JP2604513B2

JP2604513B2 - テレセントリック走査光学系

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Publication number: JP2604513B2
Application number: JP35325091A
Authority: JP
Inventors: 信一永田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JPH05164985A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザービームプリ
ンターや平面走査型の製版装置、あるいはフォトプロッ
ター等に用いられる走査光学系であって、特に面倒れ補
正機能を有し、しかもテレセントリック性を備えたテレ
セントリック走査光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の走査光学系においてはテレセント
リック系でない通常のｆθレンズが採用されていたため
に、走査スポットの位置誤差（主走査方向）が生じやす
く、高精度の描画を行うことができないという問題があ
った。

【０００３】そこで、この問題を解決するために、テレ
セントリックなｆθレンズがいくつか提案されている。
その一例としては、例えば特開昭５９−１９５２１１号
公報（文献１）、特開昭６２−２９９９２７号公報（文
献２）や特開平２−８３５１１号公報（文献３）に記載
されたものがあり、各公報に記載されたｆθレンズの主
な特徴は以下の通りである。

【０００４】(1) 文献１に記載されたレンズは、画角４
７°、Ｆナンバー３０である。また、フィールドレンズ
以外のレンズの口径は最大φ１９３となり、走査長の３
３％となっている。

【０００５】(2) 文献２に開示されているテレセントリ
ックｆθレンズは、画角４４°、Ｆナンバー３３．７で
あり、フィールドレンズ以外のレンズの口径は最大φ１
８０（走査長の３５％）である。

【０００６】(3) 文献３に記載されたテレセントリック
ｆθレンズは、Ｆナンバーは２０、画角５０°であり、
フィールドレンズ以外のレンズの口径は走査長の５５％
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザービ
ームプリンタ等の装置によって微細パターンを高精度に
描くためには、単に走査光学系にテレセントリック性を
持たせて走査位置誤差を小さくするだけではなく、さら
に被走査面上でのスポットサイズを小さくする必要があ
る。そのためには、走査光学系のＦナンバーを小さくし
なければならない。また、装置のコンパクト化を図るた
めに、広い画角を有する走査光学系が望まれる。さら
に、装置コストを低く抑えるために、走査光学系を構成
するレンズ枚数を少なくするとともに、それらのレンズ
径を小さくする、つまり走査長に対するレンズの最大口
径の割合を小さくする必要がある。

【０００８】しかしながら、上記引例に記載されたテレ
セントリックｆθレンズでは、上記必要条件のすべてを
満足するに至っていない。例えば、Ｆナンバー，画角の
面から見れば、文献３に記載されたｆθレンズは優れて
いるが、レンズ口径が大きく、走査長に対する割合が大
きいという問題がある。

【０００９】なお、偏向器としてポリゴンミラーを用い
た場合には、高精度の描画を行うためには、上記条件に
加え、ポリゴンミラーの面倒れを補正する必要がある。

【００１０】この発明は、上記課題を解消するためにな
されたもので、上記必要条件のすべてを満足する、すな
わち偏向器の面倒れを補正でき、Ｆナンバーが小さく、
画角が広く、レンズ構成枚数が少なく、しかも走査長に
対するレンズの最大口径の割合が小さなテレセントリッ
ク走査光学系を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光源
からの光ビームを第１結像光学系によって副走査方向に
のみ集光させて線像を形成し、その線像上または近傍に
偏向面を有する偏向器によって前記光ビームを偏向し、
偏向された光ビームを第２結像光学系を介して被走査面
上に照射することにより、前記副走査方向に対しほぼ直
交する主走査方向に前記被走査面を走査する走査光学系
であって、上記目的を達成するために、前記第２結像光
学系は、前記偏向器側から前記被走査面側へ、前側レン
ズ群及び後側レンズ群をこの順序で配列してなり、前記
前側レンズ群が、前記偏向器側に凹面を向けて配置され
たメニスカスレンズと、アッベ数が相互に異なる硝材に
よって形成された１組のレンズが接合され、前記偏向器
側に凹面を向けて配置されたメニスカス形状の接合レン
ズとで構成されるとともに、前記後側レンズ群が、前記
前側レンズ群の射出瞳とその前側焦点がほぼ一致して配
置された凸レンズと、前記凸レンズと前記被走査面との
間に配置されたシリンドリカルレンズとで構成されてい
る。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明にかか
るテレセントリック走査光学系が、以下の不等式

【００１３】

【数１】１０＜ νd222−νd221 ＜７０

【００１４】

【数２】０．７＜ｄ′22／ｆ2 ＜１．５

【００１５】

【数３】１．０＜ｆ23／ｆ2 ＜２．４

【００１６】

【数４】０．０２＜ｆｘ24／ｆ2 ＜０．３

【００１７】ただし、ｆ2 は第２結像光学系全体の主走
査方向における焦点距離であり、νd221は接合レンズを
構成する１組のレンズのうち偏向器側のレンズを形成す
る硝材のアッベ数であり、νd222は接合レンズを構成す
る１組のレンズのうち被走査面側のレンズを形成する硝
材のアッベ数であり、ｄ′22は接合レンズと凸レンズの
間隔であり、ｆ23は凸レンズの焦点距離であり、ｆｘ24
はシリンドリカルレンズの焦点距離である、を満足する
ように構成している。

