JP2006259445A - 光源装置、光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸を副走査方向に可変可能なデバイスと、結像位置が可変可能なデバイスとを組み合わせ、これらを関連付けて動作させることで、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行う。
【解決手段】半導体レーザアレイ３０１の各発光点からのビームは、液体マイクロレンズ３０２、カップリングレンズ３０３を通過した後、シリンダレンズ１１３に入射され、ポリゴンミラーの偏向面１０６で収束される。ポリゴンミラーで反射された各ビームはｆθレンズ１２０に入射され、トロイダルレンズ１２２の近傍で再度交差して、感光体ドラム面で所定のピッチとなるよう結像される。液体マイクロレンズ３０２によって副走査位置を補正する。
【選択図】図６

Description

本発明は、デジタル複写機およびレーザプリンタ等の書込系に用いられる光走査装置に適用され、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関する。

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る多色画像形成装置においては、感光体ドラムの偏心や径のばらつきによる潜像形成から転写までの時間、各色の感光体ドラム間隔が異なり、転写体、例えば、転写ベルトや記録紙を搬送する搬送ベルトの速度変動や蛇行によって、各トナー像の副走査方向のレジストずれにより色ずれや色変わりとなって画像品質を劣化させる。

同様に、光走査装置においても、感光体ドラムに形成する静電潜像の書込み位置を正確に合わせなければ、レジストずれにより色ずれや色変わりの要因となる。

従来、このレジストずれは、光走査装置によるもの、光走査装置以外によるものの区分けなく、特許文献１、２に示されるように、転写体に記録されたレジストずれ検出パターンにより装置の立上げ時やジョブ間等で定期的に検出し、副走査方向についてはポリゴンミラー１面おきで書き出しのタイミングを合わせることにより先頭ラインの位置を、一方、主走査方向については走査開始端で発生される同期検知信号からのタイミングを調節することにより書出し位置を補正している。

さらには、副走査方向におけるレジストを制御する方法として、特許文献３のように可変屈折率プリズムを用いた例や特許文献４のようにガルバノミラーを用いた例、特許文献５のように液晶偏向素子を用いた例など、光軸の向きを副走査方向に可変可能なデバイスを用いた例が開示されている。

また、画像形成装置への応用例に関する記載はないが、結像位置が可変可能なデバイスとして、特許文献６に示すような可変焦点レンズ、特許文献７に示すような液体マイクロレンズなどが開示されている。

一般に、光走査装置は、記録画像の画素データに基づいて所定の画素クロックで変調される半導体レーザを有する光源と、光源からの光ビームを放射状に偏向走査するポリゴンミラーと、走査された光ビームを感光体ドラム面上にスポット状に結像するとともに隣接する画素のスポット間隔が均等となるよう配列するｆθ特性を有する走査光学系とからなる。

多色画像形成装置に対応した光走査装置の一例として、特許文献８に開示されるように、各色に対応する光源からの光ビームを単一のポリゴンミラーで一括して走査するようにし、各々対応する走査光学系や感光体ドラムに導くための複数の折返しミラーを共通のハウジングに一体的に支持した構成や各感光体ドラムに対応させて個別に光走査装置を配備した構成がある。

このように、感光体ドラムへと向かう光ビームは各々異なる経路を通るよう構成部品が配置されるため、初期的に上記したレジストずれが発生しないように、各ステーションにおける走査位置を合わせておく必要がある。さらに、複数の発光源からのビームを一括で走査するマルチビーム走査装置においては、ピッチのずれも色ずれや色変わりの要因となるため、走査位置と同様、合わせておく必要がある。

また、経時的には、ポリゴンミラーの温度上昇や装置内の熱対流によってハウジングに温度偏差が発生し、走査光学系を構成する各々の部品の姿勢や配置が変動して、せっかく初期的に設定した走査位置が変化してしまう。それと同時に、近年、走査レンズの樹脂化が進んでいることから、この温度上昇に伴って熱膨張による曲率半径の変化、屈折率の変化など結像位置、いわゆるフォーカス位置を変動させる要因にもなっている。

特開２００１−２５３１１３号公報 特開２００３−１５４７０３号公報 特開平７−１９９１１０号公報 特開２００１−２５３１１５号公報 特開２００３−２１５４８４号公報 特開２０００−０８１５０４号公報 特開２００３−５０３０３号公報 特開２００２−１４８５５１号公報

