JP5845757B2 - プラスチック光学素子、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ方式の複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ、プロッタや、これらの２つ以上の機能を有する複合機などの結像光学系に適用されるプラスチック光学素子、該プラスチック光学素子を備えた光走査装置、及び該光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

フルカラー画像を出力可能なレーザプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置として、近年、画像出力の高速化に対応して複数（通常は４つ）の感光体ドラムを所定間隔で配列したタンデム方式の画像形成装置が普及している。

タンデム方式の画像形成装置では、光走査装置（レーザ光書き込みユニット）の複数の光源から出射した各光束を１つの光偏向器で偏向し、対応した結像光学系（走査光学系）を介して各感光体ドラムの表面を同時に露光する。この露光によって各感光体ドラム表面に潜像が生成される。これらの潜像は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像剤（トナー）を使用する現像器で可視化され、各色のトナー像を搬送される記録紙に順次重ね合わせるように転写することでフルカラー画像が形成される。

ところで、近年、このようなタンデム方式の画像形成装置全体の小型化及び低コスト化が求められており、これに伴って装置内の光走査装置の小型化及び低コスト化が要望されている。例えば、特許文献１には、光偏向器の回転軸に垂直な偏向面に対して斜め方向から２つの光束を入射させ、共通化した結像光学系から光束を出射させて、２つの感光体ドラム表面（被走査面）上にそれぞれ集束させるようにした光走査装置が開示されている。

タンデム方式の画像形成装置にこのような光走査装置を配置することにより、４つの感光体ドラムに対して２つの結像光学系を配置するだけでよく、光走査装置全体の小型化を図ることができる。

なお、特許文献１の光走査装置では、結像光学系のプラスチック光学素子としての結合光学素子が、２つの光学有効部と、該２つの光学有効部間であって光束が通過しない光学非有効部を1つ有し、副走査断面において、２つの光学有効部の各頂点を結んだ線分から光学非有効部の頂点までの光軸方向の距離が１．０ｍｍ以下となるように構成されている。

ところで、２つの光学有効部と該２つの光学有効部の間に光学非有効部を有するプラスチック光学素子は、溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填し射出成形して製造することができる。この製造時の冷却過程における樹脂収縮を考えると、プラスチック光学素子の表面は樹脂収縮により、相対的に温度の高い中央部に引っ張られる。

この際、副走査方向について、光学有効部のうちの光学非有効部付近は、他の部分よりもプラスチック光学素子の温度の高い中央部に近い。そのため、光学非有効部付近は、それ以外の部分よりも中央部の熱収縮の影響を強く受ける。これにより、局所的に収縮量が大きくなり、転写性が劣化するおそれがある。

図１５（ａ）は、出射側に２つの光学有効部とその間に光学非有効部を設けているプラスチック光学素子の副走査方向における概略側面図、図１５（ｂ）は、副走査方向位置に対する転写性誤差（金型の表面形状に対する成形品の表面形状の差異）の測定結果を示した図である。図１５（ｂ）の横軸は出射側表面の副走査方向位置（ｍｍ）、縦軸は転写性誤差（ｍｍ）である。なお、プラスチック光学素子１００の副走査方向位置の０位置は、２つの光学有効部１０１，１０２の間に設けている光学非有効部１０３の中央位置である。

図１５（ａ），（ｂ）に示すように、転写性誤差による光学面のシフト方向について、入射面側から出射面側に向かう方向へのシフトをプラスとした。従って、図１５（ｂ）の縦軸において、マイナス側ほど樹脂収縮が大きいことを表している。転写性誤差は、光学非有効部１０３付近（図１５（ｂ）の範囲Ｄの部分）でマイナス側に大きくなり（転写性劣化）、収縮量が他の部分よりも大きいことを確認した。

また、図１６（ａ）は、入射側に２つの光学有効部とその間に光学非有効部を設けているプラスチック光学素子の副走査方向における概略側面図、図１６（ｂ）は、副走査方向位置に対する転写性誤差（金型の表面形状に対する成形品の表面形状の差異）の測定結果を示した図である。図１６（ｂ）の横軸は入射側表面の副走査方向位置（ｍｍ）、縦軸は転写性誤差（ｍｍ）である。なお、プラスチック光学素子１００ａの副走査方向位置の０位置は、２つの光学有効部１０１ａ，１０２ａの間に設けている光学非有効部１０３ａの中央位置である。

図１６（ａ），（ｂ）に示すように、転写性誤差による光学面のシフト方向について、入射面側から出射面側に向かう方向へのシフトをプラスとした。従って、図１６（ｂ）の縦軸において、プラス側ほど樹脂収縮が大きいことを表している。転写性誤差は、光学非有効部１０３ａ付近（図１６（ｂ）の範囲Ｄの部分）でプラス側に大きくなり（転写性劣化）、収縮量が他の部分よりも大きいことを確認した。

