JP2012002847A - プラスチック光学素子、光走査装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層方向の複屈折の変動勾配及び各層における複屈折を抑制した二層一体型のプラスチック光学素子、該プラスチック光学素子を用いた光走査装置並びに該光走査装置を備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】金型成形により、それぞれレーザー光が少なくとも１本ずつ透過する第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂが一体に積層され、該第１レンズ部１ａの非光学面１ａ３と第２レンズ部１ｂの非光学面１ｂ３が対向配置されてなり、第１レンズ部１ａの非光学面１ａ３と第２レンズ部１ｂの非光学面１ｂ３それぞれが前記金型からの不完全転写部２ａ，２ｂを有している。
【選択図】図６

Description

本発明は、金型により成形されるプラスチック光学素子及び該プラスチック光学素子を結像光学系に備える光走査装置、並びにレーザー方式のデジタル複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置に関するものである。

近年、カラー画像形成装置の高速、高画質化に対応する為、複数の光線で、出力紙の搬送方向に配列させた４つの感光体に同時露光し、各々異なる色（イエロー，マゼンタ，シアン，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タンデム光学系によるデジタル複写機やレーザープリンタが実用化されている。

このような画像形成装置を構成する書込み用光走査装置として、光源から出射された光線を光偏向器によって走査し、それぞれの光線ごとに設けられた結像光学素子を有する結像光学系によって、対応する感光体に結像する方法が実用化されている。

前記光走査装置においては、それぞれの光線ごとに結像光学系を設けるため、同形状の結像光学素子を複数（各結像光学系に結像光学素子１つ用いる単玉構成の場合は１種４つ。２枚玉構成の場合は２種８つ。）用いる必要がある。

前記光走査装置については、小型化を図るべく、複数の結像光学素子を積層して配置し、結像光学系同士を近接させて配置する方法が提案されている。また、このような構成において、コストダウン化を図るべく、結像光学素子を２つ積層する代わりに、二層一体型の結像光学素子を１つ用いることが提案されている（特許文献１参照。）。コストダウン効果としては、積層する場合には、結像光学素子同士を接着するなどして固定する必要があるが、二層一体型の結像光学素子を用いることによって、固定の工数を削減できる。

ところで、前記光走査装置に組み込まれる光学素子は、コストダウン化を図るべくプラスチック材料が用いられるようになってきている。また、光走査装置の複数の機能を最低限の素子によって実効させるべく、光学素子の鏡面形状は、複雑な非球面形状に形成されているものが知られている。このような光学素子は、機能に応じた特殊形状のキャビティを具備する金型により低コストで大量に生産することができる。

光学素子を樹脂成形するにあたっては、キャビティ内の溶融樹脂を冷却固化させる工程を経るが、このとき樹脂の内部歪みを低減するために、キャビティ内の樹脂圧力を低くする操作が行われる。しかし、キャビティ内の溶融樹脂を低圧化すると、その後の冷却固化工程において、樹脂が収縮して金型面から離れ、光学素子の光学機能面（光学面ともいう）にヒケが発生するという問題を生じる。

そこで、特許文献２では、光学機能面以外の面（非光学面）に不完全転写部を設ける、すなわち前記非光学面に優先的にヒケを発生させることにより、キャビティ内の溶融樹脂を低圧化しても光学機能面にヒケが発生しないようにする方法が提案されている。

具体的な方法としては、特許文献３に示されているように、光学機能面以外の面を転写するキャビティ駒の一部を摺動できるように設けておき、樹脂を軟化温度以下に冷却するときに、前記摺動自在に設けられたキャビティ駒を樹脂から離隔するように摺動させて、樹脂とキャビティ駒の間に強制的に空隙を形成することにより、不完全転写部を設ける方法がある。この方法によると、不完全転写部が優先的に収縮する、すなわち不完全転写部にヒケが優先的に発生するため、光学機能面にはヒケが発生しないようにすることができる。

あるいは、光学機能面以外の面を転写するキャビティ駒に通気口を設けて置き、樹脂を軟化温度以下に冷却するときに前記通気口から圧縮空気を吹付けることによって、吹付けられた面に強制的にヒケを発生させる方法がある。特に、光線通過方向の厚さが比較的薄いプラスチック光学素子においては、特許文献２で示されている方法の場合、不完全転写部の面積を広く確保することができず、自然収縮だけでは収縮体積が不十分なため光学機能面にもヒケが発生してしまうことがある。このような場合には、圧縮空気を吹付けて強制的にヒケを発生させる方法が有効である。

しかしながら、上記のように光線非通過面である非光学面に不完全転写部を設けた二層一体型のプラスチックレンズにおいては、不完全転写部に近い側の複屈折は、絶対値及び勾配が小さいが、不完全転写部から遠い側の複屈折は、絶対値及び勾配が共に大きい。このとき、不完全転写部から遠い側では透過光線の波面が大きく乱れるため、ビームウェスト径の悪化を生じ、その結果、画像形成装置における画像品質の劣化を招くことになった。

