JPH07140405A

JPH07140405A - 光走査装置および光走査装置における走査結像光学系の焦点距離変化の影響を自動的に調整する装置

Info

Publication number: JPH07140405A
Application number: JP28365593A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okamura; 哲郎岡村
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】１以上のプラスチックレンズを有する走査結像
光学系における、温度変化による焦点距離変化の影響を
自動的に補正する。【構成】プラスチックレンズ６２は、支持部材７０に対
し、光軸方向へ摺動自在であり、温度変化による棒状部
材９０の長さの変化に従って、梃子部材１００により変
位するプラスチックレンズ６２の変位量により、温度変
化による走査結像光学系の焦点距離変化の影響が補正さ
れるように、棒状部材９０の材質・長さおよび梃子部材
１００における変位拡大比を定めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、「光走査装置」およ
び「光走査装置における走査結像光学系の焦点距離変化
の影響を自動的に調整する装置」に関する。

【０００２】

【従来の技術】光走査装置は、光プリンターやデジタル
複写機等に関連して、広く知られている。近来、光プリ
ンターやデジタル複写機の普及に伴い、安価な光走査装
置が求められ、光走査装置の低コスト化のため、光走査
装置に用いられるレンズに、製造コストの安価なプラス
チックレンズが用いられるようになってきている。

【０００３】プラスチックレンズには、周知の如く、温
度変化による変形等により、焦点距離が変化するという
問題があり、このような問題を無視すると、被走査面を
光走査する光スポット径が、光走査装置の機内温度の変
化とともに変動するという問題がある。

【０００４】このような問題を解決するには、原理的に
は、光走査装置内部の温度を、所定の温度範囲に制御す
ればよいが、このような温度制御を行うための温度制御
機構の搭載により、光走査装置が大型化・複雑化した
り、装置コストが高くなる等の問題が生じる。

【０００５】光源からの光束を、平行光束若しくは集光
光束とするレンズを、プラスチックレンズとする場合に
おいて、このプラスチックレンズの、温度による焦点距
離の変化を補正するのに、このプラスチックレンズを保
持するレンズ鏡筒の材料を選択して、鏡筒長さの温度変
化による伸縮に伴う、プラスチックレンズの光軸方向の
変位を利用して、焦点距離変化を自動的に補正すること
も知られている（例えば、特開平３−１７９４２０号公
報）が、鏡筒材料に対する強い制限となり、光走査装置
設計の自由度が大きく制限される。

【０００６】また、偏向光束を、被走査面上に光スポッ
トとして集光させる「ｆθレンズ等の走査結像光学系」
は、焦点距離が大きいため、これに１枚以上のプラスチ
ックレンズを用いた場合には、温度変化に伴う焦点距離
変化も大きく、レンズ支持体単独の熱伸縮により、上記
大きな焦点距離変化を補正するのは困難であり、無理に
これを行おうとすると、光走査装置の大型化を招来する
問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、１以上のプラスチッ
クレンズを有する走査結像光学系における、温度変化に
よる焦点距離変化の影響を自動的に補正でき、しかも光
走査装置を大型化することの少ない、走査結像光学系の
焦点距離変化の影響を自動的に調整する新規な装置の提
供を目的とする。

【０００８】この発明の別の目的は、１以上のプラスチ
ックレンズを有する走査結像光学系における温度変化に
よる焦点距離変化の影響を自動的に補正でき、しかも、
コンパクトに実現できる光走査装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の、光走査装置
における走査結像光学系の焦点距離変化を自動的に調整
する装置は、「光源から放射され、光偏向器により偏向
された光束を、１枚以上のプラスチックレンズを含む走
査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光
させて光走査を行う光走査装置において、温度変化によ
る走査結像光学系の焦点距離変化の影響を自動的に補正
する装置」である。

【００１０】「温度変化による、走査結像光学系の焦点
距離変化の影響」とは、被走査面上における光スポット
径の温度変化に伴う変動であり、これは、上記焦点距離
変化により、偏向光束の集光位置が変化することにより
発生する。従って、温度変化による走査結像光学系の焦
点距離変化の影響を自動的に補正する装置は、上記光ス
ポット径の変動を自動的に調整するのである。

