(57)【要約】【課題】光走査装置及び画像形成装置における光学系の位置ずれをなくすとともに、大幅な小型化を実現する。【解決手段】レーザビームが導波する光導波路素子１０の出射部を移動させることによりレーザビームを走査する。そのため、光導波路素子１０は、光導波路２２２が形成可能であって屈曲性を有する高分子材からなる短冊状の光導波路シート２２１により形成し、走査方向をその長手方向とする。また、光導波路素子１０に対するレーザビームの入射部と出射部はそれぞれ光導波路シート２２１の長手方向の両端寄りの幅広面とする。さらに、光導波路素子１０に入射するレーザビーム光源は複数の発光点１２５を有する面発光型のモノリシック半導体レーザ２２４とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームが導波する光導波路素子の出射部を移動させることによりレーザビームを走査する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、
前記光導波路素子は走査方向が長手方向となる短冊状のシート部材で形成したことを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光走査装置において、
前記光導波路素子となるシート部材は光導波路が形成可能であって屈曲性を有する高分子材からなることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の光走査装置において、
前記光導波路素子に対するレーザビームの入射部と出射部はそれぞれ前記シート部材の長手方向の両端寄りの幅広面としたことを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光走査装置において、
前記光導波路素子に入射するレーザビーム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である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、
前記光導波路素子内の光導波路は入射部の導波方向の隣接間隔と出射部の導波方向の隣接間隔とが互いに異なる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において、
前記光導波路素子の出射部に結像レンズが一体的に固定され、該結像レンズは光導波路素子とともに移動することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光走査装置において、
前記光導波路素子の出射部前方に長尺の結像レンズを少なくとも被走査領域幅に配置したことを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の光走査装置を用いて主走査を行うことにより、像担持体に潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得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、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、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としては、特許文献１に記載の「光走査装置」や、特許文献２に記載の「光導波路アレイを用いた光記録装置」がある。前者の「光走査装置」は光導波路基板と回転多面鏡を有し、その光導波路基板は、半導体レーザからの光ビームが入射し伝播する光導波路を備え、回転多面鏡は、光導波路から射出した光ビームを反射面で主走査方向に偏向させる。さらに、副走査方向においては、回転多面鏡の反射面と被走査面とが略共役な関係にある。光導波路以外の部分を通って光導波路基板から射出した光ビームを遮蔽するアパーチャが、回転多面鏡の近傍に配設されている。
【０００３】
後者の「光導波路アレイを用いた光記録装置」は、光導波路アレイから出射した複数本のレーザ光を変調走査し、感光材料上に走査する光記録装置において、基板と該基板上に形成されている導波路と、前記基板と前記導波路上に形成されているクラッド層とからなる前記光導波路アレイ内の前記導波路の入射端面の法線と、前記導波路の光進行軸とのなす角度θが所定の関係式を満たすように構成されている。また、従来、カラーレーザプリンタ等の画像形成装置には、駆動機構により回転駆動される感光体に対して走査結像光学系による光走査手段により画像情報をレーザビームの走査ビームで書込み、静電潜像を形成し、これらの静電潜像を顕像化手段によりそれぞれ顕像化して転写材上転写し画像を得ている。上記光走査手段は、書込む画像情報信号に応じて駆動制御される半導体からなるレーザからレーザビームを出射する。レーザビームは、主走査方向に偏向走査する偏向走査手段であるポリゴンミラー、レンズ等の光学部品を介して一様に帯電された感光体面に集光されるとともに走査される。そして回転する感光体面には、所定間隔（副走査方向のビームピッチ）からなる走査ビームとして複数の走査ビームに対応した画像信号が書込まれ、静電潜像が形成される。
