JP4931060B2

JP4931060B2 - 光走査装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4931060B2
Application number: JP2007050884A
Authority: JP
Inventors: 健上田; 善紀林; 直人渡辺; 大輔市井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008216403A

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、光ビーム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。

従来から、カールソンプロセスを用いて画像を形成する画像形成装置として、例えば、回転する感光ドラムの表面を光ビームで走査することにより、感光ドラム表面に潜像を形成し、この潜像を可視化して得られたトナー像を、記録媒体としての用紙上に定着させて画像を形成する画像形成装置が知られている。近年、この種の画像形成装置は、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よく用いられるようになり、画像の高密度化及び画像出力の高速化への要求が一層高まっている。

一般に、画像出力の高速化を図る方法としては、光ビームを偏向させる偏向器の回転数と感光ドラムの回転数を高くして、プリント速度を増加させることが考えられる。しかしながら、偏向器の回転数を高くすると、その駆動系からの騒音や振動が増加するとともに消費電力も増大し、装置の耐久性が低下してしまう。また、画像出力の高速化は、画像の高密度化に対しトレードオフの関係になっているため、偏向器の回転数を高くしていくと、それにともなって画質が低下するという不都合もある。

そこで、画像の高密度化及び画像出力の高速化を同時に両立する方法として、光源をマルチビーム化し、一度に複数本の光ビームにより感光ドラムを走査する画像形成装置が提案されている。この画像形成装置は、光ビームの光源として、複数の発光源を有する面発光型レーザアレイ（VCSEL: vertical cavity surface emitting laser）からの発散光を、一括して偏向器により偏向させることで、感光ドラム上を同時に複数本の光ビームで走査することが可能な装置である。

そして、最近では複数の光ビームを偏向させる偏向器の偏向面の幅が、複数の光ビームによる照射範囲より小さい、オーバーフィルド光学系を用いた光走査装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。オーバーフィルド光学系を用いると、偏向面の幅を小さくすることができるため、同一直径（回転軸を中心とし、偏向器が内接するする円の直径）である従来型の偏向器に比べて、偏向面をより多く設けることが可能となる。このため、偏向器の回転数を高くすることなく、走査速度の向上を図ることができる。

しかしながら、オーバーフィルド光学系を用いた光走査装置では、偏向面で反射した光ビームの光量分布が不均一となるという不都合がある。さらに、上述の面発光型レーザアレイなどでは、光ビーム発散角が小さいため、偏向面に入射する光ビームの光量分布が、端面発光型のレーザなどに比べてやや不均一である。このため、面発光型の光源とオーバーフィルド光学系の双方を組み合わせるには、光ビームの光量分布を均一にする技術が必要となる。

特開２００３−２７０５７７号公報

本発明は、係る事情の下になされたもので、その第１の目的は、面発光型の光源をオーバーフィルド光学系に適用する際に、走査光の光量分布不均一性を改善し、高精度に被走査面を走査することが可能な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、高精度に画像を形成することが可能な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、主走査方向及び該主走査方向に直交する副走査方向に平行な面内に２次元配置された複数の発光源を有する面発光素子と、前記複数の発光源からそれぞれ射出される複数の光ビームを偏向して、前記複数の光ビームを前記主走査方向へ走査する偏向器と、前記偏向器に入射する複数の光ビームをカップリングするカップリングレンズとを備え、前記面発光素子と被走査面とが対になって対応しており、前記偏向器の偏向面は、前記主走査方向の寸法が、前記複数の光ビームの主走査方向の光束幅よりも小さい光走査装置において、前記複数の発光源は、前記副走査方向に関して最も離れた発光源間の距離が、前記主走査方向に関して最も離れた発光源間の距離よりも大きくなるように配置され、前記カップリングレンズによってカップリングされた前記複数の光ビームを前記偏向器の偏向面上で前記副走査方向に集光させる光学素子を更に含み、前記光学素子は、前記主走査方向にも正のパワーを有することを特徴とする光走査装置である。

これによれば、主走査方向の寸法が、複数の光ビームの主走査方向の光束幅よりも小さい偏向面（以下、オーバーフィルド光学系の偏向面と略述する）で偏向された複数の光ビームの光量分布が不均一となることを回避することができ、高精度に被走査面を走査することが可能となる。

また、本発明は第２の観点からすると、画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と；前記光走査装置により潜像が形成される感光体と；前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と；前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と；を備える画像形成装置である。

これによれば、画像形成装置は本発明の光走査装置を備えている。したがって、光量が均一な光ビームによって形成された潜像に基づいて、最終的な画像が形成される。したがって、記録媒体上に高精度に画像を形成することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、多色画像に関する情報から得られる各色ごとの潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に重ね合わせて定着させることにより、多色画像を形成する画像形成装置であって、本発明の光走査装置と；前記光走査装置により各色に応じた潜像がそれぞれ形成される複数の感光体と；前記複数の感光体の被走査面にそれぞれ形成された潜像を顕像化する現像手段と；前記現像手段により顕像化された各色ごとのトナー像を前記記録媒体に重ね合わせて定着させる転写手段と；を備える画像形成装置である。

