JP4328673B2

JP4328673B2 - 光学装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4328673B2
Application number: JP2004166900A
Authority: JP
Inventors: 浩志中畑
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-06-04
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Description

本発明は、光源から射出された光を回転多面鏡で偏向走査し、該光を反射部材により反射させて照射する光学装置及びこれを備えた電子写真複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。

最近の電子写真方式の複写機やプリンタは画像情報をデジタル信号に変換し、その信号に基づいて走査式光学装置によって感光体ドラムに選択的な光照射をすることで潜像を形成し、該潜像をトナー現像して可視像化するのが一般的である。

上記走査式光学装置は光源から射出された光を回転多面鏡で偏向走査し、該光を反射ミラーにより反射させることで所定位置に配置された感光体ドラムに照射する。このとき、反射ミラーが感光体ドラムに近い位置に配置された走査式光学装置では、反射ミラー表面の面精度の影響を受けることで、感光体ドラム上で走査線の湾曲が発生することがある。

単一の感光体ドラムにレーザ光を走査する系では白黒画像の場合もカラー画像の場合も、走査線の湾曲が多少発生しても同一の特性で走査するために感光体ドラム上でずれることが無く、画像品質としてこの湾曲が大きな問題となることは少ない。

しかし、複数のドラムを走査してカラー画像を形成する画像形成装置では、それぞれ別の光学要素を透過・反射して異なる感光体ドラムに照射されるため、走査線の湾曲プロファイルが各色で異なってしまう。その場合、画像上で色を重ねた際に、各走査線が重ならずに色ずれとなってしまい、画像品質が劣化してしまう。

上記色ずれの一例を図６(a)に示す。横軸はカラー画像を形成するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）各色の像高、縦軸は各ドラムでの照射位置を表しており、走査線に湾曲が発生していない場合には、図中で直線状のプロファイルを有する。しかし、前述したように複数の感光体ドラムを走査する走査式光学装置では、図に示すように湾曲の程度、プロファイル等にバラツキが生じてしまい、色ずれとなってしまう。

そのため、従来から前記走査線の湾曲については補正するための手段が走査式光学装置内に設けられており、図６(b)に示すように、４本の走査線が重なるように湾曲量が最大となる色に合わせて他の色を調整する手法などが用いられている。従来の走査線湾曲の補正方法としては、以下の手法がこれまでに提案されている。

(1)平面反射ミラーの両端部をバネで押圧し、ミラー中央に設けた可変可能な押圧手段でミラーを湾曲させ、走査線の湾曲を補正する（特許文献１）。

(2)湾曲調整部材がプラスチックレンズと一体に設けられており、その調整用ビスを回転させてプラスチックレンズを曲げることで、走査線の湾曲を補正する（特許文献２）。

特開平８−１４６３２５号特開平１０−２６８２１７号

上記のように、反射ミラーを湾曲させることで走査線の湾曲を補正する手法を用いた走査式光学装置においては、これまでは反射ミラー等の光学部品を収納している光学箱に反射ミラーを支持するために設けられた座面の形状が、図７(a)に示すような平面形状で支持されていた。

図７(a)は光学箱にミラーを戴置する部分を拡大した図であり、座面70，71，72にミラーを突き当てることで、ミラーの反射角度を定義し、突き当て部73にミラーの長手方向端部を突き当てることでミラーの長手方向の位置を定義している。

次に、湾曲させる反射ミラーを支持する座面の近傍の拡大図を図７(b)に示す。これは湾曲したミラー74を、光学箱の座面70，71と前記ミラー74を前記座面70，71に押圧するバネ75で支持している状態を示したものである。図７(c)は光学箱に形成された座面のエッジ部（図７(b)の破線で囲った部分）をさらに拡大したものである。図７(c)からも分かるように、ミラーを湾曲させた際には、ハッチングで示した領域でミラーの理想的な湾曲形状に対して光学箱に形成された座面70，71の角部が干渉してしまう。

上記のように、座面部分の反射ミラーと光学箱との干渉によって、座面近傍ではミラーの局所的な変形が発生し、これに起因して反射ミラーの支持部近傍でミラーの光学性能が悪化するおそれがある。

