JP2673591B2 - fθレンズ及びそれを用いたレーザー走査光学系 - Google Patents
fθレンズ及びそれを用いたレーザー走査光学系Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は走査光学系に用いられるfθレンズに関し、
特に微小スポットの形成を目的としたfθレンズ及びそ
れを用いたレーザー走査光学系に関する。
特に微小スポットの形成を目的としたfθレンズ及びそ
れを用いたレーザー走査光学系に関する。
[従来の技術] 従来のレーザー走査光学系では、レーザー光源を発し
たレーザー光をコリメーターレンズ等で平行光とした
後、ポリゴンミラー等の偏向器で反射させ、結像レンズ
系を用いてレーザービームスポットを像面上に形成し、
走査している。
たレーザー光をコリメーターレンズ等で平行光とした
後、ポリゴンミラー等の偏向器で反射させ、結像レンズ
系を用いてレーザービームスポットを像面上に形成し、
走査している。
こうしたレーザー走査光学系において、特にポリゴン
ミラー等の等角速度回転でビーム走査を行う場合、像面
上で主走査方向の等速度性を保つ為に、結像レンズには
fθ特性(光学系の焦点距離をf、入射角度をθとした
とき、理想像高がf・θで与えられる特性)を持つ所謂
fθレンズ系が用いられている。
ミラー等の等角速度回転でビーム走査を行う場合、像面
上で主走査方向の等速度性を保つ為に、結像レンズには
fθ特性(光学系の焦点距離をf、入射角度をθとした
とき、理想像高がf・θで与えられる特性)を持つ所謂
fθレンズ系が用いられている。
また、一般に、ビーム走査される像面は平面である
為、結像レンズでは像面上の像面湾曲が補正されてい
る。
為、結像レンズでは像面上の像面湾曲が補正されてい
る。
更に、ポリゴンミラーなどの偏向器の反射面の所定位
置からの面倒れによって像面上の走査線のブレ(ピッチ
ムラ)が生じるのを防ぐ為に、結像レンズ中にトーリッ
クレンズなどのアナモフィックな光学系を用いた例も知
られている。
置からの面倒れによって像面上の走査線のブレ(ピッチ
ムラ)が生じるのを防ぐ為に、結像レンズ中にトーリッ
クレンズなどのアナモフィックな光学系を用いた例も知
られている。
この様なfθレンズのうち、特に微小なレーザースポ
ット(波長λ=780nmのレーザーで50μm以下)を目的
として、結像レンズ系を3枚構成としたタイプも提案さ
れている。こうしたfθレンズは、例えば、第14図に示
す様な構成を有し、偏向器のミラー面Mより像面I側へ
と凹球面レンズ51、凸球面レンズ52、トーリックレンズ
53が順に配された構成となっている。
ット(波長λ=780nmのレーザーで50μm以下)を目的
として、結像レンズ系を3枚構成としたタイプも提案さ
れている。こうしたfθレンズは、例えば、第14図に示
す様な構成を有し、偏向器のミラー面Mより像面I側へ
と凹球面レンズ51、凸球面レンズ52、トーリックレンズ
53が順に配された構成となっている。
[発明が解決しようとする課題] しかし乍ら、上記の3枚構成のfθレンズ系において
は、fθ特性、像面湾曲、倒れ補正という性質を満足し
たものでも、画角(走査角)の大きな像面周辺部でのス
ポット形状は著しく悪化し、形状が3角形などになって
しまう。この為、実質的なスポット径が大きくなってし
まって、従来のレンズ系では像面周辺の画角のところで
は良好な画像を得ることが出来なかった。
は、fθ特性、像面湾曲、倒れ補正という性質を満足し
たものでも、画角(走査角)の大きな像面周辺部でのス
ポット形状は著しく悪化し、形状が3角形などになって
しまう。この為、実質的なスポット径が大きくなってし
まって、従来のレンズ系では像面周辺の画角のところで
は良好な画像を得ることが出来なかった。
例として、第14図に示したfθレンズの場合の像面湾
曲、fθ特性を第15図と第16図に夫々示す。また、画角
37度における像面上のスポット形状を第17図に示す。
曲、fθ特性を第15図と第16図に夫々示す。また、画角
37度における像面上のスポット形状を第17図に示す。
これらの図から分かる様に、この例ではfθ特性と像
面湾曲は良好に補正されているが、1/e2のスポット形状
(ピーク強度からその1/e2の強度のところまでのスポッ
ト形状)は3角形をしており、良好なスポット形状とは
言えない。この為、このfθレンズ系では像面周辺での
画像の品質は悪化している。
面湾曲は良好に補正されているが、1/e2のスポット形状
(ピーク強度からその1/e2の強度のところまでのスポッ
ト形状)は3角形をしており、良好なスポット形状とは
言えない。この為、このfθレンズ系では像面周辺での
画像の品質は悪化している。
