JP6529274B2 - 光学走査装置および光学走査装置システム - Google Patents

Description

本発明は、光により被走査面を走査する光学走査装置に関する。

従来のレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光学走査装置は、画像信号に応じて光源から出射したレーザ光束を光変調し、光変調されたレーザ光束を光偏向器で偏向走査している。レーザ光束を出射する光源は画像形成装置の印字速度や画質に応じて、発光点が１個であるシングルビーム半導体レーザや発光点を複数個有するマルチビーム半導体レーザなどを使い分けている。

特許文献１には、マルチビーム半導体レーザを使用する場合に、複数のビーム光の副走査方向の間隔が所定値になるように半導体レーザを光軸中心に回転させて発光点の配列角度を設定し、固定する構成が開示されている。

一方、近年の画像形成装置は用途に応じて多数の製品があり、外形はほぼ同形状でも印字速度や画質が異なる複数種の製品がある。このような場合、複数種の製品間で共通化できる部品やユニットを共通化することがコストを抑える上でも有効である。光学走査装置においては、印字速度の遅い製品にはシングルビーム半導体レーザを用いた第１光学走査装置、印字速度が速い製品にはマルチビーム半導体レーザを用いた第２光学走査装置を搭載する場合がある。この場合、第１光学走査装置と第２光学走査装置で部分的に部品を替えることで広い製品群を賄う共通化などが行われている。この場合、第１光学走査装置、第２光学走査装置を作り分けるには、半導体レーザをシングルビーム用とマルチビーム用とで使い分けるだけでなく、半導体レーザを駆動するための駆動回路を備える基板も使い分ける必要があった。

特開２００５−３０５９５０

しかしながら、光源の発光点の数に応じて基板を使い分ける場合、複数種の基板をそれぞれ生産する必要があり、その分の生産設備や管理のためのコストが必要となる。

そこで本発明は、上記の課題に鑑みて、発光点の数の異なる光源用に共通の基板を使用してコストアップを抑制可能にすることを目的とする。

上述の課題を解決するための本発明は、第１発光部を有する第１光源と前記第１光源を発光させるための第１電気回路を備える第１基板とを有し、前記第１基板の前記第１光源に対向する位置に設けられた複数の第１の孔に前記第１光源の第１接続部を挿入した状態で前記第１光源と前記第１電気回路とが接続された第１光学走査装置と、被走査面上を走査する光を発光する第２発光部と第３発光部とを有する第２光源と前記第２光源を発光させるための第２電気回路を備える第２基板とを有し、前記第２基板の前記第２光源に対向する位置に設けられた複数の第２の孔に前記第２光源の第２接続部を挿入した状態で前記第２光源と前記第２電気回路とが接続された第２光学走査装置と、を含む光学走査装置システムにおいて、前記第１基板に設けられた前記複数の第１の孔の数と前記第２基板に設けられた前記複数の第２の孔の数とが同じで、前記第１光源の前記第１接続部の数は前記複数の第１の孔の数よりも少なく、前記第２光源の前記第２接続部の数は前記複数の第２の孔の数と同じであり、前記第２基板に前記第２光源が装着されている場合において、第２発光部と第３発光部とを結ぶ直線が、前記第２光源の光軸における主走査方向と副走査方向とに交差することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、発光点の数の異なる光源用に共通の基板を使用でき光学走査装置の生産等にかかるコストを削減可能となる。

画像形成装置を説明する概略断面図。 光学走査装置の構成を説明する斜視図。 マルチビーム光源の発光部の配置を説明する概略図。 光学走査装置の光源部の回転調整を説明した斜視図。 従来の形態であるシングルビーム光源を使用するレーザ駆動部の正面図。 ２ビーム光源を使用するレーザ駆動部の正面図。 シングルビーム光源を使用するレーザ駆動部の正面図。

本発明の実施形態を説明する。尚、以下の実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、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。

