JP2008102528A - 回転伝達装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリゴンミラーを用いるカラー画像用の光走査装置において、ポリゴンミラーが厚いとエッジ部の風きりによる風損によって負荷が増大し、消費電力も増加するという問題点がある。このため、ポリゴンミラーを薄くすることが望ましいが、そのためには、各色ビームの間隔を狭める必要がある。
【解決手段】半導体レーザ２０２、２０３、２０４からの光ビームはそれぞれ反射ミラー２１５、２１６、２１７によって、相異なる点で反射され、平面図的に見て、半導体レーザ２０１の光ビームとほぼ同じ光路をたどってポリゴンミラー２１３に入射する。光源から反射点までの距離が互いに異なるため、光源の配置のみならず、シリンドリカルレンズ２０９、２１０、２１１、２１２の配置も互いに干渉しにくくなる。
【選択図】図３

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関わり、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ものである。

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。したがって、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の異なり、転写ベルトなどの転写体や記録紙を搬送する搬送ベルトの速度変動や蛇行、などによって、各トナー像のレジストずれが生じ、色ずれや色変わりとなって画像品質が劣化する。
同様に、感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置においても、感光体ドラム上の潜像形成位置が正確に合っていないと、重ね合わせた際に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、転写体に記録されたレジストずれ検出パターンにより、ジョブ間等で定期的に副走査位置を検出し、書き出しのタイミングを合わせることにより補正している。ところが、補正の合間にもポリゴンモータの発熱等によって各色間の走査レンズに温度差を生じ、屈折力が変化し、副走査位置のずれや主走査方向における倍率のずれが発生する。
近年、走査レンズのプラスチック化によってこの傾向が顕著に表れるようになってきている。

これに対し、結像手段を各色ビームに共通で、かつ副走査方向に収束力を持たない走査レンズと、各色ビーム個別の走査レンズとで構成することで、屈折力が変化しても各色間で同様に生じるので、レジストずれを低減できることが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２ 参照。）。
この場合、各色に対応した複数の光ビームをポリゴンミラーの同一面で一括走査するために必要となる、複数の光源手段からの光ビームを集約してポリゴンミラーに入射させる光学手段が提案されている（例えば、特許文献３ 参照。）。
また、シリンドリカルレンズを複数枚で組み合わせる提案もある。

上記したように、複数の画像形成ステーションを転写体の搬送方向に沿って配列し、色重ねを行う多色画像形成装置においては、各ステーションで形成された潜像同士の、転写位置におけるレジスト位置を確実に合わせないと、色ずれや色変わりの要因となる。
しかしながら、光走査装置においては、ジョブ前にレジストずれの要因となる各ステーション間の走査位置のずれ調整を実施したとしても、１ジョブ内における印字枚数が増えると、温度変化に伴って上記したハウジングの変形により走査レンズへの入射位置が変動するため、次の補正までの期間中の変動は避けられない。

当然、１ジョブ内においても、途中で印字を中断し補正をかけることは可能であるが、走査ラインの主走査、副走査の書き出し位置に加え、走査ラインの曲がりまで補正するには時間がかかるうえ、調整した結果を検出するにはレジストずれ検出パターンを転写体に記録する必要があるため、その間、装置は記録不可状態となり印字待ち時間が長くなり、作業の能率を阻害する。さらに、補正回数が多いと無駄なトナーの消費量が増えることから、頻繁に行うことは避けたい。
そこで、環境変化があっても、走査位置をいかに安定的に保つかが課題となる。

特開平２−２５００２０号公報 特開平７−４３６２７号公報 特開２００１−２９６４９２号公報

上記したように、この対応策として、特許文献１、特許文献２に示されるように、各色ビームに共通の走査レンズを用いる例があるが、複数のビームを一括して偏向するポリゴンミラーが厚くなり、エッジ部の風きりによる風損によって負荷が増大し、消費電力も増加するという問題点がある。
このため、ポリゴンミラーを薄くすることが望ましいが、そのためには、各色ビームの間隔を狭める必要がある。また、単一のポリゴンミラーの偏向位置に対して複数の光源手段や偏向手段に至るまでの光学系を集約して配置する必要があるが、それらの干渉を避けるにはポリゴンミラーから遠ざかった位置でないと設置スペースが確保できず、光走査装置が大型化してしまうという欠点があり、光源手段をいかに省スペースで配置するかが課題となる。

請求項１に記載の発明では、副走査方向に離隔して配備した複数の光源手段と、該複数の光源手段からの各光ビームを一括して偏向し主走査を行う偏向手段と、前記各光ビームを各々に対応した被走査面に結像する複数の結像手段と、前記各光ビームのうち少なくとも２つの光ビームを折り返し、前記偏向手段に入射する光路を主走査方向に関して互いに近接させ、前記偏向手段への基準入射位置近傍において副走査方向にほぼ１列に揃えるビーム合流手段を有する光走査装置において、前記各光ビームを折り返す位置から前記基準入射位置までの距離を互いに異ならしめることを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、前記各光ビームを副走査方向の配列順の一方から他方に向かって、前記折り返し位置から前記偏光手段の基準入射位置までの距離を順次長くすることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、主走査方向面内において互いに隣接する少なくとも１組の前記光源手段からの前記光ビームは、副走査方向に関して隣接しないことを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記ビーム合流手段として、複数の独立した反射面を有する一体型のミラーを用いることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光走査装置において、折り返し位置から前記偏向手段の基準入射位置に至る距離が遠いほど前記偏向手段への入射角が鋭角となるよう入射せしめることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光走査装置において、折り返し位置から前記偏向手段の基準入射位置に至る距離が近いほど前記ビーム合流手段からの反射角が鋭角となるよう折り返すことを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、副走査方向に離隔して配備した複数の光源手段と、該複数の光源手段からの各光ビームを一括して偏向し主走査を行う偏向手段と、前記各光ビームを各々に対応した被走査面に結像する複数の結像手段と、前記各光ビームのうち少なくとも１つの光ビームを折り返し、前記偏向手段に入射する光路を主走査方向に関して互いに近接させ、前記偏向手段への基準入射位置近傍において副走査方向にほぼ１列に揃えるビーム合流手段を有する光走査装置において、前記ビーム合流手段は、所定の光源手段からの光ビームのみを反射する反射領域と、それと隣接し、前記所定の光源手段以外の光源手段からの光ビームを通過させる透過領域とを有する部材からなることを特徴とする。

