JP2010048856A - 走査光学装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】導光ミラーの側面で反射された迷光が感光体ドラムに導びかれて画像品質を劣化させることを防ぐことができる走査光学装置を提供する。
【解決手段】光源から放射されたビーム光束を偏向走査する偏向器と、偏向器で偏向走査された有効画像領域内のビーム光束を被走査面に導く結像光学系と、偏向器で偏向走査された有効画像領域外のビーム光束を反射して検出素子に導く立体形状の導光ミラー28を有する検出光学系と、を備え、導光ミラー28は、その反射面に垂直な回転軸を中心として回転することによって、反射面に隣接する側面と偏向後の走査平面内で像高中心の光軸に垂直な線分とが交差している。
【選択図】 図5

Description

本発明は、電子写真方式を応用した複写機・プリンタ・ファクシミリ、或いはこれらを機能的に備えた複合機等の画像形成装置に搭載される走査光学装置に関し、特に、画像劣化の一因となる迷光の除去に関するものである。
従来から、電子写真方式の画像形成装置には、感光体ドラムに潜像を形成するために、光源から放射されたレーザ光等のビーム光束を偏向器で走査させる走査光学装置が搭載されている。
この際、走査光学装置が走査するビーム光束には、感光体ドラムに潜像を形成するための有効画像領域内のビーム光束と、検出素子にビーム光束を導いてデータ書き出しタイミングの同期制御信号を発生させるための有効画像領域外のビーム光束と、が存在する。
通常、検出素子にビーム光束を導光するためには、ある程度の厚さを備えた立体形状の導光ミラーが使用される。
この際、有効画像領域を走査する結像光学系の光路と検出素子を走査する検出光学系の光路とは十分離れているため、これら2つの光路を分離するための導光ミラーは有効画像領域を走査する光路から離して設置することができる。
図8は、このような従来に係る光走査装置の一例を示し、ビーム光束を放射するレーザダイオード等の光源51と、光源51からのビーム光束をカップリングして平行光束とするコリメートレンズ52と、コリメートレンズ52を透過したビーム光束を主走査方向に長く略線状に集光させるように副走査方向にのみ正のパワーを持つシリンドリカルレンズ53と、シリンドリカルレンズ53からのビーム光束を偏向する偏向器としての回転多面鏡54と、回転多面鏡54によって偏向走査したビーム光束を被走査面としての感光体ドラム55上に結像する結像光学系56と、回転多面鏡54によって偏向走査したビーム光束の一部を利用して走査同期を検出する検出素子57へと導く検出光学系58とを備えている。
結像光学系56は、fθ特性を有するように主走査方向に延びる複数のレンズ群(結像レンズ)を備え、例えば、回転多面鏡54側に凹面を有する正メニスカスレンズ59と、走査面側に凸球面を有し且つ主走査方向に正のパワーを有する面倒れ補正用のアナモルフィックレンズ60と、によってfθレンズ61を構成している。また、結像光学系56は、fθレンズ61を透過したビーム光束を感光体ドラム55に向けて反射する斜設ミラー62を備えているが、この斜設ミラー62の数や角度は任意である。
検出光学系58は、回転多面鏡54の鏡面に入射したビーム光束の一部を反射するように有効画像領域の外側に配置した導光ミラー63を備え、この導光ミラー63で反射したビーム光束に基づいて検出素子57の受光タイミングを図示しない制御回路で検出することで同期が図られる。
検出素子57は、検出光学系58の光路上で感光体ドラム55と共役関係な位置に配備されており、光源51から放射されて回転多面鏡54で偏向されたビーム光束は、結像光学系56によって走査領域へ向かって偏向するが、走査領域へ向かう途上においてfθレンズ61を構成する一方の正メニスカスレンズ59を介して導光ミラー63で反射され、検出素子57に入射する。
しかしながら、低コスト・省サイズ化する近年の走査光学装置では、光学設計スペースが少なくなり、上述した2つの光路を分離するための導光ミラー63を、有効画像領域を走査する光路に近接して設置せざるを得なくなってきた。
この場合、導光ミラー63が有効画像領域の光路を遮ることを防ぐため、導光ミラー63の端で2つの光路を分離している。
