JP4157647B2

JP4157647B2 - マルチビーム走査装置及びその光源装置

Info

Publication number: JP4157647B2
Application number: JP10022799A
Authority: JP
Inventors: 健一高梨
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: JP2000292723A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等に用いられるマルチビーム走査装置及びその光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等に用いられる光書き込み装置として、光源から放射された発散光束をカップリングレンズによりカップリングし、カップリングレンズを通過した光束を、偏向反射面を有する偏向器により等角速度的に偏向させ、その偏向光束を走査光学系により感光体等の被走査面上に光スポットとして集光させ、光スポットを主走査方向に略等速度的に走査して書き込みを行う光走査装置が知られている。
近年、プリンタや複写機等の高速化の要求に伴い、光走査装置にもますます高速化が要求されてきている。しかし、従来から知られた１ビーム走査装置で走査の高速化を実現しようとすると、偏向器の回転を高速化する必要があるが、高速回転可能な偏向器はそれ自体のコストが高く、光源の高出力化等も必要になり、また、高速回転に伴う風切り音等の騒音を低減する防音手段が必要になるため、光走査装置の大幅なコスト高を招く。
そこで偏向器の回転を高速化することなく走査速度を高め得る走査方式として、複数の光束を被走査面上で副走査方向に所定のピッチ間隔を開けて同時に走査することにより、偏向器の回転速度をそのままにして高速印字を可能にしたマルチビーム走査方式が実用化されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような複数の光束を同時に走査するマルチビーム走査装置では、装置の低コスト性やコンパクト性に鑑み、光源から被走査面に至る光路上に配備される光学系を複数光束に対して共通化することが望ましく、光学系を複数光束で共通化する場合、複数の光源から放射された各光束を、互いに近接したものにするためにビーム合成を行う必要がある。
このビーム合成を行う光源装置として、従来、λ／２板と偏光合成素子を用いて２光束を合成するものが知られている。すなわち、２つの光源から放射される光束の偏光方向を互いに平行にしておき、一方の光束の偏光面を、λ／２板で９０度旋回させ、２光束の偏光方向を互いに直交させる。このように偏光面が互いに直交する２光束を偏光合成素子に入射させ、一方の光束が偏光合成素子を透過し、他方の光束が偏光合成素子で反射されるのを利用してビーム合成を行う。
しかし、このようなビーム合成において必要とされるλ／２板や偏光光学素子は高価であるので、光源装置のコスト高を招く。また、λ／２板や偏光光学素子は高精度に配置する必要があり、光源装置への組付けに手間がかかるので光源装置の組立ての効率を高めるのが難しく、低コスト化は困難である。
【０００４】
そこで、λ／２板や偏光光学素子のような高価な光学素子を用いずにビーム合成を行う方式として、特開平９−１４６０２４号公報等には、複数光源を主走査方向に隔ててホルダで保持して一体化し、偏向器に向かう光束に開き角（チルト角）を持たせることにより、偏光合成素子を用いること無く複数ビームによる光走査ができるようにした光走査装置が開示されている。
しかし、上記公報記載の技術では、２つの光源を保持するホルダの穴部に、カップリングレンズが固定された鏡筒を接着剤で固定する構造のため、２つのカップリングレンズ及びカップリングレンズの鏡筒等が干渉し、複数光束の開き角が大きくなり、複数の光束について光学性能を獲得するのが困難であった。
