JP4349483B2

JP4349483B2 - 光走査装置および画像形成装置

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Publication number: JP4349483B2
Application number: JP2003077728A
Authority: JP
Inventors: 智宏中島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004286989A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタル複写機およびレーザプリンタ等の光書き込み系に用いられる光走査装置およびこれを用いた画像形成装置に関するもので、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適した光走査装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カールソンプロセスといわれる電子写真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回転体ドラム表面に静電潜像を形成し、これをトナーによって現像し、このトナー像を転写紙に転写することによって画像が形成されるようになっている。上記感光体ドラムを複数配列し、色成分ごとの画像情報信号によって各感光体ドラム表面に静電潜像を形成するとともに対応する色のトナーで現像し、各色のトナー像を重ねて転写することによってカラー画像を形成することができる。このような画像形成装置は多色画像形成装置といわれ、各感光体ドラムとこれに画像を書き込む光走査装置を含む各色の画像形成部は、画像形成ステーションといわれる。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の差、各色に対応した感光体ドラム間隔の異なり、転写体、例えば、転写ベルトの駆動速度の変動や蛇行、あるいは、転写体としての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、各トナー像のレジストずれが生じ、これが色ずれや色変わりの要因となって画像品質を劣化させる。また、感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置においても、各感光体ドラム上の潜像形成位置を正確に合わせなければ色ずれや色変わりの要因となる。
【０００３】
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（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
また、走査レンズ自体の加工誤差や熱変形、および走査レンズへのビーム入射高さのずれ、さらに、いわゆる偏心によって発生する走査ラインの曲がりについては、副走査方向にパワーを有する走査レンズを主走査方向に沿って移動させることにより矯正する例（例えば、特許文献３参照）、光ビームに対して走査レンズの光軸をずらす例（例えば、特許文献４参照）、走査面に直交する面内で走査レンズを傾けるなどの手段により補正する方法（例えば、特許文献５参照）が提案されている。これらは、例えばジョブ間等で走査線曲がり量を検出し、検出された曲がり量に応じてこれを補正することが可能である。
【０００５】
一方で、このような補正によることなくずれを低減することができる方法として、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例が開示されている（例えば、特許文献６、７参照）。このように、各色の画像情報に対応した光ビームを同一方向に走査することで、走査レンズ毎の加工誤差や温度不均一に伴う屈折率変動等の影響を軽減でき、レジストずれを低減できることが知られている。
【０００６】
この場合、各色の画像情報信号に対応した複数の光ビームを偏向手段としてのポリゴンミラーの同一面で一括走査するために、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の例が提案されており（例えば、特許文献８、９参照）、また、複数の発光源を有する光源手段を備え、偏向された後に各被走査面に導く分離光学手段の例が提案されている（例えば、特許文献１０、１１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０４９６０６号公報
【特許文献２】
特許第３０７８８３０号公報
【特許文献３】
特開２００２−１４８５５１号公報
【特許文献４】
特開平１１−６４７５８号公報
【特許文献５】
特開昭６４−５２１１６号公報
【特許文献６】
特開平２−２５００２０号公報
【特許文献７】
特開平７−４３６２７号公報
【特許文献８】
特開２００１−２９６４９２号公報
【特許文献９】
特開平９−１７９０４７号公報
【特許文献１０】
特開２０００−３３００４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、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、各色に対応した画像を重ねる多色画像形成装置においては、各ステーションで各色に対応する画像情報に従って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。
【０００９】
