JP5526787B2 - マルチビーム光源装置、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチビーム光源装置、光走査装置及び画像形成装置に関する。

近年、多色画像形成装置においては、高速化が進むことにより、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、より高精細な画像品質が求められている。

特許文献１及び２に記載されている発明では、２次元アレイ素子（ｎ×ｍ個）を用いることにより、感光体上での副走査中心間隔を記録密度１／ｎにすることができ、単位画素をｎ×ｍ個の複数のドットマトリックス構成とすることが可能である。

一般にレーザー素子を有した光学系では、レンズやガラスからの反射光が元のレーザー素子に戻る戻り光によって光量の変動が生じる。光量変動は、ｎｓｅｃオーダーの高速のものから、ｍｓｅｃオーダーのものまで様々なものがある。このような光量変動を抑制又は回避するために、特許文献３に記載されているように、受光面側でカバーガラスを傾け出射方向に対して垂直な面を作らない構成のものや、特許文献４に記載されているように、出射側のカバーガラスを傾けた構成のものが開示されている。

ところで、面発光型半導体レーザーは、出射側のミラーの反射率が高いことから、戻り光の影響は少ないものと考えられており、カバーガラス等に反射防止膜を形成すること等により対応を行っていた。

しかしながら、発明者が検討を行ったところ、面発光型レーザーは、戻り光に対して必ずしも強くはなく、特に、２次元アレイ素子のように複数の素子が配列された面発光型レーザーアレイでは、発光素子（発光源）自身に光が戻って入射するだけではなく、隣接等する発光素子に戻り光が入射することにより、光量変動を及ぼすことが見出された。

このような隣接等する発光素子に戻り光が入射することにより生じる光量変動に対しては、カバーガラス等に反射防止膜を形成することや、任意にカバーガラスを傾けた構成とすることでは、十分に対応することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、面発光型レーザーにより形成される２次元アレイ素子においても、戻り光により生じる光量変動が低いマルチビーム光源装置を提供することを目的とするものであり、更には、信頼性の高い光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、基板上に複数の発光素子を有し、前記基板に対し略垂直方向に光ビームが出射される光源部と、前記基板を設置し、前記光源部を発光させるために接続されるリード端子を備えるパッケージと、前記複数の発光素子からの光ビームを平行光束あるいは所定の集束状態とするカップリングレンズと、を備えたマルチビーム光源装置において、前記パッケージは、前記光源部の光ビームの出射される側に設けられた平行平板状の透明なカバー部材を有し、前記カバー部材は前記基板の基板面に対し所定の角度で設置されており、前記所定の角度は、前記光源部から出射された光のうち前記カバー部材において反射される反射光が、前記複数の発光素子のうち、いずれの発光素子にも入射しない角度であり、前記マルチビーム光源装置は、主走査方向及び副走査方向に光を走査し画像を形成する画像形成装置に用いられるものであって、前記マルチビーム光源装置は、前記主走査方向に光を走査し、前記カバー部材は、前記副走査方向に対応する軸に対し、傾斜した角度で配置されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記発光素子から前記カバー部材までの距離をＸとし、前記基板上における一方の端部の発光素子の中心から他方の端部の発光素子の中心までの距離をＺａとし、前記発光素子が形成される領域の幅をｓとした場合に、前記基板面に対し前記カバー部材面の設置される角度φは、
φ＝｛ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ｘ）｝／２
であって、
Ｚ＞Ｚａ＋s／２
を満たすものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記発光素子から前記カバー部材までの距離をＸとし、前記発光素子の各々の幅を一方の端からＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、・・・・・、Ｓ_ｎとし、前記発光素子の各々の間隔をＷ_１、Ｗ_２、Ｗ_３、・・・・・、Ｗ_ｎ―１とした場合に、一方の端の前記発光素子の戻り光の中心からの距離Ｚとした場合に、前記基板面に対し前記カバー部材面の設置される角度φは、
φ＝｛ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ｘ）｝／２
であって、

を満たすものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記マルチビーム光源装置は、主走査方向及び副走査方向に走査する光走査装置に用いられるものであって、前記カバー部材は、前記副走査方向に対応する軸に対し、傾斜した角度で配置されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記カバー部材は、さらに前記主走査方向に対応する軸に対しても、傾斜した角度で配置されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記カバー部材は、前記パッケージに接合することにより、前記カバー部材と前記パッケージにより囲まれた領域内において、前記光源部を封止する構造のものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記カバー部材は、透明なガラスまたは樹脂材料により形成されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記パッケージは、セラミックスまたは樹脂材料により形成されているものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記記載のマルチビーム光源装置と、前記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、前記偏向された各々の光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記記載の光走査装置と、前記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媒体に転写する転写手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、面発光型レーザーにより形成される２次元アレイ素子においても、戻り光により生じる光量変動が低いマルチビーム光源装置を提供することができ、更には、信頼性の高い光走査装置及び画像形成装置を提供することができる。

