JP2015031718A - 光走査装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を採用することなく、走査レンズの倍率誤差の影響を的確に抑制する。【解決手段】常温時において、ポリゴンミラー２６で偏向された光線Ｌ０は、センサーレンズ３５によって屈曲角度θｔ１で屈曲され、光線Ｌｔ１となる。この光線Ｌｔ１は同期センサー３６に入射できない。これに対し、高温時では、光線Ｌ０は、センサーレンズ３５によって屈曲角度θｔ２で屈曲され、光線Ｌｔ２となる。この光線Ｌｔ２は同期センサー３６に入射できる。走査ラインの書き込みは、同期センサー３６が光線を検出したタイミングに一定時間を加算したタイミングで開始される。従って、高温時には、走査ラインの書き込み開始タイミングが、常温時よりも早くなる。これにより、走査レンズに倍率誤差が発生したときに、当該倍率誤差に伴う走査位置のズレを、走査ラインの書き込み開始側（ΔＡ１）と書き込み終了側（ΔＡ２）とに振り分けることができる。【選択図】図１０

Description

本発明は、光線を被走査面上に結像させる走査レンズを備えた光走査装置、及びこれを用いた画像形成装置に関する。

例えばレーザープリンターや複写機等に用いられる一般的な光走査装置は、レーザー光線を発する光源と、前記レーザー光線を偏向し該レーザー光線によって被走査面を走査させるポリゴンミラーと、偏向された前記レーザー光線を感光体ドラムの周面（被走査面）上に結像させる走査レンズとを含む。走査レンズは、温度変化によって、そのレンズパワーも変化する。例えば、光走査装置の環境温度が上昇するとレンズパワーが低下し、結果として走査幅が広がるという倍率誤差が生じる。この倍率誤差は、画像品質を低下させることになる。

一般に光走査装置は、走査ラインの書き出し位置を決定するために、走査幅の範囲外のレーザー光線を検知する同期センサーを備える。前記同期センサーが、レーザー光線を検知してから一定時間経過後に、走査ラインの被走査面への書き込みが開始される。従って、上記の倍率誤差が生じても、走査ラインの書き出し位置は常温時における定位置となる。しかし、書き込み終了位置については、上記の倍率誤差の影響を受ける。

倍率誤差の抑制のため、前記同期センサーへレーザー光線を導く反射ミラーを、環境温度に応じて回動させる光走査装置が知られている（特許文献１）。前記反射ミラーの回動は、走査幅が広がる倍率誤差の場合、前記同期センサーへのレーザー光線の入射タイミングを早くすることに貢献する。しかしながら、このような光走査装置では、環境温度を計測するセンサー、前記反射ミラーを回動させる駆動源及び前記回動のための機構の組み付けが必要となる。また、前記反射ミラーを精度良く回動させることも困難である。

特開２００６−２６７７０１号公報

本発明の目的は、複雑な構造を採用することなく、走査レンズの倍率誤差の影響を的確に抑制することができる光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る光走査装置は、温度により波長が変化する光線を発する光源と、前記光源から発せられる光線を偏向すると共に、被走査面を含む所定の走査可能幅の範囲を前記光線で走査させ、前記走査可能幅の範囲内に設定される有効走査幅内に走査ラインを書き込ませる偏向体と、光路上において前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、前記光線を前記被走査面に結像させる走査レンズと、前記走査レンズを通過し且つ前記走査可能幅の範囲に向かう光線のうち、前記走査ラインの走査開始側における前記有効走査幅の範囲外の光線を検出する同期センサーと、光路上において前記偏向体と前記同期センサーとの間に配置され、前記光線を前記同期センサーに結像させるセンサーレンズと、前記光源の発光動作を制御する制御部であって、前記同期センサーが前記光線を検出したタイミングに一定時間を加算したタイミングで、前記走査ラインの書き込みを開始させる制御部と、を備え、前記センサーレンズは、前記光線を前記走査ラインの下流側方向へ屈曲させる回折格子を有し、該回折格子による前記光線の屈曲度合いは温度により変化する。

この構成によれば、光路上において前記偏向体と前記同期センサーとの間に、回折格子を有するセンサーレンズが配置される。この回折格子は、前記光線を前記走査ラインの下流側方向へ屈曲させ、且つ、その屈曲度合いは温度により変化する。このため、環境温度の変化により走査レンズに倍率誤差が発生しても、前記同期センサーへ前記光線が入射するタイミングを、センサーレンズによって温度に応じて適切に調整することが可能となる。

上記構成において、前記回折格子の間隔は、走査方向の上流側から下流側に向けて広く設定されていることが望ましい。

回折格子は、格子間隔の大きさに応じて光線を屈曲させることができる。また、回折格子の間隔を、走査方向の上流側から下流側に向けて広く設定する、つまりセンサーレンズの像高に応じて格子間隔を変化させることで、屈曲させた光線を所定位置に集光させることができる。

上記構成において、前記光源が発する光線は、温度上昇によって波長が長くなり、前記走査レンズは、温度上昇によってレンズパワーが低下するものであって良い。

この構成によれば、光源として汎用のレーザー光源を、走査レンズとして安価な樹脂の成形品からなるレンズを用いても、倍率誤差の影響を抑制することができる。

この場合、前記回折格子は、前記レンズパワーの低下に伴う前記有効走査幅の拡張分を、前記走査ラインの走査開始側と走査終了側とに均等に振り分ける格子構造を備えることが望ましい。

この構成によれば、レンズパワーの低下に伴って発生する倍率誤差が、走査開始側と走査終了側とに均等に振り分けられる。このため、前記走査ラインの走査方向の中心位置は、倍率誤差の発生前後で同一位置とすることができる。従って、画像品質の低下を最小限に抑止することができる。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、各々被走査面としての第１周面及び第２周面を有し軸回りに回転する第１感光体ドラム及び第２感光体ドラムと、前記第１周面及び第２周面に光線を照射する、上記の第１光走査装置及び第２光走査装置と、を備え、前記第１光走査装置においては、前記第１周面が前記光線によって主走査方向の第１方向に走査され、前記第２光走査装置においては、前記第２周面が前記光線によって前記第１方向とは反対の第２方向に走査される。

