JP2007003594A - 走査光学装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品構成を簡略化、小型化して、半導体レーザを位置調整を容易に行い、且つ組立てをも容易に行うこと。
【解決手段】複数のレーザ光を発生する光源である半導体レーザと、前記レーザ光を略平行光束に集光するコリメータレンズと、これらを精度良く取付けるための筐体と、を有する走査光学装置において、前記半導体レーザを固定配設する保持部材を有し、前記保持部材は、紫外線が透過可能な材質で構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を出射する半導体レーザを有する走査光学装置、及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。

近年、レーザビームプリンタの印字速度の高速化に伴い、複数のレーザ光を同時に走査して複数のラインを一度に書き込むことができる走査光学装置が用いられている。

この走査光学装置においては、複数のレーザ光を等間隔で走査することができるように、複数のレーザ光を出射する半導体レーザを有する光源装置を回転調整することで、所望の間隔にレーザ光の位置を調整する構成がある（例えば、特許文献１参照）。

また、光源である半導体レーザと、レーザ光を所定の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を、半導体レーザとコリメータレンズをユニット化することなく、個別に光学箱に取付けることでユニット化のための部品を必要とせず、走査光学装置の組立て部品の点数を減少させたり、ユニット化のための部品に組付ける工程を省略する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この構成においては、次のように半導体レーザの組付けを行う。まず、光学箱に設けられたモニタ用開口等によって、光学箱の外部へのレーザ光を取り出して半導体レーザの光軸合わせとピント合わせを行う。その後、半導体レーザを光学箱の取付け孔に接着等の方法で固定する。このように組み付けると、光源手段の調整が一度で済むため、走査光学装置全体の組立て工数の削減になる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−９８２８５（図４参照） 特開平８−８２７５９

しかしながら、特許文献１のような複数のレーザ光を出射する半導体レーザを回転調整して、レーザ光の位置調整を確実に調整しつつ、特許文献２のように部品構成を簡略化する構成とすることは、大変困難であった。

そこで、本発明の目的は、部品構成を簡略化、小型化して、半導体レーザを位置調整を容易に行い、且つ組立てをも容易に行うことである。

前記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、複数のレーザ光を発生する光源である半導体レーザと、前記レーザ光を略平行光束に集光するコリメータレンズと、これらを精度良く取付けるための筐体と、を有する走査光学装置において、前記半導体レーザを固定配設する保持部材を有し、前記保持部材は、紫外線が透過可能な材質で構成されることを特徴とする。

保持部材を紫外線を透過する樹脂にて構成した。このため、半導体レーザから出射されるレーザ光の焦点を合わせる際には、保持部材と筐体との間に紫外線硬化型の接着剤を充填し、ように位置調整をした後、そのまま紫外線を照射する。ここで保持部材が紫外線を透過する材質にて構成されている。このため、紫外線が保持部材に遮られることなく、接着剤に確実に到達する。この結果、紫外線硬化型接着剤が十分に固まり、保持部材が筐体に対して確実に固定される。また、紫外線硬化型接着剤により、様々なところを十分に固定することができるので、固定するための部品を削減することができる。

これにより、部品構成を簡略化、小型化して、半導体レーザを位置調整を容易に行い、且つ組立てをも容易に行うことができる。

〔第１実施形態〕
図を用いて本発明の第１実施形態を説明する。説明にあたり、画像形成装置、走査光学装置の概略説明をした後、本実施形態の特徴部分である半導体レーザ１の取付部の構成及び取付方法及び各光学部材の位置調整方法の詳細説明をする。

（画像形成装置100）
画像形成装置100の説明を、転写材を搬送する搬送ベルトを有するカラープリンタを例示して説明する。図２は画像形成装置100の概略断面図である。

図２に示すように、本実施形態で使用可能な画像形成装置100は、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応する４個の走査光学装置101（101Ｃ、101Ｍ、101Ｙ、101Ｂ）、像担持体としての感光体ドラム102（102Ｃ、102Ｍ、102Ｙ、102Ｂ）、現像器103（103Ｃ、103Ｍ、103Ｙ、103Ｂ）、搬送ベルト104、搬送ベルト104を介して各感光体ドラム102に対向する位置に配設される不図示の転写手段、紙等のシートＳを積載する給送手段105、画像形成後の画像を定着させる定着手段106、画像定着後のシートＳを排出する排出トレイ107、などから構成されている。

