JPH0627904B2 - レーザービームの走査光学系 - Google Patents

レーザービームの走査光学系

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JPH0627904B2
JPH0627904B2 JP62007128A JP712887A JPH0627904B2 JP H0627904 B2 JPH0627904 B2 JP H0627904B2 JP 62007128 A JP62007128 A JP 62007128A JP 712887 A JP712887 A JP 712887A JP H0627904 B2 JPH0627904 B2 JP H0627904B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ａ．技術分野 本発明は、半導体レーザーを光源に用いたレーザービー
ムプリンタ等の走査光学系の改良に関する。
ｂ．従来技術及びその問題点 レーザービームプリンタ等の走査光学系は、基本的に
は、光ビームを発する光源部と、光ビームを偏向する偏
向器と、偏向された光束を偏向角に応じた位置に集光さ
せる走査レンズ系とから成り、前記光源部には、小型で
直接変調可能な半導体レーザーが用いられることが多
く、半導体レーザーからの光は、発散されるため、通
常、これを平行光束とするコリメートレンズと共に用い
られる。ここで、前記半導体レーザーから発散されるレ
ーザー光の発散角は、半導体レーザーの接合面に平行な
方向（以下、平行方向という）と垂直な方向（以下、垂
直方向という）とでは異なり、垂直方向の方が発散角が
大きいため、コリメートレンズ通過後の光束径は、垂直
方向の方が平行方向より大きくなり、これによって前記
走査レンズ系によって最終的に走査面に集光される光束
のＦナンバーは、垂直方向の方が小さくなり、又、該光
束のＦナンバーに比例するスポット径は、平行方向の方
が大きくなる。
従前にあっては、これを改善するために、エネルギー効
率を犠牲にしても、コリメートレンズの口径を小さく
し、垂直方向の光束をけり、光束径を揃えたり、プリズ
ム等のアナモフィックな光学系を用いてビーム整形を行
なう等の手段をとっていた。
又、回転多面鏡等の偏向器は、いわゆる面倒れと呼ばれ
る、光が走査される方向（以下、主走査方向という）と
該走査方向に対して垂直な方向（以下、副走査方向とい
う）への誤差を持つため、走査線のピッチむらを生じて
しまう。
これを補正するため、偏向器の手前にアナモフィック光
学系を置いて、走査光学系を副走査方向で切った断面内
で偏向面上にレーザー光を結像させ、又、走査レンズ系
もアナモフィックな構成にしてレーザー光を走査面上に
再結像させ、走査面と偏向面とを共役にし、面倒れの影
響を除去する方法や、アナモフィックな光学系と走査レ
ンズ系を用い、副走査方向の焦点距離や倍率を小さくし
て面倒れの影響を少なくする方法が知られている。
しかしながら、前者では、偏向面に線状にレーザー光を
結像させるため、偏向面の傷やごみに弱く、又、回転多
面鏡の変更点変化の影響を強く受けてしまい、後者で
は、ビーム整形のために光学系が複雑になったり、面倒
れ補正効果が不足したりする。
更に、偏向された光束を、走査面上で偏向角に応じた位
置に集光させる走査レンズ系には、一般に、入射角と像
高とが比例するいわゆるｆ・θレンズが用いられるが、
該ｆ・θレンズは、入射角と像高との比例関係（以下、
直線性という）を得るために強い負の歪曲収差を持ち、
入射角と像高との直線性の誤差が非常に小さなものでな
ければならない。
ｃ．目的 本発明は、偏向面のゴミ、傷等の影響、および偏向点の
変化の影響を受けにくく、かつ、ビーム整形効果、面倒
れ補正効果も有するレーザービームの走査光学系を得る
ことを目的とする。
ｄ．発明の構成 本発明は、従来のこの種の走査光学系では、前述のよう
に、副走査断面において、レーザー光を偏光面上に結像
させるのが常識であったのを改め、偏光面を、副走査断
面におけるレーザー光の結像位置より後方にずらせて配
置するとともに、走査レンズ系をアナモフィック光学系
とすることにより、上記目的を達成できることを見出し
て完成されたものである。
別言すると、従来装置においては、偏向器の偏光面は、
走査レンズ系の走査面と光学的に共役の位置に配置する
のが常識であったのに対し、本発明は、この共役関係を
あえて崩した点に最大の特徴がある。
本発明は、半導体レーザーから発散されるレーザー光
を、コリメートレンズにより略平行光束とした後、シリ
ンダーレンズにより副走査断面において一旦結像させ、
