JPH07128604A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第２光学系（結像レンズ系）に樹脂製のレン
ズを用いたときの温度変化によるピントズレを防止し高
精度な光走査を可能とした走査光学装置を得ること。 【構成】 光源手段１から射出した光ビームを第１光学
系４を介して偏向手段５に導光し、該偏向手段で偏向反
射させた光ビームを第２光学系６を介して被走査面１０
上に導光し、光走査する走査光学装置において、該第１
光学系は少なくとも樹脂材料より成る負の屈折力の樹脂
レンズ４ａとガラス材料より成る正の屈折力のガラスレ
ンズ４ｂとを有し、該第２光学系は少なくとも樹脂材料
より成る正の屈折力の樹脂レンズ６ｂを有しているこ
と。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査光学装置に関し、特
に光源手段から射出された光ビームを回転多面鏡等の光
偏向器を介して記録媒体面である被走査面上に導光し光
走査することにより、文字や情報等を記録するようにし
た、例えばレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やレーザ
複写機等の装置に好適な走査光学装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より回転多面鏡より成る光偏向器の
各反射面（偏向面）で偏向反射された光ビームを使用し
て被走査面上を光走査するようにした走査光学装置が、
例えば特公昭６２−３６２１０号公報や米国特許３７５
０１８９号で種々と提案されている。

【０００３】これらで提案されている走査光学装置にお
いては光偏向器の各反射面の面倒れを補正する為（反射
面と被走査面とが互いに共役関係となるようにしてい
る。）、又ｆθ特性を得る為や像面湾曲等を補正する
為、更には高解像度化を図る為にシリンドリカルレンズ
やトーリックレンズ等の回転非対称なガラス材料より成
る光学素子（レンズ）を用いて光学系を構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記に示
したガラス材料より成るトーリックレンズやシリンドリ
カルレンズ等の光学素子は一般に重量があり、しかも非
常に高価である為、装置全体の軽量化及び低コスト化を
図るのが非常に難しかった。

【０００５】そこで近年ではこのような回転非対称な光
学素子を安価で生産性の良いプラスチック（樹脂）材料
の型成形で製作することにより装置全体の軽量化及び低
コスト化を図っている。

【０００６】しかしながら、このプラスチック材料より
成る光学素子はガラス材料より成る光学素子に比べて周
囲の環境変化（温度変化）により、その光学的特性が大
きく変化するという問題点があった。

【０００７】例えば温度変化に対してその材質の屈折率
が大きく変化し、これにより該光学素子の光学的屈折力
（パワー）が変化し、この結果被走査面上でのビームス
ポットのピント位置が許容以上にズレてしまい、出力画
像の画質に悪影響（画質の劣化）を与えてしまうという
問題点があった。

【０００８】このようにプラスチック材料は特殊な形状
のレンズ（非球面レンズ）を製作する場合の加工性の良
さや軽量であること等、ガラス材料にない利点はあるも
のの屈折率の均質性、温度依存性の点で問題が残されて
いる。

【０００９】本発明は偏向手段と被走査面との間に配さ
れる第２光学系に樹脂（プラスチック）製のレンズを用
いたときの該第２光学系の環境変化（温度変化）による
被走査面上でのピントズレを、温度変化により材質の屈
折率の変化が異なる複数のレンズ（例えばガラスレンズ
とプラスチックレンズ）より成る第１光学系を光源手段
と偏向手段との間に配置し、該第１光学系により補正す
ることにより環境変化による被走査面上のピントズレを
防止し高画質の出力画像を得ることができる走査光学装
置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１−イ）本発明の走査光学装置は、光源手段から射出
した光ビームを第１光学系を介して偏向手段に導光し、
該偏向手段で偏向反射させた光ビームを第２光学系を介
して被走査面上に導光し、光走査する走査光学装置にお
いて、該第１光学系は少なくとも樹脂材料より成る負の
屈折力の樹脂レンズとガラス材料より成る正の屈折力の
ガラスレンズとを有し、該第２光学系は少なくとも樹脂
材料より成る正の屈折力の樹脂レンズを有していること
を特徴としている。

【００１１】特に前記第２光学系は走査断面に対して前
記偏向手段の偏向面と被走査面とが略共役関係となるよ
うにしており、前記第１光学系の樹脂レンズは走査断面
に対し垂直な方向に負の屈折力を有していることや、前
記第１光学系の樹脂レンズは該第１光学系のガラスレン
ズと接合されていること等を特徴としている。

