JP3421584B2 - 走査光学系 - Google Patents
走査光学系Info
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
- G02B26/125—Details of the optical system between the polygonal mirror and the image plane
-
- 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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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Laser Beam Printer (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、レーザービームプリンタ等に用
いられる走査光学系に関し、特にその結像光学系（ｆθ
レンズ系）に関する。
いられる走査光学系に関し、特にその結像光学系（ｆθ
レンズ系）に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】レーザービームプリンタ等
に用いられるｆθレンズには、近年、大量成形が可能な
樹脂製レンズが多く用いられている。しかし、光学樹脂
素材は一般に、温度変化に伴う形状あるいは屈折率の変
化が大きいため、これを用いた装置では温度変化による
性能劣化、例えば、結像位置がずれてしまうことや、主
走査方向の描画位置（像高）が変化してしまうという現
象が問題視されている。
に用いられるｆθレンズには、近年、大量成形が可能な
樹脂製レンズが多く用いられている。しかし、光学樹脂
素材は一般に、温度変化に伴う形状あるいは屈折率の変
化が大きいため、これを用いた装置では温度変化による
性能劣化、例えば、結像位置がずれてしまうことや、主
走査方向の描画位置（像高）が変化してしまうという現
象が問題視されている。
【０００３】従来例をみると、設計値ではｆθ特性、像
面湾曲とも良好に補正されているが、温度が変化したと
きにｆθ特性が悪化し、さらに像面湾曲が悪化する結
果、像面位置、特に副走査方向の像面位置が大きく移動
しており、所望の性能が得られない。
面湾曲とも良好に補正されているが、温度が変化したと
きにｆθ特性が悪化し、さらに像面湾曲が悪化する結
果、像面位置、特に副走査方向の像面位置が大きく移動
しており、所望の性能が得られない。
【０００４】ガラスレンズを一部に用いたり、温度検出
機構を設けて動的に補正を行ったりすることにより温度
変化による性能劣化に対処した製品も見られるが、ガラ
スレンズは樹脂製レンズに比べて高価であり、温度検出
機構等の設置もコストアップ要因となる。
機構を設けて動的に補正を行ったりすることにより温度
変化による性能劣化に対処した製品も見られるが、ガラ
スレンズは樹脂製レンズに比べて高価であり、温度検出
機構等の設置もコストアップ要因となる。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、樹脂製レンズだけを用いなが
ら、温度変化に伴う性能劣化を小さく抑えた走査光学系
の結像光学系を得ることを目的とする。
ら、温度変化に伴う性能劣化を小さく抑えた走査光学系
の結像光学系を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、多くの光学樹脂素材が温度が
上昇するとともに屈折率が減少し、また、膨脹により曲
率も小さくなることから、屈折力が小さくなるという問
題点を改善すべくなされたものである。光源からの光束
を光偏向器と結像光学系を介して被走査面に走査する走
査光学系においては、高画角の光束に対してｆθ特性を
得るために結像光学系で大きく屈折させている場合、温
度変化による光学樹脂素材の屈折力変化の影響を強く受
け、像高が変化しやすい。しかし、本発明者は、結像光
学系の像側主平面を偏向基準点Ｂ（光源から光偏向器に
入射する光束の光軸と結像光学系の光軸との交点）に近
づけていくと、高画角の光束に対してそれほど大きく屈
折させなくともｆθ特性を満足させるだけの歪曲収差が
得られるため、温度変化による屈折力変化の影響を軽減
することができることを見い出した。
上昇するとともに屈折率が減少し、また、膨脹により曲
率も小さくなることから、屈折力が小さくなるという問
題点を改善すべくなされたものである。光源からの光束
を光偏向器と結像光学系を介して被走査面に走査する走
査光学系においては、高画角の光束に対してｆθ特性を
得るために結像光学系で大きく屈折させている場合、温
度変化による光学樹脂素材の屈折力変化の影響を強く受
け、像高が変化しやすい。しかし、本発明者は、結像光
学系の像側主平面を偏向基準点Ｂ（光源から光偏向器に
入射する光束の光軸と結像光学系の光軸との交点）に近
づけていくと、高画角の光束に対してそれほど大きく屈
折させなくともｆθ特性を満足させるだけの歪曲収差が
得られるため、温度変化による屈折力変化の影響を軽減
することができることを見い出した。
