JPH08234125A

JPH08234125A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH08234125A
Application number: JP7059894A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Inoue; 望井上; 高志 ▲はま▼; Takashi Hama; Yujiro Nomura; 雄二郎野村; Kiyuu Takada; 球高田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-09-13
Also published as: GB9603917D0; FR2731083B1; ITTO960119A0; GB2298289B; DE19606831A1; IT1285254B1; US5673136A; ITTO960119A1; US5751463A; GB2298289A; FR2731083A1

Abstract

(57)【要約】【目的】簡素な構成で、温度変化によらず良好な結像性
能を発揮する光走査装置を得ることを目的とする。【構成】走査光学系の主走査断面、副走査断面につい
て、温度変動に伴う光学特性の変化（光源の波長変動、
レンズ材料の屈折率変動、レンズ自身の熱膨張等）によ
る像面の移動量の大きい方の断面と、光源からコリメー
タレンズまでの距離の変化による像面の移動量の変化の
大きい方の断面を同一とする。さらに、この補正を行っ
た後の温度による像面の移動量が大きい方の断面と、光
学的な像面湾曲の大きい断面を異なるようにして補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザビームプリンタ
等に用いられる光走査装置に関するもので、特に温度変
動による光学特性の劣化を補償する方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の光走査装置の一例を図１０に示
す。半導体レーザー２１１から射出されたレーザービー
ム（光束）はコリメータレンズ２２１によって平行光に
コリメートされ、さらにシリンドリカルレンズ２２２に
より一方向に集束するビームに整形される。整形された
ビームは回転多面鏡走査器２３０により回転偏向され
る。偏向されたビームは走査レンズ２５１を経由し、被
走査面２４０上にスポットとして結像する。この結像点
は、ガウシアンビームのビームウエストにほぼ一致して
いる。走査レンズ２５１は被走査面２５０上にビームを
平面結像させるために非点収差，像面湾曲を一定量に抑
えてあり、かつ、負の歪曲収差を持たせることにより回
転多面鏡走査器２３０で等角速度で偏向されたビームを
被走査面上で等線速走査を行わせる。

【０００３】このように画角θで入射する光線に対して
像高ｙが比例するように変換するとき、走査レンズ２５
１の焦点距離をｆとするとｙ＝ｆ・θなる関係が成り立
つ。一般にこのようなレンズをｆθレンズという。

【０００４】また、シリンドリカルレンズ２２２で集束
されるビームは、回転多面鏡走査器２３０の偏向面上に
走査方向に平行な線像を結ぶ。この線像は被走査面２４
０上で一定のスポットに結像するので、この光学系を副
走査断面でみると回転多面鏡走査器２３０の偏向面と被
走査面２４０とは光学的に共役関係になる。従って、回
転多面鏡走査器２３０の各偏向面の回転軸に対する平行
度が不同であって、偏向されたビームの副走査方向の角
度が偏向面によってばらつくときも共役関係に従って被
走査面２４０上では副走査方向には同じ位置に結像す
る。このような光学系を回転多面鏡２３０の偏向面の倒
れを補正する働きにより「面倒れ補正光学系」と称され
ている。

【０００５】このように、偏向面上の線像を被走査面２
４０では所定の円形あるいは楕円形のスポットとして被
走査面２４０に結像させるためには、走査レンズ２５１
は主走査方向と副走査方向で異なる光学特性を有するこ
とになる。このような光学系を「アナモフイック光学
系」と称されている。

【０００６】一方、走査レンズ２５１は、以前は精度の
点から全てガラスレンズで構成されるものが多かった。
しかし近年では、成形による形状の自由度とコストの面
からプラスチックの射出成形品が用いられつつある。特
に、上記のようなアナモフイック光学系を構成するため
にトーリック面を用いたり、さらにその断面が円弧でな
く非球面（あるいは非円弧）状の形状を使用しようとす
る場合、ガラスを加工して現実的なコストでこのような
レンズを得ることは難しく、プラスチックを用いること
で初めて実用できるようになった。

【０００７】また、光走査装置の主要な用途の一つであ
るレーザービームプリンタでは、解像度の向上が図られ
ている。そのためには、被走査面２４０上に結像される
スポットの大きさもそれに応じて小さくする必要が生じ
る。従って、結像性能の高い光学系を設計することは勿
論のこと、光走査装置の組立時には主走査および副走査
の両断面において、被走査面上に光束を結像させるよう
に各レンズの位置などを精密に調整する必要がある。

【０００８】さらに、このような高解像度の光学系で
は、初期的には所期の結像性能を有していても、温度変
化などの環境変動によって光束の結像位置が光軸方向に
ずれる、即ちデフォーカスにより結像性能が劣化するこ
とがあり、そのため補正・補償を行うようなさまざまな
機構がこれまで提案されてきた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術によれば、この環境変動、特に温度変動に
よる結像性能の劣化を防止する方法はいずれも不十分な
ものであった。以下、公表されている特許公開公報に基
づき各々の技術が抱えている課題を説明する。

【００１０】まず、特開昭５５−４３５７７号公報の発
明では、コリメータレンズの周辺の部材の線膨張率を適
切に選び、コリメータレンズと半導体レーザーの距離の
温度による変動量をコリメータレンズの焦点深度内に収
め、コリメータレンズから射出されるビームの特性が温
度により変動しないようにしたものである。この技術で
は、コリメータレンズ周辺を構成する部材の熱膨張のみ
を考慮しており、光源の波長変動と各レンズの分散によ
る屈折率の変化や、各レンズ材質による屈折率の変動，
レンズ自身の熱膨張などが考慮されておらず、実際の光
学系ではこれらの温度変動によって被走査面から結像点
が離れてしまう場合もあるという問題点を有していた。

【００１１】また、コリメータレンズの開口数が小さい
場合には、焦点深度はコリメータレンズ周辺の部材の線
膨張率を特に注意して選択しなくとも十分に問題がない
ほど大きな値（例えば数１０μｍ）になる。しかし実際
には、光源とコリメータレンズの距離の変動が光源から
被走査面に至る全光学系の縦倍率によって拡大され、像
面に対して結像位置が大きく前後に変動してしまうとい
う課題を有していた。さらに、この技術では交換可能な
レーザーユニットを出る光束の特性を一定に保持するこ
とを課題としており、後で説明するようにコリメータレ
ンズより射出される光束の性質を温度によって積極的に
変化させて走査光学系の温度による結像性能の変化を補
償しようとするものではない。

【００１２】次に、特開昭６３−７５３０号公報の発明
では、上記の発明で開示されてない温度による半導体レ
ーザーの波長変動に対してコリメータレンズにガラスの
分散を用いて所定の色収差を持たせ、それによる屈折率
の変動の伴うコリメータレンズの焦点距離の変動をレン
ズと半導体レーザーを結合する部材の熱膨張によって相
殺する方法が開示されている。しかし、この技術におい
ても依然としてレンズの温度による屈折率の変動や膨張
は考慮されていないという問題点が存在する。

【００１３】この発明で開示されている技術も、先に述
べた特開昭５５−４３５５７号公報記載の発明のものと
同様にコリメータレンズから射出される光束が温度によ
らず一定の状態（例えば平行光束）を保つように構成さ
れている。ところが、コリメータレンズ以外のレンズの
温度による特性変動を補償するためには、温度に応じて
コリメータレンズを射出する光束の状態（特に拡がり
角）を変化させる方が望ましい。特に、走査レンズにプ
ラスチックを用いた場合、プラスチック材料の温度によ
る屈折率変動はガラスに比べて約１桁大きく、コリメー
タレンズを射出する光束を温度によらず一定の状態に保
った場合、他のレンズで補償を行うことが難しいという
問題点を有していた。

【００１４】このように、プラスチックレンズの温度に
よる屈折率の変動をコリメータレンズと半導体レーザー
の距離の変化その他を用いて補正する方法は、特開平３
−３４１１号公報で開示されている。この方法によれば
走査レンズにプラスチックを用い、その温度による屈折
率の変動やレンズ自身の熱膨張による焦点距離の変動を
半導体レーザーとコリメータレンズの距離や半導体レー
ザーの波長変動を考慮して最適な補正を行うことができ
る。

