JP2012173667A

JP2012173667A - 光走査装置の製造方法および光走査装置

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Publication number: JP2012173667A
Application number: JP2011037881A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kusuda; 晋也楠田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: US8934161B2; JP5273182B2; US20120218614A1

Abstract

【課題】製造工程を簡略化することができる光走査装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光走査装置の製造方法は、コリメートレンズ３０（カップリングレンズ）をフレーム４０に固定するカップリングレンズ固定工程と、半導体レーザ１０を発光させながら、フレーム４０に固定されたコリメートレンズ３０に対する半導体レーザ１０の光軸に直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）の位置および光軸方向（Ｚ方向）の位置を調整するとともに、半導体レーザ１０を光軸Ａ回りに回転させて被走査面上における複数のレーザ光の副走査方向におけるピッチＤを調整する調整工程と、調整工程によって位置を決めた半導体レーザ１０をフレーム４０に固定する光源固定工程とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の発光点を有する光源を備える光走査装置の製造方法および光走査装置に関する。

従来より、複数の発光点を有する光源と、光源からの光を光束に変換するカップリングレンズと、光束に変換された光を主走査方向に偏向する偏向器と、偏向器からの光を被走査面上に結像する走査レンズとを備える光走査装置が知られている。このような光走査装置では、被走査面上において光を精度良く結像させるため、各光学部品を、位置調整を行った上で正確に配置する必要がある。

例えば、特許文献１では、光源（半導体レーザー光源）をレーザーユニットのホルダに固定し、カップリングレンズ（コリメータレンズ）が内蔵された鏡筒を動かして、光源とカップリングレンズのＸ，Ｙ，Ｚの３方向における位置を調整した後、鏡筒をホルダに固定している。さらに、レーザーユニットを偏向器や走査レンズが取り付けられた光学箱に固定する際に、レーザーユニットを回転して、被走査面上における２つの光の副走査方向におけるピッチを調整した後、レーザーユニットを光学箱に固定している。

特開平１１−６４７６５号公報

前記した従来技術においては、レーザーユニットを組み立てる際に光源の３方向（光軸に直交する方向および光軸方向）の位置の調整を行い、レーザーユニット（光源）を光学箱に固定する際にピッチの調整を行っているので、光走査装置を製造するときの光源の位置調整の工程が増えることとなる。

本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、製造工程を簡略化することができる光走査装置の製造方法および光走査装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するための本発明は、複数の発光点を有する光源と、前記光源からの光を光束に変換するカップリングレンズと、光束に変換された光を主走査方向に偏向する偏向器と、前記偏向器からの光を被走査面上に結像する走査レンズと、少なくとも前記光源および前記カップリングレンズを支持するフレームとを備える光走査装置の製造方法であって、前記カップリングレンズを前記フレームに固定するカップリングレンズ固定工程と、前記光源を発光させながら、前記フレームに固定された前記カップリングレンズに対する前記光源の光軸に直交する方向の位置および光軸方向の位置を調整するとともに、前記光源を光軸回りに回転させて前記被走査面上における複数の光の副走査方向におけるピッチを調整する調整工程と、前記調整工程によって位置を決めた前記光源を前記フレームに固定する光源固定工程と、を有することを特徴とする。

このような光走査装置の製造方法によれば、先にフレームに固定されたカップリングレンズに対する光源の光軸に直交する方向の位置および光軸方向の位置と、被走査面上における複数の光の副走査方向におけるピッチとを調整した後に光源をフレームに固定するので、フレームに固定された後は光源の位置調整が不要となる。これにより、製造工程を簡略化することができる。

また、前記した目的を達成するための本発明は、複数の発光点を有する光源と、前記光源からの光を光束に変換するカップリングレンズと、光束に変換された光を主走査方向に偏向する偏向器と、前記偏向器からの光を被走査面上に結像する走査レンズと、少なくとも前記光源および前記カップリングレンズを支持するフレームとを備える光走査装置であって、前記光源は、当該光源に電力を供給する回路基板に組み付けられ、前記フレームに固定された前記カップリングレンズに対する前記光源の光軸に直交する方向の位置および光軸方向の位置、並びに、前記被走査面上における複数の光の副走査方向におけるピッチが調整された状態で、前記回路基板が前記フレームに接着剤で固定されていることを特徴とする。