画像形成の際には、前記帯電手段によって一様に帯電された感光体ドラム102に対して、走査光学装置101から露光が行われ、静電潜像が形成される。次に、前記静電潜像に対して現像器103からトナーが供給されて、感光体ドラム102上にトナー像が形成される。

一方、給送手段105上に積載されたシートＳは、給送手段105からピックアップされて搬送ベルト104上を搬送される。そして、各感光体ドラム102上の形成されたトナー像は、前記転写手段によってシートＳ上に転写される。その後、シートＳは定着手段106内に搬送され、加熱・加圧されることでトナー像がシートＳ上に定着され、永久画像になる。最後に、シートＳは、不図示の搬送手段によって装置外の排出トレイ107に排出・積載され、画像形成動作が終了する。

（走査光学装置101）
走査光学装置101の説明を、反射ミラーを用いないタイプの走査光学装置を例示して説明する。図３は走査光学装置101の斜視図である。

本実施形態の走査光学装置101は、筐体としての光学箱４に次のような光学部品等を組み付けて構成される。図３に示すように、走査光学装置101の光学箱４には、半導体レーザ１が組みつけられレーザ制御回路を有する回路基板２と、コリメータレンズ３と、開口絞り33と、駆動モータ36によって駆動される回転多面鏡32と、回転多面鏡32の下流側に配設されレーザ光を被走査体である感光体ドラム102上を等速で走査する特性（ｆθ特性）を有する２つの結像レンズ34、35と、を有する。

このような構成により、走査光学装置101は以下のようにレーザ光Ｌ１、Ｌ２を出射する。

画像情報に応じて個々に変調される複数のレーザ光Ｌ１、Ｌ２（本実施形態では２本）を半導体レーザ１が出射する。この複数のレーザ光は一定の広がりを有しているが、コリメータレンズ３によって略平行光とされる。この平行化されたレーザ光はシリンドリカルレンズ31によって回転多面鏡32の偏向反射面上に集光する。また、シリンドリカルレンズ31と回転多面鏡32との間に配設される開口絞り33によって、光束を制限している。

レーザ光は、駆動モータ36によって安定した高速回転をさせられる回転多面鏡32によって偏向走査され、２つの結像レンズ34、35を通過することで、感光体ドラム102上に、微小なビーム形状で集光する。

この走査光学装置101には、画像の書き出し位置を揃えるための水平同期検出センサも配設されている。このため、複数のレーザ光は各々が回転多面鏡32に反射した後、この水平同期検出部に順に入射することによって、感光体ドラム102上の静電潜像の書き出し位置を揃えることができる。

（半導体レーザ１の取付部の構成及び取付方法）
次に、複数のレーザ光を出射する半導体レーザの取付部の構成について説明する。図１は本実施形態における半導体レーザ１の取付部の構成を示す。図１（ａ）は取付部の斜視図であり、図１（ｂ）は光学箱４に設けられた穴８付近の断面図である。

図１に示すように、半導体レーザ１は、保持部材５に圧入によって円筒状の中心位置に取付けられている。保持部材５は、紫外線が透過できる材質で構成されている。紫外線を透過することができる部材としては、例えば、ポリサルフォンなどの透明部材が挙げられる。

半導体レーザ１を保持した保持部材５は、その外形状がおおよそ円筒形状でフランジ部６を有している。また保持部材５は、それぞれ光学箱４に設けた穴８と遊嵌（遊びがある状態で嵌めること）している。

半導体レーザ１は、複数のレーザ光を各々独立して変調を行っている駆動回路を有する回路基板２に半田付けされており、この回路基板２は複数のネジ15によって光学箱４に組みつけられている。

半導体レーザ１の位置決め方法は様々であるが、例えば本実施形態においては、図４に示すように、半導体レーザ１のステムに設けられた切欠部10、11、27と、レーザ保持部材５の内部の穴５ａに設けられた圧入基準の突起12、13、28とを位置合わせすることで、おおよそ半導体レーザ１の回転方向の位置を決められている。

（各光学部材の位置調整方法）
複数のレーザ光のビーム間隔やコリメータレンズ３等の光学部材の位置調整方法に関して、図５を用いて説明する。

図５に示すように、位置調整時においては、半導体レーザ１から、一定の広がりを有した２本のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を出射させ、コリメータレンズ３によって集光させる。コリメータレンズ３を通過した２本のレーザ光を治工具ミラー16と17を用いて反射させ、受光素子18などから構成される観察装置19に入射させる。

