JP2007079591A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度などの変動による光学素子の曲率半径変動や屈折率変動によって発生する像面湾曲を補正する効果を高めることができる光走査装置およびその光学特性補正装置を得る。
【解決手段】光束を放射する光源１と、光源からの光束をカップリングする第１光学系２と、第１光学系からの光束を主走査対応方向に長い線状に集光する第２光学系と、線状の集光部の近傍に偏向反射面を有しこの偏向反射面により光束を偏向する光偏向器５と、光偏向器による偏向光束を被走査面７上に光スポットとして集光する第３光学系６０とをする。第３光学系６０は、少なくとも１枚の樹脂製結像素子を有し、第２光学系は、少なくとも１枚の樹脂製結像素子１０と少なくとも１枚のガラス製結像素子１２を有し、第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製結像素子１０は、光軸方向の位置決め基準面を光偏向器５側に有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル普通紙複写機，レーザープリンタなどの書込光学系に用いることができる光走査装置およびその光学特性補正装置に関するものである。

近年、デジタル複写機やレーザープリンタなどの書込光学系に用いられる光走査装置において書き込み密度の高密度化が進んでいるが、それに伴い、被走査面である感光体上でのビームスポット径はできるだけ小径であることが望まれている。また、低コスト化の観点から、あるいは、特殊な面形状を実現するのが容易であることから、走査レンズの樹脂化が進んでいる。

しかしながら、周知のように、樹脂製レンズにおいては、ガラスに比べると、環境温度の変動等による曲率半径や屈折率の変動が大きく、それによって、像面湾曲が大きく、感光体上でのビームスポット径が大きくなり、画像劣化の原因になる。

そこで、特開平９−１８４９９７号公報に記載されているように、光束を放射する光源と、この光源からの光束をカップリングする第１光学系と、第１光学系からの光束を主走査対応方向に長い線状に集光する第２光学系と、上記線状の集光部の近傍に偏向反射面を有しこの偏向反射面により光束を偏向する光偏向器と、この光偏向器による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３光学系とを有してなる光走査装置において、第２光学系を、プラスチックシリンドリカルレンズとガラスシリンドリカルレンズとを貼り合わせることにより構成し、温度変動による結像位置変動を補正する方法が提案されている。

しかしながら、上記公報記載の発明によれば、線膨張係数の違うプラスチックシリンドリカルレンズとガラスシリンドリカルレンズとを貼り合わせているので、温度変動などによって予期しない変形が生じるおそれがある。また、プラスチックシリンドリカルレンズとガラスシリンドリカルレンズとを貼り合わせるときに、両者の光軸が一致するように調整して接着するが、実際には前記第３光学系を構成するｆθレンズについても光軸ずれ等があるため、光走査装置の全光学系で調整しないと、波面収差の劣化が抑えられないという問題がある。

本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、第２光学系を少なくとも一つの樹脂製結像素子で構成し、この樹脂製結像素子の、光軸方向の位置決め基準面を偏向器側に設けることで、環境温度などの変動による光学素子の曲率半径変動や屈折率変動によって発生する像面湾曲を補正する効果を高めること、および温度変動などによる光学素子の形状変化が、像面湾曲補正に有利に働くようにすることができる光走査装置およびその光学特性補正装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光束を放射する光源と、この光源からの光束をカップリングする第１光学系と、第１光学系からの光束を主走査対応方向に長い線状に集光する第２光学系と、上記線状の集光部の近傍に偏向反射面を有し、この偏向反射面により光束を偏向する光偏向器と、この光偏向器による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３光学系とを有してなる光走査装置であって、第３光学系は、少なくとも１枚の樹脂製結像素子を有し、第２光学系は、少なくとも１枚の樹脂製結像素子と少なくとも１枚のガラス製結像素子を有し、第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製結像素子は、光軸方向の位置決め基準面を上記光偏向器側に有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製結像素子は、略円筒形状をしたセルに固定され、このセルを介して基台に固定されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、基台が、セルを受ける溝を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、溝は略円筒形状をしていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製結像素子は、底面に接着層を介して基台に固定され、接着層の重心位置が樹脂製結像素子の光偏向器側の面近傍にあることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも１枚の樹脂製結像素子と少なくとも１枚のガラス製結像素子を有する第２光学系の、上記樹脂製結像素子の光軸方向の位置決め基準面を偏向器側に設けることで、環境温度の変動による樹脂製結像素子の曲率半径や屈折率の変動によって発生する像面湾曲を補正する効果を高めることができる。

