JP5391753B2 - 光源ユニット・光源装置・光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、光源ユニット・光源装置・光走査装置および画像形成装置に関する。

レーザプリンタやデジタル複写機などの画像形成装置において、画像形成の高速化や記録画像の高密度化を目して、複数のレーザビームで複数の走査ラインを同時走査するマルチビーム走査装置の搭載が実用化されつつある。

マルチビーム走査装置の光源としては、発光源を個別にオン・オフできる半導体レーザアレイが好適であり、特許文献１、２等、半導体レーザアレイを用いる種々のものが提案されている。

マルチビーム走査による画像形成における画像形成の速度は、同時に走査される走査ラインの本数に比例的であり、高速画像形成の目的には半導体レーザアレイにおける発光源の数が多いことが好ましい。

しかしながら、半導体レーザアレイにおける発光源の数が大きくなると、発光源を個別にオン・オフするためのリード端子も多くなり、汎用のＣＡＮパッケージでは発光源の数は、特許文献１に記載された４個程度に制限されやすい。

ＣＡＮパッケージに代えて、例えば特許文献２に開示されているパッケージ形態であると、リード端子がリードフレームに平面的に配列して延設されるため、発光源数が増えても、それに応じて増加するリード端子を配列することが容易である。

しかしながら、リードフレームを用いるパッケージ形態であっても、マルチビーム走査用の光源として用いるためには、各発光源からの光ビームをカップリングするためのカップリングレンズと、複数の発光源との配置精度を保持する必要がある。

また、各発光源からの光ビームが被走査面上に形成する複数のビームスポットが、副走査方向において「記録密度に応じた所定のピッチ」となるように調整可能な構成でなければならない。

この発明は、リードフレーム上に光源チップを実装する半導体レーザアレイを用い、マルチビーム走査方式に適した新規な光源ユニット・光源装置を実現し、さらにこれらを用いた光走査装置や画像形成装置の実現を課題とする。

この発明の光源ユニットは、半導体レーザアレイと、カップリングレンズと、支持部材とを有する（請求項１）。

「半導体レーザアレイ」は、光源チップと、リードフレームとを有する。
「光源チップ」は、複数の発光源をモノリシックに形成された構造のものである。

「リードフレーム」は、光源チップを実装され、実装された光源チップのリード端子を延設される。

「カップリングレンズ」は、半導体レーザアレイの複数の発光源から放射される光ビームを、ｆθレンズ等の他の光学系にカップリング（光結合）させるためのレンズであり、半導体レーザアレイの全発光源に共通化される。

「支持部材」は、上記半導体レーザアレイとカップリングレンズとを所定の位置関係で一体的に支持する部材である。
請求項１記載の光源ユニットは、以下の点を特徴とする。
即ち、半導体レーザアレイの一部を構成するリードフレームが「平行平板状」であって、その両面のうちの少なくとも片面に光源チップを実装される。
リードフレームは、幅方向両端部に、射出軸に平行な端縁部を有する。
上記支持部材は、平面状の実装面と、上記半導体レーザアレイを、上記実装面に上記リードフレームの板面を平行に対向させて所定の態位に保持する保持機構と、上記半導体レーザアレイを保持した状態で、上記射出軸の周りの回動変位を規制位置決めするフランジ部と、を備える。
そして、上記射出軸は「リードフレームの端縁部を、支持部材の保持機構に挟み込むことで位置決めされる。

光源チップは、光源チップに含まれる複数の発光源の配列方向と「射出軸」とがリードフレームの板面に平行となるように実装される。
「射出軸」は、光源チップに含まれる複数の発光源の「配列方向の中心」を通り、光ビームの放射方向に平行な軸である。

「支持部材」は、実装面と、保持機構と、フランジ部とを有する。
「実装面」は、半導体レーザアレイを実装される面であり平面状である。
「保持機構」は、半導体レーザアレイを「実装面にリードフレームの板面を平行に対向させて所定の態位に保持」する機構である。

即ち、光源チップにおける「複数の発光源の配列方向」と上記射出軸とは同一平面上にあり、光源チップはこの同一平面がリードフレームの板面に平行となるようにリードフレームに実装される。

そして、支持部材は、半導体レーザアレイを「リードフレームの板面が実装面と平行に対向する」ように保持するので、支持部材に保持された半導体レーザアレイにおける「複数の発光源の配列方向」と「射出軸」とがなす平面は、支持部材の実装面に平行に対向する。

「フランジ部」は、支持部材の一部をなし、半導体レーザアレイを保持した状態で「射出軸の周りの回動変位を規制位置決め」する機能を有する。
すなわち、フランジ部は、支持部材に保持された半導体レーザアレイの射出軸に対して直交する平面状部分（後述の「基準面」）を有する。
この平面状部分を、光源ユニットを保持する部材の「基準となる面」に当接させた状態で、支持部材を射出軸の周りに回転させると「半導体レーザアレイは、回転軸である射出軸の向きを一定に保って回転」する。従って、フランジ部は上記の如く「射出軸の周りの回動変位を規制位置決めする機能」を有する。
フランジ部の「射出軸の周りの回動変位を規制位置決めするための基準面」は、発光源の配列方向と平行で、上記射出軸と直交することが好ましい（請求項２）。

