JP2008089746A - 光源装置並びにそれを用いた光走査装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 副走査方向のスポット位置変動が少ない光源装置と、光量損失の少ない光走査装置を提供する。
【解決手段】 各光源・光学素子ユニット３２ａ，３２ｂのホルダは、鏡筒を内側に収容する筒状部と、鏡筒を筒状部の内面に押圧して固定する押圧手段を備え、押圧手段は、当該光源装置の光走査面内で、光学素子の光軸と直交する位置に設置されており、さらに、光学素子から光学素子の焦点距離だけ離れた所にスリットを実装し、光源装置の２つの光源の副走査方向変動量をＰ、被走査媒体上の２つの光源の副走査方向スポット位置変動の許容範囲をＱとすると、光走査装置内の光学系の副走査方向倍率をＱ／Ｐとすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置に組み込まれる光走査装置に用いられる光源装置に係り、特に複数の発光素子を備える光源を合成して用いる装置のコリメータレンズ等の光学素子の固定構造に関する。

光源やコリメータレンズの固定方法の従来例として、下記特許文献に記載されているような提案がある。

特許文献１では、コリメータレンズなどの光学素子の変動を抑えるため、レーザ溶接により鏡筒を基台に固定する構造になっている。溶接する位置は光軸と直交する光学素子の主点を含む平面としており、溶接点は複数の方が良いとしている。

特許文献２では、コリメータレンズなどの光学素子の変動を抑えるため、筒状のホルダとコリメータレンズの鏡筒の間に中間固定部材を圧入しており、２箇所の場合は光軸を含む走査方向線上に並べ、３箇所の場合、１箇所は光軸を含む走査方向線上にし、他の２箇所は光軸を含む走査方向線に対して対称な位置関係としている。この方式の場合に応力は生じるが、光学素子の中心点は変動しないとしている。

特許文献３では、コリメータレンズの光軸方向の位置調整手段として、スプリング手段とネジ手段を設け、更に光軸に垂直な方向にスプリング手段を設けている。これによりスプリングを実装した光軸垂直な方向の、コリメータレンズの位置ずれを抑えている。

この他、コリメータレンズの簡単な固定方法の従来例は、筒状のホルダに実装し、接着やネジによる突き当て固定の手段がある。

特許文献４には、整形レンズを走査方向と副走査方向へ調整する機構を持たせ、コリメータレンズの調整構造を省き、簡単なコリメータレンズホルダ構造とすることで、コリメータレンズの位置ずれを抑える手段が開示されている。

また、光源の位置変動があっても、光学系倍率を低くすれば、感光体上のスポット位置変動を所定の値以下にできることが知られている。

特許文献５には、２次元配列された複数の光源からの光線をコリメートするコリメータレンズの焦点距離だけ離れた位置に、副走査方向光線幅のみ遮るスリットを配置する手段がある。

特開２００１−１１１１５５号公報 特開平９−１９３４５２号公報 特開２００２−１３１６７７号公報 特開２００４−２５８５６５号公報 特開２００３−１４００７２号公報

本発明が解決しようとする課題を上記特許文献とその他の例を示して説明する。

特許文献１の課題は、感光体上の結像位置（結像位置ずれによりスポット径が増大してしまう）と感光体上の照射位置を正しくすることで、忠実な静電潜像を形成することである。その手段としてレーザ溶接でコリメータレンズの鏡筒を基台に固定している。この場合、レーザ溶接装置が高価であることが問題であった。また、コリメータレンズの鏡筒を溶接してしまうため、調整ミスや何らかの事情でコリメータレンズを交換したい場合、交換できない。また、この特許文献では、コリメータレンズの光軸方向の調整、変動についてのみ開示しており、コリメータレンズの調整後の走査方向、副走査方向の位置変動の改善手段については示されていない。

特許文献２の課題も特許文献１と似ており、感光体上の結像位置（結像位置ずれによりスポット径が増大してしまう）と感光体上の照射位置を正しくすることで、良好なカラー画像を得ようとすることである。その手段として、光学部品を鏡筒に入れ、２箇所あるいは３箇所に中間固定部材を設けている。このため部品点数が多くなり、また組立作業も煩雑になるという問題がある。

特許文献３では、光軸垂直方向へスプリングを実装し、コリメータレンズのスプリング方向（光軸垂直方向）の位置決めを行なうものである。この構成では、環境温度が変動した場合、コリメータレンズの鏡筒の膨張、収縮やバネ力の変化により、コリメータレンズの光軸位置がスプリング方向へ変動してしまうので問題であった。

上記の他に、光走査装置の光源部分の鏡筒に入ったコリメータレンズ等の光学素子の固定方法としては、接着がある。この場合、接着の仕方によっては、環境温度が変動した場合、接着剤の厚さのバラツキ等が原因で、引けや膨張量が異なるので、コリメータレンズ等の光学素子が副走査方向に変動することがあり、安定性、信頼性に問題があった。この場合も、調整ミスや何らかの事情でコリメータレンズを交換したい場合、交換できないという欠点があった。

上記の他に、鏡筒に入ったコリメータレンズ等の光学素子の簡単な固定方法は、筒状のホルダに挿入し、ネジや板バネで副走査方向から突き当て固定するものがあった。この場合、組み立て時の作業が容易であるが、環境温度が変動した場合、ネジや板バネの膨張収縮の影響でコリメータレンズ等の光学素子がわずかに副走査方向変動へ変動してしまい問題があった。

また、特許文献４では、光源やコリメータレンズに光軸垂直方向の調整機構を設けないことで、コリメータレンズの位置ずれを抑えるものである。光軸垂直方向の光線位置の調整はコリメータレンズでない他のレンズを用いている。この構成で、光源を合成した場合、他のレンズは２つの光源で共用するため、２つの光源を独立に位置関係を調整できないので問題であった。