また、樹脂製結像素子を、セルを介して基台に固定するようにしたことで、光軸方向、光軸を回転中心とした回転方向および副走査対応方向などの調整が可能になり、光走査装置全系での結像位置、波面収差の補正を行うことができる。また、セルを円筒形にすることで、接着層の厚さが略左右対称になり、光学特性の劣化を抑えることができる。

また、基台にセルを受ける溝を設けることで、溝を設けない場合に比べて接着層の厚さを薄くすることができる。接着層の厚さを薄くできるということは、温度変動などによる接着層の変形を極力抑えることができることであり、光学特性の劣化を抑制することができる。

また、セルを受ける溝を略円筒形状にしたことで、接着層の厚さを均一にすることができ、温度変動などによる接着層の非対称な変形等をより一層効果的に抑制することができる。

また、第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製光学素子は、その底面の接着層によって基台に固定し、接着層の重心位置を、樹脂製結像素子の光偏向器側の面近傍にしたことから、樹脂製結像素子の光軸方向の位置決め基準面を光偏向器側に設けたのと同様になり、環境温度の変動による樹脂製結像素子の曲率半径変動や屈折率変動によって発生する像面湾曲を補正する効果を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明にかかる光走査装置およびその光学特性補正装置の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すもので、（ａ）は主走査対応方向から、（ｂ）は副走査対応方向から見たものである。図１において、レーザーなどからなる光源１から射出した発散光束は、カップリングレンズ２によって集束され、所望の光束状態にカップリングされる。ここでは、略平行光束にカップリングしている。カップリングレンズ２から射出した光束は、樹脂製レンズ１０に入射する。樹脂製レンズ１０の入射面１０ａは、主走査方向と副走査方向とでは異なった負のパワーを持ち、主走査方向よりも、副走査方向により大きなパワーを持つアナモフィックな形状をしている。射出面１０ｂは副走査方向にのみ負のパワーを持つシリンドリカル面である。

樹脂製レンズ１０を透過した光束は、さらに副走査方向にのみ負のパワーを持つ樹脂製レンズ１１を透過し、さらにガラス製トロイダルレンズ１２に入射する。トロイダルレンズ１２を透過した光束は、主走査方向においては略平行光束になって光偏向器５に入射し、副走査方向においては、偏向反射面近傍に、主走査方向に長く略線状に集光する。

上記ガラス製トロイダルレンズ１２は、入射面と出射面がそれぞれシリンダー面と球面とから構成されていてもよいし、異なるパワーを持ったシリンダー面とシリンダー面とから構成されていてもよい。また、上記ガラス製トロイダルレンズ１２は、カップリングレンズ２から射出する光束のカップリング状態を変えることなどにより、ガラス製シリンドリカルレンズで構成することもできる。光偏向器５の偏向反射面近傍に、主走査方向に長く略線状に集光した光束は、光偏向器５が回転駆動されることによって偏向され、偏向された光束は、少なくとも１枚の樹脂製結像素子を含む第３光学系６０によって、主走査方向、副走査方向それぞれの像面湾曲、およびｆθ特性などの光学特性を補正しつつ、被走査面７上に光スポットとして結像するとともに、被走査面７上を走査する。光偏向器５は光束を等角速度的に偏向するのに対し、第３光学系６０が有するｆθ特性によって被走査面７上では等速度的に走査される。

周知のとおり、光源１は、書き込もうとする画像信号によって変調されるので、被走査面７上を光スポットが走査することにより、均等に帯電されている被走査面７上に、上記画像信号に対応した画像が１本１本の光束によって静電潜像として書き込まれていく。この静電潜像の形成は、周知の電子写真プロセスの一プロセスであり、一連の電子写真プロセスが実行されることにより、転写紙に転写された画像を得ることができる。

