JP2010054591A - レーザビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の感光体に対応する複数の光源部を有し、各光源部が複数の発光点を有するレーザビーム走査装置において、良好な光学性能を保ちつつ、光源光学系で確実な光路分離を可能にする。
【解決手段】複数の発光点を有する各光源１１から発せられたビームを、コリメータレンズ１２及び開口部１３を経て光路合成ミラー１４で進行方向を一方向に合成し、ポリゴンミラーへ導く。開口部１３と光路合成ミラー１４との間隔ｔ（ｔｙ，ｔｍ，ｔｃ）が以下の関係式ｔ＜ｆｃｏ｛（２／３）ｆｃｙ・ｔａｎθ−ｗ｝／５０ｐを満たしている。但し、ｆｃｏ：コリメータレンズ焦点距離、ｆｃｙ：シリンダレンズ焦点距離、ｐ：発光点の副走査方向ピッチ、θ：偏向面に入射するビームの斜入射角、ｗ：開口部の副走査方向幅。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザビーム走査装置、特に、画像データに基づいて変調される複数の光源部から発せられる複数のビームを単一の偏向器を用いて複数の感光体上を走査するレーザビーム走査装置に関する。

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や直接記録媒体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）を用いて複数本のビームを同時に走査して画像を描画するレーザビーム走査装置が搭載されている。

そして、単一のポリゴンミラーの一偏向面で複数の光源部から発せられたビームを偏向する場合は、それぞれのビームの進行方向を一方向に合成する必要がある。光路の合成に関しては、特許文献１，２に記載されている。

ところで、近年では高速での描画を実現するため、各光源部がそれぞれ複数の発光点を有するレーザビーム走査装置が提供されている。このような装置では、それぞれの光源部から発せられた複数のビームが開口部（絞り）を通過し、光路合成ミラーで他の光源部から発せられたビームと光路が合成される。この場合、一の光源部において、複数の発光点から放射された各ビームの主光線は開口部で１点に重なり、開口部から離れるに従ってその主光線の間隔は拡がっていく。そのため、開口部と光路合成ミラーの距離が離れていると、光路合成ミラー上で主光線の間隔が広がってしまい、他の光源部から放射されたビームとの間隔（以下、合成マージンとも称する）が狭くなってしまい、光路の合成に支障が生じるという問題点を有している。

各光源部から放射されたビームのポリゴンミラーへの斜入射角を大きく設定すれば、前記合成マージンを大きくすることが可能である。しかし、斜入射角が大きくなれば走査光学系での収差補正が困難になる。また、ポリゴンミラーの前段に配置されるシリンダレンズの焦点距離を長く設定すれば、合成マージンを大きくすることが可能である。しかし、光学素子の配置を高密度化していくと、光源光学系と走査光学系を合わせた全系の副走査方向の倍率を小さくする必要があるので、シリンダレンズの焦点距離を長くすることは現実的ではない。
特開２００５−３１３５７号公報 特開２００６−３２３１５６号公報

そこで、本発明の目的は、複数の感光体に対応する複数の光源部を有し、各光源部が複数の発光点を有するレーザビーム走査装置において、良好な光学性能を保ちつつ、光源光学系で確実な光路の合成を可能にすることにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一形態であるレーザビーム走査装置は、
複数の発光点を有する複数の光源部と、該複数の光源部のそれぞれに対応する複数のコリメータレンズ及び開口部と、前記複数の光源部のそれぞれから発せられたビームの進行方向を一方向に合成する複数の光路合成ミラーと、合成された各ビームを副走査方向に集光させる一つのシリンダレンズと、該シリンダレンズを透過したそれぞれのビームを主走査方向に偏向する一つの偏向器と、該偏向器により偏向されたそれぞれのビームを複数の感光体のそれぞれに導く光学素子と、を備えたレーザビーム走査装置において、
前記偏向器に向かうそれぞれのビームは、偏向器の回転軸に垂直な面に対して所定の角度をもって偏向面に斜入射し、
前記開口部と前記光路合成ミラーとの間隔ｔが以下の関係式を満たすこと、
ｔ＜ｆｃｏ｛（２／３）ｆｃｙ・ｔａｎθ−ｗ｝／５０ｐ
ｆｃｏ：コリメータレンズ焦点距離
ｆｃｙ：シリンダレンズ焦点距離
ｐ：発光点の副走査方向ピッチ
θ：偏向面に入射するビームの斜入射角
ｗ：開口部の副走査方向幅
を特徴とする。

