JP4533865B2

JP4533865B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4533865B2
Application number: JP2006092158A
Authority: JP
Inventors: 宏記大山; 潤中井
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007264484A

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に係り、特に、回転ミラーによって光源からの光を偏向し、感光体上を走査できるようにした光学系を有する画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置においては、高画質化、高速化、コンパクト化、低コスト化が要望され、高品質な画像形成と１枚当たりの画像形成時間の短縮、構成の簡素化、部品点数の減少などが必要になっている。

このうち、高画質化については光ビームの極小化が行われ、また、高速化については、例えば複数の光源からの光を感光体上に結像させて同時に複数ライン分走査できるようにし、それによって画像形成時間を短縮できるようにした画像形成装置が提案されている。
しかしながら画像形成装置をこのように構成した場合、それぞれの光源には出射する光の角度のばらつきがあり、また、光源や光学素子の取り付け誤差、光学部材自体の誤差などがあるため、それぞれの光源からの光を感光体上の所定位置に正確に結像させるためには、これらのばらつきや誤差を正確に調整する必要がある。

そのため例えば特許文献１には、光源を２つ用いて一方の光源から出射する光を、楔形をして光の進行角度を変えることができるウエッジプリズムを２枚、互いの偏角をうち消す方向に組み合わせて一緒に光軸周りに回転させ、光の走査方向と直角な方向の振れを調整できるようにした角度変位調整ユニットと、光の偏向方向を変えるλ／２板、２つのビームの光軸を合わせる偏向ビームスプリッタなどを用いたマルチビーム走査装置が示されている。

また特許文献２には、２つの光源からの光をポリゴンミラーで一緒に偏向して感光体を走査するようにした画像形成装置において、光源から出てポリゴンミラーに向かう光を整形するアパーチャをポリゴンミラーに近接して配置すると、光源からアパーチャまでの距離が大きくなって少しのビーム出射方向ズレでビーム中心がアパーチャ中心からズレ、光量が大きく減少するため、光源近くにアパーチャを設置し、ウエッジプリズムで光の進行方向を調整すると共に、ミラーやハーフミラーで構成されたビーム近接部材を用い、複数光源からのビームを近づけるようにした画像形成装置が提案されている。

さらに特許文献３には、その概略構成を図６に示したように、レーザダイオード７１などの光源を２つ備え、それぞれの光源７１からの光ビーム７８の光路中にウエッジプリズム７３と平行平板ガラス７４とを入れ、ウエッジプリズム７３によって光ビーム７８がウエッジプリズム７３から出射するときの角度を、平行平板ガラス７４によって光ビームの光軸からの高さを変えられるようにし、各光源７１からの光を感光体７７上の所定位置に正確に結像させる調整を、容易におこなえるようにした画像形成装置が示されている。

特開平９−１９７３１０号公報特開２００２−３５０７５５号公報特開２００２−３５０７６３号公報

しかしながら特許文献１に示されたマルチビーム走査装置では、ウエッジプリズムが２枚用いられていると共に、２つのビームの光軸を合わせるために光の偏向方向を変えるλ／２板、偏向ビームスプリッタなどが用いられていて、構成部材が多くて価格的に不利であり、また、λ／２板、偏向ビームスプリッタなどを用いると光量の減衰が大きい。ところが、高品質化のためにビーム径を極小化し、かつ、高速化を狙った画像形成装置においては、感光体上の光量を確保するために光量の大きな光源を使っているが、このようにλ／２板、偏向ビームスプリッタを使った場合はさらに大きな光量を有する光源を使う必要があり、それだけ電力を要すると共に光源の発熱に対する対策が必要になってくる。

また、特許文献２に示された装置もウエッジプリズムが２枚用いられていると共に、２つのビームの光軸を合わせるためにミラーやハーフミラーで構成されたビーム近接部材が用いられ、特許文献１と同様構成部材が多くて価格的に不利であり、かつ、ハーフミラーを用いることで光量の減衰が大きくなる。

