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技術 走査光学装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 永利潤太田充広
出願日 2015年2月17日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-028945
公開日 2016年8月22日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2016-151667
状態 特許登録済
技術分野 レーザービームプリンタ 機械的光走査系 FAXの走査装置 受光素子1(共通事項、放射線検出)
主要キーワード fθレンズ 回転軸まわり 受光部材 光学台 位置決め支持 回転軸周り 端子列 光学系部品
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年8月22日)のものです。
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図面 (8)

課題

受光素子が誤検知することを抑制する。

解決手段

光源1aと、光源1aから出射された光束Lを偏向する偏向手段5と、貫通穴21を備える基板20と、受光部10を備え、基板20に実装された受光部材6と、を有し、受光部材6が、偏向手段5で偏向され走査方向Xへ移動しつつ貫通穴21へ入った光束Lを受光する光学走査装置100において、受光部10は、走査方向Xに関して、受光部材6の中央よりも下流側で、且つ、偏向手段5によって偏向され、貫通穴21の内壁反射した光束Lが入射しない位置に配置されている。

概要

背景

従来の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、画像信号に応じて光源から出射したレーザ光束光変調し、光変調されたレーザ光束を例えば回転多面鏡からなる光偏向器偏向走査している。偏向走査されたレーザ光束は、被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御するために、光検出手段(受光素子)としてのBDセンサに導かれる。その後、fθ特性を有する結像光学系などの走査レンズによって、感光性の記録媒体面上にスポット状に結像され、光走査を行う。光走査の書き出しタイミングは、BDセンサがレーザ光束を検知したことに基づいて同期信号を発した所定時間後である。

特許文献1には、上述したようなBDセンサを回路基板上に実装した構成が開示されている。

概要

受光素子が誤検知することを抑制する。光源1aと、光源1aから出射された光束Lを偏向する偏向手段5と、貫通穴21を備える基板20と、受光部10を備え、基板20に実装された受光部材6と、を有し、受光部材6が、偏向手段5で偏向され走査方向Xへ移動しつつ貫通穴21へ入った光束Lを受光する光学走査装置100において、受光部10は、走査方向Xに関して、受光部材6の中央よりも下流側で、且つ、偏向手段5によって偏向され、貫通穴21の内壁反射した光束Lが入射しない位置に配置されている。

目的

本発明は、上記課題に鑑みて、受光素子が誤検知することを抑制することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

光源と、前記光源から出射された光束を偏向する偏向手段と、貫通穴を備える基板と、受光部を備え、前記基板に実装された受光部材と、を有し、前記受光部材が、前記偏向手段で偏向され走査方向へ移動しつつ前記貫通穴へ入った前記光束を受光する光学走査装置において、前記受光部は、前記走査方向に関して、前記受光部材の中央よりも下流側で、且つ、前記偏向手段によって偏向され、前記貫通穴の内壁反射した光束が入射しない位置に配置されていることを特徴とする光学走査装置。

請求項2

前記偏向手段に偏向された光束を走査断面で見たとき、前記貫通穴の内壁のうち、前記走査方向で最も下流に配置され、且つ、最も前記偏向手段に近い側の点を反射点とし、前記走査方向に関する前記反射点と前記受光部との距離をX、前記走査方向に直交する方向に関する前記反射点と前記受光部との距離をt、前記反射点で反射した光束の前記走査方向に直交する方向に対する角度をθとすると、D>t・tanθを満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学走査装置。

請求項3

前記基板には前記光源が実装されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学走査装置。

請求項4

前記受光部は前記光束を受光したことに基づいて信号を出力し、前記信号が出力されたタイミングに基づいて前記光源が発光することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学走査装置。

請求項5

前記偏向手段は、反射面を備え、前記反射面で前記光束を反射する方向を連続的に変化させることで前記光束を偏向し、前記反射面で反射された前記光束はレンズを通過することなく前記受光部へ入射することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学走査装置。

請求項6

前記受光部材は少なくとも一部が前記貫通穴に挿入された状態で前記基板に実装されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学走査装置。

技術分野

0001

本発明は、光束を偏向する光偏向器、光束の通過するタイミングを検知する検出手段を含む複数の光学系部品を備えた走査光学装置に関する。

背景技術

0002

従来の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、画像信号に応じて光源から出射したレーザ光束光変調し、光変調されたレーザ光束を例えば回転多面鏡からなる光偏向器で偏向走査している。偏向走査されたレーザ光束は、被走査面上の走査開始位置のタイミングを制御するために、光検出手段(受光素子)としてのBDセンサに導かれる。その後、fθ特性を有する結像光学系などの走査レンズによって、感光性の記録媒体面上にスポット状に結像され、光走査を行う。光走査の書き出しタイミングは、BDセンサがレーザ光束を検知したことに基づいて同期信号を発した所定時間後である。

