JP4992312B2 - レーザ走査光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ走査光学装置、特に、電子写真法による複写機やプリンタなどの画像形成装置に組み込まれ、感光体上に静電潜像を形成するためのレーザ走査光学装置に関する。

従来、複写機やプリンタなどの画像形成装置において、感光体上に静電潜像を形成するためのレーザ走査光学装置はポリゴンミラーの後段にｆθ性などの収差を補正するための長尺状の走査レンズを備えており、該走査レンズは必要な光学性能を保持するように位置調整したうえでハウジングに接着固定される。

即ち、走査レンズを光軸方向に平行移動させることで主走査方向の倍率を調整し、光軸を中心に回転させることで感光体上での走査線のスキュー補正を行い、光軸に対して垂直方向に移動させることで部分的な倍率や照射高さを調整することになる。

ところで、走査レンズは前述の調整を行った後、ハウジングに接着固定されることになるが、同じ樹脂製であってもハウジングと走査レンズとでは線膨張係数が異なる（ハウジングは約２〜４×１０^-5、走査レンズは約６〜９×１０^-5）。従って、露光動作による温度変化が生じると、単に接着固定しているだけでは、接着固定箇所に生じる内部応力で走査レンズが変形していまい、光学性能に悪影響を及ぼすことになる。

図９〜図１１を参照して走査レンズ１００の一般的な固定構造とその問題点について説明する。図９及び図１０に示すように、ハウジング１１０に副走査方向Ｚの高さを規制するための突起１１１が設けられており、走査レンズ１００は突起１１１上に載せて接着剤１２０にて接着固定される。この固定構造では、走査レンズ１００を光軸方向Ｘ及び主走査方向Ｙには位置調整可能であるが、副走査方向Ｚには調整ができない。即ち、スキューなどの調整を走査レンズ１００で行うことができない。

図１１は、前記突起１１１を省略し、走査レンズ１００をハウジング１１０上に接着剤１２０のみで固定したものである。この構造では、常温では何ら問題は生じないが、環境温度が変化した場合などには光学性能の劣化が生じる。

ハウジング１１０に使用される樹脂は線膨張係数が２〜４×１０^-5程度であるのに対して、走査レンズ１００に使用される光学樹脂は線膨張係数が６〜９×１０^-5程度である。走査レンズ１００は主走査方向Ｙに１００ｍｍ以上の長さを有しているため、高温環境で長時間動作させると、接着固定時よりも２０〜３０℃も温度上昇が生じ、主走査方向Ｙに両者の線膨張長さは１００μｍ以上の差が発生する。

接着剤１２０は、ヤング率が１００ＭＰａ程度と大きい場合、剪断方向にはほとんど変形しないので、線膨張の差を走査レンズ１００が吸収することになる。このことは、走査レンズ１００が歪んだり、湾曲することになり、走査レンズ１００の断面積が小さい場合などは、レンズ両端間で１〜２ｍｍ程度のずれを生じ、光学性能が劣化する。さらに、接着剤１２０にも１０Ｎ／ｍｍ以上の剪断力が発生し、剥がれを引き起こすおそれもある。

一方、接着剤１２０のヤング率が１ＭＰａ程度と小さい場合には、両者の線膨張の差が接着剤１２０にて吸収され、走査レンズ１００に歪みや湾曲、剥がれが生じないものの、走査レンズ１００が副走査方向Ｚ以外の主走査方向Ｙ及び光軸方向Ｘに変位することを規制できない。それゆえ、走査レンズ１００の位置ずれが生じ、光学性能が劣化する。

ハウジング１１０と走査レンズ１００の線膨張係数を合わせることで前述の不具合を解消することが可能ではあるが、両者の材料が制約されることになり、実際的ではない。

特許文献１には、走査レンズを主走査方向にシフトさせ、かつ、主走査方向軸を中心に回転させる調整機構が記載され、接着面は走査レンズの中央部で１箇所とされている。中央部のみで接着固定することでハウジングとの間で熱変形が生じにくいという利点を有している。しかし、ストレートな棒状の走査レンズに効果的ではあるが、主走査方向に湾曲した走査レンズでは、端面の半円形状を構成することが難しく、実現性が低いという問題点を有している。

