JP2010224197A - 光源装置、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高コスト化及び大型化を招くことなく、半導体レーザ素子とレンズとの高精度な位置関係を実現することができる光源装置を提供する。
【解決手段】 2つの発光部を有する半導体レーザ素子11、該半導体レーザ素子11が実装される金属板120、半導体レーザ素子11から射出された複数のレーザ光の光路上に配置されたカップリングレンズ15を備えている。金属板120は、半導体レーザ素子11が実装される領域の+W側に、幅が一定で+W方向に延びる切り欠き部122を有している。そして、カップリングレンズ15は、切り欠き部122における幅方向の両端部に当接されている。この場合は、カップリングレンズ15は、切り欠き部122に当接された状態で、W方向に移動可能であり、半導体レーザ素子11との位置関係を調整することができる。
【選択図】図3
【解決手段】 2つの発光部を有する半導体レーザ素子11、該半導体レーザ素子11が実装される金属板120、半導体レーザ素子11から射出された複数のレーザ光の光路上に配置されたカップリングレンズ15を備えている。金属板120は、半導体レーザ素子11が実装される領域の+W側に、幅が一定で+W方向に延びる切り欠き部122を有している。そして、カップリングレンズ15は、切り欠き部122における幅方向の両端部に当接されている。この場合は、カップリングレンズ15は、切り欠き部122に当接された状態で、W方向に移動可能であり、半導体レーザ素子11との位置関係を調整することができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、光源装置、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、レーザ光を射出する光源装置、該光源装置を有する光走査装置及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
光走査装置は、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ等の画像形成装置に関連して広く知られている。そして、画像形成装置の普及に伴って、装置の低価格化及び小型化が強く求められている。
光走査装置の光源としては、一般に半導体レーザが用いられており、従来は、円筒状の金属パッケージに封入された「キャンパッケージ」型の半導体レーザ素子が主であった。
近年、レーザ発振部のパッケージングを樹脂フレームで簡略化した、いわゆる「フレームパッケージ」型の半導体レーザ素子(FPLD)が開発されている。フレームパッケージは構造が単純であり、半導体レーザ素子の生産工程及び組立工程の大幅な簡略化が可能になるため、低価格なレーザ光源を実現するパッケージ方法として期待されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
また、画像形成装置における画像の高密度化及び画像出力の高速化を両立させる方法の一つとして、複数の光束で被走査面を走査するいわゆるマルチビーム化が考えられた(例えば、特許文献3参照)。
本発明は、第1の観点からすると、少なくとも1つの発光部を有する半導体レーザ素子と;前記半導体レーザ素子が実装される板部材と;前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の光路上に配置されたレンズと;を備え、前記半導体レーザ素子は、前記板部材の表面に平行な第1の方向にレーザ光が射出されるように実装され、前記板部材は、前記半導体レーザ素子が実装される領域の前記第1の方向側に、幅が一定で前記第1の方向に延びる切り欠き部を有し、前記レンズは、前記切り欠き部における幅方向である第2の方向の両端部に当接されていることを特徴とする光源装置である。
これによれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、半導体レーザ素子とレンズとの高精度な位置関係を実現することができる。
本発明は、第2の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、本発明の光源装置と;前記光源装置からの光束を偏向する偏向器と;前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と;を備える光走査装置である。
これによれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、高精度の光走査を行うことができる。
本発明は、第3の観点からすると、少なくとも1つの像担持体と;前記少なくとも1つの像担持体を画像情報が含まれる光束により走査する少なくとも1つの本発明の光走査装置と;を備える画像形成装置である。
これによれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成することができる。
《第1の実施形態》
以下、本発明の第1の実施形態を図1〜図22に基づいて説明する。図1には、第1の実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ1000の概略構成が示されている。
以下、本発明の第1の実施形態を図1〜図22に基づいて説明する。図1には、第1の実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ1000の概略構成が示されている。
このレーザプリンタ1000は、光走査装置1010、感光体ドラム1030、帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034、クリーニングユニット1035、トナーカートリッジ1036、給紙コロ1037、給紙トレイ1038、レジストローラ対1039、定着ローラ1041、排紙ローラ1042、排紙トレイ1043、通信制御装置1050、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置1060などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体1044の中の所定位置に収容されている。
通信制御装置1050は、ネットワークなどを介した上位装置(例えばパソコン)との双方向の通信を制御する。
感光体ドラム1030は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム1030の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム1030は、図1における矢印方向に回転するようになっている。
帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034及びクリーニングユニット1035は、それぞれ感光体ドラム1030の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム1030の回転方向に沿って、帯電チャージャ1031→現像ローラ1032→転写チャージャ1033→除電ユニット1034→クリーニングユニット1035の順に配置されている。
