JP5364969B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置、特に、画像データに基づいて変調された複数の光束を単一の偏向器を用いて複数の被走査面上を走査する光走査装置に関する。

近年、フルカラーの複写機やプリンタなどの画像形成装置にあっては、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色に対応して四つの感光体を並置し、各感光体上に形成された各色の画像を中間転写ベルトに転写して合成するタンデム方式が主流となっている。そして、この種のタンデム方式の画像形成装置には、例えば、各感光体上に単一の偏向器（ポリゴンミラー）を用いて４本の光束を同時に走査して画像を描画する光走査装置が搭載されている。

この種の光走査装置では、特許文献１，２，３に示されているように、偏向器の左右両側に走査レンズを配置して４本の光束を２本ずつ左右両側で偏光、走査する左右両側偏向方式が知られている。そして、４本の各光束ごとの走査開始のタイミング（以下、ＳＯＳと称する）及び走査終了のタイミング（以下、ＥＯＳと称する）を検出するために２種類のセンサが設置されている。

特許文献１では、４本の光束に対してＳＯＳセンサ又はＥＯＳセンサを配置している。しかし、左右両側偏向方式では、偏向器に対して左右で走査方向が逆になるため、ＳＯＳ又はＥＯＳのみを検出すると、環境温度の変化時に走査レンズの熱膨張による変形が像高のプラス、マイナス方向で異なる場合に色ずれが生じてしまう。

特許文献２では、一方側の上側光路にＳＯＳセンサを配置するとともに下側光路にＥＯＳセンサを配置し、他方側でも上側光路にＳＯＳセンサを配置するとともに下側光路にＥＯＳセンサを配置している。しかし、センサの配置が偏向器に対して左右非対称になってしまい、環境温度変化時においてハウジングの変形の影響を受けやすくなってしまう。

特許文献３では、４本の光束に対してそれぞれＳＯＳセンサ及びＥＯＳセンサを配置している。しかし、これではセンサが８個必要になり、コストが上昇してしまう。
特開平１１−５５４７２号公報 特開２００２−１０７６４５号公報 特開２００２−１３７４５０号公報

そこで、本発明の目的は、偏向器の左右両側で光束を走査方向が互いに逆向きとなるように偏向する方式において、走査レンズが像高のプラス側とマイナス側とで非対称な変形を生じたとしても、色ずれの発生などの性能劣化を防止できる光走査装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、複数の光源と、該光源からの光束を主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器にて偏向された光束を被走査面上に結像する走査レンズと、該走査レンズを透過した光束を被走査面に導くための光路折返しミラーとを備えた光走査装置において、
前記偏向器は各光源に対して共通に設置されており、
前記複数の光源からの光束は、それぞれ、副走査方向に所定の角度を持って前記偏向器に入射され、
前記走査レンズは前記偏向器の左右両側に配置され、かつ、前記走査レンズのうち少なくとも一つは自由曲面係数を用いた主走査方向に非対称な形状のレンズであり、
前記偏向器の左右いずれか一方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側を通過する光束のみを受光して走査開始（又は走査終了）のタイミングを検出するための一のセンサ（ＳＯＳセンサ又はＥＯＳセンサ）のみを配置するとともに、下側を通過する光束のみを受光して走査終了（又は走査開始）のタイミングを検出するための一のセンサ（ＥＯＳセンサ又はＳＯＳセンサ）のみを配置し、
前記偏向器の左右いずれか他方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側又は下側のいずれかを通過する光束のみを受光して走査開始のタイミング又は走査終了のタイミングを検出するための一のセンサ（ＳＯＳセンサ又はＥＯＳセンサ）のみを配置したこと、
を特徴とする。

