JPH04104213A - 光走査用レンズ及び光走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光走査用レンズ及び光走査光学系に関する。

［従来の技術］ 等角速度的に偏向される集束光束を更に集束させて被走
査面上に光スポットとして結像せしめ。

被走査面を略等速的に光走査させる光走査用レンズが知
られている。

［発明が解決しようとする課題］ 光走査装置では光走査用レンズの像面湾曲が主・副走査
方向に就いて良好に補正されていないと光スポツト径が
光スポットの像高により変化して良好な光走査を実現８
来ない。

上記光走査用レンズは、主・副走査方向の像面湾曲を同
時に良好に補正することが困難であり、通常は主走査方
向の像面湾曲を良好に補正し、副走査方向の像面湾曲に
就いては長尺シリンダーレンズ等で補正することが行わ
れている。このため光走査光学系の光学系要素が多くな
り光走査装置の複雑化・高コスト化を招来していた。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
単レンズ構成でありながら主・副走査方向の像面湾曲を
良好に補正した新規な光走査用レンズ及びこのレンズを
用いる光走査光学系の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光走査用レンズは「光偏向装置の偏向反射面に
より等角速度的に偏向される集束光束を更に集束させて
被走査面上に光スポットとして結像せしめ、上記被走査
面を略等速的に光走査させるだめのレンズ」であり、単
レンズとして構成される。

理想的に偏向される集束光束の主光線の掃引により形成
される面を「偏向面」、光軸を通り偏向面に直交する面
を「偏向直交面」と称する。

第２図に於いて（Ａ）は本発明の光走査用レンズの偏向
面内での形状、即ち偏向面による断面形状を示している
。偏向面内に於いて物体側の面は軸上曲率半径Ｒ１ｍと
円錐定数Ｋを有する非球面曲線である。像側面は曲率半
径Ｒ２＋ａを有する。同図（Ｂ）は偏向直交面内でのレ
ンズ形状を示している。この面内で物体側面は曲率半径
Ｒ１ｍを持ち、像側面は曲率半径Ｒ２ｎを持つ、これら
軸上曲率半径・曲率半径は Ｒ１ｍ　〈０１　Ｒｌ　ａ　〈０１　Ｒ２１−＜　０１
　Ｒ２ｍ＜　０でｌＲ＋＋＋＋ｌｌＲ＋ａ　　＋　　Ｒ
２−１〉ＩＲ２ｎｌ且つ１ｒ＋＋、ｌ＞ｌｒ＋ｚ−１，
ｌＲ＋−＞　Ｒｌｍの大小関係を満足する。

これから明らかなように、光走査レンズは偏向面内・偏
向直交面内とも物体側（第２図左方）に凹面を向けた正
のメニスカスレンズとしての機能を持つ。

物体側面は［光軸上曲率半径Ｒ１゜・円錐定数Ｋを持ち
偏向面内に在る非球面曲線」を「偏向面内で光軸に直交
し上記非球面曲線と光軸上でＲ１−Ｒれた軸」の回りに
回転して得られる凹面である。

上記「非球面曲線」とは、光軸方向の座標をＸ、光軸直
交方向の座標をＹ、光軸上曲率半径をＲ９円錐定数をに
、高次の非球面係数をＡ２＋＾３．　とするときＸ＝［
Ｙ２／（Ｒ＋　　Ｒ−］＋Ｋ　Ｙ”）］＋Ａ２Ｙ２＋Ａ
３Ｙ３＋、、　、　　　　　　（１）で表される曲線で
ある。本発明の光走査用レンズの物体側面は偏向面内上
の断面形状が、（１）式のＲをＲ３，とじて得られる非
球面曲線となっている。

像側面は「半径Ｒ２ｎで偏向直交面内に在る円弧」を「
偏向直交面内で光軸に直交し、上記円弧から光軸上でＲ
２２ｎはなれた軸」の回りに回転して得られる凸のトロ
イダル面である。

偏向反射面から、この偏向反射面により偏向された集束
光束の自然集光点までの距離をＳとするとき、本発明の
光走査用レンズは （Ｉ）　　　　−３５，０（Ｒ１，／Ｋ　　＜　　−１
３，０（ＩＩ）　　　−７，０Ｘ１０’　　＜　　Ｓ−
Ｒ，、＜　　−２ｎ５Ｘ１０’（ＩＩＩ）　　　　　１
．３　　　＜　　Ｒ＋ａ／Ｒｚａ　　　＜　　２．１な
る条件を特徴する 請求項２の光走査光学系は「光源装置と、光源装置から
の光束を集束光束化する集束光学系と。