請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の光走査装置において、前記ビーム合流手段は、反射領域と透過領域とを副走査方向に関し交互に備えた部材で構成され、前記副走査方向の配列順で隣接しない光ビームをともに透過、もしくはともに反射させることを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の光走査装置において、前記部材は、透明基材に前記透過領域を設け、それ以外の部分に反射部分を形成して前記反射領域とした部材であることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項８に記載の光走査装置において、前記部材は、反射機能を有する部材に前記反射領域を設けそれ以外の部分に窓穴を開けて前記透過領域とした部材であることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明では、副走査方向に離隔して配備した複数の光源手段と、該複数の光源手段からの各光ビームを一括して偏向し主走査を行う偏向手段と、前記各光ビームを各々に対応した被走査面に結像する複数の結像手段と、前記光源手段からの各光ビームに個別に対応して、前記偏向手段の反射面近傍において少なくとも副走査方向に収束させるレンズ部材と、を有する光走査装置において、前記レンズ部材を個別に位置決めを行ない、該レンズ部材を副走査方向に配列して一体的に支持する共通の支持部材を有することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の光走査装置において、前記支持部材は、前記各レンズ部材の少なくとも副走査方向端部に関して位置決めするガイド部を備えることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明では、請求項１１または１２に記載の光走査装置において、前記支持部材は、前記各レンズ部材の少なくとも光軸方向に関して位置決めする当接部を備えることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記支持部材を透明樹脂により形成するとともに、前記各レンズ部材に対応し、負の屈折力を有するレンズ部を前記支持部材通過窓に形成してなることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明では、請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の光走査装置と、各光ビームを走査して静電潜像を各々形成する像担持体と、前記静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、トナー像を重ね合わせて転写する転写手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、各光源手段からのビームを折り返して偏向手段の主走査方向ほぼ同一位置に入射させる構成において、光源から折り返し点までの距離を光軸上で互いに異ならせるので、光源およびシリンドリカルレンズの配置が相互干渉を起こしにくく楽になる。

図１は本発明を適用した書き込み装置の実施例を示す斜視図である。
図２は図１に示した書き込み装置の側断面図である。
両図において符号１０１、１０２、１０３、１０４は感光体ドラム、１０５は転写ベルト、１０６はポリゴンモータ、１０７はポリゴンモータのベース部、１０８は固定軸、１０９は円筒スリーブ、１１０はハウジング、１１１はマグネット、１１２は磁気コイル、２０１、２０２、２０３、２０４は半導体レーザ、２０５、２０６、２０７、２０８はカップリングレンズ、２０９、２１０、２１１、２１２はシリンドリカルレンズ、２１３はポリゴンミラー、２１５、２１６、２１７はビーム合流手段としての反射ミラー、２１８はｆθレンズ、２１９、２２０、２２１、２２２はトロイダルレンズ、２２３、２２４、２２５、２２６は第１の折り返しミラー、２２７、２２８、２２９は第２の折り返しミラー、２３０は同期検知センサ、２３１はＬＥＤ素子、２３２はフォトセンサ、２３３は一対の集光レンズ、２３４、２３５、２３６、２３７は防塵ガラス、βは折り返し角度をそれぞれ示す。

４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を転写ベルト１０５の移動方向に沿って配列し、順次異なる色のトナー像を転写することでカラー画像を形成する画像形成装置において、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。
半導体レーザ２０１、２０２、２０３、２０４は、各々の射出位置が副走査方向に関して互いに異なる部位、図では半導体レーザ２０１の射出位置が最も高くハウジング底面から離れた位置となるよう配置される。続いて半導体レーザ２０２、２０３、２０４の順に配置され、また、主走査方向には射出方向が放射状となるよう配置される。

射出された各光ビームはカップリングレンズ２０５、２０６、２０７、２０８によって、各々平行光束に変換される。シリンドリカルレンズ２０９、２１０、２１１、２１２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、各光ビームはポリゴンミラー２１３の偏向面上で副走査方向に長い線状となるように収束され、偏向点と感光体面上とが副走査方向に共役となるようにして、後述するトロイダルレンズとで面倒れ補正光学系をなす。
ポリゴンミラー２１３は回転するので、光ビームの入射点はそれに伴って移動が生ずる。ここでは、基準となる光源、例えば半導体レーザ２０１による光ビームが、主走査方向の中心に向けて反射されるときのポリゴンミラー２１３の反射点を、基準反射位置と呼ぶことにする。