このような走査位置のずれは、上記した光軸を副走査方向に可変可能なデバイスによって補正可能であるが、走査光学系を構成する各々の部品においてビームの通過位置を補正するものではなく、トータルのずれとして感光体ドラム面上における走査位置を、光軸の向きを変えることで補正しているため、レンズの光軸から偏心した位置を通過したり、光路長が微妙に変化してしまい、温度上昇による変化とは別に結像位置を変動させてしまうといった副作用がある。

また、例えば、液晶偏向素子など屈折率の変化を利用して射出軸を傾ける方法においては、駆動電圧によって透過波面収差が発生する、つまり、偏向角によって射出ビームの収束力が変わってしまうといった不具合もある。

従って、ビームの結像位置が感光体ドラム面からずれ、ビームスポットの裾が広がって潜像のコントラストが低下し、トナーの散りが多くなり解像力の低下となって画像品質を劣化させてしまう。また、近年、高速化に伴って、一度に複数のラインを同時に走査するマルチビーム化が進んでいるが、上記結像位置の変動に伴って、全系の倍率も変化するので、マルチビーム走査装置においてはビーム間のピッチが変化してしまい、濃度むらとなって画像品質を劣化させてしまう。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、複数の画像形成ステーションによって形成された画像を重ね合わせるタンデム方式の多色画像形成装置において、光軸を副走査方向に可変可能なデバイスと、結像位置が可変可能なデバイスとを組み合わせ、これらを関連付けて動作させることで、上記した副作用の発生を抑え、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行い、また、これらのデバイスを組み込むことで調整時間を短縮し、組立効率を向上させた画像形成装置を提供することにある。

本発明は、複数の発光源と、各発光源からの光ビームを所定の収束状態となるよう配備するカップリングレンズとを有する光源装置において、上記光源装置から射出される光ビームの射出方向の可変と、収束状態の可変とを関連付けて行なう射出ビーム制御手段を備えることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、発光源と、発光源からの光ビームを所定の収束状態となるよう配備するカップリングレンズと、を有する光源装置において、上記光源装置から射出される光ビームの射出方向の可変と、収束状態の可変とを関連付けて行なう射出ビーム制御手段を備えることにより、発光源とカップリングレンズとの調整を高精度に行わなくても、光走査装置として組み上げた状態で最適となるように、射出ビームの射出方向や収束状態を再設定できるので、厄介な調整が不要となり組立効率が向上する。また、上記したデバイスにより、光ビームの射出方向の可変と、収束状態の可変とを個別に行うことは可能であるが、例えば、電位差によって液晶の配向を変える液晶偏向素子では、偏向角によって収束力が変化してしまい、レンズ部の周囲に沿って外力を付与し曲率半径を変える可変焦点レンズでは、外力の不均一によって曲率中心が変化して射出方向が変わってしまうというように、思うような効果が得られない場合があるが、これらを関連付けて行うことにより解決され、確実な補正が可能となる。

本発明によれば、画像信号に基いて変調された複数の発光源を有する光源手段からの各光ビームを単一の偏向手段により偏向するとともに、結像光学系によりスポット状に結像して、被走査面を同時に走査するようにした光走査装置において、上記光源手段から射出される光ビームの射出方向の可変と、収束状態の可変とを関連付けて行なう射出ビーム制御手段を備え、上記被走査面における各ビームスポットの、少なくとも副走査方向の走査位置とビームピッチとを調整することにより、結像光学系を構成する走査レンズや折返しミラーなどの配置や姿勢が変動しても、被走査面において最適な状態に補正できるので、走査位置ずれによる色ずれやピッチずれによる濃度むらのない高品位な画像形成が行える。

本発明によれば、射出ビーム制御手段は、副走査方向における走査位置とビームピッチとの初期値を設定することにより、光走査装置として組み上げた状態で、光源ユニットからの射出ビームの射出方向や収束状態を再設定できるので、組立時やメンテナンス時には、部品の加工ばらつきや組立のばらつきがあっても、ステーション間の走査位置やビームピッチが確実に揃えられ、色ずれ補正時には、傾き調整やレジスト調整に伴って結像光学系を構成する走査レンズや折返しミラーなどの配置や姿勢が変わっても、これによる走査位置やビームピッチへの影響をキャンセルでき、高品位な画像形成が行える。

本発明によれば、走査された光ビームを検出するビーム検出手段を備え、該検出結果から、副走査方向における走査位置と光軸方向におけるビームピッチとの初期値からのずれを算出または予測して補正することにより、経時的な温度上昇によって結像光学系を構成する走査レンズや折返しミラーなどの配置や姿勢が変わっても、これによる走査位置および倍率の変化を確実にとらえ、フィードバック補正することで、高品位な画像形成が行える。