本発明は、以上の従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、積層方向の複屈折の変動勾配及び各層における複屈折を抑制した二層一体型のプラスチック光学素子、該プラスチック光学素子を用いた光走査装置並びに該光走査装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。なお、カッコ内に本発明を実施するための形態において対応する部位及び符号等を示す。
〔１〕 金型成形により、それぞれレーザー光（光線Ｌ１，Ｌ２）が少なくとも１本ずつ透過する第１レンズ部（第１レンズ部１ａ）と第２レンズ部（第２レンズ部１ｂ）が一体に積層され、該第１レンズ部の非光学面（非光学面１ａ３）と第２レンズ部の非光学面（非光学面１ｂ３）が対向配置されてなるプラスチック光学素子において、前記第１レンズ部の非光学面と前記第２レンズ部の非光学面それぞれが前記金型（金型１０，１０’）からの不完全転写部（不完全転写部２ａ，２ａ’，２ｂ，２ｂ’）を有しており、前記第１レンズ部と第２レンズ部における両者が積層する方向の断面形状が該第１レンズ部と第２レンズ部の境界（境界Ｓ）を基準として線対称の関係となっていることを特徴とするプラスチック光学素子（プラスチック光学素子１、図４〜図１０）。
〔２〕 金型成形により、それぞれレーザー光（光線Ｌ１，Ｌ２）が少なくとも１本ずつ透過する第１レンズ部（第１レンズ部１ａ）と第２レンズ部（第２レンズ部１ｂ）が一体に積層され、該第１レンズ部の非光学面（非光学面１ａ３）と第２レンズ部の非光学面（非光学面１ｂ３）が対向配置されてなるプラスチック光学素子において、前記第１レンズ部の非光学面と前記第２レンズ部の非光学面それぞれが前記金型（金型１０，１０’）からの不完全転写部（不完全転写部２ａ，２ａ’，２ａ''，２ｂ，２ｂ’，２ｂ''）を有していることを特徴とするプラスチック光学素子（プラスチック光学素子１、図４〜図１２）。
〔３〕 前記第１レンズ部、第２レンズ部それぞれの非光学面における前記金型からの不完全転写部（不完全転写部２ａ，２ａ’，２ｂ，２ｂ’）は略同じひけ形状を有していることを特徴とする前記〔２〕に記載のプラスチック光学素子（図６〜図９）。
〔４〕 前記第１レンズ部、第２レンズ部それぞれの非光学面から該第１レンズ部、第２レンズ部それぞれにおいてレーザー光が透過する領域までの距離（距離ｂ１，ｂ２）が略同じであることを特徴とする前記〔２〕または〔３〕に記載のプラスチック光学素子（図６〜図８）。
〔５〕 レーザー光を射出する光源と、前記光源からのレーザー光を偏向走査する偏向手段（ポリゴンミラー３）と、前記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のプラスチック光学素子（プラスチック光学素子１）を含み偏向走査されたレーザー光を被走査面に結像する結像光学系と、を備えることを特徴とする光走査装置（光走査装置１００、図１３）。
〔６〕 前記〔５〕に記載の光走査装置（光走査装置１００）を搭載したことを特徴とする画像形成装置（画像形成装置２００、図１４）。

本発明のプラスチック光学素子によれば、２つの非光学面それぞれに不完全転写部を有するので、第１レンズ部及び第２レンズ部における複屈折率が、不完全転写部が１つの非光学面にのみ設けられた従来のプラスチック光学素子に比べて小さくなり、第１レンズ部、第２レンズ部それぞれにおける透過光線の波面の乱れを低減することができる。また、第１レンズ部と第２レンズ部における両者が積層する方向の断面形状が該第１レンズ部と第２レンズ部の境界を基準として線対称の関係となっているので、複屈折率が第１レンズ部と第２レンズ部でほぼ等しくかつ変動勾配が小さくなり、透過光線の波面の乱れをより低減でき、ビームウェスト径の悪化を抑制することが可能である。
また、本発明の光走査装置によれば、本発明のプラスチック光学素子を用いるので、感光体ドラムの被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。
また、本発明の画像形成装置によれば、本発明の光走査装置を具備するので、正確な光走査が可能となり、高画質の画像を形成することができる。特に、カラーレーザープリンタやカラーデジタル複写機に適用した場合に、色ずれの少ない高画質のカラー画像を形成することができる。

従来のプラスチック光学素子の構成を示す図である。 従来のプラスチック光学素子の光学特性測定結果を示す図である。 従来のプラスチック光学素子を用いた光走査装置の構成を示す概略図である。 本発明に係るプラスチック光学素子の外観構成を示す斜視図である。 本発明のプラスチック光学素子を製造するための金型の構成を示す断面図である。 本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の構成を示す図である。 本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の変形例１を示す図である。 本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の変形例２を示す図である。 本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の変形例３を示す図である。 本発明のプラスチック光学素子を製造するための金型の他の構成を示す断面図である。 本発明に係るプラスチック光学素子の第２の実施形態の構成を示す図である。 本発明に係るプラスチック光学素子の第２の実施形態の変形例を示す図である。 本発明に係る光走査装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。

まず、従来のプラスチック光学素子について説明する。
図１は、従来のプラスチック光学素子の構成を示す図である。また、図１（ａ）が従来のプラスチック光学素子の積層方向の断面図、図１（ｂ）が該プラスチック光学素子の光学特性図である。なお、図１（ｂ）における積層方向位置は図１（ａ）のプラスチック光学素子９１の断面における位置に対応するように示している。

