JP2002296526A - コリメータレンズおよび光走査装置 - Google Patents

コリメータレンズおよび光走査装置

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JP2002296526A
JP2002296526A JP2001102068A JP2001102068A JP2002296526A JP 2002296526 A JP2002296526 A JP 2002296526A JP 2001102068 A JP2001102068 A JP 2001102068A JP 2001102068 A JP2001102068 A JP 2001102068A JP 2002296526 A JP2002296526 A JP 2002296526A
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collimator lens
optical axis
optical
optical system
lens
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JP2001102068A
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English (en)
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Takayuki Noda
隆行 野田
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Fujinon Corp
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Fuji Photo Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型・軽量で、かつ量産適応性のあるコリメ
ータレンズ、およびそれを備えた光走査装置を提供す
る。 【解決手段】 回転多面鏡14への入射ビームB1の
走査平面内におけるビーム幅w0が上記光偏向反射面の
走査平面内における幅よりも大きい走査光学系におい
て、コリメータレンズの光軸Ax3を、入射光学系12の
光軸Ax1に対して結像光学系16の光軸Ax2側へ、軸ず
れもしくは傾斜移動させる。入射ビームB1における光
強度ピーク位置を光軸Ax1に対して結像光学系16の光
軸Ax2側へ所定量変位させる。コリメータレンズとして
は、その光軸がレンズ中心軸に対して軸ずれもしくは傾
斜移動した状態のガラスモールド成形体を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、レーザプ
リンタ、ディジタル複写機およびレーザ製版装置のよう
な光学的手法による画像形成装置等に用いられて、光ビ
ームスポットを被走査面上に走査する光走査装置、およ
びそのような装置に用いられるコリメータレンズに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、レーザプリンタやレーザ製版
装置等においては、その画像形成手段として光走査装置
が用いられる。この光走査装置は、光源118、コリメ
ータレンズ120、絞り122およびシリンドリカルレ
ンズ124を備えた入射光学系112と、この入射光学
系112からの入射光束(ビーム)を偏向反射させる回
転多面鏡114と、この回転多面鏡114の光偏向反射
面114a1からの偏向反射ビームを被走査面(図示せ
ず)上にビームスポットとして結像させる結像光学系1
16とを備えている。この光走査装置では、回転多面鏡
114を回転させることにより、ビームスポットを被走
査面上において結像光学系116の光軸Ax2を中心とし
て所定角度範囲にわたって所定の方向(以下、主走査方
向という。)に走査するようになっている。
【0003】この光走査装置において、その回転多面鏡
114a1のサイズが小さい場合あるいはその反射面数
が多い場合には、図9(A)に示したように、回転多面
鏡114への入射ビームB1の幅w0が光偏向反射面1
14a1の幅(入射光学系の光軸Ax1と直交する方向の
幅)よりも大きくなることがある。この場合には、光偏
向反射面14a1からの偏向反射ビームB2のビーム幅
(走査方向における幅)が、回転多面鏡114の回転角
度位置によって異なったものとなる。
【0004】入射ビームB1の光強度は、図10に示し
たように、入射光学系の光軸Ax1上の中央部が最も大き
く、両端部に近づくに従って徐々に小さくなるので、各
回転角度位置における偏向反射ビームB2の光量は、同
図において斜線領域の大きさで示したように、回転角度
位置(A)、(B)の場合に比べて回転角度位置(C)
においてより小さくなる。
【0005】このため、被走査面上の主走査方向におい
て光量むらが生じてしまい、これが画像の濃度むらを発
生させて画質を悪化させる原因となってしまう。そこ
で、本出願人は、特開平11−281905号公報にお
いて、入射光学系への入射光束の光強度ピーク位置をこ
の入射光学系の光軸に対して結像光学系の光軸側へ所定
量変位させるように構成した光走査装置を提案してい
る。この装置によれば、偏向反射ビームの主走査方向に
