JP2008139330A - 光学部品及び光走査ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の結合可能で低コストで形成可能な光学部品及びそれを用いた光走査ユニットを提供する。
【解決手段】層状に重ねた複数の光学素子１を接合によって一体化した光学部品であって、光学素子１は、ヒケ面２内にその面を形成する金型のキャビティ形状を不完全転写することによって形成したヒケ形状３を、接合時にヒケ面と対向する面５にヒケ形状３の外周を包括する凹部６とをそれぞれ有する。
【選択図】図１

Description

本発明は光学部品及びそれを用いた光走査ユニットに関する。

複数のレーザ素子から出射された各ビームを、偏向手段及び結像手段を介してそれぞれ感光体上に導き、感光体上にて画像情報に応じて画像形成する多色画像形成装置の光走査装置がある。また近年、多色画像形成装置の高速化、高画質化に対応するために、四つの感光体ドラムを出力紙の搬送方向へ配列させ、各感光体ドラムに対応したビームで同時露光し、各々異なる色（イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）の現像器で現像した画像を順次転写し、重ね合わせてカラー画像を形成するデジタル複写機やレーザプリンタが実用化されている。

このような画像形成装置では、光走査する際に各色に対応した複数の走査手段が用いられるが、その走査手段を配置するためには大きなスペースが必要であり、装置全体が大型化する。

このため、特許文献１に開示される発明のように、複数ビームを単一の偏向器に入射して走査し、光学素子（結像素子）を積み重ねて配置する方法が提案されている。

また、上記の欠点を補うものとして、複数ビームを単一の偏向器に入射して走査し、各々対応する感光体に結像させる結像手段をビームごとに設け、結像手段を構成する結像素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成する方法が特許文献１や特許文献２に開示されている。結像素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成することにより、偏光手段（ポリゴンミラー）を重ねる間隔を短縮でき、又は１枚のポリゴンミラーで兼ねることも可能となるため、ポリゴンミラーを回転させるためのモータの負荷を軽減でき、小型化も可能となる。

なお、結像素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成する手法として、各ビームに対応した結像素子を接合（接着）により一体化する手法や、層状に重ねた結像素子を樹脂によって一体成形で形成する手法がある。

近年、これらの結像素子はコストダウンの要求と成形技術の進歩とによって、ガラス製からプラスチック製に置き換わってきている。
結像素子を一体成形で製造する場合、各結像素子の配置精度は金型精度できまるため高い精度が得られやすいものの、他方で、結像素子がさらに厚肉となる。このため、その光学面の形状を高精度に、又は、結像素子がレンズの場合にはレンズ内部が均質になる（内部歪みが少ない）ように成形するためには、かなり高度な成形技術が必要となる。さらに、成形時の樹脂冷却にかなり長い時間を要するため、コストアップになってしまうという問題がある。

また、結像素子を結合によって一体化する場合、各結像素子の配置精度を得るためには、結像素子の接合面に高い形状精度（平面度）が要求される。しかし、結像素子がレンズの場合には所望の結像性能を得るために、レンズ厚（光線通過方向の厚み）が厚く、また、レンズ厚が部分的に変化して偏肉形状になる。このため、レンズ面形状を高精度に、かつ内部が均質になるように加工するには、かなり高度な成形技術が必要となる。この厚肉／偏肉形状を成形する場合、従来の射出成形法では、樹脂の冷却過程で体積収縮が大きいためにヒケが発生しやすい。特に、偏肉形状である場合はその厚肉部にヒケという成形不良が発生してしまう。このヒケを防止するために金型内への樹脂充填量を多くすると、レンズ内部の歪みが大きくなり、光学性能に悪影響を及ぼしてしまう。

そこで、従来の射出成形法の欠点を改善して、厚肉／偏肉形状を成形する方法として、特許文献３に開示される発明のように、低圧低充填で成形を行い、非転写面（機能上の形状転写が不要な面）に未転写による凹部（ヒケ）を強制的に発生させて、内部歪みを低減させながら転写面の形状精度を確保する方法が提案されている。図８に、このような光学素子の一例を示す。

しかしながら、図８に示すように、凹部（ヒケ）３の外周（輪郭）にバリ４が発生することがある。図９は、この成型品の金型内での状態を示している。成形の際には、凹部（ヒケ）を発生させるために金型部材１１を摺動させる。よって、金型部材１０と１１との間には間隔が空くこととなるが、この間隔に侵入した樹脂が図８に示すバリ４となる。この光学素子同士を積層する場合や、取り付け面に接合する場合、バリ４が干渉して取り付け位置精度を低下させる、又は接着できないという不具合を生じさせる。

