JPH01309021A - 光ビーム走査光学系 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ビームを機械式光偏向器により偏向して走
査面上を走査させる光ビーム走査装置における走査光学
系に関し、特に詳細には光偏向器の面倒れ等による走査
線の歪み、ピッチむら等を高精度に補正することができ
る面倒れ補正走査光学系に関するものである。

（従来の技術） 従来より、ビーム光源から発せられた光ビームをガルバ
ノメータミラーや回転多面鏡等の機械式光偏向器によっ
て偏向して走査面上を主走査させるとともに、主走査方
向と略直角な方向に光ビームと走査面とを相対的に移動
させて副走査を行なうことにより、光ビームにより走査
面を２次元的に走査する先ビーム走査装置が種々提案さ
れている。

ところで、上述のような機械式の光偏向器は、高速で駆
動されるために振動によるウオブリングが生じやすく、
このウオブリングが生じると、偏向されて走査面上を走
査する走査線は副走査方向に歪んでしまう。また特に回
転多面鏡にあっては、各反射面をそれぞれ回転軸に対し
て完全に平行にすることは技術的に難しく、面倒れが生
じやすいので、この回転多面鏡を用いた場合には、上記
の面倒れにより走査線のピッチにむらが生じてしまうと
いう問題がある。

そこで従来より、ビーム光源と機械式光偏向器の間に設
けられ、光ビームを光偏向器の反射面に、光偏向器の駆
動軸に垂直な面に平行な線像として入射させる入射用光
学系と、光偏向器と走査面の間に設けられ、光ビームの
偏向面（偏向された光ビームの軌跡が形成する面）と垂
直な面内において、光偏向器の反射面と走査面とを共役
の関係で結び、偏向された光ビームを走査面において結
像させる結像光学系とを備え、走査面上における走査線
のピッチむらや副走査方向の歪みを光学的に補正する面
倒れ補正走査光学系が種々提案されている。

（発明が解決しようとする課題） 上記面倒れ補正光学系の結像光学系は、主として複数の
レンズの組合わせからなり、例えば球面レンズからなる
走査レンズと、この走査レンズと走査面の間に設けられ
、光ビームの偏向面と垂直な方向に屈折力を有するシリ
ンドリカルレンズとを組み合わせてなる光学系が既に知
られている。

しかしながら、シリンドリカルレンズを用いた従来の結
像光学系は、像面わん曲が大きくなりやすいという問題
を有している。

そこで上記シリンドリカルレンズの代りに、偏向面内に
おいても、また偏向面に垂直な面内においても曲率を有
するトーリックレンズを用いた結像光学系も提案されて
いる（特開昭５６−３６６２２等）。

このようなトーリックレンズによれば、像面わん曲を良
好に補正することができるので、該レンズを走査面から
離して配することも可能であり、走査光学系をコンパク
トに形成することができる。

しかしながらこのトーリックレンズは大変高価なもので
あり、面倒れ補正走査光学系のコスト上昇を招くという
不都合がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、安
価なレンズ系により面倒れ等の補正を行なうことができ
、また像面わん曲も小さく抑えることができる光ビーム
走査光学系を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の光ビーム走査光学系は、機械式光偏向器および
前述した入射用光学系とともに設ける結像光学系を、光
偏向器側から順に、負のパワーを有する球面レンズ、正
のパワーを有しレンズ面の片面が平坦な球面レンズ、前
記光ビームの偏向面と垂直な方向に負のパワーを有し、
レンズ面の片面が平坦なシリンドリカルレンズ、および
前記偏向面と垂直な方向に正のパワーを有するシリンド
リカルミラーを配置して構成したことを特徴とするもの
である。

（実　施　ｆ！ＡＩ） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は、本発明の一実施例による光ビーム走査光学系
を備えた先ビーム走査装置の概要を示すものである。例
えば半導体レーザとコリメーターレンズ等からなる光源
１から発せられた光ビーム２は、矢印Ａ方向に揺動する
ガルバノメータミラー４の反射面４ａに入射して反射偏
向される。反射偏向された光ビーム２は走査面ＩＯ上を
矢印Ｂ方向に繰り返し主走査し、それとともに走査面Ｉ
Ｏが上記主走査の方向と略直角な矢印Ｃ方向に搬送され
て副走査がなされ、走査面ｌＯ上における光ビームの２
次元的走査が行なわれる。