この構成によれば、走査方向が第１光走査装置と第２光走査装置とで異なる、所謂対向走査方式の画像形成装置において、色ズレの発生を抑制することができる。

本発明によれば、複雑な構造を採用することなく、走査レンズの倍率誤差の影響を的確に抑制することができる。従って、画像品質に優れた光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 光走査装置の内部構造を示す斜視図である。 光走査装置が備える光学系の概略的な光路図である。 対向走査方式によるドラム周面の走査を説明するための模式図である。 光走査装置の動作を説明するための模式図である。 回折格子を備えたセンサーレンズの動作を示す模式図である。 光走査装置の制御構成を示すブロック図である。 倍率誤差の説明図である。 比較例における倍率誤差の発生状況を示す説明図である。 実施例における倍率誤差の分配状況を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の画像形成装置の一実施形態に係るフルカラーのプリンター１の断面図である。プリンター１はタンデム型であって、その本体１００内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍ、シアン画像形成ユニット１Ｃ、イエロー画像形成ユニット１Ｙ及びブラック画像形成ユニット１Ｂｋが一定の間隔でタンデムに配置されている。

各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋは、感光体ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄをそれぞれ有している。各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写ローラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及びドラムクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ配置されている。画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋの上方には、中間転写ベルト７及びトナーコンテナ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが配置され、下方には光走査装置１３が配置されている。

感光体ドラム２ａ〜２ｄは、図１の紙面に直交する方向に延びる回転軸と、静電潜像及びトナー像を担持する円筒状の周面とを有する。感光体ドラム２ａ〜２ｄは、不図示の駆動モーターによって図中の矢印方向（時計方向）に、所定のプロセス線速に応じた回転速度で軸回りに回転駆動される。帯電器３ａ〜３ｄは、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって、感光体ドラム２ａ〜２ｄの周面を均一に帯電させる。

光走査装置１３は、均一に帯電された感光体ドラム２ａ〜２ｄの周面（被走査面）に各々レーザー光線を照射し、該周面上に各色のカラー画像信号に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。本実施形態では、マゼンタ及びシアン用と、イエロー及びブラック用との２台の２色共用タイプの光走査装置１３が並設される例を示している。後記で詳述するが、光走査装置１３は対向走査方式の光走査装置である。

現像装置４ａ〜４ｄは、各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周面に、マゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、ブラック（Ｂｋ）トナーをそれぞれ供給する。この供給により、各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周面に形成された各静電潜像に各色のトナーが付着し、各静電潜像が各色のトナー像として可視化される。トナーコンテナ１２ａ〜１２ｄは、各現像装置４ａ〜４ｄに各色のトナーを各々補給する。転写ローラー５ａ〜５ｄは、中間転写ベルト７を介して各感光体ドラム２ａ〜２ｄに圧接され、一次転写部を形成している。ドラムクリーニング装置６ａ〜６ｄは、一次転写後の各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周面を清掃する。

中間転写ベルト７は、各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周面に担持されたトナー像が一次転写される外周面を有する。中間転写ベルト７は、駆動ローラー８とテンションローラー９との間に張設され、駆動ローラー８の駆動によって周回走行する。駆動ローラー８に対して、中間転写ベルト７を介して二次転写ローラー１０が圧接され、二次転写部が形成されている。テンションローラー９の近傍には、ベルトクリーニング装置１１が配置されている。

プリンター１はさらに、本体１００の底部付近に着脱可能に装着される給紙カセット１４と、本体１００の右側部付近に配置された搬送パスＰ１及び反転搬送パスＰ２とを含む。給紙カセット１４には、画像形成処理が施される複数枚のシートが収容されている。給紙カセット１４の近傍には、該給紙カセット１４から用紙を取り出すピックアップローラー１５と、取り出された用紙を分離して搬送パスＰ１へと１枚ずつ送り出すフィードローラー１６及びリタードローラー１７とが配置されている。

搬送パスＰ１は、上下方向に延びる搬送パスであり、その搬送経路にはシートを搬送する搬送ローラー対１８と、レジストローラー対１９とが設けられている。レジストローラー対１９は、シートを一時待機させた後に、所定のタイミングで前記二次転写部へシートを供給する。反転搬送パスＰ２は、シートの両面に画像を形成する場合に使用される搬送パスである。反転搬送パスＰ２には、複数の反転ローラー対２０が適当な間隔で設けられている。

搬送パスＰ１は、本体１００の上面に設けられた排紙トレイ２１まで延びており、その途中には定着装置２２と排紙ローラー対２３，２４とが設けられている。定着装置２２は、定着ローラー及び加圧ローラーを含み、これらローラーのニップ部を通過するシートを加熱及び加圧することで、トナー像をシートに定着させる定着処理を行う。排紙ローラー対２３，２４は、定着処理後のシートを排紙トレイ２１へ排出する。

次に、以上の構成を有するプリンター１による画像形成動作の概略を説明する。画像形成の指示信号が与えられると、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋにおいて各感光体ドラム２ａ〜２ｄが回転駆動される。これらの感光体ドラム２ａ〜２ｄの表面は、帯電器３ａ〜３ｄによって一様に帯電される。各光走査装置１３は、各色のカラー画像信号によって変調されたレーザー光線を出射し、各感光体ドラム２ａ〜２ｄの周面を走査して静電潜像をそれぞれ形成する。

先ず、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍの感光体ドラム２ａに現像装置４ａからマゼンタトナーが供給され、感光体ドラム２ａの静電潜像がマゼンタトナー像として現像される。このマゼンタトナー像は、感光体ドラム２ａと転写ローラー５ａとの間の一次転写部において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラー５ａの作用によって、中間転写ベルト７上に一次転写される。

