JP2008216514A - Optical scanning apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の高コスト化を招くことなく、光ビームの利用効率の向上を図る。
【解決手段】光ビームの光束のうち走査に寄与しない光束をモニタすることにより、光源10の光量制御を行う。これにより、走査に寄与する光ビームの利用効率を低下させることなく、光源10の光量制御を行なうことが可能となる。また、保護部材71によって光ビームをフォトディテクタ18に導光する。したがって、光源10からの光ビームを分岐するビームスプリッタ等の素子を用いる必要がなくなり、装置のコストダウンを図ることが可能となる。
【選択図】図4
The present invention aims to improve the utilization efficiency of a light beam without increasing the cost of the apparatus.
Light amount control of a light source is performed by monitoring a light beam that does not contribute to scanning among light beams of a light beam. This makes it possible to control the light amount of the light source 10 without reducing the utilization efficiency of the light beam that contributes to scanning. Further, the light beam is guided to the photodetector 18 by the protective member 71. Therefore, it is not necessary to use an element such as a beam splitter for branching the light beam from the light source 10, and the cost of the apparatus can be reduced.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光ビームにより被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning apparatus and an image forming apparatus, and more particularly, to an optical scanning apparatus that scans a surface to be scanned with a light beam, and an image forming apparatus including the optical scanning apparatus.
従来カールソンプロセスを用いて画像を形成する画像形成装置としては、例えば、回転する感光ドラムの表面を、光ビームで走査することにより、感光ドラムの表面に潜像を形成し、この潜像を可視化して得られたトナー像を、記録媒体としての用紙上に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置が知られている。近年、この種の画像形成装置は、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷によく用いられるようになり、画像の高密度化及び画像出力の高速化への要求が一層高まっている。 Conventionally, as an image forming apparatus that forms an image using the Carlson process, for example, a surface of a rotating photosensitive drum is scanned with a light beam to form a latent image on the surface of the photosensitive drum, and the latent image is visualized. An image forming apparatus that forms an image by fixing a toner image obtained in this manner on a sheet as a recording medium is known. In recent years, this type of image forming apparatus is often used for simple printing as an on-demand printing system, and demands for higher image density and faster image output are increasing.
一般に、画像出力の高速化を図る方法としては、光ビームを偏向させるポリゴンミラーの回転数と感光ドラムの回転数を高くして、プリント速度を増加させることが考えられる。しかしなら、ポリゴンミラーの回転数を高くすると、その駆動系からの騒音や振動が増加するとともに消費電力も増大し、装置の耐久性が低下してしまう。また、画像出力の高速化は、画像の高密度化に対しトレードオフの関係になっているため、ポリゴンミラーの回転数を高くしていくと、それにともなって画質が低下するという不都合もある。 In general, as a method for speeding up image output, it is conceivable to increase the printing speed by increasing the rotational speed of a polygon mirror for deflecting a light beam and the rotational speed of a photosensitive drum. However, if the rotational speed of the polygon mirror is increased, noise and vibration from the drive system increase, power consumption increases, and the durability of the apparatus decreases. Further, since high-speed image output has a trade-off relationship with high-density image, there is a disadvantage that the image quality is lowered as the rotational speed of the polygon mirror is increased.
そこで、画像の高密度化及び画像出力の高速化を同時に両立する方法として、光源をマルチビーム化し、一度に複数本の光ビームにより感光ドラムを走査する方法が提案されている(例えば、特許文献1、及び特許文献2参照)。特許文献1及び特許文献2に記載の方法は、複数の発光点を有する面発光型レーザアレイ(VCSEL: vertical cavity surface emitting laser)からの発散光を、一括して偏向させることにより、感光ドラム上を同時に複数本の光ビームで走査することが可能な方法である。
Therefore, as a method of simultaneously achieving higher image density and higher image output speed, a method has been proposed in which a light source is multi-beamed and a photosensitive drum is scanned with a plurality of light beams at one time (for example, Patent Documents). 1 and Patent Document 2). The methods described in
上述の面発光型レーザアレイでは、端面発光型レーザを用いた場合に行われているように、後方射出光を利用して光ビームの強度をモニタすることができないため、例えば特許文献3に記載の方法のように、面発光型レーザアレイから射出する光ビームの一部を、例えばビームスプリッタなどで分岐し、この分岐した光ビームを受光素子などで受光することにより、光ビームの強度をモニタしている。しかしながら、この方法ではビームスプリッタを透過することで光ビームの強度が低下してしまうため、走査に用いられる光ビームの利用効率が低下してしまうという不都合がある。また、ビームスプリッタは比較的高価であるため、装置全体としてのコストが高くなるという不都合もある。 In the above-described surface-emitting laser array, the intensity of the light beam cannot be monitored using the rear emission light as is the case with the edge-emitting laser. As in this method, a part of the light beam emitted from the surface emitting laser array is branched by, for example, a beam splitter, and the light beam is monitored by receiving the branched light beam with a light receiving element or the like. is doing. However, in this method, since the intensity of the light beam is reduced by passing through the beam splitter, there is a disadvantage that the utilization efficiency of the light beam used for scanning is lowered. Further, since the beam splitter is relatively expensive, there is a disadvantage that the cost of the entire apparatus becomes high.
