JPH04149405A - 光走査用レンズ及び光走査装置 - 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装置」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。

Ｅ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良好な光走査特に高密度
の光走査を実現出来ない。

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間離であり、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の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
用いる光走査装置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ためのレンズ」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Ｊ、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ＲＪｇ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Ｒ２ｒａ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Ｒ２ｍを持つ。これら
軸上曲率半径・曲率半径は Ｒ１，＜０．Ｒ１，＜Ｏ，Ｒ２ｓ＜Ｏ，Ｒ２ｓ＜Ｏで且
っＩＲ□−１＞ｌＲ２−１゜Ｒ１−１＞ｌＲ２−１ 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＋ｓ・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Ｒ３，離れた軸」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．Ａ、、、、、とするどきＸ
＝［Ｙ２／（Ｒ＋（Ｒ２−（１＋Ｋ）Ｙ２）””）コ＋
、６１２Ｙ２＋Ａ３Ｙ３＋、、、　　　　　　　　　　
　（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Ｒ１，、として得られる非球面曲線となっている。

像側面は「半径Ｒ２Ｍ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□はなれた軸ノの回りに回転して得られる凸のトロイ
ダル面である。

レンズ材料の屈折率をｎ１偏向面内における焦点距離を
ｆ１１偏向内の前側主点から測った入射瞳距離をｔ１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）　　　−６，０＜　　［（ｎｆ／ｌ
）”（ｆ／（Ｓ＋ｔ））コ　＜−４，０（ＩＩ）　　　
　　　−６５，０＜　　　Ｒｔ、、／Ｋ　　　＜　　　
−１７，０（ＩＩＩ）　　　１．４　　＜　Ｒ１−／Ｒ
２−＜　２．０なる条件を特徴する 請求項２の光走査装置は［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Ｊ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Ｆ面倒れ」
を補正する機能を持たない。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
向装置）」を用いる（請求項３）か、或はｒ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装置の１例を説明図的に示して
いる。即ちこの図は光源装置１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としては発光ダイオードや半導体レーザー、
その他のものを用い得るが、ここで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６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′の戦跡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。

図中、Ｈは光走査用レンズ５の偏向面内の前側主点即ち
主走査方向に関する前側主点で、この前側主点Ｈから入
射瞳（偏向反射面位置）までの距離がｔである。

上記条件（Ｉ）〜（ＩＩＩ）に就いて説明する。

条件（Ｉ）は主走査方向の光スポツト径の変動を軽減す
るための条件である。

即ち条件（Ｉ）の下限を越えるとメリデイオナル像面湾
曲が中間像高でアンダー側に大きく脹らんだ形状になり
、上限を越えるとメリデイオナル像面湾曲は全像高でア
ンダー側に倒れる。このため条件（１）の範囲外では光
スポットの主走査方向の径が像高と伴に大きく変動して
しまう。

本発明の光走査用レンズはまた、主走査方向の像湾曲を
良好に補正するために物体側面に「非球面曲線」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Ｒ１，、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Ｒ□、たけ離れている。

この物体側面に就いてはＲ１□とＫとが、条件（Ｉｆ）
を満足する。Ｒ１□〈０であるのでＫ＞０である。

条件（ＩＩ）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
。従で条件（ＩＩ）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凸面であり正の屈折
力を持つが、副走査方向に関して言えば物体側面で集束
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。光走査用レンズに対して虚の光
源となる自然集光点は円弧を描き、像高Ｏの位置で被走
査面と最も離れ、像高が高くなるに従い被走査面に近付
いてくる。