これに続くシアン、イエロー及びブラック画像形成ユニット１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋにおいても同様な現像動作が行われる。各感光体ドラム２ｂ、２ｃ，２ｄ上にそれぞれ形成されたシアン像、イエロー像及びブラックトナー像は、各一次転写部において中間転写ベルト７上のマゼンタトナー像の上に順次重ねて転写される。これにより、中間転写ベルト７上にはフルカラーのトナー像が形成される。なお、中間転写ベルト７上に転写されないで各感光体ドラム２ａ〜２ｄ上に残留する転写残トナーは、各ドラムクリーニング装置６ａ〜６ｄによって除去される。

中間転写ベルト７上のフルカラートナー像が駆動ローラー８と二次転写ローラー１０との間の二次転写部に達するタイミングに合わせて、給紙カセット１４から搬送パスＰ１へ送り出されたシートが、レジストローラー対１９によって前記二次転写部へと搬送される。トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラー１０によって、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト７から一括してシートに二次転写される。

その後、シートは定着装置２２へと搬送され、定着ニップ部を通過する。この際の加熱及び加圧によって、フルカラーのトナー像がシートの表面に熱定着される。トナー像が定着されたシートは、排紙ローラー対２３，２４によって排紙トレイ２１上に排出され、一連の画像形成動作が完了する。なお、シート上に転写されないで中間転写ベルト７上に残留する転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１１によって除去される。

続いて、光走査装置１３の詳細構造について説明する。図１に示すプリンター１に備えられた２台の光走査装置１３の基本構成は同じであるため、以下、１台の光走査装置１３についてのみ図示及び説明する。図２は、光走査装置１３の内部構造を示す斜視図、図３は、光走査装置１３が備える光学系の概略的な光路図である。なお、ここで示す１台の光走査装置１３は、図１に示すマゼンタ画像形成ユニット１Ｍの感光体ドラム２ａとシアン画像形成ユニット１Ｃの感光体ドラム２ｂとを露光走査するものである。

光走査装置１３は、樹脂にて一体成形されたハウジング２５を有している。ハウジング２５は、その内部空間を上側空間２５Ｕと下側空間（図２には表れていない）とに区画する水平な平板部材からなる基盤２５Ａと、基盤２５Ａの周囲を囲む枠状の側壁２５Ｂとを備えている。図示は省略しているが、上側空間２５Ｕの開口は蓋部材によって塞がれる。

ハウジング２５の上側空間２５Ｕの中心部には、ポリゴンミラー２６（偏向体）が配置されている。ハウジング２５内の上側空間２５Ｕ及び下側空間には、ポリゴンミラー２６を中心としてこれの両側に第１走査光学系３０（第１光走査装置）と第２走査光学系４０（第２光走査装置）とが対称に配置されている。第１走査光学系３０はマゼンタの感光体ドラム２ａ（第１感光体ドラム）の周面（第１周面）を被走査面として走査するための光学系であり、第２走査光学系４０はシアンの感光体ドラム２ｂ（第２感光体ドラム）の周面（第２周面）を被走査面として走査するための光学系である。つまり、本実施形態の光走査装置１３は、１つのポリゴンミラー２６を、互いに対向して配置された２つの走査光学系３０、４０で共用する対向走査方式の装置である。

ポリゴンミラー２６は、レーザー光線（光ビーム）を偏向（反射）する複数のミラー面（本実施形態では６面）を有している。ポリゴンミラー２６の中央部には、回転軸２６１が挿通されている。この回転軸２６１にはポリゴンモーター２６２が連結されている。ポリゴンモーター２６２の駆動によって、ポリゴンミラー２６は回転軸２６１の軸回りに回転する。

第１、第２走査光学系３０、４０は、所定波長の第１、第２レーザー光線Ｌ１、Ｌ２を発する第１ＬＤ（レーザーダイオード）モジュール３１（光源）、第２ＬＤモジュール４１（光源）を各々備えている。第１、第２ＬＤモジュール３１、４１は、レーザーダイオードを備え、ハウジング２５の側壁２５Ｂに組み付けられたプリント基板３１１、４１１に搭載された状態で、上側空間２５Ｕ内に配置されている。第１、第２走査光学系３０、４０が備える光学部品は、第１、第２ＬＤモジュール３１、４１からマゼンタ、シアン感光体ドラム２ａ、２ｂの周面に至る第１、第２レーザー光線の光路上に各々配置されている。

本実施形態で用いられるレーザーダイオードは、温度により発振波長が変化する温度特性を有している。この温度特性は、環境温度が上昇すると、レーザーダイオードの発振波長が長波長側へシフトするという特性である。すなわち、ハウジング２５内の温度が上昇して第１、第２ＬＤモジュール３１、４１が加温されると、これらモジュール３１、４１が発するレーザー光線の波長が長くなる。なお、第１、第２ＬＤモジュール３１、４１として、シングルビーム型のモジュール、又は、マルチビーム型のモジュールを用いることができる。

第１走査光学系３０は、入射光学ユニット３１２、第１走査レンズ３２、第２走査レンズ３３及び折り返しミラー３４を含む。第２走査光学系４０は、入射光学ユニット４１２、第１走査レンズ４２、第２走査レンズ４３及び折り返しミラー４４を含む。これらの光学部品は、ハウジング２５の上側空間２５Ｕ（基盤２５Ａの上面）に配置されている。なお、図２、図３には表れていないが、基盤２５Ａの下面側には、２つの折り返しミラーが、第１、第２走査光学系３０、４０のそれぞれに配置されている。さらに、第１走査光学系３０に対して、センサーレンズ３５及び同期センサー３６が、第２走査光学系４０に対して、センサーレンズ４５及び同期センサー４６が配置されている。

