JP2009047924A - マルチビーム光源装置、マルチビーム走査装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多色画像形成装置等に光源として２次元アレイ素子（面発光型半導体レーザアレイ：ＶＣＳＥＬ）を用いる偏向手段であるポリゴンスキャナの回転速度を上げずに高速化が可能となる。２次元アレイ素子はリードフレームを有するセラミックパッケージ等に収容され、回路基板に直に半田付けされる。半田付けのばらつきのため、２次元アレイ素子とカップリングレンズとの配置精度が不十分になる。
【解決手段】２次元アレイ素子をパッケージ内に収容する光源手段は回路基板に実装され、その回路基板を支持する支持部材と、カップリングレンズを支持する支持部材を用意し、カップリングレンズの光軸が２次元アレイ素子のほぼ中心を通るような位置で、相互に回動可能なように両支持部材に嵌合部を形成する。両支持部材は互いに締結可能に構成し、所定の調整が済んだら両者は締結部材を用いて一体化する。
【選択図】図６

Description

本発明は、デジタル複写機あるいはレーザプリンタ等の書込系に用いられる光走査装置に適用され、複数のビームを同時に走査して高速に画像を形成するマルチビーム走査装置に関する。

タンデム方式による多色画像形成装置においては、各色に対応した感光体ドラムを転写体の搬送方向に沿って配列し、各色の画像形成ステーションで形成したトナー像を重ね合わせることで、１パスでカラー画像が形成でき高速化が可能である（例えば、特許文献１ 参照。）。
一方、光走査装置を高速化する手段としてマルチビーム走査装置が提案されている（例えば、特許文献２ 参照。）。
マルチビーム走査装置は、複数のビームを一括で走査し、隣接する複数のラインを同時に記録することができ、偏向手段であるポリゴンスキャナの回転速度を上げずに高速化が可能となる。

特許文献２には、２次元アレイ素子（面発光型半導体レーザアレイ：ＶＣＳＥＬ）を用いて一括走査することで、複数ラインを同時に形成する方式が提案されている。２次元アレイ素子を用いることで、数十ビーム以上にまで発光源を増やすことができるので、感光体上での副走査ピッチを記録密度の１／ｎにでき、単位画素をｎ×ｎの複数ドットのマトリクス構成とすることにより、より高精細な画像記録が行える。
このような２次元アレイ素子は発光源数が数十個にも及ぶため、リードフレームを有するセラミックパッケージ等に収容され、回路基板に直に半田付けされている。

そのため、光源ユニットを構成する支持部材に２次元アレイ素子を固定するには、回路基板を介して取り付けることになるが、半田付けに伴う装着高さのばらつきにより、回路基板面とパッケージ表面との寸法が定まらず、回路基板面を基準として支持する方法では２次元アレイ素子の位置がうまく決まらないという問題がある。この対策として、特許文献３には、回路基板に弾性的にたわませてパッケージ部材を押圧し、パッケージ表面が確実に位置決めできるようにする方式が開示されている。

特開２００２−３４１２７３号公報 特開２００３−２１１７２８号公報 特開２００４−６５９２号公報

昨今、多色画像形成装置においては高速化が年々進むことで、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用いられるようになりつつあり、より高精細な画像品質が求められている。
上記したように、２次元アレイ素子を用いることで、感光体上での副走査ピッチを記録密度の１／ｎにでき、単位画素をｎ×ｍの複数ドットのマトリクス構成とすることが可能である。
しかしながら、上記したように、２次元アレイ素子はパッケージに収容され、この場合２次元アレイ素子とパッケージはエポキシ系等の接着剤を用いて接着固定されるため治具等を用いても高精度に位置決めすることは困難であり、更に回路基板に直に半田付けされているため、光源ユニットを構成する支持部材に精度良く２次元アレイ素子を位置決めすることが難しいという課題がある。

反面、２次元アレイ素子とカップリングされるカップリングレンズとの配置精度は、数μｍ単位で維持しなければならず、この配置精度がずれると感光体面上に照射するビームスポット径やビームピッチに影響を与え、画像品質が著しく劣化するといった問題がある。
その点、特許文献３に記載の方式は、２次元アレイ素子のパッケージ表面を突き当てて位置決めができるが、回路基板を強制的にたわませているため、回路基板に実装される電子部品の半田が剥がれるといった部品不良を発生する可能性があり、信頼性に問題がある。
本発明は、パッケージに収容された２次元アレイ素子を２軸で精度よく位置決めするとともに、２次元アレイ素子とカップリングレンズ以降の光学素子の回転方向の調整も可能とすることで計３軸の位置決めを行い、更に回路基板に負荷をかけずに支持することで、高品位な画像品質を、経時的にも信頼性が高く、安定的に維持することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、同一平面に複数の発光源がモノリシックに形成され、それぞれの発光源は前記平面に直交する方向に光ビームを出射するよう構成された光源を、該光源に接続するリード端子を具備するパッケージ内に収容する光源手段と、該光源手段からの光ビームを平行光束、あるいは、所定の収束若しくは発散状態の光束に変換するカップリングレンズと、前記光源手段および前記カップリングレンズを支持する支持手段と
を備えるマルチビーム光源装置であって、前記複数の発光源のほぼ中心部を通り前記平面に直交する仮想的直線を光軸として、前記光源手段は回路基板に実装され、該回路基板を支持する支持部材と前記カップリングレンズを支持する支持部材はそれぞれ別体で構成し、前記カップリングレンズ以降に配置される光学素子に対して、前記光源手段を位置調整するため、それぞれの支持部材に、前記光軸近傍を中心として互いに回動可能な嵌合部を設け、それぞれの支持部材は締結部材で互いに一体的に締結可能に構成したマルチビーム光源装置を特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のマルチビーム光源装置において、前記回路基板は、付勢手段により前記パッケージの表面を前記支持手段に当接させて光軸方向の位置決めを行うとともに、前記付勢手段を前記支持手段に締結することで、前記光源手段を固定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のマルチビーム光源装置において、前記光軸と直交方向の移動を規制するアンカー部を前記付勢手段に備えることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のマルチビーム光源装置において、前記アンカー部は光軸と直交する２方向の移動を規制することを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載のマルチビーム光源装置において、前記パッケージの外側面を前記支持手段に当接させて、光軸と直交方向の位置決めを行うことを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置において、前記光源手段からの光ビームを分割する光束分割手段を前記支持手段に備え、分割された一方の光ビームを、前記回路基板に実装した受光手段に寄り受光することを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置において、前記支持手段を前記光軸と直交する面内において回動する回動手段を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置において、前記支持手段と前記回路基板との相対的位置関係を維持するための補強部材をさらに備えたことを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載のマルチビーム光源装置において、前記回路基板にはコネクタが実装されており、前記補強部材は、前記コネクタの近傍に配備されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置と、該マルチビーム光源装置からの複数の光ビームを偏向する偏向手段と、偏向された各光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、を備えるマルチビーム走査装置を特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載のマルチビーム走査装置と、複数の光ビームにより静電潜像を形成する感光体と、前記静電潜像をトナーによりトナー像に顕像化する現像手段と、現像されたトナー像を記録紙に転写する転写手段と、を備える画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、複数の発光点とカップリングレンズ以降の光学素子との光軸を中心とした回転方向の位置合わせを高精度に行うことができ、結像性能の安定化、発光光量の均一化を図れるので高画質化が得られる。
また、パッケージに光源部を接着する工程において回転方向の位置精度を緩和できるので過剰な設備コストをかけずにコストダウンを図れるという効果もある。

