JPH0553210A

JPH0553210A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH0553210A
Application number: JP3240655A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Munenaka; 仲克己宗
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】結像光学系が使用される環境温度の範囲を実
質的に縮小し、温度変化による光学系の焦点距離の変化
に基づく結像性能の低下を除去する。【構成】画像が形成される感光体ドラムと、ＬＥＤア
レイ８ｂと、該ＬＥＤアレイ８ｂの発した光を感光体ド
ラムに投影するレンズ１，２，３とを備えた電子写真複
写機において、前記レンズ１，２，３を加熱するヒータ
ー１１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真方式の
複写機等のように、発光手段の光を結像光学系を介して
感光体上に投影する露光装置を有する画像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＥＤアレイ（発光手段）と結像
光学系による露光装置は、電子写真複写機等の画像形成
装置に適用した場合、高密度に集積されたライン状のＬ
ＥＤアレイを、結像レンズによって感光体ドラムの有効
画像幅にわたって拡大投影することで枠消し，トリミン
グ，マスキングなどの機能を得ている。

【０００３】実際に使用されるＬＥＤアレイは、発光点
密度が２４０ＤＰＩから４８０ＤＰＩ程度のものであ
り、図８に示すようなＬＥＤアレイ２００，発光素子２
０１の形状および配列パターンが一般的である。

【０００４】一方、結像光学系は、ＬＥＤアレイを感光
体の有効画像域の全域に拡大投影するために１０〜２０
倍程度の拡大倍率が選ばれ、画像上では０．５〜１mm程
度のピッチで露光できるようになっている。電子写真複
写機等においてはズーム機能の高精度化が進んでおり、
それに合わせてトリミング・マスキング・枠消し機能の
高精度化も必要とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例で結像
光学系としてプラスチックモールドを使用した場合は、
プラスチック材料の屈折率が温度によって大きく変化す
るため、レンズ系の置かれる環境温度によってレンズ系
の焦点距離が変化してしまう。このためレンズ系とＬＥ
Ｄアレイとの間隔の最適値が温度と共に変化することに
なり、レンズ系とＬＥＤとの間隔が固定された構成で
は、感光体上に投影されるＬＥＤ発光点の像がピンボケ
になるなど、最適な結像が得られなくなってしまうとい
う欠点がある。

【０００６】このような温度変化の影響を少なくするた
めには、ＬＥＤアレイとレンズ系を支持する部材に線膨
張係数の大きな材料を使用して、レンズ系とＬＥＤアレ
イとの間隔を温度によって変化するようにし、レンズ系
の焦点距離の変化に追従させるようにする構成をとるこ
とが一般的である。しかし、線膨張係数の大きな材料の
加工性（成型性）が悪いことや、支持部材の大型化の問
題から、温度変化の影響を完全にキャンセルすることは
難しく、使用可能な温度範囲を拡張するだけにとどまる
のが実情である。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、結像光学系が使用される環境温度の範囲を実質的に
縮小し、温度変化による光学系の焦点距離の変化に基づ
く結像性能の低下を除去することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、画像が形成される感光体と、発光手段と、該
発光手段の発した光を感光体に投影する結像光学系とを
備えた画像形成装置において、前記結像光学系を加熱す
る加熱手段を設けた。

【０００９】また、前記結像光学系を支持する光学系支
持部材を設け、前記加熱手段は、前記光学系支持部材の
内部または近傍に設けた抵抗型のヒーターである。

【００１０】また、前記加熱手段は、前記発光手段自
体、または該発光手段を保持した基板自体である。

【００１１】また、前記感光体に形成された画像を転写
紙に転写し、該転写紙に画像を定着する定着装置を有
し、前記加熱手段の加熱温度を、定着装置の温度に対応
して制御する構成とした。

