JP5240675B2 - マルチビーム光源装置、およびそれを用いたマルチビーム走査装置ならびに画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチビーム光源の技術に係り、特に、パッケージに収容された２次元アレイ素子を精度よく位置決めするとともに、発光源から光ビームの射出角をパッケージによって予め補正するようにしたマルチビーム光源装置、およびそれを用いたマルチビーム走査装置、ならびにデジタル複写機やプリンタなどの画像形成装置に関する。

昨今、多色画像形成装置においては高速化が年々進むことで、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用いられるようになりつつあり、より高精細な画像品質が求められており、そのために、2次元レーザアレイ素子をパッケージに収容し、回路基板に半田付けして光源として用いるようにしている。2次元レーザアレイ素子を光源として用いる例として、特許第３６７９５６０号公報（特許文献１）、特開２００４−６５９２号公報（特許文献２）、特開２００７−７９２９５号公報（特許文献３）などがある。

例えば、特許文献２（特開２００４−６５９２号公報）、特許文献３（特開２００７−７９２９５号公報）に開示された技術によると、（ｎ×ｍ）の２次元アレイ素子を用いることで、感光体上での副走査ピッチを記録密度の１/ｎにでき、単位画素をｎ×ｍの複数ドットのマトリクス構成とすることが可能である。

しかしながら、従来技術では、２次元アレイ素子はパッケージに収容され、回路基板に直に半田付けされているため、マルチビーム光源装置を構成する支持部材に精度よく２次元アレイ素子を位置決めすることが難しいという課題がある。

反面、多色画像形成装置などに用いる場合、２次元アレイ素子とカップリングされるカップリングレンズとの配置精度は、数μｍ単位で維持しなければならず、この配置精度がずれると感光体面上に照射するビームスポット径やビームピッチに影響を与え、画像品質が著しく劣化するといった問題がある。

その点、特許文献２に記載のものは、２次元アレイ素子のパッケージ表面を突き当てて位置決めすることができるが、回路基板を強制的に撓ませているため、回路基板に実装される電子部品の半田が剥がれてしまうといった部品不良を発生する可能性があり、信頼性に問題がある。

また、特許文献２に記載のものは、面発光型の半導体レーザーチップを搭載する第一基準面とパッケージ表面である第２基準が実質的に平行であることを前提にしたもので、実際にはその平行度誤差が無視できないという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解消し、パッケージに収容された２次元アレイ素子を精度よく位置決めするとともに、発光源から光ビームの射出角をパッケージによって予め補正することが可能なマルチビーム光源装置とそれを用いたマルチビーム走査装置ならびに画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために次のような手段を採用した。
ａ）請求項１記載の発明は、複数の発光源を光ビームの射出方向と直交する面内にモノリシックに形成してなる光源を、該光源に接続するリード端子を備えるパッケージに収容してなる光源手段と、該光源手段からの光ビームを平行光束あるいは所定の収束もしくは発散状態の光束に変換するカップリングレンズと、これらを一体的に支持する支持手段と、を有するマルチビーム光源装置であって、前記パッケージの光源を設置する領域の面は、傾き補正材料により前記支持手段に当接させる面に平行になるように補正され、且つ、前記パッケージは、制御基板に実装され、付勢手段により前記支持手段に当接させて光軸方向の位置決めされるとともに、前記付勢手段を前記支持手段に締結することで、前記光源手段を固定し、前記パッケージの光源を設置する領域の面は、前記支持手段に当接させる面に平行になるように前記傾き補正材料に平面形成部材を押し付けて作製された面によって形成されていることを特徴としている。

ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１において、前記傾き補正材料が金属であることを特徴としている。

ｃ）請求項３記載の発明は、請求項２において、前記傾き補正材料が低融点の金属であることを特徴としている。

ｄ）請求項４記載の発明は、請求項２において、前記傾き補正材料がインジウムであることを特徴としている。

ｅ）請求項５記載の発明は、請求項１において、前記傾き補正材料が熱伝導性のよい樹脂であることを特徴としている。

ｆ）請求項６記載の発明は、請求項５において、前記傾き補正材料を押すと、押した形状の状態を保持できる粘土状であることを特徴としている。

ｇ）請求項７記載の発明は、請求項５において、前記傾き補正材料がUV光で硬化することを特徴としている。

ｈ）請求項８記載の発明は、請求項１において、平面形成部材の平面部が円形であり形成された補正材料の面が円形であることを特徴としている。

ｉ）請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のマルチビーム光源装置と、該マルチビーム光源装置からの複数の光ビームを偏向する偏向手段と、偏向された各光ビームを被走査面に結像する結像光学系とを備えることを特徴とするマルチビーム走査装置である。

ｊ）請求項１０記載の発明は、請求項９に記載のマルチビーム走査装置と、複数の光ビームにより静電像を形成する感光体と、前記静電像をトナーにより顕像化する現像手段と、現像されたトナー像を記録紙に転写する転写手段と、を備えた画像形成装置である。

本発明によれば、パッケージに収容された２次元アレイ素子を精度よく位置決めするとともに、発光源から光ビームの射出角をパッケージによって予め補正することが可能なマルチビーム光源装置とそれを用いたマルチビーム走査装置ならびに画像形成装置を実現することができる。

以下、さらに詳しく、請求項毎の発明の効果を述べる。
ａ）請求項１記載の発明の効果
請求項１記載の発明によれば、光源を設置する領域の面が前記支持手段に当接させる面に平行になるように補正されているため、組み付け時光軸方向の出射補正をしなくてすむ。また、パッケージの光源を設置する領域の面は、前記支持手段に当接させる面に平行になるように傾き補正材料に平面形成部材を押し付けて作製された面によって形成されているので、切削等に比べ製造コストを小さくできる。