ビーム合流手段としての反射ミラー２１５、２１６、２１７は、折り返し点から基準反射位置までの距離が、副走査方向での配列順、射出位置が低いほど近くなるよう配備され、折り返された光ビームは主走査方向において偏向点が揃うよう角度が設定されている。ここで言う合流とは、各ビームが主走査方向に関してほぼ一致することを言う。
半導体レーザ２０１からのビームは反射ミラーを介さず直接ポリゴンミラーへと向かうようにしているが、他のビームと同様、反射ミラーを配備して折り返してもよい。

各反射面は階段状に高さが異なり、半導体レーザ２０１からのビームは各反射ミラーの上をかすめてポリゴンミラーへと向かい、半導体レーザ２０２からのビームは、反射ミラー２１５で折り返され、上記半導体レーザ２０１からの光路に主走査方向を近接させ、反射ミラー２１６、２１７の上をかすめてポリゴンミラーへと向かう。また、半導体レーザ２０３からのビームは反射ミラー２１６で折り返され、同様に主走査方向を近接させ、反射ミラー２１７の上をかすめてポリゴンミラーへと向かう。このように、ポリゴンミラーから遠い側より順次各ビームの主走査方向を合わせ合流し、ポリゴンミラー２１３に入射される。

各ビームは副走査方向に平行となるよう均等間隔、実施例ではＬ＝５ｍｍで各半導体レーザより射出され、ポリゴンミラー反射面でもこの間隔Ｌを保って、副走査方向に関し反射面に対し垂直に入射される。
したがって、半導体レーザ、カップリングレンズを保持する光源手段は物理的に上下(副走査方向)に重ねるのは難しく、主走査方向にずらして配置される。

ポリゴンミラー２１３は厚肉に形成され、実施例では、６面ミラーとし、偏向に用いないビーム間の部分に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より低減した形状とし、１層の厚さは約２ｍｍとしている。
ｆθレンズ２１８は各ビームに共通で、ポリゴンミラー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。ｆθレンズ２１８の主走査方向は、ポリゴンミラーの回転に伴って各感光体面上でビームが等速に移動するような、いわゆるｆθ特性のパワーを持たせた非円弧面形状となす。各ビーム毎に配備され、ポリゴンミラーの面倒れ補正機能を有するトロイダルレンズ２１９、２２０、２２１、２２２との協働により、ｆθレンズ２１８は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構成する。

各光走査手段では、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複数枚構成の折り返しミラーが配置される。各光走査手段毎に光路を説明すると、半導体レーザ２０１からのビームは、ポリゴンミラーの最上層で偏向され、ｆθレンズ２１８を通過した後、第１の折り返しミラー２２３で反射され、トロイダルレンズ２１９を介して感光体ドラム１０１に導かれ、第１の光走査手段としてイエロー画像を形成する。
半導体レーザ２０２からのビームは、ポリゴンミラーの２段目の層で偏向され、ｆθレンズ２１８を通過した後、第１の折り返しミラー２２４で反射されトロイダルレンズ２２０を介して、第２の折り返しミラー２２７で反射され感光体ドラム１０２に導かれ、第２の光走査手段としてマゼンタ画像を形成する。

半導体レーザ２０３からのビームは、ポリゴンミラーの３段目の層で偏向され、ｆθレンズ２１８を通過した後、第１の折り返しミラー２２５で反射されトロイダルレンズ２２１を介して、第２の折り返しミラー２２８により感光体ドラム１０３に導かれ、第３の光走査手段としてシアン画像を形成する。
半導体レーザ２０４からのビームは、ポリゴンミラーの最下層で偏向され、ｆθレンズ２１８を通過した後、折り返しミラー２２６で反射されトロイダルレンズ２２２を介して、折り返しミラー２２８により感光体ドラム１０４に導かれ、第４の光走査手段としてブラック画像を形成する。

この内、第１の折り返しミラー２２４、２２５、２２６はビーム分岐手段を構成し、ビームの流れに沿って、まず、上記ビーム合流手段により最後に合流した半導体レーザ２０４からのビームを分岐し、さらに半導体レーザ２０３からのビームを分岐、というように副走査方向の配列順に対応して順次分岐していく。
実施例では、各々の反射角度は次の関係とし、ハウジング底面に近いビームから折り返すことで、光路をポリゴンモータ１０６の下側まで回り込むようにしてハウジング１１０全体を小型化している。
β１＜β２＜β３＜β４、 β４−β１＜９０°
上記した４つの光走査手段は、図２に示すように単一のハウジング１１０に収納される。

図示したポリゴンモータ１０６は、動圧空気軸受方式であり、ハウジングに固定されるベース部１０７に立設し、外周にへリングボーン溝を形成した固定軸１０８に、ポリゴンミラー２１３の中心部をくり抜いて円筒スリーブ１０９を装着した回転体を挿入してなる。回転体下部には環状のマグネット１１１が配備され、円周方向に対向する磁気コイル１１２とで回転する。
ｆθレンズ、トロイダルレンズは、接着、あるいは板バネで押圧する等によってハウジング１１０の所定位置に固定される。

第１の光走査手段には、画像記録領域の走査開始側においてビームを防塵ガラス２３４の一部で折り返し、そのビームを受光する同期検知センサ２３０が配備され、この検知信号をもとに各光走査手段において主走査方向の書き込み開始のタイミングをはかる。

