JP2743176B2 - Optical scanning device - Google Patents

Optical scanning device

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JP2743176B2
JP2743176B2 JP63046945A JP4694588A JP2743176B2 JP 2743176 B2 JP2743176 B2 JP 2743176B2 JP 63046945 A JP63046945 A JP 63046945A JP 4694588 A JP4694588 A JP 4694588A JP 2743176 B2 JP2743176 B2 JP 2743176B2
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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、偏向反射面と被走査面とを光学的共役関係
に置くようにfθレンズ系を配置し、前記偏向反射面に
より等角速度で偏向された線状集束光を等速変換させな
がら、被走査面上に結像させるように構成した光走査装
置に係り、更に詳細には前記fθレンズ系が3枚のレン
ズ構成からなる光走査装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an arrangement in which an fθ lens system is arranged so that a deflecting reflection surface and a surface to be scanned are in an optically conjugate relationship, BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanning device configured to form an image on a surface to be scanned while converting a deflected linear condensed light at a constant speed, and more particularly, to an optical scanning device in which the fθ lens system has a three-lens configuration. Related to the device.

「従来の技術」 従来より例えば第1A図に示す如く、入力情報に対応し
て変調されたレーザビームその他の光束1を、コリメー
トレンズ7その他の結像レンズ系2を通して平行な線状
集束光として偏向反射面3に入射させ、該偏向反射面3
の偏向運動により前記光束1を等角速度で偏向反射させ
ながら、fθ特性を有する結像レンズ系4(以下fθレ
ンズ系という)に入射させて等速運動に変換させた後、
感光体ドラムその他の被走査面5上に繰り返し結像走査
させ、該被走査面5上に画像情報に対応した静電潜像を
形成するように構成するようにした光走査装置は公知で
ある。(尚、前記結像レンズ系4を構成する三枚のレン
ズ形状はいずれも本発明に係る部分であり、従来技術で
はない。) この種の装置は一般に、前記偏向手段に、偏向面と直
交する方向に軸支させた回転軸3Aを中心として定速回転
するポリゴンミラー30を用いているが、かかる偏向手段
では回転軸3Aの垂直誤差、及び回転軸3Aと偏向反射面3
との間の面倒れ等の微細な誤差により偏向面と直交する
方向に僅かながら倒れが生じ易く、該倒れが被走査面5
上でのビームピッチむらとなって現われる。
[Prior Art] Conventionally, as shown in FIG. 1A, for example, a laser beam or other light beam 1 modulated according to input information is converted into a parallel linear focused light through a collimating lens 7 or another imaging lens system 2. Incident on the deflecting / reflecting surface 3,
After deflecting and reflecting the light beam 1 at a constant angular velocity by the deflecting motion, the luminous flux 1 is incident on an imaging lens system 4 having fθ characteristics (hereinafter referred to as an fθ lens system) and converted into a constant velocity motion.
An optical scanning device configured to repeatedly form an image on a surface to be scanned 5 such as a photosensitive drum and form an electrostatic latent image corresponding to image information on the surface to be scanned 5 is known. . (Note that the three lens shapes that constitute the imaging lens system 4 are all related to the present invention and are not prior art.) In general, this type of apparatus includes a deflecting unit in which the deflecting unit is generally orthogonal to a deflecting surface. Although a polygon mirror 30 that rotates at a constant speed about a rotation axis 3A that is supported in the direction of rotation is used, such a deflecting means uses a vertical error of the rotation axis 3A and the rotation axis 3A and the deflection reflection surface 3A.
Is slightly inclined in the direction perpendicular to the deflection surface due to a small error such as surface inclination between the scanning surface 5 and the scanning surface 5.
It appears as uneven beam pitch above.

そしてこのようなピッチむらは、前記偏向反射面3と
被走査面5とを光学的共役関係に置くようにfθレンズ
系4を配する事により解消される。
Such uneven pitches can be eliminated by arranging the fθ lens system 4 so that the deflection reflecting surface 3 and the scanned surface 5 are in an optically conjugate relationship.

従ってかかるfθレンズ系4においては、前記光束1
が偏向走査される偏向面(以下X面という)と偏向面と
直交する断面内(以下Y面という)で夫々光学的特性を
異ならしめ、前記ピッチむらと被走査面5上におけるビ
ームの像面湾曲を防止させつつ該ビームの等速走査性を
実現させる必要があるが、このようなレンズを単レンズ
で構成するのは一般に困難である為に、通常複数枚のレ
ンズを用いるとともに、該レンズ群の少なくとも一のレ
ンズにシリンドリカルレンズやトーリックレンズを用い
て構成している。
Therefore, in the fθ lens system 4, the light flux 1
Optical characteristics are different between a deflection surface (hereinafter referred to as an X surface) on which deflection scanning is performed and a cross section orthogonal to the deflection surface (hereinafter referred to as a Y surface), so that the pitch unevenness and the image plane of the beam on the surface 5 to be scanned. Although it is necessary to realize constant-speed scanning of the beam while preventing bending, it is generally difficult to constitute such a lens with a single lens. At least one lens in the group is constituted by using a cylindrical lens or a toric lens.