【００１１】走査結像光学系が「１枚以上のプラスチッ
クを含む」とは、走査結像光学系が１枚以上のプラスチ
ックレンズと１枚以上のガラスレンズで構成される場合
は、勿論、走査結像光学系全体が１枚以上のプラスチッ
クレンズのみで構成される場合も含む。

【００１２】請求項１記載の発明は、支持部材と、弾性
手段と、梃子部材と、棒状部材とを有する。「支持部
材」は、走査結像光学系を支持する部材である。「弾性
手段」は、走査結像光学系における、少なくとも１枚の
プラスチックレンズに対し、その光軸方向の所定の向き
に、弾性力を作用させる手段である。「梃子部材」は、
支点を支持部材上に有し、上記１枚以上のプラスチック
レンズに対し、上記弾性力と釣り合う力を作用させるた
めの部材である。「棒状部材」は、一端を上記支持部材
に固定され、他端を上記梃子部材に当接させてもうけら
れる。

【００１３】上記少なくとも１枚のプラスチックレンズ
は、支持部材に対し、上記光軸方向へ摺動自在である。
上記梃子部材および棒状部材は、摺動可能なプラスチッ
クレンズの数に応じて、それぞれ１以上が用いられる。

【００１４】１以上の棒状部材の「材質・長さ」およ
び、１以上の梃子部材における「変位拡大比」は、「温
度変化による、棒状部材の長さの変化に従って、梃子部
材により変位する上記１以上のプラスチックレンズの変
位量により、上記温度変化による焦点距離変化の影響が
補正される」ように定められる。

【００１５】請求項２記載の発明は、支持部材と、弾性
手段と、線状部材と、巻掛け手段と、を有する。「支持
部材」は、走査結像光学系を支持する部材である。「弾
性手段」は、走査結像光学系における、少なくとも１枚
のプラスチックレンズに対し、その光軸方向の所定の向
きに、弾性力を作用させる手段である。

【００１６】「線状部材」は、上記１枚以上のプラスチ
ックレンズに対し、その光軸方向へ、上記弾性力と釣り
合う力を作用させるように、一端を支持部材に、他端を
上記プラスチックレンズ側に固定される。「巻掛け手
段」は、支持部材に配備され、線状部材を屈曲させる手
段である。上記少なくとも１枚のプラスチックレンズ
は、支持部材に対し、光軸方向へ摺動自在である。線状
部材は、摺動自在のプラスチックレンズの数に応じ、
「１つのプラスチックレンズに対し、少なくとも１本」
が用いられ、「支持部材と異なる材質」で形成される。
これら線状部材の、「温度変化による長さ変化」が、上
記１枚以上のプラスチックレンズに、「温度変化による
焦点距離変化の影響を補正できる変位をもたらす」よう
に定められる。

【００１７】この請求項２記載の、光走査装置における
走査結像光学系の焦点距離変化の影響を自動的に調整す
る装置において、巻掛け手段としては、「支持部材に固
定された１以上の、円柱状突起および／または定滑車」
を用いることができる（請求項３）。

【００１８】さらに、上記「弾性手段」としては、ゴム
および／またはバネを用いることができ、バネとしては
コイルバネや板バネ等、種々の形態のものを用いること
が出来る。

【００１９】また、上記請求項１または２または３記載
の、光走査装置における走査結像光学系の焦点距離変化
の影響を自動的に調整する装置において、温度変化によ
る、焦点距離変化の影響を補正するために変位される、
１以上のプラスチックレンズの、「変位を案内するため
のガイド」を、支持部材に設けることができる（請求項
４）。

【００２０】請求項５記載の発明の光走査装置は「光源
から放射され、光偏向器により偏向された光束を、１枚
以上のプラスチックレンズを含む走査結像光学系により
被走査面上に光スポットとして集光させて光走査を行う
光走査装置」であって、「温度変化による走査結像光学
系の焦点距離変化の影響を自動的に補正する装置」とし
て、上記請求項１または２または３または４記載の、光
走査装置における走査結像光学系の焦点距離変化の影響
を自動的に調整する装置を有することを特徴とする。