図１は本発明の実施例の４ステーションを走査する光走査装置を示す図である。
同図において符号１０１、１０２、１０３、１０４は感光体ドラム、１０５は転写体の移動方向、１０６はポリゴンミラー、１０７は光源ユニット、１０８は光束分割プリズム、１０９は光源ユニット、１１０は光束分割プリズム、１１３、１１４、１１５、１１６はシリンダレンズ、１１７は、液晶偏向素子をそれぞれ示す。その他の符号は説明中において適宜引用する。
同図は、光源ユニットからの４ステーション分に相当する複数の光ビームを、単一のポリゴンミラーで走査し、対向する方向に偏向、走査することで各感光体ドラムを走査するように一体化された光走査ユニットの構成を示している。
４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は転写体の移動方向１０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。
図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、２段に構成されたポリゴンミラー１０６により各々光ビームを走査する。
光源ユニット１０７、１０９は同一方向に走査する２ステーションに対し各１ずつ配備され、光束分割プリズム１０８、１１０を用い、上記ポリゴンミラー１０６の上下面に対応して上下２段に光ビームを分岐し、各感光体ドラムに交互に各ステーションに対応した画像を形成していく。

光源ユニット１０７、１０９、および結像光学系を構成するｆθレンズ、トロイダルレンズは、ポリゴンミラー１０６の回転軸を含み感光体ドラム軸に平行な対称面に対し対称に配備され、ポリゴンミラーにより、各光源ユニットからの光ビームは相反する方向に偏向され、各感光体ドラムに導かれる。
したがって、各ステーションにおける走査方向は対向する各感光体ドラムで相反する方向となり、記録領域の幅、言いかえれば主走査方向の倍率を合わせ、一方の走査開始端ともう一方の走査終端とが一致するように静電像を書き込んでいく。

図２は面発光型半導体レーザアレイの発光点を模式的に示す図である。
同図において符号ｄは発光点相互の間隔、ｍは副走査方向の行数、ｎは主走査方向の列数、ｐは副走査方向の走査ラインピッチ、βｓは光学系全系の副走査倍率、γは発光点配列方向と主走査方向とのなす角をそれぞれ示す。
本実施例では各感光体に対して、同図に示すように主副に正方マトリクス状に等間隔ｄで配列したｎ列×ｍ行、本実施例では８×４にわたって２次元に配列した３２個の発光源を有する面発光型半導体レーザアレイを配備し、光源ユニット全体をγだけ傾けることにより、感光体ドラム上の副走査方向におけるビームスポット間ピッチｐが記録密度に相当する走査ラインピッチに合うように、傾きが調整され、ステーション毎に３２ラインが同時に走査されるようにしている。

ここで、光学系全系の副走査倍率βｓを用いると、傾け量γは以下の式で表される。
ｓｉｎγ＝（ｃｏｓγ）／ｎ ＝ｐ／ｄ・βｓ
当然、面発光型半導体レーザアレイの加工プロセスの段階で、あらかじめ発光点の配列方向が基板の端面に対して所定角度だけ傾くようにレイアウトしてもよい。
なお、液晶偏向素子１１７では液晶の配列方向に合った偏光成分のみが偏向されるため、発光源の偏光方向は一方向に揃えている。

液晶偏向素子１１７は、光束分割プリズム１０８の射出面の上下に各々配備され、電圧を印加すると、副走査方向に電位分布を生じて液晶の配向が変化し、屈折率分布を発生して光線の方向を傾けることができ、印加電圧に応じて感光体ドラム面上の走査位置を可変できる。
シリンダレンズ１１３、１１４は、分岐された各光ビームに対応して２段に設けられ、その一方は光軸を中心に回動調整可能に取り付けられ、各々の焦線が平行となるように調節できるようにしており、副走査方向に６ｍｍ間隔に２段に構成されたポリゴンミラー１０６の各々に入射される。

シリンダレンズ１１３、１１４は少なくとも副走査方向に正の曲率を有し、ポリゴンミラー面上で、一旦ビームを収束させることで、後述するトロイダルレンズとにより偏向点と感光体面上とを副走査方向に共役関係とする面倒れ補正光学系をなす。
ポリゴンミラー１０６は４面で、同一の偏向面により各発光点列からの複数のビームを一括で偏向、走査する。上下のポリゴンミラーの位相は４５°ずつずれており、光ビームの走査は上下段で交互に行われる。

