JP5321915B2 - 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、レーザ光を射出する光源装置、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、レーザを光源に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、光源から射出され、偏向器で偏向された光束（書き込み用光束）で感光体ドラムの表面を走査し、感光体ドラムの表面に潜像を形成するために光走査装置を備えている。ところで、画像形成装置では、温度変化や経時変化に伴って書き込み用光束の光量が変化すると、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、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。そこで、面発光レーザを用いた場合の光量制御方法として、面発光レーザから射出された光束の一部を、ビームスプリッタやハーフミラー等の光学素子を用いて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。

例えば、特許文献１には、面発光レーザから出射され、コリメータレンズでコリメートされたレーザビームを光偏向器で偏向して被走査面を走査露光すると共に、レーザビームの一部をビーム分離手段で反射し受光素子で光量を検出する光走査装置が開示されている。この光走査装置では、ビーム分離手段とコリメータレンズとの間にレーザビームを整形するアパチャーが設けられている。

また、特許文献２には、複数の発光源を主走査方向にモノリシックに配列した光源手段と、光源手段からの複数の光ビームを所定の集束状態に変換するカップリングレンズと光源手段及びカップリングレンズを一体的に保持する支持部材とを備えるマルチビーム光源装置が開示されている。このマルチビーム光源装置では、支持部材は、カップリングレンズを保持し、光源手段から射出される光軸を中心に回動調整可能となるようにして取り付けられた第１の部材と、光源手段を保持し、第１の部材の主走査断面における傾きが調整可能となるように取り付けられた第２の部材とを有している。

また、特許文献３には、光源から射出された光束の最も光強度の大きい部分がそのほぼ中央を通る開口部を有し、該開口部の周囲に入射した光束をモニタ用光束として反射する分離光学素子と、該分離光学素子で反射されたモニタ用光束のビーム径を制限するための開口部を有する開口部材と、該開口部材の開口部を通過したモニタ用光束を受光する受光素子とを備えるモニタ装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている光走査装置、及び特許文献３に開示されているモニタ装置では、光源から光検出手段までの光路長が長くなり、装置の小型化が困難であるという不都合があった。

また、特許文献２に開示されているマルチビーム光源装置では、発散角の変動によって、ＡＰＣの精度が大きく影響されるという不都合があった。

ところで、通常、半導体レーザはパッケージに装着され、該パッケージの前方には、防塵のためにカバーガラスが設けられている。そして、半導体レーザから射出され、カバーガラスで反射した光が、戻り光として半導体レーザに入射すると、レーザの光安定性を劣化させる。特に、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）アレイのように複数の発光部が密集している半導体レーザでは、この戻り光による発光特性の劣化が顕著になる。

そこで、カバーガラスを除去することが考えられるが、この場合には、実装・組付け工程において、また市場での使用条件下において、半導体レーザに塵埃が付着して光出力が低下したり、光源寿命が短くなるといった不都合を生じる。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、小型で安定した光束を射出することができる光源装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、走査精度を低下させることなく小型化を図ることができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、画像品質を低下させることなく小型化を図ることができる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、光源と；前記光源を保持するパッケージ部材と；前記光源から射出された光束の光路上に配置され、該光束を第１の光束と第２の光束とに分離する分離素子と；前記分離素子をその表面が前記光源から射出された光束の進行方向に直交する面に対して傾斜して保持するとともに、前記パッケージ部材に取り付けられ、前記光源を密封するキャップ部材と；前記第１の光束の光路上に配置され、第１の開口部を有し、前記第１の光束を整形する第１の開口板と；前記第２の光束の光路上に配置され、第２の開口部を有し、前記第２の光束を整形する第２の開口板と；を備え、前記第１の開口部を通過した光束の空間光強度分布において、該光束の進行方向に直交する面内で、光強度の最大値に対する第１の方向の端部での光強度Ｐ１及び前記第１の方向に直交する第２の方向の端部での光強度Ｐ２と、前記第２の開口部を通過した光束の空間光強度分布において、該光束の進行方向に直交する面内で、光強度の最大値に対する前記第１の方向に対応する方向の端部での光強度Ｐ３及び前記第２の方向に対応する方向の端部での光強度Ｐ４とを用いて、Ｐ１≒Ｐ３、Ｐ２≒Ｐ４の関係が満足されている光源装置である。

