CN1229665C - 扫描光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种通过对检测机构和聚光机构的相对位置进行高精度的定位、可以由检测机构可靠地检测出激光的扫描光学装置，为此，在本发明中，提供一种扫描光学装置，其具有：多束激光光源、保持构件、偏向机构、光学箱、检测机构、聚光机构，其中，多束激光光源具有多个发光点，保持构件保持所述多束激光光源，偏向机构使从所述多束激光光源射出的光偏向，光学箱收容所述偏向机构，检测机构检测被所述偏向机构偏向的光，聚光机构用于对入射到所述检测机构中的光进行聚光，其中，所述保持构件对所述检测机构进行定位，保持所述聚光机构，所述保持构件以可围绕从所述多束激光光源射出的光的光轴的方式安装在所述光学箱上。

Description

扫描光学装置

技术领域

本发明涉及一种用于激光打印机和激光传真机等成像装置中的扫描光学装置。

背景技术

图1表示在现有的成像装置中使用的扫描光学装置(例如参照日本专利公报特开2000-131634)。从半导体激光器101发出的激光被平行光管透镜102转变成平行光或会聚光，利用柱面透镜103在旋转多棱镜104上成像为线状。而且，利用旋转多棱镜104使该激光偏向，利用Fθ透镜105在感光鼓106上成像扫描。另外，被偏向的激光的一部分利用图像区域以外的部分，经由同步检测用透镜107入射到光敏元件108上，根据光敏元件108的信号进行记录和位置调整。光敏元件108与搭载半导体激光器101的回路基板100被安装在同一块回路基板上，因此，不必单独设置光敏元件108专用的另外的回路基板。若设置单独的回路基板，则由于构件数目增大和基板变为多个而导致电子回路基板变得复杂，增加了处理配线的操作，成为成本提高的原因，因而，日本专利公报特开2000-131634作为一个改进的措施被提出。

近年来，在上述结构的扫描光学装置中，面对更高的高速化，逐渐采用以高速旋转旋转多棱镜104的设计。所以，从光敏元件108检测到最初的激光到光敏元件108检测到随后的激光的时间随旋转多棱镜104越高速旋转而变的越短。在这种情况下，光敏元件108必须是具有高速应答性的，因此，需要光敏元件108的受光面尽可能的小。

因而，虽然在光敏元件108的受光面大的情况下，光敏元件108和用于将激光引导到光敏元件108上的光学元件(例如，旋转多棱镜104、同步检测用透镜107等)的相对位置关系可以不那么精密，但是在光敏元件108的受光面小的情况下，若光敏元件108和光学元件的相对位置关系没有高精度的定位，则不能利用光敏元件108对激光进行检测。

另外，如日本专利公报特开平09-230259和日本专利公报特开2002-189180那样，在使用作为半导体激光器具有多个发光点的多激光束的情况下，为了调整副扫描方向的间距，不得不旋转调整激光器保持件，这时，由于BD传感器(光敏元件)与激光器保持件形成一体，所以当激光器保持件绕光轴旋转时BD传感器也向同一方向旋转运动，难以将从光偏向器而来的扫描光读入BD传感器中。

发明内容

本发明的目的是提供一种扫描光学装置，该装置具有：多束激光光源、保持构件、偏向机构、光学箱、检测机构、聚光机构，其中，多束激光光源具有多个发光点，保持构件保持所述多束激光光源，偏向机构使从所述多束激光光源射出的光偏向，光学箱收容所述偏向机构，检测机构检测被所述偏向机构偏向的光，聚光机构用于对入射到所述检测机构中的光进行聚光，其中，所述保持构件对所述检测机构进行定位，保持所述聚光机构，所述保持构件以可围绕从所述多束激光光源射出的光的光轴的方式安装在所述光学箱上。

