(57)【要約】【課題】塵埃の多い環境で、運転の持続性を確保することのできる光走査装置を提供する。【解決手段】光ビームの走査範囲外で光ビームを検知する検知センサーと、検知センサーに光ビームの副走査方向に集光するための集光レンズを有し、検知センサーが感知する光ビームの光量のしきい値が定常の光量の１０〜３０％の範囲で、集光レンズのレンズ表面のうち、光ビームの走査範囲外の一部の面を粗面にして、その表面粗さＲｚが１μｍ〜５０μｍの範囲に規制されていることを特徴とする。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光源と、前記光ビームに作用する収束光学系と、収束された光ビームを偏向走査する偏向手段と、偏向走査される前記光ビームを被走査面上にスポットとして結像する結像光学系と、前記光ビームの走査範囲外で光ビームを検知する検知センサーと、その検知センサーに光ビームの副走査方向に集光するための集光レンズを有する光走査装置において、前記検知センサーが感知する前記光ビームの光量のしきい値が定常の光量の１０％から３０％の範囲であり、前記集光レンズのレンズ表面のうち、前記光ビームの走査範囲外の一部の面を粗面にして、その表面粗さＲｚが１μｍから５０μmの範囲に規制されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、前記集光レンズの表面のうち、前記光ビームの走査範囲外の一部の面に、透過率が１０％未満のシート部材を貼り付けたことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光走査装置において、前記集光レンズの表面のうち、前記光ビームの走査範囲外の一部の面を、透過率が１０％未満となる不滅インクを塗布したことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光走査装置おいて、前記シート部材の表面粗さＲｚが１μｍから５０μｍの範囲に規制されていることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービーム等の光ビームを用いて画像を記録するレーザープリンタ等の電子写真装置に適用する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像信号で変調されるレーザービーム等の光ビームで画像形成面となる被走査面を走査露光して画像記録を行なう光走査装置は、いわゆるレーザープリンタ等に広く応用されている。この光走査装置は、光ビーム走査のためにこの光ビームを反射して偏向する回転多面鏡やガルバノミラー等の偏向手段を使用する。走査された光ビームはｆ・θレンズ等により被走査面に結像する。
また、主走査方向の書き出し位置を決定するため検知センサーを配置しており、その検知センサーの前方に検知センサーに光ビームを集光するための集光レンズを配置する場合もある。
【０００３】
このようなレーザープリンタ等で使用される光走査装置では、一般的に被走査面である感光体の表面での反射光、レンズなどの光学素子の表面での反射光、また、それら反射光が光走査装置内のレンズ保持のための金属部材などに当たり、二次的な反射により、正規の走査光以外の迷光が多数存在している。
【０００４】
ただし、これら迷光の内、画像に対し影響を与えるのは、再度光走査装置から感光体に到達するもののみであり、感光体に到達したとしてもある程度以上の光量でなければ、画像に対しては影響を与えない。画像への影響としては、ハーフトーン画像などの中間階調の画像で、反射光が到達した部分は濃度が濃くなり、縦筋状になる場合が一般的である。
【０００５】
そのため、光走査装置では、正規の光ビーム走査範囲外は可能な限りハウジングに壁を設ける、または防塵用カバーガラスを光ビームに対し、垂直から傾けることにより、反射光を再度感光体に到達しないよう遮光する。もしくは、反射光の光量を低減するため、反射面となる走査レンズや防塵用カバーガラスに反射防止のコーティングを施し、反射光の光量を低減する手段がとられるのが一般的である。
【０００６】
特開２００１−２６４６６５号公報では反射光の光量を低減する手段として、プラスチック材により形成されている走査レンズの表面のうち、光ビーム走査範囲外を粗し、反射光を拡散している。
【０００７】
一方、主走査書き出し位置の決定の方法としては、通常主走査１ラインを描く際、画像領域の手前の検知センサーを主走査方向に横切るよう光ビームを検知センサー近傍のみ連続発光させ、センサーにより検知後一定距離で、画像を書き始め、その繰り返しで、全体の画像を形成していく方法がある。
