JP2008112111A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光ビームを用いて精度よく被走査面を走査する。
【解決手段】光源１０の発光点は主走査方向と所定の角度を成す方向と、主走査方向に直交する第２方向に２次元配置されている。そして、この光源１０をチルト調整手段により主走査方向又は副走査方向と略平行な軸回りにチルト調整することで、光源１０と光学素子１１の光軸との相対角度を調整し、光源１０の各発光点と光学素子１１との相対位置とのばらつきを補正することができる。これにより、被走査面上での各光ビームの照度を均一にすることができ、結果的に複数の光ビームで精度よく被走査面を走査することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光ビームにより被走査面を走査する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置。

従来カールソンプロセスを用いて画像を形成する画像形成装置としては、例えば、回転する感光ドラムの表面に、ポリゴンミラーを介して光ビームを走査することにより感光ドラム表面に潜像を形成し、この潜像を可視化して得られたトナー像を、記録媒体としての用紙上に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置が知られている。近年、この種の画像形成装置は、オンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷によく用いられるようになり、画像の高密度化及び画像出力の高速化への要求が一層高まっている。

一般に、画像出力の高速化を図る方法としては、光ビームを偏向させるポリゴンミラーの回転数と感光ドラムの回転数を高くして、プリント速度を増加させることが考えられる。しかしなら、ポリゴンミラーの回転数を高くすると、その駆動系からの騒音や振動が増加するとともに消費電力も増大し、装置の耐久性が低下してしまう。また、画像出力の高速化は、画像の高密度化に対しトレードオフの関係になっているため、ポリゴンミラーの回転数を高くしていくと、それにともなって画質が低下するという不都合もある。

そこで、画像の高密度化及び画像出力の高速化を同時に両立する方法として、光源をマルチビーム化し、一度に複数本の光ビームにより感光ドラムを走査する方法が提案されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２に記載の方法は、光ビームの光源として、複数の発光点を有する面発光型レーザアレイ（VCSEL: vertical cavity surface emi-tting laser）からの発散光を、カップリングレンズを用いてカップリングした状態で、一括してポリゴンミラーにより偏向させることにより、感光ドラム上を同時に複数本の光ビームで走査することが可能な方法である。

ここで、光源をマルチビーム化するには、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の方法以外に、光源として複数の端面発光型ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いる方法や、１次元又は２次元の端面発光型レーザアレイなどを用いる方法も考えられる。光源として端面発光型ＬＥＤを用いる場合には、汎用のＬＥＤを使用することできるため、製品のコストアップを抑制することができるが、ＬＥＤとカップリングレンズとの位置関係を、複数のＬＥＤ間で安定的に維持するのが困難であるため、画像の高密度化を達成するのは難しい。また、配置するＬＥＤの個数も制限されるため、画像の高密度化及び画像出力の高速化を同時に両立するのは困難である。

光源として端面発光型レーザアレイを用いる場合には、光ビームによる走査線間隔を均一にすることができるが、光源の消費電力が大きくなってしまうことや、光学系を構成する光学素子の光軸からの光ビームのずれ量が大きくなってしまい、装置の光学特性が劣化するという不都合がある。これに対し、面発光型レーザは、その基板に対し垂直方向に光ビームを出射する半導体レーザであるため、発光点の２次元集積が容易であるとともに、消費電力も端面発光型の素子に比べて、１桁程度小さくすることが可能である。

特許文献１及び特許文献２に記載されているような、ポリゴンミラーを偏向手段として複数本のレーザ光を走査する光走査装置では、光源と、この光源からの光ビームを平行光とするカップリングレンズとの距離を一定に維持するのは比較的容易である。しかしながら、光源に配置された発光点のうち、カップリングレンズの光軸から遠い位置にある発光点では、光源がカップリングレンズの光軸に対して傾くことにより、各発光点とカップリングレンズとの相対位置にばらつきを生じてしまう。したがって、各発光点からの光ビームにより被走査面を精度よく走査するためには、光源とカップリングレンズとの距離を一定に維持しつつ、各発光点とカップリングレンズとの相対位置のばらつきを適切に補正する必要がある。

特開２００５−２５０３１９号公報 特開２００４−２８７２９２号公報

本発明は、係る事情の下になされたもので、その第１の目的は、複数の光ビームを用いて、精度よく被走査面を走査することが可能な光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、精度よく画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、偏向手段により光ビームを主走査方向へ偏向して、被走査面を走査する光走査装置であって、前記光ビームを射出する複数の発光点が、前記主走査方向と所定の角度を成す第１方向と、前記主走査方向又は前記第１方向に直交する第２方向とに２次元配置された光源と；前記光源の発光点から射出される光ビームを、カップリングする光学素子と；前記光源を、前記主走査方向又は前記主走査方向に直交する副走査方向に略平行な軸回りに回動する回動手段と；を備える光走査装置である。

これによれば、光源の発光点は主走査方向と所定の角度を成す第１方向と、主走査方向又は第１方向に直交する第２方向に２次元配置されている。そして、この光源を回動手段により主走査方向又は副走査方向と略平行な軸回りに回動することで、光源と光学素子の光軸との相対角度を調整し、光源の各発光点と光学素子との相対位置とのばらつきを補正することができる。これにより、被走査面上での各光ビームの照度を均一にすることができ、結果的に複数の光ビームで精度よく被走査面を走査することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、光ビームにより被走査面を走査する光走査装置であって、前記光ビームを射出する複数の発光点が２次元配置された光源と；前記光源の発光点から射出する光ビームを、主走査方向へ偏向する偏向手段と；を備え、前記発光点は前記主走査方向に直交する副走査方向において最も近接する間隔が、１μｍ以上で５μｍ未満となるように配置されていることを特徴とする光走査装置である。

これによれば、光源の発光点は、副走査方向において最も近接する間隔が、１μｍ以上で５μｍ未満となるように配置されている。したがって、被走査面上での各光ビームの照度を均一にすることができ、結果的に複数の光ビームで精度よく被走査面を走査することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、本発明の光走査装置を備える画像形成装置である。これによれば、画像形成装置は、本発明の光走査装置を備えている。したがって、精度よく画像を形成することが可能となる。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ２００の概略構成が示されている。

プリンタ２００は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙（用紙）上に転写することにより、画像を印刷するカラープリンタである。このプリンタ２００は、図１に示されるように、光走査装置１００、感光ドラム２０１、帯電チャージャ２０２、トナーカートリッジ２０４、クリーニングケース２０５、給紙トレイ２０６、給紙コロ２０７、レジストローラ対２０８、転写チャージャ２１１、定着ローラ２０９、排紙ローラ２１２、排紙トレイ２１０、及びこれらを収容するハウジング２２０などを備えている。

前記ハウジング２２０は略直方体状で、＋Ｘ側及び−Ｘ側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。

前記光走査装置１００は、ハウジング２２０の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調した光ビームを主走査方向（図１におけるＹ軸方向）へ偏向することにより、感光ドラム２０１の表面を走査する。なお、光走査装置１００の構成については後述する。

前記感光ドラム２０１は、その表面に、光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置１００の下方にＹ軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図１における時計回り（図１の矢印に示される方向）に回転されている。そして、その周囲には、図１における１２時（上側）の位置に帯電チャージャ２０２が配置され、２時の位置にトナーカートリッジ２０４が配置され、６時の位置に転写チャージャ２１１が配置され、１０時の位置にクリーニングケース２０５が配置されている。

前記帯電チャージャ２０２は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム２０１の表面を所定の電圧で帯電させる。

前記トナーカートリッジ２０４は、黒色画像成分のトナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム２０１とは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム２０１の表面に供給する。

