(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光源と、該発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する光走査装置において、
前記発光源及び前記偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、
前記偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、
少なくとも前記発光源及び前記発光源の光量を検出するモニタ手段を実装した光源部基板と、
を前記電極基板、前記偏向部基板、前記光源部基板の順番で積み重ねて構成すると共に、
前記発光源から前記偏向手段の可動部へ照射される光ビームが通過する開口部を前記光源部基板に設け、該開口部の開口径で光ビームを規制することで光ビームの光束径を規定することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記発光源からの光ビームをカップリングするレンズを配置するための位置決め手段を前記光源部基板に設けた請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記発光源からの光ビームを前記偏向手段の可動部に導く偏向用反射手段を設けたフレーム基板を積み重ねて構成してなる請求項１記載の光走査装置。
【請求項４】
前記発光源からの背面光を前記モニタ手段に導くモニタ用反射手段を前記フレーム基板に設けた請求項１記載の光走査装置。
【請求項５】
前記モニタ用反射手段を前記フレーム基板に一体的に形成してなる請求項４記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置を具備した画像形成装置。
【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関し、特にデジタル複写機、及びレーザプリンタ等の書込系に用いられると共にバーコードリーダー等の読取系に用いられる光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光走査装置はパッケージングされた半導体レーザとカップリングレンズとの配置を調整組立した光源部、精密機械加工によるポリゴンミラーやガルバノミラー等の偏向器、複数枚で構成される走査レンズを含んで構成する光学ハウジングの所定の取付部にこれらの位置関係を高精度に管理しながら組付が行われるが、手作業に頼っているため小型化に限界があり、組付に多大なコストがかかるという欠点がある。
【０００３】
これに対し、近年シリコンマイクロマシニング技術を利用した光走査デバイスの研究が進められており、特許第２，７２２，６３０号明細書、特許第２，６６８，７２５号明細書や特開平４−９６０１４号公報に開示されるように半導体レーザチップ、軸受一体の偏向器を単一のシリコン基板上に集積した光走査装置の提案がなされている。半導体製造プロセスを用いるため、きわめて高い位置精度が確保でき、人手を介さず複数個同時に製造できるという利点がある。
【０００４】
一方、半導体製造プロセスを用いた例として、上記特許第２，７２２，３１４号明細書にはシリコン基板上に一体的にガルバノミラーを形成した偏向器が、また特開平５−１４２４０５号公報には回折格子を表面に形成した偏向器が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単一のシリコン基板上に光走査に関わる全ての機能を作り込むには製造プロセス上制限があり、単純に従来と同じレイアウトで一次元的に配置するだけでは基板サイズ的にも無駄が多い。また、薄膜形成とエッチングによるトリミングの繰り返しのため、ある程度厚みが必要な機能に対しては非常に効率が悪いという欠点がある。一方、半導体レーザや偏向器においては各々外部からの電源供給や制御信号のやり取りが必要であるが、光走査装置が小型化されることで電気配線の扱いがかえって厄介になるという問題がある。また、光学性能の劣化や短絡の要因となる塵、ほこりへの対策も当然必要になり、シリコン基板のままでは画像形成装置への組み込みを行うことができない。