このとき、コリメータレンズ３によって集光されたレーザ光のみを観察装置19に取り込むことが望ましい。このため、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を開口絞り50で遮断して光量を規制している。これにより、コリメータレンズ３により集光されるレーザ光をより確実に観察装置19に取り込むことができる。

観察装置19には予め２本のレーザ光が入射する基準位置が定められている。このため、まず、コリメータレンズ３の位置調整に当たっては、仮置きされたコリメータレンズ３を光軸方向と平行な平面内に調整工具20を用いてコリメータレンズ３を微動させつつ、レーザ光が基準位置に合うように調整する。これによって、ピント位置を調整することができる。

次に、２本のレーザ光Ｌ１、Ｌ２の相対位置が所定の位置関係であるかを観察装置19によって確認して調整する。具体的には、半導体レーザ１をレーザ光の走査方向と直交する副走査方向に微動することによって、レーザ光照射位置を調整するともに、おおよそ４２．３μｍ（解像度600ｄｐｉの画像形成装置の場合）のビーム間隔に調整することができる。

観察装置19においては、走査光学装置内の結像レンズ34、35（図３参照）と観察装置19内の治工具レンズ21の倍率から算出された位置に２本のレーザ光を位置調整する。この位置調整は、半導体レーザ１を保持している保持部材５を回転することによって行う。

前述したように半導体レーザ１は、保持部材５に圧入などの手段によって強固に固定されている。この状態で保持部材５を回転調整工具のフィンガー22によって支持しつつ、フィンガー22を動かすことで所望の位置に保持部材５を微小量回転させて、所定の位置になるように２本のレーザ光を位置調整する。

最後に、コリメータレンズ３と半導体レーザ１の位置を決定して、予め塗布しておいた紫外線硬化型の接着剤23に光を当て硬化させる。こうすることにより、コリメータレンズ３の位置調整と半導体レーザ１のビーム間隔調整を一度に行うことができる。

半導体レーザは非常に位置精度が厳しい。このため、半導体レーザ１は、光学箱４や光学箱４に配設される光学部品に対して確実に固定されなければならない。接着剤の未硬化や調整後の硬化収縮などが発生すると、半導体レーザ１の徐々に位置が変わることがあるためである。

本実施形態においては、保持部材５に紫外線が透過できる部材で構成した。すると、紫外線硬化型接着剤によって固定する際、半導体レーザ１の位置を保持部材５を回転又は回動させることで調整した後、紫外線を保持部材５の外部から照射すると、保持部材５を固定保持した状態で接着剤を硬化させることができる。また、保持部材５があっても、紫外線は遮られることがないので、接着剤を硬化させるために十分な光を当てることができる。このため、接着剤の未硬化を抑制し、十分な接着強度を維持し、熱や衝撃に対する光源の位置ズレを防止することができる。

また、十分な接着強度を得られるため、半導体レーザを保持部材５のみによって保持することができる。このため、部品構成を小型化、簡略化して低コストの走査光学装置を提供することができる。

尚、半導体レーザ１の取付部の構成は、フランジ部６を有する構成に限るものではない。図６に、本実施形態の変形例の半導体レーザ１の取付部の構成を示す。

前述した本実施形態は穴８の内側に保持部材５を遊嵌する構成であったが、例えば、図６に示すように、光学箱４の半導体レーザ１の取付部に、外側に突出する中空軸部58を形成し、中空軸部58を外部から覆うように断面コの字形状の半導体レーザ１の保持部材７が遊嵌する構成としてもよい。半導体レーザ１は、保持部材７の中央の穴７ａに嵌め込まれて保持される。尚、光学部材の調整方法は、上述の実施形態とほぼ同様であるので省略する。

以上のように、本実施形態の走査光学装置101の半導体レーザ１の取付部は、円筒状の部分を有する保持部材を有し、円筒の中心軸上で光学箱４の外側方向に配設された嵌合穴に半導体レーザ１を嵌合保持する。そして、円筒状の保持部材が回転軸中心に回転自在になるように、保持部材を光学箱に対して遊嵌するように取付けている。

光学部材調整時には、半導体レーザ１からのレーザ光を装置外に取り出して光学部材（例えばコリメータレンズ３）の位置を検査する観察装置19を用いる。半導体レーザ１から出射して観察装置19に入射するレーザ光が所定の位置にピントが合うように、光学部材の位置調整を行う。そして、円筒状の保持部材を回転させながら調整することで、半導体レーザ１からのレーザ光の位置を所望の間隔に調整する。このように、円筒状の部分と遊嵌させ、回転しつつ調整することで、保持部材を回転させる際のガタを防ぎ、光軸ぶれを抑制する。

