JP2008145955A - 画像形成装置および走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザーシャッター開閉機構の小型簡素化を図りながら、感光体ドラム面におけるビーム相対ずれを抑制して、コストダウンと同時に画質向上を目指す。さらに、走査光学装置を解像度の異なる画像形成装置に容易に転用可能にする。
【解決手段】 光ビームを発する光源と、光ビームを結像させる光学素子と、光ビームを偏向走査する回転多面鏡と、光ビームを選択的に通過遮断するビーム開閉手段と、これらを取り付ける光学箱を有し、ビーム検出手段を有する走査光学装置において、ビーム開閉手段を光源と回転多面鏡の間に配置し、ビーム開閉手段に光ビームの一部を遮断する複数の開口を設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明はレーザービームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置、およびそれに搭載される走査光学装置に関するものである。

レーザービームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置は、一般的には図８に示す模式断面図のように、光ビームを発する走査光学装置５５０が光学台５４１に設置され、光ビームを受けて潜像を形成する像担持体としての感光体ドラム５０１等を組み込んだ現像手段であるプロセスカートリッジ５００が、走査光学装置の下側に配置されるようにして、画像形成装置の内部に組み入れられる。

給紙カセット５１１やトレイ５１２から供給される紙やＯＨＴ等の記録メディアＭは、搬送経路Ｐに沿って搬送ローラー（５２３、５２４、５２６、５２７）等により搬送される。

走査光学装置５５０の枠体下部に設けられた出射口５６１から出射する光ビーム５０３は、感光体ドラム上を走査し、画像情報に基いた潜像を感光体ドラム表面に形成させる。

感光体ドラム表面に形成された潜像は現像器５０４においてトナーによって現像され、その画像情報は転写ローラー５０５によって搬送経路Ｐに沿って移動する記録メディアに転写される。

さらに記録メディアは定着ユニット５３１を通過する際に熱によってトナーが記録メディア上に固定され、画像形成装置から出力される。

画像形成装置には、プロセスカートリッジ交換やジャム処理のために、開閉できるメンテナンスカバーＫが設けられている。

また、レーザービームプリンターやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられる走査光学装置は、一般的には図９に示す模式図のように、半導体レーザーやコリメーターレンズ等をホルダーに組み付けてユニット化した光源ユニット５５２、光源ユニットから発せられた光ビームを偏向走査平面と垂直な副走査方向について集光し、ポリゴンミラー上で結像させるシリンドリカルレンズ５５３、光源ユニットから発せられた光ビームを偏向走査するポリゴンミラー５５４を組み込んだ偏向走査ユニット５５５、偏向走査された光ビームを感光体ドラム５０１の表面に結像させ、また感光体ドラム表面での光ビームの走査速度を一定にするための走査レンズ５５６、５５７、折り返しミラー５５８、光ビームを検出し同期信号を発するための光検出センサー５６０、光ビームを光検出センサーに導くための反射ミラー５５９等を有し、シリンドリカルレンズや偏向走査ユニットや走査レンズや折り返しミラーや反射ミラーは枠体であるところの光学箱５５１の内部に組み付けされ、ビスあるいはそれ以外の部品固定手段によって係止される。光学箱の上側開口は、光学箱内部に必要部品を全て組み込んだ後、図示しないフタによって閉じられる。

光ビームは光源からポリゴンミラーまでの第１の結像系Ｌ１と、ポリゴンミラーからドラムまでの第２の結像系Ｌ２とがある。

図１０に示すように、第１の結像系Ｌ１は、光源５５２ａから放射される光ビームをコリメータレンズ５５２ｂで平行光化し、さらにシリンドリカルレンズ５５３を光ビームの進行方向に位置調整することによって副走査方向についてポリゴンミラー５５４の反射面で集光するように構成する。これを入射系と呼ぶことにする。さらに第２の結像系Ｌ２は、ポリゴンミラーで反射し走査される光ビームを、走査レンズ（５５６、５５７）によって感光体ドラム５０１の表面で結像および等速走査させる構成である。これを走査系と呼ぶことにする。ポリゴンミラー反射面で副走査方向に集光することによって、ポリゴンミラー反射面と感光体ドラム表面とを共役関係にしてポリゴンミラー面倒れの影響を抑制している。

