JP2014106351A - 光走査装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から出射される複数の光の光路長を容易に調整することができる機構を簡単な構成で実現することが可能な光走査装置及びこの光走査装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】光走査装置３０は、複数の発光点４８がアレイ状に配置された光源３１と、コリメータレンズ４１と、反射ミラー２２とを備える。反射ミラー２２は、光源３１とコリメータレンズ４１との間に設けられており、回動可能なように支持されている。光源３１からコリメータレンズ４１に至る複数のビーム光の光路長が異なっていたとしても、反射ミラー２２を回動させることにより、全てのビーム光によるビームスポットのサイズを容易に均一に調整できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、予め定められた配列方向に沿って配列された複数の発光点から出射された光を走査する光走査装置及びこの光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置には、感光体に光を照射して感光体を露光させる光走査装置が備えられている。この光走査装置は、ビーム光などを出射する光源や、光源からのビーム光を平行光線に変換するコリメータレンズ、コリメータレンズからの平行光線を一方向に走査するポリゴンミラーなどを備えている。画像形成装置において画像形成速度を向上させるために、近年、複数のビーム光で感光体を走査するべく、複数の発光点が一方向にモノリシックに配列されたマルチビーム光源が用いられている（特許文献１参照）。このマルチビーム光源が用いられることにより、感光体に対して一度に複数のラインを走査することができる。

特開２００７−７９２９５号公報

しかしながら、前記マルチビーム光源における複数の発光点の実装精度如何によっては、光軸に直交する面に対して複数の発光点の配列面が傾斜することがある。この場合、光軸に対して傾斜した方向へビーム光が出射されることになる。前記複数の発光点それぞれから光軸に対して傾斜した方向へビーム光が出射されると、出射されるビーム光の光路長に差が生じ、感光体における各ビームスポットのサイズが不均一となり、安定した画質を得ることができない。

そこで、本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源から出射される複数の光の光路長を容易に調整することができる機構を簡単な構成で実現することが可能な光走査装置及びこの光走査装置を備えた画像形成装置を提供することである。

本発明は、予め定められた配列方向に沿って配列された複数の発光点を有する光源と、入射した光を平行光に変える光学手段と、前記光源と前記光学手段とを結ぶ光軸及び前記配列方向の双方に直交する軸を中心に回動可能に支持され、前記光源から出射された複数の光を前記光学手段へ向けて反射する反射部材と、を具備する光走査装置、及びこの光走査装置を備えた画像形成装置である。前記光源は、例えば、前記複数の発光点が同一基板上に形成されたマルチビームレーザーダイオードである。また、前記光学手段は、例えば、コリメータレンズである。

本発明によれば、反射部材を回転させるだけで、光源から出射される複数の光の光路長を容易に調整することができる。

本発明の実施形態に係る光走査装置を備えたプリンターの概略構成を示す断面図である。 光走査装置の構成を示す断面図である。 光走査装置が備える光学機器の配置構成を模式的に示す斜視図である。 光走査装置が備える反射ミラーの構成を模式的に示す模式図である。 反射ミラーの回動位置に応じたビーム光の光路を示す模式図である。

以下、適宜図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態は適宜変更できる。

［プリンター１０］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る光走査装置３０（本発明の光走査装置の一例）を備えるプリンター１０の概略構成について説明する。なお、プリンター１０が備える構成のうち以下で説明しない構成は、一般的な電子写真方式の画像形成装置と同じ構成であるため、本実施形態では当該構成に関する説明を省略する。また、光走査装置３０が適用される対象装置はプリンター１０に限られず、光走査装置３０は、ファクシミリ装置や、ファクシミリ機能及びプリント機能などの複数の機能を備えた複合機などにも適用可能である。

