JP3441008B2 - 走査結像レンズおよび光走査装置 - Google Patents

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（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」を言う）と被
走査面とを「幾何光学的に共役関係」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】このような光学配置の光走査装置では、光
源装置側からの光束が偏向反射面上に線像として結像す
るため、偏向光束の光強度が偏向反射面の「ごみ」や
「傷」の影響を受けやすい。

【０００７】また、光偏向器として、回転多面鏡を用い
る場合、偏向反射面の回転中心が偏向反射面内にないた
め、偏向光束の反射位置が、偏向反射面の回転に伴って
変化する「偏向点変動」の影響を強く受けてしまう。

【０００８】良好な光走査を実現するには、走査結像レ
ンズのｆθ機能が良好であることが重要である。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の良好な
補正と、集光性とが要求される。

【０００９】

【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の提供を目的とする。この発
明の別の目的は、上記走査結像レンズを用い、光走査に
対する、偏向反射面上の傷やごみや偏向点変動の影響の
少ない、新規な光走査装置を提供することにある。

【００１０】

【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
像の結像位置の手前方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。

【００１１】偏向反射面が、線像の結像位置の「手前
側」にあるとは、偏向反射面が、「線像を結像すべく収
束する光束を、収束の途上で」反射するように、上記収
束する光束との位置関係が定められていることを意味す
る。

【００１２】走査結像レンズは、図１に示すように、光
偏向器３による偏向反射面から被走査面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、偏向反射面側に凹面を向けた、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、正の屈折率のト−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
にのみ正のパワ−を持つシリンダレンズである。

【００１３】第４群８の、副走査対応方向における焦点
距離をｆ_s4、第４群８の、被走査面側レンズ面から被走
査面に到る光軸上の距離をＤ_bfとするとき、これらは条
件 （１） １.１ ＜ｆ_s4／Ｄ_bf＜ ３ を満足する。

【００１４】第１群５は、「偏向反射面側（図の左方）
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
ナモフィックな負レンズ」とすることができ（請求項
２）、あるいは、「偏向反射面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負レンズ」とす
ることもできる（請求項３）。

【００１５】また、第３群７は、「偏向反射面側のレン
ズ面が平面で、被走査面９側のレンズ面が、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、凸のト
−リック面であるレンズ」することができ（請求項
４）、あるいは、「偏向反射面側のレンズ面が、副走査
対応方向にのみパワ−を持つ凹シリンダ面で、被走査面
側のレンズ面が、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凸のト−リック面であるレンズ」と
することもできる（請求項５）。

【００１６】上記請求項１または２または３または４ま
たは５記載の走査結像レンズにおいて、第４群８は、
「偏向反射面側が凸面である、凸平のシリンダレンズ」
とすることができる（請求項６）。

【００１７】この発明の光走査装置は、図１に示すよう
に、光源装置１と、線像結像光学系２と、光偏向器３
と、走査結像レンズとを有する。光源装置１は、実質的
な平行光束を放射する。光源装置１は、例えば、ＬＤ光
源とコリメートレンズを組み合わせた構成とすることが
できる。線像結像光学系２は、光源装置１からの光束
を、副走査対応方向にのみ収束させ、主走査対応方向に
長い線像に結像させる。線像結像光学系２は、図示の例
のように、シリンダレンズで構成することができる。光
偏向器３は、線像結像光学系２による「収束途上の光
束」を反射する偏向反射面４を有し、反射光束を等角速
度的に偏向させるもので、回転多面鏡である。

【００１８】走査結像レンズは、光偏向器３により偏向
された偏向光束を、被走査面上に光スポットとして集光
せしめ、等速的な光走査を行わせるレンズであって、上
記請求項１または２または３または４または５または６
記載の走査結像レンズが用いられる。

【００１９】

【作用】図１において、光源装置１からは実質的な平行
光束が放射され、この平行光束は線像結像光学系である
シリンダレンズ２の作用により、副走査対応方向（図面
に直交する方向）にのみ収束され、回転多面鏡３の偏向
反射面４の後方位置に、主走査対応方向に長い「線像」
として結像する。

【００２０】偏向反射面４により反射された反射光束
は、主走査対応方向に関しては平行光束として、副走査
対応方向に関しては発散性の光束として、走査結像レン
ズに入射する。

【００２１】走査結像レンズは、図示のように、第１群
５、第２群６、第３群７、第４群８を、偏向反射面４側
から被走査面９側へ、上記順序に配してなり、上記反射
光束を被走査面９上に光スポットとして集光する。

【００２２】図２は、光源装置１から被走査面に到る光
路を、光軸に沿って、直線的に展開し、副走査対応方向
が上下方向となるように描いた図である。図示の如く、
偏向反射面４は、シリンダレンズ２により副走査対応方
向へのみ収束する光束を、収束の途上で反射する。従っ
て、収束光束は、偏向反射面４よりも後方の位置：Ｐに
おいて、主走査対応方向（図面に直交する方向）に長い
線像として結像する。換言すれば、この線像位置：Ｐと
偏向反射面４との距離：Δｘは、有効走査角内で、回転
多面鏡３の回転に伴う、偏向反射面４の光軸方向の変位
量（図の左右方向の変位量）よりも大きく取られるので
ある。

