JPH01121815A - レーザービームプリンタ等の走査光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、技術分野 本発明は、半導体レーザーを光源に用いたレーザービー
ムプリンタ等の小型で、低コストな走査光学系の改良に
関する。

ｂ、従来技術及びその問題点 レーザービームプリンタ等の走査光学系は、基本的には
、光ビームを発する光源部と、光ビームを偏向する偏向
器と、偏向された光束を偏向角に応じた位置に集光させ
る走査レンズ系とがら成り・前記光源部には、小型で直
接変調可能な半導体レーザーが用いられることが多く、
半導体レーザーからの光は１発散されるため、通常、こ
れを平行光束とするコリメートレンズと共に用いられる
。

ここで、前記半導体レーザーから発散されるレーザー光
の発散角は、半導体レーザーの接合面に平行な方向（以
下、平行方向という）と垂直な方向（以下、垂直方向と
いう）とでは異なり、垂直方向の方が発散角が大きいた
め、コリメートレンズ通過後の光束径は、垂直方向の方
が平行方向より大きくなり、これによって前記走査レン
ズ系によって最終的に走査面に集光される光束のＦナン
バーは、垂直方向の方が小さくなり、又、該光束のＦナ
ンバーに比例するスポット径は、平行方向の方が大きく
なる。

従前にあっては、これを改善するために、エネルギー効
率を犠牲にしても、コリメートレンズの口径を小さくし
、垂直方向の光束をけり、光束径を揃えたり、プリズム
等のアナモフィックな光学系を用いてビーム整形を行な
う等の手段をとっていた。・ 又、回転多面鏡等の偏向器は、いわゆる面倒れと呼ばれ
る光が走査される方向（以下、主走査方向という）と該
走査方向に対して垂直な方向（以下、副走査方向という
）への誤差を持つため、走査線のピッチむらを生じてし
まう。

これを補正するため、偏向器の手前にアナモフィック光
学系を置いて、走査光学系を副走査方向で切った断面内
で偏向面上にレーザー光を結像させ、又、走査レンズ系
もアナモフィックな構成にしてレーザー光を走査面上に
再結像させ、走査面と偏向面とを共役にし、面倒れの影
響を除去する方法や、アナモフィックな光学系と走査レ
ンズ系を用い、副走査方向の焦点距離や倍率を小さくし
て面倒れの影響を少なくする方法が知られている。

しかしながら、前者では、偏向面に線状にレーザー光を
結像させるため、偏向面の傷やごみに弱く、又、回転多
面鏡の偏向点変化の影響を強く受けてしまい、走査中全
域に性能を維持するのが難しく、後者では、ビーム整形
のために光学系が複雑になったり、面倒れ補正効果が不
足するため。

回転多面鏡に精度が要求され、コストアップにつながっ
たりした。

更に、偏向された光束を、走査面上で偏向角に応じた位
置に集光させる走査レンズ系には、一般に、入射角と像
高とが比例するいわゆるｆ・θレンズが用いられるが、
該ｆ・θレンズは、入射角と像高との比例関係（以下、
直線性という）を得るために強い負の歪曲収差を持ち、
入射角と像高との直線性の誤差が非常に小さなものでな
ければならない。

Ｃ６目的 本発明は１以上に鑑みてなされたものであり、大きな面
倒れ補正効果、ビーム整形効果を有し。

且つ小型で低コストなレーザービームプリンタ等の走査
光学系を提供せんとするものである。

ｄ、実施例の構成 以下、図面に従って本発明の各実施例を説明する。

第１図は、本発明の第一実施例に係るレーザービームプ
リンタ等の走査光学系の全系であり、第１図ａ）は、該
走査光学系を主走査方向で切った断面（以下、単に主走
査断面という）の図であり、第１図ｂ）は、該走査光学
系を副走査方向で切った断面（以下、単に副走査断面と
いう）の図である。

かかる走査光学系は、半導体レーザー１と、該半導体レ
ーザー１から発散されるレーザー光を略平行光束にする
コリメートレンズ２と、副走査断面内に曲率を持ち同断
面内でレーザー光を一度結像させるシリンダーレンズ３
と、該シリンダーレンズ３により副走査断面内でレーザ
ー光を結像させた結像位置Ｆ１より後方に配置された偏
向器４と、該偏向器４によって偏向された光束を走査面
６上に集光するアナモフィックな走査レンズ系５とから
成っている。

尚、図中、Ｈｔ、Ｈｂは、主走査断面内の前側主点、後
側主点を示し、Ｈ’　ｆｙ　Ｈ’　６は、副走査断面内
の前側主点、後側主点を示す。

上述の走査光学系において、第２図に示すように、前記
偏向器４としてポリゴンミラーＰを用いる場合は、当然
のことであるが、光軸０を偏向点Ｍで折り返した配置と
なり、ポリゴンミラーＰはその内接円ＰＬと外接円Ｐ２
の間に光軸上の偏向点が来るように配置される。

