JP2012242721A - 結像位置補償光学系、該光学系を備える走査光学系、画像形成装置、撮像装置、画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でフィードバック系が不要となる簡単な構成で、結像位置の変動を補償することが可能となる結像位置補償光学系等を提供する。
【解決手段】結像位置の変動を補償する結像位置補償光学系であって、
結像位置補償光学系の光軸に沿って配置された複数の光学素子と、
複数の光学素子をそれぞれ支持する複数の支持部材と、を備え、
光学素子は、結像位置補償光学系の光軸と該光軸に対して垂直な対称軸を含む対称面に対して面対称な形状の光学面を有し、
支持部材の体積変化により対称軸に沿って複数の光学素子の相対位置を変化させることによって、結像位置の変動を補償する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、結像位置補償光学系、該光学系を備える走査光学系、画像形成装置、撮像装置、画像投影装置に関するものである。

光学系を構成するレンズやプリズムなどの光学素子は、ガラス、セラミック、プラスチック、ポリマーなどの材料から構成されている。
近年では、製造コストの観点から、より安価に作製できるプラスチックやポリマーなどの材料で構成された光学素子が用いられている。
一方で、プラスチックやポリマーなどの材料は、ガラスやセラミックなどの材料と比較して、温度変化に対する屈折率の変化が大きいことが知られている。
プラスチックやポリマーなどの材料で構成された光学素子で構成された光学系を用いる場合、用途によっては、環境温度変化に対する材料の屈折率変化によって生じる光学特性の劣化が無視できなくなっている。
例えば、撮像装置、画像投影装置、画像形成装置などでは大きな問題となる。

従来においては、このような環境温度変化に対処するため、特許文献１では温度変化に起因する焦点ずれを補正する焦点補正機構が提案されている。
この焦点補正機構では、環境温度変化に対する材料の屈折率変化によって生じる光学特性の劣化（焦点位置変動など）に対して、熱膨張係数の大きなバーと揺動可能なアームとを用いて集光レンズを光軸方向に変位させることによって焦点補償機構を実現している。
具体的には、集光レンズが装着された筒体を光軸方向に移動することで補正する焦点補償機構を構成するに当たり、鏡筒よりも熱膨張係数が大きなバーと、バーと筒体とを連結する。
そして、それらの間の所定の位置に支点を有するアームを構成し、バーが周囲の温度変化によって膨張または収縮することによって、アームのてこの作用によって筒体を光軸方向に移動させることにより、レンズ位置を移動させるようにされている。

特開平８−０１５５９５号公報

しかしながら、上記従来例の特許文献１のものにおいては、つぎのような課題を有している。
すなわち、温度変化によって伸縮する部材によって生じる変位量をてこの作用によって増幅しているため、構成部品が多くなり機構が複雑になる。
一方、てこの原理を用いずに、温度変化によって伸縮する部材によって生じる変位量のみを利用して集光レンズを光軸方向に変位させることで焦点補償機構を構成する場合においては、部材の全長が大きくなり小型化できないこととなる。

本発明は、上記課題に鑑み、小型でフィードバック系が不要となる簡単な構成で、温度変化により発生する結像位置の変動を補償することが可能となる結像位置補償光学系、該光学系を備える走査光学系、画像形成装置、撮像装置、画像投影装置の提供を目的とする。

本発明の結像位置補償光学系は、温度変化によって発生する結像位置の変動を補償する結像位置補償光学系であって、
前記結像位置補償光学系の光軸に沿って配置された複数の光学素子と、
前記複数の光学素子をそれぞれ支持する複数の支持部材と、を備え、
前記光学素子は、前記結像位置補償光学系の光軸と該光軸に対して垂直な対称軸を含む対称面に対して面対称な形状の光学面を有し、
前記支持部材は、温度変化に応じて体積が変化する材料で構成されており、
前記支持部材の温度変化による体積変化により前記対称軸に沿って前記複数の光学素子の相対位置を変化させることによって、前記補償光学系のパワーを前記温度変化に応じて変化させ結像位置の変動を補償することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、上記した走査光学系を備えることを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、上記した結像位置補償光学系を備えることを特徴とする。
また、本発明の画像投影装置は、上記した結像位置補償光学系を備えることを特徴とする。

