特開 2024-147372 走査光学装置および画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147372

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】走査光学装置および画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20241008BHJP

   G02B 26/12 20060101ALI20241008BHJP

   B41J 2/47 20060101ALI20241008BHJP

   H04N 1/113 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 F

G02B26/12

B41J2/47 101D

H04N1/113

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023060338

(22)【出願日】2023-04-03

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】大湊 寛之

(72)【発明者】

【氏名】星野 秀隆

【テーマコード（参考）】

2C362

2H045

5C072

【Ｆターム（参考）】

2C362AA03

2C362AA35

2C362AA46

2C362BA04

2C362BA83

2C362BA84

2C362BA86

2C362BA87

2H045AA03

2H045BA22

2H045BA34

2H045CA03

2H045CA63

2H045DA04

5C072AA03

5C072BA20

5C072HA02

5C072HA06

5C072HA08

5C072HA13

5C072HB10

(57)【要約】

【課題】ポリゴンミラーの汚損を抑制しつつ、像面上におけるビーム径の変動を小さく抑えて常に良質な画像を形成することができる光走査装置を実現する。
【解決手段】樹脂製のカップリングレンズ（２１）は回折光学素子を有する。筐体（１００）の底面と蓋との間に、ポリゴンミラー（４０）およびモータ（ＰＭ）が位置する空間（Ｘ）を囲む隔壁（１２０）が設けられ、隔壁の開口（１２１）が樹脂製の第１走査レンズ（５０）にて塞がれている。主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量であって、通常環境温度のときのずれ量をΔＡｍｍ、上限環境温度のときのずれ量をΔＢｍｍ、第１走査レンズが通常環境温度よりも高い所定の第１温度のときのずれ量をΔＣｍｍ、とすると、ΔＡ＜０、ΔＣ＞０、かつΔＡ＜ΔＢ＜ΔＣを満足する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光をビームに変換し、少なくとも１面に回折光学素子を有する樹脂製のカップリングレンズと、
前記ビームを主走査方向に偏向するポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーを回転させるモータと、
前記ポリゴンミラーにて偏向されたビームを像面に結像する走査光学系と、
前記半導体レーザ、前記カップリングレンズ、前記ポリゴンミラー、前記モータおよび前記走査光学系を保持し、前記ポリゴンミラーの軸線方向の一方側が底面となる筐体と、
前記筐体における前記軸線方向の他方側を覆う蓋と、
前記底面と前記蓋との間で前記ポリゴンミラーおよび前記モータが位置する空間を囲み、偏向された前記ビームが通過する開口を有する隔壁と、
を備え、
前記走査光学系に含まれる、前記ポリゴンミラーに最も近い樹脂製の第１走査レンズにて前記開口が塞がれ、
主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量であって、
前記半導体レーザ、前記カップリングレンズおよび前記走査光学系が通常環境温度のときの前記ずれ量をΔＡｍｍ、
前記半導体レーザ、前記カップリングレンズおよび前記走査光学系が上限環境温度のときの前記ずれ量をΔＢｍｍ、
前記半導体レーザ、前記カップリングレンズが前記通常環境温度であり、前記第１走査レンズが前記通常環境温度よりも高い所定の第１温度のときの前記ずれ量をΔＣｍｍ、
とすると、
ΔＡ＜０、ΔＣ＞０、かつΔＡ＜ΔＢ＜ΔＣを満足する走査光学装置。

【請求項2】

前記半導体レーザ、前記カップリングレンズおよび前記走査光学系が下限環境温度のときの前記ずれ量をΔＤｍｍとすると、
ΔＡ＜ΔＤ＜ΔＣを満足する、請求項１に記載の走査光学装置。

【請求項3】

前記走査光学系は、前記第１走査レンズと第２走査レンズとを備え、
前記第１走査レンズは、前記第２走査レンズより主走査方向の結像パワーが大きい、請求項１に記載の走査光学装置。

【請求項4】

前記隔壁は、前記軸線方向に沿った壁であり、前記軸線方向の一方側において前記底面と当接あるいは接続され、前記軸線方向の他方側において前記蓋と当接あるいは接続されている、請求項１に記載の走査光学装置。

【請求項5】

前記隔壁は、前記筐体又は前記蓋と一体に形成されている、請求項４に記載の走査光学装置。

【請求項6】

記録シート上に画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１～５の何れか１項に記載の走査光学装置と、
前記走査光学装置によりビームが走査されて静電潜像が形成される感光体と、
前記静電潜像に現像剤を供給して現像剤像を形成する現像器と、
前記現像剤像を前記記録シート上に転写する転写器と、
前記記録シート上に転写された前記現像剤像を定着する定着装置と、を備えた画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、走査光学装置および画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光学系の一部に回折光学素子を応用して、環境温度変動による焦点位置（ピント）の移動の影響を相殺する走査光学装置が知られている（例えば、特許文献１）。このような走査光学装置では、光源手段から発せられた光束を集光する第１結像光学系、又は偏向手段によって偏向された光束で像面（被走査面）上を走査する第２結像光学系の中に、少なくとも１つの屈折光学素子と回折光学素子とが備えられている。光源手段からの光の発振波長が変動したときの像面における焦点位置移動と、環境温度が変動したときに像面における焦点位置移動を、回折光学素子のパワーを適切に設定することによって補正する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－１９４６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