上記光源１とガルバノメータミラー４との間には、光ビ
ーム２をガルバノメータミラー４の駆動軸Ｇと平行な方
向にのみ集束させるシリンドリカルレンズ３が設けられ
ており、このシリンドリカルレンズ３の作用により光ビ
ーム２はガルバノメータミラー４の反射面４ａに、上記
駆動軸Ｇに垂直な面に平行な線像として入射する。この
ように本実施例においては、シリンドリカルレンズ３が
入射用光学系を構成する。

ガルバノメータミラー４と走査面ＩＯとの間には、負の
パワーを有する球面レンズ５、正のパワーを有し、レン
ズ面の片面が平坦な球面レンズ６、図中一部ハッチング
を付して示す光ビーム偏向面Ｐに垂直な方向に負のパワ
ーを有し、レンズ面の片面が平坦なシリンドリカルレン
ズ７、および上記偏向面Ｐに平行な方向にはパワーを有
さず、該偏向面Ｐと交わる方向にパワーを有するシリン
ドリカルミラー８が、ガルバノメータミラー４側から順
に設けられ、これら３つのレンズおよび１つのミラーに
より結像光学系９が構成されている。ガルバノメータミ
ラー４により反射偏向された光ビーム２は、この結像光
学系９の作用で走査面１０上において結像し、かつ走査
面ＩＯ上を等速で走査する。

第２図は、面倒れ補正走査光学系を通過する光ビーム２
の、偏向面Ｐと平行な面内における光路を示す概略図で
あり、第３図は偏向面Ｐと垂直な面内における上記光路
の概略図である。第２図に示されるように、偏向面Ｐと
平行な面内において、光ビーム２は光源１から射出され
てガルバノメータミラー４によって偏向された後、結像
光学系９により走査面１０上において結像するように集
光される。

一方第３図に示すように、偏向面Ｐと垂直な面内におい
て、光ビーム２は光源１から射出された後シリンドリカ
ルレンズ３の作用により、ガルバノメータミラー４の反
射面４ａ上において点像として結像する。そしてガルバ
ノメータミラー４により反射偏向され、再びビーム径の
拡がった光ビーム２は、前記結像光学系９を通過する。

結像光学系９は、上記反射面４ａと走査面ｌＯとを共役
の関係に結ぶ光学系であり、光ビーム２はこの結像光学
系９の作用により走査面上１０において結像する。すな
わち、ガルバノメータミラー４に面倒れ等がなく、反射
面４ａが所定の位置にあれば、光ビーム２は第３図中実
線で示す光路を通るが、その一方、面倒れ等により反射
面が４ａ’で示す位置にずれ、光ビーム２が図中破線で
示す光路に移動しても、光ビーム２は常に同一点から発
する光であるので、結像光学系９により、いずれの場合
にも走査面１０上の同一位置に結像せしめられる。

このように本実施例の光ビーム走査光学系によれば、回
転多面鏡等の光偏向器の面倒れ等が生じても、走査面上
における光ビームの結像位置は変化しないので、走査線
の副走査方向の歪み、ピッチむら等を高精度に補正する
ことができる。