本発明において、偏向器の左右両側とは、偏向器の回転軸を中心とする左右対称な両側をいう。

本発明に係る光走査装置においては、走査レンズのうち少なくとも一つは自由曲面係数を用いた主走査方向に非対称な形状のレンズであるため、偏向器の偏向点移動に伴う主走査方向の性能劣化を抑えることが可能となる。そして、偏向器の左右両側で、走査レンズに対して同じ側、即ち、像高のプラス又はマイナスに対してＳＯＳセンサ及びＥＯＳセンサが配置されているため、環境温度の変化時に、走査レンズの熱膨張による変形が像高のプラス／マイナス方向で異なる場合であっても、走査レンズに対して同じ側で走査開始タイミング及び走査終了タイミングを検出することができ、カラー画像の色ずれを小さくすることができる。また、偏向器の一方側にはＳＯＳセンサとＥＯＳセンサとが配置されているので、環境温度変化による主走査方向の倍率誤差をも検出することができる。

本発明に係る光走査装置においては、偏向器の前記他方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側を通過する光束のみを受光して走査終了（又は走査開始）のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置するとともに、下側を通過する光束のみを受光して走査開始（又は走査終了）のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置すると、偏向器の左右両側において環境温度変化による主走査方向の倍率誤差を検出することが可能になる。また、ＳＯＳセンサ及びＥＯＳセンサの配置が偏向器に対して左右対称になるため、ハウジングを左右対称形状にすることができる。これにて、環境温度変化時の画像に与える影響を極力小さくすることが可能になる。

また、複数の光源は走査レンズの光軸に対して同じ側に配置されていることが好ましい。複数の光源の基板を共通化でき、コストダウンが可能となる。

また、偏向器の左右両側において、副走査方向の上側及び下側を通過する光束は、それぞれ、共通の走査レンズを透過することが好ましい。走査レンズの熱変形による影響を上側通過光束と下側通過光束とが同等に受けることになり、両光束の走査開始位置及び走査終了位置の変化量も同等になる。

また、偏向器の左右両側において、副走査方向の上側及び下側を通過する光束が、それぞれ、少なくとも一つの非共通のレンズを透過するように構成してもよい。走査系での副走査方向の倍率を低くする（光路を分離する位置での光束幅を小さくする）ことが可能になり、光路の分離が容易になる。その反面、光束ごとにレンズを配置することは光束ごとにレンズの変形による差が生じやすくなる。この点に関しては、非共通のレンズの主走査方向の屈折力をほぼ０とすることにより、影響を緩和することができる。

以下、本発明に係る光走査装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（第１実施例、図１〜図３参照）
本発明に係る光走査装置の第１実施例について、図１に立体配置関係を示し、図２に光源部から偏向器までの光路構成を示し、図３に副走査方向断面の光路を示す。

この光走査装置は、タンデム方式の電子写真法による画像形成装置の露光ユニットとして構成され、図１に示すように、四つの感光体ドラム５０（５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋ）上にそれぞれの色の画像を形成するように構成されている。なお、感光体ドラム５０上に形成された４色の画像（静電潜像）はトナーにて現像された後、図示しない中間転写ベルト上に１次転写／合成され、記録材上に２次転写される。この種の画像形成プロセスは周知であり、その説明は省略する。

この光走査装置において、図２に示すように、光源部は四つのレーザダイオード１（１ｙ，１ｍ，１ｃ，１ｋ）、コリメータレンズ２、シリンダレンズ３、ハーフミラー４から構成され、単一のポリゴンミラー５に入射する。即ち、各レーザダイオード１から放射された光束（拡散光）はコリメータレンズ２により平行光とされ、シリンダレンズ３により副走査方向Ｚにポリゴンミラー５の反射面上で線状になるように変換される。その後、光束はハーフミラー４により主走査方向Ｙでは合成され、ポリゴンミラー５に導かれる。

それぞれの光源部は、図２（Ｂ）に示すように、副走査方向Ｚにおいてポリゴンミラー５の主走査方向軸Ｙ'に対して所定の傾斜角度θ／２で配置されている。即ち、各光束はポリゴンミラー５の反射面に副走査方向Ｚの面内で傾斜角度θ／２をもって斜入射している。

光源部からの光束をポリゴンミラー５に対して斜入射させると、ポリゴンミラー５の厚みを増すことなく以下に説明する上側光路Ｂｙ，Ｂｋ及び下側光路Ｂｍ，Ｂｃへの光束の分離が可能となる。

