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【発明の名称】 光走査装置及び画像形成装置
【発明者】 【氏名】仲村 忠司

【氏名】林 善紀

【氏名】宮武 直樹

【要約】 【課題】光偏向器により偏向反射された光束を、被走査面上において略等速度で走査し、被走査面上における主走査光束のスポット径偏差を低減し、所定の有効書込幅のための大きな偏向器振れ角を有する光走査装置、及びこの光走査装置を用いた画像形成装置を提供する。

【構成】光源と、画像情報に応じて光源を点灯する光源駆動手段と、光源からの光束を正弦波振動により偏向走査する偏向手段と、この偏向手段からの光束を被走査面上に導く走査結像光学系とを有する光走査装置であって、走査結像光学系が次の条件、〈1〉偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが正となること、〈2〉偏向手段による偏向角φが等角速度的に変化しないとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが負となること、を満足する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源と、画像情報に応じて前記光源を点灯する光源駆動手段と、前記光源からの光束を正弦波振動により偏向走査する偏向手段と、該偏向手段からの光束を被走査面上に導く走査結像光学系と、を有する光走査装置であって、
該走査結像光学系が次の条件、
〈1〉偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有効書込幅の範囲において、最周辺像高におけるリニアリティを中央像高のリニアリティよりも大きくすること、
〈2〉偏向手段による偏向角・が正弦波特性を有するとき、有効書込幅の範
囲において、最周辺像高におけるリニアリティを中央像高のリニアリティよりも小さくすること、
を満足することを特徴とする光走査装置。
【請求項2】
請求項1記載の光走査装置において、
次の条件式、
−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<0
(但し、Lin.:偏向角・が正弦波振動するときのリニアリティの最小値、
φ0:偏向手段の正弦波振動の振幅角(°)
φmax:有効書込幅に対応する偏向手段の最大回転角(°))
を満足する光走査装置。
【請求項3】
請求項1または2記載の光走査装置において、
前記光源駆動手段は、1ライン内の各画素毎に点灯開始タイミングを個別に設定する機能を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項4】
帯電手段で像担持体を帯電した後、光書込手段により該像担持体に光を露光して潜像を形成し、該潜像を現像手段で現像して可視像化した後、前記像担持体上の可視像を転写手段により転写材に転写して画像を形成する画像形成装置において、
前記光書込手段として、請求項1から3のうちの何れか一項に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項5】
請求項4記載の画像形成装置において、
複数の光源と、複数の像担持体と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、光走査装置や、光走査型の表示装置、車載用のレーザレーダ装置等への応用が可能な偏向ミラー(振動ミラー)と、その偏向ミラーを用いた光走査装置、及びその光走査装置を用いたデジタル複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、デジタル複写機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光束を光偏向器などの偏向手段で偏向させ、その偏向された光束を被走査面に微小なスポット光として結像させ、被走査面上を主走査方向に等速走査させる光走査装置が従来から知られており、レーザビームプリンタ、レーザビームプロッタ、ファクシミリ、デジタル複写機等の画像形成装置の潜像書込手段等に応用されている。この光走査装置は、例えばレーザ光源から射出されたレーザ光を光偏向器で偏向反射することによって像担持体等の被走査面上を走査させ、これと同時に、上記レーザ光を画像信号に応じて強度変調(例えばオン、オフ)させることにより、被走査面に画像を書き込むようになっている。
【0003】
上記光偏向器としては、等速回転する回転多面鏡(ポリゴンスキャナ)が広く用いられているが、回転多面鏡は装置が大掛かりとなり、また、機械的な高速回転を伴うため、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力アップ等の問題がある。一方、マイクロマシン技術を用いた、共振構造の正弦波振動を行うマイクロミラーが提案されている。このマイクロミラーを光走査装置の偏向手段として用いれば、装置が小型化され、上記のような振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力等を大幅に低減することができる。
【0004】
つまり、正弦波振動を行うマイクロミラーをポリゴンミラーの代わりとして用いることで、低騒音化や低消費電力化が可能となり、オフィス環境や地球環境にも適合した画像形成装置が提供できる。
【0005】