前記クリーニングケース２０５は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム２０１の表面に接するように配置されている。感光ドラム２０１の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム２０１の回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース２０５の内部に回収される。

前記転写チャージャ２１１は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ２０２とは逆極性の電圧が印加されている。

前記給紙トレイ２０６は、ハウジング２２０の＋Ｘ側の側壁に形成された開口から＋Ｘ側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙２１３を複数枚収容することが可能となっている。

前記給紙コロ２０７は、給紙トレイ２０６から用紙２１３を１枚ずつ取り出し、１対の回転ローラから構成されるレジストローラ対２０８を介して、感光ドラム２０１と転写チャージャ２１１によって形成される隙間に導出する。

前記定着ローラ２０９は、１対の回転ローラから構成され、用紙６１を過熱するとともに加圧し、排紙ローラ２１２へ導出する。

前記排紙ローラ２１２は、１対の回転ローラなどから構成され、ハウジング２２０の−Ｘ側の側壁に形成された開口から−Ｘ側端が突出した状態で配置された排紙トレイ２１０２１０に対し、定着ローラ２０９から送られる用紙２１３を順次スタックする。

次に、光走査装置１００の構成について説明する。図２は光走査装置１００の概略構成を示す図である。図２に示されるように、光走査装置１００は、光源ユニット７０と、長手方向をＸ軸方向とする直方体状の光学ハウジング１０１に収容された光学系１０２とを備え、光走査装置１００の斜視図である図３に示されるように、光源ユニット７０は光学ハウジング１０１の−Ｘ側の外壁面（以下、取り付け面という）に取り付けられている。

図４は、光源ユニット７０を上方（＋Ｚ側）から見た図であり、図５は、光源ユニット７０を−Ｙ側から見た図である。図４及び図５を総合するとわかるように、前記光源ユニット７０は、光源１０、ベース７２、ケーシング７４、基板７６、カップリングレンズ１１などを含んで構成されている。

前記光源１０は、発光点として例えばＶＣＳＥＬが２次元配置された面発光型半導体レーザアレイであり、図６に示されるように、発光面（−Ｘ側の面）上に、３２のＶＣＳＥＬが、Ｙ軸と角度θ１をなす直線Ｌ１と平行な方向を行方向とし、Ｚ軸と平行な方向を列方向とする４行８列のマトリクス状に配置されている。また、行間隔Ｄｚは１８．４μｍで、列間隔Ｄｙは３０μｍとなっており、各ＶＣＳＥＬのＺ軸方向（副走査方向）に関し隣り合う発光点の間隔ｄｚは２．３μｍ（＝Ｄｚ／８）となっている。

図７は、ＶＣＳＥＬの断面構造を示す概略図である。各ＶＣＳＥＬは７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬであり、図７に示されるように、Ｐ側電極２０が形成されたｎ―ＧａＡｓ基板２１上に、Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓからなる量子井戸層とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとからなる障壁層を含む活性層２４を含み、活性層２４及びＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなるスペーサ層２３,２５からなる１波長光学厚さの共振器領域を、各層λ／４の光学厚さで４０．５ペアのｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ高屈折率層と、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓの低屈折率層からなる下部反射鏡２２と、２４ペアのｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ高屈折率層とｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ低屈折率層からなる上部反射鏡２７とではさんだ構成となっている。そして、ＡｌｘＯｙ電流狭窄層２６に囲まれたＡｌＡｓ被選択酸化層３０が共振器領域からλ／４離れた上部反射鏡２７に設けられている。反射鏡２２,２７の各層間には抵抗値の低減のために組成が徐々に変わる不図示の組成傾斜層が含まれている。

ここで、前記光源１０に設けられたＶＣＳＥＬの形成方法について説明する。まず、上記各層を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）を用いた結晶成長によって作成する。

次に、ドライエッチング法により素子領域となる領域の周囲に、例えば深さ４．５μｍの溝を形成することによりメサ形状を形成する。エッチング底面は少なくとも被選択酸化層３０を超えたところに設けるのが一般的である。

次に、エッチングによる溝形成工程により側面が露出した被選択酸化層３０を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させＡｌ_ｘＯ_ｙの絶縁物層に変え、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造を形成する。

次に、各素子領域上の上部電極３１が形成される領域及び光出射部１０２を除いて、例えば厚さ１５０ｎｍのＳｉＯ_２保護層（不図示）を設け、さらにポリイミド２９でエッチング部を埋め込んで平坦化する。

次に、各素子領域におけるｐコンタクト層２８と光出射部を除いた領域に上部電極３１をそれぞれ形成し、ｎ―ＧａＡｓ基板２１にｎ側電極を形成する。

本実施形態の場合、ドライエッチング法により形成されたメサ部が各面発光レーザ素子となる。光源１０の発光点の配置を形成する方法は、本発明の発光点の配置に沿ったフォトマスクを形成し、通常のフォトリソグラフ工程によりエッチング用マスクを形成し、エッチングすることで形成できる。アレイの各素子の電気的空間的分離のために素子と素子の間の溝は４μｍ程度以上は設けることが好ましい。あまり狭いとエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサ部は本実施形態のような円形の他に、楕円形や、正方形、長方形の矩形など任意の形状とすることができる。また、大きさ（直径など）は１０μｍ程度以上設けることが好ましい。あまり小さいと素子動作時に熱がこもり特性が悪くなるからである。

前記ベース７２は、図４及び図５を総合するとわかるように、中央に円形開口７２ｂが形成された板状の本体部と、本体部の上面に円形開口７２ｂを囲むように形成された環状凸部７２ａと、環状凸部７２ａの下方（−Ｚ側）に配置された長手方向をＸ軸方向とするレンズ支持部７２ｃの３部分を有している。そして、ベース７２の本体部の−Ｘ側の面には、円形開口７２ｂを囲むように固定軸８１と、２本の回転軸８２Ａ,８２Ｂがそれぞれ配置されている。

前記固定軸８１は、円形開口７２ｂの＋Ｙ側に配置された長手方向をＸ軸方向とする円柱状の部材であり、例えば＋Ｘ側端部をベース７２の本体部に螺合することで、ベース７２に固定されている。

前記回転軸８２Ａ,８２Ｂは、円形開口７２ｂの−Ｙ側に配置され、図８に示されるように、−Ｘ側端部の外周面に雄ねじ部が形成された大径部と、ベース７２の厚みよりも短い小径部との２部分からなる、長手方向をＸ軸方向とする段付き円柱状の部材である。これらの回転軸８２Ａ,８２Ｂは、小径部が例えばベース７２に設けられた丸孔７２ｄに挿入されることにより、ベース７２に対しＸ軸に平行な軸回りに回転可能に取り付けられている。そして、ベース７２の＋Ｘ側の面に形成された凹部７２ｅの内部に突出した小径部に、例えばピン８２ａを取り付けることで、ベース７２から脱落することが回避されるようになっている。

前記レンズ支持部７２ｃは、図９に示されるように、断面が扇形状で長手方向をＸ軸方向とする突起部である。このレンズ支持部７２ｃの上面は、カップリングレンズ１１の外周の曲率と同程度の曲率で凹形状に湾曲し、カップリングレンズ１１を、その光軸が円形開口７２ｂの中心を通るように支持している。

前記カップリングレンズ１１は、屈折率が１．５１１９程度のレンズであり、第１面（光ビームの入射側の面）及び第２面（光ビームの出射側の面）の両面とも次式（１）で表される。ただし、ｙは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、第１面及び第２面の各係数の値は次表１の通りである。

