JP2014139599A - 光デバイス、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子の出力のばらつきを小さくすることができる光デバイスを提供する。
【解決手段】 光デバイス１０は、面発光レーザアレイチップ６０、フォトダイオードＰＤと、フラットパッケージ２０、ガラス板４２を有するリッド、シールリング３０などを備えている。面発光レーザアレイチップ６０の複数の発光部は、それぞれファー・フィールド・パターンが８°以下である。そして、フォトダイオードＰＤの受光面の半径Ｒと、複数の発光部の配列中心と該配列中心から最も離れた場所にある発光部との距離ｒとは、（Ｒ／ｒ）＜４の関係を満足し、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射面までの距離は８ｒ〜１７ｒの範囲内にある。
【選択図】図１７

Description

本発明は、光デバイス、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、パッケージ部材を有する光デバイス、該光デバイス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。

一般に、電子部品や半導体素子等を保持するためのパッケージ部材として、放熱性に優れたセラミックパッケージが使用されている（例えば、特許文献１参照）。

セラミックパッケージは、金属製のキャップ（リッド）を取り付けるためのシールリングを有している（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。

特許文献４には、キャビティのシール性を向上させることを目的とするセラミックパッケージが開示されている。

特許文献５には、発光素子と受光素子を備えた光モジュール用のシールド部品が開示されている。

しかしながら、従来の発光素子が保持されているパッケージ部材では、モニタ用の受光素子を内蔵させると、受光素子の出力にばらつきが大きいという不都合があった。

本発明は、複数の発光部を有する発光素子と、円形の受光面を有し、前記発光素子から射出された光束の光量をモニタするための受光素子と、前記発光素子及び受光素子がキャビティ領域に保持されているパッケージ部材と、前記発光素子から射出された光束の一部を前記受光素子に向けて反射する透明部材を有するリッドと、前記パッケージ部材と前記リッドとの間に設けられ、前記キャビティ領域を密閉するためのシールリングとを備え、前記複数の発光部は、それぞれファー・フィールド・パターンが８°以下であり、前記受光素子の受光面の半径Ｒと、前記複数の発光部の配列中心と該配列中心から最も離れた場所にある発光部との距離ｒとは、（Ｒ／ｒ）＜４の関係を満足し、前記発光素子から前記透明部材の反射面までの距離が８ｒ〜１７ｒの範囲内である光デバイスである。

本発明の光デバイスによれば、受光素子の出力のばらつきを小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係るカラー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説明するための図（その１）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その２）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その３）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その４）である。 従来の光源ユニットを説明するための図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ光デバイスを説明するための図である。 図７（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 面発光レーザアレイチップを説明するための図である。 面発光レーザアレイチップにおける配列中心と配列端部に位置する発光部の中心との距離ｒを説明するための図である。 フラットパッケージの平面図である。 フラットパッケージの側面図である。 図１１のＡ−Ａ断面図である。 シールリングを説明するための図である。 図１４の側面図である。 図１４のＡ−Ａ断面図である。 リッドを説明するための図（その１）である。 図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれリッドを説明するための図（その２）である。 ガラス板を説明するための図である。 図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれフォトダイオードの受光面を説明するための図である。 Ｌ１及びＬ２を説明するための図である。 面発光レーザアレイチップからガラス板の反射膜までの距離とカップリング効率ばらつきとの関係を説明するための図である。 ガラス板の傾斜角とカップリング効率ばらつきとの関係を説明するための図である。 Ｌ１とカップリング効率ばらつきとの関係を説明するための図である。 Ｌ２とカップリング効率ばらつきとの関係を説明するための図である。 リッジの位置調整を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２６に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ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２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０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。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、通信制御装置２０８０を介して受信した上位装置からの多色の画像情報を光走査装置２０１０に通知する。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、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（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、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（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、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（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、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（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）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。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

各帯電装置は、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２０１０は、プリンタ制御装置２０９０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）に基づいて色毎に変調された光束で、対応する帯電された感光体ドラムの表面を走査する。これにより、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。すなわち、ここでは、各感光体ドラムが像担持体である。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装置の方向に移動する。なお、光走査装置の構成については後述する。