これによれば、小型で安定した光束を射出することができる。

本発明は、第２の観点からすると、光束により被走査面を主走査方向に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、走査精度を低下させることなく小型化を図ることができる。

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、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、画像品質を低下させることなく小型化を図ることができる。

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。 図２における光源装置を説明するための図である。 図３における光源に含まれる２次元アレイ発光素子を説明するための図である。 第２開口板１６の位置を調整するための位置調整機構を説明するための図である。 図６（Ａ）は、開口部Ａの形状を説明するための図であり、図６（Ｂ）は、開口部Ｂの形状を説明するための図である。 書き込み用光束及びモニタ用光束の空間光強度分布を説明するための図である。 開口部Ａの形状と開口部Ｂの形状との関係を説明するための図（その１）である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、開口部Ａの形状と開口部Ｂの形状との関係を説明するための図（その２）である。 光源装置が光学ハウジングに取り付けられている状態を説明するための図である。 光源装置の組み立てを説明するための図（その１）である。 光源装置の組み立てを説明するための図（その２）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。 第２開口板と受光素子が一体化されるときの位置調整機構を説明するための図である。 書き込み用光束及びモニタ用光束の空間光強度分布の変形例を説明するための図である。 光源装置の変形例１を説明するための図である。 光源装置の変形例２を説明するための図である。 光源装置の変形例３を説明するための図である。 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１３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。

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、以下では、便宜上「Ｗ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に示されるように、光源１１、パッケージ部材２１、キャップ部材２２、カップリングレンズ１３、第１開口板１４、第２開口板１６、受光素子１８、及び光源制御装置３０を有している。そして、パッケージ部材２１及び光源制御装置３０は、同一の回路基板１９上にそれぞれ実装されている。なお、図３における「Ｍ方向」は、光源１１での主走査対応方向である。

ここでは、回路基板１９の＋Ｗ側の面にパッケージ部材２１が実装され、−Ｗ側の面に光源制御装置３０が実装されている。

パッケージ部材２１は、ＣＬＣＣ（Ｃｅｒａｍｉｃ ｌｅａｄｅｄ ｃｈｉｐ ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれるフラットパッケージであり、その＋Ｗ側に、周囲が壁で囲まれている空間領域を有している。そして、その空間領域の底面中央に光源１１が保持されている。

光源１１は、一例として図４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次元アレイ発光素子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である。すなわち、２次元アレイ発光素子１００は、４０個の発光部を有する面発光レーザアレイである。

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、キャップ部材２２は、金属製の部材であり、パッケージ部材２１の＋Ｗ側の面に取り付けられ、前記空間領域を密閉する。なお、キャップ部材２２は、防塵性を確保することが可能であれば、金属製に限定されるものではない。

キャップ部材２２は、２つの窓（２２ａ、２２ｂ）を有している。窓２２ａは、光源１１の＋Ｗ側に、ＭＺ面に対して４５°傾斜して設けられ、ハーフミラー２３によって覆われている。

このハーフミラー２３は、板状部材であり、その一側の面と他側の面は平行である。そこで、ハーフミラー２３は、表面がＭＺ面に対して４５°傾斜している。

窓２２ｂは、ハーフミラー２３の−Ｚ側に設けられ、透明部材２４によって覆われている。

従って、光源１１から射出され、ハーフミラー２３を透過した光束は、窓２２ａを通過し、ハーフミラー２３で反射された光束は、窓２２ｂを通過する。

以下では、ハーフミラー２３を透過した光束を「書き込み用光束」ともいい、ハーフミラー２３で反射された光束を「モニタ用光束」ともいう。

カップリングレンズ１３は、書き込み用光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。このカップリングレンズ１３は、ＭＺ面内において回転対称な形状であり、Ｍ方向及びＺ軸方向に関して、同じ光学的なパワーを有している。

