JP3529086B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光走査装置に関
し、より特定的には、例えばレーザプリンタや製版用出
力スキャナに用いられ、感材面を光走査することによっ
て画像を描く光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２８は、従来の光走査装置の一例を示
す斜視図である。図２８の光走査装置は、例えばレーザ
プリンタや製版用出力スキャナに用いられ、感材面を光
走査することによって感材面上に２次元画像を形成す
る。図２８において、支持台１０の一方の端部付近に
は、光源１１（例えばＬＤ）、コリメートレンズ１２
ａ、ミラー１３および走査レンズ１４が設けられてい
る。光源１１、コリメートレンズ１２ａおよびミラー１
３はＹ方向に沿って配置され、さらに、ミラー１３を通
りＺ方向に向かう直線上に走査レンズ１４が置かれる。
コリメートレンズ１２ａ、ミラー１３および走査レンズ
１４は協働して、光源１１から発せられた光を導いて被
走査位置（Ｙ方向に平行な直線１５上の任意の一点）で
結像させる作用を有し、これらをまとめて光学系と呼
ぶ。直線１６は、光学系の光軸を示す。

【０００３】上記従来の光走査装置において、光源１１
から発せられた光（拡散光）は、コリメートレンズ１２
ａを通過することにより平行光もしくは概ね平行光とな
る。平行光もしくは概ね平行光は、ミラー１３によって
その進行方向が曲げられ、走査レンズ１４へと向かう。
そして走査レンズ１４によって集光され、支持台１０の
他方の端部付近で結像する。その際、ミラー１３がＸ方
向に向かう直線を軸として回転され、応じて結像位置が
直線１５に沿って移動していく（この結像位置が移動し
ていく方向を主走査方向と呼ぶ）。一方、直線１５を含
みＺ方向に垂直な平面上に感材面が置かれ、これがＸ方
向に沿って移動される（この感材面が移動していく方向
を副走査方向と呼ぶ）。こうして感材面上には、２次元
画像が形成されていく。なお、コリメートレンズ１２ａ
は、１枚の凸レンズとそれを収納するためのレンズホル
ダとで構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
光走査装置では、環境温度が下降した場合、支持台１０
が収縮して走査レンズ１４から感材面までの距離が長く
なる。一方、光源１１からコリメートレンズ１２ａまで
の距離が短くなって走査レンズ１４への入射光が拡散光
となるので、走査レンズ１４から結像位置までの距離も
長くなる（以下では、光源および感材面の各位置は移動
しないと仮定する）。よって、走査レンズ１４から感材
面までの距離の伸長量と、走査レンズ１４から結像位置
までの距離の伸長量との差だけ、結像位置が感材面から
ずれる（図２９参照）。環境温度が上昇した場合には、
支持台１０が伸長して走査レンズ１４から感材面までの
距離が短くなる。一方、光源１１からコリメートレンズ
１２ａまでの距離が長くなって走査レンズ１４への入射
光が集束光となるので、走査レンズ１４から結像位置ま
での距離も短くなる。よって、走査レンズ１４から感材
面までの距離の短縮量と、走査レンズ１４から結像位置
までの距離の短縮量との差だけ、結像位置が感材面から
ずれる（図３０参照）。

【０００５】ここで、走査レンズ１４から感材面までの
距離の変化量と走査レンズ１４から結像位置までの距離
の変化量とが一致すれば、結像位置が感材面からずれる
ことはない。しかし図２８の装置では、走査レンズ１４
の焦点距離が長いので後者が前者よりも大きくなり、図
２９および図３０に示されるようなずれが生じている。
こうして結像位置が感材面からずれると、感材面上での
光のスポット径が拡がり、光走査によって得られる画像
の解像度が落ちる。つまり、図２８の装置には、環境温
度が変わると結像位置が感材面からずれ、その結果、画
質が低下する問題点があった。

【０００６】それゆえに、本発明の目的は、環境温度が
変わっても結像位置が感材面からずれることがなく、そ
の結果、環境温度に関わらず安定して高画質が得られる
光走査装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明は、感材面を光走査することにより当該感材面上に
２次元画像を描く光走査装置であって、感材面を光走査
する光学系と、光学系を搭載するための支持台とを備
え、光学系は、光源と、光源から発せられた拡散光を集
束して平行光もしくは概ね平行光とするためのコリメー
トレンズと、コリメートレンズから射出された平行光も
しくは概ね平行光を偏向させる偏向器と、偏向器によっ
て偏向された平行光もしくは概ね平行光を集束して感材
面上で結像させるための走査レンズとを含み、コリメー
トレンズには、光学系の光軸に沿って配置された凹レン
ズおよび凸レンズと、凹レンズおよび凸レンズのいずれ
か一方のレンズを光学系の光軸に沿って移動可能に保持
し、かつ他方のレンズを固定的に保持するためのレンズ
ホルダと、一端がレンズホルダに対して固定され、他端
は一方のレンズに当接されており、環境温度の変化に応
じて伸縮して凹レンズおよび凸レンズの間の距離間隔を
変化させることによって、当該環境温度の変化により支
持台が伸縮して生じる光学系の結像位置の感材面位置か
らのずれを補償する温度補償部材とが設けられているこ
とを特徴としている。