【００１２】更に、前記結像光学系の近傍に温度を検知
する温度センサを設け、該温度センサの検知結果に対応
して前記加熱手段の加熱温度を制御する構成とした。

【００１３】更にまた、前記結像光学系はプラスチック
レンズを有する。

【００１４】

【作用】上記構成に基づく本発明は、感光体には画像が
形成される一方、発光手段の発した光は結像光学系を介
して感光体へと露光される。加熱手段が結像光学系を加
熱すると結像光学系は膨張し、その屈折率が変化する。

【００１５】また、光学系支持部材の内部または近傍に
設けた抵抗型のヒータによって結像光学系が加熱され
る。

【００１６】また、発光手段自体、または該発光手段を
保持した基板自体により結像光学系が加熱される。

【００１７】また、転写紙上に転写された画像は定着装
置によって定着される。そして、加熱手段は該定着装置
の温度に対応して結像光学系に対する加熱温度が制御さ
れる。

【００１８】更に、加熱手段は温度センサの検知結果に
対応して結像光学系に対する加熱温度が制御される。

【００１９】更にまた、結像光学系はプラスチックレン
ズを有する。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を図示実施例に基づいて説明す
る。図２は本発明による露光装置５０を電子写真複写機
１００に適用した場合の概略正面断面図である。原稿台
ガラス１０１の上に載置された原稿を照射するランプ１
０２と、ミラー１０３，１０４，１０５とから成る走査
光学系と、レンズ１０６と、固定されたミラー１０７，
１０８，１０９によって原稿の実像が感光体ドラム１１
０の面上に導かれる。

【００２１】レンズ１０６はズームレンズであり、支持
板１１１の上を移動することで５０％から２００％まで
の範囲を１％きざみで、原稿を縮小，拡大できるように
なっている。本発明による露光装置５０は、支持板１１
１の下側に取付板１１２を介して取付けられ、ＬＥＤア
レイ（発光手段）８ｂから発せられた光線はレンズ系
１，２，３によって拡大投影され、ミラー１１３に反射
されてから感光体ドラム１１０面上に到達する。これに
よって、レンズ１０６によって縮小・拡大された原稿の
実像の所定部分を消去するといった、いわゆるトリミン
グ・マスキング・枠消しといった機能を得るようになっ
ている。

【００２２】図１は露光装置５０の平面断面図である。
図において、１は非球面凸レンズ、２は球面凹レンズ、
３は球面凸レンズであり、これらはすべてポリカーボネ
イト樹脂（ＰＣ）を材料としてモールド成型されたレン
ズである。４は薄板でできた絞りであり、不要な光線を
カットする。これらのレンズ１，２，３と絞り４はＰＣ
製の鏡筒５に収められ、止め輪６によって固定されてお
り、所定の性能を有する結像光学系として組立てられて
いる。

【００２３】７はポリブチレンテレフタレート樹脂（Ｐ
ＢＴ）を材料としてモールド成型された光学系支持部材
であるところの鏡筒ホルダーである。鏡筒５は鏡筒ホル
ダー７に嵌合させるように収められ、後述するピント調
整の工程が済んだ後、鏡筒ホルダー７に設けられた穴７
ａから注入された接着剤が鏡筒５の前端部の全周にわた
って設けられた溝５ａに行き渡り、この溝５ａの部分に
おいて鏡筒５と鏡筒ホルダー７は一体的に接着される。

【００２４】８はセラミックスをベースとしたＬＥＤ基
板であり、ガラスケース８ａに保護される形でＬＥＤア
レイ８ｂが実装されている。９は鏡筒ホルダー７の外周
と嵌合し、固定された鉄板である。１０は鉄系焼結で作
られたスペーサであり、ＬＥＤ基板８はスペーサ１０を
介して鉄板９に固定されている。すなわち、結像光学系
であるところのレンズ１，２，３と絞り４とＬＥＤアレ
イ８ｂを実装するＬＥＤ基板８とは、鏡筒ホルダー７，
鉄板９，スペーサ１０等によって一体に支持されてい
る。

