JP3095173B2 - Ｆ―θレンズ - Google Patents
Ｆ―θレンズInfo
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/0005—Optical objectives specially designed for the purposes specified below having F-Theta characteristic
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明はｆ−θレンズ，さらにとくには回転ポリゴン
スキャナを含むダイオードレーザプリンタにおける使用
に適したｆ−θレンズに関するものである。
スキャナを含むダイオードレーザプリンタにおける使用
に適したｆ−θレンズに関するものである。
レーザプリンタはフィルムのような受光媒体上に印刷
するための写真およびグラフィックアーツに使用され
る。このようなプリンタがカラー画像化に使用されると
き，これらは一般に３原色の各々のための別個の光源を
含む。別個の光源から発する光ビームは組み合わされて
共線形組合せビームとなり，このビームは次に角範囲に
わたり回転ポリゴンにより走査される。ｆ−θレンズは
ポリゴンと受光媒体との間の光路内に配置される。
するための写真およびグラフィックアーツに使用され
る。このようなプリンタがカラー画像化に使用されると
き，これらは一般に３原色の各々のための別個の光源を
含む。別個の光源から発する光ビームは組み合わされて
共線形組合せビームとなり，このビームは次に角範囲に
わたり回転ポリゴンにより走査される。ｆ−θレンズは
ポリゴンと受光媒体との間の光路内に配置される。
ポリゴンおよびｆ−θレンズへの入力ビームは通常３
つのすべての色すなわち波長においてコリメートされよ
う。ｆ−θレンズはまた，コリメートされた入力ビーム
と仮定して，通常画像平面において軸方向および横方向
のカラーを補正するように設計されよう。
つのすべての色すなわち波長においてコリメートされよ
う。ｆ−θレンズはまた，コリメートされた入力ビーム
と仮定して，通常画像平面において軸方向および横方向
のカラーを補正するように設計されよう。
しかしながらこのようなｆ−θレンズは，その個々の
ファセットの１つ以上についてピラミッド状の角誤差を
有するポリゴンスキャナに使用するのには適してないか
もしれない。このタイプの誤差を有するファセットは傾
斜され，これによりその面はもし伸長されるとポリゴン
の回転軸と交差するであろう。もしピラミッド状角誤差
が存在しなければ，ファセットの平面は回転軸に平行で
ある。ピラミッド状の角誤差が０の場合に，回転軸に垂
直な平面内に存在する入力ビームはファセットから反射
されたのちこの平面内にとどまるであろう。ピラミッド
状の角誤差が０でない場合には，反射後のビームはもは
やこの平面内になく,f−θレンズを通過したのちにビー
ムは画像平面上において走査線の上部または下部のいず
れかの位置にその焦点が結ばれるであろう；これをクロ
ス走査誤差という。入力ビームが３つの異なるカラーす
なわち波長からなる場合，クロス走査誤差の量は各波長
ごとに異なるであろう。これらの波長に依存するクロス
走査誤差はバンディングとして知られる問題を発生させ
ることがある。
ファセットの１つ以上についてピラミッド状の角誤差を
有するポリゴンスキャナに使用するのには適してないか
もしれない。このタイプの誤差を有するファセットは傾
斜され，これによりその面はもし伸長されるとポリゴン
の回転軸と交差するであろう。もしピラミッド状角誤差
が存在しなければ，ファセットの平面は回転軸に平行で
ある。ピラミッド状の角誤差が０の場合に，回転軸に垂
直な平面内に存在する入力ビームはファセットから反射
されたのちこの平面内にとどまるであろう。ピラミッド
状の角誤差が０でない場合には，反射後のビームはもは
やこの平面内になく,f−θレンズを通過したのちにビー
ムは画像平面上において走査線の上部または下部のいず
れかの位置にその焦点が結ばれるであろう；これをクロ
ス走査誤差という。入力ビームが３つの異なるカラーす
なわち波長からなる場合，クロス走査誤差の量は各波長
ごとに異なるであろう。これらの波長に依存するクロス
走査誤差はバンディングとして知られる問題を発生させ
ることがある。
たとえば米国特許第4,396,254号において,632.8ない
し1064nmの波長範囲にわたり色補正を行う手段を含むｆ
−θレンズが開示されている。しかしながら，この特許
においては開示されたレンズがポリゴンファセット上の
ピラミッド状の角誤差に対して補正されることの記載が
なく，したがってこのレンズはビームを走査させるため
に回転ポリゴンを使用するレーザカラープリンタに使用
するには適さないであろう。
し1064nmの波長範囲にわたり色補正を行う手段を含むｆ
−θレンズが開示されている。しかしながら，この特許
においては開示されたレンズがポリゴンファセット上の
ピラミッド状の角誤差に対して補正されることの記載が
なく，したがってこのレンズはビームを走査させるため
に回転ポリゴンを使用するレーザカラープリンタに使用
するには適さないであろう。
上記の従来技術における問題点を解決しかつカラーレ
ーザプリンタ用の改良ｆ−θレンズを提供することが本
発明の目的である。
ーザプリンタ用の改良ｆ−θレンズを提供することが本
発明の目的である。
本発明によれば、少なくとも１つのファセット上にピ
ラミッド状の角誤差を持つ回転ポリゴンからの入力ビー