転写ベルト１０５は、駆動ローラと従動ローラからなる３本のローラにより回転され、各感光体ドラムから順次トナー像が転写されるが、この際、副走査方向の書出しタイミングによりレジスト位置が合わされて重ね合わされる。
上記したようにレジスト位置は定期的に調整がなされ、転写ベルト１０５上には形成する各画像の基準位置を読み取る検出器がベルト両端部に配備される。検出器は、照明用のＬＥＤ素子２３１と反射光を受光するフォトセンサ２３２、および一対の集光レンズ２３３とからなり、基準色(ブラック)、およびその他の色(シアン、マゼンタ、イエロー)のトナー像を並列して形成した検出パターン、実施例では主走査方向から４５°傾けたパターンを読み取り、その検出タイミングから副走査方向のレジストずれ量を算出し、この検出結果をもとに各光走査手段において、ポリゴンミラーの１面おき、つまり１走査ラインピッチＰを単位として副走査方向の書出しタイミングを合わせる。
防塵ガラス２３５、２３６、２３７はハウジング下側を覆うカバーに装着される。

図３は、本実施例における光源部を示す平面図である。
図４は、光源ユニットを示す斜視図である。
両図において、符号３００は光源ユニット、３０２は、３０３はプリント基板、３０４は円柱台座、３０５はハウジングの壁面、３０６は円筒状の突起、３０７はハウジング側当接面、３１１、３１２、３１３、３１４は、支持部材をそれぞれ示す。

半導体レーザ２０１、２０２、２０３、２０４は、２つの発光源が同一面上、数十μｍ離してでモノリシックに形成される、いわゆる半導体レーザアレイを用いている。各々射出軸に対称となるようパッケージの外周をかん合して、支持部材３１１、３１２、３１３、３１４に各々圧入、固定される。カップリングレンズ２０５、２０６、２０７、２０８は、各支持部材に設けられた半円状溝を背合わせに形成した突起３０２に、光軸が各射出軸と一致するようにｘｙ面（射出軸と直交する面）上での位置を、また、射出ビームが平行光束となるようｚ方向（光軸方向）の位置を合わせ、レンズ外周との隙間にＵＶ硬化接着剤を充填して、光硬化により固定される。

半導体レーザの裏面には、駆動回路が形成されたプリント基板３０３を支持部材に立設した２個の円柱台座３０４にネジ固定により装着し、各半導体レーザ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３００を構成している。各光源ユニットは同一構成である。

光源ユニットは、ハウジングの壁面３０５に設けられた係合穴に、円筒状の突起３０６を基準として位置決めされ、射出軸に直交する当接面３０７に突き当ててネジ固定され、この係合穴のハウジング底面からの高さｈを異ならしめることで各々の射出軸の高さを設定している。
実施例では、反射ミラー２１５、２１６、２１７での反射角がビーム合流手段での折り返し位置ａ、ｂ、ｃがポリゴンミラー２１３に近いほど鋭角となるように、つまり
α2＞α3＞α4
なる関係となるよう配置する。

同時に、反射ミラーの位置をポリゴンミラー２１３から順に遠ざけることで、折り返し点から発光点に至る距離が
Ｓ２（ａｅ）＜Ｓ３（ｂｆ）＜Ｓ４（ｃｇ）
とすることができ、各光源ユニットの射出軸が放射状に、かつ光源ユニットを突き当てるハウジングの当接面３０７が階段状に配置されるので、隣接する光源ユニットのフランジ部が光軸方向に段違いとなり主走査方向に干渉せずに配備できるうえ、背部に取付けるプリント基板の一辺が隣接する光源ユニットに重なるように逃がすことで、スペースを効率的に活用することができる。

図５はビーム合流手段の具体的な構成例を示す図である。同図（ａ）は反射ミラーの傾きがビームの高さ順になっている例、同図（ｂ）は反射ミラーの傾きがビームの高さの１つおきになっている例、をそれぞれ示す図である。
同図（ａ）の構成は作りやすい反面、隣接する光源やシリンドリカルレンズが近接しやすいので、それぞれの部品が小さくできない場合は、全体の構成が大きくなりやすい。
同図（ｂ）の構成は隣接する光源やシリンドリカルレンズの副走査方向（図では高さ方向）が、離れる。少なくとも、光源２０３と２０４に関しては、平面図で見れば隣接しているが、高さ方向は間に光源２０２が入るため、光源の配置において互いにぶつかり合う相互干渉が起こりにくくなる。したがって、図３に示す主走査方向に見たときの配置が楽になり、装置をコンパクトに纏めやすくなる。この効果はシリンドリカルレンズ２１１と２１２の間にも言える。

このように各反射ミラー２１５、２１６、２１７を一体の部材で構成すれば、個別の位置合わせをしなくて済むので、構成が簡単でありながら、精度を出しやすくなる。半導体レーザ２０１からのビームは図５（ａ）においては反射ミラー２１５の上を通るが、前述のように、半導体レーザ２０１のビームも折り返す構成にするときは、反射ミラー２１５の上にさらにもう一つの反射ミラーを一体的に構成すればよい。なお、半導体レーザ２０１からのビームは、必ずしも反射ミラー２１５の上を通さなくとも良い。反射ミラー２１７の下を通るように全体を構成することも可能である。

図６はビーム合流手段の他の実施例を示す図である。
前記実施例では、ポリゴンミラーに入射する光路を同一の副走査断面に揃うようにしているが、図６に示す本実施例のように、偏向点でのみ同一の副走査断面に揃うようにし、主走査方向に異なる角度でポリゴンミラーに入射させてもよい。この実施例の場合も図５で示した一体型の反射ミラーを使うことができる。

