JP4387155B2

JP4387155B2 - 光源ユニットの光軸調整方法

Info

Publication number: JP4387155B2
Application number: JP2003358201A
Authority: JP
Inventors: 泰彦安藤
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: JP2005121979A

Description

本発明は、光源から出射した光束を光学系に導いて利用する光源装置に関するものである。特に光束を所望の光軸上に一致させるための調整方法に関する。

画像形成装置の走査光学系に用いられる光源ユニットは、例えば光源として半導体レーザ（以下ＬＤと称す）を用い、光束を平行化するコリメートレンズと、ビーム径を細くするためのコンプレッサレンズ系が組み合わせられている。半導体製品であるＬＤは精度が出しにくいことと、複数の光学系を組み合わせることのため、ユニットとして完成した時点で、光軸が設計値どおりにならないことが多い。一般的にはＬＤとコリメートレンズの光軸合わせを先に行ってから、コンプレッサレンズとの組み合わせを行う手順が用いられる。しかし、コリメートレンズセルとコンプレッサレンズ系鏡胴の加工誤差等により、光軸ずれ、あるいは偏心などが発生するので、組み付け後に何らかの調整を行っている。
光源ユニットを装置に組み込んでから、コンプレッサレンズ系出射後の光束中にくさび形光学素子、いわゆるプリズムを挿入して回転させることで光軸調整をする方法も行われてはいるが、光軸が同時に２次元的に動いてしまうことと、光学性能を損なうことが分かっているのであまり利用されない。

光源ユニット自体を傾斜させることで一方向のみの光軸調整をする装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、光源ユニットを画像形成装置に組み込んだ状態において、副走査方向の位置合わせを行うために、コンプレッサレンズの鏡胴の中央部付近を中心として、モータ駆動によるカムで光源ユニットの両端を上下方向に揺動させる構成になっている。
しかしながら、微少量の調整をするためのカムなどの機構を画像形成装置そのものに組み込むことは、コスト高が避けられない。また、この装置では副走査方向は調整できるが、主走査方向の調整は別途の手段が必要である。
２段構えで光軸調整を行う装置もある。（例えば、特許文献２参照。）。この装置では、光源からの出射光軸が主走査平面と平行な平面内でずれているために感光体上のビーム径が所定の条件からずれている場合に、光源ユニットを光軸方向と垂直な方向に平行移動させる機構を有している。また、光源ユニットの向きが主走査平面と平行な平面内でずれているためにビーム径が所定の条件からずれている場合、光源ユニットを主走査平面内で回動させる機構を有している。
しかしながらこの装置では、光軸が副走査方向にずれた場合の調整方法が含まれていない。また、この複雑な機構を含む装置も、最終的な画像形成装置にそのまま含まれる構成になっている。

特開平１１−２３７５７３号公報（第４頁、段落００１６、図３）特開平１０−１４２５４７号公報（第４頁、段落００１７、図３）

解決しようとする問題点は、２次元的に発生する光軸のずれを簡単に調整できるようにすることと、微少量の調整機構を画像形成装置そのものに組み込まないで済む調整方法を提供することである。

請求項１に記載の発明では、少なくとも光源を保持する基台にレンズを有する光学系を含む鏡胴を取り付けた光源ユニットの光軸調整方法において、目標の光軸位置が示される光軸位置測定手段に対向した基板に所定の位置関係で前記光源ニットを取り付けて前記光源を点灯する第１の工程と、前記鏡胴を回動することにより前記光軸位置測定手段に示される光点位置を偏心により移動させて前記光点位置が目標の光軸位置に対して平行となる位置まで移動させる第２の工程と、前記光源ユニットを前記基板の面内において回動させることにより前記光点位置を目標の光軸位置に合わせる第３の工程とからなることを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光源ユニットの光軸調整方法において、第３の工程では前記光点位置を中心として前記光源ユニットを回動させることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の光源ユニットの光軸調整方法において、第３の工程では前記光学系の最前部に設けられた前記レンズの前側主点位置を中心として前記光源ユニットを回動させることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３の何れか１つに記載の光源ユニットの光軸調整方法において、第３の工程では前記光源ユニットを僅かに回動させる微少量移動機構が用いられることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４の何れか１つに記載の光源ユニットの光軸調整方法において、第３の工程後に前記光点位置が目標の光軸位置に合致した状態で前記光源ユニットと前記基板との相対位置関係を固定することを特徴とする。

