(57)【要約】【課題】カラー画像形成装置に利用される高さの低いマルチビーム方式であり、ポリゴンモータによる消費電力および発熱を低減することができる光走査装置を得る。【解決手段】複数の被走査面に対応した光ビームを射出する光源を備えた複数の光源手段３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃ，３０７ｄと、副走査方向に離隔して入射する各光ビーム３００１，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄを一括して偏向走査する偏向手段３０６とを有する。光源手段から射出される各光ビームの副走査方向の間隔を狭くして偏向手段に入射させる光ビーム合成手段３０４を有する。光ビーム合成手段は、少なくとも１つの光ビームの光路外に配置されている。光ビーム合成手段は複数あり、少なくとも１つの光ビーム合成手段は２つの光ビームを合成するものでありかつ２つの反射面を有し、合成される２つの光ビームは、副走査方向の並びが、光ビーム合成手段を通ることによって入れ替わる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被走査面と、各被走査面に対応した光ビームを射出する光源をそれぞれ備えた複数の光源手段と、副走査方向に離隔して入射する各光ビームを一括して偏向走査する偏向手段とを有する光走査装置において、
複数の光源手段から射出される各光ビームの副走査方向の間隔を狭くして偏向手段に入射させる光ビーム合成手段を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、光ビーム合成手段は、複数の光ビームのうち少なくとも１つの光ビームの光路外に配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２記載の光走査装置において、光ビーム合成手段は複数配置されていて、少なくとも１つの光ビーム合成手段は２つの光ビームを合成する合成手段でありかつ２つの反射面を有してなるものであって、この光ビーム合成手段によって合成される２つの光ビームは、副走査方向の並びが、光ビーム合成手段を通ることによって入れ替わることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１記載の光走査装置において、各被走査面に対応した各光ビームが、光ビーム合成手段の入射側では主走査方向に傾きを持ち、かつ光ビーム合成手段の射出側では主走査方向に略平行であることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項４記載の光走査装置において、光ビーム合成手段は複数配置されていて、少なくとも１つの光ビーム合成手段は、互いに平行でない２つの反射面を有してなることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１記載の光走査装置において、光ビームを少なくとも副走査方向に収束させる偏向前結像手段を備え、かつこの偏向前結像手段は、光ビーム光路中の光源と光ビーム合成手段との間に配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１記載の光走査装置において、光ビーム合成手段により合成される複数の光ビームの光源手段における光軸が、偏向手段の偏向走査面に対して略垂直であり、かつ複数の光源が同一平面内に位置していることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
４つの被走査面と、各被走査面に対応した光ビームを射出する４つの光源手段と、副走査方向に離隔して入射する各光ビームを一括して偏向走査する偏向手段とを有する光走査装置において、
光源手段を副走査方向に２段重ねとし、この２段重ねの光源手段２組を主走査方向にずらして配置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８記載の光走査装置において、２組の２段重ねの光源手段におけるそれぞれ２つずつの光源手段が、副走査方向に互い違いに配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項８記載の光走査装置において、各光ビームの副走査方向の間隔を狭くして偏向手段に入射させる光ビーム合成手段を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光走査装置において、４つの光源手段が副走査方向にずらして配置され、これら４つの光源手段は、各光源手段より射出される光ビームの偏向手段における副走査方向の並び順に第１光源手段、第２光源手段、第３光源手段、第４光源手段としたとき、主走査方向にずらして配備した２組の２段重ねの光源手段が、第１光源手段と第４光源手段、第２光源手段と第３光源手段の組合せとなっていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の光走査装置を用いて、副走査方向に離隔して偏向走査された各光ビームを、各々に対応した複数の被走査面としての像担持体に結像させて像を書き込む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、デジタル複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の、画像形成装置の画像書込系に用いられる光走査装置、および、この光走査装置を用いた画像形成装置に関するもので、特に複数色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成するカラー画像形成装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、複数の像担持体としての感光体ドラムを有する複数ドラム方式カラープリンタあるいは複数ドラム方式カラー複写機などの画像形成装置では、色分解された色成分に対応する複数の画像形成部、及び、色成分に対応する画像データで変調された複数のレーザビームで上記各画像形成部を走査して色成分ごとの画像を形成するレーザ露光装置すなわち光走査装置が利用されている。
