JP4989376B2 - 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、複数の光ビームを用いて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。

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は、例えば、回転する感光ドラムの表面を、光ビームで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。

そこで、最近では、複数の発光部がモノリシックに２次元配置された、例えば面発光型レーザアレイ（VCSEL: vertical cavity surface emitting laser）などの光源を備え、この光源から射出される複数の光ビームで、被走査面上の複数の走査ラインを同時に走査することが可能な画像形成装置が提案されている

この種の画像形成装置に用いられる面発光型の光源では、活性層に垂直かつ一方向に光ビームが射出されるため、被走査面に到達する光ビーム（以下、走査光という）の光量をモニタする場合には、例えば、ハーフミラーを用いて光ビームの一部を分岐し、これを光検出器によって検出することで、間接的に走査光の光量をモニタしている（例えば特許文献１参照）。

特許第２９０８６５２号公報

しかしながら、ハーフミラーを使用すると、光ビームの中央部分の光ビーム（主光線を含む光ビーム）もその一部が分岐されしまうため、被走査面に到達する光ビームの光量が低下してしまうという不都合がある。

また、本発明の第１の目的は、光ビームの利用効率の向上を図ることにより、精度よく被走査面を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、精度よく画像を形成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、複数の光ビームを用いて被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、複数の発光部が２次元配列された光源と；前記発光部からそれぞれ射出される光ビームの光路上に、前記光ビームの主光線に対して傾斜して配置され、入射する前記光ビームのうち、主光線を含む一部の光ビームが通過する通過部と、前記通過部を通過しない光ビームを反射する反射面とを有する分岐光学素子と；前記通過部を通過した複数の光ビームをカップリングするカップリング素子と；前記反射面で反射された光ビームを受光する受光素子と；前記カップリング素子を介した複数の光ビームそれぞれの断面形状を整形する開口部を有するアパーチャ部材と；前記アパーチャ部材によって断面形状が整形された複数の光ビームをそれぞれ偏向する偏向器と；前記偏向された前記複数の光ビームを被走査面上にそれぞれ結像する走査光学系と；を備え、前記通過部は、通過した前記光ビームの断面形状が前記主走査方向及びこれに直交する副走査方向に関して対称となるように形成されていることを特徴とする光走査装置である。なお、主光線とは、発光部から射出される発散光のうち、発光部が２次元配列される面に垂直な光線をいうものとする。

これによれば、結果的に光ビームの利用効率の向上を図ることが可能となる。

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、本発明の光走査装置によって形成された潜像に基づいて、最終的な画像が形成される。したがって、記録媒体上に精度よく画像を形成す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；前記複数の感光体の被走査面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、本発明の光走査装置によって形成された潜像に基づいて、最終的な多色画像が形成される。したがって、記録媒体上に精度よく画像を形成することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置５００の概略構成を示す図である。

画像形成装置５００は、例えば、黒、イエロー、マゼンダ、シアンのトナー像を普通紙（用紙）上に重ね合わせて転写することにより、多色画像を印刷するタンデム方式のカラープリンタである。この画像形成装置５００は、図１に示されるように、光走査装置１００、４本の感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、転写ベルト４０、給紙トレイ６０、給紙コロ５４、第１レジストローラ５６、第２レジストローラ５２、定着ローラ５０、排紙ローラ５８、上記各部を統括的に制御する不図示の制御装置、及び上記構成部品を収容するほぼ直方体状のハウジング５０１などを備えている。

ハウジング５０１には、上面に印刷が終了した用紙が排出される排紙トレイ５０１ａが形成され、その排紙トレイ５０１ａの下方に光走査装置１００が配置されている。

光走査装置１００は、感光ドラム３０Ａに対しては、上位装置（パソコン等）から供給された画像情報に基づいて変調された黒色画像成分の光ビームを走査し、感光ドラム３０Ｂに対してはシアン画像成分の光ビームを走査し、感光ドラム３０Ｃに対してはマゼンダ画像成分の光ビームを走査し、感光ドラム３０Ｄに対してはイエロー画像成分の光ビームを走査する。なお、光走査装置１００の構成については後述する。

４本の感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ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Ｘ軸方向に沿って等間隔に配置されている。

感光ドラム３０Ａは、ハウジング５０１内部の−Ｘ側端部に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）に回転されるようになっている。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３２Ａが配置され、２時の位置にトナーカートリッジ３３Ａが配置され、１０時の位置にクリーニングケース３１Ａが配置されている。

帯電チャージャ３２Ａは、長手方向をＹ軸方向として、感光ドラム３０Ａ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３０Ａの表面を所定の電圧で帯電させる。

トナーカートリッジ３３Ａは、黒色画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム３０Ａ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３０Ａの表面に供給する。

クリーニングケース３１Ａ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３０Ａの表面に接するように配置されている。感光ドラム３０Ａの表面に吸着されたトナーは、感光ドラム３０Ａ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３１Ａの内部に回収される。

感光ドラム３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、感光ドラム３０Ａと同等の構成を有し、感光ドラム３０Ａの＋Ｘ側に所定間隔隔てて順番に配置されている。そして、その周囲には、前述の感光ドラム３０Ａと同様の位置関係で、帯電チャージャ３２Ｂ,３２Ｃ,３２Ｄ、トナーカートリッジ３３Ｂ,３３Ｃ,３３Ｄ及びクリーニングケース３１Ｂ,３１Ｃ,３１Ｄがそれぞれ配置されている。

