(57)【要約】【課題】光量ムラを安価に低減し、画像形成装置により出力される画像の不良を抑制すること。【解決手段】光走査装置により像担持体を走査し、この走査された画像に基づいて記録材に画像形成を行う画像形成装置において、前記光走査装置は、光源と、前記光源から出射された光束を前記像担持体に対して主走査方向に走査する偏向走査手段と、前記偏向走査手段により走査された光束を前記像担持体に結像させる結像手段と、を備え、前記結像手段へ入射する前記光束を直線偏光のｐ波とし、前記結像手段を通して前記像担持体に入射する光束の、前記主走査方向の中央の像高における部分倍率に対して前記主走査方向の中央以外の像高での部分倍率の差と、前記中央の像高における前記結像手段の透過率に対して前記中央以外の像高での前記結像手段の透過率の差が、略同等になるように、前記結像手段の屈折率と入射角を設定する。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光走査装置により像担持体を走査し、この走査された画像に基づいて記録材に画像形成を行う画像形成装置において、
前記光走査装置は、光源と、
前記光源から出射された光束を前記像担持体に対して主走査方向に走査する偏向走査手段と、
前記偏向走査手段により走査された光束を前記像担持体に結像させる結像手段と、を備え、
前記結像手段へ入射する前記光束を直線偏光のｐ波とし、
前記結像手段を通して前記像担持体に入射する光束の、前記主走査方向の中央の像高における部分倍率に対して前記主走査方向の中央以外の像高での部分倍率の差と、前記中央の像高における前記結像手段の透過率に対して前記中央以外の像高での前記結像手段の透過率の差が、略同等になるように、前記結像手段の屈折率と入射角を設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記結像手段の透過率と部分倍率は前記中央の像高が前記中央以外の像高よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記光走査装置の制御を行う制御部を有し、
前記制御部は、前記像担持体に画像を形成するために前記光源の点灯タイミングを制御する画像クロックを生成する画像クロック生成手段と、
前記像担持体に対する走査領域を主走査方向で複数に分割し、分割した領域に対応する画像クロックの周期あるいは周波数を所定の変化量で画素ごとに変調して補正する画像クロック補正手段と、を備え、
前記制御部は、前記結像手段を通して前記像担持体に入射する光束のを主走査方向に走査する走査速度の変化に対応して前記画像クロックの周期あるいは周波数を補正することにより、電気的にｆθ補正を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記結像手段は、前記偏向走査手段により走査されて前記結像手段を透過する光束を前記像担持体の上で等速に移動させる走査特性を有していないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置により像担持体を走査し、この走査された画像に基づいてシート等の記録材に画像を形成する機能を備えた、例えば、レーザプリンタや複写機、あるいはファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置は、従来、画像信号に応じて光源から出射するレーザ光束を回転多面鏡などの光偏向器で偏向し、走査レンズを透過させることで感光体の表面に形成したスポットを走査し、感光体に潜像を形成する。走査レンズは所謂ｆθ特性を有するレンズである。ｆθ特性とは、回転多面鏡が等角速度で回転しているときに感光体の表面のレーザ光のスポットが感光体の表面上を等速で走査するようにレーザ光を感光体の表面に結像させる光学的特性である。
【０００３】