しかし、正弦波振動を行うマイクロミラーを偏向手段に用いると、偏向角度が正弦波的に変化するので、走査結像光学系に現状の書込光学系に用いられているfθレンズを用いた場合、周辺像高において走査速度が遅くなり、被走査面上での走査速度が等速ではなくなる。走査速度の等速性が悪いと、主走査方向周辺で画像の歪等が発生し、画像品質の劣化を引き起こすという問題点があった。
【0006】
この問題に対して、特許文献1において、次式、
H=K×sin−1(φ/2φ0)・・・(1)
但し、H:像高、K:比例定数、φ:振れ角、φ0:振幅
で示されるような結像特性(farcsin特性)を有する走査結像光学系を用いることにより、主走査光束のウェスト位置を光学的に補正し、広い有効書込幅と、良好な走査等速性を有する光走査装置を得ることが記載されており、公知であるが、上記光学的補正を行うと、それに伴って被走査面上において主走査光束のスポット径の像高間偏差が大きくなり、結局画像品質の劣化を招くという問題点があった。
【0007】
正弦波振動を行うマイクロミラーを偏向手段に用いた光走査装置では、走査等速性と被走査面上主走査光束のスポット径像高間偏差の間にトレードオフの関係があり、この双方が良好で、良質な画像を形成する光走査装置は提供できていなかった。
【0008】
特許文献1では、光束の偏向手段への入射角度に対する結像位置の敏感度、つまり走査速度について、中央像高の上記敏感度(走査速度)に対して、周辺像高における上記敏感度(走査速度)を同じか小さくするような走査結像光学系を用い、被走査面上において主走査光束のスポット径の像高間偏差を低減する実施例の記載がある。これは、被走査面上すべての像高においてリニアリティがほぼ0か周辺像高におけるリニアリティがマイナス側に発生するような走査結像光学系を用い、被走査面上主走査光束のスポット径像高間偏差を低減するということを意味しているが、特許文献1のどの実施例も以下に示すような問題点を有しており、上記課題を解決するには至っていない。
【0009】
特許文献1中の実施例1では、偏向手段が主走査光束幅を決定しており、これにより周辺像高での被走査面上における主走査光束のスポット径が中央像高と比較し大きくなるが、走査結像光学系に、リニアリティをマイナス側に悪化させるような特性を持たせる、つまり、fθレンズを偏向手段に用いた時よりも更にマイナス側にリニアリティを発生させることで、主走査光束のスポット径を補正している。この実施例1では、良好な主走査光束のスポット径像高間偏差を得ているが、リニアリティを、fθレンズを偏向手段に用いた時よりも更にマイナス側に発生させているために、走査等速性が大きく悪化しており、良質な画像は得られない。
【0010】
特許文献1中の実施例2では、偏向手段が主走査光束幅を決定している光走査装置において、走査結像光学系にfθレンズを用い、偏向手段である正弦波振動を行うマイクロミラーの振れ角を最大振幅に対して小さく設定している。マイクロミラーの振れ角を小さくすることにより、偏向速度は正弦波的な変化よりも直線的な変化が支配的になり、良好な走査等速性と良好な主走査光束スポット径の像高間偏差が得ているが、マイクロミラーの振れ角を小さくするので、画像を形成する際に必要な有効書込幅を得るためにマイクロミラーから被走査面までの距離を大きくせねばならず、光走査装置が大型化し、これにより装置サイズが制約されるという問題点がある。
【0011】
特許文献1中の実施例4では、本発明における図1のような構成の光走査装置において、走査結像光学系にfθレンズを用いている。この場合は、前述のように、周辺像高において走査速度が遅くなり、被走査面上での走査速度が等速ではなくなる。走査速度の等速性が悪いと、主走査方向周辺で画像の歪等が発生し、画像品質の劣化を引き起こすという問題点がある。
【0012】
また、特許文献2、3では、正弦波振動を行うマイクロミラーを偏向手段に用いた光走査装置において、上記(1)式のような結像特性を有する走査結像光学系を用いて、主走査光束のウェスト位置の光学的補正を行うのではなく、マイクロミラーの振れ角を最大振幅に対して小さくしている。前述のように、この場合の偏向速度は正弦波的な変化よりも直線的な変化が支配的になり、良好な走査等速性と良好な主走査光束スポット径の像高間偏差が得られているが、マイクロミラーの振れ角を小さくするので、画像を形成する際に必要な有効書込幅を得るために光走査装置が大型化し、装置サイズを制約するという問題点がある。
【特許文献1】特開2005−215571号公報
【特許文献2】特開2002−258204号公報
【特許文献3】特開2002−82303号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
光走査装置の機能として、光偏向器により偏向反射された光束を、被走査面上において走査させる際に、被走査面上での走査の等速性、主走査光束のスポット径偏差がともに良好で、且つ画像形成に必要な所定の有効書込幅を有しているものであることが、画像の品質が良く、また、装置の小型化ができる光走査装置及び画像形成装置において必要不可欠である。上記の共振を利用した偏向ミラーを用いる場合も同様の機能を備えていることが必要不可欠である。
【0014】
従来、正弦波振動に応じて、次式、
H=K×sin−1(φ/2φ0)・・・(1)
但し、H:像高、K:比例定数、φ:振れ角、φ0:振幅
で示されるような結像特性を有する走査結像光学系を用いて、所定の有効書込幅を有しつつ、主走査光束のウェスト位置を光学的に補正し良好な走査等速性を得ていたが、(1)式の結像特性を有する走査結像光学系を用いると主走査光束のスポット径の像高間偏差を発生することは特許文献2より公知である。
【0015】