帯電チャージャ３２Ｂ〜３２Ｄは、前述した帯電チャージャ３２Ａと同様に構成され、感光ドラム３０Ｂ〜３０Ｄの表面を所定の電圧で帯電させる。

トナーカートリッジ３３Ｂ〜３３Ｄは、それぞれシアン、マゼンダ、イエロー画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム３０Ｂ〜３０Ｄ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３０Ｂ〜３０Ｄの表面にそれぞれ供給する。

クリーニングケース３１Ｂ〜３１Ｄは、クリーニングケース３１Ａと同様に構成され、同様に機能する。

以下、感光ドラム３０Ａ、帯電チャージャ３２Ａ、トナーカートリッジ３３Ａ及びクリーニングケース３１Ａを合わせて第１ステーションと呼び、感光ドラム３０Ｂ、帯電チャージャ３２Ｂ、トナーカートリッジ３３Ｂ及びクリーニングケース３１Ｂを合わせて第２ステーションと呼び、感光ドラム３０Ｃ、帯電チャージャ３２Ｃ、トナーカートリッジ３３Ｃ及びクリーニングケース３１Ｃを合わせて第３ステーションと呼び、感光ドラム３０Ｄ、帯電チャージャ３２Ｄ、トナーカートリッジ３３Ｄ及びクリーニングケース３１Ｄを合わせて第４ステーションと呼ぶものとする。

転写ベルト４０は、無端環状の部材で、感光ドラム３０Ａ,３０Ｄの下方にそれぞれ配置された従動ローラ４０ａ,４０ｃと、これらの従動ローラ４０ａ,４０ｃより少し低い位置に配置された駆動ローラ４０ｂに、上端面が感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄそれぞれの下端面に接するように巻回されている。そして、駆動ローラ４０ｂが図１における反時計回りに回転することにより、反時計回り（図１の矢印に示される方向）に回転される。また、転写ベルト４０の＋Ｘ側端部近傍には、上述した帯電チャージャ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄとは逆極性の電圧が印加された転写チャージャ４８が配置されている。

給紙トレイ６０は、転写ベルト４０の下方に配置されている。この給紙トレイ６０は略直方体状のトレイであり、内部に印刷対象としての複数枚の用紙６１が積み重ねられて収納されている。そして、給紙トレイ６０の上面の＋Ｘ側端部近傍には矩形状の給紙口が形成されている。

給紙コロ５４は、給紙トレイ６０から用紙６１を一枚ずつ取り出し、一対の回転ローラから構成される第１レジストローラ５６を介して、転写ベルト４０と転写チャージャ４８によって形成される隙間に導出する。

定着ローラ５０は、一対の回転ローラから構成され、用紙６１を過熱するとともに加圧し、第２レジストローラ５２を介して、排紙ローラ５８へ導出する。

排紙ローラ５８は、一対の回転ローラから構成され、導出された用紙６１を排紙トレイ５０１ａに順次スタックする。

次に、光走査装置１００の構成について説明する。図２は光走査装置１００を示す斜視図であり、図３は光走査装置１００を示す側面図である。図２及び図３を総合して見るとわかるように、光走査装置１００は、ポリゴンミラー１０４、ポリゴンミラー１０４の−Ｘ方向に順次配置されたｆθレンズ１０５、反射ミラー１０６Ｂ及び反射ミラー１０６Ａ、ｆθレンズ１０５の下方に配置された反射ミラー１０８Ｂ、この反射ミラー１０８Ｂの−Ｘ方向に順次配置されたトロイダルレンズ１０７Ｂ、反射ミラー１０８Ａ、トロイダルレンズ１０７Ａ、ならびに、ポリゴンミラー１０４の＋Ｘ方向に配置されたｆθレンズ３０５、反射ミラー３０６Ｃ及び反射ミラー３０６Ｄ、ｆθレンズ３０５の下方に配置された反射ミラー３０８Ｃ、この反射ミラー３０８Ｃの＋Ｘ方向に順次配置されたトロイダルレンズ３０７Ｃ、反射ミラー３０８Ｄ、トロイダルレンズ３０７Ｄを備える走査光学系と、感光ドラム３０Ａ,３０Ｂを走査する光ビームをポリゴンミラー１０４へ入射させる入射光学系２００Ａと、感光ドラム３０Ｃ,３０Ｄを走査する光ビームをポリゴンミラー１０４へ入射させる入射光学系２００Ｂの２つの入射光学系とを備えている。

前記入射光学系２００Ａ，２００Ｂは、Ｘ軸に対して１２０度又は６０度を成す方向から、ポリゴンミラー１０４の偏向面に光ビームを入射させる光学系であり、図２の入射光学系２００Ｂに代表的に示されるように、光源装置７０、この光源装置７０から射出される光ビームの経路に沿って順に配置された、アパーチャ部材２０１、光束分割プリズム２０２、一組の液晶素子２０３Ａ，２０３Ｂ、一組のシリンダレンズ２０４Ａ，２０４Ｂを備えている。ここで、説明の便宜上、Ｚ軸を中心にＸＹ座標を角度３０度回転することにより定まるｘｙｚ座標系を定義し、以下、適宜この座標系を用いた説明を行う。

