JP5747674B2 - 光走査装置および多色画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、１つの光源からのビームで複数の異なる被走査面を時間的に切り替えて走査する方式（時分割方式）において、消費電力を抑えた簡便な方法で、感光体の局所的な疲労を回避することのできる光走査装置及び多色画像形成装置に関するものである。

近年のレーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置の高速化に対応するため、１つの感光体を複数のビームで走査するマルチビーム方式の光走査装置の需要が高まってきている。しかし、マルチビーム方式は、ビーム数が増加することから、光源のコスト、及びそれを駆動するためのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を含む制御ボードのコストが増大する傾向がある。

上記問題に鑑み、特許文献１および特許文献２に開示されているように、１つの光源からのビームで複数の異なる被走査面を時間的に切り替えて走査する方式（時分割方式）が提案されている。この方式を用いることで、光源数、及びそれを駆動する駆動ＡＳＩＣ等のボードの個数を減らすことができ、低コスト化が可能となる。

ところで、画像形成装置における画像形成動作前には、通常初期化動作が行われる。この初期化動作の１つとして、光走査装置の同期検出がある。同期検出は、以下の手順で実施される。光走査装置内の光偏向器としてのポリゴンミラーの回転をスタートさせ、ポリゴンミラーの回転が安定した後に、光源であるレーザーダイオード（ＬＤ）を点灯させ、同期位置検出手段（同期ＰＤ）で同期信号を検出する。１度同期信号が検出できた後は、同期ＰＤの直前でのみＬＤを点灯させ、同期ＰＤで同期信号を検出し、その同期信号を元に、画像の書き出し位置を決定する。

時分割方式では、ポリゴンミラーの回転が安定した後にＬＤを点灯させて、同期ＰＤで同期信号を検出する。このとき、光スポットの位置と同期ＰＤの位置関係が通常は不明であるため、同期ＰＤで同期信号が検出されるまで、ＬＤを点灯させ続ける必要がある。このとき、１つの光源からのビームで複数の異なる被走査面を時間的に切り替えて走査する方式では、複数の被走査面（感光体）に光が到達し、露光してしまう。

ここで、モノクロモード等の１色の画像形成動作を行うことを考えると、消費電力の観点から、画像形成を行う色の作像ユニットのみを動作させ、その他の色の作像ユニットは静止させておくのが良い。しかし、時分割方式では、上述のように、初期化動作時に複数の感光体が露光してしまうため、作像が行われない、静止している感光体も露光してしまう。静止した感光体にビームが照射されると、常に同じ位置のみが露光されるため、局所的な疲労が発生し、現像、転写、定着の各プロセスを経て出力される画像に筋が発生する原因となる恐れがある。

このような局所的な感光体の疲労を回避する方法として、時分割方式で露光する全ての感光体を動作させることが考えられるが、この方法は、消費電力が大きくなるため、好ましくない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、時分割方式使用時に、消費電力を抑えた簡便な方法で、感光体の局所的な疲労を回避することのできる光走査装置及び多色画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光走査装置は、光源と、前記光源から射出された光ビームを複数の光ビームに分割する分割手段と、複数の反射面を有し分割後の前記複数の光ビームを個別に偏向する偏向手段と、を備える光走査装置であって、前記偏向手段は、前記複数の反射面とともに回転するリング状の永久磁石と、前記リング状の永久磁石の位置を検出するホール素子と、を有し、前記永久磁石はＮ極とＳ極が交互に着磁されており、Ｎ極とＳ極の境界と、前記複数の反射面の境界は略一致しており、前記ホール素子は、前記永久磁石からの磁界の極の変化に応じて正負が変化する信号を出力し、前記偏向手段により偏向された前記複数の光ビームはそれぞれ異なる被走査面を走査し、複数の前記被走査面のうち走査が行われている前記被走査面を、前記信号のゼロクロス点に基づいて特定する被走査面特定手段を更に備えることを最も主要な特徴とする。

また、本発明に係る多色画像形成装置は、光走査装置により被走査面の実体をなす複数の像担持体上に各色の画像信号に対応して形成された静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、像担持体上に顕像化された各色画像を重ね合わせて媒体に転写する転写手段と、を備えカラー画像を出力する多色画像形成装置であって、光走査装置として上述した光走査装置が用いられていることを最も主要な特徴とする。

