JPH11281911A - 光走査光学系 - Google Patents
光走査光学系Info
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- JPH11281911A JPH11281911A JP10101978A JP10197898A JPH11281911A JP H11281911 A JPH11281911 A JP H11281911A JP 10101978 A JP10101978 A JP 10101978A JP 10197898 A JP10197898 A JP 10197898A JP H11281911 A JPH11281911 A JP H11281911A
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- G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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Abstract
て走査レンズを、正のトーリックレンズと、主走査方向
に小さい負の非円弧面からなるレンズとの2枚で構成
し、簡易な構成で、小型化、低価格化、画像の高密度化
にも対応可能なものとする。 【構成】 光源11と、第1の光学手段1と、光偏向反
射面15により光束を反射偏向して被走査面18上に走
査する光偏向手段14と、主走査方向、副走査方向にお
いてともに正の屈折力を有し、両面ともにトーリック面
からなる第1のレンズ16と、小さい負の屈折力を有し
両面が非球面からなる第2のレンズ17とを備えてな
る。光源には波長500nm以下の半導体レーザを用
い、第1および第2のレンズ16、17はプラスチック
製とすることができる。
Description
し、詳しくは、光源から発せられた光束をポリゴンミラ
ー等の偏向手段により反射偏向して被走査面上に走査さ
せる際に、偏向手段の面倒れによるピッチむらを補正す
る機能を備えた光走査光学系に関するものである。
感光材料等の被走査面上において走査し、この面上に画
像を形成するレーザプリンタやディジタル複写機等の光
走査光学系が知られている。このような光走査光学系
は、光源から発せられた光ビームを反射偏向して被走査
面上を走査せしめる回転多面鏡等の偏向手段と、光ビー
ムを被走査面上に結像する走査結像光学系とを備えてな
るものである。このような光走査光学系においては、光
偏向手段の光偏向反射面の各面に走査面に対する傾きの
ばらつき(面倒れ)があった場合、被走査面上の主走査
方向と略直交する方向(副走査方向)において、走査線
ごとに光ビームの結像位置が変化して走査線にピッチむ
らが生じてしまい、良好な画像を得ることができない。
このため、偏向手段の面倒れを補正する機能を備えた光
走査光学系が種々知られている。
ーティングレンズにより光源からの光束を略平行にし、
シリンドリカルレンズ等により光偏向手段の光偏向反射
面近傍に副走査方向に集光して主走査方向に線状に結像
させ、光偏向手段の後段に位置する第2の光学手段にお
いて、光偏向反射面により偏向反射された光束を被走査
面上に結像する、という面倒れ補正機能を有する光走査
光学系が知られている。この面倒れ補正機能を有する光
走査光学系においては、第2の光学手段にfθレンズ系
が広く使用され、光源からの光束を被走査面上に光スポ
ットとして結像させる機能と、この光スポットを被走査
面上で等速で移動させるという機能とを有している。こ
のような第2の光学手段は、光偏向反射面上の偏向点の
位置と被走査面上の結像点の位置とが副走査方向におい
てほぼ共役関係になるように構成されることが多い。
する光走査光学系に関し、部品点数を少なくしたり製造
を容易にすることが望まれている。例えば、特開平6−
18803号公報記載の光走査装置においては、光偏向
手段と被走査面との間に、球面単レンズまたは非球面プ
ラスチックレンズ、主走査方向にのみ正の屈折力を有す
る平凸シリンドリカルレンズ、副走査方向にのみ負の屈
折力を有する凹シリンドリカルミラーを配設することに
より、少数の、加工容易な構成部品で面倒れを補正して
いる。
化に加え、近年では、光走査光学系の小型化や、形成画
質を高密度化して画像の精度を向上することも望まれて
いる。また、低価格化も重要な要望である。しかしなが
ら、これらの要望を同時に実現することには困難があ
る。例えば、光走査光学系の小型化のためには、走査レ
ンズに対し、周辺部まで収差が少なく広い走査角が要求
されるため、走査レンズは多数枚構成からなる光学系に
なりがちである。
要望される性能が従来の1インチ当たり600ドット程
度から、最近では、1インチ当たり1000ドット程度
の印字機能となっていることであり、従来の光走査光学
系では対応できないものになってきている。画質の高密