これによれば、画像形成装置は本発明の光走査装置を備えている。したがって、光量が均一な光ビームによって形成された潜像に基づいて、最終的な多色画像が形成される。したがって、記録媒体上に高精度に多色画像を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７（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係る画像形成装置２００の概略構成が示されている。

画像形成装置２００は、カールソンプロセスを用いて、トナー像を普通紙（用紙）上に転写することにより、画像を印刷するプリンタである。この画像形成装置２００は、図１に示されるように、光走査装置１００、感光ドラム２０１、帯電チャージャ２０２、トナーカートリッジ２０４、クリーニングケース２０５、給紙トレイ２０６、給紙コロ２０７、レジストローラ対２０８、転写チャージャ２１１、定着ローラ２０９、排紙ローラ２１２、排紙トレイ２１０、及びこれらを収容するハウジング２１５などを備えている。

前記ハウジング２１５は略直方体状で、＋Ｘ側及び−Ｘ側の側壁に、内部空間と連通する開口が形成されている。

前記光走査装置１００は、ハウジング２１５の内部上方に配置され、画像情報に基づいて変調した光ビームを主走査方向（図１におけるＹ軸方向）へ偏向することにより、感光ドラム２０１の表面を走査する。なお、光走査装置１００の構成については後述する。

前記感光ドラム２０１は、その表面に、光ビームが照射されると、その部分が導電性となる性質をもつ感光層が形成された円柱状の部材であり、光走査装置１００の下方にＹ軸方向を長手方向として配置され、不図示の回転機構により図１における時計回り（図１の矢印に示される方向）に回転されている。そして、その周囲には、図１における１２時（上側）の位置に帯電チャージャ２０２が配置され、２時の位置にトナーカートリッジ２０４が配置され、６時の位置に転写チャージャ２１１が配置され、１０時の位置にクリーニングケース２０５が配置されている。

前記帯電チャージャ２０２は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、感光ドラム２０１の表面を所定の電圧で帯電させる。

前記トナーカートリッジ２０４は、トナーが充填されたカートリッジ本体と、感光ドラム２０１とは逆極性の電圧によって帯電された現像ローラなどを備え、カートリッジ本体に充填されたトナーを現像ローラを介して感光ドラム２０１の表面に供給する。

前記クリーニングケース２０５は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形状のクリーニングブレードを備え、該クリーニングブレードの一端が感光ドラム２０１の表面に接するように配置されている。感光ドラム２０１の表面に吸着されたトナーは、感光ドラム２０１の回転に伴いクリーニングブレードにより剥離され、クリーニングケース２０５の内部に回収される。

前記転写チャージャ２１１は、感光ドラム２０１の表面に対し所定のクリアランスを介して配置され、帯電チャージャ２０２とは逆極性の電圧が印加されている。

前記給紙トレイ２０６は、ハウジング２１５の＋Ｘ側の側壁に形成された開口から＋Ｘ側端が突出した状態で配置され、外部から供給される用紙２１３を複数枚収容することが可能となっている。

前記給紙コロ２０７は、給紙トレイ２０６から用紙２１３を１枚ずつ取り出し、１対の回転ローラから構成されるレジストローラ対２０８を介して、感光ドラム２０１と転写チャージャ２１１によって形成される隙間に導出する。

前記定着ローラ２０９は、１対の回転ローラから構成され、用紙６１を過熱するとともに加圧し、排紙ローラ２１２へ導出する。

前記排紙ローラ２１２は、１対の回転ローラなどから構成され、ハウジング２１５の−Ｘ側の側壁に形成された開口から−Ｘ側端が突出した状態で配置された排紙トレイ２１０に対し、定着ローラ２０９から送られる用紙２１３を順次スタックする。

次に、光走査装置１００の構成について説明する。図２は光走査装置１００の概略構成を示す図である。図２に示されるように、光走査装置１００は、光源１０と、光源１０から−Ｙ方向に順次配列された、カップリングレンズ１１、アパーチャ部材１２、線像形成レンズ１３、及び反射ミラー１４と、反射ミラー１４の−Ｘ側に配置されたポリゴンミラー１５と、反射ミラー１４の＋Ｘ側に順次配置された、第１走査レンズ１６、及び第２走査レンズ１７とを備えている。

前記光源１０は、発光源として例えばＶＣＳＥＬが２次元配置された面発光型半導体レーザアレイであり、図３に示されるように、発光面（−Ｘ側の面）上に、４０のＶＣＳＥＬが、Ｙ軸と角度θをなす直線Ｌと平行な方向を行方向とし、Ｚ軸と平行な方向を列方向とする８行５列のマトリクス状に配置されている。各ＶＣＳＥＬは、ニアフィールドパターンの直径が４μｍであり、波長が７８０ｎｍの光ビームが、主走査方向及び副走査方向の発散角を７±１度としてそれぞれ射出される。また、本実施形態では、行間隔Ｄｚは２４．０μｍで、列間隔Ｄｙは２３．９μｍとなっており、各ＶＣＳＥＬのＺ軸方向（副走査方向）に関し隣り合うＶＣＳＥＬの間隔ｄｚは４．８μｍ（＝Ｄｚ／５）となっている。なお、以下の説明においては、図３に示されるように、ｍ行目のｎ列目に位置するＶＣＳＥＬを便宜上ＶＣＳＥＬ_ｍｎと表現するものとする。

