CN112236707A - 扫描光学系统和扫描透镜 - Google Patents

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Abstract

一种扫描光学系统，设面上的扫描方向为y轴，设向该面垂直入射的主光线为z轴，设该主光线在该偏转器上的反射点为原点，设从原点到该面的距离为L，设该面上的扫描路径的长度为W，设主光线通过该扫描透镜的出射面的点的y坐标的最大值和最小值分别为ymax和ymin，设该点处的该出射面的主扫描方向的曲率为c，设材料的折射率为n，将该点处的主扫描方向的光焦度定义为Φ＝(1‑n)·c，设ymin到0.6ymin和0.6ymax到ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为|dΦ/dy|out，设0.6ymin到0.6ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为|dΦ/dy|in，所述扫描光学系统满足0.54≤L/W≤0.64、|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5。

Description

扫描光学系统和扫描透镜
技术领域
本发明涉及扫描光学系统和扫描透镜。
背景技术
正在开发一种用于打印机、MFP(多功能打印机)等的具备一个扫描透镜的紧凑的扫描光学系统，其中，与面上的扫描路径的长度相比，从偏转器到该面的距离较小(专利文献1和专利文献2)。在这样的紧凑的扫描光学系统中，在扫描路径的端部及其附近，光束针对面的入射角变大，从而与路径的中央部相比，深度显著变浅。深度是指光束的直径为最大允许值以下的光轴方向上的范围的大小。因此，例如，在扫描光学系统的扫描透镜的出射面从光轴偏心的情况下，到达扫描路径的端部及其附近的光束的光轴方向的成像位置发生变化，从而在扫描路径的端部及其附近，该面上的光束的直径容易超过最大允许值。其结果，这样的紧凑的扫描光学系统难以构成为使面上的光束的直径为最大允许值以下。
这样，没有开发容易构成为使面上的光束的直径为最大允许值以下的紧凑的扫描光学系统和这样的扫描光学系统用的扫描透镜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许3303558号(日本特开平08-76011号)公报
专利文献2：日本特开2016-194675号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，没有开发容易构成为使面上的光束的直径为最大允许值以下的紧凑的扫描光学系统和这样的扫描光学系统用的扫描透镜。本发明的课题在于提供容易构成为使面上的光束的直径为最大允许值以下的紧凑的扫描光学系统和这样的扫描光学系统用的扫描透镜。
用于解决课题的手段
本发明的第一方式的扫描光学系统具备光源、偏转器以及单个扫描透镜，构成为来自该光源的光束被该偏转器偏转，并通过该扫描透镜，对面进行扫描。设该面上的扫描方向为y轴，向该面垂直入射的该光束的主光线为z轴，该主光线在该偏转器上的反射点为原点，从原点到该面的距离为L，该面上的沿y轴的扫描路径的长度为W，主光线通过该扫描透镜的出射面的点的y坐标的最大值和最小值分别为ymax和ymin，该点处的该出射面的主扫描方向的曲率为c，该扫描透镜的材料的折射率为n，将该点处的主扫描方向的光焦度定义为
Φ＝(1-n)·c，
设ymin到0.6ymin和0.6ymax到ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|out，
设0.6ymin到0.6ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|in，扫描光学系统满足：
0.54≤L/W≤0.64…(1)
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5…(2)。
在本方式的扫描光学系统中，能够通过使式(1)的项为上限值以下从而实现紧凑的光学系统。而且，通过满足式(2)，即使在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下，也能够得到相对于像高的整个范围的值使光束直径成为满足的允许最大值以下的扫描光学系统。因此，即使是在面上的扫描路径的端部及其周边深度较浅，与扫描路径的长度相比，从偏转器到该面的距离较小的紧凑的扫描光学系统，也能够得到主扫描方向的光束直径的变化相对于出射面的y轴方向的偏心具有鲁棒性、容易制造的扫描光学系统。
在第一方式的第一实施方式的扫描光学系统中，设该扫描路径的y坐标的最大值为Ymax，设到达该扫描路径的Ymax的位置的主光线经由该偏转器之后前进的方向与z轴所成的角度为θ，通过Ymax＝f·θ定义f，满足下式。
0.91≤f/L≤0.96…(3)
式(3)的项超过上限值时，像差校正变得困难。式(3)的项小于下限值时，对像差校正有利，但难以确保扫描透镜的端部的厚度。因此，优选满足式(3)。
在第一方式的第二实施方式的扫描光学系统中，设沿z轴从该偏转器到该扫描透镜的距离为d1，满足下式。
0.16≤d1/L≤0.19…(4)
式(4)的项超过上限值时，扫描透镜的尺寸变大，成本也变高。式(4)的项小于下限值时，扫描透镜的尺寸变小，但像差校正变得困难。因此，优选满足式(4)。