カップリングレンズ１１の光軸コリメート調整は、ベース７２に設けられたレンズ支持部７２ｃの上面に、膜厚が３００μｍ以下になる量のＵＶ硬化型の接着剤を塗布し、図１０に示されるように、レンズ支持部７２ｃの上面に、コリメートレンズ１１の＋Ｙ側及び−Ｙ側を、１対の治具３００Ａ,３００Ｂで挟持した状態で配置する。次に、治具３００Ａ,３００Ｂにより、カップリングレンズ１１をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、及び各軸回りに動かしながら、ナイフエッジ法を用いてピント位置を検出するとともに、ポジションセンサーで光軸ＡＸの位置を検出しつつ、カップリングレンズ１１を最適位置に調整する。そして、調整が終了したら、ＵＶ硬化型の接着剤にＵＶ照射を行なって接着剤を硬化させることにより行う。

前記ケーシング７４は、例えば金属板を板金加工することにより形成され、図４及び図５を総合するとわかるように、＋Ｘ側が開放された長手方向をＹ軸方向とする箱状の部材である。このケーシング７４は＋Ｙ側及び−Ｙ側の外壁面の＋Ｘ側端部に１対の長方形状のフランジ部７４ｂ,７４ｃが形成され、このフランジ部７４ｂ,７４ｃが例えば不図示の螺子などによりベース７２に固定されている。また、ケーシング７４の−Ｘ側の内壁面には、＋Ｘ側端が略球面形状の突出部７４ａが形成されている。

前記基板７６は、長手方向をＹ軸方向とする基板であり＋Ｘ側の面の中心に光源１０が実装されるとともに、その表裏面に複数の電子部品からなる光源１０の駆動回路（不図示）が形成されている。図１１に示されるように、この基板１０には、光源１０の周りに、前記固定軸８１が挿入可能な開口７６ａと、１対の回転軸８２Ａ,８２Ｂの雄螺子部に螺合する雌螺子部が形成された１対の螺合部７７Ａ,７７Ｂが設けられている。本実施形態では、１対の螺合部７７Ａ,７７Ｂは、例えば段付きのＤカット形状を有するナットを、例えば図５に示されるように基板７６の下方から、基板に設けられたＤ型の開口に嵌合することにより形成されている。

そして、図４及び図５を総合するとわかるように、基板７６は、その開口７６ａに押バネ８３を介して固定軸８１が挿入され、１対の螺合部７７Ａ,７７Ｂが１対の回転軸８２Ａ,８２Ｂに螺合した状態で配置されるとともに、−Ｘ側の面の中央部をケーシング７４の内部に設けられた突出部７４ａの＋Ｘ側端で支持されることで、ベース７２の本体部とほぼ平行となるように、かつ、光源１０の中心が円形開口７２ｂの中心と一致するように支持されている。

これにより、押バネ８３の弾性力により基板７６の−Ｘ側は、常時突出部７４ａに対し図４の矢印の方向に付勢されるため、突出部７４ａと基板７６の接点（以下、単に基板中心点という）の位置と、螺合部７７Ａ,７７Ｂの位置の３つの位置で基板７６の姿勢が規定され、回転軸８２Ａ,８２Ｂを回動して基板７６の螺合部７７Ａ,７７Ｂの位置をＸ軸方向に移動することで、基板７６に実装された光源１０の姿勢を調整することが可能となっている。具体的には、図３に示されるようにケーシング７４に設けられた丸孔７４ｄ又は７４ｅから、ドライバ等の工具先端を挿入し、回転軸８２Ａ,８２Ｂを回動して、螺合部７７Ａ,７７Ｂそれぞれを、＋Ｘ方向又は−Ｘ方向へ等距離移動させることで、光源１０を基板７６の基板中心点を中心としてＺ軸に平行な軸回りにチルトさせることができ、螺合部７７Ａ,７７Ｂのうち、一方を＋Ｘ方向へ移動し、他方を−Ｘ方向へ移動することで、光源１０を基板７６の基板中心点を中心としてＹ軸に平行な軸回りにチルトさせることができる。なお、光源１０のチルト調整は、光源ユニット７０を光学ハウジング１０１に取り付ける前に、例えば光源１０から射出される光ビームのビームスポット径のばらつきを抑え、発光光量の低減等が最も回避されるように行う。また、説明の便宜上、光源１０のＺ軸に平行な軸回りのチルトをαチルト、Ｙ軸に平行な軸回りのチルトをβチルトと定義する。

上述のように構成された光源ユニット７０は、前記光学ハウジング１０１の取り付け面に形成された円形開口（不図示）にベース７２の環状凸部７２ａが嵌合し、図９に示されるベース７２の＋Ｘ側及び−Ｘ側に形成された１対の長孔７２ｆを介して、図３に示されるように、螺子８４Ａ,８４Ｂが光学ハウジング１０１の取り付け面に螺合することで、光学ハウジング１０１に対し、Ｘ軸に平行な軸ＡＸを中心に回動可能に取り付けられている。そして、ベース７２の下方が、光学ハウジング１０１の取り付け面に設けられた１対の突出部１０１ａ,１０１ｂのうち、突出部１０１ａに＋Ｙ側を支持された押バネ９１の−Ｙ側端と、突出部１０１ｂに螺合することによりＹ軸方向に移動可能な調整螺子９２の＋Ｙ側端とによって挟持されることで、軸ＡＸ回りの回転位置が規定されている。これにより、例えば、調整螺子９２を回転して＋Ｙ方向へ移動することにより、光源ユニット７０を矢印ａに示される方向に回動し、また、調整螺子９２を回転して−Ｙ方向へ移動することにより、光源ユニット７０を矢印ａ’に示される方向に回動することができるようになっている。

実際に光源ユニット７０を回動し、光ビームのピッチを調整する際には、まず、螺子８４Ａ,８４Ｂで光源ユニット７０を光学ハウジング１１に仮止めした状態とし、調整螺子９２を、その移動可能範囲の最も−Ｙ側に位置させる。次に、不図示の計測器等で光ビームの副走査方向のピッチをモニタしつつ、調整螺子９２を＋Ｙ側に移動させる。そして、副走査方向のピッチが所定のピッチとなったら調整螺子９２の移動を停止して、螺子８４Ａ,８４Ｂにより、光源ユニット７０を光学ハウジング１０１に対し強固に固定する。

図２に戻り、前記光学系１０２は、光源ユニット７０の＋Ｘ側に順次配置されたアパーチャ１２、線像形成レンズ１３、反射ミラー１４と、該反射ミラー１４の−Ｙ側に配置されたポリゴンミラー１５、該ポリゴンミラー１５の＋Ｘ側に順次配置された第１走査レンズ１６、及び第２走査レンズ１７を備えている。

前記アパーチャ１２は、Ｙ軸方向（主走査方向）の幅が５．５ｍｍ、Ｚ軸方向（副走査方向）の幅が１．１８ｍｍの矩形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ１１の焦点位置よりも＋Ｘ側に位置するように（カップリングレンズ１１の第２面から５８．２ｍｍの位置に）配置されている。

前記線像形成レンズ１３は、第１面がＺ軸方向（副走査方向）に屈折力を有し、第２面がＹ軸方向（主走査方向）に屈折力を有するアナモフィックレンズであり、アパーチャ１２を通過した光ビームを反射ミラー１４を介して、ポリゴンミラー１５へ集光する。

前記ポリゴンミラー１５は、上面が半径７ｍｍの円に内接する正方形である４角柱状の部材である。このポリゴンミラー１５の４つの側面には偏向面が形成され、不図示の回転機構により、図２に示される矢印の方向に一定の角速度で回転している。これにより、ポリゴンミラー１５に入射した光ビームはＹ軸方向に偏向される。

