(57)【要約】【課題】安価な方法で被走査面上での走査線間隔を正確に設定することができ、環境安定性と組立性に優れたマルチビーム光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置を得る。【解決手段】ｎ角錐のプリズム（ｎ≧３）と、プリズムの底面に向けて光ビームを射出するｎ個の半導体レーザとからなるマルチビーム光源装置であって、半導体レーザから射出された光ビームのプリズムによる反射後のｎ本の光ビームの反射方向が所定の方向である。【選択図】　図１
2004077864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ角錐のプリズム（ｎ≧３）と、このプリズムの底面に向けて光ビームを射出するｎ個の半導体レーザとからなるマルチビーム光源装置であって、
上記半導体レーザから射出された光ビームの上記プリズムによる反射後のｎ本の光ビームの反射方向が所定の方向であることを特徴とするマルチビーム光源装置。
【請求項２】
ｎ角錐のプリズムは、内部をこのプリズムと相似形で肉抜きして形成した２ｎ個の反射面を有する請求項１記載のマルチビーム光源装置。
【請求項３】
反射後のｎ本の光ビームが互いに平行である請求項１または２記載のマルチビーム光源装置。
【請求項４】
反射後のｎ本の光ビームが互いに非平行である請求項１または２記載のマルチビーム光源装置。
【請求項５】
反射後のｎ本の光ビームの偏光方向が一致する請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチビーム光源装置。
【請求項６】
反射後のｎ本の光ビームの見かけ上の間隔が略等間隔である請求項１乃至５のいずれかに記載のマルチビーム光源装置。
【請求項７】
ｎ個の半導体レーザを同一の基板に配置した請求項１乃至６のいずれかに記載のマルチビーム光源装置。
【請求項８】
光源装置と、上記光源装置から射出する光ビームをカップリングするカップリングレンズと、上記カップリングレンズから射出した光ビームを主走査方向に長い線像に結像する線像結像光学系と、上記線像の集光部の近傍に偏向反射面を有する光偏向器と、上記光偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、
上記光源装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載のマルチビーム光源装置であることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
感光性の像担持体の被走査面に対して、光走査手段による走査を行って潜像を形成し、この潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成装置において、
上記光走査手段は、請求項８記載の光走査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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の記録装置の書込系に用いられる光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置に関するものであり、特に複数の光ビームにより感光体等の被走査面上を同時に走査して記録速度を著しく向上させたマルチビーム光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザファクシミリ等の記録装置の書込系に用いられる光走査装置において記録速度を上げる手段として、光偏向手段である回転多面鏡（ポリゴンミラー）の回転速度を上げる方法がある。
しかし、この方法ではモータの耐久性や騒音、振動及び半導体レーザの変調スピード等が問題となり記録速度を上げるには限界がある。
そこで、一度に複数の光ビームを走査して複数ラインを同時に記録することにより記録速度を向上したマルチビーム光源装置、およびこれを用いた光走査装置や画像形成装置が提案されている。
一度に複数の光ビームを走査する例として、複数の発光源がアレイ状に配列された半導体レーザアレイを用いた方法や、複数個の半導体レーザ光源からの光ビームをビームスプリッタを用いて合成する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザアレイは光源が複数あるものの、出力を検出するセンサは各光源で共通であるため、通常の半導体レーザのように実時間での光出力のフィードバックができないにも関わらず、光源が近接していることにより、そのクロストークで出力が変動しやすく高精度な光量制御ができない、という問題点を有する。また、その特殊性から高価でもある。
これに対し複数の半導体レーザからの光ビームを合成する方法は、上記半導体レーザアレイが有する問題点ははないが、光ビームを精度よく合成するためには環境安定性と組立性の向上が課題となる。
【０００４】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、安価な方法で被走査面上での走査線間隔を正確に設定することができ、環境安定性と組立性に優れたマルチビーム光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ｎ角錐のプリズム（ｎ≧３）と、プリズムの底面に向けて光ビームを射出するｎ個の半導体レーザとからなるマルチビーム光源装置であって、半導体レーザから射出された光ビームのプリズムによる反射後のｎ本の光ビームの反射方向が所定の方向であることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、ｎ角錐のプリズムは、内部をプリズムと相似形で肉抜きして形成した２ｎ個の反射面を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、反射後のｎ本の光ビームが互いに平行であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、反射後のｎ本の光