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内における走査位置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。そのうえ、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、装置は記録不可な状態となり、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。
【００１０】
一方、環境変化の一要因とされるポリゴンモータの発熱を抑えるには、高速回転体であるポリゴンミラーのエッジ部の風切りによる風損をなるべく軽減する必要がある。風損はポリゴンミラーの厚さに比例して増加するため、各色ビームの副走査間隔を最小限としてポリゴンミラーの厚さをなるべく薄くすることが望ましく、これによって消費電力も低減することができる。
【００１１】
本発明は、走査位置ずれや曲がりを発生させる主要な原因となる副走査方向におけるポリゴンミラーなどからなる偏向手段への入射位置ずれに着目し、経時的な条件の変化、特に環境温度変化があっても各色画像情報に対応した光ビーム間の相対的な配置関係を維持するとともに、各色に対応した光ビームの副走査間隔を最小限とし、ポリゴンミラーを薄肉化してポリゴンモータでの発熱を抑えることにより環境変化が生じ難いようにすることで、印字動作に伴う色ずれや色変わりのない、安定したカラー画像を得ることができる光走査装置および画像形成装置を得ることを目的とする。また、レジストずれ等色重ね精度の補正に伴う電力消費や無駄なトナーの発生を抑えて環境の維持に配慮した光走査装置および画像形成装置を得ることを目的とする。さらに、請求項ごとの目的は以下のとおりである。
【００１２】
請求項１〜３および５記載の発明は、各色光源の取り付け姿勢を揃え、環境温度変化に伴う各光ビーム射出方向のずれを同様に生じさせることで、各光ビーム間の相対的な配置関係を維持することができる光走査装置を提供することを目的とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、ポリゴンミラー上での各色ビーム間隔を縮小するとともに、光ビームが偏向手段によって偏向された後に光ビームを確実に分離できるようにすることで、ポリゴンミラーの発熱による環境温度変化を低減することができる光走査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、複数の発光源を有する光源を用いても、光源毎に被走査面における走査線ピッチを調節可能とすることで、高速、かつ高密度な画像記録にも適応できるようにすることができる光走査装置を提供することを目的とする。
【００１５】
請求項６〜８記載の発明は、各発光源を同一面内に揃えることができるようにすることで、各光源の単一ユニットへの集約を容易にし、また、各光源を共通の駆動回路基板に直接実装できるようにして部品点数を削減するとともに、配線接続等の作業工数を削減し、生産性、メンテナンス性を向上させることができる光走査装置を提供することを目的とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、画像書き込み乃至は露光プロセスを実行するユニットとして、本発明にかかる光走査装置を採用することにより、環境条件の変化に伴う走査線の位置ずれ、曲がりなどを軽減し、カラー化、高速化、高密度化に適した画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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形態について説明する。
【００１８】
図１は光走査装置およびこの光走査装置によって感光体に画像を書き込む書き込み装置を４ステーション分、一方向に配列した実施の形態を示す。図２はその断面図である。図１、図２において、４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は転写ベルト１０５の移動方向に沿って配列され、上記各感光体ドラムに形成された順次異なる色のトナー像を転写ベルト１０５に重ねて転写することでカラー画像を形成することができるように構成されている。このカラー画像形成装置において、各光走査装置を適宜のハウジング手段に一体的に構成し、単一のポリゴンミラー２１３の同一偏向反射面で全ての光ビームを偏向反射し走査するように構成されている。
【００１９】
複数の光源手段である半導体レーザ２０１、２０２、２０３、２０４は、発光源位置が同一面上となるように主走査対応方向からγだけ傾けた直線上に等間隔に配列され、各半導体レーザから射出された光ビームはそれぞれカップリングレンズ２０５、２０６、２０７、２０８によって、平行光束に変換されるようになっている。上記カップリングレンズを透過した各光ビームの通路には、一方の面が平面で、もう一方の面が副走査方向に共通の曲率を有するシリンダレンズ２０９、２２０、２１１、２１２が配置されている。各光ビームは上記シリンダレンズをそれぞれ透過することによって、ポリゴンミラー２１３の偏向点までの光路長が等しくなるように配備されている。また、各光ビームは上記シリンダレンズで副走査方向にのみ収束されて、ポリゴンミラー２１３の偏向反射面近傍において主走査方向に長い線像が結ばれるように構成されている。
【００２０】