集束光学系による集束光束を等角速度的に偏向させる偏
向装置と、偏向装置により偏向された集束光束をさらに
集束させて被走査面上に光スポットとして結像せしめ、
被走査面を略等速的に光走査させる光走査用レンズと」
を有する。

光走査用レンズとしては請求項１の光走査用レンズが使
用される。

本発明の光走査用レンズは偏向反射面の所謂１面倒れ」
を補正する鍜止を持たない。そこで光走査装置の偏向装
置としては、面倒れを生じない「ピラミダルミラー（回
転軸を軸に４５度傾けて切断し、切断面を鏡面とした偏
向装ｆｉｔ）　Ｊを用いる（請求項３）か、或は［面倒
れに就き精度の良い回転多面鏡」を用いる（請求項４）
のが好ましい。

なお、上に於いて「被走査面を略等速的に光走査させる
」とは、本発明による光走査用レンズにより実現される
光走査と理想的な等迷光走査とのずれが、電気的に補正
可能な程度であることを意味する。

［作　　用］ 第１図は本発明の光走査光学系の１例を説明図的に示し
ている。即ちこの図は、光源装置Ｑから被走査面６まで
を光路に沿って展開し、主走査方向が上下方向に対応す
るようにして描いた図である。光源装置Ｑとしては半導
体レーザーが想定されている。

光源装置Ｑからの光束は集光光学系としての集光レンズ
２により集束光束に変換され、偏向装置の偏向反射面３
により反射され、偏向装置により偏向反射面の向きが回
転されることにより偏向される。偏向された集光光束は
、光走査用レンズ５に入射するが、もし光走査用レンズ
５がなければ自然集光点Ｑ′に集光し、偏向に伴い自然
集光点Ｑ′は円弧に近い軌跡４を描く、偏向装置として
ピラミダルミラーを用いれば軌跡４は円弧になる。

光走査用レンズ５は入射集束光束を更に集束させて被走
査面７上に光スポットとして結像せしめる。集束光束の
偏向に伴い光スポットは被走査面６上を略等速的に移動
して光走査を行う。

このように光走査用レンズ５は、理想的には、自然集光
点Ｑ′の軌跡４を虚光源物***置とし、これと被走査面
６とを共役関係に結び付けるように構成される。

さて本発明の光走査用レンズは主走査方向の像面湾曲を
良好に補正するために、物体側面に「非球面曲線Ｊを回
転して得られる特殊な凹面を採用した。この凹面は前述
の如く「偏向面上に在り、光軸上の曲率半径がＲ，で円
錐定数Ｋを有する非球面曲線」を偏向面内で光軸に直交
する軸の回りに回転して得られる。この回転軸と物体側
面とは光軸上でＲ１＋ｉだけ離れている。

この物体側面に就いてはＲｌｍとにとが、条件（Ｉ）を
満足する。Ｒ１，（Ｏであるのでに〉０である。

条件（Ｉ）の下限を越えると主走査方向の像面湾曲はア
ンダー側に倒れ、上限を越えるとオーバー側に倒れる。

従って条件（１）の範囲が適当である。

像側面には副走査方向の像面湾曲を良好に補正するため
にトロイダル面を採用した。

本発明のレンズ面構成では像側面は副走査方向に関して
、物体側面で集束傾向を弱められた集束光束に対して強
い集束傾向を与える作用を持つ。

即ち、像側面は光スポットの結像位置を光走査用レンズ
側へ近づける作用を持つ。一般に偏向角が大きくなるに
従い、像側面の副走査方向の曲率が強くなり上記［光ス
ポットの結像位置を光走査用レンズ側へ近づける作用」
も強くなり、偏向角犬なるところでは自然集光点が被走
査面に近づくことと相まって大きな負の像面湾曲を副走
査方向に発生させ易い。そこで本発明では偏向角の増大
に伴う副走査方向の曲率の増大傾向の少ないトロイダル
面を像側面に採用した。

像側面に関しては条件（ＩＩ）が満足される。

条件（ＩＩ）の下限を越えると副走査方向の像面湾曲が
アンダー側に倒れ、上限を越えるとオーバー側に倒れる
。従って条件（ＩＩ）の範囲が適当である。

また条件（ＩＩＩ）は非点収差を良好にするための条件
である。

条件（ＩＩＩ）の下限を越えると副走査方向における光
スポツト結像位置が光走査用レンズ側へずれ、上限を越
えると反対側へずれる。従って条件（ＩＩＩ）の範囲を
外れると非点収差が大きくなってしまう。

