JPH02109012A - 光走査装置 - 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、光走査装置に関する。

（従来の技術） 光源と、この光源からの光束を主走査対応方向に長い線
像に結像させる第１レンズ群と、複数の偏向面を有し第
１レンズ群による上記線像の近傍を偏向の起点として光
束を偏向させる偏向装置と。

この偏向装置と走査面との間に配備され偏向光束を走査
面上にスポット状に結像させる第２レンズ群とを有する
光走査装置は良く知られている。

このような光走査装置では偏向装置の機械的な誤差に起
因する、主走査位置の副走査方向への変動。

即ち所謂面倒れを防止するために、第２レンズ群を、１
０機能を持つ結像レンズと、この結像レンズと偏向装置
の間に配されるシリンドリカルレンズとにより構成し、
主走査方向に関しては偏向光束を走査面上に結像させ、
副走査方向に関しては第１レンズ群による線像の結像位
置と走査面とを略共役の関係にすることが行われている
（例えば。

特公昭５２−２８６６ｆ３号公報ン。

（発明が解決しようとする課題） このような光走査装置には、以下の如き問題があった。

第６図で、符号１は半導体レーザー、符号２はコリメー
トレンズを示す、これらは光源を構成し略平行な光束を
与える。光源からの略平行な光束は、次いで第１レンズ
群をなすシリンドリカルレンズ３により主走査対応方向
を長手方向とする潜像Ｌｌに結像される。

符号４をもって示す偏向装置としての回転多面鏡は複数
の偏向面を有し、線像Ｌｌの近傍を偏向の起点として光
束を偏向させる。

第６図において、符号５は結像レンズ、符号６はシリン
ドリカルレンズを示す、これら結像レンズ５．シリンド
リカルレンズ６は、第２レンズ群を構成する１回転多面
鏡４により偏向される偏向光束は、上記第２レンズ群に
より走査面７上にスポット状に結像し、走査面７を走査
する。このときスポットの移動する方向が主走査方向で
ある。

また、走査面７上に於いて主走査方向と直交する方向が
副走査方向である。

第２レンズ群は、副走査方向に関しては上記線像Ｌｌの
結像位置と走査面とを略共役の関係としている。従って
副走査方向に関しては上記線像の像が、第２レンズ群に
より走査面７上に結像する。

一方、第２レンズ群に入射する偏向光束は主走査方向に
関しては平行光束のままであり、第２レンズ群は主走査
方向に関しては、物体側の無限遠と走査面７の位置とを
共役関係とする。

このようなアナモフィックな性格を持つために第２レン
ズ群は、主走査方向に比して副走査方向のパワーが大き
くなければならない。このためシリンドリカルレンズ６
は主走査方向にパワーを持たず、副走査方向に正のパワ
ーをもっている。

なお、結像レンズ５は所謂ｆθレンズであって１０機能
を有する。

第７図は、第６図に於ける回転多面鏡４による偏向の起
点から走査面７までの間の部分を副走査方向から見た状
態を示している。

上記の如き第２レンズ群を用いると、副走査方向のパワ
ーが主走査方向のパワーより大きいため副走査方向での
非点収差の補正が困難となり、第７図に示すように、副
走査方向での光束結像点Ｐの軌跡８は円弧状に第２レン
ズ群側へ湾曲してしまう、すると、上記Ｐ点より走査面
７側へ向かうにつれて偏向光束は副走査方向に於いて発
散性となるから、第８図に多少誇張して示すように、走
査面７上のスポットＳＰは、主走査方向へ第２レンズ群
の光軸を離れるに従って副走査方向のスポット径が次第
に大きくなってしまい、スポット径が主走査方向に於い
て均一にならない。このため４００ｄｐｉ以上のような
高分解能の光走査を行うことができない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は、上記スポット径の不均一を有効に
軽減ないし防止しうる新規な光走査装置の提供にある。