光源が１つの場合は、感光体上のスポットの絶対位置がわずかに変動しても走査間隔は変わらないので良好な印刷が可能であったので問題はない。しかし、２つの光源を合成する場合、組み立て時の調整ずれや環境温度変化等で、２つのコリメータレンズ等の光学素子が相対的に僅かでもずれると、感光体上の走査間隔が不均一になってしまい、印刷にバンディングと呼ばれるピッチムラが生じる問題がある。この点が、１つの光源の場合と大きく異なっている。

また、単に光学系の低倍率化によって、組み立て時の調整ずれや環境変動による感光体上のスポット位置変動を所定の値以下にすることもできるが、光学系倍率を低くするにつれ、所定のスポット径とするためには、スリット幅をより狭くする必要があり、光量損失が大きくなり、所定の光量で走査できなくなるので、高速走査する場合適当な露光量で走査できないので問題となる。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消して、副走査方向の変動が少ない光源装置並びにそれを用いた、光量損失が小さく高速走査に適した光走査装置、画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、光源と、その光源からの光線が透過する光学素子と、その光学素子を内側に固定した鏡筒と、前記光源と鏡筒とを取り付けたホルダとを有する複数の光源・光学素子ユニットをベース上に取り付けて、各光源・光学素子ユニットから出射した光線を合成して出力する光源装置において、前記各光源・光学素子ユニットのホルダは、前記鏡筒を内側に収容する筒状部と、その鏡筒を筒状部の内面に押圧して固定する押圧手段とを備え、その押圧手段は、当該光源装置の光走査面内で、かつ前記光学素子の光軸と直交する位置に設置されており、さらに、光学素子から光学素子の焦点距離だけ離れた所にスリットを実装していることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、その第１の光源・光学素子ユニットならびに第２の光源・光学素子ユニットの前記光源がそれぞれ複数の発光素子を備えていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記押圧手段による鏡筒の押圧固定位置が１箇所設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記押圧手段による鏡筒の押圧固定位置が前記光学素子の光軸と直交する線上において複数箇所設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１ないし第４のいずれかの手段において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、その第１の光源・光学素子ユニットならびに第２の光源・光学素子ユニットの前記押圧手段による押圧方向が前記鏡筒に対して、例えば左方向など同じ方向であることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１ないし第５のいずれかの手段において、前記押圧手段が、前記筒状部の周壁を貫通するように螺挿されたネジであることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１ないし第５のいずれかの手段において、前記押圧手段が、前記筒状部の外周面から内周面にかけて貫通した貫通部と、例えば屈曲部などの押圧部がその貫通部に挿入されて他の部分が筒状部の外周面に固定された板バネと、その板バネを筒状部に固定する例えばネジなどの固定部材で構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第１の手段において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、前記第１の光源・光学素子ユニットからの光線は透過し、前記第２の光源・光学素子ユニットからの光線を反射して、両光源・光学素子ユニットからの光線を合成する例えばビームスプリッタなどからなる光合成素子を設け、前記第１の光源・光学素子ユニットから光合成素子までの距離と、前記第２の光源・光学素子ユニットから光合成素子までの距離が等しく設定されていることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は前記第１の手段において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、前記第１の光源・光学素子ユニットからの光線は透過し、前記第２の光源・光学素子ユニットからの光線を反射して、両光源・光学素子ユニットからの光線を合成する光合成素子を設け、前記光源・光学素子ユニットと光合成素子の間に反射部材を配置したことを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は、光源装置と、その光源装置からの光線を同一反射面で同時に偏向走査する回転多面鏡とを備えた光走査装置において、前記光源装置が前記第１ないし９のいずれかの手段の光源装置であることを特徴とするものである。

本発明の第１１の手段は、第１０の手段の光走査装置において、光源装置の２つの光源の副走査方向変動量をＰ、被走査媒体上の２つの光源の副走査方向スポット位置変動の許容範囲をＱとすると、光走査装置内の光学系の副走査方向倍率をＱ／Ｐとすることを特徴とするものである。

本発明の第１２の手段は、感光体と、その感光体を帯電する帯電装置と、光線の走査により記録されるべき画像情報に対応した静電潜像を前記感光体上に形成する光走査装置と、前記静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被記録媒体上に転写する転写装置と、転写したトナー像を被記録媒体上に定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、前記光走査装置が前記第１０、第１１の手段の光走査装置であることを特徴とするものである。

本発明の構成により、副走査方向の変動が少ない光源装置と、光量損失の小さい光走査装置を提供することが可能となる。このため、バンディングなどで印刷品質を悪化させることがなく、走査方向の相対変動も小さいので、装置の小型化が可能である。また、光量損失が小さいので、高速走査に適したものとなる。

次に本発明の実施形態を図と共に説明する。

図１ないし図６は第１の実施形態を説明するための図で、図１は合成光源装置の内部構成を示す概略構成図、図２はその合成光源装置に用いられる光源・コリメータユニットの斜視図、図３は図２Ａ−Ａ線上の拡大断面図、図４はその合成光源装置によって形成された感光体上のスポットの配置状態を示す図、図５はその合成光源装置を用いた画像形成装置の概略構成図、図６はその画像形成装置に用いる光走査装置の概略構成図である。

まず、本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を図５とともに説明する。

トナー像を形成するためのドラム形状の感光体１８は、図示しないモータによって一定の周速度で回転駆動している。この感光体１８は帯電装置１０によって特定の極性に均一に帯電された後、後述する光走査装置１１からの光線により露光され、記録されるべき画像情報に対応した静電潜像が形成される。この露光位置の回転方向下流側には現像装置１２が配置され、現像装置１２により感光体１８上にトナー像が形成される。

被記録媒体である印刷用紙１３は、搬送ローラ対などの搬送装置１４で搬送される。転写装置１５で印刷用紙１３の背面にトナーと逆極性の帯電を行なうことにより、感光体１８上のトナー像を印刷用紙１３上に転写する。転写後、転写されなかった残留トナーは、清掃装置１６によって除去される。感光体１８よりトナー像が転写された印刷用紙１３は定着装置１７へ搬送される。

