JP2005156773A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査レンズの温度分布を均一に保ち、走査線の左右倍率差を抑制する。
【解決手段】 走査光学装置は、結像レンズへの送風を遮断する遮蔽部材を備える。遮蔽部材は、レーザ光の走査線上に開口部を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、カラー電子写真プロセスを有するレーザビームプリンタやデジタル複写機等のカラー画像形成装置に好適であり、特に、各色間の走査線ずれを抑えてカラー画像情報を記録する走査光学装置に関するものである。

従来例である走査光学装置の光学系を図10に示す。

1は光源である半導体レーザ、2は半導体レーザ1から出射されたレーザ光αを所定形状にするコリメータレンズ、3は副走査方向のみ屈折率をもつシリンドリカルレンズ、4はレーザ光のスポット径を決定する光学絞り、5は集光された光束の線像近傍に反射面を有する回転多面鏡、6は回転多面鏡5の回転手段である偏向走査装置、7，8は結像レンズでそれぞれトーリックレンズ、fθレンズ又は回折光学素子であり、結像レンズ8は回転多面鏡4の偏向反射面で反射される光束が感光体上においてスポットを形成するように集光され、また、前記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。

9，10は走査開始信号検出機構である。偏向走査されたレーザ光αの一部は検出ミラー9によって走査開始信号検出器10へ入射され、そこからの出力信号により光源である半導体レーザ1から出射されるレーザ光αが書き込みの変調を開始する。

11は偏向走査されたレーザ光αを感光体（不図示）へ反射する反射ミラー、12は各要素の筐体である光学箱、13は上述したこれらの光学要素を収納した前記光学箱12を密閉する蓋である。

上記構成において、半導体レーザ1とコリメータレンズ2とからユニット化されたレーザ光源装置から出射するレーザ光αは、シリンドリカルレンズ3、光学絞り4を経て、回転多面鏡5によりレーザ光αを周期的に偏向させ、結像光学系の光学素子7、8によって感光体面上（不図示）に画像記録を行っている。

なお、感光体に結像するレーザ光が、回転多面鏡の回転方向に走査（主走査）することで、走査線を形成し、図示しない感光体が回転する（副走査）ことにより、静電潜像が形成される。

また、偏向走査装置6は光学箱12と走査レンズ7と蓋13で囲まれて、密閉されている。これは、光学部品の中でも特に、回転多面鏡5の防塵の必要性からなる構成であり、具体的には、回転多面鏡が高速回転することによるレーザ光αの反射面への塵埃付着を防止することを目的としている。

走査レンズにおいては、レーザ光を偏向走査する際に、変形していたり、取付状態が安定していない場合、像面上において、走査線に「曲がり」や左右で倍率が異なる「片倍率差」を生じる。これらは特に、カラー画像形成装置において、複数の走査光学装置で形成する場合、複数の走査線を重ね合わせる為、各走査線の相対差が色ずれとして画像劣化の要因になる。具体的には、光学部品を単純に取り付けると、取付精度のばらつきにより、各色の走査線の「曲がり」、「片倍率」が誤差をもつことで、十分に走査線が重ならずに、高精細な画像形成が困難になる。これらの走査線の状態を図6に示す。該図からも分かるように、全ての走査線が正確に重ならずにずれを生じる。よって、厳密な調整と、安定した固定方法が必要であり、カラー画像を高精細に形成するには、「曲がり」や「片倍率差」を十分に抑えると同時に、各走査線の相対差を抑制することが重要とされる。
特開2001-194609号