また、各レーザダイオード１は第１走査レンズ１１の光軸に対して同じ側に配置されている。これにて、複数のレーザダイオード１の基板（図示せず）を共通化でき、コストダウンが可能となる。

図１及び図３に示すように、ポリゴンミラー５で主走査方向Ｙに偏向された各光束を各感光体ドラム５０上に結像するための第１走査レンズ１１と、該走査レンズ１１を透過した光束を各感光体ドラム５０に導くための複数枚の光路折返しミラー２１〜２８と、各光路に個別に配置された第２走査レンズ１２及び防塵用のウインドウガラス２９が配置されている。

第１走査レンズ１１は、単一のポリゴンミラー５の回転軸５ａを中心とする左右両側に光路折返しミラー２１〜２８の前段に配置され、かつ、面形状は主走査方向Ｙに非対称であり、一つのレンズとして形成されている。第２走査レンズ１２は、主走査方向Ｙの屈折力がほぼ０である。なお、レンズ１１，１２の面形状のデータに関しては後に説明する（表２〜４参照）。

前記光源部からの光束は、それぞれ、ポリゴンミラー５の同一反射面で同時に左右両側に偏向され、左右両側において、斜入射角度に応じて上側光路Ｂｙ，Ｂｋと下側光路Ｂｍ，Ｂｃに分離され、第１走査レンズ１１を透過し、かつ、折返しミラー２１〜２８で折り返され、各第２走査レンズ１２及び各ウインドウガラス２９を透過し、各感光体ドラム５０上で結像し、主走査方向Ｙに走査される。

そして、左側の上側光路Ｂｙにおいては光束を受光して走査開始のタイミングを検出するためにＳＯＳセンサ３１Ａが配置されるとともに、左側の下側光路Ｂｍにおいては光束を受光して走査終了のタイミングを検出するためのＥＯＳ３２Ｂセンサが配置されている。また、右側の上側光路Ｂｋにおいては光束を受光して走査開始のタイミングを検出するためのＳＯＳセンサ３４Ａが配置されている。

本第１実施例においては、光束の走査終了タイミングを検出するためのＥＯＳセンサ３２Ｂと、光束の走査開始タイミングを検出するためのＳＯＳセンサ３４Ａとが同じ像高側に配置されているため、環境温度の変化時にレンズ１１，１２の熱膨張による変形が、像高のプラス方向及びマイナス方向で異なる場合であっても、各タイミングのずれを検出することができる。これにより、カラー画像の色ずれを低減することが可能となる。

また、ポリゴンミラー５に対して同一側に走査開始タイミングを検出するためのＳＯＳセンサ３１Ａと走査終了タイミングを検出するためのＥＯＳセンサ３２Ｂが配置されているため、環境温度の変化時での主走査方向Ｙの倍率誤差をも検出可能である。

（第１実施例の変形例）
前記第１実施例においては、上側光路Ｂｙの光束に対してはＳＯＳセンサ３１Ａにて走査開始タイミングを検出し、下側光路Ｂｍの光束に対してはＥＯＳセンサ３２Ｂにて走査終了タイミングを検出するように構成した。逆に、上側光路Ｂｙの光束に対してＥＯＳセンサにて走査終了タイミングを検出し、下側光路Ｂｍの光束に対してＳＯＳセンサにて走査開始タイミングを検出するようにしてもよい。

また、前記第１実施例において、他方側の上側光路Ｂｋの光束に対して走査開始タイミングを検出するためのＳＯＳセンサ３４Ａに代えて走査終了タイミングを検出するためのＥＯＳセンサを配置してもよい。さらに、ＳＯＳセンサ３４Ａに代えて、下側光路Ｂｃの光束に対して走査開始タイミングを検出するためのＳＯＳセンサ又は走査終了タイミングを検出するためのＥＯＳセンサを配置してもよい。

（第２実施例、図４及び図５参照）
本発明に係る光走査装置の第２実施例について、図４に立体配置関係を示し、図５に副走査方向断面の光路を示す。

第２実施例の光走査装置は、前記第１実施例の光走査装置と基本的には同じ構成を備え、図４及び図５において図１及び図３と同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

