JP2009211037A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高コスト化及び光利用効率の低下を招くことなく、高精度の光走査を行う。
【解決手段】複数の発光部を有する光源１４と、光源１４に近い一側に入射光束の偏光状態によって光透過率が異なる第１の面、他側に入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与する第２の面を有するアイソレータ２６と、アイソレータ２６をその光軸周りに回動可能とする保持部材とを備える。これにより、各発光部の偏光状態にばらつきがあっても、光源からの光束の光透過率が最大となるようにアイソレータ２６を調整することができる。そして、光源から射出された光束が戻ってきても、第１の面では、射出光束と戻り光束の偏光角が互いに９０°異なっているため、戻り光束のほとんどを第１の面で遮光することができる。
【選択図】図９

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、光束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、感光性を有するドラムの軸方向に偏向器（例えば、ポリゴンミラー）を用いてレーザ光を走査しつつ、ドラムを回転させ潜像を形成する方法が一般的である。このような電子写真の分野では、画像品質を向上させるために画像の高密度化、及び操作性を向上させるために画像出力の高速化が画像形成装置に求められている。

上記高密度化と高速化を両立させる方法の一つとして、複数の光束で同時に走査するいわゆるマルチビーム化が考えられた。

ところで、光源からの光束の一部が光学系で正反射し、迷光として光源に戻ってくると、光源から射出される光束の光量が変化するおそれがあった。また、迷光が光源で反射され、光学系に入射し、画像における濃度変動を引き起こすおそれがあった。

そこで、迷光が光源に戻るのを抑制した光走査装置が提案された（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

特開２００６−２５９５７４号公報 特開平７−１１３９７０号公報 特開２００７−２５１６５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている光走査装置では、複数の発光部を有する光源を用いると、感光体上のスポット径がばらつくおそれがあった。また、特許文献２及び３に開示されている光走査装置では、高コスト化、及び光利用効率の低下を招くおそれがあった。

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、高コスト化及び光利用効率の低下を招くことなく、高精度の光走査を行う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２の目的は、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で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、光束により少なくとも１つの被走査面を走査する光走査装置であって、複数の発光部を有する光源と；前記光源からの光束の光路上に配置され、前記光源に近い一側に入射光束の偏光状態によって光透過率が異なる第１の面、他側に入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与する第２の面を有するアイソレータを含む偏向器前光学系と；前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と；前記アイソレータをその光軸周りに回動可能とする回動機構と；前記光源と前記アイソレータとを所定の位置関係で保持する保持部材と；を備える光走査装置である。

これによれば、アイソレータは、光源に近い一側に入射光束の偏光状態によって光透過率が異なる第１の面、他側に入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与する第２の面を有し、回動機構によって光軸周りに回動可能である。この場合に、光源の各発光部の偏光状態にばらつきがあっても、アイソレータを回動させることにより、光源からの光束の光透過率が最大となるように調整することができる。その結果、少ない光量ロスで光源からの光束を被走査面に照射することが可能である。また、光源から射出され、偏向器等で反射された光束が、偏向器前光学系に戻ってきても、第１の面では、射出光束と戻り光束の偏光状態が互いに異なっているため、戻り光束のほとんどを第１の面で遮光することができる。従って、結果として、高コスト化及び光利用効率の低下を招くことなく、高精度の光走査を行うことが可能となる。

本発明は、第２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つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を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、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で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９に基づいて説明する。図１には、本発明の第１の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、クリーニングユニット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上位装置（例えばパソコン）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及びクリーニングユニット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→クリーニングユニット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、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。

クリーニングユニット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。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に対向する位置に戻る。

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、光源ユニットＬＵ、偏向器側走査レンズ１１ａ、像面側走査レンズ１１ｂ、ポリゴンミラー１３、シリンドリカルレンズ１７、及び反射ミラー１８などを備えている。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。

また、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源ユニットＬＵは、図３に示されるように、光源１４、カップリングレンズ１５、開口板１６、光源駆動装置２２、受光器２５及びアイソレータ２６を有している。

光源１４は、一例として図４に示されるように、２個の発光部を有するレーザアレイ１００を有している。図４におけるＭ方向は主走査対応方向（ここでは、Ｙ軸方向と同じ）であり、Ｓ方向は副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）である。

