JP2001075035A - 回折面を用いた走査光学系 - Google Patents
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Abstract
する主走査方向の収差を回折面を用いて補正する構成を
前提とし、不要次数の回折光を空間的に分離して容易に
遮光できる走査光学系を提供すること。 【解決手段】 光源1から発してコリメートレンズ2に
より平行光束とされたレーザー光は、副走査方向にのみ
パワーを持つシリンドリカルレンズ3を介してポリゴン
ミラー4に入射し、ポリゴンミラー4で走査、偏向され
て第1、第2,第3レンズ21、22、23から構成さ
れるfθレンズ20を介して描画面5上に収束される。
第2レンズ22のポリゴンミラー4側のレンズ面22a
には、フレネルレンズ状の回折レンズ構造が形成されて
いる。回折レンズ構造は、回転対称な輪帯状のパターン
の一部として形成され、回折レンズ構造の前側焦点と後
側焦点とを結ぶ軸がfθレンズの屈折レンズの光軸に対
して副走査方向に偏心している。
Description
ター等の走査光学装置の光学系として利用される走査光
学系に関し、特に、屈折レンズの特性による収差を回折
面を用いて補正した走査光学系に関する。
0−197820号公報、あるいは特開平10−689
03号公報に記載されている。これらの公報に開示され
た走査光学系は、レーザー光源、このレーザー光源から
発したレーザー光を偏向するポリゴンミラー、偏向され
た光束を感光体ドラム等の描画面上にスポットとして収
束させるfθレンズを備えている。fθレンズの一面に
は、回折レンズ構造が形成されている。
は、fθレンズの屈折レンズとしての分散に起因する主
走査方向の倍率色収差を補正するため、回転対称な輪帯
状のパターンの一部として形成された回折レンズ構造を
備えている。特開平10−68903号公報の光学系
は、プラスチックレンズの温度変化による倍率変化やピ
ント位置の変化を補正するため、同様の回折レンズ構造
を備えている。以下の説明において、「主走査方向」
は、ポリゴンミラーの回転に伴う描画面上でのスポット
の移動方向に相当する方向、「副走査方向」は描画面上
でのスポットの移動方向に直交する方向に相当する方向
をいう。
た従来の回折面を用いた走査光学系は、回折レンズ構造
の前側焦点と後側焦点とを結ぶ軸がfθレンズの屈折レ
ンズとしての光軸にほぼ一致しているため、回折面で不
要次数の回折光が発生した場合、不要次数の回折光が必
要次数の回折光に対して主走査方向に角度をもって分布
し、不要次数の回折光により形成されるスポットが必要
次数の回折光によるスポットと同一の走査線上に形成さ
れ、描画品質を劣化させるという問題がある。
するよう回折面を設計し、2次回折光、0次回折光(非
回折光)が不要次数の回折光として存在する場合、1次
回折光によるスポットに対して主走査方向に離れた位置
に、2次回折光、0次回折光によるスポットが形成され
る。これらの不要次数の回折光によるスポットは、主走
査方向に関してはピントがずれるが、副走査方向に関し
ては描画面にピントが合うため、描画面の単位面積あた
りに与えるエネルギーは小さくない。また、光源のオン
オフは1次回折光の位置を基準に制御され、かつ、光源
のオンオフに伴って0次、2次の回折光も1次回折光と
同時にオンオフされるため、0次、または2次回折光が
非露光範囲にあるときに1次回折光が露光範囲にある
と、0次、または2次回折光により非露光範囲が露光さ
れ、例えばプリントアウトされた用紙上では本来白地で
あるべき範囲に黒いドットが形成される。また、従来の
構成では、必要次数の回折光と不要次数の回折光とは時
間的にはずれるものの、空間的にはほぼ同一の光路を通
って描画面に達するため、必要次数の回折光のみを透過
させ、不要次数の回折光のみを遮光するのは困難であ
る。
鑑みてなされたものであり、走査レンズの屈折レンズと
しての特性に起因する主走査方向の収差を回折面を用い
て補正する構成を前提としつつ、不要次数の回折光を空
間的に分離して容易に遮光できる走査光学系を提供する
ことを目的とする。
を用いた走査光学系は、上記の目的を達成させるため、
回折レンズ構造の前側焦点と後側焦点とを結ぶ軸を、走
査レンズの屈折レンズとしての光軸に対して副走査方向
に偏心させたことを特徴とする。これにより、不要次数
の回折光を必要次数の回折光に対して副走査方向に空間
的に分離することができ、遮光板等を設けることによ
り、不要次数の回折光が描画面に達するのを防ぐことが
できる。
を発する光源と、光源からの光束を偏向する偏向器と、
偏向器により偏向された光束を描画面上に収束させる走
査レンズとを備え、走査レンズは、屈折レンズとして正
