JP2012002914A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造時において、走査ラインの複雑な曲がり形状でも簡易かつ正確に調整可能であり、走査レンズの反りの矯正による使用時の走査レンズに対する調整手段の加圧力の変化を小さくしてロバストを向上させる光走査装置、光走査装置を用いることで色ずれのない高品位な画像形成を行う画像形成装置を提供する。
【解決手段】 光源と、光源から出射されたビームを感光体に結像させる光学素子２群と、光源と光学素子２群の間に偏向器と、を有し、偏向器により、感光体に走査線を形成する光走査装置、であって、光学素子群のいずれか１つの光学素子２は、光学素子２を主走査方向の複数個所で副走査方向に支持する支持部を備える保持部材４に保持され、保持部材４は、光学素子２に当接された光学素子２の湾曲調整手段１を有し、湾曲調整手段１は、光学素子２に印加される加圧力を調整するための、弾性部と、弾性部のストローク可変手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光走査装置及び、この光走査装置を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置、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では、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。また、タンデム方式の多色画像形成装置では、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ている。したがって、タンデム方式の多色画像形成装置では、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にばらつきが起こると、各トナー像のレジストずれやスキューが発生する。また、各色の感光体ドラム間隔の違い、あるいは記録紙を搬送する搬送ベルトや転写ベルトの速度変動の蛇行によっても、各トナー像のレジストずれやスキューが発生し、色ずれや色変わりとなって出力画像の品質を劣化させてしまう。

光走査装置においても同様に、感光体ドラムに形成する静電潜像同士の走査線の変化（「変化」とは、曲がりや傾き、湾曲、変形などの概念を指す）を正確に揃えなければ、各トナー像を形成する走査ラインの曲がりやスキューとなって色ずれや色変わりの発生の要因となる。

従来の画像形成装置では、上述のようにレジストずれやスキューが起こる原因には、光走査装置によるものと、光走査装置以外によるものとがあるが、その２つを区別して補正していない。例えば、特許文献１、特許文献２に記載の発明では、レジストずれを装置の立上げ時やジョブ間などにおいて定期的に転写体に記録される検出パターンで検出したり、ポリゴンミラーの１面おきに書き出しのタイミングを合わせることによって画像形成の先頭ラインの位置を変化させたりして、補正を行っている。スキューについては、特許文献２に記載の発明のように、折返しミラーの傾きを変化させたり、あるいは特許文献３や特許文献４に記載の発明のように、副走査方向に集束作用を有する走査レンズを光軸周りに回転自在にさせたりして、走査線の傾きを変化させて補正をしている。

このように、レジストずれやスキューについては、光走査装置に機械的な補正機能が配備され、パルスモータなどを組み込んで自動的に補正が行われる。一方、走査ラインの曲がりの補正は、特許文献２に記載の発明のように折返しミラーを湾曲させたり、特許文献５に記載の発明のように、走査レンズの主走査に沿った形状を副走査方向に矯正したり、あるいは特許文献６に記載の発明のように、走査レンズの姿勢を副走査断面に直交する軸の周りで回転できるようにすることなどにより、機械的に補正が行われる。

しかしながら、近年、低コスト化に伴って走査レンズの樹脂化が進み、成形時の反りやレンズ面の歪み、内部屈折率の分布によって、その焦線の真直度が確保し難くなっている。反面、ユーザの色ずれや色変わりに対する見方が厳しくなり、レジストずれ、スキュー、走査ラインの曲がりに対する要求精度が高まっている。これらのうち、走査ラインの曲がりについては、上述のような検出パターンによる検出などが困難であることから、製造時にいかに精度よく調整しておくかがポイントとなる。

そこで、特許文献７に記載の発明では、走査レンズを板金の間に挟み込むことにより、走査レンズ外形の反りを矯正しつつ、曲がりや傾きを補正する方法が提案されている。しかし、外形が真直であっても、製造工程においてレンズ面の歪みが発生する場合や、内部屈折率の分布がある場合には、従来の補正方法と同様、複雑な曲がり形状には対応できない。

また、特許文献８に記載の発明では、走査レンズを主走査方向の複数個所で、副走査方向に支持する調節ねじを用いて走査レンズ外形の反りを矯正している。しかしながら、この調整ねじは、いもねじ等の剛体であり、ねじのピッチと走査レンズの反りとの関係を考慮して走査レンズの調整をしなければならず、従来のように剛体のいもねじで曲がり調整を行うと、調整量の分解能はねじピッチに依存し、マイクロメーター単位の調整が非常に困難である。また、製造時に調節ねじを用いて走査レンズの反りを矯正すると、使用時に走査レンズに対する温度変化による線膨張の影響が、直接走査ラインの曲がり変化に現れ、調整ねじよる走査レンズに対する加圧力の変化が大きくなりためロバストが悪くなる。さらに微調整が非常に難しいことから工数がかかり、ひいては製造コストを上昇させる。