なお、例えば特許文献4に示されるように、例えばアパーチャなどでビーム形状を成形する際に、アパーチャに反射された反射光をモニタする方法も考えられるが、この方法では、反射光を受光する素子の配置に関する制約が多くなる。 For example, as shown in Patent Document 4, a method of monitoring reflected light reflected by an aperture when shaping a beam shape with an aperture or the like is also conceivable. However, in this method, an element that receives reflected light is considered. There are many restrictions on the placement of
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、装置の高コスト化を招くことなく、光ビームの利用効率の向上を図ることが可能な光走査装置を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of improving the utilization efficiency of a light beam without causing an increase in cost of the device. There is.
また、本発明の第2の目的は、精度よく画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of forming an image with high accuracy.
本発明は、第1の観点からすると、偏向手段により光ビームを主走査方向へ偏向して、被走査面を走査する光走査装置であって、前記光ビームを射出する複数の発光点が、前記主走査方向と所定の角度を成す第1方向と、前記主走査方向又は前記第1方向に直交する第2方向とに2次元配置された光源と;前記複数の発光点からそれぞれ射出された光ビームの少なくとも一部を、それぞれ受光する受光素子と;前記発光点それぞれから射出された光ビームの光束うち、少なくとも、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向へ進行する光束を通過させる通過部を有し、前記光源及び前記受光素子が配置される空間を規定する保護部材と;を備える光走査装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device that scans a surface to be scanned by deflecting a light beam in a main scanning direction by a deflecting unit, and a plurality of light emitting points that emit the light beam include: A light source two-dimensionally arranged in a first direction that forms a predetermined angle with the main scanning direction, and a second direction that is orthogonal to the main scanning direction or the first direction; A light-receiving element that receives at least a part of the light beam; and a light beam that travels in at least a third direction orthogonal to the first direction and the second direction, out of the light beams emitted from the light emitting points. And a protective member that defines a space in which the light source and the light receiving element are disposed.
これによれば、光走査装置は、光源と、この光源の各発光点からそれぞれ射出される光ビームを受光する受光素子とを備えている。したがって、受光素子からの信号を介して光ビームの強度をモニタすることにより、光ビームを所望の強度に調整することができ、結果的に、光ビームの利用効率を向上することが可能となる。また、これらの光源及び受光素子は、光ビームの射出方向に光ビームの通過部を有する保護部材によって規定される空間に配置されている。したがって、光源及び受光素子の組み付け時に、光源又は受光素子と異物とが干渉することを回避することが可能となる。 According to this, the optical scanning device includes a light source and a light receiving element that receives a light beam emitted from each light emitting point of the light source. Therefore, by monitoring the intensity of the light beam via the signal from the light receiving element, the light beam can be adjusted to a desired intensity, and as a result, the utilization efficiency of the light beam can be improved. . These light sources and light receiving elements are arranged in a space defined by a protective member having a light beam passage portion in the light beam emission direction. Accordingly, it is possible to avoid interference between the light source or the light receiving element and the foreign object when the light source and the light receiving element are assembled.