【００１５】ところが、この方法においてもコリメータ
レンズの温度による屈折率の変動や熱膨張は考慮されて
おらず、温度変化に対して十分な補正が達成できるとは
言い難い。また、既に述べたような面倒れ補正光学系を
備えた走査光学系のように、主走査方向と副走査方向と
で温度による結像特性の変化の割合が異なる光学系に対
する補正方法に対しては、上記三つの公報に記載された
発明のどれをとっても何一つ解決策を与えないという問
題点を有していた。また、像面湾曲や非点収差による被
走査面からの像面のずれと、上記の温度による像面のず
れの両方を同時に考慮したものはなかった。

【００１６】この発明はこのような点に鑑みてなされた
もので、次に列挙するような様々な要因を全て考慮し、
それら要因による像面の移動量を相互に相殺するか、あ
るいは各要因による移動量の総和を加算して最小値とな
すか、または実用上問題のない範囲まで小さくなるよう
に光学系を最適化することで、環境温度の変動によらず
一定の結像性能を発揮する光走査装置を提供することを
目的とする。ａ．各レンズの温度による膨張（あるいは収縮）に伴う
レンズの形状変化。ｂ．各レンズの温度による位置の変動、特にコリメータ
レンズと光源の距離の変動。ｃ．光軸に関して、主走査方向と副走査方向で光学特性
が異なる場合の各方向における温度に対する上記の特
性。ｄ．走査光学系の特性である非点収差と像面湾曲に伴う
偏向角による像面の移動。なお、これらの要因は必ずしも全てを計算する必要はな
いが、影響度の評価により適宜考慮に入れるものとす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明の第一発明の光走査装置は、光源と、前
記光源から射出される光束を所要の特性に変換する第１
の光学系と、前記第１の光学系より射出された光束を偏
向する偏向器と、前記偏向器によって偏向された光束を
所定の被走査面上に結像させる第２の光学系を有する光
走査装置において、前記偏向器により偏向された光束が
掃引してできる面を主走査断面とし、前記主走査断面と
直交し前記第１，第２の光学系の光軸を含む面を副走査
断面としたときに、前記主走査断面と副走査断面につい
て、前記光源から前記第１の光学系を構成する最初の光
学素子までの距離の変化による像面の光軸方向の移動量
の絶対値が大きい方の断面と、前記第１，第２の光学系
の光学特性の温度変化による像面の光軸方向の移動量の
絶対値が大きい方の断面が同一であることを特徴とする
光走査装置である。また、この発明の第一発明の光走査
装置は、前記第２の光学系を構成する光学素子の少なく
とも一つはプラスチックよりなることを特徴とする。

【００１８】また、この発明の第二発明の光走査装置
は、光源と、前記光源から射出される光束を所要の特性
に変換する第１の光学系と、前記第１の光学系より射出
された光束を偏向する偏向器と、前記偏向器によって偏
向された光束を所定の被走査面上に結像させる第２の光
学系を有する光走査装置において、前記偏向器により偏
向された光束が掃引してできる面を主走査断面とし、前
記主走査断面と直交し前記第１，第２の光学系の光軸を
含む面を副走査断面としたときに、前記主走査断面と副
走査断面について、温度変化による像面の光軸方向の移
動量の絶対値が大きい方の断面と、前記第２の光学系の
像面湾曲量の大きい方の断面が互いに異なることを特徴
とする光走査装置である。また、前記第２の光学系を構
成する光学素子の少なくとも一つはプラスチックよりな
ることを特徴とし、さらに、前記第２の光学系の主走査
断面の像面湾曲の光軸方向の中心位置と副走査断面の像
面湾曲の光軸方向の中心位置がほぼ一致することを特徴
とする光走査装置である。

【００１９】

【作用】この発明の第一発明においては、主走査断面あ
るいは副走査断面のいずれかにおいて、光学特性の温度
変化により像面の移動量の絶対値は一方の断面が他方の
断面より大きい。これを補償するため、光源からコリメ
ータレンズの距離の温度による変化によって生じる像面
の移動量の絶対値が大きい方の断面を前記の光学特性の
温度変化による像面の移動量の大きい方の断面と一致さ
せ、かつ、移動の方向を逆方向とすることで温度変化に
よる像面の移動を最少に抑えることができる。

【００２０】また、この発明の第二発明においては、そ
の上で上記第一発明による補償された後に残った像面の
移動量の残余の大きい方の断面が、走査光学系の像面湾
曲量の小さい断面に一致させることで温度変化を含めて
考えた被走査面に対する像面の変位量を最少に抑えるこ
とができる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は第一発明の第１実施例の光走査装置の構成を示す
斜視図、図２はその光学系の主走査断面図、図３は光軸
を含み主走査断面に直交する副走査断面図を示してい
る。即ち、半導体レーザー１１より射出されたレーザー
ビームはコリメータレンズ２１により略平行なビーム断
面形状に整形される。この整形されたビームはシリンド
リカルレンズ２２によって回転多面鏡３１の偏向面３２
上に走査方向に平行な線像を結ぶように結像する。回転
多面鏡３１により偏向された光束は走査レンズ５１によ
って集束ビームとなる。この偏向された集束ビームは折
り返しミラー６１で反射され、方向を変えて被走査面８
１上に所定のスポット形状に結像する。この走査レンズ
５１は従来技術で述べたようにｆθ特性を有している。

【００２２】また、偏向されたビームは被走査面の走査
に先立ち、同期検出用ミラー７２で反射され、同期検出
器７１に入射して走査毎の信号処理に必要な同期信号を
発生する。これらの構成要素は光学ベース９１に固定さ
れている。この光学ベース９１はプラスチックで一体に
成形されている。上記走査レンズ５１は２枚のレンズ５
１ａ，５１ｂで構成されており、レンズ５１ａは光学ガ
ラス，レンズ５１ｂはプラスチックを材料として形成さ
れている。これはレンズ５１ｂの光束を射出する面にト
ーリック面Ｓ９を有しており、プラスチックを用いて成
形した方が製作が容易であるからである。

【００２３】次に、表１に各レンズの各面Ｓ１〜Ｓ９の
軸上面間隔ｄ，近軸半径Ｒ，屈折率ｎとしたときの具体
的な光学系の構成を示す。なお、（ｘ）は副走査断面内
での近軸半径を示し、（ｙ）は主走査断面内での近軸半
径を示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】半導体レーザー１１から放射されるレーザ
ービームの拡がり角は、半導体素子の接合面に平行な面
内で１０°前後、同じく垂直な面内で３０°〜４０°も
あるため、このビームを有効径の小さなレンズで効率よ
く取り込むためにはコリメータレンズ２１の焦点距離が
数ｍｍから２０ｍｍ程度までのものが一般的である。な
お、上記レーザービームの拡がり角の表示は半値全角で
ある。このようにコリメータレンズ２１は光走査装置に
用いられるレンズの中では光学パワーが一番大きくなっ
ている。従って、レンズの曲率半径をあまり小さくしな
いために屈折率の大きな光学材料を選んで形成されてい
る。

【００２６】また、半導体レーザー１１との結合効率を
高めるためにコリメータレンズ２１の開口数を大きくす
る場合には、コリメータレンズ２１の球面収差が結像性
能に影響を及ぼすことになる。そこで、面形状を単純な
球面でなく非球面形状とすることがある。非球面形状を
ガラス材料を研磨することで製作することはコスト的に
不利であるので、ガラスモールドレンズがよく用いられ
る。その場合も屈折率とモールドでの成形性（軟らか
さ）のため高屈折率のガラス材料が用いられる。この実
施例では硝種としてＳＦ８（以下、ガラスの材料名はド
イツＳＨＯＴＴ社の商標による）を用いている。非球面
形状を与える非球面係数の定義を下記数１に示す。ただ
し、光学特性の温度による変化を検討するためには近軸
半径を用いて計算すればよい。