第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の構成図 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置のフラットパッケージの斜視図 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置のフラットパッケージの構造図 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の構造を示す斜視図 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の構造を示す背面側の斜視図 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の断面図 面発光型半導体レーザーアレイのチップの上面図 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の説明図（１） 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の説明図（２） 他の面発光型半導体レーザーアレイのチップの断面図 更に他の面発光型半導体レーザーアレイのチップの上面図 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の説明図（３） 第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置の説明図（４） 第１の実施の形態における他のマルチビーム光源装置の説明図（１） 第１の実施の形態における他のマルチビーム光源装置の説明図（２） 第２の実施の形態における光走査装置の構成を示す斜視図 第２の実施の形態における光走査装置の構成を示す断面図 第３の実施の形態における画像形成装置の構成図

本発明の実施形態について説明する
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置について説明する。図１は、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置の構成を示すものであり、図２は、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置に用いられる２次元アレイ素子である面発光型レーザーアレイ素子の構成を示すものである。図３（ａ）は、面発光型レーザーアレイのチップが搭載されたフラットパッケージの斜視図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）における一点鎖線３Ａ−３Ｂに示されるＸＺ面において切断した断面図である。

図２及び図３に示すように、面発光型レーザーアレイ素子１０１は、複数の面発光型半導体レーザーが２次元的に配列されたモノシリックなチップ１４５が、放射状にリード端子が配備されたフラットパッケージ１４６の底面部２０２に設置されている。チップ１４５における面発光型半導体レーザーの配列面はフラットパッケージ１４６の表面部２０１と略平行となるように中央部分に実装されており、不活性ガスを封入して平行平板状のカバーガラス１４７で封止されている。

面発光型レーザーアレイ素子１０１は、制御基板１０６にＹＺ面に対し略平行となるよう設置されており、面発光型レーザーアレイ素子１０１からの複数の光ビームはカップリングレンズ１０２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に調整することにより、面発光型レーザーアレイ素子１０１における各々の発光素子（発光源）からの光が、ＹＺ面において光軸に対して対象となるように、また、面発光型レーザーアレイ素子１０１における各々の発光素子からの光ビームが平行光束となるように調整されて出射される。

アパーチャーミラー１０３は板状に形成されており、面発光型レーザーアレイ素子１０１からの光の一部を反射し、主走査方向、即ち、Ｙ軸方向に偏向させる。このため、ＹＺ面に対し、４５°傾けた状態で設置されている。アパーチャーミラー１０３は、中央部に開口部１０３ａが設けられており、開口部１０３ａの周辺部１０３ｂにはミラーが形成されている。開口部１０３ａは光束径よりも小さな開口であり、開口部１０３ａを通過した光は、カップリングレンズ１０２及び光束分割プリズム３０８を介し、不図示のポリゴンミラーに向かう。一方、アパーチャーミラー１０３の周辺部１０３ｂにおいて反射した光は、集束レンズ１０４を介しミラー１０５において反射され、制御基板１０６に設置されている光検知センサ１１０に入射する。

光束分割プリズム３０８は、ハーフミラー面１４１とハーフミラー面１４１と平行なミラー面１４２とを有しており、光束分割プリズム３０８に入射した光束は副走査方向であるＺ軸方向において、上下２つに分岐される。

光検知センサ１１０は、不図示のポリゴンミラーが回転することにより走査が開始した後、画像が形成される領域に至るまでの時間を利用して、面発光型レーザーアレイ素子１０１における発光素子を順次点灯して、各々の光ビーム強度を検出する。このように検出された光ビーム強度と所定の基準値とを比較することにより、各々の発光素子の発光出力が所定の値となるように、面発光型レーザーアレイに流れる電流量を設定する。設定された電流量は、上述した検出が次に行われるまで、保持され光ビーム強度が一定に保たれる。

尚、本実施の形態では、光検知センサ１１０は、面発光型レーザーアレイ素子１０１が実装されている制御基板１０６に実装されており、外部ノイズ等による影響を防いだ構成となっている。制御基板１０６では、面発光型レーザーアレイ素子１０１における各々の発光素子の出力を一定に保持するためのパワー制御回路や、各々の発光素子について各々変調するための駆動回路が設けられており、不図示の取り付け部材等により、カップリングレンズ１０２と一体となるように形成されている。