【０００３】
一般に、光走査装置は、光源としての半導体レーザ素子、レーザ素子から出射されたレーザビームのビーム径を所定の大きさに絞り込む第１のレンズ群、第１のレンズ群により絞り込まれたレーザビームを記録媒体が搬送される方向と直交する方向に連続的に偏向反射する光偏向装置、光偏向装置により偏向されたレーザビームを感光体ドラムなどの記録媒体の、所定の位置に結像させる第２のレンズ群などを有している。この種の光走査装置としては、光走査装置が適用される画像形成装置に合わせて、各画像形成部のそれぞれに対応して複数の光走査装置が配置される例と、複数のレーザビームで記録媒体面を光走査可能に形成されたマルチビーム光走査装置が配置される例とが知られている。
【０００４】
マルチビーム光走査装置としては、レーザビームが４本の場合、レーザ光源素子とレンズ群を４組、光偏向装置を２セット利用した例が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
これとは別に、ｆθレンズを２群用意し、光偏向装置に近い第１のｆθレンズ群を１セットのみとして、これに光偏向装置で偏向された全てのレーザビームを入射させる一方で、光偏向装置から離れて配置された第２のｆθレンズ群は全てのレーザビームのそれぞれに対応する複数枚とする例も提案されている。したがって、この例では、４本のレーザビームの場合、第２のｆθレンズのみ４セット用いられる。
【０００５】
また、ｆθレンズ群を１組のみとし、全てのレーザビームを同一のｆθレンズに入射させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、複数のハーフミラーを利用して、４本のレーザビームを実質的に１本のレーザビームとみなすことのできるレーザビームとして順に重ね合わせて光偏向装置に案内する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−８３４８５号公報
【特許文献２】
特願昭６２−２３２３４４号公報
【特許文献３】
第３１１１５１５号公報
【０００７】
しかしながら、上記特許文献に示されたいずれの例においても、光偏向装置の近傍では、各レーザビームは、光偏向装置の反射面が回転される方向と直交する方向に並列に配列される。
このことから、反射面が回転される方向に対し直交する方向の反射面の大きさすなわち反射面が形成される回転体の回転軸方向の厚さが増大し、光偏向装置の回転軸方向の寸法、ひいては、光偏向装置の高さ寸法が大きくなるという問題がある。ここで、光偏向装置の回転体の厚さは、反射面に向けて案内されるそれぞれのレーザビームと相隣接するレーザビームとの相互間隔に依存することが知られている。
【０００８】
ところで、上記特許文献に示されたいずれの例においても、光偏向装置の反射面に向けて案内される各レーザビームは、各光源から反射面に向かう光路中で、実質的に１本のレーザビームとみなすことのできるレーザビームに集約される。しかしながら、複数のレーザビームを、光偏向装置の反射面に対して反射面が回転される方向と直交する方向に並列に入射させる場合、複数のレーザビームを１本のレーザビームとみなすことのできるレーザビームに集約するための多くの光学部材、特に、ミラーあるいはその保持部により、隣接するレーザビームが遮られる問題がある。
【０００９】
このことから、レーザビームを集約するためのミラーとこれに隣接するレーザビームの間隔を確保する一方で、反射面が形成される回転体の厚さを低減しなければならないという矛盾が生じる。そのため、このような光学装置を設計する場合には、多くの光学部材は、それ自身の寸法精度を高くする必要があるとともに、当初から極めて位置精度よく配置されるようにしなければならない。このため、設計ならびに組み立ての時の自由度が極めて小さく、装置のコストが増大するという問題がある。
【００１０】
一方、光偏向装置は、ポリゴンミラーと称する回転多面鏡を駆動源であるポリゴンモータで高速回転させるものであるため、ポリゴンモータは発熱源となり、画像形成装置内の環境温度変化の一要因となっている。したがって、ポリゴンモータの発熱を抑える工夫が必要である。ポリゴンモータの発熱を抑えるには、回転体であるポリゴンミラーのエッジ部の風切りによる風損をなるべく軽減する必要がある。風損はポリゴンミラーの厚さに比例して増加するため、各ビームの副走査方向の間隔をできる限り小さくしてポリゴンミラーの厚さをなるべく薄くすることが望ましい。こうすることによって、消費電力も低減することができる。
【００１１】
