JP2006267712A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】 ビームの小径化とＤＯＦを必要な深さとすることとを簡単な構成で実現することができるようにする。
【解決手段】 遮光部材は、所定幅で主走査方向に延びた長方形状である透過部分６０Ａを中央部に備え、透過部分６０Ａはガラス等によって構成されている。透過部分６０Ａは、中央部に例えば金属が蒸着されており、光透過率の分布が中心を通る主走査方向の直線に対して対称となっており、また、副走査方向の端部における光透過率に対して、中央部における光透過率が例えば８割の光透過率となっており、端部から中央部に向けて光透過率が徐々に低下するように形成され、主走査方向では、光透過率の副走査方向に対する平均が変化しないように形成されている。
【選択図】 図４

Description

この発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、特に、光源から射出された光ビームを偏向走査する光走査装置及び光走査装置を用いた画像形成装置に関する。

光源からの光ビームを偏向し、感光体ドラムなどの被走査部材に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置において、光ビームのビーム径は静電潜像の画質に影響するため、光ビームのビーム径の小径化が図られている。

一方、光ビームのビーム径とＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ：焦点深度）とは相反する特性であり、ビーム径を小径化すると共に、ＤＯＦを、画像の全面に渡って良好な画質を得るために必要な深さとすることが求められている。

ここで、ビームの小径化とＤＯＦを必要な深さとすることとを実現する光走査装置として、焦点深度が光路長以上の極めて深いベッセルビームを用いる偏向走査装置（特許文献１）及び副走査方向のアパーチャ径が主走査方向の中心に比べ周辺の方が広くなっている絞りを設けた光学走査系（特許文献２）が知られている。
特開平８―１７９２３１号公報 特開２００１−１２５０３３

しかしながら、特許文献１に記載の偏向走査装置では、ベッセル分布を持つ光ビームを射出する装置が複雑である、という問題がある。また、特許文献２に記載の光学走査系では、副走査方向のアパーチャ径が主走査方向の中心に比べ周辺の方が広くなるように加工された絞りを精度よく製造するのが困難である、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ビームの小径化とＤＯＦを必要な深さとすることとを簡単な構成で実現することができる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光走査装置は、光ビームを射出する光源と、前記光源から射出された光ビームを平行光束にするレンズと、前記平行光束を偏向して、被走査面上に走査する光偏向手段と、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備え、前記レンズからの前記平行光束が該透過部分を通過するように前記レンズと前記光偏向手段との間に配置された遮光部材とを含んで構成されている。

本発明によれば、レンズによって、光源から射出された光ビームを平行光束にし、透過部分を備えた遮光部材によって、被走査面上で所定のビーム径が得られるように平行光束が整形される。さらに、光ビームのＤＯＦは被走査面上に入る平行光束の絞り角度に依存し、この絞り込み角度が小さいほど、大きなＤＯＦが得られる。この絞り込み角度は、遮光部材の透過部分の最外郭で決まり、透過部分が小さいほどＤＯＦを大きくできる。一方、ビーム径は、ＤＯＦと逆の特性を示し、平行光束の絞り込み角度が大きいほど、小さなビーム径にできる。

ここで、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を平行光束が通過した場合、ＤＯＦは透過部分の最外郭でほとんど決まる。また、被走査面上におけるビーム形状は、透過率が一様である透過部分のフーリエ変換像から、透過率の低下した分に相当する透過部分のフーリエ変換像を差し引いた形状となる。

従って、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を平行光束が通過すると、ビーム径は小さくなるが、ＤＯＦはほとんど維持され、結果としてビーム径が小さいわりには大きなＤＯＦを得ることができるため、遮光部材に中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備えることにより、ビームの小径化とＤＯＦを必要な深さとすることとを簡単な構成で実現することができ、画像の全面に渡って良好な画質を得ることができる。