走査光学装置において、第１結像光学系、偏光手段であるポリゴンミラー、および第２結像光学系は、一方面が開放された箱状の筐体に保持される。筐体の開放面は、蓋体にて覆われる。ポリゴンミラーを駆動するためのモータも、ポリゴンミラーと一緒に筐体内に収容される。モータは動作時、走査光学装置の内部温度を上昇させる熱源となる。

【0005】

外気に含まれる汚れや塵等でポリゴンミラーが汚損されると、ポリゴンミラーの反射率が低下し、印刷不良や書き出しタイミングの取得ができなくなるなどの不具合が生じ、走査光学装置の寿命が短くなる。そのため、ポリゴンミラーの汚損を抑制すべく、ポリゴンミラーの周囲に隔壁を設けて囲い、ポリゴンミラー周辺部の密封性を高めることが考えられる。

【0006】

その場合に、隔壁に開口を設け、この開口に、走査光学系の中の最もポリゴンミラーに近い第１走査レンズを配置することが考えられる。しかしながら、このような構成とすると、モータからの熱により、第１走査レンズの温度が、第１走査レンズを除く他の光学系と比較して高くなる局所昇温が生じる。

【0007】

上記特許文献１に記載された構成では、このような局所昇温が生じた状態を考慮したものではないため、局所昇温が生じた状態では像面に対しての焦点位置の移動が大きくなる。像面に対しての焦点位置の移動が大きくなると、像面上におけるビーム径の変動が大きくなり、画像の品質が低下する場合がある。

【0008】

本開示は、ポリゴンミラーの汚損を抑制しつつ、像面上におけるビーム径の変動を小さく抑えて常に良質な画像を形成することができる光走査装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る走査光学装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光をビームに変換し、少なくとも１面に回折光学素子を有する樹脂製のカップリングレンズと、前記ビームを主走査方向に偏向するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを回転させるモータと、前記ポリゴンミラーにて偏向されたビームを像面に結像する走査光学系と、前記半導体レーザ、前記カップリングレンズ、前記ポリゴンミラー、前記モータおよび前記走査光学系を保持し、前記ポリゴンミラーの軸線方向の一方側が底面となる筐体と、前記筐体における前記軸線方向の他方側を覆う蓋と、前記底面と前記蓋との間で前記ポリゴンミラーおよび前記モータが位置する空間を囲み、偏向された前記ビームが通過する開口を有する隔壁と、を備え、前記走査光学系に含まれる、前記ポリゴンミラーに最も近い樹脂製の第１走査レンズにて前記開口が塞がれ、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量であって、前記半導体レーザ、前記カップリングレンズおよび前記走査光学系が通常環境温度のときの前記ずれ量をΔＡｍｍ、前記半導体レーザ、前記カップリングレンズおよび前記走査光学系が上限環境温度のときの前記ずれ量をΔＢｍｍ、前記半導体レーザ、前記カップリングレンズが前記通常環境温度であり、前記第１走査レンズが前記通常環境温度よりも高い所定の第１温度のときの前記ずれ量をΔＣｍｍ、とすると、ΔＡ＜０、ΔＣ＞０、かつΔＡ＜ΔＢ＜ΔＣを満足する。

【0010】

上記構成によれば、筐体の底面と蓋との間の、ポリゴンミラーおよびモータが位置する空間を隔壁で囲うことで、外気に含まれる汚れや塵等によるポリゴンミラーの汚損を抑制できる。隔壁には偏向されたビームを通過させる開口が形成されるが、該開口を塞ぐように第１走査レンズが配置されているため、空間の気密性は保持される。

【0011】

この場合、開口を塞ぐ第１走査レンズの温度が他の光学系の温度よりも高くなる局所昇温が生じ、焦点距離が長くなって像面上におけるビーム径の変動が大きくなる。

【0012】

そこで、上記構成では、通常環境温度での主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量ΔＡを、ΔＡ＜０として、主走査方向の焦点位置が負となるように構成している。これにより、局所昇温が生じて焦点距離が長くなっても、基準像面にからの焦点位置の移動量を小さくして、ビーム径の変動を抑制することができる。

【0013】

さらに、上記構成では回折光学素子を有する樹脂製のカップリングレンズを備えることで、半導体レーザ、カップリングレンズおよび走査光学系が上限環境温度となったときの、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量をΔＢとしている。つまり、環境温度が上限環境温度となったとき、走査光学系の焦点位置が基準像面の正側に移動するのを、カップリングレンズの回折パワーの変動により相殺し、焦点位置のずれを抑制している。

【0014】

上記構成では、ΔＡ＜ΔＢ＜ΔＣの関係を満たすことで、上限環境温度での焦点位置を表すΔＢを、負の最大位置であるΔＡから正の最大位置であるΔＣの間となるように補償する。これにより、上限環境温度でのビーム径の変動を従来通り補償しつつ、局所昇温状態でのビーム径の変動による影響も極力抑制することができる。

【0015】

本開示の一態様に係る走査光学装置は、さらに、前記半導体レーザ、前記カップリングレンズおよび前記走査光学系が下限環境温度のときの前記ずれ量をΔＤｍｍとすると、ΔＡ＜ΔＤ＜ΔＣを満足していてもよい。

【0016】

上記構成では回折光学素子を有する樹脂製のカップリングレンズを備えることで、半導体レーザ、カップリングレンズおよび走査光学系が下限環境温度となったときの、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量をΔＤとしている。つまり、環境温度が下限環境温度となったとき、走査光学系の焦点位置が基準像面の正側に移動するのを、カップリングレンズの回折パワーの変動により相殺し、焦点位置のずれを抑制している。