本発明によれば、射出ビーム制御手段は、副走査方向における走査位置の調整を行った後、光軸方向における結像位置のずれを補正することにより、走査位置の調整に伴って光源手段から射出される光ビームの射出方向が可変されても、これによる倍率のずれを合わせて補正するので、走査位置とビームピッチとが確実に合わせられ、高品位な画像形成が行える。

本発明によれば、画像記録中において走査位置やビームスポットの切り換わりがあると、画像途中で色味が変わり、かえって画像品質の劣化をもたらすが、上記射出ビーム制御手段は、上記発光源が変調されている間は、光ビームの射出方向と収束状態とを保持することにより、ジョブ間やページ間など画像記録中を避けて補正を行うことができ、高品位な画像形成が行える。

本発明によれば、射出ビーム制御手段は、液体マイクロレンズであることにより、単一のレンズに作用して、その位置と曲率半径を可変するので、偏向角、あるいは偏心によって透過波面収差を劣化させる因子が最小限ですみ光軸の向きを副走査方向に可変するデバイスと結像位置が可変するデバイスとの配置を合わせる手間も省けるので、組立性が向上し、高品位な画像形成が行える。

本発明によれば、液体マイクロレンズを発光源とカップリングレンズとの中間に配備することにより、発光源に近接して配備することでレンズの質量が最小限ですみ、高速動作が可能となるのでページ間などの短時間で補正が行えるようになり、プリント毎の画像品質が安定化できる。また、補正に要する時間が最小限ですむので、プリントの生産性も向上できる。

本発明によれば、請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって像担持体面に形成された静電像をトナーで顕像化する現像装置と、顕像化された画像を出力紙に転写する転写装置と、を有する画像形成装置により、組立のばらつきや経時的な変動があっても、感光体ドラム面上の走査位置のずれを抑制し、ビームスポット径やビームピッチを安定的に保つことができるので、高品位な画像形成が行える。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

図１は、４ステーションを走査する光走査装置の実施例を示す。図１は、２ステーションずつ２分し、単一のポリゴンミラーの対向する側からビームを入射して、相反する方向に偏向、走査する対向走査方式を示す。

４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は転写体の移動方向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重ね合わせることでカラー画像を形成する。図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、ポリゴンミラー１０６により光ビームを走査する。ポリゴンミラーの回転方向は同一であるので、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画像書き込んでいく。

また、実施例では、各感光体に対して４チャンネルの半導体レーザアレイを配備し、記録密度に応じた隣接ラインを走査するように副走査方向のビームピッチを設定することで、４ラインずつ同時に走査するようにしている。

各光源ユニット１０７、１０８、１０９、１１０は、主走査方向には、各光源ユニットからのビーム２０１と２０２、２０３と２０４とが各々ポリゴンミラー１０６の偏向点に向けて異なる入射角で入射するよう放射状に、また、副走査方向には、光源ユニット１０７と１０８、１０９と１１０との射出位置が所定高さ、実施例では６ｍｍだけ異なるように配備される。

シリンダレンズ１１３、１１４、１１５、１１６は、一方を平面、もう一方を副走査方向に共通の曲率を有し、ポリゴンミラー１０６の偏向点までの光路長が等しくなるように配備してあり、各光ビームは偏向面で主走査方向に線状となるように収束され、後述するトロイダルレンズとの組み合わせで、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役関係とすることで面倒れ補正光学系をなす。

ポリゴンミラー１０６は６面ミラーで、実施例では２段に構成され、偏向に用いていない中間部をポリゴンミラーの内接円より若干小径となるように溝を設けて風損を低減した形状としている。尚、１層の厚さは約２ｍｍであり、上下のポリゴンミラーの位相は同一である。

ｆθレンズ１２０、１２１も２層に一体成形、または接合によって一体化され、各々、主走査方向にはポリゴンミラーの回転に伴って感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、各ビーム毎に配備されるトロイダルレンズ１２２、１２３、１２４、１２５とにより各ビームを感光体面上にスポット状に結像し、潜像を記録する。

各色ステーションは、ポリゴンミラーから感光体面に至る各々の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に対する入射位置、入射角が等しくなるように複数枚、実施例では１ステーションあたり３枚ずつ、の折り返しミラーが配置される。

各色ステーション毎に光路を追って説明すると、光源ユニット１０７からのビーム２０１は、シリンダレンズ１１３を介し、ポリゴンミラー１０６の上段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の上層を通過し、折り返しミラー１２６で反射されてトロイダルレンズ１２２を通過し、折り返しミラー１２７、１２８で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第２のステーションとしてマゼンタ画像を形成する。