第１開口板１４は、開口部を有し、カップリングレンズ１３を介した書き込み用光束の光路上に配置され、該光束のビーム形状を整形する。

第１開口板１４の開口部を通過した光束が、光源装置１０から射出される光束である。

第２開口板１６は、開口部を有し、窓２２ｂ（透明部材２４）を通過したモニタ用光束の光路上に配置され、該光束のビーム形状を整形する。

この第２開口板１６は、一例として図５に示されるように、ＭＷ面内における位置を調整するための位置調整機構によって適切な位置に固定されている。

この位置調整機構は、第２開口板１６の周囲を取り囲む枠状の保持部材と、第２開口板１６と保持部材の内壁との間に挿入され、第２開口板１６に対して−Ｍ方向及び＋Ｗ方向の押圧力を作用させる板ばねと、該板ばねに対向して保持部材に取り付けられ、第２開口板１６をＭ方向及びＷ方向に移動させるための２つの調整ねじとを有している。そして、２つの調整ねじの繰り出し量によって第２開口板１６の位置が調整される。

ここでは、第２開口板１６は、受光素子１８での受光光量が最大値となる位置に調整されている。このとき、第２開口板１６の開口部を通過する光束における光強度のピーク位置と第２開口板１６の開口部の中心とがほぼ一致する。

図３に戻り、第２開口板１６の開口部を通過した光束は、受光素子１８で受光される。

受光素子１８は、受光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、導線を介して回路基板１９に送られ、光源制御装置３０に供給される。

ハーフミラー２３と受光素子１８との間の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、透明部材２４と第２開口板１６とから構成されている。

この光源装置１０では、ハーフミラー２３がＭＺ面に対して傾斜しているため、ハーフミラー２３の表面で反射した光束が光源１１に戻るのを抑制することができる。すなわち、戻り光の影響を低減することができる。

また、光源１１は、キャップ部材２２によって密閉されているため、２次元アレイ発光素子１００に塵埃が付着するのを防止できる。

次に、第１開口板１４の開口部及び第２開口板１６の開口部について説明する。なお、以下では、便宜上、第１開口板１４の開口部を「開口部Ａ」といい、第２開口板１６の開口部を「開口部Ｂ」ともいう。

開口部Ａの形状及び開口部Ｂの形状は、いずれも矩形形状であり、互いに相似の関係にある（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。また、各開口板は、光強度のピーク位置と開口部の中心とがほぼ一致するように配置されている。

ここで、開口部Ａを通過した光束の空間光強度分布において、該光束の進行方向に直交する面内（ここでは、ＭＺ面内）の互いに直交する２方向（ここでは、Ｍ方向とＺ軸方向）に関して、光強度の最大値に対する一方向（ここでは、Ｍ方向）の端部での光強度をＰ１、他方向（ここでは、Ｚ軸方向）の端部での光強度をＰ２とする。第１開口板１４では、Ｍ方向が主走査対応方向であり、Ｚ軸方向が副走査対応方向である。

また、開口部Ｂを通過した光束の空間光強度分布において、該光束の進行方向に直交する面内（ここでは、ＭＷ面内）の互いに直交する２方向（ここでは、Ｍ方向とＷ方向）に関して、光強度の最大値に対する一方向（ここでは、Ｍ方向）の端部での光強度をＰ３、他方向（ここでは、Ｗ方向）の端部での光強度をＰ４とする。第２開口板１６では、Ｍ方向が主走査対応方向であり、Ｗ方向が副走査対応方向である。

このとき、Ｐ１≒Ｐ３、Ｐ２≒Ｐ４の関係（以下では、便宜上、「光強度等価関係」ともいう）が満足されるように、開口部Ａ及び開口部Ｂの形状がそれぞれ設定されている（図７参照）。

なお、図７では、それぞれの開口部の長手方向（主走査対応方向）を横軸とし、光強度のピーク位置を位置０としている。また、図７における縦軸は光強度であり、ピーク値で規格化されている。ここでは、Ｐ１≒Ｐ３となっている。

書き込み用光束及びモニタ用光束は、光学系や光路長が異なるために、光束の広がりは互いに異なるが、開口部によって遮られる端部での規格化された光強度は、互いに等しい。この状態が、開口部の長手方向（主走査対応方向）及び短手方向（副走査対応方向）の両方について維持されている。これにより、２次元アレイ発光素子１００から射出される光束の発散角変動の影響を、書き込み用光束とモニタ用光束とで等しくすることができる。