なお、支持部材は、これを熱伝導性の良い材質、例えばアルミニウム等の金属や「熱伝導性の良い微小金属粒子をフィラーとして分散させた樹脂材料」で形成することにより、光源チップで発生する熱を放熱する「放熱部材」として機能させることもできる。

支持部材は上記の如く「半導体レーザアレイとカップリングレンズとを所定の位置関係で一体的に支持」するが、半導体レーザアレイとカップリングレンズとの所定の位置関係は、カップリングレンズの光軸と射出軸とが合致している関係であることが好ましい（請求項３）。
また、カップリングレンズを支持するために「実装面と平行」で「実装面に対して段差を持つレンズ装着面」を形成されていることが好ましい（請求項４）。

請求項１ないし４の任意の１に記載の光源ユニットは、半導体レーザアレイが「複数の光源チップを、発光源の配列方向および射出軸方向が互いに平行となるように、リードフレームの両面に実装された構成」であることができる（請求項５）。

請求項１〜５の任意の１に記載の光源ユニットは、半導体レーザアレイが「リードフレームに実装された光源チップを支持部材の実装面に対向させた状態」となるように支持部材に支持されることができる（請求項６）。
リードフレームは光源チップを少なくとも片面に実装されるので、リードフレームは、光源チップを、片面にのみに実装される場合と、両面に実装される場合とがある。

リードフレームの両面に光源チップが実装されている場合には、半導体レーザアレイを支持部材に支持させた状態で、一方の光源チップが支持体の実装面側に位置するが、リードフレームの片面のみに光源チップを実装した場合には、リードフレームの板面が実装面側になる場合と、光源チップが実装面側になる場合とがある。

しかし何れの場合にあっても、支持部材は、半導体レーザアレイを「実装面にリードフレームの板面を平行に対向」させて保持する（請求項１）のである。

請求項１〜６の任意の１に記載の光源ユニットは、支持部材が、支持した半導体レーザのリード端子を「折り曲げた状態で、半導体レーザアレイの駆動回路を形成された駆動基板の接続部に導くガイド溝」を備えることが好ましい（請求項７）。
この場合、支持部材が「駆動基板を射出軸と平行に支持する基板装着部」を備えることが好ましい（請求項８）。

請求項７に記載の光源ユニットはまた、駆動基板を「複数の発光源の配列面に対し射出軸周りに所定角度傾くように支持する」ことができる（請求項９）。

この発明の光源装置は、上記請求項１〜９の任意の１に記載の光源ユニットを複数備え、これら複数の光源ユニットにおける複数の発光源の配列面が各々平行になるよう保持する保持手段を有することを特徴とする（請求項１０）。

この光源装置は「半導体レーザアレイの駆動回路が形成された駆動基板を、複数の光源ユニットに共用とし、保持部材に一体的に支持した構成」とすることが好ましい（請求項１１）。

この発明の光走査装置は、上記請求項１〜９の任意の１に記載の光源ユニットと、光源装置からの複数の光ビームを走査する偏向手段と、走査された各光ビームを被走査面上に結像する結像手段とを有し、複数の光ビームのビームスポットが、被走査面上において副走査方向に所定のピッチで配列するように光源装置を配備してなる（請求項１２）。

この請求項１２記載の光走査装置は、光源ユニットがＮ（≧２）ユニット用いられて、Ｎ面の被走査面を別個に光走査するように構成されたものであることができる（請求項１３）。この場合、複数の光源ユニットが請求項８または９の光源装置を構成することができる（請求項１４）。

この発明の画像形成装置は、光源装置と、１以上の感光体と、現像装置と、転写手段とを有し、光走査装置が上記請求項１２〜１４の任意の１に記載のものであることを特徴とする（請求項１５）。

１以上の感光体には、複数の発光源からの複数の光ビームによるマルチビーム走査により静電潜像が形成され、形成された静電潜像は、現像手段により現像されてトナー画像が形成される。

形成されたトナー画像は転写手段により転写紙等の「シート状記録媒体」に転写され、定着される。

以上に説明したように、この発明の光源ユニットは、光源チップが平行平板状のリードフレームに上記の如く実装されるので、光源チップにおける発光源の数が増えてもリード端子の配列が容易である。

また、光源チップは「発光部の配列方向と射出軸とがなす面」がリードフレームの板面に平行になるように実装されるので、光源ユニットを「薄型」に構成できる。
さらに、カップリングレンズと半導体レーザアレイとが相対的な位置関係を固定されて支持部材に実装されているので、支持部材に支持された半導体レーザアレイを射出軸の周りに回転させることにより、各発光部の「副走査方向の配列間隔」従って、被走査面上におけるビームスポットの副走査方向の間隔を容易且つ確実に調整でき、その際、フランジ部の機能により射出軸の向きが不変に保たれるので、上記調整作業が容易である。

