JPH0470620A - 光走査装置に於けるレンズ保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光走査装置に於けるレンズ保持装置に関する。

［従来の技術］ 光走査装置に於いては光束を走査面上に光スポットとし
て結像させるために１以上のレンズが使用される。

近来、光走査装置の低コスト化実現のため、用いられる
レンズの少なくとも一部を安価で大量生産性の良いプラ
スチックレンズとすることが意図されている。

プラスチックレンズにはその結像性能が環境の変化によ
り変化するという問題がある。

即ち温度や湿度が変化するとプラスチックレンズの形状
や屈折率が変化し、焦点距離等が変化して結像性能の変
化をもたらすのである。この結像性能の変化は光スポッ
トの結像位置と走査面とのずれをもたらす。

上記環境変化による結像性能の変化を補正するのに、結
像光学系の各要素の光軸方向の位置を能動的に変化させ
て行う方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし上記方法はその実現にあたって、センサ、コント
ローラー、アクチュエーター等を必要とするため低コス
トでの実現は困難であり光走査装置自体も複雑化してし
まう。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
プラスチックレンズを用いる光走査装置に於いて温度・
湿度の変化によるプラスチックレンズの結像性能の変化
の光走査への影響の軽減を低コストで実現できる新規な
レンズ保持装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の光走査装置は「光源装置からの光束を偏向面内
に偏向させて走査面上に導き、光源装置から走査面に到
る光路上に設けられたレンズにより光スポットとして結
像させて光走査を行い、上記レンズの１以上をプラスチ
ックレンズにより構成した光走査装置に於いて、１以上
のレンズを保持する装置」であって、不動部材と保持体
と圧接手段とを有する。

「不動部材」は、偏向面、即ち「理想的な偏向光束の掃
引により形成される面」に平行な支持面を有する。

「保持体」は、板状に形成されて１以上のレンズを一方
の面に保持し、他方の面を上記支持面に合致させ、基準
部を不動部材に固定される。

この保持体は、温・湿度環境変化に伴い、保持したレン
ズの光軸方向へ伸縮する。

「圧接手段」は、上記保持体を、上記光軸方向への伸縮
を妨げることなく、厚み方向に於いて不動部材へ圧接さ
せる。

そして本発明の特徴は「温・湿度環境変化に伴うプラス
チックレンズの結像性能変化による走査面と光スポット
結像位置とのずれを、上記保持体に保持されたレンズの
、保持体の伸縮による変位によって軽減するするように
した１点にある。

この場合、保持体の材質と寸法を適切に設定すれば「温
・湿度環境変化に伴うプラスチックレンズの結像性能変
化による走査面と光スポット結像位置とのずれを、保持
体の伸縮によるレンズ変位によって実質的に補正する」
ことも可能である。

光源装置や、光束を偏向させる偏向装置、光源装置から
走査面に到る光路上に配備されるレンズは、種々のもの
が利用可能である。

「光源装置ｊとしては例えば、半導体レーザーとコリメ
ートレンズとを組み合わせ、実質的な平行光束を放射す
るようにしたものを用いることができる。このような光
源装置を用いる場合、光源装置と走査面の間に設けられ
たレンズを「光源装置からの光束を偏向装置の偏向反射
面近傍の位置に主走査対応方向に長い線像として結像さ
せるシリンダーレンズと、偏向装置により偏向された光
束を被走査面上に結像させる結像レンズ」とで構成する
ことが出来る。この場合に於いて、偏向装置としてはガ
ルバノミラ−やピラミダルミラー、回転多面鏡を用いる
ことが可能である。

さらにレンズを上記のシリンダーレンズと結像レンズで
構成し、偏向装置としてピラミダルミラーや回転多面鏡
を用いる場合、結像レンズとして面倒れ補正機能（偏向
反射面位置と走査面位置とを副走査対応方向に関して幾
何光学的に略共役な関係とする機能）を持つアナモフィ
ックなｆθレンズとすることができる。

