(57)【要約】【課題】光学的な副作用が少なく、ビームスポット径の劣化や倍率誤差を劣化させることなしに初期調整と温度特性を含めた経時変動による走査線の曲がり及び傾きを補正することができる光走査装置および画像形成装置を得る。【解決手段】光源と光源から出射する光ビームをカップリングする光学素子から形成される光源ユニットと、光源ユニットから射出した光ビームを主走査方向に長い線像に結像する第１結像系と、線像の集光部の近傍に偏向反射面を有する偏向器と、偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に集光する第２結像系とを有してなる光走査装置において、第２結像系を構成する光学素子上、あるいはその近傍に発熱手段を配置した。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と上記光源から出射する光ビームをカップリングする光学素子から形成される光源ユニットと、当該光源ユニットから射出した光ビームを主走査方向に長い線像に結像する第１結像系と、上記線像の集光部の近傍に偏向反射面を有する偏向器と、上記偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に集光する第２結像系とを有してなる光走査装置において、
上記第２結像系を構成する光学素子上、あるいはその近傍に発熱手段を配置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
第２結像系を構成する光学素子上、あるいはその近傍に温度検出手段を配置した請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
発熱手段は主走査方向に複数配置され、
上記複数の発熱手段を選択的に駆動する温度制御手段を有する請求項１または２記載の光走査装置。
【請求項４】
発熱手段と温度制御手段は、光学素子の副走査方向の上面と下面とに配置した請求項２または３記載の光走査装置。
【請求項５】
発熱手段は、厚膜印刷で形成した抵抗発熱体である請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
第２結像系を構成する光学素子は、樹脂製である請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項７】
光源ユニットは、複数の光源を備えた請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項８】
被走査面となる感光手段を複数備えた請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項９】
光走査装置により被走査面に静電潜像が形成される画像形成装置であって、
上記光走査装置が請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機、レーザファックス等の画像形成装置に用いられる光走査装置、および当該光走査装置を有してなる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光源から出射された光束を、結像レンズを用いて偏向器に導き、偏向器により走査された光束を走査結像素子を用いて被走査面に集光するようにした光走査装置が複写機などの画像形成装置における画像書込装置として用いられている。
従来より、光走査装置を構成する光学素子の精度（たとえば、走査レンズの母線曲がりや折り返しミラーの平面度など）や、光学ハウジングに光学素子を組み付けた時に発生する組付誤差による光軸高さズレなどにより、被走査面において走査線の曲がり、あるいは傾きが発生し、形成される画像の品質を劣化させる、という問題があった。
そこで、特開平１１−２３１２４０号公報に記載されているように、走査光学系を構成するミラーを強制的に変形させる調整機構を設けることで、走査線の曲がりを補正する光走査装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の方式では、主走査方向の倍率が変化してしまうため、特にカラー対応のタンデム方式の書込光学系においては各ステーション間で主走査方向のドット位置ズレによる色ズレが発生してしまう。
また、走査線の傾き調整ができないため、ステーションごとの走査線の曲がり量が所定の範囲に低減しても、走査線の傾きがステーションごとにばらつけば、色ムラや色ズレとなり、画像の劣化が発生してしまう。
【０００４】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、光学的な副作用が少なく、ビームスポット径の劣化や倍率誤差を劣化させることなしに初期調整と温度特性を含めた経時変動による走査線の曲がり及び傾きを補正することができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光源と光源から出射する光ビームをカップリングする光学素子から形成される光源ユニットと、光源ユニットから射出した光ビームを主走査方向に長い線像に結像する第１結像系と、線像の集光部の近傍に偏向反射面を有する偏向器と、偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に集光する第２結像系とを有してなる光走査装置において、第２結像系を構成する光学素子上、あるいはその近傍に発熱手段を配置したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２結像系を構成する光学素子上、あるいはその近傍