JP5321903B2 - 光源装置、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、光走査装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、面発光レーザを光源とする光源装置、該光源装置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。

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、光源から射出された光束を偏向器（例えば、ポリゴンミラーや振動ミラー）を用いて感光性を有するドラムの軸方向に走査しつつドラムを回転させ、ドラムの表面に潜像を形成する方法が一般的である。

近年、画像形成装置では、印字速度の向上（高速化）及び書込密度の向上（高密度化）が望まれている。そこで、それらを達成する手段の１つとして、複数の発光部を有する光源を備えた光走査装置を用いて、１度に複数の光束により被走査面を走査することが考案された。

例えば、特許文献１には、２次元状に配置された複数の発光部よりレーザビームを射出する光源と、レーザビームの各々の方向を周期的に偏向する偏向器と、レーザビームを被走査面に結像させる走査光学系とを有する光走査装置を用い、像担持体上に潜像を形成する画像形成装置が開示されている。

光源としては一般に半導体レーザが用いられており、従来は端面発光レーザがその主流であったが、近年、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ；「ＶＣＳＥＬ」とも呼ばれている。）が登場してきた。端面発光レーザでは４発光部から８発光部程度が限界であったアレイ化に対して、面発光レーザではそれ以上のアレイ化が可能となっている。そのため、画像形成装置における高速化及び高密度化を達成するための光源として期待されている。

ところで、画像形成装置では、光源の光出力が変動すると出力画像に濃度変動を生じる。そこで、従来の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、光出力の変動を抑制するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌ）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、従来のＡＰＣとは異なる光量制御が必要となる。

例えば、特許文献２には、光ビームの一部分を透過すると共に残りの一部分を反射し、透過した一部分を走査手段に投射させると共に、反射した残りの一部を単一の光検出手段に返送する機能をもつビーム返送部材を含む光学走査装置が開示されている。しかしながら、この光学走査装置では、光利用効率が低下するという不都合があった。

そこで、例えば、特許文献３〜５には、光束の分離をミラー部と開口部を有する光反射部材（以下では、便宜上「アパーチャミラー」ともいう）によって行う光学走査装置が開示されている。この場合は、走査に用いられない光をモニタ用光束として利用しているため、光利用効率の低下を抑制することができる。

発明者等は、アパーチャミラーを有する光源装置について種々の実験を行い、アパーチャミラーの面精度が光量検知精度に対して大きく影響するという新しい知見を得た。

アパーチャミラーは、光学面に開口部として穴を開けるため、通常の折り返しミラーと同一の加工方法では、開口部の周辺を保護しきれず腐食しやすくなるなど、その製作が困難である。そこで、コスト的に有利なアルミニウム板の打ち抜き加工で製作することが望ましいが、アルミニウム基材を所定の板厚にするための圧延加工の際に、圧延方向に関して材料に曲率を発生させる強い力が働くため、この方向で精度良く平面を確保するのが難しい。これを改善するには、加工装置やその制御の精度をかなり向上させなくてはならないため、大幅なコストアップとなる。なお、一般的な、折り返しミラーに対して求められる面精度は、通常、曲率半径で５０００ｍｍ以上である。

すなわち、通常の圧延加工によって所定の板厚とされたアルミニウム板の表面には、圧延方向において平面からのずれ（以下では、便宜上、「平面誤差」ともいう）が存在する。

発明者等は、通常の圧延加工によって所定の板厚とされたアルミニウム板から製造されたアパーチャミラーを用いて詳細な検討を行い、上記平面誤差におけるずれの大きさ、及びずれの向きとモニタ用光束のビームウエスト位置との間に関係があることを見出した。

例えば、モニタ用光束のビームウエスト位置が、受光素子の受光面に対して離れる方向に移動すると、受光面におけるモニタ用光束のビーム径が大きくて、受光面の有効範囲からはみ出し、受光光量が不足し、光量検知が高精度に機能しないおそれがある。

逆に、モニタ用光束のビームウエスト位置が、受光素子の受光面に対して近づく方向に移動すると、モニタ用光束のビーム径が小さくなり、受光面内の感度ばらつきに対して敏感になりすぎて、光量検知が高精度に機能しないおそれがある。