また、光ビームの断面形状を形成するための絞りＳが入射系に配置される。

一般に知られていることであるが、感光体ドラム表面の結像点におけるビームスポットの大きさは、光路中に配置される絞りの開口寸法によって決まり、ビームスポットの大きさと絞りの開口寸法とは逆比例の関係にある。また、ビームスポットの大きさが画像解像度にとって重要なファクターであることも一般認識されている。すなわち解像度を上げるためにはビームスポットを小さくし、そのためには絞りの開口寸法を大きくすることになる。

また、書き出しタイミング検出のために、感光体ドラムにおける有効走査範囲の外側に第３の結像系Ｌ３を構成する。これをビーム検出系と呼ぶことにする。

一方、近年では出力スピードを向上させるために複数の光ビームを同時に走査させるマルチビーム光学装置が用いられていて、感光体ドラムの表面では副走査方向に並行した複数の走査線が形成される。この場合、複数の光ビームが感光体ドラム表面において相対的にずれると画像上においてドット配列の乱れが生じて画質劣化になるため、複数の光ビームのずれを抑制する必要がある。

特開２０００−２３５１５４では主走査ずれを抑制するため、光偏向器（ポリゴンミラー）と書き出し位置同期信号検出手段、つまり光検出センサーとの間に光束制限手段を設けることが示されている。

また特開２００１−１４７３８８では副走査ずれを抑制するために、シリンドリカルレンズとポリゴンミラーとの間に絞りを配置することが提案されている。

また特開２００３−０１５０６５では、両方を同時に配置することが示されている。

一方、走査光学装置の小型化を目指す場合は入射系の光ビームとビーム検出系の光ビームが接近する構成にするのが有効であり、特開平７−２８１１１３にも示されている構成である。すなわち、ビーム検出系の光ビームを通すために走査レンズが大きくなるのを抑制でき、ミラーやビーム検出部を設置するスペースが不要になることから、走査光学装置を小型化できる。同時に、光源ユニットの電気回路基板にビーム検出の電気回路を合体させることで部品点数を削減し、コストを抑制できる。

一方、走査光学装置には光ビームが外に放出されないように、安全機構としてのレーザーシャッターが組み込まれる。例えば画像形成装置のメンテナンスカバーが開いたときには光源からの光ビームを遮断するようにする。

レーザーシャッターは入射系に配置すれば小型化と簡素化ができる。その形態は特開２００３−２９５０８２にも示されている。
特開平７−２８１１１３号公報 特開２０００−２３５１５４号公報 特開２００１−１４７３８８号公報 特開２００３−０１５０６５号公報 特開２００３−２９５０８２号公報

しかしながら、特開平７−２８１１１３のように小型化および低コスト化を目指してビーム検出系の光ビームを入射系の光ビームに接近させ、単一の回路基板上に実装する検出センサーでビーム検出を行う構成とし、しかも小型化および低コスト化を目指して特開２００３−２９５０８２に示されるような入射系配置のレーザーシャッターにしようとすると、レーザーシャッター支持構造がビーム検出系の光ビームを遮断してしまう問題がある。

また、特開２００１−１４７３８８のように絞りをシリンドリカルレンズとポリゴンミラーの間に配置しようとすると、入射系にレーザーシャッターを配置するスペースが限定されてしまい、さらにシリンドリカルレンズ調整スペースが必要であるので、入射系にレーザーシャッターを配置するのが困難となる問題がある。

また、レーザーシャッターに開口部を形成して絞りの役目を持たせて配置スペースの問題を回避しようとするとき、開閉動作ガタによって開口部の位置がばらついて光ビームのずれを発生させる問題がある。

本発明の目的は、以上のような課題に対処するため、ビーム検出の光ビームを光源からポリゴンミラーに至る入射系の光ビームに接近させて小型化を目指すマルチビーム走査光学装置において、レーザーシャッターを入射系に配置して開閉機構の小型簡素化を図りながら、入射系のポリゴンミラー近くとビーム検出系とに絞りを配置して感光体ドラム表面における光ビームずれを抑制し、コスト低減と同時に画質を向上させることである。さらに、絞り寸法を変更可能にすることで、走査光学装置を解像度の異なる画像形成装置にも容易に転用可能にすることである。

上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、光ビームを発する光源と、光ビームを結像させる光学素子と、光ビームを偏向走査する回転多面鏡と、光ビームを選択的に通過遮断するビーム開閉手段と、これらを取り付ける光学箱を有し、ビーム検出手段を有する走査光学装置において、ビーム開閉手段を光源と回転多面鏡の間に配置し、ビーム開閉手段に光ビームの一部を遮断する複数の開口を設けたことを特徴とする。