なお、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）において、転写性誤差が０の場合は、転写性誤差が発生していなく、理想的な表面状態である。

ところで、光走査装置のさらなる小型化を図るためには、特許文献１のような２つの光学有効部と該２つの光学有効部の間に光学非有効部を有するプラスチック光学素子において、２つの光学有効部の間に形成される光学非有効部の長さ（副走査方向に沿った長さ）をなるべく短くするのが有利である。しかしながら、光学有効部が前述した局所的に収縮量が大きい範囲を含む場合には、上記したように光学有効部の光学非有効部付近において転写性が劣化し易くなる。

つまり、プラスチック光学素子のさらなる小型化を図るために光学非有効部の長さを短くすると、転写性の劣化によって光学有効部の光学非有効部付近での光学特性が低下し、被走査面でのビームスポット形状が劣化することが懸念される。

そこで、本発明は、小型化のために各光学有効部の間に形成される光学非有効部の長さを短くしながら、光学有効部の光学非有効部付近での光学特性を良好に維持することができるプラスチック光学素子、光走査装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の本発明は、複数の光源から出射された複数の光束を光偏向器により偏向し、偏向された複数の光束を結像光学系により対応する被走査面に個別に導く光走査装置の前記結像光学系に備えられるプラスチック光学素子において、前記プラスチック光学素子の入射側面と出射側面の少なくとも一方の面には、前記複数の光束に対応して副走査方向に沿って形成された複数の光学面と、隣接する前記光学面間に形成された前記光束が非通過な光学非有効部とを有しており、前記光学非有効部の副走査方向の長さをＹ、前記プラスチック光学素子の副走査方向の厚さをａ、前記プラスチック光学素子の光軸透過方向の厚さをｂとしたときに、Ｙ＞０．３（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ）−１．１を満足するように前記光学非有効部の長さＹを設定することを特徴としている。

また、請求項５に記載の本発明は、複数の光源と、前記複数の光源から出射された複数の光束を偏向する光偏向器と、前記光偏向器で偏向された複数の光束を対応する被走査面に個別に導く結像光学系とを有する光走査装置において、前記結像光学系には、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラスチック光学素子が配置されていることを特徴としている。

また、本発明に係る画像形成装置は、複数の像担持体と、前記各像担持体の表面を走査露光する請求項５に記載の光走査装置とを有することを特徴としている。

本発明に係るプラスチック光学素子及び光走査装置によれば、光学面の転写性の劣化が抑制されるので、優れた形状精度を維持することが可能となる。このため、光学面の光学非有効部付近での光学特性が良好なもとなり、被走査面でのビームスポット形状を良好に維持することができる。

また、本発明の画像形成装置によれば、像担持体の表面を走査露光するビームスポットの形状が良好に維持されることにより、高品位な画像を出力することが可能となる。

本発明の実施形態１に係る光走査装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図。 （ａ）は、本発明の実施形態１に係る光走査装置の主走査方向の要部を示す概略平面図、図２（ｂ）は、この光走査装置の副走査方向の要部を示す概略側面図。 実施形態１の変形例における光走査装置の副走査方向の要部を示す概略側面図。 （ａ）は、本発明の実施形態１に係る光走査装置のｆθレンズの主走査方向における概略平面図、（ｂ）は、このｆθレンズの副走査方向における概略側面図。 実施形態１の変形例におけるｆθレンズの副走査方向における概略側面図。 光学非有効部付近での局所的な収縮を生じる長さについて調べた実成形とシミュレーションによる結果を示す図。 ｆθレンズのレンズ中央部付近における放熱方向を示した図。 （ａ），（ｂ）は、副走査方向位置に対する転写性誤差の測定結果を示した図。 （ａ），（ｂ）は、転写性誤差を副走査方向位置の関数で表した図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、転写性誤差の複数のパターンを示した図。 ゴースト光がｆθレンズの光学有効部を透過して被走査面に達した状態を示す図。 本発明の実施形態３におけるｆθレンズの副走査方向の要部を示す概略側面図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態３におけるｆθレンズの製造方法を示す図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態３におけるｆθレンズの別の製造方法を示す図。 （ａ）は、出射側に光学有効部と光学非有効部を設けているラスチック光学素子の副走査方向における概略側面図、（ｂ）は、副走査方向位置に対する転写性誤差の測定結果を示した図。 （ａ）は、入射側に光学有効部と光学非有効部を設けているラスチック光学素子の副走査方向における概略側面図、（ｂ）は、副走査方向位置に対する転写性誤差の測定結果を示した図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る光走査装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。本実施形態では、本発明のプラスチック光学素子を、光走査装置に配置される結像光学系のｆθレンズに適用した例である。また、本実施形態の画像形成装置は、４つの感光体ドラムを所定間隔で配列したタンデム方式の画像形成装置（図に示した一例は、フルカラーレーザプリンタ）である。

