JP2008281742A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スキャナモータの駆動によって結像レンズの左右に不均一な温度分布が発生した場合でも、画像中心に対する左右の画像倍率差を小さくして、温度上昇による「片倍率差」を低減し、画像品質を向上できる光学走査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る光学走査装置の代表的な構成は、レーザ光を出射する半導体レーザ装置１と、半導体レーザ装置１から出射したレーザ光を偏向走査する回転多面鏡３と、光学箱１０の所望の位置に配設され、レーザ光を像担持体上に結像するための結像レンズ４ａと、を有する光学走査装置において、少なくとも回転多面鏡３に最も近い位置にある結像レンズ４ａは、走査方向における結像レンズ４ａの位置決めを行うための凸部１１を有しており、凸部１１は、走査方向における画像領域の中央から画像書き始め側に寄った位置に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は光源からのレーザ光を偏向して像担持体上を走査する光学走査装置に関するものである。

従来、レーザ光を像担持体に結像させるための結像レンズを、光学走査装置内の光学箱に取り付ける方法として、特許文献１に記載の方法がある。

図７に示すように、特許文献１において、プラスチックレンズ３は、レンズ部３０１とこれを囲むように形成された短辺リブ３０２及び長辺リブ３０３よりなる。長辺リブ３０３は、収容筺体６への位置決め用の基準面６０１に当接する側に、レンズの走査方向（図中矢印Ｘ）の中央位置に突起３０４を設けてある。収容筺体６の凹部６０２に突起３０４を嵌着係合させて走査方向の位置決めが行われる。これにより、プラスチックレンズ３の熱膨張を走査方向Ｘの中央を基準として両端に逃がすことが可能となる。

特開平０７−１９９１００号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された光学走査装置においては、以下のような課題があった。

スキャナモータの駆動時の光学走査装置内は、スキャナモータからの発熱による光学走査装置内の温度上昇と、回転多面鏡が回転することによる空気の流れが発生し、不均一な温度分布となる。特にスキャナモータに近接して配置されている結像レンズは、スキャナモータからの発熱を受け易いことと、回転多面鏡が回転することによる空気の流れを受け易い。

結像レンズ表面の空気は、結像レンズ表面の画像書き始め側から、画像書き終わり側に向かって流れる。これにより、スキャナモータに最も近い位置にある結像レンズは、走査方向の画像書き始め側の温度が、画像書き終わり側の温度より高くなる。

図８はスキャナモータを連続駆動させたときの、結像レンズ表面温度を測定した結果を示す表である。図８に示すように、スキャナモータを連続駆動させたとき、結像レンズ表面の温度は、画像書き始め側（約４２℃）と画像書き終わり側（約４０℃）とで、２℃程度温度差がある。

画像書き始め側の温度が高くなると、結像レンズ左側の屈折率をより変化させ、画像中心に対して左右の画像の倍率に差を生じさせる「片倍率差」を発生させる。特に特許文献１では、結像レンズの光学箱に対する位置決めが偏向走査方向の中央近傍を基準にしている。このため、左右の屈折率が非対称に変化し、画像中心に対して左右の画像の倍率に差を生じさせる「片倍率差」を発生させることになり、画像品質を悪化させることになる。

特に近年は、偏向手段のスキャナモータの高速化に伴って発熱量が大きくなることや、また光学走査装置の小型化により結像レンズを発熱体であるスキャナモータに近接して設けることから、熱の影響を受けやすくなっている。

本発明は、スキャナモータの駆動によって結像レンズの左右に不均一な温度分布が発生した場合でも、画像中心に対する左右の画像倍率差を小さくして、温度上昇による「片倍率差」を低減し、画像品質を向上できる光学走査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る光学走査装置の代表的な構成は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射したレーザ光を偏向走査する偏向手段と、光学箱の所望の位置に配設され、前記レーザ光を像担持体上に結像するための結像レンズと、を有する光学走査装置において、少なくとも前記偏向手段に最も近い位置にある前記結像レンズは、走査方向における前記結像レンズの位置決めを行うための位置決め部を有し、前記位置決め部は、走査方向における画像領域の中央から画像書き始め側に寄った位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、スキャナモータの駆動によって結像レンズの左右に不均一な温度分布が発生した場合でも、画像中心に対する左右の画像倍率差を小さくして、温度上昇による「片倍率差」を低減し、画像品質を向上できる。

