JP2013171144A - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補助色の画像形成ステーションを追加しても光源数の増加を抑制することができ、基本色の解像度の低下を防止する。
【解決手段】１個の光源装置から射出された１以上の光ビームをｎ（ｎ≧３）個の光路に分割または切り替える光路分割手段と、分割または切り替えられた光ビームを偏向する偏向反射面を備えた光偏向器と、偏向されたｎ組の光ビームのそれぞれを対応する光走査位置へ導光して光スポットを形成するｎ個の走査結像光学系と、ｎ個の光走査位置への光走査光路を時間的にずらして順次に選択する光路選択手段を有し、光路選択手段により選択されて光走査される光走査位置に応じた画像信号により光源装置から射出される光ビームを強度変調することにより、時間的にずらして順次ｎ個の光走査位置を光走査する光走査装置において、ｎ個の走査結像光学系のうち２つの走査結像光学系の有効走査画角または走査時間は残りのより大きい。
【選択図】図９

Description

本発明は、デジタル複写装置やレーザプリンタなどの画像形成装置と、これに用いられる光走査装置に関するものである。

近年、画像形成装置の進歩に伴って画質に対する要求も高くなり、イエロー（Yellow）、マゼンダ（Magenta）、シアン（Cyan）、ブラック（Black）の４色を用いた画像形成装置に対して、色数を増加させた電子写真方式の画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１−４参照）。

これらは、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナーに、淡色のトナー（例えば、ライトシアンやライトイエロー）や、透明度の高いトナー（例えば、透明トナー）、さらには立体（３Ｄ）画像用の隆起トナーなどを加えたものである。なお、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色は基本色（あるいは基本４色やプロセスカラー）と呼ばれ、それ以外の色は補助色と呼ばれている。淡色のトナーは、出力画像の粒状性を低減させて高画質化を図るために用いられ、透明度の高いトナーは、光沢性を向上させるために用いられる。また、補助色は、イエロー、マゼンタ、シアンの混色では再現が困難な色を形成する場合にも用いられる。

一方、光源数の増加を抑制するための方策として、１の光源から射出された光ビームを複数の光ビームに分割して異なる走査光学系に振り分け、時間分割で書込みを順次行う方式が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この方式によれば、光走査装置の光源数を減らしながらも、高速な画像出力が可能で、画像形成装置として、省資源、低コスト化を図ることができる。また、光源数を減らすことで、光源の故障確率も低くすることができ、画像形成装置としての信頼性を高めることができる。

特許文献１−４に開示されている画像形成装置によると、補助色に対応する画像形成ステーションを増加したとき、部品点数が増加し、特に、補助色に対応する光源の増加で、高コストとなってしまう。

そこで、特許文献５に開示されている技術を適用して、１の光源から射出された光ビームを３以上の光束に分割し、異なる被走査面を時間分割で書込み走査する場合、均等に３分割した場合には走査画角が小さくなり、光偏向器から結像位置までの距離が増大してしまう。その結果、基本色の解像度が低下してしまう。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、補助色の画像形成ステーションを追加しても光源数の増加を抑制することができ、基本色の解像度の低下を防止することができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、１個の光源装置から射出された１以上の光ビームをｎ（ｎ≧３）個の光路に分割または切り替える光路分割手段と、ｎ個の光路に分割または切り替えられた光ビームを偏向する偏向反射面を備えた多面鏡式光偏向器と、多面鏡式光偏向器により偏向されたｎ組の光ビームのそれぞれを、対応する光走査位置へ導光して光スポットを形成するｎ個の走査結像光学系と、ｎ個の光走査位置への光走査光路を時間的にずらして順次に選択する光路選択手段を有し、光路選択手段により選択されて、光走査される光走査位置に応じた画像信号により、光源装置から射出される光ビームを強度変調することにより、時間的にずらして順次ｎ個の光走査位置を光走査する光走査装置において、ｎ個の走査結像光学系のうち、２つの走査結像光学系の有効走査画角または有効走査時間は、残りの走査結像光学系の有効走査画角または有効走査時間より大きいことを特徴とする。

本発明によれば、補助色の画像形成ステーションを追加しても光源数の増加を抑制することができ、基本色の解像度の低下を防止することができる。

本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す主走査断面内の光学配置図である。 上記光走査装置の光偏向器以前の副走査断面内の光学配置図である。 上記光走査装置の光偏向器以降の副走査断面内の光学配置図である。 上記光走査装置の同期検出光学系が光ビームを検出するタイミングを示すタイミングチャートである。 上記光走査装置の光路分割手段の例を示す模式図である。 上記光路分割手段の配向状態を示す模式図である。 上記光路分割手段の配向状態と通過する光ビームの偏光方向との関係を示す模式図である。 上記光路分割手段の配向状態と通過する光ビームの偏光方向との別の関係を示す模式図である。 上記光走査装置の光偏向器の回転体の構成を示す、（ａ）は回転軸視した図、（ｂ）は副走査断面図、である。 上記光偏向器の回転体の斜視図である。 本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。

なお、本発明にかかる光走査装置は、基本画像形成ステーションと、補助画像形成ステーションとを備えている。また、本発明にかかる画像形成装置は、本発明にかかる光走査装置を備えている。