【００２３】走査結像レンズ（第１群５〜第４群８）
は、光スポットの「像高が０」のときの位置：Ｐと被走
査面９の位置とを、幾何光学的な共役な関係に結び付け
る。

【００２４】線像位置を「偏向反射面４上に設定しな
い」のは、偏向反射面４上の、傷やごみが、偏向光束の
比仮強度に与える影響を有効に軽減するためである。但
し、線像の結像位置：Ｐが偏向反射面から離れすぎる
と、走査結像レンズによる面倒れ補正機能が悪化するの
で、上記距離：Δｘの大きさは、実質的に「面倒れ補
正」が有効に働く範囲に設定される。即ち、距離：Δｘ
の大きさは、偏向反射面４に面倒れがあっても、光スポ
ットが、被走査面９上で副走査対応方向において実質的
に変動しないように定められる。

【００２５】回転多面鏡３が等速回転すると、被走査面
９上の光スポットは主走査方向に移動して光走査を行
う。このとき光スポットの移動速度は、走査結像レンズ
のｆθ機能により等速度化される。

【００２６】条件（１）は、光スポット径の移動を小さ
く抑え、像面湾曲を良好に補正するための条件である。
即ち、パラメ−タ：ｆ_s4／Ｄ_bfが、下限値：１．１を超
えて小さくなると、有効光走査領域の両端部で、光スポ
ット径が小さくなり、結像性能も悪化する。また、上記
パラメ−タ：ｆ_s4／Ｄ_bfが、上限値：３を超えて大きく
なると、副走査方向の像面湾曲が悪化する。

【００２７】この発明の走査結像レンズは、第３群がア
ナモフィックであるので、副走査方向の像面湾曲補正に
厳しく制限されることなく、ｆθ特性を良好に補正する
ことが可能になる。

【００２８】

【実施例】図１は、この発明の光走査装置の１実施例の
光学配置を示すものであるが、以下には、この光走査装
置に用いられる「走査結像レンズ」の、具体的な実施例
をあげる。

【００２９】図１において、図の面は、回転多面鏡３に
より「理想的に偏向された偏向光束の主光線」が描く面
と合致しており、この面を「偏向面」と呼ぶ。また、走
査結像レンズの光軸を含み、上記偏向面に直交する面
を、「偏向直交面」と呼ぶ。

【００３０】図２において、記号：Ｒ_xi（ｉ＝１〜８）
は、偏向反射面４の側から数えて第ｉ番目のレンズ面
の、偏向面内の曲率半径（上記レンズ面の主走査対応方
向の曲率半径）、記号：Ｒ_yi（ｉ＝１〜８）は、上記第
ｉ番目のレンズ面の偏向直交面内における曲率半径（上
記レンズ面の副走査対応方向の曲率半径）を表す。

【００３１】また、記号：Ｄ_i（ｉ＝０，１〜７）にお
いて、Ｄ₀は、光スポットの像高が０のとき、偏向反射
面４から第１群５の偏向反射面側レンズ面に到る光軸上
の距離、Ｄ₁〜Ｄ₇は、偏向反射面４の側から数えて、第
ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面の光軸上面間距離、Ｄ
₈は、第４群８の被走査面９側のレンズ面と被走査面９
との間の光軸上の距離、即ち「Ｄ_bf」を表す。また、記
号：Ｎ_j（ｊ＝１〜４）は、偏向反射面４の側から数え
て、第ｊ番目のレンズの、波長：７８０ｎｍの光に対す
る屈折率を表している。

【００３２】さらに、ｆｍ，ｆｓは、それぞれ、走査結
像レンズ全系の主走査対応方向及び副走査対応方向にお
ける「合成焦点距離」を表し、２θは「偏向角」を表
す。上記ｆｍは１００に規格化される。

【００３３】全ての実施例は図１の如き光学配置で設計
されている。回転多面鏡４の偏向反射面数は６で、「内
接円半径」は３２．５ｍｍ、光源装置側１から偏向反射
面４への入射する光束の方向と走査結像レンズ光軸との
成す角：αは６０度である。

【００３４】実施例１ ｆｍ＝１００，ｆｓ＝−４３．４８５，２θ＝５０度 ｉ Ｒ_xi Ｒ_yi Ｄ_i ｊ Ｎ_j ０ １７．０３６ １ −２０．４１８ −２０．４１８ １．６６５ １ １．５５８６６ ２ ∞ ２０．９０９ １．８１３ ３ −６１．４５４ −６１．４５４ ３．５９６ ２ １．５１１１８ ４ −３０．０００ −３０．０００ ０．１８２ ５ ∞ ∞ ６．６７６ ３ １．８２４８５ ６ −３８．２７３ −１４．６６１ ９８．３２７ ７ ∞ １９．６３６ １．８１８ ４ １．５１１１８ ８ ∞ ∞ ２３．３４８ 条件式の値：ｆ_s4／Ｄ_bf＝１．５６９
。

