JPH0221565B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、走査線のピツチむらを除去した走査
光学系に関するものである。 従来から、回転多面鏡の如き偏向反射面を使用
した光ビーム走査装置に於いて、偏向反射面の倒
れにより偏向走査された光ビームの進行方向が偏
向面に垂直な面内で変化しても被走査面（被走査
媒体）上での走査線のピツチにむらが生じない様
な走査光学系は種々提案されている。尚、本明細
書に於いて偏向面とは、偏向器の偏向反射面で偏
向された光ビームが、経時的に形成する光線束面
を指すものである。 例えば、特公昭52−28666号に於いては、偏向
器と被走査媒体との間の光学系の構成は、ビーム
整形手段と第二の収束手段から成つており、その
ビーム整形手段に依つて偏向ミラーで反射された
光束をコリメートしている。このように、コリメ
ートする機能を持たせると、ビーム整形手段の形
状に制約条件が課せられることになり、被走査面
上での結像性能、及び走査速度を一定にする為の
歪み特性を良好にする自由度が減り、必然的に第
二の集束手段のレンズ構成わ多くせねば、良好な
性能を得ることができなくなる。 次に特開昭48−98844号に於いては、偏向器と
被走査媒体の間の光学系を構成する二種類のレン
ズの焦点距離の比に或る所定の制約が課られ、こ
の制約を満足させることは、上記二種類のレンズ
間に於いて偏向面と垂直な断面内の光束をコリメ
ートすることと等価である。従つてこの例も前述
の如く、結像性能、及び、歪み特性を良好に補正
する自由度が減り、好ましくない。 次に特開昭50−93720号に於いては、等速走査
を実現する為の歪み特性を有したレンズと被走査
媒体との間にシリンドリカルレンズを配置してい
る。このような構成にすると、シリンドリカルレ
ンズの位置を被走査媒体に近付けなければ良好な
画像は得られない。被走査媒体にシリンドリカル
レンズが近付くと、走査巾が長くなるにつれ、シ
リンドリカルレンズは母線方向に長くなり、コン
パクトな構成が実現出来なくなる。 本発明の目的は、上述した従来の走査装置の欠
点を改良し、単純且つコンパクトな構成で、偏向
器の倒れを補正することが出来る走査光学系を提
供することにある。 本発明の更なる目的は、被走査面上に於いてビ
ーム走査速度が一定となる様な走査光学系を提供
することにある。 本発明に係る走査光学系に於いては、偏向器と
該偏向器で偏向された光束が光学系により結像さ
れる所定面である被走査媒体の間に配される走査
用の結像光学系をトーリツク面を有する単レンズ
で構成することにより上記目的を達成するもので
ある。即ち、本発明に係る走査光学系は、光源部
と、該光源部から発生する光束を線状に結像する
第１結像光学系、該第１結像光学系による線像の
近傍にその偏向反射面を有する偏向器、該偏向器
で偏向された光束を所定面に結像する第２結像光
学系を備え、該第２結像光学系はトーリツク面を
有する単レンズより構成され、該トーリツク面を
有する単レンズは、光軸を含み且つ偏向面と垂直
な断面内に於いて、偏向器側に負の屈折力を有す
る面と所定面側に正の屈折力を有する面とから成
る正の屈折力を有するメニスカスレンズである。
ここで言うトーリツク面を有するレンズとは、レ
ンズの光軸と直交する面内において、直交する方
向にパワーを有し且つその直交する方向でパワー
が異なる様な面を有するレンズを意味する。 本発明に係る走査光学系に於いては、偏向器と
被走査媒体の間に配する走査用の結像光学系は、
従来の如く、偏向器で偏向された光ビームを一担
コリメートするビーム整形手段を有しない。即
ち、コリメート機能を有する手段を用いないの
で、この結像光学系の結像性能及び歪み特性を良
好に補正する自由度に制約が加わらない。その結
果、単純でコンパクトな構成が実現出来る。 更に本発明に於いては、装置をコンパクトにす
