JPH0216520A - 前置対物型走査光学システム - 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） この発明は前置対物型走査光学システムに関し、特に電
子的に写真を再生するための装置に用いられる前置対物
型走査光学システムに関する。

（発明の背景） 電子記憶信号から写真を再生するために写真のフィルム
上にレーザあるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）を集光す
る光学システムは周知である。このような光学システム
は普通、ポリゴンミラー走査装置を用いている。こ°の
装置は、一定の角速度で回転することにより、スポット
をフィルムを横切るように走査しフィルム上に連続線を
露出する。しかしながら、結像の高さがレンズの焦点長
とこの結像が光軸となす角の玉切との積に等しい′古典
的なルンズによってポリゴンミラーから反射された光を
集光する場合、スポットの速度はあたかもこのスポット
が光軸からはるかに離れて伝達されるかのように、その
速度を増加させる。このような現象は、遅れること無く
一定の間隔で記録された等間隔のビクセルを必要とする
印刷システムには好ましくない。さらに、このような走
査線全体に一定の露出レベルを必要とするような印刷に
対しても、好ましい現象ではない。その結果、このよう
なシステムではスポットをフィルムに対して一定の直線
速度で走査することが望まれる。

この技術分野で周知のように、これらの問題は、予め決
められた歪み、即ち結像の高さがレンズの焦点長と、こ
の結像が光軸となす角の玉切よりもむしろその角度との
積に等しい歪みを有するレンズを用いることによって解
決することができる。この分野ではｆ−シータ（θ）レ
ンズと呼ばれるこのようなレンズは、角の玉切が常に角
そのものよりも大きいのでこの問題を解決することがで
きる。上述の問題を解決する別の方法として、ポリゴン
ミラー走査装置の回転速度を制限するものがある。

上記の問題に加えて、印刷装置に対する光学走査システ
ムの設計に関係するさらに別の問題点がある。この問題
点は、フィルム面上にレーザあるいは発光ダイオードを
集光するための対物レンズの配置に関係している。これ
らは一般に、光路上で、ポリゴンミラー走査装置がスポ
ット形成光学システムに先行するかあるいは後続するか
によって、前置対物型または後置対物型走査システムの
どちらかに分類される。平坦面に置かれたフィルム上に
印刷する場合、前置対物型の走査光学システムを用いな
ければならない。これはポリゴンミラー走査装置が対物
レンズの後方に配置されている場合、対物レンズの焦点
は曲面上にあり、これに対してポリゴンミラー走査装置
が対物レンズの前方に配置されている場合、この対物レ
ンズの焦点は平面上にある、という理由による。

上記の事実にもかかわらず、前置対物型走査光学システ
ムの必要性によって、このようなシステムに対する対物
レンズの設計にあたって別の問題が生じる。これは対物
レンズが走査角全体に対して最終スポットを形成するた
めである。要するに、これらの問題は、前置対物型走査
光学システムの対物レンズが、（１）平坦面なフィール
ドを持つ；（２）収差を矯正する；および（３）広いフ
ィールドをカバーする、必要があるために生じるもので
ある。さらに、前置対物型走査システムの走査鏡は対物
レンズに対して効果的なアパーチャストップを形成する
ので、このレンズは遠隔ストップとして設計される必要
がある。その結果、当業者にとっては明らかなように、
この対物レンズはストップに対して対称とはなり得ない
。そのため、対称原理を収差制御の手段を提供するため
に利用することはできない。

先行技術に見られる伝統的な設計技術に基づいたこのよ
うな問題を解決するための１つの方法は、対物レンズを
２個の部分、即ちコリメーターと対物レンズからなる光
学系として設計することである。しかしながら、このよ
うな伝統的な方法は、対物レンズがコリメーターとは独
立して対物レンズの収差を矯正する必要があるので、設
計上非常に難しい問題を提起する。さらに、このような
収差の制御は遠隔ストップを有するシステムではさらに
困難である。

その結果、発光ダイオードあるいはレーザの印刷装置ま
たは写真システムに利用するために十分に収差を矯正し
、かつ遠隔ストップによって作働する前置対物型走査光
学システムの必要性が生じる。さらにこのようなシステ
ムでは、平面上で直線的な走査速度と、速い相対アパー
チャーと、さらに低コストと単純な機構を有することが
望まれる。

