JP5017030B2 - 光書込装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における光書込装置（光走査装置）に関するものである。

特開平３−１５０１７４号公報 特開平９−１２７４４４号公報 特開平１０−３０４８号公報 特開平１０−２８２４４０号公報

現在、画像形成装置に対する市場の要求としては、小型、軽量、低コスト化などが挙げられる。特に、カラー画像形成装置は構成部品数が多いため、従来のモノクロ装置に比べて非常に大型であり、小型化に対する要求が高い。

従来市販されている画像形成装置に用いられている、複数の光ビームを用いた光書込装置（光走査装置）は、光ビームを複数の反射ミラーにより複数回折り返すことで、それぞれの像担持体の被走査面に照射しているが、複数のミラーを使用するため、光書込装置が厚み方向に大きくなる傾向がある。

図６は、従来の光書込装置の一例を示す構成図である。この図に示す光書込装置では、図示しない光源から出射された光ビームをポリゴンミラー５４で偏向させ、複数のミラー（反射鏡）５９を介して走査対象である感光体１０１に導いている。各光ビームを感光体に導くためのミラー５９は、各光ビームが干渉しないように各ミラー５９を配置する必要があるため、必然的にスペースが必要であり、特に上下方向の高さが大きくならざるを得ない。

また、特許文献１には、発振波長が異なる複数の光源を用いて、照射されるビームを色合成手段により略重合わせ、合成された合成光を波長ごとに走査し、色分離手段を用いて色分離する光走査装置が記載されている。

また、特許文献２には、メンテナンス作業の作業性を向上させるとともに、色重ね精度を向上させることのできるマルチビーム走査装置が記載されている。
また、特許文献３には、偏光方向又は波長の異なる２つの光源を用いて、複数の感光体を走査する多色画像形成装置の光走査装置が記載されている。

また、特許文献４には、発光波長が異なる複数の半導体レーザチップを並べて設置したマルチチップ半導体レーザ光源を用いて、複数の感光体ドラムに振り分けて照射する光走査装置及び電子写真記録装置が記載されている。

しかしながら、上記各特許文献に記載のものは、合成された光ビームを分離手段を用いて分離しているが、各感光体までの光路長がそれぞれ異なっていたり、あるいは光路長を合わせるためにポリゴンミラー走査面と各感光体における照射位置を結ぶ面が平行ではなくなっている。また、各感光体への光ビームの入射角度もそれぞれ異なっている。

特許文献１及び特許文献２のように、ポリゴンミラー走査面と各感光体における照射位置を結ぶ面が平行でない場合、光走査装置としては小型化が可能であるが、複数の折り返しミラーを用いるために薄型化できず、画像形成装置としては大きくなってしまう。また、４色化のためにポリゴンミラーを中心として光学素子を略対称に配置した構成においては、感光体を横一線に並べることが難しく、現在広く採用されているようなタンデム型のカラー画像形成装置に適用するのが困難であるという問題がある。

また、特許文献３及び特許文献４に記載のものは、各感光体までの光路長が異なっており、また、各感光体への光ビームの入射角度もそれぞれ異なっているため、各感光体の被走査面上での各光ビームのビーム径が異なったり、各感光体上に形成した各色画像を重ね合わせる際に不利な構成となる、という問題がある。

さらに、波長の異なる光ビームを用いて走査を行う場合、その波長の異なる光ビームを同じ走査光学系レンズを用いた場合には波長によって倍率が異なってしまうため、感光体に照射される際のビーム径が異なってしまい、各感光体において均一で高品質な静電潜像を形成することができないという問題がある。

本発明は、従来の光書込装置における上述の問題を解決し、薄型化を実現するとともに高画質を得られる光書込装置を提供することを課題とする。
また、上記光書込装置を備えて小型かつ高画質な画像形成装置を提供することも本発明の課題である。

前記の課題は、本発明により、光源からの光を偏向器により偏向して被走査面を走査する光書込装置において、偏光方向が同じでそれぞれ波長の異なる光ビームを出射する複数の光源を備え、該複数の光源から出射した各光ビームを副走査方向からみて同一軸になるように合成して前記偏向器により偏向させるとともに、前記偏向器により偏向された前記各光ビームが進入するよう配置され、光ビームの偏光方向により光ビームを透過もしくは反射させる第１のビーム透過反射手段と、該第１のビーム透過反射手段透過後の前記各光ビームをその波長により透過もしくは反射させる第２のビーム透過反射手段と、前記第１のビーム透過反射手段と前記第２のビーム透過反射手段との間に配置され、光ビームの偏光方向をπ／４回転させる１／４波長板とを有し、光源を上流側として、前記偏向器、前記第１のビーム透過反射手段、前記１／４波長板および前記第２のビーム透過反射手段がこの順に配置され、前記第１のビーム透過反射手段は、前記偏向器により偏向された前記光ビームを透過させて前記１／４波長板を通過させるとともに、前記第２のビーム透過反射手段により反射されて戻り前記１／４波長板を再度通過した光ビームを反射させるように配置され、前記第２のビーム透過反射手段を透過した光ビームにより一つの被走査面を走査し、前記第２のビーム透過反射手段を反射した光ビームを前記第１のビーム透過反射手段により反射させて他の一つの被走査面を走査するよう構成し、さらに、前記各光ビームの波長に応じた大きさのビーム通過部を有するアパーチャを備え、該アパーチャにより前記各光ビームが所望の形状に成形されることにより解決される。