ｂ）請求項２記載の発明の効果
請求項２記載の発明によれば、傾き補正材料が金属なので、熱伝導がよい。

ｃ）請求項３記載の発明の効果
請求項３記載の発明によれば、傾き補正材料が低融点の金属なので、低温で溶融でき、溶融して形成された面なので凹凸がなく良好な接合ができる。

ｄ）請求項４記載の発明の効果
請求項４記載の発明によれば、傾き補正材料がインジウムなので、加熱溶融することなく押し付けるだけで光源を設置する領域の面を短時間で形成できる。

ｅ）請求項５記載の発明の効果
請求項５記載の発明によれば、傾き補正材料が熱伝導性のよい樹脂であるので、吐出量の制御などしやすく扱いやすい。

ｆ）請求項６記載の発明の効果
請求項６記載の発明によれば、傾き補正材料を押すと押した形状の状態を保持できる粘土状なので、加熱溶融することなく押し付けるだけで光源を設置する領域の面を短時間で形成できる。

ｇ）請求項７記載の発明の効果
請求項７記載の発明によれば、傾き補正材料がUV光で硬化するので、加熱硬化することなく光源を設置する領域の面を短時間で形成できる、あるいは加熱硬化が必要でも、後で複数個まとめて加熱硬化することができる。

ｈ）請求項８記載の発明の効果
請求項８記載の発明によれば、平面形成部材の平面部が円形であり形成された補正材料の面が円形であるので、光源を設置する領域の面の回転方向の制御がいらない。

ｉ）請求項９記載の発明の効果
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれかに記載のマルチビーム光源装置を使用しているので、結像位置を感光体面上に精度よく調整でき、高精度信頼性の高い潜像を得ることができる。

ｊ）請求項１０記載の発明の効果
請求項１０記載の発明によれば、請求項９のマルチビーム走査装置を使用しているので、結像位置を感光体面上に精度よく調整でき、高精度で信頼性の高い画像を得ることができる。

本発明に係るマルチビーム光源装置の構成を示す図である。 本発明に係る実際のマルチビーム光源装置の斜視図である。 本発明に係る面発光型半導体レーザアレイの構成を示す図である。 本発明に係る面発光型半導体レーザアレイの主走査方向の断面図である。 図２の裏面側から見た制御基板とベース部材（支持手段）の組み付け部分の図である。 本発明に係るパッケージの面発光型半導体レーザアレイのチップを設置する領域の面の構造を説明するための図である。 パッケージの上面と平行になるように傾き補正材料によって製作された補正面の実施例を示す図である。 図７．１のＡ−Ａにおける断面図である。 本発明に係る傾き補正材料を使用して面発光型半導体レーザアレイのチップを設置する領域の面の形成方法を示す図である（その１）。 本発明に係る傾き補正材料を使用して面発光型半導体レーザアレイのチップを設置する領域の面の形成方法を示す図である（その１）。 本発明に係る傾き補正材料を使用して面発光型半導体レーザアレイのチップを設置する領域の面の形成方法を示す図である（その１）。 本発明に係る傾き補正材料を使用して面発光型半導体レーザアレイのチップを設置する領域の面の形成方法を示す図である（その１）。 従来のチップ実装の工程説明図である（その１）。 従来のチップ実装の工程説明図である（その２）。 従来のチップ実装の工程説明図である（その３）。 従来のチップ実装の工程説明図である（その４）。 従来のチップ実装の工程説明図である（その５）。 従来のチップ実装の工程説明図である（その６）。 本発明のチップ実装の工程説明図である（その１）。 本発明のチップ実装の工程説明図である（その２）。 本発明のチップ実装の工程説明図である（その３）。 本発明のチップ実装の工程説明図である（その４）。 本発明のチップ実装の工程説明図である（その５）。 本発明のチップ実装の工程説明図である（その６）。 本発明に係るチップを設置する領域の面を円形にした実施例である。 図６で示した補正されたパッケージを使用した面発光型半導体レーザアレイの構成図である。 本発明に係るマルチビーム光源装置を用いたマルチビーム走査装置の構成を示す図である。 本発明に係る主副にマトリクス状に等間隔dで配列した８列×４行の２次元に配列した３２個の発光源を有する面発光型半導体レーザアレイの実施例を示す図である。 図１３における副走査断面における光線の経路を説明するための図である。 本発明に係るマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置の構成を示す図である。

（実施例）
本発明は、複数の発光源を光ビームの射出方向(進行方向)と直交する面内にモノリシックに形成してなる光源を、前記光源に配線するリード端子を備えるパッケージに収容してなる光源手段と、光源手段からの光ビームを平行光束あるいは所定の収束/発散状態の光束とするカップリングレンズと、これらを一体的に支持する支持手段と、を有するマルチビーム光源装置であって、前記光源手段は、回路基板に実装され、前記パッケージは光源を設置する領域の面が前記支持手段に当接させる面に平行になるように補正されている、あるいは補正される面は補正材料で形成されているとともに、付勢手段により前記支持手段に当接させて光軸方向の位置決めを行うとともに、前記付勢手段を前記支持手段に締結することで、前記光源手段を固定するマルチビーム光源装置である。