また、本発明で用いられる前記走査レンズ系５は、第３
図に示すように、偏向器側より、偏向器側の面には凹の
球面を有し、走査面側の面には副走査断面内に曲率を持
つ凹のシリンダー面を有する負レンズの第１群レンズＬ
１と、偏向器側の面には平面を有し、走査面側の面には
副走査断面内に、より強い曲率を持つ凸のトーリック面
を有する第２群レンズＬ２との２群２枚の構成である。

この走査レンズ系５は、副走査断面内において、主走査
方向より短い焦点距離を持ち、かつシリンダーレンズ３
による結像位ｉ！　Ｆ　ｌを物点とする有限結像である
ので、前記結像位置Ｆ１と走査レンズ系５の間にある偏
向器４の面倒れの影響を太きく緩和できる。

また、シリンダーレンズ３により副走査断面内で結像さ
れる結像位置Ｆ、を一定に保ちながら、シリンダーレン
ズ３の焦点距離を変えることしこより、副走査方向の全
系の焦点距離を変化でき、ビーム整形の割合を変化する
ことができる。従って半導体レーザーの楕円比やコリメ
ーターレンズのＮＡにより様々に変化する入射ビーム形
状に対しても、最適なビーム整形を施し、希望する形状
の結像スポットを得ることができる。

前記結像位置Ｆ１と偏向器４を一致させた場合は、いわ
ゆる共役型となり無限大の補正倍率となるが、ポリゴン
ミラーを用いた場合の偏向点変化や、加工の難しいトー
リックレンズの加工誤差により、像面の共役点がずれ、
而倒れ補正率が大きく変化してしまう。

従って本発明においては、加工誤差による像面の共役点
ずれが影響しないよう、結像位置Ｆ工と偏向点をずらし
ている。

このため、偏向面に線像ではなく面積をもって入射する
ため、偏向面のキズやゴミの影響を受けにくいという利
点も有する。

また、走査レンズ系５は、主走査断面内において、第１
群レンズＬ１は、負のパワーを持つため、正レンズ群で
ある第２群レンズＬ２で発生する球面収差、コマ収差の
補正を行なうと共に、第２群レンズＬ２に入射する光束
を光軸から離れた位置で入射させて、強い負の歪曲収差
を発生させｆ・０レンズの入射角と像高との直線性を良
好にするものである。

更に、第２群レンズＬ２は、平面側で強い負の歪曲収差
を発生させ、ｆ−０レンズの直線性を得ると共に、凸面
側の正のパワーにより光束を走査面６上に結像する働き
を持つ。

一方、副走査断面内においては、走査レンズ系５への入
射光束は、発散光であり、主走査断面より強いパワーが
必要であるが、第２群レンズＬ２の走査面６側の面が、
トーリック面であり、副走査断面において主走査断面よ
り曲率が強く、大きな正のパワーを得ることができ、又
、この面がト−リック面であり、第２群レンズＬ１が負
のシリンダー面を有するため、これらの面のパワー配分
により、副走査方向の像面湾曲を良好に補正できる。

加えて、上述のように構成された本発明の走査光学系に
あっては、下記に示す条件を満たせば。

更に良好な結果を得られるものである。即ち、第１の条
件は。

副走査断面内の結像位ＩＮＦ、と偏向面までの距離をａ
、走査レンズ系５の主走査断面内での焦点距離をｆとし
たとき、 ０．０１５ｆ　＜Ω＜　０．１５ｆ・・・・・・・・（
１）の条件を満たすことであり。

第２の条件は。

副走査断面内において、結像位置Ｆ１の像と走査レンズ
系５によって走査面６に結像される像の倍率をｍとした
とき。

２．２　＜　ｍ　＜　３．２・・・・・・・（２）の条
件を満たすことである。

尚、ここで倍率ｍは、結像位置Ｆ、から副走査断面内に
おける走査レンズ系５の前側主点Ｈ′。

までの距離をａとし、走査レンズ系５の後側主点Ｈ′ｂ
から、走査面６上の結像位置までの距離をｂとすると１
ｍは。

ｍ＝□　　　で求まる。

第３の条件は、 走査レンズ系５が、第１群レンズの使用波長での屈折率
をｎ１、シリンダー面の副走査断面内の曲率半径をｒ３
′、第２群レンズの屈折率をｎ２゜トーリック面の副走
査断面内の曲率半径をｒ４′としたとき。

の条件を満たすことであり、 第４の条件は、 走査レンズ系５が、第２群レンズのトーリック面の主走
査断面内での曲率半径をｒい走査レンズ系の主走査断面
内での焦点距離をｆとしたとき、０．３ｆ　＜　ｌ　ｆ
’４　Ｉ　＜　０．５ｆの条件を満たすことである。

