JPH07287181A - 走査レンズ系及びそれを用いた光走査装置 - Google Patents
走査レンズ系及びそれを用いた光走査装置Info
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- JPH07287181A JPH07287181A JP7039341A JP3934195A JPH07287181A JP H07287181 A JPH07287181 A JP H07287181A JP 7039341 A JP7039341 A JP 7039341A JP 3934195 A JP3934195 A JP 3934195A JP H07287181 A JPH07287181 A JP H07287181A
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Abstract
持しつつ光走査が可能な光走査装置を得ること。 【構成】 光源からの光束を光偏向器で偏向した後、走
査レンズ系を介して被走査面上に導光して光走査するよ
うにした光走査装置において、該走査レンズ系は両レン
ズ面の曲率誤差に応じてレンズ中心厚又はレンズ面位置
を変えた調整レンズを有していること。
Description
用いた光走査装置に関し、特に感光体や静電記録体等の
像担持体である被走査面を光変調した光束で光走査する
ことにより、画像形成するようにした例えば電子写真プ
ロセスを有するレーザービームプリンターやカラーレー
ザービームプリンター、マルチレーザービームプリンタ
ー等の装置に好適な走査レンズ系及びそれを用いた光走
査装置に関するものである。
置においては、光源からの光束をコリメーターレンズや
シリンドリカルレンズを有した結像光学系で線状に集光
し、回転多面鏡又は単面鏡等より成る光偏向器の偏向面
上に結像させる。そして光偏向器で偏向された光束をト
ーリックレンズやシリンドリカルレンズ等のアナモフィ
ックレンズを用いて構成したf−θ特性を有する走査レ
ンズ系に入射させ、該走査レンズ系を介して像担持体面
上に導光し、光スポットを形成する。
像担持体面上を光走査することにより画像情報の書き込
み等を行っている。
て光偏向器の偏向反射面と像担持体面とが光学的に略共
役関係となるようにしている。これにより光偏向器の偏
向反射面の面倒れ補正を行っている。
ける走査レンズ系は光偏向器の偏向反射面の面倒れ補正
を行っている為に主走査断面に比べて副走査断面で強い
屈折力を有している。又走査レンズ系は拡大系で使用す
る為に該走査レンズ系を構成する各レンズ面の副走査断
面での曲率精度が主走査方向に比べて厳しくなってい
る。
て成形により製作されるプラスチックモールドレンズや
ガラスモールドレンズを用いると型(鏡面駒)の製作精
度でレンズ面の曲率精度が決まってくる。この為屈折力
を高める為に曲率をきつくした形状のレンズ面(鏡面)
を持つ鏡面駒は製作が難しくなり、レンズ面の曲率のバ
ラツキが大きくなってくるという問題点があった。
出来たとしてもプラスチックモールド成形やガラスモー
ルド成形を行って製作したレンズは設計値通り成形収縮
せず、この結果レンズ面の曲率が許容値より外れてくる
ことがある。
を強くしたレンズを成形するときはこの傾向が大きくな
ってくる。この為製作誤差が許容範囲を外れたときはそ
の都度、型(鏡面駒)を作り直さねばならないといった
問題点があった。
であり、またレンズを大量生産する際には多数の型を必
要とするので、製作精度が許容範囲を外れた型をすべて
作り直すのは非常にコストが高くなる。
をプラスチックモールド成形又はガラスモールド成形で
製作するときにでき上がったレンズ面の曲率に応じてレ
ンズ中心厚又はレンズ面位置を適切に設定することによ
り、レンズ面の曲率精度を緩和させると共に高い光学性
能が容易に得られる走査レンズ系及びそれを用いた光走
査装置の提供を目的とする。
は、2つのレンズ面を有するレンズを含んで構成され、
前記レンズは、前記2つのレンズ面の曲率誤差に応じ
て、レンズ中心厚が変化していることを特徴としてい
る。
ルド成形により製作されるレンズを含んで構成され、前
記レンズは、レンズ面の曲率誤差に応じて、レンズ中心
