JP3576390B2

JP3576390B2 - マルチビーム光走査装置の光源装置

Info

Publication number: JP3576390B2
Application number: JP20628998A
Authority: JP
Inventors: 信行佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP2000039574A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いることができるマルチビーム光走査装置の光源装置に関するもので、特にそのビーム合成手段の位置決め固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置に用いることができる光走査装置には、半導体レーザーから出射されたレーザービームを回転多面鏡からなる光偏向器により偏向させて感光体からなる被走査面上を走査させる形式のものが一般によく用いられている。上記の走査は主走査であり、１回の主走査を行うごとに、主走査方向に直交する方向に被走査面を所定距離移動させることにより副走査が行われる。そして、主走査時に、記録しようとする信号で上記半導体レーザーを変調することにより、感光体表面に静電潜像が形成される。この静電潜像形成は周知の電子写真プロセスの一部であり、その後現像部においてトナーにより現像され、転写部において転写紙にトナー像が転写され、転写紙上のトナー像は定着部において転写紙に定着される。
【０００３】
上記の形式の光走査装置において、画像形成の高密度化を図りながら高速化を図るための手段として、複数個の半導体レーザーを用い、複数本のレーザービームで同時に走査を行うようにしたマルチビーム光走査装置が考えられている。マルチビーム光走査装置では、複数の半導体レーザーから出射された複数のレーザービームを一つ一つの偏向反射面で同時に偏向し、被走査面上において複数のビームスポットにより複数ラインを同時に走査している。被走査面上での複数のビームスポット相互間のピッチは微小なピッチであるのに対し、複数の半導体レーザー相互の間隔は物理的に大きな間隔にならざるを得ない。そこで、マルチビーム光走査装置の光源部では、複数の半導体レーザーと、各半導体レーザーに対応するカップリングレンズのほかに、各カップリングレンズを通った複数のレーザービームを合成しビーム相互間に所定の微小ピッチをもって出射させるビーム合成手段が用いられる。
【０００４】
上記のマルチビーム光走査装置の光源部では、複数の半導体レーザーと、各半導体レーザーに対応するカップリングレンズと、ビーム合成手段相互の位置関係の精度が要求される。これら光学素子相互の位置関係の精度が悪いと、被走査面上での複数のビームスポット相互間のピッチむらが生じ、形成される画像の品質が劣化する。そこで本出願人は、光学素子相互の位置関係精度を出すために、図３、図４に示すようなマルチビーム光走査装置の光源装置について先に特許出願した。以下、この光源装置について説明する。
【０００５】
図３、図４において、符号６０は、光源層を構成する各光学部品を一体的に保持する保持部材を示す。保持部材６０は、図において垂直方向の板状のブロック６１と、このブロック６１の高さ方向中央よりやや下から前方に水平方向に突出した棚状部６２とを有してなる。ブロック６１の高さ方向中央には二つの孔６３、６４が平行にブロック６１を厚さ方向に貫いて形成されている。孔６３、６４にはそれぞれブロック６１の裏面側から半導体レーザー１０１、１０２が挿入され、位置決めされて接着等によって固定されている。上記棚状部６２の上面は、前半部と後半部の中間に段が形成され、この段を境にした後半部は前半部よりも高くなってカップリングレンズ保持部６２１となっており、前半部がビーム合成手段保持部６２２となっている。
【０００６】
上記カップリングレンズ保持部６２１には２箇所にカップリングレンズ接着部６２１１、６２１２がある。各接着部６２１１、６２１２は、上記半導体レーザー１０１、１０２からの各出射光路に直交する方向に長い長方形状をなし、半導体レーザー１０１、１０２からの各出射光路の真下に接着部６２１１、６２１２の長手方向の中心が位置している。また、カップリングレンズ保持部６２１には、断面が部分円弧状でその円弧の半径がカップリングレンズ１０３、１０４の外周の半径とほぼ等しい溝が上記各出射光路と平行に形成されている。上記接着部６２１１、６２１２はそれぞれ上記の溝を横切っている。各接着部６２１１、６２１２にはそれぞれ各半導体レーザー１０１、１０２に対応し、対応する半導体レーザー１０１、１０２からのビームを以後の光学系にカップリングするカップリングレンズ１０３、１０４が接着されて保持部材６０に一体化されている。カップリングレンズ１０３、１０４の外周の一部は、その半径がほぼ等しい上記溝に嵌まった状態で接着されるため、カップリングレンズ１０３、１０４はカップリングレンズ保持部６２１に安定かつ確実に接着されている。また、各カップリングレンズ１０３、１０４の光軸中心を半導体レーザー１０１、１０２からの各出射光の中心が通るように、カップリングレンズ１０３、１０４の半径、前記孔６３、６４の位置、各接着部６２１１、６２１２の位置、特に上記溝の位置、寸法等が設計されている。