図１に示されるように、プリンター１０は、４つの画像形成ユニット１１、２つの光走査装置３０、中間転写ベルト１２、二次転写装置１３、給紙装置１４、定着装置１５、及び排紙部１６を備えている。また、プリンター１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを有する制御ユニット（不図示）や、各種の操作入力及び情報表示が行われる操作表示部（不図示）なども備えている。１つの光走査装置３０に対して２つの画像形成ユニット１１が対応しており、即ち、１つの光走査装置３０から２つの画像形成ユニット１１へ向けて光が走査される。光走査装置３０は、各画像形成ユニット１１の下方に配置されている。

なお、本実施形態では、４つの画像形成ユニット１１に対応する２つの光走査装置３０がプリンター１０に設けられた例について説明するが、例えば、４つの画像形成ユニット１１それぞれに対応するように４つの光走査装置が個別に設けられた構成や、４つの画像形成ユニット１１に対応可能な１つの光走査装置が設けられた構成であってもかまわない。

４つの画像形成ユニット１１は、図１の右から順にブラック、イエロー、シアン、マゼンタの４色に対応する一般的な電子写真方式のものである。それぞれの画像形成ユニット１１は、感光体ドラム１１Ａ、帯電装置１１Ｂ、現像装置１１Ｃ、一次転写ローラー１１Ｄ、クリーニング装置１１Ｅを備えている。

プリンター１０では、給紙装置１４から供給される印刷用紙に対して以下の手順で画像が形成される。まず、帯電装置１１Ｂにより感光体ドラム１１Ａが所定の電位に一様に帯電される。次に、光走査装置３０によって感光体ドラム１１Ａの表面に対して画像データに基づくビーム光が走査され、その表面に静電潜像が形成される。そして、現像装置１１Ｃによって感光体ドラム１１Ａ上の静電潜像がトナー像として現像される。その後、一次転写ローラー１１Ｄによって、図１中の矢印１９に示す方向へ走行される中間転写ベルト１２に、感光体ドラム１１Ａ上のトナー像が転写される。なお、中間転写ベルト１２にトナー像が転写されると、感光体ドラム１１Ａはクリーニング装置１１Ｅによってクリーニングされる。

このようにして各画像形成ユニット１１によって順に中間転写ベルト１２にトナー像が重ねて転写されると、中間転写ベルト１２にカラー像が形成される。そして、中間転写ベルト１２上のカラー像は、二次転写装置１３によって印刷用紙に転写される。その後、定着装置１５によって印刷用紙上のトナー像が溶融定着されると、その印刷用紙が排紙部１６に排出される。

［光走査装置３０］
次に、図２乃至図４を参照して、光走査装置３０について説明する。なお、図３には、理解を容易にするために、構成が簡素化された光走査装置３０が示されている。光走査装置３０は、感光体ドラム１１Ａへ向けてビーム光を出射して感光体ドラム１１Ａの表面をビーム光で走査するものである。図２及び図３に示されるように、光走査装置３０は、複数のビーム光を出射する光源３１（図３参照、本発明の光源の一例）、コリメータレンズ４１（図３参照、本発明の光学手段の一例）、ポリゴンミラー３２、モーター３３、ドライバー基板３４、ｆθレンズ３５Ａ、ｆθレンズ３５Ｂ、偏向ミラー３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ、及びこれらを収容するケース３９を備えている。また、光走査装置３０は、光源３１から出射された複数のビーム光をコリメータレンズ４１へ向けて反射する反射ミラー２２（図３参照、本発明の反射部材の一例、）を備えている。

光走査装置３０には、１つのポリゴンミラー３２に対して、光源３１、反射ミラー２２、コリメータレンズ４１、ｆθレンズ３５Ａ，３５Ｂ、偏向ミラー３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃがそれぞれ２組設けられている。なお、図３では、一組の光源３１、反射ミラー２２、コリメータレンズ４１、ｆθレンズ３５Ａ，３５Ｂ、及び偏向ミラー３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃが示されており、他の一組の図示が省略されている。