帯電チャージャ1031は、感光体ドラム1030の表面を均一に帯電させる。
光走査装置1010は、帯電チャージャ1031で帯電された感光体ドラム1030の表面に、上位装置からの画像情報に応じて変調された光束を照射する。これにより、感光体ドラム1030の表面に、画像情報に対応した潜像が形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム1030の回転に伴って現像ローラ1032の方向に移動する。なお、この光走査装置1010の構成については後述する。
トナーカートリッジ1036にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ1032に供給される。
現像ローラ1032は、感光体ドラム1030の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ1036から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像(以下では、便宜上「トナー像」ともいう)は、感光体ドラム1030の回転に伴って転写チャージャ1033の方向に移動する。
給紙トレイ1038には記録紙1040が格納されている。この給紙トレイ1038の近傍には給紙コロ1037が配置されており、該給紙コロ1037は、記録紙1040を給紙トレイ1038から1枚づつ取り出し、レジストローラ対1039に搬送する。該レジストローラ対1039は、給紙コロ1037によって取り出された記録紙1040を一旦保持するとともに、該記録紙1040を感光体ドラム1030の回転に合わせて感光体ドラム1030と転写チャージャ1033との間隙に向けて送り出す。
転写チャージャ1033には、感光体ドラム1030の表面上のトナーを電気的に記録紙1040に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム1030の表面のトナー像が記録紙1040に転写される。ここで転写された記録紙1040は、定着ローラ1041に送られる。
定着ローラ1041では、熱と圧力とが記録紙1040に加えられ、これによってトナーが記録紙1040上に定着される。ここで定着された記録紙1040は、排紙ローラ1042を介して排紙トレイ1043に送られ、排紙トレイ1043上に順次スタックされる。
除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。
クリーニングユニット1035は、感光体ドラム1030の表面に残ったトナー(残留トナー)を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム1030の表面は、再度帯電チャージャ1031に対向する位置に戻る。
次に、前記光走査装置1010の構成について説明する。
この光走査装置1010は、一例として図2に示されるように、偏向器側走査レンズ11a、像面側走査レンズ11b、ポリゴンミラー13、光源装置100、シリンドリカルレンズ17、2つの光検知センサ(18a、18b)、及び2つの光検知用ミラー(19a、19b)などを備えている。そして、これらは、光学ハウジングの所定位置に組み付けられている。
なお、本明細書では、XYZ3次元直交座標系において、感光体ドラム1030の長手方向に沿った方向をY軸方向、各走査レンズ(11a、11b)の光軸に沿った方向をX軸方向として説明する。
また、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。
さらに、シリンドリカルレンズ17の光軸に沿った方向を「W方向」とし、光源装置100における主走査対応方向を「M方向」とする。なお、光源100における副走査対応方向は、Z軸方向と同じ方向である。
光源装置100は、一例として図3及び図4に示されるように、半導体レーザ素子11、カップリングレンズ15、開口板16、及びホルダ110を有している。
半導体レーザ素子11は、+W方向にレーザ光が射出されるように、金属板120の表面(ここでは、+Z側の面)に実装されている。
また、半導体レーザ素子11は、一例として図5に示されるように、2つの発光部(11A、11B)を有する「フレームパッケージ」型の半導体レーザ素子(FPLD)である。
各発光部は、レーザダイオード構造の発光部であり、いずれも+W方向に光束を射出するように、中間部材11Cの表面上に形成されている。この中間部材11Cは、樹脂製のフレーム11Dに保持されている。そして、フレーム11Dの−W側には、各発光部に駆動信号を供給するための入力端子11Eが設けられている。
図3に戻り、金属板120は、W方向を長手方向とする板状の部材であり、半導体レーザ素子11が実装される領域の+W側に、幅が一定で+W方向に延びる切り欠き部122を有している。
一例として図6に示されるように、切り欠き部122の幅方向(図6では、M方向と同じ方向)の両端面123は、半導体レーザ素子11が実装される一側の面(図6では、+Z側の面)から他側の面(図6では、−Z側の面)に向かって幅が狭くなるテーパを有している。
カップリングレンズ15は、半導体レーザ素子11から射出された光束を後続の光学系にカップリングさせる。このカップリングレンズ15は、光軸方向からみたときの外形が円形状のレンズである。この円形状の半径をRとする。
ところで、カップリングレンズ15の光軸とは、カップリングレンズ15における2つの光学面の曲率中心を結んだ直線を指す。光軸と2つの光学面の交点をそれぞれの光学面の頂点という。もしカップリングレンズ15の一方の光学面が平面であるときは、他方の光学面の曲率中心を通り、その平面と垂直な直線が光軸となる。
カップリングレンズ15は、一例として図7に示されるように、切り欠き部122における幅方向(図7では、M方向と同じ方向)の両端部に当接されている。
そして、カップリングレンズ15は、一例として図8に示されるように、切り欠き部122に当接された状態で、W方向に移動可能であり、半導体レーザ素子11との位置関係を調整することができる。
ここでは、カップリングレンズ15の+W側に所定の計測装置を配置し、半導体レーザ素子11から射出されカップリングレンズ15を介した光束が所望のビーム品質となるように、W方向に関するカップリングレンズ15の位置を調整する。位置調整が完了すると、一例として図9に示されるように、カップリングレンズ15は、光硬化性の接着剤を用いて、金属板120の当接部に接着・固定される。
また、図10及び図11に示されるように、切り欠き部122の幅(ここでは、+Z側の面での幅)をD、2つの発光部(11A、11B)の発光点の重心と金属板120の+Z側の面とのZ軸方向に関する距離をHとすると、次の(1)式の関係が略満足されている。
D2=4(R2−H2) ……(1)
この場合は、W方向に直交する平面内で、2つの発光部(11A、11B)の発光点の重心とカップリングレンズ15の光軸とをほぼ一致させることができる。
