JP3411661B2 - 走査光学系 - Google Patents
走査光学系Info
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Description
【0001】
【技術分野】本発明は、走査光学系に関し、特にプラス
チックレンズを含みながら高精細描画が可能な走査光学
系に関する。
チックレンズを含みながら高精細描画が可能な走査光学
系に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】レーザビームプリンタ、レ
ーザスキャナ、バーコードリーダ等においては、走査光
学系が不可欠であり、光偏向器としてポリゴンミラーや
ホログラムディスクが用いられている。半導体レーザか
ら出射したレーザ光は、光偏向器に入射して走査され、
走査された光束は、fθ光学系等の走査レンズ系を介し
て、被走査面、例えば感光体に走査される。
ーザスキャナ、バーコードリーダ等においては、走査光
学系が不可欠であり、光偏向器としてポリゴンミラーや
ホログラムディスクが用いられている。半導体レーザか
ら出射したレーザ光は、光偏向器に入射して走査され、
走査された光束は、fθ光学系等の走査レンズ系を介し
て、被走査面、例えば感光体に走査される。
【0003】このような走査光学系のfθレンズ系で高
精細なものは従来、アナモフィックレンズを含んだ3枚
以上のガラスレンズで構成されていたが、高コストとい
う問題がある。特開平4−110817号公報は、fθ
レンズ系の全体をプラスチックレンズ化することを主た
る目的として、2枚のトーリックレンズから構成したf
θレンズを提案している。しかし、プラスチックレンズ
は、温度変化、湿度変化により焦点移動が生じるという
問題があり、このfθレンズ系も全体をプラスチックレ
ンズから構成した場合にはその例外ではない。また、特
開平4−277715号公報は、fθレンズ系全体をプ
ラスチック化しながら、温度変化に対して、焦点移動が
生じにくいfθレンズ系を提案しているが、fB が長く
とれないため、装置の構成に制約を与える可能性があ
る。
精細なものは従来、アナモフィックレンズを含んだ3枚
以上のガラスレンズで構成されていたが、高コストとい
う問題がある。特開平4−110817号公報は、fθ
レンズ系の全体をプラスチックレンズ化することを主た
る目的として、2枚のトーリックレンズから構成したf
θレンズを提案している。しかし、プラスチックレンズ
は、温度変化、湿度変化により焦点移動が生じるという
問題があり、このfθレンズ系も全体をプラスチックレ
ンズから構成した場合にはその例外ではない。また、特
開平4−277715号公報は、fθレンズ系全体をプ
ラスチック化しながら、温度変化に対して、焦点移動が
生じにくいfθレンズ系を提案しているが、fB が長く
とれないため、装置の構成に制約を与える可能性があ
る。
【0004】
【発明の目的】本発明は、低コスト、高性能であって、
fB が長く温湿度変化に対する焦点変動が少ない走査光
学系を得ることを目的とする。また本発明は、特に副走
査方向の像面湾曲を良好に補正でき、かつレンズ形状が
比較的単純で、その加工あるいは成形が容易な走査光学
系を得ることを目的とする。
fB が長く温湿度変化に対する焦点変動が少ない走査光
学系を得ることを目的とする。また本発明は、特に副走
査方向の像面湾曲を良好に補正でき、かつレンズ形状が
比較的単純で、その加工あるいは成形が容易な走査光学
系を得ることを目的とする。
【0005】
【発明の概要】本発明は、ガラス製のトーリックレンズ
に主たるパワーを持たせ、このガラストーリックレンズ
による主走査方向の像面湾曲と副走査方向の像面湾曲と
をそれぞれ、第1のプラスチックレンズと第2のプラス
チックレンズとによって主に補正するようにした3枚構
成の走査光学系において、特に、副走査方向の像面湾曲
を補正する第2のプラスチックレンズを、偏向器側の面
が主走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面か
らなり、被走査面側の面が副走査方向とほぼ平行な回転
