JPH0451005A - 単玉ｆθレンズ - 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］ 本発明は、単玉ｆθレンズに関する。

［従来の技術］ 光走査装置は光束の走査により情報の書き込みや読取り
を行う装置として知られ、レーザープリンターやファク
シミリ等に使用されている。このような光走査装置のう
ちに、光源からの平行な光束を主走査対応方向に長い線
像に結像させ、線像の結像位置の近傍に偏向反射面を有
する回転多面鏡により上記光束を等角速度的に偏向させ
、この偏向光束を結像レンズ系により被走査面上にスポ
ット状に結像させて被走査面を光走査する方式の装置が
ある。

回転多面鏡を用いる光走査装置には所謂面倒れの問題が
あり、また偏向される光束は回転多面鏡の角速度が一定
であるため通常のｆ’ｔａｎθレンズを用Ｔ／）だので
は被走査面の走査が等速的に行われない。ｆθレンズは
被走査面の等速的な走査を光学的に実現する様にしたレ
ンズであり、レンズ光軸に対してθなる角をもって入射
する光束の像高が焦点距離をｆとしてｆθとなるように
するｆθ機能を有する。

面倒れの問題を解決する方法としては、回転多面鏡と被
走査面との間に設けられるレンズ系をアナモフィック系
とし、副走査方向に関して回転多面鏡の反射位置と被走
査面とを幾何光学的に共役な関係に結び付ける方法が知
られている。

「発明が解決しようとする課題］ ｆθレンズ自体をアナモフィックとし、しかも単玉で構
成したものとして従来、特開昭６３−５０８１２号公報
開示のものが知られている。しかしこのｆθレンズ系は
、副走査方向の像面湾曲が最大で主走査方向の焦点距離
の０．０４倍乃至０．０５倍程度あり、被走査面上に於
ける結像スポットの副走査方向の径が走査位置によりか
なり変動するので高密度光走査用の光走査装置に用いる
には問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
主・副走査方向の像面湾曲の十分な補正と、回転多面鏡
における面倒れの問題の解決を可能ならしめた新規な単
玉ｆθレンズの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の単玉ｆθレンズは「光源からの平行な光束を主
走査対応方向に長い線像に結像させ、線像の結像位置の
近傍に偏向反射面を有する回転多面鏡により上記光束を
等角速度的に偏向させ、この偏向光束を結像レンズ系に
より被走査面上にスポット状に結像させて被走査面を略
等速的に光走査する光走査装置において、回転多面鏡に
より偏向された光束を被走査面上に結像させるレンズ」
であって、「副走査方向に関しては回転多面鏡の反射位
置と被走査面とを幾何光学的に略共役な関係に結び付け
る機能Ｊを持ち「主走査方向に関してはｆθ機能」を有
する。

このレンズは単レンズとして構成され、回転多面鏡の側
から数えて各レンズ面を第１および第２面とすると、第
１面は凹のトーリック面で第２面は凸のトーリック面で
ある。

回転多面鏡により理想的に偏向された偏向光束の主光線
の掃引により形成される平面を「偏向面」、単玉ｆθレ
ンズの光軸を含み偏向面に直交する平面を「偏向直交面
」と呼ぶ。従で偏向面は主走査方向に対応し、偏向直交
面は副走査方向に対応する。

第１図（Ｉ）は本発明の単玉ｆθレンズの偏向面内のレ
ンズ面形状を示す。また同図（エエ）は偏向直交面内の
レンズ面形状を示す。図のように第１面（各固在側面）
の曲率半径を偏向面内に於いてｒ１、偏向直交面内に於
いてｒ’１、第２面（各固有側面）の曲率半径を偏向面
内に於いてｒ２、偏向直交面内に於いてｒｌとする。偏
向面内における焦点距離を九とすると本発明の単玉ｆθ
レンズは次の２条件を満足する。

