JPH1114924A - 光学機器の設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】機械系と光学系のシミュレーション解析技術及
び最適化技術を用い自動的に光学部品の装着に最適な機
械的特性パラメータを決定する光学機器の設計方法を提
供する。 【解決手段】機械的変位算出工程処理で、機械的特性パ
ラメータを有し光学部品の装着される装着部の機械的挙
動を解析するための機械的挙動解析モデルを使用して機
械的挙動で生じる光学部品の変位量を有限要素解析法に
より算出し、光学的変位算出工程処理で、光学的挙動解
析モデルを使用して上記算出された光学部品の変位量に
より発生する光学部品への入射光の最終的な出射光路の
変位量を光路解析法により算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学機器の設計方
法に関し、詳細には、機械系のシミュレーション解析技
術と光学系のシミュレーション解析技術と最適化技術を
用いて、自動的に光学部品の装着に最適な機械的特性パ
ラメータを決定する光学機器の設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学機器、例えば、コピー装置やレーザ
ープリンタ等に使用される書込ユニットの設計において
は、機械的変位が光学的性能に及ぼす影響を考慮した設
計を行う必要があり、このような光学的性能への影響、
例えば、スポット位置ずれを引き起こす要因としては、
ハウジングの変形や振動等が挙げられる。

【０００３】光学機器においては、このスポット位置ず
れを引き起こす要因の影響を受けることのない適切な装
着方法を選択する必要がある。

【０００４】そのためには、第１に、光学機器のユニッ
ト、例えば、書込ユニット全体で位置ずれとなる要因が
発生したときに、当該ユニット全体の位置ずれに伴っ
て、どの程度光のスポット位置がずれるのかを事前検証
する必要がある。

【０００５】このような機械的変位と光学的性能との関
係を考察する従来技術としては、例えば、第４回Ｉ−Ｄ
ＥＡＳユーザカンファレンスの事例予稿集に記載された
技術がある。この技術では、要因となる機械的な挙動を
有限要素解析で解析し、光路については、光学式を設定
して、光線の変位量を解析することで、機械的な要因に
よる光線の変位量を予測する方法が提案されている。

【０００６】ところが、この提案されている方法では、
光学機器の設計の指針を具体的に得ることができない。

【０００７】一方、従来技術による光学機器の開発設計
プロセスでは、機械系のシミュレーション解析技術を用
いた機械系の設計パラメータの最適化と光学系のシミュ
レーション解析技術を用いた光学系設計パラメータの最
適化を行っており、最適な設計パラメータを算出する
際、機械系と光学系を別々に評価している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光学機器の設計方法にあっては、最適な設計
パラメータを算出する際、機械系と光学系を別々に評価
していたため、光学機器の設計者は、機械系が光学系に
もたらす影響等、光学系と機械系の知識及びノウハウが
必要であり、適切な光学機器の設計を行うのに多大な時
間と多大の労力を必要としていた。

【０００９】そこで、請求項１記載の発明は、所定の機
械的特性パラメータを有し光学部品の装着される装着部
の機械的挙動を解析するための機械的挙動解析モデルを
使用して、当該装着部の機械的挙動により引き起こされ
る光学部品の変位量を有限要素解析により算出する機械
的変位算出工程と、装着部に装着された光学部品による
光学的挙動を解析するための光学的挙動解析モデルを使
用して機械的変位算出工程で算出された光学部品の変位
量により発生する光学部品に入射される光線の最終的に
出射される光路の変位量を光路解析法により算出する光
学的変位算出工程と、光学的変位算出工程で算出された
光路の変位量を予め設定された所定の基準値と比較して
光学機器の光学的性能の良否を評価する評価工程と、を
行って、評価工程で光学的性能が否であると評価される
と、光学的変位算出工程で算出された光路の変位量から
装着部に要求される機械的特性パラメータを非線形計画
法等の最適化計算法により算出するパラメータ算出工程
を行い、当該算出した機械的特性パラメータを使用し
て、機械的変位算出工程から上記各工程処理を、評価工
程で光学的性能が良であると評価されるまで順次行っ
て、評価工程で光学的性能が良であると評価されると、
当該機械的特性パラメータを装着部に要求される最適機
械的特性パラメータとして決定することにより、機械系
の知識及びノウハウを設計者に要求することなく、機械
系のシミュレーション解析技術と光学系のシミュレーシ
ョン解析技術と最適化技術を用いて自動的に光学部品の
装着に最適な機械的特性パラメータを決定するととも
に、光学系の問題を直接光学的な評価値を用いて解決し
て、より効果的な機械設計パラメータを決定し、短時間
に光学機器の設計を行うとともに、設計者に要求される
労力を軽減することのできる光学機器の設計方法を提供
することを目的としている。

【００１０】請求項２記載の発明は、光学部品の装着部
への各種装着方法と光学部品の各方向に対する機械的特
性パラメータとの関係をデータベース化し、評価工程で
光学的性能が良であると評価されると、決定された最適
機械的特性パラメータに最も近い装着方法をデータベー
スに基づいて選出することにより、より実用的な光学機
器の装着方法を、より短時間に、かつ、簡単に得ること
のできる光学機器の設計方法を提供することを目的とし
ている。