上記第１の条件は、シリンダーレンズによる結像位ｒｌ
　Ｆｔより偏向面までの距離に関する条件であり、ａが
下限より小さいと、偏向面上での面積が狭くなり、傷や
ごみに弱くなると共□に、偏向点変化の影響が大きくな
り、全走査角におたり、特に良好な性能を保証できなく
なる惧れがある。逆に、磨が上限より大きくなると、面
倒れ補正効果が小さくなり、ピッチむらを生じてしまう
惧れが出てくる。

上記第２の条件は、副走査断面内において、前記結像位
置Ｆ１の像と走査レンズ系５によって走査面６上に結像
される像との倍率に関する条件であり１ｍが、下限より
小さいと、この倍率を達成するために、走査レンズ系５
が走査面側に寄らざるを得す、レンズ系が大型化してし
まう慣れがあり、又副走査方向の焦点距離が短くなり過
ぎ、ビーム整形の点からも望ましくない、又、ｍが上限
より大きいと、面倒れ補正効果が小さくなり、又走査面
６上で偏向点変化による影響が大きくなる惧れがある。

第３の条件は、第１群レンズの凹のシリンダー面と第２
群レンズの凸のトーリック面の副走査断面内におけるバ
ランスに関する条件であり。

−面の負のパワーが相対的に強くなり過ぎ、第２群レン
ズの凸のトーリック面へ入射する光束がその曲率に比し
て大きくなり、波面収差の乱れを生じる。逆に 一面の負の作用が弱くなるため、周辺で生ずるアンダー
の副走査像面湾曲を良好に補正しきれなくなる。

第４の条件は、第２群レンズのトーリック面の主走査断
面内における曲率に関する条件であり、ｒ４が下限より
小さいと、小型化は達成されるが、周辺で主走査断面内
でのコマ収差の発生が大きくなり、良好なスポットが得
られなくなる。逆にｒ４が上限より大きいと、全系のパ
ワーを保つために、第２群レンズが走査面側に寄り、レ
ンズ系が大型化してしまう。

さらに、この走査レンズ系においては、第２群レンズで
あるトーリックレンズが必ずしも高い屈折率である必要
がないため、第２群レンズの屈折率をｎ２とするとき、 ｎ、　（１，７ とすれば、安価な硝材を使用でき、コストダウンの効果
がある。

以下、本発明の走査光学系の一部を構成する走査レンズ
系５の好ましい実施例を記載する。各符号は、偏向器側
から第１面の主走査断面の曲率半径をｒｉ＋副走査断面
の曲率半径をｒ′１．第１番目のレンズ肉厚又は空気間
隔をｄｉ、第に群レンズの使用波長における屈折率をｎ
　ｋ　ｖ又、偏向点Ｍと第１面との間隔をｅ、副走査断
面内で結像位１ｉ！！Ｆ、と偏向点Ｍとの間隔を０．走
査レンズ系と走査面の間隔をす、主走査方向の焦点距離
をｆとする。

〔実施例１〕 ｒ、＝−１０５，７ｒ’□＝−１０５，７ｄ、＝２４．
２５２　　ｎ１＝１，５１０７２ｒ２：　　　ｏｏ　　
　ｒ　’、＝　　３４．３　　　ｄ、：１５．３４８ｒ
３＝　　　”　　　ｒ’：＋＝　　　ｏｏｄ３＝１７．
２４３　　ｎ２＝１．６０９１Ｏｒ、＝　−７４，４９
６ｒ　’、＝　−２４，９ｆ　＝１９９．６６４　　　
ｂ　＝２４０．４　　　　ｅ　＝１２．１８９〔実施例
２〕 ｒ１＝−１６３，５４ｒ’１＝−１６３，５４ｄ、＝１
８．２８４　　ｎ１＝１．５１０７２１−、：　　　ａ
ｏ　　　ｒ　’　、＝　　３３．６５　　ｄ２＝１２．
６４１ｒ、＝　　　ｏｏ　　　ｒ’ｓ＝　　　（Ｘ）　
　　ｄ、＝＝２０．１９９　　ｎ２＝１．６０９１Ｏｒ
、＝　−７８，２６２ｒ　’、＝　−２４，０ｆ　＝１
７９．６４７　　　ｂ　＝１９９．２　　　　ｅ　＝１
６．７３７１　ｒ４１　＝０．４４ｆ 〔実施例３〕 ｒ□＝−１５９，８１４ｒ’、＝−１５９，８１４ｄ、
＝２０．２６８　　ｎ□＝１．５１０７２ｒ２＝　　　
ｏｏ　　　ｒ　’、＝　　３９．７５　　ｄ２＝　９．
３２８ｒ、＝　　　ω　　ｒ’、＝　　　ｏｏ　　　ｄ
’、　＝１７．９２９　　ｎ、＝１．６７４９６１’４
ニー７９．３０３　　ｒ　’、＝＝　−２４，３４ｆ　
＝１６０．６３８　　　ｂ　＝１７５．５６　　　　ｅ
　＝１５．８６〔実施例４〕 ｒ１＝−１６１，３２８ｒ　’　、＝−１６１，３２８
ｄ、　＝１９．４２　　ｎ、＝１．５９３２１ｒ、、：
　　　００　　　ｒ　’　２＝　　３３．４３　　ｄ、
＝１２．０２ｒ、＝＝　　　ｏｏ　　　ｒ’、＝　　　
（Ｘ）　　　ｄ、＝２１．４２２　　ｎ、＝１．６３５
５２ｒ４＝　−７８，３１２ｒ　’、＝　−２３，６７
ｆ　＝１８０．１３２　　　ｂ　＝２０２．９７　　　
　ｅ　＝１６．８２５１　ｒ４１　＝０．４４ｆ ｅ、効果 以上説明したように、本発明によれば、第１の条件を満
足するよう構成したことにより、大きな面倒れ補正効果
、ビーム整形効果を有すると共に、偏向面のキズやゴミ
の影響を受けにくい走査光学系が得られる。

