JP5488802B2 - 光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置および画像形成装置に関する。さらに詳述すると、レーザ方式のデジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に搭載される光走査装置を構成する結像光学系に搭載されるプラスチックレンズに関する。

近年、カラー画像形成装置の高速、高画質化に対応するために、複数の光線で、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タンデム光学系によ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に搭載される書込み用光走査装置として、光源から出射された光線を光偏向器によって走査し、それぞれの光線ごとに設けられた結像光学素子を有する結像光学系によって、対応する感光体に結像する方法が提案されている。また、このような光走査装置の書込み速度の高速化を図るために、光源として複数の発光源を有するＬＤアレイやＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER，垂直共振器面発光レーザ）を使用し、複数の光線を用いて数ラインまとめて露光する方法が提案されている。

このような光走査装置に組み込まれる光学素子は、コストダウン化を図るべくプラスチック材料が用いられるようになってきている。また、光走査装置の複数の機能を最低限の素子によって実効させるべく、光学素子の鏡面形状は、複雑な非球面形状に形成されているものが知られている。また、光学素子がレンズである場合、長手方向の厚さが一定でない偏肉形状に設計されているものも知られている。これらの光学素子は、機能に応じた特殊形状のキャビティを具備する金型により低コストで大量に生産することができる。

このような光学素子を樹脂成形するにあたっては、キャビティ内の溶融樹脂を冷却固化させる工程を経るが、このとき樹脂の内部歪みを低減するために、キャビティ内の樹脂圧力を低くする操作が行われる。しかしながら、キャビティ内の溶融樹脂を低圧化すると、その後の冷却固化工程において、樹脂が収縮して金型面から離れ、光学素子の光学機能面にヒケが発生するという問題がある。

このような問題に対して、例えば、特許文献１には、光学機能面以外の面に不完全転写部を設けて、この不完全転写部に優先的にヒケを発生させることにより、キャビティ内の溶融樹脂を低圧化しても光学機能面にヒケが発生しないようにする発明が開示されている。

このような不完全転写部を設ける方法として、例えば、特許文献２には、光学機能面以外の面を転写するキャビティ駒の一部を摺動できるように設けておき、樹脂を軟化温度以下に冷却するときに、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させて、樹脂とキャビティ駒の間に強制的に空隙を形成することにより不完全転写部を設ける方法が開示されている。特許文献２に記載の技術によれば、不完全転写部が優先的に収縮、すなわち不完全転写部にヒケが優先的に発生するため、光学機能面にはヒケが発生しないようにすることができる。

また、光学機能面以外の面を転写するキャビティ駒に通気口を設け、樹脂を軟化温度以下に冷却するときに通気口から圧縮空気を吹付けることによって、吹付けられた面に強制的にヒケを発生させる方法により不完全転写部を設ける方法も知られている。特に、光線通過方向の厚さが比較的薄いプラスチック光学素子においては、特許文献２による方法の場合、不完全転写部の面積を広く確保することができず、自然収縮だけでは収縮体積が不十分なため光学機能面にもヒケが発生してしまうことがあるため、圧縮空気を吹付けて強制的にヒケを発生させる当該方法が有効である。

しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、光線非通過面に不完全転写部を設けたプラスチックレンズの複屈折は、不完全転写部に近い場所ほど複屈折は小さくなり、逆に不完全転写部から遠い場所ほど複屈折は大きくなる（例えば、図１０参照）。このため、このようなプラスチックレンズに光線を通過させる場合、副走査方向の通過位置によって複屈折の影響が異なることとなる。

ここで、光源として複数の発光源を有するＬＤアレイやＶＣＳＥＬなどを用いて、１つのプラスチックレンズを２本以上の光線が通過する場合、それぞれの光線は、副走査方向に若干ずれた場所を通過する。そのため、光線によってプラスチックレンズ通過時に受ける複屈折の影響が異なり、プラスチックレンズ通過後の偏光状態が光線ごとに異なることとなる。通常は、プラスチックレンズ通過後から感光体に至る光路には、防塵ガラスや折り返しミラー等の光学素子が設置され、それらの透過率や反射率は光線の偏光状態によって変動する。そのため、光線ごとに感光体までの光路における光量損失が異なることとなり、感光体上での光量に偏差が生じ、走査線ごとに濃淡のムラが生じ得るという問題があった。

