JP5935404B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写装置やレーザプリンタなどの画像形成装置と、これに用いられる光走査装置に関するものである。

ポリゴンミラーなどの偏向走査手段を回転させることで、被走査面を走査する画像形成装置が知られている。このような画像形成装置において、偏向走査手段の回転位置を検知し、回転位置検知信号が出力されてから最初に同期検知信号が検知されるまでの時間を計数して記憶しておき、その後は、回転位置検知信号を検知した後に記憶されている時間に基づいて光源を点灯させる画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、１つの光源からの光ビームを２つ以上の光ビームに分割し、対向する走査光学系に振り分けて時間分割で書込みを行う方式では、有効走査期間率が高いため、一方の有効走査領域の終了端から他方の同期検出までの時間間隔が短い。そのため、偏向走査手段の回転位置検知信号を基準にして光源の点灯を制御する場合、回転位置検知信号の位置検知誤差により、同期検知側と対向する走査光学系の終了端付近で不要な露光をしてしまう。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、１の光源から射出された光ビームを２以上の光ビームに分割し、対向する走査光学系に振り分けて時間分割で書込みを行う方式において、偏向走査手段の回転位置検知信号に多少の位置検知誤差があっても、同期検知側と対向する走査光学系の終了端付近で不要な露光を防止することができる光走査装置と画像形成装置を提供する。

また、有効走査範囲として書込みのできる角度範囲を最大化し、光路長の増加を抑えることができる光走査装置と画像形成装置を提供する。

本発明は、光源と、光源からの光ビームを分割する光束分割手段と、光束分割手段により分割されたそれぞれの光ビームを偏向する多面鏡式光偏向器と、多面鏡式光偏向器により偏向された光ビームのそれぞれを対応する被走査面に結像させる複数の走査光学系と、を備えた光走査装置であって、複数の走査光学系には、第１走査光学系と第２走査光学系とが含まれ、第１走査光学系と第２走査光学系とは、多面鏡式光偏向器の回転軸を挟んで両側に配置され、第１走査光学系と第２走査光学系のそれぞれは、被走査面上における光束の走査開始タイミングを決定するための同期検出光学系を有し、第２走査光学系の有効走査領域の終了端から第１走査光学系の同期検出までの時間をＴａ、第１走査光学系の有効走査領域の終了端から第２走査光学系の同期検出までの時間をＴｂとするとき、Ｔａ＞Ｔｂであり、第１走査光学系は、多面鏡式光偏向器の回転順方向の回転角度が光源を基準にして小さい側に配置された走査光学系であって、第１走査光学系の光源側の走査画角は、第１走査光学系の反光源側の走査画角より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、１の光源から射出された光ビームを２以上の光ビームに分割し、対向する走査光学系に振り分けて時間分割で書込みを行う方式において、偏向走査手段の回転位置検知信号に多少の位置検知誤差があっても、同期検知側と対向する走査光学系の終了端付近で不要な露光を防止することができる。

本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す主走査断面内の光学配置図である。 上記光走査装置の光偏向器以降の副走査断面内の光学配置図である。 上記光走査装置の同期検出光学系が光ビームを検出するタイミングを示すタイミングチャートである。 上記同期検出光学系を構成するホール素子と同期検出信号と上記光走査装置の光源の点灯タイミングとを示すタイミングチャートである（８極モータの場合）。 上記同期検出光学系を構成するホール素子と同期検出信号と上記光走査装置の光源の点灯タイミングとを示すタイミングチャートである（４極モータの場合）。 上記同期検出光学系を構成するホール素子と同期検出信号と上記光走査装置の光源の点灯タイミングとを示すタイミングチャートである（２極モータの場合）。 上記光走査装置の光偏向器の回転体の構成を示す副走査断面図である。 上記光偏向器の回転体の斜視図である。 上記光偏向器のモータ部の回転軸と直交する面での断面図である。 本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。

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の形態について説明する。

●光走査装置●
先ず、本発明にかかる光走査装置について説明する。

図１は本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す主走査断面内の光学配置図、図２は光偏向器以降の副走査断面内の光学配置図である。この光走査装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を、各色に対応する感光体（像担持体）に形成する。

符号１は、４チャネルのマルチビーム半導体レーザを実装した光源装置（ＬＤ）である。符号７は、ＬＤ１から射出された光ビーム（光束）を偏向走査する光偏向器である。符号２はＬＤ１から射出された光ビームを光偏向器７に導くカップリングレンズ、３は分割素子であるハーフミラーキューブ、４（４ａ、４ｂ）は線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ、５（５ａ、５ｂ）は光ビームのビーム幅を規制するアパーチャ、６（６ａ、６ｂ）は光ビームの光路を変更する入射ミラーである。

符号１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）は、表面に感光層が形成されている光導電性の感光体である。各感光体１０は、回転機構（不図示）により回転軸を中心に同一の方向（例えば、図２において紙面反時計周り）に回転している。ここで、各感光体１０の回転軸の軸方向（図２の紙面手前方向）は、平行である。また、各感光体１０の径は、すべて同一である。

符号８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）は、光偏向器７により偏向された光ビームを被走査面である感光体１０の表面に集光する走査レンズである。符号９（９ａ１、９ａ２、９ａ３；９ｂ１、９ｂ２、９ｂ３；９ｃ２；９ｄ２）は走査レンズ８を通過した光ビームの折り返しミラーである。折り返しミラー９と感光体１０との光路中には、折り返しミラー９で反射された光ビームが通過するカバーガラス（不図示）が設けられている。