（画像形成装置の構成）
図１に示すように、この画像形成装置（フルカラーレーザプリンタ）１の装置本体２内は、所定間隔で配列された４つの感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを有し、各感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの周囲には、帯電器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ、現像器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ、転写器６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ、ドラムクリーニング装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋが配置され、各感光体ドラム３Ｙ〜３Ｋと転写器６Ｙ〜６Ｋとの間には、無端ベルト状の搬送ベルト８のベルト面が配置されている。

搬送ベルト８は、駆動ローラ９と従動ローラ１０との間に張設されており、駆動ローラ９の駆動より矢印ｃ方向に回転駆動され、吸着帯電器１１による帯電によって記録紙Ｓをベルト表面に静電吸着させて搬送する。

中間転写ベルト８の従動ローラ１０側の記録紙搬送方向下流には、定着ローラ１２ａと加圧ローラ１２ｂを有する定着器１２が配置されている。また、装置本体２内の各感光体ドラム３Ｙ〜３Ｋの上方には、各感光体ドラム３Ｙ〜３Ｋの帯電された表面（被走査面）を、画像情報に基づいてレーザ光で走査露光する光走査装置２０が配置されている。

光走査装置２０は、光源２１（図２（ａ）参照）、光偏向器前光学系２２（図２（ａ）参照）、光偏向器（ポリゴンミラー）２３、プラスチック光学素子としてのｆθレンズ２４、複数の折り返しミラー２５等を備えている（ｆθレンズ２４を含む光走査装置２０の詳細については後述する）。

（画像形成動作）
この画像形成装置（フルカラーレーザプリンタ）１の画像形成動作時においては、各感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの表面が各帯電器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋによりそれぞれ一様に帯電される。そして、光走査装置２０により、各感光体ドラム３Ｙ〜３Ｋの帯電された表面を、制御部（不図示）を介して入力される画像情報に基づいてレーザ光で走査露光することで、静電潜像が形成される。

各感光体ドラム３Ｙ〜３Ｋの表面上の静電潜像は、各現像器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋによる現像によって各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像として可視像化される。

一方、給紙カセット１３内の記録紙（用紙）Ｓは、給紙ローラ１４、搬送ローラ対１５により一枚ずつ給紙され、レジストローラ対１６により所定のタイミングで、回転駆動されている搬送ベルト８側へ送り出される。搬送ベルト８の表面は、吸着帯電器１１により帯電されており、搬送ベルト８の表面に静電吸着された記録紙が搬送ベルト８の移動にともなって感光体ドラム３Ｙ側へ搬送される。

そして、記録紙が感光体ドラム３Ｙと転写器６Ｙとの間の転写部位に搬送されるタイミングに合わせて、感光体ドラム３Ｙ表面のトナー像がこの転写部位に移動することにより、転写バイアスが印加された転写器６Ｙのよって記録紙上にイエローのトナー像が転写される。そして、同様にして、搬送ベルト８で静電吸着搬送される記録紙のイエローのトナー像上に、感光体ドラム３Ｍ表面のマゼンタのトナー像、感光体ドラム３Ｃ表面のシアンのトナー像、感光体ドラム３Ｋ表面のブラックのトナー像が順次重ね合わされるように転写され、フルカラーのトナー像が記録紙上に形成される。

そして、分離帯電器１７により、搬送ベルト８に帯電電荷と逆極性の電荷を印加して搬送ベルト８表面から記録紙を分離させて、定着器１２へ搬送する。そして、記録紙を定着器１２の定着ローラ１２ａと加圧ローラ１２ｂとの間の定着ニップで加熱・加圧することにより、記録紙上にフルカラーのトナー像を定着させる。フルカラーのトナー像が定着された記録紙は、排紙ローラ対１８を通して排紙トレイ上に排紙される。

（光走査装置２０の構成）
図２（ａ）は、本実施形態に係る光走査装置の主走査方向の要部を示す概略平面図、図２（ｂ）は、この光走査装置の副走査方向の要部を示す概略側面図である。なお、前記主走査方向は、被走査面（図１の感光体ドラム表面に相当）Ａ上をビームスポットが走査する方向（図２（ａ）の矢印ｍ方向）であり、副走査方向は、この主走査方向と直交する方向である。