従って、副走査方向の像面湾曲を成るべく平坦にするに
は像側面に於ける集束傾向が像高の増大とともに相対的
に弱くなるようにするのが良い。

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。

条件（ＩＩＩ）は非点収差を良好に保つための条件であ
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Ｒ１，（光軸上曲率半径）、偏
向直交面内（副走査方向に対応）に就きＲｌｇ、像側面
の曲率半径を偏向面内に就きＲ２ゆ、偏向直交面内に就
きＲ２ｓ、光軸上のレンズ肉厚をｄ３、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 ３４１０、　Ｏｄｏ”２８．０ Ｒｒ−”−３１０，ＯＲ＋、”−５９，Ｏｄ、”１８．
Ｏｎ”１．７０Ｒ２□＝−８１，０Ｒｚ、”−４０，Ｏ
Ｄ　；１１１．０７３物体側面の円錐定数に：・５．０ 条件値 ［（ｎｆ／ｌ）＋（ｆ／（Ｓ＋ｔ））コ＝−５，７４７
，Ｒ，、／に＝−６２ｓ０Ｒ，、／Ｒ２ｓ＝１．４７５ 有効主走査長：２１７．５１８．　ＩＪ　ニア　ティ：
２０．７０％以下実施例２ Ｓ＝６３０．　Ｏｄｏ”３０．０ Ｒ；、”−３２０，ＯＲ＋、”−６９，２ｄに１５．Ｏ
ｎ＝１．７０Ｒｚ、”−７０，ＯＲ２−”−４０，２Ｄ
　”１０５．４６８物体側面の円錐定数に：・１０．０ 条件値 ［（ｎｆ／ｌ）”（ｆ／（Ｓ＋ｔ））］］＝−４．９６
５．Ｒ＋−にニー３２．０Ｒ１−／Ｒｚ−＝１．７２１ 有効主走査長：２１７．３０７．　！Ｊ　、ニー　７　
ティ：１９．７Ｘ以下実施例３ Ｓ＝８９０．　Ｏｄｏ”３０．０ Ｒ７＝”−３１０，ＯＬ、”−７１，Ｏｄｘ”１５．ｏ
　　ｎ＝１．７０Ｒ２ｓ、＝−６７、ＯＲ２ｓ＝−４０
，Ｏｎ＝１０６．８０４物体側面の円錐定数に＝・１２
．０ 条件値 ［（ｎｆ／ｌ）＋（ｆ／（Ｓ＋ｔ））］］＝−４．８０
０．Ｒ＋−にニー２５．８３Ｒ＋　−／Ｒ２ｓ４，７７
５ 有効主走査長：２１７．６８８．リニアティ：２０．１
％以下実施例４ Ｓ＝７８０．　Ｏｄｏ＝３０．０ Ｒ７，、、＝−３９９，５Ｒ，、＝−７１，５ｄ、”１
５．Ｏｎ”１．７０Ｒ２ｓ、”　６９．５　　Ｒ２−”
−３９，５Ｄ　”１０３．５７７物体側面の円錐定数に
＝・２２．０ 条件値 ［（ｎｆ／ｌ）＋（ｆ／（Ｓ＋ｔ））］＝４．７９５．
Ｒ＋、、／に＝−１８，１３６Ｒ，、／Ｒ２ｓ＝１．８
１０ 有効主走査長：２１７．７６４．リニアティ：１７．５
＄以下実施例５ Ｓ４１４０．　Ｏｄｏ”２６．０ Ｒａｍ＝−４３０，ＯＲ，、”−８３，５ｄ、”２０．
Ｏｎ”１．７８Ｒ２ｓ、＝−６９，ＯＲ２ｓ＝−４２ｓ
５ｎ＝９６．１７８物体側面の円錐定数に＝・２５．０ 条件値 ［（ｎｆ／ｌ）＋（ｆ／（Ｓ＋ｔ））コ＝−４，５９４
，Ｒ，ｆｆｉ／に＝−１７，２Ｒ，、／Ｒ２ｓ＝１．９
６５ 有効主走査長：２１８．６５２．リニアティ：２．５５
％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多る。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０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。

また各実施例ともレンズ材料としてはガラスを想定して
いるが、カラス材を用いてモールドにより本発明の光走
査用レンズを実現することも可能である。

Ｅ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。

なお通常、面倒れを補正する光学系の場合、偏向装置に
主・副走査の径が異なるような楕円形の光束断面を持つ
光束を入射させる必要があり、偏向装置としてピラミダ
ルミラーを用いるとシェーディング等の問題があるが、
本発明の場合は偏向装置に光束断面形状が円形の光束を
入射させることが可能で偏向装置にピラミダルミラーを
有効に使用できる。また光走査装置自体の小型化も可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光走査装置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。 ３１１．偏向反射面、 ５１０．光走査用レンズ、 ６１６．被走 Ｎ

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つて、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
   ＿ｓ、像側面の曲率半径：Ｒ＿２＿ｓが、Ｒ＿１＿ｍ＜
   ０、Ｒ＿１＿ｓ、＜０、Ｒ＿２＿ｍ＜０、Ｒ＿２＿ｓ＜
   ０で旦つ｜Ｒ＿１＿ｍ｜＞｜Ｒ＿２＿ｍ｜、｜Ｒ＿１＿
   ｓ、｜＞｜Ｒ＿２＿ｓ｜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＿ｓ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＿ｓ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、 レンズ材料の屈折率をｎ、偏向面内における焦点距離を
   ｆ、偏向面内の前側主点から測った入射瞳距離をｔ、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 ）−６．０＜（ｎｆ／ｔ）＋｛ｆ／（Ｓ＋ｔ）｝
   ］＜−４．０（II）−６５．０＜Ｒ＿１＿ｍ／Ｋ＜−１
   ７．０（III）１．４＜Ｒ＿１＿ｓ／Ｒ＿２＿ｓ＜２．
   ０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装置。 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
   走査装置。 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装置。