図４は、ＶＣＳＥＬの断面構造を示す概略図であり、図５は、図４における活性層周辺の拡大図である。各ＶＣＳＥＬは７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬであり、図４及び図５を総合するとわかるように、ｎ側電極２０が形成されたｎ―ＧａＡｓ基板２１上に、Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓからなる量子井戸層２４ａとＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓとからなる障壁層２４ｂを含む活性層２４を含み、活性層２４及びＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓからなるスペーサ層２３,２５からなる１波長光学厚さの共振器領域を、各層λ／４の光学厚さで４０．５ペアのｎ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ高屈折率層と、ｎ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓの低屈折率層からなる下部反射鏡２２と、２４ペアのｐ−Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ高屈折率層とｐ−Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ低屈折率層からなる上部反射鏡２７とではさんだ構成となっている。そして、ＡｌｘＯｙ電流狭窄層２６に囲まれたＡｌＡｓ被選択酸化層３０が共振器領域からλ／４離れた上部反射鏡２７に設けられている。反射鏡２２,２７の各層間には抵抗値の低減のために組成が徐々に変わる不図示の組成傾斜層が含まれている。

ここで、前記光源１０に設けられたＶＣＳＥＬの形成方法について説明する。まず、上記各層を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）を用いた結晶成長法によって作成する。

次に、ドライエッチング法により素子領域となる領域の周囲に、例えば深さ４．５μｍの溝を形成することによりメサ形状を形成する。エッチング底面は少なくともＡｌＡｓ被選択酸化層３０を超えたところに設けるのが一般的である。

次に、エッチングによる溝形成工程により側面が露出したＡｌＡｓ被選択酸化層３０を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させＡｌ_ｘＯ_ｙの絶縁物層に変え、素子駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓ領域だけに制限する電流狭窄構造を形成する。

次に、各素子領域上の上部電極３１が形成される領域及び光出射部３２を除いて、例えば厚さ１５０ｎｍのＳｉＯ_２保護層（不図示）を設け、さらにポリイミド２９でエッチング部を埋め込んで平坦化する。

次に、各素子領域におけるｐコンタクト層２８と光出射部のある上部反射鏡上のポリイミドとＳｉＯ_２保護層（不図示）を除去し、ｐコンタクト層２８上の光射出部３２以外にＰ側個別電極３１を形成し、ｎ―ＧａＡｓ基板２１の下面にｎ側電極を形成する。

本実施形態の場合、ドライエッチング法により形成されたメサ部が各面発光レーザ素子となる。光源１０の発光源の配置を形成する方法は、本発明の発光源の配置に沿ったフォトマスクを形成し、通常のフォトリソグラフ工程によりエッチング用マスクを形成し、エッチングすることで形成できる。アレイの各素子の電気的空間的分離のために素子と素子の間の溝は４〜５μｍ程度以上は設けることが好ましい。あまり狭いとエッチングの制御が難しくなるからである。また、メサ部は本実施形態のような円形の他に、楕円形や、正方形、又は長方形の矩形など任意の形状とすることができる。また、大きさ（直径など）は１０μｍ程度以上設けることが好ましい。あまり小さいと素子動作時に熱がこもり特性が悪くなるからである。

なお、前述した７８０ｎｍ帯の面発光型のレーザは、別の材料でも作製できる。図６には別材料で作成した活性層周辺の拡大図が示されている。図６に示されるように活性層は、圧縮歪組成であってバンドギャップ波長が７８０ｎｍとなる３層のＧａＩｎＰＡｓ量子井戸活性層２４ｃと格子整合する４層の引っ張り歪みを有するＧａ_０．６Ｉｎ_０．４Ｐ障壁層２４ｄとから構成し、電子を閉じ込めるためのクラッド層２３,２５（本実施形態ではスペーサ層）としてワイドバンドギャップである（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを用いている。キャリア閉じ込めのクラッド層をＡｌＧａＡｓ系で形成した場合に比べて、クラッド層と量子井戸活性層とのバンドギャップ差を極めて大きく取ることができる。

次表１には、ＡｌＧａＡｓ（スペーサ層）／ＡｌＧａＡｓ（量子井戸活性層）系７８０ｎｍ，８５０ｎｍ面発光型半導体レーザ、さらに、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系７８０ｎｍ面発光型半導体レーザの典型的な材料組成でのスペーサ層と井戸層、及び障壁層と井戸層とのバンドギャップ差が示されている。なお、スペーサ層とは、通常構成の場合には活性層と反射鏡の間にあたる層のことであって、キャリアを閉じ込めるためのクラッド層としての機能を有している層を指している。