【００２５】１１は鏡筒ホルダー７の外周に取付けられ
た電気抵抗型のヒーター（加熱手段）であり、主に鏡筒
ホルダー７を加熱できるようになっている。これらは、
露光装置ユニットとして独立した形態をとっている。従
って、電子写真複写機等の装置本体に組入れる前に、ユ
ニット調整を行なう。

【００２６】プラスチックモールドレンズは、その成型
条件等から焦点距離や外形寸法などにばらつきが生じ易
い。従って、レンズ系１，２，３と絞り４を組込んだ鏡
筒５のそれぞれについて、ＬＥＤアレイ８ｂとの最適な
距離を保証するために、専用の治具上で実際にＬＥＤア
レイ８ｂを発光させながら像を投影し、最適な位置で鏡
筒５を鉄筒ホルダー７に対して固定するという、いわゆ
るピント調整の工程が必要となる。

【００２７】一方、本実施例における電子写真複写機１
００は最大の用紙サイズがＡ３サイズであるため、感光
体ドラム１１０上の画像域の幅は２９７mmである。ま
た、ＬＥＤアレイ８ｂは４８０ＤＰＩのものを２０mmの
長さで用意し（有効域は約１８mm）、レンズ系によって
約１５．７倍の倍率で感光体ドラム１１０面上に拡大投
影する。これによって約０．８３mmのピッチでトリミン
グ・マスキング・枠消しを行なう。

【００２８】この実施例のように、非球面レンズを使用
して半画角αを２３°まで拡げた場合、ＬＥＤアレイ８
ｂから感光体ドラム１１０までの距離、いわゆる光路長
Ｑは約３７３mm必要となる。従って、図２に示したよう
に露光装置５０は本体の熱定着装置１１４の近傍に配置
されることになり、熱定着装置１１４の発熱により、温
度の影響を大きく受ける。また、ＬＥＤアレイ８ｂ自身
も、発光の際に熱を発生し、自己昇温する。

【００２９】また、本実施例では、露光装置５０をトリ
ミング・マスキングの手段として利用するため、結像レ
ンズ系によるＬＥＤアレイの拡大投影像が、感光体ドラ
ム１１０面上ではわずかにデフォーカスされるような位
置関係に配置されている。これは、従来例を示す図８の
ように、発光素子の形状が凹形をしているのと、素子と
素子の間に間隙があるため、感光体ドラム１１０面上に
正確に結像してしまっては、画像を消去したい領域に黒
スジが生じてしまうためである。

【００３０】また、デフォーカス量が大きくなり過ぎる
と、発光素子の投影像がボケ過ぎて、所望の０．８３mm
ピッチの精度では画像消しができない、いわゆる切れの
甘いブランクとなってしまう。本実施例においては、レ
ンズ系の主平面ＸからＬＥＤアレイ８ｂまでの距離Ｌの
許容量は理論的及び実験的に０．０８mmであることが求
められている。

【００３１】図１において、本実施例における露光装置
５０の温度特性について説明する。本実施例において採
用したＰＣ製レンズ系は、温度によって屈折率が変化す
るため、レンズ主平面ＸとＬＥＤアレイ８ｂまでの距離
Ｌの最適値は温度によって変化する。その変化は室温
（約２０℃）付近で線形であり、その変化率は、０．０
０５mm／deg である。具体的には２０℃において距離Ｌ
は２２．７mmであり、４０deg 温度が上昇した場合の６
０℃においては距離Ｌは０．２mm増えて、２２．９mmと
ならなければならない。

【００３２】一方、本実施例における鏡筒５や鏡筒ホル
ダー７，鉄板９，スペーサ１０などから構成される光学
系支持部材の温度変化、すなわち熱膨張によってレンズ
主平面ＸとＬＥＤアレイ８ｂの距離Ｌの変化率Ｃは０．
００３mm／deg である。