このレーザー光を、偏向器および走査レンズ系を介して
走査面に結像させるレーザービームの走査光学系におい
て、偏向器を、シリンダーレンズによるレーザー光の結
像位置より光学的に後方に配置するとともに、走査レン
ズ系をアナモフィック光学系から構成し、かつシリンダ
ーレンズによって、レーザー光が副走査断面内で結像し
た位置から偏向器迄の距離をｌ、走査レンズ系の主走査
断面内での焦点距離をｆとしたとき、０．０３ｆ＜ｌ＜
０．２５ｆ の条件を満足するようにしたことを特徴としている。
ｅ．実施例 以下図示実施例について本発明を説明する。実施例は、
大きく、第１図ないし第８図の第１実施例群、第９図な
いし第１３図の第２実施例群、第１４図ないし第１８図
の第３実施例群、および第１９図ないし第２３図の第４
実施例群からなっている。これらの実施例は、偏向器か
ら出たレーザー光を走査面上に結像させる走査レンズ系
の構成が異なるものであり、他の要素は、共通である。
第１図は、本発明の第１実施例に係るレーザービームプ
リンタ等の走査光学系の全系であり、第１図ａ）は、該
走査光学系を主走査方向で切った断面（以下、単に主走
査断面という）の図であり、第１図ｂ）は、該走査光学
系を副走査方向で切った断面（以下、単に副走査断面と
いう）の図である。
かかる走査光学系は、半導体レーザー１と、該半導体レ
ーザー１から発散されるレーザー光を略平行光束にする
コリメートレンズ２と、副走査断面内に曲率を持ち同断
面内でレーザー光を一度結像させるシリンダーレンズ３
と、該シリンダーレンズ３により副走査断面内でレーザ
ー光を結像させた位置Ｆ１より後方に配置された偏向器
４と、該偏向器４によって偏向された光束を走査面６上
に集光するアナモフィックな走査レンズ系５とからなっ
ている。
このように、シリンダーレンズ３による副走査断面での
結像位置Ｆ１より光学的に後方に、つまり、結像位置Ｆ
１より後方にずらせて、レーザ光を走査する偏向器（偏
向面）を配置することにより、偏光面の傷やゴミの影響
を受けることが少ない。なぜなら、レーザ光は、結像位
置Ｆ１で結像した後、偏光面に至る間に必ず拡径するの
で、傷やゴミの影響を受けにくい。そして、さらに走査
レンズ系５をアナモフィックとしたことにより、シリン
ダーレンズ３を含む副走査方向の焦点距離を主走査方向
のそれよりも小さくできるので、発散角の大きい半導体
レーザー１の垂直方向と主走査方向を一致させることに
より、集光光束のＦナンバーを主走査方向と副走査方向
で揃えることができ、実質的なビーム整形を行なうこと
ができる。
またシリンダーレンズ３による結像位置Ｆ１を一定にし
ながら、シリンダーレンズ３の曲率および位置を変える
ことにより、副走査方向の焦点距離を変化させることが
できるので、ビーム整形効果を調整し、任意のスポット
形状を得ることができる。そして、結像位置Ｆ１から走
査レンズ系５の副走査断面内の前側主点迄の距離を長く
することにより、偏向器の偏向点の影響を軽減できる。
そして、この実施例の走査レンズ系５は、偏向器４側よ
り、副走査断面内に曲率を持つ凹のシリンダー面を有す
る負レンズの第１群レンズと、偏向器４側に凹面を向け
た凸のメニスカスレンズである第２群レンズと、偏向器
４側に平面、走査面６側に主走査断面内の曲率より副走
査断面内の曲率の方が強い凸のトーリック面を有する第
３群レンズとの３群構成である。
尚、図中Ｈｆ，Ｈｂは、主走査断面内の前側主点，後側
主点、Ｈ′ｆ，Ｈ′ｂは、副走査断面内の前側主点，後
側主点を示す。
この走査レンズ系５は、主走査断面内において、第１群
レンズは、負のパワーを持つため、正レンズ群である第
２，第３群レンズで発生する球面収差，コマ収差の補正
を行なうと共に、第２，第３群レンズに入射する光束を
光軸から離れた位置で入射させて、強い負の歪曲収差を
発生させｆ・θレンズの入射角と像高との直線性を良好
にするものである。
又、第２群レンズは、凹面を偏向器４側に向けたメニス
カス形状であり、像面湾曲の補正に役立つ。
更に、第３群レンズは、平面側で強い負の歪曲収差を発
生させ、ｆ・θレンズの直線性を得ると共に、凸面側の
正のパワーにより光束を走査面６上に結像する働きを持
つ。
一方、副走査断面内においては、走査レンズ系５への入
射光束は、発散光であり、主走査断面より強いパワーが
必要であるが、本実施例では、第３群レンズの走査面６
側の面が、トーリック面であり、副走査断面において主
走査断面より曲率が強く、大きな正のパワーを得ること
ができ、又、この面がトーリック面であり、第１群レン
ズが負のシリンダー面を有するため、これらの面のパワ
ー配分により、走査角が広角度であるにも拘らず、副走
査方向の像面湾曲を良好に補正できる。