厚が変化していることを特徴としている。
光偏向器で偏向した後、走査レンズ系を介して被走査面
上に導光して光走査するようにした光走査装置におい
て、該走査レンズ系は、両レンズ面の曲率誤差に応じ
て、レンズ中心厚又はレンズ面位置を変えた調整レンズ
を有していることを特徴としている。
おいて前記光偏向器の偏向反射面と前記被走査面とが光
学的に略共役となるようにしており前記調整レンズはモ
ールド成形より製作していることを特徴とする。
前記被走査面側の副走査断面内のレンズ面の曲率半径を
各々Ra,Rb、レンズ中心厚をd、レンズの使用波長
λに対する材質の屈折率をNとし、定数Kを
るように曲率半径Ra,Rbに応じて中心厚dを変化さ
せていることを特徴とする。
ける光偏向器側と被走査面側のレンズ面の曲率半径を各
々Ra,Rbとしたとき
いられる光走査装置の実施例1の主走査断面内の要部概
略図、図2は図1の一部分の副走査断面内の要部概略図
である。
走査される光束が経時的に形成する光束面を指し、副走
査断面とは走査レンズ系の光軸を含み前記主走査断面と
垂直な断面を指す。
レーザである。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を平行光束としている。3
は絞りであり、コリメーターレンズ2から射出された光
束の径を制御している。4はシリンドリカルレンズであ
り、主走査断面に関しては屈折力は有しておらず副走査
断面に関して所定の屈折力を有している。
り成る光偏向器であり、軸5aを中心にモータ(不図
示)により矢印5b方向に一定速度で回転している。9
は走査レンズ系であり、正の屈折力の球面レンズ6と主
走査断面に比べて副走査断面に強い屈折力を有するプラ
スチックモールド成形より成る調整レンズとしてのトー
リックレンズ7とを有している。球面レンズ6とトーリ
ックレンズ7でf−θ系を構成している。8は被走査面
としての記録媒体の感光ドラムである。
像情報に基づいて光変調して射出した光ビームをコリメ
ーターレンズ2により略平行光束としている。そして該
平行光束は絞り3で光束径を調整した後シリンドリカル
レンズ4により主走査断面においてはそのままの平行光
束とし、副走査断面において集光し、光偏向器5の光偏
向反射面5cに線状に結像している。そして該線状の光
ビームを光偏向反射面5cで偏向反射させている。
レンズ系9を通過することによってその走査直線性が補
正され、感光ドラム8面上に結像して略等速度直線運動
で該感光ドラム8面上を光走査している。光偏向器5の
光偏向反射面は走査レンズ系9により感光ドラム8上に
横倍率2で結像される関係となっている。
面位置を示しており、副走査断面では前述したように略
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。
レンズ系9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。これにより光偏向反射面5c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
感光ドラム8面上の同一走査線上に結像するようにして
いる。このようにして本実施例では光偏向器5の面倒れ
の補正を行っている。
偏向器5と感光ドラム面8との光学的共役関係を保つ為
に副走査断面に強い屈折力を有し、かつ走査に伴なう像
面弯曲を補正する為に像面側に凸面を向けたメニスカス
形状としている。
リックレンズ7の凸面の曲率が強くなっている。ここで
トーリックレンズ7はプラスチック(又はガラス)モー
ルド成形で製作している為、レンズ面の曲率が強くなる
と、型(鏡面駒)の加工やモールド成形加工が難しくな
って出来上がったレンズ面の曲率に誤差が生じてくる。
て用いている為にトーリックレンズ7の曲率変化に対す
る感光ドラム面8上でのピント移動が大きい。この為ト
ーリックレンズ7の曲率の公差が厳しくなっている。
子午線方向の製作具合による曲率半径の変化に対応させ
てそのレンズ中心厚を調整して又はレンズ面位置を調整
して光偏向器5と感光ドラム面8との共役関係がずれな
いようにしている。
クレンズ7のレンズ中心厚を制御するときの説明図であ
