(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査光学系を介して光源から出射された光束を画像記録媒体上に走査し、前記画像記録媒体を露光する光書き込み装置において、
アレイ状に配列された開口部を有して前記光源から出射された光束を１画素の単位で集束し、集束位置に形成された微小開口部から前記光束を出射する光集束素子部と、
この光集束素子部の前記微小開口部側に設けられ、前記微小開口部から出射された前記光束を拡散して輝点を形成する光拡散部材と、
この光拡散部材に形成された輝点を前記画像記録媒体上に結像させる等倍結像素子と、
を前記走査光学系に含むことを特徴とする光書き込み装置。
【請求項２】
前記光集束素子部の前記開口部は、前記光源側から前記微小開口部に向かうに従い光路断面積が次第に小さくなる角錐形状もしくは円錐形状であって、その内面に反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光書き込み装置。
【請求項３】
前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される全ての前記微小開口部を覆う単一の部材であることを特徴とする請求項１または２記載の光書き込み装置。
【請求項４】
前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部を個々に独立して覆う複数の部材であることを特徴とする請求項１または２記載の光書き込み装置。
【請求項５】
前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部の内部に各々設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光書き込み装置。
【請求項６】
前記光集束素子部には、前記各微小開口部を個々に覆うマイクロレンズが設けられていることを特徴とする請求項５記載の光書き込み装置。
【請求項７】
前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部の周囲には、前記各微小開口部以外の部位からの光を遮る遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の光書き込み装置。
【請求項８】
前記光拡散部材は、ある特定の波長λａの光を吸収し、波長λａと異なる波長λｂの光を出射する物質で形成されるファイバもしくは微粒子を含む構造であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載の光書き込み装置。
【請求項９】
前記光集束素子部の前記開口部の前記光源側の開口形状は、前記光束が走査される方向と直角の方向すなわち副走査方向に長い直径を持った楕円形状もしくは矩形状であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一記載の光書き込み装置。
【請求項１０】
前記光集束素子部の前記開口部の近傍には、前記光束が走査されるのに対応してパルス状の受光信号を発生する受光信号発生部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一記載の光書き込み装置。
【請求項１１】
潜像担持体と、
この像担持体の表面を一様に帯電する帯電装置と、
一様帯電後の前記像担持体を露光して静電潜像を形成する請求項１ないし１０のいずれか一記載の光書き込み装置と、
前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体から用紙に現像像を転写する転写装置と、
を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査光学系を介して光束を走査することにより像担持体等の画像記録媒体を露光する光書き込み装置および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
「バンディング」というのは、走査光学系を介して光束を走査することにより感光ドラム等の像担持体を露光する構造の光書き込み装置を備えるレーザプリンタ等において、出力シート上に不規則的あるいは規則的に現れる原画像には無かった明暗の区域（帯）である縞状の画像ノイズを規定するのに用いられる用語である。これらの帯は、走査線の位置が一定でない結果として作られるものであり、色が濃い帯は走査線間のピッチが互いに近い場合に発生し、色が薄い帯は走査線間のピッチが離れている場合に発生する。
【０００３】
なお、一般的に、出力シート上の画像（ドキュメント）がテキストのみである場合には、「バンディング」はユーザにははっきりとはわからない。しかしながら、レーザプリンタの使用可能な解像度が非常に向上した今日においてはドキュメントがグレースケールを含むグラフィックスのイメージである場合も多く、この場合においては、「バンディング」はユーザの目にもはっきりと見えることになる。
【０００４】
前述したような走査線間のピッチのばらつきは、様々なシステム上の誤差に起因するものである。このような「バンディング」が発生する要因である走査線間のピッチのばらつきを生じる様々なシステム上の誤差について、レーザプリンタを例にとって以下に説明する。
【０００５】
第一の原因としては、感光ドラム等の像担持体の移動速度（回転速度）のばらつきが挙げられる。この像担持体の移動速度（回転速度）のばらつきは、像担持体の駆動システムを含む機械的部品の欠陥に起因するものである。これらの欠陥には、像担持体または機械的部品が真円でないことや、歯車の精度の低さ、軸受けの磨耗、機械的結合の誤差等が含まれる。
【０００６】
そこで、従来技術においては、光書き込み装置を製作する際に、より正確な（そしてより高価な）部品を使用することによって、この「バンディング」の問題を解決している。実際、像担持体およびその他の可動部分に対し、高精度の駆動機構と高精度の位置検出技術が適用されることにより、像担持体の速度むらによる「バンディング」はほとんど問題とならない程度に低減されている。
【０００７】
第二の原因としては、機械的共振の結果として生じる構造体の振動状態が挙げられる。このように構造体が振動状態になった場合、光書き込み装置と像担持体との間において相対的な動きが引き起こされて走査線間のピッチにばらつきを生じ、出力シート上の画像に「バンディング」が生じることになる。