附图说明

图1是现有的扫描光学装置的结构图。

图2是本发明实施方式1的扫描光学装置整体的立体图。

图3是表示在不旋转调整本发明实施方式1的扫描光学装置的多束激光光源单元的情况下，到同步检测器为止的光路的图示。

图4是表示在旋转调整本发明实施方式1的扫描光学装置的多束激光光源单元的情况下，到同步检测器为止的光路的图示。

图5是表示本发明实施方式1的扫描光学装置的同步检测器的定位机构的主扫描断面图。

图6是本发明实施方式1的扫描光学装置的多束激光光源单元的透视图。

图7是本发明实施方式1的扫描光学装置的另一个例子。

图8是本发明实施方式2的多束激光光源单元的立体图。

图9A-9C是本发明实施方式3的多束激光光源单元的立体图。

图10A、10B是本发明实施方式4的多束激光光源单元的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图例示性地对本发明的优选实施方式进行详细说明。不过，记载在该实施方式中的结构部件的尺寸、材料、形状和它们的相对配置是可以根据采用本发明的装置和各种条件进行适当变化的，本发明的范围不受以下的实施方式的限制。

实施方式1

利用附图说明本发明的扫描光学装置的实施方式1。图2是扫描光学装置的立体图，图3、图4是表示旋转调整多束激光光源单元时到同步检测器为止的光路的图示，图5是表示同步检测器的定位机构的图示，图6是多束激光光源单元的立体图。

首先，利用图2的扫描光学装置的立体图说明本发明的扫描光学装置的实施例。

扫描光学装置具有：多束激光光源单元9、旋转多棱镜12、Fθ透镜14、同步检测用光学透镜15，其中，旋转多棱镜12是对从该多束激光光源单元9射出的激光进行偏向扫描的偏向机构、Fθ透镜14是将被该旋转多棱镜12偏向扫描的激光聚光到被扫描面上的成像光学系统、同步检测用光学透镜15将激光引导到作为配置在多束激光光源单元9中的检测机构的同步检测器18上，这些多束激光光源单元9、旋转多棱镜12、Fθ透镜14和同步检测用光学透镜15收容在光学盒16中。

多束激光光源单元9具有：多束激光光源9a、平行光管透镜9c、激光保持件9b、回路基板9d和同步检测器18，其中，多束激光光源9a具有振荡根据图像信息分别独立调制的激光的多个发光点、平行光管透镜9c使从多束激光光源9a射出的激光形成大致平行光的平行光管透镜、激光保持件9b是保持多束激光光源9a和平行光管透镜9c的保持构件、回路基板9d具有驱动固定在激光保持件9b上的多束激光光源9a的驱动控制部、同步检测器18安装在回路基板9d上。另外，多束激光光源9a为具有激光尖端和保护该激光尖端的的壳体的半导体激光器，通过将半导体激光器压入到激光保持件9b中来保持半导体激光器。

同步检测器18的至少一部分通过与激光保持件9b接触而保持定位，进而，在激光的入射侧，在与同步检测器18相对向的位置上设置作为将激光聚光到同步检测器18中的聚光机构的聚光透镜17，使该聚光透镜17与激光保持件9b接触，并定位保持。

这样，由于激光保持件对同步检测器和聚光透镜成一体地进行定位保持，所以可以高精度地确定同步检测器和聚光透镜的相对位置关系。

如图5所示，同步检测器18具有检测激光的受光部(光电转换部)18a、和为了保护该光电转换部18a的而高精度形成的封装部18b，该封装部18b的至少一部分通过与前述激光保持件9b接触而被定位保持。

从多束激光光源9a的发光点同时发射出多束激光，由平行光管透镜9c使激光形成平行光和会聚光，借助柱面透镜10仅在副扫描方向会聚，通过开口光圈11限制光束的宽度，在作为偏光机构的旋转多棱镜12的偏向反射面上以沿主扫描方向伸长的焦线状成像。

本实施方式中的开口光圈11配置在旋转多棱镜12附近，因此，降低了光束在旋转多棱镜12的偏向反射面上的不一致，尽量使在扫描线之间产生像差的程度没有差别。而且，由旋转多棱镜12反射的被偏向扫描的光束，被Fθ透镜14成点状聚光到感光鼓上并以一定速度扫描。