【特許文献１】特開２００２−１６２５８８号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７９４号公報
【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、上述した従来例は、いずれも光導波路素子を光源装置に使用し、その出射レーザビームを光偏向器で主走査方向に偏光走査する方法である。そのため、光偏向器や走査光学系レンズ、主走査同期光学系等により光走査装置が大型化し、光偏向器によるポリゴンミラーの騒音やモータ電力消費による温度上昇が問題となっていた。また、光偏向器や定着装置による発熱の影響により温度上昇などを原因として、走査装置内のレンズや光源位置に位置ずれや、屈折率等の光学特性の変化により被走査面上のレーザビームのスポット位置にずれや、走査線曲がりや、傾きが発生することがあり、画像の品質が低下する不具合があった。そこで本発明は、レーザビームを光偏向器で偏向走査する光走査装置及び画像形成装置に対して、上記不具合を解消し、かつ大幅な小型化を実現することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、レーザビームが導波する光導波路素子の出射部を移動させることによりレーザビームを走査することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明の光走査装置は、請求項１の発明の光走査装置において、前記光導波路素子は走査方向が長手方向となる短冊状のシート部材で形成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明の光走査装置は、請求項２の発明の光走査装置において、前記光導波路素子となるシート部材は光導波路が形成可能であって屈曲性を有する高分子材からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明の光走査装置は、請求項２または３の発明の光走査装置において、前記光導波路素子に対するレーザビームの入射部と出射部はそれぞれ前記シート部材の長手方向の両端寄りの幅広面としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明の光走査装置は、請求項１乃至４のいずれかの発明の光走査装置において、前記光導波路素子に入射するレーザビーム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であることを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明の光走査装置は、請求項１乃至５のいずれかの発明の光走査装置において、前記光導波路素子内の光導波路は入射部の導波方向の隣接間隔と出射部の導波方向の隣接間隔とが互いに異なることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明の光走査装置は、請求項１乃至６のいずれかの発明の光走査装置において、前記光導波路素子の出射部に結像レンズが一体的に固定され、該結像レンズは光導波路素子とともに移動することを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明の光走査装置は、請求項１乃至６のいずれかの発明の光走査装置において、前記光導波路素子の出射部前方に長尺の結像レンズを少なくとも被走査領域幅に配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項９の発明の画像形成装置は、請求項１乃至８のいずれかの発明の光走査装置を用いて主走査を行うことにより、像担持体に潜像を形成し、前記潜像を可視化して所望の記録画像を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、請求項１の発明の光走査装置によれば、レーザビームが導波する光導波路素子の出射部が移動することによりレーザビームを走査することにより、小型かつ光偏向器レスによる省エネ、低損音が可能な光走査装置が実現できる。
【００１５】
請求項２および３の発明の光走査装置によれば、光導波路素子が走査方向に長手となる短冊状のシート部材で形成され、屈曲性を有する高分子からなる光導波路で形成されていることにより、屈曲移動するだけでレーザビームの主走査を可能とし、簡単な機構で小型かつ光偏向器レスによる省エネ、低損音が可能な光走査装置が実現できる。
