JP5867510B2 - 光学素子及び光学装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、画像形成装置等に用いられる光学素子及びそれらを備える光学装置に関する。

複写機やレーザービームプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に設けられている光学装置内には、ミラーやレンズ等の光学素子が、発光装置や他の光学部品と所定の位置関係を維持した状態で保持されている。

光学装置内で光学素子を所定の位置に保持するための一つの方法として、たとえば、光学素子を板バネ等の付勢手段と支持部材とで挟持する方法がある。

特許文献１には、表裏面が平行なミラー［２９］の所定の端部を保持してミラー［２９］を反射面として用いる光学装置の固定部材に固定する弾性支持部材［４０］の保持具が記載されている。この弾性支持部材［４０］は、ミラー［２９］の所定の端部を挟持する略コノ字状のバネ性を有する弾性材部［４１］と、弾性材部［４１］の略コノ字状の上下辺に設けられミラー［２９］の表裏両面に対向して当接する球面形状の加重部と、を備えている。

上述の保持構造では、光学素子の配置によっては、光学素子にかかる力のつり合いが取れなくなり、モーメントの影響によって光学素子に歪みが生じる場合がある。たとえば、特許文献１において光学素子が弾性支持部材［４０］に対して傾きをもって配置された場合、上下の加重部からミラー［２９］にかかる力のバランスが取れなくなる（特許文献１の図４（ａ）参照）。この場合、回転モーメントの影響によりミラー［２９］に歪みが発生する可能性がある。

特開２００６−２４３４３８号公報

近年、コピー、プリンタ、ファクス、及び、スキャナ等の機能を有するデジタル複合機等に代表されるデジタル機器は、高画質化・高精細化の要求（たとえば解像度を６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉに上げる）により、記録密度等の更なる増大が求められている。従って、その一部品である光学素子に対しても、光学素子作製時における形状誤差を小さくすることに加え、光学素子の保持に伴って生じる歪みの影響を極力回避することが要求されている。

しかし、従来の保持構造により光学素子が保持された場合のように、光学素子に歪みが生じていると十分な光学性能が得られず、高画質化や高精細化の要求に応えられなくなるという問題がある。たとえば光学素子がミラーの場合、光源からの光の反射方向等にずれが生じ、結果として、画質の劣化を招く恐れがある。

また、軽量で大型の光学素子を得るために、あるいは、光学素子を大量且つ安価に製造するために、プラスチックを用いて光学素子を成形する場合がある。光学素子がプラスチック等の剛性の低い材料からなる場合には、保持により光学素子に歪みが生じる可能性が高くなる。この問題は、上述した電子写真方式の画像形成装置における光学装置内に配置されるｆθレンズや自由曲面ミラーなどの、レーザのビーム主走査方向に沿って長い形状を有する比較的大型の光学素子の場合に特に顕著に生じる。

この発明は上記の問題点を解決するものであり、保持により生じる歪みを低減させることが可能な光学素子、及び、光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の光学素子は、第１の面と、該第１の面の反対側の第２の面と、突起部とを有し、突起部が保持部材に接することにより、所定の位置に保持される。光学素子は、縦横比が異なる形状であり、第１の面は、光学面を有する。突起部は、第１突起部と、第２突起部とを有する。第１突起部は、第１の面の長手方向両端部に形成され、光学素子の長手方向の縦断面において凸の円弧形状を有し、その一部が保持部材に接触する第１接触部を有する。第２突起部は、第２の面の第１突起部に対応する位置に形成され、長手方向の縦断面において凸の円弧形状を有し、その一部が保持部材に接触する第２接触部を有する。第１接触部と保持部材との接点及び第２接触部と保持部材との接点を通る長手方向に切断した断面において、第１突起部を構成する円弧及び第２接触部を構成する円弧が存在し、かつ、第１突起部を構成する円弧の円心と第２突起部を構成する円弧の円心とが一致する。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の光学素子は、請求項１記載の光学素子であって、第１突起部及び／又は第２突起部は、球面形状である。
また、上記課題を解決するために、請求項３記載の光学素子は、請求項１記載の光学素子であって、第１突起部及び／又は第２突起部は、円柱面形状である。
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の光学素子は、請求項１から３のいずれかに記載の光学素子であって、第１接触部を構成する円弧の半径と、第２接触部を構成する円弧の半径とが等しい。
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の光学素子は、請求項１から３のいずれかに記載の光学素子であって、第１接触部を構成する円弧の半径と、第２接触部を構成する円弧の半径とが異なる。
また、上記課題を解決するために、請求項６記載の光学素子は、請求項１から５のいずれかに記載の光学素子であって、第１突起部及び第２突起部の少なくとも一方に、円弧に繋がる傾斜面が形成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項７記載の光学素子は、請求項１から６のいずれかに記載の光学素子であって、光学面の周囲に周縁部が形成されており、突起部は周縁部に形成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項８記載の光学素子は、請求項１から７のいずれかに記載の光学素子であって、第１突起部及び第２突起部は、３箇所に形成され、プラスチックにより一体的に形成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項９記載の光学装置は、請求項１から８のいずれかに記載の光学素子と、光学素子を所定の位置に保持する保持部材とを有する。

