JP2003195207A

JP2003195207A - レーザ光源装置及び走査光学装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003195207A
Application number: JP2001398151A
Authority: JP
Inventors: Hisamichi Kobayashi; 久倫小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】構成の簡素化及び、光源に対するレンズの組
立精度の向上を実現するとともに、フレア光を防止し高
精度な画像を得る信頼性の高いレーザ光源装置及び走査
光学装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ１とコリメータレンズ３と
を保持するホルダ部材２を備え、半導体レーザ１とコリ
メータレンズ３との間であってコリメータレンズ３近傍
の光路内に光学絞り２６を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート等の記録媒
体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、
プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成
装置に関し、特に、これらの装置に備えられるレーザ光
源装置及び走査光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光源である半導体レーザと、レー
ザ光を所定形状にするコリメータレンズから構成される
レーザ光源装置において、例えば、レーザ光源装置に光
学絞りを形成する手法の一つとして、特開平８−１１２
９４０号公報に記載されたような提案が為されている。

【０００３】図１１は、従来技術に係るレーザ光源装置
Ｒ５を示す概略図である。

【０００４】図１１に示されるように、コリメータレン
ズ１０３を保持する鏡筒１０２が、２色の樹脂によって
構成されることにより、レンズ保持部１０４とスポット
を形成する光学絞り１０１とを一体化している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術においては、コリメータレンズを保持す
る鏡筒は、組立工程上、部品構成が限定されていた。

【０００６】また、半導体レーザを保持するレーザホル
ダと、コリメータレンズを保持する鏡筒とを高精度に調
整及び固定をする為に、各部品精度や組立精度を要し
た。

【０００７】鏡筒は、半導体レーザとコリメータレンズ
間を所定位置に調整した後、レーザホルダと鏡筒を接着
固定するにあたり、前記２部材による環状隙間に充填さ
れた光硬化型接着剤を硬化させる為、接着部は光透過可
能な材質であり、かつ、レーザ光の透過部には光学絞り
を形成する遮光材料との２色構成による一体成形が可能
であることが前提とされていた。以上のことから、材料
選定に限りがあると同時に、鏡筒の型構成が非常に複雑
である為、製作が困難になり、高価であることが課題で
あった。

【０００８】また、鏡筒の２色材質の合成上、光学絞り
の開口部端面が、光透過可能な樹脂で形成される場合に
は、レーザ光が開口部端面で反射し、フレア光となって
画像劣化を及ぼすことが懸念されていた。

【０００９】さらに、光学絞りの寸法公差が振れること
や、コリメータレンズを調整する際に光学絞りの位置が
変わることにより光学効率がばらつき、組立精度が悪化
する虞があった。

【００１０】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、構成
の簡素化及び、光源に対するレンズの組立精度の向上を
実現するとともに、フレア光を防止し高精度な画像を得
る信頼性の高いレーザ光源装置及び走査光学装置及び画
像形成装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、レーザ光を出射する光源と、前記
光源から出射されたレーザ光が透過するレンズと、前記
光源と前記レンズとを保持するホルダ部材と、を備えた
レーザ光源装置であって、前記光源と前記レンズとの間
であって該レンズ近傍の光路内に光学絞りを備えること
を特徴とする。

【００１２】また、レーザ光を出射する光源と、前記光
源から出射されたレーザ光が透過するレンズと、前記光
源と前記レンズとを保持するホルダ部材と、を備えたレ
ーザ光源装置であって、前記ホルダ部材に光学絞りが一
体成形されていることを特徴とする。