【0017】

上記構成ではΔＡ＜ΔＤ＜ΔＣの関係を満たすようにして、下限環境温度での焦点位置を表すΔＤを、負の最大位置であるΔＡから正の最大位置であるΔＣの間となるように補償する。これにより、下限環境温度でのビーム径の変動についても従来通り補償しつつ、局所昇温状態でのビーム径の変動による影響も極力抑制することができる。

【0018】

本開示の一態様に係る走査光学装置は、さらに、前記走査光学系は、前記第１走査レンズと第２走査レンズとを備え、前記第１走査レンズは、前記第２走査レンズより主走査方向の結像パワーが大きくてもよい。上記構成によれば、局所昇温が主走査方向の結像位置に影響することを補償できる。

【0019】

本開示の一態様に係る走査光学装置は、さらに、前記隔壁は、前記軸線方向に沿った壁であり、前記軸線方向の一方側において前記底面と当接あるいは接続され、前記軸線方向の他方側において前記蓋と当接あるいは接続されていてもよい。上記構成によれば、隔壁が底面および蓋と当接あるいは接続されるように設けられているので、ポリゴンミラーおよびモータの密閉性を高めることができる。

【0020】

本開示の一態様に係る走査光学装置は、さらに、前記隔壁は、前記筐体又は前記蓋と一体に形成されていてもよい。上記構成によれば、隔壁が筐体又は蓋と一体に形成されているので、組立時の工程数、および部品点数を削減できる。

【0021】

本開示の一態様に係る画像形成装置は、記録シート上に画像を形成する画像形成装置であって、本開示の一態様に係る走査光学装置と、前記走査光学装置によりビームが走査されて静電潜像が形成される感光体と、前記静電潜像に現像剤を供給して現像剤像を形成する現像器と、前記現像剤像を前記記録シート上に転写する転写器と、前記記録シート上に転写された前記現像剤像を定着する定着装置と、を備える。

【発明の効果】

【0022】

本開示の一態様によれば、ポリゴンミラーの汚損を抑制しつつ、像面上におけるビーム径の変動を小さく抑えて常に良質な画像を形成することができる光走査装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本開示の実施形態に係る画像形成装置の一例としてのカラーレーザプリンタの全体構成を示す断面図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る走査光学装置の分解斜視図である。

【図3】蓋を外した状態の上記走査光学装置の斜視図である。

【図4】蓋を外した状態の上記走査光学装置の平面図である。

【図5】上記走査光学装置の断面図である。

【図6】上記走査光学装置における温度補償を説明する模式図である。

【図7】上記走査光学装置における、局所昇温が生じた状態および局所昇温が生じていない状態の解析温度条件を示す図である。

【図8】図７の解析温度条件にて主走査方向の焦点位置の移動量を解析した結果を示す図である。

【図9】局所上昇が生じる前と生じた後との、通常環境温度のときの主走査方向のビーム径と深度位置との関係を示す図であり、局所昇温が生じる前の主走査方向の焦点位置が深度位置ゼロに設定されている状態を示す図である。

【図10】局所上昇が生じる前と生じた後との、通常環境温度のときの主走査方向のビーム径と深度位置との関係を示す図であり、局所昇温が生じる前の主走査方向の焦点位置が負側に設定されている状態を示す図である。

【図11】上記走査光学装置における、各条件下での基準像面に対しての主走査方向の焦点位置のずれ量の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。

【0025】

（画像形成装置）
図１は、画像形成装置の一例としてのカラーレーザプリンタの全体構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る走査光学装置５は、カラーレーザプリンタ１に用いられる。カラーレーザプリンタ１は、本体筐体２内に、記録シートＰを供給するシート供給部３と、供給された記録シートＰに画像を形成する画像形成部４と、を備えている。

【0026】

画像形成部４は、走査光学装置５と、４つのプロセスユニット６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋと、転写器に相当する転写ユニット７と、定着装置に相当する定着ユニット８と、を備えている。

【0027】

シート供給部３は、本体筐体２内の下部に設けられる。シート供給部３は、記録シートＰを収容する供給トレイ３１と、供給トレイ３１から記録シートＰを画像形成部４に供給するシート供給機構３２と、を備えている。供給トレイ３１内の記録シートＰは、シート供給機構３２によって１枚ずつ分離されて画像形成部４に供給される。

【0028】

走査光学装置５は、本体筐体２内の上部に設けられ、印刷データに基づくビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫを、各プロセスユニット６Ｙ～６Ｋに備えられた各感光体６１Ｙ～６１Ｋの表面に照射することで、各感光体６１Ｙ～６１Ｋの表面を露光して静電潜像を形成する。各感光体６１Ｙ～６１Ｋの表面が像面に相当し、以下、各感光体６１Ｙ～６１Ｋの表面を像面と称することもある。各感光体６１Ｙ～６１Ｋは、カラーレーザプリンタ１の幅方向に延びる円筒形状で表面に感光層を有する感光体ドラムである。以下において、各感光体６１Ｙ～６１Ｋの延びる方向を「幅方向」とも称する。

【0029】

４つのプロセスユニット６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、供給トレイ３１と走査光学装置５の間で前後方向に沿って並列配置されている。以下において、カラーレーザプリンタ１の前後方向に沿った方向を「前後方向」とも称する。プロセスユニット６Ｙは感光体６１Ｙを備え、プロセスユニット６Ｍは感光体６１Ｍを、プロセスユニット６Ｃは感光体６１Ｃを、プロセスユニット６Ｋは感光体６１Ｋを備えている。