さらに特許文献３に示された画像形成装置においても、ウエッジプリズム７３と平行平板ガラス７４とがそれぞれの光源７１に対して用いられ、スペースを取ると共にコストに大きな影響を与えている。

そのため本発明においては、簡単な構成で部品数を増やすことなく、かつ、光量を減少させることなく光源からの光ビームの方向を調整できるようにし、例えば高画質化のためにビーム系を極小化させた複数の光源からの光を感光体上に結像させ、同時に複数ラインを走査できるようにした画像形成装置などにおいても、容易にそれぞれの光ビームを近接させることができるようにした光学系を備えた画像形成装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる画像形成装置は、
光源からの光を平行光束とした後回転ミラー面に結像させ、感光体上を走査させる光学系を有する画像形成装置において、
前記光学系における光源からの光を平行光束とする光学部材の後流に楔形のウエッジプリズムを配し、該ウエッジプリズムの保持機構に、前記ウエッジプリズムを前記光学系光軸方向の第１の回動中心を中心に回動させる回動手段と、前記光軸に直交する方向の第２の回動中心を中心に回動させる回動手段とを設け、前記ウエッジプリズムに入射する光の進行方向に対し、前記第１の回動中心を中心として回動させた角度の方向と、第２の回動中心を中心として回動させた角度に対応した角度と距離とで出射させて前記回転ミラー面に結像させるようにし、
前記ウエッジプリズムの保持機構はウエッジプリズムホルダとウエッジプリズムホルダ支持部材とからなり、前記ウエッジプリズムは前記ウエッジプリズムホルダ支持部材に前記第１の回動中心を中心に回動可能に保持され、前記ウエッジプリズムホルダ支持部材は前記第２の回動中心を中心として回動できるよう前記画像形成装置本体に取り付けられており、
前記ウエッジプリズムホルダは光軸方向一端に前記光源からの光を通す穴を有した円盤状鍔部材が設けられ、前記ウエッジプリズムホルダ支持部材は前記円盤状鍔部材周囲を嵌合させて前記第１の回動中心を中心として回動可能に保持する溝と、前記画像形成装置本体に前記第２の回動中心を中心として回動可能に取り付けられる円盤状ウエッジプリズムホルダ回動支持部とが設けられていることを特徴とする。

このようにウエッジプリズムを、光学系光軸方向の第１の回動中心、及び光軸に直交する方向の第２の回動中心の、２つの中心を中心として回動可能に光学系中に配することで、このウエッジプリズムを第１の回動中心を中心として回動させれば、ウエッジプリズムに入射する光は回動角度に対応して光学系光軸を中心とする３６０度のいずれの方向へも射出させることができ、また、第２の回動中心を中心として回動させれば、回動させた角度に対応した角度と距離で出射させることができる。そのためウエッジプリズムから出射する光は、光量を減少させることなく任意の方向、角度、距離で出射させることが可能となり、しかも、ウエッジプリズム保持機構は、第１の回動中心と第２の回動中心を中心としてそれぞれ回動させる機構を付加しただけであるから、非常に簡単で部品数が少なくでき、それによって前記課題を解決することが可能な光学系を備えた画像形成装置を提供することができる。

そして、前記ウエッジプリズムは、前記第１の回動中心線と第２の回動中心線とが交わる位置と、前記光学系光軸との両者が、前記ウエッジプリズムの中心と略一致する位置となるよう前記光学系中に配することで、光源からの光がけられることなくウエッジプリズムを出射できるようになる。

また、前前記画像形成装置は複数の光源を有し、少なくとも一の光源を除く他の光源のそれぞれに対応させて前記ウエッジプリズムを配することで、それぞれの光源から発した光ビームを所定位置に結像させる調節を非常に簡単に行うことができる。

