(57)【要約】【課題】電気的な手段を用いずに、温度変動に起因する倍率誤差の変化を安価な方法で効果的に低減し、また主走査ドット位置ずれにも対応できる光走査装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】光源６、光偏向装置８、主走査方向にパワーを有する少なくとも１つの樹脂製の走査レンズ９、光学素子を所定の位置に保持する光学箱３、この光学箱３に載置され、かつ前記走査レンズ９を支持するレンズ支持部材２５を含んでいる光走査装置において、前記光学箱３は前記走査レンズ９を前記レンズ支持部材２５上のレンズ支持部に間接に保持し、前記レンズ支持部は前記走査レンズ９の光軸から主走査方向に十分に離間した少なくとも２箇所に設けられ、前記走査レンズ９の材質の線膨張係数と前記レンズ支持部材２５の材質の線膨張係数に差がある。【選択図】図３
2007256374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光偏向装置と、主走査方向にパワーを有する少なくとも１つの樹脂製の走査レンズと、光学素子を所定の位置に保持する光学箱と、この光学箱に載置され、且つ前記走査レンズを支持するレンズ支持部材とを含んでいる光走査装置において、前記光学箱は前記走査レンズを前記レンズ支持部材上のレンズ支持部に間接に保持し、前記レンズ支持部は前記走査レンズの光軸から主走査方向に十分に離間した少なくとも２箇所に設けられ、前記走査レンズの材質の線膨張係数と前記レンズ支持部材の材質の線膨張係数に差があることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
光源と、光偏向装置と、主走査方向にパワーを持つ少なくとも一つの樹脂製の走査レンズと、光学素子を所定の位置に保持する光学箱とを含んでいる光走査装置において、前記光学箱は一体に形成されたレンズ支持部に前記走査レンズを直接に保持し、前記レンズ支持部は前記走査レンズの光軸から主走査方向に十分に離間した少なくとも２箇所に設けられ、前記走査レンズの材質の線膨張係数と、前記光学箱の材質の線膨張係数に差があることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
前記レンズ支持部材の線膨張係数は、５×１０-5から９×１０-5の範囲であるか、又は前記走査レンズの線膨張係数に対しての±２０％以内であることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
【請求項４】
前記レンズ支持部材は、前記走査レンズの上面にも設置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。
【請求項５】
前記レンズ支持部は、前記走査レンズの両端の２箇所であることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
【請求項６】
前記レンズ支持部は、前記走査レンズの中央部近傍と、主走査方向に離間した端部近傍の合計３箇所を含み、前記レンズ支持部の配置が光軸に対して非対称であることを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
【請求項７】
前記レンズ支持部の一部または全てを接着によって固定することを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至７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。
【請求項９】
請求項１乃至７記載の光走査装置を搭載することを特徴とするタンデム型カラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、ならびにこれを搭載した、デジタル複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラーレーザプリンタをはじめとしてデジタル複写機、ファクシミリ、プリンタ等の高画質化が進んでいる。これらのデジタル画像形成装置に求められる機能は正確なドット位置を再現することである。
数十ミクロン以下の誤差が求められる正確なドット位置の再現には温度変動への対応が重要である。ここで述べる温度変動とは、連続プリント等で画像形成装置内部が温度上昇する場合と、季節や一日内の温度変化が装置に与える影響の両方を含むものとする。
【０００３】
一般的に、画像形成装置の内部に位置する光走査装置は光学素子を所定の位置に載置する光学箱、光学箱の内部を外部と遮断し、防塵・遮音の機能を果たすカバー、ポリゴンモータ、レーザ発振ユニット及び複数の光学素子で構成されている。光走査するビームを集光し、ポリゴンモータの回転角に比例した位置に光書き込をするための走査レンズとして、ｆθレンズや長尺レンズが用いられる。