ｆθ特性を有する走査レンズは、複雑な形状であり、特に光走査装置を小型化するために回転多面鏡の近くに配置しようとすると、厚みも厚く且つ形状が複雑化してしまい樹脂では成形が困難となってしまう。そのため、走査レンズは、回転多面鏡からある程度離して配置する必要があり、さらに走査画角を確保するために比較的大きくてコストも高くなる。
【０００４】
そこで、画像形成装置の小型化やコストダウンを目的として、走査レンズを使用しない、もしくはｆθ特性を有していない走査レンズを使用することが考えられている。特許文献１では、感光体の表面のレーザ光のスポットが感光体の表面上を走査する走査速度が速いほどレーザ光の発光輝度を大きくするように電気的な補正を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成によれば電気的にレーザ光の発光輝度補正を行うためにＤＡコンバータやレギュレータを備えており、また、これらの電気部品を備えるために回路基板の面積が増大する。このようにレーザ光の発光輝度補正を行うことによりコストが増加する。
【０００７】
本発明の目的は、光量ムラを安価に低減し、画像形成装置により出力される画像の不良を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、光走査装置により像担持体を走査し、この走査された画像に基づいて記録材に画像形成を行う画像形成装置において、前記光走査装置は、光源と、前記光源から出射された光束を前記像担持体に対して主走査方向に走査する偏向走査手段と、前記偏向走査手段により走査された光束を前記像担持体に結像させる結像手段と、を備え、前記結像手段へ入射する前記光束を直線偏光のｐ波とし、前記結像手段を通して前記像担持体に入射する光束の、前記主走査方向の中央の像高における部分倍率に対して前記主走査方向の中央以外の像高での部分倍率の差と、前記中央の像高における前記結像手段の透過率に対して前記中央以外の像高での前記結像手段の透過率の差が、略同等になるように、前記結像手段の屈折率と入射角を設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光量ムラを安価に低減し、画像形成装置により出力される画像の不良を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例における画像形成装置の断面図
【図２】実施例における光走査装置の斜視図
【図３】実施例における像高と部分倍率の関係図
【図４】実施例における制御部のブロック図
【図５】実施例における走査レンズへの光線の入射角と走査レンズの透過率の関係図
【図６】実施例における像高と走査レンズの透過率の関係図
【図７】実施例における像高に対する走査レンズの透過率と部分倍率の関係図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。尚、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
まず図１を用いて画像形成装置Ｄ１について説明する。図１は画像形成装置Ｄ１の模式断面図である。
【００１３】
画像形成装置Ｄ１は、光走査装置Ｓ１を備え、光走査装置Ｓ１により像担持体としての感光体ドラムを走査し、この走査された画像に基づいて記録紙等の記録材Ｐに画像形成を行う。図１に示すように、画像形成装置Ｄ１は、画像情報に基づいたレーザ光束を光走査装置Ｓ１から出射し、プロセスカートリッジ１０２に内蔵された像担持体としての感光体ドラム１０３上に照射する。感光体ドラム１０３上に光束が照射され、露光されることで感光体ドラム１０３上に潜像が形成される。感光体ドラム１０３に形成された潜像は、トナーによりトナー像として顕像化される。なお、プロセスカートリッジ１０２とは、感光体ドラム１０３と、感光体ドラム１０３に作用するプロセス手段として、帯電手段や現像手段等を一体的に有し、画像形成装置に対して着脱可能なものである。一方、給紙カセット１０４に収容されたシート等の記録材Ｐは、給送ローラ１０５によって１枚ずつ分離されながら給送され、搬送ローラ１０６によって、さらに下流側に搬送される。感光体ドラム１０３上に形成されたトナー像は、転写ローラ１０９によって記録材Ｐ上に転写される。トナー像が形成された記録材Ｐは、さらに下流側に搬送され、内部にヒータを有する定着器１１０によりトナー像が記録材Ｐに加熱定着される。その後、記録材Ｐは、排出ローラ１１１によって機外に排出される。