図３は副走査断面における光線の経路を示す図である。
同図において符号２０１は面発光型半導体レーザアレイ、２０２はカップリングレンズ、２０３は光束分割素子、２０４は収束レンズをそれぞれ示す。
結像光学系はｆθレンズとトロイダルレンズとからなり、いずれもプラスチック成形によるもので、ｆθレンズ１２０は主走査方向にはポリゴンミラーの回転に伴って感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、層状に２段に積み重ねて一体に構成される。
トロイダルレンズを通った走査ビームは各々、走査開始側に配備された光検知センサ１３８、１４０、走査終端側に配備された光検知センサ１３９、１４１に入射され、光検知センサ１３８、１４０の検出信号を基に各々発光源毎の同期検知信号を生成し、書込み開始のタイミングをとる。

一方、走査終端側に配備された光検知センサ１３９、１４１の検出信号は、各々走査開始側のに配備された光検知センサ１３８、１４０からの光ビームの検出時間差を計測し、あらかじめ定められた基準値と比較して、各発光源を変調する画素クロックを可変することで、後述するように、主走査方向の倍率のずれを補正している。

複数の発光源２０１はカップリングレンズ２０２の光軸に対してほぼ対称に配置される。この光軸を光源の光軸として扱う。したがって、光源の光軸は複数の発光点のほぼ中心に相当する。
カップリングレンズ２０２によって平行光束に変換された各光線は光源ユニット１０７から射出した後、カップリングレンズ２０２の後側焦点の近傍で一旦収束し、後述の樹脂製温度補正レンズ２６２に入射し、主走査方向には光線間隔を広げつつｆθレンズ１２０に入射し、副走査方向にはシリンダレンズ１１３、１１４により、ポリゴンミラー偏向面の近傍で再度収束されてｆθレンズ１２０に入射する。樹脂製温度補正レンズ２６２を入れることにより環境温度変化で発生するカップリングレンズの位置ずれ、発光源の波長シフトによる主走査方向のビームウエストズレを補正することができる。
また、上記したように、光源ユニット１０７からの複数の光ビームは光束分割プリズム１０８によって副走査方向上下に２分岐され、各ステーションに対応する感光体ドラムに導かれる。

光束分割プリズム１０８の下段から射出した複数の発光源からのビーム２０１は、シリンダレンズ１１３を介してポリゴンミラー１０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２０の下段を通って折返しミラー１２９によりトロイダルレンズ１２３に入射し、折返しミラー１３０を介して感光体ドラム１０１上にスポット状に結像し、第１の画像形成ステーションとしてイエロー色の画像情報に対応した潜像を形成する。
光束分割プリズム１０８の上段から射出した複数の発光源からのビーム２０２は、シリンダレンズ１１４を介しポリゴンミラー１０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２０の上段を通って折返しミラー１２７によりトロイダルレンズ１２４に入射し、折返しミラー１２８を介して感光体ドラム１０２上にスポット状に結像し、第２の画像形成ステーションとしてマゼンタ色の画像情報に対応した潜像を形成する。
同様に、対向するステーションにおいても、光源ユニット１０９からの複数の光ビームは、光束分割プリズム１１０によって上下に２分岐され、各ステーションに対応する感光体ドラムに導かれる。

光束分割プリズム１１０の下段から射出した複数の発光源からのビーム２０３は、シリンダレンズ１１５を介してポリゴンミラー１０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２１の下段を通って折返しミラー１３２によりトロイダルレンズ１２５に入射し、折返しミラー１３３を介して感光体ドラム１０４上にスポット状に結像し、第４の画像形成ステーションとしてブラック色の画像情報に対応した潜像を形成する。
光束分割プリズム１１０の上段から射出した複数の発光源からのビーム２０４は、シリンダレンズ１１６を介してポリゴンミラー１０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２１の上段を通って折返しミラー１３５によりトロイダルレンズ１２６に入射し、折り返しミラー１３６を介して感光体ドラム１０３上にスポット状に結像し、第３の画像形成ステーションとしてシアン色の画像情報に対応した潜像を形成する。

図４は光源ユニットの構成を示す図である。
同図において符号２０５はミラー、２０６は制御基板、２１０は光検知センサ、２４１はハーフミラー面、２４２はミラー面、２５１はカップリングレンズの光軸、２６２は樹脂製温度補正レンズをそれぞれ示す。
図５は面発光型半導体レーザアレイの構成を示す図である。
同図において符号２４５はチップ、２４６はフラットパッケージ、２４７はガラス窓をそれぞれ示す。
同図において、モノリシックに２次元配列された面発光型半導体レーザアレイのチップ２４５は、放射状にリード端子が配備されたフラットパッケージ２４６内に、配列面がパッケージの上面(出射面)と平行となるように、また、パッケージの側面を基準として中央部にエポキシ系の接着剤で接着され、不活性ガスを封入してガラス窓２４７で封止される。
図４において、面発光型半導体レーザアレイ２０１からの複数の光ビームはカップリングレンズ２０２のｘ、ｙ、ｚ方向の配置調整によって、カップリングレンズ２０２の光軸に直交する面内（ｙｚ平面）において光軸に対して各発光源が対称に配列するように、また、各発光源からのビームが平行光束となるように調整され、射出される。

光束分割素子２０３は板状に形成され、光源側の面を反射面となし、光軸と直交する面から主走査方向に所定角度、本実施例では４５°だけ傾けられて配備される。中央部には光束径よりも小さい径の開口が設けられ、開口を通過した光束はポリゴンミラーへと向かい、開口を通過せず反射された周辺光は収束レンズ２０４を介して光検知センサ２１０に導かれて、ポリゴンミラー各面での走査開始後、画像領域に至るまでの時間を利用して、順次点灯して各々のビーム強度を検出し、基準値と比較して各発光源の出力が所定値となるように注入電流をセットする。セットされた注入電流は次の検出時まで保持され、ビーム強度を一定に保つ。