軸を持つトーリック面からなり、主走査断面、副走査断
面の双方においてメニスカス形状をなし、かつ主走査断
面においては被走査面側に凸である形状としたことを特
徴としている。
に主たるパワーを持たせ、このガラストーリックレンズ
による主走査方向の像面湾曲と副走査方向の像面湾曲と
をそれぞれ、第1のプラスチックレンズと第2のプラス
チックレンズとによって主に補正するようにした3枚構
成の走査光学系において、特に、副走査方向の像面湾曲
を補正する第2のプラスチックレンズを、偏向器側の面
が主走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面か
らなり、被走査面側の面が副走査方向とほぼ平行な回転
軸を持つトーリック面からなり、主走査断面、副走査断
面の双方においてメニスカス形状をなし、かつ主走査断
面においては被走査面側に凸である形状としたことを特
徴としている。
【0006】ガラストーリックレンズは、例えば、被走
査面側の面が、副走査方向とほぼ平行な回転軸を持ち該
被走査面側に凸面を向けたトーリック面から構成するこ
とができる。光偏向器側の面は平面とすれば加工が容易
である。
査面側の面が、副走査方向とほぼ平行な回転軸を持ち該
被走査面側に凸面を向けたトーリック面から構成するこ
とができる。光偏向器側の面は平面とすれば加工が容易
である。
【0007】第1のプラスチックレンズは、例えば、回
転対称な非球面を与えることにより、主走査方向の像面
湾曲とfθ特性を補正することができる。
転対称な非球面を与えることにより、主走査方向の像面
湾曲とfθ特性を補正することができる。
【0008】第2のプラスチックレンズは、主走査方向
において偏心させることにより、副走査方向の像面が主
走査方向の中心に関し左右で非対称になるのを低減する
ことができる。
において偏心させることにより、副走査方向の像面が主
走査方向の中心に関し左右で非対称になるのを低減する
ことができる。
【0009】
【発明の実施例】以下図示実施例について本発明を説明
する。 [実施例1]図1、図2は本発明の第1の実施例を示
す。図1には、光偏向器として回転軸11を中心に回動
するポリゴンミラー12を図示している。周知のよう
に、半導体レーザから出射されたレーザ光は、コリメー
トレンズにより平行光束とされ、シリンドリカルレンズ
13を通ってポリゴンミラー12に入射し、該ミラー周
面の各反射面12Rで反射されて走査され、走査レンズ
系20を介して被走査面14に走査される。被走査面1
4は、例えばレーザビームプリンタの場合、感光体ドラ
ムである。
する。 [実施例1]図1、図2は本発明の第1の実施例を示
す。図1には、光偏向器として回転軸11を中心に回動
するポリゴンミラー12を図示している。周知のよう
に、半導体レーザから出射されたレーザ光は、コリメー
トレンズにより平行光束とされ、シリンドリカルレンズ
13を通ってポリゴンミラー12に入射し、該ミラー周
面の各反射面12Rで反射されて走査され、走査レンズ
系20を介して被走査面14に走査される。被走査面1
4は、例えばレーザビームプリンタの場合、感光体ドラ
ムである。
【0010】本発明は、例えば以上の構成を有する走査
光学系の走査レンズ系20を要旨とするもので、図1、
図2では、ポリゴンミラー12側から、第1のプラスチ
ックレンズ21、ガラストーリックレンズ22、及び第
2のプラスチックレンズ23の3枚構成である。
光学系の走査レンズ系20を要旨とするもので、図1、
図2では、ポリゴンミラー12側から、第1のプラスチ
ックレンズ21、ガラストーリックレンズ22、及び第
2のプラスチックレンズ23の3枚構成である。
【0011】ガラストーリックレンズ22は、走査レン
ズ系の主走査方向及び副走査方向の主たるパワーを負担
するもので、被走査面側の面22aが、副走査方向とほ
ぼ平行な回転軸を持ち該被走査面側に凸面を向けたトー
リック面からなり、ポリゴンミラー12側の面22bが
平面からなっている。
ズ系の主走査方向及び副走査方向の主たるパワーを負担
するもので、被走査面側の面22aが、副走査方向とほ
ぼ平行な回転軸を持ち該被走査面側に凸面を向けたトー
