JP2010020278A - 光源装置並びにそれを用いた光走査装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源やコリメータレンズの保持部材の膨張収縮を利用して被走査面の走査光の光軸方向結像位置を補正するような光源装置の構成であっても、走査光の光軸垂直全方向位置ずれの小さい光源装置を提供する。
【解決手段】複数の発光素子を備える光源と、その光源からの光を透過する光学素子と、その光学素子を保持する鏡筒と、その鏡筒を鏡筒の光源側端部で保持、固定する鏡筒ホルダを備えた光源装置であって、前記鏡筒の光出射側端部に、前記鏡筒の光軸方向に摺動可能で、かつ前記鏡筒の光軸垂直全方向の位置変化を防止する位置変化防止部材を設けることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置に組み込まれる光走査装置に用いられる光源装置に係り、特に複数の発光素子を備える光源装置の構造に関する。

光走査装置の温度変化により、光源の波長変化や、各光学部品の膨張収縮による位置ずれ、屈折率変化等が生じ、被走査面の走査光の光軸方向結像位置に変化が生じることは従来から知られている。

これの対策として、例えば特許文献１では、光源やコリメータレンズの保持部材の線膨張係数を工夫することで、光源とコリメータレンズ間の距離が変化しないようにしており、結果的に被走査面の走査光の光軸方向結像位置に変化が生じないようにしている。

また特許文献２では、コリメータレンズのレンズ構成を工夫することで、光源の波長が変化しても、被走査面の走査光の光軸方向結像位置に変化が生じないようにしている。

さらに特許文献３では、コリメータレンズと光源の間の空間の気密をとるのを目的として、コリメータレンズの鏡筒にリング形状部材を実装している。この場合、コリメータレンズはリング形状部材の位置基準で固定されるから、リング形状部材の位置は環境温度が変化したとしても光軸方向には動かない。そのため、環境変動により光源の波長変化による被走査面の走査光の光軸方向結像位置に変化が生じてしまう問題がある。

また、コリメータレンズ鏡筒を長くすれば、リング形状部材基準に鏡筒の膨張収縮によってコリメータレンズを移動させることができるが、この場合、リング形状部材の反対端部は光軸に対して垂直方向に固定されていないので、コリメータレンズがその垂直方向に移動することがあり、出射光線が光軸垂直方向に変化してしまうことがあるので問題であった。

特許文献５では、コリメータレンズの光軸方向の位置調整手段としてスプリング手段とネジの手段を設け、更に光軸に垂直な方向にスプリング手段を設けている。これにより、光軸方向調整時のコリメータレンズの上下の位置ずれを発生させないようにしている。この場合、光軸垂直方向でかつ一方向からのスプリング手段により押し付けているから、押し付け方向例えば上下方向の位置ずれは抑えられる。しかし、左右方向には隙間があるため、調整終了後変化する可能性がある。

特公平１−２８３８１号公報 特公平６−８５２３３号公報 特開２００６−２８４６３５号公報 特開２００４−１７０７７１号公報 特開２００２−１３１６７７号公報

上述の様に従来から、温度変化による被走査面の光の光軸方向結像位置の変化を抑えるような提案がなされているが、問題が全て解決したわけではない。

特許文献１、特許文献２に記載の光源装置の構成は、被走査面の走査光の光軸方向結像位置の変化についての工夫であり、走査光の光軸に対する垂直方向の位置変化については考慮されていない。

特に特許文献４に示すように、２つの光源を合成して用いる合成光源装置の場合、走査光が２つあり、光軸垂直方向の相対的な位置関係が変化してしまうと、走査間隔が変化し、走査ピッチムラ等の不良が生じていた。

また、２つの光源を合成して用いない場合でも、光軸垂直方向に走査光が移動してしまうと、印刷開始のタイミングを検知するための光センサ位置からずれてしまい、検知できなくなり印刷できなくなる弊害や、レンズからはみ出してしまうことで光量が低下してしまうなどの弊害が生じる。