る。同図では副走査断面を示している。
に示すように凸面の曲率が設計値のRbbよりRbb′
へと弱くなったときにはレンズ中心厚を設計値のdから
d′へと増加させて屈折力を制御して光偏向反射面5c
と感光ドラム面8とが共役関係となるようにしている。
厚の変化による屈折力の変化は小さい為に微小な屈折力
の調整が容易となってくる。尚副走査断面のレンズ中心
厚の調整に対して主走査断面でのピントの変動が少なく
なるように、本実施例ではトーリックレンズ7は主走査
断面の屈折力が弱くなるレンズ形状となっている。
対して略同じ量の屈折力変化を与える為にトーリックレ
ンズ7をメニスカス形状としている。
レンズ7をプラスチック成形するときの金型10の要部
断面図である。
取付板、12は可動側取付板、13は固定側型板、14
は可動側型板、15は受板、16はスペーサーブロッ
ク、17及び18は各々エジェクタープレートを示して
いる。19は固定側鏡面駒、21は可動側鏡面駒を示し
ており、それぞれ23及び24で示した成形面が鏡面と
なっており、成形品であるところのトーリックレンズ7
の光学面を成形するようになされており、具体的には2
3は図3(A)のレンズ面Raaであり、24はレンズ
面Rbbとなっている。
面駒21の成形面24との間の空間20がキャビティで
あり、このキャビティ20に充填された樹脂材料が成形
されてトーリックレンズ7(図3(A))となる。
テン間(不図示)に取り付け、型締状態にし、射出シリ
ンダ(不図示)内で樹脂を加熱溶融して金型10内に射
出する。樹脂はスプルー27,ランナー28,ゲート2
9を通ってキャビティ20に充填される。その後冷却さ
れてパーティング30より型が分割され、成形機のエジ
ェクターロッド(不図示)によりエジェクタープレート
17及び18が押されることによりエジェクターピン2
5及び26を介して成形品20及びスプルー27が型よ
り突出される。その後ゲート29の所をホットナイフ等
で切断し、これによりトーリックレンズ7ができ上が
る。
では逆の凹駒である所の可動側鏡面駒21の成形面24
のR形状が型加工により鈍くなった場合、レンズ中心肉
厚を増すことによってレンズのパワーを変化させ、共役
関係が一定になるようにしている。
21の後ろに位置するスペーサー31の厚みを例えば薄
くすることによって成形面23と24の間隔を広くし、
レンズ中心肉厚の厚いレンズ(図3(B))を容易に成
形している。
9及び21が出来たとしても成形によって例えばレンズ
面Rb側の曲率が鈍くなってしまった場合に関しても、
レンズ中心肉厚を増すことによってレンズのパワーを変
化させ、共役関係が一定になるようにしている。
すレンズ中心肉厚の薄いスペーサー31を図6に示すス
ペーサー22の代わりに組み込むことによって成形面2
3と24の間隔が広くなり、レンズ中心肉厚の厚い図3
(B)に示すレンズを成形している。
射面と感光ドラム面との光学的共役関係を良好に維持し
てトーリックレンズ7の前記光偏向器側と前記被走査面
側の副走査断面のレンズ面の曲率半径を各々Ra,R
b、レンズ中心厚をd、レンズの使用波長λに対する材
質の屈折率をNとし、定数Kを
るように曲率半径Ra,Rbに応じて中心厚dを変化さ
せている。
標値(基準値)に対して±2%以内となるようにするこ
とによって、光学性能の優れた走査レンズ系を得てい
る。
させると屈折力の変化Δφは
おける光偏向器側と被走査面側のレンズ面の曲率半径を
各々Ra,Rbとしたとき
の調整を容易にしている。
の曲率半径とレンズ中心厚を変化させた。
は、Raa=−12.617mm,Rbb=−10.1
65mm,レンズ中心厚d=5.1mm,材質の屈折率
をN=1.57228(λ=780nm,ポリカーボネ
ート樹脂)で設計されている。
に示すように凸面の曲率半径がRbb´=−10.20
0mmと弱くなってしまった場合を考える。
5.246mmと0.146mm増加させて、レンズの
屈折力を制御して光偏向反射面5cと感光ドラム面8と
が光学的共役関係となるようにした。
図6でのスペーサー22の厚みより0.146mmだけ
薄くすることによって達成される。
値(図3(A))の場合が、
ある。
