JP3673709B2

JP3673709B2 - 光走査装置及び画像形成装置

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Publication number: JP3673709B2
Application number: JP2000336236A
Authority: JP
Inventors: 英美高山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP2001201708A; EP1099974A2; US6501586B1; DE60018141D1; DE60018141T2; EP1099974B1; EP1099974A3

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は光走査装置に関し、特に、レーザ光で画像を描くプリンタに用いる光走査装置のスキャニングミラーのフレア防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の光走査装置の光路図である。９１はレーザユニット、９２はシリンドリカルレンズ、９３はスキャニングミラー、９４は球面レンズ、９５はトーリックレンズ、９６は感光ドラムである。レーザユニット９１からでた平行レーザ光はシリンドリカルレンズ９２により副走査方向についてのみ集光され、スキャニングミラー９３の面上に照射する。スキャニングミラー９３は一定速度で回転し、スキャニングミラー９３で反射された光は球面レンズ９４とトーリックレンズ９５を通ることによりＦθが補正され感光ドラム９６上を収束光が走査する。感光ドラム９６は前記半導体レーザ駆動信号に同期して一定速度で回転し、上記走査光により静電潜像が感光ドラム９６上に形成される。この静電潜像から電子写真のプロセスにより紙の上に画像が印刷される。
【０００３】
最近、画像の高精細化および出力の高速化が強く望まれるようになり、Ｆθ光学系を明るくするためにポリゴンミラーの幅を大きくして、すなわちポリゴンミラーの大きさを大きくした上に、ポリゴンミラーを高速で回転させる必要に迫られている。一方、大きくなったポリゴンミラーを高速で回転させるモーターの能力にも限界があり、かつポリゴンミラー及びモーターにかかるコストが増大する。
【０００４】
そのため、たとえば、特開平６−１４３６７７号公報に開示されているように、ポリゴンミラーの主走査幅よりも大きな光束をポリゴンミラーに入射させることによってポリゴンミラーの走査効率を上げている（オーバーフィルド光学系）。この方法によるとポリゴンの走査効率をあげることができるが、スポット径が像高によって不均一になるといった問題が発生する。この不均一を緩和する方法としてはポリゴンの回転軸とＦθレンズの光軸で作る平面内から光束をポリゴンミラーに入射させることが有効である。これによりスポットの不均一は他の位置から入射させるのに対して最小に抑えることができかつ像高に対して対称となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、入射光束幅がポリゴンの反射面の幅よりも大きくすると、隣の面の反射光がフレアー光となって像面に到達して画像を悪化させるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、ポリゴンミラー画像形成に関わる部分の光線を確保するとともに、画像に関わらない面で発生する反射光を効率的に遮光することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明においては、効率的にフレアー光を遮光するために、遮光部材の先端の位置をポリゴンの内接円の直径φ及びＦθレンズの焦点距離ｆ等より決められる所定範囲に配置している。
具体的には、本発明の光走査装置は、レーザ光源から出射した第１の光束を偏向反射させる複数の反射面を有するスキャニングミラーと、前記スキャニングミラーの反射面で偏向反射された第２の光束を像面上にスポット状に結像させるＦθレンズと、を備え、前記スキャニングミラーに入射する第１の光束の主走査方向の幅は前記スキャニングミラーの主走査方向の反射面の幅より広く、第２の光束が偏向反射された反射面の隣の反射面で反射された第３の光束を遮光するための遮光部材を備えている。
ここに、前記スキャニングミラーに入射する第１の光束は、該スキャニングミラーの回転軸と前記Ｆθレンズの光軸が作る平面内にある。
又、第１の光束は前記Ｆθレンズを通過し、前記スキャニングミラーに入射する。
又、前記スキャニングミラーの回転軸の中心を原点とし、入射光線である第１の光束の光軸をｘ座標として、該スキャニングミラーからの反射光線である第２の光束及び第３の光束の進む方向を正、主走査方向をｙ座標とするとき、前記遮光部材の先端の位置を該スキャニングミラーの反射面と前記Ｆθレンズの光線射出面の間の以下の式の範囲に配置する。
【数３】

