JP3330649B2 - アナモフィックなｆθレンズおよび光走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアナモフィックなｆθ
レンズおよび光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】偏向光束を被走査面上に光スポットとし
て集光させて光走査を行う光走査装置は光プリンター等
に関連して広く知られている。周知の如く、光スポット
が光走査に伴い被走査面上で描く軌跡の方向を主走査方
向、被走査面上で主走査方向に直交する方向を副走査方
向と呼ぶが、この明細書中においては、光源装置から被
走査面に到る光路を直線的に展開した仮想的光路を想定
し、この仮想的光路上の任意の位置において、主走査方
向と平行的に対応する方向を「主走査対応方向」と呼
び、副走査方向と平行的に対応する方向を「副走査対応
方向」と呼ぶ。

【０００３】光走査方式の一つとして「光源装置から放
射される平行光束を、副走査対応方向にのみ収束させて
主走査対応方向に長い線像に結像させ、この線像の結像
位置近傍に偏光反射面を持つ回転鏡により等角速度的に
偏向させ、偏向光束を結像光学系により被走査面上に集
光して光走査を行う」ものが知られている。この光走査
方式によれば回転鏡（回転多面鏡、回転２面鏡等）の所
謂「面倒れ」による主走査位置の「ぶれ」を有効に補正
することができる。

【０００４】この光走査方式に用いられる結像光学系
は、主走査対応方向に関しては平行光束を被走査面上に
結像させ、副走査対応方向に関しては上記線像の実像を
被走査面上に結像させるから、副走査対応方向のパワー
が主走査対応方向のパワーよりも強いアナモフィックな
レンズである。またこの結像光学系は、主走査対応方向
に関して光走査を等速度化するための「ｆθ機能」を持
たねばならない。即ち、上記結像光学系は「アナモフィ
ックなｆθレンズ」である。

【０００５】アナモフィックなｆθレンズはまた、光走
査に伴う光スポット径の変動を小さく抑えるため像面湾
曲が良好に補正されねばならない。アナモフィックなｆ
θレンズは従来から種々のものが提案されているが、面
倒れ補正機能や、ｆθ特性、像面湾曲補正等を良好にす
るために、複雑な非球面を利用するものが多く、レンズ
の製造が困難であるという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、非球面を用いること
無く良好な面倒れ補正機能とｆθ特性とを有し、像面湾
曲が良好に補正され、光スポット径の変動の小さい、ア
ナモフィックなｆθレンズおよび光走査装置の提供を目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のアナモフィッ
クなｆθレンズは「偏向反射面により等角速度的に偏向
され、主走査対応方向に関しては平行光束で副走査対応
方向に関しては偏向起点を起点とする発散光束である偏
向光束を被走査面上に集光するためのレンズ」であっ
て、副走査対応方向に関して「偏向起点と被走査面位置
とを幾何光学的な共役関係とする機能」を持つととも
に、主走査対応方向に関しては「ｆθ機能」を持つ。

【０００８】全体は、偏向反射面側から被走査面側へ向
かって第１〜第５群を順次配してなる。「第１群」は、
正の屈折力を持つ球面レンズである。「第２群」は、主
走査対応方向に負の屈折力を持つレンズである。「第３
群」は、正の屈折力を持ち、偏光反射面側に凹面を向け
たメニスカス球面レンズである。「第４群」は、トーリ
ック面を有するアナモフィックレンズである。「第５
群」は、副走査対応方向にのみ正の屈折力を有するシリ
ンダーレンズである。各群は単レンズにより構成され、
従って全体は５群５枚構成である。

【０００９】第５群の副走査対応方向における焦点距
離：ｆs₅と、第５群の被走査面側レンズ面と被走査面と
の光軸上の距離：Ｄbfとは、条件 （Ｉ） １＜ｆs₅／Ｄbf＜３ を満足する。

【００１０】上記「第２群」は、これを「凹の球面を偏
向反射面側に有し、副走査対応方向にのみパワーを持つ
凹のシリンダー面を被走査面側に持つレンズ」として構
成しても良く（請求項２）、あるいは「凹の球面を偏向
反射面側に有し、平面を被走査面側に有するレンズ」と
して構成しても良い（請求項３）。