【００２１】この場合、光偏向器には、ポリゴンミラー
や回転単面鏡、回転２面鏡や、ガルバノミラーを用いる
ことが出来、ポリゴンミラー等、光束を等角速度的に偏
向させるものに対しては、走査結像光学系としてｆθレ
ンズを、また、ガルバノミラーのように、光束を単振動
的に偏向させる光偏向器に対しては、走査結像光学系と
してｆ・ｓｉｎθレンズを使用できる。

【００２２】

【作用】請求項１記載の発明においては、温度変化によ
る棒状部材の伸縮と支持部材の伸縮の「差」が、梃子部
材により「変位拡大比」に応じて拡大されて、プラスチ
ックレンズの移動量に変換される。

【００２３】請求項２記載の発明においては、線状部材
を巻掛け手段に巻掛けて、屈曲させることにより、線状
部材に必要な長さが与えられ、温度変化による「線状部
材の伸縮と支持部材の伸縮の差」がプラスチックレンズ
の変位量となる。

【００２４】請求項１記載の発明においては、変位拡大
比により、また請求項２記載の発明においては、線状部
材の長さにより、温度変化に伴う十分な変位を、プラス
チックレンズに与えることができる。

【００２５】また請求項４記載の発明では、温度変化に
伴うプラスチックレンズの変位が、ガイドに沿って行わ
れる。

【００２６】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１は、
請求項１，４，５記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。図１（ａ）は、光走査装置の光学配置の１
例を、要部のみ略示している。光源装置１は、ＬＤ光源
と、このＬＤ光源からの発散性の光束を平行光束化する
コリメートレンズとを有し、平行なレーザー光束を放射
する。

【００２７】放射された平行光束は、シリンダレンズ３
により、副走査対応方向にのみ収束され、光偏向器であ
るポリゴンミラー５の偏向反射面の位置に、主走査対応
方向に長い線像ＬＩとして結像する。

【００２８】ポリゴンミラー５の偏向反射面により反射
された光束は、走査結像光学系であるｆθレンズ６を透
過し、同レンズ６の作用により、被走査面７上に光スポ
ットとして集光する。ポリゴンミラー５が矢印方向へ回
転すると、偏向反射面による反射光束は、等角速度的に
偏向され、光スポットは、主走査ラインＬ上を矢印方向
へ移動しつつ、被走査面７を光走査する。

【００２９】走査結像光学径であるｆθレンズ６は、ガ
ラスレンズ６１と、プラスチックレンズ６２とにより構
成されている。光走査装置の機内温度が変化すると、プ
ラスチックレンズ６２が温度変形し、その影響で、ｆθ
レンズ６の焦点距離が変化するため、その影響として、
被走査面７上の光スポット径の変化が生じる。

【００３０】そこで、この実施例に置いては、プラスチ
ックレンズ６２を光軸方向へ変位させて、上記焦点距離
の変化を自動的に補正するのである。なお、光源装置１
におけるコリメートレンズとして、プラスチックレンズ
を用いる場合には、プラスチックのコリメートレンズ
の、温度変化による焦点距離変化は、例えば、前述の
「特開平３−１７９４２０号公報」に記載された方法、
即ち、レンズ鏡筒の材質の加重平均熱膨張係数：ａを、
プラスチックのコリメートレンズの屈折率：ｎ、同レン
ズの材料の線膨張係数：ａｇ、同レンズの焦点距離：
ｆ、光源からコリメートレンズの前側主点間での距離：
ξ、温度：ｔ、光源からの光束の波長：λに対し、ａ≒（ξ／ｆ）・［ａｇ−｛（∂ｎ／∂ｔ）＋（∂ｎ／∂λ）・（∂λ／∂ｔ）｝／（ｎ−１）］を満足するように設定する方法で補正することができ
る。