のパワーを有すると共に、少なくとも一面に回折レンズ
構造を有し、回折レンズ構造は、走査レンズの屈折レン
ズとしての特性により発生する主走査方向の収差を補正
する作用を有し、回折レンズ構造の前側焦点と後側焦点
とを結ぶ軸が、走査レンズの光軸に対して副走査方向に
偏心していることを特徴とする。
ターンの一部として形成することができる。また、回折
レンズ構造は、加工の容易さからは、走査レンズの平面
状の屈折面上に形成することが望ましい。空間的に分離
された不要次数の回折光を遮光するためには、回折レン
ズ構造が設けられたレンズ面と描画面との間に遮光板を
設ければよい。
レンズ構造の波長依存性により発生する副走査方向の走
査線のズレを補正するプリズム効果を有するプリズム状
回折レンズ構造を設けてもよい。このプリズム状回折レ
ンズ構造は、光源と偏向器との間に配置してもよいし、
偏向器と描画面との間に配置してもよい。
用いた走査光学系の実施形態を説明する。
かる走査光学系を示し、図1は主走査方向の説明図、図
2は副走査方向の説明図、図3は回折レンズ構造が形成
されたレンズを模式的に示す斜視図、図4は回折レンズ
構造が形成されたレンズ面を光軸方向から見た様子を模
式的に示す説明図、図5は各回折次数の回折光の光路を
示す副走査方向の説明図である。
メートレンズ2により平行光束とされたレーザー光は、
副走査方向にのみパワーを持つシリンドリカルレンズ3
を介して回転軸4a回りに回転駆動されるポリゴンミラ
ー(偏向器)4に入射し、ポリゴンミラー4で走査、偏向
されて走査レンズである3枚構成のfθレンズ20を介
して描画面5上に収束されて主走査方向に走査するスポ
ットを形成する。
する光束をポリゴンミラー4のミラー面の近傍で線状に
結像させるために副走査方向に正のパワーを有する。f
θレンズ20は、副走査方向においてミラー面近傍で線
状に結像された光束を像面上にほぼ円形のスポットとし
て再結像させる。このようにミラー面と像面とを副走査
方向においてほぼ共役とすることにより、ポリゴンミラ
ー4の面倒れ誤差による走査線ズレを低減させることが
できる。
ら描画面5側に向けて順に、主走査、副走査の両方向に
正のパワーを持つ両凸の第1レンズ21と、主走査、副
走査の両方向に正のパワーを持つ平凸の第2レンズ22
と、ほぼ副走査方向にのみ正のパワーを有する長尺の第
3レンズ23とが配列して構成される。第1レンズ21
と第2レンズ22とは、比較的ポリゴンミラー4の近く
に配置され、第3レンズ23は、比較的描画面5の近く
に配置されている。
ンズ面21aは回転対称な非球面、描画面側のレンズ面
21bは球面である。第2レンズ22のポリゴンミラー
4側のレンズ面22aは、回折レンズ面であり、図3に
示すようにベースカーブとなる平面上に屈折レンズ部分
での倍率色収差を補正する作用を有するフレネルレンズ
状の回折レンズ構造が形成されている。第2レンズ22
の描画面側のレンズ面22bは凸の球面である。第3レ
ンズ23は、ポリゴンミラー側のレンズ面23aが、ト
ーリック面であり、描画面側の面23bが凸の球面であ
る。
れた回折レンズ構造は、fθレンズ20の屈折レンズと
しての特性により発生する主走査方向の収差、この例で
は倍率色収差を補正する作用を有する。回折レンズ構造
を付加するレンズ面は、できるだけポリゴンミラー4に
近く、かつ、回転対称な面であることが望ましい。ポリ
ゴンミラー4に近いレンズ面では透過する光束径が比較
的大きいため、光束がフレネル状の段差部分を通過する
際にも段差部分の影響を受けにくい。また、各レンズを
モールド成型する場合、金型加工の容易さからは、回転
対称なベースカーブ上に回折レンズ構造を付加すること
が有利である。特に、ベースカーブが平面であれば、金
型加工は容易である。
に、回転対称な輪帯状のパターンの一部として形成さ
れ、回折レンズ構造の前側焦点と後側焦点とを結ぶ軸A
x1が、fθレンズ20の屈折レンズ部分の光軸Ax2に
対して副走査方向Zに偏心している。これにより、各回
折光が図5に示すように副走査方向に異なる角度で射出
し、不要次数の回折光(0次回折光、2次回折光)を必要
次数の回折光(1次回折光)に対して副走査方向に空間的
に分離することができる。
回折レンズ構造により空間的に分離された不要次数の回
折光を遮光するため、主走査方向に延びる遮光板30が
図2に示すように設けられている。1次回折光は、図5
に示すように遮光板30が設けられていない領域を通過
し、0次回折光は遮光板30の図中下側の部分により遮
光され、2次回折光は遮光板30の図中上側の部分によ
り遮光される。
系のシリンドリカルレンズ3より描画面5側の構成を示
す。表中の記号Kは走査係数、ryは主走査方向の曲率
