JP2005241686A5 - - Google Patents

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走査光学装置及びその装置に搭載されるマルチビームレーザ光源
本発明は複数の感光体を有する画像形成装置に搭載される走査光学装置及びこの装置に搭載されるマルチビームレーザ光源に関する。
最近の複写機やプリンタはコストダウンのために装置構成の簡略化が求められている。光学系の構成を簡略化した電子写真記録方式のカラー画像形成装置用の走査光学装置として、例えば特開2001−4948号(特許文献1)が提案されている。これは、図12のように、ポリゴンミラー320によって複数のレーザ光束を偏向し、各々別の感光体ドラム20A,20B,20C,20D上を走査させ、各感光体ドラムで別の色画像を形成し、不図示の記録シート上に重ね合わせてカラー画像を形成するというものであった。つまり、複数の感光体ドラム夫々を走査するための複数のレーザビーム全てが、一つのポリゴンミラー320で偏向され、fθレンズ400及び500を通過するように構成されている。
また、上記走査光学装置に搭載するレーザ光源装置(光源ユニット)100は図13(a)、(b)に示すように、レーザ光源(半導体レーザ)120A,120B,120C,120Dを複数個設け、各々から出射したレーザ光束は、コリメータレンズ130A1,130B1,130C1,130D1で平行光束化された後、合成プリズム150A,150Bによって一直線上に並べられ、ポリゴンミラー320に入射して偏向されるというものであった。
また、別の従来技術としては、特開2000−330049号(特許文献2)が挙げられる。これは、図14に示すように、単一の素子から複数のレーザ光を発するマルチビームレーザ光源111を用い、ポリゴンミラー115で偏向させ、分離素子118で複数のレーザ光束を分離した後、折り返しミラー117を介して感光体ドラム119A,119B,119C,119D上を走査させるものである。
特開2001−4948号公報(図1) 特開2000−330049号公報(図2乃至図4)
しかしながら、上記従来例においては幾つか解決すべき課題が残されていた。まず、特開2001−4948号の例においては、レーザ光源装置の部品点数が多く、組立や調整が困難で、製造コストが高いこと、また、部品点数が多い分、温度変化などによるレーザの照射方向ずれなどが発生しやすいという問題があった。
また、特開2003−330049号の場合は、多ビーム化による高速化が困難である。カラー画像形成装置の記録スピードを高速にするためには、ポリゴンミラー115を高速回転させるのが一般的であるが、これには、振動や騒音の増大等があり、限界がある。そのため、近年盛んに多ビーム化によって対応することが実現されている。例えば2ビームで1つの感光体ドラムを同時に走査すればポリゴンミラー115の回転数が同じでも2倍の記録スピードを得ることができるからである。
しかし、特開2003−330049号に記載されている装置で各感光体ドラムを2本以上のレーザビームで走査するには、レーザ光源の発光点が8つ以上必要である。すると、通常用いられる面発光型のレーザでは発熱が大きすぎ、熱的クロストークが増大し、画質劣化に繋がるという問題がある。
そこで、レーザ光源として、垂直共振器型面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)を採用することも考えられる。
しかしながら、一つのレーザ光源に形成する発光点の数を多くすると各感光体ドラムに向わせるためにレーザ光束を分離するのも困難になり、設計が難しい