（第１の実施形態）
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（光学走査装置）
図１は本実施形態に係る光学走査装置の構成図である。図１に示すように、光学走査装置は、光学箱１０、半導体レーザ装置１、コリメータレンズ１ａ、シリンドリカルレンズ２、回転多面鏡３、スキャナモータ３ｂ、結像レンズ４ａ、４ｂを有している。

光学箱１０は、各種光学部材を収容する。光源である半導体レーザ装置１から出射した光束は、コリメータレンズ１ａにて平行光束にされ、シリンドリカルレンズ２にて線状に集光される。

回転多面鏡３は、シリンドリカルレンズ２によって集光されてできる光束の線像の近傍に偏向反射面を有する偏向手段である。スキャナモータ３ｂは、回転多面鏡３を回転させる手段である。回転多面鏡３において偏向反射された光束は、結像レンズ４ａ、４ｂを介して像担持体としての感光体（不図示）を照射する。

結像レンズ４ａ、４ｂは、回転多面鏡３において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、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。回転多面鏡３の回転によって、感光体においては光束による主走査が行われ、また感光体がその円筒の軸線まわりに回転駆動することによって副走査が行われる。このようにして感光体の表面には静電潜像が形成される。

スキャナモータ３ｂに最も近い距離に配置された結像レンズ４ａには、レーザ光の走査方向における画像領域の中央Ｌから画像書き始め側へずれた位置に、光学箱１０に対する位置決め部として機能する凸部１１が設けられている。一方、光学箱１０には、凸部１１と対向して凹部１２が設けられている。凸部１１と凹部１２により、結像レンズ４ａは、光学箱１０の所望の位置に配設される。すなわち、凸部１１と凹部１２とを嵌合させ、凸部１１の側面が凹部１２の基準面に当接することで、結像レンズ４ａは光学箱１０に走査方向と略平行な方向を位置決めされる。

（画像形成装置）
感光体を利用した画像形成技術は、電子写真式記録技術として良く知られたものであるので、詳細説明は省略して簡単に説明する。

感光体の周辺には、感光体の表面を一様に帯電するコロナ放電器、感光体の表面に形成される静電潜像をトナー像に顕像化するための顕像化装置（現像装置）、トナー像を記録紙に転写する転写用コロナ放電器（いずれも不図示）等が配置されている。これらの働きによって半導体レーザ装置が発生する光束に対応する記録情報が記録紙にプリントされる。

（光学走査装置内部の空気の流れ）
光学走査装置内部の空気の流れについて図２で説明する。光学走査装置の熱源となるスキャナモータ３ｂが高速回転すると、光学走査装置内部に暖かな空気の流れが発生する。

図２に示すように、回転多面鏡３を有したスキャナモータ３ｂが回転方向Ｒで高速に回転すると、回転多面鏡３から結像レンズ４ａに向かって（矢印Ｂ方向に）空気が流れる。すると、スキャナモータ３ｂ近傍で温度上昇した空気が結像レンズ４ａの走査方向の書き始め側に向かって流れ、画像書き始め側の温度が、画像書き終わり側の温度より高くなる。

（片倍率差）
不均一な温度分布によって発生する結像レンズの屈折率変化と、熱膨張変化と、それに伴う画像領域左右の「片倍率差」について比較例を用いて説明する。

図３は、比較例における走査線の変動について説明した図である。結像レンズ４ａがスキャナモータ３からの発熱を受けて温度上昇し、且つ画像書き終わり側より画像書き始め側の方が温度上昇している。

図３に示すように、画像書き始め側の正規走査線Ｌ１は、結像レンズ４ａが温度上昇する前で、回転多面鏡３が３Ｌ１で示す状態へ回転した際の走査線である。また、画像書き終わり側の正規走査線Ｌ２は、結像レンズ４ａが温度上昇する前で、回転多面鏡３が３Ｌ２で示す状態へ回転した際の走査線である。

正規走査線Ｌ１、正規走査線Ｌ２は、温度上昇により結像レンズ４ａが熱膨張変化することで、各々外側方向（矢印Ａ１方向、矢印Ａ２方向）に変動する。ここで画像書き終わり側より画像書き始め側の方が温度上昇しているため、走査方向における走査線の変動量は、ａ１＞ａ２となる。ａ１：画像書き始め側の変動量、ａ２：画像書き終わり側の変動量である。これは、画像中心Lに対し左右の画像の倍率に差を生じさせる「片倍率差」となる。この倍率の差（片倍率差）Δａは、Δａ＝ａ１−ａ２となる。この「片倍率差」の発生が画像品質を悪化させることになる。