なお、本実施例では光検知センサ２１０を面発光型半導体レーザアレイ２０１を実装する制御基板２０６上に、実装し、外部ノイズ等による検出信号への影響がないようにしている。
制御基板２０６には上記発光源の発光出力を一定に保持するパワー制御回路や画像情報に応じて発光源を各々変調する駆動回路が形成され、カップリングレンズ２０２とともに一体的に保持され、光源ユニットを構成する。

上記したように、面発光型半導体レーザアレイ２０１の複数の発光源は、主走査方向、副走査方向に配列数ｎ、ｍにて２次元に配列されているため、各発光源がカップリングレンズの光軸に直交する面内に揃っていないと、カップリングレンズから射出されたビームの集束状態が各発光源で異なり、結像位置（ビームウェスト位置）が感光体面上からずれて、ビームスポット径の偏差となり周期的な濃度むらが発生する。あるいは、先頭行をどの発光源から記録するかによって色味が変るといった画像劣化を生じる。
そのため、本実施例では、光源から被走査面に至る結像光学系の縦倍率が高い主走査方向について、末端に配置する発光源同士の集束状態が揃うように、カップリングレンズ２０２の光軸２５１に直交する面２５０と上記面発光型半導体レーザアレイ２０１の配列面との平行性を合わせて、カップリングレンズ２０２を固定する。

光束分割プリズム１０８はハーフミラー面２４１とハーフミラー面と平行なミラー面２４２とを有し、光源ユニット１０７からの複数のビーム２０１は、各々ハーフミラー面で１／２の光量が反射され、残りの１／２は透過して上下に２分岐され、方向を揃えて副走査方向に所定間隔をもって射出される。
本実施例ではこの間隔をポリゴンミラー、ｆθレンズの上下間隔とともに６ｍｍとしている。

図６は光源ユニットの分解斜視図である。
同図において符号２０７はベース部材、２０８は、２０９は付勢部材、２１１はブラケット部材、２１４、２１５は斜面、２１６はスタッド、２１７は貫通穴、２１８はアンカー部、２１９は穴、２２０は板ばね部、２２５はアーム部、２２６は調節ネジ、２２７はスプリング、２３１は補強部材をそれぞれ示す。
図７は光源ユニットの主走査方向の断面図である。同図（ａ）は光源の主走査断面、同図（ｂ）はその変形例を示す図である。
同図において符号２３２はネジ、２４８、２４９は当接面、２６１はコネクタをそれぞれ示す。
光源ユニットは、カップリングレンズ２０２を保持するホルダ部材２０８と、面発光型半導体レーザアレイ２０１を実装した制御基板２０６を保持するベース部材２０７とをカップリングレンズ２０２の光軸２５１に直交する基準面で接合し、ねじ締結することで一体化した構成としている。

ベース部材２０７とホルダ部材２０８とは互いに略光軸を中心とする円弧上（本実施例では扇形）の嵌合部を形成し、ホルダ部材２０８の止め穴を長穴とすることで光軸を中心とした回転方向の位置調整ができる。回転方向の位置調整方法は治具等を用いて対角の最も離れた発光点の光量差を検出して最小になるように調整し、ベース部材２０７とホルダ部材２０８を締結する。したがって光源とカップリングレンズ以降の光学素子の回転位置調整ができるので、３２個の発光点と温度補正レンズの位置、アパーチャとの位置関係を高精度に保持できるので、最も離れた発光点間の光量をけられずに一定化することができ、ビームスポット径などの特性を劣化させることはない。本実施例では、いずれもアルミダイキャストにより形成しているが、略同一の熱膨張係数であれば別材質であってもよい。
ベース部材２０７には上記した面発光型半導体レーザアレイ２０１からのビーム強度を検出するための光束分割素子２０３、収束レンズ２０４および制御基板２０６上に実装される光検知センサ２１０へとビームを折り返すミラー２０５が配備される。

図８は制御基板の取り付け方を説明するための図である。
同図において符号２２０は板ばね部、２２１、２２２は取付面、２２３は矢印をそれぞれ示す。
制御基板２０６のベース部材２０７への取り付けは、ベース部材２０７に形成された取付面２２１に上記面発光型半導体レーザアレイ２０１のパッケージの上面（出射面）を当接して光軸と直交する面内での位置決めを、また、側面のうち、隣接する２面を内側面に突き当てて、光軸と直交方向の位置決めを行う。
さらに、取付面２２２には上記光検知センサ２１０の上面が当接され、位置決めを行う。
本実施例では、板金で成型された付勢部材２０９の板ばね部２２０により制御基板２０６裏側から押圧するとともに、３点のアンカー部（折り曲げ部）２１８を制御基板２０６の穴２１９に嵌合して制御基板２０６を矢印方向２２３に寄せ組みすることで、ベース部材２０７に対する面発光型半導体レーザアレイ２０１の位置決めがなされる。

ベース部材２０７には、３箇所のスタッド２１６が形成され、制御基板２０６に開けた貫通穴２１７を貫通して、スタッド２１６に付勢部材２０９をネジ２３２で締結することで、制御基板２０６を支持する。
付勢部材２０９にて制御基板２０６を裏側から押圧しており、制御基板２０６をベース部材２０７等に直接締結しない構成なので、制御基板２０６に負荷をかけずに確実に、ベース部材２０７に面発光型半導体レーザアレイ２０１を位置決め、支持することができる。

図９は付勢部材の他の例を示す図である。
付勢部材２０９は弾性を有する材質であれば、樹脂等で形成しても良く、同図に示すように、板ばね部の代わりに、ゴム等の弾性部材２５３を挟み込んでもよい。

