JP5041668B2

JP5041668B2 - 光走査装置および画像形成装置

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Publication number: JP5041668B2
Application number: JP2005080119A
Authority: JP
Inventors: 信秋久保
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2025-03-18
Also published as: JP2006259578A

Description

本発明は、結像光学系を構成する光学素子の位置や姿勢の補正機構を備えた光走査装置および画像形成装置に関するものである。

光源からの光束を、回転多面鏡などからなる光偏向手段により偏向させ、偏向される光束をｆθレンズ等の走査結像光学系を用いて被走査面に向けて集光させることにより、被走査面上に光スポットを形成し、この光スポットにより被走査面を走査する光走査装置があり、かかる光走査装置は、光プリンタや光プロッタ、デジタル複写機等の画像形成装置に搭載されて広く知られている。

光走査装置を用いる画像形成装置においては、電子写真方式画像形成プロセス内の一工程である露光工程を実行する装置として、光走査による画像書き込み工程が採用されている。画像形成プロセスによって形成される画像の良否は光走査の良否に影響される。光走査の良否は、光走査装置における主走査方向や副走査方向の走査特性に依存する。
光走査装置における主走査方向の走査特性の一つとして、光走査の被走査面上における等速性が挙げられる。例えば、光偏向手段としてポリゴンミラーを用いる場合、ポリゴンミラーの偏向反射面での光束の偏向は等角速度的に行われるので、光走査の等速性を実現するためには、走査結像光学系がｆθ特性を持つものを用いている。

しかしながら、走査結像光学系に要請される他の性能との関係もあって、完全なｆθ特性を実現することは容易でない。このため、現実の光走査においては、光走査が完全に等速的に行われることはなく、走査特性としての等速性は、理想の等速走査からのずれを伴っている。

光走査装置における副走査方向の走査特性には、走査線曲がりや走査線の傾きがある。走査線は、ベルト状あるいはドラム状の感光体（「像担持体」ともいう）等の表面である被走査面上における光スポットの移動軌跡であり、直線であることが理想とされ、光走査装置の設計でも走査線が直線となるように設計される。しかし、実際には光学素子や機構部品の加工誤差や組立誤差等が原因となって走査線に曲がりが発生するのが普通である。

また、走査結像光学系として結像ミラーを用い、偏向光束の結像ミラーへの入射方向と反射方向との間で、副走査方向に角度をもたせる場合には、原理的に走査線の曲がりが発生する。走査結像光学系をレンズ系として構成する場合でも、被走査面を副走査方向に分離した複数の光スポットで光走査するマルチビーム走査方式では走査線の曲がりが不可避である。

走査線の傾きは、走査線が副走査方向に対して正しく直交しない現象であり、走査線曲がりと走査線傾きは常に複合して発生する。
光走査の等速性が完全でない場合は、形成された画像に主走査方向の歪みが生じる。走査線の曲がりは、形成された画像に副走査方向の歪みを生じさせる。画像が所謂モノクロで、単一の光走査装置により書き込まれて画像が形成される場合は、走査線曲がりや等速性の不完全さ（理想の等速走査からのずれ）がある程度抑えられていれば、形成された画像に、目視で分かるほどの歪みは生じないが、極力このような画像の歪みが少ないに越したことはない。

モノクロ画像とは別に、マゼンタ・シアン・イエローの３色、あるいはこれにブラックを加えた４色の画像を色成分画像として形成し、これらの色成分画像を重ね合わせることにより合成的にカラー画像を形成することは、従来から、カラー複写機等で行われている。このようなカラー画像形成を行う方式の一つとして、各色成分の画像を、色成分毎に設けられている光走査装置を用いて各色成分の画像が形成可能な感光体に形成し、各感光体に形成された画像を重ねる、所謂タンデム型と呼ばれる画像形成方式がある。このような画像形成方式の場合、光走査装置相互で走査線の曲がり具合や傾きが異なると、光走査装置毎の走査線曲がりが一応補正されていたとしても、形成されたカラー画像に「色ずれ」と呼ばれる異常画像が現れて、カラー画像の画質を劣化させる。

また、色ずれ現象の現れ方として、カラー画像における色合いが所望のものにならないという現象がある。この色ずれなどの不具合の発生を防止するために、結像光学系を構成する長尺レンズの光軸を副走査方向に挟んで２箇所でねじ止めし、一方側のねじ止め部を、長尺レンズの光軸方向に移動可能な調整ネジによる調整部とし、調整ネジの締め具合により長尺レンズを偏向走査方向と直交する断面内で回転調整することにより、走査線曲がりを補正する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

走査線傾き補正機構に関する先行技術として、結像レンズを保持する保持手段を備え、この保持手段は、結像レンズの長手方向中央に相当する上記保持手段の位置を回転中心として筐体に揺動可能に取り付けられた構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１３１６７４号公報特開２００３−２６２８１６号公報