そこで本発明は、カラー画像を提供できる画像形成装置に利用される高さの低いマルチビーム方式の光走査装置を提供すること、また、各色ビームの副走査間隔を最小限にすることでポリゴンミラーの高さを抑えてポリゴンモータによる消費電力および発熱を低減することができる光走査装置を提供することを目的とする。
具体的には、請求項１記載の発明は、偏向手段位置での各光ビーム間隔を縮小するとともに、偏向された後に光ビームを確実に分離できるようにすることで、偏向手段の厚さを小さくし、発熱による環境温度変化を低減することができる光走査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、１／２波長板、１／４波長板等を用いることなく複数のビームを合成することを可能にして、低コストな光走査装置を提供することを目的とする。
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、さらに低コストの光走査装置を実現することを目的とする。
請求項４記載の発明は、複数の光源手段を主走査方向にずらして配置することにより、高さ方向の寸法を抑えることができる光走査装置を提供することを目的とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、より簡単な構成で、かつ小さなスペースで、低コストの光走査装置を実現することを目的とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、複数の光ビームを偏向前結像手段通過後に副走査方向に合成することにより、偏向前結像手段の副走査方向の間隔を大きく取ることを可能にし、もって、偏向前結像手段を安定して保持することができるようにした光走査装置を実現することを目的とする。
請求項７記載の発明は、各々の発光源を同一面内に揃えることができるようにすることで、発光源を単一ユニットに集約することを容易にし、また、各光源を共通の駆動回路基板に直接実装できるようにして部品点数を削減するとともに、配線接続等の作業工数を削減し、もって、生産性、メンテナンス性を向上すること、さらに光源手段における光軸を偏向手段の偏向面に対して略垂直に配置することで、駆動回路基板を偏向走査面に平行に配置して装置の高さを抑えることを可能にした光走査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、４つの光源手段を、副走査方向に２段重ねにしたものを２組にして、各組を光軸方向にずらして配置することにより、光走査装置の高さすなわち偏向面に大使垂直な方向の寸法および偏向面内占有面積を抑えつつ、部品の共通化を容易にして低コスト化が可能な光走査装置を提供することを目的とする。
請求項９記載の発明は、光源やカップリングレンズ等の大きさによって受ける、偏向面に垂直な方向への光源手段配置条件の制限を軽減することができる光走査装置を提供することを目的とする。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の発明の目的に加えて、偏向手段での各光ビーム間隔を縮小するとともに、偏向された後に各光ビームを確実に分離できるようにすることで、偏向手段の厚さ寸法を小さくして発熱による環境温度変化を低減することができる光走査装置を提供することを目的とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明の目的に加えて、ただ一つの光ビーム合成手段を用いて、光源やカップリングレンズ等の大きさによって受ける、偏向面に垂直な方向への光源手段配置の制限条件を軽減することができる光走査装置を提供することを目的とする。
【００１６】
請求項１２記載の発明は、以上のような目的を達成することができる光走査装置を用いることによって、特にカラー画像の形成に適した画像形成装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【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。
図１に本発明にかかる光走査装置の第一の実施形態を示す。図１において、光源としての４つの半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄより射出された各光束３００ａ〜３００ｄは、それぞれカップリングレンズ３０２ａ〜３０２ｄにより略平行光束とされ、各アパーチャ３０３を通過するように構成されている。このときの各光束の順序は、図１において上から順に３００ａ→３００ｂ→３００ｃ→３００ｄとなっている。これらの光束は光ビーム合成手段としてのプリズム３０４に入射する。プリズム３０４は、光束３００ａの位置を光束３００ｂ、３００ｃ間にシフトする二つのミラーと、光束３００ｄの位置をシフトする光束３００ｂ、３００ｃ間にシフトする別の二つのミラーを有する。また、プリズム３０４は、光束３００ｂ，３００ｃを直進させる。このプリズム３０４を上記４つの光束が通過することにより、光束の順番は上から３００ｂ→３００ａ→３００ｄ→３００ｃの順に等間隔に変換され、かつ隣接する光束間の間隔を狭められる。これらの光束は、シリンドリカルレンズ３０５を経て、偏向手段としてのポリゴンミラー３０６に至るように構成されている。
【００１８】