一般に、反射ミラーでの反射角が大きいと波面収差が大きくなり感光体面上におけるビームスポット径が太る傾向がある。各々の入射角（入射光路と偏向点から中央像高に至る光路とのなす角度）をビーム合流手段での折り返し位置が偏向点から遠いほど鋭角となるように、つまり、
θ２＜θ３＜θ４＝θ１
なる関係とすることで、反射ミラー２１５、２１６、２１７での反射角の差を低減し、ビームスポット径の太りを改善できる。
ただしこの場合、主走査開始のタイミングが各ビームによって異なるので、入射角の差をあまり大きくしない方がよい。。

図７は各半導体レーザによる感光体面上のビームスポットの様子を示す図である。
同図において符号３０１、３０２は感光体面上のビームスポットを示す。
光源ユニット３００をハウジング当接面３０７に当てて装着する際に、ｘｙ平面内での傾斜角γを変えることで、所定の副走査ピッチＰに合わせることができる。
いま、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズを含めた光学系全系の副走査横倍率をζ、発光源ピッチをｄとすると、副走査方向におけるビームスポット３０１、３０２の間隔Ｐは、
Ｐ＝ζ・ｄ・ｓｉｎγ
で表され、傾斜角γを変えることで記録密度に応じた画素ピッチＰに合わせ、隣接する複数ラインを同時に走査するようにしている。

図８は他の実施例における光源部の構成図である。
図９は、図８に示す光源ユニットの斜視図である。
両図において符号６００は光源ユニット、６０４、６０５、６０６は各面が異なる反射角を有する反射ミラー、６０７、６０８、６１１、６１２、６１５、６１６、６１９、６２０は半導体レーザ、６０９、６１０、６１３、６１４、６１７、６１８、６２１、６２２はカップリングレンズ、６２３は支持部材、６２７はベース部材、６３４は円柱台座、６３５は円筒部、６３６は当接面、６３７は突起をそれぞれ示す。

図８は各色毎に複数の半導体レーザを備える実施例を示す。本実施例によれば、図９に示すように光源ユニットの幅がより大きくなった際にも、同様に効果がある。
ビーム合流手段の構成は前記実施例と同様、各面が異なる反射角を有する反射ミラー６０４、６０５、６０６からなる。半導体レーザ６０７、６０８、６１１、６１２、６１５、６１６、６１９、６２０、およびカップリングレンズ６０９、６１０、６１３、６１４、６１７、６１８、６２１、６２２は、各色走査手段毎に２組ずつ射出軸に対して主走査方向に対称に配備される。各々支持部材６２３に半導体レーザはパッケージの外周をかん合して圧入される。カップリングレンズは、半円状の一対の溝を背合わせに形成した突起６３７に、射出ビームが平行光束となるように光軸方向の位置を合わせ、レンズ外周との隙間にＵＶ硬化接着剤を充填して、光硬化により固定される。

各々の光軸は射出軸Ｃに対して互いに交差する方向となるよう傾けられ、実施例ではこの交差位置を、ポリゴンミラーの基準反射位置の近傍となるように支持部の傾斜を設定している。
光源駆動回路が形成されたプリント基板６３２は、ベース部材６２７に立設した円柱台座６３４に、ネジ固定により装着し、光源ユニット６００が一体的に構成される。
光源ユニット６００は前記実施例と同様、ハウジングの壁面に高さを異ならしめて形成した係合穴に各支持部材の円筒部６３５を挿入し、当接面６３６を突き当てて、ネジ止めにより各色走査手段毎のビーム数を増加することで、より高速・高密度な画像記録にも適合できる。

図１０はビーム合流手段における反射ミラーの支持部を示す図である。
同図において符号５００は合流手段としての反射ミラー、５０１は取り付け部、５０２は板バネ、５０３は先端曲げ部をそれぞれ示す。
各反射ミラー５００はハウジング底面に形成されたＬ字状の取付部５０１に設置され、板バネ５０２により取付部５０１の垂直面に反射ミラーが押し付けられる。また、上方へのずれを板バネの先端曲げ部５０３によって規制し、上部を通過するビームにかからないようにしている。
各反射ミラーは、Ｌ字状の取付部５０１の設置高さｈを段階状に設けることで、副走査方向のビーム間隔に応じて配置でき、ハウジングの同じ側に押し付け方向を揃えて同様な方法で支持される。

図１１はビーム合流手段のさらに他の実施例を示す図である。
同図において符号５０４はビーム合流手段としての平板ガラス、５０５、５０６は反射ミラー部、７００は光源ユニット、７０３、７０４、７０５、７０６は半導体レーザ、７１０、７１１、７１２、７１３はカップリングレンズ、７２１、７２２、７２３、７２４はシリンドリカルレンズをそれぞれ示す。
本実施例は平板ガラス５０４表面に、部分蒸着により副走査方向に層状に反射ミラー部５０５、５０６を形成し、反射ミラー部の上下ではビームが透過できるようにした例である。ビーム合流手段は、アルミ反射膜をつけた金属板で構成し、ビーム透過部は窓穴を開けておいても良い。
３色カラーのように、ビームが３本しかない場合は真ん中だけ反射ミラーにして、他の２本のビームは透過領域を通せばよい。もちろんその逆の関係にすることもできる。

上記したように、副走査方向に配列するビーム間隔を狭めていくと、半導体レーザ、カップリングレンズを上下に隣接させて配置することは困難であるが、副走査方向の配列順で１つおき、つまり間隔２Ｌ、あるいは、上下端同士、つまり間隔３Ｌであれば配置できる大きさの場合には、後述するように光源ユニットを集約することができ、ビーム合流手段をより簡素な構成とすることができる。
本実施例は１つおきとした例で、図に示すように副走査方向にビームの間隔を２Ｌとして一体的にし、４つの光源ユニットを２つに集約して構成し、一方の光源ユニットからの各ビームは透過させ、もう一方の光源ユニットからの各ビームは反射するようにしている。