なお、結像光学系９を構成する球面レンズ６およびシリ
ンドリカルレンズ７はレンズ面の片面が平坦であるので
、その製造が容易で比較的安価に形成されうる 以下に、機械式光偏向器としてガルバノメータミラーを
用いた本実施例の結像光学系の各要素の数値を示す。な
おシリンドリカルミラー８における入射光と反射光のな
す角φ−７，２７５°、光ビーム２の波長λ−８３２，
８ｎｍである（これらは後述する実施例においても同じ
である）。また、ｒ１〜「７は、第２図に示す偏向面Ｐ
と平行な平面内における結像光学系の各レンズ面あるい
はミラー面の曲率半径、ｒ１°〜ｒ７°は、第３図に示
す偏向面Ｐに垂直な平面内における結像光学系の各レン
ズ面あるいはミラー面の曲率半径で、ｄｌ、ｄＢ、ｄ５
はそれぞれ球面レンズ５、球面レンズ６、シリンドリカ
ルレンズ７の軸上肉厚、ｄ２、ｄ４は軸上の空気間隔を
、偏向面Ｐと平行な面内における焦点距離を１００とし
て表わしたものである。またｎ　１　ｓ　ｎ　２　、ｎ
　３はそれぞれ上記各レンズ５．６．７の屈折率である
。

〈実施例１〉 ｒｌ−−２０，６９３８４ｒｌ’　−２０，６９３８４
ｄｔ　−１，０１１５７ｎ１−１．５１５０９ ｒｚ　＝　１７０．５２１９０　　ｒｚ’　−１７０，
５２１９０ｄｚ　−３，０３４７１ｒ３　＝　　ｏｏ　
　　　ｒ３”　　ｏｏ　　　　ｄＢ　＝１．４４５１０
ｎ３−１．７７８８２ ｒａ　−−２２，９４８２０ｒ４’　−−２２，９４８
２０ｄ４＝　１．１８４９８ｒ５　＋ｗ　　”　　　　
ｒ５’−ｏｏｄ５−１．４４５１０１１５−１．５１５
０９ ｒａ　−ｏｏ　　　　ｒ、’ｌ＋Ｉｌ＋　１５．５３４
８３　　ｄＢ　−１９，７０３９５ｒ７−　　ｏｏ　　
　　ｒ７”−４４，０９４３６なお、本実施例において
、偏向面Ｐと平行な面および偏向面Ｐと垂直な面におけ
る焦点距離ｆ、レンズ面ｒ１から偏向点までの距離Ｓ１
、およびその時のミラー面ｒ７から像面までの距離Ｓｋ
’は以下の通りである。

ｆ　　　　　ｓ、　　　　Ｓｋ’ 偏向面と平行な而　１００．０００−　ｏｏ８８．４３
偏向面と垂直な面　　２１．４１４　４．３３５　　８
９．００また、本実施例における偏向面Ｐと平行な平面
内、および偏向面Ｐに垂直な平面内における収差を第４
図に示す。ここでｆθ性とは （Ｈは像面上で振れ角θの時の光の高さ）で定義される
値であり、この値の絶対値が小さいほど走査速度はより
等速に近いと言える。

次に、レンズ面やミラー面の曲率半径、レンズの肉厚、
配置間隔等を変えた別の実施例における各要素の数値を
示す。

〈実施例２〉 ｒｌ　−−２１，０［１９４５ｒ１’−−２１，０ｆｌ
ｉ９４５　　ｄｔ　−１，０２９９３ｎｌ　−１，５１
５０９ ｒｚ　””　１７３．８１６９４　　ｒｚ’　−１７３
，８１６９４ｄｚ　−３，０８９７９ｒ３−　　ｏｏ　
　　　ｒ３１−　　ｏｏ　　　　ｄ３ｍｌ、４７１３３
ｎ３四１．７７８８２ ｒｌ　＝−２３，３８４７２ｒｔν＝−２３，３６４７
２６，−１，２０６４９ｒ＋　−ｏｏｒｓＴ＝”　　　
　ｄ５−１．４７１３３１５−１．５１５０９ ｒａ　ｘ　　ｏｏｒａ’−１５，８１６８０ｄａ　−２
０，０８１５９ｒｖ　−ｅｌｏｒｙ’　−−４４，８９
４０９ｆ　　　　　ＳＩ　　　　Ｓｋ’ 偏向面と平行な面　１００．０００−ＯＯ９０，０３偏
向面と垂直な面　　２１．５７１　４．４１４　　８９
．６７また、本実施例における偏向面Ｐと平行な平面内
、および偏向面Ｐに垂直な平面内における収差を第５図
に示す。