２個の発光部のＳ方向に関する発光部間隔Ｄは、３０μｍである。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、各発光部は、設計上の発振波長が６５５ｎｍの端面発光型半導体レーザである。そして、各発光部からは光束が＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に射出される。なお、各発光部から射出される光束は、設計上いずれも直線偏光（ここでは、Ｐ偏光とする）であるものとする。

アイソレータ２６は、光源１４の＋Ｘ側に配置され、光源１４に近い一側（ここでは、−Ｘ側）に入射光束の偏光状態によって光透過率が異なる第１の面２６ａ、他側（ここでは、＋Ｘ側）に１／４波長の光学的位相差を入射光束に付与する第２の面２６ｂを有している（図５参照）。ここでは、各面の有効径は、主走査対応方向（ここでは、Ｙ軸方向）に関して４ｍｍであり、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関して１．５ｍｍである。

このアイソレータ２６は、第１の面２６ａ及び第２の面２６ｂが、光源１４からの光束の主光線方向に垂直な仮想面に対して傾斜するように配置されている。ここでは、一例として傾斜角θを５°としている（図５参照）。これにより、アイソレータ２６で反射した光が光源１４に戻るのを防止することができる。なお、傾斜角及び傾斜方向は、本第１の実施形態に限定されるものではない。

また、第１の面２６ａにおける、透過軸に対する入射光の偏光角と光透過率との関係が図６に示されている。

本第１の実施形態では、一例として図７に示されるように、アイソレータ２６は、半径３ｍｍの円筒状のセル２７の中に、アイソレータ２６の中心とセル２７の中心とが一致して、収容されている。また、セル２７には、棒状の部材であるバー２７ａが取り付けられている。

セル２７は、一例として図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、支持部１２６ａ、ネジ１２６ｂ及びバネ１２６ｃを有する保持部材１２６に保持されている。

支持部１２６ａは、長さ方向に延びるスリット及びフィンを有するパイプ状の部材であり、その内径はセル２７の外径よりもわずかに大きい。セル２７は、バー２７ａがスリットから突き出るように、支持部１２６ａの中に収容されている。

フィンは、バー２７ａの＋Ｚ側に位置し、Ｚ軸方向に貫通するねじ穴が形成されている。このねじ穴には、＋Ｚ側からネジ１２６ｂがねじ込まれている。そして、ネジ１２６ｂの先端はバー２７ａの表面に接触している。

バー２７ａは、バネ１２６ｃによって＋Ｚ方向に付勢されている。

そこで、ネジ１２６ｂを回転させることにより、セル２７及びアイソレータ２６を、その中心を通りＸ軸に平行な軸の周りに回動させることができる。

ここでは、ネジ１２６ｂを回転させながら、光源１４から射出されアイソレータ２６を透過した光束の光量を測定し、その測定値が最大となる位置で、ネジ１２６ｂの回転を止めている。すなわち、アイソレータ２６は、光源１４から射出された光束に対する光透過率が最も大きくなるように調整されている。

ところで、一般的に光源からの光は、組付け誤差や、光源の個体差により、偏光角にばらつきがある。例えば、光源の個体差による偏光角のばらつきが±１０°、光源の取付け誤差による偏光角のばらつきが±５°あった場合、アイソレータ２６に入射する光の偏光角のばらつきは最大で±１５°になる。仮に、第１の面２６ａの透過軸に対して偏光角が−１５°の光がアイソレータ２６に入射すると、光の透過率は約９１％である（図５参照）。本第１の実施形態では、セル２７の保持部材１２６がセル２７をアイソレータ２６の光軸まわりに回動する回動機構を有しているため、第１の面２６ａの透過軸方向を、光源からの光の偏光方向に合わせることができる。この場合、光の透過率は約９８％となる（図５参照）。すなわち、光量ロスを低減することができる。

そこで、光源１４からの光束は、９８％を超える光透過率で第１の面２６ａを透過し、第２の面２６ｂで円偏光とされる（図９（Ａ）参照）。そして、例えば、ポリゴンミラー１３で反射された光束は、往路とは逆の円偏光となって第２の面２６ｂに入射し、そこでＳ偏光となり、第１の面２６ａで遮光される（図９（Ｂ）参照）。従って、光源１４に迷光が戻るのを抑制することができる。