おける光量差の問題を解消または緩和することが可能で
ある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の公報において、
本出願人は、入射光学系への入射光束の光強度ピーク位
置を変位させるための方法の1つとして、光源およびコ
リメータレンズを、これらの光軸が入射光学系の光軸に
対して結像光学系の光軸側に平行移動した位置にくるよ
うに配置することを提案している。すなわち、入射光束
がコリメータレンズの中央領域を通過するのではなく中
央からずれた領域を通過するように配置するのである。
この場合には、実際に使用する入射光束の光束径に比べ
てかなり大きな外径を有するコリメータレンズが必要と
なる。すなわち、コリメータレンズのうちのごく一部し
か使用しないにもかかわらず、大きな外径のコリメータ
レンズを用意しなければならず、装置の小型化や軽量化
に支障が生ずる。
【0007】ところで、従来より、レンズ製作の分野で
は、合成樹脂を材料として用い、射出成形によりプラス
チックレンズを製作することが行われている。そこで、
上記の光走査装置におけるコリメータレンズに対して
も、プラスチックレンズの製作技術を適用することが考
えられる。しかしながら、一般に、プラスチックレンズ
は、温度変化に弱く耐熱性の点で問題があり、光源とし
て高輝度のレーザを用いた光走査装置には適さない。ま
た、プラスチックレンズレンズは、その形成材料の屈折
率が低く、設計仕様を満足させることは容易ではない。
したがって、このようなコリメータレンズとしては、耐
熱性がよく(温度変化に強く)、かつ高い屈折率材料を
使用できるガラスレンズを選択するのが好ましい。
【0008】このような特性を有するガラスレンズの製
作方法としては、主として、研磨加工による方法と、ガ
ラスモールドによる方法とがある。このうち、研磨加工
による方法については長年の技術の蓄積があり、大口径
から小口径に至るまで、様々なサイズのレンズに対応す
ることが可能である。ところが、光学設計上、非球面レ
ンズが要求される場合には、熟練した製作技術が必要と
なることから、量産には不向きであり、製作コストが上
昇するという問題がある。さらに、例えば、上記した装
置の小型化および計量化を考慮して、レンズのうちの不
要な部分(光束が通過しない領域)をカットすることも
考えられるが、この場合には、大口径のレンズを製作す
るための通常の研磨工程の他に、不要部分を除去するた
めの後工程が必要となり、製作コストの上昇につなが
る。
【0009】一方、ガラスモールドによる方法は、非球
面レンズの製作も容易であり、製作コストも低いが、そ
の反面、現在の技術水準では、大口径のレンズを製作す
ることができないという問題がある。
【0010】このように、従来の光走査装置では、装置
の小型・軽量化という要求と、量産適応性という要求と
を同時に満たすことができるコリメータレンズを得るこ
とが困難であった。
【0011】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、小型・軽量で、かつ量産適応性のあ
るコリメータレンズ、およびそれを備えた光走査装置を
提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の光走査装置は、
光束を出射する光源と、この光源からの光束を平行光束
にするコリメータレンズと前記平行光束を所定の光束径
に制限する絞りとを有する第1の光学系と、複数の光偏
向反射面を有し、前記第1の光学系を経由してきた光束
を、それによって前記被走査面が所定の走査方向に沿っ
て走査されることとなるように偏向反射させながら回転
する回転多面鏡と、回転多面鏡の光偏向反射面からの偏
向反射光束を被走査面上に光スポットとして結像させる
第2の光学系とを備え、回転多面鏡に入射する光束の、
前記走査方向に対応する方向における光束幅が、前記光
偏向反射面の、前記走査方向に対応する方向における幅
よりも大きい値に設定されている光走査装置であって、
コリメータレンズが、光束が通過する2つの面を有し、
これらの2つの面のうちの少なくとも一方が、前記第1
の光学系の光軸に対応することとなるレンズ中心軸に対
して偏芯するように形成されたガラスモールド成形体で
あるように構成したものである。
【0013】ここにいう「面の偏芯」とは、レンズを構
成する面の曲率中心が、レンズ中心軸から離れた位置に
ある場合をいう。このような「面の偏芯」の現れ方とし
て、レンズ中心軸とレンズの光軸とが平行である場合
(平行軸ずれ状態)と、平行でない場合(軸傾斜状態)
とがある。「面の曲率中心」とは、球面の場合にはその
球体の中心をいい、非球面の場合にはその非球面の一部
をなす球面部分によって規定される球体の中心をいう。
「レンズ中心軸」とは、レンズの外周面によって規定さ
れる円筒の中心を通る機械軸をいい、「レンズの光軸」
とは、コリメータレンズの2つの面の曲率中心を両方と
も通る光学的な軸をいう。
【0014】本発明の光走査装置では、光源からの光束
が第1の光学系のコリメータレンズによって平行光束に
変換され、さらに絞りによって所定の光束径に変換され
る。コリメータレンズはガラスモールド成形体として形
成され、その2つの面のうちの少なくとも一方が、第1
の光学系の光軸に対応することとなるレンズ中心軸に対