第１走査光学系３０と第２走査光学系４０とは同じ構成を備えているので、ここでは、主に図３に基づき、第１走査光学系３０の各光学部品について説明する。入射光学ユニット３１２は、コリメータレンズ３１３とシリンドリカルレンズと３１４を含む。コリメータレンズ３１３は、第１ＬＤモジュール３１から発せられ拡散するレーザー光線を平行光に変換する。シリンドリカルレンズ３１４は、コリメータレンズ３１３から出射されたレーザー光線を副走査方向に集光し、主走査方向に長い線状光に変換してポリゴンミラー２６のミラー面に結像させる。第１ＬＤモジュール３１から出射されるレーザー光線は、ポリゴンミラー２６の１のミラー面に入射され、第２ＬＤモジュール４１から出射されるレーザー光線は、ポリゴンミラー２６の前記１のミラー面とは異なる他のミラー面に入射され、両レーザー光線は対称な２方向にそれぞれ偏向される。

第１走査光学系３０の第１走査レンズ３２及び第２走査レンズ３３は、ｆθ特性を有するレンズであり、光路上においてポリゴンミラー２６と感光体ドラム２ａの周面（被走査面）との間に配置されている。第１、第２走査レンズ３２、３３は、ポリゴンミラー２６のミラー面によって偏向されたレーザー光線を等速走査光に変換すると共に、該等速走査光を感光体ドラム２ａの周面に結像させる。

これら第１、第２走査レンズ３２、３３は、透光性の樹脂をモールド成形することによって作成される樹脂レンズである。このため、環境温度の変化によってレンズ屈折率、レンズ面形状、面間隔などが変化することにより、第１、第２走査レンズ３２、３３のレンズパワーは変化する。例えば、第１、第２走査レンズ３２、３３の温度が上昇すると、レンズパワーは低下し、光を屈折させる力が低下する。このことは、走査幅を拡張し、倍率誤差を招来することに繋がる。

折り返しミラー３４は、基盤２５Ａの上面に沿って水平方向に進行するレーザー光線が前記下側空間へ向かうよう、前記レーザー光線を９０°屈曲させて反射するミラーである。基盤２５Ａには、主走査方向に長い矩形の開口である２つの開口部２５ａ、２５ｂが設けられている。第２走査レンズ３３を通過したレーザー光線は、折り返しミラー３４で反射され、開口部２５ｂを通して前記下側空間へ向かう。その後レーザー光線は、前記下側空間に配置された２つの折り返しミラーにて９０°ずつ屈曲され、開口部２５ａを通して上側空間２５Ｕに戻り、直上に配置されている感光体ドラム２ａの周面へ向かう。このような経路を取るレーザー光線は、有効走査幅の範囲内のレーザー光線である。一方、有効走査幅の範囲外のレーザー光線の一部は、図３に示すように、折り返しミラー３４で反射された後、センサーレンズ３５へ向かう。

センサーレンズ３５は、光路上においてポリゴンミラー２６と同期センサー３６との間に配置され、前記レーザー光線を同期センサー３６の受光部に結像させる。後記で詳述するが、センサーレンズ３５は、その入射面又は出射面の少なくとも１面に、レーザー光線を走査ラインの下流側方向へ屈曲させる回折格子を有する。この回折格子によるレーザー光線の屈曲度合いは、環境温度により変化する。本実施形態では、前記屈曲度合いの変化を利用して、レーザー光線が同期センサー３６に入射するタイミングを自動調整する。

同期センサー３６は、レーザー光線を受光して光電変換し、検出信号を生成するＢＤ（beam detect）センサーである。同期センサー３６は、感光体ドラム２ａの周面に描かれる走査ラインの走査開始側における、有効走査幅の範囲外のレーザー光線を検出する。同期センサー３６の検出信号は、走査ラインの書き出し位置を決定するために用いられる。すなわち、同期センサー３６がレーザー光線を検知してから一定時間経過後に、走査ラインの感光体ドラム２ａの周面への書き込みが開始される。

第１走査光学系３０の構成は以上の通りである。第２走査光学系４０、センサーレンズ４５及び同期センサー４６も、上記と同じである。本実施形態の光走査装置１３では、第１走査光学系３０及び第２走査光学系４０の２つの光学系で１つのポリゴンミラー２６を共用する対向走査方式が採用されている。この対向走査方式について、図４を参照して説明する。図４は、対向走査方式による感光体ドラム２ａ、２ｂの周面の走査を説明するための模式図である。

第１走査光学系３０の第１ＬＤモジュール３１から出射された第１レーザー光線Ｌ１は、矢印Ｆ方向に所定の速度で回転軸２６１の軸回りに回転駆動されているポリゴンミラー２６の第１ミラー面Ｒ１に入射する。一方、第２ＬＤモジュール４１から出射された第２レーザー光線Ｌ２は、ポリゴンミラー２６の第３ミラー面Ｒ３に入射する。第３ミラー面Ｒ３は、回転軸２６１の軸回りで見て、第１ミラー面Ｒ１に対して面方向が１２０°異なっている面である。

第１レーザー光線Ｌ１と第２レーザー光線Ｌ２とは、ポリゴンミラー２６に対して対称な２方向に偏向（反射）され、第１レーザー光線Ｌ１はマゼンタ感光体ドラム２ａの右端付近の周面に、第２レーザー光線Ｌ２はシアン感光体ドラム２ｂの左端付近の周面にそれぞれ結像される。この結像までの間に、第１、第２レーザー光線Ｌ１、Ｌ２は、第１走査レンズ３２、４２と第２走査レンズ３３、４３とを通過することによって等速走査光に変換される。