本発明によれば鏡胴の回動と、光源ユニットの回動という簡単な工程で光軸合わせを達成することができ、光軸調整精度の向上と、調整時間の短縮、組み立て現場の作業効率の向上が図れる。

光源と、コリメータレンズその他の光学系を一体化した光源ユニットを、１本の固定ピンを基準に調整治具に載置し、光学系の回動と光源ユニット自身の微少量回動機構で光軸合わせを行い、調整治具に対するはめ込みピンと光源ユニットに対する固定ネジで治具と光源ユニットの相対位置を決定する。量産製品の光源基板には調整治具に設けられた２つの穴（固定ピン用、およびはめ込みピン用）に対応する２つの穴を精度良く形成しておき、予め調整治具で光軸合わせをした光源ユニットを、製品用の光源基板に載せる。

図１は光軸調整の手順を説明するための図である。
同図において符号１は光源ユニット、２は調整治具基板、３はユニット基台、４は鏡胴、Ａは鏡胴回動方向、Ｂはユニット回動方向、Ｃはユニット回動中心線、Ｋは鏡胴の回動による光点の移動方向、Ｏは目標の光軸位置に設けたマーク、Ｐは光源ユニットから投光された光点、Ｓは調整治具に付属の光軸位置測定手段としてのスクリーン、Ｙはユニットの回動による光点の移動方向をそれぞれ示す。
調整治具基板２は原則としてどんな向きでも使用可能であるが、理解を容易にするため、基板面が水平に設置されているものとして説明を進める。

始めに図１を用いて光軸の調整手順を説明する。
光源ユニット１は、例えばレーザ光源等からなる光源と、コリメートレンズをユニット基台３に一体化し、さらにコンプレッサレンズ等の光学系を含む鏡胴４がユニット基台３に取り付けられている。図示していないが、ユニット基台３の光源の真下に相当する位置に固定ピンＰ０が突出しており、調整治具基板２のほぼ中央に穿たれた位置決め穴２ａに嵌合できるようになっている。前記固定ピンＰ０を位置決め穴２ａに嵌め込んで、図示しない電源により光源を点灯させる。調整治具の前方、所定距離離れた位置に設けられたスクリーンＳに光源ユニット１から投光された光点Ｐが見える。スクリーンＳには予め目標の光軸位置Ｏと座標軸Ｘ，Ｙが記入されている。光軸位置測定手段としては、スクリーンＳの代わりに面積型のセンサアレイとモニタのセットを置いてもよい。この場合はセンサからの出力をモニタ上に表示して、該モニタ上に目標の光軸位置Ｏと座標軸Ｘ，Ｙが記入されていればよい。同様に、２次元のポジションセンサを用いることもできる。モニタを用いずに、光点Ｐの位置を表す数値の表示を行う数値表示部のみでも実施できる。この場合は始めにＹ座標を示す数値が０になるよう調整し、次にＸ座標を示す数値が０になるよう調整すればよい。数値の表示はアナログ式でもよいし、デジタル式でもよい。
この状態で鏡胴４を回動させると、光点Ｐは矢印Ｋで示すように概ね目標の光軸位置を示すマークＯの中心を中心とした円上を回動する。鏡胴４は回さずに、光源ユニット１を水平方向に回動させると矢印Ｕで示すようにその位置で水平方向に移動する。したがって、これらの回動及び移動を組み合わせれば光点Ｐを目標の光軸に一致させることができる。

図２はスクリーンＳ上における光軸調整手順を説明するための図である。
同図において符号Ｍ１は第１工程における鏡胴４の回動による光点Ｐの移動方向、Ｍ２は第２工程における光源ユニット１の回動による光点Ｐの移動方向をそれぞれ示す。
すなわち、第１工程として、初めに鏡胴４を回動して、光点Ｐを矢印Ｍ１に沿って移動させ、水平方向のＸ軸に一致させる。
次いで、第２工程として、光源ユニットを水平方向に回動して、光点Ｐを矢印Ｍ２に沿って移動させ、マークＯの中心に一致させる。
第１工程で光点ＰをＸ軸に一致させる位置はＸ軸の正方向でも、負方向でも構わないが、光点Ｐの回動軌跡が同図のＫ’のように大きく偏心しているときは、Ｘ座標の絶対値が小さい方を選ぶと、後の水平方向の調整量が小さくなって良い。
第２工程における光源ユニットの回動は、一般的に言えば調整治具基板２の基板面に平行な方向となる。この説明から明らかなように、座標軸Ｙは実際には利用していない。したがって、最低限マークＯとＸ軸を表す直線さえ有れば十分である。
以上の２工程のみで光軸合わせができるので、従来の方法に比べて調整時間は非常に短縮できる。
なお、理解を容易にするため、図では偏心量を誇張して示してある。