上記のシリンダーレンズと結像レンズによるレンズ構成
の場合、シリンダーレンズと結像レンズの一方もしくは
双方をプラスチックレンズとして構成することができる
。

温・湿度環境変化に伴って伸縮する保持体の材料として
はプラスチック、ゴム、金属等を適宜用いることができ
る。

保持体にはプラスチックレンズ及び非プラスチックレン
ズの一方もしくは双方を適宜保持させることができる。

［作　　用］ 説明の具体性のために、第６図に示す如き光走査装置を
想定する。図に於いて符号１で示す光源装置は半導体レ
ーザーとコリメートレンズを組合せたもので、実質的に
平行な光束を放射する。この平行光束はシリンダーレン
ズ２により、偏向装置たる回転多面ｆｆ１３の偏向反射
面４の近傍の位置に主走査対応方向に長い線像として結
像する。偏向反射面４に反射された光束は回転多面鏡３
の回転とともに偏向し結像レンズとしてのｆθレンズＳ
に入射し、走査面７上に光スポットとして結像され、走
査面を光走査する。第７図は第６図の光走査装置を副走
査方向から見た状態を示している。

この光走査装置の場合、光源装置１と走査面７との間に
はシリンダーレンズ２とｆθレンズ５とが配備されてい
るが、ここではシリンダーレンズ２が非プラスチックレ
ンズとして構成され、ｆθレンズＳのみがプラスチック
レンズで構成された場合を説明する。ｆθレンズ５をプ
ラスチックレンズとして構成するとは、ｆθレンズ５を
構成するレンズの１枚以上をプラスチックレンズとする
ことを意味する。

第８図は、第６図の光走査装置を光源装置から走査面ま
で光路に沿で展開し、上下方向が副走査方向に対応する
ようにして描いた図である。

第８図ではｆθレンズ５が設計通りの結像性能を持ち、
偏向光束による光スポットは副走査方向に於いて走査面
７上に正しく結像している。

第９図では、プラスチックレンズで構成されたｆθレン
ズ５の結像性能が温度・湿度の変化により変化し焦点距
離が設計上の値ｆｓ（添え字のＳは焦点距離が副走査対
応方向のものであることを示す）から△ｆだけ変化して
ｆ’ｓになった状態を示している。この焦点距離変化に
より偏向光束の結像点は光軸方向に△Ｚだけずれ、走査
面７上に於ける光スポットの副走査方向の径が設計値が
ら変化してしまう。上記△Ｚと△ｆ（＜ｆｓ）とは、Δ
２牛（１−β）２・Δｆ（１） の関係にある。βはｆθレンズ５の副走査対応方向にお
ける横倍率を示す、上記焦点距離の変化の範囲内ではβ
は一定と考えて良い。

このように焦点距離が変化した場合に、第１０図に示す
ようにｆθレンズ５を光軸方向にΔａだけ変位させて光
スポットの結像位置のずれを補正することを考えて見る
。但し第１０図で上の図はｆθレンズ５が設計通りの結
像性能を持つ場合、下の図は温・湿度環境変化により焦
点距離が△ｆ変化したｆθレンズ５を光軸方向へ△ａだ
け変位させて光スポットを副走査方向において走査面７
に結像させた状態を示す。

ｆθレンズ５の設計上の焦点距離ｆ５に対して、物体側
距離をａ、像側距離をｂとし、ｆθレンズ５に薄いレン
ズの関係を適用すると、焦点距離変化Δｆに拘らず光ス
ポットが走査面上に結像するための条件は （１／（ａ＋△ａ））−（１／（ｂ−△ａ））＝１／（
ｆｓ＋△ｆ）が成り立つことである。

ｂ／ａ＝βを用い、△ａ（ａ　、　ｌｂｌとして近似計
算を行うと、 △ａ　＃　［（１−（１／β））／（１＋（１／β））
］・Δｆ（２）となる。Δｆの焦点距離変化に対しｆθ
レンズ５を光軸方向に於いて走査面側へ△ａだけ変位さ
せれば、光スポットは副走査方向に於いて実質的に走査
面上に結像することになる。

上には、プラスチックレンズにより構成されたｆθレン
ズ５を直接に変位させて結像性能変化の調整を行ったが
、同様の調整は非プラスチックレンズとして構成された
シリンダーレンズ２の変位によっても可能である。

即ち焦点距離距離がΔｆだけ変化したｆθレンズ５は変
位させず、非プラスチックレンズで構成されたシリンダ
ーレンズ２をΔｄだけ光源装置側に変位させて副走査方
向における光スポット結像位置を走査面７上に実質的に
合致させることが可能である。　このときΔｆ＜ｆｓと
して近似的に算出される△ｄは △ｄ勾（（１−β２）／（−β２））Δｆ（３）である
。