に温度検出手段を配置したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、発熱手段は主走査方向に複数配置され、複数の発熱手段を選択的に駆動する温度制御手段を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、発熱手段と温度制御手段は、光学素子の副走査方向の上面と下面とに配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、発熱手段は、厚膜印刷で形成した抵抗発熱体であることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、第２結像系を構成する光学素子は、樹脂製であることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、光源ユニットは、複数の光源を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、被走査面となる感光手段を複数備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載の発明は、光走査装置により被走査面に静電潜像が形成される画像形成装置であって、光走査装置が請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
【００１５】
先ず、本発明にかかる光走査装置について説明する。
図１は、本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す光学配置図である。
光走査装置は、光源装置１８、第１結像系（シリンドリカルレンズ）１３、ポリゴンミラー１４、第２結像系（走査レンズ）１５、とを有してなる。
【００１６】
光源装置１８は、光源（発光点）である半導体レーザ１１ａと１１ｂ、及び半導体レーザ１１ａと１１ｂから射出された発散光を略平行光束とするカップリングレンズ１２ａと１２ｂにより構成されている。
複数の光源を有する光走査装置を画像形成装置の光書込装置として利用する場合には、半導体レーザから出射される光ビームは、図示しない駆動回路により出力画像データに対応して変調駆動されるが、その変調開始のタイミングを合わせるための電気信号（同期信号）は、同期検知センサー１９に光ビームが入射することにより得る。
【００１７】
半導体レーザ１１ａと１１ｂから出射された光ビーム２１ａと２１ｂは、カップリングレンズ１２ａと１２ｂによりカップリングされてほぼ平行光束とされ、第１結像系１３の作用により、偏向器であるポリンゴンミラー１４の偏向反射面近傍に副走査方向に結像して、主走査方向に長い線像を形成する。
さらに光ビーム２１ａと２１ｂは、図示しない駆動機構により、図中の矢印方向に回転しているポリゴンミラー１４の偏向反射面により偏向され、走査結像素子としての第２結像系１５により感光体ドラム１６の表面（被走査面）上に集光してビームスポットとして結像すると共に、略等速で被走査面上を走査する。第２結像系１５は、結像レンズ１５−１と長尺レンズ１５−２を主体としており、また長尺レンズ１５−２を透過した光束を被走査面である感光体１６の表面に向けて反射する折り返しミラー１５−３とを有している。
ここで、光源から出射された光ビームが被走査面上を走査する方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。
【００１８】
光源装置１８は、光ビーム２１ａと２１ｂが、図３に示すようにポリゴンミラー１４の偏向反射面に対して、主走査断面において角度θで交差するように構成する。光ビーム２１ａと２１ｂとの間の光学特性（像面湾曲、倍率誤差など）の偏差の発生は、角度θを調整することで抑制することができる。
【００１９】
また、被走査面（感光体ドラム１６の表面）上では、図４に示すように２つのビームスポットＢＳ１とＢＳ２がその走査密度に応じ、副走査方向に所定の間隔（ビームピッチ：ＰＺ）を維持することが要求される。このビームピッチは、図２に示すように２本の光ビーム２１ａと２１ｂのなす角度φを調整することで設定することができる。
【００２０】
図５は、第２結像系１５を構成する光学素子である、長尺レンズの実施の形態を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
樹脂製の長尺レンズ１５−２は、長手方向（主走査方向）の両端部が押えバネ３３，３４で光学ハウジング３０に押し付けられて固定されている。長尺レンズ１５−２の副走査方向上面と下面には、発熱手段である抵抗発熱体３１と温度検出手段であるサーミスタ３２を配置する。抵抗発熱体３１は、厚膜印刷によって長尺レンズ１５−２に一体的に形成する。
【００２１】
なお、発熱手段や温度検出手段は、長尺レンズ１５−２上に配置するのに代えて、長尺レンズ１５−２の近傍に配置するようにしてもよい。
また、長尺レンズ１５−２は、必ずしも樹脂製に限定するものではない。
【００２２】
次に、温度検出手段と発熱手段の動作について説明する。
サーミスタ３２は、長尺レンズ１５−２の上面と下面の温度差を検知して、温度差が同じあるいは一定範囲内の差になるように抵抗発熱体３１に電流を流して長尺レンズ１５−２の上面と下面の温度を制御する。その結果、温度が高い方の面は膨張により伸び、一方、温度が低い方の面は高い方の面と比較して相対的に収縮することで、長尺レンズ１５−２に湾曲が発生する。長尺レンズ１５−２の湾曲量は、温度差に比例して増大する。
【００２３】
