JP5123797B2 - 光走査装置、画像形成装置及びプラスチック光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置、画像形成装置及びプラスチック光学素子に関し、特に、プラスチック光学素子の加工精度を極端に上げることなく、高精度な光走査を実現する光走査装置、画像形成装置及びプラスチック光学素子に関する。

近年、カラー画像形成装置の高速、高画質化に対応する為、複数のビームを、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。このような画像形成装置は、一般的に前記ビームに対応した複数の走査手段を有するが、前記走査手段を配置するために大きなスペースが必要となり、装置全体が大型化することから、複数のビームを単一の光偏向器に入射して走査し、それぞれ対応する感光体に結像させる結像手段をビーム毎に設け、前記結像手段を構成する結像レンズを副走査方向に層状に重ねて一体的に構成する光走査装置が提案されている（特許文献１参照）。これにより、１枚の光偏向器で兼ねることも可能となるため、光偏向器を回転させるためのモータの負荷を軽減でき、コンパクト化も可能となる。

カラー画像形成装置に搭載される光走査装置を構成する走査光学系の１つに斜入射光学系がある。斜入射光学系には、製品のコンパクト化、及び低コスト化を目的に、複数のビームを光偏向器の同一偏向面によって偏向し、共通のプラスチック光学素子(結像素子)に入射させる片側入射方式と、カラー画像形成装置の主流であり、各色(イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック)が各結像光学系に対応したタンデム方式がある（特許文献２〜４参照）。

前記斜入射光学系を採用した光走査装置は、光源手段、偏向走査する光偏向器、副走査方向に積層されたプラスチック光学素子により構成される結像光学系、前記素子、及び結像光学系を収納するハウジングから構成される。前述の様に、後者においては、副走査方向にプラスチック光学素子を積層することが一般的となっており、前記結像光学系に入射される光束、及び前記結像光学系を構成するプラスチック光学素子の光軸が、副走査方向において前記光偏向器の回転軸に垂直な平面に対し角度を有していることが特徴となっている。そこにおいては、前記プラスチック光学素子の光軸方向の取り付け基準面として、外形の一部、且つ光軸に垂直な平面を採用することが一般的となっているが、ハウジングにおいては、副走査方向に積層された前記プラスチック光学素子の各段に対応した、段差形状を有する光軸方向の取り付け基準面が必要となる。更に、前記段差形状は、副走査方向において前記光偏向器の回転軸に垂直な平面(通常はハウジングのベース面)に対し角度を有する。
特許第３１２４７４１号公報 特開２００３−０７５７５１号公報 特開２００７−２１２８８３号公報 特開２００７−０４１４２０号公報

しかしながら、前記段差形状の光軸方向の取り付け基準面を構成するハウジング金型加工する場合、各段を同一平面として加工することは不可能であり、各段差毎に異なる加工誤差が生じてしまう。このような相対的な加工誤差のずれ量は、そのまま前記プラスチック光学素子の各段の光軸方向の取り付け精度のばらつきを生じさせ、像高間のビームウエスト位置ずれ(像面湾曲の悪化)やビームスポット径太りの発生要因となる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、プラスチック光学素子の加工精度を極端に上げることなく、高精度な光走査を実現することを目的とする。

本発明に係る光走査装置は、１以上の光源と、前記光源からの光束を偏向させる光偏向器と、前記光偏向器で偏向された光束を集光し、１以上の被走査面に導いて結像走査させる結像手段と、をハウジングに収納して備える光走査装置であって、前記結像手段は、副走査方向に積層されたプラスチック光学素子により構成される結像光学系であり、該結像光学系に入射される前記光束及び前記プラスチック光学素子の光軸が、副走査方向において前記光偏向器の回転軸に垂直な平面に対し角度を有し、前記プラスチック光学素子の光軸と前記光偏向器の回転軸に垂直な平面の成す角度と、前記プラスチック光学素子の光軸に垂直な平面と前記プラスチック光学素子の各段に対応した段差形状を有する光軸方向の取り付け基準面の成す角度とが等しいことを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、上記本発明に係る光走査装置を搭載することを特徴とする。

