JP2589898B2 - Cylindrical lens - Google Patents

Cylindrical lens

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JP2589898B2
JP2589898B2 JP27455091A JP27455091A JP2589898B2 JP 2589898 B2 JP2589898 B2 JP 2589898B2 JP 27455091 A JP27455091 A JP 27455091A JP 27455091 A JP27455091 A JP 27455091A JP 2589898 B2 JP2589898 B2 JP 2589898B2
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lzp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、シリンドリカルレン
ズに関するものであり、特に走査光学系に用いると好適
な結果が得られるものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylindrical lens, and more particularly to a lens which can obtain a suitable result when used in a scanning optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は、従来のシリンドリカルレンズ
の斜視図である。同図において、Oは原点である。な
お、以下の説明の便宜から、この原点Oを通りシリンド
リカルレンズ1の対称軸と平行に伸びるy軸と、光軸O
Aと一致するz軸と、これらy軸及びz軸に対し直行す
るx軸とで構成される3次元空間を用いて説明する。
2. Description of the Related Art FIG. 13 is a perspective view of a conventional cylindrical lens. In the figure, O is the origin. For convenience of the following description, a y-axis extending parallel to the symmetry axis of the cylindrical lens 1 through the origin O and an optical axis O
A description will be given using a three-dimensional space including a z-axis that matches A and an x-axis that is orthogonal to the y-axis and the z-axis.

【0003】焦点距離fのシリンドリカルレンズ1に光
軸OAに沿って平行光束Lが入射すると、yz平面にお
いては光はそのまま直進する一方、xz平面においては
所定位置に集光される。その結果、シリンドリカルレン
ズ1の後側主点(図示省略)からz方向に距離fだけ離
れたガウス像面上に焦線FLが形成される。
When a parallel light beam L is incident on the cylindrical lens 1 having a focal length f along the optical axis OA, the light goes straight on the yz plane, but is condensed at a predetermined position on the xz plane. As a result, a focal line FL is formed on a Gaussian image plane separated by a distance f in the z direction from a rear principal point (not shown) of the cylindrical lens 1.

【0004】従来より、こうしたシリンドリカルレンズ
1の光学的特性を利用して、走査光学系の面倒れ補正が
一般的に行われている。というのも、走査光学系は、例
えば光源からの光ビームをポリゴンミラーで偏向し、走
査レンズを介して被走査面を光ビームにより走査するも
のであり、良好な走査を行うためにはポリゴンミラーの
面倒れを補正する必要がある。そこで、シリンドリカル
レンズを用いて、ポリゴンミラーの反射面と被走査面
(像面)を、走査面と直交する面(図13のxz面)で
共役としている。
Conventionally, surface tilt correction of a scanning optical system has been generally performed by utilizing such optical characteristics of the cylindrical lens 1. This is because, for example, a scanning optical system deflects a light beam from a light source with a polygon mirror and scans the surface to be scanned with the light beam via a scanning lens. Needs to be corrected. Therefore, using a cylindrical lens, the reflection surface of the polygon mirror and the surface to be scanned (image surface) are conjugated to each other at a surface orthogonal to the scanning surface (the xz plane in FIG. 13).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図13に示
すように、yz平面にありながらz軸に対し角度θをな
す平行光束L′がシリンドリカルレンズ1に入射した場
合、シリンドリカルレンズ1のシリンドリカル面の曲率
半径が見かけ上小さくなり、焦線FL′はガウス像面よ
りも光源側(同図の左手側)に形成されてしまう。この
ため、像面が湾曲するという問題が生じる。なお、以下
の説明においては、上記のようにz軸に対し角度θ(θ
≠0°)で入射する光を「斜入射光」と称する。
As shown in FIG. 13, when a parallel light beam L 'at an angle θ with respect to the z-axis is incident on the cylindrical lens 1 while being on the yz plane, the cylindrical surface of the cylindrical lens 1 Is apparently small, and the focal line FL 'is formed on the light source side (left hand side in the figure) with respect to the Gaussian image plane. For this reason, there is a problem that the image plane is curved. In the following description, the angle θ (θ
The light incident at (0 °) is referred to as “oblique incident light”.

【0006】この問題の解決策として、例えば特公平3
−7082号公報や特開昭62−265615号公報に
記載されたものがある。前者では、シリンドリカルレン
ズを湾曲させて像面湾曲を補正している。また、後者で
は、面倒れ方向における曲率半径を光軸上より軸外にお
いて大きくしている。
As a solution to this problem, for example,
-7082 and JP-A-62-265615. In the former, the curvature of field is corrected by bending a cylindrical lens. In the latter, the radius of curvature in the plane tilt direction is made larger off-axis than on the optical axis.