また、従来の、等速回転するポリゴンミラーのような偏向手段により偏向反射された光束を、被走査面上において等速度で走査するfθレンズのような結像性能を有する走査結像光学系を、正弦波振動する上記共振を利用した偏向ミラーを用いた書込光学系に用いると、所定の有効書込幅を有しつつ、被走査面上での主走査光束のスポット径の像高間偏差を低減できるが、被走査面上でのリニアリティがマイナスに大きく発生し、走査等速性が劣化する。
【0016】
また、正弦波振動する上記共振を利用した偏向ミラーの振れ角を小さくすると、良好な走査等速性と、良好な被走査面上での主走査光束のスポット径の像高間偏差を得るが、所定の有効書込幅を有するには偏向ミラーから被走査面までの距離を大きくせねばならず装置が大型化するという問題がある。
【0017】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、光偏向器により偏向反射された光束を、被走査面上において略等速度で走査し、被走査面上における主走査光束のスポット径偏差を低減し、所定の有効書込幅のための大きな偏向器振れ角を有する光走査装置、及びこの光走査装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、光源と、画像情報に応じて光源を点灯する光源駆動手段と、光源からの光束を正弦波振動により偏向走査する偏向手段と、この偏向手段からの光束を被走査面上に導く走査結像光学系とを有する光走査装置であって、走査結像光学系が次の条件、〈1〉偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが正となること、〈2〉偏向手段による偏向角φが等角速度的に変化しないとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが負となること、を満足することを特徴とする。
【0019】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の光走査装置において、次の条件式、−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<0、但し、Lin.:各像高におけるリニアリティ、φ0:偏向手段の正弦波振動の振幅角(°)、φmax:有効書込幅に対応する偏向手段の最大回転角(°)、を満足することを特徴とする。
【0020】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の光走査装置において、光源駆動手段は、1ライン内の各画素毎に点灯開始タイミングを個別に設定する機能を有することを特徴とする。
【0021】
請求項4記載の発明は、帯電手段で像担持体を帯電した後、光書込手段により該像担持体に光を露光して潜像を形成し、この潜像を現像手段で現像して可視像化した後、像担持体上の可視像を転写手段により転写材に転写して画像を形成する画像形成装置において、光書込手段として、請求項1から3のうちの何れか一項に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする。
【0022】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の画像形成装置において、複数の光源と、複数の像担持体を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、光源と、画像情報に応じて光源を点灯する光源駆動手段と、光源からの光束を正弦波振動により偏向走査する偏向手段と、偏向手段からの光束を被走査面上に導く走査結像光学系とを有し、走査結像光学系が次の条件、
〈1〉偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが正となること、
〈2〉偏向手段による偏向角・が等角速度的に変化しないとき、有効書込幅
の範囲でのリニアリティが負となること、
を満足することによって、つまり、リニアリティを上記(1)式のfarcsinの結像特性を有する走査結像光学系を用いた時のリニアリティよりもマイナス側に発生させて、良好な主走査光束のスポット径像高間偏差を得、また、fθレンズのような結像性能を有する走査結像光学系を用いた時のリニアリティよりも補正して良好な走査等速性を得るような、双方の中間の特性である走査結像光学系を有することによって、正弦波振動する上記共振を利用した偏向ミラーの振れ角を狭めることなく、つまり、所定の有効書込幅を有しつつ、良好な被走査面上における走査等速性と、良好な被走査面上での主走査光束のスポット径の像高間偏差が得られ、これにより、装置が小型化され、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力等を大幅に低減し、オフィス環境・地球環境に適合した、低コストで、良質な画像を形成する光走査装置を提供することができる。この時、リニアリティはマイナス側に残存しているが、後に説明する光源駆動手段による主走査光束ウェスト位置補正により、走査等速性はより改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【0025】
以下、本発明に係る光走査装置及びその光走査装置を用いた画像形成装置の構成、動作及び作用について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る光走査装置の一実施形態を示す図であり、図1(a)は光走査装置の主走査方向に沿った断面(主走査断面)の光学系配置図、図1(b)は光走査装置の副走査方向に沿った断面(副走査断面)の光学系配置図である。図1(a)及び(b)において、符号1は光源である半導体レーザ(LD)、2は半導体レーザからの発散光束を略平行光束にするコリメートレンズ、3は光束径を制限するアパーチャ、4は副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ、5は入射ミラー、6は半導体レーザからの光束を偏向する偏向手段、7は走査結像光学系の走査結像レンズ、8は被走査面である。