［画像形成装置］
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置Ｄ１の模式断面図である。本実施形態に係る画像形成装置Ｄ１は、光学走査装置Ｓ２を備え、受信した画像情報に基づいて記録紙等の記録材に画像形成を行う。図１に示すように、画像形成装置Ｄ１は、受信した画像情報に基づいたレーザ光束を、露光手段としての光学走査装置Ｓ２から出射し、プロセスカートリッジ１０２が備える感光ドラム１０３上に照射する。帯電手段１０２ａにより表面を帯電された感光ドラム１０３上に光束が照射され、露光されることで感光ドラム１０３上に潜像が形成される。この潜像が現像手段１０２ｂによりトナーによりトナー像として顕像化される。なお、プロセスカートリッジ１０２とは、感光ドラム１０３と、感光ドラム１０３に作用するプロセス手段として、帯電手段１０２ａや現像手段１０２ｂ等を一体的に有するものである。一方、記録材積載板１０４上に積載された記録材Ｐは、給送ローラ１０５によって１枚ずつ分離されながら給送され、次に搬送ローラ１０６によって、さらに下流側に搬送される。搬送された記録材Ｐ上には、感光ドラム１０３上に形成されたトナー像が転写ローラ１０９によって転写される。この未定着のトナー像が形成された記録材Ｐは、さらに下流側に搬送され、内部に加熱体を有する定着器１１０により、トナー像が記録材Ｐに定着される。その後、記録材Ｐは、排出ローラ１１１によって機外に排出される。

なお、本実施形態では感光ドラム１０３に作用するプロセス手段としての帯電手段１０２ａ及び現像手段１０２ｂをプロセスカートリッジ１０２中に感光ドラム１０３と一体的に有することとした。しかし、各プロセス手段を感光ドラム１０３と別体に構成することとしてもよい。

［光学走査装置Ｓ２］
次に図２〜４を用いて光学走査装置Ｓ２の構成について説明する。図２は本発明の第１の実施例による光学走査装置Ｓ２の構成を示す斜視図である。説明のため、密閉部材である蓋を取りつけていない状態の図としている。

半導体レーザ（光源）１１２は、独立して制御可能な２つのレーザ光束を出射する。図２において、半導体レーザ（光源）１１２から出射された２つのレーザ光束は、コリメータレンズとシリンドリカルレンズとを一体に成形したアナモフィックコリメータレンズ１１３と開口絞り１１４を通過する。そして、レーザ光束を偏向走査する偏向走査手段である回転多面鏡１１５の反射面に入射する。回転多面鏡１１５はモータ１１６により回転駆動される。回転多面鏡１１５で反射され偏向走査された２つのレーザ光束はｆθレンズ（走査レンズ）１１７を通過する。半導体レーザ１１２、アナモフィックコリメータレンズ１１３、開口絞り１１４、回転多面鏡１１５、モータ１１６、ｆθレンズ１１７は、光学箱１１８に支持されている。

上記構成において、光源１１２から出射した２つのレーザ光束Ｌは、複合アナモフィックコリメータレンズ１１３によって主走査断面内では略収束光とされ、副走査断面内では収束光とされる。次に２つのレーザ光束Ｌは開口絞り１１４を通って光束幅が制限されて、回転多面鏡１１５の反射面においてほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像する。そして、この２つのレーザ光束Ｌは回転多面鏡１１５を回転させることによって偏向走査される。２つのレーザ光束Ｌは、回転多面鏡１１５の反射面で反射され、不図示のＢＤセンサへと入射する。このとき、ＢＤセンサで信号を検出し、このタイミングを主走査方向書き出し位置の同期検出タイミングとする。次にレーザ光束Ｌはｆθレンズ１１７に入射する。ｆθレンズ１１７は、２つのレーザ光束Ｌを感光ドラム１０３上にスポットを形成するように集光し、且つスポットの走査速度が等速に保たれるように設計されている。このようなｆθレンズ１１７の特性を得るために、ｆθレンズ１１７は非球面レンズで形成されている。ｆθレンズ１１７を通過したレーザ光束Ｌは感光ドラム１０３上に結像走査される。

