JP4836267B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、複数の光ビームにより被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。

従来から、カールソンプロセスを用いて画像を形成する画像形成装置として、例えば、回転する感光ドラムの表面（以下、感光面ともいう）に、ポリゴンミラーなどの偏向手段を介して光ビームを走査することにより感光ドラム表面に潜像を形成し、この潜像を可視化して得られたトナー像を、記録媒体としての用紙上に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置が知られている。近年、この種の画像形成装置は、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷によく用いられるようになり、画像の高密度化及び画像出力の高速化への要求が一層高まっている。

一般に、画像出力の高速化を図る方法としては、光ビームを偏向させるポリゴンミラーの回転数と感光ドラムの回転数を高くして、プリント速度を増加させることが考えられる。しかしながら、ポリゴンミラーの回転数を高くすると、その駆動系からの騒音や振動が増加するとともに消費電力も増大し、装置の耐久性が低下してしまう。また、画像出力の高速化は、画像の高密度化に対しトレードオフの関係になっているため、ポリゴンミラーの回転数を高くしていくと、それにともなって画質が低下するという不都合もある。

そこで、画像の高密度化及び画像出力の高速化を同時に両立する方法として、光源をマルチビーム化し、一度に複数本の光ビームにより感光ドラムを走査する方法が提案されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。

しかしながら、光源をマルチビーム化した場合には、それぞれの光ビームごとに偏向手段の偏向面に入射する角度が異なるため、偏向面上で光ビームのけられが生じやすく、特に同期検知するための光ビームにけられが生じることを回避するためには、画角を小さくするか、又は感光面内の書込み幅を狭くする必要があった。

特開２００５−２５０３１９号公報 特開２００４−２８７２９２号公報

本発明は、係る事情の下になされたもので、その第１の目的は、複数の光ビームを用いて、被走査面を高画角で走査することが可能な光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、装置の小型化を実現することが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明は第１の観点からすると、複数の光ビームを主走査方向へ偏向して、被走査面上の書込み領域を走査する光走査装置であって、前記書込み領域を走査する前の前記複数の光ビームを受光して、受光した前記光ビームに応じた信号を出力する第１センサと；前記書込み領域を走査した後の前記複数の光ビームを受光して、該受光した前記光ビームに応じた信号を出力する第２センサと；前記第１センサが前記複数の光ビームのうち、前記書込み領域から遠い側の光ビームを受光したときの信号に基づいて前記被走査面上の書込み開始タイミングを求め、前記第２センサが前記複数の光ビームのうち、前記書込み領域から遠い側の光ビームを受光したときの信号に基づいて前記被走査面上の書込み終了タイミングを求める制御装置と；を備える光走査装置である。

これによれば、書込み領域から近い側の光ビームに基づく信号に同期して変調を開始する場合に比べて、書込み領域を走査する光ビームの画角を大きくとることが可能となる。また、結果として光ビームを偏向する偏向手段と被走査面とを近接して配置することができるため装置の小型化を図ることが可能となる。

一般に、複数の光ビームによる走査を行う際は、複数の光ビームのうち、主走査方向に関して最も端の光ビームで同期をとることが望ましい。その理由は、１次元的又は２次元的に複数の光源が配列される場合、中心部の光源ほど周辺の光源の点灯による熱の影響を受けやすいため、発光出力、発振波長が不安定になる。そこで、最端の光ビームに基づく信号を同期に用いることにより、安定した同期信号を得ることが可能となる。また、偏向手段の偏向面上における光ビームのけられも最も少ない光学配置を実現することができる。

また、本発明は第２の観点からすると、画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と；前記光走査装置により潜像が形成される感光体と；前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と；前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と；を備える画像形成装置である。

これによれば、画像形成装置は本発明の光走査装置を備えている。したがって、複数のレーザ光を用いた画像形成装置本体の小型化を図ることが可能となる。

また、本発明は第３の観点からすると、多色画像に関する情報から得られる各色ごとの潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に重ね合わせて定着させることにより、多色画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と；前記光走査装置により各色に応じた潜像がそれぞれ形成される複数の感光体と；前記感光体の被走査面にそれぞれに形成された潜像を顕像化する現像手段と；前記現像手段により顕像化された各色ごとのトナー像を前記記録媒体に重ね合わせて定着させる転写手段と；を備える画像形成装置である。

これによれば、画像形成装置は本発明の光走査装置を備えている。したがって、複数のレーザ光を用いて多色画像を形成する画像形成装置本体の小型化を図ることが可能となる。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態に係る画像形成装置２００の概略構成が示されている。

画像形成装置２００は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙（用紙）上に転写することにより、画像を印刷するプリンタである。この画像形成装置２００は、図１に示されるように、光走査装置１００、感光ドラム２０１、帯電チャージャ２０２、トナーカートリッジ２０４、クリーニングケース２０５、給紙トレイ２０６、給紙コロ２０７、レジストローラ対２０８、転写チャージャ２１１、定着ローラ２０９、排紙ローラ２１２、排紙トレイ２１０、上記各部を統括的に制御する主制御装置（不図示）、及びこれらを収容するハウジング２１５などを備えている。

前記ハウジング２１５は略直方体状で、＋Ｘ側及び−Ｘ側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。

前記光走査装置１００は、ハウジング２１５の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調された光ビームを主走査方向（図１におけるＹ軸方向）へ偏向することにより、感光ドラム２０１の表面上の領域（以下、書込み領域）を走査して、書込み領域に潜像を形成する装置である。なお、光走査装置１００の構成については後述する。

前記感光ドラム２０１は、その表面に、光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置１００の下方にＹ軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図１における時計回り（図１の矢印に示される方向）に回転されている。そして、その周囲には、図１における１２時（上側）の位置に帯電チャージャ２０２が配置され、２時の位置にトナーカートリッジ２０４が配置され、６時の位置に転写チャージャ２１１が配置され、１０時の位置にクリーニングケース２０５が配置されている。

