JPH11258531A

JPH11258531A - 光走査装置および走査結像レンズ

Info

Publication number: JPH11258531A
Application number: JP5996798A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kawamura; 篤川村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 1999-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-11
Also published as: JP3717656B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、
この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射さ
せる方式の光学配置の光走査装置で、走査線曲がりや像
面湾曲を良好とし、光スポット径の変動を小さくして、
良好な光走査を実現する。【解決手段】ＷＴ面を少なくとも片面に有する走査結像
レンズの、レンズ面形状、傾き角：α₁，α₂、変位量：
Δ₁，Δ₂を、偏向反射面への入射角：θに応じて、走査
線曲がり・像面湾曲・光スポット径の変動を、それぞれ
許容範囲内に抑えるように定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光走査装置および
走査結像レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】光源側からの光束を光偏向器により等角
速度的に偏向させ、偏向光束を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、デジタル
複写機や各種プリンタ等の画像形成装置に関連して広く
知られている。従来このような光走査装置は一般的に、
光源側からの光束と、偏向光束が偏向掃引する面とが、
同一平面上にあるように光学配置が設定されており、以
下の如き問題がある。即ち、第１に「光走査装置の床面
積」が大きくなる。第２に、光偏向器としては回転多面
鏡が最も一般的であるが、回転多面鏡の回転軸は偏向反
射面から離れているため、光源側からの光束の偏向反射
面への入射位置が、偏向反射面の回転に伴い偏向反射面
に対して変位し、偏向光束の偏向の起点が変動する所謂
「サグ」が発生するが、光走査の基準になる「光スポッ
トの像高：０を実現する偏向光束の方向」と「光源側か
ら偏向反射面への入射光束の方向」とが例えば６０度程
度の角をなすので、上記サグが、光走査領域の像高：０
の両側に非対称に発生し、サグの影響を考慮して像面湾
曲や「ｆθ特性等の等速特性」を非対称に補正する必要
が生じ、走査結像光学系の設計が難しくなる。

【０００３】これらの問題を一挙に解決できる光学配置
として、光源側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、
この偏向反射面の回転軸に斜めに交わる方向から入射さ
せて等角速度的に偏向させ、偏向光束を被走査面上に光
スポットとして集光させ、光源側から偏向反射面への入
射方向と上記回転軸とを含む平面に対して、光走査が対
称的になるようにする光学配置が考えられる。このよう
にすると、光源から光偏向器に至る光学系部分と、光偏
向器以後の光学系部分とを上下に重ねるようにレイアウ
トできるので、光走査装置の床面積を小さくして光走査
装置のコンパクト化を図ることができる。また、サグは
発生するにしても像高：０に対称的に発生するので、等
速特性や像面湾曲の補正が容易である。

【０００４】しかしながら反面、このような光学配置に
は以下の如き問題がある。即ち、光源側からの光束を光
偏向器の偏向反射面に、偏向反射面の回転軸に斜めに交
わるように入射させるため、偏向光束は円錐面を掃引す
るように偏向し、このため、偏向光束が「以後の光学系
に入射する位置」が、偏向に伴い副走査対応方向（光源
から被走査面に至る光路上で副走査方向と対応する方
向）において少なからず変動する。このため、被走査面
上における光スポットの軌跡が直線にならず所謂「走査
線曲がり」が発生してしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記光源
側からの光束を光偏向器の偏向反射面に、この偏向反射
面の回転軸に斜めに交わる方向から入射させる方式の光
学配置の光走査装置で、像面湾曲や光スポット径の変動
を良好にするとともに、走査線曲がりを有効に小さくし
て、良好な光走査を実現することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の走査結像レン
ズは「光源側からの光束を、偏向反射面の回転軸に対し
て入射角：θで斜めに交わる方向から偏向反射面に入射
させるとともに、偏向反射面近傍に主走査対応方向に長
い線像に結像させ、偏向反射面による反射光束を、偏向
反射面への入射光束の主光線と上記回転軸との形成する
平面に対して対称的に偏向させ、偏向光束を走査結像レ
ンズにより被走査面上に光スポットとして集光させ、被
走査面の光走査を行う光走査装置に用いられる走査結像
レンズ」であり、単一レンズで構成される。

【０００７】請求項１記載の走査結像レンズは、以下の
如き特徴を有する。入射側レンズ面に就き、その中心軸
をｘ₁軸、主走査に対応する方向をｙ₁軸とするとき、ｘ
₁ｙ₁面内の形状が非円弧形状である。射出側レンズ面に
就き、その中心軸をｘ₂軸、主走査に対応する方向をｙ₂
軸とするとき、ｘ₂ｙ₂面内の形状が非円弧形状である。
入射側レンズ面（偏向反射面側レンズ面）および／また
は射出側レンズ面（被走査面側レンズ面）は「ＷＴ面」
である。「ＷＴ面」は、以下の如き面である。例えば、
入射側レンズ面がＷＴ面である場合につき説明すると、
このレンズ面に関する上記座標：ｘ₁ｙ₁に直交する座標
軸をｚ₁軸とするとき、ｘ₁ｚ₁面に平行な平断面内にお
ける曲率半径：ｒ₁が、この平断面のｙ₁座標軸の関数：
ｒ₁(ｙ₁)として変化するような面である。ｘ₁軸とｘ₂軸
とは、これらを含む平面内で互いに有限の角をなす。即
ち、これらｘ₁，ｘ₂軸は同一面内にあるが、互いに向き
が異なる。ｘ₁軸とｘ₂軸とがなす角を小さくしていった
極限を考えると、この極限でｘ₁軸とｘ₂軸とは合致して
同一直線となるが、この直線が通常のレンズにおける
「光軸」に対応する。