本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を有するものである。

本発明は、第１の観点からすると、面発光レーザと、該面発光レーザからの光束を、２つの光束に分離する分離部材と、前記２つの光束のうち一方の光束の光路上に配置された集光レンズと、該集光レンズを介した光束を受光する受光面を有する受光器とを備える光源装置において、前記分離部材は、前記面発光レーザからの光束が入射し、前記一方の光束を反射する反射面と、前記２つの光束のうち他方の光束を通過させる開口と、を有し、前記分離部材に入射する光束の入射面である第１の面内における前記反射面の曲率Ｃ１、前記反射面及び前記第１の面のいずれにも交差し、前記第１の面に直交する第２の面内における前記反射面の曲率Ｃ２を用いて、｜Ｃ１｜＜｜Ｃ２｜であり、前記分離部材は、圧延加工された材料からなり、前記圧延加工での圧延方向は、前記第１の面の法線と平行である光源装置である。

これによれば、高コスト化を招くことなく、安定した光量の光を射出することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、光束により被走査面を走査する光走査装置であって、本発明の光源装置と；前記光源装置から射出された光束を偏向する偏向器と；前記偏向器で偏向された光束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である。

これによれば、本発明の光源装置を備えているため、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を安定して行うことが可能となる。

本発明は、第３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つの像担持体を画像情報に応じて変調された光束により走査する少なくとも１つの本発明に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、本発明に記載の光走査装置を備えているため、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るレーザ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示す概略図である。 光源装置を説明するための図（その１）である。 光源装置を説明するための図（その２）である。 光源に含まれる２次元アレイを説明するための図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ第１開口板を説明するための図である。 第１開口板の平面誤差を説明するための図である。 第２開口板を説明するための図である。 モニタ用光束のビーム径と受光面からの距離との関係を説明するための図である。 図９の一部の拡大図である。 受光面上でのビームプロファイルを説明するための図である。 集光レンズの支持部材による支持を説明するための図である。 第１開口板の平面誤差とビームウエスト位置の変化量との関係を説明するための図である。 光源制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 カラープリンタの概略構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１４に基づいて説明する。図１には、本発明の一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、感光体ドラム１０３０の表面に、画像情報に対応した潜像が形成される。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。

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、光源装置１０、シリンドリカルレンズ３１、ポリゴンミラー３３、偏向器側走査レンズ３５、像面側走査レンズ３６、２つの光検知用ミラー（３７ａ、３７ｂ）、及び２つの光検知センサ（３８ａ、３８ｂ）などを備えている。そして、これらは、不図示のハウジングの所定位置に組み付けられている。

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（３５、３６）の光軸に沿った方向をＸ軸方向として説明する。また、光源装置１０からポリゴンミラー３３に向かう光束の進行方向を「Ｗ方向」、該Ｗ方向及びＺ軸方向のいずれにも直交する方向を「Ｍ」方向とする。

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。

光源装置１０は、一例として図３及び図４に示されるように、光源１１、λ／４板１２、カップリング光学系１３、第１開口板１４、モニタ光用反射ミラー１５、第２開口板１６、集光レンズ１７、受光素子１８、及び光源制御装置２２を有している。そして、光源１１、受光素子１８及び光源制御装置２２は、同一の回路基板１９上にそれぞれ実装されている。ここでは、光源装置１０における主走査対応方向はＭ方向であり、副走査対応方向はＺ軸方向に平行な方向である。

光源１１は、一例として図５に示されるように、４０個の発光部が２次元的に配列されて１つの基板上に形成された２次元アレイ１００を有している。

これら４０個の発光部は、すべての発光部を副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）に伸びる仮想線上に正射影したときに、隣接する２つの発光部の発光部間隔が等間隔と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。

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（ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、２次元アレイ１００は、４０個の発光部を有する面発光レーザアレイである。

そして、各発光部から射出される光束の偏光状態は直線偏光であり、その偏光方向は副走査対応方向に平行である。また、各発光部から射出される光束の定常状態（光出力が安定した状態）での発散角（ＦＦＰ）は、主走査対応方向及び副走査対応方向のいずれにおいても７度（ｄｅｇ）である。

主走査対応方向に関して、両端の発光部間の距離は０．２７ｍｍであり、副走査対応方向に関して、両端の発光部間の距離は０．３４ｍｍである。

光源１１は、＋Ｗ方向に向けて光束が射出されるように配置されている。

図３に戻り、λ／４板１２は、光源１１の＋Ｗ側に配置されている。すなわち、λ／４板１２は、発散光束の中に配置されている。このλ／４板１２は、光源１１からの光束の偏光状態を円偏光に変換する。ここでは、λ／４板１２は、カップリング光学系１３からの戻り光が光源１１に到達するのを防ぐため、Ｚ軸方向に対して傾斜している。そして、λ／４板１２は、有効面積が小さいほど低コストになるため、できるだけ光源１１側に近づけることが望ましい。これにより、感光体ドラム１０３０の表面に照射される光束の光量の像高依存性（いわゆるシェーディング）を低下させることができる。