【0030】

さらに、４つのプロセスユニット６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、それぞれ、帯電器６２と、現像ローラ６３と、供給ローラ６４と、層厚規制ブレード６５と、現像剤を収容する現像剤収容部６６と、を備えている。現像剤は、正帯電性の一成分乾式トナーを用いることができる。なお、現像ローラ６３、供給ローラ６４、層厚規制ブレード６５、および現像剤収容部６６にて現像器が構成される。

【0031】

本明細書および図面において、現像剤の色に対応して感光体６１などを特定する場合に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのそれぞれに対応させて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの記号を付している。４つのプロセスユニット６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋは、記録シートＰの搬送方向上流側からこの順で並んで配置されている。

【0032】

転写ユニット７は、供給トレイ３１とプロセスユニット６との間に設けられている。転写ユニット７は、駆動ローラ７１と、従動ローラ７２と、駆動ローラ７１および従動ローラ７２の間に張設された無端状の搬送ベルト７３と、４つの転写ローラ７４と、を備えている。搬送ベルト７３は、外側の面が各感光体６１に接しており、その内側に、各転写ローラ７４が、各感光体６１との間で搬送ベルト７３を挟持するように配置されている。

【0033】

定着ユニット８は、プロセスユニット６および転写ユニット７の後方に設けられている。定着ユニット８は、加熱ローラ８１と、加熱ローラ８１と対向配置されて加熱ローラ８１を押圧する加圧ローラ８２と、を備えている。

【0034】

画像形成部４では、感光体６１の表面が、帯電器６２により一様に正帯電された後、走査光学装置５からのビームＢの照射によって露光されることで、感光体６１上に印刷データに基づく静電潜像が形成される。現像ローラ６３上に担持された現像剤が感光体６１上に形成された静電潜像に供給されることで、静電潜像が可視像化され、感光体６１上に現像剤像が形成される。

【0035】

シート供給部３から供給された記録シートＰは、搬送ベルト７３上を各感光体６１に接触しながら前から後ろに向けて移動する。この過程において、各感光体６１上の現像剤像は、感光体６１と、転写バイアスが印加された転写ローラ７４との間で記録シートＰ上に順次重ね合わせて転写される。して、現像剤像が転写された記録シートＰは、加熱ローラ８１と加圧ローラ８２の間を通過することで現像剤像が熱定着され、搬送ローラ２３によって本体筐体２内から外部に排出されて排出トレイ２２上に載置される。
４つのプロセスユニット６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋと、転写器に相当する転写ユニット７と、定着装置に相当する定着ユニット８と、を備えている。

【0036】

なお、ここでは、４つのプロセスユニット６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋを備えたカラーレーザプリンタを例示したが、ブラックのプロセスユニット６Ｋのみを備えた、モノクロレーザプリンタであってもよい。

【0037】

（走査光学装置）
次に、走査光学装置５の構成について説明する。図２は、本開示の一実施形態に係る走査光学装置５の分解斜視図である。図３は、蓋を外した状態の走査光学装置５の斜視図である。図４は、蓋を外した状態の走査光学装置５の平面図である。図５は、走査光学装置５の断面図である。なお、図３、図４では、カラーレーザプリンタ１に搭載された状態で下方を向く走査光学装置５の面を上方に向けた状態を示している。

【0038】

図２、図３、図４に示すように、走査光学装置５は、筐体１００と、蓋１１０と、４つの半導体レーザ２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋと、カップリングレンズ２１と、シリンドリカルレンズ２２と、ポリゴンミラー４０と、第１走査光学系ＳＣ１と、第２走査光学系ＳＣ２と、を備えている。第２走査光学系ＳＣ２は、カラーレーザプリンタ１の前後方向において、ポリゴンミラー４０の回転軸線Ｏを挟んで第１走査光学系ＳＣ１とは反対側に配置されている。

【0039】

筐体１００は、半導体レーザ２０Ｙ～２０Ｋ、カップリングレンズ２１、シリンドリカルレンズ２２、ポリゴンミラー４０および第１，第２走査光学系ＳＣ１，ＳＣ２を保持する。筐体１００は樹脂からなり、底面１０１と対向する一面が開放面となった浅い箱型をなす。底面１０１は、ポリゴンミラー４０の回転軸線Ｏに沿った方向から見て矩形となる略板状の壁である。以下、回転軸線Ｏに沿った方向を「軸線方向」とも称する。底面１０１は、軸線方向の一方側に位置している。本実施形態において軸線方向は、カラーレーザプリンタ１の上下方向である。

【0040】

蓋１１０は、筐体１００の開放面側に配されて開放面を覆う。蓋１１０は、筐体１００における軸線方向の他方側を覆う。蓋１１０は樹脂からなり、筐体１００にねじ等を用いて締結される。蓋１１０には、ビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫを通過させる開口窓１１１が４つ形成されている。

【0041】

半導体レーザ２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、それぞれ、上述したビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫとなるレーザ光を出射する装置である。半導体レーザ２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、走査光学装置５が走査露光する４つの感光体６１Ｙ，６１Ｍ，６１Ｃ，６１Ｋ（図１、図５参照）に対応して４つ設けられている。

【0042】

各半導体レーザ２０Ｙ～２０Ｋから出射されたレーザ光は、図４に示すカップリングレンズ２１およびシリンドリカルレンズ２２を通って、ポリゴンミラー４０に入射される。半導体レーザ２０Ｙ，２０Ｍから出射されたレーザ光であるビームＢＹ，ＢＭは、ポリゴンミラー４０によって、第１走査光学系ＳＣ１に向けて偏向される。半導体レーザ２０Ｃ，２０Ｋから出射されたレーザ光であるビームＢＣ，ＢＫは、ポリゴンミラー４０によって、第２走査光学系ＳＣ２に向けて偏向される。