本発明に係るプラスチック光学素子は、１以上の光源からの光速を光偏向器によって偏向された光束を集光し、１以上の被走査面に導いて結像走査させる結像手段を構成するプラスチック光学素子であって、入射される前記光束及び前記プラスチック光学素子の光軸が、副走査方向において前記光偏向器の回転軸に垂直な平面に対し角度を有し、前記プラスチック光学素子の光軸と前記光偏向器の回転軸に垂直な平面の成す角度と、前記プラスチック光学素子の光軸に垂直な平面と前記プラスチック光学素子の各段に対応した段差形状を有する光軸方向の取り付け基準面の成す角度とが等しいことを特徴とする。

本発明によれば、プラスチック光学素子の加工精度を極端に上げることなく、高精度な光走査を実現することが出来る。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

以下に述べる実施形態に係る光走査装置は、カラーのデジタル複写機等を含む複写機、マルチファンクションプリンタ(ＭＦＰ)、レーザプリンタ等を含むプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等、あるいはこれらの複数の機能を有する複合機等の画像形成装置に搭載することが出来る。

＜画像形成装置＞
図１に示す画像形成装置１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色毎のトナー像をそれぞれ形成し、これを重ね合わせることでフルカラーの画像を形成するタンデム型の画像形成装置であり、原稿台１１と、読み取り装置１２と、光走査装置１３と、感光体ドラム１４（ＹＭＣＫ）と、帯電ローラ１５（ＹＭＣＫ）と、現像装置１６（ＹＭＣＫ）と、ドラムクリーニング装置１７（ＹＭＣＫ）と、中間転写ベルト１８と、転写ベルトクリーニング装置１９と、転写ローラ２０と、定着装置２１と、レジストローラ２２と、給紙ローラ２３と、給紙トレイ２４と、排紙ローラ２５と、排紙トレイ２６と、を有して構成される。

光走査装置１３は、読み取り装置１２で読み取った原稿内容に基づいて、書き込み用のレーザ光を各色に対応する感光体ドラム１４に照射する。なお、光走査装置の構成については、後で詳述する。

光走査装置１３からの書き込み用のレーザ光は、帯電装置１５と現像装置１６の間において感光体ドラム１４上に照射される。

帯電装置１５（ＹＭＣＫ）は、各色感光体ドラム１４毎に非接触に配設されたローラ形状の装置であり、感光体ドラム１４の表面を一様に帯電させる。帯電装置１５により帯電された感光体ドラム１４表面に光走査装置１３からの書き込み用のレーザ光が照射されると、感光体ドラム１４上に各色に対応した静電潜像が形成される。

現像装置１６（ＹＭＣＫ）は、各感光体ドラム１４に現像ローラを接触させて配設された装置であり、各色対応の感光体ドラム１４に対応した色のトナー（現像剤）を保持する。作像時には、感光体ドラム１４にトナーを供給し、感光体ドラム１４に形成された静電潜像を現像する。静電潜像は、トナーで現像されることによりトナー像となる。

中間転写ベルト１８は、各感光体ドラム１４の表面に形成された各色トナー像を順次重ね合わせて転写（一次転写）するための無端ベルトである。各色トナー像が順次重ね合わせられることで中間転写ベルト１４上には合成カラートナー像が形成される。

転写ローラ２０は、中間転写ベルト１８に対向して設けられたローラであり、中間転写ベルト１８上に形成された合成カラートナー像を、給紙トレイ２４から搬送される記録紙上に転写（二次転写）する。

なお、感光体ドラム１４は、すべて同一の方向に回転し、中間転写ベルト１８は、感光体ドラム１４の回転方向とは逆の方向で移動する。また、転写ローラ２１は中間転写ベルト１８とは逆の方向（感光体ドラム１４と同一の回転方向）で回転する。図１では、感光体ドラム１４および転写ローラ２１は反時計回りに回転し、中間転写ベルト１８は時計回りに回転する。

＜光走査装置＞
次に、光走査装置の構成について説明する。光走査装置１３は、中央部に光偏向器（以下、ポリゴンミラーを例として説明する）を配置し、ポリゴンミラーを中心に左右対称にＬＤ（レーザダイオード）ユニットや反射ミラー、レンズ等の構成部品を配置することで、左右に各２色のレーザビームの光路をレイアウトし、１つのポリゴンミラーにて４色のレーザビーム（書き込みレーザ光）を主走査方向に偏向させる。