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（図示省略）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。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、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枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。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。カラー画像が転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

定着装置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。トナーが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上に順次積み重ねられる。

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、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図２〜図５に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、光偏向器２１０４、４つの走査レンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、６枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｂ、２１０８ｃ）、及び不図示の走査制御装置などを備えている。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向（回転軸方向）に沿った方向をＸ軸方向、光偏向器２１０４の回転軸に平行な方向をＺ軸方向として説明する。

また、以下では、各光学部材において、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２２００ａとカップリングレンズ２２０１ａと開口板２２０２ａとシリンドリカルレンズ２２０４ａと走査レンズ２１０５ａと折り返しミラー２１０６ａは、感光体ドラム２０３０ａに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｂとカップリングレンズ２２０１ｂと開口板２２０２ｂとシリンドリカルレンズ２２０４ｂと走査レンズ２１０５ｂと折り返しミラー２１０６ｂと折り返しミラー２１０８ｂは、感光体ドラム２０３０ｂに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｃとカップリングレンズ２２０１ｃと開口板２２０２ｃとシリンドリカルレンズ２２０４ｃと走査レンズ２１０５ｃと折り返しミラー２１０６ｃと折り返しミラー２１０８ｃは、感光体ドラム２０３０ｃに潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｄとカップリングレンズ２２０１ｄと開口板２２０２ｄとシリンドリカルレンズ２２０４ｄと走査レンズ２１０５ｄと折り返しミラー２１０６ｄは、感光体ドラム２０３０ｄに潜像を形成するための光学部材である。

各カップリングレンズは、対応する光源から射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

各開口板は、開口部を有し、対応するカップリングレンズを介した光束を整形する。

各シリンドリカルレンズは、対応する開口板の開口部を通過した光束を、光偏向器２１０４の偏向反射面近傍にＹ軸方向に関して結像する。

各光源と光偏向器２１０４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。

光偏向器２１０４は、２段構造のポリゴンミラーを有している。各ポリゴンミラーは、４面の偏向反射面を有している。そして、１段目（下段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束がそれぞれ偏向され、２段目（上段）のポリゴンミラーではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束及びシリンドリカルレンズ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。なお、１段目のポリゴンミラー及び２段目のポリゴンミラーは、互いに位相が略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。

光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光束は、走査レンズ２１０５ａ、及び折り返しミラー２１０６ａを介して、感光体ドラム２０３０ａに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光束は、走査レンズ２１０５ｂ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）を介して、感光体ドラム２０３０ｂに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光束は、走査レンズ２１０５ｃ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）を介して、感光体ドラム２０３０ｃに導光される。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光束は、走査レンズ２１０５ｄ、及び折り返しミラー２１０６ｄを介して、感光体ドラム２０３０ｄに導光される。

各感光体ドラム表面の光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムの長手方向に沿って移動する。

各感光体ドラムにおける光スポットの移動方向が「主走査方向」であり、感光体ドラムの回転方向が「副走査方向」である。

光偏向器２１０４と各感光体ドラム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。

一般的に、発光素子が保持されるパッケージ部材は、発光素子が搭載される搭載部、及び該搭載部あるいは該搭載部の周辺から下方に導出された一対のメタライズ配線部材を有する基体と、この基体の上面に積層され、キャビティ領域を形成するための開口が設けられた枠体とを有している。また、キャビティ領域の底面には発光素子に電力を供給するための配線パターンがめっき金属層によって形成されている。このパッケージ部材は、以下の工程を経て作製される。

最初に、セラミックからなる基体用グリーンシートを準備し、該基体用グリーンシートに上記メタライズ配線部材を通すための貫通孔をあける。

次に、セラミックからなる枠体用グリーンシートを準備し、該枠体用グリーンシートにキャビティ領域となる貫通孔をあける。

続いて、基体用グリーンシートの上面から下面にかけて、メタライズ配線部材用の金属ペーストをスクリーン印刷法等により塗布する。なお、該金属ペーストは、タングステンやモリブデンなどの金属粉末と有機バインダ及び溶剤等とを混練したものである。

