JP5065366B2 - 光学素子の位置決め方法、光学素子および光走査装置 - Google Patents
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Description
複数のレーザ光源から出射された各ビームを偏向手段および結像手段を介してそれぞれ感光体上に導き、この感光体上にて画像情報に応じて画像形成する多色画像装置の光走査装置がある。
近年、多色画像形成装置の高速化、高画質化に対応するために、4つの感光体ドラムを出力紙の搬送方向に配列させ、各感光体ドラムに対応したビームで同時露光し、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デジタル複写機やレーザプリンタが実用化されている。
このような画像出力機にて光走査するさい、複数の走査手段が用いられるが、その走査手段を配置するために大きなスペースが必要になり、装置全体が大型化することから、特許文献1に開示されているように、複数のビームを単一の偏向器に入射して走査し、結像レンズを副走査方向に層状に重ねて一体的に構成、配置する方法が提案されている。
光学素子を副走査方向に層状に重ねて一体的に構成、配置する方法の実現手段として、筐体に2層目以降の取り付け基準を設けて積層する方法、特許文献2に開示されているように、光学素子に基準を設けて積層する方法が提案されている。上記の方法においては、2層目以降の光学素子の取り付け基準を何らかの部位に設けることにより、光学素子の位置決めを行い、良好な画像が得られている。
また、特許文献2に開示されているように、光学素子自体に基準を設けて積層する方法は、光学素子に基準が設けられていることにより、1層目と2層目では均等に走査方向に関する位置合せが高精度化できるが、1層目と2層目とでは同一構造の光学素子が使用できない構造になっている。
そのため、多段に積み重ねることにより、長尺方向の形状が異なる光学素子を作製しなければならず、コスト増加となってしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮してなされたもので、光学素子の精度を極端に上げることなく、走査方向に関する位置合せが高精度化でき、共通の光学素子を用いて複数段配置の位置決めが簡易にできる光学素子の位置決め治具、光学素子および光走査装置を提供することにある。
また、請求項3に記載の発明は、前記レンズ面の端部において長手方向の位置決め用のリブが、他のリブよりも突出している請求項2記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、前記レンズ面の端部に長手方向の位置決め用のリブを基準に、1層目の光学素子と2層目以降の光学素子を層状に積層する請求項2記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、上下方向の基準面は厚さ方向(ビーム透過方向)に平行な転写面に対向する第1基準面と第2基準面を有する請求項2記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、前記上下方向の基準面は厚さ方向(ビーム透過方向)に平行な転写面の一方に凹形状部(不完全転写部)が形成されている請求項2記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、前記凹形状部(不完全転写部)が、離隔成形で形成される請求項6記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、前記転写面の長手方向中央部と、長手方向の両端部に円筒形状した凸形状の基準突起3点により第1基準面が形成されている請求項5記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、前記2層目以降の光学素子が、前記1層目の光学素子と同一形状である請求項4記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項11に記載の発明は、光束を等速度変更に補正するfθレンズである請求項2ないし10のいずれか1項記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項12に記載の発明は、請求項2ないし11記載の光学素子を備えた光走査装置を特徴とする。
