JP4845751B2

JP4845751B2 - 光学走査装置

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Publication number: JP4845751B2
Application number: JP2007013735A
Authority: JP
Inventors: 拓室谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: JP2008180873A

Description

本発明は光源からの光ビームを偏向して被照射体上を走査する光学走査装置に関するものである。

電子写真方式による画像形成装置に用いられる光学走査装置としては、従来特許文献１（特開平８−１１２９４０号公報）がある。これを図８、図９で簡単に説明する。

図８において、Ｅ_０はレーザ光源装置、Ｃはシリンドリカルレンズ、Ｒはポリゴンミラー、Ｆは走査レンズ、Ｍは折り返しミラーである。

ここで、レーザ光源装置Ｅ_０はレーザ光束Ｌ_０を出射し、シリンドリカルレンズＣを通過することでポリゴンミラーＲの反射面上に線像に結像する。そして、ポリゴンミラーＲが回転することによってレーザ光束Ｌ_０は偏向され、走査レンズＦ、折り返しミラーＭを介して不図示の被走査面（典型的には感光体ドラム）上に結像、走査され、静電潜像を形成する。なお、上述の光学部品類は光学箱Ｈに取り付けられ、光学走査装置としてユニット化されている。

図９はレーザ光源装置Ｅ_０の断面図である。ここで、半導体レーザ５０１は発散したレーザ光束Ｌ_０を射出し、コリメータレンズ５０２によってこれは平行光束に変換される。また、半導体レーザ５０１はレーザホルダ５０３に、コリメータレンズ５０２は鏡筒５０４に固定されており、レーザホルダ５０３に対して鏡筒５０４を位置調整させる。これにより、半導体レーザ５０１とコリメータレンズ５０２のピント及び光軸調整がなされ、接着剤５０５で鏡筒５０４がレーザホルダ５０３に固定される。位置調整時の半導体レーザ５０１は、半導体レーザ駆動回路基板５０７と半田で接合された半導体レーザ通電端子部５０８（以下リードピン）へ電圧が供給されることによって発光する。また、鏡筒５０４のレーザホルダ５０３に重なる部分５０４ａは透明であり、レーザホルダ５０３と重なる部分５０４ａとの間に光硬化型接着剤５０５が挿入される。そして、位置調整後に接着剤硬化用の光を矢印Ｔの方向から照射して接着剤５０５を硬化させる。

更に、特許文献２（特開平８−０８２７５９号公報）には、光学走査装置の別のタイプが提案されている。これを図１０で簡単に説明する。

図１０において、光学箱Ｈの側壁Ｈ_１には円筒部Ｈ_２が突出しており、その根元にコリメータレンズ５０２が固定されている。半導体レーザ５０１はレーザ保持部材５０６に固定されている。この為、半導体レーザ５０１とコリメータレンズ５０２のピント、光軸調整はレーザ保持部材５０６を移動させることによって行われる。そして、調整後にレーザ保持部材５０６に設けられたスリット５０６ａに接着剤５０５を充填し、硬化させ、固定される。半導体レーザ５０１とコリメータレンズ５０２がユニット化されている場合に比べて組立て部品点数が少なくてすみ、かつ組立て工程の簡素化や調整精度の向上が見込める。

特開平８−１１２９４０号公報特開平８−０８２７５９号公報

しかしながら上述した特許文献に記載の光学走査装置は、各々非常に有効なものであるが、それぞれ未解決の課題も残されていた。

特許文献１（特開平８−１１２９４０号公報）においては、半導体レーザ５０１とコリメータレンズ５０２のピント、光軸調整はレーザ光源装置単体で成される。その為、この調整は光学箱Ｈへのレーザ光源装置Ｅ_０の取り付け精度や、走査レンズＦの製造誤差などを見込んで行わなければならない。その為、レーザ光源装置Ｅ_０の調整は非常に高精度が要求されていた。