本発明に係る光走査装置及び多色画像形成装置によると、時分割方式使用時に、消費電力を抑えた簡便な方法で、感光体の局所的な疲労を回避することができる。

本発明に係る光走査装置の実施例を示す要部斜視図である。 上記光走査装置において用いられる分割プリズムを示す斜視図である。 同期検出と光源の駆動の関係を示す平面図である。 上記光走査装置において用いられる光偏向器を示す断面図である。 上記光偏向器を回転させるモータ部の、回転中心軸と直交する断面における断面図であり、（ａ）は８極に着磁されているロータ磁石と回転体の断面図、（ｂ）は８極に着磁されているロータ磁石とポリゴンミラーを示す部分断面図、（ｃ）は４極に着磁されているロータ磁石と回転体の断面図、（ｄ）は４極に着磁されているロータ磁石とポリゴンミラーを示す部分断面図である。 光偏向器の回転動作時のホール素子からの信号を示すグラフであり、（ａ）はロータ磁石が４極の場合、（ｂ）はロータ磁石が８極の場合を示している。 上記光偏向器としての２段構成のポリゴンミラーと、それを回転させるモータ部を示す部分断面図である。 ポリゴンミラー回転動作時のホール素子からの信号を示すグラフであり、（ａ）はロータ磁石が４極の場合、（ｂ）はロータ磁石が８極の場合を示している。 ポリゴンミラーの回転制御に用いられる信号を示すグラフであり、（ａ）はホール素子からの信号を、（ｂ）はクロック信号を示す。 本発明に係る光走査装置の他の実施例を示す要部斜視図である。 本発明に係る多色画像形成装置の実施例を示すモデル図である。

以下、本発明に係る光走査装置及び多色画像形成装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、主走査方向とは、ポリゴンミラーの回転運動により走査される方向および、ポリゴンミラーの回転運動により走査される方向に対応する方向を示す。また、副走査方向とは、主走査方向に直交し、感光体の回転する方向に対応する方向を示す。

図１に光走査装置の構成図を示す。図示しない半導体レーザから出射した発散光束は、図示しないカップリングレンズにより、弱い収束光束、又は平行光束、又は弱い発散光束に変換される。

カップリングレンズを出たビームは被走査面上でのビーム径を安定させるための開口絞りを通過し、ビーム分割手段としての分割プリズム４に入射する。分割プリズムに入射した共通の光源からのビームは上下段に分割され、分割プリズムを出射するビームは全部で２本のビームとなる。

図２は分割プリズム４の副走査断面図を示す。半透過面４ａで透過光と反射光を１：１の割合で分離する。また、符号４ｂは全反射面であり、光束の進行方向を変換する機能を有する。分割プリズム４の詳細な構成は後述する。また、分割プリズム４による分割の割合は１：１で有る必要なく、他の光学系の条件に合わせて設定しても良い。

分割プリズムを出射したビームは上下段それぞれに配備されるシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂにより、偏向手段７の偏向反射面の近傍にて主走査方向に長い線像に変換される。

偏向手段７は上下段にそれぞれポリゴンミラー７ａ、７ｂが配置され、互いに回転方向の角度（位相）（Δα）がずれている。ポリゴンミラー７ａ、７ｂは、内接円半径が例えば７ｍｍで４面のポリゴンミラーであり互いにΔα＝４６度ずらして配置されている。このように位相をずらして複数のポリゴンミラーを配置した偏向手段を、位相差ポリゴンミラーと呼ぶ。なお、上下段のポリゴンミラー７ａ、７ｂは一体的に形成されても良いし、別体のものを組み付けても良い。

上記の分割プリズム４と、位相差ポリゴンミラーを用いることで、単一の光源を用いて複数の異なる被走査面を走査できる。この方式は光束分割方式と呼ばれている。

上記のように、共通の光源からの上段のビームが感光体面（被走査面）を走査しているときは下段のビームは被走査面上にビームが到達しないようにし、望ましくは遮光部材により遮光するようにする。同様に、共通の光源からの下段のビームが上段とは異なる感光体面（被走査面）を走査しているときは上段のビームは被走査面に到達しないようにする。さらに、変調駆動のときも上段と下段でタイミングをずらし、上段に対応する感光体を走査するときは、上段に対応する色（例えばブラック）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行い、下段に対応する感光体を走査するときは下段に対応する色（例えばマゼンダ）の画像情報に基づき、光源の変調駆動を行う。

光源は、単一の発光点を有するシングルビームや、１つの光源パッケージの中に、４つの発光点を有し、４つのビームを射出する４ｃｈ−ＬＤアレイ等のマルチビーム光源等を用いることができる。なお、マルチビーム光源の方が、光束分割方式によるコストダウン効果が大きい。

走査領域の上流側（走査開始側）の画像領域外には同期センサ（フォトダイオード：ＰＤ）が設けられており、同期センサによる光検出時を基準として、それから一定時間後に光走査が開始される。

同期センサへ向かう光が通過する走査レンズ上の領域は、主走査方向においてノンパワーとなっている。これにより、走査レンズが環境温度の影響で膨張、収縮したとしても、同期センサへ向かう光の光路は変化しない。

