JP4226222B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光走査装置及び画像形成装置に関し、特にデジタル複写機、及びレーザプリンタ等の書込系に用いられると共にバーコードリーダー等の読取系に用いられる光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光走査装置はパッケージングされた半導体レーザとカップリングレンズとの配置を調整組立した光源部、精密機械加工によるポリゴンミラーやガルバノミラー等の偏向器、複数枚で構成される走査レンズを含んで構成する光学ハウジングの所定の取付部にこれらの位置関係を高精度に管理しながら組付が行われるが、手作業に頼っているため小型化に限界があり、組付に多大なコストがかかるという欠点がある。
【０００３】
これに対し、近年シリコンマイクロマシニング技術を利用した光走査デバイスの研究が進められており、特許第２，７２２，６３０号明細書、特許第２，６６８，７２５号明細書や特開平４−９６０１４号公報に開示されるように半導体レーザチップ、軸受一体の偏向器を単一のシリコン基板上に集積した光走査装置の提案がなされている。半導体製造プロセスを用いるため、きわめて高い位置精度が確保でき、人手を介さず複数個同時に製造できるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単一のシリコン基板上に光走査に関わる全ての機能を作り込むには製造プロセス上制限があり、単純に従来と同じレイアウトで一次元的に配置するだけでは基板サイズ的にも無駄が多い。また、薄膜形成とエッチングによるトリミングの繰り返しのため、ある程度厚みが必要な機能に対しては非常に効率が悪いという欠点がある。一方、半導体レーザや偏向器においては各々外部からの電源供給や制御信号のやり取りが必要であるが、光走査装置が小型化されることで電気配線の扱いがかえって厄介になるという問題がある。また、光学性能の劣化や短絡の要因となる塵、ほこりへの対策も当然必要になり、シリコン基板のままでは画像形成装置への組み込みを行うことができない。
【０００５】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、光走査装置として小型モジュール化を実現するとともに、製作工程を簡素化することにより生産効率を向上できると共に、偏向器の可動部を小型、軽量化することで負荷を低減し消費電力の低減を図れる光走査装置及び画像形成装置を提供すること目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する、本発明に係る光走査装置は、偏向手段は、保持手段と該保持手段に保持された可動部を備え、発光源及び偏向手段と接続された電極を備え、偏向手段の保持手段を設けた電極基板と、少なくとも発光源を実装し、偏向手段の保持手段を貫通させる貫通孔を備えた光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合し、偏向手段の可動部は貫通孔を貫通した保持手段により光学基板上で保持されることにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。
【０００７】
また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装したことにより、光源基板を層状に積み上げるだけで電気配線がなされ、発光源と偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【０００９】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを積層面と非平行な方向へと射出する第２の反射手段を具備したことにより、走査装置を実装面にハンダ付け固定する際に実装面上での設置角度および位置を調節することで被走査面上での走査線の傾き及び走査位置を容易に合わせることができるので、ネジ締め等の作業も不要となり、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００１０】
更には第２の反射手段をフレーム基板に一体的に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで射出方向の精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００１１】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを被走査面に結像する走査レンズの一部を封止基板に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで走査レンズと発光源及び偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００１２】
また、別の発明として、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置は、発光源及び偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、少なくとも発光源を実装した光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、偏向部基板と、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合することにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装した。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。更に、光源基板と偏向部基板とを層状に積み上げるだけで発光源と偏向手段との配置精度が確保できる上、各々の電気配線がなされるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、発光源と偏向手段を上下方向に重ねて配置できるので装置サイズを小型化することができる。
【００１３】
更に、別の発明として、上記記載の光走査装置を具備した画像形成装置に特徴がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の光走査装置は、発光源と、該発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置であって、偏向手段は、保持手段と該保持手段に保持された可動部を備え、発光源及び偏向手段と接続された電極を備え、偏向手段の保持手段を設けた電極基板と、少なくとも発光源を実装し、偏向手段の保持手段を貫通させる貫通孔を備えた光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合し、偏向手段の可動部は貫通孔を貫通した保持手段により光学基板上で保持されることにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉する。
【００１５】
【実施例】
図１は本発明の第１の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図である。同図において、セラミック成形による電極基板１０１にはポリゴンミラーの回転軸１０２及びリード端子１０３が一体的に形成される。シリコン基板１０４には金属被膜を蒸着することで図示しない電極と配線パターンが形成され、リード端子１０３とワイヤーボンディング等により接続される。ポリゴンモータを駆動するコイル部１０７も配線パターンの一部として渦巻き状のパターンを形成してなるが、本実施例ではこの渦巻き状のパターンを窒化膜等の絶縁層を介して回転方向に位相を変え３層に形成しており位相の異なる電流を加えることで駆動している。