特許文献２には、走査レンズを主走査方向及び副走査方向にシフトさせ、かつ、光軸方向を中心に回転させる調整機構が記載され、接着面は光軸に垂直な面で走査レンズの中央部と両端部の計４箇所とされている。しかし、これでは主走査方向に熱変形を逃がすことは困難である。
特開２００２−１１６３９７号公報 特開２００３−２２２８１４号公報

そこで、本発明の目的は、走査レンズを３次元的に移動させて位置調整した後、温度変化が生じたとしても、走査レンズの位置を適正に保持でき光学性能の劣化を極力回避できるレーザ走査光学装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、光源から放射されたレーザビームを偏向器により等角速度で走査し感光体上を露光するレーザ走査光学装置において、
前記偏向器の後段に配置した走査レンズは、主走査方向、副走査方向及び光軸方向の３次元的に位置調整された後にハウジングに接着固定されており、
前記走査レンズの接着固定箇所は、主走査方向、副走査方向及び光軸方向のうち少なくとも２方向に垂直な複数の面に設けられており、
前記走査レンズの主走査方向の１端面はハウジングに接着固定されており、前記走査レンズに主走査方向に生じる歪みを逃がすために、主走査方向の他の１端面はハウジングに接着固定することなくハウジングとの間に隙間が形成されていること、
を特徴とする。

本発明に係るレーザ走査光学装置によれば、走査レンズは主走査方向、副走査方向及び光軸方向に３次元的に位置調整されるため、十分な光学性能を発揮するように正確に位置調整される。そして、ハウジングに対する接着固定箇所は、主走査方向、副走査方向及び光軸方向のうち少なくとも２方向に垂直な複数の面に設けられているため、温度変化時には他の一方向には走査レンズに生じる変形を逃がすことができ、光学性能の劣化を回避することができる。特に、主走査方向の両面のうち１端面はハウジングに接着固定されており、他の１端面はハウジングに接着固定することなくハウジングとの間に隙間が形成されているため、走査レンズに主走査方向に生じる歪みを効果的に逃がすことができる。

本発明に係るレーザ走査光学装置において、走査レンズに生じる歪みを逃がすために、副走査方向及び光軸方向のうちいずれか１方向に関して歪みを逃がす方向の面には接着固定箇所を設けないようにしてもよい。

また、走査レンズの接着面とハウジングの接着面との間には、少なくとも走査レンズの３次元的位置調整のために走査レンズが移動可能な隙間が開いており、接着剤は該隙間に充填されていることが好ましい。

また、ハウジングには走査レンズを囲む筒状をなす保持部が形成されていてもよく、あるいは、ハウジングには走査レンズの両端部を囲むように走査レンズの両端部に対応した保持部が形成されていてもよい。

以下、本発明に係るレーザ走査光学装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施例において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（レーザ走査光学装置の概略構成、図１参照）
図１に本発明に係るレーザ走査光学装置の概略構成を示す。このレーザ走査光学装置１は、レーザダイオード２から放射されたレーザビームをコリメータレンズやシリンドリカルレンズからなる第１光学系３でポリゴンミラー４の反射面に集光し、該ポリゴンミラー４の回転に基づいてレーザビームを主走査方向Ｙに等角速度で偏向し、さらに、収差補正機能を有する走査レンズ６，７などからなる第２光学系５で結像／走査し、防塵ガラス８を介して矢印Ａ方向に回転駆動される感光体ドラム１０上を主走査方向に露光する。

電子写真法による画像の形成に際して使用されるこの種のレーザ走査光学装置１の各光学素子の構成や動作は周知であり、詳細な説明は省略する。なお、走査レンズ６，７はｆθレンズとも称され、１枚で構成する場合、あるいは、３枚以上で構成する場合がある。

