JP2736984B2 - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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JP2736984B2
JP2736984B2 JP63314865A JP31486588A JP2736984B2 JP 2736984 B2 JP2736984 B2 JP 2736984B2 JP 63314865 A JP63314865 A JP 63314865A JP 31486588 A JP31486588 A JP 31486588A JP 2736984 B2 JP2736984 B2 JP 2736984B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、光走査装置、特に結像光学系をプラスチ
ックレンズとした光走査装置に関する。
(従来技術) 近年、像の記録再生装置としてレーザー光走査装置が
用いられることが多くなってきている。しかし、その普
及と共に、小型化、低コスト化の要求が強まり、光源と
しては半導体レーザーを、光学系にはプラスチックレン
ズを用いることが望まれている。
しかし、周知のように、プラスチックレンズは温度等
の環境変化の影響を受けやすく、従来、走査結像光学系
レンズとしては、環境変化の影響を極力押さえるために
少なくとも1枚のガラスレンズを用いていた。
また、温度変化にともない半導体レーザーの波長が変
化することと、コリメータレンズと半導体レーザーを固
定保持する部材が温度変化にともない膨張、収縮するこ
とにより、コリメーター部からの出射光の平行性が損な
われてしまう問題も生じる。これに対する解決策が講じ
た例は、特開昭61−162014号公報、同昭61−270714号公
報に見られるが、いずれもコリメータレンズ系単独で温
度補償を行ったものであり、補償し得る範囲には限界が
あった。
(この発明が解決しようとする問題点) 走査結像光学系レンズを全てプラスチックレンズとす
れば、金型成型により安価な光学素子を得ることが出来
ることは良く知られている。またその際、非球面を導入
することで、僅か2枚のレンズで収差補正も十分に行う
ことが出来るので、結局、レンズ枚数の少ない安価な走
査結像光学系が提供できる。
しかしながら、プラスチックのみで走査結像光学系を
構成すると、温度変化にともなう形状変化、屈折率変化
が、ガラスで構成したレンズ系よりも大きいことが知ら
れている。そのため、ガラスレンズを含んだレンズ系と
比較した場合、温度変化による性能の不安定性が問題と
なっていた。
さらには、半導体レーザーは、温度変化によって発振
波長のずれを生じ、その影響も無視することが出来な
い。
この発明は、安価な光走査装置を提供するために安価
なプラスチックレンズのみにより構成された走査結像光
学系と、小型な光源としての半導体レーザーを用いなが
ら、環境変化にかかわらず安定な性能を有する光走査装
置を実現しようとするものである。
(問題を解決するための手段) この発明の光走査装置は、半導体レーザーと、その発
散光を平行光にするためのコリメータレンズと、それら
半導体レーザーとコリメータレンズとを固定保持する部
材とからなるコリメータ部と、該コリメータからの偏向
手段によって偏向された光束を感光体上に結像するため
の走査結像光学系とからなり、 前記走査結像光学系はプラスチックレンズのみで構成
され、 主走査方向バックフォーカスfSB、副走査方向バック
フォーカスfPBの温度変化による変化量 を満足することを特徴とする。
但し、温度Tの変化により 半導体レーザーの波長λが変化することに起因する走
査結像光学系の主走査方向、副走査方向のバックフォー
カスfSB,fPBの変化量を 走査結像光学系のプラスチック材の屈折率NPが変化す
ることに起因する走査結像光学系の主走査方向、副走査
方向のバックフォーカスfSB,fPBの変化量を 走査結像光学系のプラスチック材の寸法lPが変化する
ことに起因する走査結像光学系の主走査方向、副走査方
向のバックフォーカスfSB,fPBの変化量を コリメータレンズの硝材の屈折率NGが変化することに
起因するコリメータレンズのバックフォーカスfCBの変