【０００７】
保持部材６０の前記ビーム合成手段保持部６２２には、１箇所にビーム合成手段接着部６２２１がある。ビーム合成手段接着部６２２１は長方形状で、その長手方向が上記カップリングレンズ接着部６２１１、６２１２とほぼ平行になっている。ビーム合成手段接着部６２２１にはビーム合成手段１０５０が接着され、ビーム合成手段１０５０が保持部材６０によって一体に保持されている。ビーム合成手段１０５０は平面形状が平行四辺形のプリズム１０５１を主体としてなる。プリズム１０５１は長手方向の両端部が４５゜に切り落とされて互いに平行な傾斜面となっていて、一方の傾斜面は反射面１０５２となっており、他方の傾斜面には偏光分離膜１０５３が形成されている。偏光分離膜１０５３には直角プリズムの傾斜面が貼り合わせられている。上記反射面１０５２は、カップリングレンズ１０４を透過し、プリズム１０５１に入射した半導体レーザー１０２からのレーザービームの光路上に、このレーザービームの進行方向に対して４５゜をなすように配置されている。また、上記偏光分離膜１０５３は、カップリングレンズ１０３を透過し、上記直角プリズムに入射した半導体レーザー１０１からのレーザービームの光路上に、このレーザービームの進行方向に対して４５゜をなすように配置されている。
【０００８】
プリズム１０５１の半導体レーザー１０２からのレーザービーム入射面にはレーザービームの偏光面を９０゜旋回させる１／２波長板１０５５が貼り付けられている。また、偏光分離膜１０５３を透過した半導体レーザー１０１からのレーザービームおよび上記反射面１０５２と偏光分離膜１０５３で反射された半導体レーザー１０２からのレーザービームの出射面と平行に、アパーチュアＡＰが配置されている。アパーチュアＡＰは二つのレーザービームに共通のもので、透過することによってレーザービームの断面を整形する窓孔を有する。アパーチュアＡＰは前記ビーム合成手段保持部６２２に形成された保持溝６２３に差し込まれて固定されている。
図３において符号ｂ１，ｂ２，ｂ３は、光源装置を光操作装置本体に取り付けるために前記ブロック６１に設けられた取付孔を示す。
【０００９】
以上の説明からわかるように、一方の半導体レーザー１０１から出射されたレーザービームは、カップリングレンズ１０３を透過し、上記直角プリズムの入射面から直角に入射し、偏光分離膜１０５３を透過してプリズム１０５１の出射面から直角に出射する。一方の半導体レーザー１０２から出射されたレーザービームは、カップリングレンズ１０４を透過し、１／２波長板１０５５を透過して偏光面を９０゜旋回させられ、偏光分離膜１０５３に対してＳ偏光となる。このレーザービームはさらにプリズム１０５１の入射面から直角に入射し、反射面１０５２で偏光分離膜１０５３に向かい直角に反射され、偏光分離膜１０５３で直角に反射されてプリズム１０５１の出射面から直角に出射する。このようにして、ビーム合成手段１０５０により半導体レーザー１０１、１０２からの各レーザービームが合成される。合成されたレーザービーム相互は平行で、少なくとも副走査方向に微小な間隔をおいて互いに分離している。上記レーザービーム相互は主走査方向にも分離していてもよい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
カップリングレンズ１０３、１０４はそれぞれ前記接着部６２１１、６２１２に例えば紫外線硬化接着剤を用いて接着され、ビーム合成手段１０５０もビーム合成手段接着部６２２１に例えば紫外線硬化接着剤を用いて接着される。これらの光学部品を接着するに当たっては、各接着部に紫外線硬化接着剤を滴下し、その上方から光学部品を降ろして各接着部に載置し、さらに、上方から加圧した状態で上方から紫外線を照射し、接着剤を硬化させてカップリングレンズ１０３、１０４を上記接着部６２１１、６２１２に、ビーム合成手段１０５０を上記接着部６２２１に接着して、これら各光学部品を保持部材６０と一体化する。
【００１１】