しかしながら、上記従来技術によれば、高精細なカラー画像を形成する際には、走査レンズを調整組立することが必要とされ、このような問題への対策の一つとして、特開2001-194609号のような提案がなされている。例としては、走査レンズを図8に示した長手方向（Y軸）に平行移動することで図7のように片倍率を調整し、図8に示したX軸まわりに回転させることにより、曲がり調整を行う。かかる後に、走査レンズを接着固定をすることで、走査線を高精度に調整し、正規の状態に近づけ、その状態を安定して固定することが可能である。上記対策で対応可能であるが、調整組立後の安定性として温度変化の影響に関しては、問題があった。特に上述した像面上で左右差を生じる「片倍率」に関しては、各走査レンズの光軸ずれ（図7-1）としてだけで発生するのではなく、温度上昇による影響もある。具体的には、発熱体である偏向走査装置6を密閉し、温度上昇を生じることは好ましくない。特に近年、レンズの材質はコストダウン等を目的とし、プラスチックレンズを使用するが、線膨張係数が比較的大きいことや、走査レンズは光学配置上、発熱体である偏向走査装置6に近接することから、熱影響を受け易い。

偏向走査装置6は回路基板一体型で、動作すると同時に高温となる発熱体近傍部6aが存在する。発熱部はICや巻線などである。本従来例では、回転多面鏡５の上側に発熱体近傍部6aがある例を示す。

つまり、偏向走査装置6が光学箱12と走査レンズ7と蓋13に密閉されている為、その閉塞内部は昇温する。

特に、走査レンズ7の偏向走査装置側のレンズ面は温度上昇がより著しい上、発熱体近傍部6ａが走査レンズ7の光軸中心からずれを生じていることから、温度差を左右に持つ。このように温度上昇するのは、回転多面鏡5の回転による送風（温風）を直接受けるからである。各走査レンズの調整組付けを高精度に行い光軸ずれが無くとも、温度上昇の影響により、走査レンズが温度分布に左右差を持ちながら、熱膨張することで熱変形（図7-2）を起こし、「片倍率差」となる。

よって、走査レンズ間の光軸ずれに加えて、走査レンズが温度分布を持つことで、屈折率や走査レンズ形状が変化して走査線の片倍率差を生じ、各走査線のずれとなる。従って、画像品質が低下する恐れがあった。

そこで本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、走査レンズに温風が直接当たって、著しく温度上昇し、走査レンズの左右に温度差が生じることによる影響を緩和し、走査線の片倍率差を生じない走査光学装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本出願に係る第一の発明は、光源である半導体レーザを有する光源装置と、偏向走査手段である偏向走査装置と回転多面鏡により前記光源装置から出射する光束を偏向する偏向走査装置と、偏向された光束を所定面上に結像させる少なくとも1つ以上の走査レンズと、これらの部材を収納する光学箱と、該光学箱を閉塞する蓋によって構成される走査光学装置において、前記走査レンズを前記偏向走査装置配置側からの送風より遮断する遮蔽部材を備え、前記遮蔽部材がレーザ光の走査線上に開口部を有することを特徴とする走査光学装置である。

上記構成において、偏向走査装置近傍に配置される走査レンズは、遮蔽部材によって、発熱体による熱影響を受け難く、回転多面鏡の回転による送風（温風）を直接受けない為、温度上昇を緩和する。

上記目的を達成する為に、本出願に係る第二の発明は、遮蔽部材がレンズ固定手段を有することを特徴とする走査光学装置である。

上記構成において、熱影響を緩和すると同時に走査レンズを固定保持する。

上記目的を達成する為に、本出願に係る第三の発明は、遮蔽部材及び、前記蓋が金属であり、互いに当接していることを特徴とする走査光学装置である。

上記構成において、偏向走査装置と走査レンズと光学箱と蓋における密閉空間内の昇温及び、回転多面鏡による送風によって遮蔽部材が吸収した熱は、蓋を介して外部へ放熱する。

上記目的を達成する為に、本出願に係る第四の発明は、レーザ光が最終透過する前記走査レンズは、回折光学素子であることを特徴とする走査光学装置である。

上記構成において、走査レンズが回折光学素子であることから、屈折光学素子と比較して、スポット径等の光学性能が悪化することを抑制しながら、走査線の高精度な補正が可能である。