して偏芯しているため、光源からの光束の中心の進行方
向は、コリメータレンズを通過する際に変化する。第1
の光学系から出た光束は、回転多面鏡の光偏向反射面に
入射し、そこで反射した光束が、第2の光学系によって
被走査面上に光スポットとして結像する。このとき、回
転多面鏡への入射光束の走査方向に対応する方向におけ
る光束幅は、光偏向反射面の走査方向に対応する方向に
おける幅よりも大きいため、入射光束のうちの一部のみ
が反射されて被走査面上での光スポットの形成に寄与す
る。この光スポットは、回転多面鏡の回転に伴って被走
査面上を所定の走査方向に沿って移動する。
【0015】本発明の光走査装置では、コリメータレン
ズにおける各面の偏芯の大きさおよび方向を、第1の光
学系における入射光束の光強度ピーク位置が第1の光学
系の光軸に対して第2の光学系の光軸側へ所定量変位す
ることとなるように設定するのが好ましい。このような
設定は、コリメータレンズの光軸を、第1の光学系の光
軸に対して第2の光学系の光軸側へ平行移動した位置に
設定することで実現可能である。この場合には、第1の
光学系の光軸に対するコリメータレンズの光軸の平行移
動量Δaxとコリメータレンズの外径φ1との和(Δa
x+φ1)が25mm以上となるように設定することが
可能である。
【0016】本発明の光走査装置では、コリメータレン
ズの2つの面をコリメータレンズの光軸が通るように形
成してもよいし、コリメータレンズの2つの面をコリメ
ータレンズの光軸が通らないように形成してもよい。
【0017】本発明のコリメータレンズは、光束を出射
する光源と、この光源からの光束を平行光束にするコリ
メータレンズと平行光束を所定の光束径に制限する絞り
とを有する第1の光学系と、複数の光偏向反射面を有
し、第1の光学系を経由してきた光束を、それによって
被走査面が所定の走査方向に沿って走査されることとな
るように偏向反射させながら回転する回転多面鏡と、回
転多面鏡の光偏向反射面からの偏向反射光束を被走査面
上に光スポットとして結像させる第2の光学系とを備
え、回転多面鏡に入射する光束の走査方向に対応する方
向における光束幅が、光偏向反射面の走査方向に対応す
る方向における幅よりも大きい値に設定されている光走
査装置に用いられる、上記のコリメータレンズであっ
て、光束が通過する2つの面を有し、これらの2つの面
のうちの少なくとも一方が、第1の光学系の光軸に対応
することとなるレンズ中心軸に対して偏芯するように形
成されたガラスモールド成形体からなるものである。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0019】図1は本発明の一実施の形態に係る光走査
装置の平面構成を表すものである。なお、ここでは、例
えばレーザプリンタに用いられる光走査装置として説明
する。
【0020】〈光走査装置の構造〉図1に示した光走査
装置10は、入射光学系12と、回転多面鏡(ポリゴン
ミラー)14と、結像光学系16とを備えている。入射
光学系12は、光源18と、この光源18からのビーム
を平行ビームB0にするコリメータレンズ20と、平行
ビームB0を所定ビーム径w0に制限する絞り22と、
この絞り22を経た平行ビームB0を横長楕円ビームB
1に変換する円筒面シリンドリカルレンズ24とで構成
されている。この横長楕円ビームB1は、回転多面鏡1
4に入射する位置の近傍において横長の線像を形成する
ようになっている。なお、ここにいう「横長」とは、紙
面と平行、かつ光軸Ax1と垂直な方向に細長い形状を意
味する。
【0021】ここで、光源1が本発明における「光源」
の一具体例に対応し、入射光学系12が本発明における
「第1の光学系」の一具体例に対応する。また、回転多
面鏡14が本発明における「回転多面鏡」の一具体例に
対応し、結像光学系16が本発明における「第2の光学
系」の一具体例に対応する。
【0022】光源1は、例えば半導体レーザ素子等によ
り構成され、波長が例えば780nmで、断面形状がほ
ぼ円形もしくは楕円形の光束を射出するようになってい
る。この光源1は、図示しない制御部によって駆動制御
され、高速で(例えば数MHz〜数十MHzで)オンオ
フされるようになっている。
【0023】コリメータレンズ20は、2つの球面を有
する単レンズとして構成され、シリンドリカルレンズ2
4は、少なくとも1つの円筒面を有するガラスモールド
成形体として構成されている。絞り22の中心とシリン
ドリカルレンズ24の光軸とは、いずれも入射光学系1
2の光軸Ax1に一致している。一方、光源18の光軸お
よびコリメータレンズ20の光軸は、入射光学系12の
光軸Ax1から所定の距離(ここでは、a/2と記す。)
だけ平行移動した所に位置している。なお、aの値につ
いては後述する。このようなガラスモールドレンズは、
加熱により流動化させたガラス材料を、レンズ形状に合
わせて高精度に製作されたレンズキャビティを有する少
なくとも2つの成形型を用いてプレスし、その後これを
徐冷して固化させることによって形成されるものであ
る。
【0024】回転多面鏡14は、複数(図1では12
面)の反射面14aを備えており、鉛直軸線の回りに図
示矢印方向へ回転するようになっている。この回転多面
鏡14においては、複数の反射面14aのうち、入射光
学系12の光軸Ax1上に位置する反射面14aが、入射