ところが、各光学部品を各接着部に接着する際に、光学部品の位置がずれたり傾いたりすることがある。特にビーム合成手段１０５０はその平坦面を平坦な接着部６２２１に接着するため、位置がずれたままあるいは傾いたまま接着固定されることがある。図４はビーム合成手段１０５０が傾いたまま接着されてしまった状態を示す。こうなると、各半導体レーザーから出射されたレーザービームがビーム合成手段１０５０によってうまく合成されず、ビーム合成手段１０５０から出射される複数のビーム相互が平行にならず、あるいは互いに間隔が広がりすぎたりして、各レーザービーム相互間のピッチの調整ができなくなり、形成される画像の品質を劣化させることになる。
【００１２】
本発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、カップリングレンズを通った複数のレーザービームを合成しビーム相互間に所定のピッチをもって出射させるビーム合成手段を有し、このビーム合成手段を保持部材に接着によって一体化してなるマルチビーム光走査装置において、ビーム合成手段の接着位置のズレや傾きがなく、もって品質の良好な画像を形成することができるマルチビーム光走査装置の光源装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、温度上昇等の環境変動があっても、その影響がカップリングレンズとビーム合成手段に同一方向に及ぶようにすることによって、環境変動による形成画像の品質低下を少なくすることができるようにしたマルチビーム光走査装置の光源装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、マルチビーム光走査装置において、複数の半導体レーザーと、各半導体レーザーに対応し、対応する半導体レーザーからのビームを以後の光学系にカップリングするカップリングレンズと、各カップリングレンズを通った複数のレーザービームを合成しビーム相互間に所定のピッチをもって出射させるビーム合成手段と、上記半導体レーザー、カップリングレンズ、ビーム合成手段を位置調整して一体的に保持する保持部材とを有し、この保持部材には上記ビーム合成手段の位置決め部が設けられるとともに、このビーム合成手段が保持部材に接着されていることを特徴とする。
【００１４】
ビーム合成手段の保持部材への接着方向は、請求項２記載の発明のように、カップリングレンズの保持部材への接着方向と同じにするとよい。
位置決め部は、請求項１記載の発明のように、ビーム合成手段の２面を位置決めするようにするとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２に示す本発明の実施の形態について説明する。なお、図１、図２に示す実施の形態の多くの構成部分は、図３、図４に示す従来例の構成部分と同じであるため、同じ構成部分には共通の符号を付して重複した説明はなるべく避けることとし、本発明の実施の形態として特有の構成部分について重点的に説明することにする。
【００１６】
図１、図２において、保持部材６０は、垂直方向のブロック６１と、このブロック６１から前方に水平方向に突出した棚状部６２とを有し、棚状部６２はカップリングレンズ保持部６２１とビーム合成手段保持部６２２を有している。カップリングレンズ保持部６２１には２箇所にカップリングレンズ接着部６２１１、６２１２があり、ビーム合成手段保持部６２２には１箇所にビーム合成手段接着部６２２１がある。上記カップリングレンズ接着部６２１１、６２１２にはそれぞれカップリングレンズ１０３、１０４が接着され、ビーム合成手段保持部６２２にはプリズム１０５１を主体とするビーム合成手段１０５０が接着されている。プリズム１０５１の出射面には１／４波長板８が貼り付けられ、この１／４波長板８を透過したレーザービームがアパーチュアＡＰを通り、図示されないシリンドリカルレンズを通って光偏向器に向かうようになっている。
【００１７】
上記ビーム合成手段保持部６２２には、本発明において特有の構成である位置決め部５、６、７が設けられている。各位置決め部５、６、７は何れも突起からなり、位置決め部５、６は、上記棚状部６２の前半部と後半部を分ける段の側面から前方に向かって一体に突出し、位置決め部７は上記棚状部６２の一側部前端寄りの位置から上方に一体に突出している。位置決め部５、６はビーム合成手段１０５０のレーザービーム入射面側を位置決めするためのもので、レーザービーム入射面に当たらないような位置に形成されている。位置決め部７はビーム合成手段１０５０の長さ方向一端面を位置決めするためのものである。各位置決め部５、６、７は、これにビーム合成手段１０５０を当接させたときビーム合成手段１０５０が精度よく位置決めされ、傾きがないように、ビーム合成手段１０５０との当接面が精度よく仕上げられている。
【００１８】