また、枠体用グリーンシートの貫通孔の内面に、上記メタライズ金属層用の金属ペーストをスクリーン印刷法等により塗布する。なお、貫通孔への印刷では、一般に、貫通孔の一端に金属ペーストを塗布しておき、他端から吸引しながら貫通孔の内部を印刷する方式が採用されている。

そして、基体用グリーンシートに枠体用グリーンシートをのせ、加圧と加熱によってセラミック基板を作製し、さらに高温で焼成する。

そして、搭載部、メタライズ配線導体及びメタライズ金属層の露出表面に、ニッケルや銀等をめっきする。

このようにして作製されたパッケージ部材に保持される発光素子の一例として面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）がある。面発光レーザは、基板表面に直交する方向に光を射出する半導体レーザであり、従来の端面発光レーザに比べて低コストで高性能であること、さらにはアレイ化が容易であるという特徴を有している。このため、光インターコネクション等の光通信の光源、光ピックアップ用の光源、レーザプリンタ等の画像形成装置の光源としての検討が行われており、一部において実用化されている。

図６には、レーザモジュール５００と光学モジュール６００とを有する従来の光源ユニット１４が示されている。

レーザモジュール５００は、面発光レーザアレイチップがパッケージ部材に保持されている光デバイス５１０、該面発光レーザアレイチップを駆動制御するレーザ制御装置（図示省略）、前記光デバイス５１０及びレーザ制御装置が実装されているＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）基板５８０を有している。

光学モジュール６００は、第１の部分６１０と第２の部分６３０から構成されている。第１の部分６１０は、ハーフミラー６１１、集光レンズ６１２、及び受光素子６１３を有している。また、第２の部分６３０は、カップリングレンズ６３１、及び開口板６３２を有している。

第１の部分６１０は、光デバイス５１０の＋ｃ側であって、光デバイス５１０から射出された光の光路上にハーフミラー６１１が位置するように配置されている。ハーフミラー６１１に入射した光の一部は−ｂ方向に反射され、集光レンズ６１２を介して受光素子６１３で受光される。受光素子６１３は、受光光量に応じた信号（光電変換信号）をレーザモジュール５００のレーザ制御装置に出力する。

第２の部分６３０は、第１の部分６１０の＋ｃ側であって、ハーフミラー６１１を透過した光の光路上にカップリングレンズ６３１が位置するように配置されている。カップリングレンズ６３１は、ハーフミラー６１１を透過した光を略平行光とする。開口板６３２は、開口部を有し、カップリングレンズ６３１を介した光を整形する。開口板６３２の開口部を通過した光が、光源ユニット１４から射出される光となる。

しかしながら、この光源ユニット１４は、製造コストが高いという不都合があった。

そこで、発光素子から射出された光束の一部を、リッドに固定されている傾斜した透明部材の表面で反射させ、モニタ用光束として利用することが考案された。この場合は、モニタ用光束を受光するフォトダイオードを発光素子とともにパッケージ部材のキャビティ領域内に収容することとなる。

本実施形態では、各光源は、一例として図７（Ａ）〜図８に示されるように、光デバイス１０を有している。なお、図８は、図７（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

この光デバイス１０は、フラットパッケージ２０、シールリング３０、リッド４０、面発光レーザアレイチップ６０、及びフォトダイオードＰＤを有している。

ここでは、フラットパッケージ２０の底面に直交する方向をｃ軸方向とし、ｃ軸方向に直交する面内における互いに直交する２つの方向をａ軸方向及びｂ軸方向とする。そして、ａ軸方向が主走査対応方向となり、ｂ軸方向が副走査対応方向となるように設定されている。

面発光レーザアレイチップ６０は、一例として図９に示されるように、２次元的に配列されている４０個の発光部を有している。なお、発光部の数は４０個に限定されるものではない。

４０個の発光部は、全ての発光部を副走査対応方向に延びる仮想線上に正射影したときに、発光部間隔が等しく（図９では「ｄ１」）なるように配置されている。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。

