JPH0470621A - 光走査装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光走査装置に関する。

［従来の技術］ 光走査装置に於いては光束を走査面上に先スポットとし
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な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
の結像性能変化は光スポツト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「偶
数枚のプラスチックレンズを組み合わせ、各レンズの温
度・湿度変化による結像性能変化を、このレンズと対を
なすレンズの結像性能変化により打ち消す」方法が提案
されている（特開平１−３１５７１８号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし上記方法はレンズ系の設計が極めて難しく、低コ
ストでの実現は難しい。

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使用して尚且つ光走査に対する環
境変化の影響を軽減できる新規な光走査装置の提供を目
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させ
走査面上に光スポットとして結像させて光走査を行う装
置」であって、「光源装置から走査面に到る光路上に設
けられたレンズの１以上をプラスチックレンズとして構
成し、これらレンズを保持する保持体の１以上を温度・
湿度の変化に応じて略線形的に体積変化する材料で構成
し、上記材料で構成された保持体に保持されたレンズが
、温度・湿度変化に伴う上記保持体の体積変化により光
軸方向へ変位することを利用して、上記プラスチックレ
ンズの温度・湿度変化による結像性能変化に基づく光ス
ポットと走査面とのずれを軽減するようにした」ことを
特徴とする。

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」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て、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、結像レンズとじて面倒れ補正機能（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ｆ（３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
。

温度・湿度に応じて路線形に体積変化する材料としては
プラスチック、ゴム、金属等を適宜用す入ることができ
る。

このような材料で構成された保持体にはプラスチックレ
ンズを保持させても良いし、非プラスチックレンズを保
持させても良く、プラスチックレンズと非プラスチック
レンズの双方を上記保持体に別個に保持させても良い。

［作　　用］ 簡単の為に、光源装置から走査面に到る光路上に配備さ
れるレンズの１つのみがプラスチックレンズであり、こ
のプラスチックレンズを保持する保持体が「温度・湿度
の変化に応じて路線形に体積変化する材料」で構成され
る場合を説明する。

温度・湿度が変化すると、この保持体に保持されたプラ
スチックレンズはその結像性能が変化する。この温度・
湿度変化は変化量に略比例した体積変化を保持体にもた
らす。この変化（膨張もしくは収縮）により、保持体に
保持されたプラスチックレンズは変位するが、この変位
がレンズ光軸方向に発生するようにし、且つ、この光軸
方向へのプラスチックレンズの変位がプラスチックレン
ズに於ける結像性能の変化を軽減する方向へ発生するよ
うにするのである。

説明の具体性のために、第１図に示す如き光走査装置を
想定する。

図に於いて符号１で示す光源装置からは実質的に平行な
光束が放射される。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鏡３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５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７を光
走査する。第２図は第１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５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３図は、第１図の光走査装置を光源装置１から走査面
７まで光路に沿で展開し、上下方向が副走査方向に対応
するように描いた図である。

第３図（Ｉ）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３図（ＩＩ）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ｆ８（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
設計値から変化してしまう。

上記△ＺとΔｆＫｆ５）とは、 △Ｚ＃（１−β）２・Δｒ（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。仮にβが＝２であるとすると光ス
ポットの位置ずれΔＺは９Δｆとなり、ずれ量△Ｚはか
なりの大きさになる。

このように焦点距離が変化した場合にｆθレンズ５を光
軸方向に△ａ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。

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△ｆ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＋Δａ））−（１／（ｂ−△ａ））４／（ｆ
ｓ＋△ｆ）が成り立つことである。ｂ／ａ：βを用い、
△ａ＜ｌａ、１ｂ１として近似計算を行うと、 △ａ　＃　［（１−（１／β））／（１＋（１／β））
］・△ｆ（２）となる。上記の如くβ＝−２とすると、
この場合ｆθレンズ５を光軸方向に於いて走査面側へ３
△ｆ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。

第４図は、この間の事情を表している。第４図（Ｉ）は
設計条件に合致した結像状態を表し、同図（ＩＩ）は温
度・湿度の影響でｆθレンズ５の焦点距離が変化した状
態に於いてｆθレンズ５を光軸方向へ△ａだけ変位させ
て、副走査方向における光スポツト結像位置を走査面７
上に調整した状態を示している。β＝−２なら△ａ＝３
△ｆである。

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。

第５図は、この調整方式を示している。

同図（ＩＩ）に示すように焦点距離が△ｆ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△ｄだけ光源装置１　ｆ
Ｊ！Ｑに変位させて副走査方向における光スポツト結像
位置を走査面７上に実質的に合致させることができる。

このとき△ｆ＜　ｆｓとして近似的に算出される△ｄは △ｄ共（（１−β２）／（−β２））△ｆ（３）であり
、β・−２なら略−（９／４）△ｆだけ変位させれば良
い。

上記のようにｆｅ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レンズ５もしくはシリンダーレンズ２を保持する保
持体を「温度・湿度の変化に応じて路線形に体積変化す
る材料」で構成しても、その膨張・収縮量が（２）、　
（３）式で与えられる△ａ、△ｄを正確に与えるように
することは必ずしも容易ではない。

しかし上記保持体の体積変化による保持レンズの変位が
上記Δａ、△ｄの方向と一致するようにすることは容易
であり、このようにしただけでも光スポットと走査面と
のずれを有効に軽減できるのである。これが本発明の原
理である。

［実施例コ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図に即して説明したような光走査装置に於いてシリ
ンダーレンズ２は非プラスチックレンズ（ガラスレンズ
）とし、ｆθレンズ５を図示のような２枚のプラスチッ
クレンズで構成した。

