(57)【要約】【課題】  複数の感光体ドラムを共通のポリゴンミラーで走査する光走査装置において、各感光体ドラムに対応して光ビームを走査、結像するための光走査手段間で各々の構成部品を可能な限り共用し、部品点数を削減して生産性を向上するとともに、ポリゴンミラーの回転数を上げず、消費電力を抑えたまま、より高速に画像形成が行えるようにする。【解決手段】  ポリゴンミラー１０６は、回転軸０に直交する座面(取付基準面)１０６ｃに対して、傾斜が異なる２種類の偏向面が交互に形成された形状を有している。偏向面は、断面Ａ−Ａで示す座面に垂直な偏向面１０６ａと、断面Ｂ−Ｂで示す垂直から所定角度（本実施形態では約２°）傾けた偏向面１０６ｂとからなる。偏向面１０６ａと、偏向面１０６ｂとで法線の方向が異なり、反射された光ビームは副走査方向に約４°の差をもつことになるため、1面おきに副走査方向に光路が切り換わる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の偏向手段により主走査方向を揃えて配列した複数ｎの被走査面を走査するようにした光走査装置において、
上記偏向手段は、共通の光源手段からの光ビームを、一走査毎に光路を切り換えて各被走査面を順次走査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、
上記偏向手段は、回転軸に直交する面に対して各偏向面の法線角度が隣接面で異なるｎの整数倍の面数Ｎを有する回転多面鏡からな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、
上記回転多面鏡は、上記回転軸に直交し厚さ方向での略中央部を通る断面において、各偏向面の上記回転軸からの距離ａが等しくなるように形成されてい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、
上記偏向手段により分配された光ビームを上記各被走査面に結像する結像光学系を各々備え、該結像光学系を構成する光学素子のうち、少なくとも上記偏向手段に最も近い光学素子は各光ビームで共用す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、
上記偏向手段に最も近い光学素子は、副走査方向に集束力を持たない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、
上記各被走査面へと向かういずれかの光ビームを検出する検出手段を走査開始側に備え、該検出手段による検出信号をもとに各々の書出しタイミングを設定す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、
一対の光源手段を備え、上記偏向手段により相反する方向に偏向することにより、主走査方向を揃えて配列した２ｎの被走査面を走査することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
光源手段からの光ビームを偏向面で偏向して主走査を行う偏向手段を備えた光走査装置において、
上記偏向手段の回転軸から距離ｒ以上離して上記偏向面と対向させられ、偏向された光ビームを再度上記偏向面へ戻す反射手段を備え、上記偏向面で複数回反射させて走査することを特徴とする光走査装置。
ここで、ｒ＞ａ／ｃｏｓ(π／Ｎ)
ａ：回転軸から偏向面までの距離、Ｎ：偏向手段の偏向面数
【請求項９】
請求項８記載の光走査装置において、
上記反射手段を上記偏向手段の上記回転軸を含む副走査断面と直交して配設するとともに、上記副走査断面内において光源手段からの光ビームを偏向面に入射させ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、
上記偏向面の法線に対して光ビームの入射角が、少なくとも副走査方向において、正負が切り換わるように複数回反射させることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
複数の像担持体に潜像を形成する光走査装置と、各像担持体上に形成した潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、上記トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有する画像形成装置において、
上記光走査装置が、請求項１乃至１０のうちの何れか１つ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体上に潜像を形成する光走査装置、該光走査装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関し、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多色画像形成装置に好適な光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カールソンプロセスを用いた画像形成装置においては、感光体ドラムの回転に従って潜像形成、現像、転写が行われる。従って、複数の感光体ドラムを転写体の搬送方向に沿って配列し、各色の画像形成ステーションで形成したトナー像を重ね合わせることでカラー画像を形成するカラー画像形成装置においては、各色の感光体ドラムに対し光走査装置を各々配備して画像形成を行う。
しかしながら、複数個の光走査装置を配置する場合、各々の感光体ドラム上の照射位置を正確に合わせなければ色ずれや色変わりの要因となり、画像品質を劣化させる。
また、光走査装置を構成する光源手段、偏向手段、結像光学系などが各色毎に複数必要となるため、部品点数が多くなりコストが高く、組立効率が悪いという欠点があった。
【０００３】
これに対し、特許第３１２４７４１号公報や特開２０００−１８０７４９号公報に開示されるように、偏向手段を共用し共通のハウジング内に全ての部品を収容することで、各照射位置の相対精度を維持して部品点数を低減することができる。