図３に基づき、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置におけるフラットパッケージ１４６について説明する。フラットパッケージ１４６は、略正方形状の開口を有する表面部２０１と底面部２０２を有している。面発光型レーザーアレイが形成されているチップ１４５は、上述のとおり、ＹＺ面と略平行となるようにフラットパッケージ１４６の底面部２０２に設置されており、底面部２０２に設けられたリード端子と接続されている。尚、フラットパッケージ１４６の表面部２０１を構成する面と底面部２０２を構成する面とは略平行となるように形成されている。また、フラットパッケージ１４６には、表面部２０１と底面部２０２との間に段部２０３及び２０４が設けられている。段部２０３及び２０４は、Ｙ軸方向に沿った段部であり、段部２０３の方が段部２０４よりも高くなる、即ち、Ｘ軸方向において、段部２０３における位置が、段部２０４における位置よりも高くなるように形成されている。段部２０３及び２０４は、カバーガラス１４７が設置されるためのものであり、段部２０３及び２０４における高さの差により、チップ１４５の表面に対するカバーガラス１４７の傾きが定まる。従って、段部２０３及び２０４における高さを所定の高さとなるように形成することにより、チップ１４５における複数の発光素子のうち、一つの発光素子から発せられた光が、カバーガラス１４７において反射し、他の発光素子に入射しないような角度でカバーガラス１４７を設置することができる。

次に、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置について、より詳細に説明する。図４は、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置の正面側斜視図であり、図５は、裏面側斜視図であり、図６は、ＸＹ面において切断した断面図である。

本実施の形態におけるマルチビーム光源装置は、図６に示されるように、カップリングレンズ１０２を保持するホルダ部材１０８と、面発光型レーザーアレイ素子１０１を実装した制御基板１０６を保持するベース部材１０７とをカップリングレンズ１０２の光軸Ａに直交する基準面（ＹＺ面）Ｂで接合し、ネジ締結することにより一体化させた構成のものである。

本実施の形態では、ベース部材１０７とホルダ部材１０８は、いずれもアルミダイキャストにより同一の部材により形成したものを用いたが、略同一の熱膨張係数を有する材料であれば、異なる材料により形成されたものであってもよい。

ベース部材１０７には、上述した面発光型レーザーアレイ素子１０１において発光した光束を分岐するための光束分割素子１０３、収束レンズ１０４及びミラー１０５が設けられており、ミラー１０５において反射した光束は、制御基板１０６に実装されている光検知センサ１１０において光ビーム強度が計測される。制御基板１０６へのベース部材１０７への取り付けは、ベース部材１０７に形成された取り付け面１２１（当節面１４８と同じ）に、面発光型レーザーアレイ素子１０１のフラットパッケージ１４６の表面側を当接して、光軸Ａと直交する基準面（ＹＺ面）Ｂにおいて位置の調節を行い接続する。また、取り付け面１２２には、光検知センサ１１０の上面を当接し、位置調節を行い接続する。

本実施の形態では、板金で形成された付勢部材１０９の板バネ部１２０により制御基板１０６の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）１１８を制御基板１０６に設けられた３ヶ所の穴１１９に嵌合して制御基板１０６を図５に示されるように、矢印Ｃに示す方向に寄せ組みすることにより、ベース部材１０７に対する面発光型レーザーアレイ素子１０１の位置決めがなされる。

ベース部材１０７には、３ヶ所のスタッド１１６が形成されており、制御基板１０６に設けられた貫通穴１１７を貫通し、スタッド１１６に付勢部材１０９をネジ１３２により締結することにより、制御基板１０６とベース部材１０７とが接続されている。制御基板１０６は、付勢部材１０９により裏側から押圧されており、制御基板１０６をベース部材１０７等に直接締結しない構成なので、制御基板１０６に負担をかけることなく、確実に、ベース部材１０７に面発光型レーザーアレイ素子１０１を位置決めし、支持することができる。

尚、付勢部材１０９は弾性を有する材料であれば、樹脂材料、ゴム材料等で形成してもよい。よって、板バネ部に代えて、ゴム材料等からなる弾性部材を挟み込んでもよい。

また、カップリングレンズ１０２は、ホルダ部材１０８に形成された円筒面１３０に、コバ部との隙間に接着剤を充填することにより固定され、カップリングレンズ１０２の光軸Ａに直交する面Ｂと面発光型レーザーアレイ素子１０１における半導体レーザーの配列面との平行性を合わせるために、当接面１４８に、面発光型レーザーアレイ素子１０１の表面、即ち、フラットパッケージ１４６の表面部側を突き当てて搭載する。尚、当接面１４８は、カップリングレンズ１０２の光軸Ａに直交する面Ｂと平行となるように形成されている。これにより、カップリングレンズ１０２の位置を定めることができ、光ビームの出射方向を当接面１４８に直交した方向とすることができる。

