JP2011017846A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップすることなくコンパクト化を図ることができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光走査装置１６は、光源（レーザ発光部１００）から射出された光ビームを偏向走査する偏向器（ポリゴンミラー１９）と、偏向器で偏向された光ビームを被走査面Ｆ上に結像する結像光学系（ｆθレンズ２０、補正レンズ２１等）と、光ビームを検知する光センサ１０２と、光ビームの走査範囲のうち画像形成に利用される有効走査領域Ａから外れた光ビームを光センサ１０２に反射させる第１反射ミラー１０１を備えている。そして、第１反射ミラー１０１と光センサ１０２は、第１反射ミラー１０１で反射された光ビームが、結像光学系を構成する光学素子のうち正の屈折力を有するレンズ（補正レンズ２１）の有効走査領域Ａ１を通って光センサ１０２に到達するように、配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、偏向器により偏向される光ビームを検知する光センサを備える光走査装置と、この光走査装置を備える画像形成装置に関する。

一般に、レーザダイオードから射出された光ビームをポリゴンミラー（偏向器）によって偏向走査することで、帯電した感光ドラム表面に画像（静電潜像）を描画する光走査装置が知られている。このような光走査装置では、ポリゴンミラーにより偏向される光ビームの走査範囲のうち画像形成に利用される有効走査領域から外れた位置（非有効走査領域）に、光ビームを検知する光センサが設けられている。これにより、ポリゴンミラーによって走査された光ビームが光センサを通過する際に当該光センサで検知されて、同期検知信号が生成され、この同期検知信号を基にして光ビームの変調タイミング（明滅のタイミング）を補正することで、感光ドラム上に正確な書き出し位置で画像が形成される。

ところで、このような光センサを備える光走査装置では、光センサに至る光ビームが光センサに届く時点である程度集光していないと、同期検知信号にブレが生じて、印字線の揺らぎ（画像のずれ）が発生してしまう。この問題を解決する手段としては、従来、特許文献１や特許文献２に開示された技術がある。

特許文献１の技術では、図５に示すように、ポリゴンミラーＰＭにより偏向された光ビームを感光ドラム（被走査面Ｆ）上に集光させる補正レンズＲを使って光センサＳに光ビームを集光させている。具体的には、長尺状の補正レンズＲの一端側（非有効走査領域Ｂ：ドットがない部分）を通って出てくる光ビームを、反射ミラーＭによって光センサＳに反射させることで、光ビームを光センサＳに集光している。

また、特許文献２の技術では、図６に示すように、補正レンズＲとは別の専用レンズＳＲを使って光センサＳに光ビームを集光させている。具体的には、光ビームが長尺状の補正レンズＲの非有効走査領域Ｂに入る前に、光ビームを反射ミラーＭによって反射させて専用レンズＳＲに入射させることで、この専用レンズＳＲを介して光ビームを光センサＳに集光している。

特開２００６−２５１２４２号公報 特開２００６−２８４７０７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、長尺状の補正レンズＲの後方（光ビームの進行方向における下流側）に反射ミラーＭを配置するので、補正レンズＲの後方に大きな光路スペース（反射ミラーＭ等を設置するスペース）が必要になるといった問題があった。すなわち、補正レンズＲの出口面から反射ミラーＭまでの距離と、反射ミラーＭから光センサＳまでの距離とを足し合わせた距離が、補正レンズＲの出口面から被走査面Ｆまでの距離Ｌ１となるように反射ミラーＭや光センサＳを配置しなければならず、光路スペースが大きくなってしまうといった問題があった。また、特許文献１の技術では、補正レンズＲの出口面から被走査面Ｆまでの距離Ｌ１に対応した距離だけ、光センサＳを反射ミラーＭから離さなければならないので、反射ミラーＭから光センサＳまでの距離が長くなり、集光位置の精度が悪化するといった問題もあった。

これに対し、特許文献２の技術では、反射ミラーＭを補正レンズＲの前方に配置するので、補正レンズＲよりも後方の光路スペースを小さくすることができるが、結像光学系とは別の専用レンズＳＲを設けるので、部品点数が増え、その分コストアップとなる問題があった。