本発明においては、第１接触部と保持部材との接点、及び、第２接触部と保持部材との接点を通る少なくとも一つの断面において、第１接触部を構成する円弧及び第２接触部を構成する円弧が存在し、かつ、第１接触突起部を構成する円弧の円心と、第２突起部を構成する円弧の円心とが一致するように、第１突起部及び第２突起部が配置される。よって、保持部材で保持された場合に、突起部に対して異なる方向から付与される力のベクトルが常に同じ点（円心）に向く状態となるため、モーメントのずれが生じ難い。従って、保持によって光学素子に生じる歪みを低減させることが可能となる。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 実施形態に係るレーザ書き込み部の概略構成を示す図である。 実施形態に係るｆθレンズを示す図である。 実施形態に係るｆθレンズを示す図である。 実施形態に係るｆθレンズを示す図である。 実施形態に係る保持部材及び保持部材に保持されたｆθレンズを示す図である。 実施形態に係る保持部材及び保持部材に保持されたｆθレンズを示す図である。 変形例１に係るｆθレンズを示す図である。 変形例２に係る保持部材及び保持部材に保持されたｆθレンズを示す図である。 変形例３に係る保持部材及び保持部材に保持されたｆθレンズを示す図である。 変形例４に係る保持部材及び保持部材に保持されたｆθレンズを示す図である。 比較例に係る保持部材及び保持部材に保持されたｆθレンズを示す図である。 比較例に係る保持部材及び保持部材に保持されたｆθレンズを示す図である。

＜実施形態＞
［画像形成装置］
図１を参照して、実施形態に係る画像形成装置１の説明を行う。図１は、実施形態に係る画像形成装置１の概略構成図である。ここでは画像形成装置１として電子写真方式の多機能周辺装置（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）を例に説明する。本実施形態では、画像形成装置１の垂直方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面において、画像形成装置１の幅方向をX方向、画像形成装置１の奥行き方向をＹ方向とする。

画像形成装置１は、画像読み取り部１０と、レーザ書き込み部２０と、画像形成部３０と、給紙部４０と、転写材反転部５０とを含んで構成されている。

画像読み取り部１０の上には、自動原稿搬送装置６０が設置されている。この自動原稿搬送装置６０は、原稿載置台６００と、処理済み原稿の収納台６１０と、ドラム６２０とからなり、更に、その周辺に配設された複数のローラや通路切替部材等を含んで構成されている。尚、原稿を手動で原稿台に置く場合は、この自動原稿搬送装置６０を使用しなくてもよい。

画像読み取り部１０は、図１のＸ方向に往復移動可能な第１ミラーユニット１１と、光路長を保つべく、第１ミラーユニット１１の１／２の速度で平行移動可能な第２ミラーユニット１２と、投影レンズ１３と、撮像素子１４とを含む光学系からなる。第１ミラーユニット１１は、ガラスからなる原稿台１００上に置かれる原稿Ｐを照明する照明ランプ１１０と、ミラー１１１を有している。第２ミラーユニット１２は、Ｖ型に配置された一対のミラー１２０を有している。撮像素子１４に結像した画像情報は、画像処理され、画像データとしてメモリに一旦格納される。

レーザ書き込み部２０は、光源部２１０（図１には図示なし）と、回転鏡２２０と、「光学素子」の一例としてのｆθレンズ２３０と、「保持機構」の一例としての保持部材２４０（図１には図示なし）と、ミラー２５０と、枠体２６０とを含んで構成されている。レーザ書き込み部２０の詳細については後述する。レーザ書き込み部２０は、「光学装置」の一例である。

画像形成部３０は、画像読み取り部１０で読み取った画像を転写材上に転写する装置であり、ドラム状の電荷保持体（以下、感光ドラム３００と称する。）と、感光ドラム３００の周辺に配置され、感光ドラム３００の周辺を一様に帯電する帯電極３１０と、レーザ書き込み部２０によりレーザビームを照射して感光ドラム３００上に形成される静電潜像を可視像であるトナー像にする現像スリーブ３３３を含む現像器３３０と、トナー像を転写材上に転写する転写極３４０と、転写材を感光ドラム３００の周辺から分離する分離極３５０と、転写後の感光ドラム３００を清掃するクリーニング手段３６０とを備える。

レーザ書き込み部２０のミラー２５０からの反射光は、帯電極３１０と現像器３３０との間を通り、感光ドラム３００に照射される。

更に、画像形成部３０は、搬送ベルト３７０と、搬送ベルト３７０と圧着して回転するように構成された一対のローラからなる定着装置３８０と、それぞれ一対のローラからなる排紙手段３８５及び３９０と、定着後の転写材の通路を切り替える切替部材３９５とを含んでいる。

給紙部４０は、画像形成部３０に紙などのシート状の転写材４２０を供給する装置であり、画像形成部３０の下側に配置された給紙トレイ４００と、給紙ローラ４１０とを主な構成要素とする。図１において、３つの給紙トレイ４００が配置されているが、最上部の給紙トレイ４００は画像形成装置に内蔵されており、下の２つの給紙トレイ４００はオプション（後付け）である。

