JPH05210062A - 走査光学系の光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】レ−ザプリンタ等に用いられる走査光学系のプ
ラスチックレンズに係り、射出成型で成型されるときに
発生する内部応力による変形を防止する。 【構成】上記目的を達成するために、光ビ−ムの主走査
方向に垂直な方向のリブを、レンズと共に一体に構成し
たプラスチックレンズ。 【効果】射出成型で生成される内部応力によるレンズ面
の精度劣化を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レ−ザプリンタ及びフ
ァクシミリなどの走査光学系に好適なプラスチックレン
ズに関んする。

【０００２】

【従来の技術】例えば、レ−ザプリンタは帯電された円
筒状の感光体の表面を、光ビ−ムによって平行に走査し
ながら選択的に照射して除電し、感光体表面に静電潜像
が形成される。該静電潜像は現像装置によってトナ−像
に顕像化され、このトナ−像が記録用紙に転写されて印
刷がおこなわれる。

【０００３】感光体の表面を光ビ−ムに走査するための
走査光学系は、半導体レ−ザ等の光ビ−ム発生手段によ
りビ−ムを発光し、これを線像に集光するシリンドリカ
ルレンズと、前記線像を結像し偏向する偏向器を有し、
該偏向器により走査された光ビ−ムを感光体の表面にス
ポットとして結像し、かつ光ビ−ムによる感光体表面の
走査速度を一定に保つ機能を有するｆ・θレンズなどか
ら構成される。

【０００４】前記スポットは、円筒状感光体表面をその
軸線にそって平行に移動し主走査が行われるとともに、
感光体が回転することによって副走査が行われる。これ
によつて、感光体表面に静電潜像が形成され印刷が行わ
れる。前記走査光学系のｆ・θレンズには、コスト低減
や小型化を狙いとしてプラスチックレンズが用いられる
ようになってきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記プ
ラスチックレンズは一般に射出成型によって成形される
が、その成型環境条件によってレンズ形状が変化し寸法
精度が劣化するなどの問題がある。すなわちプラスチッ
クは射出成型機によって高温・高圧で金型に充填される
ため、溶融状態から固化するまでの圧力・温度の制御管
理を厳密に行う必要があるが、一般にはこれら成型条件
を精密に管理することには限界がある。したがって、あ
る程度の精度劣化はやむおえないとされていた。

【０００６】このような問題を解決する先行技術は特開
平１−２１０９０１及び実開平２−３５０８に開示され
ている。この先行技術では、光ビ−ムと平行な主走査方
向にレンズの入射面及び出射面を囲むように、箱形リブ
を一体成型して構成したものである。これによれば、高
温・高圧下で生成される内部応力の影響を、前記箱形リ
ブによって軽減でき、プラスチックレンズの精度劣化を
防止することができるものである。

【０００７】一方、我々の実験によればレ−ザプリンタ
に用いられプラスチックレンズの精度劣化は、ビ−ムに
よつて走査されるレンズ面の主走査方向とこれに垂直な
副走査方向の変形モ−ドとして評価できることがわかっ
た。また、主走査方向の変形に対しては、その変形モ−
ドを例えば軸対象となる変形であれば、金型によって補
正することが容易であることもわかった。一方、副走査
方向の変形については、前記した金型による補正が困難
であり、走査系に用いられるような形状の精度劣化を防
止する技術的なポイントは、該副走査方向の形状劣化を
いかに低減するかであることもわかった。

【０００８】この観点から見た場合前記した先行技術
は、主走査方向の変形に対してその精度劣化を防止する
効果は高いが、副走査方向に対しての劣化防止効果は期
待できないものと予想された。本発明の目的は、上記問
題に鑑み主として副走査方向の精度劣化防止を狙いとし
たプラスチックレンズを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、光ビ−ムの走査方向と垂直な面内に、垂直リブをレ
ンズと一体に構成するものである。

【００１０】

【作用】一般にレンズは厚肉であり偏肉となっているた
め、高温・高圧下で充填されたあとの成型収縮による形
状変化だけでなく、金型外に取り出した後も内部応力に
より形状変化を起こす。前記した成型収縮は、プラスチ
ック材料の種類によて決まる状態変化量であり、通常ｐ
−ｖ−ｔ線図で表される。この状態変化量をうまくコン
ト−ロ−ルして成型収縮量を、殆どゼロにするいくつか
の成型法が公知である。この成型法をレンズの成型に用
いて前記成型収縮にる形状変化を少なくする方法が提案
され、成型収縮に伴う精度劣化防止に寄与している。

【００１１】しかし、内部応力についてはこれを軽減す
る経済的な成型法はなく、これによる形状変化は避けら
れなかった。しかし、一方で金型温度を均一にする方
法、製品の肉厚をできるだけ均一にする方法などが試み
られ、少しでも形状変化を防止する工夫を行っている
が、その効果はさほど期待できるものでなかった。そこ
で、前記先行技術で開示されているような補強リブを構
成する方法等が提案されたものである。我々はこのリブ
の効果について、シミュレ−ションや実験にいより種々
検討した結果、その効果と原理について明らかにするこ
とができた。