本実施形態では、開口部Ａの大きさは、Ｍ方向が５．６ｍｍ、Ｚ軸方向が１．２ｍｍである。また、開口部Ｂの大きさは、Ｍ方向が４．４ｍｍ、Ｗ方向が０．９ｍｍである。

そして、図８に示されるように、カップリングレンズ１３の焦点距離は４５ｍｍ、光源１１から第２開口板１６までの光路長は３５ｍｍである。なお、図８では、キャップ部材２２、ハーフミラー２３、及び透明部材２４の図示を省略している。

この場合は、光源１１から第１開口板１４に向かって光束が発散しながら進む距離と、光源１１から第２開口板１６に向かって光束が発散しながら進む距離との比率が、開口部Ａと開口部Ｂの大きさの比率に等しい。

すなわち、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示されるように、開口部ＡにおけるＺ軸方向の長さをＬａ、Ｍ方向の長さをＬｂとし、開口部ＢにおけるＷ方向の長さをＬｃ、Ｍ方向の長さをＬｄとすると、Ｌｃ＝Ｌａ×３５／４５、Ｌｄ＝Ｌｂ×３５／４５としている。

図１０には、光源装置１０が、光学ハウジングに取り付けられている状態が示されている。

ここでは、カップリングレンズ１３、第２開口板１６、及び受光素子１８は、所定の位置関係で、アルミダイキャスト製のホルダに保持されている。そして、このホルダは、回路基板１９にねじによって締結されている。

その際、パッケージ部材２１の基準面は、Ｍ方向、Ｗ方向、Ｚ軸方向に関してホルダに突き当てられ、位置決めされている。

カップリングレンズ１３は、光硬化性樹脂の接着剤によって、光源１１との位置関係及び書き込み用光束の状態が所望の状態になるよう位置調整された後にホルダに接着される。

受光素子１８は、ホルダに挿入及び固定されてから、回路基板１９と接続される。

第２開口板１６は、光源１１からの光を受光素子１８で受光しながら、所望の位置に調整された後、不図示の保持機構によって保持される。

光学ハウジングは、アルミダイキャスト製であっても、樹脂モールド製であっても良い。

ホルダは、光学ハウジングにねじによって締結される。このとき光源１１の姿勢を光学ハウジングに搭載されている走査光学系に対して所望の状態にするために、ホルダは、Ｗ方向に平行な軸まわりに回転可能となっている。

第１開口板１４は、光学ハウジング上に保持されている。なお、第１開口板１４は、光源１１及びカップリングレンズ１３との位置精度を向上させるために、ホルダ上に一体的に保持されても良い。なお、この場合は、ホルダの回転調整によって第１開口板１４も光学ハウジング上の光学系に対して偏心するため、ビームスポット径の劣化に注意が必要となる。

また、図１１及び図１２に示されるように、ホルダにおける第２開口板１６の設置面に接着剤（例えば、紫外線硬化型の樹脂系接着剤）を塗布し、第２開口板１６を調整治具で保持するなどして位置調整を行ってから接着し、光走査装置には上記位置調整機構を設けないこともできる。これによって、装置の小型化、軽量化、低コスト化を促進することができる。

図２に戻り、シリンドリカルレンズ３１は、光源装置１０の第１開口板１４の開口部を通過した光束、すなわち、光源装置１０から射出された光束を、ポリゴンミラー３３の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

光源１１とポリゴンミラー３３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。本実施形態では、偏向器前光学系は、ハーフミラー２３とカップリングレンズ１３と第１開口板１４とシリンドリカルレンズ３１とから構成されている。

ポリゴンミラー３３は、一例として内接円の半径が２５ｍｍの６面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。このポリゴンミラー３３は、Ｚ軸方向に平行な軸のまわりを等速回転しながら、シリンドリカルレンズ３１からの光束を偏向する。