特許文献４には、その面を形成する金型壁面に対して未転写による凹面と、少なくとも一つの段差面（凸面）とを設けて、この面を接合時に受け面とすることで上記の問題を解決している。
特開平４−１２７１１５号公報 特開平１０−１４８７７７号公報 特開平１１−２８７４５号公報 特開２００３−１７７２１４号公報

ところが、特許文献４に開示される発明では、光学素子に凸形状を設けることでその部分が厚肉となるため、凸部端面がヒケてしまい、十分な接合面（平面度）を得ることが困難である。また、肉厚のため光学素子の冷却時間が長くなってしまいコストアップに繋がる。さらに、凸形状であるために、光学素子の高さ寸法が大きくなってしまう。積層した光学素子の高さ寸法が大きくなると、光学素子同士の光軸間距離が広がり、１枚の偏光素子（ポリゴンミラー）を用いる場合においては、光学面を広くしなければならなくなり、結果的にコストアップになってしまうという問題がある。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、高精度の結合可能で低コストで形成可能な光学部品及びそれを用いた光走査ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、層状に重ねた複数の光学素子を接合によって一体化した光学部品であって、光学素子の少なくとも一方の接合面を含む面内に、その面を形成する金型のキャビティ形状を不完全転写することによって形成した不完全転写部と、接合時に該不完全転写部と対向する面に設けられた、不完全転写部の外周を包括する凹部とを有することを特徴とする光学部品を提供するものである。

本発明の第１の態様においては、凹部は、成形時に金型から離型する方向に抜き勾配を有することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、層状に重ねた複数の光学素子を接合によって一体化した光学部品であって、光学素子の少なくとも一方の接合面を含む面内に凹部を設け、該凹部を形成する金型のキャビティ形状を不完全転写することを特徴とする光学部品を提供するものである。

本発明の第２の態様においては、凹部は、成形時に金型から離型する方向に抜き勾配を有することが好ましい。

本発明の第１又は第２の態様の上記のいずれの構成においても、光学素子は、接合面において光硬化型接着剤によって他の光学素子と結合されていることが好ましい。これに加えて、光学素子及び光硬化型接着剤は、線膨張率が略同一であることがより好ましい。

本発明の第１又は第２の態様の上記のいずれの構成においても、接合面以外の面に、接合時の位置決め用の突起が形成されていることが好ましい。また、各光学素子は、光軸合わせがなされた上で接合されることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、本発明の第１又は第２の態様のいずれかの構成にかかる光学部品を搭載した光走査ユニットを提供するものである。

本発明によれば、高精度の結合可能で低コストで形成可能な光学部品及びそれを用いた光走査ユニットを提供できる。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１（ａ）に、本実施形態にかかる光学素子の構成を示す。また、図１（ｂ）に、層状に接合した光学部品の外見を示す。
樹脂とキャビティ駒との間に強制的に空隙を作るヒケ誘導成形において、任意のヒケ形状３の外周（輪郭）に微小なバリ４が発生する。ここで、バリ４の高さ寸法をｂとする。このような光学素子同士をヒケ面２とこの面と対向する面５とを合わせてバリ４の干渉無しに積層できるように、ヒケ面２に対向する面５には深さａでヒケ形状３よりも大きい凹形状を設けた。ここで、干渉を防止するために、ａ＞ｂである。
なお、凹形状深さ分だけ光学素子が薄肉になることで、成形品の冷却時間を短縮でき、光学素子を安価に成形できる。

図２に、離型方向に対して成形品が勾配を有するようにした型の状態を示す。離型方向に対して成形品が勾配を有することで、主に摩擦による離型抵抗が低減され、取り出す際の成形品への負担が軽減される。これにより、光学素子の歪が低減され、光学特性が向上する。すなわち、光学素子の変形が低減されるため、転写面の形状精度を高められる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図３（ａ）に本実施形態にかかる光学素子の構成を示す。本実施形態においては、干渉を回避する方法として、凹量ａの底面にヒケ面を生成している。これにより、ヒケ面外周にバリ４が生じても、図３（ａ）に示すように接合時の干渉は回避される。ただし、バリの高さｂに対して、凹量ａはａ＞ｂである。

図３（ｂ）に、二つの光学素子を層状に形成した光学部品の外観を示す。凹形状深さ分だけ光学素子が薄肉となることで、成形品の冷却時間を短縮でき、コストダウンが可能となる。