そして、図１０に示されるように、４０個の発光部の配列中心と該配列中心から最も離れた位置にある発光部（例えば、発光部ｖ４）の中心との距離をｒとする。

各発光部は、発振波長が７８０ｎｍ帯の垂直共振器型の面発光レーザである。すなわち、面発光レーザアレイチップ６０は、４０個の面発光レーザが集積されたものである。

ここでは、各発光部は、１ｍＷで発光させたときのＦＦＰ（ファー・フィールド・パターン）がいずれも８°以下である。

面発光レーザアレイチップ６０は、４０個の発光部を有しており、端子の数が多いため、面発光レーザアレイチップ６０をいわゆるキャンパッケージに収容するのは、極めて困難である。そこで、面発光レーザアレイチップ６０は、平面実装が可能で、リードとなる端子の取り出しが容易なフラットパッケージ２０に収容されている。

フラットパッケージ２０は、ＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ ｌｅａｄｅｄ ｃｈｉｐ ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれるフラットパッケージであり、一例として、図１１〜図１３に示されるように、チップマウント部２１、ＰＤマウント部２２、複数の接続端子２３、金めっき部２４などを有するセラミックパッケージである。なお、図１３は、図１１のＡ−Ａ断面図である。このフラットパッケージ２０は、複数のセラミック層が積層されている。

フラットパッケージ２０は、＋ｃ側の面にキャビティ領域と呼ばれる凹部を有している。

チップマウント部２１は、面発光レーザアレイチップ６０が実装される部分であり、上記キャビティ領域の底面である。このチップマウント部２１には、金属膜が設けられている。この金属膜は、ダイアタッチエリアとも呼ばれており、共通電極になっている。

面発光レーザアレイチップ６０は、チップマウント部２１のほぼ中央であって、上記金属膜上にＡｕＳｎ等の半田材を用いてダイボンドされている（図８参照）。すなわち、面発光レーザアレイチップ６０は、周囲が壁で囲まれているキャビティ領域の底面上に保持されている。

チップマウント部２１からは、不図示の複数のリード端子が、フラットパッケージ２０の外周に向かって放射状に伸びている。該複数のリード端子は、ボンディングワイヤによって、面発光レーザアレイチップ６０の複数の端子と電気的に接続されている。なお、以下では、チップマウント部２１が設けられているセラミック層を、「セラミック層Ａ」ともいう。

ＰＤマウント部２２は、上記セラミック層Ａの＋ｃ側に積層されているセラミック層（以下では、「セラミック層Ｂ」ともいう）に設けられている。

フォトダイオードＰＤは、ＰＤマウント部２２にダイボンドされている。フォトダイオードＰＤのアノード電極は、ボンディングワイヤによって上記リード端子と電気的に接続されている。フォトダイオードＰＤの裏面のカソードは、導電性接着剤を介してグラウンド（ＧＮＤ）と電気的に接続されている。すなわち、面発光レーザアレイチップ６０とフォトダイオードＰＤは、異なるセラミック層上に保持されている。

複数の接続端子２３は、面発光レーザアレイチップ６０をプリント基板等と電気的に接続するための端子であり、キャステレーションとも呼ばれている。該複数の接続端子２３は、上記複数のリード端子と個別に電気的に接続されている。

金めっき部２４は、キャビティ領域を取り囲むように設けられている。この金めっき部２４は、無電解めっきよりも緻密で密着性に優れた電気めっきにより形成されている。これにより、キャップ４０内部の気密性をより高めることができる。ここでは、金めっき部２４のめっき厚は約１μｍである。

フラットパッケージ２０の外形は、一辺の長さＣ（図１２参照）が約１３ｍｍの正方形である。また、フラットパッケージ２０の厚さＤ（図１２参照）は、約２ｍｍである。

シールリング３０は、一例として、図１４〜図１６に示されるように、金めっき部２４の＋ｃ側に取り付けられている。このシールリング３０は、キャビティ領域を取り囲むように開口部が形成された略正方形状の金属部材である。該開口部の大きさは、ｃ軸方向に直交する平面にキャビティ領域を正射影したときのキャビティ領域の大きさとほぼ同じになるように設定されている。