プラスチック光学素子９１は、金型により成形される偏肉形状のｆθレンズであって、図１（ａ）に示すように、少なくとも１本のレーザー光（光線）Ｌ１が透過する上層である第１レンズ部９１ａと、少なくとも１本のレーザー光（光線）Ｌ２が透過する下層である第２レンズ部９１ｂが積層され、一体となった二層一体型のプラスチックレンズである。

ここで、第１レンズ部９１ａは、所定の曲率を有し光線Ｌ１が入射する入射面９１ａ１と、所定の曲率を有し光線Ｌ１が出射される出射面９１ａ２と、光線Ｌ１に関与しない非光学面９１ａ３と、を有する。

また、第２レンズ部９１ｂは、所定の曲率を有し光線Ｌ２が入射する入射面９１ｂ１と、所定の曲率を有し光線Ｌ２が出射される出射面９１ｂ２と、光線Ｌ２に関与しない非光学面９１ｂ３と、を有する。

また、入射面９１ａ１，９１ｂ１及び出射面９１ａ２，９１ｂ２は、金型成形時に金型の鏡面が転写されてなる転写面であり、入射面９１ａ１と入射面９１ｂ１の境界、並びに出射面９１ａ２と出射面９１ｂ２の境界はそれぞれ曲率が急激に変わる継ぎ目となっている。

また、非光学面９１ａ３，９１ｂ３は対向配置されており、非光学面９１ａ３には金型からの不完全転写部２ａが設けられている。

以上の構成により、第１レンズ部９１ａと第２レンズ部９１ｂの積層方向（後述の光走査装置における副走査方向）における断面形状は、第１レンズ部９１ａと第２レンズ部９１ｂの境界Ｓを基準として、線対称の関係にはない。

このようなプラスチック光学素子９１の第１レンズ部９１ａと第２レンズ部９１ｂの積層方向における複屈折率は、図１（ｂ）に示すように、不完全転写部２ａ側では比較的小さいが、不完全転写部２ａから離れるに従って徐々に大きくなる傾向がある。また、第１レンズ部９１ａの領域では複屈折率の変化率が小さく曲線の勾配がなだらかであるが、第２レンズ部９１ｂの領域では複屈折率の変化率が大きく曲線の勾配が急になっている。

また、この構成のプラスチック光学素子９１を複数作製し、その光学特性を測定したが、図２に示すように、その傾向はほぼ同じであり、第１レンズ部９１ａにおける光線Ｌ１の透過領域では複屈折率（位相差）が比較的小さいが、第２レンズ部９１ｂにおける光線Ｌ２の透過領域では第１レンズ部９１ａよりも複屈折率（位相差）が大きくなっている。

このような光学特性をもつプラスチック光学素子９１を図３に示す光走査装置において結像光学系として用いると、不完全転写部２ａから遠い側となるレンズ部では透過光線の波面が大きく乱れることとなり、図中光線Ｌ１１，Ｌ２２に関して感光体５の被走査面におけるビームウェスト径の悪化を生じ、その結果、画像形成装置における画像品質の劣化を招くことになった。
発明者らは、これらの知見からこの問題を解決すべく、プラスチック光学素子の光学特性の改善に取り組み、鋭意検討を行い本発明を成すに至った。

すなわち、本発明に係るプラスチック光学素子は、金型成形により、それぞれレーザー光が少なくとも１本ずつ透過する第１レンズ部と第２レンズ部が一体に積層され、該第１レンズ部の非光学面と第２レンズ部の非光学面が対向配置されてなるプラスチック光学素子において、前記第１レンズ部の非光学面と前記第２レンズ部の非光学面それぞれが前記金型からの不完全転写部を有しているものである。
以下に、本発明に係るプラスチック光学素子の実施の形態について図面を参照して説明する。

なお、以下の実施の形態において、透明性が要求される光学素子を成形するために使用される樹脂として、軟化温度がそのガラス転移温度である非晶性樹脂、例えばポリメタアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式アクリル樹脂、環状ポリオレフィンコポリマー（例、日本ゼオン（株）、商品名：ゼオネックス）等が挙げられる。

まず、本発明に係るプラスチック光学素子の基本的構成について説明する。
図４は、本発明に係るプラスチック光学素子の外観構成を示す斜視図である。
プラスチック光学素子１は、図４に示すように、偏肉形状のｆθレンズであって、長手方向の中央が厚肉となるように孤状に湾曲させた図中下面となる光学面である入射面１ａ１，１ｂ１と、図中上面となる光学面である射出面１ａ２，１ｂ２と、前記入射面１ａ１，１ｂ１及び射出面１ａ２，１ｂ２に隣接するとともに対向配置された平面状の側面である非光学面１ａ３，１ｂ３と、を有する。このプラスチック光学素子１をレーザープリンタ等の画像形成装置における光走査装置に組み込まれて使用される場合には、図中下面の入射面１ａ１，１ｂ１から上面の射出面１ａ２，１ｂ２に向かってレーザー光が透過するようになる。

ここで、入射面１ａ１，１ｂ１及び射出面１ａ２，１ｂ２は、プラスチック光学素子１成形時に金型の鏡面が転写されてなる光学鏡面である。また、非光学面１ａ３，１ｂ３は、それぞれ金型からの不完全転写部（ひけ）２ａ，２ｂを有している。