【００１１】請求項３記載の発明は、光学部品の装着部
への各種装着方法と光学部品の各方向に対する機械的特
性パラメータとの関係をデータベース化し、パラメータ
算出工程で、データベース化されている各種装着方法の
うち特定の装着方法の機械的特性パラメータのみを使用
して、装着部に要求される機械的特性パラメータを算出
することにより、光学部品の種類、装着場所によって装
着方法に制限がある場合に、予め考慮する装着方法をデ
ータベース化されている各種装着方法から自動的に選択
して、装着方法が限定されている場合にも、最適な装着
方法をより短時間に、かつ、簡単に得ることのできる光
学機器の設計方法を提供することを目的としている。

【００１２】請求項４記載の発明は、各工程を繰り返し
行った際のパラメータ算出工程で算出される機械的特性
パラメータをモニタすることにより、現実的な装着方法
としての許容値内に収まる最適な装着方法が存在するか
どうかの判断を可能とし、より一層最適な装着方法をよ
り一層短時間に、かつ、簡単に得ることのできる光学機
器の設計方法を提供することを目的としている。

【００１３】請求項５記載の発明は、パラメータ算出工
程において、機械的特性パラメータを所定の制限範囲内
でのみ算出することにより、例えば、光学部品によって
光学的に弾性的な挙動を示してはいけない機械特性をも
つ装着部が必要である場合に、剛性値が反復計算を行う
毎に上がっていってしまい、無意味な計算に時間が浪費
されることを防止し、また、装着方法によって機械的特
性パラメータの範囲が決まっている場合に、実用上不可
能な機械的特性パラメータが算出されるのを防止し、よ
り適切な装着方法をより短時間に、かつ、簡単に得るこ
とのできる光学機器の設計方法を提供することを目的と
している。

【００１４】請求項６記載の発明は、装着部を変位させ
て光学部品に光学的変位を発生させる種々の要因に関す
る情報をデータベース化して、機械的変位算出工程で、
データベース化した種々の要因による装着部の機械的挙
動により引き起こされる光学部品の変位量を算出するこ
とにより、光学機器の設計において、既知のユニットや
部品等を流用する場合に、当該ユニットや部品等におい
て予め分かっている外乱（例えば、読取ユニット等の振
動）及び内乱（例えば、ポリゴンモータの振動）の情報
をデータベース化して、複数の環境経験下でシミュレー
ションを行い、より実用的で最適な装着部の機械的特性
パラメータを自動的に得ることのできる光学機器の設計
方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の光
学機器の設計方法は、レンズ、ミラー等の光学部品が所
定の機械的特性パラメータを有した装着部に装着される
光学機器の前記装着部に光学的に要求される最適機械的
特性パラメータを算出して前記光学機器を設計する光学
機器の設計方法であって、前記装着部の機械的挙動を解
析するための機械的挙動解析モデルと、前記装着部に装
着された前記光学部品による光学的挙動を解析するため
の光学的挙動解析モデルと、を作成するモデル化工程
と、前記機械的挙動解析モデルを使用して前記機械的特
性パラメータを有した前記装着部の機械的挙動により引
き起こされる前記光学部品の変位量を有限要素解析によ
り算出する機械的変位算出工程と、前記光学的挙動解析
モデルを使用して前記機械的変位算出工程で算出された
前記光学部品の前記変位量の変位により発生する前記光
学部品に入射される光線の最終的に出射される光路の変
位量を光路解析法により算出する光学的変位算出工程
と、前記光学的変位算出工程で算出された前記光路の変
位量を予め設定された所定の基準値と比較して前記光学
機器の光学的性能の良否を評価する評価工程と、前記光
学的変位算出工程で算出された前記光路の変位量から前
記装着部に要求される前記機械的特性パラメータを非線
形計画法等の最適化計算法により算出するパラメータ算
出工程と、を備え、前記評価工程で前記光学的性能が否
であると評価されると、前記パラメータ算出工程で算出
された前記機械的特性パラメータを使用して、前記機械
的変位算出工程から上記各工程処理を、前記評価工程で
前記光学的性能が良であると評価されるまで順次行い、
前記評価工程で前記光学的性能が良であると評価される
と、当該機械的特性パラメータを前記装着部に要求され
る前記最適機械的特性パラメータとして決定することに
より、上記目的を達成している。