各カップリングレンズ１０３、１０４とビーム合成手段１０５０の保持部材６０への接着固定は次のような手順で行われる。まず、各接着部６２１１、６２１２、６２２１に光硬化性の接着剤、例えば紫外線硬化樹脂を上方から滴下し、次に、各接着部６２１１、６２１２にそれぞれカップリングレンズ１０３、１０４を上方から載置し、接着部６２２１にビーム合成手段１０５０を載置する。このとき、ビーム合成手段１０５０のレーザービーム入射面側の１面とビーム合成手段１０５０の長手方向の一端面との２面をそれぞれ位置決め部５、６、７に押し当ててビーム合成手段１０５０を位置決めする。この状態でビーム合成手段１０５０を加圧しながら上方から紫外線を照射し接着剤を硬化させ、ビーム合成手段１０５０を保持部材６０に接着し保持部材６０と一体化する。次に、各カップリングレンズ１０３、１０４の位置を微調整し、各カップリングレンズ１０３、１０４を加圧しながら上方から紫外線を照射し接着剤を硬化させて各カップリングレンズ１０３、１０４を接着し保持部材６０に一体化する。
【００１９】
上記実施の形態において、半導体レーザー１０１、１０２からのレーザービームは偏光分離膜１０５３に対してＰ偏光となるように放射される。したがって、カップリングレンズ１０３を通ったレーザービームはビーム合成手段１０５０に入射すると偏光分離膜１０５３をそのまま透過する。カップリングレンズ１０４を通ったレーザービームは１／２波長板１０５５を透過することにより偏光面を９０゜旋回させられ、偏光分離膜１０５３に対してＳ偏光となる。このビームは反射面１０５２で全反射され、次いで偏光分離膜１０５３により反射されてビーム合成手段１０５０から出射する。このようにして半導体レーザー１０１、１０２からのレーザービームが合成される。カップリングレンズ１０３、１０４の光軸は互いに平行であり、これら光軸の距離は、ビーム合成手段１０５０でビーム合成したとき、各カップリングレンズ１０３、１０４の光軸が互いに合致するように定められている。
【００２０】
合成された二つのビームは、図示されない共通のシリンドリカルレンズによって副走査対応方向にのみ収束させられて光偏向器の偏向反射面近傍に主走査方向に長い二つの線像が結ばれる。これらの線像は上記偏向反射面の回転によって偏向反射され、ｆθ光学系を通ることによって感光体表面などからなる被走査面上に二つのビームスポットが結ばれるとともに被走査面上を等速度的に走査される。被走査面上における二つのビームは、少なくとも副走査方向に互いに分離している。上記二つのビームは、副走査方向にのみ互いに分離していてもよいし、副走査方向にも主走査方向にも分離していてもよい。
【００２１】
ビーム合成手段１０５０から出射する各ビームは何れも直線偏光であり、偏光面が互いに９０゜をなしている。周知のように、反射面による反射率は反射角に応じて変化するが、反射面に対してＳ偏光であるかＰ偏光であるかによっても変化するので、偏光状態によって反射率が変動し、ビームスポットの強度変動の原因となるのを防止するために、合成された各ビームの偏光状態を円偏光にする１／４波長板８がビーム合成手段１０５０の出射面に貼り付けられている。１／４波長板８は各ビームに共通である。
【００２２】
以上説明した実施の形態によれば、カップリングレンズ１０３、１０４を通った複数のレーザービームを合成しレーザービーム相互間に所定のピッチをもって出射させるビーム合成手段１０５０を有し、このビーム合成手段１０５０を保持部材６０に接着によって一体化してなるマルチビーム光走査装置において、保持部材６０には上記ビーム合成手段１０５０の位置決め部５、６、７が設けられるとともに、ビーム合成手段１０５０が保持部材６０に接着されているため、ビーム合成手段１０５０が保持部材６０に精度よく位置決めされて接着され、半導体レーザー１０１、１０２やカップリングレンズ１０３、１０４との相対位置関係も精度よく接着される。そのため、二つの半導体レーザーから出射されたレーザービームはビーム合成手段１０５０で合成された後、一定のピッチ間隔をもってほぼ同一の光路に合わせることができる。ちなみに、保持部材６０の寸法精度にもよるが、０．０５ｍｍ以下のずれ精度でビーム合成手段１０５０を固定することができる。
【００２３】
また、カップリングレンズ１０３、１０４、ビーム合成手段１０５０はともに保持部材６０の棚状部６２に対し上方から接着されて接着方向が同じであり、紫外線硬化接着剤を滴下する方向及び紫外線を照射する方向も同じであるため、紫外線硬化接着剤の熱膨張方向も同じであり、温度上昇等の環境の変動によって各ビームが同じ方向に移動し、複数のビーム相互間のピッチの変動は起こりにくい構成となっている。
【００２４】