図１２は光源ユニットを上下に集約した実施例を示す図である。
同図において符号７０８は支持部材、７１６はプリント基板、７１７は円柱台座、７１８は円筒状の突起、７１９は当接面をそれぞれ示す。
本実施例では、各半導体レーザが副走査方向に配列され、光軸同士が平行となるよう支持部材の半導体レーザのかん合穴、カップリングレンズを接合する半円状の溝が同軸に設計されている。
各色に対応する半導体レーザ７０３、７０４、７０５、７０６は、２色毎に２分され、対となるカップリングレンズ７１０、７１１、７１２、７１３とともに共通の支持部材７０８、および図示しない支持部材７０９に保持される。

各支持部材上での半導体レーザの間隔は２Ｌで、支持部材７０８には、半導体レーザ７０３、７０５、カップリングレンズ７１０、７１２が、支持部材７０８と同形の支持部材７０９には、半導体レーザ７０４、７０６、カップリングレンズ７１１、７１３が同様に固定される。

上記支持部材に立設した円柱台座７１７には、半導体レーザの駆動回路が形成されたプリント基板７１６がネジ固定され、光源ユニット７００を一体的に構成している。
光源ユニット７００は、ハウジング壁面に円筒状の突起７１８を基準として位置決めされ、射出軸に直交する当接面７１９を突き当ててネジ固定される。

図１３はシリンドリカルレンズ保持手段の実施例を示す図である。
同図において符号７２５は支持部材、７２６は一対のスナップ爪、７２７はガイド部、７２８は当接面、７２９は鍔部、７３０は支柱、７３１は係合部、７３２はビーム通過窓をそれぞれ示す。
図１１に示す実施例においては、ビーム偏向前の光学系を構成するシリンドリカルレンズ群の上流側で各ビームを合流させ、各ビームに対応したシリンドリカルレンズ７２１、７２２、７２３、７２４は副走査方向に幅狭く上下をカットして、等間隔Ｌで配列して、一体的に保持している。
シリンドリカルレンズ７２１、７２２、７２３、７２４は射出軸に直交する射出面側を平面に、入射面側を副走査方向にのみ曲率を有する円筒面となし、各々の曲率は同一で上記したように各ビームがポリゴンミラー面上で収束するようパワーが設定され、各々ガラスで製作されている。

図１３に示すように、支持部材７２５は、各シリンドリカルレンズを上下に抱え込む一対のスナップ爪７２６、副走査方向の上下端面を位置決めするガイド部７２７、平面側を当接する当接面７２８、およびハウジングに形成した支柱７３０間に圧入して光軸方向の位置決めを行う鍔部７２９、圧入時に貫通穴を通ってハウジング底面裏に係合し下端が底面に当接した状態を保つ係合部７３１が樹脂にて一体形成される。
尚、鍔部７２９は射出面側を平面、入射面には半球状の突起が形成され、圧入された際に射出面側を突き当てて位置決めがなされ、支持される。図中７３２はビーム通過窓で、平板状透明部材で形成して透過させても、貫通穴としてもよい。

図１４はビーム通過窓を負の曲率を有する曲面とした例の断面図である。
同図（ａ）はスナップ爪でシリンドリカルレンズを抱え込んで支持した例を示す図、同図（ｂ）はシリンドリカルレンズをレンズ間に設けたガイド部に沿って調整できるように構成した例を示す図で、各レンズ間の収束位置を合わせて、ＵＶ接着剤で接合する。
ｆθレンズが樹脂成形による場合、環境温度変化に伴って屈折率が変動し焦点位置が変化するが、このように負の屈折力を有する透明な樹脂成形レンズを組み合わせることにより変動方向がキャンセルされ、感光体面上からのビーム結像位置の変動を抑制できる。
本実施例では、ビーム通過窓を副走査方向に負の曲率を有する円筒面としたが、主走査方向に負の曲率を有する円筒面、または、球面としてもよい。

図１５はさらに他の実施例を説明するための図である。
同図において符号４００は光学ハウジング底面、４０１はトロイダルレンズ、４０２は箱状のリブ、４０３は凹部、４０４はフランジ部、４０５は突起、４０６は凹部、４０７は板ばね、４０８は突起、４０９、４１０は貫通穴、４１１、４１２はステッピングモータ、４１３、４１４は軸の先端、４１５はミラー取付部、４１６は折り返しミラー、４１７はミラー取付部、４１８は折り返しミラー、４１９は板バネ、４２０は先端曲げ部をそれぞれ示す。

図を用いて走査ラインの傾き、および曲がりを補正する機構について説明する。
図１５は光学ハウジング底面４００へのトロイダルレンズ４０１支持部を示す。
各トロイダルレンズ４０１は各感光体ドラムに対向して、光学ハウジング底面に光軸方向、副走査方向を揃えて配置され、箱状のリブ４０２の中央部に設けられた突起４０５を、光学ハウジングに形成された凹部４０３に係合して主走査方向(長手方向)を規制し、両端に設けられたフランジ部４０４の下端を同様に凹部４０６に係合して、光軸方向(短手方向)を規制する。