【００１６】上記構成によれば、所定の機械的特性パラ
メータを有し光学部品の装着される装着部の機械的挙動
を解析するための機械的挙動解析モデルを使用して、当
該装着部の機械的挙動により引き起こされる光学部品の
変位量を有限要素解析により算出する機械的変位算出工
程と、装着部に装着された光学部品による光学的挙動を
解析するための光学的挙動解析モデルを使用して機械的
変位算出工程で算出された光学部品の変位量により発生
する光学部品に入射される光線の最終的に出射される光
路の変位量を光路解析法により算出する光学的変位算出
工程と、光学的変位算出工程で算出された光路の変位量
を予め設定された所定の基準値と比較して光学機器の光
学的性能の良否を評価する評価工程と、を行って、評価
工程で光学的性能が否であると評価されると、光学的変
位算出工程で算出された光路の変位量から装着部に要求
される機械的特性パラメータを非線形計画法等の最適化
計算法により算出するパラメータ算出工程を行い、当該
算出した機械的特性パラメータを使用して、機械的変位
算出工程から上記各工程処理を、評価工程で光学的性能
が良であると評価されるまで順次行って、評価工程で光
学的性能が良であると評価されると、当該機械的特性パ
ラメータを装着部に要求される最適機械的特性パラメー
タとして決定しているので、機械系の知識及びノウハウ
を設計者に要求することなく、機械系のシミュレーショ
ン解析技術と光学系のシミュレーション解析技術と最適
化技術を用いて自動的に光学部品の装着に最適な機械的
特性パラメータを決定することができるとともに、光学
系の問題を直接光学的な評価値を用いて解決して、より
効果的な機械設計パラメータを決定することができ、短
時間に光学機器の設計を行うことができるとともに、設
計者に要求される労力を軽減することができる。

【００１７】この場合、例えば、請求項２に記載するよ
うに、前記光学部品の前記装着部への各種装着方法と前
記光学部品の各方向に対する前記機械的特性パラメータ
との関係をデータベース化し、前記評価工程で前記光学
的性能が良であると評価されると、前記決定された最適
機械的特性パラメータに最も近い装着方法を前記データ
ベースに基づいて選出してもよい。

【００１８】上記構成によれば、光学部品の装着部への
各種装着方法と光学部品の各方向に対する機械的特性パ
ラメータとの関係をデータベース化し、評価工程で光学
的性能が良であると評価されると、決定された最適機械
的特性パラメータに最も近い装着方法をデータベースに
基づいて選出しているので、より実用的な光学機器の装
着方法を、より短時間に、かつ、簡単に得ることができ
る。

【００１９】また、例えば、請求項３に記載するよう
に、前記光学部品の前記装着部への各種装着方法と前記
光学部品の各方向に対する前記機械的特性パラメータと
の関係をデータベース化し、前記パラメータ算出工程
は、前記データベース化されている前記各種装着方法の
うち特定の装着方法の前記機械的特性パラメータのみを
使用して、前記装着部に要求される前記機械的特性パラ
メータを算出してもよい。

【００２０】上記構成によれば、光学部品の装着部への
各種装着方法と光学部品の各方向に対する機械的特性パ
ラメータとの関係をデータベース化し、パラメータ算出
工程で、データベース化されている各種装着方法のうち
特定の装着方法の機械的特性パラメータのみを使用し
て、装着部に要求される機械的特性パラメータを算出し
ているので、光学部品の種類、装着場所によって装着方
法に制限がある場合に、予め考慮する装着方法をデータ
ベース化されている各種装着方法から自動的に選択する
ことができ、装着方法が限定されている場合にも、最適
な装着方法をより短時間に、かつ、簡単に得ることがで
きる。

【００２１】さらに、例えば、請求項４に記載するよう
に、前記各工程を繰り返し行った際の前記パラメータ算
出工程で算出される前記機械的特性パラメータをモニタ
してもよい。

【００２２】上記構成によれば、各工程を繰り返し行っ
た際のパラメータ算出工程で算出される機械的特性パラ
メータをモニタしているので、現実的な装着方法として
の許容値内に収まる最適な装着方法が存在するかどうか
判断することができ、より一層最適な装着方法をより短
時間に、かつ、簡単に得ることができる。

【００２３】また、例えば、請求項５に記載するよう
に、前記パラメータ算出工程は、前記算出する機械的特
性パラメータを所定の制限範囲内でのみ算出してもよ
い。

【００２４】上記構成によれば、パラメータ算出工程に
おいて、機械的特性パラメータを所定の制限範囲内での
み算出するので、例えば、光学部品によって光学的に弾
性的な挙動を示してはいけない機械特性をもつ装着部が
必要である場合に、剛性値が反復計算を行う毎に上がっ
ていってしまい、無意味な計算に時間が浪費されること
を防止することができ、また、装着方法によって機械的
特性パラメータの範囲が決まっている場合に、実用上不
可能な機械的特性パラメータが算出されるのを防止する
ことができ、より適切な装着方法をより短時間に、か
つ、簡単に得ることができる。

【００２５】さらに、例えば、請求項６に記載するよう
に、前記装着部を変位させて前記光学部品に前記光学的
変位を発生させる種々の要因に関する情報をデータベー
ス化して、前記機械的変位算出工程は、前記データベー
ス化した前記種々の要因による前記装着部の前記機械的
挙動により引き起こされる前記光学部品の変位量を算出
してもよい。

