JP2007304349A - Optical device and image forming device equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はLDやLED等の発光素子を有して被照射面を照らす光学装置、発光素子により照らされた被照射面からの像を異なる位置に投影する光学装置、及びそれら光学装置を用いた複写機、プリンタ、スキャナ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。 The present invention uses an optical device that has a light emitting element such as an LD or an LED to illuminate an illuminated surface, an optical device that projects images from the illuminated surface illuminated by the light emitting element at different positions, and these optical devices. The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a scanner, and a facsimile.
LD(レーザダイオード)やLED(発光ダイオード)等の発光素子を有して、被照射面を照らす光学装置や、発光素子により照らされた被照射面からの像を異なる位置に投影する光学装置、及びそれら光学装置を用いた複写機、プリンタ、スキャナ、ファクシミリ等の画像形成装置において、光学素子の表面が汚れることより性能が劣化する場合、通常、汚れないもしくは汚れにくくなるようにするかもしくは汚れても性能劣化が少なくなるように構成するのが通例である。それが達成できない場合は汚れを除去するか、光学素子自体を交換することになる。 An optical device that has a light emitting element such as an LD (laser diode) or LED (light emitting diode) and illuminates the illuminated surface, an optical device that projects an image from the illuminated surface illuminated by the light emitting element at different positions, In image forming apparatuses such as copying machines, printers, scanners, and facsimiles using these optical devices, if the performance deteriorates due to the surface of the optical element becoming dirty, it is usually made dirty or difficult to become dirty. However, it is usual to configure so that the performance deterioration is reduced. If this cannot be achieved, the dirt is removed or the optical element itself is replaced.
光学素子表面が汚れないもしくは汚れにくくする方法としては、汚れ発生に至る経路を遮断する方法、汚れが付着しにくくなるように重力の影響を小さくするレイアウト(水平にレイアウトしない)、付着しにくいコーティング等を施す方法がある。
光学素子表面が汚れても性能劣化を小さくする方法としては、光路において像を拡大しかつ被照射面において結像する方法、汚れ具合によって光量を上げる方法、画像処理を施す方法等があり、汚れを除去する方法については多数存在するが、性能劣化が発生しない範囲で汚れを防止すれば必要のない機能といえる。
There are several methods to make the surface of the optical element clean, or to make it difficult to get dirty, to block the path that leads to the occurrence of dirt, a layout that reduces the influence of gravity so that dirt is less likely to adhere (not horizontally laid), and a coating that is difficult to adhere. There is a method of applying etc.
There are methods for reducing performance degradation even if the surface of the optical element is dirty, such as a method of enlarging an image in the optical path and forming an image on the irradiated surface, a method of increasing the amount of light depending on the degree of contamination, and a method of performing image processing. Although there are many methods for removing the film, it can be said that it is an unnecessary function if the contamination is prevented within a range where the performance does not deteriorate.
通常温度の低い素子がそれより高い温度の外気に触れた場合に外気に含まれている水分によって素子表面に結露現象が発生する。一方、画像形成装置としては生産性及びハンドリング性に優位な電子写真が一般的に普及しているが、電子部品から画像品質向上に大きく影響するトナー粒子の微小化が進んでおり、トナー粒子が結露で発生した水滴に吸着し易い。このため光学素子が結露した場合のトナーによる汚れ対策は重要な技術の1つである。
このため、チャージワイヤの汚れ防止に有効な電源装置や静電吸着を利用して浮遊するトナーを吸着する技術により光学系の汚れを防止する技術も知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1のトナー画像形成装置では、光学素子の周囲に浮遊して存在するトナーを、静電吸着を利用して吸着する技術により光学系の汚れを防止する技術が開示されている。
For this reason, a power supply device effective for preventing charge wire contamination and a technology for preventing contamination of the optical system by a technology for adsorbing floating toner using electrostatic adsorption are also known (see, for example, Patent Document 1). .