（課題を解決するための手段） 以下１本発明を特徴する 請求項１の光走査装置は、光源と、第１．第２レンズ群
と、偏向装置とを有する。

第１レンズ群は、光源からの光束を主走査対応方向に長
い線像に結像させるためのレンズ群である。

偏向装置は、複数の偏向面を有し第１レンズ群による線
像の結像位置の近傍を偏向の起点として光束を偏向させ
る装置である。

第２レンズ群は、この偏向装置と走査面との間に配備さ
れ偏向光束を走査面上にスポット状に結像させるレンズ
群である。

上記第２レンズ群は第１図に示すように、ｆθ特性を備
えた結像レンズ５２と、この結像レンズ５２と偏向装置
４との間に配備される像面湾曲補正レンズ５１とを有し
、主走査方向に関して偏向光束を走査面上に結像させる
とともに副走査方向に関しては上記第１レンズ群による
線像の結像位置と走査面とを略共役な関係とする機能を
有する。

上記像面湾曲補正レンズは、上記偏向装置側に特殊トー
リック面を持つ特殊なトロイダルレンズである。

上記特殊トーリック面は、幾何光学的には主走査方向に
関しては負の曲率半径を持ち、副走査方向から見た形状
が非球面の一般式に従う形状であり、この形状を特殊ト
ーリック面より走査面側にあって主走査方向に平行な回
転軸の回りに回転させて得られる形状である。

請求項２の光走査装置は、上記請求項１の光走査装置の
特徴に加えてさらに次の特徴を有する。

即ち、特殊トーリック面を副走査方向から見た形状に於
ける光軸上の曲率半径をＲ２第２レンズ群の焦点距離を
ｆとするとき、これらが ０．３　＜　Ｉ　Ｒ／ｆ　　ｌ　＜　１．．０なる条件
を満たすことである６ ｆＯ機能を持つ結像レンズは、単レンズであっても良く
、あるいは２枚以上の複合レンズであっても良く、更に
これらのうちのいずれかの面を非球面で形成しても良い
。

（作　　用） 本発明は、請求項１，２の発明を通じて以下の如き特徴
を主として有する。

第１は、第２レンズ群が結像レンズと像面湾曲補正レン
ズにより構成されること、第２は、上記像面湾曲補正レ
ンズに於いて実際に像面湾曲補正を行うための特殊トー
リック面が第２レンズ群中で最も偏向装置よりに配され
ていることである。

また、請求項２の発明では上述の特徴に加えて特殊トー
リック面が上述の条件０．３＜　ｌ　Ｒ／ｆ　Ｉ　＜１
．０を満足する。

ここで、先ず上記像面湾曲補正レンズ５１の形状に付き
、第２図を参照して説明する。

第２図で各レンズはその形状の一部を切り欠かれた状態
で斜視図的に示されている。図の左側が入射側即ち偏向
装置側である。

像面湾曲補正レンズ５１は、副走査方向から見ると、入
射側に凹形状をなす特殊なトロイダルレンズである。そ
してその入射側の面が特殊なトーリック面を構成する。

この特殊なトーリック面は以下の如き特徴を持っている
。即ち、この特殊トーリック面を副走査方向から見ると
、その形状は特殊トーリック面の陵＠　５１Ａにより与
えられるが、この陵線の形状は非球面の一般式により表
される。従って、この形状は特殊な場合として円形状を
含んでいる。

特殊トーリック面は、上記酸＠＠　５１Ａで与えられる
形状を回転軸ＲＸの回りに回転して得られる形状を有す
る。

回転！ＩｊｌＲＸは光軸に直交し、主走査方向に平行で
あって、且つ特殊トーリック面よりも走査面側、即ち第
２図で右側にある。この結果、像面湾曲補正レンズ５１
を光軸、副走査方向の双方に平行な平面で切断すると特
殊トーリック面の切り口の形状は円形状となり、この円
の半径は光軸上で最も小さく、光軸から主走査方向へ離
れるに従って大きくなる。

かくして、特殊トーリック面は幾何光学的には、主走査
方向には負の曲率半径を持ち、副走査方向には正の曲率
半径を持つ、そしてα１走査方向のパワーは光軸を主走
査方向に雌れるに従い減少する６従って、第２レンズ群
全体としての副走査方向の像画湾曲の補正が可能となる
。

