JP2009065064A - モニタ装置、光源装置、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

モニタ装置、光源装置、光走査装置及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光源から射出された光束の発散角が変化しても、光源から射出された光束の光量を精度良く検出する。
【解決手段】２次元アレイ１００から射出された光束の光路上に配置され、該光束の最も光強度の大きい部分がそのほぼ中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射した光束をモニタ用光束として反射する第１開口板２３と、該第１開口板２３で反射されたモニタ用光束の光路上に配置され、該モニタ用光束のビーム径を制限するための開口部を有する第２開口板２６と、該第２開口板２６の開口部を通過したモニタ用光束を受光するフォトダイオード２５とを有しているため、２次元アレイ１００から射出される光束の発散角が変化しても、２次元アレイ１００から射出される光束の光量を精度良く検出することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モニタ装置、光源装置、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光源から射出された光束の光量をモニタするモニタ装置、該モニタ装置を含む光源装置、該光源装置を有する光走査装置、及び該光走査装置を備える画像形成装置に関する。
電子写真の画像記録では、レーザを用いた画像形成装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置は光走査装置を備え、光源から射出された光束を偏向器（例えば、ポリゴンミラー）を用いて感光性を有するドラムの軸方向に走査しつつドラムを回転させ、ドラムの表面に潜像を形成する方法が一般的である。
ところで、画像形成装置では、温度変化や経時変化に伴って走査用光束の光量が変化し、画像における濃度むらが発生するおそれがある。そこで、これを抑制するため、通常、光走査装置では、光源から射出される光束の一部をモニタ用光束としてフォトダイオード等のディテクタで受光し、その結果に基づいて、光源の出力レベルを制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）を実施している。
例えば、特許文献１には、光源と、光源から出射された光ビームを走査用光ビームとフィードバック用光ビームとに分離する分離部材と、分離部材で分離された走査用光ビームを偏向して、被走査面上に走査する光偏向手段と、分離部材と光偏向手段の間に配置され、走査用光ビームの断面形状を整形する第２開口の形成された第２のアパーチャと、分離部材で分離されたフィードバック用光ビームを受光して、このフィードバック用光ビームの光量を検出する光センサと、光センサで検出された光量に基づいて、光源から出射する光量を制御する制御手段と、光源と光センサの間に配置され、光ビームの断面形状を整形する、第２開口よりも大きな第１開口の形成された第１のアパーチャと、を備えた光走査装置が開示されている。
また、特許文献２には、入射された光ビームの光量を検出する検出手段と、光源から出力された光ビームの一部を分離する光分離手段を備え、光分離手段によって分離した光ビームの一部を検出手段に入射させる光学系と、検出手段による検出光量が予め定められた所定光量となるように、光源の出力光量を制御する光量制御手段と、を有する光走査装置が開示されている。そして、この光走査装置では、光学系が、光源から出力された光ビームの偏光方向が変化した場合に、被走査面上の光量の変動率と、検出手段に入射する光量の変動率とを略一致させる特性を有している。
また、特許文献３には、面発光レーザから射出され、アパーチャで整形されコリメータレンズでコリメートされたレーザビームを光偏向器で偏向して被走査面を走査露光すると共に、レーザビームの一部をビーム分離手段で反射し受光素子で光量を検出する光走査装置において、受光素子を面発光レーザと同一回路基板上に設けたことを特徴とする光走査装置が開示されている。
特開２００６−９１１５７号公報 特開２００５−１５６９３３号公報 特開２００６−２５９０９８号公報
ところで、光源は、製造上のばらつきや、駆動時の温度上昇によって、射出する光束の発散角が設計上の発散角と異なる場合がある。この場合に、ドラムを走査する走査用光束の光量変化とディテクタで受光されるモニタ用光束の光量変化とは必ずしも同じではなく、特許文献１〜特許文献３に開示されている光走査装置では、ＡＰＣの精度が低下するおそれがあった。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、光源から射出される光束の光量変化を安定して精度良く検出することができるモニタ装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、安定した光束を出力することができる光源装置を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、被走査面上を精度良く安定して光走査することができる光走査装置を提供することにある。
また、本発明の第４の目的は、高品質の画像を安定して形成することができる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、光源から射出された光束の光量をモニタするモニタ装置であって、前記光源から射出された光束の最も光強度の大きい部分がそのほぼ中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射した光束をモニタ用光束として反射する分離光学素子と；前記分離光学素子で反射されたモニタ用光束のビーム径を制限するための開口部を有する開口部材と；前記開口部材の開口部を通過したモニタ用光束を受光する受光素子と；を備えるモニタ装置である。
