JP2007072274A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームに作用させるミラーやレンズ等の光学要素の取り付け精度を向上させ、感光体ドラムの潜像を用いて形成される画像の品位を確保できるようにする。
【解決手段】光走査装置は、側壁２２４と中間壁２２５とを有するフレームを備え、そのフレームに対して２次光学系の各光学要素が配設される。これら光学要素は、中間壁２２５の両面側に分配されて配設される。これによりポリゴンミラー２０１で反射した１次光学系からの光ビームは、中間壁２２５の下側から上側に向かって、中間壁２２５を横切るように光路が設定される。従って中間壁２２５は、これらの光ビームの光路が存在する領域に、それら光路を遮蔽しないような開口２２６を備えている。また２次光学系の各光学要素は、中間壁２２５に対して直接にもしくは所定の支持部材を介して取り付けられている。これにより各光学要素の取り付け精度を向上させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光走査装置及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関し、より詳細には、例えば、デジタル複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる光走査装置に関する。

デジタル複写機、レーザプリンタ、あるいはファクシミリ等の画像形成装置が普及している。このような画像形成装置では、レーザビームを走査する光走査装置が用いられる。画像形成装置で画像形成する場合は、感光体ドラムを帯電装置で帯電した後、光走査装置によって画像情報に応じた書き込みを行って、感光体ドラムに静電潜像を形成する。そして現像装置から供給されるトナーによって、感光体ドラム上の静電潜像を顕像化する。そして感光体上で顕像化されたトナー像を転写装置によって記録用紙に転写し、さらに定着装置によって記録用紙に定着することで、所望の画像が得られるようになっている。

またデジタル複写機やレーザプリンタなどのカラー画像形成装置では、その高速化に伴って複数の感光体ドラムをタンデム配列したタンデム方式の装置が実用化されている。ここでは、例えば４つの感光体ドラムを記録紙の搬送方向に配列し、これらの各感光体ドラムに対応した走査光学系によってこれら感光体を同時に露光して潜像をつくり、これらの潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で顕像化する。そしてこれら顕像化されたトナー像を同一の記録紙に順次重ね合わせて転写することにより、カラー画像を得るようにしている。

複数の感光体ドラムを同時露光するタンデム方式は、１つの感光体ドラムで順次各色毎の画像形成を行う方式に対してカラーもモノクロも同じ速度で出力できるため、高速プリントに有利である。その反面で、複数の感光体ドラムに対応する走査光学系を必要とし、感光体ドラムを露光をするための装置が大型化する傾向があり、その小型化が課題となる。また各々の感光体上ドラムで顕像化したトナー像を記録紙に重ね転写する際に色ずれが生じないようにすることが課題となる。

上記のようなタンデム方式の画像形成装置に関し、例えば、特許文献１及び特許文献２には、光源装置から偏向手段に至る光路中に配された楔形状のプリズムと、その楔形状のプリズムをほぼ光軸周りに回転調整することにより、副走査方向のビームスポットの位置を可変とする書き込み開始位置補正手段とを備え、画像データの書き込み中に感光体ドラム上のビームスポット位置を制御できるようにした光走査装置が開示されている。そしてここでは、連続プリント時においても、各色間の相対的な色ずれを効果的に補正し、色ずれの少ない良好なカラー画像を出力することができる。

また特許文献３には、光源と、その光源から出射した光を４つの光に分岐する装置と、第２のレンズをその光軸を法線とする平面上で駆動させる調整装置と、第１及び第２のレンズからの集光光を回折して干渉させる回折格子と、その回折格子をその格子面内で溝方向と垂直な方向の成分を含む方向へ駆動する微動ステージと、対物レンズ、結像レンズ及びＣＣＤカメラで構成され干渉光を観察する４つの干渉像観察系と、４つの干渉像を処理して第２のレンズのディセンタに対して感度を有する収差のうちひとつの収差を検出する処理装置と、検出した収差から調整量を検出し、調整装置を駆動させる制御装置を有することにより、ＮＡの小さいレンズに対しても高精度で調整を行うことができるようにした
レンズ調整装置が開示されている。

また特許文献４には、光を所定の方向に偏向する光偏向装置と、複数のレーザ素子と、ガラスレンズ及びプラスチックレンズを含み、それぞれのレーザ素子からの出射光の断面形状を所定の形状に変換する偏向前光学系と、光偏向装置により偏向されたそれぞれの光を、所定像面に等速で走査するよう結像する２枚のレンズを含む偏向後光学系を備えた光走査装置が開示されている。偏向光学系の２枚のレンズのパワーは、光偏向装置の反射面の回転軸と直交する方向に関し、それぞれ正に規定されている。また、それぞれのレンズの少なくとも１枚のレンズ面は、回転対称面を含まないレンズに形成される。これにより色ずれのないカラー画像を低コストで提供できる画像形成装置に適した光走査装置を提供することができる。
特開２００４−１０９７００号公報 特開２００４−１０９６９９号公報 特開２００４−２３３６３８号公報 特開２００２−９６０７５号公報

上記のようなタンデム方式の画像形成装置において、現状ではモノクロ画像形成が行われる頻度の方が、カラー画像形成が行われる頻度よりも大幅に多くなっている。一例では、モノクロ画像形成頻度とカラー画像形成頻度との比率は７：３程度といわれる。

このような状況に合理的に対処するため、上記のタンデム方式の画像形成装置において、複数配置される感光体ドラムのうちブラック用の感光体ドラムの径を大きくした構成が採用されている。ブラック用の感光体ドラムのみを大径化することにより、使用頻度の高いモノクロ画像形成を高速化することができ、また使用頻度の異なる感光体ドラムの交換サイクルを同等にすることでき、各色用の感光体ドラムを合理的に使用することができるようになる。