このようにすれば、走査線の曲がりは上に凸、あるいは下に凸となる場合があり得るが、長尺レンズ１５−２の副走査方向上面と下面にそれぞれ抵抗発熱体３１を設けているので、どの方向の曲がりにも対応することができる。
【００２４】
次に、走査線の曲がり及び傾きの検出方式について説明する。
図６は走査線の曲がり及び傾きの検出方式に関する概略説明図である。
折り返しミラー１５−３は、ハーフミラーで構成する。また、折り返しミラー１５−３を透過した光ビームの、感光体１６上の被走査面とほぼ等価の位置に、受光素子からなる複数個のセンサー２０を配置して走査線の曲がり及び傾きを検出する。この検出信号をフィードバックして、先の発熱手段の動作を制御する。
【００２５】
図７はマイクロコンピュータで構成した温度制御部３６のブロック図である。温度制御部３６は、長尺レンズ１５−２の温度に応じた電圧を出力するサーミスタ３２とＡ／Ｄ変換器３５を介して接続されていると共に、抵抗発熱体（ヒータ）３１を駆動するヒータ駆動回路３７と接続されている。サーミスタ３２の検出信号は、Ａ／Ｄ変換器３５でデジタル信号に変換され、温度制御部３６に入力される。温度制御部３６は、サーミスタ３２の検出信号に応じて、ヒータ駆動回路３７を介し、抵抗発熱体３１を駆動する。
【００２６】
温度制御部３６は、常温時の初期調整において、センサー２０が検出した走査線曲がり量に応じて抵抗発熱体３１への電流値を決定し、そのときのサーミスタ３２の出力を制御テーブルに記憶させておく。その後、環境温度が変動し、あるいは光学ハウジング３０内の温度分布が発生した場合でも、常にサーミスタ３２の出力差が一定となるように温度制御部３６が温度制御を行うことで、走査線の曲がり及び傾きを一定に補正することができる。
【００２７】
次に、本発明にかかる光走査装置の別の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第２結像系を構成する光学素子の温度制御を主走査方向に複数に分割して制御するようにしたものである。
【００２８】
図８は本実施の形態における長尺レンズを示す平面図である。
長尺レンズ１５−２の副走査方向上面と下面には、それぞれ３つの抵抗発熱体３１及びサーミスタ３２を配置する。３つの抵抗発熱体３１とサーミスタ３２は、主走査方向（長尺レンズ１５−２の長手方向）に並べて配置する。３つの抵抗発熱体３１は、図示しない温度制御手段により選択的に駆動する。
【００２９】
このようにすれば、長尺レンズ１５−２を主走査方向に分割して温度を制御することができる。したがって、分割数を多くすればするほどいろいろなパターンの曲がり傾きの補正が可能となり、走査線の曲がり及び傾きの補正の精度を高めることができる。
【００３０】
図９は、同時に複数の光束を走査させるタンデム方式の光走査装置の光学配置図を示す。
ＬＤユニット１０１から出射された光ビームは、シリンドリカルレンズ１０４を通過し、ポリゴンミラー１０６の偏向反射面により偏向され、走査レンズ１０８、長尺プラスチックレンズ１１２、折り返しミラー１１０、１１１，１１３を通過して感光体１１４の表面に入射する。
一方、別のＬＤユニット１０２から出射された光ビームは、ミラー１０３とシリンドリカルレンズ１０５を通過し、ポリゴンミラー１０７の偏向反射面により偏向され、走査レンズ１０９、長尺プラスチックレンズ１１５、折り返しミラー１１６、１１７を通過して感光体１１８の表面に入射する。
【００３１】
なお、ＬＤユニット１０１と１０２、シリンドリカルレンズ１０４と１０５、ポリゴンミラー１０６と１０７、走査レンズ１０８と１０９は、それぞれ副走査方向に重ねて配置されている。また、長尺レンズ１１２と１１５、感光体１１４と１１８は、水平方向にずらして互いに平行となるように配置されている。
また、各光学素子は、ＬＤユニット１０１から出射して感光体１１４に入射する光ビームの光路長と、ＬＤユニット１０２から出射して感光体１１８に入射する光ビームの光路長とが同じとなるように配置されている。
【００３２】
本発明にかかる光走査装置をタンデム方式の光走査装置に適用すれば、第２結像系を構成する長尺レンズ１１２と１１５の温度制御を行うことで、ステーション間で主走査方向のドット位置ズレを抑制し、また、ステーション間の走査線の傾きのばらつきを抑制することができるため、色ズレを低減した画像を得ることができる。
【００３３】
次に、本発明にかかる光走査装置を用いた画像形成装置について説明する。
図１０は本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示した中央断面図であり、高速のカラー画像出力に有利なタンデム型画像形成装置である。
【００３４】
画像形成装置２００は、光走査装置１００、光走査装置によって露光され静電潜像が形成される感光体、静電潜像をトナーで顕像化する現像手段、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段などの、電子写真プロセスを実行する手段を有してなる。光走査装置１００は、２組の本発明にかかる光走査装置が対象に配設されて構成されている。
【００３５】
転写ベルト２２１の上方には、ブラック（Ｋ）用、イエロー（Ｙ）用、マゼンタ（Ｍ）用、及びシアン（Ｃ）用のドラム形の感光体２１４Ｋ、２１４Ｙ、２１４Ｍ、２１４Ｃが、転写ベルト２２１の移動方向（図の右から左に向かって）の上流側から順に配設されている。
【００３６】
感光体２１４Ｋの周囲には、帯電器２１５Ｋ、現像器２１６Ｋ、転写器２１７Ｋ等の電子写真プロセスにしたがうプロセス部材が順に配置されている。前述の光走査装置は、電子写真プロセスの露光プロセスを実行するもので、帯電器２１５Ｋで均一に帯電された感光体２１４Ｋの表面を走査して静電潜像を形成する。他の感光体２１４Ｙ、２１４Ｍ、２１４Ｃについても、同様に電子写真プロセスを実行するためのユニットが配置されている。