なお、本発明においては、同期センサへ向かう光が走査レンズを通過しない構成としても良い。また、走査上流側の同期センサの他に走査下流側の画像領域外に同期センサをさらに配置し、走査レンズの主走査方向にパワーがある面を透過させて、上流側および下流側の同期センサに向かうように構成することも可能である。

ここで、モノクロモード等の、１色の画像形成動作のみを行うときについて説明する。従来の画像形成装置において時分割方式を使用する場合には、上述のように、初期化動作時に複数の感光体が露光してしまうため、作像が行われない、静止している感光体も露光してしまう。静止した感光体にビームが照射されると、常に同じ位置のみが露光されるため、局所的な疲労が発生し、現像、転写、定着の各プロセスを経て出力される画像に筋が発生する原因となる恐れがある。感光体の局所的な疲労を回避するためには、画像形成前の初期化動作時において、分割された光ビームで走査される少なくとも2つの異なる被走査面のうち、走査されている被走査面を判定する被走査面判定手段を設けるのがよい。

被走査面判定手段で走査されている被走査面を判定し、モノクロモードで画像形成を行う作像ユニットに搭載されている感光体上の被走査面Ａの有効範囲内で光源である半導体レーザ（ＬＤ）を発光させる。そして、有効範囲外にある同期ＰＤで同期信号を検出できるまで点灯させ続け、同期信号を検出すると同時にＬＤを消灯する。このとき、もう一方の感光体上の被走査面Ｂ（モノクロモードでは画像形成は行わない）の有効範囲内ではＬＤを発光させないようにするとともに、被走査面Ｂを有する感光体は静止させておく。

具体的には、図１に示すように、１つの光源から出た光束を２つに分割し、互いに位相がずれたポリゴンミラーの偏向反射面に入射させているため、２つの被走査面を時分割で走査できる。

上段のミラーで反射された光束で被走査面１１ａを走査しているときは、下段のミラーで反射された光束は走査レンズに入射せず、被走査面１１ｂに到達しない。下段のミラーで反射された光束で被走査面１１ｂを走査しているときは、上段のミラーで反射された光束は走査レンズに入射せず、被走査面１１ａには到達しない。すなわち、図１のような構成にすることで、単一の光源で、被走査面１１ａ、１１ｂを時分割で走査することができる。

図１において、有効範囲外であり、かつ走査開始側にある同期ＰＤ（図１において図示せず）で同期信号を検出できるまで光源を点灯させ続け、同期信号を検出すると同時にＬＤを消灯する。このとき、後述する被走査面特定手段により、被走査面を特定する。そして、例えば図１の被走査面１１ａと被走査面１１ｂとのうち、必ず被走査面１１ａを走査しているときに点灯するように光源を駆動制御すれば、被走査面１１ｂには光束が到達しない。このときの光源の駆動の様子を図３に示す。

図３において、被走査面特定手段により被走査面１１ａを走査している時間領域を特定し、被走査面１１ａを走査しているときに、光源を発光させる。有効範囲外であり、かつ、被走査面１１ｂの走査開始側にある同期ＰＤで同期信号を検出したとき、ＬＤを消灯する。同期信号の検出周期は既知であるため、同期信号を１度検出できれば、その後は、同期ＰＤ（被走査面１１ａの走査開始側の同期ＰＤ、及び被走査面１１ｂの走査開始側の同期ＰＤ）の直前で点灯させて同期をとり、被走査面１１ａに対してのみ、ＬＤを点灯させることができる。

このようにすることで、単一の光源を用いて２つの被走査面１１ａ、１１ｂを時分割で切り替えて走査するとき、被走査面１１ｂを露光することがない。そのため、消費電力を低く抑えつつも、被走査面１１ｂに対応した感光体が止まっているとき、その感光体の同じ位置を露光し続けることで発生する恐れがある局所的な感光体疲労を回避し、筋の発生を抑止できる。

図４は、カラー画像形成装置等に用いられる本発明の一実施例である光偏向器としてのポリゴンスキャナ（ポリゴンミラーともいう）を示す縦断面図である。

このポリゴンスキャナ７の軸方向に離間したポリゴンミラー反射面７８ａ、７８ｂは、多面鏡（回転多面鏡）を構成する。複数色に対応した複数のレーザビーム７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが軸対象に対向した４つの面に各々入射され、この複数のレーザビーム７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを用いて高速の偏向走査が行われる。

ポリゴンスキャナ７は、マルテンサイト系のステンレス鋼からなる軸受シャフト７１０の上部外周がポリゴンミラー反射面７８ａ、７８ｂを有するアルミ純度９９．９％以上の回転部材７８に焼キバメ固定されている。マルテンサイト系ステンレス（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）は、焼入れが可能で表面硬度を高くでき、耐磨耗性が良好であるため、軸受シャフトとして好適である。