更に、副走査断面内において、負のパワーを持つシリン
ダー面と正のパワーを持つトーリック面が組み合わさ
れ、いわゆるレトロフォーカスの構成になっているた
め、主点を走査面６側に寄せることができ、このため、
レンズ系を小型に保ったまま、第１の結像位置Ｆ１の像
と走査レンズ系５によって走査面６に結像される像との
倍率を小さくすることもできる。
加えて、上記第１実施例が、下記に示す条件を満たせ
ば、更に良好な結果を得られるものである。即ち、第１
の条件は、 副走査断面内の第１の結像位置Ｆ１と偏向面までの距離
ｌ，走査レンズ系５の主走査断面内での焦点距離をｆと
したとき、 0.03ｆ＜ｌ＜0.25ｆ‥‥‥‥（１） の条件を満たすことであり、 第２の条件は、 副走査断面内において、第１の結像位置Ｆ１の像と走査
レンズ系５によって走査面６に結像される像の倍率をｍ
としたとき、 １．７＜ｍ＜２．７‥‥‥‥（２） の条件を満たすことである。
尚、ここで倍率ｍは、第１の結像位置Ｆ１から副走査断
面内における走査レンズ系５の前側主点Ｈ′ｆまでの距
離をａとし、走査レンズ系５の後側主点Ｈ′ｂから、走
査面６上の結像位置までの距離をｂとすると、ｍは、 で求まる。
上記第１の条件は、第１の結像位置Ｆ１より偏向面まで
の距離に関する条件であり、ｌが0.03ｆより小さいと、
偏向面上での面積が狭くなり、傷やごみに弱くなると共
に、偏向点変化の影響が大きくなり、全走査角にわた
り、特に良好な性能を保証できなくなる惧れがある。逆
に、ｌが0.25ｆより大きくなると、面倒れ補正効果が小
さくなり、ピッチむらを生じてしまう惧れが出てくる。
上記第２の条件は、副走査断面内において、第１の結像
位置Ｆ１の像と走査レンズ系５によって走査面６上に結
像される像との倍率に関する条件であり、ｍが、１．７
より小さいと、この倍率を達成するために、走査レンズ
系５が走査面側に寄らざるを得ず、レンズ系が大型化し
てしまう惧れがあり、又副走査方向の焦点距離が短くな
り過ぎ、ビーム整形の点からも望ましくない。た、ｍが
２．７より大きいと、面倒れ補正効果が小さくなり、又
走査面６上で偏向点変化による影響が大きくなる惧れが
ある。
また、この倍率ｍは、小さい程、偏向器４の偏光面の面
倒れ補正効果が高くなるとともに、副走査方向でシリン
ダーレンズ３を含む全系の焦点距離を短くでき、ビーム
整形効果も高くなる。さらに、偏光面の面倒れδによる
像点ずれΔＳは、ΔＳ≒２ｌｍｓとなって、補正機能の
ない場合、ΔＳ′≒２δｆ（ｆは走査レンズの焦点距
離）に比べ、大きな面倒れ補正効果が得られる。
第２図ａ），ｂ）は、第１実施例に係る走査光学系の一
部を構成する走査レンズ系５の好ましい構成例を示すも
のであり、偏向器側から第ｉ面の主走査断面の曲率半径
をｒｉ，副走査断面の曲率半径をｒ′ｉ，第ｉ番目のレ
ンズ肉厚又は空気間隔をｄｉ，第ｋ群レンズの使用波長
における屈折率をｎｋ，又、偏向点と第１面との間隔を
ｅ，副走査断面内で第１の結像点と偏向点との間隔を
ｌ，走査レンズ系と走査面の間隔をｂ，主走査方向の焦
点距離をｆとすると、 〔実施例１−１〕 〔実施例１−２〕 〔実施例１−３〕 〔実施例１−４〕 〔実施例１−５〕 〔実施例１−６〕 第３図、第４図、第５図、第６図、第７図、および第８
図はそれぞれ、上記実施例１−１、同１−２、同１−
３、同１−４、同１−５、および同１−６の収差図であ
る。
次に、第９図から第１３図に従って本発明の第２実施例
を説明する。
第９図は、本発明の第２実施例に係るレーザービームプ
リンタ等の走査光学系の全系であり、第９図ａ）は、該
走査光学系を主走査方向で切った断面（以下、単に主走
査断面という）の図であり、第９図ｂ）は、該走査光学
系を副走査方向で切った断面（以下、単に副走査断面と
いう）の図である。
かかる走査光学系は、半導体レーザー１と、該半導体レ
ーザー１から発散されるレーザー光を略平行光束にする
コリメートレンズ２と、副走査断面内に曲率を持ち同断
面内でレーザー光を一度結像させるシリンダーレンズ３
と、該シリンダーレンズ３により副走査断面内でレーザ
ー光を結像させた位置Ｆ１より後方に配置された偏向器
４と、該偏向器４によって偏向された光束を走査面６上
に集光するアナモフィックな走査レンズ系５とから成
り、前記走査レンズ系５は、偏向器４側より、副走査断
面内に曲率を持つ凹のシリンダー面を有する負レンズの
第１群レンズと、偏向器４側に平面、走査面６側に主走
査断面内の曲率より副走査断面内の曲率の方が強い凸の
トーリック面を有する第２群レンズとの２群構成であ
る。
尚、図中、Ｈｆ，Ｈｂは、主走査断面内の前側主点，後
側主点，Ｈ′ｆ，Ｈ′ｂは、副走査断面内の前側主点，