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、光走査装置として小型モジュール化を実現するとともに、製作工程を簡素化することにより生産効率を向上できると共に、偏向器の可動部を小型、軽量化することで負荷を低減し消費電力の低減を図れる光走査装置及び画像形成装置を提供すること目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、発光源と、該発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する、本発明の光走査装置は、発光源及び偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、少なくとも発光源及び発光源の光量を検出するモニタ手段を実装した光源部基板と、を電極基板、偏向部基板、光源部基板の順番で積み重ねて構成すると共に、発光源から偏向手段の可動部へ照射される光ビームが通過する開口部を光源部基板に設け、該開口部の開口径で光ビームを規制することで光ビームの光束径を規定することに特徴がある。よって、各基板を積み重ねて構成するだけで光走査装置が構成でき、一方狭い空間に格納しても半導体レーザ等の発光源から拡散した光ビームの不要な部分が偏向手段に到達することを未然に防ぐことができるので遮蔽部品等を必要としないことにより、部品点数を抑えられ、かつ製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【０００８】
また、発光源からの光ビームをカップリングするレンズを配置するための位置決め手段を光源部基板に設けたことにより、発光源とレンズの光軸との配置精度が簡単に確保でき、また位置決め手段に沿ってレンズを移動するだけで発光点隔差に対する光軸方向での調節も容易に行うことができるので製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【０００９】
更に、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部に導く偏向用反射手段を設けたフレーム基板を積み重ねて構成してなることにより、厄介な調整作業を行う必要もなく層状に各基板を積み重なるだけで発光源と偏向手段との配置精度が簡単に確保できるので製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【００１０】
また、発光源からの背面光をモニタ手段に導くモニタ用反射手段をフレーム基板に設けたと共にモニタ用反射手段をフレーム基板に一体的に形成してなることにより、モニタ手段を発光源側に傾けて配置する等の厄介な構造や調整作業を不要とし層状に各基板を積み重ねるだけでモニタ手段と発光源との配置精度が簡単に確保できるので製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【００１１】
更に、別の発明として、上記記載の光走査装置を具備した画像形成装置に特徴がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光走査装置は、発光源及び偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、少なくとも発光源及び発光源の光量を検出するモニタ手段を実装した光源部基板と、を電極基板、偏向部基板、光源部基板の順番で積み重ねて構成すると共に、発光源から偏向手段の可動部へ照射される光ビームが通過する開口部を光源部基板に設け、該開口部の開口径で光ビームを規制することで光ビームの光束径を規定する。
【００１３】
【実施例】
図１の（ａ）は本発明の第１の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板１０１にはリード端子１０２が一体的に形成され、更に一対のマグネット１０３が設けられている。第１のシリコン基板１０４には２本のねじり梁１０５により軸支されたミラー部１０６を異方性エッチングにより形成される。ミラー部１０６の周縁には金属被膜を蒸着することでコイル部が形成されており、同コイルに電流を流すことでその外側に設けられたマグネット１０３との電磁力によりねじり梁１０５を回転軸として振幅する。ミラー部１０６の中央部分は同金属被膜により反射面となしている。なお、ミラー部１０６は偏向速度を共振周波数と一致するようにねじり梁１０５の太さを設定すればより低負荷で振幅させることができる。
【００１４】