回転部材７８の下部内面にはリング状のロータ磁石７１１が固定され、このロータ磁石７１１はステータコア７４ａ及び巻線コイル７４からなるステータ組立体とともにアウターロータ型の直流ブラシレスモータを構成している。

ポリゴンミラー反射面７８ａ、７８ｂは、所定のレーザビームを偏向するのに十分な面積を有している。各ポリゴンミラー反射面７８ａ、７８ｂの間を隔てる空間部７８ｊは、反射面７８ａ、７８ｂの内接円径よりも小径な形状となっている。
空間部７８ｊを小径にすることにより、回転上昇とともに増大する風損を効果的に低減でき、特に２５，０００ｒｐｍ以上の回転領域になると、高い効果が現れる。

なお、複数のレーザビーム７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの上下間距離７Ｌは、複数のレーザビーム７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、Ｄがポリゴンミラー反射面７８ａ、７８ｂで偏向された後に通るｆθレンズの上下間隔により決定される。この間隔が狭いほど、ポリゴンスキャナ７の表面積が少なくなるので、全体の風損は小さくなる。

回転部材７８に設けられた円周溝７８ｉは、軸受シャフト７１０の焼キバメ固定時や環境温度変動に伴うポリゴンミラー反射面７８ａ、７８ｂへの応力歪の防止やバランス修正用の接着剤塗布部に使用される。

ロータ磁石７１１は樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、ロータ磁石７１１の外周部は高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように回転部材７８が保持している構造である。ロータ磁石７１１を回転部材７８の円筒形状の凹陥部に圧入固定することにより、高速回転および高温の環境においてもその固定部の微移動を生ずることなく、回転体バランスを高精度に維持することができる。

なお、ロータ磁石７１１は、アルミマンガン系の磁石でも良い。アルミ純度９９．９％以上の高純度アルミの回転部材７８と、表面を硬化処理または潤滑処理したアルミ合金の軸受シャフト７１０とで回転体７２を構成する。すなわち、回転体７２が全てアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されることとなり、回転体７２の各部品間の熱膨張差はほぼ等しくなる。これにより、温度上昇に伴う各部品間の微移動を防止することができ、回転体７２の高精度バランスが維持できる。アルミマンガン系の磁石は機械強度が高く、高速回転時の遠心力にも破壊しないこと、高純度アルミで形成されるポリゴンミラー反射面７８ａ、７８ｂの反射率が高いこと、アルミ合金の軸受シャフト７１０はステンレスよりも軽量化が可能となること等の効果を有する。

ステータコア７４ａは、その中心孔が円筒形の固定スリーブ７３の外周側に嵌められて固定されている。ステータコア７４ａは複数の突極を有していて、各突極には駆動コイル７４が巻かれている。

アキシャル方向の軸受は、軸受シャフト７１０の下端面に形成された凸曲面７１０ａの対向面にスラスト受部材７７を接触させるピボット軸受である。スラスト受部材７７としては、マルテンサイト系ステンレス鋼やセラミック、または金属部材表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理等の硬化処理をしたものが磨耗粉の発生を極力抑えられるため好適である。スラスト受け７７は固定スリーブ７３に固定された支持部材７１５により支持されている。

なお、モータコア７４とロータ磁石７１１の径方向の磁気吸引力で回転体７２をアキシャル方向に支持することも可能である。この場合、アキシャル方向の磁気吸引力は回転体７２の質量以上に発生することが望ましく、ロータ磁石７１１を希土類系磁石とすることやモータコア７４との磁気ギャップを狭小化することにより、所望の支持力を得ることができる。

固定スリーブ７３の内周側には、軸方向の２ヶ所に含油軸受７５が嵌められていて、含油軸受７５によって軸受シャフト７１０が回転自在に支持されている。軸受シャフト７１０と含油軸受７５との間に形成される密閉空間７１６により、回転体７２に衝撃が加わったとき等でも速やかにその振動を抑える特性、すなわちダンピング特性を有している。

本実施例におけるモータ方式は、径方向に磁気ギャップを有し、ステータコア７４ａの外径部にロータ磁石７１１がレイアウトされるアウターロータ型といわれる方式である。

駆動手段としての駆動ＩＣ７１３は、ロータ磁石７１１の磁界を検出してロータ磁石７１１の位置を検出する位置検出素子として回路基板７１４に実装されているホール素子７１２から出力される信号を位置信号として参照する。そして、参照した位置信号をもとに各駆動コイル７４の励磁切り替えを行うことで回転体７２を回転させる。