前記帯電チャージャ２０２は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム２０１の表面を所定の電圧で帯電させる。

前記トナーカートリッジ２０４は、トナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム２０１とは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム２０１の表面に供給する。

前記クリーニングケース２０５は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム２０１の表面に接するように配置されている。感光ドラム２０１の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム２０１の回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース２０５の内部に回収される。

前記転写チャージャ２１１は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ２０２とは逆極性の電圧が印加されている。

前記給紙トレイ２０６は、ハウジング２１５の＋Ｘ側の側壁に形成された開口から＋Ｘ側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙２１３を複数枚収容することが可能となっている。

前記給紙コロ２０７は、給紙トレイ２０６から用紙２１３を１枚ずつ取り出し、１対の回転ローラから構成されるレジストローラ対２０８を介して、感光ドラム２０１と転写チャージャ２１１によって形成される隙間に導出する。

前記定着ローラ２０９は、１対の回転ローラから構成され、用紙２１３を過熱するとともに加圧し、排紙ローラ２１２へ導出する。

前記排紙ローラ２１２は、１対の回転ローラなどから構成され、ハウジング２１５の−Ｘ側の側壁に形成された開口から−Ｘ側端が突出した状態で配置された排紙トレイ２１０に対し、定着ローラ２０９から送られる用紙２１３を順次スタックする。

次に、光走査装置１００の構成について説明する。図２（Ａ）には、光走査装置１００を上方（＋Ｚ側）からの見たときの光学的レイアウトが示され、図２（Ｂ）は、光走査装置１００を側方（−Ｙ側）からの見たときの光学的レイアウトが示されている。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を総合するとわかるように、光走査装置１００は、１組の光源１０１,１０２、第１光学系１００ａ、ポリゴンミラー１０９、第２光学系１００ｂ、フォトディテクタ１１６、及び光源駆動装置１１８などを備えている。

光源駆動装置１１８は、主制御装置（不図示）の指示に基づいて、光源１０１,１０２を駆動する。

前記１組の光源１０１,１０２は、一例として６５５ｎｍ程度の波長の光ビームを射出する半導体レーザであり、各光源１０１,１０２の中央から射出された光ビームは後述するポリゴンミラー１０９の偏向面近傍で交差するように、Ｘ軸に対して、それぞれ僅かずつ傾いた状態で配置されている。以下、光源１０１,１０２との成す角を交差角というものとする。本実施形態では、交差角を２度としている。

前記第１光学系１００ａは、光源１０１,１０２からの光ビームにそれぞれ対応した、１組のカップリングレンズ１０３,１０４、及び１組のアパーチャ１０５,１０６と、光源１０１,１０２からの光ビームに共通して用いられるシリンドリカルレンズ１０７と、シリンドリカルレンズ１０７を経由したそれぞれの光ビームをポリゴンミラー１０９へ入射させる反射ミラー１０８を備えている。

１組のカップリングレンズ１０３,１０４は、光源１０１,１０２の＋Ｘ側にそれぞれ配置され、光源１０１,１０２それぞれから射出された光ビームを略平行光に成形する。

１組のアパーチャ１０５,１０６は、カップリングレンズ１０３,１０４から＋Ｘ方向に１０ｍｍ隔てた位置に配置されている。アパーチャ１０５,１０６では、カップリングレンズ１０３,１０４それぞれによって略平行とされた光ビームのビーム径が制限されることにより、各光ビームのスポット形状が所望の形状に成形される。

シリンドリカルレンズ１０７は、アパーチャ１０５,１０６から＋Ｘ方向に９．９ｍｍ隔てた位置に配置されている。このシリンドリカルレンズ１０７は、例えば第１面（入射面）がＺ軸方向（副走査方向）に屈折力を有し、第２面（射出面）がＹ軸方向（主走査方向）に屈折力を有するアナモフィックレンズであり、アパーチャ１０５,１０６をそれぞれ通過した光ビームを、ポリゴンミラー１５の反射面近傍で副走査方向に関して結像させる。

なお、コリメータレンズ１０３の入射面１０３ａと射出面１０３ｂ、コリメータレンズ１０４の入射面１０４ａと射出面１０４ｂ、及びシリンドリカルレンズ１０７の入射面１０７ａと射出面１０７ｂそれぞれの、主走査方向の近軸曲率半径Ｒｍ及び副走査方向の近軸曲率半径Ｒｓと、各レンズ１０３,１０４,１０７それぞれの、中心の肉厚Ｄ及び屈折率Ｎは、一例として図１１に示される表１の通りである。

前記ポリゴンミラー１０９は、上面と下面の形状が半径１８ｍｍの円に内接する正六角形である６角柱状の部材である。このポリゴンミラー１０９の６つの側面それぞれには偏向面が形成され、図２（Ａ）中の矢印に示されるようにＺ軸に平行な軸回りに一定の角速度で回転されている。これにより、ポリゴンミラー１０９に入射した光ビームはＹ軸方向に偏向（走査）される。ここで、ポリゴンミラー１０９に走査された光ビームは、説明の便宜上、単に走査光ともいうものとする。また、光ビームが入射する偏向面の角度は、Ｘ軸に直交する場合を基準（０度）とし、右まわりの角度θを正とし、左まわりの角度θを負であらわすものとする。例えば、光ビームが図２における書込み領域ＷＡの−Ｙ側端近傍に入射するときは−θと表され、＋Ｙ側端近傍に入射するときは＋θと表される

前記第２光学系１００ｂは、ポリゴンミラー１０９の＋Ｘ側から順次配置された、第１走査レンズ１１１、第２走査レンズ１１２、及び一組の折り返しミラー１１３Ａ,１１３Ｂを備えている。