【００２６】上記構成によれば、装着部を変位させて光
学部品に光学的変位を発生させる種々の要因に関する情
報をデータベース化して、機械的変位算出工程で、デー
タベース化した種々の要因による装着部の機械的挙動に
より引き起こされる光学部品の変位量を算出しているの
で、光学機器の設計において、既知のユニットや部品等
を流用する場合に、当該ユニットや部品等において予め
分かっている外乱（例えば、読取ユニット等の振動）及
び内乱（例えば、ポリゴンモータの振動）の情報をデー
タベース化して、複数の環境経験下でシミュレーション
を行うことができ、より実用的で最適な装着部の機械的
特性パラメータを自動的に得ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【００２８】図１及び図２は、本発明の光学機器の設計
方法の一実施の形態を示す図である。図１は、本発明の
光学機器の設計方法の一実施の形態を適用した光学機器
の設計方法の処理工程を示すフローチャートである。

【００２９】本実施の形態の光学機器の設計方法は、図
１に示すように、初期設定工程処理（ステップＳ１）、
機械的変位算出工程処理（ステップＳ２）、光学的変位
算出工程処理（ステップＳ３）、光学的性能の評価工程
処理（ステップＳ４）、パラメータ算出工程処理（ステ
ップＳ５）及び機械的特性パラメータの最適値出力処理
（ステップＳ６）の各工程処理からなっており、例え
ば、図２に示すようなコピー装置やレーザープリンタ等
の光学機器の書込ユニット１の設計等に適用される。

【００３０】まず、図２の書込ユニット１について説明
すると、書込ユニット１は、装着部であるハウジング２
に、図２中☆印で示す装着位置で、光学部品としてのポ
リゴンミラー３、レンズ４、５及びミラー６、７が装着
されている。書込ユニット１は、レーザー光源８から画
像データにより変調されたレーザービームを図示しない
ポリゴンモータにより一定速度で回転されるポリゴンミ
ラー３に投射し、ポリゴンミラー３でライン状に走査さ
せて、レンズ４、５により等速直線変換し、ミラー６、
７を介して感光体９上に照射して、感光体８への書き込
みを行う。

【００３１】このような書込ユニット１においては、ハ
ウジング２の機械的特性パラメータ及びハウジング２と
各光学部品３〜７との装着方法に起因する機械的特性パ
ラメータ等の各種機械的特性パラメータが、ハウジング
２や各光学部品３〜７自体に外的及び内的要因で発生す
る振動等の機械的挙動による光学部品３〜７の変位量が
光学部品３〜７に入射されるレーザービームが最終的に
感光体９上に照射（出射）されるビームスポット（光ス
ポット）の変位量にどのように影響するか、すなわち、
光学部品３〜７の装着される装着部としてのハウジング
２の機械的特性パラメータや装着方法に起因する機械的
特性パラメータ等の光学的性能に与える影響を考慮した
書込ユニット１の設計を行う必要がある。

【００３２】例えば、ポリゴンミラー３を回転駆動する
ポリゴンモータの起振力によりハウジング２が図２中両
矢印で示すように振動する場合、このポリゴンモータの
起振力によりハウジング２が振動すると、レーザー光源
８からポリゴンミラー３に入射されるレーザービームが
最終的に感光体９上でどのようにそのスポット位置がず
れるか（例えば、図２中に両矢印で示す光スポットの位
置ずれ）を解析して、ハウジング２及び各光学部品３〜
７とハウジング２との装着方法に要求される最適の機械
的特性パラメータを求める必要がある。

【００３３】そこで、本実施の形態においては、図１に
示すように、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置
を使用して、上記初期設定工程処理（ステップＳ１）、
機械的変位算出工程処理（ステップＳ２）、光学的変位
算出工程処理（ステップＳ３）、光学的性能の評価工程
処理（ステップＳ４）、パラメータ算出工程処理（ステ
ップＳ５）及び機械的特性パラメータの最適値出力処理
（ステップＳ６）の各工程処理を行って、最適な機械的
特性パラメータを自動的に得ている。

【００３４】すなわち、図１に示すように、初期設定工
程処理において、まず、設計対象の装着部であるハウジ
ング２及び各光学部品３〜７の機械的挙動を解析するた
めの機械的挙動解析モデルを、例えば、各光学部品３〜
７を装着する部分をばねモデル化することにより、作成
し、機械的挙動解析モデルに初期値を設定、例えば、各
光学部品３〜７の装着されるハウジング２の所定の剛性
を初期値として設定する。また、ハウジング２に装着さ
れた光学部品３〜７の位置変動による光学的挙動を解析
するために、レーザー光源８からポリゴンミラー３に入
射されたレーザービームが、ポリゴンミラー３、レンズ
４、５及びミラー６、７等の光学部品を通って、感光体
９のスポット位置に届くまでを光路解析プログラム用に
モデル化した光学的挙動解析モデルを作成する（ステッ
プＳ１）。

