JP3235306B2 - 走査光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査光学系に関するも
のであり、更に詳しくは偏向器によって等角速度的に偏
向されたビームを被走査面上に結像させて、被走査面を
実質的に等速で走査する走査光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザプリンタ等に用いられ
るレーザ走査光学系において、レーザ光源から発せられ
た発散ビームをコリメータレンズ等で平行ビームとした
後、ポリゴンミラー等の偏向器によって等角速度的に偏
向走査し、走査レンズ系を用いてレーザビームスポット
を被走査面上で結像させるとともに、実質的に等速で走
査するものがある。

【０００３】これに用いられる走査レンズは、ｆθ性を
備えている。ｆθ性とは、走査レンズに画角θの角度で
入射する平行ビームが像面において結像する像高をＹ’
とすると、Ｙ’＝ｆθとなる性質をいう。ここで、ｆは
走査レンズの焦点距離であり、この場合、画角θは偏向
器で偏向された光ビームが走査レンズ光軸となす角度で
ある。以下、この画角θを偏向角と記す。

【０００４】通常、走査光学系で必要とされる走査幅が
最大像高となるように、走査レンズが設計される。ここ
で、最大像高とは、被走査面上での走査開始位置，走査
終了位置での像高をいう。以下、この最大像高をＹ’
_maxと記す。例えば、走査光学系をレーザプリンタに用
いた場合には、プリント可能な最大用紙サイズの幅がこ
の走査幅となる。

【０００５】従って、走査レンズがｆθ性を備えている
場合、最大像高Ｙ’_maxは、焦点距離ｆと，最大となる
偏向角θ(以下、この偏向角を最大偏向角θ_maxと記
す。)とで定められる。

【０００６】従来、所定の走査幅を走査するｆθ性を有
する走査レンズを設計する場合、最大偏向角θ_maxを大
きく、焦点距離ｆを小さく設計することによって、全長
(即ち、偏向器の偏向面から像面までの距離)を短縮し、
走査光学系全体の小型化を図っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このｆ
θ性を有する走査レンズにおいては、収差補正上、最大
偏向角θ_maxを大きくすることに限界がある。一方、走
査光学系では、偏向面上のビーム幅を画像密度に応じた
スポットサイズに収束させて、ビームを被走査面上に結
像させる必要がある。ｆθ性を有する走査レンズでは、
全長の短縮に伴って、走査レンズの焦点距離ｆが小さく
なり、最大偏向角θ_maxが大きくなるため、大きな曲率
の走査レンズに入射したビームは、走査レンズ入射後に
大きく内側に(ビームと光軸とのなす角度が小さくなる
ように)曲げられることになる。このため、走査レンズ
に入射するビームのビーム径に応じて、収差発生量が増
加するという問題が生じる。ｆθ性を有する走査レンズ
においては、最大偏向角θ_maxを大きくすることによっ
て全長の短縮を図ろうとすれば、非球面を多用しても収
差発生を抑えることは困難である。

【０００８】一方、最大偏向角θ_maxが大きい走査光学
系で走査速度を高くすると、偏向器が非常に大型化して
しまったり、偏向器の回動速度が非常に高くなるという
問題がある。最大偏向角θ_maxが大きくなると、偏向器
の偏向面１面当りの反射域の主走査方向の幅が大きくな
り、偏向器も非常に大型化することになる。偏向器とし
てポリゴンミラーを用いた場合、走査速度はポリゴンミ
ラーの面数，ポリゴンミラーの回転速度に比例するが、
所定の走査速度を得るためにポリゴンミラーの面数を増
やせば、ポリゴンミラーも非常に大型化することにな
り、大型化を抑えるために少ない面数のポリゴンミラー
を用いるには、非常に回転速度の高い回転モータを必要
とするため、コストアップを招くことになる。

【０００９】ところで、平行ビームを走査レンズに入射
させるのではなく、ビームの自然収束点が被走査面より
後方(プラス側)にある収束ビームを走査レンズに入射さ
せることによって、被走査面の走査を行う走査光学系が
提案されている。例えば、特開平４−５０９０８号，同
３−２１３８１２号，米国特許第５，１２８，７９５号
では、主走査方向のパワーの配分を走査レンズの主走査
方向の屈折力だけでなく、収束ビーム自体にももたせる
ことによって、最大偏向角付近のビームについても、１
枚のレンズのみで歪曲収差，像面湾曲の補正を可能にし
ている。

【００１０】しかしながら、この収束ビームを走査光学
系に用いたとしても、全長の短縮を図っていくと、最大
偏向角θ_maxを大きくしていくことが必要となるため、
前述のｆθ性を有する走査レンズと同様の問題が発生し
て、収差補正が困難となる。