図５に、プラスチック光学素子１を製造するための金型の断面構成を示す。ここでは、図４のＡ−Ａ断面に対応する断面構成を示している。
プラスチック光学素子１を製造するための射出成形用金型１０は、プラスチック光学素子１の入射面１ａ１，出射面１ａ２を転写形成する転写面を備えた一対の金型部材１２，１２と、入射面１ｂ１，出射面１ｂ２を転写形成する転写面を備えた一対の金型部材１３，１３と、非光学面１ａ３を転写形成する転写面を有し金型部材１２，１２の側面側に位置する金型部材１１と、非光学面１ｂ３を転写形成する転写面を有し金型部材１３，１３の側面側に位置する金型部材１４と、を備え、各転写面間で形成される空間によってキャビディ１５が形成されている。

また、金型部材１１は、固定される固定部材１１ａ，１１ｃと、固定部材１１ａ，１１ｃの間であって金型部材１１のキャビティ１５を画成する壁面の一部に摺動自在に設けられる可動入子１１ｂと、からなる。

また、金型部材１４は、固定される固定部材１４ａ，１４ｃと、固定部材１４ａ，１４ｃの間であって金型部材１４のキャビティ１５を画成する壁面の一部に摺動自在に設けられる可動入子１４ｂと、からなる。

プラスチック光学素子１の成形はつぎのように行われる。
まず、図５に示した構成の射出成形用金型１０を射出成形機にセットし、該金型１０を使用樹脂の溶融温度未満の温度に加熱して保持する。つぎに、射出成形機から軟化温度以上に加熱され溶融した樹脂部分をキャビティ１５内に射出して充填する。このとき、樹脂部分は射出圧力により、金型部材１１，１２，１３，１４の転写面に密着するまで充填される。
つぎに、キャビティ１５内に導入された樹脂部分を軟化温度以下に冷却し、固化させる。ついで、樹脂成分の圧力が所定圧力になる一定時間後に可動入子１１ｂ，１４ｂを樹脂から離隔する方向に移動（後退）させ、可動入子１１ｂ，１４ｂとの間に空隙を設ける。このとき、樹脂内圧が大気圧以下であればこの空隙を設けた樹脂部分（離隔部）は自由面となって動き易く、また熱が逃げにくいことから他のキャビティ１５に接触している部分よりも高温となり、優先的に樹脂移動と収縮が生じて、離隔部形状に概略相似の凹形状（ひけ）が形成され、不完全転写部２ａ，２ｂとなる。また、このときの不完全転写部２ａ，２ｂは可動入子１１ｂ，１４ｂの断面形状に準ずる形状となる。
ついで、固化したプラスチック光学素子１を射出成形用金型から取り出し、室温にて放冷する。

これにより、低圧の射出成形が可能となり、成形残留応力の低下により、取り出し後の形状変形が抑えられることで、高い形状精度の入射面１ａ１，１ｂ１及び出射面１ａ２，１ｂ２となったプラスチック光学素子１を得ることができる。また、内部応力を低くすることで、複屈折発生を抑制した成形品を得ることができる。なお、本発明の根幹は、不完全転写部（ひけ）２ａ，２ｂを対向する非光学部１ａ３，１ｂ３に設けることであり、ひけ発生方法の如何には関係しない。

（第１の実施形態）
図６は、本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の構成を示す図である。図６（ａ）は図４のＡ−Ａ断面であって本実施形態のプラスチック光学素子の積層方向の断面図、図６（ｂ）が該プラスチック光学素子の光学特性図である。
プラスチック光学素子１は、図６（ａ）に示すように、金型成形により、それぞれレーザー光が少なくとも１本ずつ透過する上層である第１レンズ部１ａと下層である第２レンズ部１ｂが一体に積層されている。また、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂは層としての厚さがほぼ等しい。

ここで、第１レンズ部１ａは、所定の曲率を有し光線Ｌ１が入射する入射面１ａ１と、所定の曲率を有し光線Ｌ１が出射される出射面１ａ２と、光線Ｌ１に関与しない非光学面１ａ３と、を有する。

また、第２レンズ部１ｂは、所定の曲率を有し光線Ｌ２が入射する入射面１ｂ１と、所定の曲率を有し光線Ｌ２が出射される出射面１ｂ２と、光線Ｌ２に関与しない非光学面１ｂ３と、を有する。

また、入射面１ａ１，１ｂ１及び出射面１ａ２，１ｂ２は、前述の通り、金型成形時に金型１０の金型部材１２，１３の鏡面が転写されてなる転写面であり、入射面１ａ１と入射面１ｂ１の境界、並びに出射面１ａ２と出射面１ｂ２の境界はそれぞれ曲率が急激に変わる継ぎ目となっている。

また、非光学面１ａ３，１ｂ３は対向配置されており、非光学面１ａ３には金型１０からの不完全転写部２ａが設けられ、非光学面１ｂ３には金型１０からの不完全転写部２ｂが設けられている。

また、この不完全転写部２ａ，２ｂは略同じひけ形状を有しており、例えば図６（ａ）において、不完全転写部２ａの非光学面１ａ３からの最深部深さａ１と、不完全転写部２ｂの非光学面１ｂ３からの最深部深さａ２が等しくなっている。また、不完全転写部２ａは、非光学面１ａ３からの最深部を中心として入射面１ａ１側，出射面１ａ２側それぞれに向かうにつれて非光学面１ａ３からの深さが同程度に徐々に浅くなっており、不完全転写部２ｂは、非光学面１ｂ３からの最深部を中心として入射面１ｂ１側，出射面１ｂ２側それぞれに向かうにつれて非光学面１ｂ３からの深さが同程度に徐々に浅くなっている。