図４（Ａ）は、光源装置７０を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は光源装置７０の展開斜視図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を総合して見るとわかるように、光源装置７０は、光源１０と受光素子１８とが実装された基板７６と、導光光学系２０を保持する第１ホルダ７４と、カップリングレンズ１１を保持する第２ホルダ７２とを有している。

前記基板７６は、長手方向をｘ軸方向とする基板であり、例えば、その表裏面には前記光源１０を駆動する駆動回路、及び前記受光素子１８から出力される信号をモニタするモニタ回路などが形成され、−ｙ側の面に光源１０と受光素子１８とが実装されている。

前記光源１０は、複数のＶＣＳＥＬが２次元配置された面発光型の半導体レーザアレイである。図５に示されるように、光源１０の発光面（−ｙ側の面）には、発散光を−ｙ方向へ射出する３２個のＶＣＳＥＬが、ｘ軸と角度θ１をなす直線Ｌ１と平行な方向を行方向とし、ｚ軸と平行な方向を列方向とする４行８列のマトリクス状に配置されている。本実施形態では、一例としてＶＣＳＥＬの副走査方向の間隔Ｄｚは１８．４μｍで、主走査方向の間隔Ｄｘは３０μｍとなっており、各ＶＣＳＥＬのｚ軸方向（副走査方向）に関し隣り合う発光源の間隔ｄｚは２．３μｍ（＝Ｄｚ／８）となっている。

前記受光素子１８は、光源１０の＋ｘ側に配置され、入射する光ビームの強度に応じた信号（光電変換信号）を出力する。

前記第１ホルダ７４は、＋ｙ側及び−ｙ側が開放された枠状の部材であり、内部には導光光学系２０が収容されている。

図６は、光源装置７０を、第１ホルダ７４と第２ホルダ７２とを省略して示す図である。図６に示されるように、前記導光光学系２０は、第１ホルダ７４に不図示の支持部材を介して保持される、分岐光学素子２１、集光レンズ２２、及び反射ミラー２３を有している。

前記分岐光学素子２１は、光源１０の−ｙ側に配置された台形状の反射ミラーである。この分岐光学素子２１は、光源１０に対向する面が反射面となっており、中央部には開口２１ａが形成されている。図７は、前記分岐光学素子２１の平面図である。図７に示されるように、分岐光学素子２１は、その外形が、−ｘ側の辺を短辺とし、＋ｘ側の辺を長辺とする台形となっており、前記開口２１ａは、分岐光学素子２１の外形に相似する台形となるように整形されている。そして、図８の斜視図に示されるように、光源１０の−ｙ側に、Ｚ軸に平行な軸回りに４５度程度回動された状態で配置されている。

図８に示されるように、光源１０から射出された光ビームＬＢは、分岐光学素子２１に入射すると、分岐光学素子２１の開口２１ａを通過して−ｙ方向へ進行する光ビームＬＢ１と、分岐光学素子２１に反射されて＋ｘ方向へ進行する光ビームＬＢ２との２つの光ビームに分岐される。分岐光学素子２１は、上述したように配置されることで、短辺から光源１０までの距離が、長辺から光源１０までの距離よりも小さくなった状態となっている。そのため、分岐光学素子２１の開口２１ａを通過した光ビームＬＢ１のｚｘ断面Ａ１の形状は、長手方向をｘ軸方向とする長方形状となり、分岐光学素子２１で反射された光ビームＬＢ２のｚｙ断面Ａ２の形状は、ｙ軸方向を長手方向とする長方形枠状となる。

図６に戻り、前記集光レンズ２２は、正のパワーを有するレンズであり、分岐光学素子２１によって、＋ｘ方向へ反射された光ビームＬＢ２を、反射ミラー２３を介して受光素子１８の受光面へ集光する。

前記第２ホルダ７２は、例えば図４（Ｂ）に示されるように、中央に円形開口７２ｂが形成された板状の本体部と、本体部の−ｙ側の面に円形開口７２ｂを囲むように形成された環状凸部７２ａと、環状凸部７２ａの下方から−ｙ方向に延設されたレンズ支持部７２ｃの３部分を有している。そして、前記レンズ支持部７２ｃの上面には、断面Ｖ字状の溝がｙ軸に沿って形成され、前記カップリングレンズ１１は、この溝によってｘ軸方向及びｚ軸方向の位置が規定された状態で保持されている。

前記カップリングレンズ１１は、屈折率が１．５程度のレンズであり、光源１０から射出された光ビームをカップリングする。

上述した基板７６、第１ホルダ７４、及び第２ホルダ７２は、基板７６の−ｙ側の面の周縁部と、第１ホルダ７４の＋ｙ側端が接続され、第１ホルダ７４の−ｙ側端と、第２ホルダ７２の＋ｙ側の面が接続されることで一体化されている。

図２に戻り、前記アパーチャ部材２０１は、一例としてｘ軸方向（主走査方向）を長手方向とする矩形状の開口を有し、該開口中心が、光源装置７０に含まれるカップリングレンズ１１（例えば図４（Ａ）参照）の焦点位置又はその近傍に位置するように配置されている。

