(57)【要約】【課題】  高速、高画質なカラー画像形成装置に最適な走査光学装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】  単一の素子から複数のレーザ光束を発するマルチビームレーザ光源１と、該マルチビームレーザ光源１が発した複数のレーザ光束を偏向するポリゴンミラー６とを有し、該複数のレーザ光束を複数の電子写真感光体上に走査させて画像を形成する走査光学装置において、前記マルチビームレーザ光源１が素子基板に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザであることを特徴とする。【選択図】    図１
2005241686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の素子から複数のレーザ光束を発するマルチビームレーザ光源と、該マルチビームレーザ光源が発した複数のレーザ光束を偏向する回転多面鏡とを有し、該複数のレーザ光束を複数の電子写真感光体上に走査させて画像を形成する走査光学装置において、
前記マルチビームレーザ光源が素子基板に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザであることを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記マルチビームレーザ光源から発した複数のレーザ光束が、前記複数の電子写真感光体上を各々複数本づつ走査することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
【請求項３】
前記マルチビームレーザ光源上の複数の発光点が、前記複数の電子写真感光体のうち、同じ電子写真感光体上を走査するレーザ光束を発する発光点同士の間隔が異なる電子写真感光体上を走査するレーザ光束を発する発光点同士の間隔よりも狭く配置されていることを特徴とする請求項２に記載の走査光学装置。
【請求項４】
前記マルチビームレーザ光源上の複数の発光点が、前記複数の電子写真感光体のうち、同じ電子写真感光体上を走査するレーザ光束を発する発光点同士は電子写真感光体に光走査する主走査方向に離間して配置されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の走査光学装置。
【請求項５】
画像データに応じて変調されたレーザ光束により静電潜像が記録される複数の電子写真感光体を備え、これらの複数の電子写真感光体上に形成された複数の静電潜像を各色トナーで現像して各色トナー像を形成し、これらの各トナー像を記録媒体上に転写して画像を記録する画像形成装置において、
前記複数の電子写真感光体に画像データに応じたレーザ光束を走査する走査光学装置として、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の走査光学装置を用いた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】
本発明は電子写真プロセスを用いてカラー画像を形成する画像形成装置に搭載されるレーザ光を走査するための走査光学装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真に用いられるカラー画像形成装置用の走査光学装置として、例えば特開2001−4948号（特許文献１）が提案されている。これは、図12のように、ポリゴンミラー320によって複数のレーザ光束を偏向し、各々別の感光体ドラム20Ａ，20Ｂ，20Ｃ，20Ｄ上を走査させ、各感光体ドラムで別の色画像を形成し、不図示の記録シート上に重ね合わせてカラー画像を形成するというものであった。
【０００３】
また、上記例のレーザ光源装置は図13(a)、(b)に示すように、レーザ光源120Ａ，120Ｂ，120Ｃ，120Ｄを複数個設け、各々から出射したレーザ光束は、コリメータレンズ130Ａ1，130Ｂ1，130Ｃ1，130Ｄ1で平行光束化された後、合成プリズム150Ａ，150Ｂによって一直線上に並べられ、ポリゴンミラー320に入射して偏向されるというものであった。
【０００４】
また、別の従来技術としては、特開2000−330049号（特許文献２）が挙げられる。これは、図14に示すように、単一の素子から複数のレーザ光を発するマルチビームレーザ光源111を用い、ポリゴンミラー115で偏向させ、分離素子118で複数のレーザ光束を分離した後、折り返しミラー117を介して感光体ドラム119Ａ，119Ｂ，119Ｃ，119Ｄ上を走査させるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４９４８号公報（図１）
【特許文献２】特開２０００−３３００４９号公報（図２乃至図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例においては幾つか解決すべき課題が残されていた。まず、特開2001−4948号の例においては、レーザ光源装置の部品点数が多く、組立や調整が困難で、製造コストが高いこと、また、部品点数が多い分、温度変化などによるレーザの照射方向ずれなどが発生しやすいという問題があった。
【０００７】