一方、半導体レーザが固着された保持部材にコリメータレンズ等を取り付けて位置調整後、接着剤により固定する方法は特開平８−７２３００号公報等で開示されているが、これは１ビーム用の光源ユニットに関するものであり、マルチビーム用の光源装置に関する記載はない。
また、マルチビームにすると被走査面上で所望のビーム間ピッチを獲得する必要があるので、特に、副走査方向のカップリングレンズの位置精度が１ビーム時より高精度に要求されることになる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、少ない部品点数で安価に構成することができ、且つ、簡単な構成でビーム間ピッチの誤差を小さくすることができ、高画質対応の複数ビームの走査が可能なマルチビーム走査装置及びその光源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、２つの光源から放射された各発散光束を、該２つの光源の個々に対応したカップリングレンズによりカップリングし、各カップリングレンズを通過した光束を偏向反射面を有する偏向器により等角速度的に偏向させ、複数の偏向光束を共通の走査光学系により被走査面上に、副走査方向に互いに分離した光スポットとして集光させ、上記被走査面上を略等速度的に走査するマルチビーム走査装置に用いられる光源装置であり、上記２つの光源と、これら２つの光源の個々に対応する２つのカップリングレンズと、光源とカップリングレンズの対を２つ保持するホルダとを有し、上記ホルダに保持された２つの光源から放射され上記カップリングレンズを通過して偏向器に向かう光束が開き角を有する光源装置において、上記ホルダに保持された２つの光源は半導体レーザであり、且つ、上記２つの半導体レーザは上記ホルダの中心に対して対称に配置されるとともに、該２つの半導体レーザは、半導体レーザチップを支持するステムと該半導体レーザチップとが互いに反対の位置になるように上記ホルダに配置されており、上記２つの半導体レーザの発光点である半導体レーザチップを結ぶ直線と、上記２つのカップリングレンズの中心を結ぶ直線とが同じ方向であり、且つ、上記２つのカップリングレンズは、上記ホルダの中央から突出して設けた突起部を挟むように配置され、上記カップリングレンズの外周面の一部のみが上記ホルダの突起部に設けた円筒面からなる保持部に対して直接接着されて固定されている構成としたものである。
【０００７】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の光源装置において、上記ホルダに保持された２つの半導体レーザのステムと半導体レーザチップが互いに反対の位置に配置されている状態において、各半導体レーザを駆動する電装系に接続する部分がハーネス基板により構成され、そのハーネス基板のグランドを上記２つの半導体レーザのグランド端子に対し共通に接続する構成としたものである。
また、請求項３に係る発明では、請求項２記載の光源装置において、上記２つの半導体レーザのグランド以外の端子を接続するハーネス基板上の導線部が、各半導体レーザの機能が同じ端子に対し、抵抗及び電気容量が同等になるようにしてある構成としたものである。
【０００８】
さらに請求項４に係る発明は、複数の光源と、該複数の光源から放射された各発散光束を複数光源の個々に対応してカップリングする複数のカップリングレンズと、各カップリングレンズを通過した光束を等角速度的に偏向させる偏向反射面を有する偏向器と、該偏向器により偏向された複数の偏向光束を被走査面上に副走査方向に互いに分離した光スポットとして集光させ被走査面を略等速度的に走査する走査光学系とを有するマルチビーム走査装置において、光源装置として請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置を用いる構成としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成及び動作を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す光源装置の構成説明図であり、（ａ）は光源装置の断面図、（ｂ）は光源装置の２つの半導体レーザ（ＬＤ）の正面側の配置状態を示す図、（ｃ）は光源装置の２つの半導体レーザの裏面側の配置状態を示す図、（ｄ）は光源装置の２つのカップリングレンズの正面側の配置状態を示す図である。