図２（ａ）に示すように、この光走査装置２０は、レーザ光を出射する光源（半導体レーザ）２１、光偏向器前光学系２２を構成するカップリングレンズ２２ａ、シリンドリカルレンズ２２ｂ、光偏向器（ポリゴンミラー）２３、ｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４、結像光学素子２６を主要構成部材として備えている。なお、この光走査装置２０では、図１に示した複数の折り返しミラー２５は省略している。

光源２１から出射されたレーザ光は、カップリングレンズ２２ａで平行光束に変換され、さらにシリンドリカルレンズ２２ｂにより副走査方向に集光されて光偏向器２３の偏向反射面に入射する。なお、カップリングレンズ２２ａは、光源２１から出射されたレーザ光を弱い発散性あるいは弱い集束性の光束に変換するようにしてもよい。

そして、光偏向器２３の偏向反射面により反射された光束は、この光偏向器２３の等速回転とともに等角速度的に偏向され、ｆθレンズ２４と結像光学素子２６を透過して被走査面Ａ上に達する。この際、ｆθレンズ２４により、透過した偏向光束は主走査方向に沿って被走査面で等速度となるになるように光走査される。なお、ｆθレンズ２４は、透過した偏向光束を被走査面Ａ上にビームスポットとして結像させる。

図２（ｂ）に示すように、このｆθレンズ２４は、出射面側に副走査方向に並ぶ２つの光学有効部２４ａ，２４ｂを有しており、異なる被走査面Ａ１，Ａ２に向かう光束がそれぞれ対応する凸状の光学有効部２４ａ，２４ｂを透過するように構成されている。２つの光学有効部２４ａ，２４ｂの間には、光学非有効部２４ｃが形成されている。また、光偏向器２３の偏向反射面により反射された２つの光束Ｌ１，Ｌ２は、このｆθレンズ２４の入射側に斜光入射するように構成されている。

なお、図３に示すように、光偏向器２３に２つの偏向反射面を設けて、各偏向反射面によりそれぞれ反射された２つの光束Ｌ１，Ｌ２を、このｆθレンズ２４の各光学有効部２４ａ，２４ｂに平行入射するように構成してもよい。

このように、２つの被走査面Ａ１，Ａ２に対して１つのｆθレンズ２４で共用することができるので、図１のように４つの感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを所定間隔で配列したタンデム方式の画像形成装置１の場合、２つの感光体ドラムに対して１つのｆθレンズ２４を配置するだけでよい。

これにより、２つの感光体ドラムに対して２つのｆθレンズを副走査方向に沿って配置する従来の構成に比べて、ｆθレンズの数を半減させることができるので、光走査装置全体の小型化と低コスト化を図ることが可能となる。

（ｆθレンズ２４（プラスチック光学素子）の構成）
図４（ａ）は、ｆθレンズの主走査方向における概略平面図、図４（ｂ）は、このｆθレンズの副走査方向における概略側面図である。なお、図４（ａ），図４（ｂ）において、ｆθレンズ２４の左側（光偏向器側）は光束の入射側であり、ｆθレンズ２４の右側（被走査面側）は光束の出射側である。

図４（ｂ）に示すように、樹脂材からなるｆθレンズ２４の出射側には、２つの凸状の光学有効部２４ａ，２４ｂと、その間に平面状の光学非有効部２４ｃが副走査方向に沿って形成されている。以下の説明では、光学有効部２４ａ，２４ｂのレンズ表面を「光学面」という。この光学面から光束が出射していく。なお、本実施形態では、ｆθレンズの出射側に２つの光学有効部とその間に光学非有効部を設けているが、ｆθレンズの入射側に２つの光学有効部とその間に光学非有効部を設けていてもよい。

また、図５に示すように、光学有効部２４ａ，２４ｂの外側に光学面を保護するためのリブ２４ｄ，２４ｅを設けているｆθレンズ２４においても同様に本発明を適用することができる。

ところで、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、光走査装置のさらなる小型化を図るためには、上記した２つの光学有効部２４ａ，２４ｂとその間に光学非有効部２４ｃを有するｆθレンズ２４（プラスチック光学素子）において、２つの光学有効部２４ａ，２４ｂの間に形成される光学非有効部２４ｃの副走査方向に沿った長さをなるべく小さくする方が有利である。しかしながら、光学有効部２４ａ，２４ｂが前述した局所的に収縮量が大きい範囲を含む場合には、光学有効部２４ａ，２４ｂの光学非有効部２４ｃ付近において転写性が劣化し易くなる。

