JP2000258717A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度上昇による光学特性の劣化を抑制する光
学走査装置を提供することを目的とする。 【解決手段】半導体レーザ４６が実装された回路基板４
８は、光学箱１２の壁面１２Ａに取り付けられる。ま
た、鏡筒５０に配設されたコリメートレンズ１６は、光
学箱１２の底面１２Ｂに形成された凸部５２に配置され
ている。光学箱１２の壁面１２Ａと底面１２Ｂに、光学
箱１２よりも線膨張係数の小さいＬ字型の連結部材６０
が固定されている。したがって、温度上昇の際の半導体
レーザ４６とコリメートレンズ１６の間の距離変化が光
学箱１２単独の場合と比較して抑制される。この結果、
光学走査装置１０の光学特性の劣化が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル複写機や
プリンタ等の画像形成装置において使用され、画像信号
を感光体ドラム上に光学像として走査露光するための光
学走査装置に関し、一層詳細には、温度変化による光学
特性の劣化を抑制する光学走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザプリンタ等の画像記録装置
の発達に伴い、半導体レーザを光源として用いた光学走
査装置が使用されるようになった。これらの光学走査装
置では、半導体レーザとコリメートレンズを一体的に備
え、両者の光路調整を行った光源装置を光学走査装置に
固定するのが一般的であった。このような光学走査装置
（光源装置）が特開昭５９−１５２０６号公報（以下、
従来例１という）、特開平２−５９７１７号公報（以
下、従来例２という）に開示されている。

【０００３】従来例１に係る光源装置１００は、図１３
に示すように、半導体レーザ１０２と鏡筒１０４に支持
されたコリメートレンズ１０６が、カバー部材１０８介
して一体的に構成されている。従来例２に係る光源装置
１１０は、図１４に示すように、半導体レーザ１０２が
実装された回路基板１１２と、コリメートレンズ１０６
を保持する鏡筒１０４が保持部材１１４およびカバー部
材１０８を介して一体的に構成されている。

【０００４】光源装置１１０では鏡筒１０４によってフ
ォーカス調整を行い、回路基板１１２を光軸垂直な方向
に変位させることによって光軸（アライメント）調整を
行う。この調整後、光源装置１１０を光学箱１２２の壁
面所定位置に取り付ける（図１５参照）。

【０００５】光学走査装置１２０では、半導体レーザ１
０２から出射される光ビームがシリンドリカルレンズ１
２４を通過して一定速度で回転する偏向器１２６の回転
多面鏡１２８によって偏向され、結像レンズ１３０を介
して感光体に結像される。

【０００６】なお、上記光源装置１００、１１０は光路
調整（フォーカス調整、アライメント調整）を済ませた
後、温度管理された環境または室温で光学走査装置の組
立／調整を行う。しかしながら、光学走査装置は画像記
録装置の内部で使用されるため、環境温度が調整（設
定）時よりも上昇してしまう。このため、光源装置１０
０、１１０における半導体レーザ１０２とコリメートレ
ンズ１０６の間隔を決める部品が熱膨張し、フォーカス
調整が狂ってしまう。この結果、光学走査装置の光学特
性が変化（劣化）してしまうという問題があった。

【０００７】そこで、例えば、光源装置１１０では、鏡
筒１０４および保持部材１１４等を適当な線膨張係数と
なるように形成し、温度上昇による半導体レーザ１０２
とコリメートレンズ１０６の間隔の変化を抑制する（打
ち消し合う）ような構造とすることで対処していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例１、２に係
る光学走査装置では、光路調整を行った光源装置を光学
箱に取り付けるため、光源装置の取付誤差や、集光レン
ズ等の光学部品、光学箱等の製造精度等の誤差の累積に
より所望の光学特性が確保されないという不都合があっ
た。また、熱膨張による問題に対処するためには、光源
装置１１０において鏡筒１０４や保持部材１１４等のう
ち、少なくとも１つの部品を一般的な樹脂と比べて線膨
張係数の小さい材料から形成しなくてはならず、部品製
造コストが上昇するという問題があった。

【０００９】上記取付誤差等による光学特性への影響を
取り除いた光学走査装置が特開平５−２９７３０３号公
報（以下、従来例３という）に開示されている。すなわ
ち、図１６、図１７に示すように、光源装置１４０は、
鏡筒１０４に保持されたコリメートレンズ１０６と半導
体レーザ１０２が保持部材１１４を介して一体的に備え
られている。この光源装置１４０を光学箱１２２に仮固
定し、光学特性をモニタしながら調整ネジ１４２等によ
ってフォーカス調整およびアライメント調整を行って取
付誤差等を解消する。また、熱膨張による誤差は、光源
装置１４０では線膨張係数の異なる各部品を熱膨張を打
ち消し合うように配置することによって対処している。