また、図２は本発明に係るマルチビーム走査装置の構成例を示す概略構成図であり、構成部品の配置を光軸を通り主走査方向に平行な平面（主走査平面と言う）に展開して示す図である。
【００１０】
図２に示すように本発明に係るマルチビーム走査装置においては、光源としての半導体レーザ１ａ，１ｂから放射された発散性の光束は、各光源に対応して設けられたカップリングレンズ２ａ，２ｂによりカップリングされ、それぞれ弱い収束光束もしくは弱い発散光束あるいは平行光束に変換され、アパーチャ３によりビーム整形された後、各光束に共通したシリンダレンズ４により副走査方向（主走査平面（紙面）に直交する方向）に集束され、偏向器５の偏向反射面５Ａの近傍に主走査方向に長い線像として結像された後、偏向器５の偏向反射面５Ａにより反射される。尚、これら２つの線像は互いに副走査方向に分離している。
偏向器５の偏向反射面５Ａにより反射される各光束は、偏向器５の等速回転に伴い、各々等角速度的に偏向し、走査光学系６（例えばｆθレンズ等のレンズ系で構成されるが、この他、凹面鏡等で構成することもできる）により、感光体等の被走査面７上に副走査方向に互いに分離した光スポットとして集光され、被走査面７上を略等速度的に走査する。尚、図２は２ビーム走査装置の例を示しているが、光源とカップリングレンズの対を増やして３ビーム以上の構成とすることも容易に可能である。
【００１１】
図２において、カップリングレンズ２ａ，２ｂによりカップリングされた各光束の主光線は、図示のように、主走査方向において、偏向反射面５Ａ側に向かって次第に近接し、偏向反射面５Ａの近傍で、主走査方向において互いに交わる。そして、カップリングされた各光束を副走査方向から見て、各光束が、交差部側から光源側に向かってなす角θを光束間の「開き角」と呼ぶ。このように、偏向器５に向かう光束が開き角θを有するように光源装置を構成することにより、従来のような偏光合成素子等を用いる必要はなくなる。
【００１２】
ここで、図２に示すマルチビーム走査装置に用いられる光源装置としては、図１（ａ）に示すように、光源である２つの半導体レーザ１ａ，１ｂと、この２つの半導体レーザ１ａ，１ｂの個々に対応するカップリングレンズ２ａ，２ｂと、半導体レーザ１ａ，１ｂとカップリングレンズ２ａ，２ｂの対を２つ保持するホルダ８とを有し、上記ホルダ８に保持された２つの半導体レーザ１ａ，１ｂから放射されカップリングレンズ２ａ，２ｂを通過して偏向器５に向かう光束が開き角θを有する構成となっている。尚、図１（ａ）の例では、アパーチャ３もホルダ８に保持されているが、アパーチャ３の保持は別の手段によってもよい。
【００１３】
ところで、複数光束について良好な光学特性を実現するには、複数光束の開き角を小さくする必要がある。このため、カップリングレンズ２ａ，２ｂはホルダ８に直接、可調整に接着するのが良く、カップリングレンズ２ａ，２ｂをホルダ８に直接接着するようにすると、カップリングレンズのレンズセルが不要となるため、複数のカップリングレンズ間を近接させることができる。また、接着の際にカップリングレンズの接着位置を調整することにより、被走査面上の光スポットの副走査方向の分離量、すなわち走査線ピッチを調整することができるため、光源に対する位置調整機構が不要となり、光源相互の間隔も小さくできる。
【００１４】
次に光源装置の実施例についてより詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、ホルダ８は基部８Ａが略長方形形状で、その中央部に円柱状部分８Ｂが突設されており、その円柱状部分８Ｂの中央から突起部８Ｃが突出している。ホルダ８の円柱状部分８Ｂには、光源としての半導体レーザ１ａ，１ｂを圧入固定する孔８ａ１，８ｂ１が穿設されており、半導体レーザ１ａ，１ｂは、ホルダ８の基部８Ａの裏面側から、孔８ａ１，８ｂ１に圧入されて固定される。また、ホルダ８の突起部８Ｃの孔８ａ１，８ｂ１に連なる部分は、図１（ｄ）に示すような円筒面からなるカップリングレンズ保持部８ｃ−１，８ｃ−２となっており、このカップリングレンズ保持部８ｃ−１，８ｃ−２の円筒面のそれぞれの円筒軸は偏向器側に向かって次第に狭まるようになっている。すなわち円筒面相互は開き角を有している。カップリングレンズ２ａ，２ｂは、それぞれ半導体レーザ１ａ，１ｂに対し、光軸方向及び光軸直交方向に位置調整されて、カップリングレンズ保持部８ｃ−１，８ｃ−２の円筒面に接着剤８ｄ−１，８ｄ−２を用いて固定される。
