JP2005017607A - 光ビーム走査装置、及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の光源と単一の偏向器を用い、高速高画質を得られるフルカラー用の光ビーム走査装置を提供することを課題とする。
【解決手段】光源部から射出された光ビームを単一の偏向器により偏向し、結像光学系により複数の感光体を時分割で走査する光ビーム走査装置において、偏向器として、単一のミラーを直交２方向に偏向可能な２次元走査ミラー１０を設ける。二次元走査ミラー１０は、内側振動による走査方向が主走査対応方向にされ、外側振動による走査方向が副走査対応方向にされている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源部から射出された光ビームを単一の偏向器により偏向し、結像光学系により複数の感光体を時分割で走査する光ビーム走査装置、及び、それを備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式のカラープリンタやカラー複写機が広く使用されている。そして、高速でフルカラー画像を出力するために、帯電、露光、現像、転写機能を備えた画像形成部を４色分並列に配置し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成を１パスで行うタンデム方式の画像形成装置が開発されている。
【０００３】
このタンデム方式のカラー画像形成装置は、４つの画像形成部を並列に備えるため装置が大型化する傾向にあるので、一般オフィスにも設置可能とするために、小型化、低コスト化の工夫が重ねられている。
【０００４】
画像形成部のうち、光ビーム走査装置に関する改良としては、従来は画像形成部の数（色数）だけ設けられていた光ビーム走査装置を単一化し、単一の筐体から複数の光ビームを射出して複数の感光体を露光するものが提案されている。
【０００５】
この場合、単一の筐体内部に単一の偏向器を配置し、複数の感光体へ至る光ビームを共通に偏向することで構成が簡素化され、装置の小型化と低コスト化とが可能になる。
【０００６】
しかしながら、上述した従来の光ビーム走査装置では、光源は露光される感光体と同数必要であるため、偏向器へ光ビームを導く光学系、及び、画像データに従って光源を駆動する回路も複数必要であった。
【０００７】
この問題に対して、同一の光源から射出された光ビームを、偏向器により時分割で複数の感光体へ振り分けるものが提案されている。
【０００８】
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、特許文献１に記載された光ビーム走査装置の構成を示す側面図及び平面図である。ポリゴンミラー１８１の複数反射面各々の回転軸８２に対する傾斜角度を個別に変化させることで、反射面の切り替わりで走査方向と直交する方向に光ビームを変位させ、複数の感光体を走査する。
【０００９】
図１３（Ａ）から（Ｄ）は、それぞれ、特許文献２に記載された光ビーム走査装置に設けられたポリゴンミラーの側面図である。反射面の傾斜角度が異なるポリゴンミラー（回転多面鏡）１９１により偏向方向を副走査方向に変化させ、１本のレーザ光で複数の感光体を走査する。
【００１０】
しかし、特許文献１、２で提案された光ビーム走査装置では、単一のポリゴンミラーの反射面を複数の感光体に割り当てるため、１つの感光体を走査する単位時間あたりの光ビーム数が減少する。そこで、特許文献１、２ともに、傾斜面が同一である反射面を複数にして偏向器一回転あたりの走査回数を増やすことが記載されているが、何れも、１つの感光体あたりに割り当てられる光ビームは２本に過ぎず、高速高解像化には限界がある。さらに、ポリゴンミラーでは、入射ビームを反射する位置が回転により徐々に変化するため、反射面には一定の幅が必要であり、面数を増やすとポリゴンミラーの径が大きくなる。この結果、駆動モータへの負荷が大きくなって、消費電力の増大、起動時間の延長、信頼性の低下という二次障害を招く懸念がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２８４６号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２１４３７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑み、単一の光源と単一の偏向器を用い、高速高画質を得られるフルカラー用の光ビーム走査装置を提供することを第一の目的とする。また、モノクロ画像形成時には、フルカラー画像形成時よりも高速または高解像度で画像形成可能な画像形成装置を提供することを第二の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光ビーム走査装置は、光源部から射出された光ビームを単一の偏向器により偏向し、結像光学系により複数の感光体を時分割で走査する光ビーム走査装置において、前記偏向器は、単一のミラーを直交２方向に偏向可能な２次元走査ミラーであって、内側振動による走査方向が主走査対応方向であり、外側振動による走査方向が副走査対応方向であることを特徴としている。