ビームが互いに非平行であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、反射後のｎ本の光ビームの偏光方向が一致することを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、反射後のｎ本の光ビームの見かけ上の間隔が略等間隔であることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、ｎ個の半導体レーザを同一の基板に配置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載の発明は、光源装置と、光源装置から射出する光ビームをカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズから射出した光ビームを主走査方向に長い線像に結像する線像結像光学系と、線像の集光部の近傍に偏向反射面を有する光偏向器と、光偏向器により偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査結像光学系とを有してなる光走査装置であって、光源装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載のマルチビーム光源装置であることを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載の発明は、感光性の像担持体の被走査面に対して、光走査手段による走査を行って潜像を形成し、潜像を現像手段で可視化して画像を得る画像形成装置において、光走査手段は、請求項８記載の光走査装置であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるマルチビーム光源装置と光走査装置、並びに画像形成装置の実施の形態について説明する。
【００１５】
先ず、本発明にかかるマルチビーム光源装置について説明する。
図１は、本発明にかかるマルチビーム光源装置の実施の形態を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は半導体レーザ、１０は正三角錐の上部を底面と略平行に切断した形状でかつ内部を相似形の正三角錐で肉抜きしたプリズムである。
半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、プリズム１０の底面と対向させてＹ軸とＺ軸を含む面からなる同一平面上に配置され、プリズム１０の底面に向かって光ビームを射出する。ここで、Ｘ軸は半導体レーザからの光ビームの射出方向であり、Ｙ軸はＸ軸に直交する一方向であり、Ｚ軸はＸ軸に直交し、かつＹ軸に直交する方向である。
プリズム１０は内部を相似形の正三角錐で肉抜きしてあるため、プリズム１０に入射した３本の光ビームは、それぞれプリズム１０内で２回反射されＸ軸に平行な３本の互いに接近した光ビームに変換される。
【００１６】
図２は、各光ビームのＹ−Ｚ断面図である。図２において、符号１０１，１０２，１０３で示す楕円形は、半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３からそれぞれ射出された光ビームの断面形状である。矢印は偏光方向を示す。
ここで半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、３つの光ビームの偏光方向が一致するように配置する。
また、半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、プリズム１０による反射後の光ビームの見かけ上の間隔が等間隔δになるように調整して設定する。
【００１７】
図３に示すように、一般に用いられる２つのクラッド層に活性層が挟まれた、いわゆる端面発光の半導体レーザの場合、端面発光のレーザ１４から射出されたレーザ光束の偏光の向きは、一般に活性層に対して平行となる。
したがって、光ビームの射出方向を軸として半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３を回転させることで、３つの光ビームの偏光方向が一致するように各半導体レーザを調整することができる。
【００１８】
図４は、本発明にかかるマルチビーム光源装置の別の実施の形態を示す図である。符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は半導体レーザ、１１は正四角錐の上部を底面と略平行に切断した形状でかつ内部を相似形の正四角錐で肉抜きしたプリズムである。
半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、プリズム１０の底面と対向させてＹ軸とＺ軸を含む面からなる同一平面上に配置され、プリズム１１の底面に向かって光ビームを射出する。
プリズム１１は内部を相似形の正四角錐で肉抜きしてあるため、プリズム１１に入射した４本の光ビームは、それぞれプリズム１１内で２回反射されＸ軸に平行な４本の互いに接近した光ビームに変換される。
【００１９】
図５は、各光ビームのＹ−Ｚ断面図である。図５において、符号１０１，１０２，１０３，１０４は、半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４から射出した光ビームの断面形状である。矢印は偏光方向を示す。
ここで半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、４つの光ビームの偏光方向が一致するように配置する。
また、半導体レーザＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、プリズム１１による反射後の光ビームの見かけ上の間隔が等間隔δになるように調整して設定する。
【００２０】
以上説明した実施の形態によれば、ｎ角錐のプリズム（ｎ≧３）と、プリズムの底面に向けて光ビームを射出するｎ個の半導体レーザとからなるマルチビーム光源装置であって、半導体レーザから射出された光ビームのプリズムによる反射後のｎ本の光ビームの偏光方向が一致するため、このマルチビーム光源装置を光走査装置に用いれば、各光ビームが被走査面上を走査する際の光量ムラを目立たなくすることが可能となる。
