JP4746922B2 - 走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンター等の走査装置に関する。

近年、デジタル複写機やレーザプリンタ等の高速化にともない、ポリゴンミラーの反射面の数を増やせると共に小径化による高速回転走査が可能となるオーバーフィルドスキャナ（以下ＯＦＳと略する）光学系に関する技術や、光源の数を増やして複数の光束で同時に露光するマルチビーム方式に関する技術が知られている。また、さらなる走査の高速化を目指すために、両方の技術を組み合わせる構成も考えられている。

ところで、ＯＦＳ光学系は図７に示すように、光源７０１より出射した光束をポリゴンミラー７０２のファセット面より広い幅で入射し、ポリゴンミラー７０２が回転しながらその広い光束を部分的に反射することによって走査光束を形成する。よって、ポリゴンミラー７０２に入射する光束の主走査方向の光強度分布の影響を大きく受け、もし入射光束に光強度分布むらがあればそれがそのまま被走査面上における走査線の光強度分布となり、画像の濃度ムラとなって現われる。

このような光強度分布の要因として、光源である半導体レーザにはもともとガウス分布を示す光強度分布が必ず存在するが、それよりもレーザユニット内のチップが光軸に対して主走査方向に傾くことの方が影響が大きい。

特許文献１（特開２００１−２８１５８６号公報）では、このような問題に対し、単一光源とコリメータレンズよりなるレーザユニットを主走査方向に調整する機構を提案している。
特開２００１−２８１５８６号公報

近年では、今まで以上の画像形成の高速化を達成するために、ＯＦＳ光学系とマルチビームを組み合わせた構成も考えられている。この場合、ＯＦＳで必要となる複数の高出力レーザのすべての部品を１つの半導体チップに統合したモノリシックタイプでマルチビーム化するには技術的な困難が伴う。そのため、各々独立した複数の光源をレーザマウントに固定してマルチビーム化する構成が考えられる。しかし、各光源が固定される際にチップ傾きが生じると、ポリゴンミラーに入射する光束の強度分布むらが生じて画像の濃度ムラとなって現れる。

本発明は、レーザ光の強度分布を調整可能とし、画像の品位を向上できる走査装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、
発光部と、
前記発光部から出射した光束を反射する複数の反射面を有し、かつ前記反射面の幅は前
記反射面に入射する光束の幅よりも狭い回転多面鏡と、
前記回転多面鏡によって走査された光束を感光体上に結像する結像光学系と、
を備えた走査装置において、
前記発光部は、複数の光源と、前記光源から出射した光束を弱発散光もしくは弱収束光へと変換する複数の第１光学素子と、前記複数の第１光学素子により変換された弱発散光もしくは弱収束光を合成して略同一方向へ出射させる合成手段と、前記合成手段により合成された光束を主走査方向において平行光束へと変換する第２光学素子とが一体となったレーザユニットとして構成され、前記平行光束の光軸と略直交する主走査方向に移動可能に保持されていると共に、
前記複数の第１光学素子と前記第２光学素子の前記レーザユニットにおける位置決めを共に互いに直交する３軸方向の自由度をもって可能にすべく、前記複数の第１光学素子及び前記第２光学素子とこれらが前記レーザユニットにおいて固定される部分との間に隙間が設けられ、該隙間に接着剤が充填されることにより前記複数の第１光学素子及び前記第２光学素子が固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の強度分布を調整可能とし、画像の品位を向上できる。

（第１の実施例）
以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置を主走査方向に切断した概略構成断面図である。

図１において、１はマルチビームレーザユニットである。マルチビームレーザユニット１は、各々レーザダイオードよりなる二つの光源２ａ，２ｂより出射した光束を球面レンズ３ａ，３ｂによって弱発散光へと変換したのち、合成プリズム５によって合成して２本の光束を略同一方向に出射している。光源２ａ，２ｂおよび球面レンズ３ａ，３ｂは、レーザマウント４によって一体的に保持されている。その保持形態は、光源２ａ，２ｂが圧入によりレーザマウント４に固定され、球面レンズ３ａ，３ｂが接着によって固定されている。この球面レンズ３ａ，３ｂの接着方法については、図５を用いて詳しく説明する。

図５（ａ）は、球面レンズを接着する前の状態を示した斜視図である。同図に示すとおり、球面レンズ３ａ，３ｂとレーザマウント４の円筒部とは、球面レンズの全周にわたって所定の隙間が確保されるように構成されている。この隙間により、球面レンズは、図５（ａ）の３軸の矢印方向に自在に移動可能である（３軸方向の自由度をもって移動可能な形態）。実際の調整時には、図示しない工具によって保持した球面レンズを矢印で示した３軸方向に移動しながら測定系（不図示）によって光軸とピントをモニターし、それらが所定の値になったところで球面レンズの位置を決め、図５（ｂ）のように球面レンズとレーザマウント円筒部との間の隙間に紫外線硬化接着剤を充填したのち紫外線を照射して硬化、固定される。なお、調整前にあらかじめ紫外線硬化接着剤を充填しておいてもよい。また、接着剤の種類は紫外線硬化型に限定されるものではない。

