JP4949633B2 - 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、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関する。

カールソン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潜像形成、現像、転写が行われる。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、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多色画像形成装置においては、各感光体ドラムの偏心や径のばらつきにより、１．潜像形成から転写までの時間、２．各色の感光体ドラム軸間の平行度にずれが生じ、また、３．転写体、例えば、転写ベルトや記録紙を搬送する搬送ベルトの速度変動や蛇行等によって、各トナー像の副走査方向のレジストずれやスキューが発生して、色ずれや色変わりとなって現われ、画像品質を劣化させる。

同様に、光走査装置においても、感光体ドラムに形成する静電潜像の書込み位置や各感光体を走査する走査線間の平行度を正確に合わせなければ、レジストずれやスキューが発生し色ずれや色変わりの要因となる。

一般に、光走査装置は、記録画像の画素データに基づいて所定の画素クロックで変調される半導体レーザを有する光源と、光源からの光ビームを放射状に偏向走査するポリゴンミラーと、走査された光ビームを感光体ドラム面上にスポット状に結像するとともに隣接する画素のスポット間隔が均等となるよう配列するfθ特性を有する走査光学系とからなるが、低コスト化と面形状の自由度の高さから走査光学系を構成する走査レンズは樹脂成形によるものが主流となっている。

従来、走査結像光学系に含まれる樹脂性結像素子の温度変化に起因する変形を抑制し、かつ、走査線曲がり等の補正を正確に行う手段として走査線曲がり、傾きを補正する走査線曲がり補正手段、走査線傾き補正手段を有し、剛性が高く熱変形が生じ難い支持部材で結像素子（走査レンズ）を挟持することにより副走査方向での走査レンズの母線の曲がりを強制的に抑え込んだ例がある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このように強制的に抑え込む方法では走査レンズに常に圧縮応力がかかっている状態となっているため、レンズ面が弾性変形したり内部組成に歪みを生じることで、被走査面でのビームスポットに影響を与えかねない。

また、走査レンズの傾きを光軸の近傍で回転させるため、主走査方向の略中央に固定支点を配置し両端の一方を浮かせた状態で走査レンズの支持部材を保持した場合、走査レンズが長尺となると、この浮かせた端部の振動の影響を受けやすくなってしまいバンディング等の濃度むらの要因となることが懸念される。

特開２００４−１０１９０６号公報

本発明は、光学素子が剛性の低い樹脂で成形されていても光学面を歪ませることなく、温度変動があっても焦線の真直度を安定的に保つことで、走査ラインの曲がり発生を抑える光走査装置、該光走査装置を用いることで色ずれや色変わり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課題とする。

本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
請求項１記載の発明では、光源手段と、この光源手段からの光ビームを走査する偏向手段と、この偏向手段により走査された光ビームを被走査面上に結像する結像手段とを有し、前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を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した光走査装置において、
前記光学素子はレンズ部を囲うように形成されたリブ部を有し、
前記光学素子よりも剛性が高く、前記リブ部を主走査方向における両端近傍で副走査方向に支持する一対の受け部を有する剛体部材と、
前記剛体部材に配備され、前記光学素子に、前記一対の受け部の中間位置で副走査方向に当接する可動部材と、
前記可動部材に前記リブ部が当接するよう前記リブ部の内側に係合して加圧する加圧手段と、を備え、前記光学素子を保持することとした。

請求項２記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、前記可動部材は、前記一対の受け部の主走査方向における対称軸に対して対称な複数箇所に配備されていることとした。

請求項３記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、前記剛体部材の主走査方向における少なくとも一端側に、前記光軸方向の位置決めを行う係合部を備えることとした。

請求項４記載の発明では、請求項１に記載の光走査装置において、前記剛体部材を板金により形成してなることとした。

請求項５記載の発明では、
請求項１に記載の光走査装置において、
前記回動の中心が、前記剛体部材に対し、前記光学素子を保持する面と同じ側となるよう、主走査方向における前記剛体部材の両端部を副走査方向で支持する支持手段を具備し、
前記支持手段が前記剛体部材の両端部を支持する円筒面を有し、該両端部を、前記光軸と平行な中心軸を有する前記円筒面に押圧する押圧手段を備えることとした。