しかし、特許文献１に示されている構成では、調整対象物となる結像光学系に用いられるレンズの材質が、環境変動に対して影響を受けるものである場合は、走査線曲がりの補正が依然としてできない場合がある。その理由は以下の通りである。
近年、走査特性の向上を意図して、光走査装置の結像光学系に、非球面に代表される特殊な面を採用することが一般化している。このような特殊な面を容易に形成することができ、なおかつ低コストで製作することができる樹脂製の結像光学素子が多用されている。

樹脂材料からなる結像光学素子は、温度や湿度の変化の影響を受けて光学特性が変化しやすく、このような光学特性の変化によって、走査線の曲がり具合や等速性を変化させる。このため、例えば、数十枚のカラー画像の形成を連続して行う場合に、画像形成装置の連続運転により機内温度が上昇することによって、結像光学系の光学特性が変化し、各光書き込み装置によって書き込まれる走査線の曲がり具合や等速性が次第に変化する。かかる変化は色ずれ現象の要因となり、初期に得られたカラー画像と終期に得られたカラー画像とで色合いがまったく異なるものになることがある。

走査光学系として代表的なｆθレンズ等の走査結像レンズは、一般に、副走査方向におけるレンズ不用部分（偏向光束が入射しない部分）をカットし、主走査方向に長い短冊形レンズとして形成される。走査結像レンズが複数枚のレンズで構成される場合、配設位置が光偏向手段から離れるほど、主走査方向のレンズ長さが大きくなり、１０数センチ〜２０センチ以上の長さをもつ長尺レンズが必要となる。このような長尺レンズは一般に樹脂材料を用いて一体成形で形成される。樹脂製の長尺レンズは、温度変動によってレンズ内の温度分布が不均一になると、反りを生じてレンズが副走査方向に弓なりの形状となる。このような長尺レンズの反りは前述した走査線曲がりの原因となるが、反りが著しい場合には、走査線曲がりも極端に発生する。

このような現象は、特許文献１に示されたような構成を用いて初期調整を行った場合でも発生する。しかも、特許文献１の構成においては、走査線曲がり以外に色ずれなどの不具合を発生する原因となる走査線の傾きについての対策が採られていない。さらに特許文献１に示された構成では、光軸方向での位置決めがネジの締結具合によって変化するために位置決め精度を確保しにくいという不具合もある。
特許文献２に示されている構成を用いて、結像レンズを略光軸を中心として揺動させることにより走査線傾き補正は可能であるが、機内温度変動が発生した場合には走査線曲がりの変動を抑える構成となっていないため、結像レンズの反りが発生し、走査線曲がりが変動しりことになる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点、すなわち、光走査装置を構成する光学素子の形状精度、位置精度等の積み上げにより発生する走査線曲がりや走査線うねりの方向に依存することをなくし、常に安定に、かつ高精度に走査線曲がりの補正及び走査線傾きの補正を行うことができるようにした光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

各請求項記載の発明のより具体的な目的は次のとおりである。
請求項１記載の発明は、結像光学素子の反り方向のばらつきによることなく、走査線曲がりの初期調整を可能とし、結像光学素子の主走査方向に配置した複数個の押圧部と弾性部材により結像光学素子を副走査方向に曲げ調整を行うことで、光走査装置全系として走査線曲がり補正を行うこと
温度変動があっても走査線曲がり変動が発生しないように光学素子を保持し、さらに、光軸に直交する方向の（副走査方向）の位置精度を安定化させることを目的とする。さらにまた、樹脂製結像光学素子の温度による反り変形を２つの平板で挟持することで矯正保持し、走査線曲がり変動を防止するとともに樹脂製結像光学素子の副走査方向の位置を安定して保持し、さらに、独立して走査線傾き補正機構を設け、２つの平板の曲げ剛性、押圧部材の剛性、弾性部材の押圧力を最適化し、過剰な剛性、過剰な押圧力を付加することのない構造体を形成し、構造部材のコストダウンを図り、構造体の簡略化および副走査方向の構造体の小型化を目的とする。

請求項２および３記載の発明は、２つの平板の撓みに応じて弾性部材の屈曲部の高さを主走査方向に変化させることで、樹脂製結像光学素子に対する副走査方向の押圧力を均一化して、初期調整の容易化、および温度特性による走査線曲がりの変動を防止することを目的とする。
請求項４記載の発明は、樹脂製結像光学素子のβチルト方向の姿勢を安定させることを目的とする。
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載されている光走査装置を複数用いて、タンデム型の光走査装置を得ることを目的とする。