In the toner image forming apparatus of Patent Document 1, a technique for preventing contamination of an optical system by a technique for adsorbing toner floating around an optical element using electrostatic adsorption is disclosed.
しかしながら、特許文献1の従来技術では、トナー粒子が結露で発生した水滴に吸着し易く、このために生じる光学素子のトナーによる汚れ対策がなされていないという問題がある。
そこで、本発明の目的は、トナー粒子が結露で発生した水滴に吸着しない光学素子の構成にすることにより、結露で発生した水滴を原因とするトナーによる汚れを防止する光学素子を有する光学装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
However, in the prior art of Patent Document 1, there is a problem that toner particles are easily adsorbed to water droplets generated by condensation, and no countermeasure is taken against contamination of the optical element caused by the toner.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical device having an optical element that prevents contamination caused by toner caused by water droplets generated by condensation by configuring the optical element so that toner particles do not adsorb to water droplets generated by condensation. An image forming apparatus is provided.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明に係る光学装置は、光を透過又は反射する光学素子を有した光学装置において、前記光学素子は少なくとも光の透過面及び反射面の表面に所定のインピーダンスを有する導電部を有することを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1において、前記導電部に所定の電流を供給する電流供給手段を有することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, an optical device according to a first aspect of the present invention is an optical device having an optical element that transmits or reflects light, wherein the optical element includes at least a light transmission surface and a reflection surface. A conductive portion having a predetermined impedance is provided on the surface.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the apparatus includes a current supply unit that supplies a predetermined current to the conductive portion.
請求項3の発明は、請求項1又は2において、前記光学素子は少なくとも光の透過面及び反射面の表面に導電部を有し、この導電部に所定のバイアスを印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする。
請求項4の発明に係る画像形成装置は、請求項1乃至3の何れか一項に記載の光学装置を備えたことを特徴とする。
また、浮遊物が光学素子に吸着することを防ぐことができ、定期的にメンテナンスを必要としていた光学装置においてメンテナンス間隔を大幅に広げるばかりでなく、メンテナンスフリーやクリーニング機構レスを実現することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the optical element includes a conductive portion at least on a light transmitting surface and a reflective surface, and bias applying means for applying a predetermined bias to the conductive portion. It is characterized by that.
An image forming apparatus according to a fourth aspect of the present invention includes the optical device according to any one of the first to third aspects.
In addition, it is possible to prevent the suspended matter from adsorbing to the optical element, and not only greatly increase the maintenance interval in an optical device that requires regular maintenance, but also realize maintenance-free and cleaning mechanism-less. .
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は浮遊物が結露した光学装置の光学素子表面に付着することを防ぐための技術であるが、画像形成装置においては汚れの原因となる主な浮遊物がトナーであると特定されることから、画像形成装置で用いられる光学系の内、代表的な4つの光学装置について構成例を述べる。
図1は一般的なレーザダイオードユニットの構造を一部切り欠いて示す概略斜視図である。このレーザダイオード(以下、LD)ユニットAはキャップ1内の上面にガラス板2、ヒートシンク3にレーザ(LD)チップ4を配置し、キャップ1で囲まれたステム5上にPINチップ6を配置した構成となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is a technique for preventing the floating matter from adhering to the surface of the optical element of the condensed optical device. However, in the image forming apparatus, it is specified that the main floating matter causing contamination is toner. Thus, a configuration example of four typical optical devices among the optical systems used in the image forming apparatus will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a general laser diode unit with a part thereof cut away. In this laser diode (hereinafter referred to as LD) unit A, a glass plate 2 is disposed on the upper surface of the cap 1, a laser (LD) chip 4 is disposed on the heat sink 3, and a
図1に示すように、LDユニットAは、クラッド層と活性層からなり、クラッド層に接続された電極からの電荷によりLDチップからガラス板2を透過してレーザ光が出射される(これをフロントビームaと呼ぶ)。
また、この時、フロントビームaと対になるバックビームbがLDユニットA内の図示してないフォトダイオード(以下、PD)に出射され、電極からPD出力を得ることができる。これにより、ビーム光量をモニタでき、モニタ出力に応じた制御を実施することで所定の光パワーで安定した出力が可能となる。
As shown in FIG. 1, the LD unit A is composed of a clad layer and an active layer, and the laser light is emitted from the LD chip through the glass plate 2 by the electric charges from the electrodes connected to the clad layer (this is the Called the front beam a).