【００３１】さて、図１（ｂ）は、請求項１記載の「走
査結像光学系の焦点距離変化の影響を自動的に調整する
装置」の実施例の要部を示している。ｆθレンズ６を構
成する、一方のレンズであるプラスチックレンズ６２
は、支持台６３に固定され、支持部材７０上で、光軸方
向（図の左右方向）へ摺動自在となっている。

【００３２】支持部材７０上には、図１（ｃ）に示すよ
うに、ガイド７１，７２が突設されて、支持台６３に形
成された嵌合溝と嵌合しており、これにより、支持台６
３の変位が、プラスチックレンズ６２の光軸方向に制限
されている（請求項４）。

【００３３】支持台７０にはまた、突起７３．７４が突
設され、これらの突起７３，７４と支持台６３との間に
は、「弾性手段」としての圧縮性のバネ８１，８２が配
備され、支持台６３に、プラスチックレンズ６２を、図
の右方へ移動させようとする「弾性力」を作用させてい
る。なお、支持部材７０自体は、螺子等の固定手段７
５，７６により、装置の不動部材に固定されている。

【００３４】図１（ｂ）に示すように、棒状部材９０が
配備されている。即ち、棒状部材９０は、その一端部を
螺子等の固定手段９１により支持部材７０に固定され、
その長手方向を、プラスチックレンズ６２の光軸方向へ
略平行にして設けられ、その自由端部は、梃子部材１０
０の一端部側に当接している。

【００３５】梃子部材１００は、支持部材７０に固設さ
れた支軸１０１を支点とし、図の面内で揺動自在であ
り、支軸１０１から「鉤の手に伸びた部分」の端部に回
転自在に設けられたコロ１０２は、支持台６３の側面に
当接している。

【００３６】従って、バネ８１，８２により作用する弾
性力は、支持台６３を介してコロ１０２に伝達され、梃
子部材１００を時計方向へ回転させようとするが、この
回転は、梃子部材１００が棒状部材９０の自由端部に当
接することにより阻止されている。梃子部材１００の
「変位拡大比」は、図中のｄ₁，ｄ₂を用いて、ｄ₂／ｄ₁
（＞１）で与えられる。

【００３７】さて、棒状部材８０の、固定手段９１に固
定された部分から、梃子部材１００に当接する自由端部
までの長さをＬ₀とし、熱膨張係数を、支持部材７０に
つきα、棒状部材９０につきβ（＞α）とすると、温度
変化：ΔＴに対し、熱伸縮量は、支持部材７０に対し
て、Ｌ₀・α・ΔＴ、棒状部材９０に対して、Ｌ₀・β・
ΔＴである。

【００３８】今、β＞αを仮定しているので、梃子部材
１００は、温度変化：ΔＴに対し、棒状部材９０との当
接部でＬ₀・ΔＴ・（β−α）だけ変位する。この変位
は、梃子部材１００の変位拡大比：（ｄ₂／ｄ₁）により
拡大され、プラスチックレンズ６２は、Ｌ₀・ΔＴ・
（β−α）・（ｄ₂／ｄ₁）だけ、光軸方向へ変位する。

【００３９】一方、温度変化によるプラスチックレンズ
６２の焦点距離変化に伴う、ｆθレンズ６自体の焦点距
離：Ｆの変化は、（∂Ｆ／∂ｎ）・（∂ｎ／∂Ｔ）＋
（∂Ｆ／∂ｎ）・（∂ｎ／∂λ）・（∂λ／∂Ｔ）＋∂
Ｆ／∂Ｔである。Ｔは温度、λは波長、ｎはプラスチッ
クレンズの屈折率である。光源における、温度変化によ
る波長変化がない場合には、第２項を省略できる。第３
項は、プラスチックレンズ６３の体積変化による項であ
る。

【００４０】従って、この焦点距離変化にともなう、偏
向光束の集光位置の変位を、上記プラスチックレンズ６
３の光軸方向の変位で相殺できるように、Ｌ₀，（β−
α），（ｄ₂／ｄ₁）を設定することにより、温度変化に
伴うｆθレンズの焦点距離変化の影響を自動的に補正す
ることができる。支持部材７０と棒状部材９０とは、同
一材料でなければよく、適宜に選択された、これらの材
料に対し、Ｌ₀と（ｄ₂／ｄ₁）の調整により所望の結果
を得ることができる。