図１０は集束レンズの取り付け方を説明するための図である。
同図において符号２４３、２４４はクランプ部材をそれぞれ示す。
同図および図６を用いて、収束レンズ２０４の取り付けについて説明する。
ベース部材２０７には、上記したように制御基板２０６が取り付けられ、ベース部材２０７に形成された斜面２１４に光束分割素子２０３が、斜面２１５にミラー２０５が各々装着される。また、ベース部材２０７に形成された円筒面２８０には収束レンズ２０４のコバ部との隙間に接着剤を充填して固定される。
この際、収束レンズ２０４は、図１０に示すように、上面にＶ溝を有する調整装置のクランプ部材２４３と、下面が平面をなすクランプ部材２４４により挟み込んで矢印方向（光軸と直交方向）に調整し、面発光型半導体レーザアレイ２０１からの各ビームが光検知センサ２１０の検出面に入射するように位置出しを行って、接着剤を固化させ固定する。

こうして組み立てられたベース部材２０７は、ネジにより互いの受け面を接合してホルダ部材２０８と一体化される。
カップリングレンズ２０２は、上記した面発光型半導体レーザアレイ２０１との位置出しを行い、ホルダ部材２０８の円筒部２０８ａ先端部に形成された円筒面２０８ｂに、コバ部との隙間に接着剤を充填して固定され、光源ユニットをなす。温度補正レンズ２６２は円筒面２０８ｂのさらに先端部に設けた平面部２０８ｃに接着する。

補強部材２３１は、制御基板２０６の組付け後に、外部からの衝撃、例えば、光源ユニットのハンドリング時に、不注意で制御基板２０６を別部品と接触させた場合やコネクタ２６１に連結されたハーネス（不図示）が引っ張られた場合、あるいはハーネスの脱着等によって、面発光型半導体レーザアレイ２０１がずれないように、制御基板２０６の端部を掴み込み、ベース部材２０７の側面に接着固定する。締結ねじによる締結等の工法でも構わない。また、上記ずれが発生することをさらに抑制するために、接着や締結ねじによる締結等の工法にて、制御基板２０６と補強部材２３１を固定することができる。
本実施例では、面発光型半導体レーザアレイ２０１の配列面と直交する方向の移動を規制する構成としたが、制御基板２０６へのコネクタ２６１の取付位置や姿勢（ハーネスの脱着方向）、あるいは予測される外部からの衝撃の状態に応じて、別の方向への移動を規制する構成としても構わない。

図７（ｂ）において、補強部材２３１をコネクタ２６１近傍に配備したので、ハーネスからの衝撃やハーネスの脱着により面発光型半導体レーザアレイ２０１がずれることを、さらに有効に回避することが可能となる。
上記したように、本実施例の光源ユニットでは、面発光型半導体レーザアレイ２０１の配列面とパッケージ上面とが平行、その当接面２４８とベース部材２０７のホルダ部材２０８への当接面２４９とが平行であり、さらに、同当接面２４９とカップリングレンズ２０２の光軸と直交する面２５０とが平行とすることで、同面２５０および、ブラケット部材２１１への取付面と面発光型半導体レーザアレイ２０１の配列面との平行性を保つようにしている。

光源ユニットは、ブラケット部材２１１に設けられた嵌合穴２１１ａにホルダ部材２０８の円筒部２０８ａを挿入し、板ばね２１２の係止爪２１２ａを円筒部溝２０８ｄに係合して、光軸２５１に直交する面内で回動可能に支持され、ポリゴンミラーやｆθレンズが支持されるハウジング（図示せず）に固定される。
ホルダ部材２０８には、アーム部２２５が設けられ、スプリング２２７を介して調節ネジ２２６をブラケット部材２１１のネジ穴２１１ｂに螺合し、調節ネジ２２６のねじ込み量を加減することで、面発光型半導体レーザアレイ２０１の配列方向をγ回転し、感光体面で各発光源からのビームスポットが所定の副走査ピッチとなるように調整する。

図１１はトロイダルレンズの支持筐体の構成を示す図である。
同図において符号３０１は支持板金、３０２は押え板金、３０３、３０４は間隔部材、３０５はトロイダルレンズ、３０５ａは突起、３０６はリブ部、３０７は板ばね、３０８は調節ねじ、３０９は受け面、３１０、３１１は突き当て面、３１２は受け面、３１４は板ばね、３１５はステッピングモータ、３１６は減速ギヤ、３１７は可動筒をそれぞれ示す。
トロイダルレンズ３０５は、レンズ部を囲うようにリブ部３０６が一体形成され、中央部には位置決め用の突起３０５ａが形成されている。
支持板金３０１、押え板金３０２は短手端部をコの字状に立曲げ形成され、間隔部材３０３、３０４を両端に挟みこんで対向させ、トロイダルレンズ３０５はその枠内に収められて保持される。
トロイダルレンズ３０５は中央部に形成した突起３０５ａを支持板金３０１の立曲げ部に形成した切欠３０１ａに係合し、リブ上面の両端に間隔部材３０３、３０４から内側に延設した設置面３２１、３２２に突き当てて副走査方向を、また、長手方向のリブ端面から突出したフランジ部３２３、３２４を間隔部材３０３、３０４の側面に突き当てて光軸方向を位置決めし、間隔部材３０３、３０４と押え板金３０２との間に挟みこんで支持した一対の板ばね３３０によりトロイダルレンズ３０５の上面および側面の２方向から付勢して両端を保持し、熱膨張があっても長手方向に自在に伸縮できるようにしている。

トロイダルレンズ３０５のリブ上面には両端保持の間を３等分した中央点および中間点の３箇所に、支持板金３０１のねじ穴に螺合した調節ねじ３０８の先端を当接させ、あらかじめ押え板金３０２に装着した板ばね３０７を各々リブ下面から対向させて付勢する。
トロイダルレンズ３０５は長尺で剛性が低いため、わずかな応力が加わるだけでも変形（反り）を生じ、周囲温度の変化に伴う温度分布によっても熱膨張差で変形してしまうが、このように支持板金３０１に沿った複数箇所で保持することで形状を安定的に保ち、母線の直線性が保持されるようにしている。