【００１６】
また、半導体レーザチップ１０５はシリコン基板１０４の基板上にエピタキシャル技術を用い直接ＡｌＧａＡｓ層を堆積させ、半導体レーザを構成するクラッド層、活性層を形成できるが、本実施例では別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを実装面に平行に発光源が配列するようにサブマウントを介して実装している。一方、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード１１６はシリコン基板１０４の基板上に直接ＧａＡｓ層を堆積させて形成している。カップリングレンズ１０６はポリイミド膜やＳｉＯ２膜等を堆積して直接形成することも可能であるが、本実施例では光束径０.５ｍｍを確保するため生産効率が悪いことから別体で製造し実装している。
【００１７】
更に、カップリングレンズ１０６は石英等の誘電体で形成され実装面に垂直な方向には屈折率分布をもたせ、平行な方向には非球面に形状をダイシングした高さ０.５ｍｍの短冊状の形状をなし各方向で焦点距離の異なるアナモフィックレンズを構成している。本実施例では、半導体レーザアレイチップは２個の発光源が１００μｍ間隔で形成され、カップリングレンズ１０６の屈折率分布の中心位置を実装面と角度θ傾けて設けることで前述した各発光源の射出方向を各々異なる方向とすることができ被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向(副走査方向)に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。なお、半導体レーザの発光源数は２以外でもよく、１でも同様である。カップリングレンズ１０６から射出した光ビームは主走査(積層面に平行な側)では平行光束に、副走査方向にはポリゴンミラー１１０反射面近傍で一旦集束するようにレイアウトがなされている。図中、制御回路１０８，１０９は各々半導体レーザチップ１０５、コイル部１０７への電流供給を制御する回路で、基板上に直接形成している。ポリゴンミラー１１０はＡｌ板のプレス加工により成形され各側面を鏡面加工し中央部穴にスリーブ１１７を挿入している。下面にはコイル部１０７に対向して板状のマグネット１１１を接合し、前述したセラミック一体成形による回転軸１０２にスリーブ１１７を係合し数μｍ程度のクリアランスで回転軸支される。スリーブ１１７の内側にヘリングボーン溝を設けることで動圧空気軸受を形成することも可能である。
【００１８】
また、フレーム基板１１２は半導体レーザからの光ビームをポリゴンミラー１１０に導く第１の反射部１１３とポリゴンミラー１１０により偏向走査された光ビームを射出する第２の反射部１１４が形成され、ポリゴンミラー１１０の回転スペースを確保する。本実施例ではフレーム基板１１２についても単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングにより反射部を形成した。封止板１１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えば面倒れの補正機能をその射出窓１１５に持たせている。また、本実施例ではガラス基板の表面に濃度変化をもたせたフォトリソグラフィにより非球面形状の開口部を形成しているが、回折格子や分布屈折率レンズであっても、更にレンズ部のみを貼り合せてもよい。当然、レンズ機能をもたせなくてもよい。上記した電極基板１０１、シリコン基板１０４、フレーム基板１１２、封止板１１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成し、半導体レーザチップ１０５、ポリゴンミラー１１０を密閉して格納する。格納部は酸化を防ぐため窒素等の気体を封入したり、外気より気圧を下げ空気抵抗の影響を減らすこともできる。
【００１９】
以上のような構成を有する光走査モジュールは、図２に示すように、主走査を複数領域に分割し各領域に対して各々光走査モジュール１２２を割り当てるよう一つの電装基板１２１上に複数個配列される。電装基板１２１には各走査開始側および終端側で光ビームを検出する同期検知センサ１２３及び前述した制御回路１０８，１０９の周辺回路等が形成されており、各光走査モジュール１２２間の走査線の角度、走査位置を合わせて位置決めされハンダ付け固定される。光走査モジュール１２２を射出した光ビームは走査レンズ１２４を介して被走査面１２６上に結像する。走査レンズ１２４は各々のレンズ部が一体的に樹脂成形されており同期検知センサ１２３へは光走査モジュール１２２から射出した光ビームを走査レンズ近傍に配備されたミラー１２５で戻して入射させる。光走査モジュール１２２の配列数は図２に示す例では３個であるが、全走査幅に応じて増減する。なお、本実施例では主走査を複数に分割し２本のビームで走査したが、全走査幅を１つの光走査モジュールで走査しても、また１ビームでの走査であっても構成は同様である。
【００２０】
以下、光走査モジュールの他の実施例について述べる。電装基板への装着手段は同様であるので省略する。
図３の（ａ）は本発明の第２の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板２０１にはポリゴンミラーの軸受２０２及びリード端子２０３が一体的に形成される。また、電極基板２０１には金属被膜をトリミングすることでポリゴンモータを駆動するコイル部２０７を第１の実施例と同様に３層にパターン形成している。シリコン基板２１６には図示しない配線パターンが形成され、半導体レーザチップ２０４、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード２０５を実装してワイヤーボンディング等により接続される。カップリングレンズ２０６は第１の実施例と同様、誘電体で形成し実装面に垂直な方向には屈折率分布をもたせ、平行な方向には非球面に形状をダイシングした短冊状の形状をなし各方向で焦点距離の異なるアナモフィックレンズを構成している。カップリングレンズ２０６を射出した光束径はポリゴンミラー２１０の１面分の面積よりも大きくなるようレイアウトされており、ポリゴンミラー２１０に照射した光束の内、反射された分のみが走査される。図中、制御回路２０８，２０９は各々半導体レーザチップ２０４、コイル部２０７への電流供給を制御する回路で、基板上に直接形成している。なお、これら制御回路は各々ベアチップとして電極基板２０１上に実装してもよい。ポリゴンミラー２１０はＡｌ板のプレス加工により成形され各側面を斜めに鏡面加工し中央部穴にシャフト２１８を挿入する。下面にはコイル部２０７に対向して板状のマグネット２１１を接合し、裏側に突出したシャフトを軸受２０２に係合し回転軸支する。
【００２１】
また、フレーム基板２１２は２枚を接合して構成され上層は第１の実施例と同様、単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングによりポリゴンミラー２１０により偏向走査され蹴上げられた光ビームを反射し射出する反射部２１４を形成する。図３の（ｂ）に示すように、下層には半導体レーザの背面光をモニタ用のフォトダイオード２０５に入射させるミラー部２１７を形成するとともに、ポリゴンミラー２１０の回転スペースを確保する。封止板２１９は透明部材より成り光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能をその射出窓２１５に持たせている。電極基板２０１、フレーム基板２１２、封止板２１９を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００２２】