【０００７】本発明は、光源からの光束を光偏向器と結
像光学系を介して被走査面に走査する走査光学系におい
て、結像光学系が、２枚のレンズからなる全体として正
の屈折力の前群と、被走査面近傍に配置された副走査方
向に強い正の屈折力を持つ長尺型アナモフィック単レン
ズからなる後群とから構成されていて、全ての構成レン
ズは樹脂素材で形成されていること、および次の条件式
（１）ないし（３）を満足することを特徴とする。 （１）ｄ0 ／f ＜０．２３ （２）０．７０＜ｆ／ｆ1 ＜１．３０ （３）ｄfB／ｆ＜０．５０ 但し、 ｆ：結像光学系の主走査方向の焦点距離、 ｆ1 ：前群の第１レンズの焦点距離、 ｄ0 ：光源から光偏向器に入射する光束の光軸と結像光
学系の光軸との交点から結像光学系の光偏向器側の第１
面までの距離、 ｄfB：後群の被走査面側の最終面から被走査面までの距
離、である。
像光学系を介して被走査面に走査する走査光学系におい
て、結像光学系が、２枚のレンズからなる全体として正
の屈折力の前群と、被走査面近傍に配置された副走査方
向に強い正の屈折力を持つ長尺型アナモフィック単レン
ズからなる後群とから構成されていて、全ての構成レン
ズは樹脂素材で形成されていること、および次の条件式
（１）ないし（３）を満足することを特徴とする。 （１）ｄ0 ／f ＜０．２３ （２）０．７０＜ｆ／ｆ1 ＜１．３０ （３）ｄfB／ｆ＜０．５０ 但し、 ｆ：結像光学系の主走査方向の焦点距離、 ｆ1 ：前群の第１レンズの焦点距離、 ｄ0 ：光源から光偏向器に入射する光束の光軸と結像光
学系の光軸との交点から結像光学系の光偏向器側の第１
面までの距離、 ｄfB：後群の被走査面側の最終面から被走査面までの距
離、である。
【０００８】本発明は、さらに次の条件式（４）を満足
することが好ましい。 （４）ｄH2／ｄIM＜０．３５ 但し、 ｄH2：光源から光偏向器に入射する光束の光軸と結像光
学系の光軸との交点から結像光学系の像側主平面までの
距離、 ｄIM ：結像光学系の像側主平面から被走査面までの距
離、である。
することが好ましい。 （４）ｄH2／ｄIM＜０．３５ 但し、 ｄH2：光源から光偏向器に入射する光束の光軸と結像光
学系の光軸との交点から結像光学系の像側主平面までの
距離、 ｄIM ：結像光学系の像側主平面から被走査面までの距
離、である。
【０００９】また、製造を容易にし、コストを下げるた
め、前群の各レンズ面は全て光軸を中心とする回転対称
な面とすることが好ましい。また、前群のレンズ面のう
ち少なくとも１面を主走査断面内において非球面形状に
すると、ｆθ特性と像面湾曲を同時に補正する点でよ
い。
め、前群の各レンズ面は全て光軸を中心とする回転対称
な面とすることが好ましい。また、前群のレンズ面のう
ち少なくとも１面を主走査断面内において非球面形状に
すると、ｆθ特性と像面湾曲を同時に補正する点でよ
い。
【００１０】本発明の走査光学系は、さらに後群が次の
条件式（５）を満足することが好ましい。 （５）−０．２５＜ｆ／ｆR＜０ 但し、 ｆR：後群の主走査方向焦点距離、である。
条件式（５）を満足することが好ましい。 （５）−０．２５＜ｆ／ｆR＜０ 但し、 ｆR：後群の主走査方向焦点距離、である。
【００１１】前群を構成する全体として正の屈折力の２
枚のレンズは、２枚の正レンズから構成することも、１
枚の正レンズと１枚の負レンズから構成することもでき
る。
枚のレンズは、２枚の正レンズから構成することも、１
枚の正レンズと１枚の負レンズから構成することもでき
る。
【００１２】さらに、本発明の走査光学系は、前群中
に、次の条件式（６）を満足する面が少なくとも一面存
在することが望ましい。 （６）θｉｎ−θｏｕｔ＜−１．５゜ 但し、 θｉｎ：最大画角の光線について、前群中のあるレンズ
面に入射する光線と光軸のなす角度（絶対値）、 θｏｕｔ：最大画角の光線について、同レンズ面から射
出する光線と光軸のなす角度（絶対値）、である。
に、次の条件式（６）を満足する面が少なくとも一面存
在することが望ましい。 （６）θｉｎ−θｏｕｔ＜−１．５゜ 但し、 θｉｎ：最大画角の光線について、前群中のあるレンズ
面に入射する光線と光軸のなす角度（絶対値）、 θｏｕｔ：最大画角の光線について、同レンズ面から射
出する光線と光軸のなす角度（絶対値）、である。
【００１３】
【発明の実施の態様】図１は、本発明による走査光学系
の一実施態様である。ＬＤ光源１１を出たレーザ光束
は、コリメーターレンズ１２で平行光束とされ、シリン
ダーレンズ１３で主走査方向に長い線像とされて、ポリ
ゴンミラー（回転多面鏡、光偏向器）１４の反射面に入
射し、ポリゴンミラー１４の回転により主走査方向に走
査される。走査面には、結像光学系（ｆθレンズ系）１
５が位置しており、ポリゴンミラー１４の回転角と像高
が比例するように補正されて被走査面１６上を走査され
る。主走査方向は、図１の紙面に平行な方向、副走査方
向は紙面に垂直な方向である。光源から光偏向器に入射
する光束の光軸と結像光学系の光軸の交点を偏向基準点
Ｂとし、結像光学系１５の像側主平面をＩで示す。
の一実施態様である。ＬＤ光源１１を出たレーザ光束
は、コリメーターレンズ１２で平行光束とされ、シリン
ダーレンズ１３で主走査方向に長い線像とされて、ポリ