ここで、基本画像形成ステーションとは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの基本色のトナー像を各色に対応する感光体（像担持体）の表面上に形成する画像形成ステーションである。一方、補助画像形成ステーションとは、基本色とは異なる補助色のトナー像を対応する感光体の表面上に形成する画像形成ステーションである。

補助色の例としては、例えば、淡色イエローや濃色マゼンタなど、基本色の淡色あるいは濃色がある。基本色の淡色あるいは濃色のトナーは、基本色と分光特性が等しい顔料の量を調整して作製する。すなわち、例えば、淡色イエローのトナーは、含有する顔料の分光特性はイエローのトナーと等しいが、顔料の含有量がイエローのトナーよりも少ない。

補助色の別の例としては、含有する顔料の分光特性が基本色と異なる色であって、例えば、金色や銀色などのメタリック系の色、蛍光剤を含む蛍光色、透明度の高い透明色、立体（３Ｄ）画像用の隆起色などもある。

なお、以下に説明する実施の形態は、補助色が１色の場合、つまり、補助画像形成ステーションの数が１の場合を例に説明するが、本発明において、補助色（補助画像形成ステーション）の数は１に限らず、２以上であってもよい。

●光走査装置●
先ず、本発明にかかる光走査装置について説明する。

図１は本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す主走査断面内の光学配置図、図２は光偏向器以前の副走査断面内の光学配置図、図３は光偏向器以降の副走査断面内の光学配置図である。この光走査装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各基本色のトナー像と、１色の補助色（Ｓ）のトナー像とを、各色に対応する感光体（像担持体）に形成する。

符号１（１Ａ、１Ｂ）は、光源装置であるレーザダイオード（ＬＤ）である。符号７は、ＬＤ１から射出された光ビーム（光束）を偏向走査する光偏向器である。符号２（２Ａ、２Ｂ）はＬＤ１から射出された光ビームを光偏向器７に導くカップリングレンズ、５（５Ａ、５Ｂ）はハーフミラープリズム、６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ、６Ｓ）は線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ、である。

また、符号３は偏光切換素子、符号４は偏光分離素子である。これら偏光切換素子３と偏光分離素子４とは、第１の分割手段であるアクティブ分割手段を構成する。アクティブ分割手段については、後述する。

符号１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０Ｓ）は、光導電性の感光体である。各感光体１０は、同一の方向（例えば、図３において紙面反時計周り）に回転していて、各感光体１０の径は全て同一であり、各感光体１０の回転軸の軸方向（図３の紙面手前方向）は平行である。

符号８（８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ、８Ｓ）は、光偏向器７により偏向された光ビームを被走査面である感光体１０の表面に集光する走査レンズである。符号９（９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ、９Ｓ）は走査レンズ８を通過した光ビームの折り返しミラーである。折り返しミラー９と感光体１０との光路中には、折り返しミラー９で反射された光ビームが通過するカバーガラス（不図示）が設けられている。

光偏向器７は、複数の偏向反射面を有するポリゴンミラー等の回転多面鏡であり、駆動機構（不図示）により回転軸を中心に、反時計回り（図１の紙面矢印方向）に等角速度回転している。光偏向器７の具体的な構成については、後述する。

なお、以下の説明において、ＬＤ１から射出された光ビームが光偏向器７で偏向走査される方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。

この光走査装置は、２つの光源装置（ＬＤ１Ａ、１Ｂ）から各色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、Ｓ）に対応する５つの感光体１０の表面に光ビームを走査する。なお、ＬＤ１は、４チャネルのマルチビーム半導体レーザを実装した光源装置であるが、図示の煩雑さを避けるため、各光源装置から射出された４本の光ビームは、図中、１本の光路で示している。

ＬＤ１Ａから射出された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２Ａにより以後の光学系に適したビーム形態にカップリングされる。なお、カップリングされた各光ビームは、同じビーム形態であり、「平行ビーム」とすることも「収束性もしくは発散性のビーム」とすることもできる。カップリングレンズ２Ａを通過した光ビームは、図２に示すように、後述する第１の分割手段（３，４）と第２の分割手段（５Ａ）により副走査断面内で３分割された後に、アパーチャ（不図示）により光束幅を規制され、シリンドリカルレンズ６（６Ｓ、６Ｙ、６Ｍ）により光偏向器７の偏向反射面近傍にて主走査方向の線像として結像する。

一方、ＬＤ１Ｂから射出された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２Ｂにより以後の光学系に適したビーム形態にカップリングされる。なお、カップリングされた各光ビームは、同じビーム形態であり、「平行ビーム」とすることも「収束性もしくは発散性のビーム」とすることもできる。カップリングレンズ２Ｂを通過した光ビームは、図２に示すように、後述する第２の分割手段（５Ｂ）により副走査断面内で２分割された後に、アパーチャ（不図示）により光束幅を規制され、シリンドリカルレンズ６（６Ｃ、６Ｋ）により光偏向器７の偏向反射面近傍にて主走査方向の線像として結像する。