【０００８】
通常運転をしているにも関わらず、検知センサーに検知されない場合は、（１）光ビーム自体が破損し、光量が低下している、（２）光ビームが検知センサーから外れた、（３）光ビームの経路での効率が低下したなどの原因が考えられる。実際に（３）の効率が低下する部材としては、光ビームを走査する回転多面鏡が顕著な例である。これは光走査装置に使用される回転多面鏡は、数千回／分〜数万回／分といった高速で回転しており、周辺の空気を巻き込み、多面鏡の端部で気流は淀んだ状態となる。
【０００９】
通常の環境では空気には多数の塵埃が含まれており、多面鏡の端部には塵埃の付着が経時的に蓄積し、検知センサーに到達する光ビームの光量が低下していく。
【００１０】
このような塵埃の対応としては、光走査装置自体の密閉度を上げ、光走査装置外部との空気の交換を抑えることが有効である。しかし、光走査装置全体を密閉することはそのシール性の確保を比較的広範囲で行うことは困難であるため、塵埃の付着が顕著に発生する回転多面鏡周辺のみ密閉する方式がとられる。
【００１１】
回転多面鏡の周辺のみ密閉する構造を実現するためには、回転多面鏡への入射、出射する光ビームの部分に関しては、透過率の高い板ガラスを用いる必要があり、比較的コストは高価なものとなる。そのため、安価で製品寿命が数万ページのレーザープリンタでは、完全な密閉を行わない場合も多い。
【００１２】
このような完全に密閉を行わない場合、使用される環境が塵埃が多いような工場など雰囲気で使用されると、製品寿命以前に、回転多面鏡への塵埃の付着が進行し、初期は光ビームの効率が低下し、その部分の印字の濃度が低下するといった画像不良となる。さらに効率低下が進行すると検知センサーで検知できなくなる。その場合、通常エラーとして運転を中止することになる。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２６４６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、塵埃が多い環境で使用され、印字の濃度が低下していく場合であっても、テキスト印字のみで使用する場合では、印字濃度低下は顕著には見受けられず、結果として検知センサーで検知できなくなり、機能不能エラーとして運転を中止する。実使用者にとっては、画質低下より機能不能のほうが先行してしまう。そのような意味で、塵埃による画像品質の低下が進行しても、検知センサーの検知不能による運転停止は望まれない。
【００１５】
そこで検知センサーが感知するしきい値を下げることで可能となる。しかし、前述のように光走査装置内では無数の迷光が存在し、迷光が検知センサーに入射すると、検知センサーが誤検知し、正規の書出し位置で印字しないなどの不具合につながる。
【００１６】
本発明の目的は、塵埃の多い環境で、運転の持続性を確保することのできる光走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、光ビームを発生する光源と、前記光ビームに作用する収束光学系と、収束された光ビームを偏向走査する偏向手段と、偏向走査される前記光ビームを被走査面上にスポットとして結像する結像光学系と、前記光ビームの走査範囲外で光ビームを検知する検知センサーと、その検知センサーに光ビームの副走査方向に集光するための集光レンズを有する光走査装置において、
前記検知センサーが感知する前記光ビームの光量のしきい値が定常の光量の１０％から３０％の範囲であり、前記集光レンズのレンズ表面のうち、前記光ビームの走査範囲外の一部の面を粗面にして、その表面粗さＲｚが１μｍから50μmの範囲に規制されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記集光レンズの表面のうち、前記光ビームの走査範囲外の一部の面に、透過率が１０％未満のシート部材を貼り付けたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記集光レンズの表面のうち、前記光ビームの走査範囲外の一部の面を、透過率が１０％未満となる不滅インクを塗布したことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第４の手段は前記第２の手段において、前記シート部材の表面粗さＲｚが１μｍから５０μｍの範囲に規制されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡単な構成で、安定した書き出し位置検知を行うことができる。