(57)【要約】【課題】部品点数を削減し、かつ容易に組み立てができるレーザユニットを提供すること。【解決手段】レーザビームＬを出射するレーザチップ61と、レーザチップ61から出射したレーザビームＬを平行光とするコリメータレンズ53とを有するレーザユニット41を有し、レーザユニット41から出射されるレーザビームＬを、偏向走査した後感光体ドラム32上に結像させる走査光学装置31において、レーザユニット41におけるレーザチップ61は、コリメータレンズ53上に実装されることを特徴とする。【選択図】  図１
2006150780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光束が出射されるレーザチップと、該レーザチップから出射したレーザ光束を平行光とするコリメータレンズと、を有する光源装置を有し、該光源装置から出射されるレーザ光束を、偏向走査した後像担持体上に結像させる走査光学装置において、
前記光源装置における前記レーザチップは、前記コリメータレンズ上に実装されることを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
レーザ光束が出射されるレーザチップと、該レーザチップから出射したレーザ光束を平行光とするコリメータレンズと、基台と、を有し、該光源装置から出射されるレーザ光束を、偏向走査した後像担持体上に結像させる走査光学装置において、
前記コリメータレンズは、前記基台に直接固定することを特徴とする走査光学装置。
【請求項３】
前記光源装置は、レーザ光束の出射制御を行うレーザ駆動ＩＣを有し、
前記レーザ駆動ＩＣのフレームには、前記コリメータレンズを直接固定することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項４】
レーザ光束が出射されるレーザチップと、該レーザチップから出射したレーザ光束を平行光とするコリメータレンズと、前記レーザ光束の制御をするレーザ駆動ＩＣチップと、を有し、該光源装置から出射されるレーザ光束を、偏向走査した後像担持体上に結像させる走査光学装置において、
前記レーザチップと前記レーザ駆動ＩＣチップを前記コリメータレンズに直接固定することを特徴とする走査光学装置。
【請求項５】
像担持体と、該像担持体にレーザ光束を走査する走査光学装置と、を有する画像形成装置において、
前記走査光学装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の走査光学装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを走査して静電潜像を形成する走査光学装置、及び該走査光学装置を用いて画像を形成するＬＢＰやデジタル複写機、デジタルＦＡＸ等の電子写真装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の走査光学装置のレーザユニット（光源装置）において、レーザチップを透明パッケージに一体成形したものがある（特許文献１参照）。また、一部分がレンズとなっている透明部材に半導体レーザを埋め込んだものがある（特許文献２参照）。また、レーザ駆動回路基板（基台）にサブマウントを介してレーザチップを実装したものがある（特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２３６８７３
【特許文献３】特開平０８−０２９７３５
【特許文献４】特開２００１−１４３２９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では以下のような欠点があった。
【０００５】
特許文献１では、コリメータレンズは半導体レーザとは別体であり、これらを保持するための基台、レンズホルダ、鏡筒等の保持部材が別途必要であった。特許文献２では、レーザチップはステムやウィンドウキャップ、リード等の部品を用いてパッケージに組み込まれており、これらの保持部材が必要であった。特許文献３では、コリメータレンズ等を固定するためのレンズホルダ等の保持部材が必要であった。
【０００６】