請求項６および７記載の発明は、色重ね精度を向上させた、カラー対応の画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明は、請求項１に記載されているように、光束を放射する光源を含む光源ユニットと、上記光源ユニットからの光束を光偏向手段に導く第１結像光学系と、上記光偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に光スポットとして集光するとともに等速度で走査させる第２結像光学系と、上記第２結像光学系を構成する少なくとも１つの樹脂製の長尺の光学素子を副走査方向に押圧して保持する走査線曲がり補正機構と、上記光学素子の長手方向に平行な二つの面に当接して上記光学素子を挟持するための２つの平板と、上記平板の主走査方向一端部に設けられ、主走査方向と副走査方向とを含む平面に対する上記光学素子の主走査方向の傾きを補正する走査線傾き補正機構と、を有し上記走査線曲り補正機構は、上記光学素子を押圧するために、上記２つの平板の一方の平板の主走査方向の複数箇所に設けられた光学素子押圧部と、上記２つの平板の他方の平板に保持される弾性部材と、を有しており、上記弾性部材は上記光学素子に当接し、上記光学素子押圧部と上記弾性部材で上記結合光学系を挟持して、上記光学素子押圧部の押圧力と上記２つの平板のたわみと上記弾性部材のたわみを合わせて上記光学素子を撓ませることにより、走査線曲りを補正し、上記他方の平板の長手方向には、上記弾性部材を嵌め込む窓孔と、長手方向中央近傍であって当該窓孔以外の箇所に貫通孔が設けられており、上記走査線傾き補正機構は、上記貫通孔を通り上記光学素子の副走査方向端面を直接支持し揺動支点となる部材を、有していることを最も主要な特徴とする。

各請求項記載の発明によれば、以下のような効果を得ることができる。
請求項１記載の発明によれば、第二結像光学系を構成する１つの光学素子の副走査方向の反りのばらつきがあっても、走査線曲がりの初期調整を可能とし、第二結像光学系を構成する１つの光学素子の主走査方向に複数の押圧部材と弾性部材でベンディングモーメントを作用させることで、高次のうねり成分の走査線曲がりを補正することができ、押圧保持することで温度変動の小さい光走査装置を得ることができる。また、構造体の剛性によることなく、副走査方向の一定位置に樹脂製長尺レンズを支持し、スポット径などの光学特性を劣化させることなく走査線傾きを補正することができ、樹脂製長尺レンズと一体化した構造体の剛性および弾性部材の撓みを利用して走査線曲がりを補正し、下板金に弾性部材を嵌め込むことで押圧保持ができるので、温度変動の小さい、副走査方向の構造体の高さを低減できる光走査装置を得ることができる。

請求項２および３記載の発明によれば、構造体の高さを低減し、かつ樹脂製長尺レンズに対する押圧力を構造体の撓みをキャンセルして一定化するように板ばねの形状を変化させることで、温度変動の少ない安定した保持が可能となる。

請求項４記載の発明によれば、下板金と樹脂製長尺レンズの副走査方向端面外形の全周を接触保持することでβチルト方向の姿勢を安定させ、光学性能の劣化を防止することができる。請求項５，６および７記載の発明によれば、電子写真プロセスを用いたタンデム方式多色画像形成装置の光走査装置として使用する場合に各感光体での走査線曲がりおよびまたは傾きを補正矯正することができるので、単色及び多色の出力画像の高密度化、マルチビームによる高速化を図ることができるとともに、色ずれの少ない高画質の画像を形成することができる。さらに、光偏向手段を高速回転させなくても画像形成の高速化を図ることができるため、消費電力の低減、振動、騒音の低減、熱発生の低減につながり、環境負荷を低減することが可能となる。

本発明にかかる光走査装置および画像形成装置の実施例を、添付図面に基づき説明する。本実施例に係る光走査装置の走査線曲がり補正機構、走査線傾き補正機構、及び、それらの補正方法について説明をする前に、図６を用いて、光走査装置が適用される画像形成装置の例につきその構成及び動作を説明する。また、図１を用いて、本実施例に係る光走査装置の構成及び動作について説明する。

図８は、本発明にかかる光走査装置が適用される画像形成装置の例を示す正面断面図である。図８において、符号１で示す画像形成装置は、フルカラー画像を形成可能な複写機、プリンタ、又は、受信した画像信号に基づいて上記複写機又はプリンタと同様な画像形成処理が可能なファクシミリ装置等である。なお、画像形成装置には、上述したカラー画像を対象とするだけでなく、単一色の画像を対象とする装置も含まれる。

図８において、画像形成装置１は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色に対応する像担持体としての感光体ドラム１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａを水平方向に並置したタンデム構造が採り入れられている。複写機の場合、原稿画像はイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色に分解され、各色に対応した画像信号で変調された光ビームで対応する被走査面となる上記感光体ドラムを走査することにより、各感光体ドラムに、対応する色成分の画像を静電潜像として形成することができる。各感光体ドラム１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａに形成された静電潜像は、それぞれ対応した色のトナーを供給する現像装置によって可視化される。各感光体ドラム１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａの下方には、給紙トレイ１０Ａから１枚ずつ引き出された転写紙Ｓを上記感光体ドラムの配列方向に搬送する転写搬送ベルト５が配置されている。転写搬送ベルト５で搬送される転写紙Ｓには、各感光体ドラム１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａに形成されたトナーによる可視像が、それぞれ重畳されながら転写され、カラー画像が形成されるように構成されている。個々の感光体ドラム１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａを中心とする各色に対応した画像の形成プロセスは、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングという各プロセスを含む電子写真プロセスである。