ロータ磁石７１１は、Ｎ極とＳ極が径方向に交互に着磁されており、ステータコア７４ａの外周で回転トルクを発生する。ロータ磁石７１１は内径以外の外径及び高さ方向に磁路を開放しており、モータの励磁切り換えのためのホール素子７１２を開放磁路内に配置している。ロータ磁石７１１は磁気回路が開放されているので、回転体７２を囲う周辺に磁気シールド部材７１７を配置することが好適である。これは、鋼板等の導電材料が周辺にあると、高速回転に伴うロータ磁石７１１の漏れ磁束が渦電流を発生させてモータ損失が多くなるという問題に対処するためである。

図５は、本実施例の回転中心軸と直交する断面におけるモータ部の構造を示している。図５（ａ）、（ｂ）は、リング状の永久磁石であるロータ磁石７１１が、周方向に８極に着磁されている場合の例を示す。ステータコア７４ａはロータ磁石７１１の内側に所定の磁気ギャップを設けて配置されている。ステータコア７４ａは固定用の中心穴と６つの突極が放射状に形成され、各突極には巻線コイル７４（Ｕ１〜Ｕ２、Ｖ1〜Ｖ２、Ｗ１〜Ｗ２）が巻かれている。回転体７２の回転位置を検知するために、３つの位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が４０°間隔で配置されている。本発明では、位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３として、ホール素子が用いられている。なお、ロータ磁石７１１は４極に着磁されていても良く、その場合の例を図５（ｃ）、（ｄ）に示す。

図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、ロータ磁石７１１は周方向に８極に着磁をされていて、内周側と外周側で磁極が反転している。位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３はロータ磁石７１１の内周側に配置することもできるが、ステータにおけるコイル７４の励磁切り替えの影響を受けて位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の位置検出信号に磁気ノイズが乗る。そのため、位置検出素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、ロータ磁石７１１の外周側に配置する方が良い。

画像形成前の初期化動作時において、分割された光ビームで走査される少なくとも２つの異なる被走査面のうち、走査されている被走査面を判定する被走査面判定手段として、ホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３からの信号を検出することで実現することができる。

被走査面判定手段として、ホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３からの信号を利用する場合、反射面の面数をＮとしたとき、ロータ磁石の着磁の極数はＮ極、または２Ｎ極とするのが良い。例えば、４面のときは４極、もしくは８極とする。そうすることで、ホール素子からの信号を被走査面判定手段として利用することが出来る。図５（ｂ）は、ロータ磁石とポリゴンミラー面の両方を図示したもので、ロータ磁石とポリゴンミラー面は、一体的に回転する。また、ロータ磁石における周方向のＮ極とＳ極の境界と、ポリゴンミラー面の境界が一致するように構成している。

図６に、ポリゴンミラー回転動作時のホール素子（例えばＨ１）からの信号（電圧変化）のグラフを示す。（ａ）は４極のとき、（ｂ）は８極のときを示している。なお、図６はホール素子からの信号を方形波に整形した後のグラフであり、縦軸（電圧）が０になる点（ゼロクロス点）は、ロータ磁石の周方向の着磁の切り替わり点に対応している。

４極のときは、ゼロクロス点とゼロクロス点の間がポリゴンミラー面に対応しており、マイナスからプラスに０を横切るゼロクロス点（ゼロクロス点（＋）と呼ぶ）と、プラスからマイナスに横切るゼロクロス点（ゼロクロス点（−）と呼ぶ）で挟まれる領域が、ポリゴンミラー面２もしくは４であり、ゼロクロス点（＋）とゼロクロス点（−）で挟まれる領域がポリゴンミラー面１もしくは３である。

ここで、時分割で被走査面を切り替える方式として、ポリゴンミラー１面ごとに２つの被走査面を切り替えるときは、上記方法により、どちらの被走査面を走査しているかが判別できる。また、１つのミラー面の前半と後半で走査面を切り替える方式では、ゼロクロス点の検出と、ゼロクロス点の間隔（回転速度等でも可能）から、どちらの被走査面を走査しているかがわかる。

８極のときは、ゼロクロス点（＋）とゼロクロス点（＋）で挟まれる領域がポリゴンミラー面に対応している。なお、場合によっては、ゼロクロス点（−）とゼロクロス点（−）で挟まれる領域がポリゴンミラー面になることもある。ここで、時分割で被走査面を切り替える方式として、1つのミラー面の前半と後半で走査面を切り替える方式を用いる場合には、ゼロクロス点（＋）とゼロクロス点（−）を検出することで、被走査面を判定することができる。また、ゼロクロス点の間隔または回転速度等が分かれば、ゼロクロス点（＋）とゼロクロス点（−）のどちらか一方を検出すれば、被走査面を特定することができる。