図４は、本実施形態における走査線の変動について説明した図である。図４に示すように、結像レンズ４ａの位置決め部（凸部１１）を走査方向において、結像レンズ４ａの中央より画像書き始め側にｃだけ平行シフトしている。スキャナモータ３ｂ近傍で温度上昇した空気の影響により、結像レンズ４ａは、位置決め部（凸部１１）を中心にして結像レンズ4aの画像書き始め側は矢印E1方向へ、結像レンズ4aの画像書き終わり側は矢印E2方向へそれぞれ熱膨張する。このとき、結像レンズ４ａの走査方向における長さを、位置決め部を中心にして画像書き始め側より画像書き終わり側が長くなるようにしているので、結像レンズ4aの熱膨張量は、e２＞e１となる。e１：結像レンズの画像書き始め側の熱膨張量、e2：結像レンズの画像書き終わり側の熱膨張量である。つまり、結像レンズ４ａの中心は画像書き終わり側へ変動することになる。

温度上昇により結像レンズ４ａが熱膨張することで、正規走査線Ｌ１、正規走査線Ｌ２が各々外側方向（矢印A1方向、矢印A2方向）に変動することは、図３に示す比較例と同様である。しかし、走査方向における走査線のシフト量は、結像レンズ4aの位置決め部（凸部１１）を画像書き始め側にｃだけ平行シフトさせることによって結像レンズ４ａの中心が画像書き終わり側へ変動する影響を受けるので、図3に示す比較例とは異なる。

ここで、画像中心Ｌに対し左右の倍率の差（片倍率差）Δｂは、Δｂ＝ｂ１−ｂ２と表せる。ｂ１：走査線の画像書き始め側の変動量、ｂ２：走査線の画像書き終わり側の変動量である。

本実施形態では、結像レンズ４ａの位置決め部（凸部１１）を画像書き始め側にｃだけシフトさせることによって結像レンズ４ａの中心が画像書き終わり側へ変動するので、比較例で示した倍率の差（片倍率差）Δａを相殺することができる。つまり、倍率の差Δｂ＝b１−ｂ２をできるだけ０に近づけるように、結像レンズ４ａの位置決め部（凸部１１）を画像書き始め側にシフトさせる量cを決めればよい。このようにすることで、結像レンズ４ａに発生した不均一な温度上昇による倍率の差Δｂの発生を低減できる。

（実施例）
図５は、本実施形態に係る光学走査装置内にある位置決め部（凸部１１）の適切な配置を説明した図である。

この光学走査装置において、スキャナモータを駆動させたときに、結像レンズ４ａの表面温度が１０℃上昇し、走査方向左右の温度差が２℃発生する。

結像レンズ４ａの屈折率変化によって発生する走査方向の照射位置ずれ量ｄＹ１は、ｄＹ１＝ｄｙ×Δｎ×ΔＴ＝＋４２．８５７×８．５０×１０^−５×２≒＋７．２８６［μｍ］となる。ｄｙ：屈折率変化に対する照射位置ずれ敏感度：＋４２．８５７［ｍｍ］、Δｎ：単位温度あたりの結像レンズの屈折率変化：８．５０×１０^−５、ΔＴ：結像レンズ左右の温度差：２［℃］である。

上記結像レンズ４ａの屈折率変化によって発生する照射位置ずれ量ｄＹ１＝７．２８６［μｍ］は、画像左右の倍率差である「片倍率差」にあたる。これを、結像レンズ４ａの熱膨張による照射位置ずれで相殺できるとよい。

照射位置ずれ量ｄＹ１を相殺する結像レンズ４ａの熱膨張によって発生する照射位置ずれ量ｄＹ２は、ｄＹ２＝ｄＹ１×Δｙ＝７．２８６×１０^−３×（−０．８）＝−５．８２９［μｍ］である。Δｙ：片倍率差に対する照射位置ずれ敏感度：−０．８［ｍｍ］）である。

結像レンズ４ａの熱膨張による照射位置ずれ量を−５．８２９［μｍ］にするためには、位置決め部（凸部１１）を結像レンズ４ａの走査方向における画像領域の中央Lから画像書き始め側へｄＹ３ずらして設けるとよい。

