JP6101142B2

JP6101142B2 - 光学基台、光学装置及びその製造方法

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Publication number: JP6101142B2
Application number: JP2013089896A
Authority: JP
Inventors: 友章葭葉; 勝博毛利; 大輔平田
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: JP2014215323A

Description

本発明は、複数の光学部品等が実装される光学基台、このような光学基台を備えた光学装置及びその製造方法に関する。

従来から、ＬＢＰ（レーザビームプリンタ）等の画像形成装置には、主走査方向にレーザビームを走査する光走査装置が組み込まれている。このような光走査装置は、回転駆動するポリゴンミラーに対して光源からのレーザ光を入射させ、ポリゴンミラーで反射したレーザ光をレンズ等を介して走査して、感光体ドラム上に潜像を形成する装置として知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２８６２７５号公報

ここで、上述した光走査装置においては、筐体となる光学基台に対して光学要素を含めて各種構成部品を高精度且つ強固に実装しなければならず、実装時には塵や埃等の異物混入を防ぐことも要求される。

一方、光学基台と各種部品とを高精度且つ強固に実装するためには、複雑な結合構造を採用すると小型化に不利であり、コスト高となってしまう他、実装が複雑化することから異物混入の対策も非常に煩雑となる。

本発明は上述した事情に鑑み、異物混入を有効に防ぎつつ、光学要素を含めた各種構成部品を比較的簡単な構成で高精度且つ強固に実装可能であって、低コスト化が可能な光学基台、光学装置及びその製造方法を提供する。

本発明に係る光学基台は、光源からの光を反射する複数の反射面を持つ光反射部材を回転駆動して光走査するための光学要素系を形成する複数の部材が実装される光学基台であって、前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材を前記光学基台に対して結合するためのねじ部材が係合する係合孔を有し、前記係合孔の内周面に、開口部側に設けられ、前記ねじ部材の外周面に設けられたねじ山形状部が係合するねじ溝部と、前記ねじ溝部の奥側に設けられ、前記ねじ山形状部が切り込んで結合可能な奥側部分とが設けられていることを特徴とする。
また、本発明に係る光学装置は、上述の光学基台を備え、前記ねじ部材が前記係合孔の前記奥側部分に結合されることで、前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材が前記光学基台に結合されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学装置の製造方法は、光源からの光を反射する複数の反射面を持つ光反射部材を回転駆動して光走査するための光学要素系を形成する複数の部材が実装される光学基台を備えた光学装置の製造方法であって、前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材を前記光学基台に結合するためのねじ部材を前記光学基台の係合孔に対して結合する前に、前記ねじ部材の外周面に設けられたねじ山形状部が係合するねじ溝部を前記係合孔の内周面のうち開口部側だけに形成したことを特徴とする。
また、本発明に係る光学装置の製造方法は、光源からの光を反射する複数の反射面を持つ光反射部材を回転駆動して光走査するための光学要素系を形成する複数の部材が実装される光学基台を備えた光学装置の製造方法であって、前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材を前記光学基台に設けられた係合孔に結合するためのねじ部材の外周面に設けられた前記ねじ山形状部を、前記係合孔の開口部側に設けられたねじ溝部に係合させながら前記係合孔に挿入した後に、前記ねじ部材を前記係合孔の奥側に設けられた奥側部分に対して切り込んで結合することを特徴とする。

なお、本発明は、上述した光学装置を光走査装置として用いた画像投影装置、画像形成装置にも適用可能である。

本発明によれば、異物混入を有効に防ぎつつ、光学要素を含めた各種構成部品を比較的簡単な構成で高精度且つ強固に実装可能であり、低コスト化が可能である。

本発明の一実施形態に係る光走査装置の概略図。本発明の一実施形態に係る光走査装置における光学基台の概略図。本発明の一実施形態に係る光学基台への取付部材の位置決め方法を示す図。本発明の一実施形態に係るシリンドリカルレンズの位置決め固定方法を示す図。本発明の一実施形態に係るモータＰＣＢの位置決め固定方法を示す図。本発明の一実施形態に係るモータＰＣＢのねじ止め構造の要部拡大断面図。本発明の一実施形態に係るトーリックレンズの位置決め固定方法を示す図。本発明の一実施形態に係る折り曲げミラーの位置決め方法を示す図。本発明の一実施形態に係るフタ部材の構成と位置決め固定方法を示す図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。各図において、同じ参照符号は、同様の要素を示している。なお、本発明は光学装置における部材固定法、または光学装置の製造方法に関するものであって、本実施形態ではレーザビームプリンタ等に搭載される半導体レーザを使用した光走査装置を説明するが、異物混入を防ぐ必要がある他の光学装置に対しても本発明を適用可能である。