そこで、本発明は、コストアップすることなくコンパクト化を図ることができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、光源と、前記光源から射出された光ビームを偏向走査する偏向器と、前記偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に結像する結像光学系と、光ビームを検知する光センサと、前記偏向器により偏向される光ビームの走査範囲のうち画像形成に利用される有効走査領域から外れた光ビームを前記光センサに反射させる第１反射ミラーと、を備えた光走査装置において、前記第１反射ミラーで反射された光ビームが、前記結像光学系を構成する光学素子のうち正の屈折力を有するレンズの有効走査領域を通って前記光センサに到達するように、前記第１反射ミラーと前記光センサが配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、結像光学系を構成するレンズ、すなわち既存のレンズを利用して光センサに射出する光ビームを絞ることができるので、従来のように専用レンズを別途設けるものに比べ、コストアップを抑えることができる。また、光ビームを有効走査領域の一方からレンズの有効走査領域を通して他方に射出させることで、レンズの見かけ上の曲率半径が小さくなるので、レンズの出口面から光の焦点（光センサ）までの距離を短くすることができ、コンパクト化を図ることができる。

本発明によれば、専用レンズが不要であり、かつ、レンズから光センサまでの距離を短くできるので、コストアップすることなくコンパクト化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザプリンタを示す側断面図である。 光走査装置を簡略的に示す説明図である。 補正レンズの正規の断面形状を示す断面図（ａ）と、正規の断面形状に対して斜めに入射された光ビームに沿って切った断面形状を示す断面図（ｂ）である。 補正レンズに検知用の光ビームを２回通す形態を示す説明図である。 補正レンズの下流側に反射ミラーおよび光センサを設けた従来の形態を示す説明図である。 専用レンズで光センサに光ビームを集光させる従来の形態を示す説明図である。

＜レーザプリンタの全体構成＞
最初に、レーザプリンタの全体構成について簡単に説明する。図１に示すように、レーザプリンタ１は、本体ケーシング２内に用紙３を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された用紙３に画像を形成するための画像形成部５などを備えている。

フィーダ部４は、本体ケーシング２内の底部に着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７を備えている。また、フィーダ部４は、給紙トレイ６の一端側端部の上方に設けられる給紙ローラ８および給紙パット９と、紙粉取りローラ１０，１１と、レジストローラ１２とを備えている。

そして、このフィーダ部４では、給紙トレイ６内の用紙３が、用紙押圧板７によって給紙ローラ８側に寄せられ、この給紙ローラ８および給紙パット９で送り出されて各種ローラ１０〜１２を通った後一枚ずつ画像形成部５に搬送される。

画像形成部５は、光走査装置１６、プロセスカートリッジ１７、定着装置１８などを備えている。

光走査装置１６は、本体ケーシング２内の上部に設けられ、光源の一例としてのレーザ発光部１００（図２参照）と、偏向器の一例としてのポリゴンミラー１９と、結像光学系を構成する光学素子の一例としてのｆθレンズ２０、補正レンズ２１および折り返しミラー２２，２３，２４とを備えている。レーザ発光部１００から射出される画像データに基づく光ビームは、鎖線で示すように、ポリゴンミラー１９、ｆθレンズ２０、折り返しミラー２２，２３、補正レンズ２１、折り返しミラー２４の順に通過あるいは反射して、プロセスカートリッジ１７の感光ドラム２７の表面上に高速走査にて照射される。なお、光走査装置１６の詳細は、後で詳述する。

プロセスカートリッジ１７は、光走査装置１６の下方に配設され、本体ケーシング２に対して着脱自在に装着される構造となっている。そして、このプロセスカートリッジ１７は、感光ドラム２７、帯電器２９、転写ローラ３０、現像ローラ３１、層厚規制ブレード３２、供給ローラ３３およびトナーホッパ３４を備えている。

このプロセスカートリッジ１７では、トナーホッパ３４内のトナーが供給ローラ３３の回転により、現像ローラ３１に供給され、このとき、供給ローラ３３と現像ローラ３１との間で正に摩擦帯電される。現像ローラ３１上に供給されたトナーは、現像ローラ３１の回転に伴って、層厚規制ブレード３２と現像ローラ３１との間に進入し、一定厚さの薄層として現像ローラ３１上に担持される。