一方前記fθレンズ系を構成するレンズ群として、走
査光学系の小型化と省部品点数化を図る為に、例えば球
面レンズとトーリックレンズの組み合わせ(特開昭56−
36622号)からなる2枚レンズ構成とする場合と、高画
質化を図る為に3枚レンズ構成とする場合があるが、近
年においては、先ず3枚レンズ構成により良好な画質を
保証するとともに、前記レンズ群をより偏向反射面3側
に接近配置する事によりコンパクト化を達成する方向に
進んでいる。
On the other hand, as a lens group constituting the fθ lens system, for example, a combination of a spherical lens and a toric lens (Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 36622) and a three-lens configuration to achieve high image quality. In recent years, a three-lens configuration has been used to ensure good image quality. By arranging the lens group closer to the deflecting / reflecting surface 3 side, it is proceeding in the direction of achieving compactness.

このような3枚レンズ構成のfθレンズ系として、例
えば特開昭60−100118号では、偏向反射面側より順次、
負の屈折力を有する球面単レンズ、正の屈折力を有する
球面単レンズ、トーリック面を有する単レンズで構成す
る事により高画質化と高解像力化を達成し得る技術が開
示されている。
As an fθ lens system having such a three-lens configuration, for example, in JP-A-60-100118,
There is disclosed a technology capable of achieving high image quality and high resolution by being constituted by a spherical single lens having a negative refractive power, a spherical single lens having a positive refractive power, and a single lens having a toric surface.

さてかかるfθレンズ系においては装置小型化(偏平
化)を図る為に、Y面方向におけるレンズ幅(高さ)が
小になるよう、偏平状に形成する事が好ましいが、球面
レンズの場合偏平状に切断したレンズ材を研磨する事は
極めて困難であり、一般には光軸を挟んで研磨後の球面
レンズを短冊状に切断し、その中央部分のみを使用する
構成を取っている。
In order to reduce the size (flattening) of the fθ lens system, it is preferable to form the fθ lens system in a flat shape so that the lens width (height) in the Y plane direction is small. It is extremely difficult to polish the lens material cut into a shape. In general, a configuration is adopted in which the polished spherical lens is cut into strips with the optical axis interposed, and only the central portion is used.

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、このように研磨後の球面レンズの一部
のみを使用する構成では、製造コストが必然的に高くな
り、コストダウンが困難であるとともに、前記球面レン
ズを光軸と平行に切断する事は困難を伴ない、しばしば
加工誤差が生じる。
However, in such a configuration using only a part of the polished spherical lens, the manufacturing cost is inevitably increased, and it is difficult to reduce the cost. Cutting parallel to the optical axis involves difficulty and often causes processing errors.

又前記2枚の球面レンズは直交するX−Y面の両方向
に屈折力を有する為に、該両X−Y面方向のいずれの方
向においても前記両球面レンズの光軸を一致させて光走
査装置内の所定位置に配置せねばならず、組立調整が極
めて煩雑化し且つ組立誤差の生じる原因ともなる。
Further, since the two spherical lenses have refractive power in both directions of the orthogonal XY plane, the optical scanning is performed by making the optical axes of the two spherical lenses coincide in either direction of the two XY planes. It must be arranged at a predetermined position in the apparatus, which makes assembly adjustment extremely complicated and causes an assembly error.

かかる欠点を解消する為に、例えば特開昭62−65011
号において、前記光偏向器側から順に配列された、レン
ズ面の片面が平坦面である負の屈折力を有する球面レン
ズ、Y面方向に負の屈折力を有し、レンズ面の片面が平
坦なシリンドリカルレンズ、及びX面方向の正の屈折力
がY面方向の正の屈折力よりも小さく且つレンズ面の片
面が平坦なトーリックレンズからなる3枚レンズ構成の
fθレンズ系を提案している。
In order to eliminate such disadvantages, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-65011
The spherical lens having a negative refractive power in which one surface of the lens surface is a flat surface, having a negative refractive power in the Y-plane direction, and one surface of the lens surface being flat in order from the optical deflector side. And a three-lens fθ lens system composed of a toric lens having a positive refractive power in the X-plane direction smaller than the positive refractive power in the Y-plane direction and a flat lens surface on one side. .

