JP5009557B2

JP5009557B2 - 光走査装置及びそれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP5009557B2
Application number: JP2006171140A
Authority: JP
Inventors: 和宏赤津
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: JP2008003198A; US7813021B2; US20070296800A1

Description

本発明はデジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に設けられる光走査装置及びそれを備えた画像形成装置に係り、特に、複数の光源を合成する光合成手段を有する光走査装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。

複数の光源を合成する光合成手段を有する光走査装置は、例えば、特許文献１に開示のように、既に提案されている。

特許第３０６４３４７号公報

上記特許文献１に開示の光走査装置は、光線の位置調整手段としてガルバノミラーを用いており、この場合、複数の光源からの光線全体をガルバノミラーによって一括して補正することは可能である。

しかしながら、複数の光源からの光線が重なっているので、個々の光線に対しては独立して調整することができず、その結果、被走査媒体である感光体上で合成された複数の光源の結像スポットの配列角度を一定に保持することができず、均等に走査間隔を変更させて印刷ドット密度を切り替えることが困難な問題があった。

本発明の目的は、合成された複数の光源の結像スポットの配列角度を一定に保持することができ、印刷ドットの切り替えが容易にできる光走査装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、等間隔で一方向に並設された複数の光源を有しこれら複数の光源からの光線を平行光線として放射する第１の光源ユニット及び第２の光源ユニットと、前記第１の光源ユニットからの光線の透過光と前記第２の光源ユニットからの反射光を同一光路上に構成する光合成手段と、この光合成手段によって合成された第１の合成光線を結像レンズを介して結像する受光手段とを備えた光合成ユニットと、前記光合成手段によって合成された第２の合成光線を偏向走査する光偏向手段と、この光偏向手段を経由した前記第２の合成光線を外部に照射するように構成した光走査装置において、前記第１の合成光線の結像スポットが前記受光手段に設けた受光素子の中心に位置するように、前記光合成ユニットと前記受光手段とは、前記第１の合成光線の光軸を相対的に変位させるように構成したのである。

以上説明したように、前記光合成ユニットと前記受光手段とを、前記第１の合成光線の光軸を相対的に変位させるように構成することで、合成する光線の光源数が複数で一方向に並べられた場合、合成後の被走査媒体上の結像スポットの配列角度を一定に保持することができ、かつ印刷ドットの切り替えが容易にできる光走査装置及びそれを備えた画像形成装置を得ることができる。

以下、本発明による光走査装置を備えた画像形成装置の一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図２に示すように、画像形成装置は、トナー像を形成するための記録媒体であり被走査媒体であり一方向に回転駆動されるドラム型の感光体１と、この感光体１を特定の極性に均一に帯電させる帯電装置２と、この帯電装置２よりも前記感光体１の回転方向下流側に設置され帯電された前記感光体１に光線を照射して静電潜像を形成する光走査装置３と、この光走査装置３の前記感光体１の回転方向下流側で前記感光体１に対向して配置された現像装置４と、この現像装置４の前記感光体１の回転方向下流側で前記感光体１に接し搬送装置５によって前記感光体1の回転と同期して移動される印刷用紙６と、この印刷用紙６が前記感光体１と接した位置に配置された転写装置７と、前記帯電装置２よりも前記感光体１の回転方向上流側に位置する清掃装置８と、前記転写装置７よりも前記印刷用紙６の移動方向下流側に位置する定着装置９とを備えている。