図３は調整後の固定の手順を説明するための図である。後述の微少量移動機構は省いてある。
同図において符号５ははめ込みピン部材、６は部材固定ネジ、７はユニット固定ネジをそれぞれ示す。
光軸調整開始前、もしくは終了後、はめ込みピン部材５のピン部５ａを、基台３の側部の窪み３ｅに設けられた長穴３ａに挿入し、調整治具基板２の対応する箇所に設けられた受け孔２ｂに嵌合させる。はめ込みピン部材５には、部材固定用の長穴５ｂとユニット固定用の長穴５ｃが、ピン部５ａの位置をはさんで両側にそれぞれ設けられている。光軸調整が済んだら、部材固定用の長穴５ｂに部材固定ネジ６を挿入し、基台３に設けられた部材固定ネジ穴３ｂに螺入し、はめ込みピン部材５を光源ユニット１に固定する。光源ユニット１は調整によって、固定ピンＰ０を中心として若干の移動が生じているが、いずれの長穴も調整量を十分に吸収し得る大きさに設定されている。
ここまでの作業により、光源ユニット１と調整治具基板２との位置関係が固定ピンＰ０とはめ込みピン部５ａ、およびそれらに対応するピン穴とで決定され、取り外し、再取り付けを行っても再現性は崩れない。

量産用の製品としての図示しない光源ユニット基板には、調整治具基板２に設けられている２つの穴、すなわち、固定ピンＰ０用、および、はめ込みピン５ａ用の穴と同じ関係の２つの穴が精度良く設けられている。したがって、光軸調整治具で予め調整した光源ユニット１を、製品用の光源ユニット基板に載せ替えるだけで光軸の位置が保証される。基台３の部材固定ネジ穴３ｂ、長穴３ａの並びにはもうひとつの長穴３ｃが設けられており、ユニット固定ネジ７を長穴５ｃ、長穴３ｃに挿入し、光源ユニット基板の対応位置に設けられたユニット固定用ネジ穴に螺入して光源ユニット１を光源ユニット基板に固定する。基台３の光軸に関し長穴３ｃと反対側にはもう一つの長穴３ｄが設けられており、光源ユニット基板の対応位置に設けられたユニット固定用ネジ穴に図示しない固定用のネジで止める。
なお、はめ込みピン部材５はピン部５ａと長穴５ｂが重要な役割を担っているので、長穴５ｃの側は板材そのものがなくても、基台３に長穴３ｃさえ空けてあれば用は足りる。
組み付け作業の現場では、調整済みの光源ユニットを、２本のネジで光源ユニット基板に取り付けるだけになるので、いわゆる流れ作業が阻害されることなく、作業効率の向上が図れる。

図４は調整後の固定の他の手順を説明するための図である。
同図でははめ込みピン部材５’が調整治具基板２の受け孔２ｂに直接はめ込まれている。基台３の底部には、はめ込みピン部材５’がはまりこむ大きさで、同部材の板厚より深い窪み３’ｅが設けられている。この図でははめ込みピン部材５’はピン部５ａから片側にのみ延びてネジ穴５’ｂを有しているが、関連部分を変えてやれば、同図（ａ）に示すはめ込みピン部材５のような形状にすることも可能である。
光源ユニット１を調整治具基板２の所定の位置に載せると、はめ込みピン部材５’が窪み３’ｅに入り込んで若干遊びのある状態になる。所定の光軸調整が終わったら、部材固定ネジ６を長穴３’ｂに挿入し、はめ込みピン部材５’のネジ穴部５’ｂにねじ込む。はめ込みピン部材５’はほんの僅か、すなわち、同部材の板厚と溝３’ｅの深さの差の分だけ上方に引き上げられて基台３’に対し位置が固定され、結果として光源ユニット１に対して固定される。