〈実施例３〉 ｒｌ　−−２１，０８９４５ｒｔ’＝−２１，０８９４
５ｄｔ　＝１．０２９９３ｎ＊　−１，５Ｌ５Ｑ９ ｒｌ−１７３，６１１ｉ９４　　ｒ２Ｆ　＝　１７３．
６１８９４　　ｄｚ　−３，０８９７９ｒ３−　　ｏｏ
　　　　ｒ３’＝　　ｏｏ　　　　ｄＢ　−１，４７１
３３ｎ３−１．７７８Ｂ２ ｒｍ　−−２３，３８４７２ｒｔ’　”−２３，３６４
７２６ａ　−１，２０６４９ｒ５−”　　　　ｒ５’＝
　　ｏｏｄ５””１．４７１３３ｎ５−１．５１５０９ ｒａ　＝　　ｏｏ　　　　ｒ６’＝　１５．１１８１７
　　ｄＢ　−１９，６５９２５ｒ７　＝　　”　　　　
ｒｙ’＝−４４，２０６６９ｆ　　　　　Ｓ、　　　Ｓ
ｋ’ 偏向面と平行な面　１００．０００−−　　　９０．４
３０偏向面と垂直な面　　３４．２３４　４．４１４　
　９０．４２０本実施例における収差を第６図に示す。

また本実施例における面倒れ倍率Ｍ−θ０／θｉは２．
６倍である（θ０は面倒れによる光路の角度、θ１は像
面での光路の角度）。

〈実施例４〉 ｒｌ　−−２１，０６９４５ｒｔ”−２１，０６９４５
ｄｔ　−１，０２９９３ｎｌ　−１，５１５０９ ｒｚ　−１７３，６１６９４ｒ２？　−１７３，［１ｌ
Ｂ９４　　ｄｚ　−３，０８９７９ｒ３　”　　ｏｏｒ
３ｔ、　　００　　　　ｄ３−１．４７１３３１３−１
．７７８６２ ｒａ　”−２３，３８４７２ｒａ’−−２３，３８４７
２ｄａ　−２０，７３４５８ｒｓ　−”　　　　ｒｓ’
−”　　　　ｄ５−１．４７１３３ｎ！　−１，５１５
０９ ｒａ−”　　　　ｒｓ’−ＩＯ２，６２７４３ｄｓ　−
１２，８６４１Ｌｒｙｍ　　００　　Ｈｒ、？−−５４
．１９７３８ｆ　　　　　ｓｉ　　　　Ｓｋ’ 偏向面と平行な面　１００．０００−ｃｘ３７７．８９
Ｂ偏向面と垂直な面　　２７．４９０　４．４１４　　
７７．９０１本実施例における収差を第７図に示す。ま
た本実施例における面倒れ倍率Ｍ−θＯ／θｉは２，０
倍である。

〈実施例５〉 ｒｌ−＝２１．０８９４５　　ｒｔ’−−２１，０１３
９４５ｄニー１．０２９９３ｎ１　　−１．５１５０９ ｒ２　＝１７３．６１６９４　　ｒ２’−１７３，８１
６９４ｄｚ　−３，０８９７９ｒ、−”　　　　ｒ３’
−ｏｏｄｓ　−１，４７１３３ｎ３−１．７７８８２ ｒｌ　＝−２３，３８４７２ｒ、ｌ　＝−２３４８４７
２ｄａ　”３８ＪｆＱ１０９ｒ５−　　ｏｏ　　　　　
ｒ５’−ｗ　　ｏｏ　　　　　ｄ、　ｍｌ、４７１３３
ｎ５−１．５１５０９ ｒｓ　＝　　ｏｏ　　　　ｒ６ｔ−１８０，２０２４９
ｄ６−１４．８８７８Ｏｒ７　Ｗ　ｏｏ　　　ｒ７’−
５９，１４９２１ｆ　　　　　ＳＩ　　　Ｓｋ’ 偏向面と平行な面　１００．０００−　ｏｏ５９．８０
８−　偏向面と垂直な面　　２１Ｊ５５　４．４１４　
　５９．８４８本実施例における収差を第８図に示す。