【００１５】
次に半導体レーザ１ａ，１ｂの配置について説明する。図１（ｂ）はホルダ８に保持された２つの半導体レーザ１ａ，１ｂを正面側（光出射側）から見た状態を示しており、１ａ−１，１ｂ−１は半導体レーザチップ、１ａ−２，１ｂ−２はケース、１ａ−３，１ｂ−３はステムである。また、図１（ｃ）はホルダ８に保持された２つの半導体レーザ１ａ，１ｂを裏面側から見た状態を示しており、１ａ−４，１ｂ−４はグランド端子、１ａ−５，１ｂ−５，１ａ−６，１ｂ−６は駆動用の端子である。
図１（ｂ）に示すように、２つの半導体レーザ１ａ，１ｂはホルダの中心Ｏに対して対称に配置され、２つの半導体レーザ１ａ，１ｂのステム１ａ−３，１ｂ−３は互いに反対方向を向いており、それぞれのステム１ａ−３，１ｂ−３に各半導体レーザチップ１ａ−１，１ｂ−１が取り付けられている。すなわち２つの半導体レーザ１ａ，１ｂは、ステム１ａ−３，１ｂ−３と半導体レーザチップ１ａ−１，１ｂ−１が互いに反対の位置になるように上記ホルダ８に配置されている。また、図１（ｃ）に示すように、２つの半導体レーザ１ａ，１ｂの各端子も互いに反対方向を向いた配置位置となっている。
【００１６】
２つの半導体レーザ１ａ，１ｂのステム１ａ−３，１ｂ−３は略同一の大きさであるため、図１（ｂ），（ｃ）のような配置にすることにより、温度上昇による熱膨張が生じた場合には、各半導体レーザチップ１ａ−１，１ｂ−１は互いに反対方向に移動することになるが、その時、図１（ｄ）に示すように、各カップリングレンズ２ａ，２ｂも接着剤８ｄ−１，８ｄ−２を介してホルダ８の突起部８Ｃで支えられているため、カップリングレンズ２ａ，２ｂも互いに反対方向に移動する。これにより、各カップリングレンズ２ａ，２ｂの光軸と各半導体レーザ１ａ，１ｂの発光点（各半導体レーザチップ１ａ−１，１ｂ−１）が同一方向に移動することになるため、カップリングレンズ２ａ，２ｂからの射出光の光軸は温度上昇時にも移動量が少なくなり、被走査面上のビーム間ピッチが略一定に保たれることになる。すなわち、温度変化等の環境変動によるビーム間ピッチの変動を小さくすることができる。
尚、図１に示す光源装置は、ホルダ８の中心Ｏを軸として、２つの半導体レーザ１ａ，１ｂの発光点を通る線Ｓの主走査方向に対する傾き角を調整することにより、副走査方向のビーム間ピッチを容易に調整することができる。
【００１７】
ところで、図１（ａ）に示すように、半導体レーザ１ａ，１ｂの裏面側の端子には、半導体レーザ１ａ，１ｂを駆動するための電装系に接続される基板９が接続されているが、この基板９をハーネス基板とした例を図３に示す。
図３に示すように、各半導体レーザ１ａ，１ｂの３つの端子のうち、各グランド端子１ａ−４，１ｂ−４がハーネス基板９のグランド９ｃに共通に接続されている。これにより、ハーネス基板９上の導線のレイアウトが簡単になる。
また、２つの半導体レーザ１ａ，１ｂの端子は、図１（ｃ）のように互いに反対方向を向くように対称に配置されているので、ハーネス基板９の導線はグランド９ｃに対し対称なレイアウトとできるため、上記の温度上昇時においても半導体レーザ自体の変動に対しストレスが均等化されるので、ビーム間ピッチの変動を抑えることができる。
【００１８】
