JP2000121975A - 樹脂光学素子及びそれを用いた走査光学系及び光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境温度変動による光学性能の劣化を低減で
きる樹脂光学素子及びそれを用いた走査光学系及び光学
系を得ること。 【解決手段】 樹脂光学素子の外周部の少なくとも一部
に該樹脂光学素子の材質より高い熱伝導率の材質より成
る部材を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は樹脂光学素子及びそ
れを用いた走査光学系及び光学系に関し、特に樹脂光学
素子（プラスチックレンズ）を用いた走査光学系及び光
学系の温度補償性能の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の走査光学系の要部概略図で
ある。

【０００３】同図において光源手段５６から射出した光
束はコリメーターレンズ５５により略平行光束とされ、
副走査方向に所定の屈折力を有するガラス材より成るガ
ラスシリンダーレンズ５４と副走査方向に所定の屈折力
を有するプラスチック材より成るプラスチックシリンダ
ーレンズ５３とを有するシリンダーレンズ群５９に入射
している。シリンダーレンズ群５９に入射した略平行光
束のうち主走査断面内においてはそのまま略平行光束の
状態で射出する。また副走査断面内においては収束して
回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器５７の
偏向面５７ａにほぼ線像として結像している。そして光
偏向器５７の偏向面５７ａで偏向反射された光束はプラ
スチック材より成るプラスチックｆθレンズ５２を介し
て被走査面としての感光ドラム面５８上に導光され、該
光偏向器５７を矢印Ａ方向に回転させることによって、
該感光ドラム面５８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光
走査して画像情報の記録を行なっている。

【０００４】走査光学系で近年多用されているプラスチ
ックｆθレンズは環境変動、特に温度変化によって屈折
率や形状等が変化し、その結果ピントずれを起こすこと
が知られている。このピントずれを補正する方法として
は、例えば走査光学系の一部に負のパワーを有するプラ
スチックレンズを設け、互いのピント変動をキャンセル
させれば良いことが知られている。例えば上記図５に示
した走査光学系では副走査断面内で正のパワーを有する
プラスチックｆθレンズ５２と負のパワーを有するプラ
スチックシリンダーレンズ５３とを設けて互いのピント
変動をキャンセルさせている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の走
査光学系は以下に示す種々の問題点がある。

【０００６】各プラスチックレンズ間で温度勾配を生
じることがある。

【０００７】同一プラスチックレンズ内でも温度勾配
を生じることがある。

【０００８】その原因としては、・レーザー基板やポリ
ゴンモーター等の熱源が不均一に配置されている。

【０００９】・プラスチックレンズやガラスレンズをは
じめ、これらを保持するケーシングもコストダウンでプ
ラスチック化され、熱伝導性が低い。

【００１０】・防塵のため、走査光学系の密閉性を高め
るため、エア対流が生じない。

【００１１】これらのことから熱の伝導がスムーズに行
なわれず、熱源からの放熱開始直後と、ある程度時間が
経過した時では温度勾配に差が生じる。後述する実施形
態では０℃〜７℃程度の範囲で温度差が生じていた。

【００１２】上記ではプラスチックｆθレンズ５２と
プラスチックシリンダーレンズ５３間の温度差が変動す
ることにより、ピントの温度補償が走査領域全体で狂い
が生じることになる。

【００１３】上記では、例えばプラスチックｆθレン
ズ５２では熱源としてのレーザー基板に近い端部６６と
遠い端部６７で温度差が生じることになり、この結果、
被走査面５８上の位置でピントの狂いが生じることにな
る。

【００１４】また同一プラスチックレンズ内の温度勾配
は、例えば「（株）新技術コミュニケーション社ＯＥ N
o.188 P128」等に示されているように屈折率分布を生
じ、さらにピント変動や収差の悪化を招くことが知られ
ている。このピントの狂いは、即ちスポット径の拡大で
あり、走査光学系を用いた装置の光学性能の劣化につな
がる。

