JP4967975B2 - 光源装置及びこれを備えた光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びこれを備えた光走査装置、より特定的には、複数のレーザビームを出射するレーザダイオードが適用された光源装置及びこれを備えた光走査装置に関する。

光走査装置において、感光体への記録速度を向上させるために、一度に複数本のレーザビームを走査して複数の記録ラインを同時に記録させるマルチビーム走査装置が提案されている。このマルチビーム走査装置では、一つのレーザダイオードが複数のレーザビームを出射している。

ところで、前記マルチビーム走査装置では、各レーザビームの感光体上における照射位置の間隔（以下、ビームピッチ）の調整や維持が重要である。ビームピッチの調整としては、主走査方向のビームピッチの調整と副走査方向のビームピッチの調整とがある。この内、主走査方向のビームピッチの調整については、レーザダイオードの発光タイミングを調整することにより、比較的容易に調整できる。一方、副走査方向のビームピッチの調整については、レーザダイオードの発光タイミングでは調整できない。そのため、副走査方向のビームピッチの調整をいかに行うかが非常に重要な問題となっている。

そこで、副走査方向のビームピッチの調整を行うものとして、特許文献１や特許文献２に記載のマルチビーム光源装置が提案されている。該マルチビーム光源装置には、複数のレーザビームを出射できるレーザダイオードが複数設けられている。そして、それぞれのレーザダイオードを回転させることにより、副走査方向のビームピッチの調整を行っている。

しかしながら、特許文献１に記載のマルチビーム光源装置では、以下に説明するように、その構成が複雑になってしまうという問題があった。具体的には、該マルチビーム光源装置では、２つのレーザダイオードが、それぞれ別々のホルダに保持された状態で並べて配置されている。副走査方向のビームピッチの調整が行われる際には、２つのホルダが別々に回転される。そのため、２つのホルダを回転可能に保持するための機構が、マルチビーム光源装置に２箇所必要になる。該機構は、精度よく作製される必要があるため、複数の該機構が存在していると、マルチビーム光源装置の構成は、複雑化してしまう。
特開２０００−７５２２７号公報 特開２００３−１０７３８０号公報

そこで、本発明の目的は、複雑な構成を用いることなく副走査方向のビームピッチの調整を行うことができる光源装置及びこれを備えた光走査装置を提供することである。

本発明は、光走査装置に用いられる光源装置において、それぞれが複数のビームを出射する第１の光源及び第２の光源と、前記第１の光源が出射した第１のビームと前記第２の光源が出射した第２のビームとを合成する合成手段と、前記第１の光源を保持する第１のホルダと、前記第２の光源及び前記合成手段を保持する第２のホルダと、前記第１のホルダ及び前記第２のホルダを、前記所定の軸を中心に回転可能に保持するベースと、を備え、前記第１の光源、前記第２の光源及び前記合成手段は、所定の軸を中心に回転でき、前記第２の光源及び前記合成手段は、前記所定の軸を中心に一体となって回転でき、前記第１のホルダ及び前記第２のホルダは、同じ半径を有する円柱形状の部材であること、を特徴とする。

本発明によれば、第１の光源、第２の光源及び合成手段は、共通の軸を中心として回転する。そのため、第１の光源、第２の光源及び合成手段を一つの保持機構にて回転可能に保持することができる。これにより、第１の光源、第２の光源及び合成手段のそれぞれに対して別々に保持機構を作製する必要がなくなる。保持機構は、レーザビームの副走査方向におけるビームピッチの調整に用いられるため精度よく作製される必要があるので、保持機構の数が減ることにより、簡単な構成でレーザビームの副走査方向におけるビームピッチの調整を行うことができるようになる。

本発明において、前記第１のビームを集光する第１の集光手段を、更に備え、前記所定の軸は、前記第１の集光手段の光軸であってもよい。

本発明において、前記合成手段に入射する前の前記第２のビームを集光する第２の集光手段を、更に備え、前記第２の集光手段は、前記所定の軸を中心に、前記第２の光源及び前記合成手段と共に一体となって回転できてもよい。

本発明において、前記第１の集光手段は、前記合成手段により合成された前記第１のビーム及び前記第２のビームを集光してもよい。

本発明において、前記合成手段は、ビームスプリッタであってもよい。

本発明において、前記合成手段は、前記第１のビーム及び前記第２のビームを略同じ方向に進行するように合成してもよい。

本発明は、光源装置のみならず、光源装置を備えた光走査装置に対しても適用可能である。

（第１の実施形態）
（光走査装置の構成について）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る光源装置及びこれを備えた光走査装置の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る光走査装置１０の上視図である。なお、図１において、ｙ軸は、主走査方向を示し、ｚ軸は副走査方向を示す。また、ｚ軸は、鉛直方向とも一致する。