光偏向器７は、複数の偏向反射面を有するポリゴンミラー等の多面鏡式光偏向器であり、駆動機構（不図示）により回転軸を中心に、時計回り（図１の紙面矢印方向）に等角速度回転している。光偏向器７の具体的な構成については、後述する。

なお、以下の説明において、ＬＤ１から射出された光ビームが光偏向器７で偏向走査される方向を主走査方向とし、主走査方向と直交する方向を副走査方向とする。

この光走査装置は、２つの光源装置から射出された光ビームのそれぞれを主走査断面内で２分割して、各色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）に対応する４つの感光体１０の表面を光ビームで走査する。すなわち、光走査装置は、各色に対応する４つの走査光学系を備えている。

ここで、図１には、各色に対応する４つの走査光学系（画像形成ステーション）のうち、ブラック用の第１走査光学系とイエロー用の第２走査光学系とが図示されていて、シアン用の走査光学系とマゼンタ用の走査光学系の図示は省略してある。

第１走査光学系と第２走査光学系とは、主走査断面内において、光偏向器７の回転軸を挟んで両側に対向するように配置されている。同様に、図１に不図示のシアン用の走査光学系とマゼンタ用の走査光学系とは、主走査断面内において、光偏向器７の回転軸を挟んで両側に対向するように配置されている。

なお、ＬＤ１は４チャネルのマルチビーム半導体レーザを実装した光源装置であるが、図示の煩雑さを避けるため、ＬＤ１から射出された４本の光ビームは、図中は１本の光路で示されている。

ＬＤ１Ａから射出された発散性の光ビームは、カップリングレンズ２により以後の光学系に適したビーム形態にカップリングされる。なお、カップリングされた各光ビームは、同じビーム形態であり、「平行ビーム」とすることも「収束性もしくは発散性のビーム」とすることもできる。カップリングレンズ２を通過した光ビームは、ハーフミラーキューブ３の作用により、主走査断面内で透過光と反射光に２分割される。２分割された光ビームの光路は、９０°異なる。２本の光ビームのうち、透過光は第１走査光学系用の光ビーム（光線１ａ：図３参照）であり、反射光は第２走査光学系用の光ビーム（光線１ｂ：図３参照）である。

ハーフミラーキューブ３で分割された２本の光ビームのそれぞれは、シリンドリカルレンズ４（４ａ、４ｂ）の作用により副走査方向に集光されて、アパーチャ５（５ａ、５ｂ）の開口部を通過して光束幅を規制されてビーム整形された後に、入射ミラー６（６ａ、６ｂ）に入射する。入射ミラー６（６ａ、６ｂ）に入射した光ビームは、光路が９０°変更されて、光偏向器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。

光偏向器７は、入射ミラー６からの２本の光ビーム（光束１ａ、１ｂ）を等角速度的に偏向する。ここで、後述するように、光偏向器７は、４面の偏向反射面を備えた同一形状の２つの回転多面鏡７ａ、７ｂ（図２参照）が副走査方向に重ねて配置されて構成されている。第１走査光学系の光ビーム（光束１ａ）と第２走査光学系の光ビーム（光束１ｂ）は、回転多面鏡７ａが備える４面の偏向反射面のうち、それぞれ異なる偏向反射面に入射する。

第１走査光学系において、ＬＤ１から射出されて光偏向器７の回転多面鏡７ａで偏向された光ビーム（光束１ａ）は、図２に示すように、走査レンズ８ａを通過した後に折り返しミラー９ａ１、９ａ２、９ａ３で折り返されて感光体１０Ｋに入射し、感光体１０Ｋの表面にビームスポットとして結像する。結像したビームスポットは，光偏向器７の回転により被走査面上を光走査される。ビームスポットの大きさは、アパーチャ６ａにより決定される。

第２走査光学系において、ＬＤ１から射出されて光偏向器７の回転多面鏡７ａで偏向された光ビーム（光束１ｂ）は、図２に示すように、走査レンズ８ｂを通過した後に折り返しミラー９ｂ１、９ｂ２、９ｂ３で折り返されて感光体１０Ｙに入射し、感光体１０Ｙの表面にビームスポットとして結像する。結像したビームスポットは，光偏向器７の回転により被走査面上を光走査される。ビームスポットの大きさは、アパーチャ６ｂにより決定される。

さらに、図１には不図示のシアン用の走査光学系において、光源装置（図１に不図示）から射出されて光偏向器７の回転多面鏡７ｂで偏向された光ビームは、図２に示すように、走査レンズ８ｃを通過した後に折り返しミラー９ａ１、９ｃ２で折り返されて感光体１０Ｃに入射し、感光体１０Ｃの表面にビームスポットとして結像する。結像したビームスポットは，光偏向器７の回転により被走査面上を光走査される。

また、図１には不図示のマゼンタ用の走査光学系において、光源装置（図１に不図示）から射出されて光偏向器７の回転多面鏡７ｂで偏向された光ビームは、図２に示すように、走査レンズ８ｄを通過した後に折り返しミラー９ｂ１、９ｄ２で折り返されて感光体１０Ｍに入射し、感光体１０Ｍの表面にビームスポットとして結像する。結像したビームスポットは，光偏向器７の回転により被走査面上を光走査される。