上記構成の画像形成装置において、回転する感光体１は、トナー像を形成するために、帯電装置２によって帯電され、その後、光走査装置３から照射される光線によって露光され、静電潜像が形成される。その後、現像装置４から感光体１上にトナーが供給されることで、静電潜像に応じたトナー像が感光体１上に形成される。トナー像を形成した感光体１に印刷用紙６が接し、転写装置７を作動させて印刷用紙６の背面にトナーと逆極性の帯電を行うことで、感光体１上のトナー像を印刷用紙６の表面に転写する。転写後、印刷用紙６に転写されなかったトナーは、清掃装置８によって感光体１上から除去され、印刷用紙６上に転写されたトナー像は、定着装置９を経由して定着される。定着装置９は、一定温度に加熱制御されたヒートロールとこのヒートロールに圧接する加圧ローラとを有し、これらのローラ間を通過するとき、印刷用紙６上に保持されたトナー像は加圧溶融されて定着される。この定着処理後に、印刷用紙６は画像形成装置の外部に搬出される。

前記光走査装置３は、図３に示すように、後述する複数の光源から放射される光線を合成する光合成ユニット１０と、この光合成ユニット１０で合成された合成光線（第２の合成光線）１１を通過させ副走査方向のみに所定の曲率を有するシリンドリカルレンズ１２と、このシリンドリカルレンズ１２を通過した合成光線１１を偏向走査する光偏向手段である回転多面鏡１３と、この回転多面鏡１３で偏向された合成光線１１を通過させるＦθレンズ１４と、このＦθレンズ１４を通過した合成光線１１を反射させ図２の感光体１表面に静電潜像を結像させる折り返しミラー１５と、Ｆθレンズ１４を通過した合成光線１１の一部をミラー１６を経由して検出するセンサ１７とを備えている。そして、センサ１７からの出力信号によって光合成ユニット１０から照射される合成光線１１の書き込みのための変調を開始するようにしている。

このように構成された光走査装置３の前記光合成ユニット１０は、図１に示すように、第１の光源ユニット１８と、この第１の光源ユニット１８からの光軸と９０度異なる光軸の光線を照射する第２の光源ユニット１９と、これら第１及び第２の光源ユニット１８，１９から照射される光線の一方を反射し他方を透過させることで両光線を合成するプリズム等からなる光合成手段２０と、この光合成手段２０によって合成された第1の合成光線２１を第２の光源ユニット１９の光軸方向に通過させる結像レンズ２２と、これらを支持する支持箱２３とを備えている。そして、前記結像レンズ２２を通過した第１の合成光線２１を受光し前記結像レンズ２２の焦点距離だけ離れた位置に受光手段２４を配置し、前記支持箱２３とは別構成に設置している。そして、前記光合成ユニット１０は、支持箱２３の前記光合成手段２０によって合成された第２の合成光線１１の進む進行方向の両側に一対の搖動機構２５を設けると共に、前記支持箱２３から第1の合成光線２１と同方向に延在された駆動用腕２６を設け、この駆動用腕２６の先端部に螺合したねじ棒２７を設け、このねじ棒２７を正回転又は逆回転させるモータ２８を連結することで、前記受光手段２４で第1の合成光線２１の受光の有無を検出して制御手段２９に出力して前記モータ２８を駆動させて支持箱２３の傾斜を制御している。ここで、駆動用腕２６，ねじ棒２７，モータ２８，制御手段２９が、本発明による光合成ユニット１０を傾斜させる傾斜手段を構成する。

上記構成の光合成ユニット１０とすることで、受光手段２４は結像レンズ２２を通過した第１の合成光線２１のスポットを検知する。このスポットは、第１及び第２の光源ユニット１８，１９からの第１の合成光線２１の光軸を含む平面内に第２の合成光線１１の光軸と平行となるように配列されており、支持箱２３の傾きによって、受光手段２４の近傍のスポットの副走査方向位置が変化する。

スポットが受光手段２４からずれた場合は、第２の合成光線１１による感光体１表面のスポット配列の角度が変化したことになり、その場合には、制御手段２９がモータ２８を駆動して正回転又は逆回転させ、それによってねじ棒２７を回転させて搖動機構２５を支点として駆動用腕２６を下方あるいは上方に回動させ、支持箱２３の傾斜を調整する。支持箱２３の傾斜の調整によって、第１の合成光線２１のスポットは、受光手段２４で受光されることになり、この受光が最大となるように制御を行うことで、第２の合成光線１１による感光体１上のスポット配列角度を一定に保持することができる。このスポット位置の変動は、第２の合成光線１１を軸とし、結像レンズ２２の焦点距離と、結像レンズ２２と光合成手段２０間の距離との和を半径として変化するために、小さな変動を拡大して検出できる特徴がある。