光偏向器７は、入射光束を等角速度的に偏向する。

ＬＤ１Ａから射出されて光偏向器７で偏向された光ビームは、図３に示すように、走査レンズ８（８Ｍ，８Ｙ，８Ｓ）を通過して、折り返しミラー９（９Ｙ１，９Ｙ２；９Ｍ１，９Ｍ２；９Ｓ１，９Ｓ２，９Ｓ３）で折り返されて感光体１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｓ）に入射し、被走査面である感光体の表面にビームスポットとして結像する。ビームスポットは，光偏向器７の回転により被走査面上を光走査される。ビームスポットの大きさは、カップリングレンズ２Ａとシリンドリカルレンズ６（６Ｙ，６Ｍ，６Ｓ）との光路中に配備されたアパーチャにより決定される。

ＬＤ１Ｂから射出されて光偏向器７で偏向された光ビームは、図３に示すように、走査レンズ８（８Ｃ，８Ｋ）を通過して、折り返しミラー９（９Ｃ１，９Ｃ２；９Ｋ１，９Ｋ２）で折り返されて感光体１０（１０Ｃ，１０Ｋ）に入射し、被走査面である感光体の表面にビームスポットとして結像する。ビームスポットは，光偏向器７の回転により被走査面上を光走査される。ビームスポットの大きさは、カップリングレンズ２Ｂとシリンドリカルレンズ６（６Ｃ，６Ｋ）との光路中に配備されたアパーチャにより決定される。

●分割手段
ここで、光走査装置が備える第１の分割手段と第２の分割手段との構成や動作について説明する。なお、第１の分割手段は、光ビームの光路を時間分割で切り替えるアクティブ分割手段で構成され、第２の分割手段は、第１の分割手段で分割された光ビームの一方を均等に分割する受動分割素子で構成される。

第１の分割手段であるアクティブ分割手段は、偏光切換素子３と偏光分離素子（ＰＢＳ）４で構成される。第２の分割手段である受動分割素子は、ハーフミラープリズム５（５Ａ，５Ｂ）で構成される。

偏光切換素子３とＰＢＳ４は、カップリングレンズ２Ａとシリンドリカルレンズ６（６Ｓ，６Ｙ，６Ｍ）の光路中に配置されている。また、ハーフミラープリズム５Ａは、ＰＢＳ４とシリンドリカルレンズ６（６Ｙ，６Ｍ）の光路中に配置されている。一方、ハーフミラープリズム５Ｂは、カップリングレンズ２Ｂとシリンドリカルレンズ６（６Ｃ，６Ｋ）の光路中に配置されている。

偏光切換素子３は、走査制御装置からの信号（切換信号）に応じて、ＬＤ１Ａから射出された光ビームの偏光方向を「縦偏光」または「横偏光」のいずれかとする。走査制御装置は、偏光切換素子３から射出される光ビームの偏光方向が、所定の時間毎に「縦偏光」と「横偏光」との間で変化するように、上記切換信号を偏光切換素子３に供給する。したがって、偏光切換素子３から射出される光ビームは、所定の時間間隔で、「縦偏光」→「横偏光」→「縦偏光」→「横偏光」→・・・・・、となる。

ＰＢＳ４は、「縦偏光」または「横偏光」のいずれか一方を透過し、他方を反射する光学素子であり、前段の偏光切換素子３で偏光方向が切り換えられることで光ビームが所定の時間間隔で、透過と反射が交互に行われる。

ここでは、偏光切換素子３として、表面安定化強誘電性液晶を含む液晶素子（ＳＳＦＬＣ素子）を用いている。ＳＳＦＬＣ素子は、一例として図５に示されるように、２枚の透明なガラス板４０_１の間に、透明電極４０_３を介して、ホモジニアス配向をなすキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶４０_２が封入された構成である。なお、透明電極４０_３と強誘電性液晶４０_２との間の配向膜は、図示を省略している。２つの透明電極４０_３間に電圧が印加されると、ガラス板４０_１の表面に直交する方向に電界が生じる。

ところで、一般的な液晶素子（例えば、液晶表示デバイス）には、ネマティック液晶が用いられることが多い。ネマティック液晶の応答性は、一般的には数ｍｓから数十ｍｓである。一方、ホモジニアス配向されたキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶の応答性は、十数μｓｅｃ〜数百μｓｅｃであり、高速の応答が可能である。

配向膜としては、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶等に用いられるポリイミド等の通常の配向膜、または、耐久性能が高いＳｉＯ、ＳｉＯ２、ポリシロキサン系の無機配高膜が利用できる。なお、液晶ダイレクタを強く規制するため、ラビング処理や光配向処理を別途施すことが好ましい。また、各透明電極にはＩＴＯ等を用いることができる。

キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶は、一般にらせん構造を有している。この強誘電性液晶を、そのらせんピッチより薄いセルギャップ（図５の「ｄ」）間に挟持すると、らせん構造がほどけて、表面安定化強誘電性液晶層（ＳＳＦＬＣ）となる。