上記各シリンダレンズ２０９、２２０、２１１、２１２を透過した光ビームの進路上には、これらシリンダレンズとポリゴンミラー２１との間に、ビーム合流手段としての反射ミラー２１４、２１５、２１６、２１７が配置されている。これらの反射ミラーは、各反射面が平行となるように、各光ビームの高さ位置に合わせて階段状に配置されている。半導体レーザ２０１からの光ビームは反射ミラー２１４によってポリゴンミラー２１３へと向かう光路に合わせられ、その光路上に反射ミラー２１５によって半導体レーザ２０２からの光ビームが上下方向の位置を合致させて合流され、その光路上に反射ミラー２１６によって半導体レーザ２０３からのビームが上下方向の位置を合致させて合流され、さらにその光路上に反射ミラー２１７によって半導体レーザ２０４からの光ビームが上下方向の位置を合わせて合流されるように構成されている。このように、ポリゴンミラー２１３から遠い側の光ビームから順に反射され、各ビームの主走査方向が上下方向に重なり合ってポリゴンミラー２１３に入射されるように、上記各反射ミラー２１４、２１５、２１６、２１７が配置されている。
【００２１】
各光ビームが副走査方向に所定間隔Ｌをおいて射出されるとき、各半導体レーザ２０１、２０２、２０３、２０４の間隔Ｓは、実施例では
Ｌ＝Ｓ・ｓｉｎγ＝５ｍｍ
となるよう配列されている。それぞれの射出軸は平行であり、ポリゴンミラー２１３の偏向反射面でもこの間隔Ｌを保ち、偏向反射面に対し垂直方向から、より正確にはポリゴンミラー２１３の回転中心軸に対し垂直方向からから入射されるため、ポリゴンミラー２１３は回転中心軸方向に厚肉に形成されている。
【００２２】
なお、図示の実施例では、ポリゴンミラー２１３は６面ミラーとし、光ビームの偏向反射に寄与しない光ビーム相互間の部分にポリゴンミラー２１３の内接円より若干小径となる深さに周溝を設けて、風損をより低減することができる形状となっている。偏向反射面の１層の厚さは約２ｍｍとしている。
【００２３】
ポリゴンミラー２１３が回転駆動されることにより各偏向反射面によって各光ビームが偏向反射され、この偏向光ビームの進路上には走査結像光学系を構成するｆθレンズ２１８画配置されている。ｆθレンズ２１８は各光ビームに共通で、ポリゴンミラー２１３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は、ポリゴンミラー２１３の回転に伴って各感光体ドラム面上で光ビームが等速に移動するように、主走査方向にパワーを持たせた非円筒面形状となっている。ｆθレンズ２１８はビーム毎に配備され、ｆθレンズ２１８と感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４の間の上記各偏向光ビームの進路上には、ポリゴンミラー２１３の面倒れ補正機能を有するトロイダルレンズ２１９、２２０、２２１、２２２が配置されている。トロイダルレンズ２１９、２２０、２２１、２２２は、上記ｆθレンズ２１８とともに、各光ビームを感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４の表面上にスポット状に結像させ、上記４つの感光体ドラム表面に静電潜像を同時に形成する光走査手段乃至は結像手段を構成している。
【００２４】
各光走査手段では、ポリゴンミラー２１３から感光体ドラム表面に至る各光ビーム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から射出される光ビームは、ポリゴンミラー２１３の最上層の偏向反射面で偏向反射され、ｆθレンズ２１８を通過した後、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感光体ドラム１０１の表面にイエロー画像を形成する。
【００２５】
半導体レーザ２０２から射出される光ビームは、ポリゴンミラー２１３の２段目の偏向反射面で偏向反射され、ｆθレンズ２１８を通過した後、折り返しミラー２２４で反射されトロイダルレンズ２２０を透過し、折り返しミラー２２７で反射されて感光体ドラム１０２に導かれ、第２の光走査手段として感光体ドラム１０２の表面にマゼンタ画像を形成する。
【００２６】
半導体レーザ２０３から射出される光ビームは、ポリゴンミラー２１３の３段目の偏向反射面で偏向反射され、ｆθレンズ２１８を通過した後、折り返しミラー２２５で反射されトロイダルレンズ２２１を透過し、折り返しミラー２２８で反射されて感光体ドラム１０３に導かれ、第３の光走査手段として感光体ドラム１０３の表面にシアン画像を形成する。
【００２７】
半導体レーザ２０４から射出される光ビームは、ポリゴンミラー２１３の最下層の偏向反射面で偏向反射され、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を透過し、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感光体ドラム１０３の表面にブラック画像を形成する。
【００２８】
これらの光走査装置のうち、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する、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。図示の実施形態では、各折り返しミラーの反射角度は次の関係とし、光路をポリゴンモータ１０６の下側まで回り込むようにすることで、ハウジング１０５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に収納されている。
【００２９】
図示の実施形態におけるポリゴンモータ１０６は、動圧空気軸受方式である。この動圧空気軸受は、ハウジング１１０に固定されたベース部１０７に立設され外周にヘリングボーン溝が形成された固定軸１０８と、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を装着してなる回転体とを有してなり、この回転体の上記円筒スリーブ１０９が固定軸１０８に挿入されることによって構成されている。回転体下部には環状のマグネット１１１が配備され、このマグネット１１１と、このマグネットに円周方向外側において対向する磁気コイル１１２とでポリゴンモータ１０６が構成され、マグネット１１１の回転位置に応じて磁気コイル１１２への通電を切り換え制御することにより、上記回転体とともにポリゴンミラー２１３を高速で回転駆動するようになっている。なお、上記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の手段によってハウジング１１０の所定位置に固定される。