請求項６記載の発明では、請求項５記載の光走査装置において、前記中心軸が前記光軸と略一致するよう、副走査方向における支持位置を合わせて、前記光学素子を前記剛体部材に保持することとした。

請求項７記載の発明では、請求項１または５または６の何れか１つに記載の光走査装置において、前記剛体部材の主走査方向における一端側に係合し、副走査方向に変位可能な係合部材を備え、この係合部材の変位により前記剛体部材が前記光軸と直交する面内で回動させられることとした。請求項８記載の発明では、請求項７記載の光走査装置において、前記係合部材は送りねじ部を備え、モータ軸あるいはモータ軸に連結した回転軸を前記送りねじ部に螺合して、前記係合部材を副走査方向に変位可能とした。

請求項９記載の発明では、複数の像担持体上に光走査装置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上に重ねて転写した後、シート状記録媒体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において、前記光走査装置として請求項１乃至８の何れかに記載のものを用いることとした。

請求項１０記載の発明では、請求項９記載の画像形成装置において、前記中間転写体に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、前記検出結果に基づいて前記光走査装置による走査線の傾きを調節することとした。

本発明では、光走査装置については、光学素子が剛性の低い樹脂で成形されていても光学面を歪ませることなく、温度変動があっても焦線の真直度を安定的に保つことができるので、走査ラインの曲がり発生を抑えることができ、画像形成装置については、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。

以下に、この発明の実施の形態を説明する。

［１］光走査装置および画像形成装置の全体構成
図１、図１３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へは、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）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、レジストローラ対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、本実施の形態では、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は光走査装置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（ここでは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により折り返し、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を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、各々、主走査方向にはポリゴンミラー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、各ビーム毎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、本実施形態では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、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。

もう一方の光走査ユニット９００Ｂも同様な構成で、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、光源手段（光源ユニット１０７〜１１０）と、これらの光源手段からの光ビーム（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、該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
図２には、トロイダルレンズの支持筐体の構成を示す。
トロイダルレンズ３０５（前記トロイダルレンズ１２２、１２３と同一）は、樹脂製でレンズ部を囲うように副走査方向上に間隔をおいてリブ部３０６ａ、３０６ｂが形成され、これら各リブ部の主走査方向（長手方向）の中央部にはそれぞれ位置決め用の突起３０７ａ、３０７ｂが設けられ、さらに、該中央部の両側にも位置決め用の突起３０９ａ、３０９ｂが形成されている。

トロイダルレンズを支持する剛体部材としての支持板３０１はトロイダルレンズ３０５よりも剛性が高い材料からなり、材質からなり板金でコの字状に形成されている。この支持板３０１の側部に設けた側部立曲げ部には、トロイダルレンズ３０５のリブ部に形成された突起３０７ｂ及び突起３０９ｂと係合する切欠３５７、３５９が形成されている。

これら切欠３５７、３５９に、該突起３０７ｂ、３０９ｂが係合され、かつ、リブ部３０６ｂの下面が支持板３０１の主走査方向両端近傍部で切り起こされた一対の立曲げ部３１０に突き当てられて位置決めされた上で、該立曲げ部３１０に対向する部位にて、コの字状をした一対の板ばね３０３によりトロイダルレンズ３０５の上面と支持板３０１の下面とが挟まれる態様で板ばねの弾性力で付勢されてトロイダルレンズ３０５が支持板３０１に支持されている。ここで、立曲げ部３１０はトロイダルレンズ３０５を主走査方向における両端近傍で副走査方向に支持する受け部であり、板ばね３０３の付勢力によりトロイダルレンズ３０５の下面が立曲げ部３１０に確実に当接して保持される。なお、板ばね３０３はトロイダルレンズ３０５を支持板３０１に重ね合わせた状態で外側よりはめ込まれ、下側端部を開口３１３から内側に出し開口３１４に挿入して固定されている。