【００１１】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであって、最大偏向角の大小にかかわらず良好に諸
収差が補正され、かつ、全長が短縮化された走査光学系
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る走査光学系は、偏向器を備え、この偏
向器によって等角速度的に偏向された収束ビームを被走
査面上に結像させ、該被走査面上を実質的に等速で走査
するように作用する走査レンズを備えた走査光学系であ
って、前記走査レンズは、前記偏向器側から負レンズと
他の少なくとも１枚のレンズとから構成され、該負レン
ズの前記偏向器と対向する面には前記収束ビームが入射
するとともに、更に以下の条件式(1)〜(3)を満たすこと
を特徴としている。

【００１３】Ｃ＜Ｓ１≦Ｌ …(1) Ｙ’＝ｋθ …(2) Ｃ＝Ｓ１(Ｌ−ｋ)／(Ｓ１−ｋ) …(3) 但し、 Ｓ１：偏向器偏向面と物面(収束ビームの自然収束点)と
の間隔 Ｌ：偏向器偏向面と像面との間隔(全長) Ｙ’：被走査面上での像高 θ：偏向器で偏向した収束ビームと走査レンズ光軸とが
なす角度(偏向角) ｋ：比例定数 である。

【００１４】前記走査レンズは、偏向器に隣接する負レ
ンズと少なくとも他の１枚のレンズから成るため、歪曲
収差を良好に補正することができる。このように、本発
明において走査レンズを偏向器側から負レンズ，少なく
とも他の１枚のレンズから構成している理由を、更に詳
細に説明する。例えば、偏向器側のレンズが正レンズで
あれば、歪曲収差の補正(つまり、等速走査するための
歪曲収差の補正)が困難である。少なくとも２枚のレン
ズがないと、収差補正(主に、等速走査するための歪曲
収差の補正)が困難である。また、偏向器側のレンズが
正レンズであると、条件式(1)を満たすような収束ビー
ムを像面に結像させるためには、正レンズの像側に負レ
ンズを配置する必要があるが、この構成により生じる歪
曲収差の補正は困難である。

【００１５】負レンズの偏向器と対向する面に収束ビー
ムが入射するよう構成したのは、この面の手前でビーム
が結像した場合、この面に発散ビームが入射することに
なるため走査レンズに正の強いパワーが必要になるが、
走査レンズが正の強いパワーをもつと、収差補正が困難
になり、また、全長の短縮が困難になるからである。

【００１６】また、本発明では、上記条件式(1)〜(3)を
満たすように、強い収束ビームを走査レンズに入射させ
ることによって、走査レンズに入射するビームのビーム
幅が被走査面上で画像密度に応じたスポットサイズにな
るように、ビームを収束させるための走査レンズの正の
パワーをなくしている。具体的には、走査レンズの焦点
距離を負(負のパワー)又は無限大(ヌルパワー)としてい
る。その結果、全長が短くなっても、正の焦点距離を持
つ走査レンズのように収差補正が困難になるといったこ
とはなくなり、良好に諸収差(例えば、歪曲収差，像面
湾曲，非点収差，コマ収差等)を補正することが可能と
なる。また、最大偏向角θ_maxが一定でも、より強い収
束ビームを用いることによって収束ビームの自然収束点
を偏向器側にシフトさせれば、最大像高Ｙ’_maxをより
大きく設定することができるため、全長を更に短くする
ことができる。

【００１７】条件式(1)は、全長を短縮するのに有効な
条件である。条件式(1)の上限を超えると、走査レンズ
の焦点距離が正になるため、全長を短縮するために最大
偏向角θ_maxを大きくし、焦点距離を小さくしたとして
も、最大偏向角付近のビームの収差補正が困難となる。
条件式(1)の下限を超えると、Ｓ１＝Ｃの場合には走査
レンズの焦点距離が０となるため結像できず、また、Ｓ
１＜Ｃの場合には走査レンズを射出した後のビームが光
軸とクロスした後に像面で結像することになるため、正
であって、かつ、短い焦点距離の走査レンズでビームを
大きく曲げることになる結果、収差補正が困難となる。

【００１８】条件式(2)，(3)は、等角速度的に偏向走査
されるビームを、被走査面上で等速的に走査し、被走査
面上で結像させるための条件である。Ｃは条件式(3)で
表されるが、これは走査レンズを１枚の薄肉レンズとし
て表したときの偏向面から薄肉レンズまでの距離を示す
ものである。従って、収束，発散，平行ビームのいずれ
のビーム走査系でも、この式(3)でＣを表すことができ
る。

【００１９】これらの条件式(1)，(2)，(3)を満たした
走査レンズが全長を短縮できる点について、更に詳細に
説明する。前述したように、走査レンズに平行のビーム
を入射した場合には、走査レンズはｆθ性を必要とし、
次の式(4)を満たす。 Ｙ’＝ｆθ …(4)