回転多面鏡１１５の回転によって２つのレーザ光束Ｌを偏向走査し、感光ドラム１０３上で２つのレーザ光束Ｌのスポットがそれぞれ感光ドラム１０３の回転軸線に平行な方向である主走査方向に移動させる。これにより、２つのレーザ光束Ｌのスポットが主走査方向に平行で副走査方向で異なる位置にある２つの走査線を描き、２つのレーザ光束Ｌによる主走査が行われる。また感光ドラム１０３が回転駆動されことによって感光ドラム１０３の表面がスポットに対して相対的に主走査方向に直交する副走査方向に移動し、副走査が行われる。このようにして感光ドラム１０３の表面には静電潜像が形成される。

［光学走査装置Ｓ２の組立］
図４は光学走査装置Ｓ２の光源部の組立てをより具体的に説明した斜視図である。光学走査装置Ｓ２の場合、半導体レーザ１１２として独立して制御可能な２ビームを出射する光源ＬＤ２が用いられる。ここで、光軸Ｌ１は光源ＬＤ２の設計上の光軸であり、２つのビームの出射方向はこの光軸Ｌ１に平行である。Ｘ方向は、光源ＬＤ２の位置における主走査方向に対応する方向であり、光軸Ｌ１と回転多面鏡１１５の回転軸線とに直交する。また、Ｙ方向は、光源ＬＤ２の位置における副走査方向に対応する方向であり、回転多面鏡１１５の回転軸線と平行で光軸Ｌ１に直交する。矢印Ｒ方向は光軸Ｌ１を中心とする回転方向である。光源ＬＤ２は予め光源保持部であるレーザホルダ１２２にある程度光軸Ｌ１回りの回転位相を決めた状態で圧入される。レーザホルダ１２２は光学箱１１８に設けられた孔１２３に挿入され、図中矢印Ｒ方向に回転し、光源ＬＤ２の備える２つの発光部の副走査方向に対応する方向であるＺ方向の間隔を調整する。

このＺ方向の間隔調整について説明する。図３は光源ＬＤ２における発光部（発光点）Ａ、Ｂの配置を示す概略図である。光源ＬＤ２などの２ビーム光源では半導体レーザのチップの端面に独立して発光制御可能な２つの発光部（発光点）が所定の間隔を空けて配置されている。発光部Ａ、Ｂを副走査方向に沿って並べて配置してしまうと、感光ドラム１０３面上での副走査方向の複数の走査線の間隔が記録密度よりも大幅に間隔が開いてしまう。この為、通常は図３に示すように発光部Ａ、Ｂを結ぶ直線が、副走査方向に対応する方向に対して零でない所定の角度αをなすように、光源ＬＤ２の光軸Ｌ１回りの回転位相を設定する。そして、その傾け角度αを調整することにより、感光ドラム１０３面上での副走査方向の複数の走査線の間隔（所謂副走査ピッチ）を、所望の記録密度に合わせて正確に調整している。つまり、発光部Ａ，Ｂは、主走査方向に対応する方向及び副走査方向に対応する方向に関して異なる位置に配置されている。なお、半導体レーザのチップの端面に発光部（発光点）が一つしかないシングルビーム光源を使用する際には、感光ドラム１０３面上には同時に一つの走査線しか形成できないので上述のような角度調整を行う必要がない。

図４に示す形態においては、発光部間隔を調整すると同時に、図中矢印Ｘ、Ｚ方向に調整することで感光ドラム１０３上の照射位置をも調整する。レーザホルダ１２２は光軸Ｌ１に垂直な方向に突出した突起部１２４を有しており、それに対向するように光学箱１１８はレーザホルダ１２２方向に突出する固定部１２５を有している。発光部Ａ、Ｂの副走査方向の間隔が調整された状態で、突起部１２４と、近接する固定部１２５の間に不図示の接着剤を塗布し、固定される。