一方、回転する感光ドラム２７の表面は、帯電器２９により一様に帯電された後、光走査装置１６からの光ビームの高速走査により露光される。これにより、露光された部分の電位が下がって、画像データに基づく静電潜像が形成される。

次いで、現像ローラ３１の回転により、現像ローラ３１上に担持されているトナーが、感光ドラム２７の表面上に形成される静電潜像に供給されて、感光ドラム２７の表面上にトナー像が形成される。その後、感光ドラム２７と転写ローラ３０の間で用紙３が搬送されることで、感光ドラム２７の表面に担持されているトナー像が用紙３上に転写される。

定着装置１８は、プロセスカートリッジ１７の下流側に配設され、加熱ローラ４１と、加熱ローラ４１に向けて押圧される加圧ローラ４２と、１対の搬送ローラ４３とを備えている。そして、この定着装置１８では、用紙３上に転写されたトナー像を、用紙３が加熱ローラ４１と加圧ローラ４２との間を通過する間に熱定着させる。その後、用紙３は、搬送ローラ４３によって、排紙パス４４に搬送される。なお、排紙パス４４に送られた用紙３は、排紙ローラ４５によって排紙トレイ４６上に排紙される。

＜光走査装置１６の構造の詳細＞
次に、本発明の特徴部分となる光走査装置１６の詳細について説明する。なお、図２においては、説明の便宜上、図１の光走査装置１６から各折り返しミラー２２〜２４を省略して、各レンズ２０，２１や被走査面Ｆ（感光ドラム２７の周面のうち光ビームが走査される面）を略同一平面に展開し、簡略化して示している。また、以下の説明では、光ビームを被走査面Ｆ上に走査させる方向（左右方向）を「主走査方向」と呼び、この主走査方向と光ビームの光軸とに直交する方向（被走査面Ｆの移動方向）を「副走査方向」と呼ぶこととする。

図２に示すように、光走査装置１６は、前述したレーザ発光部１００、ポリゴンミラー１９、ｆθレンズ２０および補正レンズ２１等を備える他、第１反射ミラー１０１と、光センサ１０２とを備えている。

レーザ発光部１００は、光ビームを射出する装置であり、図示せぬ制御装置により画像データに基づいて適宜明滅するように制御されている。具体的には、後述する光センサ１０２で光ビームが検知された後、所定時間後に画像データに基づく明滅制御が開始されることで、被走査面Ｆにおける書き出しの位置を一定に揃えることが可能となっている。レーザ発光部１００から射出された光ビームは、カップリングレンズ２０１やアパーチャ２０２で整形され、副走査方向に正の屈折力を有するシリンダレンズ２０３によりポリゴンミラー反射点近傍で線状に結像される。

ポリゴンミラー１９は、図示せぬ駆動モータにより駆動されて等角速度で高速回転する多面鏡であり、レーザ発光部１００から射出された光ビームを等角速度で偏向走査している。具体的には、ポリゴンミラー１９は、図示時計回りに回転することで、光ビームを被走査面Ｆ上の図示左側から図示右側へ走査している。

なお、以下の説明では、ポリゴンミラー１９により偏向される光ビームの走査範囲のうち画像形成に利用される範囲（図にドットで示す範囲）を、有効走査領域Ａと呼ぶこととする。具体的に、この有効走査領域Ａとは、前述した画像データに基づく明滅制御が開始されてから終了されるまでの間に光ビームで走査される領域をいう。

ｆθレンズ２０は、ポリゴンミラー１９によって等角速度で偏向される光ビームを、被走査面Ｆ上で等速度運動させるように作用するレンズである。

補正レンズ２１は、副走査方向に正の屈折力を有する（光ビームを絞る）レンズであり、図３（ａ）に示すように、副走査方向における中央部が光ビームの進行方向下流側に突出するような凸レンズとなっている。そして、この補正レンズ２１で絞られた光ビームは、被走査面Ｆ上に結像（集光）されるようになっている。

また、この補正レンズ２１は、ポリゴンミラー１９の面倒れ（鏡面の向き、すなわち鏡面の法線が副走査方向に傾くこと）を補正する機能も有している。すなわち、ポリゴンミラー１９により偏向・反射された光ビームが補正レンズ２１の副走査方向における中心から副走査方向にずれて入射してきた場合であっても、補正レンズ２１を通った光ビームは、被走査面Ｆ上では副走査方向において一定の位置に結像される。