図４の（ａ）は本発明の第３の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板３０１にはリード端子３０２が一体的に形成される。第１のシリコン基板３０３には図４の（ｂ）に示すように基板上に堆積させた多結晶Ｓｉ層から偏向ディスク部３０４をエッチングにより切り出し、ステータ部３２２と分離した後に軸受のクリアランス部だけに酸化膜を形成し、さらに多結晶Ｓｉを堆積して軸部３２３を形成するという工程を経て軸受部を一体的に形成している。ステータ部３２２には金属被膜を蒸着することで固定子となる複数の電極３０６が放射状に形成され、偏向ディスク部３０４の円周にもそれと対向して電極３０７が形成されており、固定子への電流の印加を順次切り換えることにより静電力によって駆動する。偏向ディスク部３０４にはエッチングにより周方向に向けて凹凸を形成して回折格子３０５と成し、金属被膜で同時にコートされる。入射した光ビームはディスクの回転につれて変化する格子の角度に応じてその約１.５倍の反射角で走査される。回折格子３０５の表面は円周方向に複数領域に分割され、本実施例では１回転で６面分の走査を行う。
【００２３】
また、第２のシリコン基板３０８には同様に金属被膜を蒸着しすることで図示しない配線パターンが形成され、前述したリード端子とワイヤーボンディング等により接続がなされる。半導体レーザチップ３０９は第１の実施例と同様、別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを用いるが、実装面に垂直に発光源が配列するようサブマウント３２４を介して実装している。一方、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード３１０は第２のシリコン基板３０８上に直接形成している。カップリングレンズ３１１は実装面に平行な方向と垂直な方向とで曲率が異なる円筒状のアナモフィックレンズとなしシリコン基板上に形成したＶ溝３１２に円周部の一部を当接して設置する。なお、Ｖ溝３１２はカップリングレンズ３１１の中心軸と半導体レーザの放射中心とが一致するように形成されている。半導体レーザは２個の発光源が１４μｍの間隔で形成され、被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向(副走査方向)に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。カップリングレンズ３１１から射出した光ビームは、第１の実施例と同様、副走査方向では偏向面の近傍で集束するように、レイアウトされており、ディスクの振れ等による光軸のずれは被走査面で補正される。
【００２４】
更に、フレーム基板３１３はカップリングレンズ３１１から射出した光ビームを第２のシリコン基板３０８上に形成したアパーチャ３１６を通して偏向器である偏向ディスク部３０４へと導く反射部３１４及び半導体レーザの背面光をフォトダイオード３１０へと導く反射部３１５が形成される。本実施例では第１の実施例と同様、単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングにより反射部を形成した。アパーチャ３１６では光ビームの光束径を整形し、外乱光を遮断する。偏向ディスク部３０４で偏向走査された光ビームは第２のシリコン基板３０８に設けた開口３１７を通過して射出される。封止板３１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えば波長変化に伴う回折格子での反射角度補正機能をその射出窓３１９に持たせている。図中、制御回路３２０，３２１は各々半導体レーザ３０９、固定子の電極３０６への電流供給を制御する回路で、第２のシリコン基板３０８、第１のシリコン基板３０３上に各々直接形成している。上記した電極基板３０１、第１のシリコン基板３０３、第２のシリコン基板３０８、フレーム基板３１３、封止板３１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００２５】
図５の（ａ）は本発明の第４の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板４０１にはリード端子４０２が一体的に形成され、更に一対のマグネット４０３が設けられている。第１のシリコン基板４０４には２本のねじり梁４０５により軸支されたミラー部４０６を異方性エッチングにより形成される。ミラー部４０６の周縁には金属被膜を蒸着することでコイル部が形成されており、同コイルに電流を流すことでその外側に設けられたマグネット４０３との電磁力によりねじり梁４０５を回転軸として振幅する。ミラー部４０６の中央部分は同金属被膜により反射面となしている。なお、ミラー部４０６は偏向速度を共振周波数と一致するようにねじり梁４０５の太さを設定すればより低負荷で振幅させることができる。
【００２６】
また、第２のシリコン基板４０７には金属被膜を蒸着することで図示しない配線パターンが形成され、前述したリード端子とワイヤーボンディング等により接続される。半導体レーザチップ４０８は第３の実施例と同様、別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを実装面に垂直に発光源が配列するように実装し、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード４０９は第２のシリコン基板４０７上に直接形成している。カップリングレンズ４１０は円筒状と成しシリコン基板上に形成したＶ溝４１１に円周部の一部を当接させて設置する。
【００２７】
更に、フレーム基板４１２は単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングによりカップリングレンズから射出した光ビームを第２のシリコン基板４０７上に形成したアパーチャ４１３を通してミラー部４０６へと導く反射部４１４及び半導体レーザの背面光をフォトダイオード４０９へと導く反射部４１５が形成される。ミラー部４０６で偏向走査された光ビームは図５の（ｂ）に示すように第２のシリコン基板４０７の裏側にｇ＝数１００μｍの間隔をもって対向して設けた反射部４１６との間で、本実施例ではＮ＝４回往復して反射させて、開口部４１７を通過して射出される。本実施例の場合、ミラー部４０６の振幅角度θ1は約３°でありＮ＝４回の反射により反射点を副走査方向に徐々に移動しながら走査角度を３°×２Ｎ＝２４°まで拡大させることができる。ここで、反射部４１５とミラー部４０６との間隔をg、ミラー部への光ビームの副走査方向入射角度をβ、入射する副走査方向での光束径をω(実施例ではアパーチャ４１３の径)とすると、間隔ｇはミラー部４０６の振幅角度θ1に伴って反射を重ねる毎に増えていくので、少なくとも上記反射部の幅ＬはＬ＞２（Ｎ−２）ｇ・ｔａｎβ＋ωであり、回転軸に対称に中央から両端に向って開口部４１７側に徐々に広がるようにしている。封止板４１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えばミラー部４０６への斜入射に伴う走査線の曲がり補正機能をその射出窓４１９に持たせている。図中、制御回路４２０，４２１は各々半導体レーザ４０８、コイル部への電流供給を制御する回路で、各々第２のシリコン基板４０７、第１のシリコン基板４０４上に直接形成している。上記した電極基板４０１、第１のシリコン基板４０４、第２のシリコン基板４０７、フレーム基板４１２、封止板４１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００２８】
次に、上記実施例の光走査装置を用いた画像形成装置としてデジタル複写機、レーザプリンタ及び普通紙ファクシミリ等があるが、その内デジタル複写機を例にして以下に説明する。