給紙トレイ４００の下部空間には、給紙部４０の他、画像読み取り部１０、レーザ書き込み部２０、画像形成部３０、転写材反転部５０の除湿を行なう除湿ヒータＨが配置されている。この除湿ヒータＨにはＰＴＣヒータが使用されるが、その他のヒータを使用しても構わない。尚、除湿ヒータＨは、画像形成装置内の別の場所に設置されていてもよく、複数設置してもよい。

更に、転写材４２０の供給通路４２５上に配置されている搬送ローラ４３０と、感光ドラム３００上に形成されるトナー像と重畳するように転写材４２０を再送するレジストローラ４４０とを含んでいる。尚、転写材４２０には、紙、フィルム等の媒体が使用される。

転写材反転部５０は、切替部材３９５から下方に向けて形成された搬送路５００と、搬送路５００上に設けられた対の搬送ローラ５１０と、搬送路５００の途中から搬送路５００と直交する方向に延び、供給通路４２５と繋がっている搬送路５２５と、搬送路５２５上に配設された対の搬送ローラ５２０とからなる。

［レーザ書き込み部］
次に、図２を参照して、実施形態に係るレーザ書き込み部２０の詳細構成の説明を行う。図２は、図１におけるレーザ書き込み部２０をＺ方向からみた図である。

上述の通り、レーザ書き込み部２０は、光源部２１０と、回転鏡２２０と、ｆθレンズ２３０と、保持部材２４０と、ミラー２５０と、枠体２６０とを含んで構成されている。枠体２６０の所定の位置には、光源部２１０、回転鏡２２０、ｆθレンズ２３０及び保持部材２４０が配置される。

光源部２１０は、たとえば半導体レーザダイオード２１０ａと、コリメートレンズ２１０ｂと、シリンドリカルレンズ２１０ｃとを含んで構成されている。半導体レーザダイオード２１０ａからの光は、コリメートレンズ２１０ｂ及びシリンドリカルレンズ２１０ｃを透過し、回転鏡２２０に導かれる。

回転鏡２２０は、たとえば複数の反射面を有するポリゴンミラーからなる。回転鏡２２０は、その垂直軸を中心に高速回転することにより、光源部２１０からの光を反射面で反射させ、所定の方向に偏向させる。

ｆθレンズ２３０は、回転鏡２２０で偏向された光を集光させ、ミラー２５０に導くための光学素子である。本実施形態では、２枚のｆθレンズ２３０が設けられているが、枚数はこれに限られない。たとえば、１枚のｆθレンズ２３０のみでもよい。ｆθレンズ２３０は、枠体２６０内部の底面に立設された保持部材２４０により、レーザ書き込み部２０内の所定の位置に保持されている。ｆθレンズ２３０及び保持部材２４０の詳細な構成については後述する。

ミラー２５０は、ｆθレンズ２３０を透過した光を感光ドラム３００に向けて反射させる部材である。

［ｆθレンズ］
次に、図３〜図５を参照して、実施形態に係るｆθレンズ２３０の詳細構成の説明を行う。図３は、ｆθレンズ２３０の斜視図である。図４は、ｆθレンズ２３０をＸ方向から見た図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

ｆθレンズ２３０は、レーザ書き込み部２０に設置されたときに、Ｙ方向を長手方向としＺ方向を短手方向とする細長い弓型状の部材であり、熱可塑性樹脂などプラスチックからなる透光性を有する材料を用いて一体成形された部材である。ｆθレンズ２３０は、レーザ入射側の第１面と、この第１面とは反対側の第２面とを有する。また、ｆθレンズ２３０は、中央付近から両端に向けて延在するレンズ部２３１と、周縁部２３２と、突起部２３３とを含んで構成されている。

レンズ部２３１は、第１面に回転鏡２２０からの光を入射させ、その光を第２面から透過させる湾曲したレンズ面（光学面）を有する。周縁部２３２は、第１面及び第２面それぞれのレンズ面の周囲に設けられている。周縁部２３２は、突起部２３３が設けられる平坦面と、レンズ部２３１の形状に沿って湾曲した湾曲面とを含んで構成されている。本実施形態においては、レンズ部２３１及び湾曲面（周縁部２３２の一部）は所定の曲率を有しているが、光学面形状の工夫等によって本実施形態のものと同等の光学的機能を備えさせられるのであれば、レンズ部２３１の曲率を小さくしたり、レンズ部２３１を平坦にしてもよい。また、本実施形態においては、周縁部２３２が平坦部と湾曲部とを有しているが、周縁部２３２全体が湾曲した構成であってもよい。

突起部２３３は、周縁部２３２に複数設けられている。本実施形態において、突起部２３３は、周縁部２３２の平坦面に３つ設けられている。突起部２３３が保持部材２４０と接することにより、ｆθレンズ２３０は、所定の位置に保持される。

それぞれの突起部２３３は、一対の突起部２３３ａ・２３３ｂを含んで構成されている。以下、突起部２３３ａを「第１突起部２３３ａ」と呼び、突起部２３３ｂを「第２突起部２３３ｂ」という。本実施形態において、第１突起部２３３ａは、ｆθレンズ２３０の成形時に第１面に一体的に成形されている。第２突起部２３３ｂは、ｆθレンズ２３０の成形時に第２面に一体的に成形されている。