【００３５】実施例２ ｆｍ＝１００，ｆｓ＝−２１．８７６，２θ＝５０度 ｉ Ｒ_xi Ｒ_yi Ｄ_i ｊ Ｎ_ｊ 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 −３０．０００ −３０．０００ ０．１８２ ５ ∞ −７３．４５４ ６．６７６ ３ １．８２４８５ ６ −３８．２７３ −１４．７０９ １０４．６９１ ７ ∞ １８．１８２ ０．９０９ ４ １．５１１１８ ８ ∞ ∞ １７．５６７ 条件式の値：ｆ_ｓ４／Ｄ_bf＝２．０２５
。

【００３６】図３，図４は順次、上記実施例１，２に関
する「像面湾曲」（実線は副走査方向、破線は主走査方
向）の図と、「ｆθ特性」の図を示す。図５，図６には
順次、実施例１，２における、全有効光走査領域におけ
る光スポット径（１／ｅ²径、実線は副走査方向、破線
は主走査方向）と像高との関係を示す。

【００３７】各実施例において、１００に規格化された
ｆｍの具体的な値は、実施例１，２のいずれにおいて
も、５５０．００２ｍｍである。

【００３８】実施例１，２の走査結像レンズを、図１の
光学配置で使用することにより、請求項６記載の光走査
装置の実施例を実現できる。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な、走査結像レンズと、この走査結像レンズを用
いる光走査装置を提供できる。この走査結像レンズは、
複雑な「非球面」を含んでいないので、製造が容易で安
価に実施することができる。また、各実施例に示したよ
うに、広画角であるにもかかわらず、像面湾曲、ｆθ特
性共に良好で、光スポット径の変動が極めて少ない。

【００４０】また、この発明の光走査装置は、走査結像
レンズが安価であるので安価に製造でき、使用する走査
結像レンズの像面湾曲、ｆθ特性が共に良好で、光スポ
ット径の変動が極めて少ないので、高密度の良好な光走
査を実現出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の走査結像レンズ及び、この走査結像
レンズを用いた光走査装置を「偏向面」で展開した平面
図である。

【図２】この発明の走査結像レンズ及び、この走査結像
レンズを用いた光走査装置を「偏向面」に垂直方向に展
開した図である。

【図３】実施例１に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図４】実施例２に関する像面湾曲とｆθ特性を示す図
である。

【図５】実施例１における光スポットの像高とスポット
径の関係を示す図である。

【図６】実施例２における光スポットの像高とスポット
径の関係を示す図である。

【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 (7)

(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手前方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、 偏向反射面側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、偏向反射面側に凹面を向けた球面単レンズの
   正の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−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パワ−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ｆ_s4、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
   の距離をＤ_bfとするとき、これらが条件 （１） １.１ ＜ｆ_s4／Ｄ_bf＜ 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群が、凹面の球面を偏向反射面側に有し、副走査対
   応方向にのみパワ−を持つ凹面のシリンダ面を被走査面
   側に持つ負レンズ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群が、凹面の球面を偏向反射面側に有し、平面を被
   走査面側に有する負レンズであることを特徴とする走査
   結像レンズ。
4. 【請求項４】請求項１記載の走査結像レンズにおいて、 第３群が、平面を偏向反射面側に持ち、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凸面のト−リ
   ック面を被走査面側に持つレンズであることを特徴とす
   る走査結像レンズ。
5. 【請求項５】請求項１記載の走査結像レンズにおいて、 第３群が、副走査対応方向にのみパワ−を持つ凹面のシ
   リンダ面を偏向反射面側に持ち、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凸面のト−リック面
   を被走査面側に持つレンズであることを特徴とする走査
   結像レンズ。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
   ５記載の走査結像レンズにおいて、 第４群が、偏向反射面側が凸面である、凸平のシリンダ
   レンズであることを特徴とする走査結像レンズ。
7. 【請求項７】実質的な平行光束を放射する光源装置と、 この光源装置からの光束を、副走査対応方向にのみ収束
   させ、主走査対応方向に長い線像に結像させる線像結像
   光学系と、 この線像結像光学系による収束途上の光束を反射する偏
   向反射面を有し、反射光束を等角速度的に偏向させる光
   偏向器としての回転多面鏡と、 この光偏向器により偏向された偏向光束を被走査面上に
   光スポットとして集光せしめ、等速的な光走査を行わせ
   る走査結像レンズとを有し、 上記走査結像レンズが、請求項１または２または３また
   は４または５または６記載の走査結像レンズであること
   を特徴とする光走査装置。