ここで、上記第３光学系６０における樹脂製結像素子の温度変化による主走査方向および副走査方向の像面湾曲変動のうち、主走査方向の像面湾曲変動を、第２光学系を構成する上記一つの樹脂製レンズ１０の温度変化による入射面１０ａの主走査方向のパワー変動で補正するようになっている。また、第３光学系６０における樹脂製結像素子の温度変化による副走査方向の像面湾曲変動を、上記樹脂製レンズ１０の温度変化による入射面１０ａの副走査方向のパワー変動、射出面１０ｂのパワー変動および第２光学系を構成するもう一つの樹脂製レンズ１１の、入射面１１ａのパワー変動で補正するようになっている。

次に、上記第２光学系の実施例を示す。上記樹脂製レンズ１０の中心の厚さをｄ１、樹脂製レンズ１０ともう一つの樹脂製レンズ１１の中心間隔をｄ２、上記レンズ１１の中心厚さをｄ３、レンズ１１と上記ガラス製トロイダルレンズ１２の中心間隔をｄ４、上記レンズ１２の中心厚さをｄ５、レンズ１２と光偏向器５の偏向反射面との間隔をｄ６とする。
ｄ１＝３ｍｍ、ｄ２＝５ｍｍ、ｄ３＝３ｍｍ、ｄ４＝５ｍｍ、ｄ５＝６ｍｍ、
ｄ６＝１２９．８ｍｍ
１０ａの曲率半径 主−１１９．５２ｍｍ 副−１６．７ｍｍ
１０ｂの曲率半径 主 ∞ 副 １６．７ｍｍ
１１ａの曲率半径 主 ∞ 副−１６．７ｍｍ
１１ｂの曲率半径 主 ∞ 副 ∞
１２ａの曲率半径 主 ∞ 副 １３．５４ｍｍ
１２ｂの曲率半径 −１７９．９７８ｍｍ（球面）
樹脂製レンズ１０，１１の屈折率 １．５２３９７８（λ＝７８０ｎｍ、２５℃時）
樹脂製レンズ１０，１１の線膨張係数 ７×１０−５
ガラス製レンズの屈折率 １．７３３２７８（λ＝７８０ｎｍ、２５℃時）
ガラス製レンズの線膨張係数 ５．４×１０−６
レンズ取り付け部（ベース部材）の線膨張係数 ２．３１×１０−５
第３光学系の主走査方向合成焦点距離 ２２５．３ｍｍ
第３光学系の副走査方向合成焦点距離 ７８ｍｍ
書き込み幅 ±１６１．５ｍｍ
画角 ±４０．６度
なお、曲率半径を示す欄において、「主」とは主走査対応方向を、「副」とは副走査対応方向を示す。

図２に、上記実施例による光学特性改善の計算結果を示す。図２において「Ｙ」は像高を示しており、この例では像高（書き込み幅）が１６１．５ｍｍとなっている。図２（ａ）は第２光学系に樹脂製レンズを用いない場合を示しており、温度の中央値として２５℃での主走査方向および副走査方向の像面湾曲を中央に、１０℃および４５℃に対する像面湾曲変動を左右にそれぞれ示す。この図から、温度変動によって像面湾曲が大きく変動していることがわかる。

図２（ｂ）は、上記実施例の場合であって、第２光学系に結像素子として樹脂製レンズを用いるとともに、第２光学系の樹脂製結像素子の、光軸方向の位置決め基準面を光偏向器側に設け、さらに、温度が１０℃および４５℃に変動した場合の像面湾曲を示している。図２（ｂ）から明らかなように、温度が１０℃および４５℃に変動しても、像面湾曲の変動がごく少なく押えられ、像面湾曲の変動が良好に補正されていることがわかる。

図２（ｃ）には、第２光学系の樹脂製結像素子の、光軸方向の位置決め基準面を、光偏向器側ではなく、光源側に設けた場合の、温度変動による像面湾曲変動を示している。主走査方向の像面湾曲変動に関しては、位置決め基準面を光偏向器側に設けた場合と略同等であるが、副走査方向に関しては、温度が１０℃および４５℃に変動すると、位置決め基準面を光偏向器側に設けた場合と比較すると像面湾曲変動が約０．１ｍｍ大きくなっている。このようなことから、第２光学系の樹脂製結像素子の、光軸方向の位置決め基準面は、これを偏向器側に設けた方が、温度変動による像面湾曲変動を補正する効果を高めることができることがわかる。