上記のような画像形成装置に適用される光走査装置においては、径の異なる感光体ドラムが同時に使用されているにもかかわらず、各感光体ドラムを露光する光ビームの光路長（例えばポリゴンミラーから各感光体ドラムの露光面までの光路長）を揃える必要があるため、各色用のミラーやレンズ等の光学要素の配置が複雑になる。
このような構成の場合、形成画像の品位を維持するためには、上記のミラーやレンズ等の光学要素の取り付け精度を確保することが必須となる。

一般的に光走査装置は、周辺光からの回り込み光（迷光と呼ばれる）を遮蔽するため、壁面により周囲を囲って内部を遮光した筐体を使用して、その筐体の底面に対してミラーやレンズ等の光学要素を取り付ける構成（ビルドアップ）を採用している。
上記のビルドアップの構成では、例えば、筐体の底部内面に光学要素の取付け用のステーを設け、そのステーに対してレンズ等の光学要素を配置する構成が採られる。

しかしながら、上記のようにステーに対して光学要素を配置すると、例えば、ステーの高さの精度や、ステーに対する光学要素の取り付け精度が必要となり、ステーの高さが高くなるほど、光学要素の取り付け誤差が大きくなるといえる。このような場合、例えば、光学要素の取り付け誤差が大きくなって、必要な光路を遮断してしまう不具合が生じる可能性もある。
上記特許文献1〜４には、上記のような光学要素の取り付け精度を向上させて、画像品質を確保するための技術思想についてはなんら開示されていない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、光ビームを感光体ドラム上で走査して露光することにより感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置において、上記光ビームに作用させるミラーやレンズ等の光学要素の取り付け精度を向上させ、感光体ドラムの潜像を用いて形成される画像の品位を確保できるようにした光走査装置と、該光走査装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、画像データに応じて光源から出射された光ビームをポリゴンミラーに照射し、光ビームをポリゴンミラーの回転によって走査光とし、走査光が感光体ドラムを走査して露光することにより感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置において、光走査装置は、光源から出射した光ビームに作用する複数の光学要素を配設したフレームを有し、フレームは、光学要素の配設領域を囲む側壁と、側壁に囲まれた空間内で、複数の光学要素が配設された中間壁とを有して構成され、中間壁は、少なくともその一部が側壁の高さ方向の中間点に接続されていることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、複数の光学要素が、中間壁に対して直接にもしくは所定の支持部材を介して取り付けられていることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、各光学要素が、所定の固定部材を用いて、中間壁または支持部材に固定され、固定部材は、感光体ドラムを露光する光ビームを遮蔽しない位置に配置していることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１ないし第３のいずれか１の技術手段において、中間壁が、中間壁の両面側に、複数の光学要素が分配されて配設されていることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、中間壁が、中間壁の両側に配置された光学要素間で、中間壁面の両面のうち一方の面側から他方の面側に通過する光路が存在する領域に、光路を遮蔽しないような開口を有していることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１ないし第５のいずれか１の技術手段において、光走査装置が、複数の光ビームをポリゴンミラーの回転によって走査光とし、複数の走査光が同時に複数の感光体ドラムを走査して露光することにより、各感光体ドラムに潜像を形成することを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１ないし第５のいずれか１の技術手段における光走査装置と、光走査装置からの走査光により潜像を形成する感光体ドラムとを備え、潜像を顕像化することで画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置である。

第８の技術手段は、第６の技術手段における光走査装置と、光走査装置からの走査光により潜像を形成する感光体ドラムとを備え、潜像を顕像化することで画像形成を行う画像形成装置であって、像形成装置は、ポリゴンミラーから前記感光体ドラムまでの光路長が、前記複数の光ビームにおいて互いに等しいことを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第８の技術手段において、感光体ドラムが、黒、イエロー、マゼンタ、及びシアンによる画像形成を行なうように４本設けられ、黒用の感光体ドラムと、他のイエロー、マゼンタ及びシアン用の画像形成を行なう感光体ドラムとは、外径が互いに異なることを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第９の技術手段において、感光体ドラムを走査する光ビームの光軸と、感光体ドラム表面と光軸との交点における感光体ドラム表面の接線とのなす角度は、前記複数の感光体ドラムにおいて互いに等しいことを特徴としたものである。

本発明によれば、光ビームを感光体ドラム上で走査して露光することにより感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置において、上記光ビームに作用させるミラーやレンズ等の光学要素の取り付け精度を向上させ、感光体ドラムの潜像を用いて形成される画像の品位を確保できるようにした光走査装置と、該光走査装置を備えた画像形成装置とを提供することができる。

特に側壁と中間壁とを有するフレームを用いて光走査装置を構成し、このときに照射光学系（２次光学系）を構成する各光学要素を上記中間壁に対して直接にもしくは所定の支持部材を介して取り付けることにより、各光学要素の取り付け精度を向上させることができる。
すなわち、中間壁に対して直接に光学要素を取り付ける場合、光学要素の取り付け精度を安定して確保することができ、また所定の支持部材を介して中間壁に光学要素を取り付ける場合にも、従来の構成のように支持部材の高さが不要に高くなることはなく、中間壁から短い距離で光学要素を固定することができ、従来に比べて光学要素の取り付け精度を向上させることができる。

また各光学要素を中間壁の両面側に分配して配設し、光ビームの光路が存在する領域には中間壁に開口を設けることにより、光路を遮蔽することなくフレーム構成を維持して感光体ドラムへの走査を行うことができるようになる。