【０００８】上記第１の発明では、コリメートレンズに
含まれる凹レンズおよび凸レンズの間の距離間隔を変化
させることによって走査レンズへと入射される光束の拡
がりを調節し、それによって環境温度の変化により支持
台が伸縮して生じる光学系の結像位置のずれを補償して
いるので、結像位置のずれが小さくなる。またその際、
コリメートレンズに環境温度の変化に応じて伸縮する温
度補償部材を設けることによって凹レンズおよび凸レン
ズの間の距離間隔を変化させているので、コストがかさ
むこともない。

【０００９】第２の発明は、第１の発明において、温度
補償部材は、環境温度の変化に応じて当該温度補償部材
が伸縮して凹レンズおよび凸レンズの間の距離間隔が変
化したことによる光学系の結像位置の移動によって、当
該環境温度の変化により支持台が伸縮して生じる光学系
の結像位置の感材面位置からのずれを過不足なく打ち消
すような線熱膨張率を有する素材で形成されたことを特
徴としている。

【００１０】上記第２の発明によれば、結像位置のずれ
を最も小さくできる。

【００１１】第３の発明は、第２の発明において、温度
補償部材は、樹脂素材で、かつ一方のレンズと一体的に
形成されたことを特徴としている。

【００１２】上記第３の発明によれば、コリメートレン
ズの製造コストを安くできる。

【００１３】第４の発明は、第３の発明において、レン
ズホルダは、樹脂素材とは異なる線熱膨張率を有する別
の樹脂素材で、かつ他方のレンズと一体的に形成された
ことを特徴としている。

【００１４】上記第４の発明によれば、コリメートレン
ズの製造コストをさらに安くできる。

【００１５】第５の発明は、第１〜４の発明において、
凹レンズおよび凸レンズの計４つの屈折面のうち少なく
とも１つの屈折面が、光学系の収差を抑制するような非
球面形状に形成されたことを特徴としている。

【００１６】上記第５の発明によれば、収差が抑制され
て焦点深度が深くなるので、高画質を得るために必要と
される結像位置のずれの許容値が大きくなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係る光走査装置を示す斜視図である。図１の光走査装置
は、例えばレーザプリンタや製版用出力スキャナに用い
られ、感材面を光走査することによって感材面上に２次
元画像を形成する。図１の装置は、図２８の装置におい
て、コリメートレンズ１２ａに代えて、コリメートレン
ズ１２を備えている。図２８の装置では、環境温度が変
わると結像位置が感材面からずれていた。コリメートレ
ンズ１２は、この結像位置の感材面からのずれを補償す
る作用を有する。上記の点を除く図１の装置の基本的な
構成および動作は、図２８の装置のそれらと同様である
（従来の技術の項目を参照）。

【００１８】図２は、図１のコリメートレンズ１２の一
例を示す分解斜視図、図３は、図２のコリメートレンズ
の断面図である。図２および図３において、コリメート
レンズは、レンズホルダ２０、凹レンズ２１、コイルバ
ネ２２、凸レンズ２３、温度補償部材２４、押さえ板２
５およびネジ２６で構成される。レンズホルダ２０には
凹レンズ２１、コイルバネ２２、凸レンズ２３および温
度補償部材２４が収納され、押さえ板２５とレンズホル
ダ２０とがネジ２６で固着されている。

【００１９】図２（および図３）のコリメートレンズで
は、凹レンズ２１および凸レンズ２３が協働して、図１
の光源１１から発せられた光（拡散光）を平行光もしく
は概ね平行光となるように集束する。なお、図２（およ
び図３）のコリメートレンズは、凹レンズ２１側が光源
１１と対向するように、図１の装置に搭載される。一
方、コイルバネ２２および温度補償部材２４は協働し
て、凹レンズ２１と凸レンズ２３との間隔を調節する。
すなわち、温度補償部材２４は、所定の線熱膨張率を有
し、環境温度の変化に応じて図中一点鎖線で示される光
軸に沿って伸縮する。コイルバネ２２は、凹レンズ２１
と凸レンズ２３とを上記の光軸に沿って互いに逆向きに
押している。凸レンズ２３は、コイルバネ２２に押され
ることによって、温度補償部材２４の端部と常に接触し
た状態にある。よって凸レンズ２３は、環境温度の変化
に応じて、図中一点鎖線で示される光軸に沿って移動
し、その結果、凹レンズ２１と凸レンズ２３との間隔が
変わる。