【0007】しかしながら、上記のようにシリンドリカ
ルレンズを加工することは、製造技術的に容易ではな
い。
However, processing the cylindrical lens as described above is not easy in terms of manufacturing technology.

【0008】この発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、簡単に製造することができ、しかも斜入
射光に対しても焦線位置がガウス像面とほぼ一致するシ
リンドリカルレンズを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a cylindrical lens which can be easily manufactured and has a focal line position almost coincident with a Gaussian image plane even for obliquely incident light. The purpose is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明にかかる
シリンドリカルレンズは、上記目的を達成するために、
第1の方向に伸びた複数の直線帯を前記第1の方向に対
しほぼ直交する第2の方向に不等間隔に配置してなり、
焦点距離fH の回折素子として機能するリニアゾーンプ
レートと、前記第1の方向に平行な対称軸を有する焦点
距離fG の凹シリンドリカル面とからなり、しかも、次
の不等式 fH >0 fG <0 を満足する。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a cylindrical lens for achieving the above object.
A plurality of straight bands extending in a first direction are arranged at irregular intervals in a second direction substantially orthogonal to the first direction;
It consists of a linear zone plate functioning as a diffractive element with a focal length fH, and a concave cylindrical surface with a focal length fG having a symmetry axis parallel to the first direction, and satisfies the following inequality: fH> 0 fG <0 I do.

【0010】また、請求項2の発明にかかるシリンドリ
カルレンズは、上記目的を達成するために、第1の方向
に伸びた複数の直線帯を前記第1の方向に対しほぼ直交
する第2の方向に不等間隔に配置してなり、焦点距離f
H の回折素子として機能するリニアゾーンプレートと、
前記第1及び第2の方向とを含む平面に平行な第1の平
面とからなる第1の光学素子と、前記第1の方向に平行
な対称軸を有する焦点距離fG の凹シリンドリカル面
と、前記第1の平面に平行な第2の平面とからなる第2
の光学素子とで構成され、しかも、次の不等式 fH >0 fG <0 を満足する。
According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a plurality of straight bands extending in a first direction are formed in a second direction substantially orthogonal to the first direction. At unequal intervals, the focal length f
A linear zone plate functioning as an H diffraction element,
A first optical element consisting of a first plane parallel to a plane including the first and second directions, a concave cylindrical surface having a focal length fG having a symmetry axis parallel to the first direction, A second plane parallel to the first plane.
And further satisfies the following inequality: fH> 0 fG <0.

【0011】[0011]

【作用】この発明におけるシリンドリカルレンズでは、
リニアゾーンプレートの焦点距離fH は正の値である一
方、凹シリンドリカル面の焦点距離fGは負の値であ
る。そのため、リニアゾーンプレートの斜入射光に対す
る特性が凹シリンドリカル面のそれとまったく逆の特性
となる。その結果、それぞれの特性が相殺され、斜入射
光に対する焦線位置がガウス像面にほぼ一致する。
In the cylindrical lens according to the present invention,
The focal length fH of the linear zone plate is a positive value, while the focal length fG of the concave cylindrical surface is a negative value. Therefore, the characteristics of the linear zone plate with respect to the obliquely incident light are completely opposite to those of the concave cylindrical surface. As a result, the respective characteristics are cancelled, and the focal line position for obliquely incident light substantially matches the Gaussian image plane.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、この発明にかかるシリンドリカルレ
ンズの一実施例を示す斜視図である。同図に示すよう
に、このシリンドリカルレンズ10は光源側(同図の左
手側)に設けられ、回折素子として機能するリニアゾー
ンプレート(以下「LZP」と称する)11と、像側
(同図の右手側)に設けられた凹シリンドリカル面12
とで構成されている。なお、同図におけるx,y,z軸
は先に説明した従来例(図13)と同一である。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a cylindrical lens according to the present invention. As shown in the figure, the cylindrical lens 10 is provided on the light source side (the left-hand side in the figure), and functions as a diffraction element with a linear zone plate (hereinafter referred to as “LZP”) 11 and an image side (in FIG. The concave cylindrical surface 12 provided on the right hand side)
It is composed of The x, y, and z axes in the figure are the same as those in the conventional example described above (FIG. 13).