更に、走査レンズ系にあっては、２群２枚構成であり、
且つ第２〜第４の条件を満足して構成したため、小型で
安価な、しかも性能良好なレーザービームプリンタ等の
走査光学系とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の走査光学系の全系を示した構成図で
あり、ａ）は主走査断面、ｂ）は副走査断面を示す６ 第２図は、偏向器としてポリゴンミラーを用いた場合の
説明図である。 第３図は、走査レンズ系を示す構成図である。 第４，５，６．７図は、走査レンズ系の実施例１．２，
３．４の収差図である。 １　：半導体レーザー　　２　：コリメートレンズ３　
ニジリンダ−レンズ４　：偏向器 ５　：走査レンズ系　　　６　：走査面Ｆ、ニジリンダ
−レンズによる結像位置Ｌ□：第１群レンズ　　Ｌ２：
第２群レンズＭ　：偏向点 特許出願人　　　旭光学工業株式会社 代表者　松本　徹 回代理人　　　　弁理士　伊　丹　辰　男□第１　図 ＄　Ｈ６ｐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体レーザーと、該半導体レーザーから発散され
   るレーザー光を略平行光束にするコリメートレンズと、
   副走査断面内に曲率を持ち同断面内でレーザー光を一度
   結像させるシリンダーレンズと、該シリンダーレンズに
   より副走査断面内でレーザー光を結像させた位置より後
   方に配置された偏向器と、該偏向器によって偏向された
   光束を走査面上に集光するアナモフィックな走査レンズ
   系とから成るレーザービームプリンタ等の走査光学系に
   おいて、 前記走査レンズ系は、偏向器側より、偏向器側に凹の球
   面、走査面側に副走査断面内に曲率を持つ凹のシリンダ
   ー面を有する負レンズである第１群レンズと、偏向器側
   に平面、走査面側に副走査断面内により強い曲率を持つ
   凸のトーリック面を有する第２群レンズとの２群２枚で
   構成され、その走査レンズ系の主走査断面内での焦点距
   離をｆ、前記シリンダーレンズによってレーザー光が副
   走査断面内で結像した位置と偏向点までの距離をｌとし
   たとき、 ０．０１５ｆ＜ｌ＜０．１５ｆ の条件を満たすことを特徴とするレーザービームプリン
   タ等の走査光学系。 ２　副走査断面内において、前記シリンダーレンズによ
   って結像される像と、前記走査レンズ系によって走査面
   に結像される像との倍率をｍとしたとき、 ２．２＜ｍ＜３．２ の条件を満たすことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のレーザービームプリンタ等の走査光学系。 ３　走査レンズ系は、第１群レンズの使用波長での屈折
   率をｎ＿１、シリンダー面の副走査断面内の曲率半径を
   ｒ＿２′、第２群レンズの屈折率をｎ＿２、トーリック
   面の副走査断面内の曲率半径をｒ＿４′としたとき、 ０．４＜｜ｎ＿１ｒ＿４′／ｎ＿２ｒ＿２′｜＜０．８
   の条件を満たすことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のレーザービームプリンタ等の走査光学系。 ４　走査レンズ系は、第２群レンズのトーリツク面の主
   走査断面内での曲率半径をｒ＿４、走査レンズ系の主走
   査断面内での焦点距離をｆとしたとき、０．３ｆ＜｜ｒ
   ＿４｜＜０．５ｆ の条件を満たすことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のレーザービームプリンタ等の走査光学系。