【００１３】前記光学絞りは、前記ホルダ部材に一体成
形されていることも好適である。

【００１４】前記ホルダ部材は、前記光学絞りを固定す
る固定部を備えることも好適である。

【００１５】前記光学絞りの前記光源側の遮蔽面は、レ
ーザ光を乱反射するテーパ形状に形成されていることも
好適である。

【００１６】前記光学絞りの前記光源側の遮蔽面には、
レーザ光の反射を防止する表面処理が施されていること
も好適である。

【００１７】前記レンズの有効径外の端面部は、レーザ
光を遮蔽する表面処理が施されていることも好適であ
る。

【００１８】前記レンズの有効径外の端面部には、レー
ザ光を乱反射する段差部が設けられていることも好適で
ある。

【００１９】走査光学装置にあっては、上記記載のレー
ザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射されたレー
ザ光を偏向走査する偏向手段と、前記偏向手段で偏向さ
れたレーザ光を前記感光体上に結像する結像手段と、を
備えることを特徴とする。

【００２０】画像形成装置にあっては、感光体と、上記
記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射
されたレーザ光を偏向する偏向手段と、前記偏向手段で
偏向されたレーザ光を前記感光体上に結像する結像手段
と、を備えることを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される
装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきもので
あり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣
旨のものではない。

【００２２】（実施の形態１）図７は本発明を適用した
画像形成装置の概略図である。

【００２３】図７において、５０は走査光学装置、５１
は感光体ドラム、５２は帯電手段、５３は現像手段、５
４は転写手段、５５は定着手段、５６はクリーニング手
段、５７はミラーである。

【００２４】帯電手段５２により帯電された感光体ドラ
ム５１はミラー５７を介した走査光学装置５０からのレ
ーザ光により走査され、感光体ドラム５１上に静電潜像
が形成される。この感光体ドラム５１上の静電潜像は現
像手段５３により現像され、感光体ドラム５１上にトナ
ー像が形成される。この感光体ドラム５１上のトナー像
は転写手段５４により記録材Ｐ上に転写され、この記録
材Ｐは定着手段５５に搬送されてトナー像が記録材Ｐ上
に定着される。

【００２５】感光体ドラム５１上の残留トナーはクリー
ニング手段５６によりクリーニングされる。

【００２６】図８は、走査光学装置５０を説明するため
の図である。

【００２７】図８において、走査光学装置５０は光学箱
６３内に収納されている。走査光学装置５０は、レーザ
光源装置Ｒ１、レーザ光源装置Ｒ１から出射されるレー
ザ光を線状に集光するシリンドリカルレンズ６０、シリ
ンドリカルレンズ６０によって集光されたレーザ光を偏
向走査する偏向手段である回転多面鏡６１、回転多面鏡
６１で偏向されたレーザ光を感光体ドラム５１上に結像
するための結像手段であるｆθレンズ６２等を含んで構
成されている。

【００２８】ｆθレンズ６２は、レーザ光が感光体ドラ
ム５１上においてスポットを形成するように集光され、
またこのスポットの走査速度が等速に保たれるように設
計されている。このようなｆθレンズ６２の特性を得る
ために、このｆθレンズ６２は球面レンズ６２ａとトー
リックレンズ６２ｂの２つのレンズで構成されている。

【００２９】回転多面鏡６１の回転によって、感光体ド
ラム５１においてはレーザ光による主走査が行われ、ま
た感光体ドラム５１がその円筒の軸線まわりに回転駆動
することによって副走査が行われる。

【００３０】次に、図１〜５を基に本発明の実施の形態
であるレーザ光源装置について説明する。

【００３１】図１は本発明の特徴を最もよく表わしたも
ので、レーザ光源装置Ｒ１の構成を示す概略断面図であ
る。図２は、本ユニットの組立工程による概略図であ
る。図３（ａ）は本ユニットのレンズ接着部位における
概略上視図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図で
ある。

【００３２】１は複数の発光点（不図示）を有する光源
であるところの半導体レーザ、２は半導体レーザ１を保
持する保持手段であるホルダ部材、３は半導体レーザ１
から出射されたレーザ光を略平行光に形成するコリメー
タレンズ、４は半導体レーザ１を駆動するＩＣ（不図
示）を有するレーザ駆動回路基板である。