図１は、本発明の実施形態１に係る光学装置の一例である光走査装置の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態１に係る光走査装置における光学基台の概略図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の光走査装置は、側面図から分かるように、各部品が光学基台１０のほぼ同一平面上に固定されている。

詳細には、光学基台１０の一方面上には、光学要素系を構成する複数の部材として、レーザモジュール１００（レーザホルダ１０１）、各種レンズ（シリンドリカルレンズ４等）、及び光反射モジュール５００（ポリゴンミラー５０１等）がそれぞれ実装されている。

レーザモジュールを構成するレーザホルダ１０１には、光機能素子２と、コリメータレンズ３とが固定される。また、ＢＤセンサを内蔵した図示しない半導体レーザ（光源）から射出されるレーザ光束（光線）は、レーザホルダ１０１に固定されたコリメータレンズ３により平行光束又は収束光束となり、シリンドリカルレンズ４を通過後、ポリゴンミラー５０１の反射面上に集光する。

光反射モジュール５００は、ポリゴンミラー５０１を回転駆動するポリゴンミラースキャナモータ５が組み込まれたモータＰＣＢ（印刷回路基板）５０２を有する。このモータＰＣＢ５０２は、詳細は後述するが、光学基台１０に対して３箇所でセルフタップ方式のねじ結合によって固定される。

ポリゴンミラースキャナモータ５によって回転するポリゴンミラー５０１は、反射光束を偏向するための多面体ミラー（複数の反射面を持つ光反射部材）である。トーリックレンズ６により平行光束または収束光束となったレーザ光束は、ｆθレンズ７により、焦点位置が感光ドラム面（不図示）上で直線になるように収束度を調整されて折り曲げミラー８で反射されて図中一点鎖線矢印で示す方向に集光する。また、折り曲げミラー８は偏向角により反射率が異なる。これにより、ポリゴンミラー５０１の反射率の入射角依存性や光学モールドレンズの吸収率の偏向各依存性に、補正を入れて、感光ドラム上でレーザスポットパワーが一定になるように調整されている。

そして、このように光源からの光束を所定の位置に収束させるためには、光学基台１０の一方面上に実装される光学要素の各種部材、すなわち、レーザモジュール１００（レーザホルダ１０１）、各種レンズ（シリンドリカルレンズ４等）、及び光反射モジュール５００（ポリゴンミラー５０１等）を高精度に位置決めしつつ、ある程度の振動や衝撃に耐えるために強固に固定化する必要がある。

ここで、図３を参照し、光学基台１０に対する各種光学部品の位置決め構造について説明する。図３は、部品の位置決め方法の考え方を説明する図である。斜線部は被位置決め部材である。基台１０に例えば円柱状の半抜き凸部を高精度に形成することにより位置決めしている。図３（ａ）は半抜き凸部の頂上平面部を用いて高さ方向の位置決め、図３（ｂ）は半抜き凸部の側面を用いて基台表面と平行な面内の高精度な位置決めを可能にする。このように光学基台１０には、各種光学部品の位置決めを行うための指標となる構成が予め設けられている。なお、光学基台１０は、樹脂からなる成形材料によって形成される。また、光学基台１０は、剛性や耐久性を高めるために、ガラス繊維等を入れた成形材料から作ることも可能である。

次に、図１及び図２を参照して、各種光学部品を光学基台１０に対して取付ける方法について説明する。なお、図２に示す光学基台１０は樹脂材料の成形によって作られる。１００１〜１００３はレーザホルダ１０１を位置決め固定する半抜き凸部である。レーザホルダ１０１側に穴が形成され嵌合することにより、光軸ずれをしない方向に高精度に位置決め固定する。半抜き凸部１００３の中央には、レーザホルダ１０１をねじ止め固定するための穴１００３ａがある。