以下、図２及び図３を参照して、詳細に説明する。図２は、光走査装置１３を側面方向から見たものを示し、図３は、光走査装置１３を上方向から見たものを示す。

光走査装置１３は、ポリゴンミラー３１と、ｆθレンズ３２と、ＷＴＬレンズ３３と、第１反射ミラー３４ＹＭＣＫと、第２反射ミラー３５と、第３反射ミラー３６と、ＬＤユニット３７ＹＭＣＫと、シリンドリカルレンズ３８と、第４反射ミラー３９と、同期検知反射ミラー４０と、同期検知レンズ４１と、同期検知センサ４２と、を有して構成される。

偏向走査手段としてのポリゴンミラー３１は、正多角形（図２では正六角形）の反射鏡であり、駆動モータにより回転駆動し、ＬＤユニット３７から出力される書き込み用のレーザ光を偏向反射面で反射し、主走査方向に偏向走査する。なお、図２に示す正多角形のミラーは２段重ねとなっており、上段のミラーにおいてＣレーザとＹレーザを、下段のミラーにおいてＫレーザとＭレーザを、偏向走査する。また、ポリゴンミラー３１は、制御によって回転方向を変更することも可能である。

ｆθレンズ３２は、各レーザ光の光路上に設けられたレンズであり、ポリゴンミラー３１で等角度走査されたレーザ光を結像面上で等速走査させる。

ＷＴＬレンズ３３は、各レーザ光の光路上に設けられたレンズであり、ポリゴンミラー３１の面倒れ特性を補正する。

第１反射ミラー３４ＹＭＣＫ、第２反射ミラー３５、第３反射ミラー３６は、各色レーザ光を対応する感光体ドラム１４ＹＭＣＫ上に導くために設けられた反射鏡である。

なお、図２において、上記光走査装置１３を構成する全素子は、塵や埃などの侵入を防ぐために密閉されてハウジングに収納される構成を有している。フロアの床面にはレーザ光を透過する防塵ガラスが設けられており、各色レーザ光は該防塵ガラスを透過して感光体ドラム１４に導かれる。

ＬＤユニット３７ＹＭＣＫは、各色毎に独立して設けられた書き込み用レーザ光照射装置（光源）であり、レーザダイオードなどを有して構成され、ポリゴンミラー３１に向けてレーザ光を出力する。

シリンドリカルレンズ３８は、副走査方向に定まった屈折率を有するレンズであり、ＬＤユニット３７の近傍に、各色毎に設けられている。また、第４反射ミラー３９は、ＫレーザおよびＭレーザをポリゴンミラー３１に導くために設けられた反射鏡である。

同期検知反射ミラー４０は、第１反射ミラー３４で主走査の特定位置で反射したレーザ光を同期検知レンズ４１に導くために設けられた反射鏡である。また、同期検知レンズ４１は、同期検知反射ミラー４０により導かれた入射したレーザ光を、同期検知センサ４２（逆方向同期検知センサ４３）に集光させるためのレンズである。

同期信号検出手段としての同期検知センサ４２は、ポリゴンミラー３１が正回転方向に回転しているときに、入射したレーザ光に基づいて、主走査方向の書き出し基準位置を検出する。具体的には、レーザ光の入射により、所定の同期検知信号を出力する。この同期検知センサ４２は左右に各１つずつ配置され、１つの同期検知センサ４２により２色分のレーザ光のタイミングを検出する。ポリゴンミラー３１の偏向反射面は、製造工程の面精度及び角精度によりバラツキがあるため、このバラツキを解消するために偏向反射面に対応した主走査方向の書き出し基準位置を同期検知センサ４２により検出する。

＜プラスチック光学素子＞
次に本実施形態に係るプラスチック光学素子について図４乃至図９を用いて説明する。以下説明する光偏向器２と、結像光学系を構成するプラスチック光学素子８とから成る光学系は、上記図２及び図３において示すポリゴンミラー３１とｆθレンズ３２とから成る光学系に対応する。

図４は、本実施形態に係る光走査装置に搭載されるプラスチック光学素子８の概略斜視図である。プラスチック光学素子８は、ハウジングに取り付ける面である取り付け基準面を有する取り付け部４、５と、固定部６と、レンズ７と、から構成される。固定部６は図４では三つ（６ａ、６ｂ、６ｃ）備えているが、固定部の有無、形状、数量は特に限定しない。