このように、走査レンズ８ａ、折り返しミラー９ａ１、９ａ２、９ａ３は、ＬＤ１から射出された４本の光ビームを感光体１０Ｋの表面に導光して、副走査方向に分離した４つのビームスポットを形成するブラック用の走査結像光学系を構成する。

また、走査レンズ８ｂ、折り返しミラー９ｂ１、９ｂ２、９ｂ３は、ＬＤ１から射出された４本の光ビームを感光体１０Ｙの表面に導光して、副走査方向に分離した４つのビームスポットを形成するイエロー用の走査結像光学系を構成する。

また、走査レンズ８ｃ、折り返しミラー９ａ１、９ｃ２は、光源装置（図１に不図示）から射出された４本の光ビームを感光体１０Ｃの表面に導光して、副走査方向に分離した４つのビームスポットを形成するシアン用の走査結像光学系を構成する。

また、走査レンズ８ｄ、折り返しミラー９ｂ１、９ｄ２は、光源装置（図１に不図示）から射出された４本の光ビームを感光体１０Ｍの表面に導光して、副走査方向に分離した４つのビームスポットを形成するマゼンタ用の走査結像光学系を構成する。

ここで、ブラック用の第１走査光学系が感光体１０Ｋの表面を光走査する間は、イエロー用の第２走査光学系は感光体１０Ｙの表面を光走査しない（感光体１０Ｙに光ビームを導光しない）。すなわち、感光体１０Ｋ、１０Ｙの光走査は、「時間的にずれて交互に」行われる。したがって、光走査装置は、感光体１０Ｋの光走査が行われている間は、ＬＤ１の光強度を「ブラック画像の画像信号」で変調し、感光体１０Ｙの光走査が行われている間は、ＬＤ１の光強度を「イエロー画像の画像信号」で変調する。このように変調することで、光走査装置は、感光体１０Ｋにはブラック画像の静電潜像を、感光体１０Ｙにはイエロー画像の静電潜像を、書き込むことができる。

また、光走査装置は、シアン用の走査光学系とマゼンタ用の走査光学系において、光源の光強度の変調方法を前述のブラック用の走査光学系とイエロー用の走査光学系における光源の光強度の変調方法と同様にすることで、感光体１０Ｃにはシアン画像の静電潜像を、感光体１０Ｍにはマゼンタ用の静電潜像を、書き込むことができる。

このように、光走査装置は、４本の光ビームを射出する光源装置を２つ備え、各光源装置からの光ビームを２分割したうえで、各色に対応する４つの感光体それぞれの表面に、４つのビームスポットを形成して各色の静電潜像を書き込むことができる。

●走査光学系
前述のとおり、ハーフミラーキューブ３により主走査断面内で２分割された２本の光ビームは、入射ミラー６（６ａ、６ｂ）により光偏向器７を構成する回転多面鏡の異なる偏向反射面に入射されて、光偏向器７の回転軸を挟んで両側に配置された走査光学系のそれぞれで偏向走査される。

ここで、入射ミラー６は、反射した光ビームが基準軸に対して４５°の角度で光偏向器７（回転多面鏡の偏向反射面）に入射するように配置されている。

ここで、基準軸とは、説明の便宜上に定義する軸である。つまり、基準軸とは、光走査装置が光走査する各感光体１０の回転軸の軸方向と直交する方向（図１の紙面左右方向）の軸であって、かつ、光偏向器７の回転軸を通る軸である。

各走査光学系は、被走査面上における光ビームの書き出しタイミングを決定するための同期検出光学系を有している。各同期検出光学系は、光偏向器７により反射された光ビームの光路を変更する光路変更素子である反射ミラー１１ａ、１１ｂと結像素子１２ａ、１２ｂをそれぞれ備え、単一の同期検出素子１３に入射するように光路が構成されている。

２つの走査光学系のうち、ＬＤ１の配置位置を基準としたときに、光偏向器７の回転順方向に対して回転角度が小さい側（図１の紙面右側）に配置された走査光学系は第１走査光学系であり、回転角度が大きい側（図１の紙面左側）は第２走査光学系である。第１走査光学系の同期検出光学系を第１同期検出光学系とし、第２走査光学系の同期検出光学系を第２同期検出光学系とする。

図１に示すように、走査光学系の主走査断面内において、第１走査光学系の被走査領域の走査開始点に対応する走査開始角度θｓ１は基準軸に対して約２７°、走査終了点に対応する走査終了角度θｅ１は基準軸に対して約３９°で構成されている。

また、第２走査光学系の被走査領域の走査開始点に対応する走査開始角度θｓ２は基準軸に対して約３９°、走査終了点に対応する走査終了角度θｅ２は基準軸に対して約２７°で構成されている。

すなわち、θｓ１、θｅ１、θｓ２、θｅ２の間には、以下の関係がある。
θｓ１＝θｅ２
θｅ１＝θｓ２
θｓ１＜θｅ１

第１走査光学系の有効走査領域において、ＬＤ１側の走査前半の領域（θｓ１：２７°）は、基準軸を挟んでＬＤ１と反対側の走査後半の領域（θｅ１：３９°）よりも小さい。同様に、第２走査光学系の有効走査領域において、ＬＤ１側の走査後半の領域（θｅ２：２７°）は、基準軸を挟んでＬＤ１と反対側の走査前半の領域（θｓ２：３９°）よりも小さい。