カップリング光学系１３は、λ／４板１２を介した光束を略平行光とする。このカップリング光学系１３は、環境温度が変化したときに、ビームウエスト位置が変化するのを抑制する作用を有している。これにより、感光体ドラム１０３０の表面での光スポットのスポット径を安定させることができる。ここでは、該スポット径は、主走査方向で５５μｍ、副走査方向で５５μｍとしている。

カップリング光学系１３は、第１カップリングレンズ１３ａと第２カップリングレンズ１３ｂを有している。

第１カップリングレンズ１３ａは、λ／４板１２の＋Ｗ側に配置され、λ／４板１２を介した光束が入射する。ここでは、第１カップリングレンズ１３ａは、屈折率が１．５１１１のガラス製（例えば、ＢＫ７）のレンズである。

第１カップリングレンズ１３ａの第１面（入射側の面）は平面であり、第２面（射出側の面）は凸の球面である。この第２面（射出側の面）の曲率半径は−２１．１ｍｍである。また、第１カップリングレンズ１３ａの中央部の厚さ（肉厚）は５ｍｍである。

第２カップリングレンズ１３ｂは、第１カップリングレンズ１３ａの＋Ｗ側に配置され、第１カップリングレンズ１３ａを介した光束が入射する。ここでは、第２カップリングレンズ１３ｂは、屈折率が１．５２３９の樹脂製（例えば、日本ゼオン社製のＺｅｏｎｅｘＥ４８Ｒ）のレンズである。

第２カップリングレンズ１３ｂの入射側の面は凹の球面であり、射出側の面は凹の非球面である。入射側の面の曲率半径は−４７５ｍｍである。射出側の面は、Ｚ軸に直交する面内では非円弧形状で近軸曲率半径が３００ｍｍであり、主走査対応方向に直交する面内では円弧形状で曲率半径が３００ｍｍである。

第２カップリングレンズ１３ｂの射出側の面の非円弧形状で、Ｚ軸に直交する面内における第１カップリングレンズ１３ａと第２カップリングレンズ１３ｂの球面収差を補正している。

また、第２カップリングレンズ１３ｂの中央部の厚さ（肉厚）は２ｍｍである。

そして、第１カップリングレンズ１３ａと第２カップリングレンズ１３ｂの合成焦点距離が４５ｍｍとなるように、それらの間隔が調整されている。

第１開口板１４は、開口部を有し、カップリング光学系１３を介した光束を整形する。ここでは、第１開口板１４は、カップリング光学系１３を介した光束の最も光強度の大きい部分が開口部のほぼ中央を通るように配置されている。また、第１開口板１４の開口部の周囲は、高い反射率を有する反射部材でできている。以下では、この反射部材の表面を反射面という。

ところで、本実施形態では、光源が複数の発光部を有しているため、光束は複数存在することとなる。そこで、わかりやすくするため、全発光部の平均位置に仮想的な１つの発光部があるとし、それによる光束を光束Ａとする。

また、便宜上、第１開口板１４の反射部材で反射された光束を光束Ｂ、第１開口板１４の開口部を通過した光束を光束Ｃという。

そして、第１開口板１４は、一例として図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、反射面で反射された光束をモニタ用光束として利用するため、カップリング光学系１３の光軸に直交する仮想面に対して傾斜して配置されている。なお、Ｚ軸に直交する面内で、Ｍ方向に対して第１開口板１４が傾斜している方向を「ｐ方向」、該ｐ方向に直交する方向を「ｑ方向」とする（図３参照）。ここでは、第１開口板１４は、Ｚ軸に対して平行であり、Ｚ軸に直交する面内でＭ方向に対して４５度傾斜して配置されている。

第１開口板１４の開口部は、主走査対応方向に関する長さ（幅）Ｄ１が７．９ｍｍ、副走査対応方向に関する長さ（幅）Ｄ２が１．２ｍｍの矩形形状である。なお、図６（Ｂ）は、開口部の中心を通りＺ軸に直交する面で第１開口板１４を切断したときの断面図である。

ところで、第１開口板１４は、通常の圧延加工によって所定の板厚とされたアルミニウム板が用いられ、打ち抜き加工によって開口部が形成されている。そこで、第１開口板１４の反射面は平面ではなく、前記平面誤差が存在している。