度化には、被走査面上での光点寸法を小さくすることが
肝要であり、その一方法として、大きい開口のレンズを
用いることができる。しかしその場合、光学系の小型化
に反することになり、また、走査用レンズが複雑になる
ため低価格化は難しい。
易化に利用されるように、プラスチック製レンズを用い
ることも提案されている。この場合、低価格化を図れる
という利点もある。しかし、プラスチック製レンズの周
辺部では良好な性能が得にくいため、レンズ径に対して
開口を広くすることが困難であり、上述のように開口を
広くし高密度化を図ると小型化が難しくなる。
報記載の光走査装置においては、面倒れ補正のためにシ
リンドリカルレンズ等のアナモフィックなミラーまたは
レンズを利用しているが、これらのミラーまたはレンズ
は、副走査方向の像面湾曲を良好に保つために、比較的
被走査面寄りに配置されている。そのため、主走査方向
に長い形状となってしまい、加工の難しいこれらのミラ
ーまたはレンズが大きなものになる分だけ製品が高価と
なることが多く、光学系のさらなる簡易化と低価格化が
望まれている。
ので、少ないレンズ構成枚数にて面倒れ補正機能を有
し、また、画像の高密度化に対応可能な光走査光学系を
提供することを目的とするものである。また、本発明
は、プラスチック製レンズを使用しながらも小型化を図
り、また低価格化を図った光走査光学系を提供すること
をも目的とするものである。
査光学系は、光源と、該光源からの光ビームを線状に結
像させる第1の光学手段と、該第1の光学手段による結
像位置またはその近傍に光偏向面を有し、光ビームを偏
向して被走査面上で走査する光偏向手段と、該光偏向手
段により偏向された光ビームを該被走査面に結像させ、
該被走査面上に略等速に走査させる第2の光学手段から
なる光走査光学系において、該第2の光学手段が前記光
偏向手段側から順に、主走査方向、副走査方向において
ともに正の屈折力を有し、両面ともにトーリック面を有
する第1のレンズと、主走査方向において小さい負の屈
折力を有するかまたは屈折力を有さず、少なくとも一方
の面は主走査方向断面が高次関数である非円弧面からな
る第2のレンズとにより構成されることを特徴とするも
のである。
導体レーザを用いることが好ましい。さらに、本発明に
よる第2の光走査光学系は、波長500nm以下の半導
体レーザを用いた光源と、該光源からの光ビームを線状
に結像させる第1の光学手段と、該第1の光学手段によ
る結像位置またはその近傍に光偏向面を有し、光ビーム
を偏向して被走査面上で走査する光偏向手段と、該光偏
向手段により偏向された光ビームを該被走査面に結像さ
せ、該被走査面上に略等速に走査させるように作用す
る、少なくとも1枚のプラスチック製レンズを含む第2
の光学手段とを備えたことを特徴とするものである。
た光ビームの被走査面上での軌跡に平行な方向を、上記
「副走査方向」とは被走査面上で主走査方向と略直交す
る方向を、上記「主走査方向断面」とは光軸を含む主走
査方向の断面を意味する。また、上記「トーリック面」
とは、主走査方向断面と、主走査方向断面に垂直で光軸
を含む面(副走査方向断面)において互いに異なる屈折
力を有する面を意味する。
形態について説明する。図1は本発明の実施形態に係る
光走査光学系の構成を示すものであり、光軸を含む主走
査方向の断面(以下、主走査方向断面と称する)を示す
概略図である。図1に示すように、この光走査光学系
は、光源11から発せられた光ビームを主走査方向に線
状に結像させる第1の光学手段1と、第1の光学手段1
による結像位置近傍に光偏向反射面15を有し、光ビー
ムを反射偏向して被走査面18上に走査する光偏向手段
であるポリゴンミラー14と、ポリゴンミラー14によ
り反射偏向された光ビームを被走査面18上に結像さ
せ、この光ビームを略等速に被走査面18上に走査させ
るように作用する第2の光学手段2とからなる。
せられた光ビームを略平行光とするコリメーティングレ
ンズ12と、光ビームを線状に結像させる副走査方向に
正の屈折力を有するシリンドリカルレンズ13とからな
る。第2の光学手段2は、主走査方向、副走査方向にお
いてともに正の屈折力を有し、光偏向反射面15側と被
走査面18側との両面ともに、主走査方向断面と副走査
方向断面において互いに異なる屈折力を有するトーリッ
ク面からなる第1のレンズ16と、小さい負の屈折力を
有するかまたは屈折力を有さず、少なくとも一方の面が
光軸を回転軸として回転対称な非球面レンズからなる第
2のレンズ17との2枚のレンズからなる。図2に、本
発明の実施形態の光偏向反射面15から被走査面18ま
での第2の光学手段2の基本構成を、主走査方向断面に
垂直で光軸を含む面(以下、副走査方向断面と称する)
において示す。
せられた光ビームは、被走査面18上に結像されるとと
もに、ポリゴンミラー14が矢印A方向に回転すること
により、被走査面18上において矢印B方向に主走査さ