【００１０】しかしながら、従来例３に係る光源装置１
４０では部品の配置が複雑になり、低コストで製造する
ことが困難である。

【００１１】上記構造の複雑さを解消した光学走査装置
を図１８に示す。この光学走査装置では、半導体レーザ
が実装された回路基板と、コリメートレンズを保持する
鏡筒１０４を光学箱１２２に直接設置している。これに
より、光学走査装置を仮組み立てした状態で感光体上に
相当する位置で光学特性をモニタしながら半導体レーザ
およびコリメートレンズを調整することによって、光学
走査装置を所望の光学特性とすることができる。

【００１２】しかしながら、上記熱膨張による半導体レ
ーザとコリメートレンズとの間隔変化に対処するために
は、光学箱自体を線膨張係数の小さな材料で形成せざる
を得ず、光学走査装置を低コストで製造することが困難
である。

【００１３】なお、光学箱自体も上記熱膨張によって変
形し、特に変形が顕著な壁面に取り付けられた光源装置
は、光ビームの出射方向が変わってしまうという問題も
ある。

【００１４】本発明は、上記不都合を解決すべく成され
たもので、温度変化による光学特性の劣化を抑制した光
学走査装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、請求項１記載の光学走査装置は、光源から
出射された光ビームを感光体上に走査光として結像させ
る光学部品が配設された光学箱を備え、前記光学箱より
も線膨張係数が小さい連結部材を介して、少なくとも２
つの光学部品近傍の光学箱上の２点を連結したことを特
徴とする。

【００１６】請求項１記載の光学走査装置の作用につい
て説明する。

【００１７】この光学走査装置は、室内温度下等で光路
調整を行い、所望の光学特性に調整しておく。前記調整
済みの光学走査装置を画像記録装置の内部に配設して使
用する。画像記録装置内部は使用に伴って室内温度より
も高温となるため、光学箱が熱膨張し、光学箱に配設さ
れた光学部品間の距離が変化して（伸びて）しまうおそ
れがある。しかしながら、少なくとも二つの光学部品近
傍の光学箱上の２点を、光学箱よりも線膨張係数の小さ
い連結部材によって連結したことによって、二つの光学
部品間の距離の変化が連結部材によって規定される。す
なわち、二つの光学部品間の距離の変化が抑制される。

【００１８】請求項２記載の光学走査装置は、請求項１
記載の光学走査装置において、光学箱は、前記光源が取
りつけられた壁面と、前記コリメートレンズが取りつけ
られた底面とを備え、前記壁面と前記底面のなす角部に
光軸と直交する方向に延在するスリットが形成されたこ
とを特徴とする。

【００１９】請求項２記載の光学走査装置の作用につい
て説明する。

【００２０】光学箱において、連結部材によって熱膨張
を規制できない部分の伸びをスリットによって吸収す
る。これによって、前記伸びによって光学箱の壁面が傾
斜して光源の光ビーム射出方向（光軸）がずれる等とい
うことを防止できる。

【００２１】請求項３記載の光学走査装置は、請求項１
または２記載の光学走査装置において、前記連結部材で
拘束される第１の光学部品と第２の光学部品の少なくと
も一方は、連結部材よりも線膨張係数が大きい調整部材
を介して前記連結部材に取り付けられており、当該調整
部材が光軸方向において前記第１と第２の光学部品間の
外側に配置されることを特徴とする。

【００２２】請求項３記載の光学走査装置の作用につい
て説明する。

【００２３】請求項１記載の光学走査装置では連結部材
の線膨張係数分だけ第１光学部品と第２光学部品の間隔
が変化するが、本光学走査装置では、光学部品と連結部
材の間に介在する調整部材が連結部材よりも線膨張係数
が大きく、しかも光軸方向において第１光学部品と第２
光学部品の外側に配置されているため、連結部材と調整
部材の熱膨張が反対方向に作用し、連結部材の熱膨張に
よる変化を打ち消す方向に作用する。したがって、熱膨
張による第１光学部品と第２光学部品の間隔の変化が一
層抑制される。

