JP2012194294A - 光走査装置、画像形成装置、走査レンズ及び走査レンズの成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化及び走査精度の向上を図ることができる光走査装置を提供する。
【解決手段】 ４つの光源、偏向器前光学系Ａ、偏向器前光学系Ｂ、ポリゴンミラー、走査光学系Ａ、及び走査光学系Ｂなどを備えている。各走査光学系は、１つの走査レンズ及び複数枚の折り返しミラーを有している。この走査レンズは、２つのステーションで共用され、射出面側に各ステーションにそれぞれ対応する２つの光学面を有する樹脂成形品である。そして、該２つの光学面は、平坦面を介して副走査対応方向に沿って並んでいる。この走査レンズは、成形する際に、金型内での不均一な収縮、及び離型時の変形が抑制されており、樹脂成形品でありながら各光学面の形状精度に優れている。
【選択図】図１２

Description

本発明は、光走査装置、画像形成装置、走査レンズ及び走査レンズの成形方法に係り、更に詳しくは、光束により被走査面を走査する光走査装置、該光走査装置を備える画像形成装置、樹脂が射出成形された走査レンズ、及び走査レンズを射出成形する成形方法に関する。

レーザプリンタ、レーザプロッタ、デジタル複写機、レーザファクシミリ、あるいはこれらを含む複合機等で用いられる電子写真方式の画像形成装置は、近年、カラー化、高速化が進み、像担持体である感光体ドラムを複数（通常は４つ）有するタンデム方式の画像形成装置が普及している。

タンデム方式の画像形成装置では、記録紙の搬送方向に沿って複数の感光体ドラムが配列されている。そして、各感光体ドラムに対応した複数の光源から射出された複数の光束を１つの光偏向器で偏向し、対応した走査光学系（走査結像光学系）を介して各感光体ドラムの表面を同時に露光して潜像を形成している。これらの潜像は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックなどの各々異なる色の現像剤を使用する現像器で可視化され、同一の記録紙に順次重ね合わせて転写され、定着され、カラー画像となる。

しかしながら、タンデム方式の画像形成装置は、感光体ドラムの数に応じた複数の光源が必要となり、それに伴い、部品点数の増加によるコストアップや、装置の大型化を招くという不都合があった。

そこで、互いに異なる感光体ドラムに向かう複数の光束で走査レンズを共用することが提案された（例えば、特許文献１参照）。

また、光偏向器の偏向反射面に副走査方向に関して光束を斜入射させて低コスト化を図ることが考案された（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、斜入射方式の光学系においては、特に感光体ドラムにおける画像形成領域の端部近傍である周辺像高に向かう光束がねじれて走査レンズに入射し、波面収差が増大するという不都合があった。この場合、感光体ドラム表面での光学性能が著しく劣化し、ビームスポット径が太ってしまい、高画質化が妨げられる。また、斜入射角によって走査線曲がりの大きさが異なるため、各色のトナー画像を重ね合わせた際に、色ずれとなる。

本出願人は、感光体ドラム表面での斜入射方式特有の光学特性の劣化を補正する方式を提案した（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に開示されている光走査装置では、副走査方向に最も屈折力を持つ光学面と光偏向器との間に、副走査方向に曲率を持たず、主走査方向に副走査方向へのチルト偏芯を変化させた光学面を配置し、波面収差の補正を可能とした。更に、走査線曲りについても同様の面を被走査面側に配置される走査レンズに設けることで補正可能としている。この結果、斜入射光学系特有の光学特性の劣化を補正することが可能となり、従来に比べ低コスト化、及び小型化を達成した。

また、特許文献４には、結像光学素子が、複数の光学有効部と、該複数の光学有効部間であって光束が通過しない光学非有効部を１つ以上有し、副走査断面内において、複数の光学有効部の各頂点を結んだ線分から光学非有効部の頂点までの光軸方向の距離が１．０ｍｍ以下となるように構成されている光走査装置が開示されている。

ところで、一般的に走査レンズは、製造コスト及び光学面の形状精度の点から、該走査レンズと類似した形状のキャビティを有する金型に樹脂を射出して成形されたものが用いられている。

近年、画像形成装置に対して更なる低価格化及び高画質化が要求され、それに伴って、光走査装置に対して更なる低価格化及び走査精度の向上が要求されている。

そこで、部品点数の削減を目的として、副走査方向に沿って複数の光学面が並ぶ形状の走査レンズを用いることを試みたが、特許文献４に開示されている結像光学素子では光学面の形状精度が十分ではなく、走査精度の向上を図るのは困難であった。