このように、第１走査光学系と第２走査光学系のいずれにおいても、有効走査領域の大きさは、基準軸を挟んで非対象に構成されていて、光源側が小さい。

第１同期検出光学系の反射ミラー１１ａは、入射ミラー６ａから光偏向器７に入射する光ビームの基準軸に対する角度４５°と、有効走査領域の開始位置の光ビームの基準軸に対する角度２７°と、の間の角度３５°の位置に配置されている。

一方、第２同期検出光学系の反射ミラー１１ｂは、基準軸を挟んでＬＤ１と反対側であって、基準軸に対して４５°の位置に配置されている。

反射ミラー１１ａ、１１ｂは、光偏向器７に最も近い結像素子である走査レンズ８ａ、８ｂの後の光路上に配置されている。

ここで、走査レンズ８（８ａ、８ｂ）の端部には、光ビームの収束や発散作用の無い、単なる透過部であるノンパワー部８ｎｐａ、８ｎｐｂが設けられていて、同期用の光ビームを透過させている。ノンパワー部８ｎｐａ、８ｎｐｂは、走査レンズ８のその他の部分（８ａから８ｎｐａを除いた部分、８ｂから８ｎｐｂを除いた部分）と比べて、基準軸方向の厚さと副走査方向の曲率が異なる構成となっている。

図１においては、光偏向器７で偏向反射されて走査される光ビームの光束幅は、約４ｍｍである。これに対して、走査レンズ８の有効走査範囲と端部のノンパワー部８ｎｐａ、８ｎｐｂの境界部分は、走査レンズ８の入射面上で２〜３ｍｍ程度離れるように設定してある。これは、同期用の光ビームと走査用の光ビームの分離が走査レンズの部品ばらつきにより重なることが無いようにするためである。

このように、同期用の光ビームを、走査用の光ビームが通過する走査レンズに一体化されたノンパワー部８ｎｐａ、８ｎｐｂを通過させることで、同期用の光ビームと走査用の光ビームの分離部分での積上げ誤差を最小化して、走査画角を大きく取ることができる。

また、走査レンズ８のノンパワー部以外の部分（走査部）に比べて、ノンパワー部８ｎｐａ、８ｎｐｂの基準軸方向の厚さが異なる構成とすることで、ノンパワー部を含めた走査レンズ８の主走査方向のサイズを小さくすることができる。

さらに、走査レンズ８は、有効走査領域の全域にわたって、副走査方向の光学特性を良好に保つために、副走査方向の曲率を主走査方向に沿って異ならせている。走査レンズ８の形状を主走査方向に対して非対称にした場合、ノンパワー部の副走査方向の曲率を、ノンパワー部と走査部との境界部における副走査方向の曲率と異ならせることで、走査レンズ８の成形が容易となる。

図３は、図１に示した光偏向器７を４５０００回転／分で回転させたときのタイミングチャートである。具体的には、第１同期検出光学系で光ビームが検出されてから、４面の回転多面鏡の１面分、角度にして９０°回転して、再び第１同期検出光学系で光ビームが検出されるまでのタイミングを表している。

ＬＤ１は、前述のとおり４チャンネルのＬＤアレイであり、同期検出をＬＤ（Ｋ/Ｙ）−ｃｈ１光源出力信号と同期検出素子１３のＰＤ同期検出信号のタイミングを示している。

図３において、４面の回転多面鏡の１面分、角度にして９０°の回転時間は３３３μｓに相当する。

第１同期検出光学系に検出されてから第２同期検出光学系に検出されるまでの時間Ｔ１は約１４８μｓ、回転多面鏡の回転角度は４０°で１面分の回転角度９０°の４４．４％にあたる。

第２同期検出光学系に検出されてから第１同期検出光学系に検出されるまでの時間Ｔ２は約１８５μｓ、回転多面鏡の回転角度は５０°で１面分の回転角度９０°の５５．６％にあたる。

第１同期検出光学系に検出されてから第１走査光学系の書き出し開始位置までの時間Ｔｄ１は１５μｓ、回転多面鏡の回転角度は４°で１面分の回転角度９０°の４．４％にあたる。

第２同期検出光学系に検出されてから第２走査光学系の書き出し開始位置までの時間Ｔｄ２は１１μｓ、回転多面鏡の回転角度は３°で１面分の回転角度９０°の３．３％にあたる。

ここで、反射ミラー１１ａ、１１ｂは、Ｔ１＜Ｔ２、Ｔｄ１＞Ｔｄ２、となるように配置されている。

各走査光学系の画像形成される１走査時間は１２２μｓ、回転多面鏡の回転角度は３３°で１面分の回転角度９０°の３６．７％にあたる。光ビームが走査されて画像形成される角度は、回転角度３３°の２倍の６６°である。ポリゴンミラーの１面分９０°の回転をする間には、第１走査光学系と第２走査光学系が交互に走査されて、３６．７％の２倍、７３．４％が画像形成に利用される。

光源から射出された光ビームを分割しない方式では、画像形成に利用される比率は６０〜７０％である。一方、本発明のように光源から射出された光ビームを分割する方式は、１面分の回転角（回転時間）に占める画像形成領域の角度（時間）比率が大きく、非画像領域が小さい構成になる。

第２走査光学系の有効走査領域の終了端から第１走査光学系の同期検出までの時間Ｔａは約５２μｓ、回転多面鏡の回転角度は約１４°で１面分の回転角度９０°の１５．６％にあたる。