在第一方式的第三实施方式的扫描光学系统中，在yz截面中，入射到该偏转器的光束是收敛光束，该扫描透镜的入射面在与z轴一致的光轴的附近向物体侧凸出，该出射面在该光轴的附近向像侧凹陷。
本发明的第二方式的扫描透镜是包含光源、偏转器以及该扫描透镜的扫描光学系统构成为来自该光源的光束被该偏转器偏转，并通过该扫描透镜，对面进行扫描，设该面上的扫描方向为y轴，向该面垂直入射的该光束的主光线为z轴，该主光线在该偏转器上的反射点为原点，从原点到该面的距离为L，该面上的沿y轴的扫描路径的长度为W，主光线通过该扫描透镜的出射面的点的y坐标的最大值和最小值分别为ymax和ymin，该点处的该出射面的主扫描方向的部分曲率为c，该扫描透镜的材料的折射率为n，将该点处的主扫描方向的光焦度定义为
Φ＝(1-n)·c，
设ymin到0.6ymin和0.6ymax到ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|out，
设0.6ymin到0.6ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|in，扫描透镜满足：
0.54≤L/W≤0.64…(1)
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5…(2)。
包含本方式的扫描透镜的扫描光学系统能够通过使式(1)的项为上限值以下从而变得紧凑。而且，通过满足式(2)，即使在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下，也能够得到相对于像高的整个范围的值使光束直径成为满足的允许最大值以下的扫描透镜。因此，即使是在面上的扫描路径的端部及其周边深度较浅，与扫描路径的长度相比，从偏转器到该面的距离较小的紧凑的扫描光学系统，也能够得到主扫描方向的光束直径的变化相对于出射面的y轴方向的偏心具有鲁棒性、容易制造的扫描光学系统用的扫描透镜。
在第二方式的第一实施方式的扫描透镜中，在yz截面中，该扫描透镜的入射面在与z轴一致的光轴的附近向物体侧凸出，该出射面在该光轴的附近向像侧凹陷。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式(在后面说明的实施例1)的扫描光学系统的图。
图2是示出本发明的一个实施方式(在后面说明的实施例1)的扫描光学系统中的z坐标与主扫描方向的光束直径的关系的图。
图3是用于说明扫描透镜的特征的图。
图4A是示出实施例1的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。
图4B是示出实施例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。
图4C是示出实施例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。
图5A是示出实施例2的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。
图5B是示出实施例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。
图5C是示出实施例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。
图6A是示出实施例3的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。
图6B是示出实施例3的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。
图6C是示出实施例3的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。
图7A是示出以往例1的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。
图7B是示出以往例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。
图7C是示出以往例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。
图8A是示出以往例2的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。
图8B是示出以往例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。
图8C是示出以往例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。
具体实施方式
图1是示出本发明的一个实施方式(在后面说明的实施例1)的扫描光学系统的图。从半导体激光光源200放出的光束被入射光学元件300转换为收敛光束，并通过孔部件(aperture)400，通过多面镜等偏转器500被改变前进方向，在通过扫描透镜100之后，在面600上聚光。将从光源200到偏转器500的光学系统称为入射光学系统，将从偏转器500到面600的光学系统称为成像光学系统。
将与偏转器500的旋转轴和成像光学系统的光轴垂直的方向称为主扫描方向。主扫描方向是上述收敛光束对面600进行扫描的方向。设向面600垂直入射的光束的主光线在偏转器500的面上的反射点为原点(0，0)，沿上述主光线在原点被反射之后前进的方向确定z轴。成像光学系统和扫描透镜100的光轴与z轴一致。而且，沿主扫描方向确定y轴。图1示出了扫描光学系统的yz截面。yz截面也称为主扫描截面。将与yz截面垂直的方向称为副扫描方向。沿副扫描方向确定x轴。xz截面也称为副扫描截面。