本発明は、製造時において、走査ラインの複雑な曲がり形状でも簡易かつ正確に調整可能であり、製造時の走査レンズの反りの矯正による、使用時の走査レンズに対する調整手段の加圧力の変化を小さくしてロバストを向上させる光走査装置、上記光走査装置を用いることで色ずれのない高品位な画像形成を行う画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる光走査装置は、光源と、光源から出射されたビームを偏向する光偏向器と、感光体に走査線を形成する上記光偏向器で偏向されたビームを感光体に結像させ感光体に走査線を形成する光学素子群と、を有する光走査装置、であって、光学素子群のいずれか１つの光学素子は、光学素子を主走査方向の複数個所で副走査方向に支持する支持部を備える保持部材に保持され、保持部材は、光学素子に当接された光学素子の湾曲調整手段を有し、湾曲調整手段は、光学素子に印加される加圧力を調整するための、弾性部と、上記弾性部のストローク可変手段を備えることを最も主要な特徴とする。

本発明に係る光走査装置によれば、製造時に湾曲調整の分解能を細かくすることができ走査ラインの複雑な曲がり形状でも、簡易に正確に調整することができる。微調整が簡易になるため製造時における工数を低減し、ひいては製造コストを低下させることができる。
更に温度変化による線膨張の影響があっても、加圧力の変化が小さいため、ロバストも向上させることができる。
また、本発明に係る画像形成装置によれば、温度変化による走査位置の変化を抑えることができるため、カラー画像形成において色ずれや色変わりのない高品位な画像形成を行うことができる。

本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例を示す斜視図である。 本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例を示す全体概要図である。 本発明にかかる光走査装置における曲がり調整前の実施例を示す断面図である。 本発明にかかる光走査装置における曲がり調整後の実施例を示す断面図である。 本発明にかかる光走査装置の湾曲調整手段の実施例を示す断面図（ａ）及び背面図（ｂ）である。 本発明にかかる画像形成装置の同期検知センサ又は終端検知センサにおけるセンサ配置構成を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の光源ユニットの実施例を示す斜視図である。 本発明にかかる画像形成装置の書込制御回路の動作の実施例を示す制御ブロック図である。 本発明にかかる画像形成装置の１／８クロックだけ位相を送らせた実施例を示すタイミングチャートである。 本発明にかかる画像形成装置の走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪みを補正する実施例を示す図である。 本発明にかかる画像形成装置のビームスポット位置ずれ制御の実施例を示すブロック図である。 本発明にかかる画像形成装置のトナー像の検出パターンを読み取る検出手段の実施例を示す図である。 本発明にかかる画像形成装置のプリズムを用いた調整の実施例を示す図である。 本発明にかかる画像形成装置のポリゴンミラーの位相を制御する回路のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（１）光走査装置および画像形成装置の全体構成
図１、図２に基づいて光走査装置９００Ａ、９００Ｂを搭載したタンデム方式の多色カラー画像形成装置９２０の構成の概要を説明する。カラー画像形成装置９２０は、中間転写体としての中間転写ベルト１０５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を備えた各画像形成ステーションが並列配置されている。

感光体ドラム１０１を有する画像形成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を有する画像形成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を有する画像形成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を有する画像形成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形成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９０２Ｙ、光走査装置９００Ａ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９０３Ｙを備えた現像装置９０４Ｙ、中間転写ベルト１０５の内側に設けられ、感光体ドラム１０１上のトナー画像を中間転写ベルト１０５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９０５Ｙが配置されている。他の画像形成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。なお、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。

感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４には、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４ライン）へ同時に潜像形成が行われる。中間転写ベルト１０５は、３つのローラ９０６ａ、９０６ｂ、９０６ｃ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、ブラックの各トナー画像が中間転写ベルト１０５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。

シート状記録媒体としての記録紙１０は、給紙トレイ９０７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１０５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９１３により記録紙１０上に一括転写される。カラー画像を転写された記録紙１０は、定着ローラ９１０ａと加圧ローラ９１０ｂを有する定着装置９１０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１０は排紙ローラ対９１２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９１１に排出されてスタックされる。

図１に示すように、本実施形態では、イエローとマゼンタの画像形成ステーションに対応する光走査装置９００Ａと、シアンとブラックの画像形成ステーションに対応する光走査装置９００Ｂを設けた構成とし、走査方向を揃えて並置した方式となっている。これら、光走査装置９００Ａと光走査装置９００Ｂは全く同じ構成である。

４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は中間転写ベルト１０５の移動方向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を形成する。

各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４を走査する光走査装置９００である光走査装置９００Ａ，９００Ｂは、それぞれ一体的に構成され、回転多面鏡としてのポリゴンミラー１０６により光ビームを走査する。ポリゴンミラー１０６の回転方向は同一であるので、各々の書き出し開始位置が一致するように画像を書き込んでいく。ポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン同時に画像記録が行われる。

本実施形態では、各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４に対して光源としての半導体レーザをそれぞれ一対配備し、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。