これによれば、開口部材が分離光学素子で反射されたモニタ用光束のビーム径を制限するための開口部を有し、該開口部材の開口部を通過したモニタ用光束が受光素子で受光される。この場合には、製造上のばらつきや、駆動時の温度上昇によって、光源から射出される光束の発散角が設計上の発散角と異なる場合であっても、分離光学素子の開口部を通過する光束の光量変化と受光素子で受光されるモニタ用光束の光量変化とをほぼ同じとすることができる。従って、光源から射出される光束の光量変化を安定して精度良く検出することが可能となる。
本発明は、第２の観点からすると、光源と；前記光源から射出された光束の光量をモニタする本発明のモニタ装置と；を備え、前記モニタ装置の分離光学素子の開口部を通過した光束を出力する光源装置である。
これによれば、本発明のモニタ装置を備えているため、安定した光束を出力することが可能となる。
本発明は、第３の観点からすると、光束により被走査面を走査する光走査装置であって、本発明の光源装置と；前記光源装置から出力される光束を偏向する偏向器と；前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置である。
これによれば、本発明の光源装置を備えているため、被走査面上を精度良く安定して光走査することが可能となる。
本発明は、第４の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体を画像情報が含まれる光束により走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。
これによれば、少なくとも１つの本発明の光走査装置を備えているため、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１５に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。
このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングブレード１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、排紙トレイ１０４３、通信制御装置１０５０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０６０などを備えている。なお、これらは、プリンタ筐体１０４４の中の所定位置に収容されている。
通信制御装置１０５０は、ネットワークなどを介した外部機器との双方向の通信を制御する。
感光体ドラム１０３０は、円柱状の部材であり、その表面には感光層が形成されている。すなわち、感光体ドラム１０３０の表面が被走査面である。そして、感光体ドラム１０３０は、図１における矢印方向に回転するようになっている。
帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングブレード１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に沿って、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。
帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。
光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光束を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。
トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。
現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着した潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。
給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。
転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。
この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。
クリーニングブレード１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。
次に、前記光走査装置１０１０の構成について説明する。
この光走査装置１０１０は、一例として図２に示されるように、光源１４、カップリングレンズ１５、第１開口板２３、シリンドリカルレンズ１７、反射ミラー１８、ポリゴンミラー１３、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、同期検知センサ１９ａ、同期検知ミラー１９ｂ、第２開口板２６、結像レンズ２４、フォトダイオード２５及び走査制御装置２０（図２では図示省略、図１９参照）などを備えている。そして、これらは、ハウジング３０の中の所定位置に組み付けられている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、感光体ドラム１０３０の長手方向に沿った方向をＹ軸方向、各走査レンズ（１１ａ、１１ｂ）の光軸に沿った方向をＸ軸方向として説明する。
光源１４は、一例として図３に示されるように、４０個の発光部が１つの基板上に形成された２次元アレイ１００を有している。図３におけるＭ方向は主走査方向に対応する方向（ここでは、Ｙ軸方向と同じ）であり、Ｓ方向は副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）である。また、Ｔ方向はＭ方向からＳ方向に向かって傾斜角α（０°＜α＜９０°）をなす方向である。