【００１４】
主走査対応方向とは主走査方向に対応する方向であり、副走査対応方向とは副走査方向に対応する方向である。
【００１５】
請求項１に記載の発明では、このように偏向器として二次元走査ミラーを使用することで、主走査方向走査と複数感光体の時分割走査とを両立できる。また、振動質量の小さい内側振動に振動数が大きい主走査方向を対応させることで、偏向器への負荷を軽減し、高速偏向を可能とする。
【００１６】
請求項２に記載の光ビーム走査装置は、請求項１において、前記二次元走査ミラーの主走査方向の振動数を、副走査方向の振動数の７以上の整数倍とすることを特徴としている。
【００１７】
電子写真方式でフルカラー画像を形成するには、４つの感光体を走査する必要がある。主走査方向の振動数を副走査方向の７倍以上の整数倍とすることで、副走査方向１周期内に時分割で４つの感光体を走査でき、光路分離が容易な走査光学系を構成できる。
【００１８】
請求項３に記載の光ビーム走査装置は、請求項２において、主走査方向と、偏向された光ビームの傾斜方向と、の２条件がともに同一である４ラインで前記複数の感光体を時分割走査することを特徴としている。
【００１９】
主走査方向の振動数を副走査方向の振動数の８倍とすることにより、４つの感光体それぞれに主走査方向に２周期分の走査期間を確保できる。従って、副走査往復運動の一方向のみを画像形成に適用でき、主走査方向と、偏向された光ビームの傾斜方向と、がともに同一である４ラインを使用することで、光路分離（光路分割）が容易な結像光学系光路を構成できる。
【００２０】
請求項４に記載の光ビーム走査装置は、請求項１乃至３のうち何れか１項において、単一の同期検知手段を備えたことを特徴としている。
【００２１】
複数の感光体を単一の偏向器である二次元走査ミラーで走査するため、１つの同期検知信号ですべての感光体の走査タイミングを同期可能であるので、同期検知手段を単一にできる。
【００２２】
請求項５に記載の光ビーム走査装置は、請求項４において、前記同期検知手段が、画像走査幅内であって前記複数の感光体を走査する光ビームとは異なる光路上に位置することを特徴としている。
【００２３】
２次元走査における往復運動光路を利用し、感光体を走査する間のタイミング間で光ビームを同期検知することで、光路分離ミラー（光路分割用のミラー）の間を抜けた光ビームを同期検知手段に導光できる。このため、画像走査幅内で同期検知可能となり、画像走査エリアの外側に同期検知用の余剰走査エリアを設ける必要がなく、装置を小型化できる。
【００２４】
請求項６に記載の光ビーム走査装置は、請求項１乃至５のうち何れか１項において、前記光源部は、前記複数の発光点が二次元配列された面発光レーザであることを特徴としている。
【００２５】
マルチスポット化に適した面発光レーザを使用することで、時分割走査で従来の光ビーム走査装置と同等の画像形成効率を得ることができる。
【００２６】
請求項７に記載の光ビーム走査装置は、請求項１乃至６のうち何れか１項において、前記結像光学系は、前記複数の感光体上の走査線の傾きを調整する調整手段を備えていることを特徴としている。
【００２７】
単一の偏向面を二次元振動させて偏向する場合、主走査方向と副走査方向との偏向方向が同時に変わるため、偏向した光ビームが傾斜した走査線となる。この傾斜を補正する手段を光路上に設けることで、感光体上の走査線の傾きを調整してフルカラー画像形成時にカラーレジずれを補正可能にできる。
【００２８】
請求項８に記載の画像形成装置は、請求項１乃至７記載のうち何れか１項記載の光ビーム走査装置を備えた画像形成装置であって、フルカラー画像形成時には前記二次元走査ミラーを２方向に振動させ、モノクロ画像形成時には前記二次元走査ミラーを主走査方向にのみ振動させることを特徴としている。
【００２９】
モノクロ画像形成時には、副走査方向の振動を停止し、全ての主走査振動で単一の感光体を走査することで、フルカラー画像形成時に対して画像形成効率を大幅に向上させることができ、高速走査を実現できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げ、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る光ビーム走査装置１００の構成を示す副走査断面図（主走査方向に直交する平面による断面図）である。光ビーム走査装置１００は、単一の筐体１８から４本の光ビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣ、ＬＫを射出して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応する４つの感光体１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋをそれぞれ走査する装置である。
