JP2007047625A - レーザビーム走査装置、光偏向機構及び光偏向光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡素且つ低コストでありながら、例えば高画質な画像を高速で形成できる画像形成装置を実現できるレーザビーム走査装置、及びそれに用いる光偏向機構及び光偏向光学素子を提供する。
【解決手段】
軽量である樹脂製の光学素子６１を、金属製のポリゴンミラーの代わりに用いることにより、低コストでありながら、一定の精度を確保しつつも、高速回転に対応させることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、透過面６１ｂを通過するレーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レーザ光源からのレーザビームを走査するレーザビーム走査装置に関し、特にポリゴンミラーを用いることなくレーザ光を走査できる光偏向機構及び光偏向光学素子、並びにそれを用いたレーザビーム走査装置に関する。

電子写真画像形成装置等に用いられる光走査装置では、レーザビーム走査装置を用いて、レーザ光を、回転するポリゴンミラーの各反射面で反射させて、副走査方向に移動する感光体面上で主走査方向に走査させることにより、画像の形成を行うようになっている。ここで、ポリゴンミラーは、高速度で振れが生じないこと、また高精度が必要であることなどから、アルミニウム合金を鍛造して得られる金属加工品の表面を、鏡面加工することによって形成されるため、製造に手間がかかるという問題がある。

これに対し、特許文献１に開示された技術によれば、ポリゴンミラーの軽量化と、平面精度とを両立すべく、鏡面加工後の面形状を平面視で凹状に揃えるようにしている。
特開２００４−３６１７９５号公報

しかるに、特許文献１の技術では、ポリゴンミラーを１面ずつ鏡面化しなければならないと共に、金属材料を素材としているため、軽量化には自ずと限界があり、特にレーザビームの走査速度を向上させるためには、従来技術とは異なる思想に基づいて、課題を解決することが望まれている。又、ポリゴンミラーは、多角柱状であるため、本来的にバランスをとりにくく、更に回転させることによって渦気流が発生して騒音を招く恐れもある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡素且つ低コストでありながら、例えば高画質な画像を高速で形成できる画像形成装置を実現できるレーザビーム走査装置、及びそれに用いる光偏向機構及び光偏向光学素子を提供することを目的とする。

請求項１に記載のレーザビーム走査装置は、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を感光体面上に主走査方向に走査させる光偏向機構と、前記レーザ光源及び前記光偏向機構間に配置されレーザ光を副走査方向に集光させる円柱面状レンズを含む走査光学系とを有するレーザビーム走査装置であって、
前記光偏向機構は、前記円柱面状レンズにより線状に結像させたレーザ光を透過させる透過面を有する光偏向光学素子と、前記光偏向光学素子を回転駆動する駆動系とを有し、
前記透過面は、入射するレーザ光に対して傾斜角が異なる複数の光学領域を有し、前記光学領域を通過したレーザ光は、通過した前記光学領域の傾斜角に応じて、主走査方向のいずれかの位置に集光されることを特徴とする。

本発明によれば、前記光偏向光学素子の透過面が、入射するレーザ光に対して傾斜角が異なる複数の光学領域を有し、前記光学領域を通過したレーザ光は、通過した前記光学領域の傾斜角に応じて、主走査方向のいずれかの位置に集光されるので、前記光偏向光学素子をポリゴンミラーの代わりに用いることができる。特に、透過面を有する前記光偏向光学素子は、例えばプラスチックなどを用いることで金属素材に対して軽量化を図ることができ、成形などにより一定の精度の製品を大量生産できることから、コストも低く抑えることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、前記透過面を通過する前記レーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。

請求項２に記載のレーザビーム走査装置は、請求項１に記載の発明において、前記光偏向光学素子は円板状であり、前記複数の領域は周方向に並んでおり、前記駆動系により回転駆動されることによって、前記レーザ光が通過する位置に、前記複数の光学領域のいずれかが配されるようになっていることを特徴とする。

前記光学素子を円板状とすることで、風きり音を抑制でき、更に回転バランスを向上させることができるので、高速化を実現することができる。なお、理想的には、円板状の光学素子上に、円柱面状レンズによって結像され線状となった光束の線方向は、円板状の光学素子の半径方向に延在することが望ましいが、例えば前記駆動系との干渉を避けるために、半径方向に対して傾いた方向に延在するようにしても良い。