光学部材の固定時には、予め保持部材５、７と光学箱４との間に充填していた紫外線硬化型の接着剤23に対し、紫外線を照射することで、保持部材と光学箱を位置決め固定する。ここで、保持部材は紫外線を透過する材質にて構成されている。このため、接着剤への紫外線の供給が、保持部材によって遮られることはなく、接着剤の接着力が十分に得られる。この結果、接着剤の未硬化を抑制し、十分な接着強度を維持し、熱や衝撃に対する光源の位置ズレを防止することができる。

また、紫外線硬化型接着剤により、様々なところを十分に固定することができるので、固定するための部品を削減することができる。これにより、部品構成を簡略化、小型化して、半導体レーザを位置調整を容易に行い、且つ組立てをも容易に行うことができる。

〔第２実施形態〕
図を用いて本発明の第２実施形態を説明する。前述した実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。

（半導体レーザ１の取付部の構成及び取付方法）
複数のレーザ光を出射する半導体レーザの取付部の構成について説明する。図７は本実施形態における半導体レーザ１の取付部の構成を示す。図７（ａ）は取付部の斜視図であり、図７（ｂ）は光学箱４に設けられた中空軸部58付近の断面図である。本実施形態においては、複数のレーザ光を出射する半導体レーザ１を、紫外線が透過可能な磁性部材保持部53と、磁力によって吸着される磁性部材24とによって保持した。

図７に示すように、半導体レーザ１を保持部材25としては、磁性部材保持部53と、磁力によって吸着される磁性部材24とで形成される。磁性部材24と磁性部材保持部53は、圧入や接着によって固定されている。磁性部材保持部53又は／及び磁性部材24は、紫外線が透過可能な材質にて構成されている。

半導体レーザ１は、磁性部材24が磁性部材保持部53に保持されて一体となった保持部材25に、圧入などによって円筒状の中心位置に取付けられている。このとき保持部材25は、光学箱４に設けた中空軸部58に対して遊嵌している。このため、保持部材25は、中空軸部58の中心軸線を中心に回転させることができる。

（各光学部材の位置調整方法）
複数のレーザ光のビーム間隔やコリメータレンズ３等の光学部材の位置調整方法に関して、図８を用いて説明する。

前述の実施形態と同様に、半導体レーザ１から出射してコリメータレンズ３を通過した２本のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を治工具ミラー16、17によって装置外へ取り出し、観察装置19内の受光素子18に結像させる。ここで、２本のレーザ光が結像するべき基準位置はそれぞれ決められており、２本のレーザ光を基準位置に結像するように位置調整を行う。

ここで、位置調整は、半導体レーザ１を保持している磁性部材24を回転することによって行う。前述したように半導体レーザ１はレーザ保持部材25に圧入などの手段によって強固に固定され、また保持部材25は光学箱４の中空軸部58に対して遊嵌している。このため、半導体レーザ１を電磁石など磁力を有する回転調整工具26によって支持し、この調整工具26を動かすことで所望の位置に半導体レーザ１を微小量回転させることで、基準位置に２本のレーザ光を調整する。

その後、コリメータレンズ３と半導体レーザ１の位置を決定して、予め塗布しておいた紫外線硬化型の接着剤23に光を当て硬化させることで、コリメータレンズ３の位置調整と半導体レーザ１のビーム間隔調整を一度に行うことができる。

本実施形態においては、保持部材25に磁性部材24を有する。このため、磁力を有する回転調整工具26によって保持部材25を回転させることができる。すると、回転工具が保持部材25を直接把持して回転させる力に加えて、磁力による回転力を得ることができる。これにより、より容易に保持部材25を回転させ、容易に調整を行うことができる。この結果、半導体レーザの固定位置やレーザ光の走査間隔を精度良く調整できる。

これにより、半導体レーザの初期位置を最適な位置に調整し、照射位置ズレやスポット形状の不良をなくし印字品質の悪化をなくすことができる。また、レーザ光照射位置調整やピント調整などにかかる時間を短縮して調整費のコストダウンを行うことができ、低価格な走査光学装置を提供することができる。

〔第３実施形態〕
図を用いて本発明の第３実施形態を説明する。前述した実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。

