JP2008076935A - 走査光学装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ホルダ部材やレーザ駆動回路基板に熱変形を生じた場合においても、複数の走査線の照射位置変動量の相対差を低減し、高精度な走査光学装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る走査光学装置の代表的な構成は、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄと、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄを複数保持するホルダ部材３１２と、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄと同数のレーザ駆動ＩＣ３０２ａ〜３０２ｄを搭載したレーザ駆動回路基板３０２と、を有する走査光学装置３００において、レーザ駆動ＩＣ３０２ａ〜３０２ｄは、複数の半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄの中心に対して回転対称に配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置及びこれに搭載される走査光学装置に関するものである。

従来、光源である半導体レーザと、半導体レーザを駆動させるレーザ駆動回路基板とを有する走査光学装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、近年、レーザビームプリンタの高速又は高精細化に伴い、感光体上に複数の光束を走査する走査光学装置や、インラインカラー機に用いられる複数の感光体のそれぞれに光束を同時に走査する走査光学装置が実現化されてきている。すなわち、１つの走査光学装置に複数の半導体レーザを搭載するマルチビーム走査光学装置の多様化が進んでいる。

このようなマルチビーム走査光学装置は、複数の半導体レーザから出射される各々の光束を近接に配置し、用途によって合成若しくは分岐させて複数の光束を出射している（特許文献２参照）。

それに伴い、レーザ駆動回路基板が備える半導体レーザを各々発光させる為のレーザ駆動ＩＣ（レーザ駆動制御部材）は、電気的な応答性、又は、電磁放射ノイズを低減させる為に、半導体レーザの通電端子部（以下、リードピンと省略）近傍に密集して実装配置されている。

特開２００４−１４４９６６ 特開２００４−２７１９０６

しかしながら、上記従来例において、以下のような課題があった。

近年、レーザビームプリンタの低コスト化が求められているなか、半導体レーザを保持するホルダ部材は樹脂で成形されている。半導体レーザは、発光と同時に駆動電流が流れることで自己発熱による昇温を生じ、ホルダ部材が熱膨張する。一方で、レーザ駆動回路基板の材質は、紙フェノール材を用いており、レーザ発光と同時に複数のレーザ駆動ＩＣが発熱すると、レーザ駆動回路基板が熱膨張し、さらにはホルダ部材へ熱的影響を与える。

この時、半導体レーザと半導体レーザを固定するホルダ部材及びレーザ駆動回路基板は設計制約上近接しており、半導体レーザ及びレーザ駆動ＩＣの周部は空間が狭い為に、ホルダ部材は発熱の影響を非常に受け易い。

また、レーザ駆動ＩＣは、半導体レーザのリードピン近傍に密集している。電気的な応答性の向上又は電磁放射ノイズの低減のためである。

加えて、実装工程の搬送方向と端子配列方向とは垂直方向に配列することが好ましい。レーザ駆動ＩＣの端子配列方向に実装すると各端子の半田が接続されてしまい実装不良になるためである。

このような設計制約と回路パターン設計の這い回しによって、半導体レーザとレーザ駆動ＩＣ間の距離は各々異なっていた。したがって、レーザ駆動ＩＣが発熱した場合に、各半導体レーザの各ホルダ部材の温度が異なり、半導体レーザとコリメータレンズの各々の組において、熱膨張する方向や変動量にばらつきを生じていた。

また、レーザ駆動ＩＣの自己発熱によりレーザ駆動回路基板が熱変形すると、半田接合部を介して半導体レーザに直接負荷応力が掛かる。これにより、半導体レーザのリードピンは所定位置に対し位置ずれし、各々走査線の照射位置が変化してしまう。

さらには、レーザ駆動ＩＣのレーザ制御端子Ｌが必ずしも略均一にならない為に、レーザ制御信号による電気的な応答性がばらつく。

図９はレーザ駆動ＩＣの昇温と走査線の副走査方向の照射位置変動量を示した図である。レーザ発光と同時にレーザ駆動ＩＣが昇温し、半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ４とレーザ駆動ＩＣ（ＩＣ）との距離による熱伝導と分布に対応して、ホルダ部材の半導体レーザ保持部近傍に熱膨張が発生する。熱膨張による各々の光軸倒れ方向及び倒れ量（θ）に応じて、図９に示すように、照射位置がばらついて変動してく。つまり、半導体レーザ保持部の熱膨張によって、発光点とコリメータレンズとから成る光軸の相対角度が変化し、照射位置及び走査光学系における結像特性を損なうおそれがあった。

光束が偏向走査装置に偏向走査される方向（主走査方向）の位置ずれに関しては、回転するポリゴンミラーと水平同期信号によって印字タイミングを調整することによって補正することが可能である。しかし、被走査面である感光体等の回転方向（副走査方向）については、調整や補正手段がなく、組立精度でその後の環境特性をも保証して維持することが必要になる。