【００３５】次に、上記初期値を設定した機械的挙動解
析モデルを使用して、この初期値として設定した機械的
特性パラメータを有したハウジング２の機械的挙動（例
えば、ポリゴンモータの起振力による機械的挙動）によ
り引き起こされる光学部品３〜７の変位量を有限要素解
析法により算出する機械的変位算出工程処理を行う（ス
テップＳ２）。

【００３６】機械的変位算出工程処理で光学部品３〜７
の変位量が算出されると、光学的挙動解析モデルを使用
して、機械的変位算出工程処理で算出された光学部品３
〜７の変位量により発生する光学部品３〜７に入射され
るレーザービームが最終的に出射される光路の変位量で
ある感光体９上のレーザービームのスポット位置の変位
量を光路解析法により算出する光学的変位算出工程処理
を行う（ステップＳ３）。

【００３７】光学的変位算出工程処理で、光路の変位量
が算出されると、光学的変位算出工程処理で算出された
光路の変位量を予め設定された所定の基準値（許容値）
と比較して、書込ユニット１の光学的性能として良好で
あるかどうか、すなわち、光学的性能の良否を評価する
評価工程処理を行う（ステップＳ４）。例えば、静止時
にあるべきレーザービームの感光体９上でのスポット位
置を予め求めておき、この静止時のスポット位置から上
記光学的変位算出工程処理で算出された感光体９上のス
ポット位置が、予め設定された許容値内の位置ずれであ
るかを評価する。

【００３８】この評価工程処理で、光学的性能が否であ
ると評価されると、すなわち、ステップＳ４で、光学的
性能の評価がＮＧであると、光学的変位算出工程処理で
算出された光路の変位量（スポット位置の変位量）から
光学部品３〜７の装着されるハウジング２に要求される
機械的特性パラメータを、例えば、感度解析法により算
出して、非線形計画法等の最適化計算法によりこのスポ
ット位置ずれが小さくなるように機械的挙動解析モデル
の機械的特性パラメータ、例えば、各光学部品３〜７の
剛性を当該算出した機械的特性パラメータで変更するパ
ラメータ算出工程処理を行う（ステップＳ５）。

【００３９】機械的挙動解析モデルの機械的特性パラメ
ータの変更が完了すると、上記同様に、機械的挙動解析
モデルを使用して、この新たに設定された機械的特性パ
ラメータを有したハウジング２の機械的挙動により引き
起こされる光学部品３〜７の変位量を有限要素解析法に
より算出する機械的変位算出工程処理を行い（ステップ
Ｓ２）、光学的挙動解析モデルを使用して、機械的変位
算出工程処理で算出された光学部品３〜７の変位量によ
り発生する光学部品３〜７に入射されるレーザービーム
が最終的に出射される光路の変位量である感光体９上の
レーザービームのスポット位置の変位量を光路解析法に
より算出する光学的変位算出工程処理を行う（ステップ
Ｓ３）。

【００４０】光学的変位算出工程処理で、光路の変位量
が算出されると、上記同様に、光学的変位算出工程処理
で算出された光路の変位量を予め設定された所定の許容
値と比較して、光学的性能の良否を評価する評価工程処
理を行い（ステップＳ４）、光学的性能が否であると評
価されると、上記同様に、光学的変位算出工程処理で算
出された光路の変位量から光学部品３〜７の装着される
ハウジング２に要求される機械的特性パラメータを算出
して、非線形計画法等の最適化計算法によりこのスポッ
ト位置ずれが小さくなるように機械的挙動解析モデルの
機械的特性パラメータを当該算出した機械的特性パラメ
ータで変更するパラメータ算出工程処理を行う（ステッ
プＳ５）。

【００４１】この変更した機械的特性パラメータを使用
して、上記同様に、機械的変位算出工程処理、光学的変
位算出工程処理、評価工程処理及びパラメータ算出工程
処理を評価工程処理で光学的性能が良と評価されるまで
順次行い、ステップＳ４の評価工程処理で、光学的性能
が良と評価されると、光学的性能が良と評価されたとき
の機械的特性パラメータを最適機械的特性パラメータと
して出力する機械的特性パラメータの最適値出力処理を
行って、処理を終了する（ステップＳ６）。