【0026】
図1に示す構成の光走査装置においては、光源である半導体レーザ1を射出した発散光束はコリメートレンズ2により略平行光束とされ、アパーチャ3で光束径を絞られた後、主走査方向に長い線像を形成するためのシリンドリカルレンズ4を通過する。このシリンドリカルレンズ4を通過した光束は、図1(b)に示すように入射ミラー5で反射されることにより、副走査断面内で入射角を有して偏向手段6に入射する。この偏向手段6を偏向器として光束を偏向反射する。偏向手段6により偏向された光束は走査結像レンズ7を通過し、被走査面8に結像する。
【0027】
ここで走査結像レンズ7は、偏向手段がポリゴンミラーであると仮定したとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが正となり、偏向手段が正弦波振動ミラーのとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが負となるような特性を有している。つまり、走査結像レンズ7は、前述の、被走査面上におけるリニアリティと主走査光束のスポット径像高間偏差との間のトレードオフの関係において、双方ともに良好な値となるようバランスをとった結像特性を有しており、これにより偏向手段の最大回転角に対する振れ角を狭めることなく、被走査面上におけるリニアリティと主走査光束のスポット径像高間偏差を良好である光走査装置を得ている。
【0028】
この時のリニアリティは、被走査面上における主走査光束のスポット径像高間偏差を良好にするためにfarcsin特性を有する走査結像レンズのリニアリティよりもマイナス側の値となっており、且つ、良好なリニアリティ特性のためにfθ特性を有する走査結像レンズのリニアリティよりもプラス側の値となっている。
【0029】
また、走査結像レンズ7が、次の条件式
−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<0・・・(2)
但し、Lin.:各像高におけるリニアリティ
φ0:偏向手段の正弦波振動の振幅角(°)
φmax:有効書込幅に対応する偏向手段の最大回転角(°)
を満たしているとき、より広い有効書込幅、もしくはより良好な被走査面上での等速度特性、もしくはより小さい被走査面上での主走査光束のスポット径の像高間偏差、を得る光走査装置とすることができる。
【実施例1】
【0030】
以下に本発明の実施例の設計データを示す。本実施例は図1に示す構成の光走査装置と大きく変わらないので、図1を参照して説明する。偏向手段6である正弦波振動ミラーは、
φ0:±25°
φmax:±15°
よって、φmax/φ0=0.600
という振動特性を有している。
【0031】
このとき、偏向手段6である正弦波振動ミラーに入射する光束は、偏向手段6である正弦波振動ミラー上の1点において、副走査方向に集光されて入射している。
【0032】
走査結像レンズ7の光束入射側のレンズ面を7a、走査結像レンズ7の光束出射側のレンズ面を7bとする。偏向手段6である正弦波振動ミラーから走査結像レンズ7の光束入射側のレンズ面7aまでの距離は54.14mm、走査結像レンズ7の光束出射側のレンズ面7bから被走査面8までの距離は206mmである。
【0033】
また、Rmを主走査方向の近軸曲率半径、Rsを副走査方向の近軸曲率半径、Dを走査結像レンズの肉厚、Nを使用波長780nmでの屈折率とすると、各面の設計データは以下の表1の通りである。
【0034】
【表1】


【0035】
走査結像光学系を構成する走査結像レンズ7の7a、7bの面の面形状は、以下の式(3)で表せる。
X(Y,Z)=(1/Rm)・Y2/{1+√(1−(1+a0)・(1/Rm)2・Y2)}+a4・Y4+a6・Y6+・・・+Cs(Y)・Z2/{1+√(1−Cs(Y)2・Z2)}・・・(3)
ここで、Cs(Y)=1/Rs+b2・Y2+b4・Y4+・・・
【0036】
また、各面における上記(3)式中の各係数は以下の通りである。
(7a面)
0=1.34E+01
4=−9.45E−07
6=5.81E−10
8=−1.25E−13
10=1.32E−17
2=−1.87E−05
4=4.91E−09
6=−5.64E−13
但し、E+01=×1001、E−07=×10-07
であり、以下においても同様の意味である。
(7b面)
0=−5.74E−01
4=−7.66E−07
6=1.74E−10
8=2.95E−14
10=1.01E−18
2=−1.08E−05
4=−3.11E−09
6=8.10E−13
【0037】
図2には本実施例の光走査装置において、像高に対する等速偏向時のリニアリティを、図3に本実施例の像高に対するリニアリティを、図4に本実施例の像高に対する主走査光束のスポット径を示す。
【0038】
ここで、等速偏向時のリニアリティとは、偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したときのリニアリティを示し、下式で表す。
Lin.(θ)={[H(θ+Δθ)−H(θ)]/Δθ−[H(0+Δθ)−H(0)]/Δθ}・100(%)
Lin.(θ):画角θにおけるリニアリティ
H(θ):画角θにおける像高
Δθ:微小角
【0039】