ゴンミラー（回転多面鏡、光偏向器）１４の反射面に入
射し、ポリゴンミラー１４の回転により主走査方向に走
査される。走査面には、結像光学系（ｆθレンズ系）１
５が位置しており、ポリゴンミラー１４の回転角と像高
が比例するように補正されて被走査面１６上を走査され
る。主走査方向は、図１の紙面に平行な方向、副走査方
向は紙面に垂直な方向である。光源から光偏向器に入射
する光束の光軸と結像光学系の光軸の交点を偏向基準点
Ｂとし、結像光学系１５の像側主平面をＩで示す。
【００１４】結像光学系１５は、Ｌ１、Ｌ２の単レンズ
２枚からなる前群Ｆと、被走査面近傍に配置された副走
査方向に強い正の屈折力を持つ長尺型アナモフィック単
レンズＬ３からなる後群Ｒにより構成されている。各レ
ンズは、光学樹脂素材よりなる。
２枚からなる前群Ｆと、被走査面近傍に配置された副走
査方向に強い正の屈折力を持つ長尺型アナモフィック単
レンズＬ３からなる後群Ｒにより構成されている。各レ
ンズは、光学樹脂素材よりなる。
【００１５】前群Ｆを構成する第１レンズＬ１と第２レ
ンズＬ２は、そのレンズ面を全て光軸を中心とする回転
対称とすることで、前群Ｆのレンズの偏心に対する感度
を低減することができ、加工、組立を容易にすることが
できる。また、これらのレンズ面の少なくとも１面は非
球面とし、ｆθ特性と主走査断面の像面湾曲とを同時に
補正することが好ましい。
ンズＬ２は、そのレンズ面を全て光軸を中心とする回転
対称とすることで、前群Ｆのレンズの偏心に対する感度
を低減することができ、加工、組立を容易にすることが
できる。また、これらのレンズ面の少なくとも１面は非
球面とし、ｆθ特性と主走査断面の像面湾曲とを同時に
補正することが好ましい。
【００１６】また、後群Ｒを副走査方向に強い正の屈折
力を持つ長尺型アナモフィック単レンズＬ３で構成し、
かつ被走査面１６の近傍に配置したことによって、副走
査像面の温度変化を抑えながら、ポリゴンミラー１４の
反射面の倒れに起因するピッチムラなどの補正、いわゆ
る面倒れ補正を行なうことができる。
力を持つ長尺型アナモフィック単レンズＬ３で構成し、
かつ被走査面１６の近傍に配置したことによって、副走
査像面の温度変化を抑えながら、ポリゴンミラー１４の
反射面の倒れに起因するピッチムラなどの補正、いわゆ
る面倒れ補正を行なうことができる。
【００１７】条件式（１）は、前群Ｆの第１レンズＬ１
を偏向基準点Ｂに近づけるための条件である。この条件
を満たすことにより、結像光学系１５の像側主平面を偏
向基準点Ｂに近づけることができる。条件式（１）の上
限を超えると、結像光学系１５の像側主平面を偏向基準
点Ｂに近づけることが困難になり、その結果、温度変化
による屈折力変化が大きくなり、像高が変化してしま
う。
を偏向基準点Ｂに近づけるための条件である。この条件
を満たすことにより、結像光学系１５の像側主平面を偏
向基準点Ｂに近づけることができる。条件式（１）の上
限を超えると、結像光学系１５の像側主平面を偏向基準
点Ｂに近づけることが困難になり、その結果、温度変化
による屈折力変化が大きくなり、像高が変化してしま
う。
【００１８】条件式（２）は、結像光学系１５の前群Ｆ
の偏向基準点Ｂ側の正の第１レンズＬ１の屈折力に関す
る条件である。結像光学系１５を偏向基準点Ｂに近づけ
れば、結像光学系の像側主平面を偏向基準点Ｂに近づけ
ることが可能だが、結像光学系を偏向基準点Ｂに近づけ
ることには機械点な限界があるので、それ以外の方法で
像側主平面を偏向基準点Ｂに近づけることが望まれる。
そこで、前群Ｆを構成する２枚の単レンズＬ１、Ｌ２の
うち偏向基準点Ｂ側にある正の第１レンズＬ１に、結像
光学系全体として必要な集束力のほとんどを持たせるこ
とにより、像側主平面をより偏向基準点Ｂに近づけるこ
とが可能になる。
の偏向基準点Ｂ側の正の第１レンズＬ１の屈折力に関す
る条件である。結像光学系１５を偏向基準点Ｂに近づけ
れば、結像光学系の像側主平面を偏向基準点Ｂに近づけ
ることが可能だが、結像光学系を偏向基準点Ｂに近づけ
ることには機械点な限界があるので、それ以外の方法で
像側主平面を偏向基準点Ｂに近づけることが望まれる。
そこで、前群Ｆを構成する２枚の単レンズＬ１、Ｌ２の
うち偏向基準点Ｂ側にある正の第１レンズＬ１に、結像
光学系全体として必要な集束力のほとんどを持たせるこ
とにより、像側主平面をより偏向基準点Ｂに近づけるこ
とが可能になる。
【００１９】１枚のレンズに大きな屈折力を持たせた場
合、レンズ中心厚とレンズ周辺（コバ）厚の比が大きく
なり、成形が困難になる。しかし、前群Ｆを、ともに正
の屈折力を持つ第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の２枚
で構成すれば、屈折力が分散し成形は容易になる。ま
た、前群Ｆを強い正の屈折力を持つ第１レンズＬ１と負
の屈折力を持つ第２レンズＬ２で構成すれば、第１レン
ズＬ１の成形に関しては有利ではないが、像側主平面を
より一層偏向基準点Ｂに近づけることができるという効
果が得られる。
合、レンズ中心厚とレンズ周辺（コバ）厚の比が大きく
なり、成形が困難になる。しかし、前群Ｆを、ともに正