シールリング３０は、フラットパッケージ２０の材料であるセラミックと熱膨張率の近いコバールでできている。シールリング３０の表面には金めっきが施されている。シールリング３０は、銀ロウを用いて金めっき部２４に固着されている。

リッド４０は、一例として図１７に示されるように、金属で形成されているリッド本体４１、及びガラス板４２を有している。リッド本体４１は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示されるように、ｃ軸方向に延びる立ち上がり部４１ａと、立ち上がり部４１ａの−ｃ側の端部に設けられたフランジ部４１ｂと、立ち上がり部４１ａの＋ｃ側の端部に設けられた傾斜部４１ｃとを有している。ここでは、一例として、図１８（Ａ）における符号Ｈを０．１ｍｍ、符号ｈ１を２．５ｍｍ、符号ｈ２を０．５ｍｍとしている。

フランジ部４１ｂは、シールリング３０と接続される平坦状の部分である。傾斜部４１ｃは、ガラス板４２が取り付けられる部分である。面発光レーザアレイチップ６０から射出されガラス板４２で反射された光束（以下では、「モニタ用光束」ともいう）がフォトダイオードＰＤに入射するように、ガラス板４２は、ｃ軸方向に直交する面に対して、所定の角度だけ傾斜して傾斜部４１ｃに取り付けられている。なお、ここでは、面発光レーザアレイチップ６０における複数の発光部の２次元配列の中心に発光部があると仮定したときに、該発光部から射出されガラス板４２で反射されてフォトダイオードＰＤで受光される光束の中心が、フォトダイオードＰＤの受光面の中心と略一致するように設定されている。

ガラス板４２は、リッド本体４１の内側から、低融点ガラス４３で傾斜部４１ｃに固定されている（図１７参照）。ガラス板４２は、一例として図１９に示されるように、−ｃ側の面に反射膜４５が形成され、＋ｃ側の面に反射防止膜４６が形成されている。

面発光レーザアレイチップ６０から射出されガラス板４２を透過した光束が、光源から射出される光束であり、対応する感光体ドラムを光走査するための走査用光束となる。

反射膜４５の反射率は３％〜１５％であることが好ましい。反射率が３％より低いと、フォトダイオードＰＤで生成される受光光量に対応したモニタ信号のレベルが小さくなり、フォトダイオードＰＤから出力される信号のＳ／Ｎが低下する。また、反射率が１５％より高いと、走査用光束の光量が少なくなる。反射防止膜４６の反射率は１％以下であることが好ましい。

反射膜４５は、所定の透過率で光を透過する薄い金（Ａｕ）等からなる金属膜、あるいは、誘電体多層膜からなるミラーにより構成されている。誘電体多層膜は、ミラーとしての機能を有するように、所定の厚さの高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積層されている。高屈折率材料としては、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等が挙げられ、低屈折率材料としては、ＳｉＯ_２等が挙げられる。また、反射防止膜４６は、ガラス板４２の屈折率よりも低い屈折率を有する誘電体膜、または、所定の膜厚の高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積層された誘電体多層膜により構成されている。

走査制御装置は、所定のタイミング毎に、フォトダイオードＰＤの出力信号に基づいて、各発光部のＡＰＣを実施する。

ところで、本実施形態のように、小さなフラットパッケージ内にフォトダイオードを内蔵させる場合、フォトダイオードの大きさは極力小さなものとしなければならない。また、発光部から射出された光束は、ＦＦＰの広がり角に応じて広がっていくので、小さなフォトダイオードの受光面には、モニタ用光束の一部が入射することとなる。ここでは、モニタ用光束の光量に対する受光面の受光量を「カップリング効率」という。この場合、モニタ用光束の中心が受光面の中心から離れるにつれてカップリング効率は低下する。また、発光素子が複数の発光部を有していると、発光部毎にカップリング効率は異なる。このとき、｛１００−（カップリング効率の最小値／カップリング効率の最大値）×１００｝をカップリング効率ばらつき（％）という。このカップリング効率ばらつきが３０％を超えるとＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が困難になる。また、小さな面積の受光面のフォトダイオードでは、小さなモニタ電流しか得られず、それもＡＰＣを難しくする一因となる。

