JPH055853A - 光走査光学系および光走査装置 - Google Patents

光走査光学系および光走査装置

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JPH055853A
JPH055853A JP15673491A JP15673491A JPH055853A JP H055853 A JPH055853 A JP H055853A JP 15673491 A JP15673491 A JP 15673491A JP 15673491 A JP15673491 A JP 15673491A JP H055853 A JPH055853 A JP H055853A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光スポットの集束性を向上させる。 【構成】光源装置1からの光束を、第1の結像光学系2
により主走査対応方向に長い線像LIとして結像させ、
線像LIの近傍に偏光反射面3aを持つ回転多面鏡3に
より等角速度的に偏向させ、第2の結像光学系7により
被走査面6上に光スポットとして集光させて光走査を行
う光走査装置において、上記第1および第2の結像光学
系2,7により構成される光学系であって、光学系全体
としての副走査対応方向の球面収差が補正過剰となるよ
うに、第1の結像光学系2の球面収差を補正過剰に設定
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は光走査光学系および光
走査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この明細書において、主走査対応方向と
は、光走査装置の光源から被走査面に到る光路を直線的
に展開した状態を想定し、この仮想的な光路上において
主走査方向と対応する方向であり、上記仮想的な光路上
で副走査方向と対応する方向を副走査対応方向と呼ぶ。
【0003】「光源装置からの光束を、第1の結像光学
系により主走査対応方向に長い線像として結像させ、上
記線像の近傍に偏向反射面を持つ回転多面鏡により等角
速度的に偏向させ、第2の結像光学系により被走査面上
に光スポットとして集光させて光走査を行う光走査装
置」は、従来から良く知られている。この種の光走査装
置では、回転多面鏡の偏向反射面近傍に結像する主走査
対応方向に長い線像の像が、第2の結像光学系により被
走査面上に結像されるので、第2の結像光学系の屈折力
は主走査対応方向に比して副走査対応方向において相対
的に強くなる。このアナモフィックな性質のため、第2
の結像光学系の副走査対応方向における球面収差の補正
が不足ぎみになりやすく、これが光スポットの集束状態
に影響して、高密度光走査の妨げになるという問題があ
った。
【0004】この問題を解決する方法として、「第1の
結像光学系における副走査対応方向の球面収差を補正過
剰とし、第2の結像光学系の同方向における球面収差の
補正不足を相殺し、第1,第2の結像光学系全体として
副走査対応方向の球面収差を良好に補正する」方法が知
られている(特開昭62−240921号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、光スポッ
トの収束状態を上記従来法よりも更に良好にできる光走
査光学系および、この光走査光学系を用いる光走査装置
の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の光走査光学系
は、図1に示すような光走査装置、即ち「光源装置1か
らの光束を第1の結像光学系2により、主走査対応方向
に長い線像LIとして結像させ、線像LIの近傍に偏光
反射面3aを持つ回転多面鏡3により等角速度的に偏向
させ、第2の結像光学系7により被走査面6上に光スポ
ットとして集光させて光走査を行う光走査装置]におい
て、上記第1および第2の結像光学系により構成される
光学系であり、「光学系全体としての副走査対応方向の
球面収差が、補正過剰となるように第1の結像光学系2
の球面収差を補正過剰に設定した」ことを特徴とする。
【0007】第1の結像光学系は、「副走査対応方向に
正の屈折力を持つシリンダーレンズと、副走査対応方向
に負の屈折力を持つシリンダーレンズ」とにより構成す
ることができ(請求項2)、さらに、上記正の屈折力を
持つシリンダーレンズを「平凸シリンダーレンズ」と