第１走査レンズ１１１は、ｆθ特性を有する走査レンズであり、その入射面１１１ａがポリゴンミラー１０９の回転中心から＋Ｘ方向へ６８．３ｍｍ隔てたところに位置するように配置されている。

第２走査レンズ１１２は、副走査方向に屈折力を有する特殊トロイダル面レンズであり、その入射面が、第１走査レンズ１１１の射出面１１１ｂから＋Ｘ方向へ７８ｍｍ隔てたところに位置し、かつ、その射出面１１２ｂと感光ドラム２０１の表面の光学的距離が１４２．４ｍｍになるように配置されている。

なお、第１走査レンズ１１１の入射面１１１ａと射出面１１１ｂ、及び第２走査レンズ１１２の入射面１１２ａと射出面１１２ｂそれぞれの、主走査方向の近軸曲率半径Ｒｍ及び副走査方向の近軸曲率半径Ｒｓと、各レンズ１１１,１１２それぞれの、中心の肉厚Ｄ及び屈折率Ｎは、一例として図１２に示される表２の通りである。

また、第１走査レンズ１１１及び第２走査レンズ１１２それぞれの、入射面１１１ａ,１１２ａ及び射出面１１１ｂ,１１２ｂの形状は、次式（１）〜（３）で示される関数で表される。ただし、Ｙ、Ｚは光軸位置を原点とする主走査方向及び副走査方向の座標であり、各係数ａ_ｎ、ｂ_ｎ、ｃ_ｎ、ｉ_ｎの値は一例として図１３に示される表３の通りである。

前記フォトディテクタ１１６は、例えば入射する光ビームの強度に応じた電気信号を出力する素子であり、ポリゴンミラー１０９によって走査され、感光ドラム２０１の書込み領域に入射する前の光ビームを受光し、該受光した光ビームの強度に応じた信号（光電変換信号）を出力する。なお、光学的レイアウトを示す図２では、フォトディテクタ１１６は書込み領域ＷＡの−Ｙ側に配置されているが、これに限らず、フォトディテクタ１１６は、例えば反射ミラーなどを介して書込み領域ＷＡに入射する前の走査光が入射するように配置されていればよく、入射する前に例えばアナモルフィックレンズ等によって走査光をフォトディテクタ１１６に集光するような構造としてもよい。

なお、上述した光走査装置１００では、光ビームの光路上に、ポリゴンミラーからの騒音を遮蔽するための防音ガラス１１０と、光走査装置１００の筐体の一部を構成する防塵ガラス１１４が配置されている。これらの防音ガラス１１０及び防塵ガラス１１４は、走査光のゴースト光が光ビームの像面上に導光されることによる潜像の劣化が発生しないように、また、各ガラス１１０,１１４での反射光が光源１０１,１０２の近傍等に戻ることがないように、走査光に対する傾け角が調整されている。本実施形態では、防音ガラス１１０は主走査方向に対して８度、防塵ガラス１１４は副走査方向に対し１７度傾いた状態で配置されている。

次に、上述のように構成された画像形成装置２００の動作について説明する。主制御装置が上位装置から画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データに基づいて光走査装置１００の光源駆動装置１１８が駆動される。これにより各光源１０１,１０２から、画像情報に基づいて変調された光ビームが射出される。これらの光ビームそれぞれは、各カップリングレンズ１０３,１０４によって略平行光に成形された後に、アパーチャ１０５,１０６へ入射する。それぞれの光ビームはアパーチャ１０５,１０６を経由することでスポット形状が調整され、シリンドリカルレンズ１０７によって反射ミラー１０８を介してポリゴンミラー１０９の偏向面に集光される。

感光ドラム２０１表面では、光源１０１,１０２の光軸上を進行する光ビームが、ポリゴンミラー１０９の偏向面に約６０度の入射角（Ｘ軸と６０度を成す角度）で入射する。ここで、ポリゴンミラー１０９の偏向面が−３０度である場合の反射点から、感光ドラム表面（被走査面）に垂直に下ろした直線が被走査面と交わる点を書き込み領域の原点位置Ｏ（像高０の位置）とすると、書き込み領域は原点Ｏを中心として、＋Ｙ方向へ１４８．５ｍｍの位置にある書込み終了位置ＷＡ_Ｅから、−Ｙ方向へ−１４８．５ｍｍの位置にある書込み開始位置ＷＡ_Ｓのまでの間となるように設定されている。

また、この書込み領域ＷＡに対応するポリゴンミラー１０９の半画角δは３８．７度となっており、フォトディテクタ１１６からの信号に同期して、走査光のスポットが書込み開始位置ＷＡ_Ｓにきたときに光ビームの変調を開始し、書込み終了位置ＷＡ_Ｅに達したときに光ビームの変調が終了するようになっている。以下、光源駆動装置１１８による光ビームの変調を開始するタイミングについて説明する。

光源１０１,１０２からの光ビームは、上述したように主走査方向に異なる角度でポリゴンミラー１０９へ入射する。そして、光源１０１,１０２からの光ビームは−３０度の偏向面に対して、それぞれ入射角２８．３２度及び３１．７４度で入射する。これにより、光ビームがポリゴンミラー１０９によって走査されると、偏向面への入射角の大きい光源１０２からの走査光（以下、先行走査光ともいう）が、まずフォトディテクタ１１６に受光され、次に、偏向面への入射角が小さい光源１０１からの走査光（以下、後行走査光ともいう）が、フォトディテクタ１１６に受光される。