【００４２】このように、本実施の形態によれば、所定
の機械的特性パラメータを有し光学部品３〜７の装着さ
れる装着部であるハウジング２の機械的挙動を解析する
ための機械的挙動解析モデルを使用して、当該ハウジン
グ２の機械的挙動により引き起こされる光学部品３〜７
の変位量を有限要素解析により算出する機械的変位算出
工程処理と、ハウジング２に装着された光学部品３〜７
による光学的挙動を解析するための光学的挙動解析モデ
ルを使用して機械的変位算出工程処理で算出された光学
部品の変位量により発生する光学部品３〜７に入射され
るレーザービームの最終的に感光体９上に出射される光
路の変位量を光路解析法により算出する光学的変位算出
工程処理と、光学的変位算出工程処理で算出された光路
の変位量を予め設定された所定の基準値（許容値）と比
較して光学的性能の良否を評価する評価工程処理と、を
行って、評価工程処理で光学的性能が否であると評価さ
れると、光学的変位算出工程処理で算出された光路の変
位量からハウジング２に要求される機械的特性パラメー
タ、特に、ハウジング２と光学部品３〜７との装着に要
求される機械的特性パラメータを非線形計画法等の最適
化計算法により算出するパラメータ算出工程処理を行
い、当該算出した機械的特性パラメータを使用して、機
械的変位算出工程処理から上記各工程処理を、評価工程
処理で光学的性能が良であると評価されるまで順次行っ
て、評価工程処理で光学的性能が良であると評価される
と、当該機械的特性パラメータをハウジング２と光学部
品３〜７の装着に要求される最適機械的特性パラメータ
として決定している。したがって、機械系の知識及びノ
ウハウを設計者に要求することなく、機械系のシミュレ
ーション解析技術と光学系のシミュレーション解析技術
と最適化技術を用いて自動的に光学部品の装着に最適な
機械的特性パラメータを決定することができるととも
に、光学系の問題を直接光学的な評価値を用いて解決し
て、より効果的な機械設計パラメータを決定することが
でき、短時間に光学機器の設計を行うことができるとと
もに、設計者に要求される労力を軽減することができ
る。

【００４３】なお、上記実施の形態において、光学部品
の装着部への各種装着方法と光学部品の各方向に対する
機械的特性パラメータとの関係をデータベース化し、評
価工程処理で光学的性能が良であると評価されると、決
定された最適機械的特性パラメータに最も近い装着方法
を当該データベースに基づいて選出するようにしてもよ
い。

【００４４】このようにすると、より実用的な光学機器
の装着方法を、より短時間に、かつ、簡単に得ることが
できる。

【００４５】また、上記実施の形態において、光学部品
の装着部への各種装着方法と光学部品の各方向に対する
機械的特性パラメータとの関係をデータベース化し、パ
ラメータ算出工程処理で、データベース化されている各
種装着方法のうち特定の装着方法の機械的特性パラメー
タのみを使用して、装着部に要求される機械的特性パラ
メータを算出してもよい。

【００４６】この場合、例えば、図２のレンズ３をハウ
ジング２に装着する方法として、図３に示すように、板
ばね１０を使用して装着する場合と、図４に示すよう
に、接着剤１１を使用して装着する場合とについて、各
装着方法とレンズ３の各方向に対する機械的特性パラメ
ータとの関係を、図５に示すような装着方法データベー
スとしてパーソナルコンピュータ等の情報処理装置のハ
ードディスクに記憶し、図６に示すように、パラメータ
算出工程処理で、この装着方法データベースに記憶され
ている板ばね１０を使用した装着方法と接着剤１１を使
用した装着方法の機械的特性パラメータを使用して、要
求される機械的特性パラメータを算出する。

【００４７】このようにすると、光学部品の種類、装着
場所等によって装着方法に制限がある場合に、予め考慮
する装着方法をデータベース化されている各種装着方法
から自動的に選択することができ、装着方法が限定され
ている場合にも、最適な装着方法をより短時間に、か
つ、簡単に得ることができる。

【００４８】さらに、上記実施の形態において、上記各
工程処理を繰り返し行った際のパラメータ算出工程処理
で算出される機械的特性パラメータをモニタしてもよ
い。特に、前回のパラメータ算出工程処理で算出された
機械的特性パラメータと今回のパラメータ算出工程処理
で算出された機械的特性パラメータとの差を演算して、
パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の表示部に当
該演算結果を表示したり、プリンタで記録紙に記録出力
するようにしてもよい。

【００４９】このようにすると、現実的な装着方法とし
ての許容値内に収まる最適な装着方法が存在するかどう
かを判断することができ、より一層最適な装着方法をよ
り短時間に、かつ、簡単に得ることができる。特に、前
回の処理で算出された機械的特性パラメータと今回の処
理で算出された機械的特性パラメータとの差を演算する
と、機械的特性パラメータの変化量と変化方向をより一
層的確に把握することができ、現実的な装着方法として
の許容値内に収まる最適な装着方法が存在するかどうか
をより一層適切に判断することができる。

【００５０】また、パラメータ算出工程において、算出
する機械的特性パラメータを所定の制限範囲内でのみ算
出するようにしてもよい。

【００５１】このようにすると、例えば、光学部品によ
って光学的に弾性的な挙動を示してはいけない機械特性
をもつ装着部が必要である場合に、剛性値が反復計算を
行う毎に上がっていってしまい、無意味な計算に時間が
浪費されることを防止することができ、また、装着方法
によって機械特性のパラメータの範囲が決まっている場
合に、実用上不可能な機械的特性パラメータが算出され
るのを防止することができ、より適切な装着方法をより
短時間に、かつ、簡単に得ることができる。