また、特開2003−330049号の場合は、多ビーム化による高速化が困難である。カラー画像形成装置の記録スピードを高速にするためには、ポリゴンミラー115を高速回転させるのが一般的であるが、これには、振動や騒音の増大等があり、限界がある。そのため、近年盛んに多ビーム化によって対応することが実現されている。例えば２ビームで同時に走査すればポリゴンミラー115の回転数が同じでも２倍の記録スピードを得ることができるからである。
【０００８】
しかし、特開2003−330049号の例においては、４色のフルカラー画像形成装置に適用するには既に４ビーム必要であり、これを各色多ビーム化すると８ビーム以上必要になってくる。すると、通常用いられる短面発光型のレーザでは発熱が大きすぎ、熱的クロストークが増大し、画質劣化に繋がるという問題がある。また、各感光体ドラムに向わせるためにレーザ光束を分離するのも困難になる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、高速、高画質なカラー画像形成装置に最適な走査光学装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明における代表的な手段は、単一の素子から複数のレーザ光束を発するマルチビームレーザ光源と、該マルチビームレーザ光源が発した複数のレーザ光束を偏向する回転多面鏡とを有し、該複数のレーザ光束を複数の電子写真感光体上に走査させて画像を形成する走査光学装置において、前記マルチビームレーザ光源が素子基板に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にあっては、光源が素子基板に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザとすることにより、熱的クロストークを非常に小さくでき、高速、高画質なカラー画像形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
〔第１実施形態〕
図１及び図２は本発明の第１実施形態の走査光学装置を表す図であり、図１は副走査断面説明図であり、図２は走査光学装置の斜視図説明である。
【００１３】
（走査光学装置の全体説明）
同図において、１は複数のレーザ光束を発する複数の発光点を持つマルチビームレーザ光源、２はコリメータレンズ、３はシリンドリカルレンズ、４は光学絞り、５は入射系ミラー、６はポリゴンミラー、７は第１走査レンズ、８は第２走査レンズ、９は折返しミラー、10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄは感光体ドラム、11は同期検知レンズ、12は同期検知ミラー、13は同期検知センサである。
【００１４】
ここで、本実施形態では、マルチビームレーザ光源１は８本のレーザ光束Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌｂ1，Ｌｂ2，Ｌｃ1，Ｌｃ2，Ｌｄ1，Ｌｄ2を発し、これらのレーザ光束はコリメータレンズ２によって平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ３によって副走査方向にのみ収束光束となり、光学絞り４によって光束の一部が制限されて、入射系ミラー５によって方向を変えられ、ポリゴンミラー６上に線像として結像される。次にこれらのレーザ光束はポリゴンミラー６の回転によって偏向され、第１走査レンズ７、折返しミラー９、第２走査レンズ８を通過した後、各感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄ上を走査される。
【００１５】
ここで、マルチビームレーザ光源１の各発光点から出射される８本のレーザ光束は、第１走査レンズ７を通過した後、折返しミラー９（本実施形態では７本）によって２本ずつに分離され、各々別の感光体ドラム上を走査される。すなわち、レーザ光束Ｌａ1，Ｌａ2は感光体ドラム10ａ上を、レーザ光束Ｌｂ1，Ｌｂ2は感光体ドラム10ｂ上を、レーザ光束Ｌｃ1，Ｌｃ2は感光体ドラム10ｃ上を、レーザ光束Ｌｄ1，Ｌｄ2は感光体ドラム10ｄ上に走査される。
【００１６】
これによって、各感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄ上では同時に２本のレーザ光束が走査されることになり、２倍の記録速度を得ることができる。
【００１７】
また、ポリゴンミラー６によって偏向されたレーザ光束の一部は同期検知レンズ11、同期検知ミラー12によって同期検知センサ13上に走査、結像され、水平同期信号を発生させるのに用いられる。
【００１８】
（画像形成装置の全体説明）
図３は本走査光学装置が搭載されるカラー画像形成装置の断面説明図である。同図において、31は図１及び図２で説明した走査光学装置、32は現像器、33は帯電ローラ、34は中間転写ベルト、35は一次転写ローラ、36は二次転写ローラ、37は記録シート、38はピックアップローラ、39は定着器、40は排出積載部である。
【００１９】