光走査装置１０は、図１に示すように、光源装置１６、シリンドリカルレンズ１８、ポリゴンミラー２０、走査レンズ２２，２４、レンズ２６及びセンサ２８を備える。光源装置１６は、光走査装置１０に用いられ、レーザダイオード１２ａ，１２ｂ、ビームスプリッタ１３及びコリメータレンズ１４を含む。

レーザダイオード１２ａは、複数本（本実施形態では２本）のレーザビームＢａを出射する光源としての役割を果たす。レーザダイオード１２ｂは、複数本（本実施形態では２本）のレーザビームＢｂを出射する光源としての役割を果たす。レーザダイオード１２ａとレーザダイオード１２ｂとは、互いの光軸が９０度の角度をなすように配置されている。

ビームスプリッタ１３は、レーザダイオード１２ａが出射したレーザビームＢａとレーザダイオード１２ｂが出射したレーザビームＢｂとを合成する合成手段として機能する。具体的には、ビームスプリッタ１３は、その内部にミラーを含んでおり、レーザダイオード１２ｂが出射したレーザビームＢｂを反射して、レーザビームＢａ及びレーザビームＢｂを略同じ方向に進行するように合成する。

レーザダイオード１２ａ，１２ｂから出射したレーザビームＢａ，Ｂｂは、拡散光である。そこで、コリメータレンズ１４は、レーザダイオード１２ａ，１２ｂから出射したレーザビームＢａ，Ｂｂを集光する。なお、光源装置１６の詳細については、後述する。

シリンドリカルレンズ１８は、コリメータレンズ１４を通過したレーザビームＢａ，Ｂｂを、ポリゴンミラー２０のミラー面近傍においてｚ軸方向に集光する。ポリゴンミラー２０は、図示しないモーターにより矢印の方向に回転され、シリンドリカルレンズ１８を通過してきたレーザビームＢａ，Ｂｂをｙ軸方向に等角速度に偏向する偏向手段としての役割を果たす。走査レンズ２２，２４は、ポリゴンミラー２０により偏向されたレーザビームＢａ，Ｂｂをｙ軸方向に等速走査して、レーザビームＢａ，Ｂｂを感光体ドラム３２上に結像させる。感光体ドラム３２は、所定速度で回転駆動される。これにより、レーザビームＢａ，Ｂｂによる主走査と感光体ドラム３２の回転による副走査によって２次元の静電潜像が形成される。

また、レンズ２６は、ポリゴンミラー２０により偏向されたレーザビームＢａ，Ｂｂの内、走査レンズ２２のみを通過したレーザビームＢａ，Ｂｂをセンサ２８に集光する。センサ２８は、例えば、フォトダイオードにより構成され、レンズ２６により集光されたレーザビームＢａ，Ｂｂを受光する。更に、センサ２８は、受光したレーザビームＢａ，Ｂｂの強度に応じて変動する電圧からなるＳＯＳ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｓｃａｎ）信号を生成する。ＳＯＳ信号は、感光体ドラム３２への光の走査開始位置を決定するために光走査装置１０内で生成される同期信号である。

（光源装置の構成について）
以下に、光源装置１６の構成について図面を参照しながら説明する。図２は、光源装置１６の斜視図である。図３は、光源装置１６に含まれるレーザダイオード１２ａ，１２ｂ、ビームスプリッタ１３及びコリメータレンズ１４の位置関係を示した斜視図である。なお、図３に示すレーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３は、図２に示す光源装置１６の状態から、コリメータレンズ１４の光軸を中心に時計回りに９０度回転させて記載されている。

光源装置１６は、図２に示すように、レーザダイオード１２ａ，１２ｂ、ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、ホルダ４０，４２及びベース４４を含む。レーザダイオード１２ａ，１２ｂ、ビームスプリッタ１３及びコリメータレンズ１４については、既に説明を行ったので、説明を省略する。

ホルダ４０は、円柱形状を有し、レーザダイオード１２ａを保持する部材である。より詳細には、レーザダイオード１２ａは、円柱形状のホルダ４０の一方の底面に埋め込まれるように取り付けられる。円柱形状のホルダ４０の他方の底面は、一部に開口を有しており、レーザダイオード１２ａが出射したレーザビームＢａは、該開口から出射する。