【００５２】さらに、装着部であるハウジング２を変位
させて光学部品３〜７に光学的変位を発生させる種々の
要因に関する情報をデータベース化して、機械的変位算
出工程処理で、データベース化した種々の要因による装
着部（ハウジング２）の機械的挙動により引き起こされ
る光学部品３〜７の変位量を算出するようにしてしもよ
い。

【００５３】このようにすると、光学機器の設計におい
て、既知のユニットや部品等を流用する場合に、当該ユ
ニットや部品等において予め分かっている外乱（例え
ば、読取ユニット等の振動）及び内乱（例えば、ポリゴ
ンモータの振動）の情報をデータベース化して、複数の
環境経験下でシミュレーションを行うことができ、より
実用的で最適な装着部の機械的特性パラメータを自動的
に得ることができる。

【００５４】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００５５】

【発明の効果】請求項１記載の発明の光学機器の設計方
法によれば、所定の機械的特性パラメータを有し光学部
品の装着される装着部の機械的挙動を解析するための機
械的挙動解析モデルを使用して、当該装着部の機械的挙
動により引き起こされる光学部品の変位量を有限要素解
析により算出する機械的変位算出工程と、装着部に装着
された光学部品による光学的挙動を解析するための光学
的挙動解析モデルを使用して機械的変位算出工程で算出
された光学部品の変位量により発生する光学部品に入射
される光線の最終的に出射される光路の変位量を光路解
析法により算出する光学的変位算出工程と、光学的変位
算出工程で算出された光路の変位量を予め設定された所
定の基準値と比較して光学機器の光学的性能の良否を評
価する評価工程と、を行って、評価工程で光学的性能が
否であると評価されると、光学的変位算出工程で算出さ
れた光路の変位量から装着部に要求される機械的特性パ
ラメータを非線形計画法等の最適化計算法により算出す
るパラメータ算出工程を行い、当該算出した機械的特性
パラメータを使用して、機械的変位算出工程から上記各
工程処理を、評価工程で光学的性能が良であると評価さ
れるまで順次行って、評価工程で光学的性能が良である
と評価されると、当該機械的特性パラメータを装着部に
要求される最適機械的特性パラメータとして決定してい
るので、機械系の知識及びノウハウを設計者に要求する
ことなく、機械系のシミュレーション解析技術と光学系
のシミュレーション解析技術と最適化技術を用いて自動
的に光学部品の装着に最適な機械的特性パラメータを決
定することができるとともに、光学系の問題を直接光学
的な評価値を用いて解決して、より効果的な機械設計パ
ラメータを決定することができ、短時間に光学機器の設
計を行うことができるとともに、設計者に要求される労
力を軽減することができる。

【００５６】請求項２記載の発明の光学機器の設計方法
によれば、光学部品の装着部への各種装着方法と光学部
品の各方向に対する機械的特性パラメータとの関係をデ
ータベース化し、評価工程で光学的性能が良であると評
価されると、決定された最適機械的特性パラメータに最
も近い装着方法をデータベースに基づいて選出している
ので、より実用的な光学機器の装着方法を、より短時間
に、かつ、簡単に得ることができる。

【００５７】請求項３記載の発明の光学機器の設計方法
によれば、光学部品の装着部への各種装着方法と光学部
品の各方向に対する機械的特性パラメータとの関係をデ
ータベース化し、パラメータ算出工程で、データベース
化されている各種装着方法のうち特定の装着方法の機械
的特性パラメータのみを使用して、装着部に要求される
機械的特性パラメータを算出しているので、光学部品の
種類、装着場所によって装着方法に制限がある場合に、
予め考慮する装着方法をデータベース化されている各種
装着方法から自動的に選択することができ、装着方法が
限定されている場合にも、最適な装着方法をより短時間
に、かつ、簡単に得ることができる。

【００５８】請求項４記載の発明の光学機器の設計方法
によれば、各工程を繰り返し行った際のパラメータ算出
工程で算出される機械的特性パラメータをモニタしてい
るので、現実的な装着方法としての許容値内に収まる最
適な装着方法が存在するかどうか判断することができ、
より一層最適な装着方法をより短時間に、かつ、簡単に
得ることができる。

【００５９】請求項５記載の発明の光学機器の設計方法
によれば、パラメータ算出工程において、機械的特性パ
ラメータを所定の制限範囲内でのみ算出するので、例え
ば、光学部品によって光学的に弾性的な挙動を示しては
いけない機械特性をもつ装着部が必要である場合に、剛
性値が反復計算を行う毎に上がっていってしまい、無意
味な計算に時間が浪費されることを防止することがで
き、また、装着方法によって機械的特性パラメータの範
囲が決まっている場合に、実用上不可能な機械的特性パ
ラメータが算出されるのを防止することができ、より適
切な装着方法をより短時間に、かつ、簡単に得ることが
できる。