【０００８】以下の説明のため、光走査装置の装置空間
に、以下の如く座標軸を設定する。即ち、偏向反射面の
回転軸をＺ軸とし、偏向反射面に入射する光束の主光線
とＺ軸とを含む平面内でＺ軸に直交する軸をＸ軸とし、
Ｘ軸とＺ軸とに直交する軸をＹ軸とする。このようにす
ると、光源側からの光束の主光線は、ＸＺ面内で偏向反
射面に入射することになるが、この入射光束の入射角が
θであるとは、上記入射光束の主光線が、ＸＹ面に平行
な面に対して、角：θだけ傾くことを意味する。また
「主走査対応方向」は、光源から被走査面に至る光路上
で主走査方向に対応する方向を言うが、Ｙ軸方向が主走
査対応方向にあたり、光源側からの光束は、Ｙ軸方向に
長い線像として結像することになる。また偏向光束は、
ＸＺ面に対称に偏向することになる。

【０００９】請求項１記載の走査結像レンズは、光走査
装置に以下の如く配備される。上述したように、ｙ₁軸
およびｙ₂軸は「主走査に対応する」から、走査結像レ
ンズは、そのｙ₁軸およびｙ₂軸が上記Ｙ軸に平行になる
ようにされる。そして、上記ｘ₁軸とｘ₂軸とを含む平面
が、ＸＺ面に合致させられる。偏向反射面への入射光束
の主光線と偏向反射面の回転軸との形成する平面、即ち
ＸＺ面内における偏向光束（ＸＹ面に対して角：θをな
す）の主光線に対して、入射側レンズ面はｘ₁軸を角：
α₁だけ傾けられ、さらにｘ₁軸は偏向反射面の回転軸に
平行な方向（Ｚ軸方向）へ変位量：Δ₁だけ変位され
る。射出側レンズ面はｘ₂軸を上記偏向光束の主光線に
対して角：α₂だけ傾ける、さらにｘ₂軸はＺ方向へ変位
量：Δ₂だけ変位されて配備される。このとき、上記
角：α₁，α₂、変位量：Δ₁，Δ₂が、走査線曲がり、像
面湾曲、光スポット径変動に対する補正パラメータとし
て用いられる。即ち、走査結像レンズのレンズ形状（レ
ンズ面形状、肉厚）やレンズ材質（屈折率）が走査結像
レンズに要請される条件を満足するように設計される
が、これらとともに、上記α₁，α₂、Δ₁，Δ₂も補正パ
ラメータとして設計に用いられるのである。

【００１０】上記のように、請求項１記載の走査結像レ
ンズにおいては、入射側レンズ面、射出側レンズ面の少
なくとも一方がＷＴ面であるが、勿論「入射側および射
出側レンズ面が、共にＷＴ面である」ようにすることが
できる（請求項２）。これら請求項１または２記載の走
査結像レンズにおいて、ｘ₁軸とｘ₂軸とを含む平面内
（光走査装置内ではＸＺ面内）における焦点距離をｆ_Z
とするとき、角：α₁，α₂は、入射角：θに対して、条
件：（１）０．８＜｜α₁／θ｜＜２．５（２）０．８＜｜α₂／θ｜＜２．５を満足し、変位量：Δ₁，Δ₂と焦点距離：ｆ_Zは、条
件：（３）１×１０~²＜｜Δ₁／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ （４）１×１０~²＜｜Δ₂／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ を満足することが好ましい（請求項３）。

【００１１】条件（１），（２）は、走査線曲がりを有
効に補正し、光スポット径の変動を有効に抑えるための
条件である。「光源側からの光束を、偏向反射面の回転
軸に対して入射角：θで斜めに交わる方向から偏向反射
面に入射させる」方式の光走査装置の場合、入射角：θ
が小さいほど、走査線の曲がりは軽微になるが、入射光
束と反射光束を分離するためいには、入射角：θは所定
量必要である。角：α₁，α₂はθに比例的であるのがよ
く、その比例係数は、角：α₁，α₂につきそれぞれ条件
（１），（２）の範囲が良い。条件（１），（２）の下
限を超えると、十分な走査線曲がり補正効果を実現する
ことができない。また、条件（１），（２）の上限を超
えると、光スポットの中間〜周辺像高で副走査方向のコ
マ収差が過大になり、波面収差が劣化し、中心部の像高
に比して、中間〜周辺像高で光スポット径が大きくな
る。

【００１２】条件（１），（２）の範囲で、走査結像レ
ンズを「傾ける」と、前述のように、走査線曲がりは有
効に補正されるが、レンズの傾きに起因してコマ収差が
発生する。条件（３），（４）は、このコマ収差を有効
に補正する条件である。条件（３），（４）の下限を超
えると、上記傾きによるコマ収差をキャンセルできず、
波面収差が劣化して、光スポット径の変動が大きくな
る。条件（３），（４）の上限を超えると、副走査対応
方向（光源から被走査面に至る光路上で副走査方向に対
応する方向）において高次の像面湾曲が大きくなり、光
スポットの周辺像高において像面が急速に走査結像レン
ズ側に倒れるため、副走査方向の光スポット径が周辺像
高で急速に大きくなる。

【００１３】請求項４記載の走査結像レンズは以下の如
き特徴を有する。光軸をｘ軸、主走査に対応する方向を
ｙ軸とするとき、入射側レンズ面および射出側レンズ面
はともに、ｘｙ面内の形状が非円弧形状である。入射側
レンズ面および／または射出側レンズ面がＷＴ面であ
る。前記ＸＺ面内における偏向光束の主光線に対して、
ｘ軸を角：αだけ傾けられるとともに、入射側レンズ面
は、ｘ軸をＺ軸方向へ変位量：Δ₁、射出側レンズ面
は、ｘ軸をＺ軸方向へ変位量：Δ₂、それぞれ変位され
て配備され、角：α、変位量：Δ₁，Δ₂が、走査線曲が
り、像面湾曲、光スポット径変動に対する補正パラメー
タとして用いられる。即ち、請求項４記載の走査結像レ
ンズは、請求項１記載の走査結像レンズにおいて、軸ｘ
₁，ｘ₂が合致して光軸（ｘ軸）となったものである。