半径、rzは副走査方向の曲率半径(回転対称面の場合に
は省略)、dは面間の光軸上の距離、n770、n780、n790
はそれぞれ波長770nm,780nm,790nmでの屈折率である。
ズ3、第3面がポリゴンミラー4のミラー面、第4面、
第5面がfθレンズ20の第1レンズ21、第6面、第
7面が第2レンズ22、第8面、第9面が第3レンズ2
3を示す。
ンズ21の第1面21aは、光軸からの高さがYとなる
非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距
離(サグ量)をX、非球面の光軸上での曲率(1/r)をC、
円錐係数をκ、4次、6次、8次の非球面係数をA4,
A6,A8として、以下の式で表される。なお、表1にお
ける非球面の曲率半径は、光軸上の曲率半径であり、円
錐係数、非球面係数は表2に示される。 X=CY2/(1+√(1-(1+κ)C2Y2))+A4Y4+A6Y6+
A8Y8
数に相当する値が−3.453となることが知られてい
る。負の値は屈折レンズのアッベ数とは符号が逆である
ことを意味し、絶対値が小さいことは大きな分散を有し
ていることを意味している。したがって、パワーの小さ
い回折レンズを正の屈折レンズと組み合わせることによ
り、色収差を補正することができる。第1の実施形態の
回折レンズ構造は、波長780nmにおいて6089.75
mmの焦点距離を持つように定められる。また、回折レ
ンズ構造の軸のfθレンズの光軸からの偏心量は、40
0mmである。
て回折レンズ構造が設けられていない場合の倍率色収差
(780nmの光束による主走査方向の走査位置を基準とした
770nm,790nmの光束による主走査方向の走査位置のズレ)
を示し、図6(B)は、回折レンズ構造が設けられている
場合の倍率色収差を示す。回折レンズ構造を設けること
により、倍率色収差が補正されることがわかる。したが
って、使用される光源の発光波長にバラツキがある場合
にも、描画性能の変化を抑えることができる。
輪帯状の回折レンズ構造をfθレンズ20の光軸に対し
て偏心させて配置すると、描画面に形成される走査線の
副走査方向の位置も、波長の変化によってシフトするこ
ととなる。そこで、このような走査線の副走査方向のシ
フトを補正するため、プリズム効果を有するプリズム状
回折レンズ構造を設ける。このプリズム状回折レンズ構
造は、主走査方向と平行に直線状に延びるパターンを備
えており、第1の実施形態では光源1とポリゴンミラー
4との間に配置されたシリンドリカルレンズ3のポリゴ
ンミラー側のレンズ面上に形成されている。図7は、プ
リズム状回折レンズ構造が形成された凸平のシリンドリ
カルレンズ3の斜視図である。第1の実施形態では、プ
リズム状回折レンズ構造は、パターンのピッチが0.0
1976mmとなるよう設計される。これにより、第2
レンズ22のレンズ面22aに設けられた倍率色収差補
正用の回折レンズ構造により発生する副走査方向の走査
線のズレを補正することができる。
かかる走査光学系を示し、図8は主走査方向の説明図、
図9は副走査方向の説明図、図10は各回折次数の回折
光の光路を示す副走査方向の説明図である。光源1から
ポリゴンミラー4までの構成は第1の実施形態と同様で
ある。
ゴンミラー4側から描画面5側に向けて順に、主走査、
副走査の両方向に正のパワーを持つメニスカスの第1レ
ンズ41と、主走査、副走査の両方向に正のパワーを持
つ平凸の第2レンズ42と、ほぼ副走査方向にのみ正の
パワーを有する長尺の第3レンズ43とが配列して構成
される。
ンズ面41aは回転対称な非球面、描画面側のレンズ面
41bは球面である。第2レンズ42のポリゴンミラー
4側のレンズ面42aは、回折レンズ面であり、ベース
カーブとなる平面上に屈折レンズ部分での倍率色収差を
補正する作用を有するフレネルレンズ状の回折レンズ構
造が形成されている。第2レンズ42の描画面側のレン
ズ面42bは凸の球面である。第3レンズ43は、ポリ
ゴンミラー側のレンズ面43aがトーリック面であり、
描画面側の面43bが凸の球面である。
に回転対称な輪帯状のパターンの一部として形成され、
回折レンズ構造の前側焦点と後側焦点とを結ぶ軸が、f
θレンズ40の屈折レンズ部分の光軸に対して副走査方
向に偏心している。これにより、各回折光が図10に示
すように副走査方向に異なる角度で射出し、不要次数の
回折光(0次回折光、2次回折光)を必要次数の回折光
(1次回折光)に対して副走査方向に空間的に分離するこ
とができる。
系のシリンドリカルレンズ3より描画面5側の構成を示
す。表中の記号、面番号の意味は第1の実施形態と同一
である。光軸回りに回転対称な非球面である第1レンズ
41の第1面41aの円錐係数、非球面係数は表4に示