レーザ発振ユニットから射出されたビームはシリンダレンズを通って、ポリゴンミラーに照射される。そして、ポリゴンミラーで反射されたビームはｆθレンズを通過した後、長尺レンズを通過し、折り返しミラーにて下方に折り返される。ビームはその後防塵ガラスを通り感光体に導かれる。同期ミラーにてビームの一部が折り返され、同期検知器に達するようになっている。
この同期検知器によって走査の開始位置のタイミングをとり、ポリゴンミラーの回転に伴ってビームは直線状に感光体面を走査し、静電潜像が形成され、画像形成プロセスを経て画像が形成される。
【０００４】
感光体上で高品質な画像を形成するためにはビームをポリゴンモータ５の偏向角度θに正確に正比例した像高の位置で感光体に照射する必要がある。この正確さの度合いを倍率誤差と呼び、評価像高によって幾つかの定義がある。例えば、或る評価幅における倍率誤差は以下の式で定義される。
ポリゴンモータによるビームの偏向角度θを像高０（ｍｍ）でθ＝０、評価する像高での偏向角度をθｏとして、
倍率誤差＝［〔Ｈｒ｛θ＋（θｏ／２）｝−｛Ｈｒ（θ−θｏ／２）｝〕／〔Ｈｉ（θｏ）〕−１］×１００（％）
Ｈｒ（θ）：感光体面上のビームの実像高
Ｈｉ（θｏ）：評価幅
である。
【０００５】
ｆθレンズや長尺レンズは近年では光学ガラスよりコスト的に有利なポリカーボネイト（ＰＣ）やＰＭＭＡ等の光透過率・屈折率がともに高い樹脂製へと切り換わっている。しかし、樹脂の線膨張係数はガラスより大きい。
ＰＣなどのレンズ用樹脂の代表的な線膨張係数はＰＣで７×１０-5（７．０Ｅ−５）、ＰＭＭＡで８×１０-5程度であり、温度変動が光学性能に与える影響が大きい。また吸水率もガラスより高いため、温度のみならず湿度も光学性能に影響を与える。
一方、光学箱の材質はガラス繊維入りのＡＢＳやＰＣなど、またはそれらの複合材料であることが多いが、線膨張係数はおおむね２．３×１０-5程度であり、樹脂製レンズとの差が大きい。あるいはアルミダイキャストにて光学箱を製作することがあるが、この場合の材質の線膨張係数も同様に２．３×１０-5程度である。
【０００６】
図１は電子写真式画像形成装置に用いられる光走査装置の構成を示す概略平面図である。図２は図１の概略中央断面図である。
画像形成装置１の内部に位置する光走査装置２は光学素子を所定の位置に載置する光学箱３、光学箱３の内部を外部と遮断し、防塵・遮音の機能を果たすカバー４、ポリゴンモータ５、レーザ発振ユニット６及び複数の光学素子で構成される。
光走査するビームを集光し、ポリゴンモータ５の回転角に比例した位置に光書き込をするための走査レンズとして、ｆθレンズ９、長尺レンズ１０等が用いられる。レーザ発振ユニット６から射出されたビームはシリンダレンズ７を通って、ポリゴンミラー８に照射される。
【０００７】
そして、ポリゴンミラー８で反射されたビームは、ｆθレンズ９を通過した後、長尺レンズ１０を通過し、折り返しミラー１１にて下方に折り返される。ビームは、その後、防塵ガラス１２を通り感光体１３に導かれる。同期ミラー１４にてビームの一部が折り返され、同期検知器１５に達するようになっている。
この同期検知器１５によって走査の開始位置のタイミングを取り、ビームはポリゴンミラー８の回転に伴って直線状に感光体１３面を走査し、静電潜像が形成され、画像形成プロセスを経て画像が形成される。
感光体１３上で高品質な画像を形成するためには、ビームをポリゴンモータ５の偏向角度θに正確に正比例した像高の位置で感光体１３に照射する必要がある。
【０００８】
図１３は従来技術においてｆθレンズが温度上昇によって膨張し、ビームがずれる様子を表している模式図である。図１４は倍率誤差の変化をグラフで示す図である。ここでは説明を簡単にするために、ｆθレンズ９の下面が光学箱に対し、点Ａの１点にて固定されているものとしている。図１３及び図１４を参照して温度上昇がビームに与える影響を説明する。
実際の例としてはｆθレンズ９の長手方向がおよそ７０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度であり、紫外線硬化型の接着剤によって直径１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の接着面積をもってｆθレンズ９の下面が光学箱に固定されかつ位置決めされている場合がある。ｆθレンズ９の周囲の温度が上昇すると実線で描かれた外形が破線Ｂのように変化し、レンズ面の主走査方向の曲率が小さくなる。またレンズの屈折率も小さくなる方向に変化する。別の表現をするとｆθレンズ９の持つレンズパワーが小さくなる方向に変化する。そのため破線Ｂは点Ａを中心にほぼ比例拡大した形になる。ｆθレンズ９の端部付近を通過するビームＣおよびビームＤは、ビームＣ’およびビームＤ’のようにずれる。このことがこの例において（＋）の倍率誤差が発生する理由である。