【0013】図2はLZP11の正面図であり、また図
3はその側面図である。LZP11には、図2に示すよ
うに、y軸方向に伸びる複数の不等間隔直線帯LBが形
成されている。これらの直線帯LBには、以下の3つの
タイプがある。
FIG. 2 is a front view of the LZP 11, and FIG. 3 is a side view thereof. As shown in FIG. 2, a plurality of unequally-spaced linear bands LB extending in the y-axis direction are formed in the LZP 11. There are the following three types of these straight bands LB.

【0014】(1) 図3(a) に示すようにステップ状に形
成された直線溝b1 (2) 同図(b) に示すようにブレーズが施されたものb2 (3) 同図(c) に示すような遮光バンドb3 一般的には、これら3つのタイプのうち先の2つは位相
型と称され、残りのものは振幅型と称されている。回折
効率はタイプ(2) のものが最も優れ、タイプ(3)のもの
が最も劣る。一方、凹シリンドリカル面12は、図1に
示すように、直線帯LBと平行な対称軸をもつように仕
上げられている。
(1) A linear groove b1 formed in a step shape as shown in FIG. 3 (a) (2) Blazed as shown in FIG. 3 (b) b2 (3) FIG. In general, the first two of these three types are called phase type, and the remaining ones are called amplitude type. The diffraction efficiency of the type (2) is the best and that of the type (3) is the worst. On the other hand, as shown in FIG. 1, the concave cylindrical surface 12 is finished so as to have a symmetry axis parallel to the straight band LB.

【0015】次に、凹シリンドリカル面12及びLZP
11の特性を考察した後、上記のように構成されたシリ
ンドリカルレンズ10の作用について説明する。凹シリ
ンドリカル面12の曲率半径をR、凹シリンドリカル面
12よりも光源側の屈折率をn1 、また像側の屈折率を
n2 とすれば、凹シリンドリカル面12の焦点距離fG
は、次式
Next, the concave cylindrical surface 12 and the LZP
After considering the characteristics of No. 11, the operation of the cylindrical lens 10 configured as described above will be described. If the radius of curvature of the concave cylindrical surface 12 is R, the refractive index on the light source side relative to the concave cylindrical surface 12 is n1, and the refractive index on the image side is n2, the focal length fG of the concave cylindrical surface 12 is
Is

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】で表される。ここで、コンピュータ・シミ
ュレーションから、屈折率1.51の媒質で作られた焦
点距離fG の平凸シリンドリカルレンズ1(図13)に
θ=30°の斜入射光を入射すると、焦線がガウス像面
より距離(0.23fG )だけ光源側に形成されることがわ
かった。また、媒質の屈折率を大きくすれば、ガウス像
面からの焦線のずれ量は多少減少するが、屈折率1.8
4の媒質を用いても、約10%減少する程度である。
## EQU1 ## Here, from the computer simulation, when obliquely incident light of θ = 30 ° is incident on the plano-convex cylindrical lens 1 (FIG. 13) having a focal length fG and made of a medium having a refractive index of 1.51, the focal line becomes a Gaussian image. It was found that the light source side was formed at a distance (0.23 fG) from the surface. If the refractive index of the medium is increased, the amount of shift of the focal line from the Gaussian image plane is slightly reduced, but the refractive index is 1.8.
Even when the medium No. 4 is used, the reduction is about 10%.

【0018】次に、LZP11の特性について考察す
る。ここでは、図4に示すように、同図の左手側から平
面波が入射し、不等間隔直線帯LBよりなるLZP11
によって1次回折波が円筒波に変換される場合を考え
る。光軸OA(z軸)からk番目の帯LBを出た光線と
光軸を通る光線との光路差が波長の整数倍であれば2つ
の光は互いに強めあう。すなわちk番目の直線帯のx座
標Xk は、
Next, the characteristics of the LZP 11 will be considered. Here, as shown in FIG. 4, a plane wave is incident from the left hand side of FIG.
Consider a case where the first-order diffracted wave is converted into a cylindrical wave. If the optical path difference between the light beam that exits the k-th band LB from the optical axis OA (z-axis) and the light beam that passes through the optical axis is an integral multiple of the wavelength, the two lights reinforce each other. That is, the x coordinate Xk of the k-th straight band is

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】で与えられる。ここで、fH はこのLZP
11の焦点距離、λは光の波長である。したがって、原
点Oからx座標の絶対値が増すにつれて帯密度が増すよ
うに、y軸と平行に不等間隔直線帯LBを形成すること
によって、凸シリンドリカルレンズと同等の機能をもた
すことができる。
Is given by Where fH is the LZP
11 is the focal length, and λ is the wavelength of light. Therefore, by forming unequally-spaced linear bands LB in parallel with the y-axis so that the band density increases as the absolute value of the x-coordinate increases from the origin O, it is possible to have a function equivalent to that of the convex cylindrical lens. it can.

