(57)【要約】【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
2008216514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記保護部材は、前記光ビームの光束のうち前記通過部を通過しない光束を反射して、前記反射した光束の少なくとも一部を、前記受光素子に集光することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記通過部は、前記第１方向に平行な１組の辺と、前記第２方向に平行な１組の辺とで規定される平行四辺形の開口であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記複数の発光点からそれぞれ射出される光ビームを、カップリングする光学素子と；
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。
【請求項５】
前記光源及び光学素子を、前記主走査方向又は前記主走査方向に直交する副走査方向に略平行な軸回りに回動する回動手段を更に備える請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記回動手段は、前記２次元配置された発光点の、前記主走査方向に関し最も離れた発光点間の距離が、前記副走査方向に関し最も離れた発光点間の距離よりも長い場合には、前記光源を前記副走査方向と略平行な軸回りに回動することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記回動手段は、前記２次元配置された発光点の、前記副走査方向に関し最も離れた発光点間の距離が、前記主走査方向に関し最も離れた発光点間の距離よりも長い場合には、前記光源を前記主走査方向と略平行な軸回りに回動することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記光源、受光素子、及び保護部材が一側の面に配置された基板を更に備え、
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。
【請求項９】
前記回動手段は、前記中心点を支持する支持手段と、前記中心点以外の少なくとも２点を位置決めする位置決め手段と、前記基板を前記支持手段に押圧する付勢手段とを備えることを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
【請求項１０】
前記光源から射出される光ビームの経路上で、前記光学素子の射出側焦点位置よりも前記偏向手段に近い位置に配置され、前記光ビームの少なくとも主走査方向の光束を制限する開口部を有する部材を更に備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光走査装置を備える画像形成装置。
【請求項１２】
前記画像形成装置は、多色対応の画像形成装置であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５０３１９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８７２９２号公報
【特許文献３】特開平８−３３０６６１号公報
【特許文献４】特開平２００６−１７９７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
【数１】
2008216514.tif 000003
【００３８】
【表１】
2008216514.tif 000004
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
【表２】
2008216514.tif 000005
【００５３】
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。
【００５４】
【表３】
2008216514.tif 000006
【００５５】
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。
【００５６】
【数２】
2008216514.tif 000007
【００５７】
【表４】
2008216514.tif 000008
【００５８】
【表５】
2008216514.tif 000009
【００５９】
【表６】
2008216514.tif 000010
【００６０】
【表７】
2008216514.tif 000011
【００６１】
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。
【００６２】
【表８】
2008216514.tif 000012
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
【表９】
2008216514.tif 000013
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプリンタ２００の概略構成を示す図である。
【図２】光走査装置１００の概略構成を示す図である。
【図３】光走査装置１００の斜視図である。
【図４】光源ユニット７０を＋Ｚ側から見た図である。
【図５】光源ユニット７０を−Ｙ側から見た図である
【図６】レーザアレイ１５２を示す平面図である。
【図７】回転軸８２Ａ,８２Ｂの構成を説明するための図である。
【図８】光源ユニット７０を＋Ｘ側から見た図である。
【図９】カップリングレンズ１１の光軸調整を説明するための図である。
【図１０】光源ユニット７０を−Ｘ側から見た図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、像高ｙに対する主走査方向の象面湾曲及び副走査方向の像面湾曲を示す図であり、図１１（Ｂ）は、像高ｙに対するｆθ特性及びリニアリティを示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は光源１０の変形例を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、アパーチャ１２の作用を説明するための図（その１、その２）である。
【図１４】アパーチャ１２の作用を説明するための図（その３）である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、アパーチャ１２の作用を説明するための図（その４、その５）である。
【図１６】カラー画像に対応した画像形成装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
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。
【図１】
2008216514.tif 000014
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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