【００２０】上記のようにして凹レンズ２１と凸レンズ
２３との間隔が変わると、走査レンズ１４へと入射され
る光束の拡がりが変化し、その結果、結像位置が移動す
る。つまり、図２（および図３）のコリメートレンズ
は、凹レンズ２１と凸レンズ２３との間隔を変化させて
走査レンズ１４へと入射される光束の拡がり（ビーム
幅）を調節し、それによって、前述のような環境温度の
変化による結像位置のずれを補償している。

【００２１】以下には、図１の装置において、コリメー
トレンズ１２によって上記のような温度補償が行われる
様子を説明する。図４は、図１の装置において環境温度
が下降した場合、結像位置のずれがどのようにして補償
されるかを直感的に説明するための図である。図４にお
いて、環境温度がある値のとき、図１の装置では結像位
置が感材面と一致しているとする（上段）。環境温度が
上記の値から下降すると、支持台１０が収縮して走査レ
ンズ１４から感材面までの距離が長くなる。一方、仮に
温度補償がなされないとすれば、光源１１からコリメー
トレンズ１２の凹レンズまでの距離および凹レンズから
凸レンズまでの距離が短くなって走査レンズ１４への入
射光が拡散光となるので、走査レンズ１４から結像位置
までの距離も長くなり、その結果、走査レンズ１４から
感材面までの距離の伸長量と走査レンズ１４から結像位
置までの距離の伸長量との差だけ、結像位置が感材面か
らずれるはずである（中段）。しかしコリメートレンズ
１２では、（温度補償部材２４が収縮して）凹レンズと
凸レンズとの間隔が拡がり、走査レンズ１４へと入射さ
れる光束の拡がりが大きくなる（なお、拡散の度合いは
変わらない）ので、結像位置のずれは、温度補償が行わ
れない場合と比べて小さくなる（下段）。なお図４の各
段では、凹レンズにおける光線の入射位置（高さ）が互
いに同一である。

【００２２】図５は、図１の装置において環境温度が上
昇した場合、結像位置のずれがどのようにして補償され
るかを直感的に説明するための図である。図５におい
て、環境温度がある値のとき、図１の装置では結像位置
が感材面と一致しているとする（上段）。環境温度が上
記の値から上昇すると、支持台１０が伸長して走査レン
ズ１４から感材面までの距離が短くなる。一方、仮に温
度補償がなされないとすれば、光源１１からコリメート
レンズ１２の凹レンズまでの距離および凹レンズから凸
レンズまでの距離が長くなって走査レンズ１４への入射
光が集束光となるので、走査レンズ１４から結像位置ま
での距離も短くなり、その結果、走査レンズ１４から感
材面までの距離の短縮量と走査レンズ１４から結像位置
までの距離の短縮量との差だけ、結像位置が感材面から
ずれるはずである（中段）。しかしコリメートレンズ１
２では、（温度補償部材２４が伸長して）凹レンズと凸
レンズとの間隔が縮まり、走査レンズ１４へと入射され
る光束の拡がりが小さくなる（なお、収束の度合いは変
わらない）ので、結像位置のずれは、温度補償が行われ
ない場合と比べて小さくなる（下段）。なお図５の各段
では、凹レンズにおける光線の入射位置（高さ）が互い
に同一である。

【００２３】上記のような温度補償を行うコリメートレ
ンズ１２を備えた図１の装置では、温度補償部材２４が
伸縮して凹レンズ２１と凸レンズ２３との間の距離が変
化したことに起因する結像位置の移動によって、支持台
１０が伸縮して光源１１と凹レンズ２１との間の距離お
よび凹レンズ２１と凸レンズ２３との間の距離が変化し
たことに起因する結像位置のずれが相殺されたとき、結
像位置のずれはゼロとなる。一方、温度補償部材２４の
温度変化に対する伸縮量は、その（光軸に沿う）長さと
線熱膨張率とに依存する。同様に、支持台１０の温度変
化に対する伸縮量は、その（光軸に沿う）長さと線熱膨
張率とに依存する。よって、支持台１０に応じて、適当
な線熱膨張率を有する素材（樹脂など）を選んで適当な
大きさに温度補償部材２４を形成すれば、環境温度が変
わることによる結像位置のずれを十分小さくできる。な
お、異なる素材を混合して温度補償部材２４を形成する
ことにより、線熱膨張率を調節してもよい。また異なる
素材でできた複数の温度補償部材を組み合わせて線熱膨
張率を調節してもよい。

