JPH03179421A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はレーザプリンタ等の装置に用いられる走査式
光学装置、特に、半導体レーザ素子からの光ビームをレ
ンズ群及び光偏向装置を介して走査対象物へ導く結像光
学装置の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、レーザプリンタなどの装置に組込まれる走査式
光学装置においては、光ビームを集束させる第一結像光
学系（レンズ群）、第一結像光学系からの光ビームを第
二結像光学系（ｆθレンズなど）に向かって等角速度で
反射させる光偏向装置及び光偏向装置で反射された光ビ
ームを感光体などの走査対象物に対して結像させる第二
結像光学系を備えている。

光源からの光ビームは第一結像光学系によって集束され
、その集束された光ビームは光偏向装置によって反射さ
れ、第二結像光学系を介して感光体などの走査対象物に
対して等速度で結像される。

非球面ガラスレンズ、プラスチックレンズなどが組合わ
せられている前記第一結像光学系は、発散性である光ビ
ームを平行光或いは集束光に変換する。

所定の方向に回転する回転多面ｖ１．（ポリゴンミラー
）である前記光偏向装置は、前記集束された光ビームを
等角速度で反射し、第二結像光学系を介して走査対象物
の面上に走査する。

ｆθレンズ等で構成され回転多面鏡と走査対象物の間に
配置された第二結像光学系は、回転多面鏡によって反射
された等角速度で走査されている光ビームを走査対象物
の面上に結像させる。

前記第一結像用光学系では、レンズ系特ｈ″の多くの収
差や、温度変化または湿度変化による半導体レーザ素子
の発振波長の変化、レンズの屈折率変化、レンズ自身の
熱膨張などによって特性の変化が生じるため、様々な付
加的補正方法が考案され、用途に応じて単独で、或いは
、組合わせた方法が採用されている。例えば、レーザビ
ームプリンタなどに用いられる光源においては、半導体
レーザ索子からの光ビームを平行にするためのコリメー
トレンズを移動させることで焦点補正がなされている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、半導体レーザ素子からの光ビームを平
行にするためのコリメートレンズには、機械的或いは電
気的な焦点補正がなされているが、走査式光学装置のよ
うな反射光のフィードバックが不可能な場合においては
、その補正が非常に複雑であり、また、レンズ群として
も一枚構成の非球面レンズのような簡単なレンズ構成を
用いることができないという問題がある。また、上記補
正を実施するためには、非常にコストの高い光学装置と
なってしまう問題がある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、上述問題点に基づきなされたもので、光源
と、この光源からの光ビームを平行光或いは集束光にす
るレンズと、このレンズにより平行光或いは集束光にさ
れた光ビームを走査対象物に対して走査する光偏向装置
を備えた光学装置において、前記光源と前記レンズとを
鏡筒内に一体的に形成し、ζ０を光源からレンズ前側主
点までの距離、ｆをレンズ焦点距離とするとき、０．４
　≦　ζ０／ｆ　　≦　２，４ を満たすように配置されていることを特徴とする光学装
置が提供される。

（作用） この発明によれば、周囲環境の変化等による焦点距離の
変動に対して、半導体レーザ素子とレンズとの距離が光
学ユニットを形成するハウジングの熱膨張を利用して変
化される。従って、レンズ構成のみでは補正することの
できないレンズの焦点距離の変動を温度の変化に追尾さ
せることが可能トする。この結果、温度変化による光ビ
ームのビームウェスト位置の変動が低減され、安定した
結像光学装置が得られる。加えて、有限レンズの単レン
ズ化、コリメータレンズ等のパワーの大きなレンズの単
玉化が可能になる。

（大施例） 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１Ａ図及び第１Ｂ図には、この発明の折返しミラー、
鏡筒及びハウジングを省略したレーザプリンタなどに用
いられる光学装置の展開図が示されている。第１Ａ図は
平面図、第１Ｂ図は、副走査方向における偏向角０＠の
状態を示す断面図である。