【００２７】

【数１】

【００２８】シリンドリカルレンズ２２は通常の光学ガ
ラスで十分特性を満足することができるので、最も一般
的な光学ガラスであるＢＫ７を用いる。走査レンズ５１
ａもＢＫ７を用いる。走査レンズ５１ｂは先に説明した
ように、プラスチック製レンズであり、アクリル樹脂
（ＰＭＭＡ）で形成されている。

【００２９】次に、上記で説明した半導体レーザーや各
レンズへの温度の影響について説明する。まず最初に、
半導体レーザーの温度による発振波長の変化について説
明する。半導体レーザー１１は温度によって共振器の長
さが変化するため発振波長が変化する。一般的なＧａＡ
ｌＡｓの半導体レーザーでは温度が１℃上昇すると波長
は０．２３ｎｍ〜０．２６ｎｍ増加する。この数値を
「ｄλ／ｄＴ」と表す。本実施例では代表的な値として
ｄλ／ｄＴ＝０．２５（ｎｍ／℃）を採用して以下の計
算を行う。

【００３０】一方、レンズに用いられる材質の屈折率は
波長に依存する。上記の半導体レーザーの発振波長の中
心値として７８０ｎｍを用いる。波長による屈折率の変
化（分散）はアッベ数νで表されるが、波長７８０ｎｍ
付近を表示するには適当でない。従って正確には多項式
で表される分散式に波長を代入して屈折率および波長に
よる屈折率変動（以下、「ｄｎ／ｄλ」と表示する）を
求める。一般には波長が長くなるに従い屈折率は低下す
る。

【００３１】従って、半導体レーザーの波長変動の影響
は、

【数２】ｄｎ´／ｄＴ＝（ｄｎ／ｄλ）・（ｄλ／ｄＴ）と表され、温度１℃当りの屈折率の変化で表すことがで
きる。この値を下記に説明する材料自身の温度による屈
折率変動と区別するため、「ｄｎ´／ｄＴ」と表示す
る。

【００３２】次に、レンズ材料の屈折率と温度の関係に
ついて説明する。一般に光学材料の屈折率は温度によっ
て変動する。レンズ材料の屈折率も変化するが、周囲の
空気自身の屈折率も変化する。従って、屈折率の温度に
よる変動率（以下、「ｄｎ／ｄＴ」と表示する）は同じ
温度の空気を基準にした値を用いる。また、レンズ材料
が温度上昇により膨張し密度が変化することによる屈折
率の変動を含んで表示されている。

【００３３】屈折率が温度の上昇に伴って上昇するか低
下するかはレンズ材料によって異なる。例えば、ＳＦＬ
６のガラスでは他のガラス材料（例えばＢＫ７）に比べ
て温度による屈折率変動は１桁小さい。逆に走査レンズ
５１ｂに用いているアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）ではＢＫ
７等に比べて１桁以上も大きい。これらのガラス材料は
温度が上昇すれば屈折率が大きくなる。これに対して、
一般にプラスチック材料では温度が上がれば屈折率が低
下する方向にある。

【００３４】最後に、レンズ材料の温度による体積の変
化について説明する。レンズ材料も通常の工業材料と同
様に温度によって体積が膨張する。この比率を１次元の
量とし、温度１℃当りの寸法の変動率として表したもの
が線膨張率βである。本発明では、レンズ以外の例えば
光学ベース等の部材の熱膨張も考慮している。線膨張率
はガラスでは大差はないが、プラスチック材料はガラス
に比べて１桁近く大きい。これらの波長による屈折率変
化ｄｎ´／ｄλ，材料の屈折率変動ｄｎ／ｄＴ，線膨張
率βの値を代表的な材料について表２に纏めて示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】さて、ここで、図２，図３に示したこの第
一発明の第１実施例で、全体の温度が１℃上昇したとき
の像面の移動量を検討してみる。各レンズ材料の屈折率
変動（ｄｎ／ｄＴ），分散と波長変動から生じる屈折率
変動（ｄｎ´／ｄＴ），レンズの膨張（β）による像面
の移動量への寄与の割合と、それら全てを加えたときの
像面の移動量を主走査断面および副走査断面の各々にお
いて計算すると、次の表３のようになる。

【００３７】

【表３】

【００３８】この表において、温度が変化しても各レン
ズおよび光源（半導体レーザー），被走査面の位置は変
化しないものとして計算してある。符号は像面が光源か
ら遠ざかる方向を正としている。表３に示されるように
走査レンズ５１ｂの光学材料の屈折率変動による像面の
移動量が他の要因によるものと比べて大きくなってい
る。また、他の要因もおおむね像面を遠ざける方向に向
かっていることが分かる。

【００３９】さらに詳細に見ると、コリメータレンズ２
１において、波長変動と分散による屈折率の変動に伴う
像面の移動量に比べて、レンズ自身の温度による屈折率
の変動による像面の移動量は約半分で移動方向は逆であ
る。

【００４０】また、コリメータレンズ２１はガラス製で
あるが、レンズ自身の膨張による像面の移動はプラスチ
ック製である走査レンズ５１ｂのレンズ自身の膨張によ
る像面の移動量とほぼ同等であり、ガラスレンズの場合
でも光学パワーが大きい場合には温度による膨張も考慮
しなければいけないことが分かる。

【００４１】これら温度による波長変動，材料の屈折率
変動，レンズ自身の熱膨張による像面の移動を総称して
「光学特性の温度変化による像面の移動」と呼ぶ。上述
した従来の技術で説明したように、いままでガラスレン
ズの熱膨張までを考慮に入れて補正した光走査装置はな
かったが、この発明ではこのように像面の移動に影響を
及ぼす各要因を正当に評価した上で補正の方法を提案し
ている。

【００４２】表３に見るように、このまま何らかの補正
手段を設けない場合、像面は副走査断面内では温度１℃
当たり約０．５６ｍｍ移動する。また、光走査装置の使
用温度範囲１５℃での温度差では約８．５ｍｍ移動して
しまう。波面の揃ったレーザービームはガウシアンビー
ムとしての特性を有しており、ビームの直径が一番小さ
くなるビームウエストから光軸方向に沿った距離ｚにお
けるビーム直径ｄは以下の式で表される。また、ビーム
直径はビームの断面の強度がピーク強度の１／ｅ² とな
るような直径と定義している。

【００４３】

【数３】

【００４４】ここで、λは波長，ｄ₀ はビームウエスト
でのビーム直径である。この第１実施例のような光学系
ではビームウエストの位置はほぼ幾何学上の結像点に一
致する。

【００４５】上記式によれば、レーザービームのスポッ
トサイズがビームウエストで１００μｍのとき、温度変
動による像面が８．５ｍｍ移動すればビーム直径は１３
１μｍまで大きくなってしまうことになる。例えば、ス
ポットサイズの変動を＋２０％、即ち１２０μｍまで抑
えようとすれば、像面の移動の許容量は６．７ｍｍとな
る。

【００４６】同様に主走査断面内でも、１５℃の温度差
のとき像面は約３．２ｍｍだけ移動するが、この量は副
走査断面に比べて小さい。これは先に述べたように、本
実施例の光学系において、温度変動に対して支配的な走
査レンズ５１ｂが主走査断面内より副走査断面内におい
てパワーが強いためである。このように一般にアナモフ
ィックな光学系では、温度変動に対する光学特性の変化
も光軸を含む直交する断面内で異なる場合が多い。言い
換えれば、非点収差量が温度によって変化することにな
る。

【００４７】このように、光学特性の温度変動によって
生じる像面の移動を補正するためには、像面の位置を何
らかの方法で検出し、レンズの位置などを微小に変化さ
せて制御する方法も考えられる。このような制御を行え
ば、非常に精密に像面の位置を望ましい被走査面に一致
させることが可能となるが、その構造が複雑で高価なも
のとならざるを得ない。