結像レンズ4ａが熱膨張した後の画像領域中央から位置決め部（凸部１１）までの距離ｄＹ３は、ｄＹ３＝ｄＹ２／（Δｌ×Δｔ）＝−５．８２９×１０^−３／（６．０×１０^−５×１０）≒９．７［ｍｍ］である。Δｌ：結像レンズ材料の線膨張係数：６．０×１０^−５、Δｔ：結像レンズ上昇温度：１０［℃］）である。

よって、結像レンズ位置決め部（凸部１１）を走査方向における書き始め側へ１０ｍｍ程度ずらして設ければよい。こうすることによって、結像レンズ４ａの屈折率変化で発生する照射位置ずれと、結像レンズ４ａの熱膨張変化によって発生する照射位置ずれを効率良く相殺することができる。

なお、上記数値は、本発明の検証実験に用いた結像レンズ特有の値であり、光学走査装置に使用する結像レンズの形状および光学特性によって変化するものである。しかし、結像レンズの使用される用途に変わりは無く、他の結像レンズにおいても上記数値が大きく外れることは無い。

また、本実施例では結像レンズ４ａの位置決め部を凸部１１にし、光学箱１０の取付け部を凹部１２にした構成について説明したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、結像レンズ４ａの位置決め部を凹部にし、光学箱１０の取付け部を凸部にしても同様の効果が得られる。

（第２の実施形態）
次に本発明に係る光学走査装置の第二実施形態について図を用いて説明する。図６は、第２の実施形態に係る光学走査装置における結像レンズの位置決め部付近の拡大図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の光学走査装置は、上記第一実施形態の光学走査装置の取付け部１０ｂを、一対のリブ１０ｃ、１０ｄで構成したものである。

一対のリブ１０ｃ、１０ｄは、光学箱１０と一体成形され、対向して形成されている。一対のリブのうち、位置決めリブ１０ｄはほとんど変形しないように形成し、もう一方のリブ１０ｃは弾性変形可能に構成される。

結像レンズ４ａの位置決め部である凸部１１は、一対のリブ１０ｃ、１０ｄの間に挿入される。そして、リブ１０ｃの弾性復元力Ｃによって、凸部１１を他方のリブ１０ｄに押し圧し、挟み込むことで、結像レンズ４ａは光学箱１０に取り付けられる。

この構成により、光学箱１０の取付け部１０ｂや結像レンズ４ａの凸部１１の寸法ばらつきに関係なく、結像レンズ４ａを精度よく光学箱１０に位置決めすることが可能となる。

上記第１及び第２の実施形態に係る光学走査装置を、プリンタ、ファクシミリあるいは複写機等の画像形成装置に適用することで、像担持体に露光走査する場合における露光走査精度が向上するため、形成する画像品質の向上にもつながる。特に、複数の画像を重ね合わせてカラー画像を形成する装置の場合に、その効果が大きい。

第１の実施形態に係る光学走査装置の構成図である。 第1の実施形態に係る光学走査装置内部の空気の流れを説明した図である。 比較例における走査線の変動について説明した図である。 第1の実施形態における走査線の変動について説明した図である。 第1の実施形態に係る光学走査装置内にある位置決め部の適切な配置を説明した図である。 第２の実施形態に係る結像レンズの位置決め部付近の拡大図である。 従来の光学走査装置の構成図である。 従来のスキャナモータ連続駆動時における結像レンズ表面温度測定結果を示す図である。

符号の説明

１ …半導体レーザ装置（光源）
１０ …光学箱
１１ …凸部（位置決め部）
３ …回転多面鏡
４ …結像レンズ

Claims (2)

1. レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射したレーザ光を偏向走査する偏向手段と、光学箱の所望の位置に配設され、前記レーザ光を像担持体上に結像するための結像レンズと、を有する光学走査装置において、
   少なくとも前記偏向手段に最も近い位置にある前記結像レンズは、走査方向における前記結像レンズの位置決めを行うための位置決め部を有し、
   前記位置決め部は、走査方向における画像領域の中央から画像書き始め側に寄った位置に設けられていることを特徴とする光学走査装置。
2. 前記光学箱は、前記位置決め部を取り付けるための取付け部を有し、
   前記取付け部は、走査方向に対向した一対のリブであり、前記一対のリブの少なくとも一方は弾性変形可能であり、前記リブの弾性復元力によって、前記位置決め部を走査方向に挟み込むことを特徴とする請求項２に記載の光学走査装置。

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