(57)【要約】【課題】光源に半導体レーザを使用した場合の光量変動の影響を少なくする。【解決手段】光走査装置１１内のレーザビーム１３の径路上にＮＤフィルタ２２０を設け、ＮＤフィルタ２２０によりレーザビームを減衰させてから感光体ドラム３２に照射するようにする。また、マルチビームレーザアレイ１２を圧入保持するＬＤホルダ２０２のＬＤホルダ２０２の材質及び形状を、マルチビームレーザアレイ１２及びＬＤホルダ２０２からなる光源ユニット２１０の熱時定数τが、光走査装置によるレーザビームの感光体ドラム３２上の走査速度をｓ（ｍｍ／ｓ）、人間により視認不能な低周波側の空間周波数をμＬとして、τ×ｓ≧１／μＬを満たすように設計する。或いは、人間には視認不能な高周波側の空間周波数をμＨとして、τ×ｓ≦１／μＨを満たすように設計する。【選択図】  図５
2004287283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射する半導体レーザを保持部材により保持した光源ユニットと、
前記半導体レーザから出射されたレーザビームの光量を減衰する減衰手段と、
前記半導体レーザから出射されたレーザビームを被走査面上に走査させる走査光学系と、を備え、
前記光源ユニットを、熱時定数τが、前記被走査面上の前記レーザビームの走査速度をｓ、人間の視覚により認識不能な低周波側の空間周波数をμＬとして、τ×ｓ≧１／μＬを満たすように形成した、
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記低周波側の空間周波数μＬの周期が４０ｍｍである、ことを特徴とした請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
レーザビームを出射する半導体レーザを保持部材により保持した光源ユニットと、
前記半導体レーザから出射されたレーザビームの光量を減衰する減衰手段と、
前記半導体レーザから出射されたレーザビームを被走査面上に走査させる走査光学系と、を備え、
前記光源ユニットを、熱時定数τが、前記被走査面上の前記レーザビームの走査速度をｓ、人間の視覚により認識不能な高周波側の空間周波数をμＨとして、τ×ｓ≦１／μＨを満たすように形成した、
ことを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
前記高周波側の空間周波数μＨの周期が１ｍｍである、ことを特徴とした請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記半導体レーザが複数の発光点を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により感光体を走査露光して画像を形成する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査装置及び画像形成装置に係わり、特に、半導体レーザを光源に用い、半導体レーザから出射されたレーザビームを走査する光走査装置、及びこの光走査装置を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザビームプリンタや複写機等の画像形成装置では、例えば図７に示すように、図中矢印Ｇ方向に回転すると共に帯電器１００によって一様帯電された感光体１０１上を、図示しないレーザ光源やポリゴンミラー（回転多面鏡）１０２等を含んで構成された光走査装置（レーザ露光装置）１０４によって、レーザビーム１０６を所望の出力画像信号に応じて点滅させて露光することによりデジタル画像の静電潜像を感光体１０１上に形成し、これを現像器１０８により現像することで顕像化し、得られたトナー像を図中矢印Ｈ方向へ搬送される記録媒体１１０上に転写器１１２により転写し、定着器１１４により定着させるという、所謂電子写真方式によってデジタル画像を形成するのが一般的である。なお、感光体１０１上に残ったトナーは、クリーニング装置１１６によりクリーニングされる。
【０００３】
静電潜像を感光体１０１上に形成させるための光走査装置１０４に用いられるレーザ光源としては、一般に半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）が用いられる。半導体レーザからは、形成すべき画像に応じて変調されたレーザビーム１０６が出力される。また、このようなレーザビームによる感光体１０１への画像の書き出しタイミングを得るために、ポリゴンミラー１０２で偏向されたレーザビーム１０６の走査光路上の画像書き出し側に図示しない受光素子（フォトダイオード）が設けられている。この受光素子上を通過したレーザビーム（ＳＯＳ信号：Ｓｔａｒｔ  Ｏｆ  Ｓｃａｎ）を検出することで水平同期を取り、これにより画像の書き出しタイミングを決定している。さらに、レーザビーム１０６はポリゴンミラー１０２によって偏向されると共に、図示しない光学系によりビーム径や感光体１０１上における走査速度等が補正されて感光体１０１上に結像される。
【０００４】
カラー画像を形成するカラーレーザビームプリンタ等のカラー画像形成装置としては、図８に示すように、帯電器１００、感光体１０１、光走査装置１０４、現像器１０８、転写器１１２、及びクリーニング装置１１６で構成される画像形成部を、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色分設け、これら画像形成部を搬送ベルト１１８の移動方向（図中矢印Ｈ方向）に沿って配置したもの（所謂タンデム型）が知られている。このようなカラー画像形成装置では、各色毎に、感光体１０１への帯電、露光、現像が施され、各感光体１０１に形成された各トナー像を記録媒体１１０へ順次各転写器１１２により転写し、その後定着器１１４で定着することによりカラー画像を形成している。
【０００５】
このようなタンデム型のカラー画像形成装置では、光走査装置が４個必要となるため装置が大型化したり、各色用のレーザビームによる感光体への書き込み位置を正確に合せるための技術が必要であった。
【０００６】
画像形成装置の大型化を防ぐため、例えば特許文献１には、図９、図１０、図１１に示すような画像形成装置１２０、１２２、１２４が提案されている。
【０００７】
図９に示す画像形成装置１２０は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像データに基づいて変調された４本のレーザビームを出射する光走査装置１１と、光走査装置１１から出射された４本のレーザビームに対応して設けられ、該レーザビームによる露光により表面に静電潜像をそれぞれ形成する感光体ドラム３２と、により構成されている。
【０００８】
光走査装置１１は、近接した４本のレーザビーム１３を出射するマルチビームレーザアレイ（Ｑｕａｄレーザ）１２と、マルチビームレーザアレイ１２から出射された拡散する４本のレーザビームをそれぞれ平行ビームにするコリメータレンズ１４と、コリメータレンズ１４を通過した４本のレーザビームをそれぞれ副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ１６と、シリンドリカルレンズ１６を通過した４本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー１８と、反射ミラー１８で反射した４本のレーザビームを所定方向へ反射偏向するポリゴンミラー２０と、ポリゴンミラー２０で反射偏向した４本のレーザビームをそれぞれ主走査方向、及び副走査方向に集束させて感光体ドラム３２の露光ライン上を等速度で走査させるｆθレンズ２２と、ｆθレンズ２２を通過した４本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー２４と、出射窓支持部材２５上に支持され、反射ミラー２４で反射した４本のレーザビームを感光体ドラム３２の配列位置に応じた方向に分離する光分離多面鏡２６と、光分離多面鏡２６で分離された４本のレーザビームをそれぞれ対応する感光体ドラム３２に導く最終ミラー（シリンドリカルミラー）２８と、で構成されている。