光軸方向の複数の取り付け基準面４ａ、４ｂと光軸の成す角度は、大きさが等しく、向きが逆である。

なお、図４では取り付け部を複数（４、５）備えているが、これは一例であり、取り付け部４のみ（単数）でも良い。

図５は、本実施形態に係るプラスチック光学素子８の取り付け基準面４ａをハウジング取り付け面３に取り付けた状態を示す図である。

図６は、本実施形態に係るプラスチック光学素子８と、光偏光器２、ハウジング取り付け面３の概略側面図である。図６に示すように、本実施形態に係るプラスチック光学素子８の光軸と光偏向器２の回転軸に垂直な平面の成す角度（θ１、θ２）と、本実施形態に係るプラスチック光学素子８の光軸に垂直な平面とプラスチック光学素子８の光軸方向の取り付け基準面の成す角度（θ３）が等しいことを特徴とする。

図７は、本実施形態に係るプラスチック光学素子８が積層された状態を示す概略側面図である。

図８は、図７に対向する結像光学系に具備される光偏向器２、積層されたプラスチック光学素子８、ハウジング取り付け面３'の概略側面図である。本実施形態に係るプラスチック光学素子８の光軸と光偏向器２の回転軸に垂直な平面の成す角度（θ１′、θ２′）と、本実施形態に係るプラスチック光学素子８の光軸に垂直な平面とプラスチック光学素子８の光軸方向の取り付け基準面の成す角度（θ３′）が等しく、且つθ１′〜θ３′が図６におけるθ１〜θ３と等しいことを特徴とする。

図７及び図８に示す光学系は、片側走査斜入射光学系であるのに対し、図９は、図７及び図８の結像光学系を有する対向走査斜入射光学系の光走査装置の概略側面図である。図９に示すように、本実施形態に係るプラスチック光学素子８は、対向走査斜入射光学系にも対応出来る。

上記実施形態によれば、斜入射光学系において、プラスチック光学素子の加工精度を極端に上げることなく、像高間のビームウエスト位置ずれ(像面湾曲の悪化)、及びビームスポット径太りを低減した高精度な光走査を行うことが出来る。

すなわち、ハウジング取り付け面において、副走査方向に積層された前記プラスチック光学素子の光軸方向の取り付け基準面として、各段に対応するための段差形状を有する必要が無く、且つ前記光偏向器の回転軸に垂直な平面(通常はハウジングのベース面)に垂直な、平面形状を有する光軸方向の取り付け基準面（図５〜９の符号３）を有することで、前記プラスチック光学素子の光軸方向の位置決めが可能となるため、前記プラスチック光学素子の各段毎の相対的な加工誤差は低減する。その結果、前記プラスチック光学素子の各段における光軸方向の取り付け基準の寸法精度が向上し、ビームウエスト位置ずれ(像面湾曲の悪化)や、ビームスポット径太りを低減させ、高精度な光走査を行うことが出来る。

また、図４に示すように、前記プラスチック光学素子が光軸方向の取り付け基準面を複数（符号４及び５）有する場合、前記基準面（図５の符号３）と光軸の成す角度の大きさが等しく、向きが逆であることにより、前記プラスチック光学素子を前記ハウジングに搭載し、前記プラスチック光学素子の光軸と前記光偏向器の回転軸に垂直な平面の成す角度（θ１、θ２）と、前記プラスチック光学素子の光軸に垂直な平面と前記プラスチック光学素子の光軸方向の取り付け基準面（符号３）の成す角度（θ３）とが等しく、且つ前記角度が対向する結像光学系において等しく（θ１＝θ２＝θ３＝θ１'＝θ２'＝θ３'）することもできる（図１０参照）。図１０は、対向する結像光学系（図中右側）のプラスチック光学素子８の取り付け部５の基準面５ａがハウジング取り付け面３'に設置されている状態を示す概略側面図である。なお、ここではハウジング取り付け面３'に取り付けられた取り付け部５の手前に見える取り付け部４を省略して示している。