【００４８】そこで、光源やレンズの保持部材の熱膨張
を利用してレンズ間隔を変化させ、前記の光学特性の温
度変化による像面の移動量を相殺するように像面を移動
させればよい。ところが、温度による部材の線膨張率
は、通常の機械材料では大まかに言って１×１０^-4程度
の数値であるので、像面の移動量そのものに相当する大
きな変位だけ走査レンズを動かすような部材の膨張を得
ることは難しい。勿論、機械的な拡大機構を設ければ可
能であるが、コストが増大するとともに摩擦や変形によ
る変位量の誤差などで信頼性も低下してしまう。そこ
で、レンズの僅かな移動が大きな像面の移動を生じさせ
るような位置にあるレンズを選んで温度による移動量を
設定することが望ましいことになる。

【００４９】この第１実施例に挙げた光学系では、他の
部分に比べて光源（半導体レーザー１１）とコリメータ
レンズ２１の間隔の変化が最も像面の移動に影響を与え
ている。よって、この二つを結合している部分の材質を
適切に選択するだけで特別な機構あるいは制御装置を設
けなくとも光学特性の温度変化による像面の移動を許容
値以下に収めることができる。

【００５０】なお、この半導体レーザー１１とコリメー
タレンズ２１の間隔の変化を除いた他のレンズの光学ベ
ースの熱膨張による温度１℃当りの像面の移動量は、主
走査断面内で約０．００１ｍｍ，副走査断面内で０．０
１５ｍｍとなる。これは前記の表３に記載された各要因
による移動量の和に比べて遥かに小さく、実質的には考
慮しなくてもよい。

【００５１】上記の温度変化によるレンズの移動の計算
においては、各レンズは入射側の面で光学ベース９１に
取り付けられているとし、半導体レーザー１１は発光点
位置で光学ベース９１に固定されているとした。

【００５２】この第１実施例のコリメータレンズ周辺の
構成の詳細を図４に示す。即ち、半導体レーザー１１は
ＬＤホルダ１２に挿入されており、コリメータレンズ２
１はコリメータ鏡筒２３に取り付けられている。光学ベ
ース９１に対してＬＤホルダ１２はねじ止めで、コリメ
ータ鏡筒２３は接着剤で固定されている。

【００５３】前記の温度の変化による各断面内での像面
の移動の第１の補正の例として、副走査断面内での像面
の移動量がほぼ相殺されるような半導体レーザー１１と
コリメータレンズ２１の距離の変化量を求めると、温度
１℃当り約０．３５μｍとなる。なお、符号は半導体レ
ーザー１１がコリメータレンズ２１から遠ざかる方向を
正としている。このとき主走査断面内では像面は−０．
１５ｍｍだけ移動する。即ち、この０．３５μｍの移動
量に対しては、主走査断面内では０．３６ｍｍ，副走査
断面内では０．５６ｍｍ像面が移動している。この光学
系では、光学特性の温度変化による像面の移動量が副走
査断面の方が主走査断面より大きく、半導体レーザー１
１とコリメータレンズ２１の距離の変化による像面の移
動も副走査断面の方が大きい。

【００５４】つまり、各レンズの光学特性の温度変化に
よる像面の移動量の大きい方の断面が、光源（半導体レ
ーザー１１）とコリメータレンズ２１の相対距離変動に
よる補正効果も高い。このように温度によって半導体レ
ーザー１１とコリメータレンズ２１の距離が所定の変化
をするように機構部の構造，材質を選定することで光走
査装置としての温度による像面の移動を最小限に留める
ことができる。

【００５５】上記第１の補正の例では、副走査断面内に
おいて温度による像面の移動がほぼ相殺されるように半
導体レーザー１１とコリメータレンズ２１の距離を変化
させたが、第２の補正の例として、主走査断面で像面の
移動が相殺されるようにすることも可能である。その場
合、半導体レーザー１１とコリメータレンズ２１の温度
１℃当りの膨張量を０．２１μｍとすると、主走査断面
では温度変動による像面の移動がほぼ相殺され、逆に副
走査断面内では０．２２ｍｍの像面移動が補正されずに
残る。

【００５６】さらに、第３の補正の例として、主走査断
面，副走査断面とも像面の移動を若干量残し、その絶対
量を小さくするように設定することが可能である。例え
ば、上記の実施例において、半導体レーザー１１とコリ
メータレンズ２１の温度による距離の変化（膨張）を温
度１℃当り０．２９μｍとすると、主走査断面内では
０．０９ｍｍ光源側に移動し、副走査断面では０．１０
ｍｍ遠ざかる方に移動する。

【００５７】このように、上記第１〜第３の補正の例の
いずれの補正方法を採っても、補正を行わない場合に比
べて主走査断面，副走査断面とも温度１℃当りの像面の
移動量は小さくなっている。上述のように、主走査断
面，副走査断面いずれの断面で像面の移動量を幾つ以下
にするかは、主走査断面，副走査断面のいずれの方向の
解像度が要求されるかによって決まる。

【００５８】次に、この第１実施例に対して具体的に補
正方法を検討してみると、光源（半導体レーザー１１）
からコリメータレンズ２１までの距離は約４．７６ｍｍ
であるので、例えば上記の第３の補正方法の条件を満た
すためには０．０００２９／４．７６で約６１×１０^-6
となる。従って、光源からコリメータレンズ２１までが
全て同一の線膨張係数の部材で構成される場合、この値
の材料を用いればよい。この線膨張率の値は金属材料で
は困難であるが、プラスチック材料で補強材を用いない
か、ガラス入りのプラスチック材料で繊維の流れ方向と
直角に用いれば実現可能な値である。あるいはまた、コ
リメータ鏡筒２３の線膨張率をＬＤホルダ１２，光学ベ
ース９１に比べて小さくしてもよい。さらに、コリメー
タ鏡筒２３の長さを大きくとったり、他の部材を介在さ
せることでも上記のような半導体レーザー１１とコリメ
ータレンズ２１との距離の変動を得ることができる。

【００５９】いままで説明した第１実施例とは逆に、も
し光源とコリメータレンズの距離の変化による像面の移
動が副走査断面より主走査断面の方が大きい場合に、光
学特性の温度変化による副走査断面での像面の移動が生
じないように前記の構造，材料を選択しても、今度は逆
に主走査断面の像面位置が大きくずれて、そのずれ量は
補正を行わない場合の副走査断面の像面の移動量より大
きくなってしまう。

【００６０】この発明ではこのような問題点を解決する
ために、光源とコリメータレンズの距離の変動により主
走査断面より副走査断面においてより大きく像面が移動
するように光学系を設定することで、温度による像面の
移動に対する補正効果を高めている。そしてこのこと
は、光軸を含んだ直交断面内での光源から結像点（被走
査面）までの縦倍率の比が、温度によるレンズ特性（波
長変動を含む）の変化による像面の移動量の比により近
い方が補正効果が高くなることを意味している。

【００６１】また、光学系の構成においては、光源の像
の結像点が被走査面にはないがビームウエストが被走査
面に一致するような場合もある。このような場合には、
必ずしも光源とコリメータレンズの距離の変化に縦倍率
を掛けた値だけ像面が移動するわけではない。この場合
には、ガウシアンビームの性質を考慮して光源とコリメ
ータレンズの距離の変化に対する像面の移動量を主走査
断面および副走査断面の両方について求める必要があ
る。

【００６２】この第１実施例では、コリメータレンズ２
１の後にシリンドリカルレンズ２２が配置されている。
このシリンドリカルレンズ２２を光軸方向に微小移動さ
せても主走査断面内では像面の移動は殆どないが、副走
査断面内では像面の位置を移動させることができる。従
って、このシリンドリカルレンズ２２を単独で温度によ
って光軸方向に移動させるようにしても、主走査断面に
ついて補償を行えば主走査断面および副走査断面いずれ
についても温度による像面の移動をほぼ完全に相殺する
ことができる。