光源ユニットは、これを複数組み合わせて光源装置とすることができ、光源ユニットや光源装置を用いることにより良好な光走査装置や画像形成装置を実現できる。

光源ユニットの実施の１形態を説明するための図である。 図１の実施の形態を説明するための図である。 図１の実施の形態を説明するための図である。 図１の実施の形態を説明するための図である。 光源ユニットの実施の別形態を説明するための図である。 光源ユニットを光走査装置の一部として装荷した状態を説明するための図である。 光源ユニットの実施の他の形態を説明するための図である。 半導体レーザアレイの１形態を説明するための図である。 図８の半導体レーザアレイの支持部材への実装を説明するための図である。 光源装置の実施の１形態を説明する図である。 光走査装置の実施の１形態を説明するための図である。 画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、光源ユニットの実施の１形態を示す斜視図である。
この実施の形態を、図１〜図４を適宜参照して説明する。
図１に於いて、符号１００は「半導体レーザアレイ」、符号１１０は「支持部材」、符号１２０は「カップリングレンズ」、符号１３０は「駆動基板」を示す。

まず、マルチビーム半導体レーザ１００につき説明する。
図４は半導体レーザアレイ１００の構造を説明するための図であり、右は平面図、左は側面図である。

この例に示す半導体レーザアレイ１００は、発光源が２個である２ｃｈのものであり、平行平板状のリードフレーム１０２の片面に「光源チップ」が実装され、実装された光源チップは樹脂製のカバー１０３により被覆されている。
図４の右図において、符号１０１は光源チップを示す。
符号１０１が付された部分は「光源チップにおける発光源（活性層）の配列された面」の部分を示している。

この例では、発光源の数を２個（２ｃｈ）としているが、これは説明の簡単のためであり、発光源の数がより多くても良いことは言うまでも無い。３ｃｈ以上の光源チップの場合も「発光源の数に応じてリード端子が増加する」だけであり構成は同様である。

光源チップ１０１の２個の発光源は、図４右図で左右方向に配列し、各発光源からは光ビーム（レーザビーム）が、図４右図において上方向へ放射される。
従って、２個の発光部の中間を通り、図４の右図の上下方向に平行な「軸」が射出軸Ａｘである。
２個の発光源の配列方向と射出軸とは互いに直交し、且つ「同一平面」内にある。

光源チップ１０１は、図４右図に示すように、２つの発光源の配列方向を左右方向、射出軸Ａｘを上下方向とし、これらを共有する平面をリードフレーム１０２の面に平行にしてリードフレーム１０２に接合実装されている。光源チップ１０１のリードフレーム１０２への接合面は「活性層と平行」である。

図４に符号１０４で示す「リード端子」は、リードフレーム１０２の「光源チップ１０１を接合される板面」上に延設され（延設された部分はカバー１０３で覆われている。）、複数（２個）の発光源とワイヤボンディングにより各々接続され、各発光源の点滅を独立駆動可能としている。

上述の如く、２個の発光源から放射される光ビームの放射方向に平行で、２個の発光源の中心を通る仮想的な軸が「射出軸」である。発光源が３以上ある場合には、これら３以上の発光源の配列中心をとおり光ビームの射出方向に平行な方向が「射出軸」である。

リードフレーム１０２は、図４の右図に示すように「２個の発光源の配列中心を通る射出軸Ａｘに対して左右に線対称な形状」をなしている。

リードフレーム１０２の幅方向（図４右図において左右方向）の両端は、射出軸Ａｘに平行な端縁部１０２Ａ、１０２Ｂとなっており、これら端縁部の「射出軸Ａｘの方向における光ビーム射出側の端部」は、突き当て端縁部１０２Ｃ、１０２Ｄとなっている。

図２を参照すると、半導体レーザアレイ１００は、樹脂製の支持部材１１０に形成された実装面１１２に、リードフレーム１０２の「光源チップを実装されていない側の面（図で下方を向いた面）」を当接させ、幅方向両端の「射出軸Ａｘに平行な端縁部（図４に符号１０２Ａ、１０２Ｂで示す部分）」を、支持部材１１０の実装面１１２の幅方向両端部に形成された「１対の突起部１１２Ａ、１１２Ｂ」に挟み込んで係合させ、射出軸方向を位置決めする。
これにより、複数の発光源の配列方向と後述する「基準面」とを平行に保つことができる。

実装面１１２から立ち上がる１対の突起部１１２Ａ、１１２Ｂ間の間隔は、リードフレーム１０２の幅方向両端部の幅：Ｗ（図４）よりも若干狭く形成され、樹脂製のリードフレーム１０２は、若干撓みつつ突起部１１２Ａ、１１２Ｂ間に嵌め込まれ、変形による反力によって突起部１１２Ａ、１１２Ｂ間に固定される。

１対の突起部１１２Ａ、１１２Ｂの自由端部（図で上方の部分）は、固定されたリードフレームの「図で上方の面（光源チップを実装されている側の面）」の上記幅方向両端部を覆う「庇状」に形成され、リードフレーム１０２が実装面１１２に確実に支持されるようにしている。