【００３３】以下、この変化率Ｃの求め方を示す。図１
において寸法ｌ₁，ｌ₂ ，ｌ₃ で示される各部分の温度
変化率Ｃ₁，Ｃ₂ ，Ｃ₃ の合成が全体の変化率Ｃとなる
から、Ｃ＝Ｃ₁ ＋Ｃ₂ −Ｃ₃ ここでｌ₁ ；鏡筒ホルダー７の寸法（鉄板９の取付面か
ら鏡筒５の接着点Ｙまで）ｌ₂ ；鉄板９及びスペーサ１０の寸法ｌ₃ ；鏡筒５の寸法（鏡筒ホルダー７の接着点Ｙからレ
ンズ系主平面Ｘまで）またこれらの部材の材質の線膨張係数α₁ ，α₂ ，α₃
は以下のとうりである。

【００３４】α₁ ＝１３×１０^-5／deg （ＰＢＴ） α₂ ＝１．１７×１０^-5／deg （Ｆｅ） α₃ ＝５×１０^-5／deg （ＰＣ）また、ｌ₁ ，ｌ₂ ，ｌ₃ は以下の寸法である。

【００３５】ｌ₁ ＝２６．９mm ｌ₂ ＝７．０mm ｌ₃ ＝１１．２mm これらの値よりＣ₁ ＝α₁ ×ｌ₁ ＝３５．０×１０^-4mm／ deg Ｃ₂ ＝α₂ ×ｌ₂ ＝０．０８×１０^-4mm／ deg Ｃ₃ ＝α₃ ×ｌ₃ ＝５．６×１０^-4mm／ deg ゆえにＣ＝Ｃ₁ ＋Ｃ₂ −Ｃ₃ ＝０．００３mm／deg とな
る。仮に、このＣの値を０．００５mm／degと設定する
ことが可能であれば、レンズ系の焦点距離の伸びと完全
にキャンセルできるため、温度変化による焦点のズレを
除去できる。

【００３６】しかし、この値を満足するためにはｌ₁ を
伸ばした場合、ｌ₁ ≒３８．６mmとなり、鏡筒５及び鏡
筒ホルダー７が大型化してしまい現実的ではない。また
α₁が大きい材料を選定した場合はα₁ ≒２０．４×１
０^-5deg という値をもった材料が必要となり、材料が入
手困難になるし、また高精度の加工（成型）には向かず
これも現実的ではない。

【００３７】従って、理想的には０．００５mm／deg と
いう値の変化率が要求されるところを本実施例では０．
００３mm／deg という値の変化率しか与えることができ
ない。

【００３８】一方、前述したように、レンズ系の主平面
ＸからＬＥＤアレイ８ｂまでの距離Ｌの許容量が０．０
８mmであるから、限定された温度の幅の中であれば使用
可能となる。いま、この温度幅をχとおけば（０．００
５−０．００３）×χ＝０．０８より、χ＝４０deg と
なる。本実施例における電子写真複写機は、使用可能環
境温度として、０℃〜３２．５℃を保証している。

【００３９】また、この環境温度の上限である３２．５
℃において、連続運転をした場合、露光装置５０は熱定
着装置１１４から受ける熱とＬＥＤ基板８及びＬＥＤア
レイ８ｂ自身の発熱によって最悪で６５℃まで昇温する
構成がとられている。逆に言えば、使用可能な温度幅４
０deg を有効に利用して、どんな場合でも露光装置５０
が２５℃以上の温度状態になっているようにする。

【００４０】露光装置５０が２５℃以下の温度である状
態は、比較的低温の環境（２５℃以下）で、複写機本体
に電源が投入されて間もない時点である。本発明ではこ
の時点において、露光装置５０を加熱してやり、温度変
化による結像性能の低下を実用上除去することに最大の
主眼を置くものである。

