JP4965143B2 - 光走査装置・画像形成装置 - Google Patents
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Description
光走査装置を用いて光書込装置や画像形成装置を構成する場合、書込タイミングを電気的に調整する「同期検知」による方式が一般的である。
この方式では書込範囲以外の部分に受光手段(同期検知手段)を設け、書込範囲外を走査する光束を受光手段まで導き集光させる同期光学系を要する。本明細書では同期光学系を通過する光束を「同期光束」と呼んでいる。
本明細書においては、被走査面上に書込を行う光学系に上記の同期検知を行うための同期光学系を含め「走査光学系」と呼ぶこととする。
特許文献1には、同期光学系の同期ミラーと、同期検知手段を副走査断面内において共役とする方法が開示されている。
D>Z/2
であり、前記走査レンズ系が主走査方向にパワーをもたないノンパワー部分を有し、前記同期検知手段に導光される光束が前記ノンパワー部分を通過することを特徴とする。
図1は本実施形態に係る光走査装置の要部を示している。この光走査装置はシングルビーム方式のものである。半導体レーザである光源1から放射された発散性の光束は、カップリングレンズ2により以後の光学系にカップリングされる。
カップリングレンズ2により変換された光束の形態は、弱い発散性の光束である。カップリングレンズ2を透過した光束は、アパーチャ3の開口部を通過する際、光束周辺部を遮断されて「ビーム整形」され、「線像結像光学系」であるシリンドリカルレンズ4に入射する。シリンドリカルレンズ4は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持ち、入射してくる光束を副走査方向に集束させ、「光偏向器」であるポリゴンミラー5の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として集光させる。
偏向光束は感光体8の光走査に先立って、走査レンズ6のノンパワー部分13を通過し、集光手段としての同期ミラー9により反射され、同じく集光手段としての同期レンズ10により同期検知手段(以下、「同期検知部」ともいう)11に主走査方向に集光される。同期検知部11の出力に基づき、光走査の書込開始タイミングが決定される。同期ミラー9と同期レンズ10により、同期光学系12が構成されている。
「走査レンズ系」は、光偏向器5により偏向される光束を被走査面8上に光スポットとして集光させる光学系であって、本実施形態では1枚の走査レンズ6により構成される。
「ラインスプレッド関数」は、被走査面上に形成された光スポットの中心座標を基準として主走査方向及び副走査方向の座標:Y、Zにより光スポットの光強度分布:f(Y、Z)を定めたとき、Z方向のラインスプレッド関数:LSZは、
LSZ(Z)=∫f(Y、Z)dY (積分はY方向における光スポットの全幅について行う)で定義され、Y方向のラインスプレッド関数:LSYは、
LSY(Y)=∫f(Y、Z)dZ (積分はZ方向における光スポットの全幅について行う)で定義される。
これらラインスプレッド関数:LSZ(Z)、LSY(Y)は、通常、略ガウス分布型の形状であり、Y方向及びZ方向のスポット径は、これらラインスプレッド関数:LSZ(Z)、LSY(Y)が、その最大値の1/e2以上となる領域のY、Z方向幅で与えられる。
ラインスプレッド関数により上記の如く定義されるスポット径は、光スポットをスリットで等速光走査し、スリットを通った光を光検出器で受光し、受光量を積分することにより容易に測定可能であり、このような測定を行う装置も市販されている。
それに伴い同期レンズ10は、同期ミラー9と同期検知部11が副走査断面内で略共役となるような副走査方向のパワーと、主走査方向には同期検知部11に集光を行うパワーを有している。
これに従い、同期光学系12における各光学素子(集光手段)の位置関係から、同期検知部11での副走査断面内の集光状態が決まる。
D>Z/2 (1)
を満たすように同期レンズ10のパワー定めたとすると、同期検知部11の受光範囲上で同期光強度は、図2における実線で示すガウシアン分布となる。
走査光学系における光学素子が各々の誤差を持ち、副走査方向の位置ずれを引き起こしたとする。上記共役関係により、位置ずれの大半はキャンセルされるが、共役関係にない光学素子の誤差により、副走査位置ずれは僅かに残留する。
その結果、該ガウシアン分布は破線で示すように副走査方向にシフトし、光強度分布はハッチング部分のみが受光される。ここで式(1)が満たされていると、副走査方向の光スポット径が受光範囲に対して十分に太いため、副走査方向の位置ずれが残留していても受光される光量は殆どロスしないことがわかる。
受光するタイミングから電気的処理によって光源の発光タイミングを決定できるので、主走査方向の位置ずれが発生したとしても同期検知そのものに対してはさほど問題にならない。
特に、コンパクトな走査光学系が求められている現在、書込用の光学系のコンパクト化に対応して、同期光学系の光路長を長くする必要が生じている。光路長が長いと、光学系内のある光学面による位置ずれの効果は増幅されてしまうため、副走査断面内における光学面の傾きやずれは、無視できない誤差となってきている。
そこで、副走査方向の位置ずれに大きく寄与する光学面を選択し、該光学面と同期検知部を副走査断面内において共役関係とすることにより、光源〜同期検知部において副走査位置ずれに強い光学系を実現することができる。