本発明によれば、小型でフィードバック系が不要となる簡単な構成で、結像位置の変動を補償することが可能となる結像位置補償光学系、該光学系を備える走査光学系、画像形成装置、撮像装置、画像投影装置を実現することができる。

本発明の実施例１における結像位置補償光学系の構成例について説明する概略図。 本発明の実施例１における相対位置変位量に対するパワー変化量を示したグラフ。 本発明の実施例１における材料の屈折率が低下し、光学系のパワーが減少した結果、像面位置が変化した様子を示す概略図。 本発明の実施例１における環境温度変化に対する材料屈折率変化を示したグラフ。 本発明の実施例１における環境温度変化によって発生した光学系のパワー減少量を補正する様子を説明する概略図。 本発明の実施例２における走査光学系の構成例について説明する概略図。 本発明の実施例３における走査光学系の構成例について説明する概略図。 本発明の実施例４における画像形成装置の構成例について説明する概略図。 本発明の実施例５における一体成型手段の構成例について説明する概略図。 本発明の実施例６における撮像装置の構成例について説明する概略図。 本発明の実施例７における画像投影装置の構成例について説明する概略図。

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。

［実施例１］
実施例１として、本発明を適用して構成した結像位置補償光学系の構成例について、図１を用いて説明する。
図１は、結像位置の変動を補償する補償光学系３を含む光学系１の全体構成を示す模式図であり、物体２から発せられた光束が補償光学系３を経て像面６に結像する様子が示されている。
補償光学系３は、複数の光学素子として本実施例では２つの光学素子４ａおよび４ｂを含んでおり、それぞれの光学素子４ａおよび４ｂは光学系１が有する光軸７を含む方向に沿って縦列に配置されている。
そして、光学素子４ａおよび４ｂは、それぞれを支持する支持部材５ａおよび５ｂによって配置されている。
この光学系１では、環境温度Ｔのときに、物体２の像は像面６に結像する。

光学素子４ａおよび４ｂは、光軸７と光軸７に対して垂直な対称軸を含む対称面に対して面対称な形状の光学面を有している。
例えば、図１におけるＸＺ面に対して面対称な形状の光学面を有している。
ＸＺ面に対して面対称な形状の光学面を表現する関数の一例を以下の式１に示す。

Ｚ＝ａ×Ｘ³＋ｂ×Ｘ×Ｙ² …式１
（但し、ａおよびｂは任意の定数である。）

また、一般にアルバレツ面として知られている形状を有する光学面は、以下の式２に示す関数で表現することができる。

Ｚ＝ｃ×（１／３×Ｘ³＋Ｘ×Ｙ²）
＋ｄ×Ｘ²＋ｅ×ＸＹ＋ｆ×Ｘ＋ｇ＋ｈ×Ｆ（ｙ） …式２
（但し、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは任意の定数、Ｆ（ｙ）はＸに依存しない関数である。）

式１で示した関数は、式２で表現される関数における任意の定数を適宜選択することによって表現可能である。
また、光学素子４ａおよび４ｂについて、移動軸と平行な方向に相対位置を変位させることにより、結像位置補償光学系３が有するパワーを変化させることができる。
例えば、光学素子４ａおよび４ｂについて、図１におけるＸ軸方向に変位させることにより、結像位置補償光学系３におけるパワーを変化させることができる。

図２に光学素子４ａおよび４ｂの相対位置変位量と補償光学系３におけるパワー変化量について表したグラフを示す。
横軸に光軸７に対する光学素子４ａおよび４ｂの相対位置変位量を、縦軸に補償光学系３におけるパワー変化量を示す。
なお、このグラフでは、光学素子４ａおよび４ｂの相対位置変位量がゼロの点にて補償光学系３のパワー変化量をゼロとして表している。
ここで、補償光学系でのパワー変化量がゼロのときにおいて、光学素子と光軸との交線を含む軸を光学素子の基準軸と表現する。