0003

特許文献1には、上述したようなBDセンサを回路基板上に実装した構成が開示されている。

先行技術

0004

特許第4109878号

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1の構成では、BDセンサの素子スルーホール実装しているが、近年では、装置の小型化、低コスト化のために、BDセンサなどの受光素子として表面実装用の素子を用いることが考えられている。受光素子を表面実装する場合、基板に素子を嵌め込む貫通穴を設け、貫通穴に入った光を受光素子で受光可能な構成としている。

0006

しかし、上述したように基板に貫通穴を設けた構成の場合、光が貫通穴を通過する際、光の位置や向きによっては貫通穴の内壁面反射した光が受光素子の受光部へ入射し、誤検知してしまうことがある。

0007

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、受光素子が誤検知することを抑制することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

光源と、前記光源から出射された光束を偏向する偏向手段と、貫通穴を備える基板と、受光部を備え、前記基板に実装された受光部材と、を有し、前記受光部材が、前記偏向手段で偏向され走査方向へ移動しつつ前記貫通穴へ入った前記光束を受光する光学走査装置において、前記受光部は、前記走査方向に関して、前記受光部材の中央よりも下流側で、且つ、前記偏向手段によって偏向され、前記貫通穴の内壁で反射した光束が入射しない位置に配置されていることを特徴とする。

発明の効果

0009

本発明によれば、受光素子が誤検知することを抑制できる。

図面の簡単な説明

0010

画像形成装置の概略断面図。
光学走査装置の概略斜視図。
光学走査装置のBDセンサ近傍の部分斜視図。
(a)BDセンサの実装前の状態におけるBDセンサとそれが実装される基板との関係を示す斜視図、(b)BDセンサの実装後の状態におけるBDセンサとそれが実装される基板との関係を示す斜視図。
BDセンサに入射するレーザ光束Lを図示した走査断面図。
点Bで反射したレーザ光束Lを図示した走査断面図。
別形態の光学走査装置の概略断面図。

実施例

0011

<第1実施形態>
[画像形成装置]
図1は画像形成装置101を示す図である。後述する光学走査装置100は光学台103に設置されている。光学台103は画像形成装置101の筐体の一部である。画像形成装置101には、画像形成手段である、プロセスカートリッジ108、その他に転写材Pを載置する給紙部104、給紙ローラ105、転写ローラ転写手段)106、定着器定着手段)107が設けられている。プロセスカートリッジ108には像担持体である感光ドラム感光体)8、帯電ローラ108a、現像ローラ108bが備わっている。転写ローラ106と感光ドラム8は接触して転写ニップを形成している。

0012

感光ドラム8は回転軸周りに回転しながら帯電ローラ108aにより表面を帯電された後、光学走査装置100がレーザ光を出射してその表面を走査して潜像を形成する。その後、現像ローラ108bにより表面にトナーを付着させられて、潜像がトナーによって現像されたトナー像となる。

0013

一方、転写材Pは給紙部104から給紙ローラ105によって給送され、転写ローラ106により感光ドラム8上に形成されたトナー像が転写される。その後定着器107において転写材P上のトナー像は熱と圧力によって転写材Pに定着する。トナーが定着した転写材Pは排紙ローラ110によって画像形成装置101の外に出力される。

0014

[光学走査装置]
次に光学走査装置100について説明する。図2は光学走査装置100の概略斜視図である。図3は光学走査装置100のBDセンサ6近傍の斜視図である。半導体レーザユニット1はレーザ光束Lを出射する光源としての不図示の半導体レーザ1a及びその駆動回路1bをユニット化したものである。半導体レーザ1aから出射されたレーザ光束Lは、コリメータレンズ機能とシリンドリカルレンズ機能を有するレンズ2、開口絞り3を通過して、偏向手段5の回転多面鏡(ポリゴンミラー)4に形成された複数の反射面12のうちの1つに入射する。ポリゴンミラー4は偏向手段5が備えるモータによって矢印の方向に回転駆動され、反射面12の向きが変化することで、レーザ光束Lを反射する方向を連続的に変化させ、レーザ光束Lを偏向する。ポリゴンミラー4がある回転位相の時、反射面12で反射したレーザ光束LはBDレンズ14を透過して集光され、受光部材(受光素子)としてのBDセンサ6の受光部10へ入射する。またポリゴンミラー4が別の回転位相の時、レーザ光束Lは、fθレンズ(走査レンズ)7に入射し、感光ドラム8の表面である感光面(被走査面)へ入射する。上述した光学部材(半導体レーザユニット1、レンズ2、開口絞り3、偏向手段5、BDセンサ6、fθレンズ7)が光学箱9に位置決め支持され、固定される。