尚、図４において、符号１１１はブラケット部材、１１４、１１５は斜面、１２５はアーム部、１２６は調節ネジ、１２７はスプリング、１３３は補強部材、１２４は位置決めピン、１３１は位置決め穴をそれぞれ示す。

また、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置は、ブラケット部材１１１に設けられた嵌合穴１３４にホルダ部材１０８の円筒部を挿入し、板ばね１１２の係止爪１２９を円筒部溝に係合して、光軸Ａに直交する面内で回動可能に支持され、後述するポリゴンミラーやｆθレンズが支持される不図示のハウジングに固定される。

次に、本実施の形態におけるマルチビーム光源装置における面発光型半導体レーザーアレイの形成されているチップ１４５とカバーガラス１４７との関係について説明する。

図７は、面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５における各々の発光素子２１０の配列パターンを示す。面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５には、Ｙ軸方向に７個、Ｚ軸方向に５個、計３５個の発光素子２１０が同一基板上に２次元的に配列されている。尚、Ｙ軸方向は主走査対応方向であり、Ｚ軸方向は副走査対応方向である。この３５個の発光素子２１０は、Ｚ軸方向において、ピッチｄ１で配列されているが、すべての発光素子２１０をＺ軸方向に伸びる線上に正射影させたときに、中心間隔ｄ２で等間隔となるように配置されている。尚、発光素子２１０の中心間隔とは、発光素子２１０の中心の間隔を示すものである。また、発光素子２１０の配列は、Ｙ軸方向に７個、Ｚ軸方向に５個、計３５個以外の配列であってもよい。

このように本実施の形態におけるマルチビーム光源装置では、円形で、かつ、光密度の高い微小な光スポットを３５個同時に感光体ドラム上に形成することが可能である。また、上述のように、副走査対応方向であるＺ軸方向に伸びる線上に正射影した場合、中心間隔ｄ２で等間隔になることから、発光素子２１０の発光のタイミングを調整することにより、感光体ドラム上に副走査方向に等間隔で発光部が並んで形成されている場合と同様に感光体ドラムを感光させることができる。

例えば、中心間隔ｄ２を２．６５μｍ、光走査装置の光学系の倍率を２倍とすると、４８００ｄｐｉ（ドット／インチ）の高密度書込みをすることが可能となる。この際、実際のＺ軸方向における発光素子２１０のピッチｄ１は、２．６５μｍ×７＝１８．５５μｍである。尚、主走査対応方向であるＸ軸方向に配列させる発光素子２１０の数を増やした構成、副走査対応方向であるＹ軸方向のピッチｄ１及び中心間隔ｄ２を更に狭くして発光素子２１０を配列させた構成、光学系の倍率を下げた構成等とすることにより、より高密度な画像形成を行うことが可能となり、より高品質の印刷を行うことが可能となる。尚、主走査方向における書込み間隔は、発光素子２１０の点滅のタイミングを制御することにより、容易に制御することができる。

図８（ａ）は、図７における一点鎖線８Ａ−８Ｂに示されるＸＺ面において切断した断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の要部拡大図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５は、フラットパッケージ１４６の底面２０２に不図示の接着剤等により接着されている。尚、発光素子２１０から発せられる光ビームは、ガウシアン分布をしているため所定の幅を持ったものであるが、光ビームの中心が最も光量が強く、反射光における光ビームの中心が他の発光素子２１０に入射しないようにすることにより、発光素子２１０の光量変動を抑制することができる。

ここで、面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５の表面に略平行となる位置にカバーガラス１４７ａを設置した場合について説明する。この場合、面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５の各々の発光素子２１０から発せられた光は、殆どがカバーガラス１４７ａを透過するものの、一部の光はカバーガラス１４７ａと大気等との界面において反射し、面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５に戻り光として戻る。例えば、カバーガラス１４７ａにおける透過率が９９％以上である場合においても、１％未満の戻り光が発生する。面発光型半導体レーザーは共振させることにより発振させる構成のものであるため、戻り光が発光素子２１０の発光素子に戻ることにより、出力に変動が生じてしまう。

本実施の形態では、面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５の面に対し、角度φ傾けた位置にカバーガラス１４７ｂを設置する。発光素子２１０とカバーガラス１４７ｂとの距離がＸとなる位置における一方の端の発光素子２１０ａから発せられた光は、カバーガラス１４７ｂにおいて反射され発光素子２１０ａから距離Ｚ離れた位置を照射する。このため、この反射された光が他方の端の発光素子２１０ｂよりも外側の位置を照射するような構造とすれば、戻り光に起因する出力変動は生じない。