次表１に示されるように、ＡｌＧａＩｎＰ（スペーサ層）／ＧａＩｎＰＡｓ（量子井戸活性層）系７８０ｎｍ面発光型半導体レーザによれば、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ面発光型半導体レーザはもとより、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系８５０ｎｍ面発光型半導体レーザよりもバンドギャップ差を大きく取れることがわかる。具体的にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差は、クラッド層をＡｌＧａＡｓで形成した場合の４６６ｍｅＶ（Ａｌ組成０．６の場合）に比べて、７６７ｍｅＶであり極めて大きい。障壁層と活性層とのバンドギャップ差も同様に優位差があり、良好なキャリア閉じ込めとなる。

また、活性層が圧縮歪を有しているので、ヘビーホールとライトホールのバンド分離により利得の増加が大きくなった。これらにより高利得となるので、低閾値で高出力であった。なお、この効果は、ＧａＡｓ基板とほぼ同じ格子定数を有するＡｌＧａＡｓ系で作製した波長が７８０ｎｍや８５０ｎｍの面発光型のレーザでは得られない。さらには、キャリア閉じ込め向上、歪量子井戸活性層による高利得化によって低閾値化することで、光取り出し側ＤＢＲの反射率低減が可能となり、さらに高出力化することができる。

また、活性層と障壁層は、Ａｌを含んでいない材料から構成されており、Ａｌフリー活性領域（量子井戸活性層、及びそれに隣接する層）としているので、酸素の取り込み量が低下することで非発光再結合センターの形成を抑えることができ、長寿命化を図ることができる。これにより、書込みユニットもしくは光源ユニットの再利用が可能となる。

図２に戻り、前記カップリングレンズ１１は、焦点距離が４７．７ｍｍのレンズであり、光源１０からの光ビームを略平行光に成形する。

前記アパーチャ部材１２は、Ｙ軸方向（主走査方向）の大きさが５．４４ｍｍ、Ｚ軸方向（副走査方向）の大きさが２．１０ｍｍの矩形状又は楕円形状の開口を有し、該開口中心がカップリングレンズ１１の焦点位置またはその近傍に位置するように配置されている。

前記線像形成レンズ１３は、焦点距離が１０７．０ｍｍで、Ｚ軸方向（副走査方向）に屈折力を有するシリンドリカルレンズであり、アパーチャ部材１２を通過した光ビームを、前記反射ミラー１４を介してポリゴンミラー１５の反射面近傍で副走査方向に関して結像させる。

前記ポリゴンミラー１５は、上面が半径７ｍｍの円に内接する正１２角形である正多角柱状の部材である。このポリゴンミラー１５の１２面の側面には、入射する光ビームを偏向する偏向面がそれぞれ形成され、不図示の回転機構により、Ｚ軸に平行な軸回りに一定の角速度で回転されている。これにより、ポリゴンミラー１５に入射した光ビームはＹ軸方向に走査される。

前記第１走査レンズ１６、及び前記第２走査レンズ１７は、それぞれ中心（光軸上）の肉厚が１３．５ｍｍ、及び３．５ｍｍの、例えば樹脂製の走査レンズである。

上述した光走査装置１００では、光走査装置１００全体としての副走査横倍率が２．１８倍で、ポリゴンミラー１５以降の光学系（走査光学系）の副走査横倍率が０．９７倍となっている。また、走査光学系の主走査方向の焦点距離は２３７．８ｍｍ、副走査方向の焦点距離は７１．４ｍｍとなっており、感光ドラム２０１の書込み領域の幅は、図２示される点Ｏを中心として、主走査方向（Ｙ軸方向）へ±１０５．０ｍｍの範囲となっている。なお、点Ｏは、図２においてポリゴンミラー１５の回転中心を通りＸ軸に平行な直線と感光ドラム２０１の被走査面が交わる点である。そして、感光ドラム２０１の表面上における光ビームのスポット径の狙いとしては主走査方向で５２μｍ、副走査方向で５５μｍである。また、図２に示されるように、光源１０及び各光学素子間の光学的距離ｄ１、ｄ2、ｄ3、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８、及び各素子の光軸方向の大きさＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、一例として次表２及び次表３に示される通りである。

次に、上述のように構成された画像形成装置２００の動作について説明する。上位装置から画像情報を受信すると、画像情報に基づく変調データにより光走査装置１００が駆動され、光源１０からは、画像情報に基づいて変調された５０本の光ビームが射出される。これらの光ビームは、カップリングレンズ１１によってカップリングされた後に、アパーチャ部材１２を通過することで、スポット径がそれぞれ調整される。そして、アパーチャ部材１２を通過した各光ビームは、線像形成レンズ１３により、反射ミラー１４を介して、ポリゴンミラー１５の偏向面に集光される。