の屈折力を持つ第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の２枚
で構成すれば、屈折力が分散し成形は容易になる。ま
た、前群Ｆを強い正の屈折力を持つ第１レンズＬ１と負
の屈折力を持つ第２レンズＬ２で構成すれば、第１レン
ズＬ１の成形に関しては有利ではないが、像側主平面を
より一層偏向基準点Ｂに近づけることができるという効
果が得られる。
【００２０】条件式（２）の範囲内にあることで、像側
主平面をより偏向基準点Ｂに近づけることが可能で、結
像光学系１５の正の第１レンズＬ１のレンズ中心厚とコ
バ厚の比が大きくなり過ぎず、形状誤差に対する感度が
高くなったり、加工上不利になることを防ぐことができ
る。条件式（２）の下限を超えると、像側主平面を偏向
基準点Ｂに近づけることが困難になり、その結果、温度
変化による屈折力変化が大きくなり像高が変化する。上
限を超えると、第１レンズＬ１の中心厚とコバ厚の比が
大きくなり、高精度な加工及び成形が困難になる。
主平面をより偏向基準点Ｂに近づけることが可能で、結
像光学系１５の正の第１レンズＬ１のレンズ中心厚とコ
バ厚の比が大きくなり過ぎず、形状誤差に対する感度が
高くなったり、加工上不利になることを防ぐことができ
る。条件式（２）の下限を超えると、像側主平面を偏向
基準点Ｂに近づけることが困難になり、その結果、温度
変化による屈折力変化が大きくなり像高が変化する。上
限を超えると、第１レンズＬ１の中心厚とコバ厚の比が
大きくなり、高精度な加工及び成形が困難になる。
【００２１】条件式（３）は、後群Ｒのレンズ最終面か
ら被走査面１６までの距離と結像光学系１５の主走査方
向の焦点距離の比に関する条件である。この条件を満た
すことによって、後群Ｒのレンズ形状の誤差に対する光
学性能の劣化感度を低くし、加工を容易にし、また、副
走査断面に関して温度変化による像面湾曲と像面位置の
変動を小さく抑えることができる。条件式（３）の上限
を超えると、レンズ形状誤差に対する光学性能の劣化感
度が高くなり、副走査断面に関して像面湾曲の増大、温
度変化による像面位置のシフトなどが大きくなる。
ら被走査面１６までの距離と結像光学系１５の主走査方
向の焦点距離の比に関する条件である。この条件を満た
すことによって、後群Ｒのレンズ形状の誤差に対する光
学性能の劣化感度を低くし、加工を容易にし、また、副
走査断面に関して温度変化による像面湾曲と像面位置の
変動を小さく抑えることができる。条件式（３）の上限
を超えると、レンズ形状誤差に対する光学性能の劣化感
度が高くなり、副走査断面に関して像面湾曲の増大、温
度変化による像面位置のシフトなどが大きくなる。
【００２２】条件式（４）は、偏向基準点Ｂから結像光
学系１５の像側主平面までの距離と結像光学系１５の像
側主平面から被走査面１６までの距離の比に関する条件
である。条件式（４）の範囲内で、結像光学系１５の像
側主平面を偏向基準点Ｂに近づけることで、温度変化に
よる主走査方向の描画位置（像高）の変化を実質上問題
のない水準まで低減することができる。条件式（４）の
上限を越えると、温度変化による像高の変化が大きくな
る。
学系１５の像側主平面までの距離と結像光学系１５の像
側主平面から被走査面１６までの距離の比に関する条件
である。条件式（４）の範囲内で、結像光学系１５の像
側主平面を偏向基準点Ｂに近づけることで、温度変化に
よる主走査方向の描画位置（像高）の変化を実質上問題
のない水準まで低減することができる。条件式（４）の
上限を越えると、温度変化による像高の変化が大きくな
る。
【００２３】条件式（５）は、結像光学系１５の後群Ｒ
の屈折力に関する条件である。この条件式を満足するこ
とで、後群Ｒ（長尺型アナモフィック単レンズＬ３）の
レンズの中心厚と周辺厚の差が大きくなるのを防ぎ、加
工性が悪化するのを防ぐことができる。また、結像光学
系１５の像側主平面を偏向基準点Ｂに近づけることがで
きる。条件式（５）の上限を超えると、像側主平面が偏
向基準点Ｂから遠ざかり、温度変化による像高の変化が
大きくなる。下限を越えると、レンズ中心厚に比べてレ
ンズコバ厚が著しく肥大し、加工性が悪くなる。
の屈折力に関する条件である。この条件式を満足するこ
とで、後群Ｒ（長尺型アナモフィック単レンズＬ３）の
レンズの中心厚と周辺厚の差が大きくなるのを防ぎ、加
工性が悪化するのを防ぐことができる。また、結像光学
系１５の像側主平面を偏向基準点Ｂに近づけることがで
きる。条件式（５）の上限を超えると、像側主平面が偏
向基準点Ｂから遠ざかり、温度変化による像高の変化が
大きくなる。下限を越えると、レンズ中心厚に比べてレ
ンズコバ厚が著しく肥大し、加工性が悪くなる。
【００２４】次に、条件式（６）を説明する。走査光学
系の結像光学系（ｆθレンズ）は、負のディストーショ
ンをもつため、最大画角の光線についてあるレンズ面に
入射する光線と光軸のなす角度（絶対値）をＡ、同レン
ズ面から射出する光線と光軸のなす角度（絶対値）をＢ
すると、基本的にＡ−Ｂ＞０である。しかし、本発明者
は、結像光学系中に、Ａ−Ｂ＜０の面があると、温度変
化による悪影響を打ち消す方向になり、温度補償の観点
からは好適であることを見出した。そして、このような