光源ユニット１０８からのビーム２０２は、シリンダレンズ１１４を介し、ポリゴンミラー１０６の下段で偏向された後、ｆθレンズ１２０の下層を通過し、折り返しミラー１２９で反射されてトロイダルレンズ１２３を通過し、折り返しミラー１３０、１３１で反射されて感光体ドラム１０１に導かれ、第１のステーションとしてイエロー画像を形成する。

ポリゴンミラーに対称に配備された対向するステーションについても同様で、光源ユニット１０９からのビーム２０３は、入射ミラー１１２を介してポリゴンミラー１０６の下段で偏向され、折り返しミラー１３２、１３３、１３４で反射されて感光体ドラム１０４に導かれ、第４のステーションとしてブラック画像を、また、光源ユニット１１０からのビーム２０４は、ポリゴンミラー１０６の上段で偏向され、折り返しミラー１３５、１３６、１３７で反射されて感光体ドラム１０３に導かれ、第３のステーションとしてシアン画像を形成する。

画像記録領域の走査開始側および走査終端側には、フォトセンサを実装した基板１３８、１３９および１４０、１４１が配備され、各ステーションにおいて走査されたビームを検出する。実施例では、基板１３８、１４０は同期検知センサとなし、この検出信号を基に各々書き込み開始のタイミングをはかるよう共用している。

一方、基板１３９、１４１は終端検知センサをなし、同期検知センサとの検出信号の時間差を計測することで走査速度の変化を検出し、検出された走査速度の変化に対して、各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数を可変にすることで、各ステーションによって記録された画像の転写ベルト上での全幅倍率を安定的に保持することができる。

また、いずれかのセンサを図２に示すように主走査方向に垂直なフォトダイオード１５２と非平行なフォトダイオード１５３とで構成することにより、フォトダイオード１５２からフォトダイオード１５３に至る時間差Δｔを計測することで、光ビームの副走査位置のずれΔｙを検出できる。この検出を各ビームについて行えば、同様にマルチビーム間の副走査ピッチも検出できる。

副走査位置のずれΔｙはフォトダイオード１５３の傾斜角γ、光ビームの走査速度Ｖを用いて
Δｙ＝（Ｖ／ｔａｎγ）・（ｔ−ｔ０）
で表され、実施例では、検出時間ｔが基準値ｔ０に等しくなるように、後述する液体マイクロレンズを用いて走査位置を補正している。

尚、実施例では、後述する転写ベルト上での検出パッチによる倍率やレジストずれの検出値を基準値（初期値）として、上記した走査ビームの検出によって、基準値からのずれを制御するようにし、検出パッチによる補正の合間、例えばジョブ中など、における変動を低減し、画像品質を安定化することを目的としている。

図３は、トロイダルレンズの支持筐体の構成を示す。図１に示す全てのトロイダルレンズは後述する支持板に装着した状態でハウジングに納められる。トロイダルレンズ３０５は、樹脂製でレンズ部を囲うようにリブ部３０６が形成され、中央部には位置決め用の突起３０７が形成されている。支持板３０１は板金でコの字状に形成され、トロイダルレンズ３０５の突起３０７を立曲げ部に形成した切欠３１１に係合し、また、リブの下面を立曲げ部３１０に突き当てて位置決めし、一対の板ばね３０３によりリブの上面より付勢して両端を保持する。板ばね３０３はトロイダルレンズ３０５を支持板３０１に重ね合わせた状態で外側よりはめ込み、一端を開口３１３から内側に出して開口３１４に挿入し固定する。

中央部には、ねじ穴３１２に調節ネジ３０８を螺合し、板ばね３０２を外側よりはめ込んで、曲げ部３１７、３１８を下側リブの内側に引っ掛けることで、調節ネジ３０８の先端にリブの下面が確実に当接するように付勢する。板ばねの穴３１９は調節ネジ３０８を貫通する穴である。

トロイダルレンズ３０５は長尺で、剛性が低いため、わずかな応力が加わるだけで変形（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分布があると熱膨張差によっても変形してしまうが、このように支持板に沿わせることで形状を安定的に保ち、後述する傾け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を変形させることがない（母線の直線性を保持する）ようにしている。

トロイダルレンズを装着した支持板は、レンズ中央部に形成された突起３０７をハウジング側に設けられた凹部３２６に勘合して位置決めを行ない、図中上向きに付勢するよう両端のハウジング取付面との間に板ばね３２０、３２５を架橋して支持する。