ここに、ｎはスキャニングミラーであるポリゴンの面数、ｆはＦθレンズ焦点距離、ｙ₀は主走査方向の最大像高、φはポリゴンの内接円の直径である。
又、前記遮蔽部材は、前記Ｆθレンズの位置決め手段であってもよい。
又、前記遮蔽部材は、前記Ｆθレンズの非有効画像部のレンズ面に遮光処理を施した部分であってもよい。
又、前記遮蔽部材は、光学箱と一体形成されていてもよい。
又、前記遮蔽部材は、前記スキャニングミラーの周囲を囲んでいてもよい。
又、前記スキャニングミラーの回転軸の中心を原点とし、入射光線である第１の光束の光軸をｘ座標として、該スキャニングミラーからの反射光線である第２の光束及び第３の光束の進む方向を正、主走査方向をｙ座標とするとき、前記遮光部材の先端の位置を、前記Ｆθレンズと前記像面の間の以下の式の範囲に配置してもよい。
【数４】

ここに、ｎはスキャニングミラーであるポリゴンの面数、ｆはＦθレンズ焦点距離、ｙ₀は主走査方向の最大像高、φはポリゴンの内接円の直径、ｘ₁はＦθレンズの後側主平面の位置である。
又、本発明の画像形成装置は、上述した光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とから成る。
又、本発明の画像形成装置は、上述した光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとから成る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態の光走査装置の主走査方向の光路図である。
【００１０】
図２は、第１実施形態の光走査装置の副走査方向の光路図である。
【００１１】
図１、図２において、１はレーザ光源、２はコリメータレンズ、３は絞り、４はシリンドリカルレンズ、５はＦθレンズ、６はスキャニングミラー、７はシリンドリカルミラー、８は感光ドラム等の像面である。
【００１２】
レーザ光源１から放射されたレーザ光はコリメータレンズ２によって近平行光にされ、絞り３によって光束を規制され、シリンドリカルレンズ４により副走査方向についてのみ集光し、Ｆθレンズ５を通過して、スキャニングミラーの反射面近傍に線上に集光される。スキャニングミラー６は一定速度で回転しレーザ光を偏向する。
【００１３】
さらに偏向されたレーザ光はＦθ特性を持ったＦθレンズ５に再び入射し、光束を主走査方向について集光させる。Ｆθレンズを出射した光束は副走査方向にパワーを持ったシリンドリカルミラー７により副走査方向に集光され像面上８にスポットを形成する。
【００１４】
図３は、第１実施形態の光走査装置に於いて光線に沿って主走査方向について展開した図である。２１はレーザ光源、２２はコリメータレンズ、２３は絞り、２４はシリンドリカルレンズ、２５はＦθレンズ、２６はスキャニングミラーの反射面、２７はシリンドリカルミラー、２８は感光ドラム等の像面である。
【００１５】
光源２１から出射されたレーザ光はコリメータレンズ２２によって近平行光に集光され、２３により光束が規制され、主走査にパワーを持たないシリンドリカルレンズ２４を通過してＦθレンズ２５に入射する。Ｆθレンズ２５は主走査方向にパワーを有し光束をさらに平行光に近づける。Ｆθレンズ２５から出射された光束はポリゴン反射面２６に入射して光束の１部について偏向反射される。ポリゴンにより反射された光束はＦθレンズ２５に再び入射し主走査方向に集光される。Ｆθレンズ２５はポリゴン反射面の偏向角によるＦθ特性を補正する。さらにＦθレンズを出射した光束は主走査方向にパワーを持たないシリンドリカルレンズで反射され像面２８にスポットを形成する。ポリゴンミラー２６は矢印Ｒの方向に回転するため像面８上のスポットは矢印Ｓの方向に走査する。
【００１６】
図４は、第１実施形態の光走査装置に於いて光線に沿って副走査方向について展開した図である。光源２１を出射したレーザ光はコリメータレンズ２２により近平行光に集光され絞り２３により光束を規制される。絞り２３で決められた光束は副走査方向にパワーを持つシリンドリカルレンズ２４により副走査方向に集光され、副走査方向にはほとんどパワーを持たないＦθレンズを通過した後ポリゴンミラーの反射面２６に線上に結像する。ポリゴンミラー反射面２６で反射された光束はＦθレンズ２５に入射する。Ｆθレンズ２５は副走査方向にほとんどパワーを持たず、光束はＦθレンズ２５を通過の後、副走査方向にパワーを有するシリンドリカルミラー２７に入射する。シリンドリカルミラー２７に入射した光束は副走査方向に集光され像面２８にスポットを形成する。この時ポリゴンミラー２６と像面２８は共役関係にあるためポリゴン面の傾きによる副走査方向の結像位置がずれない倒れ補正系となっている。
【００１７】
図５は第１実施形態の光走査装置のスキャニングミラー付近の主走査方向の拡大図である。３１はスキャニングミラーであるポリゴンに入射する第１の光束、３２はポリゴンの反射面、３３はポリゴン、３４はフレアー光（第３の光束）をカットする遮光部材、３５は反射面３２で反射してＦθレンズに入射する光束である。入射光学系によって反射面３２に入射する光束の内斜線で示した第２の光束３５はＦθレンズに入射し図示しないシリンドリカルミラーで反射され像面上にスポットを形成する。ポリゴン３３に入射する光束はポリゴン面の幅よりも大きい（オーバーフィルド光学系）ため、隣の面３６で反射する第３の光束が存在する。この光束は像面に到達した場合画像に悪影響を与える。
【００１８】
そこで、不要な反射光を遮光するためにポリゴンミラー３３の周囲を遮光部材３４により囲むことにより不要なフレアー光をカットする。図に示したように画像を形成するための光束を遮光せずに不要なフレアー光を遮光することは以下のような式によって制限された範囲に遮光部材を配置することにより可能となる。
【００１９】
【数５】