一方、特許文献２（特開平８−０８２７５９号公報）の方式においては、半導体レーザ５０１の位置調整時に半導体レーザ５０１を発光させるための具体的な方法については記載されていない。半導体レーザ５０１のリードピン５０８と半導体レーザ駆動回路基板５０７とを半田付けした後に、半導体レーザ５０１の位置調整を行う場合、半導体レーザ駆動回路基板５０７をビスなどによって光学箱Ｈへ固定することが難しい。また、リードピン５０８を工具で直接コンタクトして半導体レーザ５０１を発光させる場合は、リードピン５０８が所定の位置からずれていると、リードピン５０８をコンタクトすることができない。また、レーザ保持部材５０６が所定の位置からずれていると、レーザ保持部材５０６をチャック工具で把持することができず、工場の生産ラインを停止させるおそれがある。また、工具で無理矢理にリードピン５０８をコンタクトさせると、リードピン５０８が折れ曲がり、リードピン５０８が半導体レーザ駆動回路基板５０７へ取り付かなくなったり、半導体レーザ５０１を故障させるおそれがある。

そこで本発明は、レーザ保持部材と光学箱とが位置調整された後に、光硬化型接着剤によって接着固定される光学走査装置であっても、高精度な調整を必要とせず、製造しやすく、かつ安定した生産を可能にする光学走査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る光学走査装置の代表的な構成は、レーザ光束を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を保持するレーザ保持部材と、前記レーザ保持部材が、前記レーザ光束の光軸方向に挿入されて接着固定される光学箱と、を有する光学走査装置において、前記光学箱は突起部を備え、前記レーザ保持部材は溝部を備え、前記レーザ保持部材を前記光学箱へ挿入する際に前記溝部に前記突起部が挿入されることで前記レーザ保持部材の前記光軸を中心とする回転が規制され、前記光学箱へ挿入していくにつれて前記レーザ保持部材の前記光軸を中心とする回転が規制されるよう、前記突起部と前記溝部のうち少なくとも一方には前記光軸方向に対して傾いた斜面が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ保持部材と光学箱とが位置調整された後に、光硬化型接着剤によって接着固定される光学走査装置であっても、高精度な調整を必要とせず、製造しやすく、かつ安定した生産が可能になる。

[第一実施形態]
本発明に係る光学走査装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。なお、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また各図の符号において、同一の符号は同一の部材を表している。

図１は本実施形態における光学走査装置の斜視図である。図１に示すように、光学走査装置は、半導体レーザ（レーザ光源）１、レーザ保持部材２、コリメータレンズ３、シリンドリカルレンズ４を有している。光学走査装置は、ポリゴンミラー５、スキャナモータ６、１つ以上のレンズからなる走査レンズ７_ａ、７_ｂ、光学箱８を有している。

コリメータレンズ３、シリンドリカルレンズ４、スキャナモータ６、走査レンズ７_ａ、７_ｂは光学箱８に圧入、接着、ネジ締結などの公知の技術によって固定されている。

半導体レーザ１はレーザ光束を出射し、コリメータレンズ３によってこのレーザ光束は平行又は規定の収束若しくは発散光束に変換され、シリンドリカルレンズ４によってポリゴンミラー５の反射面上に線像に結像される。ポリゴンミラー５はスキャナモータ６によって回転駆動され、レーザ光束を偏向する。ポリゴンミラー５によって偏向されたレーザ光束は、走査レンズ７を通過することによって図示しない被走査面上（典型的には感光体ドラムの表面）へ結像、走査される。

レーザ保持部材２は、フランジ部２１と円筒部２２からなっており、内部には貫通穴が開いて、この貫通穴の一端に半導体レーザ１が圧入等公知の技術で固定されている。レーザ保持部材２は位置調整された後、光学箱８の側壁から突出した一対の接着用突起９に、光硬化型接着剤によって接着固定される。

図３は本実施形態に係る光学走査装置の調整方法を説明した図である。図３に示すように、調整は、治具ミラー３１、治具レンズ３２、ＣＣＤカメラ等のスポット観察系３３、チャック３４を用いて行われる。チャック３４の先端は略円柱形状である。

レーザ保持部材２と光学箱８の位置調整によって行われる調整は、半導体レーザ１とコリメータレンズ３のピント調整（Ｘ方向）及び光軸調整（Ｙ、Ｚ方向）である。

調整手順としては、まずレーザ保持部材２が光学箱８にセットされ、チャック３４で図１に示すレーザ保持部材２のフランジ部２１に設けた一対のＶ字溝２５を上下で掴んでレーザ保持部材２を把持する。その状態で半導体レーザ１のリードピン１ａを通電コネクタ３６によってコンタクトし、電圧を供給することで半導体レーザ１を発光させる。