また、不完全転写部から遠い場所においては複屈折が大きくなるため、この付近を通過する光線の波面が乱され、ビームウェスト径の悪化が生じ得るという問題があった。

以上のように、プラスチックレンズ通過時に受ける複屈折の影響により、画像品質の劣化が生じ得るという課題が残されていた。

そこで本発明は、光走査装置に搭載されるプラスチックレンズを複数本の光線が通過する構成をとる光走査装置において、プラスチックレンズの複屈折の副走査方向偏差によって発生する光線ごとの偏光特性変化の偏差を低減することにより、感光体上における光線ごとの光量偏差を低減し、かつ、複屈折を副走査方向全域において低減することにより、ビームウェスト径の悪化を低減することにより画像品質の向上を図ることができる光走査装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１に記載の光走査装置は、光源、光偏向器、該光偏向器への入射光学系および光偏向器によって走査された光線を集光する結像光学系を有し、光偏向器で偏向された２以上の光線が、結像光学系に設置されるプラスチックレンズの母線に対して対称な位置を通過する光走査装置において、プラスチックレンズは、対向する２つの光線非通過面に不完全転写部を有するとともに、該プラスチックレンズの母線は、該プラスチックレンズの副走査方向の外形中心と異なる位置にあり、かつ、光線非通過面のうち母線から遠い側の光線非通過面に形成された不完全転写部の該光線非通過面に対する深さは、母線から近い側の光線非通過面に形成された不完全転写部の該光線非通過面に対する深さよりも深いものである。

また、請求項２に記載の画像形成装置は、請求項１に記載の光走査装置を備えるものである。

本発明によれば、プラスチックレンズの複屈折の副走査方向偏差によって発生する光線ごとの偏光特性変化の偏差を低減することにより、感光体上における光線ごとの光量偏差を低減することができ、また、複屈折を副走査方向全域において低減することにより、ビームウェスト径の悪化を低減することができるため、画像品質の向上を図ることができる。

本発明に係る光走査装置の概略構成図の一例である。 図１に示す光走査装置の立面構成図の一例である。 図１に示す光走査装置に設置されるプラスチックレンズの模式図および該プラスチックレンズの副走査位置と複屈折との関係を示すグラフの一例である。 図１に示す光走査装置に設置されるプラスチックレンズの模式図および該プラスチックレンズの副走査位置と複屈折との関係を示すグラフの他の例である。 図１に示す光走査装置に設置されるプラスチックレンズの模式図および該プラスチックレンズの副走査位置と複屈折との関係を示すグラフの他の例である。 図１に示す光走査装置に設置されるプラスチックレンズの模式図および該プラスチックレンズの副走査位置と複屈折との関係を示すグラフの他の例である。 本発明に係る画像形成装置の概略構成図の一例である。 従来の光走査装置の概略構成図の一例である。 図８に示す光走査装置の立面構成図の一例である。 図８に示す光走査装置に設置されるプラスチックレンズの模式図および該プラスチックレンズの副走査位置と複屈折との関係を示すグラフである。 図１０に示すプラスチックレンズにおける副走査位置と位相差の関係の複屈折測定結果の一例である。 図８に示す光走査装置に設置されるプラスチックレンズの模式図および該プラスチックレンズの副走査位置と複屈折との関係を示すグラフの他の例である。

以下、本発明に係る構成を図１から図７に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（光走査装置）
＜従来構成＞
先ず、本実施形態に係る光走査装置との対比のため図８および図９に従来の光走査装置の概略図（上面図、立面図）を示す。図８および図９に示す光走査装置９０は、光線非通過面の一方の面に不完全転写部９２を有したプラスチックレンズ９１を結像光学系に設置している。以下、図中の矢印は光線を示す。

光走査装置９０は、光源３４から出射された光線であって、光偏向器３５によって偏向された２本の光線が１つのプラスチックレンズ９１に入射する構成である。また、この２本の光線（光線１、光線２）は、図１０に示すように、プラスチックレンズ９１の母線３３に対して対称な位置を通過する構成となっている（ｄ１＝ｄ２）。

この光走査装置９０におけるプラスチックレンズ９１は、光線非通過面の一方の面に不完全転写部９２を有しているため、プラスチックレンズ９１の複屈折（内部歪み）は、図１０右側のグラフに示すように、不完全転写部９２に近い場所ほど小さく（良好）、逆に、不完全転写部１２から遠い場所ほど大きい（悪化）こととなる。また、このプラスチックレンズ９１における副走査位置と位相差との関係を示す複屈折測定結果を図１１に示す。