Ａ−Ｂ＜０の面は、感度と補正効果を考慮すると、像面
に近い後群よりも、像面から遠い前群に備えることが好
ましい。
系の結像光学系（ｆθレンズ）は、負のディストーショ
ンをもつため、最大画角の光線についてあるレンズ面に
入射する光線と光軸のなす角度（絶対値）をＡ、同レン
ズ面から射出する光線と光軸のなす角度（絶対値）をＢ
すると、基本的にＡ−Ｂ＞０である。しかし、本発明者
は、結像光学系中に、Ａ−Ｂ＜０の面があると、温度変
化による悪影響を打ち消す方向になり、温度補償の観点
からは好適であることを見出した。そして、このような
Ａ−Ｂ＜０の面は、感度と補正効果を考慮すると、像面
に近い後群よりも、像面から遠い前群に備えることが好
ましい。
【００２５】条件式（６）は、θｉｎとθｏｕｔを、最
大画角の光線について、前群中のあるレンズ面に入射す
る光線と光軸のなす角度（絶対値）と同レンズ面から射
出する光線と光軸のなす角度（絶対値）として定義した
とき（図１７の定義図参照）、満足すべき条件を示して
いる。すなわち、前群にこのようなθｉｎ−θｏｕｔ＜
０の面を備えるとき、その値は、θｉｎ−θｏｕｔ＜−
１．５゜とすると、温度補償を効果的に行うことができ
る。条件式（６）の上限を越えると、温度変化時の悪影
響の打ち消し効果が小さい。
大画角の光線について、前群中のあるレンズ面に入射す
る光線と光軸のなす角度（絶対値）と同レンズ面から射
出する光線と光軸のなす角度（絶対値）として定義した
とき（図１７の定義図参照）、満足すべき条件を示して
いる。すなわち、前群にこのようなθｉｎ−θｏｕｔ＜
０の面を備えるとき、その値は、θｉｎ−θｏｕｔ＜−
１．５゜とすると、温度補償を効果的に行うことができ
る。条件式（６）の上限を越えると、温度変化時の悪影
響の打ち消し効果が小さい。
【００２６】次に具体的な実施例を説明する。実施例の
諸収差図と像面湾曲を示す図中の点線と実線はそれぞ
れ、主走査断面と副走査断面のデータを示している。ま
た、数値データを示す表中、ｆは全系の焦点距離、ωは
半画角、Ｌは使用波長、ＲY は主走査方向の曲率半径、
ＲZ は副走査方向の曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレン
ズ間隔、Ｎは７８０ｎｍの屈折率を示す。回転対称非球
面は、光軸方向をｘ軸、主走査方向をｙ軸、副走査方向
をｚ軸にとるとき、面形状が x=CYy2／[1+[1-(1+K)CY 2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+・・
・ （ＣYは近軸での主走査方向の曲率（１／ＲY ）、Ｋは
円錐係数、Ａi はｉ次の非球面係数）で定義される曲面
である。また、累進トーリック非球面は、光軸方向をｘ
軸、主走査方向をｙ軸、副走査方向をｚ軸にとるとき、
ｘｙ断面の形状が、 x=CYy2／[1+[1-(1+K)CY 2y2]1/2] +A4y4+A6y6+A8y8+・・
・ （ＣY は近軸での主走査方向の曲率（１／ＲY ）、Ｋは
円錐係数、Ａi はｉ次の非球面係数）で表わされ、副走
査方向の曲率CZ(Y)が、 CZ(Y)= CZ(0)+AS1y+AS2y2+AS3y3+・・・ （CZ(0)は光軸上での副走査方向の曲率（１／ＲY ）、A
Siは副走査断面曲率係数で定義される曲面である。言葉
で表すと、累進トーリック非球面とは、副走査方向の曲
率半径が、主走査方向の断面形状とは無関係に設定され
る面形状であり、副走査方向の曲率中心の位置が主走査
方向の高さに応じて変化する面形状である。図１８にこ
の累進トーリック非球面の形状例を示す。
諸収差図と像面湾曲を示す図中の点線と実線はそれぞ
れ、主走査断面と副走査断面のデータを示している。ま
た、数値データを示す表中、ｆは全系の焦点距離、ωは
半画角、Ｌは使用波長、ＲY は主走査方向の曲率半径、
ＲZ は副走査方向の曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレン
ズ間隔、Ｎは７８０ｎｍの屈折率を示す。回転対称非球
面は、光軸方向をｘ軸、主走査方向をｙ軸、副走査方向
をｚ軸にとるとき、面形状が x=CYy2／[1+[1-(1+K)CY 2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+・・
・ （ＣYは近軸での主走査方向の曲率（１／ＲY ）、Ｋは
円錐係数、Ａi はｉ次の非球面係数）で定義される曲面
である。また、累進トーリック非球面は、光軸方向をｘ
軸、主走査方向をｙ軸、副走査方向をｚ軸にとるとき、
ｘｙ断面の形状が、 x=CYy2／[1+[1-(1+K)CY 2y2]1/2] +A4y4+A6y6+A8y8+・・
・ （ＣY は近軸での主走査方向の曲率（１／ＲY ）、Ｋは
円錐係数、Ａi はｉ次の非球面係数）で表わされ、副走
査方向の曲率CZ(Y)が、 CZ(Y)= CZ(0)+AS1y+AS2y2+AS3y3+・・・ （CZ(0)は光軸上での副走査方向の曲率（１／ＲY ）、A
Siは副走査断面曲率係数で定義される曲面である。言葉
で表すと、累進トーリック非球面とは、副走査方向の曲
率半径が、主走査方向の断面形状とは無関係に設定され
る面形状であり、副走査方向の曲率中心の位置が主走査