かかる第2従来技術によれば前記fθレンズ系を構成
する3枚のレンズがいずれもレンズ片面に平坦面を形成
している為に前記第1従来技術に比較して加工精度とと
もに、位置決めその他の組立精度は大幅に向上し得る
が、尚球面レンズを用いているが故の欠点、例えば研磨
後の球面レンズの中央部分のみを使用する事から起因す
る製造コストの増大、X−Y面両方向の光軸を一致させ
て配置しなければならない点等の欠点は尚残存する。
According to the second prior art, since all three lenses constituting the fθ lens system form a flat surface on one side of the lens, processing accuracy, positioning and other factors are higher than those of the first prior art. Although the assembling accuracy can be greatly improved, disadvantages due to the use of the spherical lens, such as an increase in manufacturing cost due to using only the central portion of the polished spherical lens, an increase in both the X and Y planes, Disadvantages such as the fact that the optical axes must be aligned are still present.

更に本第2従来技術の問題は加工性を重視する余り、
レンズ系のコンパクト化まで考慮し得なかった点であ
る。
Furthermore, the problem of the second prior art is that emphasis is placed on workability.
This is a point that the lens system could not be made compact.

即ち本第2従来技術においては、良好なfθ特性を維
持する為に前記第1従来技術に比較して偏向反射面側に
位置する第1の球面レンズと第2のシリンドリカルレン
ズ間の軸間距離d2を大、具体的には3〜4倍程度大に設
定しなければならない点である。この為前記第2及び第
3のレンズがその分被走査面側に移動する事となり、必
然的にX面方向の軸長を大に設定せねばならず、レンズ
系全体の装置小型化を達成し得ない。
That is, in the second prior art, in order to maintain good fθ characteristics, the axial distance between the first spherical lens and the second cylindrical lens located on the deflecting / reflecting surface side as compared with the first prior art. the d 2 large, specifically in that must be set to large 3 to 4 times. As a result, the second and third lenses move toward the surface to be scanned by that much, and the axial length in the X-plane direction must be set to be large inevitably, and the overall size of the lens system can be reduced. I can't.

更に前記いずれの従来技術においても、レンズ特性を
向上させる為に前記レンズ系の高屈折率化を図り、前記
3枚のレンズ全ての屈折率を1.6以上に設定するか、又
前記3枚のレンズの内、特に出射面側に位置するレンズ
の屈折率を1.75以上に設定しているが、この事は前記従
来技術においては前記高屈折率化が可能な高価なレンズ
材を用いねばならず、その分製造コストが増大する。
Further, in any of the prior arts described above, in order to improve the lens characteristics, the refractive index of the lens system is increased, and the refractive indices of all three lenses are set to 1.6 or more. Among them, in particular, the refractive index of the lens located on the exit surface side is set to 1.75 or more, which requires the use of expensive lens materials capable of increasing the refractive index in the prior art, The manufacturing cost increases accordingly.

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、加工及び組立
の容易化とfθレンズ系のコンパクト化とともに、レン
ズ特性を向上させ被走査面上における高画質化と高解像
力化を図った光走査装置を提供する事を目的とする。
In view of the drawbacks of the prior art, the present invention provides an optical scanning device that facilitates processing and assembly, makes the fθ lens system compact, improves lens characteristics, and achieves high image quality and high resolution on the surface to be scanned. The purpose is to provide.

又本発明の他の目的とする所は、該fθレンズ系の全
てに1.6以下の低屈折率のレンズを用いても尚前記目的
を円滑に達成し得、これによりレンズのプラスチック化
や安価な硝材の使用を可能にし、これにより製造コスト
の一層の低減を図った光走査装置を提供する事にある。
Another object of the present invention is to achieve the above object smoothly even if a low refractive index lens of 1.6 or less is used for all of the fθ lens systems, thereby making the lens plastic or inexpensive. An object of the present invention is to provide an optical scanning device which enables the use of a glass material, thereby further reducing the manufacturing cost.

「課題を解決する為の手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、 fθレンズ系を3枚の単レンズで構成するとともに、
該単レンズ群の内、偏向反射面側に位置する二枚のレン
ズをシリンドリカルレンズで、又その出射面側に位置す
る第3のレンズを、トーリックレンズで夫々構成した点
を第1の特徴とする。
"Means for Solving the Problems" In order to achieve the above technical objects, the present invention provides an fθ lens system composed of three single lenses,
A first feature of the single lens group is that two lenses located on the deflection / reflection surface side are cylindrical lenses, and a third lens located on the exit surface side is a toric lens. I do.