ここまでは、固定ピンの位置が光源の真下にある場合で説明してきたが、光学系の偏心は種々の理由で生ずるもであり、必ずしも光源位置が最良であるとは限らない。そこで、例えば固定ピンの位置を鏡胴４に含まれる光学系の一番外側のレンズの前側主点位置に対応させることを考える。光束は最終的にはこの主点位置から発しているように見えることになるので、ここを回転中心とすることによってより精度の高い光軸合わせができる。
鏡胴の調整後の固定については特に指定しないが、例えば鏡胴と固定部材との間に止めネジを設けて固定したり、同様に固定部材との間の瞬間接着剤による固定や、ラッカー止めなどの公知の手法が使用し得る。
固定ピン２の回りの回動による光点の水平移動は、光源ユニット１の回動量が実際には非常に僅かであるため、何らかの微少量移動機構を設けるとより精度の良い光軸合わせができる。

図５は微少量移動機構の一例を示す一部省略側面図である。
同図において符号８、９は調整ネジをそれぞれ示す。
調整治具基板２には２つの立ち上がり部２ｃと２ｄが所定の間隔をあけて設けられている。両立ち上がり部のほぼ中間部にはユニット基台３の一部からの突起部３ｅがはさまれるように飛び出している。
図１において、鏡胴の回動による調整が終了した後、光源ユニットの回動のときは、図５に示す調整ネジ８、９の一方を緩めては他方を締めるという手順を繰り返すことによって、少しずつ光点の水平方向の移動ができる。光点が目標の光軸に一致した状態で調整ネジ８、９を軽く締めた状態にしておき、部材固定ネジ６を締め付けることによって、部材固定ネジ６の締め付け中に光点が移動するようなことがなく、安定した固定ができる。
調整が終了した光源ユニットは調整ねじ８、９を緩めれば、調整治具基板２から簡単に取り外すことができる。

図６は微少量移動機構の他の例を示す図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＤＤ矢視図である。
同図において符号１０は調整棒、１１はスライドピン、１２は調整ブロックをそれぞれ示す。
基台３の一側部にあけられた穴３ｆに、調整棒１０の一端１０ａが嵌め込まれる。調整棒１０の他端にはスライドピン１１が固着されており、スライドピン１１は、調整治具基板２に対し摺動可能に取り付けられた調整ブロック１２の上面に設けられたスライド溝１２ａに摺動可能に嵌合している。調整ブロック１２は、その下部に設けられた２本の脚部１２ｂが、調整治具基板２に設けられたアリ溝２ｆに嵌め込まれ、溝の長手方向に摺動できるようになっている。スライド溝１２ａはアリ溝２ｆの長手方向に対し傾斜させてあるので、調整ブロックをアリ溝に沿って移動させると傾斜したスライド溝１２ａに嵌め込まれたスライドピン１１は、アリ溝の長手方向に対しほぼ直交する方向に微少量移動する。スライドピン１１の移動は、正しくは、固定ピンのある位置Ｃを中心とした回動である。スライド溝１２ａの傾斜の度合いにもよるが、調整ブロック１２の移動量に比べてスライドピン１１の移動量は大幅に小さくできるので、調整ブロック１２を直接手で動かしても光源ユニット１の回動に関し、微少量移動ができるようになる。製品としては、調整棒１０は必要がないので、調整が済んだら調整棒１０は基台３から外せばよい。

図７は微少量移動機構のさらに他の例を示す図である。
同図において符号１３はカム装置、Ｅはカムの回動方向をそれぞれ示す。
基台３の下部に設ける固定ピンＰ０を、鏡胴４に関し長穴３ａと反対側に設け、長穴３ｃの近傍の基台３に長穴３ｆを設ける。調整治具基板２の、上記長穴３ｆにほぼ対応する位置に穴２ｇ（図では１３ａと一致）を設けておく。カム装置１３は、例えば木柄のドライバーのように、手で握れるような把持部から延びる金属棒があり、その先端部が穴２ｇにほぼいっぱいに嵌合する断面円形のピン部１３ａと、ピン部１３ａよりも把持部側に、ピン部１３ａに対し偏心した断面円形のカム部１３ｂを有している。柄の部分を持って回すことにより、カム部１３ｂが、ピン部１３ａを中心として長穴３ｆの中で矢印Ｅで示すような偏心運動をする。その偏心運動に伴って、基台３は矢印Ｂで示すような、固定ピンＰ０を中心とした微小な回動運動をする。
光源ユニット１の光軸ずれがあまり大きくない場合、例えば角度の調整範囲が±１０’程度であったとすると、固定ピンＰ０からカム部１３ｂまでの距離を仮に５０ｍｍとすれば、固定ピンＰ０を中心として±０．１４５ｍｍ程度動かせばよいことになる。したがって、カム部１３ｂのピン部１３ａに対する偏心量はおよそ０．１５ｍｍ程度で済むことになり、構成は非常に簡単である。