このような光走査装置によれば、光源が組み付けられた回路基板がフレームに接着剤で固定されているので、回路基板をネジなどでフレームに固定する構成と比較して、回路基板（光源）のフレームに対する位置の自由度を高めることができる。これにより、先にフレームに固定されたカップリングレンズに対する光源の光軸に直交する方向の位置および光軸方向の位置と、被走査面上における複数の光の副走査方向におけるピッチとを調整した後に光源をフレームに固定する製造工程を実現することができる。その結果、フレームに固定された後は光源の位置調整が不要となるので、製造工程を簡略化することが可能となる。

本発明によれば、フレームに固定された後は光源の位置調整を不要とすることができるので、製造工程を簡略化することができる。

一実施形態に係る光走査装置の概略構成を示す図である。光源ユニットの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。カップリングレンズ固定工程および基板組付工程の説明図である。調整工程の説明図（ａ），（ｂ）である。光源固定工程の説明図である。変形例に係る調整工程の説明図である。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、光軸とは、光走査装置１（光学系）の仮想的な光軸を意味するものとし、本実施形態では、光軸（光軸Ａ）は、半導体レーザ１０（光源）から出射される２つのレーザ光の各光軸Ａ１，Ａ２から等距離かつ最短距離にあるものとする（図４参照）。

図１に示すように、光走査装置１は、光源ユニット２と、開口絞り３と、シリンドリカルレンズ４と、偏向器の一例としてのポリゴンミラー５と、走査レンズの一例としてのｆθレンズ６とを主に備え、光源ユニット２から出射されたレーザ光を感光体ドラム９の被走査面９Ａにスポット状に集光し、図１で示す矢印の方向に走査するように構成されている。各光学部品は、略箱状の筐体１Ａに固定されている。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、光源ユニット２は、光源の一例としての半導体レーザ１０と、回路基板２０と、カップリングレンズの一例としてのコリメートレンズ３０と、フレーム４０とを主に備えて構成されている。

半導体レーザ１０は、２つ（複数）の発光点を有しており、電力の供給によって２つのレーザ光を出射する発光素子である。この半導体レーザ１０は、４本のリードピン１１が回路基板２０のスルーホール２１（図３参照）に挿入されて半田付けされることで、回路基板２０に組み付けられている。

回路基板２０は、半導体レーザ１０に電力を供給するための図示しない回路が設けられた略矩形状のプリント基板である。この回路基板２０は、半導体レーザ１０に電力を供給する図示しない外部電源から延びる雄型コネクタＣ（図３参照）が接続される雌型コネクタ２２（コネクタ）を有している。また、回路基板２０は、その長手方向における両端の図２（ａ）で示す上寄りの部分にそれぞれ貫通した穴２３が設けられている。

コリメートレンズ３０は、半導体レーザ１０からのレーザ光を光束に変換するレンズである。なお、本発明において、光束は、平行光、収束光および発散光のいずれであってもよい。

フレーム４０は、半導体レーザ１０が組み付けられた回路基板２０およびコリメートレンズ３０を支持する部材であり、レンズ支持壁４１と、一対の連結壁４２と、一対の基板支持壁４３とを主に有している。

レンズ支持壁４１は、コリメートレンズ３０を支持する壁であり、コリメートレンズ３０が係合する開口４１Ａが設けられている。コリメートレンズ３０は、図示しない接着剤などによってレンズ支持壁４１に固定されている。

一対の連結壁４２は、レンズ支持壁４１と一対の基板支持壁４３をつなぐように光軸方向（Ｚ方向）に向けて延びる壁であり、光軸方向から見て略Ｌ形状に形成されている。各連結壁４２の図２（ａ）で示す下側の壁には、フレーム４０（光源ユニット２）を光走査装置１の筐体１Ａに固定するネジ（図１参照（符号省略））を通すための貫通孔４２Ａが設けられている。

一対の基板支持壁４３は、半導体レーザ１０を支持する壁であり、連結壁４２の回路基板２０側の端部から回路基板２０に沿うように外側に向けて延びた後、回路基板２０が間に入り得るように光軸方向に向けて延びている。

半導体レーザ１０は、レンズ支持壁４１に固定されたコリメートレンズ３０に対する光軸に直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）の位置および光軸方向の位置、並びに、被走査面９Ａ上における２つのレーザ光の副走査方向におけるピッチＤ（図４（ｂ）参照）が調整された状態で、回路基板２０が一対の基板支持壁４３に接着剤５０で固定されることで、回路基板２０を介してフレーム４０に支持されている。なお、本実施形態において、接着剤５０は、特定の波長の光の照射によって硬化する光硬化性樹脂（例えば、ＵＶ硬化樹脂など）である。

