(57)【要約】【課題】複数のレーザ発光素子を備えるマルチビームレーザ走査装置のレーザ光源部の小型化を図り、レーザ発光素子の光軸位置調整を可能とする。【解決手段】複数のレーザ発光素子ユニット２０，３０，４０と、各レーザ発光素子ユニットを支持する光源ブロック１０とを備えてレーザ光源部１を構成し、複数のレーザ発光素子ユニットはレーザ光を発光するレーザ発光素子２４，３４，４４と、レーザ発光素子を搭載した回路基板２２，３２，４２とを備え、複数のレーザ発光素子ユニットは複数のレーザ発光素子が光軸方向に段差を有し、かつ光軸方向と垂直な方向に所定の間隔を有する位置に配列された状態で光源ブロック１０に支持される。複数のレーザ発光素子を近接配置して小型化を図り、個々のレーザ発光素子の光軸位置調整が可能になる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源部から出射される複数のレーザ光を偏向手段により偏向して感光体に主走査するマルチビーム走査装置において、前記レーザ光源部は、複数のレーザ発光素子ユニットと、これら複数のレーザ発光素子ユニットを一体的に支持する光源ブロックとを備えており、前記複数のレーザ発光素子ユニットはそれぞれレーザ光を発光するレーザ発光素子と、前記レーザ発光素子をそれぞれ搭載した回路基板とを備え、前記複数のレーザ発光素子ユニットは前記複数のレーザ発光素子が光軸方向に段差を有し、かつ前記光軸方向と垂直な方向に所定の間隔を有する位置に配列された状態で前記光源ブロックに支持されていることを特徴とするマルチビームレーザ走査装置。
【請求項２】
前記光源ブロックの前記偏向手段と反対側に向けられた一辺には前記レーザ発光素子の光軸方向に段差を有し、前記光軸方向と垂直な方向に所要の間隔をおいた複数の段部が形成され、前記各段部に前記複数のレーザ発光素子ユニットの各回路基板が支持されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチビームレーザ走査装置。
【請求項３】
前記各レーザ発光素子ユニットはそれぞれ前記光源ブロックに対して前記垂直な方向に位置調整が可能に取着されてい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レーザ走査装置。
【請求項４】
前記各レーザ発光素子ユニットは、前記レーザ発光素子を冷却するためのヒートシンクを備え、前記回路基板が前記ヒートシンクに取着され、前記ヒートシンクが前記光源ブロックに取着されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマルチビームレーザ走査装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクは前記垂直な方向に位置調整可能に前記光源ブロックに取着されていることを特徴とする請求項４に記載のマルチビームレーザ走査装置。
【請求項６】
前記回路基板は前記レーザ発光素子の光軸方向に沿って所要の間隔で重なる状態で配列されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のマルチビームレーザ走査装置。
【請求項７】
前記光源ブロックには前記複数のレーザ発光素子ユニットの各レーザ発光素子の光軸上の位置にそれぞれコリメータレンズが配設支持されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のマルチビームレーザ走査装置。
【請求項８】
前記光軸方向と垂直な方向が前記レーザ光の主走査方向に設定されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のマルチビームレーザ走査装置。
【請求項９】
前記複数のレーザ発光素子の各光軸は前記主走査方向と垂直な副走査方向に微小間隔で異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のマルチビームレーザ走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数本のレーザ光を一体的に走査して画像形成を行うマルチビーム走査装置に関し、特に複数のレーザ光を出射するレーザ光源部を改善したマルチビームレーザ走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を感光体に走査して画像形成を行うレーザ走査装置では、画像形成速度の向上を図るために副走査方向に配列された複数のレーザ光を同時に主走査方向に走査するマルチビーム走査装置が提案されている。このようなマルチビーム走査装置では、複数のレーザ光をそれぞれ出射するために複数個のレーザ発光素子が必要であり、レーザ光源部にはこれら複数個のレーザ発光素子を副走査方向に配列する必要がある。しかしながら、複数のレーザ発光素子を同一面上に副走査方向に配列したのでは配列に必要とされる面積が大きくなり、レーザ光源部が大型化して小型のマルチビーム走査装置に組み込むことが難しくなる。また、レーザ発光素子には発光を行うための回路が必要であり、このような発光回路を構成している回路基板に複数のレーザ発光素子を一体的に配設した場合には、個々のレーザ発光素子の光軸調整を行うことが困難になる。また、複数のレーザ発光素子を発光制御するための発光回路を同一の回路基板に搭載しなければならず、回路基板が大型化し、あるいは高価な高密度実装型の回路基板が必要とされることになる。