なお、図６（ａ）に示すように、光線Ｌ１、Ｌ２は平行であって、その進行方向は第１レンズ部１ａと第２レンズ部２ｂの積層方向に直交する方向となっており、第１レンズ部１ａにおける非光学面１ａ３からレーザー光（光線Ｌ１）が透過する領域までの距離ｂ１と、第２レンズ部１ｂにおける非光学面１ｂ３からレーザー光（光線Ｌ２）が透過する領域までの距離ｂ２とが等しくなっている。

以上の構成により、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向（後述の光走査装置における副走査方向）における断面形状は、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称の関係となっている。なお、境界Ｓは第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの継ぎ目であり、図６（ａ）では光軸方向に延びる直線（仮想の線）として示している。

このようなプラスチック光学素子１の第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向における複屈折率は、該積層方向の両端に不完全転写部２ａ，２ｂが存在することにより、図６（ｂ）に示すように、全体的に絶対値及び曲線の勾配が比較的小さく、とくに図４（ｂ）と比べると、第２レンズ部１ｂ側の複屈折率が小さく抑えられている。また、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称な複屈折率の分布となっている。
ここで、非光学面１ａ３からの光線Ｌ１までの距離ｂ１と非光学面１ｂ３からの光線Ｌ２までの距離ｂ２が等しくなる関係で、光線Ｌ１，Ｌ２それぞれがプラスチック光学素子１内を透過するようにすると、光線Ｌ１，Ｌ２に対する複屈折率はほぼ等しくなる。

このような光学特性をもつプラスチック光学素子１を光走査装置（後述）において結像光学系として用いると、透過光線の波面の乱れが低減できるので、被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。

図７は、本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の変形例１を示す図である。図７（ａ）は本実施形態のプラスチック光学素子の積層方向の断面図、図７（ｂ）が該プラスチック光学素子の光学特性図である。
図７（ａ）に示すプラスチック光学素子１は、図６（ａ）に示したものにおいて光線Ｌ１，Ｌ２の出射側として第１レンズ部１ａ，第２レンズ部１ｂ共通の出射面１ａｂ２を有する点で異なり、それ以外の点は図６（ａ）に示したものと同じである。なお、射出面１ａｂ２は、図５に示した金型１０において一方の金型部材１２，１３が１つの金型部材とされ、その鏡面が転写されてなる転写面である。

以上の構成により、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向（後述の光走査装置における副走査方向）における断面形状は、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称の関係となっている（図７（ａ））。

このようなプラスチック光学素子１においても、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向における複屈折率は、図６（ｂ）と同様に、全体的に絶対値及び曲線の勾配が比較的小さくなっており（図７（ｂ））、光走査装置（後述）において結像光学系として用いると、透過光線の波面の乱れが低減できるので、被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。

図８は、本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の変形例２を示す図である。図８（ａ）は本実施形態のプラスチック光学素子の積層方向の断面図、図８（ｂ）が該プラスチック光学素子の光学特性図である。
図８（ａ）に示すプラスチック光学素子１は、図６（ａ）に示したものにおいて光線Ｌ１，Ｌ２の入射側として第１レンズ部１ａ，第２レンズ部１ｂ共通の入射面１ａｂ１を有する点で異なり、それ以外の点は図６（ａ）に示したものと同じである。なお、入射面１ａｂ１は、図５に示した金型１０において一方の金型部材１２，１３が１つの金型部材とされ、その鏡面が転写されてなる転写面である。

以上の構成により、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向（後述の光走査装置における副走査方向）における断面形状は、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称の関係となっている（図８（ａ））。

このようなプラスチック光学素子１においても、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向における複屈折率は、図６（ｂ）と同様に、全体的に絶対値及び曲線の勾配が比較的小さくなっており（図８（ｂ））、光走査装置（後述）において結像光学系として用いると、透過光線の波面の乱れが低減できるので、被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。

図９は、本発明に係るプラスチック光学素子の第１の実施形態の変形例３を示す図である。図９（ａ）は本実施形態のプラスチック光学素子の積層方向の断面図、図９（ｂ）が該プラスチック光学素子の光学特性図である。
図９（ａ）に示すプラスチック光学素子１は、図６（ａ）に示したものにおいて光線Ｌ１，Ｌ２が入射側で両者の間隔が狭く、出射側で両者の間隔が広くなるように非平行な状態で内部を透過することに対応して、不完全転写部２ａ’，２ｂ’の形状が異なり、それ以外の点は図６（ａ）に示したものと同じである。なお、ここでは光線Ｌ１，Ｌ２は、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称となる領域を透過するように設計されている。