次に、本発明にかかる光走査装置およびその光学特性補正装置の変形例について、図３以下を参照しながら説明する。
図３に示す実施の形態は、第２光学系を構成する樹脂製結像素子１０、１１をそれぞれセル２０、２１に接着あるいは板ばねで固定し、そのセル２０、２１を基台４０に固定してなるものである。セル２０、２１は皿形ないしは略円筒形をしており、皿の内底部に相当する部分にそれぞれ樹脂製結像素子１０、１１を接着あるいは板ばね等によって固定し、皿の外周に相当する部分を、接着層３０によって基台４０に固定している。セル２０、２１は円形の皿形であってもよいし、三角形、四角形または多角形の皿型であってもよい。セル２０、２１の底部中心には光束を透過させるための孔が形成されている。

こうすることで、セル２０，２１の光軸方向、光軸を回転中心とした回転方向および副走査対応方向などの位置調整が可能になる。この場合、セル２０，２１と基台４０との間隔は、副走査対応方向の調整量をあらかじめ考慮した間隔にしておき、上記各方向の調整後、接着層３０によりセル２０，２１を基台４０に固定するようにするとよい。

図７に示すように、樹脂製結像素子１０を固定するセル２２を長方形にすると、光軸回りの回転調整後に接着層３０で基台４０に接着したとき、接着層３０の厚さが左右非対称（図７では誇張して描いている）になり、温度変動などによる変形が左右非対称になって光学特性も劣化してしまう。
しかし、図８に示すように、セル２０を略円筒形にすることにより、接着層３０の厚さを略左右対称にすることができるので、温度変動などによる変形が少なく光学特性の劣化も抑えられる。

図４、図５はさらに別の実施形態を示す。図４に示す実施形態では、樹脂製結像素子１０を固定する薄い円筒形のセル２０の外径と略等しい部分円弧状の溝を基台４１の突出部上面に形成し、上記溝に接着層３０を用いてセル２０の外周部を接着固定したものである。図５に示す実施形態は、基台４２の突出部上面に、図４の例における上記部分円弧状の溝に代えて、Ｖ形の溝を形成したものである。このＶ形の溝に接着層３０を用いてセル２０の外周部を接着固定している。

図４、図５に示す実施形態のように、基台にＶ形溝や円筒形の溝を施し、この溝にセル２０を接着固定するようにしたことにより、図８に示すように、溝を設けない場合に比べて接着層３０の厚さを薄くすることができる。接着層３０の厚さを薄くできるということは、温度変動などによる接着層の変形を極力抑えることができるということであって、光学特性の劣化も抑えられる。また、Ｖ型溝に比べて円筒形の溝の方が接着層の厚さを均一にできるので、より非対称な変形等を抑えることができる。
図４、図５に示す実施形態では、セル２０を、光軸方向、光軸を中心とした回転方向および副走査対応方向にそれぞれ位置調整したあと、接着層３０によって基台に接着固定する。

図６は、さらに別の実施形態を、前記第２光学系のもう一つの樹脂製結像素子１１を例にあげて示すものである。この例では、前述のようなセルを使用することなく、樹脂製結像素子１１を直接基台に固定した例である。図６において、樹脂製結像素子１１は、その底面が接着層３０を介して基台に固定されている。そして、図６（ａ）に示す例では、接着層３０の重心が樹脂製結像素子１１の光偏向器側の面１１ｂ近傍に位置するように設定されている。こうすると、温度変動による樹脂製結像素子１１の面間隔の変動は、光偏向器側の面１１ｂを基準として生じることになるため、光源側の面１１ａのみが変動し、上記基準となる面１１ｂはほとんど変動しない。よって、図１に示す実施の形態と同様な効果を上げることができる。

