JP2010107554A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期検知センサにレーザ光を導くための光路変更手段を設けないで、一つのレーザ光検出手段だけで主走査倍率の変化を検知することができる光走査装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】同期検知センサ９１は、ポリゴンミラー８４で偏向したレーザ光を検出するものであり、レーザ光Ｌの主走査方向の走査開始タイミングを設定するために走査開始側の有効露光領域外に設けられている。同期検知センサ９１は、有効露光領域外において、ｆθレンズ８５の走査開始側の端部の外側壁面８５ｂで内面反射して導光された第１レーザ光Ｌ１と、ｆθレンズ８５のレンズ部８５ａの走査開始側を透過して導光された第２レーザ光Ｌ２とをそれぞれ検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタなどに用いられる光走査装置および画像形成装置に関する。

一般に光走査装置は、光源（レーザダイオード）から射出されたレーザ光を、回転するポリゴンミラーにより偏向させた後、ｆθレンズなどで構成された走査光学系を介して被走査面上を主走査方向に等速走査させるようにしたものである。特に、複数のレーザ光を用いたマルチビーム光走査装置は、ポリゴンミラーの回転数を上げることなく、複写機やプリンタなどの高解像度化、高速化に対応できるため、広く用いられている。

このマルチビーム光走査装置では、温度および経時変化によって光源から射出されるレーザ光の波長がずれたり、ｆθレンズなどの特性が変化したりして主走査倍率が変化することがある。主走査倍率が変化すると、ビームごとに主走査ドット位置がずれてしまい画像が劣化する。また、MEMSミラー等の往復走査する偏向器では、温度変化によって振り角の変化が起こり、主走査方向のドット位置精度が悪化し画像が劣化する。これを補正する手段として、特許文献１〜特許文献３には、各ビームの走査開始タイミングを設定するための同期検知センサを設けたマルチビーム光走査装置が開示されている。

特開２００２−１２２７９９号公報 特開２００１−１６２８６５号公報 特開２００５−６２７１２号公報

しかしながら、特許文献１の光走査装置は、走査開始側と終了側にそれぞれ同期検知センサを一つづつ設ける必要があった。特許文献２の光走査装置は、走査開始側の２箇所で検知して主走査倍率補正を行うものであるが、この光走査装置も二つの同期検知センサを設ける必要があった。また、特許文献３の光走査装置は、一つの同期検知センサだけで主走査倍率の補正を行うものであるが、同期検知センサにレーザ光を導くために、ミラー等の光路変更手段を設ける必要があった。

それゆえに、本発明の主たる目的は、同期検知センサにレーザ光を導くための光路変更手段を設けないで、一つのレーザ光検出手段だけで主走査倍率の変化を検知することができる光走査装置および画像形成装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、レーザ光を射出する光源と、光源から射出されたレーザ光を偏向する偏向器と、偏向器で偏向されたレーザ光により被走査面上を走査する走査光学系と、走査光学系により主走査方向に走査されるレーザ光を検出する一つのレーザ光検出手段と、を備え、レーザ光検出手段が被走査面の有効露光領域外において、走査光学系を構成する光学素子の端部の壁面で反射して導光された第１レーザ光と、光学素子のレンズ部を透過して導光された第２レーザ光とをそれぞれ検出し、レーザ光検出手段からの検出信号を主走査方向の同期に用いることを特徴とする、光走査装置である。

請求項１の発明では、レーザ光を光学素子の端部の壁面で反射させてレーザ光検出手段に入射させる第１光路と、レーザ光を光学素子のレンズ部を透過させてレーザ光検出手段に入射させる第２光路とが形成されている。従って、一つのレーザ光検出手段だけで、主走査倍率の変化を検知することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、レーザ光検出手段で検知される第１レーザ光検知タイミングと第２レーザ光検知タイミングとの時間差を測定する走査時間測定手段と、走査時間測定手段で測定した時間差を基準時間と比較して主走査倍率を補正する補正手段と、を設けたことを特徴とする、光走査装置である。

請求項２の発明では、第１レーザ光検知タイミングと第２レーザ光検知タイミングとの時間差を測定し、測定した時間差を基準時間と比較することにより、主走査倍率を高精度で制御して補正することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明に従属する発明であって、光学素子がｆθレンズであることを特徴とする、光走査装置である。

請求項３の発明では、光学素子をｆθレンズとすることにより、簡易かつ低コストで第１光路と第２光路を形成することができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光走査装置からのレーザ光により被走査面上に静電潜像を形成して記録媒体に画像を形成することを特徴とする、画像形成装置である。