本発明は、第2の観点からすると、本発明の光走査装置を備える画像形成装置である。これによれば、画像形成装置は、本発明の光走査装置を備えている。したがって、精度よく画像を形成することが可能となる。 From the second viewpoint, the present invention is an image forming apparatus including the optical scanning device of the present invention. According to this, the image forming apparatus includes the optical scanning device of the present invention. Therefore, it is possible to form an image with high accuracy.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図15に基づいて説明する。図1には、第1の実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ200の概略構成が示されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a
プリンタ200は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙(用紙)上に転写することにより、画像を印刷するカラープリンタである。このプリンタ200は、図1に示されるように、光走査装置100、感光ドラム201、帯電チャージャ202、トナーカートリッジ204、クリーニングケース205、給紙トレイ206、給紙コロ207、レジストローラ対208、転写チャージャ211、定着ローラ209、排紙ローラ212、排紙トレイ210、及びこれらを収容するハウジング220などを備えている。
The
前記ハウジング220は略直方体状で、+X側及び−X側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。
The
前記光走査装置100は、ハウジング220の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調した光ビームを主走査方向(図1におけるY軸方向)へ偏向することにより、感光ドラム201の表面を走査する。なお、光走査装置100の構成については後述する。
The
前記感光ドラム201は、その表面に、光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置100の下方にY軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図1における時計回り(図1の矢印に示される方向)に回転されている。そして、その周囲には、図1における12時(上側)の位置に帯電チャージャ202が配置され、2時の位置にトナーカートリッジ204が配置され、6時の位置に転写チャージャ211が配置され、10時の位置にクリーニングケース205が配置されている。
The
前記帯電チャージャ202は、感光ドラム201の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム201の表面を所定の電圧で帯電させる。
The
前記トナーカートリッジ204は、黒色画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム201とは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム201の表面に供給する。
The
前記クリーニングケース205は、Y軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム201の表面に接するように配置されている。感光ドラム201の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム201の回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース205の内部に回収される。
The
前記転写チャージャ211は、感光ドラム201の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ202とは逆極性の電圧が印加されている。
The
前記給紙トレイ206は、ハウジング220の+X側の側壁に形成された開口から+X側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙213を複数枚収容することが可能となっている。
The
前記給紙コロ207は、給紙トレイ206から用紙213を1枚ずつ取り出し、1対の回転ローラから構成されるレジストローラ対208を介して、感光ドラム201と転写チャージャ211によって形成される隙間に導出する。
The
前記定着ローラ209は、1対の回転ローラから構成され、用紙61を過熱するとともに加圧し、排紙ローラ212へ導出する。
The
前記排紙ローラ212は、1対の回転ローラなどから構成され、ハウジング220の−X側の側壁に形成された開口から−X側端が突出した状態で配置された排紙トレイ210に対し、定着ローラ209から送られる用紙213を順次スタックする。
The
次に、光走査装置100の構成について説明する。図2は光走査装置100の概略構成を示す図である。図2に示されるように、光走査装置100は、光源ユニット70と、長手方向をX軸方向とする直方体状の光学ハウジング101に収容された光学系102とを備え、光走査装置100の斜視図である図3に示されるように、光源ユニット70は光学ハウジング101の−X側の外壁面(以下、取り付け面という)に取り付けられている。
Next, the configuration of the
図4は、光源ユニット70を上方(+Z側)から見た図であり、図5は、光源ユニット70を−Y側から見た図である。図4及び図5を総合するとわかるように、前記光源ユニット70は、光源10、保護部材71(図5では図示省略)、ベース72、ケーシング74、基板76、フォトディテクタ18、集光素子19、カップリングレンズ11などを含んで構成されている。
FIG. 4 is a view of the
前記光源10は、発光点として例えばVCSELが2次元配置された面発光型半導体レーザアレイである。この光源10には、図6に示されるように、発光面(−X側の面)上に、発散光を射出する32個のVCSELが、Y軸と角度θ1をなす直線L1と平行な方向を行方向とし、Z軸と平行な方向を列方向とする4行8列のマトリクス状に配置されている。本実施形態では、VCSELの行間隔Dzは18.4μmで、列間隔Dyは30μmとなっており、各VCSELのZ軸方向(副走査方向)に関し隣り合う発光点の間隔dzは2.3μm(=Dz/8)となっている。
The
前記フォトディテクタ18は、光源10の−Y側に配置され、入射する光ビームの強度に応じた信号(光電変換信号)を出力する。
The
前記保護部材71は、−X側が開放され+X側に開口部71aが形成された容体状の部材であり、内壁面の+Y側及び−Y側には、光源10の+Y側端部近傍から射出された光ビームの少なくとも一部を反射して、フォトディテクタ18へ導くための反射面が形成されている。また、開口部71aは、光源10の発光面に投影したときの形状が、図6に仮想線で示されるように、全てのVCSELを含み、かつその面積が最も小さくなるような四角形となるように形成されている。本実施形態では、開口部71aの形状は、2組の辺が直線L1及びZ軸にそれぞれ平行な平行四辺形となっている。なお、反射部は、内壁面にミラー等の反射材を取り付けるか、又は反射率の高いアルミなどを蒸着することで形成することができる。
