JP2978213B2 - 光走査装置に於けるレンズ保持装置 - Google Patents

光走査装置に於けるレンズ保持装置

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孝治 寺澤
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光走査装置に於けるレンズ保持装置に関す
る。
[従来の技術] 光走査装置に於いて光束を走査面上に光スポットとし
て結像させるために1以上のレンズが使用される。
近来、光走査装置の低コスト化実現のため、用いられ
るレンズの少なくとも一部を安価で大量生産性の良いプ
ラスチックレンズとすることが意図されている。
プラスチックレンズにはその結像性能が環境の変化に
より変化するという問題がある。
即ち温度や湿度が変化するとプラスチックレンズの形
状や屈折率が変化し、焦点距離等が変化して結像性能の
変化をもたらすのである。この結像性能の変化は光スポ
ットの結像位置と走査面とのずれをもたらす。
上記環境変化による結像性能の変化を補正するのに、
結像光学系の各要素の光軸方向の位置を能動的に変化さ
せて行う方法が提案されている。
[発明が解決しようとする課題] しかし上記方法はその実現にあたって、センサー、コ
ントローラー、アクチュエーター等を必要とするため低
コストでの実現は困難であり光走査装置自体も複雑化し
てしまう。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、プラスチックレンズを用いる光走査装置に於いて温
度・湿度の変化によるプラスチックレンズの結像性能の
変化の光走査への影響の軽減を低コストで実現できる新
規なレンズ保持装置の提供を目的とする。
[課題を解決するための手段] 以下、本発明を説明する。
本発明のレンズ保持装置は「光源装置からの光束を、
偏向装置により偏向面内に偏向させて走査面上に導き、
光源装置から走査面に到る光路上に設けられたレンズに
より光スポットとして結像させて走査面を行う光走査装
置に於いて、偏向装置と走査面との間にある2以上のレ
ンズを保持する装置」であって、不動部材と保持体と圧
接手段とを有する。
「不動部材」は、偏向面、即ち[理想的は偏向光束の
掃引により形成される面」に平行な支持面を有する。
「保持体」は、板状に形成されて2以上のレンズ(少
なくとも1枚はプラスチックレンズである)を一方の面
に保持し、他方の面を上記支持面に合致させ、基準部を
不動部材に固定される。
この保持体は、温・湿度環境変化に伴い、保持したレ
ンズの光軸方向へ伸縮する。
「圧接手段」は、上記保持体を、上記光軸方向への伸
縮を妨げることなく、厚み方向に於いて不動部材へ圧接
させる。
そして本発明の特徴は「温・湿度環境変化に伴うプラ
スチックレンズの結像性能変化による走査面と光スポッ
ト結像位置とのずれを、上記保持体に保持された2以上
のレンズの、保持体の伸縮による変位によって軽減する
するようにした」点にある。
この場合、保持体の材質と寸法を適切に設定すれば
「温・湿度環境変化に伴うプラスチックレンズの結像性
能変化による走査面と光スポット結像位置とのずれを、
保持体の伸縮によるレンズ変位によって実質的に補正す
る」ことも可能である。
光源装置や、光束を偏向させる偏向装置、光源装置か
ら走査面に到る光路上に配備されるレンズは、種々のも
のが利用可能である。
「光源装置」としては例えば、半導体レーザーとコリ
メートレンズとを組み合わせ、実質的な平行光束を放射
するようにしたものを用いることができる。このような
光源装置を用いる場合、光源装置と走査面の間に設けら
れたレンズを「光源装置からの光束を偏向装置の偏向反
射面近傍の位置に主走査対応方向に長い線像として結像
させるシリンダーレンズと、偏向装置により偏向された
光束を被走査面上に結像させる結像レンズ」とで構成す
ることが出来る。この場合に於いて、偏向装置としては
ガルバノミラーやピラミダルミラー、回転多面鏡を用い
ることが可能である。
さらにレンズを上記のシリンダーレンズと結像レンズ
で構成し、偏向装置としてピラミダルミラーや回転多面
鏡を用いる場合、結像レンズとして面倒れ補正機能(偏
向反射面位置と走査面位置とを副走査対応方向に関して
幾何光学的に略共役な関係とする機能)を持つアナモフ