【００１５】本発明の第１の目的は走査光学系の一要素
を構成するプラスチックレンズ（樹脂光学素子）の外周
部の少なくとも一部に、該プラスチックレンズの材質よ
り高い熱伝導率の材質より成る部材を設けることによ
り、単一プラスチックレンズ内の温度勾配を低減させ、
レンズ有効部内での光学性能の差を縮め、光学系の温度
補償性能の向上、かつ光学性能の安定化を図ることがで
きる樹脂光学素子及びそれを用いた走査光学系の提供に
ある。

【００１６】本発明の第２の目的は光学系（走査光学
系）内に設けた複数のプラスチックレンズを該プラスチ
ックレンズの材質より高い熱伝導率の材質より成る部材
を用いて連結、もしくは個々のプラスチックレンズを保
持するレンズ保持部の周辺部の少なくとも一部にその部
材を設けることにより、該プラスチックレンズ間での温
度差の不均一性を無くし、ほぼ同時に昇温、降温させ、
温度勾配を低減して、光学性能の温度補償性能の向上、
かつ光学性能の安定化を図ることができる走査光学系及
び光学系の提供にある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂光学素子
は、 (1) 樹脂光学素子の外周部の少なくとも一部に該樹脂光
学素子の材質より高い熱伝導率の材質より成る部材を設
けたことを特徴としている。

【００１８】本発明の走査光学系は、 (2) 光源手段から射出した光ビームを偏向手段に導光
し、該偏向手段で偏向反射させた光ビームを結像手段に
より被走査面上に導光し、該被走査面上を光走査する走
査光学系において、該結像手段は少なくとも１枚のプラ
スチックレンズを有し、該プラスチックレンズは、その
外周部の少なくとも一部に、該プラスチックレンズの材
質より高い熱伝導率の材質より成る部材が設けられてい
ることを特徴としている。

【００１９】(3) 光源手段から射出した光ビームを偏向
手段に導光し、該偏向手段で偏向反射させた光ビームを
結像手段により被走査面上に導光し、該被走査面上を光
走査する走査光学系において、該走査光学系は複数のプ
ラスチックレンズを有し、個々のプラスチックレンズは
レンズ保持部に共通に接し、かつ個々のプラスチックレ
ンズの材質より高い熱伝導率の材質より成る部材が、そ
のレンズ保持部の周辺部の少なくとも一部に設けられて
いることを特徴としている。

【００２０】特に(3-1) 前記複数のプラスチックレンズ
のうち少なくとも１つのプラスチックレンズは、その外
周部の少なくとも一部に、該プラスチックレンズの材質
より高い熱伝導率の材質より成る部材が設けられている
ことを特徴としている。

【００２１】本発明の光学系は、 (4) 正のパワーのプラスチックレンズと負のパワーのプ
ラスチックレンズとを有する光学系において、該正のパ
ワーのプラスチックレンズと該負のパワーのプラスチッ
クレンズは各々のプラスチックレンズの材質より高い熱
伝導性の材質より成る部材により連結されていることを
特徴としている。

【００２２】特に(4-1) 前記正のパワーのプラスチック
レンズ又は／及び負のパワーのプラスチックレンズは、
その外周部の少なくとも一部に、該プラスチックレンズ
の材質より高い熱伝導率の材質より成る部材が設けられ
ていることを特徴としている。

【００２３】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の実
施形態１の樹脂光学素子としてのプラスチックレンズの
要部斜視図である。

【００２４】同図において２はプラスチック材より成る
プラスチックレンズ（プラスチックｆθレンズ）であ
り、長尺な形状より成っている。１は板金であり、プラ
スチックレンズ２の外周部の一部に設けられており、該
プラスチックレンズ２の材質（アクリル）より高い熱伝
導率の材質、例えばアルミ（アルミニウム）より成って
いる。以下、この板金を「アルミ板金」と称す。２３は
プラスチックレンズ２の光軸、２１，２２は各々鏡面部
である。