ムを受け取るようにされたｆ−θレンズであって、入力
ビームは、少なくとも３つのビームを備え、そのビーム
は互いに異なる所定の波長にあり、かつ走査方向に所定
の輻輳を有し、前記レンズは： 受光媒体におけるビームの各々の横方向色収差に対し
て走査方向において補正をするための手段と；および 少なくとも１つのビームが非ゼロ輻輳を有するときに
受光面におけるビームの軸方向色収差に対して走査方向
において補正をするための手段と； からなるところのｆ−θレンズが提供される。
ラミッド状の角誤差を持つ回転ポリゴンからの入力ビー
ムを受け取るようにされたｆ−θレンズであって、入力
ビームは、少なくとも３つのビームを備え、そのビーム
は互いに異なる所定の波長にあり、かつ走査方向に所定
の輻輳を有し、前記レンズは： 受光媒体におけるビームの各々の横方向色収差に対し
て走査方向において補正をするための手段と；および 少なくとも１つのビームが非ゼロ輻輳を有するときに
受光面におけるビームの軸方向色収差に対して走査方向
において補正をするための手段と； からなるところのｆ−θレンズが提供される。
本発明の一実施態様においては,f−θレンズは１つの
光軸に沿って配置された６個のレンズ要素を含む。レン
ズは２つのタイプの色収差：すなわちＸ−Ｚ経線におけ
る横方向カラーおよびＸ−Ｚ経線における軸方向カラー
の２つのタイプの色収差に対してカラー補正がなされ
る。レンズはまたＹ−Ｚ経線内の軸方向方向カラーに対
して補正するように非ゼロ輻輳の入力ビームを使用する
ようにも設計されている。
光軸に沿って配置された６個のレンズ要素を含む。レン
ズは２つのタイプの色収差：すなわちＸ−Ｚ経線におけ
る横方向カラーおよびＸ−Ｚ経線における軸方向カラー
の２つのタイプの色収差に対してカラー補正がなされ
る。レンズはまたＹ−Ｚ経線内の軸方向方向カラーに対
して補正するように非ゼロ輻輳の入力ビームを使用する
ようにも設計されている。
本発明のレンズの主な利点は,3つの異なる波長におい
て同時に，画像スポットを相互に重ねるようにｆ−θレ
ンズとしてそれが働くことおよびファセット上に少量の
ピラミッド状角誤差を有するポリゴンを用いて十分に作
動することとにある。
て同時に，画像スポットを相互に重ねるようにｆ−θレ
ンズとしてそれが働くことおよびファセット上に少量の
ピラミッド状角誤差を有するポリゴンを用いて十分に作
動することとにある。
このレンズの他の利点は比較的安いコストのガラス上
に球面を形成することにあり，したがって合理的なコス
トで容易に製作可能である。
に球面を形成することにあり，したがって合理的なコス
トで容易に製作可能である。
本発明の実施態様をここで添付図面を参照しながら説
明する。
明する。
図１は本発明のｆ−θレンズにおけるレンズ要素の配
置を示す平面図； 図２は平面ミラーと円筒ミラーとを組み合わせたｆ−
θレンズを示す略側面図； 図3a−図3cはそれぞれ０゜，−15゜および＋15゜の走
査角における光ビームの光路を示した図２の組合せの平
面図； 図４は円筒レンズと組み合わせたｆ−θレンズを示す
略側面図；および 図５は図４に示した組合せの平面図である。
置を示す平面図； 図２は平面ミラーと円筒ミラーとを組み合わせたｆ−
θレンズを示す略側面図； 図3a−図3cはそれぞれ０゜，−15゜および＋15゜の走
査角における光ビームの光路を示した図２の組合せの平
面図； 図４は円筒レンズと組み合わせたｆ−θレンズを示す
略側面図；および 図５は図４に示した組合せの平面図である。
本発明のｆ−θレンズの光軸はここでＺ方向として示
す方向に伸長する。ｆ−θレンズは光軸に直角な２つの
方向に特定の光特性を有する。光軸に垂直な１つの方向
を図２に示すようにＸ方向と呼びまた光軸に垂直な他の
方向をＹ方向と呼ぶ（図3a−図3c参照）。走査レンズと
してｆ−θレンズが使用されるとき，ビームはＹ−Ｚ経
線を通過して走査される。したがって，走査方向はＹ方
向でありまたクロス走査方向はＸ方向である。
す方向に伸長する。ｆ−θレンズは光軸に直角な２つの
方向に特定の光特性を有する。光軸に垂直な１つの方向
を図２に示すようにＸ方向と呼びまた光軸に垂直な他の
方向をＹ方向と呼ぶ（図3a−図3c参照）。走査レンズと
してｆ−θレンズが使用されるとき，ビームはＹ−Ｚ経
線を通過して走査される。したがって，走査方向はＹ方
向でありまたクロス走査方向はＸ方向である。
ここに記載のｆ−θレンズはとくにレーザプリンタに
使用するのに適している。１つの適切なプリンタは750,
810および870nmで作動しかつコヒーレントな赤外線ビー
ムを発生する３つのダイオードレーザを含む。該ビーム
は光学的に組み合わされて共通軸によって先へ伝搬しか
つ組合せビームはスピニングポリゴン転向器の方向に向
けられる。任意のポリゴンファセットにおいて反射され
ると，ビームはｆ−θ走査レンズに入り，その後ビーム
はポリゴンの回転軸に直角な平面内で走査される。
使用するのに適している。１つの適切なプリンタは750,
810および870nmで作動しかつコヒーレントな赤外線ビー
ムを発生する３つのダイオードレーザを含む。該ビーム
は光学的に組み合わされて共通軸によって先へ伝搬しか
つ組合せビームはスピニングポリゴン転向器の方向に向
けられる。任意のポリゴンファセットにおいて反射され
ると，ビームはｆ−θ走査レンズに入り，その後ビーム
はポリゴンの回転軸に直角な平面内で走査される。
上記のタイプのレーザプリンタ用のｆ−θレンズは画
像平面において３つの波長を含む単一走査スポットを形
成するであろう。このスポットは直線上を均一速度で伝