前記光束分割プリズム２０２は、分岐光学素子２１の開口２１ａを通過した光ビームＬＢ１を、上下方向（副走査方向）に所定距離隔てた２本の光ビームに分割する。

前記液晶素子２０３Ａ，２０３Ｂは、光束分割プリズム２０２に２分割された光ビームそれぞれに対応するように上下に隣接して配置され、制御装置（不図示）からの電圧信号に応じて光ビームを副走査方向へ偏向する。

前記シリンダレンズ２０４Ａ，２０４Ｂは、光束分割プリズム２０２に２分割された光ビームそれぞれに対応して上下に隣接して配置され、入射した光ビームそれぞれをポリゴンミラー１０４へ集光する。なお、このシリンダレンズ２０４Ａ，２０４Ｂは少なくとも副走査方向に正の曲率を有し、後述するトロイダルレンズ１０７Ａ〜１０７Ｄとによって、ポリゴンミラー１０４での偏向点と感光ドラム３０Ａ〜３０Ｄの表面上とを副走査方向に共役関係とする面倒れ補正光学系をなしている。

前記ポリゴンミラー１０４は、側面に光ビームの偏向面が形成された１組の正４角柱状部材からなり、それぞれの部材は相互に４５度位相がずれた状態で上下方向に隣接して配置されている。そして、不図示の回転機構により、図２に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。これにより、入射光学系２００Ａ，又は入射光学系２００Ｂの光束分割プリズム２０２で２つに分割され、ポリゴンミラー１０４の偏向面にそれぞれ集光された２本の光ビームは、位相の異なる偏向面でそれぞれ偏向されることで、感光ドラム上に交互に入射する。

前記ｆθレンズ１０５、３０５は、光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１０４により、一定の角速度で偏向される光ビームの像面をＹ軸に対して等速移動させる。

前記反射ミラー１０６Ａ、１０６Ｂ、３０６Ｃ、３０６Ｄは、長手方向をＹ軸方向として配置され、ｆθレンズ１０５，３０５を経由した光ビームを折り返し、トロイダルレンズ１０７Ａ、１０７Ｂ、３０７Ｃ、３０７Ｄそれぞれに入射させる。

前記トロイダルレンズ１０７Ａ,１０７Ｂ,３０７Ｃ,３０７Ｄは、長手方向をＹ軸方向として配置され、反射ミラー１０６Ａ,１０６Ｂ,３０６Ｃ,３０６Ｄによりそれぞれ折り返された光ビームを、Ｙ軸方向を長手方向として配置された反射ミラー１０８Ａ,１０８Ｂ,３０８Ｃ,３０８Ｄを介して、感光ドラム３０Ａ,３０Ｂ,３０Ｃ,３０Ｄの表面にそれぞれ結像する。

トロイダルレンズ１０７Ａ，１０７Ｂの＋Ｙ側（光ビームの入射側）端部近傍にはそれぞれ光検出センサ１４１Ａ，１４１Ｂが配置され、トロイダルレンズ３０７Ｃ，３０７Ｄの−Ｙ側（光ビームの入射側）端部近傍にはそれぞれ光検出センサ１４１Ｃ，１４１Ｄが配置されている。また、トロイダルレンズ１０７Ａ，１０７Ｂの−Ｙ側端部近傍にはそれぞれ光検出センサ１４２Ａ，１４２Ｂが配置され、トロイダルレンズ３０７Ｃ，３０７Ｄの＋Ｙ側端部近傍にはそれぞれ光検出センサ１４２Ｃ，１４２Ｄが配置されている。上記光検出センサ１４１Ａ〜１４１Ｄ、１４２Ａ〜１４２Ｄは、例えば、光ビームが入射している間にオンとなり、それ以外にはオフとなる信号を出力する。

次に、上述のように構成された光走査装置１００を備える画像形成装置５００の動作について説明する。上位装置などから画像情報が供給されると、入射光学系２００Ａの光源装置７０から射出された光ビームＬＢ１は、アパーチャ部材２０１でビーム形状が整形された後、光束分割プリズム２０２によって上下方向に２分割される。分割された光ビームそれぞれは、液晶素子２０３Ａ，２０３Ｂを透過することで副走査方向の位置補正がなされた後、シリンダレンズ２０４Ａ，２０４Ｂによりポリゴンミラー１０４の偏向面に集光される。そして、ポリゴンミラー１０４で偏向された光ビームは、ｆθレンズ１０５へ入射する。

ｆθレンズ１０５へ入射した上方の光ビームは、反射ミラー１０６Ｂで反射されトロイダルレンズ１０７Ｂへ入射する。そして、トロイダルレンズ１０７Ｂにより、反射ミラー１０８Ｂを介して感光ドラム３０Ｂの表面に集光される。また、ｆθレンズ１０５へ入射した下方の光ビームは、反射ミラー１０６Ａで反射されトロイダルレンズ１０７Ａへ入射する。そして、トロイダルレンズ１０７Ａにより、反射ミラー１０８Ａを介して感光ドラム３０Ａの表面に集光される。なお、ポリゴンミラー１０４は上述したように上下の偏向面間に４５度の位相差がある。したがって、上方の光ビームによる感光ドラム３０Ｂの走査と、下方の光ビームによる感光ドラム３０Ａの走査は、光検出センサ１４１Ａ，１４１Ｂ，１４２Ａ，１４２Ｂからそれぞれ出力される信号に基づいて、−Ｙ方向へ向かって交互に行われることとなる。