一方、このような多色画像形成装置は近年パブリッシングシステムとして軽印刷に使用されるようになり、さらなる高速化が要求されている。
高速化を実現する手段として、特開平１１−２１２００６号公報に開示されるように、同時に複数のビームを走査するマルチビーム光源装置の採用や偏向手段であるポリゴンミラーの高速化があるが、マルチビーム光源装置は組立に手間がかかるうえ、各色毎に配備すると光源数が倍増してしまい、各々の光量や波長、ビーム間のピッチなどを合わせるのが厄介になり、各々に対して個別に駆動制御手段が必要となるためコストがかかるという欠点があった。
【０００４】
また、ポリゴンミラーの回転数を上げると発熱や騒音、耐久性といった課題が多く、高速化にも限界があるうえ、面数を増やすと画角が小さくなってしまうため光路長が伸びて大型化する。当然、負荷が増えるので消費電力も増大するという欠点があった。
なお、特開平４−８１８０８号公報には偏向面で反射位置を副走査方向に移動しながら多重反射させることにより、また、特開平６−３６１６号公報にはポリゴンミラーの複数面で反射させて走査角を拡大する例が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３１２４７４１号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０７４９号公報
【特許文献３】特開平１１−２１２００６号公報
【特許文献４】特開平４−８１８０８号公報
【特許文献５】特開平６−３６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、複数の感光体ドラムを転写体の搬送方向に沿って配列し、色重ねを行うカラー画像形成装置に用いる光走査装置においては、コストの低減、組立効率の向上、記録速度の高速化が課題となっている。
【０００７】
本発明では、複数の感光体ドラムを共通のポリゴンミラーで走査する光走査装置において、各感光体ドラムに対応して光ビームを走査、結像するための光走査手段間で各々の構成部品を可能な限り共用し、部品点数を削減して生産性を向上するとともに、ポリゴンミラーの回転数を上げず、消費電力を抑えたまま、より高速に画像形成が行えるようにすることを目的としている。
より具体的には、請求項１〜３、７では、ポリゴンミラーにより光ビームを一走査おきに光路を切り換えることで、複数の被走査面を順次走査して光源数を削減し、部品点数を削減するとともに、単一の感光体ドラムを走査する薄型のポリゴンミラーと同負荷のまま対応できるようにすることを目的とし、
請求項４〜６では、分配された各光ビームで結像光学系の一部を共用することで、部品点数を削減するとともに、環境変化があっても相対的なビーム特性のずれが生じ難くすることを目的とし、
請求項８〜１０では、ポリゴンミラー面で複数回反射させて走査することで、回転角が小さくても大きな走査角が得られるようにし、回転数を上げずに高速化することを目的とし、
請求項１１では、上記した光走査装置を用いることで、低コスト、省電力で高速記録を可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、共通の偏向手段により主走査方向を揃えて配列した複数ｎの被走査面を走査するようにした光走査装置において、上記偏向手段は、共通の光源手段からの光ビームを、一走査毎に光路を切り換えて各被走査面を順次走査することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の光走査装置において、上記偏向手段は、回転軸に直交する面に対して各偏向面の法線角度が隣接面で異なるｎの整数倍の面数Ｎを有する回転多面鏡からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の光走査装置において、上記回転多面鏡は、上記回転軸に直交し厚さ方向での略中央部を通る断面において、各偏向面の上記回転軸からの距離ａが等しくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の光走査装置において、上記偏向手段により分配された光ビームを上記各被走査面に結像する結像光学系を各々備え、該結像光学系を構成する光学素子のうち、少なくとも上記偏向手段に最も近い光学素子は各光ビームで共用することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明では、請求項４記載の光走査装置において、上記偏向手段に最も近い光学素子は、副走査方向に集束力を持たないことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明では、請求項１記載の光走査装置において、上記各被走査面へと向かういずれかの光ビームを検出する検出手段を走査開始側に備え、該検出手段による検出信号をもとに各々の書出しタイミングを設定することを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明では、請求項１記載の光走査装置において、一対の光源手段を備え、上記偏向手段により相反する方向に偏向することにより、主走査方向を揃えて配列した２ｎの被走査面を走査することを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明では、光源手段からの光ビームを偏向面で偏向して主走査を行う偏向手段を備えた光走査装置において、上記偏向手段の回転軸から距離ｒ以上離して上記偏向面と対向させられ、偏向された光ビームを再度上記偏向面へ戻す反射手段を備え、上記偏向面で複数回反射させて走査することを特徴とする。
ここで、ｒ＞ａ／ｃｏｓ(π／Ｎ)
ａ：回転軸から偏向面までの距離、Ｎ：偏向手段の偏向面数
【００１６】