仮に、切り欠き部122の幅が上記(1)式を満足しない場合には、一例として図12に示されるように、W方向に直交する平面内で、2つの発光部(11A、11B)の発光点の重心とカップリングレンズ15の光軸とは一致しない。この場合には、余分な収差を残すこととなり、出力画像の画像品質を低下させる。
また、図13に示されるように、切り欠き部122の幅方向の両端面123におけるテーパ角θは、次の(2)式の関係が略満足されるように設定されている。この場合には、各当接面は、カップリングレンズ15の接平面となる。
Rcosθ=H ……(2)
例えば、R=2.3mm、H=0.3mmであれば、D=4.56mm、θ=82.5°である。また、R=2.3mm、H=1.0mmであれば、D=4.1mm、θ=64°である。
光源装置100は、一例として図14及び図15に示されるように、半導体レーザ素子11の各発光部を駆動制御するための光源駆動装置30を更に有している。この光源駆動装置30は、回路基板125に実装され、回路基板125を介して金属板120のいずれかの面に取り付けられている。
ホルダ110は、一例として図16に示されるように、W方向に延びる貫通孔111を有する円筒形状の部材であり、該貫通孔111の中に半導体レーザ素子11及びカップリングレンズ15とともに、金属板120が収容される。
ホルダ110の貫通孔111には、W方向に延びる溝112が形成されており、図17に示されるように、該溝112に金属板120が嵌合される。
開口板16は、開口部を有し、カップリングレンズ15を介した光束を整形する。ここでは、開口板16は、ホルダ110の貫通孔111の直径とほぼ同じ直径の円板状の部材であり、そのほぼ中央に開口部が形成されている。そして、この開口板16は、ホルダ110の貫通孔111の+W側端部に嵌合されている。
ホルダ110は、W方向に平行な軸回りに回動可能な状態で、光学ハウジングに直接的あるいは間接的に取り付けられている。例えば、光学ハウジングの壁面にホルダ110の外形よりもわずかに大きな開口部を設け、該開口部にホルダ110を嵌合させても良い。
そして、ホルダ110をW方向に平行な軸回りに回動させると、一例として図18〜図21に示されるように、発光部11Aから射出された光束(LBa)によって感光体ドラム1030の表面に形成される光スポット(Spa)と、発光部11Bから射出された光束(LBb)によって感光体ドラム1030の表面に形成される光スポット(Spb)との、副走査方向の間隔(ビームピッチ)を変化させることができる。なお、図19には、図18に対応する各光スポットが示され、図21には、図20に対応する各光スポットが示されている。
ここでは、ホルダ110は、出荷前の調整工程において、ビームピッチが所望のビームピッチとなるように回動(調整)され、その状態(調整後の状態)で固定されている。
図2に戻り、シリンドリカルレンズ17は、光源装置100からの光束、すなわち、開口板16の開口部を通過した光束を、ポリゴンミラー13の偏向反射面近傍にZ軸方向に関して結像する。ここでは、シリンドリカルレンズ17には、温度変化に起因する走査光学系の変化を補正するための光学的なパワーを有する回折面が設けられている。
半導体レーザ素子11とポリゴンミラー13との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ15とシリンドリカルレンズ17とから構成されている。
ポリゴンミラー13は、一例として4面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー13は、Z軸方向に平行な軸回りに等速回転しながら、シリンドリカルレンズ17からの光束を偏向する。
偏向器側走査レンズ11aは、ポリゴンミラー13で偏向された光束の光路上に配置されている。
像面側走査レンズ11bは、偏向器側走査レンズ11aを介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ11bを介した光束が感光体ドラム1030の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー13の回転に伴って感光体ドラム1030の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム1030上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム1030の回転方向が「副走査方向」である。
ポリゴンミラー13と感光体ドラム1030との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ11aと像面側走査レンズ11bとから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ11aと像面側走査レンズ11bの間の光路上、及び像面側走査レンズ11bと感光体ドラム1030の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも1つの折り返しミラーが配置されても良い。
光検知センサ18aには、ポリゴンミラー13で偏向され、走査光学系を介した光束のうち1走査における画像情報の書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー19aを介して入射する。
光検知センサ18bには、ポリゴンミラー13で偏向され、走査光学系を介した光束のうち1走査における画像情報の書き込み終了前の光束の一部が、光検知用ミラー19bを介して入射する。
各光検知センサはいずれも、受光量に応じた信号(光電変換信号)を出力する。
光源駆動装置30は、一例として図22に示されるように、画素クロック生成回路215、画像処理回路216、書込制御回路219、及び光源駆動回路221などを有している。なお、図22における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
画素クロック生成回路215は、光検知センサ18aの出力信号と光検知センサ18bの出力信号とから、各光検知センサの間を光束が走査するのに要した時間を求め、その時間に予め設定されている数のパルスが収まるように周波数を設定し、該周波数の画素クロック信号PCLKを生成する。ここで生成された画素クロック信号PCLKは、画像処理回路216及び書込制御回路219に供給される。また、光検知センサ18aの出力信号は、同期信号として書込制御回路219に出力される。
画像処理回路216は、プリンタ制御装置1060を介して上位装置から受信した画像情報をラスター展開するとともに、所定の中間調処理などを行った後、画素クロック信号PCLKを基準とした各画素の階調を表す画像データを発光部毎に作成する。そして、画像処理回路216は、光検知センサ18aの出力信号に基づいて走査開始を検出すると、画素クロック信号PCLKに同期して画像データを書込制御回路219に出力する。
書込制御回路219は、画像処理回路216からの画像データ、画素クロック生成回路215からの画素クロック信号PCLK及び同期信号に基づいて、発光部毎にパルス変調信号を生成する。
光源駆動回路221は、書込制御回路219からのパルス変調信号に基づいて、半導体レーザ素子11の各発光部(11A、11B)を駆動する。