以上記載のごとく本発明によれば、ウエッジプリズムから出射する光は光量を減少させることなく任意の方向に、光軸に対して任意の角度、距離で出射させることが可能となり、例えば高画質化のためにビームを極小化させた複数の光源からの光ビームを感光体上に結像させ、同時に複数ラインを走査できるようにした画像形成装置などにおいても、容易にそれぞれの光ビームを近接させることができる。しかも本発明では、ウエッジプリズム保持機構に、第１の回動中心と第２の回動中心の両方を中心に回動可能とする機構を付加しただけであるから、非常に簡単で部品数少なく構成でき、前記課題を解決することが可能な光学系を備えた画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明になる画像形成装置を構成する光学系に用いられる、ウエッジプリズムとその支持機構の斜視図、図２は、本発明になる画像形成装置を構成する光学系に用いられる、ウエッジプリズムとその支持機構の分解斜視図、図３は、本発明になる画像形成装置を構成する光学系に用いられる、ウエッジプリズム支持機構の調整治具とその調整治具を用いた調整方法を示した図で、（Ａ）はウエッジプリズムを光学系光軸方向の第１の回動中心を中心に回動させるための調整治具の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示した調整治具を用いてウエッジプリズムを回動させる様子を示した斜視図、（Ｃ）はウエッジプリズムを光軸に直交する第２の回動中心を中心に回動させるための調整治具の平面図、（Ｄ）は（Ｃ）に示した調整治具を用いてウエッジプリズムを回動させる様子を示した斜視図、図４はウエッジプリズムが光の進行方向をどのように変えるかを説明するための図で、（Ａ）はウエッジプリズムの光入射側が光軸に対して直交している場合、（Ｂ）は同じく傾けた場合、図５は本発明になる画像形成装置の光学系構成概略を示す図である。

最初に図５を用い、本発明になる画像形成装置の一例の光学系構成概略を説明する。この画像形成装置は、図示していない外部のパソコンから送られる画像データや、やはり図示していない原稿読取装置で読み込んだ原稿の画像データなどで変調した光ビーム５１を、ドラム状の感光体５２の表面に走査させるためのレーザ走査ユニット（ＬＳＵ）５３を備えている。

感光体５２は、軸線５４回りに回転自在に保持されていて、その表面が図示しない帯電手段によって一様に帯電された後、レーザ走査ユニット５３からレーザビーム５１が照射されることによって静電潜像が書き込まれる。その後、図示していない現像装置によって静電潜像が現像されてトナー画像が形成され、転写装置によってこのトナー画像が記録用紙に転写される。なお、帯電手段、現像装置、転写装置などの構成については公知であるので、ここではその説明を省略する。

レーザ走査ユニット５３にはレーザダイオードユニット（ＬＤＵ）５５が設けられ、例えば前記図６で説明したのと同様、２つのレーザダイオード５６が備えられている。そしてそれぞれのレーザダイオード５６から出射されるレーザビーム５１は、送られてきた画像データで変調され、図示していないコリメータレンズで平行光束とされる。そしてその後、本発明のウエッジプリズムにより所定の方向に出射され、入射面５７１が凸円筒面状の凸レンズ面になっているシリンドリカルレンズ５７に入射して、ポリゴンミラー５８の反射面５８１に収束される。

ポリゴンミラー５８は、例えば断面略正６角形でその６つの外側面が反射面５８１をなしており、ポリゴンモータ５９の回転軸が連結されている。そのためポリゴンミラー５８は、このポリゴンモータ５９によって軸線５８２回りに矢印の方向に等速回転し、レーザダイオードユニット５５から出射してポリゴンミラー５８の反射面５８１に結像したレーザビーム５１が反射される。そして等速で感光体５２を走査するよう設けられたｆθレンズ６０を通過した後、反射ミラー６１によって反射されて感光体５２を二点鎖線で示したように走査する。なお、以下の説明では、感光体５２の軸線５４に沿う方向を主走査方向とし、感光体５２における軸線５４回りの回転により生じる主走査方向と直交する方向の走査を副走査方向と称する。

そのためこの図５に示した画像形成装置の一例では、２つのレーザダイオード５６から出射されたレーザビーム５１を感光体５２の表面に走査させることにより、一度に２ライン分の静電潜像を感光体５２の表面に書き込むことができる。これにより、画像形成に要する時間を短縮することができると共に、主走査方向および副走査方向の解像度を高くすることができる。なお、以上の説明では、レーザダイオード５６を２つとし、ポリゴンミラー５８の反射面５８１を６面、ｆθレンズ６０を単一のレンズとして示したが、本発明は、これらの数に限定されなくても良いことは自明である。