図５に示すように、第１突起部２３３ａは、ｆθレンズ２３０（周縁部２３２）の第１面に形成され、ＸＹ平面で切断した断面の表面形状が凸の円弧形状をなしている。また、第２突起部２３３ｂは、ｆθレンズ２３０（周縁部２３２）の第２面に形成され、ＸＹ平面で切断した断面の表面形状が凸の円弧形状をなしている。更に、図３に示すように、本実施形態において、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂは、球面形状をなしている。

第１突起部２３３ａの球面は、保持部材２４０と接触する第１接触部である。第２突起部２３３ｂの球面は、保持部材２４０と接触する第２接触部である。第１接触部の一部及び第２接触部の一部は、それぞれ保持部材２４０に接触する。第１接触部及び第２接触部は球面であるため、少なくとも一つの縦断面、たとえば、球面の頂部を通るＸＹ平面で切断した断面において、それぞれ凸の円弧形状である。そして、この円弧の一部が保持部材２４０に接触する（図６参照）。

ここで、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂは、第１突起部２３３ａが保持部材２４０と接する点Ｐと、第２突起部２３３ｂが保持部材２４０と接する点Ｐ´とを通る縦断面（ここではＸＹ平面で切断した断面）において、第１突起部２３３ａの第１接触部を構成する円弧の円心Ｃと、第２突起部２３３ｂの第２接触部を構成する円弧の円心Ｃ´とが一致するように形成されている（図６参照）。また、本実施形態では、上記縦断面における、第１突起部２３３ａの第１接触部を構成する円弧の半径Ｒと、第２突起部２３３ｂの第２接触部を構成する円弧の半径Ｒ´とが等しい（図６参照）。換言すると、上記縦断面における、第１突起部２３３ａの第１接触部の曲率と、第２突起部２３３ｂの第２接触部の曲率とが等しくなっている。なお、円心Ｃと円心Ｃ´とは許容誤差の範囲内であれば一致していなくてもよく、その場合は実質的に一致しているものとみなすことができる。

また、本実施形態においては、ｆθレンズ２３０の厚み方向（Ｘ方向）における中心と、第１突起部２３３ａの円心Ｃ及び第２突起部２３３ｂの円心Ｃ´とがほぼ一致しているが、これに限るものではない。たとえば、第１突起部２３３ａの円心Ｃ及び第２突起部２３３ｂの円心Ｃ´が、ｆθレンズ２３０の厚み方向における中心に対して、ｆθレンズ２３０の厚み方向に上下していても構わない。

突起部２３３は、ｆθレンズ２３０の長手方向（Ｙ方向）において中央部よりも端部側に配置されていることが好ましく、レンズ部２３１の外側に配置されていることが好ましい。また、本実施形態においては、突起部２３３を、ｆθレンズ２３０の長手方向における両端の周縁部２３２のほぼ中央に配置しているが、これに限るものではなく、レンズ部２３１に隣接して配置してもよいし、ｆθレンズ２３０の長手方向における最端付近に配置してもよい。

突起部２３３は、ｆθレンズ２３０の長手方向両端にそれぞれ配置されていることが好ましく、特に、本実施形態のように、レンズ部２３１の中心を囲むように、ｆθレンズ２３０の長手方向における一端に１箇所、及び、他端に２箇所の計３箇所にあることが望ましい。突起部２３３が設けられる部分が３箇所よりも少ない場合、保持部材２４０により、それぞれの突起部２３３を介してｆθレンズ２３０を保持するだけでは、ｆθレンズ２３０を十分に安定して保持することが難しいため、別の保持手段が必要となる。従って、光学装置の構成が複雑になったり、突起部２３３が３箇所以上設けられる場合に比べてｆθレンズ２３０に歪みが生じやすくなる可能性がある。突起部２３３が設けられる部分が４箇所以上の場合、各突起部２３３の高さのばらつきや、保持部材２４０の位置ずれ（突起部２３３との接触位置のずれ）がないように、光学素子の形状やサイズ、及び、保持部材２４０の設置位置に求められる精度が高くなる。何故なら、各突起部２３３の高さがばらついていたり、保持部材２４０が設計位置からずれて配置されていたりすると、ｆθレンズ２３０を保持することで、上述した各突起部２３３の高さのばらつきや保持部材２４０の位置ずれを解消するようにｆθレンズ２３０が変形し、結果的に、ｆθレンズ２３０の形状の歪みを招く可能性があるからである。レンズ部２３１の中心を囲む３箇所に突起部２３３が存在し、これらのみを保持部材２４０に接触させるようにすれば、平面を一意に定義できるため、ｆθレンズ２３０を安定した状態で所定の位置に保持することができる。

第１突起部２３３及び第２突起部２３３ｂは、本実施形態のように、ｆθレンズ２３０に一体成形されていることが望ましい。ｆθレンズ２３０に対して別体の突起部２３３を取り付けることも可能であるが、突起部２３３がｆθレンズ２３０に一体成形されていれば、成形時に突起部２３３とレンズ部２３１との位置関係が固定化され、突起部２３３の取り付け時に誤差を生じたり、ｆθレンズ２３０の保持後に突起部２３３とレンズ部２３１との位置関係が経時的に変化したりすることがなく、設計値通りに保持させ易くなる。

