(57)【要約】【課題】光源数を減らしながらも、戻り光を防止でき、高速で良好な画像出力が可能なタンデム方式対応の光走査装置を提供する。【解決手段】光源から出射した光ビームを偏向・反射する光偏向素子と、該光偏向素子の光ビーム進行方向上流側に設けられ、直線偏光の入射光ビームを上下に分岐するビーム分岐手段とを有する光走査装置において、ビーム分岐手段としてのハーフプリズム４と光偏向素子との間に、光ビームの進行方向に順に、直線偏光子９０と、直線偏光を円偏光に変換するλ／４板９１とが配置されている。【選択図】図２
2012150153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下２層に配備され、光源から出射した光ビームを偏向・反射する光偏向素子と、該光偏向素子の光ビーム進行方向上流側に設けられ、直線偏光の入射光ビームを上下に分岐するビーム分岐手段とを有する光走査装置において、
前記ビーム分岐手段と前記光偏向素子との間に、光ビームの進行方向に順に、直線偏光子と、直線偏光を円偏光に変換するλ／４板とが配置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、
前記光偏向素子は、Ｎ個の反射面を有する正多角柱を上下２層に積み重ねた構成を有し、前記各正多角柱は互いに１８０°÷Ｎだけ位相がずれていることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光走査装置において、
前記ビーム分岐手段に入射する光ビームは複数であることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を１以上有する画像形成装置において、
前記光走査装置として、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置を１以上用いた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、像担持体上に静電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、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等で用いられる電子写真画像形成装置において、カラー化、高速化が進み、感光体を複数（通常は４つ）有するタンデム対応の画像形成装置が普及してきている。
カラーの電子写真画像形成装置としては、感光体を１つのみ有し、色の数だけ感光体を回転するという方式もあるが（４色、１ドラムだと４回転する必要有り）、生産性に劣る。一方、タンデム方式の場合、どうしても光源数が増えてしまい、それに伴い、部品点数の増加、複数光源間の波長差に起因する色ずれ、コストアップが生じてしまう。
また、書込ユニットの故障の原因として半導体レーザの劣化が挙げられている。光源数が多くなると、故障の確率が増え、リサイクル性が劣化する。
【０００３】
そこで、タンデム方式でありながら、光源の数を増やさない工夫がなされた例がある（特許文献１参照）。
この例では、共通の光源からの光ビームを上下に分岐し、位相をずらして２段に重ねたポリゴンミラーを用いて、異なる被走査面に光ビームを導光し、走査するようにしている（図１参照）。
特許文献１の方式では、上段の光ビームが被走査面を走査しているときに、下段の光ビームが反射鏡への入射角が０となることがあり、その反射鏡の反射面が光源方向に正対しているので、反射光ビームが光源に戻り、光出力の安定性を著しく下げてしまう課題があった。
この課題を解決する方法としては特許文献２のようなものがある。この例では、液晶素子によって偏光ビームスプリッタに入射する光ビームの偏光方向を変え、上段の光ビームが被走査面を走査している間は、下段に光ビームが分岐されることを禁止するような工夫がされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２の方式では、液晶素子と偏光ビームスプリッタが必要となり、光偏向素子（光偏向器）よりも前側（ビーム進行方向上流側）の光学系レイアウトが煩雑になる。また、液晶素子の透過軸と偏光ビームスプリッタの透過軸・反射軸を精度よく一致させる必要があり、その調整が困難である。