リードフレーム１０２に形成された「突き当て端部１０２Ｃ、１０２Ｄ（図４）」は１対の突起部１１２Ａ、１１２Ｂの長手方向端部（図２において手前側の端部）に突き当てられる。
従って、リードフレーム１０２と、リードフレーム１０２に実装された光源チップ１０１の「射出軸方向」の位置が、支持部材１１０に対して位置決めされる。

即ち、１対の突起部１１２Ａ、１１２Ｂは、半導体レーザアレイ１００を「実装面１１２にリードフレーム１０２の板面を平行に対向させて、所定の態位に保持する保持機構」を構成する。

図２に示されたように、リード端子１０４は、支持部材１１０に形成したガイド溝１１９に沿うように折り曲げられ、駆動基板１３０（以下「プリント基板１３０」と言う。）に形成されたスルーホール１３３に挿入されてハンダ付けされる。
図１等に図示されていないが、プリント基板１３０には、半導体レーザアレイ１００を駆動する駆動回路が構成されている。駆動回路は駆動ＩＣ、抵抗、コンデンサ等の回路素子がパターン配線されて構成される。
なお、図１、図２においてプリント基板１３０の下面側に描かれた箱状の部分は「コネクタ」であり、図示されないハーネスを接続され、光源を駆動する電源、信号が供給される。

図３を参照すると、図３は、支持部材１１０の上下を「図１、図２の状態から反転」させた状態を示している。
図３において「上方の面として描かれた面」を、支持部材１１０の「裏面」と呼ぶことにする。

支持部材１１０の裏面側には、円板上の当接用段差１１５が２個形成されている。これら当接用段差１１５の、図で上方の自由面は「取り付け面」となっている。
これら当接用段差の取り付け面から突出するように、一方には係合突起１１６、他方には係合突起１１７が植立形成されている。

これら係合突起１１６、１１７は、支持部材１１０に「駆動基板」であるプリント基板１３０を係合させて一体的に固定するためのもの、即ち「基板装着部」である。

図２に示すように、プリント基板１３０には、スルーホール１３３とともに長穴１３１と基準穴１３２が形成されている。基準穴１３２は「丸穴」である。

係合突起１１６は、図２に示すプリント基板１３０の長穴１３１に挿入され、係合突起１１７は基準穴１３２に挿入される。この係合により、支持部材１１０およびこれに支持された半導体レーザアレイ１００に対する「プリント基板１３０の取り付け態位」が位置決めされる。

突起１１７には「すり割り溝」が設けられ、突起頂部は庇状に張り出し、支持部材１１０は当接用段差１１５（図３）の取り付け面をプリント基板１３０の表面に当接させてプリント基板１３０に固定される。

図１に戻ると、カップリングレンズ１２０は、支持部材１１０の射出軸方向の光射出側に設けられる。
図１、図２に示すように、支持部材１１０の、カップリングレンズ１２０を設けられるレンズ装着面１１４は、支持部材１１０の実装面１１２に対して、平行に段差をなして形成されている。

カップリングレンズ１２０は、レンズ装着面１１４に「レンズコバ部とのすき間に接着剤を充填」して接着固定される。

支持部材１１０に形成した実装面１１２とレンズ装着面１１４との「段差の大きさ」は、半導体レーザアレイ１００とカップリングレンズ１２０とを装着したときに、複数の発光源の配列中心を通る射出軸と、カップリングレンズ１２０の光軸とが、上記段差方向において「同じ高さの面」となるように設計され、カップリングレンズ１２０は、その光軸が「射出軸と実質的に同軸」となるように設けられる。

カップリングレンズ１２０はまた、各発光源から放射された光ビームを平行光束化するように、支持部材１１０に対して光軸方向の位置を調整される。

支持部材１１０は、プリント基板１３０を、その取り付け面が実装面１１２に平行となるように支持するので、前記「基板装着部」は、駆動基板を射出軸と平行に支持する機能を有する。

図１〜図３に示すように、支持部材１１０の射出軸方向において、光ビームの射出方向と逆側の端部には、フランジ部１１１が、実装面１１２の幅方向に延びるように形成されている。
このフランジ部１１１の「ガイド溝１１９が形成されている面と逆側の面」即ち、図３に現れている面が基準面ＮＳであり、前述のように、光源チップ１０１の複数の発光源の配列方向と平行で、射出軸Ａｘとは直交する。

上記のようにアセンブリされた図１の光源ユニットは、支持部材１１０に形成したフランジ部１１１の基準面ＮＳを、図示されない光源ユニット保持部の「基準の面」に当接させて保持される。