光学系12からの横長楕円ビーム(入射ビーム)B1を
結像光学系16へ向けて偏向反射させる光偏向反射面1
4a1として機能するようになっている。
【0025】結像光学系16は、2枚のレンズ26、2
8からなるfθレンズと、主走査方向と直交する方向
(以下、副走査方向という。)にのみパワーを有する図
示しない凹のシリンドリカルミラーとを含んで構成され
ている。この結像光学系16は、副走査方向の断面内に
おいて光偏向反射面14a1と被走査面30とが共役と
なるように構成されており、光偏向反射面14a1から
の偏向反射ビームB2を、被走査面30上にビームスポ
ットとして結像させるようになっている。この結像光学
系16の光軸Ax2は、光偏向反射面14a1において入
射光学系12の光軸Ax1と交差するとともに、この光軸
Ax1と60°の挟角をなすように設定されている。
【0026】この光走査装置10においては、回転多面
鏡14を回転させることにより、ビームスポットを、被
走査面30上において結像光学系16の光軸Ax2を中心
に所定角度範囲にわたって走査するようになっている。
【0027】図示のように、回転多面鏡14への入射ビ
ームB1の走査平面内におけるビーム幅w0は、光偏向
反射面14a1の走査平面内における光軸Ax1方向の投
影幅よりも大きな値に設定されている。したがって、入
射ビームB1のうちの一部(斜線で示す部分)のみが光
偏向反射面14a1に入射することとなる。
【0028】図2は、図1の要部を表すものであり、図
3はコリメータレンズ20の形状を表すものである。な
お、図2(B)は、図1の入射光学系12の要部拡大を
示し、図2(A)は、(B)に示した光束断面における
光強度分布を示す。また、図3(A)は、コリメータレ
ンズ20の断面形状を示し、(B)はその平面形状を示
す。
【0029】図2(B)に示したように、光源18およ
びコリメータレンズ20の光軸Ax3は、入射光学系12
の光軸Ax1に対して、右側(結像光学系16の光軸Ax2
に近い側)へa/2(値aについては後述する)だけ平
行移動した位置に設定されている。これにより、同図
(A)に示したように、光源18およびコリメータレン
ズ200により形成される平行ビームB0のうち、その
中心領域からやや左側(結像光学系16の光軸Ax2から
遠い側)にシフトした領域のビームを入射ビームB1と
して用いるようになっている。
【0030】図3に示したように、コリメータレンズ2
0は、その外周面20Rによって機械的に定まる機械軸
であるレンズ中心軸AxLと、2つの球面20A,20B
によって光学的に定まるレンズ光軸AxOとを有してい
る。レンズ中心軸AxLとレンズ光軸AxOとは、上記した
距離a/2を隔てて平行に位置している。図2(B)に
示したように、コリメータレンズ20は、そのレンズ中
心軸AxL( 図3) が入射光学系12の光軸Ax1と一致す
るように配置されている。このとき、コリメータレンズ
20のレンズ光軸AxOは、光源18の光軸Ax4と一致し
ている。
【0031】コリメータレンズ20は、レンズ中心軸A
xLに対して偏芯した2つの球面からなるレンズ形状を有
する。すなわち、図2(B)に示したように、第1の球
面20Aの曲率中心CA(図3では図示せず)、および
第2の球面20Bの曲率中心CB(図示せず)のいずれ
も、レンズ中心軸AxLの上には位置しておらず、共に、
レンズ中心軸AxLから同方向に同じ距離Δaxだけ離れ
た所に位置している。また、コリメータレンズ20は、
その直径φ1が2つの球面20A,20Bの全体によっ
て構成される仮想レンズ20Vの直径φ0よりも小さく
なるように形成されている。すなわち、コリメータレン
ズ20は、仮想レンズ20Vの中央から周辺にΔaxだ
け偏った位置にある円形領域を外周とするレンズとして
構成されている。
【0032】図2(A)に示したように、平行ビームB
0のビーム断面内における強度分布は、光源18の光軸
Ax4およびコリメータレンズ20の光軸AxOに一致する
共通光軸Ax3が通る中央部分が最も大きく、左右両端部
に近づくに従って徐々に小さくなるガウス曲線に従った
分布となる。ところが、入射光学系12の光軸Ax1に対
して光軸Ax3がa/2だけシフトしていることから、入
射ビームB1における光強度ピーク位置は、入射光学系
12の光軸Ax1に対して右側へa/2だけ変位すること
となる。したがって、偏向反射ビームB2(図1)の光
強度の走査方向分布についても、被走査面側から見て右
側へa/2だけ変位したガウス分布となっている。
【0033】次に、図1を参照して、以上のような構成
の光走査装置における動作および作用を説明する。ここ
では、まず、光走査装置の一般的な動作を説明する。
【0034】〈一般的動作〉まず、コンピュータ等外部
機器からの画像形成開始の指示により、回転多面鏡14
が回転を開始する。次に、入力された画像情報に基づい
て光源1が駆動し、光束を射出する。光源1から発せら
れた光束はほぼ円形若しくは楕円形の断面形状をもつ発
散光であるが、コリメータレンズ20を通過することに
より、平行ビームB0になる。この平行ビームB0は、
シリンドリカルレンズ24の副走査方向に対応する方向
におけるパワーにより、回転多面鏡14の光偏向反射面
14a1の近傍において、主走査方向Hに対応する方向
に延びる線像として結像する。