ステッピングモータ３１５は、支持板３０１の一端に、シャフトに螺合された可動筒３１６の先端を突き当ててハウジング支持部との間に挟み込むように板ばね３２５によって保持される。シャフトの先端には送りねじが形成され、ステッピングモータ３１５の回転により可動筒３１６が副走査方向（トロイダルレンズの高さ方向）に変位可能としている。これにより、ステッピングモータ３１５の正逆回転に追従してトロイダルレンズ３０５は光軸と直交する面内で、支持板３０１のもう一端に突き当てられた突起３２８を支点として回動調節γでき、それに伴って副走査方向におけるトロイダルレンズの母線が傾いて、トロイダルレンズの結像位置としての走査ラインが傾けられ、ステーション間の走査ラインが平行となるように傾きが補正される。

実施例では、このステッピングモータを第１、第２、第３のステーションのトロイダルレンズに装着することで、ブラックに対する走査ラインの傾きを、後述する傾き検出結果に基いて各色毎に自動的に補正がなされる。

図４はトロイダルレンズの装着状態を光軸方向からみた図である。トロイダルレンズ３０５は両端を立曲げ部３１０の縁、中央を調節ネジ３０８の先端で支持され、調節ネジ３０８の突出し量が立曲げ部３１０に足りない場合には、トロイダルレンズの母線３１２が下側に凸となるよう反る。逆に突出し量が超えると上側に凸に反る。従って、これらの調節ねじを調整することによってトロイダルレンズの焦線が副走査方向に湾曲され、走査ラインの曲がりが補正できる。

一般に、走査ラインの曲がりは光学系を構成する光学素子の配置誤差や成形時の反り等に起因し、これをキャンセルする方向にトロイダルレンズ３０５を湾曲させることによって直線性を矯正する、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。

尚、上記した調節ねじは主走査方向に沿った複数箇所に配備してもよく、中央部と立曲げ部３１０との中間の計３箇所に配備することにより、Ｍ型やＷ型の曲がりについても補正が可能となる。実施例では、全てのトロイダルレンズに配備され、各ステーション毎に走査ラインが真直になるように、組立時に曲がりを補正している。

図５は、実施例におけるビームスポット位置ずれ制御を行うブロック図である。上記したように、各ステーションの走査ラインの傾き、曲がりは初期的には機械的な調整により揃えられる。

一方、副走査方向におけるレジストについては、まず、ポリゴンミラー１面おき、つまり同時に走査されるビーム数が４であるから、４ラインピッチ単位で最もレジストずれが小さくなる書出しタイミングを設定し、４つの発光点から先頭行を形成する発光点を選択することで、１ラインピッチ単位で先頭行の走査位置を合わせ、さらに、その余分、つまり、１ラインピッチ以下のずれ分については、後述する液体マイクロレンズのレンズ位置を可変することで、初期的に補正する。その後、液体マイクロレンズの曲率半径を可変することで、感光体ドラム面における走査ラインピッチが所定値となるように、結像位置を補正する。

経時的には、転写ベルトに形成した検出パターンを読み取って位置ずれを検出し、まず、傾きについて、上記したようにステッピングモータを動作してトロイダルレンズを傾けることで補正する。次に、上記した方法によりレジストずれを調整し、１ラインピッチ以下のずれ分については、後述する液体マイクロレンズのレンズ位置を可変することで、同様に補正する。

一方、液体マイクロレンズの曲率半径については、走査レンズの姿勢や光路が落ちついた時点、つまり、トロイダルレンズの傾き調整やレジストずれの調整が終わった後に設定する。結像位置の補正量は、検出手段を配備してずれを検出して設定してもよいが、実施例では、トロイダルレンズの傾け量やレジストずれの調整量に対応させ、あらかじめ結像位置の変化を把握しておくことで、レンズ位置の可変量に応じて曲率半径の可変量を予測しており、結像位置の検出手段を用いずに補正を行っている。尚、上記したマルチビーム間の副走査ピッチの検出結果をもとに、走査ラインピッチが所定値となるように、結像位置を補正してもよい。

図６は、副走査断面における光路を示す図である。半導体レーザアレイ３０１の各発光点からのビームは液体マイクロレンズ３０２、カップリングレンズ３０３を通過した後に一旦交差してシリンダレンズ１１３に入射され、ポリゴンミラーの偏向面１０６で収束される。

