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JP5246166B2 - 走査光学系、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents
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走査光学系、光走査装置及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、波長500nm以下の光束を用いた高解像度の走査光学系、光走査装置及び、レーザープリンタ、デジタル複写機、マルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に関し、特に安価に製造可能なプラスチックレンズを用いながら耐久性に優れた走査光学系、光走査装置及び、画像形成装置に関する。
一般に、レーザープリンタ、デジタル複写機、マルチファンクションプリンタ等の画像形成装置に用いられる光走査装置はレーザー光源からの光束をポリゴンミラーなどの偏向光学系によって偏向し、走査結像光学系によって被走査面上に光スポットとして結像させるようになっている。
レーザー光源としては半導体レーザー等が一般的に用いられ、レーザー光源から射出された発散光は、コリメータレンズにより略平行な光ビームに変換され、アパーチャーにより外形の制限を受ける。外形が制限された光ビームは、定角速度で回転するポリゴンミラーなどの偏向光学系により偏向されて走査結像光学系に入射する。走査結像光学系は定角速度で偏向された光ビームを所定の間隔で配置された被走査面上に等距離速度で走査させるfθ特性を有し、全走査域にわたって微小な光スポットを形成するように像面湾曲が良好に補正されることが必要とされている。
ところで、偏向光学系にポリゴンミラーを用いた場合、ポリゴンミラーはミラー面の加工誤差や回転軸の振動等を有するため、多くの結像レンズ系には、副走査方向(主走査方向と垂直な方向)での走査位置のずれを補正するための倒れ補正機能が与えられている。このため、結像レンズ系は主走査方向と副走査方向とで異なる結像特性を有するアナモフィックレンズ系とされている。
また従来、上記の走査結像光学系はガラス材料により製造されていたが、ガラスレンズの加工は困難であり高コストとなってしまうため、近年では、コストが低く自由な形状で収差を補正できるプラスチック材料による製造が望まれている。
また従来、光源として使用される半導体レーザーは一般的に赤外レーザー(波長780nm程度)または赤色レーザー(波長650nm程度)であったが、最近では高解像度化の要求から波長500nm以下の短波長の光源を用い、微小スポット形状が得られる光走査装置の開発が進められている。更に、最近ではコンパクト化の要求から短波長の光源を用い、走査結像光学系のFナンバーを大きくして光源のビーム径を小さくすることで、ポリゴンミラーやプラスチックレンズを小型化することも望まれている。
但し、プラスチックレンズとして用いられる多くの光学材料は、短波長になるに従い材料中の内部吸収により透過率が減少することがあり、特に500nm以下の短波長光源を用いた場合、内部吸収による透過率の減少は大きくなる。また、短波長の光を長時間照射したときプラスチックレンズが白濁化するため、透過率が更に減少するという問題があることが判明した。
このような問題に対し、500nm以下の光源を用いた光走査装置として、走査結像光学系の少なくとも1枚がプラスチックレンズとされた光走査装置が提案されている(特許文献1参照)。
更に、450nm以下の光源を用い、光源と偏向光学系の間の光学系をガラス製の光学素子とし、走査結像光学系をプラスチック製の光学素子とした光走査装置が提案されている(特許文献2参照)。この光走査装置においては、常時光束が透過する光学素子をガラス製の光学素子とする一方、常には光束が通過しない走査結像光学系の光学素子をプラスチック製の光学素子とすることで、低コスト化を図っている。
特許第3478819号公報 特開2006−313268号公報
しかしながら、上記特許文献1では、プラスチックレンズの内部吸収による光量分布ムラを低減すべくプラスチックレンズの肉厚差に制限を加えることについては記載しているものの、短波長の光でプラスチックレンズが白濁することによる透過率の低下については何ら対処されておらず、問題となる場合があった。
また、上記特許文献2記載の光走査装置では、走査光学系がコンパクト化されてビーム強度が高くなると、走査結像光学系の光学素子にも白濁の発生が認められてしまい、白濁化の防止として十分ではなかった。また、例えばマルチビームによる高速走査においてもレンズに強い光が照射されるため白濁化を抑えるには不十分であった。
そこで本発明は、装置をコンパクト化するとともに、白濁化による透過率の低下を抑制することができる走査光学系、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。
本発明の上記の目的は以下の構成により達成することができる。
請求の範囲第1項記載の発明は、
波長500nm以下の光束を出射する光源と、
前記光源からの光束を偏向して主走査方向に走査する偏向光学系と、
前記偏向光学系により偏向された光束を被走査面上に結像させる走査結像光学系とを有する走査光学系において、
前記走査結像光学系は、
少なくとも、前記偏向光学系に隣接して設けられた第1プラスチックレンズと、
前記第1プラスチックレンズよりも被走査面側に設けられた第2プラスチックレンズとを有し、
前記偏向光学系に入射する光束の副走査方向での開口数をNA1とし、前記偏向光学系と前記第1プラスチックレンズとの間の距離をt1[mm]としたときに、
0.05≦NA1・t1≦1.5
を満たし、
前記第1プラスチックレンズは、
下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕を含有する重合体ブロック〔A〕と、
下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕並びに下記式(2)で表される繰り返し単位〔2〕及び/または下記式(3)で表される繰り返し単位〔3〕を含有する重合体ブロック〔B〕とを有し、
前記重合体ブロック〔A〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率a(モル%)と、前記重合体ブロック〔B〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率b(モル%)との関係がa>bであるブロック重合体からなる脂環式構造含有樹脂を基材とするプラスチックレンズであり、
前記第2プラスチックレンズは、
前記脂環式構造含有樹脂を基材とするプラスチックレンズであり、
前記第1プラスチックレンズの主走査方向の焦点距離をf1[mm]とし、前記第1プラスチックレンズと前記第2プラスチックレンズとの間隔をt2[mm]としたときに、
0.05≦t2/f1≦0.4
かつ、
f1≧0
を満たすことを特徴とする。
式(1)中、Rは水素原子または炭素数1〜20のアルキル基であり、R〜R11はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基またはハロゲン基である。
式(2)中、R12は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
式(3)中、R13及びR14はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第項に記載の走査光学系において、
前記第1プラスチックレンズ及び第2プラスチックレンズの少なくとも一方は、前記主走査方向と平行な断面形状が左右非対称であることを特徴とする。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第1項または第2項に記載の走査光学系において、
前記脂環式構造含有樹脂は、耐光安定剤を含有することを特徴とする。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系において、
0.1≦NA1・t1≦1
を満たすことを特徴とする。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第項に記載の走査光学系において、
0.1≦t2/f1≦0.25
を満たすことを特徴とする。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系において、
前記走査結像光学系の全系の主走査方向の焦点距離をf[mm]とし、前記偏向光学系から前記走査結像光学系の最も被走査面側の光学面までの距離をΣd[mm]としたとき、
0.25≦Σd/f≦0.5
を満たすことを特徴とする。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系において、