図２に戻り、カップリングレンズ１５は、アイソレータ２６を介し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。

なお、光源１４及びカップリングレンズ１５も、アイソレータ２６とともに、互いに所定の位置関係となるように保持部材１２６に保持されている。

開口板１６は、開口部を有し、カップリングレンズ１５を介した光束を整形する。ここでは、開口部は、主走査対応方向（ここでは、Ｙ軸方向）に関する長さが５．３５ｍｍであり、副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関する長さが２．１ｍｍである。この開口部を通過した光束が光源ユニットＬＵから出力される。

シリンドリカルレンズ１７は、光源ユニットＬＵからの光束を、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対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関して結像する。ここでは、シリンドリカルレンズ１７の焦点距離は１１０ｍｍである。

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。本第１の実施形態では、偏向器前光学系は、アイソレータ２６とカップリングレンズ１５と開口板１６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。

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１２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。そして、この像面側走査レンズ１１ｂを介した光束が、感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー１３の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

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から構成されている。なお、偏向器側走査レンズ１１ａと像面側走査レンズ１１ｂの間の光路上、及び像面側走査レンズ１１ｂと感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されても良い。

受光器２５は、光源１４の−Ｘ側に配置され、レーザアレイ１００から−Ｘ方向に射出される光束を受光する。受光器２５は、受光量に応じた信号（光電変換信号）を光源駆動装置２２に出力する。

光源駆動装置２２は、レーザアレイ１００の各発光部に駆動電流を供給するとともに、受光器２５の出力信号に基づいて光量自動制御（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）を行う。

このように、端面発光型半導体レーザでは、後方に射出される光をモニタし、該モニタによって検出された光量に基づいて、所定の出力となるように駆動電流を制御している。ところで、従来は、光源から射出された光の一部がカップリングレンズや、シリンドリカルレンズや、ポリゴンミラーなどで正反射し、光源に戻ってくることがあった。この場合、光量検知用の受光素子に入射する光に戻り光が含まれるため、ＡＰＣを行っても光源から射出される光の光量がばらつくこととなり、出力画像における濃度ムラを招くおそれがあった。一方、本第１の実施形態では、アイソレータを使用することで、戻り光を除去しているため、正確な光量検知を行うことができ、その結果、出力画像における濃度ムラを抑制することができる。

以上説明したように、本第１の実施形態に係る光走査装置１０１０によると、複数の発光部を有する光源１４と、光源１４からの光束の光路上に配置され、光源１４に近い一側に入射光束の偏光状態によって光透過率が異なる第１の面２６ａ、他側に入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与する第２の面２６ｂを有するアイソレータ２６と、アイソレータ２６をその光軸周りに回動可能とする保持部材１２６とを備えている。

この場合に、光源１４の各発光部の偏光状態にばらつきがあっても、アイソレータ２６を回動させることにより、光源からの光束の光透過率が最大となるように調整することができる。その結果、少ない光量ロスで光源１４からの光束を感光体ドラム１０３０の表面に照射することが可能となる。

そして、光源ユニットＬＵから出力された光束が、ポリゴンミラー１３等で反射され、光源ユニットＬＵに戻ってきても、第１の面２６ａでは、射出光束と戻り光束の偏光角が互いに９０°異なっているため、戻り光束のほとんどは第１の面２６ａで遮光される。

すなわち、高コスト化及び光源ユニットから出力される光束の光量低下を招くことなく、光源１４への迷光の入射を抑制することができる。

従って、高コスト化及び光利用効率の低下を招くことなく、高精度の光走査を行うことが可能となる。

また、本第１の実施形態では、アイソレータ２６が偏光フィルタ機能と位相差付与機能とを有しているため、偏光板と波長板とを用いる場合に比べて、部品点数及び組み付け工程を減らすことができる。さらに、調整工程を簡略化することができる。