从多束激光光源单元9射出的多个激光，在被旋转多棱镜12反射进入图像区域之前从同步检测用光学系15通过，沿主扫描方向通过同步检测控制部16a，由聚光透镜17导入到一个同步检测器18中。同步检测由各光束分别独立地进行，以从该检测信号起规定的延迟时间之后作为主扫描方向的记录开始位置。

利用该结构，即使在射出多束激光的多束激光光学系统的情况下，由于多束激光被聚光透镜可靠地引导向一个同步检测器，所以不必特意设置单独的同步检测器。

在多束激光光源9a的情况下，由于有必要将副扫描方向的扫描线间隔调整到规定的间隔，所以在对多束激光光源单元9以光轴L为中心进行旋转调整之后，利用图中未示出的螺栓等将多束激光光源单元9组装到容纳扫描光学装置各部件的光学盒16中。这时，同步检测器18安装在用于使多束激光光源9a发光的回路基板9d上，由于与多束激光光源单元9形成一体而在以光轴L为中心旋转的位置上被组装到光学箱16中。

在这种状态下，若在没有聚光透镜17的情况下，则存在沿主扫描方向通过同步检测控制部16a的激光光束未进入同步检测器18的情况，不能获得同步信号(记录位置信号)。

同步检测器18在检测多个激光光束的情况下，需要具有高速反应性。因而，同步检测器受光面的面积优选尽可能的小。例如，当同步检测器受光面的大小为φ1mm、从光轴L至传感器受光面的距离为20mm时，若多束激光光源单元1绕光轴L旋转大约1.5°，则同步检测器受光面沿副扫描方向移动大约0.52mm(20×tan1.5°)，激光光束未入射到同步检测器受光面中，不能检测记录位置信号。

旋转调整角度，由于构件的加工误差和组装误差、或因像差产生的聚光位置的偏离，而没有以设计的角度配置，间距的间隔产生偏差。为了对其进行调整，采用使保持多束激光光源9a的多束激光光源单元9绕光轴旋转进行微调的方法，其旋转调整量的误差为大约±3°，因而，在组装线上，产生若无聚光透镜17不能同步检测的扫描光学装置，妨碍了效率的提高。

如图3、图4所示，表示出了在利用使聚光透镜17成一体地保持在激光保持件9b上的结构旋转调整多束激光光源单元9时，到同步检测器18为止的光路。如图3所示，在不旋转调整多束激光光源单元9的情况下，通过同步检测控制部16a的激光光束通过聚光透镜17的光轴，被同步检测器18检测出来。

图4表示在旋转调整多束激光光源单元9之后的状态，表示通过同步检测控制部16a的激光光束入射到聚光透镜17的光轴之外(图中的下侧)的情况。这时，聚光透镜17和同步检测器18的相对位置关系与旋转调整前相同，聚光透镜17相对于入射向聚光透镜17的激光光束沿垂直于光轴的方向平行移动，因而，激光光束借助聚光透镜17的聚光功能聚光到同步检测器18中。因而，由于同步检测器18和聚光透镜17成一体地旋转，所以在旋转调整多束激光光源单元9之后，也可以利用同步检测器18检测激光光束。

同步检测控制部16a与光学盒16形成一体，配置在激光光束被同步检测用光学系15聚光的位置上。通过将同步检测控制部16a配置在激光光束的聚光点上，可以高精度地检测出同步检测器18的信号检测时间。

并且，虽然前面说过，在对于同步检测器18需要高速的反应性的情况下受光面的面积优选尽可能的小，但是，在这种情况下，为了可靠地用受光面检测出激光光束，同步检测器18和聚光透镜17的相对位置关系很重要，是高精度定位所必需的。图5是表示同步检测器18的主扫描剖面的图示。同步检测器18具有检测激光光束的光电转换部(受光面)18a和透明树脂部(封装部)18b，透明树脂部(封装部)18b保护光电转换部18a并从光电转换部18a起位置精度很高地形成。