図１はマルチビーム光源装置の構成を示す図であり、図３は面発光型半導体レーザアレイ２０１の構成を示す図である。

モノリシックに２次元配列された面発光型半導体レーザアレイのチップ２４５は、放射状にリード端子が配備されたフラットパッケージ２４６内に、配列面がパッケージの上面と平行となるように、また、パッケージの側面を基準として中央部に実装され、不活性ガスを封入してガラス窓２４７で封止される。

面発光型半導体レーザアレイ２０１からの複数の光ビームはカップリングレンズ２０２のx、y、z方向の配置調整によって、カップリングレンズ２０２の光軸に直交する面内(yz平面)において光軸に対して各発光源が対称に配列するように、また、各発光源からのビームが平行光束となるように調整され、射出される。

アパーチャーミラー２０３は板状に形成され、光源側の面を反射面となし、光軸と直交する面から主走査方向に所定角度、４５°だけ傾けられて配備される。中央部には光束径よりも小さい径の開口が設けられ、開口を通過した光束は図示していないポリゴンミラーへと向かい、開口を通過せず反射された周辺光は収束レンズ２０４を介して光検知センサ２１０に導かれて、図示していないポリゴンミラー各面での走査開始後、画像領域に至るまでの時間を利用して、順次点灯して各々のビーム強度を検出し、基準値と比較して各発光源の出力が所定値となるように注入電流をセットする。セットされた注入電流は次の検出時まで保持され、ビーム強度を一定に保つ。

なお、実施例では光検知センサ２１０を面発光型半導体レーザアレイ２０１を実装する制御基板２０６上に実装し、外部ノイズ等による検出信号への影響がないようにしている。

制御基板２０６には上記発光源の発光出力を一定に保持するパワー制御回路や画像情報に応じて発光源を各々変調する駆動回路が形成され、カップリングレンズ２０２とともに一体的に保持され、マルチビーム光源装置を構成する。

上記したように、面発光型半導体レーザアレイ２０１の複数の発光源は、主走査方向、副走査方向に配列数ｎ、ｍにて２次元に配列されているため、各発光源がカップリングレンズの光軸に直交する面内に揃っていないと、カップリングレンズから射出されたビームの集束状態が各発光源で異なり、結像位置(ビームウェスト位置)が感光体面上からずれて、ビームスポット径の偏差となり周期的な濃度むらが発生する。あるいは、先頭行をどの発光源から記録するかによって色味が変るといった画像劣化を生じる。

そのため、本発明では、図６に示すように、パッケージ２４６の面発光型半導体レーザアレイのチップ２４５を設置する領域の面３０３（パッケージ底面３０２上に設置された面）を、光学系を一体的に支持するベース部材（支持手段）２０７に当接させる面３０１（パッケージ上面と同じ）に平行になるように予め補正しておき、それにより射出方向を後で補正しなくてもよい構造にしている。

以下に実施例を示す。
図２は実際のマルチビーム光源装置の斜視図、図６はパッケージの面発光型半導体レーザアレイのチップを設置する領域の面の補正を説明するための図、図１２は図６で示した補正されたパッケージを使用した面発光型半導体レーザアレイ２０１の構成、図５は図２の裏面側から見た制御基板２０６とベース部材（支持手段）２０７の組み付け部分の図、図４は主走査方向の断面図である。

マルチビーム光源装置は、カップリングレンズ２０２を保持するホルダ部材２０８と、面発光型半導体レーザアレイ２０１を実装した制御基板２０６を保持するベース部材２０７とをカップリングレンズ２０２の光軸に直交する基準面で接合し、ねじ締結することで一体化した構成としている。

ベース部材２０７とホルダ部材２０８とは、実施例では、いずれもアルミダイキャストにより形成しているが、略同一の熱膨張係数であれば別材質であってもよい。ベース部材２０７には上記した面発光型半導体レーザアレイ２０１からのビーム強度を検出するための光束分割素子２０３、収束レンズ２０４および制御基板２０６上に実装される光検知センサ２１０へとビームを折り返すミラー２０５が配備される。

図５に示すように、制御基板２０６のベース部材２０７への取り付けは、ベース部材２０７に形成された取付面２２１（当接面２４８と同じ）に図１２に示したパッケージの表面３０１側を当接して光軸と直交する面内での位置決めを、また、パッケージの側面のうち、隣接する２面３２０、３２１を予め決められた基準面である内側面に突き当てて、光軸と直交方向の位置決めを行う。さらに、取付面２２２には上記光検知センサ２１０の上面が当接され、位置決めを行う。

実施例では、板金で成型された付勢部材２０９の板ばね部２２０により制御基板２０６裏側から押圧するとともに、３点のアンカー部（折り曲げ部）２１８を制御基板２０６の穴２１９に嵌合して制御基板２０６を矢印方向２２３に寄せ組みすることで、ベース部材２０７に対する面発光型半導体レーザアレイ２０１の位置決めがなされる。

ベース部材２０７には、３箇所のスタッド２１６が形成され、制御基板２０６に開けた貫通穴２１７を貫通して、スタッド２１６に付勢部材２０９をネジ２３２で締結することで、制御基板２０６を支持する。付勢部材２０９にて制御基板２０６を裏側から押圧しており、制御基板２０６をベース部材２０７等に直接締結しない構成なので、制御基板２０６に負荷をかけずに確実に、ベース部材２０７に面発光型半導体レーザアレイ２０１を位置決め、支持することができる。

