JP2009036854A - 走査光学装置及び光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】射入射光学系を用いた走査光学装置において、小型でカラー画像形成装置に最適な、光学特性に優れた走査光学装置を安価に提供する。
【解決手段】複数の光源装置は偏向走査手段の走査面に対し走査面の上下に所定の距離だけ離間して設けられ、各々の光源装置の光軸が走査面に対して所定の角度だけ傾斜しており、各々の光源装置からの光ビームが偏向走査手段の反射点で一致するように構成されていて、光源装置の各々のコリメータレンズ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋが、各々の光源装置の光軸方向において、偏向走査手段の反射点から異なる距離に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザプリンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置、特に、カラー画像形成装置に用いられる走査光学装置、および走査光学装置に搭載される光源ユニットに関するものである。

レーザビームプリンタ等の画像形成装置に用いられる走査光学装置は、高速回転する回転多面鏡によってレーザビーム等の光ビームを反射させてこれを偏向走査し、得られた走査光を回転ドラム上の感光体に結像させて静電潜像を形成する。次いで、感光体の静電潜像を現像装置によってトナー像に顕像化し、これを記録紙などの記録媒体に転写して定着装置に送り、記録媒体上のトナーを加熱定着させることで印刷が行われる。

近年、画像形成装置のカラー化が進んでおり、例えば、特許文献１に示されるような走査光学装置が提案されている。それは、複数の半導体レーザが圧入されたレーザホルダに、副走査方向に所定角度を持って光軸が交差するように設けられたコリメータレンズ保持部に固定されたコリメータレンズを通過したビームが１つの回転多面鏡に入射し、偏向走査されて４つの感光ドラムに走査ビームを導く、というものであった。なお、この種の光学系は、一般的に「斜入射光学系」と呼ばれている。斜入射光学系を用いた走査光学装置においては、回転多面鏡に入射する各々の光ビームがなす角度（斜入射角）が小さければ小さいほど、走査線の一様性などの光学特性も向上させやすく、かつ、走査レンズも薄くすることができ、走査光学装置全体も薄くすることができる、という特徴がある。
特開２００４−２７１９０６号公報

しかしながら上記従来技術の走査光学装置においては、複数のコリメータレンズが副走査方向に近接しているため、斜入射角を小さくしようとするとコリメータレンズ同士が干渉してしまう、という問題が発生する。

図５を用いて、上記課題について説明する。

図５は、前述の特許文献１の図２を引用し、加筆したものである。

図中、Ｄはコリメータレンズ間の距離、θはいわゆる斜入射角である。

斜入射光学系の走査光学装置として知られる、前記特許文献１の図２のような光源装置では、走査平面の上下に配設された光源装置の各々のコリメータレンズが、光軸方向に関して、回転多面鏡の反射点から同一の距離に配置される。このときコリメータレンズは互いの径方向に非常に近接しているため、斜入射角θを小さくしようとしてもコリメータレンズ同士が干渉してしまうため、更にコリメータレンズを近接させる（距離Ｄを小さくする）ことは困難である。従って、コリメータレンズ間の距離Ｄが制約条件となり、斜入射角θを小さくして走査光学装置の厚さを薄くすることは不可能である。

上記問題を解決するために、例えば、回転多面鏡からコリメータレンズまでの距離Ｌを延長し、各コリメータレンズの間隔Ｄを広げるという手段があるが、その場合、回転多面鏡に入射する入射光学系の光路長が長くなり、走査光学装置全体が投影面積としても大型化し、しかも厚さも薄くできない、という別の問題が発生する。

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、カラー画像形成装置に最適な、小型で優れた光学特性を得やすい走査光学装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る第一の走査光学装置は、
光源と、
光源からの光ビームを略平行化するためのコリメータレンズよりなる複数の光源装置と、
偏向走査手段と、
前記偏向走査手段により偏向走査された光ビームを像担持体上に結像させる結像手段
を有する走査光学装置であって、
前記複数の光源装置は、前記偏向走査手段の走査面に対し走査面の上下に所定の距離だけ離間して設けられ、
各々の光源装置の光軸が走査面に対して所定の角度だけ傾斜しており、
各々の光源装置からの光ビームが前記偏向走査手段の反射点で一致するように構成されたいわゆる斜入射光学系を用いた走査光学装置において、
前記光源装置は、
前記走査面の上下に配置された光源装置の各々のコリメータレンズが、各々の光源装置の光軸方向において、前記偏向走査手段の反射点から異なる距離に設けられている
ことを特徴とする。