化量を 半導体レーザーの波長λが変化することに起因するコ
リメータレンズのバックフォーカスfCBの変化量を コリメータレンズの硝材lGの寸法が変化することに起
因するコリメータレンズのバックフォーカスfCBの変化
量を と置き、さらにコリメータレンズの焦点距離をfC、半導
体レーザーの固定保持部材への取付面と発光点との間隔
をDLD、長さlM1の固定保持部材の材質固有の線膨張係数
半導体レーザーの固定保持部材への取付面と発光点と
の間を構成する部材固有の線膨張係数を 走査結像光学系の焦点距離をfS、主走査断面内での縦
倍率をMS 2、副走査断面内での縦倍率をMP 2とおくと である。
また、走査結像光学系の第4面と結像面との距離fSB
は fSB/fS<0.8 ・・・ を満足することが望ましい。
(作用) この光走査装置においては、その実施例で具体的に見
るように、走査結像光学系の温度変化による変動とコリ
メータレンズ系の温度変化による変動を相殺するするこ
とにより、環境変化の影響を除去している。しかし、上
記、の上限を越えると、実使用時の温度変化が基準
温度に対して略±30℃発生した場合に相当し、画素密度
400ドット/インチの解像力を保証できなくなるほど、
すなわち許容深度を逸脱するほど結像位置がずれてしま
う。
また、走査結像光学系をコンパクトにするためには走
査結像光学系の第4面と結像面との距離fSBは大きいほ
どよいが、式を超えて大きくすると誤差感度が大きく
なり、加工精度が厳しくなり、そのような金型の製作が
困難となる。
(実施例) この発明の光走査装置は、第1図にその1実施例の光
学配置図を示すように、半導体レーザ1からの光束を、
コリメータレンズ系2、スリット3、シリンドリカルレ
ンズ4を介して、ポリゴンミラー5に入射し、走査結像
光学系の第1レンズ6、第2レンズ7により、光路折曲
ミラー8を経て、感光ドラム9上に結像、走査する。10
はタイミング検出用のミラー、11はセンサーである。
第2図は、コリメータレンズ系の1例の断面図であ
る。最初に、半導体レーザー21は調整に先立ち固定保持
部材22に固定される。その後、治工具によりコリメータ
レンズ2の枠23を光軸に沿って前後に移動し、所定の位
置に決めた後に固定保持部材22とコリメータレンズ枠23
とを接着等の手段により固定してしまう。
第1図において、コリメータレンズ2からの出射光を
ポリゴン反射面5上に線状結像するためのシリンドリカ
ルレンズ4の変わりに、プリズムを用いても、またはプ
リズムとシリンドリカルレンズを併用しても同様の効果
が得られることは周知である。
表1、2にコリメータレンズ、走査結像光学系の1実
施例を示す。表中の各記号は、rは各屈折面の曲率半
径、dは屈折面間隔、nはレンズ材料の波長780nmの光
に対する屈折率、νは同じくアッベ数を示す。
また、非球面の変位量Δ(φ)は面の頂点を原点と
し、光軸方向をX軸とした直交座標系(XYZ)において
頂点曲率をC(=1/r)、円錐定数をK、非球面係数をA
i、非球面のべき数をPi(Pi>2.0)としたとき ただし、C=C+2A2 で表される。
第2面 非球面係数 べき数 K=−0.37614 A1= 0.22725×10-6 P1=4 A2=−0.17851×10-9 P2=6 A3=−0.94713×10-14 P3=8 A4= 0.24812×10-19 P4=10 第4面 K=−16.869 A1=−0.41593×10-6 P1=4 A2= 0.45935×10-10 P2=6 A3=−0.48838×10-14 P3=8 A4= 0.20250×10-18 P4=10 また、第3面の変形シリンドリカル面は、第3図に示
すように、XY軸によって定まる平面上で、X=0、Y=
rP(0)を頂点とする、頂点曲率半径rS、X=hにおい
で表わされる曲線を、軸Xを軸として回転したときに生
じるシリンドリカル面であり、この軸Xを主走査方向l
と一致するように配置する。従って、レンズ中心の副走
査方向の曲率半径はrP(0)、中心からhの位置におけ
る副走査方向の曲率半径はrP(h)となる。
実施例1の場合、 但し、コリメータレンズの硝材としてSFL6を用いる
と、 LaSF016を用いると、 となる。また、fC=5.0mm、DLD=2.5mmで、固定保持部
材をアルミニウムで製作した場合、アルミニウムの線膨