支持板３０１には、一対の立曲げ部３１０の内側であって、トロイダルレンズ３０５の主走査方向での両端側および中間部の３箇所に対応する位置にねじ穴３１２が形成されていて、これら３つのねじ穴３１２にそれぞれ調節ねじ３０８が板ばね３０２の中央部に形成された穴３１９を貫通して螺合されている。３つの各板ばね３０２は図３（ｂ）にも示すように支持板３０１及びトロイダルレンズ３０５の外側よりはめ込んで曲げ部３１８の庇部をトロイダルレンズ３０５の下側のリブ部３０６ｂの内側に引っ掛け、また、曲げ部３１７の開口を突起３０７、３０９に係合させることで、板ばね３０２によって（１）調節ねじ３０８の先端に下側のリブ部３０６ｂの下面が当接し、（２）突起３０７ｂ、３０９ｂが切欠３５７、３５９に当接するように付勢する。

トロイダルレンズ３０５は長尺で、剛性が低いため、わずかな応力が加わるだけで変形(反り)を生じ易く、また、周囲温度の変化に伴って上下に温度分布があると熱膨張差によっても変形してしまうが、このようにトロイダルレンズよりも剛性の高い支持板に沿わせることで形状を安定的に保ち、後述する傾け調整の際に局部的に応力が加わってもトロイダルレンズを変形させることがない(母線の直線性を保持する)ようにしている。

また、光学素子（トロイダルレンズ３０５）よりも剛性が高く、該光学素子を主走査方向における両端近傍を副走査方向に支持する一対の受け部（立曲げ部３１０）を有する剛体部材（支持板３０１）と、該剛体部材に配備され、前記光学素子に、前記一対の受け部の中間位置で副走査方向に当接する可動部材（本例では３つの調節ねじ３０８）と、前記光学素子に係合され、前記可動部材に前記光学素子が当接するよう前記光学素子を加圧する加圧手段（板ばね３０２）と、を備え、光学素子を保持する構成としたことにより、これら調節ねじ３０８によるトロイダルレンズ３０５に対する当接度合いを調節可能であることから、光学素子が剛性の低い樹脂で形成されていても、光学面を歪ませることなく、温度変動があっても焦線の真直度を安定的に保つことができるので、走査線の曲がり発生を抑え、色ずれや色変わりのない高品位が画像形成を行うことができる。

また、この光走査装置をタンデム式多色カラー画像形成装置に用いた場合には、トナーパターン形成による補正頻度を低減できるので、プリントジョブの生産性低下を回避し、トナーの消費量を抑えることができる。

こうして、トロイダルレンズ３０５を装着した支持板３０１は、その側部立曲げ部の両端エッジ３２２、３２３を当該光走査装置が収容されるハウジングに設けられた支持手段３８０、３８１のそれぞれに形成された円筒面３２４、３２５に当接するように押圧手段としての板ばね３２６により押圧支持している。ここで、円筒面とういうのは、円筒若しくは円柱における曲面からなる周面に沿う凹形の周面の意味である。図３（ａ）にも示すように、板ばね３２６はその基端部に形成された取り付け穴３２６ａが光走査装置を収容するハウジングと一体に形成された取り付け用の取り付け軸３２９に挿通され座面に密着させて適宜の手段で固定されている。

支持板３０１の一端側、本実施の形態では図における左側の端部にはトロイダルレンズ３０５の光軸方向の位置決めを行うための係合部たる突起３２８が形成されていて、この突起３２８は支持手段３８０に形成された溝３２７（光軸方向に対向壁からなる）に係合され、もう一方の端部には切欠３２１が形成されている。

切欠３２１には可動筒３１６が装着されている。この装着態様は、可動筒３１６の外周に形成された溝３１６ａを切欠３２１の板厚部に係合させて装着されている。この可動筒１６には内部に送りねじ部（雌ネジ）が形成されていて、この送りねじ部には光走査装置を収容するハウジングに固定されたステッピングモータ３１５の回転軸先端に形成されたねじ３１５ａ（雄ねじ）が螺合されている。

これにより、ステッピングモータ３１５の駆動（回転）によって支持板３０１の一端側が副走査方向(トロイダルレンズ３０５の高さ方向)に変位することとなり、ステッピングモータ３１５の正逆回転に追従してトロイダルレンズ３０５は光軸と直交する面内で円筒面３２４、３２５に沿って回動調節でき、トロイダルレンズ３０５の母線が傾いて、トロイダルレンズの結像位置としての走査線が傾けられる。これにより、後述するように、スキュー検出手段によりスキューが検出された際にも補正が容易である。本実施の形態例では、基準となる例えば、第４の画像形成ステーションを除く他の画像形成ステーションのトロイダルレンズに回転支点端の方向を揃えて配備される。