さらに、箱状のリブ４０２の下面を、主走査方向の一方の端に寄せて第１の支持点を設け、もう一方の端の光束のの入射側を第２の支持点、出射側を第３の支持点として合計３点で受け、上方から板ばね４０７によって押圧し支持する。
本実施例では、第２の支持点を基準突き当てとしてハウジング底面から突出した突起４０８で位置決めし、第１、第３の支持点には、裏面から貫通穴４０９、４１０を通してステッピングモータ４１１、４１２から延びる軸の先端４１３、４１４をそれぞれ直接突き当てる。なお、軸４１３、４１４は内臓された送りネジで突き出し量が伸縮する。

図１６は走査線の傾き調整の様子を説明するための図である。
同図において符号４２１はトロイダルレンズの母線、４２２は調整後の焦線をそれぞれ示す。
ここで、第１の支持点のみを移動すると、第２、第３の支持点を結ぶ回転軸を中心に、トロイダルレンズ４０１が光軸に直交する面内で任意角度γの回動調節ができ、図１６に示すように主走査方向の母線４２１の傾きに応じて焦線４２２が傾けられ、走査ラインが傾けられる。
図１５では、第１、第２、第３の支持点の一般的な配置の仕方を示しているが、第２の支持点と第３の支持点を結ぶ線を光軸と平行になるように設定しておけば、第１の支持点を動かして左右の傾きを変えたとき、トロイダルレンズは前後の傾きの変化が生じない。

図１７は走査線を像面内で湾曲させる調整の様子を説明するための図である。
第３の支持点のみを移動すると、第１、第２の支持点を結ぶ回転軸を中心に、トロイダルレンズ４０１が光軸を含み副走査断面で任意角度βの回動調節ができる。図１７に示すように、曲面の傾きに応じ、母線４２１からの偏心量が主走査方向に異なる位置にビームを入射させることによって、焦線４２２を反らすことができる。光学系を構成する光学素子の加工誤差や、配置誤差に起因する、走査ラインの曲がりをキャンセルするように、上記反りを故意に発生させて補正し、走査ラインの直線性を改善する。
第１の支持点と第２の支持点を結ぶ線を、主走査方向に直交する方向になるように配置すれば、左右対称に焦線の変化が起こる。
基準となるブラックを除く他の光走査手段のトロイダルレンズに、この調整機構を具備させるとよい。

図に示す第１、第３の支持点を結ぶ回転軸は、正確には光軸と直交していないが、このままでも、第２、第３の支持点間隔に比べ十分長いため、ほぼ直交しているとみなせる。
図中、４１５、４１７は各々折り返しミラー４１６、４１８の取付部で、主走査方向に対にハウジング底面に設けられ、折り返しミラーの反射面を板バネ４１９により斜面に押し付けられ支持される。
また、上方へのずれを板バネの先端曲げ部４２０によって規制し、上部を通過するビームにかからないようにしている。
ビーム分岐手段を構成する各折り返しミラーは、上記取付部の設置高さｈを段階的に設けることで配置でき、ハウジングの同じ側に押し付け方向を揃えて同様な方法で支持される。

上記した走査線の傾き、曲がりの調整は、レジスト位置の調整と同様、印刷ジョブ前の準備期間、あるいはジョブ間の待機期間を利用して、画像形成装置の使用環境に適合するよう定期的に行われ、上記検出器での検出結果に基づき、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平行、かつ曲がりの方向と量が揃うように自動補正され、上記した画像を書き出すタイミング補正と組み合わせることで、各ステーションで記録した画像を精度よく重ね合わせられ、色ずれのない高品位なカラー画像が形成できる。

図１８は本発明の光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の例を示す図である。
同図において符号９００は光走査装置、９０１は感光体ドラム、９０２は帯電チャージャ、９０３は現像ローラ、９０４はトナーカートリッジ、９０５はクリーニングケース、９０６は転写ベルト、９０７は給紙トレイ、９０８は給紙コロ、９０９はレジストローラ対、９１０は定着ローラ、９１１は排紙トレイ、９１２は排紙ローラをそれぞれ示す。

感光体ドラム９０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００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９０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、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９０５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2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９０６の移動方向に並設されており、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９０７から給紙コロ９０８により供給され、レジストローラ対９０９により転写ベルト上の画像位置にタイミングに合わせて送りだされ、カラー画像が転写される。
転写されたトナーは定着ローラ９１０で定着され、記録紙は排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１１に排出される。

請求項１ないし６に記載の発明によれば、各光源手段からのビームを折り返して偏向手段の主走査方向ほぼ同一位置に入射させる構成において、光源から折り返し点までの距離を光軸上で互いに異ならせるので、光源およびシリンドリカルレンズの配置が相互干渉を起こしにくく楽になる。

請求項７ないし１０に記載の発明によれば、ビーム合流手段を反射領域と透過領域で構成下ので、副走査方向に隣接するビームの光源位置を、主走査方向に関して異なる位置に配置できるようになり、光源の配置が相互干渉を起こさず、全体をコンパクトに構成できる。

請求項１１ないし１４に記載の発明によれば、ビーム合流後の光路上に、共通の支持部材に取り付けたシリンドリカルレンズを配置し、それらを安定的に保持できるようにし、必要に応じて光軸方向に調整可能に設け、また、支持部材を透明樹脂で構成すれば通過窓を負レンズに構成できるので、高画質な光走査装置が得られる。