従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、コンパク
トでありながら高解像である走査光学系に用いられるf
θレンズを提供することにある。
トでありながら高解像である走査光学系に用いられるf
θレンズを提供することにある。
[発明の概要] 上記目的を達成する本発明では、トーリックレンズを
含む3枚構成のfθレンズであり、光入射側から1枚目
が主走査面内で負のパワーを持つレンズ、2枚目が主走
査面内で正のパワーを持つレンズ、3枚目がトーリック
面を持ち主走査面内で正のパワーを持つ1レンズとな
り、更に1枚目のレンズと2枚目のレンズで構成される
その間の空気レンズに主走査面内で正のパワーを持たせ
ている。これにより、像面周辺部でのスポット形状が良
好に保たれ、従って走査系全体がコンパクトでありなが
ら高解像である走査光学系が実現できる。
含む3枚構成のfθレンズであり、光入射側から1枚目
が主走査面内で負のパワーを持つレンズ、2枚目が主走
査面内で正のパワーを持つレンズ、3枚目がトーリック
面を持ち主走査面内で正のパワーを持つ1レンズとな
り、更に1枚目のレンズと2枚目のレンズで構成される
その間の空気レンズに主走査面内で正のパワーを持たせ
ている。これにより、像面周辺部でのスポット形状が良
好に保たれ、従って走査系全体がコンパクトでありなが
ら高解像である走査光学系が実現できる。
上記凹レンズと凸レンズの間の空気レンズの曲率半径
をr2、r3として焦点距離をfとしたとき、 0.48≦r2/r3≦1, −2.2≦f/r3≦1.7 の条件を満たすことで、より一層顕著な効果が得られ
る。
をr2、r3として焦点距離をfとしたとき、 0.48≦r2/r3≦1, −2.2≦f/r3≦1.7 の条件を満たすことで、より一層顕著な効果が得られ
る。
この条件式でr2/r3>1となると空気レンズのパワー
が負となりスポット形状が悪化し、また、r2/r3が小さ
くなりすぎても収差が悪化しスポット形状が悪化する。
f/r3が上記の範囲から外れた場合、主走査側像面湾曲が
悪化して全画面でスポット径を微小に保つことが困難に
なる。
が負となりスポット形状が悪化し、また、r2/r3が小さ
くなりすぎても収差が悪化しスポット形状が悪化する。
f/r3が上記の範囲から外れた場合、主走査側像面湾曲が
悪化して全画面でスポット径を微小に保つことが困難に
なる。
[実施例] 第1図と第2図は本発明による第1の実施例を示し、
第1図は本発明によりfθレンズの主走査面(走査され
る光束が経時的に形成する面で光軸を含む)での断面
図、第2図はfθレンズの副走査面(主走査面と直角な
面で光軸を含む)での断面図である。
第1図は本発明によりfθレンズの主走査面(走査され
る光束が経時的に形成する面で光軸を含む)での断面
図、第2図はfθレンズの副走査面(主走査面と直角な
面で光軸を含む)での断面図である。
同図において、fθレンズ10は、偏向器のミラー面相
当位置Mより像面I側にかけて順に、凹球面レンズL1、
凸球面レンズL2、トーリックレンズL3より構成されてい
る。符号cはレーザーなどの光源とミラー面相当位置M
との間に配設されたシリンダーレンズであり、副走査方
向にのみパワーを有する。
当位置Mより像面I側にかけて順に、凹球面レンズL1、
凸球面レンズL2、トーリックレンズL3より構成されてい
る。符号cはレーザーなどの光源とミラー面相当位置M
との間に配設されたシリンダーレンズであり、副走査方
向にのみパワーを有する。
図中、r1、r2は凹球面レンズL1の第1面と第2面(M
側より順に番号を附す)の曲率半径、r3、r4は凸球面レ
ンズL2の第3面と第4面の曲率半径、r51、r61はトーリ
ックレンズL3の第5面と第6面の主走査断面における曲
率半径、r52、r62は同じく第5面と第6面の副走査断面
における曲率半径を示す。
側より順に番号を附す)の曲率半径、r3、r4は凸球面レ
ンズL2の第3面と第4面の曲率半径、r51、r61はトーリ
ックレンズL3の第5面と第6面の主走査断面における曲
率半径、r52、r62は同じく第5面と第6面の副走査断面
における曲率半径を示す。
上記構成のfθレンズ10により、レーザー光は光源か
ら発した後、コリメータレンズ等で一度平行光となった
後にシリンダーレンズcを経てミラー面Mに近傍に線状
に入射し、ここで偏向され、そして像面Iに結像され
る。この様に、レーザー光は、副走査断面では、シリン
ダーレンズcでミラー面M上に一度結像した後、再びf
θレンズ10によって像面I上に結像する。
ら発した後、コリメータレンズ等で一度平行光となった
後にシリンダーレンズcを経てミラー面Mに近傍に線状
に入射し、ここで偏向され、そして像面Iに結像され
