(57)【要約】【課題】マルチビーム走査方式の光走査装置および画像形成装置に適用される光源装置部を小型化しかつ低コスト化すること、この光源装置を用いて消費電力が少なくし、発熱量を少なくして被走査面でのビームスポット位置ずれを抑えることができる光走査装置および画像形成装置を得る。【解決手段】レーザビームを出射する複数の光源と、一方側の入射部から入射されるレーザビームを他方側の出射部から出射する光導波路を有し、光導波路は、入射部における光導波路の隣接間隔に対して、出射部における光導波路の隣接間隔が異なりかつ出射部における光導波路の隣接間隔相互にも相違がある。複数の光源は複数の発光点を有する面発光型のモノリシック半導体レーザで形成するとよい。光導波路は屈曲性を有する高分子からなる光導波路シートで形成してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射する複数の光源と、一方側の入射部から入射されるレーザビームを他方側の出射部から出射する光導波路を有してなり、
上記光導波路は、入射部における光導波路の隣接間隔に対して、出射部における光導波路の隣接間隔が異なりかつ出射部における光導波路の隣接間隔相互にも相違があることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
複数の光源は複数の発光点を有する面発光型のモノリシック半導体レーザからなることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
光導波路は屈曲性を有する高分子からなる光導波路シートで形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
光導波路の入射部の間隔が５０〜１００μｍであるのに対して、少なくとも出射部の第１の間隔が５〜２０μｍ、第２の間隔が２〜１０ｍｍ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５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置と、この光源装置から出射された複数のレーザビームを副走査方向に収束させて主走査方向に長い線像として結像する第一の光学系と、上記レーザビームを主走査方向に偏向走査する偏向走査手段と、偏向されるレーザビームを被走査面に向かって集光する第二の光学系を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項５記載の光走査装置において、光源装置から出射される複数本のレーザビームをそれぞれの色に対応した画像信号書込み用レーザビームとして用いることにより多色画像形成を可能にした光走査装置。
【請求項７】
光走査装置によって潜像担持体に光走査することにより潜像を形成し、この潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、光走査装置として請求項５または６記載の光走査装置を用いることを特徴とする多色画像形成に対応した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザラスタ書込み光学系に用いることができるマルチビーム方式の光源装置、この光源装置を用いた光走査装置、およびこの光源装置を用いた多色画像対応の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラーレーザプリンタ等の多色（カラー）画像形成装置には、駆動機構により回転駆動される複数の感光体に対し独立してレーザを走査させることによって画像を書込むタンデム型の画像形成装置がある。タンデム型の画像形成装置は、複数の走査結像光学系による書込み手段を具備し、それぞれの書込み手段により複数の異なった色に対応する画像情報を書込むことによって各感光体表面に静電潜像を形成し、これらの静電潜像を複数の顕像化手段により異なった色の画像にそれぞれ顕像化し、各色の画像を転写材上に重ね合わせて転写することによりカラー画像を得るようになっている。上記書込み手段の各々は、読み出される各色の画像情報信号に応じて駆動制御される半導体レーザを備えていて、各半導体レーザからレーザビームを出射する。これら複数のレーザビームは、主走査方向に偏向走査する偏向走査手段であるポリゴンミラーで偏向反射され、レンズ等の光学部品からなる結像走査光学系を透過することによって、一様に帯電された上記感光体面に集光される。そして、回転する各感光体面は、所定間隔（副走査方向のビームピッチ）からなる複数の走査ビームで走査され、各走査ビームはそれぞれに対応した画像信号で変調されていて、それぞれの画像信号に対応した画像信号が書き込まれ、静電潜像が形成される。
【０００３】
上記のような複数の書込み手段としてのレーザビーム走査装置を備えたカラー画像形成装置では、それぞれの書込み手段が備える光偏向器としてのポリゴンスキャナや、定着装置による発熱によって装置内の温度が変化する。この温度変化を原因として走査装置内のレンズ位置や光源位置にずれを生じ、また、屈折率等の光学特性が変化することにより、被走査面である感光体面上でのレーザビームのスポット位置に、ずれや走査線曲がりが発生する。その結果、色毎の走査ビームの相対位置が異なり、色ずれが生じてカラー画像の品質が低下する不具合があった。
【０００４】
画像品質が低下する主たる要因は高速回転するポリゴンスキャナからの発熱である。そこで、感光体面を走査するレーザビームは、これをポリゴンミラーの一面で複数本走査するようにしたマルチビームとすれば、ポリゴンスキャナの回転数を大幅に低下させることができ、ポリゴンスキャナの発熱量を少なくすることができるので好適である。
【０００５】
画像形成の更なる高速化、高解像度化を図るためには、走査するレーザビームの更なる多ビーム化、狭ピッチ化が必要である。多ビーム化するためには、光源としての半導体レーザの数を増やす必要があるが、半導体レーザ自体の寸法を小さくするのに限界があるため、何らかの手段で狭ピッチ化する必要がある。そのためには、マルチビーム発生素子として光導波路アレイを用いることが有効である。光導波路アレイに関連する従来技術として以下の技術がある。
【０００６】