【００４１】図３は本実施例において、露光装置を加熱
する手段としてのヒーター１１の作動を説明するための
フローチャートである。前述したように、ヒーター１１
によって露光装置５０を加熱する必要が生ずるのは、複
写機本体１００に電源が投入された直後である。この時
点では、定着装置１１４の発熱の影響が少なく、複写機
本体１００の内部、なかでも露光装置５０はあまり昇温
していないと考えられる。

【００４２】まず、複写機本体１００の電源が投入され
る（Ｓｔｅｐ１）。これに続いてヒーター１１がＯＮさ
れ、露光装置５０が加熱され始める（Ｓｔｅｐ２）。次
に、定着装置１１４の温調が完了したかどうかを図示し
ないセンサ等により判断する（Ｓｔｅｐ３）。定着装置
１１４の温調が完了したところで、ヒーター１１をＯＦ
Ｆして、露光装置５０を加熱するのを終了する（Ｓｔｅ
ｐ４）。

【００４３】定着装置１１４は、１９０℃で温調制御さ
れており、室温（約２０℃）の状態から１９０℃まで温
度を上げるのに約２分かかる。ヒーター１１はこの時間
内で、露光装置５０を確実に２５℃以上にするような熱
量を発生する。定着装置１１４の温調が完了し、ヒータ
ー１１がＯＦＦした後に、複写機本体１００はスタンバ
イＯＫの状態となる（Ｓｔｅｐ５）。なお、本実施例で
は加熱する手段としてヒーター１１を鏡筒ホルダー７の
外側に設けたが、ヒーター１１のかわりにＬＥＤ８自体
を加熱する手段としてもよい。

【００４４】図４は、ＬＥＤ８をヒーター１１のかわり
に加熱する手段として使用した場合の作動を説明するた
めのフローチャートである。ＬＥＤ８の通電時の発熱を
ヒーターとして利用したものであり、制御はステップ２
においてＬＥＤ８をＯＮし、ステップ４においてＬＥＤ
８をＯＦＦする他は、ヒーター１１を使用する場合と同
じである。

【００４５】以上説明した実施例では、ヒーター１１あ
るいはＬＥＤ８のＯＮ，ＯＦＦは定着装置１１４の温調
制御に従っている。すなわち、本体１００に電源が投入
されてから定着装置１１４が温調を完了させるまでの
間、ヒーター１１あるいはＬＥＤ８をＯＮさせること
で、露光装置５０が作動に必要な２５℃を確保する。

【００４６】仮に、本体１００が紙詰まり処理等で短時
間止められた後、再び電源が投入された場合、定着装置
１１４は比較的短時間で温調を完了する。このような場
合は、露光装置５０はある程度温度が上昇しているた
め、短時間加熱されるだけで使用可能となる２５℃〜６
５℃の範囲に入る。もちろん、露光装置５０に温度セン
サを設けて温度に従ってヒーター１１を制御してもよ
い。上記制御のフローチャートを図４に示す。

【００４７】まず、本体１００に電源が投入される（ス
テップ１）。次に、露光装置５０が２５℃以上かどうか
をセンサによって判断する（ステップ２）。露光装置５
０が２５℃以上であれば、露光装置５０はスタンバイＯ
Ｋの状態である（ステップ３）。露光装置５０が２５℃
以下であれば、ヒーター１１がＯＮされる（ステップ
４）。露光装置５０が２５℃を越えた時点（ステップ
５）でヒーター１１はＯＦＦされ（ステップ６）、スタ
ンバイＯＫの状態となる（ステップ７）。

【００４８】図６は、他の実施例であり、本発明を適用
した電子写真複写機１００の概略断面図である。前述し
た実施例と大きく異なる点は、露光装置５０を加熱する
手段として、特別にヒーター等を用意せず定着装置１１
４の発熱する熱を利用することである。