また、前記複数の光源を同一の基板に近接して取り付け、各光源からの光ビームの射出方向が前記基板の法線に対して互いに異なる向きに傾けるとともに、前記各光源からの光ビームの射出方向が少なくとも主走査方向について開き角を呈し、前記偏向器の偏向面近傍で交差すると好ましい。

また、前記複数の光源からの光ビームを合成するビーム合成手段を有し、該ビーム合成手段で合成した光ビームを前記偏向器の偏向面に照射させると好ましい。
また、前記複数の光源として偏光方向が９０度異なる光ビームを出射するものを用いると好ましい。

また、前記各光源からの光ビームを前記アパーチャを通過させた後に前記ビーム合成手段により合成すると好ましい。
また、前記各光源からの光ビームを前記ビーム合成手段により合成した後に前記アパーチャを通過させると好ましい。

また、前記複数の光源は、波長の異なる光ビームを出射する光源が列状に配置された構成であると好ましい。
また、前記アパーチャが複数のアパーチャからなり、各アパーチャには各光ビームの波長に応じた大きさのビーム通過部がそれぞれ設けられていると好ましい。

また、前記アパーチャが、各光ビームをその波長に応じた異なる大きさで通過させることが可能なビーム通過部を有する１つのアパーチャであると好ましい。
また、前記ビーム通過部は、前記各光ビームを透過させない基材に所定の形状で設けられた基材開口部と、該基材開口部に備えられるビーム透過阻止手段に設けられた所定形状の第２の開口部とからなり、前記ビーム透過阻止手段は、前記各光ビームをその波長により一方を透過させ他方を阻止すると好ましい。

また、前記ビーム透過阻止手段が光学フィルタもしくはダイクロイックミラーであると好ましい。
また、前記光学フィルタもしくはダイクロイックミラーの材質がガラス又は透明樹脂であり、その入射面に誘電多層膜が形成されていると好ましい。

また、前記第２のビーム分離手段は、前記各光源から各被走査面までの光路長が等しくなるように配置されると好ましい。

また、前記各被走査面への光ビームの入射角度が同一の角度であると好ましい。
また、前記偏向器による走査面と、前記各被走査面への光ビームの入射位置をそれぞれ結ぶ平面とが平行であると好ましい。

また、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光書込装置が備える光学素子のうち前記偏向器を共通の１つの偏向器として用いるとともに、前記偏向器以外の光学素子を、前記偏向器の両側に略対称に配置し、４つの光源からの光ビームにより４つの被走査面を走査するよう構成されていると好ましい。

また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光書込装置を備える画像形成装置により解決される。
また、前記光書込装置により走査される走査対象としての像担持体を４つ備えたタンデム型のフルカラー装置であると好ましい。

本発明の光書込装置によれば、第１のビーム透過反射手段と第２のビーム透過反射手段により、複数の光源から出射した光ビームを分離することができるので、複数の反射鏡を用いることなく各光ビームをそれぞれの走査対象に導くことができるので、光書込装置の薄型化が可能となる。また、アパーチャによって各光ビームが所望のビーム径に成形されるので、、発光波長が異なる複数の光源を用いて走査を行う構成であっても、各被走査面における光ビームのビーム径を同等にし、均一で高品質な静電潜像を形成することが可能となる。

請求項２の構成により、プリズム等のビーム合成手段を用いる必要がなく、部品点数の削減及びコスト低減が可能となる。
請求項３の構成により、複数の光ビームが同一平面（光軸上）を走査するため、被走査面における走査位置のズレや走査線の曲がりなどが抑制され、高精度な走査を行うことができる。

請求項４の構成により、光ビームの偏光特性を利用したビーム合成が可能となる。
請求項５の構成により、各光ビームを所望の形状に成形してから合成することができる。

請求項６の構成により、各光ビームを合成した後に所望の形状に成形することができる。
請求項７の構成により、プリズム等のビーム合成手段を用いる必要がなく、部品点数の削減及びコスト低減が可能となる。