具体的には、距離Ｚは、下記（１）に示す式で表わされる。

Ｚ＝Ｘｔａｎ２φ・・・・・（１）
（１）に示す式より、角度φは、（２）に示す式となる。

φ＝｛ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ｘ）｝／２・・・・・（２）
よって、発光素子２１０ａから発せられた光がカバーガラス１４７ｂにより反射し発光素子２１０ｂに入射しないようにするためには、発光素子２１０がピッチｄ１で等間隔にＺ軸方向に配列されており、Ｚ軸方向に配列されている発光素子２１０の個数をｎ個とし、発光素子２１０の形成されている領域の幅をｓとした場合、下記の（３）に示す式を満たしていることが好ましい。

Ｚ＞（ｎ−１）×ｄ１＋s／２・・・・・（３）
また、発光素子２１０がＺ軸方向に等間隔で配列されていない場合においては、発光素子２１０ａの中心から発光素子２１０ｂの中心までの距離をＺａとした場合、下記の（４）に示す式を満たしていることが好ましい。

Ｚ＞Ｚａ＋s／２・・・・・（４）
一方、発光素子２１０のＺ軸方向に配列されている数、即ち、ｎの値の数が多いと、カバーガラスの傾きの角度φが大きくなりすぎ、実装上で実用的ではない。

この場合、図９に示すように、戻り光の中心が直接発光素子２１０に入射しなければ、戻り光に起因する出力変動は殆どない。よって、戻り光が発光素子２１０間の領域に照射されるように、カバーガラス１４７ｃを設置すればよい。尚、図９（ｂ）は、図９（ａ）の要部拡大図である。尚、破線Ｄは、面発光型半導体レーザーアレイのチップ１４５の表面と平行な面を示すものであり、後述するように、カバーガラス１４７ｃは、破線Ｄで示される面に対し、カバーガラス１４７ｃの面が角度φとなるように設置されている。

具体的には、Ｚ軸方向に配列されている発光素子２１０が２以上（ｎ≧２）であって、発光素子２１０のピッチ（中心間隔）ｄ１が等間隔である場合には、（５）に示す式となる。尚、ｍ＝１、２、３、・・・・・・・、ｎ−１である。

（ｍ−１）×ｄ１＋s／２＜Ｚ＜ｍ×ｄ１−s／２・・・・・（５）
よって、（５）に示す式を満たすように、（２）に示す式における角度φでカバーガラス１４７ｃを設置することにより、戻り光に起因する出力変動を抑制することができる。

例えば、Ｚ軸方向に配列されている発光素子２１０が等間隔で５個である場合には、下記（６）から（１０）に記載されている式を満たすように、（２）に示す式において角度φを設定すればよい。尚、（１０）に記載されている式は、（３）に示すものと同じである。

ｓ／２＜Ｚ＜ｄ１−s／２・・・・・・・・・・・（６）
ｄ１＋ｓ／２＜Ｚ＜２×ｄ１−s／２・・・・・・（７）
２×ｄ１＋ｓ／２＜Ｚ＜３×ｄ１−s／２・・・・（８）
３×ｄ１＋ｓ／２＜Ｚ＜４×ｄ１−s／２・・・・（９）
４×ｄ１＋ｓ／２＜Ｚ・・・・・・・・・・・・（１０）
また、図１０に示すように、発光素子２１０がＺ軸方向に等間隔で配列されていない場合においては、各々の発光素子２１０の幅を一方の端からＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、・・・・・、Ｓ_ｎとし、各々の発光素子２１０の間隔をＷ_１、Ｗ_２、Ｗ_３、・・・・・、Ｗ_ｎ―１とした場合に、一方の端の発光素子２１０の戻り光の中心からの距離Ｚ（Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、・・・・・、Ｚ_ｎ―１）が、数１及び数２に示す式を満たすように、（２）に示す式における角度φでカバーガラス１４７ｃを設置することにより、戻り光に起因する出力変動を抑制することができる。