なお、像面湾曲補正レンズ５１は主走査方向には殆どパ
ワーを持たない。

次に、像面湾曲補正を行うためのかかる特殊トーリック
面を、第２レンズ群中の最も偏向装置よリに配する意義
に付いて説明する。

第９図を参照すると、この図は第６図の光走査装置の光
学系を光路に沿って展開して示した図である。

良好な光走査が行われるためには、前述の如く走査光の
スポット形状が主・副走査方向で安定している事が必要
であるが、このスポット形状としては１円形状もしくは
これに近い形状であることが望ましい、スポットがビー
ムウェストにより形成されることを考えると、略円形の
スポット形状の実現には走査面７へ集光する光束の集束
傾向が主走査・副走査方向で互いに略等しいこと、換言
すれば集束光束に対する第２レンズ群の射出瞳径ＮＡが
主・副走査方向で互いに略等しいことが必要である。

第９図に於いて、シリンドリカルレンズ３，６は主走査
方向にパワーを持たないため、主走査方向に対しては、
半導体レーザーｌと走査面７とが実線の如き状態で！＊
関係となるのに対して、副走査方向に関しては、シリン
ドリカルレンズ３゜６のパワーのため半導体レーザー１
と走査面７とを結び付ける結像光束は、上記の如く主・
副走査方向のＮＡを等しくすると、斜線を施した光束部
分の様になり、主・副走査方向のＮＡを等しくするとい
う条件を満たそうとすれば、副走査方向の光束は第９図
の斜線部の如くに絞り込む必要があり、これが光の利用
効率を低下させてしまう。

この事態を回避して光の利用効率をあげるにはシリンド
リカルレンズ３の焦、克距離を第２レンズ群の焦点距離
と同程度に大きくすれば良いが、これを実行すると光走
査装置の大型化を招来してしまう。

第５図は１本発明の光走査装置を光路に沿って展開して
示している。この図で符号５０は第２レンズ群を単レン
ズとしてまとめて示している。

本発明では、第２レンズ群のアナモフィックな性質が特
殊なトーリックレンズにより実現され。

しかもこの特殊なトーリックレンズが結像レンズの入射
側に結像レンズと近接して置かれ、さらに特殊トロイダ
ル面が偏向装置４に最も近接しているので、第２レンズ
群の副走査方向に於ける物体側の焦点距離をシリンドリ
カルレンズ３の焦点距離と略等しくす・ることか容易に
実現できる、第２レンズ群の射出瞳径ＮＡを図の如く主
・副走査方向で互いに略等しくしつつも、光の利用効率
を主・副走査方向ととも鴫等しくすることができ、従来
のものに比して光の利用効率を大幅に改良することが可
能となり、しかも光走査装置の大型化を招来することが
ない。

次に、請求項２の発明に係る。上記条件０．３　　＜ｌ
　　　Ｒ／ｆ＋　　　＜　　１．０に付いて説明する。

この条件に於いてＲは前述の通り特殊トーリック面を副
走査方向から見た形状に於ける光軸上の曲率半径、ｆは
第２レンズ群の焦点距離である。

この条件は副走査方向の像面湾曲補正の実用的な範囲を
定めるものであり、この条件の下限を越えると像面湾曲
の補正が過剰となり、像面湾曲が正の方向に増大する。

また、上限を越えると像面湾曲の補正が十分にはなされ
ない。従って、この条件の範囲が実用的である。

また、像面湾曲補正レンズ５１の走査面側のレンズ面即
ちｒ２は、光軸対称の球面または非球面によって形成さ
れる。このように形成されることによって、従来よく用
いられてきた主走査方向と副走査方向に異なるパワーを
持った特殊形状のものに比較して加工性が向上し、安価
になると同時に光学特性をより安定したものとすること
ができる。