一方、入射光学系２００Ｂの光源装置７０から射出された光ビームＬＢ１は、アパーチャ部材２０１でビーム形状が整形された後、光束分割プリズム２０２によって上下方向に２分割される。分割された光ビームそれぞれは、液晶素子２０３Ａ，２０３Ｂを透過することで副走査方向の位置補正がなされた後、シリンダレンズ２０４Ａ，２０４Ｂよりポリゴンミラー１０４の偏向面に集光される。そして、ポリゴンミラー１０４で偏向された光ビームは、ｆθレンズ３０５へ入射する。

ｆθレンズ３０５へ入射した上方の光ビームは、反射ミラー３０６Ｃで反射されトロイダルレンズ３０７Ｃへ入射する。そして、トロイダルレンズ３０７Ｃにより、反射ミラー３０８Ｃを介して感光ドラム３０Ｃの表面に集光される。また、ｆθレンズ３０５へ入射した下方の光ビームは、反射ミラー３０６Ｄで反射されトロイダルレンズ３０７Ｄへ入射する。そして、トロイダルレンズ３０７Ｄにより、反射ミラー３０８Ｄを介して感光ドラム３０Ｄの表面に集光される。なお、ポリゴンミラー１０４は上述したように上下の偏向面間に４５度の位相差がある。したがって、上方の光ビームによる感光ドラム３０Ｃの走査と、下方の光ビームによる感光ドラム３０Ｄの走査は、光検出センサ１４１Ｃ，１４１Ｄ，１４２Ｃ，１４２Ｄからそれぞれ出力される信号に基づいて、＋Ｙ方向へ向かって交互に行われることとなる。

また、光源装置７０では、図６に示されるように、光源１０から射出され、分岐光学素子２１の反射面で反射された光ビームＬＢ２は、集光レンズ２２によって受光素子１８へ入射される。光源装置７０では、光ビームＬＢ２が受光素子１８へ入射したときに出力される信号が常時モニタされ、光源１０から射出される光ビームＬＢの光量制御が行なわれる。

具体的には、光ビームＬＢ１がポリゴンミラー１０４の偏向面で偏向された後、感光ドラムの書き込み領域へ至るまでの間に、光ビームＬＢ２は、受光素子１８によって受光される。光源装置７０では、この光ビームＬＢ２を受光することで受光素子１８から出力される光電変換信号に基づいて光源１０から射出される光ビームＬＢの強度を検出し、光源１０から射出される光ビームＬＢの強度が、予め設定された強度となるように、各ＶＣＳＥＬへ供給する注入電力の値のセット（決定）を行う。これにより、分岐光学素子２１の開口２１ａを通過した光ビームＬＢ１は、予め設定された強度に調整された状態で感光ドラム３０Ａ〜３０Ｄの書き込み領域に入射する。なお、上述の注入電力の値は、書き込み領域の走査が終了すると一旦リセットされ、次回の書き込み領域の走査前に再度セットされる。すなわち、書き込み領域の走査ごとに、各ＶＣＳＥＬの出力調整が行われる。

一方、感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄそれぞれの表面の感光層は、帯電チャージャ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄにより所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、上述したように、感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄがそれぞれ走査されると、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、その部分では電位がほぼ零となる。したがって、図１の矢印の方向にそれぞれ回転している感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄが、画像情報に基づいて変調された光ビームによって走査されるとことにより、それぞれの感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの表面には、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３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄそれぞれの表面に静電潜像が形成されると、図１に示されるトナーカートリッジ３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄの現像ローラにより、感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ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３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄそれぞれの現像ローラは感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄと逆極性の電圧により帯電されているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄと同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ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３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ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。

上述のように画像情報に基づいて第１ステーション、第２ステーション、第３ステーション、及び第４ステーションで形成されたそれぞれのトナー像は、転写ベルト４０の表面に重ねあわされた状態で転写され、給紙トレイ６０から取り出された用紙６１の表面に、転写チャージャ４８によって転写され、定着ローラ５０により定着される。そして、このように画像が形成された用紙６１は、排紙ローラ５８により排紙され、順次排紙トレイ５０１ａにスタックされる。

以上説明したように、本実施形態にかかる光源装置７０では、図８を参酌するとわかるように、分岐光学素子２１に入射する光ビームＬＢのうち、主光線を含む光ビームＬＢ１は、分岐光学素子２１に形成された開口２１ａを通過して、カップリングレンズ１１へ入射し、光ビームＬＢ２が光分岐素子２１に形成された反射面で反射され、受光素子１８によって受光される。したがって、受光素子１８によって受光された主光線を含まない光ビームＬＢ２を用いて、光源１０から射出される光ビームＬＢの光量をモニタすることが可能となる。

また、分岐光学素子２１は、光源１０に対して傾斜して配置され、分岐光学素子２１に形成された開口２１ａは、光源１０に近い位置から、光源１０に遠い位置にかけて広がっている。このため、分岐光学素子２１に形成された開口２１ａを通過した光ビームＬＢ１の断面形状は、ほぼ長方形又は正方形となる。したがって、光ビームＬＢ１がアパーチャ部材２０１を通過する際に生じる光量ロスを低減することが可能となる。

