JP2005004208A - 光走査装置のＦθレンズ及び光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｆθレンズのリブ部の長さをＦθレンズの鏡面部に対して可変的に形成して射出成形時の有効鏡面部の歪曲を減少させる。
【解決手段】 入射された光をスキャン面上に焦点を合せる鏡面部と，鏡面部の両側に形成されて鏡面部を保護するリブ部とを具備し，リブ部の高さが鏡面部の頂点に対して凸部ではさらに高く，凹部ではさらに低く可変的に形成されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は，光走査装置のＦθレンズ及び光走査装置に関し，さらに詳細には，印刷機器などに使用される光走査装置のＦシータテータ（以下，Ｆθ）レンズ及びこれを備えた光走査装置に関する。

従来においては， 例えば，レーザプリンタなどの印刷機器には，感光体に光を走査することによって印刷しようとするイメージに対応する静電潜像を形成する光走査装置が備えられている。

このような光走査装置は，一般的に，図１に図示される光学系を備えている。即ち，光学系は，レーザ光を出射するレーザダイオード１００，出射されたレーザ光を光軸に対して平行光または収斂光にするコリメートレンズ１０１，コリメートレンズ１０１の全面に付着されて通過するレーザ光を制限するスリット１０２，スリット１０２を通過したレーザ光を水平方向に等線速で移動させてスキャンする多角形ミラー１０４，レーザ光を多角形ミラー１０４の表面に水平方向の線形に結像させるシリンダーレンズ１０３，多角形ミラー１０４を等速で回転させるモータ１０５，光軸に対して一定の屈折率を持って多角形ミラー１０４から反射された等速の光を主スキャン方向に偏光させ，かつ収差を補正してスキャン面上に焦点を合せるＦθレンズ１１０，そのＦθレンズ１１０を通過したレーザ光を反射させて結像面である感光ドラム１０８の表面に点状に結像させる結像用反射ミラー１０７，レーザ光を受光して水平同期を合せるための光センサー１０６，同期検出用光センサー１０６側にレーザ光を反射させる同期信号検出用反射ミラー１０９などの光学要素から構成される。

例えば，特許文献１には，Ｆθレンズの鏡面部外側に同じ高さのリブ部をＦθレンズの全面にかけて形成することによって収縮量の偏差を低減したＦθレンズが開示されている。

図２は，図１のＦθレンズの拡大側面図であり，Ａ−Ａ’及びＢ−Ｂ’線断面図を共に図示している。

図２に示すように，Ｆθレンズ１１０は，多角形ミラー１０４から入射された光の焦点をスキャン面上に合せる鏡面部１１１と，鏡面部１１１の両側に形成されて鏡面部１１１を保護するリブ部１１２とを具備する。なお，図中において，理解を容易にするために，鏡面部１１１とリブ部１１２とを区別して表示しているが，実際には，Ｆθレンズ１１０は一つの本体に形成される。

鏡面部１１１は，鴎型の波形を持つレンズであって，光路方向に凸部１１１ａと凹部１１１ｂとが連続形成されている。凹部１１１ｂは，Ｆθレンズ１１０の長手方向での中央部であり，凸部１１１ａより光路方向にさらに厚く形成されている。また，レーザ光の入射面及びレーザ光の出射面は，各々光路方向に丸く形成されている。

リブ部１１２は，出射面の鏡面部１１１の頂点よりも所定高さだけ（例えば，１ｍｍ程度高く）形成されている。このように，リブ部１１２が有効鏡面の表面より高く形成されるのは，製造されたＦθレンズ１１０をケースに保管する際に，鏡面部１１１（特，にレーザ光が実際に通過する有効鏡面部）がスクラッチされることを防止するためである。

かかるＦθレンズ１１０は，生産性向上及びコストダウンのためにプラスチックで射出成形される傾向にある。

特開平５−１８８２８５号公報 特開昭６２−２５５９１５号公報 特開平５−０１１２０１号公報 特開平５−１３４１９７号公報 大韓民国特許公開１９９６−００９６３７号公報明細書 米国特許５，８０８，７７５号公報明細書

しかしながら，上記特許文献１に開示されたＦθレンズは後述する残留応力を有する，という問題がある。以下，説明する。

図３は，プラスチック材質のＦθレンズを射出成形時において，モールドによってＦθレンズに残留応力が生じることを示す模式図である。

図３に示すように，モールド１２０内で冷却過程のＦθレンズ１１０は，その中央を中心に一定の割合で収縮する。Ｆθレンズ１１０の収縮率は，使用されるプラスチック材質及び工程条件（例えば，射出温度，射出成形圧力など）によって異なるが，ほぼ１％内外であり，成形厚さが大きいほど収縮量が大きくなる。射出成形されたＦθレンズ１１０の収縮時において，鏡面部１１１の両側より高く形成されたリブ部１１２は，Ｆθレンズ１１０の中央側に樹脂が収縮する際に，リブ部１１２が金型壁面１２０ａによってその収縮が制限されるため，鏡面部１１１の端部にベンディングモーメントによる残留応力が発生する。このため，有効鏡面部１１１の両側の形状誤差が深刻になる，という問題がある。