なお、付勢部材２０９は弾性を有する材質であれば、樹脂等で形成してもよく、板ばね部の代わりに、ゴム等の弾性部材を挟み込んでもよい。

図４において、カップリングレンズ２０２は、ホルダ部材２０８に形成された円筒面２３０に、コバ部との隙間に接着剤を充填して固定され、カップリングレンズ２０２の光軸２５１に直交する面２５０と上記面発光型半導体レーザアレイ２０１の配列面との平行性を合わせるため、当接面２４８（当接面２４８はカップリングレンズ２０２の光軸２５１に直交する面２５０と平行になるよう予め設計されている）にフラットパッケージ２４６（面発光型半導体レーザアレイ２０１）の表面３０１側を突き当てて搭載する。なお、２３１は基板固定部材、２４８は当接面、２６１はコネクタである。

このようにすることにより、光軸方向の位置が決まり、光ビームの射出方向を当接面２４８と直交させることができる。

図７．１に、パッケージ２４６の上面３０１と平行になるように、傾き補正材料によって製作された補正面の実施例を示す。図７．２は図７．１のＡ−Ａ断面図である。

パッケージ２４６の面発光型半導体レーザアレイのチップ２４５を設置する領域の面３０３は、予め光学系を一体的に支持する支持手段（ベース部材）に当接させる面２４８（パッケージ上面３０１と同じ）に平行になるように設計された平面形成部材４１０の面を、傾き補正材料４０１に押し付けて形成されている。

図８．１〜図８．４に、傾き補正材料４０１を使用して面発光型半導体レーザアレイのチップ２４５を設置する領域の面３０３を形成方法を示す。

図８．１は、平面形成冶具４１３とパッケージ２４６の位置関係を表す図である。平面形成冶具４１３は、平面形成部材４１０を直動できるようにするためのガイド手段４１１、４１２と、穴部４１４と、平面C面で形成されている。平面形成部材４１０の平面B面は、移動しても常にC面と平行になるように設計されている。

傾き補正材料４０１を塗布したパッケージ２４６を、平面形成冶具４１３のC面に押し付け手段４２０によって押し付ける。こうすることにより、平面形成部材４１０の平面B面とパッケージ２４６の上面３０１とは平行な位置関係になる。このような状態で、平面形成部材４１０を矢印方向に移動させる。

図８．２は、平面形成部材４１０をパッケージ２４６に塗布した傾き補正材料４０１に押し付けている状態の図である。平面形成部材４１０はガイド手段４１１、４１２によってB面とC面が常に平行になるように移動できるようになっているので、押し付けた状態でもB面とC面は平行を維持している。傾き補正材料４０１は粘度の高い液状またはさらに粘度の高い粘土状なので、押し付け手段４２０の圧力で潰され、平面形成部材４１０のB面と密着された状態になる。この傾き補正材料４０１が潰れた状態で硬化させる。または傾き補正材料４０１が潰れた状態をそのまま維持できる場合はそのままで維持する。

図８．３は、図８．２で傾き補正材料４０１が潰れた状態を維持できる状態になったら、平面形成部材４１０を矢印方向に移動させ、傾き補正材料４０１から離す。このとき潰れた傾き補正材料４０１の平面形成部材４１０によって押し付けられた面３０３はチップ２４５を設置する領域の面であり、平面形成部材４１０のB面を転写面であるので、C面と平行になっている。平面形成冶具４１３のC面にはパッケージ２４６の上面を押し付けている面なので、パッケージ２４６の上面と密着した状態で平行といえる。

こうすることによりパッケージ２４６の上面３０１とチップ２４５を設置する領域の面３０３は平行な面になる。

図８．４は、図８．３を部分的に拡大してわかりやすくした図である。説明のため誇張して描いてある。

平面形成部材４１０を押し付けて傾き補正材料４０１に作られた面３０３はチップ２４５を設置する領域の面である。この面をＤ面とする。Ｄ面はうねっているパッケージの面３０２の影響を受けず平面形成部材４１０のＢ面が転写されている面である。

平面形成冶具４１３のＣ面は、前述した通り平面形成部材４１０のＢ面と平行なので、Ｄ面とＣ面は平行となり、Ｃ面にはパッケージ２４６の上面３０１が押し付けられているので、最終的にチップ２４５を設置する領域の面３０３とパッケージ２４６の上面３０１は平行になる。

よってこのチップ２４５を設置する領域の面３０３にチップを実装することにより、光ビームの射出方向を当接面２４８（カップリングレンズ２０２の光軸２５１に直交する面２５０と平行になるよう予め設計されている面）と直交させることができる。

図９．１〜図９．６は従来のチップ実装の工程説明図、図１０．１〜図１０．６は本発明のチップ実装の工程説明図である。

まず従来のチップ実装では、図９．１から図９．６に示すように、パッケージ２４６のチップ２４５を設置する領域の面３０３に、チップ２４５を接着固定するための接着剤４３１を塗布し、その上にチップ２４５を実装する。

図９．１ではパッケージ２４６に接着剤４３１を塗布するためのシリンジ先端４３０がパッケージ２４６の上方に位置し、塗布するときに矢印の方向に動く。図９．２はシリンジ先端４３０がパッケージ底面３０２に接近した状態で、シリンジに圧力を加え、中にある接着剤４３１を押し出しパッケージ底面３０２に塗布する。図９．３はシリンジ先端４３０がパッケージ２４６上方に矢印の方向に動いた後の、接着剤４３１をパッケージ底面３０２に塗布した状態である。

図９．４ではパッケージ２４６にチップ２４５を実装するためのコレット４３２がパッケージ２４６の上方に位置し、実装するとき矢印の方向に動く。コレット４３２はラバーなどの柔らかい材質でありチップ２４５を吸着している。