（走査レンズの位置調整、図２参照）
本発明においては、走査レンズ６又は７の位置を以下にハウジング２０（図３参照）上で光学的に調整した後、走査レンズ６又は７を該ハウジング２０に接着固定する。例えば、走査レンズ７を例にすると、走査レンズ７以外の他の光学素子をハウジング２０に固定した状態で、走査レンズ７を保持治具により所定位置に配置し、感光体ドラム１０と等価面にエリアセンサ９ａ，９ｂ，９ｃ（図２参照）を配置した状態で位置調整を行う。

即ち、レーザダイオード２を発光させるとともに、ポリゴンミラー４を回転させる。図示しないＳＯＳ（スタート位置検出用）センサをレーザビームが通過後、所定のタイミングでレーザビームを点滅させる。この点滅を前記エリアセンサ９ａ，９ｂ，９ｃで検出し、検出位置と本来あるべき位置との差に基づいて走査レンズ７の位置を調整し、その後ハウジングに走査レンズ７を接着固定する。この場合、走査レンズ７は、主走査方向Ｙ、副走査方向Ｚ及び光軸方向Ｘの３次元的に位置調整される。

（第１実施例、図３〜図５参照）
第１実施例は、図３に示すように、ハウジング２０に走査レンズ７を筒状に囲む保持部２１を形成したものである。即ち、走査レンズ７はハウジング２０の表面部分２０ａ、保持部２１の天板部２１ａ、主走査方向Ｙの両端垂直面部２１ｂ，２１ｃ及び光軸方向Ｘの両端垂直面部２１ｄ，２１ｅにて囲われている。

走査レンズ７は、前記保持部２１内において、図２を参照して説明したように３次元的に位置調整され、調整後にハウジング２０及び保持部２１と走査レンズ７との隙間に接着剤２５ａ〜２５ｉを注入することにより固定される。

図４及び図５に示すように、接着剤２５ａ，２５ｂは走査レンズ７の中央部分であってその上下面に、表面部分２０ａとの隙間及び天板部２１ａとの隙間に充填される。接着剤２５ｃ，２５ｄは走査レンズ７の左端部であってその上下面に、表面部分２０ａとの隙間及び天板部２１ａとの隙間に充填される。接着剤２５ｅ，２５ｆは走査レンズ７の右端部であってその上下面に、表面部分２０ａとの隙間及び天板部２１ａとの隙間に充填される。接着剤２５ｇ，２５ｈは走査レンズ７の両端部と垂直面部２１ｄ，２１ｅとの隙間に充填される。接着剤２５ｉは走査レンズ７の左端面と垂直面部２１ｂとの隙間に充填される。

走査レンズ７は光学樹脂にて成形され、その線膨張係数は６〜９×１０^-5程度である。ハウジング２０はポリカーボネートなどの樹脂にて成形され、その線膨張係数は２〜４×１０^-5程度である。また、接着剤２５ａ〜２５ｉは１〜１００ＭＰａ程度のヤング率のものを任意に選択して用いることができる。接着剤２５ａ〜２５ｉは塗布厚みが０．１〜０．２ｍｍ程度と薄く、温度変化による厚みの変動は実際上無視することができる。

本第１実施例において、走査レンズ７は、副走査方向Ｚに関しては接着剤２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆによって接着固定され、光軸方向Ｘに関しては接着剤２５ｇ，２５ｈによって接着固定され、主走査方向Ｙに関しては接着剤２５ｉによって接着固定されている。それゆえ、走査レンズ７は主走査方向Ｙ、副走査方向Ｚ及び光軸方向Ｘに対する変位が抑えられる。