【００２４】以下、上記の点を近軸光線追跡によって定
量的に確かめる。図６は、図１の装置において結像位置
のずれがどのようにして補償されるかを近軸光線追跡に
よって定量的に確かめるための図である。図６におい
て、凹レンズの屈折力をφ₁ （＜０）、凸レンズの屈折
力をφ₂ （＞０）、走査レンズの屈折力をφ₃ （＞０）
とし、また、光源から凹レンズまでの距離をｅ₁ 、凹レ
ンズから凸レンズまでの距離をｅ’₁ 、凸レンズから走
査レンズまでの距離をｅ’₂、走査レンズから結像位置
までの距離をｅ’₃ とする。光源から発せられた光線
（近軸光線）が凹レンズへ入射する際、その入射位置
（光軸からの距離）をｈ₁ 、入射角をα₁ 、射出角を
α’₁ とする。凹レンズから射出された上記光線が凸レ
ンズへ入射する際、その入射位置をｈ₂ 、入射角を
α₂ 、射出角をα’₂ とする。凸レンズから射出された
上記光線が走査レンズへ入射する際、その入射位置をｈ
₃ 、入射角をα₃ 、射出角をα’₃ とする。なおｈ₁ 、
φ₁ 、φ₂ およびφ₃ は、それぞれ定数である。

【００２５】このとき凹レンズ〜凸レンズでは、次式
（１）〜（３）が成り立つ。 α’₁ ＝α₁ ＋ｈ₁ ・φ₁ …（１） α₂ ＝α’₁ …（２） ｈ₂ ＝ｈ₁ −ｅ’₁ ・α’₁ …（３） ここで上式（１）〜（３）を、次式（４）、（５）のよ
うに変形しておく。 α’₁ ＝ｈ₁ ・｛（１／ｅ₁ ）＋φ₁ ｝…（４） ｈ₂ ＝ｈ₁ ・｛１−（ｅ’₁ ／ｅ₁ ）−ｅ’₁ ・φ₁ ｝…（５）

【００２６】また凸レンズ〜コリメートレンズでは、次
式（６）〜（８）が成り立つ。 α’₂ ＝α₂ ＋ｈ₂ ・φ₂ …（６） α₃ ＝α’₂ …（７） ｈ₃ ＝ｈ₂ −ｅ’₂ ・α’₂ …（８） さらにコリメートレンズ〜結像位置では、次式（９）、
（１０）が成り立つ。 α’₃ ＝α₃ ＋ｈ₃ ・φ₃ …（９） ０＝ｈ₃ −ｅ’₃ ・α’₃ …（１０）

【００２７】そこで最初、上式（１０）を次式（１１）
のように変形する。 ｅ’₃ ＝ｈ₃ ／α₃ …（１１） そして上式（１１）に、上式（４）〜（９）を適用する
と、次式（１２）が得られる。 ｅ’₃ ＝（ｈ₂ −ｅ’₂ ・α’₂ ）／｛α₂ ＋ｈ₂ ・φ₂ ＋（ｈ₂ −ｅ’₂ ・ α’₂ ）・φ₃ ｝〔ただし、α₂ ＝ｈ₁ ・｛（１／ｅ₁ ）＋φ₁ ｝、ｈ₂ ＝ｈ₁ ・｛１−（ｅ’₁ ／ｅ₁ ）−ｅ’₁ ・φ₁ ｝、α’₂ ＝ｈ₁ ・｛（１／ｅ₁ ）＋ φ₁ ｝＋ｈ₁ ・｛１−（ｅ’₁ ／ｅ₁ ）−ｅ’₁ ・φ₁ ｝・φ₂ 〕…（１２）

【００２８】上式（１２）によれば、走査レンズから結
像位置までの距離（ｅ’₃ ）を、光源〜凹レンズ、凹レ
ンズ〜凸レンズ、凸レンズ〜走査レンズの間の各距離
（ｅ₁、ｅ’₁ 、ｅ’₂ ）と、凹レンズ、凸レンズおよ
び走査レンズの各屈折力（φ₁、φ₂ 、φ₃ ）とを用い
て算出できる（なお、ｈ₁ は約分される）。

【００２９】さて、図２（および図３）のコリメートレ
ンズを採用した図１の装置は現在、ある温度環境下に置
かれている。このとき走査レンズ１４は、感材面から７
００ｍｍの位置にあるとする。なお、支持台１０は金
属、例えばアルミ製であり、２・１０^-5／℃の線熱膨張
率を有する。温度補償部材２４は樹脂、例えばＰＭＭＡ
（ポリメチルメタクリレート）製であって、６・１０^-5
／℃の線熱膨張率を有し、その長さは１０ｍｍである。
一方、φ₁ ＝−１／９０、φ₂ ＝１／７５、φ₃＝１／
７００、ｅ₁ ＝２９５．７１４３ｍｍ、ｅ’₁ ＝６ｍ
ｍ、ｅ’₂ ＝５００ｍｍであるとし、上式（１２）によ
って走査レンズ１４から結像位置までの距離を計算すれ
ば、ｅ’₃ ＝７００ｍｍが得られる。つまり現在、結像
位置は感材面上にある。