し、負の屈折力を持つシリンダーレンズを「平凹シリン
ダーレンズ」とすることができる(請求項3)。
【0008】また、第2の結像光学系は、「主走査対応
方向に関してfθ機能を持たせ、回転多面鏡の側から被
走査面側へ向かって第1レンズ,第2レンズの順に配備
される2群2枚構成とし、第1レンズの少なくとも1つ
の面を球面とし、第2レンズの少なくとも1つの面をト
ーリック面とする」ことができる(請求項4)。
【0009】請求項5の光走査装置は、光源装置と、第
1,第2の結像光学系と、回転多面鏡とを有する。「第
1の結像光学系」は、光源装置からの光束を主走査対応
方向に長い線像に結像させる。「回転多面鏡」は第1の
結像光学系により結像される線像の近傍に偏向反射面を
持ち、反射光束を等角速度的に偏向させる。「第2の結
像光学系」は、回転多面鏡による偏向光束を被走査面上
に光スポットとして集光させる。このように、第2の結
像光学系は副走査対応方向においては、上記線像の像を
被走査面上に結像させるので、同方向に関して「偏向反
射面位置と被走査面位置とを、幾何光学的に共役な関係
とする」機能を持ち、この機能により回転多面鏡の面倒
れが補正される。
【0010】上記第1及び第2の結像光学系は、上記請
求項1または2または3または4の光走査光学系を構成
する。
【0011】
【作用】第1、第2の結像光学系で構成される光走査光
学系全体で副走査対応方向の球面収差をフルコレクショ
ンするよりも、「光走査光学系全体として副走査対応方
向の球面収差を補正過剰の状態にするように、第1の結
像光学系の球面収差を補正過剰に設定する」方が光スポ
ットの収束状態をより良好にできることが、発明者の研
究により分った。
【0012】請求項2,3の光走査光学系のように、第
1の結像光学系を正・負のシリンダーレンズで構成する
と、光走査光学系全体としての副走査対応方向の球面収
差の高次の補正が可能となり球面収差のコントロールが
容易である。また第2の結像光学系として、請求項4の
ものを用いると、等速光走査で像面湾曲を良好に補正す
ることが可能となる。
【0013】
【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。
【0014】図2は、光源装置1から被走査面6に到る
光路を直線的に展開し、上下方向が副走査対応方向にな
るように描いたものである。光源装置1は、例えば半導
体レーザーとコリメートレンズの組合せであり、実質的
な平行光束を放射する。この平行光束は第1の結像光学
系2により副走査対応方向にのみ収束されて、回転多面
鏡の偏向反射面3aの位置に、主走査対応方向(図面に
直交する方向)に長い線像LIとして結像する。偏向反
射面3aによる反射光束は、第2の結像光学系7により
被走査面6上に光スポットとして集光する。
【0015】第1の結像光学系2は副走査対応方向にの
み正の屈折力を持つ平凸シリンダーレンズ2−1と、副
走査対応方向にのみ負の屈折力を持つ平凹シリンダーレ
ンズ2−2とにより構成されている。この第1の結像光
学系において、光源側から数えて第i番目のレンズ面の
曲率半径を、主・副走査対応方向に就いてそれぞれ:r
Xi,rYi(i=1〜4)、第i番目のレンズ面と第i+
1番目のレンズ面との間の光軸上の面間隔を:di(i
=1〜3)、光源側から数えて第j番目のレンズの屈折
率を:nj(j=1,2)とする。
【0016】第2の結像光学系7は、少なくとも偏向反
射面3側の面が球面である第1レンズ4と、被走査面6
側の面がトーリック面である第2レンズ5により構成さ
れている。この第2の結像光学系において、偏向反射面
側から数えて第i番目のレンズ面の、曲率半径を主・副
走査対応方向に就いてそれぞれ:RXi,RYi(i=1〜
4)、偏向反射面を第0面として、第i番目の面と第i
+1番目の面との間の光軸上の面間隔を:Di(i=0
〜3)、偏向反射面側から数えて第j番目のレンズの屈
折率を:Nj(j=1,2)とする。
【0017】また、主・副走査対応方向における焦点距
離を、第1の結像光学系に対してそれぞれ:fM,fS
第2の結像光学系に対してそれぞれ:FM,FSとし、F
Mの値を100に規格化する。また第2の結像光学系7
の副走査対応方向における結像倍率を:βで表す。