後側主点を示す。
また、走査レンズ系５は、主走査断面内において、第１
群レンズは、負のパワーを持つため、正レンズ群である
第２群レンズで発生する球面収差，コマ収差の補正を行
なうと共に、第２群レンズに入射する光束を光軸から離
れた位置で入射させて、強い負の歪曲収差を発生させｆ
・θレンズの入射角と像高との直線性を良好にするもの
である。
更に、第２群レンズは、平面側で強い負の歪曲収差を発
生させ、ｆ・θレンズの直線性を得ると共に、凸面側の
正のパワーにより光束を走査面６上に結像する働きを持
つ。
一方、副走査断面内においては、走査レンズ系５への入
射光束は、発散光であり、主走査断面より強いパワーが
必要であるが、第２群レンズの走査面６側の面が、トー
リック面であり、副走査断面において主走査断面より曲
率が強く、大きな正のパワーを得ることができ、又、こ
の面がトーリック面であり、第１群レンズが負のシリン
ダー面を有するため、これらの面のパワー配分により、
走査角が広角度であるにも拘らず、副走査方向の像面湾
曲を良好に補正できる。
更に、副走査断面内において、負のパワーを持つシリン
ダー面と正のパワーを持つトーリック面が組み合わさ
れ、いわゆるレトロフォーカスの構成になっているた
め、主点を走査面６側に寄せることができ、このため、
レンズ系を小型に保ったまま、第１の結像位置Ｆ１の像
と走査レンズ系５によって走査面６に結像される像との
倍率を小さくすることもできる。
加えて、上記第２実施例が、下記に示す条件を満たせ
ば、更に良好な結果を得られるものである。即ち、第１
の条件は、 副走査断面内の第１の結像位置Ｆ１と偏向面までの距離
をｌ，走査レンズ系５の主走査断面内での焦点距離をｆ
としたとき、 0.03ｆ＜ｌ＜0.25ｆ‥‥‥‥（１） の条件を満たすことであり、 第２の条件は、 副走査断面内において、第１の結像位置Ｆ１の像と走査
レンズ系５によって走査面６に結像される像の倍率をｍ
としたとき、 １．１＜ｍ＜１．７‥‥‥‥（２） の条件を満たすことである。
尚、ここで倍率ｍは、第１の結像位置Ｆ１から副走査断
面内における走査レンズ系５の前側主点Ｈ′ｆまでの距
離をａとし、走査レンズ系５の後側主点Ｈ′ｂから、走
査面６上の結像位置までの距離をｂとすると、ｍは、 で求まる。
第３の条件は、 第１群レンズの副走査断面内での焦点距離をｆ１′，走
査レンズ系の主走査断面内での焦点距離をｆとしたと
き、 0.15ｆ＜｜ｆ１′｜＜0.35ｆ‥‥‥‥（３） の条件を満たすことである。
上記第１の条件は、第１の結像位置Ｆ１より偏向面まで
の距離に関する条件であり、ｌが0.03ｆより小さいと、
偏向面上での面積が狭くなり、傷やごみに弱くなると共
に、偏向点変化の影響が大きくなり、全走査角にわた
り、特に良好な性能を保証できなくなる惧れがある。逆
に、ｌが0.25ｆより大きくなりと、面倒れ補正効果が小
さくなり、ピッチむらを生じてしまう惧れが出てくる。
上記第２の条件は、副走査断面内において、第１の結像
位置Ｆ１の像と走査レンズ系５によって走査面６上に結
像される像との倍率に関する条件であり、ｍが、１．１
より小さいと、この倍率を達成するために、走査レンズ
系５が走査面側に寄らざるを得ず、レンズ系が大型化し
てしまう惧れがあり、又副走査方向の焦点距離が短くな
り過ぎ、ビーム整形の点からも望ましくない。又、ｍが
１．７より大きいと、面倒れ補正効果が小さくなり、又
走査面６上で偏向点変化による影響が大きくなる惧れが
ある。
第３の条件は、第１群レンズの副走査断面内における負
の屈折力に関する条件であり、｜ｆ１′｜が0.15ｆより
小さいと、負の屈折力が強くなり、第２群レンズへ入射
する光束が副走査断面内で広がりすぎるため、トーリッ
ク面で収差が大きくなり、又副走査断面内で入射光束が
ずれた場合に、光束のトーリック面でのずれがさらに大
きくなり、性能を極度に劣下させてしまう。又0.35ｆよ
り大きいと、負の屈折力が弱く、この断面内での主点位
置を走査面６側へ寄せる効果が小さくなり、第１の結像
位置Ｆ１の像と走査レンズ系５によって走査面６に結像
される像との倍率が大きくなってしまう。
第１０図ａ），ｂ）は、第２実施例に係る走査光学系の
一部を構成する走査レンズ系５の好ましい構成例を示す
ものであり、偏向器側から第ｉ面の主走査断面の曲率半
径をｒｉ，副走査断面の曲率半径ｒ′ｉ，第ｉ番目のレ
ンズ肉厚又は空気間隔をｄｉ，第ｋ群レンズの使用波長
における屈折率をｎｋ，又、偏向点と第１面との間隔を
ｅ，副走査断面内で第１の結像点と偏向点との間隔を
ｌ，走査レンズ系と走査面の間隔をｂ，主走査方向の焦
点距離をｆとすると、 〔実施例２−１〕 〔実施例２−２〕 〔実施例２−３〕 第１１図、第１２図、および第１３図はそれぞれ、上記