また、１００４〜１００６は、シリンドリカルレンズ４を位置決め固定する１段と２段半抜き凸部である。シリンドリカルレンズ４の位置決め固定方法を、図４を用いて説明する。光学基台１０上におけるシリンドリカルレンズ４の設置高さ位置は半抜き凸部１００４〜１００６の突出量で決まり、その高精度モールド成形による。光軸からのずれは、半抜き部１００４〜１００６の突出量のばらつきと、２段凸部１００４ａと１００５ａの位置精度で決まり、その高精度モールド成形による。シリンドリカルレンズ４が位置決め固定された後、図４に示すように、シリンドリカルレンズ４の穴部４ａ，４ｂに接着剤１１が充填され固着される。前述したレーザホルダ１０１の固定方法もシリンドリカルレンズ４と同様であるが、接着剤に代り止めネジで固定する。

ここで、図２に戻り、図２に示す１００７は貫通穴であり、ポリゴンミラースキャナモータ５の外径または外径の一部を挿入する。また、図５には、ポリゴンミラースキャナモータ５の挿入時の断面図を示す。図５においては、穴部１００７はポリゴンスキャナモータ５の外径と嵌合し、結果として、ポリゴンミラー５０１の位置決めをすると同時に、回転軸の理想軸からのずれを押えている。

そして、図１に示す駆動基板であるモータＰＣＢ（印刷回路基板）５０２が、図２の半抜き凸部１００８〜１０１０に突き当たり高さ位置が高精度で決まる。また、図２に示すように、半抜き凸部１００８〜１０１０の各中央部にはモータＰＣＢ５０２をねじ止めするための係合孔１００８ａ〜１０１０ａが空いている。なお、この係合孔１００８ａ〜１０１０ａは、本実施形態では、それぞれ袋とじ構造、すなわち、光学基台１０を貫通しない有底孔としているが、貫通孔としてもよい。

本実施形態においては、モータＰＣＢ５０２の位置決めをモータの外径と貫通穴１００７で行っているが、半抜き凸部１００８〜１０１０を１段又は２段凸形状としてモータＰＣＢ５０２の位置決め精度を高精度に保証することにより、モータＰＣＢ５０２を介してポリゴンミラー５０１の高精度な位置決めをしてもよい。

ここで、モータＰＣＢ５０２は、図５に示すように、光学基台１０に対してモータと貫通穴１００７との間で位置決めがなされた状態で、図６に示すモータＰＣＢ５０２を貫通する３つのねじ孔５０２１〜５０２３を介して、光学基台１０の係合孔１００８ａ〜１０１０ａのそれぞれにセルフタップ方式のねじ結合によって固定される。

詳細には、図６に示すように、本実施形態の光学基台１０には、モータＰＣＢ５０２のねじ結合のための係合孔１００８ａ〜１０１０ａが設けられている。例えば、本実施形態では、これら各係合孔１００８ａ〜１０１０ａには、ねじ部材２００の外周面に設けられたねじ山形状部２０１が係合するねじ溝部３０１が、係合孔１００８ａ〜１０１０ａの内周面のうち開口部側だけに予め設けられている。

これにより、モータＰＣＢ５０２を貫通して各ねじ部材２００を各係合孔１００８ａ〜１０１０ａに対してねじ込む際において、まず、各ねじ部材２００のねじ山形状部２０１が各係合孔１００８ａ〜１０１０ａのねじ溝部３０１に係合するねじ結合構造を採用したことから、各係合孔１００８ａ〜１０１０ａの開口部から切り込みカス等が突出、あるいはその周囲に飛散するのを未然に防止することができる。

特に、本実施形態では、ポリゴンミラー５０１等の光学部品を固定する防塵領域において、上述したねじ結合構造を採用することで、ポリゴンミラー５０１等の光学部品に切り込みカス等が飛散するのを確実に防止することができる。そして、光走査装置の製造時、あるいはレーザビームプリンタ等への搭載後においても、切り込みカス等の飛散や浮遊等が生じることがないため、例えば、光反射特性等の光学性能を高いレベルで維持することが可能となる。なお、モータＰＣＢ５０２およびその周囲は、ポリゴンミラー５０１の回転駆動に伴って微振動が伝わる振動領域であり、また防塵領域でもあることから、このようなモータＰＣＢ５０２の光学基台１０への取り付けにおいて、上述したねじ結合構造を採用することは非常に有効である。

さらに、本実施形態では、ねじ部材２００は、各係合孔１００８ａ〜１０１０ａのねじ溝部３０１への係合領域を通過後、ねじ山形状部２０１が各係合孔１００８ａ〜１０１０ａの奥側（底側）の奥側部分に向かって連続的に切り込みながら結合することになる。