ところで、画像形成装置は、組立て誤差や部品誤差によって、スポット列の角度が設計通りの角度に設定されていても、印刷にピッチ斑などを生じることがある。このような場合には、印刷状態を見ながらピッチ斑が発生しないようにスポット列の角度調整を行う必要がある。具体的には、実際に横線を印刷し、印刷結果として横線の間隔にバラツキが生じた場合には、感光体１のスポット列の角度を変えながら印刷を繰り返し、最も間隔のバラツキが少なくなるようにスポット列の角度を調整して固定する。

このような細かな調整を作業者が支持箱２３を直接傾斜させて行う場合、僅かに傾斜させても第１の合成光線２１の光軸は大きく傾斜してしまうので、角度の微調整は極めて困難である。

しかしながら、本実施の形態においては、このような微調整を、受光手段２４の位置を変更することで行うことができる。

即ち、受光手段２４の位置を変更すると、その中心に結像レンズ２２からの第1の合成光線２１のスポットがくるように、制御手段２９がモータ２８を駆動して支持箱２３の傾きを調整する。このように、受光手段２４の近傍のスポット位置の目標位置である受光手段２４の位置を調整すれば、目標角度を調整しているのと同じことになり、この場合、支持箱２３の角度調整を直接手動によって調整するよりも、拡大してスポットの配列角度を調整できるので、調整が容易に行える。因みに、支持箱２３の回動中心から受光手段２４までの距離が、支持箱２３の中心から支持箱２３の端部までの距離の5倍であれば、受光手段２４の位置を変えて調整することは、支持箱２３を直接手動で傾ける場合に較べて、５倍細かに角度の調整が行える。

次に、第１及び第２の光源ユニット１８，１９の具体的構成を、第１の光源ユニット１８について、図４に基づいて説明する。

光源３０は、光源ホルダ３１に、ねじ３２によって固定されている。この光源ホルダ３１にはコリメータレンズホルダ３３がねじ３４で固定されており、コリメータレンズ３５がねじ３６で固定されている。これら各ねじ３４，３６を緩めることで、コリメータレンズ３５の光軸方向の調整及び光源３０とコリメータレンズ３５間の光軸垂直方向の調整が行なわれ、調整後、各ねじ３４，３６を締結することで、各レンズの位置関係が固定される。

ところで、前記光合成ユニット１０の結像レンズ２２の焦点距離は、支持箱２３の傾け角の許容角度と、受光手段２４の位置検知精度に応じて決定すればよい。具体的には、受光手段２４の位置検知精度が±１ｍｍで、支持箱２３の傾け角の許容角度が±０．５度であれば、焦点距離を１１４．６ｍｍとすればよい。算出式は、１／（ｔａｎ０．５度）である。

次に、上記構成の光合成ユニット１０を用い、印刷ドットの密度の切り替えを行う場合を、図５〜図９に基づいて説明する。

図５は、感光体１上のスポット列を示すもので、この例では第１及び第２の光源ユニット１８，１９の均等の間隔で一列に並んだ夫々５つの光源からのスポット列４０，４１を合成した場合である。このスポット列スポット列４０，４１は、受光手段２４上でも同様に結像され、支持箱２３の傾きを検知するのに用いている。