【００３０】
図２に示すように、各感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４はハウジング１１０の外側下方に配置され、ハウジング１１０から上記各感光体ドラムに向かう光ビームの通路には防塵ガラス２３４、２３５、２３６、２３７が配置されている。各防塵ガラスは、ハウジング１１０の下側を覆うカバーに装着されている。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光ビームを防塵ガラス２３４の一部で折り返し、受光する同期検知センサ２３０が配備されている。このセンサ２３０による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一致させる。
【００３１】
また、転写ベルト２３１は、駆動ローラと従動ローラからなる３本のローラにより展張されるとともに回転駆動されるように構成され、各感光体ドラムから順次トナー像が転写されるようになっている。このトナー像の転写の際、副走査方向の書き出しタイミングによりレジスト位置が合わせられて各トナー像が重ね合わせられる。
【００３２】
前に説明したように、レジスト位置は定期的に調整がなされ、転写ベルト２３１上には形成する各画像の基準位置を読み取る検出器が転写ベルトの幅方向両端部に配備される。検出器は、照明用のＬＥＤ素子２３１と転写ベルト２３１からの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とを有してなる。転写ベルト２３１の幅方向両端近くには、基準色(イエロー)、およびその他の色(シアン、マゼンタ、ブラック)のトナー像からなる検出パターンが並列して形成されるようになっている。図示の実施形態では、主走査方向から４５°傾けたトナー像の検出パターンが形成される。この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、ポリゴンミラーの偏向反射面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き出しタイミングを合わせるようになっている。
【００３３】
図３は、上記実施形態における光源部を示す平面図、図４は、光源部に用いられている光源ユニットの例を示す分解斜視図である。図３、図４において、複数の光源手段を構成する半導体レーザ２０１、２０２、２０３、２０４として、２つの発光源が数十μｍピッチでモノリシックに形成された、いわゆる半導体レーザアレイを用いている。上記各半導体レーザは、それぞれ射出軸に対称となるようにパッケージの外周を嵌合して共通の支持部材３０１に圧入、固定されている。カップリングレンズ２０５、２０６、２０７、２０８は、半導体レーザ毎に対応させて配備され、共通の支持部材３０１に設けられた半円状溝を背合わせに形成した突起３０２の上記半円状溝に固定されている。そして、各カップリングレンズは、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）上での位置を合わせて、また、射出ビームが平行光束となるようｚ方向（光軸方向）の位置を合わせて、レンズ外周との隙間に紫外線（ＵＶ）硬化接着剤を充填することによって固定されている。
【００３４】
図示の実施例では、各ビームが副走査方向の間隔Ｌ＝５ｍｍをもって平行に射出されるように各光源が配列されている。上記支持部材３０１の背面側には円柱台座３０４が一体成形により形成されていて、この円柱台座３０４がプリント基板３０３の表面側にネジによって固定され、支持部材３０１の各半導体レーザ嵌合部とプリント基板３０３の表面との間に所定の間隔が生じている。各半導体レーザの裏面側から伸びたリード端子は、プリント基板３０３のスルーホールに挿入され、これをプリント基板３０３の回路パターンに半田付けすることで光源ユニット３００が一体的に構成されている。
【００３５】
光源ユニット３００は、上に述べたポリゴンミラー、ｆθレンズ等が保持され収納されるハウジングの壁面３０５に設けられた係合孔に、円筒状の突起３０６を基準として位置決めされ、光ビームの射出軸に直交する当接面３０７を突き当ててネジ固定され、光源ユニット３００が上記ハウジングに一体に固定されている。なお、前述のように、シリンダレンズ２０９、２０、２１１、２１２、および反射ミラー２１４、２１５、２１６、２１７は、以下の条件を満たすように配備している。
α１＝α２＝α３＝α４
ａｅ＝ａｂｆ＝ａｃｇ＝ａｄｈ
【００３６】
ここで、シリンダレンズ間の距離ΔＬ＝ａｅ−ｄｈは、半導体レーザ間の間隔が大きくなればなるほど広がり、無駄なスペースを生じることになる。しかし、各シリンダレンズ２０９、２０、２１１、２１２の焦点距離を
ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞ｆ４
として、ΔＬを０に近づけることで、射出軸と直交する同一平面上に揃えることもできる。この場合、副走査方向の横倍率ζが光走査手段毎に異なり、各半導体レーザの発光源間の感光体面上におけるビームスポット間隔が変化するが、半導体レーザを支持部材に装着する際に、ｘｙ平面内での傾斜角γを変えることで、図９に示すようにビームスポット間隔を調整することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