図１の合成プリズム５は、三角プリズム５ａ、平行プリズム５ｂよりなり、三角プリズム５ａと平行プリズム５ｂの接合面（偏光面）には偏光ビームスプリッタとして機能する多層膜が形成されている。平行プリズム５ｂは光束入射面に１／２波長板５ｃを備える。１／２波長板５ｃは、光源２ｂから出射した光束のみ偏光方向を９０°回転させるため、二つの光源から出射した光束は上記プリズム内の偏光面で合成されて略同一方向に出射する。

異なる光源２ａ，２ｂより出射した光束は合成プリズム５によって合成される。本実施例は２つの光源の例で説明するが、２以上の光源でマルチビーム化する際にも適用可能である。そして副走査方向のビームピッチは合成プリズム５を図示の方向に回転させること
によって調整される。このとき合成プリズム５に入射する光束は平行光束ではなく、弱発散光である。

６は、本実施例において新たに設けられた主走査方向にパワーを持つ凸レンズであり、合成プリズム５より出射した弱発散光を主走査方向において平行光束に変換する働きをする。このとき、凸レンズ６は光軸に対して高精度で位置を決める必要がある。先に述べたように、合成プリズム５の上流では球面レンズ３ａを３軸方向に移動させながら位置を決めることができるので、凸レンズ６に入射する光軸位置にはばらつきがある。よって、本実施例では、図６に示すように、凸レンズ６も球面レンズ３ａ，３ｂと同様にレンズの周囲に隙間を設け、多軸方向に移動可能な状態で位置を決めたのち、隙間に紫外線硬化接着剤を充填して固定している。もちろん、調整前にあらかじめ紫外線硬化接着剤を充填しておいてもよく、接着剤の種類を紫外線硬化型に限定するものでもない。

単一光源とコリメータレンズよりなるレーザユニットから出射する光束のように平行光である場合にはレーザユニットを主走査方向に移動させても問題はない。しかし、マルチビームレーザユニット１から発散光や収束光が出射する場合には、主走査方向にマルチビームレーザユニット１を動かして発散レンズ７との位置関係が変わってしまうと、感光体である感光ドラム１５で像面傾きが発生して感光ドラム１５の両端でピント面がずれてしまうという問題が発生する。そこで、マルチビームレーザユニット１から出射する光束が平行光になるように、マルチビームレーザユニット１に凸レンズ６を設けている。

このように球面レンズ３ａ，３ｂと凸レンズ６を固定することによって、マルチビームレーザユニット１全体として高精度な光軸調整を可能にしている。なお、本実施例では球面レンズを通過した光束を弱発散光としているが、これは収束光束であっても良い。

マルチビームレーザユニット１から射出した光束は、発散レンズ７、絞り８、および副走査方向にパワーを持つシリンドリカルレンズ９を順に通過して、入射ミラー１０で折り曲げられ、２枚系のｆθレンズ１１，１２を透過してポリゴンミラー１３に入射する。

反射面を複数有するポリゴンミラー１３に入射する光束は、ｆθレンズ１１，１２を通過する際に平行光束（この光束の幅はポリゴンミラー１３の各反射面の幅よりも広い）となり、ポリゴンミラー１３を隣接面にわたって照射し、ＯＦＳの形態を構成する。

ポリゴンミラー１３で反射された偏向光束は、再びｆθレンズ１１，１２を透過し、さらに長尺レンズ１４を通過して被走査面である感光ドラム１５上にスポット状に結像する。

長尺レンズ１４は副走査方向にパワーをもち、光束を副走査方向に結像させると共に、ポリゴンミラー１３の偏向点とドラム面１５を略共役の関係にしてポリゴンミラー１３の面倒れを補正している。なお、ｆθレンズ１１，１２および長尺レンズ１４をもって結像光学系と称する。

次に、図２および図３を参照してレーザ光の強度分布調整について説明する。図２および図３は、本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置におけるレーザ光の強度分布調整を行う場合の説明図であり、各図においては、入射系の主走査方向の断面を概略的に示し、入射光束の強度分布の様子を示している。

ここで、図２（ａ）は二つの半導体レーザである光源２ａ，２ｂが共にチップ傾きが無く、二つの光強度分布が光軸中心に揃っている理想的な状態を示している。このような状態においては、光源２ａおよび２ｂから出射した光束は光軸と強度分布が一致するため、
画像中心から両端に向けてバランス良く光強度が低下し、最も光強度のムラが少ない状態となる。

それに対し、図２（ｂ）は一方の光源２ｂにチップ傾きαが生じて、二つの光強度分布が光軸に対して非対称な状態を示している。この光強度分布の非対称により、（ａ）に比べて光強度分布の差（ΔＥ）が大きくなり、それがそのまま感光ドラム面の主走査方向の露光ムラになって画像の両端で濃度が異なるというような画像劣化を招く。

