JP4401503B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、複写機の画像出力部におけるポリゴンミラーなどの偏向器を用いた光走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタ、あるいは、これを応用したデジタル複写機の画像出力部は、通常、感光体上を、印字データに応じて明滅するレーザ光束で走査し、これによって形成される露光分布に応じて、静電的な複写機構による画像形成を実現している。そして、ここでは、レーザ光束の走査に、光走査装置が用いられている。
【０００３】
これは、半導体レーザからの光束を略平行な光束に変換した後、回転する回転多面鏡（以下、ポリゴンミラーと称す）で反射偏向し、その後、レンズ、ミラーなどの結像光学素子で、感光体上に、移動するスポットとして結像させ、直線に沿った光走査を繰り返し行うものである。
【０００４】
なお、レーザプリンタにおいては、光走査装置で走査する直線上の露光分布の方向を主走査と呼び、これと直交する方向を副走査と呼ぶ。副走査方向の露光分布の作成は、各主走査露光毎に、感光体を副走査方向に移動させることによって達成している。
【０００５】
近年では、光走査装置の高精度化、低コスト化のため、この走査装置に用いる結像光学素子に樹脂材料を多用しており、このように、樹脂材料を用いる結像光学素子では、樹脂によるモールド成形が可能となるために、レンズ、ミラーの非球面化が容易である。そして、更に、その形状を保持するための筐体（通常、光学箱と称す）も、樹脂モールド成形により構成すると、それまでの金属の切削、鋳造加工による筐体に比較して、より軽量、低コスト化が実現でき、フレキシブルなレンズ配置が可能となる。
【０００６】
図７は、一般的なレーザ走査光学系ユニットを示すものであり、ここで、符号１は走査光学系ユニットに含まれる各光学部品、特に、結像レンズなどの結像光学素子の位置、姿勢を決めて、保持する光学箱であり、２は光源ユニットであり、半導体レーザと、この半導体レーザからの光束を所定径内での略平行な光束に変換して射出するためのコリメータレンズと、開口板などを有している。
【０００７】
更には、より高速な走査、あるいは、高密度な走査を実現するために、複数の光源を持つ半導体レーザを用いて、光源ユニットから複数のビームを発し、同時に、複数の光スポットで、感光体上を走査することができるものも、既に報告されている。
【０００８】
また、符号３はシリンドリカルレンズであり、光源ユニット２からの光束を、特に副走査方向において、偏向器５のポリゴン反射面近傍に集光させる機能を有している。この偏向器５は、ポリゴンミラー（多面鏡）６と、このポリゴンミラー６を等速回転させる駆動モータ７などで構成されている。なお、８、９は、それぞれ、結像光学系を構成する第一および第二の結像レンズ（結像光学素子）であり、結像光学系によっては、その何れかが略されて、一枚の結像レンズのみで構成される場合、あるいは、更に多くのレンズ、あるいは、ミラー型の光学素子が使用される場合が、走査装置の、実現可能な形態として挙げられる。
【０００９】
また、符号８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂは、結像光学系の結像レンズの光軸方向の位置を規制する位置規制部材であり、光学箱１と一体で形成されるのが一般的である。なお、位置規制部材８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂは、各結像レンズの光軸方向の位置を規制するのみではなく、特に、図中においてＹ軸（主走査方向）に平行な軸線周りの、各結像レンズの回動角（傾き）を規制する機能を有している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特に、レーザプリンタの高精細化に伴い、より微少なスポット結像が可能な光走査装置が要求され、また、一度に複数本のレーザスポットで感光体を走査し、これによって、ポリゴンミラーの回転数の上昇を防ぐなどの要求により、近年の光走査装置には、より高い精度が要求されている。これは結像レンズなどの結像光学素子の位置精度に対しても、同様である。
【００１１】
然るに、樹脂モールドによる光学箱１は、成形の際に型形状からの変形が生じ易く、これを製品化するまでには、所望の形状・精度になるまで、数回の型補正が必要である。これには、所望の形状寸法に対し、成形品寸法が＋になっている部分について、型側を−に、−になっている部分について、型側を＋に加工して、再び成形し、所望の成形品形状・精度に、徐々に到達させるのである。