【００２５】本実施形態においてプラスチックレンズ２
は同図に示すように光軸２３と直交する方向に長尺な形
状を成している為、この長尺方向に温度勾配が生じ易
い。アルミ板金１はプラスチックレンズ２の長尺方向に
長く、該プラスチックレンズ２の外周部２４に設けられ
ている。プラスチックレンズ２の材質はアクリルで熱伝
導率は１．９×１０^-1Ｗ／ｍ・ｋ、アルミ板金１の材質
はアルミで熱伝導率は２．３×１０⁺²Ｊ／ｍ・ｋであ
る。

【００２６】ここで熱源が例えばプラスチックレンズ２
の外周部２６側にある場合には、該外周部２６の方が他
方の外周部２７より昇温しやすいが、本実施形態ではプ
ラスチックレンズ２の外周部に設けたアルミ板金１によ
り熱エネルギーが外周部２７側に伝導され、該外周部２
７側でも昇温しやすくしている。これによりプラスチッ
クレンズ２内で温度勾配が生じにくくなる。

【００２７】尚、アルミ板金１とプラスチックレンズ２
の接合は膨張率の差を考えて、ある程度緩衝性のあるも
のが望ましい。例えば両面テープや紫外線硬化樹脂など
を用いれば良い。

【００２８】本実施形態ではプラスチックレンズ２の外
周部２４の一部にアルミ板金１を設けたが、これに限定
されることはなく、例えばプラスチックレンズ２の外周
部２４の対面の外周部２５にも同様にアルミ板金を設け
て構成しても良い。さらに外周部２６，２７も含めて、
その外周部全体をアルミ板金で覆うように構成しても良
い。これにより一層熱伝導性が向上し、レンズ有効部内
において温度勾配を更に低減させることができる。

【００２９】尚、レンズ外周部が略矩形以外の例えば円
形や長円形等より成るプラスチックレンズの場合でも、
上記と同様に外周部にプラスチックレンズより熱伝導率
の高い材質より成る部材を設けることにより、温度勾配
の低減を達成することができる。

【００３０】このように本実施形態では上述の如くプラ
スチックレンズ２の外周部の少なくとも一部に、該プラ
スチックレンズ２の材質（アクリル）より高い熱伝導率
の材質より成る部材（アルミ板金）を設けることによ
り、該プラスチックレンズ２内の温度勾配を低減でき、
レンズ有効部内での光学性能の差を縮めることができ
る。

【００３１】図２は図１に示したプラスチックレンズを
走査光学系の結像手段（プラスチックｆθレンズ）とし
て用いたときの要部概略図である。

【００３２】同図において６は光源手段であり、例えば
半導体レーザーより成っている。５はコリメーターレン
ズであり、光源手段６から出射された光束を略平行光束
に変換している。９はシリンダーレンズ群であり、副走
査方向に所定の屈折力を有するガラス材より成るガラス
シリンダーレンズ４と副走査方向に所定の屈折力を有す
るプラスチック材より成るプラスチックシリンダーレン
ズ３とを有している。７は光偏向器であり、例えば回転
多面鏡（ポリゴンミラー）より成っており、モーター等
の駆動手段（不図示）により矢印Ａ方向に一定速度で回
転している。２は図１に示したｆθ特性を有する単一の
プラスチックｆθレンズであり、その長手方向の外周部
の一部に上述の如く該プラスチックｆθレンズ２の材質
（アクリル）より高い熱伝導率の材質（アルミ）より成
るアルミ板金１が設けられている。８は被走査面として
の感光ドラム面である。

【００３３】本実施形態において光源手段６から射出し
た光束はコリメーターレンズ５により略平行光束とさ
れ、シリンダーレンズ群９に入射している。シリンダー
レンズ群９に入射した略平行光束のうち主走査断面内に
おいてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副
走査断面内においては収束して光偏向器７の偏向面７ａ
にほぼ線像として結像している。そして光偏向器７の偏
向面７ａで偏向反射された光束はプラスチックｆθレン
ズ２により感光ドラム面８上に導光され、該光偏向器７
を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム
面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情
報の記録を行なっている。