【００１６】
請求項４の発明の光走査装置によれば、光導波路素子へのレーザビームの入射部及び出射部ともに前記シート部材の幅広面としたことにより、ビーム配列数を任意に増加することが可能となり、高速化が可能な光走査装置が実現できる。
【００１７】
請求項５の発明の光走査装置によれば、光導波路素子に入射するレーザビーム光源を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としたことにより、発光特性（光量、波長）のばらつきが少なく、出射方向のばらつきも少なく光導波路への調整が不要で入射が容易となり、ばらつきの少ない安定した、複数本出射可能なレーザビームが達成でき、かつ発光点が２次元配列可能なので小型化・高速化が可能な光走査装置が実現できる。
【００１８】
請求項６の発明の光走査装置によれば、光導波路素子内の光導波路は入射部の導波方向の隣接間隔と出射部の隣接間隔を異ならせたことにより、任意の画素密度（高画素密度）に対応可能な光走査装置が実現できる。
【００１９】
請求項７の発明の光走査装置によれば、光導波路素子の出射部に結像レンズが一体的に固定され、光導波路素子とともに移動することにより、安価な光走査装置が実現できる。
【００２０】
請求項８の発明の光走査装置によれば、光導波路素子の出射後に長尺の結像レンズが少なくとも被走査領域幅に配置されたことにより、高速化が可能な光走査装置が実現できる。
【００２１】
請求項９の発明の画像形成装置によれば、小型かつ光偏向器レスによる省エネ、低損音が可能であって、高速化および高画素密度に対応可能で、しかも安価である画像形成装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の光走査装置を搭載した画像形成装置の実施形態の端面図を示す。図１において、画像形成装置であるレーザプリンタ１００は、感光体（像担持体）１１１として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有し、像担持体が光導電性の感光体の長手方向（図面の奥行き方向）に光走査（主走査）により形成される静電潜像を可視化して得られるトナー画像を記録媒体に転写・定着する。感光体１１１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。
【００２３】
帯電手段としては帯電ローラ１１２に代えて「コロナチャージャや帯電ブラシ」を用いることもでき、転写ローラ１１４に代えて「コロナ放電式の転写手段」を用いることもできる。光導波路の屈曲（伸張）により走査されるレーザビームＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で「光書込による露光」を行うようになっている。さらに、１１６は定着装置、１１８はカセット、１１９はレジストローラ対、１２０は給紙コロ、１２１は搬送路、１２２は排紙ローラ対、１２３はトレイ、Ｐは「シート状の記録媒体」としての転写紙を示している。
【００２４】
画像形成プロセスが実行されるとき、光導電性の感光体１１１が時計回りに等速回転（副走査）され、その表面が帯電ローラ１１２により均一帯電され、光走査装置１１７のレーザビームＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置１１３により反転現像され、感光体１１１上にトナー画像が形成される。転写紙Ｐを収納したカセット１１８は、レーザプリンタ（画像形成装置）１００の本体に脱着可能で、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９に捉えられる。
【００２５】
レジストローラ対１１９は、感光体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ１１４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてトナー画像が定着され、搬送路１２１を通り、排紙ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。トナー画像が転写された後の感光体（像担持体）１１１の表面は、クリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。これら感光体及び感光体周りの画像形成プロセスユニットを複数ユニット構成することにより、カラー(多色)画像形成装置も可能である。
【００２６】