実施例２−１、同２−２、および同２−３の収差図であ
る。
次に、第１４図から第１８図に従って本発明の第３実施
例を説明する。
第１４図は、本発明の第３実施例に係るレーザービーム
プリンタ等の走査光学系の全系であり、第１４図ａ）
は、該走査光学系を主走査方向で切った断面（以下、単
に主走査断面という）の図であり、第１４図ｂ）は、該
走査光学系を副走査方向で切った断面（以下、単に副走
査断面という）の図である。
かかる走査光学系は、半導体レーザー１と、該半導体レ
ーザー１から発散されるレーザー光を略平行光束にする
コリメートレンズ２と、副走査断面内に曲率を持ち同断
面内でレーザー光を一度結像させるシリンダーレンズ３
と、該シリンダーレンズ３により副走査断面内でレーザ
ー光を結像させた位置Ｆ１より後方に配置された偏向器
４と、該偏向器４によって偏向された光束を走査面６上
に集光するアナモフィックな走査レンズ系５とから成
り、前記走査レンズ系５は、偏向器４側より、副走査断
面内に曲率を持つ凹のシリンダー面を有する負レンズの
第１群レンズと、偏向器４側に凹面を向けた凸のメニス
カスレンズである第２群レンズと、偏向器４側に平面、
走査面６側に主走査断面内の曲率より副走査断面内の曲
率の方が強い凸のトーリック面を有する第３群レンズと
副走査断面内に曲率を持つ凸のシリンダー面を有する第
４群レンズから成る４群構成である。
尚、図中、Ｈｆ，Ｈｂは、主走査断面内の前側主点，後
側主点、Ｈ′ｆ，Ｈ′ｂは、副走査断面内の前側主点，
後側主点を示す。
更に、走査レンズ系５は、主走査断面内において、第１
群レンズは、負のパワーを持つため、正レンズ群である
第２，第３群レンズで発生する球面収差，コマ収差の補
正を行なうと共に、第２，第３群レンズに入射する光束
を光軸から離れた位置で入射させて、強い負の歪曲収差
を発生させｆ・θレンズの入射角と像高との直線性を良
好にするものである。
又、第２群レンズは、凹面を偏向器４側に向けたメニス
カス形状であり、像面湾曲の補正に役立つ。
更に、第３群レンズは、平面側で強い負の歪曲収差を発
生させ、ｆ・θレンズの直線性を得ると共に、凸面側の
正のパワーにより光束を走査面６上に結像する働きを持
つ。第４群レンズは主走査断面内でパワーを持たない。
一方、副走査断面内においては、走査レンズ系５への入
射光束は、発散光であり、主走査断面より強いパワーが
必要であるが、第３群レンズの走査面６側の面が、トー
リック面であり、更に第４群レンズが凸のシリンダー面
を有しているので、副走査断面において主走査断面より
大きな正のパワーを得ることができ、又、第１群レンズ
が負のシリンダー面を有するため、これらの面のパワー
配分により、走査角が広角度であるにも拘らず、副走査
方向の像面湾曲を良好に補正できる。
更に、副走査断面内において、負のパワーを持つシリン
ダー面と正のパワーを持つトーリック面及びシリンダー
面が組み合わされ、いわゆるレトロフォーカスの構成に
なっており、特に本実施例ではトーリック面とシリンダ
ー面が組み合わさっているため、主点を走査面６に寄せ
る効果が大きく、第１の結像位置Ｆ１の像と走査レンズ
系５によって走査面６に結像される像との倍率を小さく
でき、大きな面倒れ補正効果を得られる。
又、凸シリンダーレンズのみで面倒れ補正効果を得る方
式に比べ、像面湾曲を良好に補正しながらシリンダーレ
ンズを偏向器側に寄せることができ、小型化がはかれ
る。
加えて、上記第３実施例が、下記に示す条件を満たせ
ば、更に良好な結果を得られるものである。即ち、第１
の条件は、 副走査断面内の第１の結像位置Ｆ１と偏向面までの距離
をｌ，走査レンズ系５の主走査断面内での焦点距離をｆ
としたとき、 0.03ｆ＜ｌ＜0.25ｆ‥‥‥‥（１） の条件を満たすことであり、 第２の条件は、 副走査断面内において、第１の結像位置Ｆ１の像と走査
レンズ系５によって走査面６に結像される像の倍率をｍ
としたとき、 ０．８＜ｍ＜２．０‥‥‥‥（２） の条件を満たすことである。
尚、ここで倍率ｍは、第１の結像位置Ｆ１から副走査断
面内における走査レンズ系５の前側主点Ｈ′ｆまでの距
離をａとし、走査レンズ系５の後側主点Ｈ′ｂから、走
査面６上の結像位置までの距離をｂとすると、ｍは、 で求まる。
上記第１の条件は、第１の結像位置Ｆ１より偏向面まで
の距離に関する条件であり、ｌが0.03ｆより小さいと、
偏向面上での面積が狭くなり、傷やごみに弱くなると共
に、偏向点変化の影響が大きくなり、全走査角にわた
り、特に良好な性能を保証できなくなる惧れがある。逆
に、ｌが0.25ｆより大きくなると、面倒れ補正効果が小