【００３４】本実施形態においては前記図５に示した走
査光学系と同様にアクリル製のプラスチックｆθレンズ
２が環境変動（温度変化）によって屈折率や形状等が変
化してピントずれを起こすので、走査光学系の一部に負
のパワーのアクリル製のプラスチックシリンダーレンズ
３を設けることによって、互いのピント変動をキャンセ
ルさせている。そしてこの２つのプラスチックレンズう
ち、一方のプラスチックｆθレンズ２の外周部の少なく
とも一部に、該プラスチックｆθレンズ２の材質より高
い熱伝導率の材質より成るアルミ板金を設けることによ
って、該プラスチックｆθレンズ２内の温度勾配を低減
させ、レンズ有効部内での光学性能の差を縮め、光学系
の温度補償性能の向上、かつ光学性能の安定化を図って
いる。尚、プラスチックシリンダーレンズ３の外周部の
少なくとも一部に、該プラスチックシリンダーレンズ３
の材質より高い熱伝導率の材質より成る部材を設けても
良いことは言うまでもない。

【００３５】（実施形態２）図３は本発明の実施形態２
の走査光学系の結像手段周辺を示した副走査方向の要部
断面図（副走査断面図）である。

【００３６】同図において３０ａ，３０ｂは各々プラス
チック材（ポリカーボネイト）より成るプラスチックｆ
θレンズであり、個々のプラスチックｆθレンズ３０
ａ，３０ｂはレンズ保持部３６に共通に接し、かつ個々
のプラスチックｆθレンズ３０ａ，３０ｂの材質より高
い熱伝導率の材質（ステンレス）より成る板金１０が、
そのレンズ保持部３６の周辺部の一部に設けられてい
る。尚、この板金１０を以下「ステンレス板金」と称
す。３３はプラスチックｆθレンズ３０ａ，３０ｂの光
軸、３４，３５は各々光軸３３に対してレンズ外周部の
上面及び下面である。レンズ外周部の上面３４には各Ｌ
字フック部３１，３２が設けられており、この各Ｌ字フ
ック部３１，３２に引っ掛けるようにステンレス板金１
０が挿入されている。ステンレス板金１０は上面３４と
の接面部１１と、該接面部１１に対して曲げ起こした各
弾性部１２，１３とより形成されている。各弾性部１
２，１３は各々板バネとして作用し、各Ｌ字フック部３
１，３２に対して弾性力を発して、接面部１１とレンズ
外周部とを密着させている。またステンレス板金１０は
紙面に対して平行方向に移動可能であり、挿入すること
により一体化されている。

【００３７】本実施形態におけるステンレス板金１０の
材質はステンレスで熱伝導率が２．５×１０⁺¹Ｗ／ｍ・
ｋであり、各プラスチックｆθレンズ３０ａ，３０ｂの
材質はポリカーボネイトで熱伝導率が１．９×^-1Ｗ／ｍ
・ｋである。

【００３８】本実施形態では各プラスチックｆθレンズ
３０ａ，３０ｂの紙面に対して垂直方向に生じる温度勾
配をステンレス板金１０を用いて熱伝導性を上げること
で低減させ、光学系の温度補償性能の向上、かつ光学性
能の安定化を図っている。

【００３９】プラスチックと板金とでは熱膨張率の差が
あるため、本実施形態のように構成することにより、ス
テンレス板金１０とプラスチックｆθレンズ３０ａ，３
０ｂとの間に遊びを設けている。またステンレス板金１
０に接面部１１を設けることによって熱伝導性を向上さ
せている。

【００４０】尚、各Ｌ字フック部３１，３２は型ヌキ
上、紙面に対して垂直方向に交互に設けても良い。また
板金の弾性力を利用して、プラスチックｆθレンズと接
合するためには本構成に係らず、例えば板金をＣ形状や
コの字形状等に加工し、レンズ外周部にはめ込む方式を
とっても良い。この場合、レンズ保持部を避けて板金を
接合するとレンズの取り付け精度が悪化しなくなるので
良い。