一つの従来例は、光導波路基板は、半導体レーザからの光ビームが入射しこれを伝播する光導波路を備えていて、回転多面鏡は、上記光導波路から射出した光ビームを反射面で主走査方向に偏向させるようになっている。回転多面鏡の反射面と被走査面は副走査方向において略共役な関係にある。光導波路以外の部分を通って光導波路基板から射出した光ビームを遮蔽するアパーチャが、回転多面鏡の近傍に配設されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
もう一つの従来例は、光導波路アレイから出射した複数本のレーザ光を変調走査し、感光材料上を走査する光記録装置において、基板とこの基板上に形成されている導波路と、上記基板と上記導波路上に形成されているクラッド層とからなる上記光導波路アレイ内の上記導波路の入射端面の法線と、上記導波路の光進行軸とのなす角度θが所定の関係式を満たすように構成することを特徴とするものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１６２５８８号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７９４号公報
【０００９】
上記いずれの従来例においても、複数の光源を備えることによって光走査装置をマルチビーム化し、複数のビームの相互間隔を、光導波路アレイで狭小化して使用している。しかし、一つの走査光学系に一つの光導波路基板を備えており、複数色に対応した光ビームを必要とするカラー画像形成用の光走査装置の場合、同様に構成された光走査装置が、例えば、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックに対応して４つ必要であり、特に光源装置部分が高価になり、かつ大型化する難点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、マルチビーム走査方式の光走査装置および画像形成装置に適用される光源装置部を、小型化し、かつ低コスト化することにより従来技術の不具合を解消することを目的とする。
【００１１】
本発明はまた、上記の光源装置を用いることにより、消費電力を少なくして発熱量を少なくすることができ、これにより被走査面でのビームスポット位置ずれを抑えることができる光走査装置を提供すること、そして、この光走査装置を用いることによって、高画質のカラー画像を形成可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、請求項１に記載されているように、レーザビームを出射する複数の光源と、一方側の入射部から入射されるレーザビームを他方側の出射部から出射する光導波路を有してなり、上記光導波路は、入射部における光導波路の隣接間隔に対して、出射部における光導波路の隣接間隔が異なりかつ出射部における光導波路の隣接間隔相互にも相違があることを主要な特徴とする光源装置に関するものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光源装置において、複数の光源は複数の発光点を有する面発光型のモノリシック半導体レーザからなることを特徴とする
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光源装置において、光導波路は屈曲性を有する高分子からなる光導波路シートで形成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の光源装置において、光導波路の入射部の間隔が５０〜１００μｍであるのに対して、少なくとも出射部の第一の間隔が５〜２０μｍ、第二の間隔が２〜１０ｍｍであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置と、この光源装置から出射された複数のレーザビームを副走査方向に収束させて主走査方向に長い線像として結像する第一の光学系と、上記レーザビームを主走査方向に偏向走査する偏向走査手段と、偏向されるレーザビームを被走査面に向かって集光する第二の光学系を有することを特徴とする光走査装置に関するものである。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の光走査装置において、光源装置から出射される複数本のレーザビームをそれぞれの色に対応した画像信号書込み用レーザビームとして用いることにより多色画像形成を可能にした光走査装置に関するものである。
【００１５】
請求項７記載の発明は、光走査装置によって潜像担持体に光走査することにより潜像を形成し、この潜像を可視化して所望の記録画像を得る画像形成装置において、光走査装置として請求項５または６記載の光走査装置を用いることを特徴とする多色画像形成に対応した画像形成装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、入射部における光導波路の隣接間隔に対して、出射部における光導波路の隣接間隔を異ならせ、かつ、出射部における光導波路の隣接間隔相互も相違させることにより、複数のレーザビームを出射する光源装置の小型化を達成することができる。
また、複数ビームによって書込みを行なうことにより、光偏向器の回転速度を大幅に低減することができ、消費電力および発熱を低減することができる。さらに、光偏向器に入射する前の光学系に反射ミラーを使用する必要が無いので、走査面上のビームスポット径の劣化のない光走査が可能な光源装置を提供することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、複数の発光点を有する面発光型のモノリシック半導体レーザを用いたことにより、発光特性、例えば、光量、波長のばらつきが少なく、出射方向のばらつきも少なく、光導波路への入射光の調整が不要で入射が容易となり、ばらつきの少ない安定した複数本出射可能なレーザビームを得ることができる。また、発光点を２次元に配列することが可能なため、小型化が可能な光源装置を得ることができる。
請求項３記載の発明によれば、光導波路を、屈曲性を有する高分子からなる光導波路シートに形成したことにより、光源装置を構成する部材のレイアウトの自由度が向上し、上記光源装置を光走査装置に適用する場合に、光走査装置の小型化に寄与することができる。