ここで、図１に示す座標系を例に採り、光軸７および光学素子４ａ、４ｂの配置について説明する。
光軸７と光学素子４ａとの相対位置変化量について、Ｘ軸マイナス方向に変化したときの相対位置変化量をプラス、Ｘ軸プラス方向に変化したときの相対位置変化量をマイナスとする。
同様に、光軸７と光学素子４ｂとの相対位置変化量について、Ｘ軸プラス方向に変化したときの相対位置変化量をプラス、Ｘ軸マイナス方向に変化したときの相対位置変化量をマイナスとする。なお、光学素子４ａ、４ｂにおける相対位置変化量の方向および大きさは、共に同じとする。
このグラフから、相対位置変位量がプラス方向に変化するとパワー変化量がプラスに変化することがわかる。同様に、相対位置変位量がマイナス方向に変化するとパワー変化量はマイナスに変化する。
また、支持部材５ａおよび５ｂは、温度によって体積変化が生じる材料で構成されている。
温度変化によって生じる体積変化によって、光学素子の位置を対称軸に沿って所定の量だけ変位させることにより該光学素子の相対位置を変化させ、その結果、補償光学系３におけるパワーを変化させることができる構成をとっている。
このとき、それぞれの支持部材は光軸７を挟んで反対側に配置されている。

上記光学系１において、環境温度がＴからＴ’に変化すると、光学系１を構成する光学素子の材料屈折率が変化し、像面６の位置が変化する。
図３においては、材料の屈折率が低下し、光学系１のパワーが減少した結果、像面位置が６ａから６ｂに変化した様子を表している。
特殊な例を除いて、一般に、ガラス材料やプラスチック材料など光学部品に用いられている材料の屈折率は、温度が上昇すると材料屈折率は低下する。

図４に、環境温度変化に対する材料屈折率変化について表したグラフを示す。図４では、横軸に環境温度、縦軸に材料屈折率を示している。
温度変化に対する材料屈折率の変化量は、一般に、ｄｎ／ｄｔ（単位温度変化に対する屈折率の変化量）の値を用いて評価する。
ｄｎ／ｄｔの値が大きい場合には、直線の傾きが大きくなり温度変化に対する屈折率の変化量が大きくなる。
ｄｎ／ｄｔの値は、材料固有の値を持っている。

図５に、環境温度変化によって発生した光学系１のパワー減少量を補正するために、光学素子４ａおよび４ｂの基準軸に対する光軸の相対位置を変位させ、像面位置を像面６ｂから像面６ｃへ補正した様子を示す。
環境温度変化に応じた光学素子４ａおよび４ｂ変位量を与えるためには、支持部材を構成する材料の熱線膨張率と支持部材の全長とを適当に設計することで実現できる。
光学素子４ａおよび４ｂと支持部材５ａおよび５ｂとのより具体的な配置は、環境温度が上昇することによって、それぞれの支持部材５ａおよび５ｂの全長が増加し、その結果、光学素子の相対位置変位量が増加するように配置している。

以下に具体的な設計例について説明する。
環境温度２５℃において、光学系１の焦点距離１５ｍｍ、光学系１を構成する材料屈折率をｎ＝１．５２４とする。
このときの光学素子４ａおよび４ｂの基準軸に対する光軸７の相対位置δを１ｍｍとする。
光学素子４ａおよび４ｂが有する光学面の形状を表す関数は、以下の式３で表現することができる。

Ｚ＝０．０１０５９７ｘ³＋０．０３１７９１ｘ×ｙ² …式３

なお、光学素子４ａおよび４ｂは、光束に作用する２つの光学面について、式３で表現された形状を有する光学面と平面とから構成されている。

次に、環境温度が２５℃から５０℃に変化したときについて説明する。
補償光学系３を構成する材料屈折率はｎ’＝１．５２１に変化し、その結果、補償光学系３の焦点距離は、１５．０９ｍｍに変化する。
環境温度変化で生じた焦点距離変動を補正するためには、光学パワーとして３．８１５×１０^-4の補正量が必要である。
３．８１５×１０^-4の光学パワーの補正量を得るために必要な光学素子４ａおよび４ｂの光軸７に対する相対位置δ’を求めると、δ’＝１．００５７４ｍｍである。
つまり、環境温度が２５℃から５０℃に変動した時に、光学素子４ａおよび４ｂを支持する支持部材の全長が０．００５７４ｍｍ（＝５．７４μｍ）伸長することによって、所望のパワー補正量が得られることがわかる。
上記支持部材の伸び量（＝５．７４μｍ）と線膨張率を用いて、必要な支持部材の全長を決定する。