前記光源が、2本以上の光束を放出する光源であることを特徴とする。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系において、
前記第1プラスチックレンズは、前記主走査方向と平行な断面形状が左右非対称であることを特徴とする。
請求の範囲第項記載の発明は、請求の範囲第1項から第項の何れか一項に記載の走査光学系において、
少なくとも一方の光学面に回折構造が設けられた光学素子を有することを特徴とする。
請求の範囲第10項記載の発明は、請求の範囲第1項から第項までのいずれか一項に記載の走査光学系において、
前記偏向光学系は、反射面を正弦揺動させることによって前記光源からの光束を偏向する共振鏡で構成されていることを特徴とする。
請求の範囲第11項記載の発明は、光走査装置において、
請求の範囲第1項から第10項までの何れか一項に記載の走査光学系を有することを特徴とする。
請求の範囲第12項記載の発明は、画像形成装置において、
請求の範囲第11項に記載の光走査装置を有することを特徴とする。
本発明者らの検討の結果、プラスチックレンズを含む走査結像光学系を用いる場合、走査結像光学系の最も偏向光学系側のレンズを第1レンズとすると、面倒れ補正のため偏向光学系にて一度副走査方向に集光されたビームは偏向光学系近くでは非常に単位面積当たりのパワーが強いため、第1レンズにその光が照射されると白濁化が起こりやすくなるということがわかった。更なる検討の結果、上述の脂環式構造含有樹脂を基材として第1プラスチックレンズとし、前記偏向光学系に入射する光束の副走査方向の開口数をNA1とし、前記偏向光学系と第1プラスチックレンズとの間の距離をt1とした場合に、
0.05≦NA1・t1≦1.5
を満たす光学系とすることで、白濁による透過率低下が発生せず、優れた耐久性を示す走査光学系が得られることを見出した。なお、偏向光学系と第1プラスチックレンズとの間の距離t1は、偏向光学系による反射光のうち被走査面に垂直に当たる主光線、すなわち光軸上における、偏向光学系と第1プラスチックレンズの偏向光学系側の光学面との最短距離を意味する。
また、走査結像光学系が第1レンズの被走査面側に第2レンズを有する2枚構成とされた場合、第2レンズも前記脂環式構造含有樹脂を基材とするプラスチックレンズとすることが好ましい構成であり、更に主走査方向のパワーは主に第1レンズが持っているため、第1レンズと第2レンズとの間隔が広すぎると、第1レンズによる集光の結果、単位面積当たりの強度の強い光が第2レンズに照射されることとなる為、第2レンズにおける白濁を効果的に低減させるためには、
0.05≦t2/f1≦0.4
かつ、
f1≧0
を満たすことが更に好ましい構成である。なお、第1プラスチックレンズと第2プラスチックレンズとの間隔t2は、光軸上における第1プラスチックレンズの被走査面側の光学面と、第2プラスチックレンズの偏向光学系側の光学面との最短距離を意味する。
本発明によれば、装置をコンパクト化するとともに、白濁化による透過率の低下を抑制することが可能となる。
本実施の形態に係る走査光学系を備えた光走査装置を有する画像形成装置の一例であるレーザープリンタの概略構成図である。 光走査装置内に配置される走査光学系の例を示す図である。 第2レンズを示す図であり、(a)は斜視図、(b)はXY平面での断面図である。 第2レンズの、Y軸に直交する断面の形状を示す模式図である。 第2レンズの副走査方向に垂直な断面での曲率半径と、光軸からの距離との関係を示す図である。 実施例4における走査光学系の概略構成図である。 実施例4における走査光学系の概略構成図である。
符号の説明
1 光源装置(光源)
5 偏向光学系
6 第1レンズ(第1プラスチックレンズ)
7 第2レンズ(第2プラスチックレンズ)
8 走査結像光学系
50 ポリゴンミラー
50A 共振鏡
100 光走査装置
101 走査光学系
200 レーザープリンター(画像形成装置)
H 被走査面
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る画像形成装置としてレーザープリンタを例にとり説明する。
図1は、本実施の形態に係る走査光学系を備えた光走査装置を有する画像形成装置の一例であるレーザープリンタ200の概略構成図である。
図1に示すレーザープリンタ200は、カラー画像の形成が可能で、ブルー、グリーン、レッドおよびブラックごとに書き込み部、現像部等を別々に設けた方式で、書き込み部の4つの光走査装置は、本実施の形態に係る走査光学系を備えている。
本例のレーザープリンタ200は、像担持体上に順次形成される各色トナー像を重ね合わせたのち、転写部で記録紙上に1回で転写してカラー画像を形成するものである。
像担持体である可撓性の無端ベルト状の感光体(以下、ベルト感光体と称す)61の周囲に、スコロトロン帯電器(以下、帯電器と称す)62Y、62M、62C、62K、光走査装置100Y、100M、100C、100K、現像装置64Y、64M、64C、64Kとから成る画像形成ユニットを複数組(図示の4組)縦列に配設したものである。光走査装置100Y、100M、100C、100Kの内部には、それぞれ走査光学系が設けられている。
ベルト感光体61は、駆動ローラ71及び回動ローラ72、73に張架され、テンションローラ74の作用により緊張状態にされ、内周面に設けられたバックアップ部材75により局部的に当接しながら、図示の時計方向に回動する。バックアップ部材75は、ベルト感光体61の背面に当接して、現像剤担持体(以下、現像スリーブと称す)641(Y、M、C、K)の現像領域及び光走査装置100(Y、M、C、K)の結像位置を規制している。
画像形成が始まると、駆動モータが回動して駆動ローラ71を介してベルト感光体61は図示の時計方向へと回動し、帯電器62Yの帯電作用によりベルト感光体61への電位の付与が開始される。ベルト感光体61は電位を付与されたあと、光走査装置100Yにおいて第1の色信号すなわちイエロー(Y)の画像信号に対応する電気信号による露光が開始され、ベルト感光体61の回転(副走査)によってその表面の感光層に現像画像のイエロー(Y)の画像に対応する静電潜像を形成する。この潜像は現像装置64Yにより現像剤担持体である現像スリーブ641Y上に付着搬送された現像剤が非接触の状態で反転現像され、ベルト感光体1の回転に応じてイエロー(Y)のトナー像が形成される。
次いでベルト感光体61はイエロー(Y)のトナー像の上にさらに帯電器62Mの帯電作用により電位が付与され、光走査装置100Mの第2の色信号すなわちマゼンタ(M)の画像信号に対応する電気信号による露光が行われ、現像装置64Mによる非接触の反転現像によって前記のイエロー(Y)のトナー像の上にマゼンタ(M)のトナー像が重ね合わせて形成される。
同様のプロセスにより帯電器62C、光走査装置100C及び現像装置64Cによってさらに第3の色信号に対応するシアン(C)のトナー像が形成される。さらに帯電器62K、光走査装置100K及び現像装置64Kによって第4の色信号に対応する黒色(K)のトナー像が順次重ね合わせて形成され、ベルト感光体61の一回転以内にその周面上にカラーのトナー像が形成される。
現像装置64Y、64M、64C及び64Kによる現像作用に際しては、それぞれ現像スリーブ641Y、641M、641C及び641Kに対し、ベルト感光体1の帯電と同極性の直流バイアス、あるいは直流バイアスに交流を加えた現像バイアスが印加され、現像スリーブ641(Y、M、C、K)上に付着した二成分現像剤による非接触反転現像が行われて、導電層を接地したベルト感光体61上の露光部にトナーを付着させる。
かくして、ベルト感光体61の周面上に形成されたカラーのトナー像は帯電器によって付着トナーの電位が揃えられたのち転写前露光器によって除電が行われ、転写部において、給紙装置である給紙カセット80A、80B或いは手差し給紙部80Cから、それぞれ給紙手段81A、81B、81Cにより送り出され、レジストローラ対83へと搬送され、レジストローラ対83の駆動によってベルト感光体61上のトナー像領域と同期して給紙される転写紙上に、ベルト感光体61の駆動用の駆動ローラ71の下部に対向して配置された転写装置(転写ローラ)67により転写される。
レジストローラ対83と転写ローラ67との中間で、駆動ローラ71と回動ローラ72間に張設されたベルト感光体61に対向する所定位置には、フォトセンサ66が設置されている。フォトセンサ66はベルト感光体61の継ぎ目と、ベルト感光体61上に形成されたレジストマークとを検出するもので、1組の発光部と受光部とから成るセンサである。
トナー像の転写を受けた被転写材(転写紙)は、駆動ローラ71の曲率に沿ったベルト感光体61の周面より分離されたのち、定着装置84へ搬送され、定着装置84において加熱・圧着されてトナーが転写紙上に溶着・定着されて定着装置84より排出され、排紙ローラ対85A、85B及び85Cにより搬送されて、上部に設けられた排紙トレイ86に転写紙上のトナー像面を下面にして排出される。
なお、図1に示したレーザープリンタ200は、像担持体は1つのベルト感光体61であるが、各色に対応して4つの感光体ドラムを設けたものであっても良い。
図2は、光走査装置100内に配置される走査光学系101の例を示す図である。
