JP5311759B2 - 走査光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機、同プリンタ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置に用いるのに好適な走査光学装置に関するものである。

電子写真複写機、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、一般に、光源からの光ビームを偏向器によって偏向させ、Ｆθレンズ等の結像光学系で集光し感光ドラム上に形成したビームスポットを、感光ドラム面に走査する構成としている。

光学箱内で偏向走査されるレーザビームは光学レンズによって結像され、それぞれの折返しミラーで反射されて、ドラムの方向に向うことになる。このとき、前記光学レンズの相対位置が、振動或いは温度変化に因る光学箱の変形に起因してズレを生じるとドラム面に向うレーザビームに照射位置ズレが発生する。位置ズレは画像上では、平行ずれ、斜めずれ、二次曲線的なずれに大別出来る。

そのため、光学箱に求められる性能としては、比較的に振動に対して強くする為に最低共振周波数が高いこと、駆動源の振動数近傍の固有振動数をモード上に持たないこと、環境温度が変動しても、線膨張方向以外の変形が発生しないことなどが上げられる。

それと同時に、本体フレーム上に微小な変形が生じた時、光学箱上にそれを上回る変形が発生しないために、十分な静剛性が確保されている必要もある。

しかしながら、光学箱内には、偏向用モータが配置され、その回りには多数のレンズ、反射ミラー等の光学部品が配置され、さらに各光学系の光路を確保すると、光学箱内には、補強の為のリブ形状を形成する部位は限定されてしまう。

そこで、光学箱内にリブを設ける以外で走査光学装置の強度を上げる方法として、光学箱内の偏向用モータの周囲に設けられたリブ同士を連結させる補強部材を、偏向用モータ上に設ける構成が開示されている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００６−２３４９７７号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、偏向用モータの回転に起因する自励的な振動対策には効果的であるが、外部振動に対する耐震性能や、光学素子の位置に関する剛性という面では不十分である。

そこで、走査光学装置の底板と対向する開放面側全体を覆う上蓋部材を補強部材とする構成も考えられるが、下記のような問題がある。即ち、光学箱からの出射光束に対して光軸調整が組立後に必要となるが、蓋部材を取り付けた状態ではそれらの調整が物理的に困難となってしまう。そこで、蓋部材を取り付けない状態で、調整を行い、調整完了後に蓋部材を取り付ける工程が考えられる。しかしながら、剛性の高い蓋部材を光学箱上面全体に装着する構成は、蓋部材の精度に若干でも問題があると、光学箱が蓋部材の形状に倣うことにより光学箱に変形が発生し、調整時の光軸がずれてしまうことがある。

そこで本発明は、走査光学装置の光学箱上面部で強度の向上を図っても、走査光学箱から出射される光軸の調整を行うことが可能な走査光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、走査光学装置の光学箱上面を覆う上蓋部材を設けても、走査光学箱から出射される光軸がずれることを抑制可能な走査光学装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するための本発明の構成は、第１のレーザ光を出射する第１の光源と、第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
複数の反射面を有し、回転軸中心に回転し、前記第１のレーザ光が第１の感光体上を走査するように前記第１のレーザ光を偏向し、前記第２のレーザ光が第２の感光体を走査するように、前記複数の反射面のうちの前記第１のレーザ光を偏向する反射面と同一の反射面に入射する前記第２のレーザ光を偏向する回転多面鏡と、前記回転多面鏡によって偏向された前記第１のレーザ光を前記第１の感光体に向かって反射する第１のミラーと、前記回転多面鏡によって偏向された前記第２のレーザ光を前記第２の感光体に向かって反射する第２のミラーと、底部と、前記底部から立設する第１の側壁、第２の側壁、及び前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する第３の側壁を備え、前記回転多面鏡、前記第１のミラー、及び前記第２のミラーを収納する光学箱と、前記光学箱の底部に対向する前記光学箱の開放面において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する板状の連結部材であって、前記底部と直交する方向において前記第１のミラーと前記第２のミラーとに重ならない位置において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する連結部材と、前記第１のミラーによって反射された前記第１のレーザ光を通過させる透明部材と前記第２のミラーによって反射された前記第２のレーザ光を通過させる透明部材とを備え、前記連結部材が前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結した状態で前記光学箱を閉塞する蓋部材と、を有し、前記第１のミラー及び前記第２のミラーは前記回転多面鏡と前記第３の側壁との間に取り付けられ、かつ前記第１のミラーは前記第２のミラーよりも前記第３の側壁に近い位置に取り付けられ、前記連結部材は、前記第１のミラーによって反射された前記第１のレーザ光及び前記第２の反射ミラーによって反射された前記第２のレーザ光を遮光しないように、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間であって、かつ前記光学箱の底部に対向する前記光学箱の開放面において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結することを特徴とする。