【００１８】請求項３の発明は、請求項２の発明にかか
るテレセントリック走査光学系が、さらに以下の不等式

【００１９】

【数５】０．４＜ｆ21／ｆ2 ＜１．０

【００２０】

【数６】１．０＜ｒ′21／ｒ22 ＜２．２

【００２１】

【数７】０．６＜ｒ22／（ｒ′22＋ｄ22）＜２．０

【００２２】ただし、ｆ21はメニスカスレンズの焦点距
離であり、ｒ′21はメニスカスレンズの被走査面側の曲
率半径であり、ｒ22は接合レンズの偏向器側の曲率半径
であり、ｒ′22は接合レンズの被走査面側の曲率半径で
あり、ｄ22は接合レンズの全厚である、を満足するよう
に構成している。

【００２３】

【作用】請求項１の発明では、後側レンズ群においてシ
リンドリカルレンズが被走査面側に配置されている、つ
まり最も被走査面に近い位置に配置されている。そのた
め、主走査方向を含む走査面と直交する面内において、
偏向面と被走査面の横倍率が小さくなり、その結果面倒
れが補正される。その理由について、以下に説明する。

【００２４】偏向器にポリゴンミラーを用いる走査光学
系においては、ポリゴンミラーの面倒れの補正が必要で
ある。この面倒れを光学的に補正するには、走査面と直
交する面内において、偏向面と被走査面を共役にする方
法が従来より知られている。しかしながら、ポリゴンミ
ラーを用いて光ビームを偏向すると、ポリゴンミラーの
回転に伴って、反射点の位置が移動する。特に大型のポ
リゴンミラーを用いた場合、例えばその移動量は２ｍｍ
前後にもなり、厳密に偏向面と被走査面とを共役な関係
に保ち続けることは困難である。ところが、その横倍率
をできるだけ小さくすれば、偏向器側の焦点深度が深く
なり、偏向点移動に起因する面倒れ補正率の低下を軽減
できる。そこで、この発明では、上記のように、第２結
像光学系のシリンドリカル面を被走査面の近傍に配置す
ることによって、走査面と直交する面内での主点を被走
査面に近付け、横倍率を小さくしている。

【００２５】ところで、走査面内でこのシリンドリカル
レンズに光線が斜入射すると、シリンドリカルレンズの
焦点距離が実効的に短くなり、サジッタル像面湾曲が生
じるという問題がある。そこで、シリンドリカルレンズ
の偏向器側に、フィールドレンズとして機能する凸レン
ズが配置されている。しかも、その前側焦点を前側レン
ズ群の射出瞳に合致させることによって、前側レンズ群
とこの凸レンズからなる光学系をテレセントリック系と
し、シリンドリカルレンズに入射する光線が傾かないよ
うにしている。

【００２６】また、このような構成にあっては、サジッ
タル像面はほぼフラットになるから、前側レンズ群と後
側レンズ群の凸レンズとからなる光学系には非点収差が
残存していてもかまわない。最も大切な能力は、メリデ
ィオナル像面湾曲を低減させることと、歪曲特性をｆθ
特性に近づけることである。メリディオナル像面湾曲を
低減するのに、第２結像光学系に走査面内で若干の発散
光や、収束光を入射するのは有効である。偏向器によっ
て発散光束が偏向されるとき、その像面はプラスに湾曲
し、収束光束が偏向されるとマイナスに湾曲するから、
第２結像光学系に残存するメリディオナル像面湾曲を打
ち消すことができる。

【００２７】請求項２の発明では、数１ないし数４の不
等式が満足されているので、好適なテレセントリック走
査光学系が得られる。すなわち、数１は色収差を適正に
補正する条件を示すものであり、数１の下限値を下回る
と、接合レンズの色収差が補正不足になり、逆に上限値
を上回ると補正過剰になる。

【００２８】数２の条件は、テレセントリック性を保つ
のに必要な条件である。この数２の下限値を下回ると、
接合レンズと凸レンズとが近づきすぎて主光線が発散気
味になり、テレセントリック性が損なわれる。一方、上
限値を上回ると主光線が収束気味になり、やはりテレセ
ントリック性が損なわれる。

【００２９】数３の条件は、凸レンズの焦点距離を規定
するものである。凸レンズはフィールドレンズとして機
能し、第２結像光学系をテレセントリックにするもので
ある。したがって、数３の下限値を下回ると、凸レンズ
のパワーが強くなりすぎ、主光線は収束気味となり、テ
レセントリック性が損なわれる。一方、上限値を上回る
と、凸レンズのパワーは弱くなりすぎ、主光線は発散気
味となり、やはりテレセントリック性が損なわれる。