【０００８】
このような振動の問題については、従来技術においては、より硬い構体を用意することによって「バンディング」の問題を解決するようにしている。
【０００９】
しかしながら、これらのより硬い構体は、通常、より重くて高価であるという問題がある。加えて、このようにより硬い構体を用意して改良を加えても、「バンディング」を完全に除去することができないという問題もある。このように除去が不可能な「バンディング」は、例えば筐体に衝撃を与えたときに走査光学系の光路が伸張し、あるいは傾くことによって書込み光スポットの位置が変化して生じる「バンディング」である。
【００１０】
そこで、像担持体または駆動システムの機械的動きを補正しようとするフィードバックシステムも考えられているが、このフィードバックシステムは、このような振動による「バンディング」の影響を完全に克服するほど十分速くは反応しない。なお、高帯域幅サーボ系はこの「バンディング」の問題を解決に近づけるものであるが、機械的要素は弾性を有しているのが普通であり、この弾性がシステムの高周波での補正動作への反応を制限するためにこのような「バンディング」を防ぐほど充分には機能しない。一例としては、感光体の回転速度を高精度のフィードバックシステムにより制御して「バンディング」を減少させるシステムが特開平０９−３４１８６号公報に開示されているが、上記のような理由で、筐体に与えられる不規則な振動による「バンディング」までは減少させることができない。
【００１１】
そこで、レーザプリンタとは方式が異なる光書き込み装置として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）アレイと等倍結像光学系とを組み合わせたいわゆるＬＥＤプリンタが考えられている。この方式では、レンズアレイによる光路長の短い等倍結像光学系を用いるのが普通であり、このような短い光路では筐体の振動による光スポットの位置変動が小さく抑えられるので、「バンディング」の問題が解決しやすくなっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＬＥＤプリンタは数千から１万個以上の発光領域からの光束により書き込むため、それら多数の発光領域の発光量の均一性を確保する事が難しくなっている。そこで、現状では、各発光領域への電流供給量を個別に補正するなどして、見掛け上均一な発光量を得るようにしているが、この方法では、ＬＥＤの経時変化による光量変動には対応できず、高品質の光書き込み装置を実現するには至っていない。
【００１３】
つまり、このような経時的な変動を補正することに関しては、１個または数個の半導体レーザ光源からの光を走査して書き込む方式の光書き込み装置が圧倒的に有利である。動作中の光源の光量をモニタしてリアルタイムに補正できるからである。
【００１４】
本発明の目的は、低コストで「バンディング」の発生を減少させることができ、画像品質を高めることができる光書き込み装置および画像形成装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、走査光学系を介して光源から出射された光束を画像記録媒体上に走査し、前記画像記録媒体を露光する光書き込み装置において、アレイ状に配列された開口部を有して前記光源から出射された光束を１画素の単位で集束し、集束位置に形成された微小開口部から前記光束を出射する光集束素子部と、この光集束素子部の前記微小開口部側に設けられ、前記微小開口部から出射された前記光束を拡散して輝点を形成する光拡散部材と、この光拡散部材に形成された輝点を前記画像記録媒体上に結像させる等倍結像素子と、を前記走査光学系に含む。
【００１６】
したがって、筐体の振動などによって光束の照射位置が変動しても、光集束素子部に入射した光束はアレイ状に配列された開口部において同一点に集束されることから、光束の角度変動が画像形成に影響をもたらすことはない。また、光拡散部材上に形成された輝点の像を等倍結像素子により画像記録媒体上に結像させることにより、その光路は等倍結像素子から画像記録媒体までの短い距離とすることが可能であるので、振動によって光集束素子部等と画像記録媒体との位置関係に若干の変動が生じた場合であっても、画像記録媒体上での結像位置の位置変動は無視できるほど小さくなる。これにより、装置筐体を強固に製作するのに比べて低コストで「バンディング」の発生を減少させることが可能になり、画像品質を高めることが可能になる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部の前記開口部は、前記光源側から前記微小開口部に向かうに従い光路断面積が次第に小さくなる角錐形状もしくは円錐形状であって、その内面に反射膜が形成されている。
【００１８】
したがって、半導体などの製造に用いられる製造機器及び製造プロセスを応用することにより、高精度の光集束素子部を簡易な方法で製造することが可能になる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される全ての前記微小開口部を覆う単一の部材である。
【００２０】
したがって、低コストで製作可能になり、光書き込み装置を安価で提供することが可能になる。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部を個々に独立して覆う複数の部材である。
【００２２】
したがって、光拡散部材における輝点の広がりが制限されるので、輝点のボケが各光拡散部材の領域に限定され、解像度を向上させることが可能になる。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部の内部に各々設けられている。
【００２４】
したがって、高解像度化に必要な小さな光スポットを画像記録媒体上に形成することが可能になる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部には、前記各微小開口部を個々に覆うマイクロレンズが設けられている。
【００２６】
したがって、マイクロレンズで光拡散部材から出射される光を集光することにより、有効な光量を増加させることが可能になるので、光拡散部材から出射される光の利用効率を高めることが可能になり、画像記録速度を速くすることが可能になる。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部の周囲には、前記各微小開口部以外の部位からの光を遮る遮光部材が設けられている。
