JP2682675B2 - 走査光学系 - Google Patents

走査光学系

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、走査光学系に関する。
[従来の技術] 走査光学系ではレーザープリンター等に関連して良く
知られており、近来、デジタル複写機やファクシミリ装
置の書込み光学系として用いられ、また、ディスプレイ
や測定機等にも応用が意図されている。
走査光学系の光偏向手段としては、回転多面鏡やガル
バノミラー等、偏向反射面を持つ偏向装置が最も良く知
られている。このような偏向装置を用いる走査光学系で
は、一般に偏向装置と被走査面との間に所謂fθレンズ
等を配して、被走査面の走査が等速的に行われるように
し、且つ、偏向反射面の所謂面倒れによる走査のピツチ
むらを除去する必要がある。
[発明が解決しようとする課題] 一方、走査光学系に対しては、常に、その小型化、低
コスト化が要請されている。
走査光学系を小型化するには、偏向装置と被走査面と
の間に設けられるレンズ系を広角化して、短い光路長で
長い走査領域を確保する必要がある。また、走査光学系
の構造の複雑化を回避し、低コスト化を実現する上で
は、偏向装置と被走査面との間に設けられるレンズ系を
成るべく簡単化する必要がある。
従来、このような小型化、低コスト化を目的として、
偏向装置と被走査面との間に設けるレンズ系を簡単化す
ることが提案されている。
例えば、特開昭54−87540号公報に開示された走査光
学系は、偏向装置と被走査面との間のレンズに光源から
の発散性の光束を入射させるようにした光学系である
が、この光学系は、上記レンズの焦点距離150mmに対
し、半画角15〜17゜程度で5mm以上の像面湾曲が発生し
ており、広角化の観点からして必ずしも十分ではない。
また、特開昭61−48684号公報には単玉化されたfθ
レンズが開示されているが、焦点距離300mmに対し、半
画角21゜程度で5〜10mmの像面湾曲が発生し、やはり広
角化の観点からして十分ではない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とする所は、偏向装置と被走査面との間の
レンズ系を簡単化し、且つ、このレンズを広角化でき、
しかも面倒れの補正を良好に行いうる、新規な走査光学
系の提供にある。
[課題を解決するための手段] 以下、本発明を説明する。
本発明の走査光学系は、「光源と、光源からの光束を
集光する集光光学系と、この集束光学系による集束光束
を主走査対応方向に長い線像に結像させる第1の結像光
学系と、上記線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ偏
向装置と、この偏向装置による偏向光束を被走査面上に
結像する第2の結像光学系とを有する走査光学系」であ
って、その特徴とする所は、以下に述べる点にある。
即ち、偏向装置と被走査面との間に設備される第2の
結像光学系が、主走査方向に関しては、上記集光光学系
による集束光の、上記被走査面後方に設定された集光点
と上記被走査面とを略共役な関係となし、副走査方向に
関しては、上記偏向反射面による偏向の起点の近傍と被
走査面との略共役な関係とする機能を有する単レンズで
ある。
この単レンズは、副走査方向の屈折力が主走査方向の
位置により異なる変形シリンダー面と、主・副走査方向
に異なった正の屈折力を持つトーリック面とにより構成
される。
[作用] 第1図は、本発明の走査光学系を模式的に示す図であ
る。
この図の(a)は、走査光学系をその光束の光路に沿
って展開した状態を副走査方向から見た図であり、
(b)は同じ状態を主走査方向から見た図である。図に
於いて符号1は光源を示す。この光源1は、半導体レー
ザーあるいはLEDであって、発光源Qから発散性の光束
を放射する。
光源1からの発散性の光束は、集光光学系2に入射す
る。集光光学系2は入射してくる光束を集束性の光束に
変換する。この集束性の光束は、集光光学系の像側に他
の光学系が無いとすれば、第1図のQ′の位置にスポッ
ト状に結像することになる。この仮想的な結像位置を上
記集束性の光束の集光点と称する。