主制御装置（不図示）は、後行走査光を受光したときにフォトディテクタ１１６から出力される信号を検知すると、まず所定時間Ｔ１経過後に、光源駆動装置１１８を介して光源１０２の変調を開始することにより、先行走査光による書込み領域ＷＡの走査を開始する。次に、先行走査光による書込み開始から、所定時間Ｔ２経過した後に、光源駆動装置１１８を介して光源１０１の変調を開始することにより、後行走査光による書込み領域ＷＡの走査を開始する。そして、先行走査光及び後行走査光は、第１走査レンズ１６及び第２走査レンズ１７によって各ビームのスポットの主走査方向の移動速度等が調整されたのち、折り返しミラー１１３Ａ,１１３Ｂをそれぞれ介して感光ドラム２０１の表面に集光されることで、感光ドラム２０１の表面に対して、先行走査光及び後行走査光の２つの光ビームによる走査が完了する。なお、時間Ｔ１,Ｔ２は、光源の配置や走査速度によって決定されるディレイ時間である。

感光ドラム２０１の表面は、帯電チャージャ２０２によって所定の電圧で帯電され、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、先行走査光及び後行走査光によって感光ドラム２０１の表面が走査されると、光ビームが集光したところの感光層が導電性を有するようになり、その部分では電荷移動がおこり電位が低下する。これにより、図１の矢印の方向に回転している感光ドラム２０１の表面に、電荷の分布により規定される静電潜像が形成される。

感光ドラム２０１の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ２０３の現像ローラにより、感光ドラム２０１それぞれの表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ２０３の現像ローラは感光ドラム２０１と逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム２０１と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム２０１の表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム２０１の表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写チャージャにより用紙２１３に付着された後、定着ローラ２０９により定着されることで、用紙上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙２１３は、排紙ローラ２１２により排紙され、順次排紙トレイ２１０にスタックされる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１００によると、感光ドラム２０１に形成された書込み領域ＷＡの、走査光（先行走査光及び後行走査光）による走査は、光源１０１から射出される後行走査光がフォトディテクタ１１６へ入射することにより、フォトディテクタ１１６から出力される信号に同期して行なわれる。

図３（Ａ）は、光源１０２から射出された先行走査光Ｌ１が、フォトディテクタ１１６に入射した様子を示す図であり、図３（Ｂ）は、光源１０１から射出された後行走査光Ｌ２が、フォトディテクタ１１６に入射した様子を示す図である。なお、実際は走査光Ｌ１,Ｌ２は、第２光学系１００ｂを介して、フォトディテクタ１１６へ入射するが、説明の便宜上、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、第２光学系が省略されている。

図３（Ａ）に示されるように、先行走査光Ｌ１がフォトディテクタ１１６に入射するときの、ポリゴンミラー１０９の偏向面の角度を−θ１（θ１は正）とし、先行走査光Ｌ１がフォトディテクタ１１６に入射するときの、ポリゴンミラー１０９の偏向面の角度を−θ２（θ２は正）とすると、θ１はθ２よりも大きいため、先行走査光Ｌ１がフォトディテクタ１１６へ入射する図３（Ａ）に示される状態（以下、状態Ａという）では、各走査光Ｌ１,Ｌ２は偏向面のエッジ近傍に入射する。

一方、先行走査光Ｌ２がフォトディテクタ１１６へ入射する図３（Ｂ）に示される状態（以下、状態Ｂという）では、各走査光Ｌ１,Ｌ２は偏向面のエッジ近傍に入射するが、状態Ａのときに比べると入射位置が偏向面の中央に寄った位置となっている。つまり、偏向面のエッジから遠い位置に入射する状態Ｂの走査光のほうが、状態Ａの走査光に比べて、偏向面でのけられに対する余裕がある。

したがって、先行走査光Ｌ１が入射することにより、フォトディテクタ１１６から出力される信号に基づいて、走査光の変調を開始する従来の光走査装置に比べて、本発明の光走査装置１００のように、後行走査光Ｌ２が入射することにより、フォトディテクタ１１６から出力される信号に基づいて、走査光の変調を開始するほうが、走査光のけられに対する余裕分だけ画角を大きくとることが可能となる。また、画角を大きくとることで、第２光学系における走査光の光路長を短くすることが可能となるため、光走査装置の小型化を図ることが可能となる。

また、光走査装置１００では、先行走査光Ｌ１がけられることなく走査できる範囲（以下、書込み幅ともいう）は、書き込み領域の原点位置Ｏを基準として、被走査面上の走査方向に沿った−１６７．１ｍｍから＋１６６．０ｍｍの範囲であり、後行走査光Ｌ２の書込み幅は、書き込み領域の原点位置Ｏを基準として、走査方向に沿った−１６０．８ｍｍから＋１７２．１ｍｍの範囲となっている。このため、フォトディテクタ１１６は、後行走査光Ｌ２のみに走査される原点位置Ｏから−１６１ｍｍの位置へ入射する後行走査光Ｌ２が導光されるように配置されている。

また、本実施形態に係る画像形成装置２００では、光走査装置１００を小型化することが可能となるため、結果的に画像形成装置本体の小型化を実現することが可能となる。

なお、本実施形態に係る光走査装置１００では、光源１０１,１０２からの光ビームがポリゴンミラー１０９の偏向面近傍で交差することとしたが、例えば、偏向面が−３０度のときに該偏向面上で交差することとしてもよい。

また、フォトディテクタ１１９は、書込み領域ＷＡの−Ｙ側に配置されているが、これとは別に、書き込み領域ＷＡの＋Ｙ側に配置してもよい。この書込み領域ＷＡの＋Ｙ側にもフォトディテクタ（以下、終端側フォトディテクタという）を配置して、書込み領域ＷＡの両側で走査光Ｌ１,Ｌ２を検出することで、第１光学系及び第２光学系などの倍率変動をリアルタイムで検知し、例えば各光ビームの変調タイミングなどを調整することで、温度変動や、光源１０１,１０２間に、相対位置関係の変動、固体ばらつき、及び機械的な公差などが生じた場合にも、これらの影響による誤差要因を排除し、書込み領域を精度よく走査することが可能となる。