前記第１走査レンズ１６は、光ビームの入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１５により、一定の角速度で偏向される光ビームの像面を、Ｙ軸に対して等速移動させる。なお、第１走査レンズ１６の第１面及び第２面の曲率は、一例として次表２に示される通りである。

前記第２走査レンズ１７は、長手方向をＹ軸方向として配置され、入射する光ビームを感光ドラム２０１の表面に結像する。なお、第２走査レンズ１７の第１面及び第２面の曲率は一例として次表３に示される通りである。

ここで、上述した第１走査レンズ１６、及び第２走査レンズ１７の第１面及び第２面は、非球面形状であり、両面ともに主走査方向には式（１）で示される非円弧形状で、副走査断面（光軸と副走査方向とに平行な仮想的断面）内の曲率Ｃｓ（ｙ）が主走査方向に次式（２）で示されるように変化する形状である。ただし、ｙは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、第１面及び第２面の各係数の値は、一例として次表４から次表７に示される通りである。

上述した光源ユニット７０及び光学系１０２の、各素子間の光学的距離ｄ１、ｄ３、ｄ５、ｄ６、ｄ８、ｄ１０、及び各素子の光軸方向の大きさｄ２、ｄ４、ｄ７、ｄ９は、一例として次表８に示される通りである。また、光学系１０２に対しては、光源ユニット７０を軸ＡＸ回りに回動することにより、光学系１０２により感光ドラム２０１上に集光された光ビームの副走査方向のピッチが所定のピッチとなるように調整することが可能となっている。

次に、上述のように構成されたプリンタ２００の動作について説明する。上位装置からの画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データにより光走査装置１００が駆動され、光源ユニット７０からは、画像情報に基づいて変調された３２本の光ビームが射出される。この光ビームは、アパーチャ１２を経由して線像形成レンズ１３によりポリゴンミラー１５の偏向面に集光されると、ポリゴンミラー１５によってＹ軸方向に偏向される。そして、光ビームは、第１走査レンズ１６へ入射することにより偏向速度が調整されたのち、第２走査レンズ１７を介して感光ドラム２０１の表面に集光される。

一方、感光ドラム２０１の表面の感光層は、帯電チャージャ２０２によって所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、ポリゴンミラー１５により偏向された光ビームにより、感光ドラム２０１が走査されると、光ビームが集光したところの感光層が導電性を有するようになり、その部分では電荷移動がおこり電位が零となる。したがって、図１の矢印の方向に回転している感光ドラム２０１が、画像情報に基づいて変調された光ビームにより走査されることにより、表面に電荷の分布により規定される静電潜像が形成される。

感光ドラム２０１の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ２０３の現像ローラにより、感光ドラム２０１それぞれの表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ２０３の現像ローラは感光ドラム２０１と逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム２０１と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム２０１の表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム２０１の表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写チャージャにより用紙２１３に付着された後、定着ローラ２０９により定着されることで、用紙上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙２１３は、排紙ローラ２１２により排紙され、順次排紙トレイ２１０にスタックされる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１００によると、光源ユニット７０に収容された基板７６を、基板中心点を中心にＺ軸及びＹ軸に平行な軸回りにチルト調整することで、発光点が２次元配置された光源１０をカップリングレンズ１１に対する距離を一定に維持しつつ、チルト調整（αチルト及びβチルト）することができる。これにより、光源１０の各発光点とカップリングレンズ１１との相対位置のばらつきを簡単に補正することができ、感光ドラム２０１の表面上を均一な照度の光ビームにより走査することが可能となる。このとき、主走査方向の倍率│βｍ│は４．９、副走査方向の倍率│βｓ│は２．３となり、被走査面上で５．３μｍの走査線間隔を得ることができ、解像度が４８００ｄｐｉの走査光学系に適用可能である。

また、本実施形態では、図６に示されるように、光源１０のＹ軸方向（主走査方向）に最も離れた発光点間（列間）の距離が、Ｚ軸方向（副走査方向）に最も離れた発光点間（行間）の距離よりも大きくなっている。したがって、特に光源１０に対してαチルトを行うことで、各発光点とカプリングレンズ１１との相対位置のばらつきを簡単に補正することができる。具体的には、光ビームのビームスポット形状は次表９に示される結果となった。なお、像高ｙは光源１０の主走査方向の位置（ｍｍ）を原点とし、ｄＹは主走査方向の直径（μｍ）であり、ｄｚは副走査方向の直径（μｍ）である。

また、図１２（Ａ）には、光走査装置１００により感光ドラム２０１を走査したときの、像高ｙに対する主走査方向の象面湾曲が点線で示され、副走査方向の像面湾曲が実線で示されている。この図から主走査方向、及び副走査方向の像面湾曲は±１ｍｍ以内の範囲に収束し、像面湾曲が良好に抑制されていることがわかる。また、図１２（Ｂ）には、光学系１０２により光ビームを走査したときの、像高ｙに対するｆθ特性が点線で示され、リニアリティが実線で示されている。この図から、全ての像高に対するｆθ特性及びリニアリティは、±０．５％の範囲に収束し、良好な結果となっていることがわかる。

また、光源１０のαチルト及びβチルト機構は、固定軸８１と該固定軸８１に装着された押バネ８３、１対の回転軸８２Ａ,８２Ｂ、及びケーシング７４に形成された突出部７４ａなどからなる簡単な構成である。したがって、装置の高コスト化を回避することが可能である。

また、光源１０には４行８列のマトリクス状にＶＣＳＥＬが形成されているが、例えば、図１３（Ａ）に示されるように、３２個のＶＣＳＥＬが８行４列のマトリクス状に配置され、Ｙ軸方向（主走査方向）に最も離れた発光点間（列間）の距離が、Ｚ軸方向（副走査方向）に最も離れた発光点間（行間）の距離よりも小さい場合にも、同様に光源１０に対してβチルトを行うことで、各発光点とカップリングレンズ１１との相対位置のばらつきを簡単に補正することができる。更に、図１３（Ｂ）に示されるように、直行する２軸で規定されるマトリクス状に配置された発光点を有する光源１０を、例えば、角度αチルトさせて用いることもできる。

また、光学系１０２のアパーチャ１２は、カップリングレンズ１１の出射側の焦点位置よりもポリゴンミラー１５に近い位置に配置されている。したがって、ポリゴンミラー１５の偏向面上での最周辺の発光点に対応する光ビームの中心線間距離が短くなり、Ｙ軸方向（主走査方向）、及びＺ軸方向（副走査方向）の像面湾曲を良好にすることができる。以下、図１４（Ａ）〜図１６（Ｂ）を参照しつつアパーチャ１２の作用について説明する。

図１４（Ａ）には、カップリングレンズ１１の後側焦点位置に配置されたアパーチャ１２が示されている。アパ−チャ１２をカップリングレンズ１１の後側焦点位置に配置すると、図１４（Ａ）に示されるように、ポリゴンミラー１５の偏向面で光ビームが広がってしまい、特に最周辺の発光点からの光ビームの光学特性が劣化してしまう。本構成において、最も重要な特性は被走査面上で所望の走査線間隔を得ることであり、主走査方向、及び副走査方向の光ビームのスポット径特性を向上させるためには、図１４（Ｂ）に示されるように、アパーチャ１２をカップリングレンズ１１の後側焦点位置よりも、ポリゴンミラー１５に近い位置に配置する必要がある。これにより、ポリゴンミラー１５の偏向面上での最周辺の発光点からの光ビームの中心線間距離が短くなり、主走査方向、及び副走査方向の像面湾曲を良好にすることができ、ひいては、ビームスポットの主走査方向、及び副走査方向の直径の大きさにばらつきのない、良好な光ビームを得ることが可能となる。