走査光学装置の光学箱上面部で強度の向上を図っても、走査光学箱から出射される光軸の調整を行うことが可能な走査光学装置を提供することができる。

図１、図２及び図３は本発明の実施形を示す走査光学装置の概略構成を示している。図１は４個の感光体ドラムを用いたタンデム型カラー機に対応する走査光学装置の主として偏向器以後の部分についての構成を示す断面図で、図２は前記走査光学装置の光源から偏向器、結像レンズ、折返しミラーの配置を示す蓋を外した状態での平面図である。図３は概観図である。

走査光学装置は筐体として光学箱１、蓋２、補強部材４，５から構成される。光学箱１は、底部（底板部）としての底板１ａと、底板１ａの周囲に設けられた側壁部としての側壁１ｂを有する。

そして、連結部としての補強部材４は、底板１ａに直交する方向から見てブラックＫ，シアンＣ用の各第二結像レンズ４１、４２をほぼ覆う位置に配置され、光学箱１上に成形された締結形状部にねじ固定されている。ブラックＫ，シアンＣ用の各第二結像レンズ４１、４２は、光学箱内に設けられている偏向器３の右側に配置されている。同様に補強部材５は偏向器３の左側に配置されているマゼンタＭ、イエローＹ用の各第二結像レンズ４３，４４ほぼ覆う位置に配置されている。

本実施例では、光学箱１はＰＣ系のガラス強化樹脂材料で射出成形により形成されたもので、補強部材４、５についても同材質の射出成形による部品である。補強部材については、必ずしも、光学箱と同材質である必要はないが、温度変化に因る熱変形を防止するためには、線膨張係数が同等であることが望ましい。

光源は、ブラックＫ，シアンＣ側に対応する２個の光源１１、マゼンタＭ、イエローＹに対応する２個の光源１２からなる。それぞれの光源はＺ方向に斜入射角を持っていて、それぞれのレーザ光束は偏向器の偏向面で、交差する設定になるように配置されている。前記光源は前記レーザ光束をそれぞれ平行光にコリメートする４個のコリメータレンズ（図示せず）とともに光学箱に収納されている。各２個ずつの光源に対応し、ポリゴンミラー上でレーザ光束を主走査方向に長い線状に集光する複合シリンドリカルレンズ（２１，２２）が設けられている。更に、ポリゴンミラーを備えたブラシレスモータで構成される偏向器３は、ブラックＫ，シアンＣに対応するレーザ光束を偏向器の右側でそれぞれ走査し、マゼンタＭ，イエローＹを偏向器の左側でそれぞれ走査する。偏向器にて偏向された各色に対応するレーザは、途中からそれぞれ独立して設けられた光学系へ透過され、各色の像担持体としての感光ドラム上の所定の位置に集光される。走査光学系は第１結像レンズ（３１，３２）、第２結像レンズ（４１，４２，４３，４４），１枚ないし３枚の折返しミラー（５１，５２，５３，５４，５５，５６、５７，５８）からなり、各色に対応するレーザの光路中に設けられている。第１結像レンズと第２結像レンズは、走査光のＦθ補正を行うが、副走査方向の結像は主に第２結像レンズによって行なわれている。ここで、第１の結像レンズ（３１，３２）は、各光源から出射された２本のレーザ光束を共通に透過させるレンズである。第２結像レンズ（４１，４２，４３，４４）は、第１の結像レンズ（３１，３２）を透過した各ビームをそれぞれ別々に透過させる結像レンズである。