一方、光源51から放射されたビーム光束が感光体ドラム55又は検出素子57へと到達する前に、保持部材等に反射或いは散乱して迷光が発生した結果、感光体ドラム55上にその迷光が照射されてゴーストとなって画質を低下させることを防ぐために、反射防止部材(図示せず)を設置する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−277786号公報
ところが、上記の如く構成された走査光学装置にあっては、有効領域内外のビーム光束を導光ミラー63で2つに分離する場合、図7に示すように、導光ミラー63の側面でビーム光束の一部がケラれた状態で導光ミラー63の反射面で反射されたビーム光束が検出素子57に反射されることになる。
従って、導光ミラー63の側面で反射(ケラれた)されたビーム光束が迷光となり、感光体ドラム55に照射される虞がある。
これを防ぐため、反射防止部材を設置することも考えられるが、2つの光路が近接しており、しかも、光学設計スペースが限られた筐体の中では、反射防止部材を設置することは非常に困難で、しかも、部品コストが高騰するといった問題も生じてくる。
そこで、本発明は、上記事情を考慮し、導光ミラーの側面で反射された迷光が感光体ドラムに導びかれて画像品質を劣化させることを防ぐことができる走査光学装置を提供することを目的とする。
本発明の走査光学装置は、光源から放射されたビーム光束を偏向走査する偏向器と、該偏向器で偏向走査された有効画像領域内のビーム光束を被走査面に導く結像光学系と、前記偏向器で偏向走査された有効画像領域外のビーム光束を反射して検出素子に導く立体形状の導光ミラーを有する検出光学系と、を備えた走査光学装置において、前記導光ミラーは、その反射面に垂直な回転軸を中心として回転することによって、前記反射面に隣接する側面と偏向後の走査平面内で像高中心の光軸に垂直な線分とが交差していることを特徴とする。
この際、前記導光ミラーは、前記回転軸を中心とする回転角をα、前記導光ミラー側面へのビーム光線の入射角度をθ、前記導光ミラーと前記被走査面の接近側端部との距離をM、前記導光ミラーと前記被走査面との距離をL、としたとき、
(90−θ)−α>arc tan(L/M)
α>(90−θ)−arc tan(L/M)
で表される回転角αとするのが好ましい。
また、前記導光ミラーは、前記回転軸を中心とする回転角をα、前記導光ミラー側面へのビーム光線の入射角度をθ、前記導光ミラーと前記被走査面の離間側端部との距離をM’、前記導光ミラーと前記被走査面との距離をL、としたとき、
(90−θ)+α>arc tan(L/M’)
α>arc tan(L/M’)−(90−θ)
で表される回転角αとするのが好ましい。
さらに、前記導光ミラーの前記反射面は多角形状の平面であるのが好ましい。
尚、上述した導光ミラーと被走査面との距離は、被走査面の前面側に配置された光学部材を基準とすることも可能である。
本発明の走査光学装置は、導光ミラーの側面で反射された迷光が感光体ドラムに導びかれて画像品質を劣化させることを防ぐことができる。
次に、本発明の一実施形態に係る走査光学装置を画像形成装置に適用し、図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る走査光学装置を搭載した画像形成装置の説明図、図2は本発明の一実施形態に係る走査光学装置における光学系の説明図、図3は本発明の一実施形態に係る走査光学装置を搭載した画像形成装置の画像形成部の説明図、図4は本発明の一実施形態に係る走査光学装置における導光ミラーの回転状態を示し、図4(A)は斜視図、図4(B)は側面図、図4(C)は正面図、図5は本発明の一実施形態に係る走査光学装置における光学系の作用説明図、図6は本発明の一実施形態に係る走査光学装置における光学系の他の作用説明図である。