受光手段２４は、図６に示すように、受光素子４２が上下方向に変位可能に構成されている。即ち、前記受光素子４２は、素子ホルダ４３に実装され、この素子ホルダ４３は枠４４内を上下方向にのみ移動可能に入れられている。そして、素子ホルダ４３は、上方からばね４５によって常に下方に押圧されており、下方からはモータ４６の回転によって突出入する押し棒４７によって前記ばね４４に逆らって押圧されている。尚、この押し棒４７をねじ棒とし、このねじ棒を螺合するねじ穴を素子ホルダ４３の下部に設けることで、前記ばね４５を省略することができる。

このように、受光素子４２の上下位置を変更することで、支持箱２３の傾きを調整する場合に較べて、感光体１上のスポット列４０，４１の角度調整の回転半径を大きく取ることができ、その結果、角度調整を高精度で細かく調整できるので、正確な角度調整が行うことができる。

上記構成とすることで、モータ４６を回転させ、素子ホルダ４３を上下方向に変位させて受光素子４２の位置を変更することで、この受光素子４２の位置変更に連動させて感光体１上のスポット列の角度を変更することができる。したがって、角度を小さくなるように受光素子４２の位置を変更すれば高印刷ドット密度に切り替えることができる。

また、図７に示すように、固定された素子ホルダ４３に、基準印刷ドット密度用の受光素子４２ａと他の印刷ドット密度用の受光素子４２ｂを設け、支持箱２３を傾けて受光素子４２ａ，４２ｂを選択して印刷ドットの密度の切り替えを行うようにしても良い。尚、印刷ドット密度の切り替えは、上記スポット列の角度の変更による走査間隔の変更以外に、回転多面鏡１３の回転数の変更や光源の変調周波数を変更する必要がある。

ところで、前記受光素子４２，４２ａ，４２ｂは、単一の光センサでも良く、２分割センサやＣＣＤカメラでも良く、いずれにしても光スポット列の副走査方向位置を容易に検出できるものであればよい。

次に、光合成ユニット１０の実施の態様を、基準印刷ドット密度が１２００ｄｐｉを想定して説明する。そして、光源を１５０μｍ間隔で並べた５素子とし、コリメータレンズ３５の焦点距離を１５ｍｍとする。また、Ｆθレンズ１４を含む走査レンズ系の走査方向倍率を１３倍、副走査方向倍率を４倍とする。

図８に示すように、感光体１上では、スポット列４０とスポット列４１とが合成されて一列になっている。基準印刷ドット密度が１２００ｄｐｉなので副走査方向間隔は２１．１７μｍで均一としている。一方、光源は、図９に示すように、素子列５０と素子列５１２とが一列になるように配置されている。そして、副走査方向倍率が４倍なので、合成前の素子列の一つの副走査方向間隔は、１０．５８μｍ（＝４２．３３／４）となる。合成前の素子列の間隔は、１５０μｍであるので、ｓｉｎ（α）＝１０．５８／１５０から、傾け角αは４．０４４６度と求められる。また、合成前の素子列の一つの操作方法間隔は、１５０・ｃｏｓ（α）から、１４９．６２６４μｍと求められる。走査方向倍率は１３倍なので、図８に示す感光体１上の走査方向間隔は、１９４５．１４μｍとなる。図８に示すスポット列の傾け角θは、ｔａｎ（θ）＝４２．３３／１９４５，１４から、１．２４６８度である。尚、傾け角θの許容ずれ量は印刷品質から±１０％程度まで許容できることが分かっているので、バラツキは概略±０．４度以下に抑える必要がある。

次に、光合成ユニット１０の結像レンズ２２の焦点距離について説明する。受光手段２４の受光素子として単一の光センサを用いると、副走査方向寸法が大きいとバラツキ範囲が大きくなり、副走査方向寸法が小さいと光が光センサの中に安定して入らない問題がある。そこで、副走査方向寸法を１ｍｍとした場合、結像レンズ２２の焦点距離を１４３．２ｍｍ以上にすればスポット列の角度のバラツキは±０．４度以下に抑えることが可能になる。これらに基づいて結像レンズ２２の焦点距離を１５０ｍｍとすると、受光手段２４上のスポット列の間隔は０．７５ｍｍとなっているので、７．５ｍｍ以上の寸法が必要となる。本実施の態様では、余裕を持って１０ｍｍとする。よって、受光手段２４の寸法は、走査方向が１ｍｍ、副走査方向が１０ｍｍとすればよいことは分かる。