ここでＡＰＣについて説明する。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、最終的に出力される画像（出力画像）に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を実施している。

端面発光レーザを用いた光走査装置では、端面発光レーザから後方に射出される光をモニタし、ＡＰＣを行っていた。しかしながら、面発光レーザではその構造上、後方への射出光が生じないため、面発光レーザを用いた光走査装置では、面発光レーザから射出された光束の一部を分岐させて光検出器に導き、その光検出器の出力に基づいてＡＰＣを行うという方法が考えられた。

このようなＡＰＣを行っている場合で、特に面発光レーザから射出された光束の一部を分岐させてフォトダイオードに導く方式の場合、あまり多くの光束を分岐させてフォトダイオードに導くと、書き込み用の光束の光量が少なくなって好ましくない。従って、フォトダイオードへ分岐させる光束をできるだけ少なくしたいが、それでは光量が少なく、小さなフォトダイオードで得られるモニタ電流では効率的で安定したＡＰＣができない。また、光源の発光パワーは、所定の範囲内で変動し、最大値は最小値の５〜６倍となることが多く、小さなフォトダイオードを用いると光源が最小値の発光パワーで点灯されるときに精度良く制御するのが困難である。

フォトダイオードＰＤの受光面として種々の形状の受光面が考えられるが、半径Ｒの円形の受光面（図２０（Ａ）参照）と一辺の長さが２Ｒの正方形の受光面（図２０（Ｂ）参照）を考える。本実施形態のように狭い空間に面発光レーザとフォトダイオードとを集積させるという難しい条件において、半径Ｒの円形の受光面の場合は、（Ｒ／ｒ）＜４が満足されるように設定されている。また、一辺の長さが２Ｒの正方形の受光面の場合は、（Ｒ／ｒ）＜５．６が満足されるように設定されている。このような難しい条件化での集積化実装における問題点を解決できる発明を、本発明者らは鋭意検討の結果なすにいたった。

また、図２１に示されるように、ａ軸方向に関する面発光レーザアレイチップ６０とフォトダイオードＰＤの中心間距離をＬ１、ｃ軸方向に関する面発光レーザアレイチップ６０とフォトダイオードＰＤの段差をＬ２とする。

具体例として、ｒ＝０．２２ｍｍ、Ｒ＝０．６ｍｍ、ＦＦＰ≒６．５°、反射膜４５の反射率＝１０％とした。

このとき、Ｌ１＝１．８ｍｍ（＝８．１８ｒ）、Ｌ２＝０．４ｍｍ（＝１．８２ｒ）、ガラス板４２の傾斜角＝２０°として、フォトダイオードＰＤの受光面が円形及び正方形の場合について、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離とカップリング効率ばらつきとの関係を求めた。その結果が図２２に示されている。図２２から、フォトダイオードＰＤの受光面が円形及び正方形のいずれであっても、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離は、８ｒ〜１７ｒとするのが好ましいことがわかる。

次に、Ｌ１＝１．８ｍｍ（＝８．１８ｒ）、Ｌ２＝０．４ｍｍ（＝１．８２ｒ）、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離を２．６ｍｍ（＝１１．８ｒ）にして、ガラス板４２の傾斜角とカップリング効率ばらつきとの関係を求めた。その結果が図２３に示されている。図２３から、ガラス板４２の傾斜角は、１４°〜２３°とするのが好ましいことがわかる。

次に、Ｌ２＝０．４ｍｍ（＝１．８２ｒ）、ガラス板４２の傾斜角＝２０°、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離を２．６ｍｍ（＝１１．８ｒ）にして、Ｌ１とカップリング効率ばらつきとの関係を求めた。その結果が図２４に示されている。図２４から、Ｌ１は、６ｒ〜１４ｒとするのが好ましいことがわかる。

次に、Ｌ１＝１．８ｍｍ（＝８．１８ｒ）、ガラス板４２の傾斜角＝２０°、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離を２．６ｍｍ（＝１１．８ｒ）にして、Ｌ２とカップリング効率ばらつきとの関係を求めた。その結果が図２５に示されている。図２５から、Ｌ２は、０．５ｒ〜３．７ｒとするのが好ましいことがわかる。