各光走査装置９００Ａ、９００Ｂの構成は同一であるので、ここでは、その一方について説明する。各光源ユニット１０７、１０８からの光ビーム２０１、２０２は、光源ユニット毎に射出位置が副走査方向に異なる部位、本実施形態では光源ユニット１０７と１０８との射出位置が所定高さ（本例では６ｍｍ）だけ異なるよう配備し、光源ユニット１０８からのビームは入射ミラー１１１により折り返されて、直接、ポリゴンミラー１０６へと向かう光源ユニット１０７からのビームに主走査方向に近接させてポリゴンミラー１０６に入射される。

シリンダレンズ１１３、１１４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２０１、２０２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。

非平行平板１１７は、いずれか一面を主または副走査方向にわずかに傾けたガラス基板となし、光軸周りに回転制御することで、基準となる光源ユニット１０７からの光ビームに対する相対的な走査位置を調整する。

ポリゴンミラー１０６は６面ミラーで、本実施形態では上下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１０６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。

ポリゴンミラー１０６の１層の厚さは、本例では約２ｍｍである。なお、上下のポリゴンミラー１０６の位相は同一である。ｆθレンズ１２０も２層に一体成形または接合され、それぞれ主走査方向にポリゴンミラー１０６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、各ビームごとに配備される光学素子としてのトロイダルレンズ１２２、１２３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（画像形成ステーション）は、ポリゴンミラー１０６から被走査面としての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１０１、１０２、１０３、１０４に対する入射位置、入射角が等しくなるように複数枚（本例では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、基準となる光源ユニット１０７からのビーム２０１は、非平行平板１１７とシリンダレンズ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の画像形成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からの光ビーム２０２は、シリンダレンズ１１４を介して入射ミラー１１１で反射され、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の画像形成ステーションとしてイエロー画像を形成する。

他方の光走査ユニット９００Ｂも同様な構成であるため説明は省くが、基準となる光源ユニット１０９からのビームは、感光体ドラム１０４に導かれ、第４の画像形成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からのビームは、感光体ドラム１０３に導かれ、第３の画像形成ステーションとしてシアン画像を形成する。

以上説明したように、カラー画像形成装置９２０は、複数の像担持体（感光体ドラム１０１〜１０４）上に光走査装置（９００Ａ、９００Ｂ）により静電潜像を形成するとともに、該静電潜像を像担持体毎に異なる色トナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー）で現像し、各像担持体上に形成されたトナー像を順次中間転写体（中間転写ベルト１０５）上に重ねて転写した後、シート状記録媒体（記録紙１０）に一括転写することによりカラー画像を得る画像形成装置である。

また、光走査装置９００Ａ、９００Ｂは、それぞれ光源（光源ユニット１０７〜１１０）と、これらの光源からの光ビーム（２０１、２０２）を走査する偏向手段（ポリゴンミラー１０６）と、この偏向手段により走査された光ビームを被走査面（感光体ドラム１０１〜１０４）上に結像する結像手段とを有し、上記結像手段を構成する少なくとも副走査方向に集束力を有する光学素子（トロイダルレンズ１２２、１２３）を、その光軸と直交する面内で回動することで、被走査面における走査線の傾きを可変とする構成を有する。

（２）光学素子の支持構成
以下、本発明の特徴である光走査装置の光学素子群を構成する光学素子２の支持構成の実施形態を説明する。本実施例では前記トロイダルレンズ１２２、１２３の支持構成を光学素子２と称して説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。即ち、上述の光学素子群は、上述の感光体（感光体ドラム１０１〜１０４）に走査線を形成する光偏向器（ポリゴンミラー１０６）で偏向されたビームを感光体に結像させ、上記感光体に走査線を形成するものである。上記光学素子群のうち本実施例における光学素子２の態様をなすものは、いずれか１つのものでもよい。また、上述の実施例のように、上記光走査装置を複数にし、複数の上記光学素子群を形成してもよい。

図３、図４において、符号９は上述した光走査装置のハウジングを示しており、ハウジング９は、主走査方向の略中央にハウジング９の底面から突出して光学素子２を支持する支点７を有している。光学素子２には、その上面（図３の紙面上側の面）に沿って板状の保持部材４が配置されている。光学素子２と保持部材４は、位置決め板ばね５を介して連結している。位置決め板ばね５は、光学素子２と、保持部材４の主走査方向の両端側２か所に、光学素子２を副走査方向に支持する支持部として配置されている。湾曲調整板ばね６は、上述の２か所に配置された位置決め板ばね５の略中心に配置されていて、光学素子２と、保持部材４の主走査方向の中心を連結するように取り付けられている。このように保持部材４は、光学素子２を保持している。湾曲調整手段１は、湾曲調整板ばね６と同様に保持部材４の主走査方向の中心の位置に、保持部材４を貫通して適宜の方法で取り付けられている。押し出しピン１３の先端部分は、光学素子２に当接されている。