【００３３】ホルダ部材２においては、一端側に設けら
れて半導体レーザ１を保持する圧入孔２１と、他端側に
設けられてコリメータレンズ３を保持する円筒部２２
と、円筒部２２に設けられてレンズを保持するクランプ
工具５の可動領域とする第一切り欠き部２４と、円筒部
２２に設けられてコリメータレンズ３の接着部位となる
突起部２３と、円筒部２２に設けられてコリメータレン
ズ３の接着固定に用いる紫外線硬化型接着剤８を充填す
る第二切り欠き部２５と、接着固定されるコリメータレ
ンズ３よりも圧入孔２１に保持される半導体レーザ１側
に設けられてフレア光を遮蔽する光学絞り２６と、レー
ザ光源装置Ｒ１を走査光学装置の筐体６３に嵌合する嵌
合部２９と、レーザ駆動回路基板４をねじ固定する取付
部２７と、一体化されたレーザ光源装置を筐体６にねじ
固定する取付部２８とを有する。

【００３４】コリメータレンズ３は、ホルダ部材２と直
接接着される外周面３１を備える。

【００３５】クランプ工具５は、コリメータレンズ３を
把持しながら軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）方向への位置調整を行
うための支持手段である。

【００３６】上述した構成において、レーザ光源装置Ｒ
１の組立方法について以下に説明する。

【００３７】まず、半導体レーザ１は圧入によってホル
ダ部材２の圧入孔２１に固定保持される。

【００３８】そして、半導体レーザ１のリードピン１１
はレーザ駆動回路基板４と半田付けで締結される。

【００３９】レーザ駆動回路基板４は、ねじ６によって
ホルダ部材２に締結される。

【００４０】次に、コリメータレンズ３は、ホルダ部材
２のレンズ接着部が鉛直方向とする姿勢において、第一
切り欠き部２４から挿入されるクランプ工具５により保
持され、半導体レーザ１から発光されるレーザ光Ｌに対
して、焦点距離及び照射位置を３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向
の所定位置に調整する。

【００４１】そして、第二切り欠き部２５及び前記コリ
メータレンズと突起部２３の係合部との間に接着剤が充
填され、紫外線が照射された状態で接着固定される。

【００４２】クランプ工具５は、レンズが接着固定され
た後に、退避する。

【００４３】つまり、レーザ光を出射する半導体レーザ
１を円筒部２２を有するホルダ部材２に固定し、次にコ
リメータレンズ３をクランプ工具５で支持し、クランプ
工具５を円筒部２２に設けられた第一切り欠き部２４に
位置させ、コリメータレンズ３と半導体レーザ１の相対
位置を調整し、次に円筒部２２に設けられた第二切り欠
き部２５から接着剤を流し込んでコリメータレンズ３を
円筒部２２の突起部２３に固定し、次にチャックを取り
外すことで、レーザ光源装置におけるコリメータレンズ
の位置調整及び組み付けを行なう。

【００４４】以上により、一体化されてレーザ光源装置
となる。

【００４５】なお、本実施の形態では、紫外線硬化型の
接着剤を用いたが、これに限定するものではない。ま
た、図２，３に示されるように、第二切り欠き部２５
は、本実施の形態において、突起部２３内に３箇所設け
てあるが、数量は限定されずに、コリメータレンズが接
着される円筒部に円周等分、又は第一切り欠き部２４の
対向面側に配置されていることが好ましい。

【００４６】本実施の形態の構成によれば、半導体レー
ザ１から出射されたレーザ光Ｌは、ホルダ部材２の光学
絞り２６によって、拡散したフレア光Ｌ’を遮蔽する。
光学絞り２６を通過したレーザ光Ｌは、フレア光Ｌ’を
発生することなく、コリメータレンズ３に入射する。

