(57)【要約】【課題】液体マイクロレンズを使用し、周囲の温度や湿度の影響を受けにくく、安定した光スポットを被走査面上で得られるような光源装置、この光源装置を用いて安定的で高精細な画像を得ることができる光走査装置、およびこれを使用する画像形成装置を提供する。【解決手段】発光部９から放射された発散性の光ビームをカップリングするカップリングレンズ１０を含む光源装置において、前記発光部９と前記カップリングレンズ１０の間に液体マイクロレンズ２１が配置される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、該発光部から放射された発散性の光ビームをカップリングするカップリングレンズと、を含む光源装置において、前記発光部と前記カップリングレンズとの間に液体マイクロレンズを配置したことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記液体マイクロレンズは、カップリングレンズの光軸方向と直交する軸をＹ軸、光軸方向とＹ軸方向と直交する軸をＺ軸と定義したとき、前記カップリングレンズから出射する光ビームの方向を、電気的な制御により、Ｙ方向およびＺ方向について独立に調整可能であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記液体マイクロレンズは、前記カップリングレンズから出射した光ビームの発散の程度を、電気的な制御により、Ｙ方向およびＺ方向について独立に調整可能であることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
【請求項４】
前記液体マイクロレンズは、前記発光部に対して防塵の機能を有するカバーガラスを兼ねていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の光源装置。
【請求項５】
光源装置から放射された少なくとも１つの光ビームを線像結像光学系により光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、前記光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向ビームを走査光学系により被走査面上に光スポットとして集光させ、前記被走査面を走査する光走査装置において、前記光源装置として、請求項１乃至４のいずれか１項記載の光源装置を用いたことを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
感光性の像担持体に対して光走査手段による光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部を１以上有する画像形成装置において、前記像担持体の光走査を行う光走査手段として、請求項５記載の光走査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、発光部から放射された発散性の光ビームをカップリングするカップリングレンズを有する光源装置、これを備える光走査装置およびこの光走査装置を使用する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光走査装置は、光プリンタやデジタル複写機、光プロッタ等の画像形成装置に関連して広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかる光走査装置を使用する画像形成装置においては、高精細な画像を得るという要求が年々高まっている。高精細な画像を得るためには、被走査面上の光スポットが次の条件、すなわち、（１）光ビームのビームウェスト位置が被走査面上に合致していること、（２）光スポットの主走査／副走査方向の位置が狙い通りであること、を満足することが重要である。
特に条件（２）は、画像形成装置をカラー画像に展開した場合に色ずれ発生の有無と関連するので、極めて重要になってくる。これらの条件は、もちろん、或る範囲で与えられるものであり、その範囲から光学素子の様々な加工誤差や取り付け誤差の許容量が決定される。その場合に、とくに厳しい許容量を強いられるのが、発光部とカップリングレンズの相対的な配置位置精度である。
なぜならば、カップリングレンズは光走査装置を構成する光学素子のうち、最もパワーの強い光学素子として機能しているため、感度が高いので、カップリングレンズと発光部の相対位置のずれに対する被走査面上の光スポットに与える影響は極めて大きい。
【０００３】
例えば、光偏向器以降に配備される光学素子の主走査方向の合成焦点距離が１５０ｍｍ、カップリングレンズの焦点距離が１５ｍｍと仮定すると、主走査方向の横倍率は約１０倍、縦倍率は約１００倍である。