第１レーザー光線Ｌ１は、回転軸ＡＸ回りに回転しているマゼンタ感光体ドラム２ａの周面を、右端を書き出し位置として右端から左端に向かう第１方向Ｄ１に走査し、走査ラインＳＬ１を描画（露光）する。一方、第２レーザー光線Ｌ２は、回転軸ＡＸ回りに回転しているシアン感光体ドラム２ｂの周面を、左端を書き出し位置として左端から右端に向かう第２方向Ｄ２に走査し、走査ラインＳＬ２を描画する。つまり、第１、第２レーザー光線Ｌ１、Ｌ２は、互いに対向する方向に走査ラインＳＬ１、ＳＬ２を描画する。この意味で、当該描画の方式が対向走査方式と呼ばれる。

走査ラインＳＬ１、ＳＬ２は、主走査方向及び副走査方向の双方においてズレなく重なる状態でないと、色ズレが生じることになる。しかし、対向走査方式においては、走査ラインＳＬ１、ＳＬ２の走査方向が互いに反対方向であることから、上記の倍率誤差が生じた場合に、両ラインの重なりズレが生じ易い。本実施形態の光走査装置１３は、回折格子を備えたセンサーレンズ３５を介在させることによって、上記色ズレを可及的に抑制できる機能を備えている。以下、この点について説明する。

図５は、光走査装置１３の動作を説明するための模式図である。ポリゴンミラー２６の１つのミラー面がレーザー光線Ｌ１を偏向し、この偏向されたレーザー光線Ｌ１が第１、第２走査レンズ３１、３２（図５では図略）を通過して走査することができる範囲（この範囲を、本明細書では「走査可能幅」という）は、感光体ドラム２ａの周面における有効走査幅よりも広い。有効走査幅は、前記周面における、走査ラインＳＬ１（静電潜像）が書き込まれる主走査方向の幅である。走査可能幅は、走査方向（第１方向Ｄ１）で見て、有効走査幅の上流端よりもさらに上流側に延び、下流端よりもさらに下流側に延びている。図５では、最も上流側に偏向される光線をＬ１１、最も下流側に偏向される光線をＬ１５で表している。つまり、光線Ｌ１１と光線Ｌ１５との間が走査可能幅であり、この走査可能幅の範囲内に有効走査幅が設定されている。

同期センサー３６は、第１、第２走査レンズ３１、３２を通過し且つ前記走査可能幅の範囲に向かう光線のうち、有効走査幅の上流端（走査ラインＳＬ１の走査開始側）よりも上流側（有効走査幅の範囲外）においてレーザー光線を受光する位置に配置されている。図５では、有効走査幅の上流端に向かう光線をＬ１４で示しており、同期センサー３６は、光線Ｌ１１と光線Ｌ１４との間の仮想線Ｌ１３上に配置されている。

センサーレンズ３５は、仮想線Ｌ１３よりも上流側の光線が入射する位置に配置されている。センサーレンズ３５は、レーザー光線を走査方向の下流側に屈曲させる回折格子を備える。図５では、センサーレンズ３５の出射面に回折格子３５Ｄが設けられている例を示している。回折格子は、格子間隔をｄ、光線の波長をλ、回折格子によるスペクトルの次数をｍとするとき、
ｓｉｎθ＝ｍλ／ｄ ・・・（１）
で示される角度で光線を屈曲させることができる。

図６は、回折格子３５Ｄの構造を示す模式図である。回折格子３５Ｄの格子間隔は、走査方向の下流側の格子間隔ｄ１が最も広く、格子間隔ｄ１の上流側に隣接する格子間隔ｄ２がｄ１より狭いというように、上流側へ向かうに連れて格子間隔が狭くなっている。換言すると、回折格子３５Ｄの格子間隔は、走査方向の上流側から下流側に向けて広く設定されている。上記（１）式より、格子間隔ｄが変化すると光線の屈曲角度θｎも変化する。回折格子３５Ｄは、格子間隔が上記の通り像高によって徐々に変化しているので、結果として光線を屈曲させると共に光線を一点に集光させることができる。また、集光点は、格子間隔ｄを調整することによって、所望の位置に設定することができる。

さらに、上記（１）式より、光線の波長λが変化すると光線の屈曲角度θｎも変化する。既述の通り、第１ＬＤモジュール３１が発するレーザー光線の波長は、環境温度の上昇に伴って長くなる。従って、温度上昇すると、光線の屈曲角度θｎは大きくなる。つまり、光線の集光点は、走査方向のより下流側へシフトすることになる。このことは、レーザー光線が同期センサー３６に入射するタイミングが、環境温度によって変化することを意味する。この点を、図５に基づいて説明する。

説明の便宜のため、センサーレンズ３５に最上流側の光線Ｌ１１が入射すると扱うと、回折格子３５Ｄによって該光線Ｌ１１は走査方向の下流側に屈曲される。環境温度が常温である時の光線の屈曲角度をθＡ、常温時から所定温度だけ上昇した高温時の光線の屈曲角度をθＢ、それぞれの屈曲角度で光線Ｌ１１が屈曲された後の光線をＬ１２Ａ、Ｌ１２Ｂとする。この場合、θＡ＜θＢとなる。このため、常温時の光線Ｌ１２Ａは同期センサー３６に入射しないが、高温時の光線Ｌ１２Ｂは同期センサー３６に入射するという現象が生じる。

ポリゴンミラー２６がある回転角φの状態のとき、レーザー光線Ｌ１が光線Ｌ１１の方向へ偏向されるとする。常温時において、回転角φでは光線Ｌ１２Ａは同期センサー３６に入射できず、ポリゴンミラー２６が回転角φ＋Δφの回転角まで回転したときに、光線Ｌ１２Ａは同期センサー３６に入射する。これに対し、高温時では、ポリゴンミラー２６が回転角φの状態で、光線Ｌ１２Ａは同期センサー３６に入射できる。走査ラインＳＬ１の書き込みは、同期センサー３６が光線を検出したタイミングに一定時間を加算したタイミングで開始される。従って、高温時には、走査ラインＳＬ１の書き込み開始タイミングが、常温時よりも早くなる。このことは、第１、第２走査レンズ３２、３３に倍率誤差が発生したときに、当該倍率誤差に伴う走査位置のズレを、走査ラインＳＬ１の書き込み開始側と書き込み終了側とに振り分けることに寄与する（図１０に基づき後述する）。