【００４７】フレア光Ｌ’を遮蔽する光学絞り２６は、
型成形により一定の位置に構成できる為、フレア光Ｌ’
を安定的に遮蔽でき、画像劣化を防止する。そして、光
学絞り２６をホルダ部材２に一体成形することにより、
容易かつ安価に型を製作できる。

【００４８】なお、光学絞り２６は、ホルダ部材２に一
体成形されることが好ましいが、半導体レーザ１からコ
リメータレンズ３近傍の間に設けられればよく、ホルダ
部材２に設けられた固定部に固定されるものであれば、
例えばホルダ部材２に嵌め込み固定するものであっても
よく、これによりホルダ部材２の一定の位置に構成で
き、フレア光Ｌ’を安定的に遮蔽でき、画像劣化を防止
することができる。

【００４９】また、光学絞りとは、壁すなわち遮蔽壁と
遮蔽壁に設けられた開口部とを有しており、光学絞り２
６の半導体レーザ１側に位置する遮蔽壁には、反射防止
の為の表面処理が施してあるとより効果的である。例え
ば、反射防止用の黒色艶消し塗料の塗布や、ショットブ
ラストといった吹き付け、シボ打ち等の表面加工を施し
ても良い。

【００５０】もしくは、図４に示すように、遮蔽壁２６
ａをテーパ形状にすることにより、遮蔽壁で反射したフ
レア光Ｌ’が、半導体レーザ１の出射開口部への戻り光
として、半導体レーザ１の諸特性に悪影響を及ぼすこと
を防ぐ。但し、戻り光が直接半導体レーザ１に反射する
ことは少なく、ホルダ部材の内部で反射を繰り返し、戻
り光を抑制できるような所定形状とすることで効果を期
待できる。

【００５１】なお、光学絞りの開口部は、最終的なスポ
ット径に限定されることは無く、フレア光を未然に防ぐ
ものであれば、開口部の形状は任意とする。

【００５２】例えば、図５に示されるように複数のビー
ムを走査するマルチビームの光学系Ｓにおいて、ユニッ
ト化されたレーザ光源装置Ａから発光されたレーザ光Ｌ
はシリンドリカルレンズＢを経て、ポリゴンミラーＤを
備えたスキャナモータによって偏向走査され、結像レン
ズＦ，Ｇ、反射ミラーＨを介して感光体Ｉ上に結像され
る。

【００５３】近年においては、レーザビームプリンタの
高速化により、特にマルチビームを搭載するレーザ光源
装置では、例えば、光学絞りを可能な限り称呼の結像位
置である回転多面鏡に近づける構成であり、この結果、
環境下でのピント変動による各レーザ光の結像位置ずれ
を低減でき、画像劣化を抑えるようなことが考えられ
る。

【００５４】この場合には、光学素子を収納する光学箱
内への迷光及び、散乱光による半導体レーザへの戻り光
を、レーザ光のビーム形状が規定されるコリメータレン
ズ前後近傍で抑制することが重要である。

【００５５】従って、走査光学装置内に位置する光学絞
りは、コリメータレンズ近傍から回転多面鏡の間に複数
存在してもよく、配置する位置、個数等は必要に応じて
任意とする。すなわち、レーザ光源装置Ａから出射した
レーザ光Ｌは、回転多面鏡Ｄ上の複数のスポット位置を
部品公差によらない安定した位置に形成する為に、光学
絞りＣの位置は回転多面鏡Ｄの直前近傍であることが望
ましいとされる。

【００５６】従って、シリンダレンズＢと回転多面鏡Ｄ
との間にスポット径を決定する第一の光学絞りＣを配置
する場合においては、ホルダ部材に設けられる第二の光
学絞りは、前記第一の光学絞りＣより大きい開口径と
し、迷光・戻り光の対策を目的とした、コリメータレン
ズの有効径を確保できる程度の絞り形状であっても良
い。