以上の説明から明らかなように、本第1の実施形態に係る光源装置100では、金属板120によって板部材が構成され、カップリングレンズ15によってレンズが構成されている。
以上説明したように、本第1の実施形態に係る光源装置100によると、2つの発光部(11A、11B)を有する半導体レーザ素子11、該半導体レーザ素子11が実装される金属板120、各発光部から射出されるレーザ光の光路上に配置されたカップリングレンズ15を備えている。
半導体レーザ素子11は、金属板120の表面に平行なW方向に各発光部からレーザ光が射出されるように実装されている。金属板120は、半導体レーザ素子11が実装される領域の+W側に、幅が一定で+W方向に延びる切り欠き部122を有している。そして、カップリングレンズ15は、切り欠き部122における幅方向の両端部に当接されている。
この場合は、カップリングレンズ15は、切り欠き部122に当接された状態で、W方向に移動可能であり、半導体レーザ素子11との位置関係を調整することができる。
金属板120は、単純な形状の切り欠き部122を有し、曲げ等の特殊な加工を必要としないため、高い精度で所望の形状に加工することができる。また、カップリングレンズ15と半導体レーザ素子11との位置関係を調整するための特殊な機構は不要である。そこで、高コスト化及び大型化を招くことなく、半導体レーザ素子11とカップリングレンズ15との高精度な位置関係を実現することができる。
また、切り欠き部122の幅が、上記(1)式を満足するように設定されているため、光学性能を劣化させることなく、ホルダ110をW方向に平行な軸回りに回動させることができる。すなわち、波面収差の最も少ない状態を維持しつつ、ビームピッチの調整を行うことができる。
また、切り欠き部122の幅方向の両端面123は、半導体レーザ素子11が実装される一側の面から他側の面に向かって幅が狭くなるテーパを有している。これにより、カップリングレンズ15の保持精度を向上させることができる。
また、切り欠き部122の幅方向の両端面123におけるテーパ角θは、上記(2)式の関係を満足するように設定されている。この場合には、カップリングレンズ15の円柱状のコバ面に対して、金属板120の当接面が接平面となり、カップリングレンズ15の保持精度を更に向上させることができる。
また、半導体レーザ素子11が「フレームパッケージ」型の半導体レーザ素子(FPLD)であるため、低コスト化を図ることができる。
また、半導体レーザ素子11が実装される板部材として金属製の板部材を用いているため、半導体レーザ素子11の温度上昇を抑制することができ、安定したレーザ発振が可能となる。
本第1の実施形態に係る光走査装置1010は、光源装置100を有しているため、高コスト化及び大型化を招くことなく、高い精度の光走査を行うことが可能となる。
また、半導体レーザ素子11の各発光部を駆動制御するための光源駆動装置30が、金属板120に取り付けられているため、光学ハウジングの外壁に光源駆動装置30を取り付けるためのスペースが不要となり、光走査装置1010の薄型化、小型化を促進することができる。
また、半導体レーザ素子11が複数の発光部を有しているため、同時に複数の走査が可能となり、画像形成の高速化を図ることができる。
そして、本第1の実施形態に係るレーザプリンタ1000によると、光走査装置1010を備えているため、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能である。
また、半導体レーザ素子11が複数の発光部を有しているため、画像の高密度化を図ることができる。
また、本第1の実施形態によると、部品点数を増加させることなく高精度の光走査が可能な光走査装置を実現することができる。そのため、光走査装置の生産に関わる材料の使用量を増やす必要がなく、その結果として資源採掘量及びプラスチックゴミ排出量に関して環境負荷の増大を抑制することが可能となる。
なお、上記第1の実施形態において、図23及び図24に示されるように、切り欠き部122の幅方向の両端面123は、Z軸方向に平行であっても良い。すなわち、テーパが設けられていなくても良い。
また、上記第1の実施形態では、半導体レーザ素子11が2つの発光部を有する場合について説明したが、これに限らず、半導体レーザ素子11が1つあるいは3つ以上の発光部を有していても良い。なお、半導体レーザ素子11が1つの発光部を有する場合には、上記(1)式及び上記(2)式におけるHに代えて、該発光部の発光点と金属板120の+Z側の面とのZ軸方向に関する距離hが用いられる。
また、上記第1の実施形態では、開口板15が光源装置100に含まれる場合について説明したが、これに限らず、開口板15が光源装置100とは別に設けられても良い。
また、上記第1の実施形態では、走査光学系が2つの走査レンズを有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
また、上記第1の実施形態において、前記切り欠き部122に代えて、金属板120が、半導体レーザ素子11が実装される領域の+W側に、幅がDの開口部を有していても良い。
《第2の実施形態》
以下、本発明の第2の実施形態を図25〜図29を用いて説明する。図25には、第2の実施形態に係るカラープリンタ2000の概略構成が示されている。
以下、本発明の第2の実施形態を図25〜図29を用いて説明する。図25には、第2の実施形態に係るカラープリンタ2000の概略構成が示されている。
このカラープリンタ2000は、4色(ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー)を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置2010、4個の感光体ドラム(2030a、2030b、2030c、2030d)、4個のクリーニングユニット(2031a、2031b、2031c、2031d)、4個の帯電チャージャ(2032a、2032b、2032c、2032d)、4個の現像ローラ(2033a、2033b、2033c、2033d)、4個のトナーカートリッジ(2034a、2034b、2034c、2034d)、転写ベルト2040、定着ローラ2050、給紙コロ2054、レジストローラ対2056、排紙ローラ2058、給紙トレイ2060、排紙トレイ2070、通信制御装置2080、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置2090などを備えている。
なお、ここでは、xyz3次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をy軸方向、4つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をx軸方向として説明する。
通信制御装置2080は、ネットワークなどを介した上位装置(例えばパソコン)との双方向の通信を制御する。
各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図25における面内で矢印方向に回転するものとする。