図１に戻り、開口絞り３は、コリメートレンズ３０により光束に変換されたレーザ光の径を規定する、略矩形状の開口を有する板状の部材である。

シリンドリカルレンズ４は、コリメートレンズ３０および開口絞り３を通過したレーザ光を、ポリゴンミラー５（ミラー面５Ａ）上において、主走査方向（図１に紙面に沿う方向）に長い線状に結像させるレンズである。

ポリゴンミラー５は、６つのミラー面５Ａが回転軸５Ｂから等距離に配置された部材である。このポリゴンミラー５は、回転軸５Ｂを中心に一定速度で回転し、シリンドリカルレンズ４を通過したレーザ光を主走査方向に偏向走査する。

ｆθレンズ６は、ポリゴンミラー５からのレーザ光を主走査方向および副走査方向に収束または屈折させることで被走査面９Ａ上にスポット状に結像するとともに、ポリゴンミラー５のミラー面５Ａの面倒れを補正するレンズである。このｆθレンズ６は、ポリゴンミラー５により等角速度で偏向されたレーザ光を、被走査面９Ａ上に等速度で走査するようなｆθ特性を有している。

次に、光走査装置１の製造方法について、適宜図面を参照しながら説明する。
図３に示すように、まず、コリメートレンズ３０をレンズ支持壁４１（フレーム４０）に接着などにより固定する（カップリングレンズ固定工程）。

また、半導体レーザ１０のリードピン１１を回路基板２０のスルーホール２１に挿入し、半田付けすることで、半導体レーザ１０を回路基板２０に組み付ける（基板組付工程）。その後、回路基板２０に設けられた雌型コネクタ２２に図示しない外部電源から延びるケーブルの端部（雄型コネクタＣ）を接続する。なお、本発明において、カップリングレンズ固定工程と基板組付工程を行う順番は特に限定されない。

カップリングレンズ固定工程および基板組付工程を行った後、図４（ａ）に示すように、外部電源から回路基板２０へ電力を供給することで半導体レーザ１０を発光させながら、半導体レーザ１０（回路基板２０）のコリメートレンズ３０に対する位置、および、被走査面９Ａ上における２つのレーザ光の副走査方向におけるピッチＤを調整する（調整工程）。

より詳細に、調整工程では、まず、回路基板２０に設けられた一対の穴２３（図３参照）に、回路基板２０に組み付けられた半導体レーザ１０の位置を調整するための器具の一例としての位置調整用ロボットのアームＲＡの図示しないピンを挿入するなどして回路基板２０を保持し、半導体レーザ１０を発光させる（２つのレーザ光を出射させる）。

そして、この状態において、レーザ光を図示しない測定装置に入射させながら、アームＲＡをＸ方向およびＹ方向にそれぞれ動かすことで、フレーム４０に固定されたコリメートレンズ３０に対する半導体レーザ１０の光軸に直交する方向の位置を調整する。また、レーザ光を測定装置に入射させながら、アームＲＡをＺ方向に動かすことで、フレーム４０に固定されたコリメートレンズ３０に対する半導体レーザ１０の光軸方向の位置（フォーカス位置）を調整する。

さらに、少なくともフォーカス位置を決めた後、レーザ光を測定装置に入射させながら、アームＲＡを回動させることで、図４（ｂ）に示すように、回路基板２０（半導体レーザ１０）を光軸Ａ回りに回転させて、被走査面９Ａ上における２つのレーザ光の副走査方向におけるピッチＤを調整する。

なお、本実施形態において、ピッチＤの調整は、被走査面９Ａ上で直接調整するのではなく、２つのレーザ光の光量分布を被走査面９Ａと同等の光学的位置において測定可能なセンサを有する測定装置を使用して行う。

その後、図５に示すように、調整工程によって位置を決めた半導体レーザ１０をフレーム４０に固定する（光源固定工程）。より詳細に、光源固定工程では、半導体レーザ１０が組み付けられた回路基板２０を一対の基板支持壁４３の間に接着剤５０で固定することにより、半導体レーザ１０を回路基板２０を介してフレーム４０に固定する。

本実施形態では、接着剤５０が光硬化性樹脂であるので、光の照射により回路基板２０（半導体レーザ１０）をフレーム４０に容易に固定することができる。また、回路基板２０（半導体レーザ１０）をフレーム４０に短時間で固定することができるので、硬化するまでに時間がかかる接着剤を使用する場合と比較して、半導体レーザ１０の位置ずれを抑制することができる。

なお、接着剤５０の収縮などに伴う半導体レーザ１０の位置ずれを抑制するため、接着剤５０は、半導体レーザ１０を基準として略対称となる位置に略等量塗布することが望ましい。