【００３２】
筐体１８には、偏向器として二次元走査ミラー１０が配置されている。光ビーム走査装置１００では、図示せぬ光源部から偏向器１０に入射された複数の光ビームは、二次元走査ミラー１０の反射面を副走査方向に振動させることで、副走査方向にも光ビームが偏向される。二次元偏向された光ビームは、共通に通過する第一の結像レンズ１１へ入射して透過する。
【００３３】
その後、光ビームＬＹ、ＬＭ、ＬＣは、第一の折り返しミラー１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃによりそれぞれ光路を分割され、更に、第二の折り返しミラー１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃによりそれぞれ再び折り返される。そして、第二の結像レンズ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃとシールガラス１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃとをそれぞれ透過して感光体１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃをそれぞれ露光する。一方、光ビームＬＫは、折り返しミラー１４により折り返されたのち、第二の結像レンズ１５Ｋとシールガラス１６Ｋとを透過して感光体１７Ｋを露光する。
【００３４】
図２（Ａ）から（Ｄ）は、図１に示した光ビーム走査装置の画像形成動作を説明するための側面断面図である。画像形成における動作は、図２で（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）のように４つ感光体１７Ｙ〜Ｋを順番に（時分割で）露光する。図２の各々の状態で示した光路（１本の直線）は代表光線を表し、このまわりに存在する複数本の光ビームが感光体を同時に露光する。
【００３５】
図３は、二次元走査ミラーの構造を示す斜視図である。中央部にミラー部４０を備え、トーションバー４１を軸としてミラー４０がＹ軸まわりに振動する。さらに、電流を流すための駆動コイルが形成された枠４２がトーションバー４３を軸としてミラー４０とともにＸ軸回りに振動する。この互いに直交する方向の振動を独立に制御することで、主走査方向への偏向と、副走査方向への偏向とを単一のミラーで実現する。ここで、主走査方向をＸ軸、副走査方向をＹ軸に対応させる。これは、振動質量が小さいＹ軸周りの振動の方が、Ｘ軸周りの振動に比べ、振動周波数を大きくできるからである。
【００３６】
図１において、結像レンズは、第一の結像レンズ１１と第二の結像レンズ１５とが協働して必要な光学特性を実現する。偏向器として二次元走査ミラー１０を使用する場合では、偏向特性が正弦波状となるため、結像レンズの構成はアークサイン特性をもつ構成とする。偏向面が単面のため、偏向面と感光体とを幾何光学的に共役な結像関係とする、所謂、面倒れ補正光学系は不要であるが、偏向面と感光体とを共役関係、または、共役に近い関係とすることで、走査線の傾斜と非直線性の補正効果がある。
【００３７】
図４は、光源部の発光点配置を説明する正面図（出射側から見た図）である。光源部６０は、発光点を二次元配列した面発光レーザである。Ｘ軸方向が主走査方向に、Ｙ軸方向が副走査方向に対応するように取り付けられ、４×４の１６点の発光点を備えている。発光点ピッチの一例としては、副走査対応方向の隣接ピッチがＰＹが２８μｍ（例えば、発光点６１と発光点６２との副走査方向距離ＰＹが２８μｍ）、主走査対応方向の隣接ピッチＰＸが３５μｍ（例えば、発光点６１と発光点６３との主走査方向距離ＰＸが３５μｍ）である。発光点は、主走査方向には斜め配列されており、副走査方向に順次Ｐ１＝７μｍづつずれる配列となっている。この２次元配列を副走査ライン上に投影すると、７μｍピッチで１６の発光点が並んでいるのと同じことになる。仮に、縦の配列数を８とすると、発光点が３２点となる。
【００３８】
図５は、主走査方向の振動数が副走査方向の８倍である場合の偏向ビーム軌跡を示す概念図である。図５では、Ｘ軸が主走査方向、Ｙ軸が副走査方向である。図５でＡを起点とすると、副走査方向半周期の間に▲１▼（Ａ→Ｂ）、▲２▼（Ｂ→Ｃ）、▲３▼（Ｃ→Ｄ）、▲４▼（Ｄ→Ｅ）の４周期の主走査が可能である。このうち、右向き、右上がりの走査タイミングで、順にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋについての画像データをそれぞれ出力することで、４つの感光体１７Ｙ〜Ｋを時分割走査する。