発明者等は、樹脂の射出成形品で、副走査方向に沿って複数の光学面が並ぶ形状の走査レンズについて、種々の実験及び各種計算機シミュレーションを行ったところ、２つの光学面を結ぶ領域の形状が光学面の形状精度に大きく影響していることを見出した。

本発明は、上述した発明者等の得た新規知見に基づいてなされたものであり、以下の構成を有する。

本発明は、第１の観点からすると、複数の被走査面を光束により主走査方向に走査する光走査装置であって、複数の光源と、前記複数の光源から射出された複数の光束を偏向する光偏向器と、前記光偏向器で偏向された複数の光束を対応する被走査面に個別に導く走査光学系と、を備え、前記走査光学系は、前記複数の光束で共用される１つの走査レンズを含み、該走査レンズの少なくとも１つの面は、前記複数の光束に対応する複数の光学面が平坦面を介して副走査方向に並んでいることを特徴とする光走査装置である。

これによれば、形状精度の高い複数の光学面を有する１つの走査レンズが複数の光束で共用されているため、低コスト化及び走査精度の向上を図ることができる。

本発明は、第２の観点からすると、複数の像担持体と、前記複数の像担持体を、それぞれ対応する画像情報に応じて変調された光束により走査する本発明の光走査装置と、を備える画像形成装置である。

これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、その結果として、低コスト化及び画像品質の向上を図ることができる。

本発明は、第３の観点からすると、入射側及び射出側の少なくとも一方に複数の光学面を有し、樹脂が射出成形された走査レンズであって、前記複数の光学面が平坦面を介して一の方向に並んでいる走査レンズである。

これによれば、各光学面の形状精度を向上させることができる。

本発明は、第４の観点からすると、入射側及び射出側の少なくとも一方に複数の光学面を有する樹脂製の走査レンズを成形する成形方法であって、前記走査レンズに類似した形状のキャビティを形成する型部材を有し、該型部材の前記複数の光学面に対応する複数の面が、平坦面を介して一の方向に並んでいる成形用型を用い、前記キャビティに樹脂素材を充填する工程を含む走査レンズの成形方法である。

これによれば、各光学面の形状精度に優れた走査レンズを成形することができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 光走査装置の概略構成を説明するための図である。 偏向器前光学系Ａを説明するための図である。 偏向器前光学系Ｂを説明するための図である。 ポリゴンミラーの偏向反射面で偏向された２つの光束（ＬＢａ、ＬＢｂ）の光路を説明するための図である。 ポリゴンミラーの偏向反射面で偏向された２つの光束（ＬＢｃ、ＬＢｄ）の光路を説明するための図である。 同一偏向反射面に入射する２つの光束の入射位置を説明するための図である。 走査光学系Ａ及び走査光学系Ｂを説明するための図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ走査レンズを説明するための図である。 走査レンズ２１０５Ａの２つの光学面と２つの光束（ＬＢａ、ＬＢｂ）との関係を説明するための図である。 走査レンズ２１０５Ｂの２つの光学面と２つの光束（ＬＢｃ、ＬＢｄ）との関係を説明するための図である。 走査レンズにおける平坦面と線分Ｌとの関係を説明するための図である。 各走査レンズを射出成形する際に用いられる金型２０を説明するための図である。 金型２０のキャビティに樹脂が充填された状態を説明するための図である。 金型２０内の樹脂が冷却されるときの熱流を説明するための図である。 比較例の走査レンズ２５を説明するための図である。 走査レンズ２５を射出成形する際に用いられる成形用金型３０を説明するための図である。 金型３０内の樹脂が冷却されるときの熱流を説明するための図である。 走査レンズ２５の光学面におけるうねりを説明するための図である。 偏向反射面の回転中心からの距離のばらつきと斜入射との関係を説明するための図である。 同一偏向反射面に入射する２つの光束の入射位置を副走査対応方向に関して異ならせることの効果を説明するための図である。 同一偏向反射面に入射する２つの光束を入射前に副走査対応方向に関して交差させることの効果を説明するための図である。 走査レンズの変形例を説明するための図である。 別の走査レンズ１を説明するための図である。 別の走査レンズ２を説明するための図である。 別の走査レンズ２の比較例を説明するための図である。 走査レンズの副走査対応方向の側面に形成された窪みを説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２０に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせて多色のカラー画像を形成するタンデム方式のカラープリンタであり、４つの感光体ドラム（Ｋ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１）、４つのドラム帯電装置（Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２）、４つの現像装置（Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４）、４つのドラムクリーニング装置（Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５）、４つの転写装置（Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６）、光走査装置２０１０、ベルト帯電装置２０３０、ベルト分離装置２０３１、ベルト除電装置２０３２、搬送ベルト２０４０、ベルトクリーニング装置２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をＹ軸方向、４つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、通信制御装置２０８０を介して受信した上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）を光走査装置２０１０に通知する。