また、ユニット化によって光源１４とアイソレータ２６の位置関係が正確に規定されるため、組付け誤差や光源１４とアイソレータ２６間の部品公差の影響を見越して、アイソレータ２６の有効領域を大きくする必要がない。また、光源１４とカップリングレンズ１５との間にアイソレータ２６が配置されているため、アイソレータ２６の有効領域を小さくすることができる。さらに、アイソレータ２６の有効領域の長手方向が開口部の長手方向とほぼ一致しているため、アイソレータ２６の有効領域を小さくすることができる。すなわち、アイソレータ２６の大きさを最小限にすることができ、コストを抑えることができる。

また、ユニット化によってカップリングレンズ１５の調整、アイソレータ２６の光軸回りの回転調整をユニット上で行うことができ、ユニットとして光学特性を保証することができる。ところで、複数の発光部を有する光源の場合、感光体ドラムの表面での結像点間隔（副走査ビームピッチ）を調整するために、ハウジングに対して、光源を光軸回りに回動させる必要がある。この点においても、光源ユニットとすることで、ハウジングと光源ユニットの位置関係を高精度に規定することができ、光源の光軸回りの調整を高精度に行うことができる。仮に光源ユニットではなく、ハウジングに直接光源を圧入する場合は、光源のパッケージの形状ばらつきによって光軸回り調整の回転軸がずれる可能性があり、その場合、ビームスポット径やビームピッチなど各種光学特性の劣化が考えられる。

また、アイソレータ２６が円筒状のセル内に収容されているため、簡単な機構でアイソレータ２６を高精度に回動させることができる。

また、アイソレータ２６の各面が光源１４からの光束の主光線方向に垂直な仮想面に対して傾斜しているため、アイソレータ２６で反射した光束が光源１４に戻るのを防止することができる。

また、光源１４への迷光の入射が抑制されることから、結果的に受光器２５への迷光の入射も抑制され、受光器２５の出力信号に基づいてＡＰＣを精度良く行うことができる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、光走査装置１０１０を備えているため、結果として、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。

なお、上記第１の実施形態では、レーザアレイ１００が２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。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図１０〜図１３に基づいて説明する。図１０には、本発明の第２の実施形態に係る光走査装置１０１０Ａの概略構成が示されている。この光走査装置１０１０Ａは、前記光源ユニットＬＵに代えて、光源ユニットＬＵ´を用いる点に特徴を有し、その他の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。従って、以下においては、第１の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、前述した第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、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。

光源ユニットＬＵ´は、図１１に示されるように、光源１４Ａ、カップリングレンズ１５、開口板１６、ハーフミラーＨＭ、反射ミラーＭＲ、光源駆動装置２２、集光レンズ２４、受光器２５、及びアイソレータ２６を有している。

光源１４Ａは、一例として図１２に示されるように、１つの基板上に４０個の発光部が２次元的に配列されたレーザアレイ１００Ａを有している。

ここでは、一例として、図１２におけるｄ＝５．０μｍ、Ｄｍ＝３０μｍ、Ｄｓ＝２５μｍ、Ｌｍ＝Ｄｍ×９＝２７０μｍ、Ｌｓ＝ｄ×３９＝１９４μｍである。なお、ｄは、すべての発光部をＳ方向に伸びる仮想線上に正射影したときの間隔であり、Ｄｍは、Ｍ方向に関する発光部の間隔であり、Ｄｓは、Ｓ方向に関する発光部列の間隔である。また、Ｌｍは、Ｍ方向に関する両端の発光部の間隔であり、Ｌｓは、Ｓ方向に関する両端の発光部の間隔である。

各発光部は、発振波長が７８０ｎｍ帯の垂直共振器型面発光半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。そして、各発光部からは光束が＋Ｘ方向に射出される。なお、各発光部から射出される光束は、設計上いずれも直線偏光（ここでは、Ｐ偏光とする）であるものとする。

アイソレータ２６は、前述した保持部材１２６に保持されて、光源１４Ａの＋Ｘ側に配置されている。

なお、垂直共振器型面発光半導体レーザは、後方（ここでは、−Ｘ方向）に光束を射出しないので、光源ユニットＬＵ´では、前記光源ユニットＬＵに対して、ハーフミラーＨＭ、反射ミラーＭＲ、及び集光レンズ２４が追加されている。