さくなり、ピッチむらを生じてしまう惧れが出てくる。
上記第２の条件は、副走査断面内において、第１の結像
位置Ｆ１の像と走査レンズ系５によって走査面６上に結
像される像との倍率に関する条件であり、ｍが、０．８
より小さいと、この倍率を達成するために、走査レンズ
系５特に第４群レンズが走査面側に寄らざるを得ず、レ
ンズ系が大型化してしまう惧れがあり、又副走査方向の
焦点距離が短くなり過ぎ、ビーム整形の点からも望まし
くない。又、ｍが２．０より大きいと、面倒れ補正効果
が小さくなり、又走査面６上で偏向点変化による影響が
大きくなる惧れがある。
第１５図ａ），ｂ）は、第３実施例に係る走査光学系の
一部を構成する走査レンズ系５の好ましい構成例を示す
ものであり、偏向器側から第ｉ面の主走査断面の曲率半
径をｒｉ，副走査断面の曲率半径をｒ′ｉ，第ｉ番目の
レンズ肉厚又は空気間隔をｄｉ，第ｋ群レンズの使用波
長における屈折率をｎｋ，又、偏向点と第１面との間隔
をｅ，副走査断面内で第１の結像点と偏向点との間隔を
ｌ，走査レンズ系と走査面の間隔をｂ，主走査方向の焦
点距離をｆとすると、 〔実施例３−１〕 〔実施例３−２〕 〔実施例３−３〕 第１６図、第１７図、および第１８図はそれぞれ、上記
実施例３−１、同３−２、および同３−３の収差図であ
る。
次に、第１９図から第２３図に従って本発明の第４実施
例を説明する。
第１９図は、本発明の第４実施例に係るレーザービーム
プリンタ等の走査光学系の全系であり、第１９図ａ）
は、該走査光学系を主走査方向で切った断面（以下、単
に主走査断面という）の図であり、第１９図ｂ）は、該
走査光学系を副走査方向で切った断面（以下、単に副走
査断面という）の図である。
かかる走査光学系は、半導体レーザー１と、該半導体レ
ーザー１から発散されるレーザー光を略平行光束にする
コリメートレンズ２と、副走査断面内に曲率を持ち同断
面内でレーザー光を一度結像させるシリンダーレンズ３
と、該シリンダーレンズ３により副走査断面内でレーザ
ー光を結像させた位置Ｆ１より後方に配置された偏向器
４と、該偏向器４によって偏向された光束を走査面６上
に集光するアナモフィックな走査レンズ系５とから成
り、前記走査レンズ系５は、走査面６側に主走査断面内
の曲率より副走査断面内の曲率の方が強い凸のトーリッ
ク面を有するレンズの１群構成である。
尚、図中、Ｈｆ，Ｈｂは、主走査断面内の前側主点，後
側主点、Ｈ′ｆ，Ｈ′ｂは、副走査断面内の前側主点，
後側主点を示す。
該走査レンズ系５は、主走査断面内において、偏向器側
の面に入射する光束を光軸から離れた位置で入射するた
め、強い負の歪曲収差を発生しｆ・θレンズの入射角と
像高との直線性を良好にするとともに、走査面側の凸面
の正のパワーにより光束を走査面６上に結像する働きを
持つ。
一方、副走査断面内においては、走査レンズ系５への入
射光束は、発散光であり、主走査断面より強いパワーが
必要であるが、走査レンズの走査面６側の面が、トーリ
ック面であるため、副走査断面において主走査断面より
曲率が強く、大きな正のパワーを得ることができる。
又、偏向器側の面が副走査断面内に曲率を持つ凹のシリ
ンダー面である場合、トーリック面とのパワー配分によ
り、副走査方向の像面湾曲の補正において有利である。
更に、このような構成においては、副走査断面内におい
て、負のパワーを持つシリンダー面と正のパワーを持つ
トーリック面が組み合わされ、いわゆるレトロフォーカ
スの構成になっているため、主点を走査面６に寄せるこ
とができ、第１の結像位置Ｆ１の像と走査レンズ系５に
よって走査面６に結像される像との倍率を小さくするこ
とができる。
加えて、上記第４実施例が、下記に示す条件を満たせ
ば、更に良好な結果を得られるものである。
即ち、第１の条件は、 副走査断面内の第１の結像位置Ｆ１と偏向面までの距離
をｌ，走査レンズ系５の主走査断面内での焦点距離をｆ
としたとき、 0.03ｆ＜ｌ＜0.25ｆ‥‥‥‥（１） の条件を満たすことであり、 第２の条件は、 副走査断面内において、第１の結像位置Ｆ１の像と走査
レンズ系５によって走査面６に結像される像の倍率をｍ
としたとき、 １．７＜ｍ＜２．７‥‥‥‥（２） の条件を満たすことである。
尚、ここで倍率ｍは、第１の結像位置Ｆ１から副走査断
面内における走査レンズ系５の前側主点Ｈ′ｆまでの距
離をａとし、走査レンズ系５の後側主点Ｈ′ｂから、走
査面６上の結像位置までの距離をｂとすると、ｍは、 で求まる。
上記第１の条件は、第１の結像位置Ｆ１より偏向面まで
の距離に関する条件であり、ｌが0.03ｆより小さいと、
偏向面上での面積が狭くなり、傷やごみに弱くなると共