また、塵埃による画像品質の低下が進行しても、検知センサーの検知不能とならないため、より有利な使用条件を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施例を図１〜図４により説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施例に係る光走査装置を用いたレーザープリンタを示している。レーザープリンタ本体１は現像器３〜現像器６、光学ユニット７、帯電器１７、感光ベルト１１、転写ドラム２１、レジストローラ１５、転写ローラ１６、除電器１８、定着器１９、給紙カセット８、転写クリーナ２３、用紙２７、トレイ２８などを主たる構成部品としている。
【００２４】
図２は、本発明の実施例に係る光学ユニットの平面図を示す。
【００２５】
光学ユニット７は、ハウジング１０１を使用してその内外に構成部品を取付けてユニット化されている。固定ねじ１０２でハウジング１０１内に固定されたスキャナーモータ１０３によって回転駆動される回転多面鏡１０４は、入射されるレーザービーム１０５を結像面１０６に対して平行方向に繰り返し偏向走査される。
【００２６】
回転多面鏡１０４によって偏向走査されるレーザービーム１０５は、第１レンズ１１４、第２レンズ１１５を通過して、結像面１０６に結像する。この第１レンズ１１４は、回転多面鏡１０４の回転に従って主走査方向に等速度的に走査露光するｆθレンズである。また第２レンズ１１５を通過することで、回転多面体１１４の面毎の角度差を補正し、副走査方向の位置を均一にしている。
【００２７】
一方、書き出し位置検知用センサー１１０は、画像書き出し位置１０７の光路に対し、前方に配置されている。レーザービーム１０５はレーザー光路１０８を通り、折り返しミラー１０９により反射され、書き出し位置検知用センサー１１０の前に配置された副走査方向の補正用の集光レンズ１１１を通過し、書き出し位置検知用センサー１１０に入射される。
【００２８】
図３は、従来の一般的な集光レンズの斜視図である。集光レンズ１１１の形状は、入射面１１１ａがレーザービーム走査方向に対し垂直方向に円弧状となっており、出射面１１１ｂは平面となっているシリンドリカル（樽型）レンズとなっている。
【００２９】
図４は、本発明の実施例に係る集光レンズ１１１および書き出し位置検知用センサー１１０の断面図である。集光レンズ１１１は、押さえバネ１１２によりハウジング１０１に固定されている。集光レンズ１１１へ入射前のレーザービーム１０５は第２レンズ１１５を通過する前のレーザービーム１０５を同等のため、レーザービーム走査方向に垂直な方向には結像していない。また、ハウジング１０１は運転による熱変形により、レーザービーム走査方向に垂直な方向のレーザービーム１０５の位置は変動する。集光レンズ１１１を通過することにより、レーザービーム１０５は、走査の垂直方向に絞られ、書き出し位置検知用センサー１１０内の受光素子１１３の中央に結像するように配置されている。
【００３０】
図５に書き出し位置検知用センサーにレーザービームが入射した際の出力信号を示す。図の横軸は時間で、走査しているレーザービームがＴ0からＴ1の時間で受光素子を横切る。受光素子にレーザービームが入射している際は出力電圧（縦軸）はＬoの電圧、レーザービームがない場合はＨiとなっている（設定により、レーザービームがない場合がＬo,入射している場合をＨiとしている場合もある）。
レーザービームのパワーと受光素子の出力の関係を図６に示す。
【００３１】
レーザービームは、Ｐ0のようにガウス分布のパワー分布となっている。Ｐ0ではレーザーパワーの比較的低いＩ1のレーザービームが受光素子に入り込んでいるが、受光素子の検知しきい値Ｉ0に対し、不足しているため、出力信号Ｌoとなっている。時間が経過し、Ｐ0がＰ1まで移動し、レーザーパワーが検知しきい値Ｉ0を超えると出力信号がLoとなる。さらに、時間が経過し、Ｐ2まではレーザーパワーが検知しきい値Ｉ0を超えているため、出力信号はＬoとなっている。Ｐ3にまで移動し、検知しきい値よりレーザーパワーが小さくなると出力信号はＨiとなる。
【００３２】
前述のように塵埃による画像品質の低下が進行しても、検知センサーの検知不能とならないためには、検知センサーのしきい値を下げれば、ポリゴンミラーなどに塵埃が付着し、レーザーパワーが低下しても、検知が可能である。