定着装置１７は、一定温度に加熱制御したヒートローラ１７ａと、それに圧接する加圧ローラ１７ｂとから構成されている。ここを通過するとき、印刷用紙１３上に保持されたトナー像は加圧溶融され印刷用紙１３上に定着される。この定着処理後、印刷用紙１３は、画像形成装置の外部に排出、ストックされる。

図６は、前記光走査装置１１の内部構成を示す概略構成図である。後述する合成光源装置２０から発した合成済みの光線２１は、副走査方向のみ所定の曲率をもつシリンドリカルレンズ２３を通り、回転多面鏡２４によって偏向走査され、Ｆθレンズ２５を通り、折り返しミラー２８で反射し、図示しない感光体１８上に結像され静電潜像を作成する。図中の矢印Ｘ方向は、光の走査方向（主走査方向）を示している。

なお、偏向走査された光線の一部は、ミラー２６によって光学センサ２７へ導かれ、そこからの出力信号により、前記合成光源装置２０から発せられる光線の書き込みのための変調を開始する。

図１は、前記合成光源装置２０の内部構成を示す概略構成図である。この合成光源装置２０は、ベース４５と、そのベース４５に取り付けられた第１の光源・コリメータユニット３２ａならびに第２の光源・コリメータユニット３２ｂとから主に構成されている。

前記光源・コリメータユニット３２（第１の光源・コリメータユニット３２ａと第２の光源・コリメータユニット３２ｂは同一構造）は、図２に示すように複数の発光素子を配列（本実施形態では５個の発光素子を一列に配置）して構成した光源３０を内側に挿入して保持した光源ホルダ４１と、光源３０ａから出射した光を平行光とするコリメータレンズ４７（図３参照）を内側に挿入して固定した鏡筒３１と、前記光源ホルダ４１をフランジ部４３ｃに取り付けるとともに前記鏡筒３１を筒状部４３ｄに挿入して取り付けたホルダ４３とから主に構成されている。

図２に示すように、前記光源３０は光源ホルダ４１の中央部に設けられた円筒状の収納部内に挿入されて、複数のネジ４０の頭部で固定されている。またこの光源ホルダ４１は、光源３０の光軸に対して垂直な方向の位置を調整した後、ネジ４２でホルダ４３のフランジ部４３ｃに固定される。なお、調整範囲をある程度確保するため、ネジ４２を通すホルダ４１の穴の寸法は、ネジ４２の寸法より十分大きくしている。

図２に示すように、ホルダ４３の筒状部４３ｄはベース４５に形成された円形の開口部４５ａに挿入され、鏡筒３１の光軸を中心として回転調整後にフランジ部４３ｃから挿入した複数のネジ４４をベース４５のネジ孔４５ｂに締め付けることにより、光源・コリメータユニット３２がベース４５に固定される。なお、光源の光軸を中心とした傾き角度調整はこの部分で行なう。この範囲を十分確保したい場合は、ネジ４４を通すホルダ４３の穴を長穴とするとよい。

次に、図２ならびに図３に示すように、ホルダ４３の筒状部４３ｄ内に挿入されて光軸方向に移動して調整した鏡筒３１は、筒状部４３ｄの周壁を貫通するように螺挿された１本のネジ４６により筒状部４３ｄの内面に押圧固定されている。このネジ４６の配置位置は、光走査装置１１（図６参照）の光走査面内で、かつコリメータレンズ４７（鏡筒３１）の光軸Ｏに対して直交する位置に特定されており、従ってネジ４６による押圧力は光軸Ｏに対して直交する方向Ｙに作用している。このようにして、筒状部４３ｄの中心線とコリメータレンズ４７の光軸Ｏを一致させる。

なお、図２では筒状部４３ｄ上でのネジ４６の位置を明示するため、ベース４５の開口部４５ａに挿入する前の筒状部４３ｄにネジ４６を螺挿した状態を示しているが、実際の組立では筒状部４３ｄを開口部４５ａに挿入して貫通させ、開口部４５ａから出た部分の筒状部４３ｄにネジ４６を螺挿することになる（図１参照）。また、図３では筒状部４３ｄ内でのネジ４６による鏡筒３１の固定を明確に示すため、鏡筒３１の外径と筒状部４３ｄの内径に大きな差を設けたが、実際には図に示すような寸法差はない。

鏡筒３１の円周上において複数の方向から固定する場合、環境温度の変化などによりネジや鏡筒が膨張収縮したとき、コリメータレンズの移動方向が定まらず不安定である。しかし、本実施形態のように一方向からネジ４６で固定すれば、ネジが膨張収縮しても、変動方向はネジ４６とコリメータレンズ４７を結ぶ線上に限られる。本実施形態のネジ４６（４６ａ、４６ｂ）は光走査面内でコリメータレンズ４７の光軸Ｏに対して直交する位置に配置してあるので、前述のネジ４６の膨張収縮の変動は、光走査方向に限られる。それと直交する副走査方向は、対称形の構造にしているため、副走査方向の変動を小さくすることができ、バンディングなどで印刷品質を低下させない効果がある。

また、環境温度変化などで２つの光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂからの光線が走査方向に対して反対方向にずれてしまう構成の場合、回転多面鏡２４位置での複数の光線の全体の幅が広くなる。そのため、回転多面鏡２４の面寸法Ｌ（図６参照）に余裕を持たせる必要があり、大型化の傾向にある。

これに対して本実施形態では図１に示すように、前記ネジ４６ａ、４６ｂを各々のコリメータレンズ４７に対して同方向、すなわち図１においてシリンドリカルレンズ２３から光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂを見た場合に、ネジ４６ａ、４６ｂを各々のコリメータレンズ４７に対して共に左側方向から作用するように螺挿している。そのためネジ４６ａ、４６ｂの膨張収縮による走査方向の変動方向は同じ方向となり、２つの光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂからの光線の相対変動を小さく抑えることができ、回転多面鏡２４の面寸法Ｌ（図６参照）に余裕を持たせる必要がないことから、小型化が可能となる。