張係数は であり、 半導体レーザーの固定保持部材への取付面と発光点との
間を構成する部分、言わゆるステム部の材質は一般的に
銅であり、銅の線膨張係数 走査結像光学系の焦点距離fS=150.0mm、副走査断面
内の横倍率MP′=−1.0であり、その際、画素密度400ド
ット/インチを達成しようとする場合、シリンドリカル
レンズの焦点距離はfCy=100mmとなる。本実施例の場
合、MS 2=(fS/fC、MP 2=(fCy・MP′/fCと表
わせるので ΔfSB/ΔT=12.4+40.8+1.5 +(150/5){0.012−0.011+0.048−(5+2.5) ×103×23×10-6+2.5×103×17×10-6} =−18.2μm/℃ ΔfPB/ΔT=11.0+36.9+1.3 +{100×(−1)/5}×{0.012−0.011+0.048 −(5+2.5)×103×23×10-6+2.5×103×17×10-6} =−16.8μm/℃ となり条件式、を満足し、プラスチックレンズに起
因する変化量を軽減することが出来る。
表3、4にコリメータレンズ、走査結像光学系の第2
実施例を示す。
第1面 非球面係数 べき数 K=21.382 A1=−0.19852×10-6 P1=4 A2=−0.41231×10-11 P2=6 A3=−0.40288×10-16 P3=8 A4= 0.20084×10-21 P4=10 第2面 K=−1.9538 A1=−0.15351×10-6 P1=4 A2=−0.17920×10-9 P2=6 A3=−0.94688×10-14 P3=8 A4= 0.24889×10-19 P4=10 第4面 K=−3.9757 A1=−0.59269×10-6 P1=4 A2= 0.33276×10-10 P2=6 A3=−0.51631×10-14 P3=8 A4= 0.19919×10-18 P4=10 この実施例の場合 但し、コリメータレンズの硝材としてLaSF016を用い
ると、 このときMP′=−2.0、fCy=50mmであり、他は実施例
1と同様としたとき ΔfSB/ΔT=11.6+36.7+6.1 +(150/5){0.016−0.020+0.050−(5+2.5) ×103×23×10-6+2.5×103×17×10-6} =−21.2μm/℃ ΔfPB/ΔT=22.3+79.5+13.3 +{50×(−2)/5}×{0.016−0.020+0.050 −(5+2.5)×103×23×10-6+2.5×103×17×10-6} =81.5μm/℃ となり、条件式の上限を逸脱してしまう。
このような場合は、例えば固定保持部材をアルミニウ
ムから亜鉛に換えると、その線膨張係数は となり式、を満足することができ、実用上問題のな
い性能が得られるようになる。
表5、6に第3実施例を示す。
第2面 非球面係数 べき数 K=−0.22737 A1= 0.84270×10-7 P1=4 A2=−0.43546×10-10 P2=6 A3=−0.42972×10-15 P3=8 A4= 0.57749×10-21 P4=10 第4面 K=0 A1=−0.91356×10-7 P1=4 A2= 0.25437×10-11 P2=6 A3=−0.88797×10-16 P3=8 A4= 0.11086×10-20 P4=10 この実施例の場合 但し、コリメータレンズの硝材としてSFL6を用いる
と、 LaSF016を用いると、 であり、MP′=−0.69、fCy=152mm、fS=230.0、fC
7.2である。
他は実施例1と同様としたとき ΔfSB/ΔT=18.0+61.3+22 +(230/7.2){0.022−0.014+0.066 −(7.2+2.5)×103×23×10-6+2.5×103 ×17×10-6}=−27.3μm/℃ ΔfPB/ΔT=11.5+38.3+1.4 +{152×(−0.69)/7.2}×{0.022−0.014 +0.066−(7.2+2.5)×103×23×10-6+2.5 ×103×17×10-6}=28.6μm/℃ となり、条件式、を満足する。
表7、8に第4実施例を示す。