上記目的を達成する為に、本出願に係る第五の発明は、遮蔽部材が光学箱と一体成形されていることを特徴とする走査光学装置である。

上記構成において、遮蔽手段として他部品を必要とせず、光学箱に一体化している。

上記目的を達成する為に、本出願に係る第六の発明は、前記遮蔽部材が前記光学箱を閉塞する蓋とを一体成形することを特徴とする偏向走査装置。

上記構成において、遮蔽手段として他部品を必要とせず、光学箱を閉塞する蓋と一体化している。

上記目的を達成する為に、本出願に係る第七の発明は、上述の走査光学装置を複数搭載する画像形成装置である。

上記構成において、走査線ずれを抑制する高精度な画像形成装置となる。

以上説明したように、本発明によれば、走査レンズを偏向走査装置配置側からの送風より遮断する遮蔽部材を備え、遮蔽部材がレーザ光の走査線上に開口部を有することで、走査レンズへの熱を緩和し、かつ左右対称の温度分布を維持する。よって、温度変化による熱影響が光学性能を損なうことは無く、特に片倍率差を抑制できる効果を得る。

（実施例１）
図1は本発明の特徴を最も良く表す走査光学装置の光学系を示す。

1は光源である半導体レーザ。

2は半導体レーザ1から出射されたレーザ光αを所定形状にするコリメータレンズ。

3は所定の屈折率をもつシリンドリカルレンズ。

4はレーザ光のスポット径を決定する光学絞り。

5は集光された光束の線像近傍に反射面を有する回転多面鏡。

6は回転多面鏡5回転手段である偏向走査装置。

7、8は結像レンズであり、それぞれトーリックレンズ、回折光学素子。

結像レンズ8は、回転多面鏡4の偏向反射面で反射される光束が感光体上においてスポットを形成するように集光され、また、前記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。

7aはレーザ光の走査線上に開口部7bをもち、走査レンズ7への空気の流れを遮断する遮蔽部材。（図2）
9、10は走査開始信号検出機構である。

偏向走査されたレーザ光αの一部は検出ミラー9によって走査開始信号検出器10へ入射され、そこからの出力信号により光源である半導体レーザ1から出射されるレーザ光αが書き込みの変調を開始する。

12は各要素の筐体である光学箱。

13は上述したこれらの光学要素を収納した前記光学箱12を密閉する蓋。

上記構成において、半導体レーザ1とコリメータレンズ2とからユニット化されたレーザ光源装置から出射するレーザ光αは、シリンドリカルレンズ3、光学絞り4を経て、回転多面鏡5によりレーザ光αを周期的に偏向させ、結像光学系の光学素子7、8によって感光体面上（不図示）に画像記録を行っている。

光学箱12内部の密閉空間は、偏向走査装置6が備える回転多面鏡5によって空気の流れができ、流動性をもつ。（図4）
遮蔽部材7aは、走査レンズ7を金属ばねで固定し、かつ位置決め固定される。

なお、光学箱内部の空気の流れに応じて、遮蔽部材は走査レンズ7の表裏面（外周部）への送風を遮断して、熱影響を受け難くする任意の形状でも可能とする。

上記構成において、特に、偏向走査装置6近傍に取付られる走査レンズ7は、偏向走査装置6自体による温度上昇及び、回転多面鏡5による温風を直接受けることなく、遮蔽部材7aにより一部材介すこと、又は送風を遮断することによって、熱影響を与えにくい。（図2）
また、遮蔽部材は金属であることから、放熱性に優れ、走査レンズ7周辺の昇温をより抑制できる。

なお、開口部7b（スリット）が十分に小さいことにより、偏向走査装置6による送風を遮断するが、レーザ光αのスポットはさらに微小であることから、遮蔽部材7aに走査線をけられることなく、正規のスポット形状を損わずに、画像記録を行う。

図5は、上述した状態の走査レンズ左右での温度差と片倍率差をそれぞれ示した図である。

常温時に対して、光学箱12内部が昇温した状態で、走査レンズ7に遮蔽部材7ａを配置することで、走査レンズ7の左右温度差が低減できる効果が分かる。また、同時に走査レンズ7の温度差を抑制することで、片倍率差も抑えることが可能になる。