この２次元アレイ１００は、Ｔ方向に沿って１０個の発光部が等間隔に配置された発光部列を４列有している。そして、これら４列の発光部列は、Ｓ方向に等間隔に配置されている。すなわち、４０個の発光部は、Ｔ方向とＳ方向とにそれぞれ沿って２次元的に配列されている。ここでは、便宜上、各発光部列は、図３における紙面の上から下に向かって、第１発光部列、第２発光部列、第３発光部列、第４発光部列という。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいう。
また、各発光部を特定するために、便宜上、図３における紙面左上から右下に向かって、第１発光部列を構成する１０個の発光部をｖ１〜ｖ１０、第２発光部列を構成する１０個の発光部をｖ１１〜ｖ２０、第３発光部列を構成する１０個の発光部をｖ２１〜ｖ３０、第４発光部列を構成する１０個の発光部をｖ３１〜ｖ４０とする。
また、各発光部は、７８０ｎｍ帯の垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、２次元アレイ１００は、４０個の発光部を有する面発光レーザアレイである。
ここでは、２次元アレイ１００のＭ方向（長手方向）のサイズは、０．３ｍｍである。
図２に戻り、カップリングレンズ１５は、光源１４から射出された光束を略平行光とする。ここでは、カップリングレンズ１５の焦点距離は２７ｍｍである。
第１開口板２３は、一例として図４（Ａ）に示されるように、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束のビーム径を規定する。この第１開口板２３は、光束の最も光強度の大きい部分が開口部のほぼ中央を通るように配置されている。また、第１開口板２３の開口部の周囲は、反射部材でできている。
そして、第１開口板２３は、開口部の周囲の反射部材で反射された光束をモニタ用光束として利用するため、カップリングレンズ１５を介した光束の進行方向に垂直な仮想面に対して傾斜して配置されている。すなわち、第１開口板２３は、光源１４から射出された光束のうち、光強度の大きい中央部分を通過させ、光強度の小さい外周部分をモニタ用光束として反射（分離）する。以下では、便宜上、第１開口板２３で反射されたモニタ用光束の進行方向を「Ｑ方向」とする。
ここでは、第１開口板２３の開口部は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関する長さＤ２は１．２８ｍｍであり、主走査方向に対応する方向（ここでは、Ｙ軸方向）に関する長さＤ１は５．８ｍｍである。すなわち、Ｄ１＞Ｄ２である。なお、図４（Ｂ）は、開口部の中心を通るＸＹ断面図である。
図２に戻り、シリンドリカルレンズ１７は、第１開口板２３の開口部を通過した光束を、反射ミラー１８を介してポリゴンミラー１３の偏向反射面近傍に副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関して結像する。
光源１４とポリゴンミラー１３との間の光路上に配置される光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。本実施形態では、偏向器前光学系は、カップリングレンズ１５と第１開口板２３とシリンドリカルレンズ１７と反射ミラー１８とから構成されている。
反射ミラー１８とポリゴンミラー１３との間、及びポリゴンミラー１３と偏向器側走査レンズ１１ａとの間には、防音ガラス２１が配置されている。
ポリゴンミラー１３は、一例として内接円の半径が７ｍｍの４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー１３は、副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に平行な軸の周りを等速回転しながら、反射ミラー１８からの光束を偏向する。
偏向器側走査レンズ１１ａは、ポリゴンミラー１３で偏向された光束の光路上に配置されている。
像面側走査レンズ１１ｂは、偏向器側走査レンズ１１ａを介した光束の光路上に配置されている。
ポリゴンミラー１３と感光体ドラム１０３０との間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂとから構成されている。
ポリゴンミラー１３で偏向された光束は、走査光学系によって感光体ドラム１０３０の表面上に集光される。感光体ドラム１０３０の表面上の光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って、Ｙ軸方向に移動する。
なお、ポリゴンミラー１３で偏向され、走査光学系を介した光束のうち、画像形成に関与しない光束の一部は、同期検知用光束として、同期検知用ミラー１９ｂを介して同期検知センサ１９ａに入射する。同期検知センサ１９ａは、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。
また、像面側走査レンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０との間には、防塵ガラス２２（図２参照）が配置されている。
第２開口板２６は、第１開口板２３で反射されたモニタ用光束の光路上に配置され、一例として図５に示されるように、モニタ用光束のビーム径を制限する開口部を有している。
また、第２開口板２６は、光学的にカップリングレンズ１５の焦点位置近傍に配置されている。これにより、モニタ用光束がマルチビームのときに、各光束の主光線が第２開口板２６の開口部に集まり、各光束が同じ形状に整形される。
第２開口板２６の開口部は、副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関する長さＤ４は３．２５ｍｍであり、それに直交する方向の長さＤ３は３．８ｍｍである。すなわち、Ｄ３＜Ｄ１であり、Ｄ４＞Ｄ２である。