さらに反射ミラーの受け部が前述のように平面形状では、反射ミラー両端部に構成された両端部の支持部で加工上相対的な支持角度のずれが発生することがある。これは両端部の支持部が平面で構成されているためで、各支持部では各座面の稜線に沿った角度で反射ミラーが戴置されるが、両端部の座面の角度は公差の範囲内でバラツキが生じるために両端部で反射ミラーの戴置される角度が異なってしまう。そのため座面形状が平面の場合では反射ミラーが捩れてしまい、その結果、光学性能がさらに悪化してしまうことがある。

さらに湾曲を補正する場合には、湾曲補正時に光学箱が受ける荷重について考慮が必要である。これは図８の模式図に示すように、反射ミラー74を湾曲させるためには、反射ミラーに図中矢印に示すような外力を反射ミラーに加える必要があるためである。光学箱に形成された両端部の座面70，71，76には、反射ミラー74の湾曲量および調整機構の配置位置に応じた力が加えられる。ここで、前記ミラーの両端部に加わる力の総和が前記外力と等しいことは明らかである。また前記外力は、両端部の座面の間に加えて反射面を湾曲させてもよいし、両端部の座面の外側に加えてもよい。

ここで、上述した光学箱の支持部が受ける荷重について具体的に述べる。湾曲補正時に光学箱が受ける荷重は、例えば、130mm程度のスパンで反射ミラーを支持し、その反射ミラーの厚みを５mm、高さを10mm、湾曲を行う位置を支持部の近傍で行うと想定すると、光学箱が受ける荷重は１kgfを超えてしまうため、湾曲調整時には光学箱の座面への影響も考慮する必要がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射部材の光学的な性能を悪化させることなく走査線の湾曲を補正可能な光学装置及びこれを備えた画像形成装置を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明における代表的な手段は、光源から射出された光を回転多面鏡で偏向走査し、前記回転多面鏡によって偏向走査された光を像担持体に導くための反射部材と、前記反射部材を格納する光学箱と、を有する光学装置において、前記光学箱に対して前記反射部材を支持し、前記反射部材の長手方向かつ前記反射部材を支持する方向と垂直な方向において前記反射部材に対して線状に当接する第１の当接部を有する第１の支持部と、前記光学箱に対して前記第１の支持部と同一方向に前記反射部材を支持し、前記反射部材に対して点状に当接する第２の支持部と、前記反射部材を湾曲させるために、前記長手方向において前記第１の支持部と前記第２の支持部との間を、前記第１の支持部及び前記第２の支持部が前記反射部材を支持する方向と反対方向に向かって前記反射部材を反射面側から押圧する湾曲調整手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、反射部材の反射面を湾曲させる手段を有する光学装置にあって、反射部材の長手方向において反射部材の一方の側を線状に支持し、他方を点状に支持する構成とする。これにより、反射部材を湾曲させたときの反射部材の変形、及び反射部材の捩れを抑制することができるため、反射部材の光学性能を良好に維持しつつ、走査線の湾曲補正を行うことができ、さらに湾曲調整時に受ける荷重を分散させることが可能となる。

次に本発明の一実施形態に係る光学装置を備えた画像形成装置について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１乃至図４により第１実施形態の画像形成装置について説明する。

｛画像形成装置の全体構成｝
まず、図３及び図４を参照して画像形成装置の全体構成について説明する。なお、図３は画像形成装置の全体模式説明図、図４は走査式光学装置の説明図である。

本実施形態の画像形成装置は、４個の像担持体としての感光体ドラム20を並列配置し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色画像を重畳することでカラー画像を形成するものである。前記感光体ドラム20は導電体に感光層を塗布したもので、走査式光学装置から出射されたレーザ光により、それぞれの色画像に応じた静電潜像を形成する。

21は図示しない画像読取装置もしくはパーソナルコンピュータ等から送られてきた画像情報に基づいてレーザ光を照射する走査式光学装置であり、22は前記感光体ドラム20に摩擦帯電されたトナーで感光体ドラム上にトナー像を形成する現像器、23は前記感光体ドラム上のトナー像を転写シートに搬送するための中間転写ベルトである。

また、24はトナー像を形成するシートを格納する給送カセット、25はシート上に転写されたトナー像を熱によりシートに吸着させる定着器、26は定着された転写シートを積載する排出トレイである。