に、偏向点変化の影響が大きくなり、全走査角にわた
り、特に良好な性能を保証できなくなる惧れがある。逆
に、ｌが0.25ｆより大きくなると、面倒れ補正効果が小
さくなり、ピッチむらを生じてしまう惧れが出てくる。
上記第２の条件は、副走査断面内において、第１の結像
位置Ｆ１の像と走査レンズ系５によって走査面６上に結
像される像との倍率に関する条件であり、ｍが、１．７
より小さいと、この倍率を達成するために、走査レンズ
系５が走査面側に寄らざるを得ず、レンズ系が大型化し
てしまう惧れがあり、又副走査方向の焦点距離が短くな
り過ぎ、ビーム整形の点からも望ましくない。又、ｍが
２．７より大きいと、面倒れ補正効果が小さくなり、又
走査面６上で偏向点変化による影響が大きくなる惧れが
ある。
第２０図ａ），ｂ）は、第４実施例に係る走査光学系の
一部を構成する走査レンズ系５の好ましい構成例を示す
ものであり、偏向器側から第ｉ面の主走査断面の曲率半
径をｒｉ，副走査断面の曲率半径をｒ′ｉ，第ｉ番目の
レンズ肉厚又は空気間隔をｄｉ，第ｋ群レンズの使用波
長における屈折率をｎｋ，又、偏向点と第１面との間隔
をｅ，副走査断面内で第１の結像点と偏向点との間隔を
ｌ，走査レンズ系と走査面の間隔をｂ，主走査方向の焦
点距離をｆとすると、 〔実施例４−１〕 〔実施例４−２〕 〔実施例４−３〕 第２１図、第２２図、および第２３図はそれぞれ、上記
実施例４−１、同４−２、および同４−３の収差図であ
る。
ｆ．効果 以上のように本発明のレーザービームの走査光学系は、
シリンダーレンズの結像位置より光学的に後方に位置さ
せて偏向器を配設するとともに、走査レンズ系をアナモ
フィック光学系から構成し、かつシリンダーレンズによ
って、レーザー光が副走査断面内で結像した位置から偏
向器迄の距離をｌ、走査レンズ系の主走査断面内での焦
点距離をｆとしたとき、０．０３ｆ＜ｌ＜０．２５ｆの
条件を満足するようにしたので、偏光面のゴミや傷の影
響を受けにくく、かつ同時にビーム整形効果、および面
倒れ補正効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係る走査光学系の第１実施例の全系
を示す配置図であり、第１図ａ）は、主走査断面、第１
図ｂ）は、副走査断面を示す。 第２図は、第１実施例の一部を構成する走査レンズ系の
構成例を示すレンズ構成図であり、第２図ａ）は、主走
査断面、第２図ｂ）は、副走査断面を示す。 第３図乃至第８図は、第１実施例の走査レンズ系の実施
例１−１、同１−２、同１−３、同１−４、同１−５、
同１−６の収差図である。 第９図は、本発明に係る走査光学系の第２実施例の全系
を示す配置図であり、第９図ａ）は、主走査断面、第９
図ｂ）は、副走査断面を示す。 第１０図は、第２実施例の一部を構成する走査レンズ系
の構成例を示すレンズ構成図であり、第１０図ａ）は、
主走査断面、第１０図ｂ）は、副走査断面を示す。 第１１図乃至第１３図は、第２実施例の走査レンズ系の
実施例２−１、同２−２、同２−３の収差図である。 第１４図は、本発明に係る走査光学系の第３実施例の全
系を示す配置図であり、第１４図ａ）は、主走査断面
図、第１４図ｂ）は、副走査断面を示す。 第１５図は、第３実施例の一部を構成する走査レンズ系
の構成例を示すレンズ構成図であり、第１５図ａ）は、
主走査断面、第１５図ｂ）は、副走査断面を示す。 第１６図乃至第１８図は、第３実施例の走査レンズ系の
実施例３−１、同３−２、同３−３の収差図である。 第１９図は、本発明に係る走査光学系の第４実施例の全
系を示す配置図であり、第１９図ａ）は、主走査断面、
第１９図ｂ）は、副走査断面を示す。 第２０図は、第４実施例の一部を構成する走査レンズ系
の構成例を示すレンズ構成図であり、第２０図ａ）は、
主走査断面、第２０図ｂ）は、副走査断面を示す。 第２１図乃至第２３図は、第４実施例の走査レンズ系の
実施例４−１、同４−２、同４−３の収差図である。 １：半導体レーザー、２：コリメートレンズ ３：シリンダーレンズ、４：偏向器 ５：走査レンズ系、６：走査面 Ｆ1：第１の結像位置

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体レーザー； この半導体レーザーから発散されるレーザー光を略平行
    光束にするコリメートレンズ； このコリメートレンズを出たレーザー光を副走査断面内
    で結像させるシリンダーレンズ； このシリンダーレンズを出たレーザー光を走査する偏向
    器；および、 この偏向器で偏向されたレーザー光を走査面上に結像さ
    せる走査レンズ系；を備えたレーザービームの走査光学
    系において、 上記偏向器を、上記シリンダーレンズによるレーザー光