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、タンデム方式対応の光走査装置において、光源数を減らしながらも、戻り光を防止でき、高速で良好な画像出力が可能な光走査装置の提供を、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、上下２層に配備され、光源から出射した光ビームを偏向・反射する光偏向素子と、該光偏向素子の光ビーム進行方向上流側に設けられ、直線偏光の入射光ビームを上下に分岐するビーム分岐手段とを有する光走査装置において、前記ビーム分岐手段と前記光偏向素子との間に、光ビームの進行方向に順に、直線偏光子と、直線偏光を円偏光に変換するλ／４板とが配置されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、前記光偏向素子は、Ｎ個の反射面を有する正多角柱を上下２層に積み重ねた構成を有し、前記各正多角柱は互いに１８０°÷Ｎだけ位相がずれていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記ビーム分岐手段に入射する光ビームは複数であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、感光性の像担持体に対して光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成部を１以上有する画像形成装置において、前記光走査装置として、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光走査装置を１以上用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光源数を減らしながらも、戻り光を防止でき、高速で良好な画像出力を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る光走査装置の概要構成を示す斜視図である。
【図２】ビーム分岐手段部位の副走査断面図である。
【図３】ポリゴンミラーによる光走査を説明するための平面図で、（ａ）は上段のミラーで走査している状態を示す図、（ｂ）は下段のミラーで走査している状態を示す図である。
【図４】複数色用の露光のタイミングチャートである。
【図５】色によって露光量を異ならせるためのタイミングチャートである。
【図６】ポリゴンミラーの走査角度を説明するための図である。
【図７】光走査装置を有する画像形成装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る光走査装置２０の構成を示す概要図である。同図において符号１は光源としての半導体レーザ、３はカップリングレンズ、４はビーム分岐手段としての偏光ビームスプリッタ、５ａ、５ｂはシリンドリカルレンズ、６は防音ガラス、７は光偏向素子（光偏向器）としてのポリゴンミラー、８は第１走査レンズ（ｆθレンズ）、９は折返しミラー、１０は第２走査レンズ（トロイダルレンズ）、１１は被走査面としての感光体、１２は開口絞り（アパーチャ）をそれぞれ示す。
【００１１】
半導体レーザ１から出射した発散光ビームはカップリングレンズ３により、弱い収束光束、または平行光束、または弱い発散光束に変換される。
カップリングレンズ３を出た光ビームは被走査面上でのビーム径を安定させるための開口絞り１２を通過し、ビーム分岐手段４に入射する。
ビーム分岐手段４に入射した光ビームは上下に分割され、ビーム分岐手段４を出射する光ビームは上下で１本ずつの光ビームとなる。
ビーム分岐手段４を出射した光ビームは上下に配備されるシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂにより、光偏向素子７の偏向反射面の近傍にて主走査方向に長い線像に変換される。
【００１２】
光偏向素子７は上下にそれぞれ単体のポリゴンミラー７ａ、７ｂが同心で配置され、互いに回転方向の角度（主走査平面での角度）がずらしてある。
両ポリゴンミラーは同形で、原理的には任意の多角形（上下方向に厚みを有する多角形＝多角柱）からなり、一方の多角形の１辺の中心角をほぼ２等分する角度に他方の多角形の頂点が対応するように重ねてある。
それぞれの多角形の頂点から時計回り方向に隣接する相手側の多角形の頂点を見たとき、両頂点間のそれぞれに対する中心角をφ、φ’（ただし、０＜φ≦φ’）とすれば、両者が任意の頂点に対して対称配置であれば、φ＝φ’となる。
実用的には４面のポリゴンミラーが最も使いやすいので、ここでは４面のポリゴンミラーをφ＝φ’＝４５°としている。このφ、およびφ’をずれ角と称する。
【００１３】
なお、上下段のポリゴンミラー７ａ、７ｂは一体的に形成されてもよいし、別体として組み付けてもよい。
一般に、ずれ角φは、両ポリゴンミラーが均等にずらしてあるときは、ポリゴンミラーの面数をＭとするとき、φ＝（３６０°÷Ｍ）÷２、すなわち、１８０°÷Ｍとなる。
しかし、ずらし方が均等でない場合は、小さい方のずれ角がφのとき、大きい方のずれ角φ’は、φ’＝３６０°÷Ｍ―φとなる。
【００１４】
図３は上下２層のポリゴンミラーによる光走査を説明するための図である。同図において符号１４は遮光部材を示す。
同図に示すように共通の光源からの上段の光ビームが被走査面である感光体１１ａを走査しているときは下段の光ビームは被走査面上に光ビームが到達しないようにし、望ましくは遮光部材１４により遮光するようにする。