（Ｉ）　　　−１，６＜　ｒｌ／ｆＭ （ＩＩ）　　　　１　＜　ｒ’１／ｒ’ｚ［作　　用コ これら条件（Ｉ）、　（ＩＩ）は像面湾曲を補正するた
めの条件である。

条件（Ｉ）は主として主走査方向の像面湾曲を良好に補
正するためのものである。この条件が満足されないと広
画角における主走査方向の像面湾曲を十分に補正出来な
い。

条件（ＩＩ）は主として副走査方向の像面湾曲を良好に
補正するためのもので、この条件が満足されないと広画
角における副走査方向の像面湾曲を十分に補正出来ない
。

次に第２図を参照すると、この図は本発明の単玉ｆθレ
ンズを用いた光走査装置の１例を説明図的に略示してい
る。また第３図は第２図の光学配置を副走査方向から見
た状態、即ち偏向面内での様子を示している。

第２図に於いて、光源もしくは光源と集光装置とからな
る光源装置ｌからの平行光束（勿論、実質的な平行光束
を意味する）は線像結像光学系たるシリンダーレンズ２
により、回転多面鏡３の偏向反射面３ａの近傍に偏向面
と平行な線像ＬＩとして結像する。従ってこの線像の長
手方向は主走査方向に対応する。

回転多面鏡３により反射された光束は単玉ｆθレンズ４
により被走査面５上にスポット状に結像され、回転多面
ＩＲ３の矢印方向への等速回転に伴い被走査面５を等速
的に走査する。

偏向面内で見ると第３図に示すように、単玉ｆθレンズ
４は光源側の無限遠と被走査面５の位置とを幾何光学的
な共役関係に結び付けている′。

これに対し偏向直交面内で見ると、即ち副走査方向に関
しては単玉ｆθレンズ４は回転多面Ｎｔ３の反射位置と
被走査面５とを幾何光学的に略共役な関係に結び付けて
いる。従って第４図（光源装置１から被走査面５までを
光路に沿って展開し、副走査方向が上下方向となるよう
に描いである）に示すように偏向反射面３ａが符号３ａ
’で示すように面倒れを生じても単玉ｆθレンズ４によ
る被走査面５上の結像位置は、副走査方向には殆ど移動
しない。従って面倒れは補正される。

回転多面＃！３が回転すると偏向反射面３ａは軸３Ａを
中心として回転するため、第５図に示すように偏向反射
面の回転に伴い線像の結像位置Ｐと偏向反射面３ａとの
間に位置ずれΔＸが生じ、ｆθレンズ系による線像の共
役像の位置Ｐ′は被走査面６からΔＸ′だけずれる。ず
れ量ΔＸ′は単玉ｆθレンズ４の副走査方向の横倍率を
βとして、周知の如く△Ｘ’＝β２・△Ｘで与えられる
。

偏向反射面の回転に伴う線像の位置と偏向反射面との相
対的な位置ずれは偏向面内で２次元的に生じ、且つレン
ズ光軸に対しても非対象に移動する。従って第２図の如
き光走査装置では単玉ｆθレンズの主・副走査方向の像
面湾曲を有効光走査領域全域にわたって良好に補正する
必要がある。

また主走査方向に関してはｆθ特性が良好に補正されね
ばならないことは言うまでもない。

第６図において符号ａは回転多面鏡に入射する光束の主
光線を示し、符号すは回転多面Ｈ，３による反射光束が
単玉ｆθレンズ４の光軸と平行に成ったときの主光線を
示している。主光線ａ、ｂの交角αを固有入射角と呼ぶ
。主光線ａ、ｂの交点の位置座標を原点としてＸ、Ｙ軸
を定め、回転多面鏡３の回転軸位置Ｃの座標を図のごと
＜　Ｘｃ、Ｙｃとする。

前述した、線像結像位置と偏向反射面との位置ずれ量の
ΔＸの変動をなるべく少なくする為には周知のごとく、
Ｒを回転多面鏡の外接円半径として ０　＜Ｘｃ＜Ｒｃｏｓ（ａ　／　２　）０　＜Ｙｐ＜Ｒ
５１ｎ（α／　２　） なる条件をＸｃ、　Ｙｃに課せばよい。

また入射光束の主光線ａが有効主走査領域外に存在し、
被走査面６からの戻り光がゴースト光として被走査面の
光走査領域に再入射しないようにするには、回転多面Ｒ
３の偏向反射面数をＮ、偏向角をθとして上記αに対し
、 θ〈α〈（４π／Ｎ）−〇 なる条件を課すれば良い。