請求項８の構成により、アパーチャの構成が簡単なものとなり、コストを低減させることができる。
請求項９の構成により、アパーチャの個数を少なくすることができ、部品点数を削減するとともに、省スペース化を図ることができる。

請求項１０の構成により、１つのアパーチャによる複数ビームの成形が可能となり、各光ビームをその波長にしたがって成形することができる。
請求項１１の構成により、光学フィルタもしくはダイクロイックミラーの機能を利用して、１つのアパーチャによる複数ビームの成形が実現できる。

請求項１２の構成により、光学フィルタもしくはダイクロイックミラーの材質としてガラスを用いることで、温度特性の変化が少ない光書込装置がえられる。また、透明樹脂を用いる場合には、低コストな光書込み装置が得られる。

請求項１３の構成により、各光源から各被走査面までの光路長が等しくなるので、各被走査面を光書込装置に対して段違いに配置させる必要がなく、光書込装置の配置に関わるスペースを薄型化することができる。

請求項１４の構成により、各被走査面への光ビームの入射角度が同一の角度であるので、走査対象の配置が複雑とならず、画像形成装置の小型化に寄与することができる。

請求項１５の構成により、偏向器による走査面と、前記各被走査面への光ビームの入射位置をそれぞれ結ぶ平面とが平行であるので、走査対象の配置が複雑とならず、画像形成装置の小型化に寄与することができる。

請求項１６の構成により、部品点数の増加を抑制してフルカラーの走査に対応することができる。
請求項１７に記載の画像形成装置によれば、薄型の光書込装置を備えることにより、画像形成装置の上下方向の大きさを小さくして、装置の小型化を図ることができる。

請求項１８の構成により、短時間でフルカラー画像の形成が可能なタンデム型画像形成装置を、薄型の光書込装置により画像形成装置の上下方向の大きさを小さくして実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る光書込装置の一例における要部構成を示す断面図である。また、図２は、その一部を示す平面図である。なお、本例の光書込装置１０は、偏向手段としてのポリゴンミラー５を共通として、図２におけるポリゴンミラー５以外の構成要素を略対称に２セット配置した構成であり、図１に示すように走査対象としての４つの感光体を走査するものである。

これらの図に示す本例の光書込装置１０は、半導体レーザ１、コリメートレンズ２、アパーチャ３、シリンドリカルレンズ４、回転多面鏡であるポリゴンミラー５、ｆθレンズ６、偏光ビームスプリッタ７（第１のビーム分離手段）、１／４波長板８、ダイクロイックミラー９（第２のビーム分離手段）、反射鏡１０、結像結像レンズ１４等から構成され、これらの構成要素がユニット筐体１２内に配置されている。なお、ポリゴンミラー５から上流側の構成は、後述する各実施例の構成をそれぞれ採用可能である。図２では、一つの実施例で示してある。

本例の光書込装置１０は、走査対象としての４つの感光体を走査するものであり、光源としての半導体レーザを４つ備えている。それらは図２に示すように、ポリゴンミラー５の片側に２つずつ配置されており、図２では半導体レーザ１ａ，１ｂとして示す。また、上記したように、本例の光書込装置１０は、ポリゴンミラー５を共通として、他の構成要素を略対称に２セット配置した構成であり、ポリゴンミラー５の図示しない片側にも同じように光源としての半導体レーザ１ｃ，１ｄ（図示せず）が配置される。

本例の光書込装置では、半導体レーザ１ａ，１ｂは、それぞれ波長の異なる光ビームを出射するものが用いられており、光分離手段としてのダイクロイックミラー９に対応した波長帯域のものが用いられる。同様に、半導体レーザ１ｃ，１ｄは、それぞれ波長の異なる光ビームを出射するものが用いられており、光分離手段としてのダイクロイックミラー９に対応した波長帯域のものが用いられる。

ポリゴンミラー５の各側に配置された構成要素による作用は同じであるので、ここでは主に、図２に示される左側部分に基づいて説明するが、図１においてポリゴンミラー５の右側に示される、半導体レーザ１ｃ，１ｄで走査を行う部分も同様である。また、ポリゴンミラー５から上流側の構成は第１実施例の場合で説明する（他の実施例については後述する）。

２つの異なる光源である半導体レーザ１ａ，１ｂから出射された偏光方向が同じで波長の異なる光ビームは、コリメートレンズ２、アパーチャ３ａ，３ｂ及びシリンドリカルレンズ４を経て副走査方向に同一軸に合成されて偏向手段としてのポリゴンミラー５で反射され、ｆθレンズ６を透過し、ビーム分離手段としての偏光ビームスプリッタ７を通過する。偏光ビームスプリッタ７は、光ビームのπ／２の回転角の違いによる偏光方向により光を分離するもので、ビームの進入方向により透過または反射するような特徴をもたせたものである。なお、コリメートレンズ２及びシリンドリカルレンズ４は、各光源ごとに配置されるが、それらは全く同一なものであるため、符号にａ，ｂを付して区別していない。また、半導体レーザ１ａ，１ｂ及びアパーチャ３ａ，３ｂはそれぞれに異なる部分があるので、符号にａ，ｂを付して区別している。