【００５７】以上、説明したように、本実施の形態によ
れば、ホルダ部材に半導体レーザ及びコリメータレンズ
を設け、半導体レーザからコリメータレンズ近傍の間に
光学絞りを設けることにより、コリメータレンズを保持
する鏡筒を廃止することができ、構成を簡素化すること
ができ、半導体レーザに対するコリメータレンズの組立
精度を向上することができる。そして、半導体レーザか
ら出射した光束による余分な拡散光を遮蔽することや、
コリメータレンズ外周面で発生する反射光を遮蔽する。

【００５８】さらに、半導体レーザを固定するホルダ部
材に対して光学絞りを固定することで、光学効率にバラ
ツキが生じることなく、安定して高精度に組立を行うこ
とが可能となる。

【００５９】また、光学絞りをホルダ部材に一体成形す
ることによって、光学絞りを別部品として必要としない
ため、部品点数を削減することができ、組立工程を簡略
化することができる。

【００６０】さらに、光源である半導体レーザの保持固
定部から光学絞りまでが同一部材であり、部品の結合箇
所による隙間部が無いことから、光の漏れが発生せず、
レーザ光の主ビーム以外は、光学絞りに遮蔽されて、フ
レア光を防止することが可能になる。

【００６１】従って、安価で容易な構成によって、フレ
ア光を防止し、画像品質を向上させることが可能とな
る。

【００６２】ここで、本出願人は、図６に示すように、
コリメータレンズ３を保持する鏡筒を廃止し、コリメー
タレンズ３をホルダ部材２に直接固定することとした走
査光学装置Ｒ４を提案しているが、このような、光学絞
りを有する鏡筒を廃止した場合においても、本実施の形
態の構成を適用することにより、フレア光・迷光等の不
具合を防止することが可能となる。

【００６３】（実施の形態２）図９は、実施の形態２を
示すものであり、コリメータレンズに表面加工を施した
レーザ光源装置Ｒ３を示す概略図である。なお、実施の
形態１と同様の構成部分については同一の符号を付し
て、その説明は省略する。

【００６４】半導体レーザ１から出射したレーザ光Ｌ
は、コリメータレンズ３へ入射するまでに拡散する虞が
ある。

【００６５】拡散した散乱光は、コリメータレンズ３の
外周面３１で反射し、フレア光Ｌ’になることが懸念さ
れる為、本実施の形態においてはコリメータレンズの有
効径外の端面部（領域）に反射防止の表面処理を施すこ
とで、フレア光Ｌ’を未然に防止するものである。

【００６６】なお、表面処理は主ビームが透過する領域
のレンズ表面以外であれば、レンズ球面だけでなく外周
面自体に加工を施しても良い。また、コリメータレンズ
３の主ビーム以外の透過部を、有効径外で粗面化しても
よい。

【００６７】図１０にフレア光を遮蔽するコリメータレ
ンズの加工の例を示す。

【００６８】コリメータレンズを安価に加工できるガラ
スでは、特殊加工を必要とせず、ピリ、カケ防止の為の
面取りと同時にレンズ表裏面に切削加工ができ、図１０
（ａ）に示されるように、コリメータレンズ３の有効径
外に、例えばＲ面取り３２ａの加工を施すことで、散乱
光の透過面を粗面化することができ、散乱光を遮蔽する
ことが可能である。なお、レンズ外周面においては、レ
ンズの芯出し加工と同時に粗面化できる為、安価で容易
にフレア光の防止効果を得る。

【００６９】一方、設計に自由度があるプラスチック成
形であれば、特殊形状が容易に構成できるので、図１０
（ｂ）に示すように、有効径外でテーパ付の段差部３２
ｂを設ければ、散乱光を偏光し、主ビームに対するフレ
ア光を防止できる。

【００７０】段差部３２ｂの段差形状は、レンズ球面以
外の形状を示し、光束を偏光する形状であれば、テーパ
形状でもよく、加工領域が有効径外であれば、任意形状
とする。