図４は，射出成形による従来のＦθレンズの鏡面部の残留応力の偏差を示すグラフ図であり，測定近似値を基準にフィットした図面である。図４に示すように，測定された鏡面部１１１の長さが光路方向から約４ｍｍであり，鏡面部１１１の両側での残留応力が大きいことが分かる。

したがって，本発明の目的は，Ｆθレンズのリブ部の長さをＦθレンズの鏡面部に対して可変的に形成して射出成形時の有効鏡面部の歪曲を減少させることが可能な新規かつ改良された光走査装置のＦθレンズ及びこれを備えた光走査装置を提供することにある。

上記目的を達成するため，本発明の第１の観点においては，入射された光をスキャン面上に焦点を合せる鏡面部と，前記鏡面部の両側に形成されて前記鏡面部を保護するリブ部とを具備する光走査装置のＦθレンズにおいて，前記リブ部の高さが前記鏡面部の頂点に対して可変的に形成されている，ことを特徴とする光走査装置のＦθレンズが提供される。

また，前記Ｆθレンズは，光路方向に凸部と凹部とが連続形成される，如く構成するのが好ましい。

また，前記凸部において，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の頂点よりも高く形成され，前記凹部で，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の頂点よりも低く形成される，如く構成するのが好ましい。

また，前記鏡面部及び前記リブ部は一体型に形成される，如く構成するのが好ましい。

上記課題を解決するため，本発明の第２の観点においては，光源と，前記光源からの出射光を光軸に対して平行光または収斂光にするコリメートレンズと，前記コリメートレンズを通過した光をスキャンする多角形ミラーと，前記多角形ミラーを回転させるモータと，前記多角形ミラーから反射された光を受けてスキャン面上に焦点を合せるＦθレンズとを具備し，前記Ｆθレンズは，前記光が入射されて通過する鏡面部と，前記鏡面部の両側に形成されて前記鏡面部を保護するリブ部とで形成され，前記鏡面部の頂点に対して前記リブ部の高さが可変的に形成されている，ことを特徴とする光走査装置が提供される。

本発明にかかる光走査装置のＦθレンズは，取扱時に外部と接触する凸部の外側のリブ部の高さが凸部の頂点より高く形成されているので，リブ部が鏡面部を保護する。また，その厚さが厚く形成される凹部では，リブ部の高さが対応凹部の頂点よりも低く形成されているので，射出成形時において，凸部と凹部間の樹脂量偏差による収縮誤差を低減することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図５は，本発明の第１の実施の形態にかかる光走査装置のＦθレンズの概略的構成を示す側面図であり，Ｄ−Ｄ’及びＥ−Ｅ’線断面図をともに図示している。

図５に示すように，Ｆθレンズ２１０は，多角形ミラー（図１の１０４）から入射された光の焦点をスキャン面上に合せる鏡面部２１１と，鏡面部２１１の両側に形成されて鏡面部２１１を保護するリブ部２１２とを具備する。図中において，理解をｗ容易にするために，鏡面部２１１とリブ部２１２とを区別して表示しているが，実際は，Ｆθレンズ２１０は一つの本体に射出成形される。

鏡面部２１１は，鴎型の波形を持つレンズであって，光路方向に凸部２１１ａと凹部２１１ｂとが連続形成されている。凹部２１１ｂは，Ｆθレンズ２１０の長手方向での中央部であり，凸部２１１ａより光路方向にさらに厚く形成されている。また，レーザ光の入射面及びレーザ光の出射面は，各々，光路方向に丸く形成されている。

リブ部２１２は，鏡面部２１１の形状と類似して鴎型に形成されている。Ｄ−Ｄ’線断面図に示すように，リブ部２１２は，出射面の鏡面部２１１の頂点よりも所定高さだけ高く（例えば１ｍｍ程度高く）形成されている。このように，リブ部２１２が凸部２１１ａで鏡面部２１１の頂点よりも高く形成されることは，製造されたＦθレンズ２１０をケースに保管する際に，鏡面部２１１（特に，レーザ光が実際に通過する有効鏡面部）がスクラッチされることを防止するためである。

一方，Ｅ−Ｅ’線断面図に示すように，凹部２１１ｂの側面に形成されたリブ部２１２の高さは，凹部２１１ｂの両端部と同じ高さに形成されていることが理解される。このように，凹部２１１ｂに対応するリブ部２１２の高さが凹部２１１ａの頂点よりも低く形成されているので，頂点がリブ部２１２から突設されることになるが，Ｆθレンズ２１０の取扱の際には，凹部２１１ｂに該当するＦθレンズの部分は，両側（即ち，凸部２１１ａのリブ部２１２）によって外部との直接接触が防止される。