以下、一つの感光体ドラム１Ａを代表して画像形成装置のより詳細な構成および画像形成処理を説明する。なお、他の感光体ドラム２Ａ〜４Ａに関しても同様な構成と処理であるので、これら感光体ドラム２Ａ〜４Ａに関連する部品ないしは装置には、便宜上、感光体ドラム１Ａに関連する部品ないしは装置に付した数字の符号を付すに留め、詳細な説明は省略する。感光体ドラム１Ａの周囲には、矢印で示す感光体ドラム１Ａの回転方向に沿って画像形成処理を実行するために、コロトロン又はスコトロトン等の構成を用いた帯電装置１Ｂ（図８では、ローラを用いた構成が示されている。）、レーザ光源からのレーザ光による光走査装置２０、現像装置１Ｄ、及び、クリーニング装置１Ｅがそれぞれ配置されている。

画像形成装置１では、画像形成処理を実行するための装置が配置されてなる画像形成部の上部に、原稿読み取り部６が配置されている。原稿読み取り部６は、原稿載置台６Ａ上に載置された図示しない原稿を読み取り装置７によって読み取り、読み取った画像情報を図示しない画像処理制御部に入力し、この画像処理制御部から上述した光走査装置２０に入力する書き込み情報が得られるようになっている。図８に示す例では、帯電装置１Ｂとしてローラを用いた接触式が採用されているが、これに限らず、放電ワイヤを用いたコロナ放電式を用いることも可能である。本実施例では、現像装置１Ｄ〜４Ｄの配列は、転写ベルト５の展張部における右側からイエロー、シアン、マゼンタ、及び、ブラックのトナーを供給できる順序で配列されている。

読み取り装置７は、原稿載置台６Ａ上に載置されている図示しない原稿を走査して光電変換し原稿に応じた画像信号を得るものである。読み取り装置７は、上記原稿を照明するための光源７Ａ、この光源７Ａとともに原稿に沿って移動しながら原稿からの反射光を側方に反射する第１ミラー、第１ミラーの移動速度の１／２の速度で同方向に移動する第２ミラーおよび第３ミラー、第３ミラーからの反射光を結像させるための結像レンズ７Ｄ、この結像レンズ７Ｄを透過した原稿からの反射光をイエロー、シアン、マゼンタの色成分ごとに分解する色分解ミラー、分解された各色に対応して設けられている撮像素子としてのＣＣＤ７Ｂを有してなる。各ＣＣＤ７Ｂからは、分解された色毎の光強度に応じた画像情報信号が出力され、図示しない画像処理制御部に入力される。

前記転写搬送ベルト５は、複数のローラに掛け回されたポリエステルフィルムなどの誘電体で構成され、展張部分の一つが各感光体ドラム１Ａ〜４Ａに対峙し、各感光体ドラムとの対向位置の内側に、転写装置８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄがそれぞれ配置されている。転写装置８Ａ〜８Ｄは、正極のコロナ放電を用いて感光体ドラム１Ａ〜４Ａに担持されている画像を用紙Ｓに向けて静電吸着させる特性を有する。転写搬送ベルト５に対しては、レジストローラ９を介して給紙装置１０の給紙カセット１０Ａ内から繰り出された記録媒体としての用紙Ｓが給送され、用紙Ｓが転写搬送ベルト５に対して転写装置８Ａからのコロナ放電により静電吸着されて搬送される。なお、図８に示す符号１３は、転写搬送ベルト５に残存しているトナーを除去するクリーニング装置１３を示している。

感光体ドラム１Ａ〜４Ａからの画像転写が終了した用紙Ｓが移動する位置には、転写搬送ベルト５から用紙Ｓを分離する分離装置１１が、また、展張部分の今一つの部分にはベルトを挟んで対向する除電装置１２がそれぞれ配置されている。分離装置１１は、用紙Ｓの上面から負極性のＡＣコロナ放電を行うことにより、用紙Ｓに蓄積している電荷を中和して静電的な吸着状態を解除する。吸着状態を解除することにより、転写搬送ベルト５の曲率を利用して用紙Ｓの分離を可能にすると共に、分離の際の剥離放電によるトナーチリの発生を防止するようになっている。また、除電装置１２は、転写搬送ベルト５の表裏両面から転写装置８Ａ〜８Ｄによる帯電特性と逆極性となる負極性のＡＣコロナ放電を行うことにより、転写搬送ベルト５の蓄積電荷を中和して電気的初期化を行うようになっている。

感光体ドラム１Ａ〜４Ａでは、帯電装置１Ｂ〜４Ｂによって感光体ドラム１Ａ〜４Ａの表面が一様に帯電される。帯電された各感光体ドラム１Ａ〜４Ａには、原稿読み取り部６における読み取り装置７によって読み取られ色分解された色毎の画像情報信号に基づき、光走査装置２０によって書き込まれ、各感光体ドラムに色毎の画像情報信号に対応した静電潜像が形成される。各感光体ドラムの静電潜像が現像装置１Ｄ〜４Ｄから供給されるそれぞれの色と補色関係を有する色のトナーにより可視像処理され、さらに、各色のトナー像が、転写搬送ベルト５に担持されて搬送される用紙Ｓに、転写装置８Ａ〜８Ｄにより順次重ねて静電転写される。色分解毎のトナー画像が転写された用紙Ｓは、除電装置１１により除電されて転写搬送ベルト５の曲率を利用して曲率分離され、定着装置１４に移動して未定着画像中のトナーが定着されて排出される。