【００７１】以上の構成によって、実施の形態１と同様
な効果を得ることが可能となる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のようなコリメータレンズを保持する鏡筒を廃止す
ることができるので、構成を簡素化することができ、光
源に対するレンズの組立精度を向上することができる。

【００７３】さらには、光学絞りを別部材として用いる
ことなく、部品点数を削減できることにより、組立工程
を簡略化することができ、低コスト化を実現できる。

【００７４】従って、安価で容易な構成によって、フレ
ア光を防止し、画像品質の向上を可能とする信頼性の高
い装置を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係るレーザ光源装置Ｒ１の概略
図である。

【図２】実施の形態１に係るレーザ光源装置Ｒ１の組立
工程を説明するための図である。

【図３】実施の形態１に係るレーザ光源装置Ｒ１のレン
ズ接着工程を説明するための図である。

【図４】実施の形態１に係るレーザ光源装置Ｒ２の概略
図である。

【図５】走査系Ｓを説明するための図である。

【図６】レーザ光源装置Ｒ４の概略図である。

【図７】画像形成装置の概略図である。

【図８】走査光学装置の概略図である。

【図９】実施の形態２に係るレーザ光源装置Ｒ３の概略
図である。

【図１０】実施の形態２に係るコリメータレンズの概略
図である。

【図１１】従来技術に係るレーザ光源装置の概略図であ
る。

【符号の説明】

１半導体レーザ１１リードピン２ホルダ部材２１圧入孔２２円筒部２３突起部２４第一切り欠き部２５第二切り欠き部２６光学絞り２６ａ遮蔽壁２７，２８取付部２９嵌合部３コリメータレンズ３１外周面３２ａＲ面取り部（粗面部）３２ｂテーパ部４レーザ駆動回路基板５クランプ工具６ねじＬレーザ光Ｌ’ フレア光Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３レーザ光源装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C362 BA84 DA28 2H045 CB24 CB63 DA02 2H080 AA30 5C051 AA02 CA07 DB22 DB30 DE30 5C072 AA03 BA20 DA02 DA15 HA02 HA09 HA12 HB04 XA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光が透過するレンズと、前記光源と前記レンズとを保持するホルダ部材と、を備えたレーザ光源装置であって、前記光源と前記レンズとの間であって該レンズ近傍の光
路内に光学絞りを備えることを特徴とするレーザ光源装
置。
【請求項２】レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光が透過するレンズと、前記光源と前記レンズとを保持するホルダ部材と、を備えたレーザ光源装置であって、前記ホルダ部材に光学絞りが一体成形されていることを
特徴とするレーザ光源装置。
【請求項３】前記光学絞りは、前記ホルダ部材に一体成
形されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ
光源装置。
【請求項４】前記ホルダ部材は、前記光学絞りを固定す
る固定部を備えることを特徴とする請求項１に記載のレ
ーザ光源装置。
【請求項５】前記光学絞りの前記光源側の遮蔽面は、レ
ーザ光を乱反射するテーパ形状に形成されていることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレー
ザ光源装置。
【請求項６】前記光学絞りの前記光源側の遮蔽面には、
レーザ光の反射を防止する表面処理が施されていること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレ
ーザ光源装置。
【請求項７】前記レンズの有効径外の端面部は、レーザ
光を遮蔽する表面処理が施されていることを特徴とする
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザ光源装
置。
【請求項８】前記レンズの有効径外の端面部には、レー
ザ光を乱反射する段差部が設けられていることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーザ光源
装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレ
ーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から出射されたレーザ光を偏向走査
する偏向手段と、前記偏向手段で偏向されたレーザ光を前記感光体上に結
像する結像手段と、を備えることを特徴とする走査光学装置。
【請求項１０】感光体と、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレーザ光源装置
と、前記レーザ光源装置から出射されたレーザ光を偏向する
偏向手段と、前記偏向手段で偏向されたレーザ光を前記感光体上に結
像する結像手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。