図2及び図3に示すように、本実施例の走査結像レンズ7は、〈1〉偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが正となること、〈2〉偏向手段による偏向角・が等角速度的に変化しないとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが負となること、を満足する性能を有している。また、本実施例の光走査装置において、リニアリティが最小で−11.57%なので、
Lin.×(φmax/φ0)=−0.069
であり、以下の条件式、
−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<0・・・(2)
を満足している。
【0040】
本実施例では、偏向手段6に正弦波振動ミラーを用い、上記各条件を満足する走査結像レンズ7を有することにより、有効書込幅に対応する偏向手段の最大回転角が大きく(±15°)、リニアリティが良好で(−11.57%)、図4より主走査光束のスポット径の像高間偏差が良好な(10.50%)、書込光学系を達成している。
【0041】
以上説明したように、本実施例によれば、光源と、画像情報に応じて光源を点灯する光源駆動手段と、光源からの光束を正弦波振動により偏向走査する偏向手段と、偏向手段からの光束を被走査面上に導く走査結像光学系とを有し、走査結像光学系が次の条件、
〈1〉偏向手段が等角速度的に運動すると仮定したとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが正となること、
〈2〉偏向手段による偏向角・が等角速度的に変化しないとき、有効書込幅の範囲でのリニアリティが負となること、
を満足することによって、つまり、リニアリティを上記(1)式のfarcsinの結像特性を有する走査結像光学系を用いた時のリニアリティよりもマイナス側に発生させて、良好な主走査光束のスポット径像高間偏差を得、また、fθレンズのような結像性能を有する走査結像光学系を用いた時のリニアリティよりも補正して良好な走査等速性を得るような、双方の中間の特性である走査結像光学系を有することによって、正弦波振動する上記共振を利用した偏向ミラーの振れ角を狭めることなく、つまり、所定の有効書込幅を有しつつ、良好な被走査面上における走査等速性と、良好な被走査面上での主走査光束のスポット径の像高間偏差が得られ、これにより、装置が小型化され、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力等を大幅に低減し、オフィス環境・地球環境に適合した、低コストで、良質な画像を形成する光走査装置を提供することができる。この時、リニアリティはマイナス側に残存しているが、後に説明する光源駆動手段による主走査光束ウェスト位置補正により、走査等速性はより改善することができる。
【0042】
また、本実施例によれば、以下の条件式(2)、
−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<0・・・(2)
但し、Lin.:各像高におけるリニアリティ、φ0:偏向手段の正弦波振動の振幅角(°)、φmax:有効書込幅に対応する偏向手段の最大回転角(°)
において、下限を下回るのは、偏向手段の最大回転角に対する偏向手段の振れ角が不変で、負の値であるリニアリティが劣化する場合や、リニアリティが不変で、偏向手段の最大回転角に対する偏向手段の振れ角が大きくなる場合が挙げられる。前者はリニアリティが劣化し走査等速性が良好な光走査装置が得られず、後者の場合においては、偏向手段の最大回転角に対する偏向手段の振れ角が大きくなると、走査速度の変化は正弦波振動的変化が支配的となり、リニアリティが劣化するが、リニアリティ不変としているので、リニアリティを一定に保つような光学的補正に伴い主走査光束のスポット径偏差が劣化することになる。よって、上記条件式の下限を下回る場合は、被走査面上におけるリニアリティと、主走査光束のスポット径の像高間偏差がともに良好な光走査装置が得られない。また、上限を上回るのは、偏向手段の最大回転角に対する偏向手段の振れ角が不変で、リニアリティが小さくなる場合や、リニアリティが不変で偏向手段の最大回転角に対する偏向手段の振れ角が小さくなる場合が挙げられる。前者の場合、リニアリティを小さくするために光学的補正を行うと上述のように、被走査面上での主走査光束のスポット径像高間偏差が劣化し、後者の場合、偏向手段の最大回転角を大きくするのは偏向手段である正弦波振動ミラーの作製条件上限られており、また偏向手段の振れ角を小さくすると画像を形成する際に必要な有効書込幅を確保するのに偏向手段から被走査面までの距離を大きくせねばならず、光走査装置が大型化する。よって、上記条件式の上限を上回る場合は、被走査面上における主走査光束のスポット径の像高間偏差と、有効書込幅がともに良好な光走査装置が得られない。
以上の理由により、本実施例の光走査装置において、上記条件式(2)を満たしている光走査装置においては、より広い有効書込幅、もしくはより良好な被走査面上でのリニアリティ、もしくはより良好な被走査面上での主走査光束のスポット径の像高間偏差が得られる。これにより、装置が小型化され、振動によるバンディング、温度上昇、騒音、消費電力等を大幅に低減し、オフィス環境・地球環境に適合した、低コストで、良質な画像を形成する光走査装置を提供することができる。
【実施例2】
【0043】
〔条件式(2)における下限について〕
本実施例は実施例1の光走査装置の構成と大きく変わらないので、引き続き図1を参照して説明する。ここで、実施例1と異なる点は、偏向手段6である正弦波振動ミラーの振幅角φ0を、