また、本発明に係る遮光部材の透過部分が、所定幅で主走査方向に延びた矩形状に形成されたものとすることができる。透過部分を矩形状とすることにより、透過部分を備えた遮光部材の製造を容易にすることができる。

また、透過部分の光透過率が透過部分の中心を通る主走査方向の直線に対して対称であり、副走査方向の中央部の光透過率Ｒｃ及び副走査方向の端部の光透過率Ｒｓが以下の式を満たすようにすることが好ましい。
Ｒｃ／Ｒｓ≦０．８
本発明に係る画像形成装置は、光ビームを射出する光源と、前記光源から射出された光ビームを平行光束にするレンズと、前記平行光束を偏向して、被走査面上に走査して静電潜像を形成する光偏向手段と、前記被走査面上にトナーを供給することにより前記静電潜像を現像する現像手段と、記録媒体へ前記トナーを転写する転写手段と、転写した前記トナーを前記記録媒体へ定着させる定着手段と、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備え、前記レンズからの前記平行光束が該透過部分を通過するように前記レンズと前記光偏向手段との間に配置された遮光部材とを含んで構成されている。

本発明によれば、レンズによって、光源から射出された光ビームを平行光束にし、透過部分を備えた遮光部材によって、被走査面上で所定のビーム径が得られるように平行光束が整形される。さらに、光ビームのＤＯＦは被走査面上に入る平行光束の絞り角度に依存し、この絞り込み角度が小さいほど、大きなＤＯＦが得られる。この絞り込み角度は、遮光部材の透過部分の最外郭で決まり、透過部分が小さいほどＤＯＦを大きくできる。一方、ビーム径は、ＤＯＦと逆の特性を示し、平行光束の絞り込み角度が大きいほど、小さなビーム径にできる。

ここで、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を平行光束が通過した場合、ＤＯＦは透過部分の最外郭でほとんど決まる。また、被走査面上におけるビーム形状は、透過率が一様である透過部分のフーリエ変換像から、透過率の低下した分に相当する透過部分のフーリエ変換像を差し引いた形状となる。

従って、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を平行光束が通過すると、ビーム径は小さくなるが、ＤＯＦはほとんど維持され、結果としてビーム径が小さいわりには大きなＤＯＦを得ることができる。

そして、光偏向手段によって、遮光部材からの平行光束を偏向して、被走査面上に走査して静電潜像を形成し、現像手段によって、被走査面上にトナーを供給することにより前記静電潜像を現像し、転写手段によって、記録媒体へトナーを転写し、定着手段によって、転写したトナーを記録媒体へ定着させる。

従って、遮光部材に中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備えることにより、ビームの小径化とＤＯＦを必要な深さとすることとを簡単な構成で実現することができ、画像の全面に渡って良好な画質を得ることができる。

以上説明したように、本発明の光走査装置及び画像形成装置によれば、遮光部材に中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備えることにより、ビームの小径化とＤＯＦを必要な深さとすることとを簡単な構成で実現することができ、画像の全面に渡って良好な画質を得ることができる、という効果が得られる。

以下に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の第１の実施の形態は、カラープリンタに本発明を適用したものである。

図１に示すように、カラープリンタ１０は、被走査面としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２を帯電する帯電器１４、形成すべき画像に応じて変調されると共に、主走査方向（感光体ドラム１２の軸線に平行な方向）に沿って偏向された光ビームを射出する光走査装置１６を備えている。光走査装置１６から射出された光ビームは感光体ドラム１２の周面上を主走査方向に走査し、同時に感光体ドラム１２が回転し、副走査することで、感光体ドラム１２の周面上に静電潜像が形成されるようになっている。

また、感光体ドラム１２の側方には多色現像器１８が配置されており、多色現像器１８はＣ（シアン）、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（イエロー）、及びＫ（ブラック）の何れかの色のトナーが装填された現像器１８Ａ〜１８Ｄを備えており、感光体ドラム１２に形成された静電潜像をＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの何れかの色に現像する。フルカラー画像を形成する場合には、感光体ドラム１２上の同一の領域に対して静電潜像を形成して互いに異なる色に現像することが複数回繰り返され、領域上で各色のトナー像が順次重ね合わされるようになっている。