ックの射出成形(ガラスモールド成形でも同様である)
では、レンズ中心厚dの成形時の製作誤差は、ガラスの
研磨レンズと異なる。
を例にとると、レンズ中心厚dの成形時の製作誤差は、
0.01〜0.03mmに抑えることが可能である。
作誤差は、スペーサー22(31)の厚みの加工誤差
や、成形時の成形バラツキ(具体的には、樹脂材料の射
出圧力や金型温度の変化等)によって生じる。
レスの圧力や金型温度等の変化により、同様に成形時の
製作誤差が発生する。
面の曲率誤差に応じてレンズ中心厚dを積極的に変化さ
せて補正を行なう場合、設計レンズ中心厚d=5.1m
mのレンズを例にとると、レンズ中心厚dの変化量は
0.05〜0.5mmというオーダーで行なわれる。こ
のようなレンズ面の曲率誤差に対して補正を行なう場合
のレンズ中心厚dの変化量は、上述した成形時に生じる
レンズ中心厚dの製作誤差の0.01〜0.03mmと
はオーダーのレベルが異なる。
0.01〜0.03mmの肉厚差は、レンズ面の曲率半
径Rの変化に換算するとニュートンリング0.3本(d
線λ=587.56nm、測定幅3mmにおいて)程度
以下であり、これは単に光学性能のバラツキの許容範囲
内である。
は、本願発明のような、所望のレンズ面の曲率半径Rが
得られないことによる光学性能の低下を補正するために
積極的にレンズ中心厚を0.05〜0.5mmと変化さ
せるものとは、根本的に異なるものである。
明する。
0.03mm変化して5.13mmになったとする。こ
こで、この0.03mmの変化がレンズの曲率半径Rの
どれくらいの変化xを補正するものなのか計算してみ
る。
計値を用いる。
165mmに対して、R=−10.173mmでレンズ
面が出来上がってしまった時に、レンズ中心厚dを0.
03mm設計値から変化させて同じ光学性能となるよう
に補正をかけることも可能である。
mの変化は、元の曲率半径の設計値Rの−10.165
mmのニュートンリング0.3本(d線λ=587.5
6nm、測定値3mmにおいて)程度にしかならず、こ
のxの量は一般的に曲率半径Rの製作誤差として光学設
計者が公差として与える量の範囲から出ていない。
する0.01〜0.03mmという肉厚の変化と、レン
ズ面の曲率誤差を補正するための0.05〜0.5mm
という肉厚の変化とは、異なるレベルのものである。
要部概略図である。同図において41はf−θレンズ、
42はモールド成形より製作したシリンドリカルレンズ
であり、感光ドラム8面近傍に設けている。
リカルレンズ42を光偏向反射面5cからの反射光を感
光ドラム面8に結像させる走査レンズ系40として扱っ
ており、このときシリンドリカルレンズ42を調整レン
ズとして、前述した実施例と同様に、レンズ面の曲率半
径Rの出来具合に応じてレンズ中心厚dを変化させて、
走査レンズ系全体の屈折力を調整している。
構成する調整レンズ52の実施例3の説明図である。
変化したときにレンズの光軸方向のコバ厚をCDよりC
D′へと変化させている(実際にはコバ部端面40から
凹面側光学面41までの距離CCをCC´へと変化させ
ている)。
変化させてレンズ面位置を調整して走査レンズ系による
光偏向反射面と感光ドラム面との光学的共役関係が一定
となるようにしている。
は図5(A)の位置にレンズが配置される訳であるが、
前述したのと同じ様に凸レンズ面側の曲率半径Rが鈍く
なった場合、図5(B)に示す様に光軸方向のコバの厚
みを変えて、レンズが図5では後ろ、即ち光偏向器5に
近づく様に配置を変えることによって、倒れ補正におけ
る共役関係を一定に保っている。
レンズ52をプラスチック成形してコバ厚を変えるとき
の金型100の要部断面図である。
素と同一要素には同符番を付している。
7,図8に示す金型100の固定側スリーブ36と可動
側スリーブ37で形成され、各スリーブの内側に固定側
鏡面駒19、可動側鏡面駒21が収納されている。
鏡面駒の位置を調整する為のリング及びスペーサとし
て、それぞれ固定側鏡面駒19の奥には固定側スペーサ
ー32があり、可動側鏡面駒21の奥には可動側スペー
サー35、固定側スリーブ36の奥には固定側リング3
4、可動側スリーブ37の奥には可動側リング33が入
っている。