また、光源１０の最周辺の発光点から射出される光ビームでは、図１５に破線で示されるように、アパーチャ１２に形成された開口の中心と、ビームスポットの中心とが一致していないため、光源の最周辺にある発光点からの光ビームの利用効率が、光源の中央部にある発光点からの光ビームと比較して低下する。そこで、本実施形態では、光源１０の最周辺の発光点からの出力を高く設定することにより、濃度むらのない光走査装置を実現している。

また、光学系１０２を用いると、光源１０の最周辺にある発光点から射出される光ビームの経路と、カップリングレンズ１１の光軸とのずれ量は副走査方向よりも主走査方向のほうが大きくなる。ところが、アパーチャ１２に設けられた開口の副走査方向の幅が主走査方向の幅よりも大きいと、光量ばらつきが大きくなる。例えば、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、主走査方向に関する光ビーム強度に対するアパーチャ１２に形成された開口の位置関係を模式的に示した図である。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示される、Ｄ１、Ｄ１’、Ｄ２、及びＤ２’はそれぞれアパーチャ１２を通過する光ビームの範囲を示し、曲線Ｌを範囲Ｄ１、Ｄ１’、Ｄ２、及びＤ２’の区間で積分したものが、アパーチャ１２を通過した光ビームの光量を表す。また、Ｄ１とＤ１’、及びＤ２とＤ２’の大きさは同じで、Ｄ２、Ｄ２’はＤ１、Ｄ１’よりも大きくなっている。

図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）からわかるとおり、範囲がＤ１からＤ１’へ変化したときの光ビームの光量の変化率は、範囲はＤ２からＤ２’へ変化したときの光ビームの光量の変化率のほうが小さくなることがわかる。したがって、光軸ずれが大きい主走査方向のアパーチャ１２の開口幅を副走査方向の開口幅よりも大きくする必要がある。また、副走査方向の倍率を主走査方向の倍率よりも小さくするためには、アパーチャ１２の主走査方向の開口幅と副走査方向の開口幅を大きくしていく必要があり、アパーチャ１２をカップリングレンズ１１の射出側焦点位置よりも、ポリゴンミラー１５側に配置する意義は大きい。

また、光源ユニット７０のケーシング７４は、金属板を板金加工することに形成されている。したがって、ケーシング７４内部へのノイズを遮蔽するともに、光源のヒートシンクとして作用し、光源からの発熱を有効に外部へ放熱することができる。

なお、前述した７８０ｎｍ帯の面発光レーザは、別の材料でも作製できる。図１７には別材料で作成した活性層周辺の拡大図が示されている。図１７に示されるように活性層は、圧縮歪組成であってバンドギャップ波長が７８０ｎｍとなる３層のＧａＩｎＰＡｓ量子井戸活性層と格子整合する４層の引っ張り歪みを有するＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐ障壁層とから構成し、電子を閉じ込めるためのクラッド層（本実施形態ではスペーサ層）としてワイドバンドギャップである（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いている。キャリア閉じ込めのクラッド層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、クラッド層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができる。

次表１０には、ＡｌＧａＡｓ（スペーサ層）／ＡｌＧａＡｓ（量子井戸活性層）系７８０ｎｍ，８５０ｎｍ面発光型半導体レーザ、さらに、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系７８０ｎｍ面発光型半導体レーザの典型的な材料組成でのスペーサ層と井戸層、及び障壁層と井戸層とのバンドギャップ差が示されている。なお、スペーサ層とは、通常構成の場合には活性層と反射鏡の間にあたる層のことであって、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能を有している層を指している。

次表１０に示されるように、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系７８０ｎｍ面発光型半導体レーザによれば、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ面発光型半導体レーザはもとより、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系８５０ｎｍ面発光型半導体レーザよりもバンドギャップ差を大きく取れることが判る。具体的にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差は、クラッド層をＡｌＧａＡｓで形成した場合の４６６ｍｅＶ（Ａｌ組成０．６の場合）に比べて、７４３ｍｅＶであり極めて大きい。障壁層と活性層とのバンドギャップ差も同様に優位差があり、良好なキャリア閉じ込めとなる。

また、活性層が圧縮歪を有しているので、ヘビーホールとライトホールのバンド分離により利得の増加が大きくなった。これらにより高利得となるので、低閾値で、高出力であった。なおこの効果は、ＧａＡｓ基板とほぼ同じ格子定数を有するＡｌＧａＡｓ系で作製した７８０ｎｍや８５０ｎｍ面発光レーザでは得られない。さらには、キャリア閉じ込め向上、歪量子井戸活性層による高利得化によって低閾値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、さらに高出力化できる。

また、活性層と障壁層は、Ａｌを含んでいない材料から構成されており、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込みが低減することで非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命化を図ることができる。これにより、書込みユニットもしくは光源ユニットの再利用が可能となる。

また、第１の実施形態にかかるプリンタ２００は、光走査装置１００を備えている。したがって、感光ドラム２０１を均一な照度の光ビームで走査することができ、結果的に、用紙上に精度よく画像を形成することが可能となる。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図１８〜図２８に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略し又は省略するものとする。

図１８には、第２の実施形態に係る光走査装置１００’の概略構成が示されている。この光走査装置１００’は、基板７６に実装された光源１０、該光源１０から射出される光ビームの進行方向に向かって配置されたカップリングレンズ１１、アパーチャ１２、線像形成レンズ１３、ポリゴンミラー１５、該ポリゴンミラー１５の＋Ｘ側に順次配置された第１走査レンズ１６、第２走査レンズ１７を備えている。

前記光源１０には、発光点として、発振波長７８０ｎｍのＶＣＳＥＬが、図１９に示されるように、Ｙ軸と角度θ２をなす直線Ｌ２に沿う方向を行方向とし、Ｚ軸に沿う方向を列方向とする４行１０列のマトリクス状に配置されている。また、行間隔Ｄｚは２４μｍで、列間隔Ｄｙが３０μｍとなっており、各ＶＣＳＥＬのＺ軸方向（副走査方向）に関し隣り合う発光点の間隔ｄｚは２．４μｍ（＝Ｄｚ／１０）となっている。このような光源は垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）によって実現することができる。ＶＣＳＥＬは発振波長の温度変動が小さく、波長の不連続な変化（波長飛び）が原理的に発生しないため、環境変化によっても光学特性が劣化しにくいという特徴がある。

前記カップリングレンズ１１、及び線像形成レンズ１３は、例えば、ガラス製又は樹脂製の光学素子である。樹脂製とした場合は温度変化による光学特性の劣化を低減するために、回折光学素子としてもよい。また、カプリングレンズ１１、及び線像形成レンズ１３の焦点距離Ｆ１,Ｆ２はそれぞれ４６．５ｍｍ、１０６．９ｍｍであり、光源１０から射出された光ビームは、カップリングレンズ１１により略平行光に成形された後、線像形成レンズ１３により、ポリゴンミラー１５の偏向面に結像される。

前記アパーチャ１２は、光ビームが通過する矩形状、又は楕円形状の開口が形成され、通過する光ビームの主走査方向及び副走査方向について光束を制限し、ビームスポット径を調整する。本第２の実施形態では、開口の主走査方向全幅が５．４４ｍｍ、副走査方向全幅が２．２ｍｍとなっている。

前記ポリゴンミラー１５は、上面が半径７ｍｍの円に内接する正方形である４角柱状の部材である。このポリゴンミラー１５の４つの側面には偏向面が形成され、不図示の回転機構により、矢印の方向に一定の角速度で回転している。