偏向器側走査レンズ３５は、ポリゴンミラー３３で偏向された光束の光路上に配置されている。

像面側走査レンズ３６は、偏向器側走査レンズ３５を介した光束の光路上に配置されている。そして、この像面側走査レンズ３６を介した光束が感光体ドラム１０３０の表面に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、ポリゴンミラー３３の回転に伴って感光体ドラム１０３０の長手方向に移動する。すなわち、感光体ドラム１０３０上を走査する。このときの光スポットの移動方向が「主走査方向」である。また、感光体ドラム１０３０の回転方向が「副走査方向」である。

ポリゴンミラー３３と感光体ドラム１０３０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。本実施形態では、走査光学系は、偏向器側走査レンズ３５と像面側走査レンズ３６とから構成されている。なお、偏向器側走査レンズ３５と像面側走査レンズ３６の間の光路上、及び像面側走査レンズ３６と感光体ドラム１０３０の間の光路上の少なくとも一方に、少なくとも１つの折り返しミラーが配置されても良い。

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３０は、一例として図１３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１３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次元アレイ発光素子１００の各発光部を駆動する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００では、光源装置１０によって本発明の光源装置が構成されている。そして、ハーフミラー２３によって分離素子が構成されている。

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を含む光源１１と、該光源１１を保持するパッケージ部材２１と、該パッケージ部材２１に取り付けられ、光源１１を密封するキャップ部材２２とを備えている。

そして、キャップ部材２２は、２つの窓（２２ａ、２２ｂ）を有している。窓２２ａは、光源１１の＋Ｗ側に、ＭＺ面に対して４５°傾斜して設けられ、ハーフミラー２３によって覆われている。また、窓２２ｂは、ハーフミラー２３の−Ｚ側に設けられ、透明部材２４によって覆われている。

光源１１から射出され、ハーフミラー２３を透過した書き込み用光束は、窓２２ａを通過し、ハーフミラー２３で反射されたモニタ用光束は、窓２２ｂを通過する。

この場合は、光源１１に塵埃が付着するのを防止できるとともに、ハーフミラー２３の表面で反射した光束が光源１１に戻るのを抑制することができる。また、光源１１の密閉性を維持しつつ、光源１１近傍からモニタ用光束を取り出すことができる。

また、光源装置１０は、窓２２ａを通過した光束の光路上に第１開口板１４を有し、窓２２ｂを通過した光束の光路上に第２開口板１６を有している。そして、第１開口板１４の開口部及び第２開口板１６の開口部は、書き込み用光束とモニタ用光束とが上記「光強度等価関係」を満足するような形状に設定されている。これにより、光源１０から射出される光束の発散角変動の影響を、書き込み用光束とモニタ用光束とで等しくすることが可能となる。

そして、第２開口板１６の開口部を通過した光束は、受光素子１８で受光され、その受光量に対応する電気信号が光源制御装置３０に出力される。これにより、ＡＰＣを行うことができる。そこで、光源装置１０は、安定した光束を射出することができるとともに、小型化を図ることができる。

そして、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、走査精度を低下させることなく小型化を図ることができる。

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、画像品質を低下させることなく小型化を図ることができる。

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、上記実施形態において、第２開口板１６と受光素子１８とが一体化されても良い。この場合には、第２開口板１６の位置調整機構は、一例として図１４に示されるように、受光素子１８の周囲を取り囲む枠状の保持部材と、受光素子１８と保持部材の内壁との間に挿入され、受光素子１８に対して−Ｍ方向及び＋Ｗ方向の押圧力を作用させる板ばねと、該板ばねに対向して保持部材に取り付けられ、受光素子１８をＭ方向及びＷ方向に移動させるための２つの調整ねじとを有していても良い。この場合には、２つの調整ねじの繰り出し量によって受光素子１８とともに第２開口板１６の位置が調整される。

また、上記実施形態では、光強度のピーク位置と開口部の中心とが一致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。開口部に対して光束の中心が偏芯し、光強度のピーク位置が開口部の中心からずれていても良い。この場合には、横軸を主走査対応方向の位置座標としたときの開口部Ａを通過した光束の−側端部の光強度をＰ１_１とし、＋側端部の光強度をＰ１_２とし、開口部Ｂを通過した光束の−側端部の光強度をＰ３_１とし、＋側端部の光強度をＰ３_２としたとき、図１５に示されるように、Ｐ１_１≒Ｐ３_１、Ｐ１_２≒Ｐ３_２の関係が満足されていれば良い。