用d1表示沿z轴从原点到扫描透镜100的距离，用L表示沿z轴从原点到面600的距离。
上述收敛光束以大致恒定的速度对面600进行扫描。将上述光束的面600上的位置的y坐标称为像高。用Ymax表示像高的最大值，设与像高的最大值对应的收敛光束的主光线在被偏转器500的面反射之后前进的方向与z轴所成的角度为θ。将由Ymax＝f·θ确定的f称为扫描系数。用W表示面600上的扫描路径的长度(扫描宽度)。W＝2Ymax＝2f·θ。
入射光学元件300是主扫描方向的焦点距离与副扫描方向的焦点距离不同的变形光学元件。入射光学元件300在成像光学系统中的主扫描方向上将从激光光源200放出的光束转换为收敛光，并在副扫描方向上使收敛光在偏转器500的面上聚光。其结果，在偏转器500的面上，光束成为在主扫描方向上较长的扁平的形状。入射光学元件300的副扫描方向的焦点距离比入射光学元件300的主扫描方向的焦点距离短。而且，为了补偿温度变动所导致的性能变化，入射光学元件300在透镜面上具备衍射光栅。
在半导体激光光源200中，活性区域的截面的厚度方向的光束的扩张角比活性区域的截面的宽度方向的光束的扩张角大。分别使上述厚度方向和宽度方向与主扫描方向和副扫描方向对应。
成像光学系统的扫描透镜100在主扫描方向上使被偏转器500偏转后的收敛光束在面600上聚光，并在副扫描方向上使在偏转器500的面上聚光的光束在面600上聚光。即，在副扫描方向上，偏转器500的面上的聚光点与面600上的聚光点为共轭关系。从成本的观点出发，成像光学系统的扫描透镜优选为单个。
图2是示出本发明的一个实施方式(在后面说明的实施例1)的扫描光学系统中的z坐标与主扫描方向的光束直径(beam直径)的关系的图。图2的横轴表示z坐标。z＝0是面600的z坐标。图2的纵轴表示主扫描方向的光束直径。图2关于像高Y为108mm、54mm、0、-54mm、-108mm的光束示出了z坐标与主扫描方向的光束直径的关系。图2中的与横轴平行的虚线表示光束直径的允许最大值。将光束直径为允许最大值以下的z的范围的大小称为深度。Y＝0的情况下的深度为大约10mm，Y＝108mm(像高的最大值)和Y＝-108mm(像高的最小值)的情况下的深度为大约4.4mm。通常，在L与W的比相对较小的紧凑的扫描光学系统中，在像高的最大值或最小值以及他们的附近，即扫描路径的端部及其附近，光束针对面600的入射角变大，与像高为0的情况相比，深度显著变浅。
而且，通常在扫描光学系统中，轴外光束的F值比轴上光束的F值小，因此扫描路径的端部及其附近的深度变浅。并且，存在随着L变短，轴外光束的F值进一步变小的倾向，因此扫描路径的端部及其附近的深度更显著地变浅。
图3是用于说明扫描透镜100的特征的图。图3示出了扫描透镜100的yz截面。在面600上，设到达最大值的像高的光束的主光线通过扫描透镜100的出射面103的点的y坐标为ymax，设到达最小值的像高的光束的主光线通过扫描透镜100的出射面103的点的y坐标为ymin。将y坐标为0.6ymin到0.6ymax的区域称为扫描透镜100的出射面103的内侧的区域，将ymin到0.6ymin的区域和0.6ymax到ymax的区域称为扫描透镜100的出射面103的外侧的区域。
在主扫描截面上将出射面103上的某个点P的光焦度Φ用下式表示。
Φ＝(1-n)·c…(5)
n表示扫描透镜100的材料的折射率，c表示上述点处的出射面103的主扫描方向的部分曲率。
以下，对本发明的实施例和以往例进行说明。
实施例的扫描透镜的入射面和出射面的形状用下式表示。但是，本发明的扫描透镜的入射面和出射面的形状并不限定于下式所表示的形状。
【数学式1】
Figure BDA0002811440990000071
其中，
【数学式2】
Figure BDA0002811440990000072
关于式(6)的坐标，设z轴上的透镜顶点的位置为原点，沿副扫描方向确定x轴，沿主扫描方向确定y轴。式(6)的表示变量、常数以及系数的标号如下。
y：主扫描方向坐标
x：副扫描方向坐标
z：失高(sag)
k：圆锥曲线系数
Ry：主扫描截面的透镜顶点的曲率半径
rx(y)：副扫描截面的主扫描方向坐标y处的曲率半径
rx(0)：副扫描截面的光轴上的曲率半径
Ai：主扫描截面的非球面系数(i＝1、2、3、4……)
Bi：决定副扫描截面的曲率半径的系数(i＝1、2、3、4……)
N:自然数
实施例1
表1是示出实施例1的扫描光学系统的光学配置和光学元件的数据的表。扫描透镜的材料是聚环烯烃系树脂，折射率为1.503。通常，扫描透镜的材料的折射率为1.47到1.54的范围。W＝2Ymax＝2f·θ，因此与像高的最大值对应的收敛光束的主光线在被偏转器500的面反射之后前进的方向与z轴所成的角度为θ＝0.946rad＝54.2deg。
【表1】
Figure BDA0002811440990000081
表2是示出表示实施例1的扫描透镜的面形状的式(4)的常数和系数的表。表2的rx表示式(7)的rx(0)。
【表2】
Figure BDA0002811440990000091