第2面 非球面係数 べき数 K=−0.26142 A1= 0.27451×10-7 P1=4 A2=−0.52730×10-10 P2=6 A3=−0.43107×10-15 P3=8 A4= 0.57732×10-21 P4=10 第4面 K=0 A1=−0.61634×10-7 P1=4 A2= 0.14550×10-11 P2=6 A3=−0.45159×10-16 P3=8 A4= 0.52092×10-21 P4=10 この実施例の場合 但し、コリメータレンズの硝材としてSFL6を用いる
と、 LaSF016を用いると、 BK7を用いると、 であり、MP′=−0.69、fCy=180mm、fS=280.0、fC
8.5である。
他は実施例1と同様としたとき ΔfSB/ΔT=21.7+75.3+2.8 +(280/8.5){0.030−0.015+0.081 −(8.5+2.5)×103×23×10-6+2.5×103 ×17×10-6}=−24.4μm/℃ ΔfPB/ΔT=13.7+46.3+1.7 +{180×(−0.69)/8.5}×{0.030−0.015 +0.081−(8.5+2.5)×103×23×10-6+2.5 ×103×17×10-6}=37.3μm/℃ となり、条件式、を満足する。
(発明の効果) 上記のように、この発明により、半導体レーザおよび
2枚のプラスチックレンズで構成された走査結像光学系
の温度変化による焦点位置の変動にともなう性能の不安
定性を、各部の材質を適当に選定することにより、複雑
な装置等を介さずに安定化し、実用上問題のない性能を
もった光走査装置を提供できるという、実用的に優れた
効果を奏する物である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の光走査装置の1実施例の光学配置
図、第2図は、コリメータ部の構成を示す断面図、第3
図は変形シリンドリカルレンズの形状の説明図 1:半導体レーザー、2:コリメータレンズ 3:スリット、4:シリンドリカルレンズ 5:光偏向器、6、7:結像光学系 8:ミラー、9:感光ドラム、10:ミラー 11:センサー、21:半導体レーザー 22:固定保持部材、23:コリメータレンズ枠

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザーと、その発散光を平行光に
    するためのコリメータレンズと、それら半導体レーザー
    とコリメータレンズとを固定保持する部材とからなるコ
    リメータ部と、該コリメータからの偏向手段によって偏
    向された光束を感光体上に結像するための走査結像光学
    系とから成る光走査装置において、 前記走査結像光学系はプラスチックレンズのみで構成さ
    れ、 温度変化による主走査方向バックフォーカスfSB,副走査
    方向バックフォーカスfPBの変化量 を満足することを特徴とする光走査装置。 但し、温度Tの変化により 半導体レーザーの波長λが変化することに起因する走査
    結像光学系の主走査方向、副走査方向のバックフォーカ
    スfSB、fPBの変化量を 走査結像光学系のプラスチック材の屈折率NPが変化する
    ことに起因する走査結像光学系の主走査方向、副走査方
    向のバックフォーカスfSB,fPBの変化量を 走査結像光学系のプラスチック材の寸法lPが変化するこ
    とに起因する走査結像光学系の主走査方向、副走査方向
    のバックフォーカスfSB,fPBの変化量を コリメータレンズの硝材の屈折率NGが変化することに起
    因するコリメータレンズのバックフォーカスfCBの変化
    量を 半導体レーザーの波長λが変化することに起因するコリ
    メータレンズのバックフォーカスfCBの変化量を コリメータレンズの硝材lGの寸法が変化することに起因
    するコリメータレンズのバックフォーカスfCBの変化量
    と置き、さらにコリメータレンズの焦点距離をfC、半導
    体レーザーの固定保持部材への取付面と発光点との間隔
    をDLD、長さlM1の固定保持部材の材質固有の線膨張係数
    半導体レーザーの固定保持部材への取付面と発光点との
    間を構成する部材固有の線膨張係数を 走査結像光学系の焦点距離をfS、主走査断面内での縦倍
    率をMS 2、副走査断面内での縦倍率をMP 2とおくと
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