搬しかつその線上を伝搬中そのサイズおよび形状を変化
しないのが理想であろう。このスポットはほぼ円形形状
を有し，エネルギー分布がほぼガウス分布をなすのが理
想であろう。フィルム画像内で十分な解像を得るため
に,e-2のパワーレベルのスポットの理想直径は約10ない
し12ミクロンであろう。走査線の長さはたとえば24ミリ
でよい。
像平面において３つの波長を含む単一走査スポットを形
成するであろう。このスポットは直線上を均一速度で伝
搬しかつその線上を伝搬中そのサイズおよび形状を変化
しないのが理想であろう。このスポットはほぼ円形形状
を有し，エネルギー分布がほぼガウス分布をなすのが理
想であろう。フィルム画像内で十分な解像を得るため
に,e-2のパワーレベルのスポットの理想直径は約10ない
し12ミクロンであろう。走査線の長さはたとえば24ミリ
でよい。
スピニングポリゴンを使用する走査系はバンディング
として知られる画像欠陥を受けやすく，該バンディング
はたとえば裸の壁または雲のない空のシーンのような物
体の詳細がない画像領域内で最もよく見られるものであ
る。好ましい画像部分ではない明暗のバンドはこれらの
領域内に現れるであろう。これらのバンドは走査線の反
復する不均一間隔によって形成される。バンディングは
わずかに所定位置から外れて傾斜されたポリゴン状のフ
ァセットにより発生させられる。したがって位置から外
れたファセットがめぐってきたときはいつでもそれは回
転ビームの平面からわずかに外れるように光を常に移動
させるであろう。ｆ−θレンズを通過したあとでは，こ
のビームは画像平面上のわずかに異なる位置に到達し，
これにより「クロス走査」誤差として知られるものを発
生するが，これは走査線に直角な方向における位置誤差
が存在することにより発生する。ｆ−θレンズは光学系
の他の要素と共に，「良好な」ポリゴンすなわち該ポリ
ゴンの回転軸に対して測定したときにポリゴンファセッ
ト上のピラミッド状の角誤差が＋／−15アーク秒を超え
ないところのポリゴンが使用されるときにバンディング
がない画像を形成するように作用しなければならない。
として知られる画像欠陥を受けやすく，該バンディング
はたとえば裸の壁または雲のない空のシーンのような物
体の詳細がない画像領域内で最もよく見られるものであ
る。好ましい画像部分ではない明暗のバンドはこれらの
領域内に現れるであろう。これらのバンドは走査線の反
復する不均一間隔によって形成される。バンディングは
わずかに所定位置から外れて傾斜されたポリゴン状のフ
ァセットにより発生させられる。したがって位置から外
れたファセットがめぐってきたときはいつでもそれは回
転ビームの平面からわずかに外れるように光を常に移動
させるであろう。ｆ−θレンズを通過したあとでは，こ
のビームは画像平面上のわずかに異なる位置に到達し，
これにより「クロス走査」誤差として知られるものを発
生するが，これは走査線に直角な方向における位置誤差
が存在することにより発生する。ｆ−θレンズは光学系
の他の要素と共に，「良好な」ポリゴンすなわち該ポリ
ゴンの回転軸に対して測定したときにポリゴンファセッ
ト上のピラミッド状の角誤差が＋／−15アーク秒を超え
ないところのポリゴンが使用されるときにバンディング
がない画像を形成するように作用しなければならない。
ｆ−θ走査レンズの他の要求は，それが合理的なコス
トで容易に製作可能であることである。これはレンズが
比較的安いコストのガラス上に形成された球面からなる
ことを要求する。
トで容易に製作可能であることである。これはレンズが
比較的安いコストのガラス上に形成された球面からなる
ことを要求する。
図１において，本発明により構成されたｆ−θレンズ
10が示されている。レンズ10は，メニスカス負要素12お
よびメニスカス正要素14と，メニスカス正要素16と，両
凸正要素18と両凸正要素20とおよび両凹負要素22とから
なる。１つの例示的レンズ10において，レンズ要素はシ
ョットガラス（Schottglass）からなり，要素12はSF14
タイプであり，要素14,16,18および20はLAKN22タイプで
ありおよび要素22はS11タイプである。レンズ10におけ
る要素の詳細を表Ｉに示す。 表 Ｉ 表面 半径 厚さ ガラス 入射瞳 30.800 r1 − 13.9300 2.500 762265 r2 − 50.0263 6.900 651559 r3 − 20.6003 0.500 r4 −119.667 5.320 651559 r5 − 36.5497 0.500 r6 139.895 5.850 651559 r7 − 64.1175 0.500 r8 63.2356 5.190 651559 r9 −269.725 2.517 r10 − 93.2760 4.280 785258 r11 71.0150 カラーレーザプリンタにｆ−θレンズ10を使用すると
き，レンズ10は図２に示すように光路内に配置される。
図２において,3つの波長を含む光ビームはポリゴン30に
よりレンズ10の方向に向けられる。ｆ−θレンズからの
コリメートされたビームは平面ミラー32により円筒ミラ
ー34の方向に反射され，該円筒ミラー34は受光媒体36上
にビームスポットの像を形成する。平面ミラー32は＋10
゜の角度に傾けられまた円筒ミラー34は−10゜の角度に
傾けられている。円筒ミラー34は37.633mmの半径を有す
る。平面ミラー32の反射面12は光路内においてレンズ22
の面r11から16.9264の距離でかつミラー34の面r13から1
0.000mmの距離に配置されている。ミラー34の面r13は受