次に、本発明の光走査装置の実施形態について説明する。図２は光走査装置の実施形態の要部を示す斜視図であり、光導波路素子の縮小時と伸張時を示している。図において、感光体１１１表面に離間して配置された薄板フィルムシート状の光導波路素子１０が主走査方向（感光体１１１の長手方向）に伸縮することにより光導波路素子１０から出射されたレーザビームを矢印方向に主走査する。なお、副走査方向は感光体１１１の回転矢印方向となる。光導波路素子１０は伸縮可能とするために弾力性の有する高分子材料で構成されている。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。
【００２７】
光導波路素子１０は伸張時に感光体長（主走査方向）の長さ分以上有し、Ａ４長手サイズである３００ｍｍ以上であればＡ３版まで対応可能である。厚さ（幅狭面方向）は屈曲するに好適な１００〜２００μｍである。薄板フィルムであるので弾力性、柔軟性が高く、かつ屈曲時に駆動装置の回転トルクまたは推進力に影響を与えるほどの反作用（伸張しようとする復元力）を生じることはなく、また、主走査方向の移動速度にばらつきを生じることはない。なお、光導波路素子１０は、感光体１１１の感度波長に合わせ光源波長は４００ｎｍ〜８５０ｎｍで使用される。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】
画像データ信号に変換された信号にしたがってパワー変調またはＰＷＭ変調された光源から光導波路素子１０へ入射されレーザビームが出射部へ導波伝搬される。出射部から出射されたレーザビームは結像レンズを経て感光体１１１表面にビームスポットを形成し、潜像を形成する。その後は上記記載の画像形成プロセスを経て、プリントされる。なお、光導波路素子１０から出射されるレーザビームは伸張時および縮小時ともに画像データに応じて点灯することにより、伸縮の往復でレーザビームを走査することが可能であり、高速走査が可能となる。
【００２９】
図３は光導波路素子１０の移動部を詳細に示した斜視図である。図において、光導波路素子１０の伸縮は発光点１２５を有する一端側（図示しない左端側）が固定され、伸縮方向（主走査方向と同じ）に延在しかつ、感光体１１１の表面と平行に配置されガイドレール２０に沿って光導波路素子１０の他端側（出射側）が移動することにより主走査される。このガイドレール２０は光導波路素子１０が主走査時に感光体１１１表面との距離が一定となるように、感光体１１１の主走査方向に平行に配置されている。
【００３０】
光導波路素子１０のレーザビーム出射側は移動部材７１の側面に接着等で結合され、また移動部材７１はガイドレール２０の外部に嵌合され摺動しながらガイドレール２０上を移動することにより、光導波路素子１０がガイドレール２０に沿って移動（主走査）される。移動部材７１にはワイヤ７２が固定され、一方ワイヤ７２はモータ部７４からの駆動によりプーリ７３を介して駆動力が伝達され、モータ部７４の回転により、移動部材７１とともに光導波路素子１０が移動（主走査）される。光導波路素子１０の伸縮は発光点１２５側に対して他端がガイドに沿って移動するため、移動方向距離の略中央部が凸型になるように屈曲（変形）しながら移動する。したがって、感光体１１１の主走査開始端（図２ａ）では屈曲時の高さＨが最大となり、走査終了端（図２ｂ）に移動するに従って屈曲時の高さＨは低くなり、走査終了端では屈曲時の高さＨは０となる。
【００３１】
次に、光導波路素子１０の詳細を図４〜７について説明する。図４は光導波路素子１０の伸張時の全体正面図である。光導波路素子１０の左端に光源が配置され矢印２２８に向かってレーザビームが導波伝搬され右端部の出射部２２３へ導かれる。光源はモノリシック構造の面発光型の半導体レーザ２２４と、光導波路２２２が形成された光導波路シート２２１からなる。半導体レーザ２２４は複数の発光点２２５を有している。図４では８個が示されている。発光点２２５は複数列に配設され、２次元のアレイ状となっている。光導波路２２２は断面が略四角形状で一辺長さは５〜１０μｍのシングルモードである。なお、これは、最大１０ＧＨｚの高速光変調が必要な高速光書込みの導波路として必須となる。
【００３２】
発光点２２５と光導波路２２２は図５で示したように、半導体レーザ２２４から垂直方向に出射したレーザビームは導波路シート２２１の表面に配置されたカップリングレンズ２２６と導波路基板である導波路シート２２１内に形成されたミラー部２２７にて直角に折り返されて光導波路２２２に入射される。隣接する発光点の間隔Ｗ０は矢印２２８の方向に導波していくにつれて変化し出射側ではＷ１の間隔となる。具体的な間隔はＷ０は平均２０〜１００μｍに対して、Ｗ１は副走査方向の画素密度によって決まる。例えば６００ｄｐｉでは４２μｍ、１２００ｄｐｉでは２１μｍ、２４００ｄｐｉでは１１μｍとなる。
【００３３】