このようにレーザユニットは、基台上に多くの部材を実装するため、多くの保持部材が必要となり、部品点数が多く、組み立てが困難な部分であった。これによって、レーザユニットを有する走査光学装置や画像形成装置は、装置全体としてコストがかかるといった問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、部品点数を削減し、かつ容易に組み立てができるレーザユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、レーザ光束が出射されるレーザチップと、該レーザチップから出射したレーザ光束を平行光とするコリメータレンズと、を有する光源装置を有し、該光源装置から出射されるレーザ光束を、偏向走査した後像担持体上に結像させる走査光学装置において、前記光源装置における前記レーザチップは、前記コリメータレンズ上に実装されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上の構成により、従来、レーザチップとコリメータレンズとを保持する保持部材を必要としていたところ、本実施形態はレーザチップがコリメータレンズ上に実装されているため、従来必要とされていた保持部材が必要でなくなる。このため、部品点数を削減し、かつ部品点数が少なくなったことで、容易にレーザユニットを組み立てをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
〔第１実施形態〕
図を用いて本発明の第１実施形態を説明する。説明にあたって、画像形成装置、走査光学装置、レーザユニットについて説明した後、本発明の特徴的な部分について説明する。
【００１１】
（画像形成装置）
まず、画像形成装置の全体構成を説明する。図２は画像形成装置の概略説明図である。画像形成装置として、単色のレーザビームプリンタを例示して説明するが、これに限らず、カラーレーザビームプリンタとすることもできる。
【００１２】
図２に示すように、本実施形態の画像形成装置は、レーザビーム（光束）Ｌを出射する走査光学装置31と、走査光学装置31から出射されたレーザビームＬにより静電潜像を形成する感光体ドラム（像担持体）32とを有する。感光体ドラム32の周囲には、前記静電潜像を形成する前に感光体ドラム32を一様に帯電する一次帯電器33と、前記静電潜像に現像剤を供給することで現像を行ない、トナー像とするための現像器34と、搬送されてきた転写材36に対して前記トナー像の転写をするための転写帯電ローラ35と、を有する。転写材36の搬送方向において感光体ドラム32よりも下流側には、転写されたトナー像を転写材36に定着させるための定着器37と、機外に転写材36を排出するための排出ローラ38が配設される。
【００１３】
この構成により、画像形成は次のように行われる。画像情報に基づいて光変調されたレーザビームＬが、走査光学装置31から出射する。感光体ドラム32面上は、予め一次帯電器33により一様に帯電されているため、出射されたレーザビームＬによって感光体ドラム32面上に静電潜像が形成される。
【００１４】
前記静電潜像は、現像器34によってトナー像に可視像化される。その後、感光体ドラム32面上に形成されたトナー像が、順に転写帯電ローラ35に印加された電圧によって、転写材36に引き寄せられることで、転写がなされる。転写材36上に転写されたトナー像は、定着器37によって加圧・加熱がなされることで定着される。最後に排出ローラ38によって、転写材36が機外に搬送されて画像形成を終了する。
【００１５】
（走査光学装置31）
次に走査光学装置31の概略構成を説明する。図３は走査光学装置の概略説明図である。尚、走査光学装置として、一つの光源から出射されるレーザ光束を一つの回転多面鏡で回転走査する構成を例示して説明するが、二つ以上の光源から出射されるレーザ光束を一つの回転多面鏡で回転走査する構成であってもよい。
【００１６】
図３に示すように、本実施形態の走査光学装置31は、レーザビーム（レーザ光束）を発生させ出射するレーザユニット（光源装置）41と、レーザビームを回転走査するポリゴンミラー（偏向手段）42と、レーザビームを感光体ドラム32上で結像させるためのｆθレンズ（結像光学系）43と、レーザビームを反射させて感光体ドラム32方向に導く折り返しミラー44等を有する。
【００１７】
この構成により、走査光学装置はレーザビームＬを次のような手順で出射する。レーザユニット41より取り出されたレーザビームは、回転するポリゴンミラー42により反射偏向走査される。偏向走査されるレーザピームは、fθレンズ43と通過し、折り返しミラー44に反射されて、最終的に感光体ドラム３２表面に到達する（図中、一点鎖線を参照）。
【００１８】
また、レーザビームは、fθレンズ43により成形されるだけでなく、感光体ドラム32の幅内で最適に絞り込んだビームとして走査されるように、回転走査されるビームの一部は、ＢＤミラー45で反射されＢＤセンサ46により光検知される。ＢＤセンサ46からの出力信号を基準に走査回毎の書き込み信号を同期させるように制御することにより、レーザビームの感光体ドラム32に対する書き込み位置ずれを防止することができる。