図４に、凹形状の底面にヒケ面を設ける構成で、離型方向に対して成形品が勾配を有するようにした場合の型の状態を示す。離型方向に対して成形品が勾配を有することで、主に摩擦による離型抵抗が低減され、取り出す際の成形品への負担が軽減される。すなわち、光学素子の変形が低減されるため、転写面の形状精度を高められる。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。図５（ａ）に、本実施形態に係る光学素子の構成を示す。本実施形態においては、光学素子の両面にヒケ面を設けている。両面においてヒケ面外周においてバリ４が生じても、片面に凹形状６を有することで、接合時の干渉が回避される。二つの光学素子を層状に接合した光学部品の外観を図５（ｂ）に示す。また、凹形状６の深さ分だけ光学素子が薄肉となることで、成形品の冷却時間を短縮でき、コストダウンが可能となる。

なお、上記の第１〜第３のいずれの実施形態においても、成形に用いる樹脂としては、紫外線を透過する樹脂を用い、複数の光学素子を層状に合わせるように接着冶具にセットし、紫外線を照射して硬化させると良い。光硬化型接着剤を用いることにより、接合位置の正確さを確認してから接着剤を硬化させることができる。また、接着剤の硬化時間が短時間であるため、他の接着剤を用いる場合よりも生産性を高められる。

また、図６に示すように、光学素子に付加された突起１２を突き当て部材（基準位置）１３に突き当てることにより、正確かつ容易に位置決めできる。これにより、安価で面精度の高い光学部品を実現できる。

また、図７に示すように、複数枚を層状に接合した光学素子及び接着剤の熱膨張率を略同一とすることで、温度変化が生じうる環境下でも伸縮量の差が小さくなるため、歪の発生が回避される。複数の光学素子を接合した光学部品を温度変化が生じるような環境下で使用する場合、接合されたそれぞれの光学素子の線膨張係数が異なると、それぞれ変形量が異なるため、各光学素子に力が作用し、この力によって光学素子自体の形状精度・配置精度が劣化してしまう。このため、線膨張係数を同じにすることにより伸縮量が同等となり、高精度な接合を維持できる。

また、光学素子の接合の際には、光学素子に透過光を入射し、出射光の位置を偏心顕微鏡などで検出しながら光学素子の接合位置決めを調整することで、高精度に位置決めできる。これにより、光学素子の配置精度を一層向上させることができ、光学性能の向上を図れる。

上記第１〜第３のいずれの実施形態にかかる光学部品を搭載した光走査ユニットは、複数の光学素子を層状に接合した光学部品を筐体に接合する場合、不完全転写部を接合面に用いても、突起（バリ）の干渉無く接合できるため、筐体の受け面に何らかの工夫を施す必要が無くなる。このため、光走査ユニットを高精度かつ低コストで製造可能となる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることなく様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかる光学素子の構成を示す図である。 第１の実施形態にかかる光学素子及びその成形に用いる金型の断面を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態にかかる光学素子の構成を示す図である。 第２の実施形態にかかる光学素子及びその成形に用いる金型の断面を示す図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態にかかる光学素子の構成を示す図である。 突き当て部を設けた光学素子の構成を示す図である。 熱膨張率が略同一の複数枚の光学素子を層状に接合した光学部品を示す図である。 従来の光学素子の構成を示す図である。 従来の光学素子及びその成形に用いる金型の断面を示す図である。

符号の説明

１ 光学素子
２ ヒケ面
３ ヒケ形状
４ バリ
５ ヒケ面に対向する面
６ 凹部
７、８、９、１０、１１ 金型部材
１２ 突起
１３ 突き当て部材

Claims (9)

1. 層状に重ねた複数の光学素子を接合によって一体化した光学部品であって、
   前記光学素子の少なくとも一方の接合面を含む面内に、その面を形成する金型のキャビティ形状を不完全転写することによって形成した不完全転写部と、接合時に該不完全転写部と対向する面に設けられた、前記不完全転写部の外周を包括する凹部とを有することを特徴とする光学部品。
2. 前記凹部は、成形時に前記金型から離型する方向に抜き勾配を有することを特徴とする請求項１記載の光学部品。
3. 層状に重ねた複数の光学素子を接合によって一体化した光学部品であって、
   前記光学素子の少なくとも一方の接合面を含む面内に凹部を設け、該凹部を形成する金型のキャビティ形状を不完全転写することを特徴とする光学部品。
4. 前記凹部は、成形時に前記金型から離型する方向に抜き勾配を有することを特徴とする請求項３記載の光学部品。
5. 前記光学素子は、前記接合面において光硬化型接着剤によって他の光学素子と結合されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光学部品。
6. 前記光学素子及び前記光硬化型接着剤は、線膨張率が略同一であることを特徴とする請求項５記載の光学部品。
7. 前記接合面以外の面に、接合時の位置決め用の突起が形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の光学部品。
8. 前記各光学素子は、光軸合わせがなされた上で接合されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の光学部品。
9. 請求項１から８のいずれか１項記載の光学部品を搭載した光走査ユニット。

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