【００１２】
従来、このような寸法精度の中でも、結像レンズの姿勢、特に、主走査方向に平行な軸線周りの回動角に関して、結像レンズが傾く、所謂「倒れ」に関して、結像レンズの位置規制や、光軸方向のレンズ位置規制、即ち、平行移動に対しては、大きな注意が払われていなかった。
【００１３】
しかし、近年の微少スポット化、マルチビーム化によって、高い精度が要求されるようになっている現状では、特に、倒れ補正機能を有する結像レンズでは、主走査方向と、副走査方向の曲率半径を異ならせたアナモフィックなレンズが多用されるが、一般に、副走査方向の半径が、主走査方向の半径よりも小さく、光学的パワーの正負（光束を収束させる光学面か、発散させる光学面か）に拘わらず、パワーの絶対値が大きい場合には、回動角（傾き）の影響を大きく受ける。例えば、基準方向に対して、レンズが倒れている場合、主走査と副走査のパワーのバランスが崩れ、回転非対称な収差が発生して、スポットが斜めに傾き、あるいは、走査方向に対して斜めにフレアーが発生するなどの不具合がある。また、複数ビーム（光源）を用いた走査系においては、走査線の位置により、各レーザスポットによる走査線間隔が変動し、ピッチむらになるなどの問題が発生する。
【００１４】
図３は、結像レンズ８と光学箱１の位置決め部を表わしたものであり、結像レンズ８は、光学箱１に対して、Ｚ方向（副走査方向）の位置決めを、光学箱のＺ方向基準面１４、１５の部分によって、また、Ｘ方向（光軸方向）の位置決め、および、Ｙ方向（主走査方向）に対して平行な軸周りの回動角の規制を、レンズ側光軸方向基準面１６、１７の部分と、光学箱１から副走査方向に突出した位置規制部材の光軸方向の基準面１２、１３との接触によって、それぞれ、行う。
【００１５】
図においては、結像レンズ８と光学箱１は接触していないが、上述の方法で、光学箱１に双方の基準面１２、１３が接するように、結像レンズ８が設置され、その後、ばね部材、あるいは接着（図示せず）などで両者を固定する。なお、図示していないが、光学箱１のＺ方向基準面が接するレンズ位置には、レンズ側にＺ方向基準部が存在する。
【００１６】
光学箱１の底面（ＸＹ平面）に対して垂直であるべき、位置規制部材の基準面１２あるいは１３が、樹脂モールドによる光学箱１の製作時の、成形変形によって傾斜し、その面法線が、例えば、時計まわりに、角度εだけ回動した傾斜の場合の断面は、図４に示されている。ここで、角度εが所定の許容量を越えている場合、このような状態で、結像レンズ８の基準部を突き当てることは、光学性能上、好ましくない。
【００１７】
このような場合は、光学箱１の型（成形型）における光軸方向の基準面部を、図５のように、反時計方向に角度εだけ傾斜するように補正する。こうすることによって、成形後の型外しの際に、上述のような成形変形を相殺するように、基準面１２が、時計まわりに角度εだけ傾斜し、ほぼ垂直な面となる。
【００１８】
しかしながら、成形変形によって、基準面１２の法線が、反時計まわりに角度εだけ回動した傾斜の場合は、予め、型を、図６のような形に補正して置かなければなければならない。この場合、型外しの際、成形変形により、基準面１２が食い込む形（逆テーパ）となり、面精度、寸法精度の安定性を、逆に、損ねることになる。このため、従来では、型の内部の冷却水管の配置などを変更して、成形中の型内部の温度分布を制御して、上記のような変形を起こさないような工夫や努力が必要であった。
【００１９】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、結像レンズなどの結像光学素子の支持について、筐体の成形時に一体成形される位置規制部材の基準面に対する結像光学素子側の、光軸方向の突き当て面（基準部）を工夫して、前記筐体の成形後の離型に際して、その筐体側の基準面の型抜きが容易になるようにした光走査装置を提供するにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この目的達成のため、本発明では、光源、光源からの光束を偏向する偏向器と、偏向された光束を感光体上に結像、走査させるために結像光学素子を有する結像光学系と、該結像光学系の構成部品を保持する樹脂製の筐体とを有し、該筐体には、前記結像光学素子の位置規制部材が、前記筐体の成形時に一体的に形成してある光走査装置において、前記結像光学素子は、その主走査方向と平行な軸線に関して、その軸線周りの回動方向の位置規制をするための基準部が、前記筐体側の位置規制部材の基準部に対して、副走査方向の上下において、光軸方向の位置が異なるように、接触・保持されていることを特徴とする。