図３、図４において、位置決め板ばね５と、湾曲調整板ばね６の力で光学素子２と保持部材４が密着する向きに付勢されるとともに、位置決め板ばね５と湾曲調整板ばね６を調整することによって、位置決め板ばね５と湾曲調整板ばね６の位置における保持部材４と光学素子２との間隔を調整することができるようになっている。位置決め板ばね５には、上述の間隔の調整手段として、例えばいもねじなどが設けられている。湾曲決め板ばね６には、上述の間隔の調整手段として湾曲調整手段１が設けられている。また、位置決め板ばねの位置には、図示のように、保持部材４は、光学素子２の主走査方向両端部の一方端が自由端１１となっており、他方端部は、傾き調整手段８の受け点１０となっている。こうして、光学素子２は、保持部材４に引き付けられ位置が決まっている。

光学素子２の長手方向すなわち主走査方向中央部は、ハウジング９に設けられた支点７で受けられており、自由端１１側は、ハウジング９に取り付けられた加圧手段３で図３、図４における下向きに加圧されている。受け点１０となっている他方の端部は、走査線の傾き調整手段８の下側から受けられ、上側からはハウジング４に取り付けられた加圧手段３で下向きに加圧されている。これにより光学素子２の中央下部は、ハウジング９に設けられた支点７に押し付けられている。傾き調整手段８は、例えばリードねじとナットの螺合による直進機構で、ステッピングモータ等を用いて構成することができる。したがって、ステッピングモータ等が駆動されると、傾き調整手段８が上下方向（図３中の矢印方向）に変位し、光学素子２は支点７を中心に傾きが変わり、光学素子２を透過して被走査面を走査する走査線の位置も変化する。傾き調整手段８は走査線の傾き調整手段ともなる。

湾曲調整手段１は、スプリングプランジャのような加圧力変化手段であって、図５に示すように、押し出しピン１３と、光学素子２に印加する加圧力を調整するばねからなる弾性部１２と、弾性部１２を収納する円筒状のケース１４と、六角ねじで弾性部１２を調節可能にするための形状を備えている底部１５とで構成されている。押し出しピン１３の先端部分は、光学素子２に当接されている。円筒状のケース１４は、弾性部１２を内在させるため中空になっている。押し出しピン１３は円筒状をしていて、ケース１４の先端部を貫通している。押し出しピン１３と底部１５は、弾性部１０を介して連動することでのストローク可変手段として機能している。底部１５の外周と、ケース１４の内周は、お互いが螺合するように形成されている。この構成によって、六角ねじにて、バネのストロークを変化させることができる。なお、弾性部１２としては、適宜のものが選択でき、ばね以外でもオイル、水、空気を用いたダンパーの構成など適宜のもので代用可能である。また、ストローク可変手段としては、上述のものに限らず適宜の設計思想のものを適用することができる。例えば、底部１５を可動のものとせず、ケース１４の周壁に設けられたおねじによる回転を用いてストロークを調節することも考えられる。

製造時において光学素子２は、位置決め板ばね５によって、その主走査方向の図３における上側両端を下側に加圧され、支点７によって図３における下側中央が上方向に加圧されることで、強制的に副走査方向に円弧状に凸にされている。光学素子２は、副走査方向に円弧状に凸になっている状態から、湾曲調整手段１によって光学素子２を図３における上側中央から下側に加圧されることで、図４のように、円弧状に凸になっている状態から主走査方向に平らな状態へと調整される。なお、ここでは、上述の光学素子２が主走査方向の中心が副走査方向へと曲がっている長さのことを光学素子２の曲がりいう。

従来のように、この湾曲調整手段１をいもねじ等の剛体にすると、例えば、１μｍの光学素子２の曲がりを調整するには、湾曲調整手段１を同様に１μｍ分図３、図４における下側へ押込まなければならない。その結果、ねじピッチが５００μｍのいもねじを湾曲調整手段１と代えて使用した場合、いもねじを一回転させた場合に光学素子を押せる量、すなわち、いもねじによって調節できる分解能は、５００μｍ／３６０度≒１．４μｍ/度となる。したがって、光学素子２の曲がりを１μｍ調整するには、いもねじを約０．７度回転させるという微調整が必要となる。

実際に使用する構成要素のモデルでシミュレーションすると、上述のように光学素子２が円弧状に凸にされたときに、１μｍの光学素子２の曲がりを調整するには、０．０８Ｎの力が必要であった。これは光学素子２を湾曲調整板ばね５により、強制的に凸に曲げている状態から、図４のように、湾曲調整手段１によって、上記凸と逆向きの力を与えた場合の光学素子２の曲がりが変化に必要な力を計算した結果である。