ポリゴンミラー３０６で偏向された各光束は、ｆθ機能を持った結像走査光学系によって感光体ドラム表面などの被走査面に光スポットとして結像されるとともに被走査面を光走査し、被走査面に画像が形成される。半導体レーザおよびカップリングレンズからなる光源手段３０７ａ〜３０７ｄ部における副走査方向の高さについては、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄのパッケージ径またはカップリングレンズ径が支配的に効いている。しかし、図１に示す実施形態のように構成すれば、ポリゴンミラー３０６における光束の間隔を、光源手段３０７ａ〜３０７ｄ部での間隔よりも狭めることができ、結果としてポリゴンミラー３０６の高さ、すなわち回転中心軸方向の寸法を非常に小さく抑えることができる。
【００１９】
図２は本発明にかかる光走査装置の第二の実施形態を示す。図２に示す実施形態では、４つの半導体レーザと４つのカップリングレンズからなる４つの光源手段４０７ａ〜４０７ｄから出射される４つの光束４００ａ〜４００ｄの間隔を、４つのミラー４０４ａ〜４０４ｄを用いて狭めている。より具体的には、光束４００ｃ、４００ｄはシリンドリカルレンズ４０５ｃ，４０５ｄをそれぞれ通過した後直接ポリゴンミラー４０６の各偏向反射面に至り、光束４００ａはシリンドリカルレンズ４０５ａを通過した後ミラー４０４ａ，４０４ｄで反射されて光束４００ｃ、４００ｄ間に導かれるようになっている。また、光束４００ｂはシリンドリカルレンズ４０５ｂを通過した後ミラー４０４ｂ，４０４ｃで反射されて光束４００ｃ、４００ｄ間に導かれるようになっている。こうして、ポリゴンミラー４０６に入射する光束は、上から順に４００ｃ→４００ｂ→４００ａ→４００ｄとなっている。このように、光ビーム合成手段は、ミラーを組合せることによって構成してもよい。
【００２０】
また、図２に示す実施形態では、変更前結像手段であるシリンドリカルレンズ４０５ａ〜４０５ｄを、光源手段４０７ａ〜４０７ｄと、上記４つのミラーからなる光ビーム合成手段４０４との間に配置している。これにより図１に示す実施形態との比較で明らかなように、シリンドリカルレンズ４０５ａ〜４０５ｄ各々の副走査方向の配置間隔を大きく取ることができ、シリンドリカルレンズを安定に保持することができる。
なお、図２に示す実施形態では、シリンドリカルレンズ後の光路長を合わせるために、光束４００ａ，４００ｂの光路上のシリンドリカルレンズ４０５ａおよび４０５ｂを、他のシリンドリカルレンズ４０５ｃ、４０５ｄに対して光軸方向にずらして配置している。逆に、省スペース等の観点から４つのシリンドリカルレンズの位置をそろえたい場合には、シリンドリカルレンズ４０５ｃ、４０５ｄに対してシリンドリカルレンズ４０５ａおよび４０５ｂの曲率半径を変えれば良い。
【００２１】
図３は、本発明の第三の実施形態を示す。図３に示す実施形態では、光ビーム合成手段５０４として三つのプリズム５０４ａ〜５０４ｃを用いて４つの光束を合成し、光束の間隔を狭めている。光源手段は、前記第１、第２実施形態と同じく４つの半導体レーザとカップリングレンズからなり、４つの光束５００ａ〜５００ｄを出射する。光束５００ｄはプリズムを通らないで直接偏向手段に入射する。各プリズム５０４ａ〜５０４ｃは反射面を二つずつ有していて、各光束を互いに近づけるように反射する。光束５００ａはプリズム５０４ａによって、光束５００ｂはプリズム５０４ｂによって、光束５００ｃはプリズム５０４ｃによって光束５００ｄに接近させられる。光ビーム合成手段５０４で合成され出射する光束の順序は、図３の上から順に、５００ａ→５００ｂ→５００ｃ→５００ｄである。図３の実施形態のようにして光束を合成すれば、４つの光束相互間に、偏向手段による偏向方向のずれが生じることはなく、１／２波長板、１／４波長板等を用いなくても、プリズムを用いた簡単な構成で光束を合成し、光束の間隔を狭めることができる。
【００２２】
図４は本発明の第四の実施形態を示す。図４に示す実施形態では、光ビーム合成手段として、２つのミラー６０４ａ、６０４ｂを用いて光束６００ａ、６００ｂを合成して光束相互の間隔を狭めている。具体的には、第１の光束６００ａは直進させ、第２の光束は二つのミラー６０４ａ，６０４ｂでそれぞれ直角に反射させ、第１の光束６００ａを横切った後第１の光束６００ａと平行にかつ第１の光束６００ａに接近させて進むように構成している。したがって、２つの光束に対して、光束の副走査方向の並び順が入れ替わるようにミラー６０４ａ，６０４ｂ配置されている。こうすると、ミラーの反射面の裏面の角部が、このミラーで反射しない方の光束６００ａに干渉することがない。ちなみに、図５にミラーの裏面の角部が他方の光束と干渉する場合の構成例を示す。これは、ミラーで反射する方の光束を他方の光束と交差させない場合であって、この場合は、上記ミラーの裏面の角部を研磨する加工が必要になる。その点、図４に示す実施形態のように構成すれば、ミラーの角部（稜線部）を落とすために研磨加工する必要が無くなり、低コストで光束を合成して相互間隔を狭めることができる。
【００２３】
なお、図４に示す実施形態のような構成を、例えば図６に示す例における光束（１）、（２）および（３）、（４）にそれぞれ用いてポリゴンミラー８０６に入射させるようにすることもできる。すなわち、光束（１）、（２）は図４に示す光ビーム合成手段と同じ構成の合成手段を経た光束であり、光束（３）、（４）も、同様に構成された他の合成手段を経た光束である。光束（１）、（２）は直進して偏向手段８０６に向かうのに対し、光束（３）、（４）は光束（１）、（２）に直交する方向に進んだ後ミラーで直角に反射されて光束（１）、（２）と平行に進み、偏向手段８０６に向かうように構成されている。この４つの光束を偏向手段８０６で偏向走査させ、各偏向光束を４つの感光体表面上で結像させかつ走査させることにより、４色でカラー画像を形成するカラー画像形成装置を構成することができる。