【００３３】
しかし、このようなレーザープリンタ等で使用される光走査装置では、一般的に被走査面である感光体の表面での反射光、レンズなどの光学素子の表面での反射光、また、それら反射光が光走査装置内のレンズ保持のための金属部材などに当たり、二次的な反射により、正規の走査光以外の迷光が多数存在している。
【００３４】
この迷光のうち、検知センサー付近に配置された集光レンズで検知センサーに結像させるための、光学系においては、図７（レーザービーム走査方向の断面図）のように集光レンズ内部での反射および受光素子表面での反射光が受光センサーに入射するケースが考えられる。しかし、いずれの場合も、２次的な反射光、つまり一度反射した光がもう一度他の面で反射した光であるため、光量としては小さいものとなっている。
【００３５】
各々の反射率にもよるが、図７の場合、通常の光学用ガラスやプラスチックにおいて反射率は５％〜１０％以下であることから、各々の反射率を１０％とすると、正規のレーザービーム１０５に対し、集光レンズ面１１１ｂでの反射光量は１０％であり、さらに集光レンズ面１１１ａで反射した反射光１０５ａの光量は１％となる。結果として反射光が受光素子１１３に入射する際には正規のレーザービームの光量の１％未満といえる。
【００３６】
そのため、上記のような反射光を検知してしまうと、本来の検知位置ではない箇所で受光素子１１３からの信号がＬoとなるため、しきい値は本来の受光素子１１３に入射するレーザービーム１０５のレーザーパワーの１０％以上に設定すればよい。
【００３７】
しかし、図８（レーザービーム走査方向の断面図）のように、集光レンズ１１１の端部面にレーザービーム１０５が入射した際、レンズ側面１１１ｃで反射し、受光素子１１３に入射するケースがある。このような場合、反射光は一次的な反射光であり、レンズ側面１１１ｃに対し、入射角は小さく、全反射するケースがある。レンズ側面１１１ｃは、通常、鏡面にまで滑らかに加工しないため、完全な全反射とはならないが、場合によっては本来の受光素子１１３に入射するレーザービーム１０５のレーザーパワー５０％以上になる場合も考えられる。
【００３８】
図９（ａ）に正常な動作でのレーザービームの発光シーケンスと受光素子からの信号を示す。図９（ｂ）にしきい値を超えた反射光が検知センサーに入射した場合の受光素子からの信号を示す。
【００３９】
レンズ側面にレーザービームが入射するタイミングは、正規のレーザービームよりレーザービームが走査する時間だけ早い時間である。図９（ａ）に示すように、正常な位置で検知センサーからレーザー入射信号が来た時点Ｔ0よりＴ2経過後レーザー発光を停止、信号をプリンタの制御マイコンで認識後、決められた時間Ｔ3の後の印字書き出し位置以降の画像データによりレーザーの発光を行う。図９（ａ）では、Ｔ3以降はレーザーＯＮになっている。この場合は、ベタ画像を形成している。このプロセスにより、副走査方向にズレなく印字を行うことができる。
【００４０】
図８のような反射光に対し、検知センサーが反応し、本来の検知位置よりもＸだけ前に信号を出している。図９（ｂ）のように書き出し位置は、Ｘ分ずれ、正規でない位置で印字を行ってしまう。そのような反射光まで誤作動しない様に受光素子のしきい値を決定すると、本来の受光素子に入射するレーザービームのレーザーパワーの５０％以上に設定しなければならない。
【００４１】
図１０は、本発明の実施例に係る集光レンズの斜視図を示す。集光レンズ１１６では、レンズ有効面の一部の表面を粗れた状態の面１１６ｄを有している。図１１は、本発明の実施例に係る集光レンズ１１６および書き出し位置検知用センサー１１０の断面図を示す。
【００４２】
図１１のように、端部面にレーザービーム１０５が入射しようとした場合、レーザービーム１０５は表面が粗れた状態であるため、拡散される。拡散されたレーザービーム１０５ｃはレンズの側面１１６ｃで一部は反射され、受光素子１１３にまで達する。しかし、受光素子面での光量は拡散されている分低下し、検知センサーしきい値より低下していれば、信号を出さない。
【００４３】
受光素子面での光量は、表面粗さ、検知センサーとの距離、受光素子の面積によって決まる。プラスチック成形部品の場合、金型の加工に対して、プラスチック材料の追従性を考慮すると、表面粗さは１μｍ以上が望ましい。プラスチック材料は表面の粗さが小さいと、金型での加工形状が鋭利な角の凹凸になっていても、追従せず、なだらかな山谷になる。表面がなだらかな部分では、レーザービームの拡散は起きない。