この状態で、支持部材１１０を「射出軸の周りに回転」させると、フランジ部１１１の基準面ＮＳが「光源ユニット保持部の基準の面」と当接状態を保って摺動し、光源チップ１０１は「射出軸Ａｘの向きを不変に保った」まま回転する。
従って、この回転により光源チップにおける複数発光源の配列方向の「副走査方向に対する角」を調整できる。
上記回転は射出軸Ａｘを回転の軸として行なわれ、射出軸Ａｘはカップリングレンズ１２０の光軸と合致しているので、上記回転調整の際に、カップリングレンズ１２０の光軸は不変に保たれる。

このようにして、被走査面上における複数ビームスポットの「副走査方向の間隔」が所定の間隔になるように調整された状態で、支持部材１１０を「図示されない光源ユニット保持部」に螺子１４０により締結固定する。

フランジ部１１１の基準面ＮＳと「光源チップ１０１における発光源の配列方向」は互いに平行であるので、光源ユニットが回転しても、各発光源と光走査装置を構成する結像光学系各部との光路上の配置は変わらない。

図５は、上に説明した実施の形態の変形例であって、リードフレーム１０２の「光源チップ１０１を接合された側」を支持部材１１０側に向けて、半導体レーザアレイを支持させる場合を示す。繁雑を避けるため、支持部材およびその各部には図１等におけると同じ符号を付する。

支持部材１１０の実装面１１２は、リードフレーム１０２に当接するが、リードフレーム面に実装された「光源チップ１０１とカバー１０３（図４参照）の部分」を収納できるように「溝状の掘下部１１２Ｃ」を形成されている。

支持部材１１０に形成した実装面１１２の１対の突起部１１２Ａ、１１２Ｂによりリードフレーム１０２を上述の実施の形態と同様にして固定すると「光源チップとカバーとによる部分」は掘下部１１２に収納される。なお、図５に図示されていないが、支持部材１１０のフランジ部１１１には、図２に示す溝１１９と同様の溝が形成されている。

図５の構成では、リードフレーム１０２の「光源チップが実装された側の面を、支持部材側とする」ことにより、リードフレーム１０２の自由面が外部に開放されるのでリードフレーム１０２から放熱し易い。また、支持部材１１０を導熱性の良い材料で構成すれば、光源チップで発生する熱を支持部材の側にも有効に逃がすことができる。

従って、このような実施の形態では、発光源数の増加や発光デューティの増加により発熱量が増えても放熱効果を向上でき「熱によるクロストークや寿命の劣化」を軽減できるとともに、画像形成のさらなる高速化・高密度化が図れる。

図６は光走査装置に光源ユニットを装備した状態を示す図である。

光源ユニットは、ポリゴンスキャナ２１０や図示されない走査レンズ（結像光学系）を収容するハウジング１６０の側壁外壁面１６１（前述した「光源ユニット保持部の基準の面」である。）に、支持部材１１０に形成されたフランジ部１１１の基準面ＮＳを当接させた状態で支持される。即ち、光源ユニットの支持部材は、フランジ部１１１に形成された「ねじ穴」により、ハウジング１６０の側壁面に締結されて固定される。
プリント基板１３０はハウジング１６０の外側に配備され、光源ユニットを覆うようにカバー１６２が設けられる。
即ち、プリント基板１３０は、支持部材１１０の下面に前述の如く固定された状態で、支持部材１１０により保持される。

ところで、光走査装置において「走査光学系を構成する光学系全系の副走査方向の横倍率」は通常１．５〜２倍であり、複数の発光源からの光ビームが形成する隣接ビームスポット間の副走査方向ピッチを、例えば、１２００ｄｐｉ相当の走査ピッチに合わせようとすると、この場合の走査ピッチは２１．２μｍである。
半導体レーザアレイにおける隣接発光源間隔を５０μｍとすると、上記走査ピッチ：２１．２μｍを実現するための、発光源配列方向の「主走査方向に対する傾き角；γ」は、
γ＝ｓｉｎ^−１（２１．２／１．５〜２／５０）＝１６．４°〜１２．２°
となる。
支持部材１１０とプリント基板１３０とは一体であり、上の例では、プリント基板１３０と実装面１１２とは平行であるから、上記の走査ピッチ調整によって光源ユニットを回転させると、プリント基板１３０は上記角度：γだけ傾いて装着されることになる。

図７は、半導体レーザアレイ１００における光源チップの「複数の発光源の配列方向」を、プリント基板１３０面に対して予め傾けて配置するようにした例である。ここでも繁雑をさけるため、支持部材等に対して、図１以下におけると同一の符号を付する。

支持部材１１０の基本的な構成は上述の形態例と同様であるが、図７上図に示すように、プリント基板１３０を取り付けて保持する裏面側に対し、実装面が上記「傾き角：γ」だけプリント基板１３０の取付面に対して傾くようにした。

ただし、リード端子１０４は「プリント基板１３０の取り付け面に対して直交する」ように折り曲げられている。図１７の下図は、光源チップの発光源１０１Ａ、１０１Ｂ（間隔：ｄを隔している。）を角：γだけ「射出軸の周りに回転」させることにより副走査方向の間隔が、
ｄ・ｓｉｎγ
となる状態を示している。