【００１４】
次に図２を用いて光走査装置Ｓ１について説明する。図２は光走査装置Ｓ１の構成を示す斜視図である。
【００１５】
図２において、１１２はレーザ光束を出射する光源（半導体レーザ）、１１３はコリメータレンズとシリンドリカルレンズとを一体に成形したアナモフィックコリメータレンズである。１１４は開口絞り、１１５は回転多面鏡（偏向走査手段）、１１６は回転多面鏡を回転駆動させる光偏向器、１１７は走査レンズ（結像手段）、１１８は光学箱である。
【００１６】
上記構成において、光源１１２から出射したレーザ光束Ｌは、アナモフィックコリメータレンズ１１３によって主走査断面内では略平行光とされ、副走査断面内では収束光とされる。なお、略平行光とは、弱収束光および弱発散光を含むものである。次にレーザ光束Ｌは開口絞り１１４を通って光束幅が制限されて、回転多面鏡１１５の反射面においてほぼ線像（主走査方向が長手となる線像）として結像される。そして、このレーザ光束Ｌは回転多面鏡１１５を一定の角速度で回転させることによって偏向走査される。回転多面鏡１１５は、光源１１２から出射されたレーザ光束Ｌを感光体ドラム１０３に対して主走査方向に走査する偏向走査手段である。レーザ光束Ｌは、回転多面鏡１１５の反射面で反射され、ビームディテクトセンサ（以下ＢＤセンサと称す）１１９へと入射する。このとき、ＢＤセンサ１１９で信号を検出し、このタイミングを主走査方向の書き出し位置の同期検出タイミングとする。次にレーザ光束Ｌは走査光として走査レンズ１１７を透過し、感光体ドラム１０３の表面に入射する。走査レンズ１１７は回転多面鏡１１５により走査されたレーザ光束を感光体ドラム１０３に結像させる結像手段（結像光学素子）である。走査レンズ１１７によって、レーザ光束Ｌは感光体ドラム１０３上に結像し、所定のスポット状の像を形成する。
【００１７】
回転多面鏡１１５の回転によってレーザ光束Ｌを偏向走査し、感光体ドラム１０３上でレーザ光束Ｌによる主走査が行われ、また感光体ドラム１０３がその円筒の軸線周りに回転駆動することによって副走査が行われる。このようにして感光体ドラム１０３の表面には画像情報に応じた静電潜像が形成される。
【００１８】
なお、主走査方向とは、感光体ドラム１０３の表面（被走査面）に平行で且つ感光ドラム４の表面の移動方向に直交する方向である。副走査方向とは、主走査方向及びレーザ光束の光軸に直交する方向である。
【００１９】
本実施例に係る走査レンズ１１７は、所謂ｆθ特性を有していない。つまり、走査レンズ１１７は、光偏向器１１６が等角速度で回転している時に、走査レンズ１１７を透過する光束のスポット（走査スポット）を感光体ドラムの表面上（被走査面上）で等速に移動させるような走査特性を有していない。ｆθ特性を有する走査レンズを用いる場合に対し、ｆθ特性を有していない走査レンズ１１７を用いることで、走査レンズ１１７を回転多面鏡１１５に近接して配置することが可能となる。また、ｆθ特性を有していない走査レンズ１１７は、ｆθ特性を有する走査レンズに比べて、主走査方向の幅を小さくすることができる。また、ｆθ特性を有していない走査レンズは、その厚さやレンズ鏡面の形状が、ｆθ特性を有する走査レンズに比べて簡略化される。その結果、光走査装置の小型化を実現している。
【００２０】
本実施例に係る走査レンズ１１７の走査特性は、以下の式（１）で表される。
【００２１】
Ｙ＝（Ｋ／Ｂ）ｔａｎ（Ｂθ）    …（１）
