JP3339934B2 - ｆ・θレンズ - Google Patents

ｆ・θレンズ

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JP3339934B2 JP24235493A JP24235493A JP3339934B2 JP 3339934 B2 JP3339934 B2 JP 3339934B2 JP 24235493 A JP24235493 A JP 24235493A JP 24235493 A JP24235493 A JP 24235493A JP 3339934 B2 JP3339934 B2 JP 3339934B2
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    • G—PHYSICS
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    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザープリンタや製
版などにおいてレーザ光などを一定速度で走査するため
に使用するｆ・θレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザープリンタや製版などにおいて
は、レーザ光などの光線を一定速度で走査する平面走査
光学系が使用されるが、この光学系としては、図８に示
すような光学系が用いられる。この光学系では、光源１
からの光束２は回転多面鏡等の光偏向器３の面で反射さ
れ、結像レンズ４を屈折通過して走査面５上に結像され
る。いま、回転多面鏡３は図８の矢印Ａの方向に回転し
ているとすれば、走査面５上の結像点は矢印Ｂの方向に
走査される。
【０００３】このようなｆ・θレンズとして特開平3-64
724 号あるいは特開昭58-44410号公報に記載された４枚
レンズ構成のものが知られている。
【０００４】これらの公報記載のものは、レンズ系全体
が明るく、諸収差を比較的良好なものとすることができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においてはレンズ系全体が比較的大きなもの
となり、特に、長焦点で形成画面サイズが大きなもので
はｆ・θレンズの大型化が問題となっており、装置のコ
ンパクト化や低コスト化を促進する上でより小型なｆ・
θレンズの出現が望まれていた。
【０００６】また、近年、レーザ光走査により形成され
る画像の高画質化が要求されており、上述した従来技術
においては、特に像面湾曲の点で必ずしも充分とはいえ
なかった。
【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
レンズ系の小型化および像面湾曲の向上を図り得るｆ・
θレンズを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のｆ・θレンズ
は、光束入射側から順に、光束入射側に凹面を向けた正
のメニスカスレンズからなる第１レンズと、光束入射側
に強い曲率の面を向けた負のレンズからなる第２レンズ
と、像側に強い曲率の面を向けた正のレンズからなる第
３レンズおよび第４レンズとを配列した４枚構成のｆ・
θレンズであって、下記５つの条件式を満足するように
構成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】 (1) −0.51＜ｆ２３／ｆ＜−0.30 (2) 0.91＜ｒ２／ｒ３＜1.06 (3) −0.28＜ｆ２／ｆ＜−0.17 (4) 0.39＜ｆ３／ｆ＜0.71 (5) 0.34＜ｆ４／ｆ＜0.50 ただし、ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離 ｆ２ ：第２レンズの焦点距離 ｆ３ ：第３レンズの焦点距離 ｆ４ ：第４レンズの焦点距離 ｆ２３：第２，第３レンズの合成焦点距離 ｒ２ ：第１レンズの像側の面の曲率半径 ｒ３ ：第２レンズの光束入射側の面の曲率半径
【００１０】
【作用】上述した如く構成したことにより、比較的簡単
な４枚構成のレンズでレンズ系の小型化および像面湾曲
の改善を図ることができる。
【００１１】以下、上記各条件式（１）〜（５）を満足
することにより得られる作用効果について説明する。
【００１２】すなわち、上記条件式(1) はレンズ全系の
合成焦点距離ｆに対する第２，第３レンズの合成焦点距
離ｆ２３の比ｆ２３／ｆを規定するものであり、このｆ
２３／ｆがこの条件式(1)の上限を超えると像面湾曲が
大きくなり、下限を超えると非点収差が大きくなるとと
もにレンズ系の小型化が図り難くなる。
【００１３】また、上記条件式(2) は第２レンズの光束
入射側の面の曲率半径ｒ3 に対する第１レンズの像側の
面の曲率半径ｒ2 の比ｒ2 ／ｒ3 を規定するものであ
り、このｒ2 ／ｒ3 がこの条件式(2）の上限を超えると
像面湾曲が大きくなり、下限を超えると非点収差が大き
くなる。
【００１４】さらに、上記条件式(3) はレンズ全系の合
成焦点距離ｆに対する第２レンズの焦点距離ｆ2 の比ｆ
2 ／ｆを規定するものであり、このｆ2 ／ｆがこの条件
式(3) の上限を超えると球面収差が補正不足となり回折
限界に近いビームスポット径が得られなくなり、下限を
超えると球面収差が補正過剰となりやはり回折限界に近
いビームスポット径が得られなくなるとともにレンズ系
の小型が図り難くなる。
【００１５】さらに、上記条件式（４）はレンズ全系の
焦点距離ｆに対する第３レンズの焦点距離ｆ３の比ｆ３
／ｆを規定するものであり、この比ｆ３／ｆが条件式
（４）の上限を超えると球面収差が補正過剰となり、下
限を超えると球面収差が補正不足となる。さらに、上記
条件式（５）はレンズ全系の焦点距離ｆに対する第４レ