特許文献５のように、一方向、例えば上下の位置ずれを発生させないようにしても、他方向、例えば左右方向には隙間があるため、調整終了後変化する可能性があり、上記と同様の弊害が生じる。特に本願のように鏡筒の膨張収縮を積極的に利用しようとする場合、隙間があると位置ずれしやすいので問題となる。

複数の発光素子を備える光源の例としては、面発光レーザがある。この光源からの光を平行光にするコリメータレンズは、一般的に中央部より周辺部の収差が大きい。収差が大きいと、ビームスポットが大きくなる傾向にある。そのため、面発光レーザを用いる場合、コリメータレンズのイメージサークル（収差が所定の値以下の領域）の範囲の中に光源素子を配置している。図10は素子数が9の例を示している。光源配列領域とイメージサークル領域71がほぼ同じで余裕がない状態を示している。この状態のとき、上記したようなコリメータレンズの光軸垂直方向位置ずれが生じると、イメージサークルが位置ずれしてしまい、光源配列周辺部の光源素子がイメージサークルから出ることになり問題である。

将来、図10の場合より光源素子数が多く、光源配列領域が拡大する場合、イメージサークルの大きなコリメータレンズが必要となる。しかし、イメージサークルの大きさには限度があり、図10に示す例のように光源配列領域とイメージサークル領域71がほぼ同じで余裕がない状態で使うことになる。この状態でも同様に、上記したようなコリメータレンズの光軸垂直方向位置ずれが生じると、イメージサークルが位置ずれしてしまい、光源配列周辺部の光源素子がイメージサークルから出ることになり問題となる。

本発明の目的は、光源やコリメータレンズの保持部材の膨張収縮を利用して被走査面の走査光の光軸方向結像位置を補正するような光源装置の構成であっても、走査光の光軸に対して垂直な全方向への位置ずれが小さい光源装置及び合成光源並びにそれを用いた光走査装置、画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、複数の発光素子を備える光源と、その光源からの光を透過する光学素子と、その光学素子を保持する鏡筒と、その鏡筒を鏡筒の光源側端部で保持、固定する鏡筒ホルダを備えた光源装置であって、前記鏡筒の光出射側端部に、前記鏡筒の光軸方向に摺動可能で、かつ前記鏡筒の光軸垂直全方向への位置変化を防止する位置変化防止部材を設けることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記位置変化防止部材がリング状の弾性体であることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記位置変化防止部材がベアリング状物体であることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は、複数の発光素子を備える光源と、その光源からの光を透過する光学素子と、その光学素子を保持する鏡筒と、その鏡筒を鏡筒の光出射側端部で保持、固定する鏡筒ホルダを備えた光源装置であって、前記鏡筒の光源側端部に、前記鏡筒の光軸方向に摺動可能で、かつ前記鏡筒の光軸垂直全方向への位置変化を防止する位置変化防止部材を設けることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記位置変化防止部材がリング状の弾性体であることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第４の手段において、前記位置変化防止部材がベアリング状物体であることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は、複数の光源装置から出射した光線を合成して合成光として出射する合成光源装置であって、前記光源装置が前記第１ないし第６の手段の光源装置であることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は、光源装置と、その光源装置からの光線を偏向走査する回転多面鏡とを備えた光走査装置において、前記光源装置が前記第１ないし第６の手段の光源装置であることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は、感光体と、その感光体を帯電する帯電装置と、光線の走査により記録されるべき画像情報に対応した静電潜像を前記感光体上に形成する光走査装置と、前記静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被記録媒体上に転写する転写装置と、転写したトナー像を被記録媒体上に定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、前記光走査装置が前記第８の手段の光走査装置であることを特徴とするものである。