又第2の特徴とする所は、前記2枚のシリンドリカル
レンズはいずれも、レンズの片面が平坦なシリンドリカ
ルレンズではなく、偏向反射面側に位置する二枚のレン
ズを、反射面側から順に偏向面(以下X面という)内に
おいて凹平、平凸で、偏向面内に垂直な面(以下Y面と
いう)内において平凸、凸平の形状をなすシリンドリカ
ルレンズで構成した点を特徴とする。
The second feature is that each of the two cylindrical lenses is not a cylindrical lens having one flat surface but two lenses positioned on the deflecting / reflecting surface side are deflected in order from the reflecting surface side. It is characterized in that it is constituted by a cylindrical lens that is concave and flat and plano-convex in a plane (hereinafter referred to as X plane), and has a plano-convex and convex plane in a plane perpendicular to the deflection plane (hereinafter referred to as Y plane). .

即ち前記二枚のレンズは入射面側においてはX面又は
Y面のいずれか一方が屈折力を有し、又出射面側におい
ては入射面側とは逆にY面又はX面のいずれか一方が屈
折力を有するシリンドリカルレンズであり、逆の見方を
すれば、入射面と出射面に夫々分かれてX面とY面の屈
折力を有さない直線部が存在する点 更に第3の特徴とする所は、前記トーリックレンズは
前記X面又はY面のいずれか一方の面のみに屈折力を有
するレンズ面とトーリック面とからなる単レンズであっ
て、偏向面内が平凸で且つ偏向面内に垂直な面内におい
て凹凸の形状をなす単レンズである点 を構成要件とする。
That is, in the two lenses, one of the X surface and the Y surface has a refractive power on the incident surface side, and one of the Y surface and the X surface on the exit surface side, contrary to the incident surface side. Is a cylindrical lens having a refractive power. In the opposite view, the incident surface and the exit surface each have a linear portion having no refractive power on the X surface and the Y surface. The toric lens is a single lens composed of a lens surface having a refractive power on only one of the X surface and the Y surface and a toric surface, and the deflecting surface is plano-convex and deflecting surface. The configuration requirement is that the lens is a single lens having an uneven shape in a plane perpendicular to the inside.

「作用」 かかる技術手段によれば、前記各シリンドリカルレン
ズは前記第2従来技術のようにレンズの片面が平坦なシ
リンドリカルレンズではなく、いずれも入射面と出射面
に分けてY面とX面の屈折力をもたせた為に、その出射
側に位置するトーリックレンズと合わせて、X面方向と
Y面方向のいずれも各レンズ毎に屈折力をもたして結果
として少なくとも三つ以上の屈折力の組み合わせで所望
のレンズ特性を形成出来る。
According to the technical means, each of the cylindrical lenses is not a cylindrical lens having one flat surface as in the second conventional technique, but is divided into an entrance surface and an exit surface, each having a Y surface and an X surface. Since it has a refractive power, it has a refractive power for each lens in both the X-plane direction and the Y-plane direction together with the toric lens located on the exit side, resulting in at least three or more refractive powers. The desired lens characteristics can be formed by the combination of.

この結果組み合わせる屈折力が多い事はその分レンズ
自体の屈折力やレンズ間距離に特段の制約を受ける事な
くX面方向とY面方向の夫々のレンズ特性の向上及び所
望精度のレンズ特性の維持を図る事が出来る。
As a result, the large refracting power combined means that the lens characteristics in the X-plane direction and the Y-plane direction are improved and the lens characteristics of the desired accuracy are maintained without being particularly limited by the refracting power of the lenses themselves and the distance between the lenses. Can be planned.

即ち具体的には第1のシリンドリカルレンズと第2の
シリンドリカルレンズ間の軸間距離d2を大にする事な
く、又各レンズ材の屈折率を1.6以下に抑えた場合にお
いても、設計上の困難さもなく、Y面方向においては偏
向反射面3と被走査面5との間での共役関係の維持、X
面内においては良好なfθ走査性や像面歪曲の防止等の
レンズ特性を精度よく実現し得る。
That is, specifically without the distance between the axes d 2 between the first cylindrical lens and second cylindrical lens large, and even when suppressing the refractive index of each lens material 1.6, the design Without any difficulty, maintaining the conjugate relationship between the deflecting reflecting surface 3 and the surface 5 to be scanned in the Y plane direction, X
Within the plane, lens characteristics such as good fθ scanning and prevention of image field distortion can be realized with high accuracy.