【００３０】数４は、シリンドリカルレンズのパワーを
規定するものである。シリンドリカルレンズは、フィー
ルドレンズ（凸レンズ）と被走査面の間に配置されるこ
とから、おのずとシリンドリカルレンズの取り得るパワ
ーの範囲も規定される。数４の下限値を下回ると、シリ
ンドリカルレンズと被走査面の距離を充分にとることが
できなくなる。一方、上限値を上回ると、偏向面と被走
査面を、走査面と直交する面内で共役にすることができ
なくなる。

【００３１】請求項３の発明では、上記不等式に加え、
さらに数５ないし数７の不等式が満足されているので、
より好適なテレセントリック走査光学系が得られる。す
なわち、数５の条件はメニスカスレンズの焦点距離を規
定する条件である。数５の下限値を下回ると、メニスカ
スレンズの焦点距離が短くなりすぎ、球面収差が補正不
足になる。逆に、上限値を上回ると、球面収差が補正過
剰になる。

【００３２】数６は、メニスカスレンズと接合レンズの
間の空気レンズのパワーを規定するものである。数６の
下限値を下回ると、空気レンズの働きが弱くなり、メリ
ディオナル像面湾曲が補正不足になる。上限値を上回る
と補正過剰になる。

【００３３】数７の条件は、接合レンズのコンセントリ
ック性を規定するものである。この数７の下限値を下回
るとメリディオナル像面湾曲が補正過剰になり、逆に上
限値を上回ると補正不足になる。

【００３４】

【実施例】

Ａ．走査光学系この発明にかかる走査光学系の説明に先立って、座標系
を以下のように定義する。すなわち、偏向器たるポリゴ
ンミラーの回転軸と平行な軸をｘ軸とし、各場所での光
軸方向をｚ軸に、またｘ軸及びｚ軸に対し直交する軸を
ｙ軸として定義する。また、光軸中心でのｙｚ平面内の
曲率半径を半径ｒy とし、ｘｚ平面内のそれを半径ｒx
とする。

【００３５】Ａ−１．第１実施例図１はこの発明にかかるテレセントリック走査光学系の
第１実施例を示す平面図である。また、図２及び図３は
図１の部分拡大図である。この走査光学系では、中心波
長が７８０ｎｍのレーザービームを放射する半導体レー
ザー１を備えており、この半導体レーザー１からのレー
ザービームが第１結像光学系２を介して回転軸３ｂまわ
りに回転するポリゴンミラー３の反射ミラー面３ａに入
射される。また、ポリゴンミラー３と被走査面５との間
に第２結像光学系４が設けられ、ポリゴンミラー３によ
って偏向されたされたレーザービームが被走査面５に導
かれるように構成されている。

【００３６】図２及び図３に示すように、第１結像光学
系２では、半導体レーザー１側からポリゴンミラー３側
へｙ方向に母線を持つシリンドリカルレンズＧ１１と接
合レンズＧ１２とがこの順で配置されている。これらの
レンズＧ１１，Ｇ１２のうち、シリンドリカルレンズＧ
１１は方向ｘ（ｘｚ平面内）にのみ屈折力を有してい
る。一方、接合レンズＧ１２は、２枚のレンズ１２１，
１２２を相互に貼り合わせたものである。このように構
成された第１結像光学系２を通過したレーザービーム
は、ｙｚ平面でわずかに収束するほぼ平行な光束とな
り、ｘｚ平面でポリゴンミラー３の反射ミラー面３ａに
おいて集光するように整形される。なお、これらの図へ
の図示は省略されているが、接合レンズＧ１２の直前に
ｘ方向の幅０．３３２ｍｍ、ｙ方向の幅２４．１７８ｍ
ｍのアパーチャーが配置されており、レーザービームは
半導体レーザー１からの取り込みＮＡに換算して、ｙ方向のＮＡ＝０．１ｘ方向のＮＡ＝０．０８に規定される。

【００３７】ポリゴンミラー３は６面のものであり、対
向面間距離は１１０ｍｍである。また、ポリゴンミラー
３は、第１及び第２結像光学系２，４と以下の関係にな
るように配置されている。図４はその配置関係を示す図
である。同図に示すように、第１結像光学系２の光軸Ｏ
Ｐ１と第２結像光学系４の光軸ＯＰ２とは接合レンズＧ
１２からｚ方向に５０ｍｍだけ離れた点Ｐ1 において８
０゜で交差している。そして、点Ｐ１からｚ方向に対し
４０°傾いた方向ｕに５５ｍｍだけ離れた点Ｐ2 を考
え、さらにその点Ｐ2 から、方向ｕに対して垂直な方向
ｑに４．３５７ｍｍだけ離れた点にポリゴンミラー３の
回転軸３ｂが配置されている。このようにポリゴンミラ
ー３を配置することによって、ポリゴンミラー３の反射
ミラー面３ａの有効径が最小となり、ポリゴンミラー３
の小型化を図ることができる。なお、この実施例では、
ポリゴンミラー３の回転角２７．５゜に対して有効走査
が行われる。つまり、第２結像光学系４の有効画角は５
５゜であり、有効走査率は４５．８％である。