このプラスチックレンズ９１を２以上の光線が通過する場合、それぞれの光線は、副走査方向に若干ずれた場所を通過することとなる。したがって、光線によってプラスチックレンズ９１通過時に受ける複屈折の影響が異なり、プラスチックレンズ９１通過後の偏光状態が光線ごとに異なることとなる。また、通常、プラスチックレンズ９１通過後から感光体３７に至る光路には、防塵ガラスや折り返しミラー３６等の光学素子が設置され、それらの透過率や反射率は光線の偏光状態によって変動する。以上より、光線ごとに感光体３７までの光路における光量損失が異なることとなり、感光体３７上での光量に偏差が生じ、走査線ごとに濃淡のムラができてしまい、画像品質の劣化を招くこととなる。

また、図１０に示したプラスチックレンズ９１のように、２本の光線が母線３３に対して対称な位置を通過する構成に限られず、例えば、図１２に示すように、光線非通過面の一方の面に不完全転写部９２を有したプラスチックレンズ９１を４本の光線が、母線３３に対して対称な位置を通過する構成においても、各光線（光線１〜光線４）によりプラスチックレンズ９１の通過時に受ける複屈折の影響は、大きく異なるため問題となる。

＜本発明の構成＞
そこで、本実施形態に係る光走査装置３０は、光源３４、光偏向器３５、該光偏向器３５への入射光学系および光偏向器３５によって走査された光線を集光する結像光学系を有し、光偏向器３５で偏向された２以上の光線が、結像光学系に設置されるプラスチックレンズ３１の母線３３に対して対称な位置を通過する光走査装置３０において、プラスチックレンズ３１は、対向する２つの光線非通過面に不完全転写部３２（３２ａ，３２ｂ）を有するものである。これにより、プラスチックレンズ３１の通過時に受ける複屈折の影響を抑えることにより、上記の問題を解決し、画像品質の向上を図ることができる。

図１および図２に本実施形態に係る光走査装置の概略構成図（上面図、立面図）を示す。図１および図２に示す光走査装置３０は、対向する２つの光線非通過面に不完全転写部３２を有するプラスチックレンズ３１を結像光学系に設置したものである。ここで、プラスチックレンズ３１に不完全転写部３２を設ける方法は、上述の特許文献２に記載の方法や、冷却時に圧縮空気を吹付ける方法等によれば良く、特に限られるものではない。なお、光走査装置３０のその他の構成については、図９に示した光走査装置９０と同様であるので、重複する説明は省略する。

このように、対向する２つの光線非通過面に不完全転写部３２ａ，３２ｂを有するプラスチックレンズ３１によれば、図３右側のグラフに示すように、複屈折を母線に対して対称（略対称を含む）に生じさせることができる。

この原理について以下に詳細に述べる。図３は、１つのプラスチックレンズ３１を２本の光線（光線１、光線２）が、母線３３に対して対称な位置を通過する様子を示している。ここで、不完全転写部３２ａのみによって発生する複屈折は、点線３８ａで示される値になる。この理由については、図１０について説明した理由と同様である。また、不完全転写部３２ｂのみによって発生する複屈折も、同様の理由により、点線３８ｂで示される値となる。

したがって、不完全転写部が３２ａおよび３２ｂの双方が設けられたプラスチックレンズ３１によれば、双方の不完全転写部３２による効果が足し合わされることになるので、その複屈折は、実線３９で示すように、母線３３に対して略対称な値になることとなる。このため、プラスチックレンズ３１を通過する２本の光線（光線１、光線２）が受ける複屈折の偏差を低減できるので、プラスチックレンズ３１通過後の偏光状態の差も低減できる。よって、感光体３７上における光量偏差を低減することができ、走査線ごとに濃淡のムラを改善できる。また、複屈折を副走査方向全域において低減することができるので、ビームウェスト径の悪化を低減できる。したがって、画像品質の劣化を抑え、画像の高品質化を実現できる。

また、図４は、プラスチックレンズ３１を４本の光線（光線１〜光線４）が、母線３３に対して対称な位置を通過する例を示している。この場合も、同様に４本の光線が受ける複屈折の偏差および複屈折自体を低減することができる。