【００１４】この請求項４記載の走査結像レンズにおい
て、偏向反射面への入射光束の主光線と偏向反射面回転
軸との形成する平面：ＸＺ面内における焦点距離をｆ_Z
とするとき、角：αは、入射角：θに対して、条件：（５）０．８＜｜α／θ｜＜２．５を満足し、変位量：Δ₁，Δ₂と焦点距離：ｆ_Zは条件：（６）１×１０~²＜｜Δ₁／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ （７）１×１０~²＜｜Δ₂／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ を満足することが好ましい（請求項５）。

【００１５】条件（５）は前記条件（１），（２）と同
じく、走査線曲がりを有効に補正し、光スポット径の変
動を有効に抑えるための条件であり、下限を超えると、
十分な走査線曲がり補正効果を実現することができず、
上限を超えると、光スポットの中間〜周辺像高で副走査
方向のコマ収差が過大になり、波面収差が劣化し、中心
部の像高に比して、中間〜周辺像高で光スポット径が大
きくなる。条件（６），（７）は、前記条件（３），
（４）と同じく、レンズの傾きに起因するコマ収差を有
効に補正する条件であり、条件（６），（７）の下限を
超えると、上記傾きによるコマ収差をキャンセルでき
ず、波面収差が劣化して、光スポット径の変動が大きく
なり、条件（６），（７）の上限を超えると、副走査対
応方向において高次の像面湾曲が大きくなり、光スポッ
トの周辺像高において像面が急速に走査結像レンズ側に
倒れるため、副走査方向の光スポット径が周辺像高で急
速に大きくなる。

【００１６】上記請求項１〜５の任意の１に記載の走査
結像レンズは、何れも「等角速度的に偏向される偏向光
束による被走査面の光走査を等速化する機能」を有する
ことができる（請求項６）。また、請求項１〜６の任意
の１に記載の走査結像レンズは何れも、偏向反射面近傍
に「主走査対応方向に長い線像」に結像した偏向光束を
被走査面上に光スポットとして集光するから「副走査対
応方向に関して、偏向反射面位置近傍と被走査面位置と
を共役な関係とする機能を有するが、この共役な関係に
おける近軸倍率：ｍは、条件：（８）２＜｜ｍ｜＜６を満足することが好ましい（請求項７）。即ち、下限を
超えると、走査結像レンズの配置が被走査面に近づくた
め、走査結像レンズがＹ方向に長大化して、加工が難し
くなり、コストアップを招く。逆に上限を超えると、偏
向反射面におけるＸ軸方向誤差が「ｍ²倍」で被走査面
に伝搬されるので、偏向反射面の位置精度や面精度に高
精度が要求され、コストアップの原因となる。

【００１７】この発明の光走査装置は「光源側からの光
束を、偏向反射面の回転軸（Ｚ軸）に対して入射角：θ
で斜めに交わる方向から偏向反射面に入射させるととも
に、偏向反射面近傍に主走査対応方向（Ｙ軸方向）に長
い線像に結像させ、偏向反射面による反射光束を、偏向
反射面への入射光束の主光線と回転軸との形成する平面
（ＸＺ面）に対して対称的に偏向させ、偏向光束を、走
査結像レンズにより被走査面上に光スポットとして集光
させ、被走査面の光走査を行う光走査装置」である。請
求項８記載の光走査装置は以下の如き特徴を有する。即
ち、走査結像レンズとして、上記請求項１または２また
は３記載の走査結像レンズを用い、走査結像レンズの材
質および形状ならびに角：α₁，α₂、変位量：Δ₁，Δ₂
の調整により、像面湾曲、走査線曲がり、光スポット径
の変動を、それぞれ許容範囲内に抑えている。請求項９
記載の光走査装置は以下の如き特徴を有する。即ち、走
査結像レンズとして、上記請求項４または５記載の走査
結像レンズを用い、走査結像レンズの材質および形状な
らびに角：α、変位量：Δ₁，Δ₂の調整により、像面湾
曲、走査線曲がり、光スポット径の変動を、それぞれ許
容範囲内に抑えている。これら請求項８または９記載の
光走査装置において、走査結像レンズは「等角速度的に
偏向される偏向光束による被走査面の光走査を等速化す
る機能」を有することができ（請求項１０）、副走査対
応方向における前記共役な関係における近軸倍率：ｍ
が、条件：（８）２＜｜ｍ｜＜６を満足するように構成できる（請求項１１）。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の光走査装置の
実施の１形態を説明するための図である。図１（ａ）に
おいて、符号１０は「光源」である半導体レーザ、符号
１５はカップリングレンズ、符号２０はアパーチュア、
符号２５はシリンドリカルレンズ、符号３０は「光偏向
器」としての回転多面鏡、符号３１は偏向反射面、符号
３０ＡＸは偏向反射面３１の回転軸（回転多面鏡３０自
体の回転軸）、符号４０は走査結像レンズ、符号５０は
被走査面（実態的には光導電性の感光体の感光面）をそ
れぞれ示している。