【００６３】例えば、この第１実施例では、上記第２の
補正の例のように半導体レーザー１１とコリメータレン
ズ２１との温度１℃当り相対移動量を０．２１μｍと
し、シリンドリカルレンズ２２を温度１℃当り２７μｍ
光源側に移動する機構にすれば上記の条件に合致し、主
走査断面および副走査断面とも常に被走査面に像面を一
致させることができる。

【００６４】このような機構は非常に精度の高い光走査
装置には必要であるが、主として個人ユーザー用のレー
ザービームプリンターなどさほど解像度が要求されない
装置に用いるには構造が複雑で高価である。この発明で
は既に述べたように光源とコリメータレンズの距離の変
化のみを管理するという低価格で簡素な構造にもかかわ
らず、温度変動が生じても比較的に良好な結像性能を得
ることを目標としている。

【００６５】図４に示した半導体レーザー１１およびコ
リメータレンズ２１周辺の構成は、この発明を説明する
ための一例であって、上記のように半導体レーザー１１
およびコリメータレンズ２１との距離が温度変動によっ
て所要の変化をするものであればどのような構成のもの
であっても適用することが可能である。

【００６６】また、この第１実施例では、温度変動によ
る像面の移動が主走査断面内より副走査断面内の方が大
きい場合であったが、光学系の構成によっては主走査断
面の方が副走査断面より像面の移動が大きい場合もあり
得る。そのような場合には、光源とコリメータレンズの
距離の変化により副走査断面内より主走査断面内の方が
像面の移動が大きくなるようにすればよい。また、第１
実施例では、主走査断面および副走査断面とも温度によ
る波長の変動，屈折率の変動，レンズ膨張による像面の
移動方向は同じであったが、これは異なる方向であって
も同様の観点から補正をすることが可能である。

【００６７】以上で述べたように、この発明の第一発明
によれば、光源とコリメータレンズ間に介在する機構部
品の線膨張率を適切に選ぶことのみで、温度による像面
の移動量を主走査方向および副走査方向の両断面におい
て実用上十分な範囲に納めることができる。この「実用
上十分な範囲」とは、製品の使用される温度範囲や製品
の解像度にもよるよるが、この第１実施例で既に述べた
とおり約６．７ｍｍとしている。

【００６８】次に、この第一発明の第２実施例を図面に
基づいて説明する。図５は光走査装置の構成を示す斜視
図、図６はその光学系の主走査断面図、図７は光軸を含
み主走査断面に直交する副走査断面図である。即ち、光
源である半導体レーザー１１より射出されたレーザービ
ームはコリメータレンズ１２によりやや集束光となるよ
うなビーム形状に整形される。この整形されたビームは
シリンドリカルレンズ２２によってレンズミラー４１の
反射面Ｓ６上に走査方向に平行な線像を結ぶように結像
する。

【００６９】この第２実施例では、コリメータレンズ１
２の開口数を比較的小さく設定することが可能のためコ
リメータレンズ１２を光学ガラスであるＳＦＬ６を用い
た球面の平凸レンズである。また、シリンドリカルレン
ズ２２にはＢＫ７を用いている。偏向ユニットには、本
件特許出願人の先に出願した特開平６−７５１６２号で
提案したレンズミラースキャナを用いている。図５に示
したスキャナモータ３５の回転部に取り付けられたレン
ズミラー４１は、図６に示すように入射面Ｓ５，反射面
Ｓ６，射出面Ｓ７の三つの光学面を有し、内面反射で偏
向を行う。この入射面Ｓ５，射出面Ｓ７は後で述べる結
像レンズ８１と共に被走査面でのスポットの等線速走査
機能，平面結像（光学特性では像面湾曲，非点収差の補
正）機能を担っている。

【００７０】レンズミラースキャナは反射面内に回転軸
Ｏを位置させたとき、最も良い光学特性を得ることがで
きる場合が多い。従って、スキャナモータ３５にはレン
ズミラー４１を反射面Ｓ６で背中合わせに二つ取り付け
ることができる。このようなレンズミラー４１は通常の
回転多面鏡に比べれば外形を小さくすることが可能とな
るので慣性モーメントも小さく、回転による空気抵抗
（風損）の影響も受けにくい。また、慣性２次モーメン
トが小さいため短い時間に高速な回転数まで達すること
ができ、スキャナモータ３５が回転を始めてから走査が
可能になるまでの時間が短くてすむことになる。

【００７１】レンズミラー４１のような形状の光学素子
はプラスチックで一体成形することが可能でありコスト
的にも好ましい。また、プラスチックの密度は小さいた
めレンズミラー４１の質量は小さくなり、レンズミラー
の取り付け位置誤差などによるアンバランスを受けにく
くなる。さらに、慣性２次モーメントも少なくてすむ。
その上、プラスチックの射出成形で製作する場合、入射
面Ｓ５，射出面Ｓ７の形状は球面や円筒面以外に複雑な
形状を安価に形成することができるため容易に結像性能
を改善することが可能になる。あるいはレンズミラー４
１の入射面Ｓ５，射出面Ｓ７をシリンドリカル面で構成
することにより、通常のシリンドリカルレンズと同様な
方法で加工が可能となり、ガラスを材料として用いる場
合でも比較的に安価に製作することができ、かつ、高度
の表面精度を得ることが容易である。さらに、光学ガラ
スはプラスチックに比べて屈折率の高い材料を得ること
ができる。このため、これらの円筒面の曲率半径を大き
くすることが可能となり、一度の工程でより多くのレン
ズミラーを研磨することで一層のコストダウンが可能で
ある。また、射出面Ｓ７を平面としたり、入射面Ｓ５を
凸面とすることも可能である。この場合には一層製作が
容易となり、さらに部品単価を削減することができる。
この第２実施例においても、レンズミラー４１にはＳＦ
Ｌ６を円筒面に研磨したものを用いている。

【００７２】一般の回転多面鏡では１回転に反射面の面
数（通常２〜６面）分だけ走査が可能であるに比べて、
既に述べたようにレンズミラースキャナではレンズミラ
ーを二つきり使用しないため１回転の走査数が少ない。
そのため、その分だけスキャナーモータ３５を高速に回
転させる必要がある。しかし、レンズミラースキャナで
は、上記のように慣性モーメントが小さく、風損，アン
バランスも少ないのでこのような走査数の少ない欠点を
十分に補うことができる。このレンズミラー４１は反射
面Ｓ６の手前に負の光学パワーの要素を持つため、射出
面Ｓ７より射出される光束の偏向角速度は走査中央付近
では速く、周辺では遅い特性を持っている。これに対し
て、回転多面鏡では偏向される光束の偏向角速度は一定
である。従って、最終的に被走査面上において結像した
スポットが等線速で移動するためには好ましいものとな
る。

【００７３】レンズミラー４１で偏向されたビームは、
次に図６に示す結像レンズ８１に入射する。上記のよう
にレンズミラー４１で偏向される光束の角速度は、等角
速度ではなく走査両端に行くにしたがって角速度が小さ
くなる特性を有している。従って、結像レンズ８１の特
性も通常の回転多面鏡を偏向器として用いた走査装置と
異なり、いわゆるｆθ作用は持たない。このため、従来
の走査レンズのようにｆθ特性と平面結像特性の両方を
満たす必要がなくなり、それだけレンズ設計の自由度が
向上したものとなる。

【００７４】一般に複数の偏向面を回転させて光束を走
査する場合には、各偏向面の回転軸に対する傾きが加工
誤差などにより相互に僅かづつ異なる。従って、偏向さ
れた光束が被走査面上に描く走査線も使用される偏向面
によって副走査方向に変位を生じる。この状態で画像の
記録，読取りを行うと、走査線ピッチの誤差を生じ画像
の記録，読取りに好ましくない。そこで、副走査断面で
光学系を見たときに、偏向面と被走査面が光学的共役関
係かあるいはそれに近い状態となるように設計すること
で、偏向面の面倒れ誤差による光束の副走査方向の角度
変位を補正することができる。