ところで、フラットパッケージ２０は、セラミックを焼成する際に２０〜３０％程度収縮するため、製造ロット毎に多少サイズにばらつきがある。このばらつきに関して特に問題になるのは、キャビティ領域の深さである。キャビティ領域の深さが大きくばらつくと、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離がばらつき、モニタ用光束のフォトダイオードＰＤにおける入射位置もばらつくことになる。その結果、カップリング効率ばらつきが３０％を超えるおそれがある。

そこで、本実施形態では、シールリング３０の外形寸法を、リッド４０の溶接部であるフランジ部４１ｂよりも０．２ｒ〜２ｒ程度大きくしている。この場合は、リッド４０をシーム溶接する際に、図２６に示されるように、ａ軸方向に関してリッド４０の位置を調整することにより、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離を所望に値とすることができる。

例えば、ガラス板４２の傾斜角が１９°であれば、リッド４０の位置をａ軸方向に関して３０μｍ移動させると、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射膜４５までの距離を１０μｍだけ変更することができる。そして、Ｌ１の値を８μｍだけ変更することができる。

一般的に、フラットパッケージ２０におけるサイズのばらつきは、同一ロット内では非常に小さいことが多い。そこで、製造ロットが変更になった際に、フラットパッケージ２０のサイズ、特にキャビティ領域の深さを測定しておき、シールリング３０のサイズ内でどれだけリッド４０をずらしてシーム溶接すればよいかを決定すると良い。

なお、シールリング３０の外形寸法を、フランジ部４１ｂよりも２ｒ以上大きくし、リッド４０をｒ以上移動させると、面発光レーザアレイチップ６０における複数の発光部のうち、配列端に位置する発光部から射出された光束が、リッド本体４１によっていわゆるケラレるおそれがある。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置２０１０によると、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つの偏向器前光学系、光偏向器２１０４、４つの走査光学系、及び走査制御装置などを備えている。

各光源は、面発光レーザアレイチップ６０と、該面発光レーザアレイチップ６０の発光光量をモニタするためのフォトダイオードＰＤと、面発光レーザアレイチップ６０及びフォトダイオードＰＤがキャビティ領域に保持されているフラットパッケージ２０と、面発光レーザアレイチップ６０から射出された光束の一部をフォトダイオードＰＤに向けて反射するガラス板４２を有するリッド４０と、フラットパッケージ２０とリッド４０との間に設けられ、キャビティ領域を密閉するためのシールリング３０とを備えた光デバイス１０を有している。

面発光レーザアレイチップ６０の複数の発光部は、それぞれファー・フィールド・パターンが８°以下である。そして、複数の発光部の配列中心と該配列中心から最も離れた場所にある発光部との距離ｒを用いて、面発光レーザアレイチップ６０からガラス板４２の反射面までの距離は８ｒ〜１７ｒの範囲内にある。

また、フォトダイオードＰＤの受光面が半径Ｒの円形状であれば、（Ｒ／ｒ）＜４の関係が満足され、フォトダイオードＰＤの受光面が一辺の長さが２Ｒの正方形状であれば、（Ｒ／ｒ）＜５．６の関係が満足されている。

また、ガラス板４２の傾斜角は１４〜２３°の範囲内であり、面発光レーザアレイチップ６０とフォトダイオードＰＤの中心間距離は６ｒ〜１４ｒの範囲内である。

さらに、ガラス板４２の反射率は、面発光レーザアレイチップ６０から射出される光に対して３％〜１５％である。

そして、キャビティ領域の深さ方向に関して、フォトダイオードＰＤは面発光レーザアレイチップ６０よりも浅い位置に配置され、その差は０．５ｒ〜３．７ｒの範囲内である。

この場合は、光デバイス１０は、フォトダイオードＰＤの出力のばらつきを小さくすることができる。

そこで、光走査装置２０１０は、高品質の潜像を安定して形成することができる。また、カラープリンタ２０００は、光走査装置２０１０を備えているため、その結果として、高品質の画像を安定して形成することができる。

なお、上記実施形態では、発光部の発振波長が７８０ｎｍ帯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。感光体の特性に応じて、発光部の発振波長を変更しても良い。