逆に、結像レンズを単レンズで構成する場合。

その射出側のレンズ面の光軸上の曲率半径をｒ４、第２
レンズ群の焦点距離をｆとするとき、これらは ０−４＜　Ｉ　ｒ−／ｆ　！　＜１．５なる条件を満足
するのが望ましい。

この条件は、ｆθ特性に関するものであって。

上限を越えると負の歪みが著しく増大しｆθ特性として
十分なものが得られなくなり、また像面の負の方向の湾
曲も増大する。また、下限を越えると負の歪みが減少し
すぎて、やはり十分なｆθ特性を得られない、従って、
上記の条件の充足が実用土からして望ましい。

［実施例］ 以下、具体的な実施例を２例挙げる。

各実施例を実現する上で、光源及び第１レンズ群として
は、平行光束を放射する公知の光源装置と正のパワーを
持つシリンドリカルレンズとを組合せたもの１例えば前
述の特公昭５２−２８６６６号公報記載のもの等を用い
ることができる。

以下に挙げる実施例では、特徴部分を構成する第２レン
ズ群のみのデータを挙げる。

各実施例とも、第１図に示すように像面湾曲補正レンズ
５１と単レンズの結像レンズ５２とにより第２レンズ群
が構成されている。

第１図に示すように、各面の曲率半径を偏向装置４の側
からｒｏ、ｒ＋ｘ＋ｒ＋ｙ＋ｒｚｘ＋ｒｚｙｙｒｘ＋ｒ
４＋面間隔をｄ　ｏ　、　ｄ　＋　”−ｄ　４とする１
曲率半径に於ける添字のＸは主走査方向に関するもので
あることを、ｌは副走査方向に関するものであることを
示す。

また各実施例に於いてｊ＝１は像面湾曲補正レンズ、ｊ
＝２は結像レンズを表し、　ｎｉはこれらレンズの材質
の屈折率を示す。

実施例１ ｉ　　　　’ｌ＋＋＋Ｖ　　　　ｄｌ　　ｊ　　ｎｉ　
　　　　材質０　　　　００　　　　　４６．０ １ｘ−９２，５００６，０１１４８６アクリル１、　　
　２９．４８０ ２ｘ−９２，５００５，０ ２、−９２，５００ ３’　　３９９．４３４　　２５．０　２　１．４８６
　　　アクリル４　　−１１１．６１８　　１７５．１
２２Ｒ／ｆ”ｒ、ｘ／ｆ”−０，５１４，ｒ、／ｆ”−
０，６２１１４，第２レンズ群の焦点距離：ｆ＝１７９
．７ この実施例に於いて、特殊トーリック面の主走査方向の
形状即ち、特殊トーリック面を副走査方向から見た状態
での形状は曲率半径ｒ＋＊＝−９２，５００の円弧形状
であり、この特殊１−一リンク面の光軸上に於ける副走
査方向の曲率半径が上記ｒ＋、＝２９．４８０である。

また結像レンズの入射側レンズ面（本邸を付けた面）は
非球面であり、 公知の非球面の一般式を Ｘ＝（（１／ｒ）”Ｙ２）／［Ｌ＋　　−＋ｋ　　１／
ｒ　　］亭ＡＹ’＋ＢＹ’すＣＹ’＋□ｙ＋。

とするとき、円錐定数に、高次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｏは以下の値を取る。

ｋ＝−３，２６９７３・１０−” 人＝−１，５７６５３・１０−’　　　　、Ｂ＝５．９
０１３４・ＩＱ−１１Ｃ＝−１，９７９０７・１０−”
　　、Ｄ二２．５２７７８・ＩＱ−Ｉｌｌ実施例１に関
する収差図を第３図に示す。