また、カラー画像形成装置では複数の走査線を重ね合わせるが、上述した照射位置の変動方向及び変動量は各走査線で異なり、色ずれが生じる。

光束の照射位置が熱変形等によって変動した場合、走査レンズの透過位置が変化する。このため、走査線の「曲がり」、「傾き」、左右で倍率が異なる「片倍率差」を生じる。

片倍率差について、図８を用いて具体的に説明する。図８は光束の走査方向の中心線上にセンサＣを配置し、走査方向の中心線に対称な位置にセンサＬ、Ｒを配置した走査光学装置である。この走査光学装置を用いて、センサＬからセンサＣまでの走査時間とセンサＣからセンサＲまでの走査時間の差を測定して比較する。「片倍率差」が生じている場合には、センサＬからセンサＣまでの走査時間とセンサＣからセンサＲまでの走査時間とに差が生じる。この走査時間の差が主走査方向における照射位置のずれ（片倍率差）となる。

「曲がり」、「傾き」、「片倍率差」は、特に複数の走査線を重ね合わせるカラー画像形成装置において、色ずれ（画像劣化）の要因になる。具体的には、光学部品の取付精度や熱変形等により、各色の走査線の「曲がり」、「傾き」、「片倍率」が誤差をもつことで、十分に走査線が重ならずに、高精細な画像形成が困難になる。

図７は走査線の正規状態、「曲がり」、「傾き」、「片倍率差」状態を示す図である。図７からも分かるように、「曲がり」、「傾き」、「片倍率差」が生じると、走査線が正規の走査線の位置からずれてしまい、各色の走査線が正確に重ならずにずれを生じる。よって、カラー画像を高精細に形成するには、光学部品の安定した固定方法が必要であり、「曲がり」、「傾き」、「片倍率差」を十分に抑えると同時に、各走査線の照射位置相対差つまり色ずれを抑制する必要がある。

そこで本発明は、半導体レーザの自己発熱によるホルダ部材の熱変形、若しくは、レーザ駆動ICの発熱によるレーザ駆動回路基板の熱変形が生じた場合、光束の出射方向に直交する平面内において、ホルダ部材やレーザ駆動回路基板が複数の半導体レーザの中心に対して均等に熱膨張するようにレーザ駆動ICを配置したものである。この構成により、複数の半導体レーザ保持部近傍の変形を相殺している。したがって、複数の出射光の照射位置変動量を抑制することを可能にし、ひいては、各走査線における照射位置の相対差を低減することで、高精度な走査光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る走査光学装置の代表的な構成は、光源と、該光源を複数保持するホルダ部材と、前記光源と同数のレーザ駆動制御部材を搭載したレーザ駆動回路基板と、を有する走査光学装置において、前記レーザ駆動制御部材は、前記複数の光源の中心に対して回転対称に配置されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、前記走査光学装置と、前記走査光学装置により前記光束を結像走査される複数の感光体と、前記複数の感光体に形成された静電潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ホルダ部材が複数の半導体レーザの中心に対して均等に熱膨張することにより、複数の半導体レーザ保持部近傍の変形を相殺している。したがって、複数の出射光の照射位置変動量を抑制することを可能にし、ひいては、各走査線における照射位置の相対差を低減することで、高詳細な画像形成を行うことができる。

本発明に係る走査光学装置及び画像形成装置の実施形態について、図を用いて説明する。

（画像形成装置）
図６は本実施形態に係るカラー画像形成装置の構成図である。図６に示すように、カラー画像形成装置は、走査光学装置３００、光学台３１３、感光体１、１次帯電器２、現像器４、転写ローラ５、クリーナー６を有している。カラー画像形成装置は、給送トレイ７、給送ローラ８、レジストローラ９、転写ベルト１０、駆動ローラ１１、定着器１２、排出ローラ１３を有している。走査光学装置３００は、光学台３１３に取り付けられて、カラー画像形成装置に搭載される。

画像情報に基づいて各々光変調された各光束（レーザ光）ＬＣ、ＬＭ、ＬＹ、ＬＢＫが走査光学装置３００から出射し、各々対応する感光体（像担持体）１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上を照射して潜像を形成する。この潜像は１次帯電器２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫによって各々一様に帯電している感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に形成される。

形成された潜像は、現像手段である現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４ＢＫによって現像剤を持ちいて各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックのトナー画像として可視像化される。可視像化されたトナー画像は、転写ベルト１０上を搬送されてくるシート材Ｐに転写ローラ５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５ＢＫによって順に静電転写され、カラー画像が形成される。

