JP4851389B2 - 光走査装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、フルカラー画像形成装置の一例として、4つの感光体を記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体に対応した複数の光源装置から放射された光ビームの光束を1つの偏向手段により偏向走査し、各感光体に対応する複数の走査結像光学系により各感光体に同時に露光して潜像をつくり、これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視像化したのち、これらの可視像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写し定着することで、カラー画像を得られるように構成されている。このように、光走査装置と感光体の組み合わせを2組以上用いて、多色画像、すなわち、2色画像(例えば赤と黒)や3色以上のカラー画像等を得るようにした画像形成装置は「タンデム式画像形成装置」として知られている。
[1]偏向器の両側より光束を入射し、光束を振り分けて走査する対向走査方式。
[2]略平行でかつ副走査方向に離れた複数の光束を偏向器に入射し、複数の光束に対応する複数の走査光学素子を副走査方向に並べて走査する。
[3]偏向器の片側より光束を入射し、3枚構成の走査光学系(L1、L2、L3)で、L1、L2は異なる被走査面に向かう複数の光束が通過し、L3は各被走査面毎に設けられている。
このように、複数の被走査面で光偏向器を共用すると、光偏向器の数を減らすことにより、画像形成装置をコンパクト化・低コスト化することが可能になる。
説明を加えると、タンデム型のフルカラー複写機においては、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の各色に対応して4つの感光体ドラムを転写ベルトの搬送面に沿って列設し、光走査装置により各感光体ドラムに対応して設けられたビームを走査して、当該感光体ドラム周面に静電潜像を形成すると共に該当する色のトナーで顕像化し、これを転写ベルトによって搬送されるシート上に順次転写して多色画像を形成するようになっていることから、各色ごとにばらばらの副走査対応方向の走査位置ずれが生じてしまうと画質の低下、色ずれをひきおこす。
本出願人は、走査線曲がりの補正方法として、特許文献2において、レンズの中央付近に突起物を突き当てる際に突出量を変化させて走査線曲がりを補正する方式を提案している。しかし、レンズ形状(例えば1枚構成の走査レンズなど中心肉厚が厚く、主走査方向に短いレンズなど)によっては補正困難である。
走査線の傾きの調整としては、折返しミラーを副走査方向に平行な軸を中心に偏芯させ調整する方式がある。本方式によれば、光路長が変化することにより像面湾曲が劣化し高品質な画像を得ることが困難となる。
上記高品質な画像を得ることができなくなるとは、特に解像度が低くなるとの意味である。像面湾曲が劣化するとビームスポット径が太り、解像度が低下してしまうこととなる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の光走査装置において、前記最明度画像用ビームを反射偏向する折返しミラーは、前記回動機構をもつ複数の折返しミラーのうち、前記回動機構の回動支点から前記折り返しミラー面上で外側端の光ビームが反射される位置までの距離が最も大きい折返しミラーであることを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の光走査装置において、前記結像光学系は1枚構成の走査レンズよりなることを特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の画像形成装置において、被走査面として、少なくとも3つの感光体を持ち、カラー画像を形成することを特徴とする。
同図において符号1は光源、2はカップリングレンズ、3はシリンドリカルレンズ、4はポリゴンミラー、4aはポリゴンミラーの反射面、5は結像光学系、6は走査光学系、7は感光体、7aは被走査面をそれぞれ示す。
同図は光源から被走査面までの光路を同一平面に展開して示した図である。
光源としての半導体レーザ1から放射された発散性の光束Lはカップリングレンズ2により以後の光学系に適した光束形態に変換される。カップリングレンズ2により変換された光束形態は、平行光束であることも、弱い発散性あるいは弱い集束性の光束であることもできる。
カップリングレンズ2からの光束Lはシリンドリカルレンズ3により同図の紙面方向に集光され、光偏向器としてのポリゴンミラー4の偏向反射面4aに入射する。
