JP2002267807A - プラスチック光学素子 - Google Patents

プラスチック光学素子

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JP2002267807A
JP2002267807A JP2001065380A JP2001065380A JP2002267807A JP 2002267807 A JP2002267807 A JP 2002267807A JP 2001065380 A JP2001065380 A JP 2001065380A JP 2001065380 A JP2001065380 A JP 2001065380A JP 2002267807 A JP2002267807 A JP 2002267807A
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lens
optical element
lenses
plastic optical
cross
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Yukihisa Baba
幸久 馬場
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学系のコンパクト化と部品点数の削減を図る
ことができるプラスチック光学素子を提供する。 【解決手段】プラスチック材料を射出成形することによ
り製造された、2つのレンズ105,111を一体化し
た長尺状のプラスチック光学素子105’であって、2
つのレンズの光学有効部の外側につば部105a,11
1aを有し、2つのレンズのうちの一方である第1のレ
ンズ111のつば部111aの少なくとも一部の断面
を、2つのレンズのうちの他方である第2のレンズ10
5のつば部の断面よりも小さくした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形により成
形された長尺状のプラスチック光学素子に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来より、レーザービームプリンターや
デジタル複写機の走査光学系の光学ユニットには、fθ
レンズと呼ばれる長尺の光学素子が使用されている。こ
の長尺の光学素子としては、非球面の採用による光学的
性能の向上やコストダウンの目的から、金型を用いて成
形することにより複雑な形状が形成できるプラスチック
成形光学素子(射出成形、射出圧縮成形による)が用い
られる。
【0003】図3に、走査光学系を構成する光学ユニッ
トの概略構成を示す。図3において、101は光源であ
るところの半導体レーザー、102はコリメーターレン
ズ、103はシリンドリカルレンズ、104はレーザー
光を走査する回転多面鏡、105及び106はfθレン
ズと呼ばれているもので、回転多面鏡によって等速回転
運動に走査されたレーザー光を等速直線運動に変換する
機能を持つ光学素子である。107は折り返しミラー、
110はドラムと呼ばれる感光体である。半導体レーザ
ー101から出射された光は回転多面鏡104で走査さ
れ、fθレンズ105,106を通して、ドラム110
の表面上に結像される。また、光束を検知するための手
段として、BDレンズ111、光束検知用折り返しミラ
ー108、光束検知用素子109を備えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例では、fθレンズ105,106と、BDレンズ
111とが別々の部品から構成されているために、光学
系が大きくなりやすく、部品点数も多くなるという問題
点があった。
【0005】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、光学系のコンパクト化
と部品点数の削減を図ることができるプラスチック光学
素子を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わるプラスチック光
学素子は、プラスチック材料を射出成形することにより
製造された、2つのレンズを一体化した長尺状のプラス
チック光学素子であって、前記2つのレンズの光学有効
部の外側につば部を有し、前記2つのレンズのうちの一
方である第1のレンズのつば部の少なくとも一部の断面
を、前記2つのレンズのうちの他方である第2のレンズ
のつば部の断面よりも小さくしたことを特徴としてい
る。
【0007】また、この発明に係わるプラスチック光学
素子において、前記第1のレンズのつば部の断面の大き
さを、前記第1のレンズの光学有効部の断面の大きさに
近い大きさとしたことを特徴としている。
【0008】また、この発明に係わ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がfθレンズ
であることを特徴としている。
【0009】また、本発明に係わるプラスチック光学素
子は、プラスチック材料を射出成形することにより製造
された、2つのレンズを一体化した長尺状のプラスチッ
ク光学素子であって、前記2つのレンズの光学有効部の
外側につば部を有し、前記2つのレンズのうちの一方の
レンズのつば部の少なくとも一部の断面の大きさを、前
記2つのレンズの接合部の断面の大きさに近い大きさに
したことを特徴としている。
【0010】また、この発明に係わ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がfθレンズ
であることを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明をレーザービームプ
リンタの走査光学系に適用した一実施形態について、図