【００２２】
ここで、θは光偏向器１１６による走査角度（走査画角）、Ｙは走査角度θで偏向されたレーザ光束の感光体ドラム１０３上での主走査方向の集光位置（像高）、Ｋは軸上像高における結像係数、Ｂは走査レンズ１１７の走査特性を決定するための係数（以下、走査特性係数と称する）である。
【００２３】
なお、本実施例において、軸上像高は、光軸上の像高（Ｙ＝０＝Ｙｍｉｎ）を指し、走査角度θ＝０に対応する。また、軸外像高は、光軸外の像高（Ｙ≠０）を指し、走査角度θ≠０に対応している。さらに、軸外像高のうちの最軸外像高とは、走査角度θが最大（最大走査画角）となる時の像高（Ｙ＝＋Ｙｍａｘ、−Ｙｍａｘ）を指す。なお、感光体ドラム上（被走査面上）の潜像を形成可能な所定の領域（走査領域）の主走査方向の幅である走査幅Ｗは、Ｗ＝｜＋Ｙｍａｘ｜＋｜−Ｙｍａｘ｜で表される。前記所定の領域の主走査方向の中央が軸上像高で、中央以外が軸外像高で、中央以外のうちの最も外側の端部が最軸外像高となる。
【００２４】
ここで、結像係数Ｋは、走査レンズ１１７に平行光が入射する場合の走査特性（ｆθ特性）Ｙ＝ｆθにおけるｆに相当する係数である。すなわち、結像係数Ｋは、走査レンズ１１７に平行光以外のレーザ光束が入射する場合に、ｆθ特性と同様に集光位置Ｙと走査角度θとを比例関係にするための係数である。
【００２５】
走査特性係数Ｂについて補足すると、走査特性係数Ｂ≒０の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋθとなるため、従来の光走査装置に用いられる結像レンズ（走査レンズ）の走査特性Ｙ＝ｆθに相当する。また、走査特性係数Ｂ＝１の時の式（１）は、Ｙ＝Ｋｔａｎθとなるため、撮像装置（カメラ）などに用いられるレンズの射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθに相当する。すなわち、式（１）において、走査特性係数Ｂを０≦Ｂ≦１の範囲で設定することで、射影特性Ｙ＝ｆｔａｎθとｆθ特性Ｙ＝ｆθとの間の走査特性を得ることができる。
【００２６】
ここで、式（１）を走査角度θで微分すると、次式（２）に示すように走査角度θに対する感光体ドラム１０３上でのレーザ光束の走査速度が得られる。
【００２７】
ｄＹ／ｄθ＝Ｋ／ｃｏｓ２（Ｂθ）    …（２）
【００２８】
さらに、式（２）を軸上像高における速度ｄＹ／ｄθ＝Ｋで除し、軸上像高の走査速度に対する各軸外像高の走査速度のずれ量（部分倍率）で表現すると、次式（３）に示すようになる。
【００２９】
（（ｄＹ／ｄθ）／Ｋ）−１＝（１／ｃｏｓ２（Ｂθ））−１＝ｔａｎ２（Ｂθ）    …（３）
【００３０】
本実施例に係る光走査装置Ｓ１は、走査特性係数Ｂ＝０の場合以外においては、軸上像高と軸外像高とでレーザ光束の走査速度が異なっていることになる。
【００３１】
図３は、本実施例に係る感光体ドラム１０３上での像高と部分倍率との関係を示している。本実施例においては、式（１）に示した走査特性を走査レンズ１１７に与えたことで、図３に示したように、軸上像高から軸外像高に向かうにつれて徐々に走査速度が速くなる。そのため、軸上像高の走査速度に対する各軸外像高の走査速度のずれ量である部分倍率は、軸上像高から軸外像高に向かうにつれて徐々に大きくなっている。
【００３２】
部分倍率５％は、同じ時間だけ光照射した場合、感光体ドラム１０３への主走査方向の照射長が５％長くなることを意味し、中央の像高０ｍｍ（以下画像中央と示す）に対して端部の像高１０５ｍｍ（以下画像端部と示す）では照射長は１．０５倍となることを意味している。その結果、軸外像高における等速性を確保するために、主走査断面内での走査レンズ面形状に急峻な変化を与える必要が無くなるため、走査レンズ１１７に所望の走査特性を与えて良好な結像性能を得ることができる。
【００３３】