【００１９】
また、レーザユニット41のレーザビームの出射方向にはシリンドリカルレンズ47が配設されている。シリンドリカルレンズ47により、レーザユニット41から取り出されたビームを副走査方向に圧縮し、ポリゴンミラー42の反射面上で結像した線像となるようにしている。またそれと共に、ポリゴンミラー42の反射面と感光体ドラム32面上は副走査方向では共役関係とするようにしている。更に、それらの構成部材を走査光学装置へと組み立てる際には、基準ピン等を用いて寸法公差内に入るようにしている。これにより、ポリゴンミラー42の反射面の倒れ誤差による、感光体ドラム32上の副走査方向（光軸及びビームの走査方向と直角を成す方向、転写材36の搬送方向）のレーザビームの位置ずれを防止する。
【００２０】
（レーザユニット41）
走査光学装置31に使用されているレーザユニット41について説明する。図１は第１実施形態のレーザユニット41の斜視図である。
【００２１】
図１に示すようにレーザユニット41は、レーザ駆動回路基板（基台）55上に、レーザビームを発生させる半導体レーザのレーザチップ61と、レーザビームを平行光とするコリメータレンズ53と、レーザビームの出射制御をする制御回路（チップ）を有するレーザ駆動ＩＣ57等を実装して構成される。レーザ駆動ＩＣ57は、内部にチップと、チップを保持するフレームと、フレームの外部を保護するパッケージとにより構成される。
【００２２】
レーザチップ61を具備したコリメータレンズ53は、レーザ駆動回路基板55上のパッドにハンダ付けされ、このハンダによって直接固定され、結線がなされている。また、レーザ駆動回路基板55上のレーザ駆動ＩＣ57は、レーザチップ61と電気的に結線されている。次に詳細に説明する。
【００２３】
（コリメータレンズ53、レーザチップ61、レーザ駆動回路基板55の詳細構成）
コリメータレンズ53、レーザチップ61及びレーザ駆動回路基板55の構成について説明する。図４はコリメータレンズ53を含むレーザユニット41の断面図であり、図５はコリメータレンズ53を裏面から見た斜視図であり、図６はレーザチップ61の断面図である。
【００２４】
コリメータレンズ53は、図４に示すように、レーザチップ61が実装される側の面が、平面になっている。また、その反対面であるレーザチップ61から発生するレーザビームの出射する側の面が、曲面になっている。ここで該曲面を非球面レンズ形状とし、広い角度でレーザビームを取り込めるようにすると、収差の影響を取り除くことができる。
【００２５】
また、コリメータレンズ53をレーザチップ61を実装する平面側から見ると、図５に示すように、電極（ｎ電極70、ｐ電極71）が形成されている。コリメータレンズ53をレーザ駆動回路基板55に固定する際には、図４に示すように、レーザ駆動回路基板55上に形成されたパッド91上にそれぞれｎ電極70、ｐ電極71が来るように配置される。そして、パッド91からｎ電極70、ｐ電極71に電気的に結線されるようにハンダ92を介して固定される。このように、コリメータレンズ53は、レーザ駆動回路基板55に対して直接固定され、結線がなされている。
【００２６】
レーザチップ61は、図４及び図５（ａ）に示すように、コリメータレンズ53の平面側に直接配設されている。レーザチップ61のｐ側端面をコリメータレンズ53に固定するため、コリメータレンズ53の電極のうち、71がｐ電極、70がｎ電極となる。コリメータレンズ53のｐ電極71のうち、レーザチップ61を接合する部分には、図５（ｂ）に示すように穴部72が設けられている。これにより、レーザチップ61のｐ側端面から出射されるレーザビームは、穴部72を介してコリメータレンズ53内を通過することができる。
【００２７】
レーザチップ61は、低融点ハンダでｐ電極71にダイボンドされている。また、レーザチップ61のｎ側端面は、ｎ電極70へＡｕワイヤ66等を介してワイヤボンドされている。また、レーザ駆動回路基板55には逃げ穴56が形成されている。これにより、レーザチップ61やワイヤ66が当たらず、組み付けやすい構成となっている。
【００２８】
図６を用いて、レーザチップ61の構造を説明する。
【００２９】