前記レーザビーム走査装置においては、前記関係式を満足することにより、各光源部の複数の発光点から発せられたビームが、コリメータレンズ及び開口部を通過し、各ビームの主光線間隔が大きく広がる前に光路合成ミラーに到達し、光路合成ミラーのミラー面における隣接する光路間の間隔（合成マージン）が狭くなることが防止される。そのため、光路合成ミラーの配置誤差や製造誤差を考慮しても十分な合成マージンを確保することができる。開口部と光路合成ミラーの間隔ｔが前記関係式の範囲を超えると各光源部から放射されたビームの主光線間隔が広がって合成マージンが小さくなり、安定した光路の合成が困難になる。

特に、各光源部において４以上の発光点が一列に並んでいる場合は、光路合成ミラー上においてビームの両端主光線間隔がより広がることになるので（発光点が４であれば、発光点が２の場合の３倍になる）、前記関係式を満たすことの効果が大きくなる。

以下、本発明に係るレーザビーム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。

本発明に係るレーザビーム走査装置の一実施例について、図１に立体配置関係を示す。なお、各図において、符号に付したｙ，ｍ，ｃ，ｋはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の形成に用いられる部材であることを意味し、いずれの色にも該当する場合にはこれらの添字は省略する。

このレーザビーム走査装置は、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、四つの感光体ドラム４０ｙ，４０ｍ，４０ｃ，４０ｋ上にそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック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４０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。

図１及び図２に示すように、光源光学系１は、レーザダイオードアレイからなる四つの光源１１ｙ，１１ｍ，１１ｃ，１１ｋと、コリメータレンズ１２ｙ，１２ｍ，１２ｃ，１２ｋと、開口部（絞り）１３ｙ，１３ｍ，１３ｃ，１３ｋとで構成されている。各光源１１から放射されたビーム（拡散光）は各コリメータレンズ１２により平行光とされ、各開口部１３を通過する。光源１１ｙから放射されたビームＢｙは、光路合成ミラー１４ｙで反射されてミラー１５へ向かう。光源１１ｍから放射されたビームＢｍは、光路合成ミラー１４ｍで反射されてミラー１５へ向かう。光源１１ｃから放射されたビームＢｃは、光路合成ミラー１４ｃで反射されてミラー１５へ向かう。光源１１ｋから放射されたビームＢｋは、直接ミラー１５へ向かう。ここで、光路合成ミラー１４とは各ビームの光路を同一方向（ｘ方向）にするように配置された反射ミラーである。

前記ミラー１５で反射されたそれぞれのビームは、シリンダレンズ１６を透過してポリゴンミラー１７の偏向面１７ａ（図６参照）の近傍で副走査方向ｚに集光される。ポリゴンミラー１７は所定の速度で回転駆動され、それぞれのビームは主走査方向ｙに偏向走査される。各ビームはポリゴンミラー１７の回転軸１８に垂直な面に対して所定の互いに異なる角度（図６において、ビームＢｙであれば角度θ）で偏向面１７ａに入射する。

ポリゴンミラー１７から各ビームの進行方向ｘに関しては、走査光学系として、第１走査レンズ２１、第２走査レンズ２２、第３走査レンズ２３ｙ，２３ｍ，２３ｃ，２３ｋ、ミラー２４ｙ，２４ｍ，２４ｃ，２４ｋ，２５ｙ，２５ｍ，２５ｃ，２６ｍ，２６ｃ、平行平板（防塵用ウインドウガラス）２７ｙ，２７ｍ，２７ｃ，２７ｋが配置されている。