【００２４】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１実
施形態に係る光学走査装置について図１〜図６を参照し
て説明する。先ず、光学走査装置の概略説明を行い、次
に要部である連結部材の取付状態について詳細な説明を
行う。 （光学走査装置の概略説明）図２〜図４に示すように、
光学走査装置１０では、光学箱１２の壁面外部に取り付
けられた光源装置１４から出射される光ビームがコリメ
ートレンズ１６によって平行光束とされ、平行光束とさ
れた光ビームがシリンドリカルレンズ１８、反射ミラー
２０、２２を介して回転多面鏡２４（偏向装置２６）に
入射され、反射面２８上に線状に結像される。回転多面
鏡２４によって偏向された光ビームは、反射ミラー３
０、３２によって光学箱１２の下側に折り返され、結像
レンズ３４によって集光され、反射ミラー３６、３８を
介して感光体ドラム４０上に結像される（図３参照）。
なお、結像レンズ３４から出射された光ビームの一部
は、反射ミラー４２によって同期検出器４４（図４参
照）に導かれる。

【００２５】このように、光ビームの光路上に配置され
た光学部品（光源装置１４〜反射ミラー４２）は、ネジ
等によって光学箱１２に位置決め固定されている。例え
ば、光源装置１４は、図１に示すように、半導体レーザ
４６が実装された回路基板４８が光学箱１２の壁面１２
Ａに外側から装着されている。また、コリメートレンズ
１６は鏡筒５０内に配置され、光学箱１２の底面１２Ｂ
に形成された凸部５２上に固定されている。 （連結部材の取付状態）本実施形態に係る光学走査装置
１０に使用される連結部材６０は、図５に示すように、
側面部６０Ａと底面部６０Ｂを略直角に連続させた略Ｌ
字型の部材であり、側面部６０Ａに円形の光ビーム出射
窓６２、底面部６０Ｂに矩形の孔部６４が形成されてい
る。また、側面部６０Ａにはネジ孔６６、底面部６０Ｂ
には孔部６８がそれぞれ２箇所ずつが形成されている。

【００２６】このように形成された連結部材６０は、図
１および図６に示すように、光学箱１２において光源装
置１４とコリメートレンズ１６の間に配置される。すな
わち、固定ネジ７０、７２によって連結部材６０の側面
部６０Ａ、底面部６０Ｂが光学箱１２の壁面１２Ａ、底
面１２Ｂに固定される。この結果、半導体レーザ４６が
出射窓６２内部に配設されると共に、光学箱１２の底面
１２Ｂの凸部５２が連結部材６０の孔部６４内部に位置
することになる。

【００２７】なお、光学箱１２において壁面１２Ａと底
面１２Ｂのなす角部７４に、光軸方向と直交する方向
（図７において、紙面に垂直な方向）に延在するスリッ
ト７６が形成されている。

【００２８】このように構成される光学走査装置１０
は、以下のようにして組み立て、調整した後、画像記録
装置内で使用される。

【００２９】先ず、光学箱１２の壁面１２Ａに回路基板
４８、底面１２Ｂの凸部５２に鏡筒５０が固定ネジ７０
等によって仮固定される。次に、連結部材６０は、回路
基板４８が固定されている壁面１２Ａと前記凸部５２が
形成されている底面１２Ｂに固定ネジ７０、７２で固定
される。

【００３０】続いて、光学走査装置１０の光学特性をモ
ニタしながら光路調整を行う。すなわち、固定ネジ７０
を緩めて回路基板４８を光軸と直交する方向に移動させ
ることによって、半導体レーザ４６のコリメートレンズ
１６に対する光軸（アライメント）調整を行う。さら
に、鏡筒５０を凸部５２上で光軸方向に移動させ、フォ
ーカス調整を行う。

【００３１】このように光路調整を行った後に光学走査
装置１０は画像記録装置内に配設される。画像記録装置
内部では、使用によって環境温度が上昇し、光学箱１２
が熱膨張する。この結果、半導体レーザ４６とコリメー
トレンズ１６の距離（以下、フォーカス距離という）を
広げ、壁面１２Ａが外側に倒す方向に力が作用する。

【００３２】しかしながら、回路基板４８に固定されて
いる半導体レーザ４６近傍の壁面１２Ａと、鏡筒５０が
固定されている凸部５２近傍の底面１２Ｂを、光学箱１
２よりも線膨張係数が小さい連結部材６０と固定してい
るため、光学箱１２の熱膨張によるフォーカス距離の変
化（伸び）が抑制される。

【００３３】また、光学箱１２の壁面１２Ａと底面１２
Ｂでなす角部７４に光軸方向に直交する方向に延在する
スリット７６が形成されているため、光学箱１２の連結
部材６０に固定されていない部分の変形を吸収し、半導
体レーザ４６とコリメートレンズ１６のフォーカス距離
および光軸ずれの変化を一層抑制することができる。な
お、本実施形態の光学走査装置１０では、光学箱１２の
底面１２Ｂにスリット７６（図６、図７参照）を形成し
たが、壁面１２Ａに形成しても同様の作用効果が得られ
る。