而もシリンドリカルレンズ群とトーリックレンズはい
ずれも、常に他側軸方向に制約を受ける球面レンズと異
なり、X面又はY面方向に夫々独立して自由な設計で任
意の屈折力を設計出来る為に、前記効果は一層確かなも
のになる。
However, both the cylindrical lens group and the toric lens are different from the spherical lens which is always restricted in the other axial direction, and can freely design any refractive power independently in the X-plane or the Y-plane. The effect is more certain.

即ち本発明はレンズ系のコンパクト化とともにレンズ
材のプラスチック化や安価な硝材の使用を可能にしつ
つ、これと並行して好ましいレンズ特性を精度よく実現
し得るものである。
That is, the present invention enables the use of inexpensive glass materials and plasticization of lens materials as well as the compactness of the lens system, and at the same time, realizes favorable lens characteristics with high precision.

又、前記第1のシリンドリカルレンズと第2のシリン
ドリカルレンズは第2従来技術のようにレンズ片面に平
坦な面は存在しないが、入射面と出射面に分かれてX面
とY面の夫々に屈折力を有さない直線部が存在する為
に、該直線部を利用して位置決めを行う事により、精度
よく組立てが可能となる。
Further, the first cylindrical lens and the second cylindrical lens do not have a flat surface on one side of the lens unlike the second prior art, but are divided into an entrance surface and an exit surface to be refracted on an X surface and a Y surface, respectively. Since there is a linear portion having no force, positioning can be performed using the linear portion, thereby enabling accurate assembly.

又第3のレンズのトーリックレンズにおいてもX面又
はY面のいずれか一方の面のみに屈折力を有するレンズ
面、言い換えればY面又はX面のいずれか一方の面に直
線部が存在する事となる為に、該直線部を利用して容易
に位置決めを行う事が出来る。
Also in the toric lens of the third lens, a lens surface having a refractive power only on one of the X surface and the Y surface, in other words, a linear portion must exist on either the Y surface or the X surface. Therefore, the positioning can be easily performed using the linear portion.

更に本発明は前記従来技術のように球面レンズを全く
用いていない為に、該球面レンズの採用に起因する、切
落とし部分の存在による製造コストの増大、X−Y面両
方向の光軸を一致させて配置しなければならないという
組立上の煩雑さが解消される。
Further, since the present invention does not use a spherical lens at all as in the prior art, the use of the spherical lens results in an increase in manufacturing cost due to the presence of a cut-out portion, and the optical axes in both directions of the XY plane coincide. This eliminates the complexity of assembling, in which it is necessary to arrange them.

更に前記各レンズはいずれもX面又はY面のいずれか
一方の面に直線部が存在する事は該直線部を利用して加
工も容易であり、加工精度も向上する。
Furthermore, the fact that each of the lenses has a linear portion on either one of the X surface and the Y surface facilitates processing using the linear portion and improves processing accuracy.

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的
に詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be illustratively described in detail with reference to the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. It's just

第1A図乃至第1C図はいずれも本発明の実施例に係る光
走査装置の概略構成図で、その構成を簡単に説明する
と、 6は入力情報に対応して変調された光束1を発振する
半導体レーザで、発振波長λを785nmに設定するととも
に、半導体レーザーから発振された光束を平行ビームに
整形するコリメートレンズ(不図示)が組込まれてい
る。2は半導体レーザ6より発振され平行な光束とされ
たものを垂直方向のみ収束光として偏向反射面3に入射
させるシリンドリカルレンズ、30は回転軸3Aを中心とし
て定速回転するポリゴンミラーでその周囲に六角面状に
形成した偏向反射面3が等角速度で偏向運動される。
1A to 1C are schematic configuration diagrams of an optical scanning device according to an embodiment of the present invention. Briefly describing the configuration, 6 oscillates a light beam 1 modulated according to input information. The semiconductor laser has an oscillation wavelength λ set to 785 nm, and incorporates a collimator lens (not shown) for shaping a light beam oscillated from the semiconductor laser into a parallel beam. Reference numeral 2 denotes a cylindrical lens that oscillates from the semiconductor laser 6 and forms a parallel light beam as convergent light only in the vertical direction and enters the deflection / reflection surface 3. The deflecting reflecting surface 3 formed in a hexagonal shape is deflected at a constant angular velocity.