ここで、補強部材４、５は、底板１ａに対向する光学箱の上面部（開放面側）を設けられ、側壁部の一方から他方に亘って連結する板状の連結部である。光学箱の底板１ａに直交方向から見て折返しミラー（５１，５４，５５，５８）に重ならないように避けた位置に設けられている。そして、補強部材４、５は、折返しミラー（５１，５４，５５，５８）の長手方向に沿って連結されており、折返しミラー（５１，５４，５５，５８）の長手方向に直交する方向に関しては部分的に連結されている。

こうすることで、組立完了後、各色の像担持体に向うレーザ光束が最後に折り返される折返しミラー（５１，５４，５５，５８）について反射角の調整を行うことができる。即ち、各色に対応する像担持体に直接反射させるミラーの位置が調整可能となっている。

そして折返しミラー（５１，５４，５５，５８）の位置調整後に、防塵のために少なくとも補強部材にて覆われていない開口部を覆うために蓋部材としての蓋２を取り付ける。本実施例では、光学箱の上面全体を覆うように蓋２を補強部材４、５に重ねて取り付ける。

以上の構成で、更に詳細に説明する。

図１、図２で、光源１１には上下方向に適当距離離れて設置された２個の独立した発光点が有り、それぞれブラックＫ，シアンＣに相当する。２個の発光点から互いに接近する方向に斜めに出射された２本のレーザ光束はそれぞれ独立して各光軸上に配置されるコリメータレンズ（図示せず）で平行光束とされる。この時コリメータレンズは、レーザ光束がそれぞれについて、照射位置とピント位置が保証されるような位置に調整固定される。平行光とされた２本のレーザ光束は、斜めに放射された２本のレーザ光束のそれぞれに対応するように２眼のレンズからなる複合シリンドリカルレンズ２１によって、副走査方向に集光され、偏向器のポリゴンミラー上の単一の反射点に線像を形成する。

ポリゴンミラー面上の反射面で反射され偏向走査されるレーザ光束は反射面で上下逆の関係で斜めに反射されｆθレンズである第１結像レンズ３１に向う。第１結像レンズ３１はブラックＫ，シアンＣそれぞれのレーザ光束が共通で通過しｆθ補正され、その後ブラックＫのレーザ光束は第２結像レンズ４１を経てミラー５１に向かう。ブラックＫのレーザ光束はミラー５１で光路が変えられブラックＫの感光ドラム６１面に結像される。

シアンＣのレーザ光束はミラー５２、ミラー５３で折り返された後、第２結像レンズ４２を経てミラー５４に向かう。シアンＣのレーザ光束はミラー５４で光路が変えられブラックＫ，シアンＣの感光ドラム６２面に結像される。

同様に、光源１２には上下方向に適当距離離れて設置された２個の独立した発光点が有り、それぞれマゼンタＭ，イエローＹに相当する。２個の発光点から互いに接近する方向に斜めに出射された２本のレーザ光束はそれぞれ独立して各光軸上に配置されるコリメータレンズ（図示せず）で平行光束とされる。この時コリメータレンズは、レーザ光束がそれぞれについて、照射位置とピント位置が保証されるような位置に調整固定される。平行光とされた２本のレーザ光束は、斜めに放射された２本のレーザ光束のそれぞれに対応するように２眼のレンズからなる複合シリンドリカルレンズ２２によって、副走査方向に集光され、偏向器のポリゴンミラー上の単一の反射点に線像を形成する。

ポリゴンミラー面上の反射面で反射され偏向走査されるレーザ光束は反射面で上下逆の関係で斜めに反射されｆθレンズである第１結像レンズ３２に向う。第１結像レンズ３２はマゼンタＭ，イエローＹそれぞれのレーザ光束が共通で通過しｆθ補正され、その後イエローＹのレーザ光束は第２結像レンズ４３を経てミラー５５に向かう。イエローＹのレーザ光束はミラー５５で光路が変えられイエローＹの感光ドラム６４面に結像される。

マゼンタＭのレーザ光束はミラー５６、ミラー５７で折り返された後、第２結像レンズ４４を経てミラー５８に向かう。マゼンタＭのレーザ光束はミラー５８で光路が変えられマゼンタＭの感光ドラム６３面に結像される。