図1に示すように、画像形成装置1は、本体2の内部下方に引き出し可能に配置されて印刷前の転写紙(図示せず)が積載収容される給紙カセット3と、給紙カセット3に積載収納された転写紙を最上位のものから1枚ずつ分離搬送する給紙搬送部4と、給紙カセット3とは別に本体2の側壁面から起倒可能に設けられて転写紙(図示せず)が積載収容可能な手差トレイ5と、手差トレイ5に積載収納された転写紙を最上位のものから1枚ずつ分離搬送する手差給紙搬送部6と、本体2の底面に設置されたオプション等の追加給紙カセット(図示せず)に積載収納された転写紙が搬送される給紙搬送部7と、各給紙搬送部4,6,7から搬送された転写紙に転写するための画像を形成する画像形成部8と、画像形成部8で形成された画像を転写紙に転写する二次転写部9と、転写後のトナー像を転写紙に定着させる定着部10と、本体2の天面として共有すると共に排出部11から排出された定着後の転写紙を積載する積載部12と、転写紙の裏面に画像形成を行う場合に二次転写部9へと転写紙をスイッチバックする反転経路13と、を備えている。
画像形成部8では、例えば、外部コンピュータ(図示せず)等から送信された印刷データを受信し、その印刷データに含まれる画像データがレーザ照射部14で受信・処理される。
レーザ照射部14は、画像データに基づいて制御されたレーザ光Qを、ベルト状の中間転写体15の下方にタンデム方式で配置された複数の(各色用の)画像形成デバイス16の各感光体ドラム17に向かって照射する。
具体的には、レーザ照射部14は、図2に示すように、レーザダイオード等の光源(図示せず)から放射されたビーム光束(光軸で示すレーザ光Q)を偏向する偏向器としての回転多面鏡18と、回転多面鏡18を回転させるモータ19と、回転多面鏡18によって偏向走査したビーム光束を感光体ドラム17に結像する結像光学系20と、回転多面鏡18によって偏向走査したビーム光束の一部を利用して走査同期を検出する検出素子21へと導く検出光学系22とを備えている。
中間転写ベルト15は、複数のローラに巻き掛けられて支持され、図示しない駆動装置により所定方向に回動移動(図1の矢印参照)する。また、中間転写ベルト15は、合成樹脂からなる基層表面にゴム層を積層した弾性ベルトで構成される。
各画像形成デバイス16は、中間転写ベルト15の回動移動方向に沿うように、回動移動方向上流側から下流側に向けて一列にタンデム方式で配置されている。この4台の画像形成デバイス16は、例えば、上流側から順に、マゼンタ用、シアン用、イエロー用、ブラック用の順に配置され、これらの画像形成デバイス16には、各色に対応する現像剤供給容器及び搬送手段(図示せず)により、現像剤(トナー)が補給される。
各感光体ドラム17は、露光手段であるレーザ照射部14によって照射されたレーザ光Qにより原稿画像の静電潜像が形成され、この静電潜像からトナー像が現像される。また、そのトナー像は、中間転写ベルト15を挟んで各感光体ドラム17の上方に配置された一次転写ローラ29で、中間転写ベルト15表面に一次転写される。そして、中間転写ベルト15の回動移動によって、所定のタイミングで各感光体ドラム17のトナー像が中間転写ベルト15に転写されることにより、中間転写ベルト15表面には画像データに応じたマゼンタ・シアン・イエロー・ブラックの4色のトナー像が重ね合わされたカラートナー像が形成される。
一方、二次転写部9は二次転写ローラ30を備え、中間転写ベルト15の表面に形成されたカラートナー像は、中間転写ベルト15と二次転写ローラ30との圧接に伴う転写紙のニップ搬送時の転写バイアスの印加によって転写される。
この際、二次転写後の、中間転写ベルト15の表面に残留する未定着トナー等の付着物は、二次転写部9とは反対側に配置されたクリーニングデバイス31によってクリーニングされる。
定着部10は、二次転写部9にて未定着トナー像を担持した転写紙を、加熱ローラ(又は加熱ベルト)32と加圧ローラ(又は加圧ベルト)33とのニップ搬送によってトナー像を加熱・加圧して定着する。
画像形成デバイス16は、本実施の形態においては、マゼンタ・シアン・イエロー・ブラック用として実質的に同一のものが用いられており、図3に示すように、その中心に像担持体としてのドラム状の感光体ドラム17を備えている。
感光体ドラム17の近傍には、その回転方向に沿って、帯電デバイス34、現像デバイス35、除電デバイス36、クリーニングデバイス37が配置されている。尚、一次転写ローラ29は、感光体ドラム17の回転方向に沿って、現像デバイス35と除電デバイス36との間に設けられている。