図７は、第１開口板１４の一部を拡大し、平面誤差を誇張した図である。図７では、簡単のため、光束Ａ、光束Ｂ、光束Ｃに代えて、光線ａ、光線ｂ、光線ｃを用いている。光線ａ、光線ｂ、光線ｃは、光束Ａ、光束Ｂ、光束Ｃの中心を通る光線である。

ここでは、第１開口板１４の反射面は、入射する光束の入射面である第１の面（ここでは、Ｚ軸に直交する面）内の曲率半径Ｒ１が４０００ｍｍであり、反射面及び第１の面のいずれにも交差し、第１の面に直交する第２の面（ここでは、ｐ方向に直交する面）内の曲率半径Ｒ２が１３００ｍｍである。

すなわち、第１開口板１４の反射面では、第１の面内の曲率Ｃ１（＝１／Ｒ１）が、第２の面内の曲率Ｃ２（＝１／Ｒ２）よりも小さい。なお、ここでは、曲率中心が第１開口板１４の−Ｗ側にある曲率を「＋」、曲率中心が第１開口板１４の＋Ｗ側にある曲率を「−」とする。

図３に戻り、モニタ光用反射ミラー１５は、第１開口板１４の反射面で反射された光束（モニタ用光束）の光路を受光素子１８に向かう方向に折り返す。なお、モニタ光用反射ミラー１５で反射された光束（モニタ用光束）の進行方向を「ｒ方向」とする（図３参照）。

第２開口板１６は、モニタ光用反射ミラー１５で反射されたモニタ用光束を整形する。第２開口板１６の開口部は、一例として図８に示されるように、主走査対応方向の長さＤ３が３．５ｍｍ、副走査対応方向の長さＤ４が３．１ｍｍの矩形形状である。

図３に戻り、集光レンズ１７は、第２開口板１６の開口部を通過したモニタ用光束を集光する。ここでは、集光レンズ１７は、屈折率が１．５１１１のガラス製（例えば、ＢＫ７）のレンズである。

集光レンズ１７の第１面（入射側の面）は凸の球面であり、第２面（射出側の面）は平面である。この第１面（入射側の面）の曲率半径は１９．７ｍｍである。また、集光レンズ１７の中央部の厚さ（肉厚）は３ｍｍである。

受光素子１８は、モニタ用光束を受光する。この受光素子１８は、有効領域の大きさが１．１ｍｍ角のフォトダイオードを有し、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。

第１開口板１４と受光素子１８との間のモニタ用光束の光路上に配置される光学系は、モニタ光学系とも呼ばれている。本実施形態では、モニタ光学系は、モニタ光用反射ミラー１５と第２開口板１６と集光レンズ１７とから構成されている。

ここでは、λ／４板１２、カップリング光学系１３、第１開口板１４、モニタ光用反射ミラー１５、第２開口板１６及び集光レンズ１７は、所定の位置関係で保持部材（図示省略）に保持されている。この保持部材は、アルミニウムなどの温度変動の小さい材質で、一体的に形成されることが望ましい。

図９及び図１０には、モニタ用光束のビーム径と受光素子１８の受光面からの距離との関係が示されている。なお、図１０は、図９の一部を拡大した図である。ここでは、ビーム径は、最大の光強度を１としたときに１／ｅ^２以上の光強度を有する領域の直径をいう。受光面からの距離は、受光面の−Ｗ側（後方）を「＋」、＋Ｗ側（前方）を「−」としている。

また、受光素子１８の受光面上でのビームプロファイルが図１１に示されている。図１１における縦軸は、ビームの最大強度で規格化されている。また、図１１では、主走査対応方向（ここでは、Ｍ方向）及び副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向）において、受光面の中心を基準（座標０）としている。

ここでは、第１開口板１４の開口部の形状と、第２開口板１６の開口部の形状との間には、Ｄ３＜Ｄ１、Ｄ４＞Ｄ２の関係があるため、受光素子１８の受光面上でのビームプロファイルは、副走査対応方向において山が谷を挟んで二つに分かれたような形をとる（特開２００９−０６５０６４号公報参照）。