【００２０】ｆθ性を有する走査レンズでは、(平行ビ
ームの走査系での)偏向面から走査レンズの後方主点位
置までの距離をＣ’とし、全長をＬとすると、次の式
(5)を満たす。 ｆ＝ｋ＝Ｌ−Ｃ’…(5)

【００２１】前述したように全長Ｌを小さくするには、
Ｃ’を小さくし、最大偏向角θ_maxを大きくすればよい
が、先に述べたように収差補正は困難となる。しかし、
走査レンズに必要とされるのは、等角速度的に偏向走査
されるビームで被走査面上を等速的に走査し、かつ、被
走査面上でビームを結像させる作用である。従って、像
高Ｙ’が偏向角θに比例し、前記式(2)を満たすととも
に、次の式(6)を満たせばよく、前記式(4)，(5)を満た
している必要はない。 Ｙ’_max＝ｋθ_max …(6)

【００２２】走査レンズとして必要な条件である式
(2)，(6)を満たし、かつ、全長を短縮する(即ち、像面
と走査レンズとを近くする)には、最大偏向角θ_maxを大
きくするほかに、ｋを大きくすることが考えられる。そ
こで、式(4)，(5)を満たさない走査光学系であって、走
査レンズに入射するビームが平行でない場合(即ち、収
束ビーム，発散ビームである場合)の走査光学系につい
て、以下検討する。

【００２３】走査レンズに入射するビームが、収束ビー
ム又は発散ビームであるとき、式(2)，(3)と以下の式
(7)，(8)とを満たす。ここで、式(3)，(8)においてＳ１
の値をふって、比例定数ｋ，焦点距離ｆの数値の挙動を
見てみる。図３３は、かかる挙動を説明するために、全
長Ｌ一定で、発光点(ＬＤ(laser diode)等から成る。)
とコリメータレンズとの間隔を変化させることによっ
て、ビームの状態(平行，発散，収束)を変化させたもの
を示している。ここで、図３３(Ａ)はＳ１＝−∞、同図
(Ｉ)はＳ１＝∞の場合を示しており、いずれも走査レン
ズに平行ビームを入射させた場合である。なお、図３３
中、ＤＳは偏向面、ＳＬは走査レンズ、ＯＳは物面(収
束ビームの自然収束点)、ＩＳは像面である。 ｆ＝Ｌ−Ｃ＋(Ｌ−Ｃ)²／(Ｓ１−Ｌ) …(7) ｋ＝Ｌ−Ｃ＋Ｃ(Ｌ−Ｃ)／(Ｓ１−Ｃ) …(8)

【００２４】−∞＜Ｓ１＜０の場合(図３３(Ｂ)) ビームの物点(物面)ＯＳが偏向器より物側にある場合
(物体距離が負)、走査レンズＳＬには発散光が入射す
る。この場合、平行ビームが入射するとき(図３３(Ａ))
と比べて、ｋの値は小さくなるため、全長Ｌはかえって
長くなる。なお、全長Ｌの短縮には関連しないが、Ｃの
値に対してＳ１の絶対値を比較的小さくすることによ
り、偏向面ＤＳ上の、偏向器の偏向面１面当りの反射域
の主走査方向の幅を小さくすることができ、ポリゴンミ
ラーの面数を多くし、ポリゴンミラーを小型化すること
ができるため、走査速度を上げることができる。

【００２５】Ｓ１＝０の場合(図３３(Ｃ)) ｋ＝０となるため、ビームは走査されない。

【００２６】０＜Ｓ１＜Ｃの場合(図３３(Ｄ)) 走査レンズＳＬの焦点距離ｆは、全長Ｌより短く、ｆ＞
０となる。従って、ビームは収束して結像した後に発散
して走査レンズＳＬに入射するため、太いビームが大き
い曲率のレンズ面に入射し、更に、走査レンズＳＬ射出
後のビームは、光軸と交差した後、被走査面上で結像す
るため(ｋ＜０)、レンズ最終面でビームが大きく屈曲す
ることになる。そのため収差補正が困難になる。

【００２７】Ｓ１＝Ｃの場合(図３３(Ｅ)) ｆ＝０となるため、結像させることができない。また、
ｋ＝±∞となり、偏向角のわずかの変化で像高が発散し
てしまうので、構成不可能である。

【００２８】Ｌ＜Ｓ１＜∞の場合(図３３(Ｈ)) ｆ＞０，ｋ＞０となり、焦点距離ｆは平行ビーム入射の
場合に比べて長く、ｋも大きくすることができ、全長Ｌ
をｆθ性を有する走査レンズＳＬより成る走査光学系よ
りも短くすることができる。しかしながら、全長Ｌの短
縮を図って最大偏向角θ_maxを大きくしていくと、走査
レンズＳＬはビームを収束させる正のパワーをもつた
め、最大偏向角付近の収差補正が困難になってくる。