【００３０】その後、環境温度が１０℃上昇したとす
る。応じて支持台１０が｛（７００ｍｍ）・（２・１０
^-5／℃）・（１０℃）｝＝０．１４ｍｍだけ伸長し、そ
の結果、走査レンズ１４は、感材面から６９９．８６ｍ
ｍの位置まで移動する。一方ｅ ₁ は、｛（２９５．７１
４３ｍｍ）・（２・１０^-5／℃）・（１０℃）｝＝０．
０５９ｍｍだけ伸長して２９５．７７ｍｍとなる。ｅ’
₁ は、｛（６ｍｍ）・（２・１０^-5／℃）・（１０℃）
−（６ｍｍ）・（６・１０^-5／℃）・（１０℃）｝＝−
０．０４８ｍｍだけ伸長（つまり０．０４８ｍｍだけ短
縮）して５．９５２ｍｍとなる。ｅ’₂ は、｛（５００
ｍｍ）・（２・１０^-5／℃）・（１０℃）｝＝０．１ｍ
ｍだけ伸長して、５００．１ｍｍとなる。従って上式
（１２）により、走査レンズ１４から結像位置までの距
離は６９９．８６２ｍｍとなる。つまり環境温度が１０
℃上昇しても、結像位置は感材面からほとんどずれない
（ずれは０．００２ｍｍのみ）。

【００３１】このように、図２（および図３）のコリメ
ートレンズは、温度補償部材２４として支持台１０（の
サイズおよび材質）に応じた適当な長さおよび線熱膨張
率を有する素材が採用されたとき、図１の装置において
生じる、環境温度が変わることによる結像位置のずれを
十分小さくできる。

【００３２】以上のように、本実施形態によれば、コリ
メートレンズに含まれる凹レンズおよび凸レンズの間の
距離間隔を変化させることによって走査レンズへと入射
される光束の拡がりを調節し、それによって環境温度の
変化により支持台が伸縮して生じる光学系の結像位置の
ずれを補償しているので、結像位置のずれが小さくな
る。またその際、コリメートレンズに環境温度の変化に
応じて伸縮する温度補償部材を設けることによって凹レ
ンズおよび凸レンズの間の距離間隔を変化させているの
で、コストがかさむこともない。

【００３３】（第２の実施形態）図７は、本発明の第２
の実施形態に係る光走査装置の構成を示す斜視図であ
る。図７の光走査装置は、例えばレーザプリンタや製版
用出力スキャナに用いられ、感材面を光走査することに
よって感材面上に２次元画像を形成する。図７におい
て、支持台７０の一方の端部付近には、光源７１（例え
ばＬＤ）、コリメートレンズ７２、ミラー７３、第１シ
リンドリカルレンズ７４、ポリゴンミラー７５および走
査レンズ７６が設けられ、他方の端部付近には、第２シ
リンドリカルレンズ７７が設けられている。光源７１、
コリメートレンズ７２およびミラー７３はＺ方向に沿っ
て配置され、ミラー７３を通りＹ方向に向かう直線上に
第１シリンドリカルレンズ７４およびポリゴンミラー７
５が配置され、さらに、ポリゴンミラー７５を通りＺ方
向に向かう直線上に走査レンズ７６および第２シリンド
リカルレンズ７７が置かれる。

【００３４】コリメートレンズ７２、ミラー７３、第１
シリンドリカルレンズ７４、ポリゴンミラー７５、走査
レンズ７６および第２シリンドリカルレンズ７７は協働
して、光源７１から発せられたレーザビームを導いて描
画位置（Ｙ方向に平行な直線７８上の１点）で集束させ
る作用を有し、これらをまとめて光学系と呼ぶ。直線７
９は、光学系の光軸を示す。

【００３５】上記の光走査装置において、光源７１から
発せられた光は、コリメートレンズ７２を通過すること
により平行光もしくは概ね平行光となる。平行光もしく
は概ね平行光は、ミラー７３によってその進行方向が曲
げられ、第１シリンドリカルレンズ７４へと向かう。そ
して第１シリンドリカルレンズ７４によってＺＸ平面内
（すなわち子午面内）で集光された後、ポリゴンミラー
７５で反射されて走査レンズ７６へと入射される。ＺＸ
平面内で集光されてポリゴンミラー７５においていった
ん結像した光は、ＺＸ平面内では走査レンズ７６および
第２シリンドリカルレンズ７７によって再び集光され、
ＹＺ平面内（すなわち子午面と直行する水平面内）では
走査レンズ７６により集光され、支持台７０の他方の端
部付近において結像する。その際、ポリゴンミラー７５
がＸ方向に向かう直線を軸として回転され、応じて結像
位置が直線７８に沿って移動していく（この結像位置が
移動していく方向を主走査方向と呼ぶ）。一方、直線７
８を含みＺ方向に垂直な平面上に感材面が置かれ、これ
がＸ方向に沿って移動される（この感材面が移動してい
く方向を副走査方向と呼ぶ）。こうして感材面上には、
２次元画像が形成されていく。