ｆθレンズ６を出て偏光ビームスプリッタ７を通過した２つのビーム（それぞれ偏光方向が同じで波長の異なる光ビーム）は１／４波長板８を通過する。１／４波長板８は、光ビームの偏光方向をπ／４だけ回転させるもので、上記２つの光ビームは、１／４波長板８を通過することで、それぞれ出射時とはπ／４だけ回転した光ビームとなった状態で、ビームに対して垂直に設置された多層膜誘電体ミラーであるダイクロイックミラー９により、１ビームは透過、他方の１ビームは反射される。ダイクロイックミラー９は、ある波長帯域の光ビームは透過させ、ある波長帯域の光ビームは反射させる。すなわち、上記２つの光ビームは、ダイクロイックミラー９により、反射光と透過光に分離される。

さて、ダイクロイックミラー９を透過した光ビームは反射鏡１０により反射され、結像レンズ１４を通って副走査方向に絞られながら感光体１０１ａの被走査面に照射される。一方、ダイクロイックミラー９により反射された光ビームは、同じ光路を戻って再度１／４波長板８を通過することにより再び偏光方向をπ／４だけ回転させられ、出射時とはπ／２だけ回転した光ビームとなった状態で偏光ビームスプリッタ７に入射する。その出射時とはπ／２だけ回転した光ビームは偏光ビームスプリッタ７により反射され、結像レンズ１４を通って副走査方向に絞られながら感光体１０１ｂの被走査面に照射される。このようにして、半導体レーザ１ａ，１ｂから出射された光ビームが、それぞれ感光体１０１ａと感光体１０１ｂとに導かれ、各感光体を走査する。

なお、本例では、半導体レーザ１ａ，１ｂから出射される２つの光ビームは、共に例えば直線偏光のＰ波であり、一方の光ビームは１／４波長板８によりπ／４だけ回転して円偏光となった状態でダイクロイックミラー９を透過して感光体１０１ａに照射される。他方の光ビームは１／４波長板８によりπ／４だけ回転して円偏光となった後、ダイクロイックミラー９に反射されて再度１／４波長板８を通過することにより再び偏光方向をπ／４だけ回転させられ、直線偏光のＳ波となった状態で感光体１０１ｂに照射される。

ポリゴンミラー５の右側部分でも、同様にして、半導体レーザ１ｃ，１ｄから出射された光ビームが、それぞれ感光体１０１ｃと感光体１０１ｄとに導かれ、各感光体を走査する。

本例では、光源である各半導体レーザ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから各感光体１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄへの光路長はいずれも等しくなるように設けられている。

また、本例では、各光ビームの感光体面への入射角度（図１に角度θとして示す）が等しくなるように構成されている。
さらに、本例では、ポリゴンミラー５による走査平面と、複数の感光体ドラム（本例では感光体１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ）の中心を結ぶ平面とが平行となるように構成されている。

さて、多層膜誘電体ミラーであるダイクロイックミラー９により２つの光ビームを分離させるためには、２つの光ビームの波長が異なっている必要がある。反射と透過との境は、付加する多層膜により異なるが、例えば波長７５０ｎｍ近辺が境界になっているダイクロイックミラーを好適に用いることができる。その場合、用いる光ビームには上記境界前後の波長帯を選択する必要がある。波長７５０ｎｍ近辺が境界になっているダイクロイックミラーを用いる場合には、一例として、波長約６５０ｎｍの可視光と、波長約７８０ｎｍの赤外光とを選択することができる（波長約６５０ｎｍの可視光を出射する半導体レーザと波長約７８０ｎｍの赤外光を出射する半導体レーザを、半導体レーザ１ａ，１ｂとして用いることができる）。半導体レーザ１ｃ，１ｄも同様である。

なお、多層膜誘電体ミラーであるダイクロイックミラーには、ホットミラー（熱線反射型）とコールドミラー（熱線透過型）があり、本発明においては、どちらのタイプも採用可能である。