また、環境温度が変化したとき、ハウジング２０と走査レンズ７の線膨張係数の相違により走査レンズ７に内部応力が発生して歪みを生じようとする。しかし、本第１実施例では主走査方向Ｙに対しては走査レンズ７の右端面と垂直面部２１ｃは接着固定されず隙間ａが形成されているので、走査レンズ７に発生する主走査方向Ｙの歪みを逃がすことができる。なお、接着剤２５ａ〜２５ｉは剪断方向に関しては伸縮する。また、光軸方向Ｘに関しても、走査レンズ７の出射面側は接着固定されていないので、温度変化時における走査レンズ７に発生する光軸方向Ｘの歪みを逃がすことができる。これにて、温度変化時における走査レンズ７の光学性能の劣化を抑えることができる。

なお、本第１実施例において、接着剤２５ｂ，２５ｄ，２５ｆを省略してもよい。この場合、走査レンズ７に発生する副走査方向Ｚの歪みを逃がすことができる。

（第２実施例、図６参照）
第２実施例は、図６に示すように、ハウジング２０に走査レンズ７の両端部を囲むように走査レンズ７の両端部に対応した保持部２２を形成したものである。保持部２２は、天板部２２ａ、主走査方向Ｙの両端垂直面部２２ｂ，２２ｃ及び光軸方向Ｘの両端垂直面部２２ｄ，２２ｅを有している。

走査レンズ７はハウジング２０の表面部分２０ａ上であって両端部を保持部２２に挿入した状態で図２を参照して説明したように３次元的に位置調整され、調整後にハウジング２０及び保持部２２と走査レンズ７との隙間に接着剤２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇ，２５ｈ，２５ｉを注入することにより固定される。

接着剤２５ｃ，２５ｄは走査レンズ７の左端部であってその上下面に、表面部分２０ａとの隙間及び天板部２２ａとの隙間に充填される。接着剤２５ｅ，２５ｆは走査レンズ７の右端部であってその上下面に、表面部分２０ａとの隙間及び天板部２２ａとの隙間に充填される。接着剤２５ｇ，２５ｈは、図６では図示しないが図５に示したのと同様に、走査レンズ７の両端部と垂直面部２２ｄ，２２ｅとの隙間に充填される。接着剤２５ｉは走査レンズ７の左端面と垂直面部２２ｂとの隙間に充填される。また、主走査方向Ｙに対しては走査レンズ７の右端面と垂直面部２２ｃは接着固定されずに隙間が形成されている。

本第２実施例は、前記第１実施例と比較して走査レンズ７の中央部を接着固定する接着剤２５ａ，２５ｂを省略したものであるが、第１実施例と同様の作用効果を奏する。なお、走査レンズ７の中央部下面と表面部分２０ａとの隙間にも接着剤を充填してもよい。また、接着剤２５ｄ，２５ｆは省略してもよい。

（第３実施例、図７参照）
第３実施例は、図７に示すように、ハウジング２０に走査レンズ７の両端部を囲むように走査レンズ７の両端部に対応した保持部２３を形成したものである。保持部２３は、主走査方向Ｙの両端垂直面部２３ｂ，２３ｃ及び光軸方向Ｘの両端垂直面部２３ｄ，２３ｅを有している。

走査レンズ７は、ハウジング２０の表面部分２０ａ上であって両端部を保持部２３に上方から挿入した状態で図２を参照して説明したように３次元的に位置調整され、調整後に接着固定される。本第３実施例における接着固定箇所は、走査レンズ７の両端部下面と表面部分２０ａとの間、走査レンズ７の両端部光軸方向Ｘの前後面と垂直面部２３ｄ，２３ｅとの間、走査レンズ７の左端面と垂直面部２３ｂとの間である。そして、前記第１及び第２実施例と同様に、主走査方向Ｙに対しては走査レンズ７の右端面と垂直面部２３ｃは接着固定されずに隙間が形成されている。

本第３実施例の作用効果は、基本的には前記第１実施例と同様である。なお、走査レンズ７の中央部下面と表面部分２０ａとの隙間にも接着剤を充填してもよい。また、光軸方向Ｘを規制するために垂直面部２３ｄ，２３ｅと走査レンズ７との間に充填される接着剤はいずれか一方を省略してもよい。