【０００９】
光分離多面鏡２６は、入射する４本のレーザビームの中心を通り、これらのレーザビームの光軸と平行な面に関して対称な位置に、それぞれレーザビームの入射方向に対して互いに異なった所定の角度で２面ずつ配置させられ、入射した４本のレーザビームを４つの異なった方向に反射する反射面を有して構成されている。反射面の反射角は、感光体ドラム３２の配列位置に応じて最終ミラー２８の位置と含めてマルチビームレーザアレイ１２から感光体ドラム３２までの各光路長が等しくなるように設定される。
【００１０】
最終ミラー２８は、光分離多面鏡２６に入射する４本のレーザビームの中心を通り、それらのレーザビームの光軸に平行な面に関して対称で、且つ、感光体ドラム３２の配列位置に基づいて光分離多面鏡２６の反射面の反射角との関係を含めてマルチビームレーザアレイ１２から感光体ドラム３２までの各光路長が等しくなるように設定された位置に配置されている。
【００１１】
また、図９に示すように、マルチビームレーザアレイ１２は制御装置１５によって制御される。また、制御装置１５は、図示しないＡＰＣ回路を含んでおり、マルチビームレーザアレイ１２に設けられたレーザビーム１３のバックビームを検知するための図示しないフォトダイオードの出力（レーザビームの光量）をモニタして、光量が予め定めた所定光量になるように光量調整する、所謂ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行うことができると共に、入力された画像信号に応じて各レーザビームのオンオフのタイミングを制御する。
【００１２】
次に、図１０に示す画像形成装置１２２について説明する。なお、図１０に示した画像形成装置１２０と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
画像形成装置１２２は、最終ミラー２８を反射ミラーとし、最終ミラー２８で反射したレーザビームをそれぞれ副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ３０を備えている。
【００１４】
次に、図１１に示す画像形成装置１２４について説明する。なお、図１１に示した画像形成装置１２０と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
画像形成装置１２４は、感光体ドラム３２が中間転写ドラム３４上に配置されており、中間転写ドラム３４の下方に転写ロール３６が配置された構成である。
【００１６】
また、特許文献２にも、マルチビームレーザアレイを光源とする光走査装置を備えた画像形成装置が記載されている。
【００１７】
これらの画像形成装置では、４本のレーザビームを出射するマルチビームレーザアレイ１２からの各レーザビーム１３を、Ｙ（イエロー）色用、Ｍ（マゼンダ）色用、Ｃ（シアン）色用、Ｋ（ブラック）色用に各々割り当て、各レーザビームを各色毎に設けられた感光体ドラム３２に略平行に入射させる事で、１つの光走査装置で４色分の画像を形成させている。また、これらの画像形成装置では、各色毎の感光体ドラム３２に形成されたトナー像を順次中間転写体に重ね合わせた後、用紙上に一括して転写するため、高速かつコンパクトで安価な構成とすることができる。このようにマルチビームレーザアレイを光源として使用することにより、ポリゴンミラー等の光学部品を共通にして光走査装置を１つにすることができるため、装置をコンパクトに構成することができると共に、処理の高速化を図ることができる。
【００１８】
上記のようなマルチビームレーザアレイを用いた画像形成装置では、各レーザビームの同時点灯により後述するクロストークが発生し、所望の出力画像を得ることができない、という問題があった。
【００１９】
以下、この問題について説明する。まず、半導体レーザの特性について説明する。
【００２０】
一般的に、半導体レーザの特性として、半導体レーザに供給する駆動電流と光出力との関係には以下のような関係がある。すなわち、駆動電流が所定の閾値電流Ｉｔｈ以下の場合にはレーザ発振せずＬＥＤ発光し（ＬＥＤ発光領域：自然発光領域）、閾値電流Ｉｔｈを超えた場合には駆動電流に略比例した光出力でレーザ発振する（Ｉ−Ｌ特性）。
【００２１】
このような半導体レーザを使用した画像形成装置では、前述したＡＰＣ制御を行うことにより、半導体レーザを所望の光出力に調整する。すなわち、レーザビームのバックビームを検知するためのフォトダイオードの出力、すなわちレーザビームの光量に略比例した電流を電圧変換して得られるモニタ電圧と目標モニタ電圧Ｖｒｅｆとを比較し、モニタ電圧が目標モニタ電圧Ｖｒｅｆと一致するように駆動電流を制御することにより、所望の光出力に調整する。このようなＡＰＣ制御を行うことにより、むらの少ない画像を得ることができる。
【００２２】
また、半導体レーザは、前述のように、駆動電流値が所定のしきい値電流値Ｉｔｈ以上となった場合に該駆動電流値の大きさに応じた光量のレーザ光を出力するが、この駆動電流を通電し続けるとチップ自体が発熱し、出力光量が低下することが知られている。すなわち、通電による発熱でレーザの効率が低下する温度によるＩ−Ｌ特性シフトが生じる。したがって同一光量を連続的に得ようとするときは、駆動電流値を大きくしなければならない。
【００２３】
一方、マルチビームレーザアレイは、通常数百μｍ（ミクロン）程の大きさ位の同一のレーザチップ上に、光を出力する複数の発光点を現在一般的なものでは１０μｍから１００μｍ間隔で配列され、出力光量をモニタするためのＰＤは、該複数の発光点で共通に１つのみ設けられている。すなわち、マルチビームレーザアレイは、発光点は複数だがＰＤは１つだけであるので、画像形成装置では、各発光点毎に独立して光量調整を行うことが必要とされるが、同時に複数の発光点の光量調整を行うことはできない。このため、画像形成装置では、画像形成に際して、時系列的に各発光点を１つずつ点灯して当該発光点の光量調整を実施した後、画像形成を行うようになっている。
【００２４】
マルチビームレーザアレイの場合は、各発光点が上記で説明したような半導体レーザと同様の出力特性を有しているが、各発光点の出力光量は他の発光点の点灯により発生する熱により影響を受けることになる。すなわち、マルチビームレーザアレイを使用する場合は、光量低下を引き起こす発光点が複数個存在するため、各発光点間の熱干渉（クロストーク）が問題となる。
【００２５】
具体的に、４つの発光点が略直線上に配列されたマルチビームレーザアレイについて説明する。各発光点を一方の端部からＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４（図３（Ｃ）参照）とすると、図１２に示すように、ＣＨ１についてＡＰＣ制御を行ってＣＨ１の出力光量が所定光量になるように調整した後（Ｔ１の期間）、ＣＨ１を該所定光量にて連続点灯しているときに（Ｔ２の期間）、ＣＨ２が点灯されると（Ｔ３の期間）、ＣＨ２の発光による発熱によりＣＨ１の発光量がΔＰＡだけ低下する（所謂ドループ）。同様に、ＣＨ１の発光量は、さらにＣＨ３の点灯が加わるとＣＨ３の発光による発熱によりさらにΔＰＢだけ低下し（Ｔ４の期間）、さらにＣＨ４の点灯が加わるとさらにΔＰＣだけ低下する（Ｔ５の期間）。このような光量の低下が他の発光点にも発生し、クロストークが発生する。
【００２６】
このクロストークによる光量低下量は、熱源となる他の発光点との距離が近い程大きい。マルチビームレーザアレイ１２では、内側の発光点であるＣＨ２，ＣＨ３から出射されるレーザビームは、外側の発光点であるＣＨ１，ＣＨ４から出射されるレーザビームと比較して両側に熱源となる発光点を有するため熱干渉による光量変動が大きくなる。
【００２７】
これは、両側に発光点を有するＣＨ２、ＣＨ３は、片側にしか発光点を有さないＣＨ１、ＣＨ４に比べて、隣り合う発光点による発熱の影響を多く受けると共に、発生した熱が逃げにくいためである。これにより、ＣＨ２，ＣＨ３は、ＣＨ１，ＣＨ４と比べてクロストークによる光量変動が大きくなる。