次に、図１を用いて、本発明にかかる光走査装置の実施例について説明する。図１に示す光走査装置は、図８に示すタンデム型画像形成装置に適用可能なもので、図８における光走査装置２０に相当するものである。ただし、図１では、ポリゴンミラー１０６、１０７の右側の光学系のみが示されている。すなわち、図１は、図示の便宜上、ポリゴンミラー１０６の右側の２ステーションのみを示しているが、ポリゴンミラー１０６、１０７を中心に、光学系を左右対称に構成して合計４ステーションとすることができる。こうすることによって、図８に示す画像形成装置１に適用することができる。

図１に示すように、副走査方向（図１において上下方向）に所定の距離を離して、光源としての２個の半導体レーザ光源ユニット１０１、１０２が配置されている。光源ユニット１０１、１０２は、光源としての半導体レーザと、半導体レーザから放射されるレーザビームを略平行光束とするカップリングレンズを有してなる。上側の半導体レーザ光源ユニット１０１から出射されるレーザビームは途中のミラー１０３で下側の半導体レーザユニット１０２から出射されるレーザビームと同一方向に曲げられる。二つのレーザビームはそれぞれシリンダレンズ１０４、１０５に入射して副走査方向にのみ集束され、副走査方向に所定距離離れた上下２段のポリゴンミラー１０６、１０７の各偏向反射面近傍に線状に集光する。ポリゴンミラー１０６、１０７は光偏向手段を構成している。

ポリゴンミラー１０６，１０７は一体となって図示されないモータにより一定速度で回転駆動され、レーザビームを偏向反射する。ポリゴンミラー１０６、１０７で偏向反射されたビームはそれぞれ、副走査方向に所定距離離れた第１の走査レンズ１０８、１０９でビーム整形され、さらに、第２の走査レンズ１１０、１１５を透過することによって、被走査面において所定のビームスポット径になるようにビーム整形されるとともに、上記ビームスポットが被走査面上を等速度的に走査するようにｆθ特性が与えられる。上記被走査面とはドラム状の感光体１１４、１１８の表面のことで、感光体１１４、１１８の表面をそれぞれに対応したレーザビームが走査する。

上記ポリゴンミラー１０６、１０７で偏向されたビームはそれぞれ、第１の走査レンズ１０８、１０９を通過した後は別経路を通り、２個の異なる感光体１１４、１１８上に導かれる。上側のビーム、すなわち第１の走査レンズ１０８を透過したビームは、ミラー１１１によって９０°上方向に向けられ、さらに、ミラー１１２によって９０°曲げられることによってポリゴンミラー１０６のほうに向かって折り返される。さらに、長尺プラスチックレンズからなる第２の走査レンズ１１０に入射した後、ミラー１１３によって垂直方向下側に曲げられて感光体１１４の表面に至り、感光体１１４の表面を走査する。

また、下側のビームすなわち第１の走査レンズ１０９を透過したビームは、途中でミラーに入射することなく、長尺プラスチックレンズからなる第２の走査レンズ１１５に入射した後、２枚のミラー１１６、１１７によって光路を曲げられ、上記感光体１１４と所定の間隔をおいて配置された感光体１１８の表面に至り、感光体１１８の表面を走査する。

光走査装置の走査光学系を構成する光学素子は、コストダウンの要求からプラスチックレンズを採用することが必須となってきている。特にタンデム式の光書き込みユニットにおいては、ステーション毎に１セットの光学素子が必要とされるので、部品点数が４倍となり、プラスチック化によるコストダウン効果は非常に大きなものとなる。しかし、長尺のプラスチック光学素子は、成形条件や残留応力などによって長手方向、特に走査面と直交する方向に反りが発生しやすい。この反りの量は数十ミクロンとなり、成形型の違いによってその量および方向ともばらつくことがあり、被走査面上での走査線曲がりの原因となる。走査線曲がりは走査光学系全体として発生するもので、走査線曲がりの形状はうねりとなる。そのため、各ステーション間の走査線の曲がり又は走査線の傾きを高精度に行うことが非常に困難であった。

さらに、初期調整を高精度に行っても、光走査装置内の温度が上昇すると、プラスチック製の光学素子の主走査方向および副走査方向の温度分布差が生じて反りが変化し、光学素子の反りによって、走査線の曲がり又は走査線の傾きが変化するという問題が発生する。
この問題を解決するために、本発明は、光走査装置における走査線曲がり補正機構、及び、走査線傾き補正機構について提案するものである。以下、図２ないし図７を用いて、光走査装置に適用可能な走査線曲がり補正機構とその補正方法を説明する。また、図２および図５を用いて、光走査装置に適用可能な走査線傾き補正機構とその補正方法を説明する。