ポリゴンミラー１７の偏向面１７ａで同時に偏向されたそれぞれのビームは、第１走査レンズ２１及び第２走査レンズ２２を透過する。ビームＢｙは、ミラー２４ｙで反射され、第３走査レンズ２３ｙを透過し、さらに、ミラー２５ｙで反射され、平行平板２７ｙを透過して感光体ドラム４０ｙ上で結像し、主走査方向Ｙに走査する。ビームＢｍは、ミラー２４ｍ，２５ｍで反射され、第３走査レンズ２３ｍを透過し、さらに、ミラー２６ｍで反射され、平行平板２７ｍを透過して感光体ドラム４０ｍ上で結像し、主走査方向Ｙに走査する。ビームＢｃは、ミラー２４ｃで反射され、第３走査レンズ２３ｃを透過し、さらに、ミラー２５ｃ，２６ｃで反射され、平行平板２７ｃを透過して感光体ドラム４０ｃ上で結像し、主走査方向Ｙに走査する。ビームＢｋは、第３走査レンズ２３ｋを透過し、ミラー２４ｋで反射され、平行平板２７ｋを透過して感光体ドラム４０ｋ上で結像し、主走査方向Ｙに走査する。

各光源（レーザダイオードアレイ）１１は複数の発光点を有している。二つの発光点１１ａを有するものを実施例１とし、四つの発光点１１ａを有するものを実施例２とする。ここで、実施例１及び実施例２の数値データを表１に示す。

図８に実施例２の光源１１を示す。この光源１１は直線上に一列に並んだ四つの発光点１１ａを有し、発光点１１ａのピッチをａ、傾き角をαとする。副走査方向ｚのピッチをｐとすると、ｐ＝ａ・ｓｉｎαである。

各光源１１において発光点１１ａが二つの実施例１は、図３に示すように、それぞれの開口部１３と光路合成ミラー１４との間隔ｔ（ｔｙ，ｔｍ，ｔｃ）がそれぞれ異なっており、表１に記載のごとく、ｔｙ＝２７．５ｍｍ、ｔｍ＝２２．５ｍｍ、ｔｃ＝１７．５ｍｍである。各光源１１において発光点１１ａが四つの実施例２は、図４に示すように、それぞれの開口部１３と光路合成ミラー１４との間隔ｔ（ｔｙ，ｔｍ，ｔｃ）が同じであり、表１に記載のごとく、ｔｙ＝ｔｍ＝ｔｃ＝２５ｍｍである。

ここで、実施例１及び実施例２において、それぞれの開口部１３と光路合成ミラー１４との間隔ｔが以下の関係式を満たしている。なお、間隔ｔは個別にｔｙ，ｔｍ，ｔｃの値となる。
ｔ＜ｆｃｏ｛（２／３）ｆｃｙ・ｔａｎθ−ｗ｝／５０ｐ
ｆｃｏ：コリメータレンズ焦点距離
ｆｃｙ：シリンダレンズ焦点距離
ｐ：発光点の副走査方向ピッチ
θ：偏向面に入射するビームの斜入射角
ｗ：開口部の副走査方向幅

以上の条件において、関係式の右辺の値は、実施例１では２８．９ｍｍ、実施例２では３０．９ｍｍであり、間隔ｔｙ，ｔｍ，ｔｃはいずれも関係式を満足している。

図５に、各光源１１のそれぞれの発光点１１ａから射出されたビーム（主光線で示す）がコリメータレンズ１２、開口部１３から合成ミラー１４へ至る光路を示し、発光点１１ａが四つある実施例２を示している。発光点１１ａから射出されたビームはコリメータレンズ１２を透過した後、開口部１３で１点に交わる。その後、ビームは光路合成ミラー１４に向けて徐々に間隔が広がっていく。