ることが可能である。即ち、特開昭50−93720の
ようにシリンドリカルレンズを使用した場合は、
偏向面内でのその屈折力は零で像面彎曲を補正す
る自由度が無い。これに対してトーリツクレンズ
は偏向面内で屈折力を有しているので像面彎曲を
補正することが可能である。又、シリンドリカル
レンズを用いて走査用の結像光学系をコンパクト
にしようとすると像面彎曲が多量に発生し、上述
した理由でシリンドリカルレンズ自身でそれを補
正することが不可能である。これに対してトーリ
ツクレンズは補正の自由度があり、従つてコンパ
クト化が可能である。以下図面を併用して、本発
明を詳述する。 第１図は、本発明の原理上の構成を示す図であ
る。光源、或は第４図に示す如く光源１−ａと集
束装置１−ｂから成る光源装置１、該光源装置１
から出射する光束と線状に結像する線像結像系
２、該線像結像系２に依つて光線が線状に収斂さ
れる位置の近傍にその偏向反射面３ａを有する偏
向器３、該偏向器３と被走査媒体５との間に直交
する二方向で屈折力の異なる主軸、副軸を有する
トーリツク面を有する単レンズ４を配置し、被走
査媒体５上に結像スポツトを形成し、前記偏向器
３の回動に伴なつて該結像スポツトは、被走査媒
体５上を走査する。 第２図は、上記構成の偏向面、換言すれば上記
トーリツクレンズ４の主軸と光軸を含む平面に平
行な断面内での機能を説明する為の図を示す。光
源装置１から出射した光束はシリンドリカルレン
ズ２を通過した後、偏向器３の反射面３ａで反射
され、偏向器３の回動に伴なつて該反射光束が偏
向されれる。さらに、該偏向光束はトーリツク面
を有するレンズ４に依つて被走査媒体５上に結像
され、且つ、該結像スポツトの走査速度は一定に
保たれる。 第３図は、上記偏向面と垂直な方向の光束に沿
つた断面即ち偏向器の倒れによる影響を補正する
断面の展開図である。光源装置１から出射した光
束を、線像結像系２に依つて、偏向器３の反射面
３ａの近傍に線状に結像する。この断面内に於け
る単レンズ４の屈折力は、前記偏向面内の該レン
ズ４の屈折力と異なり、偏向器３の反射面３ａ
と、被走査媒体５の位置関係を光学的に共役な関
係にする。この様な関係を有しているので、偏向
器３の回動中に反射面３ａが偏向面と垂直な方向
に傾いて３a′の位置に変化しても、レンズ４を通
過する光束は破線の如く変化するが、被走査媒体
５上での結像位置の変化はない。 次に、本発明の走査光学系に於いては、単純
で、且つコンパクトな構成であるにも拘わらず、
被走査媒体上を良好な結像性能で且つ等速走査が
得られるのかを説明する。口径比が１：50〜１：
150の様に小さい場合には、良好な走査性を得る
ことが可能である。 次に、偏向面と垂直な方向に関してはトーリツ
ク面が導入されているので偏向面内の焦点距離に
対し異なつた焦点距離を持たせることが可能であ
る。従つて、偏向面内の結像関係に対して異つた
結像関係を持たせることが可能であり、偏向器の
反射面３ａと被走査媒体５の位置を共役な関係に
している。 さらに本発明に於いては重要なことは、トーリ
ツク面を有する単レンズ４は偏向面に垂直な断面
内に於いて、少くとも１面は負の屈折力を有する
ことである。これは、偏向面に垂直な断面内に於
いて偏向された光束を被走査媒体５上に良好な結
像スポツトを形成させる為の像面彎曲の補正上、
都合が良い。このことは、偏向面と垂直な断面に
於ける入射光束に対する発散力は、偏向角が大き
く成る程強く成り、像面を正の方向に補正する効
果が生じることを意味する。 さらに、今一つ重要なことは、偏向面に垂直な
断面内に於いて、前記トーリツク面を有する単レ
ンズ４の形状を被走査媒体５側に正の屈折力を有
する面を配置し、全体で正の屈折力を有するメニ
スカス単レンズであるのが望ましい。これは、偏
向面に垂直な断面内に於いて、トーリツク面を有
する単レンズ４の主点位置を被走査媒体側に近付
ける作用を有し、その結果としてレンズ系全体を