【００３８】上記のように、第１結像光学系２の光軸Ｏ
Ｐ１と第２結像光学系４の光軸ＯＰ２とは、８０゜をな
している。ここで、交差角度を８０°に設定したのは以
下の理由からである。すなわち、この交差角度が９０゜
以上になると、第２結像光学系４を構成するレンズのう
ち最もポリゴンミラー３よりに位置するレンズ（後で説
明するレンズＧ２１）がポリゴンミラー３に近接しす
ぎ、その結果ポリゴンミラー３とレンズＧ２１とが干渉
する。逆に、交差角度が７０゜以下になると、上記レン
ズＧ２１が第１結像光学系２からのレーザービームを妨
害してしまう。したがって、上記のような配置（図４）
をとることによって、レンズＧ２１をポリゴンミラー３
に極力近付けることができ、第２結像光学系４の前側レ
ンズ群ＦＬのサイズを小さくすることができる。

【００３９】また、図４に示すように、第２結像光学系
４の光軸ＯＰ２は、ポリゴンミラー３が第１結像光学系
２からのレーザービームをちょうど８０°偏向したとき
のレーザービームの中心から、１．７２２ｍｍだけ偏心
している。このように第２結像光学系４を配置すること
によって、走査両端でのレーザービームは第２結像光学
系４の光軸ＯＰ２から等距離を通過することとなり、第
２結像光学系４を構成するレンズのレンズ径を最小にす
ることができる。

【００４０】第２結像光学系４は、図１に示すように、
ポリゴンミラー３側から被走査面５側にこの順序で配置
された前側レンズ群ＦＬと後側レンズ群ＲＬとで構成さ
れている。前側レンズ群ＦＬは、凹面をポリゴンミラー
３側に向けたメニスカス凸レンズＧ２１と、同じく凹面
をポリゴンミラー３側に向けたメニスカス形状の接合レ
ンズＧ２２からなる。この実施例では、メニスカス凸レ
ンズＧ２１のｙ方向の長さは６２ｍｍであり、ｘ方向の
高さは３０ｍｍである。また、接合レンズＧ２２のｙ方
向の長さは８２ｍｍであり、ｘ方向の高さは３０ｍｍで
ある。そして本実施例においては、有効走査長を５００
ｍｍに設定しているので、接合レンズＧ２２のｙ方向の
径は走査長に対して１６．４％しかなく、この第２結像
光学系４の前側レンズ群ＦＬは従来の走査光学系に比べ
てコンパクトである。なお、接合レンズＧ２２は、アッ
ベ数νd221が２５．４のレンズ２２１とアッベ数νd222
が４４．２のレンズ２２２とを貼り合わせて形成してい
る。

【００４１】一方、後側レンズ群ＲＬは、凸面を被走査
面５側に向けた平凸レンズＧ２３と、凸面を平凸レンズ
Ｇ２３側に向けた平凸シリンドリカルレンズＧ２４から
なる。両レンズＧ２３，Ｇ２４のｙ方向の長さは有効走
査長（＝５００ｍｍ）と等しい。

【００４２】表１は、上記のように構成された走査光学
系のレンズデータを示すものである。

【００４３】

【表１】

【００４４】なお、第２結像光学系４全体の走査面（ｙ
ｚ面）内での焦点距離ｆ2 は５６９．９ｍｍであり、メ
ニスカス凸レンズＧ２１の焦点距離ｆ21は４４６ｍｍで
ある。また、平凸レンズＧ２３の焦点距離ｆ23は８７
４．１ｍｍであり、レンズＧ２３の前側焦点は前側レン
ズ群ＦＬの射出瞳にほぼ一致しているので、全系として
はテレセントリックな光学系となっている。さらに、シ
リンドリカルレンズＧ２４のｘｚ面内の焦点距離ｆx24
は６７．５ｍｍである。

【００４５】したがって、上記データから νd222−νd221 ＝１８．８ｄ′22／ｆ2 ＝０．８８ｆ23／ｆ2 ＝１．５ｆx24 ／ｆ2 ＝０．１２ｆ21／ｆ2 ＝０．７８ｒ′21／ｒ22 ＝１．６ｒ22／（ｒ′22＋ｄ22）＝１．１が求まる。これらからわかるように、第１実施例にかか
る走査光学系は数１ないし数７を満足している。

【００４６】このように構成された第２結像光学系４に
よって、ポリゴンミラー３からのレーザービームはｘｚ
面内においても，ｙｚ面内においてもＮＡ０．０２２で
集光する。これはＦナンバー換算で２３になり、被走査
面５上に１／ｅ²強度直径が２８μｍのスポットを形成
することが可能となる。なお、「１／ｅ²強度直径」と
は、レーザービームの中心強度を１としたときに、その
レーザービームの強度が１／ｅ²（=0.135）となる直径
を示すものである。