【００３６】コリメートレンズ７２は、図１のコリメー
トレンズ１２同様、例えば図２（および図３）に示され
るような構成を有し、環境温度の変化によるＹＺ平面内
における結像位置のずれを補償している。そしてその補
償動作は、第１の実施形態で説明したものと同様であ
る。なぜなら、上記の光走査装置では、仮に温度補償を
行わないとすれば、環境温度の変化に応じＹＺ平面内に
おいて第１の実施形態で説明したものと同様の結像位置
のずれが生じるが、ＺＸ平面内においては第１の実施形
態で説明したものと比べて小さなずれしか生じないから
である。

【００３７】すなわちＹＺ平面内において、例えば環境
温度が下降した場合、支持台７０が収縮して走査レンズ
７６から感材面までの距離が長くなる。一方、光源７１
からコリメートレンズ７２までの距離が短くなって走査
レンズ７６への入射光が拡散光となるので、走査レンズ
７６から結像位置までの距離も長くなる。よって、走査
レンズ７６から感材面までの距離の伸長量と、走査レン
ズ７６から結像位置までの距離の伸長量との差だけ、結
像位置が感材面からずれる（発明が解決しようとする課
題の項目を参照）。

【００３８】ＺＸ平面においては、結像位置を決めるの
は主としてシリンドリカルレンズ７７であり、このシリ
ンドリカルレンズ７７の焦点距離が走査レンズ７６と比
べて短いので、走査レンズ７６から結像位置までの距離
の伸長量が小さく、従って結像位置のずれは、ＹＺ平面
内におけるそれよりも小さい。なお、環境温度の変化に
よるＹＺ平面内における結像位置のずれがＺＸ平面内に
おけるそれと比べて大きいことは、環境温度が変わると
非点収差が増大することも意味する。

【００３９】コリメートレンズ７２が上記のような補償
動作を行うことによって、図７の装置では、環境温度が
変わってもＹＺ平面内における結像位置のずれが生じな
くなる。その結果として非点収差の増大も防がれ、高画
質が得られるようになる。

【００４０】以上のように、本実施形態によれば、偏向
器としてポリゴンミラーを用いた光学系において、コリ
メートレンズに含まれる凹レンズおよび凸レンズの間の
距離間隔を変化させることによって走査レンズへと入射
される光束の拡がりを調節し、それによって環境温度の
変化により支持台が伸縮して生じる光学系の水平面内に
おける結像位置のずれを補償しているので、水平面内に
おける結像位置のずれが小さくなる。その結果として非
点収差も抑制される。またその際、コリメートレンズに
環境温度の変化に応じて伸縮する温度補償部材を設ける
ことによって凹レンズおよび凸レンズの間の距離間隔を
変化させているので、コストがかさむこともない。

【００４１】なお上記第１および第２の実施形態では、
コリメートレンズ（１２、７２）の一例として、図２
（および図３）に示す構成のものを挙げたが、以下のよ
うな構成のものを採用してもよい。図８は、図１のコリ
メートレンズ１２（または図７のコリメートレンズ７
２）の別の一例を示す断面図である。図８のコリメート
レンズでは、図２（および図３）のコリメートレンズに
おいて、凸レンズ２３と温度補償部材２４とが樹脂、例
えばＰＭＭＡで一体形成されている（参照番号８０で示
されるている凸レンズ一体型温度補償部材）。これによ
って、図２（および図３）のコリメートレンズと比べ、
コストダウンが可能となる。

【００４２】図９は、図１のコリメートレンズ１２（ま
たは図７のコリメートレンズ７２）のさらに別の一例を
示す分解斜視図、図１０は、図９のコリメートレンズの
断面図である。図９（および図１０）のコリメートレン
ズは、図２（および図３）のコリメートレンズにおい
て、温度補償部材２４が凹レンズ２１側に設けられ、さ
らにそれら凹レンズ２１と温度補償部材２４とが樹脂、
例えばＰＭＭＡで一体形成された（参照番号９０で示さ
れるている凹レンズ一体型温度補償部材）ものである。
これによって、図２（および図３）のコリメートレンズ
と比べ、コストダウンが可能となる。なお、図９（およ
び図１０）のように凹レンズ側を樹脂で形成する方が、
図８のように凸レンズ側を樹脂で形成する場合と比べ、
レンズにヒケや脈理が現れにくい。