本発明によれば、光源やコリメータレンズの保持部材の線膨張係数の組み合わせにより被走査面の走査光の光軸方向結像位置が変わらないような構成であっても、走査光の光軸に対して垂直な全方向への位置ずれが小さい光源装置及び合成光源装置、並びにこれらを備えた光走査装置、及び画像形成装置を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。以下の説明はこの発明の好ましい形態における例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

（第一の実施例）
本発明の第一の実施例を図１、図２、図３、図7、図9を参照しながら説明する。図１は本発明の第一の実施例に係る光源装置の断面図、図２はその光源装置を用いた光走査装置の概略構成図、図３はその光走査装置を用いた画像形成装置の概略構成図、図7は感光体上のスポットの様子を示した図、図9は鏡筒8にＯリング41を実装させたときの様子を示した図である。Ｏリング41は、鏡筒8の周、すなわち光軸に対して３６０度にわたり実装され、鏡筒8の光軸垂直全方向の位置変化を防止している。

まず、本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成を図３で説明する。トナー像を形成するためのドラム形状の感光体１８は、図示しないモータによって一定の周速度で回転している。この感光体１８は帯電装置１０によって特定の極性に均一に帯電された後、後述する光走査装置１１からの光線により露光され、記録される画像情報に対応した静電潜像が形成される。この露光位置の感光体回転方向下流側には現像装置１２が配置され、現像装置１２により感光体１８上にトナー像が形成される。

被記録媒体である印刷用紙１３は、搬送ローラ対などの搬送装置１４で搬送される。その後に転写装置１５で印刷用紙１３の背面にトナーと反対の極性の帯電を行ない、感光体１８上のトナー像を印刷用紙１３上に転写する。転写後、転写されなかった感光体１８上のトナーは、清掃装置１６によって除去される。感光体１８からトナー像が転写された印刷用紙１３は定着装置１７へ搬送される。定着装置１７は、一定温度に加熱制御したヒートローラ１７ａと、それに接する加圧ローラ１７ｂとから構成されている。ここを通過するとき、印刷用紙１３上に保持されたトナー像は加圧溶融され印刷用紙１３上に定着される。この定着処理後、印刷用紙１３は、画像形成装置の外部に排出、ストックされる。

図２は、光走査装置１１の内部構成を示す概略構成図である。後述する光源装置２０から発した光線２１は、副走査方向のみ所定の曲率をもつシリンドリカルレンズ２３を通り、回転多面鏡２４によって偏向走査され、Ｆθレンズ２５を通り、折り返しミラー２８で反射し、感光体１８上に結像され静電潜像を作成する。図中Ｘの矢印方向は、光の走査方向（主走査方向）を示している。なお、偏向走査された光線の一部は、ミラー２６によって光センサ２７へ導かれ、その信号により、光源装置２０から発する光線２１の変調を開始する。

なお、本実施例の光源１の中の発光素子は一列に並んでおり、感光体１８上では光スポットが一列に並ぶことになる。

図７は感光体１８上に光スポット５０が５つ並んだ様子を示している。光源１を光軸中心として回転させると、感光体１８上の光スポット５０の配列角θが変化するから、それに応じて走査間隔ｄも変化する。そのため配列角θを変化させて走査間隔ｄを調整することができる。

本発明の第一の実施例となる光源装置２０の断面図を図１に示す。この光源装置２０は、主に、光源１と光源ホルダ２と鏡筒８に実装された光学素子であるコリメータレンズ９と鏡筒ホルダ４から構成されている。なお、図9に鏡筒8にＯリング41を実装させたときの様子を示す。

光源１は溶接またはネジ（図示していない）により、光源ホルダ２に固定される。鏡筒８は光源１との距離を適正に調整後、ネジ３ｃで突き当て固定される。光源ホルダ２と鏡筒ホルダ４は光軸垂直方向の位置決め後ネジ３ａで一体化され、一体化された光源ホルダ２と鏡筒ホルダ４はベース５にネジ３ｂで固定される。このとき、光源の光軸中心軸とした回転方向の位置決めを行うことで、感光体１８上のスポット配列角度θを変えて走査間隔ｄを適当な値に調整できる。