そのような場合、上記共役関係に加え、同期光学系の同期検知部の受光部での光束径をD、該受光部の副走査方向の受光範囲をZとするとき、下記式を満たすことが好ましい。
D>Z/2 (1)
これは、同期光学系を用いて画像形成装置を構成した場合を考えると、上記共役関係と、充分に太い副走査方向の光スポット径の相乗効果により、量産時のばらつきはもとより出荷後の様々な外乱に対する強固性をも得たことになる。
上記同期光学系12は、上記のように光を同期検知部11へ導くための同期ミラー9を有することができる。該同期ミラー9は、副走査方向位置ずれに大きく寄与する。そこで、該同期ミラー9と同期検知部11の共役関係をもたらすことでその寄与を低減することができる。また、同期光学系12と同期検知部11から成る光学系を縮小系とすることでさらにその効果を増強できる。
同期検知部11の副走査位置ずれに対して、光偏向器5の面倒れも大きく寄与する。そのため上記光走査装置において、光偏向器5の反射面倒れの面間偏差が200秒以下に抑えられていることが好ましい。同期光束が受光部に達する際の副走査方向の位置ずれがさらに低減され、書込タイミングの決定が安定化するためである。
同期光学系12が同期ミラー9を有さない場合、ノンパワー部分13と同期レンズ10を用いて光偏向器5の反射点と同期検知部11を略共役にすることで、面倒れの影響を低減することができる。
一方、同期光学系12が同期ミラー9を有する場合、光偏向器5の反射点、同期ミラー反射点、同期検知部11をそれぞれ略共役関係にすることにより、面倒れ及び同期ミラー9の影響も低減することが可能となる。
上記複数の走査光学系から構成された光走査装置において、複数の走査光学系の同期光束を共通の同期検知部にて検知を行うことができる。
フォトダイオードは一般に高価であるため、点数低減は大きなコストダウンとなる。また、該点数低減により必要な基盤数の低減も見込めるため、レイアウトの自由度が上がり、小型な光走査装置の実現が容易となる。
上記共通の同期検知部による方式において、同期検知部へ光束を導光しない走査光学系の書込タイミングは他の走査光学系の同期検知信号から電気的に予測することができる。この方式(「ディレイ方式」と呼ぶ)もフォトダイオードの点数低減が可能となるため、低コスト・小型な書込光学系を実現できる。
本実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ1000は感光性の像担持体1110として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体1110の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ1121、現像装置1131、転写ローラ1141、クリーニング装置1151が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。
レーザ光束LBにより光走査を行う光走査装置1171が設けられ、帯電ローラ1121と現像装置1131との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体1110が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ1121により均一帯電され、光走査装置1171のレーザ光束LBの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
この静電潜像は現像装置1131により反転現像され、像担持体1110上にトナー画像が形成される。転写紙Pを収納したカセット1181は、画像形成装置1000本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ1201により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対1191に銜えられる。レジストローラ対1191は、像担持体1110上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。
トナー画像が転写された後の像担持体1110の表面は、クリーニング装置1151によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
光走査装置1171として第1の実施形態で説明した光走査装置を用いることにより、極めて良好な画像形成を実行することができる。
本実施形態に係る多色画像形成装置(カラー画像形成装置)としてのレーザカラープリンタでは、ローラ102a、102b、102c間に張設された中間転写ベルト21の展張面に沿って感光性の像担持体としてのドラム状の感光体20Y(イエロー)、20M(マゼンタ)、20C(シアン)、20K(ブラック)が並設されている。
感光体20Yの周囲には、反時計回り方向に順に、図示しない帯電手段、露光手段としての共通の光走査装置105、現像手段106Y、中間転写ベルト21の内側に設けられる図示しない1次転写ローラ、図示しないクリーニング手段、図示しない除電手段等が配置されている。感光体20M、20C、20Kにおいても同様である。
各色のトナー像は中間転写ベルト21上に順次重ね合わせて転写される。重ね合わせ画像は、給紙カセット111から所定のタイミングで給紙される転写紙(記録媒体)に2次転写ローラ102dにより一括転写される。カラー画像転写後、中間転写ベルト21は図示しないクリーニング手段で清掃される。転写紙は定着装置114へ送られてここで熱と圧力によりカラー画像を定着される。
定着を終えた転写紙は、装置本体を略垂直に搬送されて装置上面の排紙トレイ110に排出される。