【００１９】半導体レーザ１０から放射された光束は、
カップリングレンズ１５により以後の光学系にカップリ
ングされる。カップリングされた光束は、以後の光学系
の光学特性如何により、平行光束となることもできる
し、集束性の光束となることも発散性の光束となること
もできる。カップリングされた光束は、アパーチュア２
０を通過する際に周辺光束部を除去されて所謂「ビーム
整形」される。ビーム整形された光束は、シリンドリカ
ルレンズ２５により副走査対応方向に集束され、偏向反
射面３１の位置に主走査対応方向に長い線像として結像
する。偏向反射面３１による反射光束は回転多面鏡３０
の等速回転に伴い等角速度的に偏向する偏向光束とな
り、走査結像レンズ４０により被走査面５０上に光スポ
ットを形成し、被走査面５０を光走査する。図１（ａ）
において、回転多面鏡３０の回転軸３０ＡＸに合致させ
て「Ｚ軸」を設定し、図の如くＸ，Ｙ方向を定める。す
ると、半導体レーザ１０側から偏向反射面３１へ入射す
る光束（の主光線）と回転軸３０ＡＸとは同一面内、即
ち「ＸＺ面」内にあることになる。Ｙ方向は「主走査対
応方向」になる。

【００２０】図１（ｂ）は（ａ）の状態をＹ方向から見
た状態を示し、（ｂ）におけるの図の面は「ＸＺ面」に
なっている。（ｂ）に示すように、半導体レーザ１０側
からの光束の主光線は、ＸＺ面内において、偏向反射面
３１の回転軸３０ＡＺに対して入射角：θを持って偏向
反射面３１に入射する。即ち、入射角：θは、回転軸３
０ＡＸに対して直交する平面（ＸＹ面）に対して入射光
束の主光線がなす角である。図１（ｂ）において、入射
角：θをθ（−）と表示したのは、回転軸３０ＡＸに直
交する平面に対し、入射光束がＺ方向の「負の側」から
入射することを表している。図１（ａ）から明らかなよ
うに、回転多面鏡３０の回転に従い、被走査面５０の光
走査はＸＺ面に略対称、即ち「ＸＺ面に対して対称的」
に行われる。即ち、図１に実施の形態を示す光走査装置
は「光源１０側からの光束を、偏向反射面３１の回転軸
（Ｚ軸）に対して入射角：θで斜めに交わる方向から、
偏向反射面３１に入射させるとともに、偏向反射面近傍
に主走査対応方向（Ｙ方向）に長い線像に結像させ、偏
向反射面３１による反射光束を、偏向反射面への入射光
束の主光線と上記回転軸との形成する平面（ＸＺ面）に
対して対称的に偏向させ、偏向光束を、走査結像レンズ
４０により被走査面５０上に光スポットとして集光さ
せ、被走査面５０の光走査を行う光走査装置」であり
（請求項８，９）、走査結像レンズ４０が、請求項１ま
たは２または３記載の走査結像レンズであるときには請
求項８記載の光走査装置となり、走査結像レンズ４０
が、請求項４または５記載の走査結像レンズであるとき
には請求項９記載の光走査装置となる。

【００２１】図２は、請求項１記載の走査結像レンズの
形状と、光走査装置内への配備を説明するための図であ
る。図１の実施の形態において走査結像レンズ４０とし
て用いられるレンズ４０Ａは、単一レンズで構成され、
入射側レンズ面４１Ａに就き中心軸をｘ₁軸、主走査に
対応する方向（図面に直交する方向）をｙ₁軸とすると
き、ｘ₁ｙ₁面内の形状が非円弧形状である。また射出側
レンズ面４１Ｂに就き中心軸をｘ₂軸、主走査に対応す
る方向をｙ₂軸とするとき、ｘ₂ｙ₂面内の形状が非円弧
形状である。入射側レンズ面４１Ａおよび／または射出
側レンズ面４１ＢがＷＴ面であり、ｘ₁軸とｘ₂軸とが、
これらを含む平面内（図中のＸＺ面）で互いに有限の角
をなす。偏向反射面への入射光束の主光線と偏向反射面
回転軸（Ｚ軸）との形成する平面（ＸＺ面）内における
偏向光束の主光線ＦＬに対して、入射側レンズ面４１Ａ
はｘ₁軸を角：α₁（−）だけ傾けると共に、ｘ₁軸を偏
向反射面の回転軸に平行な方向へ変位量：Δ₁だけ変位
され、射出側レンズ面４１Ｂはｘ₂軸を角：α₂（−）だ
け傾けると共に、ｘ₂軸を偏向反射面の回転軸に平行な
方向へ変位量：Δ₂だけ変位されて配備される。これら
角：α₁，α₂、変位量：Δ₁，Δ₂が、走査線曲がり、像
面湾曲、光スポット径変動に対する補正パラメータとし
て用いられるのである。

【００２２】図３は、請求項４記載の走査結像レンズの
形状と、光走査装置内への配備を説明するための図であ
る。図１の実施の形態において走査結像レンズ４０とし
て用いられるレンズ４０Ｂは、単一レンズで構成され、
光軸をｘ軸、主走査に対応する方向（図面に直交する方
向）をｙ軸とするとき、入射側レンズ面４２Ａおよび射
出側レンズ面４２Ｂはともに、ｘｙ面内の形状が非円弧
形状である。入射側レンズ面４２Ａおよび／または射出
側レンズ面４２ＢがＷＴ面であり、偏向反射面への入射
光束の主光線と偏向反射面回転軸（Ｚ軸）との形成する
平面（ＸＺ面）内における偏向光束の主光線ＦＬに対し
て、ｘ軸を角：α（−）だけ傾けられるとともに、入射
側レンズ面４２Ａは、ｘ軸を偏向反射面の回転軸に平行
な方向へ変位量：Δ₁だけ、射出側レンズ面４２Ｂは、
ｘ軸を偏向反射面の回転軸に平行な方向へ変位量：Δ₂
だけ、それぞれ変位されて配備される。これら角：α、
変位量：Δ₁，Δ₂が、走査線曲がり、像面湾曲、光スポ
ット径変動に対する補正パラメータとして用いられる。
上記図２，図３に即した説明において、角：α₁，α₂に
付した（−）は主光線ＦＬに対して時計回りの角を負と
することを意味し、角：θに付した（＋）は、Ｘ軸に対
して反時計回りの角を正とする個とを意味する。上に説
明した実施の形態における入射角：θ、傾き角：α₁，
α₂、変位量：Δ₁，Δ₂の符号を全体として反転させた
光学配置も勿論可能であることを付記しておく。