次に、図３を参照して、ポリゴンミラー５から上流側の構成（２つの光ビームを合成する構成）として用いることができる各実施例について説明する。
（ａ）図に示すビーム合成の第１実施例は、交差方式と呼ばれるものである。２つの異なる発光波長の光源（半導体レーザ）１ａ，１ｂは、各光源の光軸に略平行な直線の周りに略平板状をなす同一の基板に近接して取り付けられ、各光源からの光ビームの射出方向が前記基板の法線に対して互いに異なる向きに傾けるとともに、各光源からの光ビームの射出方向が少なくとも主走査方向について開き角を呈し、ポリゴンミラー５の偏向面近傍で交差するように設けられる。すなわち、半導体レーザ１ａ，１ｂから出射された光ビームＬａ，Ｌｂは、それぞれコリメートレンズ２によって平行光とされ、アパーチャ３ａ，３ｂにより各々所望の形状に成形された後、シリンドリカルレンズ４で副走査方向に絞られる。これら光ビームＬａ，Ｌｂはその後、偏向面近傍で交差するように合成され、ポリゴンミラー５によって偏向される。つまり、光源１ａ，１ｂは、その光ビームＬａ，Ｌｂが副走査方向に同一面内で所定の角度を持ってポリゴンミラー５の主走査方向に略同一位置に照射されるように配置されている。

（ｂ）図に示すビーム合成の第２実施例は、２つの異なる発光波長の光源（半導体レーザ）１ａ，１ｂとして、ビームの偏光方向が９０度異なる光ビームを出射するものを用いる。その各光源１ａ，１ｂから出射された光ビームＬａ，Ｌｂは、それぞれコリメートレンズ２によって平行光とされ、アパーチャ３ａ，３ｂにより各々所望の形状に成形された後、光ビームを合成するビーム合成プリズム１５により合成される。合成された光ビームＬａ，Ｌｂは、シリンドリカルレンズ４で副走査方向に絞られた後、ポリゴンミラー５によって偏向される。

（ｃ）図に示すビーム合成の第３実施例は、２つの異なる発光波長の光源（半導体レーザ）１ａ，１ｂとして、ビームの偏光方向が９０度異なる光ビームを出射するものを用いる。その各光源１ａ，１ｂから出射された光ビームＬａ，Ｌｂは、それぞれコリメートレンズ２によって平行光とされ、ビーム合成プリズム１５により合成される。その光ビームＬａ，Ｌｂは、アパーチャ１３を透過することで各々所望のビーム径に成形され、シリンドリカルレンズ４で副走査方向に絞られた後、ポリゴンミラー５によって偏向される。

（ｄ）図に示すビーム合成の第４実施例は、２つの異なる発光波長の光源が列状に配置された（例えばＬＤアレイ）構成の光源１から出射された光ビームＬａ，Ｌｂは、コリメートレンズ２によって平行光とされる。その光ビームＬａ，Ｌｂは、アパーチャ１３を透過することで各々所望のビーム径に成形され、シリンドリカルレンズ４で副走査方向に絞られた後、ポリゴンミラー５によって偏向される。

上記の各実施例では、各光ビームが走査する感光体走査面において、各光ビームのビーム径（ビームの大きさ）が同じになるように、アパーチャ３ａ，３ｂ又はアパーチャ１３によって、各光ビームが所望のビーム径に成形される。これによって、発光波長が異なる複数の光源を用いて走査を行う構成であっても、各感光体走査面における光ビームのビーム径を同等にし、均一で高品質な静電潜像を形成することが可能となる。

ここで説明したビーム合成の第１〜第４実施例は、それぞれポリゴンミラー５から上流側の、２つの光ビームを合成する構成として用いることができるものである。図２では、代表例として（ａ）図の第１実施例を示してある。

次に、ビーム合成の第１〜第４実施例において用いられるアパーチャについて図４を参照して説明する。
図４（ａ）に示すアパーチャ３ａ，３ｂは、上記ビーム合成の第１実施例及び第２実施例に用いられるものである。アパーチャ３ａと３ｂは、それぞれ大きさの異なる開口部１６ａと１６ｂとを有しており、各アパーチャ３ａ，３ｂをそれぞれ光ビームＬａ，Ｌｂが通過することにより、光ビームＬａ，Ｌｂが所望のビーム径（所望の形状）に成形される。なお、本例では、開口部１６ａと１６ｂは相似形状であり、大きさのみが異なるものである。また、上記第２実施例（光ビームＬａとＬｂが平行）に用いる場合は、一つの基材上にアパーチャ３ａ，３ｂを主走査方向に並列させても良い。なお、本明細書では「ビーム径」と「ビームの大きさ」は等価なものとする。また、「所望の形状」は「所望の形状かつ所望の大きさ」を意味するものとする。

図４（ｂ）に示すアパーチャ１３は、上記ビーム合成の第３実施例及び第４実施例に用いられるものである。このアパーチャ１３は、所定の形状（上記のように大きさを含む）に設けられた基材開口部に、分光機能を持つ光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７を備えている。また、その光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７には所定の形状の開口部１６ｃが設けられている。当該光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７及び開口部１６ｃは、ガラスもしくは透明樹脂を材質とする部材の光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７に相当する部分（開口部１６ｃ以外の部分）に誘電多層膜を形成させて分光機能を持たせたものである。