光走査装置105として、第1の実施形態で説明したものを用いることにより、極めて良好な画像形成を実行することができる。
感光性の像担持体としてはまた「光走査の際に光スポットの熱エネルギにより発色する発色媒体(ポジの印画紙)」を用いることもでき、この場合には、光走査により直接に可視画像を形成できる。
感光性の像担持体としてはまた「光導電性の感光体」を用いることができる。光導電性の感光体としては、酸化亜鉛紙のようにシート状のものを用いることもできるし、セレン感光体や有機光半導体等「ドラム状あるいはベルト状で繰り返し使用されるもの」を用いることができる。
光導電性の感光体からシート状記録媒体へのトナー画像の転写は、感光体からシート状記録媒体へ直接的に転写(直接転写方式)しても良いし、感光体から一旦中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写した後、この中間転写媒体からシート状記録媒体へ転写(中間転写方式)するようにしてもよい。
このような画像形成装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写装置等として実施できる。
本発明は、特殊な加工、機構の設置なしに光走査装置における部品点数低減と装置の小型化を実現するものである。そのため光走査装置の生産に関わる材料使用量を削減でき、資源採掘量に関して環境負荷の低減につながるものである。
(同期光束通過部分のノンパワー化について)
同期光束のみ温度変動の影響を受けないようにするには、以下のような方法が考えられる。走査光学系に応じて適切な方法を選択すれば、本発明の効果を充分に期待することができる。
(1)走査レンズを一切通過しない同期光学系を設計する。
(2)走査レンズ内の同期光束通過部分に空気層を設け、走査レンズによる屈折を回避させる。
(3)走査レンズ内の同期光束通過部分を主走査方向に平行平板状にして走査レンズ変形が起こったとしても影響を受けないようにする。
同期光束の安定化に関しては(1)の方法が最も有効である。しかし、光走査装置の小型化、走査レンズの薄肉化が進むにつれ、光偏向器前のビーム整形光学系、同期光束通過部分、走査レンズが光偏向器近傍に集中したレイアウトとなるため、より小型なレイアウトを目論む場合の足枷となる場合がある。
(2)、(3)の方法は(1)のもつ問題を回避することが可能な方法である。しかし走査レンズ成形時に2次加工が必要となるため、走査レンズが高価になってしまう。
本明細書では、(1)〜(3)のどの方法を用いたとしても、「同期光束がノンパワー部分を通過する」という意味である。
5 光偏向器
6 走査レンズ系としての走査レンズ
8 被走査面としての感光体
9 集光素子としての同期ミラー
11 同期検知手段
12 同期光学系
13 ノンパワー部分
Claims (9)
- 光源から発せられた光束を主走査方向に偏向する光偏向器と、
偏向された光束を被走査面上に光スポットとして集光させる走査レンズ系と、
前記被走査面への書込タイミングを決定するための同期検知手段と、
前記同期検知手段に光束を集光させる集光手段を少なくとも1つ有する同期光学系と、を有する光走査装置において、
前記集光手段のうちの、前記同期検知手段での副走査方向の位置ずれに最も寄与する光学面と、前記同期検知手段とが副走査断面内で略共役であり、前記同期検知手段の受光部での光束径をD、該受光部の副走査方向の受光範囲をZとするとき、
D>Z/2
であり、
前記走査レンズ系が主走査方向にパワーをもたないノンパワー部分を有し、前記同期検知手段に導光される光束が前記ノンパワー部分を通過す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、
前記同期光学系は、光束を前記同期検知手段へ導く同期ミラーを有し、該同期ミラーと前記同期検知手段を副走査断面内で略共役としたことを特徴とする光走査装置。 - 請求項2に記載の光走査装置において、
前記同期光学系と前記同期検知手段から成る光学系が縮小系であることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の光走査装置において、
前記光偏向器の反射面倒れの面間偏差が200秒以下に抑えられてい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、
前記ノンパワー部分は、副走査方向に前記光偏向器の反射面倒れを補正するパワーを有していることを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の走査光学系を複数有し、複数の被走査面を走査することを特徴とする光走査装置。
- 請求項6に記載の光走査装置において、
前記複数の走査光学系の同期光束を共通の同期検知手段により検知することを特徴とする光走査装置。 - 請求項7に記載の光走査装置において、
1つの走査光学系の同期光束のみを検知し、他の走査光学系の書込タイミングは前記同期光束の検知信号から電気的に予測することを特徴とする光走査装置。 - 複数の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って各色に対応する潜像を形成し、該潜像を現像手段で可視化してカラー画像を得る画像形成装置において、
前記光走査装置として、請求項1乃至8のうちのいずれかに記載のものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
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