れる。光ビームは第2の光学手段2を透過することによ
り被走査面18上において略等速に主走査される。さら
に、被走査面18を副走査方向に移動して画像を形成す
る。光偏向反射面15と被走査面18は、副走査方向断
面において、第2の光学手段2に対して共役な関係にあ
り、これにより光偏向反射面15の面倒れに関して光学
的に補正機能を得ることができる。なお、副走査の方向
は被走査面18と走査光ビームとの相対的な移動方向で
あり、被走査面18を固定し、走査光ビームを移動させ
るようにしてもよい。
方向、副走査方向においてともに正の屈折力を有し、両
面ともにトーリック面を有する第1のレンズ16と、小
さい負の屈折力を有するかまたは屈折力を有さず、少な
くとも一方の面が光軸を回転軸として回転対称な非球面
レンズからなる第2のレンズ17との2枚のレンズから
構成されている。第1のレンズ16に両面ともにトーリ
ック面を有するレンズを用いることにより、屈折力の方
向が異なるシリンドリカルレンズを複数枚用いるに匹敵
する効果を1枚のレンズにて得ることができる。また、
第2のレンズ17の、主走査方向における屈折力を小さ
い負または0とすることにより、第2のレンズ17から
被走査面18までの距離を十分なものとすることができ
る。
り、2枚という少ないレンズ構成枚数にてポリゴンミラ
ー14の光偏向反射面15の倒れ角による各走査毎の副
走査方向のビームウエストのばらつきを抑え、また、主
走査方向、副走査方向の像面湾曲を良好に保つことがで
きるという作用効果を得ることができる。少ない部品点
数であっても良好な結像性能を得ることにより、構成の
簡易化と大きな走査角を実現し、高密度化にも対応可能
な光走査光学系となる。
長500nm以下の半導体レーザを用いた場合の作用効
果について述べる。光源11をこのように短い波長のも
のとすることにより、開口を広くせずに被走査面18上
の光点寸法を小さくすることができ、形成画像の高密度
化が可能になる。光点寸法をd、波長をλ、F/NOを
Fとすれば、d=k・F・λ(kは定数)という関係が
ある。このことから、光点寸法を小さくするためには、
理論的にはFまたはλを小さくすれば良いことになる。
ここで、Fを小さくしようとすると前述したように大き
い開口のレンズを用いることになるため、光学系の小型
化に反することになり、また、走査用レンズが複雑にな
るため低価格化は難しい。
短い光源を使用する光走査光学系が有効となる。波長の
短いレーザとしては、従来からAr+ レーザやHe−C
dレーザなどがあり、これらを使用した光学系が存在し
ている。しかしながら、これらAr+ レーザやHe−C
dレーザは高価で寸法も大きく、小型化や低価格化には
不適であった。これに対し、最近では波長の短い半導体
レーザが開発されたことにより、その波長の短い半導体
レーザを使用することで、低価格で高密度な光学系を提
供することができる。
導体レーザを用いて1インチ600ドット程度の印字密
度であった光走査光学系であっても、波長480nmの
半導体レーザを用いた場合、光点寸法はd(480n
m)=d(780nm)×480/780となり、印字
密度は600×780/480=980となる。したが
って、波長の短い半導体レーザを用いることにより、F
/NOを小さくせずに1インチ当たり約1000ドット
の高密度の印字が可能となる。
以下とすれば、Fを小さくすることなく画像の高密度化
が可能となる。したがって、このような光源11を備え
た本発明の光走査光学系にはプラスチック製のレンズを
使用することができる。プラスチック製のレンズは、前
述したように周辺部では良好な性能が得にくいため、レ
ンズ径に対して開口を広くすることが困難であり、高密
度化のためにF/NOの小さいレンズが必要な光学系に
は不向きであった。ガラス製では加工が難しく高価にな
りがちなレンズであっても、プラスチック製とすること
で、さらに光学系の小型化と低価格化を実現することが
できる。プラスチック製のレンズが1枚であっても小型
化や低価格化は可能である。
いて具体的数値を用いて説明する。 〈実施例1〉本実施例1に係る光走査光学系は、図1に
示すとおりである。その構成は実施形態にて上述したと
おりであるが、光源11からの射出光は波長780nm
であり、第1のレンズ16および第2のレンズ17はと
もにプラスチック製であり、第2のレンズ17は小さい
負の屈折力を有し、両面が光軸を回転軸として回転対称
な非球面からなるものである。第2レンズ17の非球面
形状は、下記非球面方程式により表される。なお、この
非球面方程式は、以下の実施例における非球面形状にお
いても同様である。
RH、RV、R(RHはトーリック面の主走査方向断面に
おける曲率半径、RVはトーリック面の副走査方向断面
における曲率半径であり、曲率半径の単位はmmであ
る。以下の実施例においても同様とする。)、各レンズ
の空気間隔D(mm)、各レンズのe線(λ=546.