また、第２のシリコン基板１０７には金属被膜を蒸着することで図示しない配線パターンが形成され、前述したリード端子とワイヤーボンディング等により接続される。半導体レーザチップ１０８は第１のシリコン基板１０４の基板上にエピタキシャル技術を用い直接ＡｌＧａＡｓ層を堆積させ、半導体レーザを構成するクラッド層、活性層を形成できるが、本実施例では別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを実装面に平行に発光源が配列するようにサブマウントを介して実装している。一方、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード１０９は第１のシリコン基板１０４の基板上に直接ＧａＡｓ層を堆積させて形成している。カップリングレンズ１１０は実装面に平行な方向と垂直な方向とで曲率が異なる円筒状のアナモフィックレンズと成し第２のシリコン基板１０７上に形成したＶ溝１１１に円周部の一部を当接させて設置する。なお、Ｖ溝１１１はカップリングレンズ１１０の中心軸と半導体レーザの放射中心とが一致するように形成されている。半導体レーザは２個の発光源が１４μｍの間隔で形成され、被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向(副走査方向)に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。
【００１５】
更に、フレーム基板１１２は単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングによりカップリングレンズ１１０から射出した光ビームを第２のシリコン基板１０７上に形成したアパーチャ１１３を通してミラー部１０６へと導く反射部１１４及び半導体レーザの背面光をフォトダイオード１０９へと導く反射部１１５が形成される。ミラー部１０６で偏向走査された光ビームは図１の（ｂ）に示すように第２のシリコン基板１０７の裏側にｇ＝数１００μｍの間隔をもって対向して設けた反射部１１６との間で、本実施例ではＮ＝４回往復して反射させて、開口部１１７を通過して射出される。本実施例の場合、ミラー部１０６の振幅角度θは約３°でありＮ＝４回の反射により反射点を副走査方向に徐々に移動しながら走査角度を３°×２Ｎ＝２４°まで拡大させることができる。ここで、反射部１１５とミラー部１０６との間隔をｇ、ミラー部１０６への光ビームの副走査方向入射角度をβ、入射する副走査方向での光束径をω(実施例ではアパーチャ１１３の径)とすると、間隔ｇはミラー部１０６の振幅角度θに伴って反射を重ねる毎に増えていくので、少なくとも上記反射部の幅ＬはＬ＞２（Ｎ−２）ｇ・ｔａｎβ＋ωであり、回転軸に対称に中央から両端に向って開口部１１７側に徐々に広がるようにしている。また、本実施例では偏向面と反射面とを略平行に対向したが、光ビームの入射側ｇ0よりも射出側ｇ1の間隔を僅かに広く(ｇ1≧ｇ0)設定することにより射出側での光ビームの反射部との干渉に対するマージンを広げることができる。なお、必ずしも複数回反射させる必要はなく開口部１１７を入射側に移動することで１回の反射で走査する構成とすることもできる。
【００１６】
また、封止板１１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えばミラー部１０６への斜入射に伴う走査線の曲がり補正機能をその射出窓１１９に持たせている。図中、制御回路１２０，１２１は各々半導体レーザ１０８、コイル部への電流供給を制御する回路で、各々第２のシリコン基板１０７、第１のシリコン基板１０４上に直接形成している。上記した電極基板１０１、第１のシリコン基板１０４、第２のシリコン基板１０７、フレーム基板１１２、封止板１１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００１７】
以上のような構成を有する光走査モジュールは、図２に示すように、主走査を複数領域に分割し各領域に対して各々光走査モジュール１２２を割り当てるよう一つの電装基板１２１上に複数個配列される。電装基板１２１には各走査開始側および終端側で光ビームを検出する同期検知センサ１２３及び前述した制御回路１０８，１０９の周辺回路等が形成されており、各光走査モジュール１２２間の走査線の角度、走査位置を合わせて位置決めされハンダ付け固定される。光走査モジュール１２２を射出した光ビームは走査レンズ１２４を介して被走査面１２６上に結像する。走査レンズ１２４は各々のレンズ部が一体的に樹脂成形されており同期検知センサ１２３へは光走査モジュール１２２から射出した光ビームを走査レンズ近傍に配備されたミラー１２５で戻して入射させる。光走査モジュール１２２の配列数は図２に示す例では３個であるが、全走査幅に応じて増減する。なお、本実施例では主走査を複数に分割し２本のビームで走査したが、全走査幅を１つの光走査モジュールで走査しても、また１ビームでの走査であっても構成は同様である。
【００１８】
以下、光走査モジュールの他の実施例について述べる。電装基板への装着手段は同様であるので省略する。