また、上記光デバイスは、画像形成装置以外の用途にも用いることができる。その場合には、発振波長は、その用途に応じて、６５０ｎｍ帯、８５０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯等の波長帯であっても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてカラー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く、単色のプリンタであっても良い。

また、上記実施形態では、トナー画像を記録紙に転写する画像形成装置について説明したが、これに限定されるものではなく、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。

１０…光デバイス、２０…フラットパッケージ（パッケージ部材）、３０…シールリング、４０…リッド、４１…リッド本体、４１ａ…立ち上がり部、４１ｂ…フランジ部、４１ｃ…傾斜部、４２…ガラス板（透明部材）、６０…面発光レーザアレイチップ（発光素子）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ〜２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２１０４…光偏向器、２１０５ａ〜２１０５ｄ…走査レンズ（走査光学系の一部）、２２００ａ〜２２００ｄ…光源、ＰＤ…フォトダイオード（受光素子）。

特開平１１−２６０９４９号公報 特開２０１１−２２２６６３号公報 特開昭６３−１０４３５５号公報 特開２００７−０２７５９２号公報 特開２００７−３０００３１号公報

Claims (9)

1. 複数の発光部を有する発光素子と、
   円形の受光面を有し、前記発光素子から射出された光束の光量をモニタするための受光素子と、
   前記発光素子及び受光素子がキャビティ領域に保持されているパッケージ部材と、
   前記発光素子から射出された光束の一部を前記受光素子に向けて反射する透明部材を有するリッドと、
   前記パッケージ部材と前記リッドとの間に設けられ、前記キャビティ領域を密閉するためのシールリングとを備え、
   前記複数の発光部は、それぞれファー・フィールド・パターンが８°以下であり、
   前記受光素子の受光面の半径Ｒと、前記複数の発光部の配列中心と該配列中心から最も離れた場所にある発光部との距離ｒとは、（Ｒ／ｒ）＜４の関係を満足し、前記発光素子から前記透明部材の反射面までの距離が８ｒ〜１７ｒの範囲内である光デバイス。
2. 複数の発光部を有する発光素子と、
   正方形の受光面を有し、前記発光素子から射出された光束の光量をモニタするための受光素子と、
   前記発光素子及び受光素子がキャビティ領域に保持されているパッケージ部材と、
   前記発光素子から射出された光束の一部を前記受光素子に向けて反射する透明部材を有するリッドと、
   前記パッケージ部材と前記リッドとの間に設けられ、前記キャビティ領域を密閉するためのシールリングとを備え、
   前記複数の発光部は、それぞれファー・フィールド・パターンが８°以下であり、
   前記受光素子の受光面の１辺の長さ２Ｒと、前記複数の発光部の配列中心と該配列中心から最も離れた場所にある発光部との距離ｒとが、（Ｒ／ｒ）＜５．６の関係を満足し、前記発光素子から前記透明部材の反射面までの距離が８ｒ〜１７ｒの範囲内である光デバイス。
3. 前記透明部材の傾斜角は１４〜２３°の範囲内であり、前記発光素子と前記受光素子の中心間距離は６ｒ〜１４ｒの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。
4. 前記透明部材の反射率は、前記発光素子から射出される光に対して３％〜１５％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デバイス。
5. 前記キャビティ領域の深さ方向に関して、前記受光素子は前記発光素子よりも浅い位置に配置され、その差は０．５ｒ〜３．７ｒの範囲内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光デバイス。
6. 前記シールリングの外形寸法は、前記リッドにおける溶接部よりも０．２ｒ〜２ｒの範囲内で大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光デバイス。
7. 前記発光素子は、面発光レーザアレイチップであ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デバイス。
8. 光によって被走査面を走査する光走査装置であって、
   請求項１〜７のいずれかに記載の光デバイスを有する光源と、
   前記光源からの光を偏向する光偏向器と、
   前記光偏向器により偏向された光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。
9. 像担持体と、
   前記像担持体を画像情報に応じて変調された光によって走査する請求項８に記載の光走査装置とを備える画像形成装置。