（半導体レーザ１の取付部の構成及び取付方法）
複数のレーザ光を出射する半導体レーザの取付部の構成について説明する。図９は光学箱４に設けられた穴８付近の断面図である。本実施形態においては、複数のレーザ光を出射する半導体レーザを、保持部材に接着することによって取付けた。

図９に示すように、半導体レーザ１は、紫外線を透過する部材で形成された保持部材60に接着剤23で円筒状の中心位置に取付けられている。保持部材60は光学箱４に圧入されてもよいし、二色成形によって成形された光学箱を用いてもよい。

半導体レーザ１は、その外形状がおおよそ円筒形状である紫外線を透過することのできる保持部材60に設けた穴51と遊嵌している。このため、保持部材60は穴51に対し、半導体レーザ１を中心に回転可能に保持されている。

さらに、半導体レーザ１は複数のレーザ光を各々独立して変調を行っている駆動回路を有する回路基板２に半田付けされており、この回路基板２は複数のネジによって光学箱４に組みつけられている。

（各光学部材の位置調整方法）
複数のレーザ光のビーム間隔やコリメータレンズ３等の光学部材の位置調整方法に関して、図１０を用いて説明する。前述と同様の構成については省略する。本実施形態における、半導体レーザ１の位置調整も、半導体レーザ１を回転することによって行う。

前述したように半導体レーザ１は、保持部材60に対して遊嵌している。このため、半導体レーザ１を回転調整工具のフィンガー52によって支持し、フィンガー52を動かすことで所望の位置に半導体レーザ１を微小量回転させ、観察装置19の所定の位置に２本のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を調整する。

その後、コリメータレンズ３と半導体レーザ１の位置を決定した状態において、予め塗布しておいた紫外線硬化型の接着剤23に紫外線を当てる。ここで、保持部材60は、紫外線を透過する部材によって構成されるので、紫外線が途中で遮られることなく接着剤23を硬化させる。これにより、コリメータレンズ３の位置調整と半導体レーザ１のビーム間隔調整を一度に行うことができる。

また、図１０に示すように、光学箱４にコリメータ取付け溝55などを設けて、コリメータレンズ３の位置調整をせず、半導体レーザ１のみを動かすことで、照射位置調整・ピント調整・レーザビーム間隔調整を行う構成も本発明の変形例として挙げられる。

本実施形態を用いると、走査光学装置の組立て部品を小型化させたり、ユニット化のための部品に組付ける工程を省略することができる。

第１実施形態の半導体レーザ１の取付部の構成を示す図。 画像形成装置の説明図。 走査光学装置の説明図。 第１実施形態における半導体レーザ１と保持部材５との関係図。 第１実施形態における光学部材の位置調整方法の説明図。 第１実施形態の変形例の半導体レーザ１の取付部の構成を示す。 第２実施形態における半導体レーザ１の取付部の構成を示す図。 第２実施形態における光学部材の位置調整方法の説明図。 第３実施形態の半導体レーザ１の取付部の構成を示す図。 第３実施形態における光学部材の位置調整方法の説明図。

符号の説明

Ｌ１…レーザ光、Ｌ２…レーザ光、１…半導体レーザ、２…回路基板、３…コリメータレンズ、４…光学箱、５…保持部材、５ａ…穴、７…保持部材、７ａ…穴、８…穴、23…接着剤、24…磁性部材、25…保持部材、51…穴、53…磁性部材保持部、55…溝、58…中空軸部、60…保持部材、100…画像形成装置、101…走査光学装置

Claims (5)

1. 複数のレーザ光を発生する光源である半導体レーザと、前記レーザ光を略平行光束に集光するコリメータレンズと、これらを精度良く取付けるための筐体と、を有する走査光学装置において、
   前記半導体レーザを固定配設する保持部材を有し、
   前記保持部材は、紫外線が透過可能な材質で構成されることを特徴とする走査光学装置。
2. 前記保持部材は、前記筐体との間に間隙を有し、前記間隙に紫外線硬化型の接着剤を充填した状態で位置調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記保持部材は、磁力によって吸着される磁性部材と、該磁性部材を保持する磁性部材保持部と、構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査光学装置。
4. 前記半導体レーザは、前記保持部材に接着によって固定されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走査光学装置。
5. 像担持体と、該像担持体に対して露光をすることで静電潜像を形成する走査光学装置と、を有する画像形成装置において、
   前記走査光学装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の走査光学装置であることを特徴とする画像形成装置。
   

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