光媒体36から18.5305mmの距離に配置されている。受光
媒体36上のビームの位置は０゜走査角，−15゜走査角お
よび＋15゜走査角に対してそれぞれ図3a−図3cに示され
ている。
10が示されている。レンズ10は，メニスカス負要素12お
よびメニスカス正要素14と，メニスカス正要素16と，両
凸正要素18と両凸正要素20とおよび両凹負要素22とから
なる。１つの例示的レンズ10において，レンズ要素はシ
ョットガラス（Schottglass）からなり，要素12はSF14
タイプであり，要素14,16,18および20はLAKN22タイプで
ありおよび要素22はS11タイプである。レンズ10におけ
る要素の詳細を表Ｉに示す。 表 Ｉ 表面 半径 厚さ ガラス 入射瞳 30.800 r1 − 13.9300 2.500 762265 r2 − 50.0263 6.900 651559 r3 − 20.6003 0.500 r4 −119.667 5.320 651559 r5 − 36.5497 0.500 r6 139.895 5.850 651559 r7 − 64.1175 0.500 r8 63.2356 5.190 651559 r9 −269.725 2.517 r10 − 93.2760 4.280 785258 r11 71.0150 カラーレーザプリンタにｆ−θレンズ10を使用すると
き，レンズ10は図２に示すように光路内に配置される。
図２において,3つの波長を含む光ビームはポリゴン30に
よりレンズ10の方向に向けられる。ｆ−θレンズからの
コリメートされたビームは平面ミラー32により円筒ミラ
ー34の方向に反射され，該円筒ミラー34は受光媒体36上
にビームスポットの像を形成する。平面ミラー32は＋10
゜の角度に傾けられまた円筒ミラー34は−10゜の角度に
傾けられている。円筒ミラー34は37.633mmの半径を有す
る。平面ミラー32の反射面12は光路内においてレンズ22
の面r11から16.9264の距離でかつミラー34の面r13から1
0.000mmの距離に配置されている。ミラー34の面r13は受
光媒体36から18.5305mmの距離に配置されている。受光
媒体36上のビームの位置は０゜走査角，−15゜走査角お
よび＋15゜走査角に対してそれぞれ図3a−図3cに示され
ている。
任意のレンズには軸方向カラーと横方向カラーの２種
類の色収差がある。軸方向カラーは異なる波長の光をレ
ンズの後面から異なる距離に像を結ばせることになる。
この現象は光軸を伝搬してきたビームが焦点を結ぶとこ
ろの画像中心において最もよく認められ，またこの理由
からこの現象は軸方向カラーと呼ばれる。しかしなが
ら，この色収差もまた軸上だけではなくレンズの視野の
すべてにわたって起こるのでこの命名はやや不適当であ
る。
類の色収差がある。軸方向カラーは異なる波長の光をレ
ンズの後面から異なる距離に像を結ばせることになる。
この現象は光軸を伝搬してきたビームが焦点を結ぶとこ
ろの画像中心において最もよく認められ，またこの理由
からこの現象は軸方向カラーと呼ばれる。しかしなが
ら，この色収差もまた軸上だけではなくレンズの視野の
すべてにわたって起こるのでこの命名はやや不適当であ
る。
横方向カラーは，特定の焦点面でとった異なる波長ま
たはカラーを有する焦点スポットの画像高さにおける変
化である。たとえばカラー写真で使用される通常の被写
体においては，典型的には横方向カラーはＹ′（486.1n
m）−Ｙ′（656.3nm）により測定され；これは546.1nm
に対するガウス焦点面でとった青の点画像と赤の点画像
との間の画像高さの差である。
たはカラーを有する焦点スポットの画像高さにおける変
化である。たとえばカラー写真で使用される通常の被写
体においては，典型的には横方向カラーはＹ′（486.1n
m）−Ｙ′（656.3nm）により測定され；これは546.1nm
に対するガウス焦点面でとった青の点画像と赤の点画像
との間の画像高さの差である。
軸方向カラーとは逆に横方向カラーは光軸から離れレ
ンズの視野内でのみ起こる。通常は軸方向画像点からか
なり離れれば離れるほど横方向の量はさらに大きくな
る。したがって横方向カラーの最大量はしばしばレンズ
の視野のエッジ付近に発生する。
ンズの視野内でのみ起こる。通常は軸方向画像点からか
なり離れれば離れるほど横方向の量はさらに大きくな
る。したがって横方向カラーの最大量はしばしばレンズ
の視野のエッジ付近に発生する。
軸方向カラーは焦点に関連する現象なので，それはレ
ンズ自身における収差によって発生されるばかりでなく
入力光ビームの輻輳によっても起こされる。用語「輻
輳」は入力ビームがコリメートされているか，収斂して
いるかまたは発散しているかをいう。コリメートされて
いるビームは０の輻輳を有し，発散するビームは負の輻
輳を有するといわれまた収斂するビームは正の輻輳を有
する。輻輳はディオプトリで測定される。点光源から１
メーター離れたとき，ビームの輻輳は−１ディオプトリ
である。もしこの点において＋２ディオプトリの度を有
する正のレンズが置かれた場合，レンズからくるビーム
は収斂し＋１ディオプトリの収斂を有するであろう。こ
のビームがその焦点に向かって伝搬するときに，その輻
輳はますます強くなり焦点においては＋無限大になる。
それがその焦点から出るとき，それは−無限大の輻輳を
有して発散することになる。したがって輻輳という概念
は焦点の近くではそれが＋無限大から−無限大へ切り替
わるので有用ではない。しかしながらコリメートされた
ビームまたはほぼコリメートされたビームに対しては輻