【００２８】
このようなクロストークの影響を低減して、正確に光量調整を行うためには、特許文献３に記載されているように、光量調整時に、隣接したレーザが連続して点灯しないように点灯順序を設定することで対応できる。
【００２９】
ここで、ＡＰＣ制御時は上述したように各レーザビームを同時に点灯することはないが、画像形成時には、プリントスピードの高速化のために、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色毎の画像信号により各レーザビームを点灯させて、ＹＭＣＫの各色成分の画像の書き込みが同時に並行して行われるため、同時に複数のレーザビームが点灯されることがある。
【００３０】
図１３には、レーザビームの点灯数と規格化光出力比との関係を示した。図１３に示した規格化光量比は、レーザアレイ光源のパッケージ温度が約２５°Ｃの場合において、各レーザビームの出射光出力を一定に合せたときの光量を１とし、点灯数を増加させた時のレーザ出射光出力の比率を表したものである。図１３から明らかなように、レーザビームの点灯数に比例して光量が低下するのが判る。
【００３１】
図１４には、レーザの光量変動ΔＰ（％）と濃度差ΔＤとの関係を示した。図１４から明らかなように、光量変動ΔＰと濃度差ΔＤとは比例関係にあり、光量変動ΔＰが大きくなるに従って濃度差ΔＤも大きくなるのが判る。
【００３２】
すなわち、同時に複数のレーザビームが点灯されると、レーザビームの点灯本数や点灯時間等によりレーザアレイチップ内で発熱によるクロストークが発生し、初期設定した光量よりも低下してしまう。その結果、マルチビームレーザアレイを用いた画像形成装置の場合、特許文献３記載の技術を適用するなどして、事前に各レーザビームの光量調整を正確に行っていたとしても、クロストークによる出力画像の濃度変動が発生し、所望の出力画像を得ることができない。
【００３３】
また、高画質化を実現するため階調性を向上させるためには、レーザビームのダイナミックレンジを広くとる必要があり、この場合、レーザビームの保証最低光量を低くする必要がある。また、近年は、感光体の感度の上昇により、感光体に画像を形成するために必要な光量が低下してきている。これらから光走査装置では、レーザービームの出射光量が低くなってきている。
【００３４】
光走査装置で光源として用いられる半導体レーザは、レーザビームの出射光量を低くしていくと、複数のレーザビームを同時点灯した場合にクロストーク量が大きくなることが知られている。また、出射光量が低くなると、ドループ量も大きくなる。
【００３５】
図１５には、マルチビームレーザアレイのレーザ出射光量（ｍＷ）と光量変動ΔＰ（％）との関係を示した。なお、図１５に示した光量変動ΔＰは、周波数６００Ｈｚでデューティを１０％、９０％にしてパルス点灯させ、レーザアレイ光源のパッケージ温度が約６０°Ｃの場合において、デューティ９０％で点灯した時の収束光量とデューティ１０％で点灯した時のピーク光量との比で、通称ドループと呼ばれている光量変化である。
【００３６】
図１５から明らかなように、各レーザの出射光量が低下するに従って光量変動ΔＰ、すなわちドループ量が急激に増加するのが判る。また、このようなドループは、複数のレーザビームを同時点灯した場合のみならず、１つのレーザビームの点灯した場合にも生じる。すなわち、マルチビームレーザアレイに限らず、シングルのレーザに対しても生じる現象である。
【００３７】
このように光走査装置では、階調性を得るために必要なダイナミックレンジを満たし、且つ感光体に必要な光量に合わせて用いると、光源としての半導体レーザの出力が低くなりすぎて、クロストークやドループによる光量低下が大きくなってしまう。
【００３８】
半導体レーザの発熱による温度上昇を抑える技術として、特許文献４には、熱伝導率が０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上の樹脂により、半導体レーザを圧入保持する保持部材を形成する技術が開示されている。この技術を適用して、クロストークやドループの影響を抑えることが考えられる。しかしながら、半導体レーザを圧入保持する保持部材の熱伝導率をいくら大きくしても、半導体レーザの発熱が無くなるわけではないので温度上昇を完全に抑えることはできず、特に半導体レーザの低出力時のクロストークやドループの影響は大きいままである。
【００３９】
このため、光走査装置には、当該光走査装置の出射光量の上限が半導体レーザの最大定格以内の最大出力となるように透過率を設定したＮＤフィルタなど、光量を減衰させる減衰部材を内部に配置したものがある。減衰部材を介してレーザビームを出射することにより、半導体レーザの出射光量を大きく保つことができ、クロストークやドループの影響を最小限に抑えるように、半導体レーザの出射光量を適切な範囲内に合わせることができる。
【００４０】
ＮＤフィルタなどの減衰部材を用いる場合には、図１６に示すように、ＮＤフィルタの入射側から入射したレーザビームのＮＤフィルタ２２０の透過光Ｌ１と、ＮＤフィルタ内部で反射してから出射された光（以下、反射光と称す）Ｌ２とが干渉し、出射光量が強め合ったり、弱め合ったりという光量変動が起きる。以下、干渉条件について詳述する。
【００４１】
図１６に示すように、透過光Ｌ１の光路ＡＢと反射光Ｌ２の光路ＡＢＣＤの光路差をΔｘは、
Δｘ＝ｎ×（ＢＣ＋ＣＤ）−ＢＥ
となる。なお、ｎは、ＮＤフィルタ２２０の屈折率である。
【００４２】
ここで、ＮＤフィルタ２２０の厚さをｄ、レーザビームのＮＤフィルタ２２０への入射角をα、屈折角をβとすると、
ＡＢ＝ＢＣ＝ＣＤ＝ｄ／ｃｏｓβ
ＢＤ＝２×ｄ×ｔａｎβ
ＢＥ＝２×ｄ×ｔａｎβ×ｓｉｎα
である。また、スネルの法則により、
ｓｉｎα＝ｎ×ｃｏｓβ
である。したがって、
Δｘ＝２×ｎ×ｄｃｏｓβ
となる。
【００４３】
この光路差Δｘが光の半波長の偶数倍のときに強め合い、奇数倍のときに弱め合う。すなわち、レーザビームの波長をλとして、光の干渉条件は以下のようになる。
【００４４】
強め合う条件：２×ｎ×ｄｃｏｓβ＝（２ｍ−１）×λ／２
弱め合う条件：２×ｎ×ｄｃｏｓβ＝２ｍ×λ／２
この干渉条件を満たす場合には、ＮＤフィルタなどの減衰部材によってクロストークやドループによる濃度変動を抑えたとしても、光の干渉により出射光量が変動し、出力画像に濃度ムラが発生してしまう。
【００４５】
光の干渉による濃度ムラを防止する技術として、特許文献５には、複数のレーザビームで同一感光体上に走査した際に、感光体上に発生する干渉ノイズを除去する技術が開示されている。この技術では、各レーザビームを出射する半導体レーザをヒータ或いはクーラで温度制御することにより、干渉が生じない発振波長差を保持するようになっている。
【００４６】
【特許文献１】
特開平１０−２０６０８号公報
【特許文献２】
特開平６−２８６２２６号公報
【特許文献３】
特開平９−２１４６９７号公報
【特許文献４】
特開２００１−１１７０４１号公報
【特許文献５】
特開２０００−２４９９５１号公報
【００４７】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザは、点灯開始からレーザチップ自体が発熱し、この発熱により発振効率が低下して、駆動電流を固定していても出射するレーザビームの光量が低下すると共に、発振波長も変化する。一般に、温度に対する半導体レーザの発振波長の変動は、階段状に変化する所謂モードホップと称される現象として知られている。より詳細には、半導体レーザの発振波長は、モードホップを起こす手前でも、温度が高くなるにつれて若干ではあるが変化していき、ある程度温度が変化すると、発振周波数が階段状に変化する特性を示すようになる。
【００４８】