【0018】実施例1 第1の結像光学系:fM=∞,fS=45.15 i rXiYii j nj 1 ∞ 12.328 1.134 1 1.82485 2 ∞ ∞ 0.17 3 ∞ −10.816 1.134 2 1.51118 4 ∞ ∞ 第2の結像光学系:FM=100,FS=26.881,β=−1.915 i RXiYii j Nj 0 9.076 1 −41.36 −41.36 4.689 1 1.78571 2 −38.609 ∞ 26.698 3 ∞ −47.46 7.185 2 1.60909 4 −77.906 −13.841 。
【0019】実施例2 第1の結像光学系:fM=∞,fS=33.742 i rXiYii j nj 1 ∞ 11.16 1.516 1 1.82485 2 ∞ ∞ 0.265 3 ∞ −10.611 1.137 2 1.51118 4 ∞ ∞ 第2の結像光学系:FM=100,FS=28.594,β=−2.563 i RXiYii j Nj 0 18.379 1 −48.831 −48.831 7.579 1 1.78571 2 −47.353 −47.353 12.127 3 ∞ −45.02 7.2 2 1.60909 4 −75.814 −14.158 。
【0020】実施例3 第1の結像光学系:fM=∞,fS=35.691 i rXiYii j nj 1 ∞ 12.438 1.138 1 1.82485 2 ∞ ∞ 0.19 3 ∞ −12.628 1.138 2 1.51118 4 ∞ ∞ 第2の結像光学系:FM=100,FS=30.896,β=−2.465 i RXiYii j Nj 0 20.098 1 −30.129 −30.129 7.395 1 1.51118 2 −30.182 −22.54 17.178 3 ∞ −75.496 5.688 2 1.82485 4 −100.918 −22.54 。
【0021】実施例1における第1の結像光学系に関す
る球面収差(以下、単に球面収差と言うときは、副走査
対応方向の球面収差を意味する)を図3(a)に示す。
縦軸は第1の結像光学系のFNo.である。図3(b)
は実施例1の光走査光学系全体に関する球面収差を示
す。第1の結像光学系の球面収差を補正過剰としたこと
に伴い、光走査光学系全体の球面収差も補正過剰となっ
ている。
【0022】図4には実施例2に関する球面収差を示
す。
【0023】同図(a)は第1の結像光学系の球面収差
であり補正過剰である。第2の結像光学系の球面収差
は、同図(b)に示すように補正不足であるが、光走査
光学系全体としての球面収差は図4(c)に示すように
補正過剰となっている。
【0024】図5には実施例3に関する球面収差を示
す。
【0025】同図(a)は第1の結像光学系の球面収差
であり補正過剰である。第2の結像光学系の球面収差は
同図(b)に示すように補正不足であるが、光走査光学
系全体としての球面収差は図5(c)に示すように補正
過剰となっている。
【0026】この発明における光スポットの集束性を見
るために、実施例1に就いてのスポットダイヤグラムを
図6に示す。同図(a)(b)(c)はそれぞれ、画角
θが32.5度、0度、−32.5度のときのスポット
ダイヤグラムを示す。def.とあるのは、デフォーカ
ス量を表す。被走査面側を(+)側、第2の結像光学系
側を(−)側とする。また(主)(副)とあるのは主・
副走査方向を示す。
【0027】比較のために比較例を2例挙げる。比較例
1は、第1の結像光学系の球面収差が図7(a)、第2
の結像光学系の球面収差が同図(b)に示すごとき光走
査光学系である。第1の結像光学系の球面収差が略完全
に補正されているため、光走査光学系全体として相当な
球面収差が補正不足の状態で残存する(同図(c))。
【0028】比較例1に関するスポットダイヤグラム
を、図6と同様の要領で図8に示す。
【0029】比較例2は、第1の結像光学系の球面収差
を図9(a)に示すように補正過剰とし、光走査光学系
全体の球面収差を同図(b)に示すようにフルコレクシ
ョンした例である。この場合のスポットダイヤグラムを
図10に示す。
【0030】これら図6,8,10のスポットダイヤグ
ラムを比較してみれば、直ちに明らかなように、光スポ
ットの集束性は、比較例1,2,実施例1の順に、順次
改良されている。従って、この発明のように光走査光学
系全体の球面収差が補正過剰となるように、第1の結像
光学系の球面収差を補正過剰に設定することにより、光
スポットの集束性をより向上させることが可能である。
【0031】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