感光体ドラムＫ１、ドラム帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、ドラムクリーニング装置Ｋ５、及び転写装置Ｋ６は、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラムＣ１、ドラム帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、ドラムクリーニング装置Ｃ５、及び転写装置Ｃ６は、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラムＭ１、ドラム帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、ドラムクリーニング装置Ｍ５、及び転写装置Ｍ６は、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラムＹ１、ドラム帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、ドラムクリーニング装置Ｙ５、及び転写装置Ｙ６は、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転するものとする。

各ドラム帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、マゼンタ画像情報、シアン画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像装置の方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の構成については後述する。

現像装置Ｋ４は、感光体ドラムＫ１の表面に形成された潜像にブラックのトナーを付着させて顕像化させる。

現像装置Ｃ４は、感光体ドラムＣ１の表面に形成された潜像にシアンのトナーを付着させて顕像化させる。

現像装置Ｍ４は、感光体ドラムＭ１の表面に形成された潜像にマゼンタのトナーを付着させて顕像化させる。

現像装置Ｙ４は、感光体ドラムＹ１の表面に形成された潜像にイエローのトナーを付着させて顕像化させる。

各現像装置によってトナーが付着した像（以下、便宜上「トナー画像」という）は、感光体ドラムの回転に伴って対応する転写装置の方向に移動する。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。該レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を搬送ベルト２０４０に向けて送り出す。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで、対応する転写装置によって搬送ベルト２０４０上の記録紙に順次転写され、重ね合わされてカラー画像となる。そして、各トナー画像が転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによって各トナー画像が記録紙上に定着される。この記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイに送られ、排紙トレイ上に順次積み重ねられる。

各ドラムクリーニング装置は、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

ベルト帯電装置２０３０は、搬送ベルト２０４０の表面を帯電させる。これにより、記録紙が搬送ベルト２０４０の表面に静電吸着される。

ベルト分離装置２０３１は、搬送ベルト２０４０上に静電吸着されている記録紙の吸着を解除する。

ベルト除電装置２０３２は、搬送ベルト２０４０の表面を除電する。

ベルトクリーニング装置２０４２は、搬送ベルト２０４０の表面に付着している異物を除去する。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図２に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、偏向器前光学系Ａ、偏向器前光学系Ｂ、ポリゴンミラー２１０４、走査光学系Ａ、走査光学系Ｂ、及び不図示の走査制御装置などを備えている。

なお、以下では、便宜上、主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

各光源は、発振波長が６５９ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）あるいは面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を有している。

偏向器前光学系Ａは、一例として図３に示されるように、２つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ）、２つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ）、シリンドリカルレンズ２２０４Ａを有している。

カップリングレンズ２２０１ａは、光源２２００ａから射出された光束ＬＢａの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。カップリングレンズ２２０１ｂは、光源２２００ｂから射出された光束ＬＢｂの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

開口板２２０２ａは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ａを介した光束ＬＢａを整形する。開口板２２０２ｂは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｂを介した光束ＬＢｂを整形する。

シリンドリカルレンズ２２０４Ａは、開口板２２０２ａの開口部を通過した光束ＬＢａ、及び開口板２２０２ｂの開口部を通過した光束ＬＢｂを、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

偏向器前光学系Ｂは、一例として図４に示されるように、２つのカップリングレンズ（２２０１ｃ、２２０１ｄ）、２つの開口板（２２０２ｃ、２２０２ｄ）、シリンドリカルレンズ２２０４Ｂを有している。

カップリングレンズ２２０１ｃは、光源２２００ｃから射出された光束ＬＢｃの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。カップリングレンズ２２０１ｄは、光源２２００ｄから射出された光束ＬＢｄの光路上に配置され、該光束を略平行光束とする。

開口板２２０２ｃは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｃを介した光束ＬＢｃを整形する。開口板２２０２ｄは、開口部を有し、カップリングレンズ２２０１ｄを介した光束ＬＢｄを整形する。