（第４実施例、図８参照）
第４実施例は、図８に示すように、ハウジング２０の表面部分２０ａに対して光軸方向Ｘが垂直に位置する関係に配置したレーザ走査光学装置である。ハウジング２０にはレーザビームが通過するためのスリット２６が形成されており、かつ、走査レンズ７を保持するための箱形状の保持部２４が形成されている。

保持部２４は、上下水平面部２４ａ，２４ｂ、主走査方向Ｙの両端垂直面部２４ｃ，２４ｄ及び光軸方向Ｘの両端垂直面部２４ｅ，２４ｆを有している。走査レンズ７は保持部２４に挿入した状態で図２を参照して説明したように３次元的に位置調整され、調整後に接着固定される。

本第４実施例における接着固定箇所は、走査レンズ７両端部上下面と水平面部２４ａ，２４ｂとの間、走査レンズ７の両端部光軸方向Ｘの前後面と垂直面部２４ｅ，２４ｆとの間、走査レンズ７の左端面と垂直面部２４ｃとの間である。そして、前記第１、第２及び第３実施例と同様に、主走査方向Ｙに対しては走査レンズ７の右端面と垂直部２４ｄは接着されずに隙間が形成されている。

本第４実施例の作用効果は、前記第１実施例と同様である。なお、走査レンズ７の中央部下面と表面部分２０ａとの隙間にも接着剤を充填してもよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係るレーザ走査光学装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、前記実施例では走査レンズ７の調整、接着固定構造について説明したがいま一つの走査レンズ６についても同様に調整、接着固定することができる。また、実施例で示した数値はあくまで一例である。

本発明に係るレーザ走査光学装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示したレーザ走査光学装置における走査レンズの位置調整を説明するための斜視図である。 第１実施例においてハウジングの一部と走査レンズを示す斜視図である。 第１実施例においてハウジングに走査レンズを接着固定した状態の正面図である。 第１実施例において走査レンズをハウジングに接着固定した状態の垂直断面図である。 第２実施例において走査レンズをハウジングに接着固定した状態の正面図である。 第３実施例においてハウジングの一部と走査レンズを示す斜視図である。 第４実施例においてハウジングの一部と走査レンズを示す斜視図である。 走査レンズをハウジングに接着固定する従来の構造を示す斜視図である。 図９に示した構造の正面図である。 図９に示した構造の垂直断面図である。

符号の説明

７…走査レンズ
２０…ハウジング
２０ａ…表面部分
２１，２２，２３，２４…保持部
Ｘ…光軸方向
Ｙ…主走査方向
Ｚ…副走査方向

Claims (5)

1. 光源から放射されたレーザビームを偏向器により等角速度で走査し感光体上を露光するレーザ走査光学装置において、
   前記偏向器の後段に配置した走査レンズは、主走査方向、副走査方向及び光軸方向の３次元的に位置調整された後にハウジングに接着固定されており、
   前記走査レンズの接着固定箇所は、主走査方向、副走査方向及び光軸方向のうち少なくとも２方向に垂直な複数の面に設けられており、
   前記走査レンズの主走査方向の１端面はハウジングに接着固定されており、前記走査レンズに主走査方向に生じる歪みを逃がすために、主走査方向の他の１端面はハウジングに接着固定することなくハウジングとの間に隙間が形成されていること、
   を特徴とするレーザ走査光学装置。
2. 前記走査レンズに生じる歪みを逃がすために、副走査方向及び光軸方向のうちいずれか１方向に関して歪みを逃がす方向の面には接着固定箇所を設けないことを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査光学装置。
3. 前記走査レンズの接着面と前記ハウジングの接着面との間には、少なくとも走査レンズの３次元的位置調整のために走査レンズが移動可能な隙間が開いており、接着剤は該隙間に充填されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ走査光学装置。
4. 前記ハウジングには前記走査レンズを囲む筒状をなす保持部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。
5. 前記ハウジングには前記走査レンズの両端部を囲むように走査レンズの両端部に対応した保持部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ走査光学装置。

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