センサーレンズ３５は、透明な平板基材又はレンズパワーを有する基材の片面又は両面に回折格子３５Ｄを設けてなる構成とすることができる。回折格子３５Ｄが光線の集光機能を有するので必ずしもレンズパワーは必要ではないが、焦点距離を短くしてコンパクト化を図るためには、レンズパワーを有する基材を用いることが望ましい。

センサーレンズ３５の具体例を例示しておく。センサーレンズ３５の入射面を球面とし、出射面を回折面とする。前記球面の曲率半径は、−９．２０５４とする。前記回折面は、次数：１、規格化波長：７８６ｎｍ、一次の位相係数：−０．８２７８、二次の位相係数：０．０３３６、三次の位相係数：−０．００５６とする。回折面の格子間隔は、走査方向の最も下流側の格子間隔ｄ１＝１．９μｍ、最も上流側の格子間隔ｄｎ＝１．６μｍとし、下流側から上流側に向けて徐々に格子間隔が減少する設計とする。格子間隔は、下流側から上流側に向けて減少傾向にあればよく、複数の格子単位で、段階的に格子間隔が減少してゆく態様であっても良い。

図７は、光走査装置１３の制御構成を示すブロック図である。プリンター１は、光走査装置１３及び他の装置の動作を制御する制御部５０を備える。制御部５０は、制御プログラムにより動作するマイクロコンピューターであり、機能的に画像形成制御部５１、発光制御部５２（制御部）及びポリゴンモーター制御部５３を含む。

画像形成制御部５１は、プリンター１の画像形成動作を制御する。画像形成制御部５１は、プロセス線速を設定し、このプロセス線速に合わせて感光体ドラム２ａ〜２ｄ、中間転写ベルト７を含む回転部材の回転速度等を設定する。そして、画像形成制御部５１は、画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｂｋ、光走査装置１３、定着装置２２などを動作させて、シートへのトナー像の転写、定着動作を制御する。

発光制御部５２は、第１ＬＤモジュール３１（第２ＬＤモジュール４１）の発光動作を制御する。発光制御部５２は、各色の画像形成用として与えられた画像データに応じて、第１ＬＤモジュール３１が有するレーザーダイオードの発光動作を制御する。発光制御部５２は、同期センサー３６が光線を検出したタイミングに一定時間を加算したタイミングで、感光体ドラム２ａの周面への走査ラインＳＬ１の書き込みを開始させる。なお、前記一定時間は、上述の常温時又は高温時に拘わらず変更されない。

ポリゴンモーター制御部５３は、ポリゴンミラー２６の軸回りの回転数を制御するために、ポリゴンモーター２６２の駆動を制御する。

続いて、走査光学系における倍率誤差の発生状況及び本実施形態の光走査装置１３による倍率誤差の分配状況について説明する。図８は、倍率誤差の説明図である。ここでは、図示簡略化のため、第１、第２走査レンズ３２、３３の記載は省いている。常温時（温度＝ｔ１とする）、有効走査幅が走査方向の最も上流側の光線ＬＳ（ｔ１）と、最も下流側の光線ＬＥ（ｔ１）で定まっているものとする。光線ＬＳが発生されるタイミング（書き込み開始タイミング）は、同期センサー３６が光線Ｌ０を検出したタイミングに一定時間を加算したタイミング、つまり、ポリゴンミラー２６が所定の回転角φＡに相当する分だけ回転した後のタイミングである。

高温時（温度＝ｔ２、ｔ１＜ｔ２とする）、上述の通り、第１、第２走査レンズ３２、３３のレンズパワーが低下する。これにより、第１、第２走査レンズ３２、３３の倍率が変化し、書き込み開始タイミングを考慮しない場合、有効走査幅は走査方向の上流側及び下流側共、走査幅中心Ｃから外側へ広がるように拡張されることになる。すなわち、最も上流側の光線ＬＳ（ｔ１）が感光体ドラム２ａの周面の点Ｐ１に結像していたものが、高温時の光線ＬＳ（ｔ２）は、点Ｐ１よりも上流側の点Ｐ１１に結像するようになる。これにより走査ズレΔＡ１が有効走査幅の上流側に発生する。同様に、最も下流側の光線ＬＥ（ｔ１）が感光体ドラム２ａの周面の点Ｐ２に結像していたものが、高温時の光線ＬＥ（ｔ２）は、点Ｐ２よりも下流側の点Ｐ２１に結像するようになる。これにより走査ズレΔＡ２が有効走査幅の下流側に発生する。

図９は、比較例に係る光走査装置、つまりセンサーレンズ３５を具備しない光走査装置における倍率誤差の発生状況を示す説明図である。上述の通り、光線ＬＳ（ｔ１）が発生される書き込み開始タイミングは、同期センサー３６が光線Ｌ０を検出したタイミングに一定時間を加算したタイミングである。この制御形態は、高温時でも同様である。このため、高温時において光線ＬＳ（ｔ２）が発生される書き込み開始タイミングは、常温時の光線ＬＳ（ｔ１）と同じになる。すなわち、点Ｐ１及び点Ｐ１１の、感光体ドラム２ａの周面への結像位置（書き込み開始位置）は同じである。