【００２９】Ｃ＜Ｓ１＜Ｌの場合(図３３(Ｆ)) Ｃ＜０のときは収束ビームの自然収束点ＯＳを走査レン
ズＳＬの第１面より像側にし、Ｃ＞０のときはＣ＜Ｓ１
とすれば、焦点距離ｆ＜０となり、Ｌ＜Ｓ１＜∞のとき
よりもｋの値が大きくとれるので、全長Ｌも更に短くす
ることができる。最大偏向角θ_maxが一定でも、Ｓ１を
Ｃに近づけていくことで、全長Ｌを小さくしていくこと
ができる。走査レンズＳＬは軸上で負のパワーをもち、
軸外になるに従い、負のパワーの絶対値が小さくなって
いく構成となるため、走査レンズＳＬの構成枚数を増や
すか、非球面を用いる必要がある。

【００３０】Ｓ１＝Ｌの場合(図３３(Ｇ)) 軸上でヌルパワーのレンズとなる。ｋ＝Ｌとなり、走査
レンズＳＬは軸上から軸外になるにつれ、負のパワーが
増加する構成となる。ｋの値を、Ｌ＜Ｓ１＜∞のとき
(図３３(Ｈ))よりも大きくとれ、全長Ｌも更に短くする
ことができる。また、ヌルパワーの場合、走査レンズＳ
Ｌの温度上昇時，湿度上昇時の面形状，屈折率の変化に
より生じる像面ＩＳの移動が少ないという利点がある。

【００３１】上記Ｃ＜Ｓ１＜Ｌの場合(図３３(Ｆ))に
おいて、間隔Ｓ１をＣに近づけていくと、全長Ｌが短縮
されるということが、後述する実施例７〜実施例９の全
長Ｌから分かる。つまり、実施例７，実施例８，実施例
９は、いずれも最大像高Ｙ’_max≒150，最大偏向角θ
_max＝23(deg)の走査光学系であって、それぞれＳ１が異
なっているが、これらの実施例を比較すれば、Ｓ１がＣ
に近づくと、ｋの値がほぼ一定でも、全長Ｌが短くなる
ことが分かる。

【００３２】以上のように、条件式(1)：Ｃ＜Ｓ１≦Ｌ
を満たすように、偏向器偏向面ＤＳからビームの自然収
束点ＯＳまでの距離を設定することによって、比例定数
ｋを大きく設定することができ、収差補正上大きな問題
を生じさせることなく、全長Ｌを最大限短縮することが
できる。

【００３３】本発明では、さらに、前記偏向器で所定の
偏向角θとなるように収束ビームを偏向走査させるとと
もに、該収束ビームを前記走査レンズＳＬに入射させる
ことによって、走査レンズ入射後の収束ビームを前記偏
向角θより大きな画角となるように屈曲させる構成とす
るのが好ましい。

【００３４】この構成により、収束ビームを走査レンズ
ＳＬ内で一旦外側に曲げてから内側に曲げて走査レンズ
ＳＬを射出させることができる。このように収束ビーム
を曲げることによって、最大偏向角θ_maxを小さくする
ことができる。つまり、最大偏向角θ_maxを小さくして
も、所定の全長Ｌで所定の最大像高Ｙ’_maxを得ること
ができるのである。最大偏向角θ_maxを小さくすること
によって、偏向器の偏向面１面当りの反射域の主走査方
向の幅を小さくすることができるため、偏向器も大型化
することはなく、また、偏向器を回動させるためのモー
タの速度も低くすることができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明に係る走査光学系の実施例を示
す。但し、各実施例中、ri(i=1,2,3,...)は偏向器側か
ら数えて第i番目のレンズ面の曲率半径(主走査方向)、d
i(i=1,2,3,...)は偏向器側から数えて第i番目のレンズ
面と第i+1番目のレンズ面と間の軸上面間隔を示す。r0
(i=0)は偏向器の偏向面の曲率半径(=∞)、d0(i=0)は偏
向器の偏向面上の偏向点から第１番目のレンズ面までの
光軸上の距離である。また、Ni(i=1,2,3,...)は偏向器
側から数えて第i番目のレンズの波長780nmの光に対する
屈折率とし、レンズとレンズとの間(空気間隔)の屈折率
は1.00とする。

