(57)【要約】【課題】偏向器を小型・薄型化した光走査装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】光ビームを出射する光源と、その光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置において、前記偏向手段として偏向ディスク３０２を用い、偏向ディスク３０２は、光ビームを回折偏向する回折部１０１と、回折部１０１の外側に回折された光ビームをディスク内に導波させる導波部１０２とから構成する。それにより、偏向ディスク３０２のディスク面に垂直に入射した光ビームを、回折部１０１においてディスク半径方向に偏向し、導波部１０２を介して走査線上へ導く。回折部１０１には、偏向ディスク３０２の回転によって偏向方向がディスク回転面内で任意に変化するように回折偏向させるパターンを形成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射する光源と、該光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置において、
前記偏向手段は、ディスク面に垂直に入射した光ビームをディスク半径方向に偏向し、かつディスクの回転によって偏向方向がディスク回転面内で任意に変化するように回折偏向させるパターンが形成された偏向ディスクを備えたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記偏向ディスクは、光ビームを回折偏向する回折部と、該回折部の外側に回折された光ビームをディスク内に導波させる導波部とから構成されたことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光走査装置において、
前記偏向ディスクよって偏向された光ビームを所望の走査位置に導く光導波路を偏向ディスクの外側端面に隣接して備えたことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査装置において、
前記光源は、複数の発光点を有する面発光型のモノリシック半導体レーザからなることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光走査装置において、
前記モノリシック半導体レーザは複数の発光点がディスク半径方向に配設され、前記偏向ディスクはディスク半径方向に回折偏向パターンが異なる回折部と前記導波部とから構成され、前記光導波路は複数の光ビームに対して所望の走査位置に導く複数の層から構成されたことを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光走査装置において、
前記光源と前記光導波路とをそれぞれ２個備え、該２個の光源及び２個の光導波路は前記偏向ディスクの回転軸に対してそれぞれ相対する位置に配置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置を用いて、記録画像を形成することを特徴とした画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置及び、その光走査装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光走査装置においては、多角柱の各側面を反射面とした回転多面鏡が多く用いられている。回転多面鏡は、回転速度が高速になるに従い多角柱の各角における空気抵抗が増え、騒音や回転速度むらの要因となることが知られている。また、回転多面鏡により反射させる光学系では、光源と回転多面鏡、走査レンズの位置関係に制約があり、装置の小型化が妨げられている。
【０００３】
一般に、回転多面鏡は単に入射ビームの向きを変えるだけの機能であり、回転多面鏡の他にもガリバノミラーや偏向ディスクが光走査装置に用いられている。偏向ディスクを用いた光走査装置は、回転多面鏡で生じた騒音や回転むらといった問題は軽減される。偏向ディスクを用いた光走査装置としては、従来、特許文献１に記載の「マルチビーム走査装置」がある。
【０００４】
このマルチビーム走査装置は、少なくとも二つの光源と、入射ビームを回折透過させる複数のセクターが形成された偏向ディスクと、前記偏向ディスクを回転させる駆動源とを備え、前記光源から出射されたビームを偏向走査するビーム偏向器と、光経路上に設けられ、前記ビーム偏向器で偏向されたビームを補正するビーム補正手段とを含む光走査装置である。従来の偏向ディスクは特許文献１の図２、３に開示されているように、偏向ディスク面の回転軸方向断面に対して、下方に位置した光源からレーザビームが偏向ディスクに入射し、ディスクを透過する際に偏向ディスク表面に形成された回折格子パターンによりレーザビームが回折される。偏向ディスクが回転することにより回折されたレーザビームが偏向走査される。
【特許文献１】特開平１１−１９８４３２号（特許第２９７７０３３号）公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の「マルチビーム走査装置」は、偏向ディスク面と偏向後の光路がほぼ垂直の位置関係となるため、装置が大型化するという問題点があった。さらに、この従来例では、偏向されるレーザビームが偏向ディスクに対して軸方向に透過されるため、特に偏向ディスクの回転軸方向が大型化しやすいという問題点があった。そこで、本発明は、この問題点を解決して、偏向器を小型・薄型とし、かつ高速回転時の風損を低減した省エネの光走査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