この転写性劣化により、光学有効部２４ａ，２４ｂの凸状の光学表面は理想的な設計形状に対してうねったような面形状となる。光学有効部２４ａ，２４ｂの凸状の光学表面がうねったような面形状になっていると波面収差が劣化する。これにより、被走査面（感光体ドラム表面）に結像するビームスポット径が劣化する。また、各光学有効部２４ａ，２４ｂを透過する光束の位置によっては、局所的な曲率変化による像面湾曲変動が発生して、同様にビームスポット径が劣化する。

そこで本発明では、ｆθレンズ２４（プラスチック光学素子）の光学有効部２４ａ，２４ｂの光学非有効部２４ｃ付近での転写性劣化を抑制するために、光学非有効部２４ｃが該光学非有効部２４ｃ付近の局所的な収縮を生じる範囲を包含するように構成されている。

ｆθレンズ２４（プラスチック光学素子）の射出成形時の冷却過程における樹脂収縮を考えると、副走査方向について、出射面側表面のうちの光学非有効部２４ｃ付近は、ｆθレンズ２４の他の部分よりも温度の高い中央部付近に位置している。そのため、光学有効部２４ａ，２４ｂの光学非有効部２４ｃ付近は、それ以外の部分よりも中央部付近での熱収縮の影響を強く受ける。これにより、光学有効部２４ａ，２４ｂの光学非有効部２４ｃ付近で局所的に収縮量が大きくなり、転写性の劣化が生じる。

このため、光学有効部２４ａ，２４ｂの光学非有効部付近での転写性を改善するには、光学有効部２４ａ，２４ｂの光学面を、中央部の熱収縮の影響小さい範囲、つまり、局所的な収縮を生じない範囲に配置する必要がある。言い換えると、光学非有効部が局所的な収縮を生じる範囲を包含していれば、転写性の劣化が抑制される（即ち、光学面に局所的な収縮がないため）。

（ｆθレンズ２４（プラスチック光学素子）の詳細な構成）
図４（ａ），図４（ｂ）に示した本実施形態のｆθレンズ２４において、光学非有効部２４ｃの長さ（副走査方向に沿った長さ）をＹ、ｆθレンズ２４の副走査方向厚をa、光軸透過方向の厚さを（以下、「光軸透過方向厚」という）ｂとするとき、ｆθレンズ２４の光学非有効部２４ｃは、下記の式（１）を満足するように設けられている。

Ｙ＞０．３（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ）−１．１ …（１）

式（１）を満足するように光学非有効部２４ｃの長さＹを設定することにより、光学非有効部２４ｃが該光学非有効部２４ｃ付近の局所的な収縮を生じる範囲を包含するようにすることができる。以下、式（１）について詳細に説明する。

光学有効部２４ａ，２４ｂの各光学面の副走査方向長さをｅ１，ｅ２とすると、副走査方向厚aは、図４（ｂ）から明らかなように、
a＝Ｙ＋（ｅ１＋ｅ２）で表せる。

従って、ｆθレンズ２４の光学有効部２４ａ，２４ｂの各光学面の副走査方向長さｅ１，ｅ２と、光軸透過方向厚ｂが既知であれば、式（１）によって、設定すべき光学非有効部２４ｃの長さＹを求めることができる。

本願発明者は、図４（ａ），図４（ｂ）に示したような出射側に２つの光学有効部とその間に光学非有効部を設けているｆθレンズ（プラスチック光学素子）において、その副走査方向厚aと光軸透過方向厚ｂの寸法が異なるものを実際に成形して作製（以下、「実成形」という）し、更にコンピュータによるシミュレーションを行い、光学非有効部付近での局所的な収縮を生じる長さについて調べた。図６は、この実成形とシミュレーションによる結果である。

図６において、横軸はｘ（＝（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ））、縦軸は光学非有効部付近で局所的な収縮が生じる長さｄである。なお、図６に示した実成形とシミュレーションによる結果の評価については後述する。

図６の横軸の（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ）は、図７に示したｆθレンズ２４のレンズ中央部２４ｆの熱のこもり易さを表す関数である。レンズ内部の熱がこもり易い（放熱し難い）ほど、レンズ中央部２４ｆへの熱収縮の影響は大きく、光学非有効部２４ｃ付近の局所的な収縮を生じる長さが大きくなる。

従って、光学非有効部２４ｃ付近での局所的な収縮を生じる長さと、レンズ中央部２４ｆの熱のこもり易さとの間には相関が生じる。レンズ中央部２４ｆの熱のこもり易さは、樹脂から金型への放熱性に依存し、放熱性はレンズ形状に依存する。図７に示すように、ｆθレンズ２４のレンズ中央部２４ｆ付近においては、副走査方向、光軸透過方向に放熱される。