また、ビーム開閉手段に設けた複数の開口が、光源から回転多面鏡に至る光ビームの少なくとも主走査方向における光束幅を決定する絞りと、回転多面鏡で反射しビーム検出手段に入射する光ビームの少なくとも主走査方向における光束幅を決定する絞りであることを特徴とする。

また、ビーム開閉手段の位置姿勢を保持する当接面を光学箱に設けたことを特徴とする。

また、画像形成装置が上記の走査光学装置を有し、ビーム開閉手段を動作させる機構を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、入射系に配置するレーザーシャッターに、光ビームを選択的に通過遮断するビーム開閉窓と、入射系の光ビームの断面形状を決定する絞りと、ビーム検出系の光ビームに対して主走査方向の通過を制限する絞りとを設け、さらに着脱可能でありながら光学箱に対して高精度に位置決めすることで、レーザーシャッターおよび走査光学装置を小型簡素化し、コストを抑制しながら画質を向上させる効果がある。

また、光ビームの断面形状を決定する絞り寸法の異なるシャッター部材に置換してビームスポットの大きさを変更でき、光学箱など主要部品を流用しながら解像度の異なる画像形成装置に搭載することが容易になることから、画像形成装置のバリエーションを増やすことができてユーザーの選択幅が増え、利便性が向上する効果がある。

さらに、製品開発が効率化できて試作費用や人件費を含めた開発費用を抑制することができ、金型製作費用の削減や生産設備の共有化で製造費用を抑制することができるので、走査光学装置および画像形成装置のコストを低減する効果がある。

（実施例１）
図１は本発明の第一の実施例を示す、走査光学装置の図である。

１は光学箱である。２は光源ユニットで、半導体レーザー２ａやコリメーターレンズ２ｂやホルダー２ｃ等から構成される。３ａはシリンドリカルレンズ、４は偏向走査ユニット、４ａはポリゴンミラー、４ｂはモーターである。５ａおよび５ｂは走査レンズ、６は折り返しミラーである。３ｂは光ビームを集光するアナモフィックレンズで、上記のシリンドリカルレンズ３ａと一体に成形した複合レンズ３としている。７は光ビームを検出し同期信号を発するための光検出センサーである。光学箱に組み込まれる部品は板ばね（８、９）やビス締めや接着によって固定されている。光学箱の上側開口を塞ぐフタはここでは図示しない。

書き出しタイミングを合わせるためのビーム検出系の光ビームを、光源からポリゴンミラーに至る入射系の光ビームに接近させて小型簡素化を目指す走査光学装置である。

さらに光ビームを選択的に通過または遮断するレーザーシャッター１０は、シリンドリカルレンズとポリゴンミラーの間に配置して開閉機構の小型簡素化をはかり、またビームずれ抑制を目指している。

レーザーシャッターには入射系の光ビームＬ１の経路に第１の開口を、ビーム検出系の光ビームＬ３の経路に第２の開口を設けている。

またレーザーシャッターは、光学箱に設けられたガイド部１ａによって位置規制される。

図２はレーザーシャッターを示す図であり、光ビームを選択的に通過させる位置にある場合を表している。

１０ａは入射系の光ビームＬ１の経路にある第１の開口で、入射系の光ビームの断面形状を成形する絞り機能を持つ。１０ｂはビーム検出系の光ビームＬ３の経路にある第２の開口で、ビーム検出系の光ビームを主走査方向について制限する絞り機能を持つ。１０ｃは外部から開閉動作の駆動を受ける部分である。また１０ｄは、外部からの駆動が解除されたとき、レーザーシャッターを光ビーム遮断の位置に戻すアームである。アームは一体に形成されているのでコストを抑制できる。また１０ｅは入射系の光ビームを選択的に遮断する遮光部分である。

図３と図４は、図２に示したレーザーシャッターを動作させる様子を示す。

図３は光ビームを通過させる状態である。

光学箱１の下側から、画像形成装置の一部である駆動機構１０１がレーザーシャッター１０を押し上げる。オーバーストロークで壊れないようにばね等の緩衝部１０２が含まれている。

レーザーシャッターの突き当て面１０ｆが光学箱に形成された支持部１ａの一部である突き当て面１ｂに当接することで、高さ方向（Ｚ）に高精度に位置決めされる。また、レーザーシャッターは光学箱に形成された支持部１ａの一部であるガイド面１ｃによって、少なくとも光ビームを通過させる位置にあるときには、かん合的に規制することで主走査方向（Ｘ）のガタを抑制している。