感光体ドラム2030a、帯電チャージャ2032a、現像ローラ2033a、トナーカートリッジ2034a、及びクリーニングユニット2031aは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Kステーション」ともいう)を構成する。
感光体ドラム2030b、帯電チャージャ2032b、現像ローラ2033b、トナーカートリッジ2034b、及びクリーニングユニット2031bは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Cステーション」ともいう)を構成する。
感光体ドラム2030c、帯電チャージャ2032c、現像ローラ2033c、トナーカートリッジ2034c、及びクリーニングユニット2031cは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Mステーション」ともいう)を構成する。
感光体ドラム2030d、帯電チャージャ2032d、現像ローラ2033d、トナーカートリッジ2034d、及びクリーニングユニット2031dは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション(以下では、便宜上「Yステーション」ともいう)を構成する。
各帯電チャージャは、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。
光走査装置2010は、上位装置からの多色の画像情報(ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報)に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置2010の構成については後述する。
トナーカートリッジ2034aにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033aに供給される。トナーカートリッジ2034bにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033bに供給される。トナーカートリッジ2034cにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033cに供給される。トナーカートリッジ2034dにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033dに供給される。
各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像(以下、便宜上「トナー画像」という)は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト2040の方向に移動する。
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト2040上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
給紙トレイ2060には記録紙が格納されている。この給紙トレイ2060の近傍には給紙コロ2054が配置されており、該給紙コロ2054は、記録紙を給紙トレイ2060から1枚づつ取り出し、レジストローラ対2056に搬送する。該レジストローラ対2056は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト2040に向けて送り出す。これにより、転写ベルト2040上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着ローラ2050に送られる。
定着ローラ2050では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ2058を介して排紙トレイ2070に送られ、排紙トレイ2070上に順次スタックされる。
各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー(残留トナー)を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電チャージャに対向する位置に戻る。
次に、前記光走査装置2010の構成について説明する。
光走査装置2010は、一例として図26〜図29に示されるように、4つの光源装置(2200a、2200b、2200c、2200d)、4つのシリンドリカルレンズ(2204a、2204b、2204c、2204d)、ポリゴンミラー2104、2つの第1走査レンズ(2105a、2105b、2105c、2105d)、4つの第1折り返しミラー(2106a、2106b、2106c、2106d)、4つの第2走査レンズ(2107a、2107b、2107c、2107d)、4つの第2折り返しミラー(2108a1、2108b、2108c1、2108d)、及び2つの第3折り返しミラー(2108a2、2108c2)などを備えている。そして、これらは、不図示の光学ハウジングの所定位置に組み付けられている。
各光源装置は、いずれも前記光源装置100と同様な光源である。ここでは、光源装置2200bと光源装置2200cは、x軸方向に関して離れた位置に配置されている。そして、光源装置2200aは光源装置2200bの−z側に配置されている。また、光源装置2200dは光源装置2200cの−z側に配置されている。
便宜上、z軸方向からみたときに、コリメートレンズ2201a及びコリメートレンズ2201bの光軸に沿った方向を「w1方向」、コリメートレンズ2201c及びコリメートレンズ2201dの光軸に沿った方向を「w2方向」とする。
さらに、光源装置2200a及び光源装置2200bにおける主走査対応方向を「m1方向」、光源装置2200c及び光源装置2200dにおける主走査対応方向を「m2方向」とする。なお、各光源装置における副走査対応方向は、いずれもz軸方向と同じ方向である。
シリンドリカルレンズ2204aは、光源装置2200aから射出された光束(LBa)をポリゴンミラー2104の偏向反射面近傍にz軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ2204bは、光源装置2200bから射出された光束(LBb)をポリゴンミラー2104の偏向反射面近傍にz軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ2204cは、光源装置2200cから射出された光束(LBc)をポリゴンミラー2104の偏向反射面近傍にz軸方向に関して結像する。
シリンドリカルレンズ2204dは、光源装置2200dから射出された光束(LBd)をポリゴンミラー2104の偏向反射面近傍にz軸方向に関して結像する。
ポリゴンミラー2104は、z軸に平行な軸回りに回転する一段の4面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。
ここでは、シリンドリカルレンズ2204aからの光束(光束LBa)及びシリンドリカルレンズ2204bからの光束(光束LBb)は、ポリゴンミラー2104における−x側に位置する偏向反射面に入射する。