リック面からなり、ポリゴンミラー12側の面22bが
平面からなっている。
【0012】プラスチックレンズ21は、このガラスト
ーリックレンズ22によって生じる収差のうち、主走査
方向(紙面上において図1の光軸Oと直交する方向)の
像面湾曲とfθ特性とを補正するものである。このプラ
スチックレンズ21は、少なくとも一面を回転対称な非
球面とすることが好ましい。
ーリックレンズ22によって生じる収差のうち、主走査
方向(紙面上において図1の光軸Oと直交する方向)の
像面湾曲とfθ特性とを補正するものである。このプラ
スチックレンズ21は、少なくとも一面を回転対称な非
球面とすることが好ましい。
【0013】プラスチックレンズ23は、ポリゴンミラ
ー12側の面23bが主走査方向とほぼ平行な回転軸を
持つトーリック面からなり、被走査面側の面23aが副
走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面からな
っている。さらに、このプラスチックレンズ23は、主
走査断面と、副走査断面の双方においてメニスカス形状
をなしており、主走査断面においては被走査面側に凸で
ある。
ー12側の面23bが主走査方向とほぼ平行な回転軸を
持つトーリック面からなり、被走査面側の面23aが副
走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面からな
っている。さらに、このプラスチックレンズ23は、主
走査断面と、副走査断面の双方においてメニスカス形状
をなしており、主走査断面においては被走査面側に凸で
ある。
【0014】図9は、本発明の特徴とするプラスチック
レンズ23の形状を説明する図である。図9の左右方向
を主走査方向とすると、ポリゴンミラー12側の面23
bは、主走査方向と平行な軸X1を回転軸とするトーリ
ック面である。このトーリック面の曲率半径は、中心部
が最も小さく、周辺に行くに従って徐々に大きくなる。
つまり、このトーリック面23bの副走査断面方向の曲
率半径は中心から周辺にかけて徐々に大きくなり、パワ
ーが徐々に小さくなっていく。プラスチックレンズ23
は、主走査方向には、被走査面14側に凸のメニスカス
形状をなしている。
レンズ23の形状を説明する図である。図9の左右方向
を主走査方向とすると、ポリゴンミラー12側の面23
bは、主走査方向と平行な軸X1を回転軸とするトーリ
ック面である。このトーリック面の曲率半径は、中心部
が最も小さく、周辺に行くに従って徐々に大きくなる。
つまり、このトーリック面23bの副走査断面方向の曲
率半径は中心から周辺にかけて徐々に大きくなり、パワ
ーが徐々に小さくなっていく。プラスチックレンズ23
は、主走査方向には、被走査面14側に凸のメニスカス
形状をなしている。
【0015】一方、被走査面14側の面23aは、副走
査方向と平行な軸X2(紙面と垂直な方向)を回転軸と
するトーリック面である。つまり、面23aの副走査方
向のパワーは、主走査方向のどこでも一定であり、ポリ
ゴンミラー12側の面23bのパワーの変化がそのまま
像面(被走査面)に現われる。このため、主走査方向の
端部で大きくなる傾向の副走査方向の像面湾曲を小さく
することができる。つまり、主走査方向の端部では中心
部に比べて焦点距離を伸ばすことができ、その結果、副
走査方向の像面湾曲を小さくすることができる。さら
に、仮に面23aと23bの中心部における曲率半径を
同一にすれば、このプラスチックレンズ23は中心部に
おいては副走査方向にパワーを持たないこととなり、周
辺部の副走査方向の像面湾曲だけを選択的に小さくする
ことができる。また、このプラスチックレンズ23は、
副走査方向の像面湾曲を小さくすることを主たる目的と
しているので、そのパワーは小さくてすみ、よって温湿
度の変化の影響を受けにくい。
査方向と平行な軸X2(紙面と垂直な方向)を回転軸と
するトーリック面である。つまり、面23aの副走査方
向のパワーは、主走査方向のどこでも一定であり、ポリ
ゴンミラー12側の面23bのパワーの変化がそのまま
像面(被走査面)に現われる。このため、主走査方向の
端部で大きくなる傾向の副走査方向の像面湾曲を小さく