図１に示すように、互いに位相がずれた２つのポリゴンミラーを用いて異なる２つの被走査面を走査する場合における、ロータ磁石とポリゴンミラー面の関係を図７に示す。また、ポリゴンミラー回転動作時のホール素子（例えばＨ１）からの信号（電圧変化）のグラフを図８に示す。

図７において、上段のポリゴンミラーの面をＵ−１、Ｕ−２、Ｕ−３、Ｕ−４、下段のポリゴンミラーの面をＤ−１、Ｄ−２、Ｄ−３、Ｄ−４としている。上段のポリゴンミラーと下段のポリゴンミラーがそれぞれ異なった被走査面に対応する。そのため、上段のポリゴンミラーで走査されているのか、下段のポリゴンミラーで走査されているのかが判別できればよい。

図８では、４極のときは、ゼロクロス点とゼロクロス点の間では下段ミラーで走査されており、ゼロクロス点とゼロクロス点の中間の点の間では上段ミラーで走査される。なお、図８において、上段ミラーでの走査と、下段ミラーでの走査が重なっているが（例えば、Ｄ−１とＵ−１の領域が重なっている）、実際の光走査では、１つのミラーで走査可能な時間領域（Ｕ−１、Ｄ−１等）の中央部の、最大５０％以下の時間領域のみが被走査面の光走査に使われる。そのため、上段のミラーで被走査面を光走査している時間と、下段ミラーで被走査面を光走査している時間が重なることはない。

４極のときは、ゼロクロス点と、ゼロクロス点の間隔が分かれば、上段と下段のどちらで走査されているかがわかる。８極のときは、ゼロクロス点（＋）とゼロクロス点（−）のどちらであるかを検出すれば、どちらの被走査面を走査しているかが判別できる。

図１に示すように、互いに位相がずれた２つのポリゴンミラーを用いて異なる２つの被走査面を走査するときに、ＬＤの点灯制御については以下のように行うのがよい。以下、下段ミラーで走査する被走査面を被走査面Ｄ、上段ミラーで走査する被走査面を被走査面Ｕと呼ぶ。

＜ロータ磁石が４極のとき＞
ポリゴンミラーの回転が安定した後、ホール素子からの信号において、ゼロクロス点（＋）を検出する。

次に、ゼロクロス点（＋）を検出後、ゼロクロス点（＋）とゼロクロス点（＋）の時間間隔の１／４に相当する時間だけディレイをかけ、その後ＬＤを発光する。
このようにＬＤを制御することで、確実に被走査面Ｄの範囲内でＬＤを点灯させることができ、被走査面Ｄと被走査面Ｕの間で同期ＰＤによる同期検出を行い、同期検出後にＬＤを消灯することで、被走査面Ｕを露光させないようにする。これにより、前述の、感光体の局所的な劣化を抑止し、筋の発生を防止することができる。

また、被走査面Ｕだけで発光させたいときは、ホール素子からの信号に基づいてゼロクロス点（−）を検出し、その検出直後に（その信号と同期して）ＬＤを点灯させることで被走査面Ｕだけで点灯させることができる。そして、被走査面Ｕと被走査面Ｄの間で同期PＰＤによる同期検出を行い、同期検出後にＬＤを消灯することで、被走査面Ｄを露光させないようにすることができる。

なお、設計によっては、ゼロクロス点（＋）とゼロクロス点（−）は入れ替わることがあるので、上記のゼロクロス点（＋）はゼロクロス点（−）に、ゼロクロス点（−）はゼロクロス点（＋）に置き換えることが可能である。

＜ロータ磁石が８極のとき＞
ポリゴンミラーの回転が安定した後、ホール素子からの信号において、ゼロクロス点（−）を検出し、その検出直後に（その信号と同期して）ＬＤを点灯し、被走査面Ｕについて同期ＰＤによる同期検出を行い、同期検出後にＬＤを消灯することで、被走査面Ｕを露光させないようにすることができる。

また、ホール素子からの信号において、ゼロクロス点（＋）を検出し、その検出直後に（その信号と同期して）ＬＤを点灯させることで被走査面Ｕだけを露光させることができる。そして、露光される被走査面が被走査面Ｕから被走査面Ｄへと移る前に同期ＰＤによる同期検出を行い、同期検出後にＬＤを消灯することで、被走査面Ｄを露光させないようにすることができる。

なお、ロータ磁石の極数としては、８極であるのがより望ましい。そうすることで、ホール素子からの信号においてゼロクロス点（＋）（もしくはゼロクロス点（−））と同期させてＬＤを制御すれば良いので、制御が簡単になる。また、ステータコアの突極は９とするのが良い。そうすることで、発熱、消費電力が小さな光偏向器を実現できる。