［実施例］ 以下、具体的な実施例を６例挙げる。

各実施例においてｆＭは単玉ｆθレンズの主走査方向に
関する焦点距離、即ち偏向面内における焦点距離を表し
、この値はｆθ０に規格化される。またｆ５は偏向直交
面内での焦点距離即ち副走査方向に関する焦点距離を表
す。２θは偏向角（単位二度）、αは固有入射角（単位
：度）、βは偏向直交面内の横倍率を表す。

ｒ、は回転多面鏡の側から数えて第ｉ番目のレンズ面の
偏向面内の曲率半径、即ち第１図（Ｉ）に現れたレンズ
面形状の曲率半径、ｒ″□は第ｉ番目のレンズ面の偏向
直交面内の曲率半径、即ち第１図の（ＩＩ）に現れたレ
ンズ面形状の曲率半径を表す。

ｄは光軸上のレンズ肉厚、ｄｏは回転多面鏡の偏内反射
面から第１面までの距離、ｎはレンズ材質の屈折率を表
す。

さらに、Ｋｌをもって上記条件（Ｉ）におけるｒ工／ｆ
Ｍを表し、Ｋ２をもって条件（ＩＩ）のｒ′□／ｒ″２
を表す。

実施例　１ ｆＭ＝ｆθ０．　ｆｓ：２３．１５８　、　βニー３．
３４８．　α＝６０．２θ＝９０Ｋｚニー１．１６７、
　Ｋ２”２．５８５．　ｄｏ”２２．３４３ｘ　　　ｒ
ｉ　　　　　　ｒｉ　　　　　ｄ　　　　　　ｎｌ　　
−１１６，６８４−３６，６５２ｆθ，４７２１，８２
４８５２−５０，２８４−１４，１７９ 第７図に、実施例１に関する収差図・ｆθ特性を示す。

像面湾曲図は回転多面鏡の回転に伴うものであり、破線
が主走査方向、実線が副走査方向のものを表している。

またｆθ特性は理想像高をｆＭ・θ、実際の像高をｈと
するとき、（ｈ−ｆＭ−θ）・ｆθ０／（ｆＭ−ｅ　）
で定義される。

実施例　２ ｆＭ＝ｆθ０．ｆｓ＝２５．６２８　、β＝−２，８１
１，ａ　：６０．２θ＝９６に□”　１．５１１．　Ｋ
２”２．６２７．　ｄｏ”１７．２０９１　　　　ｒｉ
　　　　　　　　ｒ・　　　　　　ｄ　　　　　　　　
ｎｌ　　−１５１，１２７−２９，８４５２６，１５２
１，８２４８５２−５７，５３５−１７，２７６ 第８図に、実施例２に関する収差図・ｆθ特性を示す。

実施例　３ ｆＭ”ｌｏｏ、　ｆｓ：２３．３６１　、βニー３．２
８９．　ｃｔ　：６０．２θ：９２に＋＝−１，１７２
，Ｋ２”２．５９３．　ｄｏ”２１．０３３ｉ　　　ｒ
ｉ　　　　　　ｒｉ　　　　　ｄ　　　　　　ｎｌ　　
−１１７，２１６−３６，６５２１２，９６９１，７８
５６４２−４９，３２７−１４，１３３ 第９図に、実施例３に関する収差図・ｆθ特性を示す。

実施例　４ ｆ、＝ｆθ０．ｆ、、＝２２．７８９　、β＝−３，３
５２，α＝６０．２θ：９２に１ニー１．２４７．　Ｋ
ｚ：２．４８１．　ｄｏ：１７．７１ｉ　　　ｒｉ　　
　　　　ｒ・　　　　ｄ　　　　　　ｎｌ　　−１２４
，７２３−３２，２０１１５，７０８１，７１２２１２
−４７，７０９−１２，９８１ 第ｆθ図に、実施例４に関する収差図・ｆθ特性を示す
。