なお、この谷の部分は、ビーム径の定義としては考慮せず、ビームプロファイルの中で最も外側にある、ピーク強度の１／ｅ^２となる点を結んでビーム径としている。

モニタ用光束は、集光レンズ１７によって、ビームウエスト径が５０μｍ以下に絞られる（図１０参照）。仮に、受光素子１８の受光面上でのビーム径が、ビームウエスト径と同程度であると、受光面内の感度のばらつきの影響を大きく受けてしまう。そのため、本実施形態では、受光素子１８の受光面上でのビーム径が２００μｍ以上になるようにデフォーカスしている（図９参照）。なお、ビームウエスト位置と受光面との距離を「デフォーカス量」という。そして、ビームウエスト位置が受光面の＋Ｗ側（前方）にあるときを「−」、ビームウエスト位置が受光面の−Ｗ側（後方）にあるときを「＋」とする。

第１開口板１４では、第１の面内の曲率Ｃ１（＝１／Ｒ１）と第２の面内の曲率Ｃ２（＝１／Ｒ２）とが異なっているため、ビームウエスト位置は、Ｚ軸に直交する面内とＭ方向に直交する面内とでは異なっており、その差は０．４ｍｍである。

そこで、Ｚ軸方向のビーム径（ビームの幅）が、Ｍ方向のビーム径（ビームの幅）に対して小さくなるように、受光素子１８の受光面上でのデフォーカス量及び第２開口板１６の開口部の大きさが設定されている。

また、Ｍ方向に直交する面内でのビームウエスト径は、Ｚ軸に直交する面内でのビームウエスト径よりも大きくなるように設定されている。

これにより、受光素子１８の受光面上での、デフォーカス量に対するビーム径の変化が小さくなる。

そこで、複数の光源装置において、第１開口板１４における曲率Ｃ２にばらつきがあっても、受光素子１８の受光面上で、Ｚ軸方向のビーム径が大きく異なることはない。すなわち、光源装置の製造歩留まりを向上させることができる。また、光源装置を出荷する際の調整を簡略化することができる。

本実施形態では、第１開口板１４のミラー部は、ｐ方向及びＺ軸方向のいずれに関しても、集光作用を有している。このとき、モニタ用光のビームウエスト位置が、受光素子１８の受光面に対して−Ｗ側（後方）、すなわち、デフォーカス量が「＋」となるように設定しておくと、第１開口板１４のミラー部の面精度が向上してより平面に近づいた場合に、受光素子１８の受光面上においてビーム径が絞られすぎるのを防ぐことができる。

第１開口板１４を製作する際の圧延加工では、表面の曲率をコントロールする精度は低い。そのため、第１開口板１４のミラー部がある程度の曲率を有する場合及び平面の場合の両方を考慮して、上記のようなビームウエスト位置と受光面の関係にしておくことで、圧延加工が容易になる。

なお、ビームウエスト位置が、受光素子１８の受光面上でのビーム径が大きくなる方向にずれた場合には、集光レンズ１７によって調整することが可能である。

集光レンズ１７は、一例として図１２に示されるように、支持部材によって支持されている。この支持部材は、光線ｂの進行方向ｒに対して、垂直な面（支持面）で集光レンズ１７を支持する。この支持面には、紫外線硬化型の接着剤が塗布される。そして、支持部材は、集光レンズ１７が支持面に押し付けられた状態で、受光素子１８の受光面に光束Ｂの全てが入るように、主走査対応方向及び副走査対応方向に関して位置調整される。その後、接着剤に紫外線が照射され、接着剤が硬化する。

Ｚ軸に直交する面内でのビームウエスト位置の変化量と第１開口板１４のミラー部におけるＲ１との関係（以下では、便宜上、「第１の関係」ともいう）、及びＭ方向に直交する面内でのビームウエスト位置の変化量と第１開口板１４のミラー部におけるＲ２との関係（以下では、便宜上、「第２の関係」ともいう）が、図１３に示されている。

これによると、仮にＲ１とＲ２が同一であっても、第２の関係におけるビームウエスト位置の変化量は、第１の関係におけるビームウエスト位置の変化量の約１／２である。これは、第１開口板１４が、カップリング光学系１３の光軸に直交する仮想面に対して傾斜して配置されているために起こる現象である。

第１開口板１４のミラー部における、曲率Ｃ１は、光束Ｂの結像位置に対して直接的に作用するが、曲率Ｃ２は、光束Ａがθだけ傾斜して第１開口板１４に入射しているため、光束Ｂの結像位置に対する影響が軽減されることとなる。

すなわち、Ｒ１よりもＲ２のほうが、ビームウエスト位置の変化に対して影響が小さい。そこで、第１開口板１４において、加工精度の確保が困難な方向をＺ軸方向に平行な方向にすることで、受光素子１８の受光面からモニタ用光束がはみ出して光量不足となったり、絞られすぎて感度のばらつきが大きくなるなどの不都合を解消することができる。