図２は、本発明にかかる光走査装置に適用可能な走査線曲がり補正機構および走査線傾き補正機構を示す斜視図である。図２において、符号２３は下板金を示す。下板金２３は、図６に示すように、平板をチャンネル状に曲げ加工して底板側を上に向けた形をしており、底板の長手方向に矩形の絞りとして機能する細長い窓孔２３１が設けられている。この窓孔２３１の形状に合わせた外形の板ばね３０が下板金２３に嵌め込まれている。板ばね３０は、長さ方向の３箇所に半円形状の屈曲部３０Ｂ，３０Ａ，３０Ｂが設けられ、図６に一点鎖線で示す投影面積をもった樹脂製長尺レンズＬが板ばね３０の上に載せられている。あとで説明するように、長尺レンズＬは下板金２３と上板金２６の間に挟持され、上板金２６によって長尺レンズＬが下向きに押圧されることにより、板ばね３０が撓み、このたわみ量に応じて長尺レンズＬによる上板金２６への押圧力が発生するようになっている。板ばね３０の外形形状は、図６に一点鎖線で示した樹脂製長尺レンズＬの投影面積よりも小さくし、半円形状の屈曲部３０Ｂ，３０Ａ，３０Ｂの曲げ高さは、両端部の屈曲部３０Ｂ，３０Ｂが低く、中央部の屈曲部３０Ｂが高くなるように設定されている。

下板金２３には、長さ方向中央部の前後方向一側部の２箇所に、半抜き形状の突起部２１、２２が設けられていて、樹脂製長尺レンズＬの長さ方向中央部の一側部に一体成形された突起部Ｌ１１０が上記突起部２１、２２間に係合することによって、長尺レンズＬの主走査方向の位置決めが行われている。長尺レンズＬの光軸方向の位置は基準ボスに突き当てることによって決められている。下板金２３の両端部には樹脂製長尺レンズＬの副走査方向の厚みと同等以下の厚みをもった間隔保持部材２４、２５が配置されている。間隔保持部材２４、２５の上には上板金２６が載せられ、上板金２６を間隔保持部材２４、２５とそれぞれ締結することで、樹脂製長尺レンズＬを下板金２３との間で挟持して保持している。上板金２６も平板をチャンネル曲げ加工されて底板側を上向きにして配置され、その内底面に相当する面に長尺レンズＬの上面が当接している。上記樹脂製長尺レンズＬは、図１に示す光走査装置の例で、第２の走査レンズ１１０、１１５に該当する。

図３は、本発明にかかる光走査装置に適用可能な走査線曲がり補正機構の例を示す。この走査線曲がり補正機構１９は、図２に示す樹脂製長尺レンズＬを押圧するためのものであり、図３に示すように、ブラケット２７、テーパピン２８、コロ２９を有してなる。そして、図２に示すように、この走査線曲がり補正機構１９は、チャンネル状に曲げ加工された上板金２６の長手方向の計３箇所に設けられている。この走査線曲がり補正機構１９の構造は以下のとおりである。図３に示すように、コの字型に曲げられたブラケット２７の底面および上板金２６を貫いて角孔が開けられていて、この角孔にコロ２９が落とし込まれ、コロ２９の軸と直交する方向に配置されたテーパピン２８がコロ２９の上に載っている。テーパピン２８は、その両端部がブラケット２７の両端部に上向きに設けられた折り曲げ部に回転可能に挿入されている。テーパピン２８の一端部はブラケット２７の一方の折り曲げ部に形成された孔に挿入されているだけである。これに対し、テーパピン２８の他端部にはネジが形成されていて、このネジ部がブラケット２７の他方の折り曲げ部に形成されたネジ孔にねじ込まれている。

このように、ブラケット２７の孔とネジ部で支持されたテーパピン２８のテーパ部にコロ２９が当たり、コロ２９に樹脂製長尺レンズＬの上面が当たっている。そこで、テーパピン２８の締め付け度合いを調整することで、テーパピン２８のテーパ部によるコロ２９の押圧力、さらにはコロ２９による長尺レンズＬの押圧力を調整し、長尺レンズＬの副走査方向への押圧し曲げ力を調整することで、走査線曲がりを補正することができる。図２に示されるように、走査線曲がり補正機構１９が設けられている３箇所の位置は、下板金２３に嵌め込まれた板ばね３０の３箇所の屈曲部３０Ｂ，３０Ａ，３０Ｂと対向する位置にあるが、板ばね３０に形成する屈曲部の数および位置は任意に設定してもよい。

次に、図７を用いて、本実施例による走査線曲がり補正方法とその補正内容について説明する。図７において、光走査装置の光学素子として用いる樹脂製長尺レンズは、成形条件等により反りが発生し、その大きさや方向がばらつく。本実施例では、走査線曲がり補正機構を用いて、この樹脂製長尺レンズの反りを矯正し、走査線の曲がり補正を行う。

走査線曲がり調整前の状態について具体的に説明する。下板金２３と上板金２６と間隔保持部材２４、２５がネジ締結されることにより構成される構造体で樹脂製長尺レンズＬを挟持すると、板ばね３０の押圧力により樹脂製長尺レンズＬは上に凸の反りを生じる。その場合の走査線曲がり形状は図７の１に示す状態となる。