图4A是示出实施例1的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。图4A的横轴表示像高。0的像高对应于z轴、即扫描透镜300的光轴与面600的交点的位置。图4A的纵轴表示像面弯曲的变化量。像面弯曲的变化量是指从偏心的状态的像面弯曲的值减去没有偏心的状态的像面弯曲的值而得到的值。
根据图4A，在±30毫米附近的像高，像面弯曲的变化量的绝对值相对较大，在像高的最大值、最小值及其附近，像面弯曲的变化量的绝对值相对较小。如使用图2所说明的那样，在紧凑的扫描光学系统中，在像高的最大值或最小值及其附近，光束针对面600的入射角变大，与像高为0的情况相比，深度显著变浅，但在本实施例中，在像高的最大值、最小值及其附近，即在扫描路径的端部及其附近，出射面的偏心所导致的像面弯曲的变化量的绝对值相对较小，因此主扫描方向的光束直径为允许最大值以下。在本实施例中，在±30毫米附近的像高处像面弯曲的变化量的绝对值相对变大，但根据图2，±30毫米附近的像高的情况下的深度较深，因此即使因出射面的偏心而像面弯曲变化较大，主扫描方向的光束直径也为允许最大值以下。这样，在本实施例的扫描光学系统中，即使在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下，主扫描方向的光束直径也能够相对于像高的整个范围的值为允许最大值以下。
认为主扫描截面中的成像位置受到扫描透镜的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的影响。因此，认为扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下的像面弯曲的变化量的大小与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值密切相关。
图4B是示出实施例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。图4B的横轴表示出射面的y坐标，图4B的纵轴表示出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值。
图4A的曲线图的形状与图4B的曲线图的形状类似。因此，能够根据出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系，预测扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下的像面弯曲的变化量的大小。
图4C是示出实施例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。图4C的横轴表示出射面的y坐标。图4C的纵轴是将出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值
|dΦ/dy|
通过内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值
|dΦ/dy|in
进行标准化而得到的值。ymax和ymin的值如下。
ymin＝-36.698
ymax＝38.541
出射面的外侧的区域与内侧的区域的边界值如下。
0.6ymin＝-22.02
0.6ymax＝23.12
而且，外侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值用
|dΦ/dy|out
表示。
根据图4B和图4C得到以下数值。
|dΦ/dy|in＝0.001799
|dΦ/dy|out＝0.000430
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in＝0.24
在图4C中，在内侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的水平，在外侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的0.5倍的值的水平。在外侧的区域，曲线图为虚线的水平以下，因此
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5
成立，满足在后面说明的式(2)。
这样，缩小外侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值与内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值之比，由此能够在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下的扫描路径的端部及其附近使像面弯曲的变化量的绝对值相对减小。
实施例2
表3是示出实施例2的扫描光学系统的光学配置和光学元件的数据的表。扫描透镜的材料是聚环烯烃系树脂，折射率为1.503。W＝2Ymax＝2f·θ，因此与像高的最大值对应的收敛光束的主光线在被偏转器500的面反射之后前进的方向与z轴所成的角度为θ＝0.907rad＝52.0deg。
【表3】
Figure BDA0002811440990000111
表4是示出表示实施例2的扫描透镜的面形状的式(4)的常数和系数的表。表4的rx表示式(7)的rx(0)。
【表4】
Figure BDA0002811440990000121