図２に示されるように、ケース３９は、ケース本体５１と蓋体５２とを有する。ケース本体５１は、上面が開放された底を有する箱状に形成されており、その上面に蓋体５２が覆うように構成されている。ケース本体５１は、その底面に沿って概ね平行な中板５４を有しており、この中板５４によってケース本体５１の内部が中板５４よりも上側の上層室５５と中板５４よりも下側の下層室５６とに隔てられている。本実施形態では、光源３１、反射ミラー２２、コリメータレンズ４１、モーター３３、ドライバー基板３４、ｆθレンズ３５Ａ，３５Ｂ、及び偏向ミラー３７Ａが上層室５５に設けられている。また、偏向ミラー３７Ｂ，３７Ｃが下層室５６に設けられている。

光源３１は、予め定められた配列方向に沿って配列された複数の発光点４８を有する。具体的には、光源３１は、８つの発光点４８が同一基板上に形成され、水平方向（主走査方向）へアレイ状に配置されたモノリシックマルチビームレーザーダイオードである。光源３１から出射されたビーム光は、反射ミラー２２によってコリメータレンズ４１へ向けて反射される。

反射ミラー２２は、光源３１とコリメータレンズ４１とを結ぶ光軸２８に直交し、且つ、８つの発光点４８が配列されている方向に直交する軸線２３（図３参照）を中心に回動可能に支持されている。具体的には、図４（Ａ）に示されるように、反射ミラー２２は、８つの発光点４８から出射される全てのビーム光を反射させる概ね正方形状の反射面２４と、反射面２４の外縁を保持する枠体２５と、枠体２５の下部の中央から下方に突出した回動軸２６とを有している。回動軸２６が、ケース３９の中板５４に設けられた軸孔に挿通されている。これにより、反射ミラー２２が回動軸２６を中心に回動可能なように中板に支持されている。

コリメータレンズ４１は、入射したビーム光の進行方向を予め定められた屈折率に基づいて変更する。具体的には、反射ミラー２２によって反射されたビーム光がコリメータレンズ４１に入射すると、コリメータレンズ４１は、入射したビーム光を平行光に変える。コリメータレンズ４１は、ケース３９の中板５４に設けられた固定部４４に設けられている。より詳細には、コリメータレンズ４１は、固定部４４の上面４２に接着剤などによって固定されている。コリメータレンズ４１は、後述するようにビーム光の光路長の調整やビームスポットの調整などが行われた後に、接着剤などによって固定部４４の上面４２に固定される。コリメータレンズ４１によって平行光にされた複数のビーム光は、ポリゴンミラー３２によって主走査方向に異なる位置と角度で光路下流側のｆθレンズ３５Ｂに入射する。

ポリゴンミラー３２は、アルミニウム製であって、コリメータレンズ４１を通ったビーム光を反射させる６つの反射面を有する回転多面境である。ポリゴンミラー３２は、平面視で正六角形状に形成されている。ポリゴンミラー３２の下方にモーター３３が設けられている。つまり、ポリゴンミラー３２は、モーター３３の鉛直上方に設けられている。モーター３３の出力軸にポリゴンミラー３２が連結されている。これにより、モーター３３がドライバー基板３４によって回転駆動されると、ポリゴンミラー３２が出力軸を回転中心軸として回転される。

ｆθレンズ３５Ａ，３５Ｂは、ポリゴンミラー３２で反射されて主走査方向へ走査されたビーム光を、被照射体である感光体ドラムの表面に集光させる。つまり、ｆθレンズ３５Ａ，３５Ｂは、ポリゴンミラー３２によって主走査方向へ走査されて等角運動されるレーザー光の焦点位置を感光体ドラムの表面上に結像させる。ｆθレンズ３５Ａ，３５Ｂは、ガラスや、無色透明なプラスチック（アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート）など素材により構成されたものであり、その表面は非球面形状に形成されている。具体的には、湾曲軸型トロイダル面などの自由曲面が採用されており、特定の量の湾曲収差を付加することによって、像面湾曲の低減、走査など速度性の向上、レンズ枚数低減が図られている。