1nm)における屈折率Neおよびアッベ数νeを表1に
示す。ただし、この表1および後述する表3、表5、表
7において、各記号R、D、Ne、νeに対応させた数字
は光源側から順次増加するようになっている。
の光源11の波長λ、第2の光学手段2のF/NO、半
画角ω、および焦点距離fの各値を示す。
の右側に*が付された面は非球面とされており、非球面
の曲率半径Rは、光軸近傍の曲率半径の数値である。表
2に、この実施例1における上記非球面式に示される非
球面の各定数K、A4、A6、A8、A10の値を示す。
収差図(球面収差、歪曲収差、および像面湾曲の図)を
示す。なお、図3〜図6の球面収差図においてはF/N
O=42を1として規格化しており、非点収差図には、
サジタル(S)像面およびタンジェンシャル(T)像面
に対する収差が示されている。表1および図3から明ら
かなように、実施例1によれば、像面湾曲をはじめ各収
差を良好にし、2枚という少ない構成枚数で良好な結像
性能を得ることにより、大きな走査角を達成し、それに
より高密度化にも対応可能な光走査光学系となってい
る。
系の構成は、実施例1と略同様とされているが、その光
源11に波長480nmの半導体レーザを用いている点
が異なっている。本実施例2における各レンズ面の曲率
半径RH(mm)、RV(mm)、R(mm)、各レンズ
の空気間隔D(mm)、各レンズのe線における屈折率
Neおよびアッベ数νeを表3に示す。表3の下段に、本
実施例2の光走査光学系の光源の波長λ、第2の光学手
段2のF/NO、半画角ω、および焦点距離fの各値を
示す。
定数K、A4、A6、A8、A10の値を示す。
収差図(球面収差、歪曲収差、および像面湾曲の図)を
示す。表3および図4から明らかなように、実施例2に
よれば、像面湾曲をはじめ各収差を良好にし、2枚とい
う少ない構成枚数で良好な結像性能を得ることにより、
大きな走査角を達成している。さらに、波長の短い半導
体レーザを用いることにより、F/NOを小さくしなく
とも高密度の印字が可能となり、また、レンズをプラス
チック製とすることで、さらに光学系の小型化と低価格
化を実現することができる。
系の構成は、実施例2と略同様とされているが、光源1
1の波長は450nmであり、第2のレンズ17の屈折
力が上述の実施例1および2に比べ、より弱いものとな
っている。本実施例3における各レンズ面の曲率半径R
H(mm)、RV(mm)、R(mm)、各レンズの空気
間隔D(mm)、各レンズのe線における屈折率Neお
よびアッベ数νeを表5に示す。表5の下段に、本実施
例3の光走査光学系の光源11の波長λ、第2の光学手
段2のF/NO、半画角ω、および焦点距離fの各値を
示す。
定数K、A4、A6、A8、A10の値を示す。
収差図(球面収差、歪曲収差、および像面湾曲の図)を
示す。表5および図5から明らかなように、実施例3に
よれば、像面湾曲をはじめ各収差を良好にし、2枚とい
う少ない構成枚数で良好な結像性能を得ることにより、
大きな走査角を達成している。さらに、波長の短い半導
体レーザを用いることにより、F/NOを小さくしなく
とも高密度の印字が可能となり、また、レンズをプラス
チック製とすることで、さらに光学系の小型化と低価格
化を実現することができる。
系の構成は、実施例2と略同様とされているが、光源1
1の波長は400nmであり、実施例3と同様、第2の
レンズ17の屈折力が上述の実施例1および2に比べ、
より弱いものとなっている。本実施例4における各レン
ズ面の曲率半径RH(mm)、RV(mm)、R(m
m)、各レンズの空気間隔D(mm)、各レンズのe線
における屈折率Neおよびアッベ数νeを表7に示す。表
7の下段に、本実施例4の光走査光学系の光源11の波
長λ、第2の光学手段2のF/NO、半画角ω、および
焦点距離fの各値を示す。
定数K、A4、A6、A8、A10の値を示す。
収差図(球面収差、歪曲収差、および像面湾曲の図)を
示す。表7および図6から明らかなように、実施例4に
よれば、像面湾曲をはじめ各収差を良好にし、2枚とい
う少ない構成枚数で良好な結像性能を得ることにより、
大きな走査角を達成している。さらに、波長の短い半導
体レーザを用いることにより、F/NOを小さくしなく
とも高密度の印字が可能となり、また、レンズをプラス
チック製とすることで、さらに光学系の小型化と低価格
化を実現することができる。
状を示す。各図は各々実施例1〜4の中心画角における
光強度を示しており、各図の単位は任意単位である。各
図中の数字は、上段が副走査方向におけるスポット径
(mm)、下段が主走査方向におけるスポット径(m
m)を示す。図7に示すとおり、光源波長が780nm
である実施例1に対し、光源波長が500nm以下であ
る実施例2〜4の方がスポット径を小さくでき、画像を
高密度化し性能向上を図ることができる。
ンズ系としては、上記実施形態のものに限られるもので
はなく、種々の態様の変更が可能であり、例えば、各レ