图5A是示出实施例2的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。图5A的横轴表示像高。0的像高与z轴、即扫描透镜300的光轴与面600的交点的位置对应。图5A的纵轴表示像面弯曲的变化量。像面弯曲的变化量是指从偏心的状态的像面弯曲的值减去没有偏心的状态的像面弯曲的值而得到的值。
根据图5A，在±30毫米附近的像高处，像面弯曲的变化量的绝对值较大，在像高的最大值、最小值及其附近，像面弯曲的变化量的绝对值较小。本实施例的扫描光学系统中的z坐标与主扫描方向的光束直径的关系与图2所示的关系相同。因此，与实施例1的情况相同，在本实施例的扫描光学系统中，同样即使在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下，主扫描方向的光束直径也能够相对于像高的整个范围的值为允许最大值以下。
图5B是示出实施例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。图5B的横轴表示出射面的y坐标，图5B的纵轴表示出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值。
图5C是示出实施例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。图5C的横轴表示出射面的y坐标。图5C的纵轴是将出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值
|dΦ/dy|
通过内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值
|dΦ/dy|in
进行标准化而得到的值。ymax和ymin的值如下。
ymin＝-36.743
ymax＝38.466
出射面的外侧的区域与内侧的区域的边界值如下。
0.6ymin＝-22.05
0.6ymax＝23.08
而且，外侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值用
|dΦ/dy|out
表示。
根据图5B和图5C得到以下数值。
|dΦ/dy|in＝0.001476
|dΦ/dy|out＝0.000392
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in＝0.27
在图5C中，在内侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的水平，在外侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的0.5倍的值的水平。在外侧的区域，曲线图为虚线的水平以下，因此
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5
成立，满足在后面说明的式(2)。
这样，缩小外侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值与内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值之比，由此能够在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下的像高的最大值、最小值及其附近使像面弯曲的变化量的绝对值相对减小。
实施例3
表5是示出实施例3的扫描光学系统的光学配置和光学元件的数据的表。扫描透镜的材料是聚环烯烃系树脂，折射率为1.503。W＝2Ymax＝2f·θ，因此与像高的最大值对应的收敛光束的主光线在被偏转器500的面反射之后前进的方向与z轴所成的角度为θ＝0.870rad＝49.8deg。
【表5】
Figure BDA0002811440990000141
表6是示出表示实施例3的扫描透镜的面形状的式(4)的常数和系数的表。表6的rx表示式(7)的rx(0)。
【表6】
Figure BDA0002811440990000142
图6A是示出实施例3的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。图6A的横轴表示像高。0的像高与z轴、即扫描透镜300的光轴与面600的交点的位置对应。图6A的纵轴表示像面弯曲的变化量。像面弯曲的变化量是指从偏心的状态的像面弯曲的值减去没有偏心的状态的像面弯曲的值而得到的值。
根据图6A，在±40毫米附近的像高处，像面弯曲的变化量的绝对值较大，在像高的最大值、最小值及其附近，像面弯曲的变化量的绝对值相对较小。本实施例的扫描光学系统中的z坐标与主扫描方向的光束直径的关系与图2所示的关系相同。因此，与实施例1的情况相同，在本实施例的扫描光学系统中，同样即使在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下，主扫描方向的光束直径也能够相对于像高的整个范围的值为允许最大值以下。
图6B是示出实施例3的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。图6B的横轴表示出射面的y坐标，图6B的纵轴表示出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值。
图6C是示出实施例3的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。图6C的横轴表示出射面的y坐标。图6C的纵轴是将出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值