    の結像位置より光学的に後方に配置するとともに、上記
    走査レンズ系をアナモフィック光学系から構成し、 かつ、上記シリンダーレンズによって、レーザー光が副
    走査断面内で結像した位置から偏向器迄の距離をｌ、上
    記走査レンズ系の主走査断面内での焦点距離をｆとした
    とき、 ０．０３ｆ＜ｌ＜０．２５ｆ の条件を満足するようにしたことを特徴とするレーザー
    ビームの走査光学系。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記走査
    レンズ系は、偏向器側より副走査断面内に曲率を持つ凹
    のシリンダー面を有する負レンズである第１群レンズ
    と、偏向器側に凹面を向けた凸のメニスカスレンズであ
    る第２レンズ群と、偏向器側に平面を有し、走査面側に
    主走査断面内の曲率より副走査断面内の曲率の方が強い
    凸のトーリック面を有する第３群レンズとの３群構成で
    あるレーザービームの走査光学系。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、副走査断
    面内において、上記シリンダーレンズによって結像され
    る像と、上記走査レンズ系によって走査面に結像される
    像との倍率をｍとしたとき、 １．７＜ｍ＜２．７ の条件を満たすレーザービームの走査光学系。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、上記走査
    レンズ系は、偏向器側より副走査断面内に曲率を持つ凹
    のシリンダー面を有する負レンズである第１群レンズ
    と、偏向器側に平面を有し、走査面側に主走査断面内の
    曲率より副走査断面内の曲率の方が強い凸のトーリック
    面を有する第２群レンズとの２群構成であるレーザービ
    ームの走査光学系。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項において、副走査断
    面内において、上記シリンダーレンズによって結像され
    る像と、上記走査レンズ系によって走査面に結像される
    像との倍率をｍとしたとき、 １．１＜ｍ＜１．７ の条件を満たすレーザービームの走査光学系。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項において、第１レン
    ズ群の副走査断面内での焦点距離をｆ1′、走査レンズ
    系の主走査断面内での焦点距離をｆとしたとき、 ０．１５ｆ＜｜ｆ1′｜＜０．３５ｆ の条件を満たすレーザービームの走査光学系。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第１項において、上記走査
    レンズ系は、偏向器側より副走査断面内に曲率を持つ凹
    のシリンダー面を有する負レンズである第１群レンズ
    と、偏向器側に凹面を向けた凸のメニスカスレンズであ
    る第２レンズ群と、偏向器側に平面を有し、走査面側に
    主走査断面内の曲率より副走査断面内の曲率の方が強い
    凸のトーリック面を有する第３群レンズと、副走査断面
    内に曲率を持つ凸のシリンダー面を有する第４群レンズ
    との４群構成であるレーザービームの走査光学系。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項において、副走査断
    面内において、上記シリンダーレンズによって結像され
    る像と、上記走査レンズ系によって走査面に結像される
    像との倍率をｍとしたとき、 ０．８＜ｍ＜２．０ の条件を満たすレーザービームの走査光学系。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第１項において、走査面側
    に主走査断面内の曲率より副走査断面内の曲率の方が強
    い凸のトーリック面を有するレンズからなる１群構成で
    あるレーザービームの走査光学系。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項において、副走査
    断面内において、上記シリンダーレンズによって結像さ
    れる像と、上記走査レンズ系によって走査面に結像され
    る像との倍率をｍとしたとき、 １．７＜ｍ＜２．７ の条件を満たすレーザービームの走査光学系。
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