このような構成のアパーチャ１３に、上記光ビームＬａ，Ｌｂの合成光が照射されると、光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７を透過できない波長の光ビームＬａは、開口部１６ｃによる大きさ（形状）の光ビームとして通過する。一方、光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７を透過できる波長の光ビームＬｂは、基材開口部（基材は光ビームＬａ，Ｌｂの双方とも透過できないものとする）によって規制された大きさ（形状）の光ビームとして通過する。これにより、光ビームＬａ，Ｌｂが所望のビーム径（所望の形状）に成形される。

なお、波長の異なる各光ビームが通過できる単なる開口部（例えば上記開口部１６ａ〜１６ｃであり、ガラスや樹脂が嵌め込まれていても良い）も、ある波長帯域の光ビームのみ透過できる部分を有する開口部（例えば光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７が填め込まれている基材開口部であり、その光学フィルタもしくはダイクロイックミラーの内部に単なる開口部が含まれていても良い）も、光ビーム通過部と称する。

ところで、波長の短い光ビームは波長の長いものより屈折率が高くなる。したがって、同じアパーチャに波長の異なる２つの光ビームを入射させた場合、被走査面では波長の長い方がビーム径は大きくなる、ということが言える。また、アパーチャによる絞りが小さいほど（開口部が大きいほど）ビームを絞りやすく（規制しやすく）なる。よって、同程度のビーム径を求めるのであれば、波長の短い光ビームを遮蔽する波長分離特性をもったアパーチャにすべきである。

本例の光走査装置では、一例として波長６５０ｎｍと７８０ｎｍの光ビームを用いるので、上記アパーチャ１３では、光学フィルタもしくはダイクロイックミラー１７は、波長６５０ｎｍの光ビームを遮蔽する波長分離特性を有するものとする。この場合、光ビームＬａが波長６５０ｎｍであり、光ビームＬｂが波長７８０ｎｍとなる。

なお、ここではアパーチャの開口部形状を四角形で説明したが、開口部形状は四角形に限らず、任意な形状が可能であり、たとえば四角形以外の多角形や円又は楕円形状なども可能である。

本発明による光書込装置では、副走査方向において同一軸上に合成した２つの光ビームを第１のビーム分離手段と第２のビーム分離手段により分離することが可能であり、図１２で説明した従来例のように複数の反射鏡（ミラー）を用いることなく（複数の反射鏡を上下方向の異なる位置に配置することなく）、複数の光ビームをそれぞれの走査対象である感光体に導くことができ、光書込装置の薄型化が可能となる。

また、副走査方向に合成される複数の光ビームを、それぞれアパーチャにより所望の大きさに成形することができるので、各感光体走査面における光ビームのビーム径を同等にし、均一で高品質な静電潜像を形成することが可能な光書込装置を実現することができる。

本例の光書込装置１０はタンデム型のフルカラー画像形成装置に好適に用いることができ、４本の光ビームを４つの感光体に振り分ける場合でも、光書込装置の厚みが増大せず、薄型の光書込装置を実現できる。したがって、フルカラー画像形成装置の小型化、特に、上下方向の大きさを抑制するのに効果が大である。

最後に、本発明に係る光書込装置を備える画像形成装置の一例について説明する。図５に示す画像形成装置は、直接転写方式のタンデム型フルカラープリンタであり、装置本体のほぼ中央部に４個の作像ユニット１００（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）を配設している。イエロー，シアン，マゼンタ，ブラックの各色に対応する各作像ユニット１００（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、転写搬送ベルト１０８の上部走行辺に沿って並設されている。支持ローラ１０６，１０７等に巻き掛けられた転写搬送ベルト１０８は図中反時計回りに走行駆動される。右側の支持ローラ１０７の側方にはレジストローラ１０９が配置され、左側の支持ローラ１０６の側方には定着装置１１０が配置されている。

各作像ユニット１００は扱うトナーの色が異なるのみで構成は同一であり、像担持体としての感光体ドラム１０１を具備している。この感光体ドラム１０１の周りには、帯電手段１０２，現像装置１０３等が配置され、さらに各感光体ドラム１０１に対向するように転写搬送ベルト１０８の内側に転写手段としての転写ローラ１０５が設けられている。また、現像装置１０３にはトナー収納容器１０４が布設されている。なお、図では４つの作像ユニットのうち、代表して黒作像ユニット１００Ｋにのみ、作像ユニットを構成する各機器に符号を付している。