|dΦ/dy|
通过内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值
|dΦ/dy|in
进行标准化而得到的值。ymax和ymin的值如下。
ymin＝-36.745
ymax＝38.307
出射面的外侧的区域与内侧的区域的边界值如下。
0.6ymin＝-22.05
0.6ymax＝22.98
而且，外侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值用
|dΦ/dy|out
表示。
根据图6B和图6C得到以下数值。
|dΦ/dy|in＝0.001192
|dΦ/dy|out＝0.000445
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in＝0.37
在图6C中，在内侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的水平，在外侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的0.5倍的值的水平。在外侧的区域，曲线图为虚线的水平以下，因此
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5
成立，满足在后面说明的式(2)。
这样，缩小外侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值与内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值之比，由此能够在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下的像高的最大值、最小值及其附近使像面弯曲的变化量的绝对值相对减小。
以往例1
将日本特许3303558号(日本特开平08-76011号)的实施例1作为以往例1。
图7A是示出以往例1的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。图7A的横轴表示像高。0的像高与z轴、即扫描透镜300的光轴与面600的交点的位置对应。图7A的纵轴表示像面弯曲的变化量。像面弯曲的变化量是指从偏心的状态的像面弯曲的值减去没有偏心的状态的像面弯曲的值而得到的值。
根据图7A，在像高的最大值、最小值及其附近，像面弯曲的变化量的绝对值相对较大。
图7B是示出以往例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。图7B的横轴表示出射面的y坐标，图7B的纵轴表示出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值。
图7A的曲线图的形状与图7B的曲线图的形状类似。
图7C是示出以往例1的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。图7C的横轴表示出射面的y坐标。图7C的纵轴是将出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值
|dΦ/dy|
通过内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值
|dΦ/dy|in
进行标准化而得到的值。
根据图7B和图7C得到以下数值。
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in＝5.08
在图7C中，在内侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的水平，在外侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的0.5倍的值的水平。根据图7C，不满足在后面说明的式(2)。
以往例2
将日本特开2016-194675号的实施例1作为以往例2。
图8A是示出以往例2的扫描透镜的出射面向y轴方向偏心+50微米的情况下的像面弯曲的变化量的图。图8A的横轴表示像高。0的像高与z轴、即扫描透镜300的光轴与面600的交点的位置对应。图8A的纵轴表示像面弯曲的变化量。像面弯曲的变化量是指从偏心的状态的像面弯曲的值减去没有偏心的状态的像面弯曲的值而得到的值。
根据图8A，在像高的最大值、最小值及其附近，像面弯曲的变化量的绝对值相对较大。
图8B是示出以往例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的关系的图。图8B的横轴表示出射面的y坐标，图8B的纵轴表示出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值。
图8A的曲线图的形状与图8B的曲线图的形状类似。
图8C是示出以往例2的扫描透镜的出射面的y坐标与出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的关系的图。图8C的横轴表示出射面的y坐标。图8C的纵轴是将出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值
|dΦ/dy|
通过内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值