表面安定化強誘電性液晶層（ＳＳＦＬＣ）は、一例として図６に示されるように、液晶分子がスメクチック層の法線Ｗに対して傾き角−θ（ここでは、θ＝２２．５°）だけ傾いて安定する配向状態（以下「第１の配向状態」という。）と、逆方向にθだけ傾いて安定する配向状態（以下「第２の配向状態」という。）と、が混在する状態を実現できる。図６における符号Ｗは、スメクチック層の法線であり、符号ｎは液晶分子の長軸方向（ダイレクタ）である。

図６における紙面に垂直な方向に電界を発生させることにより、液晶分子の自発分極の向きを一様に揃えることができ、その状態を保持しておくことができる。そして、発生する電界の極性を切り替えることによって、２つの配向状態間のスイッチングを行うことができる。

図６は、−Ｅの電界を発生させることで第１の配向状態に安定化させ、＋Ｅの電界を発生させることで第２の配向状態に安定化させることができることを示している。なお、θ＝２２．５°とする場合、第１の配向状態における液晶分子の長軸方向と第２の配向状態における液晶分子の長軸方向とのなす角度は、４５°である。

走査制御装置は、第１の配向状態を安定化させる場合には、−Ｅの電界が発生するような切換信号を偏光切換素子３に供給し、第２の配向状態を安定化させる場合には、＋Ｅの電界が発生するような切換信号を偏光切換素子３に供給する。

液晶層の厚さ（セルギャップ）ｄは、入射光の波長λと波長λにおける液晶材料の屈折率異方性Δｎとにより決まり、Δｎ×ｄ＝λ／２が満足される、すなわち、半波長板の条件が満たされるように、決定される。

ここでは、偏光切換素子３は、第１の配向状態のときに、液晶分子の長軸方向が縦偏光の偏光方向と一致するように配置されている。このとき、ＬＤ１Ａから射出された光ビームの偏光方向と液晶分子の長軸方向とが平行となる。そのため、偏光切換素子３に入射した光ビームの偏光方向は、何ら変化することなく、偏光状態を維持したまま偏光切換素子３から射出される（図７参照）。

一方、偏光切換素子３を第２の配向状態にすると、ＬＤ１Ａから射出された光ビームの偏光方向に対して液晶分子の長軸方向が４５°傾いている。そのため、偏光切換素子３に入射した光ビームの偏光方向は、９０°回転して、偏光切換素子３から射出される（図８参照）。

ところで、偏光方向を切り換えるのに、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）やニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の電気光学結晶を利用することが考えられる。しかし、電気光学結晶は、一般的に駆動電圧が高く（数百〜数千Ｖ）、電源側のスイッチング速度に制約がある。そのため、本実施形態で必要な応答速度を確保することは難しい。また、低電圧駆動が可能なものとして液晶を利用することが考えられるが、表示用途や波面制御用途に広く用いられているネマティック液晶では、走査周期に対応した高速の応答性を得ることが厳しい。

一方、本実施形態では、強誘電性液晶を用いているため、低電圧駆動が可能であるとともに、高速の応答性を確保することができ、さらに、低消費電力、低発熱、低コストのメリットがある。

●ＬＤ１Ａから射出された光ビームの３分割
図２に戻り、ＬＤ１Ａから射出された光ビームの３分割について説明する。

ＬＤ１Ａから射出されてＰＢＳ４を透過した光ビームは、シリンドリカルレンズ６Ｓに入射し、シリンドリカルレンズ６Ｓの作用により副走査方向へ集光され、光ビーム幅を規制するアパーチャ（不図示、アパーチャはシリンドリカルレンズ６Ｓの前に設けてもよい。）の開口部を通過して「ビーム整形」されたのち、偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。

一方、ＰＢＳ４で反射された光ビームは、第２の分割手段としての受動分割素子であるハーフミラープリズム５Ａに入射する。ハーフミラープリズム５Ａに入射した光ビームは、ハーフミラープリズム５Ａの作用により副走査断面内で透過光と反射光に２分割されて２本の光路に分かれる。２本の光路に分かれた光ビームのそれぞれは、シリンドリカルレンズ６Ｙ、６Ｍに入射し、シリンドリカルレンズ６Ｙ、６Ｍの作用により副走査方向へ集光され、光ビーム幅を規制するアパーチャ（不図示、アパーチャはシリンドリカルレンズ６Ｙ、６Ｍの前に設けてもよい。）の開口部を通過して「ビーム整形」されたのち、多面鏡式光偏向器７の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。

ハーフミラープリズム５Ａで分割された２本の光路は、光偏向器７の異なる偏向反射面に入射する。光偏向器７の偏向反射面に入射して偏向された光ビームは、走査結像光学系に射出される。

走査レンズ８Ｓと折り曲げミラー９Ｓ１、９Ｓ２、９Ｓ３とは、第１の走査結像光学系を構成する。第１の走査結像光学系は、光偏向器７の最上段の第１回転多面鏡７Ａにより偏向されるＬＤ１Ａからの４本の光ビームを、対応する感光体１０Ｓ上に導光して、副走査方向に分離した４つの光スポットを形成する。

走査レンズ８Ｙと折り曲げミラー９Ｙ１、９Ｙ２とは、第２の走査結像光学系を構成する。第２の走査結像光学系は、光偏向器７の第２回転多面鏡７Ｂにより偏向される光源装置１Ａからの４本の光ビームを、対応する感光体１０Ｙ上に導光して、副走査方向に分離した４つの光スポットを形成する。