このような場合に、本実施の形態では、図２（ｂ）に示す状態からマルチビームレーザユニット１を光軸と垂直な主走査平面内において矢印の向きに平行シフトさせる。そうすれば、図３（ａ）から図３（ｂ）に移り変わるようにレーザの光強度分布の中心は、光軸と略一致させることができるので、ポリゴンミラー１３の直前における光強度分布を、図２（ａ）とほぼ同一の状態に変化させることができる。

なお、このとき、先に述べたように凸レンズ６によって、プリズム通過後の光束は主走査方向において平行光束であるので、マルチビームレーザユニット１を主走査方向にシフトしても感光ドラム１５上で像面傾きが発生することはない。

次に、図４を参照して、本実施の形態における上記光強度分布の調整を行うための調整機構について説明する。図４は本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置の調整機構を説明する斜視図であり、マルチビームレーザユニット１とケース１６の一部の構成について、取り付け前の状態を示している。マルチビームレーザユニット１とケース１６は、複写機、プリンター等の画像形成装置の内部に設置される。

ケース１６に設けられた、マルチビームレーザユニット１の取り付け面１６ａは光軸に対して垂直であり、かつ取り付け面１６ａ内にはマルチビームレーザユニット１の嵌合凸部としてのピン１６ｂおよび１６ｃが設けられている。ピン１６ｂおよび１６ｃは、共に光軸を通る主走査平面内に含まれる軸である。

マルチビームレーザユニット１側には、ケース側のピン１６ｂおよび１６ｃに対向する位置に中心を持つ長穴１ｂおよび長穴１ｃが設けられているため、マルチビームレーザユニット１はケース１６に対して主走査平面内で光軸に対して垂直な方向にシフトしたのちビス１７、１８で固定することができ、これにより、前述したレーザの光強度分布調整が可能となる。

なお、マルチビームレーザユニット１のシフト機構は、副走査方向の位置を固定したまま主走査方向に移動および固定が可能となる構成であれば、ここに述べた構成に限定するものではない。

本発明によれば、ＯＦＳ光学系と合成によるレーザーユニットを組み合わせたレーザ走査装置において、光源、球面レンズ、合成プリズム、凸レンズを一体的に主走査方向に位置を調整して、レーザダイオードの光強度分布を調整することができ、画像の品位を向上することができる。

また、マルチビームレーザユニット１内における球面レンズと凸レンズをすべて複数次元に移動可能な接着固定構成とすることで、マルチビームレーザユニットとして正確な光軸調整を行うことが可能になる。

レーザ走査装置の上視図である。 レーザ走査装置におけるレーザ光の強度分布調整を行う場合の説明図である。 レーザ走査装置におけるレーザ光の強度分布調整を行う場合の説明図である。 レーザ走査装置の調整機構を説明する斜視図である。 球面レンズを接着する前後の状態を示した斜視図である。 マルチビームレーザユニットに凸レンズを接着した状態を示した斜視図である。 オーバーフィルドスキャナ光学系を示す図である。

符号の説明

１ マルチビームレーザユニット
２ａ，２ｂ 光源
３ａ，３ｂ 球面レンズ
５ 合成プリズム
６ 凸レンズ
７ 発散レンズ
８ 絞り
９ シリンドリカルレンズ
１１，１２ ｆθレンズ
１３ ポリゴンミラー
１４ 長尺レンズ
１５ 感光ドラム
１６ ケース

Claims (2)

1. 発光部と、
   前記発光部から出射した光束を反射する複数の反射面を有し、かつ前記反射面の幅は前記反射面に入射する光束の幅よりも狭い回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡によって走査された光束を感光体上に結像する結像光学系と、
   を備えた走査装置において、
   前記発光部は、複数の光源と、前記光源から出射した光束を弱発散光もしくは弱収束光へと変換する複数の第１光学素子と、前記複数の第１光学素子により変換された弱発散光もしくは弱収束光を合成して略同一方向へ出射させる合成手段と、前記合成手段により合成された光束を主走査方向において平行光束へと変換する第２光学素子とが一体となったレーザユニットとして構成され、前記平行光束の光軸と略直交する主走査方向に移動可能に保持されていると共に、
   前記複数の第１光学素子と前記第２光学素子の前記レーザユニットにおける位置決めを共に互いに直交する３軸方向の自由度をもって可能にすべく、前記複数の第１光学素子及び前記第２光学素子とこれらが前記レーザユニットにおいて固定される部分との間に隙間が設けられ、該隙間に接着剤が充填されることにより前記複数の第１光学素子及び前記第２光学素子が固定されていることを特徴とする走査装置。
2. 前記回転多面鏡と前記結像光学系を備えるレーザ走査装置に対して前記レーザユニットを主走査方向に自在に位置決めできる構成であることを特徴とする請求項１に記載の走査装置。

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