ハーフミラーＨＭは、開口板１６の＋Ｘ側に配置され、開口板１６の開口部を通過した光束の一部を−Ｙ方向に分岐する。そして、ハーフミラーＨＭを透過した光束が、光源ユニットＬＵ´から出力される。

反射ミラーＭＲは、ハーフミラーＨＭの−Ｙ側に配置され、ハーフミラーＨＭによって分岐された光束の光路を−Ｘ方向に折り曲げる。

集光レンズ２４は、反射ミラーＭＲの−Ｘ側に配置され、反射ミラーＭＲを介した光束を集光する。そして、集光レンズ２４を介した光束の集光位置近傍に受光器２５が配置されている。

垂直共振器型面発光半導体レーザは、その構造上、後方（ここでは、−Ｘ方向）に光束を射出しないので、端面発光型半導体レーザとは異なる方法による光量制御が必要になる。例えば、光源から射出された光束の一部をハーフミラーで分岐し、該分岐された光束を光量検知用の受光素子に入射させる方法がある。

ところで、ハーフミラーは、入射光の偏光状態によって反射率及び透過率が異なっている。垂直共振器型面発光半導体レーザから射出される光束の偏光方向は、環境温度の変化や自身の発生する熱によって変化することが知られている。また、複数の発光部を有する垂直共振器型面発光半導体レーザでは、温度が一様でないことから、発光部毎に偏光方向が異なることも考えられる。

従って、従来は、光源から射出される光束の偏光方向が変化すると、ハーフミラーの反射率及び透過率が変化し、被走査面へ到達する光量と、光量検知用の受光素子で検知される光量の比率が変化する。この場合に、ＡＰＣを行っても光源から射出される光の光量がばらつくこととなり、出力画像における濃度ムラを招くおそれがあった。

一方、本第２の実施形態では、アイソレータを通過した光束の偏光方向は常に一定であるため、光源から射出される光束の偏光方向が変化しても、感光体ドラム１０３０へ到達する光量と、受光器２５で検知される光量の比率を常に一定に保つことができる。すなわち、正確な光量検知を行うことができ、その結果、出力画像における濃度ムラを抑制することができる。

上述した第１の実施形態で用いられている端面発光型半導体レーザでは、複数の発光部は約３０μｍの間隔で１次元配列されている。一方、本第２の実施形態で用いられている垂直共振器型面発光半導体レーザでは、複数の発光部は約３００μｍ×約２００μｍの範囲で２次元配列されている。このように、複数の発光部が２次元配列されている垂直共振器型面発光半導体レーザは、複数の発光部が１次元配列されている端面発光型半導体レーザに比べて、発光領域が広いため、発光領域に戻り光が入射する可能性が高い。なお、戻り光が光源に入射すると出力が不安定になる（図１３参照）。

また、端面発光型半導体レーザの最大発光光量は、１２ｍＷ程度であるのに対し、垂直共振器型面発光半導体レーザの最大発光光量は、１．４ｍＷ程度である。すなわち、垂直共振器型面発光半導体レーザは、端面発光型半導体レーザに比べて、最大発光光量が１桁程度小さい。このため、垂直共振器型面発光半導体レーザを用いる場合には、光利用効率が大きな課題となる。本第２の実施形態では、アイソレータに回動機構を備えているため、光利用効率を従来よりも向上させることができる。

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１０１０Ａによると、上記第１の実施形態に係る光走査装置１０１０に対して、発光部の種類及び数は異なるが、その他の基本的な構成は同じであるので、前記光走査装置１０１０と同様な効果を得ることができる。

従って、光走査装置１０１０Ａを備えたレーザプリンタは、結果として、前記レーザプリンタ１０００と同様な効果を得ることができる。

なお、上記第２の実施形態では、レーザアレイ１００Ａ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。

《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態を図１４〜図２０に基づいて説明する。図１４には、本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２１００、４個の感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４個の帯電チャージャ（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４個の現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４個のトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、４個のクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、転写ベルト２０４０、給紙トレイ２０６０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、定着ローラ２０５０、排紙トレイ２０７０、排紙ローラ２０５８、及び上記各部を統括的に制御する不図示のプリンタ制御装置などを備えている。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電チャージャ２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電チャージャ２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電チャージャ２０２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電チャージャ２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーションを構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。そして、各感光体ドラムは、長手方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向に関して等間隔に配置されている。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１４における面内で矢印方向に回転するものとする。