【００７５】この第２実施例においては、結像レンズ８
１の入射面Ｓ８は主走査断面内では高次の非球面係数を
もつ非球面（非円弧）であり、副走査断面内では直線と
なる。また、射出面Ｓ９も主走査断面内では高次の非球
面係数をもつ非球面（非円弧）であり、副走査断面内で
は光軸からの距離により曲率が連続的に変化する凸円弧
である。この副走査断面の曲率の定義式は下記の数４に
示してある。即ち、副走査断面内では像面側に凸面を向
けた平凸断面になっている。

【数４】

【００７６】先に説明したとおり、このような形状の結
像レンズ８１をガラスで作ることは困難であるのでプラ
スチックを用いて製作される。この例では、例えば日本
ゼオン社の商標である「ＺＥＯＮＥＸ」などのアモルフ
ァス・ポリオレフィン樹脂を用いている。この樹脂は先
の第１実施例に用いたアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）に比較
して湿度（吸湿）による屈折率あるいは形状の変動を殆
ど生じないため、高精度な光学系に適している。また、
次の表４に各レンズの軸上面間隔ｄ，近軸半径Ｒ，屈折
率ｎの値を示す。なお、（ｘ）は副走査断面内での近軸
半径を示し、（ｙ）は主走査断面内での近軸半径を示し
ている。結像レンズ８１の射出面の副走査断面での曲率
の変化式は上記数４で示す式で与えられる。

【００７７】

【表４】

【００７８】ここで、図６，図７に示したこの第一発明
の第２実施例において、全体の温度が１℃上昇したとき
の像面の移動量を検討してみる。まず、各レンズの材料
の屈折率変化（ｄｎ／ｄＴ），分散と波長変動から生じ
る屈折率変動（ｄｎ´／ｄＴ），レンズでの膨張（β）
による像面の移動量への寄与の割合と、それらを全てを
加えたときの像面の移動量を主走査断面および副走査断
面の各々において計算すると、次の表５に示すようにな
る。

【００７９】

【表５】

【００８０】この表において、温度が変化しても各レン
ズおよび光源，被走査面の位置は変化しないものとして
計算してある。符号は像面が光源から遠ざかる方向を正
としている。この表に示されるように、副走査断面内で
は結像レンズ８１の材料の屈折率変動による像面の移動
量が他の要因によるものに比べて大きい。また、他の要
因もおおむね像面を遠ざける方向に向かっている。

【００８１】さらにこれを詳細に見ると、コリメータレ
ンズ２１においてガラスＳＦＬ６を用いているため波長
変動と分散による屈折率の変動に伴う像面の移動量に比
べて、レンズ自身の温度による屈折率の変動による像面
の移動量は非常に小さい。また、レンズの膨張による像
面の移動も、波長変動による移動量に比べて約半分程で
移動方向は同じである。このまま何らかの補正手段を設
けない場合、像面は副走査断面内では温度１℃当たり約
０．２２ｍｍ移動する。また、光走査装置の使用温度範
囲１５℃の温度差では約３．３ｍｍ移動することにな
る。

【００８２】同様に主走査断面内でも、温度差１５℃の
とき像面は約０．８ｍｍ移動するが、この量は副走査断
面に比べて小さい。これは先に説明したように、この第
２実施例の光学系において温度変動に対して支配的な結
像レンズ８１が主走査断面内より副走査断面内において
パワーが強いためである。

【００８３】この第２実施例に挙げた光学系でも、他の
部分に比べて光源（半導体レーザー１１）とコリメータ
レンズ２１の間隔の変化が最も像面の移動に影響を与え
ている。従って、この二つを結合している部材の材質を
適切に選択するだけで特別な機構あるいは制御装置を設
けなくとも光学特性の温度変化による像面の移動を許容
値以下に収めることができる。なお、この半導体レーザ
ー１１とコリメータレンズ２１の間隔の変化を除いた他
のレンズの光学ベースの熱膨張による温度１℃当たりの
像面の移動量は、前記の表５に記載された各要因による
移動量の和に比べて遥かに小さく、実質的には考慮しな
くてよい。

【００８４】この数値を前提に、第１の補正例として、
副走査断面内での像面の移動量がほぼ相殺されるような
半導体レーザー１１とコリメータレンズ２１の距離の変
化量を求めると、温度１℃当たり約１．５３μｍとな
る。なお、符号は半導体レーザー１１がコリメータレン
ズ２１から遠ざかる方向を正としている。このとき主走
査断面内では像面は−０．１ｍｍだけ移動する。即ち、
この１．５３μｍの移動量に対しては主走査断面内では
０．１５ｍｍ，副走査断面内では０．２２ｍｍ像面が移
動している。この光学系では、光学特性の温度変化によ
る像面の移動量が副走査断面より大きく、光源とコリメ
ータレンズの距離の変化による像面の移動も副走査断面
の方が大きい。つまり、各レンズの光学特性の温度変化
による像面の移動量の大きい方の断面が、光源とコリメ
ータレンズの相対距離変動による像面の補正効果も高
い。このように、温度によって光源とコリメータレンズ
の距離が所定の変化をするように機構部，材質を選定す
ることで光走査装置としての温度による像面の移動を最
小限に留めることができる。

【００８５】上記第１の補正の例では、副走査断面内に
おいて温度による像面の移動がほぼ相殺されるように光
源とコリメータレンズの距離を変化させたが、第２の補
正の例として主走査断面で像面の移動が相殺されるよう
にすることもできる。その場合、光源とコリメータレン
ズの温度１℃当たりの膨張量を０．５６μｍとすると、
主走査断面では温度変動による像面の移動がほぼ相殺さ
れ、逆に副走査断面内では０．１４ｍｍの像面移動が補
正されずに残る。

【００８６】さらに、第３の補正の例として、主走査断
面，副走査断面とも像面の移動を若干量残し、その絶対
量を小さくするように設定することも可能である。例え
ば、上記第２実施例において、光源とコリメータレンズ
の温度による距離の変化（膨張）を温度１℃当たり１．
１３μｍとすると、主走査断面内では像面は０．０５７
ｍｍ光源側に移動し、副走査断面では０．０５７ｍｍ遠
ざかる方に移動する。この第２実施例においては、半導
体レーザー１１とコリメータレンズ２１の間に介在する
部材が全て前記のガラス５０％入りポリカーボネイド樹
脂であり、その線膨張率を約１．６５×１０^-5とする
と、その距離は温度１℃当たり約０．１９μｍ変化す
る。これは前記の第１〜第３のいずれの補正の例よりも
小さい値である。この場合、温度変化１℃当たりの像面
の移動は主走査断面では０．０３７ｍｍ，副走査断面で
は０．１９３ｍｍとなり、光走査装置の使用温度範囲±
１５℃では各々約０．６ｍｍと約２．９ｍｍとなる。

【００８７】一方、この第２実施例においては、レーザ
ービームのスポットサイズが主走査断面においてビーム
ウエストで７０μｍのとき、温度変動による像面の移動
によるビーム径の拡大を＋３０％までを許容するとすれ
ば、像面の移動の許容量は４．１ｍｍとなる。従って、
いずれの断面でも許容値内であるので、先の第１から第
３の補正の例のように大きな補正を加える必要がなく、
コリメータレンズ２１の周辺の構造が大変簡素になる。
また、全て同一の材料で構成することができるため、部
品相互の結合において線膨張率の差による歪みや結合部
のずれが生じることがなく、信頼性の高い光走査装置を
得ることができる。その上、上記に示した１．６５×１
０^-5という線膨張率は金属の線膨張率とも比較的に近い
値にあるので、半導体レーザー１１あるいはコリメータ
レンズ２１を保持する部材に金属を用いることもでき
る。これは、放熱や加工精度の点でも有利なものとな
る。