【００２８】
したがって、光拡散部材から出射される光の中で光軸に対してある程度以上の角度をもった光や素子内部からの漏れ光などを含めて結像に有効に寄与しない光が遮られるので迷光がなくなり、コントラストが向上するなど画像品質向上の効果を得ることが可能になる。
【００２９】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、ある特定の波長λａの光を吸収し、波長λａと異なる波長λｂの光を出射する物質で形成されるファイバもしくは微粒子を含む構造である。
【００３０】
したがって、入手が容易な光源を用い、画像記録媒体を露光するのにより有効な波長の光を出射することが可能になる。
【００３１】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部の前記開口部の前記光源側の開口形状は、前記光束が走査される方向と直角の方向すなわち副走査方向に長い直径を持った楕円形状もしくは矩形状である。
【００３２】
したがって、開口部の光源側の開口面積を広くすることで、光束の軌跡の位置ずれの許容範囲を更に大きくすることが可能になる。
【００３３】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか一記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部の前記開口部の近傍には、前記光束が走査されるのに対応してパルス状の受光信号を発生する受光信号発生部が設けられている。
【００３４】
したがって、光束の走査位置がモニタ可能になるので、より高精度な光束の光量制御が可能となり、画像濃度をより均一に安定させるなど画像品質向上の効果を得ることが可能になる。
【００３５】
請求項１１記載の発明の画像形成装置は、潜像担持体と、この像担持体の表面を一様に帯電する帯電装置と、一様帯電後の前記像担持体を露光して静電潜像を形成する請求項１ないし１０のいずれか一記載の光書き込み装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、前記像担持体から用紙に現像像を転写する転写装置と、を備える。
【００３６】
したがって、低コストで「バンディング」の発生を減少させることができる画像形成装置を提供することが可能になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図５に基いて説明する。本実施の形態の光書き込み装置は、電子写真方式により画像を形成するレーザプリンタ（画像形成装置）に用いられ、電子写真プロセスに従い、帯電装置、現像装置、転写装置及びクリーニング装置等とともに像担持体の周囲に配設される光書き込み装置に適用されたものである。
【００３８】
図１は、光書き込み装置１の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、光書き込み装置１は、光源であるＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）２、光変調器３、コリメートレンズ４、ポリゴンスキャナ５、ポリゴンスキャナ５を回転駆動するポリゴンモータ６、シリンダレンズ７及びトロイダルレンズ８で構成されるｆ閭激塔Y系９、反射鏡１０、本実施の形態の光書き込み装置１の特長的な構成要素であって画像記録媒体としての像担持体（感光ドラム）１３の近傍に配設される光学素子１１により構成されている。なお、ポリゴンスキャナ５と、シリンダレンズ７と、ｆ閭激塔Y系９と、反射鏡１０、光学素子１１とにより走査光学系１２が形成されている。
【００３９】
概略的には、ＬＤ２から出射される光束である光ビームは、光変調器３で強度変調された後、コリメートレンズ４を介してポリゴンスキャナ５の反射面５ａに結像される。そして、このようにしてＬＤ２から出射され、ポリゴンスキャナ５の反射面５ａに結像された光ビームは、ポリゴンスキャナ５をポリゴンモータ６によって回転駆動することにより偏向走査されることになる。このようにポリゴンスキャナ５の回転によって偏向走査された光ビームは、シリンダレンズ７及びトロイダルレンズ８で構成されるｆ閭激塔Y系９により補正され、反射鏡１０により折り返される。反射鏡１０により折り返された光ビームは、詳細については後述するが、光学素子１１を介して感光ドラム１３の上に結像され、書込み光スポットとなる。
【００４０】
次に、本実施の形態の光書き込み装置１の特長的な構成要素である光学素子１１について詳細に説明する。ここで、図２は光学素子１１の構成を概略的に示す縦断側面図である。図２に示すように、光学素子１１は、透明基板１４と、透明基板１４のＬＤ２側に位置させて設けられた微小光学素子１５と、透明基板１４の感光ドラム１３側に位置させて設けられた等倍結像素子１６とにより構成されている。
【００４１】
まず、微小光学素子１５について説明する。ここで、図３は微小光学素子１５の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ２側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。図３に示すように、微小光学素子１５は、大きく分けて、ＬＤ２側に位置させて設けられた光集束素子部１７と、感光ドラム１３側に位置させて設けられた光拡散部材１８とにより構成されている。
【００４２】
光集束素子部１７には、ＬＤ２側から感光ドラム１３側に向かうに従い光路断面積が次第に小さくなる円錐形状または角錐形状（本実施の形態においては、円錐形状とする。）の開口部１９が、感光ドラム１３の書込み幅全域にわたってアレイ状に多数形成されている。つまり、開口部１９の光拡散部材１８側は微小開口部２０とされており、この微小開口部２０は６００ｄｐｉに相当する４２．３μｍのピッチで直線上に配列されている。また、開口部１９の内面には反射膜２１が成膜されており、アレイ状に多数形成されている開口部１９はマイクロミラー構成の円錐形ミラーアレイとされている。加えて、光集束素子部１７のＬＤ２側であって、開口部１９を除く部分には、遮光膜２２が成膜されている。
【００４３】
ここで、光学素子１１の製作手順について説明する。
１．光集束素子部の製作
