JP3243030B2 - 走査結像レンズおよび光走査装置 - Google Patents

走査結像レンズおよび光走査装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は走査結像レンズおよ
び、この走査結像レンズを用いる光走査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光源装置から放射される光束を光偏向器
により等角速度的に偏向させ、偏向された光束を走査結
像レンズにより被走査面上に光スポットとして集光させ
て光走査を行う光走査装置は従来から広く知られてい
る。
【0003】走査結像レンズに入射する光束は光偏向器
により等角速度的に偏向されているから、被走査面の光
走査を等速的に行うためには、走査結像レンズが光スポ
ットの移動速度を等速化する機能を持たねばならない。
この機能を「fθ機能」と呼んでいる。
【0004】上記の如き光走査装置において、光源装置
から被走査面に到る光路を光学系の光軸に沿って直線的
に展開した仮想的な直線光路を想定し、この直線光路上
で主走査方向に平行的に対応する方向を「主走査対応方
向」、副走査方向に平行的に対応する方向を「副走査対
応方向」と呼ぶ。
【0005】上記のような光走査装置において光偏向器
は、回転多面鏡等、等速回転する偏向反射面により光束
を反射させて光束の偏向を行うものが一般的であるが、
偏向反射面に所謂「面倒れ」があると、光スポットの集
光位置が被走査面上で副走査方向に変動して「走査線の
ピッチむら」を生じる。これを防止するために、光源装
置からの光束を主走査対応方向に長い線像に結像させ、
線像の結像位置近傍に偏向反射面を配して光束を偏向さ
せ、走査結像レンズが、副走査対応方向に関して、偏向
の起点と被走査面とを「幾何光学的な共役関係」とする
機能(以下、面倒れ補正機能と呼ぶ)を持つようにする
ことが広く知られている。
【0006】また、高密度の光走査では主走査線上を移
動する光スポットの径が像高によって大きく変動しない
ことが必須であるが、このためには主・副走査方向の像
面湾曲が良好に補正されていなければならない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、優れたfθ特性を実
現し易く、光スポット径の変動を極めて小さくすること
の可能な走査結像レンズと、この走査結像レンズを用い
た光走査装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の走査結像レン
ズは「主走査対応方向に長い線像に結像され、上記線像
の結像位置の近傍に偏向反射面を持つ光偏向器により等
角速度的に偏向された光束を被走査面上に光スポットと
して集光させ、被走査面の等速的な光走査を行う」ため
の結像光学系であって、主走査対応方向に関して「fθ
機能」を持ち、副走査対応方向に関して「光偏向器によ
る偏向の起点と被走査面とを幾何光学的な共役関係とす
る機能」を持つ。なお「偏向の起点」は、光スポットの
像高が0のときの「走査結像レンズの光軸と偏向反射面
との交点」を言い、線像は設計上は偏向の起点に結像さ
れる。
【0009】さて、走査結像レンズは、図1に示すよう
に、光偏向器3による偏向の起点から被走査面9側へ向
かって順次、第1群5,第2群6,第3群7、第4群8
を配してなる。第1群5は、負の屈折力を持つレンズで
ある。第2群6は、偏向の起点側に凹面を向けた球面単
レンズの正メニスカスレンズである。第3群7は、副走
査対応方向(図面に直交する方向)の曲率が主走査対応
方向の曲率よりも強い、正の屈折力のトーリック面を有
し、副走査対応方向により強い正の屈折力を持つアナモ
フィックなレンズである。第4群8は、副走査対応方向
にのみ正の屈折力を有するシリンダレンズである。
【0010】第4群の、副走査対応方向における焦点距
離をfS4、被走査面側レンズ面から被走査面に到る光軸
上距離をDbfとするとき、これらは条件 (1) 1.5<fS4/Dbf<3 を満足する。
【0011】第1群5と第3群のレンズ形態の組合せと
しては、第1群5を「偏向の起点側のレンズ面が凹球面
で、被走査面側のレンズ面が副走査対応方向にのみ屈折
力を持つ凹シリンダ面であるアナモフィックなレンズ」
とし、第3群7を「偏向の起点側のレンズ面が平面で、
被走査面側のレンズ面がトーリック面であるレンズ」と
しても良いし(請求項2)、第1群5を「偏向の起点側
のレンズ面が凹球面で、被走査面側のレンズ面が平面で
ある平凹球面レンズ」とし、第3群7を「偏向の起点側
