JP2019174816A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光素子が誤検知することを抑制する。【解決手段】 光源１ａと、光源１ａから出射された光束Ｌを偏向する偏向手段５と、貫通穴２１を備える基板２０と、受光部１０を備え、基板２０に実装された受光部材６と、を有し、受光部材６が、偏向手段５で偏向され走査方向Ｘへ移動しつつ貫通穴２１へ入った光束Ｌを受光する光学走査装置１００において、受光部１０は、走査方向Ｘに関して、受光部材６の中央よりも下流側で、且つ、偏向手段５によって偏向され、貫通穴２１の内壁で反射した光束Ｌが入射しない位置に配置されている。【選択図】 図６

Description

本発明は、光束を偏向する光偏向器、光束の通過するタイミングを検知する検出手段を含む複数の光学系部品を備えた走査光学装置に関する。

従来のレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置は、画像信号に応じて光源から出射したレーザ光束を光変調し、光変調されたレーザ光束を例えば回転多面鏡からなる光偏向器で偏向走査している。偏向走査されたレーザ光束は、被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御するために、光検出手段（受光素子）としてのＢＤセンサに導かれる。その後、ｆθ特性を有する結像光学系などの走査レンズによって、感光性の記録媒体面上にスポット状に結像され、光走査を行う。光走査の書き出しタイミングは、ＢＤセンサがレーザ光束を検知したことに基づいて同期信号を発した所定時間後である。

特許文献１には、上述したようなＢＤセンサを回路基板上に実装した構成が開示されている。

特許第４１０９８７８号

特許文献１の構成では、ＢＤセンサの素子をスルーホール実装しているが、近年では、装置の小型化、低コスト化のために、ＢＤセンサなどの受光素子として表面実装用の素子を用いることが考えられている。受光素子を表面実装する場合、基板に素子を嵌め込む貫通穴を設け、貫通穴に入った光を受光素子で受光可能な構成としている。

しかし、上述したように基板に貫通穴を設けた構成の場合、光が貫通穴を通過する際、光の位置や向きによっては貫通穴の内壁面で反射した光が受光素子の受光部へ入射し、誤検知してしまうことがある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、受光素子が誤検知することを抑制することを目的とする。

光源と、前記光源から出射された光束を偏向する偏向手段と、貫通穴を備える基板と、受光部を備え、前記基板に実装された受光部材と、を有し、前記受光部材が、前記偏向手段で偏向され走査方向へ移動しつつ前記貫通穴へ入った前記光束を受光する光学走査装置において、前記受光部は、前記走査方向に関して、前記受光部材の中央よりも下流側で、且つ、前記偏向手段によって偏向され、前記貫通穴の内壁で反射した光束が入射しない位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、受光素子が誤検知することを抑制できる。

画像形成装置の概略断面図。 光学走査装置の概略斜視図。 光学走査装置のＢＤセンサ近傍の部分斜視図。 （ａ）ＢＤセンサの実装前の状態におけるＢＤセンサとそれが実装される基板との関係を示す斜視図、（ｂ）ＢＤセンサの実装後の状態におけるＢＤセンサとそれが実装される基板との関係を示す斜視図。 ＢＤセンサに入射するレーザ光束Ｌを図示した走査断面図。 点Ｂで反射したレーザ光束Ｌを図示した走査断面図。 別形態の光学走査装置の概略断面図。

＜第１実施形態＞
［画像形成装置］
図１は画像形成装置１０１を示す図である。後述する光学走査装置１００は光学台１０３に設置されている。光学台１０３は画像形成装置１０１の筐体の一部である。画像形成装置１０１には、画像形成手段である、プロセスカートリッジ１０８、その他に転写材Ｐを載置する給紙部１０４、給紙ローラ１０５、転写ローラ（転写手段）１０６、定着器（定着手段）１０７が設けられている。プロセスカートリッジ１０８には像担持体である感光ドラム（感光体）８、帯電ローラ１０８ａ、現像ローラ１０８ｂが備わっている。転写ローラ１０６と感光ドラム８は接触して転写ニップを形成している。