ここに、ポリゴンの回転軸の中心を原点とし、入射光線である第１の光束の光軸をｘ座標とし、ポリゴンによる反射光の進む方向を正、主走査方向をｙ座標としている。又、ｎはポリゴン面数、ｆはＦθレンズ焦点距離、ｙ₀は主走査方向の最大像高（第２の光束の最外光線）、φはポリゴンの内接円の直径である。
【００２０】
図６は、遮光部材の先端を配置する範囲を示すグラフである。このグラフにおいては、一例として、ｆ＝３１８ｍｍ、ｙ₀＝１５０ｍｍ、φ＝２６ｍｍ、ｎ＝１２面としている。図６の斜線の位置のいずれかの位置に先端をおいて光軸から離れるところを遮光することによって、画像に悪影響を与えるフレアーを効率的にカットすることができる。
【００２１】
図９は、本実施形態１の他の遮光方法を示した説明図である。図９において９１はポリゴンミラーに入射する第１の光束、９２はポリゴンミラーの反射面、９３はポリゴンミラー、９４は画像形成に関わる光線を反射する面の隣の面から反射する第３の光束であるフレア光、９５はポリゴンミラー面９２で反射され、ｆΘレンズ９６を透過後に感光ドラム等に入射して画像を形成する第２の光束である反射光束である。９６はｆΘレンズ、９７はｆΘレンズの位置決め部材（取り付け部材）である。
【００２２】
遮光機能のあるｆΘレンズの位置決め部材（取り付け部材）９７は、上記［数３］式を満たす範囲内に配置される。
【００２３】
図９に示したようにポリゴン９１の画像形成に関わる光束９５を反射する反射面に隣接する面で反射したフレア光は、不透明なレンズ位置決め部材９７をフレア光がドラム面に到達しないような形状で且つ画像形成に関わる光を遮光しないような形状とすることにより、完全に遮光することができる。このとき、位置決め部材９７は不透明で、できれば反射光が発生しないものが望ましい。通常、光学箱自体を加工するため、材質としては不透明なポリカーボネート等の樹脂であったり、アルミニウム等の金属であったりするが、いずれの場合も植毛紙を貼ったり、反射防止のコーティングを施したほうが、多重反射によるフレア光が感光ドラム等に入射することを防ぐ意味で望ましい。
【００２４】
図１０は、本実施形態１の別の遮光方法を示した説明図である。図１０において１１はポリゴンミラーに入射する第１の光束、１２はポリゴンミラーの反射面、１３はポリゴンミラー、１８は画像形成に関わる光線を反射する面の隣の面から反射する第３の光束であるフレア光、１５はポリゴンミラー面１２で反射され、ｆΘレンズ１６を透過後に感光ドラム等に入射して画像を形成する第２の光束である反射光束である。１７はレンズの表面に遮光用にあらずり面としたり、遮光用の油性の黒ペイントを施したりすることにより、部材を追加することなく不要なフレア光をカットする遮光膜である。
【００２５】
遮光膜１７は、ｆΘレンズ１６の端部の非有効画面部に配置され、上記［数３］式を満たす範囲内に配置される。
【００２６】
図１０はレンズの入射側に遮光用の処理を施しているが、レンズの出射側に施しても同様の効果がある。ただし、レンズの光軸方向の寸法精度が厳しい場合は、位置決めにあたらない側に施すことが好ましい。
【００２７】
又、本実施形態は、レンズに隣接した部分に遮光部材を配置したが、フレアの光路中において、光学箱の一部をフレア光の光路中で光を遮る形状としたり、光学箱の蓋の形状をフレア光路を遮るように加工しても同様の効果を得ることができる。つまり、本発明の遮光部材を光学箱と一体形成してもよい。
【００２８】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の光走査装置の遮光部材の位置を説明するための主走査方向の光路図である。５１はポリゴンミラーに入射する第１の光束、５２はポリゴンミラーの反射面、５３はポリゴンミラー、５４は画像形成に関わる光線を反射する面の隣の面から反射するフレアー光（第３の光束）、５５はポリゴンミラー面５２で反射してＦθレンズに入射した後シリンダーミラー等で反射された後感光ドラム等に入射して画像を形成する反射光である第２の光束であり、５６はＦθレンズ、５７は不要なフレアー光をカットする遮光部材である。
【００２９】
入射光学系によってポリゴンミラー５２に入射する光束の内で斜線で示した光束５５はＦθレンズに入射し、図示しないシリンドリカルミラーで反射され像面上にスポットを形成し、ポリゴンミラーの回転により走査する。ポリゴンミラー５３に入射する光束はポリゴン面の幅よりも大きいため（オーバーフィルド光学系）、隣の面で反射する光束５４が存在する。この光束５４は像面に到達した場合画像に悪影響を与える。従って図５に示したように不要な反射光を遮光するためにｆθレンズと感光ドラム面の間のある決められた範囲に遮光部材５７を配置することにより不要なフレアー光をカットする。画像を形成するための光束を遮光せずに不要なフレアー光を遮光することは以下の式によって限定された範囲に遮光部材を配置することにより可能となる。
【００３０】
【数６】

