、請求項1に係る発明は、光源と、画像情報に応
じて前記光源を点灯する光源駆動手段と、前記光源から
の光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段からの光束を
被走査面上に導く走査結像光学系とを有し、次の条件、 偏向手段による偏向角φが等角速度的に変化しないこ
と、 偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有
効書込幅の範囲でのリニアリティ偏差が10%以下であ
ること、 を満足することを特徴としたものである。
に応じて前記光源を点灯する光源駆動手段と、前記光源
からの光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段からの光
束を被走査面上に導く走査結像光学系とを有し、次の条
件、 偏向手段による偏向角φが等角速度的に変化しないこ
と、 走査結像光学系が、被走査面上の像高Hと画角θが比
例するように補正する機能を有すること、 を満足することを特徴としたものである。
記載の光走査装置において、前記偏向手段は、主走査方
向について、入射光束に対し対称に光束を偏向すること
を特徴としたものである。また、請求項4に係る発明
は、請求項1,2または3記載の光走査装置において、
前記光源駆動手段は、1ライン内の各画素毎に点灯開始
タイミングを個別に設定する機能を有することを特徴と
したものである。
体を帯電した後、光書込手段により該像担持体に光を露
光して潜像を形成し、該潜像を現像手段で現像して可視
像化した後、像担持体上の可視像を転写手段により転写
材に転写して画像を形成する画像形成装置において、前
記光書込手段として、請求項1〜4のうちの何れか一つ
に記載の光走査装置を用いたことを特徴としたものであ
る。
びその光走査装置を用いた画像形成装置の構成、動作及
び作用を図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明
に係る光走査装置の一実施形態を示す図であり、(a)
は光走査装置の主走査方向に沿った断面(主走査断面)
の光学系配置図、(b)は光走査装置の副走査方向に沿
った断面(副走査断面)の光学系配置図、(c)は
(b)の偏向手段の部分Aを拡大して示す図である。図
1において、符号1は光源である半導体レーザ(L
D)、2は半導体レーザからの発散光束を略平行光束に
するコリメートレンズ、3は光束径を制限するアパーチ
ャ、4は副走査方向にのみ屈折力を持つシリンドリカル
レンズ、5は半導体レーザからの光束を偏向する偏向手
段、5aは偏向手段の偏向ミラー(偏向面)、5bは複
数の固定ミラー、6aは入射ミラー、6bはダミーミラ
ー、7は走査結像光学系の第1走査結像レンズ、8は走
査結像光学系の第2走査結像レンズ、9は被走査面であ
る。
光源である半導体レーザ1を射出した発散光束はコリメ
ートレンズ2により略平行光束とされ、アパーチャ3で
光束径を絞られた後、主走査方向に長い線像を形成する
ためのシリンドリカルレンズ4を通過する。このシリン
ドリカルレンズ4を通過した光束は、図1(b),
(c)に示すように入射ミラー6aで反射されることに
より、副走査断面内で入射角を有して偏向手段5の偏向
ミラー(偏向面)5aに入射する。このとき、偏向ミラ
ー5aに対し、副走査断面で対向面が異なる複数のミラ
ー5b(第1固定ミラー5b-1、第2固定ミラー5b-
2)を用いて、図1(c)に示すように光束を多重反射
させる。このとき、偏向手段5の偏向ミラー5aには正
弦波振動を行うマイクロミラーを用い、この偏向ミラー
5aを偏向器として正弦波振動を行い光束を偏向反射す
る。この際、当然、多重反射しているので走査角は増大
される。また、偏向手段5に傾き角が異なる2つの対向
ミラー5b(第1固定ミラー5b-1、第2固定ミラー5
b-2)を配備することにより、光束分離が可能になり、
尚且つ、波面収差を低減でき、主走査光束のビームスポ
ット径の小径化が実現できる。尚、偏向手段5で偏向反
射された光束は光軸が副走査方向に傾いた状態となる
が、この光軸の副走査方向の傾きは、偏向光束を副走査
方向に傾斜したダミーミラー6bで反射することにより
補正される。
振幅)で示されるような結像性能を有する走査光学系を
用いて等速性(リニアリティ)を補正していたが、主走
査光束のビームスポット径の像高間偏差を発生する。こ
のことを下記の比較例を用いて説明する。以下に比較例
の設計データを示す。
ーミラー6bの傾け角βは11.9degである。さら
に、5回目反射の偏向面の面番号を1、第1走査結像レ
ンズ7の光束入射側のレンズ面の面番号を2、第1走査
結像レンズ7の光束出射側のレンズ面の面番号を3、第
2走査結像レンズ8の光束入射側のレンズ面の面番号を
4、第2走査結像レンズ8の光束出射側のレンズ面の面
番号を5とする。また、Rmを主走査方向の近軸曲率半