ポリゴンミラーの回転制御としては、図９に示すように、ポリゴンミラーの制御回路に入力するクロック信号とホール素子からの信号の位相差が一定（Δ）になるように制御するのが良い。その際は、クロック信号を用いても、被走査面を判定することが可能である。

具体的には、上で説明した、ホール素子からの信号において、ゼロクロス点（ゼロクロス点（＋）もしくはゼロクロス点（−））を利用した方法において、クロック信号のゼロクロス点に置き換え、さらに位相差Δに相当する時間だけタイミングを補正してＬＤを発光させることで、上記と同じように、2つの被走査面のうち、どちらか一方の被走査面でのみ発光させることができる。

時分割走査方式としては、図１０に記載の方式も適用可能である。図１０は、本発明に係る光走査装置の別の実施形態における構成を示す概略斜視図である。

図１０において符号１、１’は光源としての半導体レーザ（図１０では直接見える位置には無いが基板に固定されている）、２、２’はカップリングレンズ、４は光束分割手段としてのハーフミラー（入射光学系の一部）、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄはシリンドリカ
ルレンズ（入射光学系の一部）、７は偏向器としてのポリゴンミラー、８ａ、８ｂは走査レンズ（走査光学系の一部）、９はミラー（走査光学系の一部）、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは被走査面としての感光体、１２、１２’は開口絞りをそれぞれ示す。

また、以下の説明では、ポリゴンミラー７の回転軸方向を副走査方向、副走査方向及び光軸に直交する方向を主走査方向として説明する。なお、光学的には、主走査方向は感光体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄそれぞれの軸方向に一致し、副走査方向は感光体１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄそれぞれの周方向に一致する。

半導体レーザ１、１’から出射した各２本の発散光束はカップリングレンズ２、２’に
より、弱い収束光束、または平行光束、または弱い発散光束に変換される。

カップリングレンズ２、２’を出たビーム（光束）は被走査面１１上でのビーム径を安定させるための開口絞り１２を通過し、ハーフミラープリズム４に入射する。

ハーフミラー４１に入射した共通の光源からのビーム（光束）はそれぞれ２つに分割され、ハーフミラー４１を出射するビームは全部で４本のビーム（光束）となる。この場合、光源１、１’の配置が副走査方向のみに異なるため、ハーフミラープリズムは共通で使用でき、副走査方向に異なる２本のビームを４本のビームに分割することとなる。

これら４本の光ビーム（光束）はシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに入射
し、これらシリンドリカルレンズの作用により副走査方向へ集光され、多面鏡式偏向器７の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。入射ビームは多面鏡式偏向器７の回転軸に対し斜めに入射される。なお、本実施例では、ハーフミラー４１、シリンドリカルレンズ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、及びカップリングレンズ２、２’で入射光学系を構成している。

光源１、１’側からの４本の光ビームは多面鏡式偏向器７の走査結像光学（走査光学系）側へ射出される。多面鏡式偏向器７は、駆動モータにより図１０に示す回転方向（時計回り方向）に回転軸の周りに回転させられるようになっている。符号８ａ、８ｂは走査レンズ、符号９は光路折り曲げミラーを示し、これらで走査光学系を構成している。また符合１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは光導電性感光体（図１に示す感光体３１に相当する）を示している。

走査レンズ８ａ、光路折り曲げミラー９は、多面鏡式偏向器７のポリゴンミラーにより偏向される２本の光ビームを、対応する光走査位置である光導電性感光体１１に導光して、光スポットを形成するための部材である。なお、多面鏡式偏向器７へ入射するビームは回転軸に対して斜めに入射するため、多面鏡式偏向器７から反射され走査レンズ８ａに向かう２本の光ビームは副走査方向に分離され、折り曲げミラーでさらに副走査方向に分離されて、それぞれ対応する感光体１１ａ、１１ｂに導光される。多面鏡式偏向器７を挟んで反対側の２本の光ビームも同様に走査レンズ８ｂ、光路折り曲げミラー９により副走査方向へ分離され、感光体１１ｃ、１１ｄへ導光される。

図１０の時分割方式では、光ビームがポリゴンミラーを挟んで対向側に分割されているが、考え方としては、図１に示す例と全く同じである。図１０において同一光源が分割されて時分割で走査される被走査面を被走査面Ｌおよび被走査面Ｒとすると、図１に示す例の被走査面Ｕ、被走査面Ｄが、図１０に示す例の被走査面Ｌ、被走査面Ｒにそれぞれ置き換わることになる。図１に示す例と図１０に示す例では全く同様の説明が適用できるため、ここでは、図１０に示す説明を省略する。