感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に残っている残留トナーは、クリーナー６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６ＢＫによって除去されて、次のカラー画像を形成するために再度１次帯電器２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫによって一様に帯電される。

シート材Ｐは給送トレイ７上に積載されており、給送ローラ８によって１枚ずつ順に給送され、レジストローラ９によって画像の書き出しタイミングに同期をとって転写ベルト１０上に送り出される。転写ベルト１０上を精度よく搬送されている間に感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に形成されたシアンの画像、マゼンダの画像、イエローの画像、ブラックの画像が順にシート材Ｐ上に転写されてカラー画像が形成される。

駆動ローラ１１は転写ベルト１０の送りを精度よく行っており、回転ムラの小さな駆動モータ（図示しない）と接続している。シート材Ｐ上に形成されたカラー画像は定着器１２によって加圧、加熱定着されたのち、排出ローラ１３などによって搬送されて装置外に出力される。

（走査光学装置）
図４は走査光学装置３００の斜視図である。図５（ａ）は走査光学装置３００の光学断面図である。図４に示すように、走査光学装置３００は、半導体レーザ３０１、レーザ駆動回路基板３０２、レーザ駆動ＩＣ（レーザ駆動制御部材）３０２ａ〜３０２ｄ、コリメータレンズ３０３ａ〜３０３ｄ、シリンドリカルレンズ３０４、回転多面鏡３０５、偏向走査装置３０６を有している。走査光学装置３００は、第一のトーリックレンズ（第一の走査レンズ）３０７ａ、３０７ｂ、第二のトーリックレンズ（第二の走査レンズ）３０８ａ〜３０８ｄを有している。走査光学装置３００は、反射ミラー３０９ａ〜３０９ｆ、走査開始信号検出機構（光センサ）３１０、集光レンズ３２０、光学箱３１１を有している。

レーザ駆動回路基板３０２は半導体レーザ３０１を駆動する。具体的には、レーザ駆動ＩＣ３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄが各半導体レーザ３０１を駆動する。シリンドリカルレンズ３０４は副走査方向にのみ屈折率をもつ。回転多面鏡３０５は集光された光束の線像近傍に反射面を有する。偏向走査装置３０６は回転多面鏡３０５の回転手段である。第一及び第二の走査レンズ３０７、３０８は、回転多面鏡３０５の偏向反射面で反射される光束が感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上においてスポットを形成するように集光され、前記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。光学箱３１１は上述した光学部品を筐体枠内に収納する。光学部品は、接着、バネ、ネジ締結等によって光学箱３１１に固定される。

光源である半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄから出射された光束は、コリメータレンズ３０３ａ〜３０３ｄにより、各々所定形状になる。所定形状になった光束は、シリンドリカルレンズ３０４を通過し、回転多面鏡３０５によってそれぞれ異なる方向に走査される。走査された光束はそれぞれ第一の走査レンズ３０７ａ、３０７ｂを透過し、反射ミラー３０９ａ〜３０９ｆによって方向を変えられて、第二の走査レンズ３０８ａ〜３０８ｄを透過し、感光体上に結像する。

このような走査光学系によって、４つの感光体１Ｃ〜１ＢＫ上に走査光を同時に導いて画像記録を行っている。感光体１Ｃ〜１ＢＫに結像する光束が、回転多面鏡３０５の回転方向に走査（主走査）することで走査線を形成し、感光体１Ｃ〜１ＢＫが回転する（副走査）ことにより、静電潜像が形成される。

回転多面鏡３０５により偏向走査された光束の一部は、走査レンズ３０７ａに入射する位置より上流側で、集光レンズ３２０を通過し、光センサ３１０に導光される。集光レンズ３２０及び光センサ３１０は半導体レーザ３０１ａ側にしか有していないものの、画像形成装置上で走査開始信号検出機構３１０からの信号を元に半導体レーザ３０１の書き出し信号を形成している。これにより画像書き出しタイミングを計っている。

なお、本実施形態の走査光学装置３００は、装置の小型化と低価格化を目的として、斜入射光学系を用いており、回転多面鏡３０５で光束を偏向した後に、反射ミラー３０９で反射する際に各光路を分離して色毎の感光体面上に露光する。その為に光束は、図５（ｂ）に示すように回転多面鏡３０５の反射面に対して副走査断面において、２対の光束を斜め方向から入射する構成になっている。

（半導体レーザ３０１、レーザ駆動回路基板３０２等の位置関係）
図１は半導体レーザ３０１、レーザ駆動回路基板３０２の構成を示す図である。図１に示すように、ホルダ部材３１２は、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄとコリメータレンズ３０３ａ〜３０３ｄを保持する。半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄは圧入によってホルダ部材３１２の圧入孔３１２ｈに固定保持される。半導体レーザ３０１のリードピン３０１ａ１〜３０１ｄ１は、レーザ駆動回路基板３０２と半田付けで締結される。