本発明は上述した課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、熱的クロストークによる画質劣化を抑えつつ、設計が容易な低コストの走査光学装置及びこの装置に搭載されるマルチビームレーザ光源を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明における代表的な手段は、基板を備え前記基板上に設けられた複数の発光点から複数のレーザ光束を発するマルチビームレーザ光源と、前記マルチビームレーザ光源から発する複数のレーザ光束を偏向する回転多面鏡とを有し、前記マルチビームレーザ光源が基板面に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザであり、該複数のレーザ光束を複数の感光体上に走査させる走査光学装置において、前記回転多面鏡により偏向される複数のレーザ光束のうち少なくとも二本のレーザ光束からなる第1レーザ光束群は第1の感光体に入射し、前記回転多面鏡により偏向される複数のレーザ光束のうち該第1レーザ光束群以外の少なくとも二本のレーザ光束からなる第2レーザ光束群は第2の感光体に入射し、該第1レーザ光束群を出射する前記レーザ光源の第1発光点群と該第2レーザ光束群を出射する前記レーザ光源の第2発光点群との間の距離d2は、該第1発光点群の各発光点間の距離d1よりも長いことを特徴とする。
上記構成により、熱的クロストークによる画質劣化を抑えつつ、設計が容易な低コストの走査光学装置及びこの装置に搭載されるマルチビームレーザ光源を提供することができる
〔第1実施形態〕
図1及び図2は本発明の第1実施形態の走査光学装置を表す図であり、図1は副走査断面図であり、図2は走査光学装置の斜視図である。
(走査光学装置の全体説明)
同図において、1は複数のレーザ光束を発する複数の発光点を持つマルチビームレーザ光源、2はコリメータレンズ、3はシリンドリカルレンズ、4は光学絞り、5は入射系ミラー、6はポリゴンミラー、7は第1走査レンズ、8は第2走査レンズ、9は折返しミラー、10a,10b,10c,10dは感光体ドラム、11は同期検知用光路に配置したレンズ、12は同期検知用光路に配置したミラー、13は同期検知センサである。
ここで、本実施形態では、マルチビームレーザ光源1は8本のレーザ光束La1,La2,Lb1,Lb2,Lc1,Lc2,Ld1,Ld2を発し、これらのレーザ光束はコリメータレンズ2によって平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ3によって副走査方向にのみ収束光束となり、光学絞り4によって光束の一部が制限されて、入射系ミラー5によって方向を変えられ、ポリゴンミラー(回転多面鏡)6上に線像として結像される。次にこれらのレーザ光束はポリゴンミラー6の回転によって偏向され、第1走査レンズ7、折返しミラー9、第2走査レンズ8を通過した後、各感光体ドラム(第1〜第4の感光体ドラム)10a,10b,10c,10d上を走査される。
ここで、マルチビームレーザ光源1の各発光点から出射される8本のレーザ光束は、第1走査レンズ7を通過した後、折返しミラー9(本実施形態では7本)によって2本ずつに分離され、各々別の感光体ドラム上を走査される。すなわち、レーザ光束La1,La2(第1レーザ光束群)第1の感光体ドラム10a上を、レーザ光束Lb1,Lb2(第2レーザ光束群)第2の感光体ドラム10b上を、レーザ光束Lc1,Lc2(第3レーザ光束群)第3の感光体ドラム10c上を、レーザ光束Ld1,Ld2(第4レーザ光束群)第4の感光体ドラム10d上に走査される。
これによって、各感光体ドラム10a,10b,10c,10d上では同時に2本のレーザ光束が走査されることになり、1本のレーザ光束で走査する場合よりも2倍の記録速度を得ることができる。
また、ポリゴンミラー6によって偏向されたレーザ光束の一部はレンズ11、ミラー12によって同期検知センサ13上に走査、結像され、水平同期信号を発生させるのに用いられる。
(画像形成装置の全体説明)
図3は本走査光学装置が搭載されるカラー画像形成装置の断面説明図である。同図において、31は図1及び図2で説明した走査光学装置、32は現像器、33は帯電ローラ、34は中間転写ベルト、35は一次転写ローラ、36は二次転写ローラ、37は記録シート、38はピックアップローラ、39は定着器、40は排出積載部である。