一方、シリンドリカルレンズ2204cからの光束(光束LBc)及びシリンドリカルレンズ2204dからの光束(光束LBd)は、ポリゴンミラー2104における+x側に位置する偏向反射面に入射する。
そして、光束LBaが、w1方向に対して−z側に傾斜した方向から偏向反射面に入射するように、光源装置2200a及びシリンドリカルレンズ2204aが配置されている。また、光束LBbが、w1方向に対して+z側に傾斜した方向から偏向反射面に入射するように、光源装置2200b及びシリンドリカルレンズ2204bが配置されている。
さらに、光束LBcが、w2方向に対して+z側に傾斜した方向から偏向反射面に入射するように、光源装置2200c及びシリンドリカルレンズ2204cが配置されている。また、光束LBdが、w2方向に対して−z側に傾斜した方向から偏向反射面に入射するように、光源装置2200d及びシリンドリカルレンズ2204dが配置されている。
すなわち、光束LBa、光束LBb、光束LBc、及び光束LBdは、偏向反射面に斜入射される。
そして、シリンドリカルレンズ2204aからの光束(光束LBa)及びシリンドリカルレンズ2204bからの光束(光束LBb)は、ポリゴンミラー2104の−x側に偏向される。一方、シリンドリカルレンズ2204cからの光束(光束LBc)及びシリンドリカルレンズ2204dからの光束(光束LBd)は、ポリゴンミラー2104の+x側に偏向される。
第1走査レンズ2105Aは、ポリゴンミラー2104の−x側に配置され、第1走査レンズ2105Bは、ポリゴンミラー2104の+x側に配置されている。
そこで、ポリゴンミラー2104で偏向された光束LBaは、第1走査レンズ2105A、第1折返しミラー2106a、第2走査レンズ2107a、第2折返しミラー2108a1、第3折返しミラー2108a2を介して、感光体ドラム2030aに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030aの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030a上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030aでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030aの回転方向が、感光体ドラム2030aでの「副走査方向」である。
また、ポリゴンミラー2104で偏向された光束LBbは、第1走査レンズ2105A、第1折り返しミラー2106b、第2走査レンズ2107b、第2折り返しミラー2108bを介して、感光体ドラム2030bに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030bの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030b上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030bでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030bの回転方向が、感光体ドラム2030bでの「副走査方向」である。
また、ポリゴンミラー2104で偏向された光束LBcは、第1走査レンズ2105B、第1折り返しミラー2106c、第2走査レンズ2107c、第2折り返しミラー2108c1、第3折り返しミラー2108c2を介して、感光体ドラム2030cに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030cの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030c上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030cでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030cの回転方向が、感光体ドラム2030cでの「副走査方向」である。
また、ポリゴンミラー2104で偏向された光束LBdは、第1走査レンズ2105B、第2走査レンズ2107d、第1折り返しミラー2106d、第2折り返しミラー2108dを介して、感光体ドラム2030dに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030dの長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム2030d上を走査する。このときの光スポットの移動方向が、感光体ドラム2030dでの「主走査方向」であり、感光体ドラム2030dの回転方向が、感光体ドラム2030dでの「副走査方向」である。
ここでは、各ステーションでは、ポリゴンミラー2104から被走査面までの光路長は、それぞれ同じである。
ポリゴンミラー2104と各感光体ドラムとの間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。
本第2の実施形態では、第1走査レンズ2105Aと第2走査レンズ2107aと第1折り返しミラー2106aと第2折り返しミラー2108a1と第3折り返しミラー2108a2とから、Kステーションの走査光学系が構成されている。
また、第1走査レンズ2105Aと第2走査レンズ2107bと第1折り返しミラー2106bと第2折り返しミラー2108bとから、Cステーションの走査光学系が構成されている。
また、第1走査レンズ2105Bと第2走査レンズ2107cと第1折り返しミラー2106cと第2折り返しミラー2108c1と第3折り返しミラー2108c2とからMステーションの走査光学系が構成されている。
また、第1走査レンズ2105Bと第2走査レンズ2107dと第1折り返しミラー2106dと第2折り返しミラー2108dとから、Yステーションの走査光学系が構成されている。
ここでは、各第2走査レンズは、副走査方向に強い屈折力を持つ走査レンズである。
以上説明したように、本第2の実施形態に係る光走査装置2010によると、4つの光源装置(2200a、2200b、2200c、2200d)、4つのシリンドリカルレンズ(2204a、2204b、2204c、2204d)、ポリゴンミラー2104、2つの第1走査レンズ(2105A、2105B)及び4つの第2走査レンズ(2107a、2107b、2107c、2107d)を備えている。
各光源装置は、いずれも前記光源装置100と同様な光源であるため、高コスト化及び大型化を招くことなく、高い精度の光走査を行うことが可能となる。
また、4つの光束(光束LBa、光束LBb、光束LBc、光束LBd)が、ポリゴンミラー2104に斜入射されているため、ポリゴンミラー2104では、偏向反射面を多段化する必要がない。また、各第1走査レンズが、それぞれ2つの光束で共用されているため、走査レンズの枚数を減らすことができる。これにより、光走査装置の簡素化及び更なる小型化を図ることができる。