上記のようにｆθレンズ５もしくはシリンダーレンズ２
を光軸方向へ、ｆθレンズ５に於ける焦点距離変化（温
度・湿度の変化に応じて変化する）に応じて変位させる
ことにより、温度・湿度変化に起因する光スポットと走
査面との位置ずれを補正することができる。

ｆθシリンダもしくはシリンダーレンズ２を保持する保
持体を「温・湿度環境変化に応じて伸縮する材料」で構
成し、その膨張・収縮量が（２）　（３）式で与えられ
るΔａ、△ｄと実質的に等しくなるように、保持体の材
料・寸法を定めることは可能であり、このようにすれば
温・湿度環境変化によるプラスチックレンズの結像性能
の変化に拘らず光スポット結像位置と走査面とのずれを
実質的に補正することができる。

また保持体の伸縮によるレンズの変位量が上記Δａ、Δ
ｄと実質的に等しくならなくても、レンズの移動が「プ
ラスチックレンズの結像性能の変化による光スポット結
像位置と走査面とのずれ」を軽減するようにすれば、プ
ラスチックレンズの結像性能変化の光走査への影響を有
効に軽減させることができる。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第６図に即して説明した光走査装置に於いてシリンダー
レンズ２を非プラスチックレンズとし、ｆθシリンダを
図示のような２枚のプラスチックレンズで構成した。こ
れら２枚のレンズは何れもアクリル系樹脂により形成さ
れ、温度２０度Ｃ１湿度６５％ＲＨを基準環境として設
計された。使用環境として、温度Ｏ〜５０度Ｃ９湿度５
〜９５％ＲＨを想定するとレンズ材料のアクリル系樹脂
の形状変化が±０゜５％、屈折率変化が±０−００３５
となり、焦点距離にして士数％程度の変化がある。従っ
てｆθシリンダを固定的に保持し、温度・湿度の変化に
応じた結像性能の補正を何ら行わない場合には副走査対
応方向の像面湾曲が大きく変動する。

本発明の１実施例を示す第１図において、混同の恐れが
ないと思われるものに就いては第６図におけると同一の
符号を用いている。

ｆθシリンダ構成する２枚のレンズ５Ａ、　５Ｂは保持
体６に保持されている。

符号８は不動部材を示す。不動部材８は回転多面鏡３に
よる偏向光束の偏向面に平行な支持面を有する。

第２図は、第１図の実施例に於ける本発明の特徴部分を
断面図として示している。この図の左右方向はｆθシリ
ンダ光軸方向に対応する。

保持体６は矩形の板状に形成され、一方の面にｆθシリ
ンダ構成するレンズ５Ａ、　５Ｂを固定的に保持し、他
方の面は不動部材８の支持面に接している。不動部材８
の支持面に６設された突起部９には保持体６の回転多面
鏡３側の側端部が接着材１４で固定されている。即ち保
持体６の上記側端面ば、この実施例に於いて保持体の基
準部である。

保持体６の中央部にはｆθシリンダ光軸方向に長い長孔
１１が穿設されている。

二〇長孔部分に於いて段付きとスｌＯがワッシャ１２と
波型ワッシャ１３を介して保持体６を不動部材８に押圧
している。この押圧力は波型ワッシャ１３の変形により
弾性力として保持体６に作用する。

従って、圧接手段を構成する段付きビス１０、ワッシャ
１２、波型ワッシャ１３により保持体６はその厚み方向
に於いて不動部材８に圧接されるが、圧接部は長孔とな
っているので、保持体６は長孔の長手方向即ちｆθシリ
ンダ光軸方向へ伸縮が可能である。また圧接手段による
押圧により保持体６の基準面からの浮き上がりが防止さ
れる。

温・湿度環境変化があると保持体６は基準部即ち突起部
９の部分を基準として、保持したｆθシリンダ光軸方向
に伸縮する。この伸縮により、保持されたｆθシリンダ
光軸方向に変位する。

保持体６の材質として適当な吸水膨張率及び熱膨張率を
持つものを選択し、その形状、特にｆθレンズ光軸方向
の長さを適当に設定することにより、環境変化に伴うｆ
θシリンダ結像性能変化の光走査への影響を実質的に除
去もしくは有効に軽減できる。

別実施例を示す第３図に於いて、符号１５は保持体６Ａ
を基準部に於いて突起部９に固定するボルトを示し、符
号１６Ａ、　１６Ｂは板ばね、符号１７Ａ、　１７Ｂは
固定ねじを示している。これら板ばね１６Ａ、　１６Ｂ
と固定ねじ１７Ａ、１７Ｂは圧接手段を構成している。