（発明の要約） この発明に基づいて形成された前置対物型光学システム
は、収差に対して十分に矯正され、かつ遠隔ストップに
よって作働される。

この新規な前置対物型走査光学システムは、例えば回転
鏡走査装置である走査手段の前方および後方にそれぞれ
配置された２個の光学系からなることが好ましい。例え
ばレンズ系である第１の光学系はコリメートを行わない
。その代わりこの第１の光学系は、ポリゴンミラー走査
装置が回転するに伴って発光ダイオードまたはレーザの
虚像を形成することが好ましい。この系は、倍率と系全
体の矯正状態への貢献度とによって、僅かに正かまたは
負である。後方 回転鏡によって走査される場合第１の光学系によって形
成された、湾曲した光路上を通過する虚像は、次に、例
えば正の光学系であるレンズ系のような第２の光学系に
よって十分に矯正された平坦な面の上に再結像される。

この発明の前置対物走査システムにおける好ましい実施
例では、第１の光学系は、第１および第２のレンズから
なる２重レンズであり、球面収差および軸色（ａｘｉａ
ｌ　ｃｏｌｏｒ　）を含む軸上の収差に対して結像を矯
正する。さらに特定すると、この２重レンズは正の素子
に続く第１の負の素子からなり、さらにこの２重レンズ
は僅かに正である正味のパワーを有している。さらに、
この発明の前置対物走査システムにおける好ましい実施
例では、第２の正の光学系は、共同して主とじて光軸か
ら離れた収差、特に非点収差、コマ収差および棟包（１
ａｔｅｒａｌ　ｃｏｌｏｒ　）を矯正する３個のレンズ
からなっている。さらに特定すると、この第２の光学系
は３重レンズであって、２個の正の素子に続く第１の負
の素子からなっている。このレンズの対象物が第１の光
学系によって形成された虚像でかつ湾曲した像であるの
で、この第２の光学系はフィールドの曲率を矯正する必
要がない。

尚業者であれば容易に理解しうるように、この発明の実
施例では第１および第２の光学系間でコリメートの条件
から故意にそれている。これによって、回転鏡走査装置
が回転するに従って第２の光学系が虚像である曲面上の
対象物を走査するので、第２の光学系が平坦なフィール
ドである必要がなくなる。さらに、最も効果的なことと
して、これはフィールドの曲率を矯正中の光学系に必要
な種類のフィールドに他ならない。したがって、厳格な
コリメートの必要性から解放されるので、第２の光学系
におけるフィールド曲率矯正の要求を緩和することがで
きる。このように、第２の光学系の設計では非点収差お
よ、び他の収差の矯正が強調される。このことは、平坦
なフィールドを持たない非点収差光学系を作ることが平
坦なフィールドを有する光学系を作るよりもはるかに簡
単であるため、有利である。したがって、第２の光学系
は非点収差およびコマ収差のような軸から離れた収差を
矯正する。加えて、　２の゛学ムはこれを　正する他の
なにものもないので、棟包（１ａｔｅｒａｌ　ｃｏｌｏ
ｒ　）を矯正する。要約すると、３個の軸から離れた収
差、即ち、非点、コマおよび棟包の各収差の矯正は第２
の光学系において行われ、軸上の全収差、即ち球面収差
および軸色収差の矯正は第１の光学系において行われる
。したがって、第２の光学系の設計には収差の一部分の
矯正のみが必要であり、残りは第１の光学系によって矯
正される。

上記の事実に加えて、好ましい実施例における第２の光
学系は、比較的小さな走査角にわたってｆ−θ歪みに実
質的に同じである歪みを持ってぃる。この結果、フィル
ム面上に集光されたピクセルの大きさは、走査線上で一
定に保持され、そのためフィルム上全体で露出が変化し
ない。

上記の光学系に対するさらに別の要求として、可能なか
ぎり多くの光を歪みのない形でフィルムに到達させるこ
と、即ち光学系を可能なかぎりしっかりと形成し、それ
によって可能なかぎり印刷速度を早くすることである。

発光ダイオードは一般に余り大きな光出力を持たないた
め、この要求は発光ダイオードを用いた場合特に重要と
なる。

この要求は、非対称性のストップが走査面におけるアパ
ーチャーよりも走査面に垂直な面でより大きなアパーチ
ャーに耐えるため、非対称性のストップによって満足さ
れる。この理由は、走査面における収差が走査面外の収
差よりも、走査面におけるアパーチャーに伴ってより速
く劣化するためである。この結果、この新規な光学系は
楕円状のストップを用いている。この発明の好ましい実
施例では、走査面のｆ番号はｆ１７であり、走査面に垂
直な面ではｆ１５．５である。この値は、普通もつと高
い、例えばｆ／　１８かまたはそれ以上の大きなｆ番号
を有するこの分野の通常のレーザ印刷装置におけるもの
の場合よりも、実質的に抵い値である。