本発明を適用した書き込み装置の実施例を示す斜視図である。 図１に示した書き込み装置の側断面図である。 本実施例における光源部を示す平面図である。 光源ユニットを示す斜視図である。 ビーム合流手段の具体的な構成例を示す図である。 ビーム合流手段の他の実施例を示す図である。 各半導体レーザによる感光体面上のビームスポットの様子を示す図である。 他の実施例における光源部の構成図である。 図８に示す光源ユニットの斜視図である。 ビーム合流手段における反射ミラーの支持部を示す図である。 ビーム合流手段のさらに他の実施例を示す図である。 光源ユニットを上下に集約した実施例を示す図である。 シリンドリカルレンズ保持手段の実施例を示す図である。 ビーム通過窓を負の曲率を有する曲面とした例の断面図である。 さらに他の実施例を説明するための図である。 走査線の傾き調整の様子を説明するための図である。 走査線を像面内で湾曲させる調整の様子を説明するための図である。 本発明の光走査装置を搭載したカラー画像形成装置の例を示す図である。

符号の説明

２０１、２０２、２０３、２０４ 半導体レーザ
２０９、２１０、２１１、２１２ シリンドリカルレンズ
２１３ ポリゴンミラー
２１５、２１６、２１７ 反射ミラー
４００ 光学ハウジング底面
４０１ トロイダルレンズ
４０２ 箱状リブ
４０４ フランジ部
４０６ 凹部
４０８ 突起
４０９、４１０ 貫通穴
４１１、４１２ ステッピングモータ
４１３、４１４ 軸の先端
５０４ ビーム合流部材
５０５、５０６ 反射ミラー部
７２１、７２２、７２３、７２４ シリンドリカルレンズ
７２５ 支持部材
７２６ 一対のスナップ爪
７２７ ガイド部
７２８ 当接面
７３２ 通過窓

Claims (15)

1. 副走査方向に離隔して配備した複数の光源手段と、該複数の光源手段からの各光ビームを一括して偏向し主走査を行う偏向手段と、前記各光ビームを各々に対応した被走査面に結像する複数の結像手段と、前記各光ビームのうち少なくとも２つの光ビームを折り返し、前記偏向手段に入射する光路を主走査方向に関して互いに近接させ、前記偏向手段への基準入射位置近傍において副走査方向にほぼ１列に揃えるビーム合流手段を有する光走査装置において、前記各光ビームを折り返す位置から前記基準入射位置までの距離を互いに異ならしめることを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、前記各光ビームを副走査方向の配列順の一方から他方に向かって、前記折り返し位置から前記偏光手段の基準入射位置までの距離を順次長くすることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１に記載の光走査装置において、主走査方向面内において互いに隣接する少なくとも１組の前記光源手段からの前記光ビームは、副走査方向に関して隣接しないことを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記ビーム合流手段として、複数の独立した反射面を有する一体型のミラーを用いることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光走査装置において、折り返し位置から前記偏向手段の基準入射位置に至る距離が遠いほど前記偏向手段への入射角が鋭角となるよう入射せしめることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光走査装置において、折り返し位置から前記偏向手段の基準入射位置に至る距離が近いほど前記ビーム合流手段からの反射角が鋭角となるよう折り返すことを特徴とする光走査装置。
7. 副走査方向に離隔して配備した複数の光源手段と、該複数の光源手段からの各光ビームを一括して偏向し主走査を行う偏向手段と、前記各光ビームを各々に対応した被走査面に結像する複数の結像手段と、前記各光ビームのうち少なくとも１つの光ビームを折り返し、前記偏向手段に入射する光路を主走査方向に関して互いに近接させ、前記偏向手段への基準入射位置近傍において副走査方向にほぼ１列に揃えるビーム合流手段を有する光走査装置において、前記ビーム合流手段は、所定の光源手段からの光ビームのみを反射する反射領域と、それと隣接し、前記所定の光源手段以外の光源手段からの光ビームを通過させる透過領域とを有する部材からなることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項７に記載の光走査装置において、前記ビーム合流手段は、反射領域と透過領域とを副走査方向に関し交互に備えた部材で構成され、前記副走査方向の配列順で隣接しない光ビームをともに透過、もしくはともに反射させることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項８に記載の光走査装置において、前記部材は、透明基材に前記透過領域を設け、それ以外の部分に反射部分を形成して前記反射領域とした部材であることを特徴とする光走査装置。
10. 請求項８に記載の光走査装置において、前記部材は、反射機能を有する部材に前記反射領域を設けそれ以外の部分に窓穴を開けて前記透過領域とした部材であることを特徴とする光走査装置。
11. 副走査方向に離隔して配備した複数の光源手段と、該複数の光源手段からの各光ビームを一括して偏向し主走査を行う偏向手段と、前記各光ビームを各々に対応した被走査面に結像する複数の結像手段と、前記光源手段からの各光ビームに個別に対応して、前記偏向手段の反射面近傍において少なくとも副走査方向に収束させるレンズ部材と、を有する光走査装置において、前記レンズ部材を個別に位置決めを行ない、該レンズ部材を副走査方向に配列して一体的に支持する共通の支持部材を有することを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１１に記載の光走査装置において、前記支持部材は、前記各レンズ部材の少なくとも副走査方向端部に関して位置決めするガイド部を備えることを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１１または１２に記載の光走査装置において、前記支持部材は、前記各レンズ部材の少なくとも光軸方向に関して位置決めする当接部を備えることを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の光走査装置において、前記支持部材を透明樹脂により形成するとともに、前記各レンズ部材に対応し、負の屈折力を有するレンズ部を前記支持部材通過窓に形成してなることを特徴とする光走査装置。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の光走査装置と、各光ビームを走査して静電潜像を各々形成する像担持体と、前記静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、トナー像を重ね合わせて転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。

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