そして、横軸を副走査対応方向の位置座標としたときの開口部Ａを通過した光束の−側端部の光強度をＰ２_１とし、＋側端部の光強度をＰ２_２とし、開口部Ｂを通過した光束の−側端部の光強度をＰ４_１とし、＋側端部の光強度をＰ４_２としたとき、Ｐ２_１≒Ｐ４_１、Ｐ２_２≒Ｐ４_２の関係が満足されていれば良い。

また、上記実施形態では、各開口部が矩形形状の場合について説明したが、各開口部が楕円形状やその他の形状であっても良い。

また、上記実施形態において、第１開口板１４及び第２開口板１６から戻り光を低減するために、各開口板を光束の進行方向に直交する面に対して傾斜させたり、湾曲させたりしても良い。この場合は、開口部を光束の進行方向に直交する面に投影したときの形状において、上記「光強度等価関係」を満足するように設定すれば良い。

また、上記実施形態では、カップリングレンズ１３が、ＭＺ面内で回転対称であ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、カップリングレンズ１３が、アナモフィックな場合には、Ｍ方向の光学的パワーとＺ軸方向の光学的パワーとの比率を考慮して、開口部Ａ及び開口部Ｂの形状を、それぞれ設定すれば良い。

また、上記実施形態では、カップリングレンズ１３を通過した光束が平行光束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。

なお、上記実施形態では、２次元アレイ発光素子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次元アレイ発光素子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次元アレイ発光素子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次元アレイ発光素子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。

また、上記実施形態では、ハーフミラー２３の一側の面と他側の面が平行な場合について説明したが、これに限らず、一例として図１６に示されるように、ハーフミラー２３の一側の面と他側の面が非平行であっても良い。この場合は、ハーフミラー２３の入射側の面で反射された光束と射出側の面で反射された光束とが受光素子１８の受光面上で干渉を起こすのを抑制することができる。その結果、光量の検知精度を更に向上させることができる。また、ハーフミラー２３の内部で反射を繰り返した光束が、被走査面上で干渉を起こすのを抑制することができる。その結果、被走査面上での光強度を更に安定化させることができる。

また、上記実施形態において、一例として図１７に示されるように、第２開口板１６と透明板２４との間に集光レンズ２５を配置しても良い。この場合は、受光素子１８の受光面を小さくすることができる。そして、集光レンズ２５の位置を調整するための調整機構を有していても良い。集光レンズ２５の位置を調整することで、受光面に対する光束の入射位置、ピント位置を調整することができる。

また、上記実施形態では、ハーフミラー２３の表面が、ＷＺ面に対して４５°傾斜してい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、図１８に示されるように、ハーフミラー２３の表面のＷＺ面に対する傾斜角が、４５°よりも小さくても良い。

この場合は、受光素子１８を回路基板１９上に配置することができ、後工程における組付け作業が簡単になる。また、光源１１から射出された光束のハーフミラー２３における入射角が小さくなるため、光源１１から射出された光束における偏光方向のばらつきに起因するハーフミラー２３での反射率及び透過率のばらつきを低減することができる。その結果、複数の発光部間での光量の検知誤差を低減することができる。さらに、ハーフミラー２３で反射された光束の進行方向に直交する面が、透明部材２４に対して平行でなくなるため、透明部材２４からの戻り光を抑制することができる。

また、上記実施形態では、キャップ部材２２の外側に第２開口板１６及び受光素子１８が配置される場合について説明したが、これに限らず、第２開口板１６及び受光素子１８がキャップ部材２２の内部に配置されても良い。この場合は、受光素子１８の防塵性を向上させることができる。

また、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１９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１９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、小型で安定した光束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、走査精度を低下させることなく小型化を図るのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、画像品質を低下させることなく小型化を図るのに適している。

１０…光源装置、１１…光源、１３…カップリングレンズ、１４…第１開口板（第１の開口板）、１６…第２開口板（第２の開口板）、１８…受光素子、２１…パッケージ部材、２２…キャップ部材、２２ａ…窓（第１の窓）、２２ｂ…窓（第２の窓）、２３…ハーフミラー（分離素子）、２４…透明部材、２５…集光レンズ、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次元アレイ発光素子（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）。