【００３４】さらに、回路基板４８を光学箱１２の壁面
１２Ａに直接取り付け、鏡筒５０を凸部５２に固定する
簡単な構造でありながら、光学走査装置１０に組み立て
後に簡単にフォーカス調整およびアライメント調整がで
きるため、光学箱１２に対する取付誤差などによって光
学走査装置１０の光学特性が低下するおそれはない。

【００３５】なお、本実施形態では、最も光学倍率が大
きい半導体レーザ４６とコリメートレンズ１６の間に連
結部材６０を配設したが、他の光学部品間にも連結部材
を配設することによって、光学走査装置１０の光学特性
が一層良好な状態で維持される。 ［第２実施形態］本発明の第２実施形態に係る光学走査
装置について図７、図８を参照して説明する。第１実施
形態と異なるのは連結部材の形状のみなので、要部のみ
説明し、他は省略する。なお、第１実施形態と同様の構
成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省
略する。

【００３６】連結部材８０は、底面８０Ｂの上に鏡筒５
０を固定するものであり、光軸に沿って形成された底面
８０Ｂの突起８２に鏡筒５０の溝８４を係合させること
によって、底面８０Ｂ上で鏡筒５０を光軸方向に移動さ
せてフォーカス調整を行う。

【００３７】このように構成された光学走査装置では、
画像記録装置内部の温度上昇により光学箱１２に熱膨張
が発生しても、半導体レーザ４６近傍の壁面１２Ａが線
膨張係数の小さい連結部材８０に固定されると共に、コ
リメートレンズ１６が連結部材８０上に配置されている
ため、フォーカス距離の変化が一層抑制される。また、
連結部材８０上にコリメートレンズ１６が配設されてい
るため、光軸に垂直な方向（図における上下方向）にお
ける半導体レーザ４６とコリメートレンズ１６の相対的
変化が抑制され、光軸ずれを抑制することができる。 ［第３実施形態］本発明の第３実施形態に係る光学走査
装置について図９、図１０を参照して説明する。第１実
施形態と異なるのは連結部材の形状のみなので、要部の
み説明し、他は省略する。なお、第１実施形態と同様の
構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を
省略する。

【００３８】連結部材９０は、図１０に示すように、略
コの字型に形成されており、光学箱１２の壁面１２Ａ取
付用の取付部９０Ａと底面１２Ｂ取付用の取付部９０Ｂ
が形成されると共に、後述する調整部材９４固定用のネ
ジ孔９２が形成されている。

【００３９】調整部材９４は、連結部材９０よりも線膨
張係数が大きい筒状体であり、鏡筒５０に対して光軸方
向に沿って半導体レーザ４６と反対側に装着されてい
る。調整部材９４は、鏡筒５０の内部に設けられたネジ
孔を螺入されており、回転させることによってコリメー
トレンズ１６を光軸方向に移動可能とされている。

【００４０】このように構成された光学走査装置の作用
について説明する。

【００４１】第１実施形態と同様にして連結部材９０が
光学箱１２に取り付けられる。この際、調整部材９４が
連結部材９０のネジ孔９２に螺入され、さらに、鏡筒５
０の孔部に進入することによってフォーカス調整を行
う。

【００４２】この光学走査装置が画像記録装置に配設さ
れることによって、使用に伴う温度上昇によって光学箱
１２等が熱膨張する。連結部材９０も光学箱１２よりは
線膨張係数が小さいものの膨張する。しかしながら、本
実施形態においては、コリメートレンズ１６を基準にし
て半導体レーザ４６と反対側に連結部材９０よりも線膨
張係数の大きい調整部材９４を配設したため、調整部材
９４の熱膨張が連結部材９０の熱膨張を打ち消すように
作用し、連結部材９０によるフォーカス距離の伸びが抑
制される。