厚さ４０μｍに研磨した石英ガラス基板を試料固定用の熱可塑性樹脂を用いてシリコンウエハに接着した後、石英ガラス基板表面に遮光膜２２となるクロム膜をスパッタリング法により５００ｎｍの厚さに積層させて設ける。その際、クロム膜の付着強度を向上させるため、下地層としてチタン膜をスパッタリング法により１０ｎｍの厚さに積層させて設けるようにしても良い。
【００４４】
次に、石英ガラス基板上にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜を形成する。フォトレジストには東京応化（株）製のOFPR800(粘度800cp)を使用し、スピンコート法により厚さ９μｍとなるように塗布する。その後、このフォトレジスト膜をプリベークする。そして、プリベークされたフォトレジスト膜に対し、２０μｍの直径を有する円形の開口が４２．３μｍピッチ（６００ｄｐｉ）で直線状に配列されたパターンを焼き付けた後、現像およびリンスを施すことにより、直径２０μｍ、深さ９μｍの円筒形の窪みが４２．３μｍピッチ（６００ｄｐｉ）で直線状に配列されたレジストマスクが石英ガラス基板上に形成される。
【００４５】
続いて、シリコンウエハに石英ガラス基板を接着したままの状態で、レジストマスクに対して２００℃で３０分間の熱流動化処理を行う。これにより、レジストマスク上部の直径が熱変形することによって拡大するので、レジストマスクは、上部の直径が４０μｍ、下部の直径が２０μｍ、深さ５μｍのテーパ形状の開口が４２．３μｍのピッチで直線状に配列された形状になる。
【００４６】
次いで、このテーパ形状をドライエッチングにより石英ガラス基板に彫り写す。ドライエッチング工程にはＥＣＲドライエッチング装置(住友金属工業株式会社製ＥＲ−０３７装置)を使用し、エッチングガスとしてはCHF3ガスを用いる。ドライエッチングの条件は、CHF3ガス供給量：２０ＳＣＣＭ，反応圧力：０．１Ｐａ，マイクロ波（２．５４ＧＨｚ）電力：８００Ｗ，基板バイアス用ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力：３００Ｗ，基板温度：−３０℃とする。この条件において、石英ガラス基板とレジストマスクとのエッチング速度の比は、およそ“4.5：１”となるので、レジストマスクのテーパ形状がエッチング方向に4.5倍に拡大されて彫り写され、微小開口部２０を備える開口部１９が形成されることになる。なお、遮光膜２２としてのクロム膜は厚さ５００ｎｍと非常に薄いので、ドライエッチングの初期に露出部分は短時間で除去されることから、石英ガラス基板をドライエッチングする上でクロム膜が障害となることはない。そして、ドライエッチングは、石英ガラス基板が貫通し、レジストマスクがクロム膜の上部に残っている段階で停止される。
【００４７】
その後、石英ガラス基板に対し、真空蒸着装置により金膜を７０００Åの厚さに蒸着する。なお、付着強度を向上させるため、下地層としてチタン膜をスパッタリング法により１０ｎｍの厚さに積層させて設けるようにしても良い。
【００４８】
次に、石英ガラス基板を加熱した後、石英ガラス基板をシリコンウエハから取り外し、接着に用いた熱可塑性樹脂を有機溶剤により洗浄して除去する。この際、石英ガラス基板上に残っていたレジストマスクが膨潤し、遮光膜２２としてのクロム膜（レジストマスク）上部の金膜はリフトオフにより除去され、開口部１９の内面にのみ反射膜２１としての金膜が成膜された状態となる。
【００４９】
以上の工程により、微小開口部２０を備えたマイクロミラー構成の円錐形状の開口部１９である円錐形ミラーアレイが形成された光集束素子部１７が製作される。
【００５０】
なお、このような手順により光集束素子部１７を製作する場合、光集束素子部１７の長さは１２０ｍｍ程度が適している。これより長い素子を製作する場合、例えばＡ３サイズ短辺に相当する２９７ｍｍの長さを有する光集束素子部１７を製作する場合には、大型のドライエッチング装置やフォトリソグラフィの設備が必要となり、コスト上得策ではないからである。そのため、６インチ程度のシリコンウエハ上に１２０ｍｍ程度の長さの円錐形ミラーアレイを短冊状に配列して複数の光集束素子部１７を製作した後、光集束素子部１７を分離することが考えられる。しかしながら、光集束素子部１７の分離にダイシングソー等を使用する場合には、端部の欠け(いわゆるチッピング)が生じ、光集束素子部１７の円錐形ミラーアレイが破損して歩留まりが低下することが避けられない。そこで、円錐形ミラーアレイを製作する段階において、円錐形ミラーアレイの分離ラインをあらかじめ露光パターンに含めておくことにより、ドライエッチング工程で石英ガラス基板がエッチングされて分離されるようにする方法が考えられる。この方法によれば、チッピング等の端部の損傷は全く生じないので、歩留まりが低下することはない。
【００５１】
２．透明基板と光拡散部材とを接着
等倍結像素子１６のワーキングディスタンスより短い光学的厚さを有する透明基板１４の片面に、厚さ２０μｍに研磨したオパールガラス板を紫外線硬化樹脂により接着する。このオパールガラス板が、光拡散部材１８として機能することになる。なお、等倍結像素子１６のワーキングディスタンスは通常数ｍｍあるので、透明基板１４は、それ以下の厚さであれば良い。また、光拡散部材１８が、ある特定の波長λａの光を吸収し、波長λａと異なる波長λｂの光を出射する物質で形成されるファイバもしくは微粒子を含む構造である場合には、入手が容易なＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）を用い、感光ドラム１３を露光するのにより有効な波長の光を出射することができる。
【００５２】
３．光拡散部材上に光集束素子部を接着
光拡散部材１８として機能するオパールガラス板上に光集束素子部１７を接着し、透明基板１４上に微小光学素子１５を形成する。つまり、光拡散部材１８は、全ての微小開口部２０を覆うように光集束素子部１７に接合されることになる。このように、光拡散部材１８が全ての微小開口部２０を覆うように連続して形成された構造とすることにより、微小光学素子１５を低コストで製作することができる。
【００５３】
４．透明基板に等倍結像素子を接着
微小光学素子１５が設けられた透明基板１４に等倍結像素子１６を接着する。なお、等倍結像素子１６としては、例えば株式会社リコー製のRPLA(ルーフプリズムレンズアレイ)素子を用いることができる。
【００５４】