また、共通の光源からの下段の光ビームが上段とは異なる感光体１１ｂを走査しているときは上段の光ビームは被走査面に到達しないようにする。
さらに、変調駆動の方も上段と下段でタイミングをずらし、上段に対応する感光体１１ａを走査するときは、上段に対応する色（例えばブラック）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行い、下段に対応する感光体１１ｂを走査するときは下段に対応する色（例えばマゼンタ）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行う。
【００１５】
図４は複数色用の露光のタイミングチャートである。同図において縦軸は光量、横軸は時間をそれぞれ表す。
共通の光源によりブラックとマゼンタの露光を行い、なおかつ、有効走査領域において、それぞれ全点灯する場合のタイムチャートを同図に示す。実線がブラックに相当する部分、点線がマゼンタに相当する部分を示す。
ブラック、マゼンタにおける書き出しのタイミングは、有効走査幅外に配備される同期受光手段で走査ビームを検知することにより決定される。なお、同期受光手段は図示されていないが、通常はフォトダイオードが用いられる。
図５は色によって露光量を異ならせるためのタイミングチャートである。図４ではブラックとマゼンタの領域での光量を同じに設定しているが、実際には光学素子の透過率、反射率が相対的に異なるため、光源の光量を同じにしてしまうと、感光体に到達する光ビームの光量が異なってしまう。
そこで、図５に示すように、異なる感光体面を走査するときに互いの設定光量を異ならせることにより、異なる感光体面上に到達するビーム光量を等しくできる。
図１に記載の光源１から出射した複数ビームは異なる２つの感光体にそれぞれ、一回の走査で１つの走査線を形成する。
【００１６】
図７は多色画像形成装置の基本的な構成を示す図である。
同図において符号３１は図１の符号１１に対応する感光体、３２は帯電器、３４は現像器（現像手段）、３５はクリーニング手段、３６は転写用帯電手段、３９は転写ベルト、４０は定着手段、２０は書込ユニットをそれぞれ示す。
また、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは画像の色を表し、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックを示す。
感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋは矢印の方向に回転し、回転方向に順に、帯電器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ、現像器３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋ、転写用帯電手段３６Ｙ、３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋ、クリーニング手段３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋが配備されている。
【００１７】
帯電器３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋは、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。
この帯電器と現像器３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋの間の感光体表面に光走査装置２０によりビームが照射され、感光体に静電潜像が形成されるようになっている。
そして、静電潜像に基づき、現像器により感光体面上にトナー像が形成される。
さらに、転写用帯電手段３６Ｙ、３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋにより、転写ベルト３９上を搬送される図示しない記録紙に各色の転写トナー像が順次転写され、最終的に定着手段４０により図示しない記録紙に画像が定着される。
【００１８】
光学系の実施データを以下に示す。
光源波長：６５５ｎｍ
カップリングレンズ焦点距離：１５ｍｍ
カップリング作用：コリメート作用
ポリゴンミラー偏向反射面数：４、内接円半径：７ｍｍ で、上下の角度差φは４５°
反射鏡への平均入射角α＝２９°
偏光ビームスプリッタと光偏向素子の間に焦点距離１１０ｍｍのシリンドリカルレンズが配備されており、反射鏡近傍にて主走査方向に長い線像を形成している。
【００１９】
光偏向器以降のレンズデータを以下に示す。
第１走査レンズの第１面および第２走査レンズの両面は以下の式（１）、（２）で表現される。