【００２１】
なお、ｎ個の半導体レーザを同一の基板に配置するようにしてもよい。
図６は、図４に示したマルチビーム光源装置において、４個の半導体レーザを１つの制御基板１２に設置したものの例を示す。
ｎ個の半導体レーザを同一の基板に設置することで、半導体レーザの位置決めが容易で、コンパクト化が可能となり、環境安定性と組立性に優れた量産に適した構造となる。さらに、半導体レーザアレイを用いないため、安価であり、熱的、電気的クロストークの問題も発生しない。
【００２２】
次に、本発明にかかる光走査装置について説明する。
図７は、本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す光学配置図である。光走査装置を構成する光源装置には、図６に示した本発明にかかるマルチビーム光源装置を用いる。すなわち、この光走査装置はマルチビーム方式である。
【００２３】
マルチビーム光源装置から射出された４本の光ビームは、カップリングレンズ２によりカップリングされる。ここで、カップリングされた光ビームの形態は、以後の光学系（線像結像光学系、走査結像光学系）の光学特性に応じて、弱い発散性の光束や、弱い集束性の光束とすることも、平行光束とすることもできる。カップリングレンズ２を透過した光ビームは、アパーチャ３の開口部を通過する際に光束周辺部を遮断されて「ビーム整形」され、線像結像光学系であるシリンドリカルレンズ４に入射する。
シリンドリカルレンズ４は、パワーのない方向を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワーを持ち、入射してきた光ビームを副走査方向に集束させ、光偏向器である回転多面鏡５の偏向反射面近傍に副走査方向に結像して、主走査方向に長い線像を形成する。
【００２４】
さらに光ビームは、図示しない駆動機構により回転している回転多面鏡５の偏向反射面により偏向され、走査結像光学系としてのレンズ６とレンズ７により光導電性を有する感光体の表面（被走査面）９上に集光し、前述の光ビームの見かけ上の相互間隔δに対応して副走査方向に分離した４つのビームスポットとして結像すると共に、略等速で被走査面上を走査する。
【００２５】
以上説明した実施の形態によれば、マルチビーム方式の光走査装置の光源装置として、本発明にかかるマルチビーム光源装置を用いることで、被走査面上の走査線の間隔を正確に設定することができ、また被走査面上での光ビームの光量ムラを目立たなくすることができる。
【００２６】
次に、本発明にかかるマルチビーム光源装置のさらに別の実施の形態について説明する。
これまで説明した本発明にかかるマルチビーム光源装置は、ｎ角錐（ｎ≧３）の形状をしたプリズムの作用により反射後の各光ビームがＸ軸に平行な光ビームに変換されるものであった。図７に示した光走査装置の光源装置として、反射後のｎ本の光ビームが互いに平行となるマルチビーム光源装置を用いた場合には、各主光線は、回転多面鏡５に対して発散気味に入射することになる。
【００２７】
図８は、光ビームの回転多面鏡５への入射角とレンズ７の焦点距離との関係を示した図である。
各主光線が回転多面鏡５に対して発散気味に入射した場合、回転多面鏡５で偏向された各光ビームは、図８（ａ）に示すように、走査結像光学系の副走査方向についての高さの高いところを通過することになる。その結果、被走査面上を走査する走査線の曲がりが大きくなり、ピッチ偏差の増大をもたらす。特にピッチ偏差の増大は、回転多面鏡５のある１面内で同時に走査される走査線と次の面内で同時に走査される走査線の繋ぎ目で最も顕著に現れる。
【００２８】
このピッチ偏差を小さくするためには、走査結像光学系を構成する光学素子のうち、特に副走査方向に最も強い正のパワーを持つ光学素子の近傍でｎ本の光ビームが集光するようにすればよい。具体的には、その光学素子の副走査方向の焦点距離をｆとしたとき、ｎ本の光ビームの集光位置がその光学素子を中心に±ｆ／２の範囲に収まるようにすることが望ましい。本実施の形態では、レンズ７がその光学素子に該当する。
【００２９】
図８（ａ）に示す例では、ｎ本の光ビームの集光位置（ここでは２本であるが光ビームの集光位置は同じである）がレンズ７の焦点距離から大きく外れてしまっている。これを±ｆ／２の範囲内に収めるためには、回転多面鏡５前のｎ本の光ビームの集光位置を後ろに下げるとよい。すなわち図８（ｂ）に示すように、回転多面鏡５に対して収束気味に入射するように設定することで、見かけ上の集光位置Ｑを後ろに下げることができる。
【００３０】
見かけ上の集光位置を後ろに下げるには、図９に示すように、半導体レーザと四角錐のプリズム１１との位置関係を、半導体レーザから射出される光ビームがプリズム１１に対して斜入射となるように設定するとよい。より具体的には、各光ビームが互いに遠ざかる向きに傾けて各半導体レーザが設置されている。
このように設定すれば、プリズム１１による反射後の光ビームが互いに非平行となり、シリンドリカルレンズ４を透過した光ビームは、回転多面鏡５に対して収束気味に入射するため、図８（ｂ）に示すように、回転多面鏡５で偏向された各光ビームは、各光学素子の副走査方向における高さの低いところを通過することになり、被走査面上を走査する走査線の曲がりを小さく抑えることができ、ピッチ偏差が減少する。
【００３１】
以上説明した実施の形態によれば、半導体レーザとｎ角錐のプリズムとの位置関係を、半導体レーザから射出される光ビームがプリズムに対して斜入射となる、すなわち反射後のｎ本の光ビームが互いに非平行となるように設定することで、被走査面上を走査する走査線の曲がりを小さく抑えることができ、ピッチ偏差を減少させることができる。
【００３２】
なお、以上説明した実施の形態では、プリズムは正ｎ角錐（正三角錐、正四角錘など）の場合で説明したが、本発明にかかるマルチビーム光源装置に用いるプリズムは正ｎ角錐に限定するものではなく、単なるｎ角錐（底面に対する斜面の角度は任意）であってもよい。