走査レンズ８Ｍと折り曲げミラー９Ｍ１、９Ｍ２とは、第３の走査結像光学系を構成する。第３の走査結像光学系は、光偏向器７の第３回転多面鏡７Ｃにより偏向される光源装置１Ａからの４本の光ビームを、対応する感光体１０Ｍ上に導光して、副走査方向に分離した４つの光スポットを形成する。

なお、走査レンズ８Ｍと８Ｙは走査画角が同じで、光学設計や形状が同じものを使うことができるが、走査レンズ８Ｓは、走査レンズ８Ｍや８Ｙとは走査画角が異なり、互いの光学設計や形状は異なる。

以上説明したように、ＬＤ１Ａから射出されて光偏向器７の回転多面鏡７Ａ、7Ｂ、７Ｃにより偏向される３組の光路に分割された光ビームは、感光体１０Ｓ、１０Ｙ、１０Ｍをそれぞれ４本の光ビームでマルチビーム走査する。

ここで、ＬＤ１Ａから射出された光ビームの分割数は３に限らず、本発明においては、３以上であればよい。

●ＬＤ１Ｂから射出された光ビームの２分割
ＬＤ１Ｂから射出された光ビームの２分割について説明する。

ＬＤ１Ｂから射出された光ビームは、ハーフミラープリズム５Ｂに入射する。ハーフミラープリズム５Ｂに入射した光ビームは、ハーフミラープリズム５Ｂの作用により副走査断面内で透過光と反射光に２分割されて２本の光路に分かれる。２本の光路に分かれた光ビームのそれぞれは、シリンドリカルレンズ６Ｃ、６Ｋに入射し、シリンドリカルレンズ６Ｃ、６Ｋの作用により副走査方向へ集光され、光ビーム幅を規制するアパーチャ（不図示、アパーチャはシリンドリカルレンズ６Ｃ、６Ｋの光路前に設けてもよい。）の開口部を通過して「ビーム整形」されたのち、光偏向器７の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。

ハーフミラープリズム５Ｂで分割された２本の光ビームの光路は、光偏向器７の異なる偏向反射面に入射する。光偏向器７の偏向反射面に入射して偏向された光ビームは、走査結像光学系に射出される。

図３において、走査レンズ８Ｃと折り曲げミラー９Ｃ１、９Ｃ２とは、第４の走査結像光学系を構成する。第４の走査結像光学系は、光偏向器７の第２回転多面鏡７Ｂにより偏向されるＬＤ１Ｂからの４本の光ビームを、対応する感光体１０Ｃ上に導光して、副走査方向に分離した４つの光スポットを形成する。

走査レンズ８Ｋと折り曲げミラー９Ｋ１、９Ｋ２とは、第５の走査結像光学系を構成する。第５の走査結像光学系は、光偏向器７の第３回転多面鏡７Ｃにより偏向されるＬＤ１Ｂからの４本の光ビームを、対応する感光体１０Ｋ上に導光して、副走査方向に分離した４つの光スポットを形成する。

このように、ＬＤ１Ｂから射出されて光偏向器７の回転多面鏡７Ｂ、７Ｃにより偏向される２組の光路に分割された光ビームは、感光体１０Ｃ、１０Ｋをそれぞれ４本の光ビームでマルチビーム走査する。

●光偏向器
次に、光偏向器７の構造について説明する。後述するように、光偏向器７は、３面の偏向反射面を持つ同一形状のものが３段構成されている。

図９は、光偏向器７の回転体の構成を示す、（ａ）は回転軸視した図、（ｂ）は副走査断面図である。光偏向器７の回転体１０１は、ポリゴンミラー１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（それぞれ図２，３の７Ａ、７Ｂ、７Ｃに相当）と、ロータ磁石１０３を支持するフランジ１０２ｄとから構成されている。ポリゴンミラー１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ）とフランジ１０２ｄは、軸１０４の外周に焼き嵌めされている。軸受部材１０５は、含油動圧軸受であり、軸受隙間は直径で１０μｍ以下に設定されている。

高速回転での安定性を確保するため、ラジアル軸受は、図示しない動圧発生溝が設けられている。動圧溝は、軸１０４の外周面または軸受部材１０５の内周面に設けられるが、加工性が良好な焼結部材からなる軸１０４の内周に施すのが好適である。軸１０４の素材としては、焼入れが可能で表面硬度を高くでき、耐磨耗性が良好なマルテンサイト系のステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）が好適である。

ロータ磁石１０３は、フランジ１０２ｄの下部内面に固定され、ハウジング１０６に固定されたステータコア１０７（巻線コイル１０７ａ）とともにアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。ロータ磁石１０３は、樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように、ロータ磁石１０３の外径部が保持部であるフランジ１０２ｄにより保持されている。スラスト方向の軸受は、軸１０４の下端面に形成された凸曲面１０４aと、その対向面にスラスト軸受１０８を接触させるピボット軸受である。