さらに、前述の接着手順で説明したように、カップリングレンズ１０３、１０４の調整は、ビーム合成手段１０５０を位置決め部５、６、７で位置決めし接着した後行われるため、ビーム合成手段１０５０自体がもつ反射角度誤差を含んだ状態でカップリングレンズ１０３、１０４の調整が行われることになり、光学系全体としての精度を高めることができる。例えば、ビーム合成手段１０５０の反射角度誤差は５分程度までは許容範囲である。これはラジアンに単位を換算すると約１．５ｒａｄとなり、仮にカップリングレンズ１０３、１０４によるコリメート調整等を先に行い、その後でビーム合成手段１０５０を位置決めして接着すると、上記反射角度誤差がそのままビームピッチ精度に影響を及ぼしてしまうことになる。これに対して上記実施の形態のようにビーム合成手段を先に接着し、この誤差も含んだ状態でコリメート調整等を行えば、上記反射角度誤差をキャンセルすることができ、高精度なビームピッチ調整を行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、カップリングレンズを通った複数のレーザービームを合成しレーザービーム相互間に所定のピッチをもって出射させるビーム合成手段を有し、このビーム合成手段を保持部材に接着によって一体化してなるマルチビーム光走査装置において、保持部材には上記ビーム合成手段の位置決め部が設けられるとともに、ビーム合成手段が保持部材に接着されているため、ビーム合成手段が保持部材に精度よく位置決めされて接着され、複数の半導体レーザーや複数のカップリングレンズとの相対位置関係も精度よく接着される。そのため、複数の半導体レーザーから出射されたレーザービームはビーム合成手段で合成された後、一定のピッチ間隔をもってほぼ同一の光路に合わせることができる。また、位置決め部は保持部材に一体成形した突起でも用をなすため、高価な位置決め手段を必要とせず、コストを下げることができる。
【００２６】
請求項２記載の発明によれば、ビーム合成手段の保持部材への接着方向をカップリングレンズの保持部材への接着方向と同じにしたため、接着剤を滴下する方向及び接着剤を硬化させるための光線を照射する方向も同じであり、これらビーム合成手段およびカップリングレンズの位置調整及び接着が容易であり、また、紫外線硬化接着剤の熱膨張方向も同じであるため、温度上昇等の環境の変動によって各ビームが同じ方向に移動し、複数のビーム相互間のピッチの変動は起こりにくく、環境変動による複数のビームピッチのずれを少なくすることができる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、ビーム合成手段の２面を位置決め部によって位置決めするようにしたため、ビーム合成手段を確実に精度よく位置決めすることができるとともに、位置決め部の構成はごく単純なもので足り、低廉なコストで位置決め部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマルチビーム光走査装置の光源装置の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同上一部断面平面図である。
【図３】従来のマルチビーム光走査装置の光源装置の例を示す斜視図である。
【図４】同上一部断面平面図である。
【符号の説明】
５位置決め部
６位置決め部
７位置決め部
６０保持部材
１０１半導体レーザー
１０２半導体レーザー
１０３カップリングレンズ
１０４カップリングレンズ
１０５０ビーム合成手段

Claims

複数の発光部からの複数のビームが共通の光学系を介して被走査面に導かれ、少なくとも副走査方向に互いに分離した複数のスポットとして集光され、上記光学系に含まれる光偏向器により上記複数のビームが同時に偏向され、上記複数のスポットにより複数ラインが同時に走査されるマルチビーム光走査装置であって、
複数の半導体レーザーと、
各半導体レーザーに対応し、対応する半導体レーザーからのビームを以後の光学系にカップリングするカップリングレンズと、
各カップリングレンズを通った複数のレーザービームを合成しビーム相互間に所定のピッチをもって出射させるビーム合成手段と、
上記半導体レーザー、カップリングレンズ、ビーム合成手段を位置調整して一体的に保持する保持部材とを有し、
上記保持部材には上記ビーム合成手段の位置決め部が設けられるとともに、ビーム合成手段が上記保持部材に接着されていることを特徴とするマルチビーム光走査装置の光源装置。
ビーム合成手段の保持部材への接着方向は、カップリングレンズの保持部材への接着方向と同じである請求項１記載のマルチビーム光走査装置の光源装置。
位置決め部は、ビーム合成手段の２面を位置決めする請求項１記載のマルチビーム光走査装置の光源装置。