前記問題点を解決するために、本発明では、光源と、該光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置における偏向手段として、垂直に入射した光ビームを回折偏向パターンによりディスク半径方向に偏向しディスク端面より出射する偏向ディスクを用いることとした。それにより、光源を偏向ディスクの直上または直下とする配置が可能となり、偏向器が小型・薄型になり、また、偏向ディスクを用いることにより高速回転時の風損を低減するので、小型で省エネの光走査装置を提供できる。
【０００７】
詳細に述べると、請求項１の発明は、光源からの光ビームを、回転面に対して垂直入射から直角に偏向し、回転面方向に光走査することを目的とする。請求項２の発明は、偏向ディスクでの回折偏向による損失と、偏向ディスクからの出射光の次の導波路への入射における損失とを低減することを目的とする。請求項３の発明は、偏向走査後の光ビームを所望の位置に正確に導くことを目的とする。請求項４の発明は、光走査装置の小型化を達成することを目的とする。請求項５の発明は、１方向に対して、一度に複数本の光走査を行うことを目的とする。請求項６の発明は、一度に２方向に対して光走査を行うことを目的とする。請求項７の発明は、光走査装置部を小型化した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の光走査装置は、光ビームを出射する光源と、該光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置において、前記偏向手段は、ディスク面に垂直に入射した光ビームをディスク半径方向に偏向し、かつディスクの回転によって偏向方向がディスク回転面内で任意に変化するように回折偏向させるパターンが形成された偏向ディスクを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明の光走査装置は、請求項１の光走査装置において、前記偏向ディスクは、光ビームを回折偏向する回折部と、該回折部の外側に回折された光ビームをディスク内に導波させる導波部とから構成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明の光走査装置は、請求項１または２の光走査装置において、前記偏向ディスクよって偏向された光ビームを所望の走査位置に導く光導波路を偏向ディスクの外側端面に隣接して備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明の光走査装置は、請求項１乃至３のいずれかの光走査装置において、前記光源は、複数の発光点を有する面発光型のモノリシック半導体レーザからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明の光走査装置は、請求項４の光走査装置において、前記モノリシック半導体レーザは複数の発光点がディスク半径方向に配設され、前記偏向ディスクはディスク半径方向に回折偏向パターンが異なる回折部と前記導波部とから構成され、前記光導波路は複数の光ビームに対して所望の走査位置に導く複数の層から構成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明の光走査装置は、請求項１乃至５のいずれかの光走査装置において、前記光源と前記光導波路とをそれぞれ２個備え、該２個の光源及び２個の光導波路は前記偏向ディスクの回転軸に対してそれぞれ相対する位置に配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明の画像形成装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置を用いて、記録画像を形成することを特徴とした。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように請求項１の発明によれば、ディスク面に垂直に入射した光ビームをディスク半径方向に偏向走査する機能を有する偏向ディスクを用いたので、偏向器を小型・薄型化でき、また高速回転による風損が軽減されるので、ポリゴンミラーを用いた偏向器よりも省エネの効果が得られる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、偏向ディスク内を導波させるので、回折偏向による損失と次の導波路への入射における損失とを低減することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、偏向走査後の光ビームを所望の位置に正確に導き、また温度等による変動を低減させることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、面発光型レーザは発光面に対して電極が側面にあるので、接続の都合により場所を取ることがなく、また偏向ディスクの直下に配置することも可能なので、偏向器を小型・薄型化できる。さらに、複数の光源を有する光走査装置では複数の光源の副走査方向の間隔が変動することなく、副走査ラインの粗密による画像上の濃度むらが視覚されることがない。
【００１９】