【０００３】
そのため、特許文献１の技術では、レーザ光源部に配列した複数のレーザ発光素子にそれぞれ光ファイバの一端部を光結合し、各光ファイバの他端部をマルチビーム装置装置の光源部相当位置に配置する構成を採用している。このようにすることで、複数のレーザ発光素子をマルチビーム走査装置の外側部に配置することが可能になり、レーザ光源部を実質的に小型化し、小型のマルチビーム走査装置を実現することが可能になる。また、他の技術として特許文献２では、複数のレーザ発光素子を光軸方向にずらした２つの面上にそれぞれ交互に配置することで、隣接配置されるレーザ発光素子を光軸方向に直交する面方向に重ねて配置することが可能になり、レーザ光源部の小型化を図る上で有利になる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１１３７１号公報
【特許文献２】特開平６−１８６４９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の技術では、レーザ発光素子に加えて複数本の光ファイバが必要であり、マルチビーム走査装置の構成部品数が増加する上に、個々のレーザ発光素子と光ファイバとを高い効率で光結合することが難しく、製造、組立が困難になるという問題がある。また、特許文献２の技術では、光ファイバが不要であるため構成の簡略化を図る上では有効であるが、複数のレーザ発光素子を具体的にどのようにマルチビーム走査装置に組み込むのかは明確にされていない。この場合、光軸方向に同じ面上に配設される複数のレーザ発光素子を同一の基板に搭載したのでは、各レーザ発光素子をそれぞれ独立して光軸位置を調整することが極めて困難なものになるとともに、複数のレーザ発光素子のそれぞれに対応させるための回路を構成するために当該基板を高密度実装型の基板として構成しなければならず、前述したようなコスト上の問題が生じることになる。また、複数のレーザ発光素子をそれぞれ独立した基板に搭載したのでは、光軸方向に同じ面上に配置されるレーザ発光素子の各基板が互いに干渉してしまうことになり、現実にこれらの基板を配設することは困難になる。
【０００６】
本発明の目的は、複数のレーザ発光素子を備えるレーザ光源部の小型化を図るとともに、個々のレーザ発光素子の光軸位置調整を可能にしたマルチビームレーザ走査装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マルチビーム走査装置のレーザ光源部の構成として、複数のレーザ発光素子ユニットと、これら複数のレーザ発光素子ユニットを一体的に支持する光源ブロックとを備えた構成とされ、複数のレーザ発光素子ユニットはそれぞれレーザ光を発光するレーザ発光素子と、レーザ発光素子をそれぞれ搭載した回路基板とを備え、これら複数のレーザ発光素子ユニットは複数のレーザ発光素子が光軸方向に段差を有し、かつ光軸方向と垂直な方向に所定の間隔を有する位置に配列された状態で光源ブロックに支持された構成とされる。例えば、光源ブロックの一辺にはレーザ発光素子の光軸方向に段差を有し、当該光軸方向と垂直な方向に所要の間隔をおいた複数の段部が形成され、これら各段部に複数のレーザ発光素子ユニットの各回路基板が支持されている構成とされる。
【０００８】
また、本発明では各レーザ発光素子ユニットはそれぞれ光源ブロックに対して前記光軸方向と垂直な方向の位置調整が可能に取着される。また、各レーザ発光素子ユニットは、レーザ発光素子を冷却するためのヒートシンクを備えており、回路基板がヒートシンクに取着され、ヒートシンクが光源ブロックに取着される構成とすることが好ましい。この場合には、ヒートシンクは前記光軸方向と垂直な方向に位置調整可能に光源ブロックに取着される。また、前記光軸方向と垂直な方向がレーザ光の主走査方向に設定されることが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、それぞれレーザ発光素子を含む複数のレーザ発光素子ユニットを光軸方向に段差をもち、これと垂直な方向に所要の間隔をもって配置しているので、複数のレーザ発光素子を近接配置しても、各レーザ発光素子が相互に干渉されることがなく、レーザ光源部を小型化できる。また、各レーザ発光素子はそれぞれ独立した回路基板に搭載されているため、回路基板に高密度のものを用いる必要がなく、コストの増大が防止できる。