シリンドリカルレンズ２２０４Ｂは、開口板２２０２ｃの開口部を通過した光束ＬＢｃ、及び開口板２２０２ｄの開口部を通過した光束ＬＢｄを、ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面近傍にＺ軸方向に関して結像する。

ポリゴンミラー２１０４は、４面鏡を有し、各鏡がそれぞれ偏向反射面となる。該４面鏡は、Ｚ軸に平行な中心軸まわりに等速回転し、入射光束を等角速度的に偏向する。

シリンドリカルレンズ２２０４Ａからの光束ＬＢａ及び光束ＬＢｂは、ポリゴンミラー２１０４における−Ｘ側に位置する同一の偏向反射面に入射する。

光束ＬＢａは、ＸＹ面に対して−Ｚ側に角度θａだけ傾斜した方向から偏向反射面に入射し、光束ＬＢｂは、ＸＹ面に対して＋Ｚ側に角度θｂだけ傾斜した方向から偏向反射面に入射するように設定されている。

シリンドリカルレンズ２２０４Ｂからの光束ＬＢｃ及び光束ＬＢｄは、ポリゴンミラー２１０４における＋Ｘ側に位置する同一の偏向反射面に入射する。

各シリンドリカルレンズは、Ｚ軸方向に関して、２つの光束が交差する位置に配置されている。なお、ここでの交差は、必ずしも２つの光束がぶつかり合う必要はなく、単に、Ｚ軸方向に直交する方向からみたときに交差しているようにみえれば良い。

光束ＬＢｃは、ＸＹ面に対して＋Ｚ側に角度θｃだけ傾斜した方向から偏向反射面に入射し、光束ＬＢｄは、ＸＹ面に対して−Ｚ側に角度θｄだけ傾斜した方向から偏向反射面に入射するように設定されている。

なお、以下では、光束が偏向反射面に入射する際に、回転軸に直交する面（ここでは、ＸＹ面）に対して傾斜した方向から入射することを「斜入射」といい、回転軸に直交する面に平行な方向から入射することを「水平入射」という。

一例として図５に示されるように、偏向反射面に入射した光束ＬＢａは、回転軸に直交する面に対して＋Ｚ側に角度θａだけ傾斜した方向に反射され、偏向反射面に入射した光束ＬＢｂは、回転軸に直交する面に対して−Ｚ側に角度θｂだけ傾斜した方向に反射される。

また、一例として図６に示されるように、偏向反射面に入射した光束ＬＢｃは、回転軸に直交する面に対して−Ｚ側に角度θｃだけ傾斜した方向に反射され、偏向反射面に入射した光束ＬＢｄは、回転軸に直交する面に対して＋Ｚ側に角度θｄだけ傾斜した方向に反射される。

ここでは、｜θａ｜＝｜θｂ｜＝｜θｃ｜＝｜θｄ｜＝１°である。

ポリゴンミラー２１０４の偏向反射面の回転軸方向に関する長さ（図７におけるＤｐ、以下では、「偏向反射面の厚さ」ともいう）は約４ｍｍである。また、同一の偏向反射面に入射する２つの光束の、該偏向反射面における各入射位置は、回転軸方向に関して約２．５ｍｍ（図７におけるＤｂ）離れている。

走査光学系Ａは、一例として図８に示されるように、ポリゴンミラー２１０４の−Ｘ側に配置され、走査レンズ２１０５Ａ、３枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０８ｂ）を有している。

そして、ポリゴンミラー２１０４で偏向された光束ＬＢａは、走査レンズ２１０５Ａと折り返しミラー２１０６ａを介して、感光体ドラムＫ１に照射される。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向された光束ＬＢｂは、走査レンズ２１０５Ａと折り返しミラー２１０６ｂと折り返しミラー２１０８ｂを介して、感光体ドラムＣ１に照射される。

走査光学系Ｂは、一例として図８に示されるように、ポリゴンミラー２１０４の＋Ｘ側に配置され、走査レンズ２１０５Ｂ、３枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｃ）を有している。

ポリゴンミラー２１０４で偏向された光束ＬＢｃは、走査レンズ２１０５Ｂと折り返しミラー２１０６ｃと折り返しミラー２１０８ｃを介して、感光体ドラムＭ１に照射される。

また、ポリゴンミラー２１０４で偏向された光束ＬＢｄは、走査レンズ２１０５Ｂと折り返しミラー２１０６ｄを介して、感光体ドラムＹ１に照射される。

各感光体ドラム上の光スポットは、ポリゴンミラー２１０４の回転に伴って各感光体ドラムの長手方向に移動する。各感光体ドラムにおける光スポットの移動方向が「主走査方向」であり、各感光体ドラムの回転方向が「副走査方向」である。