【００４３】図１１は、図１のコリメートレンズ１２
（または図７のコリメートレンズ７２）の他の一例を示
す断面図である。図１１のコリメートレンズでは、図８
のコリメートレンズにおいて、さらに、凹レンズ２１と
レンズホルダ２０とが樹脂、例えばＰＭＭＡで一体形成
されている（参照番号１１０で示されるている凹レンズ
一体型レンズホルダ）。これによって、図８のコリメー
トレンズ、または図９（および図１０）のコリメートレ
ンズと比べ、さらにコストダウンが可能となる。

【００４４】なお、図２（および図３）、図８、図９
（および図１０）、および図１１のコリメートレンズに
おいて、コイルバネ２２の代わりに、ウェーブワッシャ
や皿バネ座金、ゴムなどを用いてもよい（つまり弾性体
であれば、形状や素材はどのようなものでもよい）。

【００４５】また、図２（および図３）、図８、図９
（および図１０）、および図１１のコリメートレンズに
おいて、凹レンズ（２１、９０、１１０）および凸レン
ズ（２３、８０）の屈折面（計４面）のうちいずれか一
面、任意の２面または３面、あるいは４面全てを非球面
形状（たとえば回転放物面形状、回転双曲面形状など）
に形成してもよい。併せて各面の曲率半径、凹レンズお
よび凸レンズの厚みや材質、屈折率などを、走査レンズ
（１４、７６）、シリンドリカルレンズ（７４、７７）
等の特性も考慮して適切に選べば（そのいくつかの例を
図１２〜図２７に示す）、光学系の収差が抑制され、高
画質を得ることができる。換言すれば、収差が抑制され
た結果、焦点深度が深くなるので、高画質を得るために
必要とされる結像位置のずれの許容値が大きくなる。

【００４６】なお、図１２〜図１５には、図７の装置に
おいて、コリメータレンズ７２に含まれる凹レンズおよ
び凸レンズを共にガラスで製作した場合の、各光学素子
の特性の例が示されている。なお、このときコリメータ
レンズ７２の構成は、図２（および図３）のものとな
る。

【００４７】図１６〜図１９には、図７の装置におい
て、コリメータレンズ７２に含まれる凹レンズをガラス
で、凸レンズを樹脂で製作した場合の、各光学素子の特
性の例が示されている（図１７および図１８では凸レン
ズの第２面が、図１９では凸レンズの第１面がそれぞれ
非球面となっている）。なお、このときコリメータレン
ズ７２の構成は、図８のものとなる。

【００４８】図２０〜図２３には、図７の装置におい
て、コリメータレンズ７２に含まれる凹レンズを樹脂
で、凸レンズをガラスで製作した場合の、各光学素子の
特性の例が示されている（図２３では凸レンズの第２面
が非球面となっている）。なお、このときコリメータレ
ンズ７２の構成は、図９（および図１０）のものとな
る。

【００４９】図２４〜図２７には、図７の装置におい
て、コリメータレンズ７２に含まれる凹レンズおよび凸
レンズを共に樹脂で製作した場合の、各光学素子の特性
の例が示されている（図２４では凸レンズの第２面が、
図２５では凸レンズの第１面が、図２６では凹レンズの
第２面が、図２７では４面全部がそれぞれ非球面となっ
ている）。なお、このときコリメータレンズ７２の構成
は、図１１のものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る光走査装置を示
す斜視図である。

【図２】図１のコリメートレンズ１２の一例を示す分解
斜視図である。

【図３】図２のコリメートレンズの断面図である。

【図４】図１の装置において環境温度が下降した場合、
結像位置のずれがどのようにして補償されるかを直感的
に説明するための図である。

【図５】図１の装置において環境温度が上昇した場合、
結像位置のずれがどのようにして補償されるかを直感的
に説明するための図である。

【図６】図１の装置において結像位置のずれがどのよう
にして補償されるかを近軸光線追跡によって定量的に確
かめるための図である。

【図７】本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の構
成を示す斜視図である。

【図８】図１のコリメートレンズ１２（または図７のコ
リメートレンズ７２）の別の一例を示す断面図である。

【図９】図１のコリメートレンズ１２（または図７のコ
リメートレンズ７２）のさらに別の一例を示す分解斜視
図である。

【図１０】図９のコリメートレンズの断面図である。

【図１１】図１のコリメートレンズ１２（または図７の
コリメートレンズ７２）の他の一例を示す断面図であ
る。

【図１２】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共にガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性の一例を示す図である。

【図１３】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共にガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性の別の一例を示す図であ
る。

【図１４】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共にガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性のさらに別の一例を示す
図である。

【図１５】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共にガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性の他の一例を示す図であ
る。