（実施例） 第１図は、符号１０で示すこの発明の前置対物型走査光
学システムの好ましい実施例の平面図である。赤、緑お
よび青の発光ダイオード３０−３２は、屈折鏡４０上に
照射される光を発光する。ミラー４０のような屈折鏡は
、この発明の動作には必ずしも必要ではないが、この分
野で周知のように小型化を促進する上で利用される。ミ
ラー４０によって反射された発光発光ダイオード３０−
３２からの光は、楕円状のストップ５０を通過する。

可能な限り堅固に系１０を構成するために、可能なかぎ
り多くの光を発光ダイオード３０−３２から集め、この
光をフィルム面９０上に集光することが重要である。こ
の要件は、一般の発光ダイオードが余り大きな光出力を
持たないので、重要である。

走査面に垂直な面よりも走査面上により多くの収差が生
じるので、ストップ５０は紙面に垂直な主軸を持つ楕円
形に形成されている。例えば、この発明の１実施例では
、走査面に垂直な面のｆ一番号がｆ１５．５であるのに
対し、走査面のｆ一番号はｆ１７である。

楕円状のストップ５０を通過する光は、２重レンズを構
成する一対のレンズ素子６１．６２からなる光学系６０
上を照射する。光学系６０は発光ダイオード３０−３２
の虚像を形成し、系１０の全体の例えば球面収差および
軸色収差のような軸上の収差を補償するように設計され
ている。レンズ６１が負であるのに対し、レンズ６２は
正である。光学系６０は全体で僅かに正である正味のパ
ワーを有し、それ自身で発光ダイオードフィールド全体
のコマ収差を矯正するものであることが好ましい。しか
しながら、全体の光学系の矯正状態の大きさと貢献度と
によって、負のパワーを持つこともありうる。この発明
の目的の重要な特質は、（光学系６０が）コリメートし
ないことである。

光学系６０を通過した光は走査鏡のファセット６５上を
照射する。なお説明を簡単にするため走査鏡のリセット
は示していない。この走査鏡は、この技術分野では周知
の装置（図示せず）によって実質的に一定の角速度で回
転されている。走査鏡６５が回転するにともなって、走
査鏡６５と共同して光学系６０によって形成された虚像
は、１１０として示される湾曲した光路上を移動する。

ファセット６５から反射された光は、各レンズ素子７１
．７２および７３によって構成される３重レンズである
光学系７０上に入射される。光学系７０は今はその対象
物である１１０にある虚像を、ファセット６５からの発
散光をフィルム面９０上にスポットとして集光すること
によって、再結像させるように設計されている。光学系
７０は、例えば非点収差、コマ収差および棟包等の軸か
ら離れた収差を矯正するように設計されている。またさ
らに、光学系６０の正味のパワーは負または正であって
も良いが、光学系７０は正味が正のパワーを持たねばな
らない。第１図に示すように、レンズ７１は僅かに負の
素子であり；レンズ７２は正の素子；およびレンズ７３
は正の素子であって、これらすべては回転対称である。

光学系７０を通過する光は平坦なフィルム面９０上にス
ポットとして集光される。この分野の当業者にとって周
知のように、このスポットは、ファセット６５がミラー
軸（図示せず）の回りを回転するに伴って、フィルム面
を走査する。さらにまた、この分野の当業者にとって周
知のように、フィルムを走査方向に対して垂直方向に移
動させることによってフィルム全体を露出することも可
能である。

レンズ設計の分野の当業者であれば、この発明の実施例
の製造にあたっていかにしてこの発明に基づく特別な設
計選択を行うかは、周知である。

しかしながら第２図から６図は、この発明の前置対物型
走査光学システムの好ましい実施例１０を構成する５個
のレンズそれぞれの立面図を示している。

第２図はレンズ６１を、第３図はレンズ６２を、第４図
はレンズ７１を、第５図はレンズ７２を、さらに第６図
はレンズ７３を示している。

第２図に示す好ましい実施例では、レンズ６１は、屈折
率が約１．５１６８　；表面１６１の凸面の曲率半径が
約２．３２インチ、表面２６１の凹面の曲率半径が約１
．５１８インチ・さらに中央軍が約０．１５インチであ
るガラスから形成されている。