ここで、不完全転写部２ａ’，２ｂ’は、それぞれ光線Ｌ１，Ｌ２の第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓに対する傾斜に対応するひけ形状となっている。すなわち、図９（ａ）において、不完全転写部２ａ’の非光学面１ａ３からの最深部深さａ１’と、不完全転写部２ｂ’の非光学面１ｂ３からの最深部深さａ２’は等しくなっているが、不完全転写部２ａ’は、非光学面１ａ３からの最深部を中心として入射面１ａ１側に向かうにつれて非光学面１ａ３からの深さが浅くなる程度が出射面１ａ２側に向かう場合よりも小さくなっている。また、不完全転写部２ｂ’は、非光学面１ｂ３からの最深部を中心として入射面１ｂ１側に向かうにつれて非光学面１ｂ３からの深さが浅くなる程度が出射面１ｂ２側に向かう場合よりも小さくなっている。

すなわち、不完全転写部２ａ’、２ｂ’のひけ形状はほぼ等しく、且つこのひけ形状の光軸方向の傾きがそれぞれ対応する光線Ｌ１，Ｌ２と平行となっており（例えば、図９（ａ）において距離ｂ１’＝ｂ２’）、光軸方向の任意の位置における不完全転写部２ａ’、２ｂ’の底面から対応する光線Ｌ１，Ｌ２までの距離が等しくなっている。

このような不完全転写部２ａ’，２ｂ’は、図１０に示すように、金型１０（図５）における可動入子１１ｂ，１４ｂのキャビティ１５側の壁面が該キャビティ１５内に突出する形状となるように変更した金型１０’を使用することにより形成される。すなわち、図１０において、可動入子１１ｂ’，１４ｂ’はキャビティ１５’内に壁面が傾斜した状態で突出しており、この状態で溶融した樹脂部分をキャビティ１５’内に射出して充填し、樹脂成分の圧力が所定圧力になる一定時間後に可動入子１１ｂ’，１４ｂ’を樹脂から離隔する方向に移動（後退）させることにより、不完全転写部２ａ’，２ｂ’を形成する。

なお、可動入子１１ｂ’の壁面は、金型１０’で形成されるプラスチック光学素子１において透過する光線Ｌ１と距離ｂ１’の間隔で平行となるように傾斜が設けられ、可動入子１４ｂ’の壁面は、金型１０’で形成されるプラスチック光学素子１において透過する光線Ｌ２と距離ｂ２’の間隔で平行となるように傾斜が設けられている（図９（ａ））。

以上の構成により、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向（後述の光走査装置における副走査方向）における断面形状は、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称の関係となっている（図９（ａ））。

このようなプラスチック光学素子１においても、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向における複屈折率は、図６（ｂ）と同様に、全体的に絶対値及び曲線の勾配が比較的小さくなっており（図９（ｂ））、光走査装置（後述）において結像光学系として用いると、透過光線の波面の乱れが低減できるので、被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。

（第２の実施形態）
図１１は、本発明に係るプラスチック光学素子の第２の実施形態の構成を示す図である。図１１（ａ）は図４のＡ−Ａ断面であって本実施形態のプラスチック光学素子の積層方向の断面図、図１１（ｂ）が該プラスチック光学素子の光学特性図である。
図１１（ａ）に示すプラスチック光学素子１は、図６（ａ）に示したものにおいて深さの異なる不完全転写部２ａ’’，２ｂ’’を有する点で異なり、それ以外の点は図６（ａ）に示したものと同じである。

すなわち、この不完全転写部２ａ''，２ｂ''は異なるひけ形状を有しており、例えば図１１（ａ）において、不完全転写部２ａ''の非光学面１ａ３からの最深部深さａ１''と、不完全転写部２ｂ''の非光学面１ｂ３からの最深部深さａ２''が異なっている（図１１（ａ）ではａ１''＜ａ２''）。また、不完全転写部２ａ''は、非光学面１ａ３からの最深部を中心として入射面１ａ１側，出射面１ａ２側それぞれに向かうにつれて非光学面１ａ３からの深さが同程度に徐々に浅くなっており、不完全転写部２ｂ''は、非光学面１ｂ３からの最深部を中心として入射面１ｂ１側，出射面１ｂ２側それぞれに向かうにつれて非光学面１ｂ３からの深さが同程度に徐々に浅くなっている。

不完全転写部２ａ''，２ｂ''のひけ形状の違いは、図５に示した金型１０において、キャビティ１５内への樹脂部分の導入後の可動入子１１ｂ，１４ｂそれぞれの樹脂から離隔するタイミングの違い、あるいは樹脂と可動入子１１ｂ，１４ｂそれぞれとの間に設けられる空隙の大きさの違い等に起因する。

このような構成により、プラスチック光学素子１の第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向における複屈折率は、該積層方向の両端に不完全転写部２ａ''，２ｂ''が存在することにより、図１１（ｂ）に示すように、全体的に絶対値及び曲線の勾配が比較的小さく、とくに図４（ｂ）と比べると、第２レンズ部１ｂ側の複屈折率が小さく抑えられている。なお、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向（後述の光走査装置における副走査方向）における断面形状は、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称の関係とはなっていないため、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、第１レンズ部１ａ、第２レンズ部１ｂそれぞれにおける複屈折率の分布はわずかに異なっているが、結像光学系としての悪影響はほとんどない。

このような光学特性をもつプラスチック光学素子１を光走査装置（後述）において結像光学系として用いると、透過光線の波面の乱れが低減できるので、被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。