したがって、発光部とカップリングレンズとの相対的な配置位置がＹ方向に１μｍずれると、被走査面上における光スポットの主走査方向の位置は、狙いの位置に対して１０μｍずれることになる。また、同様に相対的な配置位置が光軸方向に１μｍずれると、被走査面上におけるビームウェスト位置は、被走査面上から１００μｍもずれることになる。
この現象は、副走査方向でも同様であり、とくに光偏向器以降に配備される光学素子の横倍率が１より大きい、いわゆる『拡大系』となると光学性能の劣化は顕著になってくる。
通常の機械精度において１μｍの精度で部品を配置することは大変難しく、達成できたとしてもそのための設備投資や、配置するのに要する時間が膨大となり、結果として高価な画像形成装置となってしまう。そこで、従来では特許文献１に開示されているような方式を採用して、発光部とカップリングレンズの相対的な配置位置精度を達成している。
【特許文献１】特開２００１−１６６２４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された方式は、発光部をホルダに圧入固定し、カップリングレンズの相対的な配置位置を調整した後、ＵＶ硬化樹脂で接着固定する。
しかし、この方式はＵＶ硬化樹脂を用いているため、接着固定した後も周囲の温度や湿度の影響を受けて絶えず変化し、安定的に被走査面上の光スポットを上述した条件（１）と条件（２）を満足するような光源装置を構成することは難しい。
そこで、本発明の目的は、液体マイクロレンズを使用し、周囲の温度や湿度の影響を受けにくく、安定した光スポットを被走査面上で得られるような光源装置、この光源装置を用いて安定的で高精細な画像を得ることができる光走査装置、およびこれを使用する画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発光部から放射された発散性の光ビームをカップリングするカップリングレンズを含む光源装置において、前記発光部と前記カップリングレンズの間に液体マイクロレンズが配置される光源装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記液体マイクロレンズが、カップリングレンズの光軸方向に対して垂直な軸をＹ軸、光軸方向とＹ軸方向に垂直な軸をＺ軸と定義したとき、前記カップリングレンズから出射する光ビームの方向を、電気的な制御により、Ｙ方向およびＺ方向について独立に調整可能である請求項１記載の光源装置を特徴とする。
【０００６】
また、請求項３に記載の発明は、前記液体マイクロレンズは、前記カップリングレンズから出射した光ビームの発散の程度を、電気的な制御により、Ｙ方向およびＺ方向について独立に調整可能である請求項１または２記載の光源装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記液体マイクロレンズは、前記発光部に対して防塵の機能を有するカバーガラスを兼ねている請求項１乃至３のいずれか１項記載の光源装置を特徴とする。
【０００７】
また、請求項５に記載の発明は、光源装置から放射された少なくとも１つの光ビームを線像結像光学系により光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像させ、前記光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向ビームを走査光学系により被走査面上に光スポットとして集光させ、前記被走査面を走査する光走査装置において、前記光源装置として、請求項１乃至４のいずれか１項記載の光源装置を用いた光走査装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、感光性の像担持体に対して光走査手段による光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部を１以上有する画像形成装置において、前記像担持体の光走査を行う光走査手段として、請求項５記載の光走査装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周囲の温度や湿度の影響を受けにくく、光ビームの状態を安定的に保つことのできる光源装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による光走査装置の実施の形態の光学配置を示す概略図である。図１の光走査装置Ｄにおいて、光源装置１からの光ビームはアパーチュア３、アナモフィック光学素子４、光偏向器である回転多面鏡のポリゴンミラー５、および走査光学系６を介して被走査面８に到達する。