本実施形態では、１つの走査レンズを２つのステーションで共用しているため、従来の２つの走査レンズを副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）に重ねて配置する場合に比べ、副走査対応方向に関する２つの光束の間隔を小さくすることができる。さらに、部品点数が削減され、部品費の低減、部品管理の高効率化、部品管理費の低減が可能となる。

各走査レンズは、樹脂製であり、一例として図９（Ａ）に示されるように、その射出側に副走査対応方向（ここでは、Ｚ軸方向と同じ）に並ぶ２つの光学面を有している。ここでは、射出側の２つの光学面のうち、＋Ｚ側の光学面を第１射出光学面、−Ｚ側の光学面を第２射出光学面という。そして、第１射出光学面と第２射出光学面との間は、平坦面となっている。なお、図９（Ｂ）は、各走査レンズの平面視を示す図である。

走査レンズ２１０５Ａにおける第１射出光学面は、光束ＬＢａが通過する光学面であり、第２射出光学面は、光束ＬＢｂが通過する光学面である（図１０参照）。

走査レンズ２１０５Ｂにおける第１射出光学面は、光束ＬＢｄが通過する光学面であり、第２射出光学面は、光束ＬＢｃが通過する光学面である（図１１参照）。なお、以下において、走査レンズ２１０５Ａと走査レンズ２１０５Ｂを区別する必要がないときは、総称して「走査レンズ２１０５」と表記する。

走査レンズ２１０５における第１射出光学面と第２射出光学面との間の平坦面は、一例として図１２に示されるように、第１射出光学面の頂点と第２射出光学面の頂点とを結ぶ線分Ｌに略平行である。

図１３には、走査レンズ２１０５を成形する際に用いられる成形用の金型２０が示されている。この金型２０は、その内部に、走査レンズ２１０５の形状と類似した形状のキャビティを有している。

金型２０は、２つの部材（２１、２２）を有している。部材２１は、走査レンズ２１０５の第１射出光学面形状及び第２射出光学面形状を樹脂に転写する転写面を有し、金駒とも呼ばれている。部材２２は、走査レンズ２１０５の入射側の光学面形状を樹脂に転写する転写面、及び走査レンズ２１０５の副走査対応方向における大きさを規定する複数の規定面を有している。

図１４には、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱・溶融された樹脂が、金型２０のキャビティに充填された状態が示されている。この樹脂は、金型２０を介して冷却される。

金型２０には、一例として図１５に示されるように、樹脂からの熱がほぼ均等に流入し、大気中に放出されるため、キャビティ内の樹脂はほぼ等方的に収縮する。そして、樹脂の温度が金型２０の温度とほぼ等しくなると、該樹脂は金型２０から取り出される。

図１６には、比較例として、第１射出光学面と第２射出光学面との間に平坦面がない走査レンズ２５が示されている。この場合、第１射出光学面と第２射出光学面との間で急激に形状が変化している。そして、この走査レンズ２５を成形する際に用いられる成形用の金型３０が図１７に示されている。この金型３０は、２つの部材（３１、３２）を有し、内部に、走査レンズ２５の形状と類似した形状のキャビティを有している。

この場合、一例として図１８に示されるように、部材３１において、第１射出光学面形状の転写面と第２射出光学面形状の転写面との間を含む一部領域に、樹脂からの熱がこもり、該一部領域の温度が他よりも高くなる。そこで、該一部領域の近傍では樹脂の冷却が部分的に遅くなり、キャビティ内の樹脂の収縮は等方的でなくなる。その結果、成形される走査レンズは、一例として図１９に示されるように、光学面にうねりが生じ、光学面の形状精度が劣化したものとなる。なお、図１９では、分かりやすくするため、うねりを誇張して図示している。

また、走査レンズ２５では、第１射出光学面と第２射出光学面との間の凹部が深いため、該凹部を部材３１（金駒）から離型させる際の抵抗（離型抵抗）が、光学面の離型抵抗よりも大きくなる。そこで、金型３０で成形された成形品は、離型抵抗が不均一となり、離型のときに変形するおそれがある。なお、第１射出光学面と第２射出光学面との間の凹部の深さを浅くすることが考えられるが、この場合、第１射出光学面と第２射出光学面とを、２つの光学面間の傾きが連続となるような曲面でつなぐと、該凹部の副走査対応方向の長さが長くなり、走査レンズの大型化を招く。