尚、発光素子２１０より発せられた光ビームは線光源ではなく、出射角を有する光ビームであるため、発光素子２１０からの光路が長くなればなる程、光ビームは広がる。このため、発光素子２１０のピッチｄ１は広い方が好ましく、また、面発光型半導体レーザーを製造する際には、配線パターンを形成する必要があり、放熱対策等の観点からも発光素子２１０のピッチｄ１は広い方が好ましい。一方、面発光型レーザーアレイが形成されているチップ１４５の大きさをできるだけ小さくすることを考えた場合に、発光素子２１０を等間隔に配置することは必ずしも適当ではない。この場合においては、不図示の感光体となる回転ドラムの回転方向と一致する副走査方向となるＺ軸方向では発光素子２１０間の間隔を変えることができないため、点灯のタイミングの調節が可能な主走査方向であるＹ軸方向における発光素子２１０間の間隔を変えることとなる。

図１１には、一例として、Ｙ軸方向における発光素子２１０の間隔を変えた場合のチップ１４５における上面図である。具体的には、ポリゴンミラー等を有する画像形成装置に用いられるものであり、発光素子２１０はＹ軸方向における間隔ｉ１、ｉ２、ｉ３が異なっており、ｉ１＜ｉ２＜ｉ３となっている。

ここで、図１２に示すように、カバーガラス１４７を主走査方向であるＹ軸に対して傾斜させた場合、破線で示される戻り光の光スポット２１１は、Ｙ軸方向においてずれた位置を照射する。尚、図１２（ａ）は、面発光型レーザーアレイが形成されているチップ１４５とカバーガラス１４７のＸＹ面における断面図であり、図１２（ｂ）は、チップ１４５の上面図である。この場合、発光素子２１０のＹ軸方向における間隔が各々異なるため、戻り光の影響も発光素子２１０ごとに異なり、カバーガラス１４７を設置するための角度の設定が困難である。

一方、図１３に示すように、カバーガラス１４７を副走査方向であるＺ軸に対して傾斜させた場合、破線で示される戻り光の光スポット２１１は、Ｚ軸方向においてずれた位置を照射する。尚、図１３（ａ）は、面発光型レーザーアレイが形成されているチップ１４５とカバーガラス１４７のＸＺ面における断面図であり、図１３（ｂ）は、チップ１４５の上面図である。この場合、発光素子２１０のＺ軸方向における間隔は、一定であるため戻り光の影響も均一であり、カバーガラス１４７を設置するための許容される角度の範囲を広く設定することが可能である。このため、カバーガラス１４７は、副走査方向であるＺ軸に対して傾斜させることが好ましい。

次に、図１４に基づきカバーガラス１４７を副走査方向であるＺ軸方向に加え、主走査方向であるＹ軸方向にも傾斜された場合について説明する。図１４（ａ）に示すように、チップ１４５面に対し、Ｙ軸方向とＺ軸方向に対し、各々傾斜させてカバーガラス１４７を設置する。具体的には、図１４（ｂ）に示すように、フラットパッケージ１４６の表面に対し、カバーガラス１４７を斜めに配置し、フラットパッケージ１４６における段部に傾斜を持たせることにより、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対し傾斜した状態で、カバーガラス１４７を設置することができる。このように、カバーガラス１４７をＹ軸方向及びＺ軸方向の双方に対し傾斜させることにより、発光素子２１０より発せられた光の破線で示される戻り光の光スポット２１１は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の双方にずれた位置に形成される。このような状態でカバーガラス１４７を設置することにより、カバーガラス１４７の傾きの角度φの許容される角度範囲をさらに広くすることが可能となる。尚、図１４（ａ）は、面発光型レーザーアレイが形成されているチップ１４５とカバーガラス１４７のＸＺ面及びＹＺ面に対し所定の角度の面で切断した断面図であり、図１４（ｂ）は、斜視図であり、図１４（ｃ）は、チップ１４５の上面図である。

本実施の形態では、カバーガラス１４７は、材料がガラスである場合について説明したが、光の透過率の高い材料であって平行平板状に形成されているものであれば、樹脂材料等であってもよく、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネート等であってもよい。尚、フラットパッケージ１４６は、セラミックパッケージであっても、樹脂パッケージであってもよい。

更に、図１５に示すように、フラットパッケージ１４６を樹脂パッケージにより形成することにより、Ｙ軸方向に沿って形成された段部２０３及び２０４に傾斜を持たせることができる。また、段部２０３及び２０４の他、段部２０３から段部２０４までの傾斜を有するＺ軸方向に沿った傾斜段部２０５及び２０６も容易に形成することができ、これにより、カバーガラス１４７を安定的に固定することができ、封止を行う際にも都合のよい構造とすることができる。尚、図１５（ａ）は、チップ１４５が設置されたフラットパッケージ１４６の斜視図であり、図１５（ｂ）は、一点鎖線１５Ａ−１５Ｂに示されるＸＺ面において切断した断面図である。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置を用いた光走査装置である。