【００２３】

【実施例】以下、具体的な実施例を３例挙げる。

【００２４】各実施例とも、図１に示した実施の形態の
実施例である。光源１０としての半導体レーザは発光波
長７８０ｎｍのものである。カップリングレンズ１５は
焦点距離：９ｍｍ、ＮＡ＝０．３のものでカップリング
作用は「コリメート作用」であり、カップリングされた
光束は「実質的な平行光束」となる。アパーチュア２０
は開口径：３ｍｍの円形開口を有するものであり、シリ
ンドリカルレンズ２５は副走査対応方向の焦点距離：６
０ｍｍの「平凸レンズ」であり、光源側からの光束は被
走査面近傍においては、主走査対応方向では略平行で、
副走査対応方向には集光され、全体として主走査対応方
向（Ｙ方向）に長い線像になっている。このような光学
系レイアウトにおいて、像面湾曲の許容範囲を主・副走
査方向とも、±１ｍｍ以内、走査線曲がりの許容範囲を
０．１ｍｍ以内、光スポット径の変動を主・副走査方向
とも３．５μｍ以下とし、これら許容範囲内の性能が実
現されるように、走査結像レンズ４０のレンズ面形状、
傾き角：α，α₁，α₂、変位量：Δ₁，Δ₂を、入射角：
θに応じて決定した。

【００２５】以下、走査結像レンズの形状および配備態
位の特定に就き説明する。実施例１においては、走査結
像レンズとして請求項３記載のものが用いられており、
実施例２および３においては、請求項５記載のものが用
いられている。実施例１〜３の何れにおいても、走査結
像レンズのレンズ面は「ＷＴ面」である。各面の「非円
弧形状」は、周知の式：ｘ(ｙ)＝（ｙ²/Ｒ）／［１＋√{１−(１＋Ｋ)(ｙ/Ｒ)²}］Ａ₀・ｙ²＋Ａ・ｙ⁴＋Ｂ・ｙ⁶＋Ｃ・ｙ⁸＋Ｄ・ｙ¹⁰＋．．．における、近軸曲率半径：Ｒ及び定数：Ｋ，Ａ₀，Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，．.を与えて特定する。走査結像レンズが
請求項５記載のものであるとき、この式の「ｘ」は光軸
に合致させた座標で、「ｙ」は主走査方向に対応する座
標である。また、走査結像レンズが請求項３記載のもの
であるときは「ｘ，ｙ」は入射側レンズ面に関しては
「ｘ₁，ｙ₁」、射出側レンズ面に関しては「ｘ₂，ｙ₂」
を用いる。また、「特殊トーリック面」であるＷＴ面を
特定する、ＸＺ面に平行な面内における曲率半径のＹの
関数形状：ｒ_i(ｙ)は、偶数次の多項式：ｒ_i(ｙ)＝ａ＋
ｂ・ｙ²＋ｃ・ｙ⁴＋ｄ・ｙ⁶＋ｅ・ｙ⁸＋ｆ・ｙ¹⁰＋ｇ・
ｙ¹²＋．．における各係数：ａ，ｂ，．．．，，ｇ．．
を与えて特定する。ｉは入射側レンズ面に関してｉ＝
１、射出側レンズ面に関してはｉ＝２である。

【００２６】各実施例において、走査結像レンズの材質
の屈折率（波長７８０ｎｍのひかりに対するもの）を
「ｎ₇₈₀」、光走査装置内のＸＺ面内（ｘｚ面内、ｘ₁ｚ
₁面もしくはｘ₂ｚ₂面）におけるレンズ肉厚（走査結像
レンズが請求呼応３記載のものであるときには、ｙ₁軸
の原点とｙ₂軸の原点との距離）をｄ(０)とする。

【００２７】また、ＸＺ面内における偏向光束の主光線
（図１２における直線：ＦＬ）に対して、ｘ軸もしくは
ｘ₁軸を合致させて配備させた状態を「基準状態」し、
この基準状態において、入射側レンズ面が位置するＸ軸
方向の距離を「Ｓ(０)」とし、射出側レンズ面と被走査
面とのＸ軸方向の距離を「ｌ(０)」とする。なお、距離
の次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

【００２８】実施例１ S(0)=45.5，d(0)=13.2，l(0)=172.2，n₇₈₀=1.52441，θ
（＋）=0.0806 rad 入射側レンズ面：ＷＴ面ｘ₁ｙ₁面内の非円弧形状 R=208.373，K=-6.077E+1,A₀=-1.879E-4,A=-5.031E-7,B=
1.261E-10,C=-4.089E-14,D= 2.987E-18 r₁(y₁) ａ＝−１６５．０５，ｂ＝５．５７９Ｅ−２，ｃ＝
−２．０１９Ｅ−４，ｄ＝５．０４３Ｅ−７，ｅ＝
−８．３０２Ｅ−１０，ｆ＝６．３２６Ｅ−１３
，ｇ＝−１．８３１Ｅ−１６射出側レンズ面：ＷＴ面ｘ_２ｙ₂面内の非円弧形状 R=-152.69，K= 0.9840，A₀=-4.044E-4 , A=-7.295E-7,B
= 1.495E-10 , C=-7.287E-140 , D= 5.104E-18 r₂(y₂) a=-19.833 , b=-6.700E-4 ,c= 1.093E-6 , d= 6.400E-1
0,e=-3.381E-12 , f= 3.126E-15 , g=-9.374E-19 α₁＝０．１２２rad α₂＝０．１１４５rad ,Δ₁＝−
２．４２９ mm ,Δ₂＝−１．９２７mm
。