この実施例では、鏡筒８の光源側端部がネジ３ｃで固定され、もう一方の光出射側端部に、溝４０を設けその中にリング状の弾性体であるＯリング４１を挿入している。このＯリング４１は鏡筒ホルダ４内で光軸方向には移動可能であるが光軸垂直方向には変化しない構造になっている。そのため鏡筒８の膨張、収縮によって、ネジ３ｃで固定していない端部（光出射側端部）の光軸方向の位置変化は制約しないが、光軸に対する垂直全方向の位置変化を制約できる。Ｏリング４１は、コリメータレンズ９に近接して設けると、位置変化を防止する効果がより高くなる。

また、Ｏリング４１は価格が安いので価格上昇が少なくてすむという効果もある。なお、本実施例では鏡筒８に溝４０とＯリング４１を実装したが、鏡筒ホルダ４側に同様の構造を設けても同じ効果がある。

ここで、鏡筒８の膨張収縮と感光体１８上のスポットの焦点位置ずれについて説明する。走査光学系全体の特性として、環境温度が+３０Ｋ変化すると、感光体１８上の光スポット５０の光軸方向焦点位置が感光体１８の奥側へ１０ｍｍ変化するものとする。光学系の縦倍率を１００とすると、光源の光軸方向位置ずれ換算で０．１ｍｍ変化しているのと同じことになる。ホルダ類の線膨張係数をアルミの２３×１０−６、鏡筒の線膨張係数をデルリンの９０×１０−６、光源１とネジ３ｃの固定点までの距離を３０ｍｍ、ネジ３ｃの固定点とコリメータレンズ９までの距離を３０ｍｍとすれば、３０Ｋの温度変化で光源１とコリメータレンズ９の距離は０．１ｍｍ変化（増大）させることができる。よって、上記の構造の光源ユニットを用いれば光走査装置全体で環境温度変化時の感光体上の光スポットの光軸方向焦点位置ずれを相殺することができる。

（第二の実施例）
図４は第二の実施例の光源装置を説明するための図であり、第二の実施例の光源装置の断面図である。この実施例でも、第一の実施例で説明した光走査装置及び画像形成装置の部分は同じである。また、組み立て、調整方法も第一の実施例と同じである。

この実施例では、鏡筒８の光源側位置がネジ３ｃで固定され、もう一方の端部に、リング状に配置したベアリング状物体である直動ベアリング３０を設けている。そのため、鏡筒８の光軸方向の動きを制限しないが、光軸垂直全方向の動きを制限する構造となっている。このため、環境温度変化を利用して、鏡筒８をネジ３ｃを基準に膨張収縮させ、コリメータレンズ９を光軸方向に移動させたい場合に、鏡筒８のネジ３ｃの反対端部の走査垂直全方向位置変化を抑えられる効果がある。

（第三の実施例）
図５は第三の実施例を説明するための図であり、光源装置を２つ備えた合成光源の例を示している。図５ではこれまで説明した実施例の光源装置２０を２式（一方を第一の光源、もう一方を第二の光源とする）ベース５に実装した様子を示している。

２つの光源装置２０は互いに角度をもってシリンドリカルレンズ２３を光が透過し、図２を参照すれば、回転多面鏡２４の位置でほぼ交差する様に実装している。この構成の場合、部品点数が少なくて合成光源を実現できるので安価な構成で、単一の光源装置のビーム数の２倍のビーム数を得られるという利点がある。

（第四の実施例）
図６は第四の実施例を説明するための図である。図６は光源装置を２式備え、ベース５に固定する。図６ではこれまで説明した実施例の光源装置２０を２式（一方を第一の光源、もう一方を第二の光源とする）備え、プリズム６０で反射する光線と透過する光線を合成する。この場合、各光源装置２０からの光線の光軸と合成後の光線の光軸を一致させることができるので、収差の少ない光学系を実現できるから、安定した小さなスポット径を得られるという利点がある。