なお、ネジ４６の膨張収縮量の微小なバラツキにより、感光体１８上でスポットの走査方向位置の相対位置がわずかに変動したとしても、スポット位置は光センサ２７（図６参照）で個々の光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂからの光線ごとに検知し、各光源素子を点灯させるように制御しているので、感光体１８面上の走査方向スポット位置は変動しないので問題は無い。

光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂは互いに若干内側を向くようにしてベース４５に取り付けられている。そのため図１に示すように、第１の光源・コリメータユニット３２ａの発光素子から出射した５本の平行光線と第２の光源・コリメータユニット３２ｂの発光素子から出射した５本の平行光線は、一度交差し、その後間隔が広がって進み、シリンドリカルレンズ２３を通過して合成される。なお、詳細は後述するが、鏡筒３１ａ、３１ｂの中のコリメータレンズから、コリメータレンズの焦点距離だけ離れた所（一度交差した位置）に、スリット１ａ、１ｂを実装している。

図４は、本実施形態で感光体１８上に形成されるスポットの配置状態を示す図である。本実施形態の場合、第１の光源・コリメータユニット３２ａに内蔵されている５個の発光素子から出射した光によって形成されるスポットＳ１〜Ｓ５の列と、第２の光源・コリメータユニット３２ｂに内蔵されている５個の発光素子から出射した光によって形成されるスポットＳ６〜Ｓ１０の列は、主走査方向Ｘに対して所定の角度θ傾いて形成され、しかも前記スポットＳ１〜Ｓ５列とスポットＳ６〜Ｓ１０の列は主走査方向Ｘに対して直交する方向（副走査方向）において相対的にずれている。

このようなスポットの配置状態になるように、合成光源装置２０内で前記第１の光源・コリメータユニット３２ａと第２の光源・コリメータユニット３２ｂの位置調整がなされている。

図７は、感光体１８上におけるスポット配置の第１変形例を示す図である。この例の場合、スポットＳ１〜Ｓ５列とスポットＳ６〜Ｓ１０の列は主走査方向Ｘに対して所定の角度θ傾いて、かつ一直線上に配置されている。

図８は、感光体１８上におけるスポット配置の第２変形例を示す図である。この例の場合、スポットＳ１〜Ｓ５列とスポットＳ６〜Ｓ１０の列は主走査方向Ｘに対して直交する方向（副走査方向）に２列に配置され、かつ、スポットＳ１とスポットＳ２の間にスポットＳ６が配置されるように副走査方向においてずらしている。

図９は、感光体１８上におけるスポット配置の第３変形例を示す図である。この例の場合、スポットＳ１〜Ｓ５列とスポットＳ６〜Ｓ１０の列は主走査方向Ｘに対して直交する方向（副走査方向）に１列に配置されている。

図１０は、感光体１８上におけるスポット配置の第４変形例を示す図である。この例の場合、スポットＳ１〜Ｓ５列とスポットＳ６〜Ｓ１０の列は主走査方向Ｘに対して直交する方向（副走査方向）に２列に配置され、かつ、スポットＳ１〜Ｓ５列とスポットＳ６〜Ｓ１０の列は副走査方向においてずれている。

図１１は、本発明の第２実施形態に係る合成光源装置２０の概略構成図である。光源３０ａ、３０ｂの保持構造や、光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂの調整方法などは図１で示した第１実施形態と同じである。

この実施形態では同図に示すように、１つのベース４５上において第１の光源・コリメータユニット３２ａと第２の光源・コリメータユニット３２ｂとが直交する方向に配置されており、第１の光源・コリメータユニット３２ａから出射される光線と第２の光源・コリメータユニット３２ｂから出射される光線との交差部に、ビームスプリッタからなる光合成素子３３が配置されている。

そしてこの光合成素子３３の働きにより、第１の光源・コリメータユニット３２ａ（光源３０ａ）からの光線は透過し、第２の光源・コリメータユニット３２ｂ（光源３０ｂ）からの光線を反射して、両光源３０ａ、３０ｂからの光線を合成する。

第１ならびに第２の光源・コリメータユニット３２ａ，３２ｂからそれぞれ出射した５つの光線の一つ一つは平行光線であり、５つの平行光線は一度交差し、その後間隔が拡がって進む。図１１では図面が煩雑になるので中心光線のみ示している。なお、詳細は後述するが、鏡筒３１ａ、３１ｂの中のコリメータレンズから、コリメータレンズの焦点距離だけ離れた所（一度交差した位置）に、スリット１ａ、１ｂを実装している。

２つの光源３０ａ、３０ｂと光合成素子３３の距離は互いに等しく設定されているので、図１１では光合成素子３３から出射した１０本の光線は重なっている。そのため同図では合成後の光線を５本として示している。このように配置することにより、２つの光源３０ａ、３０ｂからの光線の収束、発散状態を一致させることができる。

光源３０ａ、３０ｂと回転多面鏡２４の間のレンズ系を工夫すれば、全ての光線を回転多面鏡２４の位置で交差させることができる。そうすることによって、回転多面鏡２４の寸法を、１本走査の時と同じ大きさで実現できるので、回転多面鏡２４の小型化が可能となる。また、２つの光源３０ａ、３０ｂからの光軸を完全に一致させることができるので、結像特性が良く、微小なスポット形成することができる。

図１２は、本発明の第３実施形態に係る合成光源装置２０の概略構成図である。光源３０ａ、３０ｂの保持構造や、光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂの調整方法などは図１で示した第１実施形態と同じである。

この実施形態では同図に示すように、１つのベース４５上において第１の光源・コリメータユニット３２ａと第２の光源・コリメータユニット３２ｂとが近くで同一方向を向くように配置されており、第１の光源・コリメータユニット３２ａから出射される光線路から第２の光源・コリメータユニット３２ｂから出射される光線路にかけて、光合成素子３４が配置されている。