面を参照して詳細に説明する。
【0012】レーザービームプリンタの走査光学系をコ
ンパクト化し、かつ部品点数を少なくしてコストダウン
するという観点から、本実施形態の走査光学系は、図1
のごとく、半導体レーザー101から出射された光が回
転多面鏡104で走査され、fθレンズ105,106
を通して、ドラム110の表面上に結像される様に構成
され、且つ、光束を検知するため手段として、fθレン
ズ105と一体化されたBDレンズ111と、光束検知
用折り返しミラー108と、光束検知用素子109とを
備えている。なお、以下の説明では、fθレンズ105
とBDレンズ111とを一体化したものをfθレンズ1
05’とする。
【0013】本実施形態の走査光学系のfθレンズで
は、ドラムに走査するレーザー光を等速変換するfθレ
ンズと光束を検知するためのBDレンズとを一体化して
おり、これは部品点数の削減によるコストダウンを目的
としたものである。図1ではfシータレンズ105’の
光学面の断面形状を示したが、図2ではその光学面以外
の面も含めた形状を示しており、(a)は平面図、
(b)は側断面図である。
【0014】このfθレンズ105’は射出成形等によ
って成形され、図2に示す様に、長手方向の1端にゲー
トを設け、金型から成形品のエジェクトを行うための場
所であり成形品の強度の補強、成形品の成形後における
取り扱い時の光学面の保護のために設ける形状であるつ
ば105aを設けたfθレンズ部105と、レンズ接合
部をはさんでやはりつば形状111aを設けたBDレン
ズ部111とを備えている。
【0015】ところで、図2のごとく長手方向に2つの
異なるレンズを一体化したレンズにおいては、特にレン
ズの接合部が急角度で接合されている場合や、接合部が
狭い場合には、キャビティ内に射出された樹脂が接合部
で滞り、早くつば部111aを通過した樹脂がBDレン
ズ111の光学有効部で接触するために、ウェルドライ
ンが発生したり、図2の部分拡大図である図4におけ
る、つば111aのA部付近が高いリブが存在している
のと同じ効果を持ち、図4における矢印B、C方向にレ
ンズを変形させることが起こり、量産時における外観不
良や光学性能不良を発生させる原因となる。
【0016】以下の説明では、この問題を解決する方法
について説明する。
【0017】図5は、一実施形態の光学素子を示す図
で、(b)が図1と同じく光学ユニットの上からみた図
(光学素子の側断面図)であり、ドラムに向かうレーザ
ービームの光線が走査される長手方向のfθレンズ部1
05の光学面の形状と、つば部105a,111aの形
状と、ゲート4の位置を示している。
【0018】(a)がレーザービームの光線の入射側か
ら光学素子を見た図(光学素子の平面図)で、fθレン
ズ部105及びBDレンズ部111の光学有効部3,5
を図示している。
【0019】上記構成の成形品を射出成形するための金
型を用いた射出成形工程を説明する。
【0020】樹脂の材料は三菱レイヨンアクリペットV
Hで、射出速度を7000立方ミリ/秒に設定し280
℃で溶融させ、80℃の金型内にゲートを通して射出
し、金型の成形品と略同じ形状をしたキャビティに樹脂
を充填させる。
【0021】この場合、図5の部分拡大図である図6に
示すごとく、接合部Eの断面の光軸方向の肉厚は5mm
で、つば部111aの肉厚は5.7mmであり、BDレ
ンズ部111とそのつば部111aは、共にこの肉厚で
レンズ端部までほぼ一定である。fθレンズ105’の
長手方向寸法は100mm、短手方向寸法は20mmで
ある。また、光線有効部を含む光学面は10mm幅であ
り、正確には図示しないが、つば部105a,111a
の光束と平行な面は僅かに抜き勾配を設けてあり、場所
によって異なるが5°から45°程度の勾配を持つ。
【0022】このように、BDレンズ部111のつば部
111aの断面の大きさを、光学有効部5の断面の大き
さ(厚み)、あるいはBDレンズ部111とfθレンズ
部の接合部分の断面の大きさ(厚み)に近い大きさ(厚
み)とすることによって、fθレンズ部105から接合
部Eを介してBDレンズ部111に樹脂が流入するとき
に、fθレンズ(光学素子)105’の全幅にわたっ
て、略均一に樹脂が流入するため、BDレンズ部111
の光学有効部5にウェルドラインが形成されることが防
止される。言い換えれば、BDレンズ部111の光学有
効部よりもつば部111aから先に樹脂がBDレンズ部
111に流入することがなく、BDレンズ部111の光
学有効部5の部分で樹脂が合流して光学有効部5にウェ
ルドラインが形成されることが防止される。
【0023】上記のような光学素子の形状をコンピュー
ターによる3次元流動解析を用いてゲートから注入され
る溶融樹脂の流動先端の位置を光学面及びつば部におい
て計算することによってもあらかじめウェルドが発生し
ないことを確認することができ、また実際の射出成形に
おいても成形時のウェルドラインの発生率は0%であっ
た。
【0024】また、fθレンズ部105に対するBDレ
ンズ部111の変形は傾斜にして30秒程度であり光学
性能を満足する。
【0025】また、接合部の形状によっては、更にBD
レンズ部111の肉厚を薄くしたり(図7)、つば部を
なくしたり(図8)、つば部の幅を狭くしたり(図
9)、接合部付近のみ、つば部の形状を薄くしたり(図
10)するようにしてもよいし、ゲートをBDレンズ部
111側に設け、BDレンズ部111からfθレンズ部
105に接続するところでつば部を設けること(図1
1)で本発明の作用を与えることも出来る。
【0026】(比較例)図2は、比較例の光学素子で、
(b)が図1と同じく光学ユニットの上からみた図であ
り、ドラムに向かうレーザービームの光線が走査される
長手方向のfθレンズ部105の光学面の形状、つば部