請求項９記載の発明では、請求項８記載の光走査装置において、上記反射手段を上記偏向手段の上記回転軸を含む副走査断面と直交して配設するとともに、上記副走査断面内において光源手段からの光ビームを偏向面に入射させることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明では、請求項８記載の光走査装置において、上記偏向面の法線に対して光ビームの入射角が、少なくとも副走査方向において、正負が切り換わるように複数回反射させることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明では、複数の像担持体に潜像を形成する光走査装置と、各像担持体上に形成した潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、上記トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有する画像形成装置において、上記光走査装置が、請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の光走査装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、共通の偏向手段により主走査方向を揃えて配列した複数ｎの被走査面を走査するようにした光走査装置において、上記偏向手段は、共通の光源手段からの光ビームを、一走査毎に光路を切り換えて各被走査面を順次走査することとしたので、1つの光源手段をｎ個の光走査手段で共用することができ、光源数が1／ｎで済むため、光源の調整や組付に要する手間が省け、部品点数も削減できるので、生産効率が向上しコストも低減できる。
また、光源数が増えると個々の光量や波長のばらつきにより、被走査面における結像特性が光源によって異なるという欠点があるが、光源を共用することで結像特性を均一化でき、高品位な画像形成が行える。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の光走査装置において、上記偏向手段は、回転軸に直交する面に対して各偏向面の法線角度が隣接面で異なるｎの整数倍の面数Ｎを有する回転多面鏡からなることとしたので、複数の光源からのビームを単一の偏向手段で偏向する場合においても各ビームの偏向点の位置を副走査方向に離隔する必要がないので、回転多面鏡を薄くできるとともに負荷が低減されて高速回転まで対応が可能となるうえ、消費電力が低減される。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の光走査装置において、上記回転多面鏡は、上記回転軸に直交し厚さ方向での略中央部を通る断面において、各偏向面の上記回転軸からの距離ａが等しくなるように形成されていることとしたので、各偏向面で偏向するビームについて面倒れ補正光学系を構成するシリンダレンズを共用しても集束位置と偏向面とが一致するので、組付の手間が省けるとともに部品点数も削減できるので、生産効率が向上し、コストも低減できる。
【００２２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の光走査装置において、上記偏向手段により分配された光ビームを上記各被走査面に結像する結像光学系を各々備え、該結像光学系を構成する光学素子のうち、少なくとも上記偏向手段に最も近い光学素子は各光ビームで共用することとしたので、環境変化で光学素子の曲率が変化したり屈折率が変化しても、各ビーム間で差が生じないので、結像特性を均一化でき、高品位な画像形成が行える。
また、組付の手間が省け部品点数も削減できるので、生産効率が向上しコストも低減できる。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の光走査装置において、上記偏向手段に最も近い光学素子は、副走査方向に集束力を持たないこととしたので、各偏向面からのビームの入射角によらず結像特性が変わることがないので、ビームの副走査方向における傾きを複数に振り分けても、結像特性を均一化でき、高品位な画像形成が行える。
【００２４】
請求項６記載の発明によれば、請求項１記載の光走査装置において、上記各被走査面へと向かういずれかの光ビームを検出する検出手段を走査開始側に備え、該検出手段による検出信号をもとに各々の書出しタイミングを設定することとしたので、各光走査手段毎にビームの検出手段を設ける必要がないので、組付の手間が省けて部品点数も削減できるので、生産効率が向上し、コストも低減できる。
【００２５】
請求項７記載の発明によれば、請求項１記載の光走査装置において、一対の光源手段を備え、上記偏向手段により相反する方向に偏向することにより、主走査方向を揃えて配列した２ｎの被走査面を走査することとしたので、ｎ通りの偏向面を有する偏向手段のまま適用できるので、偏向面の加工が容易になり、生産性が向上してコストも低減できる。
【００２６】
請求項８記載の発明によれば、光源手段からの光ビームを偏向面で偏向して主走査を行う偏向手段を備えた光走査装置において、上記偏向手段の回転軸から距離ｒ以上離して上記偏向面と対向させられ、偏向された光ビームを再度上記偏向面へ戻す反射手段を備え、上記偏向面で複数回反射させて走査することとしたので、より小さな回転角で画像形成が行うことができ、回転多面鏡の面数を増やすことができる。回転数が抑えられ、高速まで対応が可能となるうえ、消費電力が低減される。
ここで、ｒ＞ａ／ｃｏｓ(π／Ｎ)
ａ：回転軸から偏向面までの距離、Ｎ：偏向手段の偏向面数
【００２７】
請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の光走査装置において、上記反射手段を上記偏向手段の上記回転軸を含む副走査断面と直交して配設するとともに、上記副走査断面内において光源手段からの光ビームを偏向面に入射させることとしたので、多重反射に伴って主走査方向に反射点の移動があっても、偏向面から反射手段に至る光路長を、偏向面の回転角αの正負によらず等しくすることができるので、像高＋側と−側とで偏向面での第１回目の反射から被走査面に至る総光路長を等しくでき、光軸に対して対称な結像光学系を用いても、結像特性を均一化でき、高品位な画像形成が行える。
【００２８】