【００３７】
このような複数の感光体を有するタンデム型画像形成装置において、例えば複数色モード選択時であれば、各感光体２１４Ｋ、２１４Ｙ、２１４Ｍ、２１４Ｃに対して、対応する色の画像信号に応じて図示しない露光ユニットの露光により、各々の感光体２１４Ｋ、２１４Ｙ、２１４Ｍ、２１４Ｃ上に静電潜像が形成される。これらの静電潜像は、各々の対応する色トナーで現像されてトナー像となり、転写ベルト２２１上に静電的に吸着されて、給紙口２２０より搬送される転写紙上に順次転写されることにより、重ね合わせられる。そして、定着器２２２によりカラー画像として定着され、排紙口２２３より排紙される。
【００３８】
また、単色モード選択時であれば、ある色Ｓ（Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋのいずれか）に対応する感光体およびプロセス部材のみが動作し、他の色の感光体及びプロセス部材は非動作状態となる。
例えば、感光体２１４Ｓに対してのみ、露光ユニットの露光により静電潜像が形成されるものとすると、ある色Ｓのトナーで現像されてトナー像となり、転写ベルト２２１上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に転写されることにより、単色画像として定着されて排紙される。
【００３９】
画像形成装置２００の光走査装置に、前記の本発明にかかる光走査装置を適用すれば、第２結像系を構成する長尺レンズの温度制御を行うことで、走査線の曲がり及び傾きを補正することができるため、単色及び多色の出力画像の高密度化、高速度化、及び高画質化を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、第２結像系を構成する光学素子上、あるいはその近傍に発熱手段を配置したことにより、機械的な駆動部を必要としない簡単な構造で光学素子の温度を制御が可能となり、走査線曲がり及び傾きを容易に補正することができる。
【００４１】
請求項３記載の発明によれば、発熱手段は主走査方向に複数配置され、複数の発熱手段を選択的に駆動する温度制御手段を有することで、光学素子の温度をより細かく制御することができるため、操作曲がり及び傾きの補正の精度を高めることができる。
【００４２】
請求項４記載の発明によれば、発熱手段と温度制御手段は、光学素子の副走査方向の上面と下面とに配置したことにより、走査線の曲がり及び傾きの方向が副走査方向のどの方向であっても補正することができる。
【００４３】
請求項５記載の発明によれば、発熱手段は、厚膜印刷で形成した抵抗発熱体であるため、部品点数の削減、及び省スペース化を達成することができ、コストの低減を図ることができる。
【００４４】
請求項６記載の発明によれば、第２結像系を構成する光学素子は、樹脂製であるため、光学素子自体の母線曲がりの許容値の緩和による部品コストの更なる低減を図ることができる。
【００４５】
請求項９記載の発明によれば、本発明にかかる光走査装置を用いることで、第２結像系を構成する光学素子の温度制御による走査線の曲がり及び傾きを補正することができるため、単色及び多色の出力画像の高密度化、高速度化、及び高画質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す光学配置図である。
【図２】上記光走査装置から出射する光ビームのなす角度について説明した図である。
【図３】上記光走査装置の偏向反射面近傍での主走査断面図である。
【図４】被走査面上のビームスポットの様子を示す図である。
【図５】上記光走査装置の第２結像系を構成する長尺レンズの実施の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】上記光走査装置の走査線の曲がり及び傾きの検出方式に関する概略説明図である。
【図７】上記長尺レンズの温度を制御する温度制御部のブロック図である。
【図８】上記光走査装置の第２結像系を構成する長尺レンズの別の実施の形態を示す平面図である。
【図９】本発明にかかる光走査装置の別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１０】本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ　　　　半導体レーザ
１２ａ、１２ｂ　　　　カップリングレンズ
１３　　　　　　　　　シリンドリカルレンズ
１４　　　　　　　　　ポリゴンミラー（偏向器）
１５　　　　　　　　　走査光学系（第２結像系）
１５−１　　　　　　　結像レンズ
１５−２　　　　　　　長尺レンズ
１５−３　　　　　　　折り返しミラー（ハーフミラー）
１６　　　　　　　　　感光体ドラム
１８　　　　　　　　　光源装置
１９　　　　　　　　　同期検知センサー
２０　　　　　　　　　センサー（走査線の曲がり及び傾きを検出する手段）
２１ａ、２１ｂ　　　　光ビーム
３０　　　　　　　　　光学ハウジング
３１　　　　　　　　　抵抗発熱体
３２　　　　　　　　　サーミスタ
３３、３４　　　　　　押えバネ
３５　　　　　　　　　Ａ／Ｄ変換器
３６　　　　　　　　　温度制御部
３７　　　　　　　　　ヒータ駆動回路
【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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