［主走査非円弧式］
主走査面内における面形状は非円弧形状をなしており、光軸における主走査面内の近軸曲率半径をＲｍ、光軸からの主走査方向の距離をY、円錐常数をＫ、 高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、…とするとき光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
【００２０】
【数１】
2012150153.tif 000003
【００２１】
ここで奇数次の係数Ａ１、Ａ３、Ａ５、…にゼロ以外の数値を代入した場合、主走査方向に非対称形状を有する。
［副走査曲率式］
副走査曲率が主走査方向に応じて変化する式を（２）で示す。
【００２２】
【数２】
2012150153.tif 000004
【００２３】
ここでＹの奇数乗係数のＢ１、Ｂ３、Ｂ５、…にゼロ以外の数値を代入した場合、副走査の曲率半径が主走査方向に非対称となる。
また、第１走査レンズの第２面は回転対称非球面であり、以下の式で表現される。
［回転対称非球面］
光軸における近軸曲率半径をＲ、光軸からの主走査方向の距離をＹ、円錐常数をＫ、高次の係数をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、…とするとき光軸方向のデプスをＸとして次の多項式で表している。
【００２４】
【数３】
2012150153.tif 000005
【００２５】
＜第１走査レンズ第１面の形状＞
Ｒｍ＝−２７９．９
Ｒｓ＝−６１
Ｋ＝−２．９０００００×１０
Ａ４＝１．７５５７６５×１０−７
Ａ６＝−５．４９１７８９×１０−１１
Ａ８＝１．０８７７００×１０−１４
Ａ１０＝−３．１８３２４５×１０−１９
Ａ１２＝−２．６３５２７６×１０−２４
Ｂ１＝−２．０６６３４７×１０−６
Ｂ２＝５．７２７７３７×１０−６
Ｂ３＝３．１５２２０１×１０−８
Ｂ４＝２．２８０２４１×１０−９
Ｂ５＝−３．７２９８５２×１０−１１
Ｂ６＝−３．２８３２７４×１０−１２
Ｂ７＝１．７６５５９０×１０−１４
Ｂ８＝１．３７２９９５×１０−１５
Ｂ９＝−２．８８９７２２×１０−１８
Ｂ１０＝−１．９８４５３１×１０−１９
＜第１走査レンズ第２面の形状＞
Ｒ＝−８３．６
Ｋ＝−０．５４９１５７
Ａ４＝２．７４８４４６×１０−７
Ａ６＝−４．５０２３４６×１０−１２
Ａ８＝−７．３６６４５５×１０−１５
Ａ１０＝１．８０３００３×１０−１８
Ａ１２＝２．７２７９００×１０−２３
＜第２走査レンズ第１面の形状＞
Ｒｍ＝６９５０
Ｒｓ＝１１０．９
Ｋ＝０．００００００×１０
Ａ４＝１．５４９６４８×１０−８
Ａ６＝１．２９２７４１×１０−１４
Ａ８＝−８．８１１４４６×１０−１８
Ａ１０＝−９．１８２３１２×１０−２２
Ｂ１＝−９．５９３５１０×１０−７
Ｂ２＝−２．１３５３２２×１０−７
Ｂ３＝−８．０７９５４９×１０−１２
Ｂ４＝２．３９０６０９×１０−１２
Ｂ５＝２．８８１３９６×１０−１４
Ｂ６＝３．６９３７７５×１０−１５
Ｂ７＝−３．２５８７５４×１０−１８
Ｂ８＝１．８１４４８７×１０−２０
Ｂ９＝８．７２２０８５×１０−２３
Ｂ１０＝−１．３４０８０７×１０−２３
＜第２走査レンズ第２面の形状＞
Ｒｍ＝７６６
Ｒｓ＝−６８．２２
Ｋ＝０．００００００×１０
Ａ４＝−１．１５０３９６×１０−７
Ａ６＝１．０９６９２６×１０−１１
Ａ８＝−６．５４２１３５×１０−１６
Ａ１０＝１．９８４３８１×１０−２０
Ａ１２＝−２．４１１５１２×１０−２５
Ｂ２＝３．６４４０７９×１０−７
Ｂ４＝−４．８４７０５１×１０−１３
Ｂ６＝−１．６６６１５９×１０−１６
Ｂ８＝４．５３４８５９×１０−１９
Ｂ１０＝−２．８１９３１９×１０−２３
【００２６】
また、使用波長における走査レンズの屈折率は全て１．５２７２４である。
以下に光学配置を示す。
偏向面から第１走査レンズ第１面までの距離ｄ１：６４ｍｍ
第１走査レンズの中心肉厚ｄ２：２２．６ｍｍ
第１走査レンズ第２面から第２走査レンズ第１面までの距離ｄ３：７５．９ｍｍ
第２走査レンズの中心肉厚ｄ４：４．９ｍｍ
第２走査レンズ第２面から被走査面までの距離ｄ５：１５８．７ｍｍ
なお、屈折率１．５１４、厚さ１．９ｍｍの防音ガラスと防塵ガラスが配置されており、防音ガラスは偏向回転面内において主走査方向に平行な方向に対し１０°傾いている。
防塵ガラスについては図示されていないが、第２走査レンズと被走査面の間に配備されている。
また、図１には２つの感光体に対応する図のみ開示しているが、ポリゴンミラーを挟んで、図示された光学系と同様の光学系を配備することにより、４つの感光体を走査することができる。
【００２７】
ところで、図３で遮光部材１４の必要性を説明したが、遮光に関してはこれだけでは充分ではない。これを図６に基づいて説明する。