第３図に示す好ましい実施例では、レンズ６２は、屈折
率が約１．５９５５　；表面１６２の曲率半径が無限で
、表面２６２の凹面の曲率半径が約１．９１９８インチ
；さらに中央軍が約０．１５インチであるガラスから形
成されている。

第４図に示す好ましい実施例では、レンズ７１は、屈折
率が約１．７１７４　；表面１７１の凸面の曲率半径が
約１．６０４８インチ、表面２７１の凹面の曲率半径が
約１１．２９９インチ；さらに中央軍が約０．１２５イ
ンチであるガラスから形成されている。

第５図に示す好ましい実施例では、レンズ７２は、屈折
率が約１．５１６８　；表面１７２の凸面の曲率半径が
約１１．２９９インチ、表面２７２の凹面の曲率半径が
約１．４４インチ；さらに中央軍が約０．４５インチで
あるガラスから形成されている。

第６図に示す好ましい実施例では、レンズ７３は、屈折
率が約１．５１６８　；表面１７３の凸面の曲率半径が
約８．１７３フインチ、表面２７３の凹面の曲率半径が
約２．７２６インチ：さらに中央軍が約０．４０インチ
であるガラスから形成されている。

上述の実施例では、楕円状ストップ５０はレンズ６１の
表面１６１に近接している。

この分野の当業者であれば、この発明の別の実施例を上
記の記載内容から離れる事無く形成し得ることは明らか
である。例えば、さらに小型化するために、３重レンズ
７０とフィルム面９０間の光路を別のミラーによって屈
折させることも可能である。したがって、上記の説明中
に含まれ、または添付の図面に示された事柄は、説明の
ためのものであって、限定的なものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による前置対物型走査光学システムの好
ましい実施例の概念的な平面図、および第２図から第６
図は本発明の前置対物型走査光学システムの好ましい実
施例を構成する５個のレンズそれぞれの立面図である。 １０：前置対物型走査光学システム ３０−３２：発光ダイオード ４０：屈折鏡 ５０ニストツプ ６０：第１の光学系 ７０：第２の光学系 ９０：フィルム面。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源（ｓ）の像を集光させるために走査手段と共
   に用いられる前置対物型走査光学システムにして、 光源（ｓ）と前記走査手段間に配置され、光源からコリ
   メートされていない光ビームを形成するための第１の光
   学系；および 走査手段からの光を受光し、さらにこの光を実施的に平
   面上に集光させるように配置された、正味正のパワーを
   有する第２の光学系； とからなる前置対物型走査光学システム。
2. （２）第１の光学系は軸上の収差を矯正しさらに走査手
   段と共に光源の虚像を形成することを特徴とする請求項
   １に記載の前置対物型走査光学システム。
3. （３）上記第１の光学系は軸上の球面収差と軸上の軸色
   （ａｘｉａｌ　ｃｏｌｏｒ）を矯正することを特徴とす
   る請求項２に記載の前置対物型走査光学システム。
4. （４）上記第２の光学系は軸から離れた収差を矯正する
   ことを特徴とする請求項２に記載の前置対物型走査光学
   システム。
5. （５）上記第２の光学系は非点収差、コマ収差および横
   色（ｌａｔｅｒａｌ　ｃｏｌｏｒ）を矯正することを特
   徴とする請求項４に記載の前置対物型走査光学システム
   。
6. （６）上記第１の光学系は、第１のレンズが負の素子で
   ありさらに第２のレンズが正の素子である２重レンズか
   らなり、この２重レンズは正味正のパワーを有し光源（
   ｓ）のフィールド全体でコマ収差に対して矯正されてお
   り；さらに 上記第２の光学系は、負の第１のレンズと正の第２、第
   ３のレンズを有する３重レンズからなることを特徴とす
   る請求項５に記載の前置対物型走査光学システム。
7. （７）さらに走査手段の前方に配置されたストツプを有
   することを特徴とする請求項６に記載の前置対物型走査
   光学システム。
8. （８）上記ストツプは、走査方向に垂直に、走査方向に
   おけるものよりも大きな開口を有することを特徴とする
   請求項７に記載の前置対物型走査光学システム。
9. （９）上記ストツプは実施的に楕円状であることを特徴
   とする請求項８に記載の前置対物型走査光学システム。