４つの作像ユニット１００上方の装置最上部には光書込装置１０が設けられている。光書込装置１０は４色のフルカラー画像形成装置に対応するものであり、上記説明したものである。この光書込装置１０は、画像情報に基づいて光変調されたレーザ光Ｌを各色作像ユニットの感光体ドラム１０１の表面に照射する。

装置下部には用紙を積載する給紙トレイ１３０が配設され、その給紙トレイから用紙を給送するための給紙装置１３１が設けられている。分離機構等の詳細については省略する。

上記のように構成されたカラープリンタにおける画像形成動作について簡単に説明する。
上記作像ユニット１００の感光体ドラム１０１が図示しない駆動手段によって図中時計方向に回転駆動され、その感光体ドラム１０１の表面が帯電手段１０２によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体表面には、光書込装置１０からのレーザ光が照射され、これによって感光体ドラム１０１表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラム１０１に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー，マゼンタ，シアン及び黒の色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成された静電潜像に現像装置１０３から各色トナーが付与され、トナー像として可視化される。

一方、給紙トレイ１３０から用紙が給紙され、給紙された用紙はレジストローラ対１０９に一旦突き当てられる。そして、用紙は上記可視像に同期するようにして送出され、ベルト１０８に吸着されて搬送される。その用紙が、各感光体ドラム１０１に対向する転写位置に到るつどに、転写手段１０５の作用により、各色トナー像が用紙上に順次重ね転写される。このようにして、用紙上にフルカラーのトナー像が担持される。

なお、作像ユニット１００のいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２色又は３色の画像を形成したりすることもできる。モノクロプリントの場合は、４個の作像ユニットのうち、図の一番右側の黒（Ｋ）ユニットを用いて画像形成を行う。

そして、トナー像を転写した後の感光体ドラム１０１表面に付着する残留トナーは、図示しないクリーニング手段によって感光体ドラム表面から除去され、次いでその表面が図示しない除電器の作用を受けて表面電位が初期化されて次の画像形成に備える。

トナー像転写後の用紙は、転写搬送ベルト１０８から分離されて、定着装置１１０に送り込まれ、熱と圧力によってトナー像が用紙に熔融定着される。定着された用紙は機外に排出され、図示しない排紙トレイ上にスタックされる。

光書込装置１０は、上記説明したように厚さの小さな薄型のものであるため、画像形成装置内部の限られた空間内に配置可能であり、カラー画像形成装置の小型化、特に、上下方向の厚みを小さくする効果が大きい。また、本例の光書込装置１０は、発光波長が異なる複数の光源を用いて走査を行う構成であっても、各感光体走査面における光ビームのビーム径が同等であり、均一で高品質な静電潜像を形成できるので、本例の画像形成装置は色ズレ等のない高画質なカラー画像を得ることができる。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各光源及び第２のビーム分離手段としては、両者の組み合わせにおいて複数の光ビームを分離可能なものを適宜採用可能である。また、第１のビーム分離手段も適宜な構成のものを採用可能である。また、走査対象への光ビームの入射角度も適宜設定可能なものである。走査対象としての感光体は、ドラム状に限らず、ベルト状感光体も可能である。各光ビームを所望の形状（大きさ）に成形するためのアパーチャも、本発明の範囲内で適宜なものを採用可能である。

画像形成装置としては、直接転写方式に限らず、中間転写方式でも良い。タンデム型における色の順番等も任意である。また、４色のフルカラー機に限らず、複数色、例えば２色のトナーによる多色機にも本発明を適用可能である。画像形成装置各部の構成も任意である。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

本発明に係る光書込装置の一例における要部構成を示す断面図である。 その一部を示す平面図である。 ビーム合成の各実施例を示す模式図である。 本発明に用いるアパーチャの例を示す模式図である。 本発明に係る光書込装置を備える画像形成装置の一例を示す断面構成図である。 従来の光書込装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 半導体レーザ
２ コリメートレンズ
３，１３ アパーチャ
４ シリンドリカルレンズ
５ ポリゴンミラー（偏向器）
６ ｆθレンズ
７ 偏光ビームスプリッタ（第１のビーム分離手段）
８ １／４波長板
９ ダイクロイックミラー（第２のビーム分離手段）
１０ 光書込装置（光走査装置）
１１ 反射鏡（ミラー）
１４ 結像レンズ
１５ ビーム合成プリズム（ビーム合成手段）
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 開口部（光ビーム通過部）
１７ 光学フィルタもしくはダイクロイックミラー（光ビーム通過部）
１００ 作像ユニット
１０１ 感光体
Ｌａ，Ｌｂ 光ビーム

Claims (18)