【００３６】なお、各符号に関しては先に説明したもの
と同様であって、ｆは走査レンズＳＬの焦点距離、θは
偏向されたビームと走査レンズ光軸とのなす画角(偏向
角と定義する)、θ_maxは偏向角θが最大のときの画角
(最大偏向角と定義する)、Ｙ’は被走査面上での像高、
Ｙ’_maxは被走査面上で最大となる像高、Ｓ１は偏向面
ＤＳから収束ビームの自然収束点ＯＳ(走査レンズがな
い場合の収束ビームの収束点、即ち物点のこと)までの
距離、Ｌは偏向器偏向面ＤＳと被走査面(像面ＩＳとな
る)までの距離、LBはレンズバック(即ち、一番像側のレ
ンズの像側の面と被走査面(像面ＩＳ)との軸上面間
隔)、ｋは像高Ｙ’＝ｋθとなるような比例定数を示
す。なお、偏向面ＤＳ，走査レンズＳＬ，ビームの自然
収束点ＯＳ，像面ＩＳと、条件式(3)で表されるＣ，全
長Ｌとの関係を図３２に示す。

【００３７】また、Ｃは、走査レンズを薄肉レンズとし
たときの偏向器偏向面から薄肉レンズまでの距離に相当
する。Ｃは前述の式(3)又は次の式(3A)で表されるが、
式(3A)は光軸上についてのみ考慮して得られる式であっ
て軸外については考慮されていないため、本発明ではＣ
は式(3)で表されるものとする。 Ｃ＝[Ｌ＋Ｓ１−{(Ｌ−Ｓ１)(Ｌ−Ｓ１−４ｆ)}^1/2]／２ …(3A)

【００３８】尚、各実施例中、曲率半径に*印を付した
面は非球面で構成された面であることを示し、非球面は
数１の式で表わされるものとする。

【００３９】

【数１】

【００４０】但し、数１の式中、 x :レンズ面頂点から光軸方向の座標 Φ:光軸からの高さ C₀:非球面のレンズ面の近軸曲率 ε:２次曲面パラメータ Ai:高次パラメータ(i=2〜10) である。

【００４１】＜実施例１＞ ｆ＝-450 θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝165.434 Ｓ１＝200 Ｃ＝-68.383 Ｌ＝484.641 ｋ＝４１２．１１６

【００４２】

【００４３】[非球面データ] r4 : ε=1 A4=2.263×10^-8 A6=2.879×10^-12 A8=8.138×10^-16 A10=-8.711×10^-20

【００４４】＜実施例２＞ ｆ＝∞ θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝144.021 Ｓ１＝330 Ｃ＝-880.921 Ｌ＝435.585 ｋ＝３５８．７７４

【００４５】

【００４６】[非球面データ] r1 : ε=1 A4=3.337×10^-10 A6=6.128×10^-10 A8=8.094×10^-12 A10=-2.425×10^-14 r6 : ε=1 A4=7.220×10^-8 A6=3.533×10^-12 A8=3.663×10^-15 A10=-6.370×１０^−１９

【００４７】＜実施例３＞ ｆ＝−４５０ θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝140.282 Ｓ１＝200 Ｃ＝-79.562 Ｌ＝408.915 ｋ＝349.459

【００４８】

【００４９】[非球面データ] r3 : ε=1 A4=-1.544×10^-9 A6=-2.161×10^-12 A8=-2.712×10^-16 A10=2.259×10^-20 r4 : ε=1 A4=1.116×10^-8 A6=4.009×10^-12 A8=-5.743×10^-16 A10=3.421×10^-20

【００５０】＜実施例４＞ ｆ＝∞ θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝170.666 Ｓ１＝330 Ｃ＝-456.187 Ｌ＝556.684 ｋ＝425.150

【００５１】

【００５２】［非球面データ] r1 : ε=1 A4=6.382×10^-10 A6=-5.633×10^-10 A8=6.934×10^-12 A10=-1.296×10^-14 r6 : ε=1 A4=6.164×10^-8 A6=1.898×10^-12 A8=8.303×10^-16 A10=-1.440×10^-19

【００５３】＜実施例５＞ ｆ＝-500 θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝166.727 Ｓ１＝200 Ｃ＝-94.755 Ｌ＝517.358 ｋ＝415.377

【００５４】

【００５５】[非球面データ] r1 : ε=1 A4=2.025×10^-25 A6=-1.021×10^-8 A8=1.013×10^-10 A10=-2.515×10^-13 r6 : ε=1 A4=9.191×10^-8 A6=3.653×10^-12 A8=4.666×10^-15 A10=-6.762×10^-19

【００５６】＜実施例６＞ ｆ＝-41.824 θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝143.778 Ｓ１＝66.905 Ｃ＝30.740 Ｌ＝225.710 ｋ＝３７５．７２６

【００５７】

【００５８】[非球面データ] r3 : ε=-3.93579 A2=-3.362×10^-3 A4=-7.627×10^-6 A6=-9.441×10^-10 A8=1.288×10^-13 A10=-4.025×10^-17 r4 : ε=-4.45660 A2=2.208×10^-3 A4=6.858×10^-6 A6=3.508×10^-10 A8=4.270×10^-13 A10=-3.714×10^-16