一般に、環境温度変化に対する材料の体積変化を評価する指標として、線膨張率が知られている。
線膨張率は、ゴムやパラフィンなどで１００〜１５０×１０^-6／℃、プラスチック材料では６０〜１００×１０^-6／℃、アルミニウムや銅などの金属およびガラスやセラミックなどの無機材料では５〜３０×１０^-6／℃であることが知られている。
線膨張率は材料固有の値を有しており、線膨張率と部材の伸び量、温度変化、部材の全長との関係は、以下の式４で表現することができる。

（部材の伸び量）＝（線膨張率）×（温度変化）×（部材の全長） …式４

支持部材を構成する材料をポリカーボネートとして、ポリカーボネートの線膨張率を８０×１０^-6／℃とすると、式４から、支持部材の全長は２．９ｍｍであることが求められる。
また、線膨張率は材料固有の値を有するため、環境温度変化に対して必要なパワー補正量が明らかであれば、光学素子４ａおよび４ｂにおいて必要な変位量が一意的に決定する。
したがって、支持部材の全長を決めるだけで、外部検出系などのフィードバック系を構築する必要がない。

一方、従来技術を適用し、光学系の光軸方向に光学素子を移動させて結像位置を補償した場合には、必要な移動量が大きくなり支持部材の小型化が困難である。
上記実施例に対して、従来技術を適用した一例を示すと、無限遠の物体に対して結像位置補正する場合にレンズの移動量が最大となり、０．０７９ｍｍ（＝７９μｍ）が必要になる。
物体の位置が有限の場合には、前記移動距離よりも少ない補正量でもよく、例えば、物体が１００ｍｍの場所にある場合には、レンズの移動量は０．０５９ｍｍ（＝５９μｍ）となる。
このとき、光学素子の支持部材としてポリカーボネートを適用した場合には、それぞれの部材の全長は３９．５ｍｍおよび２９．５ｍｍが必要となり、部材の小型化が困難である。
本実施例で挙げた以外でも、環境温度変化や湿度変化によって生じる光学素子の体積変化や匡体歪みなど、さまざまな要因で発生する光学系のパワー変動に対する補償手段として適用することもできる。
以上のように、本実施例１によれば、従来と比較して小型でフィードバック系が不要な補償光学系を提供することができる。

［実施例２］
実施例２として、本発明の結像位置補償光学系を走査光学系に適用した構成例について、図６を用いて説明する。
本実施例の走査光学系は、光源から放射された光束を偏向して被走査面上に収束させるように構成された走査光学系の光路中に本発明の結像位置補償光学系を備えている。
具体的には図６に示すように、本実施例の走査光学系１１は、光源手段１２（半導体レーザー）から放射した光束を光学系１３（コリメーターレンズ系）を介して略平行光線に変換する。
Ｘ軸を含む断面（ＸＺ断面）方向（主走査方向）とＹ軸を含む断面（ＹＺ断面）方向（副走査方向）との屈折力が異なるシリンドリカルレンズ１６を介して光走査手段１７（回転多面鏡：ポリゴンミラー）へ光束を導く。
主走査方向に対する光束は略平行光束として光走査手段１７へ導かれ、副走査方向に対する光束は、光走査手段１７の偏向面（反射面）上に結像する構成となっている。
光走査手段の偏向面にて偏向された光束は、走査光学素子１８（ｆθレンズ）を介して被走査面（感光ドラム面）１９に結像し画像記録を行う。
コリメーターレンズ系１３は、２つの光学素子１４ａおよび１４ｂを含む構成であり、光学素子１４ａおよび１４ｂは、それぞれを支持する支持部材１５ａおよび１５ｂによって配置されている。
光学素子１４ａ、１４ｂおよび支持部材１５ａ、１５ｂの機能については、実施例１のものと同様である。