のレンズ面が副走査対応方向にのみ屈折力を持つ凹シリ
ンダ面で、被走査面側のレンズ面がトーリック面である
レンズ」としてもよい(請求項3)。
【0012】この発明の光走査装置は、図1に示すよう
に「光源装置1から放射される平行光束を線像結像光学
系2により主走査対応方向に長い線像として結像させ、
線像の結像位置の近傍に偏向反射面4を持つ光偏向器3
により等角速度的に偏向させ、偏向された光束を走査結
像レンズにより被走査面9上に光スポットとして集光さ
せて光走査を行う装置」であって、走査結像レンズとし
て上記請求項1または2または3記載の走査結像レンズ
を用いることを特徴とする(請求項4)。
【0013】上記線像結像光学系2としてはシリンダレ
ンズ等、光偏向器としては図示の回転多面鏡3の他、回
転2面鏡や回転単面鏡等を用いることができる。
【0014】
【作用】この発明の走査結像レンズは4群4枚構成であ
り、特に、副走査対応方向にのみ正の屈折力を持つ第4
群のシリンダレンズが、条件(1)からも明らかなよう
に、被走査面に近い配置である。
【0015】fθ特性は、第1〜第3群の主走査対応方
向における屈折力により実現されるが、第3群が「副走
査対応方向の曲率が主走査対応方向の曲率よりも強い、
正の屈折力のトーリック面」を有し、このトーリック面
の主・副走査対応方向の曲率を独立して調整できるため
fθ特性の補正が容易であり、主・副走査方向の像面湾
曲も良好な補正が可能である。
【0016】条件(1)は、光スポット径および結像性
能を安定化するとともに、副走査方向の像面湾曲を良好
に保つための条件であり、下限を超えて小さくなると有
効主走査領域の両端領域で光スポット径が小さくなり、
結像性能も悪化する。また条件(1)の上限を超えると
副走査方向の像面湾曲が悪化し、他のレンズ面で補正す
ることができない。
【0017】
【実施例】以下、具体的な実施例を2例挙げる。
【0018】図1に示すように各実施例において、光偏
向器3の側から数えて第i番目のレンズ面の曲率半径を
主走査対応方向に就きRix、副走査対応方向に就きRiy
(i=1〜8)、第i番目と第i+1番目のレンズ面の
光軸上の面間隔をDi(i=1〜7)とし、光偏向器の
偏向の起点から第1番目のレンズ面までの光軸上の距離
をD0(i=0)、第4群の被走査面側レンズ面から被
走査面に到る光軸上距離(=Dbf)をD8(i=8)と
する。
【0019】また光偏向器3側から数えて第j番目のレ
ンズの波長780nmの光に対する屈折率をNj(j=
1〜4)とする。fmは主走査対応方向における全系の
焦点距離であり100に規格化する。fsは副走査対応
方向における全系の焦点距離である。2θは有効偏向角
(単位:度)を表す。
【0020】全実施例を通じて光偏向器は図1に示した
偏向反射面を6面持つ回転多面鏡であり、内接円半径は
32.5mmである。偏向反射面4への入射光束と走査
結像レンズ光軸とのなす角は60度、光源装置の光源で
ある半導体レーザーの発振波長は780nmで、fmの
実際の大きさは550.002mmである。
【0021】実施例1 fm=100,fs=−28.165,2θ=50.0 i Rixiyi j Nj 0 17.036 1 −20.418 −20.418 1.665 1 1.55866 2 ∞ 22.909 1.813 3 −61.454 −61.454 3.596 2 1.51118 4 −30.0 −30.0 0.182 5 ∞ ∞ 6.676 3 1.82485 6 −38.273 −14.661 104.691 7 ∞ 18.727 0.909 4 1.51118 8 ∞ ∞ 17.567 条件式のパラメータの値:fS4/Dbf=2.086 。
【0022】実施例2 fm=100,fs=−22.7 ,2θ=50.0 i Rixiyi j Nj 0 17.036 1 −20.418 −20.418 1.665 1 1.55866 2 ∞ ∞ 1.813 3 −61.454 −61.454 3.596 2 1.51118 4 −30.0 −30.0 0.182 5 ∞ −75.109 6.676 3 1.82485 6 −38.273 −14.884 104.691 7 ∞ 18.182 0.909 4 1.51118 8 ∞ ∞ 17.567 条件式のパラメータの値:fS4/Dbf=2.025 。
【0023】図2および図3にそれぞれ、実施例1およ
び2に関する像面湾曲とfθ特性の図を示す。図4およ
び図5にはそれぞれ、実施例1および2に関する主走査
方向および副走査方向の光スポット径(1/e2)を有