第1図のように距離Sc,Sc′を定めると、これらは集
光光学系2の焦点距離をfcとして、設計上、 (1/Sc)+(1/Sc′)=1/fc を満足する。
さて、集束性の光束は、続いて第1の結像光学系をな
すシリンダーレンズ3に入射する。このシリンダーレン
ズ3は、第1図(b)の上下方向で示す副走査対応方向
にのみ正のパワーを有し、第1図(a)の上下方向で示
す主走査対応方向にはパワーを持たない。従って、副走
査対応方向から見た状態では、第1図(a)に示すよう
に、光束は集束点Q′に向かって集束を続けるが、副走
査対応方向では、第1図(b)に示すように、シリンダ
ーレンズ3の作用により線像として結像する。この線像
の長手方向は、主走査対応方向である。
第1の結像光学系はシリンダーレンズ3に変えて、円
筒面凹面鏡を用いることもできる。
第1図で符号4は、偏向装置の偏向反射面を示す。こ
の偏向反射面4は、上記シリンダーレンズ3による線像
の極近傍に位置し、偏向装置の回転により、反射光束を
偏向させる。具体的な偏向装置としては回転多面鏡やガ
ルバノミラーを用い得る。
この偏向光束は、次いで第2の結像光学系6に入射
し、この第2の光学系6の作用により被走査面7上にス
ポット状に結像する。
第2の結像光学系6は単レンズであるが、主走査対応
方向と副走査対応方向とで異なるパワーを持つアナモフ
ィックな性質を持つ。
即ち、第1の結像光学系6は、主走査方向に関して
は、第1図(a)に示すように、集光光学系2による集
光点(偏向反射面4により偏向に伴い円弧状の軌跡5を
描く)の位置と被走査面7の位置とを略共役の関係に結
び付ける。このとき集光点の位置は第2の結像光学系に
対する虚光源となる。一方、副走査方向に関しては、第
1図(b)に示すように、第2の結像光学系6は、偏向
反射面4の位置と被走査面7の位置とを略共役な関係に
結び付ける。従って、副走査方向に関しては、第2の結
像光学系6により前述の線像の像が被走査面7上に結像
する。
図に於いて、H,H′を第2の結像光学系6の、前側主
点、後側主点とし、距離S,S′,tを図の如く定めると、
第2の結像光学系6の焦点距離を主走査方向に付きfp、
副走査方向に付きfsとして、 (−1/S)+(1/S′)=1/fp (1/S)+(1/S′)=1/fs が成り立つように設計される。
さて、第2の結像光学系6は、上記の如くアナモフィ
ックな性質を持つ単レンズであるが、そのレンズ面は、
副走査方向の屈折力が主走査方向の位置により異なる変
形シリンダー面と、主・副走査方向に異なった正の屈折
力を持つトーリック面とにより構成される。即ち、第2
の結像光学系6の偏向反射面4の側のレンズ面が「副走
査方向の屈折力が主走査方向の位置により異なる変形シ
リンダー面」であり、被走査面7の側のレンズ面が「主
・副走査方向に異なった正の屈折力を持つトーリック
面」である。これらレンズ面の内、トーリツク面は、主
として第2の結像光学系6に要求されるアナモフィック
な性格を実現するためのものであり、変形シリンダー面
は、主として副走査方向の像面湾曲を補正するためのも
のである。
このように特殊な形状の変形シリンダー面で複走査方
向の像面湾曲を補正することにより、走査領域を大きく
とり、尚且つ走査スポットのスポット径を走査領域にわ
たって安定させることができる。換言すれば第2の結像
光学系が広角化されるのである。
[実施例] 以下、具体的な実施例を即して説明する。
第2図を参照すると、図に於いて距離Dは偏向反射面
4と、第2の結像光学系6の偏向反射面4側の面との間
の距離であり、dは第2の結像光学系6の中心肉厚、n
は第2の結像光学系6の屈折率を表している。
また、偏向反射面4の側のレンズ面に関し、光軸上に
於けるレンズ面の曲率半径を主走査方向に関してR1,副
走査方向に関してR1′とし、被走査面7の側のレンズ面
の曲率半径を主走査方向に関してR2,副走査方向に関し
てR2′とする。また、第2の結像光学系6の主走査方向
の焦点距離を前述の如くfpとする。さらに、θを偏向角
とし、最大偏向角をθmaxと表す。
すると、これらの元はこの実施例に於いて以下の如き
値を取る。