The
前記集光素子19は、例えばレンズ又は回折格子からなり、保護部材71の内側で、光源10のVCSELそれぞれから+X方向に進行する光束が干渉しない位置に不図示の支持部材を介して固定されている。そして、−Y側から入射する光束を、保護部材71の内壁面に形成された−Y側の反射面近傍に集光する。
The condensing
前記ベース72は、図4及び図5を総合するとわかるように、中央に円形開口72bが形成された板状の本体部と、本体部の上面に円形開口72bを囲むように形成された環状凸部72aと、環状凸部72aの下方(−Z側)に配置された長手方向をX軸方向とするレンズ支持部72cの3部分を有している。そして、ベース72の本体部の−X側の面には、円形開口72bを囲むように固定軸81と、2本の回転軸82A,82Bがそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the
前記固定軸81は、円形開口72bの+Y側に配置された長手方向をX軸方向とする円柱状の部材であり、例えば+X側端部をベース72の本体部に螺合することで、ベース72に固定されている。
The fixed
前記回転軸82A,82Bは、円形開口72bの−Y側に配置され、図7に示されるように、−X側端部の外周面に雄ねじ部が形成された大径部と、ベース72の厚みよりも短い小径部との2部分からなる、長手方向をX軸方向とする段付き円柱状の部材である。これらの回転軸82A,82Bは、小径部が例えばベース72に設けられた丸孔72dに挿入されることにより、ベース72に対しX軸に平行な軸回りに回転可能に取り付けられている。そして、ベース72の+X側の面に形成された凹部72eの内部に突出した小径部に、例えばピン82aを取り付けることで、ベース72から脱落することが回避されるようになっている。
The
前記レンズ支持部72cは、図8に示されるように、断面が扇形状で長手方向をX軸方向とする突起部である。このレンズ支持部72cの上面は、カップリングレンズ11の外周の曲率と同程度の曲率で凹形状に湾曲し、カップリングレンズ11を、その光軸が円形開口72bの中心を通るように支持している。
As shown in FIG. 8, the
前記カップリングレンズ11は、屈折率が1.5119程度のレンズであり、第1面(光ビームの入射側の面)及び第2面(光ビームの出射側の面)の両面とも次式(1)で表される。ただし、yは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、第1面及び第2面の各係数の値は次表1の通りである。
The
カップリングレンズ11の光軸コリメート調整は、ベース72に設けられたレンズ支持部72cの上面に、膜厚が300μm以下になる量のUV硬化型の接着剤を塗布し、図9に示されるように、レンズ支持部72cの上面に、コリメートレンズ11の+Y側及び−Y側を、1対の治具300A,300Bで挟持した状態で配置する。次に、治具300A,300Bにより、カップリングレンズ11をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、及び各軸回りに動かしながら、ナイフエッジ法を用いてピント位置を検出するとともに、ポジションセンサーで光軸AXの位置を検出しつつ、カップリングレンズ11を最適位置に調整する。そして、調整が終了したら、UV硬化型の接着剤にUV照射を行なって接着剤を硬化させることにより行う。
The optical axis collimation adjustment of the
前記ケーシング74は、例えば金属板を板金加工することにより形成され、図4及び図5を総合するとわかるように、+X側が開放された長手方向をY軸方向とする箱状の部材である。このケーシング74は+Y側及び−Y側の外壁面の+X側端部に1対の長方形状のフランジ部74b,74cが形成され、このフランジ部74b,74cが例えば不図示の螺子などによりベース72に固定されている。また、ケーシング74の−X側の内壁面には、+X側端が略球面形状の突出部74aが形成されている。
The
前記基板76は、長手方向をY軸方向とする基板であり、+X側の面に保護部材71が取り付けられている。そして、基板76と保護部材71とによって規定される空間内の基板に、上述した光源10とフォトディテクタ18が実装されている。
The
図10に示されるように、この基板10には、光源10の周りに、前記固定軸81が挿入可能な開口76aと、1対の回転軸82A,82Bの雄螺子部に螺合する雌螺子部が形成された1対の螺合部77A,77Bが設けられている。本実施形態では、1対の螺合部77A,77Bは、例えば段付きのDカット形状を有するナットを、例えば図5に示されるように基板76の+X側から、基板に設けられたD型の開口に嵌合することにより形成されている。
As shown in FIG. 10, the
そして、図4及び図5を総合するとわかるように、基板76は、その開口76aに押バネ83を介して固定軸81が挿入され、1対の螺合部77A,77Bが1対の回転軸82A,82Bに螺合した状態で配置されるとともに、−X側の面の中央部をケーシング74の内部に設けられた突出部74aの+X側端で支持されることで、ベース72の本体部とほぼ平行となるように、かつ、光源10の中心が円形開口72bの中心と一致するように支持されている。
4 and 5, the
これにより、押バネ83の弾性力により基板76の−X側は、常時突出部74aに対し図4の矢印の方向に付勢されるため、突出部74aと基板76の接点(以下、単に基板中心点という)の位置と、螺合部77A,77Bの位置の3つの位置で基板76の姿勢が規定され、回転軸82A,82Bを回動して基板76の螺合部77A,77Bの位置をX軸方向に移動することで、基板76に実装された光源10の姿勢を調整することが可能となっている。具体的には、図3に示されるようにケーシング74に設けられた丸孔74d又は74eから、ドライバ等の工具先端を挿入し、回転軸82A,82Bを回動して、螺合部77A,77Bそれぞれを、+X方向又は−X方向へ等距離移動させることで、光源10を基板76の基板中心点を中心としてZ軸に平行な軸回りにチルトさせることができ、螺合部77A,77Bのうち、一方を+X方向へ移動し、他方を−X方向へ移動することで、光源10を基板76の基板中心点を中心としてY軸に平行な軸回りにチルトさせることができる。なお、光源10のチルト調整は、光源ユニット70を光学ハウジング101に取り付ける前に、例えば光源10から射出される光ビームのビームスポット径のばらつきを抑え、発光光量の低減等が最も回避されるように行う。また、説明の便宜上、光源10のZ軸に平行な軸回りのチルトをαチルト、Y軸に平行な軸回りのチルトをβチルトと定義する。
Accordingly, the −X side of the