また、請求項13に記載の発明は、鏡面駒と入子から基準リブ形成用の基準リブ溝を設けた請求項2記載の光学素子を特徴とする。
また、請求項14に記載の発明は、請求項2ないし11に記載の光学素子において、転写面の凹形状部以外の長手方向中央付近に接着剤を塗布して固定する請求項2ないし11のいずれか1項記載の光学素子を特徴とする。
また、本発明によれば、任意の位置に不完全転写部を設定することにより、形状精度および光学的精度などを確保したプラスチック成形品を容易に得ることができ、高精度な光走査装置が得られ、主走査方向への書き込み位置ずれ(走査位置ずれ)を低減できる。
その1つのタイプは図1および図2に示す光走査装置、他の1つのタイプは多色画像形成を目的とした図3および図4に示すような光走査装置である。
図1は本発明による光走査装置の1つの実施の形態を示す概略上面図である。図2は図1の光走査装置の概略側面図である。図1および図2に示したような光走査装置において、樹脂からなる筐体1には、レーザ光源2とシリンドリカルレンズ3があり、レーザ光源2から発するレーザ光をシリンドリカルレンズ3が偏向器であるポリゴンスキャナユニット4に集光させている。
このポリゴンスキャナユニット4に組み付けられている回転多面鏡4aは、等角速度でレーザ光を偏向している。そして、このポリゴンスキャナユニット4にて偏向されたレーザ光は、積層された光学素子5、ミラー7等により、筐体1外部の感光体6上に結像、かつ等速度になるように走査されている。
また、図2に示すようにレーザ光源2に備えられる半導体レーザの数は1つに限定されず、2以上とすることができる。
この光走査装置は複数のレーザ光源2から発するレーザ光を1つのポリゴンスキャナユニット4にて偏向し、各々のレーザ光源2に対応し、前記ポリゴンスキャナユニット4に対向した形で配置され、積層された光学素子5等によって、筐体1外部の感光体6上に結像、かつ等速度になるように走査されている。
また、レーザ光源2に備えられる半導体レーザの数は、図1の光走査装置と同様に、1つに限定されず、2以上とすることができる。
図5は位置決め治具を示す上視図である。この位置決め治具は光学素子5等を光走査装置の適所に位置決めするために使用される。
図5に示す位置決め治具11はその平面形状が凹型形状(コ字状)を有しており、凹型の中央部には中央寄せ機構12を有しており、この中央寄せ機構12の両端からL字形状のアーム14、15を有しており、アーム14、15の先端は四角柱形状を有した突起部13になっている。また、突起部13の横側に圧縮スプリング16aを抑える圧縮スプリング押え部16が形成されている。
つまり、中央寄せ機構12の両側から夫々L字状にアーム14、15が出ており、全体としてコ字状をなしている。各アーム14、15は、中央寄せ機構12によって基端部を支持されることによって光学素子5の長手方向に進退可能となっている。
図6は図5に示した中央寄せ機構の構成を拡大して示す平面横断面図である。図7は図6の中央寄せ機構の正面図である。図6および図7を参照して中央寄せ機構12について説明する。図6に示すように中央寄せ機構12は長方形形状を有しており、中央寄せの基準となる基準ベース21を有し、この基準ベース21の中央部上面には逆台形形状のスライドレール19が一体に突出形成されている。スライドレール19は、スライドベース20とそれに支持された部材を光軸方向へ進退させる際のガイドとなる。
この基準ベース21の上側には、スライドレール19によって光軸方向へ進退可能に支持されたスライドベース20が配置され、スライドベース20の下側中央部に台形形状の摺動溝20aが形成されており、基準ベース21のスライドレール19と嵌合当接して摺動可能に組み付けられている。
基準ピン22は、基準ベース21の中央部上側(光軸方向一端側)と、両端部下側(光軸方向他端側)に有り、光軸中心23に対して、基準ベース21の中央部上側の基準ピン22の中心軸は、同軸上の位置に形成されている。また、基準ベース21の両端部下側の基準ピン22の中心軸は、光軸中心23に対して、平行に形成されている。