【００５９】＜実施例７＞ ｆ＝−７１ θ_ｍａｘ＝23(deg) Ｙ’_max＝150.002 Ｓ１＝74 Ｃ＝19.243 Ｌ＝295.746 ｋ＝373.673

【００６０】

【００６１】[非球面データ] r4 : ε=0.99525 A2=1.472×10^-3 A4=-2.010×10^-8 A6=7.915×10^-12 A8=5.611×10^-16

【００６２】＜実施例８＞ ｆ＝-170 θ_max＝23(deg) Y'_max＝150.00217 Ｓ１＝100 Ｃ＝-9.614 Ｌ＝399.985 ｋ＝373.673

【００６３】

【００６４】[非球面データ] r4 : ε=0.99349 A2=1.375×10^-4 A4=-4.202×10^-8 A6=3.028×10^-12 A8=-4.092×10^-16

【００６５】＜実施例９＞ ｆ＝-550 θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝149.964 S1=150 Ｃ＝-79.899 Ｌ＝492.669 ｋ＝373.758

【００６６】

【００６７】[非球面データ] r4 : ε=0.99185 A2=-1.124×10^-3 A4=-1.268×10^-7 A6=-1.165×10^-11 A8=-3.878×10^-15

【００６８】＜実施例１０＞ ｆ＝-4000 θ_max＝23(deg) Ｙ’_max＝150.0 Ｓ１＝300 C=-150.342 Ｌ＝410.493 ｋ＝373.606

【００６９】

【００７０】[非球面データ] r4 : ε=1 A4=-8.155×10^-9 A6=-6.357×10^-14 A8=-1.385×10^-16 A10=-4.191×10^-20 A12=-1.235×10^-23

【００７１】図３１は、本発明を実施した走査光学系の
全体構成を示している。この走査光学系において、光源
部(ＬＤ等の発光素子から成る。)１より発せられた発散
ビームＢＭ１は、収束レンズ２によって収束ビーム(入
射光)ＢＭ２とされた後、偏向器(ポリゴンミラー)３に
入射する。(Ｘ_c，Ｙ_c)を回転中心として回転する偏向器
３によって等角速度的に偏向された収束ビーム(原点：
(0,0))ＢＭ３は、走査レンズＳＬに入射する。収束ビー
ムＢＭ３の自然収束点ＯＳは、走査レンズＳＬのうち、
一番偏向器３側のレンズの偏向器側の面より像側に位置
する。走査レンズＳＬにより、ビームＢＭ４は被走査面
４上で結像され(像面ＩＳの形成)、被走査面４を実質的
に等速で走査する。

【００７２】そして、上記実施例１〜実施例１０の走査
光学系は、上記偏向器３を備え、この偏向器３によって
等角速度的に偏向された収束ビームＢＭ３を被走査面４
上に結像させ、被走査面４上を実質的に等速で走査する
ように作用する走査レンズＳＬを備えた走査光学系であ
って、走査レンズＳＬは、偏向器３側から負レンズと，
他の少なくとも１枚のレンズとから成り、前記負レンズ
の前記偏向器３と対向する面には、前記収束ビームが入
射する構成となっている。さらに、実施例１〜実施例１
０の走査光学系は、前記条件式(1)〜(3)を満たした構成
となっている。

【００７３】図１〜図１０は、前記実施例１〜実施例１
０に対応する走査レンズＳＬのレンズ構成とその光路
を、主走査方向について断面的に示している。図１〜図
１０中の光路に付したＪは、次の式(9)で表されるある
画角(偏向角θ)のビームについて、そのビームの偏向状
態を示している。例えば、実施例１についての光路を示
す図１は、Ｊ＝0.0，55.5，78.1となる画角のビームの
偏向を示している。 Ｓ１×sinθ＝Ｊ …(9)