ィックなfθレンズとすることができる。
上記のシリンダーレンズと結像レンズによるレンズ構
成の場合、シリンダーレンズと結像レンズの一方もしく
は双方をプラスチックレンズとして構成することができ
る。
温・湿度環境変化に伴って伸縮する保持体の材料とし
てはプラスチック、ゴム、金属等を適宜用いることがで
きる。
保持体にはプラスチックレンズ及び非プラスチックレ
ンズの一方もしくは双方を適宜保持させることができ
る。
「作用] 説明の具体性のために、第6図に示す如き光走査装置
を想定する。図に於いて符号1で示す光源装置は半導体
レーザーとコリメートレンズを組合せたもので、実質的
に平行な光束を放射する。この平行光束はシリンダーレ
ンズ2により、偏向装置たる回転多面鏡3の偏向反射面
4の近傍の位置に主走査対応方向に長い線像として結像
する。偏向反射面4に反射された光束は回転多面鏡3の
回転とともに偏向し結像レンズとしてのfθレンズ5に
入射し、走査面7上に光スポットとして結像され、走査
面を光走査する。第7図は第6図の光走査装置を副走査
方向から見た状態を示している。
この光走査装置の場合、光源装置1と走査面7との間
にはシリンダーレンズ2とfθレンズ5とが配備されて
いるが、ここではシリンダーレンズ2が非プラスチック
レンズとして構成され、fθレンズ5のみがプラスチッ
クレンズで構成された場合を説明する。fθレンズ5を
プラスチックレンズとして構成するとは、fθレンズ5
を構成するレンズの1枚以上をプラスチックレンズとす
ることを意味する。
第8図は、第6図の光走査装置を光源装置から走査面
まで光路に沿て展開し、上下方向が副走査方向に対応す
るようにして描いた図である。
第8図ではfθレンズ5が設計通りの結像性能を持
ち、偏向光束による光スポットは副走査方向に於いて走
査面7上に正しく結像している。
第9図では、プラスチックレンズで構成されたfθレ
ンズ5の結像性能が温度・湿度の変化により変化し焦点
距離が設計上の値fS(添え字のSは焦点距離が副走査対
応方向のものであることを示す)からΔfだけ変化して
f′になった状態を示している。この焦点距離変化に
より偏向光束の結像点は光軸方向にΔZだけずれ、走査
面7上に於ける光スポットの副走査方向の径が設計値か
ら変化してしまう。上記ΔZとΔf(≪fS)とは、 ΔZ≒(1−β)・Δf (1) の関係にある。βはfθレンズ5の副走査対応方向にお
ける横倍率を示す。上記焦点距離の変化の範囲内ではβ
は一定と考えて良い。
このように焦点距離が変化した場合に、第10図に示す
ようにfθレンズ5を光軸方向にΔaだけ変位させて光
スポットの結像位置のずれを補正することを考えて見
る。但し第10図で上の図はfθレンズ5が設計通りの結
像性能を持つ場合、下の図は温・湿度環境変化により焦
点距離がΔf変化したfθレンズ5を光軸方向へΔaだ
け変位させて光スポットを副走査方向において走査面7
に結像させた状態を示す。
fθレンズ5の設計上の焦点距離fSに対して、物体側
距離をa,像側距離をbとし、fθレンズ5に薄いレンズ
の関係を適用すると、焦点距離変化Δfに拘らず光スポ
ットが走査面上に結像するための条件は {1/(a+Δa)}−{1/(b−Δa)}=1/(fS+Δ
f) が成り立つことである。
b/a=βを用い、Δa≪|a|,|b|として近似計算を行う
と、 Δa≒[{1−(1/β)}/{1+(1/β)}]・Δ
f (2) となる。Δfの焦点距離変化に対しfθレンズ5を光軸
方向に於いて走査面側へΔaだけ変位させれば、光スポ
ットは副走査方向に於いて実質的に走査面上に結像する
ことになる。
上には、プラスチックレンズにより構成されたfθレ
ンズ5を直接に変位させて結像性能変化の調整を行った
が、同様の調整は非プラスチックレンズとして構成され
たシリンダーレンズ2の変位によっても可能である。
即ち焦点距離距離がΔfだけ変化したfθレンズ5は
変位させず、非プラスチックレンズで構成されたシリン
ダーレンズ2をΔdだけ光源装置側に変位させて副走査
方向における光スポット結像位置を走査面7上に実質的
に合致させることが可能である。このときΔf≪fSとし
て近似的に算出されるΔdは Δd≒{(1−β)/(−β)}Δf (3) である。
上記のようにfθレンズ5もしくはシリンダーレンズ