このスライドレール19の中央部に相当するスライドベース20の内壁には、円筒形状の回転体18が組み付けられており、回転体18の外周に弾性体18aを有しており、光軸中心23に対して、同軸上の位置に形成されている。
回転体18の前後側にアーム14、15が接触しており、アーム14、15先端部にストッパリブ14a、15aが設けられており、ストッパリブ14a、15aの左右方向側に相当するスライドベース20にはストッパピン17が備えられている。
各アーム14、15と回転体外周の弾性体18aとの間には摩擦力によって駆動力が伝達される関係にある。
回転体18が回転動作することにより、アーム14、15が左右へスライド動作し、ストッパリブ14a、15aとストッパピン17との係合により、左右スライド方向の移動距離を制御している。
つまり、この例では、中央寄せ機構は、光学素子の長手方向両端部と夫々係合する左右のアームと、各アームを同期して等距離移動させるための回転体とから構成している。
光学素子5には、一面側の中央を厚肉になるように湾曲させたレンズ面(被転写面)25と、このレンズ面25の片側面(ビーム透過方向に平行な面)に転写面26を有し、この転写面26の片側には長手方向中央部と、長手方向の両端部に円筒形状にした凸形状の第1基準面27が形成されている。
また、長手方向の両端に鍔部28と、その両端の鍔部28の下面には、組み付け時の基準となる平面形状の取り付け基準面(被転写面)24を有し、偏肉形状に作製されている。
図8に示す光学素子5の転写面26は平面に形成されており、湾曲したレンズ面25の短手方向側の両端および長手方向側の両端にかけて外形リブ29が形成されている。
光学素子5の長手方向の位置決め精度を上げるために、光学素子5の長手方向側の両端には、他のリブよりも突出している形状の基準リブ29aが形成されている。
特許文献3および4に提案されているような、凹部を含む面を形成するキャビティ駒の一部が摺動自在に設けられる。転写面およびキャビティ駒によって少なくとも1つ以上のキャビティが画成された1対の金型を準備する。
前記金型を樹脂の軟化温度未満に加熱保持し、前記キャビティ内に軟化温度以上に加熱された溶融樹脂を射出充填し、次いで、前記転写面に樹脂圧力を発生させて樹脂を転写面に密着させた後、この樹脂を軟化温度以下に冷却する。
このとき、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して、樹脂とキャビティ駒の間に強制的に空隙を画成することにより転写面以外の面の一部に凹形状を形成する方法により得られたプラスチック光学素子である。
図10は鏡面駒と入子を説明する概略図である。図11は図10の鏡面駒と入子を説明する拡大部分図である。図10に示す鏡面駒33と入子31との当接部(境界面)である入子線32部に、図11の拡大図に示すように、鏡面駒33と入子31から形成される基準リブ溝34を設け、これによって鏡面駒33の曲率半径の中心位置が高精度に転写された光学素子が得られる。
図12はアームと光学素子の取り付け部を拡大して示す概略図である。図13はアームの光学素子の両端から光軸中心方向への移動を説明する概略図である。
図5および図12に示すように、スライドレール19で中央寄せ機構12を光学素子5側に移動させ、圧縮スプリング押え部16を光学素子5の鍔部35(第1基準面27)に押し当て部36を当接させ、筐体1に形成されている筐体側位置決めリブ37に光学素子5の取り付け基準面24が当接するように押し当てて、ビーム透過方向の位置決めを行う。
次に、アーム14の先端部に形成されている突起部13の側面を光学素子5の両側に形成されている基準リブ29aの壁面に当接させる。図13に示すようにどちらか片側のアーム14、15を光学素子5の両端から光軸中心23方向(矢印方向)に動かすと、アーム14、15のスライド運動が回転体18(図6)に伝搬して回転運動となり、その回転運動がもう一つのアーム15をスライド運動させる。
この回転体18により、2つのアーム14、15を同一速度で操作でき、光軸中心23に対して光学素子5の長手方向の曲率半径中心が同軸上に位置できるため、走査方向に関する位置合せが高精度化できる。
また、回転体18の周方向壁面に弾性体18aを設けることにより、さらに高精度に同一速度で操作でき、位置合せなどの調整時間の短縮、共通の光学素子であることにより、小型化や低コスト化ができる。