図９．５はチップ２４５を吸着したコレット４３２がパッケージ底面３０２に接近しチップ２４５をパッケージ底面３０２に押し付けている状態で、コレット４３２は柔らかい材料であるため、チップ２４５は接着剤４３１を介してパッケージ底面３０２のうねりに沿うように押し付けられて接着される。

図９．６はコレット４３２がパッケージ２４６上方に矢印の方向に動いた後の、チップ２４５が接着されている状態である。図から明らかなように、チップ２４５は、コレット４３２が柔らかい材料であるため、接着剤４３１を介してパッケージ底面３０２のうねりに沿うように接着されている。

つまり、パッケージ２４６のチップ２４５を設置する領域の面３０３がパッケージ上面３０１と平行でなければ、チップ２４５はパッケージ底面３０２のうねりに沿って実装されてしまい、光ビームの射出方向を当接面２４８（カップリングレンズ２０２の光軸２５１に直交する面２５０と平行になるよう予め設計されている面）と直交させることができない。

これに対し本発明を使用したチップ実装では、図１０．１から図１０．６に示すように、パッケージ２４６のチップ２４５を設置する領域の面３０３を傾き補正材料４０１に平面形成部材４１０を押し付けて作製し、その上にチップ２４５を接着固定するための接着剤４３１を塗布し、さらにその上にチップ２４５を実装する。チップ２４５を設置する領域の面３０３は前述したように、パッケージ上面３０１と平行な関係にある。

図１０．１ではパッケージ２４６に接着剤４３１を塗布するためのシリンジ先端４３０がパッケージ２４６の上方に位置し、塗布するときに矢印の方向に動く。チップ２４５を設置する領域の面３０３は傾き補正材料４０１によりパッケージ上面３０１と平行になるように予め作製されている。

図１０．２はシリンジ先端４３０がパッケージ２４６のチップ２４５を設置する領域の面３０３に接近した状態で、シリンジに圧力を加え、中にある接着剤４３１を押し出しパッケージ２４６のチップ２４５を設置する領域の面３０３に塗布する。

図１０．３はシリンジ先端４３０がパッケージ２４６上方に矢印の方向に動いた後の、補正材料４０２で作製されたチップ２４５を設置する領域の面３０３に接着剤４３１を塗布した状態である。

図１０．４ではパッケージ２４６にチップ２４５を実装するためのコレット４３２がパッケージ２４６の上方に位置し、実装するときに矢印の方向に動く。コレット４３２はラバーなどの柔らかい材質でありチップ２４５を吸着している。

図１０．５はチップ２４５を吸着したコレット４３２がパッケージ２４６チップ２４５を設置する領域の面３０３に接近しチップ２４５をパッケージ２４６のチップ２４５を設置する領域の面３０３に押し付けている状態で、コレット４３２は柔らかい材料であるため、チップ２４５は接着剤４３１を介してチップ２４５を設置する領域の面３０３に沿うように押し付けられて接着される。

図１０．６はコレット４３２がパッケージ２４６上方に矢印の方向に動いた後の、チップ２４５が接着されている状態である。図から明らかなように、チップ２４５は、コレット４３２が柔らかい材料であるため、接着剤４３１を介してチップ２４５を設置する領域の面３０３に沿うように接着されている。

つまり、パッケージ２４６のチップ２４５を設置する領域の面３０３がパッケージ上面３０１と平行で、チップ２４５はチップ２４５を設置する領域の面３０３に沿って実装されているので、光ビームの射出方向を当接面２４８（カップリングレンズ２０２の光軸２５１に直交する面２５０と平行になるよう予め設計されている面）と直交させることができる。

なお、ここで用いた補正材料は、金属の場合は、低融点金属または柔らかい金属である。

低融点金属の実施例は、図８に図示していないが、低融点金属を塗布あるいはメッキしたパーケージ２４６の下側にセラミックヒータなど温度を急激に昇降できる温度制御手段を設ける。温度制御手段によりパッケージ２４６の温度が低融点金属の融点になるよう加熱し、低融点金属が溶融した状態のところに平面形成部材４１０を押し付ける。このとき平面形成部材４１０は密着性をよくするため、低融点金属の融点に近い温度あるいはそれ以上にあたためておいてもよい。

押し付けた後、加熱をやめエアブローまたは窒素ブローなどで低融点金属付近を急冷し、平面形成部材４１０を離す。こうすることにより、低融点金属で作製したチップ２４５を設置する領域の面３０３ができる。

低融点金属の例として、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、などのいわゆるはんだが挙げられる。なお、酸化の影響を防ぐため、窒素などの不活性ガス雰囲気で行ったほうがよりよい。

柔らかい金属の実施例は、図８．１〜図８．４のように、柔らかい金属を設置したパッケージ２４６を、平面形成冶具４１３のC面に押し付け手段４２０によって押し付ける。このような状態で、平面形成部材４１０を矢印方向に移動させ、平面形成部材４１０を押し付ける。金属が柔らかいので、押し付けるだけでチップ２４５を設置する領域の面３０３ができる。金属をより柔らかくするため、パッケージ２４６や平面形成冶具４１３を全体的に柔らかい金属の融点近くまで挙げておいてもよい。柔らかい金属としてインジウムが挙げられる。