2を光軸方向へ、fθレンズ5に於ける焦点距離変化
(温度・湿度の変化に応じて変化する)に応じて変化さ
せることにより、温度・湿度変化に起因する光スポット
と走査面との位置ずれを補正することができる。
fθレンズ5もしくはシリンダーレンズ2を保持する
保持体を「温・湿度環境変化に応じて伸縮する材料」で
構成し、その膨張・収縮量が(2)(3)式で与えられ
るΔa,Δbと実質的に等しくなるように、保持体の材料
・寸法を定めることは可能であり、このようにすれば温
・湿度環境変化によるプラスチックレンズの結像性能の
変化に拘らず光スポット結像位置と走査面とのずれを実
質的に補正することができる。
また保持体の伸縮によるレンズの変位量が上記Δa,Δ
bと実質的に等しくならなくても、レンズの移動が「プ
ラスチックレンズの結像性能の変化による光スポット結
像位置と走査面とのずれ」を軽減するようにすれば、プ
ラスチックレンズの結像性能変化の光走査への影響を有
効に軽減させることができる。
[実施例] 以下、具体的な実施例に即して説明する。
第6図に即して説明した光走査装置に於いてシリンダ
ーレンズ2を非プラスチックレンズとし、fθレンズ5
を図示のような2枚のプラスチックレンズで構成した。
これら2枚のレンズは何れもアクリル系樹脂により形成
され、温度20度C、湿度65%RHを基準環境として設計さ
れた。使用環境として、温度0〜50度C,湿度5〜95%RH
を想定するとレンズ材料のアクリル系樹脂の形状変化が
±0.5%、屈折率変化が±0.0035となり、焦点距離にし
て+数%程度の変化がある。従ってfθレンズ5を固定
的に保持し、温度・湿度の変化に応じた結像性能の補正
を何ら行わない場合には副走査対応方向の像面湾曲が大
きく変動する。
本発明の1実施例を示す第1図において、混同の恐れ
がないと思われるものに就いては第6図における同一の
符号を用いている。
fθレンズを構成する2枚のレンズ5A,5Bは保持体6
に保持されている。
符号8は不動部材を示す。不動部材8は回転多面鏡3
による偏向光束の偏向面に平行な支持面を有する。
第2図は、第1図の実施例に於ける本発明の特徴部分
を断面図として示している。この図の左右方向はfθレ
ンズの光軸方向に対応する。
保持体6は矩形の板状に形成され、一方の面にfθレ
ンズを構成するレンズ5A,5Bを固定的に保持し、他方の
面は不動部材8の支持面に接している。不動部材8の支
持面に凸設された突起部9には保持体6の回転多面鏡3
側の側端部が接着材14で固定されている。即ち保持体6
の上記側端面は、この実施例に於いて保持体の基準部で
ある。
保持体6の中央部にはfθレンズの光軸方向に長い長
孔11が穿設されている。
この長孔部分に於いて段付きビス10がワッシャ12と波
型ワッシャ13を介して保持体6を不動部材8に押圧して
いる。この押圧力は波型ワッシャ13の変形により弾性力
として保持体6に作用する。
従って、圧接手段を構成する段付きビス10、ワッシャ
12、波型ワッシャ13により保持体6はその厚み方向に於
いて不動部材8に圧接されるが、圧接部は長孔となって
いるので、保持体6は長孔の長手方向即ちfθレンズの
光軸方向へ伸縮が可能である。また圧接手段による押圧
により保持体6の基準面からの浮き上がりが防止され
る。
温・湿度環境変化があると保持体6は基準部即ち突起
部9の部分を基準として、保持したfθレンズの光軸方
向に伸縮する。この伸縮により、保持されたfθレンズ
が光軸方向に変位する。
保持体6の材質として適当な吸水膨張率及び熱膨張率
を持つものを選択し、その形状、特にfθレンズ光軸方
向の長さを適当に設定することにより、環境変化に伴う
fθレンズの結像性能変化の光走査への影響を実質的に
除去もしくは有効に軽減できる。
別実施例を示す第3図に於いて、符号15は保持体6Aを
基準部に於いて突起部9に固定するボルトを示し、符号
16A,16Bは板ばね、符号17A,17Bは固定ねじを示してい
る。これら板ばね16A,16Bと固定ねじ17A,17Bは圧接手段
を構成している。即ち、固定ねじ17A,17Bは、保持体6A
の側方を制限するようにして不動部材8に螺合し、板ば
ね16A,16Bはそれぞれこれらの固定ねじ17A,17Bに固定さ
れて保持体6Aを厚み方向に於いて不動部材8に圧接させ
ている。
温・湿度環境変化があると保持体6Aはfθレンズの光