また、本発明に係る第二の走査光学装置は、
前記複数の光源装置において、少なくとも１つの光源装置におけるコリメータレンズの焦点距離が、他の光源装置におけるコリメータレンズの焦点距離と異なるという特徴を有する。

さらに、本発明に係る光源ユニットは、
光源と、光源からの光ビームを略平行化するコリメータレンズと
前記光源とコリメータレンズを保持する保持部材と
を有する光源装置を複数備える光源ユニットであって、
前記保持部材は複数の光源およびコリメータレンズを保持するよう一体的に形成された光源ユニットにおいて、
前記光源装置は、各々のコリメータレンズが光源ユニットとしての光ビーム出射方向において互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る走査光学装置によれば、射入射光学系を用いた走査光学装置において、走査光学装置を大型化させることなく射入射角を小さくすることができるため、小型でカラー画像形成装置に最適な走査光学装置を安価に提供することができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１〜図３を用いて、本発明に係る第1の走査光学装置について説明する。

走査光学装置S1は、タンデム方式のカラー画像形成装置に搭載されるものであり、イエロー・マゼンダ・シアン・ブラックの各色に対応した感光体４０Ｙ・４０Ｍ・４０Ｃ・４０Ｋに対して光走査を行うためのユニットである。以下の説明において、便宜上、各色に対応した走査光学系について、Ｙステーション・Ｍステーション・Ｃステーション・Ｋステーションと呼ぶこととする。

図１は本実施例に係る第1の走査光学装置S1を示す図である。図１(a)は走査光学装置S1の斜視図、図１(b)は走査光学装置S1において、回転多面鏡で偏向された光ビームの経路を示す断面図、図１(c)は走査光学装置S1において、回転多面鏡に入射する光ビームの経路を示す断面図である。

１０は光源ユニットであり、画像情報に応じて独立して発光制御される４つの半導体レーザ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ、各々の半導体レーザに対応したコリメータレンズ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ、それらを精度よく保持するレーザホルダ１３から構成される。光源ユニット１０の構成については、後ほど詳細に述べる。

本実施例の走査光学装置は、「斜入射光学系」と呼ばれる構成をとっている。

Ｙステーションにおいては、半導体レーザ１１Yから出射された光ビームはコリメータレンズ１２Ｙにより略平行光化され、シリンドリカルレンズ２０を通過して、モータ２２に搭載された回転多面鏡２１に偏向平面に対して所定の角度αをなすように入射する。光ビームは回転多面鏡２１によって偏向され、第１走査レンズ２３、第２走査レンズ２５Ｙを通過した後、折り返しミラー２６Ｙ１によって感光体４０Ｙに導かれ、走査線を描画する。

また、Ｍステーションにおいては、半導体レーザ１１Ｍから出射された光ビームはコリメータレンズ１２Ｍにより略平行光化され、シリンドリカルレンズ２０を通過して、モータ２２に搭載された回転多面鏡２１に偏向平面に対して所定の角度αをなすように入射する。光ビームは回転多面鏡２１によって偏向され、第１走査レンズ２３を通過した後に折り返しミラー２６Ｍ１によって方向を変えられ、第２走査レンズ２５Ｍを通過し、折り返しミラー２６Ｍ２によって感光体４０Ｍに導かれ、走査線を描画する。

走査光学装置Ｓ１は、Ｙステーション・Ｍステーション側とＣステーション・Ｋステーション側とで略対称形状となっており、ＣステーションについてはＭステーションと類似の構成、ＫステーションについてはＹステーションと類似の構成となっている。