このときも、酸化の影響を防ぐため、窒素などの不活性ガス雰囲気で行ったほうがよりよい。

補正材料が、樹脂の場合は、熱伝導性のよい樹脂または熱伝導性のよい粘土状樹脂、または熱伝導性のよいUV硬化性樹脂である。

熱伝導性のよい樹脂の実施例は、図８．１〜図８．４に図示していないが、樹脂を塗布したパーケージ２４６の下側にセラミックヒータなど温度を急激に昇降できる温度制御手段を設ける。温度制御手段によりパッケージ２４６の温度が樹脂の硬化温度になるように加熱し、その状態のところに平面形成部材４１０を押し付ける。このとき平面形成部材４１０は密着性をよくするため、あたためておいてもよい。

押し付けた後、硬化始めるまで保持し、硬化が確認した時点で加熱をやめエアブローまたは窒素ブローなどで樹脂付近を急冷し、平面形成部材４１０を離す。こうすることにより、熱伝導性のよい樹脂で作製したチップ２４５を設置する領域の面３０３ができる。その後加熱して本硬化する。本硬化は別途複数まとめて硬化してもよい。

最近では、低融点金属を含んだ熱伝導性ペースト樹脂も出てきて、これら樹脂でも同様の効果が得られ、この場合は通常の熱伝導性のよい樹脂よりも早く作製することができる。

熱伝導性のよい粘土状樹脂の実施例は、図８．１〜図８．４のように、粘土状樹脂を設置したパッケージ２４６を、平面形成冶具４１３のC面に押し付け手段４２０によって押し付ける。このような状態で、平面形成部材４１０を矢印方向に移動させ、平面形成部材４１０を押し付ける。粘土状樹脂が柔らかいので、押し付けるだけでチップ２４５を設置する領域の面３０３ができる。その後加熱して本硬化する。本硬化は別途複数まとめて硬化してもよい。熱伝導性のよい粘土状樹脂として、Agを混入したパテなどがある。

熱伝導性のよいUV樹脂の実施例は、図８．１〜図８．４のように、UV樹脂を設置したパッケージ２４６を、平面形成冶具４１３のC面に押し付け手段４２０によって押し付ける。平面形成部材４１０はUV光が透過できる材料（例えば石英ガラス）で作られており、UV光はガイド４１１側から入光し、平面形成部材４１０のB面を通して、UV樹脂に当てられるようになっている。このような状態で、平面形成部材４１０を矢印方向に移動させ、平面形成部材４１０を押し付ける。

押し付けた後、UVを照射し、硬化が確認した時点で照射をやめ、平面形成部材４１０を離す。こうすることにより、熱伝導性のよいUV樹脂で作製したチップ２４５を設置する領域の面３０３ができる。その必要であれば後加熱して本硬化する。本硬化は別途複数まとめて硬化してもよい。

熱伝導性のよいUV樹脂として、Agを混入したUV樹脂などがある。

図１１はチップ２４５を設置する領域の面３０３を円形にした実施例である。形成工程は図８で示した工程と同一で、平面形成部材４１０のB面が円形になっている。このように円形にすることでパッケージ２４６と平面形成部材４１０のC面内における回転方向の制御をしなくても済む。

図１３には、本発明のマルチビーム光源装置を用いた、マルチビーム走査装置の構成を示す。

図１３は４ステーションを走査する光走査装置の実施例で、マルチビーム光源装置からの４ステーション分に相当する複数の光ビームを、単一のポリゴンミラーで走査し、対向する方向に偏向、走査することで各感光体ドラムを走査するように一体化された光走査ユニットの構成を示す。

４つの感光体ドラム１０１、１０２、１０３、１０４は転写体の移動方向１０５に沿って等間隔で配列され、順次異なる色のトナー像を転写し重ね合わせることでカラー画像を形成する。

図示するように各感光体ドラムを走査する光走査装置は一体的に構成され、２段に構成されたポリゴンミラー１０６により各々光ビームを走査する。

マルチビーム光源装置１０７、１０９は同一方向に走査する２ステーションに対し各１ずつ配備され、光束分割プリズム１０８、１１０を用い、上記ポリゴンミラー１０６の上下面に対応して上下２段に光ビームを分岐し、各感光体ドラムに交互に各ステーションに対応した画像を形成していく。

マルチビーム光源装置１０７、１０９、および結像光学系を構成するｆθレンズ、トロイダルレンズは、ポリゴンミラー１０６の回転軸を含み感光体ドラム軸に平行な対称面に対し対称に配備され、ポリゴンミラーにより、各マルチビーム光源装置からの光ビームは相反する方向に偏向され、各感光体ドラムに導かれる。

従って、各ステーションにおける走査方向は対向する各感光体ドラムで相反する方向となり、記録領域の幅、言いかえれば主走査方向の倍率を合わせ、一方の走査開始端ともう一方の走査終端とが一致するように静電像を書き込んでいく。

また、実施例では各感光体に対して、図１４に示すように主副にマトリクス状に等間隔dで配列したｎ列×ｍ行、実施例では８×４にわたって２次元に配列した３２個の発光源を有する面発光型半導体レーザアレイを配備し、マルチビーム光源装置全体をγだけ傾けることにより、感光体ドラム上の副走査方向におけるビームスポット間ピッチpが記録密度に相当する走査ラインピッチに合うように、傾きが調整され、ステーション毎に３２ラインが同時に走査されるようにしている。