【0035】図4は、光走査装置10において、回転多
面鏡14の回転に伴って光偏向状態が変化する様子を示
す図である。図4(A)〜(C)にそれぞれ示した回転
角度位置における偏向反射ビームB2の光量は、例え
ば、図5に示したようになる。すなわち、偏向反射ビー
ムB2の主走査方向内における光強度分布が、従来の偏
向反射ビームの走査平面内における光強度分布(図中2
点鎖線で示す)に対して右側へ変位しているため、従来
に比して均一化されたものとなっている。
【0036】ビーム幅w1の回転角度位置(図4
(A))では、偏向反射ビームB2において光強度の比
較的小さい部分が用いられ、ビーム幅w2(w2<w
1)の回転角度位置(図4(B))では、図4(A)の
回転角度位置よりも光強度の大きな部分が用いられる。
さらに、ビーム幅w3(w3<w2)の回転角度位置
(図4(C))では、図4(B)の回転角度位置よりも
さらに光強度の大きな部分が用いられている。これらの
ことから、偏向反射ビームB2の光量は、図中斜線領域
の大きさで示したように、図4(A)〜(C)にそれぞ
れ示した回転角度位置において互いに略均一な値とな
る。
【0037】ところで、光源18およびコリメータレン
ズ20の光軸Ax3の、入射光学系12の光軸Ax1に対す
る変位量a/2は、回転多面鏡14で垂直反射したビー
ムが光源18に戻り、再び光源18の光射出端面で反射
することにより引き起こされるゴーストビームの出現を
防止するために最適化される値であり、次の(1)式に
より与えられる。
【0038】 a= R{sin (3π/n)−sin ((α+θ)/2+π/n)+sin (π/n )−sin ((α−θ)/2−π/n)} …(1) 但し、nは回転多面鏡の面数、Rは回転多面鏡の外接円
半径、θは有効走査半角、αは入射光学系12の光軸と
結像光学系16の光軸のなす角である。
【0039】例えば、R= 12mm、n= 12、θ= 0.
349rad(= 20゜)、α= 1.047rad(=
60゜)とすると、a= 0.715mmとなり、光軸Ax3
の変位量a/2は0.358以上となる。
【0040】〈特徴的作用〉次に、図2および図3を参
照して、本実施の形態の光走査装置における特徴的な作
用を説明する。
【0041】既に説明したように、入射光学系12にお
ける絞り22を通過した後のビームB1の光強度分布の
ピークが、その幅w0の中央部から結像光学系16側に
寄った位置にくるようにするために、光源18を、その
光軸Ax4が入射光学系12の光軸Ax1から距離Δaxだ
け結像光学系16側に寄った位置にくるように平行移動
させて配置している。そして、ビームB1が入射光学系
12の光軸Ax1と平行になるようにするために、コリメ
ータレンズ20を、そのレンズ光軸AxOが入射光学系1
2の光軸Ax1から距離Δaxだけ結像光学系16側に寄
った位置にくるように平行移動させて配置している。し
たがって、本来であれば、コリメータレンズ20とし
て、図3に示した、より大きな外径φ0を有する仮想レ
ンズ20Vまたはそれよりもやや小さい外径のレンズを
製作し、この大口径レンズを、そのレンズ光軸AxOが入
射光学系12の光軸Ax1からΔaXだけずれるように配
置すればよい。
【0042】しかしながら、この場合には、大口径レン
ズが装置内において多くのスペースを占めるため、装置
全体の小型・軽量化を図る上で妨げとなる。すなわち、
光軸Ax1に沿って進む平行ビームB1は、大口径レンズ
のうちのごく一部しか通過せず、この大口径レンズの大
部分を占める他の部分は全く使用されないにもかかわら
ず、大きなコリメータレンズが使用されていることにな
り、合理的ではない。
【0043】そこで、本実施の形態では、必要な部分の
みを含み、不要な部分を最初から含まない小型のコリメ
ータレンズ20を用いるようにしている。すなわち、コ
リメータレンズ20の形状を、レンズ光軸AxOから距離
Δaxだけ平行移動した位置にレンズ中心軸AxLを有す
るような形状に加工し、このレンズ中心軸AxLを入射光
学系12の光軸Ax1に一致させて配置するのである。こ
の場合には、コリメータレンズ20の外径φ1は、ビー
ムB1の径をカバーできればよいことから、従来用いて
いた大口径レンズの外径φ0よりも十分小さなもので足
りる。具体的には、外径25mmあるいはそれ以下の小
さな外径のコリメータレンズで足りる。したがって、コ
リメータレンズ20として、大口径の場合には製作が極
めて困難なガラスモールド成形体を使用できるのであ
る。したがって、省スペースに効果があるコリメータレ
ンズを容易に製作することができる。
【0044】レンズ中心軸AxLを入射光学系12の光軸
Ax1に一致させて配置することは、例えば、コリメータ
レンズ20の外径を高精度に加工すると共に、このコリ
メータレンズ20を、内径部分が同径に高精度加工され
て高精度に位置決めされた鏡筒によって保持することに
より、容易に実現可能である。すなわち、入射光学系1
2にコリメータレンズを組み付けると、自動的に、その
レンズ中心軸AxLは入射光学系12の光軸Ax1に一致す
ることになる。このような組み付け方法は、通常の軸対
称レンズを用いるカメラ等の光学機器において一般に行
われていることであり、組み付け後において、高度の熟
練を要する調整作業を必要としない。
【0045】但し、軸ずらしの方向(コリメータレンズ