一方、第１走査光学系の有効走査領域の終了端から第２走査光学系の同期検出までの時間Ｔｂは約１１μｓ、回転多面鏡の回転角度は約３°で１面分の回転角度９０°の約３．３％にあたる。

つまり、Ｔａ＞Ｔｂとなっている。

前述したように、第１走査光学系と第２走査光学系のいずれにおいても、有効走査領域の大きさは、基準軸を挟んで非対象であって、光源側の有効走査領域がより小さくなるように構成することで、回転角度９０°に占めるＴａの比率を大きくすることができる。

Ｔ１≠Ｔ２とすることで、第１走査光学系と第２走査光学系のどちらの同期検出信号かが判別可能となり、同期検出素子を１個に集約することができる。また、Ｔａ＞Ｔｂの条件下では、Ｔ１＜Ｔ２とした方が、走査画角を大きくすることができる。

ここで、仮にＴ１＞Ｔ２とすると、基準軸を挟んで光源と反対側（反光源側）の画角θｅ１、θｓ２を削ったレイアウトになってしまい、画像形成に利用される角度比率が小さくなる。その場合、被走査面である感光体までの光路が長くなってしまい、レイアウト性が悪化する。

光源の光量制御（ＡＰＣ）は、第２走査光学系の有効走査領域の終了端から第１走査光学系の同期検出までの間で行われる。上記期間内で光量制御を行うことで、Ｔｂを最小化することができ、走査画角を最大化することができる。

なお、仮にＴｂの期間内に光量制御が行われると、反光源側の画角θｅ１、θｓ２を削ったレイアウトになり、画像形成に利用される角度比率が小さくなる。

Ｔａの比率を大きく設定する必要性について、以下に説明する。

光走査装置では、被走査面上でのＬＤの発光強度調整等の初期化動作を行う必要がある。この初期化動作の開始タイミングによっては、望ましくない露光が行われてしまうことがある。特に、本発明のように分割素子により、２つ走査光学系で異なる被走査面を走査する方式では、単色の動作モードにおいて、休止状態にある感光体を不要に露光してしまい、光疲労により感光体が劣化してしまうことが考えられる。これは、光ビームを分割して、異なる感光体を時分割で走査する方式の固有の課題である。なお、走査光学系毎に専用の光源を有する方式では、他の光学系の感光体を露光することは無いので、このような課題は存在しない。

上記課題を解決するために、本発明にかかる光走査装置においては、回転多面鏡のミラー回転位置を検出して、その回転位置検出信号を基準信号にして、ＬＤの初期化のための最初の点灯タイミングを制御する。

回転位置信号を基準信号とするには、１回転ごとの波数が回転多面鏡の面数の約数と等しいように構成する必要がある。回転多面鏡のミラー面数をＮとし、モータである光偏向器７の駆動用マグネットの磁極数を２Ｍとしたとき、ＭをＮの約数で構成する。

例えば、回転多面鏡のミラー面数が４面の場合は、Ｍは４、２、１とし、磁極数は８極、４極、２極で構成することができる。

あるいは、例えば、回転多面鏡のミラー面数が６面の場合は、Ｍは６、３、２、１とし、磁極数は１２極、６極、４極、２極で構成することができる。

ホール素子の波形整形信号を基準信号として、回転多面鏡の回転位置が同期検出素子に光ビームが入射する位置より、少し前のタイミングでＬＤの点灯を開始するように制御すれば、ＬＤの初期化点灯で不要な露光を防止することができる。

ただし、駆動用マグネットの着磁ピッチ誤差や組付け時の偏心により、ホール素子の波形整形信号に周期誤差が含まれる。この周期誤差は１周期に対し、通常５〜６％、大きい場合には１０％程度になる。

この誤差分を考慮して、不要な露光を行わないようにするためには、図２おいて、少なくともＴａ＞Ｔｂとなるように構成する必要があり、ポリゴンミラーの１面分の回転時間に対するＴａの比率を５〜６％以上、さらに望ましくは１０％以上確保できるように構成する必要がある。

そのために、図１に示すように光源側の走査画角を反光源側の走査画角より小さく構成する。走査レンズの光学面は、主走査方向外形中心に対し、主走査形状を非対称に構成する。

駆動用マグネットの着磁位置と多面鏡の組付位置関係を規定していない場合は、光走査装置の組立時に、ホール素子の波形整形信号と同期検出信号の位相差をユニットごとに検査し、固有の点灯タイミングを記憶させる。

その場合、回転体を組み立てる際にホール素子の波形整形信号と同期検出信号の位相差が０近傍とならない位置に、駆動用マグネットを組み付けることが必要である。

位相差が０になると、検査時の位相差が０またはミラー１面分の時間で計測されるため、適切な点灯タイミングが設定できない。

ＬＤの初期化動作は記憶させた点灯タイミングを呼び出して、最初の点灯を制御する。最初の同期検出が行われた後は、定速回転する光偏向器７の回転体の回転速度に合わせて、所定の時間間隔で、点灯するように制御すれば、不要な露光は避けることができる。