この場合、レンズ中央部２４ｆの温度は時間とともに指数関数的に低下し、その緩和時間は、（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ）に比例する（レンズ内部２４ｆの熱のこもり易さを表す関数となる）。緩和時間が大きいほど、レンズ中央部２４ｆの温度は下がり難く、熱がこもり易いことを意味する。

また、前記実成形とシミュレーションによる結果において、副走査方向厚aを１３．４ｍｍ、光軸透過方向厚ｂを１４．０ｍｍとした場合、図８（ａ）に示すように、光学非有効部付近での局所的な収縮を生じる長さｄは約１．０ｍｍであった。更に、前記実成形とシミュレーションによる結果において、副走査方向厚aを５．０ｍｍ、光軸透過方向厚ｂを１４．０ｍｍとした場合、図８（ｂ）に示すように、光学非有効部付近での局所的な収縮を生じる長さｄは略０ｍｍであった。

図８（ａ），（ｂ）において、横軸は出射側表面の副走査方向位置（ｍｍ）、縦軸は転写性誤差（ｍｍ）である。なお、この副走査方向位置と転写性誤差のプラス側とマイナス側は、図６（ｂ）のｆθレンズ（プラスチック光学素子）に示した方向である。副走査方向位置の０位置は、２つの光学有効部の間に設けている光学非有効部の中央位置である。

そして、図６に示した実成形とシミュレーションによる結果から、ｆθレンズ（プラスチック光学素子）の光学非有効部付近で局所的な収縮を生じる長さｄと、副走査方向厚ａ、光軸透過方向厚ｂの関数ｘ（＝（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ））との間には、
ｄ＝０．３ｘ−１．１の関係があることを見い出した。

図９（ａ）に示すように、転写性誤差を副走査方向位置ｘの関数ｆ1(ｘ)，ｆ2(ｘ)で表す。ここで、２つの光学有効部の間の光学非有効部に最も近い変極点11,21の副走査方向位置（Ｈ11,Ｈ21）と両方の光学面端部（Ｅ1,Ｅ2）との間における転写性誤差ｆ1(ｘ) ，ｆ2(ｘ)の最大値、最小値をそれぞれf1_max, f2_max 、f1_min, f2_minとする。

そして、局所的な収縮を生じる長さｄを、ｆ1(ｘ)≧f1_max，ｆ2(ｘ)≧f2_max、またはｆ1(ｘ)≦f1_min，ｆ2(ｘ)≦f2_minのいずれか一方を満たす副走査方向位置xの範囲と定義する。以下、図９（ａ）を参照してさらに詳細に説明する。

（１）まず、副走査方向位置ｘがｘ≧０のｆ1(ｘ)について考える。
ここで、光学非有効部に最も近い変極点の副走査方向位置をＨ11とし、一方の光学面端部の副走査方向位置をＥ1とする。また、Ｈ11≦ｘ≦Ｅ1において、ｆ1(ｘ)の最大値、最小値をそれぞれf1_max、f1_minとする。

Ｈ11≦ｘ≦Ｅ1におけるｆ1(ｘ)の最大値f1_maxはｘ＝Ｈ11、最小値f1_minはｘ＝Ｈ12で与えられる。

ｆ1(ｘ)≧f1_max、またはｆ1(ｘ)≦f1_minのいずれか一方を満たす副走査方向位置ｘの範囲は、ｆ1(ｘ)＝f1_minを与える副走査方向位置をd11とすると、ｘ≦d11となる。

そして、これらの要件から、副走査方向位置ｘがｘ≧０のｆ1(ｘ)において、局所的な収縮を生じる長さｄは、ｘ≦d11となる。

（２）同様に副走査方向位置ｘがｘ≦０のｆ2（ｘ）において、局所的な収縮を生じる長さｄは、ｘ≧d21となる。

よって、上記（１）、（２）に基づいて、２つの光学有効部の間の光学非有効部付近において局所的な収縮を生じる長さｄは、d21≦x≦d11となる。

また、図９（ｂ）に示すように、光学非有効部付近の転写性誤差が不明確な場合においては、予め実験データ等から得られている既知の転写性誤差データに基づいて、ｆ1(ｘ)、ｆ2（ｘ）の破線部分の転写性誤差を推測することで、光学非有効部付近の局所的な収縮を生じる長さｄを求めることができる。

なお、図９（ａ）では、転写性誤差のパターンが３次関数的（変極点が２つ存在する）な例を述べたが、転写性誤差のパターンの次数はこれに限ったものではない。例えば、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようなパターンを有する転写性誤差においても、同様に光学非有効部付近の局所的な収縮を生じる長さｄを求めることができる。