レーザーシャッターの上部にあるアーム１０ｄはフタ１１に当接するとともに変形して、下方向に押し戻そうとする力を有するようになる。

このとき第１の開口１０ａと第２の開口１０ｂはそれぞれ入射系の光ビームとビーム検出系の光ビームの位置に一致し、各光ビームを通過させる。

また、第１の開口１０ａは入射系の光ビームに対して光ビームの断面形状を成形する。すなわち図３において、第１の開口１０ａが長円であるため、ほぼ円形で到達する入射系の光ビーム（Ｌ１）が通過後は長円形に変換されることなる。いわゆる絞り機能である。

第１の開口１０ａの形状は感光体ドラム表面におけるビームスポット形状を決定するもので、他にも円形や楕円や矩形等の場合があり、光学設計に基づいて設定される。

光ビームの断面形状を成形する絞りであるところの第１の開口１０ａをポリゴンミラー近くに配置することで、先行例に示される効果、つまり複数の光ビームの感光体ドラム表面におけるずれを抑制する効果を得ることができる。

第２の開口１０ｂはビーム検出系の光ビームに対して光ビームの主走査方向の幅を制限する。すなわち図３において、第２の開口１０ｂが縦長の矩形であり、ここに到達する入射系の光ビーム（Ｌ３）より狭いために、光ビームの両側部分が遮光されて光ビームの中心部分だけが通過することなる。

これにより先行例に示される効果、つまり複数の光ビームの感光体ドラム表面における主走査方向のずれを抑制する効果を得ることができる。

図４は光ビームを遮断する状態である。

光学箱の下側にある駆動機構１０１が下がり、レーザーシャッターは光学箱底部に下がる。

このとき第１の開口１０ａは光ビームの位置からずれて、入射系の光ビームＬ１は遮光部分１０ｅで遮断されるので、レーザーシャッターは本来の機能を果たすことができる。

ちなみに、レーザーシャッターを駆動する駆動機構は画像形成装置の中でメンテナンスカバーの開閉に連動して動作する。一般的なリンク機構を用いることが多いのでここでは省略する。

また、入射系において光ビームが遮断されればポリゴンミラーで反射してくるビーム検出系の光ビームは無くなるので、ビーム検出系の光ビームを遮断する構成は必要はない。

図５は、図３のＡＡ断面を表す図である。光ビームを通過させる位置に持ち上げたときに突き当て面１ｅに当接する形状にする一方で、組み付けの際にスムーズに支持部に収まるようにテーパー面１ｄ等をつけて組立性を確保する。

解像度の異なる画像形成装置においては感光体ドラム表面に当るビームスポットの大きさを変える必要があるが、走査光学装置はレーザーシャッターを別部品に置換するだけでよい。例えば画像解像度が６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉの２種類の画像形成装置である場合、ビームスポットはプロセス条件を加味すると６００ｄｐｉ用で約８０μｍ、１２００ｄｐｉ用では約６０μｍが要求されるが、絞り寸法が２種類、すなわちビームスポットが８０μｍとなる絞り寸法と、その８０／６０倍の絞り寸法を持つレーザーシャッターを使い分ければよい。その他の部品は共通に使えるので、走査光学装置はレーザーシャッターを置換するだけで転用ができる。

このように、入射系に配置するレーザーシャッターに光ビームを選択的に通過遮断するビーム開閉窓と、入射系の光ビームの断面形状を決定する絞りと、ビーム検出系の光ビームに対して主走査方向の通過を制限する絞りとを設けていて、さらに光学箱に高精度に位置決めすることができるので、レーザーシャッターおよび走査光学装置を小型簡素化し、コストを抑制すると同時に、複数ビームの感光体ドラム表面における主走査方向および副走査方向の相対ずれを抑制して、画質を向上させることができるようになる。

また、解像度の異なる画像形成装置において、走査光学装置を容易に転用できるようになる。

（実施例２）
図６は本発明の第二の実施例を示す、レーザーシャッターを動作させる様子を示す図である。記号は第一の実施例と同様である。

この例では、上下にアーム（１０ｄ、１０ｅ）を配置している。下側のアーム１０ｅを外部にある駆動機構１０１が押すことでレーザーシャッターを押し上げる。アーム１０ｅがたわむので駆動機構にはばね等の緩衝部が不要となる。