［実施例コ 以下、具体的な実施例を挙げる。

第３図に示すように物体側面の曲率半径を偏向面内（主
走査方向に対応）に就き１１＋−（光軸上曲率半径）、
偏向直交面内（副走査方向に対応）に就きＲ１，。

像側面の曲率半径を偏向面内に就きＲ２１、偏向直交面
内に就きＲ２ｎ、光軸上のレンズ肉厚をｄ８、レンズ材
料の屈折率をｎ、偏向反射面３と物体側面との光軸上距
離をｄ。、像側面と被走査面との光軸上距離をＤとする
。

また第１図に即して説明したように偏向反射面位置から
計って自然集光点Ｑ′までの距離をＳとする。偏向反射
面から光源装置側は与えられたＳを実現するように適宜
構成できる。なお偏向装置としては各実施例ともピラミ
ダルミラーを想定している。

実施例１ ｓ＝９９０．ｏ　　　　　　　　　ｄ、＝３０．０Ｒ’
７＝＝−４００，ＯＲｔ、”−８２ｎＯｄ、＝１５．Ｏ
ｎ＝１．５７２１Ｒ１，＝−ａａ、ｏ　　Ｒ１−＝−４
２ｎＯＤ　＝１２４．５９４物体側面の円錐定数：＝２
８．０ 条件値 Ｒ１，／に＝−１４，２９，５−Ｒｘ、＝−６，７ｘ　
１０’、Ｒ１，／Ｒｚ、＝１．９５有効主走査長：２１
６．６．リニアティ：１７．３％以下実施例２ Ｓ＝３９０．０　　　　　　　　　ｄａ　＝３０．０Ｒ
’ｉ−”−３２０，ＯＲｔ−”−５５，２ｄｔ”１５．
ｏ　　ｒＦｌ、５７２１Ｒ２−”−８２ｎ５Ｒｚ−”−
３８，ＯＤ　＝１２６．０４１物体側面の円錐定数：＝
１１．０ 条件値 Ｒｔ、／に＝−２９，０９，Ｓ−Ｒ，、＝−３，２ｘ　
１０’、Ｒ，、／Ｒｔ、＝１．４５有効主走査長：２１
７．７．リニアティ：２３．８％以下実施例３ Ｓ＝７９０．０　　　　　　　　ｄ。＝３０．０Ｒｉ’
、ニー４００．ＯＲ，、＝−７２ｎ２ｄ、：１５．Ｏｎ
＝１．５７２１Ｒｚ、”−７０，ＯＲ２−”−４０，Ｏ
Ｄ　”１２４．０９２物体側面の円錐定数：＝２５．０ 条件値 Ｒｔ、／に＝−１６，０、ｓ−Ｒ，、＝−ｓ、ｓＸ　１
０’、Ｒｔ、／Ｒｚ、＝１．８１有効主走査長：２１６
．６．リニアティ：Ｉ７．８％以下実施例４ Ｓ＝６３０．Ｏｄｏ”３０．０ Ｒｊ、ニー３２０．ＯＲ，、＝−６９，Ｏｄ、＝１５．
ｏ　　ｎ＝１．５７２１Ｒ２ｎ＝−７０，ＯＲ，、＝−
４０，０Ｄ＝１２４．１９５物体側面の円錐定数：＝１
０．０ 条件値 Ｒ，、／バ＝−３２．０　、５−Ｒ２ｎ＝−４，４ＸＩ
Ｏ’、Ｒ，、／Ｒ□＝１．７２５有効主走査長：２１８
．７．リニアティ：２０．６％以下実施例５ Ｓ＝７９０．０　　　　　　　　　ｄ、＝３０．０Ｒ’
ｉ−”−３２０，ＯＲｔ−”−７２ｎ２ｄ、＝ｔｓ、ｏ
　　ｎ＝１．５７２１Ｒｚ−”−６８，０Ｒｘ−”−４
０，４０＝２２５．８９２物体側面の円錐定数：＝１３
．０ 条件値 Ｒ１ヨ／に＝−２４，６、Ｓ−Ｒ，、＝−５，４ｘｌＯ
’、Ｒｔ、／Ｒ２ｎ＝１．７９有効主走査長：２１４．
Ｏ，リニアティ：　１９．６％以下第４図乃至第８図に
それぞれ実施例１〜５に関する像面湾曲図（破線は主走
査方向、実線は副走査方向）を示す。