このようにレーザの連続点灯時間に応じて、レーザチップの温度が上昇することで発振波長が変化すると、前述したように光の干渉条件は波長λに依存するため、干渉が生じない発振波長差も変動する。この変動スピードには、ヒータやクーラによる温度制御では対応することができず、特許文献５に記載の技術では、光の干渉による光量変動の影響、すなわち濃度ムラの発生を防止することはできなかった。特に、カラー画像を形成するときには、色合いが変化してしまい、出力画像の均一性を保つことができなくなってしまう。
【００４９】
濃度ムラを防止するためには、ＮＤフィルタのレーザビームの入射側と出射側の両面に反射防止コーティングを施すなどの特殊処理で対応することも考えられるが、反射防止コーティングは高価であるため、コスト的に不利である。
【００５０】
また、ＮＤフィルタの透過光と反射光とが略平行に隣接して出射されると干渉が生じるため、ＮＤフィルタを平行平板ではなく、くさび型に形成することも考えられる。しかしながら、このような特殊な形状に形成すると、やはりコストが高くなってしまう。
【００５１】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、光源に半導体レーザを使用した場合の光量変動の影響を容易に少なくすることができる光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００５２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の光走査装置は、レーザビームを出射する半導体レーザを保持部材により保持した光源ユニットと、前記半導体レーザから出射されたレーザビームの光量を減衰する減衰手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザビームを被走査面上に走査させる走査光学系と、を備え、前記光源ユニットを、熱時定数τが、前記被走査面上の前記レーザビームの走査速度をｓ、人間の視覚により認識不能な低周波側の空間周波数をμＬとして、τ×ｓ≧１／μＬを満たすように形成した、ことを特徴としている。
【００５３】
請求項１に記載の光走査装置では、半導体レーザを備えた光源ユニットでは、保持部材により半導体レーザが保持されており、この半導体レーザから出射されたレーザビームは、ＮＤフィルタなどの減衰手段により光量が減衰され、走査光学系により被走査面上に走査される。このように減衰手段によりレーザビームの光量を減衰させるので、半導体レーザを最大定格出力の範囲内で、ドループや発光点を複数有するマルチビームレーザアレイの場合にはクロストークの影響が小さい光出力の高い領域で使用することができる。また、点灯による発熱で半導体レーザの発振周波数がずれて光量変動が生じても、光源ユニットの熱時定数τがτ×ｓ≧１／μＬを満たすので、この光量変動の影響（濃度ムラ）を人間の視覚により認識不能な低周波とすることができる。
【００５４】
すなわち、減衰手段に特殊処理を施したり、特殊形状に形成したりすることなく、熱時定数τを定めるだけで、減衰手段を用いたことにより発生する光の干渉による光量変動の影響（濃度ムラ）を容易に目立たなくすることができる。
【００５５】
例えば、請求項２に記載されているように、前記低周波側の空間周波数μＬの周期を４０ｍｍにするとよい（すなわち、μＬ＝０．０２５ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）。
【００５６】
また、請求項３に記載の光走査装置は、レーザビームを出射する半導体レーザを保持部材により保持した光源ユニットと、前記半導体レーザから出射されたレーザビームの光量を減衰する減衰手段と、前記半導体レーザから出射されたレーザビームを被走査面上に走査させる走査光学系と、を備え、前記光源ユニットを、熱時定数τが、前記被走査面上の前記レーザビームの走査速度をｓ、人間の視覚により認識不能な高周波側の空間周波数をμＨとして、τ×ｓ≦１／μＨを満たすように形成した、ことを特徴としている。
【００５７】
請求項３に記載の光走査装置では、半導体レーザを備えた光源ユニットでは、保持部材により半導体レーザが保持されており、この半導体レーザから出射されたレーザビームは、ＮＤフィルタなどの減衰手段により光量が減衰され、走査光学系により被走査面上に走査される。このように減衰手段によりレーザビームの光量を減衰させるので、半導体レーザを最大定格出力の範囲内で、ドループや発光点を複数有するマルチビームレーザアレイの場合にはクロストークの影響が小さい光出力の高い領域で使用することができる。また、点灯による発熱で半導体レーザの発振周波数がずれて光の干渉による光量変動が生じても、光源ユニットの熱時定数τがτ×ｓ≦１／μＨを満たすので、この光量変動の影響（濃度ムラ）を人間の視覚により認識不能な高周波とすることができる。
【００５８】
例えば、請求項４に記載されているように、前記低周波側の空間周波数μＨの周期を１ｍｍにするとよい（すなわち、μＨ＝１ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）。
【００５９】
なお、上記の光走査装置においては、請求項５に記載されているように、前記半導体レーザが複数の発光点を有する、すなわちマルチビームレーザアレイを光源として用いることができる。
【００６０】
また、上記の光走査装置は、以下のような画像形成装置に用いることができる。すなわち、請求項６に記載の画像形成装置は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により感光体を走査露光して画像を形成することを特徴としている。
【００６１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明に係る実施形態の１例を詳細に説明する。
【００６２】
図１には、本実施形態に係る画像形成装置１０の概略構成が示されている。図１に示すように、画像形成装置１０は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像データに基づいて変調された４本のレーザビームを出射する光走査装置１１、光走査装置１１を制御する制御装置１５、Ｃ色用のレーザビームを検出するためのＳＯＳセンサ１７、該ＳＯＳセンサ１７からのＳＯＳ信号に基づいて各色画像の画像書き出しタイミングを決定するためのタイミング信号を出力するタイミング信号発生回路１９、光走査装置１１から出射された４本のレーザビームに対応して設けられ、該レーザビームによる露光により表面に静電潜像をそれぞれ形成する４個の感光体ドラム３２、Ｙ色用及びＭ色用の感光体ドラム３２に各々形成された色画像、Ｃ色用及びＫ色用の感光体ドラム３２に各々形成された色画像を転写するための２個の中間転写ロール３３、該２個の中間転写ロール３３に各々形成されたＹ色画像及びＭ色画像が重ね合された色画像とＣ色画像及びＫ色画像が重ね合された色画像とを転写するための中間転写ドラム３４、及び中間転写ドラム３４上に形成されたＹ色画像、Ｍ色画像、Ｃ色画像、及びＫ色画像が重ね合されたカラー画像を記録媒体に転写するための転写ロール３６により構成されている。
【００６３】
光走査装置１１は、近接した４本のレーザビーム１３を出射する光源としてのマルチビームレーザアレイ１２と、マルチビームレーザアレイ１２から出射された４本のレーザビームをそれぞれ平行光化にするコリメータレンズ１４と、コリメータレンズ１４を通過した４本のレーザビームをそれぞれ副走査方向に集束させるシリンドリカルレンズ１６と、シリンドリカルレンズ１６を通過した４本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー１８と、反射ミラー１８で反射した４本のレーザビームを所定方向へ反射偏向するポリゴンミラー２０と、ポリゴンミラー２０で反射偏向した４本のレーザビームをそれぞれ主走査方向、及び副走査方向に集束させて感光体ドラム３２の露光ライン上を等速度で走査させるｆθレンズ２２と、ｆθレンズ２２を通過した４本のレーザビームを所定の方向に反射する反射ミラー２４と、反射ミラー２４で反射した４本のレーザビームを感光体ドラム３２の配列位置に応じた方向に分離する光分離多面鏡２６と、光分離多面鏡２６で分離された４本のレーザビームを反射する反射ミラー２７と、反射ミラー２７で反射されたレーザビームをそれぞれ対応する感光体ドラム３２に導く最終ミラー（シリンドリカルミラー）２８と、Ｃ色用のレーザビームをＳＯＳセンサ１７へ導くためのピックアップミラー３８と、を備えている。