なお、実施例では、半導体レーザとカップリングレンズとからなる各色に対応した光源部を一体化した光源ユニットとしたが、個別に光源ユニットを構成しても、上記ハウジングに保持する際に各々の射出軸の方向を合わせ、発光源が配置される射出軸に直交する面の位置を近接させるようにすれば、同様の効果が得られる。
【００３９】
図５は、ビーム合流手段における反射ミラーの支持部を示す。各反射ミラー５００はハウジング底面に形成されたＬ字状の取り付け部５０１に設置され、板バネ５０２により反射ミラーが垂直面に押し付けられる。また、反射ミラーの上方へのずれを板バネの先端曲げ部５０３によって規制し、この上部を通過するビームに反射ミラーの一部がかからないようにしている。Ｌ字状の取り付け部５０１による各反射ミラーの設置高さＨを段階的に変えることで、副走査方向のビーム間隔に応じて反射ミラーを配置することができ、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することができる。
【００４０】
図１５は、ビーム合流手段における反射ミラーを一体的に形成した実施形態である。高純度アルミニウムブロックを階段状に削り出すことによって４面の平行面を形成し、この４面を反射ミラー５０４、５０５、５０６、５０７としている。このアルミニウムブロックからなる光ビーム合流手段は、その底面をハウジングに突き当て、上記ブロック両端の貫通孔５０８を介してハウジングにネジ止めし固定される。
【００４１】
図６は、別の実施例における光源部の構成図であり、各色毎に複数の半導体レーザを備えた例を示している。図７は、その光源ユニットの斜視図である。ビーム合流手段の構成は上記実施形態と同様に、各面が平行になるように配備した反射ミラー６０３、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ている。
【００４２】
図８に断面図を示すように、光源手段をなす半導体レーザは、そのパッケージの外周が、各支持部材６２３、６２４、６２５、６２６に嵌合乃至は圧入されている。各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の上記半円状の溝に、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紫外線（ＵＶ）硬化接着剤が充填されて固定される。各光軸は射出軸Ｃに対して互いに交差する方向となるよう傾けられている。実施例ではこの交差位置をポリゴンミラーの偏向反射面の近傍となるように、支持部材の形状を設計している。
【００４３】
各支持部材６２３、６２４、６２５、６２６は、ベース部材６２７に等間隔で、副走査方向の間隔Ｌが所定の間隔になるように、実施例では５ｍｍとなるように形成された係合孔６２８、６２９、６３０、６３１に各支持部材の円筒部６３５を挿入し、一対のフランジ部６３６を射出軸Ｃに直交する当接面（ベース部材裏面）に突き当てて位置決めし、フランジ部に形成されたネジ孔にベース前面側からネジを螺合して固定するようになっている。この固定の際、前記実施例と同様、円筒部を基準として傾け量を調整することで、ビームスポット間隔を記録密度に応じた画素ピッチＰに合わせることができる。また、駆動回路が形成されたプリント基板６３２を、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を一体的に構成している。光源ユニットはハウジングの壁面に当接面６３８を突き当ててネジ止めされる。各当接面（ベース部材裏面）は、各射出軸Ｃ同士が平行、または、主走査方向に交差する方向となるように形成されている。
【００４４】
なお、半導体レーザのそれぞれに上記実施例と同様、複数の発光源を有する半導体レーザアレイを用いてもよく、これらの組み合わせ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。
【００４５】
図１０は、ビーム合流手段を光源ユニットと一体的に設けた実施例を示す。図１１は、その主走査対応方向の断面図である。ビーム合流手段７０１は、断面形状が平行四辺形のプリズム部と三角形のプリズム部とからなり、接合面７０２は偏光ビームスプリッタをなしている。平行四辺形側のビーム入射面にはλ／２板７２１が貼り付けられ、半導体レーザ７０３、７０４からのビームの偏光方向を９０°回転するようになっている。半導体レーザ７０３、７０４からのビームは、ビーム合流手段７０１に入射後、斜面７０７で反射され、接合面７０２で反射されて、そのまま透過してきた半導体レーザ７０５、７０６からのビームと主走査方向に近接されて射出される。
【００４６】
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、上記実施例と同様、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、７０９に保持されている。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に、支持部材の半導体レーザの嵌合孔、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。上記支持部材はベース部材７１４に一対のフランジ部７２３を突き当て、ネジによって固定される。各発光源は射出軸に直交するｘｙ平面上において千鳥に配列され、各支持部材上での半導体レーザの間隔は２Ｌである。ベース部材７１４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がネジ固定される。