【図１６】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズをガラスで、凸レンズを樹脂で製作
した場合の、各光学素子の特性の一例を示す図である。

【図１７】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズをガラスで、凸レンズを樹脂で製作
した場合の、各光学素子の特性の別の一例を示す図であ
る。

【図１８】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズをガラスで、凸レンズを樹脂で製作
した場合の、各光学素子の特性のさらに別の一例を示す
図である。

【図１９】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズをガラスで、凸レンズを樹脂で製作
した場合の、各光学素子の特性の他の一例を示す図であ
る。

【図２０】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズを樹脂で、凸レンズをガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性の一例を示す図である。

【図２１】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズを樹脂で、凸レンズをガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性の別の一例を示す図であ
る。

【図２２】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズを樹脂で、凸レンズをガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性のさらに別の一例を示す
図である。

【図２３】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズを樹脂で、凸レンズをガラスで製作
した場合の、各光学素子の特性の他の一例を示す図であ
る。

【図２４】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共に樹脂で製作し
た場合の、各光学素子の特性の一例を示す図である。

【図２５】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共に樹脂で製作し
た場合の、各光学素子の特性の別の一例を示す図であ
る。

【図２６】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共に樹脂で製作し
た場合の、各光学素子の特性のさらに別の一例を示す図
である。

【図２７】図７の装置において、コリメータレンズ７２
に含まれる凹レンズおよび凸レンズを共に樹脂で製作し
た場合の、各光学素子の特性の他の一例を示す図であ
る。

【図２８】従来の光走査装置の一例を示す斜視図であ
る。

【図２９】図２８の装置において、環境温度が下降した
場合に結像位置が感材面からずれる様子を示す図であ
る。

【図３０】図２８の装置において、環境温度が上昇した
場合に結像位置が感材面からずれる様子を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０、７０…支持台 １１、７１…光源 １２、７２…コリメートレンズ １３、７３…ミラー １４、７６…走査レンズ ２０…レンズホルダ ２１…凹レンズ ２２…コイルバネ ２３…凸レンズ ２４…温度補償部材 ２５…押さえ板 ７４…第１シリンドリカルレンズ ７５…ポリゴンミラー ７７…第２シリンドリカルレンズ ８０…凸レンズ一体型温度補償部材 ９０…凹レンズ一体型温度補償部材 １１０…凹レンズ一体型レンズホルダ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感材面を光走査することにより当該感材
   面上に２次元画像を描く光走査装置であって、 前記感材面を光走査する光学系と、 前記光学系を搭載するための支持台とを備え、 前記光学系は、 光源と、 前記光源から発せられた拡散光を集束して平行光もしく
   は概ね平行光とするためのコリメートレンズと、 前記コリメートレンズから射出された平行光もしくは概
   ね平行光を偏向させる偏向器と、 前記偏向器によって偏向された平行光もしくは概ね平行
   光を集束して前記感材面上で結像させるための走査レン
   ズとを含み、 前記コリメートレンズには、 前記光学系の光軸に沿って配置された凹レンズおよび凸
   レンズと、 前記凹レンズおよび凸レンズのいずれか一方のレンズを
   前記光学系の光軸に沿って移動可能に保持し、かつ他方
   のレンズを固定的に保持するためのレンズホルダと、 一端が前記レンズホルダに対して固定され、他端は前記
   一方のレンズに当接されており、環境温度の変化に応じ
   て伸縮して前記凹レンズおよび凸レンズの間の距離間隔
   を変化させることによって、当該環境温度の変化により
   前記支持台が伸縮して生じる前記光学系の結像位置の前
   記感材面位置からのずれを補償する温度補償部材とが設
   けられていることを特徴とする、光走査装置。
2. 【請求項２】 前記温度補償部材は、前記環境温度の変
   化に応じて当該温度補償部材が伸縮して前記凹レンズお
   よび凸レンズの間の距離間隔が変化したことによる前記
   光学系の結像位置の移動によって、当該環境温度の変化
   により前記支持台が伸縮して生じる前記光学系の結像位
   置の前記感材面位置からのずれを過不足なく打ち消すよ
   うな線熱膨張率を有する素材で形成されたことを特徴と
   する、請求項１に記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記温度補償部材は、樹脂素材で、かつ
   前記一方のレンズと一体的に形成されたことを特徴とす
   る、請求項２に記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記レンズホルダは、前記樹脂素材とは
   異なる線熱膨張率を有する別の樹脂素材で、かつ前記他
   方のレンズと一体的に形成されたことを特徴とする、請
   求項３に記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 前記凹レンズおよび凸レンズの計４つの
   屈折面のうち、少なくとも１つの屈折面が非球面形状に
   形成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか
   に記載の光走査装置。