【００４７】第２結像光学系４は、ｘｚ面内でポリゴン
ミラー３のミラー面３ａと被走査面５を共役にしている
ため、スポットの被走査面５におけるｘ方向の位置は、
ポリゴンミラー３の面倒れの影響を受けにくい。例え
ば、ポリゴンミラー３に面倒れが３０秒あったときにつ
いて考えてみる。図５は、そのときのビームスポットの
被走査面５におけるｘ方向の位置を示したものであり、
「ｘ＝０」は面倒れが０秒の時における光軸上のビーム
スポット位置である。これに見られるように、スポット
のｘ方向の位置変動は、±１μｍ内である。なお、完全
に補正しきれないのは主としてサジッタル像面湾曲の影
響である。

【００４８】また、第２結像光学系４は、走査面である
ｙｚ面内においてはｆθ特性を有する。図６は走査速度
の変化を示したもので、有効走査長内で±１％内の変化
に収まっている。

【００４９】図７ないし図９はそれぞれ像高０ｍｍ、像
高１７５ｍｍ、像高２５０ｍｍでの横収差を示してい
る。図７(a) 、図８(a) 及び図９(a) は主走査方向ｙの
横収差を、また図７(b) 、図８(b) 及び図９(b) は副走
査方向ｘの横収差を示している。これらの図７ないし図
９において、点線，実線及び１点鎖線はそれぞれ波長７
７５ｎｍ，７８０ｎｍ及び７８５ｎｍのときの横収差を
示している。なお、後で説明する図１４ないし図１６に
ついても同様である。これらの図から明らかなように、
波長変動±５ｎｍに対しても倍率の色収差は僅少であ
り、半導体レーザー１のモードホップに対しても充分に
対応できる。しかも、画角５５°の範囲内であってもＲ
ＭＳ波面収差は０．０５５λ以内であり、通常０．０７
λ以内であれば無収差と見なされていることを鑑みれ
ば、この実施例にかかる走査光学系は無収差と見なすこ
とができる。

【００５０】また、本実施例は上記のような構成をと
り、テレセントリックな走査ができるから、被走査面５
に光軸方向ｚの位置誤差があったとしても、ｙ方向に走
査位置誤差が生じることなく、高精度の走査を行うこと
ができる。

【００５１】Ａ−２．第２実施例図１０はこの発明にかかる走査光学系の第２実施例を示
す斜視図であり、図１１は、その平面図である。この走
査光学系では、半導体レーザー１からのレーザービーム
（中心波長は７８０ｎｍである）が第１及び第２レンズ
Ｇ１１，Ｇ１２からなる第１結像光学系２を介して偏向
器たるポリゴンミラー３に入射される。なお、図１０及
び図１１への図示は省略されているが、この第２実施例
では半導体レーザー１からｚ方向に５ｍｍの位置に、ｘ
方向の幅が０．４３７ｍｍで、またｙ方向の幅が１．３
１１ｍｍのアパチャーが配置されている。その結果、第
１結像光学系２の第１レンズＧ１１に取り込まれるレー
ザービームは、以下のように規定される。

【００５２】ｙ方向のＮＡ＝０．１３ｘ方向のＮＡ＝０．０４３この第１レンズＧ１１はｙ方向に母線を持つシリンドリ
カルレンズであり、ポリゴンミラー３側を向いた面は

【００５３】

【数８】

【００５４】ただし、係数Ｋ，ＡはそれぞれＫ＝−０．８６８Ａ＝０であり、

【００５５】

【数９】Ｃ_ｘ＝１／ｒ_ｘ

【００５６】である、で表される形状に仕上げられた非
円筒面である。

【００５７】一方、第２レンズＧ１２はｘ方向に母線を
もった平凸シリンドリカルレンズである。半導体レーザ
ー１側の面は平面であり、逆の面（ポリゴンミラー３側
を向いた面）は数９で表される形状に仕上げられた非円
筒面である。

【００５８】

【数１０】

【００５９】ただし、係数Ｋ，ＡはそれぞれＫ＝−０．５４１Ａ＝０．４４＊Ｅ−７であり、また

【００６０】

【数１１】Ｃ_ｙ＝１／ｒ_ｙ

【００６１】である。

【００６２】これら２つのレンズＧ１１，Ｇ１２によっ
て第１結像光学系２が構成され、半導体レーザー１から
のレーザービームは、ｙｚ平面内においてわずかに発散
するほぼ平行な光束となり、またｘｚ平面内においては
ポリゴンミラー３の反射ミラー面３ａに集光するように
整形される。

【００６３】ポリゴンミラー３の形状と配置、第２結像
光学系４の配置される方向は、第１実施例と同じであ
る。さらに、第２結像光学系４の構成も、前側レンズ群
ＦＬと後側レンズ群ＲＬの間に長尺の２枚のミラーＭ1
，Ｍ2 が傾角１０゜で配置されている点を除いて、第
１実施例に類似している。この第２実施例のように、ミ
ラーＭ1 ，Ｍ2 を追加することによって、図１０に示す
ように、走査光学系全体をより小さな空間に納めること
ができる。