第１反射ミラー１０１は、光ビームを反射するミラーであり、有効走査領域Ａよりも図示左側（主走査方向の一方）に外れた位置であって、補正レンズ２１よりも光ビームの進行方向における上流側に配置されている。そして、この第1反射ミラー１０１は、反射した光ビームが補正レンズ２１の有効走査領域Ａ１を通って光センサ１０２に到達するような向きに向けられている。ここで、「補正レンズ２１の有効走査領域Ａ１」とは、補正レンズ２１のうち、有効走査領域Ａを走査するレーザ光が通る部分をいい、図に大きなドットで示している。

光センサ１０２は、光ビームを検知するセンサであり、第1反射ミラー１０１とは補正レンズ２１の有効走査領域Ａ１を挟んだ反対側に配置されている。詳しくは、光センサ１０２は、有効走査領域Ａよりも図示右側（主走査方向の他方）に外れた位置であって、補正レンズ２１よりも光ビームの進行方向における下流側に配置されている。

そして、以上のように第１反射ミラー１０１と光センサ１０２が配置されることによって、第１反射ミラー１０１で反射された光ビームが補正レンズ２１を通るときの補正レンズ２１の見かけ上の曲率半径が、図３（ａ）に示す正規の断面形状の曲率半径よりも、図３（ｂ）に示すように小さくなる。ここで、正規の断面形状とは、ポリゴンミラー１９で偏向された光ビームがｆθレンズ２０のみを通って補正レンズ２１に入射されるときの断面形状をいい、より詳しくは、ｆθレンズ２０を通ってきた光ビームを被走査面Ｆの位置で集光させるような断面形状をいう。

そのため、例えば第１反射ミラー１０１を設けない場合には、光ビームは図に２点鎖線で示すようなルートを通るので、補正レンズ２１の曲率半径は、距離Ｌ１だけ離れた位置に集光させるための曲率半径となっている。これに対し、第１反射ミラー１０１を使って、光ビームを正規の断面形状に対して斜めに入射させると、図３（ｂ）に示すように、見かけ上の断面形状の曲率半径が正規の断面形状よりも小さくなる。

したがって、補正レンズ２１の出口面（下流側の面）から光センサ１０２（光の焦点）までの距離が、第１反射ミラー１０１を設けない場合の距離Ｌ１よりも短い距離Ｌ２になる。これにより、図５に示す従来技術のように補正レンズＲよりも下流側に反射ミラーＭを設けた場合には、補正レンズＲの出口面から反射ミラーＭまでの距離と、反射ミラーＭから光センサＳまでの距離との合計を距離Ｌ１にしなければならないが、本実施形態では補正レンズ２１の出口面から光センサ１０２までの距離を短くすることができる。

以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
結像光学系を構成する補正レンズ２１、すなわち既存の補正レンズ２１を利用して光センサ１０２に射出する光ビームを絞ることができるので、従来のように専用レンズＳＲを別途設けるものに比べ、コストアップを抑えることができる。また、光ビームを有効走査領域Ａの一方から補正レンズ２１の有効走査領域Ａ１を通して他方に射出させることで、補正レンズ２１の見かけ上の曲率半径が小さくなるので、補正レンズ２１の出口面から光センサ１０２までの距離を短くすることができ、光走査装置１６のコンパクト化、ひいてはレーザプリンタ１のコンパクト化を図ることができる。

補正レンズ２１の出口面から光センサ１０２までの距離を短くすることができるので、集光位置の精度も向上させることができる。

第１反射ミラー１０１と光センサ１０２を補正レンズ２１の有効走査領域Ａ１を挟んで配置したので、第１反射ミラー１０１で反射した光ビームを補正レンズ２１に１回通すだけの構成で済み、構造を簡易化することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。
前記実施形態では、第１反射ミラー１０１と光センサ１０２を補正レンズ２１の有効走査領域Ａ１を挟んで配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、補正レンズ２１の有効走査領域Ａ１を挟んで第１反射ミラー１０１とは反対側に第２反射ミラー１０３を設け、補正レンズ２１を挟んで第２反射ミラー１０３とは反対側に光センサ１０２を設けてもよい。