図2に示すように、光走査装置100には、レーザー光を主走査方向yに走査する走査光学系101が備えられており、この走査光学系101は、光源装置1、線結像光学系4、偏向光学系5及び走査結像光学系8を有している。
このうち、光源装置1は、波長500nm以下の光束を放射するものである。線結像光学系4は、コリメータレンズ2及びシリンドリカルレンズ3からなり、光源装置1からの光束を主走査対応方向y1に長い線像として、偏向光学系5に結像させるようになっている。ここで、主走査対応方向y1とは、主走査方向yに対応する方向であり、本実施の形態においては、光源装置1の光軸方向x及び副走査方向z(ポリゴンミラーの回転軸方向)に対して直交する方向となっている。
偏向光学系5は、光源装置1からの光束を偏向するポリゴンミラー50を有している。
このポリゴンミラー50は、線結像光学系4による線像の結像位置近傍に偏向反射面を有しており、副走査方向zと平行な回転軸を中心として当該反射面を回転させることにより、線結像光学系4からの光束を反射して等角速度的に偏向させ、主走査方向yに走査するようになっている。なお、主走査方向yと垂直な平面において、ポリゴンミラー50の反射面と被走査面Hとは、幾何光学的な共役関係にある。
走査結像光学系8は、ポリゴンミラー50による偏向光束を被走査面Hに向かって集光することにより、当該被走査面H上に光スポットを形成するものであり、偏向光束を被走査面H上で等速走査するように収差補正されている。この走査結像光学系8は、ポリゴンミラー50の側から順に、第1レンズ6と第2レンズ7とを有している。
第1レンズ6は、ポリゴンミラー50に隣接しており、当該ポリゴンミラー50の側に凹面を向けた正メニスカスレンズとなっている。この第1レンズ6は、光軸から主走査方向yに離れるに従い、異なるパワーを示す形状、例えば輪帯形状を有していてもよい。
第2レンズ7は少なくとも1面にアナモフィック面を有するレンズとなっている。
図3(a)、(b)は第2レンズ7の光源側の光学面、つまり走査結像光学系8における第3面(図2参照)をアナモフィックな面とした場合の説明図である。
図3に示すように、ポリゴンミラー50による反射光のうち被走査面Hに垂直に当たる主光線、つまり走査結像光学系8の光軸を「基準軸X」とし、基準軸Xとアナモフィック面との交点を通過して基準軸Xに垂直かつ、主走査方向yと平行な軸を「Y軸」とし、基準軸X及びY軸に垂直な軸を「Z軸」として定義すると、第2レンズ7のアナモフィック面は、この基準軸Xにおける副走査方向zの断面よりも曲率半径だけ離れて位置する軸線Kを中心として、回転してできる面である。
より詳細には、図3(b)に示すように、このアナモフィック面において、軸外領域の点Pと、Y軸とのずれ量ΔXは、次の「式(i)」で表される。
但し、R:曲率半径
K:円錐係数
Aj:非球面係数
αj:非球面次数
図4は、第2レンズ7の、Y軸に直交する断面の形状を示す模式図である。図4(a)は図3(b)に示すC−C線(X軸上)で切断した断面を示し、図4(b)は図3(b)に示すD−D線で切断した断面を示している。
同図(a)に示すように、第2レンズ7の第3面の、X軸上のY軸に直交する副走査方向断面は、軸線K上の点を中心とし、半径Rの略円弧形状である。また、第2レンズ7の第3面の、X軸からYだけ離れた軸外点PのY軸に直交する副走査方向断面は、同図(b)に示すように、軸線K上の点を中心とし、半径Rsの略円弧形状である。すなわち、アナモフィック面のZX平面内での曲率半径Rsは、軸線Kとアナモフィック面との距離によって決定されており、かつ、以下の式(ii)を満たす。
Rs=R−ΔX …(ii)
ここで、Rは基準軸Xを含むZX平面での曲率半径であり、当該基準軸Xから離れるに従って曲率半径Rsが変化する。
上記アナモフィック面はZX平面内で円弧または非円弧をなしている。この曲線を適切な形状とすることにより、副走査方向zにおける像面を画面の中央部、中間部及び周辺部に至るまで良好に補正し、像面上で副走査方向zにほぼ均一な光ビーム径を得ることができる。
なお、このようなアナモフィック面を有するレンズでは、図3(b)に示すように、基準軸Xに対して光学面をシフト及び/またはティルトしても良い。また、アナモフィック面の形状は上記の式(i)に限られるものではなく、基準軸Xから離れるに従って副走査方向zの曲率半径が主走査方向yと独立に変化する他の形状の面(例えば、自由曲面)としても良い。また、第1レンズ6にもアナモフィック面が設けられることとしても良い。
また、以上の第1レンズ6及び第2レンズ7の少なくとも一方は、主走査方向yと平行な断面内で、中心線に対して光源装置1の側と逆側(図2参照)とで左右非対称な光学面を有していても良い。この場合には、ポリゴンミラー50の回転により反射面が移動する場合であっても、当該反射面の移動に起因する像面湾曲(特に副走査方向zへの像面湾曲)がz軸に対して左右非対称となるのを抑えることができる。
また、第1レンズ6及び第2レンズ7は、少なくとも1つの光学面に回折構造を有していても良い。ここで、樹脂製レンズは環境温度や光源の波長変化による屈折率の変動がガラス製レンズと比較して大きく、屈折率の変動によって像面位置や倍率が変化して画像劣化の原因となる。特に、光源波長500nm以下では、赤外波長や赤色波長の場合と比較して、波長変化によるレンズの屈折率の変動が大きく、その影響は無視できない。この点、第1レンズ6及び第2レンズ7が少なくとも1つの光学面に回折構造を有していれば、第1レンズ6や第2レンズ7が樹脂製であっても、温度変化による屈折率変化による像面位置でのピントズレを抑えることができる。
以上の走査光学系101は、ポリゴンミラー50に入射する光束の副走査方向zにおける開口数(NA)をNA1とし、ポリゴンミラー50から第1レンズ6までの距離をt1[mm]とすると、
0.05≦NA1・t1≦1.5
を満たしており、
0.1≦NA1・t1≦1
を満たしているとより好ましく、
0.5≦NA1・t1≦1
であれば、更に好ましい。
ここで、本実施の形態における光走査装置100のように、ポリゴンミラー50等の偏向光学系5によって走査を行なう装置においては、ポリゴンミラー50には、面倒れ補正のため線結像光学系4によって副走査方向zに絞られた細長い光束が集光されて入射するため、ポリゴンミラー50と第1レンズ6との距離が近いと、ポリゴンミラー50での反射直後の光束(副走査方向zに集光された直後でパワーの強い光束)が第1レンズ6に入射することになり、当該第1レンズ6に白濁化を生じさせてしまう。
この点、走査光学系101は、上述のように、
0.05≦NA1・t1≦1.5
を満たしており、かつ、第1レンズ6に後述のプラスチック材料を用いるため、第1レンズ6の白濁化を防止することができる。
なお、
NA1・t1<0.05
であると、ポリゴンミラー50と走査結像光学系8の第1レンズ6との間隔が狭くなる結果、単位面積当たりの強度の強い光が第1レンズ6を透過することになり、当該第1レンズ6に白濁化が起こりやすくなってしまう。一方、
1.5<NA1・t1
であると、第1レンズ6等に白濁化は起きにくいものの、レンズが大型化し走査光学系101の全体が大きくなってしまう。
また、走査結像光学系8は、第1レンズ6の主走査焦点距離をf1[mm]とし、第1レンズ6と第2レンズ7との間隔をt2[mm]とすると、
0.05≦t2/f1≦0.4
かつ
f1≧0
を満たしており、
0.1≦t2/f1≦0.25
であれば、より好ましい。
ここで、本実施の形態における走査光学系101のように、走査結像光学系8に2枚構成のレンズを用いた装置においては、主走査方向yのパワー(屈折力)を主にポリゴンミラー50側の第1レンズ6が持っており、この第1レンズ6により絞られた光束が像面側の第2レンズ7に入射することとなるため、ビーム強度(単位面積当たりの光量)が強いと長時間の照射で当該第2レンズ7に白濁化を生じさせてしまう。この点、走査結像光学系8は、上述のように、
0.05≦t2/f1≦0.4
かつ、
f1≧0
を満たしているため、第2レンズ7の白濁化を防止することができる。
なお、
0.4<t2/f1
であると、第1レンズ6、第2レンズ7の間隔が大きくなり、第1レンズ6で絞られて単位面積当たりのビーム強度の強い光が第2レンズ7を透過することになり、白濁化が起こりやすくなる。一方、
t2/f1<0.05
であると、等速走査性と良好な像面湾曲特性との両立といったような、基本的な光学的性能を出すことが難しくなるとともに、レンズが大型化し結像光学系全体が大きくなる。
また、走査結像光学系8は、当該走査結像光学系8の全系の主走査方向の焦点距離をf[mm]とし、ポリゴンミラー50から当該走査結像光学系8における最も被走査面H側の光学面(本実施の形態においては第2レンズ7の被走査面H側光学面)までの距離をΣd[mm]とすると、
0.25≦Σd/f≦0.5
を満たしている。これにより、走査結像光学系8の全体をコンパクトにするとともに、製造コストを抑えることができる。また、第1レンズ6、第2レンズ7の中心部と周辺部との偏肉比を抑えることができるため、偏肉比が大きい場合と異なり、結像位置ごとに光量差が生じて画像にムラが生じるのを防止することができる。