この場合には、終端側フォトディテクタでは、光源１０１,１０２からの光ビームのうち、先行走査光となる光源１０２からの光ビームを受光したときの信号を同期信号として用いることで、仮に後行走査光にけられが生じる場合があっても、良好に上述した倍率変動を検知することができるようになる。

なお、上記第１の実施形態では、光源１０１,１０２それぞれから１本の光ビームが射出される場合について説明したが、一例として図４に示されるように、複数の発光点を有する光源１０１Ａ,１０２Ａを用いることもできる。

図４には、相互間の距離がｄ１となるように配置された１組の発光点１０１ａ,１０１ｂを有する光源１０１Ａと、同様に相互間の距離がｄ１となるように配置された１組の発光点１０２ａ,１０２ｂを有する光源１０２Ａが示されている。

光源１０１Ａ,１０２Ａは、図４中の光源１０１に代表的に示されるように、それぞれＸ軸に平行な軸回りに角度β回転した状態で、Ｙ軸方向に関する距離（更に正確には光源中心の相互間の距離）がｄ３となるように配置されている。これにより、それぞれ光源１０１Ａ,１０２Ａの発光点１０１ａ,１０１ｂ,１０２ａ,１０２ｂは、Ｚ軸方向に関して隣接する発光点間隔がｄ２となるように揃えられている。なお、ここでは距離ｄ１は３０μｍであり、距離ｄ２は４．１８μｍであり、距離ｄ３は１１．５２ｍｍであるものとし、角度βは７５．５度であるものとする。

上記光源１０１Ａ,１０２Ａを用いた光走査装置１００では、各光源１０１Ａ,１０２Ａのそれぞれの発光点１０１ａ,１０１ｂ,１０２ａ,１０２ｂから射出された光ビームは、ポリゴンミラー１０９によって一括して偏向される。これにより、感光ドラム２０１の書込み領域は、発光点１０１ａ,１０１ｂ,１０２ａ,１０２ｂからの４本の光ビームにより、例えば副走査方向に画素密度６００ｄｐｉに対応する間隔４２．３μｍの４本のラインが書き込まれる。また、各発光点１０１ａ,１０１ｂ,１０２ａ,１０２ｂからの光ビームによる書込み幅は、発光点１０１ａからの光ビームでは、原点位置Ｏを基準として、走査方向に沿った−１６８．３ｍｍから＋１６０．８ｍｍの範囲であり、発光点１０１ｂからの光ビームでは、走査方向に沿った−１６８．５ｍｍから＋１６６．５ｍｍの範囲であり、発光点１０２ａからの光ビームでは、走査方向に沿った−１６８．３ｍｍから＋１６７．７ｍｍの範囲であり、発光点１０２ｂからの光ビームでは、走査方向に沿った−１６８．４ｍｍから＋１６７．５ｍｍの範囲である。そして、フォトディテクタ１１６は、−１６１ｍｍの位置へ入射する光ビームが導光される位置に配置され、順に発光点１０２ｂからの光ビーム、発光点１０２ａからの光ビーム、発光点１０１ａからの光ビーム、発光点１０１ｂからの光ビームがフォトディテクタ１１６へ入射するようになっている。

主制御装置（不図示）は光源駆動装置１１８を介して、光源１０１Ａにおいては、各光源１０１ａ,１０１ｂからの光ビームのうちの後行走査光となる発光点１０１ａからの光ビームを受光したときに得られる信号に同期して、各発光点１０１ａ,１０１ｂの変調を開始し、光源１０２Ａにおいては、各光源１０２ａ,１０２ｂからの光ビームのうちの後行走査光となる発光点１０２ａからの光ビームを受光したときに得られる信号に同期して、各発光点１０２ａ,１０２ｂの変調を開始する。これにより、各光源１０１Ａ,１０２Ａの先行ビームに同期して変調を開始する場合に比べて、光走査装置１００の画角を大きくとることができ、光走査装置の小型化を図ることが可能となる。

また、２つの発光点を有する光源１０１Ａ,１０１Ｂではなくて、例えば図５（Ａ）に示されるように、４つの光源１０１_１,１０１_２,１０２_１,１０２_２を、これらの各発光点１０１ａ,１０１ｂ,１０２ａ,１０２ｂが、図５（Ｂ）に示されるように、平行四辺形の頂点となるような関係で配置してもよい。各発光点１０１ａ,１０１ｂ,１０２ａ,１０２ｂからの光ビームは、ポリゴンミラー１０９の偏向面近傍で交差した後ポリゴンミラー１０９入射し、発光点１０１ａ,１０１ｂからの光ビームの書込み幅は、原点位置Ｏを基準として、走査方向に沿った−１６７．１ｍｍから＋１６６．０ｍｍの範囲であり、発光点１０２ａ,１０２ｂからの光ビームの書込み幅は、走査方向に沿った−１６０．８ｍｍから＋１７２．１ｍｍの範囲となっている。そして、発光点１０１ａ,１０１ｂからの後行走査光に基づいて各光源１０１_１,１０１_２,１０２_１,１０２_２の変調が行われる。

また、この場合には、図６に示されるように、折り返しミラー１１３にてそれぞれの光源１０１_１,１０１_２,１０２_１,１０２_２からの光ビームを分離し、複数の感光ドラム１１５Ｙ,１１５Ｍ,１１５Ｃ,１１５Ｋに導光することにより、タンデム式のフルカラー画像形成装置を構成することができる。

また、これらの場合にも、書込み領域ＷＡの＋Ｙ側に終端側フォトディテクタを配置して、それぞれの光源１０１,１０２からの後行走査光を受光することで、温度変動や、光源１０１,１０２間に、相対位置関係の変動、固体ばらつき、及び機械的な公差などが生じた場合にも、これらの影響による誤差要因を排除し、書込み領域を精度よく走査することが可能となる。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図７〜図１０に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同一又は同等の構成部分については、その説明を省略又は簡略するものとする。

