JP3100760B2 - Scanning optical system with temperature compensation - Google Patents

Scanning optical system with temperature compensation

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えばレーザープリ
ンター等に使用される走査光学系に関し、特に、温度変
化による焦点移動を抑えた走査光学系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical system used for, for example, a laser printer and the like, and more particularly to a scanning optical system which suppresses a focus shift due to a temperature change.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザープリンターの走査レンズには、
コストや重量の低減のためプラスチックレンズが多く用
いられている。しかし、プラスチックはガラスと比較す
ると温度変化に対する線膨張、屈折率変化の度合が大き
く、焦点ズレによる描画品質の劣化が生じ易い。
2. Description of the Related Art A scanning lens of a laser printer includes:
Plastic lenses are often used to reduce cost and weight. However, plastic has a greater degree of linear expansion and a change in refractive index with respect to a temperature change than glass, and the quality of drawing is liable to be degraded due to defocus.

【0003】また、レーザープリンター等の走査光学系
は、ポリゴンミラーの面倒れ誤差による影響を低減する
ため、一般に光束をポリゴンミラーの近傍で副走査方向
についてのみ一旦結像させる構成を採用しており、副走
査方向のパワーが主走査方向のパワーより強いアナモフ
ィック光学系として構成される場合が多い。したがっ
て、温度変化による焦点ズレも主として副走査方向にお
いてのみ問題となる。
A scanning optical system of a laser printer or the like generally adopts a configuration in which a light beam is once focused only in the sub-scanning direction near the polygon mirror in order to reduce the influence of a tilt error of the polygon mirror. In many cases, the anamorphic optical system has a stronger power in the sub-scanning direction than in the main scanning direction. Therefore, a focus shift due to a temperature change is also a problem mainly only in the sub-scanning direction.

【0004】従来、このような温度変化による影響を低
減するため、走査レンズ内で複数のプラスチックレンズ
を組み合せ、発生する焦点移動を互いに打ち消し合うよ
うに配置する方法が知られている。
[0004] Conventionally, there has been known a method of combining a plurality of plastic lenses in a scanning lens and arranging them so that the generated focal shifts cancel each other in order to reduce the influence of such a temperature change.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、温度補償のために走査レンズの構成
枚数を増やさなければならず、小型化、コストダウンの
流れに反することとなる。
However, in the above-mentioned conventional method, the number of scanning lenses must be increased for temperature compensation, which is against the trend of downsizing and cost reduction.

【0006】[0006]

【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、走査レンズの構成枚数を増
やさずに温度変化による影響を低減することができる走
査光学系を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a scanning optical system capable of reducing the influence of a temperature change without increasing the number of scanning lenses. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明にかかる温度補
償された走査光学系は、上記の目的を達成させるため、
光源から発した発散光を平行光束にするコリメートレン
ズと、その平行光束を副走査方向においてのみ一旦結像
させるシリンドリカルレンズと、このシリンドリカルレ
ンズによる光束の結像位置の近傍に設けられ、その平行
光束を偏向させる偏向器と、偏向された光束を像面に結
像させるプラスチック製のアナモフィックな走査レンズ
とを備える走査光学系において、コリメートレンズ内に
回転対称な負のプラスチックレンズを設けると共に、シ
リンドリカルレンズ内に主走査方向に正のパワーを有す
るアナモフィックなプラスチックレンズを設け、コリメ
ートレンズとシリンドリカルレンズとに含まれるプラス
チックレンズのパワーを、主走査面内においては両レン
ズの温度変化による影響を互いに打ち消し合い、副走査
面内においては走査レンズで発生する温度変化による影
響を打ち消すよう設定したことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A temperature-compensated scanning optical system according to the present invention has the following objects.
A collimating lens that converts the divergent light emitted from the light source into a parallel light beam, a cylindrical lens that temporarily forms an image of the parallel light beam only in the sub-scanning direction, In a scanning optical system including a deflector for deflecting the light and a plastic anamorphic scanning lens for forming an image of the deflected light beam on an image plane, a rotationally symmetric negative plastic lens is provided in a collimating lens, and a cylindrical lens is provided. An anamorphic plastic lens having a positive power in the main scanning direction is provided inside, and the power of the plastic lens included in the collimator lens and the cylindrical lens is canceled out by the temperature change of both lenses in the main scanning plane. Running in the sub-scanning plane Characterized by being configured to cancel the effect of temperature changes occurring in the lens.