図４は、８極モータを用いた場合のタイミングチャートを示す。ＰＭ−ＦＧはホール素子の波形整形信号とＸＤＥＴＰは同期検出信号を示す。

回転多面鏡が１面、２面、３面、４面と多面鏡が１回転する間に、ＰＭ−ＦＧには４回の波が現れる。組付け時の検査で、ＰＭ−ＦＧの立下り↓から、ＸＤＥＴＰの立下りまでの時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・を測定し、その平均値、あるいは最小値から、ＰＭ−ＦＧの周期ばらつき分を差し引いた時間を所定の遅れ時間Ｔｄとして、記憶装置に記憶させる。

点灯時はＴｄを呼び出して、ＬＤの点灯タイミングを制御する。ＰＭ−ＦＧ信号を参照して点灯制御するのは最初のみであり、ＸＤＥＴＰの同期検出後は、ＰＭ−ＦＧ信号は参照せずに、ＸＤＥＴＰ信号を基準に所定の間隔で点灯することで、同期検出位置近傍での点灯が可能となる。

図５、図６は、それぞれ４極、２極のモータを用いた場合の、ホール素子の波形整形信号と同期検出信号のタイミングチャートを示す。

本発明は４面の回転多面鏡に限定されるものではなく、６面の回転多面鏡を用いた場合でも適用できる。ただし、４面の場合は回転多面鏡の入射前にミラーを配置するため、Ｔａ＞Ｔｂの関係を成立させることが容易で、好的である。

なお、以上説明した実施の形態では、光源装置は４チャンネルのマルチビーム半導体レーザとしているが、本発明において光源は４チャンネルに限定されるものではなく、２チャンネルや８チャンネルのマルチビーム半導体レーザや、さらにビーム数の多い面発光タイプのＶＣＳＥＬを用いることもできる。

●光偏向器
次に、光偏向器７の構造について説明する。

図７は、光偏向器７の副走査断面図である。光偏向器７の回転体１０１は、ポリゴンミラー１０２ａ、１０２ｂ（図１の７ａ、７ｂに相当）とロータ磁石１０３を支持するフランジ１０２ｃを備え、光偏向器７の軸１０４の外周に焼き嵌めされている。

軸受部材１０５は含油動圧軸受であり、軸受隙間は直径で１０μｍ以下に設定されている。高速回転での安定性を確保するためラジアル軸受は、図示しない動圧発生溝が設けられている。動圧発生溝は軸１０４の外周面または軸受部材１０５の内周面に設けるが、加工性が良好な焼結部材からなる軸１０４の内周に施すのが好適である。軸１０４の素材としては、焼入れが可能で表面硬度を高くすることができ、耐磨耗性が良好なマルテンサイト系のステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）が好適である。

ロータ磁石１０３は、フランジ１０２ｃの下部内面に固定され、ハウジング１０６に固定されたステータコア１０７（巻線コイル１０７ａ）と共にアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。ロータ磁石１０３は、樹脂をバインダーに使用したボンド磁石であり、高速回転時の遠心力による破壊が発生しないように、ロータ磁石１０３の外径部が保持部であるフランジ１０２ｃにより保持されている。

スラスト方向の軸受は、軸１０４の下端面に形成された凸曲面１０４ａと、その対向面にスラスト軸受１０８を接触させるピボット軸受である。スラスト受部材１０８は、マルテンサイト系ステンレス鋼やセラミックス、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、あるいは、樹脂材料等を用いることで、潤滑性を良好にして磨耗粉の発生が抑えられている。

軸受部材１０５とスラスト軸受１０８は、ハウジング１０６に収納されていて、シール部材１０９により、油の流出が防止されている。

回転体１０１を２５，０００ｒｐｍ以上の高速回転させる場合、振動を小さくするために回転体１０１のバランスを高精度に修正かつ維持しなければならない。回転体１０１には、アンバランスの修正部が上側と下側の２ヶ所に設けられている。上側は回転体１０１の上面円周凹部１０２ｄに、下側はフランジ１０２ｃの円周凹部１０２ｅに、各々接着剤を塗布することによりバランスが修正されている。アンバランス量は１０ｍｇ・ｍｍ以下が必要であり、例えば、半径１０ｍｍの箇所で修正量は１ｍｇ以下に保たれている。

なお、上記のような微少な修正を実行する際に接着剤等の付着物では管理がしにくい場合、または、接着剤等の付着物の量が少ないために接着力が弱いときには、４０，０００ｒｐｍ以上の高速回転時には剥離、飛散してしまう場合がある。このような場合には、回転体の部品の一部を削除する方法（ドリルによる切削やレーザ加工）が好適である。

本実施の形態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１０７の外径部にロータ磁石１０３がレイアウトされる、いわゆるアウターロータ型といわれる方式である。回転駆動は、ロータ磁石１０３の磁界により回路基板１１０に実装されているホール素子１１１から出力される信号を位置信号として参照し、駆動ＩＣ１１２により巻線コイル１０７ａの励磁切り替えを行い回転する。

ロータ磁石１０３は径方向に着磁されており、ステータコア１０７の外周とで回転トルクを発生して回転する。ロータ磁石１０３は、内径以外の外径及び高さ方向は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１１１が開放磁路内に配置されている。コネクタ１１３にはハーネス（不図示）が接続されていて、本体からの電力供給とモータの起動停止信号入力、回転数指令基準クロック信号入力、ＰＬＬ速度制御の同期信号出力に加えて、位置検出素子であるホール素子の波形整形信号（ＰＭ＿ＦＧ信号）が出力される。