また、光学素子の形状や材質等にもよるが、光学素子と厚みと長手方向の長さとの関係が、概ね、以下の範囲にあるような薄型の光学素子の場合に、保持に伴う歪みの発生が効果的に回避される。

［数１］
０．２＜光学素子の厚み／光学素子の長手方向の長さ＜０．０１

更には、突起部２３３及び保持部材２４０の表面は平滑であることが望ましく、これに限るものではないが、たとえば、表面粗さＲａの平均が１μｍ以下であることが好ましい。

［保持構造］
次に、図６及び図７を参照して、実施形態に係る保持構造の説明を行う。図６及び図７は、保持部材２４０に保持されたｆθレンズ２３０を示している。なお、図６及び図７では、１つの突起部２３３及び保持部材２４０のみを示しているが、他の突起部２３３及び保持部材２４０についても同様の保持構造を有する。すなわち、保持部材２４０は、突起部２３３と等しい数だけ設けられる。但し、ｆθレンズ２３０の長手方向における一端側に複数の突起部２３３が配置されている場合は、これらに同時に接する保持部材２４０により、複数の突起部２３３を一つの保持部材２４０で保持するようにしても構わない。

保持部材２４０は、第１保持部２４０ａと、第２保持部２４０ｂと、連結部２４０ｃとを含んで構成されている。第１保持部２４０ａには、ｆθレンズ２３０を保持部材２４０に保持させた場合に、第１突起部２３３ａのある点（点Ｐ）に接する保持面Ｓａ（第１平面）が形成されている。第２保持部２４０ｂには、ｆθレンズ２３０を保持部材２４０に保持させた場合に、第２突起部２３３ｂのある点（点Ｐ´）に接する保持面Ｓｂ（第２平面）が形成されている。第１保持部２４０ａと第２保持部２４０ｂとは、保持面Ｓａと保持面Ｓｂとが平行になるよう配置されている。連結部２４０ｃは、第１保持部２４０ａと、第２保持部２４０ｂとを連結する。ここで、第１保持部２４０ａ及び第２保持部２４０ｂのうち少なくとも一方を、弾性部材によって構成するか、弾性体で押圧することにより、第１保持部２４０ａ及び第２保持部２４０ｂのうち少なくとも一方を、突起部２３３（第１突起部２３３ａ又は第２突起部２３３ｂ）に付勢することが望ましい。第１保持部２４０ａ及び第２保持部２４０ｂのうち一方を枠体２６０に固定された固定部材とし、他方を枠体２６０に固定された板バネ等の弾性部材とすることで、保持部材２４０を構成してもよい。本実施形態における弾性部材や弾性体は、「付勢手段」の一例である。

図６に示すように、保持部材２４０（保持面Ｓａ及び保持面Ｓｂ）に対して、ｆθレンズ２３０が平行に配置された場合、保持面Ｓａは、第１突起部２３３ａを押圧し、保持面Ｓｂは、第２突起部２３３ｂを押圧する。このとき、保持面Ｓａに対して第１突起部２３３ａが接する点Ｐにかかる力のベクトルＶと、保持面Ｓｂに対して第２突起部２３３ｂが接する点Ｐ´にかかる力のベクトルＶ´とは、いずれも円心Ｃ（Ｃ´）に向かう状態となる。よって、ｆθレンズ２３０は、回転モーメントの影響を受けることなく所定の位置に保持される。

一方、図７に示すように、保持部材２４０（保持面Ｓａ及び保持面Ｓｂ）に対して、ｆθレンズ２３０が斜めに配置された場合であっても、保持面Ｓａに対して第１突起部２３３ａが接する点Ｐにかかる力のベクトルＶと、保持面Ｓｂに対して第２突起部２３３ｂが接する点Ｐ´にかかる力のベクトルＶ´とは、円心Ｃ（Ｃ´）に向かう状態となる。よって、ｆθレンズ２３０は、回転モーメントの影響を受けることなく所定の位置に保持される。

［作用・効果］
本実施形態の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係る光学素子（ｆθレンズ２３０）は、突起部２３３を有し、突起部２３３が保持部材２４０に接することにより、所定の位置に保持される。突起部２３３は、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを有する。第１突起部２３３ａは、光学素子の第１面に形成され、少なくとも一つの縦断面（ここではＸＹ平面で切断した断面）における表面形状が円弧形状となっている。第２突起部２３３ｂは、光学素子の第２面に形成され、少なくとも一つの縦断面（ここではＸＹ平面で切断した断面）における表面形状が円弧形状となっている。そして、これらの円弧がそれぞれ第１接触部及び第２接触部を構成し、その一部が保持部材２４０に接触する。また、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂは、第１突起部２３３ａが保持部材２４０と接する点Ｐと、第２突起部２３３ｂが保持部材２４０と接する点Ｐ´とを通る少なくとも一つの縦断面（ここでは、ＸＹ平面で切断した断面）に、第１接触部を構成する円弧及び第２接触部を構成する円弧が存在し、かつ、その縦断面において、第１接触部を構成する円弧の円心Ｃと第２突起部を構成する円弧の円心Ｃ´とが一致するよう形成されている。