回転多面鏡３の側から走査面７の側へ向かって数えて第
ｉ番目のレンズ面の曲率半径を主走査対応方向に就いて
ｒｌい副走査対応方向に就いてｒｉＹ、第ｉ番目の面間
隔をｄｌ、第ｉ番目のレンズの材料の屈折率をｎ、とす
ると、これらは以下の如く与えられる。

１　　　　ｒ　；　Ｘ　　　　ｒ　ｉ　Ｙ　　　　ｄ　
ｉ　　　　Ｊ　　　　ｎＪｌ　　　−７２，６−１５，
０１４，０４１１，４８６０１２−６４，０−６４，０
１７，０４ ３ｃｏ　　　　−８３，１３２０，０２１，４８６０１
４−８６，１６１−１６，９７５ 使用波長は７８０ｎｍであり、回転多面鏡の偏向反射面
から第１面までの距離は１５．３ｍｍである。また副走
査対応方向の焦点距離ｆ５は３５．１１８である。

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
設計した。使用環境として温度０〜５０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、焦点距離には±２ｚ程度の変化がある。

ｆθレンズ５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の像面湾曲量は
、第６図の左側の図のようであり使用環境の変化に応じ
て副走査対応方向の像面湾曲が大きく変動する。

実施例では第１図に示すシリンダーレンズ２の保持体６
Ａとｆθレンズ５の保持体６Ｂをｆθレンズ材料と同様
のアクリル系樹脂で形成し、保持体６Ａの膨張に伴いシ
リンダーレンズ２が光源装置側へ変位し、保持体６Ｂの
レンズ光軸方向の膨張に伴いｆθレンズ５が走査面７側
へ変位するようにした。

従って保持体６Ａ、　６Ｂの膨張に伴いシリンダーレン
ズ２とｆθレンズ５の間隔が離れ、保持体６Ａ、　６Ｂ
の収縮により両レンズの間隔は狭まる。

このとき使用環境変化による像面湾曲の変動は第６図の
右側の図のようになった。同図左側の図と比べると副走
査方向の像面湾曲の変動は１ノ２以下と大幅に改善され
ているのが分かる。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる。

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を有効に軽減できるのでプラスチッ
クレンズの使用が可能であり、また結像性能変化の軽減
を簡単に行うことができるので低コストの光走査装置を
実現できる。

なお保持体が温度・湿度の変化により膨張収縮する場合
、保持体の変形により保持レンズが光軸直交方向へ大き
く変位しないように保持体の形状は光軸直交方向にはな
るべく薄くするのが良い。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の詳細な説明するための図、
第６図は本発明の実施例とその効果を説明するための図
である。 １６１．光源装置、２９０．シリンダーレンズ、３９１
０回転多面鏡、４９０．偏向反射面、５００．結像レン
ズとしてのｆθレンズ、６Ａ、　６Ｂ、　、　、保持体
、７１０．走査面、：、□−へ代理人　　樺　　山　　
　　　亨 ５υ　冥 （Ｉ） （Ｉ） 焦、転距触九 馬４図 （Ｉ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源装置からの光束を偏向させ走査面上に光スポッ
   トとして結像させて光走査を行う装置であって、 光源装置から走査面に到る光路上に設けられたレンズの
   １以上をプラスチックレンズとして構成し、これらレン
   ズを保持する保持体の１以上を温度・湿度の変化に応じ
   て略線形的に体積変化する材料で構成し、 上記材料で構成された保持体に保持されたレンズが、温
   度・湿度変化に伴う上記保持体の体積変化により光軸方
   向へ変位することを利用して、上記プラスチックレンズ
   の温度・湿度変化による結像性能変化に基づく、光スポ
   ットと走査面とのずれを軽減するようにしたことを特徴
   とする光走査装置。 ２、請求項１に於いて、光源装置は平行光束を放射する
   ものであり、光源装置と走査面の間に設けられたレンズ
   は、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あることを特徴とす
   る、光走査装置。 ３、請求項２に於いて、偏向装置が回転多面鏡であり、
   結像レンズが上記回転多面鏡の面倒れを補正する機能を
   持つアナモフイックなｆθレンズであり、このｆθレン
   ズがプラスチックレンズで構成されていることを特徴と
   する、光走査装置。 ４、請求項３に於いて、プラスチックレンズとして構成
   されたアナモフィックなｆθレンズが、温度・湿度の変
   化に応じて略線形的に体積変化する材料による保持体に
   保持されていることを特徴とする、光走査装置。 ５、請求項２に於いて、偏向装置が回転多面鏡であり、
   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
   ーレンズは非プラスチックレンズ、結像レンズは上記回
   転多面鏡の面倒れを補正する機能を持ちプラスチックレ
   ンズにより構成されたアナモフイックなｆθレンズであ
   り、上記シリンダーレンズが温度・湿度の変化に応じて
   略線形的に体積変化する材料による保持体に保持されて
   いることを特徴とする、光走査装置。 ６、請求項２に於いて、偏向装置が回転多面鏡であり、
   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
   ーレンズは非プラスチックレンズ、結像レンズは上記回
   転多面鏡の面倒れを補正する機能を持ちプラスチックレ
   ンズにより構成されたアナモフイックなｆθレンズであ
   り、上記シリンダーレンズおよびｆθレンズのいずれも
   が温度・湿度の変化に応じて略線形的に体積変化する材
   料による保持体に保持されていることを特徴とする、光
   走査装置。