【００６４】表２は、上記のように構成された走査光学
系のレンズデータを示す表である。

【００６５】

【表２】

【００６６】なお、第２結像光学系２の走査面（ｙｚ平
面）内での焦点距離ｆ2 は５１９．６ｍｍで、画角は５
５°である。レンズＧ２１の焦点距離ｆ21は３２１．８
ｍｍである。また、接合レンズＧ２２はアッベ数νd221
が２５．７のレンズ２２１と、アッベ数νd222が４９．
６のレンズ２２２とを接合して形成されている。前側レ
ンズ群ＦＬと後側レンズ群ＲＬとの間の光路長は５２
６．２２７ｍｍである。後側レンズ群ＲＬは、焦点距離
ｆ23が８３９．４ｍｍの両凸レンズＧ２３と、ｘｚ面内
での焦点距離ｆx24 が５０．３ｍｍで、しかも凸面を被
走査面５側に向けた平凸シリンドリカルレンズＧ２４と
で構成されている。なお、両レンズＧ２３，Ｇ２４のｙ
方向の長さはともに有効走査長（＝５００ｍｍ）に等し
い。また、レンズＧ２４と被走査面５との距離は５０．
９３５ｍｍである。

【００６７】したがって、上記データから νd222−νd221 ＝２３．９ｄ′22／ｆ2 ＝１．０１ｆ23／ｆ2 ＝１．６ｆx24 ／ｆ2 ＝０．１０ｆ21／ｆ2 ＝０．６２ｒ′21／ｒ22 ＝１．６ｒ22／（ｒ′22＋ｄ22）＝１．２が求まる。これらからわかるように、第２実施例にかか
る走査光学系も数１ないし数７を満足している。

【００６８】第２結像光学系４によって、レーザービー
ムはｘｚ面内においても，ｙｚ面内においてもＮＡ０．
０２２で被走査面５上に集光する。これはＦナンバー換
算で２３になり、第１実施例と同様に、被走査面５上に
１／ｅ²強度直径が２８μｍのスポットを形成すること
ができる。

【００６９】図１２はポリゴンミラーに面倒れが３０秒
あったときの、スポットの像面におけるｘ方向の位置を
示したものである。これに見られるように、スポットの
ｘ方向の位置変動は、±０．６μｍ内であり、スポット
の被走査面５におけるｘ方向の位置は、ポリゴンミラー
３の面倒れの影響を受けにくいことがわかる。ただし、
完全補正されていないが、これは主としてサジッタル像
面湾曲の影響である。

【００７０】図１３は走査速度の変化を示したものであ
り、走査面であるｙｚ面内における第２結像光学系４の
ｆθ特性がわかる。この図によれば、この第２実施例で
は、有効走査長内で１％内の変化に収まっていることが
わかる。

【００７１】図１４ないし図１６は、図７ないし図９と
同様に、それぞれ像高０ｍｍ、像高１７５ｍｍ及び像高
２５０ｍｍでの横収差を示している。これらの図からわ
かるように、波長変動±５ｎｍに対しても倍率の色収差
は僅少で、半導体レーザーのモードホップに充分対応で
きる。画角５５°の範囲内でのＲＭＳ波面収差は０．０
５λ以内であり、ほぼ無収差であるといえる。

【００７２】Ｂ．上記走査光学系を備えた画像記録装置次に、上記走査光学系を備えた製版装置について説明す
る。図１７及び図１８はその製版装置の断面図である。
この製版装置は、感材Ｆを副走査方向Ｘに搬送しなが
ら、副走査方向Ｘとほぼ直交する主走査方向Ｙにレーザ
ビームで走査することにより、感材Ｆに複製画像を記録
する。

【００７３】この装置の主な構成について説明すると、
本体１０と、フィルム供給カセット２０に収納されたロ
ール状の感材Ｆを導入する一対の導入ローラ３０と、感
材Ｆを副走査方向Ｘに搬送しながら、主走査方向Ｙにレ
ーザビームＬを偏向して、複製画像を感材Ｆ上に記録す
る記録部４０と、記録部４０の排出側（下流側）に設け
られ、露光済の感材Ｆを切断するカッター部５０と、カ
ッター部５０により切断された感材片を回収カセット６
０に搬出する一対の搬出ローラ７０とが設けられてい
る。また、製版装置の各部に設けられた種々のセンサか
らの信号等や操作パネル（図示省略）からの指令等に基
づいて製版装置全体を制御する制御部（図示省略）が別
途設けられている。以下、各部の詳細な構成について説
明する。

【００７４】第１７図からわかるように、この製版装置
の本体１０には開口１１が形成されている。この開口１
１はフィルム供給カセット２０の装着位置に対応して設
けられており、本体１０の上部に装着されたフィルム供
給カセット２０から引き出された感材Ｆはこの開口１１
を介して本体１０内に引き入れられる。