光学素子5を層状(多段状)に積層する場合においては、これを成形するための金型においては、鏡面駒33と入子31から形成される基準リブ溝34を設け、鏡面駒33の曲率半径の中心位置が、高精度に転写された光学素子5とする。
これによって、同一の突起部13で位置決めを行えば、何層に積層しても光学素子5の曲率半径の中心位置が高精度に位置決めできる。また、光学素子5は同一形状であるため、何層でも同じ光学素子5が使用でき、位置決めも容易にできる。
光学素子5は周囲の雰囲気温度などにより、熱膨張して結像などの光学特性に影響する。そのため、この熱膨張の影響を受けないように、転写面の長手方向中央部付近に接着剤を塗布する。
図15に示すように接着剤を硬化させるための光源39をセットし、光(UV)を照射し、接着剤38を硬化させ、接合する。接合は、層状に積層された状態でも、光学素子1つずつの接合でも、どちらでも可能である。
光学素子5の転写面26の長手方向中央部付近で固定することにより、長尺方向およびビーム透過方向における位置決めが崩れるなどの影響を抑え、結像などの光学特性を抑えることができる。
層状に積層して、接着固定しても2層目以降の光学素子5も、1層目の光学素子5と同様の熱膨張率なので、多段に積み重ねても熱膨張の影響による結像などの光学特性や長尺方向における位置決めが崩れるなどの影響を抑えられる。
入子線32に沿って、鏡面駒33と入子31から形成される基準リブ溝34を設けることにより、鏡面駒33の曲率半径の中心位置が高精度に転写できる。接合時に光学素子5と光走査装置の筐体1との接合面、光学素子5同士の接合面に予め接着剤38を塗布しておき、レンズ面25の長手方向の曲率半径中心位置を位置決めし、かつ、複数段配置の位置決めを行うことで、高精度に接着固定できる。
Claims (14)
- 少なくとも1つ以上の被転写面を有し、複数の光源から出射されて偏向されたビームを光走査する光学素子を位置決めする光学素子の位置決め方法において、光軸中心と光学素子の長手方向の曲率半径中心とを同軸上に位置決めし、1層目の光学素子と2層目の光学素子を同一の位置決め治具で位置決めすることを特徴とする光学素子の位置決め方法。
- 請求項1に記載の光学素子の位置決め方法により位置決めされる前記1層目及び2層目の光学素子であって、前記被転写面の端部に、前記同一の位置決め治具の同一の突起部(13)に当接される長手方向の位置決め用のリブ(29a)が形成されていることを特徴とする光学素子。
- 前記レンズ面の端部において長手方向の位置決め用のリブが、他のリブよりも突出していることを特徴とする請求項2記載の光学素子。
- 前記レンズ面の端部に長手方向の位置決め用のリブを基準に、1層目の光学素子と2層目以降の光学素子を層状に積層することを特徴とする請求項2記載の光学素子。
- 上下方向の基準面は厚さ方向に平行な転写面に対向する第1基準面と第2基準面を有することを特徴とする請求項2記載の光学素子。
- 前記上下方向の基準面は厚さ方向に平行な転写面の一方に凹形状部が形成されていることを特徴とする請求項2記載の光学素子。
- 前記凹形状部が、離隔成形で形成されることを特徴とする請求項6記載の光学素子。
- 前記転写面の長手方向中央部と、長手方向の両端部に円筒形状の凸形状の基準突起3点により第1基準面が形成されていることを特徴とする請求項5記載の光学素子。
- 前記2層目以降の光学素子が、前記1層目の光学素子と同一形状であることを特徴とする請求項4記載の光学素子。
- 前記光学素子がプラスチック部材からなることを特徴とする請求項2ないし9のいずれか1項記載の光学素子。
- 前記光学素子が光束を等速度変更に補正するfθレンズであることを特徴とする請求項2ないし10のいずれか1項記載の光学素子。
- 請求項2ないし11記載の光学素子を備えたことを特徴とする光走査装置。
- 鏡面駒と入子との境界面に基準リブ形成用の基準リブ溝を設けたことを特徴とする請求項2記載の光学素子。
- 請求項2ないし11に記載の光学素子において、転写面の凹形状部以外の長手方向中央付近に接着剤を塗布して固定することを特徴とする請求項2ないし11のいずれか1項記載の光学素子。
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