請求項４の発明では、被走査面上に静電潜像を精度良く形成することができるため、容易に記録媒体に画像を精度良く形成することができる。

本発明によれば、レーザ光を光学素子の端部の壁面で反射させてレーザ光検出手段に入射させる第１光路と、レーザ光を光学素子のレンズ部を透過させてレーザ光検出手段に入射させる第２光路とが形成されているので、一つのレーザ光検出手段をだけで、主走査倍率の変化を検知することができる。

本発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

（画像形成装置の概略構成）
図１は画像形成装置１を示す概略構成図である。画像形成装置１の中央部に配設された感光体ドラム３１は、駆動手段によって図示矢印の時計回り方向に所定速度で駆動される。感光体ドラム３１の外周近傍には、帯電器３２、現像器３３、転写ローラ３４、クリーニング摺擦部材３５が設けられている。感光体ドラム３１は帯電器３２にてドラム面（被走査面）３１ａが一様に帯電される。感光体ドラム３１の回転方向における帯電器３２の下流側には、レーザースキャニングユニット（光走査装置）８が配置されている。画像データに基づいてレーザースキャニングユニット８から放射されたレーザ光Ｌは、ドラム面３１ａに照射され、静電潜像が形成される。

レーザースキャニングユニット８の下流側には、現像器３３が配置されている。現像器３３は、トナーを静電潜像が形成されたドラム面３１ａに付与することにより、ドラム面３１ａにトナー像を形成する。

現像器２２の下流側には、転写ローラ３４が配置されている。さらに、転写ローラ３４の下流側には、ドラム面３１ａに残ったトナーを除去するためのクリーニング摺擦部材３５が配置されている。

一方、ピックアップローラ２２はトナー像と同期して給紙カセット２１から記録媒体としての用紙を取り出し、その用紙を給紙ローラ２３，２４，２５，２６によって搬送路Ｒ１の水平部に送り出す。さらに、レジストローラ２７によって用紙を一時待機させた後、所定のタイミングで感光体ドラム３１に送り込む。なお、ピックアップローラ２９は手差しトレイ２８に載置された用紙を取り出し、その用紙を給紙ローラ２４，２６によって搬送路Ｒ１の水平部に送り出す。

感光体ドラム３１に送り込まれた用紙は、転写ローラ３４によって感光体ドラム３１のドラム面３１ａ上に形成されたトナー像が転写され、定着ローラ４１，４２に送り込まれる。トナー画像を転写された用紙は、定着ローラ４１，４２によって熱と圧力とでトナー像を定着された後、搬送路Ｒ１の垂直部に送り出され、印刷物として排出ローラ５１で機外に排出されて排出トレイ５上に積載される。

また、搬送路Ｒ１の水平部と給紙カセット２１との間には反転搬送路Ｒ２が設けられており、用紙の両面に画像を形成できるようになっている。さらに、定着ローラ４１，４２と排出ローラ５１との間、および、反転搬送路Ｒ２には、搬送ローラ７が適所に配設されている。

（レーザースキャニングユニットの概略構成）
図２はレーザースキャニングユニット８を示す斜視図であり、図３はその平面図である。レーザースキャニングユニット８は、ハウジング８０内にレーザダイオード８１、シリンドリカルレンズ８２，８３、ポリゴンミラー（偏向器）８４、ｆθレンズ８５，８６、折り返しミラー８７、同期検知センサ（レーザ光検出手段）９１を備えている。

レーザダイオード８１は、画像データ信号をレーザ光に変調して射出する。ポリゴンミラー８４は、平面視正六角形の平板状に形成されており、所定方向（図３では時計回り方向）に一定の速度で回転しながらシリンドリカルレンズ８３からのレーザ光Ｌをｆθレンズ８５に向けて偏向する。なお、ポリゴンミラー８４は正六角形に限らず、正多角形であれば他の形状のものも用いることができる。また、ポリゴンミラー８４の回転方向や回転速度もレーザースキャニングユニット８の仕様に合わせて適宜設定することができる。ｆθレンズ８５，８６はハウジング８０内の適所に配設され、ポリゴンミラー８４で偏向されたレーザ光Ｌを感光体ドラム３１上で等速走査させる。折り返しミラー８７はｆθレンズ８６からのレーザ光Ｌを反射して、ハウジング８０の底面に設けたスリット開口部８０ａを通して感光体ドラム３１に導く。

このレーザースキャニングユニット８においては、レーザダイオード８１から射出されたレーザ光Ｌがシリンドリカルレンズ８２，８３を介してポリゴンミラー８４へ導かれる。そして、回転するポリゴンミラー８４に入射したレーザ光Ｌは、ポリゴンミラー８４の鏡面で反射偏向された後、ｆθレンズ８５，８６を通って折り返しミラー８７で反射され、スリット開口部８０ａを通過する。これにより、レーザ光Ｌが、所定の走査方向（図２の矢印Ａ方向）に水平走査されながら主走査方向と直交する軸心回り方向（図２の矢印Ｂ方向）に回転する感光体ドラム３１のドラム面３１ａの露光位置に導かれる。