【００２９】実施例１の球面収差（波面収差）の像高に
よる変化を以下に示す。像高波面収差(RMS) (mm) (λ=780nm) ００．００８６３５０．０１４９５８０．０１２９８２０．０１７３９３０．０１３３１０５０．０１２２条件（１）〜（４），（８）のパラメータの値：｜α₁／θ｜＝１．５１｜α₂／θ｜＝１．４２｜Δ₁／ｆ_Z｜＝５．８３Ｅ−２｜Δ₂／ｆ_Z｜＝４．６２Ｅ−２｜ｍ｜＝３．１０（ｆ_Z＝４１．７）図４に、実施例１に関する像面湾曲（実線は副走査方
向、破線は主走査方向）、走査線曲がり、リニアリティ
およびｆθ特性の図を示す。これらから、実施例が走査
線曲がりのみならず、像面湾曲やリニアリティおよびｆ
θ特性も良好に補正されている。なお、上のデータ表記
において、例えば「Ｅ−９」は「１０~⁹」を意味する。
以下同様である。

【００３０】実施例２ S(0)=45.5 ,d(0)=13.0 ,l(0)=176.8 , n₇₈₀=1.52441 ,
θ（＋）=0.0806 rad 入射側レンズ面：ＷＴ面ｘｙ面内の非円弧形状 R=207.192 ， K=-6.044E+1 , A₀=-1.396E-4 ,A=-5.034E
-7,B= 1.258E-10 , C=-4.098E-14 , D= 2.917E-18 r₁(y₁) a=-161.55 , b= 5.924E-2 , c=-2.016E-4 ,d= 3.759E-
7 ,e=-6.073E-10 , f= 4.929E-13 , g=-1.540E-16 射出側レンズ面：ＷＴ面ｘｙ面内の非円弧形状 R=-152.94 , K= 0.9844 , A₀=-3.655E-4 , A=-7.305E-
7 ,B= 1.493E-10 , C=-7.292E-14 , D= 5.102E-18 r₂(y₂) a=-19.862 , b=-7.272E-4 , c= 1.087E-6 , d= 1.215E-
9 ,e=-4.674E-12 , f= 5.502E-15 , g=-1.690E-18 α＝０．１３０６ rad Δ₁＝−２．２４７ mm ， Δ₂＝−１．６９４ mm
。

【００３１】実施例２の球面収差（波面収差）の像高に
よる変化を以下に示す。像高波面収差(RMS) (mm) (λ=780nm) ００．０１４４３５０．０１５３５８０．０１４１８２０．０１５４９３０．０１２１１０５０．０１２９条件（５），（６）〜（８）のパラメータの値：｜α／θ｜＝１．６２｜Δ₁／ｆ_Z｜＝５．３６Ｅ−２｜Δ₂／ｆ_Z｜＝４．０４Ｅ−２｜ｍ｜＝３．１９（ｆ_Z＝４１．９）図５に、実施例２に関する像面湾曲（実線は副走査方
向、破線は主走査方向）、走査線曲がり、リニアリティ
およびｆθ特性の図を示す。これらから、実施例が走査
線曲がりのみならず、像面湾曲やリニアリティおよびｆ
θ特性も良好に補正されている。

【００３２】実施例３ S(0)=46.3 , d(0)=11.5 , l(0)=174.8 , n₇₈₀=1.52441
, θ(＋)=0.0605 rad 入射側レンズ面：ＷＴ面ｘｙ面内の非円弧形状 R=205.770 , K=-5.691E+1 , A₀=-3.317E-5 , A=-5.027E
-7 ,B= 1.255E-10 , C=-4.056E-14 , D= 3.090E-18 r₁(y₁) a=-168.84 , b= 6.330E-2 , c=-2.024E-4 , d= 3.754E-
7 ,e=-4.920E-10 , f= 3.226E-13 , g=-8.142E-17 射出側レンズ面：ＷＴ面ｘｙ面内の非円弧形状 R=-154.17 , K= 1.092 , A₀=-1.841E-4 , A=-7.253E-7 B= 1.527E-10 , C=-7.271E-14 , D= 5.090E-18 r₂(y₂) a=-19.761 , b=-8.503E-4 , c= 1.064E-6 , d= 3.593E-
9 ,e=-2.381E-12 , f= 2.117E-15 , g=-5.788E-19 α＝０．０９８５rad Δ₁＝−２．１４６ mm ，Δ₂＝−１．１３２ mm
。

【００３３】実施例３の球面収差（波面収差）の像高に
よる変化を以下に示す。像高波面収差(RMS) (mm) (λ=780nm) ００．０１９７３５０．０１９５５８０．０２１０８２０．０１９８９３０．０２０５１０５０．０１７５条件（５），（６）〜（８）のパラメータの値：｜α／θ｜＝１．６３｜Δ₁／ｆ_Z｜＝５．１６E−２｜Δ₂／ｆ_Z｜＝２．７２E−２｜ｍ｜＝３．１８（ｆ_Z＝４１．６）図６に、実施例３に関する像面湾曲（実線は副走査方
向、破線は主走査方向）、走査線曲がり、リニアリティ
およびｆθ特性の図を示す。これらから、実施例が走査
線曲がりのみならず、像面湾曲やリニアリティおよびｆ
θ特性も良好に補正されている。

