JP2983238B2

JP2983238B2 - 光走査装置におけるシリンダレンズ駆動装置

Info

Publication number: JP2983238B2
Application number: JP2027988A
Authority: JP
Inventors: 智博及川; 寛冨田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH03231714A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光走査装置におけるシリンダレンズ駆動装
置に関する。

［従来の技術］光走査装置において被走査面上における光スポット径
の変動の原因となる結像光学径の像面湾曲を除去するた
めに、光源と光偏向装置の間にあるシリンダレンズを光
軸方向へ変位させて像面湾曲の除去・軽減を行うことが
提案されている。

このような変位を行う駆動源としては、応答が正確
で、光束の駆動が可能な、圧電素子、電歪素子、磁歪素
子等の電磁アクチュエータが適している。

しかし、上記の如き像面湾曲の補正に必要なシリンダ
レンズ等の変位量は通常、数100μｍであるが、電磁ア
クチュエータの変位量は通常、数10μｍ程度であり、数
倍〜数10倍の変位拡大が必要となる。

［発明が解決しようとする課題］本発明は光走査装置における新規なシリンダレンズ駆
動装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の、光走査装置におけるシリンダレンズ駆動装
置は「光源装置からの光束をシリンダレンズにより主走
査対応方向に長い線像として結像させ、上記線像の結像
位置近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により偏向さ
せ、偏向光束を結像レンズにより被走査面上に光スポッ
トとして結像させて被走査面の光走査を行う光走査装置
において、結像レンズの副走査方向の像面湾曲を軽減さ
せるために、シリンダレンズを光軸方向へ単振動させる
ためのシリンダレンズ駆動装置」であって、電磁アクチ
ュエータと、変位拡大装置とを有する。

電磁アクチュエータとしては、前述の圧電素子、電歪
素子、磁歪素子等を用いることができる。

「変位拡大装置」は、電磁アクチュエータの微小な変
位を拡大装置であって、以下のように構成される。

即ち、変位拡大装置は、矩形形状を有する複数かつ奇
数個のブロック部が直線状に配されるとともに、ブロッ
ク部配列の長手方向両端部に変形力を受けるための力作
用部を有し、各ブロック部間およびブロック部と力作用
部との間が応力集中部により連結されて、全体が一体的
に形成され、両端部の力作用部に互いに逆向きの１対の
変形力を長手方向に作用させたとき、応力集中部の変形
により全体が弓なりに変形するように、各応力集中部が
定められ、変形力の作用による両端部の変位を、弓なり
の変形の振幅として拡大するように構成され、奇数個の
ブロック部は、中央のブロック部に関して、配列方向へ
対称的であり、上記中央のブロック部に、駆動すべきシ
リンダレンズを、上記振幅の方向を光軸方向として固定
的に保持する。

［作用］第１図（Ａ）は、上記変位拡大装置の１例を示してい
る。

この例では、変位拡大装置は、３つのブロック部B1〜
B3と力作用部C1,C2と、応力集中部D1〜D4とを有する。
ブロック部B1〜B3は矩形形状で直線状に配列され、さら
にその配列方向両端部に力作用部C1とC2とが配備されて
いる。これらブロック部B1〜B3と力作用部C1,C2相互の
間は応力集中部D1〜D4により連結されている。

ブロック部B1〜B3、力作用部C1,C2、応力集中部D1〜D
4は全体が単一の材料で一体的に構成されている。

奇数個のブロック部B1〜B3は、中央のブロック部B2に
関して、配列方向へ対称的である。変位の拡大は、以下
に説明するように「応力集中部の変位」により行われる
ので、変位拡大装置の材料は必要な応力集中部の変形が
弾性変形として実現されるような材料が用いられる。

応力集中部D1,D4とD2,D3とはブロック部の幅方向すな
わち第１図（Ａ）の上下方向で形成位置が異なってい
る。このため、変位拡大装置の長手方向において互いに
逆向きの力を力作用部に作用させると、ブロック部B1と
B3には「互いに逆向きの偶力」が作用することになる。