【００２９】
図６は別の発明の画像形成装置としてのデジタル複写機の全体構成を示す概略断面図である。同図において、デジタル複写機は、主に、複写機本体５００と画像読取ユニット６００を含んで構成されている。そして、複写機本体５００は、光走査装置５０１と、用紙を収容するカセット５０２，５０２’と、カセット５０２，５０２’から用紙を１枚ずつ取り出す給紙ローラ５０３，５０３’と、搬送タイミングをコントロールするレジストローラ５０４と、転写帯電器５０５と、感光体ドラム５０６、現像ローラ５０７、帯電ローラ５０８等を一体化されているプロセスカートリッジ５０９と、ハロゲンヒータが内臓された定着ローラ５１０と、加圧ローラ５１１と、搬送ローラ５１２と、排紙ローラ５１３とを含んで構成されている。また、画像読取ユニット６００は、原稿台に固定された原稿の読み取り部６０１における画像を結像レンズ６０２を介してＣＣＤ等の光電変換素子６０３上に結像させ、ミラー群６０４を移動して順次、電子データに変換する。このような構成を有するデジタル複写機において、先ず光走査装置５０１によって画像信号に応じて半導体レーザが変調され、帯電ローラ５０８によって一様に帯電された感光体ドラム５０６上に潜像を形成し、現像ローラ５０７から供給されるトナーによって顕像化される。一方、給紙ローラ５０３又は５０３’によって取り出された用紙はレジストローラ５０４によって光走査装置５０１の画像書き出しのタイミングに合わせて搬送されトナー像が転写される。転写された画像は定着ローラ５１０により定着されて排紙される。
【００３０】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する、本発明に係る光走査装置は、偏向手段は、保持手段と該保持手段に保持された可動部を備え、発光源及び偏向手段と接続された電極を備え、偏向手段の保持手段を設けた電極基板と、少なくとも発光源を実装し、偏向手段の保持手段を貫通させる貫通孔を備えた光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合し、偏向手段の可動部は貫通孔を貫通した保持手段により光学基板上で保持されることにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。
【００３２】
また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装したことにより、光源基板を層状に積み上げるだけで電気配線がなされ、発光源と偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３４】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを積層面と非平行な方向へと射出する第２の反射手段を具備したことにより、走査装置を実装面にハンダ付け固定する際に実装面上での設置角度および位置を調節することで被走査面上での走査線の傾き及び走査位置を容易に合わせることができるので、ネジ締め等の作業も不要となり、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３５】
更には第２の反射手段をフレーム基板に一体的に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで射出方向の精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３６】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを被走査面に結像する走査レンズの一部を封止基板に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで走査レンズと発光源及び偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３７】
また、別の発明として、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置は、発光源及び偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、少なくとも発光源を実装した光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、偏向部基板と、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合することにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装した。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。更に、光源基板と偏向部基板とを層状に積み上げるだけで発光源と偏向手段との配置精度が確保できる上、各々の電気配線がなされるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、発光源と偏向手段を上下方向に重ねて配置できるので装置サイズを小型化することができる。
【００３８】
更に、別の発明として、上記記載の光走査装置を具備した画像形成装置に特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の光走査モジュールを複数個配列して構成する光走査装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す図である。
【図６】別の発明の画像形成装置としてのデジタル複写機の全体構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０１；電極基板、１０２；回転軸、１０３；リード端子、
１０４；シリコン基板、１０５；半導体レーザチップ、
１０６；カップリングレンズ、１０７；コイル部、１０８，１０９；制御回路、
１１０；ポリゴンミラー、１１１；マグネット、１１２；フレーム基板、
１１３；第１の反射部、１１４；第２の反射部、１１５；射出窓、
１１６；フォトダイオード、１１７；スリーブ、１１８；封止板。
【発明の属する技術分野】
本発明は光走査装置及び画像形成装置に関し、特にデジタル複写機、及びレーザプリンタ等の書込系に用いられると共にバーコードリーダー等の読取系に用いられる光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光走査装置はパッケージングされた半導体レーザとカップリングレンズとの配置を調整組立した光源部、精密機械加工によるポリゴンミラーやガルバノミラー等の偏向器、複数枚で構成される走査レンズを含んで構成する光学ハウジングの所定の取付部にこれらの位置関係を高精度に管理しながら組付が行われるが、手作業に頼っているため小型化に限界があり、組付に多大なコストがかかるという欠点がある。
【０００３】
これに対し、近年シリコンマイクロマシニング技術を利用した光走査デバイスの研究が進められており、特許第２，７２２，６３０号明細書、特許第２，６６８，７２５号明細書や特開平４−９６０１４号公報に開示されるように半導体レーザチップ、軸受一体の偏向器を単一のシリコン基板上に集積した光走査装置の提案がなされている。半導体製造プロセスを用いるため、きわめて高い位置精度が確保でき、人手を介さず複数個同時に製造できるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単一のシリコン基板上に光走査に関わる全ての機能を作り込むには製造プロセス上制限があり、単純に従来と同じレイアウトで一次元的に配置するだけでは基板サイズ的にも無駄が多い。また、薄膜形成とエッチングによるトリミングの繰り返しのため、ある程度厚みが必要な機能に対しては非常に効率が悪いという欠点がある。一方、半導体レーザや偏向器においては各々外部からの電源供給や制御信号のやり取りが必要であるが、光走査装置が小型化されることで電気配線の扱いがかえって厄介になるという問題がある。また、光学性能の劣化や短絡の要因となる塵、ほこりへの対策も当然必要になり、シリコン基板のままでは画像形成装置への組み込みを行うことができない。