レーザチップ61は、面発光型（Vertical Surface Emitting Laser：VCSEL）であって、ｎ−ＧａＡｓ基板88の上に、多層反射膜ミラー部87、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層86、活性層85、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層84、多層反射膜ミラー部83、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層82、ｐ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層81が順次、ＭＢＥやＭＯＣＶＤといった半導体製造方法を用いて結晶成長されている。そして、ｎ−ＧａＡｓ基板88側をラッピングして薄くした後、ｎ電極メタル89、ｐ電極メタル80を蒸着によって形成する。
【００３０】
多層反射膜ミラー部83、87は、ＡｌＧａＡｓの多層構造からなっており、光フィードバックに寄与している。また図中のハッチング部にはプロトン（Ｈ＋）を打ち込んで拡散することによって、光の閉じ込めを効率的に行っている。
【００３１】
レーザビームは、エピ側（ｐ側）から矢印Ａ方向に取り出す。そのためレーザビームを吸収してしまうｐ−ＡｌＧａＡｓコンタクト層81及びｐ電極71を一部除去して開口部90を形成している。
【００３２】
本実施形態は以上のような構成により、次のような特有の効果を有する。
【００３３】
本実施形態では、コリメータレンズ53に直接、面発光型のレーザチップ61を実装する。これにより、コリメータレンズ53とレーザチップ61の間に介在していた部品を一切取り除くことができる。このため、簡便な構成とすることができる。また、ハンダ92付けをするだけで組み立てることができる。このため、組立工程も簡略化でき、組立コストも低減できる。更に、部品点数を削減することで、組立コストも低減することができ、装置全体のコストも低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、レーザチップ61とコリメータレンズ53の間に介在する部品がない。このため、介在する部品の熱膨張や熱変形を受けることがない。これにより、環境変動等でレーザチップ61上の発光点とコリメータレンズ53との相対位置変動を抑制することができる。また、画像形成装置が置かれる環境によらず、高い印刷画質を保つことができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、レーザチップ61を具備したコリメータレンズ53が、レーザ駆動回路基板55に一体に保持される。これにより、レーザチップ61とレーザ駆動ＩＣ57との間に介在する部品を一切取り除くことができる。このため、簡便な構成となり、駆動電流に対する高速な光応答性を期待することができる。
【００３６】
また、本実施形態においては、レーザチップ61が外気に露出している。このため、放熱性が良く、半導体レーザに特有のドループ等の熱特性を抑えることができる。また、これらによってレーザチップ61に印加される駆動電流波形に応じた素直な光波形が期待できる。この結果、感光体ドラム32上に形成される静電潜像、ひいては画像形成装置の印刷画質が向上する効果を期待することができる。
【００３７】
また、本実施形態においては、レーザチップ61とコリメータレンズ53との相対位置関係において、半導体製造レベルの精度が期待できるようになる。このため、相対位置関係を調整する手間を大幅に省くことができる。これによって組立時の調整費用も安く抑えることができる。ただし、必要であれば、レーザチップ61を具備したコリメータレンズ53を、レーザ駆動回路基板55にハンダ92で固定する際に、ハンダ92層の厚みを利用して、若干のアライメント調整を行っても良い。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図を用いて本発明の第２実施形態を説明する。前述した実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。図７は第２実施形態のレーザユニットの斜視図である。
【００３９】
図７に示すように、本実施形態のレーザユニット141は、前述の実施形態と同様、コリメータレンズ53上に面発光型のレーザチップ61が実装されている。さらに、コリメータレンズ53は、レーザ駆動ＩＣ57と一体的に構成されている。ここで、レーザチップ61付きコリメータレンズ53は、レーザ駆動ＩＣ57の内部のフレーム（図示せず）に実装されている。
【００４０】