【００４７】
ホルダ部材７１５にはビーム合流手段７０１が収容され、ベース部材７１４とは当接面７２４を付き合わせてネジで接合され、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。なお、この当接面７１９と上記フランジ部７２３の突き当て面および当接面７２４とは平行である。
【００４８】
本実施例においては、シリンダレンズ７２０は射出軸に直交する平面側を同一面に揃え、もう一方を副走査方向に等間隔に隣接させ波状に連続した断面形状をなしている。それぞれの曲率は同一で各焦線が射出軸に直交する平面上に揃うように形成され、各ビームはそれぞれに対応したレンズ部の曲率中心を通る面内で入射され、ポリゴンミラーの偏向反射面上で収束するようパワーが設定されている。
【００４９】
次に、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１２はその第１の実施例で、光学ハウジング底面４００へのトロイダルレンズ４０１の支持部を示す。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に係合させて光軸方向(短手方向)を規制している。さらに、箱状のリブ４０２の下面を、主走査方向の一方を副走査方向におけるほぼ中央（第１の支持点）で、もう一方を副走査方向の入射側（第２の支持点）と出射側（第３の支持点）の２個所、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ように構成されている。
【００５０】
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を直接突き当てている。なお、軸は内蔵された送りネジで、突き出し量が伸縮する。
【００５１】
ここで、第１の支持点のみを可変すると、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、符号γで示すように回動調節することができる。図１４（ｂ）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ている。また、図１４（ａ）に示すように，第２の支持点のみを可変すると、符号βで示すように、トロイダルレンズ４０１が、第１、第３の支持点を結ぶ回転軸を中心に、光軸を含み副走査断面で回動調節することができ、曲面の傾きに応じ、母線４２２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て焦線４２２を反らすことができる。これによって、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ことができる。実施例では、イエロー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している。なお、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、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すことができる。
【００５２】
図１２において、符号４１５、４１７はそれぞれ折り返しミラー４１６、４１８の取り付け部を示す。この取り付け部は、主走査方向に対をなして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ている。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上記ミラーの一部がかからないようにしている。
【００５３】
ビーム分岐手段を構成する各折り返しミラー４１６、４１８は、上記取り付け部の設置高さｈを段階的に設けることで配置することができ、板バネによる押し付け方向をハウジングの同じ側に揃えて支持される。
【００５４】
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に、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る。上記検出器での検出結果に基づき、各色の走査ラインを、基準となるイエローの走査ラインに平行に、かつ曲がりの方向と量が揃うように自動補正し、これを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形成した画像を精度よく重ね合わせることができ、色ずれのない高品位なカラー画像を形成することができる。
【００５５】
図１３はこれまで説明してきた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１３において、感光体ドラム９０１の周囲には感光体ドラム表面を高電圧で均一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９０３にトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、感光体ドラム９０１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９０１へは上記したようにポリゴンミラーの偏向反射面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。
【００５６】