【００２１】
この場合、本発明の実施の形態として、光源、光源からの光束を偏向する偏向器と、偏向された光束を感光体上に結像、走査させるために結像光学素子を有する結像光学系と、該結像光学系の構成部品を保持する樹脂製の筐体とを有し、該筐体には、前記結像光学素子の位置規制部材が、前記筐体の成形時に一体的に形成してある光走査装置において、前記筐体が樹脂成形によって作成される際、その位置規制部材の型抜きに必要なテーパ角で得られた傾斜基準面を前記位置規制部材に備えており、前記結像光学素子は、その主走査方向と平行な軸線に関して、その軸線周りの回動方向の位置規制をする基準部を有し、該基準部が、前記傾斜基準面に沿って位置決めされることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の他の実施形態として、光源、光源からの光束を偏向する偏向器と、偏向された光束を感光体上に結像、走査させるために結像光学素子を有する結像光学系と、該結像光学系の構成部品を保持する樹脂製の筐体とを有し、該筐体には、前記結像光学素子の位置規制部材が、前記筐体の成形時に一体的に形成してある光走査装置において、前記結像光学素子は、その主走査方向と平行な軸線に関して、その軸線周りの回動方向の位置規制をするための基準部を有し、前記筐体側の位置規制部材の基準部は、前記結像光学素子の副走査方向の上下において、光軸方向に異なる複数位置で、前記結像光学素子の位置規制のための基準部を接触・保持するように、段差形状に形成されていることが好ましい。
【００２３】
従って、本発明では、結像光学素子の基準部に対する、筐体側の、位置規制部材の光軸方向の突き当て面（基準面）を、筐体の成形後も、その法線が筐体上方を向き、型の離型を妨げないようにすることができる。その場合、位置規制部材の基準面を、光軸方向の光束を挟んで、上下に複数配置し、その光軸方向の位置を異ならせることで、上述の目的を達成することができる。また、前記突き当て面を傾斜して形成し、前記筐体に当接する、結像光学素子側の光軸方向の基準部が、前記突き当て面に対して、前記結像光学素子の光軸方向の上下の角度差を相殺するように形成させることで、上述の目的を達成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の走査装置における結像光学系の、筐体としての光学箱への位置決め構造を示したもので、符号１０１は前記結像光学系の結像レンズ（結像光学素子）であり、また、符号１０２、１０３は、樹脂モールドの光学箱（図示せず）の内底面に一体成形された、光軸方向の位置規制部材であって、前記結像レンズに対応して、基準面（壁面）が形成されている。
【００２５】
結像レンズ１０１は、その底面に副走査方向の基準面部（図示せず）を有しており、この部分を、光学箱のＺ方向の基準面（支持部）１４、１５と当接することで、副走査方向の位置が規定される。これは、前述の従来例の場合と同様である。しかし、この実施の形態における光学箱側の、光軸方向の基準面１０２および１０３は、その面法線が上方を向くように設定されており（型抜きの際、順テーパ角となる）、また、結像レンズ１０１側の光軸方向の基準面１４０は、その面法線が、前記基準面１０２，１０３の基準面に対応して、下方を向くように設定されている。そして、この両者が接することにより、結像レンズ１は、ｙ方向（主走査方向）およびｘ方向（光軸方向）について、所望の位置、姿勢に設置される。
【００２６】
また、光軸方向の基準面１０２、１０３の面法線の傾斜量は、前以て、光学箱の樹脂モールドの際の、成形変形によって、この面が傾斜する予測量より大きく設定するが、具体的には、５分（好ましくは、型抜きの際のテーパ角を考慮して、２〜３０度に設定）以上の傾きを有することが望ましい。
【００２７】
このように設定することにより、光学箱のモールドの際に、予め、成形変形を考慮して、型（成形型）の面を傾斜させて、補正しても、成形品が、その離型時に食い込むことがなく、高精度で、安定した成形が可能となる。特に、上述のように、傾斜（デーパ角）を２〜３０度に大きく設定すれば、この傾斜は、成形における抜きテーパと同等の振る舞いを行うため、離型時の抵抗が少なく、更に成形性が安定する。
【００２８】