このように、発光源配列方向を予め角：γだけ、プリント基板１３０に対して傾くようにしておけば、ピッチの微調整のために光源ユニットを回転させても、プリント基板１３０を「図６のハウジング１６０の底面と略平行状態にできる」ので、プリント基板１３０を光走査装置内に「省スペースで収める」ことができる。

上に説明した実施の各形態から明らかなように「リードフレームに実装された光源チップにおける光ビームの射出方向は、駆動回路を保持する駆動基板（プリント回路基板１３０）の板面に平行であるので、各発光源から射出される光ビームの一部が「駆動基板で遮られる」ことがなく、射出軸の方向を確実に規定でき、射出軸に直交する面内での発光源の配列角：γの調整によって、被走査面上での走査線のピッチ調整を行うことができ、ＣＡＮパッケージを用いるよりも「発光源数の増加にコストをかけずに容易に対応」でき、より小さい環境負荷で、画像形成の高速・高密度化を図ることができる。

また、カップリングレンズが駆動基板と一体であるため、ビーム整形、ビーム調整が容易であり、周辺の温度変化に対する半導体レーザアレイとカップリングレンズとの相対的な位置変動を抑制でき、光ビームの安定性を高めることができる。
また、支持部材を樹脂成形で形成する場合、当接面と平行な方向の段差は金型構造が簡単で、段差を高精度に形成できるので、カップリングレンズの接着剤の厚さ等、相対位置変動要因を小さく抑えることができる。

また、折り曲げられたリード端子１０４を、駆動回路が形成された駆動基板のスルーホールに導くガイド溝を備えることにより、リード端子のピッチとプリント基板のスルーホールのピッチが合っていなくても、また、図７の例のように、リード端子の配列と駆動基板とが角度を有していても、リード端子に負荷をかけることなく、折り曲げ方向にガイドされるので、リード端子間の短絡を防ぎ、スルーホールへのリード端子の挿入作業が容易になり、組立性の向上を図ることができる。

図８に示す半導体レーザアレイ１００は、同図右に符号１０１、１０３で示す如き「光源チップとカバー」とを、リードフレーム１０２の両面に１個ずつ実装した例である。図８左図において符号１０５、１０６で示す部分がリードフレーム１０２の両面に実装された「光源チップとカバー」である。

各光源チップにおける複数の発光源の配列面は互いに平行で、各々の射出軸もリードフレーム１０２を挟んで平行となる。

図９は、図８に示す半導体レーザアレイを、支持部材１１０に実装する状態を示している。図８に示す半導体レーザアレイでは、リードフレーム１０２の両面に「光源チップとカバー」が実装されているので、支持部材１１０としては、図５に示したものと同様のものを用いる。図９では、図８左図に符号１０６で示した「光源チップとカバー」が、支持部材１１０の実装面１１２に形成された溝状の掘下部１１２Ｃに収納された状態で、半導体レーザアレイが支持部材１１０に実装される。

カップリングレンズ１２０は、半導体レーザアレイに含まれる各発光源に共用され、各発光源の配列（実装面に平行である）が「カップリングレンズ１２０の光軸に対して対称」となるように、カップリングレンズ１２０の光軸に直交する面内における配置状態を調整される。
カップリングレンズ１２０の作用がコリメート作用であるので、各光源チップからの光ビームは「カップリングレンズ１２０の焦点近傍で相互に交差」したのち相互に離れるように角度を有する。

このように、各光源チップから放射された光ビームを「カップリングレンズ１２０の焦点以後」互いに異なる方向へ分離できるので、同一リードフレームの両面に実装した光源チップのそれぞれを、異なる感光体（被走査面）の光走査用に用いることができ、単一の光源ユニットを「２つの感光体に対する独立した光源」として使用することができる。

これにより、同一の画像形成装置内に、複数の画像形成ステーションを配する場合に、２つの画像形成ステーションに対応した光源を単一の光源ユニットでまかなうことができるので光源周りを集約でき光走査装置・画像形成装置の小型化を図れる。
さらに敷衍すれば、リードフレームの両面にそれぞれ複数の半導体レーザアレイを実装すれば、４以上の画像形成ステーション用の光源として使用できる。

図１０は、半導体レーザアレイを用いる光源ユニットを２個用いた「光源装置」の斜視図を示す。

上に実施の形態を説明した光源ユニットをサブアッセンブリとして１対備え、各々の射出軸の相対角度が所定となるように、保持部材１５０により一体的に支持する。尚、この例では、保持部材１５０の壁面１５１を予め「約５度傾けておく」ことで、各々の射出軸の相対角度を設定している。

各光源ユニットの「支持部材のフランジ部」には、複数の発光源の配列中心を通る射出軸と同軸にした円筒部１１８が形成されている。

この円筒部１１８を保持部材１５０に形成した嵌合穴１５２に挿入し、基準面ＮＳを保持部材１５０の壁面１５１に突き当てた状態で回動調整し、発光源の配列方向が主走査方向に対して所定の角をなすようにして、図示されない螺子により締結する。