図９、図１０では出射面側に設けた光学非有効部付近の転写性誤差について説明したが、図１６に示したような入射面側に２つの光学有効部とその間に光学非有効部を設けたプラスチック光学素子の光学非有効部付近での転写性誤差についても、同様に適用することができる。

（図６に示した実成形とシミュレーションによる結果の評価）
図６の実成形とシミュレーションによる結果において、光学非有効部付近で局所的な収縮を生じるのは領域ａ１である。従って、前記光学面を、この領域ａ１で示される局所的な収縮を生じる範囲に配置した場合、つまり、Ｙ≦０．３（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ）−１．１となるように光学非有効部の長さＹを設定した場合は、光学面の光学非有効部付近で局所的な収縮が生じ、転写性の劣化が生じる。

また、図６の実成形とシミュレーションによる結果において、光学非有効部付近で局所的な収縮を生じないのは領域ａ２である。従って、前記光学面を、この領域ａ２で示される局所的な収縮を生じない範囲に配置した場合、つまり、Ｙ＞０．３（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ）−１．１（前記式（１））となるように光学非有効部の長さＹを設定した場合は、光学面の光学非有効部付近で局所的な収縮が生じず、転写性の劣化が抑制される。

このように、副走査方向に沿ったレンズ表面に２つの光学有効部２４ａ，２４ｂとその間に光学非有効部２４ｃを設けているｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４において、光学非有効部２４ｃの長さを式（１）を満足するように設定することで、光学面の転写性の劣化が抑制され、優れた形状精度を維持することが可能となる。このため、光学有効部２４ａ，２４ｂの光学非有効部付近での光学特性が良好なもとなり、被走査面でのビームスポット形状を良好に維持することができる。

よって、このｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４が配置された光走査装置２０を備えた本実施形態の画像形成装置１は、感光体ドラム表面を走査露光するビームスポットの形状を良好に維持することができるので、高品位な画像を出力することが可能となる。

〈実施形態２〉
図１１に示すように、本実施形態のｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４は、入射側（光偏向器２３側）に２つの光学有効部２４ａ，２４ｂとその間に光学非有効部２４ｃを設けている。

そして、光学非有効部２４ｃの表面は、光学有効部２４ａ，２４ｂの表面（光学面）に対して反射率が小さくなるような表面処理（例えば、粗面処理）が施されている。他の構成は、実施形態１と同様である。

図１１に示すように、光偏向器２３の偏向反射面により反射された２つの光束Ｌ１，Ｌ２は、このｆθレンズ２４の入射側の光学有効部２４ａ，２４ｂに斜光入射し、ｆθレンズ２４の光学有効部２４ａ，２４ｂと結像光学素子２６を透過して被走査面Ａ１，Ａ２上に達する。

ところで、光偏向器２３の偏向反射面により反射された光束の一部は光学非有効部２４ｃの表面で反射され、この反射ビームＬ３は光偏向器２３の偏向反射面に入射される。そして、光偏向器２３の偏向反射面で再度反射され、ゴースト光（反射ビームＬ３）としてｆθレンズ２４の光学有効部２４ａと結像光学素子２６を透過して被走査面Ａ１に達する可能性がある。このゴースト光は、被走査面Ａ１の走査露光に悪影響を及ぼす。

また、このゴースト光は、２つの光学有効部２４ａ，２４ｂ間の長さが短いほど（ｆθレンズ２４が小型化されるほど）発生確率が高くなるが、上記したように光学非有効部２４ｃの表面での反射率が小さくなるような表面処理（例えば、粗面処理）を施しておくことにより、このゴースト光を抑えることができる。これにより、被走査面Ａ１を常に良好に走査露光することができる。

〈実施形態３〉
図１２に示すように、本実施形態のｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４は、副走査方向縁部の両面（図１２では、上下の各面）に凹部２４ｇ，２４ｈを設けている。他の構成は、実施形態１と同様である。なお、どちらか一方の面にだけ凹部を設ける構成でもよい。

以下、図１２に示したような凹部２４ｇ，２４ｈを有するｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４の製造方法を、図１３及び図１４を参照して説明する。

図１３に示した製造方法では、樹脂に圧縮気体を付与し、成形時の不完全転写により凹部（不完全転写面）を形成するものである。

詳細には、図１３（ａ）に示すように、非転写面を含む面を形成するキャビティ駒３０に少なくとも１つ以上の通気口３１と、この通気口３１に連通して成形品に圧縮気体を付与する少なくとも１つ以上の連通口（不図示）を設ける。そして、この連通口（不図示）に金型外部に設けた圧縮気体供給装置（不図示）を連結し、転写面３２及びキャビティ駒３３によって少なくとも１つ以上のキャビティ３４が画成された一対の金型３５を準備する。