ここで、第三、第四の実施例の様に２つの光源を合成する場合の感光体１８上のスポット配列例を図８に示す。第一の光源からのスポット５１と第二の光源からのスポット５２を交互に一列に配列している。例えば１２００ｄｐｉで走査する場合、スポット配列角θを変化させて走査間隔ｄを０．０２１ｍｍにすればよい。一般に合成光源では、２つの光源からの光スポットの位置ずれを、走査間隔ｄの１／２以内に保持できればピッチムラなどが目立たないので、１２００ｄｐｉの場合０．０１１ｍｍ以内に抑える必要がある。

光学系全体の横倍率が１０の場合、光源の光軸垂直方向位置ずれは感光体１８上で１０倍に拡大されるから、光源部では０．００１１ｍｍ以内の位置ずれに抑える必要がある。

本発明を用いれば、コリメータレンズ９の光軸方向移動はスムーズに行われ、焦点位置ずれの補正を行うことができ、かつ、光軸垂直全方向の位置変動はほとんどなく、０．００１１ｍｍ以下に抑えられるから、環境温度変化があってもピッチムラの目立たない印刷が可能となる。

なお、第一から第四の実施例の光源は一列に並んだ複数光源の例であったが、図10に示すような光源素子配列をした面発光レーザであっても同様な効果が得られる。ただし、合成する場合、感光体18上のスポットの配列が異なるので第五、第六の実施例として説明する。

（第五の実施例）
合成光源の構成は第三、第四の実施例と同じである。感光体上のスポットの様子を図11に示す。この場合第一の光源からの光スポット51の間に第二の光源からの光スポット52を配列している。この場合、２つの光源からの光スポットの位置ずれを、走査間隔ｄの１／２以内に保持できればピッチムラなどが目立たないので、１２００ｄｐｉの場合０．０１１ｍｍ以内に抑える必要がある。光学系全体の横倍率が１０の場合、光源の光軸垂直方向位置ずれは感光体１８上で１０倍に拡大されるから、光源部では０．００１１ｍｍ以内の位置ずれに抑える必要がある。本発明を用いれば、コリメータレンズ９の光軸方向移動はスムーズに行われ、焦点位置ずれの補正を行うことができ、かつ、光軸垂直全方向の位置変動はほとんどなく、０．００１１ｍｍ以下に抑えられるから、環境温度変化があってもピッチムラの目立たない印刷が可能となる。また、イメージサークルの動きも小さいので、周辺部の光源素子のスポット径増大も生じない。

（第六の実施例）
合成光源の構成は第三、第四の実施例と同じである。感光体上のスポットの様子を図12に示す。この場合第一の光源からの光スポット51と第二の光源からの光スポット52は並んで同時に走査している。この場合も第五の実施例と同じように、２つの光源からの光スポットの位置ずれを、走査間隔ｄの１／２以内に保持できればピッチムラなどが目立たないので、１２００ｄｐｉの場合０．０１１ｍｍ以内に抑える必要がある。光学系全体の横倍率が１０の場合、光源の光軸垂直方向位置ずれは感光体１８上で１０倍に拡大されるから、光源部では０．００１１ｍｍ以内の位置ずれに抑える必要がある。本発明を用いれば、コリメータレンズ９の光軸方向移動はスムーズに行われ、焦点位置ずれの補正を行うことができ、かつ、光軸垂直全方向の位置変動はほとんどなく、０．００１１ｍｍ以下に抑えられるから、環境温度変化があってもピッチムラの目立たない印刷が可能となる。また、イメージサークルの動きも小さいので、周辺部の光源素子のスポット径増大も生じない。

以上の実施例では鏡筒８を固定するネジ３ｃは光源１に近い端部として図示した。しかし、走査光学系の環境温度による光軸方向焦点位置ずれ特性が上記の逆（温度上昇時感光体の手前にずれる）の場合、ネジ３ｃを光源１から遠い端部に設ければ良い。