本実施例の走査光学系において、環境温度が２５℃から５０℃に変化したときについて説明する。
はじめに、環境温度２５℃において、コリメーターレンズ１３の焦点距離１５ｍｍ、コリメーターレンズ１３を構成する材料屈折率をｎ＝１．５２４とする。
このときの光学素子１４ａおよび１４ｂの基準軸に対する光軸の相対位置δを１ｍｍとする。
また、シリンドリカルレンズ１６の主走査方向における焦点距離を１２０ｍｍ、副走査方向における焦点距離を２５．５ｍｍとし、シリンドリカルレンズ１６を構成する材料屈折率をｎ＝１．５２４とする。
このとき、光学素子１４ａおよび１４ｂが有する光学面の形状を表す関数は、式５で表現することができる。

Ｚ＝０．０１０５９７ｘ³＋０．０３１７９１ｘ×ｙ² …式５

次に、環境温度が２５℃から５０℃に変化した場合、コリメーターレンズ１３およびシリンドリカルレンズ１６を構成する材料屈折率は、ｎ’＝１．５２１に変化し、その結果、コリメーターレンズ１３の焦点距離は、１５．０９ｍｍに変化する。
同様に、シリンドリカルレンズの主走査方向の焦点距離は、１２０．７３ｍｍに、副走査方向の焦点距離は２５．６５ｍｍに変化する。
環境温度変化で生じた系全体の焦点距離の変動を補正するためには、光学パワーとして主走査方向に対して４．４６６×１０^-4、副走査方向に対して６．３０１×１０^-4の補正量が必要である。

上記光学パワーの補正量を得るために必要な光学素子１４ａおよび１４ｂの基準軸に対する光軸の相対位置δ’を求めると、δ’＝１．０１４１ｍｍである。つまり、環境温度が２５℃から５０℃に変動した時に、光学素子１４ａおよび１４ｂを支持する支持部材の全長が０．０１４１ｍｍ（＝１４．１μｍ）伸長することによって、系全体として所望のパワー補正量が得られることがわかる。

支持部材を構成する材料をポリメタクリル酸メチルとして、ポリメタクリル酸メチルの線膨張率を７０×１０^-6／℃とすると、式１から、２５℃における支持部材の全長は８．１ｍｍであることが求められる。
また、線膨張率は材料固有の値を有するため、環境温度変化に対して必要なパワー補正量が明らかであれば、光学素子１４ａおよび１４ｂにおいて必要な変位量が一意的に決定する。
したがって、支持部材の全長を決めるだけで外部検出系などのフィードバック系を構築する必要がない。

本実施例においては、光源からの熱影響をより受けやすいコリメーターレンズ系１３とシリンドリカルレンズ１６における材料屈折率変化について注目したが、より精密な補正が必要な構成の場合には、走査光学素子１８における材料屈折率などをさらに考慮してもよい。
以上のように、本実施例によれば、従来と比較して小型でフィードバック系が不要な、環境温度変化に強い走査光学系を提供することができる。

［実施例３］
実施例３として、本発明の結像位置補償光学系を走査光学系に適用した実施例２とは異なる形態の走査光学系の構成例について、図７を用いて説明する。
本実施例の走査光学系２１は、光源手段２２、コリメーターレンズ２３、シリンドリカルレンズ系２４、光偏向手段２７、走査光学素子２８、被走査面２９から構成されている。
シリンドリカルレンズ２４は、２つの光学素子２５ａおよび２５ｂを含む構成であり、光学素子２５ａおよび２５ｂは、それぞれを支持する支持部材２６ａおよび２６ｂによって配置されている。
また、光学素子２５ａおよび２５ｂ、支持部材２６ａおよび２６ｂの機能は、実施例１と同様である。