例えば、上述の光学素子２の曲がりを調整するため力を与えるのに、湾曲調整手段１としてミスミ製のスプリングプランジャ、ＰＪＬ１０−１５を使用する。その場合、上記スプリングプランジャのばね定数は、０．７９Ｎ／ｍｍ、円周に設けられたねじピッチは１.５ｍｍである。したがって、上記シュミレーションの結果を踏まえると、角度１度当たりに調整できる長さは、（０．７９Ｎ／ｍｍ×（１．５ｍｍ／３６０度））／０．０８Ｎ／μｍ≒０．０４μｍ／度となる。従って従来と比べて上述の分解能は、１．４μｍ／度／０．０４μｍ／度＝３５倍に向上し、光学素子２の曲がりを１μｍ調整するには、スプリングプランジャを２５度回転させればよいことになる。またこのスプリングプランジャの最大荷重は１４．７Ｎである。従って、１４．７Ｎ／０．０８Ｎ／μｍ≒１８３μｍの調整が可能であり、この長さが光学素子２の曲がりの調整可能な長さとなる。製造段階で与える強制的な光学素子２の曲がりの長さは、この調整可能な長さの値以下にする必要がある。換言すれば、湾曲調整手段１のばね定数と可動範囲から算出される湾曲調整可能な長さを、調整前に与えられる強制的な光学素子２の曲がりの長さより大きくする必要がある。なお、実際には光学素子２は、走査装置と分離した基の状態において、曲がりが１００μｍも無いため、上述の調整に関する問題は発生しない。

このようにすることにより、ばねの加圧力を変化させることでも、曲がりを変化させることができるためばね定数の選択により微調整も可能となり、分解能を大幅に細かくすることで調整能を向上させることができる。更に光学素子２に対する温度変化による線膨張の影響があっても、上述の加圧力の変化が小さいため、ロバストも向上させることができる。湾曲調整手段１のばね定数と可動範囲から算出される光学素子２の湾曲調整可能な長さを、調整前に与えられる光学素子２の強制湾曲の長さより大きくすることで、上述の湾曲調整を確実に行うことができる。

また、この本発明の光走査装置を適用した画像形成装置は、カラーないしモノクロの画像形成における光ビームの光走査において、各色の走査線の初期曲がりを正確に調整でき、色ずれ発生量を抑制することができ、色ずれのない高品位な画像形成を行うことができる。また、この本発明の光走査装置を適用したカラーないしモノクロ画像形成装置は、複数の光ビームの光走査において、各色の走査線の初期曲がりを正確に調整でき、色ずれ発生量を抑制することができ、色ずれのない高品位な画像形成を行うことができる。

（３）画像形成装置における補正
図１に示すように、画像記録領域の走査開始側および走査終端側には、光走査装置毎に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、各画像形成ステーションにおいて走査されたビームを検出する。

本実施形態では、基板１３８、１４０は同期検知センサをなし、この検出信号を基に各書き込み開始のタイミングを計る。また基板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によって走査速度の変化を検出する。そして、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反比例倍して再設定することにより、各画像形成ステーションによって記録された画像の中間転写ベルト１０５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６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を検出することができる。

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）・Δｔで表され、本実施形態では、Δｔが常に一定となるように、後述する光軸偏向手段、またはポリゴンミラー同士の回転位相を制御する。これにより、各色画像の副走査レジストがずれないよう照射位置を保持することができる。さらに、該センサを走査開始側と走査終端側とのいずれにも配置することにより、各端の副走査位置ずれの差、つまり走査線の傾きを検出することができる。

図７は光源ユニットの斜視図を示し、全ての光源ユニットは同一構成である。半導体レーザ５０１、５０２およびカップリングレンズ５０３、５０４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、半導体レーザ５０１、５０２はパッケージの外周を嵌合して各々ベース部材５０５、５０６に裏側より圧入される。

そして、ホルダ部材５０７の裏面に、各々３点を表側から貫通したねじ５１５を螺合して当接させて保持し、カップリングレンズ５０３、５０４はホルダ部材５０７に相反する方向に開くよう形成したＶ溝部５０８、５０９に外周を突き当て、板ばね５１０、５１１により内側に寄せてねじ５１６で固定される。

この際、半導体レーザ５０１、５０２の発光点がカップリングレンズ５０３、５０４の光軸上になるようにベース部材５０５、５０６の当接面(光軸に直交する面)上での配置を固定し、またカップリングレンズ５０３、５０４からの射出光が平行光束となるようＶ溝上(光軸上)での位置を調節して固定している。

各々の出射光の光軸は出射軸に対して互いに交差する方向となるよう傾けられ、本実施形態では、この交差位置をポリゴンミラー１０６反射面の近傍となるように、支持部材としてのプリント基板５１２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５１２はホルダ部材５０７に立設した台座にネジ固定により装着し、各半導体レーザ５０１、５０２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によって、光源ユニット１０７乃至１１０が一体的に構成される。

光源ユニットは、当該光走査装置を収容する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ホルダ部材５０７の円筒部５１３を挿入して位置決めし、当接面５１４を突き当てて、ねじ止めされる。この際、円筒部５１３を基準として傾け量γを調整することにより、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。

次に、図８に基づいて書込制御回路の動作について説明する。画素クロック生成部４０１において、カウンタ４０３は、高周波クロック生成部回路４０２において生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路４０４は、前記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、カウント値が前記設定値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を出力し、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４０３は、制御信号ｈと同時にリセットされ、再びゼロからカウントを行うことにより、連続的なパルス列が形成される。