スラスト受部材１０８は、マルテンサイト系ステンレス鋼やセラミックス、または金属部材表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理等の硬化処理をしたもの、あるいは、樹脂材料等を用いて潤滑性を良好にし、磨耗粉の発生が抑えられている。

軸受部材１０５とスラスト軸受１０８は、ハウジング１０６に収納され、シール部材１０９により、油の流出が防止されている。

回転体１０１を２５，０００ｒｐｍ以上の高速回転させる場合、振動を小さくするために回転体１０１のバランスを高精度に修正かつ維持しなければならない。回転体１０１には、アンバランスの修正部が上下２ヶ所に設けてあり、上側はフランジ１０２ｄの上面円周凹部１０２ｅに、下側はフランジ１０２ｄの円周凹部１０２ｆに各々接着剤を塗布することによりバランス修正を行う。アンバランス量は、１０ｍｇ・ｍｍ以下が必要であり、例えば、半径１０ｍｍの箇所で修正量は、１ｍｇ以下に保たれている。

なお、上記のような微少な修正を実行する際に接着剤等の付着物では管理がしにくい場合、または、量が少ないために接着力が弱く４０，０００ｒｐｍ以上の高速回転時には剥離、飛散してしまう場合には、回転体の部品の一部を削除する方法（ドリルによる切削やレーザ加工）を実施することが好適である。

本実施の形態におけるモータ方式は、径方向に磁気ギャップを有し、ステータコア１０７の外径部にロータ磁石１０３がレイアウトされるアウターロータ型といわれる方式である。回転駆動は、ロータ磁石１０３の磁界により回路基板１１０に実装されているホール素子１１１から出力される信号を位置信号として参照し、駆動ＩＣ１１２により巻線コイル１０７ａの励磁切り替えを行いながら回転する。ロータ磁石１０３は、径方向に着磁されており、ステータコア１０７の外周とで回転トルクを発生し回転する。ロータ磁石１０３は、内径以外の外径及び高さ方向は磁路を開放しており、モータの励磁切り換えのためのホール素子１１１を開放磁路内に配置している。コネクタ１１３には、ハーネス（不図示）が接続されていて、光走査装置本体からの電力供給とモータの起動停止、回転数などの制御信号の入出力が行われる。

図１０は、光偏向器７の斜視図である。ポリゴンミラー１０２ａ,１０２ｂ,１０２ｃは、連結部１０２ｇを介して連続する形で形成されている。下側ポリゴンミラー１０２ｃとフランジの間には、連結部１０２ｈが設けられてモータ部が一体化されている。

軸受部材である軸１０４が焼きばめされた軸一体型のポリゴンミラー１０２ａ,１０２ｂ,１０２ｃは、アルミニウム合金を基材として、超精密切削加工により反射面Ｒa、Ｒｂ、Ｒｃが形成され、反射面には透明保護膜が形成されている。

ここで、図９（ａ）に示すように、最上段のポリゴンミラー１０２ａと２段目のポリゴンミラー１０２ｂは、回転方向（図中矢印方向）に３７°回転して位相がずれている。２段目のポリゴンミラー１０２ｂと最下段のポリゴンミラー１０２ｃとは、回転方向に４６°回転して位相がずれている。最下段のポリゴンミラー１０２ｃと最上段のポリゴンミラー１０２ａとは、回転方向に３７°回転して位相がずれている。

すなわち、光偏向器７は、Ｎ面の偏向反射面を有する多面鏡を回転軸方向にｑ段に積設し、各段の多面鏡が回転方向へ相対的に所定角回転して、偏向反射面同士が相互に回転方向へ所定角（≠０）ずれることにより、光路選択手段を兼ねている。また、所定角のうち、１つは３６０／（ｑ・Ｎ）＝４０より大きく（４６°）構成され、残りの所定角は３６０／（ｑ・Ｎ）＝４０より小さく（３７°）構成されている。このように構成することで、後述するように、補助色の走査結像光学系の走査画角を小さくして、基本色用の走査結像光学系の走査画角を大きく確保することができる。

なお、前述のとおり、ＬＤ１Ａは、最終的には感光体１０Ｓ、１０Ｙ、１０Ｃの光走査に共用されるが、１つの感光体の光走査が行われているときには、他の感光体には導光されない。すなわち、感光体１０Ｓ、１０Ｙ、１０Ｃの光走査は「時間的にずれて交代で」に行われることになる。ここで、感光体１０Ｓの光走査が行われるときは、ＬＤ１Ａからの光ビームの光強度を「Ｓ（透明）画像の画像信号」で変調する。感光体１０Ｙの光走査が行われるときは、ＬＤ１Ａからの光ビームの光強度を「Ｙ（イエロー）画像の画像信号」で変調する。感光体１０Ｍの光走査が行われるときは、ＬＤ１Ａからの光ビームの光強度を「Ｍ（マゼンタ）画像の画像信号」で変調する。

このようにＬＤ１Ａからの光ビームの光強度を強度変調することで、感光体１０ＳにはＳ（透明）画像の静電潜像を、感光体１０ＹにはＹ（イエロー）画像の静電潜像を、感光体１０ＭにはＭ（マゼンタ）画像の静電潜像を、書込むことができる。