20のレンズ光軸AxOを入射光学系12の光軸Ax1から
どの方向にずらして配置するかということ)の調整は必
要である。尤も、例えば、コリメータレンズ20の外周
面にマーキングをしておき、このマーキングを鏡筒に付
したマーキング位置に一致させて配置するような工夫を
施すことにより、軸ずらしの方向の調整もまた不要にす
ることは可能である。
【0046】一方、従来のように大口径のコリメータレ
ンズを軸をずらした状態で組み付けるようにした場合に
は、組み付け後において、軸ずらし量(または軸傾斜角
度)の調整と軸ずらし方向の調整の双方を行う必要があ
るので、組み付け後の調整作業に高度の熟練を要する。
【0047】このように、本実施の形態によれば、従来
に比べて、組み立て調整工程を簡略化することができ、
この点でもコスト低減に効果がある。
【0048】ところで、入射光学系12の光軸Ax1に対
するコリメータレンズ20のレンズ光軸AxOの軸ずらし
量Δaxと、コリメータレンズ20の外径φ1との関係
は、次の(2)式を満たすようにするのが好ましい。こ
の関係は、現状の技術水準においてガラスモールドによ
り加工できるレンズの外径の限界がほぼ25mm程度で
あることを考慮したものである。 Δax+φ1≧25mm …(2)
【0049】以下、図6を参照して、(2)式を満たす
2つのパラメータの関係について、具体的数値例をあげ
て説明する。図6(A),(B)および(C)は、それ
ぞれ、コリメータレンズ20の外径φ1を15mm,2
0mmおよび24mmとした場合の例を表すものであ
る。(A)の場合、軸ずらし量Δaxは10mm以上と
なり、仮想レンズ20Vの外径φ0は35mm以上とな
る。このとき、コリメータレンズ20のレンズ光軸AxO
は、コリメータレンズ20を貫通しておらず、コリメー
タレンズ20以外の部分を通る。したがって、コリメー
タレンズ20の外径φ1は、従来のレンズサイズ35m
mに対して十分小さくなり、省スペースの効果が大き
い。(B)の場合は、軸ずらし量Δaxは5mm以上と
なり、仮想レンズ20Vの外径φ0は30mm以上とな
る。このとき、コリメータレンズ20のレンズ光軸AxO
は、コリメータレンズ20の部分を貫通しているが、省
スペースの効果はまだかなりある。また、(C)の場合
は、軸ずらし量Δaxは1mm以上となる。仮想レンズ
20Vの外径φ0は26mm以上となってコリメータレ
ンズ20の外径とあまり差がないので、省スペースの効
果はあまりないが、コリメータレンズにおける場所によ
る厚みの差は比較的小さい。
【0050】以上のことをまとめると、次のことがいえ
る。すなわち、コリメータレンズを、その2つの面をコ
リメータレンズの光軸が通るように形成するようにした
場合には、コリメータレンズ内での厚みの差が比較的小
さく形成できる。このため、レンズ成形後の冷却時に生
ずる、いわゆるヒケと呼ばれる変形の発生を少なくする
ことができ、表面形状の形成精度が向上する。一方、コ
リメータレンズを、その2つの面をコリメータレンズの
光軸が通らないように形成するようにした場合には、コ
リメータレンズの外径を従来に比べて十分小さくするこ
とができる。このため、設置スペースの削減と装置の軽
量化の点で特に有利である。
【0051】また、第1の光学系の光軸に対するコリメ
ータレンズの光軸の平行移動量Δaxとコリメータレン
ズの外径Φ1との和(Δax+φ1)が25mm以上と
なるようにしたことにより、現状のガラス成形技術を好
適に適用することができ、その結果、直径25mm未満の
コリメータレンズを容易に得ることができる。
【0052】ところで、上記実施の形態では、図2に示
したように、第1の球面20Aの曲率中心CAおよび第
2の球面20Bの曲率中心CBが、レンズ中心軸AxLか
ら同方向に同じ距離Δaxだけ離れた所に位置している
ものとして説明した。しかしながら、その他の態様、具
体的には、例えば図7または図8に示したように構成す
ることも可能である。
【0053】図7は、第1の球面20Aの曲率中心CA
を入射光学系12の光軸Ax1(すなわち、コリメータレ
ンズ20のレンズ中心軸AxL)上に位置させる一方、第
2の球面20Bの曲率中心CBは、入射光学系12の光
軸Ax1から距離Δaxだけ偏芯させた場合の一例を表す
ものである。この場合、コリメータレンズ20のレンズ
光軸AxOは入射光学系12の光軸Ax1に対して傾いてい
る。光源18の光軸Ax4は、光軸Ax1をa/2だけ結像
光学系16側に平行移動した位置に設定してある。この
例は、光強度分布のシフト量a/2をあまり大きくしな
い場合に対応する。
【0054】図8は、第1の球面20Aの曲率中心C
A、および第2の球面20Bの曲率中心CBを、入射光
学系12の光軸Ax1から同方向にそれぞれ互いに異なる
距離ずつ偏芯させた場合の一例を表すものである。この
場合、コリメータレンズ20のレンズ光軸AxOは入射光
学系12の光軸Ax1に対して傾くと同時に、結像光学系
16側に大きく軸ずれしている。光源18の光軸Ax4
は、光軸Ax1をa/2だけ結像光学系16側に平行移動
した位置に設定してある。この例は、光強度分布のシフ
ト量a/2を比較的大きく設定する場合に対応する。
【0055】図2、図7および図8により、コリメータ
レンズ20は、第1の球面20Aの曲率中心CAおよび