【００４１】図２は、請求項２，３，４，５記載の発明
の１実施例を、説明に必要な部分のみ、略示している。
煩雑を避けるため、混同の虞れがないと思われるものに
ついては、図１におけると同一の符号を用い、説明を省
略する。光走査装置としての光学配置は、図１（ａ）の
例と同様である。

【００４２】この実施例においては、支持部材７０に形
成された突起７４０と支持台６３との間に、緊縮性のバ
ネ８０が「弾性手段」として掛け渡され、支持台６３
に、図面上で左側へ向かう弾性力を作用させている。

【００４３】一方、支持部材７０に形成された突起７
７，７８と、支持台６３との間は、線状部材２１，２２
により結ばれており、これら線状部材２１および２２
は、それぞれが、巻掛け手段である定滑車２１０，２１
２および２２０，２２２に巻掛けられて、所定の張力を
与えられている。従って、支持台６３に作用する、バネ
８０による「弾性力」は、線状部材２１，２２により支
持台６３に作用される「張力」と釣り合っている。

【００４４】線状部材２１，２２は、金属ワイヤー等で
も良いが、この例では、樹脂性のワイヤーが用いられて
いる。また、巻掛け手段は、定滑車２１０，２１２，２
２０，２２２に代えて、円柱状（楕円柱状を含む）の固
定突起とすることもできる（請求項３）。

【００４５】図１の例と同じく、支持部材７０の熱膨張
係数をαとし、線状部材２１，２２の熱膨張係数をδと
し、線状部材２１，２２の長さをＲとすれば、温度変
化：ΔＴに対し、プラスチックレンズ６２の光軸方向の
変位量は、Ｒ・（δ−α）・ΔＴとなる。従って、この
変位量により、ｆθレンズの焦点距離変化に伴う光スポ
ットの集光位置の変位を相殺することにより、ｆθレン
ズの焦点距離変化の影響を自動的に補正できるのであ
る。

【００４６】この例の場合、線状部材２１，２２の長
さ：Ｒは、線状部材を巻掛け手段により屈曲させること
により、装置空間の増大を伴うことなく、相当に長くで
きるので、（δ−α）が小さくても、Ｒを大きくするこ
とにより、所望の変位をプラスチックレンズ６２にもた
らすことが可能になる。

【００４７】なお、図１の実施例でも、図２の実施例で
も、温度変化に伴う焦点距離変化の影響を補正するため
の、プラスチックレンズの変位量は、予め実験的に決定
できるから、その変位量を実現するように、棒状部材や
梃子部材、線状部材を構成することは言うまでもない。

【００４８】前記、αとβ、αとδは、その大小関係に
より、プラスチックレンズの移動の向きが逆になるの
で、このことを考慮して、弾性手段と梃子部材、あるい
は弾性手段と線状部材の位置関係を設定すれば、温度変
化に応じて、プラスチックレンズを所望の向きに変位さ
せることができる。

【００４９】図２の実施例では、１つのプラスチックレ
ンズ６２を変位させるために、２つの線状部材２１，２
２を用いたが、勿論、単一の線状部材のみを用いるよう
にすることもできる。

【００５０】また、上には、単一のプラスチックレンズ
のみを変位させる例を挙げたが、走査結像光学系が２以
上のプラスチックレンズを含む場合には、２以上のプラ
スチックレンズを、上記実施例と同様の方法で変位させ
るようにすることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、新規な、光走査装置および光走査装置における走査
結像光学系の焦点距離変化の影響を自動的に調整する装
置を提供できる。この発明は、上述の如き構成となって
いるから、走査結像光学系の全部もしくは一部にプラス
チックレンズを用いる場合に、温度変化に伴う焦点距離
変化の影響を自動的に補正でき、しかも、光走査装置を
大型化、複雑化することが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，４，５記載の発明の１実施例を説明
するための図である。