また、本実施形態に係るプラスチック光学素子は全て同一のキャビティで成形されることにより、更なる精度向上を達成できる。

また、本実施形態に係るプラスチック光学素子を備える光走査装置を搭載することにより、高精度且つコンパクト、低コストな画像形成装置を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る光走査装置が搭載される画像形成装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置を側面方向から見たものを示す図である。 本発明の実施形態に係る光走査装置を上方向から見たものを示す図である。 本本発明の実施形態に係る光走査装置に搭載されるプラスチック光学素子８の概略斜視図である。 図４に示すプラスチック光学素子８をハウジング取り付け面に取り付けた状態を示す図である。 図５に示すプラスチック光学素子８と、光偏光器２、ハウジング取り付け面の概略側面図である。 図６に示すプラスチック光学素子８が積層された状態を示す概略側面図である。 図７に対向する結像光学系に具備される光偏向器２、積層されたプラスチック光学素子８、ハウジング取り付け面３'の概略側面図である。 図７及び図８の結像光学系を有する光走査装置の概略側面図である。 図７に示す結像光学系に対向する結像光学系のプラスチック光学素子８の取り付け部５の基準面５ａがハウジング取り付け面３'に設置されている状態を示す概略側面図である。

符号の説明

１（ａ〜ｄ） 光源
２ 光偏向器
３ ハウジング取り付け面
４、５ 取り付け部
４ａ、４ｂ 取り付け基準面
６ａ、６ｂ、６ｃ 固定部
７ レンズ
８ プラスチック光学素子
１０ 画像形成装置
１１ 原稿台
１２ 読み取り装置
１３ 光走査装置
１４ 感光体ドラム
１５ 帯電ローラ
１６ 現像装置
１７ ドラムクリーニング装置
１８ 中間転写ベルト
１９ 転写ベルトクリーニング装置
２０ 転写ローラ
２１ 定着装置
２２ レジストローラ
２３ 給紙ローラ
２４ 給紙トレイ
２５ 排紙ローラ
２６ 排紙トレイ
３１ ポリゴンミラー
３２ ｆθレンズ
３３ ＷＴＬレンズ
３４ 第１反射ミラー
３５ 第２反射ミラー
３６ 第３反射ミラー
３７ ＬＤユニット
３８ シリンドリカルレンズ
３９ 第４反射ミラー
４０ 同期検知反射ミラー
４１ 同期検知レンズ
４２ 同期検知センサ

Claims (6)

1. １以上の光源と、前記光源からの光束を偏向させる光偏向器と、前記光偏向器で偏向された光束を集光し、１以上の被走査面に導いて結像走査させる結像手段と、をハウジングに収納して備える光走査装置であって、
   前記結像手段は、副走査方向に積層されたプラスチック光学素子により構成される結像光学系であり、該結像光学系に入射される前記光束及び前記プラスチック光学素子の光軸が、副走査方向において前記光偏向器の回転軸に垂直な平面に対し角度を有し、前記プラスチック光学素子の光軸と前記光偏向器の回転軸に垂直な平面の成す角度と、前記プラスチック光学素子の光軸に垂直な平面と前記プラスチック光学素子の各段に対応した段差形状を有する光軸方向の取り付け基準面の成す角度とが等しいことを特徴とする光走査装置。
2. 前記プラスチック光学素子は、光軸方向の取り付け基準面を複数有し、前記複数の基準面と光軸の成す角度の大きさが等しく、互いの基準面の向きが逆であることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記プラスチック光学素子は、同一のキャビティで成形されることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の光走査装置を搭載することを特徴とする画像形成装置。
5. １以上の光源からの光束を光偏向器によって偏向された光束を集光し、１以上の被走査面に導いて結像走査させる結像手段を構成するプラスチック光学素子であって、
   入射される前記光束及び前記プラスチック光学素子の光軸が、副走査方向において前記光偏向器の回転軸に垂直な平面に対し角度を有し、前記プラスチック光学素子の光軸と前記光偏向器の回転軸に垂直な平面の成す角度と、前記プラスチック光学素子の光軸に垂直な平面と前記プラスチック光学素子の各段に対応した段差形状を有する光軸方向の取り付け基準面の成す角度とが等しいことを特徴とするプラスチック光学素子。
6. 前記プラスチック光学素子は、光軸方向の取り付け基準面を複数有し、前記複数の基準面と光軸の成す角度の大きさが等しく、向きが逆であることを特徴とする請求項５記載のプラスチック光学素子。

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