図６に、各光源１１から射出されたビームＢｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋがシリンダレンズ１６からポリゴンミラー１７の偏向面１７ａに至る光路を示し、それぞれのビームは二つ又は四つであるが、代表して一つの光路（実際は複数のビームを含む光束）として描いている。シリンダレンズ１６を透過した各ビームは副走査方向ｚに屈折し、偏向面１７ａに対して斜入射角をもって入射する。ここで、外側のビームの斜入射角（最も大きな斜入射角）をθとする。

図７に、光路合成ミラー１４のミラー面上における各色でのビーム間隔（合成マージン）Ｍを示す。図７（Ａ）は各光源１１において発光点１１ａが一つの場合、図７（Ｂ）は各光源１１において発光点１１ａが四つの場合（実施例２）を示している。図５で説明したように、複数の発光点１１ａから発せられたビームは、開口部１３から離れるに従って間隔が拡がっていく。それゆえ、複数の発光点１１ａを有する場合は、発光点１１ａが一つの場合と比べて合成マージンＭが狭くなる。

そこで、前記関係式を満足することにより、各光源１１の複数の発光点１１ａから発せられたビームが、コリメータレンズ１２及び開口部１３を通過し、各ビームの主光線間隔が大きく広がる前に光路合成ミラー１４に到達し、光路合成ミラー１４のミラー面における隣接する光路間の間隔（合成マージンＭ）が狭くなることが防止される。そのため、光路合成ミラー１４の配置誤差や製造誤差を考慮しても十分な合成マージンＭを確保することができる。

なお、本発明に係るレーザビーム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。

本発明に係るレーザビーム走査装置の一実施例における全体構成を示す立体配置図である。 光源光学系の構成を示す斜視図である。 実施例１における光源光学系を示す平面図である。 実施例２における光源光学系を示す平面図である。 光源から光路合成ミラーに至るビームの光路を示す説明図である。 シリンダレンズから偏向面に至るビームの光路を示す説明図である。 光路合成ミラーのミラー面上におけるビーム位置を示す説明図である。 光源（レーザダイオードアレイ）を示す説明図である。

符号の説明

１…光源光学系
１１…光源
１１ａ…発光点
１２…コリメータレンズ
１３…開口部
１４…光路合成ミラー
１６…シリンダレンズ
１７…ポリゴンミラー
１７ａ…偏向面
２１，２２，２３…走査レンズ
４０…感光体ドラム

Claims (2)

1. 複数の発光点を有する複数の光源部と、該複数の光源部のそれぞれに対応する複数のコリメータレンズ及び開口部と、前記複数の光源部のそれぞれから発せられたビームの進行方向を一方向に合成する複数の光路合成ミラーと、合成された各ビームを副走査方向に集光させる一つのシリンダレンズと、該シリンダレンズを透過したそれぞれのビームを主走査方向に偏向する一つの偏向器と、該偏向器により偏向されたそれぞれのビームを複数の感光体のそれぞれに導く光学素子と、を備えたレーザビーム走査装置において、
   前記偏向器に向かうそれぞれのビームは、偏向器の回転軸に垂直な面に対して所定の角度をもって偏向面に斜入射し、
   前記開口部と前記光路合成ミラーとの間隔ｔが以下の関係式を満たすこと、
   ｔ＜ｆｃｏ｛（２／３）ｆｃｙ・ｔａｎθ−ｗ｝／５０ｐ
   ｆｃｏ：コリメータレンズ焦点距離
   ｆｃｙ：シリンダレンズ焦点距離
   ｐ：発光点の副走査方向ピッチ
   θ：偏向面に入射するビームの斜入射角
   ｗ：開口部の副走査方向幅
   を特徴とするレーザビーム走査装置。
2. 前記複数の光源部がそれぞれ４以上の発光点が一列に並んだレーザダイオードアレイによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザビーム走査装置。

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