【０００５】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、光走査装置として小型モジュール化を実現するとともに、製作工程を簡素化することにより生産効率を向上できると共に、偏向器の可動部を小型、軽量化することで負荷を低減し消費電力の低減を図れる光走査装置及び画像形成装置を提供すること目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する、本発明に係る光走査装置は、偏向手段は、保持手段と該保持手段に保持された可動部を備え、発光源及び偏向手段と接続された電極を備え、偏向手段の保持手段を設けた電極基板と、少なくとも発光源を実装し、偏向手段の保持手段を貫通させる貫通孔を備えた光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合し、偏向手段の可動部は貫通孔を貫通した保持手段により光学基板上で保持されることにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。
【０００７】
また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装したことにより、光源基板を層状に積み上げるだけで電気配線がなされ、発光源と偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【０００９】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを積層面と非平行な方向へと射出する第２の反射手段を具備したことにより、走査装置を実装面にハンダ付け固定する際に実装面上での設置角度および位置を調節することで被走査面上での走査線の傾き及び走査位置を容易に合わせることができるので、ネジ締め等の作業も不要となり、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００１０】
更には第２の反射手段をフレーム基板に一体的に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで射出方向の精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００１１】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを被走査面に結像する走査レンズの一部を封止基板に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで走査レンズと発光源及び偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００１２】
また、別の発明として、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置は、発光源及び偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、少なくとも発光源を実装した光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、偏向部基板と、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合することにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装した。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。更に、光源基板と偏向部基板とを層状に積み上げるだけで発光源と偏向手段との配置精度が確保できる上、各々の電気配線がなされるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、発光源と偏向手段を上下方向に重ねて配置できるので装置サイズを小型化することができる。
【００１３】
更に、別の発明として、上記記載の光走査装置を具備した画像形成装置に特徴がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の光走査装置は、発光源と、該発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置であって、偏向手段は、保持手段と該保持手段に保持された可動部を備え、発光源及び偏向手段と接続された電極を備え、偏向手段の保持手段を設けた電極基板と、少なくとも発光源を実装し、偏向手段の保持手段を貫通させる貫通孔を備えた光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合し、偏向手段の可動部は貫通孔を貫通した保持手段により光学基板上で保持されることにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉する。
【００１５】
【実施例】
図１は本発明の第１の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図である。同図において、セラミック成形による電極基板１０１にはポリゴンミラーの回転軸１０２及びリード端子１０３が一体的に形成される。シリコン基板１０４には金属被膜を蒸着することで図示しない電極と配線パターンが形成され、リード端子１０３とワイヤーボンディング等により接続される。ポリゴンモータを駆動するコイル部１０７も配線パターンの一部として渦巻き状のパターンを形成してなるが、本実施例ではこの渦巻き状のパターンを窒化膜等の絶縁層を介して回転方向に位相を変え３層に形成しており位相の異なる電流を加えることで駆動している。
【００１６】
また、半導体レーザチップ１０５はシリコン基板１０４の基板上にエピタキシャル技術を用い直接ＡｌＧａＡｓ層を堆積させ、半導体レーザを構成するクラッド層、活性層を形成できるが、本実施例では別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを実装面に平行に発光源が配列するようにサブマウントを介して実装している。一方、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード１１６はシリコン基板１０４の基板上に直接ＧａＡｓ層を堆積させて形成している。カップリングレンズ１０６はポリイミド膜やＳｉＯ２膜等を堆積して直接形成することも可能であるが、本実施例では光束径０.５ｍｍを確保するため生産効率が悪いことから別体で製造し実装している。
【００１７】