以上により、光学素子１１が完成する。なお、等倍結像素子１６のワーキングディスタンスにちょうど相当する光学的厚みを持った透明基板１４を使用した場合には、その透明基板１４の両面に等倍結像素子１６と微小光学素子１５とを接着して実装することにより、この部分をユニット構造とすることができ、装置内部での固定を容易にすることができる。
【００５５】
このような構成により、図４に示すように、微小光学素子１５の光集束素子部１７は、反射鏡１０により折り返された光ビームを微小開口部２０に集光し、微小開口部２０から出射する。微小開口部２０から出射された光は、微小光学素子１５の光拡散部材１８において拡散され、光拡散部材１８に微小な点状の輝点を形成する。そして、このようにして形成された輝点が等倍結像素子１６により感光ドラム１３上に結像され、書込み光スポットとなる。
【００５６】
このような構成によれば、レーザプリンタの筐体（図示せず）の振動などによりポリゴンスキャナ５による偏向を受けた光ビームの照射位置が変動しても、光学素子１１に入射した光ビームは微小光学素子１５の光集束素子部１７において同一点に集束されることから、書込み光ビームの角度変動が画像形成に影響をもたらすことはない。
【００５７】
また、感光ドラム１３上に結像される書込み光スポットは感光ドラム１３の近傍に配置された微小光学素子１５の光拡散部材１８上に形成された輝点の像を等倍結像素子１６により結像させたものであるため、その光路は微小光学素子１５から感光ドラム１３までの短い距離とすることができる。詳細には、ポリゴンスキャナ５による書込み光ビームの光路が概ね２０ｃｍから４０ｃｍにわたるのに比べ、微小光学素子１５から感光ドラム１３までの光路長は４ｍｍから８ｍｍ程度である。つまり、このように光路が短いことにより、振動によって光学素子１１と感光ドラム１３との位置関係に若干の変動が生じた場合であっても、感光ドラム１３上での書込み光スポットの位置変動は無視できるほど小さくなる。
【００５８】
以上のようなことから、書込み光スポットに位置変動が発生することはないことから走査線間のピッチにばらつきが生じることはないため、出力シート上の画像に視認できる「バンディング」が生じることはない。
【００５９】
なお、上述した構成において、光集束素子部１７への光入射位置が微妙に変化した場合には、光集束素子部１７から出射される光の状態（例えば、ファーフィールドパターン）が変動してしまうことが懸念されるが、光集束素子部１７から出射された光は光拡散部材１８において拡散されることにより常に同じ特性とされるのでその様な問題は生じない。ここに、光拡散部材１８を設けた意味がある。
【００６０】
さらに、上述した構成においては、従来の光書き込み装置には不要な等倍結像素子１６等が新たに必要となるため、装置が複雑化して高コストとなってしまうようにも見える。しかしながら、実際には、総合的に低コスト化が可能な構成になっている。その理由を以下において説明する。
【００６１】
「バンディング」の発生を抑制するためには、感光ドラム１３上における光ビームの軌跡のしかるべき走査位置からのずれをその分解能において問題とならない程度に小さくしなければならない。例えば、分解能が６００ｄｐｉ（走査ライン間隔（走査線間のピッチ）が約４２．３μｍ）の光書き込みの際に「バンディング」の発生を抑制するには、光ビームの軌跡に許容される位置ずれは概ね±１μｍである。従来においては、この条件を満たすために筐体の歪みや振動を特別に低減することが求められており、その製作に多くの費用を要することが避けられなかった。一方、本実施の形態の光書き込み装置１においては、光集束素子部１７の作用により、比較的大きな位置ずれも許容できるようになっている。例えば、光集束素子部１７の開口部１９を円錐形ミラーとした場合には、６００ｄｐｉの密度で配列された一つの開口部１９のＬＤ２側の直径は４２μｍ程度まで広げることができる。したがって、走査時には、光ビームがこの中に入射すればよいので、書込み光ビームが直径２０μｍ程度に絞られている場合、±１１μｍの位置ずれが許容されることになる。つまり、光書き込みの際に「バンディング」の発生を抑制するためには、筐体レーザプリンタの筐体を特別に強固に製作する必要はなく、光拡散部材１８と感光ドラム１３との相互位置が変動しないようにすれば良いことになる。
【００６２】
加えて、等倍結像素子１６に微小な位置変化を生じたとしても、等倍結像系の原理により、書込み光スポットに位置ずれを生じることはなく、また、光源の輝点(ここでは、光拡散部材１８上の輝点)の位置ずれ量と感光ドラム１３の露光される点の位置ずれ量とは同じである。また、光拡散部材１８と感光ドラム１３の支持点(ここでは、感光ドラム１３の回転中心)とは近接して設けられているので、高い剛性をもって連結されたユニット構造とし、その位置関係の変動を±１μｍ以下に抑えることは比較的容易である。
【００６３】
さらに、等倍結像素子１６は安価な部品であるため、部品構成としては等倍結像素子１６が付加されて見かけ上の部品点数が増えるものの、総合的なコストは従来の光書き込み装置より低くなる。
【００６４】
以上の理由により、本実施の形態の光書き込み装置１によれば、装置筐体を強固に製作するのに比べて低コストで「バンディング」の発生を抑制することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、等倍結像素子１６として、図４に示したような光ビームの光路を直線状に導くものを用いたが、これに限るものではなく、図５に示したような光ビームの光路を９０度屈折させて導く等倍結像素子を用いても良い。
【００６６】
次に、本発明の第二の実施の形態を図６に基づいて説明する。なお、本発明の第一の実施の形態において説明した部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略する。本実施の形態は、第一の実施の形態の微小光学素子１５に代えて、微小光学素子３０を設けた点でのみ異なるものである。
【００６７】
図６は、微小光学素子３０の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ２側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。図６に示すように、第一の実施の形態の微小光学素子１５においては全ての微小開口部２０を覆うように連続して形成された構造の光拡散部材１８を備えていたが、本実施の形態の微小光学素子３０は、微小開口部２０を個別に各々覆うように形成された複数の光拡散部材３１を備えた構造とされている。
【００６８】