さらに、図５に示すように、プラスチックレンズ３１の母線３３位置は、副走査方向の外形中心と一致する（すなわち、ａ＝ｂ）ことが好ましい。このようなプラスチックレンズ３１においては、対向する２つの光線非通過面に設けられた不完全転写部３２ａ，３２ｂの光線非通過面に対する深さα，βを等しくする（α＝β）ことによって、対向する２つの不完全転写部３２ａ，３２ｂから及ぼされる複屈折をほぼ等しくすることができ、その結果、複屈折が母線に対してほぼ対称な値にすることが可能となる。

また、図６に示すように、プラスチックレンズ３１の母線位置が副走査方向の外形中心と一致していない（すなわち、ａ≠ｂ）場合において、対向する２つの光線非通過面に設けられた不完全転写部３２ａ，３２ｂの光線非通過面に対する深さの関係を所定の関係に調整することにより、複屈折を母線３３に対してほぼ対称な値にすることができる。

上記所定の関係とは、光線非通過面のうち母線３３から遠い側の光線非通過面に形成された不完全転写部３２の深さを、母線３３から近い側の光線非通過面３２に形成された不完全転写部の深さよりも大きい値とすることをいう。なお、不完全転写部３２の深さの調節は、例えば、２つの光線非通過面に吹付ける圧縮空気の圧力に差をつけたり、２つの面に設ける不完全転写部の面積に差をつけたりすることにより行うこととすれば良い。

図６に示す例においては、母線３３が図中の下寄りに偏った位置に存在しており（ａ＞ｂ）、対向する２つの不完全転写部３２ａ，３２ｂから母線３３までの距離が異なっている。よって、それぞれの不完全転写部３２が母線付近に及ぼす歪み低減効果が異なることとなり、複屈折が母線に対して対称な値とにならない。

そこで、母線３３まで遠い側の不完全転写部３２ａの深さαを母線３３まで近い側の不完全転写部３２ｂの深さβよりも大きな値とする（すなわち、α＞β）ことにより、それぞれの不完全転写部３２が母線付近に及ぼす歪み低減効果をほぼ等しくすることができ、複屈折を母線３３に対してほぼ対称な値にすることができる。

（画像形成装置）
以上説明した、光走査装置３０を書込み部として備える画像形成装置を構成することにより、上述のように画像品質の劣化を低減し、画像品質を向上させる画像形成装置を構成することができる。

図７は、本実施形態に係る画像形成装置１の一態様であるタンデム型カラー複写機の全体構成を説明する概略構成図である。

図７において、１は画像形成装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部（光走査装置３０）、３は原稿Ｄを原稿読込部４に搬送する原稿搬送部、４は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部、５は原稿読込部４のコンタクトガラス、７は転写紙等の記録材Ｐが収容される給紙部、８は給紙ローラ、９は記録材の搬送タイミングを調整するレジストローラ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される感光体ドラム（感光体３７）、１２は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上を帯電する帯電部、１３は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像部、１４は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上に形成されたトナー像を記録材上に重ねて転写する転写バイアスローラ（１次転写バイアスローラ）、１５は各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上の未転写トナーを回収するクリーニング部を示す。また、１６は中間転写ベルト１７を清掃する中間転写ベルトクリーニング部、１７は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、１８は中間転写ベルト１７上のカラートナー像を記録材Ｐ上に転写するための２次転写バイアスローラ、２０は記録材Ｐ上のトナー像を定着する定着装置を示す。なお、当該画像形成装置１における、カラー画像形成時の動作等については、公知であるので説明を省略する。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ 画像形成装置
３０，９０ 光走査装置
３１，９１ プラスチックレンズ
３２（３２ａ，３２ｂ），９２ 不完全転写部
３３ 母線
３４ 光源
３５ 光偏向器
３６ 折り返しミラー
３７ 感光体

特開２００６−５１８２２号公報 特開平１１−２８７４５号公報

Claims (2)

1. 光源、光偏向器、該光偏向器への入射光学系および前記光偏向器によって走査された光線を集光する結像光学系を有し、前記光偏向器で偏向された２以上の光線が、前記結像光学系に設置されるプラスチックレンズの母線に対して対称な位置を通過する光走査装置において、
   前記プラスチックレンズは、対向する２つの光線非通過面に不完全転写部を有するとともに、
   該プラスチックレンズの母線は、該プラスチックレンズの副走査方向の外形中心と異なる位置にあり、
   かつ、前記光線非通過面のうち前記母線から遠い側の光線非通過面に形成された不完全転写部の該光線非通過面に対する深さは、前記母線から近い側の光線非通過面に形成された不完全転写部の該光線非通過面に対する深さよりも深いことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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