一般的に、圧延加工では、圧延方向に平行な方向は曲率半径のばらつきが大きくなり、圧延ロールの軸に平行な方向は比較的平面度が高くなる傾向がある。

従って、第１開口板１４を製作する際に、圧延方向がＺ軸方向に平行になるよう指定することで、従来の加工方法を変更したり、複雑な光学系を用いたりする必要はない。

そして、｜Ｃ１｜＜｜Ｃ２｜が満足されている場合であって、曲率Ｃ１が０よりも大きいときには、第１の面内において、モニタ用光束は、受光素子１８の受光面の後方（−Ｗ側）に、ビーム径が最小となる位置を有するように設定すれば良い。

反対に、曲率Ｃ１が０よりも小さいときには、第１の面内において、モニタ用光束は、受光素子１８の受光面の前方（＋Ｗ側）に、ビーム径が最小となる位置を有するように設定すれば良い。

また、｜Ｃ１｜＜｜Ｃ２｜が満足されている場合であって、曲率Ｃ２が０よりも大きいときには、第２の面内において、モニタ用光束は、受光素子１８の受光面の後方に、ビーム径が最小となる位置を有するように設定すれば良い。

反対に、曲率Ｃ２が０よりも小さいときには、第２の面内において、モニタ用光束は、受光素子１８の受光面の前方に、ビーム径が最小となる位置を有するように設定すれば良い。

図２に戻り、光検知センサ３８ａには、ポリゴンミラー３３で偏向され、走査光学系を介した光束のうち書き込み開始前の光束の一部が、光検知用ミラー３７ａを介して入射する。また、光検知センサ３８ｂには、ポリゴンミラー３３で偏向され、走査光学系を介した光束のうち書き込み終了後の光束の一部が、光検知用ミラー３７ｂを介して入射する。

各光検知センサはいずれも、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。

光源制御装置２２は、一例として図１４に示されるように、画素クロック生成回路２１５、画像処理回路２１６、書込制御回路２１９、及び光源駆動回路２２１などを有している。なお、図１４における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。

画素クロック生成回路２１５は、光検知センサ３８ａの出力信号と光検知センサ３８ｂの出力信号とから、各光検知センサの間を光束が走査するのに要した時間を求め、その時間に予め設定されている数のパルスが収まるように周波数を設定し、該周波数の画素クロック信号ＰＣＬＫを生成する。ここで生成された画素クロック信号ＰＣＬＫは、画像処理回路２１６及び書込制御回路２１９に供給される。また、光検知センサ３８ａの出力信号は、同期信号として書込制御回路２１９に出力される。

画像処理回路２１６は、プリンタ制御装置１０６０を介して上位装置から受信した画像情報をラスター展開するとともに、所定の中間調処理などを行った後、画素クロック信号ＰＣＬＫを基準とした各画素の階調を表す画像データを発光部毎に作成する。そして、画像処理回路２１６は、光検知センサ３８ａの出力信号に基づいて走査開始を検出すると、画素クロック信号ＰＣＬＫに同期して画像データを書込制御回路２１９に出力する。

書込制御回路２１９は、画像処理回路２１６からの画像データ、画素クロック生成回路２１５からの画素クロック信号ＰＣＬＫ及び同期信号に基づいてパルス変調信号を生成する。また、書込制御回路２１９は、所定のタイミングで、受光素子１８の出力信号に基づいて、光源装置１０の第１開口板１４の開口部を通過する光束の光量が所望の値となるように、各発光部の駆動電流を補正する。すなわち、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。

光源駆動回路２２１は、書込制御回路２１９からのパルス変調信号に基づいて２次元アレイ１００の各発光部を駆動する。

以上説明したように、本実施形態に係る光源装置１０によると、面発光レーザアレイ１００を含む光源１１、該光源１１からの光束を走査用光束とモニタ用光束とに分離する第１開口板１４、モニタ用光束を受光する受光素子１８などを備えている。そして、第１開口板１４は、光源１１からの光束が入射し、モニタ用光束を反射する反射面を有し、第１開口板１４に入射する光束の入射面である第１の面内における反射面の曲率Ｃ１、反射面及び第１の面のいずれにも交差し、第１の面に直交する第２の面内における反射面の曲率Ｃ２を用いて、｜Ｃ１｜＜｜Ｃ２｜が満足されている。この場合は、受光素子１８の受光面上でのモニタ用光束のビーム径を安定的に所望の大きさとすることができる。