請求項３に記載のレーザビーム走査装置は、請求項１又は２の発明において、前記光偏向光学素子の光学領域は、前記レーザ光の入射面及び出射面のうち少なくとも一方に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載のレーザビーム走査装置は、請求項１又は２の発明において、前記光偏向光学素子における前記レーザ光の入射面又は出射面は平面であることを特徴とするので、光学素子成形時に用いる型などの製作が容易である。

請求項５に記載のレーザビーム走査装置は、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記傾斜面は曲面であることを特徴とする。前記傾斜面を曲面とすれば屈折力（パワー）を持たせることができるので、ポリゴンミラーを用いたレーザビーム走査装置に通常必要である走査光学系における正のパワーを弱める又はゼロとすることができ、構成の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。なお、前記傾斜面には、主走査方向に正のパワーを持たせる場合、主走査方向に必要な正のパワーの全てを前記傾斜面に持たせた場合、前記光偏向光学素子と前記像面との間に配置する走査光学系は、副走査方向にパワーを有するレンズで足りることとなり、それにより更に簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。

請求項６に記載の光偏向機構は、請求項１〜５のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とするので、レーザビーム走査装置の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化に貢献する。

請求項７に記載の光偏向光学素子は、請求項１〜５のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とするので、レーザビーム走査装置の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化に貢献する。

請求項８に記載の光偏向光学素子は、請求項７に記載の発明において、成形によって形成されることを特徴とするので、一定の精度で大量生産が可能である。

請求項９に記載の光偏向光学素子は、請求項８に記載の発明において、プラスチックから形成されることを特徴とするので、低コストで製造でき、軽量である。

請求項１０に記載の光偏向光学素子は、請求項７又は８に記載の発明において、ガラスから形成されることを特徴とするので、温度特性など光学性能が優れる。

請求項１１に記載の光偏向光学素子は、回転駆動可能な円板状の光偏向光学素子であって、傾斜角が異なるようにして半径方向に傾斜させた複数の光学領域を周方向に並べて配置しており、前記光学領域を通過したレーザ光は異なる方向に出射されるようになっていることを特徴とするので、前記光偏向光学素子を回転駆動させることで、例えばレーザビーム走査装置のポリゴンミラーの代わりに用いることができる。特に、透過面を有する前記光偏向光学素子は、例えばプラスチックなどを用いることで金属素材に対して軽量化を図ることができ、成形などにより一定の精度の製品を大量生産できることから、コストも低く抑えることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、前記透過面を通過する前記レーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。

請求項１２に記載のレーザビーム走査装置は、請求項１１に記載の光偏向光学素子を用いたことを特徴とするので、より低コスト且つ軽量化を図れる。

本発明によれば、簡素且つ低コストでありながら、例えば高画質な画像を高速で形成できる画像形成装置を実現できるレーザビーム走査装置、及びそれに用いる走査機構及び光学素子を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、画像形成装置に組み込まれると好適な、本実施の形態にかかるレーザビーム走査装置の走査光学系を示す平面図であるが、一部は簡略化して図示している。図１において、感光体面９０の面に沿った紙面上下方向を主走査方向とし、紙面垂直方向を副走査方向とする。レーザ光源１、レーザ光源１から出射される光束の発散角を変更するコリメートレンズ１０、レーザ光を副走査方向に集光させるための円柱面状レンズ２０が光軸上に配置され、円柱面状レンズ２０を透過したレーザ光を入射する位置に走査機構（光偏向機構ともいう）６０の光学素子６１が配置されている。更に光学素子（光偏向光学素子ともいう）６１と、その結像面である感光体面９０との間の光軸上に、レーザ光を感光体面９０上に集光させるための走査レンズ系（長尺レンズともいうが、同様な特性のミラーであっても良い）８０が配置されている。本実施の形態において、走査レンズ系中における主に副走査方向の屈折力を担う面を有するレンズである走査レンズ系８０は、図２に示すように、角柱状の部材における対向する側面を、内側に彫り込むようにして略円弧状の光学面を形成しており、それ以外の側面形状は矩形状に残しているが、全体的に弓形としてもよい。又、走査レンズ系は、複数のレンズで構成されていても良い。