偏向反射面4aにより反射された光束L’は、ポリゴンミラー4の等速回転とともに等角速度的に偏向し、結像光学系5を透過して被走査面7a上に集光する。これにより、偏向光束L’は被走査面7a上に光スポットを形成し、被走査面7aの光走査を行う。前述のように、この方向の走査を主走査と呼んでいる。被走査面7aにおける主走査方向と直交する方向を副走査と呼んでいる。実際には折り返しミラー(同図では折返しミラーは図示していない)等により光の進行方向は変化するので、「主走査方向」・「副走査方向」は、光の進行方向における相対的な関係として用いる。
同図において符号A、Bはミラーに対応する光路長変化量、Mは折り返しミラー、Δθは折り返しミラーの変位量(以下偏芯量と呼ぶ)、Pは回動の支点、Zは光軸をそれぞれ示す。
本発明は、折り返しミラーMの一端を回動可能に構成することによって課題を解決しようとするものである。
同図は回動支点Pからの距離が異なる位置に入射する光束の被走査面までの光路長が、同一のミラー回動量Δθによって変化する様子を説明している。同図(a)は支点Pからの距離が近い場合、同図(b)は支点Pからの距離が遠い場合を示している。支点PはミラーMの一端に設けられた軸の平面図上の1点を表しており、後述のように、軸は同図における紙面に垂直とは限らない。
本発明によれば、折り返しミラーMを有する光走査装置の少なくとも2以上の被走査面に向かう光ビームの光偏向器と被走査面の間には、前記折り返しミラーMが、主走査方向および光ビームの進行方向に対し平行とならない軸を中心に回動可能な回動機構を有している。本折返しミラーMを同図に示すが如くミラーMの反射面に平行な軸を支点Pとして回動することで、被走査面7a上での走査線の傾きが変化する。多色画像を形成する場合、各被走査面としての感光体上で各々が異なる傾きを持つと、各色を重ね合わせた際に色ずれとなり画像品質が著しく低下してしまう。逆に言えば、前記折返しミラーMにより各色に対応する被走査面上での走査線傾きを調整し色ずれを低減することが可能となる。
なお、回動軸はミラーMの反射面に平行とする構成のほか、ハウジングの構成によってはハウジングの側面や上面から調整やすいように軸を鉛直方向その他に向けて設けるなど、適宜変形が可能である。
そこで、本発明においては、前記主走査方向および光ビームの進行方向に対し平行とならない軸を中心に回動可能な複数の折返しミラーにおいて、光ビームの偏角が最も小さい折返しミラーを、最も明度の高い色画像を形成する被走査面に対応する光ビーム(以下、最明度画像用ビームという)を反射偏向する折返しミラーとしている。
前記像面湾曲変動を低減するためには、折返しミラーMの偏芯調整量を小さくし、光路長の変化を小さくする必要がある。光路長の変化が小さければ、像面湾曲変動も減りビームスポット径の変動も低減可能となる。折返しミラーの偏芯調整量を小さくするのは、折返しミラーによる光ビームの偏向角(以下単に偏角と呼ぶ)を大きく(鈍角に)する必要がある。同図に示すが如く、偏角が大きいミラーと小さいミラーで被走査面上で同量(図中B)の走査位置変化を与える場合、折返しミラーMの偏芯量は、偏角の大きいミラーのほうが小さくなる。つまり、調整の感度は高いこととなる。この時の光路長の変化を見てみると、図中点線で示す部分が偏角が小さいミラーのほうが大きいことがわかる。つまり、偏角の小さいミラーでは光路長変化、言い換えれば像面湾曲変動が大きくなりビームスポット径が劣化することとなる。同図は、調整用ミラーの偏芯の軸から遠い側の光ビームを抽出して図示している。主走査断面の図で見た場合、図2のA1、もしくは、A2の位置での説明図となる。
なお、同図では副走査方向の矢印が3つ示されている。これは、同図の紙面内における光の進行方向に直交する方向が副走査方向となるからである。
同図において符号7は被走査面を有する感光体を示す。
同図に示すが如く、例えば4つの異なる被走査面7aに向かう光ビームの光路において、調整用の複数の折返しミラー(図中ハッチングされた折返しミラー)の偏角を各光ビームで共通とすることは困難であり現実的ではない。つまり、調整感度が高いミラーが配置される光ビームと、調整感度が低いミラーが配置される光ビームが存在することとなる。これは、像面湾曲変動が大きい色画像と像面湾曲変動の小さい色画像、つまりビームスポット径の劣化の大きい色画像と小さい色画像が必ず存在することとなる。そこで、本発明では、光ビームの偏角が最も小さい(最も調整感度が低い)前記調整用の折返しミラーを、最明度画像用ビームを反射偏向する折返しミラーとしている。本方式の形態とすることにより、多色画像における解像度の劣化の一番大きい色画像を、最も目立ちにくい色、すなわち、最も明度の高い色(例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色画像の場合はイエロー)とすることができる。明度の低い色で解像度が低下することは画像において品質低下が顕著に表れるが、明度の高い色では比較的解像度に及ぼす影響は小さい。本発明によれば、解像度の劣化を最小限にすることが可能となり、色ずれ、解像度の両面から良好な画像品質を得られる光走査装置が実現可能となる。