4はfθレンズ系で、偏向反射面3側より順に、第1
のシリンドリカルレンズ41、第2のシリンドリカルレン
ズ42、及びトーリックレンズ43の3枚のレンズ構成で形
成する。そしてこれらのレンズはいずれもX面及びY面
方向の光軸を一致させて所定位置に位置決め固定すると
ともに、偏向反射面3の面倒れを補正する為、偏向反射
面3の反射面近傍と被走査面5側の結像点との間を垂直
方向に光学的に共役な関係に保っている。5は該fθレ
ンズ系通過後の等速走査ビームを結像走査させる感光体
ドラムその他の被走査面である。
Reference numeral 4 denotes an fθ lens system, and the first
, A second cylindrical lens 42, and a toric lens 43. Each of these lenses is positioned and fixed at a predetermined position by aligning the optical axes in the X-plane and the Y-plane directions. An optically conjugate relationship is maintained in the vertical direction with respect to the imaging point on the scanning surface 5 side. Reference numeral 5 denotes a photosensitive drum and other surfaces to be scanned for image-forming and scanning the constant velocity scanning beam after passing through the fθ lens system.

次に前記fθレンズ系を構成する各レンズの形状、取
付位置について下表に示す。
Next, the following table shows the shape and mounting position of each lens constituting the fθ lens system.

表1、表2は前記した本発明の光学系の第1、第2実
施例に係る各レンズの形状、取付位置を示している。
Tables 1 and 2 show the shape and mounting position of each lens according to the first and second embodiments of the optical system of the present invention.

又第2図及び第3図は前記各実施例において確認した
fθ特性、像面湾曲、球面収差の各レンズ特性図であ
る。この場合各レンズ特性は偏向反射面3の内接円半径
を8.66、偏向反射面3への入射角を65゜として求めてい
る。
FIG. 2 and FIG. 3 are lens characteristic diagrams of fθ characteristics, field curvature, and spherical aberration confirmed in each of the above embodiments. In this case, each lens characteristic is obtained by setting the radius of the inscribed circle of the deflecting / reflecting surface 3 to 8.66 and the angle of incidence on the deflecting / reflecting surface 3 to 65 °.

尚、下記表中r1〜r6はX面内(方向)における各レン
ズの曲率半径、r1′〜r6′はX面と直交する方向におけ
る各レンズの曲率半径(mm)、d0は入射瞳位置、d1〜d5
は光軸上における各レンズの肉厚とレンズ間距離(m
m)、n1、n3、n5は各レンズ材の屈折率である。(第1B
図及び第1C図参照) 上記表1、表2から理解される通り、fθレンズ系の
各レンズ形状は第1及び第2実施例とも、第1のシリン
ドリカルレンズ41においては、X面のみに屈折力を有す
る入射面とY面のみに屈折力を有する出射面から形成さ
れ、又第2のシリンドリカルレンズ42においては、前記
Y面のみに屈折力を有する入射面と前記X面にのみ屈折
力を有する出射面から形成され、更にトーリックレンズ
43においては、前記Y面のみに屈折力を有する入射面と
トーリック面を持つ出射面から形成され、いずれも本発
明の技術的範囲に含まれる。又第1のシリンドリカルレ
ンズ41と第2のシリンドリカルレンズ42間は0.7〜0.8mm
と極めて近接させて配置させている事ができ、その分第
2及び第3のレンズを偏向反射面3側に接近させる事が
出来、一層のコンパクト化が可能である。
Incidentally, the radius of curvature of each lens in the following Table in r1~r6 the X plane (direction), r1'~r6 'is the radius of curvature of each lens in the direction perpendicular to the X plane (mm), d 0 is the entrance pupil position , d 1 ~d 5
Is the thickness of each lens on the optical axis and the distance between the lenses (m
m), n 1 , n 3 and n 5 are the refractive indexes of the respective lens materials. (1B
(See Figure and Figure 1C) As understood from Tables 1 and 2, each lens shape of the fθ lens system in both the first and second embodiments has the first cylindrical lens 41 and the incident surface having refractive power only on the X surface and the Y surface. The second cylindrical lens 42 is formed from an entrance surface having a refractive power only on the Y surface and an exit surface having a refractive power only on the X surface. More toric lenses
In 43, an entrance surface having refractive power only on the Y surface and an exit surface having a toric surface are formed, and both are included in the technical scope of the present invention. The distance between the first cylindrical lens 41 and the second cylindrical lens 42 is 0.7 to 0.8 mm.
And the second and third lenses can be made closer to the deflecting / reflecting surface 3 by that much, and the size can be further reduced.