【００４９】即ち、定着装置１１４の上方を覆うカバー
１１５の一部に開口１１６を設け、この開口１１６には
正逆転可能な軸流ファン１１７が取付けられている。露
光装置５０を加熱する場合は、軸流ファン１１７が正転
し、定着装置１１４の近傍の高温の空気を図中矢印ａの
方向、即ち上方向へ流し露光装置５０全体を加熱できる
ようになっている。

【００５０】また、露光装置５０を加熱しなくてよい場
合、あるいは強制的に冷却する場合は、軸流ファン１１
７を停止させるか、あるいは逆転させて図中矢印ｂの方
向、即ち下方へ空気を流すようになっている。

【００５１】図８は、本実施例における軸流ファン１１
７の制御を示すフローチャートである。まず、複写機本
体１００の電源が投入される（ステップ１）。これと続
いて軸流ファン１１７が正転を開始し、定着装置１１４
近傍の高温の空気を露光装置５０に吹きつけることで露
光装置５０を加熱する（ステップ２）。

【００５２】次に、定着装置１１４の温調が完了したか
どうかを判断する（ステップ３）。定着装置１１４の温
調が完了したところで、軸流ファン１１７の回転を停止
して、露光装置５０を加熱するのを終了する（ステップ
４）。この時点で複写機本体１００はスタンバイＯＫの
状態となる（ステップ５）。軸流ファン１１７の制御を
定着装置１１４の温調制御と連動させることで露光装置
５０を２５℃以上の状態にできるのは、前述実施例と同
じである。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、結像光学系を加熱
する手段を設けることにより、結像光学系が実用できる
温度範囲が比較的狭い場合であっても、画像形成装置本
体のウェイトタイムを利用して加熱することで実用上問
題なく使用することができる。より具体的には、結像光
学系として、光学特性が温度変動により大きな影響を受
ける反面、軽い，割れにくい，モールド成型が容易，コ
ストが安いという多くのメリットをもったプラスチック
レンズを利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部を示す平面断面図。

【図２】本発明を適用した電子写真複写機の概略正面断
面図。

【図３】本発明の加熱手段の制御を示すフローチャー
ト。

【図４】本発明の加熱手段の制御を示すフローチャー
ト。

【図５】本発明の加熱手段の制御を示すフローチャー
ト。

【図６】他の実施例による電子写真複写機の概略正面断
面図。

【図７】図６の加熱手段の制御を示すフローチャート。

【図８】ＬＥＤアレイの発光パターンを示す平面図。

【符号の説明】

１〜３プラスチックレンズ５鏡筒７鏡筒ホルダー８ＬＥＤ基板８ｂＬＥＤアレイ１１ヒーター５０露光装置１１４定着装置１１７軸流ファン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像が形成される感光体と、発光手段
と、該発光手段の発した光を感光体に投影する結像光学
系とを備えた画像形成装置において、前記結像光学系を加熱する加熱手段を設けたことを特徴
とする画像形成装置。
【請求項２】前記結像光学系を支持する光学系支持部
材を設け、前記加熱手段は、前記光学系支持部材の内部
または近傍に設けた抵抗型のヒーターである請求項１記
載の画像形成装置。
【請求項３】前記加熱手段は、前記発光手段自体、ま
たは該発光手段を保持した基板自体である請求項１記載
の画像形成装置。
【請求項４】前記感光体に形成された画像を転写紙に
転写し、該転写紙に画像を定着する定着装置を有し、前
記加熱手段の加熱温度を、定着装置の温度に対応して制
御する構成とした請求項１〜３のうちいずれか一の請求
項記載の画像形成装置。
【請求項５】前記結像光学系の近傍に温度を検知する
温度センサを設け、該温度センサの検知結果に対応して
前記加熱手段の加熱温度を制御する構成とした請求項１
〜３のうちいずれか一の請求項記載の画像形成装置。
【請求項６】前記結像光学系はプラスチックレンズを
有する請求項１〜５のうちいずれか一の請求項記載の画
像形成装置。