更に、カップリングレンズ１０６は石英等の誘電体で形成され実装面に垂直な方向には屈折率分布をもたせ、平行な方向には非球面に形状をダイシングした高さ０.５ｍｍの短冊状の形状をなし各方向で焦点距離の異なるアナモフィックレンズを構成している。本実施例では、半導体レーザアレイチップは２個の発光源が１００μｍ間隔で形成され、カップリングレンズ１０６の屈折率分布の中心位置を実装面と角度θ傾けて設けることで前述した各発光源の射出方向を各々異なる方向とすることができ被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向(副走査方向)に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。なお、半導体レーザの発光源数は２以外でもよく、１でも同様である。カップリングレンズ１０６から射出した光ビームは主走査(積層面に平行な側)では平行光束に、副走査方向にはポリゴンミラー１１０反射面近傍で一旦集束するようにレイアウトがなされている。図中、制御回路１０８，１０９は各々半導体レーザチップ１０５、コイル部１０７への電流供給を制御する回路で、基板上に直接形成している。ポリゴンミラー１１０はＡｌ板のプレス加工により成形され各側面を鏡面加工し中央部穴にスリーブ１１７を挿入している。下面にはコイル部１０７に対向して板状のマグネット１１１を接合し、前述したセラミック一体成形による回転軸１０２にスリーブ１１７を係合し数μｍ程度のクリアランスで回転軸支される。スリーブ１１７の内側にヘリングボーン溝を設けることで動圧空気軸受を形成することも可能である。
【００１８】
また、フレーム基板１１２は半導体レーザからの光ビームをポリゴンミラー１１０に導く第１の反射部１１３とポリゴンミラー１１０により偏向走査された光ビームを射出する第２の反射部１１４が形成され、ポリゴンミラー１１０の回転スペースを確保する。本実施例ではフレーム基板１１２についても単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングにより反射部を形成した。封止板１１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えば面倒れの補正機能をその射出窓１１５に持たせている。また、本実施例ではガラス基板の表面に濃度変化をもたせたフォトリソグラフィにより非球面形状の開口部を形成しているが、回折格子や分布屈折率レンズであっても、更にレンズ部のみを貼り合せてもよい。当然、レンズ機能をもたせなくてもよい。上記した電極基板１０１、シリコン基板１０４、フレーム基板１１２、封止板１１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成し、半導体レーザチップ１０５、ポリゴンミラー１１０を密閉して格納する。格納部は酸化を防ぐため窒素等の気体を封入したり、外気より気圧を下げ空気抵抗の影響を減らすこともできる。
【００１９】
以上のような構成を有する光走査モジュールは、図２に示すように、主走査を複数領域に分割し各領域に対して各々光走査モジュール１２２を割り当てるよう一つの電装基板１２１上に複数個配列される。電装基板１２１には各走査開始側および終端側で光ビームを検出する同期検知センサ１２３及び前述した制御回路１０８，１０９の周辺回路等が形成されており、各光走査モジュール１２２間の走査線の角度、走査位置を合わせて位置決めされハンダ付け固定される。光走査モジュール１２２を射出した光ビームは走査レンズ１２４を介して被走査面１２６上に結像する。走査レンズ１２４は各々のレンズ部が一体的に樹脂成形されており同期検知センサ１２３へは光走査モジュール１２２から射出した光ビームを走査レンズ近傍に配備されたミラー１２５で戻して入射させる。光走査モジュール１２２の配列数は図２に示す例では３個であるが、全走査幅に応じて増減する。なお、本実施例では主走査を複数に分割し２本のビームで走査したが、全走査幅を１つの光走査モジュールで走査しても、また１ビームでの走査であっても構成は同様である。
【００２０】
以下、光走査モジュールの他の実施例について述べる。電装基板への装着手段は同様であるので省略する。
図３の（ａ）は本発明の第２の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板２０１にはポリゴンミラーの軸受２０２及びリード端子２０３が一体的に形成される。また、電極基板２０１には金属被膜をトリミングすることでポリゴンモータを駆動するコイル部２０７を第１の実施例と同様に３層にパターン形成している。シリコン基板２１６には図示しない配線パターンが形成され、半導体レーザチップ２０４、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード２０５を実装してワイヤーボンディング等により接続される。カップリングレンズ２０６は第１の実施例と同様、誘電体で形成し実装面に垂直な方向には屈折率分布をもたせ、平行な方向には非球面に形状をダイシングした短冊状の形状をなし各方向で焦点距離の異なるアナモフィックレンズを構成している。カップリングレンズ２０６を射出した光束径はポリゴンミラー２１０の１面分の面積よりも大きくなるようレイアウトされており、ポリゴンミラー２１０に照射した光束の内、反射された分のみが走査される。図中、制御回路２０８，２０９は各々半導体レーザチップ２０４、コイル部２０７への電流供給を制御する回路で、基板上に直接形成している。なお、これら制御回路は各々ベアチップとして電極基板２０１上に実装してもよい。ポリゴンミラー２１０はＡｌ板のプレス加工により成形され各側面を斜めに鏡面加工し中央部穴にシャフト２１８を挿入する。下面にはコイル部２０７に対向して板状のマグネット２１１を接合し、裏側に突出したシャフトを軸受２０２に係合し回転軸支する。
【００２１】
また、フレーム基板２１２は２枚を接合して構成され上層は第１の実施例と同様、単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングによりポリゴンミラー２１０により偏向走査され蹴上げられた光ビームを反射し射出する反射部２１４を形成する。図３の（ｂ）に示すように、下層には半導体レーザの背面光をモニタ用のフォトダイオード２０５に入射させるミラー部２１７を形成するとともに、ポリゴンミラー２１０の回転スペースを確保する。封止板２１９は透明部材より成り光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能をその射出窓２１５に持たせている。電極基板２０１、フレーム基板２１２、封止板２１９を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００２２】
図４の（ａ）は本発明の第３の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板３０１にはリード端子３０２が一体的に形成される。第１のシリコン基板３０３には図４の（ｂ）に示すように基板上に堆積させた多結晶Ｓｉ層から偏向ディスク部３０４をエッチングにより切り出し、ステータ部３２２と分離した後に軸受のクリアランス部だけに酸化膜を形成し、さらに多結晶Ｓｉを堆積して軸部３２３を形成するという工程を経て軸受部を一体的に形成している。ステータ部３２２には金属被膜を蒸着することで固定子となる複数の電極３０６が放射状に形成され、偏向ディスク部３０４の円周にもそれと対向して電極３０７が形成されており、固定子への電流の印加を順次切り換えることにより静電力によって駆動する。偏向ディスク部３０４にはエッチングにより周方向に向けて凹凸を形成して回折格子３０５と成し、金属被膜で同時にコートされる。入射した光ビームはディスクの回転につれて変化する格子の角度に応じてその約１.５倍の反射角で走査される。回折格子３０５の表面は円周方向に複数領域に分割され、本実施例では１回転で６面分の走査を行う。
【００２３】