図１は、本発明の光走査装置が使用される画像形成装置の構成例を示す図である。画像形成装置は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシート（記録用紙）に対して多色及び単色の画像を形成するものである。そして、図示するように、露光ユニット１、現像器２、感光体ドラム３（３（Ｋ）、３（Ｃ）、３（Ｍ）、３（Ｙ））、クリーナユニット４、帯電器５、中間転写ベルトユニット６、定着ユニット７、給紙カセット８、排紙トレイ９、原稿読み取り装置（スキャナユニット）１３等を有して構成されている。画像形成装置は、原稿読み取り装置１３のスキャナによって読み取った原稿画像情報をシート等の媒体に画像形成することができる。また画像形成装置に接続された外部機器等から入力する画像情報を画像形成することもできる。

なお、本画像形成装置において扱われる画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像器２、感光体ドラム３、帯電器５、クリーナユニット４は、各色に応じた４種類の潜像を形成するようにそれぞれ４個ずつ設けられ、それぞれブラック、シアン、マゼンタ、イエローに設定され、これらによって４つの画像ステーションが構成されている。

また本実施形態では、上記ブラック、シアン、マゼンタ、イエローに対応する感光体ドラム３のうち、ブラックに対応する感光体ドラム３（Ｋ）は、他の感光体ドラム３（３（Ｃ）、３（Ｍ）、３（Ｙ））と比べて大きな径（例えば２倍の径）を持つように構成されている。ブラック用の感光体ドラム３（Ｋ）のみを大径化することにより、使用頻度の高いモノクロ画像形成を高速化することができ、また使用頻度の異なる感光体の交換サイクルを同等にすることができ、各色用の感光体を合理的に使用することができるようになる。

本実施形態では、上記ブラック、シアン、マゼンタ、イエローに対応する感光体ドラム３に対してそれぞれ１本の光ビームを走査しながら潜像形成を行なう例を説明するが、この他たとえば、ブラック用の感光体ドラム３（Ｋ）に対する露光ビームのみに、２ビーム方式（二つのビームを使用して２列の主走査を同時に行う）を適用し、ブラックの高速化を図る構成も採用することができる。

また上記のようにブラックの感光体ドラム３（Ｋ）のみを大径化する場合、カラー画像形成時に各色用の全ての感光体を使用するときの“位相制御”を精度よく実行するために、ブラック用の感光体の径を、他の色（イエロー，マゼンタ，シアン）用の感光体ドラム３（Ｃ）、３（Ｍ）、３（Ｙ）の径の整数倍とすることが好ましい。

また本実施形態では、各感光体ドラム３を走査する光ビームの光軸と、その感光体ドラム３の表面と上記光ビーム光軸との交点における感光体ドラム３表面の接線とのなす角度が、複数の感光体ドラム３において互いに等しくなるように設定されている。

帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、図１に示すように接触型のローラ型やブラシ型の帯電器のほかチャージャー型の帯電器が用いられることもある。

露光ユニット１は、本発明に関わる光走査装置に該当するものであり、図１に示すようにレーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）として構成される。露光ユニット１は、レーザビームを走査するポリゴンミラー２０１と、ポリゴンミラー２０１によって反射された光ビームを感光体ドラム３に導くためのレンズやミラー等の光学要素が配置されている。露光ユニット１を構成する光走査装置の構成は、後述して具体的に説明する。また露光ユニット１は、この他発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いる手法もある。

露光ユニット１は、帯電された感光体ドラム３を入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有する。現像器２はそれぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像を４色（ＹＭＣＫ）のトナーにより顕像化するものである。またクリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを、除去・回収する。

感光体ドラム３の上方に配置されている中間転写ベルトユニット６は、中間転写ベルト６１、中間転写ベルト駆動ローラ６２、中間転写ベルト従動ローラ６３、及び中間転写ベルトクリーニングユニット６４等を備えている。

中間転写ベルト駆動ローラ６２、中間転写ベルト従動ローラ６３は、中間転写ベルト６１を張架し、矢印Ｍ方向に回転駆動させる。
中間転写ベルト６１は、各感光体ドラム３に接触するように設けられている。そして、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト６１に順次的に重ねて転写することによって、中間転写ベルト６１上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する機能を有している。中間転写ベルト６１は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。また中間転写ベルト６１の上方には、各色用のトナーボックスが設けられ、感光体ドラム３に対してトナーが供給される。

感光体ドラム３から中間転写ベルト６１へのトナー像の転写は、中間転写ベルト６１の裏側に接触している図示しない中間転写ローラによって行われる。中間転写ローラには、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。中間転写ローラは、例えば、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面が導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルト６１に対して均一に高電圧を印加することができる。本実施形態では転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなども用いることが可能である。

上述のように各感光体ドラム３上で各色相に応じて顕像化された静電像は中間転写ベルト６１で積層される。このように、積層された画像情報は中間転写ベルト６１の回転によって、後述の用紙と中間転写ベルト６１の接触位置に配置される転写ローラ１０によって用紙上に転写される。

このとき、中間転写ベルト６１と転写ローラ１０は所定ニップで圧接されると共に、転写ローラ１０にはトナーを用紙に転写させるための電圧が印加される（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）。さらに、転写ローラ１０は上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１０もしくは前記中間転写ベルト駆動ローラ６２の何れか一方を硬質材料（金属等）とし、他方を弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等々）が用いられる。