そして、走査レンズ２５を用いた光走査装置では、走査レンズ２５を通過することにより波面収差が大きくなり、被走査面においてビームスポット径の太りが生じる。また、走査レンズ２５の射出側の光学面では、射出位置によって曲率が異なるため、被走査面においていわゆるピンぼけが生じる。

一方、金型２０で成形された走査レンズ２１０５は、第１射出光学面と第２射出光学面との間に深い凹部が存在せず、離型抵抗が均一であるため、離型のときに変形するおそれはない。

また、部材２１のキャビティ側の面を鏡面加工面とすることが容易であるため、樹脂の密着性が均一になり、離型による形状誤差の発生を更に低減することができる。

また、走査レンズ２１０５の光学面と平坦面との境界にＲをつけることにより、部材２１のキャビティ側の面における光学面に対応する面と平坦面に対応する面を連続して加工することができる。すなわち、部材２１の加工性が向上する。また、走査レンズ２１０５の光学面と平坦面との境界にＲをつけることにより、光学面と平坦面との境界での離型抵抗の増大を抑制することができる。

このように、走査レンズ２１０５は、第１射出光学面と第２射出光学面との間に平坦面が設けられているため、樹脂成形品であっても光学面の形状精度に優れている。そこで、光走査装置２０１０は、高い光走査精度を維持しつつ、低コスト化を図ることができる。

また、走査レンズ２１０５の平坦面は、各光学面よりも反射率が低くなるように、成形後に加工が施されている。ここでは、平坦面は、成形後に粗し加工がなされ粗面となっている。これにより、平坦面に入射した光がゴースト光となり、感光体ドラムに向かうのを抑制することができる。

ところで、一例として図２０に示されるように、ポリゴンミラー２１０４の回転中心から各偏向反射面までの距離にばらつき（図２０ではΔｄ）があると、光束が偏向反射面に斜入射されたとき、偏向反射面での反射位置がＺ軸方向に関して変化（図２０ではΔＳ）する。そして、偏向反射面での反射位置がＺ軸方向に関して変化すると、被走査面において副走査方向に関して結像位置が変化する。これは、被走査面における走査線のピッチ変動を招く。

そこで、上記ばらつきがあると、偏向反射面を４面もっているポリゴンミラーでは、４ライン周期で走査線のピッチ変動が発生する。走査線のピッチ変動は、走査レンズのＺ軸方向における倍率をβとすると、△Ｓ×βとなる。そして、この値が５μｍ以上になると、出力画像上で濃度むらとなり、画像品質が大きく低下する。

なお、光束が偏向反射面に水平入射される場合には、上記ばらつきがあっても、Ｚ軸方向に関して反射位置は変化しないため、被走査面上での結像位置は変化しない。

上記画像品質の低下を抑制する第１の方法として、走査レンズとポリゴンミラーとの距離を大きくして、上記倍率βを小さくすることが考えられる。この場合は、走査レンズのＹ軸方向の長さを長くする必要があり、走査レンズのコスト上昇、光走査装置の大型化を招く。また、画角を一定にして、倍率βを小さくするには、ポリゴンミラーと感光体ドラムとの間の光路長を長くする必要があり、画像形成装置の大型化を招く。

上記画像品質の低下を抑制する第２の方法として、光束の斜入射角を小さくすることが考えられる。斜入射角が小さいと、Ｚ軸方向に関する偏向反射面での反射位置のずれΔＳが小さくなる。

本実施形態では、走査レンズとして、副走査対応方向に並ぶ２つの光学面を有する１つの走査レンズ２１０５を用いているため、斜入射角を小さくすることができる。従来の斜入射光学系を用いた場合では、斜入射角は、３〜５°程度に設定されることが多いが、本実施形態では、斜入射角を１°程度とすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置２０１０によると、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、偏向器前光学系Ａ、偏向器前光学系Ｂ、ポリゴンミラー２１０４、走査光学系Ａ、及び走査光学系Ｂなどを備えている。

各走査光学系は、１つの走査レンズ２１０５及び複数枚の折り返しミラーを有している。この走査レンズ２１０５は、２つのステーションで共用され、射出面側に各ステーションにそれぞれ対応する２つの光学面を有する樹脂成形品である。そして、該２つの光学面は、平坦面を介して副走査対応方向に沿って並んでいる。

走査レンズ２１０５は、成形の際に、該走査レンズに類似した形状のキャビティを形成する型部材を有し、該型部材における２つの光学面に対応する２つの面が、平坦面を介して一の方向に並んでいる成形用型２０が用いられている。そこで、走査レンズ２１０５は、金型内での不均一な収縮、及び離型時の変形が抑制され、樹脂成形品でありながら各光学面の形状精度に優れている。