即ち、固定ねじ１７Ａ、１７Ｂは、保持体６Ａの側方を
制限するようにして不動部材８に螺合し、板ばね１６Ａ
、　１６Ｂはそれぞれこれらの固定ねじ１７Ａ、１７Ｂ
に固定されて保持体６Ａを厚み方向に於いて不動部材８
に圧接させている。

温・湿度環境変化があると保持体６Ａはｆθレンズの光
軸方向へ基準部を基準として伸縮する。

さらに別の実施例を示す第４図に於いては、不動部材８
Ａに保持体基準部を接着させる突起部がなく、保持体６
Ｂの基準部は固定ねじ２０により不動部材８Ａに固定さ
れる。圧接手段は「不動部材８Ａの支持面から６設され
た支持突起１９Ａ、　１９Ｂと、これら支持突起に固定
され、保持体６Ｂの両側縁部を不動部材８Ａに弾性的に
押圧する弾性部材１８Ａ、　１８Ｂと」により構成され
る。

温・湿度環境変化により保持体６Ｂは固定ねじ２０に固
定された部分を基準としてｆθレンズの光軸方向へ伸縮
する。

第５図は、保持体の基準部と保持体伸縮によるレンズの
変位方向を説明するための図である。

第５図（ａ）は第１、第３、第４図により説明した各実
施例の場合と同じである。基準部を固定する部分９０が
偏向反射面側に有るので保持体が膨張するとｆθレンズ
は走査面側に変位する。第５図（ｃ）は上記と逆の場合
で基準部を固定する部分９Ｃが走査面側にあるので、保
持体が膨張するとｆθレンズは偏向反射面側へ変位する
。第５図（ｂ）の場合は保持体の基準部がｆθレンズ光
軸方向における保持体中間部に設定され、この基準部が
１対の固定手段９Ａ、　９Ｂで不動部材に固定されてい
る。

従ってこの例では保持体６の伸縮に応じてｆθレンズを
構成する２枚のレンズの間隔を変化させることができる
。

第１図乃至第５図に説明したレンズ保持装置はまた第６
図に示す光走査装置においてシリンダーレンズ２の保持
装置としても適用できる。シリンダーレンズ、ｆθレン
ズの双方を本発明のレンズ保持装置で保持して良いこと
は言うまでも無い。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば光走査装置における新規なレンズ
保持装置を提供できる。この装置は上記の如く環境変化
によるプラスチックレンズの結像性能の変化の光走査へ
の影響を有効に軽減もしくは補正できるのでプラスチッ
クレンズの使用が可能であり、また構成が極めて簡素で
あるので低コストの光走査装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の１実施例を説明するための
図、第３図は別実施例を説明するための図、第４図は他
の実施例を説明するための図、第５図は、保持体の伸縮
とレンズ変位の関係を説明するための図、第６図乃至第
１０図は本発明の詳細な説明するための図である。 ５Ａ、５Ｂ、、、　ｆθレンズを構成するレンズ、６．
１．保図 鼻 図 区 る４ 図 ÷ ρ 図 筋δ 図 焦点、４ｈ：ｆｇ 馬１０ 図 手続補正書 平成２年９月２８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源装置からの光束を偏向面内に偏向させて走査面上に
   導き、光源装置から走査面に到る光路上に設けられたレ
   ンズにより光スポットとして結像させて光走査を行い、
   上記レンズの１以上をプラスチックレンズにより構成し
   た光走査装置に於いて、１以上のレンズを保持する装置
   であって、偏向面に平行な支持面を有する不動部材と、
   板状に形成されて１以上のレンズを一方の面に保持し、
   他方の面を上記支持面に合致させ、基準部を上記不動部
   材に固定され、保持したレンズの光軸方向へ温・湿度環
   境変化に伴い伸縮する保持体と、この保持体を、上記光
   軸方向への伸縮を妨げることなく、厚み方向に於いて上
   記不動部材へ圧接させる圧接手段とを有し、 温・湿度環境変化に伴うプラスチックレンズの結像性能
   変化による走査面と光スポット結像位置とのずれを、上
   記保持体に保持されたレンズの、保持体の伸縮による変
   位によって軽減するするようにしたことを特徴とするレ
   ンズ保持装置。