【００６４】
マルチビームレーザアレイ１２としては、図２に示すような一般的なＴ０管タイプパッケージのものを用いることができる。
【００６５】
詳しくは、図２（Ｂ）に示すように、マルチビームレーザアレイ１２は、レーザアレイ４０がステム７４上に設けられ、これが図２（Ａ）に示すようなウィンドウキャップ７２でパッケージングされた構成となっている。ウィンドウキャップ７２の上部には、窓部７６が設けられており、この窓部７６に対応するウィンドウキャップ７２の内側には、ガラス７８が封止接着剤８０により接着されている。図３（Ａ）に示すように、窓部７６から４本のレーザビーム１３が出射される。
【００６６】
また、ステム７４には、レーザアレイチップ４８から出射されるレーザビームのバックビームを光量検知するためのフォトダイオード８２が実装され、レーザアレイチップ４８が表面実装されたサブマウント４４にヒートシンク４２が表面実装されている。また、サブマウント４４上に形成された引き出しパターン電極と外部電極６２、レーザアレイチップ４８のｎ電極とグランド電極６３、フォトダイオード８２と外部電極６５は、例えば金線ボンデイングにより各々電気的に接続されている。ウィンドウキャップ７２は、電気溶接によりステム７４に接続されている。なお、フォトダイオード８２は、入射したレーザビームが反射して戻らないように、図２（Ｂ）に示すように所定角度で傾斜して配置してある。
【００６７】
レーザアレイチップ４８は、図３（Ｂ）に示すように、ｎ層８４、活性層８６、及びｐ層８８が積層された構成となっている。図３（Ｃ）に示すように、ｎ層８４は、ｎ型基板層８４Ａ及びｎクラッド層８４Ｂが積層されてなり、ｐ層８８は、ｐクラッド層８８Ａ、電流搾取層８８Ｂ、及び個別Ｐ電極層８８Ｃが積層されて成る。活性層８６には、レーザビーム１３の射出方向と直交する方向（図４（Ｃ）において左右方向）に沿って４つの発光点９０が配置されており、各発光点９０間には、ｐ層８８からトレンチ（溝）９２が各々形成されている。
【００６８】
このように上記ではカソードコモンタイプのマルチビームレーザアレイを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アノードコモンタイプのマルチビームレーザアレイで構成してもよい。
【００６９】
光分離多面鏡２６は、入射する４本のレーザビームの中心を通り、これらのレーザビームの光軸と平行な面に関して対称な位置に、それぞれレーザビームの入射方向に対して互いに異なった所定の角度で２面ずつ配置させられ、入射した４本のレーザビームを４つの異なった方向に反射する反射面を有して構成されている。反射面の反射角は、感光体ドラム３２の配列位置に応じて最終ミラー２８の位置と含めてマルチビームレーザアレイ１２から感光体ドラム３２までの各光路長が等しくなるように設定される。
【００７０】
最終ミラー２８は、光分離多面鏡２６に入射する４本のレーザビームの中心を通り、それらのレーザビームの光軸に平行な面に関して対称で、且つ、感光体ドラム３２の配列位置に基づいて光分離多面鏡２６の反射面の反射角との関係を含めてマルチビームレーザアレイ１２から感光体ドラム３２までの各光路長が等しくなるように設定された位置に配置されている。
【００７１】
図４には、光走査装置１１の走査光学系の光軸を含む平面における展開図が示されている。ここで、図４（Ａ）は副走査方向の展開図に対応し、マルチビームレーザアレイ１２から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ１４、及びシリンドリカルレンズ１６によりポリゴンミラー２０上で集束し、次いでｆθレンズ２２により光分離多面鏡２６の反射面上で集束し、更に最終ミラー２８により感光体ドラム３２上で集束する。即ち、副走査方向では、マルチビームレーザアレイ１２の出射面とポリゴンミラー２０、また、ポリゴンミラー２０と光分離多面鏡２６、更に、光分離多面鏡２６と感光体ドラム３２のドラム面が光学的に共役関係になっている。
【００７２】
一方、図４（Ｂ）は主走査方向の展開図に対応し、マルチビームレーザアレイ１２から出射されたレーザビームは、コリメータレンズ１４により平行ビームにされ、次いでｆθレンズ２２により感光体ドラム３２上に結像される。
【００７３】
以上の構成において、マルチビームレーザアレイ１２からＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像データに基づいて変調された４本のレーザビームが出射されると、コリメータレンズ１４により平行ビームにされた後、シリンドリカルレンズ１６により副走査方向に集束され、更にポリゴンミラー２０で反射偏向される。反射偏向された４本の偏向ビームはｆθレンズ２２により主走査方向、及び副走査方向にそれぞれ集束され、反射ミラー２４により光分離多面鏡２６に導かれ、そこで感光体ドラム３２の配列位置に応じた方向に分離される。分離された４本のレーザビームはそれぞれ対応する感光体ドラム３２に導く最終ミラー２８で反射され、予め帯電を受けて回転する感光体ドラム３２を露光して、感光体ドラム３２の表面に静電潜像を形成する。
【００７４】
ところで、上記構成のマルチビームレーザアレイにおける各発光点９０に対する色の割当については、具体的に、本実施の形態では、図３（Ｃ）に示した４つの発光点９０を左側からＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４として、ＣＨ１に人間の色に対する相対感度が最も高いＭ色を、ＣＨ４に相対感度が次に高いＣ色を割り当て、ＣＨ２に相対感度が低いＫ色を、ＣＨ３に相対感度が低いＹ色をそれぞれ割り当てている。これにより、図４（Ａ）において、マルチビームレーザアレイ１２の上側から順にＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４と配置されているとすると、上側から順にＭ色、Ｋ色、Ｙ色、Ｃ色の画像形成用のレーザビームが出射される。ポリゴンミラー２０へ入射されるレーザビームの位置は、コリメータレンズ１４によって上下逆転されるため、上側から順にＣ色、Ｙ色、Ｋ色、Ｍ色となる。このため、図１に示すように、記録媒体３５の搬送方向上流側から順にＹ色用の感光体ドラム３２、Ｍ色用の感光体ドラム３２、Ｃ色用の感光体ドラム３２、Ｋ色用の感光体ドラム３２が配置されることとなる。
【００７５】
このように、ＣＨ１、ＣＨ４に相対感度が高いＭ色、Ｃ色を、ＣＨ２、ＣＨ３に相対感度が低いＹ色、Ｋ色をそれぞれ割り当てることにより、クロストークにより光量低下が発生した場合でも、相対感度が高いＭ色、Ｃ色の色画像に対応するレーザビームがクロストークの影響を受けにくい両側の発光点から各々出射され、相対感度が低いＫ色、Ｙ色の色画像に対応するレーザビームがクロストークの影響を受けやすい内側の発光点から各々出射されるため、たとえクロストークにより光量低下が発生したとしても、該クロストークの影響による濃度変動を目立たなくすることができる。
【００７６】
なお、全てのレーザビームを同一の設定光量で発光させた場合は、本実施形態では、光走査装置を、単一のポリゴンミラー及び単一のｆθレンズを用いた構成とし、さらに各反射ミラー等の数も各色で同一となっているため、各色のレーザビームの出力パワーはほぼ同一となる。
【００７７】
なお、ＣＨ１にＣ色を、ＣＨ４にＭ色を割り当て、ＣＨ２にＹ色を、ＣＨ３にＫ色をそれぞれ割り当てるようにしてもよい。
【００７８】