【００８８】このように、この発明の第一発明によれば
温度による主走査，副走査両断面の像面の移動量を最少
にすることも可能であるし、像面の許容の移動量が比較
的に大きい場合には補正量を小さめにして機構部の構造
を簡素化することも可能である。即ち、どのように補正
を行うかは、光走査装置の応用分野や要求される解像度
によって変わってくる。しかし、既に説明したとおり、
この発明の第一発明によれば温度変化による像面の移動
の補正を任意に設定することができ、かつ、この発明の
第一発明によらない場合に比べれば、主走査断面および
副走査断面の補正を高い次元で両立させることができ
る。

【００８９】さらに付け加えるならば、この実施例の実
際の結像特性においては、主走査断面内では走査両端
（周辺部）では光軸付近より許容の像面の移動量が小さ
くなる傾向にあり、上記のように許容値に対して主走査
断面の余裕を副走査断面の余裕より大きくする方が好ま
しい。

【００９０】以上説明した第１，第２の二つの実施例で
は、走査光学系に温度による屈折率の変化や大気の変化
での大きいプラスチックレンズを含んでいたが、ガラス
レンズのみで構成されている場合においてもプラスチッ
クレンズを用いた場合に比べれば影響は少ないものの温
度変化により光学特性が変化するので、特に高解像度が
要求される光走査装置には同様の方法により温度変化に
対する像面の移動を少なくすることができる。

【００９１】以上説明したとおり、この発明の第一発明
によれば、偏向器に入射するレーザービーム，あるいは
コリメータレンズから射出されるレーザービームの特性
（拡がり角）を温度により変化させることで最終的な像
面の移動を小さく抑えるものであり、従来技術に示され
たコリメータレンズ（あるいはレーザーユニット）から
射出されるレーザービームの特性を温度変化によらず一
定に保つことを目的とする技術とは根本的に異なるもの
である。また、半導体レーザーの波長変動による屈折率
の変化，レンズ材料の屈折率変化，レンズの膨張，レン
ズあるいは光源の間隔の温度による変化を全て考慮に入
れた補正を行っているこの第一発明は、従来のもののよ
うにこれらの特性のうちある部分にのみ着目した技術と
も相違している。なお、この発明の第一発明の光走査装
置は、小型のレーザービームプリンターに好適である
が、それに限らず画像読取り用，あるいは物体の検出セ
ンサー，バーコードスキャナなどにも応用することが可
能であることは勿論である。

【００９２】次に、この発明の第二発明の第３実施例を
説明する。先の第一発明の第１実施例の光学系の主走査
断面図である図２および光軸を含み主走査断面に直交す
る副走査断面図である図３において、像面湾曲量と温度
による像面移動の関係を説明する。一般に光走査装置で
は、その走査幅の全てに亘って像面を被走査面８１に一
致させることは難しい。いわゆるザイデルの５収差のう
ち、像面湾曲と非点収差が像面の移動を表し、歪曲収差
が線速誤差（ｆθ誤差）となるからである。

【００９３】これらを完全に両立させて補正することは
難しく、設計上なにがしかの像面湾曲あるいは非点収差
が残存することになる。また、設計上において完全に取
り除けたとしても、レンズ製造上の誤差や光学系の組立
誤差によって像面湾曲あるいは非点収差が生じてしま
う。従って、被走査面と像面のずれは前記第一発明の温
度変動による像面の移動に、上記の像面湾曲あるいは非
点収差を加えたものになる。先に説明したとおり、この
発明の第一発明による温度による像面の移動の補正方法
では、必ずしも主走査断面および副走査断面の像面の移
動を同時に完全には補正することができるようにはなっ
ていない。そこで、各断面における像面移動の許容量を
温度変動によるものと像面湾曲あるいは非点収差による
ものに配分しなければならない。

【００９４】前記の第１実施例における光学系全体の像
面湾曲と非点収差の収差曲線図を図８に示す。この図か
ら明らかなように、像面湾曲量は破線で示す主走査断面
の方が実線で示す副走査断面より大きくなっている。ま
た、走査中心（光軸付近）では主走査断面と副走査断面
の像面は一致していない。これは先に説明したとおりシ
リンドリカルレンズ２２の位置を調整することで一致さ
せることもできるが、装置が使用される中心的な温度に
おいて、主走査断面の像面湾曲範囲のほぼ中心に副走査
断面の像面湾曲範囲の中心をもってくることで平均的な
像面の誤差を小さくするためにこのような設定になって
いる。

【００９５】主走査断面の像面湾曲量は約８．１ｍｍ，
副走査断面の像面湾曲量は約２ｍｍあるので、副走査断
面の像面湾曲量が約６．１ｍｍ少ないことになる。つま
り、その分を余分に副走査断面内で温度による像面の移
動に振り向けることができる。

【００９６】この第３実施例では、主走査断面と副走査
断面の像面の許容ずれ量がほぼ同じとすれば、半導体レ
ーザー１１とコリメータレンズ２１の距離の温度による
変化を温度１℃当たり０．２３μｍとすると、温度変化
による像面の移動は主走査断面では０．０５ｍｍ，副走
査断面では０．１９ｍｍとなり、光走査装置の使用温度
範囲±１５℃での像面の移動量を上記の像面湾曲量と足
し合わせると像面の位置は主走査断面，副走査断面とも
ほぼ同じ範囲に入ることになる。

【００９７】次に、この発明の第二発明の第４実施例を
説明する。先の第一発明の第２実施例の光学系の主走査
断面図である図６および光軸を含み主走査断面に直交す
る副走査断面図である図７において、像面湾曲量と温度
による像面移動の関係を説明する。

【００９８】前記の第２実施例における光学系全体の像
面湾曲と非点収差の収差曲線図を図９に示す。即ち、破
線で示される主走査断面の像面湾曲量は約３．８ｍｍ，
実線で示される副走査断面の像面湾曲量は約０．２ｍｍ
である。この図から明らかなように、上記第３実施例と
同じく像面湾曲量は主走査断面の方が副走査断面より大
きくなっている。また、上記第３実施例と同様な理由で
走査中心（光軸付近）では主走査断面と副走査断面の像
面は一致していない。

【００９９】この第４実施例では、半導体レーザー１１
とコリメータレンズ２１の間に介在する部材が全て前記
のガラス５０％入りポリカーボネイト樹脂であり、その
線膨張率を約１．６５×１０^-5とすると、その距離は温
度１℃当たり約０．１９μｍ変化する。これは前記の第
２実施例における第１〜第３のいずれの補正の例よりも
小さい値である。この場合、温度変化１℃当たりの像面
の移動は主走査断面では０．０３７ｍｍ，副走査断面で
は０．１９３ｍｍとなり、光走査装置の使用温度範囲±
１５℃では各々約０．６ｍｍと約２．９ｍｍとなる。

【０１００】この像面の移動量を上記の像面湾曲量と足
し合わせると、主走査断面では３．８／２＋０．６で約
２．５ｍｍ，副走査断面では０．２／２＋２．９で約３
ｍｍとなる。一方、この第４実施例においては、レーザ
ービームのスポットサイズが主走査断面においてビーム
ウエストで７０μｍのとき、温度変動による像面の移動
によるビーム径の拡大を＋３０％まで許容するとすれ
ば、像面の移動の許容量は４．１ｍｍとなる。従って、
いずれの断面においても許容値内であるので、先の第２
実施例の第１〜第３の補正の例のように大きな補正を加
える必要がなく、コリメータレンズ周辺の構造が大変簡
素になる。また、全て同一の材料で構成することができ
るため、部品相互の結合において線膨張率の差による歪
みや結合部のずれが生じることがなく、信頼性の高い光
走査装置を得ることができる。

【０１０１】その上、上記に示した１．６５×１０^-5と
いう線膨張率は金属の線膨張率とも比較的近い値にある
ので、半導体レーザー１１あるいはコリメータレンズ２
１を保持する部材に金属を用いることができ、放熱や加
工精度の点でさらに有利なものとなる。