この走査式光学装置は、光ビームを発生する半導体レー
ザ素子２、光学ガラスによって製造された鏡筒及び押え
部材への取付用フランジを有するレンズ４、ハウジング
への取付用フランジがその周囲に形成され、位置決め用
の突起又は凹みが主走査方向のほぼ中心に形成されてい
るプラスチック例えばＰＭＭＡ　（ポリメチルメタクリ
ル）によって製造されている！ｆｉｌプラスチックレン
ズ６及び第２プラスチツクレンズ８を有し、且つ、レン
ズ４が例えば高マンガン鋼によって製造される（図示し
ない）ＬＤホルダ、押え部材及び鏡筒によって一体的に
形成されている第一結像光学系、プラスチック例えばＰ
ＭＭＡ　（ポリメチルメタクリル）によって製造される
第３プラスチツクレンズ１２及び防塵ガラス１４を有す
る第二結像光学系、前記ａ眼レンズ４と前記第１プラス
チツクレンズ６の間に配置される絞り３０、第一結像光
学系と第二結像光学系の間に配置され、ダイレクトベア
リング２４を有するアキシャルギャップ型のスキャナモ
ータ２２のロータ上に配置され、止め輪２８及びばね材
４９によって固定されて所定の方向に回転される偏向反
射ａ１０及び水平同期検出用反ｔ４．Ｉ　ミラー１８を
備えている。

半導体レーザ素子２（以下ＬＤとする）から放射された
光ビームは、レンズ４によって集束光或いは平行光に変
換され、絞り３０によって所定のビームスポットに制限
されて、主走査方向へは負のパワ〜を有し副走査方向へ
は僅かに負のパワーを有する第１プラスチツクレンズ６
へ導かれる。レンズ６を通過した光ビームは、主走査方
向においては平行光に、また、副走査方向では集束光に
変換され、主走査方向に関しては正のパワーをＨし、副
走査方向に対しては負のパワーをＨする第２プラスチツ
クレンズ８へ導かれる。

レンズ８を通過した光ビームは、主走査方向及び副走査
方向ともに集束光に変換され、主走査方向の断面が＾で
半径Ｒの円筒部の一部を反射面として有する４面の回転
多面鏡である偏向反射鏡１０へ導かれる。回転多面鏡ｌ
Ｏへ導かれた光ビームは、第２結像光学系の面倒れを補
正する一種のｆθレンズである第３プラスチツクレンズ
１２へ向かって反射される。このレンズ１２は、主走査
方向へは反射面の回転角θに対して像高を比例させたｈ
−ｆθを満たす形状で、副走査方向へは主走査方向への
偏向角が大きくなるに連れてパワーが小さくなる曲率が
与えられた一種のｆθレンズであって、主走査方向にお
いては前記光ビームの像面湾曲の影響を低減し、且つ、
歪曲収差を適切な値にするとともに、副走査方向では前
記光ビームが感光体１６に照射される際の感光体のすべ
ての面上における面倒れ補正面を一致させる。

レンズ１２を通過した光ビームは、光学系ハウジング（
図示しない）内のレンズなどを密閉するための防塵ガラ
ス１４を介して、情報記録媒体即ち感光体！６へ導・か
れる。感光体１Ｂは図示しない他の駆動源によって駆動
され所定の方向に回転し、その外周面に画像が露光され
る。この感光体１６に露光された画像は、図示しない顕
像手段によって現像され転写用材料に転写される。

また、一種のｆθレンズ１２を通過した光ビームの一部
は、主走査方向におけるスキャン毎に水平同期検出用反
射ミラー１８へ導かれ、同期信号検出器２０へ向かって
反ｌ（されて水平同期が検出される。

第２Ａ図及び第２Ｂ図には、ＬＤ２、レンズ４及び絞り
３０を固定する手段が示されている。第２Ａ図は、第１
Ａ図及び第１Ｂ図に示した走査式光学装置に用いられる
、半導体レーザ２、有限レンズ４及び絞り３０を一つの
ユニットとする鏡筒部分の側面図、第２Ｂ図は第２Ａ図
の線Ａ−Ａにおける断面図である。