【００３９】
図６は、図５に示した偏向ビーム軌跡を図１に示した光ビーム走査装置に適用した場合の偏向ビーム軌跡を示す概念図である。右上がりで走査する４ラインの光路上に折り返しミラー１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１４をそれぞれ設けることで光路分割し、単一の偏向器である二次元走査ミラー１０で偏向された光ビームを４つの感光体１７Ｙ〜Ｋへそれぞれ導く。
【００４０】
点Ｇは、同期信号を取り出す位置を示しており、図１に示した折り返しミラー１２Ｃと１４との間を抜けて、集光レンズ８を通過して同期検知センサー９に到達する。これにより、画像走査幅内に、同期検知光ビームの光路と同期検知センサーとを配置できるので、同期検知ビームを通過させるために有効画像エリアの外側まで走査する必要がなくなり、装置を小型化できる。
【００４１】
図７は、主走査方向の振動数が副走査方向の７倍である場合の偏向ビーム軌跡を示す概念図である。図７でＡ点を起点とすると、副走査方向半周期の間に（Ａ→Ｂ）、（Ｂ→Ｃ）、（Ｃ→Ｄ）の３周期と（Ｄ→Ｅ）の１／２周期との合計３．５周期の主走査が可能である。このうち、右向き、右上がりの走査タイミングで、順にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋについての画像データをそれぞれ出力することで、４つ感光体１７Ｙ〜Ｋを時分割走査する。これにより、８倍周期に比較してＹＭＣＫ形成のサイクルが７／８になる分だけ効率アップする。
【００４２】
図８は、８倍走査の画像データ形成タイミングを示すチャ−ト図である。１周期の中央部分で画像形成を行う。往復運動の１方向で４周期続けて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像データを出力し、傾斜方向が往路方向と異なる復帰方向では、画像データを出力しない。周期▲３▼と周期▲４▼との間で、同期検知用の光ビームを検知し、同期検知を行う。
【００４３】
図９は、７倍走査の画像データ形成タイミングを示すチャート図である。８倍走査の７／８の期間で画像形成できる。
【００４４】
図１０は、モノクロモードの画像データ形成タイミングを示すチャート図である。主走査方向の振動数は、副走査方向の振動数の８倍である。このモードでは、副走査方向の偏向動作を停止させ、一直線上の往復運動のみを行わせる。副走査方向の偏向を停止した状態の光ビームにより、黒色形成の感光体を走査する。同一走査方向タイミングでのみ画像データを出力すると、時分割でフルカラー走査する場合の４倍の画像形成効率が得られ、プロセススピードを４倍に増速できる。または、プロセススピードを変化させなければ、４倍の解像度で画像形成できる。プロセススピードアップと解像度アップを適宜組合せても良い。さらに、往復での画像データ出力を行えば、８倍の画像形成効率が得られる。但し、この場合は、１ラインごとに走査方向が反転するので、画像データを反転して出力する。
【００４５】
従って、光ビーム走査装置１００を備えた画像形成装置１１０（図１参照）では、フルカラー画像形成時には二次元走査ミラー１０を主走査方向及び副走査方向の２方向に振動させ、モノクロ画像形成時には二次元走査ミラー１０を主走査方向にのみ振動させることができる。これにより、モノクロ画像形成時では、フルカラー画像形成時に対して画像形成効率を大幅に向上させることができる。
【００４６】
なお、モノクロ画像形成時に二次元ミラー１０を主走査方向にのみ振動させる装置構成とする場合は、主走査方向延長上の非画像形成範囲に同期検知手段を配置し、同期検知を行う。この場合は、従来と同様の構成が使用可能である。
【００４７】
図１１は、走査線のＳＫＥＷ補正を説明する概念図である。二次元走査により原理的に発生する走査線の傾きは、第二の結像レンズ１５を予め斜めに取り付けることで補正する（補正−１）。二次元走査により発生する走査線の非直線性（両端の曲がり）は、画像データを組替えることにより補正する（補正−２）。なお、図１１で、補正−２ を行った後の画像データを示す図では、太線で囲った四角部分は補正前のデータを示し、ハッチングを付した部分は、この補正前のデータを補正してなる補正後のデータを示す。
【００４８】
そして、補正−１，２によるノミナル補正に対して残存する製造バラツキ分を光学系の調整により更に補正する。具体的には予め斜めに取り付けられた第二の結像レンズ１５を更に調整して、光ビーム相互のずれを補正する（補正−３）。最終的に残存するＳｋｅｗ成分は、画像データをオフセットして補正する（補正−４）。なお、図１１で、補正−４ を行った後の画像データを示す図では、太線で囲った四角部分は補正前のデータを示し、ハッチングを付した部分は、この補正前のデータを補正してなる補正後のデータを示す。