また、上記のように、感光体ドラム３に接触することにより中間転写ベルト６１に付着したトナー、若しくは転写ローラ１０によって用紙上に転写が行われず中間転写ベルト６１上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット６４によって除去・回収されるように設定されている。中間転写ベルトクリーニングユニット６４には、中間転写ベルト６１に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト６１は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ６３で支持されている。また不要となった廃トナーは、廃トナーボックス１５に収容される。

給紙カセット８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）は、画像形成に使用するシート（記録用紙）を蓄積しておくためのトレイであり、画像形成装置の露光ユニット１の下側に複数設けられている。また、画像形成装置の上部に設けられている排紙トレイ９は、印刷済みのシートをフェイスダウンで集積するためのトレイである。
また、画像形成装置には、給紙カセット８のシートを転写ローラ１０や定着ユニット７を経由させて排紙トレイ９に送るための、用紙搬送路Ｓ１が設けられている。給紙カセット８から排紙トレイ９までの用紙搬送路Ｓ１の近傍には、ピックアップローラ１１、レジストローラ１２、転写ローラ１０、定着ユニット７等が配されている。

ピックアップローラ１１は、給紙カセット８の端部近傍に備えられ、給紙カセット８からシートを１枚ずつピックアップして用紙搬送路Ｓ１に供給する。
また、レジストローラ１２は、用紙搬送路Ｓ１を搬送されているシートを一旦保持するものである。そして、感光体ドラム３上のトナー像の先端とシートの先端を合わせるタイミングでシートを転写ローラ１０に搬送する機能を有している。

定着ユニット７は、ヒートローラ７１及び加圧ローラ７２を備えており、ヒートローラ７１及び加圧ローラ７２は、シートを挟んで回転するようになっている。またヒートローラ７１は、図示しない温度検出器からの信号に基づいて制御部によって所定の定着温度となるように設定されており、加圧ローラ７２とともにトナーをシートに熱圧着することにより、シートに転写された多色トナー像を溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着させる機能を有している。

次に、シート搬送経路を説明する。上述のように画像形成装置には予めシートを収納する複数の給紙カセット８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）が設けられている。給紙カセット８からシートを給紙するために、各々ピックアップローラ１１が配置され、シートを１枚ずつ用紙搬送路Ｓ１に導くようになっている。
給紙カセット８から搬送されるシートはレジストローラ１２まで搬送され、シートの先端と中間転写ベルト６１上の画像情報の先端を整合するタイミングで転写ローラ１０に搬送され、シート上に画像情報が書き込まれる。その後、シートは定着ユニット７を通過することによってシート上の未定着トナーが熱で溶融・固着され、排紙トレイ９上に排出される。

上記の搬送経路は、シートに対する片面印字要求のときのものであるが、これに対して両面印字要求の時は、上記のように片面印字が終了し定着ユニット７を通過したシートを逆方向に搬送して搬送路Ｓ２へ導き、レジストローラ１３を経てシート裏面に印字が行われた後にシートが排紙トレイ９に排出される。

次に本発明の光走査装置の実施形態を具体的に説明する。
本実施形態の光走査装置は、上記のように複数の感光体ドラム３を有し、複数本の光ビームによって各感光体ドラム３を同時に走査露光して各感光体ドラム３に互いに異なる色の画像を形成し、各色の画像を同一の転写媒体上に重ね合わせることによってカラー画像を形成するタンデム方式の画像形成装置に適用可能である。

上述のように、画像形成装置には、ブラック（Ｋ）画像形成用の感光体ドラム、シアン（Ｃ）画像形成用の感光体ドラム、マゼンタ（Ｍ）画像形成用の感光体ドラム、イエロー（Ｙ）画像形成用の感光体ドラムが略等間隔で配置されている。タンデム方式の画像形成装置は、各色の画像を同時に形成するので、カラー画像の形成に要する時間を大幅に短縮することができる。また本例では、ブラック（Ｋ）画像形成用の感光体ドラムは、他の色の画像形成用の感光体ドラムに対して２倍の径を有しているため、使用頻度の高いモノクロの画像形成時の画像形成速度を向上させることができる。
なお以下では、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙによって、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローをそれぞれ表すものとする。

感光体ドラム３を露光するための本発明に係る光走査装置は、それぞれユニット化された１次光学系（入射光学系）と、２次光学系（出射光学系）とから構成される。１次光学系は、ＹＭＣＫの光ビームをそれぞれ出射する４つの半導体レーザと、これらの光ビームを２次光学系のポリゴンミラー２０１（回転多面鏡）に導くミラー及びレンズ等の光学要素とを備えている。また２次光学系は、被走査体である感光体ドラム３上にレーザビームを走査する上記ポリゴンミラー２０１と、ポリゴンミラー２０１によって反射された光ビームを感光体ドラム３に導くためのレンズやミラー等の光学要素、及び光ビームを検出するＢＤセンサ等を備えている。また、上記ポリゴンミラー２０１は、各色で共有する構成を採用している。

図２は、本発明の光走査装置の１次光学系ユニットの構成例を示す平面図である。図２において、１００は１次光学系ユニット、１０１はレーザダイオード、１０２はコリメータレンズ、１０３はアパーチャ、１１０は第１ミラー、１１１は第２ミラー、１１２はシリンドリカルレンズ、１１３は第３ミラー、１２０は１次光学系の光学要素を配設する基板である。

Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ用の各レーザダイオード１０１は、光源駆動手段としてのレーザ駆動回路（図示せず）によって駆動される。このレーザ駆動回路には、画像形成装置の制御部から出力される各種制御信号や画像処理部から供給される画像データが入力され、これら制御信号及び画像データに従って各レーザダイオード１０１の発光を制御する。