従って、図８で示した走査ズレΔＡ１、ΔＡ２は、有効走査幅の下流側に偏って表れることになる。すなわち、第１、第２走査レンズ３２、３３の倍率変化により、ポリゴンミラー２６を常温時における点Ｐ１〜点Ｐ２の距離に相当する回転角だけ回転させたときの走査幅が、上流側で走査ズレΔＡ１、下流側で走査ズレΔＡ２だけ拡張される。この走査ズレΔＡ１及びΔＡ２が、書き込み開始位置が常温時及び高温時で一定であることから、図９に示すように、下流側だけに走査ズレΔＡ１＋ΔＡ２となって表れるようになる。これにより、光線ＬＳ（ｔ１）と光線ＬＥ（ｔ１）との走査幅中心Ｃに対して、光線ＬＳ（ｔ２）と光線ＬＥ（ｔ２）との走査幅中心が下流側にシフトすることになる。

この走査幅中心Ｃのシフトは、対向走査方式においては大きな色ズレの要因となる。図４に基づき説明した通り、マゼンタ感光体ドラム２ａに書き込まれる走査ラインＳＬ１とシアン感光体ドラム２ｂに書き込まれる走査ラインＳＬ２とは、走査方向が反対である。このため、走査ラインＳＬ１の走査幅中心は左側にシフトし、走査ラインＳＬ２の走査幅中心は右側にシフトする。従って、両走査ラインによって書き込まれた画像を重ね合わせると、本来重なり合うべきドット同士が離間することになり、色ズレが発生する。

図１０は、本実施形態における倍率誤差の分配状況を示す説明図である。回折格子を有するセンサーレンズ３５を備えた本実施形態によれば、上述の走査ズレΔＡ１、ΔＡ２を、それぞれ走査方向の上流側と下流側とに分配することができる。いま、ポリゴンミラー２６が回転角φのとき、センサーレンズ３５に走査可能幅内の光線Ｌ０が入射するものとする。常温時（ｔ１）、センサーレンズ３５に入射した光線Ｌ０は、回折格子によって屈曲角度θｔ１で走査方向の下流側に屈曲された光線Ｌｔ１となる。この光線Ｌｔ１は、回転角φでは同期センサー３６に入射できない。

ポリゴンミラー２６が回転角φ＋Δφ１の回転角まで回転したときに、光線Ｌｔ１は同期センサー３６に入射する。その後、ポリゴンミラー２６が、予め定められた一定時間に相当する回転角Δφ２だけ回転すると、発光制御部５２は、走査ラインＳＬ１の描画のための第１ＬＤモジュール３１の点灯制御を開始する（書き込み開始タイミング）。つまり、光線ＬＳ（ｔ１）が発生され、点Ｐ１から露光が開始される。そして、発光制御部５２は、ポリゴンミラー２６が、有効走査幅に相当する回転角Δφ３だけさらに回転するまで前記点灯制御を継続し、光線ＬＥ（ｔ１）に対応する点Ｐ２において前記点灯制御を終了する（書き込み終了タイミング）。以上を総括すると、常温時においては、光線Ｌ０を基準とすると、ポリゴンミラー２６が回転角φ＋Δφ１＋Δφ２だけ回転した時点が書き込み開始タイミングであり、その後、さらに回転角Δφ３だけ回転した時点が書き込み終了タイミングとなる。

これに対し、高温時（ｔ２）、センサーレンズ３５に入射した光線Ｌ０は、回折格子の上記の作用によって屈曲角度θｔ２（θｔ１＜θｔ２）で走査方向の下流側に屈曲された光線Ｌｔ２となる。この光線Ｌｔ２は、回転角φでは光線Ｌ１２Ａは同期センサー３６に入射する。その後、ポリゴンミラー２６が、予め定められた一定時間に相当する回転角Δφ２分だけ回転すると、発光制御部５２は、走査ラインＳＬ１の描画のための第１ＬＤモジュール３１の点灯制御を開始する（書き込み開始タイミング）。これにより、光線ＬＳ（ｔ２）が発生され、点Ｐ１１から露光が開始される。この書き込み開始タイミングは、常温時に比べてポリゴンミラー２６の回転角Δφ１の分だけ早くなる。よって、点Ｐ１１は、点Ｐ１よりも走査方向（矢印Ｄ１）の上流側にシフトする。

そして、発光制御部５２は、ポリゴンミラー２６が、有効走査幅に相当する回転角Δφ３だけさらに回転するまで前記点灯制御を継続し、光線ＬＥ（ｔ２）に対応する点Ｐ２１において前記点灯制御を終了する（書き込み終了タイミング）。ここでは、倍率誤差の影響で、点Ｐ２１が点Ｐ２よりも走査方向の下流側にシフトしている例を示している。以上を総括すると、高温時においては、ポリゴンミラー２６が回転角φ＋Δφ２だけ回転した時点が書き込み開始タイミングであり、その後、さらに回転角Δφ３だけ回転した時点が書き込み終了タイミングとなる。

本実施形態では、高温時に書き込み開始タイミングが、常温時に比べて前記回転角Δφ１の分だけ早くなるので、倍率誤差により発生する有効走査幅の拡張分の一部を、有効走査幅の上流側に振り分けることができる。従って、本実施形態の光走査装置１３によれば、有効走査幅の下流側に偏って表れてしまう比較例の光走査装置に比べて、色ズレの発生を抑制することができる。

とりわけ、センサーレンズ３５の回折格子３５Ｄを、第１、第２走査レンズ３２、３３の温度上昇によるレンズパワーの低下に伴う前記有効走査幅の拡張分を、走査ラインＳＬ１の走査開始側と走査終了側とに均等に振り分けることができる格子構造とすることが望ましい。具体的には、回折格子３５Ｄの格子間隔と温度変化による屈曲角度の変位との関係を予め求め、同期センサー３６への光線の入射を早くする度合い（上記Δφ１の温度特性）と、倍率誤差による有効走査幅の拡張分の温度特性とが一致するように、回折格子３５Ｄの格子間隔を定めることが望ましい。この場合、点Ｐ１と点Ｐ１１との間の走査ズレΔＡ１と、点Ｐ２と点Ｐ２１との間の走査ズレΔＡ２とが同一になる。このため、走査幅中心Ｃを、倍率誤差の発生前後で同一位置とすることができ、対向走査方式において色ズレの発生を最小限に抑止することができる。