【００４９】
以上の補正を行うことにより、二次元走査ミラー１０を使用した光ビーム走査装置１００で、カラーレジを補正することができる。
【００５０】
本実施形態での好ましい条件の一例を表１に示す。なお、この場合、共振周波数は、Ｙ軸周りに１．５ＫＨｚ、Ｘ軸周りに３５０Ｈｚ程度まで設定可能である。そのときの偏向角度は±２０度程度である。
【００５１】
【表１】

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏向器として二次元走査ミラーを用いることで、主走査方向走査と、複数感光体の時分割走査とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ビーム走査装置の構成を示す側面断面図（主走査方向に直交する平面による断面図）である。
【図２】図２（Ａ）から（Ｄ）は、それぞれ、図１に示した光ビーム走査装置の画像形成動作を説明するための側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光ビーム走査装置に設けられた二次元走査ミラーの構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光ビーム走査装置の光源部の発光点配置を説明する正面図（出射側から見た図）である。
【図５】主走査方向の振動数が副走査方向の８倍である場合の偏向ビーム軌跡を示す概念図である。
【図６】図５に示した偏向ビーム軌跡を図１に示した光ビーム走査装置に適用した場合の偏向ビーム軌跡を示す概念図である。
【図７】主走査方向の振動数が副走査方向の７倍である場合の偏向ビーム軌跡を示す概念図である。
【図８】８倍走査の画像データ形成タイミングを示すチャート図である。
【図９】７倍走査の画像データ形成タイミングを示すチャート図である。
【図１０】モノクロモードの画像データ形成タイミングを示すチャート図である。
【図１１】走査線のＳＫＥＷ補正を説明する概念図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、従来の光ビーム走査装置（特許文献１に開示された光ビーム走査装置）の構成を示す側面図及び平面図である。
【図１３】図１３（Ａ）から（Ｄ）は、それぞれ、従来の光ビーム走査装置（特許文献２に開示された光ビーム走査装置）に設けられたポリゴンミラーの側面図である。
【符号の説明】
９ 同期検知センサー（同期検知手段）
１０ 二次元走査ミラー
１１ 第一の結像レンズ（結像光学系）
１５ 第二の結像レンズ（結像光学系）
１７Ｙ〜Ｋ 感光体
６０ 光源部
６１ 発光点
６２ 発光点
６３ 発光点
１００ 光ビーム走査装置
１１０ 画像形成装置
１８１ ポリゴンミラー（偏向器）
１９１ ポリゴンミラー（偏向器）

Claims (8)

1. 光源部から射出された光ビームを単一の偏向器により偏向し、結像光学系により複数の感光体を時分割で走査する光ビーム走査装置において、
   前記偏向器は、単一のミラーを直交２方向に偏向可能な２次元走査ミラーであって、内側振動による走査方向が主走査対応方向であり、外側振動による走査方向が副走査対応方向であることを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 前記二次元走査ミラーの主走査方向の振動数を、副走査方向の振動数の７以上の整数倍とすることを特徴とする請求項１記載の光ビーム走査装置。
3. 主走査方向と、偏向された光ビームの傾斜方向と、の２条件がともに同一である４ラインで前記複数の感光体を時分割走査することを特徴とする請求項２記載の光ビーム走査装置。
4. 単一の同期検知手段を備えたことを特徴する請求項１乃至３のうち何れか１項記載の光ビーム走査装置。
5. 前記同期検知手段が、画像走査幅内であって前記複数の感光体を走査する光ビームとは異なる光路上に位置することを特徴とする請求項４記載の光ビーム走査装置。
6. 前記光源部は、複数の発光点が二次元配列された面発光レーザであることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項記載の光ビーム走査装置。
7. 前記結像光学系は、前記複数の感光体上の走査線の傾きを調整する調整手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１項記載の光ビーム走査装置。
8. 請求項１乃至７記載のうち何れか１項記載の光ビーム走査装置を備えた画像形成装置であって、フルカラー画像形成時には前記二次元走査ミラーを２方向に振動させ、モノクロ画像形成時には前記二次元走査ミラーを主走査方向にのみ振動させることを特徴とする画像形成装置。

Images