感光体ドラム17は、本体2内の転写紙搬送方向と直角な転写紙幅方向(図3の紙面奥行き方向)に沿い且つ水平方向に軸線が延びて配置されている。尚、本実施の形態においては、感光体ドラム17は、アルミニウム等により構成される導電性円筒状基体の外側に真空蒸着等によって無機光導電性材料であるアモルファスシリコンの感光層を設けたものが用いられている。尚、感光体ドラム17は、例えば、感光性樹脂を浸漬塗布した有機感光体(OPC)であっても構わない。
帯電デバイス34は、ハウジング38の内部に、感光体ドラム17に接触する帯電ローラ39を備えている。
帯電ローラ39は、所定の圧力で感光体ドラム17に圧接し、感光体ドラム17の回転に従って回転する。また、帯電ローラ39は感光体ドラム17の表面を所定の極性及び電位で一様に帯電する。さらに、帯電ローラ39の表面は、ハウジング38内に配置されたクリーニングブラシ40によってクリーニングされる。
現像デバイス35は、そのハウジング41の内部に、現像ローラ42と、供給スクリュー43,44とを備えている。
現像ローラ42は、現像方式が接触或いは非接触であって、感光体ドラム17の近傍に設けられている。また、現像ローラ42には、感光体ドラム17の帯電極性と同極性のバイアスが印加される。この現像ローラ42により、現像剤であるトナーが帯電せしめられるとともに、感光体ドラム17の表面の静電潜像に移動せしめられ、静電潜像が現像される。
尚、現像デバイス35は、現像剤として、磁性キャリアと非磁性トナーとを混合してなる二成分系トナーを使用するが、磁性或いは非磁性の一成分系トナーを使用するタイプのものであっても構わない。また、感光体ドラム17の表面を研磨するようにしてクリーニングするために、微量の酸化チタンやアルミナ等の粉末を研磨剤としてトナーに混入している。トナーは、トナー供給容器(図示せず)に収容され、現像デバイス35の箇所まで図示しない搬送手段により搬送されて、供給スクリュー43,44によりハウジング41の内部に補給される。
除電デバイス36は、感光体ドラム17の回転方向に沿って、一次転写ローラ29の下流側に配置されている。また、除電デバイス36には、LED(発光ダイオード)等が用いられ、必要に応じて反射板45とで構成されている。また、除電デバイス36は、クリーニングデバイス37のハウジング46の上面に取り付けられている。尚、除電デバイス36は、LEDの代わりに、EL(エレクトロルミネッセンス)光源、蛍光灯等を用いることもできる。また、反射板45は、除電デバイス36の上方に、除電デバイス36をカバーするように設けられている。除電デバイス36は、除電デバイス36の除電光を感光体ドラム17に照射することにより、その表面の帯電電荷を除去し、次回の画像形成動作時における帯電工程のための準備を整える。
クリーニングデバイス37は、感光体ドラム17の回転方向に沿って、除電デバイス36よりもさらに下流側に配置されている。また、クリーニングデバイス37は、そのハウジング46の内部に、回転部材であるクリーニングローラ47、クリーニングブレード48、トナー受け部材49、排出スクリュー50を備えている。
クリーニングローラ47は、ハウジング46内の上部において、その軸部の両端に備えられた図示しない付勢手段により、感光体ドラム17に対して所定の力で押し付けられて設けられている。また、クリーニングローラ47は、感光体ドラム17とほぼ同じ軸線方向長さ(幅)を有している。さらに、クリーニングローラ47は、モータ等で構成される図示しない駆動手段により回転される。この際、クリーニングローラ47の周速度は、感光体ドラム17の表面研磨を効率良く実施するように設定される。
クリーニングブレード48は、クリーニングローラ47の感光体ドラム17の回転方向下流側であって、ハウジング46内におけるクリーニングローラ47に対して、上下方向下側に配置され、感光体ドラム17の表面に形成されたトナー像のうち、中間転写ベルト15に転写されずに感光体ドラム17に残留したトナー等の付着物を掻き取るようにクリーニングする役割を果たす。また、クリーニングブレード48は、図示しない付勢手段により感光体ドラム17に対して所定の力で押し付けられて設けられている。
トナー受け部材49は、クリーニングローラ47の直下であって、クリーニングブレード48と排出スクリュー50との間に配置されている。トナー受け部材49は、例えば、ステンレス(SUS)製の薄い板状の部材を折り曲げるなどして構成され、クリーニングブレード48近傍からクリーニングローラ47回転方向の下流側に向かって、クリーニングローラ47の周面に沿って延びる樋状をなし、クリーニングローラ47の軸線方向長さとほぼ同じ長さを有している。