図１１に多色画像形成装置の基本的な構成を示す。図１１における符号２０は、本発明の光走査装置を示している。図１１において、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは矢印の方向に回転し、回転方向に順に帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、転写用帯電手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ、クリーニング手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配備されている。

帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、感光体表面を均一に帯電する。この帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋと、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの間に位置する感光体表面に、光走査装置によりビームが照射され、静電潜像が形成される。そして、静電潜像に基づき、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにより感光体面上にトナー像が形成される。さらに、転写用帯電手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにより、記録紙に各色順次転写トナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録試に画像が定着される。

１、１’ 光源
２、２’ カップリングレンズ
３ アパーチャ
４ 分解プリズム
４ａ、分離面
４ｂ 全反射面
４１ ハーフミラー（分解プリズム）
５、５’、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ シリンドリカルレンズ
６ 防音ガラス
７ 偏向手段
７ａ、７ｂ ポリゴンミラー
７８、７８ａ、７８ｂ ポリゴンミラー反射面
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ レーザービーム
７１０ 軸受シャフト
７１０ａ 凸曲面
７８ 回転部材
７８ｉ、７８ｋ 円周溝
７１１ ロータ磁石
７１５ 支持部材
７２ 回転体
７３ 固定スリーブ
７４ａ ステータコア
７４ 巻線コイル（モータコア）
７７ スラスト受部材
７８ｊ 空間部
７Ｌ 上下間距離
８ａ、８ｂ 第１走査レンズ
９ ミラー
１０ａ、１０ｂ 第２走査レンズ
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 感光体
１２ 開口絞り
１３ 防塵ガラス
１４ 同期レンズ
１５ 同期位置検出手段

特開２００５−０９２１２９号公報 特開２００２−０２３０８５号公報

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から射出された光ビームを複数の光ビームに分割する分割手段と、
   複数の反射面を有し分割後の前記複数の光ビームを個別に偏向する偏向手段と、
   を備える光走査装置であって、
   前記偏向手段は、前記複数の反射面と、前記複数の反射面を回転させる磁界を発生するためのリング状の永久磁石と、前記リング状の永久磁石の位置を検出するホール素子と、を有し、
   前記永久磁石はＮ極とＳ極が交互に着磁されており、Ｎ極とＳ極の境界と、前記複数の反射面の境界は略一致しており、
   前記ホール素子は、前記永久磁石からの磁界の極の変化に応じて正負が変化する信号を出力し、
   前記偏向手段により偏向された前記複数の光ビームはそれぞれ異なる被走査面を走査し、
   複数の前記被走査面のうち走査が行われている前記被走査面を、前記信号のゼロクロス点に基づいて特定する被走査面特定手段を更に備える光走査装置。
2. 同期検知手段を更に備え、
   前記被走査面特定手段により走査中の前記被走査面を特定し、
   前記同期検知手段は走査中と特定された前記被走査面の有効範囲内において前記光源を発光させて走査を行うとともに、他の前記被走査面の有効範囲内では前記光源を発光させない請求項１記載の光走査装置。
3. 前記同期検出時に、走査中と特定された前記被走査面は動作させるとともに、他の前記被走査面は静止させる請求項２記載の光走査装置。
4. 前記偏向手段の偏向面数がＮであり、前記偏向手段を駆動させるモータはＮ極または２Ｎ極モータである請求項１乃至３の何れかに記載の光走査装置。
5. 前記ホール素子からの信号を基準に、前記光源の発光タイミングが決定される請求項１乃至４の何れかに記載の光走査装置。
6. 前記被走査面特定手段は、前記偏向手段に入力する前記信号との位相差が一定となるように制御されたクロック信号をもとにして、走査が行われている前記被走査面を特定する請求項１乃至５の何れかに記載の光走査装置。
7. 前記偏向手段は、複数の反射面を有するポリゴンミラーを有し、分割された複数の光ビームは、前記ポリゴンミラーの異なる前記反射面に入射される請求項１乃至６の何れかに記載の光走査装置。
8. 前記偏向手段は、複数の反射面を有する複数のポリゴンミラーが前記偏向手段の回転軸方向から見た反射面の向きをずらして回転軸方向に積み重ねられ、分割された複数の光ビームは、異なる前記ポリゴンミラーに入射される請求項１乃至７の何れかに記載の光走査装置。
9. 光走査装置により被走査面の実体をなす複数の像担持体上に各色の画像信号に対応して形成された静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、
   前記像担持体上に顕像化された各色画像を重ね合わせて媒体に転写する転写手段と、
   を備えカラー画像を出力する多色画像形成装置であって、
   前記光走査装置として請求項１乃至８の何れかに記載の光走査装置が用いられている多色画像形成装置。
   

Images