【0043】

カップリングレンズ２１は、半導体レーザ２０Ｙ～２０Ｋから発散して出射されるレーザ光をビームＢＹ～ＢＫに変換するレンズである。カップリングレンズ２１は、４つの半導体レーザ２０Ｙ～２０Ｋに対応して４つ設けられている。なお、カップリングレンズ２１によって変換されて得られたビームＢＹ～ＢＫは、平行光、収束光および発散光のいずれであってもよい。カップリングレンズ２１は、樹脂製であり、レーザ光をビームに変換する屈折光学素子を有している。そして、本実施形態ではカップリングレンズ２１は、少なくとも１面に回折光学素子を有している。これについては後述する。

【0044】

シリンドリカルレンズ２２は、ポリゴンミラー４０の面倒れを補正するため、ビームＢＹ～ＢＫを屈折させて副走査方向に収束し、ポリゴンミラー４０の偏向面４１上で主走査方向に長い線状に結像させるレンズである。シリンドリカルレンズ２２は、カップリングレンズ２１とポリゴンミラー４０との間に配置されている。なお、図４の例では、シリンドリカルレンズ２２は、４つの半導体レーザ２０Ｙ～２０Ｋに対して１つ備えられているが、この構成に限定されるものではなく、個々に備えられていてもよい。

【0045】

ポリゴンミラー４０は、偏向器であり、筐体１００のほぼ中央で、半導体レーザ２０Ｙ～２０Ｋと対向して配置されている。ポリゴンミラー４０は、回転軸線Ｏから等距離に設けられた６つの偏向面４１を有している。ポリゴンミラー４０にはモータＰＭが接続されている。ポリゴンミラー４０は、モータＰＭの駆動によって、各偏向面４１が回転軸線Ｏを中心に回転することで、ビームＢＹ～ＢＫを反射して主走査方向に偏向する。

【0046】

第１走査光学系ＳＣ１は、ポリゴンミラー４０で偏向されたビームＢＹ，ＢＭを、感光体６１Ｙ，６１Ｍに結像する結像光学系である。第１走査光学系ＳＣ１は、１つの第１走査レンズ５０－１と、２つの第２走査レンズ５１Ｙ，５１Ｍと、複数の反射ミラー５２と、を備えている。なお、図３、図４では、便宜上、第２走査レンズ５１Ｍの図示を省略している。

【0047】

第２走査光学系ＳＣ２は、ポリゴンミラー４０で偏向されたビームＢＣ，ＢＫを、感光体６１Ｃ，６１Ｋに結像する結像光学系である。第２走査光学系ＳＣ２は、１つの第１走査レンズ５０－２と、２つの第２走査レンズ５１Ｃ，５１Ｋと、複数の反射ミラー５２と、を備えている。

【0048】

第１走査レンズ５０－１，５０－２、および第２走査レンズ５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｋは、いずれもｆθレンズである。第１走査レンズ５０－１，５０－２は、第２走査レンズ５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｋより主走査方向の結像パワーが大きい。第１走査レンズ５０－１，５０－２は軸対称のレンズである。第１走査レンズ５０－１，５０－２は、第１走査光学系ＳＣ２，第２走査光学系ＳＣ２において主走査方向のパワーを支配的に有している。第２走査レンズ５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｋは、ポリゴンミラー４０と像面とを副走査方向に共役結像する（面倒れ補正系）レンズである。第２走査レンズ５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｋは、第１走査光学系ＳＣ２，第２走査光学系ＳＣ２において副走査方向のパワーを支配的に有している。

【0049】

図５に示すように、ポリゴンミラー４０で偏向されたビームＢＹ，ＢＭは、第１走査光学系ＳＣ１において、第１走査レンズ５０－１を通過し、対応する反射ミラー５２で反射され、第２走査レンズ５１Ｙ，５１Ｍを通過して、感光体６１Ｍ，６１Ｃの表面を走査露光する。

【0050】

ポリゴンミラー４０で偏向されたビームＢＣ，ＢＫは、第２走査光学系ＳＣ２において、第１走査レンズ５０－２を通過し、対応する反射ミラー５２で反射され、第２走査レンズ５１Ｃ，５１Ｋを通過して、感光体６１Ｃ，６１Ｋの表面を走査露光する。

【0051】

（ポリゴンミラー周辺領域の構造）
図２、図３、図４、図５を用いて、ポリゴンミラー４０の周辺領域の構造を説明する。図３、図４に示すように、走査光学装置５は、筐体１００の底面１０１と蓋１１０との間でポリゴンミラー４０およびモータＰＭが位置する空間Ｘを囲む隔壁１２０を有している。

【0052】

具体的には、隔壁１２０として、第１走査光学系ＳＣ１とポリゴンミラー４０との間を仕切る隔壁１２０－１と、第２走査光学系ＳＣ２とポリゴンミラー４０との間を仕切る隔壁１２０－２と、隔壁１２０－１および隔壁１２０－２における、軸線方向と直交する方向の両側の端部同士を繋ぐ隔壁１２０－３，１２０－４を備えている。