【0008】[0008]

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。図1
は、この発明の一実施例にかかる走査光学系のレンズ図
であり、(a)が主走査方向、(b)が副走査方向の断面を示
している。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG.
1A and 1B are lens diagrams of a scanning optical system according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A shows a cross section in the main scanning direction and FIG.

【0009】この光学系は、光源である半導体レーザー
1から発した発散光を平行光束にするコリメートレンズ
10と、その平行光束を偏向器Pの近傍で副走査方向に
おいて一旦結像させるシリンドリカルレンズ20と、偏
向された光束を像面に結像させるプラスチック製のアナ
モフィックな走査レンズ30とを備える。
This optical system includes a collimator lens 10 for converting divergent light emitted from a semiconductor laser 1 as a light source into a parallel light beam, and a cylindrical lens 20 for temporarily forming an image of the parallel light beam in the sub-scanning direction near a deflector P. And a plastic anamorphic scanning lens 30 for imaging the deflected light beam on the image plane.

【0010】なお、図1は光路展開図であるため、偏向
器Pを直線で示しているが、具体的にはポリゴンミラー
等が用いられることは周知である。また、光路を短縮し
て示すため、波線で示した部分で光路の一部を省略して
いる。
Although FIG. 1 is an optical path development view, the deflector P is shown as a straight line, but it is well known that a polygon mirror or the like is specifically used. In addition, in order to shorten the optical path, a part of the optical path is omitted in a portion indicated by a broken line.

【0011】コリメートレンズ10は、回転対称な両凸
のガラスレンズである第1レンズ11と、回転対称な両
凹のプラスチックレンズである第2レンズ12とから構
成され、全体として正のパワーを持つ。
The collimating lens 10 comprises a first lens 11 which is a rotationally symmetric biconvex glass lens, and a second lens 12 which is a rotationally symmetric biconcave plastic lens, and has a positive power as a whole. .

【0012】シリンドリカルレンズ20は、主走査方向
にのみ正のパワーを有するシリンダー状のプラスチック
レンズである第1レンズ21と、主走査方向に負のパワ
ーを有すると共に副走査方向に正のパワーを有するガラ
スレンズである第2レンズ22とから構成され、全体と
して副走査方向に正のパワーを有し、主走査方向につい
てはほぼパワーを持たない。
The cylindrical lens 20 has a first lens 21 which is a cylindrical plastic lens having a positive power only in the main scanning direction, and has a negative power in the main scanning direction and a positive power in the sub-scanning direction. It has a second lens 22 which is a glass lens, has a positive power as a whole in the sub-scanning direction, and has almost no power in the main scanning direction.

【0013】走査レンズ30は、1枚構成のfθレンズ
であり、主走査方向と比較して副走査方向に強い正のパ
ワーを有する。プラスチックレンズは非球面加工等が容
易であるため、1枚構成でもレーザープリンター等の性
能を満たすfθレンズを作成することができる。ただ
し、1枚では温度変化による影響を走査レンズ内で打ち
消し合わせることができないため、コリメートレンズ1
0、シリンドリカルレンズ20内にもプラスチックレン
ズを設けて温度補償するよう構成している。
The scanning lens 30 is a single fθ lens, and has a stronger positive power in the sub-scanning direction than in the main scanning direction. Since a plastic lens can be easily processed with an aspherical surface or the like, an fθ lens that satisfies the performance of a laser printer or the like can be created with a single lens configuration. However, since the influence of the temperature change cannot be canceled in the scanning lens with one sheet, the collimating lens 1
0, a plastic lens is also provided in the cylindrical lens 20 to compensate for the temperature.

【0014】温度変化による焦点変動は、主走査方向に
ついてはコリメートレンズ10の第2レンズ12とシリ
ンドリカルレンズ20の第1レンズ21とによって発生
するため、これらで発生する温度変化による影響が打ち
消されるように両レンズのパワーが定められている。
Since the focus change due to the temperature change is caused by the second lens 12 of the collimating lens 10 and the first lens 21 of the cylindrical lens 20 in the main scanning direction, the influence of the temperature change generated by these is canceled out. The power of both lenses is determined.

【0015】一方、副走査方向についての焦点変動は、
コリメートレンズ10の第2レンズ12と走査レンズ3
0とにより発生するため、これらのレンズにより発生す
る温度変化による影響が相殺されるようにパワーが定め
られている。
On the other hand, the focus fluctuation in the sub-scanning direction is
Second lens 12 of collimating lens 10 and scanning lens 3
Therefore, the power is determined so that the influence of the temperature change generated by these lenses is canceled.