各実施例とも主・副走査方向の像面湾曲が極めてバラン
ス良く補正されている。またリニアリティも良好で、電
気的に十分補正できる範囲内である。なお上記実施例に
於いて物体面を規定する非球面曲線で高次の非球面係数
は全てＯであるが、これら高次の係数を用いた非球面曲
線を利用するとより精細に像面湾曲補正を行いうる。

［発明の効果コ 以上、本発明に依れば新規な光走査用レンズ及び装置を
提供できる。

この光走査用レンズ・光走査光学系は上記の如き構成と
なっているから、単レンズ構成ながら主・副走査方向の
像面湾曲を良好に補正して良好な光走査を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光走査光学系を説明するための図、第
２図は本発明の光走査用レンズを説明するための図、第
３図は実施例を説明するための図。 第４図乃至第８図は各実施例に関する像面湾曲図である
。 ３０１．偏向反射面、５０１．光走査用レンズ、６０８
．被３４因 と裏方−例４） 杏５図 （９ＪＥ：）；！＝・ノ　Ｚ） 杢６回 （寅光Ｐ）δ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光偏向装置の偏向反射面により等角速度的に偏向さ
   れる集束光束を更に集束させて被走査面上に光スポット
   として結像せしめ、上記被走査面を略等速的に光走査さ
   せるためのレンズであって、単レンズとして構成され、 理想的に偏向される集束光束の主光線の掃引により形成
   される面を偏向面、光軸を通り偏向面に直交する面を偏
   向直交面とするとき、偏向面内に於ける物体側面の光軸
   上曲率半径：Ｒ＿１＿ｍ、像側面の曲率半径：Ｒ＿２＿
   ｍ、偏向直交面内に於ける物体側面の曲率半径：Ｒ＿１
   ＿ｎ、像側面の曲率半径：Ｒ＿２＿ｎが、Ｒ＿１＿ｍ＜
   ０、Ｒ＿１＿ｎ＜０、Ｒ＿２＿ｍ＜０、Ｒ＿２＿ｎ＜０
   で｜Ｒ＿１＿ｍ｜＞｜Ｒ＿１＿ｎ｜、｜Ｒ＿２＿ｍ｜＞
   ｜Ｒ＿２＿ｎ｜且つ｜Ｒ＿１＿ｍ｜＞｜Ｒ＿２＿ｍ｜、
   ｜Ｒ＿１＿ｎ｜＞｜Ｒ＿２＿ｎ｜の大小関係を満足し、 物体側面は、光軸上曲率半径Ｒ＿１＿ｍ・円錐定数Ｋで
   偏向面内に在る非球面曲線を、偏向面内で光軸に直交し
   上記非球面曲線と光軸上でＲ＿１＿ｎ離れた軸の回りに
   回転して得られる凹面であり、 像側面は、半径Ｒ＿２＿ｎで偏向直交面内に在る円弧を
   偏向直交面内で光軸に直交し、上記円弧から光軸上でＲ
   ＿２＿ｍ離れた軸の回りに回転して得られる凸のトロイ
   ダル面であり、 偏向反射面から、この偏向反射面により偏向された集束
   光束の自然集光点までの距離をＳとするとき、 （ I ）−３５．０＜Ｒ＿１＿ｍ／Ｋ＜−１３．０（II
   ）−７．０×１０＾４＜Ｓ・Ｒ＿２＿ｍ＜−２．５×１
   ０＾４（III）１．３＜Ｒ＿１＿ｎ／Ｒ＿２＿ｎ＜２．
   １なる条件を満足することを特徴とする光走査用レンズ
   。 ２、光源装置と、この光源装置からの光束を集束光束化
   する集束光学系と、この集束光学系による集束光束を等
   角速度的に偏向させる偏向装置と、この偏向装置により
   偏向された集束光束をさらに集束させて被走査面上に光
   スポットとして結像せしめ、上記被走査面を略等速的に
   光走査させる光走査用レンズとを有し、 上記光走査用レンズが請求項１の光走査用レンズである
   ことを特徴とする光走査光学系。３、請求項２に於いて
   、 偏向装置がピラミダルミラーであることを特徴とする光
   走査光学系。 ４、請求項２に於いて、 偏向装置が面倒れに就き精度の良い回転多面鏡であるこ
   とを特徴とする光走査光学系。