図３に示されるように、偏向ミラー３７Ａは、ビーム光がポリゴンミラー３２によって走査される主走査方向（図２の紙面に垂直な方向）に沿って延びる長板状に形成されている。偏向ミラー３７Ａは、ｆθレンズ３５Ｂよりもビーム光の進行方向下流側であって、偏向ミラー３７Ｂよりも進行方向上流側に配置されている。

モーター３３によってポリゴンミラー３２が回転されると、光源３１（図３参照）から出射されたビーム光は、反射ミラー２２、コリメータレンズ４１を経てポリゴンミラー３２に到達し、ポリゴンミラー３２によって反射されて感光体ドラムの表面へ導かれる。詳細には、光源３１から水平方向へ出射されたビーム光は、ポリゴンミラー３２の回転によって随時反射角度が変化される反射面で反射されることにより、水平方向に走査される。そして、そのビーム光は、ｆθレンズ３５Ａ及びｆθレンズ３５Ｂを経て偏向ミラー３７Ａに到達する。偏向ミラー３７Ａに到達したビーム光は下方へ反射されて、中板５４に嵌め込まれた透明板５８を透過して偏向ミラー３７Ｂへ進み、更に、偏向ミラー３７Ｂ及び偏向ミラー３７Ｃで順次反射されて、感光体ドラム１１Ａの表面へ向かうように偏向される。偏向ミラー３７Ｃで反射されたビーム光は、中板５４に嵌め込まれた透明板５９及び蓋体５２に嵌め込まれた透明板６０を透過して感光体ドラムに到達し、感光体ドラムの表面で主走査方向（感光体ドラムの長手方向）へ走査される。

本実施形態では、図４（Ｂ）に示されるように、光源３１、反射ミラー２２、及びコリメータレンズ４２それぞれの中心を結ぶ光軸２８が垂直となるように光源３１、反射ミラー２２、及びコリメータレンズ４２が配置されている。光軸２８に沿って光源３１からビーム光が出射されると、反射ミラー２２が光軸２８に対して４５度に傾斜されている場合に、反射ミラー２２はビーム光をコリメータレンズ４１へ光軸２８に沿ってまっすぐに反射する。このようにビーム光が出射及び反射された場合は、光源３１からコリメータレンズ４１に至るまでのそれぞれのビーム光の光路長は等しくなる。したがって、光源３１において配列方向の両端に位置する発光点４８から出射されるビーム光それぞれの光路長Ｌ１，Ｌ２は同じ長さとなる。この場合、各ビーム光により形成される感光体ドラム上のビームスポットは、全て均一のサイズになる。

上述したように、光走査装置３０では、光源３１としてモノリシックマルチレーザーダイオードが用いられている。光源３１における発光点４８の実装精度は１０μｍ程度であり、そのため、光軸２８に直交する面に対して発光点４８の配列面が最大で２度程度傾斜することがある。前記配列面が傾斜すると、光源３１の発光点の位置誤差が生じる。例えば、熱クロストークの影響を抑えるために発光点４８の配列間隔を５０μｍとし、前記配列面が２度傾斜したと仮定した場合に、隣接する２つの発光点４８の発光点の位置誤差は１．７μｍ、連続する４つの発光点４８の両端の発光点の位置誤差は５．２μｍ、連続する８つの発光点４８の両端の発光点の位置誤差は１２．２μｍとなる。これらの位置誤差は、各ビーム光の発光点４８からコリメータレンズ４１までの光路長の差となって現れる。この光路長の差は、感光体ドラム上に形成される各ビームスポットのサイズが不均一になる原因であり、これにより、安定した画質を得ることができなくなる。このため、本実施形態の光走査装置３０は、反射ミラー２２を回動可能なものとしている。これにより、光走査装置３０の組立て時又は製造時において、反射ミラー２２を適宜の位置に動かしてビームスポットが均一となる位置を特定することが可能である。