先の実施例と同様に、レーザーシャッターの突き当て面１０ｆが光学箱に形成された突き当て面１ｂに当接することで高精度に位置決めされる。

このとき２つの開口（１０ａ、１０ｂ）は光ビームの高さに合うようになり、入射系の光ビームＬ１とビーム検出系の光ビームＬ３を通過させる。

一方、光学箱の下側にある駆動機構が下がれば、レーザーシャッターは光学箱底部に下がり、開口１０ａは光ビームの位置からずれて、入射系の光ビームは遮断されることになる。レーザーシャッターが光学箱底部の穴から落ちないように着座面１ｅを設けておき、レーザーシャッターのリブ底面（１０ｇ）を支えるようにしている。

このように、第一の実施例と同様の効果が得られる。

さらに、駆動機構を簡素化できるので、画像形成装置のコストを抑制できる。

（実施例３）
図７は本発明の第三の実施例を示す、レーザーシャッター取り付け部分の図である。記号は先の実施例と同様である。

この例では、外部からの駆動が上方から、すなわちフタ１１を通して行われる。

レーザーシャッターは上側に円筒部１０ｃを、下側にアーム部１０ｄを配置している。

走査光学装置の外部にある駆動機構１０１は、メンテナンスカバーが閉じられて光が外部に漏れないようになったときにレーザーシャッターを押し込み、図３で説明したように光ビームを通過させる。レーザーシャッターは光学箱に形成された突き当て面１ｂに当接することで高精度に位置決めされる。

メンテナンスカバーが開けられて駆動機構１０１の押し付けが解除されると、レーザーシャッターはアームの復元力によって浮き上がり、図４で説明したように光ビームを遮断することになる。

また、開閉の方法を逆にすることを制限しない。すなわち、メンテナンスカバーが閉じられて光が外部に漏れないようになったときに外部にある駆動機構１０１が解除されて光ビームを通し、それ以外のときはレーザーシャッターを押して光ビームを遮断する構成でもよい。

このように、先の実施例と同様の効果が得られる。

さらに、レーザーシャッターを光学箱の上側から落とし込みで組み立てられるので、組立性を向上させることができる。

本発明の第一の実施例に係る走査光学装置の図 本発明の第一の実施例に係るレーザーシャッターの図 本発明の第一の実施例に係るレーザーシャッター動作の図 本発明の第一の実施例に係るレーザーシャッター動作の図 本発明の第一の実施例に係るレーザーシャッター取付け部の断面図 本発明の第二の実施例に係るレーザーシャッター動作の図 本発明の第三の実施例に係るレーザーシャッター動作の図 画像形成装置を説明する図 従来例の走査光学装置を説明する図 光線の結像状態を説明する図

符号の説明

１ 光学箱
１ａ 支持部
１ｂ 光学箱の突き当て面
１ｃ ガイド面
１ｄ テーパー面
１ｅ 着座面
２ 光源ユニット
３ 複合レンズ
３ａ シリンドリカルレンズ
３ｂ アナモフィックレンズ
４ 偏向走査ユニット
４ａ ポリゴンミラー
４ｂ モーター
５ａ、５ｂ 走査レンズ
６ 折り返しミラー
７ 光検出センサー
８、９ 板ばね
１０ レーザーシャッター
１０ａ 第１の開口
１０ｂ 第２の開口
１０ｃ 駆動を受ける部分
１０ｄ アーム
１０ｅ 遮光部分
１０ｆ レーザーシャッターの突き当て面
１１ フタ
Ｌ１ 入射系の光線
Ｌ２ 走査系の光線
Ｌ３ ビーム検出系の光線
１０１ 駆動機構
１０２ 緩衝部

Claims (4)

1. 光ビームを発する光源と、光ビームを結像させる光学素子と、光ビームを偏向走査する回転多面鏡と、光ビームを選択的に通過遮断するビーム開閉手段と、これらを取り付ける光学箱を有し、ビーム検出手段を有する走査光学装置において、
   ビーム開閉手段を光源と回転多面鏡の間に配置し、ビーム開閉手段に光ビームの一部を遮断する複数の開口を設けたことを特徴とする走査光学装置。
2. ビーム開閉手段に設けた複数の開口が、光源から回転多面鏡に至る光ビームの少なくとも主走査方向における光束幅を決定する絞りと、回転多面鏡で反射しビーム検出手段に入射する光ビームの少なくとも主走査方向における光束幅を決定する絞りであることを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. ビーム開閉手段の位置姿勢を保持する当接面を光学箱に設けたことを特徴とする請求項１から２記載の走査光学装置。
4. 請求項１から２記載の走査光学装置を有し、ビーム開閉手段を動作させる機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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