【0053】

隔壁１２０－１には、偏向されたビームＢＹ，ＢＭが通過する開口１２１－１が形成され、該開口１２１－１に第１走査レンズ５０－１が取り付けられている。第１走査レンズ５０－１は、第１走査光学系ＳＣ１においてポリゴンミラーに最も近い走査レンズである。開口１２１－１は第１走査レンズ５０－１にて塞がれている。

【0054】

隔壁１２０－２には、偏向されたビームＢＣ，ＢＫが通過する開口１２１－２が形成され、該開口１２１－２に第１走査レンズ５０－２が取り付けられている。第１走査レンズ５０－２は、第２走査光学系ＳＣ２においてポリゴンミラーに最も近い走査レンズである。開口１２１－２は第１走査レンズ５０－２にて塞がれている。

【0055】

このような構成とすることで、ポリゴンミラー４０およびモータＰＭが位置する空間Ｘに外気が入り込み難くすることができ、ポリゴンミラー４０の汚損を抑制することができきる。

【0056】

隔壁１２０は、軸線方向に沿った壁であり、軸線方向の一方側において筐体１００の底面１０１と当接あるいは接続され、軸線方向の他方側において蓋１１０と当接あるいは接続されていてもよい。隔壁１２０を底面１０１又は蓋１１０と、当接あるいは接続されている構成とすることで、空間Ｘを密閉あるいは密閉に近い状態とることができる。これにより、ポリゴンミラー４０の汚損を効果的に抑制することができる。

【0057】

この場合、隔壁１２０は、筐体１００および蓋１１０とは完全に別体として形成し、筐体１００および蓋１１０と突き当てる構成としてもよいが、筐体１００又は蓋１１０、又はその両方の一部として一体に形成してもよい。本実施形態では、筐体１００の底面１０１および蓋１１０の内面１１２（図２参照）からそれぞれ軸線方向に突き出た部分壁を形成し、互いを付き当てることで隔壁１２０－１，１２０－２を構成している。隔壁１２０が筐体１００又は蓋１１０と一体に形成することで、組立時の工程数、および部品点数を削減できる。

【0058】

開口１２１－１，１２１－２に、第１走査レンズ５０－１，５０－２を取り付ける構成においては、第１走査レンズ５０－１，５０－２は筐体１００に位置決めされて取り付けられている。本実施形態では、第１走査レンズ５０－１，５０－２の位置決め精度に影響を与えないために、図３に示すように、開口１２１－１，１２１－２に取り付けられた状態の第１走査レンズ５０－１，５０－２の、蓋１１０で覆われる側には隙間Ｓが設けられている。しかしながら、このような隙間Ｓは、空間Ｘへの外気の侵入路となり得る。

【0059】

そこで、本実施形態では、図５に示すように、この隙間Ｓにスポンジ５５を配置し、筐体１００に蓋１１０を取り付けた状態で隙間Ｓをスポンジ５５で塞ぐ構成としている。スポンジ５５は、第１走査レンズ５０－１，５０－２レンズあるいは、隔壁１２０－１，１２０－２を構成する蓋１１０の部分壁における第１走査レンズ５０－１，５０－２レンズに対応する位置に貼り付けておくことで、組立時の工程数、および部品点数を削減できる。

【0060】

（温度補償）
次に、図６を用いて、走査光学装置５における、環境温度変動による焦点位置の移動の影響を相殺する温度補償について説明する。図６は、走査光学装置５における温度補償を説明する模式図である。温度補償の仕組みは、現像剤の色が異なっても同じである。したがって、これ移行、現像剤の色で区別することなく、半導体レーザ２０、走査光学系ＳＣ、第１走査レンズ５０、第２走査レンズ５１、感光体６１、ビームＢＢとして説明する。

【0061】

図６に示すように、カップリングレンズ２１は、屈折光学素子２１Ａと、回折光学素子２１Ｂと、を有している。具体的には、カップリングレンズ２１は樹脂製のレンズであり、出射面が正のパワーを有する屈折面であり、入射面が正のパワーを有する回折面である。カップリングレンズ２１は、屈折光学素子２１Ａのパワーおよび回折光学素子２１Ｂのパワーにて半導体レーザ２０から出射されたレーザ光をビームＢＢに変換する。さらに、カップリングレンズ２１は、環境温度が上昇した場合に、半導体レーザ２０から出射されるレーザ光の発振波長の変化と、回折光学素子２１Ｂの格子ピッチの変化によって、回折光学素子２１Ｂのパワーが増加する。これにより、カップリングレンズ２１は、半導体レーザ２０、当該カップリングレンズ２１、および走査光学系ＳＣが、上限環境温度のときの主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量をΔＢｍｍとなるように補償する。ここで、ΔＢｍｍは、走査中央位置ＳＳにおける値である。基準像面は、焦点のずれがゼロの像面である。ずれ量ΔＢｍｍは、焦点位置がＢｍｍずれたとしても、像面上のビーム径の変動が良質な画像を形成可能な範囲となる値である。

【0062】

環境温度の変動に伴う焦点位置変動の要因としては、温度による半導体レーザ２０から出射されるレーザ光の発振波長の変動、温度によるレンズ部品の膨張縮小、筐体１００等のレンズ部品を保持している部材の線膨張等がある。

【0063】

環境温度が上昇すると、走査光学系ＳＣの焦点位置が基準像面の正側に移動するが、この移動をカップリングレンズ２１のパワーの増加により補償することができる。上記構成では、回折光学素子２１Ｂのパワーが適切に設定することで、環境温度が上昇しても、上限環境温度以内であれば、主走査方向の焦点位置のずれをΔＢｍｍ以内となるように補償し、像面上におけるビーム径の変動を小さく抑えて良質な画像を形成することができる。なお、ここで主走査方向の焦点位置を調整しているのは、副走査方向の焦点位置のずれよりも画質に対する影響が大きいためである。