このように構成した本発明の画像形成装置において、前記したようにそれぞれのレーザダイオード５６から出射したレーザビーム５１は、レーザダイオード５６から出射後にコリメータレンズで平行光束とされ、その後、ウエッジプリズムに入射して所定の方向に出射される。そのため図４に従い、光源から出て平行光とされた光が、ウエッジプリズム１０によってどのように所定方向に出射させられるかを説明する。

ウエッジプリズム１０は、前記して図４（Ａ）に示したように、楔形をして例えばその鋭角部が切られた形をしており、そのため、図４（Ａ）で３０で示した光路から入射する光は、その光路３０に対して偏角θだけ進行方向を変えられて３１で示した方向に出射される。

そこでこのウエッジプリズム１０を、入射光路３０と直角な方向の回動中心１５を中心に図４（Ｂ）に示したように回動させると、３０で示した光路から入射した光は、ウエッジプリズム１０による屈折によってその光路３０より図上、上側から出射され、しかも、回動角度の選択により、光路３０と略平行な３２で示した方向に出射させることができる。これは、従来用いられていた平行平板ガラスと同じ作用をすることを示しており、さらに、このウエッジプリズム１０を、３０で示した光路を中心に回動させると、出射光３２のウエッジプリズム１０からの出射位置は、その光路３０を中心とする３６０度方向のいずれの方向にも射出させることができる。

そのため本発明では、ウエッジプリズム１０の保持機構に、ウエッジプリズム１０を光学系光軸方向の第１の回動中心を中心に回動させる回動手段と、光軸に直交する方向の第２の回動中心を中心に回動させる回動手段とを設け、光源（例えば前記したレーザダイオード５６）からの光を進行方向３０に対して任意の距離と任意の角度、距離で出射できるようにして、それぞれの光源が有する出射角度のばらつきや光源及び光学素子の取り付け誤差、光学部材の誤差などにより、感光体５２上の所定位置に正確に結像できない不具合を調整できるようにしたものである。

このウエッジプリズム１０とその保持機構の外観斜視図が図１であり、分解図が図２である。まず、図２の分解図を用いてこのウエッジプリズム１０の保持機構の構成について説明する。ウエッジプリズム１０は、円筒状のウエッジプリズムホルダ１１に収容され、そのウエッジプリズムホルダ１１の一端には、中央部に光を透過させる穴を有した円盤状鍔部材１２が設けられている。そしてこのウエッジプリズムホルダ１１は、光学系光軸方向とした第１の回動中心１４（図１参照）を中心に回動できるよう、円盤状鍔部材１２の周囲を嵌合させて保持する溝１３１を有したウエッジプリズムホルダ支持部材１３に保持される。

また、ウエッジプリズムホルダ支持部材１３には、ウエッジプリズム１０を光学系光軸と直交する方向の第２の回動中心１５（図１参照）を中心に回動させるため、第２の回動中心１５方向両側に、円盤状としたウエッジプリズムホルダ回動支持部１３３が設けられて、画像形成装置本体に、このウエッジプリズムホルダ回動支持部１３３が回動可能に取り付けられる。

また、円盤状鍔部材１２の一部には、ウエッジプリズムホルダ１１を後記するように第１の回動中心１４を中心として回動させるため、中心側から周部に向かって大きくなる切り欠き部１２１と、切り欠き部１２１とは第１の回動中心１４を挟んだ逆側に、周り止め溝１２２が設けられている。またウエッジプリズムホルダ回動支持部１３３には、やはりウエッジプリズムホルダ回動支持部１３３を後記するように第２の回動中心１５を中心として回動させるため、ウエッジプリズムホルダ回動支持部１３３とウエッジプリズムホルダ支持部材１３本体側とを結び、一定幅で図上、上下方向に延びたウエッジプリズムホルダ支持部材回動用部位１３２が設けられている。