さらに、複数のレーザ発光素子の光軸位置を個別に調整することができ、シングルビームのレーザ走査装置と全く同一の光軸調整手法が採用でき、従来から行われている生産技術をそのまま利用することも可能になる。さらに、個々のレーザ発光素子ユニットにヒートシンクを備えることでレーザ発光素子の放熱効果を高めることも可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は３本のレーザ光を副走査方向に配列して同時に主走査するように構成したマルチビーム走査装置の斜視構成図である。レーザ光源部１には後述するように３つのレーザ発光素子としてのレーザダイオードが配設されており、各レーザ発光素子から出射される３本のレーザ光ＬＢは図には表れないビーム整形スリットを通してビーム形状が整形され、ビーム合成手段２により副走査方向（図１の上下方向）に微小間隔で並ぶ３本のレーザビームからなるレーザ光として合成される。そして、副走査方向に集光性のあるシリンダレンズ３によって集光されて六角形をした多面反射鏡であるポリゴンミラー４に投射され、このポリゴンミラー４が回転軸４ａの回りに水平方向に高速回転されることによって各レーザ光ＬＢは主走査方向に偏向される。この偏向されたレーザ光ＬＢはｆθレンズ５によって偏向が調整され、等速状態で感光ドラム６の回転軸６ａと平行な方向に走査され、その感光面に対して主走査される。また、感光ドラム６が回転軸６ａの回りに回転されることで感光面に対する副走査が行われる。なお、偏向されたレーザ光ＬＢが感光ドラム６に対して主走査される領域以外の偏向位置に反射ミラー７が配設されており、レーザ光ＬＢはこの反射ミラー７により反射され、フォトダイオード等の受光素子８で受光され、走査タイミング信号を得るようになっている。
【００１１】
前記ビーム合成手段２は、図２に模式的な斜視図を示すように、２つの反射ミラー２０１，２０２と２つのハーフミラー２０３，２０４とで構成されており、第１のレーザ光ＬＢ１は第１の反射ミラー２０１で反射され、さらに第１のハーフミラー２０３で反射されるときに当該第１のハーフミラー２０３を透過する第２のレーザ光ＬＢ２とビーム合成される。これらビーム合成された第１及び第２のレーザ光は第２の反射ミラー２０２で反射され、さらに第２のハーフミラー２０４で反射されるときに当該第２のハーフミラー２０４を透過する第３のレーザ光ＬＢ３とビーム合成される。後述するように、前記第１ないし第３のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３は各光軸が同図の左右方向である主走査方向に所要の間隔で配置されているが、前記ビーム合成手段２によって合成されて第２のハーフミラー２０４から出射される合成されたレーザ光ＬＢは主走査方向には光軸が一致されたレーザ光とされる。またこれと同時に、第１ないし第３のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３は同図の上下方向である副走査方向に微小寸法だけずれて配置されているため、合成されたレーザ光ＬＢは第１ないし第３のレーザ光が副走査方向に微小間隔ずれたレーザ光となる。
【００１２】
前記レーザ光源部１を正面方向から見た外観斜視図を図３に示す。また、図４及び図５はレーザ光源部１の一部を破断した平面図と背面図である。図６は背面方向からの部分分解斜視図である。前記レーザ光源部１は光源ブロック１０に対して第１ないし第３の３つのレーザダイオードユニット２０，３０，４０がそれぞれ独立に取着されてモジュール化されている。光源ブロック１０は前記ビーム合成手段２に対向する側とは反対側の背面部が前記レーザ光の光軸方向に沿って段差を有し、主走査方向に沿って所要の間隔で離された３段の階段状に形成された厚板状のベース板部１００と、このベース板部１００の背面部の各段差部にそれぞれベース板部１００の平面とは直交する上下方向に延長した状態で立設された角柱状の３つのユニット取付部１０１，１０２，１０３を有している。ここでは各ユニット取付部１０１，１０２，１０３は光軸方向の段差および主走査方向の間隔がそれぞれ１ｃｍ程度に形成されている。
【００１３】
また、前記光源ブロック１０のベース板部１００の表面には前記各ユニット取付部１０１，１０２，１０３にそれぞれ対応する位置において前記光軸方向に沿って３本のＶ溝１１１，１１２，１１３が平行に形成されており、各Ｖ溝１１１，１１２，１１３，１上にはそれぞれコリメータレンズ１２１，１２２，１２３が周面において支承された状態で固着されている。この固着には例えば接着剤を用いて各コリメータレンズ１２１，１２２，１２３を各Ｖ溝１１１，１１２，１３の斜面に接着する構造が用いられ、このＶ溝１１１，１１２，１１３の断面形状によってベース板部１００に対する各コリメータレンズ１２１，１２２，１２３の光軸位置が決定される。また、図３に示すように、前記３本のＶ溝１１１，１１２，１１３はそれぞれの深さｄ１，ｄ２，ｄ３が微小寸法だけ相違しており、そのため各Ｖ溝１１１，１１２，１１３に固着されたコリメータレンズ１２１，１２２，１２３の光軸位置の高さ位置、すなわち前記主走査方向と垂直な方向である副走査方向の位置がそれぞれ微小寸法だけずれた位置に配置される。