（主走査倍率変化検知の第１実施形態）
次に、レーザースキャニングユニット８の主走査倍率変化検知の第１実施形態について説明する。図４はレーザースキャニングユニット８の光路の一部を示した概略図であり、図５はｆθレンズ８５の端部における光路の拡大図である。同期検知センサ９１は、ポリゴンミラー８４で偏向したレーザ光を検出するものであり、レーザ光Ｌの主走査方向の走査開始タイミングを設定するために走査開始側の有効露光領域外（画像形成領域外）に設けられている。なお、第１実施形態では、同期検知センサ９１を走査開始側の有効露光領域外に配置しているが、同期検知センサ９１を走査終了側に配置することも可能である。

同期検知センサ９１は、有効露光領域外において、ｆθレンズ８５の走査開始側の端部の外側壁面８５ｂで内面反射して導光された第１レーザ光Ｌ１と、ｆθレンズ８５のレンズ部８５ａの走査開始側を透過して導光された第２レーザ光Ｌ２とをそれぞれ検出する。

ｆθレンズ８５と空気の境界での内面反射は、図６に示すように、ｆθレンズ８５の媒質の屈折率が１．５２の場合、入射角４１．８°以上では全反射が起こる（臨界角）。第１実施形態では、第１レーザ光Ｌ１が外側壁面８５ｂに入射するときの入射角θを７８．７４°に設定している。また、第２レーザ光Ｌ２がｆθレンズ８５の端部の内側壁面８５ｃで外面反射を起こさないようにするため、第２レーザ光Ｌ２がｆθレンズ８５のレンズ部８５ａに入射するときの入射角度に対する内側壁面８５ｃの角度θ１が正（＋）になるように設定している。

同期検知センサ９１は、第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２をそれぞれ検出したタイミングに応じて、図３に示す時間カウント部（走査時間測定手段）９２に信号を出力する。時間カウント部９２は、同期検知センサ９１の第１レーザ光検知タイミングと第２レーザ光検知タイミングとの時間差を測定する。すなわち、第１レーザ光Ｌ１が同期検知センサ９１に入射したタイミングから、第２レーザ光Ｌ２が同期検知センサ９１に入射するタイミングまでの時間を測定する。温度および経時変化によってレーザダイオード８１から射出されるレーザ光の波長がずれたり、ｆθレンズ８５などの特性が変化したりして主走査倍率が変化すると、この時間が変化する（主走査倍率が増大すると時間が短くなる）。

時間カウント部９２において測定された時間差は比較制御部９３へ転送される。比較制御部９３は予め基準時間のデータをメモリしており、転送された時間差を基準時間と比較し、基準時間からのずれを計算する。このずれに応じて、書込クロック生成部９４において基準クロック発生部９５から発生したビデオクロックを補正して書込クロックを生成し、レーザダイオード駆動部９６へ送信する。レーザダイオード駆動部９６では図示しない画像信号発生部から送信されてくる画像データ信号の周波数を書込クロックの周波数に変換することにより、主走査倍率を高精度で制御して補正することができる。この結果、画像の劣化を防止することができる。なお、第１実施形態では、画像データ信号の周波数を変更することにより主走査倍率を補正しているが、ポリゴンミラー８４の回転速度を変更することにより主走査倍率を補正してもよい。

以上の構成からなるレーザースキャニングユニット８は、第１レーザ光Ｌ１をｆθレンズ８５の端部の外側壁面８５ｂで内面反射させて同期検知センサ９１に入射させる第１光路と、第２レーザ光Ｌ２をｆθレンズ８５のレンズ部８５ａを透過させて同期検知センサ９１に入射させる第２光路とが形成されている。従って、一つの同期検知センサ９１だけで主走査倍率の変化を検知できる。さらに、同期検知センサ９１にレーザ光Ｌ１，Ｌ２を導くためのミラー等の光路変更部材を設ける必要がないので、部品点数の削減や組み付け工数の削減が可能となる。

（主走査倍率変化検知の第２実施形態）
図７および図８に示すように、主走査倍率変化検知の第２実施形態では、同期検知センサ９１が、有効露光領域外において、ｆθレンズ８５の走査終了側の端部の外側壁面８５ｂで内面反射して導光された第１レーザ光Ｌ１と、ｆθレンズ８５のレンズ部８５ａの走査開始側を透過して導光された第２レーザ光Ｌ２とをそれぞれ検出する。

外側壁面８５ｂでの内面反射が全反射となるように、第２実施形態では、第１レーザ光Ｌ１が外側壁面８５ｂに入射するときの入射角θを４５．４°に設定している。また、内面反射した第１レーザ光Ｌ１が、ｆθレンズ８５の端部の内側壁面８５ｃで再度内面反射を起こさないようにするため、第１レーザ光Ｌ１が内側壁面８５ｃに入射するときの入射角度θ２を３０°以下に設定している。また、第１レーザ光Ｌ１が内側壁面８５ｃで外面反射する場合は、ｆθレンズ８５の入射面側に遮光材９０（図８参照）を配設するとよい。