偏向器に近付けることが可能となりコンパクトに
成る。 一方、歪曲収差係数Ｖの補正すべき所望の値
は、偏向器３の回動特性に依つて決まる。 偏向器３が等角速度で回転するとき、該偏向器
で偏向された光束を被走査媒体５上を等速に移動
せしめるような歪曲収差係数の値はＶ＝２／３であ る。 偏向器３がφ＝φ₀sinωt（φは回動角、φ₀は振
巾、ωは周期に関する定数、ｔは時間）で表わさ
れるように正弦振動の場合、該偏向器３で偏向さ
れた光束を被走査媒体面５上を等速に移動せしめ
るような歪曲収差係数の値は Ｖ＝２／３（１−１／8φ₀ ²）である。 以下に本発明の実施例を示す。 表１は、光源１−ａからの発散光束をコリメー
トするコリメーターレンズ１−ｂの構成を示す。
ri（ｉ＝１〜10）は曲率半径、di（１〜９）は面間
隔あるいはレンズ肉厚、Ni（ｉ＝１〜５）は各硝
材の屈折率である。 この構成は第４図に示す。光源の発光点とr₁面
との距離は2.59である。 表２は線像結像系２が第５図に示す如くシリン
ドリカルレンズの場合の構成を示す。その母線は
偏向面に平行に配置し、r₁₁、r₁₂は光源装置１側
から順に、光軸ｇを含み偏向面に垂直な断面内の
曲率半径であり、d₁₀はその軸上厚、N₆はその硝
材の屈折率である。 尚第５図は光軸ｇを含み偏向面に垂直な断面内
の図である。 表３〜表６は、線像結像系２の偏向器側の面よ
り後の構成を示すものである。表３、表４のパラ
メータは第６図に示す如く、d₁₁は線像結像系２
の偏向器側の面とトーリツクレンズ４の光軸との
距離、d₁₂は光軸ｇとトーリツクレンズ４の偏向
器側の面との距離、d₁₃はトーリツクレンズ４の
軸上厚、d₁₄はトーリツクレンズ４と被走査媒体
５との間隔である。 r〓₁₃、r〓₁₄は光軸ｈを含み偏向面に平行な面内で
のトーリツクレンズの曲率半径、r₁₃、r₁₄は、光
軸ｈを含み、偏向面に垂直な断面内での曲率半径
である。N₇はトーリツクレンズの材質の屈折率
である。 第３及び表４は偏向器が等角速度回転する回転
多面鏡の場合の実施例の構成を示すもので、該回
転多面鏡の内接円半径RpはRp＝28.85mm、回転中
心の位置は光軸ｇよりＸ＝21mm、光軸ｈよりｙ＝
１mmにある。 表３、表４の実施例において、トーリツクレン
ズ４は光軸ｈを含み偏向面に垂直な断面内で、偏
向器側の面が負の屈折力を有する凹面を有し、偏
向器の回転に伴つてビームの偏向角が増大したと
き、それに対応した偏向面と垂直な面内の像面彎
曲を補正する効力を発揮する。さらに、偏向面と
垂直な面内において、偏向器側に凹面を有した正
の屈折力を有するメニスカスレンズである。さら
に、いづれも被走査媒体上で結像スポツトの移動
を良好に等速化し得る。 表５は第７図に示す如く偏向器が正弦振動の場
合の実施例の構成を示すもので、回転中心は光軸
ｇ及び光軸ｈの交点上且つ反射面上にある。 これらの場合も前記の表３、表４の実施例と同
様、トーリツクレンズ４は、光軸ｈを含み、偏向
面に垂直な断面内で偏向器側の面が負の屈折力を
有する凹面をもち、像面彎曲補正に効力を発揮す
る。また、これらの実施例も被走査媒体上で結像
スポツトの移動を良好に等速化し得る。 第８図〜第１０図はそれぞれ表３〜表５に対応
した実施例の像面彎曲を示す図である。実線は偏
向面内の像面彎曲、破線は偏向面に垂直な面内の
像面彎曲を示す。ここでθは偏向角（画角）であ
る。 第１１図〜第１３図はそれぞれ、表３〜表５に
対応した実施例の等速性に関する歪みを図示した
ものである。但し、歪みを下式で定義する。 歪み≡y′（θ）−y′₀（θ）／y′₀（θ）×100（％
） ここで、y′（θ）は、偏向角θに対して、被走
査媒体５上の光軸ｈから結像スポツト位置迄の距
離、y′₀（θ）は偏向角θに対して被走査媒体上
で、結像スポツトの移動を等速にするための光軸
ｈから結像スポツト位置迄の理想距離である。 第１１図、第１２図はy′₀＝Ｋ・θとしたとき