図１６に、本実施の形態における光走査装置の構成図を示す。本実施の形態における光走査装置は、４ステーションを走査する光走査装置であり、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により走査し、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である。

４つの感光体ドラム３０１、３０２、３０３及び３０４は転写体の矢印Ｅで示す移動方向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、一体として構成されており、２段に構成されたポリゴンミラー３０６により各々光ビームを走査する。

マルチビーム光源装置３０７及び３０９は、第１の実施の形態におけるマルチビーム光源装置であり、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３０８及び３１０を用い、ポリゴンミラー３０６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３０７及び３０９、結像光学系を構成するｆθレンズ３２０及び３２１、トロイダルレンズは、ポリゴンミラー３０６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３０６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。

尚、液晶偏向素子３１７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、発光素子の偏光方向は一方向に揃えている。

光束分割プリズム３０８は、図１に示すようにハーフミラー面１４１とハーフミラー面１４１と平行なミラー面１４２とを有し、マルチビーム光源装置３０７からの複数のビームは、各々ハーフミラー面１４１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。

液晶偏向素子３１７は、光束分割プリズム３０８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３１３及び３１４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３０６の各々に入射される。

シリンダレンズ３１３及び３１４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３０６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３０６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３２０は主走査方向にはポリゴンミラー３０６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３３８及び３４０、走査終端側に配備された光検知センサ３３９及び３４１に入射され、光検知センサ３３８及び３４０の検出信号を基に各々発光素子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３３９及び３４１の検出信号は、各々走査開始側に配備された光検知センサ３３８及び３４０からの光ビームの検出時間差を計測し、あらかじめ定められた基準値と比較して、各発光素子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１７に副走査断面における光線の経路を示す。複数の発光素子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３０７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３２０に入射する。即ち、副走査方向にはシリンダレンズ３１３及び３１４により、ポリゴンミラー３０６の偏向面の近傍で再度収束されてｆθレンズ３２０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３０７からの複数の光ビームは光束分割プリズム３０８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３０８の下段から射出した複数の発光素子からのビーム４０１は、シリンダレンズ３１３を介してポリゴンミラー３０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ３２０の下段を通って折返しミラー３２９によりトロイダルレンズ３２３に入射され、折返しミラー３３０を介して感光体ドラム３０１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３０８の上段から射出した複数の発光素子からのビーム４０２は、シリンダレンズ３１４を介しポリゴンミラー３０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ３２０の上段を通って折返しミラー３２７によりトロイダルレンズ３２４に入射され、折返しミラー３２８を介して感光体ドラム３０２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３０９からの複数の光ビームは、光束分割プリズム３１０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。

液晶偏向素子３１８は、光束分割プリズム３１０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３１５及び３１６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３０６の各々に入射される。

光束分割プリズム３１０の下段から射出した複数の発光素子からのビーム４０３は、シリンダレンズ３１５を介してポリゴンミラー３０６の下段で偏向、走査され、ｆθレンズ３２１の下段を通って折返しミラー３３２によりトロイダルレンズ３２６に入射され、折返しミラー３３３を介して感光体ドラム３０４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する。

光束分割プリズム３１０の上段から射出した複数の発光素子からのビーム４０４は、シリンダレンズ３１６を介してポリゴンミラー３０６の上段で偏向、走査され、ｆθレンズ３２１の上段を通って折返しミラー３３５によりトロイダルレンズ３２５に入射され、折返しミラー３３６を介して感光体ドラム３０３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。

尚、本実施の形態では、トナー像の検出パターンの検出手段を有している。トナー像の検出パターンの検出手段は、照明用のＬＥＤ素子３５４と反射光を受光するフォトセンサ３５５、および一対の集光レンズ３５６とからなり、主走査ラインと約４５°傾けたラインパターンを形成し、転写ベルトの移動に応じて検出時間差を読み取っていく。本実施の形態では、本実施例では中央部と左右両端部との３ヶ所に配備することで、左右両端部の差により傾きを、中央から左右端部までの各倍率を検出し、基準となるステーションに合わせ込むように補正する。言い換えれば、長時間ビームスポット位置が安定的に保持されていることが好ましい。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、第２の実施の形態におけるマルチビーム走査装置を用いた画像形成装置である。図１８に基づき、本実施の形態における画像形成装置について説明する。

本実施の形態における画像形成装置は、感光体ドラム５０１の周囲には感光体を高圧に帯電する帯電チャージャ５０２、光走査装置５００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５０３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ５０４、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５０５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５０６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５０７から給紙コロ５０８により供給され、レジストローラ対５０９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５１０で定着して排紙ローラ５１２により排紙トレイ５１１に排出される。