そこで、高い精度のＡＰＣが可能となり、その結果、高コスト化を招くことなく、安定した光量の光を射出することが可能となる。

また、モニタ用光束は、受光素子１８の受光面において、第１開口板１４の反射面での第１の面に直交する方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）の幅が、反射面での第２の面に直交する方向に対応する方向（ここでは、Ｍ方向）の幅よりも小さい。

また、受光素子１８の受光面における、第１開口板１４の反射面での第１の面に直交する方向に対応する第１の方向（ここでは、Ｚ軸方向）、及び反射面での第２の面に直交する方向に対応する第２の方向（ここでは、Ｍ方向）を用いて、モニタ用光束は、第１の方向のビームウエスト径が、第２の方向のビームウエスト径よりも大きい。

また、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源装置１０を有しているため、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を安定して行うことが可能である。

また、感光体ドラム表面上におけるビームの光量が安定化するということは、複数あるプロセス制御条件のうちの１つが安定化するということを意味する。従って、プロセス制御の実行頻度を低減することができ、省エネ等の環境負荷低減が可能となる。

また、光源１１が複数の発光部を有しているため、同時に複数の走査が可能となり、画像形成の高速化を図ることができる。

そして、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、出力画像における濃度むらを低減することができる。すなわち、高コスト化を招くことなく、高品質の画像を安定して形成することが可能である。

また、光源１１が複数の発光部を有しているため、画像の高密度化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、第１開口板１４において、Ｒ１＝４０００ｍｍ、Ｒ２＝１３００ｍｍ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、Ｒ１＝３５００ｍｍ、Ｒ２＝５００ｍｍであっても良い。このように、Ｒ１とＲ２の大きな差を許容することで、さらに低コストで第１開口板１４を製作することができる。

但し、この場合に、集光レンズの光学面を球面としてしまうと、ビームウエスト位置のずれが２．７ｍｍ程度と大きくなってしまい、Ｚ軸に直交する面内及びＭ方向に直交する面内の両方において、受光素子１８の受光面内にモニタ用光束を集めることが難しくなる。

そこで、集光レンズとしてアナモフィックレンズを用いるのが良い。例えば、屈折率が１．４８４の樹脂製（例えば、ＰＭＭＡ）で、中心肉厚が３ｍｍ、第２面が平面、第１面が凸で、Ｚ軸に直交する面内の曲率半径が１８．９ｍｍ、ｒ方向に直交する面内の曲率半径が２０ｍｍのアナモフィックレンズを用いることができる。

また、アナモフィックレンズの変形例として、第１面及び第２面をそれぞれシリンドリカル面として、Ｚ軸に直交する面内とｒ方向に直交する面内でのパワーを異ならせたレンズを用いることができる。

このように、第１開口板１４の加工精度に応じて、モニタ光学系を適切に設定することで、第１開口板１４のコストアップを防ぎつつ、高精度な光量制御が可能な光源装置を構成することができる。

また、上記実施形態では、２次元アレイ１００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。

また、上記実施形態では、光源１１が２次元アレイ１００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。例えば、光源１１が前記２次元アレイ１００に代えて、複数の発光部が一列に配置されている１次元アレイを有していても良い。また、光源１１が前記２次元アレイ１００に代えて、１つの発光部を有していても良い。

また、上記実施形態では、モニタ光学系が光源装置に含まれる場合について説明したが、これに限らず、モニタ光学系の少なくとも一部が光源装置とは別に設けられても良い。

なお、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００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。要するに、光走査装置１０１０を備えた画像形成装置であれば良い。

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。

また、例えば、図１５に示されるように、複数の感光体ドラムを備えるカラープリンタ２０００であっても良い。

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、ブラック用の「感光体ドラムＫ１、帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、クリーニングユニットＫ５、及び転写装置Ｋ６」と、シアン用の「感光体ドラムＣ１、帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、クリーニングユニットＣ５、及び転写装置Ｃ６」と、マゼンタ用の「感光体ドラムＭ１、帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、クリーニングユニットＭ５、及び転写装置Ｍ６」と、イエロー用の「感光体ドラムＹ１、帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、クリーニングユニットＹ５、及び転写装置Ｙ６」と、光走査装置２０１０と、転写ベルト２０８０と、定着ユニット２０３０などを備えている。