なお、
0.5<Σd/f
であると、走査結像光学系8全体のレンズが大きくなってしまう。また、第1レンズ6、第2レンズ7の偏肉比が大きくなり、レンズ中心部を通る光とレンズ周辺部を通る光とでレンズ通過距離が異なる結果、被走査面Hへの到達光に光量ムラが生じてしまう。特に、このような問題は、光束としてブルー系の波長光を用い、第1レンズ6、第2レンズ7として樹脂製レンズを用いた場合には、レンズの内部吸収率が高いために顕著となる。また、
Σd/f<0.25
であると、等速走査性と良好な像面湾曲特性との両立といったような、基本的な光学的性能を出すことが難しくなる。
続いて、第1レンズ6、第2レンズ7の材料について説明する。
第1レンズ6及び第2レンズ7のうち、少なくとも第1レンズ6の基材の材料はプラスチック材料であり、好ましくは第2レンズ7の基材の材料もプラスチック材料である。
ここで、これら第1レンズ6及び第2レンズ7のプラスチック材料は、脂環式構造を含有する樹脂が母材樹脂となっている。
この脂環式構造含有樹脂は、下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕を含有する重合体ブロック〔A〕と、下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕並びに下記式(2)で表される繰り返し単位〔2〕及び/または下記式(3)で表される繰り返し単位〔3〕を含有する重合体ブロック〔B〕とを有し、前記重合体ブロック〔A〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率a(モル%)と、前記重合体ブロック〔B〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率b(モル%)との関係がa>bであるブロック重合体である。
式(1)中、Rは水素原子または炭素数1〜20のアルキル基であり、R〜R11はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基またはハロゲン基である。
式(2)中、R12は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
式(3)中、R13及びR14はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
式(1)で表される繰り返し単位〔1〕の好ましい構造は、Rが水素またはメチル基で、R〜R11が全て水素のものである。重合体ブロック〔A〕中の繰り返し単位〔1〕の含有量が上記範囲にあると、透明性及び機械的強度に優れる。重合体ブロック〔A〕における、前記繰り返し単位〔1〕以外の残部は、鎖状共役ジエンや鎖状ビニル化合物由来の繰り返し単位を水素化したものである。
重合体ブロック〔B〕は、前記繰り返し単位〔1〕並びに式(2)で表される繰り返し単位〔2〕及び/または式(3)で表される繰り返し単位〔3〕を含有する。重合体ブロック〔B〕中の繰り返し単位〔1〕の含有量は、好ましくは40〜95モル%、より好ましくは50〜90モル%である。繰り返し単位〔1〕の含有量が上記範囲にあると、透明性及び機械的強度に優れる。ブロック〔B〕中の繰り返し単位〔2〕のモル分率をm2(モル%)及び、繰り返し単位〔3〕のモル分率をm3(モル%)とした時に、2×m2+m3が、好ましくは2モル%以上、より好ましくは5〜60モル%、最も好ましくは10〜50モル%である。
式(2)で表される繰り返し単位〔2〕の好ましい構造は、R12が水素またはメチル基のものである。式(3)で表される繰り返し単位〔3〕の好ましい構造はR13が水素で、R14がメチル基またはエチル基のものである。
重合体ブロック〔B〕中の前記繰り返し単位〔2〕または繰り返し単位〔3〕の含有量が少なすぎると、機械的強度が低下する。従って、繰り返し単位〔2〕及び繰り返し単位〔3〕の含有量が上記範囲にあると、透明性及び機械的強度に優れる。重合体ブロック〔B〕は、更に下記式(X)で表される繰り返し単位〔X〕を含有していてもよい。繰り返し単位〔X〕の含有量は、本発明に係るブロック共重合体の特性を損なわない範囲の量であり、好ましくはブロック共重合体全体に対し30モル%以下、より好ましくは20モル%以下である。
式(X)中、R25は水素原子、または炭素数1〜20のアルキル基を表し、R26はニトリル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ヒドロキシカルボニル基、もしくはハロゲン基を表し、R27は水素原子を表す。または、R26とR27とは相互に結合して、酸無水物基もしくはイミド基を形成してもよい。
また、本発明に用いるブロック共重合体は、重合体ブロック〔A〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率をa、重合体ブロック〔B〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率をbとした場合に、a>bの関係がある。これにより透明性、及び機械的強度に優れる。
更に本発明に用いるブロック共重合体は、ブロック〔A〕を構成する全繰り返し単位のモル数をma、ブロック〔B〕を構成する全繰り返し単位のモル数をmbとした場合に、その比(ma:mb)が好ましくは5:95〜95:5、より好ましくは30:70〜95:5、特に好ましくは40:60〜90:10である。(ma:mb)が上記範囲にある場合に、機械的強度及び耐熱性に優れる。
本発明に用いるブロック共重合体の分子量は、テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(以下「GPC」と記す。)により測定されるポリスチレン(またはポリイソプレン)換算重量平均分子量(以下「Mw」と記す。)で、好ましくは10,000〜300,000、より好ましくは15,000〜250,000、特に好ましくは20,000〜200,000の範囲である。
ブロック共重合体のMwが上記範囲にあると、機械的強度、耐熱性、成型性のバランスに優れる。ブロック共重合体の分子量分布は使用目的に応じて適宜選択できるが、GPCにより測定されるポリスチレン(またはポリイソプレン)換算のMwと数平均分子量(以下「Mn」と記す。)との比(Mw/Mn)で好ましくは5以下、より好ましくは4以下、特に好ましくは3以下の範囲である。Mw/Mnがこの範囲にあると、機械的強度や耐熱性に優れる。
ブロック共重合体のガラス転移温度(以下「Tg」と記す。)は、使用目的に応じて適宜選択されればよいが、示差走査型熱量計(以下「DSC」と記す。)による高温側の測定値で好ましくは70〜200℃、より好ましくは80〜180℃、特に好ましくは90〜160℃である。
本発明に用いる上記ブロック共重合体は、重合体ブロック〔A〕及び重合体ブロック〔B〕を有し、(〔A〕−〔B〕)型のジブロック共重合体であっても、(〔A〕−〔B〕−〔A〕)型や(〔B〕−〔A〕−〔B〕)型のトリブロック共重合体であっても、重合体ブロック〔A〕と重合体ブロック〔B〕とが、交互に合計4個以上つながったブロック共重合体であってもよい。また、これらのブロックがラジアル型に結合したブロック共重合体であってもよい。
本発明に用いる脂環式構造含有樹脂は、以下の方法により得ることができる。その方法としては、芳香族ビニル化合物及び/または環に不飽和結合を有する脂環族ビニル化合物を含有するモノマー混合物、及び、ビニル系モノマー(芳香族ビニル化合物及び脂環族ビニル化合物を除く)を含有するモノマー混合物を重合して、芳香族ビニル化合物及び/または脂環族ビニル化合物由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロック、及びビニル系モノマー由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロックを有するブロック共重合体を得る。
そして、該ブロック共重合体の芳香環及び/または脂肪族環を水素化する方法や、飽和脂環族ビニル化合物を含有するモノマー混合物、及びビニル系モノマー(芳香族ビニル化合物及び脂環族ビニル化合物を除く)を含有するモノマー混合物を重合して、脂環族ビニル化合物由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロック、及びビニル系モノマー由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロックを有するブロック共重合体を得る方法等が挙げられる。中でも、本発明に用いるブロック共重合体としてより好ましいものは、例えば、以下の方法により得ることができる。
(1)第一の方法としては、まず、芳香族ビニル化合物及び/または環に不飽和結合を有する脂環族ビニル化合物を50モル%以上含有するモノマー混合物〔a′〕を重合して、芳香族ビニル化合物及び/または環に不飽和結合を有する脂環族ビニル化合物由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロック〔A′〕を得る。