上述のように構成された光源ユニット70は、前記光学ハウジング101の取り付け面に形成された円形開口(不図示)にベース72の環状凸部72aが嵌合し、図9に示されるベース72の+X側及び−X側に形成された1対の長孔72fを介して、図3に示されるように、螺子84A,84Bが光学ハウジング101の取り付け面に螺合することで、光学ハウジング101に対し、X軸に平行な軸AXを中心に回動可能に取り付けられている。そして、ベース72の下方が、光学ハウジング101の取り付け面に設けられた1対の突出部101a,101bのうち、突出部101aに+Y側を支持された押バネ91の−Y側端と、突出部101bに螺合することによりY軸方向に移動可能な調整螺子92の+Y側端とによって挟持されることで、軸AX回りの回転位置が規定されている。これにより、例えば、調整螺子92を回転して+Y方向へ移動することにより、光源ユニット70を矢印aに示される方向に回動し、また、調整螺子92を回転して−Y方向へ移動することにより、光源ユニット70を矢印a’に示される方向に回動することができるようになっている。
In the
実際に光源ユニット70を回動し、光ビームのピッチを調整する際には、まず、螺子84A,84Bで光源ユニット70を光学ハウジング11に仮止めした状態とし、調整螺子92を、その移動可能範囲の最も−Y側に位置させる。次に、不図示の計測器等で光ビームの副走査方向のピッチをモニタしつつ、調整螺子92を+Y側に移動させる。そして、副走査方向のピッチが所定のピッチとなったら調整螺子92の移動を停止して、螺子84A,84Bにより、光源ユニット70を光学ハウジング101に対し強固に固定する。
When actually rotating the
図2に戻り、前記光学系102は、光源ユニット70の+X側に順次配置されたアパーチャ12、線像形成レンズ13、反射ミラー14と、該反射ミラー14の−Y側に配置されたポリゴンミラー15、該ポリゴンミラー15の+X側に順次配置された第1走査レンズ16、及び第2走査レンズ17を備えている。
Returning to FIG. 2, the
前記アパーチャ12は、Y軸方向(主走査方向)の幅が5.5mm、Z軸方向(副走査方向)の幅が1.18mmの矩形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ11の焦点位置よりも+X側に位置するように(カップリングレンズ11の第2面から58.2mmの位置に)配置されている。
The
前記線像形成レンズ13は、第1面がZ軸方向(副走査方向)に屈折力を有し、第2面がY軸方向(主走査方向)に屈折力を有するアナモフィックレンズであり、アパーチャ12を通過した光ビームを反射ミラー14を介して、ポリゴンミラー15へ集光する。
The line
前記ポリゴンミラー15は、上面が半径7mmの円に内接する正方形である4角柱状の部材である。このポリゴンミラー15の4つの側面には偏向面が形成され、不図示の回転機構により、図2に示される矢印の方向に一定の角速度で回転している。これにより、ポリゴンミラー15に入射した光ビームはY軸方向に偏向される。
The
前記第1走査レンズ16は、光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー15により、一定の角速度で偏向される光ビームの像面を、Y軸に対して等速移動させる。なお、第1走査レンズ16の第1面及び第2面の曲率は、一例として次表2に示される通りである。
The
前記第2走査レンズ17は、長手方向をY軸方向として配置され、入射する光ビームを感光ドラム201の表面に結像する。なお、第2走査レンズ17の第1面及び第2面の曲率は一例として次表3に示される通りである。
The
ここで、上述した第1走査レンズ16、及び第2走査レンズ17の第1面及び第2面は、非球面形状であり、両面ともに主走査方向には式(1)で示される非円弧形状で、副走査断面(光軸と副走査方向とに平行な仮想的断面)内の曲率Cs(y)が主走査方向に次式(2)で示されるように変化する形状である。ただし、yは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、第1面及び第2面の各係数の値は、一例として次表4から次表7に示される通りである。
Here, the first surface and the second surface of the
上述した光源ユニット70及び光学系102の、各素子間の光学的距離d1、d3、d5、d6、d8、d10、及び各素子の光軸方向の大きさd2、d4、d7、d9は、一例として次表8に示される通りである。また、光学系102に対しては、光源ユニット70を軸AX回りに回動することにより、光学系102により感光ドラム201上に集光された光ビームの副走査方向のピッチが所定のピッチとなるように調整することが可能となっている。
The optical distances d1, d3, d5, d6, d8, d10 between the elements of the
次に、上述のように構成されたプリンタ200の動作について説明する。上位装置からの画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データにより光走査装置100が駆動され、光源ユニット70からは、画像情報に基づいて変調された32本の光ビームが射出される。この光ビームは、アパーチャ12を経由して線像形成レンズ13によりポリゴンミラー15の偏向面に集光されると、ポリゴンミラー15によってY軸方向に偏向される。そして、光ビームは、第1走査レンズ16へ入射することにより偏向速度が調整されたのち、第2走査レンズ17を介して感光ドラム201の表面に集光される。また、このとき、光源10から射出された光ビームの光束のうち、保護部材71の開口部71aを通過しなかった光束は、保護部材71の内壁面で反射され、少なくとも一部が保護部材71の反射部及び集光素子19を介してフォトディテクタ18へ入射される。光走査装置100では、光束がフォトディテクタ18へ入射したときに出力される信号が常時モニタされ、光源10から出力される光ビームの光量制御が行なわれる。
Next, the operation of the
感光ドラム201の表面の感光層は、帯電チャージャ202によって所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、ポリゴンミラー15により偏向された光ビームにより、感光ドラム201が走査されると、光ビームが集光したところの感光層が導電性を有するようになり、その部分では電荷移動がおこり電位が零となる。したがって、図1の矢印の方向に回転している感光ドラム201が、画像情報に基づいて変調された光ビームにより走査されることにより、表面に電荷の分布により規定される静電潜像が形成される。
The photosensitive layer on the surface of the
感光ドラム201の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ203の現像ローラにより、感光ドラム201それぞれの表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ203の現像ローラは感光ドラム201と逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム201と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム201の表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム201の表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写チャージャにより用紙213に付着された後、定着ローラ209により定着されることで、用紙上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙213は、排紙ローラ212により排紙され、順次排紙トレイ210にスタックされる。