そこで、光走査装置２０１０は、低コスト化及び走査精度の向上を図ることができる。

ところで、通常、複数の光学面を有する走査レンズは、１つの光学面のみ有する走査レンズに比べて体積が大きいため、冷却時の収縮量が大きくなり、ひけが発生しやすい。しかしながら、本実施形態の走査レンズ２１０５は、２つの光学面の間に平坦面を設け、各光学面が均一に収縮するようにしている。

また、各シリンドリカルレンズは、２つの光束で共用されている。これにより、偏向器前光学系を配置するのに必要な空間領域（スペース）を小さくすることができる。

また、ポリゴンミラー２１０４に入射する４つの光束は、偏向反射面に斜入射されるため、偏向反射面の厚さを小さくすることが可能となり、更なる低コスト化と小型化を図ることができる。さらに、偏向反射面の高速回転に大きなエネルギーを必要とせず、高速回転させたときの「風切り音」も小さくすることができる。

また、斜入射角を従来よりも小さくすることができるため、斜入射による波面収差を小さくすることができる。また、感光体ドラム表面での走査線曲がりを小さくすることができ、複数のトナー画像を重ねた際の色ずれを少なくすることができる。

また、同一の偏向反射面に入射する２つの光束は、一旦交差してから該偏向反射面に入射しているため、一例として図２１及び図２２に示されるように、ポリゴンミラー２１０４と走査レンズ２１０５との距離を長くすることなく、斜入射角を小さくすることができる。

ところで、この場合は、２つの光束は、副走査対応方向に関して、同一の偏向反射面の異なる位置に入射するため、従来の斜入射光学系を用いた場合よりも、偏向反射面の厚さを厚くする必要がある。但し、本実施形態では、偏向反射面の厚さを約４ｍｍに抑えることができるため、高コスト化、消費電力の増加、騒音の増大を招来することは、ほとんどない。なお、２つの光束がそれぞれ水平入射され、２つの走査レンズを副走査対応方向に重ねて配置した場合、偏向反射面の厚さは８〜１０ｍｍ程度になることが多い。

また、各シリンドリカルレンズは、Ｚ軸方向に関して、２つの光束が交差する位置に配置されている。この場合は、各シリンドリカルレンズをその光軸方向にある程度シフトさせても、偏向反射面での各光束の入射位置の変化が小さい。このため、各シリンドリカルレンズの位置に関する自由度を高くすることができる。そこで、例えば、副走査対応方向における像面湾曲を調整するためにシリンドリカルレンズの位置調整を行っても、他への影響は少ない。

また、各シリンドリカルレンズでは、２つの光束が光軸近傍を通過するため、シリンドリカルレンズの製造誤差の影響を受けにくい。なお、各シリンドリカルレンズにおいて２つの光束が光軸から離れた位置を通過する場合に、各シリンドリカルレンズに製造誤差によるばらつきがあると、一方のシリンドリカルレンズを通過した光束と他方のシリンドリカルレンズを通過した光束とで主走査方向に関する結像位置が互いに異なることとなる。これは、カップリングレンズのその光軸方向へのシフトでは調整することはできない。

そして、本実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、光走査装置２０１０を備えているため、その結果として、低コスト化及び画像品質の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態において、一例として図２３に示されるように、平坦面と各光学面との間に溝が設けられていても良い。この場合は、平坦面と線分Ｌとの距離が短くなり、金型２０内での不均一な収縮を更に抑制することができる。

また、一例として図２４に示されるように、第１射出光学面及び第２射出光学面が、副走査対応方向に曲率を持たず、副走査対応方向にチルト偏心している走査レンズにおいても、第１射出光学面と第２射出光学面との間に平坦面を設けることにより、樹脂成形品であっても光学面の形状精度を向上させることができる。

主走査対応方向の一部で副走査対応方向のチルト偏心を持たない場合は、主走査対応方向でチルトしている面において、２つの光学面の頂点を結ぶ線分Ｌに平行な面で平坦面を定義することとなる。また、光学面の頂点は、その光学面の幅の違いにより位置が変化するが、この場合、平坦面と線分Ｌの平行性が若干損なわれても良い。要するに、複数の光学面の間に、金駒における熱のこもりを改善するための平坦面が設けられていれば良い。