することができる。つまり、主走査方向の端部では中心
部に比べて焦点距離を伸ばすことができ、その結果、副
走査方向の像面湾曲を小さくすることができる。さら
に、仮に面23aと23bの中心部における曲率半径を
同一にすれば、このプラスチックレンズ23は中心部に
おいては副走査方向にパワーを持たないこととなり、周
辺部の副走査方向の像面湾曲だけを選択的に小さくする
ことができる。また、このプラスチックレンズ23は、
副走査方向の像面湾曲を小さくすることを主たる目的と
しているので、そのパワーは小さくてすみ、よって温湿
度の変化の影響を受けにくい。
【0016】さらに、このプラスチックレンズ23は、
副走査断面においてもメニスカス形状をなしている。メ
ニスカス形状とすることにより、パワーを小さくするこ
とができ、副走査断面の像面湾曲だけを効果的に補正す
ることができる。副走査断面方向のメニスカス形状は、
図示例ではポリゴンミラー12側に凸であるが、被走査
面14側に凸とすることも可能である。
副走査断面においてもメニスカス形状をなしている。メ
ニスカス形状とすることにより、パワーを小さくするこ
とができ、副走査断面の像面湾曲だけを効果的に補正す
ることができる。副走査断面方向のメニスカス形状は、
図示例ではポリゴンミラー12側に凸であるが、被走査
面14側に凸とすることも可能である。
【0017】またプラスチックレンズ23は、fθレン
ズ系20の光軸Oから距離eだけ半導体レーザ側に偏心
している。このようにプラスチックレンズ23を偏心さ
せると、副走査方向の像面が主走査方向の中心に関し左
右で非対称になる(主走査方向に対して倒れる)のを低
減することができる。この非対称性は、半導体レーザか
らの光束の入射角αが一定値を越えると、特に大きくな
るものである。
ズ系20の光軸Oから距離eだけ半導体レーザ側に偏心
している。このようにプラスチックレンズ23を偏心さ
せると、副走査方向の像面が主走査方向の中心に関し左
右で非対称になる(主走査方向に対して倒れる)のを低
減することができる。この非対称性は、半導体レーザか
らの光束の入射角αが一定値を越えると、特に大きくな
るものである。
【0018】表1は、実施例1の具体的な数値データで
あり、図3は、表1に示す具体的な数値データの走査レ
ンズ系20のfθ特性を示すグラフである。図4は同じ
く、メリディオナル(主走査方向)Mとサジタル(副走
査方向)Sの像面湾曲を示すグラフである。図3及び図
4の縦軸は主走査方向の位置を示しており、図3の横軸
は理想像高からの偏差(mm)、図4の横軸は相対的な
焦点位置(mm)を示している。
あり、図3は、表1に示す具体的な数値データの走査レ
ンズ系20のfθ特性を示すグラフである。図4は同じ
く、メリディオナル(主走査方向)Mとサジタル(副走
査方向)Sの像面湾曲を示すグラフである。図3及び図
4の縦軸は主走査方向の位置を示しており、図3の横軸
は理想像高からの偏差(mm)、図4の横軸は相対的な
焦点位置(mm)を示している。
【0019】表中、f は焦点距離、fBはバックフォーカ
ス、K は走査係数、R はレンズ各面の主走査断面におけ
る曲率半径、RZは同副走査断面における曲率半径、D は
レンズ厚もしくはレンズ間隔、N は波長780nmに対
する屈折率を示す。シリンドリカルレンズ13は、半導
体レーザからポリゴンミラー12の間に配設されたレン
ズである。
ス、K は走査係数、R はレンズ各面の主走査断面におけ
る曲率半径、RZは同副走査断面における曲率半径、D は
レンズ厚もしくはレンズ間隔、N は波長780nmに対
する屈折率を示す。シリンドリカルレンズ13は、半導
体レーザからポリゴンミラー12の間に配設されたレン
ズである。
【0020】
【表1】
f=135.37
fB=124.54
K=135.5
面 No. R RZ D N シリント゛リカル
∞ 17.88 4.00 1.51072(カ゛ラス)
レンス゛ ∞ 32.00ホ゜リコ゛ンミラー
29.94
1* 1053.00 6.73 1.48617(フ゜ラスチック)
2* -160.66 2.29
3 ∞ 14.50 1.51072(カ゛ラス)