本実施形態のカラー画像形成装置の画像形成プロセスについて説明すると、感光体ドラム10a,10b,10c,10dは矢印A方向に回転しており、第1の工程として、感光体ドラム10a,10b,10c,10dが帯電ローラ33によってその表面が一様に帯電される。次に、走査光学装置31によって感光体ドラム10a,10b,10c,10dをレーザ光束が走査する。この時、マルチビームレーザ光源1の各発光点は画像情報によって明滅し、感光体ドラム10a,10b,10c,10d上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。次に、感光体ドラム10a,10b,10c,10dは現像器32を通過することによって静電潜像の位置にトナーが静電気力によって付着する。このトナーは一次転写ローラ35によって中間転写ベルト34上に転写される。
中間転写ベルト34は矢印B方向に搬送されることによって各感光体ドラム10a,10b,10c,10dから順番に色の違うトナー(典型的にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)が転写され、この上でフルカラーのトナー像となる。
一方、記録シート37は上述のトナー像形成プロセスとタイミングを合わせてピックアップローラ38によって給送され、二次転写ローラ36に導かれ、ここで中間転写ベルト34上のトナー像が転写される。その後、記録シート37は定着器を通過することによって加圧、加熱されてトナーが定着され、排出積載部40上に積載され、一連の画像形成プロセスを終了する。
(走査光学装置の特徴)
次に本実施形態に係る走査光学装置の特徴となる構成について説明する。第1の特徴は、マルチビームレーザ光源1を素子基板に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザである垂直共振器型面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser 以下、「VCSEL」と約す)を用いたことである。
VCSELとは、図4に示すように、素子基板(半導体基板121上に、GaAs層122およびGaAlAs層123を交互に積層した第1多層膜反射鏡124と、活性層125と、GaAs層122およびGaAlAs層123を交互に積層した第2多層膜反射鏡126とを順次形成するとともに、第1多層膜反射鏡124および第2多層膜反射鏡126の少なくとも一方(図示例では第2多層膜反射鏡126)と活性層125との間にAlAs層の活性層125から遠い方の接合面の所定領域を酸化させてなる電流狭窄層127を設けたもので矢印120方向にレーザ光を発する。
このVCSELは、従来用いられている素子基板に対して平行にレーザ光を発する端面発光レーザに比べ、多ビーム化がし易いという特徴がある。それは、1つには素子基板121に対して垂直にレーザ光を発するため、2次元的に発光点を配置できることと、もう一つは活性層体積が小さく光の閉じ込めが強いため、発振開始しきい値電流が非常に低く、発熱量が少ないため、熱的クロストークが非常に小さくできるからである。
クロストークとは、近接して配置された発光点同士が発光によって相互に影響し合い、光出力を変動させる、というものであり、これの代表的なものが熱的クロストークである。
一般的に、一定電流を流して発光している時の半導体レーザの光出力は温度に強く依存する。また、半導体レーザは発光するときに発熱を伴う。このため、発光点同士が近接して配置されていると、隣の発光点のオン、オフによって光出力が変動してしまう。これが熱的クロストークである。
この熱的クロストークを抑えるには、レーザ発光時の発熱量を抑えること、すなわち発振開始しきい値電流を低くすることが最も効果的である。ゆえに、発振開始しきい値電流が非常に低いという特性を有するVCSELは8ビーム以上の多ビーム化が必要な系にとって理想的なレーザといえる。
また、第2の特徴は、各発光点の配列にある。図1より明らかなように、単一のマルチビームレーザ光源1から発した8本のレーザ光束を2本ずつのペアにして4方向に分離するためにはレーザ光束同士の間隔(レーザ光束同士の間の角度)等間隔であると分離が困難である。この場合、図1に示すように、同じ感光体ドラムに向うもの同士の間隔は狭く、別の感光体ドラムに向うもの同士の間隔は広くあるのが望ましい。仮に等間隔であった場合(例えば、レーザ光束La1とLa2の間の角度がレーザ光束La2とLb1の間の角度と同じになるまで広がる)、折返しミラー9の幅を大きくせねばならず、そうすると、手前の折返しミラー9で遠くの折返しミラー9に向うべきレーザ光束を遮蔽してしまうからである。したがって本実施例では第1レーザ光束群を出射する第1発光点群と第2レーザ光束群を出射する第2発光点群との間の距離は、第1発光点群の各発光点間の距離よりも長い。