When an electrostatic latent image is formed on the surface of the
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置100では、光源10から射出された光ビームの光束のうち、保護部材71の開口部71aを通過しなかった光束の少なくとも一部をフォトディテクタ18で受光することによって得られる信号をモニタして、光源10から出力される光ビームの光量制御が行なわれる。したがって、光ビームを所望の強度に精度よく調整することができ、結果的に、光ビームの利用効率を向上することが可能となる。また、光源10及びフォトディテクタ18とは、保護部材71によって規定される空間に配置されている。したがって、光源10及びフォトディテクタ18の組み付け時に、光源10又はフォトディテクタ18と工具等の異物とが干渉することを回避することが可能となる。
As described above, in the
また、本実施形態に係る光走査装置100では、保護部材71によって光ビームがフォトディテクタ18に導光される。したがって、光源10からの光ビームを分岐するビームスプリッタ等の素子を用いる必要がなくなるため、装置のコストダウンを図ることが可能となる。また、保護部材71の開口部71aは、アパーチャとしても作用するので、結果的に感光ドラム201上におけるスポット径のばらつきを抑制することが可能となる。
In the
また、本実施形態に係る光走査装置100では、光源10から射出される光ビームの光束のうち、+X方向へ進行する光束以外の光束をフォトディテクタ18で受光することにより得られる信号に基づいて、光量制御が行なわれる。つまり、光ビームの光束のうち走査に寄与しない光束をモニタすることにより、光源10の光量制御が行なわれる。したがって、走査に寄与する光ビームの利用効率を低下させることなく、光源10の光量制御を行なうことが可能となる。また、光源10とフォトディテクタ18、及び保護部材71は共通の基板76に取り付けられている。したがって、αチルト及びβチルトを行っても、光源10等の部品の相対位置関係が変わらないので、常時精度よく光源10の光量制御を行なうことが可能となる。
Further, in the
また、本実施形態に係る光走査装置100では、光源ユニット70に収容された基板76を、基板中心点を中心にZ軸及びY軸に平行な軸回りにチルト調整することで、発光点が2次元配置された光源10をカップリングレンズ11に対する距離を一定に維持しつつ、チルト調整(αチルト及びβチルト)することができる。これにより、光源10の各発光点とカップリングレンズ11との相対位置のばらつきを簡単に補正することができ、感光ドラム201の表面上を均一な照度の光ビームにより走査することが可能となる。このとき、主走査方向の倍率│βm│は4.9、副走査方向の倍率│βs│は2.3となり、被走査面上で5.3μmの走査線間隔を得ることができ、解像度が4800dpiの走査光学系に適用可能である。
Further, in the
また、本実施形態では、図6に示されるように、光源10のY軸方向(主走査方向)に最も離れた発光点間(列間)の距離が、Z軸方向(副走査方向)に最も離れた発光点間(行間)の距離よりも大きくなっている。したがって、特に光源10に対してαチルトを行うことで、各発光点とカプリングレンズ11との相対位置のばらつきを簡単に補正することができる。具体的には、光ビームのビームスポット形状は次表9に示される結果となった。なお、像高yは光源10の主走査方向の位置(mm)を原点とし、dYは主走査方向の直径(μm)であり、dzは副走査方向の直径(μm)である。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the distance between the light emitting points (between columns) farthest in the Y-axis direction (main scanning direction) of the
また、図11(A)には、光走査装置100により感光ドラム201を走査したときの、像高yに対する主走査方向の象面湾曲が点線で示され、副走査方向の像面湾曲が実線で示されている。この図から主走査方向、及び副走査方向の像面湾曲は±1mm以内の範囲に収束し、像面湾曲が良好に抑制されていることがわかる。また、図11(B)には、光学系102により光ビームを走査したときの、像高yに対するfθ特性が点線で示され、リニアリティが実線で示されている。この図から、全ての像高に対するfθ特性及びリニアリティは、±0.5%の範囲に収束し、良好な結果となっていることがわかる。
Further, in FIG. 11A, when the
また、光源10のαチルト及びβチルト機構は、固定軸81と該固定軸81に装着された押バネ83、1対の回転軸82A,82B、及びケーシング74に形成された突出部74aなどからなる簡単な構成である。したがって、装置の高コスト化を回避することが可能である。
Further, the α tilt and β tilt mechanism of the
また、光源10には4行8列のマトリクス状にVCSELが形成されているが、例えば、図12(A)に示されるように、32個のVCSELが8行4列のマトリクス状に配置され、Y軸方向(主走査方向)に最も離れた発光点間(列間)の距離が、Z軸方向(副走査方向)に最も離れた発光点間(行間)の距離よりも小さい場合にも、同様に光源10に対してβチルトを行うことで、各発光点とカップリングレンズ11との相対位置のばらつきを簡単に補正することができる。更に、図12(B)に示されるように、直行する2軸で規定されるマトリクス状に配置された発光点を有する光源10を、例えば、角度αチルトさせて用いることもできる。
The VCSEL is formed in the
また、光学系102のアパーチャ12は、カップリングレンズ11の出射側の焦点位置よりもポリゴンミラー15に近い位置に配置されている。したがって、ポリゴンミラー15の偏向面上での最周辺の発光点に対応する光ビームの中心線間距離が短くなり、Y軸方向(主走査方向)、及びZ軸方向(副走査方向)の像面湾曲を良好にすることができる。以下、図13(A)〜図13(B)を参照しつつアパーチャ12の作用について説明する。
Further, the