各レーザダイオード１０１のレーザ出射側には、それぞれＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙ用のコリメータレンズ１０２が配設されている。各レーザダイオード１０１から出力された光ビームは、ほぼ楕円形状の拡散光であり、各色毎に備えられたコリメータレンズ１０２によって平行光（ビームが進行してもその光束の径が変化しない光）とされる。各色のコリメータレンズ１０２の後には、所定の間隙をもったアパーチャ（スリット）１０３が配置され、光ビームの径が規制される。

上記各レーザダイオード１０１はレーザホルダに取り付けられている。レーザホルダは、１次光学系の基板上に一体形成されているレンズホルダの背面側に取り付けられる。またコリメータレンズ１０２及びアパーチャ１０３が配置された鏡筒がレンズホルダの前面側に取り付けられる。レーザダイオード１０１から発光した光ビームは、コリメータレンズ１０２及びアパーチャ１０３を介して鏡筒の外部前方に出射する。

Ｋ用レーザダイオード１０１の鏡筒から出射した光ビームは、Ｋ用コリメータレンズ１０２とＫ用アパーチャ１０３を経て、第２ミラー１１１に向かう。また、Ｃ，Ｍ，Ｙ用のレーザダイオード１０１の鏡筒から出射した光ビームは、それぞれＣ，Ｍ，Ｙ用のコリメータレンズ１０２及びアパーチャ１０３を経て、第１ミラー１１０に入射する。第１ミラー１１０は、Ｃ，Ｍ，Ｙ用の光ビームのそれぞれを個別に反射する３つのミラーから構成され、これらミラーによって反射された各色用の光ビームは、上記Ｋの光ビームの進行方向に向かって進み、第２ミラー１１１に入射する。

各色のレーザダイオード１０１は、副走査方向（基板面に垂直な方向）について、互いに異なる高さに配置されている。高さの差は例えば約２ｍｍに設定されている。そして第１ミラー１１０は、対応するレーザダイオード１０１から出射した光ビームのみを反射し得る位置に配置されている。また第１ミラー１１０を構成する３つ（Ｃ，Ｍ，Ｙ用）のミラーは、主走査方向から見てＫ用レーザダイオード１０１から出射した光ビームに重なる位置に配置されている。

上記のような構成により、Ｋ用レーザダイオード１０１から出射したＫ用の光ビームと、第１ミラー１１０によって反射されたＣ，Ｍ，Ｙ用の光ビームは、主走査方向については全て一致し、副走査方向についてはずれ（高低差）を有して、それぞれの光ビームの光軸が互いに平行となって第２ミラー１１１に入射する。そしてここでは、各コリメータレンズ１０２を出射した各色用の光ビームは、光ビームが進行してもその光束の径が変わらない平行光である。

第２ミラー１１１は、入射したＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙの各色用の光ビームをシリンドリカルレンズ１１２に入射させる。シリンドリカルレンズ１１２は、入射した各色用の光ビームを副走査方向に集束するために配されている。そしてシリンドリカルレンズ１１２を出射した各色用の光ビームは、第３ミラー１１３で反射され、ポリゴンミラー２０１の反射面に入射する。

ここでは、シリンドリカルレンズ１１２は、副走査方向にレンズパワーを有しており、シリンドリカルレンズ１１２からポリゴンミラー２０１までの光路長に従って、副走査方向にはポリゴンミラー２０１の反射面近傍で光ビームが収束するように設定されている。すなわち、それぞれが平行光となってシリンドリカルレンズ１１２に入射した各色用の光ビームは、副走査方向ではポリゴンミラー２０１の反射面の表面でほぼ収束する。また同時に光軸が互いに平行となってシリンドリカルレンズ１１２に入射した各色用の光ビームは、副走査方向についてポリゴンミラー２０１の表面のほぼ同一位置に収束する。

このシリンドリカルレンズ１１２は、主走査方向にはレンズパワーを有していないため、入射した各色用の光ビームは、主走査方向についてはそのまま平行光として出射して、ポリゴンミラー２０１の反射面に入射する。通常、ポリゴンミラー２０１に対して、主走査方向には平行光を入射させる。主走査方向に収束する光であると、後述するｆθレンズによって負の像面湾曲が生じて好ましくない。また副走査方向については、反射面の面倒れを補正するために、反射面の表面に収束させるようにする。例えば、ポリゴンミラー２０１の反射面に入射させる光ビームの副走査方向の位置は、反射面の高さ方向での中央近傍となる。

本実施形態の光走査装置では、ＹＭＣＫ用の４本の光ビームを２次光学系の１つのポリゴンミラー２０１で偏向させる。この場合、ポリゴンミラー２０１を経た後に４本の光ビームを分離できるようにし、かつ、各色用の光ビームに主走査方向のずれが生じないようにする必要がある。このために、１次光学系のシリンドリカルレンズ１１２から出射した４本の光ビームが、ポリゴンミラー２０１に対して、主走査方向については同一方向から同一位置に入射し、副走査方向については角度差のある方向から略同一位置に入射するように設定する。これらの光路設定は、上記の副走査方向に高低差を持ったレーザダイオード１０１の配置によって、各色用の光ビームが主走査方向については全て一致し、副走査方向について所定の高低差を有して進行することによって実現されている。これにより、走査光学系によって、各色用の光ビームを分離することができる。

また上記の構成により、１次光学系の各色用のコリメータレンズ１０２からシリンドリカルレンズ１１２までの光路上では、各色用の光ビームは平行光でかつその光軸が互いに平行であるため、コリメータレンズ１０２からシリンドリカルレンズ１１２までの光路長を自由に設定することができる。