そこで、例えば、図６（Ａ）に示されるように、発散角がＡ１の光束Ｆ０１が光源１４から出力されると、図６（Ｂ）に示されるように、光束Ｆ０１のうちの領域Ｆｓ１の光束が第１開口板２３の開口部を通過し、領域Ｆｍ１の光束が第２開口板２６の開口部を通過する。
また、例えば、図７（Ａ）に示されるように、光束Ｆ０１に比べて中心に強いピークを持つ光強度分布を有し、発散角がＡ２（＜Ａ１）の光束Ｆ０２が光源１４から出力されると、図７（Ｂ）に示されるように、光束Ｆ０２のうちの領域Ｆｓ２の光束が第１開口板２３の開口部を通過し、領域Ｆｍ２の光束が第２開口板２６の開口部を通過する。
また、図８（Ａ）に示されるように、光束Ｆ０１に比べて中心から緩やかに広がる光強度分布を有し、発散角がＡ３（＞Ａ１）の光束Ｆ０３が光源から出力されると、図８（Ｂ）に示されるように、光束Ｆ０３のうちの領域Ｆｓ３の光束が第１開口板２３の開口部を通過し、領域Ｆｍ３の光束が第２開口板２６の開口部を通過する。
ところで、光源１４から出力される光束（光束Ｆ０とする）の発散角が大きくなると、一例として図９に示されるように、第１開口板２３の開口部を通過する光束（光束Ｆｓとする）の光量は減少する。なお、ここでは、光束Ｆ０の光量は、発散角が変化しても一定であると仮定している。
そこで、光束Ｆｓの光量を一定とするには、一例として図１０に示されるように、光束Ｆ０の発散角が設計値（ここでは、Ａ１とする）よりも大きいときは、光束Ｆ０の光量を大きくし、光束Ｆ０の発散角が設計値よりも小さいときは、光束Ｆ０の光量を小さくする必要がある。
このとき、第１開口板２３で反射される光束（光束（Ｆ０−Ｆｓ）とする）の光量は、一例として図１１に示されるように、光束Ｆ０の発散角が大きくなるにつれて増加する。
仮に、第２開口板２６がない場合には、光束（Ｆ０−Ｆｓ）が、フォトダイオード２５で受光される。この場合に、従来と同様にして、ＡＰＣを行うと、例えば、光束Ｆ０の発散角がＡ３のときには、光束Ｆ０の光量を更に少なくするように制御され、例えば、光束Ｆ０の発散角がＡ２のときには、光束Ｆ０の光量を更に多くするように制御される。これにより、光束Ｆｓの光量は上記一定値からずれることとなる。すなわち、ＡＰＣの精度が低下することとなる。
本実施形態では、第１開口板２３で反射されたモニタ用光束の光路上に第２開口板２６を配置し、第１開口板２３で反射されたモニタ用光束を整形している。これにより、一例として図１２に示されるように、フォトダイオード２５で受光される光束（光束Ｆｍとする）の光量は、光束Ｆ０の発散角が変化しても、光束Ｆｓの光量と同様に、ほぼ一定となる。
また、第１開口板２３の開口部と第２開口板２６の開口部との間には、Ｄ３＜Ｄ１、Ｄ４＞Ｄ２の関係がある。これにより、光束Ｆ０の発散角が大きく変化しても、（光束Ｆｓの光量／光束Ｆｍの光量）をほぼ一定とすることができる。
ところで、第２開口板２６の開口部の副走査方向に対応する方向に関する開口径Ｄ４を大きくすることで、フォトダイオード２５での受光量（光束Ｆｍの光量）を増加させることができる。
図１３には、（光束Ｆｓの光量／光束Ｆｍの光量）を一定としたときの、Ｄ４と光束Ｆｍの光量の関係が示されている。これによると、Ｄ４を増加させると光束Ｆｍの光量は増加するが、Ｄ４がある値を超えると、光束Ｆｍの光量は減少する。これは、Ｄ４を増加させ過ぎると、（光束Ｆｓの光量／光束Ｆｍの光量）を維持するのに、Ｄ３を小さくしなければならないためである。
Ｄ４がＤ２の１．４倍〜３．７倍の範囲内のときに、光束Ｆｍの光量は光束Ｆ０の光量の１０％を超えている。例えば、光源１４の発光光量が１ｍＷのときには、フォトダイオード２５の受光量は０．１ｍＷ以上となり、フォトダイオード２５の出力信号のＳ／Ｎ比の低下、及び応答時間の遅延を招くことなく、精度良く光量を検出することが可能となる。本実施形態では、図１３における光束Ｆｍの光量が最大となるように、Ｄ３＝３．８ｍｍ、Ｄ４＝３．２５ｍｍとした。
また、図１４には、Ｄ３とＤ４とＫ１／Ｋ２との関係が示されている。ここで、Ｋ１は、光束Ｆ０の発散角が所定の発散角（例えば、Ａ１）のときの（光束Ｆｓの光量／光束Ｆｍの光量）であり、Ｋ２は、光束Ｆ０の発散角が上記所定の発散角から主走査方向に対応する方向及び副走査方向に対応する方向に等方的に変化したときの（光束Ｆｓの光量／光束Ｆｍの光量）である。
図１４から明らかなように、Ｄ３を一定としてＤ４を大きくすると、Ｋ２／Ｋ１は大きくなる。また、Ｄ４を一定としてＤ３を小さくすると、Ｋ２／Ｋ１は小さくなる。この関係を利用し、Ｋ２／Ｋ１が０．０％、すなわち、光束Ｆ０の発散角が変化しても（光束Ｆｓの光量／光束Ｆｍの光量）が変わらないというＤ３とＤ４の組み合わせが求められる。図１４に示されるように、ｐ１（Ｄ３＝４．３ｍｍ、Ｄ４＝２．５ｍｍ）とｐ２（Ｄ３＝２．７ｍｍ、Ｄ４＝４．５ｍｍ）とを結ぶ、Ｋ２／Ｋ１＝０．０％の曲線が得られる。一般的に、光量変化が３％以上あると画像上で濃度ムラとして認識されるので、Ｋ２／Ｋ１の変化は３％以内であるのが望ましい。これにより、光束Ｆ０の発散角の変化による光量検知のバラツキを±３％以内にすることが可能となる。
すなわち、光源から射出された光束の発散角が等方的に変化して、光束Ｆｓの光量がＰｓからＰｓ＋ΔＰｓに変化し、光束Ｆｍの光量がＰｍからＰｍ＋ΔＰｍに変化したとき、｛（Ｐｓ＋ΔＰｓ）／（Ｐｍ＋ΔＰｍ）｝／（Ｐｓ／Ｐｍ）の値は、０．９７以上で１．０３以下であることが好ましい。
そこで、Ｄ４がＤ２の１．４倍〜３．７倍の範囲内のときには、フォトダイオード２５の受光量を十分に確保できるとともに、いずれの発散角においても、光束Ｆｓの光量と光束Ｆｍの光量の比を略一定とすることができる。
すなわち、発散角が大きく変化しても、光束Ｆｓの光量が一定であれば、光束Ｆｍの光量はほとんど変化しない。そこで、フォトダイオード２５の出力レベルが一定（所定のレベル）となるように光束Ｆ０の光量を制御すると、光束Ｆｓの光量を常に一定の光量とすることが可能となる。