本実施形態のカラー画像形成装置の画像形成プロセスについて説明すると、感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄは矢印Ａ方向に回転しており、第１の工程として、感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄが帯電ローラ33によってその表面が一様に帯電される。次に、走査光学装置31によって感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄをレーザ光束が走査する。この時、マルチビームレーザ光源１の各発光点は画像情報によって明滅し、感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄ上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。次に、感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄは現像器32を通過することによって静電潜像の位置にトナーが静電気力によって付着する。このトナーは一次転写ローラ35によって中間転写ベルト34上に転写される。
【００２０】
中間転写ベルト34は矢印Ｂ方向に搬送されることによって各感光体ドラム10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄから順番に色の違うトナー（典型的にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）が転写され、この上でフルカラーのトナー像となる。
【００２１】
一方、記録シート37は上述のトナー像形成プロセスとタイミングを合わせてピックアップローラ38によって給送され、二次転写ローラ36に導かれ、ここで中間転写ベルト34上のトナー像が転写される。その後、記録シート37は定着器を通過することによって加圧、加熱されてトナーが定着され、排出積載部40上に積載され、一連の画像形成プロセスを終了する。
【００２２】
（走査光学装置の特徴）
次に本実施形態に係る走査光学装置の特徴となる構成について説明する。第１の特徴は、マルチビームレーザ光源１を素子基板に対して垂直な方向にレーザ光束を発する面発光レーザである垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser  以下、「ＶＣＳＥＬ」と約す）を用いたことである。
【００２３】
ＶＣＳＥＬとは、図４に示すように、半導体基板121上に、ＧａＡｓ層122およびＧａＡｌＡｓ層123を交互に積層した第１多層膜反射鏡124と、活性層125と、ＧａＡｓ層122およびＧａＡｌＡｓ層123を交互に積層した第２多層膜反射鏡126とを順次形成するとともに、第１多層膜反射鏡124および第２多層膜反射鏡126の少なくとも一方（図示例では第２多層膜反射鏡126）と活性層125との間にＡｌＡｓ層の活性層125から遠い方の接合面の所定領域を酸化させてなる電流狭窄層127を設けたもので矢印120方向にレーザ光を発する。
【００２４】
このＶＣＳＥＬは、従来用いられている素子基板に対して平行にレーザ光を発する端面発光レーザに比べ、多ビーム化がし易いという特徴がある。それは、１つには素子基板121に対して垂直にレーザ光を発するため、２次元的に発光点を配置できることと、もう一つは活性層体積が小さく光の閉じ込めが強いため、発振開始しきい値電流が非常に低く、発熱量が少ないため、熱的クロストークが非常に小さくできるからである。
【００２５】
クロストークとは、近接して配置された発光点同士が発光によって相互に影響し合い、光出力を変動させる、というものであり、これの代表的なものが熱的クロストークである。
【００２６】
一般的に、一定電流を流して発光している時の半導体レーザの光出力は温度に強く依存する。また、半導体レーザは発光するときに発熱を伴う。このため、発光点同士が近接して配置されていると、隣の発光点のオン、オフによって光出力が変動してしまう。これが熱的クロストークである。
【００２７】
この熱的クロストークを抑えるには、レーザ発光時の発熱量を抑えること、すなわち発振開始しきい値電流を低くすることが最も効果的である。ゆえに、ＶＣＳＥＬは８ビーム以上の多ビーム化が必要な系にとって理想的なレーザといえる。
【００２８】
また、第２の特徴は、各発光点の配列にある。図１より明らかなように、単一のマルチビームレーザ光源１から発した８本のレーザ光束を２本ずつのペアにして４方向に分離するためにはレーザ光束同士の間隔（レーザ光束同士の間の角度）は等間隔であると困難である。この場合、図１に示すように、同じ感光体ドラムに向うもの同士の間隔は狭く、別の感光体ドラムに向うもの同士の間隔は広くあるのが望ましい。仮に等間隔であった場合（例えば、レーザ光束Ｌａ1とＬａ2の間の角度がレーザ光束Ｌａ2とＬｂ1の間の角度と同じになるまで広がる）、折返しミラー９の幅を大きくせねばならず、そうすると、手前の折返しミラー９で遠くの折返しミラー９に向うべきレーザ光束を遮蔽してしまうからである。
【００２９】
図５はマルチビームレーザ光源１として本実施形態に用いたＶＣＳＥＬをレーザ光の出射方向から見た説明図である。
【００３０】