【００４１】尚、本実施形態においてレンズ保持部（レ
ンズ鏡筒）３６を各プラスチックｆθレンズ３０ａ，３
０ｂの材質より高い熱伝導率の材質で構成すれば、上記
のステンレス板金１０は不要となる。

【００４２】（実施形態３）図４は本発明の実施形態３
の要部概略図である。同図において図２に示した要素と
同一要素には同符番を付している。

【００４３】本実施形態において前述の図２に示した実
施形態１と異なる点はプラスチックｆθレンズとプラス
チックシリンダーレンズとを板金にて連結して構成した
ことである。その他の構成及び光学的作用は実施形態１
と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

【００４４】即ち、同図において４１は連結部材として
の板金であり、プラスチックｆθレンズ２とプラスチッ
クシリンダーレンズ３とを連結しており、かつプラスチ
ックｆθレンズ２の外周部の一部にも設けている。本実
施形態における板金はプラスチックレンズの材質（アク
リル）より高い熱伝導率の材質（アルミ）より形成して
いる。以下、この板金を「アルミ板金」と称す。

【００４５】本実施形態において光源手段６から射出し
た光束はコリメーターレンズ５により略平行光束とさ
れ、シリンダーレンズ群９に入射している。シリンダー
レンズ群９に入射した略平行光束のうち主走査断面内に
おいてはそのまま略平行光束の状態で射出する。また副
走査断面内においては収束して光偏向器７の偏向面７ａ
にほぼ線像として結像している。そして光偏向器７の偏
向面７ａで偏向反射された光束はプラスチックｆθレン
ズ２により感光ドラム面８上に導光され、該光偏向器８
を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム
面８上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情
報の記録を行なっている。

【００４６】本実施形態における熱源は半導体レーザー
６近傍のレーザー基板（不図示）、そしてポリゴンミラ
ー７の駆動源のポリゴンモータ（不図示）等であり、プ
ラスチックシリンダーレンズ３の温度＞プラスチックｆ
θレンズ２の端部２６＞プラスチックｆθレンズ２の端
部２７、なる温度勾配が生じるのをアルミ板金４１によ
り熱の伝導をスムーズに行うことによって温度勾配を生
じにくくしている。これにより互いにパワー変動をキャ
ンセルする意図で設けられたプラスチックｆθレンズ２
とプラスチックシリンダーレンズ３を常時同等温度にす
ることができ、ピントの温度補償性能を向上させること
ができる。

【００４７】このように本実施形態では上述の如くプラ
スチックｆθレンズ２とプラスチックシリンダーレンズ
３とをアルミ板金４１にて連結することにより、各プラ
スチックレンズ２，３間での温度差の不均一性を無く
し、ほぼ同時に昇温、降温させることによって温度勾配
を低減させ、光学性能の温度補償性能を向上させてい
る。

【００４８】また本実施形態で用いる連結部材はシンプ
ルな形状の板金でよく、これによりヒーター温調するよ
り、簡易に走査光学系を構成することができる。

【００４９】尚、上記のように複数のプラスチックレン
ズを該プラスチックレンズより高い熱伝導率の材質で連
結する方法は、本実施形態による走査光学系のみなら
ず、例えばカメラ等の共軸レンズ系（光学系）にも利用
できる。またレンズ系の一部を可動させるズームレンズ
のように複数のプラスチックレンズの位置が変化する光
学系についても、連結部材に対してプラスチックレンズ
（もしくはプラスチックレンズを保持する移動鏡筒）が
常に近接するか、または連結部材を可変性に構成して連
結することにより所期の目的を達成することができる。