この光合成素子３４は光線の合成部分であるビームスプリッタ部３４ａと反射部３４ｂを一体化したものから構成されている。そしてビームスプリッタ部３４ａが第１の光源・コリメータユニット３２ａと対向し、反射部３４ｂが第２の光源・コリメータユニット３２ｂと対向するように配置されている。

この場合図１１に示す実施形態と異なり、光合成素子３４の位置変動や、角度変動があっても、光源３０ａからの光線と、光源３０ｂからの光線の角度は変化しない。すなわち図１１に示す例よりも、光合成素子３４の変動の影響を小さくできる効果がある。

なお、本実施形態では、２つの光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂからの光線が、光合成素子３４から出射するとき、同じ広がり、同じ角度になるよう、２つの光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂとビームスプリッタ部３４ａまでの光路長を揃えるよう工夫している。こうすることにより、図１１に示す実施形態と同様、２つの光源３０ａ、３０ｂからの光線の収束、発散状態を一致させることができる。なお、詳細は後述するが、鏡筒３１ａ、３１ｂの中のコリメータレンズから、コリメータレンズの焦点距離だけ離れた所（一度交差した位置）に、スリット１ａ、１ｂを実装している。

図１３は、本発明の第４実施形態に係る合成光源装置２０の概略構成図である。光源３０ａ、３０ｂの保持構造や、光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂの調整方法等は図１で示した第１実施形態と同じである。

本実施形態では同図に示すように、２つの光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂと光合成素子３３の間に鏡などの反射部材３５ａ，３５ｂを配置することにより、光源コリメータユニット３２ａ，３２ｂを近づけて、特に光源３０ａ、３０ｂを収納した光源ホルダ４１ａ，４１ｂを近づけて実装している。

そのため２つの光源・コリメータユニット３２ａ、３２ｂ間での環境温度に対する影響の差が殆どない。また、光源３０ａ、３０ｂを点灯制御するための回路基板３６を１つにまとめることができるので、コスト低減が図れる。さらに、反射部材３５の配置や角度を工夫することで実装の自由度が増す効果がある。なお、詳細は後述するが、鏡筒３１ａ、３１ｂの中のコリメータレンズから、コリメータレンズの焦点距離だけ離れた所（一度交差した位置）に、スリット１ａ、１ｂを実装している。

図１４は、本発明の第５実施形態に係る光源・コリメータユニット３２の斜視図である。これまでの実施形態では、鏡筒３１の固定にネジ４６を１本用いたが、鏡筒３１を固定するネジは、走査面内でレンズの光軸に対して直交する方向であり、レンズに対し同方向に作用するように配置していれば、図１４に示すように同一軸線上で同じ方向に２本以上のネジ（本実施形態では２本のネジ４６，４８）で固定することもできる。

鏡筒３１が長い場合など、１点止めでは端部の浮きによる光軸との傾きや、傾き変動が問題になることが考えられるが、本実施形態のように同じ方向に複数のネジ４６、４８で固定すれば、鏡筒３１の端部の浮きによる光軸との傾きを小さく抑える効果がある。なお、ネジの個数は２つの光源ユニット間で同数とした方が、変動等の特性を等しくできるため好ましい。

図１５ならびに図１６は本発明の第６実施形態に係る光源・コリメータユニットを説明するための図で、図１５は光源・コリメータユニットの正面図、図１６は図１５Ｂ−Ｂ線上の断面図ある。

本実施形態では、ホルダ４３における筒状部４３ｄの鏡筒押圧部付近に外周面から内周面に向けて貫通した貫通部４９が形成され、その貫通部４９に板バネ５０の途中にＶ字形に屈曲して形成された屈曲部５０ａが挿入されている。この板バネ５０の基端部５０ｂはネジ５１によって筒状部４３ｄの外側に固定されており、ネジ５１の締付けによって生じた板バネ５０の押圧力は前記屈曲部５０ａを通して鏡筒３１に作用し、鏡筒３１を筒状部４３ｄ内に押圧固定している。

屈曲部５０ａによる鏡筒３１の押圧位置は前記実施形態と同様に、光走査装置１１（図６参照）の光走査面内で、かつコリメータレンズ４７（鏡筒３１）の光軸Ｏに対して直交する位置に特定されており、従って屈曲部５０ａによる押圧力は光軸Ｏに対して直交する方向に作用している。

ネジのように回転しながら押し付ける場合、調整後ネジ締めにより鏡筒３１が光軸方向へ動くことが懸念される。本実施形態のように板バネ５０を用いれば、鏡筒３１への押し付け時に鏡筒３１が光軸方向へ動くことがないので、調整し易いという利点がある。

本実施形態では板バネ５０の一方の端部だけを固定したが、板バネ５０の両方の端部をネジなどによって固定することもできる。

前記実施形態ではベース上に２つの光源・光学素子（コリメータレンズなどの光学素子）ユニットを取り付けた例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の光源・光学素子ユニットを取り付けて、各光源・光学素子ユニットから出射した光線を合成することも可能である。

次に、これまで説明してきた光源装置を用いる光走査装置の光学系について説明する。本発明では、光源装置を用いる光学系の光学系倍率を、２つの光源の副走査方向変動量をＰ、被走査媒体上の副走査方向変動の許容範囲をＱとすると、Ｑ／Ｐとしている。

２つの光源の副走査方向変動量Ｐには、調整範囲のＰ１と環境変動のＰ２がある。Ｐ１は調整機構で決定してしまい、小さくするには限度がある。Ｐ２が大きい従来構成の場合、安定した光走査装置を実現させようとすると、Ｐ２の大きさに応じて、光学系内に実装するスリット幅を狭くさせなければ、スポット径を適当にできない。この時、スリット幅に応じて光量損失があるので、高速走査に必要十分な光量を与える光走査装置を実現できないので、問題であった。