【００１２】（１−ロ）本発明の走査光学装置は、光源
手段から射出した光ビームを第１光学系により偏向手段
の偏向面上に結像させ、該偏向手段で偏向された光ビー
ムを第２光学系で被走査面上に収束させて光走査する走
査光学装置であって、該第１光学系は少なくともプラス
チック材料より成る負の屈折力のプラスチックレンズと
ガラス材料より成る正の屈折力のガラスレンズとを接合
した貼り合わせレンズを有し、該第２光学系は少なくと
もプラスチック材料より成る正の屈折力のプラスチック
レンズを有していることを特徴としている。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。

【００１４】同図において１は光源手段であり、例えば
半導体レーザより成っている。２はコリメーターレンズ
であり、光源手段１から射出された光ビームＬ０を平行
光束としている。３は開口絞りであり、通過光束径を整
えている。

【００１５】４は第１光学系であり、プラスチック（樹
脂）材料より成る負の屈折力のシリンドリカルレンズ４
ａとガラス材料より成る正の屈折力のシリンドリカルレ
ンズ４ｂとが互いに貼り合わされた接合レンズより成っ
ている。本実施例におけるシリンドリカルレンズ４ａは
走査断面に対し垂直な方向（副走査方向）に負の屈折力
を有しており、後述するようにプラスチック材料のレン
ズより成る第２光学系６の温度変化によるピントズレを
補正している。

【００１６】５は偏向手段としての例えば回転多面鏡よ
り成る光偏向器であり、モータ等の駆動手段１１により
図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。

【００１７】６はｆ−θ特性を有する第２光学系（結像
レンズ系）であり、プラスチック（樹脂）材料より成る
負の屈折力の球面レンズ６ａと、同じくプラスチック材
料（樹脂）より成る正の屈折力のトーリックレンズ６ｂ
の２枚のレンズより成っており、光偏向器５によって偏
向反射された画像情報に基づく光ビームを感光体ドラム
（回転ドラム）１０面上に結像させている。

【００１８】７は折り返しミラーであり、第２光学系６
を通過した光ビームＬ１を被走査面としての感光体ドラ
ム１０面上に導いている。８は検出ミラー（ＢＤミラ
ー）であり、感光体ドラム１０面上の走査開始位置を調
整する為の書込み同期信号検知用の光ビームを光センサ
ー（ＢＤセンサー）９側へ反射させている。

【００１９】本実施例において光源手段１より射出され
た光ビームＬ０はコリメーターレンズ２により略平行光
束とされ、絞り３によってその光束断面の大きさが制限
されて第１光学系４に入射する。

【００２０】第１光学系４は入射した平行光束のうち副
走査断面においては集束させ光偏向器５の反射面（偏向
面）５ｃにほぼ線像光束として結像させている。そして
光偏向器５の反射面５ｃで偏向反射された光ビームは第
２光学系６を通過することによってその走査直線性が補
正され、折り返しミラー７を介して感光体ドラム１０面
上に結像され、略等速度直線運動で該感光体ドラム１０
面上を光走査している。

【００２１】このとき感光体ドラム１０面上を光走査す
る前に、該感光体ドラム１０面上の走査開始位置を調整
する為に光偏向器５で偏向反射された光ビームの一部を
検出ミラー８で反射させて走査開始位置検出用の光セン
サー９に導光している。そして光センサー９からの出力
信号を用いて感光体ドラム１０面上への画像記録の走査
開始位置を調整している。

【００２２】図２は図１の走査断面（主走査断面）に垂
直な断面（副走査断面）の要部断面図であり、第１光学
系４から感光体ドラム１０までの光学的配置を展開して
示している。同図において図１に示した要素と同一要素
には同符番を付している。

【００２３】同図においてＰは光偏向器５の反射面位置
を示しており、副走査断面では前述したように、ほぼこ
の反射面位置Ｐに光ビームが集光するようにしている。

【００２４】ここで反射面位置Ｐと感光体ドラム１０面
上の位置Ｙとは第２光学系（結像レンズ系）６に関し
て、それぞれ光学的に略共役な位置関係になっている。
これにより反射面が副走査断面において傾いても、所謂
面倒れがあっても光ビームが感光体ドラム１０面上の同
一走査線上に結像するようにして光偏向器５の面倒れの
補正を行なっている。