の歪みを表わし、 第１１図はＫ＝242.00、第１２図はＫ＝242.47
としたときの歪みを表わす。 第１３図は、y′₀＝2φ₀K・Sin^-1（θ／2φ₀）とした ときの歪みを表わし、φ₀は正弦振動偏向器の振
巾を表わし、 第１３図はφ₀＝0.49742rad、Ｋ＝247.82、とし
たときの歪みを表わす。 第８図〜第１０図は第６図あるいは第７図に示
された被走査媒体５を基準位置とした像面彎曲を
示したもので、いずれの実施例も ｜r₁₃｜＜｜r〓₁₃｜ ｜r₁₄｜＜｜r〓₁₄｜ とすることによつて、像面彎曲の補正効果を生ん
でいる。 第８図、第９図の実施例は、被走査媒体上に結
像する光束の有効口径比を１：140程度とするこ
とにより像面彎曲を焦点深度内におさめることが
可能で、均一な結像スポツト径を得られる。第１
１図〜第１２図は各実施例の歪みを図示したもの
で、いずれも１％以内の歪みで、良好な画像を被
走査媒体上に形成し得る。 表３の実施例は、偏向面と平行な断面内でトー
リツクレンズの偏向器側の面がシリンドリカル面
であり、材質がガラスでも研摩によつて容易に加
工し得る。 表４あるいは表５の各実施例は両面トーリツク
面であるが、材質をアクリルなどプラスチツク材
とすることで、コンプレツシヨンンあるいはイン
ジエクシヨン、あるいはキヤステイングなど成形
によつて加工が容易となる。 以上の実施例は光源装置１から出射するビーム
は平行光束の場合であるが、発散光束あるいは収
れん光束でも本実施例に基づいて容易に実現でき
る。 また、光源として半導体レーザーあるいは発光
ダイオードを用いることが可能である。あるいは
光源装置としてHe−Neレーザーの如き平行ビー
ムを出射するものを使用して所望の結像光束の口
径比を得るようビーム整形光学系を光源装置と偏
向器との間に配することも可能である。なお、本
発明に現われる長さに関する単位はmmである。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る走査光学系の一実施例の
斜視図、第２図は第１図に示す走査光学系の平面
図、第３図は偏向面に垂直な断面内での本発明の
機能を示す為の図、第４図は本発明に係る走査光
学系の光源部の一実施例を示す図、第５図は本発
明に係る走査光学系の第１結像光学系の一実施例
を示す図、第６図及び第７図は各々本発明に係る
走査光学系の実施例を示す為の図、第８図、第９
図及び第１０図は各々、本発明に係る走査光学系
の各実施例の像面彎曲を示す図、第１１図、第１
２図及び第１３図は各々本発明に係る走査光学系
の各実施例の等速性に関する歪みを示す図。 １…光源装置、２…線像結像系、３…偏向器、
４…トーリツクレンズ、５…被走査媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源部と、該光源部から発生する光束を線状
   に結像する第１結像光学系、該第１結像光学系に
   よる線像の近傍にその偏向反射面を有する偏向
   器、該偏向器で偏向された光束を所定面上に結像
   する第２結像光学系を備え、該第２結像光学系は
   トーリツク面を有する単レンズにより構成され、
   該トーリツク面を有する単レンズは、光軸を含み
   且つ偏向面と垂直な断面内において、偏向器側に
   負の屈折力を有する面と所定面側に正の屈折力を
   有する面とから成る正の屈折力を有するメニスカ
   スレンズであることを特徴とする倒れ補正機能を
   有する走査光学系。 ２ 上記トーリツク面を有する単レンズは、光軸
   を含み偏向面と平行な断面内において、偏向器側
   から順に、r〓₁₃、r〓₁₄の曲率半径をもち、光軸を含
   み偏向面と垂直な断面内において、偏向器側から
   順にr₁₃、r₁₄の曲率半径を有し、 ｜r₁₃｜＜｜r〓₁₃｜ ｜r₁₄｜＜｜r〓₁₄｜ なる関係を有する特許請求の範囲第１項記載の走
   査光学系。