図13(A)には、カップリングレンズ11の後側焦点位置に配置されたアパーチャ12が示されている。アパ−チャ12をカップリングレンズ11の後側焦点位置に配置すると、図13(A)に示されるように、ポリゴンミラー15の偏向面で光ビームが広がってしまい、特に最周辺の発光点からの光ビームの光学特性が劣化してしまう。本構成において、最も重要な特性は被走査面上で所望の走査線間隔を得ることであり、主走査方向、及び副走査方向の光ビームのスポット径特性を向上させるためには、図13(B)に示されるように、アパーチャ12をカップリングレンズ11の後側焦点位置よりも、ポリゴンミラー15に近い位置に配置する必要がある。これにより、ポリゴンミラー15の偏向面上での最周辺の発光点からの光ビームの中心線間距離が短くなり、主走査方向、及び副走査方向の像面湾曲を良好にすることができ、ひいては、ビームスポットの主走査方向、及び副走査方向の直径の大きさにばらつきのない、良好な光ビームを得ることが可能となる。
FIG. 13A shows the
また、光源10の最周辺の発光点から射出される光ビームでは、図14に破線で示されるように、アパーチャ12に形成された開口の中心と、ビームスポットの中心とが一致していないため、光源の最周辺にある発光点からの光ビームの利用効率が、光源の中央部にある発光点からの光ビームと比較して低下する。そこで、本実施形態では、光源10の最周辺の発光点からの出力を高く設定することにより、濃度むらのない光走査装置を実現している。
Further, in the light beam emitted from the light emitting point at the outermost periphery of the
また、光学系102を用いると、光源10の最周辺にある発光点から射出される光ビームの経路と、カップリングレンズ11の光軸とのずれ量は副走査方向よりも主走査方向のほうが大きくなる。ところが、アパーチャ12に設けられた開口の副走査方向の幅が主走査方向の幅よりも大きいと、光量ばらつきが大きくなる。例えば、図15(A)及び図15(B)は、主走査方向に関する光ビーム強度に対するアパーチャ12に形成された開口の位置関係を模式的に示した図である。図15(A)及び図15(B)に示される、D1、D1’、D2、及びD2’はそれぞれアパーチャ12を通過する光ビームの範囲を示し、曲線Lを範囲D1、D1’、D2、及びD2’の区間で積分したものが、アパーチャ12を通過した光ビームの光量を表す。また、D1とD1’、及びD2とD2’の大きさは同じで、D2、D2’はD1、D1’よりも大きくなっている。
Further, when the
図15(A)及び図15(B)からわかるとおり、範囲がD1からD1’へ変化したときの光ビームの光量の変化率は、範囲はD2からD2’へ変化したときの光ビームの光量の変化率のほうが小さくなることがわかる。したがって、光軸ずれが大きい主走査方向のアパーチャ12の開口幅を副走査方向の開口幅よりも大きくする必要がある。また、副走査方向の倍率を主走査方向の倍率よりも小さくするためには、アパーチャ12の主走査方向の開口幅と副走査方向の開口幅を大きくしていく必要があり、アパーチャ12をカップリングレンズ11の射出側焦点位置よりも、ポリゴンミラー15側に配置する意義は大きい。
As can be seen from FIGS. 15A and 15B, the rate of change of the light beam quantity when the range changes from D1 to D1 ′ is the light beam quantity when the range changes from D2 to D2 ′. It can be seen that the rate of change of becomes smaller. Therefore, it is necessary to make the aperture width of the
また、第1の実施形態にかかるプリンタ200は、光走査装置100を備えている。したがって、感光ドラム201を均一な照度の光ビームで走査することができ、結果的に、用紙上に精度よく画像を形成することが可能となる。
The
なお、上記各実施形態では、走査装置100が単色の画像形成装置(プリンタ)に用いられる場合について説明したが、画像形成装置は一例として図16に示されるように、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。図16に示されるタンデムカラー機は、ブラック(K)用の感光体ドラムK1、帯電器K2、現像器K4、クリーニング手段K5、及び転写用帯電手段K6と、シアン(C)用の感光体ドラムC1、帯電器C2、現像器C4、クリーニング手段C5、及び転写用帯電手段C6と、マゼンダ(M)用の感光体ドラムM1、帯電器M2、現像器M4、クリーニング手段M5、及び転写用帯電手段M6と、イエロー(Y)用の感光体ドラムY1、帯電器Y2、現像器Y4、クリーニング手段Y5、及び転写用帯電手段Y6と、光走査装置900と、転写ベルト901と、定着手段902などを備えている。
In each of the above-described embodiments, the case where the
この場合には、光走査装置900では、面発光レーザアレイ300における複数のVCSELはブラック用、シアン用、マゼンダ用、イエロー用に分割されている。そして、ブラック用の各VCSELからの光ビームは感光体ドラムK1に照射され、シアン用の各VCSELからの光ビームは感光体ドラムC1に照射され、マゼンダ用の各VCSELからの光ビームは感光体ドラムM1に照射され、イエロー用の各VCSELからの光ビームは感光体ドラムY1に照射されるようになっている。なお、光走査装置900は、色毎に個別の面発光レーザアレイ300を備えても良い。また、色毎に光走査装置900を備えていても良い。
In this case, in the
各感光体ドラムは、図16中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置900によりビームが照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段30により記録紙に画像が定着される。
Each photosensitive drum rotates in the direction of the arrow in FIG. 16, and a charger, a developer, a transfer charging unit, and a cleaning unit are arranged in the order of rotation. Each charger uniformly charges the surface of the corresponding photosensitive drum. The surface of the photosensitive drum charged by the charger is irradiated with a beam by the
また、上記各実施形態では、本発明の光走査装置100,100’がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。
In each of the above embodiments, the case where the