又位置決め容易性についても第1のシリンドリカルレ
ンズ41の入射面側ではY面、出射面側ではX面に直線部
を有し、又第2のシリンドリカルレンズ42においては、
前記と逆に入射面側ではX面、出射面側ではY面に直線
部を有し、更にトーリックレンズ43においては、入射面
側でX面に直線部を有し、いずれも位置決めが容易であ
る。
Also, regarding the ease of positioning, the first cylindrical lens 41 has a straight portion on the Y surface on the incident surface side and a straight line portion on the X surface on the output surface side, and the second cylindrical lens 42 has
Contrary to the above, the incident surface side has a linear portion on the X surface, and the output surface side has a linear portion on the Y surface. Further, the toric lens 43 has a linear portion on the X surface on the incident surface side. is there.

次に前記各実施例のレンズ特性について検討してみ
る。
Next, the lens characteristics of each of the above embodiments will be examined.

(fθ特性についての検討) 第2図(A)及び第3図(A)は前記各実施例のfθ
特性を判断する為の収差図である。
(Study on fθ Characteristics) FIGS. 2 (A) and 3 (A) show fθ of each of the above embodiments.
FIG. 4 is an aberration diagram for determining characteristics.

fθ特性は、レンズ系4のX面内(方向)の焦点距離
をf、レンズへのビームの入射角をθ、このときの被走
査面5の中央からスポット位置までの距離を像高hとす
るとき [h−f・θ)/f・θ]×100 …1) と定義され、理想の像高からのずれをパーセント表示し
たものに相当する。
The fθ characteristic is such that the focal length in the X plane (direction) of the lens system 4 is f, the incident angle of the beam to the lens is θ, and the distance from the center of the scanned surface 5 to the spot position at this time is an image height h. [H−f · θ) / f · θ] × 100 (1) and corresponds to a percentage deviation from the ideal image height.

このfθ特性の許容量は、例えばA4版のシートに記録
を行なう場合、ビームの走査幅はA4サイズの短辺210mm
であり、画像位置のずれが±0.7mm程度でも得られた画
像の歪を認めることはほとんど出来ないことが経験上知
られている。従って、fθ特性の許容値は±0.67%とみ
ることが出来る。
The permissible amount of this fθ characteristic is, for example, when recording on an A4 size sheet, the beam scanning width is 210 mm on the short side of A4 size.
It has been empirically known that distortion of the obtained image can hardly be recognized even when the image position is shifted about ± 0.7 mm. Therefore, the allowable value of the fθ characteristic can be regarded as ± 0.67%.

従って前記第2図(A)及び第3図(A)によれば、
A4サイズのfθ特性はいずれも0.2%以下であり、極め
て高いfθ特性を有する事が理解出来る。
Therefore, according to FIG. 2 (A) and FIG. 3 (A),
All of the A4 size fθ characteristics are 0.2% or less, and it can be understood that the A4 size has extremely high fθ characteristics.

(像面湾曲についての検討) 一方、この光学系がfθレンズとして機能するために
は像面が平坦でなければならない。この像面湾曲は一般
にサジタル像面湾曲とメリディオナル像面湾曲に分けて
表示する事が出来る。
(Study on curvature of field) On the other hand, in order for this optical system to function as an fθ lens, the image plane must be flat. In general, this field curvature can be divided into sagittal field curvature and meridional field curvature and displayed.

ところで、像面の湾曲の許容量はこれをスポット系の
許容量に置換えて考えることが出来る。
By the way, the allowable amount of curvature of the image plane can be considered by replacing this with the allowable amount of the spot system.

ビームの場合、ビーム断面の強度分布はガウス分布と
なつており、レンズ等で集束させた場合の極小径部はビ
ームウエストと呼ばれ、その半径を通常Woで示す。
In the case of a beam, the intensity distribution of the beam cross section is a Gaussian distribution, and an extremely small diameter portion when focused by a lens or the like is called a beam waist, and its radius is usually indicated by Wo.

ここにビームウエストから距離Zだけ離れた位置にお
けるビーーム半径をW(z)とすると、次式が成り立
つ。
Here, assuming that the beam radius at a position away from the beam waist by the distance Z is W (z), the following equation holds.

ただしλはレーザ光の波長である。 Where λ is the wavelength of the laser light.

ビームがa%増加するZの値は a={(W(z)/Wo)−1}×100 であるから となる。Since the value of Z at which the beam increases by a% is a = {(W (z) / Wo) −1} × 100 Becomes

ここで解像度240dpiを想定してビーム径約120μmビ
ーム径の変化を10%許容するとして、a=10となり、従
ってかかる数値を前記2)式に挿入すると、Z=±6.6m
mとなる。
Here, assuming a resolution of 240 dpi, assuming that a change in beam diameter of about 120 μm is allowed to be 10%, a = 10. Therefore, when such a numerical value is inserted into the above equation (2), Z = ± 6.6 m
m.