図７には、第２の実施形態に係る光走査装置１００Ａのレイアウトが示されている。２次元的に発光点が配列されている光源３０１から射出された光ビームは焦点距離４６．５ｍｍのコリメートレンズ３０３により略平行光とされ、アパーチャ３０５でスポット径が制限された後、主走査方向に長い線像を形成するためのシリンドリカルレンズ３０７を通過する。このシリンドリカルレンズ３０７の焦点距離は１２６．８ｍｍであり、光ビームをポリゴンミラー３０９の反射面近傍に、副走査方向において結像させるように入射させる。このポリゴンミラー３０９を偏向器として光ビームを偏向走査する。ポリゴンミラー３０９により偏向された光ビームは走査結像レンズ３１１、３１２を通過し、感光体表面３１５に結像する。ここで、コリメートレンズ３０３の射出面からアパーチャ３０５までの距離は４７．７ｍｍ、アパーチャ３０５からシリンドリカルレンズ３０７の入射面までの距離は１０．３ｍｍとしている。

コリメートレンズ３０３、シリンドリカルレンズ３０７はそれぞれガラス製であっても、また低コスト化のために樹脂製であっても良い。樹脂製とした場合は温度変化による光学特性の劣化を低減するために、回折光学素子としてもよい。コリメートレンズ３０３、シリンドリカルレンズ３０７の第１面をそれぞれ３０３ａ、３０７ａ、第２面をそれぞれ３０３ｂ、３０７ｂとする。それぞれの面の主走査方向の近軸曲率半径Ｒｍ、副走査方向の近軸曲率半径Ｒｓ、肉厚Ｄ、使用波長７８０ｎｍにおける屈折率をＮとすると、図１４に示される表４のようになる。

走査結像レンズ３１１、３１２は、ｆθ特性を有するｆθレンズであり、この２枚のｆθレンズによって感光体表面上にて結像走査されるビームスポットの径を均一に揃えており、かつ、感光体表面上を走査する速度を略等速にしている。ｆθレンズ３１１、３１２の第１面をそれぞれ３１１ａ、３１２ａ、第２面をそれぞれ３１１ｂ、３１２ｂとする。ポリゴンミラー３０９の回転中心からfθレンズ３１１の第１面３１１ａまでの距離は４６．３ｍｍ、fθレンズ３１１の第２面３１１ｂからfθレンズ３１２の第１面３１２ａまでの距離は８９．７ｍｍ、fθレンズ３１２の第２面３１２ｂから被走査面３１５までの距離は１４１．４ｍｍである。

なお、Ｒｍを主走査方向の近軸曲率半径、Ｒｓを副走査方向の近軸曲率半径、Ｄを走査結像レンズの肉厚、Ｎを使用波長７８０nｍでの屈折率とすると、各面の設計データは図１５に示される表５の通りである。また、本第２の実施形態においても、走査結像レンズ３１１、３１２の面形状は、上述の式（１）〜(３)で表され、各面における式（１）〜(３)中の各係数は図１６に示される表６の通りである。

被走査面である感光体表面では、光源３０１の中心から出射すると仮定した光ビームがポリゴンミラー３０９へ入射角６０度で入射し、ポリゴンミラーの回転角が３０度である場合の反射点から、被走査面に垂直におろした位置を基準位置Ｏ（像高０ｍｍの位置）とする。また、この基準位置Ｏから、Ｙ軸に沿って±１５０ｍｍの範囲を有効書込領域（図７中のＩＲ）とする。

この有効書込領域ＩＲに対応するポリゴンミラーの半画角は３５．９度である。この範囲を走査する間、光源を画像情報に応じて変調し、感光体を露光し画像を形成する。また、像高−１６１ｍｍの位置にフォトディテクタを配備し（図示せず）、像高−１６１ｍｍを光ビームが走査されるときに光源を強制的に発光させ、フォトディテクタへ光ビームが入射するようにする。この信号を同期検知信号とし、水平同期信号として光源駆動回路にフィードバックして、この水平同期信号に基いて画像情報に応じて半導体レーザを変調することにより、有効書込領域に画像情報を位置ずれが発生することなく書き込むことができる。なお、ポリゴンミラー３０９は、半径７ｍｍの円に内接する上面及び下面を有する４各柱状の部材からなり、基準回転角は被走査面に対して３０度となっている。

図８には光源３０１に設けられた４０個の発光点が示されている。光源３０１では、４０個の発光点が二次元的に配列され、単一素子で複数の光ビームを発生することが出来る。このような光源は垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）によって実現することができる。ＶＣＳＥＬは発振波長の温度変動が小さく、波長の不連続な変化（波長飛び）が原理的に発生しないため、環境変化によっても光学特性が劣化しにくい。光源３０１として用いる本実施例のＶＣＳＥＬの発振波長は７８０ｎｍで、発散角（ＦＷＨＭ）は主走査方向、副走査方向ともに７±１度、発光領域径（ニアフィールドパターン）は直径４μｍの円形である。

本実施例におけるＶＣＳＥＬは、主走査方向において最も離れた発光点間の距離よりも副走査方向において最も離れた発光点間の距離が小さくなるような配列にしている。すなわち主走査方向に長い平行四辺形の中に発光点が配置されている。これにより副走査方向よりも主走査方向に数多く発光点を配列することとなり、次のような利点がある。隣接する発光点間の距離は、発熱防止や配線の問題からある程度広く取る必要がある。副走査方向に隣接する発光点の距離を１≦ｄ≦４μｍとした場合には、主走査方向に隣接する発光点の距離Ｄｍをｄよりも広くとることができる。なお、光源としては、行方向と列方向が直交するマトリクス状に複数の発光点が配置された光源を、所定角だけ傾けて用いることも可能である。