図5はマルチビームレーザ光源1として本実施形態に用いたVCSELをレーザ光の出射方向から見た説明図である。
同図において、41は素子基板(マルチビームレーザ光源の基板)、42a1,42a2,42b1,42b2,42c1,42c2,42d1,42d2は素子基板上に設けられた発光点であり、本実施形態においては8個あり、ここから各々独立して変調可能なレーザ光が素子基板41に垂直な方向(紙面に垂直な方向)に発せられる。42a1,42a2が第1発光点群、42b1,42b2が第2発光点群、42c1,42c2が第3発光点群、42d1,42d2が第4発光点群である。
43は電極パットであり、発光点42a1,42a2,42b1,42b2,42c1,42c2,42d1,42d2と電極44で電気的に接続されている。また、電極パット43には不図示の金属細線が接続されており、VCSELを駆動するための回路基板などと導通している。
ここで、発光点42a1,42a2から出射されるレーザ光は感光体ドラム10aに、発光点42b1,42b2から出射されるレーザ光は感光体ドラム10bに到達する。同様に、発光点42c1,42c2からのものは感光体ドラム10cに、発光点42d1,42d2からのものは感光体ドラム10dに到達する。
このため、発光点42a1と42a2の間隔d1は狭く、発光点42a2と42b1の間隔d2は広く配置している。同様に、発光点42b1と42b2、発光点42c1と42c2及び発光点42d1と42d2の間隔は狭く、発光点42b2と42c1及び発光点42c2と42d1の間隔は広く配置されている(d1<d2)。これによって、前述のように、別の感光体ドラムに達するレーザ光束同士の分離を容易にしている。
以上説明したように本実施形態を用いれば、高速で、かつクロストークによる画質劣化を抑えることができ、感光体に向かうレーザビームを途中のミラーで遮断することの無い、高画質なカラー画像形成装置を容易に実現できる走査光学装置を提供できる。
尚、本実施形態では、各感光体ドラムを走査するのはそれぞれ2ビームであったが、更に多ビームする場合は、図6に示すように、発光点を配置すれば良い。ここで、131が第1発光点群,132が第2発光点群,133が第3発光点群,134が第4発光点群であり、各々の発光点群が3ビームの場合を例として挙げた。このようにすれば、3倍の記録速度を得ることができる。
〔第2実施形態〕
次に第2実施形態に係る装置について図7乃至図11を参照して説明する。なお、本実施形態の装置の基本構成は前述した実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、ここでは本実施形態の特徴となる構成について説明する。また、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。
図7は、本出願の第2実施形態に用いられるマルチビームレーザ光源を示す。本実施形態においても、マルチビームレーザ光源はVCSELタイプを用いている。
同図において、51a1,51a2,51b1,51b2,51c1,51c2,51d1,51d2は発光点である。51a1,51a2が第1発光点群、51b1,51b2が第2発光点群、51c1,51c2が第3発光点群、51d1,51d2が第4発光点群である。
本実施形態においても、第1実施形態と同様、例えば発光点51a1と51a2のように、同じ感光体ドラムに達するレーザ光を発する発光点同士の間隔d1は狭く、発光点51a2と51b1のように違う感光体ドラムに達するレーザ光を発する発光点同士の間隔d2は広く配置しているが(d1<d2)、本実施形態では更に、同じ感光体ドラムに達するレーザ光を発する発光点同士(例えば51a1と51a2)は走査光学装置が感光体ドラムに光走査する方向である主走査方向(図の横方向)に離間して配置されている。つまり、第1発光点群51a1,51a2の第1発光点51a1と第2発光点51a2は主走査方向に離間しており、第2発光点群51b1,51b2の第1発光点51b1と第2発光点51b2も主走査方向に離間している。