第2の球面20Bの曲率中心CBのうちの、少なくとも
一方が入射光学系12の光軸Ax1(すなわち、コリメー
タレンズ20のレンズ中心軸AxL)から離れた所に位置
しているようなレンズであればよいことが判る。そし
て、光強度分布のシフト量a/2は、光源18の光軸A
x4を入射光学系12の光軸Ax1からどれだけずらすかに
よって決まり、このずらし量に応じて、第1の球面20
Aの曲率中心CAと光軸Ax1との距離、および第2の球
面20Bの曲率中心CBと光軸Ax1との距離、を適宜設
定すればよいことが判る。
【0056】以上のように本実施の形態によれば、回転
多面鏡への入射ビームの走査平面内におけるビーム幅が
その光偏向反射面の走査平面内における幅よりも大きい
値に設定された光走査装置において、光源18を入射光
学系12の光軸Ax1に対して結像光学系16の光軸Ax2
側へ平行移動させると共に、この平行移動量に応じて、
コリメータレンズ20の光軸Ax3を入射光学系12の光
軸Ax1に対して結像光学系16の光軸Ax2側へ移動また
は傾斜させるようにしたので、回転多面鏡14への入射
ビームB1における光強度ピーク位置が光軸Ax1に対し
て結像光学系16の光軸Ax2側へ所定量変位する。これ
により、被走査面30上における光量むらの発生を最小
限に抑えることができる。
【0057】特に、本実施の形態では、必要な部分のみ
を含み、不要な部分を最初から含まない小型のコリメー
タレンズ20を用いるようにしているため、大口径の場
合には製作が極めて困難なガラスモールド成形体をコリ
メータレンズ20として使用することが可能となる。し
たがって、省スペース、かつ、製作容易なコリメータレ
ンズを得ることができ、結果的に、光走査装置全体とし
ても、小型・軽量化と製作コストの低減とを同時に達成
することができる。
【0058】以上、実施の形態およびその変形例を挙げ
て本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等
に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発
明の光走査装置は、レーザプリンタのみならず、ディジ
タル複写機やレーザ製版装置等の光学的手法による画像
形成装置に広く適用でき、さらには、ビーム走査型プロ
ジェクタ等の表示装置にも適用可能である。
【0059】また、上記本実施の形態およびその変形例
では、コリメータレンズの2つの面の形状が球面である
場合について説明したが、その少なくとも一方が非球面
であってもよい。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1ないし請
求項6のいずれか1項に記載の光走査装置、または請求
項7に記載のコリメータレンズによれば、光束が通過す
る2つの面のうちの少なくとも一方が第1の光学系の光
軸に対応することとなるレンズ中心軸に対して偏芯する
ように、ガラスモールド成形体によってコリメータレン
ズを形成し、さらに、このコリメータレンズを用いて光
走査装置を構成するようにしたので、小型で、かつ量産
適応性のあるコリメータレンズが得られる。また、コリ
メータレンズを小型化したことにより、光走査装置にお
ける光学素子の配置の自由度が増し、また、装置全体と
しての軽量化も可能になる。
【0061】特に、請求項2に記載の光走査装置によれ
ば、コリメータレンズにおける各面の偏芯の大きさおよ
び方向を、第1の光学系における入射光束の光強度ピー
ク位置が第1の光学系の光軸に対して第2の光学系の光
軸側へ所定量変位することとなるように設定するように
したので、被走査面上における光量むらの発生を最小限
に抑えることができる。
【0062】また、請求項4に記載の光走査装置によれ
ば、第1の光学系の光軸に対するコリメータレンズの光
軸の平行移動量Δaxとコリメータレンズの外径Φ1と
の和(Δax+φ1)が25mm以上となるようにした
ので、現状のガラス成形技術によっても成形可能な直径
25mm未満のコリメータレンズに好適に適用することが
できる。
【0063】また、請求項5に記載の光走査装置によれ
ば、コリメータレンズを、その2つの面をコリメータレ
ンズの光軸が通るように形成するようにしたので、コリ
メータレンズ内での厚みの差が比較的小さく形成でき
る。このため、レンズ成形後の冷却時に生ずる、いわゆ
るヒケと呼ばれる変形が少なくて済み、表面形状が精度
よく成形できる。
【0064】また、請求項6に記載の光走査装置によれ
ば、コリメータレンズを、その2つの面をコリメータレ
ンズの光軸が通らないように形成するようにしたので、
コリメータレンズの外径が従来に比べて十分小さくな
り、設置スペースの削減および装置の軽量化において特
に効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る光走査装置の構成
を表す平面図である。
【図2】図1に示した光走査装置の要部、および入射ビ
ームの断面内での光強度分布を表す図である。
【図3】図2に示したコリメータレンズの形状を表す断
面図および平面図である。
【図4】図1に示した光走査装置における回転多面鏡の
回転による光偏向状態の変化の様子を示す図である。
【図5】図1に示した光走査装置における各回転角度位
置での偏向反射ビームの光量変化を説明するための図で
ある。