ここで、光学素子１１の製作手順について説明する。なお、第一の実施の形態で説明した“１．光集束素子部の製作”および“２．透明基板と光拡散部材とを接着”については、何ら変わるものではないため、説明は省略する。
【００６９】
本実施の形態においては、透明基板１４の片面にオパールガラス板を紫外線硬化樹脂により接着した後、オパールガラス板上にフォトレジスト膜を塗布し、直径３０μｍの円形のパターンが６００ｄｐｉの密度で配列されたレジストマスクを形成する。そして、第一の実施の形態で石英ガラス基板をドライエッチングしたのと同様の条件でオパールガラス板をドライエッチングすることにより、オパールガラス板を直径３０μｍの円柱が配列された形状に形成する。つまり、透明基板１４上に島状に形成された直径３０μｍの円柱が光拡散部材３１として各々機能することになる。
【００７０】
この後、第一の実施の形態で説明した“３．光拡散部材上に光集束素子部を接着”および“４．透明基板に等倍結像素子を接着”を第一の実施の形態と同様に実施することにより、微小開口部２０を個別に各々覆うように形成された複数の光拡散部材３１を備えた微小光学素子３０を有する光学素子１１が製作されることになる。
【００７１】
このような微小光学素子３０を有する光学素子１１を用いた光書き込み装置１によれば、光拡散部材３１が微小開口部２０を個別に覆うことにより、光拡散部材３１における輝点の広がりが制限されるので、輝点のボケが各光拡散部材３１の領域に限定され、解像度を向上させることができる。つまり、光拡散部材３１が微小開口部２０を個別に覆うことにより、微小なドットを再現できるようになる。
【００７２】
次に、本発明の第三の実施の形態を図７に基づいて説明する。なお、本発明の第一の実施の形態または第二の実施の形態において説明した部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略する。本実施の形態は、第二の実施の形態の微小光学素子３０に代えて、微小光学素子４０を設けた点でのみ異なるものである。
【００７３】
図７は、微小光学素子４０の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ２側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。図７に示すように、第二の実施の形態の微小光学素子３０においては微小開口部２０を個別に各々覆うように形成された複数の光拡散部材３１を備えていたが、本実施の形態の微小光学素子４０は、微小開口部２０の内部に光拡散部材４１を各々備えた構造とされている。
【００７４】
このような微小光学素子４０を備える光学素子１１の製作手順は、第二の実施の形態の微小光学素子３０を備える光学素子１１の製作手順とほぼ同じ手順であり、オパールガラス板をパターニングする際に、直径１５μｍの円形のパターンを用いる点でのみ異なるものである。つまり、透明基板１４上に島状に形成された直径１５μｍの円柱が光拡散部材４１として各々機能することになる。
【００７５】
そして、光集束素子部１７を接着する工程では、透明基板１４上に島状に形成された直径１５μｍの光拡散部材４１が、光集束素子部１７の微小開口部２０内に入るようアライメントされ、接着されることになる。
【００７６】
このような微小光学素子４０を有する光学素子１１を用いた光書き込み装置１によれば、高解像度化に必要な小さな光スポットを感光ドラム１３上に形成することが可能になる。
【００７７】
次に、本発明の第四の実施の形態を図８に基づいて説明する。なお、本発明の第一の実施の形態ないし第三の実施の形態の何れかにおいて説明した部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略する。本実施の形態の微小光学素子５０は、第三の実施の形態の微小光学素子４０の各微小開口部２０にマイクロレンズ５１を設けた点でのみ異なるものである。
【００７８】
図８は、微小光学素子５０の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ２側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。図８に示すように、本実施の形態の微小光学素子５０は、内部に光拡散部材４１を備えた微小開口部２０を個別に各々覆うようにマイクロレンズ５１を各々備えた構造とされている。
【００７９】
このような微小光学素子５０を有する光学素子１１を用いた光書き込み装置１によれば、光拡散部材４１から出射される光の利用効率を高めることができ、画像記録速度を速くすることができる。これは、等倍結像素子１６の受光角度範囲（ＮＡ）は光拡散部材４１の光放射角度より狭いのが一般的であって、光軸に対してある程度以上の角度をもった光は利用されないことから、マイクロレンズ５１で光拡散部材４１から出射される光を集光することにより、有効な光量を増加させることができるためである。
【００８０】
次に、本発明の第五の実施の形態を図９に基づいて説明する。なお、本発明の第一の実施の形態ないし第四の実施の形態の何れかにおいて説明した部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略する。本実施の形態の微小光学素子６０は、第三の実施の形態の微小光学素子４０の各微小開口部２０に遮光部材６１を設けた点でのみ異なるものである。
【００８１】
図９は、微小光学素子６０の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ２側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。図９に示すように、本実施の形態の微小光学素子６０は、内部に光拡散部材４１を備えた微小開口部２０の周囲に微小開口部２０以外の部位からの光を遮る遮光部材６１を各々備えた構造とされている。
【００８２】
このような微小光学素子６０を有する光学素子１１を用いた光書き込み装置１によれば、光拡散部材４１から出射される光の中で光軸に対してある程度以上の角度をもった光や素子内部からの漏れ光などを含めて結像に有効に寄与しない光が遮られるので迷光がなくなり、コントラストが向上するなど画像品質向上の効果を得ることができる。
【００８３】