かかるＦθレンズ２１０は，生産性向上及びコストダウンのためにプラスチックで射出成形される傾向にある。

図６は，図５のプラスチック材質のＦθレンズの射出成形時の収縮現象を示す模式図であって，凹部での収縮現象を示す模式図である。

図６に示すように，モールド２２０内で冷却過程のＦθレンズ２１０は，その中央を中心に一定の割合で収縮する。Ｆθレンズ２１０の収縮率は，使用されるプラスチック材質及び工程条件（例えば，射出温度，射出成形圧力など）によって異なるが，ほぼ１％内外であり，成形厚さが厚いほど収縮量が大きくなる。射出成形されたＦθレンズ２１０の収縮の際には，鏡面部２１１の凹部２１１ｂの両側と同じ高さに形成されたリブ部２１２は，Ｆθレンズ２１０の中央側に樹脂が一定の割合で収縮される。したがって，従来のように金型壁面２２０ａによって収縮が制限されないので，鏡面部２１１の端部には曲げモーメントによる残留応力が発生しない。

図７は，Ｆθレンズの射出成形による鏡面部の残留応力による鏡面部の偏差を示すグラフ図であって，測定近似値を基準にフィットした図面である。図７に示すように，測定された鏡面部２１１の長さが約４ｍｍであり，鏡面部２１１の凹部２１１ｂでの両側での残留応力が殆ど存在しないことが分かる。

一方，凹部２１１ｂは，Ｆθレンズ２１０の光路方向にその厚さが最も厚いために同じ収縮率を持つＦθレンズ２１０の収縮による収縮量が最も大きい部分である。したがって，凹部２１１ｂでの収縮誤差を大きく低減することができ，また，凹部２１１ｂでの樹脂量を減らし，凸部２１１ａでの樹脂量を相対的に増やすことによって，Ｆθレンズ全般にわたって収縮量の偏差を減らすことができる。

なお，図６では，凹部の端部の高さとリブ部の高さとが同じであるように図示しているが，リブ部の高さを凹部の端部より低くなるように形成して，Ｆθレンズ全般にわたって樹脂量の偏差をさらに低減するように構成することもできる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，レーザプリンタなどの印刷機器に適用可能である。

一般的な光走査装置の内部光学系配置構造を示す構成図である。 図１のＦθレンズの拡大側面図と，Ａ−Ａ’及びＢ−Ｂ’線断面図である。 プラスチック材質のＦθレンズの射出成形時，モールドによってＦθレンズに残留応力が生じることを示す模式図である。 射出成形による従来のＦθレンズの鏡面部の残留応力の偏差を示すグラフである。 本発明の好ましい実施例による光走査装置のＦθレンズの概略的な側面図と，Ｄ−Ｄ’及びＥ−Ｅ’線断面図である。 図５のプラスチック材質のＦθレンズの射出成形時の収縮現象を示す模式図である。 図５の射出成形によるＦθレンズの鏡面部の残留応力の偏差を示すグラフである。

符号の説明

２１０ Ｆθレンズ
２１１ 鏡面部
２１１ａ 凸部
２１１ｂ 凹部
２１２ リブ部

Claims (12)

1. 入射光をスキャン面上に焦点を合せる鏡面部と，前記鏡面部の両側に形成されて前記鏡面部を保護するリブ部とを具備する光走査装置のＦθレンズにおいて，
   前記リブ部の高さは，前記鏡面部の頂点に対して可変的に形成されている，ことを特徴とする光走査装置のＦθレンズ。
2. 前記Ｆθレンズは，光路方向に凸部と凹部とが連続形成されている，ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置のＦθレンズ。
3. 前記凸部において，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の頂点よりも高く形成されている，ことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置のＦθレンズ。
4. 前記凹部において，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の頂点より低く形成されている，ことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置のＦθレンズ。
5. 前記凹部において，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の端部以下となるように低く形成されている，ことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置のＦθレンズ。
6. 前記鏡面部及び前記リブ部は，一体型に形成されている，ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置のＦθレンズ。
7. 光源と，前記光源からの出射光を光軸に対して平行光または収斂光にするコリメートレンズと，前記コリメートレンズを通過した光をスキャンする多角形ミラーと，前記多角形ミラーを回転させるモータと，前記多角形ミラーからの反射光を受けてスキャン面上に焦点を合せるＦθレンズとを具備する光走査装置において，
   前記Ｆθレンズは，前記光が入射されて通過する鏡面部と，前記鏡面部の両側に形成されて前記鏡面部を保護するリブ部とで形成され，
   前記リブ部の高さは，前記鏡面部の頂点に対して可変的に形成されている，ことを特徴とする光走査装置。
8. 前記Ｆθレンズは，光路方向に凸部と凹部とが連続形成されている，ことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記凸部において，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の頂点よりも高く形成されている，ことを特徴とする請求項８に記載の光走査装置。
10. 前記凹部において，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の頂点よりも低く形成されている，ことを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. 前記凹部において，前記リブ部の前記高さは前記鏡面部の端部以下となるように低く形成されている，ことを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
12. 前記鏡面部及び前記リブ部は，一体型に形成されている，ことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。

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