以上の説明のように、本構成では、ブラックＫ，シアンＣ側もマゼンタＭ，イエローＹ側も第１結像レンズまでは、２本のレーザ光束は共通の光学要素を通過するが、その後第２結像レンズからは、全く独立した光学要素を通過する構成としている。そのため、例えば第１結像レンズの姿勢が変化しても、ブラックＫ，シアンＣ間、あるいはマゼンタＭ，イエローＹ間では照射光束の相対関係は変化しないが、第二結像レンズの姿勢が変化すると、それぞれが独立である為、照射光束の相対位置は変化してしまう。

本発明では、光学箱内に設けられた複数の光学部品のうち、少なくとも２組の第二結像レンズ（４１，４２）（４３，４４）近傍にそれぞれ、補強部材４、及び５を配置し、光学箱１の側壁間を連結（架橋）して締結する。このように、光学箱１の底板と側壁、そして、補強部材４、及び５で囲まれる閉空間を形成することで、ねじり剛性を向上させ、２組の第二結像レンズ（４１，４２）（４３，４４）の位置関係が変化し難い構成としている。

温度環境が変わった場合でも、前記閉空間で囲まれた範囲では、光学箱１と補強部材４，５の線膨張係数を略同一としているので、光学箱１と補強部材４、５間の膨張差による変形、反り返りは発生せず同一部材としての変形挙動となる。従って、常に第二結像レンズ（４１，４２）（４３，４４）の位置関係は一定に保たれる。

又、補強部材４，５を取り付けた状態で、折返しミラー（５１，５４，５５，５８）の調整を行うので、その後、防塵の為の蓋２を取り付けても各出射光束の光軸がずれることが無くなる。

外部から加振された時、加振周波数と一致する共振周波数のモードを光学箱が持つと、内部の結像レンズ、ミラーが振動して、動的な相対位置がずれて、画像の色ずれが発生する。外部からの加振周波数は様々であるので、一般的には共振周波数の最低周波数を上げることが、振動対策としては効果がある方法である。

本発明に於いては、振動シュミレーションによると、光学箱の一次の捩れモードに関しては、補強部材の追加で、１３％の周波数アップした。また、２次の膜振動モードに関しては、補強部材の追加で、１９％の周波数アップが実現出来ていて、外部振動に対する耐震性能も向上している。

本発明の実施例の構成を説明する断面図 本発明の実施例の構成を説明する平面図 本発明の実施例の構成を説明する概観図

符号の説明

１ 光学箱
２ 蓋
３ 偏向器
４，５ 補強部材
１１〜１４ 光源
３１、３２ 第１結像レンズ
４１〜４４ 第２結像レンズ
５１〜５８ 折返しミラー

Claims (9)