結像レンズ２４は、Ｑ方向に関して第２開口板２６から２０ｍｍ離れた位置に配置され、第２開口板２６の開口部を通過したモニタ用光束を集光する。ここでは、結像レンズ２４の焦点距離は１０ｍｍである。また、光源１４とフォトダイオード２５との間に配置された光学系の横倍率βは、約０．５倍である。
フォトダイオード２５は、Ｑ方向に関して結像レンズ２４から１０．６ｍｍ離れた位置に配置され、結像レンズ２４を介したモニタ用光束を受光する。フォトダイオード２５は、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。
ここでは、フォトダイオード２５の受光面は、１辺の長さが１．１ｍｍの正方形状である。そして、受光面の中央付近で受光するように設定されている。
また、例えば、フォトダイオード２５の受光面上に付着物や傷等があり、その部分が集光位置になると、受光量が大きく減少し、正しい信号が出力されない。そこで、Ｑ方向に関して結像レンズ２４の焦点位置からやや離れたところにフォトダイオード２５の受光面を配置すると、受光面上でのビーム径が大きくなり、受光面上に付着物、傷等があったとしても受光量の大きな低下を抑えることができる。
図１５には、目で判別できる付着物（φ５０μｍ）が仮にフォトダイオード２５の受光面中央に付着しているときの、フォトダイオード２５の出力の低下量と結像レンズ２４からフォトダイオード２５までの距離と関係が示されている。なお、図１５におけるｆは、結像レンズ２４の焦点距離である。
結像レンズ２４からフォトダイオード２５までの距離が、ｆ×０．９５以下若しくはｆ×１．０５以上であれば、φ５０μｍの付着物がフォトダイオード２５の受光面中央に付着していても、フォトダイオード２５の出力の低下は２０％以下であるので、出荷前の調整時に行われる光源１４の光量校正で十分にカバーできる範囲内にある。
そこで、本実施形態では、結像レンズ２４からフォトダイオード２５までの距離を、ｆ×１．０６としている。
さらに、フォトダイオード２５の受光面に垂直にモニタ用光束が入射すると、受光面からの反射光が入射光と逆の光路を通り、光源１４へ戻ってしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、一例として図１６に示されるように、モニタ用光束の受光位置での受光面の法線方向が、入射光の入射方向の全てに対して傾斜するように設定し、受光面からの反射光が光源１４に戻らないようにしている。具体的には、入射角を１０°としている。
また、光源１４とフォトダイオード２５との間に配置された光学系の横倍率βが約０．５倍であり、２次元アレイ１００の長手方向のサイズが０．３ｍｍであるため、フォトダイオード２５の受光面上では、０．３ｍｍ×０．５＝０．１５ｍｍの長さに２次元アレイ１００が投影される。
一般的に、フォトダイオードは、受光位置によって検知感度が異なっている。そこで、常に受光面の中心付近で受光されるのが望ましい。
本実施形態では、一例として図１７に示されるように、受光面のサイズ１．１ｍｍの１／２よりもさらに中央に近い領域で受光するように設定されている。すなわち、２次元アレイ１００における長手方向の長さＬ、該長手方向に対応する方向に関するフォトダイオード２５の長さＬ´とすると、（Ｌ×β）≦（Ｌ´×０．５）の関係が満足されている。これにより、常に同じ検知感度で受光することができる。
また、本実施形態では、一例として図１６に示されるように、光源１４とフォトダイオード２５は、同一の基板２８上に実装されている。
ところで、フォトダイオード２５は、温度によって検知感度が異なるため、熱源から離して配置した方が良い。図１８には、光源１４の中心位置からの距離とその位置での光源の発光による上昇温度との関係が示されている。これによると、光源１４の中心位置では約５０℃の温度上昇がみられるが、光源１４から１ｍｍ離れると、ほぼ影響が無くなり、２ｍｍ以上離れると、光源１４の発熱の影響を全く受けないことが分かる。
なお、本実施形態では、光学系のレイアウトとの関係から、光源１４とフォトダイオード２５の中心間距離（図１６における符号Ｗ）は、７ｍｍとした。
第１開口板２３とフォトダイオード２５との間の光路上に配置される光学系は、モニタ光学系とも呼ばれている。本実施形態では、モニタ光学系は、第２開口板２６と結像レンズ２４とから構成されている。
走査制御装置２０は、一例として図１９に示されるように、主制御部２０Ａと駆動制御部２０Ｂを有している。
主制御部２０Ａは、ＣＰＵ２１０、フラッシュメモリ２１１、ＲＡＭ２１２、及びＩＦ（インターフェース）２１４などを有している。
駆動制御部２０Ｂは、画素クロック生成回路２１５、画像処理回路２１６、フレームメモリ２１７、ラインバッファ２１８１〜２１８４０、及び書込制御回路２１９などを有している。そして、この駆動制御部２０Ｂは、光源１４及びフォトダイオード２５が実装されている基板２８上に設けられている。
なお、図１９における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
画素クロック生成回路２１５は、画素クロック信号を生成する。
フレームメモリ２１７は、ＣＰＵ２１０によってラスター展開された画像データ（以下、便宜上「ラスターデータ」と略述する）を一時的に格納する。
画像処理回路２１６は、フレームメモリ２１７に格納されているラスターデータを読み出し、所定の中間調処理などを行った後、発光部毎のドットデータを作成し、発光部それぞれに対応したラインバッファ２１８１〜２１８４０へ出力する。