径、Rsを副走査方向の近軸曲率半径、Nを使用波長6
65nmでの屈折率とすると、各面の設計データは以下
の表1の通りである。
ンズ7の面番号2,3の面、及び第2走査結像レンズ8
の面番号4,5の面の形状は、以下の式(2)で表せ
る。 X(Y,Z)=(1/Rm)・Y2/{1+√(1-(1+Km)・(1/Rm)2・Y2)} +a4・Y4+a6・Y6+・・・ +Cs(Y)・[Z-Z0(Y)]2/{1+√{1-Cs(Y)2・[Z-Z0(Y)]2 }} ここで、Cs(Y)=1/Rs+b2・Y2+b4・Y4+b6・Y6+・・・ Z0(Y)=d0+d2・Y2+d4・Y4+d6・Y6+・・・ ・・・(2)
頂点を結んだ母線が副走査方向に湾曲している。また、
各面における上記(2)式中の各係数は以下の通りであ
る。
−07であり、以下においても同様の意味である。
に向かう光束に対し上方向(Z方向)に0.2mmシフ
トされており、第2走査結像レンズ8のR1面は中央像
高に向かう光束に対し上方向(Z方向)に0.5mmシ
フトされている。図2に比較例の光走査装置における像
高に対する等速偏向時のリニアリティを、図3に像高に
対する主走査光束のビームスポット径を、図4に等速偏
向時のリニアリティに対する主走査光束のビームスポッ
ト径を示す。
偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したときのリニ
アリティを示し、下式で表す。 Lin(θ)={[H(θ+Δθ)-H(θ)]/Δθ−[H(0+Δ
θ)-H(0)]/Δθ}×100(%) Lin(θ):画角θにおけるリニアリティ H(θ):画角θにおける像高 Δθ:微小角
a)の正弦波振動に対応するため、(1)式と概略近い
特性を有しており、周辺像高に行くに従い主走査光束の
ビームスポット径が太る。また、図4に示すように、等
速偏向時のリニアリティと主走査光束のビームスポット
径は概略線形関係となっており、等速偏向時のリニアリ
ティが15%のとき、主走査光束のビームスポット径は
中央像高に比べて15.5%太っている。従って、主走
査光束のビームスポット径のばらつきを10%以下にす
るためには、有効書込幅の範囲での等速偏向時のリニア
リティの偏差が10%以下であることが必要である(請
求項1)。以下に本発明の実施例の設計データを示す。
走査装置に、fθ特性を有する走査結像光学系を用いた
例である。 偏向面5aへの入射角:19.4deg 偏向面5aでの有効振れ角:3.71deg L:0.35mm 偏向面5aでの反射回数:5回 θ1:26.02deg θ2:9.7deg
ーミラー6bの傾け角βは11.9degである。さら
に、5回目反射の偏向面の面番号を1、第1走査結像レ
ンズ7の光束入射側のレンズ面の面番号を2、第1走査
結像レンズ7の光束出射側のレンズ面の面番号を3、第
2走査結像レンズ8の光束入射側のレンズ面の面番号を
4、第2走査結像レンズ8の光束出射側のレンズ面の面
番号を5とする。また、Rmを主走査方向の近軸曲率半
径、Rsを副走査方向の近軸曲率半径、Nを使用波長6
65nmでの屈折率とすると、各面の設計データは以下
の表2の通りである。
ンズ7の面番号2,3の面、及び第2走査結像レンズ8
の面番号4,5の面の形状は、前述の(2)式で表さ
れ、面番号2の面と5の面は走査結像レンズの子線頂点
を結んだ母線が副走査方向に湾曲している。また、各面
における(2)式中の各係数は以下の通りである。
に向かう光束に対し上方向(Z方向)に0.1mmシフ
トされており、第2走査結像レンズ8のR1面は中央像
高に向かう光束に対し上方向(Z方向)に0.1mmシ
フトされている。また、本実施例においては、偏向手段
(偏向器)5は入射光束に対し、主走査方向に関しては
対称に光束を偏向している(請求項3)。これにより、
光学特性が対称になるので、ビームスポット径の偏差が
低減でき、また、有効書込幅を確保した上で小型化が実
現できる。
ける像高に対する等速偏向時のリニアリティを、図6に
像高に対する主走査光束のビームスポット径を、図7に
像高に対する正弦波振動時のリニアリティを示すが、像
高に対する等速偏向時のリニアリティ偏差が小さくなっ
ており、ビーム位置Hが主走査方向について、画角θと
概略比例している(請求項2)。このとき、像高による
主走査光束のビームスポット径はほぼ一定となってお
り、良好な光学特性が得られている。ところが、偏向器
5の偏向ミラー5aは正弦波振動しているため、図7に
示すように、正弦波振動時のリニアリティは周辺に行く
に従い小さくなり、1ライン内で画像信号の周波数が一
定で、尚且つ、光源の点灯のタイミングが一定であれば
倍率誤差が発生する。
す構成の光走査装置において、画像情報に応じて光源1
の点灯を制御する光源駆動手段(図示せず)は、1ライ
ン内の各画素毎に点灯開始タイミングを個別に設定する
機能を有する構成としている。以下、この請求項4の構