【０００９】
図１４の倍率誤差の変化のグラフにおいて、縦軸は倍率誤差であり、横軸は評価像高である。変化量を表しているため、温度変動のない場合（常温またはレンズ標準状態）の値は横軸に一致した直線である。
ここで、ｆθレンズ９が中央で支持される場合を想定すると、湾曲したｆθレンズ９の端部に至るほど非線形的に変形量が大きくなり、対応してビームのずれが大きくなる。そのため主走査倍率の変化はカーブＥのような両端が持ち上がった曲線になる。
また、近年はプラスチックレンズ成型技術の進歩により非球面レンズが増加しているが、レンズの形状によってはカーブＦのように２つの凸を描くようなカーブになる場合もある。
これらの温度変動に対し、同期検知器を複数設置し、電気的に倍率を調整する手段、電気的な手段を用いない、より低コストの手段等が、従来から、各種提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
例えば、特許文献１においては、光偏向器と感光体との間に偏向光束を曲げるミラーを有し、ミラーの撓みによって倍率誤差を補正するような構成になっているが、この補正用のミラーを追加するためコストが高い。
【００１０】
ところで、カラープリンタやカラー複写機に関しては一般にイエロー・マゼンタ・シアン・ブラックの４色のカラートナーに対応する感光体を直列に配置した４連タンデム方式が主流である。この４連タンデム方式における高画質化の要点は正確なドット位置の再現であり、主走査倍率誤差の調整を４つの感光体に対して行う必要がある。
また、ドット位置精度はモノクロ機に比べてより高いものが必要になり、近年の主走査のドット位置の許容範囲は１０〜２０μｍ程度以下である。このような高精度の主走査ドット位置の達成のためにはより緻密な倍率補正が必要になる。その場合、樹脂製走査レンズでは光軸に対して倍率誤差の傾向が非対称的になるという問題がある。
【００１１】
これは樹脂成型時の内部ひずみや形状精度的な不安定さから来る走査レンズの非対称性が原因である。例えば、図１４においてカーブＥの実線に対し、左側だけカーブＥ’のように非対称的に持ち上がったり、カーブＦの実線に対し、左側だけカーブＦ’のように非対称的に持ち上がったりするようなことがある。これは温度変動による各カラーのドットにおける「主走査ドット位置ずれ」、またはその画像域における左右差などの偏差に関する「主走査ドット位置ずれ偏差」として安定した高画質の維持への大きな妨げになる。
このような問題に対し、特許文献２のように画素クロックの遷移を行う電気的制御手段を設ける技術も開示されているが、電気的手段の追加はコストを高くし、調整の手間が長くかかりやすい。
【００１２】
また、特許文献３では、偏向走査したレーザービームを、光学ユニットに固定した走査レンズによって、感光体上に結像し、走査レンズの主走査方向の位置決め基準として突起部若しくは凹部を、走査レンズの光軸から主走査方向に等距離の位置に設けて、走査レンズの位置決めを行う光走査装置を開示している。
これは、電気的手段を用いずに走査レンズの位置決め位置を工夫することによって、走査レンズの光軸が、製造工程または、周囲の温度変化に伴う走査レンズ面の膨張若しくは収縮によって、レーザービームの光軸からずれることを防止するために、主走査方向への膨張もしくは収縮の度合いを調整し、ビームの安定化を図っている。
さらに、複数のレンズ部材を用いた、複数枚の走査レンズを有する光学系においては、温度変化による各々の走査レンズ面の、長尺方向への膨張若しくは収縮の度合いを同程度にすることにより、光走査装置の、像面における収差の悪化を抑制するようにしている。
【特許文献１】特許第３３８８９８１号
【特許文献２】特開２００３−９８４６５公報
【特許文献３】特開平９−１０５８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、光軸に対して対称な位置で走査レンズの位置決めを行うため、上述したような主走査ドット位置ずれに対応することができないという問題もある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、電気的な手段を用いずに、温度変動に起因する倍率誤差の変化を安価な方法で効果的に低減し、また主走査ドット位置ずれにも対応できる光走査装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源と、光偏向装置と、主走査方向にパワーを有する少なくとも１つの樹脂製の走査レンズと、光学素子を所定の位置に保持する光学箱と、この光学箱に載置され、且つ前記走査レンズを支持するレンズ支持部材とを含んでいる光走査装置において、前記光学箱は前記走査レンズを前記レンズ支持部材上のレンズ支持部に間接に保持し、前記レンズ支持部は前記走査レンズの光軸から