そして、以上のようにして組み立てられた光源ユニット２、並びに、開口絞り３、シリンドリカルレンズ４、ポリゴンミラー５およびｆθレンズ６を、従来と同様に、互いの位置調整を行った上で筐体１Ａに固定することで、光走査装置１を製造することができる。

以上によれば、本実施形態において以下のような作用効果を得ることができる。
本実施形態の製造方法によれば、先にフレーム４０に固定されたコリメートレンズ３０に対する半導体レーザ１０の光軸に直交する方向の位置および光軸方向の位置と、被走査面９Ａ上における２つのレーザ光の副走査方向におけるピッチＤとを調整した後に半導体レーザ１０をフレーム４０に固定するので、フレーム４０に固定された後は半導体レーザ１０の位置調整がほぼ不要となる。

特許文献１に示したような従来技術では、ピッチの調整は、カップリングレンズと光源が固定されたフレーム（すなわち光源ユニット）自体の位置を、光源ユニットを光走査装置の筐体に取り付けるときに、さらに調整する工程が必要となるが、本実施形態の製造方法ではそのような工程を省略できるので、製造工程を簡略化することが可能となる。

また、本実施形態の製造方法では、調整工程は、半導体レーザ１０を回路基板２０に組み付けた状態で回路基板２０に電力を供給しながら行うので、半導体レーザ１０を直接保持して調整工程を行う場合や、半導体レーザ１０を回路基板２０ではない部材（放熱板など）に組み付けた状態で調整工程を行う場合などと比べて、半導体レーザ１０に電力を供給しやすくなっている。これにより、光走査装置１の製造工程および製造設備を簡易化することができる。

特に、本実施形態において、回路基板２０は雌型コネクタ２２を有し、回路基板２０への電力の供給はこの雌型コネクタ２２に外部電源を接続することで行うので、調整工程中における半導体レーザ１０への電力供給がより簡単になっている。また、このような雌型コネクタ２２は、光源ユニット２が筐体１Ａに固定された後（光走査装置１となった後）において、半導体レーザ１０への電力供給口としても利用することができる。

また、本実施形態の製造方法では、半導体レーザ１０が予め回路基板２０に組み付けられ、調整工程は、回路基板２０に設けられた一対の穴２３を位置調整用ロボットのアームＲＡにより保持しながら行うので、半導体レーザ１０を直接保持して調整工程を行う場合と比べて、調整工程中の半導体レーザ１０（回路基板２０）を安定させることができる。これにより、半導体レーザ１０の位置や２つのレーザ光のピッチＤの精度をより高めることができる。

そして、本実施形態の光走査装置１によれば、半導体レーザ１０が組み付けられた回路基板２０がフレーム４０に接着剤５０で固定されているので、回路基板２０をネジなどでフレーム４０に固定する構成と比較して、回路基板２０（すなわち半導体レーザ１０）のフレーム４０に対する位置の自由度を高めることができる。これにより、上記したような製造方法の実現が容易となるので、フレーム４０に固定された後は半導体レーザ１０の位置調整がほぼ不要となり、製造工程を簡略化することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

前記実施形態では、調整工程は、半導体レーザ１０を回路基板２０に組み付けた状態で、回路基板２０の一対の穴２３を位置調整用ロボットのアームＲＡにより保持しながら行っていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、調整工程は、半導体レーザ１０を位置調整用ロボットのアームＲＡ’（光源の位置を調整するための器具）により直接保持しながら行ってもよい。

この場合、半導体レーザ１０には、その外周に対向する一対の凹部１３を設け、調整工程は、アームＲＡ’が半導体レーザ１０の一対の凹部１３を保持しながら行うことが望ましい。これによれば、調整工程中の半導体レーザ１０を安定させることができるので、半導体レーザ１０の位置や２つのレーザ光のピッチＤの精度を高めることができる。

前記実施形態では、回路基板２０に当該回路基板２０を保持するための穴２３が設けられていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、回路基板の外周に対向する一対の凹部が設けられていてもよい。この場合、回路基板は、調整工程において、位置調整用ロボットのアームが一対の凹部に係合した状態で保持されることとなる。

前記実施形態では、半導体レーザ１０の位置を調整するための器具としてアームＲＡ（位置調整用ロボット）を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カップリングレンズが固定されたフレームと、光源が組み付けられた回路基板（または光源自体）とを保持し、組立作業員の操作により光源を動かしながら、光源の位置調整を行うような治具などであってもよい。

前記実施形態では、調整工程（ピッチＤの調整）において、回路基板２０（半導体レーザ１０）を光軸Ａ回りに回転させたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明において、ピッチの調整は、光走査装置（光学系）の仮想的な光軸と平行な任意の軸回りに回転させることで行うことができる。