次に、印刷ドット密度を、基準印刷ドット密度の１２００ｄｐｉを切り替えて２４００ｄｐｉにする場合を説明する場合には、プロセス速度は同じとし、回転多面鏡１３の回転数を２倍、光源の変調周波数を４倍にして、光源からの合成光線１１の感光体１上の副走査方向間隔を２１．１７μｍから１０．５８μｍにすればよい。この方法は、光源本体を光軸中心に回転させて行う。

ところで、図１０及び図１１は、素子ホルダ４３に保持した一つの受光素子４２の高さを変えた場合の支持箱２３の傾きを示すものである。図１０は、印刷ドット密度が１２００ｄｐｉの場合で、支持箱２３の傾け角が４．０４４６度になればよいので、焦点距離１５０ｍｍの結像レンズ２２からの第１の合成光線２１を、支持箱２３が水平のときの光軸に対し１０．６ｍｍ下向きに傾くように、図１に示すモータ２８を作動させてねじ棒２７を回転させ、駆動用腕２６を下向きに傾斜させればよい。図１１は、印刷ドット密度が２４００ｄｐｉの場合を示すもので、図１０と同様な操作を行って、結像レンズ２２からの第１の合成光線２１を、支持箱２３が水平のときの光軸に対し、図１０のときの半分の５．３ｍｍ下向きに傾斜させればよい。

図１２は、図７に示すように、二つの受光素子４２ａ，４２ｂが素子ホルダ４３の上下方向に間隔をあけて設置したもので、その位置は、印刷ドット密度が１２００ｄｐｉの受光素子４２ａは、支持箱２３が水平のときの光軸に対し１０．６ｍｍ下方に設置し、印刷ドット２４００ｄｐｉの受光素子４２ｂは、水平光軸に対し５．３ｍｍ下方に設置して使い分ければよい。

尚、回転多面鏡１３の回転数を２倍、光源の変調周波数を４倍にする方法としては、回転数設定値や変調周波数の設定値を複数備えて切り替えたり、あるいは基準となる回転数設定値や基準となる変調周波数を一つ備えてその比率を切り替える手段を複数備えて切り替えたりする方法がある。

本発明による光合成ユニットを示す概略斜視図。本発明による光走査装置を備えた画像形成装置を示す概略側面図。図２の光走査装置を示す概略構成図。光源ユニットを示す斜視図。感光体上の合成光線によるスポット列を示す模擬図。受光手段の一例を示す正面図。受光手段の別の例を示す正面図。感光体上の合成光線によるスポット列を示す態様模擬図。光源位置の列を示す想定図。印刷ドット密度が１２００ｄｐｉ時の合成光線の傾きを示す概略図。印刷ドット密度が２４００ｄｐｉ時の合成光線の傾きを示す概略図。印刷ドット密度が１２００ｄｐｉ時と２４００ｄｐｉ時の受光素子の位置関係を示す概略図。

符号の説明

１…ドラム型の感光体、２…帯電装置、３…光走査装置、４…現像装置、５…搬送装置、６…印刷用紙、７…転写装置、８…清掃装置、９…定着装置、１０…光合成ユニット、１１…合成光線（第２の合成光線）、１２…シリンドリカルレンズ、１３…回転多面鏡、１４…Ｆθレンズ、１５…折り返しミラー、１６…ミラー、１７…センサ、１８…第１の光源ユニット、１９…第２の光源ユニット、２０…光合成手段、２１…第1の合成光線、２２…結像レンズ、２３…支持箱、２４…受光手段、２５…搖動機構、２６…駆動用腕、２７…ねじ棒、２８，４６…モータ、２９…制御手段、３０…光源、３１…光源ホルダ、３２，３４，３６…ねじ、３３…コリメータレンズホルダ、３５…コリメータレンズ、４０，４１…スポット列、４２，４２ａ，４２ｂ…受光素子、４３…素子ホルダ、４４…枠、４５…ばね、４７…押し棒、５０，５１…素子列。