第２実施例において、第１実施例と異なるのは、第２走査レンズ１２の配置及びＳＯＳセンサ、ＥＯＳセンサの配置、光路の上下関係である。即ち、第２走査レンズ１２は各光束に共通のレンズとして第１走査レンズ１１と光路折返しミラー２１〜２８の間に配置されている。なお、レンズ１１，１２の面形状のデータに関しては後に説明する（表６〜８参照）。

また、左側の上側光路Ｂｍにおいては光束を受光して走査開始のタイミングを検出するためにＳＯＳセンサ３２Ａが配置されるとともに、左側の下側光路Ｂｙにおいては光束を受光して走査終了のタイミングを検出するためのＥＯＳセンサ３１Ｂが配置されている。また、右側の上側光路Ｂｃにおいては光束を受光して走査終了のタイミングを検出するためのＥＯＳセンサ３３Ｂが配置されるとともに、右側の下側光路Ｂｋにおいては光束を受光して走査開始のタイミングを検出するためのＳＯＳセンサ３４Ａが配置されている。

本第２実施例においては、走査開始タイミングを検出するためのＳＯＳセンサ３２Ａと走査終了タイミングを検出するためのＥＯＳセンサ３３Ｂが、及び、走査終了タイミングを検出するためのＥＯＳセンサ３１Ｂと走査開始タイミングを検出するためのＳＯＳセンサ３４Ａが、それぞれ、同じ像高側に配置されているため、環境温度の変化時にレンズ１１，１２の熱膨張による変形が、像高のプラス方向及びマイナス方向で異なる場合であっても、各タイミングのずれを検出することができる。これにより、カラー画像の色ずれを低減することが可能となる。

また、各センサの配置がポリゴンミラー５に対して左右対称であるので、光走査装置の図示しないハウジングを左右対称の形状にすることができる。これにて、環境温度の変化時において画像に与える影響を極力小さくすることが可能になる。

さらに、ポリゴンミラー５に対して左右両側にそれぞれ走査開始タイミングの検出センサＳＯＳセンサと走査終了タイミングの検出センサＥＯＳセンサが配置されているため、左右の両側にて環境温度の変化時での主走査方向Ｙの倍率誤差をも検出可能である。

（第２実施例の変形例）
前記第２実施例においては、上側光路Ｂｍに対してはＳＯＳセンサ３２Ａを配置するとともに下側光路Ｂｙに対してはＥＯＳセンサ３１Ｂを配置し、上側光路Ｂｃに対してはＥＯＳセンサ３３Ｂを配置するとともに下側光路Ｂｋに対してはＳＯＳセンサ３４Ａを配置している。逆に、上側光路Ｂｍに対してＥＯＳセンサを配置するとともに下側光路Ｂｙに対してＳＯＳセンサを配置し、上側光路Ｂｃに対してＳＯＳセンサを配置するとともに下側光路Ｂｋに対してＥＯＳセンサを配置するようにしてもよい。

（光学素子の配置、構成データ）
第１実施例に関して、以下に示す表１に光学素子の配置を示し、表２〜４に第１及び第２走査レンズ１１，１２の自由曲面係数データを示す。これらの自由曲面は式（１）に示す自由曲面式にて算出される。

さらに、前記第２実施例に関して、以下に示す表５に光学素子の配置を示し、表６〜８に第１及び第走査２レンズ１１，１２の自由曲面係数データを示す。これらの自由曲面は式（１）に示す自由曲面式にて算出される。

ところで、本発明においてレンズ１１，１２のうち少なくとも一つは主走査方向Ｙに非対称な形状のレンズである。これにて、ポリゴンミラー５の偏向点移動に伴う主走査方向Ｙの性能劣化を抑えることが可能となる。

また、ポリゴンミラー５の左右両側において、副走査方向Ｚの上側及び下側を通過する光束は、それぞれ、共通の走査レンズ１１（第１実施例）及び走査レンズ１２（第２実施例）を透過している。走査レンズ１１，１２の熱変形による影響を上側通過光束と下側通過光束とが同等に受けることになり、両光束の走査開始位置及び走査終了位置の変化量も同等になる。