感光体ドラム１２の近傍には無端の転写ベルト２０が配置され、転写ベルト２０の配置位置の下方には記録用紙２２を収容する用紙トレイ２４が配置されている。転写ベルト２０の周面は、感光体ドラム１２の回転方向に沿って多色現像器１８による現像位置よりも下流側で感光体ドラム１２の周面に接触しており、感光体ドラム１２に形成されたトナー像は転写ベルト２０に一旦転写された後、用紙トレイ２４から引き出された記録用紙２２が転写ベルト２０の配置位置まで搬送されて、トナー像が再転写されるようになっている。

カラープリンタ１０の機体外へと向かう記録用紙２２の搬送路の途中には定着器２６が配置されており、トナー像が転写された記録用紙２２は、定着器２６によってトナー像が定着されるようになっている。

図２に示すように、光走査装置１６は、光ビームを射出する面発光レーザ５２、光ビームを平行光化（コリメート）し平行光束にするコリメータレンズ５４、感光体ドラム１２上で所定のビーム径が得られるように、平行光束の断面形状を整形する遮光部材６０、シリンドリカルレンズ６２、及びシリンドリカルレンズ６２を経て入射された平行光束を偏向するポリゴンミラー６４を備えている。

ポリゴンミラー６４は、側面に複数の反射面が設けられた正多角形状（例えば正六角形）とされ、平行光束はポリゴンミラー６４の反射面６４Ａに副走査方向のみ収束するようになっている。また、ポリゴンミラー６４は、図示しないポリゴンモータに軸着されており、ポリゴンモータの駆動力により、矢印Ｒ方向へ所定の回転速度で回転される。反射面６４への平行光束の入射角は、ポリゴンミラー６４の回転により連続的に変化し、反射面６４Ａで反射された平行光束は、感光体ドラム１２の軸線方向に走査される。

ポリゴンミラー６４により反射された平行光束の進行方向には、感光体ドラム１２に平行光束を照射するときの走査速度を等速度にすると共に、感光体ドラム１２の周面上に結像点を結ぶ第１レンズ６６及び第２レンズ６８が設けられている。

第１レンズ６６及び第２レンズ６８を透過した平行光束は、感光体ドラム１２に照射される。平行光束の進行方向で、かつ、図２の左端側には、ミラー７２が配置されている。ミラー７２は、感光体ドラム１２の左端側に進行する平行光束を反射するようになっており、反射された平行光束の進行先には、フォトディテクタ等からなるＳＯＳ受光部７４が配置、感光体ドラム１２へのライン毎の走査開始タイミング（ＳＯＳ）を検知するようになっている。

図３に示すように、遮光部材６０は、所定幅で主走査方向に延びた長方形状（例えば、主走査方向の辺を４ｍｍ、副走査方向の辺を０．５ｍｍとする長方形状）である透過部分６０Ａを中央部に備え、透過部分６０Ａはガラス等によって構成されている。透過部分６０Ａは、図４に示すように、中央部に例えば金属が蒸着されており、図５（Ａ）に示すように、光透過率の分布が中心を通る主走査方向の直線に対して対称となっており、また、副走査方向の端部における光透過率Ｒｓに対して、中央部における光透過率Ｒｃが例えば８割の光透過率となっており、端部から中央部に向けて光透過率が徐々に低下するように形成されている。一方、図５（Ｂ）に示すように、主走査方向では、光透過率の副走査方向に対する平均が変化しないように形成されている。