【０１０２】このようにこの発明の第二発明によれば、
温度による主走査断面および副走査断面の像面の移動量
を最少にすることも可能であるし、像面の許容の移動量
が比較的大きい場合には補正量を小さめにして機構部の
構造を簡素化することも可能である。即ち、どちらの補
正を行うのかは、光走査装置の応用分野や要求される解
像度によって変わってくることになる。しかし、既に説
明したようにこの発明の第二発明によれば、温度変化に
よる像面の移動の補正を任意に設定でき、かつ、この発
明によらない場合に比べれば、主走査断面，副走査断面
両断面の補正を高い次元で両立させることができる。さ
らに、この第４実施例の実際の結像特性においては、主
走査断面内では走査両端（周辺部）では光軸付近より許
容の像面の移動量が小さくなる傾向にあり、上記のよう
に許容値に対して主走査断面の余裕を副走査断面の余裕
がより大きくする方が好ましい。

【０１０３】以上説明した第３実施例および第４実施例
の二つは、走査光学系の温度による屈折率の変化や大気
での変化の大きいプラスチックレンズを含んでいたが、
ガラスレンズのみで構成される場合においてもプラスチ
ックレンズを用いた場合に比べれば影響は少ないもの
の、温度変化による光学特性が変化するので、特に高い
解像度が要求される光走査装置には同様の手法により温
度変化に対する像面の移動を少なくすることが可能とな
る。

【０１０４】このように、この発明の第二発明では、主
走査断面および副走査断面の各々の断面において、光走
査装置の光学系の設計による、あるいは組立・加工誤差
に起因する像面湾曲、非点収差による像面の誤差の小さ
い方の断面について、温度変動による像面の移動量を多
く許容することが出来る。言い換えれば、温度変動によ
る像面の移動量の小さい方の断面については、走査光学
系の許容の像面湾曲量を大きくでき、より廉価で生産性
の高い方法でレンズを製作することができる。このよう
に、両断面について、像面と被走査面のずれの量の許容
値を有効に活用することで、いたずらに各光学部品の精
度を上げたり、高精度な組立，調整を行うことなく、走
査範囲の全ての幅にわたって、かつ、全ての温度領域で
良好な結像特性を得ることができる。

【０１０５】さらに、この発明の第二発明の方法は、偏
向器に入射するレーザービーム、あるいはコリメータレ
ンズから射出されるレーザービームの特性（拡がり角）
を温度により変化させることで、最終的な像面の移動を
小さく抑えるものであり、従来技術に示されたコリメー
タレンズ（あるいはレーザーユニット）から射出される
レーザービームの特性を温度変化によらず一定に保つこ
とを目的とする技術とは、根本的に異なるものである。

【０１０６】また、この発明の第二発明では、半導体レ
ーザーの波長変動による屈折率の変化、レンズ材料の屈
折率の変化，レンズの熱膨張，レンズあるいは光源の間
隔の温度による変化を全て考慮にいれた補正を行ってお
り、従来もののようにこれらの特性のうちのある部分に
のみ着目した技術とも相違している。なお、この発明の
光走査装置は小型のレーザービームプリンターに好適で
あるが、画像読み取り用，あるいは物体の検出センサ，
バーコードスキャナ等にも応用可能である。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の第一の
発明の光走査装置は、走査光学系の主走査断面，副走査
断面について、温度変動に伴う光学特性の変化による像
面の移動量の大きい方の断面と光源からコリメータレン
ズまでの距離の変化による像面の移動量の変化の大きい
方の断面を同一とし、この光源とコリメータレンズの距
離が温度により適切に変化するように設定することで、
両方の断面ともに温度の変化に対して像面の移動が少な
くなり、温度変化に対しても結像性能の少ない光走査装
置を簡素な構造と安価な製作費で得ることができる。こ
の効果は、走査光学系のレンズにプラスチックを用いた
場合には、温度による光学特性、特に屈折率の変動がガ
ラスに比べて大きいためにより顕著な効果を有してい
る。

【０１０８】また、この発明の第二の発明においても、
走査光学系の主走査断面，副走査断面について、温度変
動に伴う光学特性の変化による像面の移動量の大きい方
の断面と光源からコリメータレンズまでの距離の変化に
よる像面の移動量の変化の大きい方の断面を同一とし、
この光源とコリメータレンズの距離が温度により適切に
変化するように設定することで、両方の断面ともに温度
の変化に対して像面の移動が少なくなり、温度変化に対
しても結像性能の少ない光走査装置を簡素な構造と安価
な製作費で得ることができる。そして、走査光学系の主
走査断面，副走査断面について、補償を行った後の総合
的な温度による像面の移動量が大きい方の断面と光学的
な像面湾曲の大きい断面を異なるようにすることで、総
合的に結像性能の良好な光走査装置を容易に得ることが
可能となる。この効果は、主走査，副走査両断面の像面
湾曲量の中心を一致させることにより、中心温度に対す
る上下の温度変化に対して均等に像面の移動量の余裕を
按分することができ、より温度変化に対して安定な光走
査装置を得ることができる。このことは、上記第一発明
と同様に走査光学系のレンズにプラスチックを用いた場
合には、温度による光学特性、特に屈折率の変動がガラ
スに比べて大きいためにより顕著な効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光走査装置の構成を示す第１実施
例，第３実施例の斜視図、

【図２】第１実施例，第３実施例の光学系の主走査断面
図、

【図３】第１実施例，第３実施例の光学系の副走査断面
図、

【図４】第１実施例，第３実施例のコリメータレンズ部
分の詳細図、

【図５】本発明による光走査装置の構成を示す第２実施
例，第４実施例の斜視図、

【図６】第２実施例，第４実施例の光学系の主走査断面
図、

【図７】第２実施例，第４実施例の光学系の副走査断面
図、

【図８】第３実施例の収差曲線図

【図９】第４実施例の収差曲線図

【図１０】従来の光走査装置の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１１半導体レーザー１２ＬＤホルダー２１コリメータレンズ２２シリンドリカルレンズ２３コリメータ鏡筒３１回転多面鏡３２反射面３５スキャナモータ４１レンズミラー５１走査レンズ６１折り返しミラー７１同期検出器７２同期検出ミラー８１被走査面９１光学ベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田球長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から射出される光束を
所要の特性に変換する第１の光学系と、前記第１の光学
系より射出された光束を偏向する偏向器と、前記偏向器
によって偏向された光束を所定の被走査面上に結像させ
る第２の光学系を有する光走査装置において、前記偏向器により偏向された光束が掃引してできる面を
主走査断面とし、前記主走査断面と直交し前記第１，第
２の光学系の光軸を含む面を副走査断面としたときに、
前記主走査断面と副走査断面について、前記光源から前
記第１の光学系を構成する最初の光学素子までの距離の
変化による像面の光軸方向の移動量の絶対値が大きい方
の断面と、前記第１，第２の光学系の光学特性の温度変
化による像面の光軸方向の移動量の絶対値が大きい方の
断面が同一であることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記第２の光学系を構成する光学素子の
少なくとも一つはプラスチックよりなることを特徴とす
る請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】光源と、前記光源から射出される光束を
所要の特性に変換する第１の光学系と、前記第１の光学
系より射出された光束を偏向する偏向器と、前記偏向器
によって偏向された光束を所定の被走査面上に結像させ
る第２の光学系を有する光走査装置において、前記偏向器により偏向された光束が掃引してできる面を
主走査断面とし、前記主走査断面と直交し前記第１，第
２の光学系の光軸を含む面を副走査断面としたときに、
前記主走査断面と副走査断面について、温度変化による
像面の光軸方向の移動量の絶対値が大きい方の断面と、
前記第２の光学系の像面湾曲量の大きい方の断面が互い
に異なることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】前記第２の光学系を構成する光学素子の
少なくとも一つはプラスチックよりなることを特徴とす
る請求項３記載の光走査装置。
【請求項５】前記第２の光学系の主走査断面の像面湾
曲の光軸方向の中心位置と副走査断面の像面湾曲の光軸
方向の中心位置がほぼ一致することを特徴とする請求項
３記載の光走査装置。