される。
780nmにおいて3012.825mmの焦点距離を持つ
ように定められる。また、回折レンズ構造の軸のfθレ
ンズの光軸からの偏心量は、150mmである。
いて回折レンズ構造が設けられていない場合の倍率色収
差を示し、図11(B)は、回折レンズ構造が設けられて
いる場合の倍率色収差を示す。回折レンズ構造を設ける
ことにより、倍率色収差が補正されることがわかる。
のシフトを補正するプリズム状回折レンズ構造が、ポリ
ゴンミラー4と描画面5との間に配置されたfθレンズ
40の第3レンズ43の描画面側のレンズ面43bに形
成されている。図12は、プリズム状回折レンズ構造が
形成された第3レンズ43の斜視図である。第2の実施
形態では、プリズム状回折レンズ構造は、パターンのピ
ッチが0.03183mmとなるよう設計される。これ
により、第2レンズ42のレンズ面42aに設けられた
倍率色収差補正用の回折レンズ構造により発生する副走
査方向の走査線のズレを補正することができる。
造に倍率色収差補正の機能を持たせているが、これのみ
でなく、温度変化による屈折率の変化に基づく収差を光
源1である半導体レーザーの波長変動を利用して補正す
る機能を持たせてもよい。
ば、回折レンズ構造の軸を走査レンズの光軸に対して副
走査方向に偏心させることにより、不要次数の回折光
が、必要次数の回折光に対して副走査方向に異なる角度
をもって空間的に分離されるため、遮光板等を用いて不
要次数の回折光が描画面に達するのを容易に防ぐことが
できる。
走査方向の説明図。
図。
れたレンズを模式的に示す斜視図。
れたレンズ面を光軸方向から見た様子を模式的に示す説
明図。
光の光路を示す副走査方向の説明図。
構造が設けられていない場合の倍率色収差、(B)回折レ
ンズ構造が設けられている場合の倍率色収差をそれぞれ
示すグラフ。
ンドリカルレンズの斜視図。
走査方向の説明図。
図。
折光の光路を示す副走査方向の説明図。
ズ構造が設けられていない場合の倍率色収差、(B)回折
レンズ構造が設けられている場合の倍率色収差をそれぞ
れ示すグラフ。
θレンズの第3レンズの斜視図。
Claims (7)
- 【請求項1】 光束を発する光源と、該光源からの光束
を偏向する偏向器と、該偏向器により偏向された光束を
描画面上に収束させる走査レンズとを備え、前記走査レ
ンズは、屈折レンズとして正のパワーを有すると共に、
少なくとも一面に回折レンズ構造を有し、該回折レンズ
構造は、前記走査レンズの屈折レンズとしての特性によ
り発生する主走査方向の収差を補正する作用を有し、前
記回折レンズ構造の前側焦点と後側焦点とを結ぶ軸が、
前記走査レンズ中の屈折レンズの光軸に対して副走査方
向に偏心していることを特徴とする回折面を用いた走査
光学系。 - 【請求項2】 前記回折レンズ構造は、回転対称な輪帯
状のパターンの一部として形成されていることを特徴と
する請求項1に記載の回折面を用いた走査光学系。 - 【請求項3】 前記回折レンズ構造は、前記走査レンズ
の平面状の屈折面上に形成されていることを特徴とする
請求項1に記載の回折面を用いた走査光学系。 - 【請求項4】 前記回折レンズ構造が設けられたレンズ
面と前記描画面との間に、不要次数の回折光を遮光する
遮光板が設けられていることを特徴とする請求項1に記
載の回折面を用いた走査光学系。 - 【請求項5】 前記回折レンズ構造とは別に、該回折レ
ンズ構造の波長依存性により発生する副走査方向の走査
線のズレを補正するプリズム効果を有するプリズム状回
折レンズ構造が設けられていることを特徴とする請求項
1に記載の回折面を用いた走査光学系。 - 【請求項6】 前記プリズム状回折レンズ構造は、前記
光源と前記偏向器との間に配置されていることを特徴と
する請求項5に記載の回折面を用いた走査光学系。 - 【請求項7】 前記プリズム状回折レンズ構造は、前記
偏向器と前記描画面との間に配置されていることを特徴
とする請求項5に記載の回折面を用いた走査光学系。
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US7570278B2 (en) | 2004-02-12 | 2009-08-04 | Ricoh Company, Limited | Optical scanning device and image forming apparatus |
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Publication number | Publication date |
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