φ0:±24°
とした点である。
【0044】
また本実施例における有効書込幅に対応する正弦波振動ミラーの最大回転角φmaxは実施例1と同じく、
φmax:±15°
としており、これにより、
φmax/φ0=0.625
となっている。実施例1と比較して、正弦波振動ミラーの振幅角に対して有効書込幅に対応する最大回転角の割合が大きくなっているので、実施例1と比較して有効書込幅における正弦波振動ミラーの偏向角速度変化が直線的振る舞いから離れ、より正弦波的な振る舞いとなり、周辺像高において走査速度が遅くなる度合いが大きくなるためリニアリティがよりマイナス側に発生する(−13.705%)。
【0045】
またレンズデータは実施例1と同じものを用いており、有効書込幅に対応する正弦波振動ミラーの最大回転角も実施例1と等しいので、被走査面上における主走査光束のスポット径像高間偏差は実施例1と等しくなる(10.5%)。
【0046】
この時、
Lin.×(φmax/φ0)=−0.086
であり、この値は、条件式(2)における
−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<0
の下限値近傍の値となっている。本実施例よりもリニアリティをマイナス側に発生させると良好な走査等速性を得ることができない。例えば、後に説明する光源駆動手段による主走査光束ドット位置補正を併用しても、その補正量には前述のように限界があるため、いずれにしても良好な走査等速性を得ることができず、画像品質が劣化する。また、本実施例よりも正弦波振動ミラーの振幅角に対して有効書込幅に対応する最大回転角の割合を大きくすると、正弦波振動ミラーの偏向角速度の変化が、更に正弦波的挙動となり、周辺像高における走査速度はより遅くなり、良好な走査等速性が得られず、画像品質が劣化する。以上の理由により、条件式(2)における下限値を設定している。
【0047】
〔条件式(2)における上限について〕
Lin.×(φmax/φ0)<0
とした場合は、前述(1)式の結像特性を有するfarcsinレンズでリニアリティを0に補正したときよりも主走査光束のスポット径偏差が小さくなっており、farcsinレンズを用いた光走査装置が形成する画像よりも品質の良い画像が得られることに基づき、条件式(2)における上限値を設定している。
【0048】
偏向手段6である正弦波振動ミラーの仕様や、有効書込幅に対応する最大回転角、また画像品質を保証できる主走査光束のスポット径偏差を考慮すると、より好ましくは、
−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<−0.03・・・(4)
の条件式を満たす走査結像系を有する光走査装置が良い。
【実施例3】
【0049】
〔条件式(4)における上限について〕
本実施例は実施例1の光走査装置の構成と大きく変わらないので、引き続き図1を参照して説明する。ここで、実施例1と異なる点は、偏向手段6である正弦波振動ミラーの振幅角φ0を、
φ0:±28°
とした点である。
【0050】
また本実施例における有効書込幅に対応する正弦波振動ミラーの最大回転角φmaxは実施例1と同じく、
φmax:±15°
としており、これにより、
φmax/φ0=0.536
となっている。実施例1と比較して、正弦波振動ミラーの振幅角に対して有効書込幅に対応する最大回転角の割合が小さくなっているので、実施例1と比較して有効書込幅における正弦波振動ミラーの偏向角速度変化が直線的振る舞いとなり、周辺像高において走査速度が遅くなる度合いが小さくなるため、負の値であるリニアリティがプラス側に補正され、走査等速性が良好になる方向へ向かう(−6.676%)。
【0051】
またレンズデータは実施例1と同じものを用いており、有効書込幅に対応する正弦波振動ミラーの最大回転角も実施例1と等しいので、被走査面上における主走査光束のスポット径像高間偏差は実施例1と等しくなる(10.5%)。
【0052】
この時、
Lin.×(φmax/φ0)=−0.036
であり、この値は条件式(4)における
−0.09<Lin.×(φmax/φ0)<−0.03
の上限値近傍の値となっている。本実施例よりも負の値であるリニアリティをプラス側に補正し、良好な走査等速性を得ようとすると、リニアリティを補正する分主走査光束のスポット径像高間偏差が大きくなり、画像品質の劣化につながる。また、現状の正弦波振動ミラーの振幅角は、本実施例における振幅角近傍が限界であり、本実施例よりも正弦波振動ミラーの振幅角に対して有効書込幅に対応する最大回転角の割合を小さくするには、有効書込幅に対応する最大回転角を小さくしなければならず、この時所定の有効書込幅を有するには偏向ミラーから被走査面までの距離を大きくせねばならず装置が大型化するという問題がある。以上の理由により、条件式(4)における上限値を設定している。
【実施例4】
【0053】
〔光源駆動手段による主走査光束ドット位置補正について〕
本実施例は実施例1の光走査装置の構成と変わらないので、引き続き図1を参照して説明する。ここで、実施例1と異なる点は、光源1の点灯を制御する光源駆動手段(図示せず)が、1ライン内の各画素毎に点灯開始タイミングを個別に設定する機能を有する点である。以下、本実施例の構成について、図5に示すモデル図を用いて説明する。
【0054】