【００７５】また、導入ローラ３０は、本体１０の開口
１１近傍に本体１０に回転自在に取付けられている。導
入ローラ３０は、本体１０に固定されたモータ（図示省
略）と連結されており、相互に摺接した状態でモータが
回転すると、その回転駆動に応じて、本体１０に引き入
れられた感材Ｆを記録部４０に搬送する。

【００７６】記録部４０は、以下に説明する感材Ｆを搬
送する搬送機構４０Ａと、上記第２実施例と同一構成の
走査光学系４０Ｂとで構成されている。搬送機構４０Ａ
は、本体１０に回転自在に設けられた主ローラ４１と、
主ローラ４１に接離自在に設けられたニップローラ４２
ａ，４２ｂと、補助ローラ４３とで構成されており、ニ
ップローラ４２ａ，４２ｂが主ローラ４１に摺接した状
態でモーター４４（図１８）を駆動すると感材Ｆが副走
査方向Ｘに搬送される。一方、その感材Ｆの搬送と同期
して走査光学系４０ＢからのレーザービームＬによって
感材Ｆが走査されることによって、感材Ｆに所望の画像
が記録される。

【００７７】こうして、記録された感材Ｆはカッター部
５０を介して搬出ローラ７０に送り出される。なお、図
示は省略されているが、カッター部５０には、固定カッ
ターと可動カッターとが配置されており、可動カッター
が作動することによって、感材Ｆが切断されて感材片が
形成される。また、搬出ローラ７０が駆動すると、上記
感材片が回収カセット６０に搬出されるように構成され
ている。

【００７８】次に、上記のように構成された製版装置の
動作について図１９を参照しつつ説明する。まず、オペ
レータは、適当なサイズのロール状感材Ｆが収納された
フィルム供給カセット２０を製版装置の本体１０上部の
装着位置にセットした後、フィルム供給カセット２０内
から感材Ｆを引き出し、開口１１から本体１０内部に挿
入する。

【００７９】その後、オペレータが操作パネルに配置さ
れたスタートスイッチ（図示省略）を押動すると、制御
部によって装置の各部が以下のように制御されて、複製
画像が感材Ｆに露光記録される。すなわち、制御部から
の駆動指令に応じ、導入ローラ３０が正回転し、導入ロ
ーラ３０によって感材Ｆが記録部４０に向けて送り出さ
れる（ステップＳＴ１）。

【００８０】そして、感材Ｆの先端部が主ローラ４１と
ニップローラ４２ａ，４２ｂとの間に搬送されると（ス
テップＳＴ２）、制御部から上記モータに停止指令が与
えられて、導入ローラ３０による感材Ｆの送り出しが停
止される（ステップＳＴ３）。

【００８１】次に、ニップローラ４２ａ，４２ｂが駆動
して感材Ｆが主ローラ４１に押し付けられる（ステップ
ＳＴ４）。これによって、画像記録を開始することがで
きる状態となる。それに続いて、主ローラ４１が回転駆
動されて感材Ｆが副走査方向Ｘに搬送されるとともに、
その主ローラ４１の回転運動に同期してレーザビームＬ
によって感材Ｆ主走査方向Ｙに走査される（ステップＳ
Ｔ５）。このようにして、複製画像が感材Ｆに記録され
ていく。

【００８２】そして、上記記録処理が連続的に実行され
る間、記録済感材Ｆは、カッター部５０を介して搬出ロ
ーラ７０に搬送され、記録済感材Ｆが順次搬出される。

【００８３】次に、ステップＳＴ６で露光記録の完了が
判別されると、走査光学系４０Ｂからのレーザービーム
の出射が停止され、さらに主ローラ４１および搬出ロー
ラ７０の正回転により感材Ｆが一定量だけ搬送され、感
材Ｆの露光記録領域の終端がカッター部５０の切断位置
に送られる（ステップＳＴ７）。それに続いて、カッタ
ー部５０によって感材Ｆが切断されて（ステップＳＴ
８）、複製画像が記録された感材片と未露光の感材（以
下「残留感材」という）とに分離される。

【００８４】この後、ステップＳＴ９で、残留感材の先
端部が記録部４０の記録位置に位置するまで、導入ロー
ラ及び主ローラ４１が所定量だけ逆回転して、残留感材
が巻戻される。こうして、次の複写画像を感材Ｆ（残留
感材）に記録することができる状態に設定される。

【００８５】なお、上記においてはこの発明にかかるテ
レセントリック走査光学系を製版装置に適用した場合に
ついて説明したが、適用対象がこれに限定されるわけで
はないことは言うまでもない。

【００８６】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、後側レンズ群においてシリンドリカルレンズが被走
査面側に配置されて、主走査方向を含む走査面と直交す
る面内において、偏向面と被走査面の横倍率が小さくな
るように構成しているので、面倒れを補正することがで
きる。また、シリンドリカルレンズの偏向器側に、フィ
ールドレンズとして凸レンズを配置し、その前側焦点を
前側レンズ群の射出瞳に合致させているので、前側レン
ズ群とこの凸レンズからなる光学系がテレセントリック
となり、シリンドリカルレンズに入射する光線の傾きを
防止することができる。