また、一例として図２５に示されるように、第１射出光学面及び第２射出光学面が凹面のレンズ４０においても、第１射出光学面と第２射出光学面との間に平坦面を設けることにより、光学面の形状精度を向上させることができる。

このとき、図２６に示される比較例のように、第１射出光学面と第２射出光学面との間に平坦面がない場合は、金駒のキャビティ側の面は凸形状となるため熱のこもりは発生しないが、局所的に放熱性が良くなり、金駒内に不均一な温度分布が発生し、光学面の等方収縮性が崩れ、光学面の形状精度が低下する。

また、上記レンズ４０において、平坦面と各光学面との間に溝が設けられても良い。

また、上記実施形態において、一例として図２７に示されるように、副走査対応方向の少なくとも一方の側面に窪みが形成されるように、成形時の冷却を制御しても良い。この場合は、副走査対応方向の少なくとも一方の側面に収縮が集中することとなり、光学面の変形を更に小さくすることができる。そして、特に、走査レンズが厚肉あるいは偏肉形状であっても、薄肉成形品と同程度の生産コストで、高精度な樹脂成形品が実現できる。

また、上記実施形態では、ポリゴンミラー２１０４に入射する４つの光束が、偏向反射面に斜入射される場合について説明したが、これに限定されるものではない。ポリゴンミラー２１０４に入射する４つの光束が、偏向反射面に水平される場合であっても、走査レンズ２１０５を用いることにより、低コスト化及び走査精度の向上を図ることができる。

また、上記実施形態では、光走査装置２０１０がプリンタに用いられる場合について説明したが、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機にも好適である。

以上説明したように、本発明の光走査装置によれば、低コスト化及び走査精度の向上を図るのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、低コスト化及び画像品質の向上を図るのに適している。また、本発明の走査レンズによれば、各光学面の形状精度を向上させるのに適している。また、本発明の走査レンズの成形方法によれば、各光学面の形状精度に優れた走査レンズを成形するのに適している。

２０…金型（成形用型）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２１０４…ポリゴンミラー（光偏向器）、２１０５Ａ…走査レンズ、２１０５Ｂ…走査レンズ、２１０６ａ〜２１０６ｄ…折り返しミラー、２１０８ｂ，２１０８ｃ…折り返しミラー、２２００ａ〜２２００ｄ…光源、２２０４Ａ，２２０４Ｂ…シリンドリカルレンズ、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

特開２００２−１６０２６８号公報 特開２００３−５１１４号公報 特開２００６−７２２８８号公報 特開２００８−１５１３９号公報

Claims (12)

1. 複数の被走査面を光束により主走査方向に走査する光走査装置であって、
   複数の光源と、
   前記複数の光源から射出された複数の光束を偏向する光偏向器と、
   前記光偏向器で偏向された複数の光束を対応する被走査面に個別に導く走査光学系と、を備え、
   前記走査光学系は、前記複数の光束で共用される１つの走査レンズを含み、該走査レンズの少なくとも１つの面は、前記複数の光束に対応する複数の光学面が平坦面を介して副走査方向に並んでいることを特徴とする光走査装置。
2. 前記平坦面と光学面との境界部における該平坦面と光学面のなす角が鈍角であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記平坦面が、該平坦面の両側の光学面における頂点を結ぶ線分に略平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記平坦面が、前記光偏向器の回転軸に略平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記平坦面と光学面との境界部が曲面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記平坦面は光学面よりも反射率が低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記走査レンズは、副走査方向の少なくとも一方の側面に窪みを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 前記走査レンズに入射する複数の光束は、前記光偏向器の回転軸に直交する面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光走査装置。
9. 前記走査レンズの入射側の面は、１つの光学面を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光走査装置。
10. 複数の像担持体と、
    前記複数の像担持体を、それぞれ対応する画像情報に応じて変調された光束により走査する請求項１〜９のいずれか一項に記載の光走査装置と、を備える画像形成装置。
11. 入射側及び射出側の少なくとも一方に複数の光学面を有し、樹脂が射出成形された走査レンズであって、
    前記複数の光学面が平坦面を介して一の方向に並んでいる走査レンズ。
12. 入射側及び射出側の少なくとも一方に複数の光学面を有する樹脂製の走査レンズを成形する成形方法であって、
    前記走査レンズに類似した形状のキャビティを形成する型部材を有し、該型部材の前記複数の光学面に対応する複数の面が、平坦面を介して一の方向に並んでいる成形用型を用い、前記キャビティに樹脂素材を充填する工程を含む走査レンズの成形方法。

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