【００１４】
図６に示すように、前記３つのユニット取付部１０１，１０２，１０３の長さ方向、すなわち同図における上下方向の両端部の背面にはそれぞれネジ穴１３１，１３２，１３３が開口されており、前記各レーザダイオードユニット２０，３０，４０はそれぞれ前記各ネジ穴に螺合される各一対の取付ネジ１４１，１４２，１４３によって各ユニット取付部１０１，１０２，１０３に取着されている。そして、各ユニット取付部１０１，１０２，１０３にそれぞれ取着された各レーザダイオードユニット２０，３０，４０は、後述するようにそれぞれに搭載されているレーザダイオード２４，３４，４４が前記コリメータレンズ１２１，１２２，１２３と同軸位置に対向配置され、各レーザダイオード２４，３４，４４から出射した各レーザ光がコリメータレンズ１２１，１２２，１２３に入射されるようになっている。
【００１５】
前記第１ないし第３のレーザダイオードユニット２０，３０，４０は、図７に第１のレーザダイオードユニット２０を正面方向から見た分解斜視図を示すように、前記光源ブロックのユニット取付部１０１，１０２，１０３の立設方向の長さにほぼ等しい上寸法をした長方形の金属板等の高熱伝導性材料からなるヒートシンク２１，３１，４１と、このヒートシンクに一対の固定ネジ２３，３３，４３によって取着される回路基板２２，３２，４２とを備えている。前記回路基板２２，３２，４２にはレーザダイオード２４，３４，４４（図３参照）と、このレーザダイオードを発光制御するための回路を構成するための各種電子部品２５，３５，４５と、当該回路基板２２，３２，４２を外部と電気接続するためのコネクタ２６，３６，４６が搭載されている。また、前記ヒートシンク２１，３１，４１には前記レーザダイオード２４，３４，４４を挿通状態で配設可能な円形窓２７，３７，４７が板厚方向に貫通した状態で開口されており、前記レーザダイオード２４，３４，４４をこの円形窓２７，３７，４７内に収納した状態で前記回路基板２２，３２，４２は前記固定ネジ２３，３３，４３によって各ヒートシンク２１，３１，４１に取着されている。また、前記ヒートシンク２１，３１，４１は前記ユニット取付部１０１，１０２，１０３の各ネジ穴１３１，１３２，１３３に対応する上下の端部近傍位置に副走査方向、すなわち図６や図７の左右方向に向けて長くされた長穴２８，３８，４８が開口されており、前記各一対の取付ネジ１４１，１４２，１４３はこの長穴２８，３８，４８を挿通されて前記ユニット取付部１０１，１０２，１０３に螺合されている。
【００１６】
この構成によれば、第１ないし第３の各レーザダイオードユニット２０，３０，４０において各レーザダイオード２４，３４，４４が発光されると、各レーザダイオード２４，３４，４４から出射された第１ないし第３のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３は、それぞれコリメータレンズ１２１，１２２，１２３によって平行ビームとされ、図には表れないビーム整形スリットを通して微小径のビームに整形される。そして、図２に示したようにビーム合成手段２によって３つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３は副走査方向に極めて微小間隔で配列されたレーザ光ＬＢに合成された状態となる。そして、この合成されたレーザ光ＬＢはシリンダレンズ３によって集束状態とされた上でポリゴンミラー４に投射され、ポリゴンミラー４、及びｆθレンズ５によって偏向され、感光ドラム６に主走査される。このとき、３つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３は副走査方向に微小にずれているため、１回の主走査で副走査方向の３箇所の走査が行われる。
【００１７】
ここで、第１ないし第３の３つのレーザダイオードユニット２０，３０，４０はそれぞれ光源ブロック１０に対して光軸方向の異なる位置に取着されており、それぞれのヒートシンク２１，３１，４１及び回路基板２２，３２，４２は光源ブロックに設けられた段部の段差寸法だけ光軸方向にずれた位置に配設されている。そのため、前記実施形態のように各レーザダイオードユニット２０，３０，４０の各レーザダイオード２４，３４，４４を光軸方向と垂直な主走査方向に近接配置した場合でも、各レーザダイオードユニット２０，３０，４０が相互に干渉することはない。これによりレーザ光源部１の主走査方向の寸法を低減して小型化することができる。また、各レーザダイオード２４，３４，４４はそれぞれ独立した回路基板２２，３２，４２に搭載されているため、各レーザダイオードの回路の相互干渉等による変調特性の差異を無くすことができ、これにより各回路基板２２，３２，４２に高密度のものを用いる必要がなく、コストの増大が防止できる。
【００１８】