过去，同步检测器18相对于激光保持件9b的定位，存在将钎焊有同步检测器18的回路基板9d配合到激光保持件9b上的情况，但是，从可操作性的角度出发，同步检测器18的引脚(端子)和回路基板9d的钎焊部进行晃动较大的配合，不能在同步检测器18相对于回路基板9d位置精度很高的状态下进行钎焊。因而，采用将回路基板9d配合到激光保持件9b上以便定位的方法，不能保证同步检测器18相对于激光保持件9b高精度地定位。

这里，在本实施方式中，通过将从受光面18a起位置精度很高地形成的封装部18b的锥形部直接配合到激光保持件9b中，相对于激光保持件9b对受光面18a高精度地定位。在同步检测器18和激光保持件9b配合的状态下，借助图中未示出的螺栓等将回路基板9d连接、保持在激光保持件9b上。同步检测器18的锥形部在起模、安装上是优选的，但是在同步检测器18上没有锥形的情况下，也可以在激光保持件9b侧上形成锥形部，具有在对同步检测器18定位时进行导向的功能。

图6表示聚光透镜17的保持方法，表示用通过卡合保持在激光保持件9b上的方法。在激光保持件9b上形成可沿光轴方向弹性变形的卡合部9e和9f，从箭头方向组装聚光透镜17，利用扣合部9e、9f向激光保持件9b上加载。与聚光透镜17的光轴方向垂直的面内的位置必须高精度地定位，以便在同步检测器18的受光面18a上检测到激光光束。因此，在聚光透镜17的两侧从激光保持件9b突出设有定位肋9g和9h，通过类似嵌合的方式将聚光透镜17插入其间。

在聚光透镜17的组装方向上的定位，是通过使半球状凸起部17a、17b、17c、17d从聚光透镜17突出，使钩挂部9i、9j从激光保持件9b突出，借此将凸起部17a、17c配合到钩挂部9i、9j上进行的。卡合部9e、9f从对向侧向凸起部17a、17b、17c、17d之间加载，限制聚光透镜17的光轴方向的位置和绕与光轴垂直方向的轴线的旋转。

另外，将聚光透镜17保持在激光保持件9b上的方法不限于卡合方式，也可以从激光保持件9b或聚光透镜17突出设置定位构件，进行聚光透镜17相对于激光保持件9b的定位，利用单个的弹性构件进行固定。进而，激光保持件9b的卡合部9e、9f采用可沿光轴方向弹性变形的形态，但是，也可以采用可沿与光轴垂直的方向弹性变形的形态，在这种情况下，聚光透镜17形成向定位肋9g、9h的任何一个上加载的结构。

并且，相对于通过聚光透镜17的该透镜的激光光束的姿态，存在当激光光束正对聚光透镜17时，产生向多束激光光源返回光的情况，因而，优选将聚光透镜17相对于激光光束倾斜地配置。

在本实施方式中，采用将同步检测器18配置在由同步检测器18检测的激光不经过Fθ透镜14的位置上的结构，但是也可以采用利用同步检测器18检测通过Fθ透镜14的激光光束的结构。图7是表示该结构的扫描光学装置的立体图。在该图中，19是同步检测反光镜，其它的结构与本实施例一样，相同的符号表示相同的构件。同步检测控制部16a配置在Fθ透镜14的聚光点上，借此，可以尽可能地抑制各个激光光束的记录位置的相对偏离量。

例如，采用不通过Fθ透镜14，将同步检测控制部16a配置在同步检测用光学系统15的聚光点上的结构，各激光光束在图像上的记录位置的相对偏离与Fθ透镜14的焦点距离和同步检测用光学系统15的焦点距离的比率成比例。例如，上述比率为3∶1的情况下，由同步检测器18产生的各激光光束检测时间的相对偏离量在图像上成为3倍的记录位置偏离量。但是，采用将同步检测控制部16a配置在Fθ透镜14的聚光点上的结构，由于由同步检测控制部16a产生的各激光光束的检测时间的相对偏离量和在图像上的记录位置的相对偏离量相同，所以可以尽可能地抑制输出位置的相对偏离量。