これにより、比較的簡単なねじ結合構造でありながら、モータＰＣＢ５０２を光学基台１０に対して非常に強固に固定することが可能となる。また、モータＰＣＢ５０２の固定構造の複雑化を回避できることから、低コスト化を図ることができる。また、比較的簡単なねじ結合構造であるので、光走査装置の小型化にも有利である。さらに、ポリゴンミラースキャナモータ５に起因する振動により光学基台１０とモータＰＣＢ５０２とのガタ付きを有効に防止できる。したがって、このような本実施形態の光走査装置をレーザビームプリンタ等に搭載すれば、例えば、ドットの位置ずれがない良好な画像形成を実現できる。このことから、本実施形態の光走査装置は、高速化や高精度化が要求されるレーザビームプリンタに最適である。なお、上述したねじ結合構造においては、上述した係合孔１００８ａ〜１０１０ａにおけるねじ溝部３０１に加えて、接着剤等を併用してもよい。すなわち、本実施形態では、ねじ部材２００を係合孔１００８ａ〜１０１０ａに対して接着剤等を介在させて結合してもよい。これにより、更に確実で且つ強固なねじ結合が可能となる。

再び図２に戻り、図２に示す１０１１〜１０１９と１０２０〜１０２７はそれぞれ、トーリックレンズ６とｆθレンズ７を位置決め固定するための半抜き凸部である。それぞれ突出量や形状が異なる。位置決め固定方法は両者とも同じなので、トーリックレンズ６について説明する。

ここで、図７にトーリックレンズ６を光学基台に位置決め固定した様子を示す。半抜き凸部１０１１と１０１９による位置決めと、半抜き凸部１０１４と１０１５でトーリックレンズ６の中央突出部６ａを挟んで行う位置決めにより、光学基台表面内の縦ないしは横方向の位置決めをする。さらに、半抜き凸部１０１２と１０１８，１０１６の突出量にて高さ方向の位置と傾きを決める。半抜き凸部の突出量や平面部の精度、光学基台表面内での位置を高精度に成形し実装することにより、光学設計から要求される寸法精度を十分に満足することが可能である。

また、図７に示すように、半抜き凸部１０１３と１０１７は、他の凸部より突出量が小さい。また、形状も長円形である。これは、図示するように、トーリックレンズ６底面と半抜き凸部１０１３と１０１７の間に接着剤２１を塗布して固定するための工夫である。接着剤の充填位置が限定され、接着剤の硬化がプラスチックレンズに与える歪み量も一定になり、結果として、安定したレンズ特性が得られる。

次いで、折り曲げミラー８の位置決め固定方法を説明する。スキャナユニットのプリンタ内の配置によっては折り曲げミラーは廃止できる。図８に示すように、精密モールド成形により山状の突起部１０３０を形成する。特に、折り曲げミラー８を保持する面１０３０ａを精密に押圧固定する。さらに、面１０３０ａに平行な方向は半抜き凸部１０３１の面で位置決めする。

そして、上述したように光学基台１０上に各種光学部品を実装した後、光学基台１０における光学部品の実装面側は、図９に示すフタ部材１２によって覆われる。すなわち、図９に示すフタ部材（蓋部材）１２は、光学基台１０上における光学要素系を構成する部材の周囲を覆うことにより、その内部を実質的に封止し、その内部を防塵空間とする。なお、このようなフタ部材１２は、光学基台１０に装着されることで、密閉された遮光空間内に光学要素系を形成するための部材となる。１２ａと１２ｂは、円柱状突起部であり、図２に示す穴１０３２と１０３３に嵌合して光学基台１０との相対位置を決める。１２ｃは貫通穴であり、止めネジとネジ穴１０３４にてフタ部材１２を固定する。さらに、バネ性をもつ突起部１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇを用いて、フタ部材１２を光学基台１０に把持固定する。

また、１２ｈ〜１２ｋは、レーザ光束の迷光を遮断し、ポリゴンミラー５０１の高速回転により発生した風速が塵埃を巻き込んでポリゴンミラー５０１表面に付着するのを防ぐ壁となる。光学基台１０側にその機能を持たせてもよいが、本実施形態ではフタ部材１２にその機能を移している。なお、上記壁１２ｈ〜１２ｋは、光学基台１０の一方面上に設けるようにしてもよい。また、光学基台１０上の防塵領域は、上述した壁１２ｈ〜１２ｋによって実質的に細かく区切られる。このため、壁１２ｈ〜１２ｋは防塵壁として機能するが、区切られた空間のうちポリゴンミラー５０１等の光学部材が配置される光路形成空間内に関しては、十分な防塵対策が求められる。このような光路形成空間内において本実施形態のねじ結合構造を採用することは、例えば、レンズ等への切り込みカス等の飛散などを未然に防止できる点で非常に有効である。