At this time, the back beam b paired with the front beam a is emitted to a photodiode (hereinafter referred to as PD) (not shown) in the LD unit A, and a PD output can be obtained from the electrode. As a result, the amount of beam light can be monitored, and a stable output with a predetermined optical power can be achieved by performing control according to the monitor output.
図2は画像形成装置システムを示す概略斜視図である。図3は図2の画像形成装置に搭載される光走査装置を示す概略斜視図である。図4は図2の画像形成装置に搭載される画像形成部を示す概略図である。図2の画像形成装置システムBは画像形成装置7、これにパソコン8、及びファクシミリ9が接続されて構成されている。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the image forming apparatus system. FIG. 3 is a schematic perspective view showing an optical scanning device mounted on the image forming apparatus of FIG. FIG. 4 is a schematic view showing an image forming unit mounted on the image forming apparatus of FIG. The image forming apparatus system B in FIG. 2 is configured by connecting an
図3に基づいてレーザダイオード(以下、LD)を用いた光走査装置について説明する。光走査装置CはLDユニットAとこのLDユニットAから出射されたレーザ光のビーム径を成形して被走査面に導く光学素子とLD光を制御する制御部から構成されている。
図3において、光走査装置Cの露光部の書き込みユニットは、図1のLDユニットAの発光素子(LDチップ4)、光学素子であるポリゴンミラー10、fθレンズ11、折り返しミラー12、ミラー13、13a及びシリンドリカルレンズ14、LD発光タイミングを生成するために同期検知を行なう同期検知センサ15、及び被走査面である感光体ドラム16面上に複数のビームを所定の間隔で露光する走査光学系として示されている。
An optical scanning device using a laser diode (hereinafter referred to as LD) will be described with reference to FIG. The optical scanning device C includes an LD unit A, an optical element that shapes the beam diameter of the laser light emitted from the LD unit A and guides it to the surface to be scanned, and a control unit that controls the LD light.
3, the writing unit of the exposure unit of the optical scanning device C includes a light emitting element (LD chip 4) of the LD unit A of FIG. 1, a
図2の一般的な画像形成装置7の図4に示す画像形成部Dは、潜像を形成する感光体ドラム16の周囲に、帯電・露光・現像・転写・クリーニングといったプロセスを行なう、帯電装置17、現像装置18、転写装置19、クリーニング装置20、除電装置21を有している。
図2の画像形成装置7は、図示していないが画像を形成する転写紙を給紙するための給紙部と転写された画像を定着する定着部と定着された転写紙を排紙する排紙部を備えている。
画像形成装置7は、スキャナ21、デジタルカメラ等で読み取った画像データやパソコン(PC)8上で作成した画像データや電話回線等で受信したファクシミリ9の画像データにより画像を形成するために、画像データを入力する画像I/F部、及び入力した画像データを蓄積もしくは編集・画像処理を施す画像処理部を経てLD制御部により潜像を形成している。複数の発光素子を有する画像形成装置としてはLDユニットを複数有する構成のものとLDアレイを用いたLDユニットで構成するものが存在する。
The image forming unit D shown in FIG. 4 of the general
Although not shown, the
The
図5はLEDプリンタヘッドを用いる画像形成装置を示す概略図である。図6は図5の画像形成装置に搭載される光走査装置であるLEDプリンタヘッドを示す概略斜視図である。図7は図5の画像形成装置に搭載されるセルフォックレンズ例を示す概略部分斜視図である。
次にLEDプリンタヘッド(以下、LPH)を用いた光書き込み装置を搭載する画像形成装置について構成例を説明する。図5乃至図7において、まず、図5の画像形成装置7は帯電装置17、現像装置18、転写装置19、クリーニング装置20、除電装置21、現像装置18内のトナー22、分離装置23、定着装置24、及びスタッカ25を有している。
FIG. 5 is a schematic view showing an image forming apparatus using an LED printer head. FIG. 6 is a schematic perspective view showing an LED printer head which is an optical scanning device mounted on the image forming apparatus of FIG. FIG. 7 is a schematic partial perspective view showing an example of a SELFOC lens mounted on the image forming apparatus of FIG.