【００１２】前記した本発明のリブの作用について説明
すれば、リブを構成することにより、金型内で生じる内
部応力は、レンズ単独で成型する場合より多く発生する
傾向にあるが、リブの肉厚をレンズ部の肉厚より薄く構
成することにより、該内部応力をレンズ内に閉じこめる
作用がある。すなわち、金型内において薄肉であるリブ
はレンズ部より先に固化し、厚肉であるレンズ部はリブ
に遅れて固化するが、この時生じる成型収縮によるレン
ズ部の変形は、先に固化したリブの移動防止効果により
阻止される。

【００１３】また、金型から取り出した後内部応力によ
ってレンズは変形しようとするが、リブの断面二次モ−
メント効果により変形が阻止されるものである。本発明
の特徴はこの断面二次モ−メントをレンズの副走査方向
に作用するようにしたものである。すなわち、リブを主
走査方向に対して垂直に構成することにより、リブの断
面二次モ−メント効果を副走査方向の変形にたいして作
用するようにしたものである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図４を用
いて説明する。図１、図２、図３は本発明の一実施例を
示すプラスチックッレンズの斜視図である。図４は本発
明のレ−ザプリタ用走査光学系の概要構成を示す平面図
である。

【００１５】図４において、該走査装置は光源１、結像
レンズ２、第１の結像光学系３、偏向器４、第２の結像
光学系８（第１レンズ５、第２レンズ６）、被走査体７
で構成されている。

【００１６】前記光源１は、本実施例では半導体レ−ザ
よりなっており、該光源１からの光ビ−ム９は、発散光
として出射される。前記結合レンズ２は、発散光として
入射した光ビ−ム９をコリメ−トしてほぼ平行光束にす
るとともに、その光軸方向の位置調整によって、主走査
面内で前記被走査体７の走査面上に光ビ−ム９を収束さ
せるためのピント調整をおこなう。前記第１の光学系３
は、本実施例ではシリンドリカルレンズからなり、副走
査面内でパワ−を有し光ビ−ム９を偏向器における反射
鏡４ａ上に、一度収束させる。このとき、第１の結像光
学系は走査面内ではパワ−を有さないので、上記反射鏡
４ａ上で光ビ−ム９は主走査面内に沿った線像となる。

【００１７】偏向器の反射鏡４ａはモ−タ（図示せず）
によって回転し、反射鏡４ａの角度が変わることによっ
て光ビ−ム９を偏向する。１つの反射鏡４ａに光ビ−ム
９を照射している間で１回の走査が行われる。光ビ−ム
９の偏向走査は、偏向器４の回転軸に垂直な平面（主走
査面）内でなされ、前記光源１から第１の光学系３まで
は、その光軸が主走査面内にあるように配置されてい
る。第２の結像光学系８は最終的に光ビ−ム９を被走査
体７の被走査面上の一点に収束する作用を持つととも
に、副走査面において偏向器の反射鏡４ａと被走査体７
の披走査面とが共役関係になるように調整することで、
反射鏡４ａの回転中心にたいする傾き誤差を防止してい
る。

【００１８】前記被走査体７は、たとえばレ−ザプリン
タ−などでは感光ドラムがこれに相当し、光ビ−ム９で
信号を露光させる。

【００１９】第２結像系８は、第１レンズ５と第２レン
ズ６とからなり、第１レンズはガラス球面レンズ、第二
レンズは光ビ−ムの入射面側がト−リック面、出射面側
が非球面からなる本発明のプラスチックレンズで構成さ
れている。以上の構成からなる第２光学系は偏向器によ
り偏向された光ビ−ム９を、被走査体７の披走査面に一
様なスポット像を形成しつつ、主走査方向に一定速度で
走査するとともに、偏向器４の各反射鏡４ａの副走査方
向傾きを補正する機能を持っている。したがって、光源
１からでた光ビ−ムは結合レンズ２、第１の結像光学系
３を通り、偏向器４の回転により反射鏡４ａで偏向さ
れ、第２の結像光学系によって集光され被走査体の表面
（感光面）を照射する。被走査体７は図示しない構成に
よって回転駆動されており、また前記したように偏向器
４の回転によって被走査体７の軸方向に光ビ−ムは走査
されることになるから、書き込むべき情報に対応する信
号を感光面に順次記録することになる。

【００２０】以上が本発明のプラスチックレンズを用い
たレ−ザプリンタの動作機能である。該レ−ザプリンタ
の第２結像系には本発明のプラスチックレンズ６を用い
ているが、光ビ−ム９の走査方向と垂直な面内に、レン
ズ部を挟持し相対抗して垂直リブ１０を構成している。
該垂直リブ１０は光ビ−ム９が前記垂直リブを通過しな
いため光学的には何等意味のないものであるが、レンズ
の垂直方向の変形に対し、その形状劣化を防止する効果
を有する。