前記第１走査レンズ１６、及び前記第２走査レンズ１７は、それぞれ中心（光軸上）の肉厚が１３．５ｍｍ、及び３．５ｍｍの、例えば樹脂製の走査レンズであり、これらの光学面形状は、次式（３）、及び次式（４）で示される関数で表される。ただし、Ｙは光軸位置を原点とする主走査方向の座標であり、Ｒｍはレンズの曲率半径であり、ａ_００,ａ_０１,ａ_０２,…は主走査形状の非球面係数であり、Ｒ_Ｓ０は副走査方向の光軸上の曲率であり、ｂ_００,ｂ_０１,ｂ_０２,…は副走査形状の非球面係数である。また、各係数の値は次表１１に示される通りである。

図２０（Ａ）は、式（４）で示される、第１走査レンズ１６の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示しており、図２０（Ａ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ１Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ１Ｒ２の光学面形状を示している。また、図２０（Ｂ）は、式（４）で示される、第２走査レンズ１７の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示しており、図２０（Ｂ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ２Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ２Ｒ２の光学面形状を示している。

また、図２１（Ａ）は、式（４）で示される、第１走査レンズ１６の主走査断面内の形状を示しており、図２１（Ａ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ１Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ１Ｒ２の光学面形状を示している。また、図２１（Ｂ）は、第２走査レンズ１７の主走査断面内の形状を示しており、図２１（Ｂ）に点線で示される曲線は入射面Ｌ２Ｒ１の光学面形状を示し、実線で示される曲線は射出面Ｌ２Ｒ２の光学面形状を示している。なお、縦軸は光軸方向の座標Ｘ、横軸はレンズ高さを示し、光軸とは特に断らない限りは、式（３）において、Ｙ＝０としたときの副走査方向において、中央の点を通る軸をいうものとする。

なお、図１８に示される各素子間の光学的距離ｄ１、ｄ３、ｄ４、ｄ６、ｄ７、ｄ９、ｄ１１及び各素子の光軸方向の大きさｄ２、ｄ５、ｄ８、ｄ１０は次表１２に示される通りであり、光走査装置１００’に含まれる光学系全系の副走査倍率は２．２倍、ポリゴンミラー１５より被走査面側の光学系のみの副走査倍率は−０．９７倍となっている。そして、光走査装置１００’では、被走査面上でのビームスポット径の狙いとして、主走査方向で５２μｍ、副走査方向で５５μｍに設定されている。

図２２（Ａ）には、光走査装置１００’により被走査面を走査したときの、像高Ｙに対する主走査方向の象面湾曲が点線で示され、副走査方向の像面湾曲が実線で示され、図２２（Ｂ）には、光学系１０２により光ビームを走査したときの、像高Ｙに対するｆθ特性が点線で示され、リニアリティが実線で示されている。図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）から、主走査方向、及び副走査方向の像面湾曲は±１ｍｍ以内の範囲に収束するとともに、全ての像高に対するｆθ特性及びリニアリティは、±０．５％の範囲に収束し、上記のように肉厚を低減しているにもかかわらずビームスポット径のばらつきが非常に小さくなることが分かる。また、図２３には、副走査横倍率偏差Δβが示されている。この図２３から、副走査横倍率偏差Δβは±０．５％の範囲に抑えられ、略一定となっていることがわかる。

本第２の実施形態において、光走査装置１００’の光学系全系（光源から被走査面）の副走査横倍率は２倍以上とすることが望ましい。以下その理由を説明する。

《カップリングレンズについて》
一般的な端面発光型レーザにおいてもそうであるが、ＶＣＳＥＬ素子にとっては特に、発光量の向上という課題がある。ＶＣＳＥＬはその制作方法構造上、原理的に共振器長が短く、光増幅を行う領域が小さい。従って一般的な端面発光型レーザに比較して光出力を得にくい。そのため、光束が拡がりすぎて光利用効率が低下することは望ましくない。また装置の大型化を防ぐためにも、焦点距離Ｆ１はできるだけ小さくすることが望ましい。

例えば、一般的な端面発光レーザでは定格出力７ｍＷ程度が得られるが、ＶＣＳＥＬでは１つのビームにつき１〜２ｍＷ程度でしかない。そのため、光束が拡がりすぎて光利用効率が低下することは望ましくない。また装置の大型化を防ぐためにも、焦点距離Ｆ１はできるだけ小さくすることが望ましい。一方、ＶＣＳＥＬは発光領域径が大きいため、光学系の倍率の影響を受けてビームスポット径が増大してしまう。即ち、主走査方向において倍率は５．１倍（＝２３７．８／４６．５倍）の本実施形態では、ビームスポット径は５２μｍとなり、発光領域径が無限小とみなせる場合の５０μｍに比較して２μｍの増加にとどまる。

図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）、並びに図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、従来のカップリングレンズ焦点距離が１５ｍｍの光学系（主走査方向倍率約１６倍）におけるビームスポット径を示す図である。図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は発光領域が無限小のときに相当し、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は光源がＶＣＳＥＬの場合に相当する。主走査方向においてはビームウエスト径の差が５μｍ程度と１０％増大し、画質劣化の問題を引き起こし高解像度化できなくなる。このように、焦点距離Ｆ１を小さくすると光学系の倍率が大きくなるためビームスポット径が小径化できなくなる。このことから焦点距離Ｆ１は光学系の主の倍率が１０倍より小さくなるよう設定することが望ましく、本実形態のように５倍程度とすればなお望ましい。このように焦点距離Ｆ１の値は選択の幅に大きな制約があり、例えばＡ３対応の光学系ならＦ１=２５〜４７ｍｍ、Ａ４対応光学系ならＦ１=１８〜３３ｍｍとすることが望ましい。

《線像形成レンズについて》
副走査方向について、高解像度書込のためにビームスポット径を安定的に小径化するには、特に副走査方向は温度変動によるビームウエスト位置ずれが大きいため、ビームスポット径深度を深くする必要がある。深度を深くするためには開口数を低く制御して、光ビームが絞られ過ぎないようにしなければならない。開口数を下げるためにはアパーチャの開口を小さくするか線像形成レンズの焦点距離を長くするかであるが、上述したような光利用効率の問題から、アパーチャの開口はできるだけ大きくすることが望ましい。そのため、焦点距離はできるだけ大きくすることが望ましい。

《走査光学系について》
走査光学系（偏向手段（ポリゴンミラー１５）から被走査面（感光ドラム２０１））の副走査方向の横倍率の絶対値|βｓ|は、その値が大きいと製造誤差によるビームウエスト位置ずれの発生が問題になるため、走査光学系は、等倍から縮小系であることが望ましいが、縮小系にした場合には次のような別の問題が発生する。つまり、アパーチャによってビーム整形を行う際に発生する回折光が被走査面に到達し、ビームスポット径がデフォーカス方向に関して非対称な形になってしまうため、深度を浅くしてしまい、ビームスポット径のばらつきが増大する。回折光の結像位置が被走査面に近い場合に起こる現象で、等倍から縮小倍率の走査光学系を用いると顕著となる。

図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）には、略同一の構成を持つ一般的な書込光学系における、アパーチャからの回折光の結像位置の違いよる、副走査ビームスポット径のデフォーカスに対する変化の例が示されている。横軸はデフォーカス（ｍｍ）、縦軸は副走査ビームスポット径(μｍ)を示し、回折光の結像位置が、図２６（Ａ）では、被走査面から−３０ｍｍ、図２６（Ｂ）では−１００ｍｍ、図２６（Ｃ）では＋３０ｍｍの位置にある場合の、副走査方向のデフォーカスとビームスポット径の特性を示す曲線がそれぞれ示されている。図２６（Ａ）及び図２６（Ｃ）では、回折光の影響で曲線のカーブは非対称となっており、深度は浅い。図２６（Ｂ）では、回折光の結像位置が図２６（Ａ）及び図２６（Ｃ）に示される場合よりも離れているので、被走査面に対してより対称に近い形になっており、深度も深い。