各帯電チャージャは、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２１００は、上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。なお、この光走査装置２１００の構成については後述する。

トナーカートリッジ２０３４ａにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ａに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｂにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｂに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｃにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｃに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｄにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｄに供給される。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚づつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。該レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着ローラ２０５０に送られる。

この定着ローラ２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次スタックされる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電チャージャに対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置２１００の構成について説明する。

この光走査装置２１００は、一例として図１５に示されるように、２個の光源ユニット（２２００ａ、２２００ｂ）、２個の光束分割プリズム（２２０２ａ、２２０２ｂ）、４個のシリンダレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、ポリゴンミラー２１０４、４個のｆθレンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、８個の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ａ、２１０８ｂ、２１０８ｃ、２１０８ｄ）、及び４個のトロイダルレンズ（２１０７ａ、２１０７ｂ、２１０７ｃ、２１０７ｄ）などを備えている。

各光源ユニットとしては、上記第２の実施形態に係る光源ユニットＬＵ´と同様な光源ユニットが用いられている。

各光束分割プリズムは、一例として図１６に示されるように、入射光束の半分を透過させ、残りを反射するハーフミラー面と、該ハーフミラー面で反射された光束の光路上にハーフミラー面に平行に配置されたミラー面とを有している。すなわち、各光束分割プリズムは、入射光束を互いに平行な２つの光束に分割する。

ここでは、光源ユニット２２００ａからの光束が光束分割プリズム２２０２ａに入射し、光源ユニット２２００ｂからの光束が光束分割プリズム２２０２ｂに入射する。

図１５に戻り、シリンダレンズ２２０４ａは、光束分割プリズム２２０２ａからの２つの光束のうち−Ｚ側の光束の光路上に配置され、シリンダレンズ２２０４ｂは、光束分割プリズム２２０２ａからの２つの光束のうち＋Ｚ側の光束の光路上に配置されている。また、シリンダレンズ２２０４ｃは、光束分割プリズム２２０２ｂからの２つの光束のうち＋Ｚ側の光束の光路上に配置され、シリンダレンズ２２０４ｄは、光束分割プリズム２２０２ｂからの２つの光束のうち−Ｚ側の光束の光路上に配置されている。

各シリンダレンズは、入射光束をポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍で副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関して収束する。

ポリゴンミラー２１０４は、２段構造の４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。そして、１段目（下段）の偏向反射面ではシリンダレンズ２２０４ａからの光束及びシリンダレンズ２２０４ｄからの光束がそれぞれ偏向され、２段目（上段）の偏向反射面ではシリンダレンズ２２０４ｂからの光束及びシリンダレンズ２２０４ｃからの光束がそれぞれ偏向されるように配置されている。また、１段目の偏向反射面及び２段目の偏向反射面は、互いに位相が４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる（図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）参照）。なお、図１７（Ａ）には、ブラック画像情報を書き込むときの光（ｋ１、ｋ２、ｋ３）のパワーと、シアン画像情報を書き込むときの光（ｃ１、ｃ２）のパワーとが互いに等しい場合が示され、図１７（Ｂ）には、各パワーが互いに異なる場合が示されている。

また、一例として図１８（Ａ）に示されるように、２段目の偏向反射面で偏向された光束で書き込みが行われているときに、１段目の偏向反射面で偏向された光束が悪影響を及ぼさないように、また、図１８（Ｂ）に示されるように、１段目の偏向反射面で偏向された光束で書き込みが行われているときに、２段目の偏向反射面で偏向された光束が悪影響を及ぼさないように、ポリゴンミラー２１０４の近くに遮光板ＳＤが設けられている。

ｆθレンズ２１０５ａ及びｆθレンズ２１０５ｂは、ポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に配置され、ｆθレンズ２１０５ｃ及びｆθレンズ２１０５ｄは、ポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に配置されている。