4 -100.00 -18.46 3.00
5 -110.00 26.10 4.00 1.48617(フ゜ラスチック)
6 -142.58 23.30 124.54
* は回転対称非球面、
1面;K=5.32、 A4=-3.83×10-6、A6=2.10 ×10-9、A8=-
4.29×10-13 、 2面;K=10.56、 A4=-2.25 ×10-6、A6=5.76 ×10-10 、
A8=1.18 ×10-13 、 プラスチックレンズ23の偏心量e;-3.30 像面の偏心(収差図の原点);0.45 但し、非球面は次式で定義される。 x=cy2/{1+[1-(1+K)c2y2]1/2}+A4y4+A6y6+A8y8
4.29×10-13 、 2面;K=10.56、 A4=-2.25 ×10-6、A6=5.76 ×10-10 、
A8=1.18 ×10-13 、 プラスチックレンズ23の偏心量e;-3.30 像面の偏心(収差図の原点);0.45 但し、非球面は次式で定義される。 x=cy2/{1+[1-(1+K)c2y2]1/2}+A4y4+A6y6+A8y8
【0021】[実施例2]図5、図6は本発明の第2の
実施例を示す。この実施例は、プラスチックレンズ21
ないしプラスチックレンズ23の配置位置を異ならせた
もので、ポリゴンミラー12側から、ガラストーリック
レンズ22、プラスチックレンズ23、プラスチックレ
ンズ21の順に配置している。この実施例の数値データ
を表2に示し、fθ特性を図7に示し、像面湾曲を図8
に示す。
実施例を示す。この実施例は、プラスチックレンズ21
ないしプラスチックレンズ23の配置位置を異ならせた
もので、ポリゴンミラー12側から、ガラストーリック
レンズ22、プラスチックレンズ23、プラスチックレ
ンズ21の順に配置している。この実施例の数値データ
を表2に示し、fθ特性を図7に示し、像面湾曲を図8
に示す。
【0022】
【表2】
f=135.48
fB=128.78
K=135.5
面 No. R RZ D N シリント゛リカル
∞ 25.54 4.00 1.51072(カ゛ラス)
レンス゛ ∞ 58.35ホ゜リコ゛ンミラー
35.67
1 ∞ 14.00 1.51072(カ゛ラス)
2 -85.00 -18.40 2.00
3** -90.00 44.33 4.00 1.48617(フ゜ラスチック)
4 -92.70 29.50 1.00
5* 310.00 6.00 1.48617(フ゜ラスチック)
6* ∞ 128.78
* は回転対称非球面、
**は主走査断面を非球面化したトーリック面、
3面;K=0、 A4=-2.63 ×10-9
5面;K=-6.80、 A4=-1.46 ×10-6、A6=2.00 ×10-10 、
A8=-1.51×10-14 、 6面;K=-22.00、 A4=-1.32×10-6、A6=1.25 ×10-10 、
A8=-7.00×10-15 、 プラスチックレンズ23の偏心量e;-2.84 像面の偏心(収差図の原点);0.07
A8=-1.51×10-14 、 6面;K=-22.00、 A4=-1.32×10-6、A6=1.25 ×10-10 、
A8=-7.00×10-15 、 プラスチックレンズ23の偏心量e;-2.84 像面の偏心(収差図の原点);0.07
【0023】
【発明の効果】本発明は、1枚のガラストーリックレン
ズと、2枚プラスチックレンズとの3枚構成の走査レン
ズ系において、特に副走査方向の像面湾曲補正に与るプ
ラスチックレンズを両面トーリックで、主走査方向、副
走査方向ともにメニスカス形状のレンズから構成したの
で、副走査方向の像面湾曲を良好に補正することができ
る。トーリック面は回転軸を有するので、精密な形状を
安価に得ることができる。また、2枚のプラスチックレ
ンズは像面湾曲補正及びfθ特性の補正に与り、主たる
パワーはガラストーリックレンズが負担するので、温湿
度変化による焦点変動が少なく、低コストの走査光学系
を得ることができる。さらに、本発明によれば長いfB
を得ることができる。
ズと、2枚プラスチックレンズとの3枚構成の走査レン
ズ系において、特に副走査方向の像面湾曲補正に与るプ