主走査方向に十分に離間した少なくとも２箇所に設けられ、前記走査レンズの材質の線膨張係数と前記レンズ支持部材の材質の線膨張係数に差があることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、光源と、光偏向装置と、主走査方向にパワーを持つ少なくとも一つの樹脂製の走査レンズと、光学素子を所定の位置に保持する光学箱とを含んでいる光走査装置において、前記光学箱は一体に形成されたレンズ支持部に前記走査レンズを直接に保持し、前記レンズ支持部は前記走査レンズの光軸から主走査方向に十分に離間した少なくとも２箇所に設けられ、前記走査レンズの材質の線膨張係数と、前記光学箱の材質の線膨張係数に差があることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記レンズ支持部材の線膨張係数は、５×１０-5から９×１０-5の範囲であるか、又は前記走査レンズの線膨張係数に対しての±２０％以内である請求項１又は２記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記レンズ支持部材は、前記走査レンズの上面にも設置される請求項１又は２記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記レンズ支持部は、前記走査レンズの両端の２箇所である請求項１又は２記載の光走査装置を特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、前記レンズ支持部は、前記走査レンズの中央部近傍と、主走査方向に離間した端部近傍の合計３箇所を含み、前記レンズ支持部の配置が光軸に対して非対称である請求項１又は２記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記レンズ支持部の一部または全てを接着によって固定する請求項１又は２記載の光走査装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７記載の光走査装置を搭載する画像形成装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至７記載の光走査装置を搭載するタンデム型カラー画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光走査装置においては、光学箱は走査レンズを支持部材上のレンズ支持部に間接に保持し、レンズ支持部は前記走査レンズの光軸から主走査方向に十分に離間した少なくとも２箇所に設けられ、走査レンズの材質の線膨張係数と、レンズ支持部材の材質の線膨張係数に差があるので、ｆθレンズの変形量を抑制し、温度変動による倍率誤差の変動量が減少し、さらに中央像高と周辺像高における非線形的な変形量の増大も抑制される。すなわち、電気的な手段を用いずに、温度変動に起因する倍率誤差の変化を安価な方法で効果的に低減し、また、主走査ドット位置ずれにも対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図３は本発明による光走査装置の第１の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。図４は図３のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。図５は図３のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
図３乃至図５を参照して、本発明による光走査装置の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、樹脂製のｆθレンズ９に位置決めボス２０、２１が一体成形され、これらは主走査方向に一定の距離をおいている。
【００２０】
図３において、位置決めボス２０、２１は光軸に対してミラー対称に配置され、また、それぞれの根元部分には高さ方向を位置決めするためのフランジ２０ａ、２１ａ（図４）が形成されている。
位置決めボス２０、２１はレンズ支持部材２５に設けられた位置決め穴２６、２７に嵌合し、光軸方向の位置決めがなされ、高さ方向にはフランジ２０ａ、２１ａ面とレンズ支持部材２５上面が密着し、ｆθレンズ９は上下左右および光軸方向に支持・固定される。
【００２１】
レンズ支持部材２５の下面にはボス２８、２９（図５）が設けられ、光学箱３の主平面部に嵌合する。ボス２８は主基準であり、なるべくガタのないように光学箱３に精度良く設けられた主基準位置決め穴に嵌合する。一方、ボス２９は従基準であり、光軸方向にずれを許容するような従基準用の長穴に嵌合する。