画像形成は、走査式光学装置21から画像情報に基づいてレーザ発光した光を感光体ドラム上に照射することで、帯電器27により帯電された感光体ドラム20に静電潜像を形成する。

その後、現像器22内で摩擦帯電されたトナーを前記静電潜像に付着させることで前記感光体ドラム20上にトナー像が形成される。前記トナー像は感光体ドラム20上から中間転写ベルト23上に重畳転写され、カラー画像が形成される。

一方、前記画像形成と同期して、本体下部に設けられた給送カセット24から搬送されたシートにトナー像を再度転写することで画像がシートに形成される。そして、シート上に転写された画像は定着器25によりトナーを定着され、排出トレイ26上に積載される。

走査式光学装置21は、図４に示すように、図示しない光源が画像情報に基づいて発光したレーザ光を偏向走査する回転多面鏡であるポリゴンミラー29、レーザ光を等速走査およびドラム上でスポット結像させるｆθレンズ30ａ，30ｂ、ビームを所定の方向へ反射する反射部材である反射ミラー31を経てレーザ光を感光体ドラム20へ照射して静電潜像を形成する。

上記反射ミラー等の光学部品は、光学箱33に全て格納されており、各部品は図示しないビスやバネで光学箱33に取り付けられている。また、この走査式光学装置21は塵や埃に弱いため上蓋34を取り付けることで内部を密閉している。

｛反射ミラー支持座面｝
次に図１及び図２を参照して反射ミラー31を支持するための座面形状について説明する。

なお、図１は反射ミラーを支持する座面の斜視説明図であり、図２は反射ミラーと座面を示す断面説明図である。

図１において、(a)は反射ミラー31の長手方向一方端側（本実施形態では左端側）を支持する座面を示し、(b)は他方端側（本実施形態では右端側）を支持する座面を示している。図１において、40，42は反射ミラー31が接地する座面であり、41，43は反射ミラーの突き当て部、44は反射ミラー31の長手方向端部を当接させて、該端部の位置を定義するための突き当て部である。座面40，42及び突き当て部41，43の形状は、反射ミラー31を略線状又は略点状に支持し得るように、曲率を有する形状に構成されている。

座面形状についてより具体的に説明すると、反射ミラー31の長手方向左端側を支持する座面40及び突き当て部41はともに半円柱状の座面で形成されており、反射ミラー31の下面を支持する座面40はポリゴンミラー29によるレーザ光の走査方向（以下、単に「走査方向」という）と直交する方向に延びた半円柱形状に構成され、反射ミラー31の長手方向に対して曲率を有している。また、反射ミラー31の上端辺が当接する突き当て部41は走査方向に延びた半円柱形状に構成されている。

一方、反射ミラー31の長手方向右端側の下面を支持する座面42は半球形状の座面で形成されている。また、反射ミラー31の上端辺が当接する突き当て部43は前記突き当て部41と同様に走査方向に延びた半円柱形状に構成されている。

反射ミラー31は光学箱33に取り付けられる際に、左端側は前記座面40の半円柱状座面の稜線に沿った角度で略線状に支持され、右端側は半球形状の座面42により前記角度に追従して略点状に支持される。そして、図２(a)に示すように、前記座面40，42と対応する上面側位置に設けられたバネ45（図２では一方側のみ図示）により、反射ミラー31は前記座面40，42に押圧支持されている。

上記のように、反射ミラー31は座面40の稜線に沿って戴置され、このとき反射ミラー31の設置角度は半円柱形状座面40の稜線に沿った角度で定義される。また、他方の球形状座面42にはその角度に沿った位置で反射ミラー31と当接するために、反射ミラーが捩れることがない。よって、光学性能を劣化させずに反射ミラー31を光学箱33に取り付けることが可能である。

そして、本実施形態は反射ミラー31の反射面を湾曲可能な湾曲調整手段（図示せず）が設けられている。これは反射ミラー31の所定位置を押圧等することで反射ミラー31を湾曲させ、走査線の湾曲を補正するものである。

ここで、前記湾曲調整手段により反射ミラー31を湾曲させ、走査線を湾曲させたとき座面とミラーとの関係について図２(a)を参照して説明する。なお、図２(a)では反射ミラー31をの長手方向左端側を支持する座面40について説明するが、右端側を支持する座面42も同様である。