ンズの焦点距離ｆ４の比ｆ４／ｆを規定するものであ
り、この比ｆ４／ｆが条件式（５）の上限を超えると非
点収差が大きくなるとともにレンズ系の小型化が図り難
くなり、下限を超えると像面湾曲が大きくなる。したが
って、本発明のｆ・θレンズによれば、上記条件式
（１）〜（５）のいずれも満足するように構成されてい
るので、像面湾曲、非点収差が共に良好となり、しかも
回折限界に近い小さいビームスポットの径のものが得ら
れ、かつレンズ系の小型化を図ることが可能となる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
【００１７】ここで、図１は実施例１，２，３，４のレ
ンズ基本構成を示すものであり、図２は実施例５のレン
ズ基本構成を示すものである。図１および図２に示すよ
うに、これらの実施例に係るｆ・θレンズは、４枚のレ
ンズＬ1 〜Ｌ4 により構成され、例えば図８に示す如き
回転多面鏡３の反射面Ａから光軸Ｘに沿ってレンズＬ1
に入射した光束は、レンズＬ4 から射出されて光走査面
上に結像される。
【００１８】以下、実施例１〜５の各々について詳細に
説明する。
【００１９】＜実施例１＞第１レンズＬ1 は光束入射側
に凹面を向けた正のメニスカスレンズ、第２レンズＬ2
は光束入射側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ、第
３レンズＬ3 および第４レンズＬ4 は光束入射側に弱い
凹面を向けた正のメニスカスレンズである。
【００２０】また、これらのレンズは以下の条件式を満
足する。
【００２１】 (1) −0.51＜ｆ２３／ｆ＜−0.30 (2) 0.91＜ｒ２ ／ｒ３ ＜1.06 (3) −0.28＜ｆ２ ／ｆ＜−0.17 (4) 0.37＜ｆ３ ／ｆ＜0.71 (5) 0.34＜ｆ４ ／ｆ＜0.52 ただし、ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離 ｆ２ ：第２レンズの焦点距離 ｆ３ ：第３レンズの焦点距離 ｆ４ ：第４レンズの焦点距離 ｆ２３：第２，第３レンズの合成焦点距離 ｒ２ ：第１レンズの像側の面の曲率半径 ｒ３ ：第２レンズの光束入射側の面の曲率半径 上記ｆ２３／ｆ、ｒ２ ／ｒ３ およびｆ２ ／ｆを上記
条件式(1)，(2) ，(3) で規定した範囲とすることによ
り、像面湾曲および非点収差を良好とすることができ、
また球面収差に伴なうビームスポット径を回折限界近く
まで小さくすることができ、さらにレンズ系の小型化を
図ることが可能となる。
【００２２】さらに、上記条件式（４）を満足するよう
にしているので、球面収差の補正が良好となり回折限界
により近い小さなビームスポット径が得られる。
【００２３】さらに、条件式（５）を満足するようにし
ているので、非点収差および像面湾曲がさらに改善さ
れ、レンズ系の小型化がさらに図り易くなる。
【００２４】この実施例１における各レンズ面の曲率半
径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空
気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズの波長632.8 ｎｍにおける
屈折率ｎを下記表１に示す。
【００２５】ただし、この表１および後述する表２，
３，４，５において、各記号ｒ，ｄ，ｎに対応させた数
字は光束入射側から順次増加するようになっている。
【００２６】
【表１】 ただし、上記ｄはレンズ系の全長である。
【００２７】焦点距離ｆ＝100mm Ｆ数＝21 半画角θ＝23.6° 反射ミラー面Ａから第１レンズＬ1 の光束入射側の面ま
での距離ｄ0 ＝13.078mm 波長＝632.8nm ＜実施例２＞実施例２のレンズ系は実施例１のレンズ系
と略同様なレンズ構成となっている。
【００２８】この実施例２における各レンズ面の曲率半
径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空
気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズの波長632.8 ｎｍにおける
屈折率ｎを下記表２に示す。
【００２９】
【表２】 ただし、上記ｄはレンズ系の全長である。
【００３０】焦点距離ｆ＝100mm Ｆ数＝21 半画角θ＝23.6° 反射ミラー面Ａから第１レンズＬ1 の光束入射側の面ま
での距離ｄ0 ＝11.506mm 波長＝632.8nm ＜実施例３＞実施例３のレンズ構成は、実施例１のレン
ズ構成と略同様のレンズ構成とされている。
【００３１】この実施例３における各レンズ面の曲率半
径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空
気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズの波長632.8 ｎｍにおける
屈折率ｎを下記表３に示す。
【００３２】
【表３】 ただし、上記ｄはレンズ系の全長である。
【００３３】焦点距離ｆ＝100mm Ｆ数＝21半画角θ＝22.4° 反射ミラー面Ａから第１レンズＬ1 の光束入射側の面ま
での距離ｄ0 ＝11.308mm 波長＝632.8nm ＜実施例４＞実施例４のレンズ構成は実施例１のレンズ
構成と比べ、第４レンズＬ4 が像面側に強い曲率の面を
向けた両凸レンズとされてなること以外は同様のレンズ
構成となっている。
【００３４】この実施例４における各レンズ面の曲率半
径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空
気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズの波長632.8 ｎｍにおける
屈折率ｎを下記表４に示す。