トロイダルレンズの装着状態を光軸方向からみた図３（ａ）、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図３（ｂ）を参照しつつさらに説明する。
円筒面３２４、３２５は各々の中心軸が一致するように形成され、この中心軸を符号Ｏで示している。この中心軸Ｏは、トロイダルレンズ３０５の光軸ｅからみて少なくとも支持板３０１とは反対側に配置される。

この際、中心軸Ｏと光軸eとが一致するよう配置すれば、トロイダルレンズ３０５を光軸中心に回転できるので、トロイダルレンズ３０５を傾けた際の光学性能は最も良好となり、望ましい。

前記したようにトロイダルレンズ３０５は主走査方向両端部を側部立曲げ部の縁で支持され、中央を含む３点で調節ねじ３０８をトロイダルレンズ３０５の光軸ｅを通る中心軸に対して対称に配備し、調節ねじ３０８の突出し量が立曲げ部３１０高さに足りない場合には、トロイダルレンズの母線３６０が下側に凸となるよう反る。逆に調節ねじ３０８の突出し量が立曲げ部３１０の高さ（突出し量）を超えると上側に凸に反る。従って、これらの調節ねじ３０８の突き出し量を加減することによってトロイダルレンズの焦線が図示したような単純な2次曲線状によらずともＷ型、Ｍ型に代表される多次曲線状、あるいはSin波状に至るまで複雑な湾曲にも対応できる。

一般に、走査ラインの曲がりは光学系を構成する光学素子の配置誤差や成形収縮時の反り等に起因し、これをキャンセルする方向にトロイダルレンズ３０５を湾曲させることによって直線性を矯正する、あるいは、各走査ライン間の湾曲の方向と量を揃えることができ、熱変形が発生しにくい板金で形成された支持板に保持することで、温度変動があっても真直度を維持することができる。

本実施の形態では調節ねじ３０８を主走査方向に沿った３点に配備したが、少なくとも中央部を含む複数箇所に配備することによって同様な補正が可能となる。また、本実施の形態では、基準となる第４の画像形成ステーションを含めた全てのトロイダルレンズに配備され、製造時にその他の画像形成ステーションの走査線を基準となる走査線の曲がりの方向と量とに揃うように合わせており、この状態を保ったまま、上記した傾き調整が行えるようにしている。

本実施の形態では、光学素子（トロイダルレンズ３０５）よりも剛性が高く、該光学素子を副走査方向に当接して保持する剛体部材（支持板３０１）を備え、該剛体部材を光学素子（トロイダルレンズ３０５）の光軸ｅと直交する面内で回動可能に配備してなるとともに、前記光学素子の回動中心Ｏが、前記剛体部材に対し、前記光学素子を保持する面と同じ側となるよう、主走査方向における前記剛体部材の両端部（エッジ３２２、３２３）を副走査方向で支持する支持手段（３８０、３８１）を具備し、押圧手段（板ばね３２６）で押圧支持することとしたので、剛体部材（支持板３０１）をその両端部で確実に保持しつつ、該光学素子の光軸（光軸ｅ）を通る１点を中心に回転する構成が可能であり、振動等の外乱があっても走査線の位置が変動し難く、濃度むらのない高品位の画像形成が可能である。

本実施の形態では、可動部材（調節ねじ３０８）は、前記一対の受け部（立曲げ部３１０）の主走査方向における対称軸（副走査方向でトロイダルレンズ３０５の光軸ｅを通る軸）に対して対称な複数箇所に配備したので、主走査方向に沿った光学素子（トロイダルレンズ３０５）の焦線の形状が複雑であっても、走査線の真直度を良好に補正でき、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。

本実施の形態では、前記剛体部材（支持板３０１）の主走査方向における少なくとも一端側に、前記光軸ｅ方向の位置決めを行う係合部（突起３２８そしてこれと係合する溝３２７の組み合わせ、切欠３２１とこれに係合する可動筒３１６の組み合わせ）を備えることで、光軸ｅに直交する面内で前記剛体部材（支持板３０１）ひいては光学素子（トロイダルレンズ３０５）が回転する際に光軸方向にずれることがなく、同一面内で調整することができるので、調整によっても被走査面におけるビームスポットの結像性能を安定的に保つことができ、高品位な画像形成を行うことができる。