請求項１０記載の発明によれば、請求項８記載の光走査装置において、上記偏向面の法線に対して光ビームの入射角が、少なくとも副走査方向において、正負が切り換わるように複数回反射させることとしたので、偏向面への斜入射に伴う走査ラインの湾曲を入射角度の総和が正負均等になるようにすることでキャンセルでき、高品位な画像形成が行える。
【００２９】
請求項１１記載の発明によれば、複数の像担持体に潜像を形成する光走査装置と、各像担持体上に形成した潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、上記トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有する画像形成装置において、上記光走査装置が、請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の光走査装置であることとしたので、少ない部品点数でカラー画像形成装置が構成でき、生産効率が向上しコストも低減できる。
また、より小さな偏向角で走査が行えるので、画像形成装置を高速化できるうえ、偏向速度を抑えられるので負荷が低減し省電力化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の第１実施形態を図１乃至図２１に基づいて説明する。
まず、図２１に基づいて光走査装置６００を搭載した画像形成装置９００の構成の概要を説明する。
画像形成装置９００は、中間転写体としての中間転写ベルト９０６を有しており、その移動方向に沿って像担持体としての感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を備えた各画像ステーションが並列配置されている。
感光体ドラム１０１を有する画像ステーションではイエロー（Ｙ）のトナー画像が、感光体ドラム１０２を有する画像ステーションではマゼンタ（Ｍ）のトナー画像が、感光体ドラム１０３を有する画像ステーションではシアン（Ｃ）のトナー画像が、感光体ドラム１０４を有する画像ステーションではブラック（Ｂｋ）のトナー画像がそれぞれ形成される。
イエローのトナー画像を形成する画像ステーションを代表して説明すると、感光体ドラム１０１の周囲には、感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電する帯電チャージャ９１０Ｙ、光走査装置６００により形成された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９１１Ｙを備えた現像装置９１２Ｙ、感光体ドラム１０１上のトナー画像を中間転写ベルト９０６に一次転写するための図示しない一次転写ローラ、転写後感光体ドラム１０１上に残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニング手段９１３Ｙが配置されている。他の画像ステーションにおいても同様の構成を有しているので、色別の欧文字を付して区別し、説明は省略する。以下の説明においては色別の欧文字を付さずに共通構成として説明する。
【００３１】
感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４へは、後述するように、ポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン（本実施形態では２ライン）同時に潜像形成が行われる。
中間転写ベルト９０６は、ローラ９０７ａ、９０７ｂ、９０７ｃ間に掛け回されて支持されており、反時計回り方向に回転される。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が中間転写ベルト９０６上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
記録媒体としての記録紙Ｓは、給紙トレイ９０１から給紙コロ９０８により最上のものから順に１枚ずつ給紙され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて転写部位へ送り出される。
中間転写ベルト９０６上の重ね合わされたカラー画像は、転写部位で２次転写手段としての２次転写ローラ９０２により記録紙Ｓ上に一括転写される。カラー画像を転写された記録紙Ｓは、定着ローラ９０３ａと加圧ローラ９０３ｂを有する定着装置９０３へ送られ、ここでカラー画像を定着される。定着を終えた記録紙Ｓは排紙ローラ対９０４により画像形成装置本体の上面に形成された排紙トレイ９０５に排出されてスタックされる。
【００３２】
図1に示すように、光走査装置６００は、４つの画像ステーションが２ステーションずつ二分され、偏向手段としてのポリゴンミラー（回転多面鏡）１０６により相反する方向に走査する対向走査方式の構成を有している。図６に、その片側におけるポリゴンミラー回転軸を含む副走査断面と、偏向面近傍の主走査平面を示す。
図２、図３は、光走査装置６００のハウジング及びハウジングを支持するフレームの構成図である。
図１に示すように、４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は、中間転写ベルト９０６の移動方向１０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写して重ね合わせることでカラー画像が形成される。
各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を走査する光走査装置６００は一体的に構成され、単一のポリゴンミラー１０６により光ビームを走査する。走査方向は対向する側で相反する方向となり、一方の書出し位置ともう一方の書き終わり位置とが一致するようにライン画像を書き込む。
【００３３】
ポリゴンミラー１０６は、図４に示すように、回転軸０に直交するポリゴンミラーの座面(取付基準面)１０６ｃに対して、傾斜が異なる２種類の偏向面が交互に形成された形状を有している。偏向面は、断面Ａ−Ａで示す座面に垂直な偏向面１０６ａと、断面Ｂ−Ｂで示す垂直から所定角度（本実施形態では約２°）傾けた偏向面１０６ｂとからなる。
【００３４】