このようにして、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された画素クロックＰＣＬＫを生成する。本実施形態では、画素クロックＰＣＬＫを高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、１／８クロックの分解能にて位相を可変できるようにしている。

図９は前記１／８クロックだけ位相を遅らせた場合のタイミングチャートを示している。
デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタ４０３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。

このようにして生成された画素クロックＰＣＬＫは、図８に示す光源駆動部４０６に与えられ、画素クロックＰＣＬＫを基準にして、画像処理部４０５により読み出された画像データを各画素に割り当てて変調データを生成し、半導体レーザ５０１、５０２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、走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪を補正することができる。かかる電気的な走査線の補正は、画像処理部４０５によって制御される。ここでは、ベクタ画像をラスタ展開し、展開された画像を主走査方向に分割してシフトさせ、新たなラスタ画像を形成することにより補正を行う。

次に、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、主走査領域をａ〜ｈの複数の区間に分割し、分割区間ごとに位相をシフトする画素の間隔とシフト量を、以下に示すように設定し、位相データとして与えている。これにより主走査に沿ったビームスポットの位置ずれを、折れ線で近似した場合と同様に補正することができる。

いま、主走査位置ｘに対する倍率の変化をＬ（ｘ）とすると、ビームスポット位置ずれの変化Ｍ（ｘ）は、その積分値、Ｍ（ｘ）＝∫Ｌ（ｘ）ｄｘで表される。分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれがゼロとなるように補正することを想定すると、任意の分割区間の倍率の変化に伴う分割区間幅のずれをΔｍ、位相シフトの分解能をσ（一定）、分割区間内の画素数をＮとすると、位相をシフトする画素の間隔は、Ｄ≒Ｎ／（Δｍ／σ)となる。

ただし、Ｄは整数で示され、Ｄ画素毎にσずつ位相をシフトすればよい。本実施形態ではσは１／８画素となる。
したがって、この場合、分割区間のちょうど中間位置でビームスポット位置ずれ残差が最大となるが、この残差が許容範囲内となるように各分割位置、分割区間の数を決めればよい。

図１１は本実施形態におけるビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。
各光走査装置内では、基準となる画像形勢ステーションに対し他の画像形成ステーションの走査位置を合わせ、光走査装置間では各光走査装置の基準となる画像形成ステーション同士の画像の重なり具合を検出し、一方の光走査ユニットについて書き出しのタイミングや画素クロックの周期を一律に補正するようにしている。

各色画像の重ね合わせ精度は、転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターンを読み取ることにより、主走査倍率，副走査レジスト、走査ラインの傾きを基準となるステーションからのずれとして検出し、定期的に補正制御が行われている。補正制御は、例えば、装置の立ち上げ時やジョブ間などのタイミングで行い、１ジョブのプリント枚数が多くなる場合には、その間の温度変化によるずれを抑えるために、途中で割り込みをかけて補正する。

中間転写体に転写された画像のスキューを検出する機能を有する検出手段は、図１に示すように、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、本実施形態では、画像の中央と左右端の３ヶ所に配備され、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのトナー像を主走査方向に沿わせたパッチと約４５°傾けたパッチを、所定ピッチで並列させたラインパターン群１４１０を形成し、中間転写ベルト１０５の移動に応じて基準色であるブラックとの検出時間差を読み取っていく。

図１２は、その一例を示すが、中間転写体１０５の移動に沿って検出ライン上のトナー像を読み取る。図１２の図面上における上下方向が主走査方向に相当し、左からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に形成したラインパターンにより、基準色であるブラックとの検出時間差ｔｋｙ、ｔｋｍ、ｔｋｃの理論値との差より各色の副走査レジストを、また、各色毎の４５°傾けたラインパターンとの検出時間差ｔｋ、ｔｃ、ｔｍ、ｔｙの時間差より、主走査レジストのずれを求める。

走査線の傾きずれについては、両端の副走査レジスト差より求め前記光走査装置において、ステッピングモータ３１５を駆動するなどによりトロイダルレンズ１２２、１２３を傾けて補正する。

このように、転写された画像のスキューを補正するように、トロイダルレンズ１２２、１２３を傾けて走査線の傾きを調節することにより、感光体ドラムの交換などによって経時的な傾きの変動が生じても補正が可能となり、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。

また、転写された画像のスキューを検出するスキュー検出手段を備え、この検出結果に基づいて走査線の傾きを調節することにより、定期的に走査線の傾きを監視することができ、経時的な傾きの変動が生じても補正が可能となり、色ずれや色変わりのない高品位な画像形成が行える。

副走査レジストについては、各検出値の平均より求め、ポリゴンミラー１面おき、つまり１走査線ピッチＰを単位として副走査方向における書出しタイミングを合わせる。さらに、近年のカラー画像への要求品質の高まりに伴い、１走査ラインピッチＰ以下の精度でレジストずれを合わせる必要があるため、各光走査装置ごとに基準となる画像形成ステーション、例えば、イエローおよびシアンの照射位置に対し、各々マゼンタおよびブラックの照射位置を光軸変更手段を用いて微調整する。