【００３３】
次に、本発明にかかる画像形成装置について説明する。
図１０は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。この画像形成装置は、レーザプリンタである。
レーザプリンタ１００は、これまで説明してきた本発明にかかる光走査装置１１７の他、光走査装置１１７によって露光され静電潜像が形成される潜像担持体１１１として円筒状に形成された光導電性の感光体、静電潜像をトナーで顕像化する現像手段、顕像化されたトナー像を記録紙に転写する転写手段などの、電子写真プロセスを実行する手段を有してなる。
【００３４】
潜像担持体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などの電子写真プロセスにしたがうプロセス部材が順に配設されている。
なお、帯電手段としてコロナチャージャを用いることもできる。
【００３５】
光走査装置１１７は、電子写真プロセスの露光プロセスを実行するもので、帯電ローラ１１２で均一に帯電された潜像担持体１１１の表面を走査して、静電潜像を形成する。形成された静電潜像は、いわゆる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、像担持体１１１上にトナー画像が形成される。
【００３６】
転写紙Ｐを収納したカセット１１８は、画像形成装置１００本体に脱着可能であり、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１１９に捕らえられる。レジストローラ１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するタイミングに合わせて、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。
【００３７】
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を定着され、搬送路１２１を通り、排紙ローラ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。
【００３８】
以上説明した実施の形態によれば、本発明にかかるマルチビーム光源装置を有してなる光走査装置を用いることで、被走査面上での走査線の間隔を正確に設定することができ、また被走査面上での光ビームの光量ムラを目立たなくすることができ、さらに走査線の曲がりを小さく抑えることができるため、極めて良好な画像形成、すなわち出力画像の高密度化、高速度化、高画質化を実現することができる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ｎ角錐のプリズム（ｎ≧３）と、プリズムの底面に向けて光ビームを射出するｎ個の半導体レーザとからなるマルチビーム光源装置であって、半導体レーザから射出された光ビームのプリズムによる反射後のｎ本の光ビームの反射方向が所定の方向であるため、このマルチビーム光源装置を光走査装置の光源に用いれば、被走査面上での各光ビームの走査線間隔を正確に設定することができる。
【００４０】
請求項５記載の発明によれば、反射後のｎ本の光ビームの偏光方向が一致するため、このマルチビーム光源装置を光走査装置の光源に用いれば、被走査面上を走査する各光ビームの光量ムラを目立たなくすることができる。
【００４１】
請求項７記載の発明によれば、ｎ個の半導体レーザを同一の基板に配置したことで、位置決めが容易で、コンパクト化が可能となり、環境安定性と組立性に優れた、量産に適した構造となる。また、半導体レーザアレイを用いないため、安価で、熱的、電気的クロストークの問題も発生しない。
【００４２】
請求項９記載の発明によれば、被走査面上での走査線間隔を正確に設定することができ、また被走査面上での光ビームの光量ムラを減少させることができるため、出力画像の高密度化、高速度化、高画質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマルチビーム光源装置の実施の形態を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図２】上記マルチビーム光源装置から射出した光ビームのＹ−Ｚ断面図である。
【図３】一般に用いられる端面発光の半導体レーザから射出されたレーザ光束の偏光の向きを示す斜視図である。
【図４】本発明にかかるマルチビーム光源装置の別の実施の形態を示す斜視図である。
【図５】上記マルチビーム光源装置から射出した光ビームのＹ−Ｚ断面図である。
【図６】本発明にかかるマルチビーム光源装置のさらに別の実施の形態を示す正面図である。
【図７】本発明にかかる光走査装置の実施の形態を示す主走査方向の光学配置図である。
【図８】光ビームの回転多面鏡への入射角と光学素子の焦点距離との関係を副走査対応方向から示した図であり、（ａ）は発散気味に入射した場合、（ｂ）は収束気味に入射した場合である。
【図９】本発明にかかるマルチビーム光源装置のさらに別の実施の形態を示す正面図である。
【図１０】本発明にかかる画像形成装置の実施の形態を示す中央断面図である。
【符号の説明】
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４　　　　　　半導体レーザ
１０，１１　　　　　　　　　　　　ｎ角錐のプリズム
１２　　　　　　　　　　　　　　　制御基板
１０１，１０２，１０３，１０４　　光ビームの断面形状
【図１】
2004077864.tif 000003
【図２】
2004077864.tif 000004
【図３】
2004077864.tif 000005
【図４】
2004077864.tif 000006
【図５】
2004077864.tif 000007
【図６】
2004077864.tif 000008
【図７】
2004077864.tif 000009
【図８】
2004077864.tif 000010
【図９】
2004077864.tif 000011
【図１０】
2004077864.tif 000012