また本実施例における面倒れ倍率Ｍ−θ０／θ■は１．
１倍である。

なお以上、機械式光偏向器としてガルバノメータミラー
を用いた実施例について説明したが、本発明の光ビーム
走査光学系は光偏向器としてその他例えば回転多面鏡（
ポリゴンミラー）等を用いて構成することもできる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、光偏向器と走査面
との間に設ける結像光学系を、２枚の球面レンズ、レン
ズ面の片面が平坦なシリンドリカルレンズ、およびシリ
ンドリカルミラーから構成したことにより、走査面上に
おいて光ビームを結像させて等速で走査させ、副走査方
向に歪みのない精密な走査線を得ることができ、かつ光
ビーム走査光学系を安価なものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による光ビーム走査光学系
を用いた光ビーム走査装置の概要を示す斜視図、 第２図は上記光学系の偏向面と平行な面内における光ビ
ームの光路を示す概略図、 第３図は上記光学系の偏向面と垂直な面内における光ビ
ームの光路を示す概略図、 第４図は上記第１実施例の結像光学系の、偏向面と平行
な平面内、および偏向面と垂直な平面内における収差を
示すグラフ、 第５．６．７および８図はそれぞれ、本発明の第２．３
．４および５実施例の結像光学系の、−同面と平行な平
面内、および偏向面と垂直な平面内における収差を示す
グラフである。 １・・・光　源　　　　　　　２・・・光ビーム３．７
・・・シリンドリカルレンズ ４・・・ガルバノメータミラー　４ａ・・・反射面５．
６・・・球面レンズ ８・・・シリンドリカルミラー　９・・・結像光学系１
０・・・走査面　　　　　　　　Ｇ・・・偏向器駆動軸
Ｐ・・・偏向面 第４図 イ％１ａｈｂ曲（ｍｍ）　　　　　　　　　　　　　　
　　ｆｅＡ’Ｌ（％）□小ハ品を着１７斗−蕗 −−−−４箱り耐ヒ１１寡ｒＪ乎加内−第５図 イＬｒａｈＬｔＡ　　（ｍｍ）　　　　　　　　　　　
　　　　　　ｔ０４’ｉ　　（％）□道餡釦１竹峙Ｊ乎
狛九 一一一一偶Ｉｊ１面ヒ缶ＡｆＪ乎め６ 箱６図 像ｈｈｔ、、ｍ　（ｍｍ）　　　ｔｅｎｔ％）□　イ本
ｈルロ狛ｔ３ｊ子行ＬＪｊ子顔ｔ（−一一一堀前岨１直
が績み 第７図 −イあ釦ａヒ相ｆＪ９狛内。 一一一一山冑品と糸象ｔＪ坪山外 第８ イ隻、Ｉｔ］ｈん曲（ｍｍ） □俣頗ゐｔ刊１戸洋品の 一一−−鳴絹れ龜ｋａ乎山へ ビーＬＡｌ尼托角ｅ ｆθ地（勾

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光ビームの光路上に設けられ、該光ビームを回転あるい
   は揺動する反射面で反射して偏向する機械式光偏向器、 前記光ビームを射出する光源と前記光偏向器の間に設け
   られ、該光ビームを光偏向器の反射面に、該光偏向器の
   駆動軸に垂直な面に平行な線像として入射させる入射用
   光学系、 および前記光偏向器により偏向された光ビームの光路上
   に設けられ、光ビームを走査面上において結像させる結
   像光学系からなる光ビーム走査光学系において、 前記結像光学系が、前記光偏向器側から順に、負のパワ
   ーを有する球面レンズ、正のパワーを有しレンズ面の片
   面が平坦な球面レンズ、前記光ビームの偏向面と垂直な
   方向に負のパワーを有し、レンズ面の片面が平坦なシリ
   ンドリカルレンズ、および前記偏向面と垂直な方向に正
   のパワーを有するシリンドリカルミラーが配置されてな
   るものであることを特徴とする光ビーム走査光学系。