【0016】ここで、コリメートレンズ10の第2レン
ズ12の焦点距離及び焦点距離変化をf12、Δf12、走
査レンズ30の副走査方向の焦点距離及び焦点距離変化
をf30Z、Δf30Z、シリンドリカルレンズ20の第2レ
ンズ22の焦点距離をf22Z、走査レンズ30の副走査
方向の倍率をmとすると、温度変化による副走査像面の
移動量ΔPIMは、以下の数式1で表される。
Here, the focal length and the change of the focal length of the second lens 12 of the collimating lens 10 are f 12 and Δf 12 , the focal length and the change of the focal length of the scanning lens 30 in the sub-scanning direction are f 30Z and Δf 30Z , and cylindrical. Assuming that the focal length of the second lens 22 of the lens 20 is f 22Z and the magnification of the scanning lens 30 in the sub-scanning direction is m, the movement amount ΔP IM of the sub-scanning image plane due to a temperature change is expressed by the following equation 1. .

【0017】[0017]

【数1】 ΔPIM=(Δf12/f12 2)×f20Z 2×m2+(1−m)2×Δf30Z ## EQU1 ## ΔP IM = (Δf 12 / f 12 2 ) × f 20Z 2 × m 2 + (1−m) 2 × Δf 30Z

【0018】コリメートレンズ10の第2レンズ12と
走査レンズ30とに同一のプラスチックを用いると、以
下の数式2が成立するときに走査レンズの温度変化によ
る焦点移動が補正される。
When the same plastic is used for the second lens 12 and the scanning lens 30 of the collimating lens 10, when the following equation 2 is satisfied, the focal point shift due to the temperature change of the scanning lens is corrected.

【0019】[0019]

【数2】 (Δf12/f12 2)×f22Z 2×m2+(1−m)2×Δf30Z=0(Δf 12 / f 12 2 ) × f 22Z 2 × m 2 + (1-m) 2 × Δf 30Z = 0

【0020】また、同時にf12≒f22Zを満足させる必
要がある。
At the same time, it is necessary to satisfy f 12 ≒ f 22Z .

【0021】コリメートレンズ10とシリンドリカルレ
ンズ20との具体的な数値構成は、表1に示される。表
中、面番号は図中左側となる物体側から数えた面の番
号、ryは主走査方向の曲率半径、rzは副走査方向の曲率
半径(記載がない面は回転対称)、dはレンズ厚若しくは
空気間隔、nは波長780nmでの屈折率である。
The specific numerical configuration of the collimating lens 10 and the cylindrical lens 20 is shown in Table 1. In the table, the surface number is the number of the surface counted from the object side on the left side in the figure, ry is the radius of curvature in the main scanning direction, rz is the radius of curvature in the sub-scanning direction (surfaces not described are rotationally symmetric), d is the lens The thickness or air spacing, n, is the refractive index at a wavelength of 780 nm.

【0022】コリメートレンズ10の第2レンズ12の
第1面(面番号3)は、回転対称な非球面である。非球面
は、光軸からの高さがYとなる非球面上の座標点の非球
面頂点の接平面からの距離をX、非球面頂点の曲率(1/r)
をC、円錐係数をK、4次,6次,8次の非球面係数をA4,A6,A
8として、以下の式で表される。なお、表1における非球
面の曲率半径は、非球面頂点の曲率半径であり、これら
の面の円錐係数、非球面係数は表2に示される。
The first surface (surface number 3) of the second lens 12 of the collimating lens 10 is a rotationally symmetric aspheric surface. For the aspheric surface, the distance from the tangent plane to the aspherical vertex of the coordinate point on the aspheric surface whose height from the optical axis is Y is X, the curvature of the aspherical vertex (1 / r)
Is C, the conic coefficient is K, and the fourth, sixth, and eighth order aspheric coefficients are A 4 , A 6 , A
8 is represented by the following equation. The radius of curvature of the aspherical surface in Table 1 is the radius of curvature of the apex of the aspherical surface.