そして、結像レンズ１０１は、ｙ方向に平行な軸線周りでの回動量、即ち、傾斜量を選択することで、上述の条件を満足しながら、しかも、主走査方向と、副走査方向の曲率半径を異ならせたアナモフィックな結像レンズでも、即ち、副走査方向の半径が、主走査方向の半径よりも小さく、光学的パワーの正負（光束を収束させる光学面か、発散させる光学面か）に拘わらず、パワーの絶対値が大きい場合でも、主走査と副走査のパワーのバランスが崩れることなく、加えて、回転非対称な収差が発生して、スポットが斜めに傾き、あるいは、走査方向に対して斜めにフレアーが発生するなどの不具合が回避できる。また、複数ビーム（光源）を用いた走査系においては、走査線の位置により、各レーザスポットによる走査線間隔が変動し、ピッチむらになるなどの問題も解決できる。
【００２９】
（実施形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態を示すものであり、走査装置において、その光学箱（図示せず）におけるレンズ保持部およびこれに対応する結像レンズの概略が図解されている。なお、ここで、符号２０１は結像レンズ、２０２、２０３は、光学箱側の光軸方向の位置規制部材の基準面（壁面）である。
【００３０】
結像レンズ２０１は、その底面に副走査方向の基準部（図示せず）を有しており、この部分で、光学箱側のＺ方向の基準面１４、１５と当接することにより、副走査方向の位置が規定される。これは、第１の実施の形態と同様である。
【００３１】
この実施の形態においては、光学箱側の光軸方向の基準面２０２が傾斜面ではなく、ｘ軸方向に段差を有した２つの面２０２ａ、２０２ｂによって形成されている点に特異性がある。特に、ここでは、結像レンズ２０１の光軸方向の基準部（基準面）２０４も、そのｘ軸方向に段差を有した２つの面２４０ａ、２４０ｂによって形成されている。２０３も光軸方向の基準面であるが、本実施例では、レンズ側の基準面とは、ｚ基準近傍のみで接し、ｙ軸周りの回動角の規制機能は有していない。これは、結像レンズの長手方向に関する両端で、ｙ軸周りの傾きの規制を行った場合、結像レンズをねじる力が働くことを防止するためである。
【００３２】
光学箱側の位置規制部材の光軸方向の基準面２０２ａ、２０２ｂは、ｚ方向基準面に近い２０２ｂが、２０２ａより突出するように設定されており、結像レンズ側の光軸方向の基準部は、その逆に、ｚ方向基準面から遠い２４０ａが、同量突出するように設定されており、両者が接することにより、結像レンズ２０１が所望の位置、姿勢に設置されるのである。
【００３３】
上下の、光軸方向の基準面について、その光軸方向の位置の差は、前以て、光学箱の成形変形によって、この面が傾斜、変移する予測量より大きく設定されるが、それは、具体的には、１０ミクロン以上の差を有することが望ましい。さらに、それは、その光学箱の成形品の測定検査における作業性、段差の視認性を考えると、１００ミクロン以上であるのがよい。
【００３４】
このように設定すれば、型抜き後の変形を考慮して、成形型の面を傾斜させる第１の実施形態とは異なり、このような補正をすることなく、段差の量、即ち、長さ寸法を調整することで、段差の目標値を、上述の量以上に設定しておけば、補正時に、光学箱の光軸基準面の段差が、逆転する（逆の抜き勾配となる）ことにはならず、成形品が離型時に食い込むことがなく、高精度で、安定した成形が可能となる。
【００３５】
一方、結像レンズの成形においては、通常その型は、光軸方向（ｘ方向）に開くため、上述の本発明の実施形態のように、ｚ方向、あるいはｙ方向に段差、傾斜があっても、成形上に何ら問題は生じない。
【００３６】
この実施の形態では、光学箱側の光軸方向の位置規制部材の段差、即ち、図中符号２０２ａ、２０２ｂで示す基準面間の段差をｚ方向基準としても用いることができ、これにより、光学箱の中における基準部材の点数を減らし、検査工数の削減、成形の簡便化が図れる。
【００３７】
（実施形態３）
図８は本発明の第３の実施形態を示すもので、ここにおいては、光学箱側の光軸方向の位置規制部材の基準面（ｚ方向の基準面、および、ｙ方向に平行な軸線回りの回動量の規制のための基準面）がＶ字状に形成されている。即ち、図８は、この基準を用いて、結像レンズ８０１の基準部８４０を保持した場合の保持部断面であり、光軸方向の基準面８０２が傾斜しているのは、第１の実施形態と同一であるが、同時に、Ｚ方向の基準面８０４も傾斜している。このため、第１、第２の実施形態では、レンズ保持のため、Ｚ方向の基準面に突き当てる下方向の力と、光軸方向に突き当てるｘ方向の力が必要であったが、この実施形態においては、図中、Ｆ方向の力のみで、両方の突き当てを確実に行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、結像レンズの、光軸方向の基準面に傾斜、あるいは段差を設けるという簡便な方法で、高精度な結像レンズ保持が可能となり、安価で高精細、更には、マルチビームレーザの使用が可能なるレーザ走査光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す、結像レンズ取付けの斜視説明図である。