光源装置のサブアッセンブリ間には発泡性ウレタンなどの弾性部材を介在させ、各々上下方向に押圧することで、円筒部１１８を嵌合穴１５２に内接させるとともに、隙間からの粉塵等の進入を防止している。

プリント基板１３０は、保持部材１５０に立設した支柱１５３を嵌合固定され、各半導体レーザアレイのリード端子１０４は「折り曲げずに、直接スルーホール（図示されず）に挿入」されてハンダ付けされる。即ち、駆動基板であるプリント基板１３０は、複数の光源ユニットに共用とされ、保持部材１５０に一体的に支持される。

尚、回動調整の基準となる円筒部１１８は、発光源の配列中心を通る射出軸と同軸であることが好ましいが、この限りではない。

また、保持部材１５０は、ポリゴンスキャナや結像光学系が支持されるハウジングの一部として形成しても良い。

このように、光源ユニットを複数備えるとともに、複数の発光源の配列面が各々平行になるよう保持する保持部材を備えることにより、画像形成装置の複数の画像形成ステーションに対応した光源ユニットの相対関係を確実に維持できるので、各画像形成ステーションの感光体上での走査線のピッチを均一に保つことができ、ピッチ変動に伴う画像濃度むらや色味の変動を抑えることができ、画像品質の向上が図ることができる。

また、駆動回路が形成される駆動基板を、複数の光源ユニットに共用とし、保持部材に一体的に支持することにより光源周りを集約化でき、小型化を図ることができる。

図１１は光源ユニットを用いた光走査装置の例である。
この例では、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローに対応したドラム状の感光体２２１、２２２、２２３、２２４に対し、４系列の光走査装置を用い、４系列のうち、２系列ずつにポリゴンスキャナを共用して各感光体をマルチビーム走査する。

４個の半導体レーザアレイは、各々の射出軸が、対応するポリゴンスキャナの反射面近傍で副走査方向に交差するように配備され、各光ビームはポリゴンスキャナで同時に走査される。

ここでは、半導体レーザアレイ１００Ｂから放射される光ビームによる感光体２２１の光走査と、半導体レーザアレイ１００Ｍから放射される光ビームによる感光体２２２の光走査を例にとって説明する。

半導体レーザアレイ１００Ｂ、１００Ｍから放射された光ビームは、対応するカップリングレンズ１２０により「以後の光学系」にカップリングされるが、カップリングレンズ１２０以後では、射出軸が副走査方向に互いに近づく方向を有し、これら射出軸は、半導体レーザアレイ１００Ｂ、１００Ｍに共通のポリゴンスキャナ２１０の偏向反射面近傍で副走査方向に交差し、偏向走査された各「光源ユニットの光ビーム」は互いに分離しつつ共通のｆθレンズ２１１を通過する。

半導体レーザアレイ１００Ｂからの光ビームは折返しミラー２１２、２１３で反射され、トロイダルレンズ２１５に入射し、感光体２２１にブラック色に相当する画像を書き込み、静電潜像を形成する。

半導体レーザアレイ１００Ｍからの光ビームは、折返しミラー２１５、２１６で反射され、トロイダルレンズ２１７に入射し、感光体２２２にマゼンタ色に相当する画像を書き込み、静電潜像を形成する。

この例では、半導体レーザアレイは２ｃｈであるので、２ラインずつ同時に光走査が行われる。

感光体２１３、２１４へのシアン色、イエロー色に相当する画像の書き込みも同様である。各感光体に形成された静電潜像は、図示されない現像装置により対応する色のトナーで可視化され、各色トナー画像はベルト２３１上でタイミングを合わせて重ねられ、記録紙２３０上に転写され、図示されない定着装置で定着される。

図１２は光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す。
ドラム状の感光体４本が左右方向に配置されている。そのうちの左端のものを符号３１１で示し、この感光体に対する画像形成プロセスを代表して説明する。
感光体３１１の周囲には帯電チャージャ３１２、光走査装置３００により形成された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ３１３、現像ローラにトナーを補給するトナーカートリッジ３１４、残留トナーを掻き取って備蓄するクリーニングケース３１５が配置される。このようにして、感光体３１１およびその周辺装置により「画像形成のステーション」が構成される。

感光体３１１の右側に配列された他の３本の感光体の周囲の構成も上記と同様である。 各色画像データはラスタ展開され、書出しタイミング信号に合わせて１ライン単位で読み出され、各発光源が変調されてマルチビーム走査による光走査が行われる。
感光体３１１はブラック画像形成用であり、その右側の３本の感光体は順次に、シアン、マゼンタ、イエロー画像形成用である。

これら感光体の下方に形成された転写ベルト３１６は反時計回りに回転するように構成されている。従って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する「ステーション」は、転写ベルト３１６の移動方向に並列され、各感光体上に形成されたトナー画像は、タイミングを合わせて転写ベルト３１６上に順次転写（１次転写）され、転写ベルト上で重ね合わされてカラートナー画像が形成される。