なお、光ビームＬＢ１の断面Ａ１の形状としては、ｘ軸及びｚ軸の両方に対称な形状であればよく、分岐光学素子２１の開口２１ａの形状を、光ビームＬＢ１の断面形状が例えば、楕円形、長円、小判型等になるように形成してもよい。

以下、分岐光学素子２１の実施例について説明する。

図９は、＋ｚ側から見た開口２１ａと、光源１０の中心から射出された光ビームＬＢ１の断面Ａ１を中心に、−ｙ側から見た開口２１ａと断面Ａ１、−ｘ側から見た開口２１ａと断面Ａ１を示す図である。

開口２１ａの形状として、ｘ軸から角度θ傾いた直線に沿う方向の寸法をＢ１２（＝Ｂ１＋Ｂ２）、ｚ軸に平行な短辺の寸法を２×Ｈ１、長辺の寸法を２×Ｈ２とし、ｚｘ面に対する傾きをθ、光源１０の発光面中心からの距離をＬ、光源１０から射出される光ビームのｘｙ断面における発散角を２×α、ｚｙ断面における発散角を２×βとすると、光ビームＬＢ１の断面Ａ１の、ｘ方向の寸法を２×Ｂ、ｚ方向の寸法を２×Ｈとするためには、上記寸法、距離、角度の関係が以下の式で示される条件を満たしていればよい。

Ｈ１＝Ｌ×ｔａｎβ／（１＋ｔａｎθ×ｔａｎα）
Ｈ２＝Ｌ×ｔａｎβ／（１−ｔａｎθ×ｔａｎα）
Ｂ１＝Ｌ×ｔａｎα／（ｃｏｓα＋ｓｉｎθ×ｔａｎα）
Ｂ２＝Ｌ×ｔａｎα／（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ×ｔａｎα）
Ｂ１２＝Ｂ１＋Ｂ２
＝（２×Ｌ×ｃｏｓθ×ｔａｎα）／（ｃｏｓ２θ−ｓｉｎ２θ×ｔａｎα）

分岐光学素子２１の開口２１ａを通過することにより、断面Ａ１が長方形状となるように整形された光ビームＬＢ１は、カップリングレンズ１１により平行光束に変換された後、アパーチャ部材２０１にの開口に入射される。そのため、断面Ａ１の大きさを、アパーチャ部材２０１の開口より（部品誤差、組付誤差を考慮し）若干大きくなるように、開口２１ａの形状（台形形状）を設定することで、アパーチャ部材２０１において光ビームＬＢ１が遮られる光量を少なくすることが可能となる。従って、面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）のような発光出力の低い光源手段に対して、有効な手段となる。すなわち、光ビームＬＢ１の断面Ａ１の形状が、ｘ軸及びｚ軸に対して対称形状となるように、分岐光学素子２１に設けられた開口２１ａの形状を整形することで、アパーチャ部材２０１で生じる光量ロスを低減することが可能となる。

なお、本実施例では、Ｂ１、Ｂ２、Ｈ１、Ｈ２、Ｌ、θの値を以下に示す値とした。
Ｂ１＝１．１８ｍｍ
Ｂ２＝１．７７ｍｍ
Ｈ１＝１．１７ｍｍ
Ｈ２＝１．７５ｍｍ
Ｌ＝５．０ｍｍ
θ＝４５度

これにより、光ビームＬＢ１の断面Ａ１を規定するＢ、Ｈの値は以下ようになり、断面Ａ１は主走査方向の寸法が２．０ｍｍ、副走査方向の寸法が１．４ｍｍの長方形となった。

Ｂ＝１．０ｍｍ（主走査方向の寸法：２．０ｍｍ）
Ｈ＝０．７ｍｍ（副走査方向の寸法：１．４ｍｍ）

次に比較例を示す。
《比較例》
図１０は、＋ｚ側から見た開口２１ａと、光源１０の中心から射出された光ビームＬＢ１の断面Ａ１に隣接して、−ｙ側から見た開口２１ａと断面Ａ１を示す図である。

本比較例においては、分岐光学素子２１の開口２１ａは、矩形形状に整形されている。開口２１ａが矩形形状の場合には、図１０にされるように、光ビームＬＢ１の断面Ａ１の形状は台形となる。

開口２１ａをｘｚ平面に投影したときの、ｘ方向の寸法を２×Ｂ、Ｚ方向の寸法を２×Ｈとし（なお、開口２１ａの中心はＸ軸上にあるものとする）、ｘｚ面に対する傾斜角をθとし、光源１０から開口２１ａまでの距離をＬ、とした場合、光ビームＬＢ１の断面Ａ１の形状は、次の諸元の台形となる。

Ｂ１＝Ｂ×（１＋ｔａｎθ×ｔａｎα１）
Ｂ２＝Ｂ×（１−ｔａｎθ×ｔａｎα２)
Ｈ１＝２×Ｈ×（１＋ｔａｎθ×ｔａｎα１）
Ｈ２＝２×Ｈ×（１−ｔａｎθ×ｔａｎα２)
ただし、
ｔａｎα１＝Ｂ／（Ｌ−Ｂ×ｔａｎθ）
ｔａｎα２＝Ｂ／(Ｌ＋Ｂ×ｔａｎθ)