Next, a configuration example of an image forming apparatus equipped with an optical writing device using an LED printer head (hereinafter referred to as LPH) will be described. 5 to 7, first, the
また、画像形成装置7は、図6に示すように、集積されたLEDチップを複数並べたLPH26を備えている。このLPH26は、基板28の裏側のLEDアレイ素子29、等倍レンズ30、放熱板31、基板28上面のドライバ素子32及びI/F部33から構成されている。
さらに、画像形成装置7は、図7に示すセルフォックレンズアレイ27を備えている。図5の画像形成装置7のLPH26は、集積されたLEDチップ29を複数並べ、セルフォックレンズ27により結像する構成であるので、図3の光走査装置と比較すると構成が簡素であり、省スペースが容易なことから従来からファクシミリやプリンタで使用されている。
しかし、LED自体の光量が小さいことや集積度を上げにくいことから、近年の高密度化に対応が遅れ気味である。また、個々のLEDにはバラツキがあることから光量補正が必要である。
Further, the
Further, the
However, since the light quantity of the LED itself is small and it is difficult to increase the degree of integration, the response to the recent increase in density is delayed. Further, since the individual LEDs have variations, light amount correction is necessary.
発光方式は大きく分類するとストローブ方式とダイナミック方式がある。ストローブ方式は各LEDへの発光データを転送後、ストローブ信号により一斉にLEDが点灯するものである。
データ転送速度を遅くするためとLED点灯時の入力電流変化が大きくならないようにするために分割してストローブを実施するのが一般的である。これに対してダイナミック方式は制御回路が複雑になるが個々のLEDがダイナミックに点灯するため、入力電流変化が少ないメリットがある。
The light emission method is roughly classified into a strobe method and a dynamic method. In the strobe method, LEDs are turned on all at once by a strobe signal after light emission data is transferred to each LED.
In order to reduce the data transfer rate and to prevent a change in input current when the LED is lit, it is common to divide the strobe. On the other hand, the dynamic method has a merit that the control circuit is complicated, but individual LEDs are dynamically lit, so that the change in input current is small.
図8は縮小光学系を用いた画像読み取り装置を搭載する画像形成装置を示す概略図である。次に、図8を参照して、縮小光学系を用いた画像読み取り装置についての構成例を説明する。
図8に示すように、画像形成装置7の画像読み取り部は、走査部に光源35とこの光源からの光を収束する反射鏡とからの光をコンタクトガラス36上の原稿37に照射し、この原稿37からの反射光像を折り返す第1のミラー38とを備えている。
さらに、画像読み取り部は、この第1のミラー38からの像を第2のミラー39および第3のミラー40と折り返して、レンズ41を透過して読み取りセンサ42に結像する構成である。
FIG. 8 is a schematic view showing an image forming apparatus equipped with an image reading apparatus using a reduction optical system. Next, a configuration example of an image reading apparatus using a reduction optical system will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 8, the image reading unit of the
Further, the image reading unit has a configuration in which the image from the
読み取りセンサ42は一般的にCCDセンサが用いられ、モノクロで使用する1ラインセンサとカラーで使用する3ラインセンサがある。光源35の波長を変えて複数回走査することで1ラインセンサを用いてカラー読み取りを行うことも多い。現在ではPCへ画像を取り込む用途が進んだためRGBの情報として読み取る。光源35としてはキセノンや蛍光灯を使用する。
3ラインセンサの場合は、画像処理部43で、その各センサ間の距離を補正するためのメモリ(図示せず)を必要とする。また、基本とする読み取り条件(走査速度・読み取り密度)により、その条件で各センサ間の距離が所定の距離(センサ上での画素サイズの整数倍等)になるようにする。