次に光走査装置の全体構成について説明する。図３〜図７は、光走査装置の構成例を示す図で、図３は光走査装置の側断面図、図４は光走査装置を上方から見た図、図５は光走査装置を下側から見た図、図６は光走査装置を斜め上方から見た斜視図、図７は光走査装置を斜め下方から見た斜視図である。なお、図３〜図７は、光走査装置の上面及び下面に取り付けるカバーを外した状態を示している。

図３〜図７において、２００は２次光学系ユニット、２０１はポリゴンミラー、２０２は第１ｆθレンズ、２０３は第２ｆθレンズ、２０４はＫ用ミラー、２０５はＣ用第１ミラー、２０６はＣ用第２ミラー、２０７はＣ用第３ミラー、２０８はＭ用第１ミラー、２０９はＭ用第２ミラー、２１０はＹ用第１ミラー、２１１はＹ用第２ミラー、２１２はＹ用第３ミラー、２２０は各色用のシリンドリカルレンズ、２２１ａ，２２１ｂは固定用シャフト、２２２は１次光学系ユニットの設置位置、２２３はシリンドリカルレンズを保持する枠、２２４は筐体を構成する側壁、２２５は筐体を構成する中間壁、２２６は中間壁に設けられる開口、２２７はポリゴンモータである。

光走査装置は、上述したような１次光学系ユニット１００と、その１次光学系ユニットから出射した光ビームを受けて被走査体である感光体ドラム３上にその光ビームを走査する２次光学系ユニット２００とにより構成される。図３〜図７に示すように、上述した１次光学系ユニット１００は、２次光学系ユニット２００の下側に取り付けられ、１次光学系ユニット１００の第３ミラー１１３で反射した光ビームが、２次光学系ユニットのポリゴンミラー２０１に入射するように構成される。

２次光学系ユニット２００は、１次光学系ユニット１００から出射した光ビームに作用するミラーやレンズ等の複数の光学要素を配設したフレームを有している。このフレームは、上記ミラーやレンズ等の光学要素の配設領域を囲む側壁２２４と、これら側壁２２４に囲まれた空間内で上記光学要素が配設された中間壁２２５とを有して構成されている。この中間壁２２５は、少なくともその一部が側壁２２４の高さ方向の中間点に接続されている。

すなわち、従来の２次光学系ユニットでは、壁面により周囲を囲って内部を遮光した筐体を使用して、その筐体の底面に対してミラーやレンズ等の光学要素を取り付ける構成（ビルドアップ）を採用しているのに対して、本実施形態では、水平方向に延伸する中間壁２２５とその中間壁２２５の周囲を囲んで垂直方向に配設された側壁２２４とによって２次光学系のフレームを構成している。

また１次光学系ユニットを組み込んだ２次光学系ユニットには、その側壁２２５内に配置された光学要素を上方と下方から囲むように、防塵用あるいは迷光遮断用のカバーが取り付けられて用いられる。

次に２次光学系の各光学要素について説明する。
ポリゴンミラー２０１は、回転方向に複数（例えば７つ）の反射面を有し、ポリゴンモータ２２７によって回転駆動される。ポリゴンミラー２０１及びポリゴンモータ２２７は、中間壁２２５の下側（感光体ドラム３と反対側）に設置されている。

１次光学系のレーザダイオード１０１から出射して第３ミラー１１３で反射した各色の光ビームは、２次光学系のポリゴンミラー２０１の反射面によって反射し、その後の各光学要素を介して感光体ドラム３を走査する。

上記のように、副走査方向について角度差を有してポリゴンミラー２０１に入射した各レーザビームは、その後も角度差を維持し、第１ｆθレンズ２０２及び第２ｆθレンズ２０３よりなる走査光学系を経た後に分離される。
第１ｆθレンズ２０２は、主走査方向にレンズパワーを有している。これにより主走査方向において、ポリゴンミラー２０１から出射した平行光の光ビームを、感光体ドラム３表面で所定のビーム径となるように収束させる。また第１ｆθレンズ２０２は、ポリゴンミラー２０１の等角速度運動により主走査方向に等角速度で移動する光ビームを、感光体ドラム３上の走査ライン上で等線速で移動するように変換する機能を有している。

また第２ｆθレンズ２０３は、主に副走査方向にレンズパワーを有している。これにより副走査方向において、ポリゴンミラー２０１から出射した拡散光の光ビームを平行光に変換する。また第２ｆθレンズ２０３は、主走査方向にもレンズパワーを有していて、第１ｆθレンズ２０２の機能を補完してビーム径の制御及びビーム等線速移動を精度よく実行できるようにしている。

上記の第１ｆθレンズ２０２及び第２ｆθレンズ２０３は、樹脂によって作製される。ｆθレンズの所望の特性を得るための非球面形状を形成するために、ｆθレンズには樹脂材料を用いることが好適である。特に、第２ｆθレンズ２０３は、主走査方向と副走査方向の両方にレンズパワーを持っているため、これを実現する複雑な非球面形状を得るためには、樹脂材料を用いて作製することが好ましい。樹脂材料は、透明性、成形性、光弾性率、耐熱性、吸湿性、機械的強度、コスト等の特性を考慮して最適な材料が選択される。

上記ポリゴンミラー２０１で分離され、第１及び第２ｆθレンズ２０２，２０３を通過した各色用の４本の光ビームのうち、Ｋ用の光ビームは、第１及び第２ｆθレンズ２０２，２０３を経て、Ｋ用ミラー２０４で反射し、Ｋ用シリンドリカルレンズ２２０を通って感光体ドラム３（Ｋ）に入射する。感光体ドラム３（Ｋ）上ではその走査領域に描画が行われる。