ンズの曲率半径RH、RV、Rおよびレンズの間隔(もし
くはレンズ厚)Dを適宜変更することが可能である。ま
た、例えば上記第2の光学手段2における第2のレンズ
17は、少なくとも一面が回転対称な非球面となるレン
ズとされているが、これに代えて少なくとも一方の面
が、主走査方向断面のみが所望の高次関数である非円弧
面となるレンズとしてもよい。
学系によれば、光偏向反射面と被走査面の間に配した第
2の光学手段の構成を、被走査面側から順に、主走査方
向、副走査方向においてともに正の屈折力を有し、両面
ともにトーリック面を有する第1のレンズと、主走査方
向において小さい負の屈折力を有するかまたは屈折力を
有さず、少なくとも一方の面は主走査方向断面が高次関
数である非円弧面からなる第2のレンズとすることによ
り、2枚という少ない構成枚数で大きな走査角を達成
し、それにより高密度化にも対応可能な光走査光学系と
することができる。さらに、光源に波長の短い半導体レ
ーザを用いることにより、F/NOを小さくしなくとも
高密度の印字が可能となり、また、レンズをプラスチッ
ク製とすることで、さらに光学系の小型化と低価格化を
実現することができる。
示す主走査方向断面図
示す副走査方向断面図
形状断面図
Claims (3)
- 【請求項1】 光源と、 該光源からの光ビームを線状に結像させる第1の光学手
段と、 該第1の光学手段による結像位置またはその近傍に光偏
向面を有し、光ビームを偏向して被走査面上で走査する
光偏向手段と、 該光偏向手段により偏向された光ビームを該被走査面に
結像させ、該被走査面上に略等速に走査させる第2の光
学手段からなる光走査光学系において、 該第2の光学手段が前記光偏向手段側から順に、 主走査方向、副走査方向においてともに正の屈折力を有
し、両面ともにトーリック面を有する第1のレンズと、 主走査方向において小さい負の屈折力を有するかまたは
屈折力を有さず、少なくとも一方の面は主走査方向断面
が高次関数である非円弧面からなる第2のレンズとによ
り構成されることを特徴とする光走査光学系。 - 【請求項2】 前記光源に波長500nm以下の半導体
レーザを用いたことを特徴とする請求項1記載の光走査
光学系。 - 【請求項3】 波長500nm以下の半導体レーザを用
いた光源と、 該光源からの光ビームを線状に結像させる第1の光学手
段と、 該第1の光学手段による結像位置またはその近傍に光偏
向面を有し、光ビームを偏向して被走査面上で走査する
光偏向手段と、 該光偏向手段により偏向された光ビームを該被走査面に
結像させ、該被走査面上に略等速に走査させるように作
用する、少なくとも1枚のプラスチック製レンズを含む
第2の光学手段とを備えたことを特徴とする光走査光学
系。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10197898A JP4349500B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 光走査光学系 |
US09/276,119 US6670980B1 (en) | 1998-03-30 | 1999-03-25 | Light-scanning optical system |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10197898A JP4349500B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 光走査光学系 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11281911A true JPH11281911A (ja) | 1999-10-15 |
JP4349500B2 JP4349500B2 (ja) | 2009-10-21 |
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ID=14314959
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP10197898A Expired - Fee Related JP4349500B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 光走査光学系 |
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Country | Link |
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US (1) | US6670980B1 (ja) |
JP (1) | JP4349500B2 (ja) |
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