【0064】

さらに、カップリングレンズ２１は、環境温度が低下した場合に、半導体レーザ２０から出射されるレーザ光の発振波長の変化と、回折光学素子２１Ｂの格子ピッチの変化によって、回折光学素子２１Ｂのパワーが低下する。これにより、カップリングレンズ２１は、半導体レーザ２０、当該カップリングレンズ２１、および対応する第１走査光学系ＳＣ１又は第２走査光学系ＳＣ２が、下限環境温度のときの主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量をΔＤｍｍに補償する構成であってもよい。ずれ量ΔＤｍｍは、焦点位置がＤｍｍずれたとしても、像面上のビーム径の変動が良質な画像を形成可能な範囲となる値である。

【0065】

環境温度が低下した場合も、走査光学系ＳＣの焦点位置が基準像面の正側に移動するが、この移動についてもカップリングレンズ２１のパワーの増加により補償することができる。上記構成では、回折光学素子２１Ｂのパワーが適切に設定することで、環境温度が低下しても、下限環境温度以内であれば、主走査方向の焦点位置のずれをΔＤｍｍ以内となるように補償し、像面上におけるビーム径の変動を小さく抑えて良質な画像を形成することができる。

【0066】

上限環境温度とは、走査光学装置５の動作可能温度範囲の上限値である。また、下限環境温度とは、走査光学装置５の動作可能温度範囲の下限値である。走査光学装置５の動作可能温度範囲が、例えば通常環境温度２５℃の±３０℃とすると、上限環境温度は５５℃、下限環境温度は－５℃となる。

【0067】

（局所昇温への対策）
図６～図１１を用いて、走査光学装置５における局所昇温への対策について説明する。前述したように、走査光学装置５では、ポリゴンミラー４０およびモータＰＭが位置する空間Ｘを囲む隔壁１２０が設けられ、該隔壁１２０の開口１２１－１および開口１２１－２に第１走査レンズ５０を取り付けている。そのため、空間Ｘを密閉あるいは密閉に近い状態として、ポリゴンミラー４０の汚損を効果的に抑制することができる。

【0068】

しかしながら、このような構成では、モータＰＭからの熱にて第１走査レンズ５０の温度が、第１走査レンズ５０を除く他の光学系と比較して高くなる局所昇温が生じる。ここで言う他の光学系とは、カップリングレンズ２１、シリンドリカルレンズ２２、および第２走査レンズ５１である。

【0069】

図７は、走査光学装置５における、局所昇温が生じた状態および局所昇温が生じていない状態の解析温度条件を示す図である。本願発明者らが検証したところ、第１走査レンズ５０が昇温した場合、熱源であるモータＭＰに近い内側の第１面５０Ａが、外側の第２面５０Ｂよりも高温となることがわかった。

【0070】

そこで、図７に示すように、第１走査レンズ５０の第１面５０Ａと第２面５０Ｂとに温度差、ここでは１０℃の温度差をつけて、第１走査レンズ５０のみ、他の光学系および半導体レーザ２０よりも昇温させた条件とした。他の光学系および半導体レーザ２０の温度は環境温度から変動しないものとし、第１面５０Ａの温度を環境温度＋３０℃、第２面５０Ｂの温度を環境温度＋２０℃とした。環境温度は、通常環境温度、上限環境温度、および下限環境温度を用い、通常環境温度は２５℃、上限環境温度は通常環境温度＋３０℃の５５℃、下限環境温度は通常環境温度－３０℃の－５℃とした。

【0071】

図８は、図７にて、局所昇温が無い場合と局所昇温がある場合とで、主走査方向の焦点位置の移動量を解析した結果を示す図である。解析条件は、図７に示す局所昇温が生じていない状態の解析温度条件にて、環境温度の変動による焦点位置に移動を相殺するように適切に回折パワーが設定された状態での値である。局所昇温が生じていない状態での移動量は、通常環境温度２５℃においてゼロ、上限環境温度５５℃および下限環境温度－５℃において０．１７ｍｍである。

【0072】

局所昇温が生じない状態では、－５℃から５５℃の間の温度変動が生じても、主走査方向の焦点位置の基準像面に対する移動量を０～０．１７ｍｍの範囲に抑えることができる。

【0073】

しかしながら、図８に示すように、局所昇温が生じると、環境温度に係わらず、主走査方向の焦点位置の基準像面に対する移動量が１．００ｍｍ程にまで大きくなる。図８の例では、下限環境温度では１．１０ｍｍ程も移動している。

【0074】

つまり、半導体レーザ２０、カップリングレンズ２１が、環境温度であるのに対し、熱源の近くに位置する樹脂製の第１走査レンズ５０が環境温度よりも高い第１温度となった局所昇温状態となると、主走査方向の焦点位置が基準像面を超えて遠くなる正側に移動することがわかった。基準像面に対する焦点位置の移動が大きくなると、画像の品質が低下する場合がある。そのため、走査光学装置５においては、局所昇温に対する対策を講じる必要がある。

【0075】

図９および図１０は、局所上昇が生じる前と生じた後との、通常環境温度のときの主走査方向のビーム径と深度位置との関係を示す図である。このうち、図９は、局所昇温が生じる前の主走査方向の焦点位置が深度位置ゼロに設定されている状態を示す。深度位置ゼロは基準像面である。局所昇温が生じると焦点位置が正側に移動する。この移動量をΔとすると、局所昇温が生じる前の焦点位置が深度位置ゼロに設定されている場合、印字中の基準像面に対する焦点位置の移動量は０～Δとなる。