従って、偏向面１０６ａと、偏向面１０６ｂとで法線の方向が異なり、反射された光ビームは副走査方向に約４°の差をもつことになるため、1面おきに副走査方向に光路が切り換わる。
各偏向面の回転軸０からの距離、いわゆる内接円半径ａは、図５に示すように、ポリゴンミラー１０６の厚さの約１／２の位置で座面１０６ｃと平行に切った断面において、各偏向面で等しくなるようにしている。
図６に示すように、ポリゴンミラー１０６の前方には透明カバー１０７が設けられ、これらは後述するハウジングにより密閉空間内に収容されている。こうすることで、ポリゴンミラー１０６の角部での回転に伴う空気の粘性抵抗を軽減し負荷を軽減するとともに騒音を防止する効果があり、各ビームはこの透明カバー１０７を通過してポリゴンミラー１０６への入出射が行われる。
【００３５】
各ビームはポリゴンミラー１０６に対して、回転軸０を含む副走査断面内で正面から入射され、後述する結像光学系を構成する各光学素子の光軸はこの副走査断面にのるよう配置されており、入射光軸に対して対称に偏向される。
透明カバー１０７もこの副走査断面に直交させて回転軸０からポリゴンミラー１０６の外接円半径ｒ以上離した近傍に配置されている。ここで、ポリゴンミラー１０６の面数をＮとすると、
ｒ＝ａ／ｃｏｓ(π／Ｎ)
図７は透明カバー１０７の断面を示す。透明カバー１０７の内側、すなわちポリゴンミラー１０６側には、ビーム通過窓１０８を挟んで上下に一対の反射ミラー１０９、１１０が傾斜面状に配置されている。ビーム通過窓１０８を通ったビームは、ポリゴンミラー１０６の偏向面１１１（１０６ａ又は１０６ｂを含む総称）に対して所定角度で斜めに入射され偏向される。
【００３６】
偏向されたビームは、まず第1の反射ミラー１０９に入射し、反射されて偏向面１１１に戻され、再度偏向される。再度偏向されたビームは、第２の反射ミラー１１０に入射し反射されて偏向面１１１に戻され、再度偏向されてビーム通過窓１０８を通過して射出される。
このように、偏向面１１１では合計３回反射して偏向がなされ、走査角θは通常の１回反射による偏向と比べ３倍となる。
逆に言えば、所定の走査角を得るためのポリゴンミラー回転角は通常の１／３で済むことになる。例えば、通常６面のポリゴンミラーを用いて走査していた場合には、最大１８面まで面数を増やすことができる。本実施形態では、走査角θ＝８５°に対して内接円半径ａを小さく抑えるために、面数Ｎは１２とし、第１、第２の反射ミラー１０９、１１０の角度は各々板面から約２６°、９°傾けて設定している。
一般に、ポリゴンミラーの偏向面の法線から副走査方向に傾けてビームを斜入射させると、図２４に示すように、偏向された走査ラインは円錐状に湾曲してしまうが、上記したように各反射毎に法線に対する入射角度の正負が交互に入れ変わるようにすることによって湾曲の方向も入れ変わるためキャンセルすることができ、斜入射させても走査ラインが湾曲しないようにできる。
【００３７】
図１に示す光源手段としての光源ユニット１１２、１１３は、各々半導体レーザを対で配備しており、副走査方向に記録密度に応じて１ラインピッチ分ずらして走査することにより、２ラインずつ同時に走査するようにしている。従って、ポリゴンミラー１０６の隔面での走査になっても画像の記録速度を落とすことはない。
各光源ユニット１１２、１１３からのビームはポリゴンミラー１０６に対し、回転軸０を含む副走査断面内で相反する方向から入射され、双方向に偏向、走査される。
各ビームを各々に対応する感光体ドラムに結像する結像光学系を構成する光学素子群は、回転軸０を含み副走査断面と直交する面に対して対称に配置されている。
ここでは、その片側について説明する。光源ユニット１１２からのビーム２０１、２０２は、シリンダレンズ１１４に入射される。シリンダレンズ１１４は、第１面を副走査方向にのみ曲率を有するシリンダ面、第２面を平面となし、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、ポリゴンミラー１０６の偏向面と感光体ドラム面とを副走査方向に共役とするための面倒れ補正光学系をなし、偏向面にてビームは副走査方向に線状に収束される。また、シリンダレンズ１１４は、光軸よりも下側だけを残した半円筒形状としており、ビームは光軸に対して副走査方向に偏心して入射されて斜め上方に水平面から傾けて射出される。
【００３８】
副走査方向に傾けられたビームは入射ミラー１１６により、ポリゴンミラー１０６の正面から入射するように主走査方向に向きを変えられ、上記ビーム通過窓１０８を通過して入射される。
ｆθレンズ１１８は各ビームに共通で、厚肉に形成され、副走査方向には収束力を持たない。
主走査方向には第１面を非円筒面、第２面を図８に示すように、屈折型の面形状から等位相面を切り取って平坦化した鋸歯状のフレネル面となすハイブリッド型のバイナリー光学素子を構成しており、ポリゴンミラー１０６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最適化している。
上記したように、ポリゴンミラー１０６の偏向面１０６ａと偏向面１０６ｂとで偏向されたビームは副走査(上下)方向に光路を切り換えられ、上記ｆθレンズ１１８においても上下に離れた位置を通過する。
【００３９】
図６に基づいて、各走査手段毎に光路に沿って説明する。まず、偏向面１０６ａで偏向したビームｂ１は、折返しミラー１１９により下側に向きを変えられ、トロイダルレンズ１２１に入射される。トロイダルレンズ１２１を射出したビームは、折り返しミラー１２３、１２５を介して感光体ドラム１０２に到達する。
また、偏向面１０６ｂで偏向したビームｂ２は、折返しミラー１２０により下側に向きを変えられ、トロイダルレンズ１２２に入射される。トロイダルレンズ１２２を射出したビームは、折り返しミラー１２４、１２６を介して感光体ドラム１０１に到達する。
光源ユニット１１２からのビーム２０３、２０４も、同様に、感光体ドラム１０３、１０４に照射される。
このように、折返しミラーは各走査手段毎に各３枚で構成され、偏向面から感光体ドラムの照射位置に至る光路長が所定値に一致するよう配置が調整され、各ビームは感光体ドラムに対し同一の角度で入射する。