請求項４記載の発明によれば、光導波路の入射部間隔が５０〜１００μｍに対して、出射部の第１の間隔を５〜２０μｍ、第２の間隔を２〜１０ｍｍとしたことにより、光源、例えば半導体レーザの電気的、熱的、光学的な各クロストークの影響を軽減しつつ、偏向反射面を複数段有する光偏向器への入射が可能で、小型化が可能な光源装置を得ることができる。
【００１８】
請求項５記載の光走査装置によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の光源装置から出射された複数のレーザビームを副走査方向に収束させて主走査方向に長い線像として結像する第一の光学系と、上記レーザビームを主走査方向に偏向走査する偏向走査手段と、偏向されたレーザビームを被走査面に向かって集光する第二の光学系を有することにより、光走査装置の小型化、走査面上でのビームプロファイル（ビーム径）や副走査方向におけるレーザビームピッチの高精度化を達成することができる。
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の光走査装置において、光源装置から出射された複数本のレーザビームを複数の光走査装置の光源として用いることにより、複数の色に対応する画像信号毎に用いていた光源部を、単一の光源部に集約化することができ、小型化で安価な、多色画像形成に対応することができる光走査装置を得ることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、光走査装置として請求項５または６記載の光走査装置を用いて多色画像形成に対応した画像形成装置を構成することにより、請求項５または６に記載の発明によって得られる効果と同様の効果を得ることができる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明にかかる光源装置、光走査装置および画像形成装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１は、多色画像形成すなわちカラー画像形成に対応した本発明にかかる光走査装置の実施例を示す。カラー画像を形成するために、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色分のレーザビームを放射することができる光源装置、走査結像光学系および感光体を持ち、各色の画像信号に対応するレーザビームが感光体に集光するように構成されている。上記イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色については、以下、それぞれ「Ｙ」、「Ｍ」、「Ｃ」、「Ｋ」と表示する。図１に示す光源装置１０は、半導体レーザおよび後で詳細に説明する光導波路の組立体を具備してなる光源部１０ａと、カップリングレンズ１０ｂと、シリンドリカルレンズ１０ｃとにより構成されている。光源装置１０の上記構成部材は、４色分の画像信号に対応するレーザビームを出射するに足りる数だけ配置されている。半導体レーザから放射される光束は光導波路部を経由してカップリングレンズ１０ｂにより好適な光束形態、すなわち平行光束あるいは弱い発散性もしくは集束性の光束に変換され、シリンドリカルレンズ１０ｃにより副走査方向に集束されて偏向走査手段であるポリゴンミラー８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れる。光源装置１０からは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色成分の画像を書込むための光束を出射する。図１では、図面の錯綜を防ぐため、各色に対応するレーザビームを１本で描画しているが、図２に示す光導波路を適用すると、各色で２本のレーザビームを出射することができる。
【００２１】
ポリゴンミラー８はモータによって一定速度で回転駆動され、ポリゴンミラー８の回転により、その偏向反射面で４色分のレーザビームが同一方向に偏向反射やされる。４色分の偏向光束は、走査結像光学系のｆθレンズ群を構成する第１のレンズ１４を透過する。この実施例では、第１のレンズ１４の上端近くを透過する光束はブラック成分の画像を書込む光束となっている。ブラック成分に対応する光束は、ミラー１６Ｋで反射され、ｆθレンズ群を構成する第二のレンズ１７Ｋを透過し、上記光束の一部はハーフミラー１９Ｋを透過し、上記光束の他の一部はハーフミラー１９Ｋで反射される。ハーフミラー１９Ｋで反射される光束は、被走査面の実態を成すドラム状の光導電性の感光体２０Ｋ上に光スポットとして集光し、感光体２０Ｋを矢印方向に光走査する。ハーフミラー１９Ｋを透過する光束は、レーザビームを検知するために、走査開始端側に配置されたレーザビーム検出器Ｐ１Ｋと、走査終端側に配置されたレーザビーム検出器Ｐ２Ｋに結像され、これら検出器Ｐ１ＫとＰ２Ｋの受光部を走査するようになっている。なお、レーザビーム検出器は各々固定用基板Ｂ１，Ｂ２に実装固定されている。
【００２２】
ｆθレンズ群を構成する第１のレンズ１４、第２のレンズ１７Ｋは、非球面形状に形成することが容易で低コストのプラスチック材質からなる。具体的には、吸水性が低く、光透過率が高く、成形性に優れたポリカーボネートあるいはポリカーボネートを主成分とする合成樹脂が好適である。
【００２３】
ブラック以外のイエロー、マゼンタ、シアンの各色成分画像を書込む光束も、それぞれ上記ブラック成分が像を書込む光束と同様に、ポリゴンミラー８で反射され、第１のレンズ１４を透過し、ミラーで反射され、第２のレンズを透過し、一部の光束はハーフミラーを透過してドラム状の光導電性の感光体上に光スポットとして結像し、各色とも同一の矢印方向に走査される。この光走査により各感光体に対応する色成分画像の静電潜像が形成される。上記ハーフミラーで反射される他の光束は、それぞれの光束に対応する感光体の走査開始端側および走査終端側に配置されたレーザビーム検出器によって検出されるように構成されている。ブラック以外の各色に対応する光学素子等には番号を付していないが、ブラックに対応することを意味する「Ｋ」が番号の後に付されている部品と同じ機能を持った部品が、Ｙ、Ｍ、Ｃについても光学的な同位置に配置されている。
【００２４】