ポリゴンミラーで反射された各ビームはｆθレンズ１２０に入射され、トロイダルレンズ１２２の近傍で再度交差して、感光体ドラム面で所定のピッチとなるよう結像される。従って、この感光体ドラム面でのピッチが記録密度に応じた走査ラインピッチと等しくなるよう全系の倍率βｓが設定されている。実施例の場合、発光点ｄ＝１６μｍ、感光体ドラム面での走査ラインピッチｐ＝４２．３μｍなので、倍率βｓ＝２．６４となる。

しかしながら、上記したように各レンズの配置や光路長が変化すれば、それに伴って、走査ラインピッチｐが変動してしまう。そこで、実施例では、後述する液体マイクロレンズを用いて各ビームの交差位置をずらすことにより各走査ラインピッチが一定の状態を保ちつつ、記録密度に応じた所定のピッチｐとなるように補正している。

尚、温度変動に伴う各レンズの配置や曲率半径の変化は、熱膨張による物理特性として、走査ラインピッチの変動量はある程度予測することができ、この予測値を用いて補正を行ってもよい。また、実施例では、液体マイクロレンズ３０２を半導体レーザアレイ３０１からカップリングレンズ３０３に至る光路中に配置しているが、ポリゴンミラーの偏向面１０６に至る光路中であれば、補正効果は異なるが同様に補正が可能である。

トナー像の検出パターンの検出手段は、照明用のＬＥＤ素子１５４と反射光を受光するフォトセンサ１５５、および一対の集光レンズ１５６とからなり、主走査ラインと約４５°傾けたラインパターンを形成し、転写ベルトの移動に応じて検出時間差を読み取っていく。実施例では中央部と左右両端部との３ヶ所に配備することで、左右両端部の差により傾きを、中央から左右端部までの各倍率を検出することができる。

図７は、検出パターンの一例で、主走査方向に沿ったライン群と、それと４５°傾けたライン群とからなる。紙面上下が転写ベルトの移動方向に相当し、各検出位置において、主走査方向に沿ったライン群の検出時間差Δｔｙ、Δｔｍ、Δｔｃの差より各色の副走査方向における位置ずれを、ｔ１、ｔ２、ｔ３の理論値ｔ０との差より各色の主走査方向における位置ずれを求める。

図８は、光源ユニットの斜視図を示す。全ての光源ユニットは同一構成である。半導体レーザアレイ３０１は発光点ピッチが１６μｍで副走査方向に配列され、パッケージの外周を勘合してベース部材３０５に圧入され、カップリングレンズ３０３は、ホルダ部材３０７に形成した貫通穴の射出口３０８に外周を勘合して接合され、液体マイクロレンズ３０２は、半導体レーザアレイ３０１とカップリングレンズ３０３との中間に配置するようにホルダ部材３０７の内側に装着され保持される。

ベース部材３０５は、カップリングレンズ３０３の光軸に直行する面をすり合わせ面として、半導体レーザアレイの発光点列が光軸に対し対称となるように位置決めされ、ホルダ部材３０７の表側から貫通したねじを螺合して当接させて光源ユニット３００として一体的に支持される。また、カップリングレンズ３０３は、射出ビームが概略平行光束となる位置に位置決めがなされている。

実施例では、半導体レーザアレイ３０１とカップリングレンズ３０３とはあらかじめ配置を合わせた状態で保持しておき、ハウジングに装着された際に、液体マイクロレンズ３０２を用いて最終的な射出方向と射出光束の収束度合いを設定するようにしている。

駆動回路が形成されたプリント基板３１２はホルダ部材に立設した台座にネジ固定により装着し、半導体レーザアレイのリード端子をスルーホールに挿入して回路接続され、液体マイクロレンズ３０２からの配線も同基板に集約される。

光源ユニットは、ハウジングの壁面に形成した係合穴にホルダ部材の円筒部３１３を挿入し、当接面３１４を突き当てて位置決めされ装着され、上記したように、ハウジングに装着された状態において各ステーション間の走査位置を正確に合わせるために、液体マイクロレンズ３０２により射出軸の方向をあらかじめ設定された状態からずらすよう調整するとともに、結像位置が感光体ドラム面に合うように射出ビームの収束度合いをあらかじめ設定された状態からずらすよう調整することになる。

図９を用いて液体マイクロレンズの構成および動作について説明する。ここで、液体マイクロレンズとは単一のレンズ部材（液滴）に作用して、その位置を光軸と直行する面内で可変する機能と、曲率半径を可変可能な機能を有するデバイスを示し、例えば、特開２００３−５０３０３号公報に開示されるものが使用できる。