これにより、ボス２９はレンズ支持部材２５の光軸方向の部品精度上の差や温度変動にともなう膨張収縮に対する、逃げの働きをする。レンズ支持部材２５は、その線膨張係数がｆθレンズ９の線膨張係数より僅かに低い材質からできており、ｆθレンズ９の形状が温度変動によって膨張した時に変形量を抑制する作用がある。
【００２２】
線膨張係数の設定の一例として、走査光学系で形成される画像の幅がＡ４短手の２１０ｍｍ〜Ａ２短手の４２０ｍｍの範囲への適用を考えた場合、従来の多くのｆθレンズ９の長手方向の全長はおよそ７０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度であり、ｆθレンズ９の入射面および射出面の主走査方向の曲率はおよそＲ１００ｍｍ〜Ｒ２００ｍｍであること、また長尺レンズ１０の入射面および射出面の主走査方向の曲率がＲ５００ｍｍ〜Ｒ１０００ｍｍであること、レンズ用樹脂がＰＣまたはＰＭＭＡまたは近似した材料である場合を考慮すると、レンズ支持部材２５の線膨張係数が５×１０-5から９×１０-5の範囲であるか、又はｆθレンズ９の線膨張係数に対しての±２０％以内であると、よりコントロール性の高い作用効果を発揮できる。
【００２３】
光学箱３には、レンズ支持部材２５のボス２８、２９を上下方向に固定するために、板ばね３０、３１（図３、図５では省略）がネジ等で取り付けられ、走査レンズ（ｆθレンズ）９の上面の押圧部２２、２３を下方向に押圧している。
また、上下方向の固定を板ばね３０、３１に依らずに、任意のフランジ部接触面をレンズ支持部材２５の上面に接着して行ってもよい。具体的な手段としては、従来例に述べた紫外線硬化型接着剤などの化学的締結方法や両面テープなどを必要に応じて適宜使用または併用すればよいが、接着による締結は上下方向の固定手段として何ら本発明の内容を損ねることはない。
このように接着剤を使用することで部品点数やコストの低減の点で有利になるばかりか、接着位置の設定によっては本発明の目的である樹脂レンズの変形状態についても倍率誤差や他の光学性能の変動に対してコントロール要因が増加し、より有利に作用させることも可能である。
【００２４】
図６は本発明におけるｆθレンズの変形の様子を示す概略図である。ｆθレンズ９は温度上昇によって膨張しようとするが、ボス２０及びボス２１（図４）にて２点が固定されているため、ｆθレンズ９の周囲の温度が上昇すると実線で描かれた外形の光軸付近の変形量が大きめになるように、破線Ｂ１のように変化する。
図６では説明のため破線Ｂ１の変化を強調して表しているが、実際はｆθレンズ９とレンズ支持部材２５（図４）の間の線膨張係数の差は僅かであるので、倍率誤差以外に関する光学特性には大きく悪影響を与えない程度の僅かな変形量である。
【００２５】
先に述べた設定の一例の具体例として、ｆθレンズ９の長手方向がおよそ１２０ｍｍ、光軸から対称的に配置されている左右の位置決めボス２０または２１までの距離：Ｌ＝５０ｍｍすなわちボス２０とボス２１との距離：２×Ｌ＝１００ｍｍ、温度変動が２０℃の常温から５０℃の光書込装置の稼動時の内部温度へと＋３０℃上昇するとする。するとその時のＬの変形量ΔＬはレンズ用樹脂：ＰＣの場合（線膨張係数＝７×１０-5）で
２×ΔＬ＝１００×（７×１０-5）×３０
≒０．２１（ｍｍ）・・・・・・・（１）
２×（Ｌ＋ΔＬ）＝１００．２１ｍｍ・・・（２）
である。そしてレンズ支持部材２５の線膨張係数：５×１０-5から９×１０-5の範囲であれば、同様に計算してレンズ支持部材２５のボス間距離の変形量：２×ΔＬ1はＰＣより僅かに小さい値として線膨張係数＝６×１０-5を採用した場合、
２×ΔＬ1＝１００×（６×１０-5）×３０
≒０．１８ｍｍ・・・・・・・・・（３）
２×（Ｌ1＋ΔＬ1)＝１００．１８ｍｍ・・・（４）
である。ｆθレンズ９の圧縮方向の剛性との兼ねあいで実際の変形２×（Ｌｃ＋ΔＬｃ）は１００．１８ｍｍと１００．２１ｍｍの中間になり、大きくならないようにコントロールされる。
【００２６】
レンズの曲率の温度変化について、簡単な扇形の膨張モデルを用いて考察する。扇形モデルの弦の長さ：Ｌｓ＝５０ｍｍ、ｆθレンズ９の入射面および射出面の主走査方向の曲率がおよそＲ８０ｍｍ〜Ｒ２００ｍｍという例より半径Ｒ＝１００ｍｍとする。上記の具体例を当てはめると、弧の長さ：２×Ｌａとして
２×Ｌａ＝２×｛Ｓｉｎ-1（Ｌｓ／ｒ）｝×（１／３６０°）×２πｒ
＝２×｛Ｓｉｎ-1（５０／１００）｝×（１／３６０°）×２πｒ
＝１００π／３
≒１０４．７２（ｍｍ）・・・・・・・（５）
【００２７】
扇形モデルが上記と同様の温度上昇によって線形に比例拡大すると、Ｒも温度上昇により（２）同様、
Ｒ＋ΔＲ＝１００．２１ｍｍ・・・（６）
となる。さて弧の変化量：ΔＬａは線膨張係数にＰＣの７×１０-5を採用して
２×ΔＬａ＝１００π／３×（７×１０-5）×３０
＝０．０７π
≒０．２２（ｍｍ）・・・・・・・（７）
である。その結果、弦の長さは
（６）＋（７）＝１０４．９４（ｍｍ）・・・（８）