本発明では、光源装置を工夫しＰ２を最小とし、光学系の倍率を従来より大きくしたので、スリット幅を最大とすることができ、光量損失最小でスポット径を適当にできる。そのため、高速走査にも十分な光量を与える光走査装置を実現できる。以下、実際に数値を示して説明する。

光学系構成例を図１７、図１８に示す。図１７は横から見た図で、図１８は上から見た図である。図１７では、１ｂ側の光源は紙面垂直方向となるため、省略して図示した。

光源３０ａ、３０ｂから生じた光線は、コリメータレンズ４７ａ、４７ｂを通り、スリット１ａ、１ｂを通り、光合成素子３３で合成される。その後シリンドリカルレンズ２、レンズ３を通り、回転多面鏡２４で偏向走査され、Ｆθレンズ２５を通り、被走査媒体の感光体１８に光線が到達する。図１７、図１８では複雑になるので、複数ある光線の中の１つの光線のみ示した。

これまで説明したコリメータレンズの固定方法を用いた光源装置の２つの光源の副走査方向位置ずれＰ２を光源位置で±０．５（μｍ）とする。また、２つの光源の組み立て時の調整範囲Ｐ１は±１（μｍ）あるとする。これらの和Ｐは±１．５（μｍ）となる。印刷ドット密度を６００ｄｐｉとし、副走査方向位置ずれは、６００ｄｐｉの走査間隔４２．３（μｍ）の１／１０以内に抑えれば、バンディング等の印刷品質悪化が目立たないとする。

以上の条件から、合成光源の副走査方向位置ずれの許容量Ｑは感光体１８上で±４．２（μｍ）となる。よって、コリメータレンズ４７ａの焦点距離をＡ、レンズ３の焦点距離をＢ、Ｆθレンズの副走査方向倍率を１、焦点距離を５００（ｍｍ）とすると式１を満たす必要がある。倍率はレンズの焦点距離の比で求められるから式１の様になる。なお、式１は、副走査方向位置ずれが印刷に影響しないために必要な条件である。

１×Ｂ／Ａ＝Ｑ／Ｐ・・・（式１）
光源３０ａ、３０ｂからの光線の拡がり半値角を、走査方向８度、副走査方向３０度とする。このときコリメータレンズ４７ａ、４７ｂから出射される光線の１／ｅ^２幅Ｗは、式２から０．２３７２×Ａ（ｍｍ）となる。なお、式２の１．７は半値全角から１／ｅ^２全角への変換定数であり、拡がり角を半分に分けたのち、２倍して、１／ｅ^２ビーム幅を求めている。

Ｗ＝Ａ×１．７×２×ｓｉｎ（８／２）・・・（式２）
光源波長を６８０（ｎｍ）とすると、式３から走査方向スポット径を６００ｄｐｉに最適な６０（μｍ）とするためには、回転多面鏡２４位置でビーム幅Ｖを７．２１５（ｍｍ）とする必要がある。なお、式３は回折限界スポット径とビーム幅の関係式である。

Ｖ＝４×０．０００６８×５００／（π×０．０６）・・・（式３）
コリメータレンズ４７ａ、４７ｂ直後の光線幅は、焦点距離Ｃのシリンドリカルレンズ２と焦点距離Ｂのレンズ３でＢ／Ｃ倍になるから、式４が成り立てば感光体上１８の走査方向スポット径を６０（μｍ）とすることができる。

７．２１５＝０．２３７２×Ａ×Ｂ／Ｃ・・・（式４）
式１、式４より、式５が導き出せる。

Ｃ＝０．０９２０５×Ａ^２・・・（式５）
式４、式５から、ＣとＢの値が近く、光源３０ａ、３０ｂから回転多面鏡２４までの光路長が適当な長さになる構成例として、Ａ＝３０（ｍｍ）、Ｂ＝８４（ｍｍ）、Ｃ＝８２．８（ｍｍ）がある。このときの概略の光源から回転多面鏡までの光路長は約３９４（ｍｍ）となり、副走査方向倍率２．８、走査方向倍率１６．４となる。

なお、コリメータレンズ４７ａ、４７ｂの直後の走査方向光線幅は、式２にＡ＝３０（ｍｍ）を代入して求めると、７．１１６（ｍｍ）となる。このとき、感光体１８上でのスポット径は６０（μｍ）となる。よって、スリットの走査方向幅を７．１１６（ｍｍ）とすればよい。

この構成のとき、副走査方向スポット径を６００ｄｐｉに最適な６０（μｍ）とするためには、回転多面鏡２４位置のスポット径を６０（μｍ）とすればよい。この場合、式６から焦点距離８４（ｍｍ）のレンズ３への光線幅Ｕを１．２１２（ｍｍ）とすればよい。なお、式６は式３と同じ回折限界スポット径とビーム幅の関係式である。

Ｕ＝４×０．０００６８×８４／（π×０．０６）・・・（式６）
光源３０ａ、３０ｂの副走査方向拡がり半値角は３０度なので、コリメータレンズ４７ａ、４７ｂの焦点距離Ａを３０（ｍｍ）とした場合、コリメータレンズ４７ａ、４７ｂ直後の副走査方向１／ｅ^２幅の光線幅Ｔは、式７から２６．４（ｍｍ）と求められる。なお、式７は式２と同様１．７は半値全角から１／ｅ^２全角への変換定数であり、拡がり角を半分に分けたのち、２倍して、１／ｅ^２ビーム幅を求めている。

Ｔ＝Ａ×１．７×２×ｓｉｎ（３０／２）・・・（式７）
しかし、このままでは、感光体１８上のスポット径が小さくなりすぎるので、スリットを実装し、レンズ３への光線の副走査方向幅を１．２１２（ｍｍ）に遮る。これにより、感光体１８上の副走査方向スポット径を適当な値（６０μｍ）にすることができる。よって、スリットは走査方向７．１１６（ｍｍ）、副走査方向１．２１２（ｍｍ）とすればよい。なおこのときのコリメータレンズ径をφ２０（ｍｍ）とすると、スリット後の光量は光源に比べ７．１（％）となる。