図６は２ビーム光源を使用する光学走査装置Ｓ２をレーザ駆動回路基板側から見た図を示す。図６（ａ）はレーザ駆動回路基板の取付前の状態、図６（ｂ）はレーザ駆動回路基板の取付後の状態を示す。また、図６（ａ）の左側の図において円で囲んで示した光源ＬＤ２近傍をＡ部とし、右側の図としてＡ部の拡大図を描いている。同様に、図６（ｂ）の左側の図において円で囲んで示した光源ＬＤ２近傍をＢ部とし、右側の図としてＢ部の拡大図を描いている。図６（ａ）に示すように、２ビーム光源ＬＤ２はリードピン１２９の数が４本である。上述で説明した通り、２ビーム光源ＬＤ２の場合は２ビームの発光部間隔が所定の値に調整されているため、対向するリードピンを結ぶ直線は主走査方向平面に対して角度βほど傾いている。なお、光源ＬＤ２はレーザダイオードチップを備え、このレーザダイオードチップには発光点がある端面と端面に垂直なチップ面とがある。上記のように対向するリードピンを結ぶ直線が主走査方向平面に対して角度β傾いている場合、チップ面も主走査方向平面に対し角度β傾斜いている。

このため、図６（ｂ）に示すように、レーザ駆動回路基板１３０に設けられた孔１３１も対向する孔を結ぶ直線が主走査方向平面に対して角度βほど傾いている。複数の孔１３１は光源ＬＤ２の光軸Ｌ１を中心とする同心円上に等間隔に配置されている。

レーザホルダ１２２が光学箱１１８に接着された後、図６（ｂ）に示すように、レーザ駆動回路基板１３０に設けられた４つの孔１３１に４つのリードピン１２９が貫通するようレーザ駆動回路基板１３０が光学箱１１８に取り付けられる。そして、各孔１３１と対応する各リードピン１２９とが半田付けされ、レーザ駆動回路基板１３０に設けられた光源ＬＤ２を発光させるための電気回路であるレーザ駆動回路と光源ＬＤ２とが電気的に接続される。

［従来の光学走査装置Ｓ１］
次に、従来のシングルビーム光源を用いた光学走査装置Ｓ１について説明する。図５は従来の形態であるシングルビーム光源を使用する光学走査装置Ｓ１をレーザ駆動回路基板側から見た図を示す。図５（ａ）はレーザ駆動回路基板の取付前の状態、図５（ｂ）はレーザ駆動回路基板の取付後の状態を示す。また、図５（ａ）の左側の図において円で囲んで示した光源ＬＤ１近傍をＡ部とし、右側の図としてＡ部の拡大図を描いている。同様に、図５（ｂ）の左側の図において円で囲んで示した光源ＬＤ１近傍をＢ部とし、右側の図としてＢ部の拡大図を描いている。図５（ａ）に示すように、シングルビーム光源である光源ＬＤ１はレーザ駆動回路基板１２７に設けられたレーザ駆動回路との接続部であるリードピン１２６の数が３本である。そして、シングルビーム光源の場合は上述したように角度調整が不要であるため、レーザホルダ１２２に対し治具などで規制しやすい位相に、ある程度決められた状態で圧入される。通常はタクト短縮や治工具の簡素化を考慮して図５（ａ）に示すように主走査方向平面に略一致する位相もしくは光軸中心に１８０°回転した位相で圧入される。レーザホルダ１２２が光学箱１１８に接着された後、図５（ｂ）に示すように、レーザ駆動回路基板１２７に設けられた３つの孔１２８に３つのリードピン１２６が貫通するようレーザ駆動回路基板１２７が光学箱１１８に取り付けられる。そして、各孔１２８と対応する各リードピン１２６とが半田付けされ、レーザ駆動回路基板１２７に設けられたレーザ駆動回路と光源ＬＤ１とが電気的に接続される。