軸方向へ基準部を基準として伸縮する。
さらに別の実施例を示す第4図に於いては、不動部材
8Aに保持体基準部を接着させる突起部がなく、保持体6B
の基準部は固定ねじ20により不動部材8Aに固定される。
圧接手段は「不動部材8Aの支持面から凸設された支持突
起19A,19Bと、これら支持突起に固定され、保持体6Bの
両側縁部を不動部材8Aに弾性的に押圧する弾性部材18A,
18Bと」により構成される。
温・湿度環境変化により保持体6Bは固定ねじ20に固定
された部分を基準としてfθレンズの光軸方向へ伸縮す
る。
第5図は、保持体の基準部と保持体伸縮によるレンズ
の変位方向を説明するための図である。
第5図(a)は第1、第3、第4図により説明した各
実施例の場合と同じである。基準部を固定する部分90が
偏向反射面側に有るので保持体が膨張するとfθレンズ
は走査面側に変位する。第5図(c)は上記と逆の場合
で基準部を固定する部分9Cが走査面側にあるので、保持
体が膨張するとfθレンズは偏向反射面側へ変位する。
第5図(b)の場合は保持体の基準部がfθレンズ光軸
方向における保持体中間部に設定され、この基準部が1
対の固定手段9A,9Bで不動部材に固定されている。従っ
てこの例では保持体6の伸縮に応じてfθレンズを構成
する2枚のレンズの間隔を変化させることができる。
第1図乃至第5図に説明したレンズ保持装置はまた第
6図に示す光走査装置においてシリンダーレンズ2の保
持装置としても適用できる。シリンダーレンズ、fθレ
ンズの双方を本発明のレンズ保持装置で保持して良いこ
とは言うまでも無い。
[発明の効果] 以上、本発明によれば光走査装置における新規なレン
ズ保持装置を提供できる。この装置は上記の如く環境変
化によるプラスチックレンズの結像性能の変化の光走査
への影響を有効に軽減もしくは補正できるのでプラスチ
ックレンズの使用が可能であり、また構成が極めて簡素
であるので低コストの光走査装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の1実施例を説明するための
図、第3図は別実施例を説明するための図、第4図は他
の実施例を説明するための図、第5図は、保持体の伸縮
とレンズ変位の関係を説明するための図、第6図乃至第
10図は本発明の作用を説明するための図である。 5A,5B……fθレンズを構成するレンズ、6……保持
体、8……不動部材、
フロントページの続き (72)発明者 高橋 靖 岩手県花巻市大畑第十地割109番地 リ コー光学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−270714(JP,A) 特開 平3−125112(JP,A) 実開 昭60−90418(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 26/10 G02B 7/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源装置からの光束を、偏向装置により偏
    向面内に偏向させて走査面上に導き、光源装置から走査
    面に到る光路上に設けられたレンズにより光スポットと
    して結像させて光走査を行う光走査装置に於いて、偏向
    装置と走査面との間にある2以上のレンズを保持する装
    置であって、 偏向面に平行な支持面を有する不動部材と、 板状に形成され、少なくとも1枚はプラスチックレンズ
    である2以上のレンズを一方の面に保持し、他方の面を
    上記支持面に合致させ、基準部を上記不動部材に固定さ
    れ、保持したレンズの光軸方向へ、温・湿度環境変化に
    伴い伸縮する、単一の保持体と、 この保持体を、上記光軸方向への伸縮を妨げる事なく、
    厚み方向に於いて上記不動部材へ圧接させる圧接手段と
    を有し、 温・湿度環境変化を伴う上記プラスチックレンズの結像
    性能変化による走査面と光スポット結像位置とのずれ
    を、上記保持体に保持された2以上のレンズの、保持体
    の伸縮による変位によって軽減するようにしたことを特
    徴とするレンズ保持装置。
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