ビニル系モノマー(芳香族ビニル化合物及び脂環族ビニル化合物を除く)を2モル%以上含有し、且つ芳香族ビニル化合物及び/または環に不飽和結合を有する脂環族ビニル化合物をモノマー混合物〔a′〕中の割合よりも少ない割合の量で含有するモノマー混合物〔b′〕を重合して、芳香族ビニル化合物及び/または前記脂環族ビニル化合物由来の繰り返し単位とビニル系モノマー由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロック〔B′〕を得る。
これらの工程を少なくとも経て、前記重合体ブロック〔A′〕及び重合体ブロック〔B′〕を有するブロック共重合体を得た後、該ブロック共重合体の芳香環及び/または脂肪族環を水素化する。
(2)第二の方法としては、まず、飽和脂環族ビニル化合物を50モル%以上含有するモノマー混合物〔a〕を重合して、飽和脂環族ビニル化合物由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロック〔A〕を得る。ビニル系モノマー(芳香族ビニル化合物及び脂環族ビニル化合物を除く)を2モル%以上含有し、且つ飽和脂環族ビニル化合物をモノマー混合物〔a〕中の割合よりも少ない割合の量で含有するモノマー混合物〔b〕を重合して、飽和脂環族ビニル化合物由来の繰り返し単位とビニル系モノマー由来の繰り返し単位を含有する重合体ブロック〔B〕を得る。
これらの工程を少なくとも経て、前記重合体ブロック〔A〕及び重合体ブロック〔B〕を有するブロック共重合体を得る。
上記方法の中で、モノマーの入手容易性、重合収率、重合体ブロック〔B′〕への繰り返し単位〔1〕の導入のし易さ等の観点から、上記(1)の方法がより好ましい。
上記(1)の方法における芳香族ビニル化合物の具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、α−プロピルスチレン、α−イソプロピルスチレン、α−t−ブチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2,4−ジイソプロピルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、4−t−ブチルスチレン、5−t−ブチル−2−メチルスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン、モノフルオロスチレン、4−フェニルスチレン等や、これらにヒドロキシル基、アルコキシ基等の置換基を有するもの等が挙げられる。中でも、スチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン等が好ましい。
上記(1)方法における不飽和脂環族ビニル系化合物の具体例としては、シクロヘキセニルエチレン、α−メチルシクロヘキセニルエチレン及びα−t−ブチルシクロヘキセニルエチレン等や、これらにハロゲン基、アルコキシ基またはヒドロキシル基等の置換基を有するもの等が挙げられる。
これらの芳香族ビニル化合物及び脂環族ビニル系化合物は、それぞれ単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることもできるが、本発明においては、モノマー混合物〔a′〕及び〔b′〕のいずれにも、芳香族ビニル化合物を用いるのが好ましく、中でもスチレンまたはα−メチルスチレンを用いるのがより好ましい。
上記方法で使用するビニル系モノマーには、鎖状ビニル化合物及び鎖状共役ジエン化合物が含まれる。
鎖状ビニル化合物の具体例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン等の鎖状オレフィンモノマー等が挙げられ、中でも鎖状オレフィンモノマーが好ましく、エチレン、プロピレン、1−ブテンが最も好ましい。鎖状共役ジエンは、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、及び1,3−ヘキサジエン等が挙げられる。
これら鎖状ビニル化合物及び鎖状共役ジエンの中でも鎖状共役ジエンが好ましく、ブタジエン、イソプレンが特に好ましい。これらの鎖状ビニル化合物及び鎖状共役ジエンは、それぞれ単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記のモノマーを含有するモノマー混合物を重合する場合、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合等のいずれの方法で重合反応を行ってもよいが、アニオン重合によるのが好ましく、不活性溶媒の存在下にリビングアニオン重合を行うのが最も好ましい。
アニオン重合は重合開始剤の存在下、通常0〜200℃、好ましくは20〜100℃、特に好ましくは20〜80℃の温度範囲において行う。開始剤としては、例えば、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、フェニルリチウム等のモノ有機リチウム、ジリチオメタン、1,4−ジオブタン、1,4−ジリチオー2−エチルシクロヘキサン等の多官能性有機リチウム化合物等が使用可能である。
使用する不活性溶媒としては、例えば、n−ブタン、n−ペンタン、イソペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、デカリン等の脂環式炭化水素類;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類等が挙げられ、中でも脂肪族炭化水素類や脂環式炭化水素類を用いると、水素化反応にも不活性な溶媒としてそのまま使用することができる。これらの溶媒はそれぞれ単独で、あるいは2種類以上を組み合わせて使用でき、通常、全使用モノマー100質量部に対して200〜10,000質量部となるような割合で用いられる。
それぞれの重合体ブロックを重合する際には、各ブロック内である1成分の連鎖が長くなるのを防止するために、重合促進剤やランダマイザー等を使用することができる。特に重合反応をアニオン重合により行う場合には、ルイス塩基化合物等をランダマイザーとして使用できる。
ルイス塩基化合物の具体例としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジフェニルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルフェニルエーテル等のエーテル化合物;テトラメチルエチレンジアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン等の第3級アミン化合物;カリウム−t−アミルオキシド、カリウム−t−ブチルオキシド等のアルカリ金属アルコキシド化合物;トリフェニルホスフィン等のホスフィン化合物が挙げられる。これらのルイス塩基化合物はそれぞれ単独で、あるいは2種類以上を組み合わせて使用することができる。
リビングアニオン重合によりブロック共重合体を得る方法は、従来公知の逐次付加重合反応法及びカップリング法等が挙げられるが、本発明においては、逐次付加重合反応法を用いるのが好ましい。
逐次付加重合反応法により、重合体ブロック〔A′〕及び重合体ブロック〔B′〕を有する上記ブロック共重合体を得る場合には、重合体ブロック〔A′〕を得る工程と重合体ブロック〔B′〕を得る工程は順次連続して行われる。
具体的には、不活性溶媒中で上記リビングアニオン重合触媒存在下、モノマー混合物〔a′〕を重合して重合体ブロック〔A′〕を得、引き続きその反応系にモノマー混合物〔b′〕を添加して重合を続け、重合体ブロック〔A′〕とつながった重合体ブロック〔B′〕を得る。更に所望に応じて、再びモノマー混合物〔a′〕を添加して重合し、重合体ブロック〔A′〕をつなげてトリブロック体とし、更には再びモノマー混合物〔b′〕を添加して重合し、重合体ブロック〔B′〕をつなげたテトラブロック体を得る。
得られたブロック共重合体は、例えば、スチームストリッピング法、直接脱溶媒法、アルコール凝固法等の公知の方法によって回収する。重合反応において、水素化反応で不活性な溶媒を用いた場合には、重合溶液そのままを水素化反応工程にも使用することができるので、重合溶液からブロック共重合体を回収しなくてもよい。
上記(1)の方法において得られる、重合体ブロック〔A′〕及び重合体ブロック〔B′〕を有するブロック共重合体(以下「水素化前ブロック共重合体」という。)の内、下記の構造の繰り返し単位を有するものが好ましい。
好ましい水素化前ブロック共重合体を構成する重合体ブロック〔A′〕は、下記式(4)で表される繰り返し単位〔4〕を50モル%以上含有する重合体ブロックである。
式(4)中、R16は水素原子、または炭素数1〜20のアルキル基を表し、R17〜R21はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基またはハロゲン基である。