また、本実施形態に係る保持構造は、保持部材２４０に保持させることにより、光学素子（ｆθレンズ２３０）を所定の位置に保持させる。光学素子は、上述した構成を持つ第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを有し、保持部材２４０は、第１保持部２４０ａ及び第２保持部２４０ｂを有する。第１保持部２４０ａは、第１突起部２３３ａに接する保持面Ｓａを有する。第２保持部２４０ｂは、第２突起部２３３ｂに接し、且つ保持面Ｓａと平行に配置された保持面Ｓｂを有する。

このように、断面の表面形状が円弧形状となっている第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを、互いの円心Ｃ（Ｃ´）が一致するように配置する。よって、突起部２３３に対して異なる方向から付与される力のベクトルが常に同じ点（円心Ｃ（Ｃ´））に向く状態となる。すなわち、光学素子の保持に伴うモーメントのずれが生じ難い構成となっている。以上より、保持によって光学素子に生じる歪みを低減させることが可能となる。

また、本実施形態に係る光学素子（ｆθレンズ２３０）において、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂは、球面形状である。

このように、突起部２３３を球面形状に形成することにより、保持部材２４０の保持面（保持面Ｓａ及び保持面Ｓｂ）に対して点状に接触させやすくなる。従って、保持面から作用する力の方向にずれが生じにくくなる。

また、本実施形態に係る光学素子（ｆθレンズ２３０）において、第１突起部２３３ａが保持部材２４０（第１保持部２４０ａ）と接する点Ｐにおける断面の半径Ｒと、第２突起部２３３ｂが保持部材２４０（第２保持部２４０ｂ）と接する点Ｐ´における断面の半径Ｒ´とが同一である。

このように、第１突起部２３３ａと第２突起部２３３ｂとの半径を等しくすると、第１突起部２３３ａと第２突起部２３３ｂの球心（断面における円弧の円心）を一致させた光学素子の設計や製造が容易になり、高い精度で歪みを生じにくくして保持を行える。

＜変形例１＞
図８に示すように、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを円柱形状に形成することも可能である。このような突起部２３３を有するｆθレンズ２３０を保持部材２４０で保持した場合、第１突起部２３３ａは、第１保持部２４０ａと点Ｐを含む線で接する。同様に、第２突起部２３３ｂは、第２保持部２４０ｂと点Ｐ´を含む線で接する。一方、第１保持部２４０ａ及び第２保持部２４０ｂが円筒形状に形成されている場合には、第１突起部２３３ａは、第１保持部２４０ａと一つの点（点Ｐ）で接する。同様に、第２突起部２３３ｂは、第２保持部２４０ｂと一つの点（点Ｐ´）で接する。

第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを円柱形状に形成した場合であっても、その断面における円心Ｃと円心Ｃ´とが一致するよう第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを設けることにより、第１突起部２３３ａにかかる力のベクトルＶと、第２突起部２３３ｂにかかる力のベクトルＶ´とが常に同じ点（円心Ｃ（Ｃ´））に向く状態となる。

このように、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを円柱形状に形成することによっても、光学素子の形状などに起因して生じる特定方向の歪みを低減することができる。すなわち、本変形例のｆθレンズ２３０は、長手方向（Ｙ方向）において歪みが生じやすいが、Ｚ方向に延在する円柱形状の突起部２３３を設けることにより、ｆθレンズ２３０を保持部材２４０に保持した際の歪みを低減することができる。

なお、円心Ｃと円心Ｃ´とが一致するよう第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを設けることができれば、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂの何れか一方を球面形状に形成し、他方を円柱形状に形成することも可能である。

＜変形例２＞
図９に示すように、第１突起部２３３ａが第１保持部２４０ａと接する点Ｐにおける断面の半径Ｒと、第２突起部２３３ｂが第２保持部２４０ｂと接する点Ｐ´における断面の半径Ｒ´とを異ならせることも可能である。換言すると、第１突起部２３３ａが第１保持部２４０ａと接する点Ｐにおける断面の曲率と、第２突起部２３３ｂが第２保持部２４０ｂと接する点Ｐ´における断面の曲率とが異なる。

半径が異なる場合であっても、円心Ｃと円心Ｃ´とが一致するよう第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂを設けることにより、第１突起部２３３ａにかかる力のベクトルＶと、第２突起部２３３ｂにかかる力のベクトルＶ´とが常に同じ点（円心Ｃ（Ｃ´））に向く状態となる。

このように、円心が一致していれば、半径Ｒと半径Ｒ´とを異ならせることも可能であるため、製品形状設計の自由度を確保しつつ、保持部材２４０から作用する力のずれが生じにくい構成とすることができる。また、上述したように、円心が光学素子の厚み方向の中心から上下方向にずれている場合に、光学素子の第１面及び第２面のうち円心に近い方の面に対向する保持面において、円弧の半径を大きくすれば、保持部材２４０と光学素子との干渉を回避しやすくなる。