図７（Ａ）は、ポリゴンミラー１５の偏向面に平行な面（以下、入射面と略述する）を仮定したときに、光源１０に形成されたＶＣＳＥＬのうち、一行目の中央に位置するＶＣＳＥＬ_１３と、一行面の主走査方向両端に位置するＶＣＳＥＬ_１１、ＶＣＳＥＬ_１５からそれぞれ射出され、この入射面に入射する光ビームの強度を示す図である。なお、図７（Ａ）中の横軸は入射面における主走査方向の位置座標であり、縦軸は光ビームの強度である。そして、ｙ２はポリゴンミラー１５の偏向面の主走査方向中央の位置座標であり、ｙ１,ｙ３は偏向面の主走査方向両端の位置座標である。また、便宜上ＶＣＳＥＬ_１１、ＶＣＳＥＬ_１３、ＶＣＳＥＬ_１５からの光ビームをそれぞれ光ビームＬＢ_１１、ＬＢ_１３、ＬＢ_１５と表現するものとする。

強度が等しい光ビームＬＢ_１１,ＬＢ_１３,ＬＢ_１５で、感光ドラム２０１の書き込み領域の中心点Ｏ近傍を走査する場合には、各光ビームＬＢ_１１,ＬＢ_１３,ＬＢ_１５はＺＹ面にほぼ平行な偏向面に偏向されるため、各光ビームＬＢ_１１,ＬＢ_１３,ＬＢ_１５それぞれの入射面における強度分布は、図７（Ａ）に示される曲線Ｌ１,Ｌ２,Ｌ３で示される。上記３つの光ビームＬＢ_１１,ＬＢ_１３,ＬＢ_１５のうち、２つの光ビームＬＢ_１１,ＬＢ_１５は、その一部しか偏向面に入射しないため、偏向面に反射された後の光量は、曲線Ｌ１又はＬ３と、位置ｙ１又は位置ｙ２を通りＹ軸に直交する直線と、Ｙ軸とで規定される領域Ａ１,Ａ３（図７（Ａ）中に着色して示される領域）の面積に比例した光量となる。一方、光ビームＬＢ_１３は、その全部が偏向面に入射するため、偏向面に反射された後の光量は、曲線Ｌ２と、Ｙ軸とで規定される領域Ａ２の面積に比例した光量となる。つまり、偏向面で反射された光ビームＬＢ_１１,ＬＢ_１３,ＬＢ_１５それぞれの光量比は、領域Ａ１,Ａ２,Ａ３の面積比に等しく、偏向面中心に入射する光ビームほど大きくなり、偏向面の主走査方向両端のエッジ近傍に入射する光ビームほど小さくなってしまう。

したがって、本実施形態に係る光走査装置１００では、感光ドラム２０１の書込み領域の中心点Ｏ近傍を走査するときには、２つの光ビームＬＢ_１１,ＬＢ_１５の強度が光ビームＬＢ_１３の強度よりも強くなるように、ＶＣＳＥＬ_１１、ＶＣＳＥＬ_１３、ＶＣＳＥＬ_１５を駆動する。例えば、図７（Ｂ）に示されるように、２つの曲線Ｌ１,Ｌ３のピーク値が曲線Ｌ２のピーク値よりも大きくなるようして、領域Ａ１及び領域Ａ３と、領域Ａ２との面積がほぼ等しくなるようにＶＣＳＥＬ_１１、ＶＣＳＥＬ_１３、ＶＣＳＥＬ_１５を駆動する。これにより、偏向面で反射された３つの光ビームＬＢ_１１, ＬＢ_１３,ＬＢ_１５それぞれの光量が等しくなる。

また、光源１０の１行目に配置されたＶＣＳＥＬ_１２、ＶＣＳＥＬ_１４についても同様に、射出される光ビームの強度が、光ビームＬＢ_１３の強度よりも強くなるよう制御して、偏向面で反射された光ビームそれぞれの光量を、偏向面で反射された光ビームＬＢ_１３の光量と等しくなるようにするとともに、２行目から８行目までのＶＣＳＥＬ_２１〜ＶＣＳＥＬ_８５についても１行目のＶＣＳＥＬと同様に、主走査方向中心に配置されたＶＣＳＥＬ_ｍ３から射出される光ビームの強度よりも、主走査方向両端向かって配置されたＶＣＳＥＬから射出される光ビームの強度が大きくなるように、各ＶＣＳＥＬを制御する。これにより、光源１０の各ＶＣＳＥＬから射出され、ポリゴンミラー１５の偏向面で偏向された各光ビームの光量がそれぞれほぼ等しくなる。

上記のように、回転するポリゴンミラー１５の偏向面で偏向された各光ビームは、第１走査レンズ１６及び第２走査レンズ１７によって光ビームのスポットの主走査方向の移動速度等が調整された状態で、感光ドラム２０１の表面に集光される。

一方、感光ドラム２０１の表面は、帯電チャージャ２０２によって所定の電圧で帯電されることにより、電荷が一定の電荷密度で分布している。そして、ポリゴンミラー１５により偏向された光ビームにより、感光ドラム２０１が走査されると、光ビームが入射したところの感光層においてキャリア（電荷）が生成され、その部分では電荷移動がおこり電位が低下する。したがって、図１の矢印の方向に回転している感光ドラム２０１が、画像情報に基づいて変調された光ビームにより走査されることにより、表面に電荷の分布により規定される静電潜像が形成される。