また、好ましい重合体ブロック〔B′〕は前記繰り返し単位〔4〕を必ず含み、下記式(5)で表される繰り返し単位〔5〕、及び下記式(6)で表される繰り返し単位〔6〕のいずれかを少なくとも1つ含む重合体ブロックである。また、重合体ブロック〔A′〕中の繰り返し単位〔4〕のモル分率をa′、ブロック〔B′〕中の繰り返し単位〔4〕のモル分率をb′とした場合、a′>b′である。
式(5)中、R22は水素原子、または炭素数1〜20のアルキル基を表す。
式(6)中、R23は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を表し、R24は水素原子、炭素数1〜20のアルキル基またはアルケニル基を表す。
更に、ブロック〔B′〕中には下記式(Y)で示される繰り返し単位〔Y〕を含有していてもよい。
式(Y)中、R28は水素原子、または炭素数1〜20のアルキル基を表し、R29はニトリル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ヒドロキシカルボニル基、またはハロゲン基を表し、R30は水素原子を表す。または、R29とR30とは相互に結合して、酸無水物基、またはイミド基を形成してもよい。
更に好ましい水素化前ブロック共重合体は、ブロック〔A′〕を構成する全繰り返し単位のモル数をma′、ブロック〔B′〕を構成する全繰り返し単位のモル数をmb′とした場合に、その比(ma′:mb′)が5:95〜95:5、より好ましくは30:70〜95:5、特に好ましくは40:60〜90:10である。(ma′:mb′)が上記範囲にある場合に機械的強度や耐熱性に優れる。
好ましい水素化前ブロック共重合体の分子量は、THFを溶媒としてGPCにより測定されるポリスチレン(またはポリイソプレン)換算Mwで12,000〜400,000、より好ましくは19,000〜350,000、特に好ましくは25,000〜300,000の範囲である。ブロック共重合体のMwが過度に小さいと機械的強度が低下し、過度に大きいと水素添加率が低下する。
好ましい水素化前のブロック共重合体の分子量分布は、使用目的に応じて適宜選択できるが、GPCにより測定されるポリスチレン(またはポリイソプレン)換算のMwとMnとの比(Mw/Mn)で5以下、より好ましくは4以下、特に好ましくは3以下の範囲である。Mw/Mnがこの範囲にあると水素添加率が向上する。
好ましい水素化前のブロック共重合体のTgは、使用目的に応じて適宜選択されればよいが、DSCによる高温側の測定値で70〜150℃、より好ましくは80〜140℃、特に好ましくは90〜130℃である。
上記の水素化前のブロック共重合体の芳香環やシクロアルケン環等の不飽和環の炭素−炭素不飽和結合、及び主鎖や側鎖の不飽和結合等を水素化する方法、及び反応形態に特別な制限はなく、公知の方法に従って行えばよいが、水素化率を高くでき、重合体鎖切断反応の少ない水素化方法が好ましく、例えば、有機溶媒中、ニッケル、コバルト、鉄、チタン、ロジウム、パラジウム、白金、ルテニウム、及びレニウムから選ばれる少なくとも1つの金属を含む触媒を用いて行う方法が挙げられる。水素化触媒は不均一系触媒、均一系触媒のいずれも使用可能である。
不均一系触媒は金属または金属化合物のままで、または適当な担体に担持して用いることができる。担体としては、例えば、活性炭、シリカ、アルミナ、炭化カルシウム、チタニア、マグネシア、ジルコニア、ケイソウ土、炭化珪素等が挙げられ、触媒の担持量は、好ましくは0.01〜80質量%、より好ましくは0.05〜60質量%の範囲である。
均一系触媒はニッケル、コバルト、チタンまたは鉄化合物と有機金属化合物(例えば、有機アルミニウム化合物、有機リチウム化合物)とを組み合わせた触媒、またはロジウム、パラジウム、白金、ルテニウム、レニウム等の有機金属錯体触媒を用いることができる。ニッケル、コバルト、チタンまたは鉄化合物としては、例えば、各種金属のアセチルアセトン塩、ナフテン酸塩、シクロペンタジエニル化合物、シクロペンタジエニルジクロロ化合物等が用いられる。有機アルミニウム化合物としては、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム等のアルキルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロリド、エチルアルミニウムジクロリド等のハロゲン化アルミニウム、ジイソブチルアルミニウムハイドライド等の水素化アルキルアルミニウム等が好適に用いられる。
有機金属錯体触媒の例としては、上記各金属のγ−ジクロロ−π−ベンゼン錯体、ジクロロ−トリス(トリフェニルホスフィン)錯体、ヒドリド−クロロ−トリフェニルホスフィン錯体等の金属錯体が使用される。これらの水素化触媒は、それぞれ単独であるいは2種類以上組み合わせて使用することができ、その使用量は重合体100質量部に対して、好ましくは0.01〜100質量部、より好ましくは0.05〜50質量部、特に好ましくは0.1〜30質量部である。
水素化反応は通常10〜250℃であるが、水素化率を高くでき、且つ重合体鎖切断反応を小さくできるという理由から、好ましくは50〜200℃、より好ましくは80〜180℃である。また、水素圧力は好ましくは0.1〜30MPaであるが、上記理由に加え、操作性の観点からより好ましくは1〜20MPa、特に好ましくは2〜10MPaである。
このようにして得られたブロック共重合体の水素化率は、H−NMRによる測定において、主鎖及び側鎖の炭素−炭素不飽和結合、芳香環やシクロアルケン環の炭素−炭素不飽和結合のいずれも好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは97%以上である。水素化率が低いと得られる共重合体の低複屈折性、熱安定性等が低下する。
水素化反応終了後、ブロック共重合体は、例えば、濾過、遠心分離等の方法により反応溶液から水素化触媒を除去した後、溶媒を直接乾燥により除去する方法、反応溶液をブロック共重合体にとっての貧溶媒中に注ぎ、凝固させる方法等によって回収できる。
本発明で用いられる脂環式構造含有樹脂としては、具体的には、日本ゼオン社製ゼオネックス340R等が挙げられる。
本発明で用いる脂環式構造含有樹脂に上記配合剤を配合して脂環式構造含有樹脂組成物を形成する方法は、例えば、ミキサー、二軸混錬機、ロール、ブラベンダー、押出機等でブロック共重合体を溶融状態にして配合剤と混練する方法、適当な溶剤に溶解して分散させ凝固する方法等が挙げられる。二軸混練機を用いる場合、混錬後に通常は溶融状態でストランド状に押し出し、ペレタイザーにてペレット状にカットして用いられることが多い。
なお、上記脂環式構造含有樹脂には酸化防止剤が含有されることが好ましい。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤等が挙げられ、これらの中でも、フェノール系酸化防止剤、特にアルキル置換フェノール系酸化防止剤が好ましい。これらの酸化防止剤を配合することにより、透明性、低吸水性を低下させることなく、成型時の酸化劣化等による成型物の着色や強度低下を防止できる。これらの酸化防止剤としては、例えば、特開2001−48924号公報の0071〜0073段落に記載の酸化防止剤が好ましく用いられる。
これらの酸化防止剤は、それぞれ単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができ、その配合量は本発明の目的を損なわれない範囲で適宜選択されるが、脂環式炭化水素系共重合体100質量部に対して通常0.001〜5質量部、好ましくは0.01〜1質量部である。
また、上記脂環式構造含有樹脂には、前記脂環式構造含有樹脂と、(1)軟質重合体、(2)アルコール性化合物、(3)有機または無機フィラーからなる群から選ばれる少なくとも1種類の配合剤が含有されてもよい。これらの配合剤を配合することにより、透明性、低吸水性、機械的強度等の諸特性を低下させることなく、長時間の高温高湿度環境下での白濁を防止できる。これらの中でも、(1)軟質重合体、及び(2)アルコール性化合物が、高温高湿度環境下における白濁防止効果、得られる樹脂組成物の透明性に優れる。
軟質重合体としては、例えば、特開2001−48924号公報の0077〜0079段落に記載の化合物が好ましく用いられ、アルコール性化合物としては、同公報の0080〜0082段落に記載の化合物が好ましく用いられる。有機または無機フィラーとしては、同公報の0083〜0084段落に記載のものが好ましく用いられる。
上記(1)〜(3)の化合物の配合量は、脂環式構造含有樹脂と配合される化合物の組み合わせによって決まるが、一般に配合量が多すぎれば組成物のガラス転移温度や透明性が大きく低下し、光学材料として使用するのに不適である。また、配合量が少なすぎれば、高温高湿下において成型物の白濁を生じる場合がある。
配合量としては、脂環式構造含有樹脂100質量部に対して、通常0.01〜10質量部、好ましくは0.02〜5質量部、特に好ましくは0.05〜2質量部の割合で配合する。配合量が少なすぎる場合には、高温高湿度環境下における白濁防止効果が低減し、配合量が多すぎる場合は成型品の耐熱性、透明性が低下する。