図3に示すように、本実施例では周辺像高に行くに従い、リニアリティが減少する。従って、1ライン内において画像信号の周波数や各画素の点灯開始タイミングが一定である場合、図5(a)に示すように、周辺に行くほどドット間隔が狭くなり、画像上で倍率誤差が発生する。そこで、光源駆動手段により、1ライン内の各画素での点灯開始のタイミングを個別に設定することにより、図5(b)に示すように周辺に行くほど露光分布の主走査方向の幅が小さくなるが、露光分布の主走査方向の各画素毎の間隔を均一にすることができる。また、上記により各画素の積分光量が異なるが、光源駆動手段に1ライン内の各画素毎の点灯時間を個別に設定する手段を配備すれば、露光分布の積分光量を各画素毎に均一にすることができる。
【0055】
露光分布の主走査方向の各画素毎の間隔と積分光量を各画素毎に均一にすることにより、被走査面上の主走査光束のスポット位置が均一に走査されることになる。つまり、光学的な性能により発生していた画像上の倍率誤差を電気的補正で相殺することにより、被走査面上における主走査光束のスポット径像高間偏差と走査等速性との間のトレードオフの関係を打破し、主走査光束スポット径像高間偏差を劣化させずに、より良好な走査等速性を得ることができる。これにより、偏向手段6の有効書込幅のための最大回転角、被走査面上における主走査光束のスポット径像高間偏差、走査等速性ともに良好である光走査装置を得ることができる。
【0056】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1の構成に加えて、光源駆動手段は、1ライン内の各画素毎に点灯開始タイミングを個別に設定する機能を有することにより、請求項1または2の効果に加えて、被走査面上での主走査光束のドット位置を補正し、より良好な走査等速性を得ることができ、より良質な画像を形成する光走査装置を提供することができる。
【0057】
しかし、光源駆動手段による主走査光束のドット位置補正量は、ある程度小さく抑える必要がある。走査レンズが理想状態で成型加工され、光走査装置への組み付け等も理想状態で行われる場合には、fθレンズを用いた際の、マイナス側に大きく発生するリニアリティを光源駆動手段により補正することは可能であるが、理想状態で走査レンズ、光走査装置等を加工するには生産性を落とさねばならず、大量生産することはできないので、高いコストがかかることになる。低コストのために、効率良く走査レンズ、光走査装置等を生産することを考慮すると、例えば走査レンズの成型の際に生じる走査レンズ形状の誤差や、走査レンズを組み付ける際に生じる位置決め誤差は免れない。走査レンズを光走査装置へ組み付ける際に、例えば像高プラス側に走査レンズがシフトして組み付けられたとすると、光源駆動手段による主走査光束のドット位置補正量が大きいと、プラス側の周辺像高において、補正量が極端に大きく、必要以上にドット位置が補正され走査速度が速くなり、またマイナス側の周辺像高においては、補正量が極端に小さく、本来所望する走査速度に至らず走査速度が遅くなり、結果として良好な走査等速性が得られず、画像品質を損なうことになる。以上の理由により、光源駆動手段による主走査光束のウェスト位置補正量は、ある程度の小さい値に抑えなければならない。
【0058】
以上本発明に係る光走査装置の各実施例について説明した。なお、上記各実施例では偏向手段6として、正弦波振動ミラーを用いているが、この他に、表面弾性波による回折を利用して偏向しても良いし、変形ミラーを等角速度運動させることにより、偏向角が等角速度的に変化しないようにしても良い。また、有効書込幅をさらに増大させるために、走査結像光学系を主走査方向に複数個並べても良い。さらに、図1の構成例では、光源1は1つの半導体レーザであるが、複数の半導体レーザや、発光点を複数有する半導体レーザアレイ等を用いた、マルチビーム構成としても同様に実施することが可能であり、本発明の範疇に入るものである。また、本実施例では、偏向手段6を正弦波振動ミラー(偏向ミラー)と複数の固定ミラーを組み合わせて構成して、複数を1度以上反射するようにしても良い。
【実施例5】
【0059】
次に、本発明に係る画像形成装置の実施例について説明する。図6は本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。図6において、符号10は像担持体であるドラム上の感光体、11は感光体10を帯電する帯電手段、12は帯電された感光体10に画像情報に応じた光束を露光して潜像を形成する光書込手段、13は感光体10上に形成された潜像を例えばトナーで現像して可視像化する現像手段、14は感光体10上の可視像(トナー像)を記録用紙等の転写材17に転写する転写手段、15は転写材17に転写された可視像(トナー像)を定着する定着手段、16は転写後の感光体10表面をクリーニングするクリーニング手段であり、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングという工程(電子写真プロセス)により転写材に画像を形成して出力する。
【0060】
図6において、感光体10は、ドラム状の導電性基体の表面に、無機材料あるいは有機材料からなる光導電体層(感光層)を形成したものであり、感光体表面が被走査面となる。また、感光体としては、ドラム状の他、ベルト状のものを用いても良い。帯電手段11は図示の例ではコロナ帯電器であるが、この他、帯電ローラ、帯電ブラシ等、種々のものを用いることができる。光書込手段12としては、図1に示した構成の光走査装置が用いられ、その詳細は前述の実施例で述べた通りである。現像手段13としては、現像剤としてトナーのみの1成分系現像剤を用いた現像器や、現像剤としてトナーとキャリアからなる2成分系現像剤を用いた現像器等種々の構成のものを用いることができる。転写手段14は図示の例では転写用帯電器であるが、この他、転写ローラ、転写ベルト、転写ブラシ等、種々のものを用いることができる。定着手段15は、加熱及びまたは加圧により転写材上の画像を定着するものであり、加熱ロ−ラと加圧ローラを用いたローラ定着器や、ベルトと加熱手段を用いたベルト定着器等、種々の構成のものを用いることができる。クリーニング手段16は、ブレード式、ブラシ式、ローラ式等種々の構成のものを用いることができる。