【００２５】本実施例においては前述の如く第２光学系
６を構成する球面レンズ６ａとトーリックレンズ６ｂと
をそれぞれプラスチック材料より構成しており、これに
より型成形等により安価に製作している。

【００２６】このプラスチック材料は前述の如く一般的
に温度に対する屈折率変化が大きく、おおよそ−１．２
×１０^-4／°ｃ程度の温度に対する屈折率の変化率を有
している。この為周辺温度の上昇に伴なって屈折率が低
下し、該プラスチック材料より成るレンズの屈折力（パ
ワー）は温度の上昇に伴なって弱くなってくる。

【００２７】一方、ガラス材料の場合には温度に対する
屈折率の変化率はプラスチック材料に比べて、その変化
率の値が１桁小さい。この為通常、ガラス材料より成る
レンズだけで構成される光学系の場合は、温度変動に対
するレンズの屈折力変化はほとんどの場合、問題となる
ことはない。

【００２８】ここで説明を簡単にする為にガラス材料よ
り成るレンズの温度に対する屈折力変化が無いものとす
る。

【００２９】図２において第２光学系（結像レンズ系）
６は前述の如くプラスチック材料より成る負の球面レン
ズ６ａと正のトーリックレンズ６ｂとの２つのレンズよ
り成っており、副走査方向（副走査断面）に関しては反
射面位置Ｐと感光体ドラム１０面上の位置Ｙとが拡大倍
率の結像関係になっている為に第２光学系６全体の屈折
力は正となる。

【００３０】ここで、例えば周辺の温度の上昇に伴ない
第２光学系６の温度が上昇すると材質の屈折率変化に伴
なって該第２光学系６全体の屈折力が弱くなる。その
為、同図に示すように反射面位置Ｐに対応する共役なピ
ント位置が温度上昇前における感光体ドラム１０面上の
位置Ｙより遠方の位置Ｙ´の方向にΔＹだけズレる。即
ちピントズレ量ΔＹが生じてくる。このときのピント位
置のズレ量ΔＹが許容範囲から大きくズレると出力画像
がボケてくるという問題点が生じてくる。

【００３１】そこで本実施例では正の屈折力を有する第
１光学系４の一要素をプラスチック材料より成る負の屈
折力のシリンドリカルレンズ４ａで構成し、温度上昇に
伴なって屈折力が弱くなるようにしている。即ち第１光
学系４としての全体の屈折力が温度上昇に伴なって正の
方向に強くなるようにしている。

【００３２】このとき、温度上昇前における第１光学系
４のピント位置は光偏向器５の反射面位置Ｐに位置して
いるが、温度上昇後は同図に示すように反射面位置Ｐよ
り手前の位置Ｘの方向へΔＸだけ移動する。

【００３３】本実施例においては温度上昇後の結像位置
Ｘに対する第２光学系６による共役位置が感光体ドラム
１０面上の結像位置Ｙに相当するように第１光学系４を
構成する２つのシリンドリカルレンズ４ａ，４ｂの各屈
折力を適切に設定することにより、温度変化に対する感
光体ドラム１０面上のビームスポットのピントズレ（ピ
ント移動）を小さくし又は無くしている。これにより出
力画像の画質に悪影響を及ぼさないようにしている。

【００３４】尚、実際には温度変化によるレンズの膨張
による厚み変化や、レンズ面の曲率変化や、ガラス材料
より成るレンズの屈折力変化、そして光源手段からの光
ビームの波長変化等によるピントズレも多少影響を受け
る為に第１光学系４を構成する２つのシリンドリカルレ
ンズ４ａ，４ｂの屈折力の比率は、それらの影響も考慮
して設定している。

【００３５】このように本実施例においては第２光学系
（結像レンズ系）６を加工性の良い安価なプラスチック
材料より構成した場合の温度変化による屈折力変動に基
づくピントズレを、前述の如くプラスチックレンズ４ａ
とガラスレンズ４ｂとを組み合わせて構成した第１光学
系４により補正することにより高画質な出力画像を得て
いる。

【００３６】特に倒れ補正光学系において光偏向器の反
射面と感光体ドラム面とが副走査方向に拡大となるよう
な系においては、特に副走査方向に関して温度変化に対
するピントズレ量（ピント移動量）が大きくなる為にそ
の効果が大きい。