【００１１】また「第４群」は、これを「平面を偏向反
射面側に持ち、副走査対応方向の曲率が主走査対応方向
の曲率より強い凸のトーリック面を被走査面側に持つレ
ンズ」として構成しても良いし（請求項４）、「副走査
対応方向にのみパワーを持つ凹のシリンダー面を偏向反
射面側に持ち、副走査対応方向の曲率が主走査対応方向
の曲率より強い凸のトーリック面を被走査面側に持つレ
ンズ」として構成しても良い（請求項５）。

【００１２】請求項６記載の光走査装置は光スポットに
より被走査面を等速走査する装置であって、光源装置
と、線像結像光学系と、光偏向器と、結像光学系を有す
る。「光源装置」は、実質的な平行光束を放射する。
「線像結像光学系」は、光源装置からの光束を副走査対
応方向に収束させて主走査対応方向に長い線像に結像さ
せる。「光偏向器」は、上記線像の近傍に偏光反射面を
有し、反射光束を等角速度的に偏向させる。

【００１３】「結像光学系」は、光偏向器による偏向光
束を被走査面上に光スポットとして集光させる光学系で
あって、上記請求項１または２または３または４または
５記載のアナモフィックなｆθレンズが用いられる。

【００１４】

【作用】図１は、請求項６記載の「光走査装置」の１例
を示している。例えば半導体レーザーとコリメートレン
ズとを含んで構成される光源装置１からは実質的な平行
光束が放射され、線像結像光学系であるシリンダーレン
ズ２の作用により副走査対応方向（図面に直交する方
向）にのみ収束され、光偏向器としての回転多面鏡３の
偏向反射面４の位置に、主走査対応方向に長い「線像」
として結像する。偏向反射面４により反射された反射光
束は、主走査対応方向に関しては平行光束・副走査対応
方向に関しては発散性の光束としてｆθレンズに入射す
る。

【００１５】ｆθレンズは図のように、第１群５、第２
群６、第３群７、第４群８、第５群９を、偏向反射面４
側から被走査面１０側へ上記順序に配してなり、上記反
射光束を被走査面１０上に光スポットとして集光する。
このためｆθレンズは副走査対応方向に関しては、偏向
反射面４の位置と被走査面１０の位置とを幾何光学的な
共役関係に結び付ける。従って、副走査対応方向に関し
て、光スポットは上記線像を物点とする像であり、偏向
反射面に「面倒れ」があっても副走査対応方向へは実質
的に変動しない。

【００１６】回転多面鏡３が等速回転すると、被走査面
１０上の光スポットは主走査方向に移動して光走査を行
う。このとき光スポットの移動速度は、ｆθレンズのｆ
θ機能により等速度化される。

【００１７】条件（Ｉ）は、光スポット径の変動を小さ
く抑え、像面湾曲を良好に補正するための条件である。
即ち、パラメーター：ｆs₅／Ｄbfが下限値「１」を越え
て小さくなると、有効光走査領域の両端部で光スポット
径が小さくなって結像性能も悪化する。また、上記パラ
メーターが上限値「３」を越えて大きくなると、副走査
対応方向における像面湾曲が悪化して、光スポットの副
走査方向の径が光走査に伴い大きく変動する。

【００１８】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１の図
の面は、回転多面鏡３により理想的に偏向された偏向光
束の主光線が描く面に合致しており、この面を「偏向
面」と呼ぶ。ｆθレンズの光軸を含み、上記偏向面に直
交する面を「偏向直交面」と称する。図１において、記
号：Ｒx_i（ｉ＝１〜１０）は、偏向反射面４の側から数
えて第ｉ番目のレンズ面の偏向面内の曲率半径（上記レ
ンズ面の主走査対応方向の曲率半径）、記号：Ｒy_i（ｉ
＝１〜１０）は、上記第ｉ番目のレンズ面の偏向直交面
内における曲率半径（上記レンズ面の副走査対応方向の
曲率半径）を表す。また、記号：Ｄ_i（ｉ＝０，１〜１
０）において、Ｄ₀は、光スポットの像高０における偏
向反射面４から第１群５の偏向反射面側レンズ面に到る
光軸上の距離、Ｄ₁〜Ｄ₉は、偏向反射面４の側から数え
て第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面の光軸上面間隔、
Ｄ₁₀は第５群９の被走査面１０側のレンズ面と被走査面
１０との間の光軸上の距離、即ち「Ｄbf」を表す。ま
た、記号：Ｎ_j（ｊ＝１〜５）は、偏向反射面４の側か
ら数えて第ｊ番目のレンズの波長：７８０ｎｍの光に対
する屈折率を表している。記号：ｆｍ，ｆｓはそれぞ
れ、ｆθレンズ全系の主走査対応方向および副走査対応
方向における合成焦点距離を表し、記号：２θは偏向角
を表す。上記ｆｍは１００に規格化される。