また、第２のシリコン基板３０８には同様に金属被膜を蒸着しすることで図示しない配線パターンが形成され、前述したリード端子とワイヤーボンディング等により接続がなされる。半導体レーザチップ３０９は第１の実施例と同様、別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを用いるが、実装面に垂直に発光源が配列するようサブマウント３２４を介して実装している。一方、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード３１０は第２のシリコン基板３０８上に直接形成している。カップリングレンズ３１１は実装面に平行な方向と垂直な方向とで曲率が異なる円筒状のアナモフィックレンズとなしシリコン基板上に形成したＶ溝３１２に円周部の一部を当接して設置する。なお、Ｖ溝３１２はカップリングレンズ３１１の中心軸と半導体レーザの放射中心とが一致するように形成されている。半導体レーザは２個の発光源が１４μｍの間隔で形成され、被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向(副走査方向)に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。カップリングレンズ３１１から射出した光ビームは、第１の実施例と同様、副走査方向では偏向面の近傍で集束するように、レイアウトされており、ディスクの振れ等による光軸のずれは被走査面で補正される。
【００２４】
更に、フレーム基板３１３はカップリングレンズ３１１から射出した光ビームを第２のシリコン基板３０８上に形成したアパーチャ３１６を通して偏向器である偏向ディスク部３０４へと導く反射部３１４及び半導体レーザの背面光をフォトダイオード３１０へと導く反射部３１５が形成される。本実施例では第１の実施例と同様、単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングにより反射部を形成した。アパーチャ３１６では光ビームの光束径を整形し、外乱光を遮断する。偏向ディスク部３０４で偏向走査された光ビームは第２のシリコン基板３０８に設けた開口３１７を通過して射出される。封止板３１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えば波長変化に伴う回折格子での反射角度補正機能をその射出窓３１９に持たせている。図中、制御回路３２０，３２１は各々半導体レーザ３０９、固定子の電極３０６への電流供給を制御する回路で、第２のシリコン基板３０８、第１のシリコン基板３０３上に各々直接形成している。上記した電極基板３０１、第１のシリコン基板３０３、第２のシリコン基板３０８、フレーム基板３１３、封止板３１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００２５】
図５の（ａ）は本発明の第４の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板４０１にはリード端子４０２が一体的に形成され、更に一対のマグネット４０３が設けられている。第１のシリコン基板４０４には２本のねじり梁４０５により軸支されたミラー部４０６を異方性エッチングにより形成される。ミラー部４０６の周縁には金属被膜を蒸着することでコイル部が形成されており、同コイルに電流を流すことでその外側に設けられたマグネット４０３との電磁力によりねじり梁４０５を回転軸として振幅する。ミラー部４０６の中央部分は同金属被膜により反射面となしている。なお、ミラー部４０６は偏向速度を共振周波数と一致するようにねじり梁４０５の太さを設定すればより低負荷で振幅させることができる。
【００２６】
また、第２のシリコン基板４０７には金属被膜を蒸着することで図示しない配線パターンが形成され、前述したリード端子とワイヤーボンディング等により接続される。半導体レーザチップ４０８は第３の実施例と同様、別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを実装面に垂直に発光源が配列するように実装し、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード４０９は第２のシリコン基板４０７上に直接形成している。カップリングレンズ４１０は円筒状と成しシリコン基板上に形成したＶ溝４１１に円周部の一部を当接させて設置する。
【００２７】
更に、フレーム基板４１２は単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングによりカップリングレンズから射出した光ビームを第２のシリコン基板４０７上に形成したアパーチャ４１３を通してミラー部４０６へと導く反射部４１４及び半導体レーザの背面光をフォトダイオード４０９へと導く反射部４１５が形成される。ミラー部４０６で偏向走査された光ビームは図５の（ｂ）に示すように第２のシリコン基板４０７の裏側にｇ＝数１００μｍの間隔をもって対向して設けた反射部４１６との間で、本実施例ではＮ＝４回往復して反射させて、開口部４１７を通過して射出される。本実施例の場合、ミラー部４０６の振幅角度θ1は約３°でありＮ＝４回の反射により反射点を副走査方向に徐々に移動しながら走査角度を３°×２Ｎ＝２４°まで拡大させることができる。ここで、反射部４１５とミラー部４０６との間隔をg、ミラー部への光ビームの副走査方向入射角度をβ、入射する副走査方向での光束径をω(実施例ではアパーチャ４１３の径)とすると、間隔ｇはミラー部４０６の振幅角度θ1に伴って反射を重ねる毎に増えていくので、少なくとも上記反射部の幅ＬはＬ＞２（Ｎ−２）ｇ・ｔａｎβ＋ωであり、回転軸に対称に中央から両端に向って開口部４１７側に徐々に広がるようにしている。封止板４１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えばミラー部４０６への斜入射に伴う走査線の曲がり補正機能をその射出窓４１９に持たせている。図中、制御回路４２０，４２１は各々半導体レーザ４０８、コイル部への電流供給を制御する回路で、各々第２のシリコン基板４０７、第１のシリコン基板４０４上に直接形成している。上記した電極基板４０１、第１のシリコン基板４０４、第２のシリコン基板４０７、フレーム基板４１２、封止板４１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００２８】
次に、上記実施例の光走査装置を用いた画像形成装置としてデジタル複写機、レーザプリンタ及び普通紙ファクシミリ等があるが、その内デジタル複写機を例にして以下に説明する。
【００２９】
図６は別の発明の画像形成装置としてのデジタル複写機の全体構成を示す概略断面図である。同図において、デジタル複写機は、主に、複写機本体５００と画像読取ユニット６００を含んで構成されている。そして、複写機本体５００は、光走査装置５０１と、用紙を収容するカセット５０２，５０２’と、カセット５０２，５０２’から用紙を１枚ずつ取り出す給紙ローラ５０３，５０３’と、搬送タイミングをコントロールするレジストローラ５０４と、転写帯電器５０５と、感光体ドラム５０６、現像ローラ５０７、帯電ローラ５０８等を一体化されているプロセスカートリッジ５０９と、ハロゲンヒータが内臓された定着ローラ５１０と、加圧ローラ５１１と、搬送ローラ５１２と、排紙ローラ５１３とを含んで構成されている。また、画像読取ユニット６００は、原稿台に固定された原稿の読み取り部６０１における画像を結像レンズ６０２を介してＣＣＤ等の光電変換素子６０３上に結像させ、ミラー群６０４を移動して順次、電子データに変換する。このような構成を有するデジタル複写機において、先ず光走査装置５０１によって画像信号に応じて半導体レーザが変調され、帯電ローラ５０８によって一様に帯電された感光体ドラム５０６上に潜像を形成し、現像ローラ５０７から供給されるトナーによって顕像化される。一方、給紙ローラ５０３又は５０３’によって取り出された用紙はレジストローラ５０４によって光走査装置５０１の画像書き出しのタイミングに合わせて搬送されトナー像が転写される。転写された画像は定着ローラ５１０により定着されて排紙される。