画像形成装置は、光学系のハウジングの構造が複雑になるため、折り返しミラーの長さをすべて同じ大きさに作ることができない場合が多い。軸の位置はミラー端部に設けることになるので、軸から光束入射位置(ビームの反射点)までの距離はミラーによって異なる場合がある。
すなわち、4つの異なる被走査面に向かう光ビームの光路において、前記軸を中心に回動可能な複数の折返しミラーの回動支点Pと光軸の距離を一致させることは、光走査装置を収納するハウジングの設計上の大きな制約となる。このため、回動支点Pの位置は、各々の折返しミラーにより異なることが考えられる。
折返しミラーの回動支点Pに対し、折り返しミラー上で光軸を挟み支点と主走査方向で逆側の画像端の光ビーム(以後、便宜上外側端ビームと呼ぶ)の反射位置までの距離が長い場合、図2に示すが如く調整のための偏芯量Δθが同じ場合に、前記距離が短い場合に対し光路長の変化が大きくなってしまう(図中A<B)。光路長の変化が大きい場合の課題は前記説明と同様であるため割愛する。図中光ビームは本来ミラーにより反射するが、説明のため図中では透過するように示している。
そこで本発明では、ビームYを反射偏向する折返しミラーは、前記外側端ビームの反射位置までの距離が最も離れている折返しミラーとしている。本発明によれば、解像度の劣化を最小限にすることが可能となり、多色画像における色ずれ、解像度の両面から良好な画像品質を得られる光走査装置が実現可能となる。
前記説明の如く、走査レンズがプラスチック材料の場合、成形時の金型内温度の分布や金型から取り出した後の冷却が一律に行われないなどのことから、形状が理想のものから外れる事が多い。具体的には、走査レンズが副走査方向に湾曲(反る)し、母線が湾曲することで走査レンズに入射する光束があたかも副走査方向に変位して入射するような状態となり、被走査面上において走査線曲りが発生する。この他、光学素子の組付けばらつきなどでも走査線曲がりが発生する。
同図は折り返しミラーの偏角の違いによる曲がり変位量の違いを説明するための図である。
図6は折り返しミラーの湾曲と被走査面における像面湾曲の関係を説明するための図である。
前記像面湾曲変動を低減するためには、折返しミラーの撓み量を小さくし、折返しミラーが持つ凸、もしくは凹の屈折力を小さくする必要がある。折り返しミラーの持つ屈折力が小さければ、像面湾曲変動も減りビームスポット径の変動も低減可能となる。折返しミラーの撓み量を小さくするのは、折返しミラーによる光ビームの偏角を大きくする(鈍角にする)必要がある。同図に示すが如く、偏角が大きいミラーと小さいミラーで同量の撓み量(図中A)を与えた時の被走査面での走査線の曲り変動量(図中B、B’)は、偏角が大きいミラーの方が大きくなる(B’)。つまり、偏角が鈍角となるミラーの調整感度は高く、偏角が鋭角となるミラーの調整感度は低いこととなる。同図で説明した2枚のミラー(実際には1枚のミラーが撓んだ状態)と被走査面7aは、それぞれ図6のC、Dの位置に相当する。
本発明においては、前記折返しミラーにおいて、画像を形成する光ビームの前記ミラー面上での主走査方向の走査線の長さが最も短い折り返しミラーは、ビームYを反射偏向する折返しミラーとしている。
以下で用いる撓み量とは、ミラー両端を結ぶ線に対するミラー中央部の光軸方向(被走査面中央へ向かう方向)の変位量を意味する。また、デプス量とは、走査線両端を結ぶ線に対するミラー中央部の光軸方向の変位量を言う。
調整ミラーの撓み量が同じ場合において、ミラー面上の走査線の長さが長い場合と短い場合では、同図に示すデプス量が異なる(図中A<A’)ため走査線曲がりの補正量が変化する。具体的には、ミラー面上の走査線の長さが短い(図中A)と走査線曲がりの補正感度は低くなる。この場合、同じ補正量(図中AをA’と同じ量にするためには曲率が強くなる)を得るためには、撓み量を大きくする必要が生じる。撓み量を大きくすると、折返しミラーの主走査方向の凸、もしくは凹の屈折力が大きくなり、ビームスポット径が大きく劣化し解像度を低下させることとなる。
更に、走査線曲がりと走査線傾き調整ミラーを同一のミラーで実施しても構わない。この場合においても本発明の関係を成り立たせることにより良好な画像品質を実現可能となることは言うまでもない。
すなわち、折り返しミラーの一端に回動機構を設けることと、折り返しミラを撓ませることとは背反ではなく、また、最明度画像用ビームに対して、偏角が最も小さい折り返しミラーを割り振ることと、外側端の光ビームが反射される位置までの距離が最も大きい折り返しミラーを割り振ることと、ミラー面上での主走査方向の走査線の長さが最も短い折り返しミラーを割り振ることとは必ずしも背反でない。したがって、それぞれの組み合わせが各種存在する。