【００７４】各実施例の走査レンズＳＬの具体的な構成
を以下に説明する。実施例１の走査レンズＳＬは、偏向
器３側から順に、両凹の負レンズ及び偏向器３側に凸の
正メニスカスレンズ(像側の面が非球面)から成ってい
る。実施例２の走査レンズＳＬは、偏向器３側から順
に、偏向器３側に凹の負メニスカスレンズ(偏向器３側
の面が非球面)，像側に凹の負メニスカスレンズ及び偏
向器３側に凸の正メニスカスレンズ(像側の面が非球面)
から成っている。実施例３の走査レンズＳＬは、偏向器
３側から順に、両凹の負レンズ及び偏向器３側に凸の正
メニスカスレンズ(両面が非球面)から成っている。実施
例４の走査レンズＳＬは、偏向器３側から順に、偏向器
３側に凹の負メニスカスレンズ(偏向器３側の面が非球
面)，両凹の負レンズ及び両凸の正レンズ(像側の面が非
球面)から成っている。実施例５の走査レンズＳＬは、
偏向器３側から順に、両凹の負レンズ(偏向器３側の面
が非球面)，像側に凹の負メニスカスレンズ及び偏向器
３側に凸の正メニスカスレンズ(像側の面が非球面)から
成っている。実施例６の走査レンズＳＬは、偏向器３側
から順に、偏向器３側に凹の負メニスカスレンズ及び像
側に凹の負メニスカスレンズ(両面が非球面)から成って
いる。実施例７，８，９の走査レンズＳＬは、偏向器３
側から順に、偏向器３側に凹の負メニスカスレンズ及び
像側に凸の正メニスカスレンズ(像側の面が非球面)から
成っている。実施例１０の走査レンズＳＬは、偏向器３
側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ，偏向器３
側に凸の正メニスカスレンズ(像側の面が非球面)及びシ
リンドリカルレンズから成っている。

【００７５】図１１〜図３０に実施例１〜実施例１０の
収差図を示す。そのうち、図１１〜図２０は、それぞれ
実施例１〜実施例１０に対応する各収差(波長：780nm)
を示している。図１１〜図２０中、実線は球面収差、破
線(ＳＣ)は正弦条件を表しており、破線(ＤＴ)はタンジ
ェンシャル面での非点収差を表わしている。また、図２
１〜図３０は、それぞれ実施例１〜実施例１０に対応す
る横収差曲線を示している。横収差図に付したＪは、前
記式(9)で表されるある画角θのビームについて、その
ビームの像面での収差量を示している。例えば、実施例
１についての横収差量を示す図２１は、Ｊ＝0.0，39.87
4，55.463，66.926，78.146となる画角のビームの像面
での横収差の発生を示している。

【００７６】各実施例は、上記条件式(1)〜(3)を満たす
ように、強い収束ビームが走査レンズＳＬに入射する構
成となっている。これによって、走査レンズＳＬに入射
するビームのビーム幅が被走査面上で画像密度に応じた
スポットサイズになるように、走査レンズＳＬの焦点距
離ｆを負(負のパワー)又は無限大(ヌルパワー)としてい
る。つまり、各実施例は偏向器偏向面ＤＳからビームの
自然収束点ＯＳまでの距離Ｓ１が条件式(1)：Ｃ＜Ｓ１
≦Ｌを満たしているので、比例定数ｋを大きく設定する
ことができ、その結果、収差補正上大きな問題を生じさ
せることなく、全長Ｌを最大限短縮したものとなってい
る。また、全長Ｌが短くなっても、正の焦点距離を持つ
走査レンズＳＬのように収差補正が困難になるといった
ことはなく、各実施例では、主に歪曲収差，コマ収差，
その他、像面湾曲，非点収差等の諸収差を良好に補正し
た構成となっている。

【００７７】先に説明したように、実施例７〜実施例９
は、いずれも最大像高Ｙ’_max≒150，最大偏向角θ_max
＝23(deg)の走査光学系であって、それぞれＳ１が異な
っている。しかし、実施例７，実施例８，実施例９にお
いては、Ｓ１がＣに近づくと、ｋの値がほぼ一定でも、
全長Ｌが短くなる(実施例７の全長Ｌが最も短い)ことが
分かる。

【００７８】実施例１，３，６，７，８，９の走査光学
系は、走査レンズＳＬに入射した所定の偏向角の収束ビ
ームを、走査レンズＳＬ入射後にはこの偏向角より大き
な画角となるように屈曲している点に特徴がある。この
構成により、収束ビームは、走査レンズＳＬ内で一旦外
側に曲げられた後、内側に曲げられて走査レンズＳＬか
ら射出されることになる。例えば、走査レンズＳＬが２
枚構成の実施例３では、収束ビームは、両凹の負レンズ
で外側に曲げられてから、偏向器３側に凸の正メニスカ
スレンズで内側に曲げられる。

【００７９】このように収束ビームを曲げることによっ
て、先に述べたように、最大偏向角θ_maxを小さくする
ことができる。つまり、最大偏向角θ_maxを小さくして
も、所定の全長Ｌで所定の最大像高Ｙ’_maxを得ること
ができる。最大偏向角θ_maxを小さくすることによっ
て、偏向器３の偏向面１面当りの反射域の主走査方向の
幅を小さくすることができるため、偏向器３を大型化す
る必要はなく、また、偏向器３を回動させるためのモー
タ(不図示)の速度を低くすることも可能である。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、走
査レンズは偏向器側から負レンズと他の少なくとも１枚
のレンズとから構成されているので、歪曲収差を良好に
補正することができる。また、負レンズの偏向器と対向
する面に収束ビームが入射するように構成されているの
で、収差補正が容易であり、全長の短縮を図ることがで
きる。更に前記条件式(1)〜(3)を満たす構成となってい
るので、全長が短くなっても、収差補正が困難になると
いったことはなく、諸収差(例えば、歪曲収差，像面湾
曲，非点収差，コマ収差等)を良好に補正することが可
能である。最大偏向角が一定でも、収束ビームの自然収
束点を偏向器側にシフトさせれば、最大像高をより大き
く設定することができるため、全長を更に短くすること
ができる。