【００５０】

【発明の効果】第１の発明によれば前述の如く走査光学
系の一要素を構成するプラスチックレンズ（樹脂光学素
子）の外周部の少なくとも一部に、該プラスチックレン
ズの材質より高い熱伝導率の材質より成る部材を設ける
ことにより、単一プラスチックレンズ内の温度勾配を低
減させ、レンズ有効部内での光学性能の差を縮め、光学
系の温度補償性能の向上、かつ光学性能の安定化を図る
ことができる樹脂光学素子及びそれを用いた走査光学系
を達成することができる。

【００５１】第２の発明によれば前述の如く光学系（走
査光学系）内に設けた複数のプラスチックレンズを該プ
ラスチックレンズの材質より高い熱伝導率の材質より成
る部材を用いて連結、もしくは個々のプラスチックレン
ズを保持するレンズ保持部の周辺部の少なくとも一部に
その部材を設けることにより、該プラスチックレンズ間
での温度差の不均一性を無くし、ほぼ同時に昇温、降温
させ、温度勾配を低減して、光学性能の温度補償性能の
向上、かつ光学性能の安定化を図ることができる走査光
学系及び光学系を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の樹脂光学素子の要部斜
視図

【図２】 本発明に係る樹脂光学素子を走査光学系に適
用したときの要部概略図

【図３】 本発明の実施形態２の主要部分の副走査断面
図

【図４】 本発明の実施形態３の要部概略図

【図５】 従来の走査光学系の要部概略図

【符号の説明】

１，１０，４１ 板金 ２ プラスチックｆθレンズ（凸レンズ） ３ プラスチックシリンダーレンズ（凹レンズ） ４ ガラスシリンダーレンズ（凸レンズ） ５ コリメーターレンズ ６ 光源手段 ７ 光偏向器 ８ 被走査面 ９ シリンダーレンズ群

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂光学素子の外周部の少なくとも一部
   に該樹脂光学素子の材質より高い熱伝導率の材質より成
   る部材を設けたことを特徴とする樹脂光学素子。
2. 【請求項２】 光源手段から射出した光ビームを偏向手
   段に導光し、該偏向手段で偏向反射させた光ビームを結
   像手段により被走査面上に導光し、該被走査面上を光走
   査する走査光学系において、 該結像手段は少なくとも１枚のプラスチックレンズを有
   し、該プラスチックレンズは、その外周部の少なくとも
   一部に、該プラスチックレンズの材質より高い熱伝導率
   の材質より成る部材が設けられていることを特徴とする
   走査光学系。
3. 【請求項３】 光源手段から射出した光ビームを偏向手
   段に導光し、該偏向手段で偏向反射させた光ビームを結
   像手段により被走査面上に導光し、該被走査面上を光走
   査する走査光学系において、 該走査光学系は複数のプラスチックレンズを有し、個々
   のプラスチックレンズはレンズ保持部に共通に接し、か
   つ個々のプラスチックレンズの材質より高い熱伝導率の
   材質より成る部材が、そのレンズ保持部の周辺部の少な
   くとも一部に設けられていることを特徴とする走査光学
   系。
4. 【請求項４】 前記複数のプラスチックレンズのうち少
   なくとも１つのプラスチックレンズは、その外周部の少
   なくとも一部に、該プラスチックレンズの材質より高い
   熱伝導率の材質より成る部材が設けられていることを特
   徴とする請求項３の走査光学系。
5. 【請求項５】 正のパワーのプラスチックレンズと負の
   パワーのプラスチックレンズとを有する光学系におい
   て、 該正のパワーのプラスチックレンズと該負のパワーのプ
   ラスチックレンズは各々のプラスチックレンズの材質よ
   り高い熱伝導性の材質より成る部材により連結されてい
   ることを特徴とする光学系。
6. 【請求項６】 前記正のパワーのプラスチックレンズ又
   は／及び負のパワーのプラスチックレンズは、その外周
   部の少なくとも一部に、該プラスチックレンズの材質よ
   り高い熱伝導率の材質より成る部材が設けられているこ
   とを特徴とする請求項５の光学系。