図８は、回転体１０１の斜視図である。ポリゴンミラー１０２ａ、１０２ｂは、連結部１０２ｆを介して連続する形で形成されている。下側のポリゴンミラー１０２ｂとフランジの間に連結部１０２ｇを設けてモータ部が一体化されている。軸受部材である軸１０４が焼きばめされた軸一体型のポリゴンミラー１０２ａ、１０２ｂは、アルミニウム合金を基材として、超精密切削加工により反射面Ｒａ、Ｒｂが形成され、反射面には透明保護膜が形成されている。

図９は、光偏向器７の回転軸と直交する面でのモータ部の断面図であり、６個のコイル１０７ａが、６個の突極からなるステータコア１０７に集中巻きされていることを示している。外周部に配置されたロータ磁石１０３は、周方向に８極に着磁された８極６スロット型のモータである。

位置検出素子であるホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、駆動用マグネットのＮＳ極の磁気を検出して、電気信号に変換する。磁電変換された出力は、増幅、波形整形されて、着磁境界に対応して「Ｌ」レベルと「Ｈ」レベルが切り替わる矩形波に変換される。

位置検出素子は、通電相切り替え用の位置検出素子の１つ、例えば、Ｈ１を利用し、その波形整形信号は、モータの速度制御にも利用される。速度制御には、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）制御が用いられる。目標速度信号である基準クロック信号に対して、ホール素子の波形整形信号が位相比較信号として利用され、正確に基準クロック信号に同期するように制御される。

駆動用マグネットと回転多面鏡は回転体として一体化されていて、ホール素子の波形整形信号は、１回転あたり回転多面鏡の面数と等しい４つの波数で構成されるため、ホール素子の波形整形信号により、回転多面鏡の回転角度位置を特定することができる。

なお、モータ方式は、８極の場合、８極１２スロット型としてもよい。

また、モータ方式は、ホール素子の波形整形信号が、１回転に２つの波数（２周期）になる４極３スロット型あるいは４極６スロット型のモータ方式としてもよい。回転多面鏡の面数４の１／２、２つの波数で構成されるホール素子の波形整形信号により、回転多面鏡の回転角度位置を特定することができる（図５参照）。

さらに、ホール素子の波形整形信号が、１回転に１つの波数（１周期）になる２極３スロットでもホール素子の波形整形信号により、回転多面鏡の回転角度位置を特定することができる。

このように、回転多面鏡のミラー面数をＮとし、モータである光偏向器の駆動用マグネットの磁極数を２Ｍとしたとき、ＭをＮの約数で構成すれば、回転多面鏡の回転角度位置を特定することができる（図６参照）。

●画像形成装置●
次に、本発明にかかる画像形成装置について説明する。

図１０は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。画像形成装置２０００は、複写機、プリンタ、ファクシミリの各機能を有する複合機であり、本体装置１００１、読取装置１００２、自動原稿給紙装置１００３などを備えている。

本体装置１００１は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、感光体ドラム２０３０（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着ローラ２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、プリンタ制御装置２０９０を有してなる。

通信制御装置２０８０は、通信ネットワークなどを介してパーソナルコンピュータなどの上位装置との双方向通信を制御する。プリンタ制御装置２０９０は、画像形成装置２０００が備える各手段を統括的に制御する。

転写ベルト２０４０の紙面下方には、光走査装置２０１０によって露光され静電潜像が形成される像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体ドラム２０３０が、転写ベルト２０４０の移動方向（図１０の紙面反時計回り）の上流側からイエロー用２０３２ｄ、マゼンタ用２０３０ｃ、シアン用２０３０ｂ、ブラック用２０３０ａの順に配設されている。

なお、図１０の感光体ドラム２０３０は、図２に示した感光体１０に相当する。

各感光体ドラム２０３０の周囲には、感光体ドラムの回転方向に、帯電装置２０３２（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、現像ローラ２０３３（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、トナーカートリッジ２０３４（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、クリーニングユニット２０３１（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）などの電子写真法（電子写真プロセス）にしたがうプロセス部材が順に配設されている。

なお、帯電手段としては、コロナチャージャを用いることもできる。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、クリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラック（Ｋ）の画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、クリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアン（Ｃ）の画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、クリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタ（Ｍ）の画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、クリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエロー（Ｙ）の画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

光走査装置２０１０は、感光体ドラム２０３０に光書込みを行う光書込装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する。光走査装置２０１０は、通信制御装置２０８０に接続されている上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色に変調された光ビームを、対応する帯電された感光体ドラム２０３０の表面に照射する。感光体ドラム２０３０の表面では、光ビームが照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、いわゆるネガ潜像であって、感光体ドラム２０３０の回転に伴って、対応する現像ローラ２０３３の方向に移動する。

トナーカートリッジ２０３４ａにはブラックトナー、トナーカートリッジ２０３４ｂにはシアントナー、トナーカートリッジ２０３４ｃにはマゼンタトナー、トナーカートリッジ２０３４ｄにはイエロートナーが格納されている。トナーカートリッジ２０３４に格納されている各色のトナーは、対応する現像ローラ２０３３に供給される。