【００２４】
図７に本発明の第五の実施形態を示す。図７において、光源としての４つの半導体レーザ９０１ａ〜９０１ｄよりそれぞれ射出された４つの光束９００ａ〜９００ｄは、カップリングレンズ９０２ａ〜９０２ｄにより平行光束にされてアパーチャ９０３を通過し、それぞれミラー９０４ａ〜９０４ｄにより直角に折り折り曲げられて、シリンドリカルレンズ９０５を経てポリゴンミラー９０６に至るように構成されている。４つミラー９０４ａ〜９０４ｄは、これらのミラーで折り曲げられた光束９００ａ〜９００ｄが、隣接する光束相互の間隔が狭められるように配置されている。
【００２５】
図７に示す実施形態では、４つの光束の光源手段における光軸がポリゴンミラーによる偏向走査面に垂直であって、かつ各光源９０１ａ〜９０１ｄが同一平面内に位置するように配置されている。このように構成すれば、半導体レーザ駆動回路を４つの半導体レーザに対して共通の１枚の半導体レーザ駆動回路基板９０８に集約することができる。また、この構成によれば、基板９０８は偏向走査面に対して平行に広がることになるため、駆動回路が複雑で基板が大きくなるような場合にも、光走査装置の高さが増大することがない。偏向走査面に平行な方向には、後述の図１５に示す画像形成装置の例からも明らかなように、元々ｆθ機能を有する偏向走査レンズなどからなる第二光学系等が広がっているため、半導体レーザ駆動回路基板が偏向走査面に平行な方向に広がっても、スペース上の影響は小さい。
【００２６】
図８に本発明にかかる光走査装置の第六の実施形態を示す。図８において、光源手段である半導体レーザ１００１ａ、１００１ｂより射出された光束１０００ａ、１０００ｂはそれぞれカップリングレンズ１００２ａ、１００２ｂにより平行光束とされ、アパーチャ１００３ａを通過し、シリンドリカルレンズ１００５を経て偏向手段としてのポリゴンミラー（図示せず）に至るように構成されている。一方、他の半導体レーザ１００１ｃ、１００１ｄより射出された光束１０００ｃ、１０００ｄはそれぞれカップリングレンズ１００２ｃ、１００２ｄにより平行光束とされ、アパーチャ１００３ｂを通過し、ミラー１００４ａ、１００４ｂによって折り曲げられて光束１０００ａ、１０００ｂと平行にされ、シリンドリカルレンズ１００５を経てポリゴンミラーに至るように構成されている。半導体レーザ１００１ａ、１００１ｂは光源保持部材１００７ａに、半導体レーザ１００１ｃ、１００１ｄは光源保持部材１００７ｂにそれぞれ圧入されて保持されている。また、カップリングレンズ１００２ａ，１００２ｂと１００２ｃ，１００２ｄは、各々対応する半導体レーザに対して３次元的に位置調整を行った後、カップリングレンズ１００２ａ，１００２ｂは光源保持部材１００７ａに、カップリングレンズ１００２ｃ，１００２ｄは光源保持部材１００７ｂにそれぞれ接着固定されている。
【００２７】
ここで、上記実施形態にかかる光源手段の副走査方向の位置関係を図１２に示す。ただし、図の簡素化のため、二組の光源手段を構成する半導体レーザとカップリングレンズは便宜的に光軸方向にずらして描画されている。半導体レーザパッケージの外径をＤとすると、図１３に示す実施形態のように光源手段を単に４段重ねにして配置した場合には、光源部の高さは最小にしたとしても概略４Ｄとなる。これに対し、図８および図１０に示す例のように、２つの光源手段をペアにして２段重ねとし、かつこの２段重ねの光源部を主走査方向にずらし、これらの４つの光源手段より射出される光束が副走査方向に互い違いになるように配置すれば、図１２に示すように、光源部の高さは概略２．５Ｄにまで低く抑えることができ、４つの光束全体の広がりは１．５Ｄまでに抑えられる。
【００２８】
図１１に本発明にかかる光走査装置の第七の実施形態を示す。図１１に示す実施形態は、２つの反射面１６０１ａ、１６０１ｂを有し、かつこの２つの反射面が互いに平行でないプリズム１６０１を用いて光束を合成するものである。プリズム１６０１は、入射面から水平方向に入射した光束を垂直方向に折り曲げる一つの反射面１６０１ｂと、この反射面による反射光を、上記入射光束に対し直角方向に、かつ、他の光束と平行になるように折り曲げるもう一つの反射面１６０１ａを有してなる。この実施形態によれば、１つの光学素子であるプリズム１６０１を使用することによって、複数の光束の副走査方向間隔を狭めることができると同時に、各光源手段を主走査方向にずらすことができ、もって、レイアウトが簡単になるとともにレイアウトの自由度が増す。
【００２９】
図９は本発明にかかる光走査装置の第八の実施形態を示す。図９において、１組の光源手段から互いに平行に出射された二つの光束１１００ａ、１１００ｂの一方１１００ａはプリズム１１０４ａを通り、他の１組の光源手段から互いに平行に出射された二つの光束１１００ｃ、１１００ｄの一方１１００ｃはプリズム１１０４ｂを通るように構成されている。光束１１００ｂ，１１００ｄはプリズム１１０４ａ，１１０４ｂを通ることなく直進する。光束１１００ａと、プリズム１１０４ａを通った光束１１００ｂは互いに接近して平行に直進し、光束１１００ｄと、プリズム１１０４ｂを通った光束１１００ｃは互いに接近して平行に直進したあとミラー１１０８により斜めに反射されて上記光束１１００ａ、１１００ｂと平行に合流するように構成されている。上記プリズム１１０４ａ，１１０４ｂとミラー１１０８を配置して各光束を合流させることにより、各光束相互の間隔が狭められ、偏向手段である図示されないポリゴンミラーに至り、偏向走査されるようになっている。したがって、このような構成によれば、ポリゴンミラーの高さを小さく抑えつつ、光源部の高さも抑えることが可能となる。なお、この実施形態では、変更前結像手段であるシリンドリカルレンズが光ビーム合成手段であるミラー１１０８と光源手段との間に配置されている。