【００３４】即ち、上記実施例１は、光走査装置として
は、光源側からの光束を、偏向反射面の回転軸に対して
入射角：θで斜めに交わる方向から偏向反射面に入射さ
せるとともに、偏向反射面近傍に主走査対応方向に長い
線像に結像させ、偏向反射面による反射光束を、偏向反
射面への入射光束の主光線と上記回転軸との形成する平
面に対して対称的に偏向させ、偏向光束を、走査結像レ
ンズにより被走査面上に光スポットとして集光させ、被
走査面の光走査を行う光走査装置において、走査結像レ
ンズとして、請求項３記載の走査結像レンズを用い、走
査結像レンズの材質および形状ならびに角：α₁，α₂、
変位量：Δ₁，Δ₂の調整により、像面湾曲、走査線曲が
り、光スポット径の変動をそれぞれ、許容範囲内に抑え
たものであり（請求項８）、実施例２，３は、光走査装
置としては、光源側からの光束を、偏向反射面の回転軸
に対して入射角：θで斜めに交わる方向から偏向反射面
に入射させるとともに、偏向反射面近傍に主走査対応方
向に長い線像に結像させ、偏向反射面による反射光束
を、偏向反射面への入射光束の主光線と上記回転軸との
形成する平面に対して対称的に偏向させ、偏向光束を、
走査結像レンズにより被走査面上に光スポットとして集
光させ、被走査面の光走査を行う光走査装置において、
走査結像レンズとして、請求項５記載の走査結像レンズ
を用い、走査結像レンズの材質および形状ならびに角：
α、変位量：Δ₁，Δ₂の調整により、像面湾曲、走査線
曲がり、光スポット径の変動をそれぞれ、許容範囲内に
抑えたものである（請求項９）。また、各実施例とも、
走査結像レンズは「等角速度的に偏向される偏向光束に
よる被走査面の光走査を等速化する機能」を有し（請求
項１０）、副走査対応方向における共役な関係における
近軸倍率：ｍが、条件（８）を満足する（請求項１
１）。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な走査結像レンズおよび光走査装置を実現でき
る。この発明の走査結像レンズは、上記の如く、角：α
もしくはα₁，α₂及びΔ₁，Δ₂を走査線曲がりや像面湾
曲等の補正パラメータとして利用することにより、斜め
入射型の光走査装置の走査線曲がりを有効に補正すると
ともに、像面湾曲や光スポット径の変動を有効に抑え
て、良好な光走査を実現することができる。なお、請求
項１〜３の任意の１に記載の走査結像レンズは、プラス
チック成形により容易且つ安価に製造が可能である。ま
た、この発明の光走査装置は、上記の如く、光源側から
の光束を光偏向器の偏向反射面に、偏向反射面の回転軸
に斜めに交わる方向から入射させる方式の光学配置であ
るから光走査装置の床面積を小さく小型化でき、発生す
るサグが光スポットの像高０の両側に対称的であるか
ら、走査結像レンズが特殊トーリック面（ＷＴ面）を含
むとは言え、主走査対応方向において光軸対称な比較的
製造の容易なレンズとして実現でき、この走査結像レン
ズを用いることにより、走査線曲がりや像面湾強を良好
に補正し、光スポット径の変動を小さくして、良好な光
走査を実現することが可能となる。また、請求項６，１
０記載の発明では、走査線曲がりを有効に補正し、光ス
ポット形状を適正に保ち、像面湾曲や光スポット径を良
好に補正できるとともに、光走査の等速性を実現でき、
請求項７，１１の発明では、走査結像レンズを長大化さ
せることなく偏向反射面の位置精度や面精度を緩やかに
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の１形態を説明するための図で
ある。