また、図３に示すように、半導体レーザ１ａのグランド以外の駆動用端子１ａ−５，１ａ−６を接続するハーネス基板９上の導線部９ａ−５，９ａ−６と、半導体レーザ１ｂのグランド以外の駆動用端子１ｂ−５，１ｂ−６を接続するハーネス基板９上の導線部９ｂ−５，９ｂ−６は、グランド９ｃに対し対称なレイアウトとなっており、各導線部９ａ−５，９ａ−６，９ｂ−５，９ｂ−６は、各半導体レーザ１ａ，１ｂの機能が同じ端子に対し、抵抗及び電気容量が同等になるようにしてある。すなわち、ハーネス基板９の導線レイアウトによっては、各半導体レーザ１ａ，１ｂの発光特性が変化してしまう恐れがあるため、本実施例では導線部を対称なレイアウトとし、ほぼ同一の抵抗値と電気容量を持つように配線しており、これにより２つの半導体レーザ１ａ，１ｂの発光特性を安定化することができる。
【００１９】
さて、本発明に係るマルチビーム走査装置においては、図２の光源部に以上のように構成された光源装置を用いているので、光源部を少ない部品点数で安価に構成することができ、且つ、簡単な構成でビーム間ピッチの誤差を小さくすることができ、高画質対応の複数ビームの走査が可能となる。また、温度等の環境変動によるビーム間ピッチの変動を小さくできるので、高精度なマルチビーム走査が可能となる。
尚、図１に示す構成の光源装置を副走査方向に複数配置することにより、４ビーム以上のビーム数のマルチビーム走査装置を容易に実現することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明においては、２つの光源と、これら２つの光源の個々に対応する２つのカップリングレンズと、光源とカップリングレンズの対を２つ保持するホルダとを有し、上記ホルダに保持された２つの光源から放射され上記カップリングレンズを通過して偏向器に向かう光束が開き角を有する光源装置において、上記ホルダに保持された２つの光源は半導体レーザであり、且つ、上記２つの半導体レーザは上記ホルダの中心に対して対称に配置されるとともに、該２つの半導体レーザは、半導体レーザチップを支持するステムと該半導体レーザチップとが互いに反対の位置になるように上記ホルダに配置されており、上記２つの半導体レーザの発光点である半導体レーザチップを結ぶ直線と、上記２つのカップリングレンズの中心を結ぶ直線とが同じ方向であり、且つ、上記２つのカップリングレンズは、上記ホルダの中央から突出して設けた突起部を挟むように配置され、上記カップリングレンズの外周面の一部のみが上記ホルダの突起部に設けた円筒面からなる保持部に対して直接接着されて固定されている構成としたので、マルチビーム走査装置に用いられる光源装置を少ない部品点数で安価に構成でき、且つ、温度等の環境変動によるビーム間ピッチの変動も小さくすることができる。
【００２１】
請求項２に係る発明においては、請求項１の構成に加えて、上記ホルダに保持された２つの半導体レーザのステムと半導体レーザチップが互いに反対の位置に配置されている状態において、各半導体レーザを駆動する電装系に接続する部分がハーネス基板により構成され、そのハーネス基板のグランドを上記２つの半導体レーザのグランド端子に対し共通に接続する構成としたので、ハーネス基板の導線レイアウトが容易になり、且つ、温度等の環境変動によるビーム間ピッチの変動も小さくすることができる。
また、請求項３に係る発明においては、請求項２の構成に加えて、上記２つの半導体レーザのグランド以外の端子を接続するハーネス基板上の導線部が、各半導体レーザの機能が同じ端子に対し、抵抗及び電気容量が同等になるようにしてある構成としたので、各半導体レーザの発光特性を安定化することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明においては、走査装置の光源装置として請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置を用いる構成としたので、少ない部品点数で安価に光源部を構成することができ、且つ、簡単な構成でビーム間ピッチの誤差を小さくすることができ、高画質対応の複数ビームの走査が可能となるマルチビーム走査装置を実現することができる。また、温度等の環境変動によるビーム間ピッチの変動を小さくでき、高精度なマルチビーム走査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す光源装置の構成説明図であり、（ａ）は光源装置の断面図、（ｂ）は光源装置の２つの半導体レーザの正面側の配置状態を示す図、（ｃ）は光源装置の２つの半導体レーザの裏面側の配置状態を示す図、（ｄ）は光源装置の２つのカップリングレンズの正面側の配置状態を示す図である。