そして図１に示したように、ウエッジプリズムホルダ１１は、ウエッジプリズムホルダ支持部材１３に設けられた円盤状鍔部材保持溝１３１に、円盤状鍔部材１２の切り欠き部１２１が図上、上側となるように嵌合され、さらにウエッジプリズムホルダ支持部材１３の、第２の回動中心１５方向両側に設けられたウエッジプリズムホルダ回動支持部１３３が、図示していない画像形成装置の軸受部に回動可能に取り付けられる。

そしてこのウエッジプリズムホルダ１１、ウエッジプリズムホルダ支持部材１３で保持され、画像形成装置本体に取り付けられたウエッジプリズム１０は、図３（Ａ）に示した第１の回動中心１４を中心とした回動を行わせるための第１調整治具２１、図３（Ｃ）に示した第２の回動中心１５を中心とした回動を行わせるための第２調整治具２２により、第１の回動中心１４と第２の回動中心１５を中心として回動させることで、前記したウエッジプリズム１０からの出射方向調整（すなわち結像位置の調節）を行うことができる。

図３（Ａ）に示した第１の回動中心１４を中心とした回動を行わせるための第１調整治具２１は、柄２１３の先端側に、前記円盤状鍔部材１２に設けられた中心側から周部に向かって大きくなる切り欠き部１２１の角度に合致した切り欠き嵌合部２１１が設けられ、さらに先端部には、同じく前記円盤状鍔部材１２に設けられた周り止め溝１２２に嵌合させる周り止め溝嵌合部２１２が設けられている。

そのため、図３（Ｂ）に示したように、この第１調整治具２１における切り欠き嵌合部２１１を円盤状鍔部材１２の切り欠き部１２１に嵌合させ、周り止め溝嵌合部２１２を周り止め溝１２２に嵌合させて、第１調整治具２１における柄２１３を持って円盤状鍔部材１２を例えば１４１で示した矢印方向に回動させることで、円盤状鍔部材１２がウエッジプリズムホルダ支持部材１３に設けられた円盤状鍔部材保持溝１３１の中で回動し、前記図４で説明したように、ウエッジプリズム１０に入射した光を回動させた分、出射方向を変化させることができる。

また、図３（Ｃ）に示した第２の回動中心１５を中心とした回動を行わせるための第２調整治具２２は、柄２２３の先端側に、ウエッジプリズムホルダ支持部材回動用部位１３２（図１、図２参照）を挟む、挟持部２２２が設けられている。そのため、図３（Ｄ）に示したように、この第２調整治具２２における挟持部２２２でウエッジプリズムホルダ支持部材回動用部位１３２（図１、図２参照）を挟み、第２調整治具２２における柄２２３を持って図３（Ｄ）に１５１で示した矢印方向に回動させることで、画像形成装置本体に回動自在に取り付けたウエッジプリズムホルダ回動支持部１３３を回動させることができる。

そのためウエッジプリズム１０は、前記図４（Ｂ）に示したように第２の回動中心１５を中心として回動するから、エッジプリズム１０に入射した光を回動させた分、入射方向に対する出射角度を変化させることができ、また、この回動角度を適宜選択することで、入射方向と平行にすることも可能となる。すなわち、第１の回動中心１４と第２の回動中心１５をそれぞれ中心としてウエッジプリズム１０を回動させることで、入射した光の進行方向に対する出射角度、距離、位置をそれぞれ任意に変化させることのできる光学部材とすることができるわけである。

このように本発明によれば、ウエッジプリズム１０から出射する光は光量を減少させることなく、任意の方向で、光軸に対して任意の角度、距離で出射させることが可能となり、例えば高画質化のためにビームを極小化させた複数の光源からの光ビームを感光体上に結像させ、同時に複数ラインを走査できるようにした画像形成装置などにおいても、容易にそれぞれの光ビームを近接させることができる。しかも本発明では、ウエッジプリズム保持機構に、第１の回動中心１４と第２の回動中心１５の両方を中心に回動可能とする機構を付加しただけであるから、非常に簡単で部品数少なく、前記課題を解決することが可能な光学系を備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明によれば、光源からの光ビームの方向を、簡単な構成で部品数が少なく、かつ、光量を減少させることなく調整できるようにしたから、画像形成装置を安価に、かつ、高速、高精細に構成することができる。