請求項５の発明によれば、複数の発光点と、複数の光ビームに対応した偏向ディスクと、複数の光ビームを個別に導波させる導波路とを備えたので、複数の光ビームによって同時に複数本の光走査ができ、高速書込対応の光走査装置を提供することができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、偏向ディスクの回転軸に対して、２つの光源及び２つの導波路をそれぞれ相対する位置に配置するので、２つの光ビームを１つの偏向ディスクによって同時に走査し、相対する方向に同時に２本の光走査ができ、小型にしてカラー画像形成装置に対応した光走査装置を提供することができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、小型の光走査装置を用いるので、光走査装置部分を小型化した画像形成装置を提供することができる。また、複数の光走査装置を用いるカラー画像形成装置では、光走査装置間の副走査位置の変動がないことから、画像上の色ずれが視覚されることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の光走査装置に係る第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は光走査装置を構成する偏向ディスクの平面図および斜視図であり、図２は光走査装置の要部の縦断面図であり、図３は光走査装置の斜視図であって説明上偏向ディスクを上方へ取り外した状態を示している。図３において光源３０１から出射された光ビームは、偏向ディスク３０２によって偏向され、導波路３０３に導かれる。その後、導波路出射部３０４から光ビームが出射され、走査結像レンズ３０５を通って走査線３０６に結像する。偏向ディスク３０２の回転によって偏向ディスク３０２から出射する光ビームは偏向方向が変化し、その結果、被走査面となる走査線３０６上を走査する。
【００２３】
ここで用いられる偏向ディスク３０２の外観を図１に示す。偏向ディスク３０２は、ディスクの下からディスク面に垂直に入射した光ビームを回折部１０１で半径方向に回折偏向し、その後、従来例のように偏向ディスク３０２外に透過することなく偏向ディスク３０２内の導波部１０２を導波し、ディスクの外径部端面から半径方向（回転軸に垂直）に出射する機能を有する。また、回折部１０１には、ディスクの回転により光ビームの入射位置の回折偏向パターンが変化し、ディスク面内において偏向走査するように回折する微細凹凸パターンが形成されている。
【００２４】
ディスク内に入射したレーザビームは全反射してディスク内を導波するため、従来のように透過することがなくなる。全反射してディスク内を導波したレーザビームは、ディスク外径部端面から偏向されて出射される。レーザビームがディスクに対して垂直に入射して、外径方向に導波させるため、偏向ディスク３０２の上端面は外径方向に向かって僅かに傾斜を有している。つまり、中心から外径に向かってディスクの厚さが僅かに厚くなっていて、中心部の厚さに対して、最外径の厚さが+１０％以内である。
【００２５】
この実施形態では、ディスク面を６分割し、ディスク１回転につき６回の偏向走査をするものを示しているが、ディスク面のパターンの分割は、等分割するものであれば偏向機能を損なわない限り制限はなく、また１回転につき１回の偏向走査を行う分割のないものでも構わない。次に、上記の偏向ディスク３０２の機能を、断面図である図２を用いてより詳細に説明する。図２では、回転軸２０１を中心に回転する偏向ディスク３０２と光源３０１、導波路３０３の関係を表している。光源３０１から出射した光ビームは、偏向ディスク３０２の回折部１０１に形成された回折偏向パターンによってディスク半径方向に偏向される。
【００２６】
ディスク半径方向に偏向された光ビームは、導波部１０２によって外部に漏れることなく導波し、外径部端面から偏向されたレーザビームが出射される。出射されたレーザビームは半径方向の空間ギャップを介して外径方向に配置された導波路３０３へ入射し、導波路３０３内を偏向走査されたレーザビームが導波路出射部３０４まで導波していくと、回折格子パターンが形成されている導波路出射部３０４から回折された偏向走査レーザビームが出射し、走査結像レンズ３０５へ入射し、被走査面となる走査線３０６上を走査する。
【００２７】
偏向ディスク３０２および導波路３０３は導波による光損失が少なく、かつ大面積薄型化が可能な高分子材料が好適である。材料としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、フッ素化ポリイミド、シリコン樹脂が好適であり、光損失をより低減したい場合はＰＭＭＡがより好適であり、耐熱性及び耐湿性を望む場合にはフッ素化ポリイミドが好適である。ディスクおよび導波路の厚さ（副走査方向）は１mm以下である。なお、被走査面として好適な感光体の感度波長に合わせて光源の波長は４００nm〜８５０nmのいずれかである。光導波の損失が低く抑えられるよう、光導波するコア部の厚さ、幅は前記光源波長に好適な１０〜５０μｍとしている。
【００２８】
また、光源３０１は面発光型の半導体レーザであり、シリコン基盤に対して垂直にレーザが出射し、レーザの共振長が端面発光型の半導体レーザと比較して短いことから、温度変化による波長の変化が小さく（０.０５nm／℃以下）、端面発光型（０.２〜０.３nm／℃）と比較して、温度上昇時にともなう偏向走査の副走査位置変動を１/６〜１/４に軽減できる。