はじめに、環境温度２５℃において、コリメータレンズ２３の焦点距離１５ｍｍ、コリメーターレンズ２３を構成する材料屈折率をｎ＝１．５２４２６とする。
また、シリンドリカルレンズ系２４の主走査方向における焦点距離を１２０ｍｍ、副走査方向における焦点距離を２５．５ｍｍとする。
シリンドリカルレンズ系２４を構成する材料屈折率をｎ＝１．５２４とする。
このときの光学素子２５ａおよび２５ｂの基準軸に対する光軸の相対位置δを０．５ｍｍとする。
このとき、光学素子２５ａおよび２５ｂが有する光学面の関数は、式６で表現できる。

Ｚ＝０．０１２４６７ｘ³＋０．００７９４８ｘ×ｙ² …式６

次に、環境温度が２５℃から５０℃に変化した場合、コリメーターレンズ２３およびシリンドリカルレンズ２４を構成する材料屈折率は、ｎ’＝１．５２１に変化し、その結果、コリメーターレンズ２３の焦点距離は、１５．０９ｍｍに変化する。
同様に、シリンドリカルレンズの主走査方向の焦点距離は、１２０．７３ｍｍに、副走査方向の焦点距離は２５．６５ｍｍに変化する。
環境温度変化で生じた系全体の焦点距離変動を補正するためには、光学パワーとして主走査方向に対して４．４６６×１０^-4、副走査方向に対して６．３０１×１０^-4の補正量が必要である。

上記光学パワーの補正量を得るために必要な光学素子２５ａおよび２５ｂの基準軸に対する光軸の相対位置δ’を求めると、δ’＝０．５１４４ｍｍである。つまり、環境温度が２５℃から５０℃に変動した時に、光学素子２５ａおよび２５ｂを支持する支持部材の全長が０．０１４４ｍｍ（＝１４．４μｍ）伸長することによって、所望のパワー補正量が得られることがわかる。
支持部材を構成する材料をポリテトラフルオロエチレンとして、ポリテトラフルオロエチレンの線膨張率を１００×１０^-6／℃とすると、式１から、２５℃における支持部材の全長は５．８ｍｍであることが求められる。
また、線膨張率は材料固有の値を有するため、環境温度変化に対して必要なパワー補正量が明らかであれば、光学素子２５ａおよび２５ｂにおいて必要な変位量が一意的に決定する。そして、支持部材の全長を決めるだけで、外部検出系などのフィードバック系を構築する必要がない。

本実施例においては、光源からの熱影響をより受け易いコリメーターレンズ２３とシリンドリカルレンズ系２４における材料屈折率変化について注目した。しかし、より精密な補正が必要な構成の場合には、走査光学素子における材料屈折率などをさらに考慮してもよい。
以上のように、本実施例によれば、従来と比較して小型でフィードバック系が不要な、環境温度変化に強い走査光学系を提供することができる。

［実施例４］
実施例４として、本発明の結像位置補償光学系を含む走査光学系を画像形成装置に適用した構成例について、図８を用いて説明する。
走査光学系の構成については、実施例２および実施例３に準ずるため、詳細な説明は省略する。
本実施例の画像形成装置３１は、光源手段（半導体レーザー）３２、コリメーターレンズ３３、結像位置補償光学系３４、シリンドリカルレンズ３７、光偏向手段（ポリゴンミラー）３８、走査光学素子３９、被走査面（感光体ドラム）４０から構成されている。
結像位置補償光学系３４は、２つの光学素子３５ａおよび３５ｂから構成されており、光学素子３５ａおよび３５ｂは、それぞれを支持する支持部材３６ａおよび３６ｂによって配置されている。
光学素子３５ａおよび３５ｂ、支持部材３６ａおよび３６ｂの機能などは、前記実施例で示した内容と同様である。

具体的な環境温度変化の例として、環境温度が２５℃から５０℃に変化したときについて説明する。
はじめに、環境温度２５℃において、コリメーターレンズ３３の焦点距離１５ｍｍ、コリメーターレンズ３３を構成する材料屈折率をｎ＝１．５２５とする。
また、シリンドリカルレンズ３７の主走査方向における焦点距離を１２０ｍｍ、副走査方向における焦点距離を２５．５ｍｍとする。
シリンドリカルレンズ３７を構成する材料屈折率をｎ＝１．５２５とする。
また、コリメーターレンズ３３、シリンドリカルレンズ３７および結像位置補償光学系３４を構成する材料をシクロオレフィン系ポリマー（線膨張率が７０×１０^-6）で構成する。