また、図１には、ポリゴンミラー５を収納する防音ハウジング（図示せず）の窓を塞ぐ防音ガラスＧ１、図１の光学系を収納するハウジングの偏向光ビームの射出部に設けられた防塵ガラスＧ２が示されている。
光源装置１から放射された光ビームは、アパーチュア３によりビーム整形されてアナモフィック光学素子４に入射する。アナモフィック光学素子４を透過した光ビームは、副走査方向に集束しつつ防音ガラスＧ１を透過してポリゴンミラー５の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像し、偏向反射面に反射されると、防音ガラスＧ１を透過して走査光学系６に入射する。
【００１０】
走査光学系６は２枚のレンズ６ａ、６ｂにより構成され、これらレンズ６ａ、６ｂを透過した光ビームは防塵ガラスＧ２を介して被走査面８に入射し、走査光学系６の作用により被走査面８上に光スポットを形成する。
ポリゴンミラー５が等速回転すると、偏向反射面により反射された光ビームは等角速度的に偏向する。走査光学系６は、等角速度的に偏向しつつ入射してくる光ビームによる光スポットが被走査面８上において主走査方向（図の上下方向）へ等速的に移動するようにする、ｆθ特性を有している。光スポットは、被走査面８を等速的に光走査する。
走査光学系６もアナモフィックな光学素子であり、副走査方向においてはポリゴンミラー５の偏向反射面位置と被走査面位置とを幾何光学的な共役関係としており、これによりポリゴンミラーの面倒れを補正している。被走査面８は、実体的には「感光性媒体（像担持体）の感光面」である。
【００１１】
上述したように、本発明の光源装置１は、光ビームを放射する発光部９（図３参照）と、発光部から放射された発散性の光ビームをカップリングするカップリングレンズ１０（図２参照）とから構成される。
すなわち、発光部９とカップリングレンズ１０との間に液体マイクロレンズ２１（図４参照）が配置されている光源装置である。この光源装置１において、液体マイクロレンズ２１は、カップリングレンズ１０から出射する光ビームの方向を、図示しない制御手段を用いた電気的な制御により、Ｙ軸およびＺ軸について独立に調整可能とすることができる。
この場合、カップリングレンズ１０の光軸方向と直交する軸をＹ軸、光軸方向とＹ軸方向と直交する軸をＺ軸と定義する。これにより、光ビームの発散／平行／収束の状態を安定的に保つことのできる光源装置１を提供できる。
【００１２】
図２は光源装置を構成する半導体レーザを示す概略斜視図である。図３は光源装置を構成するカップリングレンズを示す概略斜視図である。図２と図３は夫々ホルダ１１の表面側、及び裏面側の斜視図である。
光源装置１は、発光部としての半導体レーザ９が、図３に示されるような構成をしており、半導体レーザ９から放射された発散性の光ビームを、以降の光学系に対して所望の光ビーム形状に変換するためのカップリングレンズ１０、半導体レーザ９とカップリングレンズ１０との間に配備された液体マイクロレンズ（図４参照）からなる。
より具体的には、半導体レーザ９は樹脂製のホルダ１１に圧入固定される。また、カップリングレンズ１０は、ホルダ１１に設けられた支持部１１ａ、１１ｂに、ばね１２ａ、１２ｂによって押圧固定される。
【００１３】
従来では、半導体レーザ９とカップリングレンズ１０をホルダ１１に固定するさいに各々の相対的な配置位置の調整を行い、例えば圧入固定された半導体レーザ９に対して相対的な位置調整を行った後、カップリングレンズ１０はホルダ１１に接着剤を用いて固定されていた。
しかし接着剤を用いた固定方法は、接着固定した後も周囲の温度や湿度の影響を受け、相対的な配置位置は絶えず変化する。したがって、カップリングレンズ１０より出射した光ビームは所望の方向からずれてしまい、かつ結像位置も光軸方向に変移してしまう。
しかし、本実施の形態のように半導体レーザ９およびカップリングレンズ１０をホルダ１１に対して圧入或いは押圧で保持すると、周囲の温度や湿度の影響を受けづらくなり、少なくとも相対的な配置位置は安定する。
この場合でも、カップリングレンズ１０より出射した光ビームの方向を調整することは非常に難しい。そこで、その調整は、半導体レーザ９とカップリングレンズ１０の間に設置された液体マイクロレンズで行う。この液体マイクロレンズは、半導体レーザ９の防塵の機能を考慮して、カバーガラスを兼ねるように構成することが好ましい。
【００１４】
図４は液体マイクロレンズの構成を示す概略図である。図５は図４の液体マイクロレンズの電極構造を示す上面図である。図６は小滴の移動を説明する概略図である。ここで、液体マイクロレンズについて説明する。