半導体レーザ１から出射し、コリメータレンズ３を通過したレーザ光束は、治具ミラー３１によって図３中の上方向に折り曲げられ、治具レンズ３２によってスポット観察系３３上に結像する。

スポット観察系３３上のレーザスポットの結像状態を観察しながら３軸ステージ（不図示）を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３方向に動かすことによって、半導体レーザ１をレーザ保持部材２ごと変位させ、ピント調整及び光軸調整を行う。調整終了後、光硬化型接着剤を塗布し、照明光源（不図示）に接続されたライトガイド３５によって、接着剤硬化用の光Ｕを照射して光硬化型接着剤を硬化させ、レーザ保持部材２と光学箱８を固定して調整を終了する。

なお、チャック３４が載っているステージは、３軸に限らず、θやα回転なども可能な４軸または５軸ステージとしても良い。これにより、例えば半導体レーザ１は複数の発光点をもつ所謂マルチビームレーザの場合に各発光点間の副走査方向（図３の上下方向）の間隔調整や、半導体レーザ１から出射するレーザ光束の光軸傾き調整などを行うこともできる。

調整工程は、半導体レーザ１とコリメータレンズ３のピント調整、光軸調整を光学箱８に実装した状態で行う。これにより、光学箱８の製造誤差によるピントずれや光軸ずれも加味して調整することができ、結果的に調整に要求される精度を大幅に低減させることができる。また、図３の治具ミラー３１や治具レンズ３２を廃止し、スポット観察系３３を被走査面相当位置に配して観察を行えば、走査レンズ７などの誤差も込みで調整できる為、さらに調整精度を軽減できる。

図２に示すように、レーザ保持部材２は溝部２３を有しており、溝部２３が光学箱８に設けた突起部２４と対向している。溝部２３と突起部２４は、レーザ保持部材２を光学箱８へ固定する際にレーザ保持部材２をレーザ光束の光軸方向へ案内するガイド手段である。なお、突起部２４をレーザ保持部材２と光学箱８の一方に設け、その他方に溝部２３を設ければよく、レーザ保持部材２に突起部２４を設け、光学箱８に溝部２３を設けても良い。

半導体レーザ１を取り付けたレーザ保持部材２は、突起部２４にガイドされながら光学箱８へセットされる。これにより、レーザ保持部材２は、レーザ光軸に対する回転方向（矢印Ａ方向）の回転を規制され、安定した姿勢で所定の位置へ設置される。

このように、レーザ保持部材２の姿勢が安定し、レーザ保持部材２及びリードピン１ａの位置が精度良く決まり、工具でレーザ保持部材２を把持し易く、安定してリードピン１ａに通電コネクタ３６をコンタクトさせることができる。

[第二実施形態]
次に本発明に係る光学走査装置の第二実施形態について図を用いて説明する。図４は本実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の光学走査装置は、上記第一実施形態のレーザ保持部材２、光学箱８に変えて、レーザ保持部材１４、光学箱１５を設けたものである。レーザ保持部材１４は突起部２６を有し、光学箱１５はスリット部２７を有している。

突起部２６とスリット部２７とを対向させることで、スリット部２７はレーザ保持部材１４を光学箱１５へ取り付ける際のガイド手段の役割を果たす。レーザ保持部材１４は、レーザ光軸Ｌに対する回転方向（矢印Ａ方向）の回転を規制され、安定した姿勢で所定の位置へ設置される。

このように、レーザ保持部材１４の姿勢が安定し、レーザ保持部材１４及びリードピン１ａの位置が精度良く決まり、工具でレーザ保持部材１４を把持し易く、安定してリードピン１ａに通電コネクタ３６をコンタクトさせることができる。

[第三実施形態]
次に本発明に係る光学走査装置の第三実施形態について図を用いて説明する。図５は本実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の光学走査装置は、上記第一実施形態のレーザ保持部材２、光学箱８に変えて、レーザ保持部材１６、光学箱１７を設けたものである。レーザ保持部材１６は溝部２８を有し、光学箱１７は突起部２９を有している。溝部２８、突起部２９は、レーザ保持部材１６を光学箱１７へ固定する際にレーザ保持部材１６をレーザ光束の光軸方向へ案内するガイド手段である。

溝部２８の内面は、レーザ光束の光軸方向Ｌに対して角度Ｂだけ傾いた斜面となっており、レーザ保持部材１６がコリメータレンズ３方向へ近づくほど溝幅Ｃが広くなるように設けられている。すなわち、溝部２８の斜面は、レーザ保持部材１６を光学箱１７に係合するにしたがって、レーザ保持部材１６の光軸を中心とする回転を規制するように設けられている。