Claims

等間隔で一方向に並設された複数の光源を有しこれら複数の光源からの光線を平行光線として放射する第１の光源ユニット及び第２の光源ユニットと、前記第１の光源ユニットからの光線の透過光と前記第２の光源ユニットからの反射光を同一光路上に構成する光合成手段と、この光合成手段によって合成された第１の合成光線を通過させる結像レンズと、これらを支持する支持箱とを備えた光合成ユニットと、前記結像レンズを通過した第１の合成光線を受光する受光手段を設け、かつ、前記光合成手段によって合成された第２の合成光線を偏向走査する光偏向手段と、この光偏向手段を経由した前記第２の合成光線を外部に照射するように構成した光走査装置において、前記第１の合成光線の結像スポットが前記受光手段に設けた受光素子の中心に位置するように、前記光合成ユニットを前記受光手段に対して傾斜させるように構成したことを特徴とする光走査装置。
前記受光素子は１つであり、前記第１の合成光線の結像スポットに対して前記受光素子の位置を副走査方向に変位させる手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
前記受光手段は副走査方向に間隔をおいて複数設置されており、これら複数の受光手段に対して前記第１の合成光線が傾斜するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
等間隔で一方向に並設された複数の光源を有しこれら複数の光源からの光線を平行光線として放射する第１の光源ユニット及び第２の光源ユニットと、前記第１の光源ユニットからの光線の透過光と前記第２の光源ユニットからの反射光を同一光路上に構成する光合成手段と、この光合成手段によって合成された第１の合成光線を通過させる結像レンズと、これらを支持する支持箱とを備えた光合成ユニットと、前記結像レンズを通過した第１の合成光線を受光する受光手段を設けると共に、前記光合成手段によって合成された第２の合成光線を偏向走査する光偏向手段と、この光偏向手段を経由した前記第２の合成光線を外部に照射するように構成した光走査装置において、前記光合成ユニットは、前記第１の合成光線の結像スポットの前記受光手段に設けた受光素子に対する位置が調整できるように傾斜可能に支持されており、かつ、前記光合成ユニットを傾斜させる傾斜手段を設けると共に、前記第１の合成光線の結像スポットが前記受光素子の中心に位置するように前記傾斜手段の傾斜を制御する制御手段を設けたことを特徴とする光走査装置。
前記光偏向手段は、偏向回数を変更させる手段を備え、前記光源は、変調周波数を変更する手段を備えていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の光走査装置。
前記第２の合成光線を被走査媒体に照射し結像するように構成したことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の光走査装置を備えた画像形成装置。
等間隔で一方向に並設された複数の光源を有しこれら複数の光源からの光線を平行光線として放射する第１の光源ユニット及び第２の光源ユニットと、前記第１の光源ユニットからの光線の透過光と前記第の２光源ユニットからの反射光を同一光路上に構成する光合成手段と、この光合成手段によって合成された第１の合成光線を通過させる結像レンズと、これらを支持する支持箱とを備えた光合成ユニットと、前記結像レンズを通過した第１の合成光線を受光する受光手段を設け、かつ、前記光合成手段によって合成された第２の合成光線を偏向走査する光偏向手段と、この光偏向手段を経由した前記第２の合成光線を外部に照射するように構成した光走査装置において、前記第１の合成光線の結像スポットが前記受光手段に設けた受光素子の中心に位置するように、前記第１の合成光線の光軸に対し前記受光手段を相対的に変位させるように構成したことを特徴とする光走査装置。