【００４４】
また表面粗さが５０μｍを超えると、レーザービームの光の幅に近くなり、拡散されにくくなり、大きさに粗れた面そのものが大きく、粗れた面での反射や屈折により、検知センサーへ反射光が入射し誤動作を引き起こす可能性、表面で光源方向に反射し、ゴーストを引き起こす場合も懸念され、５０μｍ以下にする必要がある。したがって、表面粗さは１μｍ〜５０μｍの範囲に規制する必要がある。
【００４５】
この構成により、受光素子のしきい値の設定をレーザービーム光のレーザーパワーに対し、１０％の光量に設定しても、反射光など外乱による誤検知を起こすことなく、正常な印字を行える。
【００４６】
図１２に、集光レンズ側面に入射するレーザービームによる反射光を防ぐ別の実施例である集光レンズ１１７を示す。レンズ表面に粘着剤で張り付けられたシート部材１１８はレーザービームに対して、１０％以下の透過率を有した部材である。そのため、集光レンズ側面に入射したレーザービームの光量は１０％以下に減光される。
【００４７】
この構成によっても、受光素子のしきい値の設定をレーザービーム光のレーザーパワーに対し、１０％の光量に設定することが可能である。同時にこのシート部材の表面粗さは１μｍ〜５０μｍであると、表面で光源方向に反射を防ぐことができることができさらによい。
【００４８】
また別の実施例として、集光レンズの表面１１７ｄは透過率が１０％以下の不滅インクが塗布されている。この方法でも、受光素子のしきい値の設定をレーザービーム光のレーザーパワーに対し、１０％の光量に設定することが可能である。また、インクはつや消しの状態となるインクであると表面で光源方向に反射を防ぐことができることができさらに良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例に係る光走査装置を用いたレーザープリンタの概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係る光学ユニットの平面図である。
【図３】従来の集光レンズの斜視図である。
【図４】本発明の実施例に係る集光レンズおよび書き出し位置検知用センサーの断面図である。
【図５】本発明の実施例において書き出し位置検知用センサーにレーザービームが入射した際の出力信号を示す波形図である。
【図６】本発明の実施例において書出し位置検知センサーの出力信号とレーザーパワー光量との関係を示す図である。
【図７】従来の集光レンズおよび書き出し位置検知用センサーのレーザービーム走査方向の断面図である。
【図８】従来の集光レンズの問題点を説明するためのレーザービーム走査方向の断面図である。
【図９】従来の書出し位置検知センサーの出力信号とレーザー出力との関係を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例に係る集光レンズの斜視図である。
【図１１】その集光レンズおよび書き出し位置検知用センサーのレーザービーム走査方向の断面図である。
【図１２】本発明の別の実施例に係る集光レンズの斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…プリンタ本体、３，４、５，６…現像器、７…光学ユニット、８…用紙カセット、１１…感光体ベルト、15…レジストローラ、１６…転写ローラ、１７…帯電器、１８…除電器、１９…定着器、２１…転写ドラム、２３…転写クリーナ、２７…用紙、２８…トレイ、１０１…ハウジング、１０２…スキャナーモータ固定ネジ、１０３…スキャナーモータ、１０４…回転多面鏡、１０５…レーザービーム、１０５ａ…反射したレーザービーム、１０５ｂ…側面で反射したレーザービーム、１０５ｃ…拡散されたレーザービーム、１０６…結像点、１０７…書出し位置、１０８…書出し位置への光路、１０９…折り返しミラー、１１０…検知センサー、１１１…集光レンズ、１１１ａ…集光レンズのレーザー入射側面、１１１ｂ…集光レンズのレーザー出射側面、１０５ｃ…集光レンズの側面、１１２…集光レンズ押さえバネ、１１３…受光素子、１１４…走第１レンズ、１１５…第２レンズ、１１６…集光レンズ、１１６ｃ…集光レンズの側面、１１６ｄ…集光レンズの表面を粗した面、１１７…集光レンズ、１１８…シート部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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