また、光走査ユニット間、言いかえれば、イエローとシアンとのレジストずれについては、ポリゴンミラー同士の回転位相を所定値に制御することにより、トナー像によって検出された副走査レジストずれのうち、書出しタイミングによって補正できない１走査ラインピッチＰ以下の余分をも補正できるようにしている。

また、ページ間においても、前記フォトダイオード１５２、１５３を用い、画像記録中に蓄積された計測値を基にフィードバック補正することにより、照射位置を安定的に保つことができる。主走査倍率については、中央と各端の主走査レジスト差より求め、各半導体レーザを変調する画素クロックの基準周波数と同期検知信号からのタイミングを調整することで、画像の全幅と書出し位置を揃える。

ページ間においては、前記同期検知信号と終端検知信号との検出時間を基に、倍率変化を常に監視し、温度変化があっても全幅が変化しないように基準周波数を補正するとともに、左右の倍率が均等になるように前記位相データで伸び縮みを調整する。この際、あらかじめ、温度変化に伴って生じる各分割区間毎の倍率変化を予測し、重み付けした位相データをデータテーブルに記憶させておけば、中間像高においても倍率の歪みが生じないようにでき、主走査方向の全域に渡って倍率が均一になるようにすることができる。

このように、トナー像検出による定期的な補正に加え、ジョブ中の変動を監視し、ページ間でも補正をかけることによって、ジョブ中においてもプリント動作を中断することなく、各色画像の重ね合わせ精度が保たれるようにしている。図１３は光軸変更手段である非平行平板の支持部における斜視図を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は組立後の斜視図である。

図１３において、非平行平板６２１（図１に示した非平行平板１１７と同じ）は、円筒状のホルダ部材６２２中央枠内に固定され、軸受部６２３を形成した支持部材６２４にホルダ部材に形成した一対の鍔部６２６を切欠に合わせて挿入し、水平に戻すことで鍔部６２６が裏側に引っ掛かり、支持部材６２４に密着した状態で嵌合部６２５を基準に回転可能に保持される。支持部材６２４は、底面を基準にハウジングにねじ止めされ、軸受部６２３の回転中心が光源ユニットの射出軸と中心が合うように高さＨ５が各々設定されており、回転によってビームの射出軸をわずかに傾けることができる。

ホルダ部材の一端にはレバー部６２７が形成され、支持部材６２４に形成した貫通穴６３０に係合され固定されているステッピングモータ６２８の軸先端に形成した送りネジを螺合しており、その上下動に伴って非平行平板６２１を回動可能としている。なお、この際のバックラッシュを除くため、ホルダ部材６２２のピン６３１と支持部材６２４のピン６３２との間にスプリング６２９により引張力をかけ、一方向に片寄せする構成としている。

ここで、回転角をθ、非平行平板の頂角をε、カップリングレンズの焦点距離をfc、光学系全系の副走査倍率をζとすると、感光体面での副走査位置の変化は、Δｙ＝ζ・ｆｃ・（ｎ−１）ε・ｓｉｎθで与えられる。

ただし、ｎは非平行平板の屈折率である。微小回転角の範囲では回転角にほぼ比例して可変できる。本例では、非平行平板の頂角εは約２°である。このような非平行平板以外にも、従来例で開示される液晶偏向素子やガルバノミラーを光軸変更手段として用いても同様である。

図１に示したように、第１および第４の画像形成ステーションに配備され、第１、第２の画像形成ステーションで形成されるイエロー、マゼンタ画像の副走査レジスト、第３、第４のステーションで形成されるシアン、ブラック画像の副走査レジストを各々フィードバック制御により揃う状態を保持する。したがって、光走査装置間の書き出しタイミングさえ揃えれば、４色のレジストが合せられる。

図１４はポリゴンミラー１０６の位相を制御する回路のブロック図である。
本実施形態では、２つの画像形成ステーションずつ２つのユニットに分け、各々別々のポリゴンスキャナーで走査するため、ポリゴンミラー同士の面位相を合わせないとユニット間で副走査レジストずれが発生する。

各ポリゴンミラー１０６は、それぞれロータ７０３に装着され、回路基板７０４に回転自在に支持される。一般に、ロータマグネットは円周方向に等分するようにＳ極とＮ極が配列され、また、回路基板７０４上には、回転位置検出手段としてのホール素子７０５が設けられており、ポリゴンモータの回転につれ各極の境目がホール素子上を通過するごとに、一定周期の回転位置検出信号が発生される。

ポリゴンミラー１０６は、回転数に応じて一定の周波数のパルス信号ｆ０が外部から入力され回転するが、このパルス信号と上記した回転位置検出信号とをＰＬＬ回路に入力することにより、回転位置検出信号が一定周期となるように位相を制御した駆動周波数ｆｄを生成してポリゴンミラー１０６を等速で回転する。