具体的には発光点51a1,51b1,51c1及び51d1が副走査方向(図の縦方向)の一直線上に、同じく発光点51a2,51b2,51c2,51d2が副走査方向の一直線上に並んで配置されている。
これは、ドラム面上に結像したレーザスポットが作る走査線の間隔調整を可能にするためである。これについて図8乃至図10を用いて説明する。尚、図8及び図9は、説明を簡略化するために、複数の感光体ドラムを代表して1個の感光体ドラム10aだけを考慮し、折返しミラー9などは省略して書いている。
図8は前述した第1実施形態のように発光点を一列に並べた場合である。この場合は、発光点42a1,42a2から発したレーザ光束La1,La2は感光体ドラム10a上にそれぞれレーザスポット61,62として結像し、ポリゴンミラー6の回転により、それぞれ走査線61a,62aを形成する。この時、レーザスポット61a,62aは発光点42a1,42a2と同様、主走査方向には同じ位置にある。
一方、走査線61a,62aの間隔Δは画像形成装置の解像度で一意に決まり、例えば600dpi(ドット/インチ)であれば42.3μmに設定される。この間隔は厳密に設定されないと、周期的なドット位置ずれになり、画像パターンとの干渉によるモアレなどの画質低下に繋がる。通常は、発光点間隔と解像度から光学系の倍率を適切に設定して対応するが、実際には製造誤差やレーザ光の発振波長などによってどうしても誤差を生じてしまう。
そこで、本実施形態においては、マルチビームレーザ光源を光軸回りに回転させ、走査線の間隔調整を可能としたものである。その様子を図9を用いて説明する。
図9においては、発光点51a1,52a2は主走査方向にも離間して配置されているため、そこから発したレーザ光束La1,La2が感光体ドラム10a上に結像するレーザスポット71,72は、副走査方向に距離Δだけ離間していると共に、主走査方向にも距離Δxだけ離間している。この状態でマルチビームレーザ光源1を光軸回り(矢印R方向)に回転させると、副走査方向の走査線間隔Δを調整することができる。
前記Δの調整の様子を図10(a)、(b)で説明する。同図は、感光体ドラム上のレーザスポットや走査線を表した図であり、同図において、71a,72aはそれぞれレーザスポット71,72がポリゴンミラー6の回転によって走査され、形成される走査線である。
図10(a)は走査線71a,72aの間隔が設計値Δよりも狭い場合である(81は理想的な走査線の位置)。この場合、レーザスポット71,72を結んだ線と主走査方向のなす角θが大きくなるようにマルチビームレーザ光源1を光軸回りに回転させる。こうして調整し終わった状態が図10(b)である。
以上説明したように、本実施形態においては、第1レーザ光束群を出射するマルチビームレーザ光源の第1発光点群と第2レーザ光束群を出射するマルチビームレーザ光源の第2発光点群との間の距離d2を第1発光点群の各発光点間の距離d1よりも長くし、且つ第1発光点群の第1発光点と第2発光点が主走査方向に離間しており、第2発光点群の第1発光点と第2発光点も主走査方向に離間している構成にすることで、異なる感光体ドラムに向うレーザビームの分離を容易にしつつ、走査線の間隔調整も行うことが出来る。
尚、本実施形態では、各感光体ドラムを走査するのはそれぞれ2ビームであったが、更に多ビームする場合は、図11に示すように、発光点を配置すれば良い。ここで、141が第1発光点群,142が第2発光点群,143が第3発光点群,144が第4発光点群であり、各々3ビームの場合を例として挙げた。