そして、このトナー受け部材49は、その上部の箇所を残して、ハウジング46内において、クリーニングローラ47及びクリーニングブレード48が配置された空間と、排出スクリュー50が設けられた空間とを仕切り、感光体ドラム17表面から除去したトナーをクリーニングローラ47の周面近傍の空間に貯留し易くなるような形にして設けられている。
尚、トナー受け部材49には、アース線のような接地部材が接続され、トナー受け部材49及びトナー受け部材49の内側に貯留されたトナーから電荷を除去する。
排出スクリュー50は、ハウジング46内において、クリーニングローラ47の下方に設けられている。また、排出スクリュー50は、ハウジング46の内部から画像形成デバイス16の外部に設けられた廃トナー回収容器(図示せず)まで延在され、感光体ドラム17の表面から除去されてクリーニングに使用されたハウジング46内の廃トナー等をハウジング46の外へ、すなわち廃トナー回収容器へ排出する役割を果たす。
ところで、上述した光源と回転多面鏡18との間には、光源からのビーム光束をカップリングして平行光束とするコリメートレンズ(図示せず)と、このコリメートレンズを透過したビーム光束を主走査方向に長く略線状に集光させるように副走査方向にのみ正のパワーを持つシリンドリカルレンズ(図示せず)と、を備えた照明光学系が配置されている。
結像光学系20は、主走査方向に延びる複数のレンズ23,24によって構成されたfθレンズ25と、fθレンズ25を透過したビーム光束を感光体ドラム17に向けて反射する斜設ミラー26と、感光体ドラム17の前面に配置されたカバーガラス27と、を備えている。
尚、fθレンズ25は、例えば、回転多面鏡18側に凹面を有する正メニスカスレンズ23と、走査面側に凸球面を有し且つ主走査方向に正のパワーを有する面倒れ補正用のアナモルフィックレンズ24と、で構成されている。また、斜設ミラー26は、回転多面鏡18と感光体ドラム17との離間距離等に応じて、適宜配置される。
検出光学系22は、回転多面鏡18の反射面に入射したビーム光束の一部を反射するように有効画像領域の外側に配置した導光ミラー28を備え、その導光ミラー28で反射されたビーム光束を、例えば、特定の方向の偏光のみを透過させる偏光子(図示せず)、直線偏光を円偏光へと変換する1/4波長板(図示せず)、ビーム光束の位置ずれを補正するSOSレンズ(図示せず)、等を経由して検出素子21に受光させる。
尚、検出素子21は、検出光学系22の光路上で感光体ドラム17と共役関係な位置に配備されており、光源から放射されて回転多面鏡18で偏向されたビーム光束は、結像光学系20によって走査領域へ向かって偏向するが、走査領域へ向かう途上においてfθレンズ25を構成する一方の正メニスカスレンズ23を介して導光ミラー28で反射され、検出素子21に入射する。
この際、導光ミラー28は、図4に示すように、その中心軸Gを回転中心として回転角αで回転した状態で配置されている。尚、図4(B)に示すように、導光ミラー28は、上述した回転とは別に、傾斜状態(反射面倒れ状態)で配置されているが、この傾斜角度は、回転多面鏡18と各感光体ドラム17との相対位置等に応じて、その配置数を含めて任意である。
一方、導光ミラー28は、図5及び図6に示すように、回転軸Gを中心とする回転角をα、導光ミラー28の反射面28aと隣接する側面へのビーム光線の入射角度をθ、導光ミラー28と感光体ドラム17(本実施の形態においてはカバーガラス27を基準、以下同じ)の接近側端部との距離をM、導光ミラー28とカバーガラス27の離間側端部との距離をM’、導光ミラー28とカバーガラス27との距離をL、としたとき、
(90−θ)−α>arc tan(L/M)
α>(90−θ)−arc tan(L/M)
(90−θ)+α>arc tan(L/M’)
α>arc tan(L/M’)−(90−θ)
で表される回転角αとするのが好ましい。
これにより、導光ミラー28の側面に導かれたビーム光束は、感光体ドラム17から外れるように反射されるため、感光体ドラム17に到達してフレア画像の発生となることが抑制される。