Ｗ０の間隔は半導体レーザ２２４の生成プロセスと近接する発光部のクロストークに関係し、Ｗ０が２０μｍよりも小さい場合、熱的かつ電気的なクロストークにより、光量等に発光点毎にばらつきが発生する。間隔を広げることが好適であるが、Ｗ０が１００μｍよりも大きい場合チップ面積が不用に大きくなり歩留まりの低下とコストアップとなる。なお、図４ではレーザビームが８本の場合で示したが、画素密度やプリントスピードに関係するので、適宜選択される。また、前述した図２では判り易くするために２本で描画している。
【００３４】
図５は光導波路素子１０の一端側（半導体レーザ入射部）の断面を示した。２２９は、光導波路シート２２１と半導体レーザ２２４を、光学的なギャップと電気的な接続を同時に対応できるハンダバンプである。このハンダバンプ２２９は、実際には複数配置されているが、図５では一つを図示している。なお、図示例の実施形態では、光導波路２２２が埋め込み型であるが、基板上に露出するリッジ型でも良い。
【００３５】
図６は光導波路素子１０の他端側（レーザ出射側）の断面を示した。光導波路２２２を導波してきたレーザビームは導波路シート２２１内に形成されたミラー部２３０にて直角に折り返されて一体化固定された結像レンズ２３１を経て被走査面である感光体表面にビームスポットを形成する。光導波路素子１０へのレーザビームの入射及び出射はともに光導波路素子１０の幅広面で行うことにより、複数のレーザビームを製作上レイアウトし易くなる。結像レンズ２３１を光導波路素子１０と一体化したことにより、結像レンズ２３１を小型化可能で安価にできるメリットが有る。
【００３６】
光導波路素子１０の幅狭面（厚さ方向）は好適な屈曲性を有するために厚さ１００〜２００μｍに設定されているので、本実施形態のような幅広面側を入出射する場合以外として、幅狭面側からレーザビームを入出射させる（図示紙面と垂直方向）場合が考えられるが、狭ピッチの多数ビーム化に限界がある。これは、端面での入出射となるため、図４に示すように数十μｍの発光径を有する一般的な光源部を千鳥格子状に配置して導波路間隔をすることができないからである。なお、厚さ２００μｍで６００ｄｐｉ(=４２μｍ)のピッチで配列すると、ビーム配列数は４本までで、５本以上のレイアウトには不都合となる。
【００３７】
図７は図６の結像レンズが被走査面と同じ長さ以上に長尺化されていることを示す。これは、図６の例のように、結像レンズが光導波路素子１０とは一体化されておらず、感光体１１１と光導波路素子１０の間に長尺結像レンズ２３２が固定配置されている。図６のように長尺結像レンズ２３２が移動しないことにより、移動部が軽量化され高速に走査、すなわち主走査方向への高速移動が可能となる。なお、図４〜図７に示した大きさは説明のために便宜的に種々拡大しているものであり、実際の寸法を反映していない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
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】
【００３９】
【図１】本発明の画像形成装置の実施形態の端面図である。
【図２】本発明の光走査装置の実施形態の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の光走査装置の実施形態の移動部を示す斜視図である。
【図４】光走査装置を構成する光導波路素子の伸張時の全体正面図である。
【図５】光走査装置を構成する光導波路素子の入射側の断面図である。
【図６】光走査装置を構成する光導波路素子の出射側の断面図である。
【図７】光走査装置を構成する光導波路素子の出射側の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  光導波路素子
２０  ガイドレール
７１  移動部材
７２  ワイヤ
７３  プーリ
７４  モータ部
１００  レーザプリンタ
１１１  感光体（像担持体）
１１２  帯電ローラ
１１３  現像装置１１４  転写ローラ
１１５  クリーニング装置
１１６  定着装置
１１７  光走査装置
１１８  カセット
１１９  レジストローラ対
１２０  給紙コロ
１２１  搬送路
１２２  排紙ローラ対
１２３  トレイ
１２５  発光点
２２１  光導波路シート
２２２  光導波路
２２３  出射部
２２４  半導体レーザ
２２５  発光点
２２６  カップリングレンズ
２２７  ミラー部
２２８  矢印
２２９  ハンダバンプ
２３０  ミラー部
２３１  結像レンズ
２３２  長尺結像レンズ
ＬＢ  レーザビーム
Ｐ  転写紙
【図１】
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【図２】
2008058447.tif 000004
【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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