書込制御回路２１９は、同期検知センサ１９ａの出力信号に基づいて、走査開始のタイミングを求める。そして、走査開始のタイミングに合わせて、ラインバッファ２１８１〜２１８４０から各発光部のドットデータを読み出し、画素クロック生成回路２１５からの画素クロック信号に重畳させるとともに、発光部毎にそれぞれ独立した変調データを生成する。また、書込制御回路２１９は、所定のタイミングで、フォトダイオード２５の出力信号に基づいて、第１開口板２３の開口部を通過する光束の光量が一定となるように、各発光部の駆動電流を補正する。すなわち、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。
光源駆動回路２２１は、書込制御回路２１９からの変調データに応じて２次元アレイ１００の各発光部を駆動する。
フラッシュメモリ２１１には、ＣＰＵ２１０にて解読可能なコードで記述された各種プログラム及びプログラムで用いられる各種データが格納されている。
ＲＡＭ２１２は、作業用のメモリである。
ＣＰＵ２１０は、フラッシュメモリ２１１に格納されているプログラムに従って動作し、光走査装置１０１０の全体を制御する。
ＩＦ（インターフェース）２１４は、プリンタ制御装置１０６０との双方向の通信を制御する通信インターフェースである。上位装置からの画像データは、ＩＦ（インターフェース）２１４を介して供給される。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光走査装置１０１０では、第１開口板２３と第２開口板２６と結像レンズ２４とフォトダイオード２５とによってモニタ装置が構成されている。
また、光源１４とカップリングレンズ１５と上記モニタ装置とによって光源装置が構成されている。そして、第１開口板２３の開口部を通過した光束Ｆｓが、光源装置から出力される光束である。
また、ＣＰＵ２１０によるプログラムに従う処理の少なくとも一部をハードウェアによって構成することとしても良いし、あるいは全てをハードウェアによって構成することとしても良い。
以上説明したように、本実施形態に係るモニタ装置によると、２次元アレイ１００から射出された光束の光路上に配置され、該光束の最も光強度の大きい部分がそのほぼ中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射した光束をモニタ用光束として反射する第１開口板２３（分離光学素子）と、該第１開口板２３で反射されたモニタ用光束の光路上に配置され、該モニタ用光束のビーム径を制限するための開口部を有する第２開口板２６（開口部材）と、該第２開口板２６の開口部を通過したモニタ用光束を結像レンズ２４を介して受光するフォトダイオード２５（受光素子）とを有している。
そして、第１開口板２３の開口部は、主走査方向に対応する方向（第１の方向）の長さＤ１が、副走査方向に対応する方向（第２の方向）の長さＤ２よりも長く、第２開口板２６の開口部は、主走査方向に対応する方向の長さＤ３がＤ１よりも短く、副走査方向に対応する方向の長さＤ４がＤ２よりも長くなるように設定されている。
これにより、いずれの発散角においても、光束Ｆｓの光量と光束Ｆｍの光量の比を略一定とすることができる。なお、発散角の変化量が小さい場合には、一例として図２０に示されるように、第２開口板２６´の開口部は、必ずしも、Ｄ３がＤ１よりも短く、Ｄ４がＤ２よりも長くなるように設定しなくても良い。
従って、２次元アレイ１００から射出される光束の光量変化を安定して精度良く検出することが可能となる。
また、本実施形態に係る光源装置によると、２次元アレイ１００から射出される光束の光量変化を安定して精度良く検出することができるモニタ装置を有しているため、安定した光束を出力することが可能となる。
また、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、安定した光束を出力することができる光源装置を有しているため、感光体ドラム１０３０の表面上を精度良く安定して光走査することが可能となる。
また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、感光体ドラム１０３０の表面上を精度良く安定して光走査することができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。
なお、上記実施形態において、第１開口板２３の開口部において、前記Ｄ１を副走査方向に対応する方向に関する長さ、前記Ｄ２を主走査方向に対応する方向に関する長さとし、第２開口板２６の開口部において、前記Ｄ３を副走査方向に対応する方向に関する長さ、前記Ｄ４を主走査方向に対応する方向に関する長さとしても良い。
また、上記実施形態では、光源１４が４０個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
また、上記実施形態において、前記２次元アレイ１００に代えて、複数の発光部が１次元配列された１次元アレイを用いても良い。
なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば、結果として、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。
例えば、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。
また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。
また、多色のカラー画像を形成する画像形成装置であっても、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。
例えば、図２１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１５００であっても良い。このタンデムカラー機１５００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、マゼンタ（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１０１０Ａと、転写ベルト１５８０と、定着手段１５３０などを備えている。