本実施の形態では、前記剛体部材（支持板３０１）を板金により形成してなるので、低コストで、かつ、打ち抜き端面で光学素子を確実に位置決めすることができ、被走査面におけるビームスポットの結像性能を安定的に保つことができ、高品位な画像形成を行うことができる。

本実施の形態では、前記支持手段３８０、３８１が前記剛体部材（支持板３０１）の両端部（エッジ３２２、３２３）を支持する円筒面３２４、３２５を有し、該両端部を、前記光軸ｅと平行な中心軸Ｏを有する前記円筒面３２４、３２５に押圧する押圧手段（板ばね３２６）を備えるので、常に同一の回転軸Ｏを中心に、かつ、光軸ｅに直交する面内で調整することができるので、調整によっても被走査面におけるビームスポットの結像性能を安定的に保つことができ、高品位な画像形成を行うことができる。

本実施の形態では、前記中心軸Ｏが前記光軸ｅと略一致するよう、副走査方向における支持位置を合わせて、前記光学素子（トロイダルレンズ３０５）を前記剛体部材（支持板３０１）に保持することで、光軸ｅを中心に回転調整することができるので、調整によっても光学素子（トロイダルレンズ３０５）に対する軸上での入射位置が変化せず、被走査面におけるビームスポットの結像性能をより良好に保つことができ、高品位な画像形成を行うことができる。

本実施の形態では、前記剛体部材（支持板３０１）の主走査方向における一端側に係合し、副走査方向に変位可能な係合部材（可動筒３１６）を備え、この係合部材の変位により前記剛体部材が前記光軸ｅと直交する面内で回動させられることから、該剛体部材に負荷をかけずに変位させることができ、該剛体部材の反りを抑え光学素子（トロイダルレンズ３０５）の焦線の真直度を維持することができる。

本実施の形態では、前記係合部材（可動筒３１６）は送りねじ部を備え、モータ軸あるいはモータ軸に連結した回転軸を前記送りねじ部に螺合して、前記係合部材を副走査方向に変位可能としたので、像担持体など感光体ドラムの交換等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を行うことができる。

［１］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。

本実施の形態では、基板１３８、１４０は同期検知センサとなし、この検出信号を基に各書き込み開始のタイミングをはかる。一方、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で走査速度の変化を検出し、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で、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４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、本実施の形態では、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とで、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のいずれにも配置すれば、各端の副走査位置ずれの差、つまり走査線の傾きが検出できる。

図５は、光源ユニットの斜視図を示す。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、５１１５１０、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、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。

各々の射出光の光軸は射出軸に対して互いに交差する方向となるよう傾けられ、本実施の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で光源ユニット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を調整することで、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６に基づいて書込制御回路の動作について説明する。まず、画素クロック生成部４０１であるが、カウンタ４０３では、高周波クロック生成部回路４０２で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路４０４ではこのカウント値と、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、カウント値が上記設定値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、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０からカウントを行なうことで、連続的なパルス列が形成できる。

こうして、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。本実施の形態では、画素クロックＰＣＬＫは、高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、１／８クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。

図７は、１／８クロックだけ位相を遅らせた例を示している。
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。

こうして生成された画素クロックＰＣＬＫは、図６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、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で補正を行う。

次に、図８に示すように主走査領域をａ〜ｈの複数の区間に分割し、分割区間毎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如く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のと同様に補正される。

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）はその積分値で表される。

Ｍ（ｘ）＝∫Ｌ（ｘ）ｄｘ
分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれが０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) 但し、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。上記実施例では、σは１／８画素となる。
従って、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てやればよい。

図９は、本実施の形態において、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で、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なわれている。

補正制御は、例えば、装置の立ち上げ時やジョブ間等のタイミングで行ない、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がかけられる。

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、本実施の形態では、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１０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１０の紙面上での上下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した本発明にかかる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等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、昨今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、各光走査装置毎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で、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、上記したようにフォトダイオード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、上記したように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上記位相データで伸び縮みを調節する。
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て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で、ジョブ中においてもわざわざ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１１に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す。
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とるため、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。