【００３７】又、本実施例では前述の如く倒れ補正光学
系において第１光学系４を構成するプラスチック材料と
ガラス材料より成るシリンドリカルレンズ４ａ，４ｂを
レンズの膨張による厚み変化等を考慮しながら接着等に
より接合した接合レンズより構成した例を示したが、そ
の他その固定の仕方に関しては、例えば図３に示すよう
にレプリカ法でガラス材料より成るシリンドリカルレン
ズ面上に樹脂の薄膜レンズ（シリンドリカルレンズ）を
形成する方法や、又図４に示すようにプラスチック成形
より成るシリンドリカルレンズをガラス成形より成るシ
リンドリカルレンズの周囲に固定するような方法であっ
ても良い。

【００３８】又、それぞれのシリンドリカルレンズ４
ａ，４ｂを互いに固定（接合）せずに、それぞれ光軸
上、独立に配置することによっても本発明は前述の実施
例と同様に適用することができる。

【００３９】又、本実施例において走査方向（主走査方
向）の温度変化によるピントズレに関しては、例えばシ
リンドリカルレンズの代わりに主走査方向と副走査方向
に別々の屈折力を有するトーリックレンズを貼り合わせ
て第１光学系を構成すれば、副走査方向とは独立に主走
査方向のピントズレ量も制御することができる。

【００４０】更に光偏向器の反射面と感光体ドラム面と
が光学的に共役関係の無い、所謂非倒れ補正光学系にお
いても、前述した構成より成る第１光学系を用いれば、
プラスチック材料を用いた第２光学系（結像レンズ系）
の温度上昇による屈折力変化によるピントズレ量を前述
の実施例と同様に小さく抑えることができ、あるいは無
くすこともできる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く第２光学系に
樹脂（プラスチック）材料より成るレンズを用いたとき
の環境変化（温度変化）による屈折力変動に基づくピン
トズレを、樹脂材料より成る負の樹脂レンズとガラス材
料より成るガラスレンズとを組み合わせて構成した第１
光学系により補正することにより、温度変化によるピン
トズレを良好に防止することができる高性能な走査光学
装置を達成することができる。

【００４２】又、第２光学系を樹脂材料の型成形等で容
易に安価に製作することができる為に低コスト化と高性
能化を両立させることができる走査光学装置を達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 本発明の実施例１の副走査方向の要部断面図

【図３】 本発明の実施例１の樹脂材料より成るレンズ
とガラス材料より成るレンズの他の固定の仕方を示した
説明図

【図４】 本発明の実施例１の樹脂材料より成るレンズ
とガラス材料より成るレンズの他の固定の仕方を示した
説明図

【符号の説明】

１ 光源手段 ２ コリメーターレンズ ３ 絞り ４ 第１光学系 ４ａ シリンドリカルレンズ ４ｂ シリンドリカルレンズ ５ 偏向手段 ６ 第２光学系 ６ａ 球面レンズ ６ｂ トーリックレンズ ７ 折り返しミラー ８ 検出ミラー ９ 光センサー １０ 感光体ドラム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段から射出した光ビームを第１光
   学系を介して偏向手段に導光し、該偏向手段で偏向反射
   させた光ビームを第２光学系を介して被走査面上に導光
   し、光走査する走査光学装置において、 該第１光学系は少なくとも樹脂材料より成る負の屈折力
   の樹脂レンズとガラス材料より成る正の屈折力のガラス
   レンズとを有し、該第２光学系は少なくとも樹脂材料よ
   り成る正の屈折力の樹脂レンズを有していることを特徴
   とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記第２光学系は走査断面に対して前記
   偏向手段の偏向面と被走査面とが略共役関係となるよう
   にしており、前記第１光学系の樹脂レンズは走査断面に
   対し垂直な方向に負の屈折力を有していることを特徴と
   する請求項１の走査光学装置。
3. 【請求項３】 前記第１光学系の樹脂レンズは該第１光
   学系のガラスレンズと接合されていることを特徴とする
   請求項１の走査光学装置。
4. 【請求項４】 光源手段から射出した光ビームを第１光
   学系により偏向手段の偏向面上に結像させ、該偏向手段
   で偏向された光ビームを第２光学系で被走査面上に収束
   させて光走査する走査光学装置であって、 該第１光学系は少なくともプラスチック材料より成る負
   の屈折力のプラスチックレンズとガラス材料より成る正
   の屈折力のガラスレンズとを接合した貼り合わせレンズ
   を有し、該第２光学系は少なくともプラスチック材料よ
   り成る正の屈折力のプラスチックレンズを有しているこ
   とを特徴とする走査光学装置。