図２は、光源ユニット１０の構成を示す図である。図２(a)は光源ユニット１０の概略図、図２(b)は光源装置１０の断面図である。

画像情報に応じて独立して発光制御される４つの半導体レーザ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋが、圧入等の公知の技術でレーザホルダ１３に固定される。また、レーザホルダ１３には突起部１３ｃが形成されており、前述のコリメータレンズ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋが接着固定されるコリメータレンズ保持部１３ａが設けられている。また、レーザホルダ１３には、光源ユニット１０の組み立て時に使用するコリメータレンズ仮置き部１３ｂも設けられている。光源ユニット１０の組み立て方法については、後述する。

本実施例の光源装置では、図１(c)・図２(b)に示されるように、コリメータレンズ１２Ｙとコリメータレンズ１２Ｍが、光源ユニット１０と回転多面鏡２１での反射点を結ぶ方向について、距離Ｄだけずれた位置に配置されている。コリメータレンズ１２Ｙ、１２Ｍとして焦点距離が同一であるレンズを用いるとすると、対応して半導体レーザ１１Ｙ、１１Ｍの位置も距離Ｄだけずれた位置に配置されることとなる。なお、各図には表現されていないが、レーザホルダ１３の突起部１３ｃは略対称形状となっているため、コリメータレンズ１２Ｃ、１２Ｋと半導体レーザ１１Ｃ、１１Ｋも同様に距離Ｄだけずれた位置に配置されている。

本実施例の光源ユニットでは、上述のようにＹステーションとＭステーションにおいて、コリメータレンズの位置がずれている構成となっているため、斜入射角αを小さくしてもコリメータレンズ１２Ｙとコリメータレンズ１２Ｍが干渉することはない。従って、本実施例の構成を用いることにより、回転多面鏡と光源ユニットの距離を長くすることなく、回転多面鏡に入射する光ビームの斜入射角αが小さな走査光学装置を実現できる。

次に、本実施例の光源ユニットの組立における、コリメータレンズの調整方法について説明する。従来から一般的に行われているように、本実施例の光源装置においても、コリメータレンズの光軸方向位置を調整することによりピント調整を行い、光軸に直交する２方向の位置調整を行うことによりビーム照射位置調整を行うという、いわゆる、コリメータレンズの３次元調整を行う。

図３(a)〜図３(d)は、光源ユニット１０におけるコリメータレンズの３次元調整の方法について順次説明するものである。まず、コリメータレンズ１２Ｙ、１２Ｍは、半導体レーザ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋが圧入固定されたレーザホルダ１３のレンズ仮置き部１３ｂに仮置きされる。レンズ仮置き部１３ｂは、光軸に対する直角度が精度良く形成されており、設計上の光軸に対するコリメータレンズの角度はコリメータレンズをレンズ仮置き部１３ｂに当接させることによって保証される。

コリメータレンズの３次元調整は、２段階に分けて行われる。

まず、第１段階として、調整工具に備え付けられたレンズチャック５１によってコリメータレンズ１２Ｍを保持し（図３(a)）、レンズチャック５１を図中矢印A方向に移動させ、コリメータレンズ１１Ｍをコリメータレンズ保持部１３ａの設計上の称呼位置に移動させる。この時、ＣＣＤカメラなどの観察手段（不図示）を用いてビームスポットの状態をモニタリングしながらコリメータレンズ１２Ｍの位置調整を行い、所望の位置に調整した後、レーザホルダ１３に設けられた溝部１３ｄに充填された紫外線硬化型接着剤を硬化させ、コリメータレンズ１２Ｍをレーザホルダ１３に固定する（図３(b)）。その後、レンズチャック５１を退避させる。

次に、第２段階として、同じく調整工具に備え付けられたレンズチャック５２によってコリメータレンズ１２Ｙを保持し（図３(c)）、レンズチャック５２を図中矢印B方向に移動させ、コリメータレンズ１２Ｙをコリメータレンズ保持部１３ａの設計上の称呼位置に移動させ、同様にコリメータレンズ１２Yの位置調整を行い、レーザホルダ１３に固定する（図３(d)）。その後、レンズチャック５２を退避させる。