成について、図8に示すモデル図を用いて説明する。
に行くに従い、リニアリティが減少する。従って、1ラ
イン内において画像信号の周波数や各画素の点灯開始タ
イミングが一定である場合、図8(a)に示すように、
周辺に行くほどドット間隔が狭くなり、画像上で倍率誤
差が発生する。そこで、光源駆動手段により、1ライン
内の各画素での点灯開始のタイミングを個別に設定する
ことにより、図8(b)に示すようにドット間隔を等し
くでき、画像上で倍率誤差が発生しない。また、このま
まだと図8(b)に示すように周辺に行くほど露光分布
の主走査方向の幅が小さくなるが、光源駆動手段に1ラ
イン内の各画素毎に点灯幅を個別に設定する手段を配備
すれば、露光分布の主走査方向の幅を均一にすることが
できる。また、上記により各画素の積分光量が異なる
が、光源駆動手段に1ライン内の各画素毎の点灯時間を
個別に設定する手段を配備すれば、露光分布の積分光量
を各画素毎に均一にすることができる。
ついて説明したが、本実施例では偏向手段(偏向器)5
として、正弦波振動ミラー(偏向ミラー)5aと複数の
固定ミラー5b(第1固定ミラー5b-1,第2固定ミラ
ー5b-2)を組み合わせて用いているが、この他に、表
面弾性波による回折を利用して偏向しても良いし、変形
ミラーを等角速度運動させることにより、偏向角が等角
速度的に変化しないようにしても良い。また、有効書込
幅をさらに増大させるために、走査結像光学系を主走査
方向に複数個並べてもよい。さらに、図1の構成例で
は、光源1は1つの半導体レーザであるが、複数の半導
体レーザや、発光点を複数有する半導体レーザアレイ等
を用いた、マルチビーム構成としても同様に実施するこ
とが可能であり、本発明の範疇に入るものである。ま
た、本実施例では、偏向器5を正弦波振動ミラー(偏向
ミラー)5aと複数の固定ミラー5b(第1固定ミラー
5b-1,第2固定ミラー5b-2)で構成して光束を複数
回反射させているが、偏向器で1度だけ反射するように
してもよい。
について説明する。図9は本発明に係る画像形成装置の
一実施形態を示す概略構成図である。図9において、符
号11は像担持体であるドラム状の感光体、12は感光
体11を帯電する帯電手段、13は帯電された感光体1
1に画像情報に応じた光束を露光して潜像を形成する光
書込手段、14は感光体11上に形成された潜像を例え
ばトナーで現像して可視像化する現像手段、15は感光
体11上の可視像(トナー像)を記録用紙等の転写材1
8に転写する転写手段、16は転写材18に転写された
可視像(トナー像)を定着する定着手段、17は転写後
の感光体11表面をクリーニングするクリーニング手段
であり、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニング
という工程(電子写真プロセス)により転写材に画像を
形成して出力する。
導電性基体の表面に、無機材料あるいは有機材料からな
る光導電体層(感光層)を形成したものであり、感光体
表面が被走査面となる。また、感光体としては、ドラム
状の他、ベルト状のものを用いてもよい。帯電手段12
は、図示の例ではコロナ帯電器であるが、この他、帯電
ローラ、帯電ブラシ等、種々のものを用いることができ
る。光書込手段13としては、図1に示した構成の光走
査装置が用いられ、その詳細は前述の実施例で述べた通
りである。現像手段14としては、現像剤としてトナー
のみの1成分系現像剤を用いた現像器や、現像剤として
トナーとキャリアからなる2成分系現像剤を用いた現像
器等、種々の構成のものを用いることができる。転写手
段15は、図示の例では転写用帯電器であるが、この
他、転写ローラ、転写ベルト、転写ブラシ等、種々のも
のを用いることができる。定着手段16は、加熱及び/
または加圧により転写材上の画像を定着するものであ
り、加熱ローラと加圧ローラを用いたローラ定着器や、
ベルトと加熱手段を用いたベルト定着器等、種々の構成
のものを用いることができる。クリーニング手段17
は、ブレード式、ブラシ式、ローラ式等、種々の構成の
ものを用いることができる。また、図9はモノカラーの
画像形成装置の例であるが、2色以上の多色画像形成装
置やフルカラー画像形成装置の構成とした場合にも、本
発明の光走査装置を光書込手段に適用することができ
る。
書込手段13として、例えば図1に示した構成の光走査
装置を用いたことを特徴とするが、これにより、感光体
11上に潜像を書き込む際の主走査光束のビームスポッ
ト径の偏差を低減できるので、均一なドット形成が可能
で、倍率誤差が良好に補正された画像形成装置を実現で
きる。
走査装置では、光源と、画像情報に応じて前記光源を点
灯する光源駆動手段と、前記光源からの光束を偏向する
偏向手段と、該偏向手段からの光束を被走査面上に導く
走査結像光学系とを有し、次の条件:偏向手段による
偏向角φが等角速度的に変化しないこと、偏向手段が