図４は、画像形成装置Ｄ１における光走査装置Ｓ１の制御を行う制御部２００の電気ブロック図である。制御部２００は、ＣＰＵ２０１とレーザ駆動制御部２０２、画像信号生成部２０３などから構成される。レーザ駆動制御部２０２は、ＣＰＵ２０１からの制御信号と画像信号生成部２０３からのＶＤＯ信号２１１に基づいて、レーザ駆動信号２０９を出力して光源１１２の点灯タイミングを決定する。また、レーザ駆動制御部２０２は、主走査同期（ＢＤ）信号２０７に基づいて、画像信号生成部２０３へＢＤＯ信号２１２を出力する。また、レーザ駆動制御部２０２は、同じくＢＤ信号２０７を基に光偏向器１１６を回転させる駆動信号２０８を制御する。画像信号生成部２０３は、ＣＰＵ２０１からのＴＯＰ信号２１０とレーザ駆動制御部２０２からのＢＤＯ信号２１２に基づいて、ＶＤＯ信号２１１の出力開始タイミングを制御する。
【００３４】
画像信号生成部２０３は、画像クロック演算部２０４と記憶部２０５などから構成される。画像信号生成部２０３は、感光体ドラムに画像を形成するために光源の点灯タイミングを制御する画像クロックを生成する画像クロック生成手段である。記憶部２０５は、基準画像クロック周波数が複数パターン記憶されている。画像クロック演算部２０４は、主走査方向における書出し位置データに基づいて、基準画像クロック周波数と、その周波数における書出し位置に到達するまででのカウンタ数を演算する。後述するが、画像クロック演算部２０４は、感光体ドラムに対する走査領域を主走査方向で複数に分割し、分割した領域に対応する画像クロックの周期あるいは周波数を所定の変化量で画素ごとに変調して補正する画像クロック補正手段である。上記で導かれた基準画像クロック周波数をいずれか選択し、ＶＤＯ信号２１１の出力開始タイミングを制御する。
【００３５】
画像信号生成部２０３はＢＤＯ信号２１２を受信したら、シートの左端（主走査方向の一方の端部）から所望の距離に潜像を形成するよう、所定タイミング後にＶＤＯ信号２１１を送信する。ＶＤＯ信号２１１に基づき光源を駆動させ感光体ドラム１０３上にＶＤＯ信号２１１に応じた潜像を形成する。このとき、主走査方向における書出しタイミングの制御は、ＶＤＯ信号２１１から書出し位置に光線が到達するまでの時間であり、所定の周波数のクロックにおける所望のカウント数によって決められる。
【００３６】
図５は、主走査方向１ラインにおける像高と画像クロック周波数比率を示した図である。なお、縦軸の画像クロック周波数比率は、中央像高における理想的な画像クロック周波数を基準とした軸外像高の画像クロック周波数の設定値とする。図中の点線は、理想的な画像クロック周波数比率を示し、実線は本実施例における補正した画像クロック周波数比率である。本実施例では主走査領域を、１０の領域に分割して画像クロック周波数を補正し、それらの境界位置を図中に境界ａから境界ｋで示す。分割された各主走査領域内の画像クロックは、各境界に対応する像高で理想位置となるように周波数を所定の変化量で変調（ここでは単調増加または単調減少）させるように補正している（以下、線形補間と称す）。変化する走査速度に対応して画像クロック周波数を線形補正することにより、電気的にｆθ補正を行っている。
【００３７】
図６は本実施例に係る走査レンズの透過光量と走査レンズへの入射角の関係を示す図である。
【００３８】
本実施例では、走査レンズへ入射するレーザ光束を直線偏光のｐ波とし、走査レンズの屈折率は１．５３に設定されている。ここで、レーザ光束を直線偏光のｐ波としたことで、フレネルの式より走査レンズを透過するレーザ光束の光量Ｔｐは次式で表わされる。
【００３９】
Ｔｐ＝（ｔａｎα／ｔａｎβ）×ｔｐ２
【００４０】
ここで、αは走査レンズ表面への入射角、βは走査レンズ表面から走査レンズ内への出射角、ｔｐは振幅透過率である。なお、ｔｐは次式で表される。
【００４１】
ｔｐ＝２ｓｉｎβｃｏｓα／（ｓｉｎ（α＋β）ｃｏｓ（α−β））
【００４２】