特開２００２−０４０３５０号公報 特開２００７−０７９２９５号公報 特開２００９−０６５０６４号公報

Claims (14)

1. 光源と；
   前記光源を保持するパッケージ部材と；
   前記光源から射出された光束の光路上に配置され、該光束を第１の光束と第２の光束とに分離する分離素子と；
   前記分離素子をその表面が前記光源から射出された光束の進行方向に直交する面に対して傾斜して保持するとともに、前記パッケージ部材に取り付けられ、前記光源を密封するキャップ部材と；
   前記第１の光束の光路上に配置され、第１の開口部を有し、前記第１の光束を整形する第１の開口板と；
   前記第２の光束の光路上に配置され、第２の開口部を有し、前記第２の光束を整形する第２の開口板と；を備え、
   前記第１の開口部を通過した光束の空間光強度分布において、該光束の進行方向に直交する面内で、光強度の最大値に対する第１の方向の端部での光強度Ｐ１及び前記第１の方向に直交する第２の方向の端部での光強度Ｐ２と、
   前記第２の開口部を通過した光束の空間光強度分布において、該光束の進行方向に直交する面内で、光強度の最大値に対する前記第１の方向に対応する方向の端部での光強度Ｐ３及び前記第２の方向に対応する方向の端部での光強度Ｐ４とを用いて、
   Ｐ１≒Ｐ３、Ｐ２≒Ｐ４の関係が満足されている光源装置。
2. 前記キャップ部材は、前記第１の光束が通過する第１の窓、及び前記第２の光束が通過する第２の窓を有し、
   前記第１の開口板は、前記第１の窓を通過した前記第１の光束の光路上に配置され、
   前記第２の開口板は、前記第２の窓を通過した前記第２の光束の光路上に配置され、
   前記第１の窓及び前記第２の窓の一方は、前記分離素子によって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源と前記第１の開口板との間の光路上に配置された第１の光学系と；
   前記分離素子と前記第２の開口板との間の光路上に配置された第２の光学系と；を更に備え、
   前記第１の光学系は、前記第１の方向及び前記第２の方向に関して同じ光学的なパワーを有し、
   前記第２の光学系は、前記第１の方向に対応する方向及び前記第２の方向に対応する方向に関して同じ光学的なパワーを有し、
   前記第１の開口板における開口部の形状と、前記第２の開口板における開口部の形状は、互いに相似形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記光源と前記第１の開口板との間の光路上に配置された第１の光学系と；
   前記分離素子と前記第２の開口板との間の光路上に配置された第２の光学系と；を更に備え、
   前記第１の光学系は、前記第１の方向及び前記第２の方向に関して同じ光学的なパワーを有し、
   前記第２の光学系は、前記第１の方向に対応する方向及び前記第２の方向に対応する方向に関して同じ光学的なパワーを有し、
   前記第１の開口板における開口部を該開口部を通過する光束の進行方向に直交する面に投影した形状と、前記第２の開口板における開口部を該開口部を通過する光束の進行方向に直交する面に投影した形状とは、互いに相似形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源装置。
5. 前記第２の光束は光量のモニタ用光束であり、
   前記第２の開口部を通過した光束を受光する受光素子を更に備え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源装置。
6. 前記第２の開口板の位置を調整するための開口板位置調整機構を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第２の開口部と前記受光素子との間の光路上に配置された集光レンズを更に備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の光源装置。
8. 前記集光レンズの位置を調整するためのレンズ位置調整機構を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記分離素子は、板状の部材であり、その一側の面と他側の面は平行であ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. 前記分離素子は、板状の部材であり、その一側の面と他側の面は非平行であ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。
11. 光束により被走査面を主走査方向に走査する光走査装置であって、
    請求項１〜１０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。
12. 前記光源装置における第１の開口板の開口部は、主走査方向の長さが主走査方向に直交する方向の長さよりも長く、
    前記光源装置における分離素子は、主走査方向に平行な軸まわりに傾斜していることを特徴とする請求項１１に記載の光走査装置。
13. 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１１又は１２に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
14. 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１３に記載の画像形成装置。

Images