【0021】より一般的には、直線帯の位置は次式によ
って定義される位相差が2πの整数倍となる等位相直線
として表現できる。
More generally, the position of the linear band can be expressed as an equiphase straight line in which the phase difference defined by the following equation is an integral multiple of 2π.

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】ただし、A,Bは定数である。Here, A and B are constants.

【0024】数2においてk=1とすれば、If k = 1 in Equation 2, then

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】となり、1番目の帯の座標X1 が得られ
る。fH >>λであるから、数4を
The coordinates X1 of the first band are obtained. Since fH >> λ, Equation 4 is

【0027】[0027]

【数5】 (Equation 5)

【0028】のように、整理することができる。As shown in FIG.

【0029】ところで、1番目の帯の位置は数3の右辺
が2πになるときであり、またxの値は小さいことから
4次の項を無視して
By the way, the position of the first band is when the right side of Equation 3 becomes 2π, and since the value of x is small, the fourth order term is ignored.

【0030】[0030]

【数6】 (Equation 6)

【0031】が得られる。そして、数5を数6に代入す
ることによって
Is obtained. Then, by substituting Equation 5 into Equation 6,

【0032】[0032]

【数7】 (Equation 7)

【0033】が得られ、さらにこの数7を変形してIs obtained, and this equation 7 is further transformed to

【0034】[0034]

【数8】 (Equation 8)

【0035】が得られる。Is obtained.

【0036】なお、上記においては係数Bの項を無視し
たが、この項は付加収差を与える項であり、係数Bの値
を適当に選択することによりLZP11からの回折光に
種々の収差を発生することができる。そのため、係数B
の調整によって凹シリンドリカル面12で発生する収差
を補正してシリンドリカルレンズ10全体の収差をコン
トロールすることができる。
Although the term of the coefficient B has been neglected in the above description, this term is a term that gives an additional aberration, and various aberrations are generated in the diffracted light from the LZP 11 by appropriately selecting the value of the coefficient B. can do. Therefore, the coefficient B
By adjusting (1), the aberration generated on the concave cylindrical surface 12 can be corrected, and the aberration of the entire cylindrical lens 10 can be controlled.

【0037】次に、コンピュータ・シミュレーションか
ら、焦点距離fH のLZP11にθ=30°の斜入射光
を入射すると、焦線がガウス像面より距離(0.13fH )
だけ光源側に形成されることがわかった。この値は、使
用波長、次数に依存しない。その理由は次のように考察
できる。LZP11の帯ピッチは斜入射光に対して見か
け上も変化しないため、主光線沿いに測れば入射角θに
無関係に、常に入射点から距離fH だけ離れた位置に集
光する。このため、LZP11のガウス像面と焦線FL
の距離は、 fH *(1−COS θ) で表される。
Next, from a computer simulation, when obliquely incident light at θ = 30 ° is incident on the LZP 11 having the focal length fH, the focal line is shifted from the Gaussian image plane by a distance (0.13 fH).
It was found that only the light source side was formed. This value does not depend on the wavelength used or the order. The reason can be considered as follows. Since the band pitch of the LZP 11 does not change apparently with respect to obliquely incident light, the light is always focused at a distance fH from the incident point regardless of the incident angle θ when measured along the principal ray. Therefore, the Gaussian image plane of LZP11 and the focal line FL
Is represented by fH * (1−COS θ).

【0038】図5は入射角θとガウス像面から焦線まで
の距離との関係を示すグラフであり、実線は屈折率が
1.51のシリンドリカルレンズ1、点線は屈折率が
1.84のシリンドリカルレンズ1及び一点鎖線はLZ
P11に対する特性を示す。斜入射光に対して焦線位置
が光源側に出てくる量は、同図からわかるように、シリ
ンドリカルレンズ1のほうがLZP11よりも、1.5
倍ないし1.7倍大きい。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the incident angle θ and the distance from the Gaussian image plane to the focal line. The solid line is a cylindrical lens 1 having a refractive index of 1.51, and the dotted line is a cylindrical lens 1 having a refractive index of 1.84. The cylindrical lens 1 and the chain line are LZ
The characteristics for P11 are shown. As can be seen from the figure, the amount by which the focal line position comes to the light source side with respect to the obliquely incident light is 1.5 times greater for the cylindrical lens 1 than for the LZP11.
Times to 1.7 times larger.