従って、遮蔽部材7ａにより、温風を遮断することで。走査レンズ7は左右対称に温度分布を保つことで、左右の温度差を抑制し、同時に片倍率を低減する。

さらに、本発明によれば、下記構成においても同様な効果を得る。

図3-1は、遮蔽部材7ａが走査レンズ7の固定手段を兼ね備えている例を示した図である。

光学箱に配置されるリブ、ボス等により、位置決めされた走査レンズ7は、遮蔽部材7ａが備えた板ばね部にて固定され、同時に温風から遮断される。

図3-2は、遮蔽部材7ａの放熱効果を示した図である。遮蔽部材7ａ、光学箱蓋13部材が金属であり、互いに接合することで、遮蔽部材7ａが受ける熱を蓋13を介して放熱し、昇温の抑制効果を得る。

図3-3は、遮蔽部材7ａが光学箱12と同一構成である例を示した図である。遮蔽部材12ａを光学箱12と一体成形することで、部品点数を増やすことがなく、安価で容易な構成が可能となる。

図3-4は、遮蔽部材7ａが光学箱の蓋13と同一構成である例を示した図である。遮蔽部材13ａは、光学箱の蓋13と一体成形することで、部品点数を増やすことがなく、安価で容易な構成が可能となる。

また、上記実施例による走査レンズ7が、回折光学素子8である構成であってもよい。（略）
加えて、各走査線を重ね合わせる、例えば、特開平11-326804にあるカラー画像形成装置（図9）において、上記構成をもつ走査光学装置S1を複数搭載する形態であれば。各走査線の位置ずれを抑制し、より効果的である。

本実施例である走査光学装置の概略図。 本実施例である遮蔽部材の簡略説明図。 本実施例による走査光学装置断面図。 本実施例である走査光学装置内部の空気流動説明図。 本実施例による片温度差／片倍率差関係図。 走査線の説明図。 片倍率の説明図。 走査レンズの調整方法説明図。 本実施例を用いたカラー画像形成装置断面図。 従来例である走査光学装置の概略図。

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ コリメータレンズ
３ シリンドリカルレンズ
４ 光学絞り
５ 回転多面鏡
６ 偏向走査装置
６ａ 発熱部
７ 走査レンズ１
７ａ 遮蔽部材
７ｂ 開口部
８ 走査レンズ２（回折光学素子）
９ 走査光検出ミラー
１０ 走査開始信号検出器
１１ 反射ミラー
１２ 光学箱
１２ａ 遮蔽部材
１２ｂ 開口部
１３ 蓋（破線）
１３ａ 遮蔽部材
１３ｂ 開口部
１３ｃ 密閉部材
Ｓ、Ｓ１ 走査光学装置
α 走査線

Claims (7)

1. 光源である半導体レーザを有する光源装置と、偏向走査手段である偏向走査装置と回転多面鏡により前記光源装置から出射する光束を偏向する偏向走査装置と、偏向された光束を所定面上に結像させる少なくとも1つ以上の走査レンズと、これらの部材を収納する光学箱と、該光学箱を閉塞する蓋によって構成される走査光学装置において、前記走査レンズを前記偏向走査装置配置側からの送風より遮断する遮蔽部材を備え、前記遮蔽部材がレーザ光の走査線上に開口部を有することを特徴とする走査光学装置。
2. 前記遮蔽部材がレンズ固定手段を有することを特徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. 前記遮蔽部材及び、前記蓋が金属であり、互いに当接していることを特徴とする請求項1又は２記載の走査光学装置。
4. レーザ光が最終透過する前記走査レンズは、回折光学素子であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項記載の走査光学装置。
5. 前記遮蔽部材が前記光学箱と一体成形されていることを特徴とする請求項1又は4記載の走査光学装置。
6. 前記遮蔽部材が前記光学箱を閉塞する蓋とを一体成形することを特徴とする請求項1又は4記載の走査光学装置。
7. 前記1〜6いずれか一項記載の走査光学装置を複数搭載する画像形成装置。
   

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