レーザ駆動回路基板３０２の固定部は、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄの中心Ｏ及びレーザ駆動ＩＣ３０２ａ〜３０２ｄの中心Ｏに対して均等（点対称）に配置されている。レーザ駆動回路基板３０２はネジＢ１、Ｂ２によってホルダ部材３１２に締結される。

ホルダ部材３１２及びレーザ駆動回路基板３０２は、レーザ駆動回路基板３０２の固定部を支点にして均等に熱膨張するので，照射位置方向への変形を相殺し合い，光軸方向へ熱変形させて照射位置変動を抑制する．

レーザ駆動ＩＣ３０２ａ〜３０２ｄは、各々半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄに対応して接続されており、４つの半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄの中心Ｏに対して回転対称に配置されている。

コリメータレンズ３０３は、半導体レーザ３０１から出射する光束に対して、焦点距離及び照射位置を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の所定位置に調整して固定され、ユニット化される。

（効果）
以上の構成によって、ホルダ部材３１２やレーザ駆動回路基板３０２の熱膨張は、光軸方向と直交する平面内において、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄの中心Ｏに対して均等に発生する。

光軸方向への熱膨張は、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄとコリメータレンズ３０３ａ〜３０３ｄの相対位置関係が平行シフトするので、光学性能への影響は殆ど無い為に無視できる。

したがって、半導体レーザの自己発熱によるホルダ部材の熱変形、若しくは、レーザ駆動ICの発熱によるレーザ駆動回路基板の熱変形が生じた場合、光束の出射方向に直交する平面内において、ホルダ部材やレーザ駆動回路基板が複数の半導体レーザの中心に対して均等に熱膨張するようにレーザ駆動ICを配置したことにより、複数の半導体レーザ保持部近傍の変形を相殺している。したがって、複数の出射光の照射位置変動量を抑制することを可能にし、ひいては、各走査線における照射位置の相対差を低減することで、色ずれを抑制できる。これにより、高精度な走査光学装置を実現でき、高詳細な画像形成を行うことができる。

また、レーザ駆動ＩＣ３０２ａ〜３０２ｄにおけるレーザ制御信号端子Ｌと半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄのリードピン３０１ａ１〜３０１ｄ１の距離を略等しく配置できるので、電気的な応答性のばらつきも改善できる。

なお、本実施形態では、レーザ駆動回路基板３０２はホルダ部材３１２に締結されているが、複数の半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄを用いると同時に同数のレーザ駆動ＩＣ３０２ａ〜３０２ｄが必要になる。レーザ駆動回路基板３０２の大きさが必然的に大きくなっていくとホルダ部材３１２も同様に大きくなり、材料費が上積みされると同時に製造上の取り扱いも複雑になる。その為、図３に示すように、コストダウンや作業性の観点からホルダ部材３１２を必要最低限の大きさにして、レーザ駆動回路基板３０２を光学箱３１１へ締結する構成であってもよい。

また、半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｄ及びレーザ駆動ＩＣ３０２ａ〜３０２ｄの数量は任意であり、本実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、数量、配置等は特に記載が無い限りは限定されるものでは無い。

本実施形態における光源、レーザ駆動回路基板等の位置関係を示す図である。 本実施形態におけるレーザ駆動ＩＣの昇温と照射位置変動の関係図である。 本実施形態におけるレーザ駆動回路基板の他の固定方法を示す図である。 本実施形態における走査光学装置の斜視図である。 本実施形態における走査光学装置の断面図である。 本実施形態におけるカラー画像形成装置の構成図である。 走査線の説明図である。 走査レンズの調整方法の説明図である。 従来のレーザ駆動ＩＣの昇温と照射位置変動の関係図である。

符号の説明

Ｏ …中心
３００ …走査光学装置
３０１ …半導体レーザ（光源）
３０２ …レーザ駆動回路基板
３０２ａ …レーザ駆動ＩＣ（レーザ駆動制御部材）

Claims (3)

1. 光源と、該光源を複数保持するホルダ部材と、前記光源と同数のレーザ駆動制御部材を搭載したレーザ駆動回路基板と、を有する走査光学装置において、
   前記レーザ駆動制御部材は、前記複数の光源の中心に対して回転対称に配置されていることを特徴とする走査光学装置。
2. 前記レーザ駆動回路基板の固定部が、前記複数の光源の中心に対して点対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の走査光学装置と、
   前記走査光学装置により前記光束を結像走査される複数の感光体と、
   前記複数の感光体に形成された静電潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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