【0039】したがって、図1のシリンドリカルレンズ
10では、凹シリンドリカル面12の焦点距離fG を負
の値とする一方、LZP11の焦点距離fH を正の値と
し、しかもその焦点距離の比を適当に選べば、両者の斜
入射光に対する特性を相殺することができる。その結
果、斜入射光に対しても焦線が光源側に位置しない、す
なわち焦線FLがガウス像面とほぼ一致する組合せが存
在することになる。特に、LZP11と凹シリンドリカ
ル面12の間隔がゼロならfH /fG の値は−0.6程
度にとればよい。
Therefore, in the cylindrical lens 10 of FIG. 1, the focal length fG of the concave cylindrical surface 12 can be set to a negative value, while the focal length fH of the LZP 11 can be set to a positive value, and the ratio of the focal lengths can be appropriately selected. If this is the case, the characteristics of the two with respect to oblique incident light can be offset. As a result, even for obliquely incident light, there is a combination in which the focal line is not located on the light source side, that is, the focal line FL substantially matches the Gaussian image plane. In particular, if the distance between the LZP 11 and the concave cylindrical surface 12 is zero, the value of fH / fG may be set to about -0.6.

【0040】次に、さらに詳しい第1及び第2実施例に
ついて説明し、その光学的特性について評価する。
Next, the first and second embodiments will be described in more detail, and their optical characteristics will be evaluated.

【0041】<第1実施例>この第1実施例にかかるシ
リンドリカルレンズは、図1に示すように構成されると
ともに、表1に示すデータにしたがって構成される。
<First Embodiment> The cylindrical lens according to the first embodiment is constructed as shown in FIG. 1 and constructed according to data shown in Table 1.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】なお、同表に示されていないが、シリンド
リカルレンズ10はy方向には曲率を持たない、いわゆ
る平凹シリンドリカル形状に仕上げられている。また、
第1面はLZP11であり、数3における係数A,Bは A=189.05 B=−1.0423 である。使用波長はλ=633nmで、1次回折光を用
いる。シリンドリカルレンズ10に入射する光ビームの
径は2mmである。
Although not shown in the table, the cylindrical lens 10 is finished in a so-called plano-concave cylindrical shape having no curvature in the y direction. Also,
The first surface is LZP11, and the coefficients A and B in Equation 3 are A = 189.05 B = −1.0423. The wavelength used is λ = 633 nm, and first-order diffracted light is used. The diameter of the light beam incident on the cylindrical lens 10 is 2 mm.

【0044】したがって、数8よりLZP11の焦点距
離はfH =4.2mmとなるとともに、数1より凹シリ
ンドリカル面12の焦点距離はfG =−5.5mmとな
る。そのため、 fH /fG =−0.76 となる。
Therefore, the focal length of the LZP 11 is fH = 4.2 mm from the equation (8), and the focal length of the concave cylindrical surface 12 is fG = -5.5 mm from the equation (1). Therefore, fH / fG = -0.76.

【0045】例えば、光軸OAからx方向に1mmのと
ころでの直線帯LBのピッチは数3より、2.7μmに
なる。このため、公知の機械刻線法やフォトリソグラフ
ィー法によってLZP11を容易に作成することができ
る。したがって、図1のシリンドリカルレンズ10の製
造は比較的簡単である。
For example, the pitch of the straight band LB at 1 mm in the x direction from the optical axis OA is 2.7 μm from the equation (3). Therefore, the LZP 11 can be easily formed by a known machine engraving method or photolithography method. Therefore, the manufacture of the cylindrical lens 10 of FIG. 1 is relatively simple.

【0046】ところで、シリンドリカルレンズ10の焦
点距離fはLZP11と凹シリンドリカル面12の合成
焦点距離であり、その焦点距離fは次式によって決ま
る。
The focal length f of the cylindrical lens 10 is the combined focal length of the LZP 11 and the concave cylindrical surface 12, and the focal length f is determined by the following equation.

【0047】[0047]

【数9】 (Equation 9)

【0048】したがって、第1実施例にかかるシリンド
リカルレンズ10の焦点距離fは、11.8mmで、F
ナンバーは5.9になる。また、バックフォーカスは1
0mmである。
Therefore, the focal length f of the cylindrical lens 10 according to the first embodiment is 11.8 mm,
The number will be 5.9. The back focus is 1
0 mm.