例えば、上記逆向きの力が引張り力であると、第１図
（Ｂ）に示すようにブロック部B1は時計回り、ブロック
部B3は反時計回りに回転し、変位拡大装置の全体は図の
ように下向きの弓形に変形する。

逆に、力作用部C1,C2に１対の圧縮力を作用すると、
変形は第１図（Ｃ）に示すように上向きの弓形になる。

従って、この弓なりの変形を利用して力作用部の変位
をこの変位と直交する方向へ拡大することができる。

第１図の例ではブロック部は３つであるが、これに限
らずブロック部は、５個以上の奇数個のブロック部を有
するように変位拡大装置を構成することもできる。原理
的には、ブロックの数は偶数個でも良いが、直線運動を
得るためにはブロック部の数は奇数個が望ましい。

第１図に示す例に即して、変位の拡大率を説明する。

上に説明した例において、拡大された変位量は、ブロ
ック部B1とB3の互いに逆向きの回転により生じているこ
とは明らかである。

そこで、第２図（Ａ）に示すように、ブロック部B1に
つき、その長さを「ａ」、ブロック部幅方向における応
力集中部D1,D2間の距離を「ｂ」とし、第２図（Ｂ）に
示すように、ブロック部B1を「両端をそれぞれX,Y軸上
に拘束された棒状体」として考える。

力作用部に力の作用していない状態を符号B1₀（第１
図（Ａ）の状態に対応）とし、圧縮力の作用により変位
拡大装置が、第１図（Ｃ）のように上向き弓なりに変形
した時の状態をB1₁で表し、この変形に伴うX,Y軸上の変
位をu_x,u_yとする。このとき明らかに次の関係が成り立
つ。

a²＋b²＝（ａ−u_x）^２＋（ｂ＋u_y）^２＝a²＋b²＋u_x ²＋u_y ²−2a・u_x＋2b・u_y この式において、u_x,u_yがa,bに比して微小量であるこ
とを考慮し、「u_x,u_yの２乗の項」を、他の項に対して
無視すると、次の関係が得られる。

２（ａ・u_x−ｂ・u_y）＝０これから、変位の拡大率（≡u_y/u_x）は（a/b）となる
ことが分かる。

ａ＝9.0mm,b＝1.5mmとした場合の第１図の変位拡大装
置の拡大変位量の駆動周波数特性を、有限要素法により
シミュレーションした結果を第２図（Ｃ）に示す。駆動
源、すなわち変位拡大装置の両端部の力作用部に変位を
与える電磁アクチュエータとしては積層型圧電アクチュ
エータを用いた。この積層型圧電アクチュエータの変位
量は、第10図に示すように、周波数:0から3000Hzまで、
略10μｍ程度で安定している。

周波数:0のときの拡大変位量:u_yは、51.3μｍであ
る。一方、理論的に求めた拡大率:a/bは、9.0/1.5＝６
であり、積層型圧電アクチュエータの変位量:u_x＝9.3を
用いると理論上の拡大変位量は55.8μｍとなり、シミュ
レーションの結果と良く一致する。

また、駆動周波数:3000Hzに対しては、シミュレーシ
ョンによる拡大変位量:61μｍに対して理論上の値は60
μｍで、両者は極めて良く一致する。このことは、本発
明の変位拡大装置の設計が容易であることを意味してい
る。

［実施例］第４図において、半導体レーザLDとコリメートレンズ
CLにより構成される光源装置１からの平行な拘束は、ア
パーチュア８でビーム形状を整形され、副走査対応方向
（図面に直交する方向）にのみパワーを持つシリンダレ
ンズ2Aにより、回転多面鏡３の偏向反射面４の近傍に主
走査対応方向に長い線像として結像する。偏向反射面４
により反射された光束は回転多面鏡３の回転により偏向
され、レンズ5,6により構成されるｆθレンズに入射
し、同レンズの作用により、被走査面７上に光スポット
として結像して被走査面を光走査する。