輳という概念は全く有用である。（輻輳に関するさらに
詳細な説明はエル・シー・マーチン（L.C.Martin）著の
「技術的光学（Technical Optics）」第１巻31ページに
記載されている。） 上記のレーザプリンタにおいては，レーザダイオード
により750,810および870nmにおいて３つのビームが独立
に発生され；各ビームはそれ自身のコリメートレンズを
通過しかつビームを形成する一連のレンズをも通過して
それを希望する断面寸法を有するようにさせかつビーム
がポリゴン位置に到達するところでの希望の輻輳をも有
するようにさせる。ｆ−θレンズは，もしたとえば完全
にコリメートされた750nmの入力ビームが完全にコリメ
ートされた870nm入力ビームよりレンズの後方からさら
に遠い焦点にくるならば，軸方向カラーの色収差を有す
るといわれている。短い波長の放射線が長い波長の放射
線の焦点よりも遠い焦点にくるのでこれは正の軸方向カ
ラーと呼ばれる。もし810nmにおけるレーザプリンタの
入力ビームが完全にコリメートされるならば,870nmのビ
ームは僅かに発散し（−）また750nmのビームは僅かに
収斂し（＋），かつもし870および750nmのビームにおけ
る輻輳の量はちょうど等しいならば，その輻輳はレンズ
内の軸方向カラーを打ち消すように働きまたすべての３
つのビームは同じ焦点平面内の焦点にもたらすことがで
きる。これこそ本発明に使用された概念である。Ｙ−Ｚ
経線内の軸方向カラーはＹ−Ｚ経線内に非ゼロ輻輳を有
するそれぞれの入力ビームを扱うようにレンズを設計す
ることによって補正される。
ンズ自身における収差によって発生されるばかりでなく
入力光ビームの輻輳によっても起こされる。用語「輻
輳」は入力ビームがコリメートされているか，収斂して
いるかまたは発散しているかをいう。コリメートされて
いるビームは０の輻輳を有し，発散するビームは負の輻
輳を有するといわれまた収斂するビームは正の輻輳を有
する。輻輳はディオプトリで測定される。点光源から１
メーター離れたとき，ビームの輻輳は−１ディオプトリ
である。もしこの点において＋２ディオプトリの度を有
する正のレンズが置かれた場合，レンズからくるビーム
は収斂し＋１ディオプトリの収斂を有するであろう。こ
のビームがその焦点に向かって伝搬するときに，その輻
輳はますます強くなり焦点においては＋無限大になる。
それがその焦点から出るとき，それは−無限大の輻輳を
有して発散することになる。したがって輻輳という概念
は焦点の近くではそれが＋無限大から−無限大へ切り替
わるので有用ではない。しかしながらコリメートされた
ビームまたはほぼコリメートされたビームに対しては輻
輳という概念は全く有用である。（輻輳に関するさらに
詳細な説明はエル・シー・マーチン（L.C.Martin）著の
「技術的光学（Technical Optics）」第１巻31ページに
記載されている。） 上記のレーザプリンタにおいては，レーザダイオード
により750,810および870nmにおいて３つのビームが独立
に発生され；各ビームはそれ自身のコリメートレンズを
通過しかつビームを形成する一連のレンズをも通過して
それを希望する断面寸法を有するようにさせかつビーム
がポリゴン位置に到達するところでの希望の輻輳をも有
するようにさせる。ｆ−θレンズは，もしたとえば完全
にコリメートされた750nmの入力ビームが完全にコリメ
ートされた870nm入力ビームよりレンズの後方からさら
に遠い焦点にくるならば，軸方向カラーの色収差を有す
るといわれている。短い波長の放射線が長い波長の放射
線の焦点よりも遠い焦点にくるのでこれは正の軸方向カ
ラーと呼ばれる。もし810nmにおけるレーザプリンタの
入力ビームが完全にコリメートされるならば,870nmのビ
ームは僅かに発散し（−）また750nmのビームは僅かに
収斂し（＋），かつもし870および750nmのビームにおけ
る輻輳の量はちょうど等しいならば，その輻輳はレンズ
内の軸方向カラーを打ち消すように働きまたすべての３
つのビームは同じ焦点平面内の焦点にもたらすことがで
きる。これこそ本発明に使用された概念である。Ｙ−Ｚ
経線内の軸方向カラーはＹ−Ｚ経線内に非ゼロ輻輳を有
するそれぞれの入力ビームを扱うようにレンズを設計す
ることによって補正される。
他方の色収差，横方向カラーは，「光」の３つの別々
のスポットではなく「光」の１つの走査スポットを発生
するためにきわめてよく補正されなければならない。希
望するスポットサイズは，スポットサイズがe-2のパワ
ー点の間の直径として定義されると仮定すると約10ない
し12μｍとして定義される。種々の視野内の種々の走査
角度におけるレンズ10の横方向カラーを表IIに示す。
（入力ビームの輻輳は３つのビームのすべてが同一平面
内に焦点を結ぶように調節されかつポリゴン回転の効果
を考慮していると仮定する。） 表IIから＋／−15゜における横方向カラーのみによる
「スポットしみ」は希望のスポット直径の約４分の１で
ある .002mmないし .003mmのオーダーであることがわ
かるであろう。
のスポットではなく「光」の１つの走査スポットを発生
するためにきわめてよく補正されなければならない。希
望するスポットサイズは，スポットサイズがe-2のパワ
ー点の間の直径として定義されると仮定すると約10ない
し12μｍとして定義される。種々の視野内の種々の走査
角度におけるレンズ10の横方向カラーを表IIに示す。
（入力ビームの輻輳は３つのビームのすべてが同一平面
内に焦点を結ぶように調節されかつポリゴン回転の効果