【0049】図6は第1実施例にかかるシリンドリカル
レンズのx方向の横収差を示すグラフであり、同図(a)
ないし(c) は直径2mmの平行光束がそれぞれθ=0
°,θ=15°,θ=20°で入射したときの横収差を
示している。図6にみられるように、この第1実施例に
よれば、斜入射光に対しても平坦な像面が得られる。ま
た、数3の係数Bの作用でシリンドリカル面12で発生
する球面収差も補正でき、その横収差は±1μmに収ま
っている。
FIG. 6 is a graph showing the lateral aberration in the x direction of the cylindrical lens according to the first embodiment.
And (c) indicate that the parallel light flux having a diameter of 2 mm is θ = 0.
It shows the lateral aberration when the light is incident at °, θ = 15 °, and θ = 20 °. As can be seen from FIG. 6, according to the first embodiment, a flat image plane can be obtained even for obliquely incident light. In addition, the spherical aberration generated on the cylindrical surface 12 can be corrected by the operation of the coefficient B in Equation 3, and the lateral aberration is within ± 1 μm.

【0050】<第2実施例>図7は、レーザービームス
キャニング装置に本発明にかかるシリンドリカルレンズ
を利用した例を示す平面図である。また、図8はその部
分側面図である。このレーザービームスキャニング装置
の光学系は、平行なレーザービームLを出射する光源2
1と、走査面(yz面)と垂直な母線をもつシリンドリ
カルレンズ22と、2枚のレンズ23a,23bからな
るダブレットレンズ23と、ポリゴンミラー24と、5
枚のレンズ25a〜25eからなるfθレンズ25と、
図1と同一構成のシリンドリカルレンズ26とで構成さ
れている。また、その光学系は表2に示すデータにした
がって構成される。
<Second Embodiment> FIG. 7 is a plan view showing an example in which a cylindrical lens according to the present invention is used in a laser beam scanning device. FIG. 8 is a partial side view thereof. The optical system of this laser beam scanning device includes a light source 2 for emitting a parallel laser beam L.
1, a cylindrical lens 22 having a generatrix perpendicular to the scanning plane (yz plane), a doublet lens 23 including two lenses 23a and 23b, a polygon mirror 24,
Fθ lens 25 comprising a plurality of lenses 25a to 25e;
It comprises a cylindrical lens 26 having the same configuration as that of FIG. The optical system is configured according to the data shown in Table 2.

【0051】[0051]

【表2】 [Table 2]

【0052】面S1 ,S2 で構成されるシリンドリカル
レンズ22と面S3 〜S5 で構成されるダブレットレン
ズ23は各々の焦点距離の和だけ離隔されて配置されて
いる。光源21からのレーザービームLはシリンドリカ
ルレンズ22及びダブレットレンズ23を通過して、y
z面内で径が21mmの平行光、またxz面内で収束光
となる。そして、xz面内で収束した位置にポリゴンミ
ラー24の反射面24aが配置されている。
The cylindrical lens 22 composed of the surfaces S1 and S2 and the doublet lens 23 composed of the surfaces S3 to S5 are spaced apart by the sum of their respective focal lengths. The laser beam L from the light source 21 passes through the cylindrical lens 22 and the doublet lens 23, and
It becomes parallel light with a diameter of 21 mm in the z plane and convergent light in the xz plane. The reflection surface 24a of the polygon mirror 24 is located at a position converged in the xz plane.

【0053】面S7 〜S16からなるfθレンズ25は、
特開昭55ー53308号公報に記載されたものであ
り、その焦点距離は500mmである。画角は67.2
°であり、走査長は586mmである。また、Fナンバ
ーは23.8であり、走査面27上で25μmのスポッ
トが得られる。
The fθ lens 25 composed of the surfaces S7 to S16 is
This is described in JP-A-55-53308, and its focal length is 500 mm. Angle of view is 67.2
° and the scan length is 586 mm. The F number is 23.8, and a spot of 25 μm is obtained on the scanning surface 27.

【0054】面S17、S18で構成される素子が本発明に
係るシリンドリカルレンズ26である。図8に示すよう
に、このシリンドリカルレンズ26をfθレンズ25と
被走査面27の間に配置することで、xz面内において
ポリゴンミラー面24aと被走査面27とを共役にし、
それによってポリゴンミラー24の面倒れを補正してい
る。
The element constituted by the surfaces S17 and S18 is the cylindrical lens 26 according to the present invention. As shown in FIG. 8, by disposing the cylindrical lens 26 between the fθ lens 25 and the scanned surface 27, the polygon mirror surface 24a and the scanned surface 27 are conjugated in the xz plane,
Thereby, the tilt of the polygon mirror 24 is corrected.