る。この様に、レーザー光は、副走査断面では、シリン
ダーレンズcでミラー面M上に一度結像した後、再びf
θレンズ10によって像面I上に結像する。
このfθレンズ10の具体例を次の表1に示す。ここに
おいて、r1等は上記の如きものであり、d0はミラー面M
と第1面間の距離、di(i=1〜5)は第i面と第i+
1面間の間隔、d6は第6面と像面I間の距離、n0、n2、
n4、n6は空気の屈折率、n1、n3、n5は夫々レンズL1、
L2、L3の屈折率である。
おいて、r1等は上記の如きものであり、d0はミラー面M
と第1面間の距離、di(i=1〜5)は第i面と第i+
1面間の間隔、d6は第6面と像面I間の距離、n0、n2、
n4、n6は空気の屈折率、n1、n3、n5は夫々レンズL1、
L2、L3の屈折率である。
第1表 d0=17,61 n0=1 r1=−53.00 d1=4.05 n1=1.51 r2=−186.30 d2=0.28 n2=1 r3=−319.60 d3=8,00 n3=1.62 r4=−49.19 d4=12.34 n4=1 r51=0 r52=−36.05 d5=14.18 n5=1.62 r61=−112.31 r62=−15.89 d6=97.31 n6=1 f=99.40 r2/r3=0.58 f/r3=−0.31 表1から分かる様に、レンズL1とL2の間は第2面(曲
率半径r2)と第3面(曲率半径r3)によって構成される
空気レンズとなっているが、ここでr3<r2<0(すなわ
ちr2/r3≦1)となっている為にこの空気レンズは正の
パワーを持っている。
率半径r2)と第3面(曲率半径r3)によって構成される
空気レンズとなっているが、ここでr3<r2<0(すなわ
ちr2/r3≦1)となっている為にこの空気レンズは正の
パワーを持っている。
更に詳しく言えば、空気レンズが正であるということ
は、r2とr3よりなる面の合成のパワーが正であることを
意味する。
は、r2とr3よりなる面の合成のパワーが正であることを
意味する。
r2の面のパワーは、 φA=(1−n1)/r2 r3の面のパワーは、 φB=(n3−1)/r3、 そして合成のパワーは、 φ=φA+φB−eφAφB …(1) (ここで、e=d2である)で表される。
すなわち、上記(1)式が正となることが、空気レン
ズが正であることを意味する。
ズが正であることを意味する。
上記第1表に示される実施例ではφ=0.0008、 下記第2表に示される実施例ではφ=0.00295、 下記第3表に示される実施例ではφ=0.00058、 であり、いずれも空気レンズのパワーは正である。
このfθレンズ10の像面湾曲とfθ特性が第3図、第
4図に夫々示されている。主走査側、副走査側の像面湾
曲及びfθ特性が共に良好であることが分かる。
4図に夫々示されている。主走査側、副走査側の像面湾
曲及びfθ特性が共に良好であることが分かる。
第5図は、fθレンズ10を用いて画角37度のところの
スポット形状を計算した結果を示す。スポットは1/e2の
所の等高線で見て楕円形(副走査面に少し長い)をして
おり、良好な形状を保っていると言える。
スポット形状を計算した結果を示す。スポットは1/e2の
所の等高線で見て楕円形(副走査面に少し長い)をして
おり、良好な形状を保っていると言える。
第6図は本発明による第2の実施例の主走査面での断
面図である。同図において、fθレンズ20はミラー面M
側から順に凹球面レンズL1、凸球面レンズL2、トーリッ
クレンズL3より構成されている。
面図である。同図において、fθレンズ20はミラー面M
側から順に凹球面レンズL1、凸球面レンズL2、トーリッ
クレンズL3より構成されている。
第2実施例でも、レンズL1、L2間の空気レンズが主走
査面内で正のパワーを持っている。
査面内で正のパワーを持っている。
表2にfθレンズ20の具体例を示す。符号の約束は表
1と同じである。
1と同じである。
第2表 d0=18.09 n0=1 r1=−43.26 d1=3.00 n1=1.51 r2=−72.12 d2=0.30 n2=1 r3=−149.50 d3=8.49 n3=1.62 r4=−47.52 d4=1499 n4=1 r51=0 r52=−35.46 d5=16.12 n5=1.62 r61=−119.78 r62=−16.30 d6=94.27 n6=1 f=99.54 r2/r3=0.48 f/r3=−0.67 第2実施例による像面湾曲、fθ特性、画角37度の所
のスポット形状を、夫々、第7図、第8図、第9図に示
す。第2実施例でも第1実施例と同様な効果が得られる
ことが分かる。
のスポット形状を、夫々、第7図、第8図、第9図に示
す。第2実施例でも第1実施例と同様な効果が得られる