次に、本発明の第六の実施の形態を図１０に基づいて説明する。なお、本発明の第一の実施の形態ないし第五の実施の形態の何れかにおいて説明した部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略する。本実施の形態の微小光学素子７０は、第一の実施の形態ないし第五の実施の形態の何れかの微小光学素子に受光信号発生部７１を設けた点でのみ異なるものである。なお、本実施の形態においては、第三の実施の形態の微小光学素子４０に受光信号発生部７１を設けたものについて説明する。
【００８４】
図１０は、微小光学素子７０の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ２側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。図１０に示すように、本実施の形態の微小光学素子７０の受光信号発生部７１は、光集束素子部１７のＬＤ２側に設けられており、光起電力を生じる薄膜素子７２（例えば、アモルファスシリコンによるＰＩＮダイオード等）に各々の開口部１９と対応させて受光窓７３を設けている。このような構成により、受光信号発生部７１は、光ビームが走査されるのに対応してパルス状の受光信号を発生することができる。
【００８５】
このような微小光学素子７０を有する光学素子１１を用いた光書き込み装置１によれば、光ビームの走査位置がモニタできるので、より高精度な光ビームの光量制御が可能となり、画像濃度をより均一に安定させるなど画像品質向上の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、各実施の形態においては、開口部１９（円錐ミラー）のＬＤ２側を円形の開口としたが、これに限るものではなく、図１１に示す開口部（円錐ミラー）８０のＬＤ２側のように、光ビームが走査される方向と直角の方向すなわち副走査方向に長い直径を持った楕円形状の開口や、あるいは、特に図示しないが矩形状の開口としても良い。このように開口部１９のＬＤ２側の開口面積を広くすることで、光ビーム軌跡の位置ずれの許容範囲を更に大きくすることができる。
【００８７】
また、各実施の形態においては、電子写真方式により画像を形成するレーザプリンタに用いられる光書き込み装置について説明したが、これに限るものではない。また、光書き込み装置が対象とする画像記録媒体も、電子写真方式により画像を形成するレーザプリンタに用いられる像担持体（感光ドラム）１３に限るものではなく、書き換え可能な記録媒体、一度記録すると書き換えはできない記録媒体、および随時連続して画像が書き込まれる画像表示器のような媒体等を含み、光書き込みにより画像が形成される媒体のほとんどのものが対象となる。その具体的な例について、以下において説明する。
【００８８】
第一に、可視光、紫外光もしくは赤外光の照射により引き起こされる表示材質の相変化、結晶状態変化、その他の状態変化、もしくは可逆的な化学変化等によって、表示材質の光透過率、光散乱状態、分光反射率、屈折率、複屈折率等が変化し、視認できる画像が形成され、必要に応じて、特定の波長および強度の光を照射すること、特定の強度および方向の電界または磁界を加えること、特定の温度変化を加えること等によりその画像を消去することができ、繰り返し使用可能な画像記録媒体、いわゆるデジタルペーパーも画像記録媒体として適用することができる。
【００８９】
第二に、有機および無機系の単一材料または複合材料、もしくはこれらの積層体よりなる電子写真感光体も画像記録媒体として適用することができる。
【００９０】
第三に、銀塩写真法による黒白及びカラーのフィルムまたは感光紙も画像記録媒体として適用することができる。
【００９１】
第四に、その他の光化学反応による感光材料を用いた記録媒体も画像記録媒体として適用することができる。
【００９２】
また、各実施に形態で説明した光書き込み装置１が対象とする画像記録媒体は、上記の他、液晶材料層と駆動電極の間に光導電材料層が配置され光導電材料層への書き込み光照射によりその部位の光導電材料を導通状態として液晶層に部分的に電界が印加されるようにして画像を書き込む形式の液晶表示器等のように、光導電効果などを仲立ちとして直ちに濃度変化を持つ画像を形成する表示器などをも含む。
【００９３】
各実施の形態で説明した光書き込み装置１は、これら全てに対し、「バンディング」の発生を防止し、画像品質を向上させることができる。
【００９４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、走査光学系を介して光源から出射された光束を画像記録媒体上に走査し、前記画像記録媒体を露光する光書き込み装置において、アレイ状に配列された開口部を有して前記光源から出射された光束を１画素の単位で集束し、集束位置に形成された微小開口部から前記光束を出射する光集束素子部と、この光集束素子部の前記微小開口部側に設けられ、前記微小開口部から出射された前記光束を拡散して輝点を形成する光拡散部材と、この光拡散部材に形成された輝点を前記画像記録媒体上に結像させる等倍結像素子と、を前記走査光学系に含むことにより、筐体の振動などによって光束の照射位置が変動しても、光集束素子部に入射した光束はアレイ状に配列された開口部において同一点に集束されることから、光束の角度変動が画像形成に影響をもたらすことはなくなる。また、光拡散部材上に形成された輝点の像を等倍結像素子により画像記録媒体上に結像させることにより、その光路は等倍結像素子から画像記録媒体までの短い距離とすることができるので、振動によって光集束素子部等と画像記録媒体との位置関係に若干の変動が生じた場合であっても、画像記録媒体上での結像位置の位置変動は無視できるほど小さくなる。以上により、装置筐体を強固に製作するのに比べて低コストで「バンディング」の発生を減少させることができ、画像品質を高めることができる。
【００９５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部の前記開口部は、前記光源側から前記微小開口部に向かうに従い光路断面積が次第に小さくなる角錐形状もしくは円錐形状であって、その内面に反射膜が形成されていることにより、半導体などの製造に用いられる製造機器及び製造プロセスを応用することができるので、高精度の光集束素子部を簡易な方法で製造することができる。
【００９６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される全ての前記微小開口部を覆う単一の部材であることにより、低コストで製作することができるので、光書き込み装置を安価で提供することができる。