等角速度的に運動すると仮定したとき、有効書込幅の範
囲でのリニアリティ偏差が10%以下であること、を満
足することを特徴としたものであり、偏向角φが等角速
度的に変化しない偏向手段を用いたことにより、振動に
よるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力アップ等
を低減することができる。また、有効書込幅の範囲での
等速偏向時のリニアリティ偏差を10%以下にすること
により、主走査光束のビームスポット径の偏差を低減す
ることができる。
画像情報に応じて前記光源を点灯する光源駆動手段と、
前記光源からの光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段
からの光束を被走査面上に導く走査結像光学系とを有
し、次の条件:偏向手段による偏向角φが等角速度的
に変化しないこと、走査結像光学系が、被走査面上の
像高Hと画角θが比例するように補正する機能を有する
こと、を満足することを特徴としたものであり、偏向角
φが等角速度的に変化しない偏向手段を用いたことによ
り、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電
力アップ等を低減することができる。また、被走査面上
の像高Hと画角θが比例するように補正する機能を走査
結像光学系が有することにより、主走査光束のビームス
ポット径の偏差を低減することができる。
または2の構成に加えて、前記偏向手段は、主走査方向
について、入射光束に対し対称に光束を偏向することに
より、被走査面上での主走査光束のビームスポット径の
偏差が小さく、且つ有効書込幅を確保した上で小型化を
実現できる光走査装置を提供できる。また、請求項4記
載の光走査装置では、請求項1,2または3の構成に加
えて、前記光源駆動手段は、1ライン内の各画素毎に点
灯開始タイミングを個別に設定する機能を有することに
より、請求項1,2または3の効果に加えて倍率誤差を
補正できる。
手段として、請求項1〜4のうちの何れか一つに記載の
光走査装置を用いたことにより、像担持体上に潜像を書
き込む際の主走査光束のビームスポット径の偏差を低減
できるので、均一なドット形成が可能で、倍率誤差が良
好に補正された画像形成装置を実現できる。
であり、(a)は光走査装置の主走査方向に沿った断面
(主走査断面)の光学系配置図、(b)は光走査装置の
副走査方向に沿った断面(副走査断面)の光学系配置
図、(c)は(b)の偏向手段の部分Aを拡大して示す
図である。
偏向時のリニアリティを示す図である。
査光束のビームスポット径を示す図である。
アリティに対する主走査光束のビームスポット径を示す
図である。
速偏向時のリニアリティを示す図である。
走査光束のビームスポット径を示す図である。
弦波振動時のリニアリティを示す図である。
個別に設定する機能を説明するための図である。
概略構成図である。
Claims (5)
- 【請求項1】光源と、画像情報に応じて前記光源を点灯
する光源駆動手段と、前記光源からの光束を偏向する偏
向手段と、該偏向手段からの光束を被走査面上に導く走
査結像光学系とを有し、次の条件、 偏向手段による偏向角φが等角速度的に変化しないこ
と、 偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有
効書込幅の範囲でのリニアリティ偏差が10%以下であ
ること、 を満足することを特徴とする光走査装置。 - 【請求項2】光源と、画像情報に応じて前記光源を点灯
する光源駆動手段と、前記光源からの光束を偏向する偏
向手段と、該偏向手段からの光束を被走査面上に導く走
査結像光学系とを有し、次の条件、 偏向手段による偏向角φが等角速度的に変化しないこ
と、 走査結像光学系が、被走査面上の像高Hと画角θが比
例するように補正する機能を有すること、 を満足することを特徴とする光走査装置。 - 【請求項3】請求項1または2記載の光走査装置におい
て、 前記偏向手段は、主走査方向について、入射光束に対し
対称に光束を偏向することを特徴とする光走査装置。 - 【請求項4】請求項1,2または3記載の光走査装置に
おいて、 前記光源駆動手段は、1ライン内の各画素毎に点灯開始
タイミングを個別に設定する機能を有することを特徴と
する光走査装置。 - 【請求項5】帯電手段で像担持体を帯電した後、光書込
手段により該像担持体に光を露光して潜像を形成し、該
潜像を現像手段で現像して可視像化した後、像担持体上
の可視像を転写手段により転写材に転写して画像を形成
する画像形成装置において、前記光書込手段として、請
求項1〜4のうちの何れか一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。
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