【００１９】
図３の（ａ）は本発明の第２の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図であり、同図の（ｂ）は断面図である。同図において、セラミック成形による電極基板２０１にはリード端子２０２が一体的に形成される。第１のシリコン基板２０３には図３の（ｂ）に示すように基板上に堆積させた多結晶Ｓｉ層から偏向ディスク部２０４をエッチングにより切り出し、ステータ部２２２と分離した後に軸受のクリアランス部だけに酸化膜を形成し、さらに多結晶Ｓｉを堆積して軸部２２３を形成するという工程を経て軸受部を一体的に形成している。ステータ部２２２には金属被膜を蒸着することで固定子となる複数の電極２０６が放射状に形成され、偏向ディスク部２０４の円周にもそれと対向して電極２０７が形成されており、固定子への電流の印加を順次切り換えることにより静電力によって駆動する。偏向ディスク部２０４にはエッチングにより周方向に向けて凹凸を形成して回折格子２０５と成し、金属被膜で同時にコートされる。入射した光ビームはディスクの回転につれて変化する格子の角度に応じてその約１.５倍の反射角で走査される。回折格子２０５の表面は円周方向に複数領域に分割され、本実施例では１回転で６面分の走査を行う。
【００２０】
また、第２のシリコン基板２０８には同様に金属被膜を蒸着しすることで図示しない配線パターンが形成され、前述したリード端子とワイヤーボンディング等により接続がなされる。半導体レーザチップ２０９は第１の実施例と同様、別体で製造した複数の発光源を有する半導体レーザアレイチップを用いるが、実装面に垂直に発光源が配列するようサブマウント２２４を介して実装している。一方、半導体レーザの背面光を検出するモニタ用のフォトダイオード２１０は第２のシリコン基板２０８上に直接形成している。カップリングレンズ２１１は実装面に平行な方向と垂直な方向とで曲率が異なる円筒状のアナモフィックレンズとなしシリコン基板上に形成したＶ溝２１２に円周部の一部を当接して設置する。なお、Ｖ溝２１２はカップリングレンズ２１１の中心軸と半導体レーザの放射中心とが一致するように形成されている。半導体レーザは２個の発光源が１４μｍの間隔で形成され、被走査面上では各ビームスポットが実装面と垂直な方向(副走査方向)に所定の間隔で配列して２ラインを同時に走査する。カップリングレンズ３１１から射出した光ビームは、第１の実施例と同様、副走査方向では偏向面の近傍で集束するように、レイアウトされており、ディスクの振れ等による光軸のずれは被走査面で補正される。
【００２１】
更に、フレーム基板２１３はカップリングレンズ２１１から射出した光ビームを第２のシリコン基板２０８上に形成したアパーチャ２１６を通して偏向器である偏向ディスク部２０４へと導く反射部２１４及び半導体レーザの背面光をフォトダイオード２１０へと導く反射部２１５が形成される。本実施例では第１の実施例と同様、単結晶Ｓｉ基板を用い異方性エッチングにより反射部を形成した。アパーチャ２１６では光ビームの光束径を整形し、外乱光を遮断する。偏向ディスク部２０４で偏向走査された光ビームは第２のシリコン基板２０８に設けた開口２１７を通過して射出される。封止板２１８は透明部材よりなり光ビームを被走査面上に結像する走査レンズの一部を構成するレンズの機能、例えば波長変化に伴う回折格子での反射角度補正機能をその射出窓３１９に持たせている。図中、制御回路２２０，２２１は各々半導体レーザ２０９、固定子の電極２０６への電流供給を制御する回路で、第２のシリコン基板２０８、第１のシリコン基板２０３上に各々直接形成している。上記した電極基板２０１、第１のシリコン基板２０３、第２のシリコン基板２０８、フレーム基板２１３、封止板２１８を順次積層して接合することで光走査モジュールを構成する。
【００２２】
次に、上記実施例の光走査装置を用いた画像形成装置としてデジタル複写機、レーザプリンタ及び普通紙ファクシミリ等があるが、その内デジタル複写機を例にして以下に説明する。
【００２３】