【図２】本発明に係るマルチビーム走査装置の構成例を示す概略構成図である。
【図３】図１に示す光源装置に用いられるハーネス基板の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ：半導体レーザ（光源）
１ａ−１，１ｂ−１：半導体レーザチップ
１ａ−２，１ｂ−２：ケース
１ａ−３，１ｂ−３：ステム
１ａ−４，１ｂ−４：グランド端子
１ａ−５，１ｂ−５：駆動用端子
１ａ−６，１ｂ−６：駆動用端子
２ａ，２ｂ：カップリングレンズ
３：アパーチャ
４：シリンダレンズ
５：偏向器
５Ａ：偏向反射面
６：走査光学系
７：被走査面
８：ホルダ
８Ａ：基部
８Ｂ：円柱状部分
８Ｃ：突起部
８ａ１，８ｂ１：孔
８ｃ−１，８ｃ−２：カップリングレンズ保持部
８ｄ−１，８ｄ−２：接着剤
９：ハーネス基板
９ｃ：グランド
９ａ−５，９ａ−６，９ｂ−５，９ｂ−６：グランド以外の導線部

Claims

２つの光源から放射された各発散光束を、該２つの光源の個々に対応したカップリングレンズによりカップリングし、各カップリングレンズを通過した光束を偏向反射面を有する偏向器により等角速度的に偏向させ、複数の偏向光束を共通の走査光学系により被走査面上に、副走査方向に互いに分離した光スポットとして集光させ、上記被走査面上を略等速度的に走査するマルチビーム走査装置に用いられる光源装置であり、
上記２つの光源と、これら２つの光源の個々に対応する２つのカップリングレンズと、光源とカップリングレンズの対を２つ保持するホルダとを有し、上記ホルダに保持された２つの光源から放射され上記カップリングレンズを通過して偏向器に向かう光束が開き角を有する光源装置において、
上記ホルダに保持された２つの光源は半導体レーザであり、且つ、上記２つの半導体レーザは上記ホルダの中心に対して対称に配置されるとともに、該２つの半導体レーザは、半導体レーザチップを支持するステムと該半導体レーザチップとが互いに反対の位置になるように上記ホルダに配置されており、
上記２つの半導体レーザの発光点である半導体レーザチップを結ぶ直線と、上記２つのカップリングレンズの中心を結ぶ直線とが同じ方向であり、
且つ、上記２つのカップリングレンズは、上記ホルダの中央から突出して設けた突起部を挟むように配置され、上記カップリングレンズの外周面の一部のみが上記ホルダの突起部に設けた円筒面からなる保持部に対して直接接着されて固定されていることを特徴とする光源装置。
請求項１記載の光源装置において、
上記ホルダに保持された２つの半導体レーザのステムと半導体レーザチップが互いに反対の位置に配置されている状態において、各半導体レーザを駆動する電装系に接続する部分がハーネス基板により構成され、そのハーネス基板のグランドを上記２つの半導体レーザのグランド端子に対し共通に接続することを特徴とする光源装置。
請求項２記載の光源装置において、
上記２つの半導体レーザのグランド以外の端子を接続するハーネス基板上の導線部が、各半導体レーザの機能が同じ端子に対し、抵抗及び電気容量が同等になるようにしてあることを特徴とする光源装置。
複数の光源と、該複数の光源から放射された各発散光束を複数光源の個々に対応してカップリングする複数のカップリングレンズと、各カップリングレンズを通過した光束を等角速度的に偏向させる偏向反射面を有する偏向器と、該偏向器により偏向された複数の偏向光束を被走査面上に副走査方向に互いに分離した光スポットとして集光させ被走査面を略等速度的に走査する走査光学系とを有するマルチビーム走査装置において、
光源装置として請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置を用いることを特徴とするマルチビーム走査装置。