各感光体に形成される上記静電潜像は、現像装置により対応する色のトナーで可視化され、各感光体の下側に各感光体にまたがって配置された中間転写ベルト２１上に転写される。各感光体に形成される各色のトナー像は中間転写ベルト２１に互いに重ね合わせられて転写され、これによってカラー画像が形成される。このカラー画像はシート状記録媒体上に転写され、定着される。カラー画像転写後の中間転写ベルト２１はクリーニング装置でクリーニングされる。
【００２５】
以上説明したように、図１に示す光走査装置は、各色成分に相当する４つの光走査手段を有する多色用光走査装置である。すなわち、カラー画像を構成する４色成分の画像に対応する複数の光源装置から放射された各光束を、偏向走査手段のポリゴンミラー８により同一方向に偏向走査し、各偏向光束を走査結像光学系によって各色成分画像に対応する感光体表面に向かって個別的に集光させて光走査を行うようになっている。上記走査結像光学系は、第１のレンズと第２のレンズからなり、第１のレンズ１４は各色共通に透過するレンズであり、第２のレンズはそれぞれの走査結像手段に設けられている。
【００２６】
図１に示す実施例では、第１のレンズ１４の直後に、走査線を補正する手段である液晶偏向素子１５が配置されている。液晶偏向素子１５は電気的に制御することによりレーザビームの出射方向を任意に偏向できる素子である。偏向角は駆動電圧波形の波高値またはパルス幅デューティにより任意に変えることができ、その偏向角は次のように設定される。まず、画像出力の開始信号の入力により、走査ビーム基準色部分、例えばブラック部分１５Ｋを透過させたレーザビームの走査位置を、レーザビーム検出器Ｐ１Ｋ、Ｐ２Ｋにより検出し、その検出結果に基づき走査位置を補正する。具体的には、上記検出結果が所望の値以下であれば他の色に対応する液晶偏向素子を駆動せず、それ以上であれば液晶偏向素子を所定量駆動して偏向角を調整し走査位置の補正を行う。
【００２７】
レーザビーム検出器から得られた結果をフィードバックして補正する手段は、液晶偏向素子のほか、走査レンズ、ミラーなどの光学素子の姿勢を適宜補正制御することにより、走査位置の補正や副走査方向のビーム間隔を補正するものであってもよい。
【００２８】
図１において、符号２２、２３、２４は「色ずれ検出手段」を構成する検出部を示す。これらの検出部２２、２３、２４は、中間転写ベルト上に形成されるパターン画像を検出する。図１では一つのパターン画像にのみ符号２１ａが付されている。各検出部２２、２３、２４は、半導体レーザと、この半導体レーザからの光束を中間転写ベルト２１上に集光するレンズと、中間転写ベルト２１上の画像を結像させるレンズと、このレンズによる結像面に受光面が配置された受光素子を有してなる。これらの検出部２２、２３、２４で色ずれ検出を行うときは、一つの画像を形成するための光走査の過程で、各感光体の軸方向両端部、中央部の３箇所に検知用のパターンを書込み、これを現像可視化して中間転写ベルト２１に転写する。各色の検出用のパターンは、中間転写ベルト２１上において互いに副走査方向に等間隔となるように形成する。これら検知用のパターン画像を、上記色ずれ検出手段の各検出部２２、２３、２４で検出し、その結果に基づき、各走査ビームによる走査線曲がりを判定する。走査線曲がりには、走査線傾き、走査線相互の位置ずれを含む。先に説明した色毎の走査結像光学系におけるレーザビームの走査開始端および走査終端の検出と、上記各検出部２２、２３、２４による中間転写ベルト２１上のトナーパターン画像の検出を行い、これらの検出結果に基づき、後述の補正手段等を適正に作動させることにより、一層の高画質化が可能となる。
【００２９】
図２は、上記実施例における光源装置の光源部１０ａの構成を詳細に示す。光源部１０ａはモノリシック構造の面発光型の半導体レーザ１２４と光導波路１２２が形成された光導波路基板１２１を有してなる。光導波路基板１２１には、各色に対応するレーザビームの出射部１２３Ｙ，１２３Ｍ，１２３Ｃ，１２３Ｋが形成されている。この実施例では、各色に対応して２本の光導波路が形成されている。なお、図２（ａ）中の矢印１２８は光が導波する方向を示している。半導体レーザ１２４はモノリシック構造からなり、複数の発光点（実施例では８個の発光点）１２５を有している。発光点１２５は、図２の左から右側の方向すなわち光の進行方向に沿って複数列有し、２次元のアレイ状となっている。より具体的には、発光点１２５は、各色に対応して２つずつ合計８箇所にあり、各色に対応する各１個の発光点は光の進行方向に対して直交する方向に１列に並び、各色に対応する他の各１個の発光点も光の進行方向に対して直交する方向に１列に、しかし、前者の発光点とは光の進行方向にずれた位置で並んでいる。また、互いに隣接する発光点相互間には、光の進行方向に対して直交する方向に間隔Ｗ０をおいて配置されている。光導波路１２２は断面が略四角形状で、辺長さは５〜１０μｍのシングルモードである。これは、最大１０ＧＨｚの高速光変調が必要な高速光書込みの導波路として必須の条件となる。
【００３０】
上記発光点１２５と光導波路１２２は、図２（ｂ）で示すように、半導体レーザ１２４の発光面から垂直方向に出射したレーザビームが、導波路基板１２１の表面に配置されたカップリングレンズ１２６と導波路基板１２１内に形成されたミラー部１２７により直角方向に反射されて光導波路１２２に入射されるように構成されている。隣接する発光点であって各色に対応する２つの発光点の間隔は上記のとおりＷ０であるが、これらの発光点から放射されるレーザビームを導く光導波路１２２は、矢印１２８で示す光の進行方向に導かれていくにつれて狭小化し、出射端ではＷ１の間隔となるように構成されている。例えば、ブラック画像を書込むレーザビーム１２３Ｋは、２つのレーザビームが上記発光点間隔Ｗ０よりも狭い間隔Ｗ１で出射し、図１に示すカップリングレンズ１０ｂ、すなわち図１で４つ配列されているカップリングレンズのうち最上部に位置しているカップリングレンズに入射する。カップリングレンズ１０ｂを透過した上記二つのレーザビームは、図１で４つ配列されているシリンドリカルレンズのうち最上部に位置しているシリンドリカルレンズ１０ｃを透過してポリゴンミラー８の最上段の偏向反射面（図３において偏向反射面８ａ）に入射するように構成されている。図２において、各色の画像信号に対応するレーザビームの発光点は、光導波路が交差しないように、順に配置され、各発光点からのレーザビームが光導波路に入射するようになっている。各光導波路は、光導波路基板１２１の長辺に沿って伸びていて、各色Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対応する２つずつの発光点と光導波路が、光導波路基板１２１の短辺方向に順に配置されている。