図１２は、本発明に係るプラスチック光学素子の第２の実施形態の変形例を示す図である。図１２（ａ）は本実施形態のプラスチック光学素子の積層方向の断面図、図１２（ｂ）が該プラスチック光学素子の光学特性図である。
図１２（ａ）に示すプラスチック光学素子１は、図１１（ａ）に示したものにおいて光線Ｌ１，Ｌ２が入射側で両者の間隔が狭く、出射側で両者の間隔が広くなるように非平行な状態、かつ第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの境界Ｓを基準として、線対称となる状態で内部を透過するように設計されている点で異なり、それ以外の点は図１１（ａ）に示したものと同じである。

このようなプラスチック光学素子１においても、第１レンズ部１ａと第２レンズ部１ｂの積層方向における複屈折率は、図１１（ｂ）と同様に、全体的に絶対値及び曲線の勾配が比較的小さくなっており（図１２（ｂ））、光走査装置（後述）において結像光学系として用いると、透過光線の波面の乱れが低減できるので、被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。

つぎに、本発明に係る光走査装置の構成について説明する。
図１３は、レーザープリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に搭載される光走査装置１００の概略断面図である。この光走査装置１００は、複数のレーザー光の光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２を出射する半導体レーザー等の光源装置（不図示）、該光源装置からの光を所定角度範囲で等角速度的に偏向する偏向面を有する変更手段としての２つのポリゴンミラー３、ポリゴンミラー３にて偏向された光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２を等速度的な光に変換するとともに４つの感光体ドラム５の被走査面に結像する結像光学系としての２つのプラスチック光学素子１、及びプラスチック光学素子１からの光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２の方向をそれぞれ対応する感光体ドラム５側に変更する４つの折り返しミラー４等を備えている。

ここで、結像光学系として用いる本発明のプラスチック光学素子１は、前述した第１の実施形態のもの（図６〜図９）、第２の実施形態のもの（図１１，図１２）のいずれのものを用いてもよい。

光走査装置１００の動作を以下に示す。
光源装置から出射された複数の光（ここでは４本の光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２）は、ポリゴンミラー３の偏向面近傍に一旦結像される。ポリゴンミラー３は一定の角速度で走査方向に応じて一方向に回転しており、偏向面近傍に結像された光はポリゴンミラー３の回転に伴って等角速度的に偏向される。
偏向された光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２は、それぞれプラスチック光学素子１を透過することで等速度的な光に変換され、折り返しミラー４で反射されて走査対象である感光体ドラム５表面を走査する。例えば光走査装置１００がデジタル複写機に使用された場合には、前記光源装置の光は、複写画像に対応する画像情報によって、その光強度が変調されており、この光が感光体ドラム５表面に結像することによって、感光体表面に複写画像の静電潜像が形成される。

このような構成の光走査装置１００では、本発明のプラスチック光学素子１を用いているので、第１レンズ部１ａ、第２レンズ部１ｂにおける透過光線（光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２）の波面の乱れを低減でき、感光体ドラム５の被走査面におけるビームウェスト径の悪化を防止することができる。

つぎに、本発明に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１４は、本発明に係る画像形成装置の構成を示すものであり、本発明の光走査装置を用いた画像形成装置の全体側面図である。
図１４において、電子写真装置である画像形成装置２００は、各色の画像形成ユニット１１０，１２０，１３０，１４０を中間転写ベルト１５１上に配置し、中間転写ベルト１５１上にトナーによるカラー像を形成し、そのカラー像を給紙装置１７０から搬送される記録媒体である用紙に転写し、定着装置１６０で熱と圧力でトナーを溶融定着してカラー画像を形成する。

画像形成ユニット１１０，１２０，１３０，１４０は４式あり、それぞれ黒色トナーを有するＫ現像ユニット１１０、シアン色トナーを有するＣ現像ユニット１２０、マゼンタ色トナーを有するＭ現像ユニット１３０、イエロー色トナーを有するＹ現像ユニット１４０である。

そして、例えば画像形成ユニット１１０として、感光体ドラム１１１（図１３でいう感光体ドラム５である）と、感光体ドラム１１１の周囲に感光体ドラム１１１表面を高圧に帯電する帯電装置１１２、入力された画像データに基づいた本発明の光走査装置１００の光書込みにより感光体ドラム１１１上に記録された静電潜像に現像ローラ１１４ａから帯電したトナーを付着させて顕像化する現像装置１１４、感光体ドラム１１１に残ったトナーを掻き取って備蓄するクリーニング装置１１５が配置されている。画像形成ユニット１２０，１３０，１４０についても同様である。なお、前述したような光走査装置１００によるリアルタイムな走査線の位置ずれ補正を、画像形成ユニット１１０，１２０，１３０，１４０のすべてに適用するとよい。

中間転写ベルト１５１は、複数のローラに張架され回動される無端状のベルトであり、各画像形成ユニット１１０，１２０，１３０，１４０の感光体ドラム及び二次転写ローラ１５０と接触している。また、一次転写ローラ（不図示）は、感光体ドラム１１１などに対向して中間転写ベルト１５１内側に感光体ドラム１１１等に対向して配置される。

用紙は、用紙を堆積した給紙装置１７０からピックアップローラ１７１で１枚ずつ引き出され、レジストローラ１７２を経て、二次転写ローラ１５０とその対向ローラにより押し付けられながら中間転写ベルト１５１と接触して画像が転写され、搬送ベルトを介して定着装置１６０へ至る。