よってメリディオナル像面湾曲ΔM、サジタル像面湾
曲Δsはいずれも±6.6mm以下であればよく、又、階調
性を出す為にビーム径を分割する場合においても±2mm
以下であれば十分である。従って前記第2図(B)及び
第3図(B)によれば、各実施例いずれもΔM、ΔSが
いずれも0.5mm以下であり、極めて高精度で且つ高解像
度を維持する事が出来る。
Therefore, both the meridional field curvature ΔM and the sagittal field curvature Δs may be ± 6.6 mm or less, and ± 2 mm even when the beam diameter is divided in order to obtain gradation.
The following is sufficient. Therefore, according to FIGS. 2 (B) and 3 (B), both ΔM and ΔS are 0.5 mm or less in each embodiment, and it is possible to maintain extremely high precision and high resolution.

更にピッチむらに影響する走査線と直交する線上での
球面収差においても、前記第2図(C)及び第3図
(C)によりあきらかな如く、全く問題がない事が理解
される。
Further, it is understood from FIGS. 2C and 3C that there is no problem in spherical aberration on a line perpendicular to the scanning line which affects pitch unevenness.

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、加工及び組立の容
易化とfθレンズ系のコンパクト化と並行して、レンズ
特性を大幅に向上させ被走査面上における高画質化と高
解像力化を図る事が出来た。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in parallel with facilitation of processing and assembly and downsizing of the fθ lens system, lens characteristics are significantly improved, and high image quality and high image quality on the surface to be scanned are achieved. The resolution was improved.

又本発明においては、該fθレンズ系の全てに1.6以
下の低屈折率のレンズを用いても尚前記効果を円滑に達
成し得、これによりレンズのプラスチック化や安価な硝
材の使用を可能にし、これにより製造コストの一層の低
減を図る事が出来る。等の種々の著効を有す。
Further, in the present invention, even if a low refractive index lens having a refractive index of 1.6 or less is used for all of the fθ lens systems, the above-mentioned effect can be achieved smoothly, thereby making it possible to use a plastic lens or an inexpensive glass material. Thus, the manufacturing cost can be further reduced. And so on.

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

第1A図乃至第1C図はいずれも本発明の実施例に係る光走
査装置の概略構成図で、第1A図は概略斜視図、第1B図は
走査方向におけるfθレンズ系の配置図、第1C図は走査
方向と直交する方向におけるfθレンズ系の配置図を示
す。 第2図及び第3図は前記fθレンズの各実施例の特性を
示す収差図である。
1A to 1C are schematic configuration diagrams of an optical scanning device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic perspective view, FIG. 1B is an arrangement diagram of an fθ lens system in a scanning direction, and FIG. The figure shows an arrangement diagram of the fθ lens system in a direction orthogonal to the scanning direction. 2 and 3 are aberration diagrams showing characteristics of each embodiment of the fθ lens.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】偏向反射面と被走査面との間にfθレンズ
系を配置し、前記偏向反射面により等角速度で偏向され
た線状集束光を等速変換させながら、被走査面上に結像
させるように構成した光走査装置において、前記fθレ
ンズ系を3枚の単レンズで構成するとともに、該単レン
ズ群の内、偏向反射面側に位置する二枚のレンズを、反
射面側から順に偏向面内において凹平、平凸で、偏向面
内に垂直な面内において平凸、凸平の形状をなすシリン
ドリカルレンズで構成するとともに、その出射面側に位
置する第3のレンズを、前記一の面のみに屈折力を有す
るレンズ面とトーリック面とを有する単レンズであっ
て、偏向面内が平凸で且つ偏向面内に垂直な面内におい
て凹凸の形状をなす単レンズで構成した事を特徴とする
光走査装置
1. An fθ lens system is disposed between a deflecting reflecting surface and a surface to be scanned, and the linear converged light deflected at a constant angular velocity by the deflecting reflecting surface is converted at a constant speed onto the surface to be scanned. In the optical scanning device configured to form an image, the fθ lens system includes three single lenses, and two lenses located on the deflecting / reflecting surface side of the single lens group are connected to the reflecting surface side. A cylindrical lens having a concave-planar, plano-convex, planar-convex, convex-planar shape in a plane perpendicular to the deflecting surface, and a third lens positioned on the exit surface side. A single lens having a lens surface having a refractive power only on the one surface and a toric surface, wherein the deflection surface is a plano-convex and has a concave-convex shape in a plane perpendicular to the deflection surface. Optical scanning device characterized in that it is configured
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