実施例２ ｉ　　　　ｒ＋ｘ、ｙ　　　　ｄｌ　　Ｊ　　ｎｒ　　
　　　材質０　　　　（Ｘ）　　　　　４６．０ １Ｋ　　−９２，５００６，０＋　　１．４８６　　　
　アクリル１、　　２９．４８０ ２ｘ　　−９２，５００５，０ ２ツ　−９２．５００ ３’　　３９９．４３４　　２５，０　２　１．４８６
　　　　アクリル４　−１１１．６１８　１７５．１２
２Ｒ／ｆ”ｒ＋ｘ／ｆ”−０，５１４，ｒ＜／ｆエニー
、６２１１４．第２レンズ群の焦点距離：ｆ＝１７９．
７ この実施例に於いて、特殊トーリック面の主走査方向の
形状即ち、特殊トーリック面を副走査方向から見た状態
での形状は上記非球面の一般式で表される形状であり、
二の特殊トーリック面の光軸上に於ける副走査方向の曲
率半径が上記ｒ、、＝２９．４８０である。

また結像レンズの入射側レンズ面（本邸を付けた面）も
非球面である。

これらの非球面形状を規定する上記に、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
は以下の通りである。

特殊トーリック面の主走査方向の形状 に＝−６，３２０２９・１Ｏ−１ Ａ＝６．７０６０８−１０−’　　、Ｂ＝５．９９８３
１弓、０−ｘ２結像レンズの入射側レンズ面 に＝−１，３９８８１ Ａ＝−２，０３７０９・１．ｏ−ｙ　　、ａ＝ｓ、ｘ４
９ｚｓ・ＩＱ−１１Ｃ＝−１，２６０６３・１０司’　
、Ｄ＝１．４１４５９・ＩＱ−ＩＩ！実施例２に関する
収差図を第４図に示す。

（発明の効果） 以上、本発明によれば新規な光走査装置を提供できる、
この光走査装置では、第２レンズ群が像面湾曲補正面を
有し、この像面湾曲補正面で副走査方向の像面湾曲を補
正するので、走査面上のスポット形状の変動を有効に軽
減ないし防止でき。

従って４００〜８００ｄｐｉという高分解能の光走萱に
も対応することができる。

また、偏向装置に最近接させて像面湾曲補正レンズ面を
配するので、第２レンズ群を小型化でき。

また光走査装置の大型化を招来することなく、光利用効
率を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の特徴部分のレンズ構成を説明するた
めの図、第２図は、上記特徴部分を説明するための図、
第３図および第４図は、実施例に関連した収差図、第５
図は１本発明の詳細な説明するための図、第６図乃至第
９図は、従来技術とその問題点を説明するための図であ
る。 Ｌｌ、、、線像、３９０．シリンドリカルレンズ、　５
２．。 、結像レンズ、　５１．、、、像面湾曲補正レンズ出閣
人　（２２３）株式会社三協精機製作所亮 ら し ■ 売

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　光源と、この光源からの光束を主走査対応方向に長い
   線像に結像させる第１レンズ群と、複数の偏向面を有し
   上記第１レンズ群による上記線像の近傍を偏向の起点と
   して光束を偏向させる偏向装置と、この偏向装置と走査
   面との間に配備され偏向光束を走査面上にスポット状に
   結像させる第２レンズ群とを有し、 上記第２レンズ群は、ｆθ特性を備えた結像レンズと、
   この結像レンズと上記偏向装置との間に配備される像面
   湾曲補正レンズとを有し、主走査方向に関して、偏向光
   束を走査面上に結像させるとともに副走査方向に関して
   は上記第１レンズ群による線像の結像位置と走査面とを
   略共役な関係とする機能を有し、 上記像面湾曲補正レンズは、上記偏向装置側に特殊トー
   リック面を持つ特殊なトロイダルレンズであり、 上記特殊トーリック面は、幾何光学的には主走査方向に
   関しては負の曲率半径を持ち、副走査方向から見た形状
   が非球面の一般式に従う形状であり、この形状を特殊ト
   ーリック面より走査面側にあって主走査方向に平行な回
   転軸の回りに回転させて得られる形状であることを特徴
   とする光走査装置。 ２、請求項１に於いて、 特殊トーリック面を副走査方向から見た形状に於ける光
   軸上の曲率半径をＲ、第２レンズ群の焦点距離をｆとす
   るとき、これらが ０．３＜｜Ｒ／ｆ｜＜１．０ なる条件を満足することを特徴とする、光走査装置。