したがって、レーザ保持部材１６の回転角度は、レーザ保持部材１６の先端が光学箱１７へ取り付けられたときに最大となり、レーザ保持部材１６が光学箱１７へ突き当てられたときに最小となる。ここで、レーザ保持部材１６の回転角度とは、レーザ保持部材１６のレーザ光軸Ｌを中心とした回転方向（矢印Ａ方向）へ回転することができる回転角度をいう。なお、このような斜面は、突起部２９と溝部２８のうち少なくとも一方に設けてあればよく、突起部２９に設けてもよい。

レーザ保持部材１６と光学箱１７の位置調整手順としては、まずレーザ保持部材１６が光学箱１７へ工具によって突き当てられてセットされる。レーザ保持部材１６を光学箱１７へ突き当てることによって、傾くなどして姿勢が不安定なレーザ保持部材１６は、溝部２８と突起部２９とを接触させながらレーザ光軸に対する回転方向（矢印Ａ方向）へ回転し、光学箱１７へセットされる。光学箱１７へ突き当てられたレーザ保持部材１６は、レーザ光軸に対する回転方向（矢印Ａ方向）への回転が最も規制されており、光学箱１７との相対位置が所定の位置にセットされ姿勢が安定する。そして、レーザ保持部材１６のフランジ部に設けた一対のＶ字溝３７をチャック３４（図３参照）によって上下で掴んで把持して、半導体レーザ１のリードピン１ａを通電コネクタ３６（図３参照）によってコンタクトする。

次に、ステージ（不図示）をＸ方向に動かし、半導体レーザ１をレーザ保持部材１６ごと光学箱１７から引き抜く。これによって、溝部２８と突起部２９とに隙間が発生し、レーザ保持部材１６はレーザ光軸に対する回転方向（矢印Ａ方向）への回転が可能になると共に、Ｙ方向への移動も可能となる。そして、半導体レーザ１を発光させ、３軸ステージ（不図示）をＸ、Ｙ、Ｚの３方向に動かすことによって、半導体レーザ１をレーザ保持部材１６ごと変位させ、ピント調整及び光軸調整を行う。調整終了後、光硬化型接着剤を塗布し、接着剤硬化用の光を照射して光硬化型接着剤を硬化させ、レーザ保持部材１６と光学箱１７を固定して調整を終了する。

なお、レーザ保持部材１６を光学箱１７から引き抜くことによって発生した溝部２８と突起部２９との隙間は、調整代として使用できる。例えば、半導体レーザ１が複数の発光点をもつ所謂マルチビームレーザの場合に、各発光点間の副走査方向の間隔調整の調整代として使用できる。また、半導体レーザ１から出射するレーザ光束の光軸傾き調整などを行う際の調整代として使用することもできる。

上記構成によれば、レーザ保持部材１６を光学箱１７に突き当てることでレーザ保持部材１６の姿勢を安定させることができ、レーザ保持部材１６をチャック３４によって容易に把持することができる。また、精度良く置かれた半導体レーザ１のリードピン１ａを通電コネクタ３６によって安定してコンタクトすることも可能となる。更に、一時的に光学箱１７へ突き当てられていたレーザ保持部材１６を引き抜くことで溝部２８と突起部２９との間に隙間を発生させ、半導体レーザ１をレーザ保持部材１６ごと移動させ、ピント調整及び光軸調整を行うことができる。

[第四実施形態]
次に本発明に係る光学走査装置の第四実施形態について図を用いて説明する。図６は本実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、本実施形態に係る光学走査装置は、上記第三実施形態のレーザ保持部材１６、光学箱１７に変えて、レーザ保持部材１９、光学箱１８を設けたものである。光学走査装置は、レーザ保持部材１９を光学箱１８へ嵌合する嵌合部１０を備えている。

嵌合部１０は、光学箱１８に設けたトンネル形状の円筒部１１の一部とレーザ保持部材１９に設けた円筒部１３とで形成される。円筒部１１、１３は、レーザ保持部材１９を光学箱１８へ固定する際にレーザ保持部材１９をレーザ光束の光軸方向へ案内するガイド手段である。円筒部１１に円筒部１３を挿入し、互いに嵌合部１０で嵌合することで、レーザ保持部材１９はＹＺ方向（Ｚ方向は図６の上下方向）への位置も規制される。