が、レンズの凸面側即ち型では逆の凹駒であるところの
可動側鏡面駒21の成形面24のR形状が型加工によ
り、光学設計値より決められる、実際の加工目標値より
鈍くなってしまった場合、共役関係が一定になるように
レンズ面位置を図5(B)のように変更しなければなら
ないが、これは固定側スペーサー32を薄いものに変え
て固定側鏡面駒19の型割面30からの出張り量を少な
くすることによって、コバの端面40から凹面側光学面
41までの距離をCCをCC′に変更している。
及び鏡面駒21ができたとしても成形によって例えばレ
ンズの凸面側の曲率が鈍くなってしまった場合に関して
も、同様に固定側スペーサー32を薄いものに変え、固
定側鏡面駒19の型割面30からの出張り量を少なくす
ることによって図5(B)に示すようにコバの端面40
から凹面側光学面41までの距離をCC′に変更し、共
役関係が一定になるようにしている。
ラスチックモールド成形の他にガラスモールド成形より
製作しても同様である。
ズ系を構成するレンズをプラスチックモールド成形又は
ガラスモールド成形で製作するときにでき上がったレン
ズ面の曲率誤差に応じてレンズ中心厚又はレンズ面位置
を適切に設定することにより、レンズ面の曲率精度を緩
和させ、倒れ補正を良好に行うと共に高い光学性能が容
易に得られる光走査装置を達成することができる。
をレンズ中心厚みやレンズ面位置で補正することにより
レンズの性能を維持することを可能としている。又倒れ
補正系の副走査方向に関しては、トーリックレンズやシ
リンドリカルレンズを使用している為に曲率が強くなる
と同時に曲率の公差が非常に厳しく、このような高精度
なレンズは製作が非常に難しくなる為に本発明は特に効
果がある。
面駒)の製作誤差が許容でき、プラスチックモールドレ
ンズやガラスモールドレンズの適用が可能となり、低コ
スト化に効果が大きい。又主走査断面や副走査断面に関
してはレンズ中心肉厚を補正する補正レンズを主走査面
側にメニスカス形状にすれば、他の性能の劣化を少なく
した状態で良好なる調整が可能となる。
成形型の数が多く、高精度を必要とするレンズに関し
て、安定した性能のレンズを得ることができ、研磨で製
作するレンズと異なりモールド成形においては型(鏡面
駒)の組み込み位置を変えるだけで容易にレンズ中心肉
厚やレンズ面位置の異なるレンズを得ることができる等
の特長がある。
部概略図
型の説明図
型の説明図
型の説明図
型の説明図
Claims (6)
- 【請求項1】 2つのレンズ面を有するレンズを含んで
構成され、前記レンズは、前記2つのレンズ面の曲率誤
差に応じて、レンズ中心厚が変化していることを特徴と
する走査レンズ系。 - 【請求項2】 型を用いてモールド成形により製作され
るレンズを含んで構成され、前記レンズは、レンズ面の
曲率誤差に応じて、レンズ中心厚が変化していることを
特徴とする走査レンズ系。 - 【請求項3】 光源からの光束を光偏向器で偏向した
後、走査レンズ系を介して被走査面上に導光して光走査
するようにした光走査装置において、該走査レンズ系は
両レンズ面の曲率誤差に応じてレンズ中心厚又はレンズ
面位置を変えた調整レンズを有していることを特徴とす
る光走査装置。 - 【請求項4】 前記走査レンズ系は副走査断面内におい
て前記光偏向器の偏向反射面と前記被走査面とが光学的
に略共役となるようにしており前記調整レンズはモール
ド成形より製作していることを特徴とする請求項3の光
走査装置。 - 【請求項5】 前記調整レンズの前記光偏向器側と前記
被走査面側の副走査断面内のレンズ面の曲率半径を各々
Ra,Rb、レンズ中心厚をd、レンズの使用波長λに
対する材質の屈折率をNとし、定数Kを 【数1】 とおいたとき、定数Kが基準値に対して±2%以内とな
るように曲率半径Ra,Rbに応じて中心厚dを変化さ
せていることを特徴とする請求項4の光走査装置。 - 【請求項6】 前記調整レンズの副走査断面内における
光偏向器側と被走査面側のレンズ面の曲率半径を各々R
a,Rbとしたとき 【数2】 なる条件を満足することを特徴とする請求項4の光走査
装置。
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