このように、本実施形態ではレーザ駆動ＩＣ57の内部にコリメータレンズ53を実装するためのフレームを有し、該フレームに、前述したレーザチップ61付きコリメータレンズ53を実装する。このため、レーザチップ61、コリメータレンズ53及びレーザ駆動ＩＣ57が一体的に構成され、レーザ駆動ＩＣ57がレーザ駆動回路基板55上に実装される。本実施形態はこのような構成により、次のような特有の効果を有する。
【００４１】
本実施形態においては、レーザチップ61とレーザ駆動ＩＣ57が一体に構成されている。このため、レーザ駆動回路基板55上のパターンすらも省略が可能となる。従って、更なる装置のコンパクト化が可能である。組み付けもレーザ駆動ＩＣ57一個をレーザ駆動回路基板55に実装することで足りる。このため、容易に組み付けることができる。これらによって、装置全体のコストダウンも可能になる。
【００４２】
また、本実施形態においては、レーザチップ61がレーザ駆動ＩＣ57の内部に配設されるため、レーザチップ61とレーザ駆動ＩＣ57との距離がさらに短縮される。このため、レーザ駆動電流波形に対する高速で素直な光応答性が期待できる。このため、印刷画質が向上する効果をも期待することができる。
【００４３】
〔第３実施形態〕
図を用いて本発明の第３実施形態を説明する。前述した実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。図８は第３実施形態のレーザユニットの斜視図である。
【００４４】
図８に示すように、本実施形態のレーザユニット241は、前述の実施形態と同様、コリメータレンズ53上に面発光型のレーザチップ61を実装しながら、レーザ駆動ＩＣ57内部に実装されていたチップ（図示せず）も同時にコリメータレンズ53のレーザチップ61を実装する側の面に実装している。
【００４５】
本実施形態は以上のような構成により、次のような特有の効果を有する。
【００４６】
本実施形態においては、レーザチップ61及びレーザ駆動ＩＣの内部のチップが、どちらもコリメータレンズ53に実装されている。このため、レーザ駆動ＩＣのパッケージが不要になり、光源装置のサイズがさらにコンパクトになる。これによって、装置全体のコストダウンが可能になる。
【００４７】
また、本実施形態においては、レーザチップ61とレーザ駆動ＩＣ57に実装されていたチップとの距離が大幅に短縮される。このため、レーザ駆動電流波形に対し高速で素直な応答性が期待できる。これによって印刷画質が向上する効果も期待できる。また、レーザ駆動ＩＣ57のチップの放熱性も向上する効果も期待できる。
【００４８】
尚、図６に示すレーザチップ61のｎ−ＧａＡｓ基板88を削って、多層反射膜ミラー部87を露出させると、矢印Ａと逆方向に出射されるビーム（リア光）も取り出すことが可能になる。その際、ｎ電極メタルにも穴を設ける必要がある。すると、別個にＰＤを配置してリア光を取り込んでモニタしフィードバック制御に用いることも可能になる。
【００４９】
リア光を取り出す方法以外には、フロント光（Ａ方向の光）の一部をコリメータレンズ53の出射側のＲ面で一部を反射させて、レーザ駆動ＩＣ57内部に実装されていたチップ（図示せず）と同様または一体的に形成したＰＤを配置し、光をモニタ、フィードバック制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施形態のレーザユニット41の斜視図。
【図２】画像形成装置の概略説明図。
【図３】走査光学装置の概略説明図。
【図４】コリメータレンズ53を含むレーザユニット41の断面図。
【図５】コリメータレンズ53を裏面から見た斜視図。
【図６】レーザチップ61の断面図。
【図７】第２実施形態のレーザユニット141の斜視図。
【図８】第３実施形態のレーザユニット241の斜視図。
【符号の説明】
【００５１】
Ｌ …レーザビーム（レーザ光束）
31 …走査光学装置
32 …感光体ドラム（像担持体）
41 …レーザユニット（光源装置）
42 …ポリゴンミラー（偏向手段）
43 …ｆθレンズ（結像光学系）
53 …コリメータレンズ
55 …レーザ駆動回路基板（基台）
57 …レーザ駆動ＩＣ
61 …レーザチップ
91 …パッド
92 …ハンダ
141 …レーザユニット（光源装置）
241 …レーザユニット（光源装置）
【図１】
2006150780.tif 000003
【図２】
2006150780.tif 000004
【図３】
2006150780.tif 000005
【図４】
2006150780.tif 000006
【図５】
2006150780.tif 000007
【図６】
2006150780.tif 000008
【図７】
2006150780.tif 000009
【図８】
2006150780.tif 000010