また、第１実施例では、ポリゴンミラー５の左右両側において、副走査方向Ｚの上側及び下側を通過する光束が、それぞれ、一つの非共通のレンズ１２を透過するように構成している。走査系での副走査方向Ｚの倍率を低くする（光路を分離する位置での光束幅を小さくする）ことが可能になり、光路の分離が容易になる。その反面、光束ごとにレンズ１２を配置することは光束ごとにレンズ１２の変形による差が生じやすくなる。この点に関しては、非共通のレンズ１２の主走査方向Ｙの屈折力をほぼ０とすることにより、影響を緩和することができる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る光走査装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

本発明に係る光走査装置の第１実施例を示す立体配置図である。 前記第１実施例の光源部から偏向器までの光路構成を示し、（Ａ）はＸ−Ｙ平面図、（Ｂ）はＸ−Ｚ側面図である。 前記第１実施例の偏向器から被走査面までの光路構成を示すＸ−Ｚ側面図である。 本発明に係る光走査装置の第２実施例を示す立体配置図である。 前記第２実施例の偏向器から被走査面までの光路構成を示すＸ−Ｚ側面図である。

符号の説明

１…レーザダイオード
５…ポリゴンミラー（偏向器）
１１，１２…走査レンズ
２１〜２８…折返しミラー
３１Ａ，３２Ａ，３４Ａ…ＳＯＳセンサ
３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ…ＥＯＳセンサ
５０…感光体ドラム（被走査面）

Claims (6)

1. 複数の光源と、該光源からの光束を主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器にて偏向された光束を被走査面上に結像する走査レンズと、該走査レンズを透過した光束を被走査面に導くための光路折返しミラーとを備えた光走査装置において、
   前記偏向器は各光源に対して共通に設置されており、
   前記複数の光源からの光束は、それぞれ、副走査方向に所定の角度を持って前記偏向器に入射され、
   前記走査レンズは前記偏向器の左右両側に配置され、かつ、前記走査レンズのうち少なくとも一つは自由曲面係数を用いた主走査方向に非対称な形状のレンズであり、
   前記偏向器の左右いずれか一方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側を通過する光束のみを受光して走査開始のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置するとともに、下側を通過する光束のみを受光して走査終了のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置し、
   前記偏向器の左右いずれか他方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側又は下側のいずれかを通過する光束のみを受光して走査開始のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置したこと、
   を特徴とする光走査装置。
2. 複数の光源と、該光源からの光束を主走査方向に偏向する偏向器と、該偏向器にて偏向された光束を被走査面上に結像する走査レンズと、該走査レンズを透過した光束を被走査面に導くための光路折返しミラーとを備えた光走査装置において、
   前記偏向器は各光源に対して共通に設置されており、
   前記複数の光源からの光束は、それぞれ、副走査方向に所定の角度を持って前記偏向器に入射され、
   前記走査レンズは前記偏向器の左右両側に配置され、かつ、前記走査レンズのうち少なくとも一つは自由曲面係数を用いた主走査方向に非対称な形状のレンズであり、
   前記偏向器の左右いずれか一方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側を通過する光束のみを受光して走査終了のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置するとともに、下側を通過する光束のみを受光して走査開始のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置し、
   前記偏向器の左右いずれか他方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側又は下側を通過する光束のみを受光して走査開始のタイミング又は走査終了のタイミングを検出するためのそれぞれ一のセンサのみを配置したこと、
   を特徴とする光走査装置。
3. 前記偏向器の前記他方側に配置された走査レンズを含む光路において、副走査方向の上側を通過する光束のみを受光して走査開始のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置するとともに、下側を通過する光束のみを受光して走査終了のタイミングを検出するための一のセンサのみを配置したことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記複数の光源は前記走査レンズの光軸に対して同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記偏向器の左右両側において、副走査方向の上側及び下側を通過する光束は、それぞれ、共通の走査レンズを透過することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 前記偏向器の左右両側において、副走査方向の上側及び下側を通過する光束は、それぞれ、少なくとも一つの非共通のレンズを透過し、該非共通のレンズは主走査方向の屈折力がほぼ０であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光走査装置。

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