次に、本発明を明確にするために、従来方法の光学系の場合を説明する。この場合、合成光源の２つの光源の副走査方向位置ずれＰ２が光源位置で±１（μｍ）生じてしまうものとする。また、２つの光源の組み立て時の調整範囲Ｐ１を±１（μｍ）とする。これらの和からＰは±２（μｍ）となる。

±２（μｍ）の位置ずれがあっても、感光体上でのスポット置変動が許容量の４．２（μｍ）以内にするには、同様に計算してＡ＝３０（ｍｍ）、Ｂ＝６３（ｍｍ）、Ｃ＝６２．１（ｍｍ）とし、副走査方向倍率を２．１とし、走査方向７．１１６（ｍｍ）、副走査方向０．９０９（ｍｍ）のスリットを用いる必要がある。このとき、コリメータレンズのレンズ径をφ２０（ｍｍ）とすると、スリット後の光量は、光源に比べ５．３（％）となる。先述の例の７．１（％）に比べ２５％小さな値になってしまうので問題となる。十分な露光量を行なう場合、走査速度は光量に比例するため、従来の場合、走査速度は本発明の場合の７５％の速度が限界となる。

なお、コリメータレンズ４７ａ、４７ｂからコリメータレンズの焦点距離Ａだけ離れた位置では、複数の光源からの光線が交差する。本発明ではこの位置にスリットを実装するから、全光源からの光線を均等に遮ることができる。

以上をまとめると、本発明により、合成光源の走査面内でコリメータレンズの光軸と直交する位置にコリメータレンズの固定部材を設け、コリメータレンズからコリメータレンズの焦点距離だけ離れた位置にスリットを設けることで、２つの光源の副走査方向相対位置を最小とでき、光走査装置の光学系の倍率を最大とできるので、所定のスポット径とするためのスリット幅を最大にでき、光量を有効に使うことができる。

最後に、本発明の第７の実施形態として、１２００ｄｐｉの印刷を２つの２０素子光源を合成した合成光源で行なう場合を示す。

これまで説明したコリメータレンズの固定方法を用いても合成光源の２つの光源の副走査方向位置ずれが光源位置で±０．５（μｍ）生じてしまうものとする（Ｐ２＝０．５）。また、２つの光源の組み立て時の調整範囲を±１（μｍ）とする（Ｐ１＝１）。これらの和Ｐは±１．５（μｍ）となる。

印刷ドット密度を１２００ｄｐｉとし、副走査方向位置ずれを１２００ｄｐｉの走査間隔２１．２（μｍ）の１／１０以内（２．１μｍ以内）に抑えれば、バンディング等の印刷品質悪化が目立たないとする。また、１２００ｄｐｉに最適なスポット径を４０（μｍ）とする。

２０素子の光源は、間隔５０（μｍ）で一直線に並んでいるとする。並びの方向の光線の拡がり半値角を８度、その直交方向の光線の拡がり半値角を３０度とする。Ｆθレンズの副走査方向光学系倍率を１倍、焦点距離を５００（ｍｍ）、光源波長を６８０（ｎｍ）とする。

先述の例と同様に計算した結果、コリメータレンズ４７ａ、４７ｂの焦点距離Ａが４５（ｍｍ）、レンズ３の焦点距離Ｂが６３（ｍｍ）、シリンドリカルレンズ２の焦点距離Ｃが６２．１（ｍｍ）という構成になる。

この光学系構成を図１９、図２０に示す。素子数が４０と多いが、図７、図９、図１０のような合成方法でも、各光源にコリメータレンズがあるので、コリメータレンズ光軸から素子が離れないので問題ないが、本実施形態では図２１にその配列例を示す。図１９は横から見た図で、図２０は上から見た図である。２０素子光源の場合、光源寸法が大きいため、図１１に示す実施例と同じ構成とした方が良い。なお、図１９では、１ｂ側の光源は紙面垂直方向となるため、省略して図示した。

図１９、図２０の様に、本発明のスリットはコリメータレンズ４７ａ、４７ｂからコリメータレンズ４７ａ、４７ｂの焦点距離４５（ｍｍ）だけ離れた位置に実装している。スリット１ａ、１ｂとシリンドリカルレンズ２の距離はシリンドリカルレンズ２の焦点距離と同じ６２．１（ｍｍ）に実装することで、シリンドリカルレンズ２直後の主光線を平行光線にできる。シリンドリカルレンズ２とレンズ３の距離はこれらの焦点距離の和と同じ１２５．１（ｍｍ）だけ離すことで、シリンドリカルレンズ２直前の走査方向光線の平行状態をレンズ３後も保持できる。レンズ３と回転多面鏡２４の距離は、レンズ３の焦点距離と同じ６３（ｍｍ）だけ離すことで、副走査方向光線の焦点位置を回転多面鏡２４上にし、感光体１８上にＦθレンズ２５の焦点位置が来る様にしている。

また、先述の例と同様に計算し、スリット１ａ、１ｂの副走査方向幅を１．３６４（ｍｍ）とすれば、副走査方向スポット径も最適な４０（μｍ）とすることができる。

また、図２１に第７の実施形態のときの感光体１８上のスポット配列の例を示す。図２１では、Ｓ１からＳ２０が一方の光源からのスポットで、Ｓ２１からＳ４０がもう一方の光源からのスポットであり、交互に走査する配置を取っている。Ｘが走査方向であり、図１９、図２０の光学系構成の場合を計算するとθは５．５度になる。