【0076】

一方、図１０は、局所昇温が生じる前の主走査方向の焦点位置が負側の－Δ/２に設定されている状態を示す。この場合、局所昇温が生じて焦点位置が正側に移動しても、移動量はΔ/２となる。このように、局所昇温が生じる前の焦点位置を－Δ/２に設定しておくことで、印字中の基準面に対する焦点位置の移動量は－Δ/２～Δ/２となり、主走査方向のビーム径の変動を抑制することができる。

【0077】

そこで、走査光学装置５では、局所昇温が生じた場合の主走査方向の焦点位置の移動量を考慮して、主走査方向の焦点位置を設定している。つまり、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量であるΔＡｍｍ、ΔＢｍｍ、ΔＣｍｍを、ΔＡ＜０、ΔＣ＞０、かつΔＡ＜ΔＢ＜ΔＣを満足する構成としている。

【0078】

ΔＡｍｍは、半導体レーザ２０、カップリングレンズ２１および走査光学系ＳＣが通常環境温度のときの、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量である。前述したように、ΔＢｍｍは、半導体レーザ２０、カップリングレンズ２１および走査光学系ＳＣが上限環境温度のときのずれ量であり、カップリングレンズ２１の回折パワーにより、移動量が小さくなるように補正されたずれ量である。ΔＣｍｍは、半導体レーザ２０、カップリングレンズ２１が通常環境温度であり、第１走査レンズ５０が通常環境温度よりも高い所定の第１温度のときのずれ量である。第１温度は、第１走査レンズ５０の第１面５０Ａの温度を環境温度＋３０℃、第２面５０Ｂの温度を環境温度＋２０℃としてもよい。

【0079】

上記構成によれば、通常環境温度での主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量ΔＡを、ΔＡ＜０として、主走査方向の焦点位置を負、つまり、基準像面よりも手前で焦点を結ぶように構成している。このように、主走査方向の焦点位置を負に設定しておくことで、局所昇温状態となって、焦点距離が長くなったとしても、基準像面にからの焦点位置の移動量を小さくして、ビーム径の変動を抑制することができる。

【0080】

さらに、上記構成ではΔＡ＜ΔＢ＜ΔＣの関係を満たすようにして、上限環境温度での焦点位置を表すΔＢを、負の最大位置であるΔＡから正の最大位置であるΔＣの間となるように補償する。これにより、上限環境温度でのビーム径の変動を従来通り補償しつつ、局所昇温状態でのビーム径の変動による影響も極力抑制することができる。

【0081】

また、走査光学装置５においては、ΔＡ＜ΔＤ＜ΔＣを満足する構成としてもよい。前述したように、ΔＤｍｍは、半導体レーザ２０、カップリングレンズ２１および走査光学系ＳＣが下限環境温度のときの、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量であり、カップリングレンズ２１の回折パワーにより、移動量が小さくなるように補正されたずれ量である。

【0082】

このようにすることで、下限環境温度での焦点位置を表すΔＤについても、負の最大位置であるΔＡから正の最大位置であるΔＣの間となるように補償する。これにより、下限環境温度でのビーム径の変動を従来通り補償しつつ、局所昇温状態でのビーム径の変動による影響も極力抑制することができる。

【0083】

図１１は、走査光学装置５における、各条件下での基準像面に対しての主走査方向の焦点位置のずれ量の計算値の一例を示す図である。２５℃の通常環境温度で局所昇温が生じていない状態での、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量ΔＡｍｍは－０.５００ｍｍである。－５℃の下限環境温度で局所昇温が生じていない状態での、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量ΔＤｍｍは－０．３３０ｍｍである。５５℃の上限環境温度で局所昇温が生じていない状態での、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量ΔＢｍｍは－０．３３０ｍｍである。

【0084】

２５℃の通常環境温度で局所昇温が生じている状態での、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量ΔＣｍｍは０．５０４ｍｍである。－５℃の下限環境温度で局所昇温が生じている状態での、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量は０．５９０ｍｍである。５５℃の上限環境温度で局所昇温が生じている状態での、主走査方向の焦点位置の基準像面に対してのずれ量は０．４８０ｍｍである。

【0085】

本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。一例として、上述した実施形態においてはカップリングレンズ２１は回折光学素子を有する構成としたが、これに限定されず屈折光学素子のみを有する構成であってもよい。

【符号の説明】

【0086】

１ カラーレーザプリンタ（画像形成装置）
３ シート供給部
５ 走査光学装置
７ 転写ユニット（転写器）
８ 定着ユニット（定着装置）
２０，２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ 半導体レーザ
２１ カップリングレンズ
２１Ａ 屈折光学素子
２１Ｂ 回折光学素子
２３ 搬送ローラ
４０ ポリゴンミラー
５０，５０－１、５０－１，５０－２ 第１走査レンズ
５１，５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ，５１Ｋ 第２走査レンズ
６１，６１Ｙ，６１Ｍ，６１Ｃ，６１Ｋ感光体（像面）
６３ 現像ローラ（現像器）
１００ 筐体
１０１ 底面
１２０ 隔壁
１２１ 開口
ＳＣ 走査光学系
ＳＣ１ 第１走査光学系（走査光学系）
ＳＣ２ 第２走査光学系（走査光学系）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】