|dΦ/dy|in
进行标准化而得到的值。
根据图8B和图8C得到以下数值。
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in＝3.03
在图8C中，在内侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的水平，在外侧的区域用虚线示出内侧的区域的出射面的主扫描方向的光焦度Φ的y方向的微分值的绝对值的最大值的0.5倍的值的水平。根据图8C，不满足在后面说明的式(2)。
实施例的特征
表7是用于说明实施例1～3的特征的表。
【表7】
Figure BDA0002811440990000181
根据表7，实施例1～3满足以下的式子。
0.54≤L/W≤0.64…(1)
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5…(2)
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.35…(2)'
0.91≤f/L≤0.96…(3)
0.16≤d1/L≤0.19…(4)
通过使式(1)的项为上限值以下，能够实现紧凑的光学系统。式(1)的项小于下限值时，难以进行像面弯曲或扫描特性的校正，像面端部的深度也进一步变短，因此无法期望稳定的制造。
通过与式(2)相比，更优选满足式(2)’，即使在扫描透镜的出射面向y轴方向偏心的情况下，也能够得到相对于像高的整个范围的值使光束直径成为满足的允许最大值以下的扫描光学系统。因此，即使是在面上的扫描路径的端部及其周边深度较浅，并且与扫描路径的长度相比，从偏转器到该面的距离较小的紧凑的扫描光学系统，也能够得到主扫描方向的光束直径的变化相对于出射面的y轴方向的偏心具有鲁棒性、容易制造的扫描光学系统和扫描透镜。
式(3)的项超过上限值时，像差校正变得困难。式(3)的项小于下限值时，有利于像差校正，但难以确保扫描透镜的端部的厚度。
式(4)的项超过上限值时，扫描透镜的尺寸变大，成本也变高。式(4)的项小于下限值时，扫描透镜的尺寸变小，但像差校正变得困难。

Claims (6)

1.一种扫描光学系统，其具备光源、偏转器以及单个扫描透镜，构成为来自该光源的光束被该偏转器偏转，并通过该扫描透镜，对面进行扫描，
设该面上的扫描方向为y轴，向该面垂直入射的该光束的主光线为z轴，该主光线在该偏转器上的反射点为原点，从原点到该面的距离为L，该面上的沿y轴的扫描路径的长度为W，主光线通过该扫描透镜的出射面的点的y坐标的最大值和最小值分别为ymax和ymin，该点处的该出射面的主扫描方向的曲率为c，该扫描透镜的材料的折射率为n，
将该点处的主扫描方向的光焦度定义为
Φ＝(1-n)·c，
设ymin到0.6ymin和0.6ymax到ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|out，
设0.6ymin到0.6ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|in，
所述扫描光学系统满足：
0.54≤L/W≤0.64…(1)
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5…(2)。
2.根据权利要求1所述的扫描光学系统，其中，
设该扫描路径的y坐标的最大值为Ymax，到达该扫描路径的Ymax的位置的主光线经由该偏转器之后前进的方向与z轴所成的角度为θ，通过Ymax＝f·θ定义f，
所述扫描光学系统满足：
0.91≤f/L≤0.96…(3)。
3.根据权利要求1或2所述的扫描光学系统，其中，
设沿z轴从该偏转器到该扫描透镜的距离为d1，
所述扫描光学系统满足：
0.16≤d1/L≤0.19…(4)。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的扫描光学系统，其中，
在yz截面中，入射到该偏转器的光束是收敛光束，该扫描透镜的入射面在与z轴一致的光轴的附近向物体侧凸出，该出射面在该光轴的附近向像侧凹陷。
5.一种扫描透镜，包含光源、偏转器以及该扫描透镜的扫描光学系统构成为来自该光源的光束被该偏转器偏转，并通过该扫描透镜，对面进行扫描，
设该面上的扫描方向为y轴，向该面垂直入射的该光束的主光线为z轴，沿z轴从该偏转器到该面的距离为L，该面上的沿y轴的扫描路径的长度为W，主光线通过该扫描透镜的出射面的点的y坐标的最大值和最小值分别为ymax和ymin，该点处的该出射面的主扫描方向的部分曲率为c，该扫描透镜的材料的折射率为n，
将该点处的主扫描方向的光焦度定义为
Φ＝(1-n)·c，
设ymin到0.6ymin和0.6ymax到ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|out，
设0.6ymin到0.6ymax的范围内的dΦ/dy的绝对值的最大值为
|dΦ/dy|in，
所述扫描透镜满足：
0.54≤L/W≤0.64…(1)
|dΦ/dy|out/|dΦ/dy|in≤0.5…(2)。
6.根据权利要求5所述的扫描透镜，其中，
在yz截面中，该扫描透镜的入射面在与z轴一致的光轴的附近向物体侧凸出，该出射面在该光轴的附近向像侧凹陷。
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