【００３０】
図１０に本発明にかかる光走査装置の第九の実施形態を示す。図１０において、一組の光源手段を構成する半導体レーザ１２０１ａ、１２０１ｂより射出された光束１２００ａ、１２００ｂはそれぞれカップリングレンズ１２０２ａ、１２０２ｂにより平行光束とされ、アパーチャ１２０３ａを通過し、シリンドリカルレンズ１２０５ａ、１２０５ｂを経て図示されない偏向手段としてのポリゴンミラーに至る。一方、一組の光源手段を構成する半導体レーザ１２０１ｃ、１２０１ｄより射出された光束１２００ｃ、１２００ｄは、それぞれカップリングレンズ１２０２ｃ、１２０２ｄにより平行光束とされ、アパーチャ１２０３ｂを通過し、シリンドリカルレンズ１２０５を経て、プリズム１２０４により副走査方向の間隔を狭められ、光ビーム合成手段としてのミラー１２０８によって折り曲げられて光束１２００ａ、１２００ｂと平行にされ、図示されない偏向手段としてのポリゴンミラーに至る。半導体レーザ１２０１ａ、１２０１ｂは光源保持部材１２０７ａに、半導体レーザ１２０１ｃ、１２０１ｄは光源保持部材１２０７ｂにそれぞれ圧入されて保持されている。また、カップリングレンズは各々対応する半導体レーザに対して３次元的に位置調整を行った後、光源保持部材１２０７ａ、１２０７ｂにそれぞれ接着固定される。
【００３１】
上記実施形態において、１組の光源手段から射出され、シリンドリカルレンズ１２０５ａ，１２０５ｂを通った光束１２００ａ、１２００ｂの相互間隔は変化がないのに対し、他の１組の光源手段から射出され、シリンドリカルレンズ１２０５ｃ，１２０５ｄを通った光束１２００ｃ、１２００ｄの相互間隔は、プリズム１２０４が配置されることによって狭められる。さらに、ミラー１２０８が配置されることによって、光束１２００ｃ、１２００ｄは光束１２００ａ、１２００ｂの間に、かつ光束１２００ａ、１２００ｂと平行になるように合流される。したがって、４つの光束の、副走査方向の並び順は、光源手段から射出された直後では、上から１２００ｃ→１２００ａ→１２００ｄ→１２００ｂの順であるのに対し、プリズム１２０４およびミラー１２０８による副走査方向および主走査方向の合成後には、上から１２００ａ→１２００ｃ→１２００ｄ→１２００ｂの順となっている。変更前結像手段であるシリンドリカルレンズ１２０５ａ，１２０５ｂ、１２０５ｃ，１２０５ｄは、光源手段と光ビーム合成手段であるミラー１２０８との間に配置されている。
【００３２】
図１２について説明したような表記方法を用いれば、光源部の高さは図１０に示す実施形態でも、図８に示す実施形態と同様に、最小で２．５Ｄである。これに対し、ポリゴンミラーでの４つの光束端同士の間隔は、図１０に示す実施形態によれば１．５Ｄまで接近させることができる。しかし、図１４に示すような光源部の構成、すなわち、２つの光束を主走査方向に交差させる２つの半導体レーザおよび２つのカップリングレンズを用いた２組の光源手段１３０７ａ、１３０７ｂを２段重ねにした構成にすることによって、４つの光束端同士の間隔を、概略１Ｄにまで低減することができる。
従って、このような構成によれば、少ない光ビーム合成手段で効果的にポリゴンミラーの高さを抑えることが可能となる。
【００３３】
図１〜図１３ではポリゴンスキャナより光源側である第一光学系を含む光走査装置の各種実施形態を示した。これらの光走査装置は、ポリゴンスキャナ等による偏向手段の後ろに第２光学系としての走査結像光学系と、感光体ドラム表面などの被走査面を配置することにより、さらには、この被走査面に書き込まれた画像を、電子写真プロセスによって処理する所定の各ユニットを配置することにより、画像形成装置を構成することができる。図１６は、光走査装置のポリゴンスキャナ以後の第二光学系を含む画像書き込み装置が４ステーション分配置されてなるカラー画像形成装置の実施形態を示す。図１５はこの実施例の要部を拡大して示す。
【００３４】
図１５、図１６において、４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４が転写ベルト１０５の移動方向に沿って配列されている。単一のポリゴンミラー２１３によって偏向反射された４つの光束は、第２光学系であるｆθレンズ２１８を経た後、各ミラー２２３，２２４，２２５，２２６で反射乃至は折り返され、さらに三つの光束はミラー２２７，２２８，２２９で光路を曲げられて各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４の表面である被走査面に光スポットとして結像され、各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４の回転軸方向に走査されるようになっている。この走査方向が主走査方向である。上記各ミラー２２３，２２４，２２５，２２６の反射光路上には、ポリゴンミラー２１３の面倒れ補正機能を有するトロイダルレンズ２１９、２２０、２２１、２２２が配置されている。
【００３５】