＜変形例３＞
図１０に示すように、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂの双方に傾斜面であるテ―パ面Ｔを設けることも可能である。テ―パ面Ｔは、第１突起部２３３ａ（第２突起部２３３ｂ）が、第１保持部２４０ａ（第２保持部２４０ｂ）と接する領域以外の部分に設けられている。本変形例において、テ―パ面Ｔは、第１突起部２３３ａ（第２突起部２３３ｂ）の円弧からｆθレンズ２３０の第１面（第２面）に向かって広がるように傾斜している。

このように、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂの少なくとも一方にテ―パ面Ｔを設けることにより、樹脂成形により成形されるｆθレンズ２３０を金型から離型させることが容易となる。

なお、テ―パ面Ｔは、第１突起部２３３ａ及び第２突起部２３３ｂの少なくとも一方に設けられることでもよい。また、離型を容易にする構成であれば、テ―パ状に限らない。たとえば、第１突起部２３３ａ（第２突起部２３３ｂ）の全周の一部にのみ傾斜面を設けることでもよい。

＜変形例４＞
上記実施形態においては、保持部材２４０の保持面Ｓａ及び保持面Ｓｂが一対の平行な平面である構成について説明したが、これに限るものではない。たとえば、保持部材２４０に複数の凸部２４１（球状突起や円柱状突起）を設け、複数の点でｆθレンズ２３０の突起部２３３に接触するようにしてもよい。

具体例として、図１１に示すように、第２保持部２４０ｂの保持面Ｓｂに２つの凸部２４１を設けた構成について説明する。この凸部２４１に対して第２突起部２３３ｂを接触させると、各接点（Ｐ１及びＰ２）における力のベクトルＶ１及びＶ２は、常に円心Ｃ（Ｃ´）に向くことになる。また、このように複数の点で接触することにより、第２突起部２３３ｂの円弧の円心Ｃ´の移動が規制され、保持によってｆθレンズ２３０が保持部材２４０に対して傾いたとしても、円心Ｃ´が保持部材２４０に対して移動することがない。なお、双方の保持部（第１保持部２４０ａ及び第２保持部２４０ｂ）それぞれに凸部２４１を設けることでもよい。

＜変形例５＞
光学素子としては、画像形成装置に用いられるｆθレンズ２３０に限られない。たとえば、電子写真方式の画像形成装置に用いられる他の光学素子（例えば、レーザを反射し集光するための自由曲面ミラー）や、ヘッドアップディスプレイやリアプロジェクションテレビ等に用いられる反射投影光学素子の保持にも用いることができる。或いは、携帯情報機器などに搭載されるマイクロレンズ等にも用いることができる。すなわち、薄肉化や剛性の低い材料、長尺な素子等、歪みによる影響が生じる可能性のある光学素子であれば本発明の構成を適用可能である。

＜実施例＞
本発明の具体的な実施例として、図３〜図７に示す構成を有するｆθレンズ２３０を、熱可塑性樹脂を用いて一体成形することで作製し、図２、図６、図７に示す構成を有する保持部材２４０で保持した場合の歪みを測定した。また、比較のため、図１２、図１３に示す構成を有する比較例のｆθレンズ２３０´を、熱可塑性樹脂を用いて一体成形することで作製し、保持部材２４０´で保持した場合の歪みを測定し、両者の比較を行った。ここで、ｆθレンズ２３０としては、長さ（Ｙ方向の長さ）が２５０ｍｍ、幅（Ｚ方向の長さ）が１９ｍｍ、厚み（Ｘ方向の長さ）が４ｍｍ、突起部２３３の球面の半径が３ｍｍ、表面粗さＲａが０．６μｍのものを用いた。保持部材２４０は表面粗さＲａが１．０μｍのステンレス製のものを用いた。

図１２及び図１３に示すように、比較例におけるｆθレンズ２３０´は、周縁部２３２´の一方の面のみに突起部２３３´が設けられた以外は図３〜７に示したものと同じ形状を有している（すなわち、突起部２３３´は３箇所設けられている）。また、比較例における保持部材２４０´は、第１保持部２４０ａ´（保持面Ｓａ´）と、第２保持部２４０ｂ´（保持面Ｓｂ´）と、連結部２４０ｃ´とを含んで構成されている。第２保持部２４０ｂ´の保持面Ｓｂ´は凸の球面状に形成されており、ｆθレンズ２３０´の周縁部２３２´の他方の面と点Ｐ´で接する。図示しない他の突起部２３３´についても、対応する保持部材の各位置に凸の球面状の保持面が設けられており、それぞれが突起部２３３´の裏面側に接するように構成されている。比較例では、突起部２３３´の曲率やサイズは突起部２３３と全て同一とし、また、保持面Ｓｂ´の凸部の曲率及びサイズも突起部２３３と同一とした。また、突起部２３３´以外のｆθレンズ２３０´の形状・サイズ・厚み等は全てｆθレンズ２３０と同一とした。

ｆθレンズ２３０（ｆθレンズ２３０´）の歪みは、超高精度三次元測定機「ＵＡ３Ｐ」（ＵＬＴＲＡ ＡＣＣＵＲＡＣＹ ３−Ｄ ＰＲＯＦＩＬＯＭＥＴＥＲ パナソニック株式会社製）を用いて測定した。