本発明になる画像形成装置を構成する光学系に用いられる、ウエッジプリズムとその支持機構の斜視図である。本発明になる画像形成装置を構成する光学系に用いられる、ウエッジプリズムとその支持機構の分解斜視図である。本発明になる画像形成装置を構成する光学系に用いられる、ウエッジプリズム支持機構の調整治具とその調整治具を用いた調整方法を示した図で、（Ａ）はウエッジプリズムを光学系光軸方向の第１の回動中心を中心に回動させるための調整治具の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示した調整治具を用いてウエッジプリズムを回動させる様子を示した斜視図、（Ｃ）はウエッジプリズムを光軸に直交する第２の回動中心を中心に回動させるための調整治具の平面図、（Ｄ）は（Ｃ）に示した調整治具を用いてウエッジプリズムを回動させる様子を示した斜視図である。ウエッジプリズムが光の進行方向をどのように変えるかを説明するための図で、（Ａ）はウエッジプリズムの光入射側が光軸に対して直交している場合、（Ｂ）は同じく傾けた場合である。本発明になる画像形成装置の光学系構成概略を示す図である。２つの光源を有する従来の画像形成装置の光学系構成概略を示す図である。

符号の説明

１０ウエッジプリズム
１１ウエッジプリズムホルダ
１２円盤状鍔部材
１２１切り欠き部
１２２周り止め溝
１３ウエッジプリズムホルダ支持部材
１３１円盤状鍔部材保持溝
１３２ウエッジプリズムホルダ支持部材回動用部位
１３３ウエッジプリズムホルダ回動支持部
１４第１の回動中心
１４１回動方向矢印
１５第２の回動中心
１５１回動方向矢印

Claims

光源からの光を平行光束とした後回転ミラー面に結像させ、感光体上を走査させる光学系を有する画像形成装置において、
前記光学系における光源からの光を平行光束とする光学部材の後流に楔形のウエッジプリズムを配し、該ウエッジプリズムの保持機構に、前記ウエッジプリズムを前記光学系光軸方向の第１の回動中心を中心に回動させる回動手段と、前記光軸に直交する方向の第２の回動中心を中心に回動させる回動手段とを設け、前記ウエッジプリズムに入射する光の進行方向に対し、前記第１の回動中心を中心として回動させた角度の方向と、第２の回動中心を中心として回動させた角度に対応した角度と距離とで出射させて前記回転ミラー面に結像させるようにし、
前記ウエッジプリズムの保持機構はウエッジプリズムホルダとウエッジプリズムホルダ支持部材とからなり、前記ウエッジプリズムは前記ウエッジプリズムホルダ支持部材に前記第１の回動中心を中心に回動可能に保持され、前記ウエッジプリズムホルダ支持部材は前記第２の回動中心を中心として回動できるよう前記画像形成装置本体に取り付けられており、
前記ウエッジプリズムホルダは光軸方向一端に前記光源からの光を通す穴を有した円盤状鍔部材が設けられ、前記ウエッジプリズムホルダ支持部材は前記円盤状鍔部材周囲を嵌合させて前記第１の回動中心を中心として回動可能に保持する溝と、前記画像形成装置本体に前記第２の回動中心を中心として回動可能に取り付けられる円盤状ウエッジプリズムホルダ回動支持部とが設けられていることを特徴とする画像形成装置。
前記ウエッジプリズムは、前記第１の回動中心線と第２の回動中心線とが交わる位置と、前記光学系光軸との両者が、前記ウエッジプリズムの中心と略一致する位置となるよう前記光学系中に配されていることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
前記画像形成装置は複数の光源を有し、少なくとも一の光源を除く他の光源のそれぞれに対応させて前記ウエッジプリズムを配したことを特徴とする請求項１または２に記載した画像形成装置。