まず、図９（ａ）よりその構成について説明する。液体マイクロレンズは，透明な絶縁層と、その表面上に配置された透明な流体からなる小滴と、小滴から絶縁層により絶縁された複数の電極と、さらには絶縁層と電極を支持する透明基板を有している。また、図９（ｂ）は複数の電極の構成を示す上面図である。各電極（電圧Ｖ１〜Ｖ４）と、小滴に接続された小滴電極（電圧Ｖ０）は結合され、これらＶ０〜Ｖ５の電圧差によって液体マイクロレンズを動作させる。

次にその動作について説明する。小滴と絶縁層がなす接触角θ１は，小滴と絶縁層と空気との相互の界面張力から決定される。そして小滴と電極との間に電圧差が存在しない場合（Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４）には，小滴は，小滴の体積（Ｖｏｌ）と接触角θ１により規定される形状（実線で示される）が維持され、小滴の曲率半径Ｒ１が定まる．また，小滴は電極に対し中心に存在する（図９（ｂ）の実線の位置）。

次に、小滴に対して４つの電極に等しい電圧Ｖが加えられた（すなわちＶ０≠Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４）場合には、点線で示される接触角θ２で規定される形状に変化し，接触角はθ１からθ２に減少する。小滴の体積（Ｖｏｌ）は変化していないので、接触角θ２で規定される形状との関係から，小滴の曲率半径Ｒ２が定まる．このとき，電圧Ｖに対して接触角は可逆的に変化し，すなわち曲率半径も可逆的に決定できる．このとき、小滴は電極に対し中心に存在したままである（図９（ｂ）の点線の位置）。

このように、液体マイクロレンズは小滴に対して電極に電圧Ｖをかけることによって、曲率半径Ｒ、すなわち焦点距離が調整可能である。

続いて、小滴の位置を移動させる動作について説明する。４つの電極に選択的に電圧をかけることにより、小滴の位置を変化させることができる。例えば、Ｖ１とＶ３をＶ０と等しくし、Ｖ２をＶ４より大きくすることにより、小滴はより高い電圧の方向に引かれて、図９（ｃ）に示す矢印の方向に移動する。

このように、液体マイクロレンズは電極に選択的に電圧をかけることによって、レンズ位置、すなわち焦点位置が調整可能である。言うまでもないが、これは液体マイクロレンズの１つの構成例であって、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、液晶偏向素子と可焦点レンズとを重ね合わせて構成したものであってもよい。

液晶偏向素子は、液晶４００をガラス基板４０１、４０２間に封入した構成であり、一方のガラス基板表面の上下に電極４０３、４０４が形成されている。この電極間に電位差を与えると電位の傾斜に応じて液晶４００の配向が変化し、屈折率分布を発生させて射出軸の向きが変化する。液晶としては誘電異方性を有するネマティック液晶などが用いられる。可焦点レンズは、円形のダイヤフラムを形成したガラス基板４０５に珪酸ガラスからなる弾性膜４０６を接合し、シリコーンオイルなどの透明な動作流体４０７を封入したレンズ部と、リング状の弾性金属板４０８と薄膜状の圧電素子４０９を接合したアクチュエータ部からなり、圧電素子４０９に電圧を印可すると弾性膜の形状を変化させ曲率半径が変化する。

図１１を用いて書込制御回路の動作について説明する。各色毎にラスター展開された画像データはフレームメモリ５００に各々一時保存され、画像処理部５０１に順に読み出されて、前後の関係を参照しながら中間調に対応したマトリクスパターンに応じて各ラインの画素データが形成され、各発光点に対応したラインバッファ５０２に転送される。書込制御回路５０３は、半導体レーザアレイの各々の発光点に対し同数のラインバッファ５０２を備え、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて各発光点を独立に変調する。

次に、各発光点を変調するクロックの生成部５０５について説明する。カウンタ５０７では、高周波クロック生成回路５０６で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路５０８ではこのカウント値と、デューティ比に基いてあらかじめ設定される設定値Ｌ、および画素クロックの遷移タイミングとして外部から与えられ、位相シフト量を指示する位相データＨとを比較し、カウント値が上記設定値Ｌと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号Ｌを、位相データＨと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立上がりを指示する制御信号ｈを出力する。この際、カウンタ５０７は制御信号ｈと同時にリセットされ再び０からカウントを行なうことで、連続的なパルス列が形成できる。

こうして、１クロック毎に位相データＨを与え、順次パルス周期が可変にされた画素クロックＰＣＬＫを生成する。実施例では、画素クロックＰＣＬＫは、高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、１／８クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。