各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４の周囲には、電子写真プロセスを実行する各ユニットが配置されている。ここでは、左端の感光体ドラム１０４を代表として各ユニットを説明する。感光体ドラム１０１の周囲には、帯電ユニット２４８、露光ユニット、現像ユニット２５０、転写ユニットを構成する転写ベルト１０５、クリーニングユニット２５４が配置されている。上記露光ユニットは、図１から図１４まで説明した光走査装置のいずれかによって構成され、一つ一つの光束が対応する感光体ドラム表面を走査することによって露光し、感光体ドラム表面に静電潜像を形成する。現像ユニット２５０は現像剤であるトナーを感光体ドラム１０４に供給して静電潜像を可視化する現像ローラ２５１を有している。他の感光体ドラム周辺にも同様のユニットが配置されている。
【００３６】
上記転写ベルト１０５は、各感光体ドラム１０１、１０２，１０３，１０４に形成された各色のトナー像を重ねて写し取ることによって、転写ベルト１０５上にフルカラーのトナー像が形成される。転写ベルト１０５の下方には給紙トレイ２５６が配置されていて、給紙ローラ２５８によって給紙トレイ２５６から転写紙が１枚ずつ引き出され、レジストローラ２６０によって転写紙先端が位置決めされて停止している。転写ベルト１０５に転写されたフルカラーのトナー像の位置と同期をとってレジストローラ２６０が駆動され、転写紙にトナー像が転写される。転写紙は定着ユニットを構成する定着ローラ対２６２によって押圧されながら加熱され、トナー像が転写紙に定着される。トナー像が定着された転写紙は適宜の搬送ローラで搬送され、排出ローラ２６４によって排紙トレイ２６６に排紙される。転写ベルト１０５にトナー像が転写された後の感光体ドラム１０４はクリーニングユニット２５４によって除電されかつ余剰トナーが除去される。
【００３７】
図１５、図１６に示す実施形態は、カラー画像形成装置であって、各色に対応する画像情報ごとに、光源手段である半導体レーザから画像情報で変調された４つの光束が射出され、偏向手段であるポリゴンミラー２１３に至り、ポリゴンミラー２１３で一括して、しかし、光束ごとにポリゴンミラー２１３の偏向反射面で偏向反射し、各感光体ドラムに各画像情報に対応した静電潜像が形成される。光源手段からポリゴンミラー２１３に至るまでの光学系の構成は、前述の光走査装置のいずれかを採用する。画像情報で変調された４つの光束によって走査された各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４の表面に、上記画像情報に対応した画像が静電潜像として形成される。これらの画像は対応する色のトナーで現像され、この異なる色のトナー像を順次転写することでカラー画像を形成する。
【００３８】
上記画像形成装置においては、各光走査手段を一体的に構成し、単一のポリゴンミラー２１３の同一面で全ての光ビームを走査する。なお、実施例では、ポリゴンミラー２１３を６面の偏向反射面とし、偏向に用いないビーム間対応部分に、偏向反射面の内接円より若干小径となる溝を設けて風切りを軽減し、風損をより低減することができる形状としている。偏向反射面の１層の厚さ、すなわち一つの光束を偏向反射する偏向反射面の回転中心軸線方向の厚さは約２ｍｍとしている。ｆθレンズ２１８は４つの光束に共通で、ポリゴンミラー２１３の各偏向反射面を回転中心軸方向に重ねた寸法と同様に厚肉に形成され、副走査方向には収束力を持たない。主走査方向にはポリゴンミラー２１３の回転に伴って各感光体ドラム面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせ、非円筒面形状としたトロイダルレンズ２１９、２２０、２２１、２２２が、４つの光束毎に配備されている。上記各トロイダルレンズは、ポリゴンミラー２１３の面倒れ補正機能を有するとにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、４つの潜像を同時に記録する光走査手段を各々構成する。
各光走査手段の、ポリゴンミラーから感光体面に至る各光路長が一致するように、また、等間隔で配列された各感光体ドラムへの入射位置、入射角が等しくなるように、前述のミラー２２３〜２２６およびミラー２２７〜２２９が配置されている。
【００３９】
なお、図１から図１３に示す光走査装置の実施形態は全て、１つの感光体に対して１本の光束で像を書き込むよう構成になっていたが、本発明はかかる構成に限らず、例えば図８、図９、図１０に示すような２段重ねの光源手段を、それぞれ図１４に示すような２つの光束を主走査方向に交差させる２つの半導体レーザおよび２つのカップリングレンズを用いた光源手段１３０７ａ、および１３０７ｂを２段重ねにしたものに置きかえてもよい。かかる光源手段を用いれば、１つの感光体に対して、副走査方向にずらした２本ずつの光束で画像を書き込むことができ、高速、高密度対応の光走査装置を実現することができる。また、各半導体レーザを１つのパッケージ内に複数の発光点を有する半導体レーザアレイにすることによっても、１つの感光体に対して複数の光束で像を書き込む光走査装置を実現することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、カラー画像を提供することができる画像形成装置に利用される高さの低いマルチビーム方式の光走査装置を提供することができるとともに、各光束の副走査間隔をきわめて小さくすることが可能で、これにより偏向手段の高さを抑え、偏向手段を構成する例えばポリゴンモータによる消費電力および発熱を低減することができる。各請求項記載の発明の具体的なこうかは次のとおりである。