【００３１】
図２は、各色に対応するレーザビームが２本の場合を示しているが、光走査の高速化、高密度化を図るために、各色に対応するレーザビームを２本以上としてもよい。例えば、モノリシック構造の半導体レーザにおいて、発光点が３２個の場合には、各色につき８ビーム（×４色分）を配分することができ、ポリゴンミラー８の回転数は１ビームのときよりも１／８の回転数で良いことになる。したがって、１ビームの場合にポリゴンミラーに要求される回転速度が６００００ｒｐｍとすれば、８ビームな場合は７５００ｒｐｍでよいことになる。ポリゴンモータの消費電力はポリゴンミラーの回転数の２乗に比例するため、８ビームにすれば、消費電力は１ビームの場合の１／６４となり、省エネルギー効果が高くなす。
【００３２】
ただし、出射端における各色に対応するレーザビーム同士の間隔Ｗ１は、書込み密度と走査光学系の光学倍率に応じて適宜設定される。一つの色に対応するレーザビームとこれに隣接する異なる色に対応するレーザビーム相互の間隔をＷ２とすると、この間隔Ｗ２は、図３に示すポリゴンミラー８の、上下方向（軸方向）に重なって配置されている反射面相互の間隔（中心間隔ないしはピッチ）Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３と一致している。図２に示す光源部１０ａは各色に対応する複数本のレーザビーム出射を可能にする単一の多色用光走査装置に適用可能な光源部であり、多色用の光源を集約して小型化を達成している。図２（ｂ）において、符号１２９は、光導波路基板１２１と半導体レーザ１２４を、光学的なギャップの確保と電気的な接続とを同時に達成するために設けたハンダバンプである。ハンダバンプ１２９は、実際には複数配置されているが、図２（ｂ）では一つだけが図示されている。
【００３３】
なお、図２に示す光導波路の形態は埋め込み型になっているが、基板上に光導波路が露出するリッジ型でも良い。また、図２では、説明の便宜のために拡大して示しており、実際の寸法を反映していない。
【００３４】
図２に示す複数の光導波路相互の間隔を具体的に示すと、各色に対応する２つの発光点間隔Ｗ０は５０〜１００μｍ、出射端における上記各色に対応する２つの各色に対応する２つのレーザビーム間隔Ｗ１は５〜２０μｍ、一つの色に対応するレーザビームとこれに隣接する異なる色に対応するレーザビーム相互の間隔Ｗ２は２〜１０ｍｍが好適な範囲である。上記間隔Ｗ０は半導体レーザの生成プロセスと、近接する発光部のクロストークに関係し、Ｗ０が５０μｍよりも小さい場合は、熱的かつ電気的なクロストークにより、発光点毎の光量等のばらつきが発生する。間隔Ｗ０はこれを広げることが好適であるが、Ｗ０が１００μｍよりも大きくなるとチップ面積が不用に大きくなり、歩留まりの低下とコストアップの要因となる。
【００３５】
上記間隔Ｗ１は、感光体へ集光する際のビームピッチと走査光学系の光学倍率に関係し、Ｗ１が５μｍよりも小さくなると、光導波路の隣接間隔が狭くなりすぎて、光学的クロストークが発生し、出射光量がばらつき、あるいは、光量が低下する。Ｗ１が２０μｍよりも大きくなると、感光体面上で画素密度に適した副走査方向の所望のレーザビームピッチを得るための、走査結像レンズへの適正なビームピッチを確保することができなくなる。例えば、６００ｄｐｉの画素密度を得るには、走査結像レンズに入射するビームピッチは４２μｍを確保する必要があるが、そのための走査レンズ系の設計が困難になる。
上記間隔Ｗ２は、偏向反射面が複数段に形成されたポリゴンミラー８の各偏向反射面相互の間隔に関係し、Ｗ２が２ｍｍよりも小さい場合、およびＷ２が１０ｍｍよりも大きい場合については後で詳述する。
【００３６】
図３は、上記ポリゴンミラー８およびこのポリゴンミラー８を回転駆動するポリゴンモータを含むポリゴンスキャナの例を示す。図３において、ポリゴンスキャナ１の軸方向に離間した偏向反射面を形成する多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄには各色に対応した複数のレーザビーム（Ｙ、Ｍ，Ｃ、Ｋ）が入射される。上記多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄがポリゴンモータで回転駆動されることによって上記レーザビームが高速偏向走査される。ポリゴンスキャナ１は、マルテンサイト系のステンレス鋼からなるシャフト３１０を有する。シャフト３１０の上部外周は、ポリゴンミラー部を形成する多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを有するポリゴンミラー８の内径部８ｍに焼キバメ固定されている。シャフト３１０の略下半部はポリゴンミラー８の下端面から突出し、円筒形状の軸受５によって回転自在に支持されている。シャフト３１０の外周面と軸受５の内周面とで動圧軸受けを構成するとよい。ポリゴンミラー８は純度９９．９％以上のアルミニウムからなる。上記マルテンサイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）は焼入れが可能で表面硬度を高くすることができ、耐磨耗性が良好でシャフトとして好適である。ポリゴンミラー８の下部は円筒状に抉られて凹陥部が形成され、この凹陥部の内周壁にはロータ磁石３１１が固定され、ロータ磁石３１１の内周側に適宜の隙間をおいて固定されたステータコア４ａ、このステータコアの各突極に巻かれたコイル４とともに、アウターロータ型のブラシレスモータを構成している。このモータが上記ポリゴンモータである。
【００３７】
ポリゴンミラー８を形成する多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの偏向反射面は、所定のレーザビームを偏向するのに十分な軸方向長さ（厚み）を有しており、具体的には１〜３ｍｍに設定している。この範囲に設定している理由は、１ｍｍ以下の場合、薄板となるため剛性が低く、鏡面加工しても平面度が悪化するからである。また、偏向反射面の厚みが３ｍｍ以上になると、回転体として慣性力が大きくなり、起動時間が長くなるという問題があるからである。