図２は、図１に示すレーザビーム走査装置の主要部の概略斜視図である。図３は、光学素子６１の拡大切断斜視図である。図２に示すように、走査機構６０は、円板状の光学素子６１と、それに連結されたダイレクトドライブモータ６２とを有している。駆動系を構成するダイレクトドライブモータ６２は、駆動回路５０Ａにより駆動されて一定速度で光学素子６１を回転駆動するようになっている。

図３において、光学素子６１は、プラスチックの射出成形により形成したもので、外周に円筒部６１ａを有しており、その端面（図３で上面）には透過面６１ｂを形成している。透過面６１ｂは、複数の光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・に分割されている。それぞれ微小な曲面である各光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・は、外周側の縁の光軸方向（図３で上下方向）高さは等しいが、内周側の光軸方向高さは階段状に異なっており、即ち、光軸に直交する面に対する傾斜角θがそれぞれ異なっている。なお、光学素子６１の入射面（図３で底面）は平面となっている。光学素子６１は、プラスチックを射出成形するなどの方法で形成できるが、ガラスなどによって形成されても良い。

円柱面状レンズ２０を透過したレーザ光Ｌが、半径方向に延在する線状に光学素子６１の透過面６１ｂに結像したときに、結像した光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・によって出射する方向が異なることとなる。ここで、光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・は曲面であって正のパワーを有しているので、ポリゴンミラーを用いたレーザビーム走査装置に通常必要である走査光学系における正のパワーを弱める又はゼロとすることができ、構成の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。ただし、走査光学系に正のパワーを持たせることを前提として、光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・を平面としても良い。なお、特定の光学領域ＯＲｄを通過したレーザ光は、走査開始のタイミング制御等に用いられる光検出器７０（図１，２）に入射するようになっている。検出手段としての光検出器７０の出力信号は、駆動回路５０Ａに入力されるようになっている。

本実施の形態のレーザビーム走査装置の動作を説明する。レーザ光源１からのレーザ光は、コリメートレンズ１０により平行光にされ、円柱面状レンズ２０によって副走査方向に集光され、回転する光学素子６０の透過面６１ｂ上に結像される。透過面６１ｂを通過したレーザ光は、通過した光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・に応じて屈折されるとともに、光学素子６０の半径方向（主走査方向）に曲率を持った透過面６１ｂ（光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・）の曲面によって主走査方向への集光機能が付与され、その後副走査方向に集光機能を有する走査レンズ系８０を介して、感光体面９０上における主走査方向のいずれかの位置に（図１で点線で示す範囲であって、ここでは１回転の間に図の下方から上方に向かって線状に順次）集光するようになっているので、それにより適切な点描を描くことが可能となる。なお、例えば光学領域ＯＲｄが、透過面６１ｂに１つのみ設けられている場合、１回転につき１回、屈折されたレーザ光が光検出器７０に入射することとなり、それにより回転周期がわかるので、駆動回路５０Ａは光学素子６１の回転速度を求めることができる。

本実施の形態によれば、軽量である樹脂製の光学素子６１を、金属製のポリゴンミラーの代わりに用いることにより、低コストでありながら、一定の精度を確保しつつも、高速回転に対応させることができる。更に、回転するポリゴンミラーなどで反射させる場合に比較して、透過面６１ｂを通過するレーザ光の光路長はほとんど変化しないので、ピントの位置ズレがおきにくく、従って像面補正が容易になる。

本実施の形態においては、１本のレーザ光を光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・に結像させているが、同時に複数本のレーザ光を光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・に結像させても良い。即ち、副走査方向に同時にレーザ光を集光させ、各レーザ光を色分けして用いることで、例えばカラープリンタ等を構成することもできる。また、複数本のレーザ光を走査させることによって、高速プリンタを構成することもできる。かかる場合、複数本のレーザ光は、同じ光学領域ではなく、例えば１８０度位相（或いは９０度位相ずつ）ずれた光学領域に同時に入射させることもできる。また、光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・を半径方向に複数列並べた上で、各々同時にレーザ光を通過させる構成とすることもできる。ただし、光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・は、必ずしも区切られている必要はなく、連続する平面又は曲面の一部であっても良い。透過面６１ｂを連続する平面又は曲面とすれば、光量の低下を招く恐れのあるゴミなどの付着を抑制し、清掃も容易である。