環境温度が２５℃から５０℃に変化した場合、材料の屈折率が変動するとともにシクロオレフィン系ポリマー材料が有する線膨張率に応じたレンズ自身の体積膨張により、レンズ曲率半径の変化が生じる。
環境温度５０℃におけるコリメーターレンズ３３およびシリンドリカルレンズ３７を構成する材料屈折率は、ｎ’＝１．５２２に変化し、それぞれの曲率半径は、２５℃のときと比較して０．１７５％程度変化する。
その結果、コリメーターレンズ３３の焦点距離は、１５．１１ｍｍに、シリンドリカルレンズ３７の主走査方向の焦点距離は、１２０．２１ｍｍに、副走査方向の焦点距離は２５．５４ｍｍに変化する。

このとき生じた系全体でのパワー変動量は、主走査方向に対して１．０５５×１０^-1、副走査方向に対して５．６０５×１０^-2である。
上記光学パワーの補正量を得るために必要な、光学素子３５ａおよび３６ｂの面形状を求める。光学素子の基準軸に対する光軸の相対位置について、２５℃のときδ＝０ｍｍ、５０℃のときδ’＝０．０１０ｍｍ（＝１０μｍ）とすると、光学素子３５ａおよび３５ｂが有する光学面の関数は、以下の式７で表現することができる。

Ｚ＝２．５７８９９ｘ³＋０．８８９４８８ｘ×ｙ²…式７

このときに必要な支持部材の全長を求める。支持部材を構成する材料をポリプロピレンとして、ポリプロピレンの線膨張率を１１０×１０^-6／℃とすると、式１から、２５℃における支持部材の全長は３．６ｍｍであることが求められる。画像形成装置を構成するコリメーターレンズ、光学素子、シリンドリカルレンズ、走査光学素子などの部品について、プラスチック材料を適用することによって、より安価に作成可能となる。
以上のように、材料屈折率変化および体積膨張によって生じる光学面の変形に伴うパワー変動を考慮することによって、安価かつ小型でフィードバック系が不要であり、環境温度変化に強い画像形成装置を提供することができる。

［実施例５］
実施例５として、上記各実施例における光学素子をより安価に製造するための一例を、以下に図９を用いて説明する。
図９では、光学素子を構成する材料４２および支持部材を構成する材料４３を、金型４１を用いて加熱、加圧などの外力を加えて一体成型した場合の模式図を示している。
成形過程としては、例えば、ゴブの加圧加熱により成形する、可塑化した材料を金型内に注入し熱や光を用いて成形する、金型内に材料粉体を詰め加圧加熱により成形するなど、さまざまな過程を適用することが可能である。
また、光学素子を構成する材料の線膨張率に対して、支持部材を構成する材料の線膨張率のほうを高く設計することによって、光学素子と支持部材とを一体形成するようにしてもよい。
例えば、光学素子を構成する材料としてシクロオレフィン系ポリマー（線膨張率が６０〜７０×１０^-6／℃）など、支持部材を構成する材料としてポリカーボネートやポリプロピレン（線膨張率が８０〜１１０×１０^-6／℃）などを用いて構成することができる。
光学素子と支持部材とを同一の材料で構成してもよく、材料の組み合わせは用途に合わせて適宜選択することが可能である。
以上のように、一体成形過程を適用することによって製造過程を簡略化し、より安価に光学素子を提供することができる。

［実施例６］
実施例６として、本発明の結像板補償光学系を含む撮像装置の構成例について、図１０を用いて説明する。
図１０は、本実施例の撮像装置５１において、物点５２から発せられた光束を補償光学系５４を含む光学系５３を経て、結像面５７上に結像した光束を受光手段５８で受光する様子を模式的に表したものである。
光学系５３には、補償光学系５４が配置されており、光学素子５５ａおよび５５ｂと光学素子をそれぞれ支持する支持部材５６ａおよび５６ｂが含まれている。光学素子および支持部材の機能は前記実施例に準じている。
撮像装置５１では、環境温度変化によって生じたレンズ材料の屈折率変化やレンズ体積の膨張に応じた光学系におけるパワー変動について、補償光学系５４にて適当に補正することができる。
以上のように、本発明にかかる補償光学系を適用することで、環境温度変化に強い撮像装置を提供することができる。