【００３８】
回転中心軸方向に重なる多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ相互間には空間部８ｊが形成されている。換言すれば、空間部８ｊによって多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは軸方向に区分けされている。上記各空間部８ｊの軸方向長さ（高さ）をそれぞれＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１３とする。各空間部８ｊは、多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの外接円径よりも小径の円柱形状とすることにより、風損の低減を図っている。ポリゴンミラーの風損は最大外周円径で決まり、最大外周の角部が大きく影響する。風損を低減するために、ポリゴンミラーの最大外周の角部を丸めることが好適である。一方、上記各空間部８ｊの径を各多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの内接円径よりも小径にすることにより、風損をより小さくすることも可能であるが、各空間部８ｊは上下方向から多面体部に挟まれているので、その低減効果は相対的に小さくなる。図３に示す例では、各空間部８ｊの軸方向長さＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１３に対して、上記外接円径と空間部８ｊの最大外径との差Ｄは、加工性を考慮して５倍以下となるように設定されている。５倍以上になると、上記Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３に対して、空間部８ｊを形成する際の掘り込み量が多くなるため、加工バイトの寿命が短くなり、かつ加工時間が長くなる。
【００３９】
図３において、一番下の多面体８ｄの上面、すなわち、多面体８ｃと８ｄの間にある空間部８ｊに面する多面体８ｄの上面には、前記シャフト３１０を中心とする円に沿って円周溝８ｋが形成されている。円周溝８ｋは、ポリゴンミラー８のバランス調整に必要なもので、円周溝８ｋの一部の接着剤を塗布することによってバランスを調整するようになっている。このバランス調整の作業性を考慮して、多面体８ｃの下面と８ｄの上面との間隔Ｈ１３は１ｍｍに設定している。間隔Ｈ１３が１ｍｍ以下の場合、接着剤塗布機の先端とこの先端から盛り上がった接着剤がポリゴンミラーに接触し、ミラー部を傷つけ、あるいは汚損するなどの問題が発生する。なお、バランス調整のための円周溝８ｋを反対面すなわちポリゴンミラー８の下端面８ｇ側に設けることも考えられる。しかし、下方に向かって開放した溝に接着剤を塗布することになるので、シャフト３１０と一体の回転体２を軸受５から外し、回転体２を上下反転させかつ固定した上で接着剤を塗布する必要があり、バランス調整工程が複雑になる難点がある。加えて、軸受５とシャフト３１０との脱着工程が入るため、その都度潤滑油の飛散等が発生し、軸受の劣化を誘発するという問題がある。よって、バランス調整用の周溝は、図３に示す例のように、多面体の上面に形成するのが望ましい。
【００４０】
なお、ポリゴンミラー８の各多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの上下方向ピッチ、換言すれば、多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの上下方向中心間の間隔Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３は、多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによって偏向された後のレーザビームが通るｆθレンズの上下間隔により決定される。上記間隔Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３が１０ｍｍ以上となる場合、回転体２の全高が高くなり、回転体２の重心位置Ｇが高い位置になる。軸受５の高さをＨ４とすると、回転体２の重心位置Ｇが高くなって、重心位置Ｇが軸受５の高さＨ４よりも外側上方に位置する場合があり、これでは、軸受５が偏摩耗して寿命が短くなる不具合が発生する。よって、回転体２の重心位置Ｇは軸受の高さＨ４の範囲内にあるのがよく、好ましくは軸受の高さＨ４の中央に位置するとよい。
【００４１】
一方、各多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの上下方向中心間隔（ピッチ）Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３が狭いほど、回転体としての表面積が小さくなるので、風損をより小さくできる反面、上記間隔が２ｍｍ以下となると、ポリゴンミラーでレーザビームを偏向した後、各色に対応する感光体へ光路を分離する反射ミラーを配置することが不可能となり、図１に示した構成が成立しなくなってしまう。なお、上記間隔Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３は同一である必要はない。例えば、図１に示す例では、第１の走査レンズ１４を１個備え、全ての色成分に対応したレーザビームが上記１個の走査レンズ１４を透過するように構成されているが、同一構成のレンズ２個を上下２層に配置し、この２個のレンズにレーザビームを振り分けるようにしてもよい。これによって、部品の共通化を図ることができ、１個あたりのレンズ体積を減少させ、レンズ成形時間を短縮させる効果がある。このように、第１の走査レンズを複数個に分けた場合、これらのレンズを固定するための接着層の厚みを考慮し、例えば、Ｈ２２をＨ２１、Ｈ２３よりも広くしても良い。その場合、図２に示す光導波路１２２の各色成分に対応した出射部相互の感覚Ｗ２も、Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３と同じになるように対応させる。
【００４２】