以上の工程を経てコリメータレンズの３次元調整が完了した後、半導体レーザを駆動制御するための回路基板をレーザホルダ１３に固定し、光源ユニット１０が完成する。なお、本実施例の構成においては、図２(b)に示されるように半導体レーザ１１Ｍと１１Ｙも光軸方向に互いにずれた位置に設けられることになる。前述の回路基板については、Ｍステーション用とＹステーション用で分割した基板を配置しても良いし、一体となった回路基板をレーザホルダに対して斜めに取り付ける構成としてもよい。

ここで、上記説明ではコリメータレンズ１２Ｍと１２Ｙの調整について説明したが、調整工具をコリメータレンズ１２Ｍと１2Ｃ、１２Ｙと１２Ｋを同時に保持・調整できるような構造としておき、２個ずつ同時に調整を行うことにより、更に短い時間で４つのコリメータレンズを調整できるようにしても良い。

本実施例の光源ユニット１０においては、上述のように、コリメータレンズ１２Ｍ・１２Ｙは設計上の称呼位置が光源ユニット１０と回転多面鏡２１での反射点を結ぶ方向について、距離Ｄだけずれた位置に配置されており、また、レンズチャック５２は図３（ｃ）に示されるようにコリメータレンズ１２Ｍの入射面側に潜り込むような構成となっているため、レンズチャック５２でコリメータレンズ１２Ｙを保持して移動させる時に、レンズチャック５２と調整後のコリメータレンズ１２Ｍとが干渉するということはない。したがって、回転多面鏡２１と光源ユニット１０の距離を必要以上に長くすることなく、回転多面鏡に入射する光ビームの斜入射角αが小さな走査光学装置を実現できる。

以上説明したように、本実施例の光源ユニットおよび走査光学装置は、レーザホルダに固定される複数のコリメータレンズの位置が光源ユニットと回転多面鏡での反射点を結ぶ方向について所定の距離だけずれている構成となっているため、コリメータレンズの位置調整時の作業性を悪化させることなく、また、光源ユニットから回転多面鏡の距離を長くすることなく、回転多面鏡に入射する光ビームの入射角度を小さくすることができる。

したがって、本実施例の走査光学装置および光源ユニットを用いることにより、小型で組立調整時の作業性に優れ、かつ、光学特性に優れた走査光学装置を提供することができる。

なお、本実施例の説明においては、マゼンダとシアンのステーションが回転多面鏡とコリメータレンズの距離が近く、イエローとブラックのステーションはマゼンダとシアンのステーションと比較して回転多面鏡とコリメータレンズの距離が遠い構成として説明したが、この構成に限定される必要はない。

また、イエロー・マゼンダ・シアン・ブラックの各ステーションの順序は図１(b)などで示される順序に限定されるものでないということは言うまでもない。

さらに、本実施例の説明においては、光ビームを偏向走査するための走査手段として回転多面鏡を例に挙げて説明したが、走査手段としては回転多面鏡に限定される必然性はなく、例えば、ガルバノミラー等を用いても構わない。

図４を用いて、本発明にかかる第２の走査光学装置について説明する。

走査光学装置の基本的な構成は実施例１と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

図４は、本実施例の走査光学装置において、回転多面鏡に入射する光ビームの様子を示すものである。Ｙステーションにおいては、半導体レーザ１１Yから出射された光ビームはコリメータレンズ１２Ｙにより略平行光化され、シリンドリカルレンズ２０を通過して、モータ２２に搭載された回転多面鏡２１に偏向平面に対して所定の角度αをなすように入射する。Ｍステーションにおいては、半導体レーザ１１Ｍから出射された光ビームはコリメータレンズ１２Ｍにより略平行光化され、シリンドリカルレンズ２０を通過して、モータ２２に搭載された回転多面鏡２１に偏向平面に対して所定の角度αをなすように入射する。