支持板金３０１はトロイダルレンズ３０５の外側に延長して形成され、その一端をハウジングの底面に立設した取付部に、副走査方向を受け面３０９に、光軸方向を突き当て面３１０に当接して位置決めし、板ばね３１４により付勢して支持する。もう一端にはステッピングモータ３１５が固定され、下側に延びるシャフトに形成した送りねじに螺合させた可動筒３１７の先端を、押え板金３０２の延長部を貫通させ、ハウジング底面に形成した受け面３１２の底面に突き当て、光軸方向を突き当て面３１１に当接して位置決めし、板ばね３１４により付勢することで、架橋するようにハウジングに固定する。
ステッピングモータ３１５を固定した一端は、その回転により副走査方向に変位可能としている。

これにより、トロイダルレンズ３０５は、ステッピングモータ３１５の正逆回転に追従して光軸と直交する面内で受け面３０９を支点として回動調節γでき、それに伴って副走査方向におけるトロイダルレンズの母線が傾いてトロイダルレンズの結像位置としての走査ラインが傾けられ、ステーション間の走査ラインが平行となるように補正できる。

この際、ステッピングモータ３１５の回転角に対する可動筒３１７の移動は送りねじのピッチにより決定されるが、実施例では、より傾き補正の分解能を得るために、減速ギヤ３１６を介してシャフトの回転を可動筒３１７に伝達している。ステッピングモータ３１５の回転はシャフトに配備したギヤ１、減速ギヤ３１６に配備したギヤ２、ギヤ３、可動筒３１７に配備したギヤ４の順で伝えられるので、ギヤ１とギヤ４との歯数をわずかにずらしておくことで、その差分だけシャフトの回転角に対する可動筒３１７の回転角を遅らせる、あるいは進ませることができ、可動筒の先端を微少量ずつ移動させることができる。

なお、可動筒３１７、減速ギヤ３１６は各板金間に挟みこまれ、回転自在に軸支される。
本実施例では第１、第２、第３のステーションのトロイダルレンズにこの傾き補正機構を装着することで、ブラックに対する走査ラインの傾きを、後述する傾き検出結果に基いて各色毎に自動的に補正がなされる。

図１２はトロイダルレンズの装着状態を光軸方向からみた図である。
同図において符号３２１、３２２は設置面、３５１はトロイダルレンズの母線をそれぞれ示す。
トロイダルレンズ３０５は、３箇所の調節ねじ３０８の突出し量が設置面３２１、３２２の部位に足りない場合には、トロイダルレンズの母線３５１が上側に凸となるよう反る。逆に突出し量が大きくなると下側に凸に反る。したがって、これらの調節ねじを調整することによってトロイダルレンズの焦線が副走査方向に湾曲され、走査ラインの曲がりを高次成分まで補正できる。

一般に、走査ラインの曲がりは光学系を構成する光学素子の配置誤差や成形時の面のねじれや反り等に起因する成分が複合されて、上凸型、下凸型といった単純な形状から、Ｍ型やＷ型、正弦波型といった複雑な形状となるが、主走査方向に沿った３点で、これをキャンセルする方向にトロイダルレンズ３０５を湾曲させることにより、感光体ドラム面上における各走査ラインを真直に矯正することができる。
実施例では、全てのトロイダルレンズに各々配備され、組立時に各ステーションの走査ライン間の湾曲の形状が揃うように調整している。

図１３は本実施例におけるビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。
各ステーション間のビームスポット位置ずれは、電源投入時や待機状態からの回復時、所定のプリント枚数経過時など、あらかじめ定められたタイミングで、各色画像の重なり具合を、図１に示す転写ベルト１０５上に形成したトナー像の検出パターン１４３を読み取ることで、主走査方向におけるレジスト、および倍率、副走査方向におけるレジスト、および傾きを、特定のステーションを基準とした相対的なずれとして検出し、主走査方向におけるレジストについては、同期検知信号を発生するタイミングを可変して補正し、倍率については、各発光点を変調する画素クロックを可変にして補正する。

一方、副走査方向におけるレジストについては、まず、ポリゴンミラー１面おき、つまり同時に走査されるビーム数がｎであるから、実施例では３２ラインピッチ単位で最もレジストずれが小さくなる書き出しタイミングを設定し、それ以下の余分については、複数の発光源から先頭行を形成する発光源を選択することで、１ラインピッチ単位で先頭行の書き出し位置を合わせ、傾きについては、上記したようにステッピングモータを動作してトロイダルレンズを傾けることで補正する。

トナー像の検出パターンの検出手段は、照明用のＬＥＤ素子１５４と反射光を受光するフォトセンサ１５５、および一対の集光レンズ１５６とからなり、主走査ラインと約４５°傾けたラインパターンを形成し、転写ベルトの移動に応じて検出時間差を読み取っていく。
本実施例では中央部と左右両端部との３ヶ所に配備することで、左右両端部の差により傾きを、中央から左右端部までの各倍率を検出し、基準となるステーションに合わせ込むように補正する。

しかしながら、この補正モード時には、プリント動作を中断することになるため、この頻度が多くなると、プリントの生産性を落とすばかりか、余分なトナーを消費してしまうといった欠点があり、この補正モードの頻度が少ない、言い換えれば、長時間ビームスポット位置が安定的に保持されていることが望ましい。

図１４は光検知センサを説明するための図である。
同図において符号１５２、１５３はフォトダイオードをそれぞれ示す。
本実施例では、光検知センサを同図に示すように主走査方向に垂直なフォトダイオード１５２と非平行なフォトダイオード１５３とで構成し、走査開始側の光検知センサからフォトダイオード１５２に至る時間ｔｐ０、および走査開始側の光検知センサからフォトダイオード１５３に至る時間ｔｐ１を常に監視することで、
ｔｐ０の変化により、上記補正モードで設定された画素クロックの基準値を再設定することで、主走査倍率の変動を補正し、
また、ｔｐ０とｔｐ１との差Δｔの変化により、光ビームの副走査位置のずれΔｙを検出し、補正している。