そして、ｆθレンズ２１０５ａとｆθレンズ２１０５ｂはＺ軸方向に積層され、ｆθレンズ２１０５ａは１段目の偏向反射面に対向し、ｆθレンズ２１０５ｂは２段目の偏向反射面に対向している。また、ｆθレンズ２１０５ｃとｆθレンズ２１０５ｄはＺ軸方向に積層され、ｆθレンズ２１０５ｃは２段目の偏向反射面に対向し、ｆθレンズ２１０５ｄは１段目の偏向反射面に対向している。

そこで、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンダレンズ２２０４ａからの光束は、ｆθレンズ２１０５ａ、折り返しミラー２１０６ａ、トロイダルレンズ２１０７ａ、及び折返しミラー２１０８ａを介して、感光体ドラム２０３０ａを照射する（図１９参照）。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンダレンズ２２０４ｂからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｂ、折り返しミラー２１０６ｂ、トロイダルレンズ２１０７ｂ、及び折返しミラー２１０８ｂを介して、感光体ドラム２０３０ｂを照射する（図１９参照）。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンダレンズ２２０４ｃからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｃ、折り返しミラー２１０６ｃ、トロイダルレンズ２１０７ｃ、及び折返しミラー２１０８ｃを介して、感光体ドラム２０３０ｃを照射する（図１９参照）。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向されたシリンダレンズ２２０４ｄからの光束は、ｆθレンズ２１０５ｄ、折り返しミラー２１０６ｄ、トロイダルレンズ２１０７ｄ、及び折返しミラー２１０８ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄを照射する（図１９参照）。

なお、各折り返しミラーは、ポリゴンミラー２１０４から各感光体ドラムに至る各光路長が互いに一致するとともに、各感光体ドラムにおける光束の入射位置及び入射角がいずれも互いに等しくなるように、それぞれ配置されている。

以上説明したように、本第３の実施形態に係る光走査装置２１００によると、各光源ユニットとして、上記第２の実施形態における光源ユニットＬＵ´と同様な光源ユニットが用いられているため、一例として図２０に示されるように、ポリゴンミラー２１０４で反射された光束がシリンダレンズに入射しても、迷光が光源に戻るのを防止することができる。すなわち、前記光走査装置１０１０と同様な効果を得ることができる。

また、本第３の実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、光走査装置２１００を備えているため、結果として、前記レーザプリンタ１０００と同様な効果を得ることができる。

なお、上記第３の実施形態において、色毎に光源ユニットを設けても良い。

また、上記各実施形態では、画像形成装置としてプリンタ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。例えば、プリンタ以外の画像形成装置（複写機、ファクシミリ、これらが集約された複合機）であっても、本発明に係る光走査装置を備えた画像形成装置であれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成することが可能となる。

また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により可視画像を直接、像担持体に形成することができる。

以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、高コスト化及び光利用効率の低下を招くことなく、高精度の光走査を行うのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を高速で形成するのに適している。

本発明の第１の実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を示す図である。 図１における光走査装置を説明するための図である。 図２における光源ユニットを説明するための図である。 図３における光源のレーザアレイを説明するための図である。 図４におけるアイソレータを説明するための図である。 アイソレータの偏光フィルタ機能を説明するための図である。 アイソレータが収容されるセルを説明するための図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ保持部材を説明するための図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれアイソレータの作用を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る光走査装置を説明するための図である。 図１０における光源ユニットを説明するための図である。 図１１における光源の面発光レーザアレイを説明するための図である。 戻り光の影響を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係るカラープリンタの概略構成を示す図である。 図１４における光走査装置の斜視図である。 図１５における光束分割プリズムを説明するための図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ書込み光量の時間変化を説明するための図である。 図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれ遮光板を説明するための図である。 図１４における光走査装置の側面図である。 シリンダレンズに入射する迷光を説明するための図である。

符号の説明

１３…ポリゴンミラー（偏向器）、１４…光源、１４Ａ…光源、１５…カップリングレンズ、１６…開口板、２５…受光器（光検出器）、２６…アイソレータ、２７…セル、１２６ａ…支持部（回転機構の一部）、１２６ｂ…ネジ（回転機構の一部）、１２６ｃ…ばね（回転機構の一部）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、１０１０…光走査装置、１０１０Ａ…光走査装置、ＨＭ…ハーフミラー（分岐光学素子）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２１００…光走査装置、２１０４…ポリゴンミラー（偏向器）、２２００ａ…光源ユニット、２２００ｂ…光源ユニット、２２０２ａ…光束分割プリズム（分割光学系）、２２０２ｂ…光束分割プリズム（分割光学系）、ＬＵ…光源ユニット、ＬＵ´…光源ユニット。