【図２】請求項１記載の走査結像レンズの形状および光
走査装置への配備状態を説明するための図である。

【図３】請求項４記載の走査結像レンズの形状および光
走査装置への配備状態を説明するための図である。

【図４】実施例１に関する像面湾曲・走査線曲がり・リ
ニアリティ・ｆθ特性を示す図である。

【図５】実施例２に関する像面湾曲・走査線曲がり・リ
ニアリティ・ｆθ特性を示す図である。

【図６】実施例３に関する像面湾曲・走査線曲がり・リ
ニアリティ・ｆθ特性を示す図である。

【符号の説明】

１０半導体レーザ１５カップリングレンズ２５シリンドリカルレンズ３０回転多面鏡３１偏向反射面３０ＡＸ偏向反射面の回転軸４０走査結像レンズ５０被走査面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源側からの光束を、偏向反射面の回転軸
に対して入射角：θで斜めに交わる方向から上記偏向反
射面に入射させるとともに上記偏向反射面近傍に主走査
対応方向に長い線像に結像させ、上記偏向反射面による
反射光束を、上記偏向反射面への入射光束の主光線と上
記回転軸との形成する平面に対して対称的に偏向させ、
偏向光束を走査結像レンズにより被走査面上に光スポッ
トとして集光させ、上記被走査面の光走査を行う光走査
装置に用いられる走査結像レンズであって、単一レンズで構成され、入射側レンズ面に就き、その中心軸をｘ₁軸、主走査に
対応する方向をｙ₁軸とするとき、ｘ₁ｙ₁面内の形状が
非円弧形状であり、射出側レンズ面に就き、その中心軸をｘ₂軸、主走査に
対応する方向をｙ₂軸とするとき、ｘ₂ｙ₂面内の形状が
非円弧形状であり、入射側レンズ面および／または射出側レンズ面がＷＴ面
であり、上記ｘ₁軸とｘ₂軸とが、これらを含む平面内で互いに有
限の角をなし、上記偏向反射面への入射光束の主光線と上記回転軸との
形成する平面内における偏向光束の主光線に対して、上
記入射側レンズ面はｘ₁軸を角：α₁だけ傾けると共に、
ｘ₁軸を偏向反射面の回転軸に平行な方向へ変位量：Δ₁
だけ変位され、上記射出側レンズ面はｘ₂軸を角：α₂だけ傾けると共
に、ｘ₂軸を偏向反射面の回転軸に平行な方向へ変位
量：Δ₂だけ変位されて配備され、上記角：α₁，α₂、変位量：Δ₁，Δ₂が、走査線曲が
り、像面湾曲、光スポット径変動に対する補正パラメー
タとして用いられることを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項２】請求項１記載の走査結像レンズにおいて、入射側および射出側レンズ面が、共にＷＴ面であること
を特徴とする走査結像レンズ。
【請求項３】請求項１または２記載の走査結像レンズに
おいて、ｘ₁軸とｘ₂軸とを含む平面内における焦点距離をｆ_Zと
するとき、角：α₁，α₂が、入射角：θに対して、条件：（１）０．８＜｜α₁／θ｜＜２．５（２）０．８＜｜α₂／θ｜＜２．５を満足し、変位量：Δ₁，Δ₂と焦点距離：ｆ_Zが条件：（３）１×１０~²＜｜Δ₁／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ （４）１×１０~²＜｜Δ₂／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ を満足することを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項４】光源側からの光束を、偏向反射面の回転軸
に対して入射角：θで斜めに交わる方向から上記偏向反
射面に入射させるとともに上記偏向反射面近傍に主走査
対応方向に長い線像に結像させ、上記偏向反射面による
反射光束を、上記偏向反射面への入射光束の主光線と上
記回転軸との形成する平面に対して対称的に偏向させ、
偏向光束を走査結像レンズにより被走査面上に光スポッ
トとして集光させ、上記被走査面の光走査を行う光走査
装置に用いられる走査結像レンズであって、単一レンズで構成され、光軸をｘ軸、主走査に対応する方向をｙ軸とするとき、
入射側レンズ面および射出側レンズ面はともに、ｘｙ面
内の形状が非円弧形状で、入射側レンズ面および／または射出側レンズ面がＷＴ面
であり、上記偏向反射面への入射光束の主光線と上記回転軸との
形成する平面内における偏向光束の主光線に対して、ｘ
軸を角：αだけ傾けられるとともに、上記入射側レンズ
面はｘ軸を偏向反射面の回転軸に平行な方向へ変位量：
Δ₁だけ、上記射出側レンズ面はｘ軸を偏向反射面の回
転軸に平行な方向へ変位量：Δ₂だけ、それぞれ変位さ
れて配備され、上記角：α、変位量：Δ₁，Δ₂が、走査線曲がり、像面
湾曲、光スポット径変動に対する補正パラメータとして
用いられることを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項５】請求項４記載の走査結像レンズにおいて、上記偏向反射面への入射光束の主光線と上記回転軸との
形成する平面内における焦点距離をｆ_Zとするとき、角：αが、入射角：θに対して、条件：（５）０．８＜｜α／θ｜＜２．５を満足し、変位量：Δ₁，Δ₂と焦点距離：ｆ_Zが条件：（６）１×１０~²＜｜Δ₁／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ （７）１×１０~²＜｜Δ₂／ｆ_Z｜＜１×１０~¹ を満足することを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項６】請求項１〜５の任意の１に記載の走査結像
レンズにおいて、等角速度的に偏向される偏向光束による被走査面の光走
査を等速化する機能を有することを特徴とする走査結像
レンズ。
【請求項７】請求項１〜６の任意の１に記載の走査結像
レンズにおいて、副走査対応方向に関して、偏向反射面位置近傍と被走査
面位置とを共役な関係とする機能を有し、上記共役な関
係における近軸倍率：ｍが、条件：（８）２＜｜ｍ｜＜６を満足することを特徴とする走査結像レンズ。
【請求項８】光源側からの光束を、偏向反射面の回転軸
に対して入射角：θで斜めに交わる方向から上記偏向反
射面に入射させるとともに上記偏向反射面近傍に主走査
対応方向に長い線像に結像させ、上記偏向反射面による
反射光束を、上記偏向反射面への入射光束の主光線と上
記回転軸との形成する平面に対して対称的に偏向させ、
偏向光束を、走査結像レンズにより被走査面上に光スポ
ットとして集光させ、上記被走査面の光走査を行う光走
査装置において、走査結像レンズとして、請求項１または２または３記載
の走査結像レンズを用い、走査結像レンズの材質および
形状ならびに角：α₁，α₂、変位量：Δ₁，Δ_２の調整
により、像面湾曲、走査線曲がり、光スポット径の変動
をそれぞれ、許容範囲内に抑えたことを特徴とする光走
査装置。
【請求項９】光源側からの光束を、偏向反射面の回転軸
に対して入射角：θで斜めに交わる方向から上記偏向反
射面に入射させるとともに上記偏向反射面近傍に主走査
対応方向に長い線像に結像させ、上記偏向反射面による
反射光束を、上記偏向反射面への入射光束の主光線と上
記回転軸との形成する平面に対して対称的に偏向させ、
偏向光束を、走査結像レンズにより被走査面上に光スポ
ットとして集光させ、上記被走査面の光走査を行う光走
査装置において、走査結像レンズとして、請求項４または５記載の走査結
像レンズを用い、走査結像レンズの材質および形状なら
びに角：α、変位量：Δ_１，Δ₂の調整により、像面湾
曲、走査線曲がり、光スポット径の変動をそれぞれ、許
容範囲内に抑えたことを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】請求項９または１０記載の光走査装置に
おいて、走査結像レンズが、等角速度的に偏向される偏向光束に
よる被走査面の光走査を等速化する機能を有することを
特徴とする光走査装置。
【請求項１１】請求項８または９または１０記載の光走
査装置において、走査結像レンズが、副走査対応方向に関して、偏向反射
面位置近傍と被走査面位置とを共役な関係とする機能を
有し、上記共役な関係における近軸倍率：ｍが、条件：（８）２＜｜ｍ｜＜６を満足することを特徴とする光走査装置。