図２７（Ａ）には、本第２の実施形態でのデフォーカスと主走査方向のビームスポット径の特性を示す曲線が示され、図２７（Ｂ）には、デフォーカスと副走査方向のビームスポット径の特性を示す曲線が示されている。本第２の実施形態では、アパーチャからの回折光の結像位置は被走査面から−４２ｍｍとなるため、やはり非対称な深度カーブになり、深度が浅くなっている。走査光学系の副走査方向横倍率|βｓ|を小さくすることは、走査レンズが被走査面に近づく配置を必要とし、回折光の結像位置も被走査面に近づくことになるため、βを小さくすることは高画質化達成のためには適当ではない。さらに高速化を行うためのマルチビーム光学系においては、主走査方向に離れた発光点の光束は走査レンズの異なる位置を通過するため、ビームウエスト位置は全てのビームではそろわない。従って全光束における深度はより浅くなるため、ビームスポット径安定化のための課題はさらに大きくなる。従って、走査光学系の副走査方向横倍率絶対値|β|は小さくすることが出来ず、本実形態では上記のように|βｓ|＝０．９７に設定している。

上述の光学的な制約から、本第２の実施形態では光学系全系の副走査横倍率βは２．２３０（＝Ｆ２／Ｆ１×|βｓ|）となる。本第２の実施形態の場合と異なる値を設定する場合は、カプリングレンズ１１の焦点距離Ｆ１はより小さい値、線像形成レンズ１３の焦点距離Ｆ２及び|βs|はより大きい値とすることが高画質化、高速化のために必要であり、βはより大きい値になる。従って、βは約２倍以上であることが望ましいといえる。

また、下限値を下回ると、発生する問題は以下の通りである。即ち、半導体レーザアレイに要求される精度を上げるためには、製造上の歩留を低下させることが必要となり、コストアップにつながる。その理由は、書込光学系の副走査横倍率が高くなるために、光源の誤差がそのまま拡大されて被走査面上に反映されてしまい、走査線間隔のばらつきを大きくしてしまうため、より発光点間距離ばらつきの小さい光源を製造しなければならなくなるし、高解像な光走査が困難になるためである。更に、発光点の間隔が広く取れないことから、配線が非常に困難になり高い精度の配線技術が要求される。

また、素子間の距離が小さいほど放熱性能が低下するため、駆動時の素子の発熱が無視できなくなり、素子の劣化を早めるため光源の短寿命化が起こる。その結果装置のコストアップになり、継続して装置を使用する場合には光源の交換が頻繁に発生し、資源を多く消耗してしまう。この問題を解決しようとしたときに、副走査方向の発光点間隔ｄｚの値を下限値よりも下の値から変更せずに主走査方向に間隔を広げて発熱対策を取ろうとすると、発光点が離れすぎて走査線間隔のばらつき、ビームスポット径のばらつきが大きく発生し光学性能が劣化する。これらの理由から、副走査方向の発光点間隔ｄｚの値は１μｍを下回らないことが望ましい。

以上説明したように、本第２の実施形態に係る光走査装置１００’において、書込密度を従来よりも高密度な２４００ｄｐｉに対応させることを考えた場合、走査線の間隔は１０．５８μｍ（＝２５．４／２４００）であるため、これを満足する副走査方向の発光点間隔ｄｚは、光学系全系の副走査横倍率βから４．７μｍ（＝１０．５８／２．２３０）となる。また、さらに高密度な４８００ｄｐｉとした場合は、同様に副走査方向の発光点間隔ｄｚは２．４μｍ（２５．４／４８００／２．２３）となる。このように光源の副走査方向の発光点間隔を５μｍ未満、例えば４μｍ以下とすることで、高密度の光ビームをビームスポット径が安定した状態で走査することができ、光利用効率の問題がなく十分な露光量で光走査を行うことが可能となる。一方、５μｍ以上になると、露光量不足や、ビームスポット径の不安定化を招き、望ましくなく、また１μｍを下回ると装置の短寿命化、走査線間隔の不安定化といった問題が起こる。

また、図１９に示されるように、主走査方向において最も離れた発光点間の距離よりも副走査方向において最も離れた発光点間の距離が小さくなるように、各発光点が４行１０列のマトリクス状に配列されている。すなわち、上述したように主走査方向に長い平行四辺形の中に発光点が配置されている。これにより副走査方向よりも主走査方向に数多く発光点を配列することとなり、次のような利点がある。

上述したように、隣接する発光点間の距離は、発熱防止や配線の問題からある程度広く取る必要がある。上述のように副走査方向に隣接する発光点間隔ｄｚを１μｍ以上で５μｍ未満とした場合には、主走査方向に隣接する発光点の距離Ｄｙを発光点間隔ｄｚよりも広くとることができる。本第２の実施形態では、Ｄｙが３０μｍ、Ｄｚが２４μｍ、ｄｚが２．４μｍ（４８００ｄｐｉ時）である。主走査方向には１０個の発光点を並べており、主走査方向において最も離れた発光点間の距離は２７０μｍ（＝Ｄｙ×９）、発光点総数は４０であるため副走査方向において最も離れた発光点間の距離は９３．６μｍ（ｄｚ×３９）である。

高密度な走査を行うために副走査方向に発光点を密集させ、なおかつ素子の性能及び歩留、寿命の向上のためには、発光点の配列領域は副走査方向よりも主走査方向に長い形態にすることが望ましい。副走査方向に広い範囲に渡って発光点を配列すると、温度変化による光学性能劣化が著しく増大する。温度変化に伴う走査レンズの膨張、屈折率の変化による光学倍率の変化によって副走査方向のドット位置ずれが起こるが、これは光学系の光軸から副走査方向に離れているほど大きくなる。また走査線間隔のばらつきの温度による影響は副走査方向に最も離れた発光点の間で最大となる。走査光学系の副走査横倍率の差のために、光軸に対して副走査方向に＋側の発光点による走査線と−側の発光点による走査線とは、曲がり方が逆方向になるからである。逆方向に曲がった走査線同士が隣接するときに発生する走査線間隔の大きな誤差は、副走査方向のドット位置ずれとなり、一走査ごとに現れるバンディングとして知覚されてしまい走査品質の劣化となる。装置の低コスト化のために走査レンズを樹脂製の成形品にした場合にはこの問題がさらに顕著になる。

従って、本実施形態のように、発光点の配列領域の副走査方向の幅は１００μｍ以下にとどめることが望ましい。図２８には、走査線間隔の温度による変動が示されている。２つの曲線はそれぞれプラス側とマイナス側の最大変動値である。この図２８からわかるように、温度変動は５μｍ以下に抑えられ、画質劣化への寄与は許容できる範囲にある。また４８００ｄｐｉに対応させる場合には、解像度が５μｍとなるため、これ以上の変動は許容できなくなる。従って、発光点の配列領域の副走査方向の幅を１００μｍ以下とする必要がある。

なお、上記各実施形態では、走査装置１００,１００’が単色の画像形成装置（プリンタ）に用いられる場合について説明したが、画像形成装置は一例として図２９に示されるように、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。図２９に示されるタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置９００と、転写ベルト９０１と、定着手段９０２などを備えている。