となる。温度上昇によりこのように弧が大きくなっても、レンズ支持部材２５のボス間距離の変形量２×ΔＬ１が（３）の値であれば、ｆθレンズ９のこのたわみ方向の剛性との兼ねあいでこの半径を大きくならないようにコントロールできる。（１）の結果のような膨張をするｆθレンズ９と（３）の膨張をするレンズ支持部材２５の組合わせを考慮し、コントロール後の弦の長さ：２×Ｌｃを（２）と（４）の中間の値、
２×Ｌｃ＝１００．２０・・・（９）
と置いてみる。弧の長さは（７）のままだとするとＲがΔＲだけ大きくなりＲｃに変化する方向である。すなわち
Ｒｃ＝Ｒ＋ΔＲ
＝１００．２２・・・・・（１０）
ここから（５）式を逆算する形で下式を解く。
１０４．９４＝２×｛Ｓｉｎ-1（Ｌｃ／Ｒｃ）｝×（１／３６０°）×２πＲｃ
【００２８】
ここで｛Ｓｉｎ-1（Ｌｃ／Ｒｃ）｝は（５）式の｛Ｓｉｎ-1（５０／１００）｝と近似的に正比例するとして、
｛Ｓｉｎ-1（Ｌｃ／ｒｃ）｝＝３０°×１００．２／１００・・・（１１）
を当てはめ、式を解くと、Ｒｃ＝１００．０１（ｍｍ）、ΔＲｃ＝＋０．０１（ｍｍ）となる。すなわち、（１０）によればこの間のＲの変化による倍率誤差への寄与がが＋０．２２％大きくなってしまうところを、本考案の本設定例においては（１１）に示したように＋０．０１％で収まるということになる。実際は屈折率の変化によりこの様に単純に対応できない面もあるが、基本的に上記のＬやレンズ支持部材２５の線膨張係数を適切に設定することで、倍率誤差に関して簡単な構成でロバスト性の高い光書込装置を提供できる。
さらに別の例として、ｆθレンズ９の線膨張係数に対しての±２０％以内であっても同様に好適なロバスト性の高い光書込装置を提供できる。たとえばレンズ材質がＰＣ：線膨張係数＝７×１０-5の場合に対し、レンズ支持部材２５の線膨張係数を５．６×１０-5〜８．４×１０-5に設定すればよい。計算については上掲と同様であるので省略する。
【００２９】
図７は本実施の形態における倍率誤差の変動をグラフで示す図である。ここでは従来技術の説明で用いた図１４におけるカーブＥの場合についての本発明の効果をカーブＥ１によって表している。
カーブＥ１においては、図６で示したｆθレンズ９の変形量の抑制、及び変形形状の変化により、ボス２０、２１（図４）近傍での倍率誤差の変動が抑えられ、また全般に変動量が減少し、さらに、中央像高と周辺像高における非線形的な変形量の増大も抑制される。このように本実施の形態ではｆθレンズ９の変形量を抑制し、また、膨張変形の形状を変化させることで倍率誤差の変動が抑制される。
【００３０】
図８は本発明による光走査装置の第２の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。図８において、レンズ支持部材２５の上にｆθレンズ９が載置されている。図４に示したような板ばね等による上下方向の固定も同様に行われているが、簡略のため省略している。
この第２の実施の形態では、ｆθレンズ９の左右方向両端に突起３２、３３が設けられ、また、レンズ支持部材２５にも突起受け部３４、３５が設けられ、この２箇所にてｆθレンズ９は主走査方向の位置と角度が保持される。
【００３１】
高さ方向は図３の第１の実施の形態でのボスを除いたフランジ形状と同様にして支持してもよいし、突起部３２、３３の下面を含め適当な位置を設定してもよい。このため、レンズ支持部の間隔がより広く、構成を単純にすることが可能であるので、レンズの変形量のコントロールの容易性が高い。
さらに、第２の実施の形態においては、突起部３２、３３先端のＲ形状に倣うように突起受け部３４、３５の形状が形成されている。このＲ形状はアーチ型でもよいし、球形でもよい。このＲ形状によりレンズ支持部材２５を完全な固定端でなく、回転方向に自由端とすることができる。
そのため、ｆθレンズ９が図６のように弓状に変形する時の形状や変形量をコントロールし易い。また、高さ方向の支持を両端で行った場合、ｆθレンズ９内のビーム進路の近傍に支持力が加わらないので光学性能的により有利である。
【００３２】
レンズ支持部材２５をｆθレンズ９の線膨張係数より大きな線膨張係数を有する材質にすれば、ｆθレンズ９の形状が温度変動によって膨張した時でも両端のレンズ支持部の間には引っ張り方向の力が掛かるので、図４における矢印Ｘの向きに反ることを防止し、走査線の副走査方向の湾曲を低減することができる。
本実施の形態においても上下方向の固定を、板ばね３０、３１を用いずに接着剤を使用して行ってもよい。上述のように突起３２、３３と突起受け部３４、３５が連結するように接着剤を盛り付けるといった方法がある。本発明の目的である樹脂レンズの変形状態についても倍率誤差の変動や他の光学性能に対して有利に作用させることも可能である。
【００３３】