このように、本発明の走査光学装置によれば、導光ミラー28の側面で反射された迷光を、反射防止部材を使用することなく感光体ドラム17に照射されることを防ぎ、画像品質の劣化を防ぐことができる。
また、本発明の走査光学装置によれば、偏向面の有効利用率が向上するため、偏向面の小サイズ化が可能となり、偏向器(回転多面鏡18)の低コスト化が可能となる。また、結像光学系20と検出光学系22とを狭小に設計することが可能となるため、レンズ等の光学部品の小サイズ化並びに低コスト化が可能となる。
ところで、上記実施の形態では、本発明の走査光学装置をタンデム方式のフルカラープリンタに適用して説明したが、例えば、複写機や複合機等の画像形成装置全般に適用することができ、しかも、カラー/モノクロの何れに限定されるものでもない。
本発明の一実施形態に係る走査光学装置を搭載した画像形成装置の説明図である。 本発明の一実施形態に係る走査光学装置における光学系の説明図である。 本発明の一実施形態に係る走査光学装置を搭載した画像形成装置の画像形成部の説明図である。 本発明の一実施形態に係る走査光学装置における導光ミラーの回転状態を示し、(A)は斜視図、(B)は側面図、(C)は正面図である。 本発明の一実施形態に係る走査光学装置における光学系の作用説明図である。 本発明の一実施形態に係る走査光学装置における光学系の他の作用説明図である。 従来に係る走査光学装置における光学系の迷光発生の説明図である。 従来に係る走査光学装置における光学系の説明図である。
符号の説明
17…感光体ドラム(被走査面)
18…回転多面鏡(偏向器)
20…結像光学系
21…検出素子
22…検出光学系
27…カバーガラス
28…導光ミラー

Claims (4)

  1. 光源から放射されたビーム光束を偏向走査する偏向器と、該偏向器で偏向走査された有効画像領域内のビーム光束を被走査面に導く結像光学系と、前記偏向器で偏向走査された有効画像領域外のビーム光束を反射して検出素子に導く立体形状の導光ミラーを有する検出光学系と、を備えた走査光学装置において、
    前記導光ミラーは、その反射面に垂直な回転軸を中心として回転することによって、前記反射面に隣接する側面と偏向後の走査平面内で像高中心の光軸に垂直な線分とが交差していることを特徴とする走査光学装置。
  2. 前記導光ミラーは、前記回転軸を中心とする回転角をα、前記導光ミラー側面へのビーム光線の入射角度をθ、前記導光ミラーと前記被走査面の接近側端部との距離をM、前記導光ミラーと前記被走査面との距離をL、としたとき、
    (90−θ)−α>arc tan(L/M)
    α>(90−θ)−arc tan(L/M)
    で表される回転角αであることを特徴とする請求項1に記載の走査光学装置。
  3. 前記導光ミラーは、前記回転軸を中心とする回転角をα、前記導光ミラー側面へのビーム光線の入射角度をθ、前記導光ミラーと前記被走査面の離間側端部との距離をM’、前記導光ミラーと前記被走査面との距離をL、としたとき、
    (90−θ)+α>arc tan(L/M’)
    α>arc tan(L/M’)−(90−θ)
    で表される回転角αであることを特徴とする請求項1に記載の走査光学装置。
  4. 前記導光ミラーの前記反射面は多角形状の平面であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の走査光学装置。
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JP2008210406A Pending JP2010048856A (ja) 2008-08-19 2008-08-19 走査光学装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011197451A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Kyocera Mita Corp 光走査装置及び光走査装置が組み込まれた画像形成装置

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