液体マイクロレンズは、例えば特開２００３−５０３０３公報に示されるようなレンズ（図４に示す）である。図４乃至図６を用いて、液体マイクロレンズの構成および動作について説明する。
液体マイクロレンズ２１は、透明な絶縁層１４と、その表面上に配置された透明な流体からなる小滴１３と、小滴１３から絶縁層１４により絶縁された複数の電極１７、１８、１９、２０と、さらには絶縁層１４と電極１７、１８、１９、２０を支持する透明基板１５を有している。
また、複数の電極の構成を示す上面図である図５において、各電極１７、１８、１９、２０（電圧Ｖ１〜Ｖ４）と、小滴１３に接続された小滴電極１６（電圧Ｖ０）は結合され、これらＶ０〜Ｖ４の電圧差によって、液体マイクロレンズ２１を動作させる。
【００１５】
次にその動作について説明する。小滴１３と絶縁層１４がなす接触角θ１は、小滴１３と絶縁層１４と空気との相互の界面張力から決定される。そして小滴１３と電極１７、１８、１９、２０との間に電圧差が存在しない場合（Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４）には、小滴１３は、この小滴１３の体積（Ｖｏｌ）と接触角θ１により規定される形状（実線で示される）が維持され、小滴１３の曲率半径Ｒ１が定まる。また、小滴１３は電極１７、１８、１９、２０に対して中心に存在する（図５の実線の位置）。
次に、小滴１３に対して４つの電極１７、１８、１９、２０に等しい電圧Ｖが加えられた（すなわち、Ｖ０≠Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４）場合には、小滴１３は点線で示される接触角θ２によって規定される形状の小滴１３ａに変化し、接触角はθ１からθ２に減少する。
この場合、小滴１３、１３ａの体積（Ｖｏｌ）は変化していないので、接触角θ２で規定される形状との関係から、小滴１３ａの曲率半径Ｒ２が定まる。このとき、電圧Ｖに対して接触角は可逆的に変化し、すなわち曲率半径も可逆的に決定できる。このとき、小滴１３ａは電極に対し中心に存在したままである（図５の点線の位置）。
このように、液体マイクロレンズ２１は小滴１３に対して電極１７、１８、１９、２０に電圧Ｖを掛けることによって、曲率半径Ｒを調整することができる、すなわち焦点距離が調整可能である。
【００１６】
続いて、小滴１３の位置を移動させる動作について説明する。４つの電極１７、１８、１９、２０に選択的に電圧を掛けることにより、小滴１３の位置を変化させることができる。
例えば、電極１７の電圧Ｖ１と電極１９の電圧Ｖ３をＶ０と等しくし、電極１８の電圧Ｖ２を電極２０の電圧Ｖ４より大きくすることにより、小滴１３はより高い電圧の方向に引かれて、図６に示す矢印の方向に移動する。
このように、液体マイクロレンズ２１は電極１７、１８、１９、２０に選択的に電圧を掛けることによって、レンズ位置、すなわち焦点位置を調整可能である。言うまでもないが、これは液体マイクロレンズ２１の１つの構成例であって、これに限定されるものではない。
【００１７】
図２および図３に戻って、このような液体マイクロレンズ２１の動作原理にしたがえば、半導体レーザ９とカップリングレンズ１０をホルダ１１に固定するさいに相対的な配置位置のずれがあっても、それを全て液体マイクロレンズ２１で吸収し補正することが可能となる。
なお、液体マイクロレンズ２１（図４参照）はカップリングレンズ１０の後に配備しても同様の効果を得ることができるものの、この場合には液体マイクロレンズ２１の持つ収差の影響を大きく受けてしまい、例えば被走査面上の光スポットが絞られないというような問題を発生する可能性がある。
これを低減させるために、液体マイクロレンズ２１をカップリングレンズ１０の前に配備し、液体マイクロレンズ２１が収差を有していてもその影響をあまり発現させないようにすることが光源装置としては好ましい形態である。
なお、半導体レーザ９は発光部を複数有する、いわゆる、半導体レーザアレイとしても構わない。このようにすると、同じ書き込み密度を達成する場合に要する光偏向器の回転速度を低減でき、低電力で高密度／高速書き込みが可能となる。また、周囲の温度や湿度の影響を受けにくく、安定した光スポットを被走査面上で得られるような光走査装置を提供できる。
【００１８】
図７は本発明を適用する画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。この画像形成装置Ｃはタンデム型フルカラー光プリンタとして示してある。装置下部側には、水平方向に配設された給紙カセット２２から給紙される転写紙（図示せず）を搬送する搬送ベルト３２が設けられている。