レーザ駆動回路基板１２７と１３０はリードピンを挿入するための孔の数とそれぞれの孔の配置が異なるのみであるが、レーザ駆動回路基板１２７、１３０をそれぞれ生産し使い分けていた。本実施形態では、更なる部品の共通化によるコストダウンの方法について説明する。
［本実施形態の光学走査装置Ｓ３］
そこで、本実施形態のシングルビームの光学走査装置Ｓ３はレーザ駆動回路基板１３０と同形のベース板で構成されたレーザ駆動回路基板１３２を用いている。次にこの光学走査装置Ｓ３について説明する。光学走査装置Ｓ３と光学走査装置Ｓ１との違いは光源とレーザ駆動回路基板のみである。光学走査装置Ｓ３では、光源としてシングルビーム光源の光源ＬＤ１を用い、それを駆動するためのレーザ駆動回路基板１３２を用いている。

図７は光学走査装置Ｓ３をレーザ駆動回路基板側から見た図を示す。図７（ａ）はレーザ駆動回路基板の取付前の状態、図７（ｂ）はレーザ駆動回路基板の取付後の状態を示す。また、図７（ａ）の左側の図において円で囲んで示した光源ＬＤ１近傍をＡ部とし、右側の図としてＡ部の拡大図を描いている。同様に、図７（ｂ）の左側の図において円で囲んで示した光源ＬＤ１近傍をＢ部とし、右側の図としてＢ部の拡大図を描いている。図７（ａ）に示すように、シングルビーム光源である光源ＬＤ１においても２ビーム光源の光源ＬＤ２と同様にリードピンが配置されるように光軸Ｌ１回りに角度βほど回転させてレーザホルダ１２２に圧入している。このため、光源ＬＤ１のレーザダイオードチップのチップ面（第１チップ面）も主走査方向に対応する方向に対して角度β傾いている。複数の孔１３１は光源ＬＤ２の光軸Ｌ１を中心とする同心円上に等間隔に配置されている。このため、レーザ駆動回路基板１３２としては、設けられた孔１３１について、レーザ駆動回路基板１３０の孔１３１と同様に、光軸Ｌ１を挟んで対向する孔１３１を結ぶ線が主走査方向に対応する方向に対して角度β傾斜したものを用いることができる。

これにより、レーザ駆動回路基板１３２は、回路パターンや実装電子部品は異なるものの、基板のベース板（本体部分）の外形や孔１３１の数や配置は、光源ＬＤ２用のレーザ駆動回路基板１３０と同一の部品を使用することができる。従って、レーザ駆動回路基板１３０を取り付けた状態では、４つの孔１３１は、光源ＬＤ１に対向する位置に配置されつつ、４つの孔１３１のうちの３つにリードピン１２６が挿入、接続される。

本実施形態では、光学走査装置（第１光学走査装置）Ｓ３と光学走査装置（第２光学走査装置）Ｓ２で光学走査装置システムを構成している。そして、シングルビーム光源（第１光源）の光学走査装置Ｓ３におけるリードピン（第１接続部）の配置を２ビーム光源（第２光源）の光学走査装置Ｓ２におけるリードピン（第２接続部）の配置と位相を合わせた。また、レーザ駆動回路基板（第１基板）１３２の孔（第１の孔）１３１の数をレーザ駆動回路基板（第２基板）１３０の孔（第２の孔）１２９の数と同数とした。このため、孔１３１の数は光源ＬＤ１のリードピンの数よりも多い。これにより、発光点の数の異なる光源用にレーザ駆動回路基板のベース板を共通化することができる。また、レーザ駆動回路基板を共通化することにより、光源のレーザホルダへの圧入工程や、レーザ駆動基板の取付けおよび半田付け工程も殆ど共通化することができる。このため、組立工程の共通化による生産ラインの簡易可等に繋がり、結果としてコストおよび組立タクトを抑えることが可能となる。