ｆθレンズは主走査方向の像面湾曲を極めて良好に補
正されているが、、副走査方向には第５図（Ａ）に示す
ような像面湾曲を有する。

このとき、シリンダレンズ2Aを、第５図（Ｂ）に示す
ような正弦曲線に従って変位させると、副走査方向の像
面湾曲を第５図（Ｃ）のように軽減できる。なお、第５
図（Ｂ）で、「β」はｆθレンズの副走査方向の結像倍
率である。

第５図（Ｂ）の正弦曲線は、偏向光束の偏向角をθと
して、 0.1322・cos（θ＋0.5033）mm と表すことができ、その周波数は、光走査速度がら2.8K
Hzとなる。

従って、シリンダレンズ2Aに周波数:2.8KHzで振幅:26
4μｍの単振動を行わせれば、副走査方向の像面湾曲を
第５図（Ｃ）のように改良できる。

この単振動を実現するために、第３図の如き変位拡大
装置を使用した。

符号10は、第１図および第２図に即して説明した変位
拡大装置を示す。拡大倍率は６倍である。

符号13,15は、電磁アクチュエータを示す。

この電磁アクチュエータ13,15は何れも、先に説明し
た変位量：略10μｍの積層型圧電アクチュエータを２個
づつ直列に組み合わせて、変位量:40μｍを実現したも
のである。シリンダレンズ2Aは、変位拡大装置10の中央
のブロック部に固定した。

電磁アクチュエータ13,15を、光走査に同期して2.8KH
zの周波数で駆動して、シリンダレンズ2Aを光軸方向へ
振幅：略240μｍで単振動させ、第５図（Ｃ）に近い副
走査方向の像面湾曲を実現できた。

［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シリ
ンダレンズ駆動装置を提供できる。この装置によれば、
結像レンズの副走査方向の像面湾曲を、シリンダレンズ
の単振動により有効且つ確実に軽減することができる。
また、変位拡大装置の構造が簡単であるから、シリンダ
レンズ駆動装置を低コストで製造でき、しかも設計状の
拡大倍率を周波数特性良く実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明のシリンダレンズ駆動装
置に用いる変位拡大装置を、具体的１例に即して説明す
るための図、第３図は変位拡大装置の１実施例を説明す
るための図、第４図は上記実施例を用いる光走査装置を
説明するための図、第５図は、図４の光走査装置におけ
るｆθレンズの副走査方向の像面湾曲と、シリンダレン
ズの変位と、シリンダレンズの変位により軽減された副
走査方向の像面湾曲を示す図である。 B1〜B3……ブロック部、C1,C2……力作用部、D1〜D4…
…応力集中部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源装置からの光束をシリンダレンズによ
り主走査対応方向に長い線像として結像させ、上記線像
の結像位置近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により
偏向させ、偏向光束を結像レンズにより被走査面上に光
スポットとして結像させて上記被走査面の光走査を行う
光走査装置において、結像レンズの副走査方向の像面湾
曲を軽減させるために、上記シリンダレンズを光軸方向
へ単振動させるためのシリンダレンズ駆動装置であっ
て、電磁アクチュエータと、この電磁アクチュエータの微小な変位を拡大する変位拡
大装置とを有し、上記変位拡大装置は、矩形形状を有する複数かつ奇数個のブロック部が直線状
に配されるとともに、ブロック部配列の長手方向両端部
に変形力を受けるための力作用部を有し、各ブロック部間およびブロック部と力作用部との間が応
力集中部により連結されて、全体が一体的に形成され、両端部の力作用部に互いに逆向きの１対の変形力を長手
方向に作用させたとき、応力集中部の変形により全体が
弓なりに変形するように、各応力集中部が定められ、変形力の作用による両端部の変位を、上記弓なりの変形
の振幅として拡大するように構成され、上記奇数個のブロック部は、中央のブロック部に関し
て、配列方向へ対称的であり、上記中央のブロック部に上記シリンダレンズを、上記振
幅の方向を光軸方向として固定的に保持することを特徴
とする、光走査装置におけるシリンダレンズ駆動装置。