ＬＤ２は、ねじ４０によってＬＤホルダ３２に固定され
ている。レンズ４は、ウェーブワッシャ３Ｂを介して押
え部材３８によって鏡筒３４へ固定されている。このレ
ンズ４は、押え部材３８が回転されることで矢印Ｂの方
向の所定の位置に配置される。また、レンズ４は凸状の
フランジを有し押え部材３８とは線接触するので、押え
部材３８を回転するためのトルクは小さくできる。押え
部材３８は、その長さ方向に円筒部とねじ部を有し、円
筒部によって光軸に対して押え部材自身が傾くことを防
止するとともに、レンズ４が傾くことを防止している。

この押え部材３８は、専用工具のための穴４６を有し、
この穴４Ｂに工具が抽入されて回転されることでレンズ
４が締付られる。また、この押え部材のねじ部は、弾性
体（ウェーブワッシャ）３６によって常にレンズと反対
の方向へ力を受けることから、ねじ部のねじ山の隙間に
よって生じるガタを防１１−できる。絞り３０は、鏡筒
３４におけるレンズ４の後側焦点の位置に接着によって
固定されている。また、ＬＤホルダ３２は、鏡筒３４に
対して矢印Ｃ或いはＤの方向に任意に調整可能で、ＬＤ
２から放射される光ビームの光軸調整を可能にしている
。

１２Ｂ図において、αｇをレンズ４の線膨張係数、ζ１
即ちζｌ〜ζ、を光源２からレンズ４までの間の各部品
の固定部から固定部までの距離、αＩ即ちα、〜α、を
前記固定部材間距離ζ１〜ζ、の線膨張係数、ｆをレン
ズ４の焦点距離、ａ　ｎ　／　９　ｔを温度変化による
レンズ４の屈折率の変化率、ａ　ｎ　／　ａλを波長に
よるレンズ４の屈折率の変化率、ａλ／１３ｔを温度変
化による光源の発振波長の変化率、及び、ζ０を光源か
らレンズ前側主点までの距離とする。焦点距離ｆ及びζ
０がそれぞれΔｆ、ΔζＯ変化した場合における像面の
位置が変動しない条件は、 で与えられ（第４図参照）、上記（１）式を整理すると が得られる。

ここで、Δｆ、ΔζＯはそれぞれｆ及びζ０と比べて十
分に小さく　（２）式は、 Δ ｆ／ ユΔζ０　／ζ０ （３） と表される。

よって、 （３） 式を変形した Δ　ζ０ ら　ζ０ Δ ／ （４） によって１ 像面が変動しない条件が求められる。

ここで、 であるから、 （５）式、 及び、 Δ （ａ　　ｆ／９ ） Δ （６） より、 が得られる。

よって、 （４） （７） 式から、 が得られる。

一方、ＬＤと有限レンズの間の支持部材の加重熱膨張係
数をα■とすると、 Δζ０←α−ζ。Δ【　　　　　　　・・・（９）が得
られる。

従って、（９）式を（８）式に代入することによって、 が導かれる。

実験によれば、（１０）式が満たされる場合に良好な結
果が得られている。以下に、その−例を示す。

例ル レンズ４の材質として５ＫＩＯ，ＬＤとレンズ４の間の
支持部材として高マンガン綱を用いてｆ　　−１１，４
６１＋ｕ。

ζＯｍ１３，３２２ｍｍ。

９　ｎ／ａ　ｔ−２，２ＸｌＯ−６／”Ｃ。

’ａ　ｎ　／　ａλ−−２，７ＸＩＯ−５／ｎｓ。

１３１／ＦＪ　ｔ−０，２ｎ＋＊／”Ｃ。

ｎ　　−１，６１５７４゜ αｇ　−６，８Ｘ１０−’／”Ｃ。

α曽−１３．９Ｘ１０−５／”Ｃ の数値で計算すると、 左辺−１３，９４５ｘｌＯ−６ 右辺−１３，９ＸｌＯ−６ となり、（ｌＯ）式が成立する。

ここで、（１０）式から、 が得られる。

この（１１）式によって、温度の変化による焦点距離の
変動に対して、ハウジングの熱膨張を利用して半導体レ
ーザ素子とレンズとの距離を変動させることの可能な保
持部材即ち鏡筒が提供される。