そして、この金型３５を樹脂の軟化温度未満に加熱保持し、前記キャビティ３４内に軟化温度以上に加熱されて溶融した樹脂を射出充填し、次いで、転写面３２に樹脂圧力を発生させて樹脂を転写面３２に密着させる。その後、図１３（ｂ）に示すように、溶融した樹脂を軟化温度以下に冷却するときに、通気口３１からキャビティ３４内の樹脂に圧縮気体を付与して、樹脂と通気口３１が設けられたキャビティ駒３０の間に強制的に空隙３６を画成することにより、凹部を形成する。

また、図１４に示した他の製造方法では、非転写面を含む面を形成するキャビティ駒を摺動させ、成形時の不完全転写により非転写面を形成するものである。

詳細には、図１４（ａ）に示すように、凹部を含む面を形成するキャビティ駒３７が摺動自在に設けられ、転写面３２及びキャビティ駒３３によって少なくとも１つ以上のキャビティ３４が画成された一対の金型３５を準備する。

そして、この金型３５を樹脂の軟化温度未満に加熱保持し、前記キャビティ３４内に軟化温度以上に加熱されて溶融した樹脂を射出充填し、次いで、転写面３２に樹脂圧力を発生させて溶融した樹脂を転写面３２に密着させる。その後、図１４（ｂ）に示すように、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３７を樹脂から離隔するように摺動して、樹脂とキャビティ駒３７の間に強制的に空隙３８を画成することにより、凹部を形成する。

なお、図１３及び図１４に示した各製造方法では、一方の面に凹部を形成しているが、他方の面にも同様にして凹部を形成することができる。上記した各製造方法によって、図１２に示したような凹部２４ｇ，２４ｈを設けたｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４が得られる。

このように、ｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４の副走査方向縁部の両面に凹部２４ｇ，２４ｈを設けることにより、成形時に樹脂内圧や内部歪みが残存することなどをなくして高精度な樹脂成形品を得ることができる。この場合、樹脂内圧や内部ひずみが発生しやすい部位であっても、不完全転写部が樹脂圧力に応じた凹部となって、樹脂内圧や内部ひずみの発生を防止する。また、形成された凹部に収縮が集中することとなり、光学面の転写性誤差を低減できる。

従って、副走査方向縁部の両面に凹部２４ｇ，２４ｈを設けることにより、形状精度の優れたｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４が得られる。特に、ｆθレンズ（プラスチック光学素子）２４が厚肉あるいは偏肉形状であっても、薄肉成形品と同程度の生産コストで、高精度な樹脂成形品が実現できる。

１ 画像形成装置
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ 感光体ドラム
２０ 光走査装置
２１ 光源
２３ 光偏向器
２４ ｆθレンズ（プラスチック光学素子）
２４ａ，２４ｂ 光学有効部（光学面）
２４ｃ 光学非有効部
２４ｇ，２４ｈ 凹部

特開２００８−１５１３９号公報

Claims (6)

1. 複数の光源から出射された複数の光束を光偏向器により偏向し、偏向された複数の光束を結像光学系により対応する被走査面に個別に導く光走査装置の前記結像光学系に備えられるプラスチック光学素子において、
   前記プラスチック光学素子の入射側面と出射側面の少なくとも一方の面には、前記複数の光束に対応して副走査方向に沿って形成された複数の光学面と、隣接する前記光学面間に形成された前記光束が非通過な光学非有効部とを有しており、
   前記光学非有効部の副走査方向の長さをＹ、前記プラスチック光学素子の副走査方向の厚さをａ、前記プラスチック光学素子の光軸透過方向の厚さをｂとしたときに、
   Ｙ＞０．３（ａ×ｂ）／（ａ＋ｂ）−１．１
   を満足するように前記光学非有効部の長さＹを設定することを特徴とするプラスチック光学素子。
2. 前記光学非有効部は、前記光学面よりも反射率が低くなるように表面処理されていることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック光学素子。
3. 前記プラスチック光学素子の副走査方向縁部の両面のうちの少なくとも一方の面に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラスチック光学素子。
4. 前記プラスチック光学素子はｆθレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラスチック光学素子。
5. 複数の光源と、前記複数の光源から出射された複数の光束を偏向する光偏向器と、前記光偏向器で偏向された複数の光束を対応する被走査面に個別に導く結像光学系とを有する光走査装置において、
   前記結像光学系には、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラスチック光学素子が配置されていることを特徴とする光走査装置。
6. 複数の像担持体と、前記各像担持体の表面を走査露光する請求項５に記載の光走査装置とを有することを特徴とする画像形成装置。