ここで、副走査位置のずれΔｙは、フォトダイオード１５３の傾斜角γ、光ビームの走査速度Ｖを用いて
Δｙ＝（Ｖ／ｔａｎγ）・（Δｔ−Δｔ’）＝ｋ・Ｐ＋ΔＰ
で表され、１ラインピッチＰ以上の成分は上記発光源の選択により、１ラインピッチ以下の余分ΔＰは上記液晶偏向素子を用いてフィードバック補正することで、各色画像の副走査レジストがずれないよう走査位置を保持することができる。

図１５は光軸変更手段としての液晶偏向素子の概要を示す図である。同図（ａ）は模式的な斜視図、同図（ｂ）は屈折率分布図、同図（ｃ）は電位勾配図、同図（ｄ）は液晶の配向状態を示す図である。
液晶偏向素子は液晶を透明なガラス板間に封入した構成であり、一方のガラス板表面の上下に電極が形成されている。この電極間に電位差を与えると、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように電位の傾斜が発生し、液晶の配向が変化して屈折率分布を発生させ、プリズムと同様にビームの射出軸をわずかに傾けることができる。
液晶としては誘電異方性を有するネマティック液晶等が用いられ、副走査方向の上下端に電極を設けることで、印加電圧に応じて感光体面での走査位置を可変できる。

図１６は検出パターンの一例を示す図である。
同図において符号ｔは時間を示す。Δｔｙは基準色としての黒用パターンからイエロー用パターンまでの時間差、Δｔｍ、Δｔｃは同様にそれぞれマゼンタ用パターン、シアン用パターンまでの時間差を示す。ｔ０、ｔ１、ｔ２は、各読み取り位置０、１、２における基準色の傾斜ラインと水平ラインの読み取り時間差を示す。
検出パターンは、主走査方向に沿ったライン群（水平ライン群）と、それと４５°傾けたライン群（傾斜ライン群）とからなる。紙面上下が転写ベルトの移動方向に相当し、各検出位置において、主走査方向に沿ったライン群の検出時間差Δｔｙ、Δｔｍ、Δｔｃの差より各色の副走査方向における位置ずれを、ｔ０、ｔ１、ｔ２の理論値ｔ０との差より各色の主走査方向における位置ずれを求める。

図１７は書込制御回路の動作を説明するための図である。
同図において符号４０１はクロックの生成部、４０２は高周波クロック生成回路、４０３はカウンタ、４０４は比較回路、４０５は光源駆動部、４０７はラインバッファ、４０８はフレームメモリをそれぞれ示す。
各色毎にラスター展開された画像データはフレームメモリ４０８に各々一時保存され、画像処理部に順に読み出されて、前後の関係を参照しながら中間調に対応したマトリクスパターンに応じて各ラインの画素データが形成され、各発光点に対応したラインバッファ４０７に転送される。
書込制御回路は、半導体レーザアレイの各々の発光点に対し同数のラインバッファ４０７を備え、同期検知信号をトリガとして各々読み出されて各発光点を独立に変調する。
したがって、画素データを転送するラインバッファを順送りに選択することで、先頭行を記録する発光点を切り換えることができる。

次に各発光点を変調するクロックの生成部４０１について説明する。
カウンタ４０３では、高周波クロック生成回路４０２で生成された高周波クロックＶＣＬＫをカウントし、比較回路４０４ではこのカウント値と、デューティ比に基いてあらかじめ設定される設定値Ｌ、および画素クロックの遷移タイミングとして外部から与えられ、位相シフト量を指示する位相データＨとを比較し、カウント値が上記設定値Ｌと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立下りを指示する制御信号ｌを、位相データＨと一致した際に画素クロックＰＣＬＫの立上がりを指示する制御信号ｈを出力する。この際、カウンタ４０３は制御信号ｈと同時にリセットされ再び０からカウントを行なうことで、連続的なパルス列が形成できる。
こうして、１クロック毎に位相データＨを与え、順次パルス周期が可変された画素クロックＰＣＬＫを生成する。実施例では、画素クロックＰＣＬＫは、高周波クロックＶＣＬＫの８分周とし、１／８クロックの分解能で位相が可変できるようにしている。

図１８は任意の画素の位相シフトを説明するための図である。
同図は１／８クロックだけ位相を遅らせた例である。
デューティ５０％とすると設定値Ｌ＝３が与えられ、カウンタ４０３で４カウントされ画素クロックＰＣＬＫを立ち下げる。１／８クロック位相を遅らせるとすると位相データＨ＝６が与えられ、７カウントで立上げる。同時にカウンタがリセットされるので、４カウントで再び立ち下げる。つまり、隣接するパルス周期が１／８クロック分縮められたことになる。
こうして生成された画素クロックＰＣＬＫは、光源駆動部４０５に与えられ、この画素クロックＰＣＬＫに対してラインバッファ４０７から読み出された画素データを重畳させた変調データにより、半導体レーザを駆動する。

このように位相をシフトする画素を所定間隔で配置することによって、各分割区間の境界で主走査レジストずれがゼロとなるように主走査方向に沿った画素間隔の疎密を調整し、部分的な倍率の偏差を補正することができる。つまり、全体の倍率は画素クロックＰＣＬＫ自体のシフトによって均等に画素間隔を伸縮して補正し、部分的な倍率は所定の画素数おきに画素間隔を変化させることで補正する。