また分離されたＹ用の光ビームは、Ｙ用第１〜第３ミラー２１０，２１１，２１２で反射して、Ｙ用シリンドリカルレンズ２２０を通って感光体ドラム３（Ｙ）に入射する。同様に、分離されたＣ用の光ビームは、Ｃ用第１〜第３ミラー２０５，２０６，２０７で反射して、Ｃ用シリンドリカルレンズ２２０を通って感光体ドラム３（Ｃ）に入射する。また分離されたＭ用の光ビームは、Ｍ用第１〜第２ミラー２０８，２０９で反射して、Ｍ用シリンドリカルレンズ２２０を通って感光体ドラム３（Ｍ）に入射する。

２次光学系において各色用のシリンドリカルレンズ２２０は、副走査方向にレンズパワーを有している。これにより副走査方向について、平行光で入射する光ビームを感光体ドラム３上で所定のビーム径となるように収束させる。また主走査方向については、上述の第１ｆθレンズ２０２で収束光となった光ビームがそのまま感光体ドラム３上で収束する。シリンドリカルレンズ２２０は、樹脂を用いて形成されている。光走査装置のような走査幅全域をカバーする長尺のシリンドリカルレンズ２２０は、樹脂レンズとすることが好適である。

シリンドリカルレンズ２２０を出射した各色の光ビームは、帯電された感光体ドラム３を画像データに応じて露光する。これにより、感光体ドラム３の表面に画像データに応じた静電潜像が形成される。そして現像器によって、それぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像がＹＭＣＫのトナーによりそれぞれ顕像化される。

上記構成により、２次光学系のポリゴンモータ２０１から感光体ドラム３までの光路長は、各色用の４つの光ビームにおいて互いに等しくなっている。

上記のような構成を備えた光走査装置は、上述のように側壁２２４と中間壁２２５とを有するフレームを備え、そのフレームに対して上述のような２次光学系の各光学要素が配設される。これら光学要素は、中間壁２２４の両面側に分配されて配設される。
中間壁２２５は同じ高さの均一な面を持つものではなく、光学要素の配置や光路に応じてその高さが変化するように形成されている。
例えば、ポリゴンミラー２０１、ポリゴンモータ２２２７、Ｙ用第１ミラー２１０，Ｍ用第１ミラー２０８，及びＣ用第１ミラー２０５は、中間壁２２５の下側（感光体ドラム３の反対側）に配設され、他の光学要素、例えば第１，第２ｆθレンズ２０２，２０３、Ｋ用ミラー２０４、Ｃ用第２ミラー２０６、Ｃ用第３ミラー２０７、Ｍ用第２ミラー２０９、Ｙ用第２ミラー２１１、Ｙ用第３ミラー２１２、及び各色用のシリンドリカルレンズ２２０等は、中間壁２２５の上側（感光体ドラム２側）に配設されている。

上記のような構成によって、ポリゴンミラー２０１で反射した１次光学系からの光ビームは、中間壁２２５の下側から上側に向かって、該中間壁２２５を横切るように光路が設定される。従って、中間壁２２５は、これらの光ビームの光路が存在する領域に、それら光路を遮蔽しないような開口２２６を備えている。

また上記のごとくの２次光学系の各光学要素は、中間壁２２５に対して直接にもしくは所定の支持部材を介して取り付けられている。
従来では、筐体の底面に対してミラーやレンズ等の光学要素を取り付ける構成（ビルドアップ）を採用していたため、筐体の底部内面に光学要素の取付け用の支持部材（ステー）を設ける必要が生じ、かつその支持部材の高さが高いため、光学要素の取り付け誤差が多くなるという課題があった。これに対して本実施形態のように、２次光学系を中間壁２２５を有するフレームを用いて構成し、その中間壁２２５の両側に光学要素を分配して配置することにより、各光学要素の取り付け精度を向上させることができる。

すなわち、本実施形態の構成では、中間壁２２５に対して、各光学要素を直接に取り付けることができ、もしくは必要に応じて支持部材を介して取り付けることができる。支持部材には、レンズやミラー等の光学要素を保持する枠なども含まれる。
中間壁２２５に対して直接に光学要素を取り付けることにより、光学要素の取り付け精度を安定して確保することができる。また所定の支持部材を介して中間壁２２５に光学要素を取り付ける場合にも、上記従来のように支持部材の高さが不要に高くなることはなく、中間壁２２５から短い距離で光学要素を固定することができ、従来に比べて光学要素の取り付け精度を向上させることができる。

また上記光学要素を中間壁２２５に対して直接にもしくは所定の支持部材を介して取り付けるとき、所定の固定部材を用いて各光学要素を固定する。
例えば固定部材として、ビスなどによる一般的な固定部材のみならず、板バネなどを用いることができる。例えば、光路を折り返すミラー等の両端部を中間壁２２５もしくは中間壁２２５に設けられた支持部材上に設置し、板バネをその両端部に押しつけて固定することができる。この場合、例えば折り返し用のミラーに当接して進退する調整用ビス等を設けておき、ミラーの角度調整を行うことができるようにすることができる。
そして上記のような固定部材は、感光体ドラム３を露光する光ビームを遮蔽しない位置に配置される。

上記のような光走査装置は、２次光学系のフレームの所定位置に１次光学系のユニットが配設されて構成されている。これによりユニット化された光走査装置は、プリンタ等の画像形成装置に対して着脱式に構成される。