上記画像形成ステーションは、４つ並置されているステーションの一つを代表して説明した。転写ベルト９０６の移動方向に４つの画像形成ステーションが並設されている。各ステーションの感光体ドラムは、それぞれ、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、定着、という周知の電子写真プロセスが実行されることによって、画像が形成される。ただし、図示の実施形態における転写工程は、４つの感光体ドラムに形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が、一旦転写ベルト９０６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、このカラー画像が記録紙に転写されることによって、転写紙にカラー画像が形成されるようになっている。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。
【００５７】
上記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９０６上の画像位置にタイミングに合わせて送りだされ、所定の転写位置で転写ベルト９０６上のカラー画像が転写紙に転写される。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に排出されるように構成されている。
【００５８】
以上説明した各実施の形態において、複数の光源手段は、それぞれの射出軸の方向が揃えられて共通の支持部材で一体的に保持されるとともに、それぞれの射出位置が少なくとも副走査方向に所定の間隔となるようにハウジング手段に着脱自在に保持されているものであってもよい。こうすることによって、各光源間の取り付け姿勢を正確に合わせることができ、光源手段の組付けや交換によるずれがあっても即座に修正することができ、環境変化があっても各光源の相対的な姿勢維持されるように修正することができる。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、各光源からのビームを副走査方向に一列に配列して偏向する際に、光源部の大きさによることなく光ビームの間隔を狭めることができるうえ、光源部の取り付け姿勢を揃えて配備できるので、ハウジングの熱変形等により各光源の姿勢変動があっても、射出ビーム方向のずれる方向が揃う。したがって、この光走査装置を画像形成装置に適用することにより、各ビーム間の相対的な配置関係が維持されて、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像を形成することができる。
【００６０】
請求項２記載の発明によれば、各光源間の取り付け姿勢を正確に合わせることができ、光源手段の組付けや交換によるずれも生じないうえ、環境変化があっても各光源の相対的な姿勢は常に維持される。よって、これを画像形成装置に適用することにより、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像を形成することができる。
【００６１】
請求項３記載の発明によれば、各ビーム間の射出方向を正確に合わせることができ、光源手段の組付けや交換によるずれも生じない。
【００６２】
請求項４記載の発明によれば、ポリゴンミラーなどからなる偏向手段位置での各ビーム間隔を狭めるとともに、偏向された後に確実に分離することができ、偏向手段の厚さを最小限とし、発熱を抑えて環境温度変化を生じ難くできる。
【００６７】
請求項５記載の発明によれば、光源手段を組み付ける際に、射出軸と直交する面内において傾けるという単純な作業で各色間の走査線ピッチを正確に合わせることができるので、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像記録が可能な光走査装置を提供できる。
【００６８】
請求項６記載の発明によれば、各光源の偏向前結像手段を主走査方向にずらし、光源位置を射出軸に直交する平面に揃えて配置することができるので、偏向前結像手段の大きさや光束径によることなく副走査方向におけるビーム間隔を狭めることができ、偏向手段の厚さを最小限として発熱を抑え、環境温度変化が生じ難くできるうえ、発熱の影響を光源間で揃えることができる。したがって、これを画像形成装置に適用することにより、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像を形成することができる。
【００６９】
請求項７記載の発明によれば、ビーム合流手段から偏向手段に至る各光路長の差分に応じて偏向前結像手段の収束力に差をつけることで、主走査方向における光源の間隔が大きくなっても各光源から偏向前結像手段に至る光路長を最小限に揃えることができ、光源位置を射出軸に直交する平面に揃えて配置できるので、ハウジングが小型化されて熱変形の影響を受け難くなるうえ、光源間の差を小さくすることができる。
【００７０】
請求項８記載の発明によれば、ハウジングが熱変形の影響を受けて偏向前結像手段の姿勢変化を生じても、それぞれの相対的な配置ずれにはならないので、光源間の差を小さくでき色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像を記録することができる。
【００７２】
請求項９記載の発明によれば、画像形成装置において、光走査装置として本発明にかかる光走査装置を用いることにより、本発明にかかる光走査装置によって得られる効果を得て、色ずれや色変わりのない高品位なカラー画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光走査装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上実施形態の一部断面正面図である。
【図３】本発明に適用可能な光源ユニットの一例を示す側面断面図である。