ここで、コリメータレンズ１２Ｍと１２Ｙが、それぞれｆ１、ｆ２という異なる焦点距離を有するレンズであることが本実施例特有の特徴である。

本発明の走査光学装置のように、カラー画像形成装置に用いる走査光学装置においては、図１(b)に示されるようにステーションによってビームが経由する折り返しミラーの枚数が異なることがある。例えば本発明の構成においては、ＹステーションとＫステーションではビームが経由する折り返しミラーは１枚のみであるが、ＭステーションとＣステーションでは２枚の折り返しミラーを経由する構成となっている。２枚の折り返しミラーを経由すると、当然ながら折り返しミラーの反射率による光量ロスが大きくなるため、折り返しミラーに高反射率の特殊な反射膜を用いたミラーを使用したり、高出力タイプの半導体レーザを用いたりする必要性が生じる。

本実施例の走査光学装置では、上述したようにコリメータレンズ１２Ｍに焦点距離ｆ１のレンズを、コリメータレンズ１２Ｙに焦点距離ｆ２のレンズを使用しており、ｆ１＜ｆ２という関係になっている。言い換えると、コリメータ１２Ｍでのカップリング効率は、コリメータ１２Ｙでのカップリング効率より高くなっている。したがって、光量ロスが大きいＭステーションにおいても、高コストな特殊な折り返しミラーを使用したり、高出力タイプの半導体レーザを使用したりすることなく、感光体上で所望の光量を得ることができる。また、図４に示されるように、半導体レーザの位置もほぼ揃える事ができるため、不図示の回路基板もレーザホルダに対して容易に固定することが可能となる。

以上説明したように、本実施例の走査光学装置では、各ステーションの折り返しミラーの枚数に応じて異なる焦点距離のコリメータレンズを用いる構成となっているため、各ステーション毎に光学効率が異なる構成においても、同一出力の半導体レーザを用いることができ、また、高反射率の高価な折り返しミラーを使用する必要もないため、カラー画像形成装置に最適な小型の走査光学装置を安価に提供することができる。

本発明に係る第１の実施例の走査光学装置の概略図 本発明の光源ユニットについて説明する図 本発明の光源ユニットの組立調整方法について説明する図 本発明に係る第２の実施例について説明する図 従来技術の走査光学装置における光源ユニットについて説明する図

符号の説明

１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ 半導体レーザ
１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ コリメータレンズ
１３ レーザホルダ
１３ａ コリメータレンズ保持部
１３ｂ コリメータレンズ仮置き部
２１ 回転多面鏡
２３、２４ 第１走査レンズ
２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋ 第２走査レンズ
２６Ｙ１、２６Ｍ１，２６Ｍ２、２６Ｃ１，２６Ｃ２，２６Ｋ１ 折り返しミラー
４０Ｙ，４０Ｍ、５０Ｃ，４０Ｋ 感光体

Claims (3)

1. 光源と、
   光源からの光ビームを略平行化するためのコリメータレンズよりなる複数の光源装置と、
   偏向走査手段と、
   前記偏向走査手段により偏向走査された光ビームを像担持体上に結像させる結像手段
   を有する走査光学装置であって、
   前記複数の光源装置は、前記偏向走査手段の走査面に対し走査面の上下に予め定められた距離だけ離間して設けられ、
   各々の光源装置の光軸が走査面に対して予め定めた角度だけ傾斜しており、
   各々の光源装置からの光ビームが前記偏向走査手段の反射点で一致するように構成された斜入射光学系を用いていると共に、
   前記光源装置は、
   前記走査面の上下に配置された光源装置の各々のコリメータレンズが、各々の光源装置の光軸方向において、前記偏向走査手段の反射点から異なる距離に設けられている
   ことを特徴とする走査光学装置。
2. 前記複数の光源装置において、少なくとも１つの光源装置におけるコリメータレンズの焦点距離が、他の光源装置におけるコリメータレンズの焦点距離と異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 光源と、
   光源からの光ビームを略平行化するコリメータレンズと
   前記光源とコリメータレンズを保持する保持部材と
   を有する光源装置を
   複数備える光源ユニットであって、
   前記保持部材は複数の光源およびコリメータレンズを保持するよう一体的に形成されていると共に、
   前記光源装置は、
   各々のコリメータレンズが光源ユニットとしての光ビーム出射方向において互いにずれた位置に設けられていることを特徴とする光源ユニット。

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