実施例　５ ｆＭ＝ｆθ０．ｆｓ＝２２．２７７　、βニー３．４８
６．　ａ　＝６０．２θ＝９６Ｋｚ　”−１，２３６，
Ｋ２＝２．７５２．　ｄｏ”１７．２６８ｘ　　　ｒｉ
　　　　　　ｒ、　　　　　ｄ　　　　　　ｎｌ　　−
１２３，６３７−３４，０３４１５，７０８１，６７５
００２−４５，８９８−１２，３６９ 第１１図に、実施例５に関する収差図・ｆθ特性を示す
。

実施例　６ ｆＭ＝ｌｏｏ、ｆｓ＝２２．３９　　、β＝−３，５４
５，ａ　＝６０．２θ＝９０Ｋｘ＝−１，０８３，Ｋｚ
”３．０１７．　ｄｏ”１８．２９５１　　　ｒｉ　　
　　　　ｒ、　　　　　ｄ　　　　　　ｎｌ　　−ｆθ
８，２５７−３６，６５２１４，２１６１，６５９４９
２−４３，１２１−１２，１４８ 第１２図に、実施例６に間する収差図・ｆθ特性を示す
。

各実施例とも収差が良好であり、特に像面湾曲は主・副
走査方向とも極めて良好に補正されており主・副走査方
向の像面湾曲とも主走査方向の焦点距離の０．０２倍未
満である。またｆθ特性も良好である。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば新規な単玉ｆθレンズを提供でき
る。この単玉ｆθレンズは上述の如き構成となっている
ので、極めて簡単な単玉構成ながら回転多面鏡の面倒れ
を良好に補正しつつ、主・副走査方向の像面湾曲を良好
に補正して光走査を実現でき、従って高密度の光走査が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単玉ｆθレンズ系の形状を説明するた
めの図、第２図乃至第６図は光走査装置を説明するため
の図、第７図ないし第１２図は各実施例に関する収差図
・ｆθ特性図である。 ｆθ０．光源装置、２００．シリンダーレンズ、３ｆθ
８回転多面鏡、４００．単玉ｆθレンズ、５０１．被走
査面第 」 図 （丁） （ｎ） （偏ｎ面内） （偏向直交面内） 第 ？ 図 党 す 図 気 図 領 う 図 第 図 悌７図 （実砲Ｊｌり・１４） ＦＮＯ＝　５４７ θ＝４５゜ ０−４５゜ 第８図 （うＣ亮　１り・１２　） 第（０図 （実売例４） □柱面Ｌ５１漫 一−−−−　正８玄条１牛 倖面情曲 ｆθ１１社（２） 第９図 （実徒口列ｊン □珪面収差 一一一一一正弘条件 像面湾血 り内　　イイ　　図 （突シ；七イタ・１５） テθ特柱（％） 粥　（２図 （実売例６） Ｆｓｏ　＝、５４．７ θ−４５゛ □テポ面収差 一−−−−正ヲ２条件 像面二弯訪 θ−４５゛ テθ竹÷１（幻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源からの平行な光束を主走査対応方向に長い線像に結
   像させ、上記線像の結像位置の近傍に偏向反射面を有す
   る回転多面鏡により上記光束を等角速度的に偏向させ、
   この偏向光束を結像レンズにより被走査面上にスポット
   状に結像させて被走査面を略等速的に光走査する光走査
   装置において、回転多面鏡により偏向された光束を被走
   査面上に結像させるレンズであって、 単レンズとして構成され、 副走査方向に関して回転多面鏡の反射位置と被走査面と
   を幾何光学的に略共役な関係に結び付ける機能を持つと
   ともに、主走査方向に関してｆθ機能を有し、 上記回転多面鏡の側から数えて各レンズ面を第１及び第
   ２面とするとき、第１面が凹のトーリック面、第２面が
   凸のトーリック面であり、 上記回転多面鏡により理想的に偏向された光束の主光線
   の掃引により形成される面を偏向面、レンズ光軸を含み
   偏向面に直交する面を偏向直交面とするとき、 偏向面内における焦点距離をｆ＿Ｍ、第１、第２面の曲
   率半径を偏向面内に於いてｒ＿１、ｒ＿２、偏向直交面
   内に於いてｒ’＿１、ｒ’＿２とするとき、（ I ）−
   １．６＜ｒ＿１／ｆ＿Ｍ （II）１＜ｒ’＿１／ｒ’＿２ なる条件を満足することを特徴とする単玉ｆθレンズ。