画像形成装置は、上述のように光走査装置（露光ユニット）が備えられ、その光走査装置よって感光体ドラム３を画像データに応じて露光する。本実施形態では、光走査装置がユニット化されて作製されているため、画像形成装置本体に対する着脱が可能である。例えば、画像形成の高速化等の仕様変更があった場合、上述のように１次光学系や２次光学系の光学要素を交換したり配置を変えることにより対応することもでき、さらには光走査装置のユニット自体を交換可能に構成することができる。

また光走査装置を画像形成装置内で固定するため、光走査装置の両側面に２本の固定用シャフト２２１ａ，２２１ｂが取り付けられる。そして、画像形成装置本体のフレーム内部には、各固定用シャフト２２１ａ，２２１ｂを固定支持する支持部が設けられ、固定支持されたシャフト２２１ａ，２２１ｂに対して光走査装置のフレームが固定される。すなわち、光走査装置は、２本の固定用シャフト２２１ａ，２２１ｂによって、画像形成装置本体内で保持される。

本発明の光走査装置が使用される画像形成装置の構成例を示す図である。 本発明の光走査装置の１次光学系ユニットの構成例を示す平面図である。 光走査装置の側断面図である。 光走査装置を上方から見た図である。 光走査装置を下側から見た図である。 光走査装置を斜め上方から見た斜視図である。 光走査装置を斜め下方から見た斜視図である。

符号の説明

１…露光ユニット、２…現像器、３…感光体ドラム、４…クリーナユニット、５…帯電器、６…中間転写ベルトユニット、７…定着ユニット、８…給紙カセット、９…排紙トレイ、１０…転写ローラ、１１…ピックアップローラ、１２ａ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ…搬送ローラ、１３…レジストローラ、６１…中間転写ベルト、６２…中間転写ベルト駆動ローラ、６３…中間転写ベルト従動ローラ、６４…中間転写ベルトクリーニングユニット、７１…ヒートローラ、７２…加圧ローラ、１００…１次光学系ユニット、１０１…レーザダイオード、１０２…コリメータレンズ、１０３…アパーチャ、１１０…第１ミラー、１１１…第２ミラー、１１２…シリンドリカルレンズ、１１３…第３ミラー、１２０…基板、２００…２次光学系ユニット、２０１…ポリゴンミラー、２０２…第１ｆθレンズ、２０３…第２ｆθレンズ、２０４…Ｋ用ミラー、２０５…Ｃ用第１ミラー、２０６…Ｃ用第２ミラー、２０７…Ｃ用第３ミラー、２０８…Ｍ用第１ミラー、２０９…Ｍ用第２ミラー、２１０…Ｙ用第１ミラー、２１１…Ｙ用第２ミラー、２１２…Ｙ用第３ミラー、２２０…シリンドリカルレンズ、２２１ａ，２２１ｂ…固定用シャフト、２２２…１次光学系ユニットの設置位置、２２３…シリンドリカルレンズを保持する枠、２２４…側壁、２２５…中間壁、２２６…開口、２２７…ポリゴンモータ。

Claims (10)

1. 画像データに応じて光源から出射された光ビームをポリゴンミラーに照射し、該光ビームを前記ポリゴンミラーの回転によって走査光とし、該走査光が感光体ドラムを走査して露光することにより前記感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置において、
   該光走査装置は、前記光源から出射した光ビームに作用する複数の光学要素を配設したフレームを有し、
   該フレームは、前記光学要素の配設領域を囲む側壁と、該側壁に囲まれた空間内で、前記複数の光学要素が配設された中間壁とを有して構成され、
   該中間壁は、少なくともその一部が前記側壁の高さ方向の中間点に接続されてい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、前記複数の光学要素は、前記中間壁に対して直接にもしくは所定の支持部材を介して取り付けられていることを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１または２に記載の光走査装置において、各前記光学要素は、所定の固定部材を用いて、前記中間壁または前記支持部材に固定され、前記固定部材は、前記感光体ドラムを露光する光ビームを遮蔽しない位置に配置していることを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１に記載の光走査装置において、前記中間壁は、該中間壁の両面側に、前記複数の光学要素が分配されて配設されていることを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４に記載の光走査装置において、前記中間壁は、該中間壁の両側に配置された前記光学要素間で、該中間壁面の両面のうち一方の面側から他方の面側に通過する光路が存在する領域に、該光路を遮蔽しないような開口を有していることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１に記載の光走査装置において、該光走査装置は、複数の光ビームを前記ポリゴンミラーの回転によって走査光とし、該複数の走査光が同時に複数の感光体ドラムを走査して露光することにより、各前記感光体ドラムに潜像を形成することを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１ないし５のいずれか１に記載の光走査装置と、該光走査装置からの走査光により潜像を形成する感光体ドラムとを備え、該潜像を顕像化することで画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項６に記載の光走査装置と、該光走査装置からの走査光により潜像を形成する感光体ドラムとを備え、該潜像を顕像化することで画像形成を行う画像形成装置であって、該像形成装置は、前記ポリゴンミラーから前記感光体ドラムまでの光路長が、前記複数の光ビームにおいて互いに等しいことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８に記載の画像形成装置において、前記感光体ドラムは、黒、イエロー、マゼンタ、及びシアンによる画像形成を行なうように４本設けられ、黒用の前記感光体ドラムと、他のイエロー、マゼンタ及びシアン用の画像形成を行なう感光体ドラムとは、外径が互いに異なることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置において、前記感光体ドラムを走査する光ビームの光軸と、前記感光体ドラム表面と前記光軸との交点における前記感光体ドラム表面の接線とのなす角度は、前記複数の感光体ドラムにおいて互いに等しいことを特徴とする画像形成装置。

Images