［実施例７］
実施例７として、本発明の結像位置補償光学系を含む画像投影装置の構成例について、図１１を用いて説明する。
図１１に示す画像投影装置６１は、３板式のカラー画像投影装置である。
３つの表示パネル６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、不図示の光源からの照明光で照明され、その照明光を変調し（偏光方向を変える、反射する方向を変える、透過する方向を変える）、変調された光束（画像光を含む）を色合成手段６２（プリズム）に導いている。
色合成手段６２で各々の表示パネルからの（互いに色が異なる、互いに波長が異なる）画像光を１つの光路に合成している。
そして、その合成された画像光を本発明にかかる補償光学系６５を含む光学系６４を用いてスクリーン面（被投影面）６８に投影している。
補償光学系６５を含む光学系６４には、前記実施例記載の光学素子６６ａ、６６ｂおよび支持部材６７ａ、６７ｂが含まれている。
表示パネル（画像表示素子、液晶表示素子）６３ａ、６３ｂ、６３ｃは透過型の表示パネルであっても反射型の表示パネルであってもよい。
光投影装置６１では、環境温度変化によって生じたレンズ材料の屈折率変化やレンズ体積の膨張に応じた光学系におけるパワー変動について、補償光学系６５にて適当に補正可能である。
以上のように本発明にかかる補償光学系を適用することで、環境温度変化に強い画像投影装置を提供することができる。

以上に説明したように本発明の構成によれば、環境温度変化によって発生した光学部材を構成する材料の屈折率変動などに起因する光学系における結像位置変動について、小型でフィードバック系が不要な補償手段を提供することが可能となる。
また、この補償手段は、撮像装置、画像投影装置、画像形成装置など、光学系を有するさまざまな光学機器に適用可能である。

１：光学系
２：物点
３：補償光学系
４ａ、４ｂ：光学素子
５ａ、５ｂ：支持部材
６、６ａ、６ｂ、６ｃ：像面
７：光軸

Claims (8)

1. 温度変化によって発生する結像位置の変動を補償する結像位置補償光学系であって、
   前記結像位置補償光学系の光軸に沿って配置された複数の光学素子と、
   前記複数の光学素子をそれぞれ支持する複数の支持部材と、を備え、
   前記光学素子は、前記結像位置補償光学系の光軸と該光軸に対して垂直な対称軸を含む対称面に対して面対称な形状の光学面を有し、
   前記支持部材は、温度変化に応じて体積が変化する材料で構成されており、
   前記支持部材の温度変化による体積変化により前記対称軸に沿って前記複数の光学素子の相対位置を変化させることによって、前記補償光学系のパワーを前記温度変化に応じて変化させ結像位置の変動を補償することを特徴とする結像位置補償光学系。
2. 前記複数の支持部材は、前記光軸を挟んで反対側の位置にそれぞれ配置され、前記光学素子を支持していることを特徴とする請求項１に記載の結像位置補償光学系。
3. 前記光学素子および前記支持部材が、一体形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の結像位置補償光学系。
4. 光源手段と、
   前記光源から放射された光束を成形するための光学系と、
   前記光学系で成形された光束の方向を偏向させるための偏向手段と、
   前記偏向手段によって偏向した光束を被走査面上に収束させるための走査光学素子と、を有する走査光学系であって、
   前記走査光学系の光路中に請求項１から３のいずれか１項に記載の結像位置補償光学系を備えることを特徴とする走査光学系。
5. 前記結像位置補償光学系は、主走査方向および副走査方向における前記被走査面上での結像位置の少なくとも一つを補償することを特徴とする請求項４に記載の走査光学系。
6. 請求項４または請求項５に記載の走査光学系を備えることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１から３のいずれか１項に記載の結像位置補償光学系を備えることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１から３のいずれか１項に記載の結像位置補償光学系を備えることを特徴とする画像投影装置。

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