図１９は位相シフトによる効果を説明するための図である。
本実施例では、同図に示すように主走査領域を複数の区間に分割し、分割区間毎に位相をシフトする画素の間隔とシフト量を以下に示す如く設定し位相データとして与えている。
いま、主走査位置ｘに対する倍率の変化をＬ（ｘ）とすると、ビームスポット位置ずれの変化Ｍ（ｘ）はその積分値で表される。
Ｍ（ｘ）＝∫Ｌ（ｘ）ｄｘ
分割区間の始点と終点でビームスポット位置ずれが０となるように補正することを想定すると、任意の分割区間の倍率変化に伴う分割区間幅のずれをΔｍ、位相シフトの分解能をσ（一定）、分割区間内の画素数をＮとすると、位相をシフトする画素の間隔は、
Ｄ≒Ｎ／（Δｍ／σ） 但し、Ｄは整数
で示され、Ｄ画素毎にσずつ位相をシフトすればよい。上記実施例では、σは１／８画素となる。
したがって、あらかじめ設定する分割数を、分割区間の中間位置で発生するビームスポット位置ずれ残差が許容範囲内となることを目安に決めてやればよい。実施例では８等分割に設定している。
当然、分割区間幅を変えて偏分割としてもよい。

図２０は光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。
同図において符号９００は光走査装置、９０１は感光体ドラム、９０２は帯電チャージャ、９０３は現像ローラ、９０４はトナーカートリッジ、９０５はクリーニングケース、９０６は転写ベルト、９０７は給紙トレイ、９０８は給紙コロ、９０９はレジストローラ対、９１０は定着ローラ、９１１は排紙トレイ、９１２は排紙ローラをそれぞれ示す。
感光体ドラム９０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３、現像ローラ９０３にトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース９０５が配置される。感光体ドラムへは上記したようにポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン、本実施例では４ライン同時に画像記録が行われる。

上記した画像形成ステーションは転写ベルト９０６の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。
各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。
一方、記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により供給され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、転写ベルトよりカラー画像が転写されて、定着ローラ９１０で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１１に排出される。

本発明の実施例の４ステーションを走査する光走査装置を示す図である。 面発光型半導体レーザアレイの発光点を模式的に示す図である。 副走査断面における光線の経路を示す図である。 光源ユニットの構成を示す図である。 面発光型半導体レーザアレイの構成を示す図である。 光源ユニットの分解斜視図である。 光源ユニットの主走査方向の断面図である。 制御基板の取り付け方を説明するための図である。 付勢部材の他の例を示す図である。 集束レンズの取り付け方を説明するための図である。 トロイダルレンズの支持筐体の構成を示す図である。 トロイダルレンズの装着状態を光軸方向からみた図である。 本実施例におけるビームスポット位置ずれ制御を示すブロック図である。 光検知センサを説明するための図である。 光軸変更手段としての液晶偏向素子の概要を示す図である。 検出パターンの一例を示す図である。 書込制御回路の動作を説明するための図である。 任意の画素の位相シフトを説明するための図である。 位相シフトによる効果を説明するための図である。 光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。

符号の説明

１０１〜１０４ 感光体ドラム
１０６ ポリゴンミラー
１０７、１０９ 光源ユニット
２０１ 面発光型半導体レーザアレイ
２０２ カップリングレンズ
２４３、２４４ クランプ部材
２４５ チップ
２４６ フラットパッケージ
２５１ カップリングレンズの光軸

Claims (11)

1. 同一平面に複数の発光源がモノリシックに形成され、それぞれの発光源は前記平面に直交する方向に光ビームを出射するよう構成された光源を、該光源に接続するリード端子を具備するパッケージ内に収容する光源手段と、
   該光源手段からの光ビームを平行光束、あるいは、所定の収束若しくは発散状態の光束に変換するカップリングレンズと、
   前記光源手段および前記カップリングレンズを支持する支持手段と
   を備えるマルチビーム光源装置であって、
   前記複数の発光源のほぼ中心部を通り前記平面に直交する仮想的直線を光軸として、前記光源手段は回路基板に実装され、該回路基板を支持する支持部材と前記カップリングレンズを支持する支持部材はそれぞれ別体で構成し、
   前記カップリングレンズ以降に配置される光学素子に対して、前記光源手段を位置調整するため、それぞれの支持部材に、前記光軸近傍を中心として互いに回動可能な嵌合部を設け、
   それぞれの支持部材は締結部材で互いに一体的に締結可能に構成したことを特徴とするマルチビーム光源装置。
2. 請求項１に記載のマルチビーム光源装置において、前記回路基板は、付勢手段により前記パッケージの表面を前記支持手段に当接させて光軸方向の位置決めを行うとともに、前記付勢手段を前記支持手段に締結することで、前記光源手段を固定することを特徴とするマルチビーム光源装置。
3. 請求項２に記載のマルチビーム光源装置において、前記光軸と直交方向の移動を規制するアンカー部を前記付勢手段に備えることを特徴とするマルチビーム光源装置。
4. 請求項３に記載のマルチビーム光源装置において、前記アンカー部は光軸と直交する２方向の移動を規制することを特徴とするマルチビーム光源装置。
5. 請求項１または２に記載のマルチビーム光源装置において、前記パッケージの外側面を前記支持手段に当接させて、光軸と直交方向の位置決めを行うことを特徴とするマルチビーム光源装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置において、前記光源手段からの光ビームを分割する光束分割手段を前記支持手段に備え、分割された一方の光ビームを、前記回路基板に実装した受光手段に寄り受光することを特徴とするマルチビーム光源装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置において、前記支持手段を前記光軸と直交する面内において回動する回動手段を備えることを特徴とするマルチビーム光源装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置において、前記支持手段と前記回路基板との相対的位置関係を維持するための補強部材をさらに備えたことを特徴とするマルチビーム光源装置。
9. 請求項８に記載のマルチビーム光源装置において、前記回路基板にはコネクタが実装されており、前記補強部材は、前記コネクタの近傍に配備されていることを特徴とするマルチビーム光源装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１つに記載のマルチビーム光源装置と、
    該マルチビーム光源装置からの複数の光ビームを偏向する偏向手段と、
    偏向された各光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、
    を備えることを特徴とするマルチビーム走査装置。
11. 請求項１０に記載のマルチビーム走査装置と、
    複数の光ビームにより静電潜像を形成する感光体と、
    前記静電潜像をトナーによりトナー像に顕像化する現像手段と、
    現像されたトナー像を記録紙に転写する転写手段と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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