这样，使同步检测器18的封装部18b的外形直接与激光保持件9b配合并将同步检测器18定位于激光保持件9b上，在对向侧上设置用于将聚光透镜17定位于激光保持件9b上的定位肋9g、9h和卡合件9e、9f，借此，可以使同步检测器18和聚光透镜17相对于激光保持件9b的位置高精度地定位，并且可以使同步检测器18和聚光透镜17的相对位置高精度地定位。因此，在对多束激光光源单元9进行旋转调整之后，也可以可靠地使激光光束进入同步检测器18的受光面18a。

实施方式2

图8是本发明的实施方式2的多束激光光源单元的立体图。

在该图中，20a、20b是用于将聚光透镜17固定到激光保持件9b上的粘结剂，其它结构与实施方式1一样，相同的符号表示相同的构件，并省略对其的说明。

在上述结构中，聚光透镜17与实施方式1一样借助从激光保持件9b突出的卡合部9e和9f对激光保持件9加载。对于多束激光光源，在有必要用同步检测器18检测各激光光束的情况下，同步检测器18需要具有高速的反应性。

因而，信号检测传感器受光部的大小优选尽可能的小。若传感器受光部的大小减小，则对于用于使激光光束向同步检测器受光部聚光的聚光透镜17的同步检测器18的定位精度也有必要高精度地进行，仅通过简单地将聚光透镜17组装到激光保持件9b上，难以获得所需的位置精度。

因此，作为在利用卡合部9e和9f将聚光透镜17向激光保持件9b加载之后、可以沿与光轴方向垂直的方向移动的结构，将聚光透镜17进行位置调整到通过聚光透镜17的激光光束全部进入同步检测器18的受光面的位置上，在该位置上，利用粘结剂20a、20b固定聚光透镜17和激光保持件9b。粘结剂20a、20b优选为在短时间内硬化的紫外线硬化型粘结剂。

这样，在同步检测器18的受光部小、聚光透镜17对激光保持件9b的定位困难的情况下，进行激光透镜17的位置调整，然后，通过利用粘结剂固定光学元件17和激光保持件9b，形成与实施例1相同的结构，可以获得同样的作用。

实施方式3

图9A至9C是本发明实施方式3的多束激光光源单元的立体图。

在该图中，聚光透镜44与激光保持件33一体地形成于作为受光元件的BD传感器42的入射侧近前部，以便获取偏向反射的光束31b。容纳聚光透镜44的镜筒44a可以通过与激光保持件33成一体的树脂成型构成，或者也可以是将单独的构件组装起来。

在这种结构中，如图9B和图9C所示的激光保持件33绕光轴31a旋转，BD传感器42向同一方向旋转移动，即使与扫描光31b偏离，由于从光偏向器而来的扫描光31b入射到设置在BD传感器42的入射侧上的聚光透镜44内，所以可以将扫描光31b作为光信号可靠地聚光、输入到BD传感器42内。

另外，焦点距离f的聚光透镜44最好保持、设置在从BD传感器42的入射面到近前部的距离为f的位置上。这样，由于通过聚光透镜44内的光31b在上述聚光透镜44的焦点距离的位置上与焦点相连，从而若将BD传感器42配置到该位置上则可以更为正确地将光信号的波形输入到BD传感器42中，所以能进行更高精度的信号检测。另外，最好聚光透镜副扫描方向的直径Y和从激光发光部起的副扫描方向的光束直径R的关系满足下式。

R≤Y≤3R

Y：第二聚光透镜副扫描方向直径

R：从激光发光部起的副扫描方向的光束直径

作为与从激光发光部31而来的出射光31a的光束直径R相同或较之更大的原因是，即使在不受独立于聚光透镜44的BD聚光透镜(图中未示出)限制、入射近似平行光束的光束时，聚光透镜也可以可靠地获得光线，作为可以导入到BD传感器112内的直径大小，为最低限度所必需的直径。另外，作为上限是从激光发光部31而来的出射光31a光束直径R的3倍以下的原因是，即使在以不由独立于聚光透镜44的BD聚光透镜(图中未示出)限制的近似平行光束的光束入射时，由于根据出射光束直径的程度进行旋转调整，所以可以容易地进行调整操作。这时，将旋转调整的程度也考虑在内的聚光透镜副扫描方向直径Y由下式表示。