図６はポリゴンミラーの走査角度を説明するための図である。同図において符号αは有効走査幅における反射鏡への入射角、θは同期受光手段まで含めた画角、φは異なる段（上下段）の反射鏡の回転方向の一方の角度ずれをそれぞれ示す。
通常は有効走査幅を光ビームが露光するのに先立ち光ビームを検出する受光手段のみを配備することが多いが、走査幅の倍率補正用の情報を得るため、有効走査幅を露光した後に光ビームを検出することもある。 その場合には走査開始前、走査開始後の受光手段に到達する光ビームも含めた画角とする。
なお、同図においては、光偏向素子７は時計回り方向に等角速度回転している。
【００２８】
今、具体的に光偏向素子７の面数Ｍ＝４、φ＝４５°とする。
まず、光偏向素子７への入射光ビームと、画角θに相当する光ビームを偏向回転面内で分離するためには、θ÷２＜α…（４）を満足する必要がある。
ここで、図中の光ビームＡは走査終了側の画角最周辺の光ビームであり、ここでは上段（ハッチングされた）の反射鏡により偏向された光ビームとする。このとき、上段の光ビームと共通の光源から出射し、下段の反射鏡により反射された光ビームＡ’は被走査面を露光しないようにする必要がある。
光ビームＡ’と光ビームＡのなす角はこのケースでは９０°であり、光ビームＡ’が被走査面を走査しないようにするためには、光ビームＡ’を同期まで含めた有効幅の外側にくるようにしなければならない。
すなわち、α＋θ÷２＜９０°…（５）とする必要がある。その際、図に示すように遮光部材１４で光ビームを遮光すればよい。
【００２９】
しかしながら、１３インチ幅で画像形成を実施する場合、有効走査幅は３３０ｍｍであり、その外側３ｍｍの位置に受光素子を両端に配備すると、３３６ｍｍの光ビームの走査を実施する必要がある。
これを焦点距離２１０ｍｍの走査光学系で達成する場合、画角θは３３６÷２１０＝１．６＝９１．７°で、（５）式からα＜４４．１５°となるが、これは（４）式を満足しない（４５．８５°＞４４．１５°）。
仮に、走査光学系の焦点距離を長く設定し、（４）式と（５）式を同時に満足するようにしても、画角θが９０°近傍では不充分であり、実際には第１走査レンズ８とシリンドリカルレンズ５のレイアウトなどを考慮したαとθの設定が必要となる。
すなわち、現実問題として、上段の光ビームが被走査面を走査しているときに、下段の光ビームが反射鏡への入射角が０となることがあり、その反射鏡の反射面が光源方向に正対しているので、反射光ビームが光源に戻り、光出力の安定性を著しく下げてしまうのである。
【００３０】
この問題を解消するための本発明の対策を以下に説明する。
図２はハーフプリズム４の副走査断面図である。ハーフプリズム４は光束分岐手段として働き、断面が３角形の部分４１と、平行４辺形の部分４２とからなっている。
部分４１と４２の接着面４ａがハーフミラーとなっており、透過光と反射光を１：１の割合で分離する。また、平行４辺形の部分４２の接着面４ａに対向する面４ｂは全反射面であり、方向を変換する機能を有する。
更に、ハーフプリズムの射出面側には、直線偏光子９０と、λ／４板９１とが配備されている。
ハーフプリズム４に入射する光ビームは、偏光方向が副走査方向に合致している直線偏光で、直線偏光子９０の透過軸もこの方向に一致している。
【００３１】
ハーフプリズム４に入射した光ビームは、偏光方向を維持したまま、上下２つの光ビームに分岐するが、直線偏光子９０を光量のロスなく透過し、λ／４板９１により円偏光に変換され光偏向手段７に入射する。
ここで、光偏光手段７からの戻り光が発生したとすると、この戻り光は再度λ／４板９１を透過することで、入射光ビームと直交する直線偏光に変換されることになるが、その後透過することになる直線偏光子９０により、戻り光は完全にカットされる。
直線偏光子９０とλ／４板９１とを一体化し、ハーフプリズム４の射出面側に貼り付ける構成としてもよい。このようにすればコンパクトにレイアウトできるメリットがある。
【符号の説明】
【００３２】
４  ビーム分岐手段としてのハーフプリズム
７  光偏向素子
２０  光走査装置
３１  像担持体としての感光体
９０  直線偏光子
９１  λ／４板
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開２００６−２８４８２２号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４８６１号公報
【図１】
2012150153.tif 000006
【図２】
2012150153.tif 000007
【図３】
2012150153.tif 000008
【図４】
2012150153.tif 000009
【図５】
2012150153.tif 000010
【図６】
2012150153.tif 000011
【図７】
2012150153.tif 000012