具体的には、保持部材２４０（保持部材２４０´）と同じ構成を有する測定冶具を準備し、同一の測定冶具の保持部材に対して同一のｆθレンズ２３０（ｆθレンズ２３０´）を取り付ける作業を５回繰り返し、取り付けの都度、取り付けた状態で形状を測定し、設計形状からのずれを歪み量として算出した。

なお、実施例及び比較例における歪み量には、保持部材２４０（保持部材２４０´）に保持されることにより生じる歪み、ｆθレンズの設計値に対する実際に製造されたｆθレンズの形状誤差（所謂、「面精度」）の双方が含まれている。

その結果、比較例における構成では、取り付けを行う度にｆθレンズ２３０´の歪みの度合に大きくばらつきが生じた。これは、ｆθレンズ２３０´と保持部材２４０´との接点Ｐ（Ｐ´）における力のベクトルの方向がｆθレンズ２３０´の配置により異なるためと考えられる。

すなわち、図１２に示すように、保持面Ｓａ´及び保持面Ｓｂ´に対してｆθレンズ２３０´が平行になるよう配置された場合には、突起部２３３´にかかる力のベクトルＶと、周縁部２３２の面にかかる力のベクトルＶ´とが同じ点に向かう状態となる。よって、モーメントのずれが生じ難いため、保持によるｆθレンズ２３０´の歪みの影響がほとんどない。

一方、図１３に示すように、保持面Ｓａ´及び保持面Ｓｂ´に対してｆθレンズ２３０´が斜めになるよう配置された場合には、突起部２３３´にかかる力のベクトルＶと、周縁部２３２の面にかかる力のベクトルＶ´とが異なる点に向かう状態となる。よって、ｆθレンズ２３０´は、回転モーメントの影響を受けて歪みが生じる。なお、特許文献１の構成によれば、より回転モーメントの影響を受け易いため、ｆθレンズに生じる歪みも大きくなると考えられる。

これに対して、実施例における構成では、ｆθレンズ２３０の歪みの度合にばらつきはほとんど生じないという結果となった。具体的には、５回の測定における歪み量のばらつきの最大値が、比較例のそれを１００％とした場合に、約５％程度に抑えられた。これは、上記実施形態で述べたように、ｆθレンズ２３０の配置に関わらず、ｆθレンズ２３０と保持部材２４０との接点Ｐ（Ｐ´）における力のベクトルが円心Ｃ（Ｃ´）に向かうため、保持部材２４０による保持によって生じる歪みの影響をほとんど受けることがないためと考えられる。

このように、上記実施形態の構成によれば、保持部材２４０による保持によりｆθレンズ２３０に生じる歪みの影響を極めて少なくすることができることが分かった。

１ 画像形成装置
２０ レーザ書き込み部
２１０ 光源部
２１０ａ 半導体レーザダイオード
２１０ｂ コリメートレンズ
２１０ｃ シリンドリカルレンズ
２２０ 回転鏡
２３０ ｆθレンズ
２３１ レンズ部
２３２ 周縁部
２３３ 突起部
２３３ａ 第１突起部
２３３ｂ 第２突起部
２４０ 保持部材
２４０ａ 第１保持部
２４０ｂ 第２保持部
２４０ｃ 連結部
２５０ ミラー
２６０ 枠体
Ｃ、Ｃ´ 円心
Ｓａ、Ｓｂ 保持面

Claims (9)

1. 第１の面と、該第１の面の反対側の第２の面と、突起部とを有し、前記突起部が保持部材に接することにより、所定の位置に保持される光学素子において、
   前記光学素子は、縦横比が異なる形状であり、
   前記第１の面は、光学面を有し、
   前記突起部は、
   前記第１の面の長手方向両端部に形成され、前記光学素子の長手方向の縦断面において凸の円弧形状を有し、その一部が前記保持部材に接触する第１接触部を有する第１突起部と、
   前記第２の面の前記第１突起部に対応する位置に形成され、前記長手方向の縦断面において凸の円弧形状を有し、その一部が前記保持部材に接触する第２接触部を有する第２突起部と、
   を有し、
   前記第１接触部と前記保持部材との接点及び前記第２接触部と前記保持部材との接点を通る前記長手方向に切断した断面において、前記第１突起部を構成する円弧の円心と前記第２突起部を構成する円弧の円心とが一致する
   ことを特徴とする光学素子。
2. 前記第１突起部及び／又は前記第２突起部は、球面形状であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記第１突起部及び／又は前記第２突起部は、円柱面形状であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
4. 前記第１接触部を構成する円弧の半径と、前記第２接触部を構成する円弧の半径とが等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
5. 前記第１接触部を構成する円弧の半径と、前記第２接触部を構成する円弧の半径とが異なることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
6. 前記第１突起部及び前記第２突起部の少なくとも一方に、前記円弧に繋がる傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子。
7. 前記光学面の周囲に周縁部が形成されており、前記突起部は前記周縁部に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学素子。
8. 前記第１突起部及び前記第２突起部は、３箇所に形成され、プラスチックにより一体的に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学素子。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の光学素子と前記光学素子を所定の位置に保持する保持部材とを有することを特徴とする光学装置。

Images