各感光体ドラムは、図２１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１０１０Ａにより光が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成される。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１５３０により記録紙に画像が定着される。
光走査装置１０１０Ａは、ブラック用の光源装置、シリンドリカルレンズ、走査光学系及び同期検知センサ、シアン用の光源装置、シリンドリカルレンズ、走査光学系及び同期検知センサ、マゼンタ用の光源装置、シリンドリカルレンズ、走査光学系及び同期検知センサ、イエロー用の光源装置、シリンドリカルレンズ、走査光学系及び同期検知センサ、並びにポリゴンミラーなどを有している。
各光源装置は、いずれも上記実施形態における光源装置と同等の光源装置であり、上記モニタ装置と同等のモニタ装置を有している。
そして、各光源装置から出力される光束は、対応するシリンドリカルレンズを介してポリゴンミラーで偏向された後、対応する走査光学系を介して対応する感光体ドラム表面で集光される。
また、ポリゴンミラー１３で偏向され、対応する走査光学系を介した光束のうち、画像形成に関与しない光束の一部は、対応する同期検知センサに入射する。
各光源装置は、上記実施形態における光源装置と同等の光源装置であるため、各光源装置は、いずれも安定した光束を出力することができる。その結果、光走査装置１０１０Ａは、各感光体ドラムの表面上を精度良く安定して光走査することができる。
そして、タンデムカラー機１５００では、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。
なお、タンデムカラー機では、機械精度等で各色の色ずれが発生する場合があるが、点灯させる発光部を選択することで各色の色ずれの補正精度を高めることができる。
なお、このタンデムカラー機１５００において、光走査装置１０１０Ａに代えて、ブラック用の光走査装置とシアン用の光走査装置とマゼンタ用の光走査装置とイエロー用の光走査装置を用いても良い。要するに、各光走査装置が、上記実施形態における光源装置と同等の光源装置を有していれば良い。
以上説明したように、本発明のモニタ装置によれば、光源から射出される光束の光量変化を安定して精度良く検出するのに適している。また、本発明の光源装置によれば、安定した光束を出力するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、被走査面上を精度良く安定して光走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を安定して形成するのに適している。
本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置を示す概略図である。 図２における光源に含まれるＶＣＳＥＬの２次元アレイを説明するための図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、いずれも図２における第１開口板を説明するための図である。 図２における第２開口板を説明するための図である。 図６（Ａ）は、発光部から射出される光束の発散角がＡ１のときの光強度分布を説明するための図であり、図６（Ｂ）は、そのときの第１開口板２３の開口部を通過する光束と、第２開口板２６の開口部を通過する光束とを説明するための図である。 図７（Ａ）は、発光部から射出される光束の発散角がＡ２（＜Ａ１）のときの光強度分布を説明するための図であり、図７（Ｂ）は、そのときの第１開口板２３の開口部を通過する光束と、第２開口板２６の開口部を通過する光束とを説明するための図である。 図８（Ａ）は、発光部から射出される光束の発散角がＡ３（＞Ａ１）のときの光強度分布を説明するための図であり、図８（Ｂ）は、そのときの第１開口板２３の開口部を通過する光束と、第２開口板２６の開口部を通過する光束とを説明するための図である。 光源から射出される光束Ｆ０の光量が一定のときの、発散角と第１開口板２３の開口部を通過する光束Ｆｓの光量との関係を説明するための図である。 第１開口板２３の開口部を通過する光束Ｆｓの光量を一定とする際の、発散角と光源から射出される光束Ｆ０の光量との関係を説明するための図である。 図１０における第１開口板２３で反射された光束（Ｆ０−Ｆｓ）の光量と発散角との関係を説明するための図である。 図１０における第２開口板２６の開口部を通過する光束Ｆｍと発散角との関係を説明するための図である。 光束Ｆｍの光量とＤ４との関係を説明するための図である。 （Ｋ２／Ｋ１）とＤ３とＤ４との関係を説明するための図である。 付着物によるフォトダイオードの出力損失と結像レンズからフォトダイオードまでの距離との関係を説明するための図である。 光源とフォトダイオードの一体化を説明するための図である。 フォトダイオードの受光面と受光領域との関係を説明するための図である。 光源の中心からの距離とその位置での上昇温度との関係を説明するための図である。 走査制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 図２における第２開口板の変形例を説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を示す図である。
符号の説明