転写ベルト３１６上に形成されたカラートナー画像は、給紙トレイ３１７から送り出された記録紙Ｓ上に転写（２次転写）される。

カラートナー画像を転写された記録紙Ｓは、定着ローラ３２０でカラートナー画像を定着され、排紙ローラ３２２により排紙トレイ３２１に排出される。

上記光走査装置や画像形成装置は、この発明の光源ユニットを用いることにより、コンパクトに構成でき、良好なマルチビーム走査により良好な画像形成を実行できる。

１００ 半導体レーザアレイ
１１０ 支持部材
１２０ カップリングレンズ
１３０ 駆動基板

特開２０００−１０５３４７号公報 特開２００６−２２２１７７号公報

Claims (15)

1. 複数の発光源をモノリシックに形成された光源チップと、この光源チップを実装されて上記光源チップのリード端子を延設されるリードフレームと、を備える半導体レーザアレイと、この半導体レーザアレイから放射される光ビームを他の光学系にカップリングさせるカップリングレンズと、上記半導体レーザアレイとカップリングレンズとを所定の位置関係で一体的に支持する支持部材とを有し、
   上記リードフレームは平行平板状であって、少なくとも片面に光源チップを、発光源の配列方向と、発光源の配列方向の中心を通り光ビームの放射方向に平行な射出軸とが板面に平行となるように実装され、幅方向両端部に、上記射出軸に平行な端縁部を有し、
   上記支持部材は、平面状の実装面と、上記半導体レーザアレイを、上記実装面に上記リードフレームの板面を平行に対向させて所定の態位に保持する保持機構と、上記半導体レーザアレイを保持した状態で、上記射出軸の周りの回動変位を規制位置決めするフランジ部と、を備え、
   前記射出軸は、前記リードフレームの前記端縁部を前記支持部材の前記保持機構に挟み込むことで位置決めされることを特徴とする光源ユニット。
2. 請求項１記載の光源ユニットにおいて、
   フランジ部は、射出軸の周りの回動変位を規制位置決めするための基準面を有し、
   上記基準面は、発光源の配列方向と平行で、上記射出軸と直交することを特徴とする光源ユニット。
3. 請求項１または２記載の光源ユニットにおいて、
   半導体レーザアレイとカップリングレンズとの所定の位置関係は、上記カップリングレンズの光軸と射出軸とが合致している関係であることを特徴とする光源ユニット。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の光源ユニットにおいて、
   支持部材が、実装面と平行で且つ、上記実装面に対して段差を持つレンズ装着面を形成されていることを特徴とする光源ユニット。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の光源ユニットにおいて、
   半導体レーザアレイが、複数の光源チップを、発光源の配列方向および射出軸方向が互いに平行となるように、リードフレームの両面に実装された構成であることを特徴とする光源ユニット。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載の光源ユニットにおいて、
   半導体レーザアレイが、リードフレームに実装された光源チップを支持部材の実装面に対向させて上記支持部材に支持されることを特徴とする光源ユニット。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の光源ユニットにおいて、
   支持部材が、支持した半導体レーザのリード端子を折り曲げた状態で、上記半導体レーザアレイの駆動回路を形成された駆動基板の接続部に導くガイド溝を備えることを特徴とする光源ユニット。
8. 請求項７に記載の光源ユニットにおいて、
   支持部材が、駆動基板を射出軸と平行に支持する基板装着部を備えることを特徴とする光源ユニット。
9. 請求項７に記載の光源ユニットにおいて、
   駆動基板を、複数の発光源の配列面に対し射出軸周りに所定角度傾くように支持することを特徴とする光源ユニット。
10. 請求項１〜９の任意の１に記載の光源ユニットを複数備え、これら複数の光源ユニットにおける複数の発光源の配列面が各々平行になるよう保持する保持手段を有することを特徴とする光源装置。
11. 請求項１０に記載の光源装置において、
    半導体レーザアレイの駆動回路が形成された駆動基板を、複数の光源ユニットに共用とし、保持部材に一体的に支持したことを特徴とする光源装置。
12. 請求項１〜９の任意の１に記載の光源ユニットと、該光源装置からの複数の光ビームを走査する偏向手段と、走査された各光ビームを被走査面上に結像する結像手段と、を有し、上記複数の光ビームのビームスポットが、上記被走査面上において副走査方向に所定のピッチで配列するように上記光源装置を配備してなる光走査装置。
13. 請求項１２記載の光走査装置において、
    光源ユニットがＮ（≧２）ユニット用いられて、Ｎ面の被走査面を別個に光走査するように構成されたことを特徴とする光走査装置。
14. 請求項１３記載の光走査装置において、
    複数の光源ユニットが、請求項１０または１１の光源装置を構成することを特徴とする光走査装置。
15. 光走査装置と、複数の発光源からの複数の光ビームにより静電潜像を形成される１以上の感光体と、上記静電潜像にトナーを付着し現像する現像手段と、現像されたトナー画像を記録媒体に転写する転写手段とを有し、
    光走査装置として請求項１２〜１４の任意の１に記載のものであることを特徴とする画像形成装置。

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