【００９７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部を個々に独立して覆う複数の部材であることにより、光拡散部材における輝点の広がりが制限されるので、輝点のボケを各光拡散部材の領域に限定することができ、解像度を向上させることができる。
【００９８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または２記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部の内部に各々設けられていることにより、高解像度化に必要な小さな光スポットを画像記録媒体上に形成することができる。
【００９９】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部には、前記各微小開口部を個々に覆うマイクロレンズが設けられていることにより、マイクロレンズで光拡散部材から出射される光を集光し、有効な光量を増加させることができるので、光拡散部材から出射される光の利用効率を高めることができ、画像記録速度を速くすることができる。
【０１００】
請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部に形成される前記各微小開口部の周囲には、前記各微小開口部以外の部位からの光を遮る遮光部材が設けられていることにより、光拡散部材から出射される光の中で光軸に対してある程度以上の角度をもった光や素子内部からの漏れ光などを含めて結像に有効に寄与しない光が遮られるので迷光がなくなり、コントラストが向上するなど画像品質向上の効果を得ることができる。
【０１０１】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれか一記載の光書き込み装置において、前記光拡散部材は、ある特定の波長λａの光を吸収し、波長λａと異なる波長λｂの光を出射する物質で形成されるファイバもしくは微粒子を含む構造であることにより、入手が容易な光源を用い、画像記録媒体を露光するのにより有効な波長の光を出射することができる。
【０１０２】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８のいずれか一記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部の前記開口部の前記光源側の開口形状は、前記光束が走査される方向と直角の方向すなわち副走査方向に長い直径を持った楕円形状もしくは矩形状であることにより、開口部の光源側の開口面積を広くすることで、光束の軌跡の位置ずれの許容範囲を更に大きくすることができる。
【０１０３】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１ないし９のいずれか一記載の光書き込み装置において、前記光集束素子部の前記開口部の近傍には、前記光束が走査されるのに対応してパルス状の受光信号を発生する受光信号発生部が設けられていることにより、光束の走査位置をモニタすることができるので、より高精度な光束の光量制御ができ、画像濃度をより均一に安定させるなど画像品質向上の効果を得ることができる。
【０１０４】
請求項１１記載の発明の画像形成装置によれば、潜像担持体と、この像担持体の表面を一様に帯電する帯電装置と、一様帯電後の前記像担持体を露光して静電潜像を形成する請求項１ないし１０のいずれか一記載の光書き込み装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、前記像担持体から用紙に現像像を転写する転写装置と、を備えることにより、低コストで「バンディング」の発生を減少させることができる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の光書き込み装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】光学素子の構成を概略的に示す縦断側面図である。
【図３】微小光学素子の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。
【図４】光書き込み装置の動作を模式的に示す概略正面図である。
【図５】その変形例を示す概略正面図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の微小光学素子の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。
【図７】本発明の第三の実施の形態の微小光学素子の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態の微小光学素子の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。
【図９】本発明の第五の実施の形態の微小光学素子の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。
【図１０】本発明の第六の実施の形態の微小光学素子の一部の構成を拡大して示すもので、（ａ）はＬＤ側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａ上の縦断側面図である。
【図１１】微小光学素子の開口部の変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
１        光書き込み装置
２        光源
１２      走査光学系
１３      画像記録媒体、像担持体
１６      等倍結像素子
１７      光集束素子部
１８，３１，４１      光拡散部材
１９，８０      開口部
２０      微小開口部
２１      反射膜
５１      マイクロレンズ
６１      遮光部材
７１      受光信号発生部
【図１】
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【図２】
0004043701.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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