搬送ベルト３２の上部には、イエローＹ用の感光体３６Ｙ、マゼンタＭ用の感光体３６Ｍ、シアンＣ用の感光体３６Ｃ、およびブラックＫ用の感光体３６Ｋが上流側から順に等間隔で配設されている。なお、以下において、符号中のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋでイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを区別する。
感光体３６Ｙ、３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋは全て同一径に形成され、その周囲に、電子写真プロセスにしたがいプロセス部材が順に配設されている。感光体３６Ｙを例に採れば、帯電チャージャ３３Ｙ、光走査装置３４Ｙ、現像装置３５Ｙ、転写チャージャ３１Ｙ、クリーニング装置３７Ｙ等が順に配設されている。他の感光体３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋについても同様である。
すなわち、この画像形成装置は、感光体感光体３６Ｙ、３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋを色毎に設定された被走査面（図１の符号８に対応）とするものであり、各々に対して光走査装置３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋが１対１の対応関係で設けられている。
【００１９】
搬送ベルト３２の周囲には、感光体３６Ｙよりも上流側に位置させてレジストローラ２３と、ベルト帯電チャージャ２４が設けられ、感光体３６Ｋよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ２５、除電チャージャ２６、クリーニング装置２７等が設けられている。ベルト分離チャージャ２５よりも搬送方向下流側には定着装置２８が設けられ、排紙トレイ２９に向けて排紙ローラ２８で結ばれている。
このような構成において、例えば、フルカラーモード時であれば、各感光体３６Ｙ、３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｋに対し、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の画像信号に基づき、各光走査装置３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋによる光走査で静電潜像が形成される。
これら静電潜像は対応する色トナーで現像されてトナー画像となり、搬送ベルト３２上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることにより重ね合わせられ、定着装置１４によりフルカラー画像として定着された後、排紙トレイ２９上に排紙される。
【００２０】
かかる画像形成装置に実施の形態で説明した光走査装置を用いることによって、周囲の温度や湿度の影響を受けにくく、安定した光スポット径を被走査面上で得られることができ、したがって、高精細な印字に適した画像形成装置をコンパクトでかつ安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による光走査装置の実施の形態の光学配置を示す概略図である。
【図２】光源装置を構成する半導体レーザを示す概略斜視図である。
【図３】光源装置を構成するカップリングレンズを示す概略斜視図である。
【図４】液体マイクロレンズの構成を示す概略図である。
【図５】図４の液体マイクロレンズの電極構造を示す上面図である。
【図６】小滴の移動を説明する概略図である。
【図７】本発明を適用する画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２２】
Ｃ  画像形成装置
Ｄ  光走査装置
１  光源装置
４  線像結像光学系（アナモフィック光学素子）
５  線像結像光学系（光偏向器である回転多面鏡のポリゴンミラー）
６  走査光学系（レンズ６ａ、６ｂ）
８  被走査面
９  発光部（半導体レーザ）
１０  カップリングレンズ
２１  液体マイクロレンズ
３４Ｙ  光走査手段（光走査装置）
３５Ｙ  現像手段（現像装置）
３６Ｙ  像担持体（感光体）
【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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