本実施の形態は、本発明に係る光走査装置をタンデム型フルカラーレーザプリンタに適用した例である。同図において、装置内の下部側には水平方向に配設された給紙カセット13から給紙される転写紙(図示せず)を搬送する搬送ベルト17が設けられている。この搬送ベルト17上にはイエローY用の感光体7Y、マゼンタM用の感光体7M、シアンC用の感光体7C、およびブラックK用の感光体7Kが、転写紙の搬送方向上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に対する添字Y,M,C,Kを適宜付けて区別するものとする。これらの感光体7Y,7M,7C,7Kは全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスにしたがって各プロセスを実行するプロセス部材が順に配設されている。感光体7Yを例に採れば、帯電チャージャ8Y、光走査光学系6Y、現像装置10Y、転写チャージャ11Y、クリーニング装置12Y等が順に配設されている。他の感光体7M,7C,7Kに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体7Y,7M,7C,7Kの表面を各色毎に設定された被走査面7aとするものであり、各々の感光体に対して4個の光走査光学系6Y,6M,6C,6Kが1対1の対応関係で設けられている。また、搬送ベルト17の周囲には、感光体7Yよりも上流側に位置させてレジストローラ16と、ベルト帯電チャージャ20が設けられ、感光体7Kよりもベルト17の回転方向下流側に位置させてベルト分離チャージャ21、除電チャージャ8、クリーニング装置12等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ21よりも転写紙搬送方向下流側には定着装置24が設けられ、排紙トレイ26に向けて排紙ローラ25で結ばれている。
上記画像形成装置の光走査光学系6Y,6M,6C,6Kを、前述の実施形態に係る光走査装置とすることで、走査線曲がり、走査線傾きおよび像面湾曲の劣化を有効に補正し、色ずれが無く、高品位な画像再現性が確保できる画像形成装置を実現することができる。
2 カップリングレンズ
3 シリンドリカルレンズ
4 ポリゴンミラー
5 結像光学系
6 被走査面
7 感光体
Claims (6)
- 複数の被走査面に対応する光ビームを、光偏向器により偏向した後、結像光学系と、光
路を折返し被走査面へ光ビームを導く折返しミラーと、により各々対応する被走査面に集
光させて多色画像を形成させる光走査装置において、
少なくとも2つの前記被走査面に向かう光ビームの前記光偏向器と前記被走査面の間には、前記折り返しミラーが、主走査方向および光ビームの進行方向のいずれに対しても平行とならない軸を中心に回動可能な回動機構を有し、該回動機構を有する複数の折返しミラーのうち、最明度画像用ビームを反射偏向する折返しミラーは光ビームの偏角が最も小さい折返しミラーであり、該回動機構を有する複数の折返しミラーは、最明度ではない他色に対応する画像用ビームを最明度画像用ビームに対応する折返しミラーの光ビームの偏角より大きい偏角で光ビームを反射偏向する折返しミラーを含み、前記回動機構をもつ折返しミラーは、主走査方向に曲率を持つように撓ませる撓め機構をもち、前記最明度画像用ビームを反射偏向する折返しミラーは、前記撓め機構をもつ複数の折返しミラーのうち、画像を形成する光ビームの前記ミラー面上での主走査方向の走査線の長さが最も短い折返しミラーであることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1に記載の光走査装置において、前記最明度画像用ビームを反射偏向する折返しミラーは、前記回動機構をもつ複数の折返しミラーのうち、前記回動機構の回動支点から前記折り返しミラー面上で外側端の光ビームが反射される位置までの距離が最も大きい折返しミラーであることを特徴とする光走査装置。
- 請求項1または2に記載の光走査装置において、前記多色とは、イエロー、マゼンタ、シアンの3色を含み、前記最明度画像用ビームはイエロー画像用ビームであることを特徴とする光走査装置。
- 請求項1ないし3のいずれか1つに記載の光走査装置において、前記結像光学系は1枚構成の走査レンズよりなることを特徴とする光走査装置。
- 電子写真プロセスを実行することによって画像を形成する画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する手段として請求項1ないし4のいずれか1つに記載の光走査装置を具備したことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項5に記載の画像形成装置において、被走査面として、少なくとも3つの感光体を持ち、カラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
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