定着装置１６０では、所定温度に加熱された定着部材と加圧部材とが所定の圧力で当接してニップ部が形成されており、ニップ部を通過する用紙に熱と圧力が付与されるようになっている。

画像形成装置２００において画像を形成する場合、例えば画像形成ユニット１１０では感光体ドラム１１１上を帯電装置１１２で帯電させ、光走査装置１００で画像に応じた光をあてて、感光体ドラム１１１上の電位を落とす。その部位が感光体ドラム１１１の回転により、現像装置１１４に達し、現像ローラ１１４ａ上のトナー層と接すると帯電しているトナーが画像位置に付着する。

感光体ドラム１１１上のトナー画像は、一次転写ローラが中間転写ベルト１５１を感光体ドラム１１１に向かって押し付ける部位で、中間転写ベルト１５１上に転写される。各画像形成ユニット１２０、１３０、１４０でも同様にして感光体ドラム上のトナー画像が中間転写ベルト１５１上に転写され、カラーのトナー画像が形成される。そして、中間転写ベルト１５１の搬送により、二次転写ローラ１５０の部位で搬送されてきた用紙上にトナー画像は転写される。トナー画像が転写された用紙は、定着装置１６０に搬送され、熱と圧力により、トナーが溶融定着されカラー画像が形成され、排紙ローラ１９１により排紙トレイ１９０に排出される。

以上のように、本発明の画像形成装置によれば、本発明の光走査装置１００を用いるので、正確な光走査が可能となり、高画質の画像を形成することができる。特に、カラーレーザープリンタやカラーデジタル複写機に適用した場合に、色ずれの少ない高画質のカラー画像を形成することができる。
このように、本発明のプラスチック光学素子を走査レンズとして使用することで、焦点位置ずれが少なく、光学特性に優れ、従来にない高画質を達成できる画像形成装置を製造することができる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１，９１ プラスチック光学素子
１ａ，９１ａ 第１レンズ部
１ｂ，９１ｂ 第２レンズ部
１ａ１，１ｂ１，１ａｂ１，９１ａ１，９１ｂ１ 入射面
１ａ２，１ｂ２，１ａｂ２，９１ａ２，９１ｂ２ 出射面
１ａ３，１ｂ３，９１ａ３，９１ｂ３ 非光学面
２ａ，２ａ’，２ａ''，２ｂ，２ｂ’，２ｂ'' 不完全転写部
３ ポリゴンミラー
４ 折り返しミラー
５ 感光体ドラム（感光体）
１０，１０’ 金型
１１，１２，１３，１４ 金型部材
１１ａ，１１ｃ，１４ａ，１４ｃ 固定部材
１１ｂ，１１ｂ’，１４ｂ，１４ｂ’ 可動入子
１５，１５’ キャビティ
１００ 光走査装置
１１０，１２０，１３０，１４０ 画像形成ユニット
１１１ 感光体ドラム
１１２ 帯電装置
１１４ 現像装置
１１４ａ 現像ローラ
１１５ クリーニング装置
１５０ 二次転写ローラ
１５１ 中間転写ベルト
１６０ 定着装置
１７０ 給紙装置
１７１ ピックアップローラ
１７２ レジストローラ
１９０ 排紙トレイ
１９１ 排紙ローラ
２００ 画像形成装置
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２ 光線
Ｓ 境界

特許第４０５３７１６号公報 特開２００６−５１８２２号公報 特許第３５１２５９５号公報

Claims (6)

1. 金型成形により、それぞれレーザー光が少なくとも１本ずつ透過する第１レンズ部と第２レンズ部が一体に積層され、該第１レンズ部の非光学面と第２レンズ部の非光学面が対向配置されてなるプラスチック光学素子において、
   前記第１レンズ部の非光学面と前記第２レンズ部の非光学面それぞれが前記金型からの不完全転写部を有しており、
   前記第１レンズ部と第２レンズ部における両者が積層する方向の断面形状が該第１レンズ部と第２レンズ部の境界を基準として線対称の関係となっていることを特徴とするプラスチック光学素子。
2. 金型成形により、それぞれレーザー光が少なくとも１本ずつ透過する第１レンズ部と第２レンズ部が一体に積層され、該第１レンズ部の非光学面と第２レンズ部の非光学面が対向配置されてなるプラスチック光学素子において、
   前記第１レンズ部の非光学面と前記第２レンズ部の非光学面それぞれが前記金型からの不完全転写部を有していることを特徴とするプラスチック光学素子。
3. 前記第１レンズ部、第２レンズ部それぞれの非光学面における前記金型からの不完全転写部は略同じひけ形状を有していることを特徴とする請求項２に記載のプラスチック光学素子。
4. 前記第１レンズ部、第２レンズ部それぞれの非光学面から該第１レンズ部、第２レンズ部それぞれにおいてレーザー光が透過する領域までの距離が略同じであることを特徴とする請求項２または３に記載のプラスチック光学素子。
5. レーザー光を射出する光源と、
   前記光源からのレーザー光を偏向走査する偏向手段と、
   請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチック光学素子を含み偏向走査されたレーザー光を被走査面に結像する結像光学系と、を備えることを特徴とする光走査装置。
6. 請求項５に記載の光走査装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。