そして、本第2の実施形態に係るカラープリンタ2000によると、光走査装置2010を備えているため、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能である。
《第3の実施形態》
以下、本発明の第3の実施形態を図30〜図33を用いて説明する。この第3の実施形態は、前述した第2の実施形態において、前記光走査装置2010に代えて、4つの光束(光束LBa、光束LBb、光束LBc、光束LBd)が、ポリゴンミラー2104における同一の偏向反射面に入射する光走査装置2010Aを用いる点に特徴を有する。その他の構成は、第2の実施形態と同様である。従って、以下においては、第2の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第2の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
以下、本発明の第3の実施形態を図30〜図33を用いて説明する。この第3の実施形態は、前述した第2の実施形態において、前記光走査装置2010に代えて、4つの光束(光束LBa、光束LBb、光束LBc、光束LBd)が、ポリゴンミラー2104における同一の偏向反射面に入射する光走査装置2010Aを用いる点に特徴を有する。その他の構成は、第2の実施形態と同様である。従って、以下においては、第2の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、第2の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
光走査装置2010Aは、一例として図30〜図33に示されるように、4つの光源装置(2200a、2200b、2200c、2200d)、入射ミラー2210、シリンドリカルレンズ2204、ポリゴンミラー2104、第1走査レンズ2105、4つの第1折り返しミラー(2106a、2106b、2106c、2106d)、4つの第2走査レンズ(2107a、2107b、2107c、2107d)、及び3つの第2折り返しミラー(2108a、2108b、2108c)などを備えている。そして、これらは、不図示の光学ハウジングの所定位置に組み付けられている。
各光源装置は、いずれも前記光源装置100と同様な光源である。ここでは、z軸方向からみたときに、光源装置2200aと光源装置2200cは、異なる位置に配置されている。そして、光源装置2200bは光源装置2200aの−z側に配置されている。また、光源装置2200dは光源装置2200cの−z側に配置されている。
また、便宜上、z軸方向からみたときに、光源装置2200a及び光源装置2200bから射出される光束の主光線の進行方向を「w1´方向」、光源装置2200c及び光源装置2200dから射出される光束の主光線の進行方向を「w2´方向」とする。また、光源装置2200a及び光源装置2200bにおける主走査対応方向を「m1´方向」、光源装置2200c及び光源装置2200dにおける主走査対応方向を「m2´方向」とする。なお、各光源装置における副走査対応方向は、いずれもz軸方向と同じ方向である。
入射ミラー2210は、光源装置2200a及び光源装置2200bから射出された各光束の光路を、ポリゴンミラー2104に向かう方向に折り返す。
4つの光束(光束LBa、光束LBb、光束LBc、光束LBd)は、互いに異なる斜入射角で、ポリゴンミラー2104における同一の偏向反射面(ここでは、+x側の偏向反射面)に入射する。
第1走査レンズ2105は、ポリゴンミラー2104で偏向された複数の光束(LBa、LBb、LBc、LBd)の光路上に配置されている。
そして、第1走査レンズ2105を介した光束LBaは、折返しミラー2106a、第2走査レンズ2107a、及び折返しミラー2108aを介して、感光体ドラム2030aに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030aの長手方向に移動する。
また、第1走査レンズ2105を介した光束LBbは、折返しミラー2106b、第2走査レンズ2107b、及び折返しミラー2108bを介して、感光体ドラム2030bに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030bの長手方向に移動する。
また、第1走査レンズ2105を介した光束LBcは、折返しミラー2106c、第2走査レンズ2107c、及び折返しミラー2108cを介して、感光体ドラム2030cに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030cの長手方向に移動する。
また、第1走査レンズ2105を介した光束LBdは、第2走査レンズ2107d及び折返しミラー2106dを介して、感光体ドラム2030dに照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー2104の回転に伴って感光体ドラム2030dの長手方向に移動する。
以上説明したように、本第3の実施形態に係る光走査装置2010Aによると、4つの光源装置(2200a、2200b、2200c、2200d)、シリンドリカルレンズ2204、ポリゴンミラー2104、第1走査レンズ2105及び4つの第2走査レンズ(2107a、2107b、2107c、2107d)を備えている。
各光源装置は、いずれも前記光源装置100と同様な光源であるため、高コスト化及び大型化を招くことなく、高い精度の光走査を行うことが可能となる。
また、第1走査レンズが、4つの光束で共用されているため、上記第2の実施形態よりも更に走査レンズの枚数を減らすことができる。これにより、光走査装置の更なる簡素化及び小型化を図ることができる。
そして、本第3の実施形態に係る光走査装置2010Aを備えたカラープリンタは、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成することが可能である。
なお、上記各実施形態では、像担持体がドラム状の場合について説明したが、これに限らず、シート状やベルト状であっても良い。例えば、シート状の光導電性の感光体として酸化亜鉛紙を用いても良い。
また、上記各実施形態では、画像形成装置としてプリンタの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機であっても良い。
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で転写対象物としての印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、CTスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体(ポジの印画紙)を用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により可視画像を直接、像担持体に形成することができる。