さらに、この照射位置から転写位置(真下)に至るドラムの回転角も同一としている。
なお、各トロイダルレンズ１２１、１２２は、共通で、第１面を共軸非球面、第２面をトロイダル面となす。
【００４０】
図９は、光源ユニット１１２、１１３の分解斜視図を示す。各光源ユニット１１２、１１３は同一構成である。
半導体レーザ３０１、３０２及びカップリングレンズ３０３、３０４は、各色走査手段毎に射出軸に対して主走査方向に対称に配備されている。半導体レーザ３０１、３０２は、パッケージの外周を嵌合して各々ベース部材３０５、３０６に裏側より圧入され、ホルダ部材３０７の裏面に、各々３点を表側から挿通したネジ３１５を螺合して当接させて保持されている。
カップリングレンズ０３、３０４は、ホルダ部材３０７に相反する方向に開くよう形成したＶ溝部３０８、３０９に外周を突き当て、板バネ３１０、３１１により内側に寄せてネジ３１６で固定される。
【００４１】
この際、半導体レーザ３０１、３０２の発光点がカップリングレンズ３０３、３０４の光軸上になるようにベース部材３０５、３０６の当接面(光軸に直交する面)上での配置を、また、カップリングレンズ３０３、３０４からの射出光が平行光束となるようにＶ溝部３０８、３０９上(光軸上)での位置を調節して固定している。
各々の射出光の光軸は射出軸Ｃ（図１０参照）に対して互いに交差する方向となるように傾けられ、本実施形態ではこの交差位置をポリゴンミラー反射面（偏向面）の近傍となるように支持部材（ベース部材３０５、３０６）の傾斜を設定している。
駆動回路が形成されたプリント基板３１２は、ホルダ部材３０７に立設した図示しない台座にネジ固定により装着され、各半導体レーザ３０１、３０２のリード端子をスルーホールに挿入してハンダ付けすることで光源ユニット１１２、１１３が一体的に構成される。
半導体レーザレーザ３０１、３０２を各光源ユニット１１２、１１３で複数用いているが、単数であっても、また、複数の発光源を１チップにモノリシックに形成した半導体レーザアレイとしても同様である。
【００４２】
本実施形態では、各光源ユニット１１２、１１３からｆθレンズ１１８、１１９までを図２に示すように、樹脂製のハウジング１３５に一体で収納しており、各光源ユニット１１２、１１３はハウジング１３５の壁面１３６に外側より、各ホルダ部材３０７の円筒部３１３（図９参照）を壁面１３６に形成した係合穴１３７に挿入して位置決めされ、当接面３１４（図９参照）を突き当ててネジ止めされる。
この際、円筒部３１３を基準として傾け量γを調整することで、図１０に示すように、ビームスポット間隔を記録密度に応じた走査ラインピッチＰに合わせることができる。
図３に示すように、ハウジング１３５の上部開口はカバー１５１で封止される。
ポリゴンミラー１０６は、図２に示すように、駆動回路が形成される基板１３７上に一体で構成され、ハウジング１３５の中央部に立設された壁１３８により囲われている。ビームが通過する切り欠き部１４０に上記透明カバー１０７を接合することで室内に密閉される。
【００４３】
シリンダレンズ１１４、１１５は、ハウジング１３５の底面に立設した一対の位置決めリブ１３９に平面側を突き当てられ、板バネ１４１をネジ止めして押圧支持されている。同様に、入射ミラー１１６、１１７もハウジング１３５の底面に立設した一対の位置決めリブ１４２に反射面側を突き当てられ、板バネ１４４をハウジング１３５との間に挿入して押圧支持されている。
ｆθレンズ１１８、１１９はハウジング１３５の底面に立設した一対のリブ１４３に形成された溝に両端を圧入して支持され、ビームの射出窓をなしている。
ハウジング１３５の前後壁面１４５、１４６には、一対のピン１４７、(１４８)が形成されている。
【００４４】
図３に示すように、コの字状に曲げられた板金製の側板２０６、２０７が、該板金製の側板２０６、２０７に形成された基準穴２０８、（２０９）に上記ピン１４７、(１４８)を挿入して各々光軸方向及び副走査(高さ)方向に位置決めされている。ピン１４７、(１４８)を挟んで配置されたネジ穴１４９、１５０（図２参照）に、側板２０６、２０７に形成した長穴２１０、２１１を介してネジ２１２を螺合し、ハウジング１３５の後壁面も同様にネジ２１２を螺合することによって、ハウジング１３５を側板２０６、２０７間に挟み込むようにして固定しており、側板２０６、２０７は主走査方向に対向して配備される。
【００４５】
また、側板２０６、２０７の下側には、凹凸形状に曲げられ、各感光体ドラムの照射位置に対応する位置にスリット状の開口２１３、２１４、２１５、２１６を形成した板金底板２１７が配備されている。板金底板２１７は、その両端面を側板２０６、２０７にカシメ結合され、側板２０６、２０７同士が平行に保たれるよう保持される構造体となしている。
各々の側板２０６、２０７には、上記折り返しミラー及びトロイダルレンズの支持部材２２０の各端部が貫通するように、折返しミラーを支持する打ち抜き開口２１８とトロイダルレンズ支持部材２２０を支持する打ち抜き開口２１９とが、各々１２箇所、４箇所ずつ光路の方向に合わせて設けられており、上記ハウジング１３５に設けられた前後壁面の位置決めピン１４７、(１４８)を介して各側板２０６、２０７間で対となる開口同士が主走査方向に通しで重なるよう揃えられている。
後側板２０７に設けられた開口２２１は、光源ユニット１１２、１１３を着脱可能とするためのものである。
【００４６】
図１１及び図１２に基づいて、折り返しミラー１１９の固定（支持）方法を示す。打ち抜き開口２１８の端面の一辺２１８ａに反射面側を突き当て、楔状の板バネ５０２を裏面側と側板２０６、２０７の対向辺との間に外側より挿入し、板バネ５０２の切欠５０３を側板２０６、２０７の突縁２１８ｂに係合して両側とも固定する。楔状の板バネ５０２は全て同一であり、他の折り返しミラー１２０、１２３、１２４、１２５、１２６の固定についても同様である。
【００４７】
図１３及び図１４に基づいて、トロイダルレンズ１２２の支持部材２２０の構成を説明する。図１４は正面からみた図である。