図９は本発明による光走査装置の第３の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。図１０は図９のＪ−J線に沿う断面図である。
図９及び図１０において、樹脂製のｆθレンズ９の上下の両方の面をレンズ下支持部材３５とレンズ上支持部材３６で挟み込むように支持している。この第３の実施の形態では、レンズ下支持部材３５の両端にネジボスが設けられ、レンズ上支持部材３６がネジ止め締結されるようにしている。
このようにｆθレンズ９の上下面をサンドイッチ状に挟み込むことにより、図３及び図４の第１の実施の形態に比べてｆθレンズ９の膨張量を低減させ、より倍率誤差の変化を低減する。また、レンズが膨張した時に図４の矢印Ｘの向きに反ることを防止し、副走査方向の湾曲を低減することができる。
【００３４】
また、本実施の形態ではｆθレンズ９の上面と下面にはボス４１〜４６の６つのボスが一体成形され、ボス４１と４２はレンズ光軸に対応してレンズ中央付近の位置決めを行う。
ボス４３〜４６はレンズ中央付近から主走査方向に十分に離れた図示の左右の位置を支持する。このように中央にも追加して位置決めを設けることで中央付近のずれを低減できる。
付け加えると、この実施の形態の図では中央と左右のボスとが一直線上に並んでおり、また左右のボスの位置も対称的に配置されている。ここで、
光軸からボス４３（またはボス４４）までの距離：Ｌ
光軸からボス４５（またはボス４６）までの距離：Ｍ
として、Ｌ＝Ｍ、またはＬ≒Ｍということである。
これは、この配置の直線を基準線として、温度変動に対する光学特性の変化が一定の規則的な変化になるようにするためである。さらにレンズ上支持部材３６の締結ネジも同一直線状に配置しているが、このことでレンズの膨張による矢印Ｘのような反りなどの副走査方向のストレスを直線的に受け、応力的にも配置的にもシンプルな状態にすることを考慮している。
【００３５】
図１１は本発明による光走査装置の第４の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。図１１に関連して、ここで、
光軸からボス４３（またはボス４４）までの距離：Ｐ
光軸からボス４５（またはボス４６）までの距離：Ｑ
として、Ｐ＜Ｑであり、明らかにＰ≠Ｑとなっている。
これにより、図１４にて示したカーブＥとカーブＥ’や、カーブＦの実線に対し、左側だけカーブＦ’のように非対称的に持ち上がったりしているように、樹脂製走査レンズでは光軸に対して倍率誤差の傾向が非対称的になるという問題に対応している。
【００３６】
走査レンズをなるべく拘束しないで倍率誤差のカーブを予め把握しておき、走査レンズの変形量が左右で非対称となるように、ＰやＱを設定する。ＰやＱを左右で独立的に配置することでそれぞれの側の変形量を低減させ非対称性を打ち消すことができる。これにより、簡単な構成で温度変動による各カラーのドットにおける「主走査ドット位置ずれ」の少なく抑えることができる。
また、この図では右側のボス４５、４６を光軸方向に距離Ｒだけオフセットしている。上記に三箇所のボスを一直線上に配置する効果を述べたが、ｆθレンズ９の形状によっては基準線から光軸方向へのオフセットを持たせることによってより効果的に倍率誤差のカーブを平坦にしたり、左右の非対称性を打ち消すことができる。
【００３７】
感光体への有効書き込み幅が２００ｍｍ〜４２０ｍｍ程度のＡ２〜Ａ４サイズ用光走査装置においてレンズ支持部材２５（図３及び図４）の線膨張係数の好ましい範囲は絶対値としてはおおむね５×１０＾−５から９×１０＾−５程度である。また相対的にはｆθレンズ９の線膨張係数の±２０％以内で本発明の効果が高く、温度変動による各カラーのドットにおける「主走査ドット位置ずれ」、またはその画像域における左右差などの偏差に関する「主走査ドット位置ずれ偏差」に非常に有効的に、簡単で低コストな構成で作用する。
【００３８】
さらに、基本的に主走査方向について述べたレンズ面の曲率：Ｒの変動を抑え、コントロールすることと、副走査方向における焦線の水平性や直線性を保つことは置き換え可能な事案であることは明白である。特に長尺レンズ１０の保持方法において、本考案における図３、４および、特に図９、１０での実施例では走査線の主走査方向の倍率誤差のコントロールだけでなく、走査線曲がり、走査線傾きまたはそれらの偏差といった、副走査方向のドット位置の温度変動に対しても適宜有効にコントロールが可能な設定ができることは言うまでもない。
【００３９】
最後に、本発明全体について共通的に実施できる実施の形態を述べる。レンズの外形形状や材質、温度の変動量によって変形方向が従来技術の説明に用いた図１３の破線Ｂや図６の破線Ｂ１の凸方向とは逆の方向に反ったり、また、“〜”型のように全体的に非対称な倍率誤差カーブであることも考えられる。
その場合はボスの配置や突起３２、３３の位置を適切に設定すればよい。寸法的にはＬ、ＭまたはＰ、Ｑ、Ｒといった配置寸法を樹脂レンズに一体成型できる範囲で設定すればよい。