また、ヒートシンク２１，３１，４１をユニット取付部１０１，１０２，１０３に取着している一対の取付ネジ１４１，１４２，１４３が挿通される穴２８，３８，４８が主走査方向に長い長穴とされていることにより、ヒートシンク、すなわちレーザダイオードユニット２０，３０，４０を光源ブロック１０に対して取着する主走査方向の位置調整を行うことができ、各レーザダイオードユニット２０，３０，４０の光軸位置をそれぞれ個々に調整することが可能になる。これにより、シングルビーム（単一ビーム）のレーザ走査装置と全く同一の光軸調整手法が採用でき、従来から行われている生産技術をそのまま利用することも可能である。
【００１９】
また、各レーザダイオードユニット２０，３０，４０の各回路基板２２，３２，４２はそれぞれ一対の固定ネジ２３，３３，４３によりヒートシンク２１，３１，４１に一体化されており、同時に各レーザダイオード２４，３４，４４はそれぞれのヒートシンク２１，３１，４１の円形窓２７，３７，４７内に収納されている。そのため、レーザダイオード２４，３４，４４が発光したときに発生する熱はヒートシンク２１，３１，４１に伝達されて放熱効果が高くなり、レーザダイオードの冷却効果が高められる。特に、光源ブロック１０を金属や熱伝導性の高い材料で形成しておけば、ヒートシンク２１，３１，４１の熱をさらに光源ブロック１０にまで拡散ないし放熱させることができ、放熱効果をさらに高いものにできる。
【００２０】
なお、前記実施形態では一つの感光ドラムに対して３つのレーザ光を副走査方向の３箇所で主走査するマルチビームレーザ走査装置に本発明を適用した例を示したが、カラー走査装置のように異なる色に対応した複数の感光ドラムのそれぞれにレーザ光を走査する構成のマルチビームレーザ走査装置のレーザ光源部として本発明を適用することも可能である。
【００２１】
また、前記実施形態ではレーザ光源部において３つのレーザ光を主走査方向に並んで配置した例を示したが、前記実施形態のレーザ光源部を垂直方向に起立させた構成にして３つのレーザ光を副走査方向に並んで配置されるようにし、ビーム合成手段においては各レーザ光が微小間隔で副走査方向に配列されたビームとして合成するようにしてもよい。この場合には、光源ブロックに形成するＶ溝の深さは全て同じ深さに形成すればよい。
【００２２】
また、本発明は前記実施形態のように３つのレーザダイオードユニットを備えるマルチビーム走査装置に限定されるものではなく、２つの以上のレーザダイオードユニットを備えるレーザ光源部についても同様に適用できることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、レーザ光源部を複数のレーザ発光素子ユニットで構成し、各レーザ発光素子ユニットはそれぞれ独立した回路基板にレーザ発光素子を搭載し、しかも各レーザ発光素子ユニットを光軸方向に段差をもち、これと垂直な方向に所要の間隔をもって配置しているので、複数のレーザ発光素子を近接配置しても、各レーザ発光素子が相互に干渉されることがなく、レーザ光源部を小型化できる。また、各レーザ発光素子はそれぞれ独立した回路基板に搭載されているため、回路基板に高密度のものを用いる必要がなく、コストの増大が防止できる。さらに、複数のレーザ発光素子の光軸位置を個別に調整することができ、シングルビームのレーザ走査装置と全く同一の光軸調整手法が採用でき、従来から行われている生産技術をそのまま利用することも可能になる。さらに、個々のレーザ発光素子ユニットにヒートシンクを備えることでレーザ発光素子の放熱効果を高めることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチビーム走査装置の概略斜視構成図である。
【図２】ビーム合成手段の模式的な斜視図である。
【図３】レーザ光源部の外観斜視図である。
【図４】レーザ光源部の一部を破断した平面図である。
【図５】レーザ光源部の図４の背面図である。
【図６】レーザ光源部の部分分解斜視図である。
【図７】レーザダイオードユニットの一部の部分分解斜視図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源部
２  ビーム合成手段
３  シリンダレンズ
４  ポリゴンミラー
５  ｆθレンズ
６  感光ドラム
７  反射ミラー
８  受光素子
１０  光源ブロック
２０  第１のレーザダイオードユニット
３０  第２のレーザダイオードユニット
４０  第３のレーザダイオードユニット
２１，３１，４１  ヒートシンク
２２，３２，４２  回路基板
２４，３４，４４  レーザダイオード
１０１〜１０３  ユニット取付部
１１１〜１１３  Ｖ溝
１２１〜１３１  コリメータレンズ
【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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