感光ドラム２０１の表面に静電潜像が形成されると、トナーカートリッジ２０３の現像ローラにより、感光ドラム２０１の表面にトナーが供給される。このときトナーカートリッジ２０３の現像ローラは感光ドラム２０１と逆極性の電圧により帯電しているため、現像ローラに付着したトナーは感光ドラム２０１と同極性に帯電されている。したがって、感光ドラム２０１の表面のうち電荷が分布している部分にはトナーが付着せず、走査された部分にのみトナーが付着することにより、感光ドラム２０１の表面に静電潜像が可視化されたトナー像が形成される。そして、このトナー像は転写チャージャにより用紙２１３に付着された後、定着ローラ２０９により定着されることで、用紙２１３上に画像として形成される。このようにして画像が形成された用紙２１３は、排紙ローラ２１２により排紙され、順次排紙トレイ２１０にスタックされる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１００では、偏向面に偏向された各光ビームの光量がほぼ均一になるため、感光ドラム２０１の書込み領域の走査は、光量が等しい複数の光ビームにより行われる。したがって、書込み領域全域をむらなく、走査することが可能となる。

また、一例として図３に示されるように、光源１０に形成された４０のＶＣＳＥＬは、副走査方向（Ｚ軸方向）に関して最も離れたＶＣＳＥＬ間の距離（＝１４８．０μｍ）が、主走査方向（Ｙ軸方向）に関して最も離れたＶＣＳＥＬ間の距離（＝９５．６μｍ）よりも大きくなるように、ＺＹ平面に平行な面上に２次元的に配置されている。したがって、ポリゴンミラー１５の偏向面に偏向された複数の光ビームの光量分布が不均一となることを回避することができ、高精度に被走査面を走査することが可能となる

なお、上記実施形態に係る光走査装置１００では、感光ドラム２０１の書込み領域中央部（中心点Ｏ近傍）よりも、−Ｙ側の書込み領域を走査する場合には、例えば図８（Ａ）に示されるように、偏向面における光ビームの入射位置が＋Ｙ方向に移動する。このため、偏向面に入射しない光ビームの光量は、＋Ｙ側にある光ビームの光量ほど多くなる。この場合には、光ビームＬ２よりも、偏向面の＋Ｙ側のエッジ近傍に入射する光ビームの強度を、一例として図９（Ａ）に示される光ビームＬ３のように大きくして、領域Ａ３と領域Ａ２の面積とがほぼ等しくなるように光源１０のＶＣＳＥＬを駆動してもよい。これにより、書込み領域中央部から−Ｙ側の書込み領域を、光量が均一な光ビームで走査することが可能となる。

また、書込み領域中央部（中心点Ｏ近傍）よりも、＋Ｙ側の書込み領域を走査する場合には、例えば図８（Ｂ）に示されるように、偏向面における光ビームの入射位置が−Ｙ方向に移動する。このため、偏向面に入射しない光ビームの光量は、−Ｙ側にある光ビームの光量ほど多くなる。この場合には、光ビームＬ２よりも、偏向面の−Ｙ側のエッジ近傍に入射する光ビームの強度を、一例として図９（Ｂ）に示される光ビームＬ１のように大きくして、領域Ａ１と領域Ａ２の面積とがほぼ等しくなるように光源１０のＶＣＳＥＬを駆動してもよい。これにより、書込み領域中央部から−Ｙ側の書込み領域を、光量が均一な光ビームで走査することが可能となる。

また、線像形成レンズ１３として、主走査方向に屈折力を有するアナモルフィックレンズを用いて、ポリゴンミラー１５の偏向面上で各光ビームのスポットが重なるようにしてもよい。一例として図３に示される光学系の線像形成レンズ１３として、例えば、副走査方向の焦点距離が１０７．０ｍｍで、主走査方向の焦点距離が５４ｍｍのアナモルフィックレンズを用いると、図１０に示されるように、光源１０からの光ビームはポリゴンミラー１５に形成された偏向面内のある一点近傍に集光される。この場合には、各光ビームの強度分布を示す曲線は、一例として図１１に示されるようにほぼ重なるため、光源１０から、強度が均一な複数の光ビームを射出することで、感光ドラム２０１の書込み領域を、光量が均一な光ビームで走査することが可能となる。

また、本実施形態では、アパーチャ部材１２が、Ｙ軸方向（主走査方向）の大きさが５．４４ｍｍ、Ｚ軸方向（副走査方向）の大きさが２．１０ｍｍの矩形状又は楕円形状の開口を有している場合について説明したが、これに限らず、アパーチャ部材１２をカップリングレンズ１１の焦点位置からわずかにＸ軸方向にずれた位置に配置するとともに、開口の形状を例えば図１２に示されるように、主走査方向中央から両端に向かって、副走査方向の大きさが大きくなるような形状としてもよい。これにより、ポリゴンミラー１５の主走査方向両端のエッジ近傍に入射する光ビームの光量を、偏向面の主走査方向中央に入射する光ビームの光量よりも大きくすることができ、結果的に、偏向面に反射された光ビームの光量を均一にすることが可能となる。