ホルダ４２は、ホルダ４０と同じ半径の円柱形状を有し、レーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３を保持する部材である。より詳細には、レーザダイオード１２ｂは、レーザビームＢｂをホルダ４２の中心に向かって出射するように、ホルダ４２の側面に取り付けられる。ビームスプリッタ１３は、ホルダ４２内において、そのミラー面とレーザダイオード１２ｂが出射したレーザビームＢｂとが４５度をなすように配置される。これにより、レーザビームＢｂは、図３に示すように、ビームスプリッタ１３により、コリメータレンズ１４側に反射し、レーザビームＢａと合成される。レーザビームＢａ，Ｂｂの進行方向は、コリメータレンズ１４の光軸と略一致している。

ベース４４は、ホルダ４０，４２を、コリメータレンズ１４の光軸を中心に回転可能に保持する部材である。より詳細には、ベース４４には、Ｖ字状の断面を有する溝４５が形成されている。この溝４５には、ホルダ４０，４２及びコリメータレンズ１４が、この順に並ぶように配置されている。より具体的には、ホルダ４０，４２は、これらの側面が溝４５に当接するように配置されている。これにより、ホルダ４０，４２はそれぞれ、図２に示すように、コリメータレンズ１４の光軸を中心に矢印Ｅ，Ｆの方向に回転することができる。換言すれば、図３に示すように、レーザダイオード１２ａは、コリメータレンズ１４の光軸を中心に矢印Ｅの方向に回転することができると共に、レーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３は、コリメータレンズ１４の光軸を中心に矢印Ｆの方向に一体となって回転することができる。これにより、レーザビームＢａ，Ｂｂの副走査方向におけるビームピッチを調整している。

（ビームピッチの調整について）
以下に、レーザビームＢａ，Ｂｂのビームピッチの調整について図面を参照しながら説明する。図４は、レーザダイオード１２ａの外観斜視図である。具体的には、図４（ａ）は、初期状態におけるレーザダイオード１２ａの外観斜視図であり、図４（ｂ）は、初期状態からθ１だけ回転させた状態（以下、第１の回転状態と称す）のレーザダイオード１２ａの外観斜視図である。図５は、レーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３を示した図である。具体的には、図５（ａ）は、初期状態におけるレーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３を示した図である。図５（ｂ）は、初期状態からθ２だけ回転させた状態（以下、第２の回転状態と称す）のレーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３を示した図である。

まず、レーザビームＢａの副走査方向におけるビームピッチの調整について説明する。レーザダイオード１２ａは、２本のレーザビームＢａを出射する。そのため、レーザダイオード１２ａは、２つの発光点４６ａ，４６ｂを有する。これらの発光点４６ａ，４６ｂの距離は、Ｌ１である。初期状態では、副走査方向（ｚ軸方向）における発光点４６ａ，４６ｂの距離は、図４（ａ）に示すように、発光点４６ａ，４６ｂが副走査方向に並んでいるので、Ｌ１である。レーザビームＢａは、コリメータレンズ１４、シリンドリカルレンズ１８、ポリゴンミラー２０及び走査レンズ２２，２４を通過する際に、主走査方向及び副走査方向のそれぞれに変倍されて感光体ドラム３２に照射する。従って、初期状態でのレーザビームＢａの副走査方向におけるビームピッチは、コリメータレンズ１４、シリンドリカルレンズ１８、ポリゴンミラー２０及び走査レンズ２２，２４からなる光学系の副走査方向の倍率βとした場合に、βＬ１で表される。

ここで、レーザダイオード１２ａをコリメータレンズ１４の光軸を中心としてθ１だけ回転させると、図４（ｂ）に示すように、発光点４６ａ，４６ｂもこれらの中点を中心にθ１だけ回転する。これにより、副走査方向における発光点４６ａ，４６ｂの距離は、図４（ｂ）に示すように、Ｌ２（＝Ｌ１ｃｏｓθ１＜Ｌ１）となる。その結果、第１の回転状態では、レーザビームＢａの副走査方向におけるビームピッチは、βＬ２（＝βＬ１ｃｏｓθ１）で表される。以上のように、レーザダイオード１２ａをコリメータレンズ１４の光軸を中心として回転させることにより、レーザビームＢａの副走査方向におけるビームピッチを調整することができる。