ここで、本実施の形態においては、マルチビームレーザアレイ１２は、図５に示すように、保持部材としてのＬＤホルダ２０２に圧入保持されている。このＬＤホルダ２０２は、コリメータレンズ１４を含んだ光学ユニット２０４を支持する透明の支持部材２０６にネジ２０８により固定されており、マルチビームレーザアレイ１２から出射されたレーザビームが光学ユニット２０４内のコリメータレンズ１４に入射するようになっている。
【００７９】
マルチビームレーザアレイ１２を使用する場合、各レーザビームが感光体ドラム３２上の走査幅内で略均一なビーム径を得るため、また主走査方向の書出し位置を揃えるために、複数の発光点９０の光軸を相対的に位置合わせする必要があり、本実施の形態の如くＬＤホルダ２０２を使用することで、この位置合わせが容易になる。より具体的には、マルチビームレーザアレイ１２は、出射する４本のレーザビームの光軸が図４及び図５における縦方向に配列されるように、すなわち各発光点９０が縦一列になるように回転調整する。このようにＬＤホルダ２０２は、レーザビームの光軸を調整でき、且つ調整後の位置を保持する役目を担っている。また、ＬＤホルダ２０２は、マルチビームレーザアレイ１２を正確に回転調整すると共に、回転方向だけでなく、倒れ方向の位置精度との両立させるためにも必要である。
【００８０】
また、ＬＤホルダ２０２は、熱伝導性に優れた材料により形成されており、レーザビームの点灯による発熱分を放熱する役目も担っている。特に、本実施の形態では、金属製のＬＤホルダ２０２を用いた。これは、光走査装置１１内の動作による温度上昇により、光走査装置１１の筐体が熱変形すると、レーザビームの走査位置が変化して、レジストレーションずれが発生する。特に、本実施形態の如くカラー画像を形成する場合には、このレジストレーションずれは、画像上の色ずれとなってしまう。このような画像形成に対する維持性を考慮すると、樹脂よりも、金属の方が優れているからである。
【００８１】
また、本実施の形態においては、ＬＤホルダ２０２の材料及び形状は、ＬＤホルダ２０２によりマルチビームレーザアレイ１２を圧入支持した状態の熱時定数、すなわちマルチビームレーザアレイ１２及びＬＤホルダ２０２からなる光源ユニット２１０の熱時定数τ（ｓ）が、光走査装置１１によるレーザビームの感光体ドラム３２上の走査速度をｓ（ｍｍ／ｓ）、人間の視覚には認識不能（視認不能）な低周波側の空間周波数をμＬとして、以下の式（１）を満たすように設計した。
【００８２】
τ×ｓ≧１／μＬ      …（１）
なお、熱時定数τは、熱抵抗Ｒｔｈに熱容量Ｃを乗じることで求められる値である（τ＝Ｒｔｈ×Ｃ）。なお、空間周波数μＬの逆数１／μＬは、画像上の模様の周期である。
【００８３】
具体的には、実験的に空間周波数が０．０２５ｃｙｃｌｅ／ｍｍ以下の超低周波であれば、すなわち周期が４０（＝１／０．０２５）ｍｍ以上の画像上の模様（濃度ムラ）は、人間には視覚的に目立ち難いことが一般に知られている。したがって、上述の式（１）は、具体的には次式（２）にすることができる。
【００８４】
τ×ｓ≧４０ｍｍ      …（２）
すなわち、光走査装置１１では、走査速度ｓから換算した熱時定数τの距離が４０ｍｍ以上になるように光源ユニット２１０を形成すればよい。
【００８５】
また、光走査装置１１は、レーザビームを所定の透過率で透過させる減衰手段としてのＮＤフィルタ２２０と、ＮＤフィルタ２２０を透過したレーザビームを整形するためのスリット２２２を備えている。ＮＤフィルタ２２０は、レーザビームの径路上であれば、配置位置は特に限定されるものではない。また、スリット２２２は省略可能である。
【００８６】
本実施の形態では、一例として、図１に示すように、コリメータレンズ１４と、シリンドリカルレンズ１６との間に、より詳細には、図５に示すように、コリメータレンズ１４が内蔵された光学ユニット２０４内に、コリメータレンズ１４よりもレーザビームの進行方向下流側に、ＮＤフィルタ２２０とスリット２２２とを順に設けた。なお、図４では、ＮＤフィルタ２２０及びスリット２２２を省略した。
【００８７】
したがって、本実施の形態では、マルチビームレーザアレイ１２の各発光点９０から出射され、コリメータレンズ１４を透過した各レーザビームは、ＮＤフィルタ２２０を透過するが、このときＮＤフィルタの透過率に応じた所定の割合で光量が減衰される。ＮＤフィルタ２２０の透過率は、以下のように定められている。
【００８８】
光走査装置１１から出射する解像度単位の光量は、該画像形成装置１０により画像形成する際のプロセス速度（副走査速度）と、感光体ドラム３２上での画像形成に必要な光量から換算される。光走査装置１１では、必要最低限の光学部材（具体的に、本実施の形態では、ＮＤフィルタ２２０及びスリット２２２を除いた光学部材）を使用したときに、例えばレーザ（マルチビームレーザアレイ１２）の最大定格出力が１０ｍＷに対して、換算された光出力が２ｍＷとなることがある。ＮＤフィルタ２２０は、例えば３０％と、半導体レーザ（マルチビームレーザアレイ１２）の最大定格出力の範囲内で、可能な限り半導体レーザの光出力を高い領域に調整するような透過率とされている。
【００８９】
なお、本実施の形態では、減衰手段としてＮＤフィルタ２２０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、入射されたレーザビームの光量を調整して出射することができればよく、ＮＤフィルタのように透過型であっても、反射型であってもよい。反射型の減衰手段としては、例えば、反射率を調整したミラーを用いることができる。
【００９０】
ＮＤフィルタ２２０を透過したレーザビームは、スリット２２２を介して、光学ユニット２０４から出射し、前述したシリンドリカルレンズ１６に入射される。このときスリット２２２を介することにより、ＮＤフィルタ２２０内で反射されて、光軸から大きくずれてＮＤフィルタ２２０から出射したレーザビーム（内部での反射により、光軸に対して所定以上の角度を有して出射したレーザビームや、光軸に略平行であっても出射位置が大きくずれたレーザビーム）が除去される。
【００９１】
次に、マルチビームレーザアレイ１２の駆動を制御する制御系について説明する。マルチビームレーザアレイ１２は、図１に示すように、駆動回路２００を介して制御装置１５と接続されており、制御装置１５によって、各発光点９０の点号制御がなされている。
【００９２】
制御装置１５は、マルチビームレーザアレイ１２（の外部電極６２、６３）と接続されている。制御装置１５は、マルチビームレーザアレイ１２の各ＣＨ（外部電極６２）に各色画像に対応する画像信号を各々出力する。また、ＡＰＣ制御時には、光量設定信号を各ＣＨに出力する。各ＣＨは、光量設定信号の値に応じた光量で発光する。
【００９３】
また、制御装置１５は、図示しないＡＰＣ回路を含んでおり、制御装置１５は、マルチビームレーザアレイ１２に設けられたレーザビーム１３のバックビームを検知するためのフォトダイオード８２の出力（モニタ光量）をモニタして、ＡＰＣ制御を行うことができると共に、入力された各色画像の画像信号に応じて各レーザビームのオンオフのタイミングを制御する。
【００９４】
各レーザビームの変調タイミング、すなわち画像書き出しタイミングは、タイミング信号発生回路１９からのタイミング信号により決定される。タイミング信号発生回路１９は、ＳＯＳセンサ１７により検知されたＣ色用のレーザビーム、すなわちＳＯＳ信号を検知し、このＳＯＳ信号に基づいてＹ色用のタイミング信号であるＹ−ＴＯＰ信号、Ｍ色用のタイミング信号であるＭ−ＴＯＰ信号、Ｃ色用のタイミング信号であるＣ−ＴＯＰ信号、Ｋ色用のタイミング信号であるＫ−ＴＯＰ信号を各々生成して制御装置１５へ出力する。このＹ−ＴＯＰ信号、Ｍ−ＴＯＰ信号、Ｃ−ＴＯＰ信号、Ｋ−ＴＯＰ信号は、副走査方向の各色の書き出しタイミングを決定するための信号であり、ＳＯＳ信号は、主走査方向の各色の書き出しタイミングを決定するための信号である（図６参照）。
【００９５】