各ポリゴンミラー１０６には同一周波数のパルス信号ｆ０が入力され回転数は等しい。
一方、ポリゴンミラーにより偏向された光ビームは、各走査の開始端で同期検知センサ１３８，１４０において検出され、各面ごとに同期検知信号が発生される。

各面の分割角度は一定であるので、こちらも一定周期のパルス信号となる。したがって、ポリゴンミラー１０６の面数と１回転に対応した回転位置検出信号とのパルス数が等しくなるように極数を設定することにより、周波数が等しくなるため位相制御が容易になる。

通常、ホール素子７０５の配置とポリゴンミラー１０６の各面とは、周方向に角度を合わせて取り付けているわけではないので、ホール素子７０５からの回転位置検出信号と同期検知信号とは各々位相が異なる。

本実施形態では、各々の光走査装置９００Ａ、９００Ｂでのポリゴンミラー１０６において、光ビームが同期検知センサ１３８、１４０を通過する際のポリゴンミラーの回転角が合うように、同一像高に同期検知センサ１３８、１４０を配置してある。

また、いずれか一方、ここでは図中上側に記載したポリゴンミラー１０６を基準とした一方の同期検知信号の位相差を加算器に入力することにより、ＰＬＬ回路から出力された駆動周波数ｆｄの位相を制御し、同期検知信号同士の検知タイミング所定値となるようにポリゴンミラー１０６の回転位相ｔを制御している。

本実施形態では、この際の回転位相ｔを以下のように設定している。
前記転写ベルトの移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、転写ベルト上で検出されたレジストずれをｄ（ｍｍ）、ポリゴンミラーの走査周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、回転位相ｔはｔ＝ｄ／ｖ−ｋ／ｆである。ここで、ｋはｔを最小とする整数である。

常に、この条件を満たすように制御することによって、各光走査ユニット間のレジストずれｄを１ライン以下まで良好に補正することができる。

なお、走査周波数ｆは、記録密度ＤＰＩを用いて表すと、ｆ＝ｖ・ＤＰＩ／２５．４であり、ポリゴンミラーの回転数Ｒは、面数ｎを用いて、Ｒ＝６０×ｆ／ｎとなる。

なお、従来例で開示されている４ステーションの光走査手段を、単一のポリゴンスキャナーで走査する方式、あるいは光走査手段を各ステーションに対応して４つ配備する方式であっても同様である。

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、プロッタなどの画像形成装置、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、該画像形成装置の書き込み系に用いられる光走査装置に適用される。

１ 湾曲調整手段
２ 光学素子
３ 加圧手段
４ 保持部材
５ 位置調整板ばね
６ 湾曲調整板ばね
７ 支点
８ 傾き調整手段
９ ハウジング

特公平７−１９０８４号公報 特許第３０４９６０６号公報 特開平１１−１５３７６５号公報 特開２００３−２６２８１６号公報 特開２００２−１４８５５１号公報 特開２００３−２５５２４５号公報 特開２００４−１０９７６１号公報 特開２００６−１８４５２６号公報

Claims (9)

1. 光源と、
   上記光源から出射されたビームを偏向する光偏向器と、
   上記感光体に走査線を形成する上記光偏向器で偏向されたビームを感光体に結像させ上記感光体に走査線を形成する光学素子群と、を有する光走査装置、であって、
   上記光学素子群のいずれか１つの光学素子は、上記光学素子を主走査方向の複数個所で副走査方向に支持する支持部を備える保持部材に保持され、
   上記保持部材は、上記光学素子に当接された上記光学素子の湾曲調整手段を有し、
   上記湾曲調整手段は、上記光学素子に印加される加圧力を調整するための、弾性部と、上記弾性部のストローク可変手段とを備えることを特徴とする光走査装置。
2. 上記弾性部は、ばねからなる請求項１に記載の光走査装置。
3. 上記保持部材は、上記光学素子の主走査方向の両端を支持する支持部を備え、上記光学素子の両端に配置された上記支持部の主走査方向の中心には、上記光学素子に当接されて上記湾曲調整手段が上記保持部材に備えられている請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 上記湾曲調整手段の上記ばねのばね定数と可動範囲から算出される上記光学素子の上記湾曲調整可能量が、調整前の上記光学素子に形成される強制湾曲量より大きい請求項１乃至３に記載の光走査装置。
5. 上記湾曲調整手段は、ねじ内の空隙に保持された上記ばねに押し出しピンが連動し、上記加圧力を持って、上記光学素子に当接するように構成されている請求項２乃至４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 上記光源が複数個設置されている請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置。
7. 上記光学素子群が複数設置されている請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置。
8. 電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する装置として請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
9. 複数の感光体を備え、各感光体に電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する画像形成装置であって、各感光体にそれぞれの色に対応する画像信号が書き込む光走査装置を備え、この光走査装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置であるカラー対応の画像形成装置。

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