【００４３】例えば、図９のような配置の場合、連結部
材９０、半導体レーザ４６、および固定ネジ７０の材質
が同じであると仮定し、その線膨張係数をα１、調整部
材９４の線膨張係数をα２、鏡筒５０の線膨張係数をα
３とし、それぞれ部品間の距離を図９に示すように設定
し（Ｌ０〜Ｌ４）、温度変化をＴ℃とすると、半導体レ
ーザ４６とコリメートレンズ１６の間隔（フォーカス距
離）Ｌ０は、 Ｌ０＝Ｔ×（（Ｌ１−Ｌ２）×α１−Ｌ３×α２−Ｌ４
×α３） で示すことができる。したがって、これらの距離Ｌ１〜
Ｌ４と、線膨張係数α１〜α３を適当に選択することに
よって、特殊な材料を使用せずにコリメートレンズ１６
と半導体レーザ４６の間隔Ｌ０を一定に保つことができ
る。すなわち、画像記録装置内部で使用されても、温度
上昇により光学特性が変化しない光学走査装置を低コス
トに提供できる。 ［シミュレーション結果］本発明の作用を確認するため
にシミュレーションを行って作用を確認した。第１実施
形態に係る光学走査装置１０（実施例）と連結部材無し
の光学走査装置（従来例）のモデルについて、２５℃か
ら６０℃への温度上昇による半導体レーザとコリメート
レンズ間の距離Ｌ０の変化を調べた。

【００４４】温度上昇によりモデルは図１１（Ａ）の形
状から図１１（Ｂ）の形状に変化する。実際のシミュレ
ーション結果を図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す。実施例に
係る光学走査装置（図１２（Ａ）参照）は、連結部材６
０（斜線部参照）の存在によって変形が抑制され、距離
Ｌが従来例に係る光学走査装置における距離Ｌ’（図１
２（Ｂ）参照）と比較して距離Ｄ分抑制されることがわ
かる。

【００４５】なお、シミュレーション（計算）結果を表
１に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】このように、連結部材を設けることによっ
てフォーカス距離の伸びが大幅に抑制されることが確認
された。また、スリットを設けることによって、光学箱
の変化が吸収され、フォーカス距離の変化が一層抑制さ
れることが確認された。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る光学走査装置は、簡単な構
造でありながら、熱膨張による光学特性の低下を抑制す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る連結部材の取付
状態を説明する断面図である。

【図２】 本発明の第１実施形態に係る光学走査装置を
示す斜視図である。

【図３】 本発明の第１実施形態に係る光学走査装置を
示す断面図である。

【図４】 本発明の第１実施形態に係る光学走査装置を
示す平面図である。

【図５】 本発明の第１実施形態に係る連結部材の斜視
図である。

【図６】 本発明の第１実施形態に係る連結部材の取付
状態を説明する平面図である。

【図７】 本発明の第２実施形態に係る連結部材の取付
状態を説明する断面図である。

【図８】 本発明の第２実施形態に係る連結部材の斜視
図である。

【図９】 本発明の第３実施形態に係る連結部材の取付
状態を説明する断面図である。

【図１０】 本発明の第３実施形態に係る連結部材の斜
視図である。

【図１１】 シミュレーションにおける、（Ａ）はモデ
ルの変形前、（Ｂ）は変形後の模式図である。

【図１２】 （Ａ）は実施例、（Ｂ）は従来例のシミュ
レーション結果を示した図である。

【図１３】 従来例１に係る光源装置の断面図である。

【図１４】 従来例２に係る光源装置の断面図である。

【図１５】 従来例２に係る光学走査装置の平面図であ
る。

【図１６】 従来例３に係る光源装置の断面図である。

【図１７】 従来例３に係る光学走査装置の斜視図であ
る。

【図１８】 他の従来例に係る光学走査装置の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０ 光学走査装置 １６ コリメートレンズ ４６ 半導体レーザ（光源） ６０、８０、９０ 連結部材 ７６ スリット ９４ 調整ネジ（調整部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 AA43 AA45 AA46 AA47 AA48 BA86 BA90 DA03 2H045 AA01 CB22 DA02 DA04 5C072 AA03 BA12 DA02 DA18 DA21 DA23 HA02 HA13 RA12 XA01 XA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射された光ビームを感光体上
   に走査光として結像させる光学部品が配設された光学箱
   を備え、 前記光学箱よりも線膨張係数が小さい連結部材を介し
   て、少なくとも２つの光学部品近傍の光学箱上の２点を
   連結したことを特徴とする光学走査装置。
2. 【請求項２】 光学箱は、前記光源が取りつけられた壁
   面と、前記コリメートレンズが取りつけられた底面とを
   備え、前記壁面と前記底面のなす角部に光軸と直交する
   方向に延在するスリットが形成されたことを特徴とする
   請求項１記載の光学走査装置。
3. 【請求項３】 前記連結部材で拘束される第１の光学部
   品と第２の光学部品の少なくとも一方は、連結部材より
   も線膨張係数が大きい調整部材を介して前記連結部材に
   取り付けられており、当該調整部材が光軸方向において
   前記第１と第２の光学部品間の外側に配置されることを
   特徴とする請求項１または２記載の光学走査装置。