ここで、光学系全系の副走査倍率βsを用いると、傾け量γは以下の式で表される。
sinγ＝(cosγ)/n ＝p / d・βs

当然、面発光型半導体レーザアレイの加工プロセスの段階で、予め発光点の配列方向が所定角度だけ傾くようにレイアウトしてもよい。

なお、液晶偏向素子１１７では液晶の配列方向に合った偏光成分のみが偏向されるため、発光源の偏光方向は一方向に揃えている。

光束分割プリズム１０８はハーフミラー面２４１（図１参照）とハーフミラー面と平行なミラー面２４２（図１参照）とを有し、マルチビーム光源装置１０７からの複数のビーム２０１は、各々ハーフミラー面で１/２の光量が反射され、残りの１/２は透過して上下に２分岐され、方向を揃えて副走査方向に所定間隔をもって射出される。

実施例ではこの間隔をポリゴンミラー、ｆθレンズの上下間隔とともに６ｍｍとしている。

液晶偏向素子１１７は、光束分割プリズム１０８の射出面の上下に各々配備され、電圧を印可すると、副走査方向に電位分布を生じて液晶の配向が変化し、屈折率分布を発生して光線の方向を傾けることができ、印可電圧に応じて感光体ドラム面上の走査位置を可変できる。

シリンダレンズ１１３、１１４は、分岐された各光ビームに対応して２段に設けられ、その一方は光軸を中心に回動調整可能に取り付けられ、各々の焦線が平行となるように調節できるようにしており、副走査方向に６ｍｍ間隔に２段に構成されたポリゴンミラー１０６の各々に入射される。

シリンダレンズ１１３、１１４は少なくとも副走査方向に正の曲率を有し、ポリゴンミラー面上で、一旦ビームを収束させることで、後述するトロイダルレンズとにより偏向点と感光体面上とを副走査方向に共役関係とする面倒れ補正光学系をなす。

ポリゴンミラー１０６は４面で、同一の偏向面により各発光点列からの複数のビームを一括で偏向、走査する。上下のポリゴンミラーの位相は４５°ずつずれており、光ビームの走査は上下段で交互に行われる。

結像光学系はｆθレンズとトロイダルレンズとからなり、いずれもプラスチック成形によるもので、ｆθレンズ１２０は主走査方向にはポリゴンミラーの回転に伴って感光体面上でビームが等速に移動するようにパワーを持たせた非円弧面形状となし、層状に２段に積み重ねて一体に構成される。

トロイダルレンズを通った走査ビームは各々、走査開始側に配備された光検知センサ１３８、１４０、走査終端側に配備された光検知センサ１３９、１４１に入射され、光検知センサ１３８、１４０の検出信号を基に各々発光源毎の同期検知信号を生成し、書込み開始のタイミングをとる。

一方、走査終端側に配備された光検知センサ１３９、１４１の検出信号は、各々走査開始側のに配備された光検知センサ１３８、１４０からの光ビームの検出時間差を計測し、予め定められた基準値と比較して、各発光源を変調する画素クロックを可変することで、後述するように、主走査方向の倍率のずれを補正している。

図１５に副走査断面における光線の経路を示す。
複数の発光源はカップリングレンズの光軸に対して対称に配置され、カップリングレンズによって平行光束に変換された各光線はマルチビーム光源装置１０７から射出した後、カップリングレンズの後側焦点の近傍で一旦収束し、主走査方向には光線間隔を広げつつｆθレンズ１２０に入射され、副走査方向にはシリンダレンズ１１３、１１４により、ポリゴンミラー偏向面の近傍で再度収束されてｆθレンズ１２０に入射される。

また、上記したように、マルチビーム光源装置１０７からの複数の光ビームは光束分割プリズム１０８によって副走査方向上下に２分岐され、各ステーションに対応する感光体ドラムに導かれる。

光束分割プリズム１０８の下段から射出した複数の発光源からのビーム２０１ａは、シリンダレンズ１１３を介してポリゴンミラー１０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２０の下段を通って折返しミラー１２９によりトロイダルレンズ１２３に入射され、折返しミラー１３０を介して感光体ドラム１０１上にスポット状に結像し、第１の画像形成ステーションとしてイエロー色の画像情報に対応した潜像を形成する。

光束分割プリズム１０８の上段から射出した複数の発光源からのビーム２０２ａは、シリンダレンズ１１４を介しポリゴンミラー１０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２０の上段を通って折返しミラー１２７によりトロイダルレンズ１２４に入射され、折返しミラー１２８を介して感光体ドラム１０２上にスポット状に結像し、第２の画像形成ステーションとしてマゼンタ色の画像情報に対応した潜像を形成する。

同様に、対向するステーションにおいても、マルチビーム光源装置１０９からの複数の光ビームは、光束分割プリズム１１０によって上下に２分岐され、各ステーションに対応する感光体ドラムに導かれる。

光束分割プリズム１１０の下段から射出した複数の発光源からのビーム２０３ａは、シリンダレンズ１１５を介してポリゴンミラー１０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２１の下段を通って折返しミラー１３２によりトロイダルレンズ１２６に入射され、折返しミラー１３３を介して感光体ドラム１０４上にスポット状に結像し、第４の画像形成ステーションとしてブラック色の画像情報に対応した潜像を形成し、光束分割プリズム１１０の上段から射出した複数の発光源からのビーム２０４ａは、シリンダレンズ１１６を介してポリゴンミラー１０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ１２１の上段を通って折返しミラー１３５によりトロイダルレンズ１２５に入射され、折返しミラー１３６を介して感光体ドラム１０３上にスポット状に結像し、第３の画像形成ステーションとしてシアン色の画像情報に対応した潜像を形成する。