ことが分かる。
次に、本発明による第3の実施例を第10図に示す。同
図において、fθレンズ30は、ミラー面M側から順に凹
球面レンズL1、凸球面レンズL2、トーリックレンズL3よ
り構成されている。
図において、fθレンズ30は、ミラー面M側から順に凹
球面レンズL1、凸球面レンズL2、トーリックレンズL3よ
り構成されている。
表3にこのfθレンズ30の具体例を示す。同じく符号
の約束は表1におけるそれと同じである。
の約束は表1におけるそれと同じである。
第3表 d0=15.62 n0=1 r1=−62.45 d1=4.31 n1=1.51 r2=192.01 d2=0.11 n2=1 r3=192.01 d3=9.16 n3=1.62 r4=−51.56 d4=15.19 n4=1 r51=0 r52=−33.86 d5=14.08 n5=1.62 r61=−120.89 r62=−15.51 d6=94.44 n6=1 f=99.13 r2/r3=1.00 f/r3=0.52 第3実施例でも、r2=r3>0(すなわちr2/r3≦1を
満たす)となっていて、レンズL1、L2間の空気レンズが
主走査面内で正のパワーを持つ様になっている。
満たす)となっていて、レンズL1、L2間の空気レンズが
主走査面内で正のパワーを持つ様になっている。
このfθレンズ30による像面湾曲、fθ特性、画角37
度の所のスポット形状を、夫々、第11図、第12図、第13
図に示す。これから第3実施例でも第1実施例と同様な
効果が得られることが分かる。
度の所のスポット形状を、夫々、第11図、第12図、第13
図に示す。これから第3実施例でも第1実施例と同様な
効果が得られることが分かる。
[発明の効果] 以上説明した様に、本発明のfθレンズでは画角が大
きい所でもスポット形状が良好に保たれているので、コ
ンパクトでありながら高解像の走査光学系が実現出来
る。
きい所でもスポット形状が良好に保たれているので、コ
ンパクトでありながら高解像の走査光学系が実現出来
る。
第1図は第1実施例の主走査断面図、第2図は第1実施
例の副走査断面図、第3図は第1実施例の像面湾曲を示
す図、第4図は第1実施例のfθ特性を示す図、第5図
は第1実施例における画角37度のスポット形状を示す
図、第6図は第2実施例の主走査断面図、第7図は第2
実施例の像面湾曲を示す図、第8図は第2実施例のfθ
特性を示す図、第9図は第2実施例における画角37度の
スポット形状を示す図、第10図は第3実施例の主走査断
面図、第11図は第3実施例の像面湾曲を示す図、第12図
は第3実施例のfθ特性を示す図、第13図は第3実施例
における画角37度のスポット形状を示す図、第14図は従
来例の主走査断面図、第15図は従来例の像面湾曲を示す
図、第16図は従来例のfθ特性を示す図、第17図は従来
例における画角37度のスポット形状を示す図である。 10、20、30……fθレンズ、L1……凹球面レンズ、L2…
…凸球面レンズ、L3……トーリックレンズ
例の副走査断面図、第3図は第1実施例の像面湾曲を示
す図、第4図は第1実施例のfθ特性を示す図、第5図
は第1実施例における画角37度のスポット形状を示す
図、第6図は第2実施例の主走査断面図、第7図は第2
実施例の像面湾曲を示す図、第8図は第2実施例のfθ
特性を示す図、第9図は第2実施例における画角37度の
スポット形状を示す図、第10図は第3実施例の主走査断
面図、第11図は第3実施例の像面湾曲を示す図、第12図
は第3実施例のfθ特性を示す図、第13図は第3実施例
における画角37度のスポット形状を示す図、第14図は従
来例の主走査断面図、第15図は従来例の像面湾曲を示す
図、第16図は従来例のfθ特性を示す図、第17図は従来
例における画角37度のスポット形状を示す図である。 10、20、30……fθレンズ、L1……凹球面レンズ、L2…
…凸球面レンズ、L3……トーリックレンズ
Claims (2)
- 【請求項1】走査光学系に用いられ、面倒れ補正機能を
持つfθレンズにおいて、偏向面より第1レンズ、第2
レンズ、第3レンズが順に配設され、第1レンズが主走
査面内で負のパワーを持ち、第2レンズが主走査面内で
正のパワーを持ち、第3レンズがトーリック面を持ち主
走査面内で正のパワーを持ち、更に第1レンズと第2レ
ンズの間の空気レンズが主走査面内で正のパワーを持
ち、前記第1レンズが凹球面レンズであり、第2レンズ
が凹球面レンズであり、第3レンズがトーリックレンズ
であり、前記凹球面レンズと凸球面レンズの間の曲率半
径をr2、r3とし、焦点距離をfとしたとき、 0.48≦r2/r3≦1、 −2.2≦f/r3≦1.7 を満たすことを特徴とするfθレンズ。 - 【請求項2】請求項1記載のfθレンズを用いて、レー