すなわち、第１反射ミラー１０１で反射された光ビームが、補正レンズ２１内の有効走査領域Ａ１を通って第２反射ミラー１０３で反射された後、補正レンズ２１を通って光センサ１０２に到達するように構成してもよい。なお、図４では、前記実施形態と同様の構造については、同一符号を付し、その説明を省略する。

この図４の構造によれば、補正レンズ２１の出口面から出た光ビームを第２反射ミラー１０３で反射して、再度補正レンズ２１に通すので、光ビームをさらに絞って、補正レンズ２１の出口面から光センサ１０２までの距離をさらに短くすることができる。そして、このように出口面からの距離がさらに短くなることで、図４に示すように、補正レンズ２１の後方に配置する第２反射ミラー１０３を前記実施形態（図２）の光センサ１０２の位置よりも補正レンズ２１寄りに寄せることができるので、さらなる小型化を図ることができる。

なお、図４では、第２反射ミラー１０３で反射した光ビームを補正レンズ２１の非有効走査領域Ｂ１に通したが、第２反射ミラー１０３で反射した光ビームを有効走査領域Ａ１に通してもよい。この場合には、第１反射ミラー１０１と同じ側（有効走査領域Ａの左側）に光センサ１０２を配置させればよい。

前記実施形態では、第１反射ミラー１０１を補正レンズ２１の上流側に配置したが、本発明はこれに限定されず、下流側に配置してもよい。この場合には、光センサ１０２を補正レンズ２１の上流側に配置すればよい。

前記実施形態では、偏向器としてポリゴンミラー１９を採用したが、本発明はこれに限定されず、例えばガルバノミラーなどを採用してもよい。また、反射ミラーとしては、光ビームを反射させるものであればどのようなものであってもよく、例えばプリズムなどを採用してもよい。

前記実施形態では、結像光学系を主にｆθレンズ２０とこの下流側に配置される補正レンズ２１とで構成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｆθレンズの上流側に補正レンズを配置した結像光学系を採用してもよいし、１つの補正レンズの代わりに２つの絞りレンズで光ビームを被走査面に集光させる結像光学系を採用してもよい。なお、後者の場合は、２つの絞りレンズのうちの少なくとも一方の有効走査領域に第１反射ミラーで反射した光ビームを通すように構成すればよい。
また、ｆθレンズ２０と補正レンズ２１の機能を単一のレンズで果たす、いわゆる１枚玉レンズを適用してもよい。

前記実施形態では、レーザプリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えば複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。
前記実施形態では、感光ドラム２７の表面を被走査面Ｆとしたが、例えば中間転写方式の場合には、中間転写ベルトの表面を被走査面としてもよい。

１ レーザプリンタ
１６ 光走査装置
１９ ポリゴンミラー
２０ ｆθレンズ
２１ 補正レンズ
２２，２３，２４ 折り返しミラー
２７ 感光ドラム
１００ レーザ発光部
１０１ 第１反射ミラー
１０２ 光センサ
１０３ 第２反射ミラー
Ａ 有効走査領域
Ａ１ 有効走査領域
Ｆ 被走査面

Claims (4)

1. 光源と、前記光源から射出された光ビームを偏向走査する偏向器と、前記偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に結像する結像光学系と、光ビームを検知する光センサと、前記偏向器により偏向される光ビームの走査範囲のうち画像形成に利用される有効走査領域から外れた光ビームを前記光センサに反射させる第１反射ミラーと、を備えた光走査装置において、
   前記第１反射ミラーで反射された光ビームが、前記結像光学系を構成する光学素子のうち正の屈折力を有するレンズの有効走査領域を通って前記光センサに到達するように、前記第１反射ミラーと前記光センサが配置されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記第１反射ミラーと前記光センサは、前記レンズの有効走査領域を挟んで配置されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記レンズの有効走査領域を挟んで前記第１反射ミラーとは反対側に設けられる第２反射ミラーをさらに備え、
   前記光センサは、前記レンズを挟んで前記第２反射ミラーとは反対側に設けられ、
   前記第１反射ミラーで反射された光ビームが、前記レンズ内の有効走査領域を通って前記第２反射ミラーで反射された後、前記レンズを通って前記光センサに到達するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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