図１６は、本発明のマルチビーム走査装置を用いた、画像形成装置の構成を示す図である。

同図に示すように、感光体ドラム９０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ９０４、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース９０５が配置される。感光体ドラムへは上記したようにポリゴンミラー１面毎の走査により複数ライン、実施例では４ライン同時に画像記録が行われる。

上記した画像形成ステーションは転写ベルト９０６の移動方向に並列され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ベルト上にタイミングを合わせて順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

各画像形成ステーションはトナー色が異なるだけで、基本的には同一構成である。

一方、記録紙は給紙トレイ９０７から給紙コロ９０８により供給され、レジストローラ対９０９により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、転写ベルトよりカラー画像が転写されて、定着ローラ９１０で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１１に排出される。

１０１〜１０４：感光体ドラム
１０５：転写体の移動方向
１０６：ポリゴンミラー
１０７，１０９：マルチビーム光源装置
１０８，１１０：光束分割プリズム
１１３，１１４：シリンダレンズ
１１５：シリンダレンズ
１１６：シリンダレンズ
１１７：液晶偏向素子
１２０，１２１：ｆθレンズ
１２３：トロイダルレンズ
１２４：トロイダルレンズ
１２７〜１３６：折返しミラー
１３８，１４０：光検知センサ
１３９，１４１：光検知センサ
２０１：面発光型半導体レーザアレイ
２０１ａ〜２０４ａ：ビーム
２０２：カップリングレンズ
２０３：アパーチャーミラー（光束分割素子）
２０４：収束レンズ
２０５:ミラー
２０６：制御基板
２０７:：ベース部材（支持手段）
２０８：ホルダ部材
２０９：付勢部材
２１０：:光検知センサ
２１６:スタッド
２１７：貫通穴
２１８:アンカー部（折り曲げ部）
２１９：穴
２２０：板ばね部
２２１：取付面
２２２：取付面
２３０：円筒面
２３１：基板固定部材
２３２：ネジ
２４１：ハーフミラー面
２４２：ミラー面
２４５：チップ
２４６：フラットパッケージ
２４７：ガラス窓
２４８：当接面
２５０：光軸２５１に直交する面
２５１：光軸
２６１：コネクタ
３０１：ベース部材（支持手段）に当接させる面
３０２：パッケージ底面
３０３：チップを設置する領域の面
３２０，３２１：隣接する２面
４０１：傾き補正材料
４０２：補正材料
４１０：平面形成部材
４１１，４１２：ガイド手段
４１３：平面形成冶具
４１４：穴部
４２０：押し付け手段
４３０：シリンジ先端
４３１：接着剤
４３２：コレット
９００：光走査装置
９０１：感光体ドラム
９０２：帯電チャージャ
９０３：現像ローラ
９０４：トナーカートリッジ
９０５：クリーニングケース
９０６：転写ベルト
９０７：給紙トレイ
９０８：給紙コロ
９０９：レジストローラ対
９１０：定着ローラ
９１１：排紙トレイ
９１２排紙ローラ

特許第３６７９５６０号公報 特開２００４−６５９２号公報 特開２００７−７９２９５号公報

Claims (10)

1. 複数の発光源を光ビームの射出方向と直交する面内にモノリシックに形成してなる光源を、該光源に接続するリード端子を備えるパッケージに収容してなる光源手段と、該光源手段からの光ビームを平行光束あるいは所定の収束もしくは発散状態の光束に変換するカップリングレンズと、これらを一体的に支持する支持手段と、を有するマルチビーム光源装置であって、前記パッケージの光源を設置する領域の面は、傾き補正材料により前記支持手段に当接させる面に平行になるように補正され、且つ、前記パッケージは、制御基板に実装され、付勢手段により前記支持手段に当接させて光軸方向の位置決めされるとともに、前記付勢手段を前記支持手段に締結することで、前記光源手段を固定し、
   前記パッケージの光源を設置する領域の面は、前記支持手段に当接させる面に平行になるように前記傾き補正材料に平面形成部材を押し付けて作製された面によって形成されていることを特徴とするマルチビーム光源装置。
2. 請求項１に記載のマルチビーム光源装置において、前記傾き補正材料が金属であることを特徴とするマルチビーム光源装置。
3. 請求項２に記載のマルチビーム光源装置において、前記傾き補正材料が低融点の金属であることを特徴とするマルチビーム光源装置。
4. 請求項２に記載のマルチビーム光源装置において、前記傾き補正材料がインジウムであることを特徴とするマルチビーム光源装置。
5. 請求項１に記載のマルチビーム光源装置において、前記傾き補正材料が熱伝導性のよい樹脂であることを特徴とするマルチビーム光源装置。
6. 請求項５に記載のマルチビーム光源装置において、前記傾き補正材料を押すと、押した形状の状態を保持できる粘土状であることを特徴とするマルチビーム光源装置。
7. 請求項５に記載のマルチビーム光源装置において、前記傾き補正材料がUV光で硬化することを特徴とするマルチビーム光源装置。
8. 請求項１に記載のマルチビーム光源装置において、平面形成部材の平面部が円形であり形成された補正材料の面が円形であることを特徴とするマルチビーム光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のマルチビーム光源装置と、該マルチビーム光源装置からの複数の光ビームを偏向する偏向手段と、偏向された各光ビームを被走査面に結像する結像光学系とを備えることを特徴とするマルチビーム走査装置。
10. 請求項９に記載のマルチビーム走査装置と、複数の光ビームにより静電像を形成する感光体と、前記静電像をトナーにより顕像化する現像手段と、現像されたトナー像を記録紙に転写する転写手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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