次に、レーザビームＢｂの副走査方向におけるビームピッチの調整について説明する。レーザダイオード１２ｂは、２本のレーザビームＢｂを出射する。そのため、レーザダイオード１２ｂは、２つの発光点４８ａ，４８ｂを有する。これらの発光点４８ａ，４８ｂの距離は、Ｌ３（＝Ｌ１）である。初期状態では、レーザダイオード１２ｂから出射した２本のレーザビームＢｂはそれぞれ、ビームスプリッタ１３のミラー面上の点Ｓ１，Ｓ２において、コリメータレンズ１４側（図５では紙面手前側）に反射する。初期状態では、図５（ａ）に示すように、点Ｓ１，Ｓ２が副走査方向に並んでいるので、副走査方向における点Ｓ１，Ｓ２の距離は、Ｌ３である。この後、レーザビームＢｂは、コリメータレンズ１４、シリンドリカルレンズ１８、ポリゴンミラー２０及び走査レンズ２２，２４を通過する際に、主走査方向及び副走査方向のそれぞれに変倍されて感光体ドラム３２に照射する。従って、初期状態でのレーザビームＢｂの副走査方向におけるビームピッチは、コリメータレンズ１４、シリンドリカルレンズ１８、ポリゴンミラー２０及び走査レンズ２２，２４からなる光学系の副走査方向の倍率βとした場合に、βＬ３で表される。

ここで、レーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３をコリメータレンズ１４の光軸を中心としてθ２だけ回転させると、図５（ｂ）に示すように、発光点４８ａ，４８ｂもこれらの中点を中心にθ２だけ回転する。これにより、副走査方向における点Ｓ１，Ｓ２の距離は、図５（ｂ）に示すように、Ｌ４（＝Ｌ３ｃｏｓθ２＜Ｌ３）となる。その結果、第２の回転状態では、レーザビームＢｂの副走査方向におけるビームピッチは、βＬ４（＝βＬ３ｃｏｓθ２）で表される。すなわち、レーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３をコリメータレンズ１４の光軸を中心として回転させることにより、レーザビームＢｂの副走査方向におけるビームピッチを調整することができる。

（効果について）
以上のような光源装置１６及びこれを備えた光走査装置１０によれば、レーザダイオード１２ａ，１２ｂ及びビームスプリッタ１３は、共通の軸を中心として回転する。そのため、これらを保持するホルダ４０，４２のそれぞれの半径を等しくすれば、ホルダ４０，４２を一つの溝４５にて回転可能に保持することができる。これにより、ホルダ４０，４２のそれぞれに対して別々に保持機構（例えば、溝）を作製する必要がなくなる。ホルダ４０，４２の保持機構は、レーザビームＢａ，Ｂｂの副走査方向におけるビームピッチの調整に用いられるため精度よく作製される必要があるので、保持機構の数が減ることにより、簡単な構成でレーザビームＢａ，Ｂｂの副走査方向におけるビームピッチの調整を行うことができるようになる。

（変形例）
図６は、光源装置１６の変形例に係る光源装置１６ａの外観斜視図である。なお、光源装置１６ａでは、コリメータレンズ１４は省略した。

図６に示す光源装置１６ａのように、レーザダイオード１２ａを保持するホルダ４０ａとレーザダイオード１２ｂ及びビームスプリッタ１３を保持するホルダ４２ａとは、同じ半径を有する円柱形状に形成され、円筒形状のベース４４ａ内に回転可能に挿入される。これによっても、一つの保持機構によりレーザダイオード１２ａ，１２ｂ及びビームスプリッタ１３を回転可能に保持することが可能となる。また、円筒形状のベース４４ａ内にホルダ４０ａ，４２ａが挿入されているので、ホルダ４０ａ，４２ａがより安定して保持されるようになる。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る光源装置及びこれを備えた光走査装置の構成について図面を参照しながら説明する。図７は、第２の実施形態に係る光走査装置１０ａの上視図である。なお、図７において、ｙ軸は、主走査方向を示し、ｚ軸は副走査方向を示す。また、ｚ軸は、鉛直方向とも一致する。

光走査装置１０ａは、光源装置１６ｂの構成において光走査装置１０と相違点を有する。以下に、相違点である光源装置１６ｂについて説明する。図８は、光源装置１６ｂに含まれるレーザダイオード１２ａ，１２ｂ、ビームスプリッタ１３及びコリメータレンズ１４ａ,１４ｂの位置関係を示した斜視図である。なお、光走査装置１０ａの他の構成要素については、光走査装置１０の他の構成要素と同じであるので説明を省略する。

光源装置１６ｂと光源装置１６とは、レンズの枚数及び位置において相違点を有する。具体的には、光源装置１６では、コリメータレンズ１４は、図１に示すように、ビームスプリッタ１３を通過したレーザビームＢａ，Ｂｂを集光していた。一方、光源装置１６ｂでは、図７及び図８に示すように、コリメータレンズ１４ａ，１４ｂが設けられている。コリメータレンズ１４ａは、ビームスプリッタ１３に入射する前のレーザビームＢａを集光する。コリメータレンズ１４ｂは、ビームスプリッタ１３に入射する前のレーザビームＢｂを集光する。そのため、コリメータレンズ１４ａは、レーザダイオード１２ａとビームスプリッタ１３との間に配置され、コリメータレンズ１４ｂは、レーザダイオード１２ｂとビームスプリッタ１３との間に配置されている。