【００８７】こうして、偏向器の面倒れを補正でき、Ｆ
ナンバーが小さく、画角が広く、レンズ構成枚数が少な
く、しかも走査長に対するレンズの最大口径の割合が小
さなテレセントリック走査光学系を提供することができ
る。

【００８８】請求項２の発明では、数１ないし数４の不
等式が満足されているので、色収差の補正やテレセント
リック性に関して好適なテレセントリック走査光学系が
得られる。

【００８９】さらに、請求項３の発明では、上記不等式
に加え、さらに数５ないし数７の不等式が満足されてい
るので、球面収差やメリディオナル像面湾曲の補正に関
して好適なテレセントリック走査光学系が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかるテレセントリック走査光学系
の第１実施例を示す平面図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】図１の部分拡大図である。

【図４】ポリゴンミラー、第１及び第２結像光学系の配
置関係を示す図である。

【図５】ポリゴンミラーに面倒れが３０秒あったとき、
被走査面におけるｘ方向のスポット位置を示す図であ
る。

【図６】走査速度の変化を示す図である。

【図７】像高０ｍｍでの横収差を示している。

【図８】像高１７５ｍｍでの横収差を示している。

【図９】像高２５０ｍｍでの横収差を示している。

【図１０】この発明にかかる走査光学系の第２実施例を
示す斜視図である。

【図１１】図１０の平面図である。

【図１２】ポリゴンミラーに面倒れが３０秒あったと
き、被走査面におけるｘ方向のスポット位置を示す図で
ある。

【図１３】走査速度の変化を示す図である。

【図１４】像高０ｍｍでの横収差を示している。

【図１５】像高１７５ｍｍでの横収差を示している。

【図１６】像高２５０ｍｍでの横収差を示している。

【図１７】この発明に係る走査光学系を備えた製版装置
の断面図である。

【図１８】この発明に係る走査光学系を備えた製版装置
の断面図である。

【図１９】この製版装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１半導体レーザー２第１結像光学系３ポリゴンミラー４第２結像光学系５被走査面ＦＬ前側レンズ群Ｇ２１メニスカス凸レンズＧ２２接合レンズＧ２３凸レンズＧ２４シリンドリカルレンズＲＬ後側レンズ群

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光ビームを第１結像光学系に
よって副走査方向にのみ集光させて線像を形成し、その
線像上または近傍に偏向面を有する偏向器によって前記
光ビームを偏向し、偏向された光ビームを第２結像光学
系を介して被走査面上に照射することにより、前記副走
査方向に対しほぼ直交する主走査方向に前記被走査面を
走査する走査光学系において、前記第２結像光学系は、前記偏向器側から前記被走査面
側へ、前側レンズ群及び後側レンズ群をこの順序で配列
してなり、前記前側レンズ群が、前記偏向器側に凹面を向けて配置
されたメニスカスレンズと、アッベ数が相互に異なる硝
材によって形成された１組のレンズが接合され、前記偏
向器側に凹面を向けて配置されたメニスカス形状の接合
レンズとで構成されるとともに、前記後側レンズ群が、前記前側レンズ群の射出瞳とその
前側焦点がほぼ一致して配置された凸レンズと、前記凸
レンズと前記被走査面との間に配置されたシリンドリカ
ルレンズとで構成されたことを特徴とするテレセントリ
ック走査光学系。
【請求項２】前記テレセントリック走査光学系が、以
下の不等式１０＜ νd222−νd221 ＜７００．７＜ｄ′22／ｆ2 ＜１．５１．０＜ｆ23／ｆ2 ＜２．４０．０２＜ｆｘ24／ｆ2 ＜０．３ただし、ｆ2 は第２結像光学系全体の主走査方向における焦点距
離であり、 νd221は接合レンズを構成する１組のレンズのうち偏向
器側のレンズを形成する硝材のアッベ数であり、 νd222は接合レンズを構成する１組のレンズのうち被走
査面側のレンズを形成する硝材のアッベ数であり、ｄ´22は接合レンズと凸レンズの間隔であり、ｆ23は凸レンズの焦点距離であり、ｆｘ24はシリンドリカルレンズの焦点距離である、を満
足する請求項１記載のテレセントリック走査光学系。
【請求項３】前記テレセントリック走査光学系が、さ
らに以下の不等式０．４＜ｆ21／ｆ2 ＜１．０１．０＜ｒ′21／ｒ22 ＜２．２０．６＜ｒ22／（ｒ′22＋ｄ22）＜２．０ただし、ｆ21はメニスカスレンズの焦点距離であり、ｒ′21はメニスカスレンズの被走査面側の曲率半径であ
り、ｒ22は接合レンズの偏向器側の曲率半径であり、ｒ′22は接合レンズの被走査面側の曲率半径であり、ｄ22は接合レンズの全厚である、を満足する請求項２記
載のテレセントリック走査光学系。