いま、この回転角を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 、nは非平行平板の屈折率
で与えられ、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。
本実施の形態では、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。従って、光走査装置間の書き出しタイミングさえ揃えてやれば、４色のレジストが合せられる。

図１２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。
本実施の形態では、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毎に、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で、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で検出され、各面毎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。従って、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れば、周波数が等しくなるので位相制御が容易になる。

通常、ホール素子７０５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。

本実施の形態では、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を基準としたもう一方の同期検知信号の位相差を加算器に入力することで、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。

本実施の形態では、この際の回転位相tを以下のように設定している。
上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 ここで、ｋはｔを最小とする整数
常に、この条件を満たすように制御することにより、各光走査ユニット間のレジストずれｄは、1ライン以下まで良好に補正できる。
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や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。

図１は光走査装置の概略斜視図である。 トロイダルレンズとこれを支持する支持板などを示した斜視図である。 図３（ａ）はトロイダルレンズ及びこれを支持する支持手段の部分断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ―Ａ断面図である。 光検知センサの配置構成を説明した図である。 光源ユニットの分解斜視図である。 制御ブロック図である。 １／８クロック位相を遅らせたタイミングチャートである。 走査方向に沿った部分的な倍率誤差の歪みを補正する方法を示した図である。 ビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。 検出手段で読み取るトナー像の検出パターンを示した図である。 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である。 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。 カラー画像形成装置の全体概略構成図である。

符号の説明

１２２、１２３、３０５ （光学素子としての）トロイダルレンズ
３０２ （加圧手段としての）板ばね
３０８ （可動部材としての）調節ねじ
３１０ （受け部としての）立曲げ部
３８０、３８１ 支持手段

Claims (10)

1. 光源手段と、この光源手段からの光ビームを走査する偏向手段と、この偏向手段により走査された光ビームを被走査面上に結像する結像手段とを有し、前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を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した光走査装置において、
   前記光学素子はレンズ部を囲うように形成されたリブ部を有し、
   前記光学素子よりも剛性が高く、前記リブ部を主走査方向における両端近傍で副走査方向に支持する一対の受け部を有する剛体部材と、
   前記剛体部材に配備され、前記光学素子に、前記一対の受け部の中間位置で副走査方向に当接する可動部材と、
   前記可動部材に前記リブ部が当接するよう前記リブ部の内側に係合して加圧する加圧手段と、を備え、前記光学素子を保持することを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記可動部材は、前記一対の受け部の主走査方向における対称軸に対して対称な複数箇所に配備されていることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記剛体部材の主走査方向における少なくとも一端側に、前記光軸方向の位置決めを行う係合部を備えることを特微とする光走査装置。
4. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記剛体部材を板金により形成してなることを特微とする光走査装置。
5. 請求項１に記載の光走査装置において、
   前記回動の中心が、前記剛体部材に対し、前記光学素子を保持する面と同じ側となるよう、主走査方向における前記剛体部材の両端部を副走査方向で支持する支持手段を具備し、
   前記支持手段が前記剛体部材の両端部を支持する円筒面を有し、該両端部を、前記光軸と平行な中心軸を有する前記円筒面に押圧する押圧手段を備えること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、
   前記中心軸が前記光軸と略一致するよう、副走査方向における支持位置を合わせて、前記光学素子を前記剛体部材に保持することを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１または５または６の何れか１つに記載の光走査装置において、
   前記剛体部材の主走査方向における一端側に係合し、副走査方向に変位可能な係合部材を備え、この係合部材の変位により前記剛体部材が前記光軸と直交する面内で回動させられることを特微とする光走査装置。
8. 請求項７記載の光走査装置において、
   前記係合部材は送りねじ部を備え、モータ軸あるいはモータ軸に連結した回転軸を前記送りねじ部に螺合して、前記係合部材を副走査方向に変位可能としたことを特徴とする光走査装置。
9. 複数の像担持体上に光走査装置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上に重ねて転写した後、シート状記録媒体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において、
   前記光走査装置が、請求項１乃至８の何れかに記載のものであることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９記載の画像形成装置において、
    前記中間転写体に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、前記検出結果に基づいて前記光走査装置による走査線の傾きを調節することを特徴とする画像形成装置。

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