次に、中央部の走査線曲がり補正機構１９においてコロ２９を押圧することで、樹脂製長尺レンズＬの略両端部を支点としたベンディングモーメントが樹脂製長尺レンズＬに作用し、長尺レンズＬは板ばね３０の押圧力に抗して下側に湾曲し、図７の２に示すように走査線曲がり形状はＭ型に補正される。さらに、両端の走査線曲がり補正機構１９においてコロ２９を順次押し込むことで、樹脂製長尺レンズＬの片側端部と中央部を支点とした短いスパンのベンディングモーメントが作用して微小な湾曲が発生し、より精度の高い走査線曲がり補正が可能となる。以上の説明は、主たる力学作用の説明で、さらに上下の板金２３，２６の撓み等の反力を利用してバランスをとることで、図７の３に示すように、高精度化を達成している。

樹脂製長尺レンズＬは上下の板金２３，２６で挟持され、さらに上側のコロ２９の押圧力と下側に配置した板ばね３０で押圧されて保持されるため、温度変動による走査線曲がりの変化を低減できる。

３個のコロ２９をさらに下に押し込むことで、樹脂製長尺レンズＬを下に凸形状に調整することができる。これによって、光路を折り曲げりミラーによる湾曲を含めて、樹脂製長尺レンズＬ全体として走査線曲がりを補正することができる。なお、タンデム型画像形成装置に対応する光走査装置の光学系に対しても、同様な補正方法、手順で高精度に走査線曲がりを補正することが可能となる。

走査線曲がり調整を行う場合、樹脂製長尺レンズＬを保持する構造体には、板ばね３０の反力によって上下板金２３，２６に反りが生じ、構造体として太鼓形状の撓みが生じる。押圧力が小さい場合は無視できるレベルであるが、樹脂製長尺レンズ単品での曲がりが数百ミクロンレベルのものを調整することを狙い値とする場合は、押圧力を大きくする設定が必要であり、それに伴い、構造体（板金）を構成する板金の板厚を厚くするなどして構造体の強度を強化し、構造体の変形を防止することが必要になる。

図示の実施例では、図４に示すように、下板金２３の長さ方向の略中央部、したがって、長尺レンズＬの略光軸に対応する位置であって長尺レンズＬの幅方向に、一対の貫通孔２３２が設けられ、これらの貫通孔２３２に下側から挿入された一対のボス５６,５６の先端が直接樹脂製長尺レンズＬの副走査方向底面に当接している。このボス５６,５６はレンズホルダあるいは光学ハウジングに設けられている。ボス５６,５６の先端は、あとで説明する走査線傾き補正機構のγチルト機構の揺動支点となっている。このように構成することにより、構造体が変形しても樹脂製長尺レンズＬの副走査方向の位置はずれることなく一定のまま保持することができ、構造体の弾性を利用して走査線曲がり調整を行うことができる。

次に、走査線傾き調整機構について、図２を参照して説明する。樹脂製長尺レンズＬは副走査方向上下２枚の平らな板金２３、２６と、長さ方向両端に配置された間隔保持部材２４、２５からなる構造体で挟持され、一体的に保持されている。この構造体は下板金２３の下側内方に配置されたレンズホルダ３２によって保持されている。この保持構造は以下のとおりである。上板金２６の一端部に板ばね１７が配置され、上板金２６は板ばね１７を介して上記ホルダ３２の一端部の立ち上がり部に固定されている。上記板ばね１７はその弾性力によって上板金２６を常に下側に押圧するように付勢している。上板金２６の反対側の端部にはステッピングモータ３５がネジ止めされている。ステッピングモータ３５が配置されている側の下板金２３の端部には板ばね１８が配置され、板ばね１８を介して下板金２３の他端部がレンズホルダ３２に連結されている。板ばね１８の弾性力によって、下板金２３下方に付勢され、この付勢力で樹脂製長尺レンズＬも下方に付勢されている。前述のように、樹脂製長尺レンズＬは、その底面に上記ボス５６，５６の先端が当接していて、上記付勢力による下方への移動が規制されている。ただし、樹脂製長尺レンズＬは、以下に説明する差動ネジ機構によって揺動させることができ、これによって走査線傾き調整を行うことができるようになっている。なお、上記ボス５６，５６は光学ハウジングに植設してもよい。

図５に示すように、ステッピングモータ３５の軸３６には所定ピッチでネジが切られたネジ部５０を有し、このネジ部５０には、外側に平歯車５２を形成したナット部５１が螺合されている。さらに、モータ３５の軸３６と一体的に平歯車４８が取り付けられ、平歯車４８は平歯車４９Ａとかみ合っている。平歯車４９Ａはその下方に配置されかつ上記平歯車５２とかみ合うもう一つの平歯車４９Ｂと共通の軸によって実質的に一体に結合されている。したがって、二つの平歯車４９Ａ、４９Ｂは２段歯車を構成している。各平歯車４８，４９Ａ，４９Ｂ，５２の直径は略同じであるが、モータ３５の軸３６の回転速度と、上記歯車列４８，４９Ａ，４９Ｂを経て回転駆動される平歯車５２の回転速度に差が生じるように各歯車の歯数が設定されて、差動ネジ機構５５が構成されている。上下の板金２３，２６に上記歯車列の軸受け部を設けることで、差動ネジ機構５５を保持部材と一体的に構成することができる。