方向の高さに応じて変化する面形状である。図１８にこ
の累進トーリック非球面の形状例を示す。
【００２７】［実施例１］図２は本発明の走査光学系の
第１の実施例のレンズ構成図（主走査方向）、図３、図
４はそれぞれ図２のレンズ構成でのｆθ誤差と像面湾曲
を示す収差図、図５、図６は、３０℃の温度変化が生じ
た後の図３、図４に対応する収差図である。表１はその
数値データである。前群Ｆは、正、負の２枚のレンズか
ら構成され、後群Ｒは、主走査方向に負、副走査方向に
強い正の屈折力を持つ長尺型アナモフィック単レンズで
構成されている。３枚のレンズとも光学樹脂素材からな
っている。数値データ中、面番号１〜４が前群Ｆに対応
し、同５、６が後群Ｒに対応している。前群レンズの最
も被走査面１６側の面が回転対称非球面であり、後群レ
ンズの最もポリゴンミラー１４側の面が累進トーリック
非球面である。また、θｉｎ−θｏｕｔ＜０の面は、前
群の第２レンズの第２面（面番号４）である。
第１の実施例のレンズ構成図（主走査方向）、図３、図
４はそれぞれ図２のレンズ構成でのｆθ誤差と像面湾曲
を示す収差図、図５、図６は、３０℃の温度変化が生じ
た後の図３、図４に対応する収差図である。表１はその
数値データである。前群Ｆは、正、負の２枚のレンズか
ら構成され、後群Ｒは、主走査方向に負、副走査方向に
強い正の屈折力を持つ長尺型アナモフィック単レンズで
構成されている。３枚のレンズとも光学樹脂素材からな
っている。数値データ中、面番号１〜４が前群Ｆに対応
し、同５、６が後群Ｒに対応している。前群レンズの最
も被走査面１６側の面が回転対称非球面であり、後群レ
ンズの最もポリゴンミラー１４側の面が累進トーリック
非球面である。また、θｉｎ−θｏｕｔ＜０の面は、前
群の第２レンズの第２面（面番号４）である。
【００２８】
【表１】
f =144.9
ω=42.7 °
L=780nm
θｉｎ−θｏｕｔ＝−４．１８゜（前群の第２レンズの第２面（面番号４））
面Ｎｏ． ＲY Ｒ Z Ｄ ｎ
1 -190.08 − 11.00 1.486
2 -48.33 − 2.00 −
3 -101.63 − 3.00 1.486
4＊ -105.82 − 83.27 −
5＊＊ -252.82 19.45 4.00 1.486
6 -1177.36 − − −
ｄ0 ＝３２．０
ｄfB＝５１．７
ｆ1 ＝１３０．０
ｆR ＝−６６３．２
ｄH2＝４２．１
ｄIM＝１４４．９
＊は回転対称非球面。
＊＊は累進トーリック非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は０である）；
面Ｎｏ． Ｋ Ａ４ Ａ６ Ａ８
４ 0.00 0.4873×10-6 -0.1459×10-9 0.4559×10-13
面Ｎｏ． Ｋ Ａ４ Ａ６ Ａ８
５ 0.00 0.3278×10-6 -0.2661×10-10 0.1296×10-14
ＡＳ1 ＡＳ2 ＡＳ4 ＡＳ6
-0.8478×10-6 -0.2326×10-5 0.6048×10-10 0.4349×10-13
【００２９】［実施例２］図７は本発明の走査光学系の
第２の実施例のレンズ構成図、図８、図９はそれぞれ図
７のレンズ構成でのｆθ誤差と像面湾曲を示す収差図、
図１０、図１１は、３０℃の温度変化が生じた後の図
８、図９に対応する収差図である。表２はその数値デー
タである。前群Ｆは、２枚の正レンズから構成され、後
群Ｒは、主走査方向に負、副走査方向に強い正の屈折力
を持つ長尺型アナモフィック単レンズで構成されてい
る。３枚のレンズとも光学樹脂素材からなっている。数
値データ中、面番号１〜４が前群Ｆに対応し、同５、６
が後群Ｒに対応している。前群レンズの最も被走査面１
６側の面が回転対称非球面であり、後群レンズの最もポ
リゴンミラー１４側の面が累進トーリック非球面であ
る。また、θｉｎ−θｏｕｔ＜０の面は、前群の第２レ
ンズの第２面（面番号４）である。
第２の実施例のレンズ構成図、図８、図９はそれぞれ図
７のレンズ構成でのｆθ誤差と像面湾曲を示す収差図、
図１０、図１１は、３０℃の温度変化が生じた後の図
８、図９に対応する収差図である。表２はその数値デー
タである。前群Ｆは、２枚の正レンズから構成され、後
群Ｒは、主走査方向に負、副走査方向に強い正の屈折力
を持つ長尺型アナモフィック単レンズで構成されてい
る。３枚のレンズとも光学樹脂素材からなっている。数
値データ中、面番号１〜４が前群Ｆに対応し、同５、６
が後群Ｒに対応している。前群レンズの最も被走査面１
６側の面が回転対称非球面であり、後群レンズの最もポ
リゴンミラー１４側の面が累進トーリック非球面であ
る。また、θｉｎ−θｏｕｔ＜０の面は、前群の第２レ
ンズの第２面（面番号４）である。
【００３０】
【表２】
f =179.4
ω=34.4 °
L=780nm
θｉｎ−θｏｕｔ＝−１．８６゜（前群の第２レンズの第２面（面番号４））
面Ｎｏ． ＲY Ｒ Z Ｄ ｎ
1 -104.78 − 6.50 1.486
2 -46.96 − 2.00 −
3 -72.40 − 4.00 1.486
4＊ -71.63 − 105.26 −
5＊＊ -389.13 23.18 4.00 1.486