【図6】コリメータレンズのレンズ光軸とレンズ中心軸
との距離(軸ずらし量)と、コリメータレンズの外径と
の関係の具体的数値例を表す図である。
【図7】本実施の形態の一変形例に係る光走査装置の要
部を表す図である。
【図8】本実施の形態の他の変形例に係る光走査装置の
要部を表す図である。
【図9】光走査装置の回転多面鏡の回転により光偏向状
態が変化する場合に生ずる問題点を説明するための図で
ある。
【図10】図9に示した光走査装置における各回転角度
位置での偏向反射ビームの光量変化を説明するための図
である。
【符号の説明】
10…光走査装置、12…入射光学系、14…回転多面
鏡、14a1…光偏向反射面、16…結像光学系、18
…光源、20…コリメータレンズ、22…絞り、20V
…仮想レンズ、24…シリンドリカルレンズ、26,2
8…レンズ(fθレンズ)、30…被走査面、Ax1…入
射光学系の光軸、Ax2…結像光学系の光軸、Ax3…光源
およびコリメータレンズの共通光軸、Ax4…光源の光
軸、AxL…コリメータレンズのレンズ中心軸、AxO…コ
リメータレンズのレンズ光軸、φ0…仮想レンズの外
径、φ1…コリメータの外径、B0…平行ビーム、B1
…入射ビーム、B2…偏向反射ビーム、a/2…平行移
動量、w0…入射ビームのビーム幅、w1、w2、w3
…偏向反射ビームの幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C362 AA42 AA43 AA44 AA48 BA84 BA86 DA03 2H045 CB14 CB35 2H087 KA19 LA25 NA11 PA01 PA17 PB01 RA03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光束を出射する光源と、 この光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズ
    と絞りとを有する第1の光学系と、 複数の光偏向反射面を有し、前記第1の光学系を経由し
    てきた光束を偏向反射させながら回転する回転多面鏡
    と、 前記光偏向反射面からの偏向反射光束を被走査面上に光
    スポットとして結像させる第2の光学系とを備え、 前記回転多面鏡に入射する光束の、前記走査方向に対応
    する方向における光束幅が、前記光偏向反射面の、前記
    走査方向に対応する方向における幅よりも大きい光走査
    装置であって、 前記コリメータレンズは、前記光束が通過する2つの面
    を有し、これらの2つの面のうちの少なくとも一方が、
    前記第1の光学系の光軸に対応することとなるレンズ中
    心軸に対して偏芯するように形成されたガラスモールド
    成形体であることを特徴とする光走査装置。
  2. 【請求項2】 前記コリメータレンズにおける各面の偏
    芯の大きさおよび方向は、前記第1の光学系における前
    記入射光束の光強度ピーク位置が前記第1の光学系の光
    軸に対して前記第2の光学系の光軸側へ所定量変位する
    こととなるように設定されていることを特徴とする請求
    項1に記載の光走査装置。
  3. 【請求項3】 前記コリメータレンズの光軸は、前記第
    1の光学系の光軸に対して前記第2の光学系の光軸側へ
    平行移動した位置に設定されていることを特徴とする請
    求項1または請求項2に記載の光走査装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の光学系の光軸に対する前記コ
    リメータレンズの光軸の平行移動量Δaxとコリメータ
    レンズの外径Φ1との和(Δax+φ1)が25mm以
    上となるように設定されていることを特徴とする請求項
    1から請求項3のいずれか1項に記載の光走査装置。
  5. 【請求項5】 前記コリメータレンズは、その2つの面
    をコリメータレンズの光軸が通るように形成されている
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項
    に記載の光走査装置。
  6. 【請求項6】 前記コリメータレンズは、その2つの面
    をコリメータレンズの光軸が通らないように形成されて
    いることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか
    1項に記載の光走査装置。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の光走査装置における前
    記コリメータレンズであって、 前記光束が通過する2つの面を有し、これらの2つの面
    のうちの少なくとも一方が、前記第1の光学系の光軸に
    対応することとなるレンズ中心軸に対して偏芯するよう
    に形成されたガラスモールド成形体からなることを特徴
    とするコリメータレンズ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100484199B1 (ko) * 2003-03-26 2005-04-20 삼성전자주식회사 광주사 장치

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