【００４１】
請求項１記載の発明によれば、偏向手段上での各光束相互間隔を縮小するとともに、偏向された後に確実に分離できるようにすることで、偏向手段の厚さを小さくすることができ、発熱による環境温度変化を低減することができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、１／２波長板、１／４波長板等を用いることなく複数のビームを合成することができ、低コストな光走査装置を提供することができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明に加えて、より低コストで光走査装置を提供することができる。
請求項４記載の発明によれば、複数の光源手段を主走査方向にずらして配置することにより、光走査装置の高さを抑えることができる。
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明加えて、より簡単な構成かつ小さなスペースで、低コストの光走査装置を提供することができる。
【００４３】
請求項６記載の発明によれば、複数の光ビームを偏向前結像手段通過後に副走査方向に合成することにより、偏向前結像手段の副走査方向の間隔を大きく取ることが可能になり、偏向前結像手段を安定して保持することができる。
請求項７記載の発明によれば、各々の発光源を同一面内に揃えられるようにして、複数の発光源を単一ユニットに集約することを容易にし、また、各光源を共通の駆動回路基板に直接実装できるようにして部品点数を削減するとともに、配線接続等の作業工数を削減し、生産性、メンテナンス性を向上すること画できる。さらに、光源手段における光軸を偏向手段の偏向反射面に対して略垂直に配置することで、駆動回路基板を偏向走査面に平行に配置して装置の高さを抑えることができる。
【００４４】
請求項８記載の発明によれば、２段構成の光源手段を２組配置した構成にすることにより、光走査装置の高さ寸法すなわち偏向走査面に垂直な方向および偏向走査面内占有面積を抑えつつ、部品の共通化を容易にして低コストである光走査装置を提供することができる。
請求項９記載の発明によれば、光源やカップリングレンズ等の大きさによって受ける、偏向反射面に垂直な方向の、光源手段の配置の制約条件を軽減することができる。
【００４５】
請求項１０記載の発明によれば、請求項８記載の発明の効果に加えて、偏向手段上での各ビーム間隔を縮小するとともに、偏向された後に確実に分離できるようにすることで、偏向手段の厚さを小さくして発熱による環境温度変化を低減することができる。
請求項１１記載の発明によれば、光ビーム合成手段を１つしか用いずに、光源やカップリングレンズ等の、光源手段の大きさによって受ける、偏向反射面に垂直な方向の、光源手段の配置の制限条件を軽減しつつ、請求項１０記載の発明の効果を併せて実現することができる。
【００４６】
請求項１２記載の発明によれば、以上のような効果が得られる光走査装置を画像形成装置の書き込み装置乃至は書き込みユニットとして採用することにより、以上のような効果を得ることができる画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の一実施形態を示す光学配置図である。
【図２】本発明にかかる光走査装置の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図３】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す光学配置図である。
【図４】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す光学配置図である。
【図５】上記実施形態の効果を説明するための比較例を示す光学配置図である。
【図６】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【図７】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】本発明にかかる光走査装置の光源手段の構成例を模式的に示す光学配置図である。
【図１３】上記光源手段との比較例を示す光学配置図である。
【図１４】本発明に適用可能な光源手段の別の例を示す分解斜視図である。
【図１５】本発明にかかる光走査装置を用いた画像形成装置の実施形態の要部拡大して示す一部断面正面図である。
【図１６】上記画像形成装置の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
３００ａ  光束
３００ｂ  光束
３００ｃ  光束
３００ｄ  光束
３０４  光ビーム合成手段
３０６  偏向手段
３０７ａ  光源手段
３０７ｂ  光源手段
３０７ｃ  光源手段
３０７ｄ  光源手段
４００ａ  光束
４０４  光ビーム合成手段
４０６  偏向手段
４０７ａ  光源手段
５００ａ  光束
５０４  光ビーム合成手段
【図１】
2004279657.tif 000003
【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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