本実施例では固定ピンＰ０の位置を発光点の位置や光学系の主点の位置に合わせてないが、上記のように角度移動量が僅かであれば、発光点の移動量や、主点の位置の移動量も非常に僅かで通常は許容誤差範囲に収まるので特に問題はない。
このように、固定ピンＰ０の位置を光軸上から外してまでも、固定ピンＰ０とカム用の長穴３ｆとの間の距離を長くしたのは、いわゆる調整感度を低くして、微少量調整をしやすくするためである。
調整終了後はカム装置１３を取り外せば、以後の固定方法等は既に述べたとおりである。
同図は図３を元にした図として説明したが、図４を元にしても同じことができるのは言うまでもない。

本実施例の場合、最終的にカム装置１３を外すので、光源ユニット１を調整治具基板２で光軸調整するのではなく、最初から製品としての光源ユニット基板に取り付けて調整してもよい。
もちろん、この場合は、スクリーンなどの光軸位置測定手段Ｓを光源ユニット基板に対し厳密に位置合わせして取り付ける必要がある。それには、調整治具基板２の位置決め穴２ａ、受け孔２ｂに対応する光源ユニット基板のそれぞれの穴を利用することができる。
その状態で鏡胴４の回動と、光源ユニット１の水平方向の回動による光軸調整を行う。水平方向の回動は微少量移動機構としてカム装置１３を利用する。調整が終了したら、止めネジ１７等を基台３の長穴３ｃ、３ｄに挿入して光源ユニット基板にねじ込み、光源ユニット１を固定する。これで、製品としての光軸調整が直接行われたことになる。
固定が済んだら、光軸測定手段Ｓとカム装置１３を取り外せば、最終製品に複雑な機構が残らない。
このように、微少量移動機構が最終製品に残らない方式であれば、カム装置に限ることなく、どのような機構であっても構わない。

光軸調整の手順を説明するための図である。（実施例１）スクリーンＳ上における光軸調整手順を説明するための図である。調整後の固定の手順を説明するための図である。調整後の固定の他の手順を説明するための図である。微少量移動機構の一例を示す一部省略側面図である。（実施例２）微少量移動機構の他の例を示す図である。（実施例３）微少量移動機構のさらに他の例を示す図である。（実施例４）

符号の説明

１光源ユニット
２調整治具基板
３ユニット基台
４鏡胴
５はめ込みピン部材

Claims

少なくとも光源を保持する基台にレンズを有する光学系を含む鏡胴を取り付けた光源ユニットの光軸調整方法において、
目標の光軸位置が示される光軸位置測定手段に対向した基板に所定の位置関係で前記光源ニットを取り付けて前記光源を点灯する第１の工程と、前記鏡胴を回動することにより前記光軸位置測定手段に示される光点位置を偏心により移動させて前記光点位置が目標の光軸位置に対して平行となる位置まで移動させる第２の工程と、前記光源ユニットを前記基板の面内において回動させることにより前記光点位置を目標の光軸位置に合わせる第３の工程とからなることを特徴とする光源ユニットの光軸調整方法。
請求項１に記載の光源ユニットの光軸調整方法において、
第３の工程では前記光点位置を中心として前記光源ユニットを回動させることを特徴とする光源ユニットの光軸調整方法。
請求項１に記載の光源ユニットの光軸調整方法において、
第３の工程では前記光学系の最前部に設けられた前記レンズの前側主点位置を中心として前記光源ユニットを回動させることを特徴とする光源ユニットの光軸調整方法。
請求項１ないし３の何れか１つに記載の光源ユニットの光軸調整方法において、
第３の工程では前記光源ユニットを僅かに回動させる微少量移動機構が用いられることを特徴とする光源ユニットの光軸調整方法。
請求項１ないし４の何れか１つに記載の光源ユニットの光軸調整方法において、
第３の工程後に前記光点位置が目標の光軸位置に合致した状態で前記光源ユニットと前記基板との相対位置関係を固定することを特徴とする光源ユニットの光軸調整方法。