Claims (17)

1. 光束により少なくとも１つの被走査面を走査する光走査装置であって、
   複数の発光部を有する光源と；
   前記光源からの光束の光路上に配置され、前記光源に近い一側に入射光束の偏光状態によって光透過率が異なる第１の面、他側に入射光束に１／４波長の光学的位相差を付与する第２の面を有するアイソレータを含む偏向器前光学系と；
   前記偏向器前光学系を介した光束を偏向する偏向器と；
   前記アイソレータをその光軸周りに回動可能とする回動機構と；
   前記光源と前記アイソレータとを所定の位置関係で保持する保持部材と；を備える光走査装置。
2. 前記アイソレータは、円筒形状のセル内に収容され、該セルを介して、前記回動機構により回動されることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記アイソレータは、前記光源からの光束の入射面が、前記光源からの光束の主光線方向に垂直な仮想面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記偏向器前光学系は、一の方向の長さがその他の方向の長さよりも長い開口部を有し、入射光束を整形する開口板を含み、
   前記アイソレータは、一の方向の長さがその他の方向の長さよりも長い有効領域を有し、該有効領域の長手方向と前記開口部の長手方向とが同一方向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光走査装置。
5. 前記偏向器前光学系は、入射光束を略平行光にするカップリングレンズを含み、
   前記カップリングレンズは、前記保持部材によって、前記光源及び前記アイソレータに対して所定の位置関係で保持され、
   前記アイソレータは、前記光源と前記カップリングレンズとの間に配置されてい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光走査装置。
6. 前記発光部は、端面発光型半導体レーザであり、
   前記発光部から前記偏向器前光学系に対して反対側に射出される光束を受光する光検出器を、更に備え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光走査装置。
7. 前記偏向器前光学系は、入射光束を略平行光にするカップリングレンズを含み、
   前記カップリングレンズは、前記保持部材によって、前記光源及び前記アイソレータに対して所定の位置関係で保持され、
   前記アイソレータは、前記光源と前記カップリングレンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記光源と前記アイソレータと前記カップリングレンズと前記光検出器は、光源ユニットとして一体化されていることを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記発光部は、垂直共振器型面発光半導体レーザであり、
   前記複数の発光部は２次元的に配列され、
   前記偏光器前光学系は、前記光源からの光束の一部を分岐する分岐光学素子を更に含み、
   前記分岐光学素子で分岐された光束を受光する光検出器を、更に備え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。
10. 前記偏向器前光学系は、入射光束を略平行光にするカップリングレンズを含み、
    前記カップリングレンズは、前記保持部材によって、前記光源及び前記アイソレータに対して所定の位置関係で保持され、
    前記アイソレータは、前記光源と前記カップリングレンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. 前記光源と前記アイソレータと前記カップリングレンズと前記分岐光学素子と前記光検出器は、光源ユニットとして一体化されていることを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
12. 前記偏向器前光学系は、一の方向の長さがその他の方向の長さよりも長い開口部を有し、入射光束を整形する開口板を含み、
    前記アイソレータは、一の方向の長さがその他の方向の長さよりも長い有効領域を有し、該有効領域の長手方向と前記開口部の長手方向とが同一方向であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の光走査装置。
13. 前記分岐光学素子は、前記開口部と前記偏向器との間に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光走査装置。
14. 前記分岐光学素子は、ハーフミラーであり、
    前記光検出器は、前記ハーフミラーで反射された光束を受光することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の光走査装置。
15. 前記少なくとも１つの被走査面は、複数の被走査面であり、
    前記光源からの光束を、互いに異なる被走査面に向かう複数の光束に分割する分割光学系を更に備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光走査装置。
16. 少なくとも１つの像担持体と；
    前記少なくとも１つの像担持体に対して画像情報が含まれる光束を走査する少なくとも１つの請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
17. 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１６に記載の画像形成装置。

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