又、本実施の形態では、透過面６１ｂにおいて、全ての光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・の傾斜角度を異ならせているが、傾斜角度が異なる光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・からなる同じ群を複数（例えば２群、３群、４群、・・・）設けても良い。この場合、回転軸線を中心として光学領域群を幾何学的に点対称な配置とすることにより、傾斜面とすることで部分的に切除された素材による回転アンバランスを良好に修正することができる。なお、これに限らず、光学素子６１の一部にバランス調整用の突起やくぼみを設けたり、別個にバランサーなどを取り付けても良い。

又、光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・は、内周側の縁の光軸方向高さを等しくし、外周側の光軸方向高さを異ならせるようにしても良い。又、光学領域の傾斜角度を異ならせる場合、本実施の形態のように周方向に漸次減少又は増大させるほか、駆動回路５０Ａが順序を認識していればランダムに変化させても良い。

更に、光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・の傾斜角度を調整することで、ポリゴンミラーを用いたレーザビーム走査装置に通常必要である走査光学系におけるｆθ特性の一部又は全てを、光学領域ＯＲ１、ＯＲ２、・・・に持たせることができ、走査光学系の構成の簡素化・小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。

本実施の形態にかかるレーザビーム走査装置の走査光学系を示す平面図である。 図１に示すレーザビーム走査装置の主要部の概略斜視図である。 図３は、光学素子６１の拡大切断斜視図である。

符号の説明

１ レーザ光源
１０ コリメートレンズ
２０ 円柱面状レンズ
５０Ａ 駆動回路
６０ 走査機構
６１ 光学素子
６１ａ 円筒部
６１ｂ 透過面
６２ ダイレクトドライブモータ
７０ 光検出器
８０ 長尺レンズ
９０ 感光体面
ＯＲ１、ＯＲ２，・・・ 光学領域
ＯＲｄ 光検出器用の光学領域

Claims (12)

1. レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を感光体面上に主走査方向に走査させる光偏向機構と、前記レーザ光源及び前記光偏向機構間に配置されレーザ光を副走査方向に集光させる円柱面状レンズを含む走査光学系とを有するレーザビーム走査装置であって、
   前記光偏向機構は、前記円柱面状レンズにより線状に結像させたレーザ光を透過させる透過面を有する光偏向光学素子と、前記光偏向光学素子を回転駆動する駆動系とを有し、
   前記透過面は、入射するレーザ光に対して傾斜角が異なる複数の光学領域を有し、前記光学領域を通過したレーザ光は、通過した前記光学領域の傾斜角に応じて、主走査方向のいずれかの位置に集光されることを特徴とするレーザビーム走査装置。
2. 前記光偏向光学素子は円板状であり、前記複数の領域は周方向に並んでおり、前記駆動系により回転駆動されることによって、前記レーザ光が通過する位置に、前記複数の光学領域のいずれかが配されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザビーム走査装置。
3. 前記光偏向光学素子の光学領域は、前記レーザ光の入射面及び出射面のうち少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザビーム走査装置。
4. 前記光偏向光学素子における前記レーザ光の入射面又は出射面は平面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザビーム走査装置。
5. 前記傾斜面は曲面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザビーム走査装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とする光偏向機構。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載のレーザビーム走査装置に用いることを特徴とする光偏向光学素子。
8. 前記光偏向光学素子は成形によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の光偏向光学素子。
9. 前記光偏向光学素子はプラスチックから形成されることを特徴とする請求項８に記載の光偏向光学素子。
10. 前記光偏向光学素子はガラスから形成されることを特徴とする請求項７又は８に記載の光偏向光学素子。
11. 回転駆動可能な円板状の光偏向光学素子であって、傾斜角が異なるようにして半径方向に傾斜させた複数の光学領域を周方向に並べて配置しており、前記光学領域を通過したレーザ光は異なる方向に出射されるようになっていることを特徴とする光偏向光学素子。
12. 請求項１１に記載の光偏向光学素子を用いたことを特徴とするレーザビーム走査装置。
    
    

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