図１２は、任意の画素の位相をシフトした説明で、１／８クロックだけ位相を遅らせた例である。デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタ５０７で４カウントされ画素クロックＰＣＬＫを立ち下げる。１／８クロック位相を遅らせるとすると位相データＨ＝６が与えられ、７カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、４カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が１／８クロック分縮められたことになる。

こうして生成された画素クロックＰＣＬＫは、光源駆動部５０４に与えられ、この画素クロックＰＣＬＫに対してラインバッファ５０２から読み出された画素データを重畳させた変調データにより、半導体レーザを駆動する。

このように位相をシフトする画素を所定間隔で配置することによって、各分割区間の境界で主走査レジストずれがゼロとなるように主走査方向に沿った画素間隔の疎密を調整し、部分的な倍率の偏差を補正することができる。つまり、全体の倍率は画素クロックＰＣＬＫ自体のシフトによって均等に画素間隔を伸縮して補正し、部分的な倍率は所定の画素数おきに画素間隔を変化させることで補正する。

図１３は、上記光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す。感光体ドラム６０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ６０２、光走査装置６００により記録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６０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ６０４、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース６０５が配置される。感光体ドラムへは上記したようにポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン、実施例では４ライン同時に画像記録が行われる。

上記した画像形成ステーションは転写ベルト６０６の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト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。各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。

一方、記録紙は給紙トレイ６０７から給紙コロ６０８により供給され、レジストローラ対６０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、転写ベルトよりカラー画像が転写されて、定着ローラ６１０で定着して排紙ローラ６１２により排紙トレイ６１１に排出される。

４ステーションを走査する光走査装置の実施例を示す。 センサの構成例を示す。 トロイダルレンズの支持筐体の構成を示す。 トロイダルレンズの装着状態を光軸方向からみた図である。 ビームスポット位置ずれ制御を行うブロック図である。 副走査断面における光路を示す。 検出パターンの一例を示す。 光源ユニットの斜視図を示す。 液体マイクロレンズの構成、動作を説明する図である。 液晶偏向素子と可焦点レンズとを重ね合わせて構成した例を示す。 書込制御回路を示す。 図１１の動作を説明するためにタイミング図である。 光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す。

符号の説明

１０１〜１０４ 感光体ドラム
１０５ 移動方向
１０６ ポリゴンミラー
１０７〜１１０ 光源ユニット
１１３〜１１６ シリンダレンズ
１２０、１２１ ｆθレンズ
１２２〜１２５ トロイダルレンズ
１２６、１２９〜１３７ 折り返しミラー
１３８〜１４１ 基板

Claims (11)

1. 複数の発光源と、各発光源からの光ビームを所定の収束状態となるよう配備するカップリングレンズとを有する光源装置において、前記発光源から射出される光ビームの射出方向の可変と、収束状態の可変とを関連付けて行なう射出ビーム制御手段を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記射出ビーム制御手段は、前記発光源が変調されている間は、光ビームの射出方向と収束状態とを保持することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記射出ビーム制御手段は、液体マイクロレンズであることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記液体マイクロレンズを、発光源とカップリングレンズとの中間に配備することを特徴とする請求項３記載の光源装置。
5. 画像信号に基いて変調された複数の発光源を有する光源手段からの各光ビームを単一の偏向手段により偏向するとともに、結像光学系によりスポット状に結像して、被走査面を同時に走査するようにした光走査装置において、前記光源手段から射出される光ビームの射出方向の可変と、収束状態の可変とを関連付けて行なう射出ビーム制御手段を備え、前記被走査面における各ビームスポットの、少なくとも副走査方向の走査位置とビームピッチとを調整することを特徴とする光走査装置。
6. 前記射出ビーム制御手段は、前記副走査方向における走査位置とビームピッチとの初期値を設定することを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
7. 前記走査された光ビームを検出するビーム検出手段を備え、前記検出結果から、前記副走査方向における走査位置と光軸方向におけるビームピッチとの初期値からのずれを算出または予測して補正することを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
8. 前記射出ビーム制御手段は、前記副走査方向における走査位置の調整を行った後、光軸方向における結像位置のずれを補正することを特徴とする請求項５記載の光走査装置。
9. 前記射出ビーム制御手段は、前記発光源が変調されている間は、光ビームの射出方向と収束状態とを保持することを特徴とする請求項５、６または８記載の光走査装置。
10. 前記射出ビーム制御手段は、液体マイクロレンズであることを特徴とする請求項５、６、８または９のいずれか１項に記載の光走査装置。
11. 請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置によって像担持体面に形成された静電像をトナーで顕像化する現像装置と、顕像化された画像を出力紙に転写する転写装置とを有することを特徴とする画像形成装置。

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