制御装置１５では、これらのタイミング信号に従って各レーザビームの変調を開始する。これにより、図示しない帯電器により一様に帯電された各感光体ドラム３２が露光され、各色画像に応じた静電潜像が各感光体ドラム３２上に形成される。そして、図示しない現像器により各々トナー現像され、各感光体ドラム３２上に各色のトナー像が各々形成される。
【００９６】
Ｙ色用の感光体ドラム３２上に形成されたＹ色トナー像とＭ色用の感光体ドラム３２上に形成されたＭ色トナー像は、一方の中間転写ロール３３上に重ね合されて転写され、Ｃ色用の感光体ドラム３２上に形成されたＣ色トナー像とＫ色用の感光体ドラム３２上に形成されたＫ色トナー像は、他方の中間転写ロール３３上に重ね合されて転写される。そして、一方の中間転写ロール３３上に形成されたトナー像と他方の中間転写ロール３３上に形成されたトナー像が中間転写ドラム３４上に重ね合されて転写される。この中間転写ドラム３４上に形成された各色画像が重ね合されたカラー画像は、転写ロール３６により記録媒体３５に転写される。その後、記録媒体３５上に形成されたカラー画像は、図示しない定着器によって定着される。
【００９７】
ところで、光走査装置の主走査方向の同期を取るためのＳＯＳセンサ１７に入射するレーザビームのパワーが変動すると、その分画像書き出し位置がばらついて走査ライン毎に書き出し位置が変動してしまい、例えば直線の画像を形成したいにも関わらずぎざぎざした線になってしまう場合がある。本実施形態では、マルチビームレーザアレイのＣＨ４、すなわち外側に配置された温度上昇しにくい発光点から出射されたレーザビームをＳＯＳ信号として検知し、これを基準にして各レーザビームの変調タイミングを決定するようにしたため、画像の書き出し位置がばらつくのを防ぐことが出来る。
【００９８】
次に、図６を参照して動作シーケンスについて説明する。
【００９９】
制御装置１５に対して形成すべき画像の画像信号が出力され、画像形成命令が発生すると、制御装置１５は、マルチビームレーザアレイ１２に対してＡＰＣ制御を行い、設定光量になるように各レーザビームの光量を調整する。
【０１００】
ここで、フォトダイオード８２は図２に示したように１つしかないため、各ＣＨについて時系列的に順次設定する必要がある。まず、図６に示すように、ＣＨ１のレーザビーム、すなわちＭ色用のレーザビームをｔ１〜ｔ２の間強制点灯させる。なお、最初はレーザ保護のため、光量設定信号の値はレーザが発光しない値としておき、フォトダイオード８２からの出力電流を電圧に変換したモニタ電圧（モニタ光量）を監視しながら光量設定信号の値を徐々に上げていく。そして、モニタ電圧が画像形成に必要な設定レベルである、目標モニタ電圧Ｖｒｅｆ、例えば約２Ｖとなるように光量設定信号の値を調整する。
【０１０１】
なお、目標モニタ電圧Ｖｒｅｆは、製造時などにおいて、感光体上における画像形成に必要な光量でレーザビームが出力されたときのモニタ電圧に予め調整されている。これは各レーザビーム毎に調整される。これにより、光走査装置の光学部品の透過率、反射率などのばらつきを吸収している。
【０１０２】
そして、モニタ電圧がＭ色用の目標モニタ電圧になると、そのときの光量設定信号の値を内部のメモリに記憶する。これでＭ色用のレーザビームの光量設定は完了する。
【０１０３】
次にＭ色用のレーザビームを消灯させ、次にＣＨ３のレーザビーム、すなわちＹ色用のレーザビームをｔ３〜ｔ４の間強制点灯させ、Ｍ色用のレーザビームと同様の光量設定を行う。以下、同様にしてＫ色、Ｃ色についても光量設定を行う。
【０１０４】
なお、上記では、制御装置１５でモニタ電圧と目標モニタ電圧Ｖｒｅｆと比較し、モニタ電圧が目標モニタ電圧Ｖｒｅｆと一致するように光量設定信号の値を調整したが、光走査装置１１内でアナログ的にＡＰＣ制御を行って光量設定するようにしてもよい。
【０１０５】
一方、Ｃ色のレーザビーム、すなわちＣＨ４からのレーザビームは、ピックアップミラー３８によってＳＯＳセンサ１７へ導かれ、ＳＯＳセンサ１７からＳＯＳ信号がタイミング信号発生回路１９へ出力される。タイミング信号発生回路１９では、ＳＯＳ信号を検知すると、内部のカウンタをリセットしてカウントを開始する。そして、カウント値がＭ色用の予め定めたカウント値になった時点でＭ色の色画像の書き出しタイミングを決定するための図６に示すようなＭ−ＴＯＰ信号をマルチビームレーザアレイ１２へ出力する。
【０１０６】
同様に、カウント値がＫ色用の予め定めたカウント値になった時点でＫ色の色画像の書き出しタイミングを決定するためのＫ−ＴＯＰ信号をマルチビームレーザアレイ１２へ出力し、カウント値がＹ色用の予め定めたカウント値になった時点でＹ色の色画像の書き出しタイミングを決定するためのＹ−ＴＯＰ信号をマルチビームレーザアレイ１２へ出力し、カウント値がＣ色用の予め定めたカウント値になった時点でＣ色の色画像の書き出しタイミングを決定するためのＣ−ＴＯＰ信号をマルチビームレーザアレイ１２へ出力する。
【０１０７】
なお、各カウント値は、最終的に記録媒体３５へ転写される各色画像の書き出し位置が一致するようなカウント値に予め設定されている。
【０１０８】
制御装置１５では、図６に示すように、Ｍ−ＴＯＰ信号を受信した後所定のタイミングでＭ色用の画像信号１をマルチビームレーザアレイ１２のＣＨ１へ出力する。これにより、Ｍ色用のレーザビームの変調が開始され、Ｍ色用の感光体ドラム３２上にＭ色の色画像の静電潜像が形成される。
【０１０９】
なお、スキャナモータの回転変動を吸収できるようにするため、ＳＯＳ信号が発生してから次のＳＯＳ信号が発生すると予測できるタイミングより早いタイミングでレーザビームの変調を開始させる。
【０１１０】
その後、制御装置１５は、Ｙ−ＴＯＰ信号を受信した後所定のタイミングでＹ色用の画像信号２をマルチビームレーザアレイ１２のＣＨ３へ出力する。これにより、Ｙ色用のレーザビームの変調が開始され、Ｙ色用の感光体ドラム３２上にＹ色の色画像の静電潜像が形成される。
【０１１１】
その後、制御装置１５は、Ｋ−ＴＯＰ信号を受信した後所定のタイミングでＫ色用の画像信号３をマルチビームレーザアレイ１２のＣＨ２へ出力する。これにより、Ｋ色用のレーザビームの変調が開始され、Ｋ色用の感光体ドラム３２上にＫ色の色画像の静電潜像が形成される。
【０１１２】
その後、制御装置１５は、Ｃ−ＴＯＰ信号を受信した後所定のタイミングでＣ色用の画像信号４をマルチビームレーザアレイ１２のＣＨ４へ出力する。これにより、Ｃ色用のレーザビームの変調が開始され、Ｃ色用の感光体ドラム３２上にＣ色の色画像の静電潜像が形成される。
【０１１３】
各感光体上に形成された静電潜像は、各感光体毎に設けられた現像器によって現像される。そして、Ｙ色のトナー像及びＭ色のトナー像は一方の中間転写ロール３３に重ね合されて転写され、Ｃ色のトナー像及びＫ色のトナー像は他方の中間転写ロール３３に重ね合されて転写される。そして、各中間転写ロール３３に形成された重ね合されたトナー像は、中間転写ドラム３４にさらに重ね合されて転写される。中間転写ドラム３４上に形成されたＹ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｋ色の色画像が重ね合されたカラー画像は、記録媒体３５に転写ロール３６により転写される。このようにして、画像形成装置１０においてカラー画像の形成が行われる。
【０１１４】
ところで、光走査装置１１では、必要最低限の光学部材（具体的には、本実施の形態では、ＮＤフィルタ２２０を除いた光学部材）を使用したときに、画像形成に必要な感光体ドラム３２上での光量としたときに、レーザ自体の出射光量が低くなり、ドループやクロストークの影響が大きくなってしまう。この光量低下率は、レーザの出射光量が低くなる程大きくなる。
【０１１５】