を考慮していると仮定する。） 表IIから＋／−15゜における横方向カラーのみによる
「スポットしみ」は希望のスポット直径の約４分の１で
ある .002mmないし .003mmのオーダーであることがわ
かるであろう。
本発明のｆ−θレンズを組み込むタイプのレーザプリ
ンタにおいては，システムパラメータは次のようにする
ことができる： 波長:750,810および870nm 走査長さ:24mm ポリゴンのデューティサイクル:0.75 ポリゴンの直径：ファセットを横切って110mm ファセットの数:18 トータル走査角:30゜（光軸に対し＋／−15゜） ビーム入射角:f−θレンズの光軸から45゜ 画像における希望のガウスビーム半径:810nmに対しe
-2のパワー点において0.0055mm。750および870nmにおい
て，ビーム半径は波長の平方根に比例した尺度となるで
あろう。
ンタにおいては，システムパラメータは次のようにする
ことができる： 波長:750,810および870nm 走査長さ:24mm ポリゴンのデューティサイクル:0.75 ポリゴンの直径：ファセットを横切って110mm ファセットの数:18 トータル走査角:30゜（光軸に対し＋／−15゜） ビーム入射角:f−θレンズの光軸から45゜ 画像における希望のガウスビーム半径:810nmに対しe
-2のパワー点において0.0055mm。750および870nmにおい
て，ビーム半径は波長の平方根に比例した尺度となるで
あろう。
色収差およびシステムパラメータの上記の説明はすべ
てＹ−Ｚ径度において適用される。Ｘ−Ｚ径度において
は，異なる状況が存在する：小さなポリゴンのピラミッ
ド状の角誤差によるクロス走査誤差を除去するために,3
つの波長の任意において軸方向カラーがポリゴンと受光
媒体との間の光学系に対して補正されることが必要であ
る。この場合に，ポリゴンは受光媒体に共役でなければ
ならない。このことは，ポリゴンと受光媒体との間に物
体と画像との相互関係がなければならないことを意味す
る。しかしながら，ポリゴンは回転しまたこの特定の関
係は走査の中心点すなわち走査角が０であるといわれる
点において強制される。
てＹ−Ｚ径度において適用される。Ｘ−Ｚ径度において
は，異なる状況が存在する：小さなポリゴンのピラミッ
ド状の角誤差によるクロス走査誤差を除去するために,3
つの波長の任意において軸方向カラーがポリゴンと受光
媒体との間の光学系に対して補正されることが必要であ
る。この場合に，ポリゴンは受光媒体に共役でなければ
ならない。このことは，ポリゴンと受光媒体との間に物
体と画像との相互関係がなければならないことを意味す
る。しかしながら，ポリゴンは回転しまたこの特定の関
係は走査の中心点すなわち走査角が０であるといわれる
点において強制される。
図２に示すように,X−Ｚ径度において入力ビームは走
査角が０にセットされると仮定して，正確にポリゴンフ
ァセットにおいて焦点が結ばれる。ビームはファセット
31により反射されまたこのときビームはｆ−θレンズを
通過して伝搬されかつコリメートされる。平面ミラー32
から，ビームは円筒ミラー34に行き，該円筒ミラー34は
Ｘ−Ｚ径度内のみにパワーを有する。ビームは再び受光
媒体において焦点を結ぶ。したがって，ポリゴンファセ
ットと受光媒体との両方に焦点がありまたポリゴンは受
光媒体に対して共役である。この結果もしポリゴンファ
セットがＸ−Ｚ径度内ですなわち「物点」の回りに僅か
に傾けられたとすると，光学系を通過する光線の経路は
図に示すものより僅かに異なるであろうが光線はすべて
同じ「像点」に行きかつクロス走査エラーは０となるで
あろう。
査角が０にセットされると仮定して，正確にポリゴンフ
ァセットにおいて焦点が結ばれる。ビームはファセット
31により反射されまたこのときビームはｆ−θレンズを
通過して伝搬されかつコリメートされる。平面ミラー32
から，ビームは円筒ミラー34に行き，該円筒ミラー34は
Ｘ−Ｚ径度内のみにパワーを有する。ビームは再び受光
媒体において焦点を結ぶ。したがって，ポリゴンファセ
ットと受光媒体との両方に焦点がありまたポリゴンは受
光媒体に対して共役である。この結果もしポリゴンファ
セットがＸ−Ｚ径度内ですなわち「物点」の回りに僅か
に傾けられたとすると，光学系を通過する光線の経路は
図に示すものより僅かに異なるであろうが光線はすべて
同じ「像点」に行きかつクロス走査エラーは０となるで
あろう。
上記のようにこの系が３つのすべての波長においてう
まく作動するためには，レンズとミラー系との間のビー
ムが３つのすべての波長において正確にコリメートされ
るように軸方向カラーが補正されなければならない。平
面ミラー32と円筒ミラー34とは軸方向カラーに対しゼロ
貢献を有することに注意されたい。ｆ−θレンズ10はＸ
−Ｚ径度において図２に示すような光学配置を有して０
の軸方向カラーに対する要求を満たす。
まく作動するためには，レンズとミラー系との間のビー
ムが３つのすべての波長において正確にコリメートされ
るように軸方向カラーが補正されなければならない。平
面ミラー32と円筒ミラー34とは軸方向カラーに対しゼロ
貢献を有することに注意されたい。ｆ−θレンズ10はＸ
−Ｚ径度において図２に示すような光学配置を有して０
の軸方向カラーに対する要求を満たす。
Ｙ−Ｚ径度内の軸方向カラーは０に補正されず波長75
0および870nmに対して実際に .0572nmとなることがわ
かる。Ｙ−Ｚ径度内で軸方向カラー補正がこのようにで
きないことは750および870nmにおける入力ビームが上記
のように非ゼロ輻輳を有することを必要とするのであ