ここに、ポリゴンの回転軸の中心を原点とし、入射光線の光軸をｘ座標とし、ポリゴンによる反射光の進む方向を正、主走査方向をｙ座標としている。又、ｎはポリゴン面数、ｆはＦθレンズ焦点距離、ｙ₀は主走査方向の最大像高、φはポリゴンの内接円の直径、ｘ₁はＦθレンズの後側主平面の位置である。
【００３１】
図１１は、遮光部材の先端を配慮する範囲を示すグラフである。このグラフにおいては、一例として、ｆ＝３１８ｍｍ、ｙ₀＝１５０ｍｍ、φ＝２６ｍｍ、ｎ＝１２面、ｘ₁＝８０ｍｍとしている。図１１の斜線の位置のいずれかの位置に先端をおいて光軸から離れるところを遮光することによって、画像に悪影響を与えるフレアを効率的にカットすることができる。
【００３２】
これによる画像に関わる面と隣接した面の反射光を効率的に遮光することができ、フレアー光となって画像に悪影響を与えることがない。
【００３３】
図１２は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図１２において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、実施形態１〜２に示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【００３４】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
【００３５】
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【００３６】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図１２において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【００３７】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１２において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【００３８】
図１２においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモータなどの制御を行う。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、ポリゴンミラー画像形成に関わる部分の光線を確保して、かつ画像に関わらない面で発生する反射光を効率的に遮光するために遮光部材の先端の位置をポリゴンの内径およびＦθレンズの焦点距離より決められるある範囲に配置することにより効率的にフレアー光を遮光する。これによりフレアー光の無い良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光走査装置の主走査方向の光路図
【図２】第１実施形態の光走査装置の副走査方向の光路図
【図３】第１実施形態の光走査装置の主走査方向の光路の展開図
【図４】第１実施形態の光走査装置の副走査方向の光路の展開図
【図５】第１実施形態の光走査装置のスキャニングミラー付近の主走査方向の光路の拡大図
【図６】第１実施形態の光走査装置の遮光部材の先端を配置する範囲を示すグラフ
【図７】第２実施形態の光走査装置の遮光部材付近の光路の拡大図
【図８】従来の走査光学系の光路図
【図９】本発明の第１実施形態の光走査装置の主走査方向の光路の拡大図
【図１０】本発明の第１実施形態の光走査装置の主走査方向の光路の拡大図
【図１１】第２実施形態の光走査装置の遮光部材の先端を配置する範囲を示すグラフ
【図１２】本発明の画像形成装置の概略図
【符号の説明】
２１レーザ光源
２２コリメータレンズ
２３絞り
２４シリンドリカルレンズ
２５Ｆθレンズ
２６スキャニングミラーの反射面
２７シリンドリカルミラー