0015

[レーザ光による感光ドラムの走査]
次に光学走査装置100による、レーザ光で感光ドラム8を走査する方法について説明する。半導体レーザユニット1の半導体レーザ1aから出射したレーザ光束Lは、レンズ2によって主走査方向では略平行光または収束光とされ、副走査方向では収束光とされる。次にレーザ光束Lは、開口絞り3を通って光束幅が制限されて、ポリゴンミラー4の反射面12上において主走査方向に長く伸び焦線状に結像する。そして、ポリゴンミラー4の回転によって反射面12でのレーザ光束Lの反射方向が連続的に変化し、レーザ光束Lを偏向する。ポリゴンミラー4が所定の回転位相にあるとき、反射されたレーザ光束Lは、BDセンサ6近傍の光学箱9やBDセンサ6の表面に入射し、円形状のスポットS1を形成する。ポリゴンミラー4の回転に伴って、レーザ光束LのスポットS1は図3破線矢印の方向に移動して受光部10を通過する。このとき、BDセンサ6は受光部10での受光量が所定の閾値以上となるとBD信号を出力する。このBD信号が出力されたタイミングを基準として、画像データに基づく光源の発光開始(画像の書き出し)のタイミングが決まる。

0016

ポリゴンミラー4が更に所定量回転すると、反射されたレーザ光束Lはfθレンズ7を透過して感光ドラム8の表面に入射する。fθレンズ7は、レーザ光束Lを集光させて、感光ドラム8の表面にスポット像として結像させる。レーザ光束Lがfθレンズ7へ入射を開始してからポリゴンミラー4が更に所定量回転する間は、レーザ光束Lはfθレンズ7を透過して感光ドラム8の表面に入射し続け、レーザ光束Lのスポット像はポリゴンミラー4の回転方向に対応する走査方向へ移動する。走査方向は感光ドラム8の回転軸方向と平行である。fθレンズ7は、レーザ光束Lのスポット像が感光ドラム8の表面上で等速に走査方向に移動するようにレーザ光束Lの結像位置が設計されている。

0017

レーザ光束Lのスポット像が感光ドラム8の表面上を走査方向に移動する間に、半導体レーザユニット1の光源には、形成する画像データに対応するレーザ駆動信号(VIDEO信号)に基づいて駆動電流が供給され、光源が点灯する。これにより、走査方向に画像データに対応した潜像をレーザ光束Lで走査(主走査)して形成する。

0018

上述したポリゴンモータ4の回転に加え、感光ドラム8が回転軸まわりに回転することによって、レーザ光束Lのスポット像が感光ドラム表面8に対して、走査方向に直交する方向に相対的に移動(副走査)する。このような、ポリゴンミラー4の回転及び感光ドラム8の回転により、感光ドラム8の表面上に画像データに対応した2次元の潜像をレーザ光束Lで走査して形成する。

0019

上述した、BD信号の出力工程と、その後の感光ドラム8上でのレーザ光束Lによる走査工程は、ポリゴンミラー4の回転に伴い反射面12毎に行われる。

0020

[BDセンサ6の位置決め]
図4は、BDセンサ6とそれが実装(組み付ける)される基板20との関係を示す斜視図であり、(a)はBDセンサ6の実装前の状態、(b)はBDセンサ6の実装後の状態を示す。レーザ光束LのスポットS1のBDセンサ6の表面上における移動方向(走査方向)をX方向、基板20の表面に平行であって走査方向Xに直交する方向をY方向とする。

0021

基板20には半導体レーザ1a及びBDセンサ6が実装されるため、基板20は半導体レーザ1aの駆動制御回路やBD信号出力回路を備える。基板20上には貫通穴である穴21が設けられており、端子列23が基板20のパッド22に半田付けされることで、BDセンサ6が基板20に表面実装される。なお、BDセンサ6の少なくとも一部を穴21に挿入して嵌め込んだ状態で、端子列23をパッド22に半田付けしてもよい。基板20のパッド22は、BDセンサ6を穴21に嵌め込んだ時に端子列23と重なり合うように配置されている。また、パッド22は、端子列23よりもY方向先端側に長い形状になっている。パッド22には予めクリーム半田が塗布されており、部品の端子列23とパッド22が重なり合った状態でリフロー炉に流すことでBDセンサ6が半田で基板20に固定される。

0022

リフロー炉に基板20を流すと、パッド22に塗布されているクリーム半田が溶け、溶けたクリーム半田の表面張力により端子列23とパッド22が重なり合うようX方向にBDセンサ6が移動するセルフアライメントが起こる。表面張力によるセルフアライメントが起こる事で、BDセンサ6がX方向にずれていてもBDセンサ6がX方向に移動してパッド22の中央位置へ移動して位置が決まる。更に、パッド22が端子列23に対してY方向に一回り長い形状になっていることにより、半田の表面張力を増加させ、セルフアライメントをより安定させることができる。端子列23は、BDセンサ6のX方向に平行な2つの辺に配置され、その位置は、BDセンサ6の中心と通るX方向に平行な中心線を基準に線対称である。このため、BDセンサ6を基板20の表面上において、回転させようとするモーメントが発生し難く、安定したセルフアライメントが発生する。