この場合には、光走査装置９００では、面発光レーザアレイ３００における複数のＶＣＳＥＬはブラック用、シアン用、マゼンダ用、イエロー用に分割されている。そして、ブラック用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンダ用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の各ＶＣＳＥＬからの光ビームは感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、光走査装置９００は、色毎に個別の面発光レーザアレイ３００を備えても良い。また、色毎に光走査装置９００を備えていても良い。

各感光体ドラムは、図２９中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置９００によりビームが照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。

また、上記各実施形態では、本発明の光走査装置１００,１００’がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。

本発明の第１の実施形態に係るプリンタ２００の概略構成を示す図である。 光走査装置１００の概略構成を示す図である。 光走査装置１００の斜視図である。 光源ユニット７０を＋Ｚ側から見た図である。 光源ユニット７０を−Ｙ側から見た図である レーザアレイ１５２を示す平面図である。 レーザアレイ１５２に形成されたＶＣＳＥＬの断面図である。 回転軸８２Ａ,８２Ｂの構成を説明するための図である。 光源ユニット７０を＋Ｘ側から見た図である。 カップリングレンズ１１の光軸調整を説明するための図である。 光源ユニット７０を−Ｘ側から見た図である。 図１２（Ａ）は、像高ｙに対する主走査方向の象面湾曲及び副走査方向の像面湾曲を示す図であり、図１２（Ｂ）は、像高ｙに対するｆθ特性及びリニアリティを示す図である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は光源１０の変形例を示す図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、アパーチャ１２の作用を説明するための図（その１、その２）である。 アパーチャ１２の作用を説明するための図（その３）である。 図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、アパーチャ１２の作用を説明するための図（その４、その５）である。 ＶＣＳＥＬの活性層２４の拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置１００’の概略構成を示す図である。 図１８における光源１０を示す図である。 図２０（Ａ）は、式（４）で示される第１走査レンズ１６の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示す図であり、図２０（Ｂ）は、式（４）で示される、第２走査レンズ１７の副走査方向曲率のレンズ高さごとの関数Ｃｓ（Ｙ）を示す図である。 図２１（Ａ）は、式（４）で示される、第１走査レンズ１６の主走査断面内の形状を示す図であり、図２１（Ｂ）は、第２走査レンズ１７の主走査断面内の形状を示す図である。 図２２（Ａ）は、像高ｙに対する主走査方向の象面湾曲及び副走査方向の像面湾曲を示す図であり、図２２（Ｂ）には、像高ｙに対するｆθ特性及びリニアリティを示す図である 副走査横倍率偏差Δβを示す図である。 図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、カップリングレンズ焦点距離が１５ｍｍの光学系（主走査方向倍率約１６倍）におけるビームスポット径を説明するための図（その１、その２）である。 図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）は、カップリングレンズ焦点距離が１５ｍｍの光学系（主走査方向倍率約１６倍）におけるビームスポット径を説明するための図（その３、その４）である。 図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）は、副走査ビームスポット径のデフォーカスに対する変化を示す図（その１〜その３）である。 図２７（Ａ）は、デフォーカスと主走査方向のビームスポット径の特性を示す図であり、図２７（Ｂ）は、デフォーカスと副走査方向のビームスポット径の特性を示す図である。 走査線間隔の温度変動を説明するための図である。 カラー画像に対応した画像形成装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０…光源、１１…カップリングレンズ、１２…アパーチャ、１３…線像形成レンズ、１４…反射ミラー、１５…ポリゴンミラー、１６…第１走査レンズ、１７…第２走査レンズ、２０…Ｐ側電極、２１…ｎ―ＧａＡｓ基板、２２…下部反射鏡、２３,２５…スペーサ層、下部反射鏡２４…活性層、２６…ＡｌｘＯｙ電流狭窄層、２７…上部反射鏡、２８…ｐコンタクト層、２９…ポリイミド、３０…ＡｌＡｓ被選択酸化層、３１…上部電極、７０…光源ユニット、７２…ベース、７２ａ…環状凸部、７２ｂ…円形開口、７２ｃ…レンズ支持部、７２ｄ…丸孔、７２ｅ…凹部、７２ｆ…長孔、７４…ケーシング、７４ａ…突出部、７４ｂ,７４ｃ…フランジ部、７４ｄ,７４ｅ…丸孔、７６…基板、７６ａ…開口、７７Ａ,７７Ｂ…螺合部、８１…固定軸、８２Ａ,８２Ｂ…回転軸、８２ａ…ピン、８３…押バネ、８４Ａ,８４Ｂ…螺子、９１…押バネ、９２…調整螺子、１０１…光学ハウジング、１０２…光学系、１０１ａ,１０１ｂ…突出部、２００…プリンタ、２２０…ハウジング、２０１…感光ドラム、２０２…帯電チャージャ、２０４…トナーカートリッジ、２０５…クリーニングケース、２０６…給紙トレイ、２０７…給紙コロ、２０８…レジストローラ対、２０９…定着ローラ、２１０…排紙トレイ、２１１…転写チャージャ、２１２…排紙ローラ、２１３…用紙。

Claims (13)

1. 偏向手段により光ビームを主走査方向へ偏向して、被走査面を走査する光走査装置であって、
   前記光ビームを射出する複数の発光点が、前記主走査方向と所定の角度を成す第１方向と、前記主走査方向又は前記第１方向に直交する第２方向とに２次元配置された光源と；
   前記光源の発光点から射出される光ビームを、カップリングする光学素子と；
   前記光源又は光学素子を、前記主走査方向又は前記主走査方向に直交する副走査方向に略平行な軸回りに回動する回動手段と；を備える光走査装置。
2. 前記回動手段は、前記２次元配置された発光点の、前記主走査方向に関し最も離れた発光点間の距離が、前記副走査方向に関し最も離れた発光点間の距離よりも長い場合には、前記光源を前記副走査方向と略平行な軸回りに回動することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記回動手段は、前記２次元配置された発光点の、前記副走査方向に関し最も離れた発光点間の距離が、前記主走査方向に関し最も離れた発光点間の距離よりも長い場合には、前記光源を前記主走査方向と略平行な軸回りに回動することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記光源が一側の面に配置された基板を更に備え、
   前記回動手段は、前記基板の他側の面の、前記光源の中心に対応する点を中心点として、前記基板を回動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記回動手段は、前記中心点を支持する支持手段と、前記中心点以外の少なくとも２点を位置決めする位置決め手段と、前記基板を前記支持手段に押圧する付勢手段とを備えることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記光源から射出される光ビームの経路上で、前記光学素子の射出側焦点位置よりも前記偏向手段に近い位置に配置され、前記光ビームの少なくとも主走査方向の光束を制限する開口部を有する部材を更に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記光学素子は、少なくとも該光学素子の光軸方向と、該光軸方向に直交する方向に調整された状態で保持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 前記支持手段が配置され、前記基板に設けられた前記光源の制御手段に対するノイズを遮蔽する遮蔽部材を更に備える請求項５〜７に記載の光走査装置。
9. 前記遮蔽部材は、前記光源からの発熱を放熱する効果を有することを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
10. 前記光源と前記光学素子とを、前記光学素子の光軸回りに回動可能な保持部材を更に備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置。
11. 光ビームにより被走査面を走査する光走査装置であって、
    前記光ビームを射出する複数の発光点が２次元配置された光源と；
    前記光源の発光点から射出される光ビームを、主走査方向へ偏向する偏向手段と；を備え、前記発光点は前記主走査方向に直交する副走査方向において最も近接する間隔が、１μｍ以上で５μｍ未満となるように配置されていることを特徴とする光走査装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光走査装置を備える画像形成装置。
13. 前記画像形成装置は、多色対応の画像形成装置であることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。

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