以下、図５を参照して、発光点４８からコリメータレンズ４１までの光路長の差を軽減する調整方法について説明する。例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、発光点４８の配列面が光軸２８に直交する面に対して時計回転方向へ角度２θだけ傾いた状態であると仮定する。また、光源３１において配列方向の両端に配置された２つの発光点４８のビーム光のうち、反射ミラー２２までの到達距離が短いビーム光の光路長をＬ１１とし、反射ミラー２２までの到達距離が長いビーム光の光路長をＬ２１とする。この場合、光路長Ｌ１１は、光路長Ｌ２１よりも長くなる。

調整作業を行う作業者は、両端のビーム光のビームスポットのサイズが均一となるように、軸線２３を中心にして反射ミラー２２を回動させる。具体的には、発光点４８の配列面が光軸２８に直交する面に対して時計回転方向へ角度２θだけ傾いている場合は、図５（Ｂ）に示されるように、反射ミラー２２を軸線２３を中心にして時計回転方向へ角度θだけ回動させる。これにより、光路長Ｌ１１と光路長をＬ２１とを等しくすることができ、全てのビーム光によるビームスポットが均一になる。また、コリメータレンズ４１に対して垂直にビーム光を入射させることができる。ただし、実際には、発光点４８の配列面の傾斜角は不明であるため、作業者は、ビームスポットのサイズを確認しながら反射ミラー２２を回動する作業を行う。なお、作業者は、ビームスポットの形状やサイズを、感光体ドラム上のビームスポットを直接又は画面などで間接に目視で確認する。また、ビームスポットが均一となる位置が特定されると、その位置で反射ミラー２２が接着剤等の固定手段によって固定される。

［実施形態の作用効果］
このように光走査装置３０が構成されているため、光走査装置３０が組み上がった時点で、光源３１からコリメータレンズ４１に至る複数のビーム光の光路長が異なっていたとしても、反射ミラー２２を回動させることにより、全てのビーム光によるビームスポットのサイズを容易に均一に調整することが可能である。また、複雑な機構を採用することなく、光源３１とコリメータレンズ４１との間に反射ミラー２２を設けるだけで、上述の調整が可能となる。

なお、上述の実施形態では、本発明の光源として、モノリシックマルチレーザーダイオードで構成された光源３１を例示したが、このような光源に限られず、発光点４８がアレイ状に配置されたものであれば、本発明は適用可能である。また、本発明の光学手段としてコリメータレンズ４１を例示したが、入射したビーム光の進行方向を平行光などに変更する光学機器であれば、如何なるものであっても適用可能である。また、上述の実施形態では、反射ミラー２２を手動で回動させる手法を例示したが、例えば、反射ミラー２２の回動軸２６に連結されたモーターと、そのモーターを駆動制御するモータードライバとを光走査装置３０或いはプリンター１０に設けて、前記モーターを駆動制御することにより、反射ミラー２２を回動させるようにしてもよい。また、感光体ドラム上のビームスポットの形状やサイズの画像を撮像素子によって取得し、その画像をリアルタイムに解析しながら、全てのビームスポットのサイズが均一となる位置まで反射ミラー２２を自動的に回動させるように前記モーターを駆動制御する構成であってもよい。

１０：プリンター
２２：反射ミラー
２３：軸線
２６：回動軸
３０：光走査装置
３１：光源
３２：ポリゴンミラー
３５Ａ，３５Ｂ：ｆθレンズ
３９：ケース
４８：発光点
５２：蓋体

Claims (5)

1. 予め定められた配列方向に沿って配列された複数の発光点を有する光源と、
   入射した光を平行光に変える光学手段と、
   前記光源と前記光学手段とを結ぶ光軸及び前記配列方向の双方に直交する軸を中心に回動可能に支持され、前記光源から出射された複数の光を前記光学手段へ向けて反射する反射部材と、を具備する光走査装置。
2. 前記光源は、前記複数の発光点が同一基板上に形成されたマルチビームレーザーダイオードである請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光学手段は、コリメータレンズである請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記反射部材は、前記光源において前記配列方向の両端に配置された前記発光点それぞれから出射される各光の前記光学手段までの光路長が等しくなる回動位置で固定される請求項１から３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置を備えた画像形成装置。