【図２】同じく、第２の実施形態における結像レンズ取付けの斜視説明図である。
【図３】従来の結像レンズ取付けを説明する図である。
【図４】本発明における筐体側のレンズ位置規制部材の構成を説明する図である。
【図５】同じく、筐体側におけるレンズ位置規制部材の型補正方法を説明する図である。
【図６】同じく、筐体側におけるレンズ位置規制部材の型補正方法を説明する図である。
【図７】本発明の走査装置を採用したデジタル複写機の画像出力部を示す断面図である。
【図８】同じく、本発明の第３の実施形態の結像レンズ取付けを説明する図である。
【符号の説明】
１ 光学箱（筐体）
２ 光源ユニット
３ シリンドリカルレンズ
５ 偏向器
６ ポリゴンミラー
７ モータ
８、９、１０１、２０１、８０１ 結像レンズ
８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ 位置規制部材
１０ 折り返しミラー
１１ 光軸
１２、１３ 光軸方向基準面
１４、１５ ｚ軸方向基準面
１６、１７ レンズ側の光軸方向基準面
１０２、１０３ 基準面
１４０ 基準部
２０２ 位置規制部材
２０２ａ、２０２ｂ 基準面（段差）
２４０ 基準部
２４０ａ、２０４ｂ 面
８０２、８０４、８０５、８０６ 基準面
８４０ 基準部

Claims (2)

1. 光源と、前記光源から出射された光束を偏向する偏向器と、前記偏向器にて偏向された光束を感光体上に結像させる結像光学素子と、前記結像光学素子の位置を規制する位置規制部材と、前記結像光学素子を保持する筐体と、を有する光走査装置であって、
   副走査断面内において、前記結像光学素子の底面と前記筐体の内底面は、平行であり、かつ、
   前記結像光学素子は、副走査方向のパワーの絶対値が主走査方向のパワーの絶対値より大きいアナモフィックな光学面を備えており、かつ、
   前記位置規制部材は、前記筐体の成形時に前記筐体と一体的に形成されており、かつ、
   前記結像光学素子及び前記位置規制部材は共に、前記結像光学素子が主走査方向と平行な軸周りで回動することを、互いが当接することで規制する基準部を備えており、かつ、
   前記結像光学素子の基準部は、前記結像光学素子の成形時に前記結像光学素子と一体的に形成されており、かつ、
   前記位置規制部材の基準部は、光軸方向において前記位置規制部材の結像光学素子側から順に進むにつれ、副走査方向に前記位置規制部材が設けられている前記筐体内面部からの高さが減少する副走査方向の基準部と、光軸方向において反結像光学素子側に前記副走査方向の基準部に隣接して配置され、光軸方向において前記位置規制部材の結像光学素子側から順に進むにつれ、副走査方向に前記位置規制部材が設けられている前記筐体内面部からの高さが増大する光軸方向の基準部からなる一体構造であることを特徴とする光走査装置。
2. 光源と、前記光源から出射された光束を偏向する偏向器と、前記偏向器にて偏向された光束を感光体上に結像させる結像光学素子と、前記結像光学素子の位置を規制する位置規制部材と、前記結像光学素子を保持する筐体と、を有する光走査装置であって、
   副走査断面内において、前記結像光学素子の底面と前記筐体の内底面は、平行であり、かつ、
   前記結像光学素子は、副走査方向のパワーの絶対値が主走査方向のパワーの絶対値より大きいアナモフィックな光学面を備えており、かつ、
   前記位置規制部材は、前記筐体の成形時に前記筐体と一体的に形成されており、かつ、
   前記結像光学素子及び前記位置規制部材は共に、前記結像光学素子が主走査方向と平行な軸周りで回動することを、互いが当接することで規制する基準面を備えており、かつ、
   前記結像光学素子の基準面は、前記結像光学素子の成形時に前記結像光学素子と一体的に形成されており、かつ、
   前記位置規制部材の基準面の面法線は、前記結像光学素子の光軸に対して副走査方向において前記反筐体側へ傾いており、かつ、
   前記結像光学素子の基準面の面法線は、前記結像光学素子の光軸に対して副走査方向において前記筐体側へ傾いていることを特徴とする光走査装置。

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