ラスチックレンズを両面トーリックで、主走査方向、副
走査方向ともにメニスカス形状のレンズから構成したの
で、副走査方向の像面湾曲を良好に補正することができ
る。トーリック面は回転軸を有するので、精密な形状を
安価に得ることができる。また、2枚のプラスチックレ
ンズは像面湾曲補正及びfθ特性の補正に与り、主たる
パワーはガラストーリックレンズが負担するので、温湿
度変化による焦点変動が少なく、低コストの走査光学系
を得ることができる。さらに、本発明によれば長いfB
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による走査光学系の第1の実施例を示す
平面図である。
平面図である。
【図2】図1の正面図である。
【図3】図1、図2の走査光学系によるfθ特性を示す
グラフである。
グラフである。
【図4】図1、図2の走査光学系における像面湾曲を示
すグラフである。
すグラフである。
【図5】本発明による走査光学系の第2の実施例を示す
平面図である。
平面図である。
【図6】図5の正面図である。
【図7】図5、図6の走査光学系によるfθ特性を示す
グラフである。
グラフである。
【図8】図5、図6の走査光学系における像面湾曲を示
すグラフである。
すグラフである。
【図9】本発明による副走査方向の像面湾曲補正に与る
プラスチックレンズの形状を説明する図である。
プラスチックレンズの形状を説明する図である。
12 ポリゴンミラー(偏向器)
13 シリンドリカルレンズ
14 被走査面
20 走査レンズ系
21 第1のプラスチックレンズ
22 ガラストーリックレンズ
23 第2のプラスチックレンズ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G02B 9/00 - 17/08
G02B 21/02 - 21/04
G02B 25/00 - 25/04
G02B 26/10
Claims (4)
- 【請求項1】 光偏向器によって走査される光束を、走
査レンズ系を介して被走査面に走査する走査光学系にお
いて、 上記走査レンズ系が、 主にパワーを持つガラストーリックレンズと;主にこの
ガラストーリックレンズによる主走査方向の像面湾曲と
fθ特性を補正する第1のプラスチックレンズと;主に
ガラストーリックレンズによる副走査方向の像面湾曲を
補正する第2のプラスチックレンズと;から構成されて
いて、 第2のプラスチックレンズは、偏向器側の面が主走査方
向とほぼ平行な回転軸を持つトーリック面で、被走査面
側の面が副走査方向とほぼ平行な回転軸を持つトーリッ
ク面であり、主走査断面、副走査断面の双方においてメ
ニスカス形状をなし、かつ主走査断面においては被走査
面側に凸の形状をなしていることを特徴とする走査光学
系。 - 【請求項2】 請求項1において、ガラストーリックレ
ンズは、被走査面側の面が、副走査方向とほぼ平行な回
転軸を持ち該被走査面側に凸面を向けたトーリック面か
らなっている走査光学系。 - 【請求項3】 請求項2において、ガラストーリックレ
ンズは、光偏向器側の面が平面である走査光学系。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
て、第1のプラスチックレンズは、回転対称な非球面を
持っている走査光学系。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06525694A JP3411661B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 走査光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06525694A JP3411661B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 走査光学系 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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