本発明の第一の実施例に係る光源装置の断面図である。 その光源装置を用いた光走査装置の概略構成図である。 その光走査装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。 本発明の第二の実施例に係る光源装置の断面図である。 本発明の第三の実施例に係る合成光源装置の構成図である。 本発明の第四の実施例に係る合成光源装置の構成図である。 本発明の実施例での感光体上のスポットの様子を示す図である。 本発明の他の実施例での感光体上のスポットの様子を示す図である。 本発明の第一の実施例に係る鏡筒とＯリングの関係を示す図である。 面発光レーザの素子配列とイメージサークルの関係を示す図である。 面発光レーザを合成して用いた時のスポット配列を示す図である。 面発光レーザを合成して用いた時のスポット配列を示す図である。

１…光源、２…光源ホルダ、３ａ、３ｂ、３ｃ、４…鏡筒ホルダ、５…ベース、８…鏡筒、９…コリメータレンズ、１０…帯電装置、１１…光走査装置、１２…現像装置、１３…印刷用紙、１４…搬送装置、１５…転写装置、１６…清掃装置、１７…定着装置、１７ａ…ヒートローラ、１７ｂ…加圧ローラ、１８…感光体、２０…光源装置、２１…光線、２３…シリンドリカルレンズ、２４…回転多面鏡、２５…Ｆθレンズ、２６…ミラー、２７…光センサ、２８…折り返しミラー、３０…直動ベアリング、４０…溝、４１…Ｏリング、５０…光スポット、５１…第一の光源からの光スポット、５２…第二の光源からの光スポット、６０…プリズム、７０…光源素子、７１…イメージサークル

Claims (9)

1. 複数の発光素子を備える光源と、前記光源からの光を透過する光学素子と、前記光学素子を保持する鏡筒と、前記の鏡筒を鏡筒の光源側端部で保持、固定する鏡筒ホルダを備えた光源装置であって、
   前記鏡筒の光出射側端部に、前記鏡筒の光軸方向に摺動可能で、かつ前記鏡筒の光軸垂直全方向の位置変化を防止する位置変化防止部材を設けることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、前記位置変化防止部材がリング状の弾性体であることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、前記位置変化防止部材がベアリング状物体であることを特徴とする光源装置。
4. 複数の発光素子を備える光源と、前記光源からの光を透過する光学素子と、前記光学素子を保持する鏡筒と、前記鏡筒を鏡筒の光出射側端部で保持、固定する鏡筒ホルダを備えた光源装置であって、
   前記鏡筒の光源側端部に、前記鏡筒の光軸方向に摺動可能で、かつ前記鏡筒の光軸垂直全方向の位置変化を防止する位置変化防止部材を設けることを特徴とする光源装置。
5. 請求項４に記載の光源装置において、前記位置変化防止部材がリング状の弾性体であることを特徴とする光源装置。
6. 請求項４に記載の光源装置において、前記位置変化防止部材がベアリング状物体であることを特徴とする光源装置。
7. 複数の光源装置から出射した光線を合成して合成光として出射する合成光源装置であって、前記光源装置が請求項１ないし６のいずれか１項記載の光源装置であることを特徴とする合成光源装置。
8. 光源装置と、前記光源装置からの光線を偏向走査する回転多面鏡とを備えた光走査装置において、前記光源装置が請求項１ないし６のいずれか１項記載の光源装置であることを特徴とする光走査装置。
9. 感光体と、前記感光体を帯電する帯電装置と、光線の走査により記録されるべき画像情報に対応した静電潜像を前記感光体上に形成する光走査装置と、前記静電潜像にトナーを付着してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を被記録媒体上に転写する転写装置と、転写したトナー像を被記録媒体上に定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
   前記光走査装置が請求項８記載の光走査装置であることを特徴とする画像形成装置。

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