前記実施形態では、コネクタとして、回路基板２０上に設けられた（固定された）雌型コネクタ２２を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、回路基板から引き出された配線の端部に設けられた雌型または雄型のコネクタであってもよい。また、本発明において、回路基板はコネクタを有していなくてもよい。

前記実施形態では、フレームとして、光源ユニット２のフレーム４０を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、前記実施形態の筐体１Ａであってもよい。言い換えると、本発明は、光走査装置１の筐体１Ａに、半導体レーザ１０が組み付けられた回路基板２０や、コリメートレンズ３０などが直接支持（固定）される構成であってもよい。

前記実施形態では、偏向器としてのポリゴンミラー５が６つのミラー面５Ａを有していたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ミラー面は４つであってもよい。また、前記実施形態では、偏向器として、回転することでレーザ光を偏向するポリゴンミラー５を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、揺動することで光を偏向する振動ミラーなどであってもよい。

前記実施形態では、走査レンズとしてのｆθレンズ６が１つのみ設けられていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、複数設けられていてもよい。

前記実施形態では、回路基板２０をフレーム４０に固定する接着剤５０が光硬化性樹脂であったが、本発明はこれに限定されず、広く公知の接着剤を採用することができる。

前記実施形態では、光源（半導体レーザ１０）は２つの発光点を有するものであったが、本発明はこれに限定されず、例えば、３つ以上の発光点を有するものであってもよい。

１光走査装置
２光源ユニット
５ポリゴンミラー
６ｆθレンズ
９Ａ被走査面
１０半導体レーザ
２０回路基板
２２雌型コネクタ
２３穴
３０コリメートレンズ
４０フレーム
５０接着剤
Ａ軸
Ｃ雄型コネクタ
Ｄピッチ
ＲＡアーム

Claims

複数の発光点を有する光源と、前記光源からの光を光束に変換するカップリングレンズと、光束に変換された光を主走査方向に偏向する偏向器と、前記偏向器からの光を被走査面上に結像する走査レンズと、少なくとも前記光源および前記カップリングレンズを支持するフレームとを備える光走査装置の製造方法であって、
前記カップリングレンズを前記フレームに固定するカップリングレンズ固定工程と、
前記光源を発光させながら、前記フレームに固定された前記カップリングレンズに対する前記光源の光軸に直交する方向の位置および光軸方向の位置を調整するとともに、前記光源を光軸回りに回転させて前記被走査面上における複数の光の副走査方向におけるピッチを調整する調整工程と、
前記調整工程によって位置を決めた前記光源を前記フレームに固定する光源固定工程と、を有することを特徴とする光走査装置の製造方法。
前記調整工程の前に実行され、前記光源を、当該光源に電力を供給する回路基板に組み付ける基板組付工程をさらに有し、
前記調整工程は、前記光源を前記回路基板に組み付けた状態で前記回路基板に電力を供給しながら行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置の製造方法。
前記光源固定工程は、前記光源が組み付けられた前記回路基板を前記フレームに接着剤で固定することにより行うことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置の製造方法。
前記調整工程において、前記回路基板への電力の供給は、前記回路基板に設けられたコネクタに外部電源を接続することで行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光走査装置の製造方法。
前記調整工程は、前記光源の外周に設けられた対向する一対の凹部を、前記光源の位置を調整するための器具により保持しながら行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置の製造方法。
前記調整工程は、前記回路基板の外周に設けられた対向する一対の凹部、または、前記回路基板に設けられた一対の穴を、前記回路基板に組み付けられた前記光源の位置を調整するための器具により保持しながら行うことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光走査装置の製造方法。
複数の発光点を有する光源と、前記光源からの光を光束に変換するカップリングレンズと、光束に変換された光を主走査方向に偏向する偏向器と、前記偏向器からの光を被走査面上に結像する走査レンズと、少なくとも前記光源および前記カップリングレンズを支持するフレームとを備える光走査装置であって、
前記光源は、当該光源に電力を供給する回路基板に組み付けられ、前記フレームに固定された前記カップリングレンズに対する前記光源の光軸に直交する方向の位置および光軸方向の位置、並びに、前記被走査面上における複数の光の副走査方向におけるピッチが調整された状態で、前記回路基板が前記フレームに接着剤で固定されていることを特徴とする光走査装置。
前記回路基板は、前記光源に電力を供給するための外部電源が接続されるコネクタを有することを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
前記接着剤は、光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光走査装置。