特に、プロセス速度を低速にして解像度を切替える画像形成装置の場合、例えば、プロセス速度を半分にして６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉに解像度を切替えると、光走査装置１１から出射する解像度単位の光量は、６００ｄｐｉのときの略１／２倍でよくなる。このため１２００ｄｐｉの解像度を実現する場合には、ドループの影響が大きくなってしまう。また、本実施の形態の如くマルチビームレーザアレイ１２を光源として用いる場合には、ドループの影響に加えて、クロストークについても大きくなる。
【０１１６】
このため、上記のようにしてカラー画像を形成した場合に、図６に示すように、複数のレーザビームが同時に点灯される期間があり（図中ｔ１０〜ｔ１５の期間）、この期間は、各感光体上の光量が低下してしまう。特に、４個のレーザビームが同時に点灯するｔ１２〜ｔ１３の期間は特に感光体上の光量が低下し、出力画像の濃度が大きく変動してしまう。
【０１１７】
しかしながら、本実施の形態では、光走査装置１１内のレーザビーム１３の径路上にＮＤフィルタ２２０を設け、ＮＤフィルタ２２０によりレーザビームを減衰させてから感光体ドラム３２に照射するようにしたので、最大定格出力の範囲内で、半導体レーザ（マルチビームレーザアレイ１２）の光出力を高い領域に調整することができる。これにより、半導体レーザ（マルチビームレーザアレイ１２）をクロストーク、ドループの影響の少ない適切な出射光量範囲で使用できる。すなわち、ＮＤフィルタ２２０を用いたことで、最大定格出力内で且つ最大定格出力付近で半導体レーザ（マルチビームレーザアレイ１２）を使用することが可能となり、ドループやクロストークの影響による光量低下を最小限に留め、該光量低下による濃度変動を抑えることができる。
【０１１８】
また、上記のようにしてカラー画像を形成した場合に、図６に示すように、レーザビームが連続点灯される可能性がある期間があり（図中のｔ９〜ｔ１６の期間）、レーザビームの連続点灯時間に応じたマルチビームレーザアレイ１２が発熱することにより、発振波長が変動する。この発振波長の変動により、感光体ドラム３２上でのＮＤフィルタ２２０の透過光と、ＮＤフィルタ２２０の内部で反射してから出射された反射光との干渉条件が変動し、濃度ムラが生じてしまう。
【０１１９】
しかしながら、本実施の形態では、マルチビームレーザアレイ１２及びＬＤホルダ２０２からなる光源ユニット２１０の熱時定数τが上述の式（１）を満たすようにしたため、画像上に表れる濃度ムラの周期が４０ｍｍ以上と人間に視認不能な低周波となるので、たとえＮＤフィルタ２２０の透過光と反射光の干渉により濃度ムラが発生しても、人間の視覚には目立たない。
【０１２０】
また、マルチビームレーザアレイ１２単体の熱時定数により、上記の光の干渉による濃度ムラを視覚的に目立たせないようにすると、ＬＤホルダ２０２が、レーザビームの点灯による発熱を放熱する役目を担っているため、マルチビームレーザアレイ１２をＬＤホルダ２０２に入れると、レーザの点灯を開始してから光出力の低下が一定になるまでの時間である熱時定数が変動してしまう。これに対して、本実施の形態では、マルチビームレーザアレイ１２単体ではなく、マルチビームレーザアレイ１２とＬＤホルダ２０２とを含めた光源ユニット２１０での熱時定数τを、光の干渉による濃度ムラを視覚的に目立たなくするように定めたので、確実にこの濃度ムラを目立たなくすることができる。
【０１２１】
このように、本実施の形態では、ＮＤフィルタ２２０のレーザビームの出射側に反射防止コーティングを施すなどの特殊処理や、ＮＤフィルタ２２０をくさび型などの特殊形状に形成したりすることなく、熱時定数を上記式（１）を満たすようにするだけで、ＮＤフィルタ２２０を用いたことにより発生する光の干渉による濃度ムラを容易に目立たなくすることができる。
【０１２２】
なお、上記では、光の干渉による濃度ムラを人間に視認不能な低周波にする場合を例に説明したが、高周波側にも人間には視認不能な空間周波数領域がある。このことを利用して、人間には視認不能な高周波側の空間周波数をμＨとして、マルチビームレーザアレイ１２及びＬＤホルダ２０２からなる光源ユニット２１０の熱時定数τ（ｓ）が次式（３）を満たすように、ＬＤホルダ２０２の材料及び形状を設計してもよい。
【０１２３】
τ×ｓ≦１／μＨ      …（３）
具体的には、実験的に空間周波数が１ｃｙｃｌｅ／ｍｍ以上の高周波であれば、すなわち周期が１（＝１／１）ｍｍ以下の画像上の模様は、人間には視覚的に目立ち難いことが一般に知られている。したがって、上述の式（３）は、具体的には次式（４）にすることができる。
【０１２４】
τ×ｓ≦１ｍｍ      …（４）
すなわち、光走査装置１１では、走査速度ｓから換算した熱時定数τの距離が１ｍｍ以下になるように光源ユニット２１０を形成すればよい。
【０１２５】
このように熱時定数τを定めることで、たとえＮＤフィルタ２２０の透過光と反射光の干渉により濃度ムラが発生しても、画像上に表れる濃度ムラの周期は１ｍｍ以下と人間に視認不能な高周波となるため、人間の視覚には目立ない。
【０１２６】
なお、上記では、光源として、マルチビームレーザアレイ１２、すなわち複数の発光点を備えた半導体レーザを用いた光走査装置を例に説明したが、発光点が１つである半導体レーザを光源として用いた光走査装置にも本発明は適用可能である。また、上記では、カラー画像を形成する画像形成装置を例に説明したが、単色画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【０１２７】
【発明の効果】
上記に示したように、本発明は、光源に半導体レーザを使用した場合の光量変動の影響を容易に少なくすることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】（Ａ）はマルチビームレーザアレイの上面断面図、（Ｂ）はウインドウキャップが外された状態のマルチビームレーザアレイの側面図である。
【図３】（Ａ）はマルチビームレーザアレイの外観図、（Ｂ）はレーザアレイチップの斜視図、（Ｃ）は、レーザアレイチップの概略断面図である。
【図４】（Ａ）は光走査装置の副走査方向の展開図、（Ｂ）は光走査装置の主走査方向の展開図である。
【図５】マルチビームレーザアレイ及びＬＤホルダ、及びその周辺の構成を示す断面図である。
【図６】レーザの点灯タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】従来における画像形成装置の概略構成図である。
【図８】従来における画像形成装置の概略構成図である。
【図９】従来における画像形成装置の概略構成図である。
【図１０】従来における画像形成装置の概略構成図である。
【図１１】従来における画像形成装置の概略構成図である。
【図１２】複数のレーザビームを同時に点灯した場合の光量低下を示す線図である。
【図１３】マルチビームレーザアレイのレーザの点灯数と規格化出力光量比との関係を示す線図である。
【図１４】半導体レーザの光量変動と濃度差との関係を示す線図である。
【図１５】マルチビームレーザアレイのレーザ出射光量と光量変動との関係を示す線図である。
【図１６】ＮＤフィルタを用いた場合の光の干渉を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  画像形成装置
１１  光走査装置
１２  マルチビームレーザアレイ
１３  レーザビーム
３２  感光体ドラム
３５  記録媒体
９０  発光点
２０２            ＬＤホルダ
２０８            ネジ
２１０            光源ユニット
２２０            ＮＤフィルタ
２２２            スリット
【図１】
2004287283.tif 000003
【図２】
2004287283.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004287283.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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