差動ネジ機構５５は、モータ３５の軸３６と上記ナット部５１が歯車列により同方向に回転するように構成され、なおかつ歯車列に歯数差を設けることで、モータ３５の軸３６とナット部５１の回転位相に差を生じさせるようになっている。したがって、ナット部５１はモータ３５の回転駆動によりスラスト方向の微少な移動が可能となっている。ナット部５１の下端は前記ホルダ３２に当接し、ホルダ３２はナット部５１の微小な上下動により、前記ボス５６との当接位置を支点としてシーソーのように微小な角度で回転する。これとともに長尺レンズＬの傾きを高い分解能で調整することができ、走査線傾き調整の分解能を高めることができる。また、色ずれ検出手段により移動量を算出し、フィードバック制御をおこなうことにより、ネジとナットだけで構成した従来の調整機構の分解能と比較して、一桁以上の調整分解能で位置合わせをすることができる。

本発明にかかる光走査装置は、複数の画像形成ステーションを有していて、各画像形成ステーションで形成した色成分ごとの画像を、一つの転写媒体に重ねて転写するカラー対応の画像形成装置において特に有効なものであって、各色に対応した画像を形成する際に、走査線の曲がり及び傾きを細かく調整することによって、高品質のカラー画像を形成することができる。

本発明にかかる光走査装置の実施例の光学配置を示す斜視図である。上記実施例中の走査線曲がり補正機構および走査線傾き補正機構の部分を示す斜視図である。上記実施例中の走査線曲がり補正機構部分を示す一部断面正面図である。図２中の線Ａ−Ａに沿う走査線曲がり補正機構部分の断面図である。上記実施例中の走査線傾き補正機構部分の断面図である。上記実施例中の長尺レンズ押圧構造部分を示す分解斜視図である。本発明にかかる光走査装置の実施例による走査線曲がり補正効果を従来例と比較して示すもので、１は補正なしの例、２は長尺レンズの長さ方向中央部のみを調整した場合、３は本発明にかかる光走査装置の実施例によって長尺レンズの長さ方向３箇所で調整した場合を示すグラフ図である。本発明にかかる光走査装置を適用することができるタンデム式画像形成装置の実施例を示す正面図である。

符号の説明

１９走査線曲がり補正機構
２３平板としての下板金
２６平板としての上板金
３０弾性部材
３０Ａ光学素子押圧部
３０Ｂ光学素子押圧部
５５差動ネジ機構
１０１光源ユニット
１０４第１結像光学系
１０６光変更手段
１０８第２結像光学系を構成する第１の走査レンズ
１１０第２結像光学系を構成する第２の走査レンズ
２３１孔

Claims

光束を放射する光源を含む光源ユニットと、
上記光源ユニットからの光束を光偏向手段に導く第１結像光学系と、
上記光偏向手段によって偏向された光束を被走査面上に光スポットとして集光するとともに等速度で走査させる第２結像光学系と、
上記第２結像光学系を構成する少なくとも１つの樹脂製の長尺の光学素子を副走査方向に押圧して保持する走査線曲がり補正機構と、
上記光学素子の長手方向に平行な二つの面に当接して上記光学素子を挟持するための２つの平板と、
上記平板の主走査方向一端部に設けられ、主走査方向と副走査方向とを含む平面に対する上記光学素子の主走査方向の傾きを補正する走査線傾き補正機構と、を有し
上記走査線曲り補正機構は、上記光学素子を押圧するために、上記２つの平板の一方の平板の主走査方向の複数箇所に設けられた光学素子押圧部と、上記２つの平板の他方の平板に保持される弾性部材と、を有しており、
上記弾性部材は上記光学素子に当接し、上記光学素子押圧部と上記弾性部材で上記結合光学系を挟持して、上記光学素子押圧部の押圧力と上記２つの平板のたわみと上記弾性部材のたわみを合わせて上記光学素子を撓ませることにより、走査線曲りを補正し、
上記他方の平板の長手方向には、上記弾性部材を嵌め込む窓孔と、長手方向中央近傍であって当該窓孔以外の箇所に貫通孔が設けられており、
上記走査線傾き補正機構は、上記貫通孔を通り上記光学素子の副走査方向端面を直接支持し揺動支点となる部材を、有していることを特徴とする光走査装置。
弾性部材は主走査方向に長い矩形の板ばねであり、副走査方向に屈曲した部分が主走査方向に複数個設けられ、その屈曲部の高さが暫時変化していることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
板ばねの屈曲高さは、板ばねの長さ方向両端部で低く中央部で高くなるように暫時変化していることを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
板ばねの主走査方向の投影面積は樹脂製長尺結像素子の主走査方向の投影面積よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
被走査面が複数設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光走査装置。
被走査面となる像担持体に光走査装置による光走査により形成される潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置であって、
上記光走査装置は請求項１から５のいずれかに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。
像担持体を複数備えたカラー対応の画像形成装置であって、各像担持体に対応して請求項１から５のいずれかに記載の光走査装置を複数備えていることを特徴とする画像形成装置。