更に、本実施形態に係る光源装置１６ｂでは、レーザダイオード１２ａが、コリメータレンズ１４ａの光軸を中心として回転すると共に、レーザダイオード１２ｂ、コリメータレンズ１４ｂ及びビームスプリッタ１３が、コリメータレンズ１４ａの光軸を中心として一体となって回転する。これによっても、光源装置１６と同様に、レーザビームＢａ，Ｂｂの副走査方向におけるビームピッチを調整することができる。

なお、本実施形態に係る光源装置１６ｂにおいて用いられるホルダ及びベースは、光源装置１６，１６ａと同様に、図２又は図６に示される。ただし、ホルダ４０，４０ａは、レーザダイオード１２ａ及びコリメータレンズ１４ａを保持し、ホルダ４２，４２ａは、レーザダイオード１２ｂ、ビームスプリッタ１３及びコリメータレンズ１４ｂを保持する。

（その他の実施形態）
なお、本発明に係る光源装置１６，１６ａ，１６ｂ及びこれを備えた光走査装置１０，１０ａは、前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

なお、光源装置１６，１６ａは、コリメータレンズ１４を含んでいるものとしたが、コリメータレンズ１４は、必ずしも光源装置１６，１６ａに含まれていなくてもよい。従って、例えば、コリメータレンズ１４は、光源装置１６，１６ａ外であって、光走査装置１０内に設けられていてもよい。

第１の実施形態に係る光走査装置の上視図である。 第１の実施形態に係る光源装置の斜視図である。 光源装置に含まれるレーザダイオード、ビームスプリッタ及びコリメータレンズの位置関係を示した斜視図である。 レーザダイオードの外観斜視図である。 レーザダイオード及びビームスプリッタを示した図である。 変形例に係る光源装置の外観斜視図である。 第２の実施形態に係る光走査装置の上視図である。 第２の実施形態に係る光源装置に含まれるレーザダイオード、ビームスプリッタ及びコリメータレンズの位置関係を示した斜視図である。

符号の説明

１０，１０ａ 光走査装置
１２ａ，１２ｂ レーザダイオード
１３ ビームスプリッタ
１４，１４ａ，１４ｂ コリメータレンズ
１６，１６ａ，１６ｂ 光源装置
１８ シリンドリカルレンズ
２０ ポリゴンミラー
２２，２４ 走査レンズ
２６ レンズ
２８ センサ
３２ 感光体ドラム
４０，４０ａ，４２，４２ａ ホルダ
４４，４４ａ ベース
４５ 溝
４６ａ，４６ｂ，４８ａ，４８ｂ 発光点
Ｂａ，Ｂｂ レーザビーム

Claims (7)

1. 光走査装置に用いられる光源装置において、
   それぞれが複数のビームを出射する第１の光源及び第２の光源と、
   前記第１の光源が出射した第１のビームと前記第２の光源が出射した第２のビームとを合成する合成手段と、
   前記第１の光源を保持する第１のホルダと、
   前記第２の光源及び前記合成手段を保持する第２のホルダと、
   前記第１のホルダ及び前記第２のホルダを、前記所定の軸を中心に回転可能に保持するベースと、
   を備え、
   前記第１の光源、前記第２の光源及び前記合成手段は、所定の軸を中心に回転でき、
   前記第２の光源及び前記合成手段は、前記所定の軸を中心に一体となって回転でき、
   前記第１のホルダ及び前記第２のホルダは、同じ半径を有する円柱形状の部材であること、
   を特徴とする光源装置。
2. 前記第１のビームを集光する第１の集光手段を、
   更に備え、
   前記所定の軸は、前記第１の集光手段の光軸であること、
   を特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記合成手段に入射する前の前記第２のビームを集光する第２の集光手段を、
   更に備え、
   前記第２の集光手段は、前記所定の軸を中心に、前記第２の光源及び前記合成手段と共に一体となって回転できること、
   を特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１の集光手段は、前記合成手段により合成された前記第１のビーム及び前記第２のビームを集光すること、
   を特徴とする請求項２に記載の光源装置。
5. 前記合成手段は、ビームスプリッタであること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記合成手段は、前記第１のビーム及び前記第２のビームを略同じ方向に進行するように合成すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光源装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光源装置を備えること、
   を特徴とする光走査装置。

Images