【0055】面S17はLZP11であり、数3の係数
A,Bは A=23.73 B=0 である。また、数8からLZP11の焦点距離fH は fH =33.3mm となる。この第2実施例では、面S17上でのビーム径は
4.2mmであり、LZP11の光軸から2.1mmで
の帯ピッチは数4より、10μmであることがわかる。
The surface S17 is LZP11, and the coefficients A and B in the equation 3 are A = 23.73 B = 0. In addition, from Equation 8, the focal length fH of the LZP 11 becomes fH = 33.3 mm. In the second embodiment, the beam diameter on the surface S17 is 4.2 mm, and the band pitch at 2.1 mm from the optical axis of the LZP 11 is 10 μm from Equation 4.

【0056】面S18は凹シリンドリカル面12であり、
曲率半径と屈折率から fG =−33.38mm である。したがって、 fH /fG =−1.0 となっている。数9より、シリンドリカルレンズ26の
焦点距離fは f=111.3mm となる。なお、このシリンドリカルレンズ26から被走
査面27までの距離は100mmであるが、このことは
シリンドリカルレンズ26にxz面内でも若干の収束光
が入射していることを表している。
The surface S18 is a concave cylindrical surface 12,
From the radius of curvature and the refractive index, fG = −33.38 mm. Therefore, fH / fG = -1.0. From Equation 9, the focal length f of the cylindrical lens 26 is f = 1111.3 mm. The distance from the cylindrical lens 26 to the surface to be scanned 27 is 100 mm, which means that a small amount of convergent light is incident on the cylindrical lens 26 even in the xz plane.

【0057】図9、図10及び図11はそれぞれこのレ
ーザービームスキャニング装置の像高0mm、205m
m、293mmの横収差を示している。これらの図から
わかるように、サジタル像面湾曲はほとんどなく、本発
明に係るシリンドリカルレンズ26は良好な集光特性を
有している。
FIGS. 9, 10 and 11 show image heights of this laser beam scanning apparatus of 0 mm and 205 m, respectively.
m and 293 mm. As can be seen from these figures, there is almost no sagittal field curvature, and the cylindrical lens 26 according to the present invention has good light-collecting characteristics.

【0058】なお、上記実施例では、LZP11とシリ
ンドリカル面12からなるシリンドリカルレンズについ
て説明したが、図12に示すように、一方側にLZP1
1が設けられるとともに他方側がxy面に平行な平面1
3に仕上げられた第1の光学素子31と、一方側に凹シ
リンドリカル面12が設けられるとともに他方側にxy
面に平行な平面14が設けられた第2の光学素子32と
を組み合わせたシリンドリカルレンズ30においても上
記と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the description has been given of the cylindrical lens composed of the LZP 11 and the cylindrical surface 12, but as shown in FIG.
1 is provided and the other side is a plane 1 parallel to the xy plane.
3 and a concave cylindrical surface 12 on one side and xy on the other side.
The same effect as described above can be obtained also in the cylindrical lens 30 in which the second optical element 32 provided with the plane 14 parallel to the surface is combined.

【0059】また、上記実施例では、光源側にLZP1
1を、また像面側に凹シリンドリカル面12を配置した
場合について説明したが、第1実施例において光源側に
凹シリンドリカル面12を、また像面側にLZP11を
配置してもよいし、また第2実施例におけるLZP1
1,凹シリンドリカル面12および平行平面13,14
の配列順序は任意である。
In the above embodiment, the LZP1
1 and the case where the concave cylindrical surface 12 is arranged on the image surface side, the concave cylindrical surface 12 is arranged on the light source side and the LZP 11 is arranged on the image surface side in the first embodiment. LZP1 in the second embodiment
1, concave cylindrical surface 12 and parallel planes 13, 14
May be arranged in any order.

【0060】また、シリンドリカル面の断面は、円形に
限らず、放物面、楕円面、その他高次の非求面であって
も実施可能である。
The cross section of the cylindrical surface is not limited to a circular shape, but may be a parabolic surface, an elliptical surface, or any other higher-order non-required surface.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
シリンドリカルレンズによれば、リニアゾーンプレート
の焦点距離fH が正の値である一方、凹シリンドリカル
面の焦点距離fG が負の値であるように構成し、リニア
ゾーンプレートの斜入射光に対する特性が凹シリンドリ
カル面のそれとまったく逆の特性となるようにしている
ので、斜入射光に対する焦線位置をガウス像面にほぼ一
致させることができる。また、シリンドリカルレンズは
一般的な形状であるため、当該シリンドリカルレンズを
容易に製造することができる。
As described above, according to the cylindrical lens of the present invention, while the focal length fH of the linear zone plate is a positive value, the focal length fG of the concave cylindrical surface is a negative value. Since the characteristics of the linear zone plate with respect to oblique incident light are made to be completely opposite to those of the concave cylindrical surface, the focal line position with respect to oblique incident light can be made substantially coincident with the Gaussian image plane. In addition, since the cylindrical lens has a general shape, the cylindrical lens can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明にかかるシリンドリカルレンズの一実
施例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a cylindrical lens according to the present invention.