図４は、図１に示した光走査装置の光偏向器７を６００００回転/分で回転させたときの、光走査装置の同期検出光学系が光ビームを検出するタイミングの例を示すタイミングチャートである。すなわち、ＬＤ（Ｙ／Ｍ／Ｓ）−ｃｈ１光源出力信号とＬＤ（Ｃ／Ｋ）−ｃｈ１光源出力信号それぞれに対する同期検出素子のＰＤ同期検出信号のタイミングを示している。

ここで、図１に示した光走査装置は、紙面反時計回りに回転する光偏向器７を中心に、左側にＳ／Ｙ／Ｍの走査光学系が配置され、右側にＣ／Ｋの走査光学系が配置されている。図４のタイミングチャートは、Ｙ同期検出光学系が光ビームを検出してから、光偏向器７の３面の回転多面鏡の１面分、角度にして１２０°回転して、再びＹ同期検出光学系が光ビームを検出するまでのタイミングを表している。

図４においては、３面の回転多面鏡の１面分、角度にして１２０°の回転時間は３３３μｓに相当する。基本色であるＹ／Ｍの有効走査時間は約１００μｓ、有効走査画角は７２°、回転多面鏡の回転角度は３６°となっている。一方、補助色であるＳの有効走査時間は約５０μｓ、有効走査画角は３６°、回転多面鏡の回転角度は１８°で、基本色２色の有効走査画角に対し補助色の有効走査画角および有効走査時間は、半分となっている。

すなわち、ＬＤ１Ａを共有するＹＭＳ３個の走査結像光学系のうち、ＹとＭの走査結像光学系の有効走査画角または有効走査時間は、Ｓの走査結像光学系の有効走査画角または有効走査時間より大きく構成されている。一方、ＣとＫの走査結像光学系の有効走査画角または有効走査時間は、前述のＹとＭと同等に構成されている。

以上説明した実施の形態によれば、第１の走査結像光学系（Ｓ）、第２の走査結像光学系（Ｙ）、第３の走査結像光学系（Ｍ）のうち、第１の走査結像光学系の走査画角を小さくすることで、第２、第３の走査結像光学系の走査画角を大きく確保することができる。

このように、補助色Ｓの画角は、基本色ＹＭＣＫの画角の１／２で構成され、有効走査時間も１／２になっている。そのため、補助色Ｓの単位時間当りの光量は基本色に比べて低くなるが、光量低下の小さいアクティブ分割素子の採用により、画角小に伴う光量不足に対応可能となる。

ここで、画像データの解像度は、例えば、基本色ＹＭＣＫは１２００ｄｐｉ、補助色Ｓは６００ｄｐｉと、補助色の解像度を基本色の解像度の１／２とし、光源の変調周波数は同一としている。すなわち、有効走査画角が小さい走査結像光学系（Ｓ）の画素密度は、有効走査画角が大きい走査結像光学系（ＹＭＣＫ）の画素密度に比べて、小さく構成されている。

このように画角が狭い（光路長が長い）補助色の画素密度を小さくすることで、ＬＤ１Ａから射出された光ビームの変調周波数が高くなるのを防止することができる。

なお、光偏向器７の回転数が低く、有効走査時間が十分に大きい場合は、アクティブ分割素子を使用せずに受動分割素子を用いて、光量比率を３等分にするように構成してもよい。

また、以上説明した実施の形態では、光源装置は４チャンネルのマルチビーム半導体レーザとしているが、本発明にかかる光走査装置の光源は４チャンネルに限定されるものではなく、２チャンネルや８チャンネルのマルチビーム半導体レーザや、さらにビーム数の多い面発光タイプのＶＣＳＥＬを用いてもよい。

さらに、図１〜３に示した光走査装置は、紙面右側の走査光学系は２色用（ＣＫ）の走査光学系で構成されていたが、左側の走査光学系と同様に基本色２色用と補助色１色用の合計３つの走査光学系で構成すれば、６ステーションの光走査に対応することができる。

●画像形成装置●
次に、本発明にかかる画像形成装置について説明する。

図１１は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。画像形成装置４００は、光走査装置５００と、感光体１０（１０Ｓ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）、転写ベルト３１、定着装置３４、転写紙３３を備えた給紙カセット３６、転写紙３３の搬送ベルト３２、転写ベルトクリーニング装置３５、排紙トレイ３７を有してなる。

転写ベルト３１の紙面下方には、光走査装置４００によって露光され静電潜像が形成される像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体１０が、転写ベルト３１の移動方向（図１１の紙面反時計回り）の上流側から補助色Ｓ用１０Ｓ、イエロー用１０Ｙ、マゼンタ用１０Ｍ、シアン用１０Ｃ、ブラック用１０Ｋの順に配設されている。

各感光体１０の周囲には、図示しない、帯電手段、現像手段、転写ローラ、クリーニング装置などの電子写真法（電子写真プロセス）にしたがうプロセス部材が順に配設されている。なお、帯電手段としては、コロナチャージャを用いることもできる。