10…光源、11…カップリングレンズ、12…アパーチャ、13…線像形成レンズ、14…反射ミラー、15…ポリゴンミラー、16…第1走査レンズ、17…第2走査レンズ、18…フォトディテクタ、19…集光素子、70…光源ユニット、71…保護部材、71a…開口部、72…ベース、72a…環状凸部、72b…円形開口、72c…レンズ支持部、72d…丸孔、72e…凹部、72f…長孔、74…ケーシング、74a…突出部、74b,74c…フランジ部、74d,74e…丸孔、76…基板、76a…開口、77A,77B…螺合部、81…固定軸、82A,82B…回転軸、82a…ピン、83…押バネ、84A,84B…螺子、91…押バネ、92…調整螺子、101…光学ハウジング、102…光学系、101a,101b…突出部、200…プリンタ、220…ハウジング、201…感光ドラム、202…帯電チャージャ、204…トナーカートリッジ、205…クリーニングケース、206…給紙トレイ、207…給紙コロ、208…レジストローラ対、209…定着ローラ、210…排紙トレイ、211…転写チャージャ、212…排紙ローラ、213…用紙。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記光ビームを射出する複数の発光点が、前記主走査方向と所定の角度を成す第1方向と、前記主走査方向又は前記第1方向に直交する第2方向とに2次元配置された光源と;
前記複数の発光点からそれぞれ射出された光ビームの少なくとも一部を、それぞれ受光する受光素子と;
前記発光点それぞれから射出された光ビームの光束うち、少なくとも、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向へ進行する光束を通過させる通過部を有し、前記光源及び前記受光素子が配置される空間を規定する保護部材と;を備える光走査装置。 An optical scanning device that scans a surface to be scanned by deflecting a light beam in a main scanning direction by a deflecting unit,
A light source in which a plurality of light emitting points emitting the light beam are two-dimensionally arranged in a first direction that forms a predetermined angle with the main scanning direction and a second direction that is orthogonal to the main scanning direction or the first direction. When;
A light receiving element for receiving at least a part of the light beams respectively emitted from the plurality of light emitting points;
The light source and the light receiving element have a passing portion that allows at least a light beam traveling in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction to pass among light beams emitted from the light emitting points. A protective member that defines a space in which the optical scanner is disposed.
前記光源、前記受光素子、前記保護部材、及び前記光学素子を、一体的に前記第3方向に平行な軸回りに回動可能に保持する保持部材を更に備える請求項1〜3のいずれか一項に記載の光走査装置。 An optical element for coupling light beams respectively emitted from the plurality of light emitting points;
The holding member which hold | maintains the said light source, the said light receiving element, the said protection member, and the said optical element so that rotation around the axis | shaft parallel to the said 3rd direction is possible integrally. The optical scanning device according to Item.
前記回動手段は、前記基板の他側の面の、前記光源の中心に対応する点を中心点として、前記基板を回動することを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の光走査装置。 Further comprising a substrate on which the light source, the light receiving element, and the protective member are arranged on one side;
The said rotation means rotates the said board | substrate centering on the point corresponding to the center of the said light source of the surface of the other side of the said board | substrate. The optical scanning device described.
The image forming apparatus according to claim 11, wherein the image forming apparatus is a multicolor image forming apparatus.
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|---|---|---|---|---|
| CN101714492A (en) * | 2008-10-01 | 2010-05-26 | 优志旺电机株式会社 | Short arc type discharge lamp |
| JP2013228587A (en) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Canon Inc | Optical scanner and image forming apparatus including the optical scanner |
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2007
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