6 -4762.16 − − −
ｄ0 ＝３２．０
ｄfB＝６５．２
ｆ1 ＝１６８．９
ｆR ＝−８７１．９
ｄH2＝３９．５
ｄIM＝１７９．４
＊は回転対称非球面。
＊＊は累進トーリック非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は０である）；
面Ｎｏ． Ｋ Ａ４ Ａ６ Ａ８
４ 0.00 0.2660×10-6 -0.1759×10-10 0
面Ｎｏ． Ｋ Ａ４ Ａ６ Ａ８
５ 0.00 0.1687×10-6 -0.6575×10-11 0.1948×10-15
ＡＳ1 ＡＳ2 ＡＳ4 ＡＳ6
-0.7521×10-9 -0.1539×10-5 0.5063×10-10 0
【００３１】［実施例３］図１２は本発明の走査光学系
の第３の実施例のレンズ構成図、図１３、図１４はそれ
ぞれ図１２のレンズ構成でのｆθ誤差と像面湾曲を示す
収差図、図１５、図１６は、３０℃の温度変化が生じた
後の図１３、図１４に対応する収差図である。表３はそ
の数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例２
と同じである。また、θｉｎ−θｏｕｔ＜０の面は、前
群の第１レンズの第２面（面番号２）と第２レンズの第
２面（面番号４）である。
の第３の実施例のレンズ構成図、図１３、図１４はそれ
ぞれ図１２のレンズ構成でのｆθ誤差と像面湾曲を示す
収差図、図１５、図１６は、３０℃の温度変化が生じた
後の図１３、図１４に対応する収差図である。表３はそ
の数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例２
と同じである。また、θｉｎ−θｏｕｔ＜０の面は、前
群の第１レンズの第２面（面番号２）と第２レンズの第
２面（面番号４）である。
【００３２】
【表３】
f =179.6
ω=34.4 °
L=780nm
θｉｎ−θｏｕｔ＝−２．５８゜（前群の第１レンズの第２面（面番号２））
θｉｎ−θｏｕｔ＝−２．２８゜（前群の第２レンズの第２面（面番号４））
面Ｎｏ． ＲY Ｒ Z Ｄ ｎ
1 -53.65 − 4.00 1.486
2 -37.46 − 2.00 −
3 -54.20 − 3.00 1.486
4＊ -45.93 − 108.60 −
5＊＊ -391.29 22.32 4.00 1.486
6 -2902.29 − − −
ｄ0 ＝２０．０
ｄfB＝６５．０
ｆ1 ＝２３６．３
ｆR ＝−９３０．７
ｄH2＝２７．０
ｄIM＝１７９．６
＊は回転対称非球面。
＊＊は累進トーリック非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は０である）；
面Ｎｏ． Ｋ Ａ４ Ａ６ Ａ８
４ 0.00 0.4712×10-6 -0.4228×10-9 0
面Ｎｏ． Ｋ Ａ４ Ａ６ Ａ８
５ 0.00 0.2137×10-6 -0.1164×10-10 0.3854×10-14
ＡＳ1 ＡＳ2 ＡＳ4 ＡＳ6
0.4385×10-7 -0.1963×10-5 0.7358×10-10 0
【００３３】表４は、各実施例の各条件式に対応する数
値を示す。
値を示す。
【表４】
走査幅変化率は、温度が３０℃変わったときの走査幅の
変化を表したもので、｛（ＷH−ＷRT）／ＷRT｝×１０
０で定義される。但し、ＷRTは基準温度での走査幅、Ｗ
Hは温度が基準温度より３０℃上昇したときの走査幅で
ある。
変化を表したもので、｛（ＷH−ＷRT）／ＷRT｝×１０
０で定義される。但し、ＷRTは基準温度での走査幅、Ｗ
Hは温度が基準温度より３０℃上昇したときの走査幅で
ある。
【００３４】表５から明らかなように、各実施例は条件
式（１）ないし（５）を満足し、図に示すように、各収
差、特に歪曲収差がよく補正されている。
式（１）ないし（５）を満足し、図に示すように、各収
差、特に歪曲収差がよく補正されている。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、樹脂製レンズだけを用
いながら、温度変化に伴う性能劣化を小さく抑えた走査
光学系を得ることができる。
いながら、温度変化に伴う性能劣化を小さく抑えた走査
光学系を得ることができる。
【図１】本発明による走査光学系の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例のレンズ構成図である。
【図３】図２のレンズ系のｆθ誤差を示す図である。
【図４】図２のレンズ系の像面湾曲を示す図である。
【図５】図２のレンズ系で３０℃の温度変化が生じた後
のｆθ誤差を示す図である。
のｆθ誤差を示す図である。
【図６】図２のレンズ系で３０℃の温度変化が生じた後
の像面湾曲を示す図である。
の像面湾曲を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例のレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ系のｆθ誤差を示す図である。
【図９】図７のレンズ系の像面湾曲を示す図である。
【図１０】図７のレンズ系で３０℃の温度変化が生じた
後のｆθ誤差を示す図である。