また、本実施形態に係る画像形成装置２００は、光走査装置１００を備えているため、光量が均一な光ビームによって感光ドラム２０１上に形成された潜像に基づいて、最終的な画像が形成される。したがって、紙面上に高精度に画像を形成することが可能となる。

なお、上記実施形態では、光走査装置１００が単色の画像形成装置２００に用いられる場合について説明したが、画像形成装置は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であっても良い。

以下、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備える多色画像形成装置３００について図１３〜図１５を用いて説明する。図１３に示される多色画像形成装置３００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、マゼンダ（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９００と、転写ベルト９０１と、定着手段９０２などを備えている。

各感光体ドラムは、図１３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９００によりビームが照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。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９０２により記録紙に画像が定着される。

次に、前記光走査装置９００について図１４及び図１５を用いて説明する。

この光走査装置９００は、４個の光源ユニット１０Ｋ,１０Ｃ,１０Ｍ,１０Ｙと、上述した光走査装置１００と同様にカップリングレンズ１１及びアパーチャ部材１２などを含んで構成され、各光源ユニット１０Ｋ,１０Ｃ,１０Ｍ,１０Ｙからの光ビームをポリゴンミラー２３０へ導く不図示の光学系と、ポリゴンミラー２３０と、４個の第１走査レンズ２１８ａ,２１８ｂ,２１８ｃ,２１８ｄと、８個の折り返しミラー２２４ａ,２２４ｂ,２２４ｃ,２２４ｄ,２２７ａ,２２７ｂ,２２７ｃ,２２７ｄと、４個の第２走査レンズ２２０ａ,２２０ｂ,２２０ｃ,２２０ｄなどを備えている。なお、図１４及び図１５では、それぞれ便宜上、光走査装置９００の一部のみが図示されている。

４個の光源ユニット１０Ｋ,１０Ｃ,１０Ｍ,１０Ｙは、いずれも前記光源１０を含んで構成される光源ユニットである。

光源ユニット１０Ｋは、ブラック画像情報に応じて変調されたレーザビーム（以下、ブラックビームともいう）を出射する。光源ユニット１０Ｃは、シアン画像情報に応じて変調されたレーザビーム（以下、シアンビームともいう）を出射する。光源ユニット１０Ｍは、マゼンダ画像情報に応じて変調されたレーザビーム（以下、マゼンダビームともいう）を出射する。光源ユニット１０Ｙは、イエロー画像情報に応じて変調されたレーザビーム（以下、イエロービームともいう）を出射する。

第１走査レンズ２１８ａ、折り返しミラー２２４ａ、第２走査レンズ２２０ａ、及び折り返しミラー２２７ａは、それぞれブラックビームに対応している。

第１走査レンズ２１８ｂ、折り返しミラー２２４ｂ、第２走査レンズ２２０ｂ、及び折り返しミラー２２７ｂは、それぞれシアンビームに対応している。

第１走査レンズ２１８ｃ、折り返しミラー２２４ｃ、第２走査レンズ２２０ｃ、及び折り返しミラー２２７ｃは、それぞれマゼンダビームに対応している。

第１走査レンズ２１８ｄ、折り返しミラー２２４ｄ、第２走査レンズ２２０ｄ、及び折り返しミラー２２７ｄは、それぞれイエロービームに対応している。

各光源ユニットから出射されたレーザビームは、ポリゴンミラー２３０の偏向面にて線状となるように副走査方向に収束され、ポリゴンミラー２３０における偏向点と、対応する感光体ドラムの表面における集光点とが副走査方向に共役となる。

ポリゴンミラー２３０は、２段構造の６面ミラーで構成されている。１段目の６面ミラーでは光源ユニット１０Ｋからのブラックビーム及び光源ユニット１０Ｙからのイエロービームがそれぞれ偏向され、２段目の６面ミラーでは光源ユニット１０Ｍからのシアンビーム及び光源ユニット１０Ｃからのマゼンダビームがそれぞれ偏向される。すなわち、単一のポリゴンミラー２３０で全てのレーザビームが偏向される。

第１走査レンズ２１８ａ及び第１走査レンズ２１８ｂは、ポリゴンミラー２３０の一側（ここでは、＋Ｘ側）に配置され、第１走査レンズ２１８ｃ及び第１走査レンズ２１８ｄは、ポリゴンミラー２３０の他側（ここでは、−Ｘ側）に配置されている。また、第１走査レンズ２１８ａと第１走査レンズ２１８ｂ、及び第１走査レンズ２１８ｃと第１走査レンズ２１８ｄは、それぞれ副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に積層されている。

第１走査レンズ２１８ａからのブラックビームは、折り返しミラー２２４ａ、第２走査レンズ２２０ａ、及び折返しミラー２２７ａを介して、感光体ドラムＫ１上にスポット状に結像する。

第１走査レンズ２１８ｂからのシアンビームは、折り返しミラー２２４ｂ、第２走査レンズ２２０ｂ、及び折返しミラー２２７ｂを介して、感光体ドラムＣ１上にスポット状に結像する。