感光ドラム８は回転軸周りに回転しながら帯電ローラ１０８ａにより表面を帯電された後、光学走査装置１００がレーザ光を出射してその表面を走査して潜像を形成する。その後、現像ローラ１０８ｂにより表面にトナーを付着させられて、潜像がトナーによって現像されたトナー像となる。

一方、転写材Ｐは給紙部１０４から給紙ローラ１０５によって給送され、転写ローラ１０６により感光ドラム８上に形成されたトナー像が転写される。その後定着器１０７において転写材Ｐ上のトナー像は熱と圧力によって転写材Ｐに定着する。トナーが定着した転写材Ｐは排紙ローラ１１０によって画像形成装置１０１の外に出力される。

［光学走査装置］
次に光学走査装置１００について説明する。図２は光学走査装置１００の概略斜視図である。図３は光学走査装置１００のＢＤセンサ６近傍の斜視図である。半導体レーザユニット１はレーザ光束Ｌを出射する光源としての不図示の半導体レーザ１ａ及びその駆動回路１ｂをユニット化したものである。半導体レーザ１ａから出射されたレーザ光束Ｌは、コリメータレンズ機能とシリンドリカルレンズ機能を有するレンズ２、開口絞り３を通過して、偏向手段５の回転多面鏡（ポリゴンミラー）４に形成された複数の反射面１２のうちの１つに入射する。ポリゴンミラー４は偏向手段５が備えるモータによって矢印の方向に回転駆動され、反射面１２の向きが変化することで、レーザ光束Ｌを反射する方向を連続的に変化させ、レーザ光束Ｌを偏向する。ポリゴンミラー４がある回転位相の時、反射面１２で反射したレーザ光束ＬはＢＤレンズ１４を透過して集光され、受光部材（受光素子）としてのＢＤセンサ６の受光部１０へ入射する。またポリゴンミラー４が別の回転位相の時、レーザ光束Ｌは、ｆθレンズ（走査レンズ）７に入射し、感光ドラム８の表面である感光面（被走査面）へ入射する。上述した光学部材（半導体レーザユニット１、レンズ２、開口絞り３、偏向手段５、ＢＤセンサ６、ｆθレンズ７）が光学箱９に位置決め支持され、固定される。

［レーザ光による感光ドラムの走査］
次に光学走査装置１００による、レーザ光で感光ドラム８を走査する方法について説明する。半導体レーザユニット１の半導体レーザ１ａから出射したレーザ光束Ｌは、レンズ２によって主走査方向では略平行光または収束光とされ、副走査方向では収束光とされる。次にレーザ光束Ｌは、開口絞り３を通って光束幅が制限されて、ポリゴンミラー４の反射面１２上において主走査方向に長く伸びた焦線状に結像する。そして、ポリゴンミラー４の回転によって反射面１２でのレーザ光束Ｌの反射方向が連続的に変化し、レーザ光束Ｌを偏向する。ポリゴンミラー４が所定の回転位相にあるとき、反射されたレーザ光束Ｌは、ＢＤセンサ６近傍の光学箱９やＢＤセンサ６の表面に入射し、円形状のスポットＳ１を形成する。ポリゴンミラー４の回転に伴って、レーザ光束ＬのスポットＳ１は図３の破線矢印の方向に移動して受光部１０を通過する。このとき、ＢＤセンサ６は受光部１０での受光量が所定の閾値以上となるとＢＤ信号を出力する。このＢＤ信号が出力されたタイミングを基準として、画像データに基づく光源の発光開始（画像の書き出し）のタイミングが決まる。