本第２の実施形態では、Ｄｍが３０μｍ、Ｄｓが２０μｍ、ｄが２．０μｍ（４８０ｄｐｉ時）となっている。主走査方向には１０個の発光点を並べており、主走査方向において最も離れた発光点間の距離は２７０μｍ（＝Ｄｍ×９）で、発光点総数は４０であるため副走査方向において最も離れた発光点間の距離７８μｍ（＝ｄ×３９）である。高密度な走査を行うために副走査方向に発光点を密集させ、なおかつ素子の性能及び歩留、寿命の向上のためには、発光点の配列領域は副走査方向よりも主走査方向に長い形態にすることが望ましい。副走査方向に広い範囲に渡って発光点を配列すると、温度変化による光学性能劣化が著しく増大する。温度変化に伴う走査レンズの膨張、屈折率の変化による光学倍率の変化によって副走査方向のドット位置ずれが起こるが、これは光学系の光軸から副走査方向に離れているほど大きくなる。

また走査線間隔のばらつきの温度による影響は副走査方向に最も離れた発光点の間で最大となる。走査光学系の副走査横倍率の差のために、光軸に対して副走査方向に＋側の発光点による走査線と−側の発光点による走査線とは、曲がり方が逆方向になるからである。逆方向に曲がった走査線同士が隣接するときに発生する走査線間隔の大きな誤差は、副走査方向のドット位置ずれとなり、一走査ごとに現れるバンディングとして知覚されてしまい走査品質の劣化となる。装置の低コスト化のために走査レンズを樹脂製の成形品にした場合には、ガラスよりも熱膨張や屈折率の温度変化が大きいため、この問題がさらに顕著になる。従って、本実施例のように、発光点の配列領域の副走査方向の幅は１００μm程度以下にとどめることが望ましい。

図９には、本実施例における光走査装置１００Ａのポリゴンミラー３０９近傍の主走査断面の光路を示す。光源３０１として用いているＶＣＳＥＬの各発光点からの光ビームを、図８における、主走査方向（Ｙ軸方向）及び副走査方向（Ｚ軸方向）の発光部座標ともに最大のものをＬＢ１、主走査方向及び副走査方向発光部座標ともに最小のものをＬＢ４０とすると、各光ビームＬＢ１,ＬＢ４０の光路は図９に示されるようになる。

図９に示されるように、光源３０１から出射された複数の光ビームはすべて同じコリメートレンズ３０３に入射し、それぞれ略平行光としている。このとき、複数の光ビームは２次元的に配列されているのでコリメートレンズ３０９の軸外から入射する光ビームについては、主光線の角度がコリメートレンズ３０３へ入射前と出射後で変化する。これにより、それぞれの光ビームがポリゴンミラー３０９へ異なる角度で入射することになる。このとき光ビームＬＢ１と光ビームＬＢ４０の、回転角が３０度のポリゴンミラー３０９に対する主走査方向の入射角（図９中のθ１、θ４０）は、２９．８４度及び３０．１６度である。

それぞれの光ビームはポリゴンミラー３０９への入射角が異なるので、本第２の実施形態においてもポリゴンミラー３０９がある回転角のときの各光ビームが偏向されて被走査面上にて結像する位置が異なり、同時間において、ポリゴンミラーへの主走査方向入射角が小さい光ビームＬＢ１はポリゴンミラーへの主走査方向入射角が大きい光ビームＬＢ４０に比べて＋Ｙ側の像高を走査している。

本第２の実施形態では、ポリゴンミラー３０９は図７における反時計回りに回転し、被走査面を＋Ｙ方向に向かって走査する。ここで、ポリゴンミラー３０９への主走査方向入射角が大きい光ビームは、ポリゴンミラー３０９への主走査方向入射角が小さい光ビームに比べて遅れて被走査面を走査するので、以降これを後行走査光とする。また、ポリゴンミラー３０９への主走査方向入射角が小さい光ビームを先行走査光とする。

ポリゴンミラー３０９への入射角が異なることにより、それぞれの半導体レーザが、光学素子にけられずに露光できる幅（書込み幅）が異なってくる。なお、光走査装置１００Ａでは、光ビームＬＢ１による露光幅が基準位置Ｏに対して−１６０．１ｍｍから１６５．０ｍｍの間で、光ビーム４０による露光幅が−１６４．４ｍｍから１６１．５ｍｍの間となっている。

本第２の実施形態に係る光走査装置１００Ａでは、後行走査光の書込領域開始端側に配置したフォトディテクタから同期信号を得て、その時間からの所定のディレイ量を設定し、先行ビームの変調タイミングを決定している。これにより、光走査装置の小型化を図ることが可能となっている。

また、光走査装置１００Ａを図１０に示される画像形成装置に用いることで、複数色対応の画像形成装置１０００を実現することができる。この画像形成装置１０００は、複数の被走査面を走査露光することで複数色の画像を可視化し、該複数の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する装置である。

画像形成装置１０００では、光導電性の感光体１３０２ａ〜１３０２ｄは図１０中の矢印に示したように時計回りに等速回転する。感光体１３０２ａ〜１３０２ｄの表面は、帯電装置１３０５によって均一に帯電され、上述の画像形成装置２００と同様に感光体表面は、光走査装置１３０１によって走査される。この走査によって感光体１３０２ａ〜１３０２ｄに形成された静電潜像は、現像装置１３０３によってそれぞれトナー画像として可視化される。そして、それぞれのトナー画像は転写手段１３０６によって中間転写ベルト１３０８上に重ね合った状態で転写され、転写手段１３０９によってトナー像が用紙Ｓ上に定着されることでフルカラー画像が形成される。