【００２１】図３は図４に示す第２レンズ６を示したも
のである。前記したように光ビ−ム９に対して垂直方向
１１に垂直リブ１０を構成している。本実施例では該リ
ブ１０はレンズ６の入射面６ａと出射面６ｂのほぼ中間
部分に、レンズ６を挟持し相対抗してその高さｈ₁で構
成している。本発明の特徴は図３に示すように、前記リ
ブを主走査方向に対して垂直な面内に構成したことであ
る。こうすることにより垂直方向１１の断面２次モ−メ
ントが増加し、垂直方向１１の内部応力及び外力に対す
る変形を防止するものである。

【００２２】図１、図２は本発明プラスチックレンズの
他の実施例を示した斜視図である。図１は垂直リブ１０
を直線で構成したものである。直線にすることにより該
リブをパ−ティング面に（図示せず）構成することがで
き、複雑な加工工程を経ずに簡易に製作することができ
る。該垂直リブは直線であっても、垂直方向のレンズ変
形に対する断面２次モ−メント効果は得られるものであ
る。

【００２３】図２は光ビ−ム９と平行に設けた水平リブ
１３と垂直リブ１０を同時に構成した実施例である。該
構成方法においてもプラスチックレンズ６の垂直方向変
形を防止する効果を有する。

【００２４】上記した垂直リブの効果について更に詳細
に図５、図６を用いて説明する。図５、図６は図１に示
したプラスチックレンズ６の金型内でのプラスチック流
動挙動をシミュレ−ションし、その後金型から取り出し
た後の変形を解析したものである。図５は垂直リブの構
成されていない従来プラスチックレンズの解析結果。図
６は垂直リブを構成した本発明プラスチックレンズの解
析結果である。

【００２５】図５、図６において６はプラスチックレン
ズのシミュレ−ション入力モデルを示し、該入力モデル
下のグラフのＸ軸に対応している。すなわち該グラフの
横軸はプスラスチックレンズ６の長さ方向を示してお
り、１２がその中心となる。縦軸は主走査方向と垂直な
副走査方向の変形量を示している。該グラフ内の変化
は、入力モデルの有限要素に分割した全ての節点の変化
量を示している。

【００２６】図５から分かるように、リブ無しの場合
５.３９〜−１４μｍの間で変形しており、その変形幅
は約１９μｍである。一方リブ有りの場合には図６に示
すように約９μｍの変形量であるから、垂直リブを構成
することによってその変形量を約半減することができ
る。

【００２７】該シミュレ−ション結果をもとに、実際に
成型実験した結果、実用レベルにおいても垂直リブの効
果を確認した。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、ｆ・θプラスチックレ
ンズの光ビ−ム主走査方向と垂直な方向に、垂直なリブ
を該レンズ部と一体に構成することにより、成型加工で
生成される内部応力や、金型から取り出したあとの外力
によるレンズ部の副走査方向の変形を防止することがで
きる。これにより高精度のプラスチックレンズの製造を
可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すｆ・θプラスチックレ
ンズの斜視図である。

【図２】本発明の一実施例を示すｆ・θプラスチックレ
ンズの斜視図である。

【図３】本発明の一実施例を示すｆ・θプラスチックレ
ンズの斜視図である。

【図４】本発明のｆ・θプラスチックレンズを用いたレ
−ザプリンタの走査光学系を示す平面図である。

【図５】射出成型の影響による変形を従来ｆ・θプラス
チックレンズについて解析した結果を示す図である。

【図６】射出成型の影響による変形を本発明ｆ・θプラ
スチックレンズについて解析した結果を示す図である。

【符号の説明】

１…光源、３…第１の結像光学系、４…偏向器、５…第
１レンズ、６…本発明第２レンズ、８…第２の結像光学
系、９…光ビ−ム、１１…垂直方向、１０…垂直リブ、
１２…水平リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷津田 則夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビ−ムを発生する光ビ−ム発生手段と、
   該発生光ビ−ムを偏向する偏向手段と、前記偏向手段に
   より偏向された光ビ−ムを被走査面に結像するｆ・θレ
   ンズからなる走査光学系において、少なくとも前記ｆ・
   θレンズは１個以上のプラスチックレンズからなり、該
   プラスチックレンズは走査方向と垂直な方向にリブを有
   することを特徴とする走査光学系の光学素子。
2. 【請求項２】プラスチックｆ・θレンズであって、入射
   面及び出射面のいずれか一方または両方に、光ビ−ムの
   走査方向と平行にリブを構成するとともに、これと垂直
   な方向にリブを一体成型したことを特徴とする走査光学
   系の光学素子。