【００３０】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する、本発明に係る光走査装置は、偏向手段は、保持手段と該保持手段に保持された可動部を備え、発光源及び偏向手段と接続された電極を備え、偏向手段の保持手段を設けた電極基板と、少なくとも発光源を実装し、偏向手段の保持手段を貫通させる貫通孔を備えた光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合し、偏向手段の可動部は貫通孔を貫通した保持手段により光学基板上で保持されることにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。
【００３２】
また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装したことにより、光源基板を層状に積み上げるだけで電気配線がなされ、発光源と偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３４】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを積層面と非平行な方向へと射出する第２の反射手段を具備したことにより、走査装置を実装面にハンダ付け固定する際に実装面上での設置角度および位置を調節することで被走査面上での走査線の傾き及び走査位置を容易に合わせることができるので、ネジ締め等の作業も不要となり、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３５】
更には第２の反射手段をフレーム基板に一体的に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで射出方向の精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３６】
また、偏向手段により偏向走査された光ビームを被走査面に結像する走査レンズの一部を封止基板に形成してなることにより、厄介な位置決めを行うことなく層状に積み上げるだけで走査レンズと発光源及び偏向手段との配置精度が確保できるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。
【００３７】
また、別の発明として、発光源と、発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置は、発光源及び偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、少なくとも発光源を実装した光学基板と、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、封止基板とを、電極基板、偏向部基板と、光学基板、フレーム基板、封止基板の順番で、順次積層して接合することにより発光源及び偏向手段の可動部を内包して密閉することに特徴がある。また、光学基板に、発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装した。よって、内外の電気的な接続が容易に行うことができると共に、ハンダ付けにより光走査装置自体の固定が行うことができるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、偏向手段の可動部を密閉保持することにより騒音も低減できる。更に、光源基板と偏向部基板とを層状に積み上げるだけで発光源と偏向手段との配置精度が確保できる上、各々の電気配線がなされるので、製造工程が簡素化され生産効率が向上する。また、発光源と偏向手段を上下方向に重ねて配置できるので装置サイズを小型化することができる。
【００３８】
更に、別の発明として、上記記載の光走査装置を具備した画像形成装置に特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の光走査モジュールを複数個配列して構成する光走査装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す図である。
【図６】別の発明の画像形成装置としてのデジタル複写機の全体構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０１；電極基板、１０２；回転軸、１０３；リード端子、
１０４；シリコン基板、１０５；半導体レーザチップ、
１０６；カップリングレンズ、１０７；コイル部、１０８，１０９；制御回路、
１１０；ポリゴンミラー、１１１；マグネット、１１２；フレーム基板、
１１３；第１の反射部、１１４；第２の反射部、１１５；射出窓、
１１６；フォトダイオード、１１７；スリーブ、１１８；封止板。
Claims (11)
- 発光源と、該発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置において、
前記偏向手段は、保持手段と該保持手段に保持された可動部を備え、
前記発光源及び前記偏向手段と接続された電極を備え、前記偏向手段の保持手段を設けた電極基板と、
少なくとも前記発光源を実装し、前記偏向手段の保持手段を貫通させる貫通孔を備えた光学基板と、
前記発光源からの光ビームを前記偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、
封止基板と、
を前記電極基板、前記光学基板、前記フレーム基板、前記封止基板の順番で、順次積層して接合し、前記偏向手段の可動部は前記貫通孔を貫通した前記保持手段により前記光学基板上で保持されることにより前記発光源及び前記偏向手段の可動部を内包して密閉することを特徴とする光走査装置。 - 前記光学基板に、前記発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装した請求項１記載の光走査装置。
- 前記偏向手段により偏向走査された光ビームを積層面と非平行な方向へと射出する第２の反射手段を具備した請求項１又は２に記載の光走査装置。
- 前記第２の反射手段を前記フレーム基板に一体的に形成してなる請求項３記載の光走査装置。
- 前記偏向手段により偏向走査された光ビームを被走査面に結像する走査レンズの一部を前記封止基板に形成してなる請求項１〜４のいずれかに記載の光走査装置。
- 発光源と、該発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置において、
前記発光源及び前記偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、
前記偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、
少なくとも前記発光源を実装した光学基板と、
前記発光源からの光ビームを前記偏向手段の可動部へと導く第１の反射手段を一体的に形成してなるフレーム基板と、
封止基板と、
を前記電極基板、前記偏向部基板と、前記光学基板、前記フレーム基板、前記封止基板の順番で、順次積層して接合することにより前記発光源及び前記偏向手段の可動部を内包して密閉することを特徴とする光走査装置。 - 前記光学基板に、前記発光源からの光ビームの光量を検出するモニタ手段を実装した請求項６記載の光走査装置。
- 前記発光源からの光ビームを前記モニタ手段へと導く第２の反射手段を具備した請求項６又は７に記載の光走査装置。
- 前記第２の反射手段を前記フレーム基板に一体的に形成してなる請求項８記載の光走査装置。
- 前記偏向手段により偏向走査された光ビームを被走査面に結像する走査レンズの一部を前記封止基板に形成してなる請求項６〜９のいずれかに記載の光走査装置。
- 請求項１〜１０のいずれかに記載の光走査装置を具備した画像形成装置。
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