効主走査領域全域に対して示す。これらの図において、
破線は主走査方向に関するものを表し、実線は副走査方
向に関するものを表す。実施例1,2とも、像面湾曲・
fθ特性が良好で、光スポット径の変動は極めて小さ
い。上記実施例1,2の走査結像レンズを用い、図1に
示す光走査装置を実現すれば請求項4記載の光走査装置
の実施例となる。
【0024】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
走査結像レンズおよび、この走査結像レンズを用いた光
走査装置を提供できる。この発明の走査結像レンズは上
記の如き構成となっているから、面倒れ補正機能を有
し、優れたfθ機能を実現し易く、光スポット径の変動
を極めて小さくできる。従って、上記走査結像レンズを
用いる光走査装置は、極めて良好な光走査を実現でき、
極めて高密度の光走査を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の光走査装置と走査結像レンズを説明
する図である。
【図2】実施例1に関する像面湾曲とfθ特性を示す図
である。
【図3】実施例2に関する像面湾曲とfθ特性を示す図
である。
【図4】実施例1に関する光スポット径の変動特性を示
す図である。
【図5】実施例2に関する光スポット径の変動特性を示
す図である。
【符号の説明】
1 光源装置 2 線像結像光学系 3 光
偏向器 4 偏向反射面 5 第1群 6
第2群 7 第3群 8 第4群 9 被走査面

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主走査対応方向に長い線像に結像され、上
    記線像の結像位置の近傍に偏向反射面を持つ光偏向器に
    より等角速度的に偏向された光束を被走査面上に光スポ
    ットとして集光させ、被走査面の等速的な光走査を行う
    ための結像光学系であって、 主走査対応方向に関してfθ機能を持つと共に、副走査
    対応方向に関して光偏向器による偏向の起点と被走査面
    とを幾何光学的な共役関係とする機能を持ち、 上記偏向の起点から被走査面側へ向かって順次、第1〜
    第4群を配してなり、 第1群は、負の屈折力を持つレンズであり、 第2群は、偏向の起点側に凹面を向けた球面単レンズの
    正メニスカスレンズであり、 第3群は、副走査対応方向の曲率が主走査対応方向の曲
    率よりも強い、正の屈折力のトーリック面を有し、副走
    査対応方向により強い正の屈折力を持つアナモフィック
    なレンズであり、 第4群は、副走査対応方向にのみ正の屈折力を有するシ
    リンダレンズであり、 第4群の、副走査対応方向における焦点距離をfS4、被
    走査面側レンズ面から被走査面に到る光軸上距離をDbf
    とするとき、これらが条件 (1) 1.5<fS4/Dbf<3 を満足することを特徴とする4群4枚構成の走査結像レ
    ンズ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の走査結像レンズにおいて、 第1群は、偏向の起点側のレンズ面が凹球面で、被走査
    面側のレンズ面が副走査対応方向にのみ屈折力を持つ凹
    シリンダ面であるアナモフィックなレンズであり、 第3群は、偏向の起点側のレンズ面が平面で、被走査面
    側のレンズ面がトーリック面であることを特徴とする走
    査結像レンズ。
  3. 【請求項3】請求項1記載の走査結像レンズにおいて、 第1群は、偏向の起点側のレンズ面が凹球面で、被走査
    面側のレンズ面が平面である平凹球面レンズであり、 第3群は、偏向の起点側のレンズ面が副走査対応方向に
    のみ屈折力を持つ凹シリンダ面で、被走査面側のレンズ
    面がトーリック面であることを特徴とする走査結像レン
    ズ。
  4. 【請求項4】光源装置から放射される平行光束を、線像
    結像光学系により主走査対応方向に長い線像として結像
    させ、上記線像の結像位置の近傍に偏向反射面を持つ光
    偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向された光束を
    走査結像レンズにより被走査面上に光スポットとして集
    光させて光走査を行う装置であって、 走査結像レンズとして、請求項1または2または3記載
    の走査結像レンズを用いることを特徴とする光走査装
    置。
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