ポリゴンミラー４が更に所定量回転すると、反射されたレーザ光束Ｌはｆθレンズ７を透過して感光ドラム８の表面に入射する。ｆθレンズ７は、レーザ光束Ｌを集光させて、感光ドラム８の表面にスポット像として結像させる。レーザ光束Ｌがｆθレンズ７へ入射を開始してからポリゴンミラー４が更に所定量回転する間は、レーザ光束Ｌはｆθレンズ７を透過して感光ドラム８の表面に入射し続け、レーザ光束Ｌのスポット像はポリゴンミラー４の回転方向に対応する走査方向へ移動する。走査方向は感光ドラム８の回転軸方向と平行である。ｆθレンズ７は、レーザ光束Ｌのスポット像が感光ドラム８の表面上で等速に走査方向に移動するようにレーザ光束Ｌの結像位置が設計されている。

レーザ光束Ｌのスポット像が感光ドラム８の表面上を走査方向に移動する間に、半導体レーザユニット１の光源には、形成する画像データに対応するレーザ駆動信号（ＶＩＤＥＯ信号）に基づいて駆動電流が供給され、光源が点灯する。これにより、走査方向に画像データに対応した潜像をレーザ光束Ｌで走査（主走査）して形成する。

上述したポリゴンモータ４の回転に加え、感光ドラム８が回転軸まわりに回転することによって、レーザ光束Ｌのスポット像が感光ドラム表面８に対して、走査方向に直交する方向に相対的に移動（副走査）する。このような、ポリゴンミラー４の回転及び感光ドラム８の回転により、感光ドラム８の表面上に画像データに対応した２次元の潜像をレーザ光束Ｌで走査して形成する。

上述した、ＢＤ信号の出力工程と、その後の感光ドラム８上でのレーザ光束Ｌによる走査工程は、ポリゴンミラー４の回転に伴い反射面１２毎に行われる。

［ＢＤセンサ６の位置決め］
図４は、ＢＤセンサ６とそれが実装（組み付ける）される基板２０との関係を示す斜視図であり、（ａ）はＢＤセンサ６の実装前の状態、（ｂ）はＢＤセンサ６の実装後の状態を示す。レーザ光束ＬのスポットＳ１のＢＤセンサ６の表面上における移動方向（走査方向）をＸ方向、基板２０の表面に平行であって走査方向Ｘに直交する方向をＹ方向とする。

基板２０には半導体レーザ１ａ及びＢＤセンサ６が実装されるため、基板２０は半導体レーザ１ａの駆動制御回路やＢＤ信号出力回路を備える。基板２０上には貫通穴である穴２１が設けられており、端子列２３が基板２０のパッド２２に半田付けされることで、ＢＤセンサ６が基板２０に表面実装される。なお、ＢＤセンサ６の少なくとも一部を穴２１に挿入して嵌め込んだ状態で、端子列２３をパッド２２に半田付けしてもよい。基板２０のパッド２２は、ＢＤセンサ６を穴２１に嵌め込んだ時に端子列２３と重なり合うように配置されている。また、パッド２２は、端子列２３よりもＹ方向先端側に長い形状になっている。パッド２２には予めクリーム半田が塗布されており、部品の端子列２３とパッド２２が重なり合った状態でリフロー炉に流すことでＢＤセンサ６が半田で基板２０に固定される。

リフロー炉に基板２０を流すと、パッド２２に塗布されているクリーム半田が溶け、溶けたクリーム半田の表面張力により端子列２３とパッド２２が重なり合うようＸ方向にＢＤセンサ６が移動するセルフアライメントが起こる。表面張力によるセルフアライメントが起こる事で、ＢＤセンサ６がＸ方向にずれていてもＢＤセンサ６がＸ方向に移動してパッド２２の中央位置へ移動して位置が決まる。更に、パッド２２が端子列２３に対してＹ方向に一回り長い形状になっていることにより、半田の表面張力を増加させ、セルフアライメントをより安定させることができる。端子列２３は、ＢＤセンサ６のＸ方向に平行な２つの辺に配置され、その位置は、ＢＤセンサ６の中心と通るＸ方向に平行な中心線を基準に線対称である。このため、ＢＤセンサ６を基板２０の表面上において、回転させようとするモーメントが発生し難く、安定したセルフアライメントが発生する。