また、上述した実施形態では、光学基台１０に対するモータＰＣＢ５０２のねじ止め構造に本発明の構成を適用した場合について説明したが、本発明は勿論これに限定されず、例えば、光学基台１０に対するレーザモジュール１００の固定など、他の光学要素部品を固定する場合に適用してもよい。あるいは、光学基台１０に対する上述したフタ部材１２の固定において本発明を適用してもよい。いずれにしても、本発明の構成は、異物混入を有効に防ぎつつ、光学要素を含めた各種構成部品を比較的簡単な構成で高精度且つ強固に実装可能であるので、防塵対策が必要な各種光学装置に適用可能であって、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本発明は、レーザビームプリンタ等の画像形成装置の他、スキャナ等の画像読取装置や、プロジェクター等の画像投影装置、あるいは、コピー機、複合機等の事務機に実装可能な光走査装置及びその製造方法に適用可能である。

１レーザユニット
２光機能素子
３コリメータレンズ
４シリンドリカルレンズ
５ポリゴンミラースキャナモータ
６トーリックレンズ
７ｆθレンズ
８折り曲げミラー
１０光学基台
１１、２１、３１接着剤
１２フタ部材
１００レーザモジュール
１０１レーザホルダ
５００光反射モジュール
５０１ポリゴンミラー（光反射部材）
５０２モータＰＣＢ（駆動基板）

Claims

光源からの光を反射する複数の反射面を持つ光反射部材を回転駆動して光走査するための光学要素系を形成する複数の部材が実装される光学基台であって、
前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材を前記光学基台に対して結合するためのねじ部材が係合する係合孔を有し、
前記係合孔の内周面に、
開口部側に設けられ、前記ねじ部材の外周面に設けられたねじ山形状部が係合するねじ溝部と、
前記ねじ溝部の奥側に設けられ、前記ねじ山形状部が切り込んで結合可能な奥側部分と
が設けられていることを特徴とする光学基台。
請求項１に記載の光学基台を備え、
前記ねじ部材が前記係合孔の前記奥側部分に結合されることで、前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材が前記光学基台に結合されていることを特徴とする光学装置。
前記光学要素系を形成する部材は、前記光反射部材を回転駆動する回転駆動部が実装される駆動基板を含み、前記光学基台の前記係合孔には、前記ねじ部材が前記駆動基板を貫通して結合されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
前記光学要素系を形成する部材は、前記光学基台の一方面側において実装された前記光学要素系の周囲を覆うように結合される蓋部材を含み、前記光学基台の前記係合孔には、前記ねじ部材が前記蓋部材を貫通して結合されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学装置。
前記ねじ部材は、前記係合孔に対して接着剤を介在させて接合していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光学装置を光走査装置として備えたことを特徴とする画像形成装置。
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光学装置を光走査装置として備えたことを特徴とする画像投影装置。
光源からの光を反射する複数の反射面を持つ光反射部材を回転駆動して光走査するための光学要素系を形成する複数の部材が実装される光学基台を備えた光学装置の製造方法であって、
前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材を前記光学基台に結合するためのねじ部材を前記光学基台の係合孔に対して結合する前に、前記ねじ部材の外周面に設けられたねじ山形状部が係合するねじ溝部を前記係合孔の内周面のうち開口部側だけに形成したことを特徴とする光学装置の製造方法。
光源からの光を反射する複数の反射面を持つ光反射部材を回転駆動して光走査するための光学要素系を形成する複数の部材が実装される光学基台を備えた光学装置の製造方法であって、
前記光学要素系を形成する複数の部材の少なくとも１つの部材を前記光学基台に設けられた係合孔に結合するためのねじ部材の外周面に設けられたねじ山形状部を、前記係合孔の開口部側に設けられたねじ溝部に係合させながら前記係合孔に挿入した後に、前記ねじ部材を前記係合孔の奥側に設けられた奥側部分に対して切り込んで結合することを特徴とする光学装置の製造方法。