また、上記においてはレンズ支持部材２５の線膨張係数をｆθレンズ９の線膨張係数より僅かに低い材質という説明をしたが、その差の幅や大小関係に関しても適宜、適切な設定をすればよい。例えば、レンズ支持部材２５の線膨張係数をｆθレンズ９の線膨張係数より十分に大きくすることで温度上昇時の変形を低減させるような設定も可能である。
【００４０】
さらに、本発明においては、実施の形態をｆθレンズの場合について述べたが、光走査装置２における長尺レンズ１０を含め、レンズが樹脂製の走査レンズであるなら同様の効果があるし、１つの光走査装置内の複数の走査レンズに適用してもよい。
また、光学箱３の線膨張係数が適切な値であるならば、レンズ支持部材２５またはレンズ下支持部材３５は光学箱３と一体に成形してもよく、このようにすれば、光学箱３は一体に形成されたレンズ支持部に走査レンズ９を直接に保持するので、部品点数やコストの低減の点でなお有利である。
【００４１】
図１２は多チャンネルＬＤアレイの構成を示す概略斜視図である。また、感光体への走査光が複数であるマルチビーム式書き込み方式を用いることもできる。多チャンネルＬＤアレイ５０を使用することにより、各光路の光ビーム数が整数倍となり、書き込みの高速度化、又は高密度化、又は省エネルギ化を図ることができる。
上述した本発明による光走査装置を画像形成装置に搭載すれば、温度の変化に対応して安定した画像を形成することができる。また、同様に、本発明による光走査装置をタンデム型カラー画像形成装置に搭載としても、温度の変化に対応して安定したカラー画像を高速に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による電子写真式画像形成装置に用いられる光走査装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】図１の概略中央断面図である。
【図３】本発明による光走査装置の第１の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。
【図４】図３のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図５】図３のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【図６】本発明におけるｆθレンズの変形の様子を示す概略図である。
【図７】本実施の形態における倍率誤差の変動をグラフで示す図である。
【図８】本発明による光走査装置の第２の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。
【図９】本発明による光走査装置の第３の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。
【図１０】図９のＪ−J線に沿う断面図である。
【図１１】本発明による光走査装置の第４の実施の形態を光軸方向が垂直になるように走査平面を上から見た上面図である。
【図１２】多チャンネルＬＤアレイの構成を示す概略斜視図である。
【図１３】従来技術においてｆθレンズが温度上昇によって膨張し、ビームがずれる様子を表している模式図である。
【図１４】倍率誤差の変化をグラフで示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  画像形成装置
２  光走査装置
３  光学箱（レンズ支持部）
６  光源（レーザ発振ユニット）
８  光偏向器（ポリゴンミラー）
９  走査レンズ（ｆθレンズ）
２０  ｆθレンズのボス
２１  ｆθレンズのボス
２５  レンズ支持部材
２８  レンズ支持部材のボス
２９  レンズ支持部材のボス
３５  レンズ下支持部材
３６  レンズ上支持部材
４２  レンズ支持部（ｆθレンズのボス）
４４  レンズ支持部（ｆθレンズのボス）
４６  レンズ支持部（ｆθレンズのボス）
【図１】
2007256374.tif 000003
【図２】
2007256374.tif 000004
【図３】
2007256374.tif 000005
【図４】
2007256374.tif 000006
【図５】
2007256374.tif 000007
【図６】
2007256374.tif 000008
【図７】
2007256374.tif 000009
【図８】
2007256374.tif 000010
【図９】
2007256374.tif 000011
【図１０】
2007256374.tif 000012
【図１１】
2007256374.tif 000013
【図１２】
2007256374.tif 000014
【図１３】
2007256374.tif 000015
【図１４】
2007256374.tif 000016