以上により、Ｘ方向に関して基板のパッド２２の位置に高精度にＢＤセンサ６が実装される。ここでＸ方向とはＢＤセンサに対し光束が走査する方向であり、ＢＤセンサ６の位置が高精度に実装されることにより、画像の書き出しタイミングが精度良く決まる。また、Ｙ方向については、セルフアライメントは発生しにくい。このため、Ｙ方向のＢＤセンサ６の位置決めは、ＢＤセンサ６のＸ方向に平行な２つの辺の位置を穴２１で規制し、ＢＤセンサ６自体を穴２１に嵌合することによって位置を決める。
［ＢＤセンサ６への迷光防止］
図５は、図４（ｂ）に示すポリゴンミラー４により偏向されたレーザ光束Ｌの走査断面としてのＡ−Ａ断面を上方から見た図であり、ＢＤセンサ６に入射するレーザ光束Ｌを図示したものである。上述したように、ＢＤセンサ６は半導体レーザ１ａが実装された基板２０の実装面２４に表面実装されているため、レーザ光束Ｌは実装面２４に平行な受光面である受光部１０の法線方向に対して、角度θ１で入射する。基板２０の穴２１は、基板２０の実装面２４の側から金型によりプレス加工で形成されるため、穴２１の内壁面は、実装面２４の法線方向に対して、角度θ２の傾きが生じる。

レーザ光束ＬはＸ方向（図中右から左）へ走査しており、穴２１はレーザ光束Ｌが受光部１０を通過した後に通る側（受光部１０のＸ方向下流側）が広く開いている。穴２１の受光部１０のＸ方向下流側部分の大きさについて説明する。穴２１の内壁面のうち走査方向で最も下流側の部分を端面２５とすると、レーザ光束Ｌが受光部１０を通過した後に端面２５で反射した光が受光部１０に入射し、それに基づいてＢＤセンサ６がＢＤ信号を出力する可能性がある。特に、本実施形態の受光部１０は、ＢＤセンサ６の中央よりもＸ方向下流側に配置されているため、端面２５に近く、端面２５で反射した光が入射しやすい配置となっている。このようなＢＤセンサ６の誤検知を抑制するため、端面２５で反射した光が受光部１０に入射しないような穴２１の形状としている。

端面２５の中で最もポリゴンミラー４に近い点を点Ｂとする。点Ｂは、反射したレーザ光束Ｌが最も受光部１０側に向かう反射点である。また、点Ｂを含む実装面２４に平行な面である基板２０の裏面２６に受光部１０からおろした垂線の長さをｔとする。