なお、回折パターンによるレーザビームの偏向走査は回折原理を用いているため、波長変化により回折角が変るという原理的な課題がある。具体的には偏向走査方向（主走査）に対して垂直方向となる副走査方向の走査位置が変化してしまうことになる。
【００２９】
この第１の実施形態の光走査装置は、次に図６に基づいて説明する第２の実施形態に示される、複数の光源を有する光走査装置や、複数の光走査装置を用いるカラー画像形成装置の場合より好適である。複数の光源を有する光走査装置では複数の光源の副走査方向の間隔が変動することなく、副走査ラインの粗密による画像上の濃度むらが視覚されることがない。複数の光走査装置を用いるカラー画像形成装置では光走査装置間の副走査位置の変動がないことから、画像上の色ずれが視覚されることがない。
【００３０】
次に、本発明の光走査装置に係る第２の実施形態を図４〜図６に基づいて説明する。図４は光走査装置を構成する偏向ディスクの平面図および斜視図であり、図５は光走査装置の要部の縦断面図であり、図６は光走査装置の斜視図であって説明上偏向ディスクを上方へ取り外した状態を示している。図６において、光源６０１から出射された光ビームは、偏向ディスク６０２によって偏向され、導波路６０３に導かれる。光源６０１は、２つの発光点を有する面発光型モノリシック半導体レーザであり、２つの発光点は偏向ディスクの半径方向にずらして配置される。偏向ディスク６０２は、図４に示したように半径方向に異なる回折偏向パターンが形成された複数の層構造からなる回折部４０１、４０２を有する。
【００３１】
図５に示すように、光源６０１から出射した２本の光ビームは、偏向ディスク６０２の回折部４０１、４０２にそれぞれ入射し、回折偏向した各光ビームはそれぞれ対応する層の導波部５０２、５０３を導波し、ディスク端面より出射される。図６における導波路６０３は、図５に示す導波路６０３のように多層構造であり、偏向ディスク６０２の端面より出射された２本の光ビームは、導波路６０３のそれぞれ対応する層に導かれる。
【００３２】
その後、導波路出射端から２本の光ビームが出射され、走査結像レンズ６０４を通って被走査面上の２本の走査線６０５、６０６上に結像する。偏向ディスクの回転によって偏向ディスクから出射する光ビームは２本同時に偏向方向が変化し、その結果被走査面上の２本の走査線６０５、６０６上を走査する。前述の説明では、２つの発光点による２本同時の光走査する構成であるが、他の構成として、複数の発光点を有する光源６０１の代わりに複数の光源を用いることも可能である。また、この第２の実施形態は、２つの発光点による２本同時の光走査に限らず、偏向ディスク６０２に対応する回折偏向パターンと多層の導波部を形成し、導波路６０３を対応する数の多層構造とすることにより、多数の発光点による多数本同時の光走査とすることも可能である。
【００３３】
次に、本発明の光走査装置に係る第３の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は光走査装置の斜視図であって説明上偏向ディスクを上方へ取り外した状態を示している。図７において、光源３０１から出射された光ビームは、偏向ディスク３０２によって偏向され、導波路３０３に導かれ、走査結像レンズ３０５を通って被走査面上の走査線３０６に結像する。これらの構成は、前述の第１の実施形態と同じである。ここでは、更に光源７０１と、導波路７０２とを、偏向ディスク３０２の回転軸に対して相対する位置に配置する。２つの光源３０１、７０１から出射された光ビームは、偏向ディスク３０２によってそれぞれ導波路３０３、７０２に向かって偏向走査されるが、偏向ディスク３０２に対する光ビームの入射半径位置は等しいので、１つの偏向ディスクを共通利用して２本同時の偏向走査ができる。前述の説明では、１つの光源から１つの光ビームが出射されるものとしたが、第２の実施形態の構成と組み合わせを用いることにより、２つ潜像担持体に対して１度に複数の光ビームにより複数本同時に光走査とすることも可能である。
【００３４】
次に、本発明の画像形成装置に係る第４の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は画像形成装置の端面図である。図３に示された第１の実施形態の光走査装置、または図６に示された第２の実施形態の光走査装置、または図７に示された第３の実施形態の光走査装置を単一の光学ハウジングに収納した光走査装置８０１がカラー画像形成装置内に配置されている。光走査装置８０１は図８に示した画像形成装置内の４つの感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋ（以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付け、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの色に対応する部分として区別するものとする。）が並設された作像部の上方に配置されている。
【００３５】
図示された画像形成装置は、複数の感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置である。装置上部から順に光走査装置８０１、現像器８０２、感光体８０、中間転写ベルト８０３、定着器８０４、給紙トレイ８０５がレイアウトされている。中間転写ベルト８０３には各色に対応した感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋが並列順に等間隔で配設されている。感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い部材が順に配設されている。感光体８０Ｙを例に説明すると、帯電チャージャ（図示しない）、光走査装置８０１から出射された画像信号に基づくレーザビームＬ１、現像器８０２Ｙ、転写チャージャ（図示しない）、クリーニング装置（図示しない）等が順に配設されている。