【図2】LZPの正面図である。FIG. 2 is a front view of the LZP.

【図3】LZPの側面図である。FIG. 3 is a side view of the LZP.

【図4】LZPの特性を説明するための斜視図である。FIG. 4 is a perspective view for explaining characteristics of LZP.

【図5】入射角θとガウス像面から焦線までの距離との
関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an incident angle θ and a distance from a Gaussian image plane to a focal line.

【図6】第1実施例にかかるシリンドリカルレンズのx
方向の横収差を示すグラフである。
FIG. 6 shows x of the cylindrical lens according to the first example.
It is a graph which shows the transverse aberration of a direction.

【図7】レーザービームスキャニング装置に本発明にか
かるシリンドリカルレンズを利用した例を示す平面図で
ある。
FIG. 7 is a plan view showing an example in which a cylindrical lens according to the present invention is used in a laser beam scanning device.

【図8】その部分側面図である。FIG. 8 is a partial side view thereof.

【図9】レーザービームスキャニング装置の像高0mm
の横収差を示す図である。
FIG. 9 shows an image height of 0 mm of a laser beam scanning device.
FIG. 4 is a diagram showing lateral aberrations of FIG.

【図10】レーザービームスキャニング装置の像高20
5mmの横収差を示す図である。
FIG. 10: Image height of laser beam scanning device 20
It is a figure which shows the lateral aberration of 5 mm.

【図11】レーザービームスキャニング装置の像高29
3mmの横収差を示す図である。
FIG. 11 shows an image height of 29 of a laser beam scanning device.
It is a figure which shows the transverse aberration of 3 mm.

【図12】この発明にかかるシリンドリカルレンズの他
の実施例を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing another embodiment of the cylindrical lens according to the present invention.

【図13】従来のシリンドリカルレンズの斜視図であ
る。
FIG. 13 is a perspective view of a conventional cylindrical lens.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 LZP 12 凹シリンドリカル面 13,14 平面 31 第1の光学素子 32 第2の光学素子 LB 直線帯 11 LZP 12 Concave cylindrical surface 13, 14 Plane 31 First optical element 32 Second optical element LB Linear band

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の方向に伸びた複数の直線帯を前記
第1の方向に対しほぼ直交する第2の方向に不等間隔に
配置してなり、焦点距離fH の回折素子として機能する
リニアゾーンプレートと、 前記第1の方向に平行な対称軸を有する焦点距離fG の
凹シリンドリカル面とからなり、 しかも、次の不等式 fH >0 fG <0 を満足することを特徴とするシリンドリカルレンズ。
1. A plurality of linear bands extending in a first direction are arranged at irregular intervals in a second direction substantially orthogonal to the first direction, and function as a diffraction element having a focal length fH. A cylindrical lens comprising: a linear zone plate; and a concave cylindrical surface having a focal length fG having an axis of symmetry parallel to the first direction, and satisfying the following inequality: fH> 0 fG <0.
【請求項2】 第1の方向に伸びた複数の直線帯を前記
第1の方向に対しほぼ直交する第2の方向に不等間隔に
配置してなり、焦点距離fH の回折素子として機能する
リニアゾーンプレートと、前記第1及び第2の方向とを
含む平面に平行な第1の平面とからなる第1の光学素子
と、 前記第1の方向に平行な対称軸を有する焦点距離fG の
凹シリンドリカル面と、前記第1の平面に平行な第2の
平面とからなる第2の光学素子とを組み合わせてなり、 しかも、次の不等式 fH >0 fG <0 を満足することを特徴とするシリンドリカルレンズ。
2. A plurality of linear bands extending in a first direction are arranged at unequal intervals in a second direction substantially orthogonal to the first direction, and function as a diffraction element having a focal length fH. A first optical element composed of a linear zone plate and a first plane parallel to a plane including the first and second directions; and a focal length fG having an axis of symmetry parallel to the first direction. A second optical element comprising a concave cylindrical surface and a second plane parallel to the first plane is combined, and the following inequality expression is satisfied: fH> 0 fG <0. Cylindrical lens.
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