第１走査レンズ２１８ｃからのマゼンダビームは、折り返しミラー２２４ｃ、第２走査レンズ２２０ｃ、及び折返しミラー２２７ｃを介して、感光体ドラムＭ１上にスポット状に結像する。

第１走査レンズ２１８ｄからのイエロービームは、折り返しミラー２２４ｄ、第２走査レンズ２２０ｄ、及び折返しミラー２２７ｄを介して、感光体ドラムＹ１上にスポット状に結像する。

なお、各折り返しミラーは、ポリゴンミラー２３０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レーザビーム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。

上記のように構成された多色画像形成装置３００では、光量が均一に調整された光ビームによって、各感光ドラムＫ１,Ｃ１,Ｍ１,Ｙ１に線像が形成される。したがって、記録媒体に精度よく高精細な多色画像を形成することが可能となる。

なお、上記各実施形態では、本発明の光走査装置がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。

本実施形態に係る画像形成装置２００の概略構成を示す図である。光走査装置１００の概略構成を示す図である。光源１０を示す図である。光源１０に形成されたＶＣＳＥＬの断面図である。ＶＣＳＥＬの活性層２４の拡大図（その１）である。ＶＣＳＥＬの活性層２４の拡大図（その２）である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、偏向面に入射する光ビームの光量を均一化する方法について説明するための図（その１、その２）である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、偏向面における光ビームの入射位置を説明するための図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、偏向面に入射する光ビームの光量を均一化する方法について説明するための図（その３、その４）である。主走査方向に屈折力を有する線像形成レンズを用いたときの効果を説明するための図（その１）である。主走査方向に屈折力を有する線像形成レンズを用いたときの効果を説明するための図（その２）である。アパーチャ１２の変形例を示す図である。多色画像形成装置３００の概略構成を示す図である。光走査装置９００の概略構成を示す斜視図である。光走査装置９００の概略構成を示す側面図である。

符号の説明

１０…光源、１１…カップリングレンズ、１２…アパーチャ部材、１３…線像形成レンズ、１４…反射ミラー、１５…ポリゴンミラー、１６…第１走査レンズ、１７…第２走査レンズ、２０…Ｐ側電極、２１…ｎ―ＧａＡｓ基板、２２…下部反射鏡、２３,２５…スペーサ層、下部反射鏡２４…活性層、２６…ＡｌｘＯｙ電流狭窄層、２７…上部反射鏡、２８…ｐコンタクト層、２９…ポリイミド、３０…ＡｌＡｓ被選択酸化層、３１…上部電極、３２…光射出部、１００…光走査装置、２００…画像形成装置、２０１…感光ドラム、２０２…帯電チャージャ、２０４…トナーカートリッジ、２０５…クリーニングケース、２０６…給紙トレイ、２０７…給紙コロ、２０８…レジストローラ対、２０９…定着ローラ、２１０…排紙トレイ、２１１…転写チャージャ、２１２…排紙ローラ、２１３…用紙、２１５…ハウジング、３００…多色画像形成装置、９００…光走査装置。

Claims

主走査方向及び該主走査方向に直交する副走査方向に平行な面内に２次元配置された複数の発光源を有する面発光素子と、前記複数の発光源からそれぞれ射出される複数の光ビームを偏向して、前記複数の光ビームを前記主走査方向へ走査する偏向器と、前記偏向器に入射する複数の光ビームをカップリングするカップリングレンズとを備え、前記面発光素子と被走査面とが対になって対応しており、前記偏向器の偏向面は、前記主走査方向の寸法が、前記複数の光ビームの主走査方向の光束幅よりも小さい光走査装置において、
前記複数の発光源は、前記副走査方向に関して最も離れた発光源間の距離が、前記主走査方向に関して最も離れた発光源間の距離よりも大きくなるように配置され、
前記カップリングレンズによってカップリングされた前記複数の光ビームを前記偏向器の偏向面上で前記副走査方向に集光させる光学素子を更に含み、前記光学素子は、前記主走査方向にも正のパワーを有することを特徴とする光走査装置。
前記光学素子は、前記カップリングレンズの焦点位置よりも、前記偏向器に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
画像に関する情報から得られる潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に定着させることにより、画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１又は２に記載の光走査装置と；
前記光走査装置により潜像が形成される感光体と；
前記感光体の被走査面に形成された潜像を顕像化する現像手段と；
前記現像手段により顕像化されたトナー像を前記記録媒体に定着させる転写手段と；を備える画像形成装置。
多色画像に関する情報から得られる各色ごとの潜像に基づいて形成されたトナー像を、記録媒体に重ね合わせて定着させることにより、多色画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１又は２に記載の光走査装置と；
前記光走査装置により各色に応じた潜像がそれぞれ形成される複数の感光体と；
前記複数の感光体の被走査面それぞれに形成された潜像を顕像化する現像手段と；
前記現像手段により顕像化された各色ごとのトナー像を前記記録媒体に重ね合わせて定着させる転写手段と；を備える画像形成装置。