現像ローラ２０３３の表面には、現像ローラ２０３３の回転に伴い、対応するトナーカートリッジ２０３４からのトナーが薄く均一に塗布される。現像ローラ２０３３の表面に塗布されたトナーは、各色に対応する感光体ドラム２０３０の表面に接すると、感光体ドラム２０３０の表面に形成されている静電潜像に付着して、静電潜像が顕像化されてトナー画像が形成される。形成されたトナー画像は、感光体ドラム２０３０の回転に伴い、転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写されて重ね合わされ、カラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には、記録媒体である転写紙が収納されている。給紙トレイ２０６０の近傍には、給紙コロ２０５４が配置されている。給紙トレイ２０６０に収納されている転写紙の最上位の１枚が給紙コロ２０５４に給紙され、給紙された転写紙は、その先端部がレジストローラ対２０５６に捕らえられる。レジストローラ対２０５６は、感光体ドラム２０３０上のトナー画像が転写位置へ移動するタイミングに合わせて、転写紙を転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。送り出された転写紙には、転写ベルト２０４０上のカラー画像が転写される。カラー画像が転写された転写紙は、定着ローラ２０５０に送り出される。

定着ローラ２０５０に送り出された転写紙には、熱と圧力とが加えられて、トナーが転写紙上に定着される。トナーが定着された転写紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送り出されて、排紙トレイ２０７０上に順次スタックされる。

クリーニングユニット２０３１は、トナー画像が転写された後の感光体ドラム２０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラム２０３０の表面は、再度、対応する帯電装置２０３２に対向する位置に戻る。

光走査装置２０１０として、先に説明した本発明にかかる光走査措置を適用することで、偏向走査手段の回転位置検知信号に多少の位置検知誤差があっても、同期検知側と対向する走査光学系の終了端付近で不要な露光を防止することができる。また、有効走査範囲として書込みのできる角度範囲を最大化し、光路長の増加を抑えることができる。

１ 光源（ＬＤ）
２ カップリングレンズ
３ ハーフミラーキューブ
４ シリンドリカルレンズ
５ アパーチャ
６ 入射ミラー
７ 多面鏡式光偏向器
８ 走査レンズ
９ 折り返しミラー
１０１ 光偏向器の回転体
２０００ 画像形成装置
２０１０ 光走査装置
２０３０ 感光体ドラム（感光体）
２０４０ 転写ベルト

特開平１１−２１８６９７号公報

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源からの光ビームを分割する光束分割手段と、
   前記光束分割手段により分割されたそれぞれの光ビームを偏向する多面鏡式光偏向器と、
   前記多面鏡式光偏向器により偏向された光ビームのそれぞれを対応する被走査面に結像させる複数の走査光学系と、
   を備えた光走査装置であって、
   前記複数の走査光学系には、第１走査光学系と第２走査光学系とが含まれ、
   前記第１走査光学系と前記第２走査光学系とは、前記多面鏡式光偏向器の回転軸を挟んで両側に配置され、
   前記第１走査光学系と前記第２走査光学系のそれぞれは、前記被走査面上における光束の走査開始タイミングを決定するための同期検出光学系を有し、
   前記第２走査光学系の有効走査領域の終了端から前記第１走査光学系の同期検出までの時間をＴａ、前記第１走査光学系の有効走査領域の終了端から前記第２走査光学系の同期検出までの時間をＴｂとするとき、Ｔａ＞Ｔｂであり、
   前記第１走査光学系は、多面鏡式光偏向器の回転順方向の回転角度が前記光源を基準にして小さい側に配置された走査光学系であって、
   前記第１走査光学系の前記光源側の走査画角は、前記第１走査光学系の反光源側の走査画角より小さい
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 前記多面鏡式光偏向器は、１回転ごとの波数が多面鏡の面数の約数と等しい回転位置検出信号を出力し、
   前記光源の最初の点灯は、前記回転位置検出信号を基準にして、前記Ｔａに対応する区間で開始される、
   請求項１記載の光走査装置。
3. 前記走査光学系の走査レンズの光学面は、主走査方向の外形中心に対して、主走査方向の形状が非対称である、
   請求項１または２記載の光走査装置。
4. 前記同期検出光学系は、同期用の光ビームが通過する同期部を備え、
   前記走査レンズは、前記同期部と、走査用の光ビームが通過する走査部と、が一体形成されている、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記同期部は、前記走査レンズの主走査方向の両端に形成されていて、主走査方向にパワーを持たず、
   前記両端に形成されている２つの同期部の主走査方向の長さは、異なる、
   請求項４記載の光走査装置。
6. 前記同期部の副走査方向の曲率と、前記走査部の副走査方向の曲率とは、異なる、
   請求項４または５記載の光走査装置。
7. 前記第１走査光学系の同期検出から前記第２走査光学系の同期検出までの時間をＴ１、前記第２走査光学系の同期検出から前記第１走査光学系の同期検出までの時間をＴ２としたとき、
   前記同期検出光学系は、Ｔ１＜Ｔ２となるように配置されている、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置。
8. 前記光源の光量制御が、前記第２走査光学系の有効走査領域の終了端から前記第１走査光学系の同期検出までの間に行われる、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の光走査装置。
9. 複数の感光体それぞれの表面に光走査により個別的に静電潜像を形成し、前記静電潜像のそれぞれを可視化してトナー画像とし、前記トナー画像のそれぞれを同一の記録媒体上に転写して合成的に画像形成を行う画像形成装置であって、
   前記静電潜像の形成を行う光走査装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置であり、
   前記光走査装置が備える第１走査光学系は、ブラック用であり、
   前記光走査装置が備える第２走査光学系は、カラー用である、
   ことを特徴とする画像形成装置。
   

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