1ラインセンサで光源36を切り換えてカラーを実現する場合は、各センサ間の距離は補正する必要はないが、読み取り領域全域を少なくとも2つ分蓄積する画像メモリが必要である。
The reading
In the case of a three-line sensor, the
When the color is realized by switching the
図8の画像形成装置では、画像処理部43からの電気信号はプリンタ部で、光書き込み光学系44に入り、感光体ドラム16を露光し、感光体ドラム16上の静電潜像を現像装置18で現像し、転写装置19で転写紙に転写し、画像が転写された転写紙は定着装置24で熱定着されて機外へ排出される。
図9は画像形成装置に搭載する等倍光学系を用いた画像読み取り装置を示す概略図である。図9に示すように、画像読み取り装置は、コンタクトガラス36上の原稿37を照射する白色光源35、等倍センサ45と等倍レンズ46から構成される。等倍レンズとしてはセルフォックレンズが一般的に使用される。
この構成の画像読み取り装置は、縮小光学系と比較して、センサの画素サイズが大きいことからCCDセンサ以外にもMOSセンサが一般的に使用可能である。さらに、画素サイズが大きいことからセンサの感度が高くでき、等倍レンズ46により光路長も短いことから光源35の光量を少なくすることが可能で、光源35としてキセノンや蛍光灯以外にもLEDや有機ELなども使用される。
In the image forming apparatus of FIG. 8, the electrical signal from the
FIG. 9 is a schematic view showing an image reading apparatus using a 1 × optical system mounted on the image forming apparatus. As shown in FIG. 9, the image reading apparatus includes a
Since the image reading apparatus having this configuration has a larger pixel size than the reduction optical system, a MOS sensor can be generally used in addition to the CCD sensor. Furthermore, since the pixel size is large, the sensitivity of the sensor can be increased, and since the optical path length is short due to the
図10は光学装置のミラーの1部分を示す概略斜視図である。図11はバイアス印加を説明する概略回路図である。図10及び図11を参照して、上述した光学装置例の光学素子にバイアスを印加する方法について説明する。
バイアスを印加する光学素子として、光学装置のミラー、例えば、図8の第1ミラー38は、その鏡面にアルミ蒸着にて構成されたアルミ蒸着層(導電部)47を有している。
アルミ蒸着にて構成されたミラーの鏡面であるアルミ蒸着層47は導電性があるので、押さえの板ばね48等で電極を形成するとともに筐体(図示せず)などでGNDに接地されている部材(図示せず)との絶縁を保持することで、電源(バイアス印加手段、電流供給手段)51からのバイアス印加(電流供給)により所望のバイアス(電流)を光学素子の表面に印加して発熱させることができる。この発熱により浮遊するトナー粒子等の付着を阻止することができる。
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a part of the mirror of the optical device. FIG. 11 is a schematic circuit diagram for explaining bias application. A method for applying a bias to the optical element of the above-described optical apparatus example will be described with reference to FIGS.
As an optical element for applying a bias, a mirror of the optical device, for example, the
The aluminum
図11に略示するように、光学素子(第1ミラー)38は筐体(図示せず)などを介してGNDに接地され、バイアス電源(バイアス印加手段)51から所望のバイアスをその表面、すなわち、アルミ蒸着層47(10)に印加する。
ガラスやプラスチックで構成されたレンズのごとき光学素子についても、表面に導電性ポリマ(ポリエチレンジオキシチオフェン等)などによりコーティングを施すことで同様にバイアスを表面に印加することができる。
コーティング部(アルミ蒸着層)の厚みと材質によりその表面に形成される導電部47のインピーダンスは異なる。しかしながら、本発明の場合は、所定のインピーダンス特性を備えかつバイアス電源51からのバイアス供給により、結露に至らない温度を保持する所望の発熱を得ることができる範囲とする。
As schematically shown in FIG. 11, the optical element (first mirror) 38 is grounded to GND via a housing (not shown) or the like, and a desired bias is applied to the surface thereof from a bias power source (bias applying means) 51. That is, it applies to the aluminum vapor deposition layer 47 (10).