本実施形態では、図２(a)に示すように、前記座面40には反射ミラー31が湾曲する方向に曲率を設けている。これは、反射ミラー31が湾曲したときのプロファイルが座面40の端部と接触することで局所的に変化し、反射ミラー31の端部での光学性能が著しく損なわれることを防止するためである。

そのため、図２(a)の図中に示した拡大図からわかるように、本実施形態では前記反射ミラー31が座面40の近傍で有する曲率半径よりも座面40の曲率半径の方を小さく設定している。これにより、反射ミラー31のプロファイルと座面40の端部で干渉することが無くなり、反射面を良好に維持することが可能となる。これに対し、前記座面40の曲率半径の方が大きい場合では前記反射ミラー31のプロファイルと接触してしまい、前述の効果を得ることはできない。

なお、反射ミラー31を支持する座面形状は、特に断面が円の形状を有している必要は無い。反射ミラー31の湾曲時における座面近傍での曲率半径よりも小さい曲率を有していれば、楕円形状やその他の形状であっても効果は変わらない。また、半円柱形状の座面40の稜線部が平面部を有していても、その稜線に沿って戴置することが可能であるため、効果は変わらない。

さらに、図２(b)に示すように、座面40，42の形状を三角形状で形成し、その稜部で反射ミラー31を支持する構成であっても、曲率を有した座面と同様に上述した性能を得ることができるのは明らかである。

また、本実施形態では反射ミラー31の長手方向において中央部よりも左寄りの位置において反射ミラー31を押圧することで湾曲させるように構成している。従って、座面40は湾曲調整手段に近い側の座面（第１座面）となり、座面42は湾曲調整手段に遠い側の座面（第２座面）となる。

前記反射ミラーを湾曲させるための湾曲調整手段を設ける場所については、図１(a)に示した半円柱状座面40を形成した座面部分に近い側に設けることが望ましい。これは、反射ミラー31を湾曲させるための大きな力が光学箱33の座面に発生するためであり、前記半円柱状座面40側に前記湾曲調整手段を設けることで、光学箱33の座面に生じる応力を分散させることができるからである。

上述したように、本実施形態の光学装置にあっては反射ミラー31を戴置するための座面形状を半円柱状の座面40と球形状の座面42で形成することで、ミラーの捩れを防止することができる。また、反射ミラー31で走査線の湾曲を補正する湾曲調整手段を有する場合において、反射ミラー31のプロファイルを座面近傍においても良好に維持することができる。さらに、湾曲調整手段を半円柱状座面側に設けることで、光学箱33の座面に生じる応力を分散させることができる。

〔第２実施形態〕
次に第２実施形態に係る装置について図５を参照して説明する。なお、図５は第２実施形態に係る反射ミラーを支持する座面の説明図であり、(a)は反射ミラーの長手方向左端側を支持する座面を示し、(b)は反射ミラーの長手方向右端側を支持する座面を示す。また、(c)は反射ミラーの左端側を支持する座面の断面を示している。

なお、本実施形態は第１実施形態に対して座面の形状が異なるのみで、他の構成は同一であるため重複する説明は省略し、ここでは本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。そして、前述した第１実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。

本実施形態では、図５(a)(b)に示すように、湾曲調整手段に近い側のミラー左端側で支持する２個の座面50，51と、湾曲調整手段に遠い側のミラー右端側で支持する１個の座面52の３個の半円柱状の座面で反射ミラーの反射面を支持する構成を有している。なお、前記３個の座面50，51，52はいずれも走査方向に延びた半円柱形状に構成されている。

上記構成にあっては、戴置される反射ミラー31は、図５(c)に示す２点で支持する側で戴置される角度が定義することができる。

図５(c)は前記２点で支持する側の座面の断面であり、反射ミラー31は反射面側２点（座面50，51）と反射面と直交する側に１点（突き当て部41）で支持されている。図からも分かるように、反射ミラー31の戴置角度は光学箱に形成された２点の半円柱状座面50，51の接線（図中矢印方向）に沿うことで決められる。

対向側の座面52は１点の半円柱状座面であるため、反射ミラー31の対向側の接地面は、前記接線方向に沿って配置された際に対向側で接する位置となる。本実施形態の形状によって、反射ミラー31が捩れることなく、光学箱の座面に戴置することができる。