る。
0および870nmに対して実際に .0572nmとなることがわ
かる。Ｙ−Ｚ径度内で軸方向カラー補正がこのようにで
きないことは750および870nmにおける入力ビームが上記
のように非ゼロ輻輳を有することを必要とするのであ
る。
表IIIにおいて，ポリゴンファセットにおいて15アー
ク秒のピラミッド状角度傾斜を仮定したときのビームの
主要（中心）光線に対する計算クロス走査画像変位が示
されている。この結果は３つのすべての波長において実
際に同一でありまたすべてのクロス走査変位がたしかに
許容範囲内にあることがわかるであろう。
ク秒のピラミッド状角度傾斜を仮定したときのビームの
主要（中心）光線に対する計算クロス走査画像変位が示
されている。この結果は３つのすべての波長において実
際に同一でありまたすべてのクロス走査変位がたしかに
許容範囲内にあることがわかるであろう。
ｆ−θレンズ10が受光媒体において所定の結果を形成
するために，波長750,810および870nmを有する３つのビ
ームを結合するビーム形成器が必要とされ，これにより
これらのビームは系内へ共通の経路をたどりかつビーム
の各々はレンズへの入口において所要のガウスビーム特
性を有するであろう。これらの結果を形成するビーム形
成器の一例が「レーザプリンタ」という題名の上記米国
特許出願に示されている。
するために，波長750,810および870nmを有する３つのビ
ームを結合するビーム形成器が必要とされ，これにより
これらのビームは系内へ共通の経路をたどりかつビーム
の各々はレンズへの入口において所要のガウスビーム特
性を有するであろう。これらの結果を形成するビーム形
成器の一例が「レーザプリンタ」という題名の上記米国
特許出願に示されている。
図４および図５に示すように,f−θレンズ10は平面ミ
ラー32および円筒ミラー34の代わりに円筒レンズ40と共
に使用することができる。レンズ10と共に使用される適
切な円筒レンズはBK7ガラスからなり,5.75mmの厚さを有
しまた11.48mmの曲率半径r12を有する。このようなレン
ズはイーリング・エレクトロオプティクス（Ealing Ele
ctro−Optics）社により販売されるカタログ番号34−65
77の円筒レンズであってよい。レンズ40は光路内に配置
され，面r12はレンズ22の面r11から22.9728mmの距離に
あり，平面13は受光媒体36から18.6776mmの距離にあ
る。平面ミラー32と円筒ミラー34との代わりに円筒レン
ズ40を使用することは図２に示す系に対してそこで与え
られたデータに概して類似する結果を形成する。しかし
ながら，円筒レンズ40を使用することは，レンズ10と受
光媒体36との間により大きい空間が利用可能でありかつ
ミラー32および34の位置合わせの困難さが解消されると
いう利点がある。
ラー32および円筒ミラー34の代わりに円筒レンズ40と共
に使用することができる。レンズ10と共に使用される適
切な円筒レンズはBK7ガラスからなり,5.75mmの厚さを有
しまた11.48mmの曲率半径r12を有する。このようなレン
ズはイーリング・エレクトロオプティクス（Ealing Ele
ctro−Optics）社により販売されるカタログ番号34−65
77の円筒レンズであってよい。レンズ40は光路内に配置
され，面r12はレンズ22の面r11から22.9728mmの距離に
あり，平面13は受光媒体36から18.6776mmの距離にあ
る。平面ミラー32と円筒ミラー34との代わりに円筒レン
ズ40を使用することは図２に示す系に対してそこで与え
られたデータに概して類似する結果を形成する。しかし
ながら，円筒レンズ40を使用することは，レンズ10と受
光媒体36との間により大きい空間が利用可能でありかつ
ミラー32および34の位置合わせの困難さが解消されると
いう利点がある。
本発明のｆ−θ走査レンズは赤外線の３つの波長:750
nm,810nmおよび870nmに使用されるように設計されてい
る。該ｆ−θレンズは，ビーム形成前走査光学系と，お
よびポリゴンスキャナであって，該ポリゴンスキャナが
810nmにおいてＹ−Ｚ（走査）径度においてコリメート
された円錐台形ガウスビームを形成し;750nmにおいては
Ｙ−Ｚ（走査）径度内に収斂円錐台形ガウスビームを形
成し；および870nmにおいてはＹ−Ｚ（走査）径度内に
おいて発散円錐台形ガウスビームを形成する；ところの
ポリゴンスキャナと，共に使用されるように設計されて
いる。これらのビームは光学的に組み合わされてポリゴ
ンファセットの方向に共通の経路に沿って伝搬し，該ポ
リコンファセットにおいてこれらのビームは反射されか
つ＋／−15゜の角度範囲内で回転される。ｆ−θ走査レ
ンズはこれらのビームを画像平面において24mm長さの直
線に沿って焦点を結ばせる。これらのビームは相互に焦
点において重ね合わされ；これはｆ−θ走査レンズに対
する横方向カラーがきわめてよく補正されることを要求
する。ｆ−θ走査レンズはそれ自身軸方向カラー（Ｙ−
Ｚ径度内において）に対しては補正されないが，（前記
の）前走査光学系と共に使用されるときは軸方向カラー
は３つのビームが同一焦点平面内においてウェスト（く
びれ）焦点を結ぶようなものである。Ｘ−Ｚ径度におい
て,f−θ走査レンズは３つの波長すべてにおいてポリゴ
ンファセットを画像平面に対して共役にし：これはＸ−
Ｚ径度内のみでパワーを有する補助円筒レンズまたはミ
ラー要素の使用を必要とする。「物体」がポリゴンファ
セットにあると仮定して,f−θレンズに対するＸ−Ｚ径