さらに、図３において、各多面体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ相互間の各空間部８ｊの径も同一である必要はない。例えば重心位置Ｇから最も離れた位置の空間部８ｊ、換言すれば、高さＨ１１が設定されている多面体８ａ、８ｂ間の空間部８ｊを、他の空間部８ｊよりも小径とすれば、回転体２の重心位置Ｇを下げることができ、軸受５の高さ範囲Ｈ４内のより中央部に近づけることが可能となる。
【００４３】
図４は、本発明にかかる光走査装置の他の実施例を示す。図１に示す実施例と同様にカラー機用として４色分（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）のレーザビームを走査するための光学系と、各色に対応するレーザビームが集光する感光体を備えている。図１に示す実施例と異なる点は、２色毎に光源装置を有し、偏向手段としてのポリゴンミラー２２の偏向方向が２色毎に異なっていて、上記光源装置がポリゴンミラー２２を中心として対称形に振り分けられる点である。さらに、ポリゴンミラー２２の多面体ないしは偏向反射部の段数が２段になっている。これによって、ポリゴンミラー２２による風損を低減することができ、同じ回転数でも消費電力を抑えることが可能となる。図４では、ポリゴンミラー２２を挟んで対向している片側２色に対応する部分を図示し、他の２色に対応する部分の図示は省略されている。太線は概略の光路を示している。
【００４４】
図４において、上記ポリゴンミラー２２、光源装置、結像走査光学系、その他光走査装置として必要な部品が単一の光学ハウジング２０に組み込まれている。ポリゴンミラー２２は下部に１つのモータ駆動装置が配置されているが、図示されていない。光源装置２１０から２色分の複数のレーザビームがポリゴンミラー２２に向かって出射する。図４では、簡略化するために、各色に対応して出射するレーザビームは１本で描画されている。以下、一つの色に対応するレーザビームおよび構成部品について説明するが、他の色に対応するレーザビームおよび構成部品についても実質的に同じである。一つの色に対応する複数のレーザビームはこれをカップリングレンズ２１０ｂにより後続の光学系にカップリングし、シリンドリカルレンズ２１０ｃで複数のレーザビームを副走査方向にのみ集束させ、ポリゴンミラー２２の偏向反射面２２ｂ近傍に主走査方向に長い線像を結ばせる。ポリゴンミラー２２が回転駆動されることにより、偏向反射面２２ｂでレーザビームが等角速度的に偏向される。偏向されたレーザビームは、ｆθ機能を有する第１の走査レンズ２１６、第２走査レンズ３１７を透過し、また、適宜のミラーで反射されてそれぞれのビームに対応する感光体に導かれ、感光体表面にビームスポットが結ばれるとともにこのビームスポットが等速度的に感光体表面上を走査する。光源装置２１０は、図２に示す光導波路と同様の発想のもとに構成された光導波路２１０ａを備えているが、この光導波路２１０ａは図２に示す光導波路の例のうち２色に相当する部分を備えていればよい。したがって、光導波路基板の大きさは１／２で良い。なお、ポリゴンミラー２２を境にして左右に対向して配置している光源装置２１０′も上記光源装置２１０と同様に構成されている。
【００４５】
ここで、本発明にかかる光走査装置の実施例を従来の光走査装置と比較するために、図７に示した従来の光走査装置の例について説明する。図７に示す従来の光走査装置では、ポリゴンミラーの上下段毎に別々の光源７１０、７１１から出射したレーザビームがシリンドリカルレンズ７１２で副走査方向にのみ集束させられ、一方の光源からのレーザビームはポリゴンミラー２２に入射する前にミラー７１３で反射される構成となっている。光源７１０、７１１は独立した別々の光源であるため、これらの光源から出射されるレーザビームを合成するためにはミラー７１３を必要とする。このミラー７１３の取り付け精度、平面度がビームプロファイルに影響するため、取り付け精度、平面度を高精度化する必要があり、かつ光源部が大型化しコストアップの要因となる。
【００４６】
図７において、ポリゴンミラー２２の下段の偏向反射面２２ｂにて偏向されたレーザビームは、２枚のレンズから構成されるｆθレンズのうち第１のｆθレンズ２１６の下部、第２のｆθレンズ２１７の下部、第１のミラー２１８、液晶偏向素子２１９、第２のミラー２２２を通り、感光体２２０の周面上にビームスポットとして集光するように、各光学部品が載置固定されている。被走査面すなわち感光体２２０の表面上に形成される２本のレーザビームのスポットは、互いに副走査方向に分離しており、ひとつの偏向反射面２２ｂによる走査で被走査面の２本のラインを同時に走査する。この点は図１に示す実施例と同じである。なお、第１のｆθレンズ２１６および第２のｆθレンズ２１７は一体成形されている。
【００４７】
他の感光体２２１に集光するレーザビームは、光源装置７１０の上部から放射された複数のレーザビームであり、ポリゴンミラー２２の上段の偏向反射面２２ａで反射偏向される。この偏向ビームは、第１のｆθレンズ２１６の上部、第２のｆθレンズ２１７の上部をとおり、適宜のミラーに反射されて感光体２２１に導かれる。このように図７に示す従来の光走査装置の例によれば、光学ハウジングの略中央に配置される一つのポリゴンスキャナで４色分の偏向走査を行っている。
【００４８】
図５は、本発明にかかる光走査装置のさらに他の実施例を示す。図４に示す実施例と比較すると、光源部が異なるのみであるから、この部分について説明する。図５に示す実施例の光源部は、屈曲性を有する高分子（シート状の樹脂）で形成される光導波路シート基板５１０を有してなる。この光導波路シート基板５１０は、図２に示す光導波路の形態のうち「Ｃ」と「Ｋ」に相当する色の部分を分岐路５１０ａとして有し、「Ｙ」と「Ｍ」に相当する部分を分岐路５１０ｂとして有している。このように、光導波路基板５１０を上下に分岐（分離）して、分岐路５１０ａと分岐路５１０ｂを設け、各分岐路を屈曲させながら、ポリゴンミラー２２の各偏向反射面２２ａ，２２ｂに出射部が対向するように位置決めして配置している。光導波路シート基板５１０は図２に示す光導波路と同様に光源部を構成していて、複数の発光点を有する面発光型のモノリシック半導体レーザを光源として有していて、この光源からのレーザビームを光導波路シート基板５１０に導き入れるように構成されている。そして、光導波路の入射部分（図２の半導体レーザ１２４と光導波路へ入射するミラー部１２７）以降に分岐（分離）して、上記のレイアウトを可能としている。
【００４９】