各感光体ドラムは、図１５中の矢印の方向に回転し、各感光体ドラムの周囲には、回転方向に沿って、帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニングユニットがそれぞれ配置されている。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電装置によって帯電された各感光体ドラム表面に光走査装置２０１０により光走査が行われ、各感光体ドラムに潜像が形成される。

そして、対応する現像装置により各感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写装置により、転写ベルト２０８０上の記録紙に各色のトナー像が順次転写され、最終的に定着ユニット２０３０により記録紙に画像が定着される。

光走査装置２０１０は、前記光源装置１０と同様な光源装置を色毎に有している。従って、前記光走査装置１０１０と同様な効果を得ることができる。

そして、カラープリンタ２０００は、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、タンデム方式の多色カラープリンタでは、機械精度等で各色の色ずれが発生する場合があるが、点灯させる発光部を選択することで各色の色ずれの補正精度を高めることができる。

また、このカラープリンタ２０００において、光走査装置を１色毎に設けても良いし、２色毎に設けても良い。

以上説明したように、本発明の光源装置によれば、高コスト化を招くことなく、安定した光量の光を射出するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、高コスト化を招くことなく、高精度の光走査を安定して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、高品質の画像を安定して形成するのに適している。

１０…光源装置、１１…光源、１３…カップリング光学系、１４…第１開口板（分離部材）、１７…集光レンズ、１８…受光素子（受光器）、３３…ポリゴンミラー（偏向器）、３５…偏向器側走査レンズ（走査光学系の一部）、３６…像面側走査レンズ（走査光学系の一部）、１００…２次元アレイ（面発光レーザアレイ）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

特許第３２２７２２６号公報 特開２００５−２７４６７８号公報 特開２００７−２９８５６３号公報 特開２００８−２６８６８３号公報 特開２００９−０６５０６４号公報

Claims (12)

1. 面発光レーザと、該面発光レーザからの光束を、２つの光束に分離する分離部材と、前記２つの光束のうち一方の光束の光路上に配置された集光レンズと、該集光レンズを介した光束を受光する受光面を有する受光器とを備える光源装置において、
   前記分離部材は、前記面発光レーザからの光束が入射し、前記一方の光束を反射する反射面と、前記２つの光束のうち他方の光束を通過させる開口と、を有し、
   前記分離部材に入射する光束の入射面である第１の面内における前記反射面の曲率Ｃ１、前記反射面及び前記第１の面のいずれにも交差し、前記第１の面に直交する第２の面内における前記反射面の曲率Ｃ２を用いて、
   ｜Ｃ１｜＜｜Ｃ２｜であり、
   前記分離部材は、圧延加工された材料からなり、
   前記圧延加工での圧延方向は、前記第１の面の法線と平行である光源装置。
2. 前記曲率Ｃ１は０よりも大きく、
   前記第１の面内において、
   前記一方の光束は、前記受光器の受光面の後方に、ビーム径が最小となる位置を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記曲率Ｃ１は０よりも小さく、
   前記第１の面内において、
   前記一方の光束は、前記受光器の受光面の前方に、ビーム径が最小となる位置を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記曲率Ｃ２は０よりも大きく、
   前記第２の面内において、
   前記一方の光束は、前記受光器の受光面の後方に、ビーム径が最小となる位置を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記曲率Ｃ２は０よりも小さく、
   前記第２の面内において、
   前記一方の光束は、前記受光器の受光面の前方に、ビーム径が最小となる位置を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記一方の光束は、前記受光器の受光面において、
   前記反射面での前記第１の面に直交する方向に対応する方向の幅が、
   前記反射面での前記第２の面に直交する方向に対応する方向の幅よりも小さ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源装置。
7. 前記受光器の受光面における、前記反射面での前記第１の面に直交する方向に対応する第１の方向、及び前記反射面での前記第２の面に直交する方向に対応する第２の方向を用いて、
   前記一方の光束は、前記第１の方向のビームウエスト径が、前記第２の方向のビームウエスト径よりも大きい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源装置。
8. 前記集光レンズは、アナモフィックレンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記一方の光束の進行方向に垂直な平面を有し、該平面に前記集光レンズが接着される支持部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 光束により被走査面を走査する光走査装置であって、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置と；
    前記光源装置から射出された光束を偏向する偏向器と；
    前記偏向器で偏向された光束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。
11. 少なくとも１つの像担持体と；
    前記少なくとも１つの像担持体を画像情報に応じて変調された光束により走査する少なくとも１つの請求項１０に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
12. 前記画像情報は、多色のカラー画像情報であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。