1. 光源からの光を偏向器により偏向して被走査面を走査する光書込装置において、
   偏光方向が同じでそれぞれ波長の異なる光ビームを出射する複数の光源を備え、該複数の光源から出射した各光ビームを副走査方向からみて同一軸になるように合成して前記偏向器により偏向させるとともに、
   前記偏向器により偏向された前記各光ビームが進入するよう配置され、光ビームの偏光方向により光ビームを透過もしくは反射させる第１のビーム透過反射手段と、
   該第１のビーム透過反射手段透過後の前記各光ビームをその波長により透過もしくは反射させる第２のビーム透過反射手段と、
   前記第１のビーム透過反射手段と前記第２のビーム透過反射手段との間に配置され、光ビームの偏光方向をπ／４回転させる１／４波長板と
   を有し、
   光源を上流側として、前記偏向器、前記第１のビーム透過反射手段、前記１／４波長板および前記第２のビーム透過反射手段がこの順に配置され、
   前記第１のビーム透過反射手段は、前記偏向器により偏向された前記光ビームを透過させて前記１／４波長板を通過させるとともに、前記第２のビーム透過反射手段により反射されて戻り前記１／４波長板を再度通過した光ビームを反射させるように配置され、
   前記第２のビーム透過反射手段を透過した光ビームにより一つの被走査面を走査し、前記第２のビーム透過反射手段を反射した光ビームを前記第１のビーム透過反射手段により反射させて他の一つの被走査面を走査するよう構成し、
   さらに、前記各光ビームの波長に応じた大きさのビーム通過部を有するアパーチャを備え、該アパーチャにより前記各光ビームが所望の形状に成形されることを特徴とする光書込装置。
2. 前記複数の光源を同一の基板に近接して取り付け、各光源からの光ビームの射出方向が前記基板の法線に対して互いに異なる向きに傾けるとともに、前記各光源からの光ビームの射出方向が少なくとも主走査方向について開き角を呈し、前記偏向器の偏向面近傍で交差することを特徴とする、請求項１に記載の光書込装置。
3. 前記複数の光源からの光ビームを合成するビーム合成手段を有し、該ビーム合成手段で合成した光ビームを前記偏向器の偏向面に照射させることを特徴とする、請求項１に記載の光書込装置。
4. 前記複数の光源として偏光方向が９０度異なる光ビームを出射するものを用いることを特徴とする、請求項３に記載の光書込装置。
5. 前記各光源からの光ビームを前記アパーチャを通過させた後に前記ビーム合成手段により合成することを特徴とする、請求項３又は４に記載の光書込装置。
6. 前記各光源からの光ビームを前記ビーム合成手段により合成した後に前記アパーチャを通過させることを特徴とする、請求項３又は４にに記載の光書込装置。
7. 前記複数の光源は、波長の異なる光ビームを出射する光源が列状に配置された構成であることを特徴とする、請求項１に記載の光書込装置。
8. 前記アパーチャが複数のアパーチャからなり、各アパーチャには各光ビームの波長に応じた大きさのビーム通過部がそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載の光書込装置。
9. 前記アパーチャが、各光ビームをその波長に応じた異なる大きさで通過させることが可能なビーム通過部を有する１つのアパーチャであることを特徴とする、請求項３，４，６，７のいずれか１項に記載の光書込装置。
10. 前記ビーム通過部は、前記各光ビームを透過させない基材に所定の形状で設けられた基材開口部と、該基材開口部に備えられるビーム透過阻止手段に設けられた所定形状の第２の開口部とからなり、
    前記ビーム透過阻止手段は、前記各光ビームをその波長により一方を透過させ他方を阻止することを特徴とする、請求項９に記載の光書込装置。
11. 前記ビーム透過阻止手段が光学フィルタもしくはダイクロイックミラーであることを特徴とする、請求項１０に記載の光書込装置。
12. 前記光学フィルタもしくはダイクロイックミラーの材質がガラス又は透明樹脂であり、その入射面に誘電多層膜が形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の光書込装置。
13. 前記第２のビーム分離手段は、前記各光源から各被走査面までの光路長が等しくなるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光書込装置。
14. 前記各被走査面への光ビームの入射角度が同一の角度であることを特徴とする、請求項１に記載の光書込装置。
15. 前記偏向器による走査面と、前記各被走査面への光ビームの入射位置をそれぞれ結ぶ平面とが平行であることを特徴とする、請求項１に記載の光書込装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光書込装置が備える光学素子のうち前記偏向器を共通の１つの偏向器として用いるとともに、前記偏向器以外の光学素子を、前記偏向器の両側に略対称に配置し、４つの光源からの光ビームにより４つの被走査面を走査するよう構成されていることを特徴とする光書込装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光書込装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
18. 前記光書込装置により走査される走査対象としての像担持体を４つ備えたタンデム型のフルカラー装置であることを特徴とする、請求項１７に記載の画像形成装置。

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