Y＝2L×tanθ+R≤3R

L：从多个发光点中心至BD传感器中心的距离

θ：激光单元旋转调整角度

R：从激光发光部起的副扫描方向的光束直径

在此，若对本实施方式进行具体的说明，则由于L＝50mm、R＝2mm、θ＝2°，因而，

Y＝2L×tanθ+R≈5.5mm

这样，则在从激光发光部而来的副扫描方向的光束直径R的3倍以下，若考虑到通常的激光单元旋转调整角度在±2°以内，则本结构可以充分满足要求。通过这样的设定，从BD聚光透镜(图中未示出)而来的光束不论是平行光还是会聚光，一定可以将从光偏向器而来的扫描光31b入射到聚光透镜44内，因而，能将扫描光31b作为光信号可靠地输入到BD传感器42内。

实施方式4

图10A、B是本发明实施方式4的多束激光光源单元的立体图。

实施方式4的特征在于，实施方式3的与激光保持件成一体的聚光透镜是由柱面透镜形成的。

因此，由于实施方式4的其它结构与实施方式3是共通的，所以，在图10A中对于相同的部分采用相同的符号并省略详细的说明。在本结构中，利用柱面透镜45形成聚光透镜。由于柱面透镜45具有圆柱的折射面45a，所以如图10所示向透镜的曲率方向聚光，由于在长度45c的方向上不发生作用，所以在BD传感器42的入射侧设置狭缝状的开口部的情况下非常有效。特别地，由于对于在半导体激光器41中配有多个发光点的多激光光束时主扫描方向的记录时间是很重要的，所以希望尽量避免扫描光41b向主扫描方向折射。

借助这样的结构，激光保持件43绕光轴旋转，并且BD传感器42向相同方向旋转移动，即使与被偏向反射的光束31b相脱离，也可以使从光偏向器偏向反射的光束31b入射到聚光透镜44的有效直径内，不必说，当然可以将扫描光作为光信号可靠地输入到BD传感器42内，而且，由于可以尽量减小利用配有多个发光点的多激光光束进行的主扫描方向的记录时间的误差因素，所以可以提供调整非常简单且可靠性高的偏向扫描装置。

以上，对本发明的实施例进行了说明，但是本发明不受上述实施例的任何限制，可以在本发明的技术思想内进行任意的变形。

Claims (6)

1.一种扫描光学装置，包括：多束激光光源、保持构件、偏向机构、光学箱、检测机构、聚光机构，其中，多束激光光源具有多个发光点，保持构件保持所述多束激光光源，偏向机构使从所述多束激光光源射出的光偏向，光学箱收容所述偏向机构，检测机构检测被所述偏向机构偏向的光，聚光机构用于对入射到所述检测机构中的光进行聚光，其中，所述保持构件对所述检测机构进行定位，保持所述聚光机构，所述保持构件以可绕从所述多束激光光源射出的光的光轴旋转的方式安装在所述光学箱上。

2.如权利要求1所述的扫描光学装置，所述保持构件具有分别对所述检测机构和所述聚光机构进行定位的定位部。

3.如权利要求2所述的扫描光学装置，所述检测机构具有对光进行检测的受光部和容纳所述受光部并使光透过的封装部，通过所述封装部的一部分与所述保持构件接触，所述检测机构定位于所述保持构件上。

4.如权利要求2所述的扫描光学装置，所述聚光机构可沿与入射到所述检测机构中的光的轴线方向垂直的方向移动。

5.如权利要求1所述的扫描光学装置，所述聚光机构的光入射侧的表面相对于入射光倾斜。

6.如权利要求1所述的扫描光学装置，所述聚光机构的副扫描方向直径Y和从所述多束激光光源射出的光的副扫描方向的光束直径R的关系满足下式：R≤Y≤3R。

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