上記構成により、レーザ保持部材１９を光学箱１８にセットした際のレーザ保持部材１９の姿勢がより安定し、リードピン１ａの位置が精度良く置かれる。このため、工具でレーザ保持部材１９を把持し易く、安定してリードピン１ａに通電コネクタ３６をコンタクトさせることができる。

なお、嵌合部１０は、レーザ保持部材１９の略中央部に設けてあるが、レーザ保持部材１９と光学箱１８とで形成できれば、どの位置に設けてもよく、レーザ保持部材１９の先端に設けてもよい。また、嵌合部は圧入するものでもよい。

[第五実施形態]
次に本発明に係る光学走査装置の第四実施形態について図を用いて説明する。図７は本実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態に係る光学走査装置は、上記第三実施形態のレーザ保持部材１６、光学箱１７に変えて、レーザ保持部材２０、光学箱３０を設けたものである。

レーザ保持部材２０に光軸方向に延びた柱部１１ｂを設け、柱部１１ｂの断面がＤカット状になるようにカットした平面部１２ｂを設けている。光学箱３０に光軸方向に延びた孔部１１ａを設け、孔部１１ａの断面がＤカット状になるように平面部１２ａを設けている。孔部１１ａ、柱部１１ｂは、レーザ保持部材２０を光学箱３０へ固定する際にレーザ保持部材２０をレーザ光束の光軸方向へ案内するガイド手段である。

レーザ保持部材２０を光学箱３０へ係合する際、レーザ保持部材２０の平面部１２ｂと光学箱３０の平面部１２ａを対向した状態で柱部１１ｂを孔部１１ａに挿入する。このように、平面部１２ａ、１２ｂの位相を合わせることで、レーザ保持部材２０のレーザ光軸に対する回転方向（矢印Ａ方向）への回転を防止することができ、レーザ保持部材２０の姿勢が安定する。

上記構成によれば、レーザ保持部材２０を光学箱３０にセットした際のレーザ保持部材２０の姿勢が安定し、リードピン１ａの位置が精度良く置かれる。このため、工具でレーザ保持部材２０を把持し易く、安定してリードピン１ａに通電コネクタ３６をコンタクトさせることが可能になる。

第一実施形態に係る光学走査装置の斜視図である。第一実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。第一実施形態に係る光学走査装置の調整方法を説明した図である。第二施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。第三実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。第四実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。第五実施形態に係る光学走査装置のレーザ保持部の詳細を示す図である。従来の光学走査装置の斜視図である。従来のレーザ光源装置の断面図である。従来の他のレーザ光源装置の断面図である。

符号の説明

１・・・・半導体レーザ（レーザ光源）
１ａ・・・・半導体レーザ通電端子部（リードピン）
２、１４、１６、２０・・・・レーザ保持部材
８、１５、１７、３０・・・・光学箱
１１、１３・・・・円筒部（ガイド手段）
１１ａ …孔部（ガイド手段）
１１ｂ …柱部（ガイド手段）
２３、２８・・・・溝部（ガイド手段）
２４、２６、２９・・・・突起部（ガイド手段）
２７・・・・スリット部（ガイド手段）

Claims

レーザ光束を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を保持するレーザ保持部材と、前記レーザ保持部材が、前記レーザ光束の光軸方向に挿入されて接着固定される光学箱と、を有する光学走査装置において、
前記光学箱は突起部を備え、前記レーザ保持部材は溝部を備え、前記レーザ保持部材を前記光学箱へ挿入する際に前記溝部に前記突起部が挿入されることで前記レーザ保持部材の前記光軸を中心とする回転が規制され、
前記光学箱へ挿入していくにつれて前記レーザ保持部材の前記光軸を中心とする回転が規制されるよう、前記突起部と前記溝部のうち少なくとも一方には前記光軸方向に対して傾いた斜面が形成されていることを特徴とする光学走査装置。
前記レーザ保持部材はレーザ光束の出射方向に前記光学箱に挿入され、
前記斜面は前記溝部に設けられ、前記溝部の前記光軸方向に直交する方向の幅は前記出射方向の上流から下流にかけて広くなっていることを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
前記レーザ光源はレーザ光束を出射する為の電圧を供給される複数のリードピンを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学走査装置。