【図４】同上光源ユニットの主要部を示す分解斜視図である。
【図５】本発明に適用可能なビーム合流手段における反射ミラーの支持部の例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明に適用可能な光源ユニットおよびビーム合流手段の別の例を示す斜視図である。
【図７】本発明に適用可能な光源ユニットの別の例を示す分解斜視図である。
【図８】本発明に適用可能な光源ユニットのさらに別の例を示す側面断面図である。
【図９】同上光源ユニットによるビームスポット間隔調整の様子を示す概念図である。
【図１０】本発明に適用可能な光源ユニットおよびビーム合流手段のさらに別の例を示す分解斜視図である。
【図１１】同上側面断面図である。
【図１２】本発明に適用可能な走査ラインの傾きおよび曲がり補正機構の例を示す分解斜視図である。
【図１３】本発明にかかる画像形成装置の実施形態を概略的に示す正面図である。
【図１４】走査結像光学系に用いられるトロイダルレンズの回動による焦線の傾き調節の様子を示す線図で、（ａ）は光軸中心を回転中心とする傾き調整を、（ｂ）は主走査方向の母線の傾き調整を示す。
【図１５】本発明に適用可能なビーム合流手段における反射ミラーを一体的に形成した例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１１０ハウジング手段
２０１光源手段である半導体レーザ
２０２光源手段である半導体レーザ
２０３光源手段である半導体レーザ
２０４光源手段である半導体レーザ
２０５カップリングレンズ
２０６カップリングレンズ
２０７カップリングレンズ
２０８カップリングレンズ
２０９シリンダレンズ
２１０シリンダレンズ
２１１シリンダレンズ
２１２シリンダレンズ
２１３偏向手段
２１４ビーム合流手段としての反射ミラー
２１５ビーム合流手段としての反射ミラー
２１６ビーム合流手段としての反射ミラー
２１７ビーム合流手段としての反射ミラー
２１８結像手段としてのｆθレンズ
２２４ビーム分岐手段
２２５ビーム分岐手段
２２６ビーム分岐手段

Claims

複数の走査面を走査する光走査装置において、
上記複数の走査面に対応する複数の発光源を備えた光源手段と、上記複数の発光源から射出され副走査方向に離隔された各光ビームを一括して偏向し主走査を行う偏向手段と、この偏向手段により走査された各光ビームをこれらの光ビームに対応した被走査面に結像させる複数の結像手段と、少なくとも上記偏向手段と上記複数の結像手段を保持するハウジング手段と、を有し、
上記光源手段は、それぞれの発光源位置が同一面上となるように主走査対応方向から所定角度傾けた直線上に等間隔に配列され、かつそれぞれの発光源の射出軸の方向が揃えられて配備されるとともに、射出軸に直交する方向の当接面を有していて、この当接面が前記ハウジングに設けられている係合孔に突き当てられて固定され、
各発光源から上記偏向手段へ向かう光ビームの光路上に、各発光源に対応した複数のシリンダレンズと、このシリンダレンズを透過した複数の光ビームを合流するビーム合流手段が備えられ、
上記シリンダレンズは、各光ビームの上記偏向手段までの光路長が等しくなるように配備され、
上記ビーム合流手段は、上記ハウジング手段によって保持されていて、上記シリンダレンズを透過した複数の光ビームを、上記偏向手段から遠い側の光ビームから順次合流させ、各光ビームの主走査方向が上下に重なり合うように、上記偏向手段に入射させることを特徴とする光走査装置。
上記光源手段の各発光源は、共通の支持部材で一体的に保持されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
上記ビーム合流手段が上記共通の支持部材に備えられていることを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
偏向手段により走査された各光ビームを副走査方向における配列順に対応して順次分岐するビーム分岐手段が上記ハウジング手段に備えられていることを特徴とする請求項１，２または３記載の光走査装置。
上記光源手段は、上記射出軸に直交する面内における傾きを調整可能に保持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置。
上記偏向手段の偏向面に上記複数の光源手段からの光ビームを副走査方向に収束させる偏向前結像手段が上記ビーム合流手段に至る光路中にそれぞれ備えられ、上記光源手段から偏向前結像手段までの距離が、副走査方向における配列順に対応して異なるように配備されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置。
複数の発光源からの光ビームを偏向手段の偏向面において副走査方向に収束させる偏向前結像手段が上記光源手段からビーム合流手段に至る光路中にそれぞれ備えられ、上記偏向前結像手段は副走査方向における配列順に対応して異なる収束力をそれぞれ有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置。
複数の発光源からの光ビームを偏向手段の偏向面において副走査方向に収束させる偏向前結像手段がビーム合流手段から偏向手段に至る光路中にそれぞれ備えられ、上記偏向前結像手段は副走査方向に層状に配列されて一体的に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置。
感光体の表面に潜像を形成する光書き込み装置と、この潜像をトナー像として現像する現像装置と、上記トナー像を転写紙に転写する転写部とを備えた画像形成装置において、上記光書き込み装置は請求項１から８のいずれかに記載の光走査装置からなることを特徴とする画像形成装置。