以上説明したように、本発明の光源装置によれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、半導体レーザ素子とレンズとの高精度な位置関係を実現するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、高精度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成するのに適している。
11…半導体レーザ素子、11A…発光部、11B…発光部、11a…偏向器側走査レンズ(走査光学系の一部)、11b…像面側走査レンズ(走査光学系の一部)、13…ポリゴンミラー(偏向器)、15…カップリングレンズ(レンズ)、30…光源駆動装置(駆動回路)、100…光源装置、120…金属板(板部材)、122…切り欠き部、1000…レーザプリンタ(画像形成装置)、1010…光走査装置、1030…感光体ドラム(像担持体)、2000…カラープリンタ(画像形成装置)、2010…光走査装置、2010A…光走査装置、2030a〜2030d…感光体ドラム(像担持体)、2104…ポリゴンミラー(偏向器)、2105…第1走査レンズ(走査光学系の一部)、2105A…第1走査レンズ(走査光学系の一部)、2105B……第1走査レンズ(走査光学系の一部)、2107a〜2107d…第2走査レンズ(走査光学系の一部)、2200a〜2200d…光源装置。
Claims (12)
- 少なくとも1つの発光点を有する半導体レーザ素子と;
前記半導体レーザ素子が実装される板部材と;
前記半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の光路上に配置されたレンズと;を備え、
前記半導体レーザ素子は、前記板部材の表面に平行な第1の方向にレーザ光が射出されるように実装され、
前記板部材は、前記半導体レーザ素子が実装される領域の前記第1の方向側に、幅が一定で前記第1の方向に延びる切り欠き部を有し、
前記レンズは、前記切り欠き部における幅方向である第2の方向の両端部に当接されていることを特徴とする光源装置。 - 前記半導体レーザ素子は、それぞれ同一の方向にレーザ光を射出する複数の発光点を有し、
前記レンズの外形は、前記第1の方向から見たとき、半径Rの円形状であり、
前記切り欠き部の幅D、前記第1の方向及び前記第2の方向のいずれにも直交する第3の方向に関する、前記レンズの当接位置と前記複数の発光点の重心との距離Hを用いて、
D2=4(R2−H2)の関係が満足されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記切り欠き部における前記幅方向の両端面は、前記半導体レーザ素子が実装される一側の面から他側の面に向かって幅が狭くなるテーパを有することを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記テーパの角度θは、Rcosθ=Hの関係を満足していることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。
- 前記半導体レーザ素子は、1つの発光点を有し、
前記レンズの外形は、前記第1の方向から見たとき、半径Rの円形状であり、
前記切り欠き部の幅D、前記第1の方向及び前記第2の方向のいずれにも直交する第3の方向に関する、前記レンズの当接位置と前記発光点との距離hを用いて、
D2=4(R2−h2)の関係が満足されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記切り欠き部における前記幅方向の両端面は、前記半導体レーザ素子が実装される一側の面から他側の面に向かって幅が狭くなるテーパを有することを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記テーパの角度θは、Rcosθ=hの関係を満足していることを特徴とする請求項6に記載の光源装置。
- 前記半導体レーザ素子を駆動するための駆動回路を更に備え、
前記駆動回路は、前記板部材に実装されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源装置。 - 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の光源装置と;
前記光源装置からの光束を偏向する偏向器と;
前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と;を備える光走査装置。 - 前記偏向器は、偏向反射面を主走査方向に直交する回転軸回りに回転させて前記光源装置からの光束を偏向し、
前記光源装置における板部材は、前記偏向器の回転軸に直交する平面に対して傾斜していることを特徴とする請求項9に記載の光走査装置。 - 少なくとも1つの像担持体と;
前記少なくとも1つの像担持体を画像情報が含まれる光束により走査する少なくとも1つの請求項9又は10に記載の光走査装置と;を備える画像形成装置。 - 前記画像情報は、多色の画像情報であることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009071078A JP2010224197A (ja) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | 光源装置、光走査装置及び画像形成装置 |
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JP2010224197A true JP2010224197A (ja) | 2010-10-07 |
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JP2009071078A Pending JP2010224197A (ja) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | 光源装置、光走査装置及び画像形成装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010283228A (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Ricoh Co Ltd | マルチビーム光源装置、光走査装置、及び、画像形成装置 |
JP2019159222A (ja) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | キヤノン株式会社 | 光走査装置及び画像形成装置 |
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2009
- 2009-03-24 JP JP2009071078A patent/JP2010224197A/ja active Pending
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JP7030576B2 (ja) | 2018-03-16 | 2022-03-07 | キヤノン株式会社 | 光走査装置及び画像形成装置 |
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