断面Ａ１が台形となった光ビームＬＢ１は、カップリングレンズ１１にて平行光束に整形されても、その断面Ａ１は台形となる。但し、光源１０から、開口２１ａまでの距離及びカップリングレンズ１１までの距離の比に応じて比例拡大される。したがって、光ビームＬＢ１がアパーチャ部材２０１を通過する際には、光ビームＬＢ１のアパーチャ部材２０１で遮断される光束の割合が多くなり、光利用効率の低下に繋がる。なお、アパーチャ部材２０１に形成される開口部は、被走査面でのビームスポット性状を良好にするため、矩形形状(少なくとも、主走査方向及び副走査方向において、対称形状)に設定することが一般的である。

なお、本比較例では、Ｌ、Ｂ、Ｈ、θの値を以下に示す値とした。
Ｌ＝５．０ｍｍ
Ｂ＝１．０ｍｍ
Ｈ＝０．７ｍｍ
θ＝４５度

これにより、光ビームＬＢ１の断面Ａ１を規定するＢ１、Ｂ２、Ｈ１、Ｈ２の値は以下ようになり、断面Ａ１は、短辺が１．１６ｍｍ、長辺が１．７６ｍｍの台形となった。

Ｂ１＝１．２５ｍｍ
Ｂ２＝０．８３ｍｍ
Ｈ１＝０．８８ｍｍ
Ｈ２＝０．５８ｍｍ

また、比較例では、光ビームＬＢ１の断面Ａ１が台形となるため、矩形状の開口が形成されたアパーチャ部材２０１では、遮断される光ビームの割合が増え、光量ロスが大きくなった。

また、本実施形態にかかる光源装置７０では、分岐光学素子２１の反射面は、光源１０に近い位置から、光源１０に遠い位置にかけて大きくなっているため、反射面に反射された光ビームＬＢ２の断面の外縁はほぼ長方形又は正方形となる。したがって、受光素子１８での受光効率を向上することが可能となる。

なお、分岐光学素子２１に開口２１ａを形成する場合には、開口２１ａの面積よりも、反射面の面積を大きくするのが好ましい。その理由は、分岐光学素子２１により分岐された光ビームＬＢ２の断面Ａ２の面積が、光ビームＬＢ１の断面Ａ１の面積よりも大きくなるため、受光素子１８に入射する光ビームＬＢ２の光量を確保することが可能となるためである。また、光ビームＬＢ２の光量を確保することができるため、モニタ光量不十分となることに起因する誤動作の発生を抑制することも可能となる。一般に、ガウス分布を呈するビーム光束の中央部では強度は高く、周辺部に向かうに従い強度は低くなる。そのため、光ビームＬＢ２の断面Ａ１の面積を大きくすることが望ましい。

なお、被走査面を走査する走査用光ビームのビームスポット性状は、例えば画像形成装置による出力画像の品質に顕著に影響を及ぼすため、良好な状態とする必要がある。一方、検知用光ビームのスポットビーム性状は、走査用光ビームのビームスポット性状ほど良好である必要はなく、所定の光量が確保されていることが重要である。

また、分岐光学素子２１の開口２１ａは、光源１０の発光面に投影したときに、光源１０に形成されたＶＣＳＥＬを含むような大きさにするのが望ましい。その理由は、分岐光学素子２１において、光ビームＬＢ１の光利用効率が不必要に減少することが回避されるからである。

例えば、図１１（Ａ）に示されるように、光源における発光部（ＶＣＳＥＬ）が、４行４列のマトリクス状に２次元配列されている場合について考える。発光部から射出される光ビームの主光線は、配列面（紙面）に垂直である。このような場合には、図１１（Ｂ）に示されるように、すべての発光部から射出される光ビームの主光線が、分岐光学素子２１の開口２１ａに含まれる構成とすることで、全ての光ビームの光利用効率が不必要に低下することを回避することが可能となる。

一方、開口２１ａの大きさが小さい場合、又は、分岐光学素子２１と光源１０との距離が近い場合には、全ての発光部から射出される光ビームの主光線が、開口２１ａを通過しなくなる恐れがある。例えば、図１１（Ｃ）では、開口２１ａが投影された領域に、４行目の右端及び左端の２つ発光部の一部が含まれない。このような場合は、走査用の光ビームの光利用効率が低下するため望ましくない。

また、本実施形態にかかる光走査装置１００は、カップリングレンズ１１によってカップリングされた光ビームＬＢ１のビーム形状(光束の断面形状)を整形するための開口を備えたアパーチャ部材２０１を備えている。したがって、アパーチャ部材２０１の開口により、高精度に光ビームＬＢ１の整形が可能となり、被走査面で良好なビームスポット性状を確保することができる。

また、アパーチャ部材２０１は開口の中心が、カプリングレンズ１１の焦点位置又はその近傍に配置されている。したがって、光ビームＬＢ１の主光線上にアパーチャ部材２０１の開口の中心が位置し、アパーチャ部材２０１での光量ロスを抑制することができる。