同図において、41は素子基板、42ａ1，42ａ2，42ｂ1，42ｂ2，42ｃ1，42ｃ2，42ｄ1，42ｄ2は素子基板上に設けられた発光点であり、本実施形態においては８個あり、ここから各々独立して変調可能なレーザ光が素子基板41に垂直な方向（紙面に垂直な方向）に発せられる。
【００３１】
43は電極パットであり、発光点42ａ1，42ａ2，42ｂ1，42ｂ2，42ｃ1，42ｃ2，42ｄ1，42ｄ2と電極44で電気的に接続されている。また、電極パット43には不図示の金属細線が接続されており、ＶＣＳＥＬを駆動するための回路基板などと導通している。
【００３２】
ここで、発光点42ａ1，42ａ2から出射されるレーザ光は感光体ドラム10ａに、発光点42ｂ1，42ｂ2から出射されるレーザ光は感光体ドラム10ｂに到達する。同様に、発光点42ｃ1，42ｃ2からのものは感光体ドラム10ｃに、発光点42ｄ1，42ｄ2からのものは感光体ドラム10ｄに到達する。
【００３３】
このため、発光点42ａ1と42ａ2の間隔ｄ1は狭く、発光点42ａ2と42ｂ1の間隔ｄ2は広く配置している。同様に、発光点42ｂ1と42ｂ2、発光点42ｃ1と42ｃ2及び発光点42ｄ1と42ｄ2の間隔は狭く、発光点42ｂ2と42ｃ1及び発光点42ｃ2と42ｄ1の間隔は広く配置されている（ｄ1＜ｄ2）。これによって、前述のように、別の感光体ドラムに達するレーザ光束同士の分離を容易にしている。
【００３４】
以上説明したように本実施形態を用いれば、ＶＣＳＥＬを用いることによって容易に各色を多ビーム化することができ、高速で、かつクロストークによる画質劣化の無い、高画質なカラー画像形成装置を容易に実現できる走査光学装置を提供できる。
【００３５】
尚、本実施形態では、各感光体ドラムを走査するのはそれぞれ２ビームであったが、更に多ビームする場合は、図６に示すように、発光点を配置すれば良い。ここで、発光点131，132，133，134はそれぞれ同じ感光体ドラム上を走査するレーザ光束を出射する発光点同士であり、各々３ビームの場合を例として挙げた。このようにすれば、３倍の記録速度を得ることができる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
次に第２実施形態に係る装置について図７乃至図11を参照して説明する。なお、本実施形態の装置の基本構成は前述した実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、ここでは本実施形態の特徴となる構成について説明する。また、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。
【００３７】
図７は、本出願の第２実施形態に用いられるマルチビームレーザ光源を示す。本実施形態においても、マルチビームレーザ光源はＶＣＳＥＬタイプを用いている。
【００３８】
同図において、51ａ1，51ａ2，51ｂ1，51ｂ2，51ｃ1，51ｃ2，51ｄ1，51ｄ2は発光点である。
【００３９】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、例えば発光点51ａ1と51ａ2のように、同じ感光体ドラムに達するレーザ光を発する発光点同士の間隔ｄ1は狭く、発光点51ａ2と51ｂ1のように違う感光体ドラムに達するレーザ光を発する発光点同士の間隔ｄ2は広く配置しているが（ｄ1＜ｄ2）、本実施形態では更に、同じ感光体ドラムに達するレーザ光を発する発光点同士は走査光学装置が感光体ドラムに光走査する方向である主走査方向（図の横方向）に離間して配置されている。
【００４０】
具体的には発光点51ａ1，51ｂ1，51ｃ1及び51ｄ1が副走査方向（図の縦方向）の一直線上に、同じく発光点51ａ2，51ｂ2，51ｃ2，51ｄ2が副走査方向の一直線上に並んで配置されている。
【００４１】
これは、ドラム面上に結像したレーザスポットが作る走査線の間隔調整を可能にするためである。これについて図８乃至図10を用いて説明する。尚、図８及び図９は、説明を簡略化するために、複数の感光体ドラムを代表して１個の感光体ドラム10ａだけを考慮し、折り返しミラー９などは省略して書いている。
【００４２】
図８は前述した第１実施形態のように発光点を一列に並べた場合である。この場合は、発光点42ａ1，42ａ2から発したレーザ光束Ｌａ1，Ｌａ2は感光体ドラム10ａ上にそれぞれレーザスポット61，62として結像し、ポリゴンミラー６の回転により、それぞれ走査線61ａ，62ａを形成する。この時、レーザスポット61ａ，62ａは発光点42ａ1，42ａ2と同様、主走査方向には同じ位置にある。
【００４３】
一方、走査線61ａ，62ａの間隔Δは画像形成装置の解像度で一意に決まり、例えば600dpi（ドット/インチ）であれば42.3μmに設定される。この間隔は厳密に設定されないと、周期的なドット位置ずれになり、画像パターンとの干渉によるモアレなどの画質低下に繋がる。通常は、発光点間隔と解像度から光学系の倍率を適切に設定して対応するが、実際には製造誤差やレーザ光の発振波長などによってどうしても誤差を生じてしまう。
【００４４】
そこで、本実施形態においては、マルチビームレーザ光源を光軸回りに回転させ、走査線の間隔調整を可能としたものである。その様子を図９を用いて説明する。
【００４５】