【００８１】従って、最大偏向角の大小にかかわらず良
好に諸収差が補正され、かつ、全長が短縮化された走査
光学系を実現することができる。つまり、最大偏向角を
大きくするのみで全長の短縮を図るのではなく、強い収
束ビームを走査レンズに入射させることで、全長の短縮
を図ることができ、また、全長の短縮を図るために最大
偏向角を大きくすることなく、強い収束ビームを走査レ
ンズに入射させることで、全長の短縮を図ることもでき
る。

【００８２】さらに、前記偏向器で所定の偏向角となる
ように収束ビームを偏向走査させるとともに、該収束ビ
ームを前記走査レンズＳＬに入射させることによって、
走査レンズ入射後の収束ビームを前記偏向角より大きな
画角となるように屈曲させる構成とすると、最大偏向角
を小さくして、偏向器の偏向面１面当りの反射域の主走
査方向の幅を小さくすることができるため、偏向器も大
型化することなく、また、偏向器を回動させるためのモ
ータの速度も低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図２】本発明の実施例２のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図３】本発明の実施例３のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図４】本発明の実施例４のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図５】本発明の実施例５のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図６】本発明の実施例６のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図７】本発明の実施例７のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図８】本発明の実施例８のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図９】本発明の実施例９のレンズ構成及び光路を示す
図。

【図１０】本発明の実施例１０のレンズ構成及び光路を
示す図。

【図１１】本発明の実施例１の収差図。

【図１２】本発明の実施例２の収差図。

【図１３】本発明の実施例３の収差図。

【図１４】本発明の実施例４の収差図。

【図１５】本発明の実施例５の収差図。

【図１６】本発明の実施例６の収差図。

【図１７】本発明の実施例７の収差図。

【図１８】本発明の実施例８の収差図。

【図１９】本発明の実施例９の収差図。

【図２０】本発明の実施例１０の収差図。

【図２１】本発明の実施例１の横収差図。

【図２２】本発明の実施例２の横収差図。

【図２３】本発明の実施例３の横収差図。

【図２４】本発明の実施例４の横収差図。

【図２５】本発明の実施例５の横収差図。

【図２６】本発明の実施例６の横収差図。

【図２７】本発明の実施例７の横収差図。

【図２８】本発明の実施例８の横収差図。

【図２９】本発明の実施例９の横収差図。

【図３０】本発明の実施例１０の横収差図。

【図３１】本発明を実施した走査光学系全体の概略構成
及び光路を示す図。

【図３２】本発明の説明中に用いた符号を説明するため
の図。

【図３３】本発明においてＳ１を変化させたときの光路
を示す図。

【符号の説明】

１ …光源部 ２ …収束レンズ ３ …偏向器 ４ …被走査面 ＤＳ …偏向面 ＳＬ …走査レンズ ＯＳ …物面(自然収束点) ＩＳ …像面

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏向器を備え、この偏向器によって等角速
   度的に偏向された収束ビームを被走査面上に結像させ、
   該被走査面上を実質的に等速で走査するように作用する
   走査レンズを備えた走査光学系であって、 前記走査レンズは、前記偏向器側から負レンズと他の少
   なくとも１枚のレンズとから構成され、該負レンズの前
   記偏向器と対向する面には前記収束ビームが入射すると
   ともに、更に以下の条件を満たすことを特徴とする走査
   光学系； Ｃ＜Ｓ１≦Ｌ Ｙ’＝ｋθ Ｃ＝Ｓ１(Ｌ−ｋ)／(Ｓ１−ｋ) 但し、 Ｓ１：偏向器偏向面と物面(収束ビームの自然収束点)と
   の間隔 Ｌ：偏向器偏向面と像面との間隔(全長) Ｙ’：被走査面上での像高 θ：偏向器で偏向した収束ビームと走査レンズ光軸とが
   なす角度(偏向角) ｋ：比例定数 である。
2. 【請求項２】前記偏向器で所定の偏向角となるように収
   束ビームを偏向走査させるとともに、該収束ビームを前
   記走査レンズに入射させることによって、走査レンズ入
   射後の収束ビームを前記偏向角より大きな画角となるよ
   うに屈曲させることを特徴とする請求項１に記載の走査
   光学系。