2の形状、ゲート4の位置が示されている。
【0027】(a)はレーザービームの光線の入射側か
ら光学素子を見た図で、(a)の図のみ、fθレンズ部
105及びBDレンズ部111の光学有効部3,5を図
示している。
【0028】上記構成の成形品を射出成形するための金
型を用いた射出成形工程を説明する。樹脂の材料は三菱
レイヨンアクリペットVHで、射出速度を7000立方
ミリ/秒に設定し280℃で溶融させ、80℃の金型内
にゲートを通して射出し、金型の成形品と略同じ形状を
したキャビティに樹脂を充填させる。この時、接合部E
の断面のレンズの光軸方向の肉厚は5mmで、つば部の
肉厚は15mmであり、つば部はこの肉厚からレンズ端
部に向かい減っていく。光学素子の長手方向寸法は10
0mm、短手方向寸法は20mm、また光線有効部を含
む光学面は10mm幅である。また、正確には図示しな
いが、つば部105a,111aの光束と平行な面は僅
かに抜き勾配を設けてあり、場所によって異なるが5°
から45°程度の勾配を持つ。
【0029】このような光学素子の射出成形において
は、成形時のウェルドラインの発生率は射出速度700
0立方ミリ/秒において50%であり、射出速度を遅く
することにより若干の改善が見られるが、射出速度が遅
いことによる光学面のフローマーク等の新たな不良の発
生により40%の改善にとどまる。
【0030】また、fθレンズ部105に対するBDレ
ンズ部111の変形は傾斜にして2分程度であり光学性
能を満足出来ない。
【0031】以上説明した様に、上記の一実施形態によ
れば、2つのレンズからなる長尺のプラスチック成形光
学素子の光線有効部外につば部を持つ場合に、一方のレ
ンズの接合部分から端部まで全部、若しくは接合部分の
一部のつば形状の断面積を他方のレンズのつば形状より
小さくした構造にすることにより、光学ユニットの外観
不良、精度不良を低減することができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、光
学系のコンパクト化と部品点数の削減を図ることが可能
となる。
【0033】また、2つのレンズを一体成形する場合
に、レンズの光学有効面にウェルドラインが形成される
ことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の走査光学系を上から見た
図である。
【図2】比較例の光学素子の形状を示した図である。
【図3】従来例の走査光学系を上から見た図である。
【図4】図2の部分拡大図である。
【図5】本発明の一実施形態の光学素子の形状を示した
図である。
【図6】一実施形態の光学素子のレンズ接合部の詳細を
示した図である。
【図7】一実施形態の変形例を示した図である。
【図8】一実施形態の変形例を示した図である。
【図9】一実施形態の変形例を示した図である。
【図10】一実施形態の変形例を示した図である。
【図11】一実施形態の変形例を示した図である。
【符号の説明】
3 fθレンズ光線有効部 4 ゲート 5 BDレンズ光線有効部 101 光源(半導体レーザー) 102 コリメーターレンズ 103 シリンドリカルレンズ 104 回転多面鏡 105 fθレンズ部 105a つば部 105’fθレンズ(光学素子) 106 fθレンズ 107 折り返しミラー 108 光線検知用折り返しミラー 109 光線検知用素子 110 ドラム 111 BDレンズ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチック材料を射出成形することに
    より製造された、2つのレンズを一体化した長尺状のプ
    ラスチック光学素子であって、 前記2つのレンズの光学有効部の外側につば部を有し、
    前記2つのレンズのうちの一方である第1のレンズのつ
    ば部の少なくとも一部の断面を、前記2つのレンズのう
    ちの他方である第2のレンズのつば部の断面よりも小さ
    くしたことを特徴とするプラスチック光学素子。
  2. 【請求項2】 前記第1のレンズのつば部の断面の大き
    さを、前記第1のレンズの光学有効部の断面の大きさに
    近い大きさとした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. 【請求項3】 前記プラスチック光学素子がfθレンズ
    であ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。
  4. 【請求項4】 プラスチック材料を射出成形することに
    より製造された、2つのレンズを一体化した長尺状のプ
    ラスチック光学素子であって、 前記2つのレンズの光学有効部の外側につば部を有し、
    前記2つのレンズのうちの一方のレンズのつば部の少な
    くとも一部の断面の大きさを、前記2つのレンズの接合
    部の断面の大きさに近い大きさにしたことを特徴とする
    プラスチック光学素子。
  5. 【請求項5】 前記プラスチック光学素子がfθレンズ
    であることを特徴とする請求項4に記載のプラスチック
    光学素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010082838A (ja) * 2008-09-29 2010-04-15 Konica Minolta Opto Inc レンズ製造方法
JP2011215277A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Brother Industries Ltd レンズ

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Effective date: 20080513