尚、本実施形態ではシングルビーム光源と２ビーム光源の例を用いて説明したが、４ビームなどのその他のマルチビーム光源との組み合わせでもよく、シングルビーム光源と２ビーム光源の組合せに限ったものではない。また、レーザホルダを介して光源を光学箱に固定する構成を説明したが、光源を直接光学箱に圧入し固定する形態であってもよい。

Ｄ１ 画像形成装置
Ｓ 光学走査装置
Ｓ１ 従来のシングルビーム光源を用いた光学走査装置
Ｓ２ ２ビーム光源を用いた光学走査装置
Ｓ３ 本実施形態のシングルビーム光源を用いた光学走査装置
ＬＤ１ シングルビーム光源
ＬＤ２ ２ビーム光源
１１８ 光学箱
１２２ レーザホルダ
１２７ 従来のシングルビーム光源用レーザ駆動回路基板
１３０ ２ビーム光源用レーザ駆動回路基板
１３２ 本実施形態のシングルビーム光源用レーザ駆動回路基板

Claims (5)

1. 第１発光部を有する第１光源と前記第１光源を発光させるための第１電気回路を備える第１基板とを有し、前記第１基板の前記第１光源に対向する位置に設けられた複数の第１の孔に前記第１光源の第１接続部を挿入した状態で前記第１光源と前記第１電気回路とが接続された第１光学走査装置と、
   被走査面上を走査する光を発光する第２発光部と第３発光部とを有する第２光源と前記第２光源を発光させるための第２電気回路を備える第２基板とを有し、前記第２基板の前記第２光源に対向する位置に設けられた複数の第２の孔に前記第２光源の第２接続部を挿入した状態で前記第２光源と前記第２電気回路とが接続された第２光学走査装置と、
   を含む光学走査装置システムにおいて、
   前記第１基板に設けられた前記複数の第１の孔の数と前記第２基板に設けられた前記複数の第２の孔の数とが同じで、前記第１光源の前記第１接続部の数は前記複数の第１の孔の数よりも少なく、前記第２光源の前記第２接続部の数は前記複数の第２の孔の数と同じであり、
   前記第２基板に前記第２光源が装着されている場合において、第２発光部と第３発光部とを結ぶ直線が、前記第２光源の光軸における主走査方向と副走査方向とに交差することを特徴とする光学走査装置システム。
2. 前記第１光学走査装置は、前記第１光源から発せられた光を偏向走査する第１偏向手段を有し、前記第２光学走査装置は、前記第２光源から発せられた光を偏向走査する第２偏向手段を有し、
   前記複数の第１の孔は、前記第１光源から前記第１偏向手段に向けて発せられた光の光軸を中心とする同心円上に配置され、前記複数の第２の孔は、前記第２光源から前記第２偏向手段に向けて発せられた光の光軸を中心とする同心円上に配置され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システム。
3. 前記複数の第１の孔及び前記複数の第２の孔は、それぞれ前記同心円上に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学走査装置システム。
4. 前記第１光学走査装置は、前記第１光源から発せられた光を偏向走査する第１偏向手段を有し、前記第２光学走査装置は、前記第２光源から発せられた光を偏向走査する第２偏向手段を有し、
   前記第１光源は、一つの端面に一つの発光点を有する第１チップを備え、前記第１チップの前記端面と異なる第１チップ面は、前記第１光源における主走査方向に対応する方向に対して傾斜しており、前記第２光源は、一つの端面に一つの発光点を有する第２チップを備え、前記第２チップの前記端面と異なる第２チップ面は、前記第２光源における主走査方向に対応する方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学走査装置システム。
5. 前記第１光源は３つの前記第１接続部を備え、前記第１基板の前記複数の孔の数は４つであり、前記第２光源は４つの前記第２接続部を備え、前記第２基板の前記複数の孔の数は４つであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学走査装置システム。

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