Claims

レーザ光源から出射した第１の光束を偏向反射させる複数の反射面を有するスキャニングミラーと、前記スキャニングミラーの反射面で偏向反射された第２の光束を像面上にスポット状に結像させるＦθレンズと、を備え、
前記スキャニングミラーに入射する第１の光束の主走査方向の幅は前記スキャニングミラーの主走査方向の反射面の幅より広く、
第２の光束が偏向反射された反射面の隣の反射面で反射された第３の光束を遮光するための遮光部材を備え、
前記スキャニングミラーに入射する第１の光束は、該スキャニングミラーの回転軸と前記Ｆθレンズの光軸が作る平面内にあり、
前記スキャニングミラーの回転中心を原点とし、入射光線である第１の光束の光軸をｘ座標として、該スキャニングミラーからの反射光線である第２の光束及び第３の光束の進む方向を正、主走査方向をｙ座標とするとき、前記遮光部材の先端の位置を該スキャニングミラーの反射面と前記Ｆθレンズの光線射出面の間の以下の式の範囲に配置することを特徴とする光走査装置。

ここに、ｎはスキャニングミラーの面数、ｆはＦθレンズ焦点距離、ｙ₀は主走査方向の最大像高、φはスキャニングミラーの内接円の直径である。
第１の光束は前記Ｆθレンズを通過し、前記スキャニングミラーに入射する請求項１に記載の光走査装置。
前記遮光部材は、前記Ｆθレンズの位置決め手段である請求項１又は２に記載の光走査装置。
前記遮光部材は、前記Ｆθレンズの非有効画像部のレンズ面に遮光処理を施した部分である請求項１又は２に記載の光走査装置。
前記遮光部材は、光学箱と一体形成されている請求項１又は２に記載の光走査装置。
レーザ光源から出射した第１の光束を偏向反射させる複数の反射面を有するスキャニングミラーと、前記スキャニングミラーの反射面で偏向反射された第２の光束を像面上にスポット状に結像させるＦθレンズと、を備え、
前記スキャニングミラーに入射する第１の光束の主走査方向の幅は前記スキャニングミラーの主走査方向の反射面の幅より広く、
第２の光束が偏向反射された反射面の隣の反射面で反射された第３の光束を遮光するための遮光部材を備え、
前記スキャニングミラーに入射する第１の光束は、該スキャニングミラーの回転軸と前記Ｆθレンズの光軸が作る平面内にあり、
前記スキャニングミラーの回転中心を原点とし、入射光線である第１の光束の光軸をｘ座標として、該スキャニングミラーからの反射光線である第２の光束及び第３の光束の進む方向を正、主走査方向をｙ座標とするとき、前記遮光部材の先端の位置を、前記Ｆθレンズと前記像面の間の以下の式の範囲に配置することを特徴とする光走査装置。

ここに、ｎはスキャニングミラーの面数、ｆはＦθレンズ焦点距離、ｙ₀は主走査方向の最大像高、φはスキャニングミラーの内接円の直径、ｘ₁はＦθレンズの後側主平面の位置である。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光走査装置と、前記被走査面に配置された感光体と、前記光走査装置で走査された光束によって前記感光体上に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とから成る画像形成装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光走査装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記光走査装置に入力せしめるプリンタコントローラとから成る画像形成装置。