本発明の第１の実施形態に係る合成光源装置の内部構成を示す概略構成図である。 その合成光源装置に用いられる光源・コリメータユニットの斜視図である。 図２Ａ−Ａ線上の拡大断面図である。 その合成光源装置によって形成される感光体上のスポットの配置状態を示す図である。 その合成光源装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。 その画像形成装置に用いる光走査装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る合成光源装置によって形成される第１変形例による感光体上のスポットの配置状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る合成光源装置によって形成される第２変形例による感光体上のスポットの配置状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る合成光源装置によって形成される第３変形例による感光体上のスポットの配置状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る合成光源装置によって形成される第４変形例による感光体上のスポットの配置状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る合成光源装置の内部構成を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る合成光源装置の内部構成を示す概略構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る合成光源装置の内部構成を示す概略構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る合成光源装置の光源・コリメートユニットの斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る合成光源装置の光源・コリメートユニットの正面図である。 図１５Ｂ−Ｂ線上の断面図である。 本発明の光学系構成を横から見た図である。 本発明の光学系構成を上から見た図である。 本発明の第７の実施形態に係る合成光源装置を含む光学系構成を横から見た図である。 本発明の第７の実施形態に係る合成光源装置を含む光学系構成を上から見た図である。 本発明の第７の実施形態に係る合成光源装置によって形成される感光体上のスポットの配置状態を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂはスリット、２，２３はシリンドリカルレンズ、３はレンズ、１０は帯電装置、１１は光走査装置、１２は現像装置、１３は印刷用紙、１４は搬送装置、１５は転写装置、１６は清掃装置、１７は定着装置、１８は感光体、２０は合成光源装置、２１は光線、２４は回転多面鏡、２５はＦθレンズ、２６はミラー、２７は光センサ、２８は折り返しミラー、３０は光源、３０ａは第１の光源、３０ｂは第２の光源、３１，３１ａ，３１ｂは鏡筒、３２は光源・コリメータユニット、３２ａは第１の光源・コリメータユニット、３２ｂは第２の光源・コリメータユニット、３３，３４は光合成素子、３４ａはビームスプリッタ部、３４ｂは反射部、３５は反射部材、４０，４２，４４，４６，４６ａ，４６ｂ，４８，５１はネジ、４１は光源ホルダ、４３，４３ａ，４３ｂはホルダ、４３ｃはフランジ部、４３ｄは筒状部、４５はベース、４５ａは開口部、４５ｂはネジ孔、４７，４７ａ，４７ｂはコリメータレンズ、４９は貫通部、５０は板バネ、５０ａは屈曲部、５０ｂは基端部、Ｘは光の走査方向、Ｙは光の走査方向と直交する方向、Ｏは光軸、Ｓ１〜Ｓ４０はスポットである。

Claims (12)

1. 光源と、その光源からの光線が透過する光学素子と、その光学素子を内側に固定した鏡筒と、前記光源と鏡筒とを取り付けたホルダとを有する複数の光源・光学素子ユニットをベース上に取り付けて、各光源・光学素子ユニットから出射した光線を合成して出力する光源装置において、
   前記各光源・光学素子ユニットのホルダは、前記鏡筒を内側に収容する筒状部と、その鏡筒を筒状部の内面に押圧して固定する押圧手段とを備え、
   その押圧手段は、当該光源装置の光走査面内で、かつ前記光学素子の光軸と直交する位置に設置されており、さらに、光学素子から光学素子の焦点距離だけ離れた所にスリットを実装していることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、その第１の光源・光学素子ユニットならびに第２の光源・光学素子ユニットの前記光源がそれぞれ複数の発光素子を備えていることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１記載の光源装置において、前記押圧手段による鏡筒の押圧固定位置が１箇所設けられていることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１記載の光源装置において、前記押圧手段による鏡筒の押圧固定位置が前記光学素子の光軸と直交する線上において複数箇所設けられていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の光源装置において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、その第１の光源・光学素子ユニットならびに第２の光源・光学素子ユニットの前記押圧手段による押圧方向が前記鏡筒に対して同じ方向であることを特徴とする光源装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の光源装置において、前記押圧手段が、前記筒状部の周壁を貫通するように螺挿されたネジであることを特徴とする光源装置。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の光源装置において、前記押圧手段が、前記筒状部の外周面から内周面にかけて貫通した貫通部と、押圧部がその貫通部に挿入されて他の部分が筒状部の外周面に固定された板バネと、その板バネを筒状部に固定する固定部材で構成されていることを特徴とする光源装置。
8. 請求項１記載の光源装置において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、
   前記第１の光源・光学素子ユニットからの光線は透過し、前記第２の光源・光学素子ユニットからの光線を反射して、両光源・光学素子ユニットからの光線を合成する光合成素子を設け、
   前記第１の光源・光学素子ユニットから光合成素子までの距離と、前記第２の光源・光学素子ユニットから光合成素子までの距離が等しく設定されていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項１記載の光源装置において、前記光源・光学素子ユニットが少なくとも第１の光源・光学素子ユニットと第２の光源・光学素子ユニットとを有し、
   前記第１の光源・光学素子ユニットからの光線は透過し、前記第２の光源・光学素子ユニットからの光線を反射して、両光源・光学素子ユニットからの光線を合成する光合成素子を設け、
   前記光源・光学素子ユニットと光合成素子の間に反射部材を配置したことを特徴とする光源装置。
10. 光源装置と、その光源装置からの光線を同一反射面で同時に偏向走査する回転多面鏡とを備えた光走査装置において、前記光源装置が請求項１ないし９のいずれか１項記載の光源装置であることを特徴とする光走査装置。
11. 請求項１０の光走査装置において、光源装置の２つの光源の副走査方向変動量をＰ、被走査媒体上の２つの光源の副走査方向スポット位置変動の許容範囲をＱとすると、光走査装置内の光学系の副走査方向倍率をＱ／Ｐとすることを特徴とする光走査装置。
12. 感光体と、その感光体を帯電する帯電装置と、光線の走査により記録されるべき画像情報に対応した静電潜像を前記感光体上に形成する光走査装置と、前記静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被記録媒体上に転写する転写装置と、転写したトナー像を被記録媒体上に定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
    前記光走査装置が請求項１０、請求項１１記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。
    
    

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