図６に示すように走査レンズの透過率は走査レンズへのレーザ光束の入射角度により異なり、入射角０°では走査レンズの透過率は９５％、入射角５３°では１００％となる。本実施例では画像中央へ向かうレーザ光束は走査レンズへの入射角を０°、画像端部へ向かうレーザ光束は走査レンズへの入射角を５３°に設定している。そのため、レーザ光束の光量は画像中央よりも画像端部の方が５％高くなる。
【００４３】
また、本実施例ではレーザ光束の走査速度が画像中央よりも画像端部で５％速くなるようになっている。感光体ドラム表面の単位面積当たりに必要とされる光量は走査速度に比例するため、画像中央に対して画像端部の方がレーザ光束の光量を５％高くする必要がある。
【００４４】
図７は、像高に対して走査レンズの透過率と部分倍率の関係を示した図である。図７において、点線は走査領域の主走査方向の中央の像高０ｍｍにおける部分倍率に対して中央以外の像高での部分倍率の差を示している。また、実線は主走査方向の中央の像高０ｍｍにおける走査レンズの透過率に対して主走査方向の中央以外の像高での走査レンズの透過率を示している。図７に示すように、像高が異なっても透過率と部分倍率が略同等になっている。
【００４５】
本実施例では、走査レンズの屈折率を１．５３とし、画像端部へ向かうレーザ光束の走査レンズへの入射角を５３°と設定する。これにより、画像の走査領域に応じて走査速度が異なることによる光量ムラを相殺し、感光体ドラムの表面上で単位面積当たりの光量を略同等にすることが可能となる。
【００４６】
すなわち、走査レンズを通して感光体ドラムに入射する光束の主走査方向の中央の像高における部分倍率に対して前記主走査方向の中央以外の像高での部分倍率の差と、前記中央の像高における走査レンズの透過率に対して前記中央以外の像高での走査レンズの透過率の差が、略同等となるように、走査レンズの屈折率と入射角を設定している。ここで、部分倍率とは、軸上像高の走査速度に対する軸外像高の走査速度のズレ量である。
【００４７】
図７に示すように、画像中央と画像端部での部分倍率の差（走査速度差）が５％異なっている場合でも、画像中央と画像端部では、画像端部の方がレーザ光束の光量が５％高くなる。そのため、画像の走査領域に応じて走査速度が異なることによる光量ムラが相殺されて、感光体ドラム表面上で単位面積当たりの光量を略同等にすることができる。
【００４８】
なお、本実施例では走査レンズの屈折率を１．５３とし、画像端部へ向かうレーザ光束の走査レンズへの入射角を５３°としたが、これに限定されるものではない。例えば、さらに高屈折率のレンズを用いることで画像中央と画像端部の走査速度差がさらに大きな場合でも走査速度が異なる場合の光量ムラを低減することができる。
【００４９】
走査レンズの屈折率が１．８では、画像端部へ向かうレーザ光束のレンズへの入射角を５３°とした場合に、画像中央と画像端部では、画像端部の方がレーザ光束の光量が８％高くなる。そのため、画像中央と画像端部での走査速度差、つまり、部分倍率の差が８％異なっている場合でも光量ムラを低減することができる。
【００５０】
このように、本実施例によれば、光量ムラを安価に低減可能となることで、画像形成装置より出力される画像の不良を抑制することが可能となる。
【００５１】
なお前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に用いられる光走査装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｄ１‥‥画像形成装置
Ｓ１‥‥光走査装置
１１５‥‥回転多面鏡
１１７‥‥走査レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019078780.tif 000007
【図６】
2019078780.tif 000008
【図７】
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