この場合、図６（ａ）に示すように、樹脂製結像素子１１を、副走査対応方向から見てＬ字形に一体成形し、その底部１１’の面積を大きくするとよい。こうすると、接着層３０の重心と光偏向器側の面１１ｂとを一致させやすくなり、また、接着後の安定性も向上する利点がある。図６（ａ）において、符号５０は接着層３０の重心が位置する左右方向の位置を示しており、この重心位置５０と同じ位置に樹脂製結像素子１１の接着固定基準面である光偏向器側の面１１ｂが位置していることを示している。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すようなＬ字形ではなく、通常一般的な形状の樹脂製結像素子１１の例を示す。図６（ｂ）に示す例によれば、樹脂製結像素子１１の底部の広がりがなく、樹脂製結像素子１１を基台に接着するための接着層３０の広がりも制限されるため、接着層３０の重心と光偏向器側の面１１ｂとを一致させることは難しく、温度変動によって、樹脂製結像素子１１の光源側の面１１ａのみならず、光偏向器側の面１１ｂの位置も変動する。よって、樹脂製結像素子１１の形状は、好ましくは図６（ａ）に示すように底部が広がった形にするとよい。

なお、図示の実施の形態では、第２光学系が２枚の樹脂製結像素子と１枚のガラス製光学素子で構成されていたが、樹脂製結像素子は少なくとも１枚あればよい。また、ガラス製光学素子も少なくとも１枚あればよく、よって、２枚の光学素子をガラス製光学素子で構成してもよい。さらに、第２光学系は、１枚の樹脂製結像素子と１枚のガラス製光学素子で構成してもよい。
第３光学系は、１枚の光学素子で構成してもよいし、複数の光学素子で構成してもよい。そして、少なくとも１枚の樹脂製結像素子を有していればよい。

本発明にかかる光走査装置およびその光学特性補正装置の実施形態を示す（ａ）は主走査対応方向から示す平面図、（ｂ）副走査対応方向から示す平面図である。 本発明にかかる光走査装置およびその光学特性補正装置の実施例による像面湾曲補正を説明するための特性線図である。 本発明の別の実施形態を示す副走査対応方向から見た断面図である。 本発明に適用可能な樹脂製結像素子の固定構造の例を示す正面図である。 本発明に適用可能な樹脂製結像素子の固定構造の別の例を示す正面図である。 本発明に適用可能な樹脂製結像素子の固定構造のさらに別の例を示す側面図である。 本発明に適用可能な樹脂製結像素子の固定構造のさらに別の例を示す正面図である。 本発明に適用可能な樹脂製結像素子の固定構造のさらに別の例を示す正面図である。

符号の説明

１ 光源
２ 第１光学系
５ 光偏向器
７ 被走査面
１０ 樹脂製結像素子
１１ 樹脂製結像素子
１２ ガラス製結像素子
１０ａ 入射面
１０ｂ 出射面
１１ａ 入射面
１１ｂ 出射面
１２ａ 入射面
１２ｂ 出射面
６０ 第３光学系

Claims (5)

1. 光束を放射する光源と、
   この光源からの光束をカップリングする第１光学系と、
   第１光学系からの光束を主走査対応方向に長い線状に集光する第２光学系と、
   上記線状の集光部の近傍に偏向反射面を有し、この偏向反射面により光束を偏向する光偏向器と、
   この光偏向器による偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光する第３光学系とを有してなる光走査装置であって、
   上記第３光学系は、少なくとも１枚の樹脂製結像素子を有し、
   上記第２光学系は、少なくとも１枚の樹脂製結像素子と少なくとも１枚のガラス製結像素子を有し、
   上記第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製結像素子は、光軸方向の位置決め基準面を上記光偏向器側に有することを特徴とする光走査装置。
2. 第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製結像素子は、略円筒形状をしたセルに固定され、このセルを介して基台に固定されていることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 基台は、セルを受ける溝を有することを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
4. 溝は略円筒形状をしていることを特徴とする請求項３記載の光走査装置。
5. 第２光学系を構成する少なくとも１枚の樹脂製結像素子は、底面に接着層を介して基台に固定され、接着層の重心位置が樹脂製結像素子の光偏向器側の面近傍にあることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。

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