【００１９】全ての実施例は図１の如き光学配置で設計
されている。回転多面鏡４の偏向反射面数は６で、内接
円半径は４５ｍｍ、光源装置１側から偏向反射面４へ入
射する光束の方向とｆθレンズ光軸との成す角：αは６
０度である。

【００２０】実施例１ ｆｍ＝１００，ｆｓ＝−９．２２３，２θ＝５３．０度 ｉ Ｒx_i Ｒy_i Ｄ_i ｊ Ｎ_j ０ １４．２７８ １ ２４６．１７ ２４６．１７ ３．０３４ １ １．５１１１８ ２ −３０２．５２１ −３０２．５２１ ３．６８９ ３ −２６．８４７ −２６．８４７ １．２９４ ２ １．６７４９６ ４ ∞ ２６．２２８ ２．９５５ ５ −６２．０４５ −６２．０４５ ５．８０７ ３ １．７９２６７ ６ −４０．１５９ −４０．１５９ ０．２８８ ７ ∞ ∞ ６．９３８ ４ １．７９２６７ ８ −４５．２６２ −１６．７８６ １１１．３５ ９ ∞ ８．６２７ ２．８７６ ５ １．５１１１８ １０ ∞ ∞ ８．６２７ 条件式の値：ｆs₅／Ｄbf＝１．９５６ 。

【００２１】実施例２ ｆｍ＝１００，ｆｓ＝−６．１６９，２θ＝５３．０度 ｉ Ｒx_i Ｒy_i Ｄ_i ｊ Ｎ_j ０ １４．２７８ １ ２４６．１７ ２４６．１７ ３．０３４ １ １．５１１１８ ２ −３０２．５２１ −３０２．５２１ ３．６８９ ３ −２６．８４７ −２６．８４７ １．２９４ ２ １．６７４９６ ４ ∞ ∞ ２．９５５ ５ −６２．０４５ −６２．０４５ ５．８０７ ３ １．７９２６７ ６ −４０．１５９ −４０．１５９ ０．２８８ ７ ∞ −９２．４５８ ６．９３８ ４ １．７９２６７ ８ −４５．２６２ −１７．６０３ １１１．３５ ９ ∞ ６．９０２ ２．８７６ ５ １．５１１１８ １０ ∞ ∞ ８．６２７ 条件式の値：ｆs₅／Ｄbf＝１．５６５ 。

【００２２】実施例３ ｆｍ＝１００，ｆｓ＝−８．０９７，２θ＝５３．０度 ｉ Ｒx_i Ｒy_i Ｄ_i ｊ Ｎ_j ０ １４．２７８ １ ２４６．１７ ２４６．１７ ３．０３４ １ １．５１１１８ ２ −３０２．５２１ −３０２．５２１ ３．６８９ ３ −２６．８４７ −２６．８４７ １．２９４ ２ １．６７４９６ ４ ∞ ３７．３８６ ２．９５５ ５ −６２．０４５ −６２．０４５ ５．８０７ ３ １．７９２６７ ６ −４０．１５９ −４０．１５９ ０．２８８ ７ ∞ −４２９．６４９ ６．９３８ ４ １．７９２６７ ８ −４５．２６２ −１７．１２３ １１１．３５ ９ ∞ ８．０５２ ２．８７６ ５ １．５１１１８ １０ ∞ ∞ ８．６２７ 条件式の値：ｆs₅／Ｄbf＝１．８２６ 。

【００２３】図２〜図４に順次、実施例１〜３に関する
像面湾曲（実線は副走査対応方向、破線は主走査対応方
向）の図とｆθ特性図を示す。図５〜図７には順次、実
施例１〜３における、全有効光走査領域における光スポ
ット径（１／ｅ²径、実線は副走査対応方向、破線は主
走査対応方向）と像高との関係を示す。