１１ａ…偏向器側走査レンズ（走査光学系の一部）、１１ｂ…像面側走査レンズ（走査光学系の一部）、１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源、１５…カップリングレンズ、１７…シリンドリカルレンズ（偏向器前光学系の一部）、２０Ｂ…駆動制御部（駆動回路）、２３…第１開口板（分離光学素子）、２４…結像レンズ（集光レンズ）、２５…フォトダイオード（受光素子）、２６…第２開口板（開口部材）、２８…基板、１００…２次元アレイ（面発光レーザ）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１０Ａ…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、１５００…タンデムカラー機（画像形成装置）、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）、ｖ１〜ｖ４０…発光部。

Claims (16)

  1. 光源から射出された光束の光量をモニタするモニタ装置であって、
    前記光源から射出された光束の最も光強度の大きい部分がそのほぼ中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射した光束をモニタ用光束として反射する分離光学素子と；
    前記分離光学素子で反射されたモニタ用光束のビーム径を制限するための開口部を有する開口部材と；
    前記開口部材の開口部を通過したモニタ用光束を受光する受光素子と；を備えるモニタ装置。
  2. 前記分離光学素子の開口部は、第１の方向の長さＤ１が、該第１の方向に直交する第２の方向の長さＤ２よりも長く、
    前記開口部材の開口部は、前記第１の方向に対応する方向の長さが、前記Ｄ１よりも短く、前記第２の方向に対応する方向の長さが、前記Ｄ２よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のモニタ装置。
  3. 前記開口部材の開口部は、前記第２の方向に対応する方向の長さが、前記Ｄ２の１．４倍以上、３．７倍以下であることを特徴とする請求項２に記載のモニタ装置。
  4. 前記光源から射出された光束の発散角が等方的に変化して、前記分離光学素子の開口部を通過した光束の光量がＰｓからＰｓ＋ΔＰｓに変化し、前記開口部材の開口部を通過した光束の光量がＰｍからＰｍ＋ΔＰｍに変化したとき、
    ｛（Ｐｓ＋ΔＰｓ）／（Ｐｍ＋ΔＰｍ）｝／（Ｐｓ／Ｐｍ）の値は、０．９７以上で１．０３以下であ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モニタ装置。
  5. 前記分離光学素子で反射されたモニタ用光束を集光する集光レンズを更に備え、
    前記集光レンズと前記受光素子との間の光路長は、前記集光レンズの焦点距離の０．９５倍以下、あるいは１．０５倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモニタ装置。
  6. 前記受光素子は、モニタ用光束の受光位置での受光面の法線方向が、入射光の入射方向の全てに対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモニタ装置。
  7. 光源と；
    前記光源から射出された光束の光量をモニタする請求項１〜６のいずれか一項に記載のモニタ装置と；を備え、
    前記モニタ装置の分離光学素子の開口部を通過した光束を出力する光源装置。
  8. 前記光源と前記モニタ装置の間に、前記光源から射出された光束を略平行光とするカップリングレンズを更に備え、
    前記モニタ装置の開口部材は、光学的に前記カップリングレンズの焦点位置近傍に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
  9. 前記光源は、複数の発光部を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の光源装置。
  10. 前記複数の発光部は２次元配列されており、
    前記モニタ装置は、前記開口部材の開口部を通過した光束を前記受光素子に導くモニタ光学系を更に備え、
    前記２次元配列における長手方向の長さＬ、該長手方向に対応する方向に関する前記受光素子の長さＬ´、前記光源から前記受光素子までの間に配置されている光学系の横倍率βを用いて、（Ｌ×β）≦（Ｌ´×０．５）の関係が満足されることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
  11. 前記光源は、垂直共振器型の面発光レーザを含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の光源装置。
  12. 前記光源と前記受光素子は、同一の基板上に、少なくとも２ｍｍ離して実装されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の光源装置。
  13. 前記基板上に、前記光源の駆動回路が実装されていることを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
  14. 光束により被走査面を走査する光走査装置であって、
    請求項７〜１３のいずれか一項に記載の光源装置と；
    前記光源装置から出力される光束を偏向する偏向器と；
    前記偏向器で偏向された光束を前記被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置。
  15. 少なくとも１つの像担持体と；
    前記少なくとも１つの像担持体を画像情報が含まれる光束により走査する少なくとも１つの請求項１４に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
  16. 前記画像情報は、多色の画像情報であることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
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