第1の実施形態に係る走査光学装置断面図である。 第1の実施形態に係る走査光学装置斜視図である。 第1の実施形態に係る走査光学装置搭載したカラー画像形成装置の断面図である。 VCSEL説明図である。 第1の実施形態に係るマルチビームレーザ光源を説明する図である。 各発光点群が3つの発光点を夫々有する第1実施形態マルチビームレーザ光源を説明する図である。 第2の実施形態に係るマルチビームレーザ光源を説明する図である。 第1の実施形態のマルチビームレーザ光源を用いた走査線の間隔調整を説明する図である。 第2の実施形態のマルチビームレーザ光源を用いた走査線の間隔調整を説明する図である。 第2の実施形態のマルチビームレーザ光源を用いた走査線の間隔調整を説明する図である。 各発光点群が3つの発光点を夫々有する第2実施形態マルチビームレーザ光源を説明する図である。 従来の走査光学装置の断面図である。 図12の走査光学装置に搭載されている光源ユニットの正面図及び側面図である。 従来の走査光学装置の断面図である。
符号の説明
La1,La2 …レーザ光束(第1レーザ光束群)
Lb1,Lb2 …レーザ光束(第2レーザ光束群)
Lc1,Lc2 …レーザ光束(第3レーザ光束群)
Ld1,Ld2 …レーザ光束(第4レーザ光束群)
1 …マルチビームレーザ光源
6 …ポリゴンミラー(回転多面鏡)
10a,10b,10c,10d …第1〜第4の感光体ドラム
31 …走査光学装置
41 …素子基板(マルチビームレーザ光源の基板)
42a1,42a2 …発光点(第1発光点群)
42b1,42b2 …発光点(第2発光点群)
42c1,42c2 …発光点(第3発光点群)
42d1,42d2 …発光点(第4発光点群)

Claims (8)

  1. 基板を備え前記基板上に設けられた複数の発光点から複数のレーザ光束を発するマルチビームレーザ光源と、前記マルチビームレーザ光源から発する複数のレーザ光束を偏向する回転多面鏡とを有し、前記マルチビームレーザ光源が基板に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザであり、該複数のレーザ光束を複数の感光体上に走査させる走査光学装置において、
    前記回転多面鏡により偏向される複数のレーザ光束のうち少なくとも二本のレーザ光束からなる第1レーザ光束群は第1の感光体に入射し、前記回転多面鏡により偏向される複数のレーザ光束のうち該第1レーザ光束群以外の少なくとも二本のレーザ光束からなる第2レーザ光束群は第2の感光体に入射し、該第1レーザ光束群を出射する前記レーザ光源の第1発光点群と該第2レーザ光束群を出射する前記レーザ光源の第2発光点群との間の距離d2は、該第1発光点群の各発光点間の距離d1よりも長いことを特徴とする走査光学装置。
  2. 前記複数の発光点は一直線に並んでいることを特徴とする請求項1に記載の走査光学装置。
  3. 該第1発光点群の第1発光点と第2発光点は主走査方向に離間しており、該第2発光点群の第1発光点と第2発光点も主走査方向に離間していることを特徴とする請求項に記載の走査光学装置。
  4. 該第1発光点群の第1発光点と該第2発光点群の第1発光点は副走査方向において一直線に並んでおり、該第1発光点群の第2発光点と該第2発光点群の第2発光点も副走査方向に一直線に並んでいることを特徴とする請求項3に記載の走査光学装置。
  5. 基板と、前記基板上に設けられており基板面に対して垂直な方向にレーザ光束を発する複数の発光点とを有し、走査光学装置に搭載されるマルチビームレーザ光源において、
    前記複数の発光点から出射される複数のレーザ光束のうち少なくとも二本のレーザ光束からなる第1レーザ光束群を出射する第1発光点群と該第1レーザ光束群以外の少なくとも二本のレーザ光束からなる第2レーザ光束群を出射する第2発光点群との間の距離d2は、該第1発光点群の各発光点間の距離d1よりも長いことを特徴とするマルチビームレーザ光源。
  6. 前記複数の発光点は一直線に並んでいることを特徴とする請求項5に記載のマルチビームレーザ光源。
  7. 該第1発光点群の第1発光点と第2発光点は主走査方向に離間しており、該第2発光点群の第1発光点と第2発光点も主走査方向に離間していることを特徴とする請求項5に記載のマルチビームレーザ光源。
  8. 該第1発光点群の第1発光点と該第2発光点群の第1発光点は副走査方向において一直線に並んでおり、該第1発光点群の第2発光点と該第2発光点群の第2発光点も副走査方向に一直線に並んでいることを特徴とする請求項7に記載のマルチビームレーザ光源。
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