【００２４】各実施例において１００に規格化されたｆ
ｍの具体的値は実施例１〜３の何れにおいても３４７．
７２６ｍｍである。

【００２５】上記各実施例のｆθレンズを用い、図１に
示す如き光走査装置（光源装置１は、波長７８０ｎｍの
レーザー光を放射する半導体レーザーとコリメートレン
ズを組み合わせて構成する）を構成すれば請求項６記載
の光走査装置の具体的実施例が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
アナモフィックなｆθレンズおよび光走査装置を提供で
きる。このｆθレンズは、複雑な「非球面」を含んでい
ないので、製造が容易で安価に実施できる。また、各実
施例に示したように広画角であるにも拘らず、像面湾
曲、ｆθ特性共に良好であり、光スポット径の変動が極
めて少ないので、この発明の光走査装置により高密度光
走査が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のアナモフィックなｆθレンズを用い
た光走査装置の１例を示す平面図である。

【図２】実施例１に関する像面湾曲図とｆθ特性図であ
る。

【図３】実施例２に関する像面湾曲図とｆθ特性図であ
る。

【図４】実施例３に関する像面湾曲図とｆθ特性図であ
る。

【図５】実施例１に関する光スポット径と像高の関係を
示す図である。

【図６】実施例２に関する光スポット径と像高の関係を
示す図である。

【図７】実施例３に関する光スポット径と像高の関係を
示す図である。

【符号の説明】

１ 光源装置 ２ 線像結像光学系 ３ 光偏向器 ４ 偏向反射面 ５ 第１群 ６ 第２群 ７ 第３群 ８ 第４群 ９ 第５群 １０ 被走査面

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏向反射面により等角速度的に偏向され、
   主走査対応方向に関しては平行光束で副走査対応方向に
   関しては偏向起点を起点とする発散光束である偏向光束
   を被走査面上に集光するためのレンズであって、 副走査対応方向に関して偏向起点と被走査面位置とを幾
   何光学的な共役関係とする機能を持つとともに、主走査
   対応方向に関してはｆθ機能を持ち、 偏向反射面側から被走査面側へ向かって第１〜第５群を
   順次配してなり、 第１群は、正の屈折力を持つ球面レンズ、 第２群は、主走査対応方向に負の屈折力を持つレンズ、 第３群は、正の屈折力を持ち、偏光反射面側に凹面を向
   けたメニスカス球面レンズ、 第４群は、トーリック面を有するアナモフィックレン
   ズ、 第５群は、副走査対応方向にのみ正の屈折力を有するシ
   リンダーレンズである５群５枚構成であり、 第５群の副走査対応方向における焦点距離：ｆs₅、第５
   群の被走査面側レンズ面と被走査面との光軸上の距離：
   Ｄbfが、条件 （Ｉ） １＜ｆs₅／Ｄbf＜３ を満足することを特徴とする、アナモフィックなｆθレ
   ンズ。
2. 【請求項２】請求項１記載のアナモフィックなｆθレン
   ズにおいて、 第２群が、凹の球面を偏向反射面側に有し、副走査対応
   方向にのみパワーを持つ凹のシリンダー面を被走査面側
   に持つレンズであることを特徴とするアナモフィックな
   ｆθレンズ。
3. 【請求項３】請求項１記載のアナモフィックなｆθレン
   ズにおいて、 第２群が、凹の球面を偏向反射面側に有し、平面を被走
   査面側に有するレンズであることを特徴とするレンズ。
4. 【請求項４】請求項１または２記載のアナモフィックな
   ｆθレンズにおいて、 第４群が、平面を偏向反射面側に持ち、副走査対応方向
   の曲率が主走査対応方向の曲率より強い凸のトーリック
   面を被走査面側に持つレンズであることを特徴とするア
   ナモフィックなｆθレンズ。
5. 【請求項５】請求項１または２または３記載のアナモフ
   ィックなｆθレンズにおいて、 第４群が、副走査対応方向にのみパワーを持つ凹のシリ
   ンダー面を偏向反射面側に持ち、副走査対応方向の曲率
   が主走査対応方向の曲率より強い凸のトーリック面を被
   走査面側に持つレンズであることを特徴とするアナモフ
   ィックなｆθレンズ。
6. 【請求項６】実質的な平行光束を放射する光源装置と、
   この光源装置からの光束を副走査対応方向に収束させて
   主走査対応方向に長い線像に結像させる線像結像光学系
   と、上記線像の近傍に偏光反射面を有し、反射光束を等
   角速度的に偏向させる光偏向器と、上記光偏向器による
   偏向光束を被走査面上に光スポットとして集光させる結
   像光学系とを有し、上記光スポットにより被走査面を等
   速的に光走査する装置であって、 上記結像光学系が、請求項１または２または３または４
   または５記載のアナモフィックなｆθレンズであること
   を特徴とする光走査装置。