図４は別の発明の画像形成装置としてのデジタル複写機の全体構成を示す概略断面図である。同図において、デジタル複写機は、主に、複写機本体３００と画像読取ユニット４００を含んで構成されている。そして、複写機本体３００は、光走査装置３０１と、用紙を収容するカセット３０２，３０２’と、カセット３０２，３０２’から用紙を１枚ずつ取り出す給紙ローラ３０３，３０３’と、搬送タイミングをコントロールするレジストローラ３０４と、転写帯電器３０５と、感光体ドラム３０６、現像ローラ３０７、帯電ローラ３０８等を一体化されているプロセスカートリッジ３０９と、ハロゲンヒータが内臓された定着ローラ３１０と、加圧ローラ３１１と、搬送ローラ３１２と、排紙ローラ３１３とを含んで構成されている。また、画像読取ユニット４００は、原稿台に固定された原稿の読み取り部４０１における画像を結像レンズ４０２を介してＣＣＤ等の光電変換素子４０３上に結像させ、ミラー群４０４を移動して順次、電子データに変換する。このような構成を有するデジタル複写機において、先ず光走査装置３０１によって画像信号に応じて半導体レーザが変調され、帯電ローラ３０８によって一様に帯電された感光体ドラム３０６上に潜像を形成し、現像ローラ３０７から供給されるトナーによって顕像化される。一方、給紙ローラ３０３又は３０３’によって取り出された用紙はレジストローラ３０４によって光走査装置３０１の画像書き出しのタイミングに合わせて搬送されトナー像が転写される。転写された画像は定着ローラ３１０により定着されて排紙される。
【００２４】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、発光源と、該発光源からの光ビームを偏向し繰り返し走査する偏向手段とを有する、本発明の光走査装置は、発光源及び偏向手段と接続された電極を備えた電極基板と、偏向手段の可動部を設けた偏向部基板と、少なくとも発光源及び発光源の光量を検出するモニタ手段を実装した光源部基板と、を電極基板、偏向部基板、光源部基板の順番で積み重ねて構成すると共に、発光源から偏向手段の可動部へ照射される光ビームが通過する開口部を光源部基板に設け、該開口部の開口径で光ビームを規制することで光ビームの光束径を規定することに特徴がある。よって、各基板を積み重ねて構成するだけで光走査装置が構成でき、一方狭い空間に格納しても半導体レーザ等の発光源から拡散した光ビームの不要な部分が偏向手段に到達することを未然に防ぐことができるので遮蔽部品等を必要としないことにより、部品点数を抑えられ、かつ製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【００２６】
また、発光源からの光ビームをカップリングするレンズを配置するための位置決め手段を光源部基板に設けたことにより、発光源とレンズの光軸との配置精度が簡単に確保でき、また位置決め手段に沿ってレンズを移動するだけで発光点隔差に対する光軸方向での調節も容易に行うことができるので製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【００２７】
更に、発光源からの光ビームを偏向手段の可動部に導く偏向用反射手段を設けたフレーム基板を積み重ねて構成してなることにより、厄介な調整作業を行う必要もなく層状に各基板を積み重なるだけで発光源と偏向手段との配置精度が簡単に確保できるので製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【００２８】
また、発光源からの背面光をモニタ手段に導くモニタ用反射手段をフレーム基板に設けたと共にモニタ用反射手段をフレーム基板に一体的に形成してなることにより、モニタ手段を発光源側に傾けて配置する等の厄介な構造や調整作業を不要とし層状に各基板を積み重ねるだけでモニタ手段と発光源との配置精度が簡単に確保できるので製造工程が簡素化され生産効率を向上できる。
【００２９】
更に、別の発明として、上記記載の光走査装置を具備した画像形成装置に特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の光走査モジュールを複数個配列して構成する光走査装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る光走査装置における光走査モジュールの構成を示す図である。
【図４】別の発明の画像形成装置としてのデジタル複写機の全体構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０１；電極基板、１０２；リード端子、１０３；マグネット、
１０４；第１のシリコン基板、１０５；ねじり梁、１０６；ミラー部、
１０７；第２のシリコン基板、１０８；半導体レーザチップ、
１０９；フォトダイオード、１１０；カップリングレンズ、１１１；Ｖ溝、
１１２；フレーム基板、１１３；アパーチャ、
１１４，１１５，１１６；反射部、１１７；開口部、１１８；封止板、
１１９；射出窓、１２０，１２１；制御回路。
【図１】
0004226223.tif 000002
【図２】
0004226223.tif 000003
【図３】
0004226223.tif 000004
【図４】
0004226223.tif 000005