次に、第１の実施の形態に係る光走査装置１６の作用について説明する。上記構成の光走査装置１６では、まず、面発光レーザ５２から射出された光ビームは、まずコリメータレンズ５４によって平行光束にされ、遮光部材６０の透過部分で平行光束が整形されて、平行光束のビーム径が小径化される。ここで、光ビームのＤＯＦは感光体ドラム１２上に入る平行光束の絞り角度に依存し、この絞り込み角度が小さいほど、大きなＤＯＦが得られる。この絞り込み角度は、遮光部材６０の透過部分の最外郭で決まり、透過部分が小さいほどＤＯＦを大きくできる。一方、ビーム径は、ＤＯＦと逆の特性を示し、平行光束の絞り込み角度が大きいほど、小さなビーム径にできる。

ここで、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分６０Ａを平行光束が通過する場合、ＤＯＦは透過部分６０Ａの最外郭でほとんど決まる。また、感光体ドラム１２上におけるビーム形状は、透過率が一様である透過部分のフーリエ変換像から、透過率の低下した分に相当する透過部分のフーリエ変換像を差し引いた形状となる。例えば、図１３に示すように矩形の透過部分の中央５０％の領域を端部に比べて５０％の透過率とする透過部分を考える。それぞれのフーリエ変換像は、図１４（Ａ）となり、感光体ドラム１２上におけるビーム形状は、図１４（Ａ）において実線から点線を差し引いた図１４（Ｂ）に示すようなフーリエ変換像となり、小さいビーム径の形状を得ることができる。

従って、透過部分６０Ａを平行光束が通過すると、ビーム径は小さくなるが、ＤＯＦはほとんど維持され、結果としてＤＯＦが必要な深さである平行光束となる。そして、この平行光束がシリンドリカルレンズ６２を経てポリゴンミラー６４により偏向され、偏向された平行光束が第１レンズ６６及び第２レンズ６８を経て、感光体ドラム１２の周面上に照射される。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一部分については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

第２の実施の形態では、図６に示すように、遮光部材６０の中央部に設けられている透過部分１６０Ａは、副走査方向の中央部に金属が一様に蒸着されて形成されており、図７（Ａ）に示すように、光透過率の分布が中心を通る主走査方向の直線に対して対称となっており、また、中央部における光透過率Ｒｃが副走査方向の端部における光透過率Ｒｓに対し、例えば８割の光透過率となっている。一方、図７（Ｂ）に示すように、主走査方向では、光透過率の副走査方向に対する平均が変化しないように形成されている。なお、その他の構成については、第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。

上記構成の透過部分１６０Ａを備えた光走査装置１６では、まず、面発光レーザ５２から射出された光ビームは、まずコリメータレンズ５４によって平行光束にされ、遮光部材６０の透過部分によって、平行光束が整形されて、平行光束のビーム径が小径化される。

ここで、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分１６０Ａを平行光束が通過する場合、ＤＯＦは透過部分１６０Ａの最外郭でほとんど決まる。また、感光体ドラム１２上におけるビーム形状は、透過率が一様である透過部分のフーリエ変換像から、透過率の低下した分に相当する透過部分のフーリエ変換像を差し引いた形状となり、小さいビーム径の形状を得ることができる。

従って、透過部分１６０Ａを平行光束が通過すると、ビーム径は小さくなるが、ＤＯＦはほとんど維持され、結果としてＤＯＦが必要な深さである平行光束となる。そして、この平行光束がシリンドリカルレンズ６２を経てポリゴンミラー６４により偏向され、偏向された平行光束が第１レンズ６６及び第２レンズ６８を経て、感光体ドラム１２の周面上に照射される。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一部分については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

第３の実施の形態では、図８に示すように、遮光部材６０の中央部に設けられている透過部分２６０Ａは、副走査方向の中央部と主走査方向の中央部とに金属が蒸着されて形成されており、図９（Ａ）に示すように、光透過率の分布が中心を通る主走査方向の直線に対して対称となっており、また、中央部における光透過率Ｒｃが副走査方向の端部及び主走査方向の端部における光透過率Ｒｓに対し、例えば８割の光透過率となっている。なお、その他の構成については、第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。