以上の構成からなるレーザースキャニングユニット８は、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（主走査倍率変化検知の第３実施形態）
図９に示すように、主走査倍率変化検知の第３実施形態では、同期検知センサ９１が、有効露光領域外において、ｆθレンズ８５の走査開始側の端部の内側壁面８５ｃで外面反射して導光された第１レーザ光Ｌ１と、ｆθレンズ８５のレンズ部８５ａの走査開始側を透過して導光された第２レーザ光Ｌ２とをそれぞれ検出する。

ｆθレンズ８５と空気の境界での外面反射は、図１０に示すように、ｆθレンズ８５の媒質の屈折率が１．５２の場合、入射角８０°付近では５０％程度の反射（ｓ偏光の場合）が起こる。第３実施形態では、第１レーザ光Ｌ１が内側壁面８５ｃに入射するときの入射角θを７９．０２°に設定している。

また、第１レーザ光Ｌ１がｆθレンズ８５の端部の外側壁面８５ｂで内面反射する場合は、ｆθレンズ８５の入射面側に遮光材を配設したり、内面反射した第１レーザ光Ｌ１が感光体ドラム３１や同期検知センサ９１に入射しないように外側壁面８５ｂの角度を変更したりする。また、外面反射を利用する場合は、反射率が低くなる（入射角８０°でも光量が約５０％低下する）ので、第１レーザ光Ｌ１の領域だけレーザダイオード８１の駆動電圧を高くして発光光量を大きくしてもよい。あるいは、常にレーザダイオード８１の駆動電圧を高くして発光光量を大きくし、有効露光領域の光路中に減光フィルタを配設するようにしてもよい。

以上の構成からなるレーザースキャニングユニット８は、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。ｆθレンズ８５の外側壁面８５ｂの内面反射部は、第１レーザ光Ｌ１を集光させるように凹面形状になっていてもよい。具体的には、図７において、第１レーザ光Ｌ１の入射光束幅３ｍｍ、入射角４５．４°、外側壁面８５ｂの内面反射部から同期検知センサ９１までの距離１３６ｍｍの場合、ｆθレンズ８５の外側壁面８５ｂの内面反射部を曲率半径３９２ｍｍの面にすれば、同期検知センサ９１上で第１レーザ光Ｌ１が集光する。あるいは、ｆθレンズ８５の外側壁面８５ｂで内面反射された第１レーザ光Ｌ１が出射するｆθレンズ８５の部分の面をレンズ形状にして、第１レーザ光Ｌ１を集光させてもよい。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る光走査装置の一例を示す斜視図である。 図２に示した光走査装置の平面図ある。 光走査装置の光路の一部を示す概略平面図である。 ｆθレンズの端部における光路を示す拡大平面図である。 内面反射の特性を示すグラフである。 光走査装置の光路の一部を示す概略平面図である。 ｆθレンズの端部における光路を示す拡大平面図である。 光走査装置の光路の一部を示す概略平面図である。 外面反射の特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 画像形成装置
８ レーザースキャニングユニット
３１ 感光体ドラム
８１ レーザダイオード
８４ ポリゴンミラー
８５ ｆθレンズ
８５ａ レンズ部
８５ｂ 外側壁面
８５ｃ 内側壁面
９１ 同期検知センサ
Ｌ１ 第１レーザ光
Ｌ２ 第２レーザ光

Claims (4)

1. レーザ光を射出する光源と、前記光源から射出されたレーザ光を偏向する偏向器と、前記偏向器で偏向されたレーザ光により被走査面上を走査する走査光学系と、前記走査光学系により主走査方向に走査されるレーザ光を検出する一つのレーザ光検出手段と、を備え、
   前記レーザ光検出手段が、前記被走査面の有効露光領域外において、前記走査光学系を構成する光学素子の端部の壁面で反射して導光された第１レーザ光と、前記光学素子のレンズ部を透過して導光された第２レーザ光とをそれぞれ検出し、前記レーザ光検出手段からの検出信号を主走査方向の同期に用いることを特徴とする、光走査装置。
2. 前記レーザ光検出手段で検知される第１レーザ光検知タイミングと第２レーザ光検知タイミングとの時間差を測定する走査時間測定手段と、前記走査時間測定手段で測定した時間差を基準時間と比較して主走査倍率を補正する補正手段と、を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光学素子がｆθレンズであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光走査装置からのレーザ光により被走査面上に静電潜像を形成して記録媒体に画像を形成することを特徴とする、画像形成装置。