後のｆθ誤差を示す図である。
【図１１】図７のレンズ系で３０℃の温度変化が生じた
後の像面湾曲を示す図である。
後の像面湾曲を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施例のレンズ構成図であ
る。
る。
【図１３】図１２のレンズ系のｆθ誤差を示す図であ
る。
る。
【図１４】図１２のレンズ系の像面湾曲を示す図であ
る。
る。
【図１５】図１２のレンズ系で３０℃の温度変化が生じ
た後のｆθ誤差を示す図である。
た後のｆθ誤差を示す図である。
【図１６】図１２のレンズ系で３０℃の温度変化が生じ
た後の像面湾曲を示す図である。
た後の像面湾曲を示す図である。
【図１７】θｉｎとθｏｕｔを定義する図である。
【図１８】累進トーリック非球面の形状例を示す斜視図
である。
である。
Claims (8)
- 【請求項１】 光源からの光束を光偏向器と結像光学系
を介して被走査面に走査する走査光学系において、 上記結像光学系が、 ２枚のレンズからなる全体として正の屈折力の前群と、 被走査面近傍に配置された副走査方向に強い正の屈折力
を持つ長尺型アナモフィック単レンズからなる後群とか
ら構成されていて、 全ての構成レンズは樹脂素材で形成されており、 次の条件式（１）ないし（３）を満足することを特徴と
する走査光学系。 （１）ｄ0 ／f ＜０．２３ （２）０．７０＜ｆ／ｆ1 ＜１．３０ （３）ｄfB／ｆ＜０．５０ 但し、 ｆ：結像光学系の主走査方向の焦点距離、 ｆ1 ：前群の第１レンズの焦点距離、 ｄ0 ：光源から光偏向器に入射する光束の光軸と結像光
学系の光軸との交点から結像光学系の光偏向器側の第１
面までの距離、 ｄfB：後群の被走査面側の最終面から被走査面までの距
離。 - 【請求項２】 さらに次の条件式（４）を満足する請求
項１記載の走査光学系。 （４）ｄH2／ｄIM＜０．３５ 但し、 ｄH2：光源から光偏向器に入射する光束の光軸と結像光
学系の光軸との交点から結像光学系の像側主平面までの
距離、 ｄIM ：結像光学系の像側主平面から被走査面までの距
離。 - 【請求項３】 上記前群の各レンズ面が全て光軸を中心
とする回転対称な面である請求項１または２記載の走査
光学系。 - 【請求項４】 さらに次の条件式（５）を満足する請求
項１ないし３のいずれか１項記載の走査光学系。 （５）−０．２５＜ｆ／ｆR＜０ 但し、 ｆR：後群の主走査方向焦点距離。 - 【請求項５】 前群のレンズ面のうち少なくとも１面が
主走査断面内において非球面形状である請求項１ないし
４のいずれか１項記載の走査光学系。 - 【請求項６】 前群の２枚のレンズは、ともに正レンズ
からなっている請求項１ないし５のいずれか１項記載の
走査光学系。 - 【請求項７】 前群の２枚のレンズは、正レンズと負レ
ンズからなっている請求項１ないし５のいずれか１項記
載の走査光学系。 - 【請求項８】 前群中に、次の条件式（６）を満足する
面が少なくとも一面存在する請求項１ないし７のいずれ
か１項記載の走査光学系。 （６）θｉｎ−θｏｕｔ＜−１．５゜ 但し、 θｉｎ：最大画角の光線について、前群中のあるレンズ
面に入射する光線と光軸のなす角度（絶対値）、 θｏｕｔ：最大画角の光線について、前群中の同レンズ
面から射出する光線と光軸のなす角度（絶対値）。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP20990198A JP3421584B2 (ja) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | 走査光学系 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20990198A JP3421584B2 (ja) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | 走査光学系 |
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|---|---|
| JP2000047132A JP2000047132A (ja) | 2000-02-18 |
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ID=16580531
Family Applications (1)
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| JP20990198A Expired - Fee Related JP3421584B2 (ja) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | 走査光学系 |
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- 1999-07-22 US US09/358,887 patent/US6144477A/en not_active Expired - Fee Related
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