上記構成の透過部分２６０Ａを備えた光走査装置１６では、まず、面発光レーザ５２から射出された光ビームは、まずコリメータレンズ５４によって平行光束にされ、遮光部材６０で整形されて、平行光束のビーム径が小径化される。

ここで、中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分２６０Ａを平行光束が通過する場合、ＤＯＦは透過部分２６０Ａの最外郭でほとんど決まる。また、感光体ドラム１２上におけるビーム形状は、透過率が一様である透過部分のフーリエ変換像から、透過率の低下した分に相当する透過部分のフーリエ変換像を差し引いた形状となり、小さいビーム径の形状を得ることができる。

従って、透過部分２６０Ａを平行光束が通過すると、ビーム径は小さくなるが、ＤＯＦはほとんど維持され、結果としてＤＯＦが必要な深さである平行光束となる。そして、この平行光束がシリンドリカルレンズ６２を経てポリゴンミラー６４により偏向され、偏向された平行光束が第１レンズ６６及び第２レンズ６８を経て、感光体ドラム１２の周面上に照射される。

次に、遮光部材が透過部分６０Ａ、１６０Ａ、２６０Ａの各々を備えた場合のビーム径、ＤＯＦ、及びサイドバンドについて説明する。図２に示す構成において、感光体ドラム１２の周面上で得られるビーム径と感光体ドラム１２の位置を平行光束の進行方向に０〜５ｍｍの範囲で移動させた場合に周面上で得られる光量に基づく光量ＤＯＦ及びビーム径に基づくビーム径ＤＯＦと、感光体ドラム１２の周面上で得られる平行光束の光量に基づくサイドバンドとを主走査方向及び副走査方向の各々の値に対して測定し、比較した結果を図１０に示している。なお、ＤＯＦは感光体ドラム１２の周面上の光量及びビーム径の各々の狙い値からのずれが２０％以内におさまる範囲の感光体ドラム１２の周面からの最長距離とし、また、ビーム径は、光強度のピークを１とした場合の０．８に低下する位置の幅とする。また、比較例は、図１１に示すような金属が蒸着されていない透過部分で、図１２に示すように、光透過率が透過部分の前面で一様である透過部分を用いた場合とする。図１０に示すような測定条件とし、透過部分６０Ａ、１６０Ａ、２６０Ａの各々の中央部の光透過率は６０％、端部の光透過率は１００％であり、比較例の透過部分の透過率を１００％とする。

図１０に示すように、第１の実施の形態に係る透過部分６０Ａ、第２の実施の形態に係る透過部分１６０Ａ、及び第３の実施の形態に係る透過部分２６０Ａを用いた場合では、ビーム径を小径化することができ、かつＤＯＦを１ｍｍ以上とすることができる。

また、透過部分６０Ａ、１６０Ａ、２６０Ａを用いた場合には、サイドバンドが高まり、このまま通常の条件で画像を作成すると、サイドバンドに相当するところにトナーが現像され、線像やソリッド像のエッジがぼやけたりしてしまうという問題がある。しかしながらサイドバンドの露光によって低下した感光体電位部分が実質的に現像されないように、感光体帯電電位と現像バイアスとを設定することでこの問題を解決できる。すなわち、線がぼやけない程度まで、適宜に感光体電位と現像バイアスの差を広げてあげれば良い。

上記のように設定することにより、サイドバンドのよる潜像が現像されて解像度が低下するのを防ぐことができる。一方、比較例の場合には、ビーム径が大きいため、十分な解像度を得ることができない。

以上、説明したように、本発明の実施の形態に係るカラープリンタでは、遮光部材に中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備えることにより、ビームの小径化とＤＯＦを必要な深さとすることとを簡単な構成で実現することができ、画像の全面に渡って良好な画質を得ることができる。また、透過部分を長方形状とすることにより、透過部分を備えた遮光部材の製造が容易となる。さらに、透過部分の光透過率の分布が、中心を通る主走査方向の直線に対して対称となっているので、遮光部材を設置する際に、遮光部材を設置する高さ方向の設置位置を調整すればよく、横方向には精度の高い設置位置を要求されないので、設置するのが容易となる。