図６は、これまで説明してきた本発明にかかる光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す。図６において、光走査装置を単一の光学ハウジングに収納した光走査装置１０５がカラー画像形成装置内に配置されている。光走査装置１０５は、図６に示す画像形成装置内の４つの感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋが並設された作像部の上方に配置されている。以下、符号に対する添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを適宜付け、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの色に対応する部分として区別しながら説明する。図６に示す画像形成装置は、複数の感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置である。装置上部から順に光走査装置１０５、現像装置１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋ、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ、中間転写ベルト２１、定着装置１１４、給紙カセット１１１がレイアウトされている。
【００５０】
中間転写ベルト２１には各色に対応した感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋが並列順に等間隔で配設されている。感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い各プロセスを実行する部材が順に配設されている。感光体２０Ｙを例に説明すると、その周囲に感光体２０Ｙの回転方向に、帯電チャージャ（図示しない）、光走査装置１０５から出射された画像信号に基づくレーザビームＬ１、現像装置１０６Ｙ、転写チャージャ（図示しない）、クリーニング装置（図示しない）等が順に配設されている。他の感光体２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを色毎に設定された被走査面とするものであり、各感光体に対して光走査装置１０５からレーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４が各々に対応して走査するように設けられている。
【００５１】
帯電チャージャにより一様に帯電された感光体２０Ｙは、矢印ＡＡ方向に回転することによってレーザビームＬ１を副走査し、感光体２０Ｙ上に静電潜像が形成される。また、光走査装置１０５によるレーザビームＬ１の照射位置よりも感光体の回転方向下流側には、感光体２０Ｙにトナーを供給する現像器１０６Ｙが配設され、イエローのトナーが供給される。現像器１０６Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。各感光体２０Ｙの現像器１０６Ｙの配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト２１が配置されている。中間転写ベルト２１は、複数のローラ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印ＢＢ方向に移動搬送されるようになっている。この搬送により、中間転写ベルト２１は、感光体２０Ｙから２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの方に向かって順に移動されるようになっている。中間転写ベルト２１は感光体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋで現像された各単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト２１上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙トレイ１１１から転写紙が矢印ＣＣ方向に搬送され、転写ローラ１０２ｄを備えた転写装置により中間転写ベルト２１のカラー画像が転写紙に転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着器１１４により定着処理後、フルカラー画像として排紙される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明にかかる光走査装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる光源装置であって上記光走査装置に適用可能な光源装置の実施例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図３】本発明に適用可能な光偏向手段の例を示す縦断面図である。
【図４】本発明にかかる光走査装置の別の実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明にかかる光走査装置のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明にかかる画像形成装置の実施例を模式的に示す正面図である。
【図７】従来の光走査装置の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
８    光偏向手段としてのポリゴンミラー
１０    光源装置
１０ａ    光源部
１０ｂ    カップリングレンズ
１０ｃ    シリンドリカルレンズ
１４    走査結像光学系を構成する第１のレンズ
１７Ｋ    走査結像光学系を構成する第２のレンズ
２０Ｋ    感光体
２１    中間転写ベルト
１２１    光導波路基板
１２２    光導波路
１２３Ｙ    出射部
１２３Ｍ    出射部
１２３Ｃ    出射部
１２３Ｋ    出射部
１２４    半導体レーザ
１２５    発光点
【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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