【００６０】請求項６記載の発明の光学機器の設計方法
によれば、装着部を変位させて光学部品に光学的変位を
発生させる種々の要因に関する情報をデータベース化し
て、機械的変位算出工程で、データベース化した種々の
要因による装着部の機械的挙動により引き起こされる光
学部品の変位量を算出しているので、光学機器の設計に
おいて、既知のユニットや部品等を流用する場合に、当
該ユニットや部品等において予め分かっている外乱（例
えば、読取ユニット等の振動）及び内乱（例えば、ポリ
ゴンモータの振動）の情報をデータベース化して、複数
の環境経験下でシミュレーションを行うことができ、よ
り実用的で最適な装着部の機械的特性パラメータを自動
的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学機器の設計方法の一実施の形態を
適用した光学機器の設計方法の各処理工程を示すフロー
チャート。

【図２】図１の設計方法の適用される光学ユニットの模
式図。

【図３】本発明の光学機器の設計方法の他の例に用いら
れる図２のレンズの装着方法の一例を示す斜視図。

【図４】本発明の光学機器の設計方法の他の例に用いら
れる図２のレンズの装着方法の他の例を示す斜視図。

【図５】図３のレンズの装着方法によるレンズの各方向
に対する機械的特性パラメータと図４のレンズの装着方
法によるレンズの各方向に対する機械的特性パラメータ
との関係のデータベースの一例を示す図。

【図６】図５のデータベースを使用してパラメータ算出
工程で機械的特性パラメータを算出する際の各処理工程
を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ 書込ユニット ２ ハウジング ３ ポリゴンミラー ４、５ レンズ ６、７ ミラー ８ レーザー光源 ９ 感光体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズ、ミラー等の光学部品が所定の機械
   的特性パラメータを有した装着部に装着される光学機器
   の前記装着部に光学的に要求される最適機械的特性パラ
   メータを算出して前記光学機器を設計する光学機器の設
   計方法であって、前記装着部の機械的挙動を解析するた
   めの機械的挙動解析モデルと、前記装着部に装着された
   前記光学部品による光学的挙動を解析するための光学的
   挙動解析モデルと、を作成するモデル化工程と、前記機
   械的挙動解析モデルを使用して前記機械的特性パラメー
   タを有した前記装着部の機械的挙動により引き起こされ
   る前記光学部品の変位量を有限要素解析により算出する
   機械的変位算出工程と、前記光学的挙動解析モデルを使
   用して前記機械的変位算出工程で算出された前記光学部
   品の前記変位量の変位により発生する前記光学部品に入
   射される光線の最終的に出射される光路の変位量を光路
   解析法により算出する光学的変位算出工程と、前記光学
   的変位算出工程で算出された前記光路の変位量を予め設
   定された所定の基準値と比較して前記光学機器の光学的
   性能の良否を評価する評価工程と、前記光学的変位算出
   工程で算出された前記光路の変位量から前記装着部に要
   求される前記機械的特性パラメータを非線形計画法等の
   最適化計算法により算出するパラメータ算出工程と、を
   備え、前記評価工程で前記光学的性能が否であると評価
   されると、前記パラメータ算出工程で算出された前記機
   械的特性パラメータを使用して、前記機械的変位算出工
   程から上記各工程処理を、前記評価工程で前記光学的性
   能が良であると評価されるまで順次行い、前記評価工程
   で前記光学的性能が良であると評価されると、当該機械
   的特性パラメータを前記装着部に要求される前記最適機
   械的特性パラメータとして決定することを特徴とする光
   学機器の設計方法。
2. 【請求項２】前記光学部品の前記装着部への各種装着方
   法と前記光学部品の各方向に対する前記機械的特性パラ
   メータとの関係をデータベース化し、前記評価工程で前
   記光学的性能が良であると評価されると、前記決定され
   た最適機械的特性パラメータに最も近い装着方法を前記
   データベースに基づいて選出することを特徴とする請求
   項１記載の光学機器の設計方法。
3. 【請求項３】前記光学部品の前記装着部への各種装着方
   法と前記光学部品の各方向に対する前記機械的特性パラ
   メータとの関係をデータベース化し、前記パラメータ算
   出工程は、前記データベース化されている前記各種装着
   方法のうち特定の装着方法の前記機械的特性パラメータ
   のみを使用して、前記装着部に要求される前記機械的特
   性パラメータを算出することを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の光学機器の設計方法。
4. 【請求項４】前記各工程を繰り返し行った際の前記パラ
   メータ算出工程で算出される前記機械的特性パラメータ
   をモニタすることを特徴とする請求項１から請求項３の
   いずれかに記載の光学機器の設計方法。
5. 【請求項５】前記パラメータ算出工程は、前記算出する
   機械的特性パラメータを所定の制限範囲内でのみ算出す
   ることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに
   記載の光学機器の設計方法。
6. 【請求項６】前記装着部を変位させて前記光学部品に前
   記光学的変位を発生させる種々の要因に関する情報をデ
   ータベース化して、前記機械的変位算出工程は、前記デ
   ータベース化した前記種々の要因による前記装着部の前
   記機械的挙動により引き起こされる前記光学部品の変位
   量を算出することを特徴とする請求項１から請求項５の
   いずれかに記載の光学機器の設計方法。