なお、上記の実施の形態では、透過部分が長方形状である場合を例に説明したが、透過部分が主走査方向を長軸とし、副走査方向を短軸とした楕円形状であってもよい。

また、上記の実施の形態では、透過部分が、端部の光透過率Ｒｓに対して、中央部の光透過率Ｒｃが８割の光透過率になっている場合を例に説明したが、端部の光透過率Ｒｓに対し中央部の光透過率Ｒｃが８割以下の光透過率であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光走査装置の光性を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る遮光部材の（Ａ）正面図及び（Ｂ）ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る遮光部材の透過部分を表す正面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る遮光部材の透過部分の（Ａ）副走査方向の光透過率分布を表すグラフ及び（Ｂ）主走査方向の光透過率分布を表すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る遮光部材の透過部分を表す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る遮光部材の透過部分の（Ａ）副走査方向の光透過率分布を表すグラフ及び（Ｂ）主走査方向の光透過率分布を表すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る遮光部材の透過部分を表す正面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る遮光部材の透過部分の（Ａ）副走査方向の光透過率分布を表すグラフ及び（Ｂ）主走査方向の光透過率分布を表すグラフである。 本発明の第１の実施の形態、第２の実施の形態、及び第３の実施の形態に係る遮光部材を用いた場合の光量ＤＯＦ、ビーム径ＤＯＦ、及びサイドバンドの関係を表す表である。 比較例としての遮光部材の透過部分を表す正面図である。 比較例としての遮光部材の透過部分の（Ａ）副走査方向の光透過率分布を表すグラフ及び（Ｂ）主走査方向の光透過率分布を表すグラフである。 ＤＯＦの維持とビーム径の小径化とを実現する原理を説明するための透過部材の例を示すイメージ図である。 ＤＯＦの維持とビーム径の小径化とを実現する原理を説明するためのフーリエ変換像を示すグラフである。

符号の説明

１０ カラープリンタ
１２ 感光体ドラム
１６ 光走査装置
５２ 面発光レーザ
５４ コリメータレンズ
６０ 遮光部材
６０Ａ、１６０Ａ、２６０Ａ 透過部分
６４ ポリゴンミラー

Claims (4)

1. 光ビームを射出する光源と、
   前記光源から射出された光ビームを平行光束にするレンズと、
   前記平行光束を偏向して、被走査面上に走査する光偏向手段と、
   中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備え、前記レンズからの前記平行光束が該透過部分を通過するように前記レンズと前記光偏向手段との間に配置された遮光部材と、
   を含む光走査装置。
2. 前記遮光部材の透過部分が、所定幅で主走査方向に延びた矩形状に形成された請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記透過部分の光透過率が該透過部分の中心を通る主走査方向の直線に対して対称であり、副走査方向の中央部の光透過率Ｒｃ及び副走査方向の端部の光透過率Ｒｓが以下の式を満たす請求項２に記載の光走査装置。
   Ｒｃ／Ｒｓ≦０．８
4. 光ビームを射出する光源と、
   前記光源から射出された光ビームを平行光束にするレンズと、
   前記平行光束を偏向して、被走査面上に走査して静電潜像を形成する光偏向手段と、
   前記被走査面上にトナーを供給することにより前記静電潜像を現像する現像手段と、
   記録媒体へ前記トナーを転写する転写手段と、
   転写した前記トナーを前記記録媒体へ定着させる定着手段と、
   中央部の光透過率が端部の光透過率より低い透過部分を備え、前記レンズからの前記平行光束が該透過部分を通過するように前記レンズと前記光偏向手段との間に配置された遮光部材と、
   を含む画像形成装置。