【００３５】
【表４】 ただし、上記ｄはレンズ系の全長である。
【００３６】焦点距離ｆ＝100mm Ｆ数＝21 半画角θ＝23.6° 反射ミラー面Ａから第１レンズＬ1 の光束入射側の面ま
での距離ｄ0 ＝10.91 mm 波長＝632.8nm ＜実施例５＞実施例５のレンズ系は図２に示す如く、第
２レンズＬ2 が光束入射側に強い曲率の面を向けた両凹
レンズ、第３レンズＬ3 が結像面側に強い曲率の面を向
けた両凸レンズであってこれら２つのレンズＬ2 ，Ｌ3
が接合されている以外は実施例１のレンズ系と略同様の
レンズ構成となっている。
【００３７】この実施例５における各レンズ面の曲率半
径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空
気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズの波長632.8 ｎｍ折率ｎを
下記表５に示す。
【００３８】
【表５】 ただし、上記ｄはレンズ系の全長である。
【００３９】焦点距離ｆ＝100mm Ｆ数＝21 半画角θ＝22.4° 反射ミラー面Ａから第１レンズＬ1 の光束入射側の面ま
での距離ｄ0 ＝11.86 mm 波長＝632.8nm なお、実施例１，２，３，４，５の各収差図を各々図
３，４，５，６，７に示す。
【００４０】これら図３〜７から明らかなように、本実
施例によれば、レンズ系の像面湾曲を含めた各収差を良
好なものとすることができる。
【００４１】また、上述した各実施例のｄ／ｆの値は上
記各表から明らかなように0.122 〜0.154 の範囲に収ま
っており、前述した特開平3-64724 号に記載のもののｄ
／ｆが0.176 〜0.182 の範囲となっており、前述した特
開昭58-44410号に記載のもののｄ／ｆが0.165 〜0.182
の範囲となっているのに対し極めて小さい値となってお
り、本実施例によりレンズ系のコンパクト化が図れるこ
とがわかる。
【００４２】なお、本発明のｆ・θレンズとしては、上
記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変
更が可能であり、例えば各レンズの曲率ｒやレンズ間隔
（もしくはレンズ厚）ｄを適宜変更することが可能であ
る。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のｆ・θレ
ンズによれば、比較的簡単な４枚レンズ構成によりレン
ズ系の小型化および像面湾曲を含む諸収差を良好なもの
とすることができる。
【００４４】これにより、ｆ・θレンズを搭載する各種
光走査装置の小型化および低コスト化を図ることがで
き、形成画像を高画質なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１〜４に係るｆ・θレンズのレ
ンズ基本構成を示す概略図
【図２】本発明の実施例５に係るｆ・θレンズのレンズ
基本構成を示す概略図
【図３】実施例１に係るレンズの各収差図
【図４】実施例２に係るレンズの各収差図
【図５】実施例３に係るレンズの各収差図
【図６】実施例４に係るレンズの各収差図
【図７】実施例５に係るレンズの各収差図
【図８】ｆ・θレンズを使用した平面走査光学系の概略
構成図
【符号の説明】
Ｌ1 〜Ｌ4 レンズ ｒ1 〜ｒ8 レンズ面の曲率 ｄ1 〜ｄ7 レンズ面間隔（レンズ厚） Ｘ 光軸 Ａ 光反射面位置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−64724（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−162315（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−44410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−66611（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−135915（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−135914（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−219510（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04 G02B 26/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光束入射側から順に、光束入射側に凹面
    を向けた正のメニスカスレンズからなる第１レンズと、
    光束入射側に強い曲率の面を向けた負のレンズからなる
    第２レンズと、像側に強い曲率の面を向けた正のレンズ
    からなる第３レンズおよび第４レンズとを配列した４枚
    構成のｆ・θレンズであって、 (1) −0.51＜ｆ２３／ｆ＜−0.30 (2) 0.91＜ｒ２／ｒ３＜1.06 (3) −0.28＜ｆ２／ｆ＜−0.17 (4) 0.39＜ｆ３／ｆ＜0.71 (5) 0.34＜ｆ４／ｆ＜0.50 ただし、ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離 ｆ２ ：第２レンズの焦点距離 ｆ３ ：第３レンズの焦点距離 ｆ４ ：第４レンズの焦点距離 ｆ２３：第２，第３レンズの合成焦点距離 ｒ２ ：第１レンズの像側の面の曲率半径 ｒ３ ：第２レンズの光束入射側の面の曲率半径 なる条件式を満足するように構成されてなることを特徴
    とするｆ・θレンズ。
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