1. 第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
   第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
   複数の反射面を有し、回転軸中心に回転し、前記第１のレーザ光が第１の感光体上を走査するように前記第１のレーザ光を偏向し、前記第２のレーザ光が第２の感光体を走査するように、前記複数の反射面のうちの前記第１のレーザ光を偏向する反射面と同一の反射面に入射する前記第２のレーザ光を偏向する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡によって偏向された前記第１のレーザ光を前記第１の感光体に向かって反射する第１のミラーと、
   前記回転多面鏡によって偏向された前記第２のレーザ光を前記第２の感光体に向かって反射する第２のミラーと、
   底部と、前記底部から立設する第１の側壁、第２の側壁、及び前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する第３の側壁を備え、前記回転多面鏡、前記第１のミラー、及び前記第２のミラーを収納する光学箱と、
   前記光学箱の底部に対向する前記光学箱の開放面において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する板状の連結部材であって、前記底部と直交する方向において前記第１のミラーと前記第２のミラーとに重ならない位置において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する連結部材と、
   前記第１のミラーによって反射された前記第１のレーザ光を通過させる透明部材と前記第２のミラーによって反射された前記第２のレーザ光を通過させる透明部材とを備え、前記連結部材が前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結した状態で前記光学箱を閉塞する蓋部材と、を有し、
   前記第１のミラー及び前記第２のミラーは前記回転多面鏡と前記第３の側壁との間に取り付けられ、かつ前記第１のミラーは前記第２のミラーよりも前記第３の側壁に近い位置に取り付けられ、
   前記連結部材は、前記第１のミラーによって反射された前記第１のレーザ光及び前記第２の反射ミラーによって反射された前記第２のレーザ光を遮光しないように、前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間であって、かつ前記光学箱の底部に対向する前記光学箱の開放面において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結することを特徴とする走査光学装置。
2. 前記回転多面鏡と前記第１のミラーとの間に設けられ、前記回転多面鏡により偏向された前記第１のレーザ光を通過させて前記第１のミラーに導き、前記連結部材によって覆われる第１のレンズと、
   前記回転多面鏡と前記第１のレンズとの間に設けられ、前記回転多面鏡によって偏向された前記第２のレーザ光を通過させて前記第２のミラーに導き、前記連結部材によって覆われる第２のレンズと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記蓋部材は、前記光学箱の開放面のうち少なくとも前記連結部材が配置されていない部分を覆うことを特徴とする請求項１または２に記載の走査光学装置。
4. 前記第１のミラーおよび前記第２のミラーは、前記底部に対する取付角度が調整可能であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の走査光学装置。
5. 前記回転多面鏡の前記複数の反射面のうち前記第１のレーザ光を偏向する反射面とは異なる反射面に入射し、第３の感光体を走査するように前記回転多面鏡によって偏向される第３のレーザ光を出射する第３の光源と、
   前記回転多面鏡の前記複数の反射面のうち前記第３のレーザ光を偏向する反射面と同一の反射面に入射し、第４の感光体を走査するように前記回転多面鏡によって偏向される第３のレーザ光を出射する第４の光源と、
   前記光学箱に収容され、前記回転多面鏡によって偏向された前記第３のレーザ光を前記第３の感光体に向かって反射する第３のミラーと、前記光学箱に収容され、前記回転多面鏡によって偏向された前記第４のレーザ光を前記第４の感光体に向かって反射する第４のミラーと、
   前記光学箱の底部に対向する前記光学箱の開放面において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する板状の第２の連結部材であって、前記底部と直交する方向において前記第３のミラーと前記第４のミラーとに重ならない位置において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する連結部材と、を備え、
   前記光学箱は、前記底部から立設し、前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結する第４の側壁を備え、前記第３のミラー及び前記第４のミラーは前記回転多面鏡と前記第４の側壁との間に取り付け角度を調整可能に取り付けられ、かつ前記第３のミラーは前記第４のミラーよりも前記第４の側壁に近い位置に取り付けられ、
   前記第２の連結部材は、前記第３のミラーによって反射された前記第３のレーザ光及び前記第４の反射ミラーによって反射された前記第４のレーザ光を遮光しないように、前記第３のミラーと前記第４のミラーとの間であって、かつ前記光学箱の底部に対向する前記光学箱の開放面において前記第１の側壁と前記第２の側壁とを連結することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の走査光学装置。
6. 前記回転多面鏡と前記第３のミラーとの間に設けられ、前記回転多面鏡により偏向された前記第３のレーザ光を通過させて前記第３のミラーに導き、前記第２の連結部材によって覆われる第３のレンズと、
   前記回転多面鏡と前記第３のレンズとの間に設けられ、前記回転多面鏡によって偏向された前記第４のレーザ光を通過させて前記第４のミラーに導き、前記第２の連結部材によって覆われる第４のレンズと、を備えることを特徴とする請求項５に記載の走査光学装置。
7. 前記蓋部材は、前記光学箱の開放面のうち少なくとも前記連結部材が配置されていない部分を覆うことを特徴とする請求項５または６に記載の走査光学装置。
8. 前記第３のミラーおよび前記第４のミラーは、前記底部に対する取付角度が調整可能であることを特徴とする請求項５乃至７いずれか１項に記載の走査光学装置。
9. 前記連結部材の材質は前記光学箱の材質と同材質、もしくは線膨張係数が略同一の材質であることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の走査光学装置。

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