尚、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラムについて説明したが、像担持体としては、銀塩フィルムを用いた画像形成装置であってもよい。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様の処理により可視化させることができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼き付け処理と同様の処理により印画紙に転写することが可能である。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することが可能である。

また、像担持体としてビームスポットの熱エネルギーにより発色する発色媒体（ポジの印画紙）を用いた画像形成装置であってもよい。この場合においては、光走査により可視画像を直接像担持体に形成することが可能である。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

１０１ 面発光型レーザーアレイ素子
１０２ カップリングレンズ
１０３ アパーチャーミラー
１０４ 集束レンズ
１０５ ミラー
１０６ 制御基板
１０７ ベース部材
１０８ ホルダ部材
１０９ 穴
１１０ 光検出センサ
１１１ ブランケット部材
１１２ 板ばね
１１４ 斜面
１１５ 斜面
１１６ スタッド
１１７ 貫通穴
１１８ アンカー部（折り曲げ部）
１１９ 穴
１２０ 板バネ部
１２１ 取り付け面
１２２ 取り付け面
１２４ 位置決めピン
１２５ アーム部
１２６ 調節ネジ
１２７ スプリング
１３０ 円筒面
１３１ 位置決め穴
１３２ ねじ
１３３ 補強部材
１３４ 嵌合穴
１４５ チップ
１４６ フラットパッケージ
１４７ カバーガラス
２０１ 表面
２０２ 底面
２０３ 段部
２０４ 段部

特開２００４−６５９２号公報 特開２００７−７９２９５号公報 実開昭５７−１０７５１号公報 実開昭６１−５９３６８号公報

Claims (9)

1. 基板上に複数の発光素子を有し、前記基板に対し略垂直方向に光ビームが出射される光源部と、
   前記基板を設置し、前記光源部を発光させるために接続されるリード端子を備えるパッケージと、
   前記複数の発光素子からの光ビームを平行光束あるいは所定の集束状態とするカップリングレンズと、
   を備えたマルチビーム光源装置において、
   前記パッケージは、前記光源部の光ビームの出射される側に設けられた平行平板状の透明なカバー部材を有し、
   前記カバー部材は前記基板の基板面に対し所定の角度で設置されており、
   前記所定の角度は、前記光源部から出射された光のうち前記カバー部材において反射される反射光が、前記複数の発光素子のうち、いずれの発光素子にも入射しない角度であり、
   前記マルチビーム光源装置は、主走査方向及び副走査方向に光を走査し画像を形成する画像形成装置に用いられるものであって、前記マルチビーム光源装置は、前記主走査方向に光を走査し、
   前記カバー部材は、前記副走査方向に対応する軸に対し、傾斜した角度で配置されているものであることを特徴とするマルチビーム光源装置。
2. 前記カバー部材は、さらに前記主走査方向に対応する軸に対しても、傾斜した角度で配置されているものであることを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム光源装置。
3. 前記発光素子から前記カバー部材までの距離をＸとし、前記基板上における一方の端部の発光素子の中心から他方の端部の発光素子の中心までの距離をＺａとし、前記発光素子が形成される領域の幅をｓとした場合に、前記基板面に対し前記カバー部材面の設置される角度φは、
   φ＝｛ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ｘ）｝／２
   であって、
   Ｚ＞Ｚａ＋s／２
   を満たすものであることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチビーム光源装置。
4. 前記発光素子から前記カバー部材までの距離をＸとし、前記発光素子の各々の幅を一方の端からＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、・・・・・、Ｓ_ｎとし、前記発光素子の各々の間隔をＷ_１、Ｗ_２、Ｗ_３、・・・・・、Ｗ_ｎ―１とした場合に、一方の端の前記発光素子の戻り光の中心からの距離Ｚとした場合に、前記基板面に対し前記カバー部材面の設置される角度φは、
   φ＝｛ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ｘ）｝／２
   であって、
   

   

   

   を満たすものであることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチビーム光源装置。
5. 前記カバー部材は、前記パッケージに接合することにより、前記カバー部材と前記パッケージにより囲まれた領域内において、前記光源部を封止する構造のものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチビーム光源装置。
6. 前記カバー部材は、透明なガラスまたは樹脂材料により形成されているものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマルチビーム光源装置。
7. 前記パッケージは、セラミックスまたは樹脂材料により形成されているものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のマルチビーム光源装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のマルチビーム光源装置と、
   前記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、
   前記偏向された各々の光ビームを被走査面に結像する結像光学系と、
   を有することを特徴とする光走査装置。
9. 請求項８に記載の光走査装置と、
   前記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媒体に転写する転写手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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