トロイダルレンズ１２２は、主走査方向に長尺に樹脂成形され、上下面を母線に平行な平面としており、下面中央部には位置決め用の突起１２２ａが形成されている。
支持板５０７は板金で形成され、両端に樹脂製のブロック５０８、５０９をカシメ固定しており、ブロック５０８、５０９に形成した溝５１０、５１１にトロイダルレンズ１２２の端部を圧入して光軸方向(前後)を位置決めし、支持板５０７の穴５１２に突起１２２ａを係合して主走査方向を位置決めして保持され、板バネ５１４、５１５により上面から押圧して支持されている。
板バネ５１４、５１５はブロック５０８、５０９を挟むように嵌め込まれ、突起５１３に係止部５１６を係合して固定される。レンズ下面は支持板５０７の板面から僅かに浮くようにブロック５０８、５０９により両端を、また、中央部近傍を支持板５０７に螺合され突出した調節ネジ５１８で受けられ、支持板５０７の剛性で副走査方向に変形が生じないように板面に沿って保持するようにしている。
【００４８】
この際、板バネ５１４、５１５は、ブロック５０８、５０９での装着高さ規定部よりも内側を押圧することによりトロイダルレンズ１２２を支持板５０７板面側に凸に反るように付勢され、下面が確実に調節ネジ５１８先端に突き当たるようにしている。
トロイダルレンズ１２２は長尺で剛性が低いため、僅かな応力が加わるだけで反りを生じ易く、また、周囲温度の変化に伴って上下に温度差があると熱膨張差によっても変形してしまう。
このように支持板５０７に沿って保持することで形状を安定的に保ち、後述する傾き調整の際に局部的に応力が加わってもトロイダルレンズ１２２の母線の直線性が保持される。
【００４９】
トロイダルレンズ１２２が装着された支持板５０７は、裏面を側板２０７に設けられた打ち抜き開口２１９の副走査方向に平行な一辺２１９ａに突き当てられ、一端部に形成された切欠５１９を打ち抜き開口２１９の突縁２１９ｂに係合して主走査方向を位置決めされ、他端部は側板２０６に設けられた打ち抜き開口２１９に挿通される。
挿通された他端部には、送りネジ５２１が螺合されて下側に突出しており、側板２０６の外側に接合されたＬ字状のブラケット５２０に突き当てられ、突出量を調節することで、副走査方向(トロイダルレンズ１２２の高さ方向)に変位可能としている。
【００５０】
支持板５０７の各端部は、折返しミラーと同様に板バネ５０２を嵌め込み、一方向に付勢して固定する。
従って、送りネジ５２２を正逆に回転することで、図１５に示すように、トロイダルレンズ１２２は光軸と直交する面内で、側板２０７の打ち抜き開口２１９の一辺２１９ａを支点として回動調節でき（調整量γ）、それに伴って副走査方向におけるトロイダルレンズ１２２の母線４２１が傾いて配備されることになり、トロイダルレンズ１２２の焦線としての走査ライン４２２が傾けられる。
本実施形態では、ブラックを除く他のトロイダルレンズに回動支点端の方向を揃えて配備され、各色の走査ラインを基準となるブラックの走査ラインと平行に揃うように合わせられる。
さらに、上記したようにトロイダルレンズ１２２は中央近傍を調節ネジ５１８によって高さを規定されており、この突出量を調節することによって図１６に示すように、トロイダルレンズ１２２の焦線４２１が副走査方向に湾曲され、走査ライン４２２を一様に反らすことができ、走査ラインの曲がりを補正できる。
【００５１】
走査ラインの曲がりは、上記したポリゴンミラー偏向面への斜入射に伴う湾曲残りや光学系を構成する光学素子の配置誤差や成形時の変形等に起因するが、これをキャンセルする方向にトロイダルレンズ１２２を湾曲させることによって直線性を改善でき、あるいは、各走査ライン間の湾曲の方向と量を揃えることができる。
傾きと同様曲がりについても、各色の走査ラインを基準となるブラックの走査ラインに曲がりの方向と量が揃うように合わせ、この状態を保ったまま傾き調整が可能な構成としている。トロイダルレンズ１２１についても同様である。
【００５２】
上述のように構成された光学ユニット１１２、１１３は、図３に示すように、側板２０７の下面曲げ部に形成された装着面２２１、２２２及び側板２０６に形成された図示しない装着面の４箇所を基準に画像形成装置本体にネジ止めにより取付けがなされる。
また、底板２１７の立ち曲げ部２２５、２２６には、フォトセンサを実装した基板２２７、２２８が開口２２９、２３０からフォトセンサ面が覗くようにネジ止めされ、各々偏向面１０６ａで偏向されたビームが、各々画像記録領域の走査開始側及び走査終端側において検出される。
そのため、走査ビームを折り返すミラー２３１、２３２が底板２１７に接合された支持部材２３３、２３４に装着される。図３中、基板２２７は走査開始側に配備された同期検知センサをなし、この検出信号を基に偏向面１０６ｂで偏向されたビームについても書き込み開始のタイミングを図るように共用している。つまり、同期検知信号はポリゴンミラー１０６の２面に１回出力されることになる。
【００５３】
図１７にそのタイミングを示す。感光体ドラム１０１については時間t１経過後に画像書込みを開始し、感光体ドラム１０２については時間t２経過後に画像書込みを開始する。
図１８は光源ユニット１１２、１１３の駆動部を示すブロック図である。同期検知信号に応じて各ラインバッファから交互に画像データを読み出し、単一の光源部に出力する。
一方、走査終了側に配備された基板２２８は終端検知センサをなし、図１９に示すように、主走査方向に垂直なフォトダイオード４０１と非平行なフォトダイオード４０２とで構成される。
フォトダイオード４０１のエッジを光ビームが通過した際に終端検知信号を発生し、フォトダイオード４０１からフォトダイオード４０２に至る時間差Δｔ'を計測することで、この初期値Δｔとの差(Δｔ'−Δｔ)より、光ビームの副走査位置のずれΔｙを検出することができる。
また、同期検知センサ２２７とフォトダイオード４０１との検出信号における時間差Δｔ０'を計測することで、この初期値Δｔ０との比(Δｔ０／Δｔ０')より、画像幅Ｌ０の変化、言いかえれば主走査方向の倍率変化Δｘを検出することができる。
【００５４】