【図２】請求項２，３，４，５記載の発明の１実施例
を、特徴部分のみ略示する図である。

【符号の説明】

１光源装置５光偏向器６走査結像光学系７被走査面７０支持部材８１，８２弾性手段９０棒状部材１００梃子部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から放射され、光偏向器により偏向さ
れた光束を、１枚以上のプラスチックレンズを含む走査
結像光学系により、被走査面上に光スポットとして集光
させて光走査を行う光走査装置において、温度変化による、走査結像光学系の焦点距離変化の影響
を、自動的に補正する装置であって、走査結像光学系を支持する支持部材と、上記走査結像光学系における、少なくとも１枚のプラス
チックレンズに対し、その光軸方向の所定の向きに、弾
性力を作用させる弾性部材と、支点を上記支持部材上に有し、上記１枚以上のプラスチ
ックレンズに対し、上記弾性力と釣り合う力を作用させ
るための、１以上の梃子部材と、一端を上記支持部材に固定され、他端を上記梃子部材に
当接させた、１以上の棒状部材とを有し、上記少なくとも１枚のプラスチックレンズは、上記支持
部材に対し、上記光軸方向へ摺動自在であり、温度変化による上記棒状部材の長さの変化に従って上記
梃子部材により変位する上記１以上のプラスチックレン
ズの変位量により、上記温度変化による走査結像光学系
の焦点距離変化の影響が補正されるように、上記１以上
の棒状部材の材質・長さおよび上記１以上の梃子部材に
おける変位拡大比を定めたことを特徴とする、走査結像
光学系の焦点距離変化の影響を自動的に調整する装置。
【請求項２】光源から放射され、光偏向器により偏向さ
れた光束を、１枚以上のプラスチックレンズを含む走査
結像光学系により、被走査面上に光スポットとして集光
させて光走査を行う光走査装置において、温度変化による、走査結像光学系の焦点距離変化の影響
を、自動的に補正する装置であって、走査結像光学系を支持する支持部材と、上記走査結像光学系における、少なくとも１枚のプラス
チックレンズに対し、その光軸方向の所定の向きに、弾
性力を作用させる弾性手段と、上記１枚以上のプラスチックレンズに対し、その光軸方
向へ、上記弾性力と釣り合う力を作用させるように、一
端を上記支持部材に、他端を上記プラスチックレンズ側
に固定された１以上の線状部材と、上記支持部材に配備されて上記１以上の線状部材を屈曲
させる巻掛け手段と、を有し、上記少なくとも１枚のプラスチックレンズは、上記支持
部材に対し、上記光軸方向へ摺動自在であり、上記１以上の線状部材は、上記支持部材と異なる材質で
形成され、その温度変化による長さ変化が、上記１枚以
上のプラスチックレンズに、温度変化による焦点距離変
化の影響を補正できる変位をもたらすように定められて
いることを特徴とする、走査結像光学系の焦点距離変化
の影響を自動的に調整する装置。
【請求項３】請求項２記載の、光走査装置における走査
結像光学系の焦点距離変化の影響を自動的に調整する装
置において、巻掛け手段は、支持部材に固定された１以上の、円柱状
突起および／または定滑車であることを特徴とする、光
走査装置における走査結像光学系の焦点距離変化の影響
を自動的に調整する装置。
【請求項４】請求項１または２または３記載の、光走査
装置における走査結像光学系の焦点距離変化の影響を自
動的に調整する装置において、温度変化による焦点距離を補正するために変位される１
以上のプラスチックレンズの、上記変位を案内するガイ
ドが、支持部材に設けられていることを特徴とする、光
走査装置における走査結像光学系の焦点距離変化の影響
を自動的に調整する装置。
【請求項５】光源から放射され、光偏向器により偏向さ
れた光束を、１枚以上のプラスチックレンズを含む走査
結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光さ
せて光走査を行う光走査装置であって、温度変化による走査結像光学系の焦点距離変化の影響を
補正する装置として、請求項１または２または３または
４記載の、光走査装置における走査結像光学系の焦点距
離変化の影響を自動的に調整する装置を有することを特
徴とする光走査装置。