なお、感光体１３０２ａ〜１３０２ｄの対応色は、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＫとすることができ、１３０２のａ〜ｄとの対応は自由に選択し最適化することが出来る。例えば、本実施例においては、ａｂｃｄの順にＹＭＣＫの色に対応させて構成している。走査品質の向上が難しい位置に対応する光走査装置や、調整などの工程を削減したい感光体に対応する光走査装置に対しては、明度の高低や視認性の高低に応じて、対応色を選択することが望ましい。

以上説明したように、光走査装置１００,１００Ａ及び画像形成装置２００,１０００によると、後行走査光で書込領域開始端の同期信号を得ることにより、各装置全体のサイズを大きくすることなく、画像形成を行うことが可能となる。

また、有効書込領域の両側で同期信号を得ることで、後行ビームで書込領域開始端側の同期信号を、先行ビームで書込領域終了端側の同期信号を得ることにより、光走査装置全体のサイズを大きくすることなく、経時的な倍率変動をリアルタイムで検知し、補正することができる。このような構成にすることにより、例えば温度変動のような経時的な誤差要因がある場合でも良好な画像を形成することができる。さらに、複数の発光点を有する複数の半導体レーザのそれぞれで同期信号を得る構成とすることが可能となり、この構成とすることにより、それぞれの半導体レーザ間の位置関係の個体ばらつきやメカ的な公差、また経時的位置変動などが生じる場合においても、より高精細な画像形成を行うことができる。

なお、上記各実施形態のカップリングレンズ及び線像形成レンズはそれぞれガラス製であっても、また低コスト化のために樹脂製であっても良い。樹脂製とした場合は温度変化による光学特性の劣化を低減するために、回折光学素子としてもよい。

また、上記各実施形態では、光ビームを偏向する手段としてポリゴンミラーを用いる例のみ示したが、例えば共振振動を行うマイクロミラーや、ガルバノミラーなどで代用した光走査装置としても良い。

なお、上記実施形態では、本発明の光走査装置がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。

本発明の第１の実施形態に係るプリンタ２００の概略構成を示す図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、光走査装置１００のレイアウト図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、フォトディテクタ１１６に入射する走査光を示す図である。 光源１０１,１０２の変形例を説明するための図（その１）である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、光源１０１,１０２の変形例を説明するための図（その２、その３）である。 光走査装置１００を用いたフルカラー画像形成装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置１００Ａのレイアウト図である。 図７における光源３０１を示す図である。 ポリゴンミラー３０９の偏向面へ入射する光ビームＬＢ１,ＬＢ４０の光路を示す図である。 フルカラー画像形成装置１０００を示す図である。 レンズ１０３,１０４,１０７の形状、肉厚Ｄ及び屈折率Ｎを説明するための図である。 レンズ１１１,１１２の肉厚Ｄ及び屈折率Ｎを説明するための図である。 第１走査レンズ１１１及び第２走査レンズ１１２の形状を説明するための図である。 コリメートレンズ３０３、シリンドリカルレンズ３０７の形状、肉厚Ｄ及び屈折率Ｎを説明するための図である。 走査結像レンズ３１１、３１２の形状、肉厚Ｄ及び屈折率Ｎを説明するための図である。 走査結像レンズ３１１、３１２の形状を説明するための図である。

符号の説明

１００,１００Ａ…光走査装置、１０１,１０２…光源、１００ａ…第１光学系、１００ｂ…第２光学系、１０３,１０４…カップリングレンズ、１０５,１０６…アパーチャ、１０７…シリンドリカルレンズ、１０８…反射ミラー、１０９…ポリゴンミラー、１１１…第１走査レンズ、１１２…第２走査レンズ、１１３Ａ,１１３Ｂ…折り返しミラー、１１６…フォトディテクタ、１１７…反射ミラー、１１８…光源駆動装置、２００…画像形成装置、２０１…感光ドラム、２０２…帯電チャージャ、２０４…トナーカートリッジ、２０５…クリーニングケース、２０６…給紙トレイ、２０７…給紙コロ、２０８…レジストローラ対、２０９…定着ローラ、２１０…排紙トレイ、２１１…転写チャージャ、２１２…排紙ローラ、２１３…用紙、２１５…ハウジング。

Claims (7)

1. 複数の光ビームを主走査方向へ偏向して、被走査面上の書込み領域を走査する光走査装置であって、
   前記書込み領域を走査する前の前記複数の光ビームを受光して、受光した前記光ビームに応じた信号を出力する第１センサと；
   前記書込み領域を走査した後の前記複数の光ビームを受光して、該受光した前記光ビームに応じた信号を出力する第２センサと；
   前記第１センサが前記複数の光ビームのうち、前記書込み領域から遠い側の光ビームを受光したときの信号に基づいて前記被走査面上の書込み開始タイミングを求め、前記第２センサが前記複数の光ビームのうち、前記書込み領域から遠い側の光ビームを受光したときの信号に基づいて前記被走査面上の書込み終了タイミングを求める制御装置と；を備える光走査装置。
2. 前記光ビームを射出する複数の発光点を有する光源を更に備える請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記複数の発光点は、前記主走査方向と所定の角度を成す第１方向と、前記主走査方向又は前記第１方向と直交する第２方向とに２次元的に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光源は、端面発光型レーザ及び端面発光型レーザアレイのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
5. 前記光源は、面発光型レーザ及び面発光型レーザアレイのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の光走査装置。
6. 画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置と；
   前記光走査装置により潜像が形成される感光体と；
   前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と；
   前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と；を備える画像形成装置。
7. 多色画像に関する情報から得られる各色ごとの潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に重ね合わせて定着させることにより、多色画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置と；
   前記光走査装置により各色に応じた潜像がそれぞれ形成される複数の感光体と；
   前記複数の感光体の被走査面にそれぞれに形成された潜像を顕像化する現像手段と；
   前記現像手段により顕像化された各色ごとのトナー像を前記記録媒体に重ね合わせて定着させる転写手段と；を備える画像形成装置。

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