図９においては、発光点42ａ1，42ａ2は主走査方向にも離間して配置されているため、そこから発したレーザ光束Ｌａ1，Ｌａ2が感光体ドラム10ａ上に結像するレーザスポット71，72は、副走査方向に距離Δだけ離間していると共に、主走査方向にも距離Δｘだけ離間している。この状態でマルチビームレーザ光源１を光軸回り（矢印Ｒ方向）に回転させると、副走査方向の走査線間隔Δを調整することができる。
【００４６】
前記Δの調整の様子を図10(a)、(b)で説明する。同図は、感光体ドラム上のレーザスポットや走査線を表した図であり、同図において、71ａ，72ａはそれぞれレーザスポット71，72がポリゴンミラー６の回転によって走査され、形成される走査線である。
【００４７】
図10(a)は走査線71ａ，72ａの間隔が称呼値Δよりも狭い場合である（81は理想的な走査線の位置）。この場合、レーザスポット71，72を結んだ線と主走査方向のなす角θが大きくなるようにマルチビームレーザ光源１を光軸回りに回転させる。こうして調整し終わった状態が図10(b)である。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態においては、ＶＣＳＥＬ上の発光点の配列を同じ感光体ドラム上を走査するレーザ光束を発光するもの同士を主走査方向に離間させて配列させることによって、第１実施形態の構成に加え、走査線の間隔調整が行える構成としたことで、間隔誤差による画質劣化を抑え、更に高画質なカラー画像形成装置に最適な走査光学装置を提供できる。
【００４９】
尚、本実施形態では、各感光体ドラムを走査するのはそれぞれ２ビームであったが、更に多ビームする場合は、図11に示すように、発光点を配置すれば良い。ここで、141，142，143，144はそれぞれ同じ感光体ドラム上を走査するレーザ光束を出射する発光点同士であり、各々３ビームの場合を例として挙げた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１の実施形態に係る走査光学装置を説明する断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る走査光学装置を説明する斜視図である。
【図３】走査光学装置が搭載されるカラー画像形成装置を説明する図である。
【図４】ＶＣＳＥＬを説明する図である。
【図５】第１の実施形態に係るマルチビームレーザ光源を説明する図である。
【図６】第１実施形態に係る発光点を３ビームにしたマルチビームレーザ光源を説明する図である。
【図７】第２の実施形態に係るマルチビームレーザ光源を説明する図である。
【図８】走査線の間隔調整を説明する図である。
【図９】走査線の間隔調整を説明する図である。
【図１０】走査線の間隔調整を説明する図である。
【図１１】第２実施形態に係る発光点を３ビームにしたマルチビームレーザ光源を説明する図である。
【図１２】従来例を説明する図である。
【図１３】従来例を説明する図である。
【図１４】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌｂ1，Ｌｂ2，Ｌｃ1，Ｌｃ2，Ｌｄ1，Ｌｄ2 …レーザ光束
１    …マルチビームレーザ光源
２    …コリメータレンズ
３    …シリンドリカルレンズ
４    …光学絞り
５    …入射系ミラー
６    …ポリゴンミラー
７    …第１走査レンズ
８    …第２走査レンズ
９    …折返しミラー
10ａ，10ｂ，10ｃ，10ｄ …感光体ドラム
11    …同期検知レンズ
12    …同期検知ミラー
13    …同期検知センサ
31    …走査光学装置
32    …現像器
33    …帯電ローラ
34    …中間転写ベルト
35    …一次転写ローラ
36    …二次転写ローラ
37    …記録シート
38    …ピックアップローラ
39    …定着器
40    …排出積載部
41    …素子基板
42ａ1，42ａ2，42ｂ1，42ｂ2，42ｃ1，42ｃ2，42ｄ1，42ｄ2 …発光点
43    …電極パット
44    …電極
51ａ1，51ａ2，51ｂ1，51ｂ2，51ｃ1，51ｃ2，51ｄ1，51ｄ2 …発光点
71，72 …レーザスポット
71ａ，72ａ …走査線
141，142，143，144 …発光点
【図１】
2005241686.tif 000003
【図２】
2005241686.tif 000004
【図３】
2005241686.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005241686.tif 000007
【図６】
2005241686.tif 000008
【図７】
2005241686.tif 000009
【図８】
2005241686.tif 000010
【図９】
2005241686.tif 000011
【図１０】
2005241686.tif 000012
【図１１】
2005241686.tif 000013
【図１２】
2005241686.tif 000014
【図１３】
2005241686.tif 000015
【図１４】
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