さらに前記座面50，51，52は、第１実施形態と同様に反射ミラー31の長手方向にも曲率を有している。この曲率は前述した第１実施形態と同様の目的からであり、反射ミラー31が湾曲したときのプロファイルがそれぞれの座面50，51，52の端部と接触することで局所的に変化し、反射ミラー端部での光学性能が著しく損なわれることを防止するためである。

よって、前記曲率の半径は前述した第１実施形態と同様に、反射ミラー３１の湾曲曲率よりも小さく設けることで、反射ミラー３１の湾曲調整時に反射ミラー３１のプロファイルと光学箱３３の座面が干渉することが無くなり、座面近傍においても良好な光学性能を維持することができるようになる。さらに、前記半円柱状座面５０，５１，５２の３点のうち、湾曲調整手段に近い側に２点の座面５０，５１を設けることで、湾曲調整時に光学箱３３が受ける荷重を分散することが可能となっている。

ここで、光学箱の形成された座面50，51，52の形状について、反射ミラー31の長手方向の端部に設けられた曲率部分は、反射ミラー31の湾曲時における座面近傍での曲率半径よりも小さい曲率を有していれば、楕円形状やその他の形状であっても効果は変わらないことは前述した第１実施形態と同様である。

また、本実施形態では湾曲調整手段に遠い側のミラー右端側で支持する１個の座面52を走査方向に延びた半円柱形状にした例を示したが、これは前述した第１実施形態と同様に半球形状の座面で構成してもよい。

〔他の実施形態〕
前述した各実施形態において、座面の形状としての「半円柱形状」や「半球形状」とは、円柱形状や球形状の一部の形状であればよく、必ずしも円柱や球を半分にした形状のみを意味するものではない。

第１実施形態の反射ミラーを戴置する座面を説明する図である。第１実施形態の反射ミラーと光学箱との座面を説明する図である。画像形成装置を説明する図である。走査式光学装置を説明する図である。第２実施形態の反射ミラーを戴置する座面を説明する図である。色ずれと色ずれ補正の説明図である。従来例の光学箱での反射ミラーを支持する座面を説明する図である。反射ミラーを湾曲させるために押圧する荷重を説明する図である。

符号の説明

20 …感光体ドラム
21 …光学装置
22 …現像器
23 …中間転写ベルト
24 …給送カセット
25 …定着器
26 …排出トレイ
27 …帯電器
29 …ポリゴンミラー
30ａ，30ｂ …ｆθレンズ
31 …反射ミラー
33 …光学箱
34 …上蓋
40，42 …座面
41，43，44 …突き当て部
45 …バネ
50，51，52 …座面

Claims

光源から射出された光を回転多面鏡で偏向走査し、前記回転多面鏡によって偏向走査された光を像担持体に導くための反射部材と、前記反射部材を格納する光学箱と、を有する光学装置において、
前記光学箱に対して前記反射部材を支持し、前記反射部材の長手方向かつ前記反射部材を支持する方向と垂直な方向において前記反射部材に対して線状に当接する第１の当接部を有する第１の支持部と、
前記光学箱に対して前記第１の支持部と同一方向に前記反射部材を支持し、前記反射部材に対して点状に当接する第２の支持部と、
前記反射部材を湾曲させるために、前記長手方向において前記第１の支持部と前記第２の支持部との間を、前記第１の支持部及び前記第２の支持部が前記反射部材を支持する方向と反対方向に向かって前記反射部材を反射面側から押圧する湾曲調整手段と、
を有することを特徴とする光学装置。
前記第１の支持部は、前記反射部材に対して前記長手方向かつ前記支持部により支持される方向と垂直な方向において前記反射部材に対して線状に当接する第１の当接部を含む曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
前記曲面の曲率半径は、前記湾曲調整手段によって前記反射部材を湾曲させた際の前記反射部材の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
前記第１の支持部は、前記反射部材に対して前記長手方向かつ前記第１の支持部及び前記第２の支持部が支持される方向と垂直な方向において前記反射部材に対して線状に当接する稜部を有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
前記長手方向において前記湾曲調整手段が前記反射部材を押圧する位置は、前記第２支持部よりも前記第１支持部に近い位置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学装置。
像担持体に光を照射して潜像を形成し、該潜像を現像剤により現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体に光を照射する光学装置として、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。