なお、上記脂環式構造含有樹脂には、必要に応じてその他の配合剤として、紫外線吸収剤、耐光安定剤、近赤外線吸収剤、染料や顔料等の着色剤、滑剤、可塑剤、帯電防止剤、蛍光増白剤等を配合することができ、これらは単独であるいは2種以上混合して用いることができ、その配合量は本発明の目的を損ねない範囲で適宜選択される。
耐光安定剤としては、ベンゾフェノン系耐光安定剤、ベンゾトリアゾール系耐光安定剤、ヒンダードアミン系耐光安定剤等が挙げられるが、本発明においては、レンズの透明性、耐着色性等の観点から、ヒンダードアミン系耐光安定剤を用いるのが好ましい。
ヒンダードアミン系耐光安定剤(以下「HALS」と記す。)の中でも、THFを溶媒として用いたGPCにより測定したポリスチレン換算のMnが1000〜10000であるものが好ましく、2000〜5000であるものがより好ましく、2800〜3800であるものが特に好ましい。Mnが小さすぎると、該HALSをブロック共重合体に加熱溶融混練して配合する際に揮発のため所定量を配合できなかったり、射出成型等の加熱溶融成型時に発泡やシルバーストリークが生じる等加工安定性が低下する。
また、ランプを点灯させた状態でレンズを長時間使用する場合、レンズから揮発性成分がガスとなって発生する。逆にMnが大きすぎるとブロック共重合体への分散性が低下して、レンズの透明性が低下し、耐光性改良の効果が低減する。従って、本発明においては、HALSのMnを上記範囲とすることにより、加工安定性、低ガス発生性、透明性に優れたレンズが得られる。
本発明に係る脂環式構造含有樹脂に対する紫外線吸収剤及びHALSの配合量は、重合体100質量部に対して好ましくは0.01〜20質量部、より好ましくは0.02〜15質量部、特に好ましくは0.05〜10質量部である。添加量が少なすぎると耐光性の改良効果が十分に得られず、屋外で長時間使用する場合等に着色が生じる。一方、HALSの配合量が多すぎるとその一部がガスとなって発生したり、ブロック共重合体への分散性が低下して、レンズの透明性が低下する。
また、上記脂環式構造含有樹脂の組成物は、上記各成分を適宜混合することにより得ることができる。混合方法としては、炭化水素系重合体に各成分が十分に分散される方法であれば特に限定されず、例えば、ミキサー、二軸混錬機、ロール、ブラベンダー、押出機等で樹脂を溶融状態で混練する方法、適当な溶剤に溶解して分散させ凝固する方法等が挙げられる。二軸混練機を用いる場合、混錬後に通常は溶融状態で棒状に押し出し、ストランドカッターで適当な長さに切り、ペレット化した成型材料として用いられることが多い。
以上の走査光学系101によれば、
0.05≦NA1・t1≦1.5
好ましくは
0.1≦NA1・t1≦1
を満たしており、かつ、第1レンズ6に上述のプラスチック材料を用いるため、第1レンズ6の白濁化を防止することができる。
また、走査結像光学系8が、
0.05≦t2/f1≦0.4
かつ、
f1≧0
を満たすとともに、第2レンズ7に上述のプラスチック材料を用いており、好ましくは、0.1≦t2/f1≦0.25
を満たしているため、第2レンズ7の白濁化を防止することができる。
また、走査結像光学系8は、
0.25≦Σd/f≦0.5
を満たしているので、走査結像光学系8の全体をコンパクトにするとともに、製造コストを抑えることができる。また、第1レンズ6、第2レンズ7の中心部と周辺部との偏肉比を抑えることができるため、偏肉比が大きい場合と異なり、結像位置ごとに光量差が生じて画像にムラが生じるのを防止することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
例えば、上記実施の形態においては、光源装置1として、1本の光束を放射するものを用いたが、複数本の光束を放射するものを用いることとしても良い。この場合には、一回の走査で光束の本数分の列を同時に書き込むことができるため、画像形成を高速化することができる。また、上述のように第1レンズ6、第2レンズ7として、耐光剤を添加したレンズを用いているため、複数本の光束による同位置の同時照射を行なっても、レンズの白濁化を防止することができる。
また、第1レンズ6及び第2レンズ7における少なくとも1つの光学面に回折構造が設けられても良いこととして説明したが、線結像光学系4におけるコリメータレンズ2やシリンドリカルレンズ3の光学面に設けられることとしても良いし、これらとは別個に光路上に配置される他の光学素子の光学面に設けられることとしても良い。但し、このような回折構造は、偏向光学系5よりも被走査面H側に配置されることが好ましい。
また、偏向光学系5はポリゴンミラー50によって光束を偏向することとして説明したが、後述の図6、図7に示すように、ガルバノミラーやMEMSミラーなど、反射面を正弦揺動させる共振鏡(ミラー)50Aを用いても良い。ここで、このような共振鏡50Aを偏向光学系5に用いる場合には、走査結像光学系8のレンズとしてarcsinθレンズを用いるのが一般的であるため、このレンズの中心部を通る光束と外周部を通る光束とでNAが異なる結果、像高が高いところで主走査方向yにビームが太ってしまう問題がある。一方、このようなビーム径の太りを補正するには、走査結像光学系8のレンズ中心部と外周部とで、通過する光束のビーム径に差が付くよう、主走査方向yにわずかに発散した光を偏向光学系5に入射するとともに、偏向光学系5と走査結像光学系8との距離を適切にする必要がある。但し、従来の長波長の光束では、偏向光学系5に発散光を入射させようとすると、入射時の主走査方向yのビーム径が非常に大きくなってしまうため、偏向光学系5のミラー自体も大きくなり、制御やコストの面で実用化に向かない。この点、本実施の形態において偏向光学系5に上述の共振鏡50Aを用いる場合には、光束の波長がブルーであるので、ビームの幅をそれほど広くしなくてもビーム径の太りが防止される。そのため、実用レベルの共振鏡50Aを用いつつ、ビーム径の太りを防止することができる。
続いて、本実施の形態に好適な実施例について説明する。なお、説明に使用する記号の意味は以下の通りである。
λ:波長
n1:第1レンズ屈折率
n2:第2レンズ屈折率
t1:ポリゴンミラーから第1レンズまでの間隔[mm]
d1:第1レンズ中心厚[mm](図2参照)
t2:第1レンズと第2レンズの間隔[mm]
d2:第2レンズ中心厚[mm](図2参照)
d3:第2レンズ最終面から像面までの距離[mm]
T2:第2レンズのz軸回りのティルト量[度](図3(b)参照)
S2:第2レンズのy軸方向のシフト量[mm](図3(b)参照)
f:主走査方向の走査結像光学系の焦点距離[mm]
f1:主走査方向の第1レンズの焦点距離[mm]
NA1:副走査方向におけるポリゴン入射角の正弦値
Σd:偏向光学系からレンズ最終面までの間隔[mm](図2参照)
R:曲率半径
:主走査方向に対して垂直な面(副走査方向断面)におけるアナモフィックレンズ面の光軸部での曲率半径
また、以下の表において、10のべき乗数(例えば、2.5×10−02)は、E(例えば2.5E−02)を用いて表している。
[実施例(1)]
実施例(1)の走査光学系として、以下の表1に示すものを作製した。
ここで、第1レンズ6,第2レンズ7の母材樹脂としては、耐光性に優れたZEONEX340R(製品名、日本ゼオン製)を用いた。第1レンズ6、第2レンズ7の具体的な形状は、以下の式(iii)及び表2で表現される非球面形状とした。なお、表中の値の単位は[mm]である。
ただし、hは、図3(b)におけるY軸方向の距離[mm]、Kは円錐係数、A、A、A、A10、A12、は非球面係数である。
[実施例(2)]
実施例(2)の走査光学系として、以下の表3に示すものを作製した。
ここで、第1レンズ6、第2レンズ7の母材樹脂としては、耐光性に優れたZEONEX340R(製品名、日本ゼオン製)を用いた。また、第1レンズ6、第2レンズ7の具体的な形状は、上記の式(iii)と、下記の表4とで表現される非球面形状とした。なお、表中の値の単位は[mm]である。
[実施例(3)]
実施例(3)の走査光学系として、以下の表5に示すものを作製した。
ここで、第1レンズ6、第2レンズ7の母材樹脂としては、耐光性に優れたZEONEX340R(製品名、日本ゼオン製)を用いた。また、第1レンズ6の具体的な形状は、上記の式(iii)と、下記の表6とで表現される形状とした。即ち、第1レンズ6の形状は、主走査方向では10次までの関数で表わせる非球面形状とし、副走査方向では像高方向に連続的に変化する球面形状とした。なお、表中の値の単位は[mm]である。
また、第2レンズ7の具体的な形状は、上記の式(iii)と、下記の表6とで表現される形状とした。即ち、第2レンズ7の形状は、主走査方向では12次までの関数で表わせる非球面形状とし、副走査方向では像高方向に連続的に変化する形状とした。
この第2レンズ7においては、Rを光軸上の副走査方向断面の曲率半径、CCj(j=1、2、…、10)を副走査方向断面の曲率半径決定係数、Yを主走査方向における光軸からの距離とすると、副走査方向断面の曲率半径r′は、以下の式(iV)で表される。
この式(iv)中、r′の値は、主走査方向yと平行な面内において、基準軸X(光軸)に対し光源装置1の側と逆側(図2参照)とで式の係数CCjを異なる値にすることで左右非対称な面形状を表す。具体的には、光源側では、