【００３６】
他の感光体８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋに対しても同様である。即ち、本実施形態では、感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋを各色毎に設定された被走査面とするものであり、各々に対して光走査装置８０１からレーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４が各々に対応するように設けられている。帯電チャージャにより一様に帯電された感光体８０Ｙは、矢印ＡＡ方向に回転することによってレーザビームＬ１を副走査し、感光体８０Ｙ上に静電潜像が形成される。また、光走査装置８０１によるレーザビームＬ１の照射位置よりも感光体の回転方向下流側には、感光体８０Ｙにトナーを供給する現像器８０２Ｙが配設され、イエローのトナーが供給される。
【００３７】
現像器８０２Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。各感光体８０Ｙの現像器８０２Ｙの配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト８０３が配置されている。中間転写ベルト８０３は、複数のローラ８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印ＢＢ方向に移動搬送されるようになっている。
【００３８】
この搬送により、中間転写ベルト８０３は順に感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋに移動されるようになっている。中間転写ベルト８０３は感光体８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト８０３上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙トレイ８０５から転写紙が矢印ＣＣ方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器８０４により定着処理後、フルカラー画像として排紙される。
【００３９】
図３に示された第１の実施形態の光走査装置、または図６に示された第２の実施形態の光走査装置を用いた場合は、光走査装置８０１のハウジング内に各色毎に対応して４台の偏向器が搭載される。図６の光走査装置の場合には、レーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４がそれぞれ２本もしくはそれ以上の本数となる。また、図７に示された第３の実施形態の光走査装置を用いた場合は、光走査装置８０１のハウジング内に搭載される偏向器は２つとなり、レーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４のうち２本ずつが同一の偏向器により同時に走査されていることになる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置、およびそれらに用いられる光走査装置以外に、ＰＯＳ（バーコード読取装置）にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態の光走査装置を構成する偏向ディスクの平面図および斜視図である。
【図２】第１の実施形態の光走査装置の要部の縦断面図である。
【図３】第１の実施形態の光走査装置の斜視図である。
【図４】第２の実施形態の光走査装置を構成する偏向ディスクの平面図および斜視図である。
【図５】第２の実施形態の光走査装置の要部の縦断面図である。
【図６】第２の実施形態の光走査装置の斜視図である。
【図７】第３の実施形態の光走査装置の斜視図である。
【図８】第４の実施形態の画像形成装置の端面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１  回折部
１０２  導波部
２０１  回転軸
３０１  光源
３０２  偏向ディスク
３０３  導波路
３０４  導波路出射部
３０５  走査結像レンズ
３０６  走査線
４０１、４０２  回折部
５０２、５０３  導波部
６０１  光源
６０２  偏向ディスク
６０３  導波路
６０４  走査結像レンズ
６０５、６０６  走査線
７０１  光源
７０２  導波路
８０、８０Ｙ、８０Ｍ、８０Ｃ、８０Ｋ  感光体
８０１  光走査装置
８０２、８０２Ｙ  現像器
８０３  中間転写ベルト
８０４  定着器
８０５  給紙トレイ
８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃ  ローラ
Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４  レーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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