例１に示した鏡筒材料に関して、（１１）式を適用する
と、 ζ０／ｆ−１，１５８６２となる。

現在、工業用材料として、一般的な保持部材材料におけ
る線膨張係数は、概ね５．０ＸＩＯ−’乃至概ね２８゜
０ＸＩＯ−６である。線膨張係数が上述範囲内に７ｊ在
する材料についてこの（１１）式を適用すると、 ０．４１６７７≦ζ０／ｆ≦２．３３９１７０が再られ
る。

第３図には、絞り３０の位置によるレンズ４を通過する
光量の関係が示されている。第３図では、ＬＤ２の発光
点が仮想的に符合４８．４９で示されている。絞り３０
がレンズ４の後側焦点位置よりも離れた位置、例えば、
点線３１で示される位置に配置されたならば、ＬＤ２の
僅かなズレ即ち発光点４８が４９に移動することによっ
て、光ビームの光量が大きく変化してしまう。絞り３０
が第３図の３１に示された位置に配置された場合には、
光量は、約１／２になる。従って、絞り３０をレンズ４
の後側焦点位置に配置することで、ＬＤ２から放射され
る光ビームの光軸調整時に、光学がばらつくことを防ぐ
ことができる。上述のように、レンズ４は間車な構造の
押付は部材によって所定の位置に配置されるとともに、
確実にしかも精度よく鏡筒３４に固定される。

（効果） この発明によれば、半導体レーザ素子からの光ビームを
平行先或いは集束光にするためのコリメートレンズにお
いて、温度の変化による焦点距離の変動を機械的或いは
電気的な焦点補正手段を付加することなく補正できる。

従って、温度の変化による影響を受けない走査式光学装
置が堤供される。この結果、温度の変化によって焦点距
離に変動が生じ易いプラスチックレンズを利用可能とな
りコストが低減される。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、この発明の折返しミラー、鏡筒及びハウジ
ングを省略したレーザプリンタなどに用いられる光学装
置の平面図、第１Ｂ図は、第１Ａ図に示した光学装置の
副走査方向における偏向角０″の状態を示す断面図、第
２Ａ図は、ＬＤ。 レンズ４及び絞りを固定する構造を示す側面図、第２Ｂ
図は、第２Ａ図に示した鏡筒の線Ａ−Ａにおける断面図
、第３図は、絞りをレンズ４の後側焦点位置に配置する
理由を示す概略図、第４図は、焦点距離及びＬＤの発光
点からガラスレンズ前側主点までの距離の関係を示す概
略図である。 ２・・・半導体レーザ素子、４・・・ガラスレンズ、６
・・・第１プラスチツクレンズ、８・・・第２プラスチ
ツクレンズ、ｌＯ・・・四転多面鏡、１２・・・第３プ
ラスチツクレンズ、１４・・・肋塵ガラス、１Ｂ・・・
感光体、３０・・・絞り、３２・・・ＬＤホルダ、３４
・・・鏡筒、３６・・・ウェーブワッシャ、３８・・・
押え部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源と、この光源からの光ビームを平行光或いは集束光
   にするレンズと、このレンズにより平行光或いは集束光
   にされた光ビームを走査対象物に対して走査する光偏向
   装置を備えた光学装置において、 前記光源と前記レンズとを鏡筒内に一体的に形成し、 ζ０を光源からレンズ前側主点までの距離、ｆをレンズ
   焦点距離とするとき、 ０．４≦ζ０／ｆ≦２．４ を満たすように配置されていることを特徴とする光学装
   置。