以上説明した本実施形態に係る光走査装置１３によれば、光路上においてポリゴンミラー２６と同期センサー３６との間に、回折格子３５Ｄを有するセンサーレンズ３５が配置される。この回折格子３５Ｄは、レーザー光線を走査方向の下流側方向へ屈曲させ、且つ、その屈曲度合いは温度により変化する。このため、環境温度の変化により第１、第２走査レンズ３２、３３に倍率誤差が発生しても、同期センサー３６へレーザー光線が入射するタイミング、つまり書き込み開始タイミングを、センサーレンズ３５によって温度に応じて適切に調整することができる。これにより、倍率誤差に伴う走査ズレを有効走査幅の上流側及び下流側に振り分けることができ、色ズレに起因する画像品質の低下を最小限に抑止することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、次のような変形実施形態を取ることができる。

（１）上記実施形態では、１つの光走査装置１３内に、２色の走査光学系３０、４０が収容されている２色共用タイプを示した。これに代えて、４色の走査光学系が１つの光走査装置内に収容される４色共用タイプの対向走査方式としても良い。

（２）上記実施形態では、画像形成装置として、フルカラーのプリンター１を例示した。これに代えて、モノクロのプリンターや複写機等に本発明を適用しても良い。つまり、光走査装置１３を、単色用のものとしても良い。

（３）上記実施形態では、偏向体としてポリゴンミラー２６を例示した。これに代えて、他の偏向体、例えばＭＥＭＳミラーを採用しても良い。また、第１、第２走査光学系３０、４０が、各々２枚の走査レンズを含む例を示したが、１枚の走査レンズで構成される走査光学系としても良い。

（４）図３を参照して、上記実施形態では、第１、第２走査レンズ３２、３３の双方を通過したレーザー光線が同期センサー３６に入射する例を示した。これに代えて、第１走査レンズ３２のみを通過したレーザー光線が同期センサー３６に入射する構成としても良い。この場合、第１走査レンズ３２と第２走査レンズ３３との間において有効走査幅の範囲外のレーザー光線を反射ミラー等で取り出し、その反射レーザー光線が同期センサー３６に入射する構成とすることができる。但し、第１、第２走査レンズ３２、３３の双方が主走査方向のパワーを有する場合には、上記実施形態のように、第１、第２走査レンズ３２、３３の双方を通過したレーザー光線が同期センサー３６に入射するように構成することが好ましい。

１ プリンター（画像形成装置）
１３ 光走査装置
２ａ マゼンタ感光体ドラム（第１感光体ドラム）
２ｂ シアン感光体ドラム（第２感光体ドラム）
２６ ポリゴンミラー（偏向体）
３０ 第１走査光学系（第１光走査装置）
３１ 第１ＬＤモジュール（光源）
３２ 第１走査レンズ（走査レンズ）
３３ 第２走査レンズ（走査レンズ）
３５ センサーレンズ
３５Ｄ 回折格子
３６ 同期センサー
４０ 第２走査光学系（第２光走査装置）
４１ 第２ＬＤモジュール（光源）
４２ 第１走査レンズ（走査レンズ）
４３ 第２走査レンズ（走査レンズ）
４５ センサーレンズ
４６ 同期センサー
５０ 制御部
５２ 発光制御部（制御部）
Ｌ１、Ｌ２ 第１、第２レーザー光線（光線）
ＳＬ１、ＳＬ２ 走査ライン（走査ライン）

Claims (5)

1. 温度により波長が変化する光線を発する光源と、
   前記光源から発せられる光線を偏向すると共に、被走査面を含む所定の走査可能幅の範囲を前記光線で走査させ、前記走査可能幅の範囲内に設定される有効走査幅内に走査ラインを書き込ませる偏向体と、
   光路上において前記偏向体と前記被走査面との間に配置され、前記光線を前記被走査面に結像させる走査レンズと、
   前記走査レンズを通過し且つ前記走査可能幅の範囲に向かう光線のうち、前記走査ラインの走査開始側における前記有効走査幅の範囲外の光線を検出する同期センサーと、
   光路上において前記偏向体と前記同期センサーとの間に配置され、前記光線を前記同期センサーに結像させるセンサーレンズと、
   前記光源の発光動作を制御する制御部であって、前記同期センサーが前記光線を検出したタイミングに一定時間を加算したタイミングで、前記走査ラインの書き込みを開始させる制御部と、を備え、
   前記センサーレンズは、前記光線を前記走査ラインの下流側方向へ屈曲させる回折格子を有し、該回折格子による前記光線の屈曲度合いは温度により変化する、光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記回折格子の間隔は、走査方向の上流側から下流側に向けて広く設定されている、光走査装置。
3. 請求項１又は２に記載の光走査装置において、
   前記光源が発する光線は、温度上昇によって波長が長くなり、
   前記走査レンズは、温度上昇によってレンズパワーが低下するものである、光走査装置。
4. 請求項３に記載の光走査装置において、
   前記回折格子は、前記レンズパワーの低下に伴う前記有効走査幅の拡張分を、前記走査ラインの走査開始側と走査終了側とに均等に振り分ける格子構造を備える、光走査装置。
5. 各々被走査面としての第１周面及び第２周面を有し軸回りに回転する第１感光体ドラム及び第２感光体ドラムと、
   前記第１周面及び第２周面に光線を照射する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の第１光走査装置及び第２光走査装置と、を備え、
   前記第１光走査装置においては、前記第１周面が前記光線によって主走査方向の第１方向に走査され、
   前記第２光走査装置においては、前記第２周面が前記光線によって前記第１方向とは反対の第２方向に走査される、画像形成装置。

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