転写ベルト３１の周囲には、感光体１０よりも転写紙搬送経路の上流側にレジストローラやベルト帯電チャージャが配設され、感光体１０よりも転写紙搬送経路の下流側にベルト分離チャージャや除電チャージャやクリーニング装置などが順に配設されている。

このように、画像形成装置４００は、感光体１０の表面を基本色と補助色の各色それぞれに対応した被走査面としている。

光走査装置５００は、感光体１０に光書込を行う光書込装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行するもので、帯電手段で均一に帯電された感光体１０の表面を走査して静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、いわゆるネガ潜像であって画像部が露光されている。この静電潜像は、現像手段により反転現像され、感光体１０上にトナー画像が形成される。

給紙カセット３６に収納された転写紙３３の最上位の１枚が図示しない給紙コロにより給紙され、給紙された転写紙３３は、その先端部がレジストローラに捕らえられる。レジストローラは、感光体１０上のトナー画像が転写位置へ移動するタイミングに合わせて、転写紙３３を転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙３３は、転写部においてトナー像と重ね合わせられ転写ローラの作用により、トナー画像を静電転写される。

トナー画像を転写された転写紙３３は定着装置３４に送られ、定着装置３４においてトナー画像を定着され、搬送路を通り、排紙ローラにより排紙トレイ３７上に排出される。トナー画像が転写された後の感光体１０の表面は、転写ベルトクリーニング装置３５によりクリーニングされて、残留トナーや紙粉等が除去される。

光走査装置５００として、先に説明した本発明にかかる光走査措置を適用することで、補助色の画像形成ステーションを追加しても、光源数の増加を抑制することができ、また、基本色の解像度の低下を防止して出力画像の品質劣化を防止することができる。

１ 光源（ＬＤ）
２ カップリングレンズ
３ 偏光切換素子
４ 偏光分離素子（ＰＢＳ）
５ ハーフミラープリズム
６ シリンドリカルレンズ
７ 光偏向器
８ 走査レンズ
９ 折り返しミラー
１０１ 光偏向器の回転体
４００ 画像形成装置
５００ 光走査装置

特開２００５−１０４０４５号公報 特開２００７−１４４７４６号公報 特開２００７−１７１４９８号公報 特開２００７−１７１４９３号公報 特開２００５−９２１２９号公報

Claims (7)

1. １個の光源装置から射出された１以上の光ビームをｎ（ｎ≧３）個の光路に分割または切り替える光路分割手段と、
   前記ｎ個の光路に分割または切り替えられた光ビームを偏向する偏向反射面を備えた多面鏡式光偏向器と、
   前記多面鏡式光偏向器により偏向されたｎ組の光ビームのそれぞれを、対応する光走査位置へ導光して光スポットを形成するｎ個の走査結像光学系と、
   前記ｎ個の光走査位置への光走査光路を時間的にずらして順次に選択する光路選択手段を有し、
   前記光路選択手段により選択されて、光走査される光走査位置に応じた画像信号により、前記光源装置から射出される光ビームを強度変調することにより、時間的にずらして順次ｎ個の光走査位置を光走査する光走査装置において、
   前記ｎ個の走査結像光学系のうち、２つの走査結像光学系の有効走査画角または有効走査時間は、残りの走査結像光学系の有効走査画角または有効走査時間より大きい、
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１記載の光走査装置において、
   前記多面鏡式光偏向器は、Ｎ（≧２）面の偏向反射面を有する多面鏡を回転軸方向にｑ段に積設し、前記積設されたそれぞれの多面鏡が回転方向へ相対的に所定角回転して、前記偏向反射面が相互に回転方向へ所定角（≠０）ずれることにより、光路選択手段を兼ねていて、
   前記所定角のうち、１つの所定角は３６０／（ｑ・Ｎ）より大きく構成され、残りの所定角は３６０／（ｑ・Ｎ）より小さく構成されている、
   ことを特徴とする光走査装置。
3. 請求項２記載の光走査装置において、
   ｑ＝３であって、前記光路分割手段は、第１の分割素子と第２の分割素子とを備え、
   前記第１の分割素子は、前記光源装置から射出された光ビームの光路を時間分割で切り替えるアクティブ分割素子で構成され、
   前記第２の分割素子は、前記第１の分割素子で分割された光ビームの一方を均等に分割する受動分割素子である、
   ことを特徴とする光走査装置。
4. 請求項３記載の光走査装置において、
   前記第２の分割素子で分割された光ビームが導光される走査結像光学系の有効走査画角が、前記第２の分割素子で分割されない光ビームが導光される走査結像光学系の有効走査画角より大きい、
   ことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置において、
   前記有効走査画角が小さい走査結像光学系の画素密度は、前記有効走査画角が大きい走査結像光学系の画素密度より小さい、
   ことを特徴とする光走査装置。
6. 請求項５記載の光走査装置において、
   前記有効走査画角が小さい走査結像光学系の画素密度は、前記有効走査画角が大きい走査結像光学系の画素密度の１/２である、
   ことを特徴とする光走査装置。
7. 光書込装置から像担持体に光書込みを行い、電子写真法により、前記像担持体上に静電潜像を形成する画像形成装置であって、
   前記光書込装置は、請求項１乃至６のいずれか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。

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