For an optical element such as a lens made of glass or plastic, a bias can be similarly applied to the surface by coating the surface with a conductive polymer (polyethylenedioxythiophene or the like).
The impedance of the
図示してないが、この結露に至らない温度範囲は供給するバイアス電源51を切り換える切り換え機能とGND電極を絶縁する絶縁機能を追加することで容易に実現することができる。
発熱量はインピーダンス特性と電流値により制御することができ、結露に至らない温度を保持することができる。安全のため、サーミスタ、温度ヒューズ、サーモスタット等により加熱保護を実現することも可能である。
バイアスを供給するバイアス電源51については、安全性を考慮すると、1次側電源を避け、一般的なトランスを用いたコンバータ電源により供給することで実現するのが好適である。
Although not shown, this temperature range where condensation does not occur can be easily realized by adding a switching function for switching the
The amount of heat generation can be controlled by impedance characteristics and current value, and a temperature at which condensation does not occur can be maintained. For safety, it is also possible to realize heat protection with a thermistor, a thermal fuse, a thermostat or the like.
In consideration of safety, the
ここまで説明した構成により、所望の光学素子に結露に至らない温度を発生することで、浮遊物が光学素子に吸着することを防ぐことができ、定期的にメンテナンスを必要としていた光学装置においてメンテナンス間隔を大幅に広げるばかりでなく、メンテナンスフリーやクリーニング機構レスを実現することができる。
とくに、かかる構成は、近年、省スペース化と小型化によりメンテナンスしにくい構成やクリーニング機構を設けることができない構成においては有効な技術である。
また、通常問題のないシステムにおいて、設置環境や設置用途により汚れが問題となり、汚れ防止機能として追加する場合などにも構成が単純であることからクイックアクションが容易であり、ユーザーのダウンタイム(給紙時間)を小さくできる効果もある。
With the configuration described so far, by generating a temperature that does not cause condensation on the desired optical element, it is possible to prevent floating substances from adsorbing to the optical element, and maintenance is performed in optical devices that require regular maintenance. Not only can the interval be greatly increased, but also maintenance-free and cleaning mechanism-less can be realized.
In particular, such a configuration is an effective technique in a configuration in which maintenance is difficult due to space saving and miniaturization in recent years, and a configuration in which a cleaning mechanism cannot be provided.
In addition, in a system that normally does not have problems, contamination is a problem depending on the installation environment and installation application, and when it is added as a contamination prevention function, the configuration is simple, so quick actions are easy and user downtime (supply) (Paper time) can also be reduced.
7 画像形成装置、13 光学素子(ミラー)、13a 光学素子(ミラー)、26 LPH(LEDプリンタヘッド)、27 光学素子(セルフォックレンズ)、38 光学素子(第1ミラー)、39 光学素子(第2ミラー)、40 光学素子(第3ミラー)、46 光学素子(等倍結像素子)、47 導電部(透過面及び反射面上のアルミ蒸着層)、51 バイアス電源、52 光学素子(ミラー)、53 光学素子(ミラー)、A LDユニット、C 光走査装置 7 image forming apparatus, 13 optical element (mirror), 13a optical element (mirror), 26 LPH (LED printer head), 27 optical element (selfoc lens), 38 optical element (first mirror), 39 optical element (first) 2 mirrors), 40 optical elements (third mirror), 46 optical elements (same magnification imaging element), 47 conductive parts (aluminum deposition layer on transmission surface and reflection surface), 51 bias power source, 52 optical elements (mirror) 53 Optical element (mirror), A LD unit, C Optical scanning device
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