D=34 R1=∞,R1′(θ=0)=−27.6,d=20,n=1.48519 R2=−97.038,R2′=−11.4216 S=114.94,fp=200,θmax=50゜ 変形シリンダー面の曲率半径は、主走査方向に関して
は∞であり、それだからこそこの面はシリンダー面の一
種として捉えられるのであるが、副走査方向の曲率半径
は、光軸上では、上記R1′(θ=0)=−27.6なる値を
とるが、この面の副走査方向の曲率半径は、主走査対応
方向の位置により異なっている。この主走査対応方向の
位置を第2図に示すように偏向角θで変形シリンダー面
に入射する偏向光束の中心光束の高さh(θ)で表す。
図から明らかなように、 h(θ)=Dtanθ である。
この実施例に於いて、変形シリンダー面の副走査方向
の曲率半径R1′とh(θ)との関係は、第3図に示す如
きものであり、具体的な数値としては次の表で表され
る。
被走査面側のレンズ面の主・副走査方向の形状は、互
いに曲率半径の異なる円弧状である。
第4図に、第2の結像光学系6の具体的な形状を示
す。
第5図に、この実施例に関する像面湾曲の図を示す。
破線は主走査方向の像面湾曲であり、実線が副走査方向
の像面湾曲である。
図から、明らかなように主・副走査方向とも像面湾曲
は良好に補正されており、全偏向角が従来の40〜45゜か
ら100゜程度に一挙に広角化されている。
比較の為に、第2の結像光学系6に於ける、偏向反射
面側のレンズ面(本発明では変形シリンダー面)を通常
のシリンダー面で置き換えてみた場合の像面湾曲を第6
図に示す。通常のシリンダー面(主走査方向の曲率半径
R1=∞,副走査方向の曲率半径R1′=R1′(0))を用
いると、副走査方向の像面湾曲の補正が不十分であり、
しかもR1′(0)の値により、像面湾曲が大きく変化す
ることが分かる。換言すれば、本発明の変形シリンダー
面は、偏向光束の入射高さに応じて、副走査方向の像面
湾曲が良く補正されるようにな曲率半径を選択して組み
合わせることにより構成されるのである。
[発明の効果] 以上、本発明によれば新規な走査光学系を提供でき
る。この走査光学系は、上記の如く、第2の結像光学系
が単玉レンズであるので、光学系を簡素化できる。ま
た、特殊な変形シリンダー面により副走査方向の像面湾
曲を補正するので、偏向角を大きくとることができ走査
光学系の小型化が可能である。また、偏向装置の面倒れ
補正が良好に補正できるので、走査線のピッチむらのな
い良好な光走査が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の走査光学系を説明するための図、第
2図乃至第4図は、第2の結像光学系を説明するための
図、第5図は、本発明の実施例に関する像面湾曲を示す
図、第6図は、比較例に関する像面湾曲を示す図であ
る。 1……光源、2……集光光学系、3……第1の結像光学
系、4……偏向反射面、6……第2の結像光学系、7…
…被走査面、Q′集光点

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、光源からの光束を集光する集光光
    学系と、この集束光学系による集束光束を主走査対応方
    向に長い線像に結像させる第1の結像光学系と、上記線
    像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ偏向装置と、この
    偏向装置による偏向光束を被走査面上に結像する第2の
    結像光学系とを有する走査光学系であって、 上記第2の結像光学系が、主走査方向に関しては、上記
    集光光学系による集束光の、上記被走査面後方に設定さ
    れた集光点と上記被走査面とを略共役な関係となし、副
    走査方向に関しては、上記偏向反射面による偏向の起点
    の近傍と被走査面との略共役な関係とする機能を有する
    単レンズであって、 この単レンズが、副走査方向の屈折力が主走査方向の位
    置により異なる変形シリンダー面と、主・副走査方向に
    異なった正の屈折力を持つトーリック面とにより構成さ
    れることを特徴とする、走査光学系。
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