度内の軸方向カラーは０であり；これはまた円筒ミラー
に対しても０であるので共役は３つの波長すべてにおい
て維持される。
nm,810nmおよび870nmに使用されるように設計されてい
る。該ｆ−θレンズは，ビーム形成前走査光学系と，お
よびポリゴンスキャナであって，該ポリゴンスキャナが
810nmにおいてＹ−Ｚ（走査）径度においてコリメート
された円錐台形ガウスビームを形成し;750nmにおいては
Ｙ−Ｚ（走査）径度内に収斂円錐台形ガウスビームを形
成し；および870nmにおいてはＹ−Ｚ（走査）径度内に
おいて発散円錐台形ガウスビームを形成する；ところの
ポリゴンスキャナと，共に使用されるように設計されて
いる。これらのビームは光学的に組み合わされてポリゴ
ンファセットの方向に共通の経路に沿って伝搬し，該ポ
リコンファセットにおいてこれらのビームは反射されか
つ＋／−15゜の角度範囲内で回転される。ｆ−θ走査レ
ンズはこれらのビームを画像平面において24mm長さの直
線に沿って焦点を結ばせる。これらのビームは相互に焦
点において重ね合わされ；これはｆ−θ走査レンズに対
する横方向カラーがきわめてよく補正されることを要求
する。ｆ−θ走査レンズはそれ自身軸方向カラー（Ｙ−
Ｚ径度内において）に対しては補正されないが，（前記
の）前走査光学系と共に使用されるときは軸方向カラー
は３つのビームが同一焦点平面内においてウェスト（く
びれ）焦点を結ぶようなものである。Ｘ−Ｚ径度におい
て,f−θ走査レンズは３つの波長すべてにおいてポリゴ
ンファセットを画像平面に対して共役にし：これはＸ−
Ｚ径度内のみでパワーを有する補助円筒レンズまたはミ
ラー要素の使用を必要とする。「物体」がポリゴンファ
セットにあると仮定して,f−θレンズに対するＸ−Ｚ径
度内の軸方向カラーは０であり；これはまた円筒ミラー
に対しても０であるので共役は３つの波長すべてにおい
て維持される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/10 G02B 13/00
Claims (1)
- 【請求項１】メニスカス負要素とメニスカス正要素とを
含むダブレットと、メニスカス正要素と、第１の両凸正
要素と、第２の両凸正要素とおよび両凹負要素との組合
せからなるｆ−θレンズであって、レンズの数値データ
が次のようであり： 表面 半径 厚さ ガラス 入射瞳 30.800 r1 − 13.9300 2.500 762265 r2 − 50.0263 6.900 651559 r3 − 20.6003 0.500 r4 −119.667 5.320 651559 r5 − 36.5497 0.500 r6 139.895 5.850 651559 r7 − 64.1175 0.500 r8 63.2356 5.190 651559 r9 −269.725 2.517 r10 − 93.2760 4.280 785258 r11 71.0150 ここでr1−r11はそれぞれのレンズ要素の曲率半径を示
すものであるところのｆ−θレンズ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/422,350 US5111325A (en) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | F-θ lens |
| US422,350 | 1989-10-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04502370A JPH04502370A (ja) | 1992-04-23 |
| JP3095173B2 true JP3095173B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=23674507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02513844A Expired - Fee Related JP3095173B2 (ja) | 1989-10-16 | 1990-10-04 | Ｆ―θレンズ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5111325A (ja) |
| EP (1) | EP0448668A1 (ja) |
| JP (1) | JP3095173B2 (ja) |
| WO (1) | WO1991006028A1 (ja) |
Families Citing this family (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5157535A (en) * | 1992-01-29 | 1992-10-20 | Lexmark International, Inc. | Monolithic optical scanner |
| JPH0694991A (ja) * | 1992-09-10 | 1994-04-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 赤外広角単レンズ |
| US5694251A (en) * | 1993-02-26 | 1997-12-02 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Fθ lens |
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