図２０は各信号のタイミング図である。
ここで、Δｘは        Δｘ＝｛(Δｔ０／Δｔ０')−１｝・Ｌ０
Δｙはフォトダイオード４０２の傾斜角γを用いて
Δｙ＝(Δｔ'−Δｔ)・(Ｌ０／Δｔ０')／ｔａｎγ
で表され、各々主走査方向の倍率変化Δｘについては、各半導体レーザ３０１、３０２を変調する画周波数を検出された時間差の比(Δｔ０／Δｔ０')の逆数を乗じて補正することで画像幅を一定に保つことができる。
副走査位置のずれΔｙは、ポリゴンミラー１０６のどの面から書き始めるかを選択することによって補正が可能である。
【００５５】
対向する光走査手段においては、走査方向が逆となるため同期検知センサ２２７と終端検知センサ２２８との配置が反対となるが、基本的な制御は同様である。
一般に、このような主走査倍率ずれの検出、副走査レジストずれの検出は、各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に形成したトナー像を転写する中間転写ベルト９０６上での検出パッチにより行っているが、この間、画像の記録を停止せざるを得ないため、頻繁に行うことができないが、上記したセンサを用いることで、画像記録時にも補正が可能となる。
【００５６】
トロイダルレンズ１２２の調節において、図２２に示すように、自動的に回動調節ができるようにすることもできる（第２の実施形態）。
調節部は、ステッピングモータ５２２と、そのシャフト先端に形成された送りネジ５２３と螺合するアクチュエータ部５２４とで構成され、ステッピングモータ５２２はホルダ部材５２５を介して支持板５０７に装着される。
アクチュエータ部５２４は、送りネジ５２３の回転に伴い、ホルダ部材５２５の貫通穴内で摺動する。本実施形態では送りネジ５２３のピッチが０．３５であるため、１０°回転すると約１０μｍ変位することになる。
【００５７】
上記した第１の実施形態では、１つの光源ユニットについて被走査面(感光体ドラム)を２とし、ポリゴンミラー１０６に対して対向して配置することによって４つの感光体ドラムを走査するようにし、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色の画像形成ステーションに当てることでカラー画像形成に対応しているが、これに限らず、ポリゴンミラー１０６の偏向面角度を３面毎、４面毎と増やすこともできる（第３の実施形態）。
図２３に示すように、片側のみで光路を４方向に切り換えるようにすれば、１つ光源ユニットで４つの感光体ドラムを走査することもでき、カラー画像形成に対応することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態における光走査装置の概要斜視図である。
【図２】光走査装置における偏向手段周辺の分解斜視図である。
【図３】光走査装置の詳細分解斜視図である。
【図４】ポリゴンミラーの斜視図である。
【図５】ポリゴンミラーの回転軸からの各偏向面までの距離が内接円において等しいことを説明する図である。
【図６】光源から感光体ドラムに至る光ビームの経路を示す図である。
【図７】偏向面で複数回反射させることを説明する図である。
【図８】ｆθレンズの概要平面図である。
【図９】光源ユニットの分解斜視図である。
【図１０】ビームスポット間隔と走査ラインピッチとの関係を示す図である。
【図１１】折り返しミラーの支持構造を示す概要断面図である。
【図１２】折り返しミラーの支持構造における端部の分解斜視図である。
【図１３】トロイダルレンズの支持構造を示す分解斜視図である。
【図１４】トロイダルレンズの支持構造を示す概要断面図である。
【図１５】トロイダルレンズの回動調節状態を示す図である。
【図１６】トロイダルレンズの走査ラインの曲がりを補正する状態を示す図である。
【図１７】書き込み開始のタイミングチャートである。
【図１８】制御ブロック図である。
【図１９】終端検知センサの検知原理を示す図である。
【図２０】主走査方向の倍率変化の検出におけるタイミングチャートである。
【図２１】画像形成装置の概要正面図である。
【図２２】第２の実施形態におけるトロイダルレンズの支持構造の断面図である。
【図２３】第３の実施形態における１つ光源ユニットで４つの感光体ドラムを走査する構成を示す図である。
【図２４】従来におけるポリゴンミラーにより偏向された走査ラインの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
０  回転軸
１０６  偏向手段としてのポリゴンミラー
１０６ａ、１０ｂ  偏向面
１０７  反射手段としての透明カバー
１１２、１１３  光源手段としての光源ユニット
１１８、１１９  偏向手段に最も近い光学素子としてのｆθレンズ
２２７  検出手段としての基板
６００  光走査装置
９０２  転写手段としての２次転写ローラ
９１２  現像手段としての現像装置
Ｓ  記録媒体としての記録紙
【図１】
2005292377.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】
2005292377.tif 000012
【図１１】
2005292377.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2005292377.tif 000016
【図１５】
2005292377.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2005292377.tif 000019
【図１８】
2005292377.tif 000020
【図１９】
2005292377.tif 000021
【図２０】
2005292377.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2005292377.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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