ザー光源からの光束を偏向器、fθレンズを介して像面
上に走査するレーザー走査光学系。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1330648A JP2673591B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | fθレンズ及びそれを用いたレーザー走査光学系 |
US07/627,585 US5136412A (en) | 1989-12-20 | 1990-12-14 | Fθ lens and scanning optical system using the same |
DE69018401T DE69018401T2 (de) | 1989-12-20 | 1990-12-17 | F-theta-Linse und diese Linse enthaltendes optisches Abtastsystem. |
EP90124475A EP0433953B1 (en) | 1989-12-20 | 1990-12-17 | F-theta lens and scanning optical system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1330648A JP2673591B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | fθレンズ及びそれを用いたレーザー走査光学系 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03191316A JPH03191316A (ja) | 1991-08-21 |
JP2673591B2 true JP2673591B2 (ja) | 1997-11-05 |
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ID=18235018
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1330648A Expired - Fee Related JP2673591B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | fθレンズ及びそれを用いたレーザー走査光学系 |
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---|---|
US (1) | US5136412A (ja) |
EP (1) | EP0433953B1 (ja) |
JP (1) | JP2673591B2 (ja) |
DE (1) | DE69018401T2 (ja) |
Families Citing this family (10)
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KR960032037A (ko) * | 1995-02-25 | 1996-09-17 | 김광호 | 광주사장치 |
JP2004029416A (ja) * | 2002-06-26 | 2004-01-29 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 光走査装置 |
US7333121B2 (en) * | 2005-04-28 | 2008-02-19 | Marvell International Technology Ltd | System and method for scaling data to compensate for slanted scanning in a bidirectional scanning laser printer |
ATE499973T1 (de) * | 2007-09-07 | 2011-03-15 | Givaudan Sa | Dimethylcyclohexyl-derivate als mittel zur neutralisation unangenehmer gerüche |
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CN101324696B (zh) * | 2008-04-28 | 2011-05-04 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 光学镜头 |
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