光走査光学系と光走査装置を提供できる。この発明は上
記の如き構成となっているので、光スポットの集束性を
高め、従来にない高密度の光走査を可能とすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の適用される光走査装置の1例を示す
図である。
【図2】光走査光学系の1実施例を説明するための図で
ある。
【図3】実施例1に関する、第1の結像光学系の球面収
差図(a)と光走査光学系全体の球面収差図(b)であ
る。
【図4】実施例2に関する、第1の結像光学系の球面収
差図(a)と、第2の結像光学系の球面収差図(b)
と、光走査光学系全体の球面収差図(c)である。
【図5】実施例3に関する、第1の結像光学系の球面収
差図(a)と、第2の結像光学系の球面収差図(b)
と、光走査光学系全体の球面収差図(c)である。
【図6】実施例1に関するスポットダイヤグラムであ
る。
【図7】比較例1に関する、第1の結像光学系の球面収
差図(a)と、第2の結像光学系の球面収差図(b)
と、光走査光学系全体の球面収差図(c)である。
【図8】比較例1に関するスポットダイヤグラムであ
る。
【図9】比較例2に関する、第1の結像光学系の球面収
差図(a)と、光走査光学系全体の球面収差図(b)で
ある。
【図10】比較例2に関するスポットダイヤグラムであ
る。
【符号の説明】
1 光源装置 2 第1の結像光学系 3 回転多面鏡 6 被走査面 7 第2の結像光学系

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】光源装置からの光束を、第1の結像光学系
    により主走査対応方向に長い線像として結像させ、上記
    線像の近傍に偏光反射面を持つ回転多面鏡により等角速
    度的に偏向させ、第2の結像光学系により被走査面上に
    光スポットとして集光させて光走査を行う光走査装置に
    おいて、上記第1および第2の結像光学系により構成さ
    れる光学系であって、光学系全体としての副走査対応方
    向の球面収差が補正過剰となるように、第1の結像光学
    系の球面収差を補正過剰に設定することを特徴とする光
    走査光学系。 【請求項2】請求項1において、第1の結像光学系が、
    副走査対応方向に正の屈折力を持つシリンダーレンズ
    と、副走査対応方向に負の屈折力を持つシリンダーレン
    ズとにより構成されることを特徴とする光走査光学系。 【請求項3】請求項2において、正の屈折力を持つシリ
    ンダーレンズが平凸シリンダーレンズであり、負の屈折
    力を持つシリンダーレンズが平凹シリンダーレンズであ
    ることを特徴とする光走査光学系。 【請求項4】請求項1または2または3において、第2
    の結像光学系が、主走査対応方向に関してfθ機能を有
    し、回転多面鏡側から被走査面側へ向かって第1レン
    ズ,第2レンズの順に配備される2群2枚構成であり、
    上記第1レンズは少なくとも1面が球面であり、上記第
    2レンズは少なくとも1面がトーリック面であることを
    特徴とする光走査光学系。 【請求項5】光源装置と、光源装置からの光束を主走査
    対応方向に長い線像に結像させる第1の結像光学系と、
    上記線像の近傍に偏向反射面をもつ回転多面鏡と、回転
    多面鏡による偏向光束を被走査面上に光スポットとして
    集光させる第2の結像光学装置とを有し、上記第1及び
    第2の結像光学系により構成される光走査光学系が、請
    求項1または2または3または4の光走査光学系である
    ことを特徴とする光走査装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005326875A (ja) * 2005-06-27 2005-11-24 Toshiba Corp マルチビーム露光装置
KR101012697B1 (ko) * 2003-06-20 2011-02-09 삼성테크윈 주식회사 결상 광학계
WO2020071003A1 (ja) * 2018-10-05 2020-04-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 光源装置、およびそれを用いた投影装置、ならびに蛍光励起装置

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