また、本実施形態にかかる画像形成装置５００では、分岐光学素子２１は、光源１０の各ＶＣＳＥＬから射出された光ビームＬＢの主光線を含む光ビームＬＢ１を通過させ、それ以外の光ビームＬＢ２を反射することで、光源１０からの光ビームＬＢの分岐を行う。これにより、開口２１ａを通過した強度が高い光ビームＬＢ１で、感光ドラム３０Ａ〜３０Ｄを走査するとともに、走査に寄与しない光ビームＬＢ２に基づいて、光源１０からの光ビームＬＢの強度をモニタすることができる。このため、光ビームの利用効率を向上することが可能となる。

また、開口２１ａはアパーチャとしての機能も兼ねているため、アパーチャ部材２０１を必ずしも別途備える必要はない。しかし、経時変化、温度変化等に伴い、分岐光学素子２１の位置が変化した場合には、光ビームＬＢ１のビーム径も変化し、被走査面でのビームスポット径が変化する恐れがある。そのため、アパーチャ部材２０１を別途配備することが望ましい。

また、上記実施形態では、複数の感光体３０Ａ〜３０Ｂを備えた多色画像を形成する画像形成装置５００について説明したが、これに限らず、本発明は、例えば１つの感光体を複数の光ビームで走査することにより、単色の画像を形成する画像形成装置などにも適用することができる。

また、上記実施形態では、本発明の光走査装置１００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。

本発明の一実施形態にかかる画像形成装置５００の概略構成を示す図である。 光走査装置１００を示す斜視図である。 光走査装置１００を示す側面図である。 図４（Ａ）は、光源装置７０を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、光源装置７０の展開斜視図である。 光源１０を示す平面図である。 導光光学系２０を示す斜視図である。 分岐光学素子２１を示す平面図である。 分岐光学素子２１の作用を説明するための図である。 実施例を説明するための図である。 比較例を説明するための図である。 分岐光学素子２１の開口２１ａの大きさを説明するための図である。

符号の説明

１０…光源、１１…カップリングレンズ、１８…受光素子、２０…導光光学系、２１…分岐光学素子、２１ａ…開口、２２…集光レンズ、２３…反射ミラー、３０Ａ〜３０Ｂ…感光ドラム、３１Ａ〜３１Ｄ…クリーニングケース、３２Ａ〜３２Ｄ…帯電チャージャ、３３Ａ〜３３Ｄ…トナーカートリッジ、４０…転写ベルト、４０ａ,４０ｃ…従動ローラ、４０ｂ…駆動ローラ、４８…転写チャージャ、５０…定着ローラ、５２…第２レジストローラ、５４…給紙コロ、５６…第１レジストローラ、５８…排紙ローラ、６０…給紙トレイ、６１…用紙、７０…光源装置、７２…第２ホルダ、７２ａ…環状凸部、７２ｂ…円形開口、７２ｃ…レンズ支持部、７４…第１ホルダ、７６…基板、１００…光走査装置、１０４…ポリゴンミラー、１０５，３０５…ｆθレンズ、１０６Ａ，１０６Ｂ，１０８Ａ，１０８Ｂ，３０６Ｃ，３０６Ｄ，３０８Ｃ，３０８Ｄ…反射ミラー、１０７Ａ，１０７Ｂ，３０７Ｃ，３０７Ｄ…トロイダルレンズ、１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ、１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｃ，１４２Ｄ…光検出センサ、２０１…アパーチャ部材、２０２…光束分割プリズム、２０３Ａ，２０３Ｂ…液晶素子、２０４Ａ，２０４Ｂ…シリンダレンズ、５００…画像形成装置、５０１…ハウジング、５０１ａ…排紙トレイ。

Claims (9)

1. 複数の光ビームを用いて被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
   複数の発光部が２次元配列された光源と；
   前記発光部からそれぞれ射出される光ビームの光路上に、前記光ビームの主光線に対して傾斜して配置され、入射する前記光ビームのうち、主光線を含む一部の光ビームが通過する通過部と、前記通過部を通過しない光ビームを反射する反射面とを有する分岐光学素子と；
   前記通過部を通過した複数の光ビームをカップリングするカップリング素子と；
   前記反射面で反射された光ビームを受光する受光素子と；
   前記カップリング素子を介した複数の光ビームそれぞれの断面形状を整形する開口部を有するアパーチャ部材と；
   前記アパーチャ部材によって断面形状が整形された複数の光ビームをそれぞれ偏向する偏向器と；
   前記偏向された前記複数の光ビームを被走査面上にそれぞれ結像する走査光学系と；を備え、
   前記通過部は、通過した前記光ビームの断面形状が前記主走査方向及びこれに直交する副走査方向に関して対称となるように形成されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記通過部は、前記光源に近い位置から、前記光源に遠い位置にかけて広がっていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記反射面は、反射した前記光ビームの断面形状が前記主走査方向及びこれに直交する副走査方向に関して対称となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記反射面は、前記光源に近い位置から、前記光源に遠い位置にかけて、大きくなっていることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記通過部の面積は、前記反射面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記複数の発光部からは相互に平行な主光線を持つ光ビームが射出され、
   前記通過部を前記発光部を含む面に投影したときの投影領域に、前記複数の発光部が含まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記開口部の中心は、カップリングされた前記複数の光ビームの主光線上に位置していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 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１〜７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。
9. 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１〜７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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