【0023】[0023]

【数3】 X= CY2/(1+√(1-(1+K)C2Y2)) + A4Y4 + A6Y6 + A8Y8 Equation 3] X = CY 2 / (1 + √ (1- (1 + K) C 2 Y 2)) + A 4 Y 4 + A 6 Y 6 + A 8 Y 8

【0024】[0024]

【表1】 f30Z=70mm m=−2.5 面番号 ry rz d n 1 67.152 3.00 1.88080 2 -4.980 0.52 3 -8.475 1.50 1.48617 4 -17.611 30.00 5 ∞ 3.00 1.48617 6 -17.201 ∞ 0.00 7 -18.075 ∞ 3.00 1.51072 8 ∞ -35.735[Table 1] f 30Z = 70 mm m = -2.5 Surface number ry rz dn 1 67.152 3.00 1.88080 2 -4.980 0.52 3 -8.475 1.50 1.48617 4 -17.611 30.00 5 ∞ 3.00 1.48617 6 -17.201 ∞ 0.00 7 -18.075 ∞ 3.00 1.51072 8 ∞ -35.735

【0025】[0025]

【表2】 K = 0.87366 A4 = -1.36220×10-3 A6 = 4.16374×10-5 A8 = -4.68250×10-5 [Table 2] K = 0.87366 A 4 = -1.36 220 × 10 -3 A 6 = 4.16374 × 10 -5 A 8 = -4.68 250 × 10 -5

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、比較的径の小さいコリメートレンズとシリンドリカ
ルレンズとに温度補償機能を持たせることにより、比較
的径の大きい走査レンズの枚数を増やすことなく、温度
変化による影響を低減することができ、装置の小型化、
コストダウンを図ることができる。
As described above, according to the present invention, the number of scanning lenses having a relatively large diameter can be increased by providing the collimating lens and the cylindrical lens having a relatively small diameter with a temperature compensation function. The effect of temperature changes can be reduced, miniaturizing the device,
Cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例の構成を示す光学系の展開図であり、
(a)は主走査方向、(b)は副走査方向を示している。
FIG. 1 is a development view of an optical system showing a configuration of an embodiment;
(a) shows the main scanning direction, and (b) shows the sub-scanning direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…コリメートレンズ 11…第1レンズ 12…第2レンズ 20…シリンドリカルレンズ 21…第1レンズ 22…第2レンズ 30…走査レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Collimating lens 11 ... 1st lens 12 ... 2nd lens 20 ... Cylindrical lens 21 ... 1st lens 22 ... 2nd lens 30 ... Scanning lens

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/10 G02B 13/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 26/10 G02B 13/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光源から発した発散光を平行光束にする全
体として正のパワーを有するコリメートレンズと、その
平行光束を副走査方向においてのみ一旦結像させるシリ
ンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズによる
光束の結像位置の近傍に設けられ、光束を偏向させる偏
向器と、偏向された光束を像面に結像させるプラスチッ
ク製のアナモフィックな走査レンズとを備える走査光学
系において、 前記コリメートレンズは、回転対称な負プラスチックレ
ンズを含み、前記シリンドリカルレンズは、主走査方向
正のパワーを有するアナモフィックプラスチックレン
ズを含み、前記コリメートレンズと前記シリンドリカル
レンズとに含まれるプラスチックレンズのパワーは、主
走査面内においては両レンズの温度変化による影響を互
いに打ち消し合い、副走査面内においては前記走査レン
ズで発生する温度変化による影響を打ち消すよう設定さ
れていることを特徴とする温度補償された走査光学系。
1. A collimator lens having a positive power as a whole to convert divergent light emitted from a light source into a parallel light beam, a cylindrical lens for temporarily forming an image of the parallel light beam only in the sub-scanning direction, and a light beam generated by the cylindrical lens. In a scanning optical system that is provided near an image forming position and includes a deflector that deflects a light beam and a plastic anamorphic scanning lens that forms an image of the deflected light beam on an image plane, the collimating lens is rotationally symmetric. A negative plastic lens, wherein the cylindrical lens is in the main scanning direction.
Includes anamorphic plastic lens having a positive power, the power of the plastic lenses included in the said collimating lens the cylindrical lens cancel each other the influence of temperature change of the both lenses in the main scanning plane, the sub-scan plane Wherein a temperature-compensated scanning optical system is set so as to cancel the influence of a temperature change occurring in the scanning lens.
【請求項2】前記走査レンズは、単一のレンズにより構
成されることを特徴とする請求項1に記載の温度補償さ
れた走査光学系。
2. The temperature-compensated scanning optical system according to claim 1, wherein said scanning lens comprises a single lens.
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