0023

以上により、X方向に関して基板のパッド22の位置に高精度にBDセンサ6が実装される。ここでX方向とはBDセンサに対し光束が走査する方向であり、BDセンサ6の位置が高精度に実装されることにより、画像の書き出しタイミングが精度良く決まる。また、Y方向については、セルフアライメントは発生しにくい。このため、Y方向のBDセンサ6の位置決めは、BDセンサ6のX方向に平行な2つの辺の位置を穴21で規制し、BDセンサ6自体を穴21に嵌合することによって位置を決める。
[BDセンサ6への迷光防止]
図5は、図4(b)に示すポリゴンミラー4により偏向されたレーザ光束Lの走査断面としてのA−A断面を上方から見た図であり、BDセンサ6に入射するレーザ光束Lを図示したものである。上述したように、BDセンサ6は半導体レーザ1aが実装された基板20の実装面24に表面実装されているため、レーザ光束Lは実装面24に平行な受光面である受光部10の法線方向に対して、角度θ1で入射する。基板20の穴21は、基板20の実装面24の側から金型によりプレス加工で形成されるため、穴21の内壁面は、実装面24の法線方向に対して、角度θ2の傾きが生じる。

0024

レーザ光束LはX方向(図中右から左)へ走査しており、穴21はレーザ光束Lが受光部10を通過した後に通る側(受光部10のX方向下流側)が広く開いている。穴21の受光部10のX方向下流側部分の大きさについて説明する。穴21の内壁面のうち走査方向で最も下流側の部分を端面25とすると、レーザ光束Lが受光部10を通過した後に端面25で反射した光が受光部10に入射し、それに基づいてBDセンサ6がBD信号を出力する可能性がある。特に、本実施形態の受光部10は、BDセンサ6の中央よりもX方向下流側に配置されているため、端面25に近く、端面25で反射した光が入射しやすい配置となっている。このようなBDセンサ6の誤検知を抑制するため、端面25で反射した光が受光部10に入射しないような穴21の形状としている。

0025

端面25の中で最もポリゴンミラー4に近い点を点Bとする。点Bは、反射したレーザ光束Lが最も受光部10側に向かう反射点である。また、点Bを含む実装面24に平行な面である基板20の裏面26に受光部10からおろした垂線の長さをtとする。

0026

図6は、図5と同様、図4(b)に示すポリゴンミラー4により偏向されたレーザ光束Lの走査断面としてのA−A断面を上方から見た図であり、レーザ光束Lが点Bで反射する様子を示す。受光部10への入射光束同様、受光部10の垂直方向に対して、入射角θ1で入射したレーザ光は、穴の内側の角度θ2を加味して、θ1+2・θ2 の角度となる。このため、点Bで反射したレーザ光が受光部10と同じ高さに到達した時のX方向に関する点Bからの距離D1はt・tan(θ1+2・θ2)となる。
このため、X方向に関する、受光部10と点Bとの距離Dが、以下の式(1)を満たすようになっていれば、点Bで反射したレーザ光が受光部10へ入射しない。
D>t・tan(θ1+2・θ2)・・・式(1)
反射点Bで反射した光束のX方向に直交する方向に対する角度をθ(=θ1+2・θ2)とすれば、式(1)は以下のように置き換えられる。
D>t・tanθ・・・式(1)´
このように、距離Dが(1)の式を満たしていれば、点Bで反射したレーザ光束Lは受光部10に入射しないため、基板20の穴21の端面25で反射したレーザ光速Lが受光部10に入射することはない。本実施形態では、BDセンサ6のX方向の位置を、距離Dが式(1)を満たす位置に決めている。これにより、穴21の内壁面で反射した光がBDセンサ6の受光部10に入ることを抑制することができる。

0027

<第2実施形態>
図7は第2実施形態の光学走査装置100の概略斜視図である。本実施形態が第1実施形態と異なるのは、BDレンズ14を備えていない点である。ポリゴンミラー4がある回転位相の時、反射面12で反射したレーザ光束Lはレンズ等を透過することなく、BDセンサ6の受光部へ入射する。BDレンズ14を備えていない本実施形態の構成の場合、第1実施形態のBDレンズ14有りの構成よりもBDセンサ6の位置におけるレーザ光束LのスポットS1は大きい。このため、レーザ光束Lが穴21の内壁面で反射して受光部10に入射すると比較的大きな光量としてBDセンサ6で検出してしまう虞がある。従って、式(1)を満たすように構成することがより有効である。

0028

6BDセンサ
10受光部
20基板
21 穴
22パッド
23端子列
25 端面

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