【0061】
また、図6はモノクロの画像形成装置の例であるが、2色以上の多色画像形成装置やフルカラー画像形成装置の構成とした場合にも、本発明の光走査装置を光書込手段に適用することができる。本実施例は、図7、8に示すように、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色材に対応する複数の光源からの複数の光束を、複数の分離手段9Y、9M、9C、9Kで、それに対応した複数の像担持体10Y、10M、10C、10Kに導光するフルカラー画像形成装置である。
【0062】
図7は、本実施例において2色以上の多色光走査装置やフルカラー光走査装置の構成とする場合に、偏向手段6によって偏向走査された複数の光束がそれぞれに対応する複数の像担持体(感光体)10Y、10M、10C、10Kに導光される様子を示す概略構成図である。複数の光源(図示せず)からの複数の光束を、単一の偏向手段6の片側の偏向面に副走査方向に互いに異なる入射角度で入射させて偏向し、偏向反射された複数の光束を分離手段9Y、9M、9C、9Kによって分離して、互いに異なる複数の像担持体10Y、10M、10C、10Kのそれぞれの表面に走査させて潜像を形成する画像形成装置である。
【0063】
また、2色以上の多色光走査装置やフルカラー光走査装置の構成とする場合に、図8のように、複数の光源(図示せず)の複数の光束を、単一の偏向手段6の両側の偏向面を用い、少なくとも二つの前記複数の光束を偏向手段6の片側の偏向面に副走査方向に互いに異なる入射角度で入射させて偏向し、偏向反射された複数の光束を分離手段9によって分離して、互いに異なる複数の像担持体10Y、10M、10C、10Kのそれぞれの表面に走査させて潜像を形成する画像形成装置としても良い。
【0064】
以上説明したように、本実施例によれば、光書込手段として、実施例1〜4のうちの何れか一つで説明した光走査装置を用いることにより、像担持体上に潜像を書き込む際に、所定の有効書込幅を有しつつ、被走査面上における等速性と、被走査面上での主走査光束のスポット径の像高間偏差低減と、を達成できるので、小型、低コストで画質の良好な画像を形成する画像形成装置を提供することができる。
【0065】
また、本実施例によれば、上記画像形成装置において、複数の光源と、複数の像担持体を有することにより、小型、低コストで、色ずれが少なく画質が良好な画像を形成するフルカラータンデムの画像形成装置を提供することができる。
【0066】
以上、本発明の各実施例について説明したが、上記各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明は、光走査装置及び画像形成装置全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1】本発明に係る光走査装置の一実施形態を示す図であり、(a)は光走査装置の主走査方向に沿った断面(主走査断面)の光学系配置図、(b)は光走査装置の副走査方向に沿った断面(副走査断面)の光学系配置図である。
【図2】本実施例の光走査装置における像高に対する等速偏向時のリニアリティを示す図である。
【図3】本実施例の光走査装置における像高に対するリニアリティを示す図である。
【図4】本実施例の光走査装置における像高に対する主走査光束のスポット径を示す図である。
【図5】1ライン内の各画素毎に点灯開始タイミングを個別に設定する機能を説明するための図である。
【図6】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図7】本発明に係る片側斜入射光走査装置を有するフルカラー画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図8】本発明に係る対向走査斜入射光走査装置を有するフルカラー画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【0069】
1 光源(半導体レーザ)
2 コリメートレンズ
3 アパーチャ
4 シリンドリカルレンズ
5 入射ミラー
6 偏向手段(偏向ミラー)
7 走査結像レンズ
7a 走査結像レンズ(走査結像光学系)の光束入射面
7b 走査結像レンズ(走査結像光学系)の光束出射面
8 被走査面
9Y イエロー用折り返しミラー
9M マゼンタ用折り返しミラー
9C シアン用折り返しミラー
9K ブラック用折り返しミラー
10Y イエロー用感光体(像担持体)
10M マゼンタ用感光体(像担持体)
10C シアン用感光体(像担持体)
10K ブラック用感光体(像担持体)
11 帯電手段
12 光書込手段(光走査装置)
13 現像手段
14 転写手段
15 定着手段
16 クリーニング手段
【出願人】 【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
【出願日】 平成18年6月21日(2006.6.21)
【代理人】 【識別番号】100084250
【弁理士】
【氏名又は名称】丸山 隆夫


【公開番号】 特開2008−3238(P2008−3238A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−171546(P2006−171546)