r′=R(1+C+C+C+C+C1010
となっており、反光源側では、
r″=R(1+D+D+D+D+D1010
となっている(図5参照)。これにより、第2レンズ7は基準軸Xに対して左右非対称な面形状となっている。
また、以上の第2レンズ7を上記表5の走査光学系に用いたときの副走査方向zに垂直な断面での曲率半径と、光軸からの距離との関係は、図5の通りとなっている。
[実施例(4)]
実施例(4)の走査光学系として、図6、図7及び以下の表7に示すものを作製した。なお、表中「T2′」は第2レンズのY軸回りのティルト量(図7参照)であり、「S2′」は第2レンズのz軸方向のシフト量(図7参照)である。
ここで、図6、図7に示すように、本実施例における走査光学系では、偏向光学系5は、反射面を正弦揺動させる1対の共振鏡50Aを有しており、この共振鏡50Aにて偏向されたレーザー光を被走査面H上で等速走査するように走査結像光学系8で収差補正している。また、この走査光学系は、副走査方向zの垂直面内において斜め方向から、主走査方向yの垂直面内において略正面から光束を偏向光学系5に入射させており、かつ、第2レンズ7を基準軸Xに対して偏心させている。なお、図7では、図示の簡略化のため、線結像光学系4の図示を省略している。
また、第1レンズ6、第2レンズ7の母材樹脂としては、耐光性に優れたZEONEX340R(製品名、日本ゼオン製)を用いた。また、第1レンズ6、第2レンズ7の具体的なレンズ形状は、被走査面H上において均一なビーム径と等速走査性を保ちつつ、走査線湾曲、像面湾曲を良好に補正できるよう、以下の式(V)及び表8で表される自由曲面レンズ(YZ多項式面)とした。
ただし、Cは、yの係数であり、具体的には、下記の表9に示す値となっている。また、m,nは任意の自然数(但し、m+n≦10)である。
参考例
参考例の走査光学系として、以下の表10に示すものを作製した。
ここで、表10に示すように、本実施例では、NA1×t1の値が、
0.05≦NA1・t1≦1.5
を満たすようになっている。
また、第1レンズ6、第2レンズ7の母材樹脂としては、耐光性に優れたZEONEX340R(製品名、日本ゼオン製)を用いた。また、第1レンズ6、第2レンズ7の具体的な形状は、上記の式(ii)と、下記の表11とで表現される非球面形状とした。なお、表中の値の単位は[mm]である。
[比較例(1)]
比較例(1)の走査光学系として、以下の表12に示すものを作製した。
ここで、表12に示すように、本比較例(1)では、NA1×t1の値が、
0.05≦NA1・t1≦1.5
を満たさないようになっている。
また、第1レンズ6、第2レンズ7の母材樹脂としては、耐光性に優れたZEONEX340R(製品名、日本ゼオン製)を用いた。また、第1レンズ6、第2レンズ7の具体的な形状は、上記の式(ii)と、下記の表13とで表現される非球面形状とした。なお、表中の値の単位は[mm]である。
[実施例(1)〜(5)及び比較例(1)の評価]
以上の実施例(1)〜(5)及び、比較例(1)の第1レンズ6、第2レンズ7について、白濁化の実験を行なった。
具体的には、実施例(1)〜(5)及び、比較例(1)において、温度80℃の環境下で波長405nmの青色半導体CWレーザーを用い、レーザー出力30mWで5000時間照射を行なった。
その後、実施例(1)〜(5)及び、比較例(1)におけるレンズの様子を目視で観察するとともに、照射前後の透過率を評価した。結果を下記の表14に示す
この表に示されるように、実施例(1)〜(5)ではレンズが白濁化しておらず透明で、透過率も実施例(1)〜(4)では照射前とほぼ同程度であった。一方、比較例(1)ではレンズが既に白濁化して曇って見え、透過率も照射前と比べ約30%程度落ちていた。

Claims (12)

  1. 波長500nm以下の光束を出射する光源と、
    前記光源からの光束を偏向して主走査方向に走査する偏向光学系と、
    前記偏向光学系により偏向された光束を被走査面上に結像させる走査結像光学系とを有する走査光学系において、
    前記走査結像光学系は、
    少なくとも、前記偏向光学系に隣接して設けられた第1プラスチックレンズと、
    前記第1プラスチックレンズよりも被走査面側に設けられた第2プラスチックレンズとを有し、
    前記偏向光学系に入射する光束の副走査方向での開口数をNA1とし、前記偏向光学系と前記第1プラスチックレンズとの間の距離をt1[mm]としたときに、
    0.05≦NA1・t1≦1.5
    を満たし、
    前記第1プラスチックレンズは、
    下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕を含有する重合体ブロック〔A〕と、
    下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕並びに下記式(2)で表される繰り返し単位〔2〕及び/または下記式(3)で表される繰り返し単位〔3〕を含有する重合体ブロック〔B〕とを有し、
    前記重合体ブロック〔A〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率a(モル%)と、前記重合体ブロック〔B〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率b(モル%)との関係がa>bであるブロック重合体からなる脂環式構造含有樹脂を基材とするプラスチックレンズであり、
    前記第2プラスチックレンズは、
    前記脂環式構造含有樹脂を基材とするプラスチックレンズであり、
    前記第1プラスチックレンズの主走査方向の焦点距離をf1[mm]とし、前記第1プラスチックレンズと前記第2プラスチックレンズとの間隔をt2[mm]としたときに、
    0.05≦t2/f1≦0.4
    かつ、
    f1≧0
    を満たすことを特徴とする走査光学系。
    式(1)中、Rは水素原子または炭素数1〜20のアルキル基であり、R〜R11はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基またはハロゲン基である。
    式(2)中、R12は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
    式(3)中、R13及びR14はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜20のアルキル基である。
  2. 前記第1プラスチックレンズ及び第2プラスチックレンズの少なくとも一方は、前記主走査方向と平行な断面形状が左右非対称であることを特徴とする請求の範囲第項に記載の走査光学系。
  3. 前記脂環式構造含有樹脂は、耐光安定剤を含有することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の走査光学系。
  4. 0.1≦NA1・t1≦1
    を満たすことを特徴とする請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系。
  5. 0.1≦t2/f1≦0.25
    を満たすことを特徴とする請求の範囲第項に記載の走査光学系。
  6. 前記走査結像光学系の全系の主走査方向の焦点距離をf[mm]とし、前記偏向光学系から前記走査結像光学系の最も被走査面側の光学面までの距離をΣd[mm]としたとき、
    0.25≦Σd/f≦0.5
    を満たすことを特徴とする請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系。
  7. 前記光源が、2本以上の光束を放出する光源であることを特徴とする請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系。
  8. 前記第1プラスチックレンズは、前記主走査方向と平行な断面形状が左右非対称であることを特徴とする請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系。
  9. 少なくとも一方の光学面に回折構造が設けられた光学素子を有することを特徴とする請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系。
  10. 前記偏向光学系は、反射面を正弦揺動させることによって前記光源からの光束を偏向する共振鏡で構成されていることを特徴とする請求の範囲第1項から第項までの何れか一項に記載の走査光学系。
  11. 請求の範囲第1項から第10項までの何れか一項に記載の走査光学系を有することを特徴とする光走査装置。
  12. 請求の範囲第11項に記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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