図６は、図５と同様、図４（ｂ）に示すポリゴンミラー４により偏向されたレーザ光束Ｌの走査断面としてのＡ−Ａ断面を上方から見た図であり、レーザ光束Ｌが点Ｂで反射する様子を示す。受光部１０への入射光束同様、受光部１０の垂直方向に対して、入射角θ１で入射したレーザ光は、穴の内側の角度θ２を加味して、θ１＋２・θ２ の角度となる。このため、点Ｂで反射したレーザ光が受光部１０と同じ高さに到達した時のＸ方向に関する点Ｂからの距離Ｄ１はｔ・ｔａｎ（θ１＋２・θ２）となる。
このため、Ｘ方向に関する、受光部１０と点Ｂとの距離Ｄが、以下の式（１）を満たすようになっていれば、点Ｂで反射したレーザ光が受光部１０へ入射しない。
Ｄ＞ｔ・ｔａｎ（θ１＋２・θ２）・・・式（１）
反射点Ｂで反射した光束のＸ方向に直交する方向に対する角度をθ（＝θ１＋２・θ２）とすれば、式（１）は以下のように置き換えられる。
Ｄ＞ｔ・ｔａｎθ・・・式（１）´
このように、距離Ｄが（１）の式を満たしていれば、点Ｂで反射したレーザ光束Ｌは受光部１０に入射しないため、基板２０の穴２１の端面２５で反射したレーザ光速Ｌが受光部１０に入射することはない。本実施形態では、ＢＤセンサ６のＸ方向の位置を、距離Ｄが式（１）を満たす位置に決めている。これにより、穴２１の内壁面で反射した光がＢＤセンサ６の受光部１０に入ることを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図７は第２実施形態の光学走査装置１００の概略斜視図である。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、ＢＤレンズ１４を備えていない点である。ポリゴンミラー４がある回転位相の時、反射面１２で反射したレーザ光束Ｌはレンズ等を透過することなく、ＢＤセンサ６の受光部へ入射する。ＢＤレンズ１４を備えていない本実施形態の構成の場合、第１実施形態のＢＤレンズ１４有りの構成よりもＢＤセンサ６の位置におけるレーザ光束ＬのスポットＳ１は大きい。このため、レーザ光束Ｌが穴２１の内壁面で反射して受光部１０に入射すると比較的大きな光量としてＢＤセンサ６で検出してしまう虞がある。従って、式（１）を満たすように構成することがより有効である。

６ ＢＤセンサ
１０ 受光部
２０ 基板
２１ 穴
２２ パッド
２３ 端子列
２５ 端面

本発明は、光源と、前記光源から出射する光束を偏向する偏向手段と、受光部を備える受光部材と、貫通穴を備え前記受光部材が実装される回路基板と、を有し、前記偏向手段で偏向され走査方向へ移動しつつ前記貫通穴へ入った前記光束を前記受光部材が受光する光学走査装置において、前記受光部は、前記走査方向に関して、前記受光部材の中央よりも下流側に配置されており、前記走査方向において、前記受光部材よりも下流側の前記受光部材と前記回路基板の前記貫通穴の内壁との間の隙間が上流側の隙間より大きいことを特徴とする。

Claims (6)

1. 光源と、前記光源から出射された光束を偏向する偏向手段と、貫通穴を備える基板と、受光部を備え、前記基板に実装された受光部材と、を有し、前記受光部材が、前記偏向手段で偏向され走査方向へ移動しつつ前記貫通穴へ入った前記光束を受光する光学走査装置において、
   前記受光部は、前記走査方向に関して、前記受光部材の中央よりも下流側で、且つ、前記偏向手段によって偏向され、前記貫通穴の内壁で反射した光束が入射しない位置に配置されていることを特徴とする光学走査装置。
2. 前記偏向手段に偏向された光束を走査断面で見たとき、前記貫通穴の内壁のうち、前記走査方向で最も下流に配置され、且つ、最も前記偏向手段に近い側の点を反射点とし、前記走査方向に関する前記反射点と前記受光部との距離をＸ、前記走査方向に直交する方向に関する前記反射点と前記受光部との距離をｔ、前記反射点で反射した光束の前記走査方向に直交する方向に対する角度をθとすると、
   Ｄ＞ｔ・ｔａｎθ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
3. 前記基板には前記光源が実装されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学走査装置。
4. 前記受光部は前記光束を受光したことに基づいて信号を出力し、前記信号が出力されたタイミングに基づいて前記光源が発光することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学走査装置。
5. 前記偏向手段は、反射面を備え、前記反射面で前記光束を反射する方向を連続的に変化させることで前記光束を偏向し、前記反射面で反射された前記光束はレンズを通過することなく前記受光部へ入射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学走査装置。
6. 前記受光部材は少なくとも一部が前記貫通穴に挿入された状態で前記基板に実装されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学走査装置。
   

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